CN102778914B

CN102778914B - 电压调节器

Info

Publication number: CN102778914B
Application number: CN201210143180.XA
Authority: CN
Inventors: 坂口薰; 井村多加志
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: US9110487B2; CN102778914A; JP5806853B2; TW201303544A; KR20120127275A; US20120286751A1; TWI529512B; JP2012238233A; KR101771725B1

Abstract

本发明提供具有不需要测试电路的过电流保护电路的电压调节器。构成为：对在基准电压电路中决定基准电压的元件和在过电流保护电路中决定最大输出电流的元件使用具有相同的特性的元件。由此，在微调前输出电压和过电流保护的最大输出电流产生相关，所以不用进行测试电路的评价就能够推定微调前的最大输出电流。

Description

电压调节器

技术领域

本发明涉及具备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9是示出现有的电压调节器的图。

现有的电压调节器具备接地端子100、电源端子101、输出端子102、基准电压电路103、差分放大电路104、输出晶体管105、分压电路106以及过电流保护电路107。

对现有的电压调节器的动作进行说明。

当输出端子102的输出电压Vout比既定电压高时，即，分压电路106的分压电压Vfb比基准电压Vref高时，差分放大电路104的输出信号变高。由于输出晶体管105的栅极电压变高，所以输出晶体管105截止，输出电压Vout变低。另外，当输出电压Vout比既定电压低时，如上所述，输出电压Vout变高。即，电压调节器的输出电压Vout在既定电压保持固定。

在此，使电压调节器的输出电压Vout因负荷的增大而下降时，输出电流Iout变多，成为最大输出电流Im。于是，与该最大输出电流Im对应，流动到与输出晶体管105电流反射镜连接的感测晶体管（sense transistor）121的电流变多。此时，在电阻154产生的电压变高，NMOS晶体管123导通，在电阻153产生的电压变高。而且，PMOS晶体管124导通，输出晶体管105的栅极/源极间电压变低，输出晶体管105截止。因此，输出电流Iout没有变得比最大输出电流Im多，而固定于最大输出电流Im，输出电压Vout变低。在此，输出晶体管105的栅极/源极间电压因在电阻154产生的电压而变低，输出晶体管105截止，输出电流Iout固定于最大输出电流Im，所以最大输出电流Im由电阻154的电阻值及晶体管123的阈值决定（参照专利文献1）。

为了使最大输出电流Im精度良好，需要精度良好地调整电阻154的电阻值及晶体管123的阈值。为了进行调整，在评价电阻154、晶体管123的特性后进行微调（トリミング）。针对与电阻154及晶体管123具有相同特性的代替元件进行评价。

图10是示出具备现有的测试电路的电压调节器的图。具备现有的测试电路的电压调节器还具备电压检测器111、第1开关191、第2开关192以及评价对象的代替元件112。

当分压电路106的输出被输入到电压检测器111时，第1开关191受电压检测器111的输出控制而成为短路状态时，电流从输出端子102流动到评价对象的代替元件112。受电压检测器111的输出控制的第2开关192成为短路状态时，PMOS晶体管129截止，电流不从输出端子102流动到内部电路元件113。因此，使用图10的结构时，能够对评价对象的代替元件112的电特性精度良好地进行评价（参照专利文献2）。

专利文献1：日本特开2005－293067号公报

专利文献2：日本特开2008－140113号公报。

发明内容

然而，在现有技术中，为了进行正确地设定电压调节器的最大输出电流Im的过电流保护微调，需要用于评价决定Im的元件的特有的测试电路。当电压调节器作为制品而起作用时不需要测试电路，由于存在测试电路，电压调节器IC的芯片面积变大，当芯片面积较大时，每1块晶圆的芯片数变少，所以在成本方面是不利的。另外，对评价对象的代替元件的电特性进行评价的测试工序的存在提高了IC的制造费用，所以在成本方面是不利的。

在本发明中，鉴于上述课题，提供省略了用于精度良好地设定最大输出电流的测试电路及测试工序的电压调节器。

为了解决现有的课题，在本发明的电压调节器中，构成为：对决定基准电压电路中的基准电压Vref的元件和在过电流保护电路中决定最大输出电流Im的元件使用具有相同的特性的元件。

在本发明的电压调节器中，不用在测试电路中评价过电流保护电路的评价对象的代替元件，就能够推定最大输出电流Im。微调前的输出电压Vout由决定基准电压电路中的基准电压Vref的元件的特性值决定。另一方面，因为决定最大输出电流Im的过电流保护电路中的元件与决定基准电压Vref的元件特性相同，所以在输出电压Vout和最大输出电流Im的制造上的偏差产生相关，无需决定最大输出电流Im的元件的测试电路及测试工序就能够掌握Im。因此，本发明的电压调节器不使用测试电路，所以能够缩小芯片面积，由于能够省略测试工序，所以存在降低制造成本这一效果。

附图说明

图1是示出本实施方式的电压调节器的电路图。

图2是示出本实施方式的电压调节器的一个例子的电路图。

图3是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图4是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图5是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图6是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图7是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图8是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。

图9是示出现有的电压调节器的电路图。

图10是示出具备现有的测试电路的电压调节器的电路图。

附图标记说明

103 基准电压电路；104 差分放大电路；105 输出晶体管；106分压电路；107 过电流保护电路；110 基准电压源；111 电压检测器；112 评价对象的代替元件；113 内部电路。

具体实施方式

图1是示出本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具备基准电压电路103、差分放大电路104、输出晶体管105、具备电阻151和电阻152的分压电路106、以及过电流保护电路107。

差分放大电路104在反相输入端子连接基准电压电路103的输出端子，在同相输入端子连接分压电路106的输出端子，输出端子与过电流保护电路107及输出晶体管105的栅极连接。输出晶体管105在源极连接电源端子101，在漏极连接输出端子102。分压电路106连接到输出端子102和接地端子100之间，将电阻151和电阻152的连接点连接到差分放大电路104的同相输入端子。

在此，本实施方式的电压调节器，用具有相同特性的元件构成决定基准电压电路103的基准电压Vref的元件和决定过电流保护电路107的最大输出电流Im的元件。这样，在基准电压Vref和最大输出电流Im产生正的相关。或者，用具有相同特性的元件构成决定基准电压电路103的基准电压Vref的元件和决定在过电流保护电路107的输出电压Vout为0V时的输出电流、即短路电流Is的元件。这样，在基准电压Vref和短路电流Is产生正的相关。特别是，在半导体集成电路中，具有相同的特性的元件的相对精度较高，所以具有比较强的相关。

输出电压Vout由基准电压Vref和分压电路106的电阻151和电阻152的分压比决定。即，只要电阻151和152的分压比已知，就能够从输出电压Vout推定基准电压Vref。在半导体集成电路中电阻比的精度较高，所以可认为实际的电阻的分压比大致为设计值那样。因此，能从输出电压Vout推定基准电压Vref。即，也能从输出电压Vout推定最大输出电流Im。

在现有的结构中，为了正确地设定最大输出电流Im或短路电流Is，需要评价最大输出电流Im或短路电流Is的测试电路，但通过使用本实施方式的结构，不需要测试电路，能够缩小芯片面积。而且，使用本实施方式的结构时，能够省略测试电路的测定工序。

如以上所记载的，本实施方式的电压调节器能够缩小芯片面积以及缩短测试工序，所以能够得到降低制造成本的效果。

图2是示出本实施方式的电压调节器的一个例子的电路图。示出过电流保护电路107和基准电压电路103的一个具体例子。

图2的基准电压电路103a具备NMOS耗尽型晶体管132和NMOS晶体管133，构成ED型基准电压电路。

另外，图2的过电流保护电路107a具备与输出晶体管105电流反射镜连接的感测晶体管121、NMOS耗尽型晶体管122、NMOS晶体管123、电阻153以及PMOS晶体管124。与现有的电压调节器的不同点在于，使用非饱和动作的NMOS耗尽型晶体管122代替电阻154这一点。

NMOS耗尽型晶体管132的漏极与电源端子101连接，栅极及源极与差分放大电路104的反相输入端子连接。NMOS晶体管133的栅极及漏极与NMOS耗尽型晶体管132的源极连接，源极连接到接地端子100。

感测晶体管121的栅极连接到输出晶体管105的栅极，漏极连接到NMOS耗尽型晶体管122的漏极，源极连接到电源端子101。NMOS耗尽型晶体管122的栅极连接到漏极和NMOS晶体管123的栅极，源极连接到接地端子100。NMOS晶体管123的源极连接到接地端子，漏极连接到电阻153的一个端子。电阻153的另一个端子连接到电源端子101。PMOS晶体管124的栅极连接到电阻153的一个端子，源极连接到电源端子，漏极连接到输出晶体管105的栅极。

在如以上那样构成的电压调节器中，过电流保护特性由NMOS耗尽型晶体管122和NMOS晶体管123的特性决定，基准电压Vref由NMOS耗尽型晶体管132和NMOS晶体管133的特性决定。因此，通过对这些晶体管使用具有相同特性的元件，在基准电压Vref和最大输出电流Im之间产生强相关，所以从输出电压Vout能推定最大输出电流Im。在此，在NMOS耗尽型晶体管122和NMOS耗尽型晶体管132具有相同的阈值，在NMOS晶体管123和NMOS晶体管133具有相同的阈值。

本实施方式的电压调节器通过使用如以上所记载的结构，不需要测试电路，能够缩小芯片面积，而且能够省略测试电路的测定工序，所以能够得到降低制造成本的效果。

此外，如图3的过电流保护电路107b所示，过电流保护电路107a的NMOS耗尽型晶体管122也可以构成为：使用NMOS耗尽型晶体管126、127、128串联连接并用熔断器186、187、188微调。这样地构成过电流保护电路107，通过微调NMOS耗尽型晶体管，能够最佳地修正过电流保护电路的特性。

在此， NMOS耗尽型晶体管132、126、127、128全部具有相同的阈值。

但是，NMOS耗尽型晶体管和熔断器的结构并不限定于该电路、数量。

另外，图4是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。示出过电流保护电路107的其他具体例子。

图4的过电流保护电路107c和图2的过电流保护电路107a的不同之处在于，使用仅在将源极与输出端子102连接这点上不同的NMOS晶体管125来代替NMOS晶体管123。图2的过电流保护电路107a是下垂型的，与此相对，图4的过电流保护电路107c是折回型（フ字型）的。

在图4的过电流保护电路107c中，输出电压Vout为0V时的输出电流、即短路电流Is由NMOS晶体管125和NMOS耗尽型晶体管122的特性决定。因此，由于短路电流Is和基准电压Vref具有相关，所以能够得到同样的效果。

另外，从图5到图8是示出本实施方式的电压调节器的其他例子的电路图。示出基准电压电路103的其他具体例子。

在图5的基准电压电路103b中，NMOS耗尽型晶体管122和NMOS耗尽型晶体管132具有相同的阈值，NMOS晶体管123和NMOS晶体管133具有相同的阈值。

另外，在图6的基准电压电路103c中，NMOS耗尽型晶体管122和NMOS耗尽型晶体管132具有相同的阈值，NMOS晶体管123和NMOS晶体管133具有相同的阈值。

另外，在图7的基准电压电路103d中，NMOS耗尽型晶体管122和NMOS耗尽型晶体管140具有相同的阈值， NMOS晶体管123和NMOS晶体管133具有相同的阈值。

另外，在图8的基准电压电路103e中，NMOS耗尽型晶体管122和NMOS耗尽型晶体管142具有相同的阈值，NMOS晶体管123和NMOS晶体管143具有相同的阈值。

只要是由如这些的NMOS耗尽型晶体管和NMOS晶体管的特性决定的基准电压Vref，就同样能够得到本发明的效果。

Claims

1.一种电压调节器，具备：

基准电压电路，输出基准电压；

差分放大电路，比较所述基准电压和基于输出电压的电压，控制输出晶体管的栅极电压使得所述输出电压为固定；以及

过电流保护电路，检测过电流流动到所述输出晶体管的情况，并限制所述输出晶体管的电流，其特征在于，

在所述基准电压电路中决定所述基准电压的第一耗尽型晶体管和在所述过电流保护电路中决定所述输出晶体管的最大输出电流或短路电流的第二耗尽型晶体管具有相同特性，

所述相同特性是耗尽型晶体管的阈值。

2.一种电压调节器，具备：

基准电压电路，输出基准电压；

在所述基准电压电路中决定所述基准电压的元件和在所述过电流保护电路中决定所述输出晶体管的最大输出电流或短路电流的元件具有相同特性，

所述基准电压电路具备第一NMOS耗尽型晶体管和第一NMOS晶体管；

所述过电流保护电路具备：感测所述输出晶体管的输出电流的感测晶体管、将使流动到所述感测晶体管的电流流动的栅极和漏极短路的第二NMOS耗尽型晶体管、以及电流反射镜连接的第二NMOS晶体管；

决定所述基准电压的元件是所述第一NMOS耗尽型晶体管和所述第一NMOS晶体管；

决定所述过电流保护电路的最大输出电流或短路电流的元件是所述第二NMOS耗尽型晶体管和所述第二NMOS晶体管。