JPH09135531A - 負荷ポール安定化を有する電圧調整器 - Google Patents

負荷ポール安定化を有する電圧調整器

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JPH09135531A
JPH09135531A JP8256714A JP25671496A JPH09135531A JP H09135531 A JPH09135531 A JP H09135531A JP 8256714 A JP8256714 A JP 8256714A JP 25671496 A JP25671496 A JP 25671496A JP H09135531 A JPH09135531 A JP H09135531A
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JP
Japan
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voltage regulator
output
coupled
transistor
voltage
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JP8256714A
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English (en)
Inventor
William Ernest Edwards
イー. エドワーズ ウイリアム
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STMicroelectronics lnc USA
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SGS Thomson Microelectronics Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路内の電力散逸を増加させることなしに電
圧調整器の安定性を増加させる。 【解決手段】 本発明によれば負荷ポール安定化を有す
る電圧調整器が提供される。本電圧調整器(22)は、
エラー増幅器(24)、スイッチトキャパシタ(30)
を具備する積分器、パストランジスタ(28)、フィー
ドバック回路を有している。一実施例においては、該積
分器回路が、増幅器(26)、コンデンサ(32)、電
圧制御発信器(42)によって駆動されるスイッチトキ
ャパシタ(30)を有している。電圧制御発信器は、出
力電流に比例して発信周波数を変化させる。別の実施例
においては、スイッチトキャパシタ(70)が電流制御
発信器(80)によって駆動され、該発信器の発信周波
数は電圧調整器の出力電流に比例している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧調整器として使
用される電子回路に関するものであって、更に詳細に
は、電圧調整器を安定化させるために使用される回路及
び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明によって対処される問題は、電圧
調整器回路において遭遇するものである。電圧調整器
は、本来的に、中乃至高利得回路であって、典型的に5
0dB以上であり且つ低帯域幅である。このように利得
が高く且つ帯域幅が低いので、負荷コンデンサで支配的
なポールを設定することによって安定性が達成されるこ
とが多い。低い値の負荷コンデンサ(約0.1μF)で
広い範囲の負荷電流にわたって安定性を達成することは
困難である。何故ならば、負荷コンデンサ及び負荷抵抗
によって形成される負荷ポール(極)は、周波数が3桁
以上変化する場合があり且つ数万Hz程度に高いものと
なる場合があり、そのことは3MHzを超える非常に広
い帯域幅を回路が有することを必要とし、そのことは電
圧調整器に対して使用されるパワープロセスと両立しえ
ないものである。
【0003】図1はこの安定化問題に対する従来技術の
解決方法を示している。図1における電圧調整器2は、
この例においては12Vの調整されていないVdd電圧
をこの例の場合には5Vの調整された電圧Vregへ変
換させる。増幅器6、抵抗10、コンデンサ12が積分
器として構成されており、その際に負荷のポール(負荷
ポール)を相殺するためのゼロを与えている。該積分器
はパストランジスタ8を駆動する。抵抗14及び16は
分圧器回路を形成しており、それは出力電圧をエラー増
幅器4の反転入力端へフィードバックさせることが可能
であるように出力電圧をスケーリングするために使用さ
れる。抵抗18及びコンデンサ20は電圧調整器2の一
部ではなく、電圧調整器回路上の典型的な負荷を概略的
に表わすものである。
【0004】この従来の例においては、負荷と関連する
ポールは以下の如くに計算することが可能である。
【0005】fpole=1/2πCLL 尚、RL =負荷の抵抗、 CL =典型的に約0.1μFであるC20の容量。
【0006】従って、従来の回路におけるポールは負荷
依存性であり且つR14+R16が100kΩと等しく且つ
18が50Ωから1MΩとの間の範囲である場合に、1
6Hzから32KHzの間で変化する場合がある。この
ポール周波数の広範の変化は当業者にとって明らかなよ
うに安定化させることは困難である。この問題に対する
1つの従来の解決方法は、プルダウン抵抗R14+R16
500kΩから約500Ωへ変化させることであり、そ
のことはポール周波数を3.2KHz乃至32KHzの
範囲へ変化させ、そのことは周波数の拡がりが3桁では
なく1桁となっている。然しながらプルダウン抵抗R18
によって散逸されるパワーは以下の如くに増加する。
【0007】パワー=12V−5V(ILOAD+I
pulldown)=7V(100mA+(7V)(10mA) 従って、500Ω抵抗は70mWの電力散逸をチップ内
に付加し、それは付加された安定性に対し電力散逸にお
いて約10%の増加である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、回路内の電力散逸を増加させることなしに
電圧調整器の安定性を増加させることである。本発明の
別の目的とするところは、負荷ポールに追従するゼロを
相殺させる負荷を提供することである。本発明の更に別
の目的とするところは、負荷ポールと共に変化するゼロ
(相殺ゼロ)を相殺する負荷を有する積分器回路を提供
することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷ポール安
定化を有する電圧調整器として要約することが可能であ
る。本電圧調整器は、エラー増幅器と、スイッチトキャ
パシタを含む積分器と、パストランジスタと、フィード
バック回路とを有している。一実施形態においては、積
分器回路が、増幅器と、コンデンサと、電圧制御発信器
によって駆動されるスイッチトキャパシタとを有してい
る。電圧制御発信器は、電圧調整器の出力電流の関数と
して発信周波数を変化させる。別の実施形態において
は、スイッチトキャパシタが電流制御発信器よって駆動
され、その電流制御発信器の発信周波数も電圧調整器の
出力電流の関数である。出力電流要求が大きい場合に
は、これらの制御発信器は発信周波数を増加させ、その
ことはスイッチトキャパシタの実効抵抗値を減少させ、
その際に相殺ゼロの周波数を変化させて負荷ポールにお
ける変化に対応する。逆に、該実効抵抗値は、電流要求
が減少するに従い増加し、その場合にも負荷ポールにお
ける減少に応答する。従って、本発明の電圧調整器は過
剰な電力を消費することなしに高い安定性を達成するこ
とを可能としている。
【0010】
【発明の実施の形態】図2に示した本発明の一実施例に
基づいて構成された電圧調整器について説明する。エラ
ー増幅器24がVreg電圧を受取る非反転入力端を有
している。エラー増幅器24の出力端は積分器回路へ結
合しており、より詳細には、増幅器26の入力端及びス
イッチトキャパシタ30の第一端部へ結合している。ス
イッチトキャパシタ30の第二端部はコンデンサ32の
第一端部へ結合している。コンデンサ32の第二端部
は、増幅器26の出力端、PチャンネルMOSFETパ
ストランジスタ28のゲート、及び電圧制御発信器42
の入力端へ接続している。電圧制御発信器42の出力端
はスイッチトキャパシタ30の入力端へ結合している。
パストランジスタ28のソースは電圧供給源Vddへ接
続している。パストランジスタ28のドレインは電圧調
整器22の出力端を形成しており、且つ抵抗34の第一
端部へ接続している。抵抗34の第二端部は抵抗36の
第一端部及びエラー増幅器24の反転入力端へ接続して
いる。抵抗36の第二端部は接地へ接続している。
【0011】動作について説明すると、基準電圧Vre
gが抵抗34と抵抗36とによって形成されているフィ
ードバック回路を介して調整された電圧Vregと比較
される。より詳細に説明すると、抵抗34及び36はV
regをスケーリングするための分圧器として構成され
ており、その調整された電圧Vregはエラー増幅器の
反転入力端へフィードバックされる。
【0012】増幅器26と、スイッチトキャパシタ30
と、コンデンサ32とによって形成されている積分器は
以下の周波数においてゼロを有している。
【0013】fzero=1/2πC32eff 尚、 Reff =1/fvco30 従って、パストランジスタ28はエラー増幅器24及び
積分器出力に応答してVreg電圧を調整する。
【0014】図2は、更に、スイッチトキャパシタ30
が電圧制御発信器42によって制御される周波数におい
てスイッチ動作されることを示している。電圧制御発信
器42への入力端は積分器回路の出力端へ接続してい
る。この回路の動作は次式で説明することが可能であ
る。
【0015】fpole=1/2πRLLzero=1/2πC32eff 負荷ポール周波数をゼロ周波数と等しくおき且つVCO
周波数について解くと、次式が得られる。
【0016】fVCO =(C32/C30)(1/RL
L ) 及び、 fVCO =(C32/C30)(iload/Vreg )(1/C
L ) 従って、VCO周波数はスイッチングコンデンサC32
びこの例における出力電流に比例している。従って、積
分器によって発生される相殺ゼロは、負荷が変化する場
合に負荷ポールに追従する。当業者はこれらの式を使用
して設計基準に適った電圧調整器を設計することが可能
である。
【0017】本発明は、回路によって散逸される電力を
増加させることなしに、電圧調整器22の安定性を増加
させている。このことは、上述したように過剰な電力を
散逸させる低抵抗値のプルダウン抵抗を使用することな
しに、負荷ポールに追従する負荷相殺用ゼロを与えるこ
とによって達成されている。
【0018】図3に示したようなスイッチトキャパシタ
の構成について説明する。図3は、第一端部をMOSF
ETトランジスタ40のドレイン及びMOSFETトラ
ンジスタ42のドレインへ接続しており且つ第二端部を
接地へ接続しているスイッチトキャパシタを示してい
る。トランジスタ40のソースはスイッチトキャパシタ
への入力端を形成しており且つトランジスタ42のソー
スはスイッチトキャパシタの出力端を形成している。ト
ランジスタ40のゲートは信号φを受取り、一方トラン
ジスタ42のゲートは反転信号φ_を受取る。尚、本明
細書においては、英文字記号の後にアンダーライン記号
を付したものはその英文字記号の反転信号であることを
表わしている。当業者によって理解されるように、トラ
ンジスタ40及び42はNチャンネルトランジスタとし
て示されているが、それらはPチャンネルMOSFE
T、バイポーラトランジスタまたはそれらの等価物とす
ることが可能である。
【0019】図4は入力タイミング信号及び周波数の関
数として回路の実効抵抗値を示している。図4(a)は
トランジスタ40のゲートへ印加される入力波形φを示
している。図4(b)はトランジスタ42の入力へ印加
される信号φ_に対するタイミング波形を示している。
注意すべきことであるが、これらの波形は非重畳型波形
である。従って、トランジスタ40はトランジスタ42
がオンであるのと同時にオンであることはない。図4
(c)は、周波数が増加するに従いスイッチトキャパシ
タの実効抵抗値Reffが減少することを示している。
逆に、実効抵抗値Reffは周波数が減少するに従い増
加する。
【0020】図5は電圧調整器の出力電流に比例する電
圧を供給する回路を示している。図5の回路は、図2に
おけるVCOを駆動する方法に対する変形例を与えてい
る。より詳細に説明すると、図5はVCOによって使用
することの可能な電圧を発生するために検知抵抗Rse
nseと直列接続されているパストランジスタ48を示
している。図5は図2におけるパストランジスタ28の
ゲートへVCOを接続する場合の変形例を示している。
更に、図5は検知抵抗Rsenseの第一端部をパスト
ランジスタ48のソースへ接続していることを示してい
る。検知抵抗Rsenseの第二端部は電圧調整器の出
力端を形成しており且つ抵抗54の第一端部へ結合して
いる。抵抗54の第二端部は抵抗56の第一端部へ接続
している。抵抗56の第二端部は接地接続している。当
業者によって理解されるように、検知抵抗Rsense
は、それを横断しての電圧が最小であるように選択され
る。検知抵抗Rsenseのこのような態様で構成する
と、電圧調整器の出力電流に比例する電圧Vsense
が発生される。この電圧は後にVCOを駆動するために
使用することが可能である。
【0021】更に別の実施例を図6に示してある。図6
に示した実施例は、図2におけるスイッチトキャパシタ
30が電圧制御発信器によって制御されるのと異なり、
スイッチトキャパシタ70が電流制御発信器(ICO)
によって制御されるという点において、図2における実
施例と異なっている。
【0022】図6における電圧調整器は、エラー増幅器
64がその非反転入力端において基準電圧Vregを受
取るように構成されている。エラー増幅器64の出力端
は増幅器66の入力端へ接続されると共にスイッチトキ
ャパシタ70の第一端部へ接続している。増幅器66の
出力端はPチャンネルトランジスタ82のゲート及びP
チャンネルトランジスタ68のゲート及びコンデンサ7
2の第二端部へ接続している。コンデンサ72の第一端
部はスイッチトキャパシタ70の第二端部へ接続してい
る。スイッチトキャパシタ70の周波数入力端はICO
80の出力端へ接続している。ICO80の入力端はト
ランジスタ82のドレインへ接続している。トランジス
タ68のドレインは電圧調整器の出力端を形成しており
且つ抵抗74の第一端部へ接続している。抵抗74の第
二端部はエラー増幅器の反転入力端へ接続すると共に抵
抗76の第一端部へ接続している。抵抗76の第二端部
は接地接続している。
【0023】図6における電圧調整器回路は、図2にお
ける回路と基本的に同一の態様で動作する。これら2つ
の回路の間の差異は、図6における回路がトランジスタ
82のゲートをトランジスタ68のゲートへ接続させる
ことによって出力電流をミラー動作することである。従
って、トランジスタ68を介しての出力電流が増加する
と、ICO80内へ流れる電流も増加する。ICOの入
力端における電流が増加すると、ICOから出力され且
つスイッチトキャパシタ70内へ入力される周波数が増
加する。従って、スイッチトキャパシタ70の抵抗値が
減少する。図2における回路と同様に、該積分器によっ
て発生される相殺ゼロは、負荷が変化する場合に負荷ポ
ールに追従する。
【0024】従って、本発明は回路によって散逸される
パワーを増加させることなしに、電圧調整器22の安定
性を増加させている。このことは、負荷ポールに追従す
る負荷相殺用ゼロを与えることによって達成されてい
る。
【0025】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来公知の電圧調整器を示した概略図。
【図2】 積分器回路における電圧制御発信器によって
駆動されるスイッチトキャパシタを具備する本発明の1
実施例に基づいて構成された電圧調整器を示した概略
図。
【図3】 従来公知のスイッチトキャパシタを示した概
略図。
【図4】 (a),(b),(c)はスイッチトキャパ
シタの動作を説明する各グラフ図。
【図5】 電圧制御発信器に関連して使用することの可
能な電圧検知回路を示した概略図。
【図6】 電流制御発信器によって駆動されるスイッチ
トキャパシタを具備しており本発明の別の実施例に基づ
いて構成された電圧調整器を示した概略図。
【符号の説明】
22 電圧調整器 24 エラー増幅器 26 増幅器 28 パストランジスタ 30 スイッチトキャパシタ 32 コンデンサ 34,36 抵抗 42 電圧制御発信器

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エラー増幅器と、積分器回路と、パスト
    ランジスタと、フィードバック回路とを具備する電圧調
    整器回路において、前記積分器回路が、入力端と出力端
    とを具備する増幅器と、前記増幅器の入力端と出力端と
    の間に直列接続したスイッチトキャパシタ及びコンデン
    サとを有することを特徴とする電圧調整器回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記スイッチトキャ
    パシタが前記電圧調整器上の電流要求に比例する周波数
    でスイッチ動作されることを特徴とする電圧調整器回
    路。
  3. 【請求項3】 請求項1において、更に、前記増幅器の
    出力端へ結合した入力端を具備すると共に前記スイッチ
    トキャパシタへ結合した出力端を具備する電圧制御発信
    器を有することを特徴とする電圧調整器回路。
  4. 【請求項4】 請求項1において、更に、前記増幅器の
    出力端へ結合している入力端を具備すると共に前記スイ
    ッチトキャパシタへ結合している出力端を具備する電流
    制御発信器を有することを特徴とする電圧調整器回路。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記スイッチトキャ
    パシタが、 ドレインと、ソースと、可変周波数供給源からの周波数
    を受取るゲートとを具備する第一トランジスタ、 前記第一トランジスタのドレインへ結合している第一端
    部を具備すると共に接地へ結合している第二端部を具備
    するコンデンサ、 前記コンデンサの第一端部へ結合しているドレインを具
    備し、ソースを具備し、かつ前記可変周波数供給源から
    の反転信号を受取るゲートを具備する第二トランジス
    タ、を有することを特徴とする電圧調整器回路。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記可変周波数供給
    源が電圧制御発信器を有することを特徴とする電圧調整
    器回路。
  7. 【請求項7】 請求項5において、前記可変周波数供給
    源が電流制御発信器を有することを特徴とする電圧調整
    器回路。
  8. 【請求項8】 請求項5において、前記第一トランジス
    タ及び第二トランジスタがMOSFETトランジスタで
    あることを特徴とする電圧調整器回路。
  9. 【請求項9】 電圧調整器回路において、 基準電圧を受取る非反転入力端と、反転入力端と、出力
    端とを具備するエラー増幅器、 前記エラー増幅器の出力端へ結合している入力端を具備
    し出力端を具備する増幅器と、前記増幅器の入力端と出
    力端との間に直列接続されているスイッチトキャパシタ
    及びコンデンサとを有する積分器回路、 電圧供給源へ結合されている第一端部と第二端部とを具
    備する電流経路を有しており、且つ前記積分器回路の出
    力端へ結合している制御要素を有しているパストランジ
    スタ、 前記パストランジスタの導電性経路の第二端部と前記エ
    ラー増幅器の反転入力端との間に結合しているフィード
    バック回路、を有することを特徴とする電圧調整器回
    路。
  10. 【請求項10】 請求項9において、前記スイッチトキ
    ャパシタが前記電圧調整器上の電流要求に比例する周波
    数でスイッチ動作されることを特徴とする電圧調整器回
    路。
  11. 【請求項11】 請求項9において、更に、前記増幅器
    の出力端へ結合している入力端を具備すると共に前記ス
    イッチトキャパシタへ結合している出力端を具備する電
    圧制御発信器を有することを特徴とする電圧調整器回
    路。
  12. 【請求項12】 請求項9において、更に、前記増幅器
    の出力端へ結合されている入力端を具備すると共に前記
    スイッチトキャパシタへ結合している出力端を具備する
    電流制御発信器を有することを特徴とする電圧調整器回
    路。
  13. 【請求項13】 請求項9において、前記スイッチトキ
    ャパシタが、 ドレインと、ソースと、可変周波数供給源からの周波数
    を受取るゲートとを具備する第一トランジスタ、 前記第一トランジスタのドレインへ結合している第一端
    部を具備すると共に接地へ結合している第二端部を具備
    するコンデンサ、 前記コンデンサの第一端部へ結合しているドレインを具
    備しており、ソースを具備しており、且つ前記可変周波
    数供給源からの反転信号を受取るゲートを具備している
    第二トランジスタ、を有することを特徴とする電圧調整
    器回路。
  14. 【請求項14】 請求項13において、前記可変周波数
    供給源が電圧制御発信器を有することを特徴とする電圧
    調整器回路。
  15. 【請求項15】 請求項13において、前記可変周波数
    供給源が電流制御発信器を有することを特徴とする電圧
    調整器回路。
  16. 【請求項16】 請求項13において、前記第一トラン
    ジスタ及び第二トランジスタがMOSFETトランジス
    タであることを特徴とする電圧調整器。
  17. 【請求項17】 ゼロを相殺させる負荷ポールを発生さ
    せることによって調整用電圧を負荷ポールで安定化させ
    る方法において、 前記負荷電流に逆比例する周波数を発生し、 スイッチトキャパシタを前記発生した周波数で駆動す
    る、上記各ステップを有することを特徴とする方法。
  18. 【請求項18】 請求項17において、前記周波数を発
    生するステップが電圧制御発信器を使用して実行される
    ことを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】 請求項17において、前記周波数を発
    生させるステップが電流制御発信器を使用して実行され
    ることを特徴とする方法。
  20. 【請求項20】 電圧調整器回路を有する電源におい
    て、 基準電圧を受取る非反転入力端と、反転入力端と、出力
    端とを具備するエラー増幅器、 前記エラー増幅器の出力端へ結合している入力端を具備
    すると共に出力端を具備する増幅器と、前記増幅器の入
    力端と出力端との間に直列接続されているスイッチトキ
    ャパシタ及びコンデンサとを有する積分器回路、 電圧供給源へ結合している第一端部と第二端部とを具備
    する電流経路を有すると共に前記積分器回路の出力端へ
    結合している制御要素を有するパストランジスタ、 前記パストランジスタの導電性経路の第二端部と前記エ
    ラー増幅器の反転入力端との間に結合しているフィード
    バック回路、を有することを特徴とする電源。
JP8256714A 1995-09-29 1996-09-27 負荷ポール安定化を有する電圧調整器 Pending JPH09135531A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/536,436 US5648718A (en) 1995-09-29 1995-09-29 Voltage regulator with load pole stabilization
US08/536436 1995-09-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09135531A true JPH09135531A (ja) 1997-05-20

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ID=24138499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8256714A Pending JPH09135531A (ja) 1995-09-29 1996-09-27 負荷ポール安定化を有する電圧調整器

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