JP2008310491A - Constant voltage power circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電圧電源回路に係り、特に、出力段に用いられるパワートランジスタの寄生容量に起因する過渡応答特性の遅れの改善等を図ったものに関する。 The present invention relates to a constant voltage power supply circuit, and more particularly to a circuit for improving a delay of a transient response characteristic caused by a parasitic capacitance of a power transistor used in an output stage.
従来、この種の定電圧電源回路としては、例えば、図5に示された構成のものが一般に良く知られている。
以下、図5を参照しつつ、この従来の定電圧電源回路について説明すれば、この定電圧電源回路は、出力電圧と基準電圧Vrefとの差を検出するエラーアンプ101Aと、このエラーアンプ101Aの出力を増幅するドライバー段102Aと、このドライバー段102Aにより、駆動される終段部104Aとに大別されてなるものである。
終段部104Aは、MOS型電界効果トランジスタ(MOS FET)によるパワートランジスタM9と、このパワートランジスタM9のドレインとグランドとの間に直列接続されて設けられた2つの帰還抵抗器R1,R2を有して構成されたものとなっている。
Conventionally, as this type of constant voltage power supply circuit, for example, the one shown in FIG. 5 is generally well known.
Hereinafter, the conventional constant voltage power supply circuit will be described with reference to FIG. 5. The constant voltage power supply circuit includes an
The
そして、出力電圧V0を帰還抵抗器R1,R2によって分圧した電圧が、エラーアンプ101Aの入力段へ帰還入力され、基準電圧Vrefとの差が無くなるように出力電圧V0がフィードバック制御されることで、安定化がなされるように構成されたものとなっている。
かかる構成の定電圧電源回路において、最大出力電流は、パワートランジスタM9のトランジスタサイズによって定まり、また、エラーアンプ101Aやドライバー段102Aに流れる電流は、消費電流となるが、大きな出力電流の確保と、低消費電流化は、今後、益々重傷な技術的課題とされる傾向にある。
なお、この種の定電圧電源回路としては、例えば、特許文献1等において開示されたものがある。
The voltage obtained by dividing the output voltage V0 by the feedback resistors R1 and R2 is fed back to the input stage of the
In the constant voltage power supply circuit having such a configuration, the maximum output current is determined by the transistor size of the power transistor M9, and the current flowing through the
An example of this type of constant voltage power supply circuit is disclosed in Patent Document 1 and the like.
しかしながら、出力電流の大電流化に伴うパワートランジスタのトランジスタサイズを大きくすると、寄生容量が増加し、その結果、過渡応答が遅くなるという問題を招く。
この過渡応答の遅延は、次のように説明することができるものである。
まず、従来回路において、パワートランジスタM9の出力電圧V0は、ドライバー段102Aの出力電圧Vp1によって制御されるようになっている。
すなわち、負荷が急激に変動した場合、ドライバー段102Aの出力電圧Vp1を介して、パワートランジスタM9の駆動電圧であるゲート・ソース間電圧Vgs9(=VIN−Vp1)も、出力電圧V0を安定させるよう変動させる必要がある。
かかるVgs9の変動は、パワートランジスタM9の寄生容量Cg(図5参照)への充放電を伴うものとなっている。
However, when the transistor size of the power transistor is increased as the output current increases, the parasitic capacitance increases, resulting in a problem that the transient response is delayed.
This transient response delay can be explained as follows.
First, in the conventional circuit, the output voltage V0 of the power transistor M9 is controlled by the output voltage Vp1 of the
That is, when the load fluctuates rapidly, the gate-source voltage Vgs9 (= VIN−Vp1), which is the drive voltage of the power transistor M9, also stabilizes the output voltage V0 via the output voltage Vp1 of the
Such fluctuation of Vgs9 is accompanied by charging / discharging of the parasitic capacitance Cg (see FIG. 5) of the power transistor M9.
例えば、負荷が軽負荷となりパワートランジスタM9の駆動電圧Vgs9を小さくする場合、すなわち、ドライバー段102Aの出力電圧Vp1を上昇させる場合、過渡的にドライバー段102Aの入力素子M1(PチャンネルMOS FET)が、パワートランジスタM9の寄生容量を充電することとなる。
一方、負荷が重負荷となり、パワートランジスタM9の駆動電圧Vgs9を大きくする場合、すなわち、ドライバー段102Aの出力電圧Vp1を下降させる場合、ドライバー段102Aの電流源負荷M2(NチャンネルMOS FET)が、過渡的にパワートランジスタM9の寄生容量の電荷を放電させることとなる。
この際、電流源負荷M2は、定電流源として機能し、定電流放電となるため、その放電にはある程度の時間を要する。
For example, when the load is light and the drive voltage Vgs9 of the power transistor M9 is reduced, that is, when the output voltage Vp1 of the
On the other hand, when the load becomes heavy and the drive voltage Vgs9 of the power transistor M9 is increased, that is, when the output voltage Vp1 of the
At this time, the current source load M2 functions as a constant current source and performs a constant current discharge, so that a certain amount of time is required for the discharge.
図5に示された従来回路において、例えば、急激な負荷変動が生じ、出力電流がIo1からIo2(Io1<Io2)に変化したと仮定する。定電圧電源回路は、負荷に多くの電流を供給して出力電圧V0を一定に保つように動作するため、パワートランジスタM9のゲート・ソース間電圧Vgs9は、負荷変動に追従してVgs1からVgs2(|Vgs1|<|Vgs2|)へ変更されなければならない。そして、このゲート・ソース間電圧Vgs9がVgs1からVgs2への変更される間は、先に述べたように電流負荷M2による定電流放電が行われることとなる。 In the conventional circuit shown in FIG. 5, for example, it is assumed that a sudden load fluctuation occurs and the output current changes from Io1 to Io2 (Io1 <Io2). Since the constant voltage power supply circuit operates to supply a large amount of current to the load and keep the output voltage V0 constant, the gate-source voltage Vgs9 of the power transistor M9 follows the load variation from Vgs1 to Vgs2 ( | Vgs1 | <| Vgs2 |). Then, while the gate-source voltage Vgs9 is changed from Vgs1 to Vgs2, constant current discharge by the current load M2 is performed as described above.
一方、エラーアンプ101Aの出力に接続されているドライバー段102Aの入力素子M1は、通常サイズのゲートを有するMOS FETであるため、寄生容量の影響も無く、高速に応答する。それに比べて、ドライバー段102Aの出力には、パワートランジスタM9のゲートが接続されており、大きな出力容量が接続されたと等価となる。
この容量は、先に述べたように、電流源負荷M2によって一定電流で放電されるために、その放電には時間を要する。
On the other hand, since the input element M1 of the
As described above, since this capacity is discharged at a constant current by the current source load M2, the discharge takes time.
ここで、簡単のためパワートランジスタM9のドレイン・ソース間電圧VDSが変化しないとして単純な定電流放電回路を想定すると、上述のような放電に要する時間tdは、下記するように概算できる。 Here, for the sake of simplicity, assuming a simple constant current discharge circuit assuming that the drain-source voltage VDS of the power transistor M9 does not change, the time td required for the above-described discharge can be estimated as follows.
まず、出力電流Io1を流すために必要な駆動電圧Vgs1と、出力電流Io2を流すために必要な駆動電圧Vgs2は、下記する式1、式2で表される。
First, the drive voltage Vgs1 necessary for flowing the output current Io1 and the drive voltage Vgs2 necessary for flowing the output current Io2 are expressed by the following
Vgs1={(2×Io1)/β}1/2+Vth・・・式1 Vgs1 = {(2 × Io1) / β} 1/2 + Vth Equation 1
Vgs2={(2×Io2)/β}1/2+Vth・・・式2
Vgs2 = {(2 × Io2) / β} 1/2 +
ここで、Vthは、MOSトランジスタの閾値であり、βは、下記する式3で表される。
Here, Vth is a threshold value of the MOS transistor, and β is expressed by
β=μ・Cox・(W/L)・・・式3
β = μ · Cox · (W / L)
なお、式3において、μはキャリアの移動度、Coxは単位面積当たりのゲート容量、Wはチャンネル幅、Lはチャンネル長である。
In
一般に、キャパシタCを定電流Iにより充放電した場合、キャパシタ電極間に電圧Vが発生するに要する時間tは、下記する式4によって表すことができる。 In general, when the capacitor C is charged and discharged with the constant current I, the time t required for the voltage V to be generated between the capacitor electrodes can be expressed by the following equation (4).
t=V・C/I・・・式4 t = V · C / I Equation 4
パワートランジスタM9の寄生容量に対する充放電も同様に考えて、パワートランジスタM9の駆動電圧Vgs9が、Vgs1からVgs2に変更される間に伴う定電流放電に必要な時間tdは、下記する式5により表される。 Considering charging / discharging of the parasitic capacitance of the power transistor M9 in the same manner, the time td required for constant current discharge while the drive voltage Vgs9 of the power transistor M9 is changed from Vgs1 to Vgs2 is expressed by the following equation (5). Is done.
td={(|Vgs2|−|Vgs1|)・Cg}/Id・・・式5 td = {(| Vgs2 | − | Vgs1 |) · Cg} / Id Formula 5
ここで、CgはパワートランジスタM9のゲート端子容量であり、Idは、電流源負荷M2が出力する定電流値である。
したがって、出力電流がIo1からIo2に変更される間に伴う定電流放電に必要な時間は、下記する式6により表される。
Here, Cg is the gate terminal capacitance of the power transistor M9, and Id is a constant current value output from the current source load M2.
Accordingly, the time required for constant current discharge while the output current is changed from Io1 to Io2 is expressed by the following equation (6).
td={(2/β)1/2(Io21/2−Io11/2)・Cg}/Id・・・式6
td = {(2 / β) 1/2 (Io2 1/2 −Io1 1/2 ) · Cg} /
例えば、β=1(A/V2)、Cg=100(pF)、Io1=10(mA)、Io2=500(mA)、Id=5(μA)とすれば、式6より、td=17.2(μs)となる。
このtd時間中、出力電圧V0が負荷変動に追求できずに下降する。したがって、放電に長い時間を要する程、出力電圧V0は大きく低下することになる。
For example, if β = 1 (A / V 2 ), Cg = 100 (pF), Io1 = 10 (mA), Io2 = 500 (mA), Id = 5 (μA), from
During this time td, the output voltage V0 falls without being able to pursue the load fluctuation. Therefore, the output voltage V0 greatly decreases as the discharge takes a longer time.
このような定電圧電源回路において、出力電流能力を得るため、出力段104AのパワートランジスタM9のアスペクト比W/Lを大きくすると、式3によりβがアスペクト比に比例して大となる。また、一般的なMOSトランジスタの場合、ゲート端子容量Cgもアスペクト比に比例して大となると考えられるため、結果として放電時間tdは、アスペクト比の平方根に比例することとなる。したがって、パワートランジスタのサイズと放電時間の間に、トレードオフが生ずることとなる。
すなわち、定電流値Idを大きくすれば、放電時間が短くなり、出力電圧V0の低下の度合いは改善する。しかし、ドライバー段102Aのバイアス状態が変わるために、メインループ、すなわち、帰還ループの再調整が必要となることに加えて、定電流値Idを大きくした分、消費電流の増加となるため、低消費電力化を阻害するという問題がある。
In such a constant voltage power supply circuit, when the aspect ratio W / L of the power transistor M9 of the
That is, if the constant current value Id is increased, the discharge time is shortened and the degree of decrease in the output voltage V0 is improved. However, since the bias state of the
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、消費電流の増加を伴うことなく、出力トランジスタの過渡応答遅れを改善することができ、出力電圧の変動の小さな定電圧電源回路を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a constant voltage power supply circuit that can improve the transient response delay of the output transistor without increasing the current consumption, and has a small output voltage fluctuation. It is.
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る定電圧電源回路は、
基準電圧と出力電圧に対応した帰還電圧との差を出力するよう構成されてなるエラーアンプと、
前記エラーアンプの出力電圧を増幅、出力する第1のドライバー段と、
当該第1のドライバー段により駆動されるパワートランジスタ及び当該パワートランジスタに直列接続された分圧抵抗器を有してなる出力段と、
を具備し、
前記分圧抵抗器により分圧された出力電圧が前記帰還電圧としてエラーアンプへ帰還されて、出力電圧の定電圧化が可能に構成されてなる定電圧電源回路であって、
前記第1のドライバー段と共に第2のドライバー段が設けられ、
前記第1のドライバー段は、ソース接地されて前記エラーアンプの出力を増幅する第1のドライバー段用電界効果トランジスタと、当該第1のドライバー段用電界効果トランジスタの電流源負荷とを有し、出力電圧が前記パワートランジスタのゲートに印加されるよう構成されてなる一方、
前記第2のドライバー段は、ソース接地されて前記エラーアンプの出力を増幅する第2のドライバー段用電界効果トランジスタと、当該第2のドライバー段用電界効果トランジスタの電流源負荷とを有してなり、
前記第1のドライバー段の出力電圧と第2のドライバー段の出力電圧との差に基づいて、前記パワートランジスタの寄生容量の放電経路を形成可能に構成されてなる制御回路が設けられてなるものである。
かかる構成において、前記制御回路は、PチャンネルMOS型電界効果トランジスタを用いてなり、ゲートには前記第2のドライバー段の出力電圧が、ソースには前記第1のドライバー段の出力電圧が、それぞれ印加される一方、ドレインがグランドに接続され、サブストレートに入力電圧が印加されるよう構成されたものが好適である。
In order to achieve the above object of the present invention, a constant voltage power supply circuit according to the present invention comprises:
An error amplifier configured to output a difference between a reference voltage and a feedback voltage corresponding to the output voltage;
A first driver stage for amplifying and outputting the output voltage of the error amplifier;
An output stage comprising a power transistor driven by the first driver stage and a voltage dividing resistor connected in series to the power transistor;
Comprising
The output voltage divided by the voltage dividing resistor is fed back to the error amplifier as the feedback voltage, and is a constant voltage power supply circuit configured to be able to make the output voltage constant,
A second driver stage is provided together with the first driver stage;
The first driver stage includes a first driver stage field effect transistor that is grounded to amplify the output of the error amplifier, and a current source load of the first driver stage field effect transistor, While the output voltage is configured to be applied to the gate of the power transistor,
The second driver stage includes a second driver stage field effect transistor that is grounded to amplify the output of the error amplifier, and a current source load of the second driver stage field effect transistor. Become
Provided with a control circuit configured to be able to form a discharge path of the parasitic capacitance of the power transistor based on the difference between the output voltage of the first driver stage and the output voltage of the second driver stage It is.
In such a configuration, the control circuit uses a P-channel MOS field effect transistor, the output voltage of the second driver stage is the gate, the output voltage of the first driver stage is the source, On the other hand, it is preferable that the drain is connected to the ground and the input voltage is applied to the substrate.
本発明によれば、簡易な構成により、過渡応答時に出力段を構成するパワートランジスタの応答遅れが検出でき、その検出結果によって、パワートランジスタの寄生容量の放電を促進する経路を形成できるので、パワートランジスタの過渡応答時の応答遅れを解消し、出力電圧の変動の小さな定電圧電源回路を提供することができるという効果を奏するものである。 According to the present invention, the response delay of the power transistor constituting the output stage can be detected during a transient response with a simple configuration, and the detection result can form a path that promotes the discharge of the parasitic capacitance of the power transistor. This is advantageous in that a delay in response during the transient response of the transistor can be eliminated and a constant voltage power supply circuit with small fluctuations in output voltage can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図4を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における定電圧電源回路の基本構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における定電圧電源回路は、エラーアンプ101と、第1及び第2のドライバー段(図1においては、それぞれ「D1」、「D2」と表記)102,103と、制御回路(図1においては「A」と表記)105と、出力段104とに大別されて構成されてなるものである。
かかる定電圧電源回路は、第2のドライバー段103及び制御回路105を除けば、従来のこの種の定電圧電源回路と基本的に同一の構成を有するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, a basic configuration example of a constant voltage power supply circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The constant voltage power supply circuit according to the embodiment of the present invention includes an
Such a constant voltage power supply circuit has basically the same configuration as this type of conventional constant voltage power supply circuit except for the
エラーアンプ101は、差動増幅動作をなすよう設けられたエラーアンプ用第1及び第2のMOS型電界効果トランジスタ(図1においては、それぞれ「M5」、「M6」と表記)1,2を中心に差動増幅器が構成されたものである。なお、以下、MOS型電界効果トランジスタを「MOSトランジスタ」と称する。
本発明の実施の形態においては、エラーアンプ用第1及び第2のMOSトランジスタ1,2には、NチャンネルMOSトランジスタが用いられている。
The
In the embodiment of the present invention, N-channel MOS transistors are used as the error amplifier first and
かかるエラーアンプ101において、エラーアンプ用第1のMOSトランジスタ1のゲートには、基準電圧Vrefが印加されている一方、エラーアンプ用第2のMOSトランジスタ2のゲートには、安定化出力電圧V0の分圧電圧が帰還電圧として印加されるようになっている。
そして、基準電圧Vrefと帰還電圧との差が、エラーアンプ用第2のMOSトランジスタ2のドレインに得られるようになっている。
なお、エラーアンプ101において、エラーアンプ用第1及び第2のPチャンネルMOSトランジスタ23,24によりカンレントミラー回路が構成された部分は、差動接続されたエラーアンプ用第1及び第2のMOSトランジスタ1,2に対して、負荷となっており、また、エラーアンプ用第3のNMOSトランジスタ25は、エラーアンプ用第1及び第2のMOSトランジスタ1,2に対して、電流源として機能するものとなっている。
In the
A difference between the reference voltage Vref and the feedback voltage is obtained at the drain of the
In the
第1のドライバー段102は、第1のドライバー段用PチャンネルMOSトランジスタ(図1においては「M1」と表記)3と、第1のドライバー段用NチャンネルMOSトランジスタ(図1においては「M2」と表記)4とを具備して構成されたものとなっている。なお、以下の説明において、便宜上、PチャンネルMOSトランジスタを「PMOSトランジスタ」と、NチャンネルMOSトランジスタを「NMOSトランジスタ」と、それぞれ称する。
この第1のドライバー段102において、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3と第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4は、入力電圧端子21とグランドとの間に直列接続されて設けられており、第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4は、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3の電流源負荷として機能するものとなっている。
The
In the
すなわち、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3は、ソースが入力電圧端子21に接続される一方、ドレインは、第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のドレインと接続され、この第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のソースは、グランドに接続されたものとなっている。
そして、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3のゲートは、エラーアンプ101のシングルエンド出力端であるエラーアンプ用第2のMOSトランジスタ2のドレインに接続されている。また、第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のゲートは、定電流源11に接続されている。
かかる接続により、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3と第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4は、ソース接地回路のドライバーとして機能するようになっている。
In other words, the first driver
The gate of the first driver
With this connection, the first driver
なお、定電流源11は、その一端が入力電圧端子21に接続される一方、他端が定電流源用NMOSトランジスタ(図1においては「M8」と表記)12のドレイン及びゲートに接続されている。そして、この定電流源11と定電流源用NMOSトランジスタ12のドレイン及びゲートとの接続点には、第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のゲートが接続されたものとなっている。
The constant
第2のドライバー段103は、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ(図1においては「M10」と表記)5と、第2のドライバー段用NMOSトランジスタ(図1においては「M11」と表記)6とを具備して構成されたものとなっており、その構成は、基本的に上述した第1のドライバー段102と同一である。
The
すなわち、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ5は、ソースが入力電圧端子21に接続される一方、ドレインは、第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6のドレインと接続され、この第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6のソースは、グランドに接続されたものとなっている。
そして、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ5のゲートは、エラーアンプ101のシングルエンド出力端であるエラーアンプ用第2のMOSトランジスタ2のドレインに接続される一方、第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6のゲートは、定電流源11と定電流源用NMOSトランジスタ12との接続点に接続されている。
In other words, the second driver
The gate of the second driver
かかる接続により、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ5と第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6は、ソース接地回路のドライバーとして機能するようになっており、第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6は、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ5の電流源負荷として機能するものとなっている。
なお、この第2のドライバー段103は、出力電圧Vp2が定常状態において、入力電圧端子21に外部から印加される入力電圧VINに等しくなるように、バイアスが調整されたものとなっている。
With this connection, the second driver
In the
出力段104は、PMOSトランジスタによるパワートランジスタ(図1においては「M9」と表記)7と、第1及び第2の帰還抵抗器8,9を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
パワートランジスタ7は、ソースが入力電圧端子21に接続される一方、ドレインとグランドとの間には、ドレイン側から第1及び第2の帰還抵抗器8,9が直列接続されて設けられており、パワートランジスタ7と第1の帰還抵抗器8との接続点には、安定化された安定化出力電圧V0が得られるようになっている。
The
The power transistor 7 has a source connected to the
また、パワートランジスタ7のゲートは、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3のドレインと第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のドレインとの接続点に接続されている。
一方、第1及び第2の帰還抵抗器8,9の相互の接続点は、エラーアンプ101を構成するエラーアンプ用第2のMOSトランジスタ2のゲートに接続されている。かかる構成により、第1及び第2の帰還抵抗器8,9によって安定化出力電圧V0が分圧され、第2の帰還抵抗器9の電圧降下分としての分圧電圧が、安定化出力電圧V0に応じた電圧としてエラーアンプ101へフィードバックされるようになっている。
なお、図1において符号Aが付された部分は、第1及び第2のドライバー段102,103の出力信号の差に応じてパワートランジスタ7の充放電を改善するための制御回路を示したものである(詳細は後述)。
The gate of the power transistor 7 is connected to the connection point between the drain of the first driver
On the other hand, the connection point between the first and
In FIG. 1, the part denoted by A represents a control circuit for improving the charge / discharge of the power transistor 7 in accordance with the difference between the output signals of the first and second driver stages 102 and 103. (Details will be described later).
次に、かかる構成において、特に、第1及び第2のドライバー段102,103の動作、機能について図2及び図3を参照しつつ説明する。
まず、図2に示された回路は、説明の便宜上、図1において符号Aが付されたブロックを省略したもので、この点を除けば、図1と基本的に同一のものである。
また、図3には、以下に説明する動作状態における出力電流の変化を概略的に示す波形図(図3(A))と、第1及び第2のドライバー段102,103の出力電圧Vp1,Vp2の変化を概略的に示す波形図(図3(B))が、それぞれ示されている。
Next, in this configuration, the operation and function of the first and second driver stages 102 and 103 will be described with reference to FIGS.
First, for convenience of explanation, the circuit shown in FIG. 2 is the same as FIG. 1 except that the block denoted by A in FIG. 1 is omitted.
FIG. 3 also shows a waveform diagram (FIG. 3A) schematically showing a change in output current in the operating state described below, and output voltages Vp1,1 of the first and second driver stages 102 and 103. Waveform diagrams (FIG. 3B) schematically showing changes in Vp2 are shown.
最初に、負荷が急激に重くなった場合、すなわち、換言すれば、出力電流がIo1からIo2(Io1<Io2)へ急増した場合(図3(A)の時刻t1の箇所参照)を想定する。この場合、エラーアンプ101の出力電圧Vp3は、急激に上昇し、その急激な変化に伴い、第1のドライバー段102の出力電圧Vp1は、急激に下降しなければならないが、パワートランジスタ7の寄生容量の電荷を放電しなければ、第1のドライバー段102の出力電圧Vp1は、急激に下降することができず、徐々に下降することとなる(図3(B)参照)。
すなわち、寄生容量の放電は、定電流で行われるため時間を要し、それ故、過渡応答遅れtd(図3(B)参照)が生ずる。
First, it is assumed that the load suddenly increases, that is, the case where the output current suddenly increases from Io1 to Io2 (Io1 <Io2) (see the location at time t1 in FIG. 3A). In this case, the output voltage Vp3 of the
That is, the discharge of the parasitic capacitance takes time because it is performed at a constant current, and therefore, a transient response delay td (see FIG. 3B) occurs.
一方、出力がパワートランジスタ7に接続されていない第2のドライバー段103の出力電圧Vp2は、定常状態において入力電圧VINとなるように回路定数の設定がなされているが、エラーアンプ101の出力電圧Vp3の急激な上昇に伴い、第1のドライバー段102の出力電圧Vp1と異なり、出力電圧Vp2は急激に降下することとなる(図3(B)参照)。
そのため、かかる状態にあって、第1のドライバー段102の出力電圧Vp1と第2のドライバー段103の出力電圧Vp2の差は、(Vp1−Vp2)となる。すなわち、パワートランジスタ7の寄生容量による動作遅れが生じている状態は、(Vp1−Vp2)>0と表現することができる。
On the other hand, the circuit constant is set so that the output voltage Vp2 of the
Therefore, in this state, the difference between the output voltage Vp1 of the
したがって、第1のドライバー段102に加えて、ソース接地回路を用いてなる第2のドライバー段103を設けることによって、寄生容量による動作遅れが発生している状態を、2つのドライバー段102,103の出力電圧の差として検出することが可能となる。
そして、パワートランジスタ7の寄生容量の充放電を促進する制御回路を設けることにより、上述のような過渡応答の遅れを改善することが可能となる。例えば、図1において符号Aで示されたブロック105は、このような制御回路を想定したものである。
Therefore, in addition to the
Then, by providing a control circuit that promotes charging / discharging of the parasitic capacitance of the power transistor 7, it is possible to improve the delay of the transient response as described above. For example, the
次に、より具体的な回路構成例について、図4を参照しつつ説明する。
なお、図1及び図2に示された構成例における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この回路構成例は、特に、パワートランジスタ7の寄生容量の充放電を促進するための制御回路105の具体的な回路構成を示したものである。
以下、具体的に説明すれば、この構成例における制御回路105は、制御回路用PMOSトランジスタ(図4においては「M12」と表記)15を用いて構成されたものとなっている。
Next, a more specific circuit configuration example will be described with reference to FIG.
The same components as those in the configuration example shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and different points will be mainly described below.
This circuit configuration example particularly shows a specific circuit configuration of the
More specifically, the
すなわち、制御回路用PMOSトランジスタ15は、そのソースが第1のドライバー段102の出力端、すなわち、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3ドレインと第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のドレインとの接続点に接続されて、出力電圧Vp1が印加されるようになっている。
また、制御回路用PMOSトランジスタ15は、そのドレインがグランドに接続される一方、サブストレートが、入力電圧端子21に接続されたものとなっている。
さらに、制御回路用PMOSトランジスタ15のゲートは、第2のドライバー段103の出力端、すなわち、第2のドライバー段用PMOSトランジスタ5ドレインと第2のドライバー段用NMOSトランジスタ6のドレインとの接続点に接続されて、出力電圧Vp2が印加されるようになっている。
That is, the source of the control
The control
Further, the gate of the control
次に、かかる構成における制御回路105の動作について説明する。
最初に、定常状態においては、(Vp1−Vp2)<0となるため、制御回路用PMOSトランジスタ15は、カットオフとなり、従来回路と基本的に変わることのない定電圧電源回路としての作用、動作が実現される。
Next, the operation of the
First, since (Vp1−Vp2) <0 in the steady state, the control
これに対して、負荷が急激に重負荷となったと仮定すると、先に述べたように、パワートランジスタ7の寄生容量に起因して、出力の変化に遅れが生ずる第1のドライバー段102の出力電圧Vp1と、出力変化に遅れのない第2のドライバー段103の出力電圧Vp2との間の電位差が、(Vp1−Vp2)>0となる。
ここで、制御回路用PMOSトランジスタ15の閾値をVtpとすると、|Vtp|>(Vp1−Vp2)>0の条件下で、安定化出力電圧V0が安定すれば、制御回路用PMOSトランジスタ15は動作する(オンとなる)ことはないが、(Vp1−Vp2)>|Vtp|を満たす程に、過渡応答の遅延が生じた場合には、制御回路用PMOSトランジスタ15がオンとなる。
On the other hand, assuming that the load suddenly becomes a heavy load, as described above, the output of the
Here, assuming that the threshold of the control
その結果、パワートランジスタ7の寄生容量の放電経路として、第1のドライバー段102の出力ノード、すなわち、第1のドライバー段用PMOSトランジスタ3のドレインと第1のドライバー段用NMOSトランジスタ4のドレインとの接続点から、オン状態の制御回路用PMOSトランジスタ15を介してグランドへ至る経路が形成され、第1のドライバー段102の出力電圧Vp1は急速に下降せしめられることとなる。
この第1のドライバー段102の出力電圧Vp1の急速な下降は、負荷に必要な電流の早急な供給を促し、安定化出力電圧V0は大きく下降することなく所望の電圧に復帰、保持がなされることとなる。
As a result, as a discharge path of the parasitic capacitance of the power transistor 7, the output node of the
This rapid decrease in the output voltage Vp1 of the
そして、第1及び第2のドライバー段102,103の出力電圧の電位差(Vp1−Vp2)は、安定化出力電圧V0が所望の電圧に復帰してゆく過程で小さくなり、遂には、(Vp1−Vp2)<|Vtp|になると、制御回路用PMOSトランジスタ15は、再びカットオフの状態に戻ることとなる。すなわち、安定化出力電圧V0が所望の電圧に復帰する際、遅れの無い第2のドライバー段103の出力電圧は、急激にVINに戻り(図3(B)参照)、(Vp1−Vp2)<|Vtp|を満たすため、制御回路用PMOSトランジスタ15は高速でカットオフ状態とされる。
The potential difference (Vp1−Vp2) between the output voltages of the first and second driver stages 102 and 103 becomes smaller in the process in which the stabilized output voltage V0 returns to the desired voltage, and finally (Vp1−Vp1−Vp2). When Vp2) <| Vtp |, the
このように、パワートランジスタ7の寄生容量の充放電が完了すると、制御回路用PMOSトランジスタ15は直ちにカットオフされ、従来回路に比して、安定化出力電圧V0のオーバーシュートが著しく増加することなく、通常の定電圧電源動作に何ら影響を与えることはない。
In this way, when the charging and discharging of the parasitic capacitance of the power transistor 7 is completed, the control
101…エラーアンプ
102…第1のドライバー段
103…第2のドライバー段
104…出力段
105…制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記エラーアンプの出力電圧を増幅、出力する第1のドライバー段と、
当該第1のドライバー段により駆動されるパワートランジスタ及び当該パワートランジスタに直列接続された分圧抵抗器を有してなる出力段と、
を具備し、
前記分圧抵抗器により分圧された出力電圧が前記帰還電圧としてエラーアンプへ帰還されて、出力電圧の定電圧化が可能に構成されてなる定電圧電源回路であって、
前記第1のドライバー段と共に第2のドライバー段が設けられ、
前記第1のドライバー段は、ソース接地されて前記エラーアンプの出力を増幅する第1のドライバー段用電界効果トランジスタと、当該第1のドライバー段用電界効果トランジスタの電流源負荷とを有し、出力電圧が前記パワートランジスタのゲートに印加されるよう構成されてなる一方、
前記第2のドライバー段は、ソース接地されて前記エラーアンプの出力を増幅する第2のドライバー段用電界効果トランジスタと、当該第2のドライバー段用電界効果トランジスタの電流源負荷とを有してなり、
前記第1のドライバー段の出力電圧と第2のドライバー段の出力電圧との差に基づいて、前記パワートランジスタの寄生容量の放電経路を形成可能に構成されてなる制御回路を設けたことを特徴とする定電圧電源回路。 An error amplifier configured to output a difference between a reference voltage and a feedback voltage corresponding to the output voltage;
A first driver stage for amplifying and outputting the output voltage of the error amplifier;
An output stage comprising a power transistor driven by the first driver stage and a voltage dividing resistor connected in series to the power transistor;
Comprising
The output voltage divided by the voltage dividing resistor is fed back to the error amplifier as the feedback voltage, and is a constant voltage power supply circuit configured to be able to make the output voltage constant,
A second driver stage is provided together with the first driver stage;
The first driver stage includes a first driver stage field effect transistor that is grounded to amplify the output of the error amplifier, and a current source load of the first driver stage field effect transistor, While the output voltage is configured to be applied to the gate of the power transistor,
The second driver stage includes a second driver stage field effect transistor that is grounded to amplify the output of the error amplifier, and a current source load of the second driver stage field effect transistor. Become
And a control circuit configured to form a discharge path of a parasitic capacitance of the power transistor based on a difference between an output voltage of the first driver stage and an output voltage of the second driver stage. Constant voltage power supply circuit.
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