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CN110058631B - 具有前馈电路的电压调节器 - Google Patents

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CN110058631B CN201810051497.8A CN201810051497A CN110058631B CN 110058631 B CN110058631 B CN 110058631B CN 201810051497 A CN201810051497 A CN 201810051497A CN 110058631 B CN110058631 B CN 110058631B
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Abstract

电压调节系统包括电压调节器、限流电路和前馈电路。电压调节器调节输出电压至所需的电压水平。限流电路控制电压调节器的输出电流至所需的电流水平。具有快速响应时间的前馈电路，其控制由于输出电压的下降导致的输出电流中的涌浪电流。

Description

具有前馈电路的电压调节器
技术领域
本发明大体涉及一种电压调节器，具体地涉及控制电压调节器的输出电流中的涌浪电流的前馈电路。
背景技术
例如片上系统(System-on-Chip，SoC)和专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)的集成电路在单个芯片上中集成了各种模拟和数字元件。这些元件需要稳定的供电电压以实现其正常的功能。从而，集成电路包括例如低压降稳压器(Low Dropout Voltage Regulator，LDO)的电压调节器，以调节供电电压。LDO电压调节器将进入到来自电压源的供电电压中的噪声去除，并在即使供电电压非常接近经调节的输出电压时，提供经调节的输出电压。集成电路进一步包括限流电路，以保护元件免受电流涌浪引起的危害。
图1所示的是一种电压调节系统100，其包括LDO电压调节器102，其连接到限流电路104。电压调节器102连接在供电电压Vin与地之间。电压调节器102生成并调节输出电压Vout至所需的电压水平。连接到负载电容器106和负载108的电压调节器102包括第一差分放大器110、传输晶体管112、以及电阻网络114。
第一差分放大器110接收参考电压Vref和反馈电压Vfb，并生成误差电压Verror。传输晶体管112在其栅极处接收误差电压Verror，并在其漏极处生成输出电压Vout。包括第一电阻116a和第二电阻116b的电阻网络114连接在地和传输晶体管112之间，以接收输出电压Vout。
限流电路104连接到电压调节器102，以限制电压调节器102的输出电流Iout至安全运行区域(Safe Operating Area，SOA)。该SOA表明运行传输晶体管112和负载108且不产生任何危害的最大电压和电流水平。限流电路104包括电流感测电路118、第二差分放大器120、以及控制晶体管122。
电流感测电路118检测电压调节器102的输出电流Iout自所需的电流水平上出现的增长，并生成第一中间电压Vint1。电流感测电路118包括第三电阻124和第一晶体管126。第二差分放大器120接收第一中间电压Vint1和供电电压Vin，并生成控制电压Vpu。控制晶体管122在其栅极接收控制电压Vpu。该控制电压Vpu触发控制晶体管122以生成第二中间电压Vint2。第二中间电压Vint2拉高传输晶体管112的栅极的电压水平，并降低传输晶体管112的导通水平。当传输晶体管122的导通水平下降，电压调节器102的输出电流Iout也降低到所需的电流水平。
通常地，例如限流电路104的限流电路形成反馈回路以控制输出电流。因此，限流电路104具有较慢的响应时间。因为该较慢的响应时间，在负载108出现短路事件的起始时候，输出电流Iout会经历短时间的涌浪，在那之后输出电流Iout被限制到所需的电流水平。对于高功率的电路而言，该涌浪的持续时间可能是可以忽略的；然而，该涌浪的持续时间对于低功率电路(例如传输晶体管112)而言则足够长到产生危害。在一些情形下，涌浪的持续时间可能长达100微秒(μs)、输出电流Iout的幅度可高达10安培(A)。输出电流Iout的涌浪进一步导致不良的传输晶体管112的功耗增加。
因此，提供具有快速响应时间并在其输出电流中防止涌浪电流的电压调节器，是有利的。
发明内容
在一种实施方式中，本发明提供一种电压的调节。电压调节系统包括电压调节器、限流电路、以及前馈电路。电压调节器接收供电电压、参考电压和反馈电压，并产生输出电压。限流电路接收供电电压，并连接到电压调节器。限流电路产生控制电压，以控制电压调节器的输出电流。前馈电路接收供电电压，并连接到电压调节器以接收输出电压。前馈电路生成控制信号，以当输出电压自第一阈值电压水平下降时下拉控制电压的电压水平，从而控制输出电流中的涌浪。
在一种实施方式中，前馈电路包括检测电路与控制电路。检测电路自电压调节器接收输出电压。检测电路检测输出电压何时自第一阈值电压水平下降。控制电路连接到供电电压，并连接到检测电路，其产生控制信号以在检测电路检测到输出电压自第一阈值电压水平下降时下拉控制电压的电压水平，从而控制输出电流中的涌浪。
示例地，电压调节器包括：
第一差分放大器，具有用于接收参考电压的反相输入端、用于接收反馈电压的同相输入端、和用于生成误差电压的输出端；以及
传输晶体管，具有用于接收供电电压的源极、连接到第一差分放大器以接收误差电压的栅极、以及用于生成输出电压的漏极，输出电压基于误差电压而调节。
示例地，电压调节器进一步包括：
电阻网络，其连接到传输晶体管的漏极，电阻网络接收输出电压并生成反馈电压。
示例地，限流电路包括：
电流感测电路，其连接到供电电压和电压调节器，电流感测电路生成第一中间电压；
第二差分放大器，其具有用于接收供电电压的反相输入端、用于接收第一中间电压的同相输入端、以及生成控制电压的输出端；以及
控制晶体管，其具有接收供电电压的源极、连接到传输晶体管的栅极的漏极、以及连接到第二差分放大器的输出端以接收控制电压的栅极，控制电压基于控制电压而激活控制晶体管以控制输出电流来得到阈值电流水平。
示例地，电流感测电路包括：
第一电阻，其具有连接到供电电压的第一端、和连接到第二差分放大器的同相输入端以提供第一中间电压的第二端，第一中间电压基于跨第一电阻的压降；以及
第一晶体管，其具有连接到第一电阻的第二端的源极、连接到传输晶体管的漏极的漏极、以及连接到传输晶体管的栅极的栅极，第一晶体管感测电压调节器的输出电流。
示例地，控制电路包括：
第一晶体管，其具有连接到供电电压的发射极、以及连接到检测电路的基极，第一晶体管在输出电压自第一阈值电压水平下降时在集电极上产生电流信号；以及
第一电阻，其连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
示例地，前馈电路进一步包括：
第一电阻-电容网络，其连接到供电电压，第一电阻-电容网络检测供电电压自第二阈值电压水平的增加；
第二电阻，其具有连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号的第一端；以及
第二晶体管，其具有连接到第二电阻的第二端以接收来自第一晶体管的电流信号的集电极、和连接到第一电阻-电容网络的基极，当供电电压自第二阈值电压水平增大时，第二晶体管由第一电阻-电容网络启用以下拉控制信号的电压水平，从而防止控制信号下拉控制电压的电压水平，以及在第一晶体管、第二晶体管启用时，第二电阻限制在第二晶体管的集电极上接收的电流信号。
示例地，控制电路包括：
第一晶体管，其具有连接到电压调节器的源极、连接到检测电路的栅极、和当输出电压自第一阈值电压水平下降时生成电流信号的漏极；
电流镜电路，其连接到供电电压、和连接到第一晶体管的漏极以接收电流信号，其产生镜像的电流信号；以及
第一电阻，其连接到电流镜电路以接收镜像的电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
示例地，检测电路包括：
第一电阻-电容网络，其连接到电压调节器以接收输出电压，第一电阻-电容网络检测输出电压自第一阈值电压水平的下降，并当输出电压自第一阈值电压水平下降时启用控制电路来产生控制信号；以及
二极管，其连接到第一电阻-电容网络，用来启用第一电阻-电容网络。
示例地，电压调节系统进一步包括：
开关，其连接到限流电路，并连接到前馈电路以接收控制信号，控制信号控制开关的闭合与打开，当开关闭合时控制电压的电压水平被下拉以控制输出电流中的涌浪电流。
前馈电路检测输出电压中的突发的、明显的下降，并基于输出电压的下降而生成控制信号。基于控制信号，前馈电路控制该控制电压的电压水平，从而防止输出电流中的涌浪。前馈电路形成前馈环路，用于防止输出电流中的涌浪。前馈电路具有快于限流电路的响应时间，从而防止输出电流中的涌浪。
在一种实施方式中，本发明提供一种电压调节系统，其包括：
电压调节器，其接收供电电压、参考电压、以及反馈电压，并产生输出电压；
限流电路，其接收供电电压、并连接到电压调节器，限流电路产生控制电压以控制电压调节器的输出电流；以及
前馈电路，其连接到电压调节器，前馈电路包括：
检测电路，从电压调节器接收输出电压，并检测输出电压何时自第一阈值电压水平而下降；以及
控制电路，其连接到供电电压、以及连接到检测电路，控制电路产生控制信号，以在检测电路检测到输出电压自第一阈值电压水平而下降时下拉控制电压的电压水平，以控制输出电流中的涌浪。
示例地，电压调节器包括：
第一差分放大器，其具有接收参考电压的反相输入端、用于接收反馈电压的同相输入端、以及用于产生误差电压的输出端；
传输晶体管，其具有接收供电电压的源极、连接到第一差分放大器以接收误差电压的栅极、以及提供输出电压的漏极，输出电压基于误差电压而调节；以及
电阻网络，其连接到传输晶体管的漏极以接收输出电压，并生成反馈电压。
示例地，限流电路包括：
电流感测电路，其连接到供电电压与电压调节器，电流感测电路生成第一中间电压；
第二差分放大器，其具有用于接收供电电压的反相输入端、用于接收第一中间电压的同相输入端、以及产生控制电压的输出端；以及
控制晶体管，其具有接收供电电压的源极、连接到传输晶体管的栅极的漏极、以及连接到第二差分放大器的输出端以接收控制电压的栅极，控制电压基于控制电压而激活控制晶体管以控制输出电流来得到阈值电流水平。
示例地，电流感测电路包括：
第一电阻，其具有连接到供电电压的第一端、和连接到第二差分放大器的同相输入端以提供第一中间电压的第二端，第一中间电压基于跨第一电阻的压降；以及
第一晶体管，其具有连接到第一电阻的第二端的源极、连接到传输晶体管的漏极的漏极、以及连接到传输晶体管的栅极的栅极，第一晶体管感测电压调节器的输出电流。
示例地，控制电路包括：
第一晶体管，其具有连接到供电电压的发射极、以及连接到检测电路的基极，第一晶体管在输出电压自第一阈值电压水平下降时在集电极上产生电流信号；以及
第一电阻，其连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
示例地，前馈电路进一步包括：
第一电阻-电容网络，其连接到供电电压，第一电阻-电容网络检测供电电压自第二阈值电压水平的增加；
第二电阻，其具有连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号的第一端；以及
第二晶体管，其具有连接到第二电阻的第二端以接收来自第一晶体管的电流信号的集电极、和连接到第一电阻-电容网络的基极，当供电电压自第二阈值电压水平增大时，第二晶体管由第一电阻-电容网络启用以下拉控制信号的电压水平，从而防止控制信号下拉控制电压的电压水平，以及在第一晶体管、第二晶体管启用时，第二电阻限制在第二晶体管的集电极上接收的电流信号。
示例地，控制电路包括：
第一晶体管，其具有连接到电压调节器的源极、连接到检测电路的栅极、和当输出电压自第一阈值电压水平下降时生成电流信号的漏极；
电流镜电路，其连接到供电电压、和连接到第一晶体管的漏极以接收电流信号，其产生镜像的电流信号；以及
第一电阻，其连接到电流镜电路以接收镜像的电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
示例地，检测电路包括：
第一电阻-电容网络，其连接到电压调节器以接收输出电压，第一电阻-电容网络检测输出电压自第一阈值电压水平的下降，当输出电压自第一阈值电压水平下降时，第一电阻-电容网络启用控制电路来产生控制信号；以及
二极管，其连接到第一电阻-电容网络，用来启用第一电阻-电容网络。
示例地，电压调节系统进一步包括：
开关，其连接到限流电路，并连接到前馈电路以接收控制信号，控制信号控制开关的闭合与打开，当开关闭合时控制电压的电压水平被下拉以控制输出电流中的涌浪电流。
附图说明
以下关于本发明优选的实施方式的描述在结合附加的图阅读时更好理解。本发明以所附的图而示例地展现，其中相似的标记指示相似的元件。
图1是一种包括电压调节器的电压调节系统的电路示意图；
图2是根据本发明一种实施方式的包括连接到限流电路和第一前馈电路的电压调节器的电压调节系统的电路示意图；以及
图3是根据本发明另一种实施方式的包括连接到限流电路和第二前馈电路的电压调节器的电压调节系统的电路示意图。
具体实施方式
对于所附的图的详细描述意为本发明的当前优选的实施方式的描述，其不意欲代表本发明可被实施的唯一形式。可以理解的是，相同或等同的功能可以不同的实施方式来完成，其应当包括在本发明的精神与范围之内。
现在参考图2，其示出了根据本发明一种实施方式的电压调节系统200的电路示意图，其包括电压调节器202，其连接到限流电路204和第一前馈电路206。电压调节系统200进一步包括控制开关208、负载电容器210、以及负载212。
电压调节器202连接在供电电压Vin与地之间。供电电压Vin由外部电源(未示出)产生。电压调节器202接收参考电压Vref和反馈电压Vfb，并生成输出电压Vout。电压调节器202将输出电压Vout调节到所需的电压水平。电压调节器202为低功率电压调节器，例如LDO电压调节器。电压调节器202包括第一差分放大器214、传输晶体管216、以及电阻网络218。
第一差分放大器214具有反相输入端和同相输入端，分别用来接收参考电压Vref和反馈电压Vfb。第一差分放大器214在其输出端上生成误差电压Verror。参考电压Vref为具有所需的电压水平的带隙参考电压信号。参考电压Vref由外部参考电压发生器(未示出)产生。
传输晶体管216为P沟道金属氧化物半导体(Metal-Oxide Semiconductor，PMOS)晶体管。传输晶体管216具有接收供电电压Vin的源极和连接到第一差分放大器214的输出端以接收误差电压Verror的栅极。传输晶体管216还具有用于生成输出电压Vout的漏极。在一种实施方式中，传输晶体管216的漏极代表了电压调节器202的输出端。
电阻网络218为分压电路，其包括连接在传输晶体管216的漏极和地之间的串联的第一电阻220a和第二电阻220b。电阻网络218接收输出电压Vout，并生成反馈电压Vfb，其被提供给第一差分放大器214。电阻网络218具有在第一、第二电阻220a、220b之间的抽头，用于生成反馈电压Vfb，其为输出电压Vout的分数。可以理解的是，电阻网络218可以包括任何数目的电阻器。
负载电容器210具有连接到传输晶体管216的漏极以接收输出电压Vout的第一端，以及接地的第二端。负载电容器210增加了电压调节器202的稳定性。负载电容器210和负载212形成电压调节器202的负载。
第一差分放大器214将反馈电压Vfb与参考电压Vref之差放大，以生成误差电压Verror。误差电压Verror控制传输晶体管216的导通水平，以将输出电压Vout调节到所需的电压水平。在优选的实施方式中，当电压调节器202的输出电压Vout落到所需的电压水平以下时，反馈电压Vfb也下降。基于反馈电压Vfb的下降，第一差分放大器214将误差电压Verror的电压水平下拉，从而提高传输晶体管216的导通水平。由于传输晶体管216的导通水平的提高，输出电压Vout增大，以维持所需的电压水平。在另一实施方式中，当电压调节器202的输出电压Vout自所需的电压水平而增大时，反馈电压Vfb也增大。基于反馈电压Vfb的增大，第一差分放大器214将误差电压Verror的电压水平上拉，从而降低传输晶体管216的导通水平。由于传输晶体管216的导通水平的下降，输出电压Vout下降以维持所需的电压水平。
在一种情形下，输出电压Vout的下降是由于负载212的电阻变化导致的，例如负载212的短路。在这种情况下，输出电压Vout的下降导致电压调节器202的输出电流Iout的增大。增大的输出电流Iout可能损坏传输晶体管216。连接到电压调节器202的限流电路204将输出电流Iout控制在安全运行区域(SOA)以内，从而防止对传输晶体管216的损伤。SOA定义运行传输晶体管216的最大电压和电流水平。限流电路204包括电流感测电路222、第二差分放大器224、以及控制晶体管226。
电流感测电路222连接到供电电压Vin和传输晶体管216的漏极。电流感测电路222基于输出电流Iout的增加而生成第一中间电压Vint1。电流感测电路222包括第三电阻228和第一晶体管230。
第三电阻228具有连接到供电电压Vin的第一端和连接到第一晶体管230的第二端。第一晶体管230是PMOS晶体管，其具有连接到第三电阻228的源极、以及分别连接到传输晶体管216的漏极和栅极的漏极和栅极。第一晶体管230的栅极还连接到第一差分放大器214的输出端。第一晶体管230感测输出电流Iout的增加。由第一晶体管230所感测的输出电流Iout的增加产生一个跨第三电阻228的压降。基于跨第三电阻228的压降，第一中间电压Vint1被生成。在一种实施方式中，供电电压Vin和第三电阻228上的压降之间的差表示了第一中间电压Vint1。电流感测电路222在第三电阻228的第二端具有电压抽头，以输出第一中间电压Vint1。
第二差分放大器224具有反相输入端，以接收供电电压Vin。第二差分放大器224还具有连接到第三电阻228的第二端以接收第一中间电压Vint1的同相输入端。第二差分放大器224的同相输入端还连接到第一晶体管230的源极。第二差分放大器224在其输出端上生成控制电压Vpu。
控制晶体管226是PMOS晶体管。控制晶体管226具有接收供电电压Vin的源极和连接到第二差分放大器224的输出端以接收控制电压Vpu的栅极。控制晶体管226还具有连接到传输晶体管216和第一晶体管230的栅极的漏极。控制晶体管226在其漏极上生成第二中间电压Vint2。控制晶体管226进一步将第二中间电压Vint2提供给传输晶体管216和第一晶体管230的栅极。
当输出电流Iout自所需的电流水平增大时，流经第一晶体管230的电流也增大。输出电流Iout的增大使跨第三电阻228的压降增大。基于跨第三电阻228的压降的增大，第一中间电压Vint1(即供电电压Vin和跨第三电阻228的压降之差)下降。第二差分放大器224随后接收第一中间电压Vint1，并将第一中间电压Vint1与供电电压Vin之差放大，以生成控制电压Vpu。基于第一中间电压Vint1的下降，控制电压Vpu的电压水平被拉低，从而控制晶体管226导通。当控制晶体管226导通(即：激活)时，控制晶体管226生成第二中间电压Vint2并将其提供给传输晶体管216和第一晶体管230。控制晶体管226还将第二中间电压Vint2的电压水平上拉以降低传输晶体管216和第一晶体管230的导通水平。从而，电压调节器202的输出电流Iout下降，以实现所需的电流水平。限流电路204形成反馈回路，用于将输出电流Iout控制为所需的电流水平。
第一前馈电路206接收供电电压Vin，并连接到电压调节器202以接收输出电压Vout。第一前馈电路206还通过控制开关208连接到限流电路204。第一前馈电路206形成前馈回路，以控制输出电流Iout中的涌浪。第一前馈电路206包括第一检测电路232、第一电阻-电容(RC)网络(RC1)234、以及第一控制电路236。第一前馈电路206还包括第二晶体管238、第一二极管240、以及第四电阻242。
第一检测电路232接收供电电压Vin，并连接到电压调节器202以接收输出电压Vout。第一检测电路232还连接到第一控制电路236。第一检测电路232包括第二RC网络(RC2)243，其包括第一电容244和第五电阻246。第一检测电路232还包括第二二极管248。
第二RC网络243接收供电电压Vin，并连接到电压调节器202以接收输出电压Vout。第二RC网络243检测输出电压Vout的下降和供电电压Vin的增大中的至少一者。
第一电容244具有连接到电压调节器202的输出端以接收输出电压Vout的第一端、以及连接到第五电阻246的第二端。第五电阻246具有连接到供电电压Vin的第一端和连接到第一电容244的第二端的第二端。第一电容244和第五电阻246基于输出电压Vout自第一阈值电压水平的下降或供电电压Vin自第二阈值电压水平的上升而生成第一检测信号DS1。在一种实施方式中，当输出电压Vout从所需的电压水平下降1伏/微秒(V/μs)时，第一电容244和第五电阻246生成第一检测信号DS1。从而，在该情形下，第一阈值电压水平比所需的电压水平低1V。在另一实施方式中，当供电电压Vin增加1伏/微秒(V/μs)时，第一电容244和第五电阻246生成第一检测信号DS1。从而，在该情形下，第二阈值电压水平比供电电压Vin的电压水平高1V。
第二二极管248具有第一端以接收供电电压Vin，以及具有第二端，其第二端连接到第五电阻246的第二端、第一电容244的第二端、以及第一控制电路236。第二二极管248为第一电容244提供放电路径。第二二极管248提升第二RC网络243的运行速度。
第一RC网络234连接在供电电压Vin与地之间。第一RC网络234检测供电电压Vin的上升。第一RC网络234基于供电电压Vin自第二阈值电压水平上升而生成第二检测信号DS2。第一RC网络234包括第二电容250和第六电阻252。
第二电容250具有连接到供电电压Vin的第一端和连接到第六电阻252的第二端。第六电阻252具有连接到第二电容250的第一端和接地的第二端。当供电电压Vin由第二阈值电压水平上升时，第二电容250充电，并生成第二检测信号DS2。
第一控制电路236接地，并接收供电电压Vin。第一控制电路236还连接到第一检测电路232以接收第一检测信号DS1。第一控制电路236基于第一检测信号DS1而生成第一控制信号CS1。换言之，当第一检测电路232检测到输出电压Vout自第一阈值电压水平下降或者供电电压Vin自第二阈值电压水平上升的至少一者时，第一控制电路236生成第一控制信号CS1。第一控制电路236包括第三晶体管254和第七电阻256。
第三晶体管254是PNP型双极结型晶体管(Bi-polar Junction Transistor，BJT)。第三晶体管254具有接收供电电压Vin的发射极、以及连接到第一电容244和第五电阻246以接收第一检测信号DS1的基极。第三晶体管254还具有连接到第四电阻242和第七电阻256的集电极。第七电阻256具有连接到第三晶体管254的集电极的第一端、以及接地的第二端。当第三晶体管254基于第一检测信号DS1而导通时，第一电流信号I1自第三晶体管254流向第七电阻256，从而产生跨第七电阻256的压降。基于跨第七电阻256的压降，第一控制信号CS1被产生。第二二极管248为第一电容器244提供向第三晶体管254的基极的放电路径。
第二晶体管238为NPN型BJT。第二晶体管238具有接地的发射极、连接到第四电阻242的集电极、以及连接到第一RC网络234以接收第二检测信号DS2的基极。第二晶体管238的基极还连接到第一二极管240。第二晶体管238在激活时防止第一控制信号CS1将第一控制开关208闭合。
第一二极管240具有连接到第二晶体管238的基极的第一端，以及接地的第二端。第一二极管240为第二电容器250提供向第二晶体管238的基极的放电路径。从而，第一二极管240提升了第一RC网络234的运行速度。
第四电阻242是限流电阻器，其具有连接到第三晶体管254的集电极的第一端、以及连接到控制开关208的栅极的第二端。第四电阻242的第二端还连接到第二晶体管238的集电极。第四电阻器242限制了第一控制信号CS1的电流水平。
控制开关208具有接地的源极、连接到第一前馈电路206以接收第一控制信号CS1的栅极、以及连接到第二差分放大器224的输出端的漏极。控制开关208的漏极还连接到控制晶体管226的栅极。控制开关208是N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。在一种实施方式中，控制开关208是NPN BJT。在另一种实施方式中，控制开关208是场效应晶体管(FieldEffect Transistor，FET)。
在运行时，当负载212短路时，输出电压Vout自第一阈值电压水平陡然下降，输出电压Iout出现涌浪。第一电容器244检测到输出电压Vout从第一阈值电压水平上的下降，并充电以生成第一检测信号DS1。第一检测信号DS1激活第三晶体管254。第三晶体管254在激活时传导第一电流信号I1。第一电流信号I1形成跨第七电阻256的压降。基于跨第七电阻256的压降，第一控制信号CS1被产生。第一控制信号CS1将控制开关208闭合。当控制开关208闭合时，控制电压Vpu的电压水平被下降到地，从而使控制晶体管226导通。
当控制晶体管226导通时，第二中间电压Vint2生成。第二中间电压Vint2拉高传输晶体管216和第一晶体管230的栅极的电压水平，以降低传输晶体管216和第一晶体管230的导通水平。换言之，第二中间电压Vint2上拉传输晶体管216的栅极的电压水平以在短时间内关断(即：失效)传输晶体管216和第一晶体管230。基于传输晶体管216的导通水平的下降，输出电流Iout的涌浪被阻止。当输出电流Iout的涌浪被阻止时，限流电路204接管控制，并将输出电流Iout如前所述地限制在所需的电流水平。换言之，第一前馈电路206作用为实现所需的电流水平而不产生任何过冲(即涌浪)的更快的路径，而限流电路204作用为较慢的路径。当负载212重复地多次短路时，第一二极管240、第二二极管248提升第一前馈电路206的运行速度。
在一种实施方式中，当供电电压Vin由第二阈值电压水平增大时，第三晶体管254被激活。第三晶体管254的激活拉高传输晶体管216的栅极的电压水平，这在输出电流Iout没有出现涌浪时也是不良的。在此情形，第一RC网络234通过第二晶体管238而阻止传输晶体管216的栅极电压水平上拉。当供电电压Vin由第二阈值电压水平上升时，第二电容250充电，并生成第二检测信号DS2。第二检测信号DS2开启第二晶体管238，从而将第一控制信号CS1的电压水平下拉至地。当第一控制信号CS1的电压水平被下拉至地时，控制开关208导通，从而控制晶体管226不启用。因此，在供电电压Vin增大时传输晶体管216的栅极上的电压水平的上拉得以被阻止。换言之，第一前馈电路206运行为与门，其屏蔽供电电压Vin的增加，并只响应于输出电压Vout的下降。
可以理解的是，传输晶体管216、控制晶体管226、第一晶体管230可以实现为使用NMOS晶体管，这并不背离本发明的主旨。
现在参考图3，其示出了根据本发明另一实施方式的电压调节系统300的电路示意图，该电压调节系统300包括电压调节器202，其连接到限流电路204和第二前馈电路302。该电压调节系统300还包括控制开关208、负载电容器210、以及负载212。
第二前馈电路302接收供电电压Vin，并连接到电压调节器202以接收输出电压Vout。第二前馈电路302还经由控制开关208连接到限流电路204。第二前馈电路302形成前馈环路，以控制输出电流Iout中的涌浪。第二前馈电路302包括第二检测电路304和第二控制电路306。
第二检测电路304连接到电压调节器202以接收输出电路Vout。第二检测电路304还连接到第二控制电路306。第二检测电路304包括第三RC网络(RC3)307，其包括第八电阻308和第三电容310。第二检测电路304还包括第三二极管312。
第三RC网络307连接到电压调节器202以接收输出电压Vout，并且还连接到地。第三RC网络307检测输出电压Vout的下降，并生成第三检测信号DS3。
第八电阻308具有连接到电压调节器202的输出端以接收输出电压Vout的第一端、以及连接到第三电容310的第二端。第三电容310具有连接到第八电阻308的第一端、以及接地的第二端。第三电容310基于输出电压Vout的下降而生成第三检测信号DS3。第三二极管312具有第一端，其连接到第八电阻308的第一端和电压调节器202的输出端。第三二极管312还具有第二端，其连接到第八电阻308的第二端和第三电容310。第三二极管312为第三电容310提供放电路径。从而，第三二极管312提升了第三RC网络307的运行速度。
第二控制电路306接地，并接收供电电压Vin。第二控制电路306还连接到第二检测电路304以接收第三检测信号DS3。第二控制电路306基于第三检测信号DS3而生成第二控制信号CS2。换言之，当第二检测电路304检测到输出电压Vout自第一阈值电压水平下降时，第二控制电路306生成第二控制信号CS2。第二控制电路306包括第四晶体管314、电流镜电路316、以及第九电阻318。
第四晶体管314为NMOS晶体管，其具有连接到第三电容310和第八电阻308的栅极，以接收第三检测信号DS3。第四晶体管314还具有连接到第八电阻308和电压调节器202的源极、以及连接到电流镜电路316的漏极。基于第三检测信号DS3，第四晶体管314导通并在其漏极上生成第二电流信号I2。
电流镜电路316连接到第九电阻318，还连接到第四晶体管314以接收第二电流信号I2。电流镜电路316对第二电流信号I2镜像，并生成镜像的第二电流信号I3电流镜电路316包括第五晶体管320和第六晶体管322。第五晶体管320为PMOS晶体管，其具有接收供电电压Vin的源极和与漏极相接的栅极。第五晶体管320的栅极还连接到第六晶体管322的栅极。第六晶体管322为PMOS晶体管，其具有用于接收供电电压Vin的源极、以及连接到第九电阻318的漏极。第六晶体管322在其漏极上输出镜像的第二电流信号I3。
第九电阻318具有连接到第六晶体管322的漏极的第一端、以及接地的第二端。镜像的第二电流信号I3形成跨第九电阻318的压降。跨第九电阻318的压降代表了第二控制信号CS2。
在运行时，当负载212短路时，输出电压Vout自第一阈值电压水平陡然下降，输出电流Iout出现涌浪。第三电容器310检测到输出电压Vout自第一阈值电压水平上的下降，并充电以生成第三检测信号DS3。在一种实施方式中，第三检测信号DS3代表跨第三电容310的压降。
第三检测信号DS3激活第四晶体管314，第四晶体管314在其漏极输出第二电流信号I2。基于第二电流信号I2，第五晶体管320和第六晶体管322导通，以生成镜像的第二电流信号I3。第九电阻318接收镜像的第二电流信号I3，从而第二控制信号CS2被生成。
第二控制信号CS2将控制开关208闭合。当控制开关208闭合时，控制电压Vpu的电压水平被下降到地，从而使控制晶体管226导通。控制晶体管226随后生成第二中间电压Vint2以降低传输晶体管216和第一晶体管230的导通水平，从而防止输出电流Iout中的涌浪。在负载212重复地多次短路时，第三二极管312提升第二前馈电路302的运行速度。当输出电流Iout的涌浪被阻止时，限流电路204接管控制，并将输出电流Iout限制在所需的电流水平。
可以理解的是，使用第一前馈电路206和第二前馈电路302来控制输出电流Iout中的涌浪并不局限于电压调节器202和限流电路204。在一种实施方式中，第一前馈电路206、第二前馈电路302可以与其他既知的电压调节器和限流电路的实现方式一起使用。
在此描述了用于控制电压调节器202的输出电流Iout中的涌浪的第一前馈电路206、第二前馈电路302。第一前馈电路206、第二前馈电路302形成前馈回路，从而第一前馈电路206、第二前馈电路302的响应时间快于限流电路204的响应时间。得益于较快的响应时间，第一前馈电路206和第二前馈电路302防止了输出电流Iout中的涌浪，从而防止了由于电流涌浪而引起的对于传输晶体管216的任何损害。通过防止输出电流Iout中的涌浪，第一前馈电路206和第二前馈电路302还防止了在传输晶体管216中功率耗散的增加。
可以理解的是，相同的逻辑功能可以由晶体管、电阻器、电容器的不同布置、或者使用正信号或负信号来运行的电子电路来实现。从而，对于前述的布置中的晶体管、电阻器、电容器的部分的变化不应视为偏离本发明的范围。
尽管本发明的各种实施方式已被展示和描述，应当清楚的是本发明不应仅限于此等实施方式。应当理解，种种修改、变化、变换、替换或等同都是可能的，然而并不偏离如权利要求中所述的本发明的主题与范畴。

Claims (9)

1.一种电压调节系统，其特征在于，包括：
电压调节器，其接收供电电压、参考电压、和反馈电压，并生成输出电压；
限流电路，其接收供电电压并连接到电压调节器，限流电路生成控制电压，以控制电压调节器的输出电流；以及
前馈电路，其接收供电电压、并连接到电压调节器以接收输出电压，前馈电路生成控制信号以在输出电压从第一阈值电压水平下降时下拉控制电压的电压水平，以控制输出电流中的涌浪；
所述前馈电路包括：
检测电路，其连接到电压调节器以接收输出电压，检测电路检测输出电压自第一阈值电压水平何时下降；以及
控制电路，其连接到供电电压、及连接到检测电路，控制电路在检测电路检测到输出电压自第一阈值电压水平的下降时生成控制信号，所述控制电路包括：第一晶体管，其具有连接到供电电压的发射极、以及连接到检测电路的基极，第一晶体管在输出电压自第一阈值电压水平下降时在集电极上产生电流信号；以及第一电阻，其连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
2.如权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，电压调节器包括：
第一差分放大器，具有用于接收参考电压的反相输入端、用于接收反馈电压的同相输入端、和用于生成误差电压的输出端；以及
传输晶体管，具有用于接收供电电压的源极、连接到第一差分放大器以接收误差电压的栅极、以及用于生成输出电压的漏极，输出电压基于误差电压而调节。
3.如权利要求2所述的电压调节系统，其特征在于，电压调节器进一步包括：
电阻网络，其连接到传输晶体管的漏极，电阻网络接收输出电压并生成反馈电压。
4.如权利要求2所述的电压调节系统，其特征在于，限流电路包括：
电流感测电路，其连接到供电电压和电压调节器，电流感测电路生成第一中间电压；
第二差分放大器，其具有用于接收供电电压的反相输入端、用于接收第一中间电压的同相输入端、以及生成控制电压的输出端；以及
控制晶体管，其具有接收供电电压的源极、连接到传输晶体管的栅极的漏极、以及连接到第二差分放大器的输出端以接收控制电压的栅极，控制电压基于控制电压而激活控制晶体管以控制输出电流来得到阈值电流水平。
5.如权利要求4所述的电压调节系统，其特征在于，电流感测电路包括：
第一电阻，其具有连接到供电电压的第一端、和连接到第二差分放大器的同相输入端以提供第一中间电压的第二端，第一中间电压基于跨第一电阻的压降；以及
第一晶体管，其具有连接到第一电阻的第二端的源极、连接到传输晶体管的漏极的漏极、以及连接到传输晶体管的栅极的栅极，第一晶体管感测电压调节器的输出电流。
6.如权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，前馈电路进一步包括：
第一电阻-电容网络，其连接到供电电压，第一电阻-电容网络检测供电电压自第二阈值电压水平的增加；
第二电阻，其具有连接到第一晶体管的集电极以接收电流信号的第一端；以及
第二晶体管，其具有连接到第二电阻的第二端以接收来自第一晶体管的电流信号的集电极、和连接到第一电阻-电容网络的基极，当供电电压自第二阈值电压水平增大时，第二晶体管由第一电阻-电容网络启用以下拉控制信号的电压水平，从而防止控制信号下拉控制电压的电压水平，以及在第一晶体管、第二晶体管启用时，第二电阻限制在第二晶体管的集电极上接收的电流信号。
7.如权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，控制电路包括：
第一晶体管，其具有连接到电压调节器的源极、连接到检测电路的栅极、和当输出电压自第一阈值电压水平下降时生成电流信号的漏极；
电流镜电路，其连接到供电电压、和连接到第一晶体管的漏极以接收电流信号，其产生镜像的电流信号；以及
第一电阻，其连接到电流镜电路以接收镜像的电流信号，控制信号基于跨第一电阻的压降而产生。
8.如权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，检测电路包括：
第一电阻-电容网络，其连接到电压调节器以接收输出电压，第一电阻-电容网络检测输出电压自第一阈值电压水平的下降，并当输出电压自第一阈值电压水平下降时启用控制电路来产生控制信号；以及
二极管，其连接到第一电阻-电容网络，用来启用第一电阻-电容网络。
9.如权利要求1所述的电压调节系统，其特征在于，进一步包括：
开关，其连接到限流电路，并连接到前馈电路以接收控制信号，控制信号控制开关的闭合与打开，当开关闭合时控制电压的电压水平被下拉以控制输出电流中的涌浪电流。
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