JP2009193414A - ボルテージレギュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】過電流保護回路を、誤差増幅回路の出力電圧で制御され検出電流を流す出力電流検出トランジスタと、検出電流によって検出電圧を発生する検出抵抗と、第2の基準電圧と分圧電圧によって設定される電圧と、検出抵抗の電圧との差を増幅して出力する第2の誤差増幅回路と、第2の誤差増幅回路の出力でゲートが制御され、出力トランジスタのゲート電圧を制御する出力電流制限回路と、で構成した。また、第2の基準電圧を温度検出回路から供給する構成とした。
【選択図】図1
Description
出力端子Voutの出力電流が増加した場合、出力電流に応じた検出電流が出力電流検出トランジスタ5に流れる。この検出電流が検出抵抗6に流れることにより、トランジスタ7のゲート−ソース間電圧が上昇する。ここで、出力端子Voutに過電流が流れて、トランジスタ7のゲート−ソース間電圧がしきい値電圧を超えると、トランジスタ7にドレイン電流が流れる。トランジスタ7のドレイン電流が抵抗8に流れることによって、出力電流制御トランジスタ9のゲート−ソース間電圧が低下する。従って、出力電流制御トランジスタ9にドレイン電流が流れ、出力トランジスタ1のゲート−ソース間電圧を上昇させる。このように過電流保護回路50が働くことによって、出力端子Voutの出力電流はフの字型の電流電圧特性に抑制される。
図6に、フの字型の電流電圧特性の図を示す。電流電圧特性において、過電流保護回路が働く出力電流の値を制限電流という。また、出力端子Voutが短絡して、出力電圧が接地電位と等しくなったときの出力電流の値を短絡電流という。
そのため、制限電流を小さく設定した場合に、短絡電流がばらつくことによって、出力電流と出力電圧の関係から、ボルテージレギュレータの起動特性が悪くなる、という問題点を有していた。すなわち、ボルテージレギュレータの起動特性を確保するためには、制限電流をあまり絞ることが出来なかった。
更に、ボルテージレギュレータの内部温度は、過電流による発熱や、周囲温度等の影響を受けて上昇する。しかしながら、従来の過電流保護回路50では、ボルテージレギュレータの内部温度による制限電流値と短絡電流値の制御は出来なかった。
(2)請求項2に記載の発明では、前記第2の基準電圧は、前記第1の基準電圧と同じ回路から供給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を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、前記第2の基準電圧は、温度によって出力電圧が変化する温度検出回路から供給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を提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、前記温度検出回路は、直列に接続された定電流回路とダイオードを備え、前記第2の基準電圧はと前記ダイオードの順方向電圧により出力されることを特徴とする請求項3に記載のボルテージレギュレータを提供する。
さらに、第2の基準電圧を、温度によって出力電圧が変化する温度検出回路から供給することにより、温度によって制限電流値と短絡電流値を制御することができ、より効果的に発熱を抑えることが出来る。
第1の実施形態のボルテージレギュレータは、P型MOSトランジスタの出力トランジスタ1と、出力電圧分圧回路2と、基準電圧回路3と、誤差増幅器4と、過電流保護回路100とを備えている。過電流保護回路100は、P型MOSトランジスタの出力電流検出トランジスタ5と、検出抵抗6と、P型MOSトランジスタの出力電流制御トランジスタ9と、第2の誤差増幅器10と、第2の基準電圧回路11とを備えている。
出力電流検出トランジスタ5と出力トランジスタ1はゲートが接続されているので、夫々のドレイン電流は比例している。検出抵抗6は、出力電流検出トランジスタ5のドレイン電流によって電圧を発生する。第2の誤差増幅器10は、反転入力端子に検出抵抗6に発生する電圧を入力している。従って、検出抵抗6に発生する電圧が非反転入力端子の電圧より高くなると、出力端子の電圧は低くなる。出力電流制御トランジスタ9のゲートの電圧が低くなり、出力電流制御トランジスタ9にドレイン電流が流れる。結果として、出力トランジスタ1のゲートの電圧が高くなり、出力トランジスタ1のドレイン電流は少なくなるように制御される。
ゲートが反転入力端子V1となるN型MOSトランジスタ21と、ゲートが第1の非反転入力端子V2となるN型MOSトランジスタ22と、ゲートが第2の非反転入力端子V3となるN型MOSトランジスタ23と、第1の非反転入力と反転入力の間に設けられたカレントミラー回路を構成するP型MOSトランジスタ24およびP型MOSトランジスタ25と、第2の非反転入力と反転入力の間に設けられたカレントミラー回路を構成するP型MOSトランジスタ26およびP型MOSトランジスタ27と、第2の誤差増幅器10の消費電流を決定する定電流源28と、を備える。これらのトランジスタは同じサイズに設計されているので、2つのカレントミラー回路は、入力電圧が等しければ等しい電流が流れる。第2の誤差増幅器10の2つの非反転入力端子は、第一の非反転入力端子V2には第2の基準電圧回路11の第2の基準電圧Vref2を入力し、第二の非反転入力端子V3には分圧電圧Vdivを入力している。
VO=A(((V2+V3)/2)−V1) ・・・ (1)
すなわち第2の誤差増幅器10は、第1の非反転入力端子V2と第2の非反転入力端子V3の電圧の平均値と反転入力端子V1の電圧との差を増幅する。
以上説明した図2の第2の誤差増幅器10は、図3および図4の第2の実施形態のボルテージレギュレータにも適用される。
出力端子Voutの出力電流が増加した場合、出力電流に応じた検出電流が出力電流検出トランジスタ5に流れる。この検出電流が検出抵抗6に流れることにより、第2の誤差増幅器10の反転入力端子V1の電圧が上昇する。第2の誤差増幅器10の第1の非反転入力端子V2には第2の基準電圧Vref2が、第2の非反転入力端子V3には分圧電圧Vdivが入力されている。通常の動作状態では、分圧電圧Vdivは第2の基準電圧Vref2と等しく、反転入力端子V1の電圧はそれより低い。従って、第2の誤差増幅器10の出力端子はハイレベルの電圧に保たれ、出力電流制御トランジスタ9はオフしている。
また、短絡電流値の精度は、抵抗6の抵抗値と第2の基準電圧値Vref2と分割電圧値と第2の誤差増幅器10の差動トランジスタ対の面積比で決定される。トランジスタの面積比のばらつきは、トランジスタの閾値電圧値の絶対値によるばらつきよりも小さい。
すなわち、精度よく設定することが可能な第2の基準電圧Vref2などによって短絡電流を決定することが出来るので、出力電流−出力電圧特性を所望の特性に合わせこむことが容易であり、ボルテージレギュレータの起動特性を損ねることなく、短絡電流を小さく絞ることが可能となる。
そして常温の通常動作状態では、電圧Vtempは分圧電圧Vdivと等しい、もしくは大きくなるように設定する。
このような温度検出回路を利用した過電流保護回路102では、ボルテージレギュレータの内部温度が上昇すると、温度検出回路の出力電圧Vtemp、即ち、第2の誤差増幅器10の第1の非反転入力端子V2の入力電圧が低下する。これにより、制限電流の設定値が低下する。このように、高温時における制限電流の値を常温時より小さくすることにより、高温時における過電流による発熱量を低減させることができる。
出力端子Voutの出力電流が増加した場合、出力電流に応じた検出電流が出力電流検出トランジスタ5に流れる。この検出電流が検出抵抗6に流れることにより、第2の誤差増幅器10の反転入力端子V1の電圧が上昇する。第2の誤差増幅器10の第1の非反転入力端子V2には定電流回路12とダイオード13の接続点の電圧Vtempが、第2の非反転入力端子V3には分圧電圧Vdivが入力されている。常温の通常動作状態では、電圧Vtempは分圧電圧Vdivと等しく、反転入力端子V1の電圧はそれより低い。従って、第2の誤差増幅器10の出力端子はハイレベルの電圧に保たれ、出力電流制御トランジスタ9はオフしている。
すなわち、従来のトランジスタの閾値電圧で制御する過電流保護回路よりも、制限電流と短絡電流を精度よく設定することが出来る。従って、出力電流−出力電圧特性を所望の特性に合わせこむことが容易であり、ボルテージレギュレータの起動特性を損ねることなく、短絡電流を小さく絞ることが可能となる。
また、第2の誤差増幅器10は、第1の非反転入力端子V2と第2の非反転入力端子V3の電圧の平均値と反転入力端子V1の電圧との差を増幅するような設定としたが、短絡電流値を設定するための適切な比率であれば、それに限ることはない。
3 基準電圧回路
4 誤差増幅器
10 第2の誤差増幅器
11 第2の基準電圧回路
12 定電流源
13 ダイオード
50、100、101、102 過電流保護回路
Claims (4)
- 第1の基準電圧と出力トランジスタの出力電圧に基づく電圧との差を増幅して出力し、前記出力トランジスタのゲートを制御する第1の誤差増幅回路と、
前記出力トランジスタに過電流が流れたことを検出し、前記出力トランジスタの電流を制限する過電流保護回路と、を備えたボルテージレギュレータであって、
前記過電流保護回路は、
前記第1の誤差増幅回路の出力電圧でゲートが制御され、前記出力トランジスタの出力電流に応じた検出電流を流す出力電流検出トランジスタと、
前記検出電流によって電圧を発生する電圧発生回路と、
第2の基準電圧と前記出力電圧に基づく電圧とによって設定される電圧と、前記電圧発生回路の電圧との差を増幅して出力する第2の誤差増幅回路と、
前記第2の誤差増幅回路の出力でゲートが制御され、前記出力トランジスタのゲート電圧を制御する出力電流制限トランジスタと、を備えたことを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 前記第2の基準電圧は、前記第1の基準電圧と同じ回路から供給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。
- 前記第2の基準電圧は、温度によって出力電圧が変化する温度検出回路から供給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。
- 前記温度検出回路は、直列に接続された定電流回路とダイオードを備え、前記第2の基準電圧は前記ダイオードの順方向電圧により出力されることを特徴とする請求項3に記載のボルテージレギュレータ。
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