CN104808732B - 稳压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在稳定状态下不进行过冲的抑制而能够防止输出电压的下降、输出噪声的增大的稳压器。采用这样的结构，即，具备：基于输出电压检测过冲的过冲检测电路；基于过冲检测电路的输出控制误差放大电路的输出端子的过冲抑制电路；以及基于误差放大电路的输出电压辨识输出晶体管的状态的驱动器状态辨识电路，驱动器状态辨识电路控制过冲抑制电路的动作。
Description
技术领域
本发明涉及即使电源变动也能将输出电压稳定化的稳压器。
背景技术
对现有的稳压器进行说明。图7是示出现有的稳压器的电路图。
现有的稳压器具备PMOS晶体管702、703、710、106；NMOS晶体管704、705、706、707、708、709；基准电压产生电路701；电阻104、105、712；电容711；接地端子100；输出端子102；以及电源端子101。
在输出端子102的输出电压Vout处于稳定状态的情况下，电容711被充电至与输出电压Vout相同的电压，因此NMOS晶体管707、708的栅极电压为0V。输出电压Vout因某些条件而快速上升，当该上升电压超过NMOS晶体管707、708的栅极阈值电压时NMOS晶体管707、708导通。而且，若NMOS晶体管707导通，则在NMOS晶体管707中流过漏极电流。该电流加到在NMOS晶体管706生成的恒流的偏置电流而增加差分放大电路的偏置电流。
若输出电压Vout上升，则NMOS晶体管705的漏极电压下降。此时偏置电流增加，因此NMOS晶体管705的漏极电流也增加，能够对与NMOS晶体管705的漏极连接的PMOS晶体管710的栅极电容快速充电。因此，与偏置电流仅为NMOS晶体管706的情况相比，能够迅速将PMOS晶体管710导通。
其结果是，能够使PMOS晶体管106的栅极电压迅速上升，并能迅速增大PMOS晶体管106的导通电阻，因此能够迅速抑制从电源端子101供给的电流并能抑制过冲（例如，参照专利文献1图1）。
专利文献1：日本特开2009－53783号公报。
发明内容
然而，现有的稳压器存在这样的课题，即，在不怎么产生过冲的稳定状态下，也以与输出端子连接的电容检测过冲，因此有过度检测过冲的倾向，使输出电压下降或输出噪声增大。
本发明鉴于上述课题而成，提供稳定状态下不进行过冲的抑制而能够防止输出电压的下降、输出噪声的增大的稳压器。
为了解决现有的课题，本发明的稳压器采用如下的结构。
采用这样的结构，即，具备：基于输出电压检测过冲的过冲检测电路；基于过冲检测电路的输出控制误差放大电路的输出端子的过冲抑制电路；以及基于误差放大电路的输出电压辨识输出晶体管的状态的驱动器状态辨识电路，驱动器状态辨识电路控制过冲抑制电路的动作。
本发明的稳压器构成为仅在非调节状态时抑制输出电压的过冲，因此能够防止通常状态下的输出电压的下降、输出噪声的增大。另外，还有能削减稳定状态下的功耗的效果。
附图说明
图1是示出第一实施方式的稳压器的结构的电路图。
图2是示出第一实施方式的稳压器的各节点的电压的时间变化的图。
图3是示出第二实施方式的稳压器的结构的电路图。
图4是示出第三实施方式的稳压器的结构的电路图。
图5是示出电平移位电路的一个例子的电路图。
图6是示出电平移位电路的其他例子的电路图。
图7是示出现有的稳压器的结构的电路图。
标号说明
100 接地端子；101 电源端子；102 输出端子；103 误差放大电路；107 基准电压电路；123、131、301、512 恒流电路；110 过冲检测电路；120 驱动器状态辨识电路；130 过冲抑制电路；401 电平移位电路。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
＜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：误差放大电路103；PMOS晶体管121、132、106；NMOS晶体管141、133；基准电压电路107；恒流电路123、131；恒压电路113；电阻104、105、112；电容111；反相器122；接地端子100；输出端子102；以及电源端子101。由电容111、电阻112、恒压电路113构成过冲检测电路110。由PMOS晶体管121、恒流电路123、反相器122构成驱动器状态辨识电路120。由恒流电路131、PMOS晶体管132、NMOS晶体管133构成过冲抑制电路130。
接着，对第一实施方式的稳压器的连接进行说明。
误差放大电路103的反相输入端子与基准电压电路107的正极连接，同相输入端子与电阻104和105的连接点连接，输出端子与PMOS晶体管106的栅极连接。基准电压电路107的负极与接地端子100连接，电阻105的另一个端子与接地端子100连接，电阻104的另一个端子与输出端子102连接。电容111的一个端子与输出端子102连接，另一个端子与NMOS晶体管133的栅极连接。电阻112的一个端子与NMOS晶体管133的栅极连接，另一个端子与恒压电路113的正极连接。恒压电路113的负极与接地端子100连接。PMOS晶体管121的栅极与误差放大电路103的输出端子连接，漏极与反相器122的输入连接，源极与电源端子101连接。恒流电路123的一个端子与反相器122的输入连接，另一个端子与接地端子100连接。NMOS晶体管141的栅极与反相器122的输出连接，漏极与NMOS晶体管133的栅极连接，源极与接地端子100连接。NMOS晶体管133的漏极与PMOS晶体管132的栅极连接，源极与接地端子100连接。恒流电路131的一个端子与电源端子101连接，另一个端子与PMOS晶体管132的栅极连接。PMOS晶体管132的漏极与PMOS晶体管106的栅极连接，源极与电源端子101连接。PMOS晶体管106的漏极与输出端子102连接，源极与电源端子101连接。
接着，对第一实施方式的稳压器的动作进行说明。
当电源电压VDD输入电源端子101时，稳压器从输出端子102输出输出电压Vout。电阻104和105对输出电压Vout进行分压，输出反馈电压Vfb。误差放大电路103对输入到反相输入端子的基准电压电路107的基准电压Vref与输入到同相输入端子的反馈电压Vfb进行比较，控制作为输出晶体管而动作的PMOS晶体管106的栅极电压，以使输出电压Vout恒定。
若输出电压Vout高于既定电压，则反馈电压Vfb变得比基准电压Vref高。因此，误差放大电路103的输出信号（PMOS晶体管106的栅极电压）变高，PMOS晶体管106截止，因此输出电压Vout变低。另外，若输出电压Vout低于既定电压，则进行与上述相反的动作，从而输出电压Vout变高。这样，稳压器以使输出电压Vout恒定的方式动作。将该输出电压Vout被控制为恒定的状态称为稳定状态。
当输入到电源端子101的电源电压VDD尚低时，输出端子102的输出电压Vout输出比既定电压低的电压。将稳压器的该状态称为非调节状态。将NMOS晶体管133的栅极设为节点N1、NMOS晶体管141的栅极设为节点N2、PMOS晶体管106的栅极设为节点DRVG。
图2是示出第一实施方式的稳压器的各节点的电压的时间变化的图。
当稳压器处于非调节状态时，输出电压Vout成为比既定电压低的电压。因此，反馈电压Vfb变得比基准电压Vref低，节点DRVG的电压下降，因此成为PMOS晶体管106的栅极源极间电压大的状态。
在此，驱动器状态辨识电路120的反相电平被设定在比稳定状态时的节点DRVG的电压低的电压。因此，因为节点DRVG的电压小于驱动器状态辨识电路120的反相电平，所以PMOS晶体管121想要流动的电流比恒流电路123的电流大。而且，反相器122的输入成为电源电压VDD电平，因此节点N2成为低（Lo）电平，从而使NMOS晶体管141截止，过冲抑制电路130处于能够动作的状态。
若电源从该状态变动并成为稳定状态，则在输出电压Vout产生如图2所示的过冲。过冲检测电路110检测出该过冲，使节点N1的电压上升。若NMOS晶体管133想要流动的电流超过恒流电路131的电流，则PMOS晶体管132的栅极电压下降，使PMOS晶体管132导通，并使节点DRVG的电压上升。这样，PMOS晶体管106截止，因此输出电压Vout的过冲得到抑制。
若节点DRVG的电压进一步上升而超过驱动器状态辨识电路120的反相电平，则驱动器状态辨识电路120向节点N2输出高（High）电平的信号，从而使NMOS晶体管141导通。而且，节点N1成为低电平，使过冲抑制电路130的动作停止。这样，如图2所示，在稳定状态中过冲抑制电路130不动作，而在输出电压Vout发生过冲也不会以使节点DRVG的电压上升的方式进行动作。
这样，在处于稳定状态时使过冲抑制电路130的动作停止，仅在非调节状态时使过冲抑制电路130动作，从而能够抑制输出电压Vout的过冲。另外，在稳定状态中过冲抑制电路130不动作，因此能够削减稳定状态下的功耗，并且能够防止输出电压Vout的下降、输出噪声的增大。
如以上说明的那样，第一实施方式的稳压器仅在非调节状态时使过冲抑制电路动作，从而能够在稳定状态中停止过冲抑制电路的动作而防止输出电压Vout的下降、输出噪声的增大。另外，能够削减稳定状态下的功耗。
此外，对于过冲检测电路110和过冲抑制电路130，采用图1的结构进行了说明，但是并不限定于该结构，只要为能够检测出输出电压Vout的过冲并加以抑制的结构，则任何结构均可。
＜第二实施方式＞
图3是第二实施方式的稳压器的电路图。与图1的不同点在于在NMOS晶体管141的源极与接地端子之间连接恒流电路301。其他与图1同样。
对第二实施方式的稳压器的动作进行说明。当电源电压VDD变动而从非调节状态成为稳定状态时，通过使用恒流电路301，使NMOS晶体管141平缓地导通，即，使节点N1平缓地成为低电平，能够使过冲抑制电路130的动作平缓地停止。这样，能够在完全抑制输出电压Vout的过冲后，使过冲抑制电路130的动作停止，能够防止在过冲尚未完全抑制的情况下停止过冲抑制电路130的动作。其他动作与第一实施方式同样。
如以上说明的那样，第二实施方式的稳压器仅在非调节状态时使过冲抑制电路动作，在稳定状态停止过冲抑制电路的动作，从而能够防止输出电压Vout的下降、输出噪声的增大。另外，能够削减稳定状态下的功耗。而且，能够防止在过冲尚未完全抑制的情况下停止过冲抑制电路的动作。
＜第三实施方式＞
图4是第三实施方式的稳压器的电路图。与图1的不同点在于在PMOS晶体管121的栅极与节点DRVG之间连接电平移位电路401。
图5是示出电平移位电路401的电路图的一个例子的电路图。电平移位电路401包括：PMOS晶体管511、n个二极管连接的阻抗元件即PMOS晶体管501到50n、恒流电路512、输入端子411和输入端子412。其他与图1同样。
对第三实施方式的稳压器的连接进行说明。PMOS晶体管511的栅极经由输入端子411与误差放大电路103的输出连接，漏极与接地端子100连接。在PMOS晶体管511的源极与输出端子412之间串联连接有二极管连接的n个PMOS晶体管501～50n。恒流电路512的一个端子与电源端子101连接，另一个端子与输出端子412连接。其他与图1同样。
对第三实施方式的稳压器的动作进行说明。若PMOS晶体管511、PMOS晶体管501至50n的阈值为Vtp，则电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间的电压表示为（n＋1）×｜Vtp｜。在此，n为PMOS晶体管501至50n的个数，通过调节个数，能够调节电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间的电压。电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间电压和PMOS晶体管121的阈值电压之和与驱动器状态辨识电路120的反相电平相同，通过采用电平移位电路401，能够调节驱动器状态辨识电路120的反相电平。这样，能够任意设定过冲抑制电路130停止的节点DRVG的电压，并能任意设定抑制输出电压Vout的过冲后使过冲抑制电路130的动作停止的时间。
图6是示出电平移位电路401的其他例子的电路图。设有：在栅极与输入端子411连接、漏极与接地端子100连接、源极与恒流电路512连接的PMOS晶体管511、以及在PMOS晶体管511的源极与输出端子412之间对各自的源极连接恒流电路611～61m的PMOS晶体管601～60m。若PMOS晶体管511、PMOS晶体管601至60m的阈值为Vtp，则电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间的电压表示为（m＋1）×｜Vtp｜。因此，通过调节PMOS晶体管601至60m的个数，能够调节电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间的电压。电平移位电路401的输入端子411与输出端子412间电压和PMOS晶体管121的阈值电压之和与驱动器状态辨识电路120的反相电平相同，通过采用电平移位电路401，能够调节驱动器状态辨识电路120的反相电平。这样，能够任意设定停止过冲抑制电路130的节点DRVG的电压，并且能够任意设定抑制输出电压Vout的过冲后停止过冲抑制电路130的动作的时间。
此外，作为使过冲抑制电路130的动作停止的晶体管，采用了图4的NMOS晶体管141，但不限于该结构，只要为接受驱动器状态辨识电路120的信号而能够停止过冲抑制电路130的动作的结构，则任何结构均可。
另外，图5的二极管连接的n个PMOS晶体管501至50n也可以置换为电阻。而且，关于电平移位电路401，采用图5或图6的结构进行了说明，但不限于该结构，只要为能够调节驱动器状态辨识电路120的反相电平的结构，则任何结构均可。
如以上说明的那样，第三实施方式的稳压器仅在非调节状态时使过冲抑制电路动作，在稳定状态停止过冲抑制电路的动作，从而能够防止输出电压Vout的下降、输出噪声的增大。另外，能够削减稳定状态下的功耗。而且，能够任意设定抑制输出电压Vout的过冲后停止过冲抑制电路的动作的时间。
Claims (7)
1.一种稳压器，包括：
基准电压电路，产生基准电压；
输出晶体管，输出输出电压；
误差放大电路，对将所述输出电压分压后的分压电压与所述基准电压之差进行放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；
过冲检测电路，对输入端子输入基于所述输出电压的电压；以及
过冲抑制电路，对输入端子输入所述过冲检测电路的输出，输出端子与所述误差放大电路的输出端子连接，
所述稳压器的特征在于，具备：
驱动器状态辨识电路，输入端子与所述误差放大电路的输出端子连接，辨识所述输出晶体管的状态；以及
第一晶体管，栅极与所述驱动器状态辨识电路的输出端子连接，漏极与所述过冲抑制电路的输入端子连接，源极与接地端子连接，根据所述驱动器状态辨识电路的输出使所述过冲抑制电路的动作停止。
2.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
在所述第一晶体管的源极与接地端子之间连接有第一恒流电路。
3.如权利要求1或2所述的稳压器，其特征在于，
所述驱动器状态辨识电路具备：
第二晶体管，栅极与所述误差放大电路的输出端子连接，源极与电源端子连接；
第二恒流电路，与所述第二晶体管的漏极连接；以及
反相器，输入与所述第二晶体管的漏极连接，输出与所述第一晶体管的栅极连接。
4.如权利要求3所述的稳压器，其特征在于，
所述驱动器状态辨识电路在所述误差放大电路的输出端子与所述第二晶体管的栅极之间具备电平移位电路。
5.如权利要求4所述的稳压器，其特征在于，
所述电平移位电路具备：
第三晶体管，栅极与所述电平移位电路的输入端子连接，漏极与接地端子连接；
第三恒流电路，一个端子与电源端子连接，另一个端子与所述电平移位电路的输出端子连接；以及
阻抗元件，设置在所述第三晶体管的源极与所述第三恒流电路的另一个端子之间。
6.如权利要求5所述的稳压器，其特征在于，
所述阻抗元件由电阻或二极管连接的晶体管构成。
7.如权利要求4所述的稳压器，其特征在于，
所述电平移位电路具备：
第三恒流电路，一个端子与电源端子连接；
第三晶体管，栅极与所述电平移位电路的输入端子连接，源极与所述第三恒流电路的另一个端子连接，漏极与接地端子连接；
第四恒流电路，一个端子与所述电源端子连接；
第四晶体管，栅极与所述第三晶体管的源极连接，源极与所述第四恒流电路的另一个端子连接，漏极与接地端子连接；
第m恒流电路，一个端子与所述电源端子连接，其中m为5以上的整数；以及
第m晶体管，栅极与第m－1晶体管的源极连接，源极与所述第m恒流电路的另一个端子和所述电平移位电路的输出端子连接，漏极与接地端子连接。
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