[0001] La présente invention concerne le domaine des régulateurs de tension linéaires qui
sont destinés à fournir une tension régulée à partir d'une tension de référence et
d'une tension d'alimentation non stabilisée. L'invention concerne, plus particulièrement,
les régulateurs dont un élément de puissance est connecté en série avec la charge
à alimenter et qui sont conçus pour introduire une faible chute de tension série (LDO),
de façon à pouvoir fonctionner avec une tension d'alimentation minimale.
[0002] La figure 1 représente un exemple classique de régulateur linéaire auquel s'applique
la présente invention. Un tel régulateur est destiné à alimenter une charge (Q) 2.
Le régulateur est essentiellement constitué d'un transistor MOS de puissance 1 destiné
à être connecté en série avec la charge 2. Cette association en série est connectée
entre une borne 3 d'application d'un potentiel plus positif Vbat et une borne 4 d'application
d'un potentiel plus négatif (par exemple, la masse). La tension Vbat est, par exemple,
fournie par une batterie (non représentée). Le transistor 1 est commandé par un circuit
de régulation 5, généralement basé sur un amplificateur différentiel. Une première
entrée inverseuse du circuit 5 reçoit une tension de référence Vref et une deuxième
entrée non-inverseuse reçoit la tension de sortie Vout, prélevée au point milieu de
l'association en série du transistor 1 avec la charge 2. Ce point milieu constitue
la borne 6 de sortie du régulateur. Un condensateur C est généralement connecté entre
la borne 6 et la masse pour filtrer et stabiliser la tension de sortie Vout.
[0003] Le fonctionnement d'un régulateur tel qu'illustré par la figure 1 est parfaitement
classique et ne sera pas détaillé. On se bornera à signaler que l'amplificateur 5
est, le plus souvent, alimenté par la tension Vbat et que la tension de référence
Vref est généralement fournie par un circuit de référence propre à délivrer une tension
stable et précise, par exemple, un circuit du type connu sous la dénomination anglosaxonne
"bangap".
[0004] Un exemple d'application des régulateurs linéaires est le domaine des téléphones
mobiles. Dans ce genre d'application, la batterie du téléphone sert à alimenter un
ou plusieurs régulateurs linéaires qui doivent, en aval, fournir les alimentations
nécessaires aux différents circuits de polarisation, de commande et de traitement
numérique et analogique. La tension Vout délivrée par le régulateur doit généralement
être très précise. Par exemple, dans une application à la téléphonie, on souhaite
une précision de plus ou moins 3%.
[0005] Le transistor de puissance 1 est généralement volumineux dans la mesure où le régulateur
doit fonctionner sur toute la plage de fonctionnement en courant des circuits qu'il
alimente en aval. Par exemple, pour un régulateur devant être capable de délivrer
un courant allant jusqu'à 100 mA, la surface nécessaire pour réaliser le transistor
de puissance est de l'ordre de 1 mm
2. L'importance de la surface requise est également liée au fait que, pour respecter
la contrainte d'une faible chute de tension en série, la résistance du transistor
1 doit être, à l'état passant (RdsON), la plus faible possible.
[0006] Une conséquence de l'encombrement important du transistor de puissance est que sa
capacité de grille est généralement relativement importante. Par exemple, pour un
transistor du type de celui indiqué ci-dessus à titre d'exemple, on obtient une capacité
de grille de l'ordre de 100 picofarads.
[0007] Un problème qui se pose alors est lié à l'apparition de surtensions au démarrage
du régulateur. En effet, lorsque le circuit est éteint, la tension de sortie est nulle
et l'amplificateur 5 n'est, par conséquent, pas équilibré.
[0008] Lorsque le circuit est mis sous tension ou, plus précisément, lorsque le régulateur
est allumé par un signal spécifique, le transistor 1 fournit alors un courant important
au condensateur C qui se charge. Tant que la tension Vout n'atteint pas la tension
Vref souhaitée en sortie, l'amplificateur 5 reste déséquilibré. Lorsque les tensions
Vout et Vref deviennent égales, la borne de sortie de l'amplificateur 5 commute pour
arrêter la fourniture de courant importante dans le transistor 1. Toutefois, en raison
de la forte capacité de grille du transistor 1, celle-ci n'est pas chargée immédiatement
et il en découle un retard à la réaction du circuit. La tension de sortie excède alors
la valeur souhaitée et on assiste à une surtension.
[0009] Cette surtension doit rester dans les limites acceptables en fonction des tolérances
requises pour la tension de sortie. Plus la capacité de grille est importante, plus
il est difficile de respecter cette contrainte.
[0010] L'étage de sortie (non représenté en figure 1) de l'amplificateur 5 est généralement
constitué d'un transistor MOS à canal N (plus précisément, de type de canal opposé
à celui du transistor de puissance) en série avec une source de courant. La source
de courant est elle-même en parallèle avec une résistance, dite de grille, dont le
rôle est, précisément, de charger la capacité de grille du transistor de puissance
1 lorsque la sortie de l'amplificateur commute. La résistance de grille sert également
à fixer le gain de l'amplificateur et conditionne la stabilité du circuit. Un autre
rôle de cette résistance est de polariser l'étage de sortie de l'amplificateur 5.
Par conséquent, la valeur de cette résistance conditionne également la consommation
du circuit. Or, bien entendu, dans les applications où on souhaite une miniaturisation
élevée, on souhaite également minimiser la consommation pour des questions évidentes
d'autonomie.
[0011] De ce qui précède, on voit qu'il n'est pas souhaitable d'agir sur cette résistance
sous peine de voir les caractéristiques du régulateur se détériorer en régime établi.
[0012] La présente invention vise à proposer une nouvelle solution qui pallie les problèmes
de surtension au démarrage des régulateurs linéaires classiques.
[0013] La présente invention vise, en particulier, à proposer une solution qui soit compatible
avec une faible consommation du circuit en régime établi.
[0014] L'invention vise également à proposer une solution qui soit aisément paramétrable
pour régler le temps de réponse du circuit au démarrage.
[0015] Une première solution serait de modifier la référence de tension de l'amplificateur,
pendant le démarrage. Toutefois, cette solution n'est pas souhaitable en pratique
dans la mesure où une même référence de tension sert généralement à plusieurs régulateurs
linéaires. Par conséquent, en modifiant cette référence, on risque de nuire au fonctionnement
d'autres régulateurs qui seraient, eux, en régime établi.
[0016] La présente invention vise à proposer une solution qui soit compatible avec un fonctionnement
individualisé de plusieurs régulateurs utilisant une même référence de tension.
[0017] Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un régulateur linéaire du
type comprenant un transistor MOS de puissance d'un premier type de canal, commandé
par un amplificateur dont un étage de sortie comprend, entre deux bornes d'application
d'une tension d'alimentation, une première résistance et un premier transistor MOS
de commande d'un deuxième type de canal, le régulateur comprenant un circuit de démarrage
ayant une résistance commutable en parallèle sur ladite première résistance.
[0018] Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit de démarrage comporte,
en série entre la source et la grille du transistor MOS de puissance, ladite résistance
commutable et des premier et deuxième transistors MOS de commande du premier type
de canal.
[0019] Selon un mode de réalisation de la présente invention, les deux transistors MOS de
commande du circuit de démarrage sont passants à l'allumage du régulateur, le blocage
du premier transistor étant progressif au moyen d'une rampe de commande.
[0020] Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième transistor du
circuit de démarrage est bloqué à la fin de la rampe de blocage du premier transistor.
[0021] Selon un mode de réalisation de la présente invention, la durée de la rampe de blocage
du premier transistor est choisie pour être nettement supérieure au temps nécessaire,
à la sortie du régulateur linéaire, pour atteindre une tension souhaitée.
[0022] Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit de démarrage comprend
un générateur de rampe pour commander le premier transistor de commande et un circuit
logique de verrouillage pour ouvrir brusquement le deuxième transistor de commande
à la fin de la rampe de commande du premier transistor.
[0023] Selon un mode de réalisation de la présente invention, la résistance du circuit de
démarrage est au moins dix fois inférieure à la résistance de l'étage de sortie de
l'amplificateur de commande.
[0024] Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transistor de puissance
est à canal P pour constituer un régulateur de tension positive.
[0025] Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transistor de puissance
est à canal N pour constituer un régulateur de tension négative.
[0026] L'invention prévoit également un procédé de commande d'un régulateur linéaire constitué
d'un transistor MOS de puissance et d'un amplificateur de régulation dont un étage
de sortie comporte, en série entre deux bornes d'alimentation, une résistance et un
transistor MOS de commande, de type de canal opposé par rapport au transistor de puissance,
le procédé consistant à diminuer ladite résistance lors du démarrage du régulateur.
[0027] Selon un mode de réalisation de la présente invention, la procédé consiste à commuter
une résistance en parallèle avec la résistance de l'étage de sortie de l'amplificateur.
[0028] Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention
seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers
faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
:
la figure 1, qui a été décrite précédemment, est destinée à exposer l'état de la technique
et le problème posé ;
la figure 2 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation simplifié
d'un régulateur linéaire selon la présente invention ;
la figure 3 représente un détail d'un circuit de démarrage d'un régulateur selon un
mode de réalisation de la présente invention ;
la figure 4 est un schéma électrique détaillé d'un circuit de démarrage selon un mode
de réalisation de la présente invention ; et
les figures 5A à 5F illustrent, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement d'un
régulateur linéaire selon la présente invention.
[0029] Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures.
Pour des raisons de clarté, seuls les éléments du régulateur linéaire qui sont nécessaires
à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits
par la suite. En particulier, la constitution de l'amplificateur différentiel du régulateur
n'a pas été détaillée pour être parfaitement classique, de même que le circuit délivrant
la référence de tension d'un régulateur linéaire.
[0030] Une caractéristique de la présente invention est de prévoir, entre la grille du transistor
de puissance (par exemple, à canal P) et la borne (opposée à la charge) d'application
de la tension d'alimentation à laquelle ce transistor est relié en direct, une résistance
commutable. Selon l'invention, cette résistance est commandée pour être insérée dans
le circuit uniquement lors du démarrage du régulateur, et est de valeur inférieure
à celle de la résistance de l'étage de sortie de l'amplificateur de régulation.
[0031] Par l'insertion d'une résistance supplémentaire en parallèle sur la résistance fixant
le gain de l'amplificateur de régulation, on diminue la résistance chargeant la grille
du transistor de puissance et, par conséquent, on accélère la charge de sa capacité
de grille lors du démarrage. La figure 2 représente, de façon très schématique, un
régulateur 10 selon un mode de réalisation de la présente invention.
[0032] Comme précédemment, le régulateur comporte un amplificateur de régulation 5, connecté
entre une borne 3 d'application d'une tension positive Vbat et la masse 4, et qui
est chargé de commander un transistor MOS de puissance 1, connecté entre la borne
3 et une borne 6 de sortie à laquelle est reliée une charge 2. On fera référence par
la suite un régulateur linéaire utilisant un transistor MOS de puissance à canal P
et délivrant une tension positive. On notera toutefois que l'invention s'applique
également au cas d'un régulateur de tension négative ou d'un régulateur dont le transistor
MOS de puissance est à canal N.
[0033] L'amplificateur 5 classique est essentiellement constitué d'un étage différentiel
11 recevant, sur une borne inverseuse, la tension de référence Vref fixant la valeur
de la tension de sortie souhaitée et, sur une borne non-inverseuse, la tension de
sortie Vout du régulateur prélevée sur le drain 6 du transistor 1. Le cas échéant,
un pont diviseur résistif peut être introduit, entre la borne 6 et l'entrée non-inverseuse
de l'amplificateur 5, pour obtenir une tension Vout supérieure à la tension Vref.
L'étage différentiel 11 est alimenté par une source de courant 12 connectée à la borne
3. La sortie 13 de l'étage différentiel est envoyée sur un étage de sortie 14 constitué,
en série entre les bornes 3 et 4, d'une source de courant 15 et d'un transistor MOS
(ici, à canal N) 16 dont la grille est connectée à la borne 13. Le point milieu 17
de l'association en série de la source de courant 15 et du transistor 16 constitue
la borne de sortie de l'amplificateur 5, connectée à la grille du transistor 1. Une
résistance Rg, ayant pour rôles de fixer le gain de l'amplificateur 5, d'en assurer
la stabilité et de charger la grille du transistor 1, est connectée en parallèle sur
la source de courant 15.
[0034] Selon l'invention, on connecte en parallèle sur la résistance Rg, un circuit de démarrage
20 constitué, de façon fonctionnelle, d'un commutateur 21 en série avec une résistance
22. La valeur de la résistance 22 est choisie pour être faible (de préférence, dans
un rapport de 10 à 100) par rapport à la valeur de la résistance Rg. Ainsi, pour une
résistance Rg de l'ordre de la centaine de kΩ, on choisira, de préférence, une résistance
22 comprise entre 1 et 10 kΩ.
[0035] Lorsque le commutateur 21 est fermé, l'association en parallèle des résistances Rg
et 22 diminue la résistance de grille du transistor 1 par rapport à la simple valeur
de la résistance Rg, ce qui diminue le temps de charge de la capacité de grille du
transistor 1.
[0036] On notera que la commande du circuit de démarrage, c'est-à-dire la commutation du
commutateur 21, doit respecter certaines contraintes. En particulier, on veillera
à ne pas reproduire, sur la commutation de ce commutateur, le retard à la commutation
préjudiciable au fonctionnement des régulateurs classiques.
[0037] Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, on ne se contente
pas d'utiliser un transistor MOS pour réaliser le commutateur 21. En effet, en prévoyant
un seul transistor MOS en série avec la résistance 22, on risque de reproduire un
effet transitoire gênant sur ce transistor, qui se traduit encore par un retard sur
l'asservissement du transistor de puissance.
[0038] Par conséquent, une autre caractéristique de la présente invention est d'associer,
en série avec la résistance 22 du circuit de démarrage, deux commutateurs (de préférence,
deux transistors MOS) commandés de façon particulière comme on le verra par la suite.
[0039] La figure 3 représente, de façon partielle, un mode de réalisation d'un circuit de
démarrage selon l'invention, comprenant un commutateur 21 en série avec une résistance
22. Le commutateur 21 est ici constitué, entre la borne 3 et une première borne de
la résistance 22 dont la deuxième borne est connectée à la borne 17, d'un premier
transistor MOS MR, à canal P, en série avec un deuxième transistor MOS ML, à canal
P. Le transistor MR est commandé par un signal STARTUP tandis que le transistor ML
est commandé par un signal LOCK.
[0040] Selon l'invention, le signal STARTUP a la forme d'une rampe dont le rôle est de commander
le transistor MR en linéaire pour, suite à l'allumage, augmenter sa résistance série
(RdsON) qui s'ajoute à la résistance 22, le transistor ML étant dans un état de repos
normalement fermé à l'allumage du circuit. Le signal STARTUP est normalement à l'état
bas pour que, au démarrage du régulateur, le transistor MR soit fermé avec une résistance
série (RdsON) minimale. L'augmentation progressive de la résistance série du transistor
MR augmente progressivement la résistance en parallèle sur la résistance Rg et, par
voie de conséquence, entraîne une commutation progressive à l'ouverture du circuit
de démarrage de l'invention.
[0041] La rampe de commande en ouverture du transistor MR doit être suffisamment lente pour
que le démarrage soit fini à la fin de la rampe. En d'autres termes, on doit s'assurer
que le condensateur C a atteint le niveau de tension souhaité avant la fin de la rampe
d'ouverture du transistor MR.
[0042] Le rôle du transistor ML est de verrouiller l'ouverture du circuit de démarrage pour
éviter qu'une perturbation éventuelle de la tension de batterie Vbat ne rende de nouveau
passant le transistor MR sous l'effet d'une conduction parasite du générateur de rampe
comme on le verra par la suite.
[0043] Le transistor ML est commandé par un front, ce qui n'est pas gênant dans la mesure
où, quand on provoque son ouverture, le circuit de démarrage est déjà, en pratique,
ouvert par le transistor MR.
[0044] La figure 4 représente un mode préféré de réalisation d'un circuit de démarrage 20
selon la présente invention. La figure 4 ne représente pas seulement l'association
en série des transistors MR et ML constitutifs du commutateur 21 avec la résistance
22, mais également le circuit de génération des signaux respectifs STARTUP et LOCK
de commande des transistors MR et ML.
[0045] Le circuit 20 est basé sur un générateur de rampe 31 délivrant le signal STARTUP,
associé à un circuit logique de verrouillage 32 destiné à générer le signal LOCK lorsque
le signal STARTUP a atteint son état haut. A la figure 4, on a également représenté,
à titre d'exemple, des étages 33, 34 délivrant des signaux BP et BN de polarisation
des transistors MOS respectivement à canal P et à canal N.
[0046] Le circuit 20 de l'invention est destiné à être commandé exclusivement par le signal
d'activation du régulateur linéaire. Ce signal est constitué d'un signal logique PD
et de son inverse PDN. A la figure 4, le mécanisme d'inversion du signal d'extinction
PD ou d'allumage PDN n'a pas été représenté.
[0047] Le circuit de polarisation 33 est, par exemple, constitué, en série entre les bornes
3 et 4, d'un transistor MOS MP1, à canal P, et d'une source de courant 35. Le transistor
MP1 est monté en diode, sa source étant reliée à la borne 3 et son drain étant relié
à une première borne de la source de courant 35 dont l'autre borne est connectée à
la masse 4. Le drain du transistor MP1 est également connecté à sa grille et au drain
du transistor MP5, et constitue la borne de sortie du circuit 33 délivrant le signal
BP. La source de courant 35 est, par exemple, formée d'une résistance ou d'un transistor
MOS, à canal N, correctement polarisé.
[0048] Le circuit de polarisation 34 est, par exemple, constitué, en série entre la borne
3 et la borne 4, d'une source de courant 36 et d'un transistor MOS MN1, à canal N.
Le transistor MN1 est monté en diode, sa source étant connectée à la borne 4 et son
drain étant relié à une première borne de la source de courant 36 dont l'autre borne
est connectée à la borne 3. Le drain du transistor MN1 est également connecté à sa
grille et à la grille du transistor MN5, et constitue la borne de sortie du circuit
34 délivrant le signal BN. La source de courant 36 est, par exemple, formée d'une
résistance ou d'un transistor MOS, à canal P, correctement polarisé.
[0049] Quand le système est sous tension, c'est-à-dire lorsqu'une tension Vbat est appliquée
entre les bornes 3 et 4, les signaux BP et BN sont, respectivement, sensiblement aux
potentiels Vbat-Vtp (Vtp représente la tension seuil d'un transistor MOS à canal P)
et Vtn (Vtn représente la tension seuil d'un transistor MOS à canal N).
[0050] Selon le mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 4, le générateur
de rampe 31 est basé sur l'utilisation, en série entre les bornes 3 et 4, d'un transistor
MOS MP3, à canal P, associé à un condensateur C1 et, pour le verrouillage comme on
le verra par la suite, d'un transistor MOS MN3, à canal N. La source du transistor
MP3 est connectée à la borne 3. Son drain est connecté à une première borne du condensateur
C1 qui fixe la constante de temps de la rampe. L'autre borne du condensateur C1 est
connectée au drain du transistor MN3 dont la source est connectée à la masse. La grille
du transistor MP3 est connectée, par l'intermédiaire d'un transistor MOS MP4, à canal
P, à la borne 3. Le transistor MP4 est commandé par le signal PDN et son drain est,
outre connecté à la grille du transistor MP3, connecté à la source d'un transistor
MOS MP5, à canal P, dont le drain reçoit le signal BP et dont la grille reçoit le
signal PD. Le drain du transistor MP3 qui constitue la borne 37 de sortie du générateur
de rampe 31 est en outre connecté, par l'intermédiaire d'un transistor MOS MN4, à
canal N, commandé par le signal PD, à la borne 4.
[0051] Le rôle du transistor MP4 est de forcer, en étant passant, le blocage du transistor
MP3 lorsque le signal PDN est à l'état bas, c'est-à-dire lorsque le régulateur est
éteint.
[0052] Le rôle du transistor MP5 est, à l'inverse, de forcer la mise en conduction du transistor
MP3 en étant conducteur lorsque le signal PD est à l'état bas, c'est-à-dire lorsque
le régulateur est allumé.
[0053] Le rôle du transistor MN4 est de court-circuiter le condensateur C1 et le transistor
MN3 lorsque le signal PD est à l'état haut, c'est-à-dire lorsque le régulateur est
éteint.
[0054] Le signal STARTUP, délivré par la borne 37 de sortie du générateur de rampe 31, est
envoyé directement sur la grille du transistor MR et en entrée du circuit de verrouillage
32.
[0055] Le circuit 32 comprend, en série entre les bornes 3 et 4, un transistor MOS MP6,
à canal P, et deux transistors MOS MN5 et MN6, à canal N. La source du transistor
MP6 est connectée à la borne 3. Sa grille reçoit le signal STARTUP. Son drain est
connecté au drain du transistor MN6 dont la grille reçoit le signal PDN. La source
du transistor MN6 est connectée au drain du transistor MN5 dont la source est connectée
à la borne 4 et dont la grille reçoit le signal BN. Le drain commun des transistors
MP6 et MN6 est en outre connecté à l'entrée d'un inverseur 38 dont la sortie est envoyée
sur une bascule 39 constituée, par exemple, de deux portes 40 et 41, de type NON-OU
(NOR). La sortie de l'inverseur 38 est envoyée sur une première entrée de la porte
40 dont la sortie est envoyée sur une première entrée de la porte 41. La sortie de
la porte 41 constitue la sortie de la bascule 39, envoyée sur la deuxième entrée de
la porte 40. La deuxième entrée de la porte 41 reçoit le signal PD. La sortie de la
bascule 39 délivre le signal LOCK. La sortie de la bascule 39 est également, de préférence,
envoyée, par l'intermédiaire d'un inverseur 42, sur la grille du transistor MN3.
[0056] Le rôle du transistor MN3 est d'éviter une consommation permanente, hors des périodes
de démarrage, en isolant le générateur de rampe quand le signal LOCK passe à l'état
haut.
[0057] Le rôle du transistor MP6 est d'ouvrir la branche d'entrée du circuit 32 lorsque
le régulateur est éteint et de supprimer ainsi la consommation dans ce circuit 32.
[0058] On notera que les détails constitutifs des inverseurs et portes logiques du circuit
32 n'ont pas été décrits pour être parfaitement classiques, de même que les sources
de courant 35 et 36.
[0059] Le fonctionnement du circuit représenté en figure 4 est illustré par les figures
5A à 5F qui représentent, sous forme de chronogrammes, un exemple d'allure de signaux
caractéristiques d'un régulateur selon l'invention. La figure 5A représente l'allure
du signal PDN. La figure 5B représente l'allure du signal PD. La figure 5C représente
l'allure du signal STARTUP. La figure 5D représente l'allure du signal LOCK. La figure
5E représente l'allure du signal V17 de grille du transistor de puissance 1 du régulateur.
La figure 5F représente l'allure de la tension Vout en sortie du régulateur.
[0060] Initialement, c'est-à-dire lorsque le régulateur est éteint, les signaux PDN et PD
sont respectivement à l'état bas et à l'état haut. Le point 37 est tiré à la masse
par le transistor MN4 qui est passant et le signal STARTUP est donc à l'état bas.
Le transistor MR est donc passant. De même, le transistor MP6 est rendu passant par
l'état bas du noeud 37 alors que le transistor MN6 est bloqué par l'état bas du signal
PDN. Il en découle un niveau haut en entrée de l'inverseur 38 et, par conséquent,
un état bas en sortie de la bascule 39, c'est-à-dire en entrée de l'inverseur 42.
Le transistor ML est donc bien passant, le signal LOCK étant à l'état bas. De plus,
le transistor MN3 est également passant. Le générateur de rampe 31 est donc prêt à
fonctionner.
[0061] On suppose qu'à un instant t0, les signaux PD et PDN commutent pour un allumage du
régulateur, c'est-à-dire que le signal PD passe à l'état bas tandis que le signal
PDN passe à l'état haut. Cela se traduit, sur le circuit de verrouillage 32, par un
passage à l'état bas de la première entrée extérieure de la bascule 39 (la deuxième
entrée de la porte 41). La sortie de la bascule 39 ne change cependant pas d'état
(la sortie de la porte 40 étant toujours à l'état haut) tant que sa deuxième entrée
extérieure c'est-à-dire l'entrée de la porte 40 reliée à la sortie de l'inverseur
38 ne change pas d'état. Le transistor MN3 reste donc passant.
[0062] Côté générateur de rampe, le transistor MP4 est bloqué par la mise à l'état haut
du signal PDN. De plus, le transistor MP5 est rendu passant par la mise à l'état bas
du signal PD. Il en découle que le transistor MP3 devient passant, le courant dans
le transistor MP3 étant fixé par le courant dans le transistor MP1, donc par le signal
BP. Comme le transistor MN4 se trouve bloqué à l'instant t0 par la mise à l'état bas
du signal PD, le condensateur C1 est chargé par le transistor MP3. Tant que le transistor
MP3 est en saturation, il fournit un courant constant de charge du condensateur C1.
Le circuit 33 et, plus particulièrement, les tailles des transistors MP1 et MP5, sont
choisies de façon adéquate pour que le transistor MP3 soit en saturation. La charge
du condensateur C1 sous courant constant provoque bien une rampe de tension croissante
sur la grille du transistor MR (figure 5C), donc une ouverture progressive de ce transistor
par augmentation de sa résistance série (RdsON).
[0063] Quand le potentiel du noeud 37 atteint la tension Vbat-Vtp (instant t
1, figure 5C), la sortie de la bascule 39 commute. En effet, le transistor MP6 se bloque.
Comme le transistor MN6 est passant par le signal PDN à l'état haut et que le transistor
MN5 est également passant dès que le système est sous-tension, l'entrée de l'inverseur
38 commute à l'état bas. Sa sortie commute à l'état haut et la sortie de la porte
40 commute alors à l'état bas. La sortie de la porte 41 commute à l'état haut et,
par le rebouclage sur l'entrée de la porte 40, l'état alors obtenu est stable. La
sortie à l'état haut de la bascule 39 (signal LOCK) bloque le transistor ML. Ce blocage
du transistor ML intervient lorsque le transistor MR est déjà lui-même entièrement
bloqué par la rampe du signal STARTUP.
[0064] A l'instant t
1, le transistor MN3 est bloqué par le passage à l'état haut de la sortie de la bascule
39, inversé par l'inverseur 42, de sorte que le générateur de rampe 31 est déconnecté.
[0065] Le rôle de la bascule 39 est en fait de mémoriser l'état du signal STARTUP la première
fois où, suite à l'allumage du régulateur, on s'approche de la tension Vbat sur le
signal STARTUP.
[0066] Si la tension Vbat subit des variations alors que le régulateur est en régime établi,
ces variations pourraient entraîner une recharge du condensateur C1 et un nouveau
blocage des transistors MR et ML, ce qui perturberait le fonctionnement du régime
établi. Grâce aux transistors MN3 et MN4, le potentiel du noeud 37 ne peut plus varier
une fois que le signal LOCK est passé à l'état haut, tant que le signal PD ne cite
pas, c'est-à-dire tant qu'il ne s'agit pas d'un rallumage provoqué.
[0067] Lors de l'extinction du régulateur, quand le signal PD repasse à l'état haut, le
transistor MN4 décharge le condensateur C1 du générateur de rampe, afin de replacer
celui-ci dans une position de fonctionnement correcte pour l'allumage suivant.
[0068] On notera que, quand le transistor MP6 est bloqué à l'instant t
1, il n'y a plus aucune consommation ni dans la bascule 39 ni dans le générateur de
rampe 31. La seule consommation provient des transistors MP1 et MN1. Toutefois, ces
transistors sont généralement dans un bloc de polarisation du circuit global qui génère
les tensions BP et BN qui peuvent servir à d'autres circuits. La consommation des
circuits de polarisation 33 et 34 doit donc être considérée comme externe au régulateur.
[0069] La figure 5E illustre l'allure de la tension V17 sur la grille du transistor 1. On
constate que, à l'instant t
0, la tension V17 chute pour rendre le transistor 1 passant. Le condensateur C se charge
donc sous un courant important et il en découle une croissance de la tension Vout.
Lorsque la tension Vout atteint la tension de référence Vref (instant t
2, figure 5F), l'amplificateur 5 (figure 2) bascule et le transistor 1 se bloque. Comme
on se situe au début de la rampe du signal STARTUP, la résistance 22 est alors pleinement
en parallèle avec la résistance Rg, ce qui accélère considérablement le blocage du
transistor 1 par rapport au circuit classique. Le temps τ nécessaire au blocage du
transistor 1 est égal à Cg*RgR22/(Rg+R22), où R22 et Rg sont les valeurs respectives
des résistances 22 et Rg, et où Cg désigne la capacité de grille du transistor 1.
De préférence, la valeur de la résistance 22 est choisie pour être au moins dix fois
supérieure à la résistance Rg de l'étage de sortie de l'amplificateur de commande,
afin de minimiser le temps τ.
[0070] Un avantage de la présente invention est qu'elle permet d'éviter les surtensions
au démarrage d'un régulateur linéaire.
[0071] Un autre avantage de la présente invention est qu'elle ne nécessite pas d'autres
signaux de commande que ceux disponibles habituellement pour la commande d'un régulateur.
En effet, comme il ressort de la figure 4, les seuls signaux nécessaires pour le fonctionnement
du circuit de démarrage sont les signaux PD et PDN qui servent à allumer/éteindre
le régulateur.
[0072] Un autre avantage de la présente invention est qu'elle n'entraîne aucune consommation
supplémentaire dans le régulateur en régime établi.
[0073] Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications
qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le dimensionnement des différents
composants du circuit de l'invention pourront être choisis par l'homme du métier en
fonction de l'application et, en particulier, en fonction des courants souhaités et
du temps de rampe souhaité pour le circuit de démarrage. En outre, bien que l'invention
ait été décrite ci-dessus en relation avec un régulateur utilisant un transistor MOS
de puissance à canal P, l'adaptation du circuit de démarrage de l'invention à un régulateur
utilisant un transistor MOS de puissance à canal N est à la portée de l'homme du métier
à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De même, l'adaptation du
circuit de démarrage et du régulateur pour délivrer une tension négative est à la
portée de l'homme du métier.
1. Régulateur linéaire du type comprenant un transistor MOS de puissance (1) d'un premier
type de canal (P), commandé par un amplificateur (5) dont un étage de sortie comprend,
entre deux bornes (3, 4) d'application d'une tension d'alimentation (Vbat), une première
résistance (Rg) et un premier transistor MOS de commande (16) d'un deuxième type de
canal (N), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de démarrage (20) comprenant
une résistance commutable (22) en parallèle sur ladite première résistance.
2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de démarrage
(20) comporte, en série entre la source et la grille du transistor MOS de puissance
(1), ladite résistance commutable (22) et des premier (MR) et deuxième (ML) transistors
MOS de commande du premier type de canal (P).
3. Régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux transistors MOS
de commande du circuit de démarrage (20) sont passants à l'allumage du régulateur,
le blocage du premier transistor (MR) étant progressif au moyen d'une rampe de commande
(STARTUP) .
4. Régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième transistor
(ML) du circuit de démarrage (20) est bloqué à la fin de la rampe (STARTUP) de blocage
du premier transistor (MR).
5. Régulateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la durée de la rampe
(STARTUP) de blocage du premier transistor (MR) est choisie pour être nettement supérieure
au temps nécessaire, à la sortie du régulateur linéaire, pour atteindre une tension
souhaitée.
6. Régulateur selon une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le
circuit de démarrage (20) comprend un générateur de rampe (31) pour commander le premier
transistor de commande (MR) et un circuit logique de verrouillage (32) pour ouvrir
brusquement le deuxième transistor de commande (ML) à la fin de la rampe (STARTUP)
de commande du premier transistor.
7. Régulateur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la
résistance (22) du circuit de démarrage (20) est au moins dix fois inférieure à la
résistance (Rg) de l'étage de sortie de l'amplificateur de commande (5).
8. Régulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
le transistor de puissance (1) est à canal P pour constituer un régulateur de tension
positive.
9. Régulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
le transistor de puissance est à canal N pour constituer un régulateur de tension
négative.
10. Procédé de commande d'un régulateur linéaire constitué d'un transistor MOS de puissance
(1) et d'un amplificateur (5) de régulation dont un étage de sortie comporte, en série
entre deux bornes (3, 4) d'alimentation, une résistance (Rg) et un transistor MOS
de commande (16), de type de canal (N) opposé par rapport au transistor de puissance,
caractérisé en ce qu'il consiste à diminuer ladite résistance lors du démarrage du
régulateur.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à commuter une
résistance (22) en parallèle avec la résistance (Rg) de l'étage de sortie de l'amplificateur
(5).