JP2011061966A - ボルテージレギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗のトリミングのための工程が不要な、過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータを提供する。
【解決手段】過熱保護回路を、温度によって変化する電圧を出力する温度検出回路と、温度検出回路の出力する電圧によって変化する温度電圧を出力する定電圧回路と、基準電圧回路と、温度電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、コンパレータの比較結果に基づいてヒステリシス動作をするように切替える切換え回路とを備え、切換え回路は定電圧回路の定電流源もしくは基準電圧回路のトランジスタを切り替える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧から一定の出力電圧を生成するボルテージレギュレータに関し、より詳しくは、発熱から回路を保護する過熱保護回路に関する。

一般的にボルテージレギュレータは、電子機器による負荷が増大し大電流が流れた場合、自己発熱による温度上昇が発生する。過度な温度上昇によってボルテージレギュレータ自身の破壊に至る場合がある。そのため、所定の温度以上にならないための過熱保護回路が設けられている。

ここで、特許文献１で提案された、従来の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータについて説明する。図２は、従来の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータの概略の回路図である。

出力電圧ＶＯＵＴは、抵抗２と抵抗３とによって分圧され、分圧電圧を生成している。図には示されていないが、誤差増幅回路は、分圧電圧と基準電圧とを比較し、分圧電圧と基準電圧とが等しくなるように出力トランジスタ１を制御し、出力電圧ＶＯＵＴを一定にする。

過熱保護回路は、定電圧源６２及び６４と、ダイオード６１と、抵抗６３と、コンパレータ６５と、ＰＭＯＳトランジスタ６６を備えている。

コンパレータ６５は、定電圧源６２とダイオード６１で生成された温度電圧ＶＦと、抵抗６３と定電圧源６４で生成された基準電圧ＶＲＥＦとを入力される。抵抗６３はトリミング調整をおこない基準電圧ＶＲＥＦの電圧を変えることが可能となる。ＰＭＯＳトランジスタ６６は、ゲートをコンパレータ６５の出力端子に接続される、ドレインを出力トランジスタ１のゲートに接続され、ソースを電源に接続されている。

過熱状態を検出していない場合は、基準電圧ＶＲＥＦ＞温度電圧ＶＦになる。コンパレータ６５の出力はハイレベルになるので、ＰＭＯＳトランジスタ６６はオフ状態となり、ボルテージレギュレータは電圧を出力する。

過熱状態を検出した場合は、温度電圧ＶＦ＞基準電圧ＶＲＥＦになる。コンパレータ６５の出力はローになるので、ＰＭＯＳトランジスタ６６はオン状態となり、出力トランジスタ１はオフする。そして、ボルテージレギュレータは電圧出力を停止する。

また、特許文献１で提案された、従来のヒステリシスを有する過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータについて説明する。図３は、従来のヒステリシスを有する過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータの回路図である。

ＮＭＯＳトランジスタ４、５及び６と抵抗７及び８は、定電圧源を構成している。ＮＭＯＳトランジスタ９は、ゲートをコンパレータ６５の出力に接続され、ドレインとソースを抵抗８の両端に接続されている。

過熱状態を検出した場合は、温度電圧ＶＦ＞基準電圧ＶＲＥＦになる。コンパレータ６５の出力はローになるので、ＮＭＯＳトランジスタ９はオンとなり抵抗８の両端を短絡する。抵抗８の両端を短絡すると、定電圧源の電流が増加するので基準電圧ＶＲＥＦが低下する。その後、温度が低下してコンパレータ６５の出力がハイレベルになると、ＮＭＯＳトランジスタ９はオフとなる。このように、ＮＭＯＳトランジスタ９のオンオフによって、過熱保護回路はヒステリシス動作をおこなう。

特開２００２−１０８４６５号公報

従来の過熱保護回路では、基準電圧の設定、ヒステリシス動作に必要な抵抗はトリミング調整をおこなう必要がある。トリミング調整をおこなうためには初期状態のテスト、トリミングの実施、トリミング後の確認テストの工程が必要になる。トリミング調整のための工程が増えることによって、テスト時間が長くなることが課題であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、抵抗のトリミングのための工程が不要な、過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータを提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、過熱保護回路を、温度によって変化する電圧を出力する温度検出回路と、温度検出回路の出力する電圧によって変化する温度電圧を出力する定電圧回路と、基準電圧回路と、温度電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、コンパレータの比較結果に基づいて、ヒステリシス動作をするように切替える切換え回路とを備え、切換え回路は、定電圧回路の定電流源もしくは基準電圧回路のトランジスタを切り替えてヒステリシス動作する構成とした。

本発明の過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータは、切換え回路が基準電圧回路の定電流源もしくは定電圧回路のトランジスタを切替えることによってヒステリシス動作を行う構成としたので、抵抗のトリミングのための工程が不要となり、テスト時間が短縮できるという効果がある。更に、トリミング用ヒューズ素子や抵抗素子が削減できるため、チップサイズ縮小の効果もある。

本発明の第一の実施例の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータのブロック図である。 従来の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータの回路図である。 従来の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータの回路図である。 図１のボルテージレギュレータの過熱保護回路の回路図である。 本発明の第二の実施例の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータのブロック図である。 図５のボルテージレギュレータの過熱保護回路の回路図である。 第三の実施例の過熱保護回路の回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

以下、本発明の第一の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、第一の実施例の過熱保護回路を搭載したボルテージレギュレータのブロック図である。第一の実施例のボルテージレギュレータは、出力トランジスタ１０と、分圧抵抗回路２２と、基準電圧回路２０と、誤差増幅回路２１と、過熱保護回路２９と、を備えている。過熱保護回路２９は、基準電圧回路２３と、温度検出回路２４と、定電圧回路２５と、コンパレータ回路２７と、制御回路１１と、を備えている。

図４は、第1の実施例の過熱保護回路の回路図である。温度検出回路２４は、ダイオード３０で構成されている。定電圧回路２５は、トランジスタ３３と、定電流源３１とから構成している。定電流源３１は、定電流源３５と、定電流源３６と、切換え回路２６で構成されている。トランジスタ３３は、ソースをダイオード３０に接続され、ゲートとドレインを定電流源３１に接続され、基板をＶＳＳに接続されている。

定電流源３１と定電流源３２は、ミラー回路で構成することで、プロセス条件や温度条件による電流値の変化が同じになる。トランジスタ３３とトランジスタ３４は、同一のトランジスタサイズで、閾値電圧を異ならせている。トランジスタ３３の閾値電圧は、トランジスタ３４の閾値電圧よりも低く設定しておく。この時、トランジスタ３３のソースにはダイオード３０が接続されているため、ダイオード３０と定電流源３１で設定される電圧ＶＦがトランジスタ３３にバックゲート効果をもたらす。定電圧回路２５の出力する温度電圧ＶＦ１は、電圧ＶＦとトランジスタ３３の閾値電圧で設定される。温度が上昇すると、ダイオード３０の電圧ＶＦは低下し、且つトランジスタ３３のバックゲート効果も小さくなるので、温度電圧ＶＦ１は低下する。過熱保護すべき温度に達した時に、温度電圧ＶＦ１が基準電圧ＶＲＥＦを下回るように電圧ＶＦと、トランジスタ３３及びトランジスタ３４の閾値電圧差を設定する。

切換え回路２６は、過熱状態の検出と解除の時に、ヒステリシス動作を制御している。過熱状態の検出の時に切換え回路２６はオン状態となり、定電流源３１の定電流値は定電流源３５と定電流源３６の合成電流となる。また、過熱状態の解除の時に、切換え回路２６はオフ状態になり、定電流源３１の定電流値は定電流源３５の電流値となる。

第一の実施例のボルテージレギュレータは、以下のように動作する。

出力トランジスタ１０によって出力される出力電圧ＶＯＵＴを、分圧抵抗回路２２によって分圧して分圧電圧ＶＦＢを生成する。基準電圧回路２０は、基準電圧ＶＲＥＦを出力する。基準電圧ＶＲＥＦと分圧電圧ＶＦＢは、誤差増幅回路２１で比較される。誤差増幅回路２１は、比較結果によって出力トランジスタ１０を制御して、一定の出力電圧ＶＯＵＴを出力する。

温度検出回路２４は、ＩＣの温度をモニタして定電圧回路２５の出力電圧を制御している。定電圧回路２５の出力する温度電圧ＶＦ１は、温度検出回路２４で制御された温度特性となり、基準電圧回路２３の出力する基準電圧ＶＲＥＦの温度特性と異なる。温度電圧ＶＦ１は、温度が低い場合には基準電圧ＶＲＥＦよりも高く、所定の温度以上の場合には基準電圧ＶＲＥＦよりも低くなるように設定されている。また、２５℃において、基準電圧回路２３の基準電圧ＶＲＥＦと定電圧回路２５の温度電圧ＶＦ１は、プロセスバラツキに依存せずに、一定の電圧差となるように設定されている。

コンパレータ回路２７は、基準電圧ＶＲＥＦと温度電圧ＶＦ１を比較する。その比較結果は、制御回路１１のゲートに入力される。制御回路１１は、出力端子を出力トランジスタ１０のゲートに接続されている。定電圧回路２５は、コンパレータ回路２７の出力によって出力電圧を切り替える機能を有している。切換え回路２６は、コンパレータ回路２７の出力によって定電流源３６の接続を切替える。

次に、過熱保護回路２９の動作について説明する。

ＩＣの温度が低く、所定の温度以下で過熱状態が検出されない場合、基準電圧回路２３の出力する基準電圧ＶＲＥＦは温度電圧ＶＦ１よりも低いので、コンパレータ回路２７はハイレベルを出力する。制御回路１１はオフするので、出力トランジスタ１０は誤差増幅回路２１の出力によって制御される。

自己発熱や周囲温度の上昇によって、ＩＣの温度が上昇していくと温度検出回路２４によって温度電圧ＶＦ１は低下していく。更に温度が上昇して過熱状態を検出する所定の温度を超えると、温度電圧ＶＦ１が基準電圧ＶＲＥＦを下回りコンパレータ回路２７はローレベルを出力する。従って、制御回路１１はオンするので、出力トランジスタ１０のゲート電圧が高くなり、出力トランジスタ１０がオフする。そして、ボルテージレギュレータは出力を停止する。この時、切換え回路２６は、コンパレータ回路２７の出力によって、定電流源３６の接続を切断するように切替える。すなわち、定電圧回路２５の出力する温度電圧ＶＦ１を一定電圧だけ低下させる。従って、いったん検出された過熱状態は、安定して検出を保持することが出来る。

ＩＣの温度が下降していくと、温度検出回路２４によって温度電圧ＶＦ１が増加していく。そして、温度電圧ＶＦ１が基準電圧ＶＲＥＦを上回ると、コンパレータ回路２７はハイレベルを出力する。従って、制御回路１１はオフするので、過熱状態の解除となり、出力トランジスタ１０は誤差増幅回路２１の出力によって制御される。そして、切換え回路２６は、コンパレータ回路２７の出力によって、定電流源３６を接続するように切替える。すなわち、定電圧回路２５の出力する温度電圧ＶＦ１を一定電圧だけ増加させる。従って、いったん解除された過熱状態は、安定して解除を保持することが出来る。

以上説明したように、本発明の過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータよれば、抵抗のトリミング調整を必要としないので、抵抗のトリミングのための工程が不要であり、トリミング用ヒューズ素子や抵抗素子が削減できるためチップサイズ縮小の効果もある。

なお、定電流源３１は、切換え回路２６によって、定電流源３６の接続を切替える構成で説明したが、定電流源３５と定電流源３６を切替える構成とするなど、電流値を切替える構成であればよい。

次に、本発明の第二の実施例を、図面を参照して説明する。

図５は、本発明の第二の実施例の過熱保護回路を内蔵したボルテージレギュレータの回路図である。ボルテージレギュレータの構成は、第1の実施形態と同様である。本発明の第一の実施例との差は、ヒステリシス動作を基準電圧回路２３の出力電圧を切り替えることによって行っている点である。

図６は、第二の実施例の過熱保護回路の回路図である。温度検出回路２４は、ダイオード３０で構成されている。定電圧回路２５は、トランジスタ３３と、定電流源３１とから構成している。トランジスタ３３は、ソースをダイオード３０に接続され、ゲートとドレインを定電流源３１に接続され、基板をＶＳＳに接続されている。

基準電圧回路２３は、トランジスタ３４と、トランジスタ３８と、切り替え回路２６と、定電流源３２とを備えている。トランジスタ３４は、ソースと基板がＶＳＳに接続され、ゲートとドレインの接続点が切替え回路２６に接続されている。同様に、トランジスタ３８は、ソースと基板がＶＳＳに接続され、ゲートとドレインの接続点が切替え回路２６に接続されている。ここでは例えば、トランジスタ３４は、閾値電圧がトランジスタ３８の閾値電圧よりも低く設定されている。切換え回路２６は、コンパレータ回路２７の出力によって制御され、トランジスタ３４とトランジスタ３８とを切り替えて、定電流源３１との接続を切替える。

切換え回路２６は、過熱状態の検出と解除の時に、ヒステリシス動作を制御している。過熱状態の検出の時に、切換え回路２６はトランジスタ３８に接続を切替える。基準電圧回路ＶＲＥＦは、定電流源３２とトランジスタ３８によって出力される。閾値電圧の高いトランジスタ３８が選択されるので、基準電圧ＶＲＥＦは増加する。従って、いったん検出された過熱状態は、安定して検出を保持することが出来る。そして、過熱状態の解除の時に、切換え回路２６はトランジスタ３４に接続を切替える。基準電圧回路ＶＲＥＦは、定電流源３２とトランジスタ３４によって出力される。閾値電圧の低いトランジスタ３４が選択されるので、基準電圧ＶＲＥＦは減少する。従って、いったん解除された過熱状態は、安定して解除を保持することが出来る。

以上説明したように、本発明の過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータよれば、抵抗のトリミング調整を必要としないので、抵抗のトリミングのための工程が不要であり、トリミング用ヒューズ素子や抵抗素子が削減できるためチップサイズ縮小の効果もある。

なお、基準電圧回路２３は、切換え回路２６によって、トランジスタ３４とトランジスタ３８を切替える構成で説明したが、トランジスタ３８の接続を切替える構成とするなど、トランジスタの閾値電圧を切替える構成であればよい。

次に、本発明の第三の実施例を、図面を参照して説明する。

図７は、本発明の第三の実施例の過熱保護回路の回路図である。ボルテージレギュレータの構成は、第1の実施形態と同様である。本発明の他の実施例との差は、定電圧回路２５が出力する温度電圧ＶＦ１によって、電圧出力回路を構成するトランジスタ３４及びトランジスタ３８のゲートを制御し、そのトランジスタと定電流源３２によって発生する電圧で制御回路１１を制御している点である。ヒステリシス動作は、電圧出力回路の閾値電圧の異なるトランジスタ３４とトランジスタ３８を切り替えることによって行っている。

温度検出回路２４は、ダイオード３０で構成されている。定電圧回路２５は、トランジスタ３３と、定電流源３１とから構成している。トランジスタ３３は、ソースをダイオード３０に接続され、ゲートとドレインを定電流源３１に接続され、基板をＶＳＳに接続されている。

トランジスタ３４は、ゲートに温度電圧ＶＦ１を入力され、ソース及び基板はＶＳＳに接続され、ドレインは切換え回路２６に接続される。同様に、トランジスタ３８は、ゲートに温度電圧ＶＦ１を入力され、ソース及び基板はＶＳＳに接続され、ドレインは切換え回路２６に接続される。

インバータ４０は、定電流源３２とトランジスタ３４またはトランジスタ３８で出力される電圧を入力し、反転した電圧をトランジスタ１１のゲートに出力する。

切換え回路２６は、過熱状態の検出と解除の時に、ヒステリシス動作を制御している。過熱状態の検出の時に、切換え回路２６はトランジスタ３８に接続を切替える。インバータ４０へ入力される電圧は、定電流源３２とトランジスタ３８によって出力される。閾値電圧の高いトランジスタ３８が選択されるので、電圧は増加する。従って、いったん検出された過熱状態は、安定して検出を保持することが出来る。そして、過熱状態の解除の時に、切換え回路２６はトランジスタ３４に接続を切替える。インバータ４０へ入力される電圧は、定電流源３２とトランジスタ３４によって出力される。閾値電圧の低いトランジスタ３４が選択されるので、電圧は減少する。従って、いったん解除された過熱状態は、安定して解除を保持することが出来る。

以上説明したように、本発明の過熱保護回路を備えたボルテージレギュレータよれば、抵抗のトリミング調整を必要としないので、抵抗のトリミングのための工程が不要であり、トリミング用ヒューズ素子や抵抗素子が削減できるためチップサイズ縮小の効果もある。

なお、基準電圧回路２３は、切換え回路２６によって、トランジスタ３４とトランジスタ３８を切替える構成で説明したが、トランジスタ３８の接続を切替える構成とするなど、トランジスタの閾値電圧を切替える構成であればよい。

２１、６５ 誤差増幅回路
２７、６５ コンパレータ
２０、２３ 基準電圧回路
２４ 温度検出回路
２５ 定電圧回路
２６ 切換え回路
２９ 過熱保護回路

Claims (4)

1. 出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧を比較する誤差増幅回路と、所定の温度を超えたことを検出すると出力トランジスタをオフして回路を保護する過熱保護回路とを備え、入力電圧から一定の出力電圧を生成するボルテージレギュレータであって、
   前記過熱保護回路は、
   温度によって変化する電圧を出力する温度検出回路と、
   前記温度検出回路の出力する電圧によって変化する温度電圧を出力する定電圧回路と、
   第二の基準電圧を出力する基準電圧回路と、
   前記温度電圧と前記第二の基準電圧を比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの比較結果に基づいて、ヒステリシス動作をするように切替える切換え回路と、を備え、
   前記切換え回路は、前記定電圧回路の定電流源もしくは前記基準電圧回路のトランジスタを切り替えて制御することを特徴とするボルテージレギュレータ。
2. 前記定電圧回路は、電流値の異なる第一電流源と第二電流源を備え、
   前記切換え回路は、前記第一電流源と前記第二電流源を切替えることを特徴とする請求項１記載のボルテージレギュレータ。
3. 前記基準電圧回路は、閾値電圧の異なる第一トランジスタと第二トランジスタを備え、
   前記切換え回路は、前記第一トランジスタと前記第二トランジスタを切替えることを特徴とする請求項１記載のボルテージレギュレータ。
4. 出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧を比較する誤差増幅回路と、所定の温度を超えたことを検出すると出力トランジスタをオフして回路を保護する過熱保護回路とを備え、入力電圧から一定の出力電圧を生成するボルテージレギュレータであって、
   前記過熱保護回路は、
   温度によって変化する電圧を出力する温度検出回路と、
   前記温度検出回路の出力する電圧によって変化する温度電圧を出力する定電圧回路と、
   前記定電圧回路の出力する温度電圧によって変化する電圧を出力する電圧出力回路と、
   前記電圧出力回路の出力する電圧を反転出力するインバータと、
   前記インバータの比較結果に基づいて、ヒステリシス動作をするように切替える切換え回路と、を備え、
   前記切換え回路は、前記電圧出力回路の第一トランジスタと第二トランジスタを切り替えて制御することを特徴とするボルテージレギュレータ。

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