穩壓器用半導體集成電路的製作方法

2023-04-26 16:18:16

本發明涉及一種直流電源裝置中的放電電路，例如涉及一種在構成串聯穩壓器的控制用半導體集成電路的輸出電容器的放電電路中有效使用的技術。

背景技術：

作為直流電源裝置之一，具有根據輸出電壓對控制用電晶體進行控制來將輸入電壓進行降壓從而輸出預定電壓的串聯穩壓器。在將上述串聯穩壓器作為電源的系統內，特別是在介意噪音的系統中使用的串聯穩壓器中，使用雙極電晶體作為構成電路的電晶體，並且使用具有比不怎麼介意噪音的系統大的電容值的電容器作為在輸出端子連接的平滑用電容器。另外，在使用這樣的大電容的輸出電容器的串聯穩壓器中，為了在關斷電源時使輸出電壓迅速降低，有時設置圖5所示的放電電路。

在圖5所示的串聯穩壓器中放電電路由在輸出端子「輸出」與接地點GND之間連接的放電用電晶體Q1以及在輸出-GND之間串聯設置的分壓用電阻R6、R7和串聯連接的電晶體Q2構成，當來自外部的電源的接通/關斷控制信號接通/關斷變化為表示電源關斷的電位時進行如下動作：電晶體Q2關斷，作為代替使1成為接通狀態，通過抽出與輸出端子「輸出」連接的電容器Co的電荷，使得輸出電壓Vout急速下降。作為與具備這樣的放電電路的串聯穩壓器相關的發明，例如有專利文獻1公開的內容。

然而，在為圖5的具備放電電路的穩壓器時，成為從與輸出端子「輸出」連接的電容器Co提供放電用電晶體Q1的基極電流的結構，因此在輸出電壓Vout下降到Q1的基極發射極間電壓即0.7V時Q1關斷從而結束放電動作，因此會存在無法將輸出電壓Vout下降到0V這樣的課題。

為了解決上述課題，考慮如圖6所示通過輸入側的電壓(來自偏壓電路的電壓)將放電用電晶體Q1接通/關斷的放電電路。但是，在為具備該放電電路的穩壓器時，因為在使穩壓器為關斷狀態的期間一直在放電用電晶體Q1中持 續流過基極電流，因此會有無用的消耗電流多的課題。

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-066742號公報

技術實現要素：

本發明是在上述背景下作出的，其目的在於提供一種穩壓器用半導體集成電路，其能夠抑制在關斷時流過無用的消耗電流，同時能夠將輸出電壓快速下降到與接地電位(0V)接近的等級。

為了達到上述目的，本發明的穩壓器用半導體集成電路具備：

控制用電晶體，其連接在施加直流電壓的輸入端子和輸出端子之間；

控制電路，其根據與輸出電壓對應的反饋電壓和預定的基準電壓之間的電位差控制所述控制用電晶體以使輸出電壓成為恆定；

放電電路，其具有在所述輸出端子和電路的基準電位點之間連接的放電用電晶體，所述放電用電晶體根據來自外部的控制信號進行接通、關斷動作，從而能夠引出與所述輸出端子相連接的電容器的電荷，

所述放電電路具備：

恆流源電路，其將施加到所述輸入端子的直流電壓作為電源電壓來進行動作，根據所述控制信號生成或遮斷恆流；

基準電壓生成電路，其根據來自所述恆流源電路的恆流來生成比較動作的成為基準的電壓；

電壓比較電路，其將所述輸出電壓和所述成為基準的電壓進行比較來判定大小；以及

電流放大電路，其在所述輸出電壓比所述成為基準的電壓高時輸出放大了所述恆流的電流，

在所述控制電路中根據所述控制信號對所述控制用電晶體進行控制，在所述放電電路中所述放電用電晶體通過由所述電流放大電路放大後的電流進行動作。

通過上述手段，恆流源電路根據來自外部的控制信號停止生成恆流的動作，並且在輸出電壓比成為基準的電壓低時電流放大電路的動作停止從而在放電用電晶體中不流過基極電流，因此能夠抑制在來自外部的控制信號表示停止 穩壓器的動作的關斷狀態下流過無用的消耗電流。

另外，具備電流放大電路，其在輸出電壓比成為基準的電壓高時，輸出將來自恆流源電路的恆流進行放大後的電流，在放電電路中放電用電晶體通過由電流放大電路放大後的電流進行動作，因此在將放電用電晶體關斷時能夠快速降低輸出電壓。並且，具備根據來自恆流源電路的恆流來生成成為比較動作的基準的電壓的基準電壓生成電路，因此通過將成為基準的電壓設定為與電路的基準電位點(接地電位)相近的值，能夠在控制信號變化穩壓器的動作停止時將輸出電壓下降到接近接地電位(0V)的等級。

另外，優選具備電流電路，其流過與所述恆流源電路生成的恆流對應的電流，所述電壓比較電路是將來自所述電流電路的電流作為動作電流來進行比較動作的差動放大電路。

由此，恆流源電路根據來自外部的控制信號來生成或遮斷恆流，當恆流源電路的生成恆流的動作停止時，電壓比較電路的動作也停止，能夠更有效地抑制在關斷狀態下流過無用的消耗電流。

並且，優選所述電流放大電路由複製所述電壓比較電路的輸出電流的電流反射鏡電路構成。

電流反射鏡電路不易受到電源電壓變動的影響，因此通過上述那樣的構成，能夠抑制與輸入電壓的變動相伴隨的放電電流的變動甚至輸出電壓下降所需要時間的變動。

另外，優選具備：電流-電壓變換單元，其將所述電流反射鏡電路複製的電流變換為電壓；以及第二電晶體(Q2)，其在基極端子接受由所述電流-電壓變換單元變換後的電壓，所述放電用電晶體(Q1)在所述第二電晶體的發射極端子連接基極端子來構成達林頓電路。

由此，即使在前級的電路中沒有流過大電流，也能夠通過放電用電晶體流過許多放電電流，在控制信號變化從而穩壓器的動作停止時，能夠一邊抑制放電電路的消耗電流一邊快速地降低輸出電壓。

並且，優選具有在所述輸入端子與基準電位點之間串聯連接的第一電阻元件(R2)以及第三電晶體(Q12)；在所述第一電阻元件和第三電晶體的連接節點(N1)上連接了基極端子的第四電晶體(Q11)；在該第四電晶體的發射 極端子與基準電位點之間串聯連接的第二電阻元件(R3)以及第三電阻元件(R4)；以及在所述第一電阻元件和第三電晶體的連接節點(N1)與基準電位點之間連接的第五電晶體(Q13)，通過在所述第四電晶體(Q11)的發射極端子連接所述第三電晶體(Q12)的基極端子，能夠將所述第四電晶體(Q11)的集電極電流作為輸出電流進行輸出，並且能夠將所述第二電阻元件和第三電阻元件的連接節點(N2)的電位作為所述成為基準的電壓進行輸出，所述第五電晶體(Q13)具備可根據所述控制信號(接通/掛斷)接通、關斷地構成的電路，該電路兼用作所述恆流源電路和所述基準電壓生成電路。

通過該結構，能夠通過一個電路兼用恆流源電路和所述基準電壓生成電路，因此能夠抑制穩壓器用半導體集成電路的晶片面積增大。

根據本發明，能夠實現一種可抑制在關斷時流過無用的消耗電流，同時將輸出電壓快速降低到接近接地電位(0V)的等級的穩壓器用半導體集成電路。另外，具有能夠抑制穩壓器用半導體集成電路的晶片面積增大的效果。

附圖說明

圖1是表示應用本發明的串聯穩壓器的控制用IC的一個實施方式的電路結構圖。

圖2表示本發明的實施方式的串聯穩壓器的穩壓器關斷時的輸出電壓、放電電流以及消耗電流的變化的時序圖。

圖3是表示應用本發明的串聯穩壓器的控制用IC的第二實施方式的電路結構圖。

圖4是表示圖3的實施例的串聯穩壓器的控制用IC的變形例子的電路結構圖。

圖5是表示具備放電電路的現有的串聯穩壓器的控制用IC的一個例子的電路結構圖。

圖6是表示具備放電電路的現有的串聯穩壓器的控制用IC的另一例子的電路結構圖。

具體實施方式

以下，根據附圖說明本發明的優選實施方式。

圖1表示應用本發明的串聯穩壓器(包含LDO)的一個實施方式。並非 特定地限定，在一個半導體晶片上形成構成圖1中由一點劃線包圍的部分的電路的元件，構成為穩壓器的控制用半導體集成電路(以下稱為穩壓器用IC)10。

該實施方式的穩壓器用IC10在施加來自直流電壓源的直流電壓Vin的電壓輸入端子「輸入」和輸出端子「輸出」之間連接由PNP雙極電晶體構成的輸出電壓控制用電晶體Q0，在輸出端子「輸出」和施加接地電位的接地端子GND之間串聯連接了對輸出電壓Vout進行分壓的洩漏電阻R6、R7。把通過該洩漏電阻R6、R7分壓後的電壓VFB反饋給對上述輸出電壓控制用電晶體Q0的柵極端子進行控制的誤差放大器11的非反轉輸入端子。

並且，上述誤差放大器11根據反饋電壓VFB和基準電壓Vref之間的電位差，控制輸出電壓控制用電晶體Q0，從而進行控制以使輸出電壓Vout成為期望的電位。輸出電壓Vout的電位能夠通過洩漏電阻R6、R7的電阻比來設定。該實施方式的串聯穩壓器通過上述那樣的反饋控制來進行動作，從而將輸出電壓Vout保持恆定。在輸出端子「輸出」連接用於使輸出電壓Vout穩定的外置的輸出電容器Co。

另外，在本實施方式的穩壓器用IC10中設置了用於從外部輸入用於對穩壓器進行接通/關斷控制的信號接通/關斷的端子Pc、用於產生基準電壓Vref的基準電壓電路12、在該基準電壓電路12以及上述誤差放大器11中流過偏壓電流的偏壓電路13。將偏壓電路13構成為根據從外部在端子Pc輸入的接通/關斷控制信號接通/關斷來控制偏壓電路13的動作，並且根據接通/關斷控制信號接通/關斷來生成並輸出啟動後述的放電電路14的控制信號DCS。基準電壓電路12能夠由帶隙基準電壓生成電路等構成。偏壓電路13中的生成控制信號DCS的功能可以使用反相器等邏輯門電路來實現。

放電電路14具備：將施加到電壓輸入端子「輸入」的直流電壓Vin作為電源電壓進行動作來生成恆流，並且生成成為基準的電壓的恆流源電路41、將通過該恆流源電路41生成的成為基準的電壓與輸出電壓Vout進行比較的電壓比較電路(比較器)42、對該電壓比較電路42的輸出電流進行放大的電流放大電路43、根據上述恆流源電路41生成的恆流來生成並提供上述電壓比較電路42的動作電流的由電流反射鏡構成的電流電路44。

另外，放電電路14具備：在輸出端子「輸出」與接地點之間連接的，並且用於從與輸出端子「輸出」連接的輸出電容器Co引出電荷的放電用NPN雙極電晶體Q1、通過來自偏壓電路13的控制信號DCS進行接通/關斷動作的關閉用電晶體Q13。

上述恆流源電路41具備：在施加輸入電壓Vin的節點和施加接地電位GND的節點之間串聯連接的電阻R2以及電晶體Q12、在電阻R2和電晶體Q12的連接節點N1連接了基極端子的電晶體Q11、在該電晶體Q11的發射極端子與接地點之間串聯連接的電阻R3以及R4。另外，以向電晶體Q12的基極端子施加電晶體Q11的發射極電壓的方式進行連接。由此，恆流源電路41在將電晶體Q12的基極發射極電壓設為VBE12時，作為電晶體Q11的集電極電流流過由I＝VBE12/(R3+R4)表示的恆流。

另外，恆流源電路41通過流過該恆流的電阻R3、R4，在R3和R4的連接節點N2生成由V＝R4×VBE12/(R3+R4)表示的恆壓，並將該電壓作為比較基準電壓提供給電壓比較電路42。

並且，恆流源電路41生成的恆流在構成電流電路44的PNP雙極電晶體Q9中流過，並通過由該電晶體Q9和將柵極端子彼此連接的電晶體Q10構成的電流反射鏡電路折返，作為上述電壓比較電路42的動作電流來提供。

電壓比較電路42具備：發射極共同連接的差動電晶體Q7，Q8、在Q7的集電極端子和接地點之間連接的負載電晶體Q5、與Q5進行電流反射鏡連接的輸出電晶體Q6。另外，電流放大電路43具備：流過電壓比較電路42的輸出電晶體Q6的集電極電流的電晶體Q3、與Q3進行電流反射鏡連接的輸出電晶體Q4、在Q4的發射極端子與接地點之間連接的電阻R1、在Q4和R1的連接節點N3連接了基極端子的電晶體Q2。在此，設定構成電流反射鏡的電晶體Q3和Q4的元件尺寸以使Q3＜Q4，由此對電流進行放大。另外，通過在電晶體Q2的發射極端子連接上述放電用電晶體Q1的基極端子，電晶體Q2和Q1構成達林頓電路，進一步放大電流。

接著，使用圖2的時序圖對具有上述結構的圖1的放電電路14的動作進行說明。

在使從外部在端子Pc輸入的接通/關斷控制信號接通/關斷為高電平的穩 壓器的動作期間T1，使電晶體Q13為接通狀態，使節點N1的電位為接地電位(0V)。由此，將電晶體Q11、Q12接通，從而使恆流源電路41成為未被激活而不流過恆流的狀態，還使電壓比較電路42以及電流放大電路43成為不流過電流的狀態。結果，使放電用電晶體Q1也成為不流過電流的關斷狀態。

接著，在使接通/關斷控制信號接通/關斷為低電平時(定時t1)，使電晶體Q13為關斷狀態，節點N1的電位變高，將電晶體Q11、Q12接通，從而使恆流源電路41成為被激活流過恆流的狀態，通過電流電路(電流反射鏡電路)44還在電壓比較電路42中流過偏壓電流。然後，電壓比較電路42由於輸出電壓Vout高於作為節點N2的電位的比較基準電壓，因此在電流放大電路43中也流過電流，通過其電流放大作用，驅動放電用電晶體Q1成為流過電流的狀態。由此，引出與輸出端子「輸出」相連接的輸出電容器Co的電荷。結果，輸出電壓Vout急速降低(T2的期間)。

在輸出電壓Vout下降到電壓比較電路42的比較基準電壓時(定時t2)，電壓比較電路42的電晶體Q8接通、Q7關斷，電流放大電路43中不流過電流，放電用電晶體Q1的電流也為零。

在本實施方式的放電電路14中，通過適當決定恆流源電路41的電阻R4的電阻值(比較基準電壓)，電壓比較電路42的輸出反轉，即能夠任意地設定在放電用電晶體Q1中不流過電流的輸出電壓Vout的電位。為此，能夠根據接受來自本穩壓器的電壓供給進行動作的後級的設備的關閉電壓，設定Q1關斷的Vout的電位，例如在適用於規定了電源關斷順序的系統時保證正確的動作。

另外，通過將比較基準電壓設為電晶體的基極發射極間電壓VBE以下(例如0.1～0.7V)，能夠將輸出電壓Vout降低到比圖5的現有放電電路低的接近0V的等級。

並且，在輸出電壓Vout為比較基準電壓以下時，在電流放大電路43以及放電用電晶體Q1中不流過電流，因此能夠使穩壓器的動作關斷期間的放電電路14的消耗電流變為例如數μA這樣的值。

另外，在上述實施方式的放電電路14中，恆流源電路41如根據上述的式子I＝VBE12/(R3+R4)所了解的那樣，為生成的恆流不容易受到輸入電壓Vin的變動影響的電路結構，並且流過放電用電晶體Q1的電流也通過不容易受到 電源電壓的變動影響的電流反射鏡電路來生成，因此能夠抑制與輸入電壓Vin的變動相伴隨的放電電流的變動甚至輸出電壓下降所需要時間的變動。

並且，在上述實施方式的放電電路14中，對於恆流源電路41除了生成恆流的功能以外，還具有生成比較基準電壓的功能，相比將這些功能構成為不同的電路的情況，能夠減少構成電路的元件數量並減少專有面積。結果，能夠抑制穩壓器用IC10的晶片面積的增大。

圖3以及圖4表示圖1的實施例的串聯穩壓器用IC的變形例子。

其中圖3的變形例子省略了與電流放大電路43中設置的放電用電晶體Q1一起構成達林頓電路的電晶體Q2，從而將電晶體Q1的基極端子直接與節點N3連接。通過上述結構能夠減少元件數量。在該變形例子中，通過將Q3、Q4的電流反射鏡比設為足夠大的值，也能夠實現與圖1的電流放大電路43相同的電流放大率。

另外，通過在圖3的○標記所示的位置(Q3的發射極端子側)設置電阻元件，能夠不極端地增大Q4的尺寸地提高放大率。同樣，在圖1的實施例的電路中也可以在Q3的發射極端子側設置電阻元件。

並且，如圖4所示的那樣，還可以設置電阻R5來代替構成電流放大電路43的電晶體Q3。

以上，根據實施方式具體說明了本發明的發明人作出的發明，但是本發明並不限於上述實施方式。例如在上述實施方式中，在IC晶片內設置了分壓電路(電阻R6、R7)，該分壓電路生成提供給誤差放大器11的輸出的反饋電壓，但是也可以由外置的電路來構成。

使用了本發明的串聯穩壓器IC的穩壓器，為了降低噪聲多使用電容值大的電容器來作為輸出電容器，例如在用於具備CMOS圖像傳感器的照相機等的系統時，得到在電源關斷時能夠快速地引出輸出電容器的電荷從而將輸出電壓急速地降低這樣的期望效果，但是本發明並不限於那樣的系統，能夠廣泛地用於對輸出電容器使用大電容值的電容器的穩壓器。

符號說明

10：串聯穩壓用IC；11：誤差放大器(控制電路)；12：基準電壓電路；13：偏壓電路；14：放電電路；41：恆流源電路；42：電壓比較電路；43：電流放大電路；Q0：輸出電壓控制用電晶體；Q1：放電用電晶體。