TWI636352B - 電壓調整器 - Google Patents
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Abstract
提供有：在輸出電壓發生了過調節或調整不足時，在寬廣的溫度範圍下可以改善過調節或調整不足，減低過調節或調整不足的檢測延遲之電壓調整器。
一種電壓調整器，係具備誤差放大器、與輸出電晶體；其特徵為：具備於閘極輸入基準電壓、於源極輸入輸出電壓之第一電晶體，前述第一電晶體係前述輸出電壓成為不規則的電壓時流動電流，根據流動到前述第一電晶體的電流控制前述輸出電晶體的電流。
Description
本發明有關電壓調整器之暫態特性(transient characteristic)改善。
於圖5表示以往之電壓調整器的電路圖。以往的電壓調整器是以誤差放大器110、PMOS電晶體120、201、NMOS電晶體202、電阻211、212、213、214、電容231、232、電源端子100、接地端子101、基準電壓端子102、以及輸出端子103所構成。
經由以誤差放大器110控制PMOS電晶體120的閘極的方式，輸出來自輸出端子103的輸出電壓Vout。輸出電壓Vout，為基準電壓端子102的電壓除以電阻212與電阻213的合計電阻值後的值，乘上了電阻211、電阻212、以及電阻213之合計電阻值之值。為了縮小輸出電壓Vout的過調節，設有PMOS電晶體201、NMOS電晶體202、及電阻214。
於輸出電壓Vout發生過調節的話，開啟
NMOS電晶體202，電流流動到電阻214。接著，於電阻214產生電壓，開啟PMOS電晶體201。PMOS電晶體201開啟的話，PMOS電晶體120，其閘極被推拉放大(pull amp)到電源電壓而關閉。從而，輸出電壓Vout可以防止過調節(例如，參閱專利文獻1之圖5)。
〔專利文獻1〕日本特開2005-92693號公報
但是在以往的電壓調整器中，是有因寬廣的溫度範圍而無法防止過調節之課題。而且，也有因進行檢測過調節卻有延遲，在延遲的時候過調節變大之課題。更進一步，在頻繁引起負載的電流變動之情況下，也是有頻繁作動防止過調節或調整不足的電路，而增加有消耗電流之課題。
以往之把過調節電壓的予以縮小的電壓調整器電路構成為：在發生了指定以上的過調節電壓後，檢知用電阻分壓了輸出電壓Vout的電壓變成為NMOS電晶體的閾值電壓以上的情況，關閉輸出電晶體使得不會發生其以上之過調節電壓。而且，雖未圖示，以往之把調整不足電壓的予以縮小的電壓調整器電路構成為：在發生了指定
以上的調整不足電壓後，檢知用電阻分壓了輸出電壓Vout的電壓變成為未達NMOS電晶體的閾值電壓的情況，全開輸出電晶體使得不會發生其以上之調整不足電壓。
以往之電壓調整器電路所檢測到的過調節乃至調整不足電壓值，係把NMOS電晶體202的閾值予以分壓比倍數化的值。但是，NMOS電晶體202的閾值，係在高溫下下降在低溫下增加的緣故，考慮到該溫度變化量而設計的話，在低溫下過調節電壓變得非常大，在高溫下調整不足電壓變得非常大。為此，在寬廣的溫度範圍的動作為有必要的情況下，是無法降低所要檢測之過調節電壓乃至調整不足電壓。為此，藉由作動溫度範圍不能完全防止過調節的上升，是有在寬廣的溫度範圍下無法防止過調節之課題。
而且，輸出電壓Vout越高分壓比越大的緣故，變得更嚴重。更進一步，輸出電壓Vout的電壓變化是透過分壓電阻傳遞到NMOS電晶體的閘極的緣故，產生有延遲，對過調節乃至調整不足電壓的檢測產生延遲。為此，是有因進行檢測過調節卻發生延遲，在延遲的時候過調節變大之課題。
為了消除在上述所述的延遲，在以耦合電容把輸出電壓Vout的電壓變動傳遞到NMOS電晶體的閘極的情況下，輸出電壓Vout的變化量就直接傳遞到NMOS電晶體的閘極，縮小過調節電壓或調整不足電壓。為此，在頻繁引起負載的電流變動的話，會頻繁作動防止過調節
或調整不足的電路，而增加有消耗電流。為此，在頻繁引起負載的電流變動之情況下，也是有頻繁作動防止過調節或調整不足的電路，而所謂增加有消耗電流之情事的課題。
本發明有鑑於上述課題，提供有：在輸出電壓發生了過調節或調整不足時，在寬廣的溫度範圍下可以改善過調節或調整不足，減低過調節或調整不足的檢測延遲，即便頻繁引起負載的電流變動也不會增加消耗電流之電壓調整器。
為了解決以往的課題，本發明的電壓調整器構成如以下。
一種電壓調整器，係具備誤差放大器、與輸出電晶體；其特徵為：具備於閘極輸入基準電壓、於源極輸入輸出電壓之第一電晶體，前述第一電晶體係前述輸出電壓成為不規則的電壓時流動電流，根據流動到前述第一電晶體的電流控制前述輸出電晶體的電流。
在本發明的電壓調整器中，可以改善在寬廣的溫度範圍下於輸出電壓所發生之過調節或調整不足之狀況，使檢測過調節或調整不足的延遲時間減低，即便頻繁引起負載的電流變動也可以防止消耗電流增加。
100‧‧‧電源端子
101‧‧‧接地端子
102、131、132‧‧‧基準電壓端子
103‧‧‧輸出端子
110‧‧‧誤差放大器
130‧‧‧輸出變動檢測電路
139‧‧‧I-V變換電路
140、150‧‧‧鏡電路
〔圖1〕為本實施方式的電壓調整器之方塊圖。
〔圖2〕為本實施方式的電壓調整器之電路圖。
〔圖3〕為本實施方式的電壓調整器的鏡電路之電路圖。
〔圖4〕為本實施方式的電壓調整器的鏡電路之電路圖。
〔圖5〕為以往之電壓調整器的電路圖。
〔圖6〕為表示本實施方式的電壓調整器的其他例之電路圖。
以下，關於本實施形態，參閱圖面說明之。
圖1為本實施方式的電壓調整器之方塊圖。本實施方式的電壓調整器是以誤差放大器110、PMOS電晶體120、輸出變動檢測電路130、I-V變換電路139、電源端子100、接地端子101、基準電壓端子102、以及輸出端子103所構成。PMOS電晶體120作為輸出電晶體而作動。圖2為本實施方式的電壓調整器之電路圖。輸出變動檢測電路130是以PMOS電晶體136、NMOS電晶體
135、鏡電路140、150、以及基準電壓端子131、132所構成。I-V變換電路139是以PMOS電晶體111、以及NMOS電晶體112所構成。圖3為詳細表示了本實施方式的電壓調整器的鏡電路140之電路圖。鏡電路140是以PMOS電晶體141、142、NMOS電晶體143、144、輸入端子145、輸出端子146所構成。圖4為詳細表示了本實施方式的電壓調整器的鏡電路150之電路圖。鏡電路150是以PMOS電晶體153、154、NMOS電晶體151、152、輸入端子155、輸出端子156所構成。
接著說明有關本實施方式的電壓調整器的連接。有關誤差放大器110，其非反轉輸入端子被連接到基準電壓端子102，其反轉輸入端子被連接到輸出端子103，其輸出端子被連接到NMOS電晶體112的閘極。有關NMOS電晶體112，其汲極被連接到PMOS電晶體111的閘極及汲極，其源極被連接到接地端子101。PMOS電晶體111的源極，是被連接到電源端子100。有關PMOS電晶體120，其閘極被連接到PMOS電晶體111的閘極，其汲極被連接到輸出端子103，其源極被連接到電源端子100。有關NMOS電晶體135，其閘極被連接到基準電壓端子131，其源極被連接到輸出端子103，其汲極被連接到鏡電路140的輸入端子145。有關PMOS電晶體136，其閘極被連接到基準電壓端子132，其源極被連接到輸出端子103，其汲極被連接到鏡電路150的輸入端子155。鏡電路140的輸出端子146被連接到NMOS電晶體112的
汲極與鏡電路150的輸出端子156。有關PMOS電晶體141，其閘極與汲極被連接到輸入端子145與PMOS電晶體142的閘極，其源極被連接到電源端子100。有關PMOS電晶體142，其汲極被連接到NMOS電晶體143的閘極及汲極，其源極被連接到電源端子100。NMOS電晶體143的源極，是被連接到接地端子101。有關NMOS電晶體144，其閘極被連接到NMOS電晶體143的閘極，其汲極被連接到輸出端子146，其源極被連接到接地端子101。有關NMOS電晶體151，其閘極與汲極被連接到輸入端子155，其源極被連接到接地端子101。有關NMOS電晶體152，其閘極被連接到NMOS電晶體151的閘極，其汲極被連接到PMOS電晶體153的閘極及汲極，其源極被連接到接地端子101。PMOS電晶體153的源極，是被連接到電源端子100。有關PMOS電晶體154，其閘極被連接到PMOS電晶體153的閘極，其汲極被連接到輸出端子156，其源極被連接到電源端子100。
說明有關動作。基準電壓端子102被連接到基準電壓電路，輸入基準電壓Vref1。基準電壓端子131被連接到基準電壓電路，輸入基準電壓Vref2。基準電壓端子132被連接到基準電壓電路，輸入基準電壓Vref3。
誤差放大器110控制NMOS電晶體112的閘極電壓使得輸出電壓Vout成為基準電壓Vref1。輸出電壓Vout比目標值高的話，輸出電壓Vout變成比基準電壓Vref1還高，誤差放大器110的輸出訊號(NMOS電晶體
112的閘極電壓)變低。接著，使流動在NMOS電晶體112的電流減少。PMOS電晶體111與PMOS電晶體120構成電流鏡電路，減少流動在NMOS電晶體112的電流的話，也減少流動在PMOS電晶體120的電流。以把流動在PMOS電晶體120的電流與PMOS電晶體120的負載電流為輸出電流來設定輸出電壓Vout的緣故，以減少流動在PMOS電晶體120的電流的方式降低輸出電壓Vout。
輸出電壓Vout比目標值低的話，輸出電壓Vout變成比基準電壓Vref1還低，誤差放大器110的輸出訊號(NMOS電晶體112的閘極電壓)變高。接著，使流動在NMOS電晶體112的電流增加，也使流動在PMOS電晶體120的電流增加。以把流動在PMOS電晶體120的電流與PMOS電晶體120的負載電流為輸出電流來設定輸出電壓Vout的緣故，以增加流動在PMOS電晶體120的電流的方式提高輸出電壓Vout。如此，輸出電壓Vout被控制成一定。
如此動作，I-V變換電路139係根據以誤差放大器110的輸出所控制的電流控制流動在輸出電晶體120的電流。
考慮於輸出端子103出現過調節，輸出電壓Vout暫態地變大之情況。基準電壓Vref1、基準電壓Vref2、基準電壓Vref3設定成滿足Vref3≦Vref1≦Vref2之關係。把PMOS電晶體136的閾值定為Vtp。輸出電壓Vout暫態地變大，滿足Vout≧| Vtp |+Vref3的話，
PMOS電晶體136開啟，對NMOS電晶體151流動電流。NMOS電晶體151與NMOS電晶體152、PMOS電晶體153與PMOS電晶體154，係分別構成電流鏡電路，電流流動在NMOS電晶體151的話，會被鏡射，電流流動在PMOS電晶體154。
來自PMOS電晶體154的電流作動成流動到NMOS電晶體112，但誤差放大器110的輸出沒有變化的緣故，流動到NMOS電晶體112的電流量不變，是不會流動有來自PMOS電晶體154的電流。為此，PMOS電晶體111作動成使從PMOS電晶體111流動到NMOS電晶體112的電流減少，把來自PMOS電晶體154的電流流動到NMOS電晶體112。使流動在PMOS電晶體111的電流減少的緣故，流動到PMOS電晶體120的電流也減少。如此，被控制成輸出電壓Vout不會上升到其以上，可以阻止輸出電壓Vout的過調節電壓的上升。
過調節發生後，控制輸出電壓Vout變低的話，流動在PMOS電晶體136的電流也徐徐地減少，NMOS電晶體151的電流也徐徐地減少。接著，控制成：PMOS電晶體154的電流也徐徐地減少，PMOS電晶體111的電流徐徐地增加，回到通常的電流值，輸出電壓Vout成為一定。在該控制之間，PMOS電晶體120不用關閉，作動成持續控制輸出電壓Vout。為此，輸出電壓Vout不會輸出電流不足而下降，消解掉過調節後也馬上可以安定地控制。
考慮於輸出端子103出現調整不足，輸出電壓Vout暫態地變小之情況。把NMOS電晶體135的閾值定為Vtn。輸出電壓Vout暫態地變小，滿足Vout≦Vref2-Vtn的話，NMOS電晶體135開啟，在PMOS電晶體141流動電流。PMOS電晶體141與PMOS電晶體142、NMOS電晶體143與NMOS電晶體144，係分別構成電流鏡電路，電流流動在PMOS電晶體141的話，會被鏡射，電流流動在NMOS電晶體144。
PMOS電晶體111朝NMOS電晶體112流動電流。於輸出端子103出現調整不足時，誤差放大器110的輸出沒有變化的緣故，以NMOS電晶體144流動電流的方式，PMOS電晶體111也對NMOS電晶體144流動電流的事變成有必要，流動在PMOS電晶體111的電流增加。接著，使流動在PMOS電晶體111的電流增加的緣故，流動到PMOS電晶體120的電流也增加。如此，被控制成輸出電壓Vout不會下降到其以上，可以阻止輸出電壓Vout的調整不足電壓的下降。
調整不足發生後，控制輸出電壓Vout變高的話，流動在NMOS電晶體135的電流也徐徐地減少，PMOS電晶體141的電流也徐徐地減少。接著，控制成：NMOS電晶體144的電流也徐徐地減少，PMOS電晶體111的電流徐徐地減少，回到通常的電流值，輸出電壓Vout成為一定。在該控制之間，PMOS電晶體120不用關閉，作動成持續控制輸出電壓Vout。為此，輸出電壓
Vout不會輸出電流超過而上升，消解掉調整不足後也馬上可以安定地控制。
發生在輸出電壓的過調節與調整不足，係不透過以往技術般的分壓阻抗而可以直接以輸出變動檢測電路130進行檢知。為此，電晶體的閾值的溫度變化不用以分壓電阻來做分壓比倍數化，可以減低在高溫或低溫下過調節或調整不足變大的情況，在寬廣的溫度範圍下可以改善過調節與調整不足。而且，不會發生因分壓電阻所致的延遲的緣故，可以防止發生過調節或調整不足的檢測延遲的情況，可以防止過調節或調整不足變大的情況。
發生在輸出電壓的過調節與調整不足是不透過以往技術般的耦合電容來檢知。為此，既使頻繁引起過調節或調整不足，輸出變動檢測電路130也不會頻繁反應，可以防止常態性增加消耗電流之情事。
尚且，有關鏡電路使用圖3、圖4說明，但不限定於該構成，只要是構成為可以鏡射電流之構成即可。
圖6為表示本實施方式的電壓調整器的其他例之電路圖。輸出變動檢測電路130與I-V變換電路139係構成為與圖2的電路相異。亦即，從輸出變動檢測電路130刪除鏡電路140、150，於I-V變換電路139追加乃是疊接電晶體之PMOS電晶體503與NMOS電晶體504。
有關PMOS電晶體503，其源極被連接到PMOS電晶體111的汲極與NMOS電晶體135的汲極，其汲極被連接到PMOS電晶體111與PMOS電晶體120的閘
極、與NMOS電晶體504的汲極，其閘極被連接到輸入有第1疊接電壓Vcas1之第1疊接電壓輸入端子501。有關NMOS電晶體504，其源極被連接到PMOS電晶體136的汲極與NMOS電晶體112的汲極，其閘極被連接到輸入有第2疊接電壓Vcas2之第2疊接電壓輸入端子502。
圖6的電壓調整器，係與圖2的電路同樣，對應流動在NMOS電晶體135的電流增加PMOS電晶體120的電流，對應流動在PMOS電晶體136的電流減少PMOS電晶體120的電流。
PMOS電晶體503係設計成用以提高該汲極的電壓使得可以讓PMOS電晶體111飽和作動，也適宜設定第1疊接電壓Vcas1。亦即，於輸出端子103發生調整不足時，PMOS電晶體111的汲極電壓非常高的話，NMOS電晶體135可以藉由流動的電流使PMOS電晶體120的電流增加。
NMOS電晶體504係設計成用以提高該汲極的電壓使得可以讓NMOS電晶體112飽和作動，也適宜設定第2疊接電壓Vcas2。亦即，於輸出端子103發生過調節時，NMOS電晶體112的汲極電壓非常低的話，PMOS電晶體136可以藉由流動的電流使PMOS電晶體120的電流減少。
如以上說明，有關圖6的電壓調整器，發生在輸出電壓Vout的過調節與調整不足，係不透過以往技術般的分壓阻抗而可以直接以輸出變動檢測電路130進行
檢知。為此，電晶體的閾值的溫度變化不用以分壓電阻來做分壓比倍數化，可以減低在高溫或低溫下過調節或調整不足變大的情況，在寬廣的溫度範圍下可以改善過調節與調整不足。而且，不會發生因分壓電阻所致的延遲的緣故，可以防止發生過調節或調整不足的檢測延遲的情況，可以防止過調節或調整不足變大的情況。
更進一步，可以把在NMOS電晶體135或PMOS電晶體136流動的電流，不透過鏡電路地傳遞到PMOS電晶體120的緣故，可以比該電流更早傳遞。從而，與圖2的電路結構相比，可以快速抑制調整不足或過調節的緣故，可以縮小調整不足或過調節電壓量。
而且，在圖6的電路結構中，鏡電路140、150不為必要的緣故，也具有所謂可以小型化的效果。
如以上說明，本實施方式的電壓調整器，係可以改善在寬廣的溫度範圍下於輸出電壓Vout所發生之過調節或調整不足之狀況，使檢測過調節或調整不足的延遲時間減低，即便頻繁引起負載的電流變動也可以防止消耗電流增加。
Claims (5)
- 一種電壓調整器，係具備誤差放大器、與輸出電晶體；其特徵為：具備：輸出變動檢測電路，其係具有於閘極輸入基準電壓、於源極輸入輸出電壓之第一電晶體，且把NMOS電晶體和PMOS電晶體作為前述第一電晶體；以及I-V變換電路，其係具備閘極被電性連接到前述誤差放大器的輸出、汲極被電性連接到前述輸出電晶體的閘極之第二電晶體；輸入到前述NMOS電晶體的閘極的基準電壓，係與輸入到前述PMOS電晶體的閘極的基準電壓相比，為更大或是為相同；前述輸出變動檢測電路係在前述輸出電壓成為不規則的電壓時把流動在前述第一電晶體的電流輸出到前述I-V變換電路；前述I-V變換電路，係根據從前述誤差放大器的輸出流動到前述第二電晶體的閘極的電流、以及在第一電晶體的汲極所流動的電流，控制在前述輸出電晶體所流動的電流。
- 如請求項1之電壓調整器，其中，前述I-V變換電路，係更進一步：根據在前述第二電晶體所流動的電流，控制在前述輸出電晶體所流動的電流。
- 如請求項2之電壓調整器，其中， 前述I-V變換電路具備：第三電晶體，其係把根據在前述第二電晶體所流動的電流、與來自前述第一電晶體所流動的電流所成的電流，流動到前述輸出電晶體；前述第三電晶體，係：閘極及汲極被電性連接到前述輸出電晶體的閘極。
- 如請求項1之電壓調整器，其中，在前述第一電晶體所流動的電流，係透過鏡電路傳遞到前述I-V變換電路。
- 如請求項3之電壓調整器，其中，前述I-V變換電路，係：在前述第二電晶體與第三電晶體之間具備疊接電晶體。
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