TWI411904B - Voltage regulator - Google Patents

Description

電壓調整器

本發明，係有關於輸出定電壓之電壓調整器，更詳細而言，係當在輸出端子處流動有過電流時，將輸出電流限制為較小而對電路作保護之過電流保護電路。

電壓調整器，係作為各種之電子機器的電路之電壓供給源而被利用。電壓調整器之功能，係為不隨輸入端子之電壓變動而改變，並於輸出端子處輸出一定的電壓，但是，當從輸出端子而供給至負載處之電流增加，並超過最大電流時，將輸出電流縮小而對電路作保護之過電流保護係亦為重要(例如，參考專利文獻1)。

圖5，係為展示具備有過電流保護電路之電壓調整器的電路圖。具備有先前記錄之過電流保護電路的電壓調整器，係由將輸出端子VOUT之電壓作分壓的輸出電壓分壓電路2、和輸出基準電壓之基準電壓電路3、和將分壓電壓與基準電壓作比較之誤差放大器4、和經由誤差放大器4之輸出電壓而被控制的輸出電晶體1、以及過電流保護電路100所成。過電流保護電路100，係由與輸出電晶體1並聯連接之身為輸出電流檢測電路的輸出電流檢測電晶體5、和檢測電阻6、和構成經由檢測電阻6之電壓而被控制之輸出電流限制電路的電晶體7、和電阻8、以及輸出電流控制電晶體9所構成。

上述一般之過電流保護電路100，係具備有如同下述一般地動作而保護電路免於受到過電流影響之功能。

當輸出端子VOUT之輸出電流增加的情況時，比例於輸出電流之檢測電流，係流動於輸出電流檢測電晶體5處。藉由此檢測電流之在電阻6處的流動，電晶體7之閘極－源極間電壓係上升。於此，若是在輸出端子VOUT處流動有過電流，並經由與其相比例之檢測電流而使電晶體7之閘極－源極間電壓超過了臨限值電壓，則在電晶體7處係流動有汲極電流。故而，輸出電流控制電晶體9之閘極－源極間電壓係降低，並經由在輸出電流控制電晶體9處流動汲極電流，而使輸出電晶體1之閘極－源極間電壓上升。由於係經由如此這般而使回饋起作用，來以使輸出電流檢測電晶體5之汲極電流成為一定的方式而控制輸出電晶體1之閘極，因此，輸出電流之增加係被抑制。

然而，過電流保護電路100之輸出電流檢測電晶體5，由於汲極電壓係因應於輸入電壓而變化，因此，由於通道長度調變效應(Channel－Length Modulation Effect)，其與輸出電晶體1間之電流的關係會崩潰，而具有使過電流之檢測精確度劣化的問題點。

故而，過電流保護電路100，係有必要將輸出電流檢測電晶體5之汲極(點A)的電壓V_A ，設為與輸出電晶體1之汲極(點B)的電壓V_B 相同，作為用以達成此之電路，係使用電流鏡電路。

以下，對該動作作說明。經由與輸出電流檢測電晶體 5相同尺寸之電晶體11，而流動與檢測電流相同量之電流。藉由以第1電流鏡電路而使該電流折返並流動於構成第2電流鏡電路之電晶體14、15以及16處，將點A之電壓V_A 設為與點B之電壓V_B 相同之電壓。

[專利文獻1]日本特開2003－29856號公報

然而，使用上述電流鏡電路之電路，由於係使與檢測電流相同之電流，在電晶體11、15、12與電晶體14、13之2個的路徑處流動，因此，係有消耗電流變多之缺點。

本發明，係為用以解決上述一般之課題而考案者，而係為不使消耗電流增加即可實現檢測精確度良好之過電流保護電路者。

為了解決先前之課題，具備有本發明之過電流保護電路的電壓調整器，係如同下述一般而構成。

(1)一種電壓調整器，其特徵為：過電流保護電路，係具備有：輸出電流檢測電晶體，係藉由誤差放大電路之輸出電壓而被控制，並流動檢測電流；和檢測電阻，係經由檢測電流而產生檢測電壓；和輸出電流限制電路，係藉由檢測電阻之電壓而被控制，並控制輸出電晶體之閘極電壓；和穩壓串級電路(Regurated Cascode Circuit)，係被連接於輸出電晶體之汲極與輸出電流檢測電晶體之汲極之間，並使輸出電晶體之汲極電壓與輸出電流檢測電晶體之汲極電壓成為相等。穩壓串級電路之動作電流，係經由以誤差放大電路之輸出電壓所控制的動作電流供給電晶體而被供給。

(2)一種電壓調整器，其特徵為，穩壓串級電路，係更進而具備有與動作電流供給電晶體串聯連接之電流限制電路，並經由電流限制電路而對動作電流之上限作限制。

(3)一種電壓調整器，其特徵為，穩壓串級電路，係更進而具備有與動作電流供給電晶體並聯連接之最低動作電流供給電路，並經由最低動作電流供給電路而補償動作電流。

若藉由本發明之具備有過電流保護電路的電壓調整器，則由於為了將輸出電流檢測電晶體5之汲極(點A)的電壓V_A ，設為與輸出電晶體1之汲極(點B)的電壓V_B 相同，係使用有穩壓串級電路，因此，相較於電流鏡電路，電流係在1個的路徑中流動，故而具備有能夠減低消耗電流的效果。

進而，就算是成為了超過穩壓串級電路所需要的動作電流一般之過電流狀態，亦由於係對動作電流作了限制，因此，成為不會流動有不必要之電流，而具有能夠更加減 少消耗電流的效果。

進而，就算是成為了低於穩壓串級電路所需要的動作電流一般之狀態，亦由於能夠供給最低動作電流，因此，穩壓串級電路之動作係不會成為不安定，而具有能夠維持檢測精確度的效果。

圖1，係為本實施形態之電壓調整器的電路圖。

本實施形態之電壓調整器，係具備有輸出電壓分壓電路2、和基準電壓電路3、和誤差放大器4、和P型MOS電晶體之輸出電晶體1、和過電流保護電路110。

輸出電壓分壓電路2，係將輸出端子VOUT之電壓作分壓，並輸出分壓電壓。誤差放大器4，係將基準電壓電路3所輸出之基準電壓，與分壓電壓作比較。輸出電晶體1，係經由誤差放大器4之輸出電壓而被控制，並具備有將輸出端子VOUT之電壓保持於一定之功能。過電流保護電路110，係對流動於輸出端子VOUT之電流作監視，並具備有若是檢測出過電流，則使輸出電晶體1之電流減少的功能。

輸出電壓分壓電路2，係將輸入端子與輸出端子VOUT相連接，並將輸出端子與誤差放大器4之非反轉輸入端子相連接。基準電壓電路3，係將輸出端子連接於誤差放大器4之反轉輸入端子。誤差放大器4，係將輸出端子連接於輸出電晶體1之閘極。輸出電晶體1，係將源極 連接於輸入電源，並將汲極連接於輸出端子VOUT。過電流保護電路110，係將2個輸入端子中之其中一方的輸入端子連接於誤差放大器4之輸出端子，並將另外一方之輸入端子連接於輸出端子VOUT，而將輸出端子連接於輸出電晶體1之閘極。

過電流保護電路110，係具備有P型MOS電晶體之輸出電流檢測電晶體5、和檢測電阻6、和輸出電流限制電路111、和穩壓串級電路112。輸出電流限制電路111，係具備有N型MOS電晶體之電晶體7、和電阻8、以及P型MOS電晶體之輸出電流控制電晶體9。穩壓串級電路112，係具備有誤差放大電路20、和P型MOS電晶體之電晶體16。在誤差放大電路20之電源端子處，係連接有P型MOS電晶體之動作電流供給電晶體21。又，藉由輸出電流檢測電晶體5與檢測電阻6，而構成輸出電流檢測電路。

由於輸出電流檢測電晶體5與輸出電晶體1之閘極係被連接，因此，其各別之汲極電流係成比例。檢測電阻6，係經由輸出電流檢測電晶體5之汲極電流而產生電壓。輸出電流限制電路111，係經由在檢測電阻6處所產生之電壓，而控制輸出電晶體1之閘極電壓。穩壓串級電路112，係具備有將輸出電流檢測電晶體5之汲極(點A)的電壓V_A ，保持為與輸出電晶體1之汲極(點B)的電壓V_B 相同之功能。動作電流供給電晶體21，係對穩壓串級電路112之誤差放大電路20供給動作電流。

輸出電流檢測電晶體5，係將閘極與汲極與輸出電晶體1共通連接，並將汲極連接於電晶體16之源極。電晶體16之汲極，係經由檢測電阻6而連接於GND。電晶體16之汲極與檢測電阻6之連接點，係被連接於電晶體7之閘極。電晶體7之汲極，係經由電阻8而被連接於輸入電源。輸出電流控制電晶體9，係將閘極連接於電晶體7之汲極與電阻8之連接點，並將源極連接於輸入電源，而將汲極連接於誤差放大器4之輸出端子。誤差放大電路20，係將非反轉輸入端子連接於輸出端子VOUT，並將反轉輸入端子連接於輸出電流檢測電晶體5之汲極，而將輸出端子連接於電晶體16之閘極。動作電流供給電晶體21，係將源極連接於輸入電源，並將汲極連接於誤差放大電路20之電源端子，而將閘極連接於誤差放大電路20之輸出端子。

上述一般之過電流保護電路110，係具備有如同下述一般地動作而保護電路免於受到過電流影響之功能。

當輸出端子VOUT之輸出電流增加的情況時，比例於輸出電流之檢測電流，係流動於輸出電流檢測電晶體5處。藉由此檢測電流之在電阻6處的流動，電晶體7之閘極－源極間電壓係上升。於此，若是在輸出端子VOUT處流動有過電流，並經由與其相比例之檢測電流而使電晶體7之閘極－源極間電壓更加上升，並超過了N型MOS電晶體之電晶體7的臨限值電壓，則電晶體7之汲極電流係經由電阻8而流動。經由電晶體7之汲極電流在電阻8中流 動，輸出電流控制電晶體9之閘極－源極間電壓係降低，並成為在P型MOS電晶體之輸出電流控制電晶體9處流動汲極電流。故而，輸出電流控制電晶體9之汲極電壓係上升，並使輸出電晶體1之閘極－源極間電壓上升。由於係經由如此這般而使回饋起作用，來對電晶體1之閘極電壓作控制，因此，輸出電流之增加係被抑制。

於此，穩壓串級電路112係如同以下一般的動作。被輸入至非反轉輸入端子處之輸出電晶體1的汲極電壓V_B ，若是成為較被輸入至反轉輸入端子之輸出電流檢測電晶體5的汲極電壓V_A 為更高，則誤差放大電路20之輸出電壓係變高。由於P型MOS電晶體之電晶體16的閘極電壓變高，而斷路電阻變高，因此，輸出電流檢測電晶體5之汲極電壓V_A 係變高。相反的，被輸入至非反轉輸入端子處之電壓V_B ，若是成為較被輸入至反轉輸入端子之電壓V_A 為更低，則誤差放大電路20之輸出電壓係變低。由於P型MOS電晶體之電晶體16的閘極電壓變低，而斷路電阻變低，因此，輸出電流檢測電晶體5之汲極電壓V_A 係變低。如上述一般，誤差放大電路20，係以使V_A ＝V_B 、亦即是使輸出電晶體與輸出電流檢測電晶體5之汲極的電壓成為相等的方式，而控制電晶體16之閘極。故而，由於輸出電流檢測電晶體5與輸出電晶體1係恆常成為在相同的狀態下動作，因此，能夠提昇過電流之檢測精確度。

動作電流供給電晶體21之閘極，由於係與輸出電晶 體1之閘極相連接，因此，誤差放大電路20之動作電流，係比例於輸出電晶體1在負載處所流動之電流。

當過電流保護電路110不需要起作用、亦即是輸出電晶體1所流動之電流為少時，過電流保護電路110之動作電流亦為少，而當過電流保護電路110有必要起作用、亦即是輸出電晶體1所流動之電流為多時，過電流保護電路110之動作電流亦變多。

如以上所記載一般，本實施形態之電壓調整器的過電流保護電路，由於作為用以使電壓V_A 與電壓V_B 成為相同的電路，係使用有穩壓串級電路112，因此，流動於該電路之電流，係僅有流動於穩壓串級電路112處之動作電流的1個路徑，相較於使用有電流鏡電路之先前技術，係成為能夠使消耗電流變少。

於圖2中，展示其他實施形態之電壓調整器的電路圖。圖2之電壓調整器，係成為具備有對穩壓串級電路112之誤差放大電路20的動作電流設置上限的動作電流上限電路121之構成。動作電流上限電路121，係與對誤差放大電路20供給動作電流之動作電流供給電晶體21串聯連接。，

動作電流上限電路121，例如係可藉由於閘極處連接有偏壓電壓源23之P型MOS電晶體的電晶體22來構成。以使電晶體22之汲極電流成為誤差放大電路20之動作電流的上限之方式，來設定偏壓電壓源23之電壓。

藉由如此這般地來構成過電流保護電路，就算是成為 了動作電流供給電晶體21所流動之電流超過了穩壓串級電路112所需要的動作電流一般之過電流狀態，亦由於係經由動作電流上限電路121而對電流作了限制，因此，成為不會流動有不必要之電流，而能夠實現更加減少消耗電流之過電流保護電路。

於圖3中，展示其他實施形態之電壓調整器的電路圖。圖3之電壓調整器，係成為具備有對穩壓串級電路112之誤差放大電路20的動作電流設置下限的動作電流下限電路131之構成。動作電流下限電路131，係與對誤差放大電路20供給動作電流之動作電流供給電晶體21並聯連接。

動作電流下限電路131，例如係可藉由於閘極處連接有偏壓電壓源25之P型MOS電晶體的電晶體24來構成。以使電晶體24之汲極電流成為誤差放大電路20之動作電流的下限之方式，來設定偏壓電壓源25之電壓。

藉由如此這般地來構成過電流保護電路，就算是成為了動作電流供給電晶體21所流動之電流低於穩壓串級電路112所需要的動作電流一般之狀態，亦由於係經由動作電流下限電路131而能夠供給最低動作電流，因此，穩壓串級電路112之動作係不會成為不安定，且輸出電流檢測電晶體5與輸出電晶體1係恆常以相同之狀態而動作，因此能夠維持檢測精確度。

進而，亦可如圖4所示之其他實施形態的電壓調整器一般，設為具備有動作電流上限電路121與動作電流下限 電路131之兩者的構成。

藉由如此這般地構成過電流保護電路，由於係具備有兩者之電路的優點，因此，檢測精確度係為佳，而能夠實現消耗電流更少之過電流保護電路。

如以上所說明一般，若藉由本實施形態之電壓調整器的過電流保護電路，則由於輸出電流檢測電晶體5與輸出電晶體1係恆常以相同之狀態而動作，因此流動於穩壓串級電路112處之電流，係僅有動作電流供給電晶體21之1個路徑，故而，在具備有於先前技術中所具備之功能的同時，相較於先前技術，亦具有能夠減少消耗電流之效果。

進而，就算是流動於輸出電晶體1之電流增加，而與其成比例地，成為了動作電流供給電晶體21所流動之電流超過了穩壓串級電路112所需要的動作電流一般之過電流狀態，亦由於係經由電晶體22而對電流作了限制，因此，成為不會流動有不必要之電流，而能夠得到更加減少消耗電流之效果。

進而，就算是流動於輸出電晶體1之電流減少，而與其成比例地，成為了動作電流供給電晶體21所流動之電流低於穩壓串級電路112所需要的動作電流一般之狀態，亦由於係經由電晶體24而能夠供給最低動作電流，因此，穩壓串級電路112之動作係不會成為不安定，且輸出電流檢測電晶體5與輸出電晶體1係恆常以相同之狀態而動作，因此可得到能夠維持檢測精確度之效果。

2‧‧‧電壓分壓電路

3‧‧‧基準電壓電路

4‧‧‧誤差放大器

20‧‧‧誤差放大電路

23、25‧‧‧偏壓電壓源

100、110、120、130、140‧‧‧過電流保護電路

111‧‧‧輸出電流限制電路

112‧‧‧穩壓串級電路

121‧‧‧動作電流上限電路

131‧‧‧動作電流下限電路

[圖1]具備有本實施形態之過電流保護電路的電壓調整器之電路圖。

[圖2]具備有本實施形態之過電流保護電路的另外之電壓調整器之電路圖。

[圖3]具備有本實施形態之過電流保護電路的另外之電壓調整器之電路圖。

[圖4]具備有本實施形態之過電流保護電路的另外之電壓調整器之電路圖。

[圖5]具備有先前技術之過電流保護電路的電壓調整器之電路圖。

1‧‧‧輸出電晶體

2‧‧‧電壓分壓電路

3‧‧‧基準電壓電路

4‧‧‧誤差放大器

5‧‧‧輸出電流檢測電晶體

6‧‧‧檢測電阻

7‧‧‧電晶體

8‧‧‧電阻

9‧‧‧輸出電流控制電晶體

16‧‧‧電晶體

20‧‧‧誤差放大電路

21‧‧‧動作電流供給電晶體

110‧‧‧過電流保護電路

111‧‧‧輸出電流限制電路

112‧‧‧穩壓串級電路

A‧‧‧點

B‧‧‧點

VOUT‧‧‧輸出端子

Claims (7)

1. 一種電壓調整器，係具備有：誤差放大電路，係把將輸出電晶體所輸出之電壓作分壓後的分壓電壓與基準電壓間之差作放大並輸出，而控制前述輸出電晶體之閘極；和過電流保護電路，係檢測出於前述輸出電晶體處流動有過電流一事，並對前述輸出電晶體之電流作限制，其特徵為：前述過電流保護電路，係具備有：輸出電流檢測電晶體，係藉由前述誤差放大電路之輸出電壓而被控制，並流動檢測電流；和檢測電阻，係經由前述檢測電流而產生檢測電壓；和輸出電流限制電路，係藉由前述檢測電阻之電壓而被控制，並控制前述輸出電晶體之閘極電壓；和穩壓串級電路(Regulated Cascode Circuit)，係被連接於前述輸出電晶體之汲極與前述輸出電流檢測電晶體之汲極之間，並使前述輸出電晶體之汲極電壓與前述輸出電流檢測電晶體之汲極電壓成為相等。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調整器，其中，前述穩壓串級電路之動作電流，係經由以前述誤差放大電路之輸出電壓而被控制的動作電流供給電晶體來作供給。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之電壓調整器，其中，前述穩壓串級電路，係更進而具備有與前述動作電流 供給電晶體串聯連接之電流限制電路，並經由前述電流限制電路而對動作電流之上限作限制。
4. 如申請專利範圍第2項所記載之電壓調整器，其中，前述穩壓串級電路，係更進而具備有與前述動作電流供給電晶體並聯連接之最低動作電流供給電路，並經由前述最低動作電流供給電路，而補償最低動作電流。
5. 如申請專利範圍第2項所記載之電壓調整器，其中，前述穩壓串級電路，係更進而具備有與前述動作電流供給電晶體串聯連接之電流限制電路、和與前述動作電流供給電晶體並聯連接之最低動作電流供給電路，並經由前述電流限制電路而對動作電流之上限作限制，且經由前述最低動作電流供給電路，而補償最低動作電流。
6. 如申請專利範圍第3項又或是第5項所記載之電壓調整器，其中，前述電流限制電路，係藉由於閘極連接有第1偏壓電壓源之第1電晶體所構成。
7. 如申請專利範圍第4項又或是第5項所記載之電壓調整器，其中，前述最低動作電流供給電路，係藉由於閘極連接有第2偏壓電壓源之第2電晶體所構成。