专利名称：输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对负载提供电流的输出装置。
背景技术：
在稳压器IC中，存在随负载电流而变化的输出的响应性的问题。例如在低功耗类 型的IC时，因为放大器的增益低，所以响应性容易变坏。当响应性变坏时，实际的输出电压 有可能低于规定的输出电压。例如，在图1所示的稳压器IC时，通过增大电压放大电路16的增益，或者恒定地 增大用于驱动输出晶体管11的晶体管21的驱动电流，可以改善输出的过渡响应特性。此外，如图2所示，对于图1所示的IC，通过追加电压放大电路22和晶体管20，可 以改善输出的过渡响应特性。即，通过电压放大电路22监视基准电压Vref与输出电压V。ut 的反馈电压Vfb的差分，只在伴随负荷电流的增大输出电压V。ut降低的过度期间，电压放大 电路22使晶体管22导通，由此来改善输出的过渡响应特性。并且，除了图1、2所示的电路以外，已知有一种谋求针对负载电流的急剧变化的 响应速度高速化的恒压电路(例如参照专利文献1)。专利文献1特开2005-353037号公报
发明内容
但是，为了改善输出的过渡响应特性，仅通过简单地增大放大器的增益或驱动电 流，会招致消耗电流增大。此外，在图2所示的IC时，因为电压放大电路16和电压放大电路22都对直流电压 进行比较，所以受到各放大器的输入偏移的影响，消耗电流或过渡响应特性容易产生偏差。 即，当把电压放大电路16的输入偏移的偏差设为△ Vl，将电压放大电路22的输入偏移的偏 差设为Δ V2时，将电压放大电路16和电压放大电路22合起来的全部的输入偏移AV则为
。因此，与图ι的情况相比，输入偏移的偏差成为
倍，晶体管20的栅极动作点容易产生偏差。此外，在上述的专利文献1中公开的电路中，在输出端子OUT和差动放大电路的输 入端之间串联地插入了电容器C3。因此，必须在该差动放大电路的另一端的输入端设置用 于输入偏置电压Vbl的基准电压生成电路。因此，由于该基准电压生成电路的消耗电流，整 个电路的消耗电流会增大。因此，本发明的目的在于提供一种改善输出的过渡响应特性，同时可降低消耗电 流的输出装置。为了达成上述目的，本发明的输出装置的特征为，具备输出晶体管，其输出输出 电流；第一驱动部，其驱动所述输出晶体管，以使所述输出晶体管的输出电压的反馈电压与 基准电压一致；RC电路，其在与大地连接的电容器上串联连接了电阻；以及第二驱动部，其 驱动所述输出晶体管，以使在通过对所述RC电路的两端施加所述反馈电压而在所述电阻的两端产生的电位差随着所述输出电压的降低而增大时，与所述电位差小时相比，所述输 出电流增大。此外，恰当的是，所述第一驱动部包含施加所述基准电压的恒流源，所述恒流源使 用于驱动所述输出晶体管的电流流动。此外，恰当的是，所述第二驱动部具备检测所述电位差的检测部；以及按照所述 检测部的输出信号驱动所述输出晶体管，由此来调整所述输出电流的调整部。此外，所述检测部既可以是将产生了所述电位差的所述两端中的一端部的电压与 另一端部的电压进行比较的比较器，也可以是放大所述电位差的放大器。根据本发明，可以改善输出的过渡响应特性，同时可降低消耗电流。
图1是稳压器IC的结构图。图2是稳压器IC的结构图。图3是本发明实施方式的稳压器IC100的结构图。图4是本发明实施方式的稳压器IC200的结构图。图5是各波形的时序图。符号说明1大地端子；2电源输入端子；3输出电压端子；4控制端子；10稳压器IC ;11输出 晶体管；12、13、17电阻；14恒流源；15恒压源；16、22电压放大电路(放大器)；18电容器； 20,21调整晶体管；19,23电压放大电路(比较器)；100,200稳压器IC
具体实施例方式以下参照
用于实施本发明的方式。图3是本发明第一实施方式的稳压器 IC100的结构图。稳压器IC100作为与外部连接的端子，具备接地端子1、电源输入端子2、 输出电压端子3、控制端子4。接地端子1实际上与OV的大地(GND)连接。电源输入端子 2与电源路径连接，输入输入电压Vdd(例如5V)。输出电压端子3与用于对负载供给输出电 流I。ut的输出路径连接，输出输出电压V。ut。控制端子4输入用于切换输出电压V。ut的输出 的接通/关断的控制信号。稳压器IC100是具备以下各部分的输出装置亦即，输出输出电流I。ut的输出晶体 管11 ；第一驱动部，其驱动输出晶体管11以使输出晶体管11的输出电压v。ut的反馈电压 Vfb与基准电压Vref —致；在与大地连接的电容器18上串联连接了电阻17的RC电路；以及 包含根据电阻17的两端电压驱动输出晶体管11，由此调整输出电流I。ut的调整部的第二驱 动部。第一驱动部包含第一电压放大电路16。第二驱动部包含第二电压放大电路19和调 整晶体管20。输出晶体管11是在输出端子2和输出端子3之间插入的PMOS晶体管。输出晶体 管11的源极与输入端子2连接，漏极与输出端子3连接。输出晶体管11的栅极与电压放 大电路16的输出端子和调整晶体管20的漏极连接。电压放大电路16为了使通过输出晶体管11的漏极侧的输出电压V。ut的反馈得到 的反馈电压Vfb与基准电压Vref —致，通过调整输出晶体管11的栅极电压ve来驱动输出晶体管11。此时，为了补偿电压放大电路16的输出部的电流吸入能力，也可以做成调整晶体 管20稳定地吸入电流。通过使用电阻12、13对输出电压V-进行分压的反馈电路。生成 反馈电压Vft。该反馈电路是电阻12和电阻13的串联电路，且插入在输出晶体管11的漏 极和输出端子3的中间点与大地之间。电阻12和电阻13的连接点P3与电压放大电路16 的差动输入部的一方的输入端子连接，并且与电压放大电路19的差动输入部的一方的输 入端连接。电压放大电路16对应反馈电压Vfb和基准电压Vref的差分的大小，调整输出晶体 管11的栅极电压\的大小。基准电压Vref减去反馈电压Vfb后的差分电压Dl越大，电压放 大电路16将输出晶体管11的栅极电压Ve调整得越小。当与差分电压Dl成反比地减小栅 极电压\时，可以平滑地增大输出电流I。ut。电压放大电路16通过被提供由按照输入电压Vdd进行动作的恒流源14生成的恒 定电流来进行动作。恒流源14按照从控制端子4输入的控制信号，接通/关断恒定电流的 输出。此外，把恒流源14生成的恒定电流提供给恒压源15。恒压源15被提供来自恒流源 14的恒定电流，由此生成恒定的基准电压V&。恒压源15例如是带隙电路。电压放大电路19的差动输入部与被施加大地基准的反馈电压Vfb的RC电路内的 电阻R17连接。RC电路具备电阻17、与电阻17串联连接的电容器18。电容器18的一端 部与大地连接，另一端部与电阻17连接。电压放大电路19为了使输出电流I。ut随着电阻17的两端之间的电位差D2增大而 增大，通过使调整晶体管20动作来驱动输出晶体管11。通过对RC电路的两端施加反馈电 压V&，而产生电位差D2。电压放大电路19为了使输出晶体管11的栅极电压Ve随着电位 差D2增大而减小，使调整晶体管20进行动作，伴随由于负荷电流的增大输出电压Vout降 低，所述电位差D2增大。当与电位差D2反比例地减小栅极电压Ve时，可以平滑地增大输 出电流I。ut。调整晶体管20对应电压放大电路19的输出电压的大小，调整栅极电压使其减小。 调整晶体管20的漏极与输出晶体管11的栅极连接，源极与大地连接，栅极与电压放大电路 19的输出部连接。作为调整晶体管20的具体例子，可例举出NMOS晶体管、npn双极晶体管。 当电容器18的充放电停止时，在电阻17的两端产生电位差D2，所以基于电压放大电路19 的调整晶体管20的动作停止。但是，在没有产生电位差的状态下，调整晶体管20不根据电 压放大电路19的输出信号进行动作，而可以始终流过漏极电流，以便补偿电压放大电路16 的输出部的吸入能力，能够确保希望的输出电压V。ut和输出电流I。ut。电压放大电路19可以具有把作为电阻17的两端中的一端部的连接点Pl的电压 与作为另一端部的连接点P2的电压进行比较，根据该比较结果输出高电平或低电平的输 出信号的比较器的功能。例如，将电容器18的电压设定为具有滞后的比较器19的阈值电 压(连接点P2的电位)。此时，比较器19在对于该阈值电压被输入了规定值以下的反馈电 压Vfb时，对调整晶体管20的栅极输出高电平的输出信号，在对于该阈值电压被输入了不满 规定值的反馈电压Vfb时，对调整晶体管20的栅极输出低电平的输出信号。即，当伴随输出电压V。ut由于负载电流的增加而降低，产生规定值以上的连接点 P2的电压减去连接点Pl的电压的电位差D2时，只在暂时产生该规定值以上的电位差D2的 期间，比较器19对调整晶体管20的栅极输出高电平的输出信号。因此，只在输出电压V。ut暂时降低后直到恢复为止的期间(即，产生规定值以上的电位差D2的期间)，可以使调整晶 体管20进行动作以使输出晶体管20的栅极电压Ve降低。图4是本发明的第二实施方式的稳压器IC200的结构图。对于与图3相同的部分 省略或简化其说明。稳压器IC200是具备以下各部分的输出装置亦即，输出输出电流I。ut的输出晶体 管11 ；驱动输出晶体管11以使输出晶体管11的输出电压v。ut的反馈电压Vfb与基准电压 Vref—致的第一驱动部；在与大地连接的电容器18上串联连接电阻17的RC电路；包含根 据电阻17的两端电压驱动输出晶体管11，由此调整输出电流I。ut的调整部的第二驱动部。 第一驱动部包含第一电压放大电路16和第一调整晶体管21。第二驱动部包含第二电压放 大电路23和第二调整晶体管20。输出晶体管11是在输入端子2和输出端子3之间插入的PMOS晶体管。输出晶体 管11的栅极与电压放大电路16的输出端子、调整晶体管20的漏极以及调整晶体管21的 漏极连接。电压放大电路16为了使通过输出晶体管11的漏极侧的输出电压V。ut的反馈得到 的反馈电压Vfb与基准电压VMf—致，通过调整输出晶体管11的栅极电压Ve来驱动输出晶 体管11。此时，通过基准电压进行动作的调整晶体管21具有用于始终使恒定电流的漏 极电流流过的恒流源的功能。作为调整晶体管21的具体例子，可列举出NMOS晶体管、npn 双极晶体管。在调整晶体管21的栅极-源极之间始终施加基准电压Vref。调整晶体管21 是通过被供给与提供给电压放大电路16的基准电压相同的基准电压V&，来驱动输出晶体 管11的栅极的恒流源。电阻12与电阻13的连接点P3与电压放大电路16的差点输入部 的一方的输入端连接，并且与电压放大电路23的差动输入部的一方的输入端连接。电压放大电路23为了随着与该差动输入部连接的电阻17的两端间的电位差D2 变大，使输出电流I。ut增大，通过使调整晶体管20进行动作来驱动输出晶体管11。由于对 RC电路的两端施加反馈电压Vfb，而产生电位差D2。电压放大电路23为了使输出晶体管11 的栅极电压\随着电位差D2增大而减小，使调整晶体管20进行动作，伴随由于负荷电流 的增大输出电压Vout降低，所述电位差D2增大。当与电位差D2反比例地减小栅极电压Ve 时，可以平滑地增大输出电流I。ut。电压放大电路23可以具备输出用于选择性地切换调整晶体管20的接通/关断的 切换信号的比较器的功能。例如，将电容器18的电压设定为具有滞后的比较器23的阈值 电压(连接点P2的电位)。此时，比较器23具备在对于该阈值电压被输入了规定值以下的 反馈电压Vfb时，输出用于把调整晶体管20切换为接通的切换信号的结构即可。此外，与上述图3的电压放大电路19相同，电压放大电路23可以具备将作为电阻 17的两端中的一端部的连接点Pl的电压与作为另一端部的连接点P2的电压进行比较，根 据该比较结果输出高电平或低电平的输出信号的比较器的功能。图5是各波形的时序图。当伴随负载电流的急剧增大，输出电流I。ut急剧增大 时(参照图5㈧)，输出电压V-暂时降低(参照图5(B))。图5(C)表示与电压放大电路 19(23)的输入端连接的连接点Pl和连接点P2的电压变化。在由于基准电压Vref和反馈电 压Vfb大体一致输出电压V。ut大体恒定的稳定状态下，因为不经由连接点P3以及电阻17向 电容器18流过充电电流，所以不产生由于电阻17的电压降低引起的电位差D2。并且，当输出电压V。ut由于负载电流的增大而降低时，与输出电压V。ut的降低联动反馈电压Vfb也降 低。当连接点Pl (P3)的反馈电压Vfb降低时，因为与降低后的反馈电压Vfb相比从电位高的 电容器18流过充电电流，所以连接点P2的电位也降低。由于来自电容器18的放电电流在 电阻17中产生电压降(电位差)，所以在输出电压V。ut由于负载电流的增加而暂时降低的 过渡状态下，连接点P2的电位高于连接点Pl的电位。因此，电压放大电路19(23)为了随着连接点P2减去Pl的电位差D2增大，使输出 晶体管11的栅极电压Ve减小，使调整晶体管20进行动作。相反，电压放大电路19(23)为 了随着连接点P2减去Pl的电位差D2减小，使输出晶体管11的栅极电压Ve增大，使调整 晶体管20进行动作。或者，只在产生了规定值以上的连接点P2减去Pl后的电位差D2的期间，比较器 19(23)为了使输出晶体管11的栅极电压Ve减小，使调整晶体管20进行动作。因此，根据IC100、IC200，可以改善输出电压V。ut暂时降低到规定电压以下时的过 渡响应特性。在为IC100、IC200时，电压放大电路19(23)只在对电容器18进行充放电的 期间进行动作，在除此之外的期间停止，所以与需要始终比较基准电压Vref和反馈电压Vfb 这两个直流电压的图1、图2的情况相比，可以在负载电流恒定或无负载的状态下抑制消耗 电流。为了抑制稳定状态下的消耗电流，例如，为了在调整晶体管20为稳定的状态下维 持关断状态，可以通过尺寸调整等来设定用于电压放大电路19(23)和调整晶体管20接通 的栅极阈值。此外，在为IC100、IC200时，如上述的引用文献1记载的电路那样，由于没有基准 电压生成电路，所以可以抑制由于构成基准电压生成电路而导致的消耗电流的增加。并且，根据IC100、IC200，可以抑制过渡响应特性或消耗电流的偏差。在IC100、 IC200中，由于通过与包含电压放大电路16的反馈环不同的系统改善过渡响应特性，所以 相比通过与包含电压放大电路16的反馈环相同的系统来改善过渡响应特性的现有电路， 可以抑制消耗电流和过渡响应特性的偏差。在图2时，作为对电压放大电路22差动输入的输入电压，输入基准电压VMf和反 馈电压Vfb这两个不同种类的电压，与此相对，在IC100、IC200时，根据一个反馈电压Vfb生 成差动输入给电压放大电路19(23)的两个输入电压。因此，在IC100、IC200时，因为根据 一个电压生成了两个输入电压，所以可以抑制消耗电流和过渡响应特性的偏差。此外，在图2时，将电压放大电路16与22的输入偏移合起来的总输入偏移
Δν成为
。与此相对，在图3、4时，总输入偏移Δν与电压放大电 路19(23)的输入偏移AV2相等。因此，与图2时相比，可以将输入偏移的偏差抑制为
分之-。在稳定状态下，由于反馈电压Vfb稳定，电压放大电路19(23)的两输入端为大体相 同的电位。因此，在总输入偏移Δν中，仅表现出电压放大电路19(23)的输入端的输入偏 移AV2的偏差。以上，详细说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限于上述的实施例，在不超 出本发明的范围的情况下可以对上述的实施例施加各种变形、改良以及置换。
例如，作为本发明的输出装置的实施方式，表示了稳压器，但还可以在DC-DC转换 器、负载的驱动装置中使用本发明。
权利要求
一种输出装置，其特征在于，具备输出晶体管，其输出输出电流；第一驱动部，其驱动所述输出晶体管，以使所述输出晶体管的输出电压的反馈电压与基准电压一致；RC电路，其在与大地连接的电容器上串联连接有电阻；以及第二驱动部，其驱动所述输出晶体管，以使在通过对所述RC电路的两端施加所述反馈电压而在所述电阻的两端产生的电位差随着所述输出电压的降低而增大时，与所述电位差小时相比，所述输出电流增大。
2.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于， 所述第一驱动部包含施加所述基准电压的恒流源， 所述恒流源使用于驱动所述输出晶体管的电流流动。
3.根据权利要求1或2所述的输出装置，其特征在于， 所述第二驱动部具备检测所述电位差的检测部；以及通过按照所述检测部的输出信号驱动所述输出晶体管来调整所述输出电流的调整部。
4.根据权利要求3所述的输出装置，其特征在于，所述检测部是将产生了所述电位差的所述两端中的一端部的电压与另一端部的电压 进行比较的比较器。
5.根据权利要求3所述的输出装置，其特征在于， 所述检测部是放大所述电位差的放大器。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可以改善输出的过渡响应特性，同时降低消耗电流的输出装置。该输出装置具备输出晶体管(11)，其输出输出电流(Iout)；第一驱动部(16)，其驱动所述输出晶体管(11)以使所述输出晶体管(11)的输出电压(Vout)的反馈电压(Vfb)与基准电压(Vref)一致；RC电路，其在与大地连接的电容器(18)上串联连接了电阻(17)；以及第二驱动部(19、20)，其驱动所述输出晶体管(11)以使在通过对所述RC电路的两端施加所述反馈电压而在所述电阻(17)的两端产生的电位差随着所述输出电压(Vout)的降低而增大时，与所述电位差小时相比，所述输出电流(Iout)增大。
文档编号G05F1/56GK101930246SQ201010206079
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月13日 优先权日2009年6月19日
发明者寺田明广, 牧慎一朗, 高野阳一 申请人:三美电机株式会社