CN101887283B - 电源电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种电源电路，在电源电路中进行相位补偿并且改善波动去除率。电源电路具备功率晶体管、差动放大器、I/V转换电路、反相放大器，差动放大器具有第一电流路径和第二电流路径，该第一电流路径是第一电阻元件、第一电流镜晶体管以及第一控制晶体管串联连接而成，该第二电流路径是第二电阻元件、第二电流镜晶体管以及第二控制晶体管串联连接而成，具备相位补偿用电容元件和波动去除率改善用电容元件，该相位补偿用电容元件与反相放大器并联连接，该波动去除率改善用电容元件连接在第一电阻元件和第一电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间，或者连接在第二电阻元件和第二电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间。

Description

电源电路
技术领域
本发明涉及一种电源电路，特别是涉及一种具有反相放大器(反転増幅器)的电源电路。
背景技术
当前，在各种电气设备中使用电源电路。在电源电路中，当使用反相放大器等反馈型放大电路来进行反馈时，有时由于相位偏移而产生振荡，无法得到正确的输出波形。为了防止发生这种情形，在电源电路中需要进行将相位偏移抑制在固定的限度范围内的相位补偿。
例如，在专利文献1中公开了具备以下部分的结构：检测电路部，其对从电压调节器的输出端子输出的电压进行检测，根据该检测出的输出电压来生成电压而输出，该电压调节器用于根据预先设定的基准电压来生成规定的恒定电压并从输出端子输出；以及差动放大器部，其进行从检测电路部输出的电压与基准电压之间的电压比较，输出表示比较结果的电压。并且，公开了具备以下部分的结构：相位补偿电路部，其使从检测电路部输出的电压的相位提前并将其作为反馈电压来输出到差动放大器部，来进行相位补偿；输出电路部，其具有驱动晶体管，通过输出端子输出规定的恒定电压，其中，该驱动晶体管输出与从差动放大器部输出的电压相应的电流；以及相位补偿控制电路部，其根据从输出电路部输出的电流，进行由相位补偿电路部进行相位补偿的频率控制。
专利文献1：日本特开2007-188533号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在使用反相放大器等的反馈型放大电路来进行反馈电压的反馈的电源电路中，能够使用相位补偿用电容器来进行相位补偿。但是，在该电源电路具有将基准电压与反馈电压进行比较的差动放大器的情况下，当调整该相位补偿用电容器的容量值时，相对于输入电源电压的变动量的差动放大器的差动平衡的偏移变得明显，有可能导致在特定的频率区域中波动去除率恶化。
本发明的目的在于提供一种能够进行相位补偿并且改善波动去除率的电源电路。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的电源电路的特征在于，具备：功率晶体管，其配置于输入电源与输出端子之间；差动放大器，其将反馈电压与基准电压的差以电流偏差的方式进行输出，该反馈电压是将作为输出端子的电压的输出电压进行分压而得到的；I/V转换电路，其将电流偏差转换为电压偏差；以及信号放大器，其对电压偏差进行放大来作为用于控制功率晶体管的导通电阻的信号而提供给功率晶体管的控制端子，上述电源电路的特征在于，差动放大器包括：第一电流路径，是第一电流镜晶体管和被输入基准电压的第一控制晶体管串联连接而成，该第一电流镜晶体管中流动通过与输入电源相连接的第一电阻元件而预先决定的电流镜电流；第二电流路径，是第二电流镜晶体管和被输入反馈电压的第二控制晶体管串联连接而成，该第二电流镜晶体管中流动通过与输入电源相连接的第二电阻元件而预先决定的电流镜电流；以及恒定电流源部，其使得流过第一电流路径的电流与流过第二电流路径的电流之和成为预先决定的恒定电流，该电源电路还具备：第一电容元件，其与信号放大器并联连接；以及第二电容元件，其连接在所述第一电阻元件和第一电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间，或者连接在所述第二电阻元件和第二电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间。
发明的效果
根据上述结构，仅在差动放大器的一侧的端子上设置有波动去除率改善用电容元件，因此能够通过调整波动去除率改善用电容元件的电容值来调整相对于输入电源电压的变动部分的差动平衡的偏移。由此，能够进行校正以消除由于插入了相位补偿用电容元件而变得明显的差动放大器的差动平衡的偏移。因而，能够进行相位补偿，并且改善波动去除率。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的实施方式中的电源电路的图。
图2是表示本发明所涉及的实施方式中的与各频率对应的波动去除率的特性曲线的图。
图3是表示本发明所涉及的实施方式中的电源电路的变形例的图。
附图标记说明
1：接地端；2：输入电源；10：电源电路；11：基准电源；12、13：波动去除率改善用电容元件；15：电源电路；20：差动放大器；30：I/V转换电路；40：反相放大器；50：相位补偿用电容元件；60：功率晶体管(power transistor)；70：第一电阻元件；80：第二电阻元件；90：输出端子；100：电容器；202、208、214：电阻元件；204、210、212、216、218：晶体管；206、220：恒定电流源部。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明所涉及的实施方式。此外，下面使用MOS晶体管来说明功率晶体管，但是也可以使用双极性晶体管(bipolar transistor)。
下面，在所有附图中对相同的要素附加相同的附图标记，省略重复说明。另外，在本文中的说明中根据需要使用之前所述的附图标记。
图1是表示电源电路10的图。电源电路10构成为包括基准电源11、差动放大器20、I/V转换电路30、反相放大器40、功率晶体管60、第一电阻元件70、第二电阻元件80、相位补偿用电容元件50、波动去除率改善用电容元件12以及输出端子90。在电源电路10的输出端子90上连接有外置电容器100。
差动放大器20具有如下功能：将反馈电压与由基准电源11输出的基准电压之差以电流偏差的方式来输出，该反馈电压是将作为输出端子90的电压的输出电压进行分压而得到的。差动放大器20构成为包括电阻元件202、208、214、恒定电流源部206、220以及晶体管204、210、212、216、218。
电阻元件202是一端与输入电源2相连接、另一端与晶体管204的发射极端子相连接的电路元件。晶体管204是如下连接的pnp双极性晶体管：发射极端子与电阻元件202的另一端相连接，基极端子分别与晶体管210、216的基极端子相连接，并且还与晶体管204的集电极端子相连接，集电极端子与恒定电流源部206的一端和晶体管204的基极端子相连接。恒定电流源部206是如下的恒定电流源：一端与晶体管204的集电极端子和晶体管204的基极端子相连接，另一端与接地端1相连接而接地，流过预先决定的电流值的电流。
电阻元件208是一端与输入电源2相连接、另一端与晶体管210的发射极端子相连接的电路元件。晶体管210是如下连接的pnp双极性晶体管：发射极端子与电阻元件208的另一端相连接，基极端子分别与晶体管204、216的基极端子相连接，并且还与晶体管204的集电极端子相连接，集电极端子与晶体管212的集电极端子和I/V转换电路30的第一侧连接端子相连接。晶体管212是如下连接的npn双极性晶体管：集电极端子与晶体管210的集电极端子和I/V转换电路30的第一侧连接端子相连接，基极端子与基准电源11相连接，发射极端子与恒定电流源部220的一端和晶体管218的发射极端子相连接。恒定电流源部220的一端与晶体管212、218的发射极端子相连接，另一端与接地端1相连接而接地。另外，恒定电流源部220以流过晶体管212的电流与流过晶体管218的电流之和的电流成为预先决定的恒定电流的方式流动电流的恒定电流源。
电阻元件214是一端与输入电源2相连接、另一端与晶体管216的发射极端子和波动去除率改善用电容元件12的正极端子相连接的电路元件。晶体管216是如下连接的pnp双极性晶体管：发射极端子与电阻元件214的另一端和波动去除率改善用电容元件12的正极端子相连接，基极端子与晶体管204、210的基极端子和晶体管204的集电极端子相连接，集电极端子与晶体管218的集电极端子和I/V转换电路30的第二侧连接端子相连接。晶体管218是如下连接的npn双极性晶体管：集电极端子与晶体管216的集电极端子和I/V转换电路30的第二侧连接端子相连接，基极端子与第一电阻元件70和第二电阻元件80之间的连接点相连接，发射极端子与晶体管212的发射极端子和恒定电流源部220的一端相连接。
基准电源11的一端与晶体管212的基极端子相连接，另一端与接地端1相连接而接地。基准电源11将用于在差动放大器20中进行比较的基准电压值输入到晶体管212的基极端子。
I/V转换电路30具有如下功能：将后述的反馈电压高于从基准电源11输入的基准电压时的电流偏差转换为负侧电压偏差，将反馈电压低于基准电压时的电流偏差转换为正侧电压偏差。I/V转换电路30的第一侧连接端子与晶体管210的集电极端子和晶体管212的集电极端子之间的连接点相连接，第二侧连接端子与晶体管216的集电极端子和晶体管218的集电极端子之间的连接点相连接，输出端子与反相放大器40的输入端子和相位补偿用电容元件50的正极侧端子相连接。
反相放大器40是对输入到输入端子的电压进行放大并将其极性反转而输出的电路。反相放大器40的输入端子与I/V转换电路30的输出端子和相位补偿用电容元件50的正极侧端子相连接，输出端子与相位补偿用电容元件50的负极侧端子和功率晶体管60的栅极端子(控制端子)相连接。
相位补偿用电容元件50是用于校正在电源电路10中使反馈电压反馈时偏移的相位的电容元件。相位补偿用电容元件50与反相放大器40并联连接。具体地说，相位补偿用电容元件50的正极侧端子与反相放大器40的输入端子和I/V转换电路30的输出端子相连接，负极侧端子与反相放大器40的输出端子和功率晶体管60的栅极端子相连接。
功率晶体管60是根据由反相放大器40输出的电压来将稳定的输出电压输出到输出端子90的p沟道MOS晶体管。功率晶体管60的源极端子与输入电源2相连接，栅极端子(控制端子)与相位补偿用电容元件50的负极侧端子和反相放大器40的输出端子相连接，漏极端子与第一电阻元件70的一端和输出端子90相连接。
第一电阻元件70和第二电阻元件80串联连接，第一电阻元件70和第二电阻元件80具有将作为输出端子90的电压的输出电压进行分压来设为反馈电压的功能。第一电阻元件70的一端与功率晶体管60的漏极端子和输出端子90相连接，另一端与第二电阻元件80的一端和晶体管218的基极端子相连接。第二电阻元件80的一端与第一电阻元件70的另一端和晶体管218的基极端子相连接，另一端与接地端1相连接而接地。由此，由第一电阻元件70和第二电阻元件80分压而得到的反馈电压被输入到晶体管218的基极端子。此外，在图1中，将第一电阻元件70和第二电阻元件80设置为构成电源电路10的元件的一部分，但是也可以设置为电源电路10的外置部件。
波动去除率改善用电容元件12是用于改善电源电路10的波动去除率的电容元件。波动去除率改善用电容元件12的一端与电阻元件214和晶体管216之间的连接点相连接，另一端与接地端1相连接而接地。
接着，参照图1来说明上述结构的电源电路10的动作。电源电路10是用于将稳定的输出电压输出到输出端子90的电路。具体地说，将通过第一电阻元件70和第二电阻元件80对作为输出端子90的电压的输出电压进行分压而得到的反馈电压输入到晶体管218的基极端子。另一方面，将由基准电源11输出的基准电压输入到晶体管212的基极端子。
在此，在差动放大器20中，如上所述，晶体管204和晶体管210的基极端子之间相连接，晶体管204的基极端子与集电极端子相连接，从而构成第一电流镜电路。因而，与流过晶体管204的电流值相同的电流值的电流(换言之，电流镜电流)流过构成第一电流镜电路的晶体管210。此外，由串联连接的电阻元件208、晶体管210、晶体管212构成流过上述电流的第一电流路径。
另外，在差动放大器20中，如上所述，晶体管204和晶体管216的基极端子之间相连接，晶体管204的基极端子与集电极端子相连接，从而构成第二电流镜电路。因而，与流过晶体管204的电流值相同的电流值的电流(换言之，电流镜电流)流过构成第二电流镜电路的晶体管216。因而，在构成第一电流镜电路的晶体管210和构成第二电流镜电路的晶体管216中流过电流值相同的电流。此外，由串联连接的电阻元件214、晶体管216、晶体管218构成流过上述电流的第二电流路径。
并且，例如在反馈电压大于基准电压的情况(换言之，输出电压大于期望电压的情况)下，流过晶体管218的电流值大于流过晶体管212的电流值，因此其电流值的差、换言之作为电流偏差的电流从晶体管210的集电极端子向I/V转换电路30的第一侧连接端子流动，并从第二侧连接端子被提供给晶体管216的集电极端子。此时，I/V转换电路30以负侧的极性输出与该电流偏差对应的电压偏差。接着，该负侧的电压偏差被反相放大器40所放大，输出为其极性反转的正侧电压，该电压输入到功率晶体管60的栅极端子，流过功率晶体管60的电流变小。由此，输出端子90的电压变小而成为稳定的期望的输出电压。
接着，例如，在反馈电压小于基准电压的情况(换言之，输出电压小于期望电压的情况)下，流过晶体管212的电流值大于流过晶体管218的电流值，因此其电流值的差、换言之作为电流偏差的电流从晶体管216的集电极端子向I/V转换电路30的第二侧连接端子流动，并从第一侧连接端子被提供给晶体管210的集电极端子。此时，I/V转换电路30以正侧的极性输出与该电流偏差对应的电压偏差。接着，该正侧的电压偏差被反相放大器40所放大，输出为其极性反转的负侧电压，该电压输入到功率晶体管60的栅极端子，流过功率晶体管60的电流变大。由此，输出端子90的电压变大而成为稳定的期望的输出电压。
另外，在上述电源电路10中，通过将相位补偿用电容元件50与反相放大器40并联设置来补偿相位偏移。在此，说明从输入电源2侧观察I/V转换电路30的输出侧时的AC增益。将通过了电阻元件208、晶体管210以及I/V转换电路30的第一侧连接端子的路径的AC增益设为A1，将通过了电阻元件214、晶体管216以及I/V转换电路30的第二侧连接端子的路径的AC增益设为A2。并且，在由于电阻元件208、214的电阻值的偏差等原因而成为A1＜A2的关系的情况下，通过设置相位补偿用电容元件50，例如在频率区域为100KHz周围等的高频率区域中，AC增益的偏差变得明显。但是，根据电源电路10，在AC增益较大的A2的路径中，也就是说，在电阻元件214的另一端和晶体管216的发射极端子之间的连接点与接地端1之间配置有波动去除率改善用电容元件12，因此两个AC增益中的A2衰减。由此，能够使A1与A2的差变小(换言之，消除差动平衡的偏移)，因此能够改善波动去除率。此外，通过调整波动去除率改善用电容元件12的电容值，还能够使A1与A2的差大致成为0。
图2是表示电源电路10中的与各频率对应的波动去除率的特性曲线的图。当使波动去除率改善用电容元件12的电容值变化为0pF、2.4pF、4.8pF、7.2pF、9.6pF、12pF这种不同的值时，如图2所示，在将波动去除率改善用电容元件12的电容值设定为4.8pF的情况下能够得到最好的波动去除率的特性。在此，波动去除率改善用电容元件12的正极侧端子的电压(换言之，电阻元件214和晶体管216之间的连接点处的电压)相对于作为输出端子90的电压的输出电压几乎不会变化，因此即使设置波动去除率改善用电容元件12也几乎不会影响相位特性。因而，在电源电路10中，能够进行相位补偿，并且改善波动去除率。此外，上述电容值仅是简单的例示，当然，还能够利用其它电容值得到最佳波动去除率。
接着，使用图3说明电源电路10的变形例。图3是表示作为电源电路10的变形例的电源电路15的图。电源电路15与电源电路10的不同之处仅在于波动去除率改善用电容元件13，因此详细说明这一点。
波动去除率改善用电容元件13的正极侧端子与电阻元件208的另一端和晶体管210的发射极端子之间的连接点相连接，负极侧端子与接地端1相连接而接地。因而，在电源电路15中，在由于电阻元件208、214的电阻值的偏差等原因而成为A1＞A2的关系的情况下，在AC增益较大的A1路径中，也就是说，在电阻元件208的另一端和晶体管210的发射极端子之间的连接点与接地端1之间配置有波动去除率改善用电容元件13，因此两个AC增益中的A1衰减。由此，能够使A1与A2之差变小(换言之，消除差动平衡的偏移)，因此能够改善波动去除率。此外，通过调整波动去除率改善用电容元件13的电容值，还能够使A1与A2之差大致成为0。因而，在电源电路15中也能够进行相位补偿并且改善波动去除率。

Claims (2)

1.一种电源电路，具备：
功率晶体管，其配置于输入电源与输出端子之间；
差动放大器，其将反馈电压与基准电压的差以电流偏差的方式进行输出，该反馈电压是将作为输出端子的电压的输出电压进行分压而得到的；
I/V转换电路，其将电流偏差转换为电压偏差；以及
信号放大器，其对电压偏差进行放大来作为用于控制功率晶体管的导通电阻的信号而提供给功率晶体管的控制端子，
上述电源电路的特征在于，差动放大器包括：
第一电流路径，是第一电流镜晶体管和被输入基准电压的第一控制晶体管串联连接而成，该第一电流镜晶体管中流动通过与输入电源相连接的第一电阻元件而预先决定的电流镜电流；
第二电流路径，是第二电流镜晶体管和被输入反馈电压的第二控制晶体管串联连接而成，该第二电流镜晶体管中流动通过与输入电源相连接的第二电阻元件而预先决定的电流镜电流；以及
恒定电流源部，其使得流过第一电流路径的电流与流过第二电流路径的电流之和成为预先决定的恒定电流，
该电源电路还具备：
第一电容元件，其与信号放大器并联连接；以及
第二电容元件，其连接在所述第一电阻元件和第一电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间，或者连接在所述第二电阻元件和第二电流镜晶体管之间的连接点与接地端之间。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
信号放大器将电压偏差反转来进行放大，
I/V转换电路将反馈电压高于基准电压时的电流偏差转换为负侧电压偏差，将反馈电压低于基准电压时的电流偏差转换为正侧电压偏差。
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