TWI819007B - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

電壓調節器的特徵在於：在構成相位補償電路的輔助電晶體的閘極與誤差放大器的輸出端子之間具備偏移電壓源。本發明提供一種即便在輸入/輸出電壓差小的情況下亦可進行穩定的相位補償動作的電壓調節器。

Description

電壓調節器
本發明是有關於一種電壓調節器，更詳細而言是有關於一種電壓調節器的相位補償電路。
圖3是表示現有的電壓調節器的電路圖。 例如，如專利文獻1所示，現有的電壓調節器200包括誤差放大器21、基準電壓源22、輸出電晶體23、分壓電路24、電阻25、電容器26、輔助電晶體27、輸入端子101及輸出端子102。
關於誤差放大器21，在反相輸入端子連接有基準電壓源22的輸出端子，在非反相輸入端子連接有分壓電路24的輸出端子。輸出電晶體23的源極連接於輸入端子101，汲極連接於輸出端子102，閘極連接於誤差放大器21的輸出端子。分壓電路24連接於輸出端子102與接地端子103之間。電阻25與電容器26連接於輸出端子102與分壓電路24的輸出端子之間。輔助電晶體27的源極連接於輸入端子101，汲極連接於電阻25與電容器26的連接點，閘極連接於誤差放大器21的輸出端子。
關於設為如以上般的構成的電壓調節器200，由電阻25、電容器26及輔助電晶體27構成相位補償電路，經由電容器26使藉由流經輔助電晶體27的電流與電阻25而生成的相位補償信號以反饋信號的形式回到誤差放大器21的非反相輸入端子，藉此進行相位補償。
關於電壓調節器200，為了獲得所期待的相位補償效果，需要當輸出電晶體23在飽和區域動作時，輔助電晶體27亦在飽和區域動作。因此，輔助電晶體27的源極與汲極間電壓Vds必須大於過驅動（over drive）電壓（Vgs-Vth）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-32133號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，在現有技術的電壓調節器中，輔助電晶體27的源極·汲極間電壓Vds成為較輸入/輸出端子間的電壓小電阻25的電壓降的量的值。因此，為了獲得所期待的相位補償效果，而使輔助電晶體27在飽和區域動作，為此，需要使輸入/輸出端子間的電壓差增大由電阻25引起的電壓降的量，因此在輸入/輸出電壓差小的情況下，難以穩定地動作。
本發明提供一種包括即便在輸入/輸出電壓差小的情況下亦穩定地動作的相位補償電路的電壓調節器。 [解決課題之手段]
本發明的一實施例的電壓調節器的特徵在於包括：輸出電晶體，源極連接於輸入端子，汲極連接於輸出端子；分壓電路，連接於所述輸出端子與接地端子之間；誤差放大器，在其中一輸入端子連接有所述分壓電路的輸出端子，在另一輸入端子連接有基準電壓源的輸出端子，輸出端子連接於所述輸出電晶體的閘極；相位補償電路，連接於所述輸出端子與所述分壓電路的輸出端子之間；輔助電晶體，源極連接於所述輸入端子，汲極連接於所述相位補償電路；並且所述輔助電晶體的閘極經由偏移電壓源與所述誤差放大器的輸出端子連接。 [發明的效果]
根據本發明的電壓調節器，由於在構成相位補償電路的輔助電晶體的閘極具備偏移電壓源，因此即便在輸入/輸出電壓差小的情況下，相位補償電路亦可穩定地動作。
圖1是表示本發明的實施形態的電壓調節器的電路圖。 本實施形態的電壓調節器100包括誤差放大器11、基準電壓源12、輸出電晶體13、分壓電路14、電阻15、電容器16、輔助電晶體17、偏移電壓源18、輸入端子101及輸出端子102。
關於誤差放大器11，在反相輸入端子連接有基準電壓源12的輸出端子，在非反相輸入端子連接有分壓電路14的輸出端子。輸出電晶體13的源極連接於輸入端子101，汲極連接於輸出端子102，閘極連接於誤差放大器11的輸出端子。分壓電路14連接於輸出端子102與接地端子103之間。電阻15與電容器16連接於輸出端子102與分壓電路14的輸出端子之間。輔助電晶體17的源極連接於輸入端子101，汲極連接於電阻15與電容器16的連接點。偏移電壓源18連接於誤差放大器11的輸出端子與輔助電晶體17的閘極之間。
關於電壓調節器100，藉由誤差放大器11將利用分壓電路14對輸出端子102的輸出電壓Vout進行分壓而得的反饋電壓、與基準電壓源12的基準電壓加以比較，並根據其比較結果來控制輸出電晶體13的閘極電壓，藉此輸出端子102的輸出電力Vout保持為所期望的電壓。
電阻15、電容器16、偏移電壓源18及輔助電晶體17構成相位補償電路。相位補償信號是藉由流經輔助電晶體17的電流與電阻15而生成。誤差放大器11藉由經由電容器16將相位補償信號反饋至誤差放大器11的非反相輸入端子而相位補償。
當將輸入電壓設為Vin、將輸出電壓設為Vout、將臨限電壓設為Vth、將閘極與源極間電壓設為Vgs時，用以使輸出電晶體13在飽和區域動作的條件由（1）式表示。 （Vin-Vout）≧（Vgs-Vth） （1）
同樣地，當將偏移電壓源18的偏移電壓設為ΔVos、將臨限電壓設為Vth、將電阻15的電阻值設為Rm、將流經電阻15的電流設為Im時，用以使輔助電晶體17在飽和區域動作的條件由（2）式表示。 （Vin-Vout-Im×Rm）≧（Vgs-ΔVos-Vth） （2）
根據（1）式與（2）式，藉由將偏移電壓ΔVos設定為由電阻15引起的電壓降（Im×Rm）以上，輔助電晶體可在與輸出電晶體相同的輸入/輸出電壓差下且在飽和區域動作。因此，相位補償電路可在更廣的輸入/輸出電壓的條件下獲得所期望的相位補償效果。
圖2是表示本發明的實施形態的電壓調節器的相位補償電路中的偏移電壓源18的一例的電路圖。
偏移電壓源18是使用串聯連接於輸入端子101與誤差放大器11的輸出端子之間的電流源及電阻構成。關於偏移電壓源18，電流源與電阻的連接點處的輸出端子連接於輔助電晶體17的閘極。
在如圖2所示的偏移電壓源18中，當將電流源的電流值設為Ib、將電阻的電阻值設為Rb時，偏移電壓ΔVos由（3）式表示。 ΔVos=Ib×Rb （3）
如圖2般構成的偏移電壓源18可利用微調（trimming）等方法來調整電流源的電流值或電阻的電阻值，從而可將偏移電壓ΔVos設為所期望的值。
如以上所說明般，根據本發明的實施形態的電壓調節器的相位補償電路，在更廣的輸入/輸出電壓條件下，可獲得所期待的相位補償效果，因此可獲得穩定的輸出電壓Vout。
再者，即便使用閘極經恆定電壓偏置的金屬氧化物半導體（Metal Oxide Semiconductor，MOS）電晶體，偏移電壓源18的電阻亦具有相同的效果。當將電晶體的導通電阻值設為Ron時，所述情況下的偏移電壓ΔVos由（4）式表示。 ΔVos=Ib×Ron （4）
另外，即便使用二極體或閘極與源極共用的MOS電晶體，偏移電壓源18的電阻亦具有相同的效果。當將二極體的順向電壓設為Vf時，所述情況下的偏移電壓ΔVos由（5）式表示。 ΔVos=Vf （5）
11、21‧‧‧誤差放大器 12、22‧‧‧基準電壓源 13、23‧‧‧輸出電晶體 14、24‧‧‧分壓電路 15、25‧‧‧電阻 16、26‧‧‧電容器 17、27‧‧‧輔助電晶體 18‧‧‧偏移電壓源 100、200‧‧‧電壓調節器 101‧‧‧輸入端子 102‧‧‧輸出端子 103‧‧‧接地端子 Vin‧‧‧輸入電壓 Vout‧‧‧輸出電壓
圖1是表示本發明的實施形態的電壓調節器的電路圖。 圖2是表示本發明的實施形態的電壓調節器的相位補償電路的一例的電路圖。 圖3是表示現有的電壓調節器的電路圖。
11‧‧‧誤差放大器
12‧‧‧基準電壓源
13‧‧‧輸出電晶體
14‧‧‧分壓電路
15‧‧‧電阻
16‧‧‧電容器
17‧‧‧輔助電晶體
18‧‧‧偏移電壓源
100‧‧‧電壓調節器
101‧‧‧輸入端子
102‧‧‧輸出端子
103‧‧‧接地端子
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓

Claims (4)

  1. 一種電壓調節器，其特徵在於包括：輸出電晶體，源極連接於輸入端子，汲極連接於輸出端子；分壓電路，連接於所述輸出端子與接地端子之間；誤差放大器，在其中一輸入端子連接有所述分壓電路的輸出端子，在另一輸入端子連接有基準電壓源的輸出端子，輸出端子連接於所述輸出電晶體的閘極；相位補償電路，連接於所述輸出端子與所述分壓電路的輸出端子之間；輔助電晶體，源極連接於所述輸入端子，汲極連接於所述相位補償電路；以及偏移電壓源，連接於所述輸出電晶體的閘極與所述輔助電晶體的閘極之間，其中所述輔助電晶體的閘極電壓比所述輸出電晶體的閘極電壓高了所述偏移電壓源的電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中所述偏移電壓源為自電流源供給電流的電阻元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中所述偏移電壓源為對閘極供給偏置電壓的金屬氧化物半導體電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中所述偏移電壓源為二極體元件。
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