JP2000194431A - 安定化電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低電圧かつ低消費電力の負荷において負荷電流
が素子のリーク電流に対応するような小さな値になって
も出力トランジスタの特性のばらつきに影響されること
なく、安定な出力電圧を発生させることができる安定化
電源回路を提供することにある。 【解決手段】電流増幅回路の電流出力段トランジスタの
リーク電流を吸収するリーク電流吸収回路が出力と基準
電圧ラインとの間に設けられ、抵抗回路に発生する電
圧、負荷に出力される電圧および差動増幅回路の出力電
圧のいずれかを受けて出力される電圧のレギュレーショ
ン範囲の上限以上の所定の電圧以上になったときにリー
ク電流を吸収するリーク電流吸収回路を備えていて、リ
ーク電流が電流出力段トランジスタのリーク電流のばら
つきの最大値に実質的に等しいか、リーク電流を吸収す
るオーダにおいて最大値より大きいである。

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、安定化電源回路
に関し、詳しくは、低電圧駆動のＭＯＳ出力トランジス
タを有する定電流型の安定化電源回路において、低電圧
かつ低消費電力の負荷において負荷電流が素子のリーク
電流に対応するような小さな値になってもＭＯＳ出力ト
ランジスタの特性のばらつきに影響されることなく、安
定な出力電圧を発生させることができるような出力段に
ＭＯＳＦＥＴを用いる安定化電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の出力段にＭＯＳトランジスタを有
するＩＣ化された安定化電源回路としては、例えば、図
５に示すようなＣＭＯＳ構成の差動増幅回路１０とＰチ
ャネルＭＯＳトランジスタＱ1による電流ブースタ回路
１１とからなる定電流回路を利用したものを挙げること
ができる。この回路において、１２は、定電圧を発生す
る出力端子であり、トランジスタＱ1は、ソースが電源
ラインＶDDに接続され、ドレインが出力端子１２に接続
されている。１３は、差動増幅回路１０の（−）入力に
加えられる基準電圧Ｖｒを発生する電源である。差動増
幅回路１０は、内部に差動アンプと定電流源とを有して
いて、電流ブースタ回路１１の負荷として出力端子１２
とグランドＧＮＤとの間に抵抗Ｒ1，Ｒ2の直列回路が挿
入されている。なお、Ｌは、出力端子１２に接続される
各種回路としての負荷である。

【０００３】ここで、抵抗Ｒ2の端子電圧は、差動増幅
回路１０の（＋）入力に帰還され、抵抗Ｒ2に発生する
端子電圧が基準電圧Ｖrに一致するように差動増幅回路
１０が動作して出力端子１２に定電圧Ｖｏが発生する。
この定電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝（ｒ1＋ｒ2）・Ｖｒ／ｒ2 となる。ただし、ｒ1は抵抗Ｒ1の抵抗値、ｒ2は抵抗Ｒ2
の抵抗値である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】低電圧かつ低消費電力
の装置では、このような安定化電源回路において、例え
ば、ｒ1＝２．５ＭΩ、ｒ2＝０．５ＭΩとし、基準電圧
Ｖr＝０．５Ｖとした場合、出力段トランジスタＱ1のリ
ーク電流が３μＡであったとすると、抵抗Ｒ2の端子電
圧は、１．５Ｖであり、この電圧が差動増幅回路１０の
（＋）入力に帰還されて本来なら差動増幅回路１０によ
り出力段ＭＯＳトランジスタＱ1の電流値を低減する制
御がなされるべきであるが、出力段ＭＯＳトランジスタ
Ｑ1の電流値をリーク電流値以下には制御ができないた
めに、出力端子１２の電圧Ｖｏは、リーク電流と抵抗Ｒ
1＋抵抗Ｒ2の抵抗値３．０ＭΩ（＝２．５ＭΩ＋０．５
ＭΩ）により決定される電圧９Ｖになってしまい、この
とき制御されるべき目標電圧Ｖｏが、例えば３．０Ｖと
すると、これにならず、非常に高い電位になる。

【０００５】このように前記の安定化電源回路ではリー
ク電流に対応するあるいはこの近傍にある負荷電流にお
いてはリーク電流を下限としてそれ以上電流を絞ること
ができず、しかも、レギュレーション制御ができない問
題がある。出力段ＭＯＳトランジスタＱ1は、その素子
特性のばらつきにより、ゲート電圧に関係なく、ドレイ
ン−ソース間に数μＡ程度のリーク電流が発生する。例
えば、携帯電話、ＰＨＳ、ＧＳＭ（グローバル・システ
ム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ）、ポケ
ット形ゲーム機、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシ
スタンス）等の低電圧かつ低消費電力の装置では、負荷
電流がこのリーク電流に対応するか、それよりも小さく
なる場合もある。このような負荷電流が流れる場合に
は、前記のような構成の安定化電源回路では、出力段Ｍ
ＯＳトランジスタの特性のばらつきにより、負荷電流が
流れてもリーク電流によって出力電圧Ｖoが設定電圧よ
りも高くなり、正常な安定化動作をせずに、負荷側の回
路が誤動作する問題が生じる。この発明の目的は、この
ような従来技術の問題点を解決するものであって、低電
圧かつ低消費電力の負荷において負荷電流が素子のリー
ク電流に対応するような小さな値になっても出力トラン
ジスタの特性のばらつきに影響されることなく、安定な
出力電圧を発生させることができる安定化電源回路を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の安定化電源回路の構成は、電流増幅
回路の電流出力段トランジスタのリーク電流を吸収する
リーク電流吸収回路が出力と基準電圧ラインとの間に設
けられ、抵抗回路に発生する電圧、負荷に出力される電
圧および差動増幅回路の出力電圧のいずれかを受けて出
力される電圧のレギュレーション範囲の上限以上の所定
の電圧以上になったときにリーク電流を吸収するリーク
電流吸収回路を備えていて、リーク電流が電流出力段ト
ランジスタのリーク電流のばらつきの最大値に実質的に
等しいか、リーク電流を吸収するオーダにおいて最大値
より大きいものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】このように、抵抗回路に発生する
電圧、負荷に出力される電圧および差動増幅回路の出力
電圧のいずれかを受けて出力される電圧のレギュレーシ
ョン範囲の上限以上の所定の電圧以上になったときにリ
ーク電流を吸収するリーク電流吸収回路を設けることに
より、負荷にリーク電流に近い電流が流れてもリーク電
流値以上の電流が電流出力段トランジスタから流出する
ことになるので、電流出力段トランジスタの電流値は、
リーク電流以下とはならない。これにより制御可能な状
態が維持される。このとき、負荷に流れる電流は、リー
ク電流以下の小さな値であってもレギュレーション制御
され、出力電圧は、レギュレーション範囲の上限の方向
に移行してこの付近にまで戻す抑制がなされる。そし
て、負荷にリーク電流以上の制御を必要とするさらに大
きな電流が流れたときには、通常のレギュレーション範
囲の動作状態になる。その結果、低電圧かつ低消費電力
の負荷において負荷電流が素子のリーク電流に対応する
ような小さな値になっても出力トランジスタの特性のば
らつきに影響されることなく、安定な出力電圧を発生さ
せる安定化電源回路を実現することができる。

【０００８】

【実施例】図１は、この発明を適用した安定化電源回路
の一実施例のブロック図であり、図２は、その他の実施
例のブロック図、図３および図４は、さらに他の実施例
のブロック図である。なお、図５と同等の構成要素は同
一の符号で示す。図１において、１は、安定化電源回路
であり、出力電圧Ｖo検出用の抵抗分圧回路の図５の抵
抗Ｒ1に換えて抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4の直列回路が設けら
れ、出力端子１２とグランドＧＮＤ間にリーク電流吸収
回路２が設けられている。ここで、抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4と
の合計抵抗値は、２，５ＭΩ程度であり、抵抗Ｒ2は、
０．５ＭΩ程度である。リーク電流吸収回路２は、出力
端子１２に接続された抵抗Ｒ5と、この抵抗Ｒ5を介して
出力端子１２に接続されたｎチャネルＭＯＳトランジス
タＱ2とを有し、トランジスタＱ2は、ドレイン側が抵抗
Ｒ5に接続され、ソース側がグランドＧＮＤ側に接続さ
れ、ゲートが前記抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4の接続点Ｎに接続さ
れている。

【０００９】ところで、リーク電流により制御ができな
くなる場合には、リーク電流により出力電圧ＶOが通常
の制御電圧よりもはるかに大きな電圧になる。そこで、
ここでは、この電圧を前記接続点Ｎの電圧として検出し
てリーク電流を吸収する。先に従来技術の図５において
説明したように、３Ｖ程度の出力電圧において、リーク
電流によるときには、出力電圧が９Ｖにも達する。出力
端子１２の電圧レギュレーション範囲が通常３．０Ｖ±
１Ｖ程度とすれば、前記の接続点Ｎの電圧を、例えば、
４．０Ｖ程度に設定する。なお、この検出電圧は、出力
電圧Ｖoがレギュレーション範囲の上限以上にある所定
の電圧になるようなときに発生するような電圧を選択す
ればよい。もちろん、この場合のある所定の電圧は、負
荷Ｌとしての各種回路が誤動作をしない範囲の電圧であ
る。上記の検出電圧４．０Ｖは、その上流に抵抗Ｒ3が
あるので、出力電圧Ｖoは、４．０Ｖ以上の状態にあっ
てレギュレーション範囲の上限以上の状態になっている
はずである。もちろん、誤動作する電圧より低い電圧で
ある。リーク電流吸収回路２は、そのトランジスタＱ2
がＯＮしたときに流れる電流が出力段ＭＯＳトランジス
タＱ1の素子特性のばらつきにおいて最大リーク電流あ
るいはそれ以上のリーク電流（ただし、このリーク電流
程度のオーダ）に対応するような電流が流れるように設
定され、接続点Ｎの電圧が検出電圧４．０Ｖに設定され
たときにＯＮになるようにする。

【００１０】その動作を説明すると、負荷Ｌに流れる電
流が減少してリーク電流に近くなり、やがてリーク電流
の領域に入ると、抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4の接続点Ｎの電圧が
リーク電流により上昇して検出電圧４．５Ｖを超える。
このとき、トランジスタＱ2がＯＮしてリーク電流は、
リーク電流吸収回路２によりリーク電流が吸収される。
これにより出力電圧Ｖoは、レギュレーション範囲の上
限方向へと戻り、レギュレーション範囲に入る。このと
き負荷Ｌに流れる電流とリーク電流吸収回路２に流れる
電流の和の全電流値は、リーク電流より大きくなるの
で、負荷Ｌに流れる電流がレギュレーション範囲におい
て制御が可能になる。この場合、ＭＯＳトランジスタＱ
1の素子特性のばらつきがリーク電流の小さい方にあっ
た場合には、リーク電流吸収回路２に流れるばらつきの
最大リーク電流が流れることにより差動増幅回路１０に
は負帰還がこのときかかりレギュレーションの動作範囲
に入った状態になっている。前記のようなリーク電流の
吸収が行われるのは、さらに少ない電流が出力されたと
きである。逆にＭＯＳトランジスタＱ1の素子特性のば
らつきがリーク電流が最大の状態にあった場合には、リ
ーク電流吸収回路２に流れるばらつきの最大リーク電流
が流れることにより次に少しでも負荷Ｌに電流が流れた
ときに差動増幅回路１０に負帰還がかかりそのときにレ
ギュレーションの動作状態に入る。

【００１１】その結果、負荷Ｌにリーク電流に対応する
ような微少な電流が流れて安定化電源のレギュレーショ
ン動作が行われ、出力端子１２の電圧が必要以上に高く
なることはなく、ＭＯＳトランジスタＱ1の素子特性の
ばらつきに影響されることはない。なお、このリーク電
流以上の大きな電流が出力端子１２から流出したときに
は、接続点Ｎの電圧は、前記の制御範囲よりさらに低下
してトランジスタＱ2は、ＯＦＦになる。このときに
は、リーク電流が吸収されなくてもレギュレーションの
動作をする電流値が負荷に流れているので問題が生じな
い。

【００１２】図２は、差動増幅回路１０の出力電圧に応
じてリーク電流吸収回路２を動作させるものである。抵
抗Ｒ5が差動増幅回路１０の出力とグランドＧＮＤとの
間に設けられ、差動増幅回路１０の出力電圧がＭＯＳト
ランジスタＱ2のゲートに加えられる。トランジスタＱ2
は、ドレイン側がＰＮＰ形バイポーラトランジスタＱ3
のベースに接続され、ソース側がグランドＧＮＤ側に接
続されている。トランジスタＱ3は、エミッタが出力端
子１２に接続され、コレクタが抵抗Ｒ6を介してグラン
ドＧＮＤに接続されている。この例では、トランジスタ
Ｑ3のエミッタ・コレクタ間にリーク電流を流して吸収
する。そのドライブをＭＯＳトランジスタＱ2により行
う構成になっている。これにより帰還回路（抵抗Ｒ1と
抵抗Ｒ2の抵抗分圧回路）とは独立にリーク電流吸収回
路２を駆動することができるので、帰還回路の設計の自
由度が増す。なお、抵抗Ｒ1，Ｒ2の抵抗値は、図５の場
合と同様である。

【００１３】その動作を説明すると、出力端子１２から
流出する電流値が小さくなり、リーク電流程度になる
と、リーク電流により抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の抵抗分圧回路
から大きな電圧値の帰還電圧信号が生じ、これを受けて
差動増幅回路１０の出力は、出力電流を絞り込むため
に、ＭＯＳトランジスタＱ1をＯＦＦする方向に制御
し、そのために高い電圧を発生する。この高い電圧値を
抵抗Ｒ5が受ける。出力電圧Ｖoがレギュレーション範囲
の上限以上にある所定の電圧以上になると、この電圧が
検出電圧となり、ＭＯＳトランジスタＱ2のゲートに加
えられ、出力電圧Ｖoがレギュレーション範囲の上限以
上にある所定の電圧以上になったことが検出される。こ
の検出により、このトランジスタＱ2がＯＮになり、そ
の結果、トランジスタＱ3がＯＮして出力端子１２から
リーク電流がグランドＧＮＤとへと流れ、吸収される。

【００１４】出力端子１２から流出する電流値がリーク
電流値より大きくなると、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の抵抗分圧
回路から、その電流値に応じた電圧値の帰還電圧信号を
受けて差動増幅回路１０の出力は、前記より低い電圧信
号になる。その結果、前記の検出電圧が低下してＭＯＳ
トランジスタＱ2とトランジスタＱ3とがＯＦＦする方向
に制御される。一方、このときＭＯＳトランジスタＱ1
をＯＦＦからＯＮにする方向に制御するので、このとき
には、出力電圧Ｖoのレギュレーション範囲の上限方向
へと戻り、レギュレーション範囲に入る。このような状
態で負荷Ｌの電流がリーク電流値よりもさらに増加すれ
ばリーク電流を吸収しなくても、レギュレーションの動
作をする電流値が負荷に流れる。また、リーク電流値に
近づけば、前記と同様な動作が繰り返される。

【００１５】図３は、別途検出回路を設けて検出信号を
発生させるものである。リーク電流吸収回路３は、出力
端子１２とグランドＧＮＤ間に設けられている。その内
部回路としては図１あるいは図２のリーク電流吸収回路
２を使用してもよいし、他の同様な回路を用いてもよ
い。なお、この例では、図５の抵抗分圧回路の抵抗Ｒ2
に換えて抵抗Ｒ7と抵抗Ｒ8の直列回路が設けられてい
る。リーク電流吸収回路３を駆動する検出信号を発生す
る検出回路４は、差動増幅回路４ａと基準電圧発生回路
４ｂとからなるコンパレータであり、前記抵抗Ｒ7と抵
抗Ｒ8の接続点Ｍに差動増幅回路４ａの（＋）入力が接
続され、（−）入力に基準電圧発生回路４ｂから基準電
圧Ｖrefを受ける。そして、前記の例と同様に出力電圧
Ｖoがレギュレーション範囲の上限以上にある所定の電
圧以上になると、それが検出回路４により検出されてそ
の検出信号によりリーク電流吸収回路３が動作して出力
端子１２から流れ出すリーク電流がリーク電流吸収回路
３により吸収される。このとき、前記の基準電圧発生回
路４ｂの基準電圧Ｖrefは、出力電圧Ｖoが４Ｖ〜５Ｖ程
度になるときに検出できるように設定する。このことで
電圧レギュレーションの上限を越えたときにリーク電流
吸収回路３が動作してリーク電流を吸収し、正常な電圧
レギュレーション範囲に入ることができる。

【００１６】図４は、図３の実施例において、信号の入
力側である差動増幅回路４ａの（＋）入力を出力端子１
２に接続されて出力電圧Ｖoがレギュレーション範囲の
上限以上にある所定の電圧以上になることを直接検出す
るようにした例である。これとは別に、図４の差動増幅
回路４ａの（＋）入力を図１と同様に図５の抵抗Ｒ1に
換えて抵抗Ｒ3と抵抗Ｒ4の直列回路を設けて、抵抗Ｒ3
と抵抗Ｒ4の接続点Ｎに接続するようにしてもよい。そ
れぞれにおいて、基準電圧発生回路４ｂの基準電圧Ｖre
fは、出力電圧Ｖoが４Ｖ〜５Ｖ程度になるときに検出で
きるように設定すればよい。なお、いずれの場合もリー
ク電流吸収回路３は、出力段ＭＯＳトランジスタＱ1の
素子特性のばらつきにおいて最大リーク電流あるいはそ
れ以上のリーク電流に対応するような電流を吸収する回
路になっている。以上説明してきたが、実施例では、出
力段トランジスタがＭＯＳトランジスタであるが、出力
段トランジスタがバイポーラトランジスタであっても同
様にこの発明が適用できることはもちろんである。ま
た、実施例では、出力電圧Ｖoに対する基準電位として
グランドＧＮＤの電位を採用している基準電位はグラン
ドＧＮＤの電位に限定されるものではない。

【００１７】

【発明の効果】このようにこの発明にあっては、抵抗回
路に発生する電圧、負荷に出力される電圧および差動増
幅回路の出力電圧のいずれかを受けて出力される電圧の
レギュレーション範囲の上限以上の所定の電圧以上にな
ったときにリーク電流を吸収するリーク電流吸収回路を
設けることにより、負荷にリーク電流に近い電流が流れ
てもリーク電流値以上の電流が電流出力段トランジスタ
から流出することになるので、電流出力段トランジスタ
の電流値は、リーク電流以下とはならない。これにより
制御可能な状態が維持される。その結果、低電圧かつ低
消費電力の負荷において負荷電流が素子のリーク電流に
対応するような小さな値になっても出力トランジスタの
特性のばらつきに影響されることなく、安定な出力電圧
を発生させる安定化電源回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明を適用した安定化電源回路の
一実施例のブロック図である。

【図２】図２は、この発明を適用した安定化電源回路の
他の実施例のブロック図である。

【図３】図３は、さらに他の実施例のブロック図であ
る。

【図４】図４は、この発明を適用した安定化電源回路の
検出回路を用いる一実施例のブロック図である。

【図５】図５は、従来の安定化電源回路の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…安定化電源回路、２，３…リーク電流吸収回路、４
…検出回路、４ａ，１０は、差動増幅回路、４ｂ…基準
電圧発生回路、１０…差動増幅回路、１１…電流ブース
タ回路、１２…出力端子、１３…基準電圧電源、Ｑ1〜
Ｑ3…ＦＥＴ、Ｒ1〜Ｒ8…抵抗、Ｖｒ…基準電圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 拓之 京都市右京区西院溝崎町21番地ローム株式 会社内 Ｆターム(参考） 5G065 BA01 EA01 GA06 HA04 HA08 LA02 MA09 NA02 NA05 5H430 BB01 BB05 BB09 BB11 BB12 EE06 EE12 EE17 FF04 FF07 FF13 FF17 GG01 HH03 JJ04 JJ07 LA22 LA24 5J091 AA01 AA58 CA11 CA15 FA11 HA10 HA17 HA18 HA25 KA00 KA02 KA11 KA24 MA11 MA21 SA13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】差動増幅回路とその出力を受けてそれを電
   流増幅する電流増幅回路とを有し、前記電流増幅回路の
   負荷が接続される出力に前記負荷と並列に抵抗回路を設
   けてこの抵抗回路を介して前記負荷に出力される電圧の
   一部又は全部を前記差動増幅回路の一方の入力に帰還
   し、他方の入力に定電圧を加えて前記抵抗回路に定電流
   を流すことで前記負荷に出力される電圧が一定になるよ
   うに安定化する安定化電源回路において、 前記電流増幅回路の電流出力段トランジスタのリーク電
   流を吸収するリーク電流吸収回路が前記出力と基準電圧
   ラインとの間に設けられ、前記抵抗回路に発生する電
   圧、前記負荷に出力される電圧および前記差動増幅回路
   の出力電圧のいずれかを受けて前記出力される電圧のレ
   ギュレーション範囲の上限以上の所定の電圧以上になっ
   たときに前記リーク電流を吸収するリーク電流吸収回路
   を備え、前記リーク電流が前記電流出力段トランジスタ
   のリーク電流のばらつきの最大値に実質的に等しいか、
   前記リーク電流を吸収するオーダにおいて前記最大値よ
   り大きいことを特徴とする安定化電源回路。
2. 【請求項２】さらに前記抵抗回路に発生する電圧、前記
   負荷に出力される電圧および前記差動増幅回路の出力電
   圧のいずれかが所定値以上であることを検出する検出回
   路を設け、前記基準電圧ラインは、グランド電位であ
   り、前記リーク電流吸収回路は、この検出回路の検出信
   号に応じて動作する請求項１記載の安定化電源回路。