JP2001075663A - 低消費電流リニアレギュレータの過渡応答特性改善 - Google Patents

低消費電流リニアレギュレータの過渡応答特性改善

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JP2001075663A JP25037399A JP25037399A JP2001075663A JP 2001075663 A JP2001075663 A JP 2001075663A JP 25037399 A JP25037399 A JP 25037399A JP 25037399 A JP25037399 A JP 25037399A JP 2001075663 A JP2001075663 A JP 2001075663A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流が小さいときには低消費電流特性を
示し、負荷電流が大きい時には負荷電流に比例して動作
電流を増加させることにより過渡応答特性の優れたリニ
アレギュレータを実現すること。 【解決手段】 本発明においては負荷に電流を供給する
出力トランジスタと並列に接続した負荷電流検出用トラ
ンジスタで負荷電流に比例した電流を生成し、これをエ
ラーアンプの動作電流に加算することで負荷電流が多い
ときの過渡応答特性を改善するとともに、負荷電流が少
ない場合の低消費電流特性を実現している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、リニアレギュレ
ータの過渡応答改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のリニアレギュレータとしては図6
に示されるようなものが知られている。すなわち従来の
リニアレギュレータ100は基準電圧源110と、定電
流源150と差動対160とカレントミラー170より
なるエラーアンプ120と、出力トランジスタ140
と、位相補償用コンデンサ130で構成されており、負
荷180に電流を供給している。
【0003】エラーアンプ120の構成要素である差動
対には基準電圧源110の出力電圧VREFと出力端子
OUTの電圧VOUTが入力されており、VREFとV
OUTが同一となるよう出力トランジスタ140を制御
する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した従来のリ
ニアレギュレータの場合、差動対160の動作電流は定
電流源150によって決定されており、常に一定であっ
た。低消費電流のリニアレギュレータを実現しようとす
ると、この定電流源150の電流を小さくする必要があ
るが、定電流源150の電流を小さくすると負荷180
が変動した際に生じる過渡応答特性が犠牲になるという
欠点がある。
【0005】逆に過渡応答特性を改善しようとすると定
電流源150の電流を増大する必要があり、低消費電流
特性が犠牲になる。バッテリーを電源に使用した場合、
バッテリーの寿命を延ばすためには低負荷電流時に低消
費電流であることが要求され、大負荷電流時には出力電
圧の優れた過渡応答特性が要求される。リニアレギュレ
ータの過渡応答特性を改良するには、リニアレギュレー
タを構成するエラーアンプ、ドライバー回路の周波数帯
域の広帯域化が要求される。広帯域化を実現するには、
回路の各点のインピーダンスを低下させるために、消費
電流の増加は避けられない。一方、携帯機器では低消費
電力化は使命であり、リニアレギュレータ回路自身の消
費電力の増加は容認されないのが実状である。
【0006】本発明は、高速応答特性が要求される大負
荷電流時にエラーアンプ、ドライバー回路の動作電流を
増加して周波数帯域の広帯域化を図る。通常、リニアレ
ギュレータ回路はエラーアンプと出力トランジスタの二
段電圧増幅回路から構成される。リニアレギュレータの
主要ポールは、出力トランジスタに接続される負荷抵抗
及び容量の時定数であるから、エラーアンプの周波数帯
域が無限であれば、リニアレギュレータは出力トランジ
スタで構成される一段増幅回路とみなすことが出来る。
このリニアレギュレータは一次遅れ回路であるから、負
帰還増幅回路としては安定動作である。大負荷電流(小
負荷抵抗)動作では、負荷抵抗および容量で構成される
時定数は小さくなるため、リニアレギュレータの電圧ゲ
インが1となるカットオフ周波数が大きくなる。実際に
はエラーアンプの周波数帯域は有限であるからリニアレ
ギュレータは二次遅れ回路構成となり、安定動作が困難
となる。そのため、容量を増加してカットオフ周波数の
低下を図るのが通常の対策である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明においては負荷電流が小さい場合には差動
対を小さな動作電流で駆動して低消費電流化をはかり、
負荷電流が大きい場合には差動対を負荷電流に比例して
増加する動作電流で駆動することで過渡応答特性の高速
化をはかる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては負荷に電流を供
給する出力トランジスタと並列に接続した負荷電流検出
用トランジスタで負荷電流に比例した電流を生成し、こ
れをエラーアンプの動作電流に加算することで過渡応答
特性を改善している。
【0009】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明のリニアレギュレータである。す
なわちリニアレギュレータ100は基準電圧源110
と、定電流源150と差動対160とカレントミラー1
70よりなるエラーアンプ120と、出力トランジスタ
140と、位相補償用コンデンサ130と、負過電流検
出用トランジスタ190と、カレントミラー200で構
成されており、負荷180に電流を供給している。
【0010】エラーアンプ120の構成要素である差動
対には基準電圧源110の出力電圧VREFと出力端子
OUTの電圧VOUTが入力されており、VREFとV
OUTが同一となるよう出力トランジスタ140を制御
する。負過電流検出用トランジスタ190は出力トラン
ジスタ140に流れる電流すなわち負過電流に比例した
電流を出力し、この負過電流検出用トランジスタ190
から出力される負過電流に比例した電流はカレントミラ
ー200に供給され、カレントミラー200より出力さ
れる電流がエラーアンプ120の構成要素である定電流
源150から出力される定電流に加算され差動対160
に供給される。負荷190に供給される電流が小さい場
合、出力トランジスタ140に流れる電流も小さく、し
たがって負荷電流に比例した電流を出力する負過電流検
出用トランジスタ190の電流も少なく、よってカレン
トミラー200から出力される電流も小さいので、差動
対160の動作電流はほぼ定電流源150から出力され
る電流と等しくなり、低消費電流化が計れる。
【0011】負荷190に供給される電流が大きい場
合、出力トランジスタ140に流れる電流も大きく、し
たがって負荷電流に比例した電流を出力する負過電流検
出用トランジスタ190の電流も大きく、よってカレン
トミラー200から出力される電流も大きいくなり、こ
の大きな電流が定電流源150から出力される電流に加
算され差動対160に供給されるので、差動対160の
動作電流が大きくなり過渡応答特性の高速化を計ること
が可能となる。
【0012】図2は本発明の第一実施例のリニアレギュ
レータである。N−MOSトランジスタ161と162
よりなる差動対160と、P−MOSトランジスタ17
1と172よりなるカレントミラー170と、出力トラ
ンジスタ140と、位相補償用コンデンサ130と、抵
抗211と212よりなる電圧分割回路210と基準電
圧源110と定電流源150と、出力トランジスタ14
0と並列に接続された負荷電流検出用トランジスタ19
0と、N−MOSトランジスタ201と202よりなる
カレントミラー200で構成されている。
【0013】出力トランジスタ140のゲート幅をW1
40、ゲート長をL140とし、負荷電流検出用トラン
ジスタ190のゲート幅をW190、ゲート長をL19
0する。また出力トランジスタ140のドレイン電流を
I140、負荷電流検出用トランジスタ190のドレイ
ン電流をI190とすると I190=((W190/L190) /(W140/L140))・I140 (1) の関係が成り立つ。出力トランジスタ140のドレイン
電流I140が負荷へ供給される電流なので、負荷電流
検出用トランジスタ190のドレイン電流I190は負
荷電流に比例した電流となり、(1)式より比例係数
は、 (W190/L190)/(W140/L140) で与えられる。
【0014】出力トランジスタ140と負荷電流検出用
トランジスタ190のゲートサイズを適当に調整するこ
とにより、任意の比例係数を設定することが可能であ
る。負荷電流検出用トランジスタ190のドレイン電流
はN−MOSトランジスタ201と202で構成される
カレントミラー200に供給され、カレントミラーされ
た電流がトランジスタ202のドレインより出力され
る。N−MOSトランジスタ201と202のゲートサ
イズが等しい場合、カレントミラー回路200への入力
電流である負荷電流検出用トランジスタ190のドレイ
ン電流I190と同じ大きさの電流がトランジスタ20
2のドレイン電流I202より得られる。すなわち I202=I190=((W190/L190) /(W140/L140))・I150 (2) となる。
【0015】差動対160の動作電流IBIASは定電
流源150の電流I150とトランジスタ202のドレ
イン電流の和であるから、 IBIAS=I150+I202 =I150+((W190/L190) /(W140/L140))・I150 (3) となる。これを図示したものが図3である。これより差
動対160の動作電流IBIASは負荷電流である出力
トランジスタ140のドレイン電流I202に比例して
増大していくことがわかる。
【0016】図4は本発明の第二実施例のリニアレギュ
レータである。図4に示した第二実施例は図2に示した
第一実施例の回路に定電流源I151を追加したもので
ある。負荷電流検出用トランジスタ190のドレイン電
流I190が定電流源151の電流I151以下の場合
は、N−MOSトランジスタ201、202で構成され
るカレントミラー回路200は動作しないのでN−MO
Sトランジスタ202のドレイン電流I202は0であ
る。したがって差動対160の動作電流IBIASは定
電流源150の電流I150のみである。すなわちIB
IAS=I150である。
【0017】負荷電流検出用トランジスタ190のドレ
イン電流I190が定電流源151の電流I151以上
の場合は、 N−MOSトランジスタ201には(I1
90−I151)の電流が流れる。 N−MOSトラン
ジスタ201と202のゲートサイズが同じならばN−
MOSトランジスタ202のドレイン電流I202も
(I190−I151)となる。
【0018】したがって差動対160の動作電流IBI
ASは定電流源150の電流I150とN−MOSトラ
ンジスタ202のドレイン電流I202の和であるから
IBIAS=I150+(I190−I151)とな
る。(1)式を用いると IBIAS=I150−I151+((W190/L190) /(W150/L150))・I150 (4) となる。
【0019】図5に差動対160の動作電流IBIAS
と負荷電流I140の関係を示す。図2に示した第一実
施例の回路では図3に示したように差動対160の動作
電流IBIASは常に負荷電流に比例しているが、図4
に示した第二実施例の回路では図5に示したように、負
荷電流がある程度大きくなるまで差動対160の動作電
流IBIASを定電流源150の電流I150で一定に
することができる。
【0020】
【発明の効果】本発明においては負荷に電流を供給する
出力トランジスタと並列に接続した負荷電流検出用トラ
ンジスタで負荷電流に比例した電流を生成し、これをエ
ラーアンプの動作電流に加算することで大負荷電流時の
過渡応答特性を改善するとともに、小負荷電流時の低消
費電流特性を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリニアレギュレータの回路図である。
【図2】本発明の第一実施例のリニアレギュレータの回
路図である。
【図3】第一実施例の負荷電流と動作電流の関係を示し
た図である。
【図4】本発明の第二実施例のリニアレギュレータの回
路図である。
【図5】第二実施例の負荷電流と動作電流の関係を示し
た図である。
【図6】従来のリニアレギュレータの回路図である。
【符号の説明】
100 リニアレギュレータ 110 基準電圧源 120 エラーアンプ 130 位相補償用コンデンサ 140 出力トランジスタ 150 定電流源 160 差動対 170、200 カレントミラー 180 負荷 190 負荷電流検出用トランジスタ 210 電圧分割回路 161、162、201、202 N−MOSトラン
ジスタ 171、172 P−MOSトランジスタ 211、212 抵抗

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リニアレギュレータにおいて負荷電流が
    小さな時は低消費電流動作をし、大きな負荷電流時には
    負荷に電流を供給する出力トランジスタと並列に接続し
    た負荷電流検出用トランジスタで負荷電流に比例した電
    流を生成し、これをエラーアンプの動作電流に加算する
    ことで過渡応答特性を改善することを特徴とする回路。
JP25037399A 1999-09-03 1999-09-03 低消費電流リニアレギュレータの過渡応答特性改善 Withdrawn JP2001075663A (ja)

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