TWI643053B - 電壓調節器 - Google Patents
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Abstract
在穩定狀態下不進行過衝之抑制而可以防止
輸出電壓之下降或輸出雜音變大的電壓調節器。
其構成具備根據輸出電壓檢測出過衝之
過衝檢測電路，和根據過衝檢測電路之輸出來控制誤差放大電路之輸出端子的過衝抑制電路，和根據誤差放大電路之輸出電壓來判別輸出電晶體之狀態的驅動狀態判別電路，驅動狀態判別電路控制過衝抑制電路之動作。
Description
本發明係關於即使電源變動亦可以使輸出電壓穩定化的電壓調節器。
針對以往之電壓調節器予以說明。圖7為表示以往之電壓調節器的電路圖。
以往之電壓調節器具備有PMOS電晶體702、703、710、106，和NMOS電晶體704、705、706、707、708、709，和基準電壓產生電路701，和電阻104、105、712，和電容711，和接地端子100，和輸出端子102，和電源端子101。
輸出端子102之輸出電壓Vout為穩定狀態之時，因電容711被充電成與輸出電壓Vout相同之電壓，故NMOS電晶體707、708之閘極電壓為0V。當輸出電壓Vout由於某些條件而急速上升，其上升電壓超過NMOS電晶體707、708之閘極臨界值電壓時，NMOS電晶體707、708成為接通。然後，當NMOS電晶體707接通
時，在NMOS電晶體707流通汲極電流。該電流被加算於以NMOS電晶體706所生成之定電流之偏壓電流而使差動放大電路之偏壓電流增加。
當輸出電壓Vout上升時，NMOS電晶體705之汲極電壓下降。此時，因偏壓電流增加，故NMOS電晶體705之汲極電流也增加，可以使被連接於NMOS電晶體705之汲極的PMOS電晶體710之閘極電容快速充電。因此，比起僅有NMOS電晶體706之時，偏壓電流可以使PMOS電晶體710快速接通。
其結果，因可以使PMOS電晶體106之閘極電壓快速上升，並可以使PMOS電晶體106之接通電阻快速增大，故可以快速抑制從電源端子101被供給之電流，並可以抑制過衝(例如，參照專利文獻1圖1)。
[專利文獻1]日本特開2009-53783號公報
但是，以往之電壓調節器即使為不太產生過衝之穩定狀態，因以被連接於輸出端子之電容檢測出過衝，故有過度檢測出過衝之傾向，有使輸出電壓之下降或
輸出雜音增大之課題。
本發明係鑑於上述課題而創作出，在穩定狀態下不進行過衝之抑制而可以防止輸出電壓之下降或輸出雜音變大的電壓調節器。
為了解決以往之課題，本發明之電壓調節器構成如下述般。
其構成具備根據輸出電壓檢測出過衝之過衝檢測電路，和根據過衝檢測電路之輸出來控制誤差放大電路之輸出端子的過衝抑制電路，和根據誤差放大電路之輸出電壓來判別輸出電晶體之狀態的驅動狀態判別電路，驅動狀態判別電路控制過衝抑制電路之動作。
本發明之電壓調節器因構成僅在非調節狀態之時抑制輸出電壓之過衝，故可以防止在通常狀態下之輸出電壓的下降或輸出雜音之增大。再者，也有可以刪減在穩定狀態下之消耗電力的效果。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102‧‧‧輸出端子
103‧‧‧差動放大電路
107‧‧‧基準電壓電路
123、131、301、512‧‧‧定電流電路
110‧‧‧過衝檢測電路
120‧‧‧驅動狀態判別電路
130‧‧‧過衝抑制電路
401‧‧‧位準偏移電路
圖1為表示第一實施型態之電壓調節器之構成的電路圖。
圖2為表示第一實施型態之電壓調節器之各節點之電壓之時間變化的圖式。
圖3為表示第二實施型態之電壓調節器之構成的電路圖。
圖4為表示第三實施型態之電壓調節器之構成的電路圖。
圖5為表示位準偏移電路之一例的電路圖。
圖6為表示位準偏移電路之另一例的電路圖。
圖7為表示以往之電壓調節器之構成的電路圖。
以下，針對本發明之實施形態參照圖面予以說明。
圖1為表示第一實施型態之電壓調節器的電路圖。
第一實施型態之電壓調節器具備有誤差放大電路103、PMOS電晶體121、131、106、NMOS電晶體141、133、基準電壓電路107、定電流電路123、131、定電壓電路113、電阻104、105、112、電容111、轉換器122、接地端子100、輸出端子102、電源端子101。以電容111、電阻112、定電壓電路113構成過衝檢測電路110。以PMOS電晶體121、定電流電路123、轉換器122構成驅動狀態判別電路120。以定電流電路131、PMOS電晶
體132、NMOS電晶體133構成過衝抑制電路130。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之連接予以說明。
差動放大電路103係反轉輸入端子被連接於基準電壓電路107之正極，非反轉輸入端子被連接於電阻104和電阻105之連接點，輸出端子被連接於PMOS電晶體106之閘極。基準電壓電路107之負極被連接於接地端子100，電阻105之另一方之端子被連接於接地端子100，電阻104之另一方之端子被連接於輸出端子102。電容111係一方之端子被連接於輸出端子102，另一方之端子被連接於NMOS電晶體133之閘極。電阻112係一方之端子被連接於NMOS電晶體133之閘極，另一方之端子被連接於定電壓電路113之正極。定電壓電路113之負極被連接於接地端子100。PMOS電晶體121係閘極被連接於誤差放大電路103之輸出端子，汲極被連接於轉換器122之輸入，源極被連接於電源端子101。定電流電路123係一方之端子被連接於轉換器122之輸入，另一方之端子被連接於接地端子100。NMOS電晶體141係閘極連接於轉換器122之輸出，汲極連被接於NMOS電晶體133之閘極，源極連接於接地端子100。NMOS電晶體133係汲極被連接於PMOS電晶體132之閘極，源極被連接於接地端子100。定電流電路131係一方之端子被連接於電源端子101，另一方之端子被連接於PMOS電晶體132之閘極。PMOS電晶體132係汲極被連接於PMOS電晶體106之閘極，源極
被連接於電源端子101。PMOS電晶體106係汲極被連接於輸出端子102，源極被連接於電源端子101。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之動作予以說明。
當電源端子101被輸入電源電壓VDD時，電壓調節器從輸出端子102輸出輸出電壓Vout。電阻104和105係分壓輸出電壓Vout，輸出反饋電壓Vfb。誤差放大電路103係比較被輸入至反轉輸入端子之基準電壓電路107的基準電壓Vref和被輸入至非反轉輸入端子之反饋電壓Vfb，以輸出電壓Vout成為一定之方式控制當作輸出電晶體動作之PMOS電晶體106之閘極電壓。
當輸出電壓Vout高於特定電壓時，反饋電壓Vfb則高於基準電壓Vref。因此，誤差放大電路103之輸出訊號(PMOS電晶體106之閘極電壓)變高，因PMOS電晶體106斷開，故輸出電壓Vout變低。再者，當輸出電壓Vout低於特定電壓時，則執行與上述相反之動作，輸出電壓Vout變高。如此一來，電壓調節器以輸出電壓Vout成為一定之方式進行動作。將被控制成該輸出電壓Vout成為一定之方式的狀態稱為穩定狀態。
當被輸入至電源端子101之電源電壓VDD還低時，輸出端子102之輸出電壓Vout輸出較特定電壓更低之電壓。將電壓調節器之該狀態稱為非調節狀態。將NMOS電晶體133之閘極設為節點N1，將NMOS電晶體141之閘極設為節點N2，將PMOS電晶體106之閘極設
為節點DRVG。
圖2為表示第一實施型態之電壓調節器之各節點之電壓之時間變化的圖式。
當電壓調節器處於非調節狀態時，輸出電壓Vout成為較特定電壓低的電壓。因此，因反饋電壓Vfb較基準電壓Vref更低，節點DRVG之電壓下降，故成為PMOS電晶體106之閘極源極間電壓大的狀態。
在此，驅動狀態判別電路120之反轉位準被設定成較穩定狀態之時的節點DRVG之電壓低的電壓。因此，因節點DRVG之電壓低於驅動狀態判別電路120之反轉位準，故欲流通PMOS電晶體121之電流較定電流電路123之電流大。而且，因轉換器122之輸入成為電源電壓VDD位準，故節點N2成為Lo位準而使NMOS電晶體141斷開，過衝抑制電路130成為可動作之狀態。
當從該狀態使得電源變動且成為穩定狀態時，在輸出電壓Vout產生如圖2所示之過衝。過衝檢測電路110係檢測出該過衝而使節點N1之電壓上升。當欲流通NMOS電晶體133之電流超過定電流電路131之電流時，PMOS電晶體132之閘極電壓下降，並使PMOS電晶體132接通，使節點DRVG之電壓上升。如此一來，因PMOS電晶體106斷開，故輸出電壓Vout之過衝被抑制。
當節點DRVG之電壓又上升而超過驅動狀態判別電路120之反轉位準時，驅動狀態判別電路120對節
點N2輸出High位準之訊號而使NMOS電晶體141接通。而且，節點N1成為Lo位準，使過衝抑制電路130之動作停止。如此一來，如圖2所示般，在穩定狀態下，過衝抑制電路130不動作，即使在輸出電壓Vout產生過衝，也不會有動作成使節點DRVG之電壓上升之情形。
如此一來，於處於穩定狀態之時，停止過衝抑制電路130之動作，僅在非調節狀態之時，使過衝抑制電路130動作而可以抑制輸出電壓Vout之過衝。再者，在穩定狀態下，因過衝抑制電路130不動作，故可以刪減在穩定狀態下之消耗電力，可以防止輸出電壓Vout之下降或輸出雜音之增大。
如上述說明般，第一實施型態之電壓調節器僅在非調節狀態之時，使過衝抑制電路動作，在穩定狀態下停止過衝抑制電路之動作而可以防止輸出電壓Vout之下降或輸出雜音之增大。再者，也有可以刪減在穩定狀態下之消耗電力。
並且，過衝檢測電路110和過衝抑制電路130雖然使用圖1之構成進行說明，但是並不限定於該構成，若為檢測出輸出電壓Vout之過衝而可以抑制之構成即使任何構成亦可。
圖3為表示第二實施型態之電壓調節器的電路圖。與圖1不同的係在NMOS電晶體141之源極和接地端子之間
追加定電流電路301之點。其他與圖1相同。
接著，針對第二實施型態之電壓調節器之動作予以說明。於電源電壓VDD變動而從非調節狀態成為穩定狀態之時，藉由使用定電流電路301使NMOS電晶體141緩和地接通，即是使節點N1緩和地成為Lo位準，可以使過衝抑制電路130之動作緩和地停止。如此一來，由於完全抑制輸出電壓Vout之過衝，故可以使過衝抑制電路130之動作停止，並可以防止在無完全抑制過衝之期間過衝抑制電路130之動作停止的情形。其他與第一實施型態相同。
如上述說明般，第二實施型態之電壓調節器僅在非調節狀態之時，使過衝抑制電路動作，在穩定狀態下停止過衝抑制電路之動作而可以防止輸出電壓Vout之下降或輸出雜音之增大。再者，也有可以刪減在穩定狀態下之消耗電力。並且，可以在無完全抑制過衝之期間使過衝抑制電路之動作停止之情形。
圖4為表示第三實施型態之電壓調節器的電路圖。與圖1不同的係在PMOS電晶體121之閘極和節點DRVG之間追加位準偏移器401之點。
圖5為表示位準偏移電路401之電路圖之一例的電路圖。位準偏移電路401係由PMOS電晶體511、連接n個二極體之阻抗元件之PMOS電晶體501至50n、
定電流電路512、輸入端子411和輸入端子412所構成。其他與圖1相同。
接著，針對第三實施型態之電壓調節器之連接予以說明。PMOS電晶體511係閘極經輸入端子411而被連接於誤差放大電路103之輸出，汲極被連接於接地端子100。串聯連接n個被二極體連接於PMOS電晶體511之源極和輸出端子412之間的PMOS電晶體501~50n。定電流電路512係一方之端子被連接於電源端子101，另一方之端子被連接於輸出端子412。其他與圖1相同。
接著，針對第三實施型態之電壓調節器之動作予以說明。當將PMOS電晶體511、從PMOS電晶體501至50n之臨界值設為Vtp時，位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間之電壓以(n+1)×|Vtp|表示。在此，n為從PMOS電晶體501至50n之個數，藉由調節個數，可以調節位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間之電壓。位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間電壓和PMOS電晶體121之臨界值電壓之和與驅動狀態判別電路120之反轉位準相同，藉由使用位準偏移電路401，可以調節驅動狀態判別電路120之反轉位準。如此一來，任意地設定使過衝抑制電路130停止之節點DRVG之電壓，而可以任意地設定抑制輸出電壓Vout之過衝後使過衝抑制電路130之動作停止之時間。
圖6為表示位準偏移電路401之其他例的電
路圖。設置有在閘極被連接於輸入端子411，汲極被連接於接地端子100，源極被連接於定電流電路512之PMOS電晶體511，和在PMOS電晶體511之源極和輸出端子412之間設置有分別的源極連接有定電流電路611~61m之PMOS電晶體601~60m。當將PMOS電晶體511、從PMOS電晶體601至60m之臨界值設為Vtp時，位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間之電壓以(m+1)×|Vtp|表示。因此，藉由調節PMOS電晶體601至60m之個數，可以調節位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間之電壓。位準偏移電路401之輸入端子411和輸出端子412間電壓和PMOS電晶體121之臨界值電壓之和與驅動狀態判別電路120之反轉位準相同，藉由使用位準偏移電路401，可以調節驅動狀態判別電路120之反轉位準。如此一來，任意地設定使過衝抑制電路130停止之節點DRVG之電壓，而可以任意地設定抑制輸出電壓Vout之過衝後使過衝抑制電路130之動作停止之時間。
並且，雖然使用圖4之NMOS電晶體141當作使過衝抑制電路130之動作停止之電晶體，但是並不限定於該構成，若為接受驅動狀態判別電路120之訊號而可以使過衝抑制電路130之動作停止之構成即使任何構成亦可。
再者，即使將圖5之二極體連接之n個PMOS電晶體501至50n置換成電阻亦可。並且，位準偏移電路
401雖然使用圖5或圖6之構成進行說明，但是並不限定於該構成，若為可以調節驅動狀態判別電路120之反轉位準的構成即使為任何構成亦可。
如上述說明般，第三實施型態之電壓調節器僅在非調節狀態之時，使過衝抑制電路動作，在穩定狀態下停止過衝抑制電路之動作而可以防止輸出電壓Vout之下降或輸出雜音之增大。再者，也有可以刪減在穩定狀態下之消耗電力。並且，可以任意設定抑制輸出電壓Vout之過衝後使過衝抑制電路之動作停止之時間。
Claims (7)
- 一種電壓調節器，具備：基準電壓電路，其使產生基準電壓；輸出電晶體，其係將輸出電壓予以輸出；誤差放大電路，其係放大並輸出將電晶體輸出之輸出電壓進行分壓後的分壓電壓和基準電壓之差，並控制上述輸出電晶體之閘極；過衝檢測電路，其係在輸入端子被輸入根據上述輸出電壓的電壓；及過衝抑制電路，其係在輸入端子被輸入上述過衝檢測電路之輸出，輸出端子被連接於上述誤差放大電路之輸出端子，該電壓調節器之特徵為具備：驅動狀態判別電路，其係輸入端子被連接於上述誤差放大電路之輸出端子，判別上述輸出電晶體之狀態；和第一電晶體，其係閘極被連接於上述驅動狀態判別電路之輸出端子，汲極被連接於上述過衝抑制電路之輸入端子，因應上述驅動狀態判別電路之輸出而使上述過衝抑制電路之動作停止。
- 如請求項1所記載之電壓調節器，其中上述第一電晶體係源極連接有第一定電流電路。
- 如請求項1或2所記載之電壓調節器，其中上述驅動狀態判別電路具備：第二電晶體，其係閘極被連接於上述誤差放大電路之輸出端子； 第二定電流電路，其係被連接於上述第二電晶體之汲極；及轉換器，輸入被連接於上述第二電晶體之汲極，輸出被連接於上述第一電晶體之閘極。
- 如請求項3所記載之電壓調節器，其中上述驅動狀態判別電路在上述誤差放大電路之輸出端子和上述第二電晶體之閘極之間具備有位準偏移電路。
- 如請求項4所記載之電壓調節器，其中上述位準偏移電路具備：第三電晶體，其係閘極被連接於位準偏移電路之輸入端子，汲極被連接於接地端子；第三定電流電路，其係一方之端子被連接於電源端子，另一方之端子被連接於上述位準偏移電路之輸出端子；及阻抗元件，其係被設置在上述第三電晶體之源極和上述第三定電流電路之另一方之端子之間。
- 如請求項5所記載之電壓調節器，其中上述阻抗元件係以電阻或被二極體連接之電晶體所構成。
- 如請求項4所記載之電壓調節器，其中上述位準偏移電路具備：第三定電流電路，其係一方之端子被連接於電源端子； 第三電晶體，其係閘極被連接於上述位準偏移電路之輸入端子，源極被連接於上述第三定電流電路之另一方之端子，汲極被連接於接地端子；第四定電流電路，其係一方之端子被連接於上述電源端子；第四電晶體，其係閘極被連接於上述第三電晶體之源極，源極被連接於上述第四定電流電路之另一方之端子；第m(m為5以上之整數)之定電流電路，其係一方之端子被連接於上述電源端子；及第m電晶體，其係閘極被連接於第m-1之電晶體之源極，源極被連接於上述第m之定電流電路之另一方之端子和上述位準偏移電路之輸出端子。
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