TW201818182A

TW201818182A - 電壓調整器

Info

Publication number: TW201818182A
Application number: TW106134099A
Authority: TW
Inventors: 鈴木照夫
Original assignee: 日商精工半導體有限公司
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2018-05-16
Also published as: US20180120875A1; JP2018073288A; US10061334B2; KR20180048326A; CN108021174A

Abstract

本發明為如下的電壓調整器，即，包括：輸出電晶體，藉由誤差放大器的輸出而受到控制；第1電阻、第2電阻，經由第1節點而串聯連接於與輸出電晶體的汲極連接的輸出端子與接地端子之間；第3電阻、第4電阻，經由第2節點而串聯連接於負載電壓監控端子與接地端子之間；以及第5電阻及開關電晶體，串聯連接於第1節點與接地端子之間。若第2節點的電壓低於第1節點的電壓，則使開關電晶體導通，將第5電阻並聯連接於第2電阻而使第1節點的電壓降低。將所述電壓反饋至誤差放大器，使輸出端子的電壓上升，藉此，在向連接於輸出端子的負載供給的電壓因寄生電阻引起的電壓降而降低的情況下，使所述電壓上升至所期望的電壓為止。

Description

電壓調整器

本發明是有關於一種電壓調整器。

先前的一般的電壓調整器具備：汲極連接於輸出端子的輸出電晶體，將輸出端子的電壓進行分壓而生成反饋電壓的電阻分壓電路，以及輸出將反饋電壓與基準電壓之差予以放大所得的信號的誤差放大器，所述電壓調整器構成為將誤差放大器的輸出信號供給至輸出電晶體的閘極，藉此在輸出端子生成一定的輸出電壓。

此種電壓調整器的輸出端子上例如連接著中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）等外部負載的電源輸入端子，該外部負載藉由電壓調整器的輸出電壓而動作。

然而，電壓調整器的輸出端子與外部負載的電源輸入端子的連接路徑上存在寄生電阻，電流從電壓調整器的電源端子經由輸出電晶體、輸出端子、以及寄生電阻而向外部負載流動，因而會產生由寄生電阻引起的電壓降。因此，實際向外部負載作為電源電壓而供給的電壓成為較電壓調整器的輸出端子的電壓低了由寄生電阻引起的電壓降的量的電壓。

針對該問題，專利文獻1中，如該文獻的圖1所示，藉由設為如下構成，即，與輸出輸出電壓VOUT的端子T1分開地，設置連接於外部負載10的電源輸入端子且對外部負載10的電壓VP進行監控的端子T2，並將電阻分壓電路（Rf3、Rf4）連接於端子T2，而能夠進行控制以使實際向外部負載10供給的電壓VP而非輸出電壓VOUT成為所期望的電壓。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2012-160048號公報

[發明所欲解決之課題] 然而，專利文獻1所示的對外部負載10的電壓VP進行監控的端子T2是高阻抗，因而在來自外部的雜訊的影響下從電阻分壓電路（Rf3、Rf4）的分壓點向誤差放大器OP1反饋的電壓Vf容易發生波動，從而輸出電壓VOUT變得不穩定。

本發明的目的在於提供一種電壓調整器，該電壓調整器在相對於輸出端子的電壓，供給至與該輸出端子連接的外部負載的電壓因寄生電阻引起的電壓降而降低的情況下，可將供給至外部負載的電壓提高至所期望的電壓，且，能夠防止來自外部的雜訊對輸出電壓的影響而生成穩定的輸出電壓。 [解決課題之手段]

本發明的電壓調整器的特徵在於特徵在於包括：輸出電晶體，源極連接於第1電源端子；輸出端子，連接於外部負載的電源輸入端子，輸出所述輸出電晶體的汲極的電壓；第1電阻分壓電路，具有經由第1節點而串聯連接於所述輸出電晶體的汲極與第2電源端子之間的第1電阻及第2電阻；負載電壓監控端子，被輸入所述外部負載的電源輸入端子的電壓；第2電阻分壓電路，具有經由第2節點而串聯連接於所述負載電壓監控端子與所述第2電源端子之間的第3電阻及第4電阻；第5電阻及開關電晶體，串聯連接於所述第1節點與所述第2電源端子之間；以及比較器，連接於所述第1電源端子與所述第2電源端子之間，將所述第1節點的電壓與所述第2節點的電壓進行比較，當所述第2節點的電壓較所述第1節點的電壓低了規定電壓量以上時，輸出使所述第1開關電晶體導通的信號；所述第1電阻與所述第2電阻的電阻值之比和所述第3電阻與所述第4電阻的電阻值之比相同，若所述第1節點的電壓低於基準電壓，則使所述輸出電晶體的閘極的電壓降低而使所述輸出端子的電壓上升。 [發明的效果]

根據本發明的電壓調整器，將第1電阻分壓電路的第1節點的電壓與第2電阻分壓電路的第2節點的電壓進行比較，在第2節點的電壓較第1節點的電壓低了規定的電壓量以上時，開關電晶體導通。藉此，成為第5電阻並聯連接於第1電阻分壓電路的第2電阻的狀態，若第1節點的電壓降低而低於基準電壓，則輸出端子的電壓上升，因而可使供給至外部負載的電源輸入端子的電壓上升至所期望的電壓。

而且，因負載電壓監控端子是高阻抗，故在來自外部的雜訊的影響下第2電阻分壓電路的第2節點的電壓容易發生波動，但因構成為如下，即，比較器在第2節點的電壓較第1節點的電壓低了規定的電壓量以上時輸出使開關電晶體導通的信號，因而即便藉由來自外部的雜訊而第2節點的電壓發生變動（降低），亦不會針對小於所述規定的電壓量的降低而輸出使開關電晶體導通的信號。因此，可防止雜訊對輸出電壓造成影響，能夠生成穩定的輸出電壓。

以下，參照圖式對本發明的實施形態進行說明。

[第1實施形態] 圖1是本發明的第1實施形態的電壓調整器100的電路圖。電壓調整器100具備誤差放大器11、輸出電晶體12、比較器13、輸出端子14、負載電壓監控端子15、開關電晶體16、電阻分壓電路VD1及電阻分壓電路VD2、以及電阻R5。

輸出電晶體12與電阻分壓電路VD1串聯連接於電源端子VDD（亦稱作「第1電源端子」）與接地端子VSS（亦稱作「第2電源端子」）之間。電阻分壓電路VD1具有經由節點N1而串聯連接於輸出電晶體12的汲極與接地端子VSS之間的電阻R1及電阻R2。

電阻分壓電路VD2具有經由節點N2而串聯連接於負載電壓監控端子15與接地端子VSS之間的電阻R3以及R4。電阻R1與電阻R2的電阻值之比及電阻R3與電阻R4的電阻值之比設定為相同。

比較器13構成為非反轉輸入端子連接於節點N1，反轉輸入端子連接於節點N2，當節點N2的電壓較節點N1的電壓低了規定電壓量以上時輸出高位準的信號。即，對比較器13的反轉輸入端子附加規定電壓量的偏移。

電阻R5與開關電晶體16串聯連接於節點N1與接地端子VSS之間。開關電晶體16的閘極連接於比較器13的輸出。

誤差放大器11的反轉輸入端子連接於生成基準電壓VREF的基準電壓電路1，非反轉輸入端子連接於節點N1。誤差放大器11的輸出連接於輸出電晶體12的閘極。輸出電晶體12的汲極連接於輸出端子14。

輸出端子14中輸出有電壓調整器100的輸出電壓VOUT，輸出端子14連接於外部負載2的電源輸入端子2in。輸出端子14－電源輸入端子2in間的路徑上存在寄生電阻Rp。

外部負載2的電源輸入端子2in連接於負載電壓監控端子15，藉此，電源輸入端子2in的電壓作為電壓VLOAD而輸入至負載電壓監控端子15。

如此構成的電壓調整器100中，若外部負載2中流動電流，則寄生電阻Rp中流動電流，因而產生寄生電阻Rp×電流量的電壓降。因此，外部負載2的電源輸入端子2in的電壓成為較輸出電壓VOUT低了電壓降的量的電壓。

此時，在外部負載2中流動的電流小的情況下，寄生電阻Rp引起的電壓降亦小，因而外部負載2的電源輸入端子2in中輸入有與輸出電壓VOUT大致相同位準的電壓，因此外部負載2能夠在該電壓下動作。

另一方面，在外部負載2中流動大電流的情況下，寄生電阻Rp引起的電壓降非常大。因此，即便輸出電壓VOUT的電壓是外部負載2的動作所需的所期望的電壓，實際輸入至電源輸入端子2in的電壓亦大幅地低於所期望的電壓，從而外部負載2進行誤動作等，對所述動作產生影響。

因此，在外部負載2中流動大電流的情況下，需要進行控制以使外部負載2的電源輸入端子2in的電壓成為外部負載2的動作所需的所期望的電壓。因此，本實施形態的電壓調整器100如以下般進行動作。

若外部負載2中流動大電流，則電源輸入端子2in的電壓VLOAD因寄生電阻Rp引起的電壓降而大幅地低於輸出端子14的輸出電壓VOUT。藉此，若利用電阻分壓電路VD2將電壓VLOAD進行分壓所得的節點N2的電壓較之利用電阻分壓電路VD1將輸出電壓VOUT進行分壓所得的節點N1的電壓低了規定電壓量以上，則比較器13輸出高位準的信號。由此，包含N型金屬氧化半導體（N-channel metal oxide semiconductor，NMOS）電晶體的開關電晶體16導通。

若開關電晶體16導通，則成為電阻R5並聯連接於電阻分壓電路VD1的電阻R2的狀態。藉此，節點N1的電壓降低。因此，誤差放大器11的輸出電壓降低，輸出電晶體12中流動的電流增多，因而輸出端子14的輸出電壓VOUT上升。如此，可使供給至外部負載2的電源輸入端子2in的電壓上升至所期望的電壓。

對此，在外部負載2中流動的電流小而寄生電阻Rp引起的電壓降小到可忽視程度的情況下，若該電壓降未超過規定電壓，則如所述般，對比較器13的反轉輸入端子附加該規定電壓量的偏移，藉此比較器13的輸出維持低位準。因此，藉由比較器13的輸出而受到控制的開關電晶體16保持斷開狀態。因此，節點N1的電壓不會下降，輸出端子14的輸出電壓VOUT不會變化。

而且，因負載電壓監控端子15是高阻抗，故在來自外部的雜訊的影響下電阻分壓電路VD2的節點N2的電壓容易發生波動。然而，根據本實施形態，即便在藉由雜訊的影響而節點N2的電壓發生波動而稍微降低的情況下，若該降低不超過所述規定電壓，則與所述寄生電阻Rp引起的電壓降小於規定電壓的情況同樣地，比較器13的輸出維持低位準。因此，開關電晶體16保持斷開狀態，節點N1的電壓不會降低。因此，可抑制來自外部的雜訊對輸出端子14的輸出電壓VOUT造成影響，能夠生成穩定的輸出電壓。

此處，在負載電壓監控端子15－電源輸入端子2in間的路徑上亦存在寄生電阻（未圖示），但由於從電源輸入端子2in通過負載電壓監控端子15及電阻R3、電阻R4流向接地端子VSS的電流極少，故電源輸入端子2in的電壓成為一直與負載電壓監控端子15的電壓VLOAD實質相同的位準。因此，所述說明中記載了與「電源輸入端子2in的電壓VLOAD」等兩者相等。

另外，如所述般，電阻R1與電阻R2的電阻值之比和電阻R3與電阻R4的電阻值之比設定為相同，藉此獲得所期望的效果，進而，更佳為將電阻分壓電路VD1與電阻分壓電路VD2設為相同的構造。如此，可精度更佳地將外部負載2中流動大電流時供給至電源輸入端子2in的電壓設為所期望的電壓。

接下來，使用圖2～圖5對其他實施形態進行說明。另外，圖2～圖5所示的電壓調整器中，對與圖1所示的電壓調整器100相同的構成要素附上相同的符號，並適當省略重複的說明。

[第2實施形態] 圖2是本發明的第2實施形態的電壓調整器200的電路圖。電壓調整器200相對於電壓調整器100，進而具備連接於開關電晶體16的閘極與接地端子VSS之間的開關21。

開關21藉由信號SPRT而受到導通、斷開控制。該信號SPRT是另外設置於電壓調整器200內的過電流保護電路等保護電路（未圖示）進行動作（發揮功能）時從該保護電路輸出的信號。

該構成的電壓調整器200中，當保護電路發揮功能時，藉由從保護電路輸出的信號SPRT而開關21導通。藉此，節點N2的電壓較之節點N1的電壓低了規定電壓量以上，即便在比較器13輸出高位準的信號的情況下，開關電晶體16的閘極的電壓亦藉由開關21而成為接地端子VSS的電壓。

當保護電路進行動作時，以使輸出端子14的輸出電壓VOUT降低的方式發揮作用，因而若輸出端子14的輸出電壓VOUT上升則導致保護電路的誤動作。然而，根據本實施形態，使開關21導通，而強制地將開關電晶體16的閘極降低至低位準，抑制輸出端子14的輸出電壓VOUT上升，藉此，可防止保護電路誤動作。

[第3實施形態] 圖3是本發明的第3實施形態的電壓調整器300的電路圖。電壓調整器300相對於電壓調整器100，進而具備連接於負載電壓監控端子15與電阻R3之間的濾波器電路31。

根據該構成的電壓調整器300，可藉由濾波器電路31將外部雜訊確實地除去。因此，能夠進行更穩定的動作。

[第4實施形態] 圖4是本發明的第4實施形態的電壓調整器400的電路圖。電壓調整器400相對於電壓調整器100，進而具備：連接於電源端子VDD與接地端子VSS之間的比較器41，以及串聯連接於節點N1與接地端子VSS之間的電阻R6及開關電晶體42。

而且，電壓調整器100中的電阻R4被分割為電阻R4a與電阻R4b。即，電阻R4a與電阻R4b經由節點N3而串聯連接於節點N2與接地端子VSS之間，該組合電阻的電阻值為電阻R4的電阻值。

比較器41將節點N1的電壓與節點N3的電壓進行比較，當節點N3的電壓較節點N1的電壓低了規定電壓量以上時，輸出使開關電晶體42導通的信號。即，與比較器13同樣地，亦對比較器41的反轉輸入端子附加規定電壓量的偏移。

該構成的電壓調整器400中，若外部負載2中流動大電流，而負載電壓監控端子15的電壓降低，則首先，將節點N1的電壓與節點N3的電壓進行比較的比較器41的輸出為高位準，開關電晶體42導通。

若開關電晶體42導通，則成為電阻R6並聯連接於電阻分壓電路VD1的電阻R2的狀態，節點N1的電壓降低。因此，誤差放大器11的輸出電壓降低，輸出電晶體12中流動的電流增多，輸出端子14的輸出電壓VOUT上升。

然而，此時，若外部負載2中流動更大的電流，則負載電壓監控端子15的電壓進一步降低。於是，此次，將節點N1的電壓與節點N2的電壓進行比較的比較器13的輸出為高位準，開關電晶體16導通。

由此，成為除電阻R6之外電阻R5亦並聯連接於電阻分壓電路VD1的電阻R2的狀態，節點N1的電壓進一步降低。因此，誤差放大器11的輸出電壓進一步降低，輸出電晶體12中流動的電流進一步增多。如此，可使輸出端子14的輸出電壓VOUT上升。

因此，根據本實施形態，即便在外部負載2中流動的電流特別大的情況下，亦可使供給至外部負載2的電源輸入端子2in的電壓上升至所期望的電壓。

[第5實施形態] 圖5是本發明的第5實施形態的電壓調整器500的電路圖。電壓調整器500相對於電壓調整器100，進而具備P型金屬氧化半導體（P-channel metal oxide semiconductor，PMOS）電晶體51，該PMOS電晶體51連接於電源端子VDD與比較器13的動作電流輸入端子13in之間，閘極連接於輸出電晶體12的閘極，且該PMOS電晶體51作為電流源發揮功能。

根據該構成的電壓調整器500，當外部負載2中流動的電流小，而寄生電阻Rp引起的電壓降未超過比較器13的偏移電壓的範圍時，即，當比較器13不輸出高位準時，PMOS電晶體51的電流縮窄。另一方面，當外部負載2中流動大電流，而寄生電阻Rp引起的電壓降超過比較器13的偏移電壓時，即，當比較器13輸出高位準時，PMOS電晶體51中流動的電流增多。因此，根據本第5實施形態，防止比較器13中一直流動固定的動作電流，能夠減少電壓調整器500的消耗電流。

另外，在圖4所示的第4實施形態的電壓調整器400中應用本實施形態的構成的情況下，較佳為不僅於電源端子VDD與比較器13的動作電流輸入端子之間，亦於電源端子VDD與比較器41的動作電流輸入端子之間，設置閘極連接於輸出電晶體12的閘極且作為電流源發揮功能的PMOS電晶體。

以上，對本發明的實施形態進行了說明，但本發明不限定於所述實施形態，在不脫離本發明的主旨的範圍內當然能夠進行各種變更。例如，所述各實施形態的電壓調整器中，亦可視需要構成為使比較器的反轉輸入端子具有遲滯（hysteresis）。

1‧‧‧基準電壓電路

2‧‧‧外部負載

2in‧‧‧電源輸入端子

11‧‧‧誤差放大器

12‧‧‧輸出電晶體

13、41‧‧‧比較器

13in‧‧‧動作電流輸入端子

14‧‧‧輸出端子

15‧‧‧負載電壓監控端子

16、42‧‧‧開關電晶體

21‧‧‧開關

31‧‧‧濾波器電路

51‧‧‧PMOS電晶體

100、200、300、400、500‧‧‧電壓調整器

N1、N2、N3‧‧‧節點

VD1、VD2‧‧‧電阻分壓電路

VDD‧‧‧電源端子

VLOAD‧‧‧電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

VREF‧‧‧基準電壓

VSS‧‧‧接地端子

R1、R2、R3、R4、R4a、R4b、R5、R6‧‧‧電阻

Rp‧‧‧寄生電阻

SPRT‧‧‧信號

圖1是表示本發明的第1實施形態的電壓調整器的電路圖。圖2是表示本發明的第2實施形態的電壓調整器的電路圖。圖3是表示本發明的第3實施形態的電壓調整器的電路圖。圖4是表示本發明的第4實施形態的電壓調整器的電路圖。圖5是表示本發明的第5實施形態的電壓調整器的電路圖。

Claims

一種電壓調整器，其特徵在於包括：輸出電晶體，源極連接於第1電源端子；輸出端子，連接於外部負載的電源輸入端子，輸出所述輸出電晶體的汲極的電壓；第1電阻分壓電路，具有經由第1節點而串聯連接於所述輸出電晶體的汲極與第2電源端子之間的第1電阻及第2電阻，負載電壓監控端子，被輸入所述外部負載的電源輸入端子的電壓；第2電阻分壓電路，具有經由第2節點而串聯連接於所述負載電壓監控端子與所述第2電源端子之間的第3電阻及第4電阻；第5電阻及第1開關電晶體，串聯連接於所述第1節點與所述第2電源端子之間；以及第1比較器，連接於所述第1電源端子與所述第2電源端子之間，將所述第1節點的電壓與所述第2節點的電壓進行比較，當所述第2節點的電壓較所述第1節點的電壓低了第1規定電壓量以上時，輸出使所述第1開關電晶體導通的信號；所述第1電阻與所述第2電阻的電阻值之比和所述第3電阻與所述第4電阻的電阻值之比相同，若所述第1節點的電壓低於基準電壓，則使所述輸出電晶體的閘極的電壓降低而使所述輸出端子的電壓上升。
如申請專利範圍第1項所述的電壓調整器，其進而包括開關電路，所述開關電路連接於所述第1開關電晶體的閘極與所述第2電源端子之間，所述開關電路在過熱保護功能以及過電流保護功能的至少一者發揮作用時導通。
如申請專利範圍第1項所述的電壓調整器，其進而包括濾波器電路，所述濾波器電路連接於所述負載電壓監控端子與所述第3電阻之間。
如申請專利範圍第2項所述的電壓調整器，其進而包括濾波器電路，所述濾波器電路連接於所述負載電壓監控端子與所述第3電阻之間。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的電壓調整器，其進而具備：第2比較器，連接於所述第1電源端子與所述第2電源端子之間；以及第6電阻及第2開關電晶體，串聯連接於所述第1節點與所述第2電源端子之間；所述第4電阻經由第3節點而串聯連接於所述第2節點與所述第2電源端子之間，其組合電阻的電阻值包含作為所述第4電阻的電阻值的第1分割電阻及第2分割電阻，所述第2比較器將所述第1節點的電壓與所述第3節點的電壓進行比較，在所述第3節點的電壓較所述第1節點的電壓低了第2規定電壓量以上時，輸出使所述第2開關電晶體導通的信號。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的電壓調整器，其進而包括P型金屬氧化半導體電晶體，所述P型金氧半導體電晶體連接於所述第1電源端子與所述第1比較器的動作電流輸入端子之間，所述P型金屬氧化半導體電晶體的閘極連接於所述輸出電晶體的閘極。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的電壓調整器，其中所述第1電阻分壓電路與所述第2電阻分壓電路具有相同的構造。