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CN103677058A - 电压调节器 - Google Patents

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CN103677058A
CN103677058A CN201310401811.8A CN201310401811A CN103677058A CN 103677058 A CN103677058 A CN 103677058A CN 201310401811 A CN201310401811 A CN 201310401811A CN 103677058 A CN103677058 A CN 103677058A
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Abstract

本发明提供一种能够抑制在非调节状态下当电源波动时在输出电压中产生过大的过冲的情况的电压调节器。电压调节器具备：误差放大电路，该误差放大电路将基准电压与分压电压之差放大并控制输出晶体管的栅极；放大器，该放大器比较基准电压与分压电压并检测输出电压的过冲；第一晶体管，该第一晶体管流动与流入输出晶体管的电流成比例的电流；电流镜电路，该电流镜电路将与流入输出晶体管的电流成比例的电流镜像；以及第一偏置电路，该第一偏置电路经由电流镜电路而连接于放大器，使放大器的偏置电流增加并使响应速度增加。

Description

电压调节器
技术领域
本发明涉及电压调节器（voltage regulator）的过冲(overshoot)抑制电路。
背景技术
对现有的电压调节器进行说明。图5是示出现有的电压调节器的电路图。
现有的电压调节器具备误差放大电路104、放大器110、偏置电路108以及111、基准电压电路109、PMOS晶体管114以及105、电阻106以及107。
PMOS晶体管105连接于电源端子101与输出端子103之间。输出反馈电压的电阻106以及107连接于输出端子103与接地端子100之间。在误差放大电路104中，在反相输入端子连接基准电压电路109，在同相输入端子输入反馈电压，输出端子连接于PMOS晶体管105的栅极。偏置电路108对误差放大电路104供应工作电流。PMOS晶体管114连接于电源端子101与PMOS晶体管105的栅极之间。在放大器110中，在同相输入端子连接基准电压电路109，在反相输入端子输入反馈电压，输出端子连接于PMOS晶体管114的栅极。偏置电路111对放大器110供应工作电流。
放大器110将输入的反馈电压与在基准电压电路109中产生的基准电压进行比较。当反馈电压比基准电压低时，放大器110输出Hi信号并使PMOS晶体管114截止。在输出端子103的电压中产生过冲，当反馈电压变得比基准电压高时，放大器110输出Lo信号并使PMOS晶体管114导通。
现有的电压调节器如此动作而能够防止输出端子103的电压的过冲变大的情况(例如，参照专利文献1)。
专利文献
专利文献1：日本特开2005-301439号公报。
发明内容
然而，现有的电压调节器存在如下问题，即在电源电压较低、并且输出端子103输出比设定的输出电压低的电压的状态(以下成为非调节状态)下，当电源电压波动时在输出端子103中产生过大的过冲。
本发明鉴于上述问题而完成，提供如下电压调节器，其能够抑制在非调节状态下当电源波动时在输出端子103中产生过大的过冲的情况。
为了解决现有的问题，本发明的电压调节器采用如下构成。
一种电压调节器，具备：误差放大电路，该误差放大电路将基准电压与分压电压之差放大并控制输出晶体管的栅极；放大器，该放大器比较分压电压与基准电压并检测输出电压的过冲；第一晶体管，该第一晶体管流动与流入输出晶体管的电流成比例的电流；电流镜电路，该电流镜电路将与流入输出晶体管的电流成比例的电流镜像；以及第一偏置电路，该第一偏置电路经由电流镜电路而连接于放大器，使放大器的偏置电流增加并使响应速度增加。
本发明的具备过冲抑制电路的电压调节器能够抑制如下情况，即在因为非调节状态而产生电源波动时，在输出端子的电压中产生过冲的情况。
附图说明
图1是示出第一实施方式的电压调节器的电路图；
图2是示出第二实施方式的电压调节器的电路图；
图3是示出第三实施方式的电压调节器的电路图；
图4是示出第四实施方式的电压调节器的电路图；
图5是示出现有的电压调节器的电路图；
图6是示出第五实施方式的电压调节器的电路图；
图7是示出第六实施方式的电压调节器的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
图1是第一实施方式的电压调节器的电路图。
第一实施方式的电压调节器包括：作为输出晶体管的PMOS晶体管105、误差放大电路104、电阻106以及107、偏置电路108、基准电压电路109、放大器110、偏置电路111以及112、PMOS晶体管114以及115、NMOS晶体管113以及116、接地端子100、输出端子103、以及电源端子101。
接下来，对第一实施方式的电压调节器的连接进行说明。
在误差放大电路104中，反相输入端子连接于基准电压电路109的一个端子，同相输入端子连接于电阻106和107的连接点。在误差放大电路108中，一个端子连接于误差放大电路104，另一个端子连接于接地端子100。在放大器110中，同相输入端子连接于基准电压电路109的一个端子，反相输入端子连接于电阻106和107的连接点。在偏置电路111中，一个端子连接于放大器110，另一个端子连接于接地端子100。关于PMOS晶体管105，栅极连接于误差放大电路104的输出端子，源极连接于电源端子101，漏极连接于输出端子103。电阻106以及107连接于输出端子103与接地端子100之间。关于PMOS晶体管114，栅极连接于放大器110的输出端子，源极连接于电源端子101，漏极连接于PMOS晶体管105的栅极。关于PMOS晶体管115，栅极连接于误差放大电路104的输出端子，源极连接于电源端子101。关于NMOS晶体管116，栅极和漏极连接于PMOS晶体管115的漏极，源极连接于接地端子100。关于NMOS晶体管113，栅极连接于NMOS晶体管116的栅极以及漏极，漏极连接于放大器110和偏置电路111的连接点，源极连接于偏置电路112的一个端子。偏置电路112的另一个端子连接于接地端子100。
接下来，对第一实施方式的电压调节器的动作进行说明。
当电源电压VDD输入电源端子101时，电压调节器从输出端子103输出输出电压Vout。电阻106和107将输出电压Vout分压，并输出分压电压Vfb。误差放大电路104，将基准电压电路109的基准电压Vref与分压电压Vfb进行比较，以输出电压Vout恒定的方式控制PMOS晶体管105的栅极电压。
若输出电压Vout比既定电压高，则分压电压Vfb变得比基准电压Vref高。从而，误差放大电路104的输出信号(PMOS晶体管105的栅极电压)变高，PMOS晶体管105由于截止故输出电压Vout变低。另外，若输出电压Vout比既定电压低，则进行与上述相反的动作，输出电压Vout变高。如此，电压调节器以使输出电压Vout恒定的方式进行动作。
在此，当电源电压VDD输入电源端子101，且电源电压VDD尚处于较低时，输出端子103的电压处于比既定电压低的状态，即电压调节器处于非调节状态。在非调节状态时，由于输出端子103的输出电压Vout比既定电压低，故误差放大电路104以输出端子103的电压变高的方式，对PMOS晶体管105的栅极输出信号Lo。由于PMOS晶体管115与PMOS晶体管105处于电流镜的关系，故同样地被输入信号Lo，导通并有电流流动。NMOS晶体管116和NMOS晶体管113构成电流镜电路，通过NMOS晶体管116流动来自PMOS晶体管115的电流，电流流入NMOS晶体管113。偏置电路112限制流入NMOS晶体管113的电流，即使流入PMOS晶体管115的电流增加，流入NMOS晶体管113的电流也保持与偏置电路112所流动的电流相同。如此，偏置电路112的电流作为放大器110的偏置电流而流动，能够实现放大器110的高速响应。
当电源电压VDD超过输出电压的既定电压而急剧变化时，由于PMOS晶体管105导通，故较大的电流流入PMOS晶体管105，使电压调节器的输出端子103产生较大的过冲。当产生过冲时，放大器110由于反相输入端子的分压电压Vfb变得比基准电压Vref高，故对PMOS晶体管114的栅极输出信号Lo。而且，由于放大器110处于能够高速响应的状态，故能够迅速地检测出过冲，对PMOS晶体管114的栅极迅速地输出信号Lo。如此，PMOS晶体管114导通，PMOS晶体管105的栅极的电压上升。如此，防止电压调节器的输出端子103的过冲。
如以上所说明地，第一实施方式的电压调节器通过在非调节状态时增加放大器110的偏置电流，从而能够在输出端子103中产生过冲时，迅速地检测出过冲并防止非调节状态下的过冲。
<第二实施方式>
图2是第二实施方式的电压调节器的电路图。与图1的不同在于作为PMOS晶体管114的替代而设置了NMOS晶体管201和偏置电路202以及反相器203这一点。NMOS晶体管201和偏置电路202与偏置电路108并联连接，将反相器203的输出连接于NMOS晶体管201的栅极，将放大器110的输出连接于反相器203的输入。
接下来，对第二实施方式的电压调节器的动作进行说明。通常状态的动作由于与第一实施方式的电压调节器相同故省略。另外，由于非调节状态下的过冲的检测动作也同样故也省略。
第二实施方式的电压调节器在放大器110因分压电压Vfb的波动而检测出过冲时，经由反相器203输出使NMOS晶体管201导通的信号。而且，偏置电路202连接于误差放大电路104，能够增加误差放大电路104的偏置电流。
误差放大电路104为了减少该过冲，输出与电源电压接近水平的电压并欲使PMOS晶体管105截止地动作。由于误差放大电路104的偏置电流增加，故输出的驱动电流增加，将PMOS晶体管105的栅极电容充电的时间缩短，能够立刻截止PMOS晶体管105。如此，第二实施方式的电压调节器能够防止过冲。
如以上所说明地，第二实施方式的电压调节器通过在非调节状态时增加放大器110的偏置电流，能够在输出端子103中产生过冲时，迅速地检测出过冲并增加误差放大电路104的驱动电流。而且，能够迅速地控制PMOS晶体管105，防止非调节状态下的过冲。
<第三实施方式>
图3是第三实施方式的电压调节器的电路图。与图2的不同在于设置了反相器301和PMOS晶体管302这一点。关于PMOS晶体管302，在栅极上经由反相器301、203而连接放大器110的输出，将漏极连接于PMOS晶体管105的栅极，将源极连接于电源端子101。
接下来，对第三实施方式的电压调节器的动作进行说明。通常状态的动作由于与第一实施方式的电压调节器相同故省略。另外，由于非调节状态下的过冲的检测动作也同样故也省略。
第三实施方式的电压调节器在放大器110因分压电压Vfb的波动而检测出过冲时，经由反相器203输出使NMOS晶体管201导通的信号。而且，偏置电路202连接于误差放大电路104，能够增加误差放大电路104的偏置电流。
误差放大电路104为了减少该过冲，输出与电源电压接近水平的电压并欲使PMOS晶体管105截止地动作。由于误差放大电路104的偏置电流增加，故驱动电流增加，将PMOS晶体管105的栅极电容充电的时间缩短，能够立刻截止PMOS晶体管105。而且，PMOS晶体管302经由反相器301而接收放大器110的信号，将PMOS晶体管105的栅极控制为与电源电压接近水平的电压。如此，第三实施方式的电压调节器能够防止过冲。
如以上所说明地，第三实施方式的电压调节器通过在非调节状态时增加放大器110的偏置电流，能够在输出端子103中产生过冲时，迅速地检测出过冲并增加误差放大电路104的驱动电流，并且使PMOS晶体管302导通。而且，能够迅速地控制PMOS晶体管105，防止非调节状态下的过冲。
此外，NMOS晶体管201和PMOS晶体管302，只要接收放大器110的信号后导通即可，这些控制方法不受该电路限制。
<第四实施方式>
图4是第四实施方式的电压调节器的电路图。与图3的不同在于在反相器203的输出与NMOS晶体管201的栅极之间设置了延迟电路401这一点。延迟电路401优选延迟解除的电路。
第四实施方式的电压调节器在过冲收敛，放大器110输出解除信号时，在PMOS晶体管302截止之后，由于延迟电路401的作用，在一定时间后NMOS晶体管201截止。从而，由于过冲收敛后短暂期间误差放大电路104的输出的驱动电流较高，故将PMOS晶体管105的栅极控制为适当的电压的时间缩短。从而，能够防止在过冲收敛之后，产生下冲(undershoot)。
如以上所说明地，第四实施方式的电压调节器通过在非调节状态时增加放大器110的偏置电流，能够在输出端子103中产生过冲时，迅速地检测出过冲并防止非调节状态下的过冲，并且防止在过冲收敛之后的下冲的产生。
<第五实施方式>
图6是第五实施方式的电压调节器的电路图。与图1的不同在于设置了NMOS晶体管602、电阻603、OR电路604这一点。关于NMOS晶体管602，栅极连接于NMOS晶体管116的栅极以及漏极，漏极连接于电阻603和OR电路604的第一输入端子，源极连接于接地端子100。电阻603的另一个端子连接于电源端子101。关于OR电路604，第二输入端子连接于放大器110的输出端子，输出端子连接于PMOS晶体管114的栅极。
接下来，对第五实施方式的电压调节器的动作进行说明。通常状态的动作由于与第一实施方式的电压调节器相同故省略。由于在非调节状态下低电平（Lo）的信号输入PMOS晶体管115的栅极，故PMOS晶体管115导通并有电流流动。NMOS晶体管116和NMOS晶体管113、602构成电流镜电路，通过NMOS晶体管116流动来自PMOS晶体管115的电流，电流流入NMOS晶体管113、602。偏置电路112限制流入NMOS晶体管113的电流，即使流入PMOS晶体管115的电流增加，流入NMOS晶体管113的电流也保持与偏置电路112所流动的电流相同。如此，关于放大器110，由于偏置电路111和112的电流作为偏置电流而流动，故能够实现高速响应。另外，低电平的信号输入OR电路604的第一输入端子。
此时，若在电压调节器的输出端子103中产生过冲时，放大器110由于反相输入端子的分压电压Vfb变得比基准电压Vref高，故对OR电路604的第二输入端子输出低电平的信号。如此，从OR电路604的输出端子输出低电平的信号，使PMOS晶体管114导通并将PMOS晶体管105的栅极控制为与电源电压接近水平的电压。如此，防止电压调节器的输出端子103的过冲。
当非调节状态解除时，在PMOS晶体管115中流动与连接于输出端子103的负载对应的电流，NMOS晶体管602也流动与负载对应的电流。当流动与连接于输出端子103的负载对应的电流时，NMOS晶体管116、602的电流镜电路由于以变得比电阻603所流动的电流小的方式设置镜像比，故高电平（High）的信号输入OR电路的第一输入端子且高电平的信号输出至OR电路604的输出。如此，能够使PMOS晶体管114截止，迅速地向通常状态的动作转移，以仅在从非调节状态波动时防止过冲的方式使其动作。另外，由于迅速地向通常动作转移，故能够防止在防过冲后产生下冲。
此外，虽未图示，但采用如图2那样将OR电路604的输出经由反相器而连接于NMOS晶体管201的栅极，在检测出过冲时，偏置电路202连接于误差放大电路104，增加误差放大电路104的偏置电流来防止过冲的构成也可。另外，第五实施方式的电压调节器只要能够仅在非调节状态时防止过冲即可，这些的控制方法不受该电路限定。
如以上所说明地，第五实施方式的电压调节器能够仅在非调节状态下防止过冲。而且，能够防止在防过冲后产生的下冲。
<第六实施方式>
图7是第六实施方式的电压调节器的电路图。与图6的不同在于删除了NMOS晶体管116并设置了电阻701这一点。关于NMOS晶体管602，栅极连接于电阻701和PMOS晶体管115的漏极和NMOS晶体管113的栅极，漏极连接于电阻603和OR电路604的第一输入端子，源极连接于接地端子100。电阻701的另一个端子连接于接地端子100。
接下来，对第六实施方式的电压调节器的动作进行说明。通常状态的动作由于与第一实施方式的电压调节器相同故省略。由于在非调节状态下低电平的信号输入PMOS晶体管115的栅极，故PMOS晶体管115导通并有电流流动。由于PMOS晶体管115的电流而在电阻701中产生电压，NMOS晶体管602和NMOS晶体管113的栅极变为高电平，使NMOS晶体管602和NMOS晶体管113导通。如此，偏置电路112连接于放大器110，由于放大器110的偏置电流增加，故放大器110变得能够进行高速响应，低电平的信号输入OR电路604的第一输入端子。
此时，若在电压调节器的输出端子103中产生过冲，放大器110由于反相输入端子的分压电压Vfb变得比基准电压Vref高，故对OR电路604的第二输入端子输出低电平的信号。如此，从OR电路604的输出端子输出低电平的信号，使PMOS晶体管114导通并将PMOS晶体管105的栅极控制为与电源电压接近水平的电压。如此，防止电压调节器的输出端子103的过冲。
当非调节状态解除时，PMOS晶体管115截止，使NMOS晶体管602截止，高电平的信号输入OR电路604的第一输入端子且高电平的信号输出至OR电路604的输出。如此，使PMOS晶体管114截止，迅速地向通常状态的动作转移，能够以仅在非调节状态时防止过冲的方式使其动作。另外，由于迅速地向通常动作转移，故能够防止在防过冲后产生下冲。
此外，虽未图示，但采用如图2那样将OR电路604的输出经由反相器而连接于NMOS晶体管201的栅极，在检测出过冲时，偏置电路202连接于误差放大电路104，增加误差放大电路104的偏置电流来防止过冲的构成也可。第六实施方式的电压调节器只要能够仅在非调节状态时防止过冲即可，这些的控制方法不受该电路限定。
如以上所说明地，第六实施方式的电压调节器能够仅在非调节状态下防止过冲。而且，能够防止在防过冲后产生的下冲。
符号说明
100 接地端子
101 电源端子
103 输出端子
104 误差放大电路
108、111、112、202 偏置电路
110 放大器
203、301 反相器
401 延迟电路
604 OR电路。

Claims (9)

1. 一种电压调节器，具备：
误差放大电路，所述误差放大电路将基准电压与将输出晶体管所输出的输出电压分压后的分压电压之差放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；以及
放大器，所述放大器比较所述基准电压与所述分压电压，检测所述输出电压的过冲，
所述电压调节器的特征在于，具备：
第一晶体管，所述第一晶体管流动与流入所述输出晶体管的电流成比例的电流；
第一电流镜电路，所述第一电流镜电路将与流入所述输出晶体管的电流成比例的电流镜像；以及
第一偏置电路，所述第一偏置电路经由所述第一电流镜电路连接于所述放大器，使所述放大器的偏置电流增加并使响应速度增加。
2. 根据权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第二晶体管，所述第二晶体管连接于所述放大器的输出；以及
第二偏置电路，所述第二偏置电路经由所述第二晶体管而连接于所述误差放大电路，使所述误差放大电路的输出的驱动电流增加。
3. 根据权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，
在所述放大器的输出与所述第二晶体管之间具备延迟电路。
4. 根据权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第三晶体管，所述第三晶体管通过所述放大器的输出控制所述输出晶体管的栅极电压。
5. 根据权利要求3所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第三晶体管，所述第三晶体管通过所述放大器的输出控制所述输出晶体管的栅极电压。
6. 根据权利要求1至5的任一项所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第二电流镜电路，所述第二电流镜电路将与流入所述输出晶体管的电流成比例的电流镜像，检测非调节状态；以及
逻辑电路，被输入所述第二电流镜电路的输出信号和所述放大器的输出信号，
所述逻辑电路在所述非调节状态时输出所述放大器的输出信号。
7. 一种电压调节器，具备：
误差放大电路，所述误差放大电路将基准电压与将输出晶体管所输出的输出电压分压后的分压电压之差放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；以及
放大器，所述放大器比较所述基准电压与所述分压电压，检测所述输出电压的过冲，
所述电压调节器的特征在于，具备：
第一晶体管，所述第一晶体管流动与流入所述输出晶体管的电流成比例的电流；
电阻，所述电阻通过来自所述第一晶体管的电流而产生电压；
第一偏置电路，所述第一偏置电路经由通过产生于所述电阻的电压而导通的第二晶体管与所述放大器连接，使所述放大器的偏置电流增加并使响应速度增加；
第三晶体管，所述第三晶体管通过产生于所述电阻的电压而导通，检测非调节状态；以及
逻辑电路，被输入所述第三晶体管的输出信号和所述放大器的输出信号，
所述逻辑电路在所述非调节状态时输出所述放大器的输出信号。
8. 根据权利要求7所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第四晶体管，被输入所述逻辑电路的输出信号，通过所述逻辑电路的输出信号控制所述输出晶体管的栅极电压。
9. 根据权利要求7或8所述的电压调节器，其特征在于，具备：
第五晶体管，所述第五晶体管与所述逻辑电路的输出连接；以及
第二偏置电路，所述第二偏置电路经由所述第五晶体管而与所述误差放大电路连接，使所述误差放大电路的输出的驱动电流增加。
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