专利名称：直流电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有对负载串联设置的控制元件和电阻元件的直流电源 装置。
背景技术：
以往，作为直流电源装置的一个方式，有对与直流电源装置的输出端 子相连的负载串联设置控制元件，由该控制元件使来自外部的输入电压下降，输出预定的输出电压的直流电源装置(例如参照专利文献1)。图6 表示以往的直流电源装置的典型例子。该直流电源装置101将来自外部的 输入电压Vt输入到输入端子IN,使其下降后从输出端子OUT输出输出电 压V0。输出端子OUT连接有平滑电容102和负载103，流过输出电流I0。 负载103是发挥安装了直流电源装置101的电子设备的功能的一个或多个 电子装置。输入端子IN与作为PMOS型晶体管的控制元件111的源极相连，控 制元件111的漏极与输出端子OUT相连。输出端子OUT的电压被输入到 误差放大器115,误差放大器115将输出端子OUT的电压与预定的基准电 压VKEF相比较，对它们的差放大，向控制元件111的栅极输出控制信号。在该直流电源装置101中，通过反馈输出端子OUT的输出电压V0 对控制元件lll进行控制，来确保输出电压Vo为基准电压VREF。专利文献l:特开2005 - 93567号公净艮
发明内容
〔发明所要解决的课题〕在作为本申请人的在先申请的日本特愿2003 - 380575中，才是出了这 样一种直流电源装置利用在输出端子前与控制元件串联设置的电阻元 件，使输出电压相应于输出电流的变动地做微小变动，以谋求抑制输出电 流变动时的下冲(undershoot)和过沖(overshoot),及防止振荡现象。这
样的直流电源装置，在作为负载的一个或多个电子装置是消耗电流的变动 较大的数字系统装置的情况下，特别有效。图7是对上述直流电源装置101进行变形，在输出端子OUT之前设 置了电阻元件112的直流电源装置104的电路图。该直流电源装置104的 输出电流-输出电压特性如图8所示。即，输出电流Io增加，则输出电压 Vo相应于电阻元件112的电阻值(输出电阻值)R,地减少。最大输出电 流Iomax(例如3A )和输出电压V0的变动容许范围(例如1.485V ~ 1.515V ) 由作为负载103连接的电子装置的规格决定，但显然最大输出电流I0MAX 时的输出电压Vo必须收敛在变动容许范围内。这样的直流电源装置10 4的输出电流-输出电压特性以下式来表示。Vo 二Vref - Io X仏....(式l)该直流电源装置104中，输出电压Vo按照输出电流Io的变动进行变 动的方向与下沖和过冲的方向是相同的，所以能够抑制它们的大小。另夕卜， 由于控制元件lll的栅极上的控制信号的变动很小就可以，所以相位的旋 转也变小，能防止振荡现象。但是，希望细微地、例如以O.lmQ刻度对设置于直流电源装置104 的电阻元件112的电阻值(输出电阻值)R!进行调整，以使其适合于作为 负载103连接的电子装置的规格及消耗电流和平滑电容102的规格。另一 方面，该电阻元件112因流过大电 流5 是 高容许损耗，必须是低电阻值， 所以一般不像控制元件111等那样内置于半导体集成电路中，而是使用单 体的通用电阻器。但是，这样的电阻器电阻值的种类比较少，例如只有lm Q刻度的，很难得到具有所期望的电阻值的电阻器。本发明是鉴于以上情况而设计的，其目的在于提供一种能简单地得到 所期望的输出电阻值的直流电源装置。 〔用于解决课题的手段〕为解决上述课题，权利要求1的直流电源装置使输入电压下降，输出 预定的输出电压，其特征在于，包括被输入输入电压的控制元件；与控 制元件串联设置，输出输出电压的第1电阻元件；以及相对于第1电阻元 件并联设置、并被串联连接起来的第2电阻元件和第3电阻元件；其中， 反馈第2电阻元件和第3电阻元件的中点的电压，来对控制元件进行控制。权利要求2的直流电源装置的特征在于在权利要求1所述的直流电
源装置中，还包括将来自第2电阻元件与第3电阻元件的中点的电压与预 定的基准电压进行比较的误差放大器；根据误差放大器的输出来控制上述 控制元件。权利要求3的直流电源装置的特征在于在权利要求1或2所述的直 流电源装置中，上述误差放大器被直接输入第2电阻元件与第3电阻元件 的中点的电压。权利要求4的直流电源装置的特征在于在权利要求1至3的任一项 所述的直流电源装置中，还包括与第2电阻元件并联设置的电容。权利要求5的直流电源装置的特征在于在权利要求1至4的任一项 所述的直流电源装置中，至少上述控制元件被集成在半导体集成电路的半 导体芯片中，第l电阻元件是键合引线。权利要求6的直流电源装置的特征在于在权利要求5所述的直流电 源装置中，第2电阻元件和第3电阻元件被外装于半导体集成电路。权利要求7的直流电源装置的特征在于在权利要求5所述的直流电 源装置中，第2电阻元件和第3电阻元件被集成在半导体集成电路的半导 体芯片中。权利要求8的直流电源装置的特征在于在权利要求5所述的直流电 源装置中，第2电阻元件被集成在半导体集成电路的半导体芯片中，第3 电阻元件被外装于半导体集成电路。权利要求9的直流电源装置的特征在于在权利要求8所述的直流电 源装置中，第2电阻元件是电阻值随温度上升而增加的元件。 〔发明效果〕根据本发明，直流电源装置的输出电阻值由第1、第2及第3电阻元 件决定，可以由第2和第3电阻元件的电阻值的比率进行调整，所以能够 简单地得到所希望的输出电阻值。
图1是表示本发明的优选实施方式的直流电源装置的电路图。 图2是表示将上述直流电源装置变形后的直流电源装置的电路图。 图3是表示本发明的更加优选的实施方式的直流电源装置的电路图。 图4是表示本发明的更加优选的实施方式的另一个直流电源装置的电 路图。图5是表示本发明的更加优选的实施方式的再一个直流电源装置的电 路图。图6是以往的典型的直流电源装置的电路图。 图7是表示将上述直流电源装置变形后的直流电源装置的电路图。 图8是图7的直流电源装置的输出电流-输出电压特性。 〔符号说明〕1、 1，、 51、 54、 57直流电源装置，11控制元件，12第1电阻元件， 13第2电阻元件，14第3电阻元件，15误差放大器，V〗输入电压，V0 车#出电压。
具体实施方式
下面说明用于实施本发明的优选实施方式。图l是表示本发明的优选 实施方式的直流电源装置1的电路图。该直流电源装置l使从外部经由输 入端子IN输入的输入电压K (例如3.3V)下降，从输出端子OUT输出 预定的输出电压V0 (例如约1.5V)。输出端子OUT连接有平滑电容2和 负载3,流过输出电流Io。负载3是发挥安装直流电源装置1的电子设备 的功能的一个或多个电子装置。具体来说，输入端子IN与作为PMOS型晶体管的控制元件11的源极 (输入端)相连，控制元件11的漏极(输出端)与第1电阻元件12的一 端相连，第1电阻元件12的另一端与输出端子OUT相连。另外，第2电 阻元件13与第3电阻元件14串联连接，第2电阻元件13的一端和第3 电阻元件14的一端分别连接于第1电阻元件12的两端。即，输入电压 V"皮输入到控制元件11，第1电阻元件12与控制元件11串联设置，串联 连接的第2和第3电阻元件13、 14与第1电阻元件12并联设置。另外， 第2电阻元件13和第3电阻元件14的中点与误差放大器15的非反相输 入端子相连。误差放大器15的反相输入端子被输入预定的基准电压VREF, 其输出端子与控制元件11的栅极(控制端)相连。因此，误差放大器15 将第2电阻元件13和第3电阻元件14的中点的电压与基准电压Vref相比 较，对其差进行放大，输出控制信号。即，误差放大器15反馈第2电阻 元件13和第3电阻元件14的中点的电压，对控制元件11进行控制。另 夕卜，第1、第2、第3电阻元件12、 13、 14的电阻值分别是R,(例如30m 。)、R2 (例如20kQ )、 R3 (例如10kQ )， R2、 R3采用与R!相比非常大 的电阻4直。在该直流电源装置1中，第2电阻元件13和第3电阻元件14的中点 的电压Vx如下式所示。<formula>formula see original document page 7</formula>式2中若适用R2、 R3相对于R,非常大这个条件，则成为下式。 <formula>formula see original document page 7</formula>...(式3)<formula>formula see original document page 7</formula>进而，第2电阻元件13和第3电阻元件14的中点的电压Vx通过误 差放大器15和控制元件11的作用，变得与预定的基准电压Vref相一致， 所以式3变形为下式。V。二VeEF —IoX I^X n■ n….(式4)基于式4，输出电流-输出电压特性成为上述的图8那样，若输出电 流Io增加，则输出电压Vo减少。并且，输出电阻值成为R,xR3 / (R2 + R3)。例如，在R^为50mQ时，通过调整R2或R3的比率，能得到0 ~ 50m Q。因此，在以作为高容许损耗且低电阻值的50mQ的电阻器作为第1电 阻元件12时，通过将容易得到的高电阻值的电阻器作为第2和第3电阻 元件13、 14,能够使直流电源装置1的输出电阻值为0~50mQ。这样， 直流电源装置1即使使用一定的第1电阻元件12，也能简单地得到所希望 的输出电阻值。另外，也可以对直流电源装置1变形，采用图2所示的直流电源装置 l，的结构。该直流电源装置l，中，与第2电阻元件13并联地设置有电容 13，。虽然这两个元件的合成阻抗在低频下几乎等于R2,但在高频下接近 于0。由此，直流电源装置l，的输出电阻值越是高频就越大。另一方面， 下冲和过沖多是高频成分，相位越是高频就越容易旋转。因此，能够更加抑制下冲和过沖的大小，并能进一步防止振荡现象。接下来，说明本发明更加优选的实施方式的直流电源装置。图3、图 4、图5所示的直流电源装置是在半导体集成电路中内置上述直流电源装 置1的一部分，进行了进一步改良后的结构。与直流电源装置l，对应的结 构没有进行特别图示，但显然这些结构也是可以的。
图3所示的直流电源装置51包括半导体集成电路52。半导体集成电 路52具有4个管脚端子IN、 OUT、 Y、 X。管脚端子IN、 OUT分别对应 于上述的输入端子IN和输出端子OUT。半导体集成电路52中的半导体芯 片53中集成有上述的控制元件11、误差放大器15。控制元件11的源极 经由焊接区(bonding pad) 61和例如材质为金属的键合引线71,与管脚 端子IN相连接。控制元件11的漏极经由焊接区62和4建合引线72与管脚 端子OUT相连，并且经由焊接区63和键合引线73与管脚端子Y相连接。 误差放大器15的非反相输入端子经由焊接区64和键合引线74与管脚端 子X相连。直流电源装置51包括外装于半导体集成电路52的作为电阻器的上述 第2和第3电阻元件13、 14。第2电阻元件13被设置在管脚端子Y和管 脚端子X之间，第3电阻元件14被设置在管脚端子OUT和管脚端子X 之间。这里所要着眼的是直流电源装置51利用键合引线72作为第1电阻元 件的情况。键合引线的电阻值取决于粗度和长度，但大约是50mQ ~ 100m Q左右。另外，提前把键合引线的电阻值设定成所期望的值是极其困难的。 因此，如上所述，例如若键合引线72的电阻值为50mQ，则通过调整第2 和第3电阻元件13、 14的电阻值的比率，能够得到0~ 50mQ的输出电阻 值。同样地，若键合引线72的电阻值为100mQ，则能够得到0 100mQ 的输出电阻值。另外，其他键合引线71、 73、 74的电阻值对输出电阻值 几乎不产生影响。这是因为键合引线71位于电压被控制的控制元件11的 源极侧而不是漏极侧，键合引线73、 74的电阻值与第2和第3电阻元件 13、 14的电阻值相比非常小。另外，被输入到管脚端子IN的输入电压^ 较多情况下为误差放大器15和其他电路(未图示)的电源电压，所以键 合引线71为了尽量降低其电阻值而优选并联设置多条。这样，直流电源装置51能够简单地得到所希望的输出电阻值。另外， 作为高容许损耗且低电阻值的单体电阻器， 一般价高且尺寸大，但由于本 发明不采用这样的电阻器，所以能够削减成本，并使电子设备小型化。图4所示的直流电源装置54包括半导体集成电路55。半导体集成电 路55具有两个管脚端子IN、 OUT。半导体集成电路55中的半导体芯片 56中集成有控制元件11、误差放大器15、第2和第3电阻元件13、 14。
控制元件11的源极经由焊接区61和键合引线71与管脚端子IN相连。控 制元件11的漏极经由焊接区62和键合引线72与管脚端子OUT相连，并 且在半导体芯片56上与第2电阻元件13的一端相连接。误差放大器15 的非反相输入端子与第2电阻元件13的另一端及第3电阻元件14的一端 相连接。第3电阻元件14的另一端经由焊接区65和键合引线75与管脚 端子OUT相连。在该结构中，也是利用键合引线72作为第1电阻元件。 该直流电源装置54同上述的直流电源装置51 —样，能够筒单地得到 所希望的输出电阻值。另外，与直流电源装置51相比，管脚端子少两个， 且也没有外装的电阻器，所以能进一步削减成本。但是，由于第2和第3 电阻元件13、 14被设置在半导体芯片56上，所以优选在所制造的各个半 导体集成电路间的键合引线72的电阻值偏差非常小，且不需要调整第2 和第3电阻元件13、 14,或者能利用激光等进行微调(trimming)的情况 下使用。图5所示的直流电源装置57包括半导体集成电路58。半导体集成电 路58具有3个管脚端子IN、 OUT、 X。半导体集成电if各58中的半导体芯 片59中集成有控制元件11、误差放大器15、第2电阻元件13。控制元件 11的源极经由焊接区61和键合引线71与管脚端子IN相连。控制元件11 的漏极经由焊接区62和键合引线72与管脚端子OUT相连，并且在半导 体芯片59上与第2电阻元件13的一端相连接。误差放大器15的非反相 输入端子与第2电阻元件13的另一端相连，且经由焊接区64和键合引线 74与管脚端子X相连。在该结构中，也是利用键合引线72作为第1电阻 元件的。另外，直流电源装置57包括外装于半导体集成电路58的作为电阻器 的第3电阻元件14。第3电阻元件14被设置在管脚端子OUT和管脚端子 X之间。该直流电源装置57同上述的直流电源装置51、 54—样，能够简单地 得到所希望的输出电阻值。另外，与直流电源装置51相比，管脚端子少1 个，且外装的电阻器是l个，所以能够削减成本。另外，通过调整第3电 阻元件14，能够调整输出电阻值。但是，输出电阻值的调整范围与直流电 源装置51相比变窄了。另外，键合引线的电阻值随温度上升而增加。在直流电源装置57中，若对第2电阻元件13采用温度上升则电阻值增加的元件(例^若将第2 电阻元件13形成为扩散层)，则作为第1电阻元件的键合引线72与温度 特性变得接近，所以能够抑制因键合引线72的电阻值随温度变动而引起 的输出电阻值的变动。以上，说明了本发明实施方式的直流电源装置，j旦本发明不限于实施 方式中所记载的结构，可以在权利要求书所记载的权项范围内进行各种设 计变更。例如，在实施方式中，第2电阻元件13与第3电阻元件14的中 点的电压是被直接输入到误差放大器15的，但也可以是输入由衰减器衰 减过的电压。另外，在实施方式中，控制元件11是PMOS型晶体管，但 也可以采用NMOS型晶体管、双极型晶体管等。另外，在实施方式中说 明了串联调节器，但本发明也可以适用于其他调节器。 〔工业可利用性〕本发明能够适用于生成直流的输出电压提供给负载的直流电源装置。
权利要求
1.一种使输入电压下降，输出预定的输出电压的直流电源装置，其特征在于，包括被输入输入电压的控制元件；与控制元件串联设置，输出输出电压的第1电阻元件；以及相对于第1电阻元件并联设置、并被串联连接起来的第2电阻元件和第3电阻元件；其中，反馈第2电阻元件和第3电阻元件的中点的电压，来对控制元件进行控制。
2. 根据权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于 还包括将来自第2电阻元件与第3电阻元件的中点的电压与预定的基准电压进行比较的误差放大器；根据误差放大器的输出来控制上述控制元件。
3. 根据权利要求2所述的直流电源装置，其特征在于 上述误差放大器被直接输入第2电阻元件与第3电阻元件的中点的电压。
4. 根据权利要求1至3的任一项所述的直流电源装置，其特征在于 还包括与第2电阻元件并联设置的电容。
5. 根据权利要求1至3的任一项所述的直流电源装置，其特征在于 至少上述控制元件被集成在半导体集成电路的半导体芯片中，第1电阻元件是键合引线。
6. 根据权利要求5所述的直流电源装置，其特征在于第2电阻元件和第3电阻元件被外装于半导体集成电路。
7. 根据权利要求5所述的直流电源装置，其特征在于第2电阻元件和第3电阻元件被集成在半导体集成电路的半导体芯片中。
8. 根据权利要求5所述的直流电源装置，其特征在于第2电阻元件被集成在半导体集成电路的半导体芯片中，第3电阻元 件被外装于半导体集成电路。
9. 根据权利要求8所述的直流电源装置，其特征在于 第2电阻元件是电阻值随温度上升而增加的元件。
全文摘要
本发明提供一种能简单地得到所希望的输出电阻值的直流电源装置。该直流电源装置(1)使输入电压(V<sub>I</sub>)下降，输出预定的输出电压(V<sub>O</sub>)，包括被输入输入电压(V<sub>I</sub>)的控制元件(11)；与控制元件(11)串联设置，输出输出电压(V<sub>O</sub>)的第1电阻元件(12)；以及相对于第1电阻元件(12)并联设置、并被串联连接起来的第2电阻元件(13)和第3电阻元件(14)；其中，反馈第2电阻元件(13)和第3电阻元件(14)的中点的电压，来对控制元件(11)进行控制。
文档编号G05F1/56GK101133374SQ20068000672
公开日2008年2月27日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年4月18日
发明者蜂谷尚悟 申请人:罗姆股份有限公司