TW201321922A - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

〔課題〕提供過渡響應特性佳，並且保持安定動作的電壓調節器。〔解決手段〕具備：差動放大器，其係輸入基準電壓電路輸出的基準電壓，和使電壓調節器之輸出電壓分壓的反饋電壓，放大其差並予以輸出；第一MOS電晶體，其係在閘極端子連接上述差動放大器之輸出端子；第一定電流源，其係被設置在上述第一MOS電晶體和接地端子之間；輸出MOS電晶體，其係經上述第一MOS電晶體之汲極端子和相位補償電路而連接閘極端子；第二MOS電晶體，其係在閘極端子被輸入上述差動放大器之輸出，在上述輸出MOS電晶體之閘極端子連接汲極端子；及第二定電流源，其係被設置在上述第二MOS電晶體和接地端子之間。

Description

電壓調節器
本發眀係關於接受輸入電壓而產生一定之輸出電壓Vout之電壓調節器，更詳細而言，關於電壓調節器之過渡響應特性和安定動作。
一般而言，電壓調節器係接受被輸入至輸入端子15之輸入電壓Vin，而在輸出端子16產生一定之輸出電壓Vout。電壓調節器係因應負載之變動而供給電流，將輸出電壓Vout隨時保持一定。
第2圖為以往之電壓調節器之電路圖。
基準電壓電路110生成基準電壓Vref。分洩電阻111及112係對輸出端子16之輸出電壓Vout進行分壓而生成回饋電壓Vfb。基準電壓Vref和回饋電壓Vfb被輸入至差動放大器120之輸入端子。差動放大器120之輸出電壓係被輸入至構成第一源極接地放大電路的MOS電晶體123之閘極端子。MOS電晶體123係源極端子被連接於輸入端子15，汲極端子被連接於定電流源124和電阻121和電容122。MOS電晶體123之輸出係經電阻121而被輸入至構成第二源極接地放大電路之MOS電晶體114之閘極端子。MOS電晶體114係源極端子被連接於輸入端子15，汲極端子被連接於分洩電阻111。電壓調節器之輸出端子16為MOS電晶體114和分洩電阻111之接點。電壓調節 器之輸出端子16連接有具有負載電容CL和負載電阻RL之負載。
針對以往之電壓調節器之動作予以說明。
於基準電壓Vref大於回饋電壓Vfb之時，差動放大器120之輸出變高，增大MOS電晶體123之ON電阻。當MOS電晶體123之ON電阻變大時，經電阻121，MOS電晶體114之閘極端子之電壓變低。因MOS電晶體114之ON電阻變小，故輸出電壓Vout變高。因此，電壓調節器動作成回饋電壓Vfb和基準電壓Vref相等。於回饋電壓Vfb大於基準電壓Vref之時，成為與上述相同之動作，輸出電壓Vout變低。
藉由電壓調節器隨時保持回饋電壓Vfb和基準電壓Vref相等，產生一定之輸出電壓Vout。
電壓調節器為了提升過渡響應特性，必須使頻帶變寬。以往之電壓調節器係藉由成設成電壓三段放大電路，即使以比較少之消耗電流亦增寬頻帶，來提升過渡響應特性。但是，當設成電壓三段放大電路構成時，由於相位延遲180度以上，容易陷入振盪等之不安定動作。於是，在以往之電壓調節器中，附加有電阻121和電容122。藉由電阻121和MOS電晶體114之寄生電容使產生零點而對在電壓三段放大電路中產生之相位之延遲進行相位補償，依此保持安定動作(例如，參照專利文獻1)。
〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2005-215897號公報
在以往之電壓調節器中，藉由附加電阻121和電容122，保持不進行相位補償之安定動作。另外，為了控制MOS電晶體114之閘極電壓，必須對MOS電晶體114之寄生電容之電荷進行充放電。
因此，在以往之電壓調節器中，於對MOS電晶體114之寄生電容之電荷進行充放電之時，由於電阻121之影響，電荷之充放電產生延遲。藉由MOS電晶體114之寄生電容之充放電產生延遲，有因負載過渡響應使得輸出電壓Vout之下衝、過衝變大之課題。
本發眀係鑒於上述課題而創作出，提供過渡響應特性佳，並且保持安定動作的電壓調節器。
本發眀為了解決上述課題，除了以差動放大器、具備有相位補償電路之第一源極接地放大電路、屬於輸出電路之第二源極接地放大電路所構成之電壓三段放大電路之外，在差動放大器和第二接地放大電路之間追加第三源極放大電路。
即是，為一種電壓調節器，其具備：差動放大器，其係輸入基準電壓電路輸出的基準電壓，和使電壓調節器之 輸出電壓分壓的反饋電壓，放大其差並予以輸出；第一MOS電晶體，其係在閘極端子連接差動放大器之輸出端子；第一定電流源，其係被設置在第一MOS電晶體和接地端子之間；輸出MOS電晶體，其係經第一MOS電晶體之汲極端子和相位補償電路而連接閘極端子；第二MOS電晶體，其係在閘極端子被輸入差動放大器之輸出，在輸出MOS電晶體之閘極端子連接汲極端子；及第二定電流源，其係被設置在第二MOS電晶體和接地端子之間。
構成第三源極接地放大電路之MOS電晶體之輸出不經電阻而被連接於輸出MOS電晶體之閘極。因此，輸出MOS電晶體之閘極能夠無延遲地進行控制。因此，即使使用具備有相位補償電路之電壓三段放大電路，因不經相位補償電路之電阻而控制輸出MOS電晶體之閘極，故可以改善過渡響應特性。
以下，參照圖面說明本發明之電壓調節器。
(第一實施型態)
第1圖為第一實施型態之電壓調節器之電路圖。
第一實施型態之電壓調節器具備有基準電壓電路10、差動放大器20、MOS電晶體23及23a、定電流源24及 24a、電阻21、電容22、輸出MOS電晶體之MOS電晶體14，和分洩電阻11及12。
分洩電阻11及12係對輸出端子16之輸出電壓Vout進行分壓而生成回饋電壓Vfb。差動放大器20係比較基準電壓電路10輸出的基準電壓Vref和回饋電壓Vfb。差動放大器20之輸出係被輸入構成第一源極接地放大電路之MOS電晶體23之閘極端子，和構成第三源極接地放大電路之MOS電晶體23a之閘極端子。MOS電晶體23係源極端子被連接於輸入端子15，汲極端子被連接於定電流源24和電阻21和電容22。MOS電晶體23a係源極端子被連接於輸入端子15，汲極端子被連接於定電流源24a和電阻21和電容22。再者，MOS電晶體23a之汲極係被連接於構成第二源極接地放大電路之MOS電晶體14之閘極端子。MOS電晶體14係源極端子被連接於輸入端子15，汲極端子被連接於分洩電阻11。電壓調節器之輸出端子16為MOS電晶體14和分洩電阻11之接點。電壓調節器之輸出端子16連接有具有負載電容CL和負載電阻RL之負載。
在此，將與第一源極接地放大電路和第三源極接地大電路有關之要素，設定成電阻21之兩端之電壓相等。例如，MOS電晶體23和MOS電晶體23a設定成長寬比(W/L)相等。並且，定電流源24和定電流源24a設定成電流值相等。再者，例如改變MOS電晶體23和MOS電晶體23a之長寬比之時，定電流源24和定電流源24a之 電流比也設定成對應於長寬比。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之動作予以說明。
MOS電晶體14和分洩電阻11之接點之電壓成為輸出電壓Vout，以分洩電阻11和分洩電阻12生成回饋電壓Vfb。
差動放大器20係輸入端子被輸入基準電壓Vref和回饋電壓Vfb，將輸出端子之輸出電壓輸出至MOS電晶體23之閘極端子和MOS電晶體23a之閘極端子。
第一源極接地放大電路之MOS電晶體23和定電流源24係經相位補償電路之電阻21和電容22而控制MOS電晶體14之閘極端子。第三源極接地放大電路之MOS電晶體23a和定電流源24a係控制MOS電晶體14之閘極端子。第三源極接地放大電路之輸出可以藉由不經相位補償電路之電阻21，將MOS電晶體14之閘極端子電壓無延遲地設定期待之電壓。
在此，MOS電晶體23和MOS電晶體23a之長寬比相同，並且定電流源24和定電流源24a之電流值也設計成相同。如此一來，第一源極接地放大電路和第三源極接地放大電路之輸出電壓成為相同電壓。或是，即使改變MOS電晶體23和MOS電晶體23a之長寬比，亦以配合長寬比之方式設計定電流源24和定電流源24a之電流比。如此一來，第一源極接地放大電路和第三源極接地放大電路之輸出電壓成為相同電壓。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之相位補償予以說明。
輸出電晶體之MOS電晶體14比起其他電晶體尺寸大很多。因此，MOS電晶體14之閘極和汲極間之寄生電容，藉由鏡設效果，比起其他電晶體成為較大的值。
在此，可以對MOS電晶體14之閘極和汲極間之寄生電容，設定成幾乎可忽視電容22之電容的充分小的值。如此一來，藉由MOS電晶體23和MOS電晶體23a之輸出電阻之合成電阻，和藉由MOS電晶體14之閘極和汲極間之寄生電容，在該系統中，在最低之頻率產生極點FPL2，在比頻率高之處產生極點FPH2。
再者，藉由MOS電晶體14之輸出電阻和負載電阻RL之合成電阻和電容CL，在該系統中，於最低頻率產生極點FPL3，在頻率比此高之處產生極點FPH3。再者，在藉由MOS電晶體14之閘極和汲極間之寄生電容和電阻21所決定之頻率產生零點FZ1。
構成如此之第一實施型態之電壓調節器係如下述般進行相位補償。但是，針對差動放大器20中之相位的延遲，就以在該系統中被補償者而言，並不考慮。
首先，在藉由構成第一源極接地放大電路之MOS電晶體23的極點FPL2產生90度之相位延遲。在零點FZ1將相位前進90度而使該相位延遲返回至原來。在此，調整電阻21之電阻值，以低於接著產生零點FZ1之極點FPH2或汲點FPL3低之頻率來產生。依此，電壓調節器係 能夠確保相位餘裕，並保持安定動作。
如上述說明般，若藉由第一實施型態之電壓調節器，可以提供負載過渡響應時之過渡響應特性佳，並且能夠確保安定動作之電壓調節器。
(第二實施型態)
第3圖為第二實施型態之電壓調節器之電路圖。第二實施型態之電壓調節器具備有感測輸出負載電流之輸出負載電流檢測電路30。再者，定電流源24a追加有串聯連接之開關電路和定電流源。輸出負載電流檢測電路30和定電流源24a以外之電路構成與第一實施型態相同。
輸出負載電流檢測電路30係輸出檢測訊號之端子連接於定電流源24a之開關電路。然後，輸出負載電流檢測電路30係藉由檢測訊號而進行定電流源24a之電流值之切換。
例如，於輸出負載電流增加時，輸出負載電流檢測電路30使定電流源24a之電流值增加。如此一來，MOS電晶體14係閘極端子之寄生電容之電荷快速被放電。因此，因可以將MOS電晶體14之閘極端子之電壓快速設定成理想之電壓，故過渡響應特性又被改善。
並且，在本實施型態中，雖然設為使定電流源24a之電流值增加之構成，但是即使增加定電流源24之電流值亦可。
(第三實施型態)
第4圖為第三實施型態之電壓調節器之電路圖。
第三實施型態之電壓調節器具備有感測輸出負載電流之輸出負載電流檢測電路30。再者，電阻21追加有串聯連接之開關電路和定電流源。輸出負載電流檢測電路30和電阻21以外之電路構成與第一實施型態相同。
輸出負載電流檢測電路30係輸出檢測訊號之端子連接於電阻21之開關電路。然後，輸出負載電流檢測電路30係藉由檢測訊號而進行電阻21之電流值之切換。
例如，於輸出負載電流增加時，輸出負載電流檢測電路30使電阻21之電流值減少。如此一來，可以對因應輸出負載電流而決定之頻率極點，任意改變切換電阻值之零點的頻率。因此，動作之安定性又被改善。
(第四實施型態)
第5圖為第四實施型態之電壓調節器之電路圖。
第四實施型態之電壓調節器係第一實施型態之電壓調節器又具備有輸出負載電流檢測電路30，和具有被串聯連接之開關電路的定電流源25。輸出負載電流檢測電路30和定電流源25以外之電路構成與第一實施型態相同。
輸出負載電流檢測電路30係輸出檢測訊號之端子被連接於開關電路。然後，輸出負載電流檢測電路30係藉由檢測訊號而進行定電流源25之電流值之切換。
例如，於輸出負載電流增加時，輸出負載電流檢測電 路30使定電流源25之開關電路接通，使電流從定電流源25供給至MOS電晶體23和MOS電晶體23a之閘極端子。因此，因MOS電晶體23和MOS電晶體23a之汲極電流減少，故藉由定電流源24及定電流源24a，可以將MOS電晶體14之閘極端子之電壓快速設定成期待之電壓。即是，電壓調節器之過渡響應特性被改善。
(第五實施型態)
第6圖為第五實施型態之電壓調節器之電路圖。
又在本發眀之第四實施型態之電路構成追加有被串聯連接於定電流源24a之開關電路和定電流源。
例如，於輸出負載電流增加之時，輸出負載電流檢測電路30係從定電流源25供給電流而流入至MOS電晶體14之閘極端子之電流減少。而且，輸出負載電流檢測電路30因藉由使定電流源24a之電流值增加，可以將MOS電晶體14之閘極端子之電壓快速設定成期待之電壓，故電壓調節器之過渡響應特性被改善。
並且，在本實施型態中，雖然設為使定電流源24a之電流值增加之構成，但是即使增加定電流源24之電流值亦可。
20、120‧‧‧差動放大器
24、24a、25、124‧‧‧定電流源
30‧‧‧輸出負載電流檢測電路
10、110‧‧‧基準電壓電路
第1圖為第一實施型態之電壓調節器之電路圖。
第2圖為以往之電壓調節器之電路圖。
第3圖為第二實施型態之電壓調節器之電路圖。
第4圖為第三實施型態之電壓調節器之電路圖。
第5圖為第四實施型態之電壓調節器之電路圖。
第6圖為第五實施型態之電壓調節器之電路圖。
10‧‧‧基準電壓電路
11‧‧‧分洩電阻
12‧‧‧分洩電阻
14‧‧‧MOS電晶體
15‧‧‧輸入端子
16‧‧‧輸出端子
20‧‧‧差動放大器
21‧‧‧電阻
22‧‧‧電容
23、23a‧‧‧MOS電晶體
24、24a‧‧‧定電流源
CL‧‧‧負載電容
RL‧‧‧負載電阻
Vfb‧‧‧回饋電壓
Vref‧‧‧基準電壓

Claims (6)

  1. 一種電壓調節器，其特徵為具備：差動放大器，其係輸入基準電壓電路輸出的基準電壓，和使電壓調節器之輸出電壓分壓的反饋電壓，放大其差並予以輸出；第一MOS電晶體，其係在閘極端子連接上述差動放大器之輸出端子；第一定電流源，其係被設置在上述第一MOS電晶體和接地端子之間；輸出MOS電晶體，其係經上述第一MOS電晶體之汲極端子和相位補償電路而連接閘極端子，該電壓調節器之特徵為：具備：第二MOS電晶體，其係在閘極端子被輸入上述差動放大器之輸出，在上述輸出MOS電晶體之閘極端子連接汲極端子；及第二定電流源，其係被設置在上述第二MOS電晶體之汲極端子和接地端子之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述電壓調節器又具備檢測出輸出端子之負載電流增加的輸出負載電流檢測電路，構成上述相位補償電路之電阻係藉由上述輸出負載電流檢測電路之檢測訊號而電阻值產生變化。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述電壓調節器又具備檢測出輸出端子之負載電流增 加的輸出負載電流檢測電路，上述第一定電流源及上述第二第電流源之至少一個係藉由上述輸出負載電流檢測電路之檢測訊號而增加電流。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述電壓調節器又具備檢測出輸出端子之負載電流增加的輸出負載電流檢測電路，上述第一MOS電晶體和上述第二MOS電晶體係藉由上述輸出負載電流檢測電路之檢測訊號而電流減少。
  5. 如申請專利範圍第3項所記載之電壓調節器，其中上述電壓調節器係上述第一MOS電晶體和上述第二MOS電晶體藉由上述輸出負載電流檢測電路之檢測訊號而電流減少。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項所記載之電壓調節器，其中上述電壓調節器係上述第一MOS電晶體和上述第二MOS電晶體之長寬比和上述第一定電流源和上述第二定電流源之電流值比相同。
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