JP2000047738A - シリーズレギュレータ回路 - Google Patents

シリーズレギュレータ回路

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JP2000047738A
JP2000047738A JP10218811A JP21881198A JP2000047738A JP 2000047738 A JP2000047738 A JP 2000047738A JP 10218811 A JP10218811 A JP 10218811A JP 21881198 A JP21881198 A JP 21881198A JP 2000047738 A JP2000047738 A JP 2000047738A
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Isao Sano
功 佐野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリーズレギュレータ回路の周波数特性を改善
する。 【解決手段】シリーズレギュレータ回路5に備える中間
段増幅器5aの特性を、負荷3に流れる電流が大きいと
きにはゲインを大きくし、負荷3に流れる電流が小さい
ときにはゲインを小さくするようにして、このシリーズ
レギュレータ回路5全体の調整ゲインを、負荷3の電流
に無関係にほぼ一定値にすることにより周波数特性を改
善し、高周波成分のリプル除去率を低下を抑制する。

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、例えば携帯用機
器などに用いられ、バッテリーなどを入力直流電源とし
て所望の安定化した直流電圧を負荷に供給するシリーズ
レギュレータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、この種のシリーズレギュレータ
回路の従来例を示す回路構成図であり、1は入力直流電
源、2はシリーズレギュレータ回路、3は負荷、4は負
荷3に並列接続された安定化コンデンサである。このシ
リーズレギュレータ回路2は、入力直流電源1の正側端
子にPチャネルのMOSFET21のソース端子を接続
し、MOSFET21のソース端子とゲート端子との間
に抵抗22を接続し、MOSFET21のドレイン端子
と入力直流電源1の負側端子との間に、抵抗23と抵抗
24との直列接続回路を接続し、抵抗23と抵抗24と
の接続点の電圧と、定電圧電源25の基準電圧
(VREF )との偏差を増幅する差動増幅器26の出力
を、図示の如くNチャネルのMOSFET27aとコン
デンサ27bとからなる中間段増幅器27に入力し、中
間段増幅器27の出力をMOSFET21のゲート端子
に接続した構成になっている。
【0003】図5に示したシリーズレギュレータ回路2
における定常状態では、MOSFET21は負荷3と抵
抗23,24に流れる電流を供給し、抵抗23と抵抗2
4の接続点の電圧が基準電圧(VREF )にほぼ等しくな
っている。すなわち、シリーズレギュレータ回路2の出
力電圧(VO )は、下記式(1)で表される。
【0004】
【数1】 VO =VREF ・(R23+R24)/R24 …(1) ここで、R23:抵抗23の抵抗値、R24:抵抗24の抵
抗値である。例えば、負荷3の電流、直流入力電源1の
電圧が変動したりするときには、差動増幅器26と中間
段増幅器27と抵抗22とによりMOSFET21のゲ
ート電圧を調整して、このときにも前記出力電圧
(VO )がほぼ一定値になるように制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のシ
リーズレギュレータ回路2においては、上述のMOSF
ET21のゲート電圧を調整する際の各要素の制御遅れ
に起因する発振現象を抑制するために、MOSFET2
7aのゲート端子とドレイン端子との間に位相補償用の
コンデンサ27bが接続され、その結果、図6(イ),
(ロ)に示すボード線図の如くこのシリーズレギュレー
タ回路2のオープンループのゲイン,位相の高周波領域
での特性が悪くなり、前記出力電圧(VO )の高周波成
分のリプル除去率が低下するという難点があった(図4
(イ)参照)。
【0006】また、負荷3に流れる電流の大小により、
負荷3に並列接続された安定化コンデンサ4の図7に示
す如き周波数特性、特に周波数に対する等価直列抵抗に
起因して、上述のMOSFET21のゲート電圧を調整
する際のゲインの変動を招き、その結果、シリーズレギ
ュレータ回路2の調整動作が不安定になる恐れがあり、
安定化コンデンサ4の前記等価直列抵抗に下限値を設け
る必要があった。
【0007】この発明は、上記問題点を解決するシリー
ズレギュレータ回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この第1の発明は、スイ
ッチング素子と出力電圧検出手段とからなる出力回路
と、前記出力電圧検出手段の検出値をフィードバック入
力する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力を受け前記
スイッチング素子へのスイッチング信号を出力する中間
段増幅器とを少なくとも備えたシリーズレギュレータ回
路において、前記中間段増幅器は、このシリーズレギュ
レータ回路の調整ゲインを一定に保つべく、前記出力回
路のDCゲインの変化に応じて該中間段増幅器のゲイン
を連続的に変化させることを特徴とする。
【0009】第2の発明は前記第1の発明において、前
記中間段増幅器には出力電流検出手段を備え、該電流検
出手段の検出値に応じて該中間段増幅器のゲインを連続
的に変化させることを特徴とする。第3の発明は前記第
1又は第2の発明において、前記中間段増幅器のゲイン
は、前記出力回路のDCゲインが小さいときには大き
く、該出力回路のDCゲインが大きいときには小さくす
るべく、それぞれ前記出力電流検出手段の検出値に応じ
て変化させることを特徴とする。
【0010】第4の発明は前記第3の発明において、前
記中間段増幅器には、前記出力電流検出手段としての出
力電流検出部と、定電流源部と、該定電流源部を回路電
源として前記差動増幅器の出力と出力電流検出部の検出
値とにより前記ゲインを変化させる可変電流源部とを少
なくとも備えたことを特徴とする。
【0011】さらに第5の発明は入力直流電源の正側端
子に第1PチャネルMOSFETのソース端子を接続
し、第1PチャネルMOSFETのソース端子とゲート
端子との間に第1抵抗を接続し、第1PチャネルMOS
FETのドレイン端子と入力直流電源の負側端子との間
に、第2抵抗と第3抵抗との直列接続回路を接続し、第
2抵抗と第3抵抗との接続点の電圧と基準電圧
(VREF )との偏差を増幅する差動増幅器の出力を中間
段増幅器に入力し、中間段増幅器の出力を第1Pチャネ
ルMOSFETのゲート端子に接続し、第1Pチャネル
MOSFETのドレイン端子と入力直流電源の負側端子
との間に接続される負荷と安定化コンデンサとの並列接
続回路に所望の安定化した直流電圧を供給するシリーズ
レギュレータ回路において、前記中間段増幅器には、前
記入力直流電源の正側端子にソース端子が接続され、ゲ
ート端子が第1PチャネルMOSFETのゲート端子に
接続される第2PチャネルMOSFETと、第2Pチャ
ネルMOSFETのドレイン端子と前記入力直流電源の
負側端子との間に接続される複数(k)個の抵抗を直列
接続してなる電流検出抵抗と、前記入力直流電源の正側
端子にソース端子が接続され、ゲート端子にはバイアス
電圧(VB )が供給される第3PチャネルMOSFET
と、第3PチャネルMOSFETのドレイン端子にドレ
イン端子が接続され、ゲート端子が前記差動増幅器の出
力に接続され、ソース端子が前記入力直流電源の負側端
子に接続される第1NチャネルMOSFETと、第3P
チャネルMOSFETのドレイン端子にドレイン端子が
接続され、このドレイン端子側の第1ゲート端子が前記
差動増幅器の出力に接続され、ソース端子が前記入力直
流電源の負側端子に接続され、このソース端子側の第2
ゲート端子が前記電流検出抵抗を形成する前記k個の抵
抗のそれぞれの接続点に接続され、基板を共通にして生
成される第1NチャネルMOSFET2直列形回路を
(k−1)組と、前記入力直流電源の正側端子にソース
端子が接続され、ゲート端子が第1PチャネルMOSF
ETのゲート端子に接続され、ドレイン端子が第3Pチ
ャネルMOSFETのドレイン端子に接続される第4P
チャネルMOSFETと、前記入力直流電源の正側端子
にコレクタ又はソース端子が接続され、ベース端子又は
ゲート端子が第3PチャネルMOSFETのドレイン端
子に接続されるトランジスタと、前記トランジスタのエ
ミッタ又はドレイン端子にドレイン端子が接続され、ゲ
ート端子が前記差動増幅器の出力に接続され、ソース端
子が前記入力直流電源の負側端子に接続される第2Nチ
ャネルMOSFETと、前記トランジスタのエミッタ又
はドレイン端子にドレイン端子が接続され、このドレイ
ン端子側の第1ゲート端子が前記差動増幅器の出力に接
続され、ソース端子が前記入力直流電源の負側端子に接
続され、このソース端子側の第2ゲート端子が前記電流
検出抵抗を形成する前記k個の抵抗のそれぞれの接続点
に接続され、基板を共通にして生成される第2Nチャネ
ルMOSFET2直列形回路を(k−1)組とを備えた
ことを特徴とする。
【0012】この発明によれば、前記負荷に流れる電流
が大きいときには、周知の如く、前記スイッチング素子
としての第1PチャネルMOSFETの直流ゲインが小
さくなるが、このときには後述の如く、前記中間段増幅
器のゲインを大きくし、このシリーズレギュレータ回路
全体の調整ゲインをほぼ一定にして、前記出力電圧(V
O )の高周波成分のリプル除去率の低下を抑制しつつ、
安定な調整動作を行わせる。
【0013】また、前記負荷に流れる電流が小さいとき
には、周知の如く、前記スイッチング素子としての第1
PチャネルMOSFETの直流ゲインが大きくなるが、
このときには後述の如く、前記中間段増幅器のゲインを
小さくし、このシリーズレギュレータ回路全体の調整ゲ
インをほぼ一定にして、前記出力電圧(VO )の高周波
成分のリプル除去率の低下を抑制しつつ、安定な調整動
作を行わせる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、この発明のシリーズレギ
ュレータ回路の実施の形態例を示す回路構成図であり、
図5に示した従来例回路と同一機能を有するものには同
一符号を付している。すなわち図1において、このシリ
ーズレギュレータ回路5は入力直流電源1の正側端子に
第1PチャネルMOSFETとしてのMOSFET21
のソース端子を接続し、MOSFET21のソース端子
とゲート端子との間に第1抵抗としての抵抗22を接続
し、MOSFET21のドレイン端子と入力直流電源1
の負側端子との間に、第2抵抗としての抵抗23と第3
抵抗としての抵抗24との直列接続回路を接続し、抵抗
23と抵抗24との接続点の電圧と定電圧電源25の基
準電圧(VREF )との偏差を増幅する差動増幅器26の
出力を中間段増幅器5aに入力し、中間段増幅器5aの
出力をMOSFET21のゲート端子に接続し、定電圧
電源5bのバイアス電圧(VB )を中間段増幅器5aに
入力する構成になっている。
【0015】図2は図1に示した中間段増幅器5aの詳
細回路構成図であり、この中間段増幅器5aには入力直
流電源1の正側端子にソース端子が接続され、ゲート端
子がMOSFET21のゲート端子に接続される第2P
チャネルMOSFETとしてのMOSFET51と、M
OSFET51のドレイン端子と入力直流電源1の負側
端子との間に接続される複数(k=4)個の抵抗52,
53,54,55を直列接続してなる電流検出抵抗と、
入力直流電源1の正側端子にソース端子が接続され、ゲ
ート端子には定電圧電源5bのバイアス電圧(VB )が
供給される第3PチャネルMOSFETとしてのMOS
FET56と、MOSFET56のドレイン端子にドレ
イン端子が接続され、ゲート端子が差動増幅器26の出
力に接続され、ソース端子が入力直流電源1の負側端子
に接続される第1NチャネルMOSFETとしてのMO
SFET57と、MOSFET56のドレイン端子にド
レイン端子が接続され、このドレイン端子側の第1ゲー
ト端子が差動増幅器26の出力に接続され、ソース端子
が入力直流電源1の負側端子に接続され、このソース端
子側の第2ゲート端子が前記電流検出抵抗を形成する4
個の抵抗52,53,54,55のそれぞれの接続点に
接続され、基板を共通にして生成される前記k−1組す
なわち3組のNチャネルMOSFET2直列形回路5
8,59,60と、入力直流電源1の正側端子にソース
端子が接続され、ゲート端子がMOSFET21のゲー
ト端子に接続され、ドレイン端子がMOSFET56の
ドレイン端子に接続される第4PチャネルMOSFET
としてのMOSFET61と、入力直流電源1の正側端
子にコレクタ端子が接続され、ベース端子がMOSFE
T56のドレイン端子に接続されるNPNトラントラン
ジスタ62と、NPNトランジスタ62のエミッタ端子
にドレイン端子が接続され、ゲート端子が差動増幅器2
6の出力に接続され、ソース端子が入力直流電源1の負
側端子に接続される第2NチャネルMOSFETとして
のMOSFET63と、NPNトランジスタ62のエミ
ッタ端子にドレイン端子が接続され、このドレイン端子
側の第1ゲート端子が差動増幅器26の出力に接続さ
れ、ソース端子が入力直流電源1の負側端子に接続さ
れ、このソース端子側の第2ゲート端子が前記電流検出
抵抗を形成する4個の抵抗52,53,54,55のそ
れぞれの接続点に接続され、基板を共通にして生成され
る前記k−1組すなわち3組のNチャネルMOSFET
2直列形回路64,65,66とを備えている。
【0016】図2に示した中間段増幅器5aの動作を中
心に、シリーズレギュレータ回路5の動作を以下に説明
する。MOSFET56のゲート端子には定電圧電源5
bのバイアス電圧(VB )が入力され、MOSFET5
6は定電流源として動作している。MOSFET61と
NPNトランジスタ62とからなる電流源におけるMO
SFET61のゲート端子はMOSFET21のゲート
端子に接続され、MOSFET21に流れる電流、すな
わち負荷3の電流が大きいときにはMOSFET61の
ゲート端子も深くバイアスされるために、この電流源の
電流も多くなり、また、MOSFET21に流れる電
流、すなわち負荷3の電流が小さいときにはMOSFE
T61のゲート端子も浅くバイアスされるために、この
電流源の電流も少なくなる。すなわち、この電流源は負
荷3の電流に対応した可変電流源として動作している。
【0017】なお、前記可変電流源を構成するNPNト
ランジスタ62はP基板上で形成される例であり、例え
ば基板から分離されたPウェル内に形成されるNチャネ
ルMOSFETに置き換えてもよい。MOSFET51
と抵抗52,53,54,55とからなる回路は、MO
SFET21に流れる電流、すなわち負荷3に流れる電
流を検出する電流検出回路の動作をしている。
【0018】MOSFET57,NチャネルMOSFE
T2直列形回路58,59,60およびMOSFET6
3,NチャネルMOSFET2直列形回路64,65,
66からなる回路においては、MOSFET57,63
のゲート端子および前記NチャネルMOSFET2直列
形回路の一方のゲート端子が差動増幅器26の出力に接
続され、該NチャネルMOSFET2直列形回路の他方
のゲート端子それぞれは、図2に示す如く抵抗52,5
3,54,55それぞれの接続点に接続されており、前
記電流検出回路で検出される負荷3に流れる電流がほぼ
零のときにはMOSFET57,63のみが導通状態に
なるように設定され、該電流検出回路の検出値に応じ
て、参照符号が小さい方から順に前記NチャネルMOS
FET2直列形回路が導通状態になるように設定されて
いる。
【0019】なお、図2に示した回路例においては前記
kを4としているが、このシリーズレギュレータ回路5
に対する要求仕様としての負荷3の電流の変化範囲など
により前記k(k≧2)を設定する。すなわち、この中
間段増幅器5aでは、負荷3に流れる電流の減少に応じ
て、消費電流も減少し、さらに、負荷3に流れる電流に
応じてMOSFET57,63および前記NチャネルM
OSFET2直列形回路それぞれの導通状態を段階的に
変えることにより、中間段増幅器5aのゲインを変える
ことができ、その結果、図3(イ),(ロ)に示すボー
ド線図に示す如くシリーズレギュレータ回路5全体の調
整ゲインをほぼ一定にして、前記出力電圧(VO )の高
周波成分のリプル除去率の低下を抑制しつつ、安定な調
整動作を行うことができる。
【0020】
【発明の効果】この発明によれば、負荷に流れる電流の
変動に無関係にこのシリーズレギュレータ回路全体の調
整ゲインをほぼ一定にして、前記出力電圧(VO )の高
周波成分のリプル除去率の低下を抑制しつつ、安定な調
整動作を行うことができ、例えばリプル除去率が、従来
の回路では図4(イ)に示す如く周波数が1kHzまで
は40dBであり、1kHz以上から20dB/dec
の勾配で減少していたのが、この発明の回路では図4
(ロ)に示す如く周波数が10kHzまでは50dBで
あり、10kHz以上から20dB/decの勾配で減
少する特性を備えることができた。
【0021】またこの発明のシリーズレギュレータ回路
は集積回路化するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態例を示すシリーズレギュ
レータ回路の回路構成図
【図2】図1の部分詳細回路構成図
【図3】この発明のシリーズレギュレータ回路のボード
線図
【図4】この発明のシリーズレギュレータ回路及び従来
回路のリプル除去率の特性図
【図5】従来例を示すシリーズレギュレータ回路の回路
構成図
【図6】従来のシリーズレギュレータ回路のボード線図
【図7】安定化コンデンサの周波数特性図
【符号の説明】
1…入力直流電源、2…シリーズレギュレータ回路、3
…負荷、4…安定化コンデンサ、5…シリーズレギュレ
ータ回路、5a…中間段増幅器、5b…定電圧電源、2
1…MOSFET、22〜24…抵抗、25…定電圧電
源、26…差動増幅器、27…中間段増幅器、27a…
MOSFET、27b…コンデンサ、51…MOSFE
T、52〜55…抵抗、56,57…MOSFET、5
8〜60…NチャネルMOSFET2直列形回路、61
…MOSFET、62…NPNトランジスタ、63…M
OSFET、64〜66…NチャネルMOSFET2直
列形回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチング素子と出力電圧検出手段とか
    らなる出力回路と、 前記出力電圧検出手段の検出値をフィードバック入力す
    る差動増幅器と、 前記差動増幅器の出力を受け前記スイッチング素子への
    スイッチング信号を出力する中間段増幅器とを少なくと
    も備えたシリーズレギュレータ回路において、 前記中間段増幅器は、このシリーズレギュレータ回路の
    調整ゲインを一定に保つべく、前記出力回路のDCゲイ
    ンの変化に応じて該中間段増幅器のゲインを連続的に変
    化させることを特徴とするシリーズレギュレータ回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のシリーズレギュレータ回
    路において、 前記中間段増幅器には出力電流検出手段を備え、該電流
    検出手段の検出値に応じて該中間段増幅器のゲインを連
    続的に変化させることを特徴とするシリーズレギュレー
    タ回路。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2に記載のシリーズレ
    ギュレータ回路において、 前記中間段増幅器のゲインは、前記出力回路のDCゲイ
    ンが小さいときには大きく、該出力回路のDCゲインが
    大きいときには小さくするべく、それぞれ前記出力電流
    検出手段の検出値に応じて変化させることを特徴とする
    シリーズレギュレータ回路。
  4. 【請求項4】請求項3に記載のシリーズレギュレータ回
    路において、 前記中間段増幅器には、前記出力電流検出手段としての
    出力電流検出部と、定電流源部と、該定電流源部を回路
    電源として前記差動増幅器の出力と出力電流検出部の検
    出値とにより前記ゲインを変化させる可変電流源部とを
    少なくとも備えたことを特徴とするシリーズレギュレー
    タ回路。
  5. 【請求項5】入力直流電源の正側端子に第1Pチャネル
    MOSFETのソース端子を接続し、第1PチャネルM
    OSFETのソース端子とゲート端子との間に第1抵抗
    を接続し、第1PチャネルMOSFETのドレイン端子
    と入力直流電源の負側端子との間に、第2抵抗と第3抵
    抗との直列接続回路を接続し、第2抵抗と第3抵抗との
    接続点の電圧と基準電圧(VREF )との偏差を増幅する
    差動増幅器の出力を中間段増幅器に入力し、中間段増幅
    器の出力を第1PチャネルMOSFETのゲート端子に
    接続し、 第1PチャネルMOSFETのドレイン端子と入力直流
    電源の負側端子との間に接続される負荷と安定化コンデ
    ンサとの並列接続回路に所望の安定化した直流電圧を供
    給するシリーズレギュレータ回路において、 前記中間段増幅器には、 前記入力直流電源の正側端子にソース端子が接続され、
    ゲート端子が第1PチャネルMOSFETのゲート端子
    に接続される第2PチャネルMOSFETと、 第2PチャネルMOSFETのドレイン端子と前記入力
    直流電源の負側端子との間に接続される複数(k)個の
    抵抗を直列接続してなる電流検出抵抗と、 前記入力直流電源の正側端子にソース端子が接続され、
    ゲート端子にはバイアス電圧(VB )が供給される第3
    PチャネルMOSFETと、 第3PチャネルMOSFETのドレイン端子にドレイン
    端子が接続され、ゲート端子が前記差動増幅器の出力に
    接続され、ソース端子が前記入力直流電源の負側端子に
    接続される第1NチャネルMOSFETと、 第3PチャネルMOSFETのドレイン端子にドレイン
    端子が接続され、このドレイン端子側の第1ゲート端子
    が前記差動増幅器の出力に接続され、ソース端子が前記
    入力直流電源の負側端子に接続され、このソース端子側
    の第2ゲート端子が前記電流検出抵抗を形成する前記k
    個の抵抗のそれぞれの接続点に接続され、基板を共通に
    して生成される第1NチャネルMOSFET2直列形回
    路を(k−1)組と、 前記入力直流電源の正側端子にソース端子が接続され、
    ゲート端子が第1PチャネルMOSFETのゲート端子
    に接続され、ドレイン端子が第3PチャネルMOSFE
    Tのドレイン端子に接続される第4PチャネルMOSF
    ETと、 前記入力直流電源の正側端子にコレクタ又はソース端子
    が接続され、ベース端子又はゲート端子が第3Pチャネ
    ルMOSFETのドレイン端子に接続されるトランジス
    タと、 前記トランジスタのエミッタ又はドレイン端子にドレイ
    ン端子が接続され、ゲート端子が前記差動増幅器の出力
    に接続され、ソース端子が前記入力直流電源の負側端子
    に接続される第2NチャネルMOSFETと、 前記トランジスタのエミッタ又はドレイン端子にドレイ
    ン端子が接続され、このドレイン端子側の第1ゲート端
    子が前記差動増幅器の出力に接続され、ソース端子が前
    記入力直流電源の負側端子に接続され、このソース端子
    側の第2ゲート端子が前記電流検出抵抗を形成する前記
    k個の抵抗のそれぞれの接続点に接続され、基板を共通
    にして生成される第2NチャネルMOSFET2直列形
    回路を(k−1)組とを備えたことを特徴とするシリー
    ズレギュレータ回路。
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