JP2010191869A - Constant voltage circuit and its operation control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流出力を複数の出力トランジスタで分担して行うように制御する構成をなす定電圧回路に関する。 The present invention relates to a constant voltage circuit configured to control so that current output is shared by a plurality of output transistors.
従来、出力電流が大きく変動する定電圧回路においては、出力トランジスタの容量を最大出力電流に合わせて設計していたため、大容量の出力トランジスタが必要であった。特に、このような定電圧回路を出力トランジスタまで含めて半導体装置に形成する場合、大容量の出力トランジスタはゲート容量が非常に大きくなり、ゲート容量の充放電に時間がかかるため、電源に対する過渡応答性能が悪化したり、リプル除去率が低下するという問題があった。
前記ゲート容量の充放電を速やかに行うためには、前段の増幅回路の出力容量も大きくする必要があるが、このようにすると、出力電流が小さい領域では電源回路自体の消費電流が増加して、電源効率が低下するという問題があった。
また、位相補償を広範囲の電流値に対して行うため、位相補償用のコンデンサも大きくする必要があり、更に、発熱する個所が出力トランジスタの1点に集中することから、放熱にも配慮する必要があった。
Conventionally, in a constant voltage circuit in which the output current greatly fluctuates, the capacity of the output transistor has been designed in accordance with the maximum output current, and thus a large capacity output transistor has been required. In particular, when such a constant voltage circuit is formed in a semiconductor device including the output transistor, the large capacity output transistor has a very large gate capacity, and it takes time to charge and discharge the gate capacity. There was a problem that the performance deteriorated and the ripple removal rate decreased.
In order to quickly charge and discharge the gate capacitance, it is necessary to increase the output capacitance of the amplifier circuit in the previous stage, but in this case, the current consumption of the power supply circuit itself increases in a region where the output current is small. There was a problem that the power supply efficiency was lowered.
In addition, since phase compensation is performed over a wide range of current values, it is necessary to increase the phase compensation capacitor. Furthermore, heat generation is concentrated at one point of the output transistor, so it is necessary to consider heat dissipation. was there.
そこで、電流出力を複数のトランジスタで分担する方法が提案されていた。電流出力を複数のトランジスタで分担することにより、各出力トランジスタのサイズを小さくすることができ、各出力トランジスタのゲート容量を小さくすることができる。この結果、前記前段の増幅回路の出力容量を小さくすることができる。また、発熱個所を分散させることができるため、チップの温度を平均化することができ、放熱が簡単になり、場合によっては不要になっていた。
なお、各出力トランジスタに直列に接続した電流検出用抵抗の電圧降下を測定して、該各出力トランジスタに流れる出力電流がほぼ等しくなるように制御を行う技術があった(例えば、特許文献1及び2参照。)。更に、複数の出力トランジスタを交互に動作させることにより平均出力電流を分散させるようにした技術もあった(例えば、特許文献2参照。)。
Therefore, a method of sharing current output by a plurality of transistors has been proposed. By sharing the current output with a plurality of transistors, the size of each output transistor can be reduced, and the gate capacitance of each output transistor can be reduced. As a result, the output capacity of the preceding amplifier circuit can be reduced. In addition, since the heat generation points can be dispersed, the temperature of the chip can be averaged, heat dissipation is simplified, and in some cases it is unnecessary.
In addition, there has been a technique for measuring a voltage drop of a current detection resistor connected in series to each output transistor and performing control so that output currents flowing through the respective output transistors are substantially equal (for example,
しかし、前記のような従来の方式では、複数の出力トランジスタから出力される出力電流が均等になるように制御するために、出力トランジスタに直列に電流検出用抵抗を設けていた。このことから、出力電流が大きくなるほど電流検出用抵抗による電力損失が大きくなり、電源の効率を低下させていた。更に、前記電流検出用抵抗の電圧降下を比較するためのコンパレータを出力トランジスタごとに設けているため、回路が大規模になるという問題があった。 However, in the conventional system as described above, a current detection resistor is provided in series with the output transistor in order to control the output current output from the plurality of output transistors to be equal. For this reason, as the output current increases, the power loss due to the current detection resistor increases, and the efficiency of the power supply decreases. Further, since a comparator for comparing the voltage drop of the current detection resistor is provided for each output transistor, there is a problem that the circuit becomes large.
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、出力トランジスタに直列に接続する電流検出用抵抗を使用することなく、簡単な回路構成で複数の出力トランジスタを制御することができる定電圧回路及びその動作制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and can control a plurality of output transistors with a simple circuit configuration without using a current detection resistor connected in series to the output transistor. An object of the present invention is to obtain a constant voltage circuit and an operation control method thereof.
この発明に係る定電圧回路は、入力端子から入力された入力電圧を所定の電圧に変換して出力端子から出力電圧として出力する定電圧回路において、
制御電極に入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子から前記出力端子に出力して、前記出力電圧の制御を行う複数の出力トランジスタと、
所定の基準電圧と前記出力電圧に比例した帰還電圧との電圧差を増幅して出力する差動増幅回路部と、
該差動増増幅回路部の出力電圧を増幅して対応する前記出力トランジスタの制御電極に出力する、前記各出力トランジスタに対応して設けられた各増幅回路部と、
を備え、
前記各増幅回路部は、前記差動増幅回路部からの入力電圧に応じて、所定の順で対応する前記出力トランジスタを順次オンさせて作動させるものである。
A constant voltage circuit according to the present invention is a constant voltage circuit that converts an input voltage input from an input terminal into a predetermined voltage and outputs the voltage as an output voltage from an output terminal.
A plurality of output transistors for controlling the output voltage by outputting a current according to a control signal input to the control electrode from the input terminal to the output terminal;
A differential amplifier circuit unit that amplifies and outputs a voltage difference between a predetermined reference voltage and a feedback voltage proportional to the output voltage;
Amplifying circuit portions provided corresponding to the output transistors for amplifying the output voltage of the differential amplifier circuit portion and outputting the amplified output voltage to the control electrodes of the corresponding output transistors;
With
Each of the amplifier circuit units is operated by sequentially turning on the corresponding output transistors in a predetermined order according to the input voltage from the differential amplifier circuit unit.
具体的には、前記各出力トランジスタは、オンして出力する電流の和が所定の最大値以下になるようにそれぞれ形成されるようにした。 Specifically, each of the output transistors is formed so that the sum of currents that are turned on and output is equal to or less than a predetermined maximum value.
また、前記各増幅回路部は、対応する前記出力トランジスタの制御電極の電圧制御を行うMOSトランジスタを備えたソース接地型の増幅回路をそれぞれなしており、該各MOSトランジスタのしきい値電圧が異なる値になるように該各MOSトランジスタが形成されることによって、前記差動増幅回路部からの入力電圧に応じて、所定の順で対応する前記出力トランジスタをオンして作動させるようにした。 In addition, each of the amplifier circuit units constitutes a common-source amplifier circuit having a MOS transistor that performs voltage control of the control electrode of the corresponding output transistor, and the threshold voltages of the MOS transistors are different. By forming each MOS transistor so as to have a value, the corresponding output transistors are turned on and operated in a predetermined order according to the input voltage from the differential amplifier circuit section.
この場合、(n+1)番目(nは正の整数)に対応する前記出力トランジスタをオンさせる前記増幅回路部の前記MOSトランジスタは、n番目に対応する前記出力トランジスタをオンさせる前記増幅回路部の出力電圧が飽和したときの前記差動増幅回路部の出力電圧と同電圧になるようにしきい値電圧が設定されるようにした。 In this case, the MOS transistor of the amplifier circuit unit that turns on the output transistor corresponding to the (n + 1) th (n is a positive integer) outputs the output of the amplifier circuit unit that turns on the output transistor corresponding to the nth. The threshold voltage is set to be the same voltage as the output voltage of the differential amplifier circuit section when the voltage is saturated.
また、対応する前記出力トランジスタから出力される出力電流が、対応して設定された最大許容電流値以下になるように、該出力トランジスタからの出力電流を制限する電流制限回路部を前記各出力トランジスタに対応してそれぞれ備えるようにしてもよい。 In addition, each output transistor includes a current limiting circuit unit that limits the output current from the output transistor so that the output current output from the corresponding output transistor is less than or equal to the corresponding maximum allowable current value. It may be provided corresponding to each.
この場合、(n+1)番目に対応する前記出力トランジスタをオンさせる前記増幅回路部の前記MOSトランジスタは、n番目に作動する前記出力トランジスタが前記最大許容電流値に達したときの前記差動増幅回路部の出力電圧と同電圧になるようにしきい値電圧が設定されるようにした。 In this case, the MOS transistor of the amplifier circuit section that turns on the output transistor corresponding to the (n + 1) th is the differential amplifier circuit when the output transistor that operates nth reaches the maximum allowable current value. The threshold voltage is set to be the same voltage as the output voltage of the part.
また、前記各増幅回路部の前記MOSトランジスタは、ゲート幅とゲート長の比を変えることによってしきい値電圧がそれぞれ設定されるようにした。 The threshold voltages of the MOS transistors of the amplifier circuits are set by changing the ratio of the gate width to the gate length.
また、前記各増幅回路部の前記MOSトランジスタは、ドレインに供給される電流値を変えることによってしきい値電圧がそれぞれ設定されるようにしてもよい。 The threshold voltage of each of the MOS transistors in each of the amplifier circuit units may be set by changing a current value supplied to the drain.
また、前記各増幅回路部の前記MOSトランジスタは、ゲート幅とゲート長の比、及びドレインに供給される電流値をそれぞれ変えることによってしきい値電圧がそれぞれ設定されるようにしてもよい。 Further, the MOS transistors of the amplifier circuit units may be set to have threshold voltages by changing the ratio of the gate width to the gate length and the current value supplied to the drain.
また、この発明に係る定電圧回路の動作制御方法は、制御電極に入力された制御信号に応じた電流を入力端子から出力端子に出力して、該出力端子から出力する出力電圧の制御を行う複数の出力トランジスタを備え、前記出力電圧に比例した帰還電圧が所定の基準電圧になるように前記各出力トランジスタの動作制御を行って、前記入力端子から入力された入力電圧を所定の電圧に変換して前記出力端子から前記出力電圧として出力する定電圧回路の動作制御方法において、
前記出力端子から出力する出力電流が、最初にオンさせた前記出力トランジスタの最大許容電流値になると、該最初にオンさせた出力トランジスタからの最大許容電流を維持しながら、2番目の前記出力トランジスタを作動させ、
以下、前記出力電流が、オンさせる順番の1番目からn(nは正の整数)番目の各出力トランジスタにおける各最大許容電流の和を超えると、前記1番目からn番目の各出力トランジスタからの各最大許容電流を維持させながら、(n+1)番目の前記出力トランジスタを作動させて、
前記出力電流の増加に伴って所定の順に前記各出力トランジスタを順次オンさせて作動させるようにした。
The operation control method of the constant voltage circuit according to the present invention controls the output voltage output from the output terminal by outputting a current corresponding to the control signal input to the control electrode from the input terminal to the output terminal. Provided with a plurality of output transistors, the operation of each output transistor is controlled so that the feedback voltage proportional to the output voltage becomes a predetermined reference voltage, and the input voltage input from the input terminal is converted into the predetermined voltage In the operation control method of the constant voltage circuit that outputs as the output voltage from the output terminal,
When the output current output from the output terminal reaches the maximum allowable current value of the output transistor turned on first, the second output transistor is maintained while maintaining the maximum allowable current from the output transistor turned on first. And
Hereinafter, when the output current exceeds the sum of the maximum allowable currents in the first to nth (n is a positive integer) output transistors in the turn-on order, the currents from the first to nth output transistors While maintaining each maximum allowable current, operating the (n + 1) th output transistor,
As the output current increases, the output transistors are sequentially turned on and operated in a predetermined order.
具体的には、記各出力トランジスタから出力される電流の和が所定の最大値以下になるように前記各出力トランジスタの動作制御を行うようにした。 Specifically, the operation of each output transistor is controlled so that the sum of the currents output from each output transistor is not more than a predetermined maximum value.
また、前記各出力トランジスタから出力されるそれぞれの出力電流が、対応してそれぞれ設定された最大許容電流値以下になるように、前記各出力トランジスタからの出力電流値を制限するようにしてもよい。 In addition, the output current value from each output transistor may be limited so that each output current output from each output transistor is correspondingly less than or equal to the maximum allowable current value respectively set. .
本発明の定電圧回路及びその動作制御方法によれば、出力トランジスタ1個当たりの最大出力電流を定電圧回路の最大出力電流よりも小さくすることができ、サイズの小さな出力トランジスタを使用することができるため、例えば出力トランジスタにMOSトランジスタを使用した場合、ゲート容量を小さくすることができ増幅回路部の駆動能力を小さくしても、必要とする応答速度を確保することができ、リプル除去率も高くすることができる。また、出力トランジスタに接続される位相補償用のコンデンサの容量も小さくすることができ、該コンデンサのサイズも小さくすることができる。更に、従来必要とした、出力トランジスタに直列に接続する電流検出用抵抗やコンパレータが不要になり、回路規模の縮小を図ることができ、この結果、チップサイズを縮小させることができコストダウンを図ることができる。 According to the constant voltage circuit and the operation control method of the present invention, the maximum output current per output transistor can be made smaller than the maximum output current of the constant voltage circuit, and a small-sized output transistor can be used. Therefore, for example, when a MOS transistor is used as the output transistor, the required response speed can be ensured even if the gate capacity can be reduced and the driving capability of the amplifier circuit part is reduced, and the ripple removal rate is also improved. Can be high. In addition, the capacitance of the phase compensation capacitor connected to the output transistor can be reduced, and the size of the capacitor can also be reduced. In addition, the current detection resistor and the comparator connected in series with the output transistor, which are required in the past, are not required, and the circuit scale can be reduced. As a result, the chip size can be reduced and the cost can be reduced. be able to.
また、各出力トランジスタからの出力電流値を制限するようにしたことから、より正確な電流で前記出力電流の分担を行うことができる。 In addition, since the output current value from each output transistor is limited, the output current can be shared with a more accurate current.
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、直流電源10から入力端子INに入力された入力電圧Vinを所定の定電圧に変換し、出力電圧Voutとして出力端子OUTから出力するシリーズレギュレータをなしている。
定電圧回路1は、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2と、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、出力電圧検出用の抵抗R1,R2と、差動増幅回路3と、第1及び第2の各増幅回路4,5と、出力コンデンサCoと、位相補償用の抵抗R3,R4と、位相補償用のコンデンサC3,C4とで構成されている。
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
差動増幅回路3は、NMOSトランジスタM11,M12、PMOSトランジスタM13,M14及び所定のバイアス電流i1を供給する定電流源11で構成されている。また、第1の増幅回路4は、PMOSトランジスタM15及び所定の定電流i2を供給する定電流源12で構成され、第2の増幅回路5は、PMOSトランジスタM16及び所定の定電流i3を供給する定電流源13で構成されている。
なお、基準電圧発生回路2、差動増幅回路3及び抵抗R1,R2は差動増幅回路部をなし、第1及び第2の各増幅回路4,5はそれぞれ増幅回路部をなす。また、図1の定電圧回路1において、出力コンデンサCoを除く各回路を1つのICに集積するようにしてもよく、場合によっては、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2及び出力コンデンサCoを除く各回路を1つのICに集積するようにしてもよい。
The differential amplifier circuit 3 includes NMOS transistors M11 and M12, PMOS transistors M13 and M14, and a constant
The reference
入力端子INと出力端子OUTとの間に第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2が並列に接続され、出力端子OUTと接地電圧GNDとの間に、出力コンデンサCoが接続されると共に、抵抗R1及びR2が直列に接続されている。抵抗R1及びR2は、出力電圧Voutを分圧して帰還電圧Vfbを生成し出力する。また、第1の出力トランジスタM1のゲートとドレインとの間には抵抗R3とコンデンサC3の直列回路が接続され、第2の出力トランジスタM2のゲートとドレインとの間には抵抗R4とコンデンサC4の直列回路が接続されている。 The first and second output transistors M1 and M2 are connected in parallel between the input terminal IN and the output terminal OUT, and the output capacitor Co is connected between the output terminal OUT and the ground voltage GND. Resistors R1 and R2 are connected in series. The resistors R1 and R2 divide the output voltage Vout to generate and output a feedback voltage Vfb. A series circuit of a resistor R3 and a capacitor C3 is connected between the gate and drain of the first output transistor M1, and a resistor R4 and a capacitor C4 are connected between the gate and drain of the second output transistor M2. A series circuit is connected.
差動増幅回路3において、差動対をなすNMOSトランジスタM11及びM12の各ソースは接続され、該接続部と接地電圧GNDとの間には定電流源11が接続されている。NMOSトランジスタM11のゲートには基準電圧Vrefが、NMOSトランジスタM12のゲートには帰還電圧Vfbがそれぞれ入力されている。PMOSトランジスタM13及びM14は、カレントミラー回路を形成して前記差動対の負荷をなしており、PMOSトランジスタM13及びM14において、各ソースは入力電圧Vinに接続され、各ゲートは接続されてPMOS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M13のドレインはNMOSトランジスタM11のドレインに、PMOSトランジスタM14のドレインはNMOSトランジスタM12のドレインにそれぞれ接続され、PMOSトランジスタM14とNMOSトランジスタM12との接続部が差動増幅回路3の出力端をなしている。
In the differential amplifier circuit 3, the sources of NMOS transistors M11 and M12 forming a differential pair are connected, and a constant
第1の増幅回路4はソース接地型の増幅回路をなしており、第1の増幅回路4において、PMOSトランジスタM15のソースは入力電圧Vinに接続され、PMOSトランジスタM15のゲートは差動増幅回路3の前記出力端に接続されている。PMOSトランジスタM15のドレインと接地電圧GNDとの間に定電流源12が接続され、PMOSトランジスタM15と定電流源12との接続部が第1の増幅回路4の出力端をなし、該出力端は、第1の出力トランジスタM1のゲートに接続されている。
同様に、第2の増幅回路5はソース接地型の増幅回路をなしており、第2の増幅回路5において、PMOSトランジスタM16のソースは入力電圧Vinに接続され、PMOSトランジスタM16のゲートは差動増幅回路3の前記出力端に接続されている。PMOSトランジスタM16のドレインと接地電圧GNDとの間に定電流源13が接続され、PMOSトランジスタM16と定電流源13との接続部が第2の増幅回路5の出力端をなし、該出力端は、第2の出力トランジスタM2のゲートに接続されている。
The first amplifier circuit 4 is a grounded source amplifier circuit. In the first amplifier circuit 4, the source of the PMOS transistor M15 is connected to the input voltage Vin, and the gate of the PMOS transistor M15 is connected to the differential amplifier circuit 3. Connected to the output end of the. The constant current source 12 is connected between the drain of the PMOS transistor M15 and the ground voltage GND, and the connection between the PMOS transistor M15 and the constant current source 12 forms the output terminal of the first amplifier circuit 4, and the output terminal is Are connected to the gate of the first output transistor M1.
Similarly, the second amplifier circuit 5 is a grounded source amplifier circuit. In the second amplifier circuit 5, the source of the PMOS transistor M16 is connected to the input voltage Vin, and the gate of the PMOS transistor M16 is differential. The amplifier 3 is connected to the output terminal. A constant
このような構成において、差動増幅回路3は、基準電圧Vrefと帰還電圧Vfbとの電圧差を増幅して電圧Vaを生成し、第1及び第2の各増幅回路4及び5にそれぞれ出力する。第1の増幅回路4は、入力された電圧Vaを増幅して第1の出力トランジスタM1のゲートに出力し、第2の増幅回路5は、入力された電圧Vaを増幅して第2の出力トランジスタM2のゲートに出力して、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefになるように、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2からそれぞれ出力される電流が制御される。第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2のそれぞれのしきい値電圧Vth1及びVth2は同じであり、PMOSトランジスタM15のしきい値電圧Vth15は、PMOSトランジスタM16のしきい値電圧Vth16よりも大きい値に設定されている。 In such a configuration, the differential amplifier circuit 3 amplifies the voltage difference between the reference voltage Vref and the feedback voltage Vfb, generates a voltage Va, and outputs the voltage Va to the first and second amplifier circuits 4 and 5, respectively. . The first amplifier circuit 4 amplifies the input voltage Va and outputs it to the gate of the first output transistor M1, and the second amplifier circuit 5 amplifies the input voltage Va and outputs a second output. The current output from each of the first and second output transistors M1 and M2 is controlled so that the feedback voltage Vfb becomes the reference voltage Vref by outputting to the gate of the transistor M2. The threshold voltages Vth1 and Vth2 of the first and second output transistors M1 and M2 are the same, and the threshold voltage Vth15 of the PMOS transistor M15 is larger than the threshold voltage Vth16 of the PMOS transistor M16. Is set to a value.
図2は、図1の定電圧回路1の動作例を示した図であり、図2を用いて図1の定電圧回路1の動作について説明する。なお、図1及び図2において、第1の出力トランジスタM1のゲート電圧をVg1とし、第1の出力トランジスタM1のドレイン電流をio1とし、第2の出力トランジスタM2のゲート電圧をVg2とし、第2の出力トランジスタM2のドレイン電流をio2としている。すなわち、出力端子OUTから出力される出力電流ioは、(io1+io2)になる。更に、Vth1は第1の出力トランジスタM1のしきい値電圧を、Vth2は第2の出力トランジスタM2のしきい値電圧を、Vth15はPMOSトランジスタM15のしきい値電圧を、Vth16はPMOSトランジスタM16のしきい値電圧をそれぞれ示しており、imax1は第1の出力トランジスタM1の最大許容電流値を示している。また、図2では、出力電流ioの最大値が200mAで、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2のそれぞれの最大許容電流が共に100mAである場合を例にして示しており、縦軸が電圧及び電流に、横軸が出力電流ioにそれぞれなっている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation example of the
また、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の各しきい値電圧が、図2ではPMOSトランジスタM16よりもそれぞれ小さくなっているが、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2におけるそれぞれのしきい値電圧Vth1及びVth2と、PMOSトランジスタM15及びM16の各しきい値電圧Vth15及びVth16とは特に関係はなく、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2のそれぞれのしきい値電圧Vth1,Vth2が、PMOSトランジスタM15のしきい値電圧Vth15よりも大きくても良いし、PMOSトランジスタM15とM16の各しきい値電圧Vth15とVth16との間にあってもよい。 Further, although the threshold voltages of the first output transistor M1 and the second output transistor M2 are smaller than those of the PMOS transistor M16 in FIG. 2, the first and second output transistors M1 and M2 respectively. Are not particularly related to the threshold voltages Vth15 and Vth16 of the PMOS transistors M15 and M16, and the thresholds of the first and second output transistors M1 and M2 are not particularly related. The value voltages Vth1 and Vth2 may be larger than the threshold voltage Vth15 of the PMOS transistor M15, or may be between the threshold voltages Vth15 and Vth16 of the PMOS transistors M15 and M16.
出力電流ioが1mA以下と極めて小さい場合は、差動増幅回路3の出力電圧VaはPMOSトランジスタM15のしきい値電圧Vth15よりもやや小さい電圧になっている。このため、PMOSトランジスタM15はオンしており、PMOSトランジスタM15のドレイン電圧をなすゲート電圧Vg1は、第1の出力トランジスタM1のしきい値電圧Vth1付近になっている。なお、このときPMOSトランジスタM16は完全にオンしているため、PMOSトランジスタM16のドレイン電圧はほぼ入力電圧Vin近くまで上昇していることから、第2の出力トランジスタM2はオフして遮断状態になっている。 When the output current io is as small as 1 mA or less, the output voltage Va of the differential amplifier circuit 3 is slightly smaller than the threshold voltage Vth15 of the PMOS transistor M15. Therefore, the PMOS transistor M15 is on, and the gate voltage Vg1 that forms the drain voltage of the PMOS transistor M15 is near the threshold voltage Vth1 of the first output transistor M1. At this time, since the PMOS transistor M16 is completely turned on, the drain voltage of the PMOS transistor M16 has risen to nearly the input voltage Vin, so that the second output transistor M2 is turned off and becomes a cut-off state. ing.
出力電流ioが増加するにしたがって、電圧Vaは徐々に上昇する。すると、PMOSトランジスタM15のゲート‐ソース間電圧が小さくなるため、PMOSトランジスタM15のドレイン電流が減少する。PMOSトランジスタM15のドレイン電流の減少に伴って、PMOSトランジスタM15のドレイン電圧、すなわち第1の出力トランジスタM1のゲート電圧Vg1が低下するため、第1の出力トランジスタM1のドレイン電流io1が増加する。しかし、ドレイン電流io1が約100mA未満である場合では、差動増幅回路3の出力電圧VaがPMOSトランジスタM16のしきい値電圧Vth16以下であるため、PMOSトランジスタM16はオンしており、第2の出力トランジスタM2のドレイン電流io2はまだ流れない。すなわち、出力電流ioが約100mA未満の領域では、出力電流ioはすべて第1の出力トランジスタM1から供給されている。 As the output current io increases, the voltage Va gradually increases. Then, since the gate-source voltage of the PMOS transistor M15 becomes small, the drain current of the PMOS transistor M15 decreases. As the drain current of the PMOS transistor M15 decreases, the drain voltage of the PMOS transistor M15, that is, the gate voltage Vg1 of the first output transistor M1 decreases, so the drain current io1 of the first output transistor M1 increases. However, when the drain current io1 is less than about 100 mA, since the output voltage Va of the differential amplifier circuit 3 is equal to or lower than the threshold voltage Vth16 of the PMOS transistor M16, the PMOS transistor M16 is on, The drain current io2 of the output transistor M2 does not flow yet. That is, in the region where the output current io is less than about 100 mA, the output current io is all supplied from the first output transistor M1.
出力電流ioが約100mAになると、第1の増幅回路4の出力電圧、すなわち第1の出力トランジスタM1のゲート電圧Vg1は接地電圧GNDに近いレベルで飽和し、これ以下には下がらなくなる。すなわち、第1の出力トランジスタM1のドレイン電流io1もこれ以上増加しなくなる。しかし、このような出力電流ioでは、差動増幅回路3の出力電圧VaがPMOSトランジスタM16のしきい値電圧Vth16まで上昇するため、PMOSトランジスタM16のドレイン電流が減少し始め、PMOSトランジスタM16のドレイン電圧、すなわち第2の出力トランジスタM2のゲート電圧Vg2が低下し始め、第2の出力トランジスタM2にドレイン電流io2が流れ始める。 When the output current io becomes about 100 mA, the output voltage of the first amplifier circuit 4, that is, the gate voltage Vg1 of the first output transistor M1 saturates at a level close to the ground voltage GND, and does not decrease below this. That is, the drain current io1 of the first output transistor M1 does not increase any more. However, with such an output current io, the output voltage Va of the differential amplifier circuit 3 rises to the threshold voltage Vth16 of the PMOS transistor M16, so the drain current of the PMOS transistor M16 begins to decrease, and the drain of the PMOS transistor M16 The voltage, that is, the gate voltage Vg2 of the second output transistor M2 starts to decrease, and the drain current io2 starts to flow through the second output transistor M2.
出力電流ioが100mAを超えると、第2の出力トランジスタM2のドレイン電流io2が増加し、出力電流ioは第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2の両方から供給されるようになる。
出力電流ioが200mAに達すると、第2の増幅回路5の出力電圧、すなわち第2の出力トランジスタM2のゲート電圧Vg2が飽和して接地電圧GND近くまで低下し、第2の出力トランジスタM2のドレイン電流io2もこれ以上増加しなくなる。
When the output current io exceeds 100 mA, the drain current io2 of the second output transistor M2 increases, and the output current io is supplied from both the first and second output transistors M1 and M2.
When the output current io reaches 200 mA, the output voltage of the second amplifier circuit 5, that is, the gate voltage Vg2 of the second output transistor M2 is saturated and decreases to near the ground voltage GND, and the drain of the second output transistor M2 The current io2 does not increase any more.
このように、本第1の実施の形態における定電圧回路では、PMOSトランジスタM15のしきい値電圧Vth15をPMOSトランジスタM16のしきい値電圧Vth16よりも大きくし、出力電流ioが小さい間は、第1の出力トランジスタM1から出力電流ioを供給し、第1の出力トランジスタM1のゲート電圧Vg1が飽和した場合は、第2の出力トランジスタM2が作動するようにした。このようなことから、出力トランジスタ1個当たりの最大出力電流を定電圧回路の最大出力電流よりも小さくすることができるため、サイズの小さな出力トランジスタを使用することができ、出力トランジスタのゲート容量も小さくすることができることから、増幅回路の駆動能力を小さくしても、必要とする応答速度を確保することができ、リプル除去率も高くすることができる。 As described above, in the constant voltage circuit according to the first embodiment, the threshold voltage Vth15 of the PMOS transistor M15 is larger than the threshold voltage Vth16 of the PMOS transistor M16, and the output current io is small. When the output current io is supplied from the first output transistor M1 and the gate voltage Vg1 of the first output transistor M1 is saturated, the second output transistor M2 is activated. For this reason, since the maximum output current per output transistor can be made smaller than the maximum output current of the constant voltage circuit, a small output transistor can be used, and the gate capacity of the output transistor is also reduced. Since it can be reduced, the required response speed can be ensured and the ripple removal rate can be increased even if the driving capability of the amplifier circuit is reduced.
また、位相補償用のコンデンサC3及びC4の各容量も小さくすることができるため、該各コンデンサのサイズもそれぞれ小さくすることができる。更に、出力トランジスタに直列に接続する電流検出用の抵抗や、コンパレータが不要になり、回路規模の縮小を図ることができ、この結果チップサイズを小さくすることができコストダウンを図ることができる。
PMOSトランジスタM15とM16のしきい値電圧の違いは、PMOSトランジスタM15とM16におけるゲート幅Wとゲート長Lの比を変えることにより実現させることができ、ゲート幅Wとゲート長Lの比を同じにして、定電流i2とi3の値を変えることによっても、ゲート幅Wとゲート長Lの比、及び定電流i2とi3の値の両方を変えるようにしてもそれぞれ実現させることができる。
Further, since the capacitances of the phase compensation capacitors C3 and C4 can be reduced, the size of each capacitor can also be reduced. Furthermore, a current detection resistor and a comparator connected in series with the output transistor are not required, and the circuit scale can be reduced. As a result, the chip size can be reduced and the cost can be reduced.
The difference in threshold voltage between the PMOS transistors M15 and M16 can be realized by changing the ratio between the gate width W and the gate length L in the PMOS transistors M15 and M16, and the ratio between the gate width W and the gate length L is the same. Thus, it can be realized by changing the values of the constant currents i2 and i3, or changing both the ratio of the gate width W and the gate length L and the values of the constant currents i2 and i3.
なお、前記第1の実施の形態では、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の最大許容電流を共に100mAとして説明したが、必ずしも同じ値にする必要はなく、例えば、第1の出力トランジスタM1の最大許容電流を50mAにし、第2の出力トランジスタM2の最大許容電流を150mAにするといったように、異なる値に設定してもよい。 In the first embodiment, the maximum allowable currents of the first output transistor M1 and the second output transistor M2 are both set to 100 mA. However, it is not always necessary to set the same value. The maximum allowable current of the output transistor M1 may be set to 50 mA, and the maximum allowable current of the second output transistor M2 may be set to 150 mA.
第2の実施の形態.
前記第1の実施の形態における定電圧回路に、各出力トランジスタから出力される電流を制限する電流制限回路を設けるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
図3は、本発明の第2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。なお、図3では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図3における図1との相違点は、図1に第1及び第2の電流制限回路21及び22を追加したことにあり、これに伴って、図1の定電圧回路1を定電圧回路1aにした。
Second embodiment.
The constant voltage circuit in the first embodiment may be provided with a current limiting circuit for limiting the current output from each output transistor, and such a configuration is used in the second embodiment of the present invention. And
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit example of a constant voltage circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same or similar parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted here, and only differences from FIG. 1 will be described.
3 is different from FIG. 1 in that the first and second current limiting
図3において、定電圧回路1aは、直流電源10から入力端子INに入力された入力電圧Vinを所定の定電圧に変換し、出力電圧Voutとして出力端子OUTから出力するシリーズレギュレータをなしている。
定電圧回路1aは、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2と、基準電圧発生回路2と、出力電圧検出用の抵抗R1,R2と、差動増幅回路3と、第1及び第2の各増幅回路4,5と、出力コンデンサCoと、位相補償用の抵抗R3,R4と、位相補償用のコンデンサC3,C4と、第1及び第2の各電流制限回路21,22で構成されている。
In FIG. 3, the
The
なお、第1及び第2の各電流制限回路21,22はそれぞれ電流制限回路部をなす。また、図3の定電圧回路1aにおいて、出力コンデンサCoを除く各回路を1つのICに集積するようにしてもよく、場合によっては、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2及び出力コンデンサCoを除く各回路を1つのICに集積するようにしてもよい。
Each of the first and second current limiting
第1の電流制限回路21は、第1の出力トランジスタM1から出力される電流io1の制限を行う回路であり、PMOSトランジスタM21,M22、NMOSトランジスタM23,M24及び抵抗Rs1で構成されている。
同様に、第2の電流制限回路22は、第2の出力トランジスタM2から出力される電流io2の制限を行う回路であり、PMOSトランジスタM25,M26、NMOSトランジスタM27,M28及び抵抗Rs2で構成されている。
第1の電流制限回路21において、PMOSトランジスタM21のソースは入力電圧Vinに接続され、PMOSトランジスタM21のゲートは第1の増幅回路4の出力端、すなわち第1の出力トランジスタM1のゲートに接続されている。
The first current limiting
Similarly, the second current limiting
In the first current limiting
NMOSトランジスタM23及びM24はカレントミラー回路を形成しており、NMOSトランジスタM23及びM24において、各ソースはそれぞれ接地電圧GNDに接続され、各ゲートが接続されて該接続部がNMOSトランジスタM23のドレインに接続されている。NMOSトランジスタM23のドレインはPMOSトランジスタM21のドレインに接続され、入力電圧VinとNMOSトランジスタM24のドレインとの間には抵抗Rs1が接続されている。入力電圧Vinと第1の出力トランジスタM1のゲートとの間にはPMOSトランジスタM22が接続されており、PMOSトランジスタM22のゲートはNMOSトランジスタM24のドレインに接続されている。 The NMOS transistors M23 and M24 form a current mirror circuit. In the NMOS transistors M23 and M24, each source is connected to the ground voltage GND, each gate is connected, and the connection portion is connected to the drain of the NMOS transistor M23. Has been. The drain of the NMOS transistor M23 is connected to the drain of the PMOS transistor M21, and a resistor Rs1 is connected between the input voltage Vin and the drain of the NMOS transistor M24. A PMOS transistor M22 is connected between the input voltage Vin and the gate of the first output transistor M1, and the gate of the PMOS transistor M22 is connected to the drain of the NMOS transistor M24.
同様に、第2の電流制限回路22において、PMOSトランジスタM25のソースは入力電圧Vinに接続され、PMOSトランジスタM25のゲートは第2の増幅回路5の出力端、すなわち第2の出力トランジスタM2のゲートに接続されている。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、各ソースはそれぞれ接地電圧GNDに接続され、各ゲートが接続されて該接続部が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のドレインはPMOSトランジスタM25のドレインに接続され、入力電圧VinとNMOSトランジスタM28のドレインとの間には抵抗Rs2が接続されている。入力電圧Vinと第2の出力トランジスタM2のゲートとの間にはPMOSトランジスタM26が接続されており、PMOSトランジスタM26のゲートはNMOSトランジスタM28のドレインに接続されている。
Similarly, in the second current limiting
このような構成において、第1及び第2の各電流制限回路21,22以外は図1の定電圧回路1と同様であることから、第1及び第2の各電流制限回路21,22の動作について説明する。
PMOSトランジスタM21は、第1の出力トランジスタM1からの出力電流io1に比例したドレイン電流io21が流れる。ドレイン電流io21は、NMOSトランジスタM23とM24で構成されたカレントミラー回路で電流の方向が折り返されて抵抗Rs1に供給され、出力電流ioの増加に伴って抵抗Rs1の両端の電圧差が大きくなる。NMOSトランジスタM24と抵抗Rs1との接続部の電圧がPMOSトランジスタM22のしきい値電圧に達すると、PMOSトランジスタM22のインピーダンスが低下して、第1の出力トランジスタM1のゲート電圧Vg1の低下を抑制する。
In such a configuration, the operation of the first and second current limiting
The drain current io21 proportional to the output current io1 from the first output transistor M1 flows through the PMOS transistor M21. The drain current io21 is supplied to the resistor Rs1 after the direction of the current is turned back by a current mirror circuit composed of NMOS transistors M23 and M24, and the voltage difference between both ends of the resistor Rs1 increases as the output current io increases. When the voltage at the connection between the NMOS transistor M24 and the resistor Rs1 reaches the threshold voltage of the PMOS transistor M22, the impedance of the PMOS transistor M22 decreases, and the decrease in the gate voltage Vg1 of the first output transistor M1 is suppressed. .
図4は、図3の定電圧回路1aの動作例を示した図であり、図4における条件及び符号は図2の場合と同様である。図4で示すように、ゲート電圧Vg1は、第1の出力トランジスタM1の出力電流が100mAを維持する電圧に留まりそれ以下には低下しない。このため、第1の出力トランジスタM1から出力される出力電流io1は、制限電流値である100mAに制限される。PMOSトランジスタM16のしきい値電圧は、第1の出力トランジスタM1に対する電流制限が作動したときの差動増幅回路3の出力電圧Vaとほぼ等しくなるように設定されている。このようなことから、第1の出力トランジスタM1に電流制限がかかると、第2の出力トランジスタM2が作動して、第2の出力トランジスタM2から出力電流io2が供給されるようになる。
FIG. 4 is a diagram showing an operation example of the
PMOSトランジスタM25は、第2の出力トランジスタM2からの出力電流io2に比例したドレイン電流io25が流れる。ドレイン電流io25は、NMOSトランジスタM27とM28で構成されたカレントミラー回路で電流の方向が折り返されて抵抗Rs2に供給され、出力電流ioの増加に伴って抵抗Rs2の両端の電圧差が大きくなる。NMOSトランジスタM28と抵抗Rs2との接続部の電圧がPMOSトランジスタM26のしきい値電圧に達すると、PMOSトランジスタM26のインピーダンスが低下して、第2の出力トランジスタM2のゲート電圧Vg2の低下を抑制する。
このようなことから、出力電流ioが200mAに達すると、第2の電流制限回路22によって第2の出力トランジスタM2にも電流制限がかかり、出力電流ioが200mA以上にならないように保護される。
In the PMOS transistor M25, a drain current io25 proportional to the output current io2 from the second output transistor M2 flows. The drain current io25 is supplied to the resistor Rs2 by turning the direction of the current in a current mirror circuit composed of NMOS transistors M27 and M28, and the voltage difference between both ends of the resistor Rs2 increases as the output current io increases. When the voltage at the connection between the NMOS transistor M28 and the resistor Rs2 reaches the threshold voltage of the PMOS transistor M26, the impedance of the PMOS transistor M26 decreases, and the decrease in the gate voltage Vg2 of the second output transistor M2 is suppressed. .
For this reason, when the output current io reaches 200 mA, the second current limiting
このように、本第2の実施の形態における定電圧回路では、前記第1の実施の形態における定電圧回路に、第1及び第2の各出力トランジスタM1,M2に対応してそれぞれ電流制限回路を設けるようにしたことから、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、第1及び第2の各出力トランジスタに対して、より正確な電流で出力電流の分担を行わせることができる。 As described above, in the constant voltage circuit according to the second embodiment, the current limiting circuit corresponding to each of the first and second output transistors M1 and M2 is different from the constant voltage circuit according to the first embodiment. Thus, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the output current can be distributed to the first and second output transistors with a more accurate current. Can be made.
なお、前記第2の実施の形態の説明では、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の電流制限値を共に100mAにしたが、これは一例であり、例えば、第1の出力トランジスタM1の電流制限値を50mAにし、第2の出力トランジスタM2の電流制限値を150mAにして変えるようにしてもよい。
また、前記第1及び第2の各実施の形態では、増幅回路と出力トランジスタがそれぞれ2つ備えた場合を例にして説明したが、これは一例であり、本願発明は、複数の出力トランジスタと該各出力トランジスタに対応して複数の増幅回路を備えた場合に適用するものである。
In the description of the second embodiment, the current limit values of the first output transistor M1 and the second output transistor M2 are both set to 100 mA. However, this is an example. For example, the first output transistor The current limit value of M1 may be changed to 50 mA, and the current limit value of the second output transistor M2 may be changed to 150 mA.
In each of the first and second embodiments, the case where two amplifier circuits and two output transistors are provided has been described as an example. However, this is an example, and the present invention includes a plurality of output transistors and a plurality of output transistors. This is applied when a plurality of amplifier circuits are provided corresponding to each output transistor.
1,1a 定電圧回路
2 基準電圧発生回路
3 差動増幅回路
4 第1の増幅回路
5 第2の増幅回路
10 直流電源
21 第1の電流制限回路
22 第2の電流制限回路
M1 第1の出力トランジスタ
M2 第2の出力トランジスタ
R1〜R4 抵抗
Co 出力コンデンサ
C3,C4 コンデンサ
1, 1a
Claims (12)
制御電極に入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子から前記出力端子に出力して、前記出力電圧の制御を行う複数の出力トランジスタと、
所定の基準電圧と前記出力電圧に比例した帰還電圧との電圧差を増幅して出力する差動増幅回路部と、
該差動増増幅回路部の出力電圧を増幅して対応する前記出力トランジスタの制御電極に出力する、前記各出力トランジスタに対応して設けられた各増幅回路部と、
を備え、
前記各増幅回路部は、前記差動増幅回路部からの入力電圧に応じて、所定の順で対応する前記出力トランジスタを順次オンさせて作動させることを特徴とする定電圧回路。 In the constant voltage circuit that converts the input voltage input from the input terminal to a predetermined voltage and outputs it as an output voltage from the output terminal,
A plurality of output transistors for controlling the output voltage by outputting a current according to a control signal input to the control electrode from the input terminal to the output terminal;
A differential amplifier circuit unit that amplifies and outputs a voltage difference between a predetermined reference voltage and a feedback voltage proportional to the output voltage;
Amplifying circuit portions provided corresponding to the output transistors for amplifying the output voltage of the differential amplifier circuit portion and outputting the amplified output voltage to the control electrodes of the corresponding output transistors;
With
Each of the amplifying circuit units operates by sequentially turning on the corresponding output transistors in a predetermined order in accordance with an input voltage from the differential amplifying circuit unit.
前記出力端子から出力する出力電流が、最初にオンさせた前記出力トランジスタの最大許容電流値になると、該最初にオンさせた出力トランジスタからの最大許容電流を維持しながら、2番目の前記出力トランジスタを作動させ、
以下、前記出力電流が、オンさせる順番の1番目からn(nは正の整数)番目の各出力トランジスタにおける各最大許容電流の和を超えると、前記1番目からn番目の各出力トランジスタからの各最大許容電流を維持させながら、(n+1)番目の前記出力トランジスタを作動させて、
前記出力電流の増加に伴って所定の順に前記各出力トランジスタを順次オンさせて作動させることを特徴とする定電圧回路の動作制御方法。 A feedback voltage proportional to the output voltage, comprising a plurality of output transistors for controlling the output voltage output from the output terminal by outputting a current corresponding to the control signal input to the control electrode from the input terminal to the output terminal. A constant voltage circuit that controls the operation of each of the output transistors so that the voltage becomes a predetermined reference voltage, converts the input voltage input from the input terminal into a predetermined voltage, and outputs the voltage as the output voltage from the output terminal In the operation control method of
When the output current output from the output terminal reaches the maximum allowable current value of the output transistor turned on first, the second output transistor is maintained while maintaining the maximum allowable current from the output transistor turned on first. And
Hereinafter, when the output current exceeds the sum of the maximum allowable currents in the first to nth (n is a positive integer) output transistors in the turn-on order, the currents from the first to nth output transistors While maintaining each maximum allowable current, operating the (n + 1) th output transistor,
An operation control method for a constant voltage circuit, wherein the output transistors are sequentially turned on to operate in a predetermined order as the output current increases.
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