专利名称：稳压器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及稳压器电路，特别是涉及必须进行大电流输出的系列稳压器IC。
背景技术：
稳压器电路是使从外部提供的电源电压稳定并向输出端子提供稳定后的输出电压的电路。把输出电容器连接在稳压器电路的输出端子上之后，将负载连接在稳压器电路的输出端子上。这样，把用稳压器电路稳定而用输出电容器平滑化了的输出电压提供给负载。
作为连接在稳压器电路的输出侧的输出电容器Co，一般是电解电容器或钽电容器，但是为了适应小型化要求，正向使用小容量的陶瓷电容器发展。
可是，电容器根据种类具有不同的ESR值(Equivalent Series Resistance等效串联电阻)。例如，电解电容器的ESR值随频率或温度而变化，具有大约0.1～100〔Ω〕的ESR值；钽电容器具有0.1～1〔Ω〕的ESR值。而陶瓷电容器具有0.001～0.1〔Ω〕的ESR值。在稳压器电路的输出端子上连接的输出电容器的ESR值与稳压器电路的相位补偿范围之间的关系不合适的情况下，可能产生振荡。
图1示出了现有的稳压器电路的构成。
图示的稳压器电路是具有电源端子VDD、接地端子GND和输出端子VOUT的3端稳压器电路(系列稳压器IC)。图示的稳压器电路是输出电流例如150mA以上的大电流输出用的稳压器电路，所以构成该电路的晶体管是双极晶体管。众所周知，双极晶体管具有作为控制端子的基极以及作为一对主要电极端子的集电极和发射极。
该稳压器电路具有恒流源11、第1到第10晶体管Q1～Q10、第1及第2电阻R1、R2和相位校正用电容器C1。
恒流源11和第1至第8晶体管Q1～Q8构成产生误差信号的误差信号放大器，该误差信号对应于由第1及第2电阻R1、R2分压后的分压电压与由未图示的基准电压生成电路生成的基准电压的差值。
第9晶体管Q9用作控制晶体管，把误差信号放大器输出的误差信号放大后，供给第10晶体管Q10的基极。
第10晶体管是连接在电源端子VDD和输出端子VOUT之间的输出晶体管(功率晶体管)，将施予电源端子VDD的输入电压稳压后，向输出端子VOUT提供输出电压。
第1和第2电阻器R1、R2相互串联连接，然后连接在输出端子VOUT和接地端子GND之间。如前所述，这些电阻器R1及R2用作分压电路，将输出电压分压后生成分压电压。
相位校正用电容器C1连接在输出端子VOUT与生成上述分压电路的分压电压的中间节点N1之间。
第1及第2电阻器R1、R2和相位校正用电容器C1的组合用作超前相位补偿电路(例如，参照非专利文献1)，上述的稳压器电路例如在非专利文件2中有所记载。
接下来，说明误差信号放大器的构成。第1晶体管Q1由npn型双极晶体管构成，将基准电压提供给其基极；第2晶体管Q2也由npn型双极晶体管构成，将分压电压提供给其基极。第1晶体管Q1和第2晶体管Q2的发射极之间连接起来，经恒流源11接地。
由第3及第4晶体管Q3、Q4构成的第1电流镜像电路连接在第1晶体管Q1的集电极和电源端子VDD之间；第3及第4晶体管Q3、Q4由npn型双极晶体管构成，第3及第4晶体管Q3、Q4的发射极连接在电源端子VDD上。第3晶体管Q3的基极与第4晶体管Q4的基极相连接；第4晶体管Q4的基极连接到第4晶体管Q4的集电极；第4晶体管Q4的集电极连接在第1晶体管Q1的集电极上。
由第5及第6晶体管Q5、Q6构成的第2电流镜像电路连接在第2晶体管Q2的集电极和电源端子VDD之间；第5及第6晶体管Q5、Q6由npn型双极晶体管构成，第5及第6晶体管Q5、Q6的发射极连接在电源端子VDD上。第5晶体管Q5的基极和第6晶体管Q6的基极相连接；第6晶体管Q6的基极被连接到第6晶体管Q6的集电极；第6晶体管Q6的集电极被连接到第2晶体管Q2的集电极上。
由第7及第8晶体管Q7、Q8构成的第3电流镜像电路连接在第1电流镜像电路和第2电流镜像电路与接地端子之间。第7及第8晶体管Q7、Q8由npn型双极晶体管构成，第7及第8晶体管Q7、Q8的发射极被连接到接地端子上，第7晶体管Q7的基极和第8晶体管Q8的基极相连接，第7晶体管Q7的集电极被连接到第3晶体管Q3的集电极上。第8晶体管Q8的基极被连接到第8晶体管Q8的集电极上，第8晶体管Q8的集电极被连接到第5晶体管Q5的集电极上。
第1电流镜像电路和第3电流镜像电路的连接点(换言之，第3晶体管Q3和第7晶体管Q7的集电极)是输出上述误差信号的输出节点。
用作控制晶体管的第9晶体管Q9由npn型双极晶体管构成，其基极连接在上述输出节点上，发射极连接在接地端子上。
用作输出晶体管的第10晶体管Q10由npn型双极晶体管构成，其基极连接在第9晶体管Q9的集电极上，发射极连接在电源端子VDD上，集电极连接在输出端子VOUT上。
图1的稳压器电路中，一旦将电源电压(例如，3～7〔V〕)施加于电源端子VDD，与第1及第2晶体管Q1、Q2的基极上施加的电压差值相对应的电流就流经这两个晶体管。提供给第1晶体管Q1的基极的基准电压是例如0.6～1.2〔V〕。
第1和第2电流镜像电路分别使与流经第1和第2晶体管Q1、Q2的电流同样大小的电流流经第7和第8晶体管Q7、Q8。提供给第7及第8晶体管Q7、Q8的电流差值使电压(误差信号)施加在第9晶体管Q9的基极上，由此流经第9晶体管Q9的电流发生变化。结果，第10晶体管的基极电流发生变化，使提供给输出端子VOUT的输出电压(例如，0.8～5〔V〕)稳压(稳定化)。
相位校正用电容器C1例如具有20pF的电容值，使该稳压器电路的相位校正范围(超前相位补偿)扩大。
一般的来说，为了不使稳压器电路产生振荡，增益为0dB的频率下的相位容限(余裕度)必须保证在例如45°以上。
图2中表示出在从图1的稳压器电路内除掉了校正用电容器C1的稳压器电路中，输出电容Co的ESR为0.01Ω、输出电流为500mA时的稳压器电路的开路特性。从图2可知，在无校正用电容器C1的稳压器电路中，没有增益为0dB的频率下的相位容限。因此，无校正用电容器C1的稳压器电路会产生振荡。
图3中表示在图1的稳压器电路中，输出电容器Co的ESR为0.01Ω、输出电流为500mA时的稳压器电路的开路特性。从图3可知，即使具备校正用电容器C1的稳压器电路中，也没有增益为0dB的频率下的相位容限。因此有校正用电容器C1的稳压器电路也会振荡。
这样，输出电容Co的ESR低的情况下，即使设置了相位校正用电容器C1，稳压器电路也会振荡。
晶体管技术98.08号p409[非专利文献2]“实用模拟电子电路设计法”，渡边一雄著，综合电子出版社发行，1996.6.22，第1版4章低电压设计法和设计要点p110如上所述，现有的稳压器电路很难适应输出电容器Co的低容量化、低ESR化。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够适应输出电容器Co的低容量化、低ESR化的稳压器电路。
按照本发明，具有电源端子VDD、输出端子VOUT和接地端子的稳压器电路具备连接在所述电源端子与所述输出端子之间的输出晶体管Q10、将该输出端子与所述接地端子之间的输出电压分压并从中间节点N1生成分压电压的分压电路R1、R2、产生对应于基准电压和所述分压电压的差值的误差信号的误差信号放大器Q1～Q8、11和根据所述误差信号控制所述输出晶体管的控制晶体管Q9，并且控制所述输出晶体管而使所述输出电压稳定化；其特征在于在所述稳压器电路中具有连接在所述输出端子与所述分压电路的所述中间节点之间的第1相位校正用电容器C1和连接在所述输出端子与所述误差信号放大器的规定的节点N2之间的第2相位校正用电容器C2。
在所述稳压器电路中，所述误差信号放大器由具有供给所述基准电压的控制端子的第1晶体管Q1、具有供给所述分压电压的控制端子的第2晶体管Q2、连接在所述第1晶体管和所述第2晶体管的一端的主要电极端子与所述接地端子之间的恒流源11、连接在所述第1晶体管的另一端的主要电极端子与所述电源端子之间的第1电流镜像电路Q3、Q4、连接在所述第2晶体管的另一端的主要电极端子与所述电源端子之间的第2电流镜像电路Q5、Q6、连接在所述第1电流镜像电路和所述第2电流镜像电路与所述接地端子之间的第3电流镜像电路Q7、Q8构成。所述第1电流镜像电路与所述第3电流镜像电路的连接点是输出所述误差信号的输出节点N3。所述第3电流镜像电路包含其一端的主要电极端子连接到输出节点上的晶体管Q7，该晶体管的控制端子是所述规定的节点N2。
在上述稳压器电路中，构成所述误差信号放大器的晶体管最好由双极晶体管构成。这种情况下，所述第3电流镜像电路包含连接在所述第2电流镜像电路与所述接地端子之间的另外的晶体管Q8，具有相同电阻值的2个电阻R3，R4串联连接在该晶体管的控制端子与所述规定的节点之间，最好将这两个电阻的连接点与所述另外的晶体管的一端的主要电极端子直接连接起来。
在上述稳压器电路中，所述第2相位校正用电容器C2最好具有0.5pF～20pF范围的电容值，所述两个电阻R3，R4最好具有200Ω～60kΩ范围的阻值。按所述两个电阻的电阻值和所述第2相位校正用电容器的电容值确定的时间常数由要实施超前相位补偿的频率来决定。
上述括号内的符号是为了更好的理解本发明而添加的，并不限定本发明。
为了防止稳压器电路振荡，不仅设置有第1相位校正用电容器，还设置了第2相位校正用电容器，所以能够提供可适应低容量化、低ESR化的稳压器电路
图1是现有的稳压器电路的一例的电路图；图2是从图1的稳压器电路除掉了相位校正用电容器的稳压器电路在ESR＝0.01Ω、输出电流为500mA情况下的开路特性曲线图；图3是图1的稳压器电路在ESR＝0.01Ω、输出电流为500mA情况下的开路特性曲线图；图4是本发明的一个实施例的稳压器电路的电路图；图5是从图4的稳压器电路中除掉了相位校正用电路的两个电阻器的稳压器电路在ESR＝0.01Ω、输出电流为500mA情况下的开路特性曲线图；图6是图4的稳压器电路在ESR＝0.01Ω、输出电流为500mA情况下的开路特性曲线图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
图4是本发明的一个实施例的稳压器电路(系列稳压器IC)的电路图。该稳压器电路具有与现有的稳压器电路基本相同的构成，不同的是具有包含第2相位校正用电容器C2的相位校正电路40。
详细地说，该稳压器电路具有恒流源11、第1到第10晶体管Q1～Q10、第1及第2电阻R1、R2、第1相位校正用电容器C1和相位校正电路40。相位校正电路40由第3及第4电阻R3、R4(例如，5〔KΩ〕、5〔KΩ〕)，和第2相位校正用电容器C2(例如，3〔pF))构成。
换言之，图示的稳压器电路具备连接在电源端子VDD和输出端子VOUT之间的输出晶体管Q10、将该输出端子VOUT与接地端子间的输出电压分压后从中间节点N1生成分压电压的分压电路(R1，R2)、产生对应于基准电压与分压电压的差值的误差信号的误差信号放大器(Q1～Q8、Q11)和根据误差信号控制输出晶体管Q10的控制晶体管Q9。稳压器电路是通过控制输出晶体管Q10来稳定输出电压的电路；图示的稳压器电路还具备连接在输出端子VOUT与分压电路(R1，R2)的中间节点N1之间的第1相位校正用电容器C1和包含连接在输出端子VOUT与误差信号放大器规定的节点N2(后述)之间的第2相位校正用电容器C2的相位校正电路40。
由于图示的稳压器电路是必须大电流输出的稳压器电路，所以构成该稳压器电路的晶体管全都是双极晶体管。众所周知，双极晶体管具有作为控制端子的基极和作为一对主要电极端子的集电极和发射极。
恒流源11和第1至第8晶体管Q1～Q8构成根据两个输入信号(后述的分压电压及基准电压)的差值生成误差信号的误差信号放大器。
第1及第2晶体管Q1及Q2都由npn型双极晶体管构成。这些晶体管Q1及Q2的发射极共同连接在恒流源11上，集电极分别连接在后述的第1及第2电流镜像电路上。由未图示的电压生成电路产生的基准电压供给第1晶体管Q1的基极；从分压回路(R1，R2)的中间节点N1输出的分压电压供给第2的晶体管Q2的基极。第1及第2晶体管Q1、Q2根据供给这些基极的电压的差值来分割恒流源11生成的规恒定电流。
第3及第4的晶体管Q3、Q4都由npn型双极晶体管构成。这些晶体管Q3、Q4的发射极都连接在电源端子VDD上，基极相互连接，同时还连接在第4晶体管Q4的集电极上。第3晶体管Q3的集电极连接在后述的第7晶体管Q7的集电极上。这些晶体管Q3及Q4构成第1电流镜像电路，把与流经第1晶体管Q1相同的电流提供给第7晶体管Q7。
第5及第6的晶体管Q5及Q6都由npn型双极晶体管构成。这些晶体管Q5及Q6的发射极都连接在电源端子VDD上，基极相互连接，同时还连接在第6晶体管Q6的集电极上。第5晶体管Q5的集电极连接在后述的第8晶体管Q8的集电极上。这些晶体管Q5及Q6构成第2电流镜像电路，把与流经第2晶体管Q2相同的电流提供给第8晶体管Q8。
第7及第8的晶体管Q7及Q8都由npn型双极晶体管构成。第7晶体管(误差信号生成用晶体管)Q7的发射极连接在接地端子上，基极连接在相位校正电路40的第3电阻R3的一端。第8晶体管Q8的发射极连接在接地端子上，基极连接在相位校正电路40的第4电阻R4的一端。第8晶体管Q8的集电极连接到第3及第4电阻R3、R4的连接点上。且，第7及第8晶体管Q7、Q8构成第3电流镜像电路，在第7晶体管Q7的集电极即输出节点N3上产生对应于分别提供到第7晶体管Q7和第8晶体管Q8的电流的差值的电压(误差信号)。
第9晶体管Q9由npn型双极晶体管构成。第9晶体管Q9的发射极连接在接地端子上，集电极连接到第10晶体管Q10的基极上，基极连接在第7晶体管Q7的集电极(第3晶体管Q3的集电极)N3上。第9晶体管Q9用作控制晶体管，根据误差信号控制流入第10晶体管Q10的基极的电流。
第10晶体管Q10由npn型双极晶体管构成。第10晶体管Q10的发射极连接在电源端子VDD上，集电极连接在输出端子VOUT上。第10晶体管Q10根据其基极电流调整提供给电源端子的电源电压后，向输出端子VOUT提供输出电压。
第1和第2电阻R1及R2相互串联连接，然后连接在输出端子VOUT与接地端子之间。且，这些电阻R1与R2的连接点(中间节点)N1连接在前述的第2晶体管Q2的基极上。第1和第2电阻R1和R2用作分压电路，对提供到输出端子VOUT上的输出电压进行分压，并向第2晶体管Q2的基极提供分压电压。
第1相位校正用电容器C1连接在输出端子VOUT和分压电路的中间节点N1之间。
相位校正电路40的第2相位校正用电容器C2的一端连接在输出端子VOUT上，另一端连接在第7晶体管Q7的基极上。即，第7晶体管Q7的基极是误差信号放大器规定的节点N2。第2相位校正用电容器C2根据输出电压使第7晶体管Q7的基极电位变化，来校正从误差信号放大器输出的误差信号。
按照以上的构成，与现有技术一样，图4的稳压器电路调整施加于电源端子VDD上的电源电压，并把稳压后的电源电压作为输出电压提供到输出端子VOUT。
本实施例的稳压器电路不仅设置有第1相位校正电容器C1，还设置有包含第2相位校正用电容器C2的相位校正电路40，所以能够比现有的稳压器电路更进一步地进行超前相位补偿。
图5表示的是在从图4的稳压器电路中除掉了第3及第4电阻器R3、R4的稳压器电路中，输出电容器Co的ESR为0.01Ω、输出电流为500mA时的稳压器电路的开路特性。从图5可知，在不具备第3及第4电阻器R3、R4的稳压器电路中，没有增益为0dB的频率下的相位容限(余裕度)。因此，没有第3及第4电阻R3、R4的稳压器电路会产生振荡。
图6表示的是在图4的稳压器电路中，输出电容器Co的ESR为0.01Ω、输出电流为500mA时的稳压器电路的开路特性。从图6可知，在图4的稳压器电路中，增益为0dB的频率下的相位容限(余裕度)约为60°。而且，在相位为0的频率以上的频带内，由于增益为负值，所以稳压器电路不产生振荡。
如上所述，本实施例的稳压器电路不仅设置有第1相位校正电容器C1，还设置有包含第2相位校正用电容器C2的相位校正电路40，所以能够适应低容量、低ESR的输出电容器Co。
因为必须使构成第3电流镜像电路的第7和第8晶体管Q7、Q8的基极-发射极电位相同，所以构成相位校正电路40的第3和第4电阻器R3、R4具有相同的电阻值。最好选用200Ω～60kΩ范围的电阻值作为第3和第4电阻器R3、R4的电阻值。设定下限电阻值为200Ω，是为了不受流经第3及第4电阻器R3、R4的电流为约1μA、第7及第8晶体管Q7及Q8的发射极的电阻为约26Ω的影响。设定上限电阻值为60kΩ，是因为制造具有比这更高的电阻值的电阻时，制造工艺偏差大，很难制造出具有相同电阻值的电阻。
另一方面，最好选择范围为0.5pF～20pF的电容值，作为第2相位校正用电容C2的电容值。从半导体领域制造具有上述电容值的电容器方面的问题考虑，将上述电容C2的电容值取在0.5pF～20pF范围，是合适的值。
按第3及第4电阻R3、R4的电阻值和第2相位校正用电容器C2的电容值确定的时间常数由要实施超前相位补偿的频率来决定。
本发明人确认，在图4所示的稳压器电路中，把电容器连接在第7晶体管Q7的基极和集电极之间，就能够进一步提高超前相位补偿的效果。作为该电容的电容值，适当的范围是0.5pF～20pF。
本发明不被限定于上述的实施例，在不背离本发明的宗旨的范围内当然包括种种可能的更改。例如，在上述实施例中，是说明由双极晶体管构成的稳压器电路，但是，在输出电流为50mA～100mA的范围的小输出电流用的情况下，本发明同样也可适用于由MOSFET构成的稳压器电路。各MOSFET具有作为控制端子的栅极以及作为一对主要电极端子的漏极和源极。这种情况下，除第1相位校正电容器之外，还可以至少设置一个第2相位校正用电容器。
权利要求
1.一种具有电源端子、输出端子和接地端子的稳压器电路，具备连接在所述电源端子与所述输出端子之间的输出晶体管、将该输出端子与所述接地端子之间的输出电压分压并从中间节点生成分压电压的分压电路、产生对应于基准电压与所述分压电压的差值的误差信号的误差信号放大器和根据所述误差信号控制所述输出晶体管的控制晶体管，并且控制所述输出晶体管而使所述输出电压稳定化；其特征在于在所述稳压器电路中具有连接在所述输出端子和所述分压电路的所述中间节点之间的第1相位校正用电容器和连接在所述输出端子与所述误差信号放大器的规定的节点之间的第2相位校正用电容器。
2.根据权利要求1记载的稳压器电路，其特征在于所述误差信号放大器由具有供给所述基准电压的控制端子的第1晶体管、具有供给所述分压电压的控制端子的第2晶体管、连接在所述第1晶体管和所述第2晶体管的一端的主要电极端子与所述接地端子之间的恒流源、连接在所述第1晶体管的另一端的主要电极端子与所述电源端子之间的第1电流镜像电路、连接在所述第2晶体管的另一端的主要电极端子与所述电源端子之间的第2电流镜像电路、连接在所述第1电流镜像电路和所述第2电流镜像电路与所述接地端子之间的第3电流镜像电路构成；所述第1电流镜像电路与所述第3电流镜像电路的连接点是输出所述误差信号的输出节点；所述第3电流镜像电路包含其一端的主要电极端子连接到输出节点上的晶体管，该晶体管的控制端子是所述规定的节点。
3.根据权利要求2记载的稳压器电路，其特征在于构成所述误差信号放大器的晶体管由双极晶体管构成；所述第3电流镜像电路包含连接在所述第2电流镜像电路与所述接地端子之间的另外的晶体管，具有相同电阻值的2个电阻串联连接在该晶体管的控制端子与所述规定的节点之间，这两个电阻的连接点与所述另外的晶体管的一端的主要电极端子直接连接起来。
4.根据权利要求3记载的稳压器电路，其特征在于所述第2相位校正用电容器具有0.5pF～20pF范围的电容值，所述两个电阻各自具有200Ω～60kΩ范围的电阻值。
5.根据权利要求4记载的稳压器电路，其特征在于按所述两个电阻的电阻值和所述第2相位校正用电容器的电容值确定的时间常数由要实施超前相位补偿的频率来决定。
全文摘要
廉价提供一种能够适应输出电容器Co的低容量化、低ESR化的稳压器电路。该稳压器电路具备连接在电源端子(V
文档编号G05F1/56GK1755568SQ20051000888
公开日2006年4月5日 申请日期2005年2月24日 优先权日2004年9月30日
发明者山口公一 申请人:三美电机株式会社