JP2006107295A - Regulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、出力電圧の安定化制御の際に高速動作するとともに、負荷への大電流供給が可能なレギュレータに関するものである。 The present invention relates to a regulator that can operate at high speed during output voltage stabilization control and can supply a large current to a load.
従来から、電子デバイスを安定動作させるために、その電源として、出力電圧を安定化制御することにより一定な電圧が供給可能な定電圧電源(レギュレータ)が使用されている。この場合、レギュレータから電子デバイス等の負荷に安定化した出力電圧を供給する際に、レギュレータの回路構成としてオペアンプ(OPアンプ)による電圧制御回路を使用して、出力電圧から得られる出力信号に応じてOPアンプに帰還をかけることにより、安定な電圧制御を行う方法がある。 Conventionally, in order to stably operate an electronic device, a constant voltage power source (regulator) capable of supplying a constant voltage by stabilizing the output voltage is used as the power source. In this case, when a stabilized output voltage is supplied from a regulator to a load such as an electronic device, a voltage control circuit using an operational amplifier (OP amplifier) is used as a circuit configuration of the regulator, and an output signal obtained from the output voltage is used. There is a method of performing stable voltage control by applying feedback to the OP amplifier.
しかしながら電圧制御を大電流供給かつ高速で行う場合、OPアンプ単体のレギュレータでは、電流供給能力を向上させるためには、単純に各素子に流れる電流を大きくするだけでなく、新たに回路を追加しなければならず、それに伴って寄生容量成分(コンデンサ成分)が大きくなり、高速で動作しにくくなるという短所がある。 However, when voltage control is performed at a high current supply and at a high speed, in order to improve the current supply capability of a regulator with a single OP amp, not only simply increasing the current flowing through each element, but also adding a new circuit. As a result, the parasitic capacitance component (capacitor component) increases, and it is difficult to operate at high speed.
そこで、OPアンプの出力に出力電圧制御トランジスタを接続し、出力電圧制御トランジスタの電圧制御をOPアンプで行うことにより、負荷であるデバイスに大電流を供給するという構成が提案されている。 Therefore, a configuration has been proposed in which an output voltage control transistor is connected to the output of the OP amplifier, and voltage control of the output voltage control transistor is performed by the OP amplifier, thereby supplying a large current to a device that is a load.
上記のような公知技術(例えば、特許文献1を参照)である従来のレギュレータを以下に説明する。
図4は従来のレギュレータの構成を示すブロック図である。このレギュレータは、図4に示すように、出力電圧制御トランジスタ4を制御するOPアンプ1と、出力信号7に接続された負荷5と、出力信号7に基づいてOPアンプ1に帰還をかけるための帰還信号8を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段6とで構成されており、OPアンプ1は、制御電圧9と帰還信号8を比較しながらそれらが同じ電圧になるように動作することにより、出力信号7が所望の一定電圧になるように、出力電圧に対して安定化制御している。
A conventional regulator as described above (for example, see Patent Document 1) will be described below.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional regulator. As shown in FIG. 4, this regulator provides an OP amplifier 1 for controlling the output voltage control transistor 4, a
このようなレギュレータでは、負荷電流に応じて大電流が流れるのは出力電圧制御トランジスタ4のみであるため、安定化制御用のOPアンプ1としては、低電流供給能力のOPアンプを使用することができ、高速動作で高精度の電圧制御が可能となる。
しかしながら上記のような従来のレギュレータでは、その電圧供給中に、負荷5のインピーダンスが低くなって大電流で電源電圧付近まで制御を行う必要が発生する可能性がある場合には、その電圧制御の際に出力電圧制御トランジスタ4の寄生抵抗成分による電力ロスが問題となり、そのロスを抑えるために、出力電圧制御トランジスタ4として寄生抵抗成分が低くかつ電力容量の非常に大きな制御用素子が必要となり、それにともなって出力電圧制御トランジスタ4の寄生容量(コンデンサ成分)が大きくなる。
However, in the conventional regulator as described above, when there is a possibility that the impedance of the
その結果、レギュレータにおける出力電圧制御を高速動作させる、つまりレギュレータ全体のカットオフ周波数を大きくするためには、出力電圧制御トランジスタの電圧制御を高速で行わなければならないことになるが、出力電圧制御トランジスタの寄生容量が大きくなっているので、その寄生容量の元で出力電圧制御を高速で行うためには、出力電圧制御トランジスタを駆動するための制御電流として大きな電流が必要となる。 As a result, in order to operate the output voltage control in the regulator at high speed, that is, to increase the cutoff frequency of the entire regulator, the voltage control of the output voltage control transistor must be performed at high speed. Therefore, in order to perform output voltage control at high speed under the parasitic capacitance, a large current is required as a control current for driving the output voltage control transistor.
従って、出力電圧制御トランジスタを駆動制御するOPアンプとしても、大きな電流供給能力を有する素子が必要となり、OPアンプを高速動作ができかつ大電流供給能力を持つようにするために、そのようなOPアンプの設計が複雑化する。 Accordingly, an OP amplifier that drives and controls the output voltage control transistor also requires an element having a large current supply capability. In order to make the OP amplifier operate at high speed and have a large current supply capability, such an OP amplifier is required. The amplifier design becomes complicated.
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電流供給能力の高いOPアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができるレギュレータを提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a regulator capable of controlling an output voltage at high speed and supplying a large current to a load without using an OP amplifier having a high current supply capability.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のレギュレータは、制御信号に基づいて出力電圧制御トランジスタを制御して、負荷への出力電圧を安定化するレギュレータであって、前記出力電圧制御トランジスタを駆動制御するカレントミラーと、前記カレントミラーの駆動電流を制御する電流制御部と、前記出力電圧制御トランジスタから出力された出力信号に基づき帰還信号を決定する帰還関数手段と、前記制御信号と前記帰還信号に基づき前記電流制御部を制御するOPアンプとを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a regulator according to claim 1 of the present invention is a regulator that controls an output voltage control transistor based on a control signal to stabilize an output voltage to a load. A current mirror that drives and controls the output voltage control transistor, a current control unit that controls a drive current of the current mirror, a feedback function unit that determines a feedback signal based on an output signal output from the output voltage control transistor, and An OP amplifier that controls the current control unit based on a control signal and the feedback signal is provided.
また、本発明の請求項2に記載のレギュレータは、請求項1に記載のレギュレータであって、前記カレントミラーとして多連出力型を用い、前記カレントミラーの多連出力側に流れる電流を電圧に変換する抵抗を設け、前記抵抗により変換された電圧を基に、前記多連出力側の電流をモニタするよう構成したことを特徴とする。
The regulator according to
以上により、OPアンプによる出力電圧の安定化制御の際に高速に電圧制御を行い、かつ負荷に大電流を供給する場合でも、OPアンプとして過大な電流供給能力を不要とすることができる。 As described above, even when the voltage control is performed at high speed during the stabilization control of the output voltage by the OP amplifier and a large current is supplied to the load, an excessive current supply capability as the OP amplifier can be eliminated.
以上のように本発明によれば、OPアンプによる出力電圧の安定化制御の際に高速に電圧制御を行い、かつ負荷に大電流を供給する場合でも、OPアンプとして過大な電流供給能力を不要とすることができる。 As described above, according to the present invention, an excessively high current supply capability is not required as an OP amplifier even when a voltage is controlled at high speed when an output voltage is stabilized by an OP amplifier and a large current is supplied to a load. It can be.
そのため、電流供給能力の高いOPアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができる。 Therefore, it is possible to control the output voltage at high speed and supply a large current to the load without using an OP amplifier having a high current supply capability.
以下、本発明の実施の形態を示すレギュレータについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態のレギュレータについて、その基本概念を以下に説明する。
Hereinafter, a regulator showing an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The basic concept of the regulator according to the embodiment of the present invention will be described below.
図1は本実施の形態のレギュレータの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態のレギュレータは、図1に示すように、出力電圧制御トランジスタ4を駆動制御するカレントミラー3と、カレントミラー3の電流を制御する電流制御部2と、電流制御部2を制御するOPアンプ1と、出力信号7に接続された負荷5と、出力信号7に基づいてOPアンプ1に帰還をかけるための帰還信号8を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段6とを備え、基本的には、OPアンプ1が、制御信号9と帰還信号8を比較し、それらが同じ電圧になるように、電流制御部2およびカレントミラー3を通じて、出力電圧制御トランジスタ4により出力信号7を制御するように構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the regulator according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the regulator according to the present embodiment controls a
上記のように構成することにより、負荷5にインピーダンスの低いものが接続されたために、出力電圧制御トランジスタ4に大きな素子が必要となった場合においても、出力電圧制御トランジスタ4はカレントミラー3で制御を行い、出力電圧制御トランジスタ4に流れる電流をI1とした時、カレントミラー3における制御電流I2は、出力電圧制御トランジスタ4のエミッタ(ソース)接合面積をA、カレントミラー3で用いるトランジスタのエミッタ(ソース)接合面積をBとすると、
I1/I2 = A/B
I2 = B×I1/A
という近似式が成り立つため、制御電流I2はAとBの面積比で決定される。
With the configuration described above, even when a large element is required for the output voltage control transistor 4 because a low impedance is connected to the
I1 / I2 = A / B
I2 = B x I1 / A
Therefore, the control current I2 is determined by the area ratio of A and B.
すなわち、カレントミラー3における制御電流I2は、出力電圧制御トランジスタ4とカレントミラー3のトランジスタの面積比で小さくなり、電流制御部2で少ない電流を制御するだけでよいので、電流制御部2を構成する素子(例えば、トランジスタ)が小電力容量で小さなものでもよく、電流制御部2を制御するOPアンプ1も、大きな電流供給能力を必要としなくなる。
That is, the control current I2 in the
従って、本実施の形態のレギュレータを使用することにより、出力電圧制御トランジスタの駆動制御をカレントミラーで行い、そのカレントミラーをOPアンプで行うことで、OPアンプの電流供給能力を高めることなく、レギュレータの大電流かつ高速な電圧制御が可能となる。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1のレギュレータを説明する。
Therefore, by using the regulator of the present embodiment, the drive control of the output voltage control transistor is performed by the current mirror, and the current mirror is performed by the OP amplifier, so that the regulator can be supplied without increasing the current supply capability of the OP amplifier. Large current and high-speed voltage control are possible.
(Embodiment 1)
A regulator according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
図2は本実施の形態1のレギュレータの構成を示すブロック図である。本実施の形態1のレギュレータは、図2に示すように、出力電圧制御トランジスタ4を駆動制御するカレントミラー3と、カレントミラー3における駆動電流を制御する電流制御部2のトランジスタT2と、カレントミラー3の駆動電流を制御するトランジスタT2を制御するOPアンプ1と、出力信号7に基づいてOPアンプ1の入力側に帰還をかけるための帰還信号8を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段6とで構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the regulator according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the regulator according to the first embodiment includes a
以上の構成において、OPアンプ1は、制御信号9の電圧と、出力信号7に帰還関数手段6の帰還関数を掛け合わせて得られた帰還信号8の電圧とを比較し、それらが同じ電圧になるように、電流制御部2およびカレントミラー3を通じて、出力電圧制御トランジスタ4を駆動制御することにより、出力信号7の電圧が所望の一定電圧になるように制御しており、この電圧制御の際に、出力信号7を基に帰還関数手段6を通じて帰還信号8によりOPアンプ1の入力側に正帰還をかけている。
In the above configuration, the OP amplifier 1 compares the voltage of the
このような構成を採用することにより、負荷5のインピーダンスが低い場合で、出力電圧制御トランジスタ4として、大電流用が必要となり、その寄生容量(コンデンサ成分)が大きくなる場合においても、出力電圧制御トランジスタ4の駆動制御はカレントミラー3で行われ、さらに、カレントミラー3は、電流制御部2のトランジスタT2で制御されるようになる。ここで、カレントミラー3に流れる制御電流は、出力電圧制御トランジスタ4とカレントミラー3におけるトランジスタとのエミッタ(ソース)接合面積比で決まる。このカレントミラー3に流れる制御電流は、電流制御部2のトランジスタT2により制御され、OPアンプ1は、電流制御部2のトランジスタT2の制御を行う際には、カレントミラー3に流れる電流のベータ(β)分の1(β:トランジスタT2の電流増幅率)の電流で制御することが可能となる。
By adopting such a configuration, even when the impedance of the
従って、OPアンプ1は、電流制御部2およびカレントミラー3を通じて、出力電圧制御トランジスタ4を制御する際には、出力電圧制御トランジスタ4に流れる電流のカレントミラー比と、電流制御部2におけるトランジスタT2のベータとを掛け合わせた係数で割った電流値を制御することにより、出力電圧制御トランジスタ4による出力電圧の制御が可能となる。
Therefore, when the OP amplifier 1 controls the output voltage control transistor 4 through the
これにより、OPアンプ1は、少ない制御電流でよいことになり、出力電圧に対して高速制御が必要な場合においても、それほど大きな電流供給能力を必要とせずに、出力電圧制御トランジスタ4による出力電圧の制御が可能となる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2のレギュレータを説明する。
As a result, the OP amplifier 1 requires a small control current. Even when high-speed control is required for the output voltage, the output voltage of the output voltage control transistor 4 does not require a large current supply capability. Can be controlled.
(Embodiment 2)
A regulator according to
図3は本実施の形態2のレギュレータの構成を示すブロック図である。本実施の形態2のレギュレータは、図3に示すように、カレントミラー3に並列にトランジスタ10を追加することで、カレントミラー3におけるトランジスタと同一の電流がトランジスタ10にも流れる。さらに、トランジスタ10とグランド間に、モニタ電圧発生用負荷として設けられた抵抗11に電流が流れることにより、その抵抗11の両端に端子電圧が発生する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the regulator according to the second embodiment. In the regulator according to the second embodiment, as shown in FIG. 3, by adding a
この抵抗11に発生する電圧は、本実施の形態のレギュレータに入力される制御信号9に対して一定の関数を持つことになる。つまり、抵抗11の両端に生じる電位V1は、
V1=Vin*A(x)
のように、制御信号9による入力信号Vinに、ある関数A(x)を掛け合わせた関係式で表すことができる。
The voltage generated in the resistor 11 has a constant function with respect to the
V1 = Vin * A (x)
As described above, it can be expressed by a relational expression obtained by multiplying the input signal Vin by the
上記式を用いて、抵抗11によりモニタ側で発生する電圧とレギュレータの出力側で制御を行う出力信号7による電圧とが同じになるような抵抗値を算出し、その抵抗値を抵抗11の値とする。従って、何らかの原因で負荷5の状態が変化して、出力電圧制御トランジスタ4における出力信号7の電圧が異常値を示した時、出力信号7の電圧は、負荷5に大電流が流れるため、出力信号7の電圧値が下がってくる。しかし、モニタ信号12の電圧は、抵抗11がレギュレータ内で構成されているため、レギュレータ外からの影響を受けにくく、常に一定の電圧値となっている。
Using the above equation, a resistance value is calculated so that the voltage generated on the monitor side by the resistor 11 and the voltage by the
以上の結果、負荷5が異常状態になったとき出力信号7とモニタ信号12に電位差が発生することになり、この電位差を用いれば、制御信号9である入力信号を出力信号7の異常が低減する方向に抑えることや、あるいは、レギュレータの出力電流に制限をかけることなどの制御を行うことができるようになる。
As a result, when the
本発明のレギュレータは、電流供給能力の高いOPアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができるもので、安定化制御の高速化および負荷への大電流供給が要求されるレギュレータ等に適用できる。 The regulator according to the present invention can control the output voltage at high speed and supply a large current to the load without using an OP amplifier having a high current supply capability. It can be applied to regulators and the like that require current supply.
1 オペアンプ(OPアンプ)
2 電流制御部
3 カレントミラー
4 出力電圧制御トランジスタ
5 負荷
6 帰還関数手段
7 出力信号
8 帰還信号
9 制御信号
10 トランジスタ
11 モニタ電圧発生用負荷(抵抗)
12 モニタ信号
T2 電流制御トランジスタ
1 Operational amplifier (OP amplifier)
2
12 Monitor signal T2 Current control transistor
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004295485A JP2006107295A (en) | 2004-10-08 | 2004-10-08 | Regulator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004295485A JP2006107295A (en) | 2004-10-08 | 2004-10-08 | Regulator |
Publications (1)
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JP2006107295A true JP2006107295A (en) | 2006-04-20 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2004295485A Pending JP2006107295A (en) | 2004-10-08 | 2004-10-08 | Regulator |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006107295A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020072399A (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | ローム株式会社 | Differential amplifier |
-
2004
- 2004-10-08 JP JP2004295485A patent/JP2006107295A/en active Pending
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JP2020072399A (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | ローム株式会社 | Differential amplifier |
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