專利名稱：相位補償電路、具有該電路的半導體集成電路和功率供應電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于從輸入電壓生成恒定輸出電壓的功率供應電路的相位補償電路和具有該相位補償電路的半導體集成電路。
背景技術：
關于將輸出電壓調節至恒定目標值的穩定功率供應電路，諸如線性調節器和開關調節器，已經廣泛知道采樣相位補償電路來確保功率供應電路的穩定。例如，在JPA 和對應于 US2007/0174017A1 的 JPA 中描述了該技術。相位補償電路安置于控制輸出電壓的誤差放大器的內節點與輸出輸出電壓的輸出節點之間。
以上描述的相位補償電路需要具有對應于輸出電壓的耐受電壓的電容兀件(電容器)。因此，隨著輸出電壓的目標值的增大，必需增大電容元件的耐受電壓。
在通常的單片工藝中，必需增大電容元件的電極之間的氧化膜的厚度，以增大耐受電壓。然而，每單位面積的電容值隨氧化膜的厚度的增大而減小。因此，當相位補償電路集成到半導體集成電路(IC)中時，電路面積隨電容元件的耐受電壓的增大而增大。還有，在由分離部件提供電容元件的情況下，部件的尺寸隨耐受電壓的增大而增大。因此，引起了類似的缺點。
為了處理上述缺點，例如JPA和JPA描述了通過使用有源元件來使相位補償電路的電容元件的表觀電容(apparentcapacitance)值加倍的技術。然而，該技術需要具有等于或大于表現為電容量的頻率的頻率帶寬的放大器電路。因此，電路結構是復雜的，并且消耗電流增大。發明內容
本公開的目的是提供相位補償電路和具有該相位補償電路的半導體集成電路，該相位補償電路能夠甚至在功率供應電路的輸出電壓的目標值相對高時也執行功率供應電路的相位補償，而不增大電路面積和消耗電流。
功率供應電路根據通過功率供應輸入端子輸入至所述功率供應電路的輸入電壓來生成恒定輸出電壓，并且從功率供應輸出端子輸出所述輸出電壓。所述功率供應電路包括主晶體管和誤差放大器，所述主晶體管控制從所述功率供應輸入端子至所述功率供應輸出端子的功率供應，所述誤差放大器基于根據所述輸出電壓的探測電壓和根據所述輸出電壓的目標值的參考電壓來控制所述主晶體管的操作，使得所述輸出電壓與所述目標值一致。
根據本公開的一方面，用于功率供應電路的相位補償電路包括電平移動電路和相位補償電容器。電平移動電路接收所述輸出電壓，并將所述輸出電壓的dc分量朝向地電位移動預定電壓，以生成移動電壓。相位補償電容器布置在所述電平移動電路的輸出端子與所述誤差放大器的所述放大器電路的輸入端子之間的路線上。
在具有上述結構的相位補償電路中，通過移動輸出電壓的dc分量來生成移動電壓。因此，移動電壓具有等于輸出電壓的ac分量。從電平移動電路輸出的移動電壓通過補償電容器施加于誤差放大器的放大器電路的輸入端子。即，輸出電壓的ac分量通過相位補償電容器反饋至放大電路的輸入端子。以此方式，具有上述結構的相位補償電路執行功率供應電路的相位補償，并且功率供應電路的穩定性得到了提高。
相位補償電容器的端子施加有移動電壓和放大器電路的輸入端子的電壓。S卩，施加于相位補償電容器的端子之間的電壓比施加于常規相位補償電路的電容器的端子之間的電壓低由電平移動電路移動的預定電壓。因此，通過使用耐受電壓比輸出電壓的目標值低的相位補償電容器實現了相位補償。因此，甚至在功率供應電路的輸出電壓的目標值相對高時，相位補償電路也使得能夠進行功率供應電路的相位補償，而不會大大增大電路面即和消耗電流。
例如，相位補償電路集成到半導體電路中。在該情況下，相位補償電容器由定義在布線圖案與半導體基底之間的電容器和定義在布線圖案之間的電容器之一提供；并且與布線圖案相鄰的相位補償電容器的電極耦合至放大器電路的輸入端子。


根據參照附圖作出的以下詳細描述，本公開的以上和其它目的、特征和優點將變得更明顯，其中，類似的部件由類似的參考數字標記，并且其中:
圖1是具有根據本公開的第一實施例的相位補償電路的串聯調節器功率供應電路的不意性電路圖2A是當功率供應電路配置為集成電路時，根據第一實施例的相位補償電路的相位補償電容器的范例的示意圖2B是圖2A中所示的相位補償電容器的示意性電路圖3是根據本公開的第二實施例的串聯調節器功率供應電路的示意性電路圖4是根據本公開的第三實施例的串聯調節器功率供應電路的示意性電路圖5是根據本公開的第四實施例的串聯調節器功率供應電路的示意性電路圖6是根據本公開的第五實施例的串聯調節器功率供應電路的示意性電路圖7是根據本公開的第六實施例的并聯調節器功率供應電路的示意性電路圖8是根據本公開的第七實施例的降壓開關調節器功率供應電路的示意性電路圖9是根據本公開的第八實施例的升壓開關調節器功率供應電路的示意性電路圖1OA至IOF是相位補償電路的電平移動電路的變形的示意性電路圖；以及
圖11是根據另一實施例的相位補償電路的相位補償電容器的示意圖。
具體實施方式
(第一實施例)
以下將參照圖1、2A和2B描述本公開的第一實施例。圖1是執行反饋控制以將輸出電壓調節為恒定目標值的功率供應電路I的示意性電路圖。例如，功率供應電路I是串聯調節器功率供應電路。
功率供應電路I包括主晶體管Tl、參考電壓生成電路2、電壓探測電路3、誤差放大器4、以及相位補償電路5。例如，功率供應電路I可以配置為半導體集成電路(1C)。即，功率供應電路I的組成元件(componentelement)可以集成到半導體集成電路中。作為另一范例，功率供應電路I的除主晶體管Tl外的組成元件可以集成到半導體集成電路中。
功率供應電路I通過功率供應輸入端子Pl和接地端子P2從外部dc電源6供應有電源電壓VB。電源電壓VB對應于輸入電壓。例如，電源電壓VB的穩態值約為+ 12V。功率供應輸入端子Pl耦合至功率供應電路I內的功率供應線7，并且接地端子P2耦合至功率供應電路I內的地線8。
主晶體管Tl是P溝道功率M0SFET。主晶體管Tl的源耦合至功率供應線7，并且主晶體管Tl的漏極耦合至功率供應輸出端子P3。即，主晶體管Tl布置于功率供應輸入端子Pl與功率供應輸出端子P3之間的功率供應路線上。
功率供應電路I借助于主晶體管Tl將電源電壓VB減小至預定輸出電壓Vout，并且通過功率供應輸出端子P3和接地端子P4將輸出電壓Vout輸出給負載電路作為功率供應的目標。接地端子P4耦合至功率供應電路I內的地線8。
電容器Cl耦合在功率供應端子P3與接地端子P4之間。電容器Cl是用于減小輸出電壓Vout的波動的平滑電容器。電容器Cl布置于功率供應電路I之外。
參考電壓生成電路2是例如帶隙參考電壓電路。參考電壓生成電路2生成用于指示輸出電壓Vout的目標值(例如，+ 5V)的參考電壓Vref (例如，+ 1.2V)。從參考電壓生成電路2生成的參考電壓Vref施加于誤差放大器4的反相輸入端子。
電壓探測電路3包括電阻器Rl和電阻器R2的串聯電路。串聯電路耦合在主晶體管Tl的漏極與地線8之間。電阻器Rl與電阻器R2之間的連接點處的電壓定義為探測電壓Vdet。通過以電阻器Rl和電阻器R2對輸出電壓Vout進行分壓來提供探測電壓Vdet。探測電壓Vdet施加于誤差放大器4的非反相輸入端子。電阻器Rl和電阻器R2中的每一個的電阻值確定為使得在輸出電壓Vout具有目標值時，探測電壓Vdet與參考電壓Vref —致。
誤差放大器4操作為通過功率供應線7和地線8供應有電源電壓VB。誤差放大器4根據探測電壓Vdet與參考電壓Vref之間的差生成誤差放大器信號Sd。誤差放大器信號Sd提供給主晶體管Tl的柵極。因此，根據誤差放大器信號Sd來控制主晶體管Tl的操作。即，誤差放大器4基于探測電壓Vdet和參考電壓Vref來執行主晶體管Tl的反饋控制，使得輸出電壓Vout與目標值一致。
相位補償電路5補償頻率性質，使得功率供應電路I在整個操作區域中執行負反饋操作。即，相位補償電路5執行相位補償。
相位補償電路5包括電平移動電路9和相位補償部分10。電平移動電路9包括齊納二極管Dl和電阻器R3。電平移動電路9接收輸出電壓Vout，并將輸出電壓Vout的dc分量朝向地電位移動預定電壓，即移動至預定電平。地電位對應于地線8的電位并且等于OV0
齊納二極管Dl具有對應于預定電壓的齊納電壓。齊納二極管Dl的陰極耦合至功率供應輸出端子P3。齊納二極管Dl的陽極通過電阻器R3耦合至地線。即，齊納二極管Dl反向布置于功率供應輸出端子P3與地線8之間。電阻器R3限制齊納二極管Dl中的電流流動。電阻器R3的電阻值確定為使得進行擊穿操作所需的電流能夠施加于齊納二極管Dl。在此配置中，移動電壓Vs從節點N2 (即齊納二極管Dl的陽極)輸出，節點N2定義為齊納二極管Dl與電阻器R3之間的連接點。
相位補償部分10包括作為相位補償電容器的電容器C2。相位補償電容器C2的第一端子(第一電極)al耦合至誤差放大器4的非反相輸入端子。相位補償電容器C2的第二端子(第二電極)bl耦合至節點N2。換句話說，相位補償電容器C2布置于節點N2與放大器電路(差分放大器電路)的輸入端子之間，該放大器電路是構成誤差放大器4的放大器電路(未不出)之一并布置于誤差放大器4的輸入級處。在相位補償電容器C2的第二端子bl與地線8之間存在寄生電容C3。因為功率供應電路I包括上述相位補償電路5，所以振蕩受到限制，并且反饋控制得到穩定。
圖2A是示例形成于半導體集成電路中的相位補償電容器C2的范例的示意性橫截面視圖的圖。圖2B是示例相位補償電容器C2的等效電路的圖。
如圖2A中所示，相位補償電容器C2形成于半導體基底(ρ基底)11與布線圖案(多晶Si)之間。氧化膜13 (例如SiO2)布置于半導體基底11與布線圖案12之間(S卩，電極之間)。布線圖案12耦合至相位補償電容器C2的第一端子al。半導體基底11耦合至相位補償電容器C2的第二端子bl。如圖2A和2B中所示，在第二端子bl與地線8之間存在由p-n節(反偏)引起的寄生電容C3,地電位施加于地線8。
接下來，將描述功率供應電路的操作和有益效果。
在功率供應電路I中，誤差放大器4基于探測電壓Vdet和參考電壓Vref來控制主晶體管Tl的操作。例如，在探測電壓Vdet比參考電壓Vref高的時段期間，即在輸出電壓Vout比目標值高的時段期間，誤差放大器4以高電平(例如，功率供應線7的電位，+ 12V)輸出誤差放大信號Sd。結果，主晶體管Tl關斷，并且輸出電壓Vout降低。
在探測電壓Vdet比參考電壓Vref低的時段期間，即在輸出電壓Vout比目標值低的時段期間，誤差放大器4以低電平(例如，地線8的電位，OV)輸出誤差放大信號Sd。結果，主晶體管Tl開通，并且輸出電壓Vout升高。以此方式，誤差放大器4控制主晶體管Tl以將輸出電壓Vout調節至+ 5V的目標值。
在執行上述恒定電壓控制時，相位補償電路5執行功率供應電路I的相位補償。關于相位補償，從電平移動電路9輸出的移動電壓(shift voltage) Vs通過相位補償電容器C2施加于誤差放大器4的非反向輸入端子。通過將輸出電壓Vout的dc分量移動至預定電平來產生移動電壓Vs。從而,移動電壓Vs的ac分量等于輸出電壓Vout的ac分量。SP,輸出電壓Vout的ac分量通過相位補償電容器C2反饋至誤差放大器4的非反相輸入端子。以此方式，相位補償電路5執行功率供應電路I的相位補償以提高功率供應電路I的穩定性。
相位補償電容器C2的端子al、bl之間為對應于移動電壓Vs與施加于誤差放大器4的非反相輸入端子處的電壓之間的差的電壓。即，施加于相位補償電容器C2的端子al、bl之間的電壓比常規相位補償電路的電容器的端子之間施加的電壓低由電平移動電路9移動的預定電壓。因此，作為本實施例的相位補償電容器C2，能夠使用耐受電壓比輸出電壓Vout的目標值低的電容器。
因為相位補償電路5包括電平移動電路9，所以功率供應電路I的消耗電流增大對應于供應至齊納二極管Dl的電流的量。然而，消耗電流的增大相對小。因此，即使在輸出電壓Vout具有相對高的目標值的高電壓功率供應電路中采用包括電平移動電路9的相位補償電路5，相位補償電路5也啟用功率供應電路的相位補償，而不會很大地增大電路面積和消耗電流。
因為電平移動電路9由齊納二極管Dl和電阻器R3構成，所以簡化了相位補償電路5的結構。電平移動電路9移動的預定電壓(預定電平)基本等于齊納二極管Dl的齊納電壓。因此，能夠由使用的齊納二極管Dl的齊納電壓來容易地設定電平移動電路9移動的預定電壓。
在相位補償電路5集成到半導體集成電路中的情況下，伴有寄生電容C3的相位補償電容器C2的第二端子bl耦合至具有高阻抗的節點，節點將視為歸因于低頻率的地電位。結果，將減小相位補償的影響。因此，在相位補償電路5集成到半導體集成電路中的情況下，伴有寄生電容C3的相位補償電容器C2的第二端子bl優選地耦合至具有低阻抗的節點。
因此，在本實施例中，第一端子al耦合至誤差放大器4的非反相輸入端子，且相位補償電容器C2的第二端子bl耦合至節點N2。由于布置于功率供應電路I之外的電容器Cl的影響，功率供應輸出端子P3的阻抗非常低。還有，認為ac分量在功率供應輸出電路P3與節點N2之間是短路的。因此，認為相位補償電容器C2的第二端子bl所耦合至的節點N2的阻抗非常低。從而，在本實施例的結構中，相對于相位補償電容器C2的相位補償的影響，能夠減小寄生電容C3的影響。
(第二實施例)
將參照圖3描述本公開的第二實施例。在第二實施例的功率供應電路21中，相位補償電容器C2的耦合位置不同于第一實施例的相位補償電容器C2的耦合位置。以下，類似的部件標記有類似的參考數字，并且將不重復其描述。將主要描述與第一實施例不同的點。
圖3是第二實施例的功率供應電路21的示意性電路圖。圖3中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3和布置于功率供應電路21之外的平滑電容器Cl。
功率供應電路21包括與圖1中所示的誤差放大器4類似的誤差放大器22。圖3中，詳細示例了構成誤差放大器22的輸出級的放大器電路23。放大器電路23執行相對于作為參考電位的地線8的電位(地電位)的放大操作。放大器電路23包括晶體管T21和晶體管T22。例如，晶體管T21是N溝道MOSFET，并且晶體管T22是P溝道MOSFET。
晶體管T21的柵極施加有從布置在誤差放大器22的較早級的放大器電路(未示出)輸出的信號。晶體管T21的源極耦合至地線8。晶體管T21的漏極通過晶體管T22耦合至功率供應線7。晶體管T22的漏極耦合至主晶體管Tl的漏極。晶體管T22的源極耦合至功率供應線7。晶體管T22的柵極耦合至主晶體管Tl的柵極。晶體管T22的柵極和晶體管T22的漏極共同耦合。在此結構中，晶體管T22的柵極用作誤差放大器22的輸出端子，以輸出誤差放大器信號Sd。
相位補償電路24包括相位補償部分25和電平移動電路9。在相位補償部分25中，相位補償電容器C2的耦合位置不同于圖1中所示的相位補償部分10的相位補償器C2的耦合位置。具體地，相位補償部分25的相位補償電容器C2耦合在對應于電平移動電路9的輸出端子的節點N2與構成誤差放大器22的放大器電路23的晶體管T21的柵極之間。換句話說，相位補償電容器C2布置在節點N2與放大器電路23的輸入端子之間的路線上。
還有，在其中相位補償電容器C2耦合在與第一實施例不同的位置處的相位補償電路24中，執行功率供應電路21的相位補償，并且提高了功率供應電路21的穩定性。
對應于移動電壓Vs與放大器電路23的輸入端子的電壓之間的差的電壓施加于相位補償電容器C2的端子之間。即，施加于相位補償電容器C2的端子之間的電壓比施加于常規相位補償電路的電容器的端子之間的電壓低電平移動電路9移動的預定電壓。因此，在本實施例的結構中，也將實現與第一實施例類似的有益效果。
與放大器電路23相鄰的相位補償電容器C2的端子施加有在接地端子(OV)與晶體管T21的柵極-源極電壓之間的范圍中的電壓。即，與放大器電路23相鄰的相位補償電容器C2的端子施加有近似為地電位的電壓。在本實施例中，輸出電壓Vout朝向地電位移動了電平移動電路9移動的預定電壓。因此，適當地降低了施加于相位補償電容器C2的端子之間的電壓。此外，相位補償部分25將相對于作為參考電位的地電位輸出的輸出電壓Vout的ac分量反饋給放大器電路23的輸入端子。從而，在本實施例中，充分實現了相位補償的影響。
(第三實施例)
將參照圖4描述本公開的第三實施例。第三實施例的功率供應電路31具有與第一實施例的主晶體管Tl不同的主晶體管T31。以下，將主要描述與第一實施例不同的點。
圖4中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3和布置于功率供應電路31之外的平滑電容器Cl。
如圖4中所示，功率供應電路31是NMOS輸出型串聯調節器功率供應電路。S卩，主晶體管T31是N溝道功率M0SFET。主晶體管T31的漏極耦合至功率供應線7。主晶體管T31的源極耦合至功率供應輸出端子P3。
誤差放大器4的非反相輸入端子施加有參考電壓Vref。誤差放大器4的反相輸入端子施加有探測電壓Vdet。相位補償電容器C2布置于節點N2與誤差放大器4的反相輸入端子之間。
還有，在NMOS輸出型串聯調節器功率供應電路31中，將實現與第一實施例類似的有益效果。以此方式，將本公開的相位補償電路適用于NMOS輸出型串聯調節器功率供應電路。
(第四實施例)
將參照圖5描述本公開的第四實施例。第四實施例的功率供應電路41具有與第一實施例的主晶體管Tl不同的主晶體管T41。以下，將主要描述與第一實施例不同的點。圖5中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3和布置于功率供應電路41之外的平滑電容器Cl。
如圖5中所示，功率供應電路41是NPN輸出型串聯調節器功率供應電路。S卩，主晶體管T41是NPN型雙極晶體管。主晶體管T41的集電極耦合至功率供應線7。主晶體管的發射極耦合至功率供應輸出端子P3。主晶體管T41的基極施加有誤差放大信號Sd。
誤差放大器4的非反相輸入端子施加有參考電壓Vref。誤差放大器4的反相輸入端子施加有探測電壓Vdet。相位補償電容器C2布置于節點N2與誤差放大器4的反向輸入端子之間。
還有，在NPN輸出型串聯調節器功率供應電路41中，將實現與第一實施例類似的有益效果。以此方式，本公開的相位補償電路適用于NPN輸出型串聯調節器功率供應電路。
(第五實施例)
將參照圖6描述本公開的第五實施例。第五實施例的功率供應電路51具有與第一實施例的主晶體管Tl不同的主晶體管T51。因此，以下將主要描述與第一實施例不同的點。圖6中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3和布置于功率供應電路51之外的平滑電容器Cl。
圖6中所示的功率供應電路51是PNP輸出型串聯調節器功率供應電路。S卩，主晶體管T51是PNP型雙極晶體管。主晶體管T51的發射極耦合至功率供應線7。主晶體管T51的集電極耦合至功率供應輸出端子P3。主晶體管T51的基極施加有誤差放大信號Sd。誤差放大器4的非反相輸入端子施加有探測電壓Vdet。誤差放大器4的反相輸入端子施加有參考電壓Vref。電容器C2布置于節點N2與誤差放大器4的非反向輸入端子之間。
還有，在PNP輸出型串聯調節器功率供應電路51中，將實現與第一實施例類似的有益效果。以此方式，本公開的相位補償電路適用于PNP輸出型串聯調節器功率供應電路。即，如第三至第四實施例中描述的，本公開的相位補償電路適用于任何串聯調節器功率供應電路，而不管主晶體管的類型。
(第六實施例)
以下將參照圖7描述第六實施例。以下，將主要描述與第一實施例不同的點。如圖7中所示，第六實施例的功率供應電路61是并聯調節器功率供應電路。功率供應電路61包括電阻器R61、主晶體管T61、參考電壓生成電路2、電壓探測電路3、誤差放大器4、以及相位補償電路5。
主晶體管T61是NPN型雙極晶體管。主晶體管T61的集電極耦合至電源輸出端子P3。主晶體管T61的發射極耦合至地線8。主晶體管T61的基極施加有誤差放大信號Sd。電阻器R61耦合于功率供應輸入端子Pl和功率供應輸出端子P3之間。
從參考電壓生成電路2輸出的參考電壓Vref施加于誤差放大器4的反相輸入端子。從電壓探測電路3輸出的探測電壓Vdet施加于誤差放大器4的非反相輸入端子。相位補償電路5的相位補償電容器C2耦合在節點N2與誤差放大器4的非反相輸入端子之間。圖7中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3。
誤差放大器4基于探測電壓Vdet和參考電壓Vref來控制主晶體管T61的操作，使得輸出電壓Vout與目標值一致。具體地，在探測電壓Vdet比參考電壓Vref高的時段中，即在輸出電壓Vout比目標值高的時段中，誤差放大器4以高電平輸出誤差放大信號Sd。結果，主晶體管T61開通,且輸出電壓Vout降低。
在探測電壓Vdet比參考電壓Vref低的時段中，即在輸出電壓Vout比目標值低的時段中，誤差放大器4以低電平輸出誤差放大信號Sd。結果，主晶體管T61關斷，并且輸出電壓Vout升高。以此方式，誤差放大器4控制主晶體管T61，以將輸出電壓Vout調節為目標值。
還有，在并聯調節器功率供應電路61中，將實現與第一實施例類似的有益效果。在功率供應電路61中，主晶體管T61不限于NPN型雙極晶體管，而可以是任何晶體管，諸如功率MOSFET，以及NPN型雙極晶體管。即，本公開的相位補償電路適用于任何線性調節器功率供應電路，諸如串聯調節器功率供應電路和并聯調節器功率供應電路。
(第七實施例)
將參照圖8描述第七實施例。以下，將主要描述與第一實施例不同的點。
如圖8中所示，第七實施例的功率供應電路71是降壓開關調節器功率供應電路。功率供應電路71包括主晶體管T71、參考電壓生成電路2、電壓探測電路3、誤差放大器4、控制電路72、續流二極管(free-wheeling diode)D71、感應器L71、平滑電容器C71、以及相位補償電路5。功率供應電路71的除二極管D71、感應器L71和電容器C71外的組成元件集成到半導體集成電路73中。
主晶體管T71是P溝道功率M0SFET。主晶體管T71的源極耦合至功率供應線7。主晶體管T71的漏極通過感應器L71耦合至功率供應輸出端子P3。主晶體管T71的柵極施加有從控制電路72輸出的柵極驅動信號Sg。二極管D71耦合在主晶體管T71的漏極與地線8之間，使得二極管D71的陽極耦合至地線8。電容器C71耦合在功率供應輸出端子P3與接地端子P4之間。
從參考電壓生成電路2輸出的參考電壓Vref施加于誤差放大器4的非反相輸入端子。從電壓探測電路3輸出的探測電壓Vdet施加于誤差放大器4的反相輸入端子。相位補償電路5的相位補償電容器C2耦合在節點N2與誤差放大器4的反相輸入端子之間。圖8中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容C3。
誤差放大器4將根據探測電壓Vdet與參考電壓Vref之間的差的誤差放大信號Sd輸出至控制電路72。控制電路72基于誤差放大信號Sd來控制主晶體管T71的操作，使得輸出電壓Vout與目標值一致。具體地，通過基于誤差放大信號Sd來改變柵極驅動信號Sg的占空比或頻率，控制電路72執行反饋控制，使得輸出電壓Vout具有恒定值(目標值)。
還有，在上述降壓開關調節器功率供應電路71中，將實現與第一實施例類似的有益效果。在功率供應電路71中，主晶體管T71不限于P溝道功率M0SFET，而可以是任何晶體管，諸如N溝道功率MOSFET以及雙極晶體管。即，本公開的相位補償電路適用于任何降壓開關調節器功率供應電路。
(第八實施例)
以下將參照圖9描述本公開的第八實施例。以下，將主要描述與第一實施例不同的點。
如圖9中所示，第八實施例的功率供應電路81是升壓(增壓)開關調節器功率供應電路。功率供應電路81包括主晶體管T81、參考電壓生成電路2、電壓探測電路3、誤差放大器4、控制電路82、續流二極管D81、感應器L81、平滑電容器C81、以及相位補償電路5。功率供應電路81的除主晶體管T81、二極管D81、感應器L81和電容器C81外的組成元件集成到半導體集成電路83中。
主晶體管T81是N溝道功率M0SFET。主晶體管T81的漏極通過感應器L81耦合至功率供應線7。主晶體管T81的源極耦合至地線8。主晶體管T81的柵極施加有從控制電路82輸出的柵極驅動信號Sg。二極管D81耦合在主晶體管T81的漏極與功率供應輸出端子P3之間，使得二極管D81的陽極耦合至主晶體管T81的漏極。電容器C81耦合在功率供應輸出端子P3與接地端子P4之間。
從參考電壓生成電路2輸出的參考電壓Vref施加于誤差放大器4的非反相輸入端子。從電壓探測電路3輸出的探測電壓Vdet施加于誤差放大器4的反相輸入端子。相位補償電路5的相位補償電容器C2耦合在移動電平電路9的節點N2與誤差放大器4的反相輸入端子之間。圖9中，未示例伴隨相位補償電容器C2的寄生電容。
誤差放大器4將根據探測電壓Vdet與參考電壓Vref之間的差的誤差放大信號Sd輸出至控制電路82。控制電路82基于誤差放大信號Sd來控制主晶體管T81的操作，使得輸出電壓Vout與目標值一致。具體地，通過基于誤差放大信號Sd來改變柵極驅動信號Sg的占空比或頻率，控制電路82執行反饋控制，使得輸出電壓Vout具有恒定值(目標值)。
還有，在升壓開關調節器功率供應電路81中，將實現與第一實施例類似的有益效果。在功率供應電路81中，主晶體管T81不限于N溝道功率M0SFET，而可以是任何晶體管，諸如NPN雙極晶體管。即，本公開的相位補償電路可以適用于任何升壓開關調節器功率供應電路。
(其它實施例)
本公開不限于以上參照附圖描述的實施例，而可以以以下方式進行修改或擴展。
電平移動電路9可以具有任何結構，只要其接收輸出電壓Vout并通過將輸出電壓Vout的dc分量朝向地電位移動預定電壓而生成移動電壓Vs就行。例如，電平移動電路9可以如圖10A-10F中所示地配置。
圖1OA中所示的電平移動電路包括二極管Da和電阻器R3。二極管Da的陽極耦合至功率供應輸出端子P3，并且二極管Da的陰極通過電阻器R3耦合至地線8。即，二極管Da正向布置在功率供應輸出端子P3與地線8之間。在此結構中，移動電壓Vs從節點N2 (即二極管Da的陰極)輸出，節點N2由二極管Da與電阻器R3之間的連接點定義。在圖1OA的電平移動電路中，移動的預定電壓等于二極管Da的正向電壓。
可以將圖1OA的電平移動電路修改成圖1OD中所示的結構。在圖1OD的范例中，三個二極管Da串聯耦合。即，電平移動電路可以具有串聯耦合的兩個或更多二極管Da。在該情況下，預定電壓等于通過將正向電壓VF乘以使用的二極管Da的數目而獲得的電壓。
圖1OB中所示的電平移動電路包括晶體管Tb和電阻器R3。晶體管Tb是N溝道MOSFET0晶體管Tb是飽和連接的，使得漏極和柵極彼此耦合。晶體管Tb的漏極耦合至功率供應輸出端子P3，并且晶體管Tb的源極通過電阻器R3耦合至地線8。在此結構中，移動電壓Vs從晶體管Tb的源極和電阻器R3的連接點定義的節點N2輸出。在圖1OB的移動電平電路中，移動的預定電壓等于晶體管Tb的閾值電壓。
可以將圖1OB的電平移動電路修改成圖1OE中所示的結構。在圖1OE中所示的范例中，均飽和連接的三個晶體管Tb串聯耦合。S卩，圖1OB的電平移動電路可以具有串聯耦合的兩個或更多晶體管Tb。在此情況下，移動的預定電壓等于通過將閾值電壓乘以使用的晶體管Tb的數目而獲得的電壓。晶體管Tb可以是P溝道MOSFET或雙極晶體管。
圖1OC中所示的電平移動電路包括晶體管Tc和電阻器R3。晶體管Tc是N溝道MOSFET0晶體管Tc提供有寄生二極管Dc。晶體管Tc的源極和柵極彼此耦合。晶體管Tc的源極耦合至功率供應輸出端子P3，并且晶體管Tc的漏極通過電阻器R3耦合至地線8。在此結構中，移動電壓Vs從晶體管Tc的漏極與電阻器R3之間的連接點定義的節點N2輸出。在圖1OC的電平移動電路中，預定電壓等于寄生二極管Dc的正向電壓VF。
可以將圖1OC的電平移動電路修改成圖1OF中所示的結構。在圖1OF中所示的范例中，三個晶體管Tc串聯耦合。以此方式，圖1OC的電平移動電路可以具有串聯耦合的兩個或更多晶體管Tc。在此情況下，移動的預定電壓等于通過將正向電壓VF乘以使用的晶體管Tc的數目而獲得的電壓。晶體管Tc可以是P溝道MOSFET。
在電平移動電路9中，齊納二極管Dl至少反向布置在功率供應輸出端子P3與地線8之間。因此，電阻器元件可以在齊納二極管Dl的陰極與功率供應輸出端子P3之間的位置處，或在齊納二極管Dl的陽極與節點N2之間的位置處串聯耦合至齊納二極管D1。在該情況下，電平移動電路9移動的預定電壓等于通過將在電阻器元件處的電壓降增加至齊納二極管Dl的齊納電壓而獲得的電壓。
在圖1OA中所示的電平移動電路中，二極管Da至少正向布置在功率供應輸出端子P3與地線8之間。因此，電阻器元件可以在二極管Da的陽極與功率供應輸出端子P3之間的位置處，或在二極管Da的陰極與節點N2之間的位置處串聯耦合至二極管Da。在該情況下，電平移動電路移動的預定電壓等于通過將在電阻器元件處的電壓降增加至二極管Da的正向電壓VF而獲得的電壓。還有，在圖1OB和IOC中所示的電平移動電路中，可以施加與接合圖1OA的電平移動電路描述的類似的修改。
相位補償部分10具有至少一個電容器(電容元件)。即，相位補償部分10可以具有串聯耦合的多個電容器，或并聯耦合的多個電容器。此外，相位補償部分10可以具有至少一個電容器和至少一個電阻元件的串聯電路。此外,可以通過以任何方式組合這些結構來配置相位補償部分10。
相位補償電容器C2的耦合位置不限于實施例中描述的位置。即，相位補償電容器C2至少布置在對應于電平移動電路9的輸出端子的節點N2與誤差放大器4的放大器電路的輸入端子之間的路線上。誤差放大器4包括至少一個放大器電路。例如，相位補償電容器C2可以布置在圖1的位置處和圖3的位置處。即，一個相位補償電容器C2可以布置在節點N2與誤差放大器4的非反相輸入端子之間的位置處，而另一相位補償電容器C2可以布置于節點N2與放大器電路23的輸入端子之間的位置處。
在相位補償電路配置為半導體集成電路的情況下，相位補償電容器C2可以由形成于布線圖案(例如多晶Si)和布線圖案(例如多晶Si)之間的電容提供。圖11示例配置為半導體集成電路的相位補償電路的范例。如圖11中所示，相位補償電容器C2可以由布線圖案(例如Al) 12與布線圖案(例如Al) 12之間形成的電容提供。在圖11中，數字14表示硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)膜。在此情況下，兩個布線圖案12之一的電極可以耦合至誤差放大器的放大電路的輸入端子。如圖1中所示的寄生電容C3不存在于相位補償電容器C2的任何電極中。因此，在該結構中，有利地實現了相位補償電容器C2進行的相位補償的效果O
在上述實施例中，包括本公開的相位補償電路的功率供應電路示范性地集成到半導體集成電路中。然而，相位補償電路可以由分離組件構成。此外，包括相位補償電路的功率供應電路可以由分離組件構成。還有，在該結構中，可以實現具有輸出電壓Vout的相對高的目標值的功率供應電路的相位補償，無需大大增大電路面積和消耗電流。
雖然僅選擇所選的范例實施例來示例本公開，但是根據此公開對本領域技術人員明顯的是，其中能夠不脫離所附權利要求限定的公開的范圍進行各種改變和修改。此外，僅為示例目的提供根據本公開的范例實施例的前述描述，并且其目的不是限定如所附權利要求及其等同物所限定的公開。
權利要求
1.一種用于功率供應電路(1，21，31，41，51，61，71，81)的相位補償電路，所述功率供應電路根據通過功率供應輸入端子(Pl)輸入至所述功率供應電路的輸入電壓來生成恒定輸出電壓，并且從功率供應輸出端子(P3)輸出所述輸出電壓，所述功率供應電路包括主晶體管(Tl，T31，T41，T51，T61，T71，T81)和誤差放大器(4，22)，所述主晶體管控制從所述功率供應輸入端子至所述功率供應輸出端子的功率供應，所述誤差放大器(4，22)基于根據所述輸出電壓的探測電壓和根據所述輸出電壓的目標值的參考電壓來控制所述主晶體管的操作，使得所述輸出電壓與所述目標值一致，所述誤差放大器包括至少一個放大器電路(4，23)，所述相位補償電路包括: 電平移動電路(9)，配置為接收所述輸出電壓，并將所述輸出電壓的dc分量朝向地電位移動預定電壓，以生成移動電壓；以及 相位補償電容器(C2)，布置在所述電平移動電路的輸出端子與所述誤差放大器的所述放大器電路的輸入端子之間的路線上。
2.根據權利要求1所述的相位補償電路，其中，所述相位補償電容器(C2)布置在所述電平移動電路(9)的所述輸出端子與相對于作為參考的所述地電位執行放大操作的所述放大器電路(4，23)的所述輸入端子之間的所述路線上。
3.根據權利要求1或2所述的相位補償電路，其中，所述功率供應電路是開關調節器(71，81)。
4.根據權利要求1或2所述的相位補償電路，其中，所述功率供應電路是線性調節器(1，21，31，41，51，61)。
5.根據權利要求1或2所述的相位補償電路，其中， 所述電平移動電路(9 )包括齊納二極管(DI)和電阻器(R3 ); 所述齊納二極管反向布置在所述功率供應電路的所述功率供應輸出端子(P3)與所述功率供應電路的具有所述地電位的地線(8)之間； 所述電阻器(R3)布 置在所述齊納二極管(Dl)的陽極與所述地線之間；并且用以輸出所述移動電壓的所述電平移動電路的所述輸出端子定義在所述齊納二極管的所述陽極處。
6.根據權利要求1或2所述的相位補償電路，其中， 所述電平移動電路(9 )包括二極管(Da)和電阻器(R3 ); 所述二極管(Da)正向布置在所述功率供應電路的所述功率供應輸出端子(P3)與所述功率供應電路的具有所述地電位的地線(8)之間； 所述電阻器(R3)布置在所述二極管的陰極與所述地線之間；并且用以輸出所述移動電壓的所述電平移動電路的所述輸出端子定義在所述二極管的所述陰極處。
7.一種包括根據權利要求1或2所述的相位補償電路的半導體集成電路，其中， 所述相位補償電容器(C2)由定義在布線圖案(12)與半導體基底(11)之間的電容器和定義在布線圖案之間的電容器之一提供；并且 耦合至所述布線圖案(12)的所述相位補償電容器的電極(al)耦合至所述放大器電路的所述輸入端子。
8.—種功率供應電路，用于根據通過功率供應輸入端子輸入至所述功率供應電路的輸入電壓來生成恒定輸出電壓并且從功率供應輸出端子輸出所述輸出電壓，所述功率供應電路包括: 主晶體管(Tl，T31，T41，T51，T61，T71，T81 )，所述主晶體管(Tl，T31，T41，T51，T61，T71，T81)控制從所述功率供應輸入端子至所述功率供應輸出端子的功率供應； 誤差放大器(4，22)，所述誤差放大器(4，22)基于根據所述輸出電壓的探測電壓和對應于所述輸出電壓的目標值的參考電壓來控制所述主晶體管的操作，使得所述輸出電壓與所述目標值一致，所述誤差放大器包括至少一個放大器電路(4，23);以及 相位補償電路(5，24)，所述相位補償電路(5，24)包括電平移動電路(9)和相位補償電容器(C2)，其中， 所述電平移動電路(9)配置為接收所述輸出電壓，并將所述輸出電壓的dc分量向下移動預定電壓，以生成移動電壓；并且 所述相位補償電容器布置在所述電平移動電路的輸出端子(N2)與所述誤差放大器的所述放大器電路的輸入端 子之間的路線上。
全文摘要
在功率供應電路中，誤差放大器(4，22)基于根據輸出電壓的探測電壓和對應于所述輸出電壓的目標值的參考電壓來控制主晶體管(T1，T31，T41，T51，T61，T71，T81)，使得所述輸出電壓與所述目標值一致。用于功率供應電路的相位補償電路(5，24)包括電平移動電路(9)和相位補償電容器(C2)。電平移動電路通過將所述輸出電壓的dc分量朝向地電位移動預定電壓來生成移動電壓，并從電平移動電路的輸出端子(N2)輸出移動電壓。相位補償電容器布置在所述電平移動電路的輸出端子與所述誤差放大器的放大器電路(4，23)的輸入端子之間的路線上。
文檔編號H02M3/156GK103138579SQ20121049558
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者井村多加志 申請人:株式會社電裝