TW201629664A - 電壓調節器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種過渡響應特性良好的電壓調節器。電壓調節器採用下述結構，即包括：第一開關，設置於輸出電晶體的閘極與相位補償電容之間；電壓隨動器，於輸入端子上連接有差動放大器的輸出端子；第二開關，設置於電壓隨動器的輸出端子與相位補償電容之間；以及比較器，對基準電壓與回饋電壓進行比較，第一開關與第二開關是由比較器的輸出信號來控制。
Description
本發明是有關於一種接受輸入電壓並產生固定的輸出電壓的電壓調節器（voltage regulator），更詳細而言，本發明是有關於一種抑制輸出電壓的過沖（overshoot）的技術。
一般而言，電壓調節器接受對輸入端子輸入的輸入電壓Vin，並在輸出端子產生固定的輸出電壓Vout。
圖2是以往的電壓調節器的電路圖。 分壓電阻（bleeder resistance）電路24對輸出電壓Vout進行分壓而生成回饋（feedback）電壓Vfb。基準電壓電路23輸出基準電壓Vref。於差動放大器21的輸入端子輸入有基準電壓Vref與回饋電壓Vfb，輸出端子連接於金屬氧化物半導體（Metal Oxide Semiconductor，MOS）電晶體（transistor）25的閘極（gate）。輸出電壓檢測電路26的輸入端子連接於電壓調節器的輸出端子，輸出端子連接於使差動放大器21的偏壓（bias）電流流動的電流源22。
對以往的電壓調節器的運作進行說明。 當基準電壓Vref大於回饋電壓Vfb時，差動放大器21的輸出變低。由於MOS電晶體25的導通（ON）電阻變小，因此電壓調節器的輸出電壓Vout變高。因而，電壓調節器進行工作，以使回饋電壓Vfb與基準電壓Vref變得相等。當回饋電壓Vfb大於基準電壓Vref時，進行與所述相反的運作，輸出電壓Vout變低。電壓調節器始終確保回饋電壓Vfb與基準電壓Vref相等，藉此來輸出固定的輸出電壓Vout。
當輸入電壓過渡性地上升時，MOS電晶體25的閘極電壓會延遲時間t而追隨，因此MOS電晶體25的閘極電壓與源極（source）電壓的電壓差變大，從而導致電壓調節器的輸出電壓Vout產生過沖。
輸出電壓檢測電路26對輸出電壓Vout進行監控（monitor），當輸出電壓Vout產生過沖時，將檢測信號輸出至電流源22，使差動放大器21的偏壓電流增加。因而，藉由提高差動放大器21的過渡響應特性，來抑制輸出電壓Vout的過沖（例如參照專利文獻1）。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2007-280025號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，以往的電壓調節器中，MOS電晶體25的閘極電壓將因增加的電流源22的電流而由更高的電壓來控制。 因而，以往的電壓調節器中，MOS電晶體25的閘極電壓會上升至恆定運作電壓以上，因此存在於過沖抑制之後會立即產生下沖（undershoot）的問題。
本發明是有鑒於所述問題而完成，提供一種具備不會產生下沖的過沖抑制電路的電壓調節器。 [解決課題之手段]
本發明是為了解決所述問題而完成，其採用下述結構，即，電壓調節器包括：第一開關（switch），設置於輸出電晶體的閘極與相位補償電容之間；電壓隨動器（voltage follower），於輸入端子上連接有差動放大器的輸出端子；第二開關，設置於電壓隨動器的輸出端子與相位補償電容之間；以及比較器（comparator），對基準電壓與回饋電壓進行比較，第一開關與第二開關是以由較器的輸出信號來控制。 （發明的效果）
根據本實施形態的電壓調節器，藉由將相位補償電容器斷開，可儘快抑制輸出電壓的過沖，且可抑制下沖（undershoot）。而且，相位補償電容器在為斷開狀態期間，藉由電壓隨動器而受到預充電，以與差動放大器的輸出電壓成為同電位，因此即使有開關的切換動作，輸出電壓亦穩定。
圖1是表示本實施形態的電壓調節器的電路圖。 本實施形態的電壓調節器具備：差動放大器11、基準電壓電路12、作為輸出MOS電晶體的MOS電晶體13、分壓電阻電路14、相位補償用的電容器15、電壓隨動器16、比較器17、反相器（inverter）18以及開關19及開關20。
MOS電晶體13連接於電壓調節器的輸入端子與輸出端子之間。分壓電阻電路14連接於電壓調節器的輸出端子與接地端子之間。差動放大器11於反相輸入端子上連接有基準電壓電路12的輸出端子，於非反相輸入端子上連接有分壓電阻電路14的輸出端子，輸出端子連接於電壓隨動器16的非反相輸入端子與MOS電晶體13的閘極。開關19與開關20串聯連接於差動放大器11的輸出端子與電壓隨動器16的輸出端子之間。電容器15連接於開關19和開關20的連接點與電壓調節器的輸出端子之間。比較器17於非反相輸入端子上連接有分壓電阻電路14的輸出端子，於反相輸入端子上連接有基準電壓電路12的輸出端子。開關19的控制端子連接有比較器17的輸出端子。開關20的控制端子經由反相器18而連接有比較器17的輸出端子。
分壓電阻電路14對輸出電壓Vout進行分壓而生成回饋電壓Vfb。基準電壓電路12輸出基準電壓Vref。於差動放大器11的輸入端子輸入有基準電壓Vref與回饋電壓Vfb，對基準電壓Vref與回饋電壓Vfb進行比較。
接下來，對本實施形態的電壓調節器的運作進行說明。 當輸入電壓Vin急遽上升時，MOS電晶體13的源極電壓亦上升。此時，MOS電晶體13的閘極電壓成為不追隨輸入電壓Vin的變動的、差動放大器11的輸出電壓。因而，MOS電晶體13的閘極/源極間電壓變大，因此導通電阻變小。並且，電壓調節器的輸出電壓Vout上升，回饋電壓Vfb亦上升。
此處，比較器17在回饋電壓Vfb大於基準電壓Vref時將開關19控制為開路（open），將開關20控制為短路（short）。因而，電壓隨動器16經由開關20來對電容器15進行預充電，以使其與差動放大器11的輸出電壓成為同電位。
而且，因開關19成為開路而電容器15成為斷開狀態，因此MOS電晶體13的閘極電壓可儘快追隨差動放大器11的輸出電壓。因而，電壓調節器的輸出電壓Vout的過沖可儘快受到抑制。此時，MOS電晶體13的閘極電壓是以偏壓電流與通常狀態相同的差動放大器11的輸出電壓來控制，因此電壓調節器的輸出電壓Vout難以發生下沖（undershoot）。
隨後，當電壓調節器的輸出電壓Vout達到所需的電壓時，回饋電壓Vfb成為與基準電壓Vref相等的電壓，因此比較器17的輸出信號將開關19控制為短路，將開關20控制為開路。此時，對於電容器15，藉由電壓隨動器16來進行預充電，以使其與差動放大器11的輸出電壓成為同電位，因此在使開關19短路時，MOS電晶體13的閘極電壓不會受到影響。因而，即使有開關19與開關20的切換動作，電壓調節器的輸出電壓Vout亦穩定而可輸出所需的電壓。
如以上所說明般，根據本實施形態的電壓調節器，藉由將相位補償電容器斷開，可儘快抑制輸出電壓的過沖，且可抑制下沖。而且，相位補償電容器在為斷開狀態期間，藉由電壓隨動器而受到預充電，以與差動放大器11的輸出電壓成為同電位，因此即使有開關的切換動作，電壓調節器的輸出電壓亦穩定。
11、21‧‧‧差動放大器
12、23‧‧‧基準電壓電路
13、25‧‧‧MOS電晶體
14、24‧‧‧分壓電阻電路
15‧‧‧相位補償用的電容器
16‧‧‧電壓隨動器
17‧‧‧比較器
18‧‧‧反相器
19、20‧‧‧開關
22‧‧‧電流源
26‧‧‧輸出電壓檢測電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vfb‧‧‧回饋電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧基準電壓
12、23‧‧‧基準電壓電路
13、25‧‧‧MOS電晶體
14、24‧‧‧分壓電阻電路
15‧‧‧相位補償用的電容器
16‧‧‧電壓隨動器
17‧‧‧比較器
18‧‧‧反相器
19、20‧‧‧開關
22‧‧‧電流源
26‧‧‧輸出電壓檢測電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vfb‧‧‧回饋電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧基準電壓
圖1是表示本實施形態的電壓調節器的電路圖。 圖2是表示以往的電壓調節器的電路圖。
11‧‧‧差動放大器
12‧‧‧基準電壓電路
13‧‧‧MOS電晶體
14‧‧‧分壓電阻電路
15‧‧‧相位補償用的電容器
16‧‧‧電壓隨動器
17‧‧‧比較器
18‧‧‧反相器
19、20‧‧‧開關
Vin‧‧‧輸入電壓
Vfb‧‧‧回饋電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧基準電壓
Claims (2)
- 一種電壓調節器，包括： 差動放大器，將基準電壓與回饋電壓之差放大並輸出； 輸出電晶體，於閘極連接有所述差動放大器的輸出端子；以及 相位補償電容，設置於所述輸出電晶體的閘極與汲極之間， 所述電壓調節器的特徵在於包括： 第一開關，設置於所述輸出電晶體的閘極與所述相位補償電容之間； 電壓隨動器，於輸入端子上連接有所述差動放大器的輸出端子； 第二開關，設置於所述電壓隨動器的輸出端子與所述相位補償電容之間；以及 比較器，對所述基準電壓與所述回饋電壓進行比較， 所述第一開關與所述第二開關是由所述比較器的輸出信號來控制。
- 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中 當所述回饋電壓高於所述基準電壓時，使所述第一開關斷開，並使所述第二開關導通。
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