JP4742455B2 - レギュレータ回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を所望の電圧に制御するレギュレータ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来のシリーズレギュレータの構成例を示す概略的な回路図である。
図8に示すシリーズレギュレータにおいて、n型MOSトランジスタのドレインN1には電圧源Vinの電圧が印加され、ソースN2と接地ラインとの間には、キャパシタCLおよび電流負荷ILが接続される。
【0003】
また、n型MOSトランジスタ1のソースN2と接地ラインとの間には電圧検出用に抵抗2aおよび抵抗2bが直列接続され、この接続中点N3が差動増幅回路3の負入力端子−に接続される。差動増幅回路3の正入力端子+には電圧源VRの電圧が印加される。この正入力端子+と負入力端子−との電圧差が差動増幅回路3において増幅され、n型MOSトランジスタ1のゲートに入力される。
【0004】
上述した構成を有するシリーズレギュレータにおいて、電流負荷ILに供給される出力電圧は、n型MOSトランジスタ1のソース電圧の検出値と目標値との誤差が差動増幅回路3において増幅されてn型MOSトランジスタ1のゲートN4に負帰還されることにより制御される。
【0005】
例えばn型MOSトランジスタ1のソース電圧が上昇した場合、この電圧が抵抗2aおよび抵抗2bにより分圧された接続点N3の電圧も上昇する。これにより差動増幅回路3の出力電圧が低下して、n型MOSトランジスタ1のソース電圧は低下する。同様に、n型MOSトランジスタ1のソースN2の電圧が低下した場合には、接続点N3の電圧が低下し、差動増幅回路3の出力電圧が上昇して、n型MOSトランジスタのソース電圧は上昇する。
このように、n型MOSトランジスタ1のソース電圧は、接続点N3の電圧と電圧源VRの電圧とがほぼ等しくなるように負帰還制御される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図8に示すシリーズレギュレータにおいて電流負荷ILによる負荷電流が大電流から微小電流へ急激に変化すると、この負荷電流の変化に対して出力電圧制御の応答が間に合わず、電流負荷ILに流れていた電流がキャパシタCL1に流れ込んでしまい、出力電圧が上昇する。キャパシタCLが一旦充電されると、この充電電荷を放電する電流は電流負荷ILによる微小電流と電圧検出用の抵抗2aおよび抵抗2bに流れる電流だけなので、キャパシタCLの充電電荷はなかなか放電されず、出力電圧が目標電圧より高い状態が長時間続いてしまう。
【0007】
このように出力電圧が目標電圧より高い状態が続くと、例えば耐電圧の余裕が少ない部品に電圧ストレスがかかってしまい、動作不良や特性の劣化、故障率の増大を引き起こす問題がある。また、例えば抵抗2aおよび抵抗2bの抵抗値を下げてキャパシタCLの放電電流を大きくし、放電速度を速くさせることも可能であるが、この方法では出力電圧と目標電圧とが一致する定常状態における抵抗2a及び2bでの消費電流が大きくなってしまうので、無駄に消費電力を増大させてしまう問題がある。
【0008】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、定常状態における消費電力を増大させることなく、負荷電流が急激に減少した時の出力電圧の上昇を低減できるレギュレータ回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第1の観点に係るレギュレータ回路は、入力される制御信号のレベルに応じた電圧を出力する電圧出力回路と、上記電圧出力回路の出力電圧と所望の電圧との誤差に応じたレベルを有する上記制御信号を出力する制御信号出力回路と、上記出力電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピークレベルを、所定の減衰速度で保持するピーク保持回路と、上記制御信号のレベルと上記ピーク保持回路の保持ピークレベルとを比較し、当該比較結果に応じて上記電圧出力回路の負荷インピーダンスを変化させる負荷制御回路とを有する。
【0010】
好適には、上記ピーク保持回路が、入力端子と、出力端子と、上記入力端子と上記出力端子との間に接続された整流素子と、上記出力端子と基準電位との間に接続されたキャパシタと、上記出力端子に所定の定電流を供給する定電流源とを有する。
【0011】
更に、好適には、上記負荷制御回路が、上記制御信号のレベルと上記保持ピークレベルとを比較して比較信号を出力する比較回路と、上記比較信号に応じて導通して上記電圧出力回路の電圧出力端から電流を引き込むトランジスタとを有する。
【0012】
本発明の第2の観点に係わるレギュレータ回路は、電源電圧入力端子と、出力電圧供給端子と、上記電源電圧入力端子と上記出力電圧供給端子との間に接続され、制御端子に印加される制御信号に応じた出力電圧を上記出力電圧供給端子に供給する第1のトランジスタと、上記出力電圧と所望の電圧との誤差に応じた電圧を有する上記制御信号を出力する制御信号出力回路と、上記出力電圧供給端子に接続され、その制御端子に印加される信号に応じて導通して上記出力電圧供給端子から電流を引き込む第2のトランジスタと、上記制御信号の電圧と所定の電圧とを比較し、その比較結果に応じた信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する制御回路とを有する。
【0013】
好適には、上記制御回路が、上記出力電圧供給端子の電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピーク電圧を所定の減衰速度で保持するピーク保持回路を有し、上記制御信号の電圧と上記ピーク電圧との比較結果に応じた信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する。
【0014】
また、好適には、上記制御回路が、上記制御信号の電圧と上記出力電圧供給端子の電圧とを比較し、当該比較結果に応じた第1の比較信号を出力する第1の比較回路と、上記出力電圧供給端子の電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピーク電圧を所定の減衰速度で保持するピーク保持回路と、上記ピーク電圧と上記制御信号の電圧とを比較し、当該比較結果に応じた第2の比較信号を出力する第2の比較回路とを有し、上記第1の比較信号又は上記第2の比較信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する。
【0015】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的なブロック図である。図1に示すレギュレータ回路は、電圧出力回路10、制御信号出力回路20、ピーク保持回路30および負荷制御回路40を有する。
【0016】
電圧出力回路10は、端子I1−端子I2間に供給される電圧源Vinの電圧を制御信号Scontのレベルに応じて変換し、端子O1−端子O2間から出力する。図1の例において、この出力電圧がキャパシタCL1および電流負荷IL1に印加されている。
電圧出力回路10は、例えば、端子I1−端子O1間に接続されるトランジスタのゲート電圧を制御することにより、電圧源Vinの電圧を電圧降下させて出力するシリーズレギュレータ型の回路でも良い。あるいは、スイッチング素子を含んだDC−DCコンバータなどでも良い。
【0017】
制御信号出力回路20は、電圧出力回路10の出力電圧を端子I1−端子I2に受けて、出力電圧と目標電圧との誤差に応じたレベルを有する制御信号Scontを生成する。なお、制御信号Scontのレベルの変化方向は、出力電圧と目標電圧との誤差を小さくする方向に設定される。
【0018】
ピーク保持回路30は、電圧出力回路10の出力電圧を上昇させる極性側における制御信号Scontのピークレベルを、所定の減衰速度で保持する。
例えば、制御信号Scontのレベルの上昇に応じて電圧出力回路10の出力電圧が上昇するものとすると、制御信号Scontのレベルが上昇する場合、ピーク保持回路30が保持するレベルもこれに応じて上昇する。制御信号Scontが上昇から低下に転ずる場合には、保持した制御信号Scontのピークレベルを上述の減衰速度で徐々に減衰させながら保持する。
【0019】
負荷制御回路40は、端子I1に入力される制御信号Scontのレベルと端子I2に入力されるピーク保持回路30の保持ピークレベルとを比較し、この比較結果に応じて、電圧出力回路10の端子O1−端子O2間の負荷インピーダンスを変化させる。
例えば、端子I1と端子I2のレベル差が所定のしきいレベルを超えた否かを判定し、しきいレベルを超えた場合、負荷インピーダンスを高インピーダンスから低インピーダンスに変化させる。また、しきいレベルを超えた状態から超えない状態に戻った場合には、負荷インピーダンスを低インピーダンスから高インピーダンスに変化させる。
この場合、しきいレベルを超えたか否かの判定にヒステリシス特性を持たせても良い。すなわち、高負荷インピーダンスから低負荷インピーダンスに可変する場合と、低負荷インピーダンスから高負荷インピーダンスに可変する場合とで、異なるしきいレベルを持たせる。これにより、端子I1と端子I2とのレベル差がこれらのしきいレベル付近にあるときにノイズ等でレベル差が微小に変動しても、この変動がしきいレベル間のレベル差を越えるほど大きくない限り負荷インピーダンスは変化しないので、ノイズ等による誤動作を防止できる。
【0020】
ここで、上述した構成を有する図1のレギュレータ回路の動作について説明する。
なお以下の説明では、例として、制御信号Scontのレベルの上昇/低下に応じて電圧出力回路10の出力電圧も同様に上昇/低下する場合について述べる。
電圧出力回路10および制御信号出力回路20は、出力電圧が目標電圧に近づくように制御が働く負帰還ループを形成している。すなわち、電圧出力回路10の出力電圧が目標電圧に比べて高い場合、制御信号出力回路20において制御信号Scontのレベルは低下する方向に調節され、これにより出力電圧は低下する。また、電圧出力回路10の出力電圧が目標電圧に比べて低い場合、制御信号出力回路20において制御信号Scontのレベルは上昇する方向に調節され、これにより出力電圧は上昇する。
【0021】
このような負帰還制御が正常に働いて、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態になると、制御信号Scontのレベルがほぼ一定になる。一方、電流負荷IL1の電流が定常状態から急激に減少すると、負帰還制御がこの電流変化に追従できないため、電流負荷IL1に流れるべき電流の一部がキャパシタCL1に流れ込み、出力電圧が目標電圧に比べて大きくなる。すると、出力電圧を目標電圧に追従させる上述の負帰還制御により、制御信号Scontのレベルは低下する方向に変化する。
【0022】
このとき、ピーク保持回路30においては制御信号Scontの定常状態におけるレベルがピークレベルとして保持されるので、この保持ピークレベルと制御信号Scontのレベルとのレベル差が大きくなる。すなわち、電流負荷IL1の電流が急激に減少すると、負荷制御回路40の端子I1と端子I1のレベル差が増大する。そして、このレベル差が所定のしきいレベルを超えると、負荷制御回路40によって電圧出力回路10の端子O1−端子O2間のインピーダンスが高インピーダンスから低インピーダンスに変化させる。これにより、キャパシタCL1に充電された電荷の放電速度が速くなり、出力電圧は急速に低下する。
【0023】
出力電圧の低下によって出力電圧が目標電圧に近づくと、制御信号Scontのレベルは低下から上昇に転じて、定常状態のレベルに近づく。そして、保持ピークレベルと制御信号Scontのレベルとのレベル差が所定のしきいレベルに達すると、負荷インピーダンスは低インピーダンスから再び高インピーダンスに戻されて、キャパシタCL1の放電が停止される。そして、負帰還制御は再び定常状態に戻る。
【0024】
以上説明したように、図1に示すレギュレータ回路によれば、図8に示した従来のシリーズレギュレータのように出力電圧が目標電圧より高くなる状態が長時間持続されることを防止できる。これにより、回路の動作不良や特性の劣化、故障率の増大を防止できる。
また、出力電圧が目標電圧よりも高くなる過渡状態においてのみ負荷インピーダンスを低インピーダンスに設定し、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態においては負荷インピーダンスを高インピーダンスに設定することができるので、消費電力の増大を抑えることができる。
【0025】
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について、図2および図3を参照して説明する。
第2の実施形態は、上述した第1の実施形態の構成をより具体化したものである。
【0026】
図2は、本発明の第2の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図であり、図2と図1の同一符号は同一の構成要素を示す。
また、n型MOSトランジスタ11は、図1における電圧出力回路10に対応する。
抵抗21a、抵抗21bおよび差動増幅回路22を含む回路ブロックは、図1における制御信号出力回路20に対応する。
ダイオード31、キャパシタ32および定電流回路33を含む回路ブロックは、図1におけるピーク保持回路30に対応する。
電圧源41、コンパレータ42およびn型MOSトランジスタ43を含む回路ブロックは、図1における負荷制御回路40に対応する。
【0027】
図2において、n型MOSトランジスタ11のドレインN11には、電圧源Vinの電圧が印加され、ソースN12と接地ラインとの間には、キャパシタCL1および電流負荷IL1が接続される。
【0028】
また、n型MOSトランジスタ11のソースN12と接地ラインとの間には電圧検出用に抵抗21aおよび抵抗22bが直列接続され、この接続中点N13が差動増幅回路22の負入力端子−に接続される。差動増幅回路22の正入力端子+には電圧源VR1による電圧が印加されており、この負入力端子−と正入力端子+との電圧差が増幅されて、n型MOSトランジスタ11のゲートに入力される。
【0029】
また、差動増幅回路22の出力端子N14は、コンパレータ42の負入力端子−およびダイオード31のアノードに接続される。ダイオード31のカソードN15と接地ラインとの間には、キャパシタ32および定電流回路33が接続される。さらに、ダイオード31のカソードN15は電圧源V41の負端子に接続され、電圧源V41の正端子はコンパレータ42の正入力端子+に接続される。
【0030】
コンパレータ42の出力端子N16は、n型MOSトランジスタ43のゲートに接続される。n型MOSトランジス43のドレインは、n型MOSトランジスタ11のソースN13に接続され、そのソースは接地ラインに接続される。
【0031】
ここで、上述した構成を有する図2のレギュレータ回路の動作について、図3に示す各部の電圧波形/電流波形を参照しながら説明する。
図3は、図2に示すレギュレータ回路の各部における電圧波形または電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図であり、縦軸は電圧値または電流値を、横軸は時間をそれぞれ表している。
また図3において、波形WF11は電流負荷IL1の電流波形を、波形WF12はn型MOSトランジスタ11のソース電圧波形を、波形WF13はコンパレータ42の正入力端子+の電圧波形を、波形WF14はコンパレータ42の負入力端子−の電圧波形を、波形WF15はコンパレータ42の出力電圧波形をそれぞれ示す。
【0032】
抵抗21aおよび抵抗22bの接続中点N13の電圧が上昇すると、差動増幅回路22の出力端子N14の電圧が低下し、これによりn型MOSトランジスタ11のゲート電圧が低下するので、n型MOSトランジスタ11のソース電圧は低下する。また、接続中点N13の電圧が低下すると、差動増幅回路22の出力端子N14の電圧上昇し、これによりn型MOSトランジスタ11のゲート電圧が上昇するので、n型MOSトランジスタ11のソース電圧は上昇する。差動増幅回路22のゲインが十分高いものとすると、このような負帰還の働きによって、接続中点N13の電圧と電圧源VR1の電圧とがほぼ等しくなるようにn型MOSトランジスタ11のソース電圧が制御される。
【0033】
負帰還制御が正常に働いて、接続中点N13の電圧と電圧源VR1の電圧とがほぼ等しくなる定常状態になると、差動増幅回路22の出力電圧はほぼ一定になる。また、ダイオード31のカソードN15の電圧は、差動増幅回路22の出力電圧よりダイオード31の順方向電圧だけ低い電圧で一定となる。ここで、電圧源41による電圧がダイオード31の順方向電圧より十分低いものとすると、コンパレータ42の正入力端子+の電圧は負入力端子−の電圧よりも低くなるので、コンパレータの出力電圧はローレベルとなる。したがって、n型MOSトランジスタ43はオフ状態となる。
【0034】
一方、電流負荷IL1の電流が定常状態から急激に減少すると、負帰還制御がこの電流変化に追従できないため、電流負荷IL1に流れる電流の一部がキャパシタCL1に流れ込み、n型MOSトランジスタ11のソース電圧が上昇する。
例えば、電流負荷IL1の電流が3Aから0Aに急減する図3の時刻T12において、ノードN12の電圧波形WF12は僅かに上昇している。
【0035】
ノードN12の電圧上昇に伴って接続中点N13の電圧が上昇すると、差動増幅回路22の出力電圧は低下する方向に変化する。そして、差動増幅回路22の出力端子N14とダイオード31のカソードN15との電位差がダイオードの順方向電圧より小さくなると、ダイオード31がオフ状態となってキャパシタ32の電圧が保持される。このキャパシタ32の保持電圧は、定電流回路33の放電によって一定の速度で低下する。
例えば、図13の時刻T12から時刻T14にかけての期間において、コンパレータ42の正入力端子+の電圧波形WF13が低下する速度は、負入力端子−の電圧波形WF14が低下する速度より遅くなっているが、その他の期間において電圧波形WF13および電圧波形WF14の変化速度はほぼ等しくなっている。これは、時刻T12から時刻T14にかけての期間において、ダイオード31がオフ状態となっていることを示している。
【0036】
また、差動増幅回路22の出力電圧の低下によってコンパレータ42の負入力端子−の電圧が低下し、キャパシタ32によって保持された正入力端子+の電圧よりも低くなると、コンパレータ42の出力電圧はローレベルからハイレベルに変化して、n型MOSトランジスタ43がオン状態となる(時刻T13)。これにより、キャパシタCL1に充電された正電荷がn型MOSトランジスタ43を介して接地ラインへ放電され、n型MOSトランジスタ11のソース電圧は急速に低下する。
【0037】
n型MOSトランジスタ11のソース電圧の低下によって接続中点N13の電圧が電圧源VR1の電圧に近づくと、差動増幅回路22の出力電圧は低下から上昇に転じる。そして、コンパレータ42の負入力端子−の電圧が正入力端子の電圧よりも高くなると、コンパレータ42の出力電圧はハイレベルからローレベルになり、n型MOSトランジスタ43はオフ状態となって、キャパシタCL1の放電が停止される(時刻T14)。そして、負帰還制御は再び定常状態に戻る。
【0038】
以上説明したように、図2に示すレギュレータ回路によれば、図8に示した従来のシリーズレギュレータのように出力電圧が目標電圧より高くなる状態が長時間持続されることを防止できる。これにより、回路の動作不良や特性の劣化、故障率の増大を防止できる。
また、出力電圧が目標電圧よりも高くなる過渡状態においてのみn型MOSトランジスタ43をオン状態に設定し、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態においてはn型MOSトランジスタをオフ状態に設定することができるので、消費電力の増大を抑えることができる。
【0039】
なお、コンパレータ42には、ヒステリシス特性を持たせても良い。すなわち、コンパレータ42の出力電圧がローレベルからハイレベルに変化する場合における入力端子間のしきい電圧と、ハイレベルからローレベルに変化する場合における入力端子間のしきい電圧とを異なる電圧に設定しても良い。これにより、コンパレータ42の入力端子間電圧がこれらのしきい電圧付近にあるときにノイズ等の影響で入力端子間電圧が微小に変動しても、この変動がしきい電圧間の電圧差を越えるほど大きくない限りコンパレータ42の出力レベルが反転することはないので、ノイズ等による誤動作を防止できる。
【0040】
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図2に示すレギュレータ回路においては、n型MOSトランジスタ11のゲート電圧をピーク保持回路で保持し、この保持した電圧と実際のゲート電圧とを比較することによって、負荷急変時の出力電圧上昇を検出している。これに対し本実施形態では、出力トランジスタのゲート電圧とソース電圧とを比較することによって負荷急変時の出力電圧上昇を検出する。
【0041】
図4は、本発明の第3の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的なブロック図である。図4に示すレギュレータ回路は、n型MOSトランジスタ50、制御信号出力回路60および負荷制御回路70を有する。
【0042】
n型MOSトランジスタ50は、ドレインN21に電圧源Vinの電圧が印加され、ソースN22と接地ラインとの間にキャパシタCL1および電流負荷IL1が接続される。また、n型MOSトランジスタ50のゲートには、制御信号出力回路60による制御信号Scontが入力される。
【0043】
制御信号出力回路60は、n型MOSトランジスタ50のソースN22の電圧を入力し、このソース電圧と目標電圧との誤差に応じたレベルを有する制御信号Scontを生成する。なお、制御信号Scontのレベルの変化方向は、ソースN22の電圧と目標電圧との誤差を小さくする方向に設定される。
【0044】
負荷制御回路70は、端子I1に入力されるn型MOSトランジスタ50のソース電圧と、端子I2に入力されるn型MOSトランジスタ50のゲート電圧とを比較し、この比較結果に応じて、n型MOSトランジスタ50のソースN22と接地ラインとの間の負荷インピーダンスを変化させる。
例えば、端子I1と端子I2のレベル差が所定のしきいレベルを超えた否かを判定し、しきいレベルを超えた場合、負荷インピーダンスを高インピーダンスから低インピーダンスに変化させる。また、しきいレベルを超えた状態から超えない状態に戻った場合には、負荷インピーダンスを低インピーダンスから高インピーダンスに変化させる。
この場合、しきいレベルを超えたか否かの判定にヒステリシス特性を持たせても良い。すなわち、高負荷インピーダンスから低負荷インピーダンスに可変する場合と、低負荷インピーダンスから高負荷インピーダンスに可変する場合とで、異なるしきいレベルを持たせる。これにより、端子I1と端子I2とのレベル差がこれらのしきいレベル付近にあるときにノイズ等でレベル差が微小に変動しても、この変動がしきいレベル間のレベル差を越えるほど大きくない限り負荷インピーダンスは変化しないので、ノイズ等による誤動作を防止できる。
【0045】
ここで、上述した構成を有する図4のレギュレータ回路の動作について説明する。
n型MOSトランジスタ50のソース電圧が目標電圧に比べて高い場合、制御信号出力回路60において制御信号Scontのレベルは低下する方向に調節され、これによりソース電圧は低下する。また、n型MOSトランジスタ50のソース電圧が目標電圧に比べて低い場合、制御信号出力回路60において制御信号Scontのレベルは上昇する方向に調節され、これにより出力電圧は上昇する。このような負帰還制御により、定常状態において、n型MOSトランジスタ50のソース電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる。
【0046】
一方、電流負荷IL1の電流が定常状態から急激に減少すると、負帰還制御がこの電流変化に追従できないため、電流負荷IL1に流れるべき電流の一部がキャパシタCL1に流れ込み、n型MOSトランジスタ50のソース電圧が目標電圧に比べて大きくなる。すると、ソース電圧を目標電圧に追従させる上述の負帰還制御により、制御信号Scontの電圧は低下する方向に変化する。
【0047】
制御信号Scontの電圧が低下して、n型MOSトランジスタ50のゲート−ソース間電圧が低下し、n型MOSトランジスタ50のしきい電圧よりも低くなると、n型MOSトランジスタ50はオフ状態となる。そして、制御信号Scontの電圧が更に低下し、端子I1と端子I2のレベル差が所定のしきいレベルを超えると、負荷インピーダンスが高インピーダンスから低インピーダンスに変化する。これにより、キャパシタCL1に充電された電荷の放電速度が速くなり、n型MOSトランジスタ50のソース電圧は急速に低下する。
【0048】
n型MOSトランジスタ50のソース電圧が目標電圧に近づくと、制御信号Scontのレベルは低下から上昇に転じて、定常状態のレベルに近づく。そして、負荷制御回路70の端子I1と端子I2のレベル差が所定のしきいレベルに達すると、負荷インピーダンスは低インピーダンスから再び高インピーダンスに戻されて、キャパシタCL1の放電が停止される。そして、負帰還制御は再び定常状態に戻る。
【0049】
以上説明したように、図4に示すレギュレータ回路によれば、図8に示した従来のシリーズレギュレータのように出力電圧が目標電圧より高くなる状態が長時間持続されることを防止できる。これにより、回路の動作不良や特性の劣化、故障率の増大を防止できる。
また、出力電圧が目標電圧よりも高くなる過渡状態においてのみ負荷インピーダンスを低インピーダンスに設定し、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態においては負荷インピーダンスを高インピーダンスに設定することができ、消費電力の増大を抑えることができる。
【0050】
<第4の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態について、図5および図6を参照して説明する。
第4の実施形態は、上述した第3の実施形態の構成をより具体化したものである。
【0051】
図5は、本発明の第4の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図であり、図5と図4の同一符号は同一の構成要素を示す。
なお、抵抗61a、抵抗61bおよび差動増幅回路62を含む回路ブロックは、図4における制御信号出力回路60に対応する。
電圧源71、コンパレータ72およびn型MOSトランジスタ73を含む回路ブロックは、図4における負荷制御回路70に対応する。
【0052】
図5において、n型MOSトランジスタ50のソースN22と接地ラインとの間には電圧検出用に抵抗61aおよび抵抗61bが直列接続され、この接続中点N23が差動増幅回路62の負入力端子−に接続される。差動増幅回路62の正入力端子+には電圧源VR2による電圧が印加されており、この負入力端子−と正入力端子+との電圧差が増幅されて、n型MOSトランジスタ50のゲートN24に入力される。
【0053】
コンパレータ72の負入力端子−はn型MOSトランジスタ50のゲートN24に接続され、正入力端子+は電圧源71の正端子から負端子を介してn型MOSトランジスタ50のソースN22に接続される。また、コンパレータ72の出力電圧はn型MOSトランジスタ73のゲートN25に入力される。n型MOSトランジスタ73のドレインは、n型MOSトランジスタ50のソースN22に接続され、ソースは接地ラインに接続される。
【0054】
ここで、上述した構成を有する図5のレギュレータ回路の動作について、図6に示す各部の電圧波形/電流波形を参照しながら説明する。
図6は、図5に示すレギュレータ回路の各部における電圧波形または電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図であり、縦軸は電圧値または電流値を、横軸は時間をそれぞれ表している。
また図6において、波形WF21は電流負荷IL1の電流波形を、波形WF22はn型MOSトランジスタ50のソース電圧波形を、波形WF23はn型MOSトランジスタ50のゲート電圧波形を、波形WF24はコンパレータ72の出力電圧波形をそれぞれ示す。
【0055】
抵抗61aおよび抵抗61bの接続中点N23の電圧が上昇すると、差動増幅回路62の出力端子N24の電圧は低下し、これによりn型MOSトランジスタ50のゲート電圧が低下するので、n型MOSトランジスタ50のソース電圧は低下する。また、接続中点N23の電圧が低下すると、差動増幅回路62の出力端子N24の電圧は上昇し、これによりn型MOSトランジスタ50のゲート電圧が上昇するので、n型MOSトランジスタ50のソース電圧は上昇する。差動増幅回路62のゲインが十分高いものとすると、このような負帰還の働きによって、接続中点N23の電圧と電圧源VR2の電圧とがほぼ等しくなるようにn型MOSトランジスタ50のソース電圧が制御される。
【0056】
接続中点N23の電圧と電圧源VR2の電圧とがほぼ等しくなる定常状態において、n型MOSトランジスタ50のゲート−ソース間電圧は、おおむねn型MOSトランジスタ50のしきい電圧付近にある。このときのゲート−ソース間電圧より電圧源V71の電圧が低いとすると、コンパレータ72の負入力端子−の電圧は正入力端子+より高くなり、コンパレータ72の出力電圧はローレベルとなる。したがって、定常状態において、n型MOSトランジスタ73はオフ状態となる。
【0057】
一方、電流負荷IL1の電流が定常状態から急激に減少すると、負帰還制御がこの電流変化に追従できないため、電流負荷IL1に流れるべき電流の一部がキャパシタCL1に流れ込み、n型MOSトランジスタ50のソース電圧が上昇する。
例えば、電流負荷IL1の電流が3Aから0Aに急減する図6の時刻T22において、n型MOSトランジスタ50のソース電圧波形WF22は僅かに上昇している。
【0058】
n型MOSトランジスタ50のソース電圧の上昇に伴って接続中点N23の電圧が上昇すると、差動増幅回路62の出力電圧は低下する方向に変化する。これによりn型MOSトランジスタ50のゲート−ソース間電圧が低下し、n型MOSトランジスタ50のしきい電圧よりも低くなると、n型MOSトランジスタ50はオフ状態となる。そして、差動増幅回路62の出力電圧が更に低下し、コンパレータ72の負入力端子−の電圧が正入力端子+より低くなると、コンパレータ72の出力電圧がローレベルからハイレベルに変化し、n型MOSトランジスタ73がオン状態となる(時刻T23)。これにより、キャパシタCL1に充電された正電荷がn型MOSトランジスタ73を介して接地ラインへ放電され、n型MOSトランジスタ50のソース電圧は急速に低下する。
【0059】
n型MOSトランジスタ50のソース電圧の低下によって接続中点N23の電圧が電圧源VR2の電圧に近づくと、差動増幅回路62の出力電圧は低下から上昇に転じる。そして、コンパレータ72の負入力端子−の電圧が正入力端子より高くなると、コンパレータ72の出力電圧はハイレベルからローレベルになり、n型MOSトランジスタ73はオフ状態となって、キャパシタCL1の放電が停止される(時刻T24)。そして、負帰還制御は再び定常状態に戻る。
【0060】
以上説明したように、図5に示すレギュレータ回路によれば、図8に示した従来のシリーズレギュレータのように出力電圧が目標電圧より高くなる状態が長時間持続されることを防止できる。これにより、回路の動作不良や特性の劣化、故障率の増大を防止できる。
また、出力電圧が目標電圧よりも高くなる過渡状態においてのみn型MOSトランジスタ73をオン状態に設定し、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態においてはオフ状態に設定することができるので、消費電力の増大を抑えることができる。
【0061】
なお、コンパレータ72には、ヒステリシス特性を持たせても良い。すなわち、コンパレータ72の出力電圧がローレベルからハイレベルに変化する場合における入力端子間のしきい電圧と、ハイレベルからローレベルに変化する場合における入力端子間のしきい電圧とを異なる電圧に設定しても良い。これにより、コンパレータ72の入力端子間電圧がこれらのしきい電圧付近にあるときにノイズ等の影響で入力端子間電圧が微小に変動しても、この変動がしきい電圧間の電圧差を越えるほど大きくない限りコンパレータ72の出力レベルが反転することはないので、ノイズ等による誤動作を防止できる。
【0062】
<第5の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態について、図7を参照して説明する。
第5の実施形態は、上述した第5の実施形態の構成に第3の実施形態の構成を組み合わせたものである。
【0063】
図7は、本発明の第5の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図であり、図2および図5と図7の同一符号は同一の構成要素を示す。
図7に示すように、図2におけるピークホールド回路のブロック(ダイオード31、キャパシタ32および定電流回路33)と比較回路のブロック(電圧源41およびコンパレータ42)が、n型MOSトランジスタ73を除いた図5の構成に付加されている。
【0064】
そして、コンパレータ42およびコンパレータ72の出力電圧がOR回路81において合成され、OR回路81の出力電圧がn型MOSトランジスタ82のゲートに印加されている。n型MOSトランジスタ82のドレインはn型MOSトランジスタ50のソースN32に接続され、ソースは接地ラインに接続される。
【0065】
上述した構成を有する図7のレギュレータ回路において、コンパレータ42およびコンパレータ72の出力電圧は、第3の実施形態および第4の実施形態において既に述べた動作と同様な動作で、ハイレベルまたはローレベルに設定される。そしてOR回路81の出力電圧は、コンパレータ42またはコンパレータ72の少なくとも何れか一方がハイレベルのときにハイレベルとなり、このときn型MOSトランジスタ82がオン状態に設定される。
したがって、図7に示すレギュレータ回路においても、図2や図5に示すレギュレータ回路と同様に、出力電圧が目標電圧より高くなる状態が長時間持続されることを防止できる。また、出力電圧が目標電圧よりも高くなる過渡状態においてのみn型MOSトランジスタ73をオン状態に設定し、出力電圧と目標電圧とがほぼ等しくなる定常状態においてはオフ状態に設定することができるので、消費電力の増大を抑えることができる。
【0066】
また、図2のレギュレータ回路では、ピーク保持回路のブロックにおけるキャパシタ32の保持電圧の減衰速度が遅すぎると、負荷電流の急変時などにn型MOSトランジスタ50のゲート電圧が振動的に変化する場合や、ノイズ等によってキャパシタ32が誤充電される場合などにおいて、コンパレータ42の出力が誤って長期間ハイレベルになり、消費電流を増大させてしまう可能性があるので、この減衰速度は上述した誤動作を防止できる程度に速く設定する必要がある。しかしながら、この減衰速度が速いと、キャパシタCL1が十分に放電される前にキャパシタ32の保持電圧が低下してしまい、出力電圧が目標電圧より高いまま負荷インピーダンスが高インピーダンスに戻ってしまう可能性がある。
一方、図5に示すレギュレータ回路では、n型MOSトランジスタ50のしきい電圧に製造バラツキがあるため、電圧源71の電圧を比較的大きな電圧に設定する必要があり、そのため図2のレギュレータ回路よりコンパレータの動作時間が遅くなる可能性がある。
これに対して、図2および図5の構成を組み合わせた図7に示すレギュレータ回路では、負荷急変時の出力電圧上昇を図5に示すレギュレータ回路に比べて高速に検出できるとともに、ピーク保持回路ブロックの減衰速度による時間制限を受けることなくキャパシタCL1を確実に放電できる。
【0067】
なお、本発明は上述した第1〜第5の実施形態に限定されず、当業者に自明な種々の改変が可能である。
例えば、図2、図5および図7において使用されているMOSトランジスタは、バイポーラトランジスタに置き換えても良い。
また、図2、図5および図7において使用されているn型MOSトランジスタは、p型MOSトランジスタに置き換えても良い。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、定常状態における消費電力を増大させることなく、負荷電流が急激に減少した時の出力電圧の上昇を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的なブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図である。
【図3】図2に示すレギュレータ回路の各部における電圧波形または電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的なブロック図である。
【図5】本発明の第4の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図である。
【図6】図5に示すレギュレータ回路の各部における電圧波形または電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図7】本発明の第5の実施形態に係るレギュレータ回路の構成例を示す概略的な回路図である。
【図8】従来のシリーズレギュレータの構成例を示す概略的な回路図である。
【符号の説明】
10…電圧出力回路、11,43,50,82…n型MOSトランジスタ、20,60…制御信号出力回路、21a,22b,61a,61b…抵抗、22,62…差動増幅回路、30…ピーク保持回路、31…ダイオード、32,CL,CL1…キャパシタ、33…定電流回路、40,70…負荷制御回路、41,71,VR1,VR2…電圧源、42,72…コンパレータ、82…OR回路。
Claims (5)
- 入力される制御信号のレベルに応じた電圧を出力する電圧出力回路と、
上記電圧出力回路の出力電圧と所望の電圧との誤差に応じたレベルを有する上記制御信号を出力する制御信号出力回路と、
上記出力電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピークレベルを、所定の減衰速度で保持するピーク保持回路と、
上記制御信号のレベルと上記ピーク保持回路の保持ピークレベルとを比較し、当該比較結果に応じて上記電圧出力回路の負荷インピーダンスを変化させる負荷制御回路と、
を有するレギュレータ回路。 - 上記ピーク保持回路が、入力端子と、出力端子と、上記入力端子と上記出力端子との間に接続された整流素子と、上記出力端子と基準電位との間に接続されたキャパシタと、上記出力端子に所定の定電流を供給する定電流源とを有する、請求項1に記載のレギュレータ回路。
- 上記負荷制御回路が、上記制御信号のレベルと上記保持ピークレベルとを比較して比較信号を出力する比較回路と、上記比較信号に応じて導通して上記電圧出力回路の電圧出力端から電流を引き込むトランジスタとを有する、請求項2に記載のレギュレータ回路。
- 電源電圧入力端子と、
出力電圧供給端子と、
上記電源電圧入力端子と上記出力電圧供給端子との間に接続され、制御端子に印加される制御信号に応じた出力電圧を上記出力電圧供給端子に供給する第1のトランジスタと、
上記出力電圧と所望の電圧との誤差に応じた電圧を有する上記制御信号を出力する制御信号出力回路と、
上記出力電圧供給端子に接続され、その制御端子に印加される信号に応じて導通して上記出力電圧供給端子から電流を引き込む第2のトランジスタと、
上記制御信号の電圧と所定の電圧とを比較し、その比較結果に応じた信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する制御回路と、
を有し、
上記制御回路が、上記出力電圧供給端子の電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピーク電圧を所定の減衰速度で保持するピーク保持回路を有し、上記制御信号の電圧と上記ピーク電圧との比較結果に応じた信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する、
レギュレータ回路。 - 電源電圧入力端子と、
出力電圧供給端子と、
上記電源電圧入力端子と上記出力電圧供給端子との間に接続され、制御端子に印加される制御信号に応じた出力電圧を上記出力電圧供給端子に供給する第1のトランジスタと、
上記出力電圧と所望の電圧との誤差に応じた電圧を有する上記制御信号を出力する制御信号出力回路と、
上記出力電圧供給端子に接続され、その制御端子に印加される信号に応じて導通して上記出力電圧供給端子から電流を引き込む第2のトランジスタと、
上記制御信号の電圧と所定の電圧とを比較し、その比較結果に応じた信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する制御回路と、
を有し、
上記制御回路が、上記制御信号の電圧と上記出力電圧供給端子の電圧とを比較し、当該比較結果に応じた第1の比較信号を出力する第1の比較回路と、上記出力電圧供給端子の電圧を増大させる極性側における上記制御信号のピーク電圧を所定の減衰速度で保持するピーク保持回路と、上記ピーク電圧と上記制御信号の電圧とを比較し、当該比較結果に応じた第2の比較信号を出力する第2の比較回路とを有し、上記第1の比較信号又は上記第2の比較信号を上記第2のトランジスタの制御端子に供給する、
レギュレータ回路。
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