JP2005006442A

JP2005006442A - Regulator

Info

Publication number: JP2005006442A
Application number: JP2003168608A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sato; 努佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a regulator capable of suppressing the power consumption for it. <P>SOLUTION: The regulator is characterized by being provided with a protection circuit 9 that prevents the breakage of an element, and a switch 12 that switches a state that power is fed to the protection circuit 9 and a state that the power is not fed to the protection circuit 9. By this constitution, since the power can be made not to be fed to the protection circuit 9 when the circuit is necessary for being protected, the power consumption can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を安定化させるレギュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力電圧より低い出力電圧を必要とする場合に用いる降圧型のレギュレータには、トランジスタを一種の可変抵抗として用いることにより電圧を降下させて出力電圧を安定に保つドロッパ型レギュレータと、スイッチング素子のオン／オフデューティ比により出力電圧を安定に保つチョッパ型レギュレータとがある。
【０００３】
ドロッパ型レギュレータは、トランジスタの電圧降下を利用して出力電圧を安定化させており、電圧降下分が熱として放出されるので入出力間電圧差が大きいときには電力効率が低下するという欠点を有しているが、設計が容易であり、ノイズが小さいため、用途が限定されにくいという利点を有している。また、チョッパ型レギュレータはスイッチング素子のスイッチングにより出力制御するので、入出力間の電圧差が大きい場合でも電力効率が良いという利点がある。
【０００４】
通常、これらレギュレータには保護回路が内蔵されており、負荷側が何らかの原因でショートするなどの異常時にレギュレータ自体や負荷を保護できるように常時保護回路が動作している。なお、保護回路には、例えば、過熱保護機能や過電流保護機能等を有する多機能の保護回路、過熱保護機能のみを有する保護回路、過電流保護機能のみを有する保護回路など様々な種類のものがある。
【０００５】
一方、近年の一般民生機器における省エネルギー化の流れや、携帯電話やデジタルスチルカメラに代表される携帯機器の爆発的普及により、電源回路の低消費電力化が重要になってきている。
【０００６】
そのため、特に携帯機器向けのレギュレータでは、負荷が通常動作状態の場合と待機状態の場合とでレギュレータの制御回路を切り替え可能とし、待機状態では通常動作状態よりも消費電力の小さい制御回路を動作させることで、待機状態時の消費電力の低減が図られている。制御回路の方式としては、チョッパ型ではパルス幅を変調制御するＰＷＭ方式、周波数を変調制御するＰＦＭ方式、スイッチング動作／停止状態を出力電圧値によりＯＮ／ＯＦＦするパルススキップ方式などがあり、ドロッパ型では軽負荷時と重負荷時に異なる応答特性を持たせた組み合わせの方式などがある。
【０００７】
上述した負荷の状態に応じて制御回路を切り替える従来のレギュレータとして、ここでは図１０に示すドロッパ型のレギュレータを例に挙げて説明を行う。
【０００８】
図１０のレギュレータＩＣ３９は、入力端子１と、ＰＮＰ型出力トランジスタ２と、出力端子３と、分圧抵抗４及び５と、基準電圧源６と、誤差増幅器７と、保護回路９と、グランド端子１０と、制御端子１１と、スイッチ２２と、第１制御回路２３と、第２制御回路２４とを備えている。そして、入力端子１に直流電圧源４１とコンデンサ４２が接続され、出力端子３に出力コンデンサ４３と負荷４４が接続される。
【０００９】
負荷の状態に応じた切替信号が制御端子１１に入力され、当該切替信号によってスイッチ２２が制御され、重負荷時には第１制御回路２３が動作して第１制御回路２３の出力が出力トランジスタ２のベースに供給されるようにし、軽負荷時には第２制御回路２４が動作して第２制御回路２４の出力が出力トランジスタ２のベースに供給されるようにする。第２制御回路２４は、第１制御回路２３と比べて消費電流が小さい構成になっているので、軽負荷時の低消費電力化を図ることができる。
【００１０】
また、出力電圧Ｖｏを分圧抵抗４及び５により検出した電圧と基準電圧源６の出力電圧との差を誤差増幅器７が増幅する。誤差増幅器７の出力が第１制御回路２３及び第２制御回路２４に送出され、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のうち動作している方が、出力トランジスタ２を制御する。すなわち、出力電圧Ｖｏが低下し誤差増幅器７の出力が低下すると、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のいずれかが出力トランジスタ２のベース電流を増加させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を減少させることで出力電圧Ｖｏを上昇させる。逆に、出力電圧Ｖｏが上昇し誤差増幅器７の出力が上昇すると、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のいずれかが、出力トランジスタ２のベース電流を減少させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を増加させることで出力電圧Ｖｏを低下させる。このような動作により、出力電圧Ｖｏが安定化する。
【００１１】
また、保護回路９は入力端子１に接続されており、入力端子１から供給される電力を回路動作用の電源としている。保護回路９は、入力端子１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていればいつでも保護動作が可能な状態となっており、異常を検知した際には、第１制御回路２３及び第２制御回路２４に保護指令信号を送り、誤差増幅器７の出力にかかわらず出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ２のコレクタ電流を減少させることでレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−３１２０４３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１０のレギュレータは、負荷の状態に応じて制御回路を切り替えることで低消費電力化を図ることができるが、コスト等の観点から制御回路を複数有する構成を採用できない場合があり、制御回路を複数有さない構成では低消費電力化を図ることができなかった。
【００１４】
また、図１０のように負荷の状態に応じて制御回路を切り替える構成であって低消費電力化を図ることができるレギュレータであっても、より一層の低消費電流化が求められている。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを提供することを目的とする。また、本発明は、上記の問題点に鑑み、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るレギュレータにおいては、素子破壊を防止するための保護回路と、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態と前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とを切り替えるスイッチと、を備える構成とする。
【００１７】
このような構成によると、保護が不要なときに前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とすることができるので、消費電力を低減することができる。したがって、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。また、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。
【００１８】
また、レギュレータの出力電流に応じて前記スイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御手段を備えてもよい。これにより、保護が不要であるレギュレータの出力電流が小さい軽負荷状態のときに、前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態にすることができる。
【００１９】
また、前記スイッチ制御手段が前記保護回路及び前記スイッチとともに半導体集積回路装置に搭載されるようにしてもよい。これにより、前記スイッチ制御手段を半導体集積回路装置の外部に設ける場合と比較して半導体集積回路装置の端子数を減らすことができ、パッケージの小型化及び低価格化を図ることができる。また、前記スイッチを制御する信号を外部から入力しなくてもよいので、電源設計を容易にすることができる。
【００２０】
前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始時に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態になるようにしてもよい。これにより、入力電源投入時に保護回路を動作させることができ、入力電源投入時の突入電流による素子破壊を防止することができる。
【００２１】
また、前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過するまでは前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態になるようにしてもよい。これにより、入力電源投入時からレギュレータの出力電圧が設定値になるまでの間確実に保護回路を動作させ続けることができ、入力電源投入時の突入電流による素子破壊を確実に防止することができる。
【００２２】
また、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過したか否かをレギュレータの出力電圧によって判定する判定手段を備えてもよい。これにより、入力電源投入以外の要因でレギュレータの出力電圧の立ち上がるときにおいても、突入電流による素子破壊を確実に防止することができる。
【００２３】
また、前記保護回路及び前記スイッチをＭＯＳトランジスタ構成にしてもよい。これにより、前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態から前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態に切り替わる際に、すばやい応答速度で前記保護回路への電源供給が行われるので、より安全なレギュレータを実現することができる。また、ＭＯＳトランジスタは消費電流が少ないので、さらなる低消費電力化が可能となる。
【００２４】
また、出力トランジスタを備えたチョッパ型レギュレータであって、前記出力トランジスタがオン状態のときのみ、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態となるようにしてもよい。これにより、前記出力トランジスタがオン状態のときに保護回路への電源供給が行われ、前記出力トランジスタに電流が流れているときに確実に前記保護回路を動作させることができるので、安全である。尚かつ、前記出力トランジスタに電流が流れていないときには前記保護回路への電源供給を停止することができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００２５】
また、特性の異なる複数の制御手段と、前記特性の異なる複数の制御手段の中から前記出力トランジスタを制御する制御手段を選択する選択手段と、前記出力トランジスタを制御する制御手段が前記選択手段によって軽負荷のときに動作する制御手段から重負荷のときに動作する制御手段に切り替わる前に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする手段と、を備えるようにしてもよい。これにより、制御手段での消費電力を低くすることができ、尚かつ例えば軽負荷状態から急遽負荷がショート状態に変化した際、前記保護回路への電源供給が行われる前に、電流供給能力の小さく負荷応答性に乏しい軽負荷のときに動作する制御手段から電流供給能力が大きく負荷応答性の良い重負荷のときに動作する制御手段に切り替わってしまい、過電流保護ができずに素子を破壊してしまうという不具合をなくすことができる。
【００２６】
また、特性の異なる複数の制御手段のうち前記出力トランジスタの制御に使用していない制御手段への電源供給を停止する手段を備えるようにしてもよい。これにより、全ての制御手段に常時電源供給が行われているレギュレータに比べて、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００２７】
また、前記重負荷のときに動作する制御手段をチョッパ方式の制御手段にしてもよい。重負荷の場合はレギュレータの出力電流が大きいので、チョッパ方式でのスイッチング損失よりもドロッパ方式での熱損失の方が大きくなるので、このような構成にすることによって、特に入出力電圧差が大きい場合にさらなる低消費電力化を図ることができる。
【００２８】
また、前記軽負荷のときに動作する制御手段をドロッパ方式の制御手段にしてもよい。軽負荷の場合はレギュレータの出力電流が小さいので、ドロッパ方式での出力トランジスタの熱損失よりもチョッパ方式でのスイッチング損失の方が大きくなるので、このような構成にすることによって、さらなる低消費電力化を図ることができる。
【００２９】
また、電子機器において、上記いずれかの構成のレギュレータを備えるようにするとよい。これにより、電子機器の低消費電力化を図ることができる。上記いずれかの構成のレギュレータは、特に携帯電話やデジタルスチルカメラ等の携帯機器に好適に用いられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るレギュレータの一構成例を図１に示す。なお、図１において図１０と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３１】
図１に示すレギュレータＩＣ３１は、入力端子１と、出力トランジスタ２と、出力端子３と、分圧抵抗４及び５と、基準電圧源６と、誤差増幅器７と、制御回路８と、保護回路９と、グランド端子１０と、制御端子１１と、スイッチ１２とを備えている。そして、入力端子１に直流電圧源４１とコンデンサ４２が接続され、出力端子３に出力コンデンサ４３と負荷４４が接続され、グランド端子１０が接地される。
【００３２】
分圧抵抗４及び５によって検出された出力電圧Ｖｏの分圧と基準電圧源６の出力電圧との差を誤差増幅器７が増幅する。誤差増幅器７の出力が制御回路８に送出され、制御回路８が出力トランジスタ２を制御する。すなわち、出力電圧Ｖｏが低下し誤差増幅器７の出力が低下すると、制御回路８が出力トランジスタ２のベース電流を増加させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を減少させることで出力電圧Ｖｏを上昇させる。逆に、出力電圧Ｖｏが上昇し誤差増幅器７の出力が上昇すると、制御回路８が、出力トランジスタ２のベース電流を減少させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を増加させることで出力電圧Ｖｏを低下させる。このような動作により、出力電圧Ｖｏが安定化する。
【００３３】
切替信号が外部から制御端子１１に入力され、当該切替信号によってスイッチ１２がオン／オフ制御される。スイッチ１２がオンのときに保護回路９への電源供給が行われ、スイッチ１２がオフのときに保護回路９への電源供給が停止する。保護回路９は、電源供給されていればいつでも保護動作が可能な状態となっており、異常を検知すると制御回路８に保護指令信号を送り、誤差増幅器７の出力にかかわらず出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ１のコレクタ電流を減少させることでレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護する。レギュレータＩＣ３１では、保護が不要なときにスイッチ１２をオフにして保護回路９への電源供給を停止することができるので、消費電力を低減することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３１内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００３５】
また、本実施形態では、制御回路を一つにしているが、図１０に示した従来のレギュレータと同様に異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにしても構わない。異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにすることで、より一層の低消費電力化を図ることができる。ここでいう異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成とは、例えば、チョッパＰＦＭ回路とチョッパＰＷＭ回路を組み合わせた回路構成であり、このような回路構成では軽負荷のときにチョッパＰＦＭ回路が動作し、重負荷のときにチョッパＰＷＭ回路が動作するようにすればよい。
【００３６】
外部から制御端子１１に入力される切替信号は、レギュレータの使用状況に応じた電圧あるいは電流としてもよく、負荷４４のモードに応じて変化する信号例えばスリープモードのときにのみスイッチ１２をオフさせる信号としてもよい。
【００３７】
電源回路を保護する点では、無負荷状態等のように過大な温度上昇や過大電流が発生しにくい状態では保護機能が不要であり保護回路が動作していなくても特に問題はなく、仮に軽負荷状態から急遽負荷がショート状態に変化したとしても、保護回路９が停止から動作を開始するまでのわずかな時間に素子破壊は起こりにくい。したがって、外部から制御端子１１に入力される切替信号を、出力電流Ｉｏに応じた信号（レギュレータＩＣ３１の外部に設けられる出力電流検出回路の検出信号）であって、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合すなわち重負荷の場合にスイッチ１２をオンにし、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合すなわち軽負荷の場合にスイッチ１２をオフにする信号にすることができる。このような切替信号を採用すると、保護回路９を動作させておいた方が安全な重負荷の場合だけ保護回路９への電源供給を行い、軽負荷のときには保護回路９への電源供給を停止することによって、効率よく消費電力を低減することができる。そして、前記所定値は、異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成であれば軽負荷のときに動作する制御回路から重負荷に動作する制御回路への切替を行う電流値と同じであってもよく、レギュレータ構成上最適な電流値に任意設定しても構わない。
【００３８】
また、本実施形態ではスイッチ１２のオン／オフによる電源供給の制御を保護回路９全体に対して行ったが、保護回路９が多機能であって複数の保護回路で構成される場合、電源供給の制御を保護回路９の一部だけに限定しその他の回路に対しては常時電源供給を行うようにしてもよい。
【００３９】
具体例として、保護回路９が過電流保護回路と過熱保護回路により構成された場合を考える。過電流保護回路は、負荷４４がショートしたとき等の過大な電流が流れた場合には、すみやかに制御回路８に保護指令信号を送り、出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ１のコレクタ電流を減少させる必要がある。一方、過熱保護回路は、負荷４４がショートしたとき等の過大な電流が流れた場合、ある一定時間が経過しレギュレータＩＣ３１の温度が設定値まで発熱して初めて制御回路８に保護指令信号を送り、出力トランジスタ２をオフさせる。このため、過電流保護回路には常時電源供給が行われていることが望ましいが、過熱保護回路は負荷異常が発生してから過熱保護回路への電源供給を開始しても十分間に合うケースが多い。したがって、この様なケースでは、切替信号で過熱保護回路に対する電源供給だけを制御し、過電流保護回路に対しては常時電源を供給しておけば、低消費電力化を実現しながら、より安全にレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護できる。もちろん、通常の保護が不要であるときに保護回路全てに対して電源供給を停止してもレギュレータＩＣ及び負荷４４が破壊しないのであれば、図１に示すレギュレータＩＣ３１のような構成にすることで、さらなる低消費電力化を実現することができる。
【００４０】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例について図２を参照して説明する。なお、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図２に示すレギュレータＩＣ３２が図１に示すレギュレータＩＣと異なる点は、制御端子１１が取り除かれ、電流検出器１３が新たに設けられ、その電流検出器１３がスイッチ１２のオン／オフ制御を行う点である。電流検出器１３は、出力トランジスタ２と出力端子３との間に設けられる電流検出用抵抗と、当該電流検出用抵抗の両端電位差を検出する比較器とによって構成される。電流検出器１３は、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合すなわち重負荷の場合にスイッチ１２をオンにし、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合すなわち軽負荷の場合にスイッチ１２をオフにする信号をスイッチ１２に出力する。
【００４２】
図２のレギュレータは図１のレギュレータと同様の効果に加えて、制御端子がない分レギュレータＩＣの端子数が減少するためパッケージの小型化及び低価格化を図ることができる。また、切替信号を外部から入力しなくてもよいので、電源設計を容易にすることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３２内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００４４】
また、本実施形態では、制御回路を一つにしているが、図１０に示した従来のレギュレータと同様に異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにしても構わない。異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにすることで、より一層の低消費電力化を図ることができる。ここでいう異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成とは、例えば、チョッパＰＦＭ回路とチョッパＰＷＭ回路を組み合わせた回路構成であり、このような回路構成では軽負荷のときにチョッパＰＦＭ回路が動作し、重負荷のときにチョッパＰＷＭ回路が動作するようにすればよい。
【００４５】
また、本実施形態ではスイッチ１２のオン／オフによる電源供給の制御を保護回路９全体に対して行ったが、保護回路９が多機能であって複数の保護回路で構成される場合、電源供給の制御を保護回路９の一部だけに限定しその他の回路に対しては常時電源供給を行うようにしてもよい。
【００４６】
一般的なレギュレータには出力電圧Ｖｏを安定化させるために容量の大きい出力コンデンサが使用されており、例えば負荷電流３Ａクラスの場合、１００μＦ程度の大容量コンデンサが出力コンデンサとして用いられる。出力電圧Ｖｏが立ち上がるときは、出力トランジスタを通じてこの出力コンデンサや負荷に大きな突入電流が流れるため、保護回路を動作させて突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことが望ましい。このため出力電圧Ｖｏが立ち上がるときには、スイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されていることが望ましい。なお、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときはもちろんであるが、動作ＯＮ／ＯＦＦ端子が別に設けられたレギュレータにおいては入力電圧Ｖｉｎが印加された状態で動作ＯＮ／ＯＦＦ端子に印加される電圧がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときにも、出力電圧Ｖｏが立ち上がる。
【００４７】
ここで、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときにはスイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されているレギュレータの一構成例を図３に示す。なお、図３において図２と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図３に示すレギュレータＩＣ３３が図２に示すレギュレータＩＣ３２と異なる点は、タイマー１４及びスイッチ１５が新たに設けられる点である。タイマー１４は、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から計時を開始し、計時開始から一定時間が経過した後にスイッチ１５をオフからオンにして電流検出器１３の出力信号がスイッチ１２に伝達されるようにする。また、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する電流検出器を電流検出器１３として用い、Ｌｏｗレベルの信号が伝達されるとオンになりＨｉｇｈレベルの信号が伝達されるとオフになるスイッチをスイッチ１２として用いる。このような構成にすると、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から一定時間が経過するまでの間、必ず保護回路９への電源供給が行われるので、電源投入時の突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことができる。なお、タイマー１４の代わりに、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から一定時間が経過した後にスイッチ１５をオフからオンに切り替える回路であれば、タイマー以外の回路（例えば積分回路等）を用いても構わない。
【００４８】
続いて、出力電圧Ｖｏが立ち上がるときにはスイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されているレギュレータの一構成例を図４に示す。なお、図４において図３と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すレギュレータＩＣ３４が図３に示すレギュレータＩＣ３３と異なる点は、タイマー１４の代わりに出力電圧検出コンパレータ１６が設けらている点である。出力電圧検出コンパレータ１６は、出力電圧Ｖｏが立ち上がって設定値に達した後に、スイッチ１５をオフからオンにして電流検出器１３の出力信号がスイッチ１２に伝達されるようにする。また、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する電流検出器を電流検出器１３として用い、Ｌｏｗレベルの信号が伝達されるとオンになりＨｉｇｈレベルの信号が伝達されるとオフになるスイッチをスイッチ１２として用い、出力電圧Ｖｏが設定値未満の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電圧Ｖｏが設定値以上の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力するコンパレータを出力電圧検出コンパレータ１６として用いる。このような構成にすると、出力電圧Ｖｏが立ち上がって設定値に達するまでの間、必ず保護回路９への電源供給が行われるので、出力電圧Ｖｏの立ち上がり時における突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことができる。また、図３に示すレギュレータＩＣ３３とは異なり、図４に示すレギュレータＩＣ３４は、時間を設定する回路が不要であるので、簡単な回路構成にすることができる。また、図３に示すレギュレータＩＣ３３とは異なり、図４に示すレギュレータＩＣ３４は、動作ＯＮ／ＯＦＦ端子が別に設けられ、入力電圧Ｖｉｎが印加された状態で動作ＯＮ／ＯＦＦ端子に印加される電圧がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになる場合でも、突入電流を抑制することができる。
【００４９】
なお、上述した図１〜図４のレギュレータにおいて、ＰＮＰ型出力トランジスタに代えてＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタを用いてもよい。例えば、図１のレギュレータＩＣ３１に設けられているＰＮＰ型出力トランジスタ２をＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に置換した場合、図５に示すレギュレータＩＣ３５のような構成となる。なお、図５において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５０】
ＭＯＳトランジスタはバイポーラトランジスタと比較して消費電流が小さく応答速度が速いという特徴があるので、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタを採用することで消費電流が小さく応答速度が速いレギュレータを実現することができる。また、特に回路構成上支障がなければレギュレータＩＣ内部の回路の一部又は全部をＭＯＳトランジスタ構成とすればよい。少なくともスイッチ１２及び保護回路９をＭＯＳトランジスタ構成にすることで、スイッチ１２がオフからオンに切り替わるときに、すばやい応答速度で保護回路９への電源供給が行われるので、より安全なレギュレータを実現することができる。また、ＭＯＳトランジスタは上述したように消費電流が少ないので、さらなる低消費電力化が可能となる。
【００５１】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例について図６を参照して説明する。なお、図６において図５と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
図６に示すレギュレータＩＣ３６が図５に示すレギュレータＩＣ３５と異なる点は、制御回路８の代わりにＰＷＭ制御回路２０を用い、制御端子１１が取り除かれてスイッチ１２のオン／オフをＰＷＭ制御回路２０が制御し、電圧検出端子２１が新たに設けられ、分圧抵抗４及び５が電圧検出端子２１に印加される電圧を分圧する点である。ＰＷＭ制御回路２０は、三角波電圧を発振する発振器１８と、誤差増幅器７の出力と発振器１８の出力とを比較しその比較結果に応じてスイッチ１２及びＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７を制御するコンパレータ１９とを備えている。
【００５３】
また、レギュレータＩＣ３６の出力端子３にダイオード４５のカソード及びコイル４６の一端が接続され、コイル４６の他端が電圧検出端子２１、出力コンデンサ４３の一端、負荷４４の一端に接続され、ダイオード４５のアノード、出力コンデンサ４３の他端、及び負荷４４の他端が接地されており、チョッパ型レギュレータが構成されている。チョッパ型レギュレータの動作については周知であるので説明を省略する。
【００５４】
図６のレギュレータの動作タイミングチャートを図７に示す。コンパレータ１９は、発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ_１８と誤差増幅器７の出力電圧Ｖ_７とを比較し、発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ_１８が誤差増幅器７の出力電圧Ｖ_７より大きいときにＨｉｇｈレベルとなり発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ_１８が誤差増幅器７の出力電圧Ｖ_７より大きくないときにＬｏｗレベルとなる信号Ｓ_１９を出力する。コンパレータ１９の出力信号Ｓ_１９はＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート及びスイッチ１２に送出される。コンパレータ１９の出力信号Ｓ_１９がＨｉｇｈレベルのときは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート電圧がＨｉｇｈレベルになってＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のドレイン電流が零になるので、出力端子３から出力される出力電圧ＶｏｕｔはＬｏｗレベルになるとともに、同じタイミングでスイッチ１２の状態Ｓ_１２がオフになり保護回路９への電源供給を停止する。逆に、コンパレータ１９の出力信号Ｓ_１９がＬｏｗレベルのときは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート電圧がＬｏｗレベルになってＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のドレイン電流が流れるので、出力端子３から出力される出力電圧ＶｏｕｔはＨｉｇｈレベルになるとともに、同じタイミングでスイッチ１２の状態Ｓ_１２がオンになり保護回路９への電源供給が行われる。
【００５５】
図６のレギュレータは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７がオン状態のときに保護回路９への電源供給が行われ、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に電流が流れているときに確実に保護回路９を動作させることができるので、安全である。尚かつ、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に電流が流れていないときには保護回路９への電源供給を停止することができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では１つのＰＷＭ制御回路２０を用いているが、ＰＥＭ制御回路等の他のスイッチング制御回路を用いてもよく、チョッパ方式の制御回路とドロッパ方式の制御回路との組み合わせ等のように異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成にしても構わない。
【００５７】
また、本実施形態ではＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のＯＮ／ＯＦＦとスイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦを同じタイミングで切り替えているが、遅延回路等を用いて両者の切替タイミングにわずかな時間差を設け、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７がオンになるよりも少し早いタイミングでスイッチ１２がオンになる回路構成にしてもよい。このような回路構成にすることで、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７にドレイン電流が流れ始める瞬間から保護回路９が動作可能な状態になっているので、さらに確実に素子破壊を防止することができる。
【００５８】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例を図８に示す。なお、図８において図２と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５９】
図８に示すレギュレータＩＣ３７が図２に示すレギュレータＩＣ３２と異なる点は、制御回路８の代わりに第１制御回路２３及び第２制御回路２４が設けられ、スイッチ２２及び遅延回路２５が新たに設けられている点である。
【００６０】
電流検出器１３の出力信号が遅延回路２５を経由してスイッチ２２に送出される。電流検出器１３の出力信号によってスイッチ２２が制御され、出力電流Ｉｏが所定値以上である重負荷のときには第１制御回路２３が動作して第１制御回路２３の出力がＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲートに供給されるようにし、出力電流Ｉｏが所定値未満である軽負荷のときには第２制御回路２４が動作して第２制御回路２４の出力がＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲートに供給されるようにする。第２制御回路２４は、第１制御回路２３と比べて消費電流が小さい構成になっているので、軽負荷のときに低消費電力化を図ることができる。したがって、図２のレギュレータに比べてより一層低消費電力化を図ることができる。
【００６１】
また、電流検出器１３とスイッチ２２との間には遅延回路２５が設けられているが、電流検出器１３とスイッチ１２との間には遅延回路が設けられていないので、軽負荷のときに動作する第１制御回路２３から重負荷のときに動作する第２制御回路２４に動作が切り替わる際には、制御回路の切替に先立ってスイッチ１２がオフからオンになって保護回路９への電源供給が行われる。これにより、例えば軽負荷状態から急遽負荷４４がショート状態に変化した際、保護回路９への電源供給が行われる前に、電流供給能力の小さく負荷応答性に乏しい第２制御回路２４から電流供給能力が大きく負荷応答性の良い第１制御回路２３に切り替わってしまい、過電流保護ができずに素子を破壊してしまうという不具合をなくすことができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３７内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００６３】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例を図９に示す。なお、図９において図８と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
図９に示すレギュレータＩＣ３８が図８に示すレギュレータＩＣ３７と異なる点は、スイッチ２６が新たに設けられている点である。電流検出器１３の出力信号が遅延回路２５を経由してスイッチ２６に送出される。電流検出器１３の出力信号によってスイッチ２６が制御され、出力電流Ｉｏが所定値以上である重負荷のときには第１制御回路２３に入力電圧Ｖｉｎが供給されるようにし、出力電流Ｉｏが所定値未満である軽負荷のときには第２制御回路２４に入力電圧Ｖｉｎが供給されるようにする。これにより、第１制御回路２３及び第２制御回路２４に常時入力電圧Ｖｉｎを供給している図８に示すレギュレータに比べて、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３８内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００６６】
重負荷の場合は出力電流Ｉｏが大きいので、チョッパ方式でのスイッチング損失よりもドロッパ方式での熱損失の方が大きくなる。したがって、図８に示すレギュレータＩＣ３７又は図９に示すレギュレータＩＣ３８において、軽負荷のときに動作する第２制御回路２４をチョッパ方式の制御回路にすることが好ましい。これにより、特に入出力電圧差が大きい場合にさらなる低消費電力化を図ることができる。
【００６７】
軽負荷の場合は出力電流Ｉｏが小さいので、ドロッパ方式での出力トランジスタの熱損失よりもチョッパ方式でのスイッチング損失の方が大きくなる。したがって、図８に示すレギュレータＩＣ３７又は図９に示すレギュレータＩＣ３８において、軽負荷のときに動作する第２制御回路２４をドロッパ方式の制御回路にすることが好ましい。これにより、さらなる低消費電力化を図ることができる。
【００６８】
なお、本発明は、降圧型レギュレータに限らず、昇圧型レギュレータや昇降圧型レギュレータにも当然の事ながら適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によると、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。また、本発明によると、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレギュレータの一構成例を示す図である。
【図２】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図７】図６のレギュレータの動作タイミングチャートである。
【図８】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図９】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図１０】従来のレギュレータの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
２ＰＮＰ型出力トランジスタ
８制御回路
９保護回路
１１制御端子
１２、１５、２２、２６スイッチ
１３電流検出器
１４タイマー
１６出力電圧検出コンパレータ
１７ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ
１８発振器
１９コンパレータ
２０ＰＷＭ制御回路
２１電圧検出端子
２３第１制御回路
２４第２制御回路
２５遅延回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a regulator that stabilizes a voltage.
[0002]
[Prior art]
The step-down regulator used when an output voltage lower than the input voltage is required includes a dropper type regulator that keeps the output voltage stable by using a transistor as a kind of variable resistor, and an on-state switching element. There is a chopper type regulator that keeps the output voltage stable by the off-duty ratio.
[0003]
The dropper type regulator uses the voltage drop of the transistor to stabilize the output voltage, and since the voltage drop is released as heat, it has the disadvantage of reducing power efficiency when the voltage difference between input and output is large. However, the design is easy and the noise is small, so that there is an advantage that the application is not easily limited. In addition, since the chopper type regulator controls the output by switching the switching element, there is an advantage that the power efficiency is good even when the voltage difference between the input and output is large.
[0004]
Normally, these regulators have a built-in protection circuit, and the protection circuit always operates so that the regulator itself and the load can be protected in the event of an abnormality such as a short circuit on the load side for some reason. The protection circuit includes various types such as a multi-function protection circuit having an overheat protection function and an overcurrent protection function, a protection circuit having only an overheat protection function, and a protection circuit having only an overcurrent protection function. There is.
[0005]
On the other hand, due to the recent trend of energy saving in general consumer devices and the explosive spread of portable devices such as mobile phones and digital still cameras, it is important to reduce the power consumption of power supply circuits.
[0006]
Therefore, especially in regulators for portable devices, the control circuit of the regulator can be switched between when the load is in a normal operation state and in a standby state, and a control circuit that consumes less power than the normal operation state is operated in the standby state. As a result, power consumption in the standby state is reduced. As a control circuit system, the chopper type includes a PWM system that modulates and controls the pulse width, a PFM system that modulates and controls the frequency, a pulse skip system that switches on / off the switching operation / stop state according to the output voltage value, and the like. There is a combination method with different response characteristics at light load and heavy load.
[0007]
As a conventional regulator that switches the control circuit in accordance with the load state described above, a dropper type regulator shown in FIG. 10 will be described as an example.
[0008]
10 includes an input terminal 1, a PNP output transistor 2, an output terminal 3, voltage dividing resistors 4 and 5, a reference voltage source 6, an error amplifier 7, a protection circuit 9, and a ground terminal. 10, a control terminal 11, a switch 22, a first control circuit 23, and a second control circuit 24. A DC voltage source 41 and a capacitor 42 are connected to the input terminal 1, and an output capacitor 43 and a load 44 are connected to the output terminal 3.
[0009]
A switching signal corresponding to the state of the load is input to the control terminal 11, and the switch 22 is controlled by the switching signal. When the load is heavy, the first control circuit 23 operates and the output of the first control circuit 23 is output from the output transistor 2. The second control circuit 24 is operated at a light load so that the output of the second control circuit 24 is supplied to the base of the output transistor 2. Since the second control circuit 24 is configured to consume less current than the first control circuit 23, it is possible to achieve low power consumption at light loads.
[0010]
The error amplifier 7 amplifies the difference between the voltage detected by the voltage dividing resistors 4 and 5 and the output voltage of the reference voltage source 6. The output of the error amplifier 7 is sent to the first control circuit 23 and the second control circuit 24, and the operating one of the first control circuit 23 and the second control circuit 24 controls the output transistor 2. That is, when the output voltage Vo decreases and the output of the error amplifier 7 decreases, either the first control circuit 23 or the second control circuit 24 increases the base current of the output transistor 2 to increase the emitter-collector voltage of the output transistor 2. The output voltage Vo is raised by reducing the drop. Conversely, when the output voltage Vo rises and the output of the error amplifier 7 rises, one of the first control circuit 23 and the second control circuit 24 decreases the base current of the output transistor 2 and causes the emitter-collector of the output transistor 2 to rise. The output voltage Vo is lowered by increasing the voltage drop. By such an operation, the output voltage Vo is stabilized.
[0011]
The protection circuit 9 is connected to the input terminal 1 and uses power supplied from the input terminal 1 as a power source for circuit operation. The protection circuit 9 is in a state in which a protection operation can be performed whenever the input voltage Vin is applied to the input terminal 1. When an abnormality is detected, the protection circuit 9 is connected to the first control circuit 23 and the second control circuit 24. By sending a protection command signal, the base current flowing through the output transistor 2 is reduced regardless of the output of the error amplifier 7, and the collector current of the output transistor 2 is reduced, thereby protecting the regulator IC itself and the load 44.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2002-312043 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The regulator in FIG. 10 can achieve low power consumption by switching the control circuit according to the load state, but it may not be possible to adopt a configuration having a plurality of control circuits from the viewpoint of cost or the like. A configuration without a plurality of power consumptions could not be reduced.
[0014]
Further, even a regulator that is configured to switch the control circuit according to the state of the load as shown in FIG. 10 and can achieve low power consumption is required to further reduce the current consumption.
[0015]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a regulator that can keep power consumption low without switching a control circuit. Another object of the present invention is to provide a regulator that can further reduce power consumption when switching control circuits.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the regulator according to the present invention, a protection circuit for preventing element destruction, a state in which power is supplied to a part or all of the protection circuit, and a part or all of the protection circuit. And a switch for switching a state where power is not supplied to the power source.
[0017]
According to such a configuration, when protection is unnecessary, a part or all of the protection circuit can be prevented from being supplied with power, so that power consumption can be reduced. Therefore, it is possible to realize a regulator that can keep power consumption low without switching the control circuit. Further, it is possible to realize a regulator that can further reduce power consumption when the control circuit is switched.
[0018]
Moreover, you may provide the switch control means which carries out on / off control of the said switch according to the output current of a regulator. As a result, when the output current of the regulator that does not require protection is in a light load state, it is possible to prevent power from being supplied to a part or all of the protection circuit.
[0019]
The switch control means may be mounted on a semiconductor integrated circuit device together with the protection circuit and the switch. Thereby, the number of terminals of the semiconductor integrated circuit device can be reduced as compared with the case where the switch control means is provided outside the semiconductor integrated circuit device, and the package can be reduced in size and price. In addition, since it is not necessary to input a signal for controlling the switch from the outside, the power supply design can be facilitated.
[0020]
Regardless of whether the switch is on or off, the regulator input voltage may be in a state where power is supplied to a part or all of the protection circuit at the start of rising. As a result, the protection circuit can be operated when the input power is turned on, and element destruction due to an inrush current when the input power is turned on can be prevented.
[0021]
Regardless of whether the switch is on or off, power may be supplied to a part or all of the protection circuit until a certain period of time elapses after the input voltage of the regulator starts rising. As a result, the protection circuit can be reliably operated from when the input power is turned on until the output voltage of the regulator reaches the set value, and element destruction due to an inrush current when the input power is turned on can be reliably prevented. .
[0022]
Further, a determination unit may be provided that determines whether or not a certain period of time has elapsed from the start of rising of the input voltage of the regulator based on the output voltage of the regulator. As a result, even when the output voltage of the regulator rises due to factors other than turning on the input power, element destruction due to inrush current can be reliably prevented.
[0023]
Further, the protection circuit and the switch may be configured as a MOS transistor. As a result, when switching from a state in which power is not supplied to part or all of the protection circuit to a state in which power is supplied to part or all of the protection circuit, power is supplied to the protection circuit at a quick response speed. Therefore, a safer regulator can be realized. In addition, since the MOS transistor consumes less current, it is possible to further reduce power consumption.
[0024]
Further, a chopper type regulator including an output transistor may be configured such that power is supplied to a part or all of the protection circuit only when the output transistor is on. Accordingly, power is supplied to the protection circuit when the output transistor is in an on state, and the protection circuit can be operated reliably when a current flows through the output transistor, which is safe. In addition, when no current flows through the output transistor, power supply to the protection circuit can be stopped, so that power consumption can be reduced.
[0025]
A plurality of control means having different characteristics; a selection means for selecting the control means for controlling the output transistor from the plurality of control means having different characteristics; and a control means for controlling the output transistor. And a means for supplying power to a part or all of the protection circuit before switching from the control means operating at a light load to the control means operating at a heavy load. As a result, the power consumption in the control means can be reduced, and when the load is suddenly changed from a light load state to a short state, for example, the current supply capability is reduced before power supply to the protection circuit is performed. The control means that operates when the load is small and light load with poor load response is switched to the control means that operates when the load is heavy and the current supply capacity is large and the load response is good. It is possible to eliminate the problem of doing so.
[0026]
Further, there may be provided means for stopping power supply to a control means that is not used for controlling the output transistor among a plurality of control means having different characteristics. As a result, the power consumption can be further reduced compared to a regulator in which power is constantly supplied to all the control means.
[0027]
Further, the control means operating at the heavy load may be a chopper type control means. In the case of a heavy load, the regulator output current is large, so the heat loss in the dropper method is larger than the switching loss in the chopper method. In some cases, further reduction in power consumption can be achieved.
[0028]
The control means that operates at the light load may be a dropper type control means. Since the regulator output current is small for light loads, the switching loss in the chopper method is larger than the heat loss in the output transistor in the dropper method. Can be achieved.
[0029]
In addition, the electronic device may include a regulator having any one of the above configurations. Thereby, the power consumption of the electronic device can be reduced. The regulator having any one of the above configurations is particularly suitable for a portable device such as a cellular phone or a digital still camera.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. One structural example of the regulator according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0031]
A regulator IC 31 shown in FIG. 1 includes an input terminal 1, an output transistor 2, an output terminal 3, voltage dividing resistors 4 and 5, a reference voltage source 6, an error amplifier 7, a control circuit 8, and a protection circuit 9. A ground terminal 10, a control terminal 11, and a switch 12. A DC voltage source 41 and a capacitor 42 are connected to the input terminal 1, an output capacitor 43 and a load 44 are connected to the output terminal 3, and the ground terminal 10 is grounded.
[0032]
The error amplifier 7 amplifies the difference between the divided voltage of the output voltage Vo detected by the voltage dividing resistors 4 and 5 and the output voltage of the reference voltage source 6. The output of the error amplifier 7 is sent to the control circuit 8, and the control circuit 8 controls the output transistor 2. That is, when the output voltage Vo decreases and the output of the error amplifier 7 decreases, the control circuit 8 increases the base current of the output transistor 2 and decreases the emitter-collector voltage drop of the output transistor 2 to increase the output voltage Vo. Let Conversely, when the output voltage Vo rises and the output of the error amplifier 7 rises, the control circuit 8 decreases the base current of the output transistor 2 and increases the emitter-collector voltage drop of the output transistor 2 to increase the output voltage Vo. Reduce. By such an operation, the output voltage Vo is stabilized.
[0033]
A switching signal is input to the control terminal 11 from the outside, and the switch 12 is on / off controlled by the switching signal. Power supply to the protection circuit 9 is performed when the switch 12 is on, and power supply to the protection circuit 9 is stopped when the switch 12 is off. The protection circuit 9 is in a state in which a protection operation can be performed whenever power is supplied. When an abnormality is detected, a protection command signal is sent to the control circuit 8 and flows to the output transistor 2 regardless of the output of the error amplifier 7. By reducing the base current and the collector current of the output transistor 1, the regulator IC itself and the load 44 are protected. In the regulator IC 31, when the protection is unnecessary, the switch 12 can be turned off to stop the power supply to the protection circuit 9, so that the power consumption can be reduced.
[0034]
In this embodiment, the operating voltage of the circuit provided in the regulator IC 31 is the input voltage Vin. However, an external power supply or a constant voltage source configured in the regulator IC may be used.
[0035]
Further, in this embodiment, the control circuit is single. However, like the conventional regulator shown in FIG. 10, a control circuit having a different characteristic is combined and the control circuit is switched according to the load state. It doesn't matter. By using a circuit configuration in which control circuits having different characteristics are combined and switching the control circuit according to the load state, it is possible to further reduce power consumption. The circuit configuration combining two or more control circuits having different characteristics here is, for example, a circuit configuration combining a chopper PFM circuit and a chopper PWM circuit. In such a circuit configuration, the chopper PFM is used when the load is light. It is only necessary that the circuit operates and the chopper PWM circuit operates when the load is heavy.
[0036]
The switching signal input to the control terminal 11 from the outside may be a voltage or a current according to the usage state of the regulator, and a signal that changes according to the mode of the load 44, for example, a signal that turns off the switch 12 only in the sleep mode. It is good.
[0037]
In terms of protecting the power supply circuit, the protection function is unnecessary in situations where excessive temperature rise and excessive current are unlikely to occur, such as in no-load conditions, and there is no particular problem even if the protection circuit is not operating. Even if the load suddenly changes from a load state to a short-circuit state, element destruction is unlikely to occur in a short time from when the protection circuit 9 starts to operate. Therefore, the switching signal input from the outside to the control terminal 11 is a signal corresponding to the output current Io (a detection signal of an output current detection circuit provided outside the regulator IC 31), and the output current Io is greater than or equal to a predetermined value. In this case, the switch 12 can be turned on when the load is heavy, and the switch 12 can be turned off when the output current Io is less than a predetermined value, that is, when the load is light. When such a switching signal is adopted, power is supplied to the protection circuit 9 only when the protection circuit 9 is safe and the load is safe, and the power supply to the protection circuit 9 is stopped when the load is light. By doing so, power consumption can be reduced efficiently. The predetermined value is the same as the current value for switching from a control circuit operating at a light load to a control circuit operating at a heavy load if the circuit configuration is a combination of two or more control circuits having different characteristics. The current value may be arbitrarily set to an optimum value for the regulator configuration.
[0038]
Further, in the present embodiment, the power supply control by turning on / off the switch 12 is performed on the entire protection circuit 9. However, when the protection circuit 9 is multifunctional and includes a plurality of protection circuits, the power supply is performed. This control may be limited to only a part of the protection circuit 9 and the other circuits may be constantly supplied with power.
[0039]
As a specific example, consider a case where the protection circuit 9 includes an overcurrent protection circuit and an overheat protection circuit. When an excessive current flows, such as when the load 44 is short-circuited, the overcurrent protection circuit promptly sends a protection command signal to the control circuit 8 to reduce the base current flowing through the output transistor 2, thereby reducing the output transistor 1. It is necessary to reduce the collector current. On the other hand, the overheat protection circuit sends a protection command signal to the control circuit 8 only when a certain amount of time elapses and the temperature of the regulator IC 31 heats up to the set value when an excessive current flows, such as when the load 44 is short-circuited. The output transistor 2 is turned off. For this reason, it is desirable that power is always supplied to the overcurrent protection circuit. However, in many cases, the overheat protection circuit is in sufficient time even if power supply to the overheat protection circuit is started after a load abnormality occurs. . Therefore, in such a case, if only the power supply to the overheat protection circuit is controlled by the switching signal and the power supply is always supplied to the overcurrent protection circuit, lower power consumption can be achieved and more safety can be achieved. In addition, the regulator IC itself and the load 44 can be protected. Of course, if the regulator IC and the load 44 are not destroyed even if the power supply to all the protection circuits is stopped when normal protection is unnecessary, a configuration like the regulator IC 31 shown in FIG. Further reduction in power consumption can be realized.
[0040]
Next, another configuration example of the regulator according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0041]
The regulator IC 32 shown in FIG. 2 is different from the regulator IC shown in FIG. 1 in that the control terminal 11 is removed, a current detector 13 is newly provided, and the current detector 13 performs on / off control of the switch 12. Is a point. The current detector 13 includes a current detection resistor provided between the output transistor 2 and the output terminal 3 and a comparator that detects a potential difference between both ends of the current detection resistor. The current detector 13 turns on the switch 12 when the output current Io is greater than or equal to a predetermined value, that is, a heavy load, and turns off the switch 12 when the output current Io is less than a predetermined value, that is, when the load is light. Output to the switch 12.
[0042]
In addition to the same effects as the regulator of FIG. 1, the regulator of FIG. 2 reduces the number of terminals of the regulator IC by the absence of the control terminal, so that the package can be reduced in size and cost. In addition, since it is not necessary to input the switching signal from the outside, the power supply design can be facilitated.
[0043]
In this embodiment, the operating voltage of the circuit provided in the regulator IC 32 is the input voltage Vin. However, an external power source or a constant voltage source configured in the regulator IC may be used.
[0044]
Further, in this embodiment, the control circuit is single. However, like the conventional regulator shown in FIG. 10, a control circuit having a different characteristic is combined and the control circuit is switched according to the load state. It doesn't matter. By using a circuit configuration in which control circuits having different characteristics are combined and switching the control circuit according to the load state, it is possible to further reduce power consumption. The circuit configuration combining two or more control circuits having different characteristics here is, for example, a circuit configuration combining a chopper PFM circuit and a chopper PWM circuit. In such a circuit configuration, the chopper PFM is used when the load is light. It is only necessary that the circuit operates and the chopper PWM circuit operates when the load is heavy.
[0045]
Further, in the present embodiment, the power supply control by turning on / off the switch 12 is performed on the entire protection circuit 9. However, when the protection circuit 9 is multifunctional and includes a plurality of protection circuits, the power supply is performed. This control may be limited to only a part of the protection circuit 9 and the other circuits may be constantly supplied with power.
[0046]
In general regulators, an output capacitor having a large capacity is used to stabilize the output voltage Vo. For example, in the case of the load current 3A class, a large capacity capacitor of about 100 μF is used as the output capacitor. When the output voltage Vo rises, a large inrush current flows to the output capacitor and the load through the output transistor. Therefore, it is desirable to operate the protection circuit to suppress the inrush current and prevent element destruction. For this reason, when the output voltage Vo rises, it is desirable that the switch 12 is on and power is supplied to the protection circuit 9. Of course, when the input voltage Vin changes from the Low level to the High level, in a regulator provided with an operation ON / OFF terminal separately, the input voltage Vin is applied to the operation ON / OFF terminal. The output voltage Vo rises also when the voltage to be changed from the Low level to the High level.
[0047]
Here, FIG. 3 shows a configuration example of a regulator in which the switch 12 is turned on and the power is supplied to the protection circuit 9 when the input voltage Vin changes from the Low level to the High level. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The regulator IC 33 shown in FIG. 3 is different from the regulator IC 32 shown in FIG. 2 in that a timer 14 and a switch 15 are newly provided. The timer 14 starts timing from the time when the input voltage Vin changes from the Low level to the High level, and after a certain time has elapsed from the start of timing, the switch 15 is turned on from the OFF state, and the output signal of the current detector 13 is switched to the switch 12. To be communicated to. Further, a current detector that outputs a low level signal when the output current Io is equal to or greater than a predetermined value and outputs a high level signal when the output current Io is less than the predetermined value is used as the current detector 13. The switch 12 is used as a switch 12 that is turned on when a signal of (1) is transmitted and turned off when a high level signal is transmitted. With such a configuration, since the power supply to the protection circuit 9 is always performed from when the input voltage Vin changes from the low level to the high level until a predetermined time elapses, the inrush current at the time of power-on is reduced. It can suppress and can prevent element destruction. Instead of the timer 14, any circuit other than the timer (for example, an integration circuit or the like) may be used as long as it is a circuit that switches the switch 15 from OFF to ON after a predetermined time has elapsed since the input voltage Vin changed from Low level to High level. ) May be used.
[0048]
Subsequently, FIG. 4 shows a configuration example of a regulator in which the switch 12 is turned on when the output voltage Vo rises and the power is supplied to the protection circuit 9. 4 that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The regulator IC 34 shown in FIG. 4 differs from the regulator IC 33 shown in FIG. 3 in that an output voltage detection comparator 16 is provided instead of the timer 14. After the output voltage Vo rises and reaches a set value, the output voltage detection comparator 16 turns the switch 15 from OFF to ON so that the output signal of the current detector 13 is transmitted to the switch 12. Further, a current detector that outputs a low level signal when the output current Io is equal to or greater than a predetermined value and outputs a high level signal when the output current Io is less than the predetermined value is used as the current detector 13. When the output voltage Vo is lower than the set value, a switch that is turned on when the signal is transmitted and turned off when the signal at the high level is transmitted is used as the switch 12, and when the output voltage Vo is lower than the set value, the output voltage Vo is output. A comparator that outputs a high level signal when is equal to or greater than a set value is used as the output voltage detection comparator 16. With such a configuration, the power supply to the protection circuit 9 is always performed until the output voltage Vo rises and reaches the set value, so that the inrush current at the rise of the output voltage Vo is suppressed and the element is destroyed. Can be prevented. In addition, unlike the regulator IC 33 shown in FIG. 3, the regulator IC 34 shown in FIG. 4 does not require a circuit for setting time, and thus can have a simple circuit configuration. Unlike the regulator IC 33 shown in FIG. 3, the regulator IC 34 shown in FIG. 4 has a separate operation ON / OFF terminal, and the voltage applied to the operation ON / OFF terminal in a state where the input voltage Vin is applied. Even when the low level is changed to the high level, the inrush current can be suppressed.
[0049]
1 to 4 described above, a P-channel MOS output transistor may be used instead of the PNP output transistor. For example, when the PNP output transistor 2 provided in the regulator IC 31 of FIG. 1 is replaced with the P-channel MOS output transistor 17, the configuration is the regulator IC 35 shown in FIG. 5 that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0050]
Since the MOS transistor has a feature that the consumption current is small and the response speed is fast compared with the bipolar transistor, a regulator having a small consumption current and a fast response speed can be realized by adopting the P-channel MOS output transistor. Further, if there is no particular problem in the circuit configuration, a part or all of the circuit inside the regulator IC may be configured as a MOS transistor. Since at least the switch 12 and the protection circuit 9 are configured as MOS transistors, when the switch 12 is switched from off to on, power is supplied to the protection circuit 9 at a quick response speed, thereby realizing a safer regulator. be able to. Further, since the MOS transistor consumes less current as described above, it is possible to further reduce power consumption.
[0051]
Next, another configuration example of the regulator according to the present invention will be described with reference to FIG. 6 that are the same as those in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0052]
The regulator IC 36 shown in FIG. 6 is different from the regulator IC 35 shown in FIG. 5 in that the PWM control circuit 20 is used instead of the control circuit 8, and the control terminal 11 is removed so that the switch 12 is turned on / off. The voltage detection terminal 21 is newly provided, and the voltage dividing resistors 4 and 5 divide the voltage applied to the voltage detection terminal 21. The PWM control circuit 20 compares an oscillator 18 that oscillates a triangular wave voltage, a comparator 19 that compares the output of the error amplifier 7 and the output of the oscillator 18 and controls the switch 12 and the P-channel MOS output transistor 17 according to the comparison result. It has.
[0053]
The cathode of the diode 45 and one end of the coil 46 are connected to the output terminal 3 of the regulator IC 36, and the other end of the coil 46 is connected to the voltage detection terminal 21, one end of the output capacitor 43, and one end of the load 44. The anode, the other end of the output capacitor 43, and the other end of the load 44 are grounded to constitute a chopper type regulator. Since the operation of the chopper type regulator is well known, a description thereof will be omitted.
[0054]
FIG. 7 shows an operation timing chart of the regulator of FIG. The comparator 19 outputs a triangular wave voltage V output from the oscillator 18. ₁₈ And the output voltage V of the error amplifier 7 ₇ And the triangular wave voltage V output from the oscillator 18 ₁₈ Is the output voltage V of the error amplifier 7 ₇ When it is larger, it becomes High level and the triangular wave voltage V output from the oscillator 18 ₁₈ Is the output voltage V of the error amplifier 7 ₇ Signal S that is low when it is not greater ₁₉ Is output. Output signal S of comparator 19 ₁₉ Is sent to the gate of the P-channel MOS output transistor 17 and the switch 12. Output signal S of comparator 19 ₁₉ Is at the high level, the gate voltage of the P-channel MOS output transistor 17 is at the high level and the drain current of the P-channel MOS output transistor 17 is zero, so that the output voltage Vout output from the output terminal 3 is at the low level. And the state S of the switch 12 at the same timing ₁₂ Is turned off and power supply to the protection circuit 9 is stopped. Conversely, the output signal S of the comparator 19 ₁₉ Is at the low level, the gate voltage of the P-channel MOS output transistor 17 is at the low level and the drain current of the P-channel MOS output transistor 17 flows, so that the output voltage Vout output from the output terminal 3 is at the high level. At the same time, the state S of the switch 12 ₁₂ Is turned on, and power is supplied to the protection circuit 9.
[0055]
In the regulator of FIG. 6, power is supplied to the protection circuit 9 when the P-channel MOS output transistor 17 is in the on state, and the protection circuit 9 operates reliably when current flows through the P-channel MOS output transistor 17. It can be made safe. In addition, when no current flows through the P-channel MOS output transistor 17, power supply to the protection circuit 9 can be stopped, so that power consumption can be reduced.
[0056]
In this embodiment, one PWM control circuit 20 is used. However, another switching control circuit such as a PEM control circuit may be used, and a combination of a chopper control circuit and a dropper control circuit may be used. Thus, a circuit configuration in which two or more control circuits having different characteristics may be combined.
[0057]
In this embodiment, ON / OFF of the P-channel MOS output transistor 17 and ON / OFF of the switch 12 are switched at the same timing. However, a slight time difference is provided between the switching timings of both using a delay circuit or the like. A circuit configuration may be adopted in which the switch 12 is turned on at a slightly earlier timing than the channel MOS output transistor 17 is turned on. With such a circuit configuration, the protection circuit 9 is in an operable state from the moment when the drain current starts to flow through the P-channel MOS output transistor 17, so that element destruction can be prevented more reliably.
[0058]
Next, another configuration example of the regulator according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 8, the same parts as those in FIG.
[0059]
The regulator IC 37 shown in FIG. 8 differs from the regulator IC 32 shown in FIG. 2 in that a first control circuit 23 and a second control circuit 24 are provided instead of the control circuit 8, and a switch 22 and a delay circuit 25 are newly provided. It is a point.
[0060]
An output signal of the current detector 13 is sent to the switch 22 via the delay circuit 25. The switch 22 is controlled by the output signal of the current detector 13, and when the output current Io is a heavy load having a predetermined value or more, the first control circuit 23 operates and the output of the first control circuit 23 is the P-channel MOS output transistor 17. The second control circuit 24 operates to supply the output of the second control circuit 24 to the gate of the P-channel MOS output transistor 17 when the output current Io is light load with a value less than a predetermined value. So that Since the second control circuit 24 is configured to consume less current than the first control circuit 23, it is possible to reduce power consumption when the load is light. Therefore, the power consumption can be further reduced as compared with the regulator of FIG.
[0061]
In addition, a delay circuit 25 is provided between the current detector 13 and the switch 22, but since no delay circuit is provided between the current detector 13 and the switch 12, when the load is light When the operation is switched from the operating first control circuit 23 to the second control circuit 24 operating under heavy load, the switch 12 is switched from OFF to ON prior to switching the control circuit, and the power to the protection circuit 9 is switched on. Supply is made. As a result, for example, when the load 44 suddenly changes from a light load state to a short circuit state, the current supply from the second control circuit 24 having a small current supply capability and poor load responsiveness is performed before power supply to the protection circuit 9 is performed. Switching to the first control circuit 23 having a large capacity and good load responsiveness can eliminate the problem that the overcurrent protection cannot be performed and the element is destroyed.
[0062]
In this embodiment, the operating voltage of the circuit provided in the regulator IC 37 is the input voltage Vin. However, an external power source or a constant voltage source configured in the regulator IC may be used.
[0063]
Next, another configuration example of the regulator according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 9, the same parts as those in FIG.
[0064]
The regulator IC 38 shown in FIG. 9 is different from the regulator IC 37 shown in FIG. 8 in that a switch 26 is newly provided. An output signal of the current detector 13 is sent to the switch 26 via the delay circuit 25. The switch 26 is controlled by the output signal of the current detector 13, and the input voltage Vin is supplied to the first control circuit 23 in the case of a heavy load in which the output current Io is greater than or equal to a predetermined value, so that the output current Io is less than the predetermined value. When the load is light, the input voltage Vin is supplied to the second control circuit 24. Thereby, compared with the regulator shown in FIG. 8 which always supplies the input voltage Vin to the 1st control circuit 23 and the 2nd control circuit 24, further reduction in power consumption can be achieved.
[0065]
In this embodiment, the operating voltage of the circuit provided in the regulator IC 38 is the input voltage Vin. However, an external power supply or a constant voltage source configured in the regulator IC may be used.
[0066]
In the case of a heavy load, since the output current Io is large, the heat loss in the dropper method is larger than the switching loss in the chopper method. Therefore, in the regulator IC 37 shown in FIG. 8 or the regulator IC 38 shown in FIG. 9, it is preferable that the second control circuit 24 operating at a light load is a chopper control circuit. As a result, the power consumption can be further reduced especially when the input / output voltage difference is large.
[0067]
Since the output current Io is small in the case of a light load, the switching loss in the chopper method is larger than the heat loss in the output transistor in the dropper method. Therefore, in the regulator IC 37 shown in FIG. 8 or the regulator IC 38 shown in FIG. 9, it is preferable that the second control circuit 24 operating at a light load is a dropper type control circuit. Thereby, further reduction in power consumption can be achieved.
[0068]
Note that the present invention is not limited to the step-down regulator but can be naturally applied to a step-up regulator and a step-up / step-down regulator.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a regulator that can keep power consumption low without switching the control circuit. Further, according to the present invention, it is possible to realize a regulator that can further reduce power consumption when switching control circuits.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a regulator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
7 is an operation timing chart of the regulator of FIG.
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the regulator according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional regulator.
[Explanation of symbols]
2 PNP output transistor
8 Control circuit
9 Protection circuit
11 Control terminal
12, 15, 22, 26 switch
13 Current detector
14 Timer
16 Output voltage detection comparator
17 P-channel MOS output transistor
18 Oscillator
19 Comparator
20 PWM control circuit
21 Voltage detection terminal
23 First control circuit
24 Second control circuit
25 Delay circuit

Claims

素子破壊を防止するための保護回路と、
前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態と前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とを切り替えるスイッチと、
を備えることを特徴とするレギュレータ。A protection circuit for preventing element destruction;
A switch for switching between a state in which power is supplied to part or all of the protection circuit and a state in which power is not supplied to part or all of the protection circuit;
A regulator comprising:

レギュレータの出力電流に応じて前記スイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御手段を備える請求項１に記載のレギュレータ。The regulator according to claim 1, further comprising switch control means for controlling on / off of the switch according to an output current of the regulator.

前記スイッチ制御手段が前記保護回路及び前記スイッチとともに半導体集積回路装置に搭載される請求項２に記載のレギュレータ。The regulator according to claim 2, wherein the switch control unit is mounted on a semiconductor integrated circuit device together with the protection circuit and the switch.

前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始時に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする請求項１〜３のいずれかに記載のレギュレータ。The regulator according to any one of claims 1 to 3, wherein power is supplied to a part or all of the protection circuit when the input voltage of the regulator starts rising regardless of whether the switch is on or off.

前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過するまでは前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする請求項４に記載のレギュレータ。5. The regulator according to claim 4, wherein power is supplied to a part or all of the protection circuit until a predetermined period of time elapses after the input voltage of the regulator starts rising regardless of whether the switch is turned on or off.

レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過したか否かをレギュレータの出力電圧によって判定する判定手段を備える請求項５に記載のレギュレータ。The regulator according to claim 5, further comprising: a determination unit that determines, based on the output voltage of the regulator, whether or not a certain period has elapsed since the input voltage of the regulator started rising.

前記保護回路及び前記スイッチがＭＯＳトランジスタ構成である請求項１〜６のいずれかに記載のレギュレータ。The regulator according to claim 1, wherein the protection circuit and the switch have a MOS transistor configuration.

出力トランジスタを備えたチョッパ型レギュレータであって、前記出力トランジスタがオン状態のときのみ、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態となる請求項１〜７のいずれかに記載のレギュレータ。8. A chopper regulator comprising an output transistor, wherein the power supply is supplied to a part or all of the protection circuit only when the output transistor is in an ON state. .

特性の異なる複数の制御手段と、
前記特性の異なる複数の制御手段の中から前記出力トランジスタを制御する制御手段を選択する選択手段と、
前記出力トランジスタを制御する制御手段が前記選択手段によって軽負荷のときに動作する制御手段から重負荷のときに動作する制御手段に切り替わる前に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする手段と、
を備える請求項１〜８のいずれかに記載のレギュレータ。A plurality of control means having different characteristics;
Selecting means for selecting a control means for controlling the output transistor from a plurality of control means having different characteristics;
A state where power is supplied to a part or all of the protection circuit before the control means for controlling the output transistor is switched by the selection means from the control means operating at a light load to the control means operating at a heavy load. Means to
The regulator in any one of Claims 1-8 provided with these.

特性の異なる複数の制御手段のうち前記出力トランジスタの制御に使用していない制御手段への電源供給を停止する手段を備える請求項９に記載のレギュレータ。The regulator according to claim 9, further comprising means for stopping power supply to a control means that is not used for controlling the output transistor among a plurality of control means having different characteristics.

前記重負荷のときに動作する制御手段がチョッパ方式の制御手段である請求項９又は請求項１０に記載のレギュレータ。The regulator according to claim 9 or 10, wherein the control means that operates at the time of the heavy load is a chopper-type control means.

前記軽負荷のときに動作する制御手段がドロッパ方式の制御手段である請求項９〜請求項１１のいずれかに記載のレギュレータ。The regulator according to any one of claims 9 to 11, wherein the control means operating at the light load is a dropper type control means.

請求項１〜１２のいずれかに記載のレギュレータを備えることを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the regulator according to claim 1.