KR20160096014A

KR20160096014A - 볼티지 레귤레이터

Info

Publication number: KR20160096014A
Application number: KR1020160008110A
Authority: KR
Inventors: 데루오 스즈키
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2016-08-12
Also published as: CN105843313B; CN105843313A; JP6454169B2; JP2016143341A; TW201629664A; US9720428B2; US20160226378A1; TWI668551B

Abstract

(과제) 과도 응답 특성이 양호한 볼티지 레귤레이터를 제공한다.
(해결 수단) 출력 트랜지스터의 게이트와 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 1 스위치와, 입력 단자에 차동 증폭기의 출력 단자가 접속된 볼티지 팔로워와, 볼티지 팔로워의 출력 단자와 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 2 스위치와, 기준 전압과 귀환 전압을 비교하는 콤퍼레이터를 구비하고, 제 1 스위치와 제 2 스위치는 콤퍼레이터의 출력 신호에 의해 제어되는 구성으로 한 볼티지 레귤레이터.

Description

볼티지 레귤레이터 {VOLTAGE REGULATOR}

본 발명은 입력 전압을 받아 일정한 출력 전압을 발생시키는 볼티지 레귤레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출력 전압의 오버슈트를 억제하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 볼티지 레귤레이터는 입력 단자에 입력되는 입력 전압 (Vin) 을 받아, 출력 단자에 일정한 출력 전압 (Vout) 을 발생시킨다.

도 2 는, 종래의 볼티지 레귤레이터의 회로도이다.

블리더 저항 회로 (24) 는, 출력 전압 (Vout) 을 분압하여 귀환 전압 (Vfb) 을 생성한다. 기준 전압 회로 (23) 는, 기준 전압 (Vref) 을 출력한다. 차동 증폭기 (21) 는, 입력 단자에 기준 전압 (Vref) 과 귀환 전압 (Vfb) 이 입력되고, 출력 단자가 MOS 트랜지스터 (25) 의 게이트에 접속된다. 출력 전압 검출 회로 (26) 는, 입력 단자가 볼티지 레귤레이터의 출력 단자에 접속되고, 출력 단자가 차동 증폭기 (21) 의 바이어스 전류를 흐르게 하는 전류원 (22) 에 접속된다.

종래의 볼티지 레귤레이터의 동작에 대해 설명한다.

기준 전압 (Vref) 이 귀환 전압 (Vfb) 보다 큰 경우에는, 차동 증폭기 (21) 의 출력은 낮아진다. MOS 트랜지스터 (25) 의 온 (ON) 저항이 작아지므로, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 은 높아진다. 따라서, 볼티지 레귤레이터는, 귀환 전압 (Vfb) 과 기준 전압 (Vref) 이 동등해지도록 작용한다. 귀환 전압 (Vfb) 이 기준 전압 (Vref) 보다 큰 경우에는, 상기와 반대의 동작을 하여, 출력 전압 (Vout) 이 낮아진다. 볼티지 레귤레이터는, 항상, 귀환 전압 (Vfb) 과 기준 전압 (Vref) 을 동등하게 유지함으로써, 일정한 출력 전압 (Vout) 을 출력한다.

입력 전압이 과도하게 상승했을 때, MOS 트랜지스터 (25) 의 게이트 전압은 시간 (t) 지연되어 추종하기 때문에, MOS 트랜지스터 (25) 의 게이트 전압과 소스 전압의 전압 차이가 커져, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 에 오버슈트가 발생한다.

출력 전압 검출 회로 (26) 는, 출력 전압 (Vout) 을 모니터하여, 출력 전압 (Vout) 에 오버슈트가 발생하면, 검출 신호를 전류원 (22) 에 출력하여, 차동 증폭기 (21) 의 바이어스 전류를 증가시킨다. 따라서, 차동 증폭기 (21) 의 과도 응답 특성을 향상시킴으로써, 출력 전압 (Vout) 의 오버슈트를 억제한다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2007-280025호

그러나 종래의 볼티지 레귤레이터는, MOS 트랜지스터 (25) 의 게이트 전압은, 증가한 전류원 (22) 의 전류에 의해 보다 높은 전압으로 제어되게 된다.

따라서, 종래의 볼티지 레귤레이터에서는, MOS 트랜지스터 (25) 의 게이트 전압이 정상 동작 전압 이상으로 상승하기 때문에, 오버슈트 억제 직후에 언더슈트가 발생한다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 언더슈트가 발생하지 않는 오버슈트 억제 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터를 제공한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 볼티지 레귤레이터는, 출력 트랜지스터의 게이트와 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 1 스위치와, 입력 단자에 차동 증폭기의 출력 단자가 접속된 볼티지 팔로워와, 볼티지 팔로워의 출력 단자와 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 2 스위치와, 기준 전압과 귀환 전압을 비교하는 콤퍼레이터를 구비하고, 제 1 스위치와 제 2 스위치는 콤퍼레이터의 출력 신호에 의해 제어되는 구성으로 하였다.

본 실시형태의 볼티지 레귤레이터에 의하면, 위상 보상 콘덴서를 분리함으로써, 출력 전압의 오버슈트를 재빠르게 억제할 수 있고, 또한 언더슈트를 억제하는 것이 가능해진다. 또, 위상 보상 콘덴서는, 분리되고 있는 동안, 볼티지 팔로워에 의해 차동 증폭기의 출력 전압과 동전위가 되도록 프리 차지되고 있기 때문에, 스위치의 전환 동작이 있어도, 출력 전압이 안정적이다.

도 1 은 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 종래의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

도 1 은, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

본 실시형태의 볼티지 레귤레이터는 차동 증폭기 (11) 와, 기준 전압 회로 (12) 와, 출력 MOS 트랜지스터인 MOS 트랜지스터 (13) 와, 블리더 저항 회로 (14) 와, 위상 보상용 콘덴서 (15) 와, 볼티지 팔로워 (16) 와, 콤퍼레이터 (17) 와, 인버터 (18) 와, 스위치 (19 및 20) 를 구비하고 있다.

MOS 트랜지스터 (13) 는, 볼티지 레귤레이터의 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된다. 블리더 저항 회로 (14) 는, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자와 접지 단자 사이에 접속된다. 차동 증폭기 (11) 는, 반전 입력 단자에 기준 전압 회로 (12) 의 출력 단자가 접속되고, 비반전 입력 단자에 블리더 저항 회로 (14) 의 출력 단자가 접속되며, 출력 단자는 볼티지 팔로워 (16) 의 비반전 입력 단자와 MOS 트랜지스터 (13) 의 게이트에 접속된다. 스위치 (19) 와 스위치 (20) 는, 차동 증폭기 (11) 의 출력 단자와 볼티지 팔로워 (16) 의 출력 단자 사이에 직렬로 접속된다. 콘덴서 (15) 는, 스위치 (19) 와 스위치 (20) 의 접속점과 볼티지 레귤레이터의 출력 단자 사이에 접속된다. 콤퍼레이터 (17) 는, 비반전 입력 단자에 블리더 저항 회로 (14) 의 출력 단자가 접속되고, 반전 입력 단자에 기준 전압 회로 (12) 의 출력 단자가 접속된다. 스위치 (19) 의 제어 단자는, 콤퍼레이터 (17) 의 출력 단자가 접속된다. 스위치 (20) 의 제어 단자는, 콤퍼레이터 (17) 의 출력 단자가 인버터 (18) 를 개재하여 접속된다.

블리더 저항 회로 (14) 는, 출력 전압 (Vout) 을 분압하여 귀환 전압 (Vfb) 을 생성한다. 기준 전압 회로 (12) 는, 기준 전압 (Vref) 을 출력한다. 차동 증폭기 (11) 는, 입력 단자에 기준 전압 (Vref) 과 귀환 전압 (Vfb) 이 입력되고, 기준 전압 (Vref) 과 귀환 전압 (Vfb) 을 비교한다.

다음으로, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터의 동작에 대해 설명한다.

입력 전압 (Vin) 이 급격하게 상승하면, MOS 트랜지스터 (13) 의 소스 전압도 상승한다. 이 때, MOS 트랜지스터 (13) 의 게이트 전압은, 입력 전압 (Vin) 의 변동에 추종하지 않는 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압으로 되어 있다. 따라서, MOS 트랜지스터 (13) 는, 게이트·소스간 전압이 커지므로, 온 저항은 작아진다. 그리고, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 은 상승하고, 귀환 전압 (Vfb) 도 상승한다.

여기서, 콤퍼레이터 (17) 는, 귀환 전압 (Vfb) 이 기준 전압 (Vref) 보다 큰 경우에 스위치 (19) 를 오픈으로 제어하고, 스위치 (20) 를 쇼트로 제어한다. 따라서, 볼티지 팔로워 (16) 는, 스위치 (20) 를 통하여 콘덴서 (15) 에 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압과 동전위가 되도록 프리 차지를 실시한다.

또, MOS 트랜지스터 (13) 의 게이트 전압은, 스위치 (19) 가 오픈으로 되어 콘덴서 (15) 가 분리되어 있기 때문에, 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압에 재빠르게 추종할 수 있다. 따라서, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 은, 오버슈트가 재빠르게 억제된다. 이 때, MOS 트랜지스터 (13) 의 게이트 전압은, 바이어스 전류가 통상 상태와 같은 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압으로 제어되기 때문에, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 에 언더슈트가 발생되기 어렵다.

그 후, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 이 원하는 전압이 되면, 귀환 전압 (Vfb) 은 기준 전압 (Vref) 과 동등한 전압이 되기 때문에, 콤퍼레이터 (17) 의 출력 신호는, 스위치 (19) 를 쇼트로 제어하고, 스위치 (20) 를 오픈으로 제어한다. 이 때, 콘덴서 (15) 에는, 볼티지 팔로워 (16) 에 의해 미리 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압과 동전위가 되도록 프리 차지를 실시하고 있기 때문에, 스위치 (19) 를 쇼트했을 때 MOS 트랜지스터 (13) 의 게이트 전압은 영향을 받지 않는다. 따라서, 스위치 (19) 와 스위치 (20) 의 전환 동작이 있어도, 볼티지 레귤레이터의 출력 전압 (Vout) 은 안정적으로 원하는 전압을 출력할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터에 의하면, 위상 보상 콘덴서를 분리함으로써, 출력 전압의 오버슈트를 재빠르게 억제할 수 있고, 또한, 언더슈트를 억제하는 것이 가능해진다. 또, 위상 보상 콘덴서는, 분리되는 동안, 볼티지 팔로워에 의해 차동 증폭기 (11) 의 출력 전압과 동전위가 되도록 프리 차지되고 있기 때문에, 스위치의 전환 동작이 있어도 볼티지 레귤레이터의 출력 전압은 안정적이다.

11 : 차동 증폭기
12 : 기준 전압 회로
14 : 블리더 저항 회로
16 : 볼티지 팔로워
17 : 콤퍼레이터

Claims

기준 전압과 귀환 전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 차동 증폭기와,
상기 차동 증폭기의 출력 단자가 게이트에 접속된 출력 트랜지스터와,
상기 출력 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 형성된 위상 보상 용량을 구비한 볼티지 레귤레이터로서,
상기 출력 트랜지스터의 게이트와 상기 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 1 스위치와,
입력 단자에 상기 차동 증폭기의 출력 단자가 접속된 볼티지 팔로워와,
상기 볼티지 팔로워의 출력 단자와 상기 위상 보상 용량 사이에 형성된 제 2 스위치와,
상기 기준 전압과 상기 귀환 전압을 비교하는 콤퍼레이터를 구비하고,
상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치는, 상기 콤퍼레이터의 출력 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 귀환 전압이 상기 기준 전압보다 높아졌을 때, 상기 제 1 스위치는 오프되고, 상기 제 2 스위치는 온되는 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.