JP2007219861A - ボルテージレギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で精度よくリーク電流を検出することが可能なボルテージレギュレータを提供する。
【解決手段】電源端子と出力端子の間に接続された出力トランジスタＭ３０と同じタイプのリーク電流モニタ用トランジスタＭ４１が出力端子と抵抗ＲＡの間に接続され、その抵抗ＲＡのもう一方の端子はＧＮＤ端子に接続され、出力トランジスタＭ３０のリーク電流をＧＮＤ端子に流す機能を有する、ＩＣ化されたリーク電流検出回路４０を備えたボルテージレギュレータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボルテージレギュレータに関する。詳しくは、出力トランジスタのリーク電流を吸収するボルテージレギュレータに関するものである。

図４は従来例に係るボルテージレギュレータの構成図である。ボルテージレギュレータは、基準電圧回路１１、差動増幅回路２１、出力ドライバＭ３０、抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。
出力端子（ＶＯＵＴ）に接続されたシステムがスリープ状態の場合、ボルテージレギュレータの出力電流はゼロである。このような条件下で出力ドライバＭ３０にリークが合った場合、Ｍ３０のリーク電流が（出力電圧）／（Ｒ１＋Ｒ２）で決まる電流値を超えなければ、リーク電流は抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してＧＮＤ端子に流れ込む。

しかし出力ドライバＭ３０のリーク電流量が（出力電圧）／（Ｒ１＋Ｒ２）を超えると出力ドライバＭ３０のゲート／ソース間電圧（Ｖｇｓ）を小さくしＭ３０をオフさせても、リーク電流の全てをＧＮＤ端子に流し込むことができず、リーク電流の一部はボルテージレギュレータＩＣ外部に電圧安定化のために設けられた図示しないコンデンサに充電され、出力電圧が上昇する。
このような出力ドライバＭ３０のリークは主にチップ温度の上昇によって増加する。またリーク電流はトランジスタの微細化によって増加する。微細化されたプロセスを用いたボルテージレギュレータにおいて、高温環境下で出力電流ゼロの時の出力電圧上昇が課題であった。またＩＣ内部における簡単な構成で対策することが望まれていた。
本発明は、簡単な構成で精度よくリーク電流を検出して、吸収することが可能なボルテージレギュレータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、出力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を備えたボルテージレギュレータであって、前記出力トランジスタの出力端子とＧＮＤ間に抵抗を介して接続されたリーク電流モニタ用トランジスタと、前記抵抗に流れるリーク電流により発生する電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記出力端子の電流をグランドにバイパスするバイパストランジスタと、を備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記リーク電流モニタ用トランジスタの諸特性は、前記出力トランジスタの諸特性と同じになるように選択されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記リーク電流モニタ用トランジスタのゲート長が前記出力トランジスタのゲート長よりも小さいか又は同じであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記リーク電流モニタ用トランジスタが前記出力トランジスタと同一フィールド内に存在することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記リーク電流モニタ用トランジスタがｎｐｎバイポーラトランジスタであることを特徴とする。

本発明のボルテージレギュレータは、電源端子と出力端子の間に接続された出力トランジスタと同じタイプのリーク電流モニタ用トランジスタが出力端子と抵抗の間に接続され、その抵抗のもう一方の端子はＧＮＤ端子に接続され、出力トランジスタのリーク電流をＧＮＤ端子に流す機能を有する、ＩＣ化されたリーク電流検出回路を備えたので、簡単な構成で精度よくリーク電流を検出することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。出力ドライバＭ３０、Ｍ４１は同じタイプのＰｃｈトランジスタで、出力ドライバＭ４２はＮｃｈトランジスタである。以下、出力ドライバを省略してＭ３０、Ｍ４１、Ｍ４２と称する。
Ｍ４１をＭ３０に隣接または同一フィールド内に配置することにより、Ｍ３０とＭ４１のしきい値、両者の加工精度は同等となり、特性も似たものになる。これによってチップ温度が高温になり、Ｍ３０にリーク電流が発生するとＭ４１にもリーク電流が発生する。つまりＭ４１は出力トランジスタのリーク電流をモニタする働きを持つ。
Ｍ４１のリーク電流は抵抗ＲＡを介してＧＮＤ端子に流れ込み、Ｍ４２のゲート電圧が上昇する。Ｍ４１のリーク電流が増えるとＭ４２のゲート電圧は上昇し、Ｍ４２のしきい値電圧を超えると出力端子から抵抗ＲＢ、Ｍ４２を介して電流が流れる。

Ｍ３０のリーク電流量が（出力電圧）／（Ｒ１＋Ｒ２）を超え、リーク電流の一部が、ボルテージレギュレータＩＣ外部に電圧安定化のために設けられたコンデンサに充電され、出力電圧が上昇し始める前に、Ｍ４２がオンするようにＭ４１のゲート幅、ＲＡの抵抗値を選ぶ。そうすると、Ｍ３０のリーク電流はリーク電流吸収回路４０を介してＧＮＤ端子に流れ込み、出力電流の上昇を防ぐことができる。またリーク電流吸収回路４０が吸収する電流は抵抗ＲＢで調整できる。

図２は本発明の第２の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。図２に示す第２の実施形態では、ＮｃｈトランジスタのＭ４２をＰｃｈトランジスタのＭ４３に置き換えている。
Ｍ４１はＭ３０に隣接または同一フィールド内に配置することが望ましい。リーク電流量はゲート幅に比例し、問題となるリーク電流量は数ｕＡ〜数十ｕＡのオーダーである。出力トランジスタは十分な電流駆動能力を持たせるためにゲート幅が大きく面積も大きい。

図１、図２のＭ４１の面積は小さい方が好ましいが、小さいとリーク電流量も小さくなってしまい抵抗ＲＡの抵抗値を数メガΩ以上の値にする必要がある。しかし、必ずしもＭ３０とＭ４１のゲート長は同じである必要は無く、Ｍ４１のゲート長の方がＭ３０のゲート長より小さくてもよい。
そうするとＭ４１はＭ３０よりもリークしやすくなるのでＲＡの抵抗値を小さくできる。図１のＭ４２のサイズとＲＢの抵抗値、図２のＭ４２のサイズとＲＣの抵抗値はＭ３０のリーク電流量に合わせて適切に調整すればよい。

図３は本発明の第３の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。図１のＭＯＳトランジスタＭ４２の代わりにｎｐｎバイポーラトランジスタによる出力ドライバＭ４４を用いている。Ｍ４１にリーク電流が発生するとＭ４４のベース電圧が上昇し、ベースエミッタ間電圧が約０．６Ｖになるとベース電流が流れＭ４４はオンする。
これによって出力端子から抵抗ＲＢとＭ４４を介してリーク電流はＧＮＤ端子に流れ込む。Ｍ３０のリーク電流量が（出力電圧）／（Ｒ１＋Ｒ２）を超え、リーク電流の一部がボルテージレギュレータＩＣ外部に電圧安定化のために設けられたコンデンサに充電され、出力電圧が上昇し始める前にＭ４４がオンするようにＭ４１のゲート幅、ＲＡの抵抗値を選べばよい。図１に示す第１の実施形態と同様にリーク電流吸収回路４０が吸収する電流は抵抗ＲＢで調整できる。

本発明のボルテージレギュレータは、出力トランジスタと同じタイプのリーク電流モニタ用トランジスタをリーク電流のモニタとしてリーク電流吸収回路を構成しているので精度良くリーク電流を検出することが可能である。
また、リーク電流モニタ用トランジスタのゲート長を出力トランジスタのゲート長よりも小さくすることで、リーク電流モニタ用のトランジスタの面積を小さくすることができる。
また、同一ＩＣ内であっても距離が離れていれば温度に差があるため、出力トランジスタとリーク電流モニタ用トランジスタを隣接させたり、同一フィールド内に配置することで温度差を小さくすることができ、リーク電流モニタ精度を高めることができる。
また、リーク電流モニタ用トランジスタをｎｐｎバイポーラトランジスタとすることで、リーク電流に依存して動作するリーク電流吸収回路に好適なものとなる。

本発明の第１の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るボルテージレギュレータの構成図である。 従来例に係るボルテージレギュレータの構成図である。

符号の説明

Ｍ３０ 出力トランジスタ
Ｍ４１ リーク電流モニタ用トランジスタ
ＲＡ 抵抗
４０ リーク電流吸収回路

Claims (5)

1. 出力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を備えたボルテージレギュレータであって、
   前記出力トランジスタの出力端子とＧＮＤ間に抵抗を介して接続されたリーク電流モニタ用トランジスタと、前記抵抗に流れるリーク電流により発生する電圧が所定の閾値を超えた場合に、前記出力端子の電流をグランドにバイパスするバイパストランジスタと、を備えたことを特徴とするボルテージレギュレータ。
2. 前記リーク電流モニタ用トランジスタの諸特性は、前記出力トランジスタの諸特性と同じになるように選択されることを特徴とする請求項１に記載のボルテージレギュレータ。
3. 前記リーク電流モニタ用トランジスタのゲート長が前記出力トランジスタのゲート長よりも小さいか又は同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載のボルテージレギュレータ。
4. 前記リーク電流モニタ用トランジスタが前記出力トランジスタと同一フィールド内に存在することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のボルテージレギュレータ。
5. 前記リーク電流モニタ用トランジスタがｎｐｎバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のボルテージレギュレータ。

Images