CN102033559B - 电压调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电压调节器，其能够准确地设定短路电流。作为解决手段，具有如下电路：不使用将电流转换为电压的电阻，而是使用将Nch耗尽型晶体管的栅极与漏极连接使其在非饱和状态下工作的电路，作为确定过电流保护电路的短路电流的电流值的电路，通过电流进行控制。Nch耗尽型晶体管与检测用晶体管以及工艺偏差联动，所以能够准确地设定短路电流而无需进行修整。

Description

电压调节器
技术领域
本发明涉及具有过电流保护电路的电压调节器。
背景技术
对现有的电压调节器进行说明。图6是示出现有电压调节器的电路图。
差动放大电路104对基准电压电路103的输出电压与分压电路106的输出电压进行比较，控制输出晶体管105的栅极电压以将基准电压电路103以及分压电路106的输出端子的电压保持为相同电压，并使得输出端子102的电压保持为预定电压。
这里，假设电压调节器的输出电压由于负载的增大而降低，则输出电流Iout变大而成为最大输出电流Im。于是，与该最大输出电流Im相应地，流过以电流镜方式与输出晶体管105连接的检测晶体管121的电流增大。此时，Pch(P沟道)晶体管601导通，仅在电阻602上产生的电压升高，Nch(N沟道)增强型晶体管124导通，在电阻122上产生的电压升高。并且，Pch晶体管125导通，输出晶体管105的栅/源间电压降低，输出晶体管105截止。由此，输出电流Iout不会变得比最大输出电流Im大，而是被固定为最大输出电流Im，输出电压Vout降低。这里，利用仅在电阻602上产生的电压，使得输出晶体管105的栅/源间电压降低，输出晶体管105截止，输出电流Iout被固定为最大输出电流Im，因此，最大输出电流Im由电阻602的电阻值以及Nch增强型晶体管124的阈值电压决定。
当由于输出电压Vout降低而使得Pch晶体管601的栅/源间电压低于Pch晶体管601的阈值电压的绝对值Vtp时，Pch晶体管601截止。于是，不仅仅是电阻602，在电阻602及603双方上产生的电压升高，Nch增强型晶体管124进一步导通，在电阻122上产生的电压进一步升高，Pch晶体管125进一步导通，输出晶体管105的栅/源间电压进一步降低，输出晶体管105进一步截止。由此，输出电流Iout减小而成为短路电流Is。然后，输出电压Vout降低而成为0伏。这里，由于在电阻602及603双方上产生的电压而使得输出晶体管105的栅/源间电压降低，输出晶体管105截止，输出电流Iout变为短路电流Is，所以短路电流Is由电阻602及603双方的电阻值决定(例如参照专利文献1。)。
【专利文献1】日本特开2003-216252号公报(图5)
但是，在现有技术中，最大输出电流Im以及短路电流Is由电阻602以及603双方的电阻值以及Nch增强型晶体管124的阈值电压决定。因此，在想要准确地设定最大输出电流Im以及短路电流Is时，需要通过修整(trimming)工序准确地设定电阻602及603的电阻值。即，在现有技术中存在制造工艺变得复杂的课题。
发明内容
本发明鉴于上述课题，提供能够容易且准确地设定短路电流的电压调节器。
为了解决上述课题，本发明提供具有过电流保护电路的电压调节器，其特征在于，在过电流保护电路中使用Nch耗尽型晶体管，并将栅极与漏极连接，在非饱和状态下使用，作为能够准确地设定过电流保护电路的短路电流的电流值的电路。
本发明的具有过电流保护电路的电压调节器将Nch耗尽型晶体管的栅极与漏极连接来使用。用作电阻元件的Nch耗尽型晶体管的电阻值与Nch增强型晶体管的阈值电压存在相关关系，因此能够使短路电流的工艺偏差与温度依赖性达到最小。另外，由于不使用电阻和熔断器，因此还能够缩小芯片面积。
附图说明
图1是示出第一实施方式的电压调节器的电路图。
图2是示出第二实施方式的电压调节器的电路图。
图3是示出第三实施方式的电压调节器的电路图。
图4是示出第四实施方式的电压调节器的电路图。
图5是示出第五实施方式的电压调节器的电路图。
图6是示出现有电压调节器的电路图。
图7是示出第六实施方式的电压调节器的电路图。
图8是示出第七实施方式的电压调节器的电路图。
图9是示出第八实施方式的电压调节器的电路图。
标号说明
100接地端子
101电源端子
102输出端子
103基准电压电路
104差动放大电路
105输出晶体管
106分压电路
107过电流保护电路
202恒压电路
501、502Nch初始晶体管(initial transistor)
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
图1是示出第一实施方式的电压调节器的电路图。
第一实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。
接着，对第一实施方式的电压调节器的要素电路的连接进行说明。
基准电压电路103的输出端子与差动放大电路104的反相输入端子连接。差动放大电路104的输出端子与过电流保护电路107以及输出晶体管105的栅极连接，同相输入端子与分压电路106的输出端子连接。输出晶体管105的源极与电源端子101连接，漏极与输出端子102连接。分压电路106连接在输出端子102与接地端子100之间。
对过电流保护电路107的连接进行说明。
Pch晶体管121的栅极与输出晶体管105的栅极连接，漏极与Nch增强型晶体管124的栅极连接，源极与电源端子101连接。Nch耗尽型晶体管123的栅极以及漏极与Nch增强型晶体管124的栅极以及Pch晶体管121的漏极连接，源极与接地端子100连接。Nch增强型晶体管124的源极与输出端子102连接，漏极与Pch晶体管125的栅极连接，背栅与接地端子100连接。Pch晶体管125的漏极与Pch晶体管105的栅极连接，源极与电源端子101连接。电阻122的一端与Pch晶体管125的栅极连接，另一端与电源端子101连接。Nch增强型晶体管124、Pch晶体管125和电阻122构成对输出晶体管105的栅极电压进行控制的输出电流限制电路。
接着，对第一实施方式的电压调节器的动作进行说明。
分压电路106对作为输出端子102的电压的输出电压Vout进行分压，输出分压电压Vfb。差动放大电路104对基准电压电路103的基准电压Vref和分压电压Vfb进行比较，控制输出晶体管105的栅极电压，使得输出电压Vout保持恒定。当输出电压Vout比预定电压高时，分压电压Vfb比基准电压Vref高，差动放大电路104的输出信号(输出晶体管105的栅极电压)升高，输出晶体管105截止，输出电压Vout降低。另外，当输出电压Vout比预定电压低时，进行与上述相反的动作，输出电压Vout升高。即，输出电压Vout保持恒定。
这里，假设输出端子102与接地端子100短路，则大电流将会流入输出晶体管105。因此，由输出晶体管105与Pch晶体管121的沟道长度和沟道宽度所决定的电流流入Pch晶体管121。于是，Nch增强型晶体管124的栅源间电压与该电流的值成比例地上升。当该电压超过Nch增强型晶体管124的阈值电压时，在电阻122上产生的电压升高，Pch晶体管125导通，输出晶体管105的栅源间电压降低，趋于截止的方向。这样，电流流入Pch晶体管121，Nch增强型晶体管124检测该电流的增加作为电压，由此使过电流保护电路工作。
Nch耗尽型晶体管123的栅极与漏极连接。通过这样连接而进行非饱和工作，可同样视为检测电阻。关于Nch耗尽型晶体管的阈值与Nch增强型晶体管的阈值，是通过在同一装置中使用相同的离子，改变浓度来进行注入，由此进行调节的。由于只是注入的浓度不同，采用了相同的装置、相同的离子，因此在阈值因装置的偏差而发生偏移时，这两个阈值会向相同方向偏移。例如，当Nch耗尽型晶体管的阈值向高的一方偏移时，Nch增强型晶体管的阈值也同样会向高的一方偏移。不会发生Nch耗尽型晶体管的阈值向高的一方偏移，而Nch增强型晶体管的阈值向低的方向偏移的情况。另外，也不会发生Nch耗尽型晶体管的阈值增大0.1V，而Nch增强型晶体管的阈值增大0.01V这样的偏差大小发生大幅变化的情况。即，Nch耗尽型晶体管的阈值与Nch增强型晶体管的阈值在工艺偏差(阈值偏差)方面是联动地发生偏移。因此，该检测电阻在工艺偏差(阈值偏差)方面与Nch增强型晶体管124联动地发生偏移。
由此，进行检测的Nch增强型晶体管124的阈值与作为短路电流工艺偏差的原因的检测电阻的电阻值联动，从而能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。此外，没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
并且，虽未图示，但即使采用以下结构，电阻122也可同样地进行工作，即：使用Pch晶体管，使栅极与源极连接，并使栅极与Pch晶体管125的栅极以及Nch增强型晶体管124的漏极连接，使源极与电源端子101连接。
如上所述，使用Nch耗尽型晶体管作为检测电阻，使栅极与漏极连接，由此能够使短路电流的工艺偏差与温度依赖性达到最小。另外，还能够缩小芯片面积。
[实施例2]
图2是第二实施方式的电压调节器的电路图。
第二实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第一实施例的不同之处在于，使用Nch增强型晶体管201来替代Nch耗尽型晶体管123，栅极与恒压电路202连接。
接着，对第二实施方式的电压调节器的工作进行说明。
Nch增强型晶体管201使栅极与恒压电路202连接，在非饱和的状态下工作。由于在非饱和状态下工作，所以Nch增强型晶体管201可同样视为检测电阻。该检测电阻是Nch增强型晶体管，所以在工艺偏差(阈值偏差)的方面与Nch增强型晶体管124联动。检测电阻的电阻值与进行检测的Nch增强型晶体管124的阈值联动，所以能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。由于没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
如上所述，采用Nch增强型晶体管作为检测电阻，使恒压电路与栅极连接，在非饱和状态下工作，由此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，还能够缩小芯片面积。
[实施例3]
图3是第三实施方式的电压调节器的电路图。
第三实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第一实施例的不同之处在于，采用Nch耗尽型晶体管301、302、303来替代Nch耗尽型晶体管123，并将这些晶体管串联连接，可以用熔断器进行修整。
接着，对第三实施方式的电压调节器的工作进行说明。
Nch耗尽型晶体管301、302、303是可以使用熔断器进行修整的结构。与第一实施例相同，Nch耗尽型晶体管301、302、303使栅极与Nch耗尽型晶体管301的漏极连接，进行非饱和工作，因此可同样视为检测电阻。过电流保护电路的特性由用作检测电阻的Nch耗尽型晶体管的电阻值决定。根据电压带的不同，有时过电流保护电路的特性不合适。为了对其进行校正，对Nch耗尽型晶体管进行修整。可以通过进行修整而将检测电阻设为最佳值。并且，虽然串联连接了3个Nch耗尽型晶体管与熔断器，但并不限于3个，也可以串联连接4个以上的Nch耗尽型晶体管与熔断器。
与第一实施例相同，检测电阻为Nch耗尽型晶体管，所以，在工艺偏差(阈值偏差)方面与Nch增强型晶体管124联动。检测电阻的电阻值与进行检测的Nch增强型晶体管124的阈值联动，所以，能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。
如上所述，采用Nch耗尽型晶体管作为检测电阻，使栅极与漏极连接，由此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，通过对Nch耗尽型晶体管进行修整，能够将过电流保护电路的特性设为最佳。
[实施例4]
图4是第四实施方式的电压调节器的电路图。
第四实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第一实施例的不同之处在于，采用Nch增强型晶体管401，使栅极与Nch耗尽型晶体管的123的漏极连接，使漏极与Nch增强型晶体管124的漏极连接，使源极与接地端子100连接。
接着，对第四实施方式的电压调节器的工作进行说明。
假设输出端子102与接地端子100短路，则输出晶体管105中流过大电流。因此，由输出晶体管105与Pch晶体管121的沟道长度和沟道宽度所决定的电流流过Pch晶体管121。于是，Nch增强型晶体管401的栅源间电压与该电流的值成比例地上升。当该电压超过Nch增强型晶体管401的阈值电压时，在电阻122上产生的电压升高，Pch晶体管125导通，输出晶体管105的栅源间电压降低，趋于截止的方向。并且，输出电压Vout降低。这样，电流流入Pch晶体管121，Nch增强型晶体管401检测该电流的增加作为电压，由此使垂下型(垂下型)过电流保护电路工作。
当输出电压Vout降低而变为预定电压Va以下时，Nch增强型晶体管124的栅源间电压达到阈值电压以上，Nch增强型晶体管124导通。于是，在电阻122上产生的电压进一步升高，Pch晶体管125导通，输出晶体管105的栅源间电压进一步降低，趋于截止的方向。这样，电流流入Pch晶体管121，Nch增强型晶体管124检测该电流的增加作为电压，由此フ字型(フの字型)过电流保护电路进行工作。
这里，Nch耗尽型晶体管123的栅极与漏极连接。通过这样连接，进行非饱和工作，可同样视为检测电阻。该检测电阻是Nch耗尽型晶体管，所以在工艺偏差(阈值偏差)方面与Nch增强型晶体管124、Nch增强型晶体管401联动。检测电阻的电阻值与垂下型过电流保护电路的进行检测的Nch增强型晶体管401的阈值以及フ字型过电流保护电路的进行检测的Nch增强型晶体管124的阈值联动，因此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
如上所述，采用Nch耗尽型晶体管来替代检测电阻，使栅极与漏极连接，由此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，还能够缩小芯片面积。
[实施例5]
图5是第五实施方式的电压调节器的电路图。
第五实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第四实施例的不同之处在于，采用Nch初始晶体管501及502来替代Nch增强型晶体管124和Nch增强型晶体管401。
接着，对第五实施方式的电压调节器的工作进行说明。
Nch初始晶体管501及502是p衬底上的Nch增强型晶体管，其是未在阱区内进行注入而制作的晶体管。因为未在阱区内进行注入，所以阈值不会产生工艺偏差。
Nch耗尽型晶体管123的栅极与漏极连接。通过这样连接，进行不饱和工作，可同样视为检测电阻。
此时，Nch初始晶体管501及502的阈值不发生偏移，所以仅有检测电阻成为短路电流的工艺偏差及温度依赖性的原因。因为只有检测电阻有工艺偏差，因此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
如上所述，采用Nch耗尽型晶体管来替代检测电阻，使栅极与漏极连接，采用Nch初始晶体管进行检测，消除Nch增强型晶体管的工艺偏差，由此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，还能够缩小芯片面积。
并且，在本实施例中使用Nch初始晶体管作为检测用晶体管，但即使应用到其他实施例的电路中，也能得到同样的效果。
[实施例6]
图7是第六实施方式的电压调节器的电路图。
第六实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第一实施例的不同之处在于，将Nch耗尽型晶体管123变更为Nch增强型晶体管701，使电阻702与Nch增强型晶体管701的源极连接。
接着，对第六实施方式的电压调节器的工作进行说明。
Nch增强型晶体管701以及124是相同种类的晶体管，所以能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，能够利用电阻702调节流过Nch增强型晶体管701的电流，所以能够调节施加了过电流保护的电流值。并且，没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
如上所述，采用Nch增强型晶体管来替代检测电阻，使栅极与漏极连接，使电阻与源极连接，由此能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小，能够调节施加了过电流保护的电流值。另外，还能够缩小芯片面积。
[实施例7]
图8是第七实施方式的电压调节器的电路图。
第七实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第六实施例的不同之处在于，将电阻122变更为Pch晶体管801，使栅极与漏极连接后与Pch晶体管125连接。
接着，对第七实施方式的电压调节器的工作进行说明。
即使采用Pch晶体管801，也能在Nch增强型晶体管124的栅源间电压上升而超过阈值时，使Pch晶体管125导通。因此，第七实施方式的电压调节器能够与第六实施方式的电压调节器同样地进行工作。
如上所述，即使将电阻122变更为Pch晶体管801，也能与第六实施方式的电压调节器同样地使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，能够调节施加了过电流保护的电流值，还能够缩小芯片面积。
[实施例8]
图9是第八实施方式的电压调节器的电路图。
第八实施方式的电压调节器由基准电压电路103、差动放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107构成。与第六实施例的不同之处在于，将电阻702变更为Nch耗尽型晶体管901，使栅极与漏极连接。
接着，对第八实施方式的电压调节器的工作进行说明。
Nch增强型晶体管701以及124是相同种类的晶体管，Nch耗尽型晶体管901利用与Nch增强型晶体管701及124相同的装置进行注入调节，因此，能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。另外，能够利用Nch耗尽型晶体管901调节流过Nch增强型晶体管701的电流，因此能够调节施加了过电流保护的电流值。并且，与使用电阻进行调节的情况相比，还能够缩小芯片面积。并且，没有为了减少工艺偏差而采用电阻以及熔断器，所以还能够缩小芯片面积。
如上所述，通过将电阻702变更为Nch耗尽型晶体管901，能够调节施加了过电流保护的电流值，缩小芯片面积。另外，能够使短路电流的工艺偏差及温度依赖性达到最小。
并且，虽未图示，但即使采用以下结构，电阻122也可同样地进行工作，即：使用Pch晶体管，使栅极与源极连接，并使栅极与Pch晶体管125的栅极以及Nch增强型晶体管124的漏极连接，使源极与电源端子101连接。

Claims (7)

1.一种电压调节器，其具有：
误差放大电路，其放大并输出对输出晶体管输出的电压进行分压而得的分压电压与基准电压之差，控制所述输出晶体管的栅极；以及
过电流保护电路，其检测所述输出晶体管中流过过电流的情况，限制所述输出晶体管的电流，
所述电压调节器的特征在于，
所述过电流保护电路具有：
检测晶体管，其受到所述误差放大电路的输出电压的控制，检测所述输出晶体管的输出电流；
第一晶体管，其在非饱和的状态下工作，利用流过所述检测晶体管的电流产生电压；以及
输出电流限制电路，其具有检测所述第一晶体管产生的电压的第二晶体管，所述输出电流限制电路根据所述第二晶体管的检测结果，控制所述输出晶体管的栅极电压，
所述第一晶体管的阈值偏差与所述第二晶体管的阈值偏差联动地发生偏移。
2.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述第一晶体管是栅极与漏极连接的Nch耗尽型晶体管。
3.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述第一晶体管是栅极与恒压电路连接的Nch增强型晶体管。
4.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述第一晶体管是栅极与漏极连接的Nch增强型晶体管，
所述Nch增强型晶体管的源极与电阻连接。
5.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述第一晶体管是栅极与漏极连接的Nch增强型晶体管，
所述Nch增强型晶体管的源极与第二Nch耗尽型晶体管连接，其中，该第二Nch耗尽型晶体管的栅极与漏极连接。
6.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述第二晶体管是初始晶体管。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电压调节器，其特征在于，
所述输出电流限制电路具有与所述第二晶体管的漏极连接的第三晶体管，
所述第三晶体管是栅极与漏极连接的Pch晶体管。
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