JP2012053542A - Constant voltage circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電圧回路の位相補償技術に関する。 The present invention relates to a phase compensation technique for a constant voltage circuit.
定電圧直流電源回路として、電圧制御素子が負荷に直列に接続されるシリーズレギュレータが利用されている。シリーズレギュレータは、スイッチングレギュレータと比べて電源リプルやノイズが少なく、安定性が高いという利点を有している。図1は、シリーズレギュレータ回路の概略構成図である。 A series regulator in which a voltage control element is connected in series to a load is used as a constant voltage DC power supply circuit. Series regulators have the advantages of less power ripple and noise and higher stability than switching regulators. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a series regulator circuit.
シリーズレギュレータ回路100は、出力トランジスタQ1と、抵抗R1及びR2の直列接続を備える分圧回路と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、バイパスコンデンサC1と、位相補償コンデンサC2を備える。
The
出力トランジスタQ1は、入力電圧VINと負荷Lの間に直列に接続されて負荷Lに出力電圧VOUTを供給する。出力トランジスタQ1のエミッタ電極は負荷Lに接続され、出力トランジスタQ1のコレクタ電極は入力電圧VINに接続される。 The output transistor Q1 is connected in series between the input voltage VIN and the load L and supplies the output voltage VOUT to the load L. The emitter electrode of the output transistor Q1 is connected to the load L, and the collector electrode of the output transistor Q1 is connected to the input voltage VIN.
出力電圧VOUTを安定化するために、負荷LにはバイパスコンデンサC1が並列に接続される。抵抗R1及びR2の直列接続を備える分圧回路は、出力トランジスタQ1の出力電圧VOUTとグランドとの間に接続され、出力電圧VOUTに比例する分圧電圧Vdvを生成する。 In order to stabilize the output voltage VOUT, a bypass capacitor C1 is connected in parallel to the load L. A voltage dividing circuit including a series connection of resistors R1 and R2 is connected between the output voltage VOUT of the output transistor Q1 and the ground, and generates a divided voltage Vdv proportional to the output voltage VOUT.
差動部1は、基準電圧生成部2が生成する基準電圧Vrefと分圧電圧Vdvを入力し、基準電圧Vrefと分圧電圧Vdvとの差に応じた差分電圧を増幅部3へ出力する。差動部1の出力と入力電圧VINとの間には、位相補償コンデンサC2が接続される。
The
増幅器3の出力は、出力トランジスタQ1のベース電極へ接続される。増幅器3は、差分電圧を増幅して出力トランジスタQ1のベース電極へ入力する。
The output of the
なお、下記特許文献1には、負荷の増大に対応して抵抗値が減少する可変抵抗部を有する増幅段を備えるシリーズレギュレータ電源回路が記載されている。このシリーズレギュレータ電源回路は、さらに位相補償解除手段であるMOSスイッチを備えることにより重負荷時にゼロを生成して、軽負荷時と重負荷時共に最適な周波数特性を確保する。
シリーズレギュレータの位相補償をする際に伝達関数の周波数特性が考慮される。シリーズレギュレータ回路100が位相補償コンデンサC2を備える場合、伝達関数は、負荷Lの抵抗及びバイパスコンデンサC1の容量で定まる第1ポールと、差動部1の出力インピーダンス及び位相補償コンデンサC2の容量で定まる第2ポールを有する。
The frequency characteristics of the transfer function are taken into account when phase compensation of the series regulator. When the
すなわち、負荷Lの抵抗の値をRLとし、バイパスコンデンサC1の容量の値をCoとするとき、第1ポールの周波数fp1は次式(1)によって与えられる。
fp1=1/(2π×RL×Co) (1)
That is, when the resistance value of the load L is RL and the capacitance value of the bypass capacitor C1 is Co, the frequency fp1 of the first pole is given by the following equation (1).
fp1 = 1 / (2π × RL × Co) (1)
また、差動部1の出力インピーダンスの値をZとし、位相補償コンデンサC2の値をCpとするとき、第2ポールの周波数fp2は次式(2)によって与えられる。
fp2=1/(2π×Z×Cp) (2)
Further, when the value of the output impedance of the
fp2 = 1 / (2π × Z × Cp) (2)
シリーズレギュレータ回路100が安定的に動作するためには、位相余裕が大きい方が望ましい。位相余裕は、ゲインがゼロに達する周波数においてポールによる位相シフト量が180度よりも何度小さいかによって定まる。レギュレータの位相補償をする場合には、第1ポールと第2ポールの間隔ができるだけ広い方が望ましい。
In order for the
位相補償コンデンサC2を集積回路(IC:Integrated Circuit)内に内蔵する場合には、位相補償コンデンサC2の容量には限界がある。このため、通常、第2ポールは第1ポールよりも高周波側に発生する。 When the phase compensation capacitor C2 is built in an integrated circuit (IC), there is a limit to the capacity of the phase compensation capacitor C2. For this reason, the second pole is usually generated on the higher frequency side than the first pole.
式(1)から分かるように、負荷Lの抵抗値RLの値が小さいほど、すなわち負荷Lが大きいほど第1ポールの周波数fp1は高速側に移動する。この結果、負荷Lが大きいほど位相余裕は小さくなる。 As can be seen from the equation (1), the smaller the resistance value RL of the load L, that is, the greater the load L, the higher the frequency fp1 of the first pole moves to the higher speed side. As a result, the larger the load L, the smaller the phase margin.
本発明は、負荷Lの大きさの相違に伴うシリーズレギュレータ回路の位相余裕の変化量を低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the amount of change in the phase margin of a series regulator circuit that accompanies a difference in the size of a load L.
本発明の一態様による定電圧回路は、入力電圧と負荷の間に接続されて負荷に出力電圧を供給する増幅素子と、出力電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部と、一対のトランジスタで構成される差動対により基準電圧及び上記電圧信号との差に応じた差分電圧を出力する差動部と、差分電圧を増幅して増幅素子の制御端子へ入力する増幅部と、負荷の大きさを検出して負荷の大きさに応じた指示信号を出力する負荷検出部と、を備える。差動部は、指示信号に従って差動対のコンダクタンスの値を変更するコンダクタンス変更部を備える。 A constant voltage circuit according to an aspect of the present invention includes an amplifying element that is connected between an input voltage and a load and supplies an output voltage to the load, a voltage detection unit that outputs a voltage signal corresponding to the output voltage, and a pair of transistors A differential unit configured to output a differential voltage corresponding to a difference between the reference voltage and the voltage signal by a differential pair configured by: A load detection unit that detects the magnitude and outputs an instruction signal corresponding to the magnitude of the load. The differential unit includes a conductance changing unit that changes the conductance value of the differential pair according to the instruction signal.
本発明によれば、負荷の大きさに応じて差動対のコンダクタンスを変更して、シリーズレギュレータ回路の利得を変更することができる。シリーズレギュレータ回路の位相余裕はシリーズレギュレータ回路の利得に応じて変化する。このため本発明によれば、差動対のコンダクタンスを制御することで負荷の大きさの違いによるシリーズレギュレータ回路の位相余裕の変化を低減することができる。 According to the present invention, the gain of the series regulator circuit can be changed by changing the conductance of the differential pair according to the size of the load. The phase margin of the series regulator circuit changes according to the gain of the series regulator circuit. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the change in the phase margin of the series regulator circuit due to the difference in load size by controlling the conductance of the differential pair.
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例について説明する。図2は、実施例によるシリーズレギュレータ回路の第1構成例を示す図である。シリーズレギュレータ回路10は、出力トランジスタQ1と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、電圧検出部4と、負荷検出部5と、バイパスコンデンサC1と、位相補償コンデンサC2を備える。差動部1は、コンダクタンス変更部6を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the series regulator circuit according to the embodiment. The
出力トランジスタQ1は、入力電圧VINと負荷Lの間に接続されて負荷に出力電圧を供給する増幅素子であって、例えばNPN型のバイポーラトランジスタであってよい。出力トランジスタQ1のエミッタ電極及びコレクタ電極は導通電極として、ベース電極は制御電極として使用される。出力トランジスタQ1のコレクタ電極には入力電圧VINが接続され、エミッタ電極には負荷Lが接続される。 The output transistor Q1 is an amplifying element that is connected between the input voltage VIN and the load L and supplies the output voltage to the load. For example, the output transistor Q1 may be an NPN bipolar transistor. The emitter electrode and collector electrode of the output transistor Q1 are used as a conductive electrode, and the base electrode is used as a control electrode. An input voltage VIN is connected to the collector electrode of the output transistor Q1, and a load L is connected to the emitter electrode.
バイパスコンデンサC1は負荷Lに並列に接続される。電圧検出部4は、出力トランジスタQ1の出力電圧VOUTに応じた電圧信号V1を出力する。電圧検出部4は、例えば、出力電圧VOUTとグランドとの間に接続される複数の抵抗の直列接続を有する分圧回路であってよい。 The bypass capacitor C1 is connected to the load L in parallel. The voltage detector 4 outputs a voltage signal V1 corresponding to the output voltage VOUT of the output transistor Q1. The voltage detector 4 may be, for example, a voltage dividing circuit having a series connection of a plurality of resistors connected between the output voltage VOUT and the ground.
差動部1は、基準電圧Vrefを生成する基準電圧生成部2及び電圧検出部4の出力に接続される差動増幅器を備える。この差動増幅器の正入力及び負入力にはそれぞれ電圧信号V1と基準電圧Vrefが印加される。差動部1の出力は、増幅部3の入力に接続される。差動部1は、基準電圧Vrefと電圧信号V1との差に応じた差分電圧V2を差動部3に出力する。位相補償コンデンサC2は、差動部1の出力と入力電圧VINとの間に接続される。
The
増幅部3は、反転増幅器を備える。反転増幅の入力は差動部1の出力に接続され、出力は出力トランジスタQ1のベース電極へ接続される。増幅部3は、差動部1から出力される差分電圧V2を反転増幅して出力トランジスタQ1のベース電極へ入力する。
The
基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなったとき、出力トランジスタQ1のベース電極へ印加される電圧が小さくなり、出力電圧VOUTが小さくなるように出力トランジスタQ1が制御される。また、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなったとき、出力トランジスタQ1のベース電極へ印加される電圧が大きくなり、出力電圧VOUTが大きくなるように出力トランジスタQ1が制御される。 When the divided voltage V1 becomes larger than the reference voltage Vref, the output transistor Q1 is controlled so that the voltage applied to the base electrode of the output transistor Q1 becomes small and the output voltage VOUT becomes small. In addition, when the divided voltage V1 becomes lower than the reference voltage Vref, the voltage applied to the base electrode of the output transistor Q1 increases, and the output transistor Q1 is controlled so that the output voltage VOUT increases.
負荷検出部5は、負荷Lの大きさを検出し、負荷の大きさに応じた指示信号Sを出力する。負荷検出部5には様々な構成を採用できる。例えば、負荷検出部5は、出力トランジスタが負荷Lへ出力する出力電流、またはこの出力電流の変化と連動して変化する電流値若しくは電圧値を検出する検出手段により負荷Lの大きさを検出してもよい。
The
また例えば、負荷検出部5は、既知の電流信号を出力トランジスタの出力電流に重畳して、負荷Lの端子間に現れる電圧値を検出することで負荷Lの大きさを検出してもよい。また例えば、負荷検出部5は、既知の電圧信号を出力トランジスタの出力電圧に重畳して、負荷Lの端子間に流れる電流値を検出することで負荷Lの大きさを検出してもよい。
For example, the
コンダクタンス変更部6は、指示信号Sに従って差動部1が備える差動対のコンダクタンスgmの値を変更する。差動対のコンダクタンスgmは、差動対への差動入力ΔVI(=V1−Vref)に対する差動対からの出力電流ΔIOの比ΔIO/ΔVIである。
The
図3は、差動対のコンダクタンスgmの説明図である。差動対は、NPN型トランジスタQa及びQbにより形成され、トランジスタQa及びQbのエミッタ電極には定電流源100が共通接続される。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the conductance gm of the differential pair. The differential pair is formed by NPN transistors Qa and Qb, and a constant
差動対には、PNP型トランジスタQc及びQdにより形成されるカレントミラー回路が能動負荷として接続される。ダイオード接続されたトランジスタQdのベース電極は、トランジスタQcに接続されており、トランジスタQc及びQdのエミッタ電極は入力電圧VINに接続され、コレクタ電極はそれぞれトランジスタQa及びQbのコレクタ電極へ接続される。差動対の出力電流ΔIOは、トランジスタQaのコレクタ電極から取り出される。 A current mirror circuit formed by PNP transistors Qc and Qd is connected to the differential pair as an active load. The base electrode of the diode-connected transistor Qd is connected to the transistor Qc, the emitter electrodes of the transistors Qc and Qd are connected to the input voltage VIN, and the collector electrodes are connected to the collector electrodes of the transistors Qa and Qb, respectively. The output current ΔIO of the differential pair is taken out from the collector electrode of the transistor Qa.
トランジスタQa及びQbへの入力電圧をそれぞれVI1及びVI2とし、トランジスタQa及びQbのコレクタ電流をそれぞれI1及びI2とすると、差動対のコンダクタンスgmは、次式(3)によって定義される。
gm=ΔIO/ΔVO
=(I2−I1)/(VI2−VI1) (3)
When the input voltages to the transistors Qa and Qb are VI1 and VI2, respectively, and the collector currents of the transistors Qa and Qb are I1 and I2, respectively, the conductance gm of the differential pair is defined by the following equation (3).
gm = ΔIO / ΔVO
= (I2-I1) / (VI2-VI1) (3)
差動対のコンダクタンスgmは、差動部1のゲインに比例する。したがって、コンダクタンス変更部6は、差動対のコンダクタンスgmを変更することによって差動部1のゲインを変更し、その結果、シリーズレギュレータ回路10全体のゲインを変更する。
The conductance gm of the differential pair is proportional to the gain of the
シリーズレギュレータ回路10のゲイン変更によって、シリーズレギュレータ回路10の位相余裕が変化する。図4の(A)及び図4の(B)は、ゲインの変化に伴う位相余裕の変化を説明するボード線図である。
Changing the gain of the
図4の(A)及び図4の(B)は、それぞれ第1ポールfp1及び第2ポールfp2を有するシリーズレギュレータのゲイン線図及び位相線図である。ゲイン線図において、点線及び実線は、それぞれゲインが低減されない場合及びゲインが低減された場合の特性を示す。 4A and 4B are a gain diagram and a phase diagram of a series regulator having a first pole fp1 and a second pole fp2, respectively. In the gain diagram, a dotted line and a solid line indicate characteristics when the gain is not reduced and when the gain is reduced, respectively.
図4の(A)及び図4の(B)の例では、ゲインが低減されない場合、周波数faにてゲインがゼロになる前に位相シフト量が180度に達する。このため位相余裕はゼロである。一方で、ゲインが低減されることにより、周波数fbにてゲインがゼロになっても位相シフト量が180度に達しない。このため、位相余裕Pmが存在する。このように、ゲインの変更によってシリーズレギュレータの位相余裕が変化する。 In the example of FIGS. 4A and 4B, when the gain is not reduced, the phase shift amount reaches 180 degrees before the gain becomes zero at the frequency fa. For this reason, the phase margin is zero. On the other hand, by reducing the gain, the phase shift amount does not reach 180 degrees even when the gain becomes zero at the frequency fb. For this reason, there is a phase margin Pm. In this way, the phase margin of the series regulator changes due to the gain change.
本発明によれば、コンダクタンス変更部6は、負荷の大きさに応じた指示信号Sに従って差動対のコンダクタンスgmを変更し、シリーズレギュレータ回路10のゲインと意想余裕を変更することができる。
According to the present invention, the
例えば、コンダクタンス変更部6は、負荷が小さく第1ポールの周波数が比較的低いときは、シリーズレギュレータ回路10のゲインをより大きくして、シリーズレギュレータ回路10の電圧制御の精度を高めるように、差動対のコンダクタンスを制御することが可能となる。
For example, when the load is small and the frequency of the first pole is relatively low, the
一方で、コンダクタンス変更部6は、負荷が大きく第1ポールの周波数が比較的高いときは、シリーズレギュレータ回路10のゲインをより小さくして、シリーズレギュレータ回路10の位相余裕を増大するように、差動対のコンダクタンスを制御することが可能となる。
On the other hand, when the load is large and the frequency of the first pole is relatively high, the
すなわち、負荷Lの大きさの相違に伴う第1ポールの移動による位相余裕の変化を補償して、負荷Lの大きさの相違に伴うシリーズレギュレータ回路10の位相余裕の変化量を低減することができる。この結果、負荷Lの大きさの相違に伴うシリーズレギュレータ回路10の位相余裕の変化量が低減される。
That is, it is possible to compensate for the change in the phase margin due to the movement of the first pole due to the difference in the size of the load L and reduce the amount of change in the phase margin of the
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図5は、実施例によるシリーズレギュレータ回路の第2構成例を示す図である。シリーズレギュレータ回路10は、出力トランジスタQ1と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、電圧検出部4と、負荷検出部5と、バイパスコンデンサC1と、差動部1と増幅部3との間に設けられた位相補償コンデンサC2を備える。差動部1は、コンダクタンス変更部6を備える。
Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a second configuration example of the series regulator circuit according to the embodiment. The
出力トランジスタQ1は、NPN型のバイポーラトランジスタであって、エミッタ電極及びコレクタ電極が導通電極として、ベース電極が制御電極として使用される。出力トランジスタQ1のコレクタ電極には入力電圧VINが接続され、エミッタ電極には負荷Lが接続される。バイパスコンデンサC1は負荷Lに並列に接続される。 The output transistor Q1 is an NPN type bipolar transistor, and an emitter electrode and a collector electrode are used as a conductive electrode, and a base electrode is used as a control electrode. An input voltage VIN is connected to the collector electrode of the output transistor Q1, and a load L is connected to the emitter electrode. The bypass capacitor C1 is connected to the load L in parallel.
電圧検出部4は、抵抗R1及びR2の直列接続を有する分圧回路を備える。抵抗R1及びR2は、出力トランジスタQ1の出力電圧VOUTとグランドとの間に接続される。電圧検出部4は、出力トランジスタQ1の出力電圧VOUTを、抵抗R1及びR2の比で分圧した分圧電圧V1を出力する。 The voltage detection unit 4 includes a voltage dividing circuit having a series connection of resistors R1 and R2. The resistors R1 and R2 are connected between the output voltage VOUT of the output transistor Q1 and the ground. The voltage detector 4 outputs a divided voltage V1 obtained by dividing the output voltage VOUT of the output transistor Q1 by the ratio of the resistors R1 and R2.
差動部1は、NPN型トランジスタQ2及びQ3により形成される差動対と、トランジスタQ2及びQ3のエミッタ電極に共通接続され差動対のテイル電流を流すための定電流源20と、PNP型トランジスタQ4及びQ5を含むカレントミラー回路と、を備える。また差動部1は、レベルシフト回路を形成する定電流源21及びPNP型トランジスタQ6の直列接続と、レベルシフト回路を形成する定電流源22及びPNP型トランジスタQ7の直列接続を備える。
The
トランジスタQ4及びQ5のエミッタ電極は入力電圧VINに接続され、コレクタ電極はそれぞれトランジスタQ2及びQ3のコレクタ電極へ接続される。また、トランジスタQ4及びQ5のベース電極はトランジスタQ5のコレクタ電極へ接続される。このようにトランジスタQ4及びQ5により形成されたカレントミラー回路は、トランジスタQ2及びQ3が形成する差動対に対して能動負荷として接続される。差動部1の出力はトランジスタQ2のコレクタ電極から取り出される。
The emitter electrodes of the transistors Q4 and Q5 are connected to the input voltage VIN, and the collector electrodes are connected to the collector electrodes of the transistors Q2 and Q3, respectively. The base electrodes of transistors Q4 and Q5 are connected to the collector electrode of transistor Q5. Thus, the current mirror circuit formed by the transistors Q4 and Q5 is connected as an active load to the differential pair formed by the transistors Q2 and Q3. The output of the
定電流源21は、入力電圧VINとトランジスタQ6のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ6のコレクタ電極はグランドに接続される。定電流源21及びトランジスタQ6は、ベース電極に印加される基準電圧Vrefの電圧レベルをシフトするレベルシフト回路を形成する。トランジスタQ6のエミッタ電極はトランジスタQ2のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の基準電圧VrefがトランジスタQ2のベース電極に入力される。
The constant
定電流源22は、入力電圧VINとトランジスタQ7のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ7のコレクタ電極はグランドに接続される。定電流源22及びトランジスタQ7は、ベース電極に印加される分圧電圧V1の電圧レベルをシフトするレベルシフト回路を形成する。トランジスタQ7のエミッタ電極はトランジスタQ3のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の分圧電圧V1がトランジスタQ3のベース電極に入力される。
The constant
差動対をなすトランジスタQ2及びQ3には、それぞれ基準電圧Vref及び分圧電圧V1が入力され、差動部1の出力線7からは基準電圧Vref及び分圧電圧V1の差に応じた差分電圧V2が出力される。
The reference voltage Vref and the divided voltage V1 are input to the transistors Q2 and Q3 forming the differential pair, respectively, and a differential voltage corresponding to the difference between the reference voltage Vref and the divided voltage V1 is output from the
増幅部3は、レベルシフト回路を形成する定電流源23及びPNP型トランジスタQ8の直列接続と、PNP型トランジスタQ9と、抵抗R4を備える。
The amplifying
定電流源23は、入力電圧VINとトランジスタQ8のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ8のコレクタ電極はグランドに接続される。また、トランジスタQ8のベース電極は、差動部1の出力線7に接続される。定電流源23及びトランジスタQ8は、差動部1からの出力電流を増幅する目的で設けられる。トランジスタQ8のエミッタ電極はトランジスタQ9のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の差分電圧V2がトランジスタQ9のベース電極に入力される。
The constant
PNP型トランジスタQ9の第1の導通電極であるエミッタ電極は、入力電圧VINに接続される。第2の導通電極であるコレクタ電極と負荷Lの間には抵抗R4が接続され、抵抗R4にはトランジスタQ9のコレクタ電流が流れる。 The emitter electrode which is the first conduction electrode of the PNP transistor Q9 is connected to the input voltage VIN. A resistor R4 is connected between the collector electrode as the second conductive electrode and the load L, and the collector current of the transistor Q9 flows through the resistor R4.
抵抗R4の両端には出力トランジスタQ1のベース電極及びエミッタ電極に接続される。その結果、出力トランジスタQ1のベースエミッタ間には、トランジスタQ9のコレクタ電流により抵抗R4の両端に現れる降下電圧が印加されるため、出力トランジスタQ1の出力電圧VOUTおよび出力電流V1がトランジスタQ9のコレクタ電流によって制御される。 Both ends of the resistor R4 are connected to the base electrode and the emitter electrode of the output transistor Q1. As a result, a drop voltage appearing across the resistor R4 due to the collector current of the transistor Q9 is applied between the base and emitter of the output transistor Q1, so that the output voltage VOUT and the output current V1 of the output transistor Q1 become the collector current of the transistor Q9. Controlled by.
負荷検出部5は、シャント抵抗R6と、抵抗R7と、定電流源24と、コンパレータ25を備える。シャント抵抗R6は、入力電圧VINと第1トランジスタQ1のコレクタ電極との間に接続される。他の実施例では、シャント抵抗R6を、第1トランジスタQ1のエミッタ電極と負荷Lとの間に接続してもよい。
The
抵抗R7は、シャント抵抗R6の一方の電極と定電流源24との間に接続される。また、抵抗R7及び定電流源24の接続点はコンパレータ25の負入力に接続される。一方で、コンパレータ25の正入力にはシャント抵抗R6の他方の電極が接続される。
The resistor R7 is connected between one electrode of the shunt resistor R6 and the constant
したがって、コンパレータ25の出力は、抵抗R7の降下電圧が与える一定の基準電圧よりもシャント抵抗R6の降下電圧が大きいとき「L」レベルとなり、抵抗R7の降下電圧よりもシャント抵抗R6の降下電圧が小さいとき「H」レベルとなる。
Accordingly, the output of the
負荷Lが大きく出力トランジスタQ1の出力電流が大きい場合にはシャント抵抗R6の両端電位が大きくなる。また、負荷Lが小さく出力トランジスタQ1の出力電流が小さいときシャント抵抗R6の両端電位が小さくなる。この結果、コンパレータ25の出力は、負荷Lの大きさに応じた信号となる。負荷検出部5は、指示信号Sとして、コンパレータ25の出力をコンダクタンス変更部6へ出力する。
When the load L is large and the output current of the output transistor Q1 is large, the potential across the shunt resistor R6 increases. Further, when the load L is small and the output current of the output transistor Q1 is small, the potential across the shunt resistor R6 is small. As a result, the output of the
他の実施例では、他の検出手段を使用して出力トランジスタQ1の出力電流を検出し、負荷Lの大きさを判定してもよい。負荷Lに流れる電流と相関関係を有する電流値であれば、負荷Lの大きさを判定するために使用することができる。 In another embodiment, other detection means may be used to detect the output current of the output transistor Q1 and determine the magnitude of the load L. Any current value having a correlation with the current flowing through the load L can be used to determine the size of the load L.
コンダクタンス変更部6は、トランジスタQ2及びQ3のエミッタ抵抗として接続される抵抗R8及びR9と、抵抗R8及びR9を短絡するMOSトランジスタ10及び11を備える。電界効果トランジスタQ10及びQ11のソース電極およびドレイン電極が、はそれぞれ抵抗R8およびR9の両端に接続される。電界効果トランジスタQ10及びQ11のゲート電極には指示信号Sが印加される。
The
したがって、負荷Lが小さく指示信号Sが「H」レベルのときは、電界効果トランジスタQ10及びQ11がオンになり抵抗R8及びR9が短絡される。この結果、トランジスタQ2及びQ3を流れる電流が増加するので、差動対のコンダクタンスgmが増加する。この結果、シリーズレギュレータ回路10のゲインが増加する。
Therefore, when load L is small and instruction signal S is at “H” level, field effect transistors Q10 and Q11 are turned on and resistors R8 and R9 are short-circuited. As a result, since the current flowing through the transistors Q2 and Q3 increases, the conductance gm of the differential pair increases. As a result, the gain of the
一方で、負荷Lが大きく指示信号Sが「L」レベルのときは、電界効果トランジスタQ10及びQ11がオフになり抵抗R8及びR9の短絡がなくなる。この結果、トランジスタQ2及びQ3を流れる電流が減少するので、差動対のコンダクタンスgmが減少する。この結果、シリーズレギュレータ回路10のゲインが減少する。
On the other hand, when the load L is large and the instruction signal S is at the “L” level, the field effect transistors Q10 and Q11 are turned off, and the resistors R8 and R9 are not short-circuited. As a result, the current flowing through the transistors Q2 and Q3 is reduced, so that the conductance gm of the differential pair is reduced. As a result, the gain of the
本実施例によれば、負荷Lがあるしきい値より大きい場合には、シリーズレギュレータ回路10のゲインが減少する。このため負荷Lの大きさの相違に伴う第1ポールの移動による位相余裕の変化が補償されるので、負荷Lの大きさの相違に伴うシリーズレギュレータ回路10の位相余裕の変化量を低減することができる。このため、より大きな負荷が接続された場合の位相余裕の悪化を緩和することが可能となる。
According to the present embodiment, when the load L is larger than a certain threshold value, the gain of the
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図6は、実施例によるシリーズレギュレータ回路の第3構成例を示す図である。図5に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素の動作は、特に説明しない限り同じである。 Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a third configuration example of the series regulator circuit according to the embodiment. Components that are the same as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals. The operation of the components denoted by the same reference numerals is the same unless otherwise described.
コンダクタンス変更部6は、トランジスタQ2およびQ3により形成される差動対のテイル電流の少なくとも一部を供給する定電流源26と、電界効果トランジスタQ12を備える。電界効果トランジスタQ12は、指示信号Sに従って定電流源26と差動対との間の接続を開閉する。
The
本構成例では、定電流源26は電界効果トランジスタQ12のドレイン電極とグランドとの間に接続され、電界効果トランジスタQ12のソース電極がトランジスタQ2およびQ3のエミッタ電極に接続されている。すなわち、定電流源26と電界効果トランジスタQ12の直接接続は、テイル電流を供給する他の定電流源20に並列接続されている。電界効果トランジスタQ12のゲート電極には指示信号Sが印加される。
In this configuration example, the constant
したがって、負荷Lが小さく指示信号Sが「H」レベルのときは、電界効果トランジスタQ12がオンになり定電流源26が供給する電流がトランジスタQ2およびQ3を流れる。この結果、トランジスタQ2及びQ3を流れる電流が増加するので、差動対のコンダクタンスgmが増加する。
Therefore, when load L is small and instruction signal S is at “H” level, field effect transistor Q12 is turned on and the current supplied from constant
一方で、負荷Lが大きく指示信号Sが「L」レベルのときは、電界効果トランジスタQ12がオフになり定電流源26が供給する電流がトランジスタQ2およびQ3を流れなくなる。この結果、トランジスタQ2及びQ3を流れる電流が減少するので、差動対のコンダクタンスgmが減少する。
On the other hand, when load L is large and instruction signal S is at “L” level, field effect transistor Q12 is turned off and the current supplied from constant
このため本実施例のようにコンダクタンス変更部6を構成しても、差動対のコンダクタンスgmを変更することができる。
Therefore, even if the
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図7は、実施例によるシリーズレギュレータ回路の第4構成例を示す図である。図5に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素の動作は、特に説明しない限り同じである。 Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the series regulator circuit according to the embodiment. Components that are the same as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals. The operation of the components denoted by the same reference numerals is the same unless otherwise described.
負荷検出部5は、上記のシャント抵抗R6と、センスアンプ27を備える。センスアンプ27の正入力および負入力はシャント抵抗の両端に接続されており、センスアンプ27は、シャント抵抗R6における電圧降下量に応じた連続量を示す信号を指示信号Sとして出力する。
The
コンダクタンス変更部6は、電流制御素子Q13を備える。電流制御素子Q13は、指示信号Sに従って、トランジスタQ2およびQ3により形成される差動対のテイル電流を制御する。例えば、電流制御素子Q13は、差動対とグランドとの間に接続され、指示信号Sに従って差動対のテイル電流を制御するトランジスタであってよい。
The
図7に示す例では、電流制御素子Q13は、NPN型トランジスタであって、コレクタ電極およびエミッタ電極がそれぞれ差動対およびグランドに接続され、ベース電極に制御信号Sが印加される。 In the example shown in FIG. 7, the current control element Q13 is an NPN transistor, and the collector electrode and the emitter electrode are connected to the differential pair and the ground, respectively, and the control signal S is applied to the base electrode.
本実施例によれば、負荷Lの大きさに応じて連続的に差動対のコンダクタンスgmを変更することが可能になる。このため負荷Lの大きさに応じた位相余裕の補償量を連続的に変化させることが可能となる。 According to the present embodiment, the conductance gm of the differential pair can be continuously changed according to the size of the load L. For this reason, the compensation amount of the phase margin according to the magnitude of the load L can be continuously changed.
1 差動部
3 増幅部
4 電圧検出部
5 負荷検出部
6 コンダクタンス変更部
10 シリーズレギュレータ回路
C1 バイパスコンデンサ
C2 位相補償コンデンサ
L 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記出力電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部と、
一対のトランジスタで構成される差動対により基準電圧及び前記電圧信号との差に応じた差分電圧を出力する差動部と、
前記差分電圧を増幅して前記増幅素子の制御端子へ入力する増幅部と、
前記負荷の大きさを検出し、前記負荷の大きさに応じた指示信号を出力する負荷検出部と、を備え、
前記差動部は、前記指示信号に従って前記差動対のコンダクタンスの値を変更するコンダクタンス変更部を備える定電圧回路。 An amplifying element connected between the input voltage and the load to supply the output voltage to the load;
A voltage detector that outputs a voltage signal corresponding to the output voltage;
A differential unit configured to output a differential voltage corresponding to a difference between a reference voltage and the voltage signal by a differential pair including a pair of transistors;
An amplifying unit that amplifies the differential voltage and inputs the amplified voltage to a control terminal of the amplifying element;
A load detection unit that detects a size of the load and outputs an instruction signal according to the size of the load;
The differential unit includes a conductance changing unit that changes a conductance value of the differential pair according to the instruction signal.
エミッタ抵抗として前記一対のトランジスタに接続される抵抗素子と、
前記指示信号に従って前記抵抗素子を短絡するスイッチと、
を備える請求項2に記載の定電圧回路。 The emitter resistance changing unit is
A resistance element connected to the pair of transistors as an emitter resistor;
A switch for short-circuiting the resistance element according to the instruction signal;
A constant voltage circuit according to claim 2.
前記一対のトランジスタのテイル電流の少なくとも一部を供給する定電流源と、
前記指示信号に従って前記定電流源と前記一対のトランジスタとの間の接続を開閉するスイッチとを備える請求項4に記載の定電圧回路。 The current controller is
A constant current source for supplying at least part of the tail current of the pair of transistors;
The constant voltage circuit according to claim 4, further comprising a switch that opens and closes a connection between the constant current source and the pair of transistors in accordance with the instruction signal.
前記入力電圧、前記負荷及び前記増幅素子に直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端の電位差に応じて前記スイッチを開閉する前記指示信号を生成するコンパレータと、
を備える請求項5に記載の定電圧回路。 The load detector is
A resistor connected in series to the input voltage, the load and the amplifying element;
A comparator that generates the instruction signal for opening and closing the switch according to a potential difference between both ends of the resistor;
A constant voltage circuit according to claim 5.
前記入力電圧、前記負荷及び前記増幅素子に直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端の電位差に応じた前記指示信号を生成するセンスアンプと、
を備える請求項4に記載の定電圧回路。 The load detector is
A resistor connected in series to the input voltage, the load and the amplifying element;
A sense amplifier that generates the instruction signal according to a potential difference between both ends of the resistor;
The constant voltage circuit according to claim 4.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021033875A (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | トレックス・セミコンダクター株式会社 | regulator |
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- 2010-08-31 JP JP2010193826A patent/JP2012053542A/en active Pending
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