DE112017006477T5

DE112017006477T5 - Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE112017006477T5
Application number: DE112017006477.5T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Saga; Toshiyuki Nagai; Akinori Ohmae
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Micro Devices Inc Jp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-09-12
Also published as: US10747247B2; CN110121685A; US20200073421A1; JP2018106286A; JP6763763B2; CN110121685B; WO2018117026A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen Ausgangstransistor (M7), der eine Ausgangsspannung (VOUT) erzeugt; einen Fehlerverstärker, der eine Steuerspannung (VG7) für den Ausgangstransistor (M7) entsprechend einer Differenz zwischen einer der Ausgangsspannung entsprechenden Rückkopplungsspannung (VFB1) und einer Referenzspannung (VREF1) erzeugt; eine Überstromschutzschaltung (16), die den Fehlerverstärker gemäß einem Ergebnis des Überwachens der Steuerspannung (VG7) steuert, um die Ausgangsspannung zu senken; und einen Unterschwingungsdetektor (15), der ein Unterschreiten der Ausgangsspannung erfasst und steuert, um eine Antriebskraft des Ausgangstransistors (M7) zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsschaltung, die mit einer Gegenmaßnahme zum Unterdrücken des Auftretens eines Unterschwingens versehen ist, bei dem eine Ausgangsspannung sofort stark abfällt.
HINTERGRUNDKUNST
Konventionell wird beispielsweise eine in 4 dargestellte Stromversorgungsschaltung 30 als eine Stromversorgungsschaltung bezeichnet, die mit einer Gegenmaßnahme gegen ein Unterschwingen versehen ist (Patentdokument 1). In der Stromversorgungsschaltung 30 stellt Bezugszeichen 31 eine Eingangsklemme dar, Bezugszeichen 32 stellt eine Ausgangsklemme dar, Bezugszeichen 33 stellt eine Erdungsklemme dar, Bezugszeichen 34 stellt eine Referenzspannungsquelle dar, Bezugszeichen 35 stellt einen Fehlerverstärker dar, Bezugszeichen 36 stellt eine variable Stromquelle dar, Bezugszeichen 37 stellt einen Vergleicher dar, und Bezugszeichen M31 stellt einen Ausgangstransistor vom PMOS-Typ dar.
Im Normalbetrieb steuert eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 35 ein Gate des Ausgangstransistors M31. Der Fehlerverstärker 35 verstärkt differentielle, sodass er VFB2 = VREF2 ist. Eine Referenzspannung VREF2 wird von der Referenzspannungsquelle 34 erzeugt, eine Rückkopplungsspannung VFB2 wird an einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Ausgangsspannungserfassungswiderständen R31 und R32 erhalten, die zwischen der Ausgangsklemme 32 und der Erdungsklemme 33 geschaltet sind. Daher wird eine Ausgangsspannung VOUT auf einen Sollwert gesteuert, der der Referenzspannung VREF2 entspricht.
In den letzten Jahren gab es eine starke Nachfrage nach Stromversorgungsschaltungen mit einem geringen Stromverbrauch aus verschiedenen Bereichen (Fahrzeuge, Haushaltsgeräte, Industriegeräte oder dergleichen), und es ist erforderlich, ohne Erhöhung der Stromaufnahme zu planen. Um die Stromaufnahme zu reduzieren, ist es notwendig, einen Betriebsstrom (Nachlaufstrom o.ä.) des Fehlerverstärkers zu reduzieren. Bei Reduzierung des Betriebsstroms wird jedoch eine Ansprechcharakteristik aufgegeben, sodass eine schnelle Reaktion auf das oben beschriebene Unterschwingen nicht möglich ist. Wie vorstehend beschrieben, ist es zur Reduzierung der Stromaufnahme der Stromversorgungsschaltung eines der Probleme, die Ansprechcharakteristik zu verbessern.
Daher ist in der Stromversorgungsschaltung 30 in 4 die variable Stromquelle 36 als Stromquelle zum Zuführen eines Betriebsstroms mit dem Fehlerverstärker 35 verbunden, von der Referenzspannungsquelle 34 wird eine Referenzspannung VREF3 (VREF3 < VREF2) erzeugt, der Vergleicher 37, der die Referenzspannung VREF3 mit der Rückkopplungsspannung VFB2 vergleicht, wird zum Erfassen eines Unterschwingens (einer Unterschreitung) bereitgestellt, und ein Stromwert der variablen Stromquelle 36 wird durch ein vom Vergleicher 37 ausgegebenes Verstärkungssignal (engl. boost signal) SB1 geschaltet.
Wenn die Eingangsspannung VIN oder der Laststrom schwankt, tritt ein Unterschwingen auf, bei dem die Ausgangsspannung VOUT sofort stark fällt, und VREF3> VFB2.
Der Vergleicher 37 erkennt die Änderung, das Verstärkungssignal SB1, das ein Ausgangssignal ist, ändert sich von „L“ auf „H“. Und der Stromwert der variablen Stromquelle 36 wird auf einen größeren Stromwert umgeschaltet als ein auf einen kleinen Wert reduzierter Normalstromwert zur Reduzierung der Stromaufnahme. Dementsprechend wird der Betriebsstrom des Fehlerverstärkers 35 im Vergleich zur Normalzeit stärker erhöht. Und eine Spannung zwischen Gate und Source des Ausgangstransistors M31 ist größer, die Ausgangsspannung VOUT wird schnell erhöht. Dadurch wird das Unterschwingen (Unterschreiten) unterdrückt.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1 JP-A-2007-280025
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEME
Bei einem Verfahren zum Überwachen der Referenzspannung VREF3 und der Rückkopplungsspannung VFB2 zum Unterdrücken der Unterschwingung (Unterschreitung) der Ausgangsspannung VOUT besteht jedoch die Möglichkeit, dass eine Stabilität der Ausgangsspannung VOUT verloren geht, auch wenn die Ausgangsspannung VOUT aufgrund eines anderen Faktors als der Unterschwingung sinkt, da der Betriebsstrom des Fehlerverstärkers 35 durch Berücksichtigung der Änderung der Ausgangsspannung VOUT als Unterschwingung erhöht werden kann.
Obwohl beispielsweise in keine Überstromschutzschaltung in der Schaltung dargestellt ist, tritt ein Problem auf, wenn die Ausgangsspannung VOUT durch einen Betrieb der Überstromschutzschaltung fällt. Eine normale Stromversorgungsschaltung beinhaltet eine Überstromschutzschaltung, um einen Bauteilausfall durch thermisches Durchgehen (engl. thermal runaway) zu verhindern. Die Überstromschutzschaltung überwacht eine Gatespannung des Ausgangstransistors, unterdrückt eine Ansteuerfähigkeit des Ausgangstransistors, um die Ausgangsspannung zu senken, wenn die Gatespannung zu einem Pegel wird, bei dem eine Treiberleistung des Ausgangstransistors erhöht wird, und steuert den Fehlerverstärker so, dass ein Ausgangsstrom nicht um einen bestimmten Betrag oder mehr fließt.
Wenn also die Ausgangsspannung durch den Betrieb der Überstromschutzschaltung fällt, wird der Abfall der Ausgangsspannung als Unterschwingung erkannt und der Betriebsstrom des Fehlerverstärkers steigt. Mit anderen Worten prallen ein Unterschwingungsunterdrückungsbetrieb zur Erhöhung der Treiberleistung des Ausgangstransistors und ein Überstromschutzbetrieb zur Begrenzung der Antriebsfähigkeit des Ausgangstransistors aufeinander, und ein Schaltungsbetrieb wird instabil. Infolgedessen wird in der Regel kein Überstromschutz durchgeführt, und es besteht die Möglichkeit, dass eine gewünschte Stromgrenze nicht angelegt wird und der Bauelementausfall eintritt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgungsschaltung bereitzustellen, bei der ein Betrieb mit einer Überstromschutzschaltung nicht zu einem Unterschwingungsunterdrückungsbetrieb führt, sodass nur ein Unterschwingen, das ein momentaner Ausgangsspannungsabfall ist, unterdrückt werden kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS

(1) Um das vorstehende Problem zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stromversorgungsschaltung mit einem Ausgangstransistor vorgesehen, der eine Eingangsspannung einstellt bzw. anpasst und eine Ausgangsspannung erzeugt, sowie einen Fehlerverstärker, der eine Steuerspannung für den Ausgangstransistor entsprechend einer Differenz zwischen einer der Ausgangsspannung entsprechenden Rückkopplungsspannung und einer Referenzspannung erzeugt, eine Überstromschutzschaltung, die den Fehlerverstärker entsprechend einem Ergebnis der Überwachung der Steuerspannung steuert und die Steuerspannung steuert, um die Ausgangsspannung zu senken, und eine Unterschwingungserfassungsschaltung, die eine Unterschwingung der Ausgangsspannung erfasst und die Steuerspannung für den Ausgangstransistor steuert, um die Ausgangsspannung vor einem Abfallen zu schützen. Der Fehlerverstärker beinhaltet ein Paar Differentialverbindungstransistoren, das die Rückkopplungsspannung mit der Referenzspannung vergleicht, eine Stromquelle, die dem Paar Differentialverbindungstransistoren einen Betriebsstrom zuführt, ein Paar Stromspiegelverbindungstransistoren, das die Steuerspannung entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs des Paares der Differentialverbindungstransistoren erzeugt, und ein Paar Transistoren mit geerdetem Gate, das zwischen den Drains des Paares der Differentialverbindungstransistoren und den Drains des Paares der Stromspiegelverbindungstransistoren geschaltet ist. Die Überstromschutzschaltung ist so verbunden, um ein Ausgangssignal der Überstromschutzschaltung an einen der Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren anzulegen. Die Unterschwingungsdetektionsschaltung erhöht den Betriebsstrom des Paars der Differentialverbindungstransistoren, wenn eine Differenz zwischen den Drainspannungen des Paares der Differentialverbindungstransistoren einen Schwellenwert überschreitet.
(2) Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Stromversorgungsschaltung vorgesehen, die einen Ausgangstransistor beinhaltet, der eine Eingangsspannung einstellt bzw. anpasst und eine Ausgangsspannung erzeugt, einen Fehlerverstärker, der eine Steuerspannung für den Ausgangstransistor entsprechend einer Differenz zwischen einer der Ausgangsspannung entsprechenden Rückkopplungsspannung und einer Referenzspannung erzeugt, eine Überstromschutzschaltung, die den Fehlerverstärker entsprechend einem Ergebnis der Überwachung der Steuerspannung steuert und die Steuerspannung steuert, um die Ausgangsspannung zu senken, und eine Unterschwingungserfassungsschaltung, die eine Unterschwingung der Ausgangsspannung erfasst und die Steuerspannung für den Ausgangstransistor steuert, um die Ausgangsspannung vor einem Abfallen zu schützen. Der Fehlerverstärker beinhaltet ein Paar Differentialverbindungstransistoren, das die Rückkopplungsspannung mit der Referenzspannung vergleicht, eine Stromquelle, die dem Paar Differentialverbindungstransistoren einen Betriebsstrom zuführt, ein Paar Stromspiegelverbindungstransistoren, das die Steuerspannung entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs des Paares der Differentialverbindungstransistoren erzeugt, und ein Paar Transistoren mit geerdetem Gate, das zwischen den Drains des Paares der Differentialverbindungstransistoren und den Drains des Paares der Stromspiegelverbindungstransistoren geschaltet ist. Die Überstromschutzschaltung ist verbunden, um ein Ausgangssignal der Überstromschutzschaltung an eines der Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren anzulegen. Die Unterschwingungserkennung steuert direkt die Steuerspannung für den Ausgangstransistor, wenn eine Differenz zwischen den Drainspannungen des Paares von Differentialverbindungstransistoren einen Schwellenwert überschreitet.
(3) Die Stromversorgungsschaltung gemäß (1), wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des dritten Transistors verbunden ist, und einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Drain und Gate mit dem Drain des vierten Transistors und dem Gate des fünften Transistors verbunden sind.
(4) Die Stromversorgungsschaltung gemäß (2), wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, beinhaltet, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen fünften Transistor vom einem zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des dritten Transistors verbunden ist, und einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Drain und Gate mit dem Drain des vierten Transistors und dem Gate des fünften Transistors verbunden sind.
(5) Die Stromversorgungsschaltung gemäß (1), wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, beinhaltet, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des vierten Transistors verbunden ist, und einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des dritten Transistors und dem Gate des sechsten Transistors verbunden sind, beinhaltet.
(6) Die Stromversorgungsschaltung gemäß (2), wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, beinhaltet, wobei das Paar von Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp beinhaltet, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, und wobei das Paar von Stromspiegel-Verbindungstransistoren einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des vierten Transistors verbunden ist, und einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des dritten Transistors und dem Gate des sechsten Transistors verbunden sind, beinhaltet.

VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung, da das Paar Transistoren mit geerdetem Gate zwischen dem Paar von Differentialverbindungstransistoren und dem Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren des Fehlerverstärkers geschaltet ist, werden die Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren so gesteuert, dass sie im Wesentlichen die gleiche Spannung aufweisen. Wenn jedoch die Unterschwingung (Unterschreitung) eintritt, da in der Spannung zwischen den Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren sofort eine große Differenz erzeugt wird, erhöht die Unterschwingungsdetektionsschaltung eine Treiberleistung des Ausgangstransistors, sodass eine Unterdrückung der Unterschwingung realisiert werden kann. Für einen Fall, in dem der Betriebsstrom des Paares von Differentialverbindungstransistoren erhöht wird, da der Anstieg erst beim Unterschwingen erzeugt wird, kann die Stromaufnahme während eines Normalbetriebs reduziert werden. Darüber hinaus haben die Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren bei Durchführung eines Überstromschutzbetriebs im Wesentlichen die gleiche Spannung, da die Drainströme des Paares Transistoren mit geerdetem Gate durch die Überstromschutzschaltung im Wesentlichen gleich sind, , sodass es nicht vorkommt, dass der Überstromschutzbetrieb zu einem Unterschwingungsunterdrückungsbetrieb führt, wenn der Schwellenwert der Unterschwingungserkennung entsprechend eingestellt ist. Wie vorstehend beschrieben, kann nach der vorliegenden Erfindung das Unterschwingen getrennt vom Überstromschutzbetrieb unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltplan einer konventionellen Stromversorgungsschaltung.
5(a) bis 5(c) sind Betriebswellenform-Diagramme der Stromversorgungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine Stromversorgungsschaltung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 11 stellt eine Eingangsklemme dar, an die eine Eingangsspannung VIN eingegeben wird, das Bezugszeichen 12 stellt eine Ausgangsklemme zur Ausgabe einer Ausgangsspannung VOUT dar, und das Bezugszeichen 13 stellt eine Erdungsklemme dar. Die Bezugszeichen M1, M2 stellen Transistoren vom NMOS-Typ dar, die ein Paar von Differentialverbindungstransistoren bilden, deren Source gemeinsam mit einer variablen Stromquelle 14 verbunden sind, eine Referenzspannung VREF1 ist mit dem Gate des Transistors M1 verbunden, und eine Rückkopplungsspannung VFB1 ist mit dem Gate des Transistors M2 verbunden. Die Bezugszeichen M3, M4 stellen ein Paar Transistoren mit geerdetem Gate vom NMOS-Typ dar. Die Source des Transistors M3 ist mit dem Drain des Transistors M1 verbunden, die Source des Transistors M4 ist mit dem Drain des Transistors M2 verbunden, und eine gemeinsame Vorspannung VBIAS ist an jedem der Gates der Transistoren M3, M4 angelegt. Die Bezugszeichen M5, M6 stellen Transistoren vom PMOS-Typ dar, die ein Paar Stromspiegelverbindungstransistoren als aktive Lasten der Transistoren M1, M2 bilden. Die Source des Transistors M5 ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden, und dessen Drain ist mit dem Drain des Transistors M3 verbunden. Die Source des Transistors M6 ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden, und dessen Gate und Drain sind jeweils mit dem Gate des Transistors M5 und einem Drain des Transistors M4 verbunden. Die obigen Transistoren M1 bis M6 bilden einen Fehlerverstärker.
Das Bezugszeichen M7 stellt einen Ausgangstransistor vom PMOS-Typ dar, dessen Source mit dem Eingangsanschluss 11 verbunden ist, dessen Gate mit einem gemeinsamen Drain der Transistoren M3, M5 verbunden ist, und dessen Drain mit dem Ausgangsanschluss 12 verbunden ist. Die Widerstände R1, R2 zum Erfassen der Ausgangsspannung VOUT sind zwischen der Ausgangsklemme 12 und der Erdungsklemme 13 in Reihe geschaltet, und die Rückkopplungsspannung VFB1 wird aus einem gemeinsamen Anschlusspunkt der Widerstände R1, R2 entnommen.
Das Bezugszeichen 15 stellt einen Unterschwingungsdetektor dar, der eine Spannung VA an einem Knoten A, der der Drain des Transistors M1 ist, und eine Spannung VB an einem Knoten B, der der Drain des Transistors M2 ist, aufnimmt und einen Stromwert der variablen Stromquelle 14 während eines Normalbetriebs auf einen größeren Stromwert als einen Stromwert schaltet, und zwar nur während eines Zeitraums, in dem eine Differenz (= VB - VA) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Das Bezugszeichen 16 stellt eine Überstromschutzschaltung dar, die eine Gatespannung VG7 des Ausgangstransistors M7 aufnimmt und eine Steuerung zum Absenken der Spannung am Knoten B durchführt, wenn die Gatespannung VG7 niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Das Bezugszeichen C1 stellt einen Ausgangskondensator zum Stabilisieren der Ausgangsspannung VOUT dar, der zwischen der Ausgangsklemme 12 und der Erdungsklemme 13 angeschlossen ist, und das Bezugszeichen 20 stellt eine Last dar, die zwischen der Ausgangsklemme 12 und der Erdungsklemme 13 angeschlossen ist.
Im Normalbetrieb werden die Rückkopplungsspannung VFB1 und die Referenzspannung VREF1, die durch Teilung der Ausgangsspannung VOUT durch die Widerstände R1, R2 erhalten wird, durch die Transistoren M1, M2 verglichen. Weiterhin, da VREF1 < VFB1 ist, wenn die Ausgangsspannung VOUT höher als ein Sollwert ist, werden die Spannung VA am Knoten A und die Spannung VB am Knoten B zu VA > VB, steigt eine Drainspannung des Transistors M5, steigt die Gatespannung VG7 des Transistors M7, und eine Steuerung wird durchgeführt, sodass die Ausgangsspannung VOUT fällt. Andererseits, wenn VREF1 > VFB1 ist, wenn die Ausgangsspannung VOUT niedriger als der Sollwert ist, werden die Spannung VA am Knoten A und die Spannung VB am Knoten B zu VA < VB, fällt die Drainspannung des Transistors M5, fällt die Gate-Spannung VG7 des Transistors M7, und eine Steuerung wird durchgeführt, sodass die Ausgangsspannung VOUT hoch wird.
Auf diese Weise wird eine negative Rückkopplungssteuerung durchgeführt, sodass die Ausgangsspannung VOUT zu einer Zielspannung wird, die der Referenzspannung VREF1 entspricht. Da zu diesem Zeitpunkt die Spannungen VA, VB an den Knoten A, B durch das Paar Transistoren mit geerdetem Gate M3, M4 auf „VBIAS - VGS“ (VGS stellt Gate-Source-Spannungen der Transistoren M3, M4 dar) gesteuert werden, schwanken die Spannungen VA, VB bei schwankender Ausgangsspannung VOUT geringfügig entsprechend der Schwankung, und die oben beschriebene negative Rückkopplungsregelung wird durchgeführt.
Als nächstes, wenn eine normale Steuerung durchgeführt wird, sodass die Ausgangsspannung VOUT zur Zielspannung wird, wenn ein Unterschwingen (mehrere msec) auftritt, bei dem die Ausgangsspannung VOUT aufgrund einer abrupten Abnahme der Eingangsspannung VIN oder einer abrupten Erhöhung eines Laststroms sofort stark sinkt, sinkt die Rückkopplungsspannung VFB1 sofort stark ab, sodass VREF1 > VFB1 wird und die Spannungen VA, VB an den Knoten A, B, die von den Transistoren mit geerdetem Gate M3, M4 auf im Wesentlichen die gleiche Spannung gesteuert werden, werden vorübergehend zu VA < VB. Weiterhin wird, wenn ein Wert der Differenz (= VB - VA) den im Unterschwingungsdetektor 15 eingestellten Schwellenwert überschreitet, der Stromwert der variablen Stromquelle 14 durch den Unterschwingungsdetektor 15 auf einen größeren Stromwert als den Stromwert während des Normalbetriebs umgeschaltet. Daher erhöhen sich die Drainströme der Transistoren M1, M3, um einen Strom zu erhöhen, der das Gate des Ausgangstransistors M7 entlädt, die Gatespannung VG7 sinkt, um eine Spannung zwischen dem Gate und der Source des Ausgangstransistors M7 zu erhöhen, sodass die Ausgangsspannung VOUT sofort erhöht wird. Die Zeit vom Auftreten der Unterschwingung (des Unterschreitens) bis zur Konvergenz wird kürzer, da der aktuelle Wert der variablen Stromquelle 14 steigt.
Die Betriebswellenformen, wenn die oben beschriebene Unterschwingung eintritt, sind in den bis dargestellt. Wie in 5(a) dargestellt, weist die Ausgangsspannung VOUT, wenn ein Laststrom IOUT zum Zeitpunkt t1, wie in 5(b) dargestellt, plötzlich impulsartig ansteigt, eine Unterschwingungswellenform (VOUT1) auf, bei der die Ausgangsspannung VOUT während eines Zeitraums T1 um eine Spannung V1 absinkt. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Ausgangsspannung VOUT zum Zeitpunkt t1 abzunehmen beginnt und der Unterschwingungsdetektor 15 arbeitet, eine Treiberleistung des Ausgangstransistors M7 sofort erhöht, und wie in 5(c) dargestellt, eine Wellenform (VOUT2) erhalten, bei der ein Spannungsabfallwert von V1 auf V2 verringert wird, um den Abfall der Ausgangsspannung VOUT zu unterdrücken, und die Spannungsabfallzeit von T1 auf T2 verkürzt wird.
Im Normalbetrieb, wenn die Gatespannung VG7 des Ausgangstransistors M7 fällt und die Überstromschutzschaltung 16 arbeitet, wird die Spannung VB am Knoten B durch die Überstromschutzschaltung 16 gesenkt, um die Gatespannung VG7 des Ausgangstransistors M7 zu erhöhen, und wird eine Steuerung durchgeführt, um die Ausgangsspannung VOUT zu senken. Da die Transistoren mit geerdetem Gate M3, M4 die Spannungen VA, VB auf VA = VB regeln, ist zu diesem Zeitpunkt ein Pegel, bei dem die Spannung VB durch die Überstromschutzschaltung 16 ansteigt, klein, und die Differenz (= VB - VA) der Spannungen VA, VB werden nicht so groß, dass der Unterschwingungsdetektor 15 arbeitet. Daher besteht keine Möglichkeit, dass die Überstromschutzschaltung 16 nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Ebenso wird die Differenz (= VB - VA) der Spannungen VA, VB nicht so groß, dass der Unterschwingungsdetektor 15 wieder arbeitet, wenn die Gatespannung VG7 des Ausgangstransistors M7 aufgrund einer Unterschwingung unterdrückt und die Überstromschutzschaltung 16 arbeitet.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
2 zeigt eine Stromversorgungsschaltung 10A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird die Gatespannung VG7 des Ausgangstransistors M7 direkt durch ein Ausgangssignal eines Unterschwingungsdetektors 15A gesteuert, der die Differenz zwischen den Spannungen VA, VB erkennt. Zusätzlich ist eine Stromquelle 14A als Stromquelle realisiert, die einen konstanten Strom liefert, um eine geringe Stromaufnahme zu realisieren.
In der vorliegenden Ausführungsform kann, wenn die Differenz (= VB - VA) zwischen den Spannungen VA, VB einen Schwellenwert des Unterschwingungsdetektors 15A überschreitet, da die Gatespannung VG7 direkt auf eine Niederspannung geregelt wird, ohne einen Betrieb des Fehlerverstärkers einschließlich der Transistoren M1 bis M6 durchzuführen, die Ansprechgeschwindigkeit bis zur Unterdrückung der Unterschwingung gegenüber einem Fall der Verwendung der variablen Stromquelle 14 zum Schalten des Stroms erhöht werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
3 zeigt eine Stromversorgungsschaltung 10B gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird der Ausgangstransistor M7 vom PMOS-Typ durch einen Transistor M8 vom NMOS-typ ersetzt. Daher sind die Gates der Transistoren M5, M6 des Fehlerverstärkers mit dem Drain des Transistors M5 und das Drain des Transistors M6 mit dem Gate des Ausgangstransistors M8 verbunden. Wenn die Differenz (= VB - VA) zwischen den Spannungen VA, VB den Schwellenwert überschreitet, steuert ein Unterschwingungsdetektor 15B direkt eine Gatespannung VG8 des Ausgangstransistors M8 auf eine Hochspannung. Wenn die Gatespannung VG8 des Ausgangstransistors M8 einen vorgegebenen Wert überschreitet, führt eine Überstromschutzschaltung 16A eine Steuerung durch, um die Spannung am Knoten A zu erhöhen. Die vorliegende Ausführungsform funktioniert auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 22. Dezember 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-249764 , deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B: Stromversorgungsschaltung
11: Eingangsklemme
12: Ausgangsklemmen
13: Erdungsklemme
14: variable Stromquelle
14A: Konstantstromquelle
15, 15A, 15B: Unterschwingungsdetektor
16, 16A: Überstromschutzschaltung
30: Stromversorgungsschaltung
31: Eingangsklemme
32: Ausgangsklemmen
33: Erdungsklemme
34: Referenzspannungsquelle
35: Fehlerverstärker
36: variable Stromquelle
37: Vergleicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007280025 A [0008]
JP 2016249764 [0027]

Claims

Stromversorgungsschaltung, aufweisend: einen Ausgangstransistor, der eine Eingangsspannung einstellt und eine Ausgangsspannung erzeugt; einen Fehlerverstärker, der eine Steuerspannung für den Ausgangstransistor gemäß einer Differenz zwischen einer der Ausgangsspannung entsprechenden Rückkopplungsspannung und einer Referenzspannung erzeugt; eine Überstromschutzschaltung, die den Fehlerverstärker gemäß einem Ergebnis der Überwachung der Steuerspannung steuert und die Steuerspannung so steuert, dass die Ausgangsspannung sinkt; und eine Unterschwingungserkennungsschaltung, die ein Unterschreiten der Ausgangsspannung erkennt und die Steuerspannung für den Ausgangstransistor steuert, um ein Absinken der Ausgangsspannung zu verhindern, wobei der Fehlerverstärker ein Paar Differentialverbindungstransistoren, das die Rückkopplungsspannung mit der Referenzspannung vergleicht, eine Stromquelle, die dem Paar Differentialverbindungstransistoren einen Betriebsstrom zuführt, ein Paar Stromspiegelverbindungstransistoren, das die Steuerspannung gemäß einem Ergebnis des Vergleichs des Paares von Differentialverbindungstransistoren erzeugt, und ein Paar Transistoren mit geerdetem Gate aufweist, das zwischen den Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren und den Drains des Paares von Stromspiegelverbindungstransistoren geschaltet ist, wobei die Überstromschutzschaltung so verbunden ist, um ein Ausgangssignal der Überstromschutzschaltung an eins der Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren anzulegen, und wobei die Unterschwingungsdetektionsschaltung den Betriebsstrom des Paares von Differentialverbindungstransistoren erhöht, wenn eine Differenz zwischen den Drainspannungen des Paares von Differentialverbindungstransistoren einen Schwellenwert überschreitet.
Stromversorgungsschaltung, aufweisend: einen Ausgangstransistor, der eine Eingangsspannung einstellt und eine Ausgangsspannung erzeugt; einen Fehlerverstärker, der eine Steuerspannung für den Ausgangstransistor gemäß einer Differenz zwischen einer der Ausgangsspannung entsprechenden Rückkopplungsspannung und einer Referenzspannung erzeugt; eine Überstromschutzschaltung, die den Fehlerverstärker gemäß einem Ergebnis der Überwachung der Steuerspannung steuert und die Steuerspannung so steuert, dass die Ausgangsspannung sinkt; und eine Unterschwingungserkennungsschaltung, die ein Unterschreiten der Ausgangsspannung erkennt und die Steuerspannung für den Ausgangstransistor steuert, um ein Absinken der Ausgangsspannung zu verhindern, wobei der Fehlerverstärker ein Paar Differentialverbindungstransistoren, das die Rückkopplungsspannung mit der Referenzspannung vergleicht, eine Stromquelle, die dem Paar Differentialverbindungstransistoren einen Betriebsstrom zuführt, ein Paar Stromspiegelverbindungstransistoren, das die Steuerspannung gemäß einem Ergebnis des Vergleichs des Paares von Differentialverbindungstransistoren erzeugt, und ein Paar von Transistoren mit geerdetem Gate aufweist, das zwischen Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren und Drains des Paares von Stromspiegelverbindungstransistoren geschaltet ist, wobei die Überstromschutzschaltung verbunden ist, um ein Ausgangssignal der Überstromschutzschaltung an eins der Drains des Paares von Differentialverbindungstransistoren anzulegen, und wobei die Unterschwingungsdetektionsschaltung die Steuerspannung für den Ausgangstransistor direkt steuert, wenn eine Differenz zwischen den Drainspannungen des Paares von Differentialverbindungstransistoren einen Schwellenwert überschreitet.
Die Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, aufweist, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, aufweist und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des dritten Transistors verbunden ist, und einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des vierten Transistors und dem Gate des fünften Transistors verbunden sind, aufweist.
Der Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, aufweist, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden, aufweist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des dritten Transistors verbunden ist, und einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des vierten Transistors und dem Gate des fünften Transistors verbunden sind, aufweist.
Die Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, aufweist, wobei das Paar von Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, aufweist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des vierten Transistors verbunden ist, und einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des dritten Transistors und dem Gate des sechsten Transistors verbunden sind, aufweist.
Der Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei das Paar von Differentialverbindungstransistoren einen ersten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Referenzspannung verbunden ist, und einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit der Stromquelle verbunden ist und dessen Gate mit der Rückkopplungsspannung verbunden ist, aufweist, wobei das Paar Transistoren mit geerdetem Gate einen dritten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des ersten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit einer Vorspannung verbunden ist, und einen vierten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Source mit dem Drain des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Gate mit der Vorspannung verbunden ist, aufweist, und wobei das Paar von Stromspiegelverbindungstransistoren einen sechsten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain mit dem Drain des vierten Transistors verbunden ist, und einen fünften Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dessen Drain und Gate mit dem Drain des dritten Transistors und dem Gate des sechsten Transistors verbunden sind, aufweist.