TWI489241B - 電壓調整器 - Google Patents

Description

電壓調整器

本發明係關於電壓調整器。

針對習知之電壓調整器加以說明。第2圖係顯示習知之電壓調整器的圖。

若輸出電壓Vout高於預定電壓，亦即，分壓電路86的分壓電壓Vfb高於基準電壓Vref時，則誤差放大器88的控制電壓Vc變高，PMOS電晶體54的閘極電壓變高，因此PMOS電晶體54的驅動能力減少，以輸出電壓Vout變低的方式進行動作。此外，若輸出電壓Vout低於預定電壓，藉由與上述相反的動作，以輸出電壓Vout變高的方式進行動作。亦即，輸出電壓Vout係成為一定。

此外，若PMOS電晶體54呈過電流供給狀態時，流至PMOS電晶體52的電流亦成正比增大，若在電阻82兩端所產生的電壓差變大時，NMOS電晶體61即呈導通狀態。若在NMOS電晶體61流通的電流增大，在電阻81兩端所產生的電壓差變大時，PMOS電晶體51即導通，控制電壓Vc變高。如此一來，PMOS電晶體54的驅動能力減少，輸出電壓Vout變低。藉此防止元件因過電流而受到破壞。

此外，藉由電流源71、72的起動電流，過電流保護電路的起動成為確實。PMOS電晶體52、53係作電流鏡連接。為簡化說明而假設該等的尺寸為相等時，由於該等閘極‧源極電壓為相等，因此流至該等的電流為相等。在此，流至PMOS電晶體52的電流係與流至PMOS電晶體55的電流相等。此外，流至PMOS電晶體53的電流係與流至PMOS電晶體56的電流相等，藉由NMOS電晶體62、63的電流鏡連接，亦與流至PMOS電晶體57的電流相等。因此，流至PMOS電晶體55、56、57的電流為相等。在此，由於PMOS電晶體55、56、57的閘極電壓亦相等，因此PMOS電晶體55、56、57的源極電壓變為相等，該等閘極‧源極間電壓變為相等。因此，輸出電壓Vout(PMOS電晶體57的源極電壓)係與電壓Va(PMOS電晶體55的源極電壓)及電壓Vb(PMOS電晶體56的源極電壓)變為相等。在此，若電源電壓VDD與輸出電壓Vout的差較大時，PMOS電晶體52~54係在飽和區域進行動作，若較小時，則在非飽和區域進行動作，但是在任何情形下，輸出電壓Vout均與電壓Va、Vb為相等，因此PMOS電晶體52、53、54係動作狀態亦成為相等(例如參照專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-029856號公報

但是，在習知技術中，即使當以輕負荷而由Vout流通的電流為微少時，亦即不需要過電流保護電路進行動作時，亦由於電流源71、72流通起動電流，因此無法減小電壓調整器的消耗電流。

本發明係鑑於上述課題而研創者，提供一種消耗電流少的電壓調整器。

為解決習知之課題，本發明之具備有過電流保護電路的電壓調整器係形成為以下所示之構成。

提供一種電壓調整器，其特徵為具備有：將根據輸出電壓的電壓與基準電壓作比較的誤差放大器；以誤差放大器所輸出的電壓予以控制的輸出電晶體；具有感測輸出電晶體之輸出電流的第一感測電晶體的過電流保護電路；及以輸出電晶體的汲極電壓與第一感測電晶體的汲極電壓成為相等的方式進行動作的電壓控制電路，電壓控制電路係具有流通供電壓控制電路起動之用之起動電流的電流電路，電流電路所流通的起動電流係按照輸出電晶體的輸出電流予以限制。

在本發明中，當輸出電流未流通時，用以起動電壓控制電路的起動電流亦未流通，因此電壓調整器的消耗電流會變少。

以下參照圖示，說明本發明之實施形態。

首先，針對電壓調整器的構成加以說明。第1圖係顯示本發明之電壓調整器的電路圖。

本實施形態之電壓調整器係具備有：PMOS電晶體15、分壓電路46、誤差放大器48、過電流保護電路91及電壓控制電路92。過電流保護電路91係具有：PMOS電晶體11、12、16、電阻41、42及NMOS電晶體21。電壓控制電路92係具有：PMOS電晶體13、14、17、18、電流源31及NMOS電晶體22、23、24、25、26。

誤差放大器48的非反轉輸入端子係與分壓電路46的輸出端子相連接，反轉輸入端子係與基準電壓輸入端子相連接，輸出端子係與過電流保護電路91的控制端子、電壓控制電路92的控制端子、PMOS電晶體15的閘極相連接。PMOS電晶體15的源極係與電源端子相連接，汲極係與電壓調整器的輸出端子相連接。分壓電路46係設在電壓調整器的輸出端子與接地端子之間。電壓控制電路92的輸入端子係與電壓調整器的輸出端子相連接，輸出端子係與過電流保護電路91的輸入端子相連接。

在電壓控制電路92中，PMOS電晶體13的閘極係與誤差放大器48的輸出端子相連接，源極係與電源端子相連接，汲極係與PMOS電晶體17的源極相連接。PMOS電晶體14的閘極係與誤差放大器48的輸出端子相連接，源極係與電源端子相連接，汲極係透過電流源31與NMOS電晶體26的汲極相連接。PMOS電晶體17的汲極係與NMOS電晶體22、23的汲極相連接。PMOS電晶體18的閘極係與汲極、PMOS電晶體17的閘極、PMOS電晶體16的閘極(過電流保護電路91的輸入端子)相連接，源極係與電壓調整器的輸出端子相連接。NMOS電晶體23的閘極係與汲極及NMOS電晶體24的閘極相連接，源極係與接地端子相連接。NMOS電晶體24的源極係與接地端子相連接，汲極係與PMOS電晶體18的汲極相連接。NMOS電晶體22的源極係與接地端子相連接。NMOS電晶體25的源極係與接地端子相連接，汲極係與PMOS電晶體18的汲極相連接。NMOS電晶體26的閘極係與汲極、NMOS電晶體22及NMOS電晶體25的閘極相連接，源極係與接地端子相連接。

在過電流保護電路91中，PMOS電晶體11的閘極係與電阻41和NMOS電晶體21的汲極的連接點相連接，源極係與電源端子相連接，汲極係與放大器48的輸出端子相連接。PMOS電晶體12的閘極係與放大器48的輸出端子相連接，源極係與電源端子相連接，汲極係與PMOS電晶體16的源極相連接。電阻41係設在電源端子與NMOS電晶體21的汲極之間。電阻42係設在PMOS電晶體16的汲極與接地端子之間。NMOS電晶體21的閘極係與PMOS電晶體16的汲極和電阻42的連接點相連接，源極係與接地端子相連接。

在此，假設PMOS電晶體12和NMOS電晶體16的連接點的電壓為電壓Va，PMOS電晶體13和NMOS電晶體17的連接點的電壓為電壓Vb，放大器48的輸出電壓為控制電壓Vc。

作為輸出電晶體的PMOS電晶體15係根據控制電壓Vc及電源電壓VDD來輸出輸出電壓Vout。分壓電路46係將輸出電壓Vout作分壓而輸出分壓電壓Vfb。誤差放大器48係將分壓電壓Vfb與基準電壓Vref作比較，以輸出電壓Vout成為一定電壓的方式來控制PMOS電晶體15。若過電流保護電路91藉由第一感測電晶體(PMOS電晶體12)來感測PMOS電晶體15流通過電流的情形時，以輸出電壓Vout變低的方式來控制PMOS電晶體15。電壓控制電路92係以PMOS電晶體15的汲極電壓(輸出電壓Vout)與PMOS電晶體12的汲極電壓(電壓Va)成為相等的方式來進行動作。

過電流保護電路91係具有用以感測PMOS電晶體15之輸出電流的PMOS電晶體12。電壓控制電路92係具有按照PMOS電晶體15的輸出電流來流通用以起動電壓控制電路92之起動電流的電流電路。電流電路係具有：感測PMOS電晶體15之輸出電流之作為第二感測電晶體的PMOS電晶體14；由輸入端子流通PMOS電晶體14的電流，由輸出端子流通起動電流的NMOS電晶體22、25、26所構成的電流鏡電路、及電流源31。

接著，針對本實施形態之電壓調整器的動作加以說明。

若輸出電壓Vout高於預定電壓，亦即，分壓電路46的分壓電壓Vfb高於基準電壓Vref時，則放大器48的控制電壓Vc(PMOS電晶體15的閘極電壓)變高，PMOS電晶體15的驅動能力減少，輸出電壓Vout變低。此外，若輸出電壓Vout低於預定電壓，藉由與上述相反的動作，輸出電壓Vout係變高。亦即，輸出電壓Vout會成為一定。

此時，雖然將於後述，PMOS電晶體16係呈導通(ON)。因此，PMOS電晶體15的輸出電流會變多而成為過電流。與該過電流成正比而流通至PMOS電晶體12的電流亦增大，在電阻42兩端所產生的電壓差會變大，NMOS電晶體21呈導通狀態。若在NMOS電晶體21流通的電流增大，在電阻41兩端所產生的電壓差變大時，PMOS電晶體11即導通，控制電壓Vc變高。如此一來，PMOS電晶體15的驅動能力減少，輸出電壓Vout變低。藉此防止元件因過電流而受到破壞。

接著，針對電壓控制電路92的動作加以說明。

在此，假設NMOS電晶體22、25、26的尺寸相等，PMOS電晶體12、13的尺寸相等，PMOS電晶體16、17、18的尺寸相等，NMOS電晶體23、24的尺寸相等。

若輸出電流流至PMOS電晶體15，藉由PMOS電晶體14、15的電流鏡連接，電流亦流至PMOS電晶體14。如此一來，電流源31的電流藉由NMOS電晶體22及NMOS電晶體26的電流鏡連接，作為起動電流而流至PMOS電晶體17和NMOS電晶體23的連接點。此外，電流源31的電流藉由NMOS電晶體25、26的電流鏡連接，作為起動電流而流至PMOS電晶體18和NMOS電晶體24的連接點。因此，電壓控制電路92即進行起動。

PMOS電晶體12、13係作電流鏡連接，因此該等閘極‧源極電壓為相等。在此，流至PMOS電晶體12的電流係與流至PMOS電晶體16的電流相等。此外，流至PMOS電晶體13的電流係與流至PMOS電晶體17的電流相等，藉由NMOS電晶體23、24的電流鏡連接，與流至PMOS電晶體18的電流亦為相等。因此，流至PMOS電晶體16、17、18的電流為相等。如此一來，流至PMOS電晶體16、17、18的電流為相等，且PMOS電晶體16、17、18的閘極電壓亦相等，因此PMOS電晶體16、17、18的源極電壓變為相等，該等閘極‧源極間電壓變為相等。因此，輸出電壓Vout(PMOS電晶體18的源極電壓)係與電壓Va(PMOS電晶體16的源極電壓)及電壓Vb(PMOS電晶體17的源極電壓)變為相等。在此，若電源電壓VDD與輸出電壓Vout的差較大時，PMOS電晶體12、13及PMOS電晶體15係在飽和區域進行動作，若較小時，則在非飽和區域進行動作，但在任何情形下，輸出電壓Vout均與電壓Va、Vb成為相等，因此PMOS電晶體12、13、15係動作狀態亦成為相等。

若PMOS電晶體15的輸出電流變為微少時，藉由PMOS電晶體14、15的電流鏡連接，PMOS電晶體14的電流亦變為微少。如此一來，電流源31係使通常狀態的電流變得不流通。因此，藉由NMOS電晶體22及NMOS電晶體26的電流鏡連接，流至PMOS電晶體17和NMOS電晶體23的連接點的起動電流亦變為微少。此外，藉由NMOS電晶體25、26的電流鏡連接，流至PMOS電晶體18和NMOS電晶體24的連接點的起動電流亦變為微少。

當PMOS電晶體15的輸出電流未流通時，起動電流亦未流通，因此有電壓控制電路92不進行起動的可能性。但是，當PMOS電晶體15的輸出電流未流通時，電壓控制電路92並不需要進行動作，因此電壓控制電路92亦可不進行起動。

藉由如上所述之具備有電壓控制電路92的電壓調整器，在輕負荷時，可減少流至NMOS電晶體22及NMOS電晶體25的起動電流，因此電壓調整器的消耗電流會變少。

11~18、51~57．．．PMOS電晶體

21~26、61~63．．．NMOS電晶體

31、71、72．．．電流源

41、42、81、82．．．電阻

46、86．．．分壓電路

48、88．．．誤差放大器

91．．．過電流保護電路

92．．．電壓控制電路

Va．．．電壓

Vb．．．電壓

Vc．．．控制電壓

VDD．．．電源電壓

Vfb．．．分壓電壓

Vout．．．輸出電壓

Vref．．．基準電壓

第1圖係顯示本發明之電壓調整器的電路圖。

第2圖係顯示習知之電壓調整器的電路圖。

11~18．．．PMOS電晶體

21~26．．．NMOS電晶體

31．．．電流源

41、42．．．電阻

46．．．分壓電路

48．．．誤差放大器

91．．．過電流保護電路

92．．．電壓控制電路

Va．．．電壓

Vb．．．電壓

Vc．．．控制電壓

VDD．．．電源電壓

Vfb．．．分壓電壓

Vout．．．輸出電壓

Vref．．．基準電壓

Claims (1)

1. 一種電壓調整器，其特徵為具備有：將根據電壓調整器之輸出電壓的電壓與基準電壓作比較，輸出將其差予以放大後的電壓的誤差放大器；根據前述誤差放大器所輸出的電壓及電源電壓，輸出前述電壓調整器之輸出電壓的輸出電晶體；具有感測前述輸出電晶體之輸出電流的第一感測電晶體，若前述第一感測電晶體檢測出前述輸出電晶體的過電流時，以前述電壓調整器的輸出電壓變低的方式控制前述輸出電晶體的過電流保護電路；及以前述輸出電晶體的汲極電壓與前述第一感測電晶體的汲極電壓成為相等的方式進行動作的電壓控制電路，前述電壓控制電路係具備有：感測前述輸出電晶體之輸出電流的第二感測電晶體；輸出一定電流的電流源；及將前述電流源的電流進行鏡射的電流鏡電路，且具有流通供前述電壓控制電路起動之用之起動電流的電流電路，前述起動電流藉由前述第二感測電晶體按照前述輸出電晶體的輸出電流予以限制。