CN103294098A

CN103294098A - 电压调节器

Info

Publication number: CN103294098A
Application number: CN2013100552888A
Authority: CN
Inventors: 远藤大树; 二瓶洋太朗
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: JP2013178712A; CN103294098B; KR20130099855A; US20130221939A1; US9098100B2; KR102008157B1; TWI553438B; TW201339786A; JP5969221B2

Abstract

提供一种电压调节器，该电压调节器具有逆流电流防止功能，对于电源电压的急剧变动，不会在输出端子中发生较大的过冲，可以安全地动作。在对电源电压与输出电压进行比较的比较电路中，具有检测电源电压的变动的电源电压变动检测电路，构成为，在电源电压急剧升高的情况下，使限制比较电路的消耗电流的恒流电路中的电流增大，从而改善响应特性。

Description

电压调节器

技术领域

本发明涉及电压调节器，更详细地说是涉及具有防止来自连接到输出端子的备份电池等外部电源的逆流电流的逆流电流防止功能的电压调节器。

背景技术

图3是具有逆流电流防止功能的电压调节器的电路图。

具有逆流电流防止功能的电压调节器具有基准电压电路401、误差放大器402、N沟道晶体管400、P沟道晶体管403、404、405、406、分压电阻407、408、以及比较电路430。

电源电压（VBAT1）被施加在VDD端子与VSS端子之间。备份电池412和负载413（例如，半导体存储装置）与输出端子OUT连接。

首先，对向VDD端子与VSS端子之间供给电源电压时的电压调节器的动作进行说明。电源电压与备份电池412的电压（VBAT2）之间的关系一般为VBAT1＞VBAT2。

误差放大器402对反馈电压VFB与基准电压电路401输出的基准电压Vref的差电压进行放大而对P沟道晶体管403的栅极进行控制，其中反馈电压VFB是通过电阻407和电阻408将输出端子OUT的输出电压VOUT进行分压后得到的电压。输出端子OUT的输出电压VOUT保持固定。比较电路430对输入到输入端子121的电源电压与输入到输入端子122的输出电压VOUT进行比较，并将信号输出到CONTX端子110与CONT端子111中。

图4示出了以往的比较电路430。比较电路430由恒流电路103、恒流电路104、P沟道晶体管101、P沟道晶体管102、逆变器105、逆变器106、逆变器108以及电平转换器107构成。

电源电压高于输出电压VOUT，因此，P沟道晶体管101的栅极-源极间电压高于P沟道晶体管102的栅极-源极间电压。因此，P沟道晶体管102的漏极电压成为“低”电平（VSS端子的电压）。通过波形整形用的逆变器105和106，逆变器106的输出所连接的CONT端子111的电压成为“低”电平。由于经由电平转换器107和逆变器108，因而CONTX端子110的电压成为“高”电平（电源电压）。由此，P沟道晶体管405导通，P沟道晶体管406截止，因此，P沟道晶体管403的衬底电压成为电源电压。

接着，对电源电压的供给减少时的电压调节器的动作进行说明。电源电压与备份电池412的电压之间的关系为VBAT1<VBAT2。

当电源电压降低到低于输出电压VOUT时，P沟道晶体管101的栅极-源极间电压低于P沟道晶体管102的栅极-源极间电压。因此，P沟道晶体管102的漏极的电位成为“高”电平（输出电压VOUT）。通过波形整形用的逆变器105和106，逆变器106的输出即CONT端子111的电压成为“高”电平（输出电压VOUT）。由于经由电平转换器107和逆变器108，因而CONTX端子110的电压成为“低”电平。因此，P沟道晶体管405截止，P沟道晶体管406导通，因此，P沟道晶体管403的衬底电压成为输出电压VOUT。

即，将P沟道晶体管403的衬底（NWELL）电位切换到电源电压和输出电压中的较高的一侧，由此，即使电源电压降低到低于输入端子122的电压，也可以防止从输出端子OUT经由P沟道晶体管403的衬底间的寄生二极管流过电流（例如，参照专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－65634号公报

发明内容

然而，在以往的比较电路430中，由于将从输入端子122流入的逆流电流控制得尽可能小，因而电路的响应速度很慢。因此，存在切换P沟道晶体管403的衬底电压的信号相对于急剧的电压变动发生延迟这样的问题。例如，在电源电压急剧升高的情况下，在切换信号发生延迟的期间内，电流从VDD端子经由P沟道晶体管103的衬底间的寄生二极管向输出端子OUT流动，在输出端子OUT中发生过冲。

因此，本发明的目的在于，解决上述的问题，提供一种具有逆流电流防止功能的电压调节器，该电压调节器对于电源电压的急剧变动，在输出端子OUT中不会发生较大的过冲，可以安全地动作。

具有本发明的逆流电流防止功能的电压调节器被构造成：在对电源电压与输出电压进行比较的比较电路中具有检测电源电压升高的电源电压变动检测电路，在电源电压急剧升高的情况下，使限制比较电路的消耗电流的恒流电路的电流增大，从而改善响应特性。

根据具有本发明的逆流电流防止功能的电压调节器，在比较电源电压和输出电压的比较电路中，具有检测电源电压升高的电路，控制对消耗电流进行限制的恒流电路，因此具有如下效果：对于电源电压的变动，能够以足够的响应速度来切换输出晶体管的衬底电位，而不会使向输出端子流入的逆流电流稳定地增大。

附图说明

图1是本发明的电压调节器的比较电路的电路图。

图2是示出本发明的电压调节器的比较电路的电源电压变动检测电路的一例的电路图。

图3是本发明的电压调节器的电路图。

图4是以往的比较电路的电路图。

标号说明

103、104：恒流电路

107：电平转换器

109：电源电压变动检测电路

401：基准电压电路

402：误差放大器

413：负载

430：比较电路

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。

如图3所示，具有本发明的逆流电流防止功能的电压调节器具有基准电压电路401、误差放大器402、N沟道晶体管400、P沟道晶体管403、404、405、406、分压电阻407、408以及比较电路430。

作为输出晶体管的P沟道晶体管403连接在VDD端子与输出端子OUT之间。分压电阻407、408与N沟道晶体管400串联连接在输出端子OUT与VSS端子之间。误差放大器402中，基准电压电路401的输出端子与反相输入端子连接，分压电阻407、408的连接点与非反相输入端子连接，输出端子与P沟道晶体管403的栅极连接。在比较电路430中，VDD端子与输入端子121连接，输出端子OUT与输入端子122连接，VSS端子与输入端子123连接，输出端子110与N沟道晶体管400和P沟道晶体管404、406的栅极连接，输出端子111与P沟道晶体管405的栅极连接。P沟道晶体管405的源极和漏极与VDD端子和P沟道晶体管403的衬底连接。P沟道晶体管406的源极和漏极与输出端子OUT和P沟道晶体管403的衬底连接。P沟道晶体管404的源极和漏极与输出端子OUT和P沟道晶体管403的栅极连接。

图1是本发明的电压调节器的比较电路的电路图。比较电路430具有P沟道晶体管101、P沟道晶体管102、恒流电路103、恒流电路104、逆变器105、逆变器106、逆变器108、电平转换器107以及电源电压变动检测电路109。

在P沟道晶体管101中，栅极与漏极、P沟道晶体管102的栅极以及恒流电路103连接，源极与VDD端子连接。在P沟道晶体管102中，漏极与逆变器105、恒流电路104连接，源极、背栅与输入端子122连接。电源电压变动检测电路109连接在VDD端子121与VSS端子123之间，输出端子与恒流电路103、恒流电路104连接。逆变器105与逆变器106串联连接，从输入端子122提供电源。逆变器106的输出与电平转换器107、CONT端子111连接。电平转换器107的输出经由逆变器108与CONTX端子110连接。电平转换器107和逆变器108的电源从VDD端子提供。

接着，对具有逆流电流防止功能的电压调节器的动作进行说明。

首先，对在VDD端子与VSS端子之间供给电源电压时的电压调节器的动作进行说明。电源电压与备份电池412的电压（VBAT2）之间的关系为VBAT1＞VBAT2。

误差放大器402对反馈电压VFB与基准电压电路401输出的基准电压Vref的差电压进行放大而对P沟道晶体管403的栅极进行控制，其中反馈电压VFB是通过电阻407和电阻408将输出端子OUT的输出电压VOUT进行分压后得到的电压。输出端子OUT的输出电压VOUT保持固定。比较电路430对输入到输入端子121的电源电压与输入到输入端子122的输出电压VOUT进行比较，并将信号输出到CONTX端子110和CONT端子111中。

由于电源电压高于输出电压VOUT，因此P沟道晶体管101的栅极-源极间电压高于P沟道晶体管102的栅极-源极间电压。因此，P沟道晶体管102的漏极电压成为“低”电平（VSS端子的电压）。通过波形整形用的逆变器105和106，逆变器106的输出所连接的CONT端子111的电压成为“低”电平。由于经由电平转换器107和逆变器108，因而CONTX端子110的电压成为“高”电平（电源电压）。因此，N沟道晶体管400导通，P沟道晶体管404截止。即，电压调节器正常动作。

此外，P沟道晶体管405导通，P沟道晶体管406截止，因此P沟道晶体管403的衬底的电压成为电源电压。

接着，对电源电压的供给减少时的电压调节器的动作进行说明。电源电压与备份电池412的电压之间的关系为VBAT<VBAT2。

当电源电压降低到低于输出电压VOUT时，P沟道晶体管101的栅极-源极间电压低于P沟道晶体管102的栅极-源极间电压。因此，P沟道晶体管102的漏极的电位成为“高”电平（输出电压VOUT）。通过波形整形用的逆变器105和106，逆变器106的输出即CONT端子111的电压成为“高”电平（输出电压VOUT）。由于经由电平转换器107和逆变器108，因而CONTX端子110的电压变为“低”电平。因此，N沟道晶体管400截止，P沟道晶体管404导通。即使电源电压降低，误差放大器402的输出不稳定，也可以通过P沟道晶体管404在P沟道晶体管403的栅极施加“高”电平的电压，因此能够使P沟道晶体管403截止。

此外，P沟道晶体管405截止，P沟道晶体管406导通，因此P沟道晶体管403的衬底的电压成为输出电压VOUT。即，通过将P沟道晶体管403的衬底（NWELL）电位切换到电源电压和输出电压中的较高的一侧，即使电源电压降低到低于输出电压VOUT，也可以防止电流从输出端子OUT经由P沟道晶体管103的衬底间的寄生二极管流动。

接着，对该状态下电源电压急剧升高的情况下的电压调节器的动作进行说明。

P沟道晶体管102的漏极的电位成为“低”电平（VSS端子的电位），但其切换所需的时间因恒流电路104而被限制。电源电压变动检测电路109检测电源电压的变动，并根据该变动来控制在恒流电路103和恒流电路104中流过的电流。即，在VDD端子的电压急剧升高的情况下，使在恒流电路103和恒流电路104中流过的电流暂时增加，缩短P沟道晶体管102的漏极电位切换到“低”电平的时间。

如以上说明的那样，根据本发明的电压调节器的比较电路，电源电压变动检测电路109检测电源电压的急剧变动，使在恒流电路103和恒流电路104中流过的电流暂时增加，由此，能够缩短CONT端子111和CONTX端子110的信号的切换时间，能够迅速地使逆流电流防止功能动作。因此，可以防止输出端子OUT产生过冲，而不会影响备份电池412的动作时间。

电源电压变动检测电路109由串联连接在VDD端子与VSS端子之间的电容201、作为电阻元件的耗尽型N沟道晶体管301、N沟道晶体管203和204构成。恒流电路103由耗尽型N沟道晶体管302和303构成，恒流电路104由耗尽型N沟道晶体管304和305构成。

电容201和耗尽型N沟道晶体管301作为微分电路发挥作用，根据VDD端子的变动对N沟道晶体管203和204的栅极进行控制。即，在电源电压急剧升高的情况下，耗尽型N沟道晶体管301的漏极的电压升高，N沟道晶体管203和204的栅极的电压升高并导通，因此，恒流电路103与恒流电路104的电流增大。因此，能够缩短CONT端子111与CONTX端子110的信号的切换时间，能够迅速地使逆流电流防止功能动作。

另外，没有限定逆变器105以后的电路，只要能够输出波形整形以及电平变换的信号即可。

此外，作为微分电路的电阻元件发挥作用的耗尽型N沟道晶体管301和构成恒流电路的耗尽型N沟道晶体管302～305为相同的耗尽型N沟道，因此在制造工序中的偏差中具有相关性。例如，当耗尽型N沟道晶体管的阈值电压降低时，比较电路430的响应速度稳定地变慢，但相对于电源电压的变动变快。因此，对于制造工序中的偏差，比较电路430的响应可以具有比较小的相关性。因此，构成微分电路的电阻元件和恒流电路的晶体管如果在制造工序中的偏差中具有相关性，也可以不限于此。

Claims

1.一种电压调节器，所述电压调节器具有：

输出晶体管，其设置在电源端子与输出端子之间；

误差放大器，其对基准电压与基于所述输出端子的电压的电压进行比较，以所述输出端子的电压成为固定的方式对所述输出晶体管的栅极电压进行控制；

第1晶体管，其用于将所述输出晶体管的衬底与所述电源端子连接；

第2晶体管，其用于将所述输出晶体管的衬底与所述输出端子连接；以及

比较电路，其根据比较所述电源端子与所述输出端子的电压后得到的结果，对所述第1晶体管和所述第2晶体管进行切换控制，

所述电压调节器的特征在于，

所述比较电路具有：

第3晶体管，其源极与所述电源端子连接，栅极与漏极连接，漏极与第1恒流电路连接；

第4晶体管，其源极与所述输出端子连接，栅极与所述第3晶体管的栅极连接，漏极与第2恒流电路连接；以及

电源电压变动检测电路，其输入端子与所述电源端子连接，根据检测所述电源端子的电压而得到的结果，控制所述第1恒流电路和所述第2恒流电路的电流，

所述电压调节器根据所述第4晶体管与所述第2恒流电路的连接点的电压，控制所述第1晶体管和所述第2晶体管的栅极，并将所述输出晶体管的衬底的电压切换到所述电源端子的电压与所述输出端子的电压中高的一侧。

2.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，

所述电源电压变动检测电路具有：

串联连接在所述电源端子与接地端子之间的电容元件和电阻元件；以及

控制所述第1恒流电路与所述第2恒流电路的电流的第5晶体管和第6晶体管，它们的栅极由所述电阻元件的电压控制。

3.根据权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，

所述电阻元件由与构成所述第1恒流电路和所述第2恒流电路的元件相同的元件构成。