TW201633031A - 電壓調節器 - Google Patents

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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Abstract

本發明提供一種可基於狀態來應用最佳的過衝抑制部件的電壓調節器。本發明的電壓調節器構成為包括：放大器，藉由對分壓電壓與基準電壓之差進行放大所得的電壓來控制輸出電晶體；第一過衝抑制部件，控制輸出電晶體的閘極電壓，以抑制輸出電壓的過衝；第二過衝抑制部件，控制放大器的動作電流，以抑制輸出電壓的過衝；以及控制電路，控制電路在電源啟動時使第一過衝抑制部件導通，並在輸出電壓穩定的狀態下，使所述第一過衝抑制部件斷開。

Description

電壓調節器
本發明是有關於一種可改善電壓調節器（voltage regulator）的過衝（overshoot）特性的電壓調節器。
習知的電壓調節器如圖4所示，包含：電壓調節器控制電路，包含放大器402，該放大器402對電壓源401的基準電壓VREF與電阻405、406的接點的電壓之差電壓進行放大，並由電流源403進行供電，所述電阻405、406構成對電壓調節器的輸出端子407的電壓（以下記作VOUT）進行分壓的分壓電路；輸出電晶體（transistor）404，基於放大器402的輸出電壓而受到控制；以及過衝抑制部件400，包含電阻411、電容器（condenser）412及電晶體413，且所述電壓調節器藉由正的電源電壓（以下記作VDD）來進行動作。
當設放大器402的輸出電壓為VERR，電阻405、406的接點的電壓為VFB時，若VREF＞VFB，則VERR變低，若相反VREF＜VFB，則VERR變高。
若VERR變低，則輸出電晶體404的導通（ON）電阻變小而使VOUT變高，相反，若VERR變高，則輸出電晶體404的導通電阻變大而使VOUT變低，最終達到VREF=VFB，從而將VOUT保持為固定。
在電源接通時，VOUT尚低而為VREF＞VFB的狀態。此時，輸出電晶體404以導通電阻變低的方式受到控制，因此VOUT容易產生過衝。因此，藉由在由電阻411與電容器412的時間常數所決定的固定期間，對電晶體413進行導通控制，從而將VERR控制為接近VDD的電壓。藉此，輸出電晶體404受到斷開（OFF）控制，因此可實現VOUT的過衝抑制（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2004-252891號公報 [發明所要解決之課題]
然而，圖4所示的習知的電壓調節器中，在抑制VOUT的過衝時，電晶體413受到斷開控制，因此在電壓調節器的輸出端子407上連接有負載的情況下，VOUT有可能產生下沖（undershoot）。
即，根據電源電壓或負載等的狀態，需要最佳的過衝抑制部件，但在習知的電壓調節器中存在無法應對此種狀態的問題。
本發明是為了消除如上所述的問題而完成，提供一種可基於狀態來應用最佳的過衝抑制部件的電壓調節器。 [解決課題之手段]
為了解決習知的問題，本發明的電壓調節器採用了如下所述的結構。 電壓調節器構成為包括：放大器，藉由對分壓電壓與基準電壓之差進行放大所得的電壓來控制輸出電晶體；第一過衝抑制部件，控制輸出電晶體的閘極（gate）電壓，以抑制輸出電壓的過衝；第二過衝抑制部件，控制放大器的動作電流，以抑制輸出電壓的過衝；以及控制電路，控制電路在電源啟動時使第一過衝抑制部件導通，並在輸出電壓穩定的狀態下，使所述第一過衝抑制部件斷開。 （發明的效果）
根據本發明的電壓調節器，能提供一種可基於狀態來應用最佳的過衝抑制部件的電壓調節器。
圖1是表示第1實施方式的電壓調節器的說明圖。第1實施方式的電壓調節器包括電壓源401、放大器402、電流源403、輸出電晶體404、構成分壓電路的電阻405及電阻406、輸出端子407、過衝抑制部件100、過衝抑制部件400以及控制電路101。
過衝抑制部件100包括電阻111、電容器112及電晶體113。過衝抑制部件400包括電阻411、電容器412及電晶體413。
電阻111與電容器112被串聯地連接於正的電源電壓（以下記作VDD）與負的電源電壓（以下記作VSS）之間。電晶體113的汲極（drain）及源極（source）連接於電流源403的輸入端子與VSS，閘極連接於電阻111與電容器112的連接點。
電阻411與電容器412被串聯地連接於VDD與VSS之間。電晶體413的汲極及源極連接於VDD與放大器402的輸出端子，閘極連接於電阻411與電容器412的連接點。
電壓源401輸出基準電壓（以下記作VREF）。分壓電路輸出對輸出端子407的電壓（以下記作VOUT）進行分壓所得的電壓（以下記作VFB）。放大器402輸出對VREF與VFB之差進行放大所得的電壓（以下記作VERR）。電流源403使放大器402的動作電流流動。過衝抑制部件100檢測電源電壓的變動，並控制放大器402的動作電流。過衝抑制部件400檢測電源電壓的變動，並控制輸出電晶體404的閘極。控制電路101的第一輸出端子連接於過衝抑制部件100，第二輸出端子連接於過衝抑制部件400，以對該些部件分別進行通斷控制。
接下來，對第1實施方式的電壓調節器的動作進行說明。基本動作與習知的電壓調節器相同。 在電源接通時，VOUT尚低而為VREF＞VFB的狀態。此時，輸出電晶體404以導通電阻變低的方式受到控制，因此VOUT容易產生過衝。因此，藉由在由電阻411與電容器412的時間常數所決定的固定期間，對電晶體413進行導通控制，從而將VERR控制為接近VDD的電壓。輸出電晶體404受到斷開控制，因此VOUT的過衝得以抑制。即，藉由過衝抑制部件400來對輸出電晶體404進行斷開控制，藉此，VOUT的過衝得以抑制。
當電源接通時，在輸出電晶體404的導通電阻低的狀態下，VOUT產生過衝的可能性極高。在此狀態下，要求儘快對電晶體413進行斷開控制的過衝抑制部件，因此，使對輸出電晶體404進行斷開控制的動作發揮功能的部件便是基於狀態的適當的過衝抑制部件。
隨後，在VREF=VFB而將VOUT保持為規定電壓的通常狀態下，要求考慮到下沖的過衝抑制部件。因此，藉由在由電阻111與電容器112的時間常數所決定的固定期間，對電晶體113進行導通控制，從而控制放大器402的動作電流以使其增加。藉此，放大器402對輸出電晶體404的高速控制成為可能，因此VOUT的過衝得以抑制。即，藉由過衝抑制部件400來控制放大器402的動作電流以使其增加，從而抑制VOUT的過衝。
在將VOUT保持為規定電壓的通常狀態下，若進行對電晶體413進行斷開控制的過衝抑制動作，則VOUT有可能產生下沖。在此狀態下，要求考慮到下沖的過衝抑制部件，因此，使控制放大器402的動作電流以使其增加的過衝抑制動作發揮功能的部件便是基於狀態的適當的過衝抑制部件。
此處，控制電路101根據狀態來使多個過衝抑制部件選擇性地發揮功能。在第1實施方式的電壓調節器的情況下，當電源接通時使過衝抑制部件400發揮功能，在通常狀態下使過衝抑制部件100發揮功能。作為該些的控制方法，例如只要與電晶體413或電晶體113串聯地包括開關（switch），並對該開關進行通斷控制即可。而且，例如只要與電阻411或電阻111並聯地包括開關，並對該開關進行通斷控制即可。
另外，控制電路101基於輸出電晶體404的導通電阻的大小來進行控制。藉此，可知曉是否為VREF＞VFB而輸出電晶體404的導通電阻極低的狀態，因此可使基於狀態的適當的過衝抑制部件選擇性地發揮功能。例如，可列舉下述部件，其以與輸出電晶體並聯的關係而包括電晶體，對流經該電晶體的電流的大小進行判別。
而且，控制電路101基於電源電壓來進行控制。例如，可列舉下述部件，其包括對電源的電壓進行監控的電壓檢測器，根據該電壓檢測器的輸出來判別是否為電源接通後。
而且，控制電路101基於VOUT的電壓來進行動作。例如，可列舉下述部件，其包括對VOUT進行監控的電壓檢測器，根據該電壓檢測器的輸出來判別是否為電源接通後。
而且，過衝抑制部件400只要可進行對輸出電晶體404進行斷開控制的動作，則其結構無須限定於所述電路。因此，只要根據結構來對功能進行通斷控制即可，因而對於所述功能的施加方式，亦無須作任何限定。
如以上所說明般，第1實施方式的電壓調節器中，能提供一種可基於狀態來應用最佳的過衝抑制部件的電壓調節器。
圖2是表示第1實施方式的電壓調節器的另一例的說明圖。圖2的電壓調節器包括過衝抑制部件200及控制電路201。過衝抑制部件200包括電阻211、電容器212及電晶體213。
電阻211與電容器212被串聯地連接於VOUT與VSS之間。電晶體213的汲極及源極連接於電流源403的輸入端子與VSS，閘極連接於電阻211與電容器212的連接點。
過衝抑制部件200檢測VOUT的變動，以控制放大器402的動作電流。控制電路201的第一輸出端子連接於過衝抑制部件100，第二輸出端子連接於過衝抑制部件400，第三輸出端子連接於過衝抑制部件200，以對該些部件分別進行通斷控制。
接下來，對圖2的電壓調節器的動作進行說明。過衝抑制部件200的控制及動作以外與第1實施方式的電壓調節器相同，因此省略其說明。
過衝抑制部件200在VOUT發生變動時，在由電阻211與電容器212的時間常數所決定的固定期間，對電晶體213進行導通控制，藉此來控制放大器402的動作電流以使其增加。藉此，放大器402對輸出電晶體404的高速控制成為可能，因此VOUT的過衝得以抑制。即，藉由過衝抑制部件200來控制放大器402的動作電流以使其增加，藉此，VOUT的過衝得以抑制。
無論電源接通或電源變動如何，在將VOUT保持為規定電壓的通常狀態下，當VOUT發生變動時控制放大器402的動作電流以使其增加的部件便是基於狀態的適當的過衝抑制部件。
圖3是表示第2實施方式的電壓調節器的說明圖。第2實施方式的電壓調節器包括過衝抑制部件430及控制電路301。 過衝抑制部件430包括可變電阻431、電容器412及電晶體413。
可變電阻431與電容器412被串聯地連接於VDD與VSS之間。電晶體413的汲極及源極連接於VDD與放大器402的輸出端子，閘極連接於可變電阻431與電容器412的連接點。控制電路301的輸出端子連接於過衝抑制部件430，以控制可變電阻431。
接下來，對第2實施方式的電壓調節器的動作進行說明。基本動作與第1實施方式的電壓調節器相同。 當電源接通時，VOUT尚低而為VREF＞VFB的狀態。此時，輸出電晶體404以導通電阻變低的方式受到控制，因此VOUT容易產生過衝。因此，控制電路301進行微調（trimming），以使可變電阻431的電阻值變大。並且，藉由在由可變電阻431與電容器412的時間常數所決定的固定的長期間，對電晶體413進行導通控制，從而將VERR控制為接近VDD的電壓。藉此，輸出電晶體404受到斷開控制，因此VOUT的過衝得以抑制。即，藉由過衝抑制部件430來對輸出電晶體404進行斷開控制，藉此，VOUT的過衝得以抑制。
在將VOUT保持為規定電壓的通常狀態下，在VDD變動時，要求考慮到下沖的過衝抑制部件。因此，控制電路301進行微調，以使可變電阻431的電阻值變小。並且，在比由可變電阻431與電容器412的時間常數所決定的電源接通時短的固定期間，對電晶體413進行導通控制，藉此，將VERR控制為接近VDD的電壓。藉由如此般進行控制，電晶體413受到斷開控制的期間變短，因此可實現考慮到VOUT的下沖的過衝抑制部件。
另外，第2實施方式的電壓調節器即使包括過衝抑制部件200，亦起到與圖2的電壓調節器同樣的效果。此時，控制電路301的第二輸出端子連接於過衝抑制部件200，而進行通斷控制。
如以上所說明般，根據第2實施方式的電壓調節器，能提供一種可基於狀態來應用最佳的過衝抑制部件的電壓調節器。
另外，對過衝抑制部件100與過衝抑制部件400基於電源電壓的變動來發揮功能的情況進行了說明，但該些亦可構成為基於輸出電壓的變動來發揮功能。 而且，即使過衝抑制部件100與過衝抑制部件200中的任一者或者兩者未受到斷開控制，亦不脫離本申請案發明的主旨。
100、200、400、430‧‧‧過衝抑制電路
101、201、301‧‧‧控制電路
111、211、405、406、411‧‧‧電阻
112、212、412‧‧‧電容器
113、213、413‧‧‧電晶體
401‧‧‧電壓源
402‧‧‧放大器
403‧‧‧電流源
404‧‧‧輸出電晶體
407‧‧‧輸出端子
431‧‧‧可變電阻
VDD、VSS‧‧‧電源電壓
VOUT‧‧‧輸出端子的電壓
VREF‧‧‧基準電壓
圖1是表示第1實施方式的電壓調節器的說明圖。 圖2是表示第1實施方式的電壓調節器的另一例的說明圖。 圖3是表示第2實施方式的電壓調節器的說明圖。 圖4是表示習知的電壓調節器的說明圖。
100、400‧‧‧過衝抑制部件
101‧‧‧控制電路
111、411、405、406‧‧‧電阻
112、412‧‧‧電容器
113、413‧‧‧電晶體
401‧‧‧電壓源
402‧‧‧放大器
403‧‧‧電流源
404‧‧‧輸出電晶體
407‧‧‧輸出端子
VDD、VSS‧‧‧電源電壓
VOUT‧‧‧輸出端子的電壓
VREF‧‧‧基準電壓

Claims (4)

  1. 一種電壓調節器，其特徵在於包括： 放大器，藉由對分壓電壓與基準電壓之差進行放大所得的電壓來控制輸出電晶體，所述分壓電壓是對輸出電壓進行分壓所得的； 第一過衝抑制部件，控制所述輸出電晶體的閘極電壓，以抑制所述輸出電壓的過衝； 第二過衝抑制部件，控制所述放大器的動作電流，以抑制所述輸出電壓的過衝；以及 控制電路，在電源啟動時使所述第一過衝抑制部件導通，並在所述輸出電壓穩定的狀態下，使所述第一過衝抑制部件斷開。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中 所述第二過衝抑制部件包括： 第一抑制部件，基於電源電壓的啟動或變動來發揮功能；以及 第二抑制部件，基於所述輸出電壓的變動來發揮功能。
  3. 一種電壓調節器，其特徵在於包括： 放大器，藉由對分壓電壓與基準電壓之差進行放大所得的電壓來控制輸出電晶體，所述分壓電壓是對輸出電壓進行分壓所得的； 第一過衝抑制部件，具有根據控制信號來切換電阻值的可變電阻，控制所述輸出電晶體的閘極電壓，以抑制所述輸出電壓的過衝；以及 控制電路，在電源啟動時加大所述可變電阻的電阻值，並在所述輸出電壓穩定的狀態下，減小所述可變電阻的電阻值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電壓調節器，其中 所述電壓調節器更包括： 第二過衝抑制部件，控制所述放大器的動作電流，以抑制所述輸出電壓的過衝。
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