CN109388170B - 电压调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电压调节器。电压调节器具备：第一和第二源极接地放大电路，被连接于差动放大电路的输出端子；被连接在第一源极接地放大电路的输出端子与第二源极接地放大电路的输出端子之间的、具有电阻部和电容器部的相位补偿电路；以及输出晶体管，被连接于第二源极接地放大电路的输出端子，相位补偿电路的电阻部和电容器部的至少一个具有滤波器。

Description

电压调节器
技术领域
本发明涉及电压调节器。
背景技术
通常地，电压调节器接收输入电压Vin而产生固定的输出电压Vout，即使负载发生变动也将输出电压Vout总是固定保持。而且，电压调节器为了提高瞬态响应（transientresponse）特性而需要使频带宽。
图4是以往的电压调节器400的电路。以往的电压调节器400具备误差放大器41、以及由电阻和电容器构成的相位补偿电路42来构成3级放大电路，所述误差放大器41输出将输出端子的电压所对应的反馈电压Vfb与基准电压Vref的差放大后的信号。通过为这样的电路结构，从而使稳定工作和瞬态响应性的改善并存。
此外，以往的电压调节器400具备：对输出负载电流进行感测的输出电流检测电路43以及与相位补偿电路42的电阻并联连接的开关电路，能够根据输出电流来切换相位补偿电路42的电阻值，因此，能够进一步使工作稳定（例如，参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-77288号公报。
发明要解决的课题
以往的电压调节器400在负载电流发生变化时在对相位补偿电路42的电阻值进行切换时产生开关噪声。因此，电压调节器400存在由于开关噪声而工作不稳定的可能性。
发明内容
用于解决课题的方案
为了解决以往的课题，本发明的电压调节器的特征在于，具备：第一和第二源极接地放大电路，被连接于差动放大电路的输出端子；被连接在第一源极接地放大电路的输出端子与第二源极接地放大电路的输出端子之间的、具有电阻部和电容器部的相位补偿电路；以及输出晶体管，被连接于述第二源极接地放大电路的输出端子，相位补偿电路的电阻部和电容器部的至少一个具有滤波器。
发明效果
关于本发明电压调节器，如上述那样构成了相位补偿电路，因此，能够针对广范围的负载电流条件进行稳定的工作。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电压调节器（voltage regulator）的电路图。
图2是示出本发明的实施方式的电压调节器的另一例子的电路图。
图3是示出本发明的实施方式的电压调节器的另一例子的电路图。
图4是以往的电压调节器的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。
图1是本实施方式的电压调节器100的电路图。
电压调节器100具备：差动放大电路11、基准电压电路12、MOS晶体管13、恒定电流源14、MOS晶体管15、恒定电流源16、MOS晶体管17、反馈电路18、输出端子19、以及相位补偿电路20。
相位补偿电路20具备：具有电阻21及22和电容器23的电阻部、以及具有电容器24及25和低通滤波器26的电容器部。低通滤波器26例如由电阻和电容器构成。
输出晶体管17和反馈电路18被串联连接在电源端子Vin（也称为“第一电源端子”）与接地端子VSS（也称为“第二电源端子”）之间。
差动放大电路11的非反相输入端子被连接于生成基准电压Vref的基准电压电路12，反相输入端子被连接于反馈电路18的输出端子，输出端子被连接于MOS晶体管13的栅极端子和MOS晶体管15的栅极端子。
MOS晶体管13和恒定电流源14被串联连接在电源端子Vin与接地端子VSS之间，构成第一源极接地放大电路。第一源极接地放大电路的输入端子为MOS晶体管13的栅极端子，输出端子为MOS晶体管13的漏极端子。
MOS晶体管15和恒定电流源16被串联连接在电源端子Vin与接地端子VSS之间，构成第二源极接地放大电路。第二源极接地放大电路的输入端子为MOS晶体管15的栅极端子，输出端子为MOS晶体管15的漏极端子。第二源极接地放大电路的输出端子被连接于MOS晶体管17的栅极端子。
相位补偿电路20被连接在第一源极接地放大电路的输出端子与第二源极接地放大电路的输出端子之间。
在相位补偿电路20的电阻部中，将并联连接的电阻22和电容器23与电阻21串联连接。在相位补偿电路20的电容器部中，将串联连接的低通滤波器26和电容器25与电容器24并联连接。
反馈电路18对输出端子19的输出电压Vout进行分压来生成反馈电压Vfb。再有，反馈电路18也可以为在不对输出电压Vout进行分压的情况下将其直接输出为反馈电压Vfb的结构。
差动放大电路11放大将基准电压电路12输出的基准电压Vref与反馈电压Vfb比较后的结果，并将其向第一源极接地放大电路和第二源极接地放大电路输出。
在此，在第一源极接地放大电路和第二源极接地放大电路中，以使相位补偿电路20的两端的电压相等的方式设定各元件。例如，使得MOS晶体管13和MOS晶体管15的纵横比（aspect ratio）（W/L）相等，恒定电流源14和恒定电流源16的电流值相等。此外，例如，在改变MOS晶体管13和MOS晶体管15的纵横比的情况下，将恒定电流源14与恒定电流源16的电流比设定为与纵横比对应。
接着，对电压调节器100的工作进行说明。
当输出端子19的输出电压Vout降低时反馈电压Vfb也降低，因此，差动放大电路11的输出电压上升。第一源极接地放大电路和第二源极接地放大电路的输入电压上升，因此，输出电压降低。
第一源极接地放大电路经由相位补偿电路20对MOS晶体管17的栅极端子进行控制。第二源极接地放大电路对MOS晶体管17的栅极端子进行控制。第二源极接地放大电路的输出不经由相位补偿电路20，由此，能够将MOS晶体管17的栅极端子的电压无延迟地设定为期望的电压。
当第一源极接地放大电路和第二源极接地放大电路的输出电压降低时，MOS晶体管17的栅极端子的电压降低。因此，MOS晶体管17以导通的方式进行工作，因此，输出端子19的输出电压Vout上升，被固定保持。
此外，当输出端子19的输出电压Vout上升时，电压调节器100工作为使输出端子19的输出电压Vout降低并固定保持。
接着，对电压调节器100的相位补偿的工作进行说明。
MOS晶体管17与其他的晶体管相比尺寸大得多。因此，MOS晶体管17的栅极和漏极间的寄生电容与其他的晶体管相比为较大的值，密勒效应（Miller effect）显著。此外，电容器24和电容器25被设定为相对于MOS晶体管17的栅极和漏极间的寄生电容能够忽视程度充分小的电容值。
根据MOS晶体管13和MOS晶体管15的输出电阻的合成电阻值以及MOS晶体管17的栅极和漏极间的寄生电容的电容值，产生极点（pole）P2。此外，根据分别未图示的、MOS晶体管17的输出电阻和负载电阻的合成电阻值以及负载电容的电容值，产生极点P3。进而，在由相位补偿电路20的电阻部的电阻值和电容器部的电容值决定的频率处产生零点Z1。
电压调节器100在极点P2处相位余裕减少90度，进而在极点P3处相位余裕减少90度。特别是在极点P2和极点P3的频率接近的情况下，不能确保相位余裕，即，不能保持稳定工作。因此，通过在零点Z1使相位余裕增加90度，从而保持稳定工作。
极点P3的频率依赖于负载电阻的电阻值和负载电容的电容值，因此，根据向输出端子19流动的负载电流发生变化。例如，极点P3的频率在负载电阻小而负载电流大的情况下变高，在负载电阻大而负载电流少的情况下变低。
在此，相位补偿电路20的电阻部被构成为与电阻22并联连接的电容器23作为高通滤波器发挥作用。在比高通滤波器的截止频率低的频带中，相位补偿电路20的电阻部的电阻值为电阻21和电阻22的电阻值的合计。此外，在高通滤波器的截止频率以上的频带中，相位补偿电路20的电阻部的电阻值为电阻21的电阻值。
因此，零点Z1的频率当达到高通滤波器的截止频率以上的频带时变高。因此，电压调节器100在负载电流增加而极点P3的频率变高的情况下，能够使零点Z1的频率高。
此外，相位补偿电路20的电容器部为将低通滤波器26与电容器25串联连接后的结构。在比低通滤波器的截止频率低的频带中，相位补偿电路20的电容器部的电容值为电容器24和电容器25的电容值的合计。此外，在低通滤波器的截止频率以上的频带中，相位补偿电路20的电容器部的电容值为电容器24的电容值。
因此，零点Z1的频率当达到不足低通滤波器的截止频率的频带时变低。因此，电压调节器100在负载电流增加而极点P3的频率变低的情况下，能够使零点Z1的频率低。
如以上说明那样，即使极点P3的频率根据负载电流的变动而发生变动，电压调节器100也能够使零点Z1在适当的频带中产生，因此，能够保持稳定工作。因此，电压调节器100能够针对广范围的负载电流条件进行稳定的工作。
再有，假设在相位补偿电路20的电阻部中将并联连接的电阻22和电容器23与电阻21串联连接，但是，并不限定于此。如图2所示的电压调节器200的相位补偿电路30那样将与作为高通滤波器的电容器33串联连接的电阻32与电阻31并联连接也可。
此外，相位补偿电路20说明为将电阻部和电容器部并联连接后的结构，但是，并不限定于该结构。例如，即使如图3的电压调节器300的相位补偿电路40那样为将电阻部和电容器部串联连接后的结构，也能够得到同样的效果。
此外，以各实施方式的零点Z1的频率在负载电流变大时变低的方式构成相位补偿电路也可。在该情况下，相位补偿电路20的电阻部只要具备例如并联连接的第一电阻和第二电阻以及以与第二电阻串联连接的方式具备低通滤波器来构成即可。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不偏离本发明的主旨的范围中进行各种变更。
例如，关于上述各实施方式的相位补偿电路，也可以根据需要单独或组合构成。
附图标记的说明
11 差动放大电路
12 基准电压电路
14、16 恒定电流源
18 反馈电路
20、30、40 相位补偿电路
26 低通滤波器。

Claims (4)

1.一种电压调节器，其特征在于，具备：
差动放大电路，输入基准电压和反馈电压，将其差放大并输出；
第一源极接地放大电路，被连接于所述差动放大电路的输出端子；
第二源极接地放大电路，被连接于所述差动放大电路的输出端子；
被连接在所述第一源极接地放大电路的输出端子与所述第二源极接地放大电路的输出端子之间的、具有电阻部和电容器部的相位补偿电路；以及
输出晶体管，被连接于所述第二源极接地放大电路的输出端子，
所述相位补偿电路的所述电容器部具备并联连接的第一电容器和第二电容器以及以与所述第二电容器串联连接的方式具备低通滤波器，
所述低通滤波器具备与所述第二电容器串联连接的电阻以及连接在所述电阻和接地端子之间的第三电容器。
2.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述相位补偿电路的所述电阻部具备串联连接的第一电阻和第二电阻以及以与所述第二电阻并联连接的方式具备高通滤波器。
3.根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，
所述相位补偿电路的所述电阻部具备并联连接的第一电阻和第二电阻以及以与所述第二电阻串联连接的方式具备高通滤波器。
4.一种电压调节器，其特征在于，具备：
差动放大电路，输入基准电压和反馈电压，将其差放大并输出；
第一源极接地放大电路，被连接于所述差动放大电路的输出端子；
第二源极接地放大电路，被连接于所述差动放大电路的输出端子；
被连接在所述第一源极接地放大电路的输出端子与所述第二源极接地放大电路的输出端子之间的、具有电阻部和电容器部的相位补偿电路；以及
输出晶体管，被连接于所述第二源极接地放大电路的输出端子，
所述相位补偿电路的所述电阻部具备并联连接的第一电阻和第二电阻以及以与所述第二电阻串联连接的方式具备低通滤波器，
所述低通滤波器具备与所述第二电阻串联连接的第三电阻以及连接在所述第三电阻和接地端子之间的电容器。
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