TWI828690B - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

本發明的電壓調節器包括：過衝檢測電路，基於輸出電壓檢測過衝；過衝抑制電路，基於過衝檢測電路的檢測訊號控制輸出電晶體的閘極電壓；狀態監視電路，監視電壓調節器的狀態；計時器電路，接收狀態監視電路的訊號並使過衝檢測電路在規定時間動作；以及計時器關閉電路，接收檢測到過衝並縮短計時器電路的計數時間。

Description

電壓調節器
本發明是有關於一種電壓調節器。
通常，電壓調節器包括過衝抑制電路，所述過衝抑制電路為了保護連接於輸出端子的負載電路而抑制輸出電壓的過衝。圖3是表示專利文獻1所記載的現有的包括過衝抑制電路的電壓調節器的電路圖。
現有的電壓調節器包含輸出電晶體5、誤差放大電路6、分壓電阻電路7、基準電壓電路8、比較電路11、偏置電路12、偏置電路310、偏置電路312、P通道金屬氧化物半導體(P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)電晶體311、PMOS電晶體315、N通道金屬氧化物半導體(N-channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)電晶體313、NMOS電晶體316、接地端子1、電源端子2、及輸出端子3。
現有的電壓調節器中由PMOS電晶體311、PMOS電晶體315、NMOS電晶體313、NMOS電晶體316、比較電路11、偏置電路12、偏置電路312構成過衝抑制電路。
現有的電壓調節器為了成為低消耗電流，將比較電路11的偏置電路12的電流設定得小，因此過衝抑制電路的響應速度 慢。因此，於藉由作為輸出電流感測電晶體的PMOS電晶體315而檢測到流入輸出電晶體的電流變多時，追加偏置電路312的電流，藉此使過衝抑制電路的響應速度快。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-67394號公報
但是，現有的電壓調節器中當為了低消耗化而減小誤差放大電路6的偏置電路310的電流時，有可能因某種條件的電源電壓的變動，而於輸出端子3產生過衝。
電源電壓VDD低且電壓調節器為非調節狀態，因而當電源電壓VDD逐漸增加時，PMOS電晶體315的汲極電流開始減少，因此比較電路11的響應速度變慢。於此種條件下，若電源電壓VDD變高，則於輸出端子3會產生過大的過衝。另外，於施加了較所期望的輸出電壓Vout足夠高的電源電壓VDD的調節狀態下的電源變動時，或者雖然圖3未圖示，藉由輸入至啟閉狀態控制端子的外部訊號而電壓調節器導通時等，於輸出端子3會產生過大的過衝。
本發明是鑒於上述課題而成，目的在於提供一種為低消耗電流並且可有效地抑制輸出電壓的過衝的電壓調節器。
本發明實施例的電壓調節器包括誤差放大器，所述誤差放大器控制輸出電晶體以使基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致，且所述電壓調節器的特徵在於包括：過衝檢測電路，基於所述輸出電壓檢測過衝；過衝抑制電路，基於所述過衝檢測電路的檢測訊號控制所述輸出電晶體的閘極電壓；狀態監視電路，監視所述電壓調節器的狀態；計時器電路，接收所述狀態監視電路的訊號並使所述過衝檢測電路在規定時間內動作；以及計時器關閉電路，接收檢測到過衝而縮短所述計時器電路的計數的所述規定時間。
根據本發明的電壓調節器，包括狀態監視電路、計時器電路及計時器關閉電路，因此為低消耗電流並且可有效地抑制輸出電壓的過衝。
1:接地端子
2:電源端子
3:輸出端子
4:控制端子
5:輸出電晶體
6:誤差放大電路
7:分壓電阻電路
8:基準電壓電路
9:NOT電路
10:過衝檢測電路
11:比較電路/放大器
12、310、312:偏置電路
13、213、223、234、313、316:NMOS電晶體
20:狀態監視電路
30:計時器電路
31、51、222:恆電流源
32、221、233:電容器
40:過衝抑制電路
41:NAND電路
42、52、311、315:PMOS電晶體
50:計時器關閉電路
100:電壓調節器
210:非調節檢測電路
211:放大器
212:恆電壓電路
220:電源變動檢測電路
230:輸入檢測電路
231:XOR電路
232:電阻
Vd:電壓
Vfb:分壓電壓
Vg:閘極電壓
Vout:輸出電壓
Vref:基準電壓
圖1是表示本發明實施方式的電壓調節器的電路圖。
圖2是表示本實施方式的電壓調節器的狀態監視電路的一例的電路圖。
圖3是表示現有(Prior Art)的電壓調節器的電路圖。
以下，參照圖式對本發明的實施方式進行說明。
圖1是表示本發明實施方式的電壓調節器的電路圖。
本實施方式的電壓調節器100包括輸出電晶體5、誤差放大電路6、分壓電阻電路7、基準電壓電路8、非(NOT)電路9、過衝檢測電路10、狀態監視電路20、計時器電路30、過衝抑制電路40、及計時器關閉電路50。
過衝檢測電路10包括放大器11、偏置電路12、及NMOS電晶體13。計時器電路30包括恆電流源31及電容器32。過衝抑制電路40包括與非(NAND)電路41及PMOS電晶體42。計時器關閉電路50包括恆電流源51及PMOS電晶體52。雖然未圖示，但控制端子4例如連接於對誤差放大電路6的偏置電路進行控制的電路，被輸入對電壓調節器100的啟閉狀態進行控制的訊號。
圖2是表示本實施方式的狀態監視電路20的一例的電路圖。
狀態監視電路20包括非調節檢測電路210、電源變動檢測電路220、及輸入檢測電路230。非調節檢測電路210包括放大器211、恆電壓電路212、及NMOS電晶體213。電源變動檢測電路220包括電容器221、恆電流源222、及NMOS電晶體223。輸入檢測電路230包括異或(XOR)電路231、電阻232、電容器233、及NMOS電晶體234。狀態監視電路20的輸出端子的電壓Vd於任一個檢測電路處於檢測狀態時成為Lo，於任一個檢測電路均處於非檢測狀態時成為高阻抗。
誤差放大電路6中，於反相輸入端子連接有基準電壓電路8的正極端子，於非反相輸入端子連接有分壓電阻電路7的輸 出端子，輸出端子連接於輸出電晶體5的閘極。輸出電晶體5的源極連接於電源端子2，汲極連接於輸出端子3。分壓電阻電路7連接於輸出端子3與接地端子1之間。
放大器11中，於非反相輸入端子連接有基準電壓電路8的正極端子，於反相輸入端子連接有分壓電阻電路7的輸出端子。偏置電路12及NMOS電晶體13串聯連接於放大器11與接地端子1之間。
狀態監視電路20中，於第一輸入端子連接有控制端子4，於第二輸入端子連接有誤差放大電路6的輸出端子，輸出端子經由計時器電路30而連接於NOT電路9的輸入端子。計時器電路30中，恆電流源31及電容器32串聯連接於電源端子2與接地端子1之間，其連接點連接於狀態監視電路20的輸出端子及NOT電路9的輸入端子。NOT電路9的輸出端子連接於NMOS電晶體13的閘極及NAND電路41的輸入端子。
NAND電路41中，於另一個輸入端子連接有放大器11的輸出端子，輸出端子連接於PMOS電晶體42的閘極。PMOS電晶體42的源極連接於電源端子2，汲極連接於輸出電晶體5的閘極。
計時器關閉電路50中，恆電流源51及PMOS電晶體52串聯連接於電源端子2與NOT電路9的輸入端子之間。PMOS電晶體52中，於閘極連接有NAND電路41的輸出端子。
放大器211中，於非反相輸入端子連接有恆電壓電路212 的正極端子，於反相輸入端子連接有誤差放大電路6的輸出端子，輸出端子連接於NMOS電晶體213的閘極。NMOS電晶體213的汲極連接於狀態監視電路20的輸出端子，源極連接於接地端子1。
電容器221及恆電流源222串聯連接於電源端子2與接地端子1之間，其連接點連接於NMOS電晶體223的閘極。NMOS電晶體223的汲極連接於狀態監視電路20的輸出端子，源極連接於接地端子1。
XOR電路231中，於其中一個輸入端子連接有第一輸入端子，於另一個輸入端子連接有串聯連接於第一輸入端子與接地端子1之間的電阻232與電容器233的連接點，輸出端子連接於NMOS電晶體234的閘極。NMOS電晶體234的汲極連接於狀態監視電路20的輸出端子，源極連接於接地端子1。
對電壓調節器100的動作進行說明。
當對電源端子2輸入電源電壓VDD，對控制端子4輸入訊號Hi時，電壓調節器100從輸出端子3輸出輸出電壓Vout。分壓電阻電路7對輸出電壓Vout進行分壓並輸出分壓電壓Vfb。誤差放大電路6對基準電壓電路8的基準電壓Vref與分壓電壓Vfb進行比較，且控制輸出電晶體5的閘極電壓，以使輸出電壓Vout成為固定。
接下來，對狀態監視電路20的輸入檢測電路230檢測到控制端子4的訊號時的電壓調節器100的動作進行說明。
於對控制端子4輸入Lo的訊號時，雖然未圖示，但誤差放 大電路6及輸出電晶體5被控制為關閉。因此，即使對電源端子2供給電源電壓VDD，電壓調節器100亦不會對輸出端子3輸出電壓。
當對控制端子4輸入Hi的訊號時，誤差放大電路6導通而控制輸出電晶體5的閘極電壓，以使輸出電壓Vout成為固定。另外，當對輸入端子輸入Hi的訊號時，輸入檢測電路230與Hi的訊號的上升同步，而於與藉由電阻232及電容器233所設定的規定的時間常數對應的期間內輸出Lo的脈衝訊號。然後，狀態監視電路20於Lo的脈衝訊號期間，使輸出端子的電壓Vd成為Lo。
計時器電路30中，當所輸入的電壓Vd成為Lo時，電容器32的電荷放電並輸出Lo，當所輸入的電壓Vd成為高阻抗時，電容器32以恆電流源31的電流開始充電，輸出電壓逐漸上升，之後成為Hi。當計時器電路30的輸出電壓成為Lo時NOT電路9輸出Hi，使NMOS電晶體13導通。因此，流動放大器11的偏置電路12的電流，因此過衝檢測電路10開始動作。另外，當NOT電路9輸出Hi時，NAND電路41使過衝檢測電路10的輸出訊號有效，因此過衝抑制電路40成為可動作狀態。
當於輸出端子3產生過衝時，輸入至放大器11的分壓電壓Vfb較基準電壓Vref高，因此過衝檢測電路10輸出表示過衝檢測的Lo訊號。過衝抑制電路40中，NAND電路41輸出Lo訊號，因此PMOS電晶體42導通而使輸出電晶體5的閘極電壓 Vg成為Hi，從而抑制輸出端子3的過衝。
此處，過衝檢測電路10及過衝抑制電路40繼續動作直至計時器電路30的輸出電壓超過NOT電路9的臨限值。計時器電路30的計數時間被設定為在某種程度上長，以便於能夠應對電源電壓逐漸增加的情況。因此，於輸入檢測電路230檢測到控制端子4的訊號時，或檢測到後述的電源電壓VDD的變動時等，狀態監視電路20於剛檢測到該些情況之後立即產生過衝的情況多，因此於過衝檢測電路10中浪費地流動電流。
計時器關閉電路50接收過衝抑制電路40的NAND電路41輸出的Lo訊號，PMOS電晶體52導通，於計時器電路30流動恆電流源51的電流。因此，藉由恆電流源31的電流及恆電流源51的電流對電容器32進行充電，因此計時器電路30的計數時間變短。即，過衝檢測電路10提前關閉，因此可成為低消耗電流。
如以上所說明般，包括輸入檢測電路230，因此即使於附帶啟閉狀態控制的電壓調節器中，亦可為低消耗電流同時有效地抑制輸出端子3的過衝。
接下來，對狀態監視電路20的電源變動檢測電路220檢測到電源變動時的電壓調節器100的動作進行說明。再者，以下將省略狀態監視電路20對輸出端子輸出Lo的電壓Vd後的說明。
當電壓調節器100於調整狀態下，電源電壓VDD急劇增高時，電源變動檢測電路220使電容器221與恆電流源222的 連接點的電壓上升而使NMOS電晶體223導通。因此，狀態監視電路20對輸出端子輸出檢測狀態下的Lo的電壓Vd。
另外，當電源電壓VDD從0V起上升到規定的電壓時，電源變動檢測電路220使電容器221與恆電流源222的連接點的電壓上升而使NMOS電晶體223導通。因此，狀態監視電路20對輸出端子輸出檢測狀態下的Lo的電壓Vd。
接下來，對狀態監視電路20的非調節檢測電路210檢測到非調節狀態時的電壓調節器100的動作進行說明。
於非調節狀態時，誤差放大電路6將輸出電晶體5的閘極電壓Vg控制為Lo，以使輸出端子3的輸出電壓Vout變高。放大器211中，對反相輸入端子輸入Lo的電壓Vg，因此從輸出端子輸出Hi的電壓而使NMOS電晶體213導通。因此，狀態監視電路20對輸出端子輸出檢測狀態下的Lo的電壓Vd。
如以上所說明般，本發明的電壓調節器100包括具有非調節檢測電路210、電源變動檢測電路220、輸入檢測電路230的狀態監視電路20，計時器電路30，及計時器關閉電路50，因此為低消耗電流同時可有效地抑制輸出電壓的過衝。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明並不限定於上述實施方式，於不脫離本發明的主旨的範圍內可進行各種變更。
例如，於上述實施方式中，以計時器關閉電路50藉由NAND電路41的輸出訊號動作的方式進行了說明，但亦可藉由比 較電路11的輸出訊號等動作。另外例如，非調節檢測電路210、電源變動檢測電路220、輸入檢測電路230，為圖2所示的電路的一例，只要為實現各自所期望的功能的電路則並不限定於此。另外例如，狀態監視電路20亦可具有非調節檢測電路210、電源變動檢測電路220及輸入檢測電路230中的任一個或兩個。
1‧‧‧接地端子
2‧‧‧電源端子
3‧‧‧輸出端子
4‧‧‧控制端子
5‧‧‧輸出電晶體
6‧‧‧誤差放大電路
7‧‧‧分壓電阻電路
8‧‧‧基準電壓電路
9‧‧‧NOT電路
10‧‧‧過衝檢測電路
11‧‧‧比較電路
12‧‧‧偏置電路
13‧‧‧NMOS電晶體
20‧‧‧狀態監視電路
30‧‧‧計時器電路
31‧‧‧恆電流源
32‧‧‧電容器
40‧‧‧過衝抑制電路
41‧‧‧NAND電路
42、52‧‧‧PMOS電晶體
50‧‧‧計時器關閉電路
51‧‧‧恆電流源
100‧‧‧電壓調節器
Vd‧‧‧電壓
Vfb‧‧‧分壓電壓
Vg‧‧‧閘極電壓
Vout‧‧‧輸出電壓

Claims (3)

  1. 一種電壓調節器，包括誤差放大器，所述誤差放大器控制輸出電晶體以使基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致，且所述電壓調節器的特徵在於包括：過衝檢測電路，基於所述輸出電壓檢測過衝；過衝抑制電路，基於所述過衝檢測電路的檢測訊號控制所述輸出電晶體的閘極電壓；狀態監視電路，監視所述電壓調節器的啟閉狀態；計時器電路，接收所述狀態監視電路的啟閉訊號並使所述過衝檢測電路在規定時間動作；以及計時器關閉電路，接收檢測到過衝而縮短所述計時器電路的計數時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中所述狀態監視電路至少包括非調節檢測電路與電源變動檢測電路中的任一者。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電壓調節器，其中所述電壓調節器具有啟閉狀態控制端子，所述狀態監視電路包括檢測所述啟閉狀態控制端子的所述啟閉訊號的輸入檢測電路。
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