CN113748393A - 恒压电路以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供维持对高频的动作稳定动作并能够改善负载过渡响应特性的恒压电路。恒压电路通过运算放大器(1)，对基准电压(Vref)与输出电压(Vout)的误差进行放大，并基于所述放大的电压来控制负载电流，从而控制为输出电压(Vout)成为恒压。恒压电路具备：电压检测单元(3)，仅检测将输出电压(Vout)限制在规定的频带的交流分量，输出所述检测到的检测电压(Vd)；电压放大单元(4)，对所述检测电压(Vd)的交流分量进行放大，并输出放大的放大电压；判定单元(16)，基于所述放大电压来输出用于表示是否是规定的阈值以上的判定信号；以及控制单元，通过基于所述判定信号来增加所述运算放大器(1)中包含的恒流源的电流值(使开关(SW1)接通)，从而使所述运算放大器(1)的消耗电流暂时增加。

Description

恒压电路以及电子设备
技术领域
本发明涉及基于电源电压车产生规定的电压的恒压电路、以及具备该恒压电路的电子设备。
背景技术
以往，在运算放大电路以及使用运算放大电路的恒压电路中，若减少消耗电流，则动作频率变成低频，对于与恒压电路连接的负载过渡变动难以确保响应性。作为解决该问题的手段，已知将与输出电压连动的电压输入至微分电路，对上述微分电路的输出电压进行放大，使与该放大电压对应的电流叠加在运算放大器的消耗电流上来使其增加，从而使动作频率向宽带变化来提高响应性的手法(以下，称为以往例子。)(例如，参照专利文献1)。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在至今的对微分电路的输入信号进行放大的手法中，存在由于使用放大单元，所以也对高频带的微小的输出电压信号进行放大，运算放大器的输出变得不稳定，消耗电流无意中增加的问题。另外，若为了扩大动作频带以提高过渡响应性而要增大构成微分电路的电阻成分，则电阻元件面积变大。
本发明的目的在于解决以上的问题点，提供维持恒压电路的对高频的动作稳定动作并能够改善负载过渡响应特性的恒压电路、以及具备该恒压电路的电子设备。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的恒压电路是通过包括恒流源的运算放大器，对规定的基准电压与输出电压的误差进行放大，并基于所述放大的电压来控制负载电流，从而控制为输出电压成为规定的恒压，其特征在于，具备：
电压检测单元，仅检测将所述输出电压限制在规定的频带的交流分量，输出所述检测到的检测电压；
电压放大单元，对所述检测电压的交流分量进行放大，并输出所述放大的放大电压；
判定单元，基于所述放大电压来输出用于表示是否是规定的阈值以上的判定信号；以及
控制单元，通过基于所述判定信号来增加所述运算放大器的恒流源的电流值，从而使所述运算放大器的消耗电流暂时增加。
发明的效果
根据本发明所涉及的恒压电路，通过仅检测叠加在输出电压中的一部分频带，容易实现放大，从而能够维持恒压电路的对高频的动作稳定动作，并实现负载过渡响应特性的改善。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的恒压电路的构成例的电路图。
图2是表示实施方式2所涉及的恒压电路的构成例的电路图。
图3是表示实施方式3所涉及的恒压电路的构成例的电路图。
图4表示实施方式4所涉及的恒压电路的构成例的电路图。
图5是表示以往例子以及实施方式1所涉及的探测电路(包括放大电路)的频率特性的图表。
图6A是表示实施方式1所涉及的恒压电路的输出电压Vout、其负载电流Iload、运算放大器1的消耗电流Iss以及以往例子所涉及的恒压电路的输出电压Voutp的时间波形的波形图。
图6B是图6A的两轴的放大图。
图6C是图6A的时间轴的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。此外，对相同或者同样的构成要素附加相同的附图标记。
实施方式1.
图1是表示实施方式1所涉及的恒压电路的构成例的电路图。
在图1中，实施方式1所涉及的恒压电路通过包含恒流源14、15的运算放大器1对由基准电压产生电路7根据电源电压Vdd产生的基准电压Vref进行放大，并基于上述放大的电压，通过电流控制电路5控制负载电流Iload，从而控制为输出电压Vout成为规定的恒压。在输出输出电压Vout的输出端子Tout与接地电压(GND)之间连接负载6。此处，负载6例如是具有从恒压电路接受电源电压Vdd的供给的规定的功能的电子设备等。负载6具体地是从恒压电路接受电源电压的供给的汽车用的电子设备或者从恒压电路接受电源供给的复印机或者打印机之类的图像形成装置等。另外，这些电子设备或者装置分别可以构成为具有恒压电路。
图1的恒压电路构成为具备：运算放大器1、过渡特性改善电路2、电流控制电路5以及平滑用电容器20。此处，过渡特性改善电路2具备电压检测电路3和作为电压放大单元的放大电路4，防止过冲或者下冲等以改善过渡特性。另外，基准电压产生电路7根据电源电压Vdd产生规定的基准电压Vref。
电流控制电路5具备：
(1)输出电压检测用的电阻R10、R11，对输出电压Vout进行分压以生成分压电压Vfb并输出；
(2)驱动器晶体管M1，由P沟道MOS晶体管(以下，称为PMOS晶体管。)构成，进行根据输入至栅极的信号而输出输出电压Vout的电流的控制；以及
(3)相位补偿电路8，是电阻以及电容器的串联电路，并连接在电阻R10的一端与晶体管M1的栅极之间。
运算放大器1构成误差放大电路，进行驱动器晶体管M1的动作控制，以使得分压电压Vfb成为基准电压Vref。过渡特性改善电路2检测且放大输出电压Vout以控制恒流源14。此处，运算放大器1具备：构成电流镜电路的PMOS晶体管M4、M5、N沟道MOS晶体管(以下，称为NMOS晶体管。)M2、M3、供给规定的恒流的恒流源15、供给规定的恒流的恒流源14以及开关SW1。
在与电源电压Vdd连接的输入端子Tin与输出端子Tout之间连接驱动器晶体管M1，在输出端子Tout与接地电压(GND)之间连接电阻R10以及R11的串联电路。此处，从电阻R10与R11的连接点输出分压电压Vfb。从基准电压产生电路7对构成运算放大器1的反相输入端子的NMOS晶体管M3的栅极输入基准电压Vref，对构成运算放大器1的同相输入端子的NMOS晶体管M2的栅极输入分压电压Vfb。NMOS晶体管M2以及M3构成差动对，PMOS晶体管M5以及M4形成电流镜电路以构成上述差动对的负载。
在PMOS晶体管M4以及M5中，各源极分别与输入电压Vdd连接，各栅极相互连接，该连接点与PMOS晶体管M4的漏极连接。另外，PMOS晶体管M4的漏极与NMOS晶体管M2的漏极连接，PMOS晶体管M5的漏极与NMOS晶体管M3的漏极连接。NMOS晶体管M2以及M3的各源极相互连接，并在该连接点与接地电压(GND)之间并联连接有恒流源14以及开关SW1的串联电路和恒流源15。此外，在输出端子Vout与MOS晶体管M1的栅极之间连接相位补偿电路8。
如以上那样构成的运算放大器1对基准电压Vref与分压电压Vfb的电压差进行放大，并输出至驱动器晶体管M1的栅极，并且控制从驱动器晶体管M1输出的输出电流以控制为输出电压Vout成为规定的电压。
过渡特性改善电路2构成为具备：电压检测电路3、放大电路4以及构成判定电路的反相器(inverter)16。电压检测电路3具备：NMOS晶体管M8、M9、供给规定的恒流的恒流源12以及检测输出电压Vout的变动的电容器17。恒流源12的一端与电源电压Vdd连接，恒流源12的另一端与NMOS晶体管M8的漏极以及NMOS晶体管M9的栅极连接。电容器17与NMOS晶体管M8的源极以及源极接地的NMOS晶体管M9的漏极连接，NMOS晶体管M8的漏极与NMOS晶体管M9的栅极连接。此外，对NMOS晶体管M8的栅极施加规定的偏置电压。另外，NMOS晶体管M9的栅极与放大电路4的输入端子连接。
接下来，对过渡特性改善电路2的动作进行说明。
由NMOS晶体管M8、M9以及恒流源12构成的电压检测电路3仅检测输出电压Vout的高频的交流分量，对与检测波形同相的信号进行放大，并作为检测电压Vd输出。来自该电压检测电路3的检测电压Vd被放大电路4放大交流分量后，由作为判定电路的反相器16对被放大的交流分量进行阈值判定。即，在输入的交流分量的电压小于规定的阈值电压时，反相器16将H电平的判定信号输出至开关SW1的控制端子，使开关SW1接通。另一方面，在输入的交流分量的电压为规定的阈值电压以上时，将L电平的判定信号输出至开关SW1的控制端子，使开关SW1断开。由此，反相器16对供给运算放大器1的规定的恒流的恒流源14进行开/关控制。此外，开关SW1例如由MOS晶体管构成。
通过使NMOS晶体管M8的漏极与NMOS晶体管M9的栅极连接，从而NMOS晶体管M9的漏极的输出电阻降低。通过使检测输出电压变动的电容器17与NMOS晶体管M8的源极连接，从而能够构成频率范围选择型的电压检测电路3，该频率范围选择型的电压检测电路3能够针对与滤波器频率对应的交流分量进行动作，并且根据与恒流源12的电流值对应的NMOS晶体管M9的MOS特性使高频的频率分量衰减，其中，该滤波器频率由将NMOS晶体管M8的源极节点与NMOS晶体管M9的漏极节点的输出电阻并联连接而构成的输出电阻和电容器17来决定。
根据如以上那样构成的实施方式1，具备控制单元，由此，恒压电路的响应特性能够高速、高精度地稳定动作，其中，该控制单元通过基于上述判定信号来增加运算放大器1的恒流源14的电流值(使开关SW1接通)，从而使上述运算放大器的消耗电流暂时增加。另外，通过使用该频率范围选择型(包括带通滤波器的)电压检测电路3，从而能够进行在低消耗状态下无法实现的高频带的响应，并且，通过使接通开关SW1时的高频带的增益衰减而能够抑制振荡的风险。由此，即使减少消耗电流也能够进行对高频分量的响应，由于不需要以往例子所涉及的包括硅电阻元件的微分电路等，所以与以往技术相比较，能够减小芯片面积。并且，通过使用频率范围选择型(包括带通滤波器)电压检测电路3将比通频带高的频带的干扰噪声除去，能够实现鲁棒性高的电路。此外，电压检测电路3即使使用PMOS晶体管而构成也获得同样的效果。
图5是表示以往例子以及实施方式1所涉及的探测电路(包括放大电路)的频率特性的图表。在图5中，101是以往例子所涉及的微分电路以及放大电路的频率特性，102是实施方式1所涉及的频率范围选择型的电压检测电路3以及放大电路4的频率特性。从图5可知，能够针对与滤波器频率对应的交流分量进行动作，并且根据与恒流源12的电流值对应的NMOS晶体管M9的MOS特性使高频的频率分量衰减。因此，即使减少消耗电流，也能够进行对由频率范围选择型的电压检测电路3指定的高频分量的响应，由此运算放大器的输出电压稳定，并且不需要以往例子所涉及的微分电路等，所以与以往技术相比较，能够减小芯片面积。
图6A是表示实施方式1所涉及的恒压电路的输出电压Vout、其负载电流Iload以及运算放大器1的消耗电流Iss及以往例子所涉及的恒压电路(不搭载过渡特性改善电路2)的输出电压Voutp的时间波形的波形图。另外，图6B是图6A的两轴的放大图，图6C是图6A的时间轴的放大图。从图5以及图6A～图6C可知，与未利用本发明的情况相比，能够缩短过渡响应时间，通过将对输出变动时的高频分量进行放大这个以往的特性保持原样，而使不意图放大的频带的信号衰减，能够同时实现高速响应和稳定动作。
实施方式2.
图2是表示实施方式2所涉及的恒压电路的构成例的电路图。实施方式2所涉及的恒压电路的特征在于，在图2中示出放大电路4的具体的结构。以下，对上述不同点进行详述。
在图2中，放大电路4构成为具备：放大器4A、4B、反相器16、18A、18B以及或非门19。放大器4A通过将恒流源13、NMOS晶体管M6以及PMOS晶体管M7串联连接而构成。以下，对与实施方式1的不同点进行详述。
电压检测电路3的NMOS晶体管M9的栅极与PMOS晶体管M7的栅极连接以构成源极跟随器电路，来自电压检测电路3的检测电压Vd被施加至PMOS晶体管M7的栅极。恒流源13的一端与电源电压Vdd连接，恒流源13的另一端与NMOS晶体管M6的漏极连接。对NMOS晶体管M6的栅极施加规定的偏置电压Vbias1。NMOS晶体管M6的源极与漏极接地的PMOS晶体管M7的源极连接，NMOS晶体管M6的漏极经由作为判定电路的反相器18A与或非门19的第一输入端子连接。
放大器4B通过将恒流源13B以及NMOS晶体管M10、M11串联连接而构成。恒流源13B的一端与电源电压Vdd连接，恒流源13B的另一端经由反相器18B与NMOS晶体管M10的漏极以及或非门19的第二输入端子连接。对NMOS晶体管M10的栅极施加规定的偏置电压Vbias1。NMOS晶体管M10的源极与源极接地的NMOS晶体管M11的漏极连接。来自电压检测电路3的检测电压Vd被施加至NMOS晶体管M11的栅极。
并且，来自或非门19的输出信号被输入至作为判定电路的反相器16。
如以上那样构成的放大电路4中的放大器4A中，对于放大用PMOS晶体管M7连接NMOS晶体管M6来经由NMOS晶体管M6对上述检测电压Vd进行放大并输出，以对检测电压Vd中的下冲进行放大，其中，该NMOS晶体管M6构成在规定的动作点进行动作的栅极接地放大电路。另外，在放大器4B中，对于放大用NMOS晶体管M11连接NMOS晶体管M10来经由NMOS晶体管M11对上述检测电压Vd进行放大并输出，以对检测电压Vd中的过冲进行放大，其中，该NMOS晶体管M10构成在规定的动作点进行动作的栅极接地放大电路。
在如以上那样构成的恒压电路中，除了实施方式1的作用效果之外，还能够防止检测电压Vd中的下冲以及过冲，并能够以较高的精度同时实现高速响应和稳定动作。
实施方式3.
图3是表示实施方式3所涉及的恒压电路的构成例的电路图。实施方式3所涉及的恒压电路的特征在于，在图2中，仅由实施方式2所涉及的放大器4A构成放大电路4。
在如以上那样构成的恒压电路中，除了实施方式1的作用效果之外，还能够如实施方式2中上述那样防止检测电压Vd中的下冲，并能够以更高的精度同时实现高速响应和稳定动作。
实施方式4.
图4是表示实施方式4所涉及的恒压电路的构成例的电路图。实施方式4所涉及的恒压电路的特征在于，在图2中，仅由实施方式2所涉及的放大器4B构成放大电路4。
在如以上那样构成的恒压电路中，除了实施方式3的作用效果之外，还能够如实施方式2中上述那样防止检测电压Vd中的过冲，并能够以更高的精度同时实现高速响应和稳定动作。
变形例.
在以上的实施方式1～4中，公开了恒压电路，但在负载6为电子设备时，也可以将恒压电路内置于电子设备。
与专利文献1的比较.
在专利文献1中，在加快对快速的负载电流的急剧的变化的响应速度的目的下，公开了具有微分电路的恒压电路。此处，特征在于，仅在输出电压急剧地变动的情况下，通过放大电路使微分电路的输出电压放大，使与放大的微分电路的输出电压对应的电流在运算放大器的中间节点与电流叠加进行响应。
然而，在该专利文献1的发明中，不能够消除如下的问题：也对高频带的微小的输出电压信号进行放大，运算放大器的输出变得不稳定，消耗电流增加这样的问题、以及若为了降低频带而要增大构成微分电路的电阻成分则电阻元件面积变大的问题。
与此相对，在本发明的实施方式中，由于能够在过渡响应的瞬间利用输出电压的微分波形，并且能够根据恒流源的电流值容易地执行对输出电压的放大频率范围限制，所以能够抑制对不意图的频带的高频分量的电流放大。因此，维持高速的过渡响应特性，即使在微小的高频分量叠加在输出电压的情况下也能够维持稳定的动作。
标号说明
1 运算放大器
2 过渡特性改善电路
3 电压检测电路
4 放大电路
4A、4B 放大器
5 电流控制电路
6 负载
7 基准电压产生电路
8 相位补偿电路
12～15、13B 恒流源
16 反相器
17 电容器
18A、18B 反相器
19 或非门
20 电容器
M1～M11 MOS晶体管
R10、R11 电阻
SW1 开关
Tin 输入端子
Tout 输出端子
Vdd 电源电压
Vd 检测电压
Vbias、Vbias1 偏置电压
Vref 基准电压
Vfb 分压电压
Iload 负载电流
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－158732号公报

Claims (3)

1.一种恒压电路，通过包括恒流源的运算放大器，对规定的基准电压与输出电压的误差进行放大，并基于所述放大的电压来控制负载电流，从而控制为输出电压成为规定的恒压，其特征在于，具备：
电压检测单元，仅检测将所述输出电压限制在规定的频带的交流分量，输出所述检测到的检测电压；
电压放大单元，对所述检测电压的交流分量进行放大，并输出所述放大的放大电压；
判定单元，基于所述放大电压来输出用于表示是否是规定的阈值以上的判定信号；以及
控制单元，基于所述判定信号来增加所述运算放大器的恒流源的电流值，从而使所述运算放大器的消耗电流暂时增加。
2.根据权利要求1所述的恒压电路，其特征在于，
所述电压放大单元包括放大电路，所述放大电路防止所述检测电压的交流分量的过冲以及下冲中的至少一个。
3.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1或者2所述的恒压电路。
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