TW201217938A - Voltage regulator - Google Patents

Description

201217938 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關在廣負荷電容範圍中，即使在輕 也安定地動作之電壓調整器。 【先前技術】 以往的電壓調整器100，有圖7所示那樣的電 所知（例如參照專利文獻1)。 電池120的電源電壓是被施加於VDD端子 VSS端子I23端子間。在VOUT端子124連接負荷 負荷電容126。基準電壓電路1〇1是輸出一定的電 施加至誤差放大器102的反轉輸入端子。VOUT端 的電壓是依電阻104及105而分壓，被分壓的電壓 加至誤差放大器102的非反轉輸入端子。輸出電晶 的源極是被連接至VDD端子121，汲極是被連接至 端子124，誤差放大器102的輸出會被連接至閘極 誤差放大器102的輸出來控制輸出電晶體103的電 亦即，若依電阻104、105來分壓輸出電壓的電壓 準電壓電路101的輸出電壓小，則誤差放大器102 會變低，使輸出電晶體1 03強偏壓降低電阻値下， 端子124的電壓會上昇，相反的，若依電阻104、 分壓的電壓要比基準電壓高，則使輸出電晶體1 03 提高電阻値，VOUT端子124的電壓會降低，控制 的電壓會被輸出至VOUT端子124。 負荷時 路爲人 12 1 與 125及 壓，被 子 124 是被施 體103 VOUT ，藉由 阻値。 要比基 的輸出 VOUT 105來 弱偏壓 成一定 201217938 CE電路1 10是藉由施加於CE端子1 22的電壓來控制 電壓調整器的ΟΝ/OFF ° 與電阻104並聯的電容1〇6是進行電壓調整器的相位 補償。 圖8(a)是抽出電壓調整器的電阻〗〇4、105及電容106 的電路。 若將VOUT端子的電壓設爲Vout，將電阻104與105 的連接點的電壓設爲Vfb，則從VOUT端子往電阻104與 105的連接點之傳遞函數是以式（1)〜（3)來授與。 [數學式1] , s 1 + —

VpB _ · β ^OUT 1 + fp

[數學式2] A 2 χ π· x Cz χ /?ι (2) [數學式3] fp ⑶ 1 _ _ R, xR2 2 x x Cz x —--- +R2 在此，R1、R2分別是電阻104、105的電阻値，Cz 是電容106的電容値。亦即，存在以式（2)所授與的Zero 點、及以式（3)所授與的Pole。 圖8(b)及（C)是表示以式（1)所授與的傳遞函數的波德 圖（（b)是增益、（c)是相位）。如（c)所示，相位是一旦頻率 201217938 變高，則從〇度起在Zero點的頻率fz前進45度，最大前 進至90度。然後，在Pole的頻率fp形成45度，再回到 〇。亦即，從頻率fz附近到fp附近之間，具有使相位前進 的效果。 在圖9顯示2極的電壓調整器的波德圖（Bode plot)。 在電壓調整器的輸出端子124連接負荷125及負荷電 容126，產生Pole。當負荷輕，負荷電容大時，Pole會在 低的頻率產生，電壓調整器的頻帶會變窄。而且，在誤差 放大器102也存在Pole，因此相位是在低的頻率慢180度 ，相位充裕變無（接近0)。此時的電壓調整器的頻帶寬fbw 是例如降低至100Hz程度。 在圖10顯示藉由電阻104、105及電容106來實施適 當的相位補償時之2極的電壓調整器的波德圖。藉由使 Zero點（頻率fz)產生於Pole的頻率fp2附近，在增益OdB 以上可確保相位充裕例如3 0度以上。 [先行技術文献] [專利文獻] [專利文獻1]特許公報第270672〇號（第1圖） 【發明內容】 (發明所欲解決的課題） 然而，以往的電壓調整器會有在廣負荷電容的範圍， 輕負荷時未安定地動作的課題。 爲了將Zero點的頻率降低至100Hz程度，由式（2)需 201217938 要mSEC程度，作爲CzxRl的時間常數。但，在圖7所示 以往的電壓調整器中，若將CzxRl的時間常數設爲mSEC 程度，則在使CE端子電壓從“L”變化成“Η”時，如圖11(b) 所示爲了起動，須費mSEC程度的時間，會有無法使用在 需要馬上起動的應用軟體之課題。 於是，本發明的目的是在於解決以往那樣的課題，以 提供一種在廣負荷電容的範圍，即使輕負荷時也安定地動 作之電壓調整器爲目的。 (用以解決課題的手段） 爲了解決以往的課題，本發明的電壓調整器是設爲以 下那樣的構成》 一種電壓調整器，係具備： 第一電源端子； 第二電源端子； 輸出端子： 基準電壓電路； 第一電阻及第二電阻，其係被串聯於上述輸出端子與 上述第二電源端子間； 第一誤差放大電路，其係將反轉輸入端子連接至上述 基準電壓電路的輸出端子，將非反轉輸入端子連接至上述 第一電阻及第二電阻的連接點，輸出比較結果的電壓； 輸出電晶體，其係設於上述第一電源端子與上述輸出 端子之間，以上述輸出端子的電壓可形成一定値的方式， -8 - 201217938 藉由上述第一誤差放大電路的輸出來控制閘極電壓；及 相位補償用的電容，其係一端被連接至上述輸出端子 其特徵係具備： 第二誤差放大電路，其係將上述第一電阻及第二電阻 的連接點連接至非反轉輸入端子，且連接輸出端子與反轉 輸入端子；及 切換電路，其係電源投入後，或將上述電壓調整器成 爲ON狀態之後，使上述相位補償電容在所定時間內連接 至上述第二誤差放大電路的輸出，所定時間後連接至上述 第一電阻及第二電阻的連接點。 [發明的效果]. 若根據本發明的電壓調整器，則可加快電壓調整器的 上升時間，且在廣負荷電容的範圍即使輕負荷時也可使安 定地動作。 【實施方式】 [實施例1] 圖1是表示第一實施例的電壓調整器的電路圖。第一 實施例的電壓調整器是以基準電壓電路101、誤差放大器 102、電阻104、電阻105、電容106、輸出電晶體103、 開關112、開關113、誤差放大器107、CE電路110、定 時電路111、VDD端子121、CE端子122、VSS端子123 -9 - 201217938 、及輸出端子124所構成。 說明有關第一實施例的電壓調整器的連接。基準電壓 電路101的輸出是被連接至誤差放大器〗02的反轉輸入端 子。誤差放大器1〇2的非反轉輸入端子是被連接至電阻 104與電阻105的連接點，輸出是被連接至pch電晶體 103的閘極。電阻104的另一端是被連接至VOUT端子 124，電阻105的另一端是被連接至VSS端子123。Pch電 晶體103的源極是被連接至VDD端子121，汲極是被連接 至輸出端子1 2 4。 電容106的一端是被連接至VOUT端子124，另一端 是被連接至開關112及113。開關112的另一端是被連接 至電阻104與105的連接點，開關113的另一端是被連接 至誤差放大器107的輸出。誤差放大器107的非反轉輸入 端子是被連接至電阻104與105的連接點，反轉輸入端子 是被連接至誤差放大器107的輸出。 CE電路110的輸出是被輸入至定時電路111、基準電 壓電路101、誤差放大器102、誤差放大器107，輸入是被 連接至CE端子122。定時電路111是輸出被連接至開關 1 1 2 及 1 1 3 控制 ΟΝ/OFF。 CE電路110是藉由被施加於CE端子122的電壓來控 制電壓調整器的ΟΝ/OFF。電阻104及電容106是進行電 壓調整器的相位補償。電阻104及電容106的値是被設定 成較大，降低Zero點的頻率fz。 其次，利用圖2的時間圖來說明有關第一實施例的電 -10- 201217938 壓調整器的動作。最初，當CE端子122的電壓爲“L”時， 電壓調整器是處於OFF狀態（停止狀態）。然後，開關1 12 是OFF狀態（敞開），開關113是on狀態（短路）。其次， —旦CE端子122的電壓形成“H”，則電壓調整器起動而形 成ON狀態（動作狀態）。然後，定時電路1 1 1在任意的Td 時間內將開關1 1 2保持於OFF狀態（敞開），將開關1 1 3保 持於ON狀態（短路）。在Td時間後產生將開關1 1 2保持於 ON狀態（短路），將開關1 13保持於〇FF狀態（敞開）的訊 號。亦即在Td時間內，誤差放大器1 07的輸出會將電容 106充電成與電阻1〇4及電阻105的連接點的電壓同電壓 。Td時間後，開關1 1 3爲OFF，開關1 12爲ON，藉此產 生根據電阻104及電容106的Zero點，電容106將有助 於電壓調整器的相位補償。 亦即，電源投入後或使CE端子電壓從“L”變化成“H” 後，在Td時間，由於開關1 1 3爲ON，所以誤差放大器 107的輸出會將電容106充電成與電阻104及105的連接 點的電壓相等。然後，可使電壓調整器的起動時間加快成 如圖11(c)所示。在Td時間後，開關113爲OFF，開關 1 1 2爲ON，因此可取得圖8所示的相位補償的琢果。 藉由以上，在第一實施例的電壓調整器中，可在Td 時間內加快電壓調整器的起動時間，在Td時間後，藉由 根據電阻104及電容106之Zero點的產生，在廣負荷電 容的範圍即使輕負荷時也可使安定地動作。 另外，根據電阻1 04及電容1 06的時間常數亦可形成 -11 - 201217938 1 m S E C以上。 [實施例2] 在圖3顯示第二實施例的電壓調整器的電路圖 1不同的是開關1 1 2、1 1 3爲根據電壓檢測電路1 1 4 來控制的點。電壓檢測電路1 1 4是監視VOUT端子 電壓檢測出達到某電壓値而輸出開關的控制訊號。 其次，利用圖4的時間圖來說明有關第二實拥 壓調整器的動作。最初，當CE端子122的電壓爲 電壓調整器是處於OFF狀態（停止狀態）。然後，圍 爲OFF狀態（敞開），開關1 13爲ON狀態（短路）。 —旦CE端子122的電壓形成“H”，則電壓調整器赶 成ON狀態（動作狀態）。然後，誤差放大器1 02编 出電晶體103的閘極電壓，使基準電壓電路101的 壓與電阻1 04、1 05的連接點的電壓相等。如此， 整器是形成以式（4)所授與的電壓（Vout)。 。與圖 的輸出 124的 例的電 L，，時， 關112 其次， 動而形 控制輸 輸出電 電壓調 [數學式4] Vout = xVref R7 (4) 在此，Vref是基準電壓電路101的輸出電壓 檢測電路1 14是在於檢測出VOUT端子124的電 (4)所授與的電壓之例如98 %以下的電壓。然後， 端子124的電壓爲98%以下時，產生開關1 12保

。電壓 爲以式 VOUT 於OFF -12- 201217938 狀態（敞開），開關113保持於ON狀態（短路）的訊號。一 旦VOUT端子124的電壓超過98%，則產生開關1 12保持 於ON狀態（短路），開關1 13保持於OFF狀態（敞開）的訊 號。亦即，當VOUT端子124的電壓値爲Vout的98%以 下時，誤差放大器107的輸出會將電容106充電成與電阻 104及105的連接點同電壓。一旦VOUT端子124的電壓 値超過Vout的98%，則開關1 1 3成爲OFF，開關1 12成 爲ON，藉此產生根據電阻104及電容106的Zero點，電 容106有助於電壓調整器的相位補償。如此，在電源投入 後或使CE端子電壓從“L”變化成“H”後，當 VOUT端子 124的電壓値爲Vout的98 %以下時，可加快電壓調整器的 起動時間。然後，一旦VOUT端子124的電壓値超過Vout 的9 8 %，則可取得圖8所示的相位補償的效果。 藉由以上，在第二實施例的電壓調整器中，直到 VOUT端子124的電壓値例如超過Vout的98 %爲止，可加 快電壓調整器的起動時間，例如一旦超過Vout的98%， 則藉由根據電阻104及電容1 06之Zero點的產生，在廣 負荷電容的範圍即使輕負荷時也可使安定地動作。 另外，電壓檢測電路1 1 4的檢測電壓亦可設定成任意 的檢測電壓。並且，根據電阻1 04及電容1 06的時間常數 亦可形成ImSEC以上。 [實施例3] 在圖5顯示第三實施例的電壓調整器的電路圖。與圖 -13- 201217938 1不同的是誤差放大器107的非反轉輸入端子被連 準電壓電路101的輸出的點。在動作中，Td時間 於電容106的另一端的電壓是形成與基準電壓電路 輸出電壓値相等的値，因此Tel時間後的動作是形 1的電壓調整器相同的動作，具有同樣的效果。 藉由以上，在第三實施例的電壓調整器中，在 間內可加快電壓調整器的起動時間，在T d時間後 根據電阻104及電容106之Zero點的產生，在廣 容的範圍即使輕負荷時也可使安定地動作。 另外，根據電阻104及電容106的時間常數亦 lmSEC以上。 [實施例4] 在圖6顯示第四實施例的電壓調整器的電路圖 3不同的是誤差放大器107的非反轉輸入端子被連 準電壓電路101的輸出的點。在動作中，Td時間 容106的另一端的電壓是形成與基準電壓電路ιοί 電壓値相等的値，因此T d時間後的動作是形成與E 電壓調整器同動作，具有同樣的效果。 藉由以上，在第四實施例的電壓調整器中，直到 端子124的電壓値例如超過Vout的98 %爲止，可 壓調整器的起動時間，一旦超過Vout的98%，則 據電阻104及電容106之Zero點的產生，在廣負 的範圍即使輕負荷時也可使安定地動作。 接至基 後，由 101的 成與圖 Td時 ，藉由 負荷電 可形成 。與圖 接至基 後，電 的輸出 E 3的 VOUT 加快電 藉由根 荷電容 -14 - 201217938 另外，電壓檢測電路114的檢測電壓亦可設淀 的檢測電壓。並且，根據電阻104及電容106的時 亦可形成lmSEC以上。 如以上說明’若根據本發明的電壓調整器，貝【 電壓調整器的起動時間，且在廣負荷電容的範圍即 荷時也可使安定地動作， 另外，在所有的實施例中，說明具備被連接至 子122的CE電路1 10之構成。但，即使取代CE養 ，具備檢測出電源電壓的電路（例如P〇C(P〇wer-〇, 電路）之構成，也可取得同樣的效果。 【圖式簡單說明】 圖1是第一實施例的電壓調整器的電路圖。 圖2是第一實施例的電壓調整器的時間圖。 圖3是第二實施例的電壓調整器的電路圖。 圖4是第二實施例的電壓調整器的時間圖。 圖5是第三實施例的電壓調整器的電路圖。 圖6是第四實施例的電壓調整器的電路圖。 圖7是表示以往的電壓調整器的電路圖。 圖8是分壓電路的增益·相位特性。 圖9是2極的電壓調整器的波德圖。 圖10是3極lZero的電壓調整器的波德圖。 圖11是表示電源起動時的電壓調整器的上升 成任意 間常數 可加快 使輕負 CE端 路110 •Clear) 特性圖 -15- 201217938 【主要元件符號說明】 1 0 1 :基準電壓電路 1 02 :誤差放大器 103 :輸出電晶體 107 :誤差放大器 1 1 0 : CE電路 1 1 1 :定時電路 1 1 4 :電壓檢測電路 1 2 2 : C E端子 1 24 : VOUT 端子 125 :負荷 1 26 :負荷電容

Claims (1)

1. 201217938 七、申請專利範圍： 1. 一種電壓調整器，係具備： 第一電源端子； 第二電源端子； 輸出端子； 基準電壓電路； 第一電阻及第二電阻，其係被串聯於上述輸出端子與 上述第二電源端子間； 第一誤差放大電路，其係將反轉輸入端子連接至上述 基準電壓電路的輸出端子，將非反轉輸入端子連接至上述 第一電阻及第二電阻的連接點，輸出比較結果的電壓； 輸出電晶體，其係設於上述第一電源端子與上述輸出 端子之間’以上述輸出端子的電壓可形成一定値的方式， 藉由上述第一誤差放大電路的輸出來控制閘極電壓·，及 相位補償用的電容，其係一端被連接至上述輸出端子， 其特徵係具備： 第二誤差放大電路，其係將上述第一電阻及第二電阻 的連接點連接至非反轉輸入端子，且連接輸出端子與反轉 輸入端子；及 切換電路，其係電源投入後，或將上述電壓調整器成 爲ON狀態之後’使上述相位補償電容在所定時間內連接 至上述第二誤差放大電路的輸出，所定時間後連接至上述 第一電阻及第二電阻的連接點。 2. —種電壓調整器，係具備·· -17- 201217938 第一電源端子； 第二電源端子： 輸出端子； 基準電壓電路； 第一電阻及第二電阻，其係被串聯於上述輸出端子與 上述第二電源端子間： 第一誤差放大電路，其係將反轉輸入端子連接至上述 基準電壓電路的輸出端子，將非反轉輸入端子連接至上述 第一電阻及第二電阻的連接點，輸出比較結果的電壓； 輸出電晶體，其係設於上述第一電源端子與上述輸出 端子之間，以上述輸出端子的電壓可形成一定値的方式， 藉由上述第一誤差放大電路的輸出來控制閘極電壓；及 相位補償用的電容，其係一端被連接至上述輸出端子， 其特徵係具備： 第二誤差放大電路，其係將上述第一電阻及第二電阻 的連接點連接至非反轉輸入端子，且連接輸出端子與反轉 輸入端子；及 切換電路，其係電源投入後，或將上述電壓調整器成 爲ON狀態之後，使上述相位補償電容在上述電壓調整器 的輸出電壓未滿所定的電壓時連接至上述第二誤差放大電 路的輸出’所定的電壓以上時連接至上述第一電阻及第二 電阻的連接點》 3.如申請專利範圍第1或2項之電壓調整器，其中， 上述第二誤差放大電路係將上述基準電壓電路的輸出端子 -18- 201217938 連接至上述非反轉輸入端子。 4.如申請專利範圍第1或2項之電壓調整器，其中，根 據上述第一電阻及上述相位補償電容的時間常數爲1 mSEC 以上。 19-