JP2009123172A - Constant voltage circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電子機器に電力を供給する定電圧回路に関し、特に低消費電流で作動する低速動作モードと、消費電流は大きいが高速動作が可能な高速動作モードとを備えた定電圧回路に関する。 The present invention relates to a constant voltage circuit for supplying power to a portable electronic device, and more particularly, to a constant voltage circuit having a low speed operation mode that operates with a low current consumption and a high speed operation mode that allows a high speed operation with a large current consumption. .
従来の定電圧回路では、リップル除去率(PSRR)や負荷過渡応答性を向上させるために消費電流が大きい誤差増幅回路を有するものと、高速応答性を必要としないことから消費電流を抑制した誤差増幅回路を有するものとがあった。
携帯電話器等のように、通常の消費電流で動作する動作状態とスリープモード等のように低消費電流となる待機状態とを有する機器では、高速応答性を有するボルテージレギュレータを使用すると、高速応答性を必要としない待機状態では該ボルテージレギュレータによる消費電流が必要以上に大きかった。
The conventional constant voltage circuit has an error amplifier circuit that consumes a large amount of current to improve ripple rejection ratio (PSRR) and load transient response, and an error that suppresses current consumption because high-speed response is not required. Some have an amplifier circuit.
For devices that have an operating state that operates with normal current consumption, such as a cellular phone, and a standby state that has a low current consumption, such as sleep mode, the use of a voltage regulator that has high-speed response results in high-speed response. In a standby state that does not require performance, the current consumption by the voltage regulator is larger than necessary.
このような問題を解決するために、消費電流は大きいが高速応答性を有する高速動作用の誤差増幅回路と、消費電流を抑制した低速動作用の誤差増幅回路を備えた定電圧回路があった(例えば、特許文献1参照。)。このような定電圧回路では、負荷電流が小さく、高速動作を要求しない条件では、低速動作用の誤差増幅回路だけで出力トランジスタを制御して定電圧制御を行い、負荷電流が大きく、高速動作が要求される場合は、低速動作用の誤差増幅回路に加えて、高速動作用の誤差増幅回路を動作させるようにしていた。
しかし、このような定電圧回路では、負荷電流が減少して高速動作用の誤差増幅回路の動作を停止させ、低速動作用の誤差増幅回路だけの動作に切り換える際に、出力電圧に大きなノイズが発生するという問題があった。これは、2つの誤差増幅回路の持つオフセットが異なることによって生じる出力電圧の違いを調整するために時間がかかることに起因している。
また、高速動作用の誤差増幅回路で制御されている出力トランジスタと、低速動作用の誤差増幅回路で制御されている出力トランジスタとが異なる場合、高速動作用の誤差増幅回路を停止させた後、低速動作用の誤差増幅回路が制御している出力トランジスタのゲート電圧を大きく変更する必要があった。しかし、低速動作用の誤差増幅回路のドライブ能力が小さいため、低速動作用の誤差増幅回路が制御している出力トランジスタのゲート容量を瞬時に充電することができず、更に前記時間が長くなるという問題があった。
However, in such a constant voltage circuit, when the load current decreases and the operation of the error amplifying circuit for high speed operation is stopped and the operation is switched to the operation of only the error amplifying circuit for low speed operation, a large noise is generated in the output voltage. There was a problem that occurred. This is because it takes time to adjust the difference in output voltage caused by the difference between the offsets of the two error amplifier circuits.
If the output transistor controlled by the error amplifier circuit for high-speed operation is different from the output transistor controlled by the error amplifier circuit for low-speed operation, after stopping the error amplifier circuit for high-speed operation, It was necessary to greatly change the gate voltage of the output transistor controlled by the error amplifier circuit for low speed operation. However, since the drive capability of the error amplifier circuit for low-speed operation is small, the gate capacity of the output transistor controlled by the error amplifier circuit for low-speed operation cannot be instantaneously charged, and the time is further increased. There was a problem.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高速動作用の誤差増幅回路の動作を停止して低速動作用の誤差増幅回路だけの動作に切り換えたときに発生する出力電圧の変動を抑制することができる定電圧回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an output generated when the operation of the error amplifying circuit for high speed operation is stopped and the operation is switched to the operation of only the error amplifying circuit for low speed operation. It is an object of the present invention to obtain a constant voltage circuit capable of suppressing voltage fluctuation.
この発明に係る定電圧回路は、出力端子から出力された出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧になるように、制御電極に入力された信号に応じた電流を入力端子から出力端子に出力する少なくとも1つの出力トランジスタの動作制御を行って、前記入力端子に入力された入力電圧を所定の定電圧に変換して前記出力端子から出力する定電圧回路において、
前記出力端子から出力された出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧になるように対応する前記出力トランジスタの動作制御を行う、入力された制御信号に応じて作動又は動作を停止する第1の誤差増幅回路部と、
前記出力端子から出力された出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧になるように対応する前記出力トランジスタの動作制御を行う、常時作動する第2の誤差増幅回路部と、
前記制御信号に応じて前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路部と、
を備え、
前記バイアス電流制御回路部は、前記第1の誤差増幅回路部が作動している間は、前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止しているときよりも前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を増加させるものである。
In the constant voltage circuit according to the present invention, a current corresponding to a signal input to the control electrode is supplied from the input terminal to the output terminal so that a proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage. In a constant voltage circuit that performs operation control of at least one output transistor that outputs, converts an input voltage input to the input terminal into a predetermined constant voltage, and outputs the voltage from the output terminal.
The operation of the output transistor is controlled so that the proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage, and the operation or operation is stopped according to the input control signal. Error amplification circuit section of
A second error amplifying circuit section that is always operated to control the operation of the output transistor so that a proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage;
A bias current control circuit unit that controls a bias current of the second error amplification circuit unit in response to the control signal;
With
The bias current control circuit unit is configured such that the second error amplification circuit unit is more active when the first error amplification circuit unit is operating than when the first error amplification circuit unit is not operating. The bias current is increased.
具体的には、前記バイアス電流制御回路部は、前記第2の誤差増幅回路部に対して、前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止している間は、バイアス電流が所定の第1電流値になるように制御し、前記第1の誤差増幅回路部が作動している間は、バイアス電流が前記第1電流値よりも大きい第2電流値になるように制御するようにした。 Specifically, the bias current control circuit unit has a predetermined first bias current with respect to the second error amplification circuit unit while the operation of the first error amplification circuit unit is stopped. The current value is controlled so that the bias current becomes a second current value larger than the first current value while the first error amplifying circuit unit is operating.
この場合、前記バイアス電流制御回路部は、前記制御信号によって前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止すると、該動作を停止した時点から第1の所定時間が経過するまでは、前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を前記第2電流値に保持させるようにした。 In this case, when the first error amplification circuit unit stops operating in response to the control signal, the bias current control circuit unit performs the second current until the first predetermined time elapses after the operation is stopped. The bias current of the error amplifying circuit section is held at the second current value.
また、前記バイアス電流制御回路部は、前記制御信号によって前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止すると、前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を第2の所定時間をかけて前記第2電流値から前記第1電流値まで減少させるようにした。 In addition, when the first error amplification circuit unit stops operating in response to the control signal, the bias current control circuit unit applies the bias current of the second error amplification circuit unit over a second predetermined time to the first error amplification circuit unit. The current value is decreased from 2 current values to the first current value.
また、前記バイアス電流制御回路部は、前記制御信号によって前記第1の誤差増幅回路部が動作を開始すると、前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を第3の所定時間をかけて前記第1電流値から前記第2電流値まで増加させるようにした。 In addition, when the first error amplification circuit unit starts to operate in response to the control signal, the bias current control circuit unit applies the bias current of the second error amplification circuit unit over a third predetermined time to the first error amplification circuit unit. The current value is increased from the current value to the second current value.
また、前記出力端子から出力される出力電流の電流値に応じた前記制御信号を生成して出力する出力電流検出回路部を備え、該出力電流検出回路部は、前記出力端子から出力される出力電流が所定値以上になると、前記第1の誤差増幅回路部を作動させ、前記出力端子から出力される出力電流が所定値未満になると、前記第1の誤差増幅回路部の動作を停止させるようにした。 In addition, an output current detection circuit unit that generates and outputs the control signal according to the current value of the output current output from the output terminal, and the output current detection circuit unit outputs output from the output terminal When the current exceeds a predetermined value, the first error amplification circuit unit is activated, and when the output current output from the output terminal is less than the predetermined value, the operation of the first error amplification circuit unit is stopped. I made it.
具体的には、前記バイアス電流制御回路部は、
コンデンサと、
前記制御信号に応じて該コンデンサを充電する第1の定電流回路部と、
前記制御信号に応じて前記コンデンサを放電する第2の定電流回路部と、
前記コンデンサの充電電圧を所定の電圧にクランプする電圧クランプ回路部と、
前記第2の誤差増幅回路部にバイアス電流を追加供給するための第3の定電流回路部と、
前記コンデンサの充電電圧に応じて、該第3の定電流回路部からの定電流の第2の誤差増幅回路部への供給制御を行うMOSトランジスタと、
を備え、
前記電圧クランプ回路部は、前記コンデンサの充電電圧が、該MOSトランジスタが飽和動作になるゲート電圧値よりも所定の電圧値だけ大きい電圧になると、前記コンデンサの充電電圧をクランプするようにした。
Specifically, the bias current control circuit unit includes:
A capacitor,
A first constant current circuit unit that charges the capacitor in response to the control signal;
A second constant current circuit section for discharging the capacitor in response to the control signal;
A voltage clamping circuit section for clamping the charging voltage of the capacitor to a predetermined voltage;
A third constant current circuit unit for additionally supplying a bias current to the second error amplification circuit unit;
A MOS transistor that controls supply of a constant current from the third constant current circuit unit to the second error amplification circuit unit in accordance with a charging voltage of the capacitor;
With
The voltage clamping circuit section clamps the charging voltage of the capacitor when the charging voltage of the capacitor becomes a voltage larger by a predetermined voltage value than a gate voltage value at which the MOS transistor is saturated.
本発明の定電圧回路によれば、制御信号に応じて作動又は動作を停止する高速動作を行うことができる第1の誤差増幅回路部と、第1の誤差増幅回路部よりも消費電流が小さく、常時作動する第2の誤差増幅回路部とを備え、バイアス電流制御回路部は、前記第1の誤差増幅回路部が作動している間は、前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止しているときよりも前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を増加させるようにし、具体的には、第1の誤差増幅回路部が動作を停止しているときは、第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を第1電流値にし、第1の誤差増幅回路部が作動しているときは、第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を第1電流値よりも大きい第2電流値になるようにした。このことから、高速動作用の第1の誤差増幅回路部の動作を停止して低速動作用の第2の誤差増幅回路部だけの動作に切り換えたときに発生する出力電圧の変動を抑制することができる。 According to the constant voltage circuit of the present invention, the current consumption is smaller than that of the first error amplification circuit unit that can perform high-speed operation that stops or operates according to the control signal, and the first error amplification circuit unit. A second error amplification circuit unit that is always operated, and the bias current control circuit unit stops the operation of the first error amplification circuit unit while the first error amplification circuit unit is operating. The bias current of the second error amplification circuit unit is increased more than when the first error amplification circuit unit is operating. Specifically, when the operation of the first error amplification circuit unit is stopped, the second error amplification circuit unit When the bias current of the circuit unit is set to the first current value and the first error amplifier circuit unit is operating, the bias current of the second error amplifier circuit unit is set to a second current value larger than the first current value. It was made to become. This suppresses fluctuations in the output voltage that occur when the operation of the first error amplification circuit unit for high speed operation is stopped and the operation is switched to the operation of only the second error amplification circuit unit for low speed operation. Can do.
また、第2の誤差増幅回路部に対するバイアス電流の切り替えを徐々に行うようにしたことから、該バイアス電流の変動による出力電圧の変動をも抑制することができる。このため、高速応答が可能で、しかも高効率で、出力電圧の変動を小さくすることができる。 In addition, since the bias current is gradually switched with respect to the second error amplifier circuit unit, it is possible to suppress fluctuations in the output voltage due to fluctuations in the bias current. For this reason, high-speed response is possible, and the fluctuation of the output voltage can be reduced with high efficiency.
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における定電圧回路の回路例を示した図である。
図1において、定電圧回路1は、入力端子INに入力された入力電圧Vddから所定の定電圧を生成し出力電圧Voutとして出力端子OUTから出力する。
定電圧回路1は、所定の基準電圧Vrefを生成して出力する基準電圧発生回路2と、出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vfbを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗R1,R2と、ゲートに入力される信号に応じて出力端子OUTに出力する電流ioutの制御を行うPMOSトランジスタからなる第1の出力トランジスタM1と、ゲートに入力される信号に応じて出力端子OUTに出力する電流ioutの制御を行うPMOSトランジスタからなる第2の出力トランジスタM2とを備えている。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit example of a constant voltage circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a
The
また、定電圧回路1は、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefになるように第1の出力トランジスタM1の動作制御を行う第1の誤差増幅回路3と、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefになるように第2の出力トランジスタM2の動作制御を行う第2の誤差増幅回路4とを備えている。更に、定電圧回路1は、所定の参照電圧Vsを生成して出力する参照電圧生成回路5と、コンパレータ6と、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibの制御を行うバイアス電流制御回路7と、インバータ8と、PMOSトランジスタM3,M4と、スイッチSW1,SW2と、抵抗R3とを備えている。なお、第1の誤差増幅回路3は第1の誤差増幅回路部を、第2の誤差増幅回路4は第2の誤差増幅回路部を、バイアス電流制御回路7はバイアス電流制御回路部をそれぞれなし、参照電圧生成回路5、コンパレータ6、PMOSトランジスタM3,M4及び抵抗R3は出力電流検出回路部をなす。
The
入力端子INと出力端子OUTとの間に第1の出力トランジスタM1と第2の出力トランジスタM2が並列に接続され、第1の誤差増幅回路3の出力端は第1の出力トランジスタM1のゲートに、第2の誤差増幅回路4の出力端は第2の出力トランジスタM2のゲートにそれぞれ接続されている。また、出力端子OUTと接地電圧GNDとの間に、抵抗R1及びR2の直列回路が接続され、抵抗R1とR2との接続部から分圧電圧Vfbが出力される。第1の誤差増幅回路3及び第2の誤差増幅回路4の各反転入力端にはそれぞれ基準電圧Vrefが入力されており、第1の誤差増幅回路3及び第2の誤差増幅回路4の各非反転入力端にはそれぞれ分圧電圧Vfbが入力されている。 A first output transistor M1 and a second output transistor M2 are connected in parallel between the input terminal IN and the output terminal OUT, and the output terminal of the first error amplifier circuit 3 is connected to the gate of the first output transistor M1. The output terminal of the second error amplifier circuit 4 is connected to the gate of the second output transistor M2. Further, a series circuit of resistors R1 and R2 is connected between the output terminal OUT and the ground voltage GND, and the divided voltage Vfb is output from a connection portion between the resistors R1 and R2. A reference voltage Vref is input to each inverting input terminal of the first error amplifying circuit 3 and the second error amplifying circuit 4, and each of the first error amplifying circuit 3 and the second error amplifying circuit 4 is not connected. The divided voltage Vfb is input to each inverting input terminal.
入力電圧Vddとコンパレータ6の非反転入力端との間には、PMOSトランジスタM3及びM4が並列に接続され、コンパレータ6の非反転入力端と接地電圧GNDとの間には、抵抗R3が接続されている。PMOSトランジスタM3のゲートは、第1の誤差増幅回路3の出力端に接続されると共にスイッチSW1を介して入力電圧Vddに接続され、PMOSトランジスタM4のゲートは、第2の誤差増幅回路4の出力端に接続されている。コンパレータ6の反転入力端には参照電圧Vsが入力され、コンパレータ6から出力された制御信号Scは、バイアス電流制御回路7とスイッチSW2の制御電極にそれぞれ入力されると共に、インバータ8を介してスイッチSW1の制御電極に入力される。また、スイッチSW2は、第1の誤差増幅回路3の出力端と第2の誤差増幅回路4の出力端との間に接続され、バイアス電流制御回路7は、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibの制御を行う。
PMOS transistors M3 and M4 are connected in parallel between the input voltage Vdd and the non-inverting input terminal of the comparator 6, and a resistor R3 is connected between the non-inverting input terminal of the comparator 6 and the ground voltage GND. ing. The gate of the PMOS transistor M3 is connected to the output terminal of the first error amplification circuit 3 and is connected to the input voltage Vdd via the switch SW1, and the gate of the PMOS transistor M4 is the output of the second error amplification circuit 4. Connected to the end. The reference voltage Vs is input to the inverting input terminal of the comparator 6, and the control signal Sc output from the comparator 6 is input to the bias
このような構成において、第1の誤差増幅回路3は、高速動作を行うことができるように、バイアス電流ができるだけ大きくなるように設計されている。これに対して、第2の誤差増幅回路4は、直流利得ができるだけ大きくなるようにして直流特性が優れたものになるように、バイアス電流ができるだけ小さくなるように設計されている。第2の誤差増幅回路4は常時作動しており、第1の誤差増幅回路3は、コンパレータ6から出力される制御信号Scがハイレベルのときだけ作動し、制御信号Scがローレベルになると動作を停止し、動作を停止している間は電流をほとんど消費しない状態になる。また、バイアス電流制御回路7は、入力された制御信号Scがローレベルである場合は、第2の誤差増幅回路4に所定の第1電流値ib1のバイアス電流ibが流れるようにし、制御信号Scがハイレベルになると、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを第1電流値ib1から所定の第2電流値(ib1+ib2)に増加させる。
In such a configuration, the first error amplification circuit 3 is designed so that the bias current is as large as possible so that high-speed operation can be performed. On the other hand, the second error amplifier circuit 4 is designed so that the bias current is as small as possible so that the direct current gain is as large as possible and the direct current characteristics are excellent. The second error amplifying circuit 4 is always operating, and the first error amplifying circuit 3 operates only when the control signal Sc output from the comparator 6 is at a high level, and operates when the control signal Sc is at a low level. When the operation is stopped, almost no current is consumed. In addition, when the input control signal Sc is at a low level, the bias
一方、PMOSトランジスタM3からは、第1の出力トランジスタM1のドレイン電流に比例したドレイン電流が出力され、PMOSトランジスタM4からは、第2の出力トランジスタM2のドレイン電流に比例したドレイン電流が出力される。第1の出力トランジスタM1と第2の出力トランジスタM2の各ドレイン電流の和は、ほぼ出力電流ioutに等しいことから、PMOSトランジスタM3とM4の各ドレイン電流の和は、出力電流ioutに比例した電流になる。PMOSトランジスタM3とM4の各ドレイン電流はそれぞれ抵抗R3に供給されるため、抵抗R3の両端には電圧V3が生成され、該電圧V3は出力電流ioutに比例した電圧になる。 On the other hand, the PMOS transistor M3 outputs a drain current proportional to the drain current of the first output transistor M1, and the PMOS transistor M4 outputs a drain current proportional to the drain current of the second output transistor M2. . Since the sum of the drain currents of the first output transistor M1 and the second output transistor M2 is substantially equal to the output current iout, the sum of the drain currents of the PMOS transistors M3 and M4 is a current proportional to the output current iout. become. Since the drain currents of the PMOS transistors M3 and M4 are respectively supplied to the resistor R3, a voltage V3 is generated at both ends of the resistor R3, and the voltage V3 becomes a voltage proportional to the output current iout.
電圧V3が参照電圧Vs未満の場合、コンパレータ6はローレベルの制御信号Scを出力し、電圧V3が参照電圧Vs以上の場合はハイレベルの制御信号Scを出力する。ただし、コンパレータ6に、動作を安定させるためにヒステリシス電圧を持たせるようにしてもよく、この場合コンパレータ6から出力された制御信号Scが、ローレベルからハイレベルになるときと、ハイレベルからローレベルになるときの電圧V3は同じではない。スイッチSW1は、制御信号Scがローレベルのときはオンして導通状態になり、制御信号Scがハイレベルのときはオフして遮断状態になる。これに対して、スイッチSW2は、制御信号Scがローレベルのときにオフして遮断状態になり、制御信号Scがハイレベルのときにオンして導通状態になる。 When the voltage V3 is lower than the reference voltage Vs, the comparator 6 outputs a low level control signal Sc, and when the voltage V3 is equal to or higher than the reference voltage Vs, the comparator 6 outputs a high level control signal Sc. However, the comparator 6 may have a hysteresis voltage in order to stabilize the operation. In this case, the control signal Sc output from the comparator 6 changes from low level to high level and from high level to low level. The voltage V3 when reaching the level is not the same. The switch SW1 is turned on and conductive when the control signal Sc is at a low level, and is turned off and blocked when the control signal Sc is at a high level. On the other hand, the switch SW2 is turned off when the control signal Sc is at a low level and is turned off, and is turned on when the control signal Sc is at a high level and is turned on.
制御信号Scがローレベルの場合、第1の誤差増幅回路3は動作を停止すると共に、第1の出力トランジスタM1とPMOSトランジスタM3は、各ゲートがそれぞれスイッチSW1によって入力電圧Vddに接続され、それぞれオフして遮断状態になる。このとき、スイッチSW2はオフして遮断状態であることから、第2の誤差増幅回路4は、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefになるように第2の出力トランジスタM2だけを制御して出力電圧Voutを安定化させている。更に、第2の誤差増幅回路4は、バイアス電流ibが第1電流値ib1に減少しているため、定電圧回路1の消費電流は極めて小さい値になる。
When the control signal Sc is at a low level, the first error amplifier circuit 3 stops operating, and the first output transistor M1 and the PMOS transistor M3 have their gates connected to the input voltage Vdd by the switch SW1, respectively. Turn off and shut off. At this time, since the switch SW2 is turned off and in the cut-off state, the second error amplification circuit 4 controls only the second output transistor M2 so that the divided voltage Vfb becomes the reference voltage Vref, and outputs the output voltage. Vout is stabilized. Further, since the bias current ib is reduced to the first current value ib1 in the second error amplifier circuit 4, the consumption current of the
出力電流ioutが増加して、電圧V3が参照電圧Vs以上になると、コンパレータ6は、制御信号Scの信号レベルを反転させてハイレベルにする。すなわち、コンパレータ6は、出力電流ioutが所定値よりも大きくなると、制御信号Scをハイレベルにする。
制御信号Scがハイレベルになると、スイッチSW1がオフして遮断状態になり、スイッチSW2がオンして導通状態になる。このため、第1の出力トランジスタM1とPMOSトランジスタM3の各ゲートは、入力電圧Vddとの接続がそれぞれ遮断され、第2の出力トランジスタM2のゲートにそれぞれ接続される。
When the output current iout increases and the voltage V3 becomes equal to or higher than the reference voltage Vs, the comparator 6 inverts the signal level of the control signal Sc to a high level. That is, the comparator 6 sets the control signal Sc to a high level when the output current iout becomes larger than a predetermined value.
When the control signal Sc becomes a high level, the switch SW1 is turned off to be in a cut-off state, and the switch SW2 is turned on to be in a conductive state. Therefore, the gates of the first output transistor M1 and the PMOS transistor M3 are each disconnected from the input voltage Vdd and connected to the gate of the second output transistor M2.
また、第1の誤差増幅回路3は動作を開始するため、第1の出力トランジスタM1と第2の出力トランジスタM2は、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefになるように第1の誤差増幅回路3と第2の誤差増幅回路4の各出力信号によって制御される。更に、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibは、第1電流値ib1から第2電流値(ib1+ib2)に増加する。
このように、出力電流ioutが大きい場合は、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを増加させているが、増加させたバイアス電流ibは第1の誤差増幅回路3の消費電流よりもはるかに小さい値であることから、電力効率にほとんど影響することはない。
Further, since the first error amplifier circuit 3 starts operation, the first output transistor M1 and the second output transistor M2 are connected to the first error amplifier circuit 3 so that the divided voltage Vfb becomes the reference voltage Vref. And controlled by each output signal of the second error amplifier circuit 4. Further, the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 increases from the first current value ib1 to the second current value (ib1 + ib2).
As described above, when the output current iout is large, the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 is increased. However, the increased bias current ib is much larger than the consumption current of the first error amplifier circuit 3. Therefore, the power efficiency is hardly affected.
次に、図2は、図1の定電圧回路1の動作例を示したタイミングチャートであり、図2を参照しながら図1の定電圧回路1の動作についてもう少し詳細に説明する。なお、時間Tdは第1の所定時間を、時間Tfは第2の所定時間を、時間Trは第3の所定時間をそれぞれなす。
図2において、時刻T0で制御信号Scがハイレベルになると、第1の誤差増幅回路3は動作を開始する。同時に、バイアス電流制御回路7は、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを第1電流値ib1から第2電流値(ib1+ib2)に増加させる。ただし、バイアス電流制御回路7は、バイアス電流ibを一瞬で増加させるのではなく、図2に示すよう時間Trをかけて増加させる。このため、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流変更に伴う出力電圧Voutの変動はほとんど発生しない。
Next, FIG. 2 is a timing chart showing an operation example of the
In FIG. 2, when the control signal Sc becomes high level at time T0, the first error amplifier circuit 3 starts operation. At the same time, the bias
次に、時刻T1で制御信号Scがローレベルに立ち下がると、第1の誤差増幅回路3は動作を停止するが、バイアス電流制御回路7は、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibをまだ第2電流値(ib1+ib2)に保持させている。このことから、第2の誤差増幅回路4の応答速度は高速性能を保っており、出力電圧Voutの変動に対して直ちに第2の出力トランジスタM2のゲート電圧を制御することができ、出力電圧Voutの大幅な変動を抑えることができる。
次に、時刻T1から所定の時間Tdが経過した時刻T2では、バイアス電流制御回路7は、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを第2電流値(ib1+ib2)から徐々に減少させ、該減少を開始させてから所定の時間Tf経過後の時刻T3でバイアス電流ibを第1電流値ib1に戻す。このように、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを徐々に減少させることにより、該バイアス電流ibの変動に基づく出力電圧Voutの変動を抑制することができる。
Next, when the control signal Sc falls to a low level at time T1, the first error amplification circuit 3 stops operating, but the bias
Next, at time T2 when a predetermined time Td has elapsed from time T1, the bias
次に、図3は、バイアス電流制御回路7の回路例を示した図である。なお、図3では、第2の誤差増幅回路4は、バイアス電流制御回路7の動作を説明する上で必要な初段の差動増幅回路部のみを示しており、次段の増幅回路部は省略している。
図3において、第2の誤差増幅回路4の差動増幅回路部は、PMOSトランジスタM11及びM12と、NMOSトランジスタM13〜M15とで構成されている。
NMOSトランジスタM13及びM14は差動対をなしており、NMOSトランジスタM13のゲートが第2の誤差増幅回路4の反転入力端をなし、NMOSトランジスタM14のゲートが第2の誤差増幅回路4の非反転入力端をなしている。
Next, FIG. 3 is a diagram showing a circuit example of the bias
In FIG. 3, the differential amplifier circuit portion of the second error amplifier circuit 4 is composed of PMOS transistors M11 and M12 and NMOS transistors M13 to M15.
The NMOS transistors M13 and M14 form a differential pair, with the gate of the NMOS transistor M13 serving as the inverting input terminal of the second error amplifier circuit 4, and the gate of the NMOS transistor M14 being non-inverted of the second error amplifier circuit 4. It is the input end.
PMOSトランジスタM11及びM12は、カレントミラー回路を形成しており、前記差動対の負荷をなしている。PMOSトランジスタM11及びM12において、各ソースはそれぞれ入力電圧Vddに接続され、各ゲートは接続されて該接続部がPMOSトランジスタM11のドレインに接続されている。PMOSトランジスタM11のドレインはNMOSトランジスタM13のドレインに接続されている。PMOSトランジスタM12のドレインがNMOSトランジスタM14のドレインに接続され、該接続部は第2の誤差増幅回路4の差動増幅回路部における出力端をなし、図示しない後段の増幅回路部に接続されている。NMOSトランジスタM13及びM14の各ソースは接続され、該接続部と接地電圧GNDとの間にNMOSトランジスタM15が接続されている。NMOSトランジスタM15のゲートには所定のバイアス電圧Vbが入力されており、NMOSトランジスタM15は、前記差動対に第1電流値ib1のバイアス電流ibを供給する定電流源をなしている。 The PMOS transistors M11 and M12 form a current mirror circuit and form a load on the differential pair. In the PMOS transistors M11 and M12, the sources are connected to the input voltage Vdd, the gates are connected, and the connection is connected to the drain of the PMOS transistor M11. The drain of the PMOS transistor M11 is connected to the drain of the NMOS transistor M13. The drain of the PMOS transistor M12 is connected to the drain of the NMOS transistor M14, and this connection portion forms the output terminal of the differential amplifier circuit portion of the second error amplifier circuit 4, and is connected to a subsequent amplifier circuit portion (not shown). . The sources of the NMOS transistors M13 and M14 are connected, and the NMOS transistor M15 is connected between the connection portion and the ground voltage GND. A predetermined bias voltage Vb is input to the gate of the NMOS transistor M15, and the NMOS transistor M15 forms a constant current source that supplies a bias current ib having a first current value ib1 to the differential pair.
次に、バイアス電流制御回路7は、PMOSトランジスタM21、NMOSトランジスタM22〜M28、コンデンサCt、インバータ21及び定電流源22〜24で構成されている。なお、PMOSトランジスタM21と定電流源22は第1の定電流回路部を、NMOSトランジスタM22と定電流源23は第2の定電流回路部を、定電流源24は第3の定電流回路部をそれぞれなし、NMOSトランジスタM23〜M25は電圧クランプ回路部をなす。
PMOSトランジスタM21及びNMOSトランジスタM22において、各ドレインが接続されると共に各ゲートが接続され、該各ゲートには、インバータ21を介して制御信号Scが入力されている。入力電圧VddとPMOSトランジスタM21のソースとの間には電流源22が接続されており、NMOSトランジスタM22のソースと接地電圧GNDとの間には電流源23が接続されている。
Next, the bias
In the PMOS transistor M21 and the NMOS transistor M22, each drain is connected and each gate is connected, and a control signal Sc is input to each gate via the
PMOSトランジスタM21とNMOSトランジスタM22の各ドレインの接続部は、NMOSトランジスタM26のゲートに接続され、NMOSトランジスタM26のゲートと接地電圧GNDとの間には、NMOSトランジスタM23〜M25の直列回路と、コンデンサCtが並列に接続されている。NMOSトランジスタM23のゲートとドレインが接続されてダイオードが形成され、同様にNMOSトランジスタN24のゲートとドレインが接続されてダイオードが形成されている。また、NMOSトランジスタM25のゲートには制御信号Scが入力されている。 The connection portion of each drain of the PMOS transistor M21 and the NMOS transistor M22 is connected to the gate of the NMOS transistor M26. Between the gate of the NMOS transistor M26 and the ground voltage GND, a series circuit of NMOS transistors M23 to M25 and a capacitor are connected. Ct is connected in parallel. The gate and drain of the NMOS transistor M23 are connected to form a diode. Similarly, the gate and drain of the NMOS transistor N24 are connected to form a diode. The control signal Sc is input to the gate of the NMOS transistor M25.
入力電圧VddとNMOSトランジスタM26のドレインとの間には電流源24が接続され、NMOSトランジスタM26のソースはNMOSトランジスタM27のドレインに接続されている。NMOSトランジスタM27及びM28はカレントミラー回路を形成しており、NMOSトランジスタM27及びM28において、各ソースがそれぞれ接地電圧GNDに接続され、各ゲートが接続されて該接続部はNMOSトランジスタM27のドレインに接続されている。NMOSトランジスタM28のドレインは、NMOSトランジスタM15のドレインに接続されている。
A
制御信号Scがローレベルである場合、インバータ21の出力信号はハイレベルになっており、PMOSトランジスタM21はオフして遮断状態になり、NMOSトランジスタM22はオンして導通状態になる。同時に、NMOSトランジスタM25はオフして遮断状態になる。NMOSトランジスタM22がオンしていることから、コンデンサCtの電荷は電流源23によって放電される。このため、NMOSトランジスタM26のゲート電圧は、ほぼ接地電圧GNDになり、NMOSトランジスタM26はオフして遮断状態になる。NMOSトランジスタM26がオフすると、NMOSトランジスタM27のドレイン電流は流れず、NMOSトランジスタM28のドレイン電流も0になる。すなわち、制御信号Scがローレベルのときは、第2の誤差増幅回路4の差動増幅回路部のバイアス電流ibは、NMOSトランジスタM15のドレイン電流である第1電流値ib1のみになる。
When the control signal Sc is at a low level, the output signal of the
時刻T0で制御信号Scがローレベルからハイレベルに変化すると、インバータ21の出力信号はローレベルになる。このため、PMOSトランジスタM21がオンすると共にNMOSトランジスタM22がオフすることから、コンデンサCtは定電流源22によって定電流充電が行われ、コンデンサCtの電圧が上昇する。コンデンサCtの電圧は、NMOSトランジスタM26のゲートに印加されていることから、NMOSトランジスタM26のドレイン電流は、コンデンサCtの容量と定電流源22からの定電流i1で決定される時間をかけて増加する。NMOSトランジスタM26のドレイン電流は、NMOSトランジスタM27のドレイン電流になると共に、NMOSトランジスタM28のドレイン電流になる。
When the control signal Sc changes from low level to high level at time T0, the output signal of the
NMOSトランジスタM28のドレイン電流は、第2の誤差増幅回路4の差動増幅回路部のバイアス電流になり、第2の誤差増幅回路4の差動増幅回路部のバイアス電流ibは増加する。NMOSトランジスタM26が完全にオンすると、NMOSトランジスタM26のドレイン電流は、定電流源24からの定電流i3と同じ電流値になり、定電流i3に比例した電流が、NMOSトランジスタM28のドレイン電流値ib2になる。すなわち、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibは、第1電流値ib1から第2電流値(ib1+ib2)まで増加する。前記のように、バイアス電流ibの増加を、時間をかけて行うようにしたことから、バイアス電流ibの変動に伴う出力電圧Voutの変動を抑制することができる。
The drain current of the NMOS transistor M28 becomes the bias current of the differential amplifier circuit section of the second error amplifier circuit 4, and the bias current ib of the differential amplifier circuit section of the second error amplifier circuit 4 increases. When the NMOS transistor M26 is completely turned on, the drain current of the NMOS transistor M26 has the same current value as the constant current i3 from the constant
なお、制御信号Scがハイレベルのときは、NMOSトランジスタM25はオンすることから、ダイオード接続されたNMOSトランジスタM23とM24の直列回路がコンデンサCtに並列に接続される。NMOSトランジスタM23とM24の各ゲートしきい値電圧の和は、NMOSトランジスタM26とM27の各ゲートしきい値電圧の和よりも少し大きくなるように設定されている。このため、コンデンサCtの充電電圧は、NMOSトランジスタM26が完全にオンする電圧になった後も更に上昇し、NMOSトランジスタM23とM24の各ゲートしきい値電圧の和になったところでクランプされる。すなわち、NMOSトランジスタM23とM24は、コンデンサCtの充電電圧をクランプする電圧クランプ回路を構成している。 Note that when the control signal Sc is at a high level, the NMOS transistor M25 is turned on, so that a series circuit of diode-connected NMOS transistors M23 and M24 is connected in parallel to the capacitor Ct. The sum of the gate threshold voltages of the NMOS transistors M23 and M24 is set to be slightly larger than the sum of the gate threshold voltages of the NMOS transistors M26 and M27. For this reason, the charging voltage of the capacitor Ct further rises after the NMOS transistor M26 is completely turned on, and is clamped at the sum of the gate threshold voltages of the NMOS transistors M23 and M24. That is, the NMOS transistors M23 and M24 form a voltage clamp circuit that clamps the charging voltage of the capacitor Ct.
次に、時刻T1で制御信号Scがハイレベルからローレベルに立ち下がると、インバータ21の出力信号はハイレベルになる。このため、PMOSトランジスタM21がオフしてコンデンサCtへの充電が停止すると共に、NMOSトランジスタM22がオンして定電流源23からの定電流i2でコンデンサCtの電荷を放電する。このとき、NMOSトランジスタM25はオフしているため、前記電圧クランプ回路は作動しない。
Next, when the control signal Sc falls from the high level to the low level at time T1, the output signal of the
時刻T1におけるコンデンサCtの充電電圧は、前記のようにNMOSトランジスタM26がオンする電圧よりも少し大きい電圧に設定されているため、定電流源23による放電が開始しても時刻T2まではNMOSトランジスタM26のドレイン電流は定電流i3の電流値を維持する。すなわち、時刻T1〜T2までの時間Tdの間は、バイアス電流ibは第2電流値(ib1+ib2)を保っている。このため、前記のように、第1の誤差増幅回路3の動作が停止した後も第2の誤差増幅回路4は高速動作を行うことができ、出力電圧Voutの大幅な変動を抑制することができる。
Since the charging voltage of the capacitor Ct at time T1 is set to a voltage slightly higher than the voltage at which the NMOS transistor M26 is turned on as described above, the NMOS transistor until time T2 even if discharge by the constant
時刻T2を過ぎると、NMOSトランジスタM26のドレイン電流は定電流i3よりも小さくなるため、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibは徐々に減少する。
時刻T3になると、コンデンサCtの電圧はNMOSトランジスタM26とM27の各ゲートしきい値電圧の和以下になり、NMOSトランジスタM26がオフする。このため、NMOSトランジスタM28のドレイン電流も0になり、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibは第1電流値ib1のみになる。時間をかけて第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを第2電流値(ib1+ib2)から第1電流値ib1に戻すことにより、前記のようなバイアス電流の変動による出力電圧Voutの変動を抑制することができる。
After the time T2, since the drain current of the NMOS transistor M26 becomes smaller than the constant current i3, the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 gradually decreases.
At time T3, the voltage of the capacitor Ct becomes equal to or lower than the sum of the gate threshold voltages of the NMOS transistors M26 and M27, and the NMOS transistor M26 is turned off. Therefore, the drain current of the NMOS transistor M28 is also 0, and the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 is only the first current value ib1. By changing the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 from the second current value (ib1 + ib2) to the first current value ib1 over time, the fluctuation of the output voltage Vout due to the fluctuation of the bias current is suppressed. can do.
このように、本第1の実施の形態における定電圧回路は、高速動作を行うことができる第1の誤差増幅回路3が作動中には第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを大きくし、第1の誤差増幅回路3が動作を停止した後、出力電圧Voutの変動が見込まれる期間は第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibを大きいままに保つようにしたことから、出力電圧Voutの大幅な変動を抑制することができる。更に、バイアス電流ibの切り替えを、時間をかけて徐々に行うようにしたことから、バイアス電流ibの変動による出力電圧Voutの変動も抑制することができる。このようにして、高速応答が可能でしかも高効率で出力変動の小さい定電圧回路を実現することができる。 As described above, the constant voltage circuit according to the first embodiment increases the bias current ib of the second error amplifier circuit 4 while the first error amplifier circuit 3 capable of high-speed operation is operating. Since the bias current ib of the second error amplifying circuit 4 is kept large during a period in which the fluctuation of the output voltage Vout is expected after the operation of the first error amplifying circuit 3 is stopped, the output voltage Vout Can be suppressed. Furthermore, since the switching of the bias current ib is gradually performed over time, the fluctuation of the output voltage Vout due to the fluctuation of the bias current ib can be suppressed. In this way, a constant voltage circuit capable of high-speed response, high efficiency and small output fluctuation can be realized.
なお、図3では、第2の誤差増幅回路4のバイアス電流ibの制御を行う部分として初段の差動増幅回路部を示したが、本発明は、これに限定するものではなく、図示していない次段以降の増幅回路部の負荷に使用している定電流源で構成された負荷回路の定電流値も同様の方法で制御するようにしてもよい。
また、前記説明では、出力電流ioutの電流値に応じて制御信号Scを生成するようにしたが、本発明は、これに限定するものではなく、CPU等の制御回路から出力されるようにしてもよい。
In FIG. 3, the first-stage differential amplifier circuit portion is shown as a portion for controlling the bias current ib of the second error amplifier circuit 4. However, the present invention is not limited to this and is shown in the figure. The constant current value of the load circuit composed of the constant current source used for the load of the amplifier circuit unit after the next stage may be controlled by the same method.
In the above description, the control signal Sc is generated according to the current value of the output current iout. However, the present invention is not limited to this, and is output from a control circuit such as a CPU. Also good.
また、前記説明では、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2を備えた場合を例にして示したが、本発明は、これに限定するものではなく、少なくとも1つの出力トランジスタを第1及び第2の各誤差増幅回路3,4で動作制御する場合に適用することができる。 In the above description, the first and second output transistors M1 and M2 are provided as an example. However, the present invention is not limited to this, and at least one output transistor is provided as the first output transistor. It can also be applied to the case where the operation is controlled by the second error amplifying circuits 3 and 4.
1 定電圧回路
2 基準電圧発生回路
3 第1の誤差増幅回路
4 第2の誤差増幅回路
5 参照電圧生成回路
6 コンパレータ
7 バイアス電流制御回路
8 インバータ
M1 第1の出力トランジスタ
M2 第2の出力トランジスタ
M3,M4 PMOSトランジスタ
SW1,SW2 スイッチ
R1〜R3 抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記出力端子から出力された出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧になるように対応する前記出力トランジスタの動作制御を行う、入力された制御信号に応じて作動又は動作を停止する第1の誤差増幅回路部と、
前記出力端子から出力された出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧になるように対応する前記出力トランジスタの動作制御を行う、常時作動する第2の誤差増幅回路部と、
前記制御信号に応じて前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路部と、
を備え、
前記バイアス電流制御回路部は、前記第1の誤差増幅回路部が作動している間は、前記第1の誤差増幅回路部が動作を停止しているときよりも前記第2の誤差増幅回路部のバイアス電流を増加させることを特徴とする定電圧回路。 Operation of at least one output transistor that outputs a current corresponding to a signal input to the control electrode from the input terminal to the output terminal so that a proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage In a constant voltage circuit that performs control and converts the input voltage input to the input terminal to a predetermined constant voltage and outputs the voltage from the output terminal,
The operation of the output transistor is controlled so that the proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage, and the operation or operation is stopped according to the input control signal. Error amplification circuit section of
A second error amplifying circuit section that is always operated to control the operation of the output transistor so that a proportional voltage proportional to the output voltage output from the output terminal becomes a predetermined reference voltage;
A bias current control circuit unit that controls a bias current of the second error amplification circuit unit in response to the control signal;
With
The bias current control circuit unit is configured such that the second error amplification circuit unit is more active when the first error amplification circuit unit is operating than when the first error amplification circuit unit is not operating. A constant voltage circuit characterized by increasing the bias current.
コンデンサと、
前記制御信号に応じて該コンデンサを充電する第1の定電流回路部と、
前記制御信号に応じて前記コンデンサを放電する第2の定電流回路部と、
前記コンデンサの充電電圧を所定の電圧にクランプする電圧クランプ回路部と、
前記第2の誤差増幅回路部にバイアス電流を追加供給するための第3の定電流回路部と、
前記コンデンサの充電電圧に応じて、該第3の定電流回路部からの定電流の第2の誤差増幅回路部への供給制御を行うMOSトランジスタと、
を備え、
前記電圧クランプ回路部は、前記コンデンサの充電電圧が、該MOSトランジスタが飽和動作になるゲート電圧値よりも所定の電圧値だけ大きい電圧になると、前記コンデンサの充電電圧をクランプすることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の定電圧回路。 The bias current control circuit unit includes:
A capacitor,
A first constant current circuit unit that charges the capacitor in response to the control signal;
A second constant current circuit section for discharging the capacitor in response to the control signal;
A voltage clamping circuit section for clamping the charging voltage of the capacitor to a predetermined voltage;
A third constant current circuit unit for additionally supplying a bias current to the second error amplification circuit unit;
A MOS transistor that controls supply of a constant current from the third constant current circuit unit to the second error amplification circuit unit in accordance with a charging voltage of the capacitor;
With
The voltage clamp circuit unit clamps the charge voltage of the capacitor when the charge voltage of the capacitor becomes a voltage larger by a predetermined voltage value than a gate voltage value at which the MOS transistor is saturated. The constant voltage circuit according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
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