TW201303542A - 電壓調節器 - Google Patents
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Abstract
[課題] 提供於起動時不會有流通異常的消耗電流之情形，可以實現高速之暫態應答之電壓調節器。[解決手段]在本發明中，具備用以輸出基準電壓的基準電壓電路；輸出電晶體；用以放大上述基準電壓和將輸出電晶體輸出之電壓予以分壓之分壓電壓之差，並控制輸出電晶體之閘極的第1差動放大電路；用以檢測出輸出電晶體之輸出電流而朝第1差動放大電路輸出訊號的增壓電路；用以感測上述輸出電流的感測電晶體；用以調整成可以正確複製輸出電流的第1電晶體；及輸出端子被連接於上述第1電晶體之閘極，反轉輸入端子被連接於上述感測電晶體之汲極，非反轉輸入端子被連接於輸出端子的第2差動放大電路。如此一來，於起動時不會有流通異常之消耗電流之情形，可實現高速之暫態應答。
Description
本發明係關於具備有使與負荷電流呈比例之電流流通於差動放大器之增壓電路的電壓調節器電路，更詳細而言，係有關為了改善電壓調節器之暫態應答特性，因應負荷電流而增加內部消耗電流，取得高速暫態應答的增壓電路。
針對以往之電壓調節器予以說明。第5圖為以往之電壓調節器之電路圖。
以往之電壓調節器係由輸出與基準電壓之電壓差呈比例之電壓的差動放大器電路612；藉由來自該差動放大器電路612之輸出電壓被控制，輸出藉由對應於此之負荷電流所產生之電壓，並且將該輸出電壓反饋於差動放大器電路612的輸出電晶體610；及根據該輸出電晶體電路610之負荷電流而控制，在負荷電流小之區域，使與該負荷電流呈比例之電流流至差動放大器電路612，並在負荷電流大之區域，使限制成一定值之電流流至差動放大器電路612的噴壓電路613所構成。差動放大器電路612係由PMOS型之電晶體604、605、NMOS型之電晶體601、602、614組成，比較基準電壓600和輸出電壓611，構成將與該電壓差呈比例之電壓從電晶體體604和電晶體601之共同連接之汲極輸出至輸出電晶體610、增壓電路613。
電晶體604、605成為電流鏡構成，各源極被連接於電源電壓150，各汲極被連接於電晶體601、605之各汲極，再者，閘極彼此被連接而連接於電晶體605之汲極，並且電晶體604之汲極各被連接於輸出電晶體610，增壓電路613之電晶體607之各閘極。電晶體601、614係各汲極被連接於電晶體604、605之各汲極，各源極共同被連接於電晶體602、606之各汲極，再者，電晶體601之閘極被連接於基準電壓600，電晶體614之閘極被連接於輸出電晶體610之汲極。電晶體602、606係各汲極共同被連接於電晶體601、614之各源極，各源極被連接於接地電壓，再者，電晶體602之閘極被連接於偏壓電壓603，電晶體606之閘極被連接於增壓電路613之電晶體609之閘極。增壓電路613被構成由PMOS型之電晶體607、NMOS型空泛電晶體608、NMOS型之電晶體609等組成，根據輸出電晶體610之負荷電流IL而控制，在負荷電流IL小的區域，使與該負荷電流IL呈比例之差動放大器電路電流IS流至差動放大器電路612，並且在負荷電流IL大之區域，使藉由電流限制用之電晶體608(電流限制器)限制成一定值之差動放大器電路電流IS流至差動放大器電路612。電晶體607係源極被連接於電源電壓150，極極被連接於電晶體608之源極，再者，閘極被連接於差動放大器電路612之電晶體604之汲極。電晶體608係源極被連接於電晶體607之汲極，汲極被連接於電晶體609之汲極，再者閘極被連接於接地電壓。電晶體609成
為差動放大器電路612之電晶體606和電流鏡構成，汲極及閘極被連接於電晶體606之閘極，源極被連接於接地電壓。(例如，參照專利文獻1第1圖)
[專利文獻1]日本特開2001-34351號公報
但是，在以往之技術中，決定限制電流之電晶體608，有臨界電壓之偏差及溫度之依存性變大，藉由修整來調整增壓量非常困難之課題。再者，在調節器無負荷之狀態下起動時，因在非調節狀態下，因輸出驅動器之閘極黏滯於電源，故有增壓電路動作，不管無負荷，消耗電流也出現嚴重異常之課題。
本發明係鑒於上述課題而研究出，提供於起動時不會有流通異常的消耗電流之情形，可以實現高速之暫態應答之電壓調節器。
具備有本發明之增壓電路的電壓調節器，具備：用以輸出基準電壓之基準電壓；輸出電晶體；用以放大上述基準電壓和將輸出電晶體輸出之電壓予以分壓之分壓電壓之
差，並控制輸出電晶體之閘極的第1差動放大電路；用以檢測出輸出電晶體之輸出電流而朝第1差動放大電路輸出訊號的增壓電路；用以感測輸出電流的感測電晶體；用以調整成可以正確複製輸出電流的第1電晶體；及輸出端子被連接於上述第1電晶體之閘極，反轉輸入端子被連接於上述感測電晶體之汲極，非反轉輸入端子被連接於輸出端子的第2差動放大電路。
具備有本發明之增壓電路的電壓調節器於起動時不會有流出異常消耗電流之情形，可以實現高速之暫態應答。
針對用以實施本發明之型態，參照圖面予以說明。
第1圖為第一實施型態之電壓調節器之電路圖。
本實施型態之電壓調節器係由基準電壓電路101、差動放大電路102、PMOS電晶體103、104、109、放大器107、增壓電路108、電阻105、106、接地端子100、輸出端子180和電源端子150所構成。增壓電路108係由端子110、111所構成。
接著，針對第一實施型態之基準電壓電路之連接予以說明。
差動放大電路102係反轉輸入端子被連接於基準電壓電路101，非反轉輸入端子被連接於電阻105和106之連接點，輸出端子被連接於PMOS電晶體104之閘極及PMOS電晶體103之閘極。基準電壓電路101之另一方被連接於接地端子100。PMOS電晶體103係源極被連接於電源端子150，汲極被連接於PMOS電晶體109之源極及放大器107之反轉輸入端子。PMOS電晶體104係源極被連接於電源端子150，汲極被連接於輸出端子180及電阻105之另一方及放大器107之非反轉輸入端子。電阻106之另一方被連接於接地端子100。PMOS電晶體109係閘極被連接於放大器107之輸出端子，汲極被連接於增壓電路108之端子110。增壓電路108之端子111被連接於差動放大電路102。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之動作予以說明。
電阻105和106係分壓輸出端子180之電壓的輸出電壓Vout，並輸出分壓電壓Vfb。差動放大電路102係比較基準電壓電路101之輸出電壓Vref和分壓電壓Vfb，以輸出電壓Vout成為一定之方式控制PMOS電晶體104之閘極電壓。當輸出電壓Vout比目標值高時，分壓電壓Vfb則高於基準電壓Vref，差動放大電路102之輸出訊號(PMOS電晶體104之閘極電壓)變高。然後，PMOS電晶體104呈OFF，輸出電壓Vout變低。如此一來，控制成輸出電壓Vout成為一定。當輸出電壓Vout低於目標值
時，進行相反之動作而輸出電壓Vout變高。如此一來，控制成輸出電壓Vout成為一定。
當使電源電壓起動時，因輸出電壓Vout低，故藉由差動放大電路102控制成PMOS電晶體104之閘極電壓成為接地。如此一來，PMOS電晶體104全開，同時PMOS電晶體103也全關。然後，以PMOS電晶體103和104之汲極電壓相等之方式，放大器107調整PMOS電晶體109之閘極，而控制成可以利用PMOS電晶體103正確地複製流至PMOS電晶體104之電流。於輸出電壓Vout變高之後，也藉由放大器107之控制，PMOS電晶體103之汲極電壓也經常追隨著PMOS電晶體104之汲極電壓，正確複製負荷電流。
增壓電路108係在端子110檢測出流至PMOS電晶體103之電流，並因應電流值而從端子111輸出訊號至差動放大電路102。於電源電壓起動後，PMOS電晶體103控制成因應流入PMOS電晶體104之負荷電流，將訊號輸出至差動放大電路102而使流至差動放大電路102之偏壓電流增加。如此一來，因差動放大電路102之應答速度變快，故可以將輸出電壓Vout之變動寬度極力抑制成較小。當負荷電流不流動時，PMOS電晶體103之電流被截斷，電流不流至增壓電路108，停止動作。如此一來，可以於無負荷時截斷電流朝向增壓電路而進行低消耗電力化。並且，不僅負荷變動，連負荷電流流動時之電源變動或波痕除去率之特性，增壓電路也動作，可以動作成進行高速之
應答。
藉由上述，第一實施型態之電壓調節器於電源電壓起動時或負荷變動、電源變動時可以實現高速之暫態應答。
第2圖為第二實施型態之電壓調節器之電路圖。與第1圖不同係在具體性表示增壓電路108之構成的點。
針對連接予以說明。PMOS電晶體201係源極被連接於端子110端子，汲極被連接於端子111和NMOS電晶體202之汲極及閘極，和NMOS電晶體204之閘極，閘極被連接於PMOS電晶體203之閘極及汲極。PMOS電晶體203係源極被連接端子110，汲極被連接於NMOS電晶體204之汲極。NMOS電晶體202之源極被連接於接地端子100，NMOS電晶體204之源極被連接於電阻205。電阻205之另一方被連接於接地端子100。
接著，針對第二實施型態之電壓調節器之動作予以說明。當使電源電壓起動，電流流至PMOS電晶體103之時，電流則從端子110流至增壓電路108。PMOS電晶體201、203構成電流鏡電路。NMOS電晶體202、204雖然構成閘極彼此連接之電流鏡電路，但是NMOS電晶體204之源極經電阻連接於接地端子100。因此，在電阻205，藉由NMOS電晶體204之汲極電流而產生電壓下降，僅NMOS電晶體204之閘極、源極電壓之部分變小。電阻205中之電壓下降，因藉由NMOS電晶體202和204之K
值之差異，或是PMOS電晶體201、203之K值之差異和電阻205之值而被決定，故作為不依存於電源電壓之定電流源電路而動作。並且，電阻205係藉由組合使用持有負的的溫度特性之聚電阻和正的溫度特性之WELL電阻，而可以取得不依存於溫度之定電流源電路。
於藉由增壓電路使用該定電流電路流通負荷電流之時，從端子111輸出訊號至差動放大電路102，並且可以使流通於差動放大電路102之偏差電流增加。然後，因差動放大電路102之應答速度變快，故可以將輸出電壓Vout之變動寬度極力抑制成較小。再者，也可以不依存於電源電壓或溫度而予以動作。並且，不僅負荷變動，連負荷電流流動時之電源變動或波痕除去率之特性，增壓電路也動作，可以動作成進行高速之應答。
藉由上述，第二實施型態之電壓調節器於電源電壓起動時或負荷變動、電源變動時可以實現高速之暫態應答。再者，不會影響電源電壓或溫度，可以實現高速之暫態應答。
第3圖為第三實施型態之電壓調節器之電路圖。與第1圖不同係在具體性表示增壓電路108之構成的點。
針對連接予以說明。NMOS電晶體301之汲極被連接於端子110，閘極被連接於放大器303之輸出端子，源極被連接於放大器303之反轉輸入端子和NMOS電晶體302
之閘極及汲極和端子111。放大器303之非反轉輸入端子與基準電壓電路304連接。基準電壓304之另一方之端子及NMOS電晶體302之源極被連接於接地100。
接著，針對第三實施型態之電壓調節器之動作予以說明。當使電源電壓起動，電流流至PMOS電晶體103之時，電流則從端子110流至增壓電路108。增壓電路108係由可以生成定電流源之電壓電流變換電路構成，僅輸出某設定值之增壓量。電晶體103或109之電流，雖因應負荷電流而增加，但是當超過設定值時，則飽和成為一定。與此時之電流呈比例之電流則成為增壓電流。
當負荷電流增加時，電晶體103之電流經由電晶體109和301，而流入電晶體302。但是，於起動之後，因電晶體109充分接通，故流入電晶體302之量幾乎藉由電晶體301而決定。因此，為了對電晶體301加以限制，放大器301比較基準電壓304和電晶體302之汲極電壓，一面調整電晶體301之電流量，一面控制成兩電壓成為相同。即是，藉由調整基準電壓電路304，生成因應負荷電流之訊號，而可以從端子111輸出。並且，不僅負荷變動，連負荷電流流動時之電源變動或波痕除去率之特性，增壓電路也動作，可以動作成進行高速之應答。
藉由上述，第三實施型態之電壓調節器於電源電壓起動時或負荷變動、電源變動時可以實現高速之暫態應答。再者，藉由調整基準電壓電路304，能夠輸出因應負荷電流之訊號。
第4圖為第四實施型態之電壓調節器之電路圖。與第3圖不同的是追加電阻405之點。
針對連接予以說明。電阻405也被連接於放大器403之反轉輸入端子，另一方被連接於端子111。
接著，針對第四實施型態之電壓調節器之動作予以說明。當使電源電壓起動，電流流至PMOS電晶體103之時，電流則從端子110流至增壓電路108。增壓電路108係由可以生成定電流源之電壓電流變換電路構成，僅輸出某設定值之增壓量。即是，PMOS電晶體103或PMOS109之電流，雖因應負荷電流而增加，但是當超過設定值時，飽合而成為一定。與此時之電流呈比例之電流則成為增壓電流。
電壓電流變換電路之動作成為下述般。首先，當負荷電流增加時，PMOS電晶體103之電流經由PMOS電晶體109和NMOS電晶體401，而流入NMOS電晶體402。於起動之後，因PMOS電晶體109充分接通，故流入NMOS電晶體402之量幾乎藉由NMOS電晶體401而決定。因此，以對NMOS電晶體401加以限制之方式，放大器403比較基準電壓404及電晶體402之汲極電壓和施加電阻405之電壓的電壓，一面調整NMOS電晶體401之電流量，一面控制成兩電壓成為相同。如此一來，藉由調整電阻405，生成因應負荷電流之訊號，而可以從端子111輸出。電
阻405係藉由組合使用持有負的的溫度特性之聚電阻和正的溫度特性之WELL電阻，而可以取得不依存於溫度之定電流源電路。並且，不僅負荷變動，連負荷電流流動時之電源變動或波痕除去率之特性，增壓電路也動作，可以動作成進行高速之應答。
藉由上述，第四實施型態之電壓調節器於電源電壓起動時或負荷變動、電源變動時可以實現高速之暫態應答。再者，藉由調整電阻405，能夠輸出因應負荷電流之訊號。
100‧‧‧接地端子
150‧‧‧電源電壓端子
180、611‧‧‧輸出電壓端子
101、600‧‧‧基準電壓電路
102、602‧‧‧差動放大電路
107、303、403‧‧‧放大器
108、613‧‧‧增壓電路
608‧‧‧空泛型電晶體
第1圖為表示第一實施型態之電壓調節器的電路圖。
第2圖為表示第二實施型態之電壓調節器的電路圖。
第3圖為表示第三實施型態之電壓調節器的電路圖。
第4圖為表示第四實施型態之電壓調節器的電路圖。
第5圖為表示以往之電壓調節器的電路圖。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧基準電壓電路
102‧‧‧差動放大電路
103‧‧‧PMOS電晶體
104‧‧‧PMOS電晶體
105‧‧‧電阻
106‧‧‧電阻
107‧‧‧放大器
108‧‧‧增壓電路
109‧‧‧PMOS電晶體
110‧‧‧端子
111‧‧‧端子
150‧‧‧電源電壓端子
180‧‧‧輸出端子
Claims (4)
- 一種電壓調節器，其特徵為具備：基準電壓電路，其係用以輸出基準電壓；輸出電晶體；第1差動放大電路，其係用以放大上述基準電壓和將上述輸出電晶體輸出之電壓予以分壓之分壓電壓之差，並控制上述輸出電晶體之閘極；增壓電路，其係用以檢測出上述輸出電晶體之輸出電流而朝上述第1差動放大電路輸出訊號；感測電晶體，其係用以感測上述輸出電流；第1電晶體，其係用以調整成可以正確複製輸出電流；及第2差動放大電路，其係輸出端子被連接於上述第1電晶體之閘極，反轉輸入端子被連接於上述感測電晶體之汲極，非反轉輸入端子被連接於輸出端子。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述增壓電路具備：第2電晶體，其係閘極被連接於第3電晶體之汲極及閘極，汲極被連接於第4電晶體之閘極及汲極，源極被連接於第1電阻；第5電晶體，其係汲極被連接於上述第3電晶體之汲極，閘極和源極各自被連接於上述第4電晶體之閘極和源極； 第4電晶體，其係閘極和汲極被連接於上述第2電晶體之汲極；上述第3電晶體，其係源極被連接於接地；及上述第1電阻，其係被連接於上述第2電晶體之源極，藉由調節上述第1電阻之電阻值來調節檢測出的負荷電流值。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述增壓電路具備：第2電晶體，其係閘極被連接於第3差動放大電路之輸出，第3電晶體，其係閘極及汲極被連接於上述第2電晶體之源極，和上述第3差動放大電路之反轉輸入端子，源極被連接於接地；及上述第3差動放大電路，其係非反轉輸入端子被連接於第2基準電壓電路，藉由調節上述第2基準電壓電路之電壓值來調節檢測出的負荷電流值。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述增壓電路具備：第2電晶體，其係閘極被連接於第3差動放大電路之輸出； 第3電晶體，其係閘極及汲極被連接於第1電阻；及上述第3差動放大電路，其係非反轉輸入端子被連接於第2基準電壓電路，反轉輸入端子被連接於上述第2電晶體之源極及上述第1電阻之另一方，藉由調節上述第1電阻之電阻值來調節檢測出的負荷電流值。
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