CN102999075A - 稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供过渡响应特性良好且确保稳定动作的稳压器。该稳压器具备：差动放大器，输入基准电压电路输出的基准电压和将稳压器的输出电压分压后的反馈电压，将其差值放大并输出；第一MOS晶体管，其栅极端子与差动放大器的输出端子连接；第一恒流源，其设于第一MOS晶体管和接地端子之间；输出MOS晶体管，其栅极端子经由相位补偿电路与第一MOS晶体管的漏极端子连接；第二MOS晶体管，其栅极端子上被输入差动放大器的输出，其漏极端子与输出MOS晶体管的栅极端子连接；以及第二恒流源，其设于第二MOS晶体管和接地端子之间。

Description

稳压器
技术领域
本发明涉及接受输入电压而产生固定的输出电压Vout的稳压器，更具体涉及稳压器的过渡响应特性和稳定动作。
背景技术
一般，稳压器接受输入到输入端子15的输入电压Vin，在输出端子16产生固定的输出电压Vout。稳压器根据负载的变动供给电流，将输出电压Vout始终保持固定。
图2是现有的稳压器的电路图。
基准电压电路110生成基准电压Vref。泄放（bleeder）电阻111及112，将输出端子16的输出电压Vout分压，生成反馈电压Vfb。基准电压Vref和反馈电压Vfb输入差动放大器120的输入端子。差动放大器120的输出电压输入到构成第一源极接地放大电路的MOS晶体管123的栅极端子。MOS晶体管123的源极端子与输入端子15连接，漏极端子与恒流源124、电阻121和电容122连接。MOS晶体管123的输出，经由电阻121输入到构成第二源极接地放大电路的MOS晶体管114的栅极端子。MOS晶体管114的源极端子与输入端子15连接，漏极端子与泄放电阻111连接。稳压器的输出端子16是MOS晶体管114和泄放电阻111的接点。稳压器的输出端子16与负载电容CL和具有负载电阻RL的负载连接。
对现有的稳压器的动作进行说明。
在基准电压Vref大于反馈电压Vfb的情况下，差动放大器120的输出升高，MOS晶体管123的导通（ON）电阻变大。若MOS晶体管123的导通电阻变大，则MOS晶体管114的栅极端子的电压通过电阻121而降低。由于MOS晶体管114的导通电阻变小，所以输出电压Vout升高。因而，稳压器以使反馈电压Vfb和基准电压Vref相等的方式工作。在反馈电压Vfb大于基准电压Vref的情况下，进行与上述相反的动作，输出电压Vout会降低。
通常稳压器将反馈电压Vfb和基准电压Vref保持成相等，从而产生固定的输出电压Vout。
为了提高过渡响应特性，稳压器有必要扩大频率波段。现有的稳压器，通过设计成电压3级放大电路结构，即便在较少的消耗电流也扩大频率波段，从而提高过渡响应特性。但是，电压3级放大电路结构，由于相位被延迟180度以上，所以容易陷入振荡等的不稳定动作中。因此，在现有的稳压器中，附加电阻121和电容122。由电阻121和MOS晶体管114的寄生电容产生零点而对电压3级放大电路产生的相位的延迟进行相位补偿，从而确保稳定动作（例如，参照专利文献1）。
专利文献
专利文献1：日本特开2005－215897号公报。
发明内容
现有的稳压器中，通过附加电阻121和电容122，进行相位补偿并确保稳定动作。另一方面，为了控制MOS晶体管114的栅极电压，需要对MOS晶体管114的寄生电容的电荷进行充放电。
因而，在现有的稳压器中，对MOS晶体管114的寄生电容的电荷进行充放电时，因电阻121的影响而电荷的充放电会产生延迟。由于在MOS晶体管114的寄生电容的充放电产生延迟，所以存在负载过渡响应中输出电压Vout的下冲、过冲变大的课题。
本发明鉴于上述课题而完成，提供过渡响应特性良好且确保稳定动作的稳压器。
为了解决上述课题，本发明在由差动放大器、具备相位补偿电路的第一源极接地放大电路、和输出电路即第二源极接地放大电路构成的电压3级放大电路以外，在差动放大器与第二源极接地放大电路之间追加第三源极接地放大电路。
即，稳压器具备：差动放大器，其输入基准电压电路输出的基准电压和将稳压器的输出电压分压后的反馈电压，将其差值放大并输出；第一MOS晶体管，其栅极端子与差动放大器的输出端子连接；第一恒流源，其设于第一MOS晶体管和接地端子之间；输出MOS晶体管，其栅极端子经由相位补偿电路与第一MOS晶体管的漏极端子连接；第二MOS晶体管，其栅极端子上被输入差动放大器的输出，漏极端子与输出MOS晶体管的栅极端子连接；以及第二恒流源，其设于第二MOS晶体管和接地端子之间。
构成第三源极接地放大电路的MOS晶体管的输出，不经电阻而与输出MOS晶体管的栅极连接。因而，输出MOS晶体管的栅极能够无延迟地进行控制。因而，即便利用具备相位补偿电路的电压3级放大电路，也能不经相位补偿电路的电阻而控制输出MOS晶体管的栅极，因此能够改善过渡响应特性。
附图说明
图1是第一实施方式的稳压器的电路图；
图2是现有的稳压器电路的电路图；
图3是第二实施方式的稳压器的电路图；
图4是第三实施方式的稳压器的电路图；
图5是第四实施方式的稳压器的电路图；
图6是第五实施方式的稳压器的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的稳压器进行说明。
＜第一实施方式＞
图1是第一实施方式的稳压器的电路图。
第一实施方式的稳压器具备：基准电压电路10；差动放大器20；MOS晶体管23及23a；恒流源24及24a；电阻21；电容22；输出MOS晶体管即MOS晶体管14；泄放电阻11及12。
泄放电阻11及12将输出端子16的输出电压Vout分压而生成反馈电压Vfb。差动放大器20对基准电压电路10输出的基准电压Vref和反馈电压Vfb进行比较。差动放大器20的输出，输入到构成第一源极接地放大电路的MOS晶体管23的栅极端子和构成第三源极接地放大电路的MOS晶体管23a的栅极端子。MOS晶体管23的源极端子与输入端子15连接，漏极端子与恒流源24、电阻21和电容22连接。MOS晶体管23a的源极端子与输入端子15连接，漏极端子与恒流源24a、电阻21和电容22连接。此外，MOS晶体管23a的漏极与构成第二源极接地放大电路的MOS晶体管14的栅极端子连接。MOS晶体管14的源极端子与输入端子15连接，漏极端子与泄放电阻11连接。稳压器的输出端子16是MOS晶体管14和泄放电阻11的接点。稳压器的输出端子16与负载电容CL和具有负载电阻RL的负载连接。
在此，以使电阻21两端的电压相等的方式设定与第一源极接地放大电路和第三源极接地放大电路相关的单元。例如，以使长宽（aspect）比（W/L）相等的方式设定MOS晶体管23和MOS晶体管23a。而且，以使电流值相等的方式设定恒流源24和恒流源24a。此外例如这样的方式进行设定：即，在MOS晶体管23和MOS晶体管23a的长宽比变化的情况下，恒流源24和恒流源24a的电流比也与长宽比对应。
接着，对第一实施方式的稳压器的动作进行说明。
MOS晶体管14和泄放电阻11的接点的电压成为输出电压Vout，由泄放电阻11和泄放电阻12产生反馈电压Vfb。
差动放大器20的输入端子上被输入基准电压Vref和反馈电压Vfb，将输出端子的输出电压输出至MOS晶体管23的栅极端子和MOS晶体管23a的栅极端子。
第一源极接地放大电路的MOS晶体管23和恒流源24，经由相位补偿电路即电阻21和电容22控制MOS晶体管14的栅极端子。第三源极接地放大电路的MOS晶体管23a和恒流源24a，控制MOS晶体管14的栅极端子。第三源极接地放大电路的输出，不经相位补偿电路的电阻21，从而能够无延迟地将MOS晶体管14的栅极端子电压设定为所希望的电压。
在此，设计成使MOS晶体管23和MOS晶体管23a的长宽比相同，且，恒流源24和恒流源24a的电流值也相同。这样，第一源极接地放大电路和第三源极接地放大电路的输出电压成为相等的电压。或者，设计成即便改变MOS晶体管23和MOS晶体管23a的长宽比，也使恒流源24和恒流源24a的电流比与长宽比一致。由此，第一源极接地放大电路和第三源极接地放大电路的输出电压成为相等的电压。
接着，对第一实施方式的稳压器的相位补偿进行说明。
输出晶体管即MOS晶体管14的尺寸远远大于其它的晶体管。因而，MOS晶体管14的栅极和漏极间的寄生电容，因镜像效应而成为大于其它的晶体管的值。
在此，设定为相对于MOS晶体管14的栅极和漏极间的寄生电容，能够忽略电容22的电容的程度充分小的值。这样，通过MOS晶体管23和MOS晶体管23a的输出电阻的合成电阻、和MOS晶体管14的栅极与漏极间的寄生电容，在该系统中最低的频率时产生极点（ポール）FPL2，在频率比它高时产生极点FPH2。
此外，通过MOS晶体管14的输出电阻和负载电阻RL的合成电阻、电容CL，在该系统中最低的频率时产生极点FPL3，在频率比它高时产生极点FPH3。此外，在由MOS晶体管14的栅极和漏极间的寄生电容和电阻21决定的频率上，产生零点FZ1。
这样构成的第一实施方式的稳压器，如下进行相位补偿。但是，关于差动放大器20中的相位的延迟，并不认为在该系统中得到补偿。
首先，在构成第一源极接地放大电路的MOS晶体管23产生的极点FPL2产生90度的相位延迟。将该相位延迟，在零点FZ1处使相位90度而前进，从而返回到原处。在此，调整电阻21的电阻值，以比下次产生的极点FPH2、极点FPL3低的频率产生零点FZ1。由此，稳压器能够确保相位余量，并能确保稳定动作。
如以上说明的那样，根据第一实施方式的稳压器，能够提供负载过渡响应时的过渡响应特性良好且能确保稳定动作的稳压器。
＜第二实施方式＞
图3是第二实施方式的稳压器的电路图。第二实施方式的稳压器具备读出输出负载电流的输出负载电流检测电路30。此外，恒流源24a被追加了串联连接的开关电路和恒流源。输出负载电流检测电路30和恒流源24a以外的电路结构与第一实施方式相同。
输出负载电流检测电路30的输出检测信号的端子，与恒流源24a的开关电路连接。而且，输出负载电流检测电路30根据检测信号进行恒流源24a的电流值的切换。
例如，在增加了输出负载电流的情况下，输出负载电流检测电路30增加恒流源24a的电流值。这样，MOS晶体管14的栅极端子的寄生电容的电荷被快速放电。因而，能够将MOS晶体管14的栅极端子的电压迅速地设定为所希望的电压，因此能够进一步改善过渡响应特性。
此外，本实施方式中设为增加恒流源24a的电流值的结构，但增加恒流源24的电流值也可。
＜第三实施方式＞
图4是第三实施方式的稳压器的电路图。
第三实施方式的稳压器具备读出输出负载电流的输出负载电流检测电路30。此外，电阻21被追加了并联连接的开关电路和恒流源。输出负载电流检测电路30和电阻21以外的电路结构与第一实施方式相同。
输出负载电流检测电路30的输出检测信号的端子，与电阻21的开关电路连接。而且，输出负载电流检测电路30根据检测信号进行电阻21的电阻值的切换。
例如，在增加输出负载电流的情况下，输出负载电流检测电路30减少电阻21的电阻值。这样，相对于按照输出负载电流而决定的频率极点，切换电阻值并且能够将零点的频率改变为任意值。因而，进一步改善动作的稳定性。
＜第四实施方式＞
图5是第四实施方式的稳压器的电路图。
与第一实施方式的稳压器相比，第四实施方式的稳压器还具备输出负载电流检测电路30、和具有串联连接的开关电路的恒流源25。输出负载电流检测电路30和恒流源25以外的电路结构与第一实施方式相同。
输出负载电流检测电路30的输出检测信号的端子与开关电路连接。而且，输出负载电流检测电路30根据检测信号进行恒流源25的切换。
例如，在增加输出负载电流的情况下，输出负载电流检测电路30使恒流源25的开关电路导通，从恒流源25向MOS晶体管23和MOS晶体管23a的栅极端子供给电流。因而，MOS晶体管23和MOS晶体管23a的漏极电流减少，所以通过恒流源24及恒流源24a，能够迅速地将MOS晶体管14的栅极端子的电压设定为所希望的电压。即，改善了稳压器的过渡响应特性。
＜第五实施方式＞
图6是第五实施方式的稳压器的电路图。
在本发明的第四实施方式的电路结构上，进一步追加了与恒流源24a串联连接的开关电路和恒流源。
例如，在增加输出负载电流的情况下，输出负载电流检测电路30从恒流源25供给电流而减少流入MOS晶体管14的栅极端子的电流。相应地，输出负载电流检测电路30通过增加恒流源24a的电流值，能够迅速地将MOS晶体管14的栅极端子的电压设定为所希望的电压，所以稳压器的过渡响应特性得到改善。
此外，在本实施方式中设为增加恒流源24a的电流值的结构，但增加恒流源24的电流值也可。
符号说明
20、120 差动放大器；
24、24a、25、124 恒流源；
30 输出负载电流检测电路；
10、110 基准电压电路。

Claims (6)

1. 一种稳压器，其特征在于，具备：
差动放大器，输入基准电压电路输出的基准电压和将稳压器的输出电压分压后的反馈电压，将其差值放大并输出；
第一MOS晶体管，其栅极端子与所述差动放大器的输出端子连接；
第一恒流源，其设于所述第一MOS晶体管和接地端子之间；
输出MOS晶体管，其栅极端子经由相位补偿电路与所述第一MOS晶体管的漏极端子连接；
第二MOS晶体管，其栅极端子上被输入所述差动放大器的输出，其漏极端子与所述输出MOS晶体管的栅极端子连接；以及
第二恒流源，其设于所述第二MOS晶体管的漏极端子和接地端子之间。
2. 根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述稳压器还具备检测输出端子的负载电流的增加的输出负载电流检测电路，
构成所述相位补偿电路的电阻的电阻值，随着所述输出负载电流检测电路的检测信号而发生变化。
3. 根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述稳压器还具备检测输出端子的负载电流的增加的输出负载电流检测电路，
所述第一恒流源及所述第二恒流源的至少一个，根据所述输出负载电流检测电路的检测信号增加电流。
4. 根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述稳压器还具备检测输出端子的负载电流的增加的输出负载电流检测电路，
所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管，根据所述输出负载电流检测电路的检测信号减少电流。
5. 根据权利要求3所述的稳压器，其特征在于，
在所述稳压器中，所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管，根据所述输出负载电流检测电路的检测信号减少电流。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的稳压器，其特征在于，
在所述稳压器中，所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管的长宽比，与所述第一恒流源和所述第二恒流源的电流值比相同。
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