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TWI390825B - 電壓調節器 - Google Patents

電壓調節器 Download PDF

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TWI390825B TW096124141A TW96124141A TWI390825B TW I390825 B TWI390825 B TW I390825B TW 096124141 A TW096124141 A TW 096124141A TW 96124141 A TW96124141 A TW 96124141A TW I390825 B TWI390825 B TW I390825B
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    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
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Description

電壓調節器
本發明係關於從輸入電壓中生成定電壓之電壓調節器。
一般而言，行動電話等之可攜式電子機器，係藉由從充電式電池所供應之電力進行動作。充電式電池係因充電狀態而使輸出電壓產生變化。為了使可攜式電子機器安定的進行動作，施加於可攜式電子機器之電壓必須維持為一定。因此，可攜式電子機器係具備，不受充電式電池之輸出電壓的影響而能夠輸出定電壓之電壓調節器。為了保護電路，電壓調節器係具備用以限制輸出段之電晶體的湧入電流之湧入電流限制電路。
在此說明以往之裝載有湧入電流限制電路的電壓調節器。第4圖係顯示以往的電壓調節器的概略之電路圖。
以往的電壓調節器係具備：將基準電壓與將輸出電壓予以分壓後之分壓電壓加以比較之放大電路25；使因應放大電路25的輸出電壓之汲極電流流通之輸出段的電晶體T23；檢查用的電晶體T24；藉由電晶體T24的汲極電流以控制電晶體T23及電晶體T24的閘極電壓之電流限制電路20；將電晶體T24的汲極電流往電流限制電路20之輸入路徑予以切換之開關電路30；進行電壓調節器的ON/OFF開關控制之ON/OFF開關電路26；及將電壓調節器成為ON後之經過時間予以計數之計數器電路27。將ON/OFF開關電路26、計數器電路27及電流限制電路20稱為湧入電流限制電路。
電流限制電路20係具有第一輸出電流限制電路21及第二輸出電流限制電路22。第一輸出電流限制電路21係偵測第一輸出電流限制值且進行電晶體T23之汲極電流的限制。第二輸出電流限制電路22係偵測較第一輸出電流限制值還高之第一輸出電流限制值，且進行電晶體T23之汲極電流的限制。計數器電路27係因應經過時間而控制開關電路30。開關電路30於特定的經過時間為止，係將第一輸出電流限制電路21連接於電晶體T24，於超過特定的經過時間之後，將第二輸出電流限制電路22連接於電晶體T24。
以下說明上述以往的電壓調節器之動作。一旦使電壓調節器成為ON，則ON/OFF開關電路26開始放大電路25的動作，並開始計數器電路27的計數。為了對連接於輸出電壓端子之外部電容(圖中未顯示)急速充電，因此電晶體T23讓過大的汲極電流(湧入電流)流通。電晶體T24使與湧入電流成比例之汲極電流流通至電流限制電路20。開關電路30係藉由計數器電路27的輸出而選擇第一輸出電流限制電路21。一旦汲極電流成為第一輸出電流限制值以上，則第一輸出電流限制電路21控制電晶體T23及電晶體T24的閘極電壓以使汲極電流變小。一旦於電壓調節器成為ON之後經過特定時間，則開關電路30係藉由計數器電路27的輸出而選擇第二輸出電流限制電路22(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本特開2003－271251號公報
電壓調節器於輸入電壓緩慢上升時，並不須限制輸出段之電晶體的汲極電流。然而，以往的電壓調節器，於成為ON之後至經過特定的經過時間為止之間，其電流限制值較低之第一輸出電流限制電路21係限制輸出段之電晶體T23的汲極電流。由於不必要的限制汲極電流，而使對連接於輸出電壓端子之外部電容進行充電之電流減少，因而導致電壓調節器之輸入電壓的上升時間延長。
本發明之電壓調節器係具備：偵測輸入電壓的上升速度之偵測電路；及連接於放大電路的輸出，並偵測輸出端子的輸出電流之第一輸出電流偵測電路；及連接於偵測電路及第一輸出電流偵測電路，並控制輸出電路之第一輸出電流限制電路；及連接於放大電路的輸出，並偵測輸出端子的輸出電流之第二輸出電流偵測電路；及連接於第二輸出電流偵測電路，並控制輸出電路之第二輸出電流限制電路。
本發明之電壓調節器，由於第一輸出電流限制電路的第一輸出電流限制值，較第二輸出電流限制電路的第二輸出電流限制值還低，因此可構成為，僅於輸入電壓的上升速度較急劇時，偵測電路將第一輸出電流限制電路設定為可進行動作。
因此，本發明之電壓調節器，能夠限制輸出電路的湧入電流並縮短輸出電壓的上升時間。
 [實施例1]
第1圖係顯示第1實施例的電壓調節器之方塊圖。
第1實施例的電壓調節器係具備：將以電阻R11、R12予以分壓後的分壓電壓及基準電壓加以比較之放大電路6；閘極連接於放大電路6的輸出之輸出電路的PMOS電晶體T3；閘極連接於放大電路6的輸出之第一輸出電流偵測電路的PMOS電晶體T5；以PMOS電晶體T5的汲極電流而控制PMOS電晶體T3的閘極電壓之第一輸出電流限制電路1；閘極連接於放大電路6的輸出之第二輸出電流偵測電路的PMOS電晶體T4；以PMOS電晶體T4的汲極電流而控制PMOS電晶體T3的閘極電壓之第二輸出電流限制電路2；及偵測出電壓調節器之輸入電壓的上升速度，以控制第一輸出電流限制電路1的動作之偵測電路7。
第1實施例的電壓調節器，係進行以下所說明的動作。
放大電路6係將以電阻R11、R12予以分壓後的分壓電壓及基準電壓加以比較，並輸出因應此比較結果之電壓。PMOS電晶體T3係以因應放大電路6所輸出之電壓(閘極電壓)之汲極電流，作為輸出電流而輸出至輸出端子。為第二輸出電流偵測電路之PMOS電晶體T4，由於與PMOS電晶體T3共通連接閘極，因此係使與輸出電流成比例之電流流通至汲極。第二輸出電流限制電路2係藉由PMOS電晶體T4的汲極電流，而控制PMOS電晶體T3的閘極電壓。為第一輸出電流偵測電路之PMOS電晶體T5，由於與PMOS電晶體T3共通連接閘極，因此係使與輸出電流成比例之電流流通至汲極。第一輸出電流限制電路1係藉由PMOS電晶體T5的汲極電流，而控制PMOS電晶體T3的閘極電壓。在此，第一輸出電流限制電路的第一輸出電流限制值，係設定為較第二輸出電流限制電路的第二輸出電流限制值還低。此外，第一輸出電流限制電路係藉由用以偵測出電壓調節器之輸入電壓的上升速度之偵測電路7，以控制該動作。偵測電路7於輸入電壓的上升速度較急劇時，係將第一輸出電流限制電路設定為可進行動作。
首先說明於電壓調節器啟動時輸入電壓的上升速度較快的情況下之動作。由於輸入電壓的上升速度較快且基準電壓較快上升，因此輸入至放大電路6的反轉輸入端子之基準電壓係較輸入至非反轉輸入端子之分壓電壓大幅提高。因此，放大電路6的輸出電壓降低，閘極電壓降低，因此PMOS電晶體T3的閘極電壓變得過大(湧入電流)。在此，偵測電路7係將第一輸出電流限制電路1設定為可進行動作。一旦PMOS電晶體T5的汲極電流成為第一輸出電流限制值，則第一輸出電流限制電路1控制PMOS電晶體T3的閘極電壓以降低汲極電流(湧入電流)。由於第一輸出電流限制電路1的第一輸出電流限制值，設定為較第二輸出電流限制電路2的第二輸出電流限制值還低，因此能夠更快速地提高限制湧入電流之速度。
於電壓調節器啟動後至經過特定的經過時間之後，偵測電路7係停止第一輸出電流限制電路1的動作，而僅讓第二輸出電流限制電路2進行動作。
接著說明於電壓調節器啟動時輸入電壓的上升速度較緩慢的情況下之動作。由於輸入電壓的上升速度較緩慢且基準電壓緩慢上升，因此輸入至放大電路6的反轉輸入端子之基準電壓，較輸入至非反轉輸入端子之分壓電壓並未提高太多。因此，放大電路6的輸出電壓變高，閘極電壓變高，因此PMOS電晶體T3的閘極電壓並不會變得太大。此外，由於輸入電壓的上升速度為緩慢上升，因此偵測電路7係停止第一輸出電流限制電路1的動作，而僅讓第二輸出電流限制電路2進行動作。由於第二輸出電流限制電路2的第二輸出電流限制值，設定為較第一輸出電流限制電路1的第一輸出電流限制值還高，因此PMOS電晶體T3的汲極電流變得容易流通，而縮短電壓調節器之輸入電壓的上升時間。
第2圖係顯示偵測電路7的一例之電路圖。
偵測電路7係具備：於一端輸入有輸入電壓之電容C14；汲極電極連接於電容C14的另一端，且閘極電極與源極電極為接地之空乏型NMOS電晶體T15；及汲極電極連接於第一輸出電流限制電路1，且閘極電極連接於電容C14的另一端，源極電極為接地之增強型NMOS電晶體T16。
增強型NMOS電晶體T16係控制第一輸出電流限制電路1之動作的開始及停止。電容C14及空乏型NMOS電晶體T15係控制增強型NMOS電晶體T16的閘極電壓。
一旦輸入電壓調節器的輸入電壓，則電荷充電至電容C14，使增強型NMOS電晶體T16的閘極電壓上升。於輸入電壓的上升較快時，電容C14的充電速度係較空乏型NMOS電晶體T15的放電還快。因此，一旦增強型NMOS電晶體T16的閘極電壓上升且超過閾值，則增強型NMOS電晶體T16成為ON，使第一輸出電流限制電路1可進行動作。
之後，空乏型NMOS電晶體T15係使電容C14的電荷緩慢放電。一旦增強型NMOS電晶體T16的閘極電壓緩慢下降且低於閾值，則增強型NMOS電晶體T16成為OFF，使第一輸出電流限制電路1停止動作。
電壓調節器之輸入電壓的上升速度之偵測位準及第一輸出電流限制電路1的動作時間，可藉由電容C14的電容值、空乏型NMOS電晶體T15的驅動能力及增強型NMOS電晶體T16的閾值予以設定。
[實施例2]
第3圖係顯示第2實施例的電壓調節器之方塊圖。第2實施例的電壓調節器，為於第1實施例的電壓調節器中追加有ON/OFF開關電路13之構成。
ON/OFF開關電路13係進行電壓調節器的ON/OFF開關控制。ON/OFF開關電路13係連接於放大電路6及偵測電路7。ON/OFF開關電路13係藉由來自於外部的訊號等，輸出控制訊號至放大電路6及偵測電路7，以進行電壓調節器的ON/OFF開關控制。
第2實施例的電壓調節器係進行下列動作。
於電壓調節器成為ON時，ON/OFF開關電路13係輸出控制訊號至放大電路6及偵測電路7，使電壓調節器成為ON。偵測電路7偵測輸入電壓的上升速度，若偵測出輸入電壓的急劇上升，則使第一輸出電流限制電路1進行動作。
之後的動作係與第1實施例的電壓調節器相同。
1．．．第一輸出電流限制電路
2．．．第二輸出電流限制電路
T3、T4、T5．．．PMOS電晶體
6．．．放大電路
7．．．偵測電路
R11、R12．．．電阻
T15．．．空乏型NMOS電晶體
T16．．．NMOS電晶體
第1圖係顯示第1實施例的電壓調節器之方塊圖。
第2圖係顯示偵測電路之電路圖。
第3圖係顯示第2實施例的電壓調節器之方塊圖。
第4圖係顯示以往的電壓調節器之方塊圖。
1．．．第一輸出電流限制電路
2．．．第二輸出電流限制電路
T3、T4、T5．．．PMOS電晶體
6．．．放大電路
7．．．偵測電路
R11、R12．．．電阻

Claims (5)

  1. 一種電壓調節器，其特徵為：係具備：連接於輸出端子，並將輸出電壓予以分壓之分壓電路；及輸入上述分壓電路的分壓電壓及基準電壓，並輸出用以控制輸出電路之訊號之放大電路；及連接於電壓輸入端子，並偵測輸入電壓的上升速度之偵測電路；及連接於上述放大電路的輸出，並偵測上述輸出端子的輸出電流之第一輸出電流偵測電路；及連接於上述偵測電路及上述第一輸出電流偵測電路，並控制上述輸出電路之第一輸出電流限制電路；及連接於上述放大電路的輸出，並偵測上述輸出端子的輸出電流之第二輸出電流偵測電路；及連接於上述第二輸出電流偵測電路，並控制上述輸出電路之第二輸出電流限制電路；上述第一輸出電流限制電路的第一輸出電流限制值，係較上述第二輸出電流限制電路的第二輸出電流限制值還低；上述偵測電路，於上述輸入電壓的上升速度較急劇時，係將上述第一輸出電流限制電路設定為可進行動作。
  2. 一種電壓調節器，其特徵為：係具備：連接於輸出端子，並將輸出電壓予以分壓之分壓電路；及輸入上述分壓電路的分壓電壓及基準電壓，並輸出用以控制輸出電路之訊號之放大電路；及控制上述放大電路的動作之ON/OFF開關電路；及連接於上述ON/OFF開關電路，並於上述ON/OFF開關電路輸出用以啟動上述放大電路之訊號時，偵測電壓輸入端子之輸入電壓的上升速度之偵測電路；及連接於上述放大電路的輸出，並偵測上述輸出端子的輸出電流之第一輸出電流偵測電路；及連接於上述偵測電路及上述第一輸出電流偵測電路，並控制上述輸出電路之第一輸出電流限制電路；及連接於上述放大電路的輸出，並偵測上述輸出端子的輸出電流之第二輸出電流偵測電路；及連接於上述第二輸出電流偵測電路，並控制上述輸出電路之第二輸出電流限制電路；上述第一輸出電流限制電路的第一輸出電流限制值，係較上述第二輸出電流限制電路的第二輸出電流限制值還低；上述偵測電路，於上述輸入電壓的上升速度較急劇時，係將上述第一輸出電流限制電路設定為可進行動作。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之電壓調節器，其中，上述偵測電路係具備：一邊的端子連接於上述電壓輸入端子之電容；及連接有上述電容之另一邊的端子之定電流源；及藉由上述電容之另一邊的端子的電壓來控制開閉之開關電路。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之電壓調節器，其中，上述定電流源，係由閘極及源極為接地之空乏型NMOS電晶體所構成。
  5. 如申請專利範圍第3項所記載之電壓調節器，其中，上述開關電路，係由將閘極連接於上述電容與上述定電流源之連接點，且將汲極連接於上述第一輸出電流限制電路之NMOS電晶體所構成。
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