CN102707753B - 电压调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在启动时不流过异常的消耗电流，能够实现高速的瞬态响应的电压调节器。在本发明中，具备：输出基准电压的基准电压电路；输出晶体管；将基准电压与对输出晶体管输出的电压进行分压的分压电压之差进行放大并输出，控制输出晶体管的栅极的第一差分放大电路；检测输出晶体管的输出电流并向第一差分放大电路输出升压信号的升压电路；感应输出电流的感应晶体管；以能够正确地拷贝输出电流的方式进行调整的第一晶体管；输出端子连接到所述第一晶体管的栅极，反相输入端子连接到所述感应晶体管的漏极，同相输入端子连接到输出端子的第二差分放大电路。这样，能在启动时不流过异常的消耗电流，实现高速的瞬态响应。
Description
技术领域
本发明涉及具备在差分放大电路流过与负载电流成比例的电流的升压电路的电压调节器电路，更详细而言涉及为了改善电压调节器的瞬态响应(過渡応答)特性，而按照负载电流使内部消耗电流增加以获得高速瞬态响应的升压电路。
背景技术
对现有的电压调节器进行说明。图5是现有的电压调节器的电路图。
现有的电压调节器由如下部件构成：输出与基准电压的电压差成比例的电压的差分放大电路612；根据来自该差分放大电路612的输出电压进行控制，并输出与其相对应的负载电流所引起的电压，且将该输出电压反馈到差分放大电路612的输出晶体管610；基于该输出晶体管电路610的负载电流进行控制，在负载电流较小的区域中使与该负载电流成比例的电流流动于差分放大电路612，在负载电流较大的区域中使限制于固定值的电流流动于差分放大电路612的升压电路613。差分放大电路612由PMOS型晶体管604、605，NMOS型晶体管601、602、614组成，并构成为：比较基准电压600和输出电压611，将与该电压差成比例的电压从晶体管604和晶体管601共同连接的漏极输出到输出晶体管610、升压电路613。晶体管604、605是电流反射镜构成，分别使各源极连接到电源电压150，各漏极连接到晶体管601、605的各漏极，另外栅极彼此连接并连接到晶体管605的漏极，而且使晶体管604的漏极分别连接到输出晶体管610、升压电路613的晶体管607的各栅极。分别将晶体管601、614的各漏极连接到晶体管604、605的各漏极，各源极共同连接到晶体管602、606的各漏极，另外分别使晶体管601的栅极连接到基准电压600，使晶体管614的栅极连接到输出晶体管610的漏极。分别将晶体管602、606的各漏极共同连接到晶体管601、614的各源极，各源极连接到接地电压，另外分别使晶体管602的栅极连接到偏置电压603，使晶体管606的栅极连接到升压电路613的晶体管609的栅极。升压电路613由PMOS型晶体管607、NMOS型耗尽型晶体管608、NMOS型晶体管609等组成，并构成为：基于输出晶体管610的负载电流IL进行控制，在负载电流IL较小的区域中使与该负载电流IL成比例的差分放大电路电流IS流动于差分放大电路612，在负载电流IL较大的区域中使由限流用晶体管608(电流限制器)限制于固定值的差分放大电路电流IS流动于差分放大电路612。分别将晶体管607的源极连接到电源电压150，漏极连接到晶体管608的源极，另外栅极连接到差分放大电路612的晶体管604的漏极。分别将晶体管608的源极连接到晶体管607的漏极，漏极连接到晶体管609的漏极，另外栅极连接到接地电压。晶体管609与差分放大电路612的晶体管606为电流反射镜构成，分别将漏极及栅极共同连接到晶体管606的栅极，源极连接到接地电压(例如参照专利文献1图1)。
专利文献1：日本特开2001-34351号公报
发明内容
然而在现有技术中存在如下课题，即决定限制电流的晶体管608的阈值电压的偏差以及温度依赖性较大、利用微调(trimming)的升压量的调整非常困难。另外存在如下课题，即在调节器以无负载状态进行启动时，因在非调节状态下输出驱动器(driver)的栅极跟随电源，所以升压电路进行动作，尽管无负载但仍会异常高地出现消耗电流。
本发明是鉴于上述课题而作出的，提供在启动时不流过异常的消耗电流，能够实现高速瞬态响应的电压调节器。
本发明的具备升压电路的电压调节器，具备：输出基准电压的基准电压电路；输出晶体管；将基准电压与对输出晶体管输出的电压进行分压的分压电压之差进行放大并输出、控制输出晶体管的栅极的第一差分放大电路；检测输出晶体管的输出电流并向第一差分放大电路输出信号的升压电路；感应输出电流的感应晶体管(sense transistor)；以能够正确地拷贝输出电流的方式进行调整的第一晶体管；输出端子连接到第一晶体管的栅极，反相输入端子连接到所述感应晶体管的漏极，同相输入端子连接到输出端子的第二差分放大电路。
本发明的具备升压电路的电压调节器能在启动时不流过异常的消耗电流，实现高速瞬态响应。
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是示出现有的电压调节器的电路图。
(标号说明)
100接地端子；150电源电压端子；180、611输出电压端子；101、600基准电压电路；102、602差分放大电路；107、303、403放大器；108、613升压电路；608耗尽型晶体管。
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。
[实施例1]
图1是第一实施方式的电压调节器的电路图。
本实施方式的电压调节器由如下部件构成：基准电压电路101；差分放大电路102；PMOS晶体管103、104、109；放大器107；升压电路108；电阻105、106；接地端子100；输出端子180以及电源端子150。升压电路108由端子110、111构成。
接着对第一实施方式的电压调节器的连接进行说明。
差分放大电路102的反相输入端子连接到基准电压电路101，同相输入端子连接到电阻105和106的连接点，输出端子连接到PMOS晶体管104的栅极以及PMOS晶体管103的栅极。基准电压电路101的另一侧连接到接地端子100。PMOS晶体管103的源极连接到电源端子150，漏极连接到PMOS晶体管109的源极以及放大器107的反相输入端子。PMOS晶体管104的源极连接到电源端子150，漏极连接到输出端子180和电阻105的另一侧以及放大器107的同相输入端子。电阻106的另一侧连接到接地端子100。PMOS晶体管109的栅极连接到放大器107的输出端子，漏极连接到升压电路108的端子110。升压电路108的端子111连接到差分放大电路102。
接着对第一实施方式的电压调节器的动作进行说明。
电阻105和106对输出端子180的电压即输出电压Vout进行分压，并输出分压电压Vfb。差分放大电路102比较基准电压电路101的输出电压Vref和分压电压Vfb，并以使输出电压Vout固定的方式控制PMOS晶体管104的栅极电压。若输出电压Vout高于目标值，则分压电压Vfb高于基准电压Vref，差分放大电路102的输出信号(PMOS晶体管104的栅极电压)变高。而且，PMOS晶体管104截止，输出电压Vout变低。这样，以使输出电压Vout固定的方式进行控制。在输出电压Vout低于目标值时进行相反的动作使输出电压Vout变高。这样，以使输出电压Vout固定的方式进行控制。
在使电源电压启动时，因输出电压Vout较低，所以通过差分放大电路102以使PMOS晶体管104的栅极电压接地的方式进行控制。于是，PMOS晶体管104完全导通，并且PMOS晶体管103也完全导通。而且，放大器107以使PMOS晶体管103和104的漏极电压相等的方式调整PMOS晶体管109的栅极，并以流动于PMOS晶体管104的电流能够在PMOS晶体管103正确地拷贝的方式进行控制。在输出电压Vout变高以后也通过放大器107的控制使PMOS晶体管103的漏极电压总是跟踪于PMOS晶体管104的漏极电压以正确地拷贝负载电流。
升压电路108用端子110来检测流动于PMOS晶体管103的电流，并按照电流值从端子111向差分放大电路102输出信号。在电源电压启动后，PMOS晶体管103按照流动于PMOS晶体管104的负载电流，向差分放大电路102输出信号并以使流动于差分放大电路102的偏置电流增加的方式进行控制。通过这样，因差分放大电路102的响应速度变快，所以能够将输出电压Vout的变动幅度抑制得尽可能小。在不流过负载电流时，截断PMOS晶体管103的电流，电流不流动于升压电路108而停止动作。这样，能够在无负载时截断向升压电路的电流而进行低功耗化。此外，升压电路的动作不仅与负载变动而且也与负载电流流过时的电源变动、脉动(ripple)除去率的特性关联，因而能够以进行高速响应的方式使其动作。
由以上所述，第一实施方式的电压调节器能在电源电压启动时、负载变动、电源变动时实现高速的瞬态响应。
[实施例2]
图2是第二实施方式的电压调节器的电路图。与图1的不同是具体地示出了升压电路108的构成这点。
对连接进行说明。PMOS晶体管201的源极连接到端子110端子，漏极连接到端子111、NMOS晶体管202的漏极及栅极、以及NMOS晶体管204的栅极，栅极连接到PMOS晶体管203的栅极及漏极。PMOS晶体管203的源极连接到端子110端子，漏极连接到NMOS晶体管204的漏极。NMOS晶体管202的源极连接到接地端子100，NMOS晶体管204的源极连接到电阻205。电阻205的另一侧连接到接地端子100。
接着对第二实施方式的电压调节器的动作进行说明。使电源电压启动而电流流动于PMOS晶体管103时，电流从端子110流动至升压电路108。PMOS晶体管201、203构成电流反射镜电路。虽然NMOS晶体管202、204构成栅极彼此连接的电流反射镜电路，但NMOS晶体管204的源极经由电阻连接到接地端子100。因此，因NMOS晶体管204的漏极电流而在电阻205产生电压下降，NMOS晶体管204的栅极/源极电压相应地变小。电阻205上的电压下降由NMOS晶体管202和204的K值差异、或者PMOS晶体管201、203的K值差异和电阻205的值决定，所以作为不依赖于电源电压的恒流源电路进行动作。而且，电阻205通过将具有负温度特性的多晶电阻(ポリ抵抗)和具有正温度特性的阱电阻(WELL抵抗)组合使用，能够作为不依赖于温度的恒流源电路而获得。
通过在升压电路采用该恒流电路，能够在流过负载电流时从端子111向差分放大电路102输出信号，使流动于差分放大电路102的偏置电流增加。而且，因差分放大电路102的响应速度变快，所以能够将输出电压Vout的变动幅度抑制得尽可能小。另外，还能够不依赖于电源电压、温度地使其进行动作。此外，升压电路的动作不仅与负载变动而且也与负载电流流过时的电源变动、脉动除去率的特性关联，因而能够以进行高速响应的方式使其动作。
由以上所述，第二实施方式的电压调节器能在电源电压启动时、负载变动、电源变动时实现高速的瞬态响应。另外，还能不受电源电压、温度影响地实现高速的瞬态响应。
[实施例3]
图3是第三实施方式的电压调节器的电路图。与图1的不同是具体地示出了升压电路108的构成这点。
对连接进行说明。NMOS型晶体管301的漏极连接到端子110，栅极连接到放大器303的输出端子，源极连接到放大器303的反相输入端子、NMOS晶体管302的栅极及漏极、以及端子111。放大器303的同相输入端子与基准电压电路304连接。基准电压304的另一侧的端子及NMOS晶体管302的源极连接到接地100。
接着对第三实施方式的电压调节器的动作进行说明。使电源电压启动而电流流动于PMOS晶体管103时，电流从端子110流动至升压电路108。升压电路108由能够生成恒流源的电压电流转换电路构成，仅输出某设定值的升压量。虽然晶体管103或者109的电流按照负载电流而增加，但超过设定值时饱和而变为固定。与此时的电流成比例的电流成为升压电流。
负载电流增加时，晶体管103的电流经由晶体管109和301流入晶体管302。但是，在启动后因晶体管109充分导通，所以流入晶体管302的量大致由晶体管301决定。因此，为了对晶体管301施加限制，放大器301比较基准电压304和晶体管302的漏极电压，并调整晶体管301的电流量且以两电压相同的方式进行控制。即，通过调整基准电压电路304，能够生成与负载电流相应的信号并从端子111输出。此外，升压电路的动作不仅与负载变动而且也与负载电流流过时的电源变动、脉动除去率的特性关联，因而能够以进行高速响应的方式使其动作。
由以上所述，第三实施方式的电压调节器能在电源电压启动时、负载变动、电源变动时实现高速的瞬态响应。另外，还能通过调整基准电压电路304而输出与负载电流相应的信号。
[实施例4]
图4是第四实施方式的电压调节器的电路图。与图3的不同是追加了电阻405这点。
对连接进行说明。电阻405的一侧连接到放大器403的反相输入端子，另一侧连接到端子111。
接着对第四实施方式的电压调节器的动作进行说明。使电源电压启动而电流流动于PMOS晶体管103时，电流从端子110流动至升压电路108。升压电路108由能够生成恒流源的电压电流转换电路构成，仅输出某设定值的升压量。即，虽然PMOS晶体管103或者PMOS109的电流按照负载电流而增加，但超过设定值时饱和而变为固定。与此时的电流成比例的电流成为升压电流。
电压电流转换电路的动作如下。首先负载电流增加时，PMOS晶体管103的电流经由PMOS晶体管109和NMOS晶体管401流入NMOS晶体管402。在启动后，因PMOS晶体管109充分导通，所以流入NMOS晶体管402的量大致由NMOS晶体管401决定。因此，为了对NMOS晶体管401施加限制，放大器403比较基准电压404和将晶体管402的漏极电压与电阻405的电压相加的电压，并调整NMOS晶体管401的电流量且以两电压相同的方式进行控制。这样，通过调整电阻405，能够生成与负载电流相应的信号并从端子111输出。电阻405通过将具有负温度特性的多晶电阻和具有正温度特性的阱电阻组合使用，能够作为不依赖于温度的恒流源电路而获得。此外，升压电路的动作不仅与负载变动而且也与负载电流流过时的电源变动及脉动除去率的特性关联，因而能够以进行高速响应的方式使其动作。
由以上所述，第四实施方式的电压调节器能在电源电压启动时、负载变动、电源变动时实现高速的瞬态响应。另外，还能通过调整电阻405而输出与负载电流相应的信号。
Claims (4)
1.一种电压调节器，其特征在于，具备：
基准电压电路，输出基准电压；
输出晶体管；
第一差分放大电路，将所述基准电压与对所述输出晶体管输出的电压进行分压的分压电压之差进行放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；
升压电路，检测所述输出晶体管的输出电流并向所述第一差分放大电路输出信号；
感应晶体管，感应所述输出电流；
第一晶体管，源极与所述感应晶体管的漏极连接且漏极与所述升压电路的端子连接，所述第一晶体管以能够正确地拷贝输出电流的方式进行调整；以及
第二差分放大电路，输出端子连接到所述第一晶体管的栅极，反相输入端子连接到所述感应晶体管的漏极，同相输入端子连接到所述电压调节器的输出端子，
所述第二差分放大电路以使所述感应晶体管和所述输出晶体管的漏极电压相等的方式调整所述第一晶体管的栅极，并以流动于所述输出晶体管的电流能够在所述感应晶体管正确地拷贝的方式进行控制。
2.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述升压电路具备：
第二晶体管，栅极连接到第三晶体管的漏极及栅极，漏极连接到第四晶体管的栅极及漏极，源极连接到第一电阻；
第五晶体管，漏极连接到所述第三晶体管的漏极，栅极和源极分别连接到所述第四晶体管的栅极和源极；
第四晶体管，栅极和漏极连接到所述第二晶体管的漏极；
所述第三晶体管，源极连接到接地；以及
所述第一电阻，连接到所述第二晶体管的源极，
通过调节所述第一电阻的电阻值来调节检测的负载电流值。
3.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述升压电路具备：
第二晶体管，栅极连接到第三差分放大电路的输出，漏极连接到所述升压电路的端子；
第三晶体管，栅极及漏极连接到所述第二晶体管的源极和所述第三差分放大电路的反相输入端子，源极连接到接地；
所述第三差分放大电路，同相输入端子连接到第二基准电压电路，
通过调节所述第二基准电压电路的电压值来调节检测的负载电流值。
4.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述升压电路具备：
第二晶体管，栅极连接到第三差分放大电路的输出，漏极连接到所述升压电路的端子；
第三晶体管，栅极及漏极连接到第一电阻，源极连接到接地；
所述第三差分放大电路，同相输入端子连接到第二基准电压电路，反相输入端子连接到所述第二晶体管的源极及所述第一电阻的另一侧，
通过调节所述第一电阻的电阻值来调节检测的负载电流值。
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