JP2020160907A - Regulator circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レギュレータ回路に関する。 The present invention relates to a regulator circuit.
レギュレータ回路は、負荷に対して一定の電圧流を供給するように構成された回路であり、主に、ICまたはセンサなどの電源回路として半導体集積装置に内蔵される。このようなレギュレータ回路においては、出力電流が負荷の定格電流を超えた場合、負荷が損傷するおそれがある。そのため、過電流保護を目的として、レギュレータ回路の内部に、出力電流を検出するための出力電流検出回路が設けられることがある。 The regulator circuit is a circuit configured to supply a constant voltage flow to a load, and is mainly built in a semiconductor integrated device as a power supply circuit such as an IC or a sensor. In such a regulator circuit, if the output current exceeds the rated current of the load, the load may be damaged. Therefore, for the purpose of overcurrent protection, an output current detection circuit for detecting the output current may be provided inside the regulator circuit.
たとえば、特開2005−215761号公報(特許文献1)は、出力トランジスタと出力端子との間に、出力電流を検出するための検出抵抗を接続する構成を開示する。この構成では、検出抵抗に生じる電圧降下を検出することで出力電流を検出する。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-215716 (Patent Document 1) discloses a configuration in which a detection resistor for detecting an output current is connected between an output transistor and an output terminal. In this configuration, the output current is detected by detecting the voltage drop that occurs in the detection resistor.
また、特開2007−226392号公報(特許文献2)は、出力電流を検出するための電流検出用トランジスタと、検出抵抗とを直列接続した構成を開示する。この構成では、電流検出用トランジスタには出力トランジスタに流れる電流に比例する電流が流れる。この電流が検出抵抗に流れることにより生じる電圧降下を検出することで出力電流を検出する。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-226392 (Patent Document 2) discloses a configuration in which a current detection transistor for detecting an output current and a detection resistor are connected in series. In this configuration, a current proportional to the current flowing through the output transistor flows through the current detection transistor. The output current is detected by detecting the voltage drop caused by the current flowing through the detection resistor.
しかしながら、上記特許文献に記載される出力電流検出回路では、純粋な出力電流を検出することができず、バイアス電流を含んだ電流を検出することになる。したがって、検出される電流に、バイアス電流に依存したオフセット誤差が生じることが懸念される。 However, the output current detection circuit described in the above patent document cannot detect a pure output current, and detects a current including a bias current. Therefore, there is a concern that an offset error depending on the bias current may occur in the detected current.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、レギュレータ回路において、出力電流を精度良く検出することができる出力電流検出回路を実現することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to realize an output current detection circuit capable of accurately detecting an output current in a regulator circuit.
本発明に係るレギュレータ回路は、基準電圧を基に定電圧を生成して出力端子に出力する。レギュレータ回路は、出力端子の電圧を分圧して帰還電圧を生成する分圧回路と、基準電圧に対する帰還電圧の偏差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力電圧に応じた電流を出力することにより、出力端子に定電圧を出力する出力トランジスタと、出力端子に流れる出力電流を検出する出力電流検出回路とを備える。出力電流検出回路は、出力トランジスタに流れる電流を検出するように構成された第1の電流検出回路と、分圧回路に流れる電流を検出するように構成された第2の電流検出回路と、第1の電流検出回路による検出電流と第2の電流検出回路による検出電流との差分に応じた電流または電圧を出力するように構成された出力回路とを含む。
The regulator circuit according to the present invention generates a constant voltage based on a reference voltage and outputs it to an output terminal. The regulator circuit is a voltage dividing circuit that divides the voltage of the output terminal to generate a feedback voltage, an error amplifier that outputs a voltage corresponding to the deviation of the feedback voltage with respect to the reference voltage, and a current corresponding to the output voltage of the error amplifier. It includes an output transistor that outputs a constant voltage to the output terminal by outputting, and an output current detection circuit that detects the output current flowing through the output terminal. The output current detection circuit includes a first current detection circuit configured to detect the current flowing through the output transistor, a second current detection circuit configured to detect the current flowing through the voltage dividing circuit, and a second current detection circuit. It includes an output circuit configured to output a current or a voltage corresponding to a difference between the current detected by the
本発明によれば、レギュレータ回路の出力電流を精度良く検出することができる。 According to the present invention, the output current of the regulator circuit can be detected with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分に同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the figure are designated by the same reference numerals, and the explanations are not repeated in principle.
<一般的なレギュレータ回路の構成例>
図9は、一般的なレギュレータ回路の構成例を示す回路図である。
<Example of general regulator circuit configuration>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a general regulator circuit.
図9を参照して、レギュレータ回路は、誤差増幅器2と、出力トランジスタ3と、抵抗R1,R2と、出力端子T1とを備える。出力トランジスタ3、抵抗R2および抵抗R1は、電源電圧VDDを供給する電源線PLと、接地電圧GNDを供給する接地線NLとの間に電気的に直列に接続される。抵抗R2および抵抗R1の間のノードには帰還電圧V2が出力される。
With reference to FIG. 9, the regulator circuit includes an
出力トランジスタ3は、負荷に対して電流または電圧を出力する。出力トランジスタ3には、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor)またはバイポーラトランジスタなどが用いられる。図9の例では、出力トランジスタ3は、p型MOSFETである。出力トランジスタ3のソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインには降圧した出力電圧VOUTが出力される。
The
抵抗R2は、出力端子T1と接地線NLとの間に接続される。抵抗R1は、抵抗R2と接地線NLとの間に接続される。抵抗R1,R2は、出力電圧VOUTを調整するための出力電圧調整用抵抗として機能する。 The resistor R2 is connected between the output terminal T1 and the ground wire NL. The resistor R1 is connected between the resistor R2 and the ground wire NL. The resistors R1 and R2 function as output voltage adjusting resistors for adjusting the output voltage VOUT.
誤差増幅器2は、反転入力端子(−端子)に基準電圧VREFを受け、非反転入力端子(+端子)に帰還電圧V2を受ける。誤差増幅器2の出力端子は出力トランジスタ3のゲートに接続される。誤差増幅器2は、基準電圧VREFと帰還電圧V2とを比較し、基準電圧VREFに対する帰還電圧V2の偏差がゼロになるように出力トランジスタ3のゲートに印加する電圧V3を制御する。
The
なお、誤差増幅器2の開放ゲインが十分に高い場合、反転入力端子および非反転入力端子が仮想接地されるため、基準電圧VREFと帰還電圧V2とは等しくなる。したがって、抵抗R1,R2の抵抗値をそれぞれR1,R2とすると、出力電圧調整用抵抗R1,R2に流れる電流I2(以下、「バイアス電流」とも称する)は、次式(1)で表される。
When the open gain of the
また、出力電圧VOUTは、次式(2)に示すように、バイアス電流I2と出力電圧調整用抵抗R1,R2の抵抗値の和(=R1+R2)との積で表される。 Further, the output voltage VOUT is represented by the product of the bias current I2 and the sum of the resistance values (= R1 + R2) of the output voltage adjusting resistors R1 and R2, as shown in the following equation (2).
このように、レギュレータ回路は、電源電圧VDDから安定した出力電圧VOUTを出力端子T1に出力するように構成される。レギュレータ回路は、出力端子T1に接続された負荷(例えば、センサおよびIC等の外部回路)に電源を供給するための電源回路である。レギュレータ回路には、過電流保護のために、出力電流I3を検出するための出力電流検出回路が設けられることがある。出力電流検出回路には、以下に説明するように、種々の回路構成が提案されている。 In this way, the regulator circuit is configured to output a stable output voltage VOUT from the power supply voltage VDD to the output terminal T1. The regulator circuit is a power supply circuit for supplying power to a load (for example, an external circuit such as a sensor and an IC) connected to the output terminal T1. The regulator circuit may be provided with an output current detection circuit for detecting the output current I3 for overcurrent protection. Various circuit configurations have been proposed for the output current detection circuit as described below.
<従来例に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路の構成例>
図7は、従来例に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路の第1の構成例を示す回路図である。図7を参照して、第1の構成例に係る出力電流検出回路は、出力電流I3を検出するための検出抵抗Rsenseで構成される。検出抵抗Rsenseは、出力トランジスタ3のドレインと出力端子T1との間に接続される。以下では、検出抵抗Rsenseの抵抗値をRsenseとする。
<Configuration example of output current detection circuit of regulator circuit according to the conventional example>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a first configuration example of the output current detection circuit of the regulator circuit according to the conventional example. With reference to FIG. 7, the output current detection circuit according to the first configuration example is composed of a detection resistor Rsense for detecting the output current I3. The detection resistor Rsense is connected between the drain of the
検出抵抗Rsenseには、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1が流れる。第1の構成例では、出力電流I3の検出は、検出抵抗Rsenseの端子間に生じる電圧Vmonitorを検出することで実現される。
The drain-source current I1 of the
ここで、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1は、出力電流I3およびバイアス電流I2の和(=I2+I3)となる。したがって、検出抵抗Rsenseに生じる電圧Vmonitorは、次式(3)で表される。
Here, the drain-source current I1 of the
式(3)から明らかなように、電圧Vmonitorには、バイアス電流I2に基づく電圧成分が含まれる。そのため、電圧Vmonitorによっては、純粋な出力電流I3を検出することができない。 As is clear from the equation (3), the voltage Vunitor includes a voltage component based on the bias current I2. Therefore, the pure output current I3 cannot be detected depending on the voltage Vunitor.
ここで、第1の構成例に代えて、検出抵抗Rsenseを負荷と直列に接続する構成とすれば、電圧Vmonitorは、出力電流I3および検出抵抗Rsenseの抵抗値の積となる。よって、電圧Vmonitorに基づいて、純粋な出力電流I3を検出することが可能となる。ただし、負荷に供給される電源が、検出抵抗Rsenseに生じる電圧Vmonitorによる電圧降下の影響を受けるため、レギュレータ回路の定電圧機能が失われてしまうことになる。 Here, if the detection resistor Rsense is connected in series with the load instead of the first configuration example, the voltage Vunitor is the product of the output current I3 and the resistance value of the detection resistor Rsense. Therefore, it is possible to detect the pure output current I3 based on the voltage Vunitor. However, since the power supply supplied to the load is affected by the voltage drop caused by the voltage Vunitor generated in the detection resistor Rsense, the constant voltage function of the regulator circuit is lost.
図8は、従来例に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路の第2の構成例を示す回路図である。図8を参照して、第2の構成例に係る出力電流検出回路は、出力電流I3を検出するための電流検出用トランジスタ4と、検出抵抗Rsesnseとで構成される。電流検出用トランジスタ4は、電源線PLおよび検出抵抗Rsenseの間に電気的に接続される。検出抵抗Rsenseは、電流検出用トランジスタ4および接地線NLの間に電気的に接続される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a second configuration example of the output current detection circuit of the regulator circuit according to the conventional example. With reference to FIG. 8, the output current detection circuit according to the second configuration example includes a
電流検出用トランジスタ4には、MOSFETまたはバイポーラトランジスタなどが用いられる。図8の例では、電流検出用トランジスタ4は、p型MOSFETである。電流検出用トランジスタ4のソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインには検出抵抗Rsenseが接続される。電流検出用トランジスタ4のゲートは、誤差増幅器2の出力端子および出力トランジスタ3のゲートに接続される。
As the
検出抵抗Rsenseには、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース間電流I4が流れる。第2の構成例では、出力電流I3の検出は、検出抵抗Rsenseの端子間に生じる電圧Vmonitorを検出することで実現される。
The drain-source current I4 of the
具体的には、出力トランジスタ3および電流検出用トランジスタ4はゲート・ソース間電圧が同一であるため、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1と、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース間電流I4との比は、2つのトランジスタ3,4のサイズ比で決まる。
Specifically, since the
また、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1は、出力電流I3およびバイアス電流I2の和(=I2+I3)となる。したがって、電流検出用トランジスタ4と出力トランジスタ3とのサイズ比を1:Nと仮定すると、検出抵抗Rsenseに生じる電圧Vmonitorは、次式(4)で表すことができる。
Further, the drain-source current I1 of the
式(4)から明らかなように、電圧Vmonitorには、バイアス電流I2に基づく電圧成分が含まれる。そのため、電圧Vmonitorによっては、純粋な出力電流I3を検出することができない。 As is clear from the equation (4), the voltage Vunitor includes a voltage component based on the bias current I2. Therefore, the pure output current I3 cannot be detected depending on the voltage Vunitor.
以上に説明したように、従来例に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路では、純粋な出力電流I3を検出することができず、バイアス電流I2を含んだ電流を検出することになる。したがって、検出される電流に、バイアス電流I2に依存したオフセット誤差が生じることが懸念される。 As described above, the output current detection circuit of the regulator circuit according to the conventional example cannot detect the pure output current I3, but detects the current including the bias current I2. Therefore, there is a concern that the detected current may have an offset error depending on the bias current I2.
そこで、本実施の形態では、バイアス電流I2が除去された純粋な出力電流I3を検出することができる新規な出力電流検出回路の構成を提供する。 Therefore, in the present embodiment, a novel configuration of an output current detection circuit capable of detecting a pure output current I3 from which the bias current I2 has been removed is provided.
<実施の形態に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路の構成>
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
<Structure of output current detection circuit of regulator circuit according to the embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a regulator circuit according to a first embodiment.
図1を参照して、実施の形態1に係るレギュレータ回路は、誤差増幅器2と、出力トランジスタ3と、出力電圧調整用抵抗R1,R2と、出力端子T1とを備える。誤差増幅器2、出力トランジスタ3および出力電圧調整用抵抗R1,R2の接続関係は、図9に示した一般的なレギュレータ回路と同じであるため、説明は繰返さない。
With reference to FIG. 1, the regulator circuit according to the first embodiment includes an
実施の形態1に係るレギュレータ回路は、カレントソース1と、抵抗R3とさらに備える。カレントソース1および抵抗R3は、電源線PLおよび接地線NLの間に電気的に直列に接続される。カレントソース1は電流I0を出力する。カレントソース1および抵抗R3の間のノードには電圧V1が出力される。抵抗R3の抵抗値をR3とすると、電圧V1は電流I0および抵抗R3の抵抗値の積で表わされる(V1=I0・R3)。電圧V1は、基準電圧として、誤差増幅器2の反転入力端子(−端子)に入力される。抵抗R3は、基準電圧を調整するための基準電圧調整用抵抗として機能する。
The regulator circuit according to the first embodiment further includes a
誤差増幅器2は、反転入力端子(−端子)に基準電圧V1を受け、非反転入力端子(+端子)に帰還電圧V2を受ける。誤差増幅器2は、基準電圧V1と帰還電圧V2とを比較し、基準電圧V1に対する帰還電圧V2の偏差がゼロになるように出力トランジスタ3のゲートに印加する電圧V3を制御する。なお、誤差増幅器2の開放ゲインが十分に高い場合、基準電圧V1と帰還電圧V2とは等しくなるため、出力電圧調整用抵抗R1,R2に流れるバイアス電流I2は次式(5)で表される。
The
また、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1は、出力電流I3と、バイアス電流I2との和となるため、次式(6)で表わされる。
Further, the drain-source current I1 of the
実施の形態1に係るレギュレータ回路は、出力電流I3を検出するための出力電流検出回路として、出力電流I3を検出するための電流検出用トランジスタ4と、カレントシンク5と、出力端子T2とをさらに備える。
The regulator circuit according to the first embodiment further includes a
電流検出用トランジスタ4は、電源線PLおよびカレントシンク5の間に電気的に接続される。カレントシンク5は、電流検出用トランジスタ4および接地線NLの間に電気的に接続される。カレントシンク5には電流I5が流れ込む。電流検出用トランジスタ4およびカレントシンク5の間のノードは出力端子T2に接続される。出力端子T2には、出力電流I3を検出するための電流Imonitor(以下、「検出電流」とも称する)が出力される。
The
電流検出用トランジスタ4は、例えばp型MOSFETである。電流検出用トランジスタ4のソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインにはカレントシンク5が接続される。電流検出用トランジスタ4のゲートは、誤差増幅器2の出力端子および出力トランジスタ3のゲートに接続される。
The
出力トランジスタ3および電流検出用トランジスタ4はゲート・ソース間電圧が同一であるため、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1と、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース間電流I4との比は、2つのトランジスタ3,4のサイズ比で決まる。電流検出用トランジスタ4と出力トランジスタ3とのサイズ比を1:Nと仮定すると、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース間電流I4は次式(7)で表すことができる。
Since the
出力電流検出回路において、出力端子T2に出力される検出電流Imonitorは、次式(8)に示すように、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース電流I4からカレントシンク5に流れる電流I5を減算した電流となる。
In the output current detection circuit, the detection current Indicator output to the output terminal T2 is obtained by subtracting the current I5 flowing through the
カレントシンク5に流れる電流I5が次式(9)を満たすようにカレントシンク5を制御することで、式(8)は次式(10)のように変形することができる。すなわち、検出電流Imonitorは、出力電流I3を1/N倍した電流となる。
By controlling the
このように本実施の形態1に係る出力電流検出回路は、電流検出用トランジスタ4によって出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1を1/N倍した電流I4を検出するとともに、カレントシンク5によってバイアス電流I2を1/N倍した電流I5を生成し、かつ、電流I4から電流I5を減算した検出電流Imonitorを出力端子T2に出力するように構成される。電流検出用トランジスタ4は「第1の電流検出回路」の一実施例に対応し、カレントシンク5は「第2の電流検出回路」の一実施例に対応し、出力端子T2は「出力回路」の一実施例に対応する。
As described above, the output current detection circuit according to the first embodiment detects the current I4 obtained by multiplying the drain-source current I1 of the
これによると、出力電流検出回路によって、出力電流I3に比例した電流Imonitorを検出することができるため、検出電流Imonitorに基づいてバイアス電流I2が除去された純粋な出力電流I3を検出することができる。 According to this, since the output current detection circuit can detect the current indicator proportional to the output current I3, it is possible to detect the pure output current I3 from which the bias current I2 is removed based on the detection current indicator. ..
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1に係る出力電流検出回路の具体的な回路構成例を説明する。
In the second embodiment, a specific circuit configuration example of the output current detection circuit according to the first embodiment will be described.
図2は、実施の形態2に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
図2を参照して、実施の形態2に係る出力電流検出回路は、電流検出用トランジスタ4と、カレントシンク5と、出力端子T2とを備える。カレントシンク5は、カレントミラー7,8と、カレントシンク6と、抵抗R4とを有する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the regulator circuit according to the second embodiment.
With reference to FIG. 2, the output current detection circuit according to the second embodiment includes a
カレントミラー7は、入力電流Iinを電流利得J倍に増幅して出力電流Iout1として出力するとともに、入力電流Iinを電流利得K倍に増幅して出力電流Iout2として出力するように構成される。カレントミラー7の入力端子Iinにはカレントシンク6に流れる電流I0が入力される。カレントミラー7は、第1の出力端子Iout1に、入力電流I0をJ倍増幅した電流I6を出力し、第2の出力端子Iout2に、入力電流I0をK倍増幅した電流I7を出力する。すなわち、電流I6は電流I0をK倍した電流となり、電流I7は電流I0をK倍した電流となる。
The
抵抗R4は、カレントミラー7の第1の出力端子Iout1と接地線NLとの間に接続される。第1の出力端子Iout1および抵抗R4の間のノードは誤差増幅器2の反転入力端子(−端子)に接続される。抵抗R4の抵抗値をR4とすると、誤差増幅器2の反転入力端子に入力される基準電圧V1は、電流I6と抵抗R4の抵抗値R4との積(=I6・R4=J・I0・R4)で表わされる。すなわち、抵抗R4は基準電圧調整用抵抗として機能する。
The resistor R4 is connected between the first output terminal Iout1 of the
カレントミラー7の第2の出力端子Iout2は、カレントミラー8の入力端子Iinに接続される。カレントミラー8の出力端子Ioutは電流検出用トランジスタ4のドレインおよび出力端子T2に接続される。カレントミラー8は、入力電流を電流利得M倍に増幅して出力するように構成される。カレントミラー8の入力電流はカレントミラー7の出力電流I7であり、カレントミラー8の出力電流は電流I5である。すなわち、電流I5は電流I7をM倍した電流となる。
The second output terminal Iout2 of the
上述した実施の形態1によれば、図2のカレントシンク5に流れる電流I5を、上記式(9)を満たすように調整することで、出力電流I3を1/N倍した検出電流Imonitorを検出することができる。
According to the first embodiment described above, by adjusting the current I5 flowing through the
実施の形態2では、基準電圧V1=I6・R4=j・I0・R4であるため、式(9)は次式(11)に変形することができる。 In the second embodiment, since the reference voltage V1 = I6, R4 = j, I0, R4, the equation (9) can be transformed into the following equation (11).
式(11)の左辺I5と右辺のI0との比は、カレントミラー7,8の電流利得K,Mの積(=K・M)に相当する。したがって、次式(12)の関係を満たすようにカレントミラー7,8の電流利得J,K,Mを調整すれば、検出電流Imonitorからレギュレータ回路の純粋な出力電流I3を検出することが可能となる。
The ratio of the left side I5 and the right side I0 of the equation (11) corresponds to the product (= KM) of the current gains K and M of the
なお、図2に示すように、出力端子T2と接地線NLとの間に検出抵抗Rsenseを接続することで、検出抵抗Rsenseで生じる電圧降下を用いて、検出電流Imonitorを検出電圧Vmonitorとして検出することができる。ただし、検出抵抗Rsenseには高精度の抵抗を用いることが望ましい。 As shown in FIG. 2, by connecting the detection resistor Rsense between the output terminal T2 and the ground wire NL, the detection current Image is detected as the detection voltage Vunitor by using the voltage drop generated by the detection resistor Rsense. be able to. However, it is desirable to use a high-precision resistor for the detection resistor Rsense.
実施の形態3.
図3は、実施の形態3に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the regulator circuit according to the third embodiment.
図3を参照して、実施の形態3に係るレギュレータ回路は、誤差増幅器2と、出力トランジスタ3と、出力電圧調整用抵抗R1,R2と、出力端子T1とを備える。誤差増幅器2、出力トランジスタ3および出力電圧調整用抵抗R1,R2の接続関係は、図7に示した一般的なレギュレータ回路と同じであるため、説明は繰返さない。
With reference to FIG. 3, the regulator circuit according to the third embodiment includes an
実施の形態3に係るレギュレータ回路は、出力電流I3を検出するための出力電流検出回路として、電流検出用トランジスタ4と、電圧/電流変換回路9とを備える。電流検出用トランジスタ4は、例えばp型MOSFETである。電流検出用トランジスタ4のソースには電源電圧VDDが供給され、ドレインには電圧/電流変換回路9および出力端子T2が接続される。電流検出用トランジスタ4のゲートは、誤差増幅器2の出力端子および出力トランジスタ3のゲートに接続される。電圧/電流変換回路9は、抵抗R1および抵抗R2の間のノードと出力端子T2との間に電気的に接続される。出力端子T2には、検出電流Imonitorが出力される。
The regulator circuit according to the third embodiment includes a
実施の形態3に係るレギュレータ回路においても、図1に示す実施の形態1に係るレギュレータ回路と同様に、出力トランジスタ3および電流検出用トランジスタ4はゲート・ソース間電圧が同一であるため、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース間電流I4は、式(7)で表わすことができる。
In the regulator circuit according to the third embodiment, as in the regulator circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1, the
これにより、出力端子T2に出力される検出電流Imonitorも式(8)で表わされ、電流検出用トランジスタ4のドレイン・ソース電流I4から電圧/電流変換回路9に流れる電流I5を減算した電流となる。
As a result, the detection current Indicator output to the output terminal T2 is also represented by the equation (8), and is the current obtained by subtracting the current I5 flowing through the voltage /
したがって、電圧/電流変換回路9に流れる電流I5が式(9)を満たすように、電圧/電流変換回路9を設計することにより、検出電流Imonitorからレギュレータ回路の純粋な出力電流I3を検出することができる。
Therefore, by designing the voltage /
具体的には、電圧/電流変換回路9は、出力電圧調整用抵抗R1,R2から出力される帰還電圧V2を電流I5に変換するように構成される。誤差増幅器2において基準電圧V1と帰還電圧V2とは等しくなるため、電圧/電流変換回路9は、次式(13)で表わされる電圧/電流変換特性を有するように設計すればよい。
Specifically, the voltage /
このように実施の形態3に係るレギュレータ回路の出力電流検出回路は、電流検出用トランジスタ4で出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1を1/N倍した電流I4を検出するとともに、電圧/電流変換回路9によってバイアス電流I2を1/N倍した電流I5を検出し、かつ、電流I4から電流I5を減算した検出電流Imonitorを出力端子T2に出力するように構成される。電流検出用トランジスタ4は「第1の電流検出回路」の一実施例に対応し、電圧/電流変換回路9は「第2の電流検出回路」の一実施例に対応し、出力端子T2は「出力回路」の一実施例に対応する。
As described above, the output current detection circuit of the regulator circuit according to the third embodiment detects the current I4 obtained by multiplying the drain-source current I1 of the
これによると、出力電流検出回路によって、出力電流I3を1/N倍した電流Imonitorを検出することができるため、検出電流Imonitorに基づいてバイアス電流I2が除去された純粋な出力電流I3を検出することができる。 According to this, since the output current detection circuit can detect the current unitor obtained by multiplying the output current I3 by 1 / N, the pure output current I3 from which the bias current I2 is removed is detected based on the detected current unitor. be able to.
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態3に係る出力電流検出回路の具体的な回路構成例を説明する。
In the fourth embodiment, a specific circuit configuration example of the output current detection circuit according to the third embodiment will be described.
図4は、実施の形態4に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
図4を参照して、実施の形態4に係る出力電流検出回路は、電流検出用トランジスタ4と、電圧/電流変換回路9と、出力端子T2とを備える。電圧/電流変換回路9は、オペアンプ10と、抵抗R5と、トランジスタ11と、カレントミラー12,13とを有する。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the regulator circuit according to the fourth embodiment.
With reference to FIG. 4, the output current detection circuit according to the fourth embodiment includes a
カレントミラー12,13は、入力電流を電流利得M倍に増幅して出力電流を出力するように構成される。カレントミラー12の入力端子Iinおよび接地線NLの間には、トランジスタ11および抵抗R5が電気的に直列に接続される。トランジスタ11には、MOSFETまたはバイポーラトランジスタなどが用いられる。図4の例では、トランジスタ11は、n型MOSFETである。トランジスタ11のドレインはカレントミラー12の入力端子Iinに接続され、トランジスタ11のソースは抵抗R5に接続される。トランジスタ11のゲートはオペアンプ10の出力端子に接続される。
The current mirrors 12 and 13 are configured to amplify the input current by a current gain of M times and output the output current. A
オペアンプ10は、反転入力端子(−端子)に帰還電圧V2を受け、非反転入力端子(+端子)にトランジスタ11および抵抗R5の間のノードの電圧V4を受ける。オペアンプ10の開放ゲインが十分に高い場合、仮想接地により、電圧V4は帰還電圧V2と等しくなる。また、同様に、誤差増幅器2において基準電圧V1と帰還電圧V2とは等しくなることから、トランジスタ11および抵抗R5に流れる電流I7は、次式(14)で表わすことができる。
The
カレントミラー12,13は、入力電流I7をM倍に増幅した電流I5を出力する。
実施の形態3で説明したように、電圧/電流変換回路9に流れる電流I5が上記式(9)を満たすように、電圧/電流変換回路9を設計することにより、検出電流Imonitorからレギュレータ回路の純粋な出力電流I3を検出することができる。上記式(9),(14)によると、カレントミラー12の入力電流I7とカレントミラー13の出力電流I5との間には、次式(15)に示す関係が成り立つ。
The current mirrors 12 and 13 output a current I5 obtained by amplifying the input current I7 M times.
As described in the third embodiment, the voltage /
言い換えると、式(15)に示す関係を満たすように、カレントミラー12,13の電流利得Mを調整することにより、電圧/電流変換回路9から出力される電流I5が式(9)を満たすことができる。
In other words, the current I5 output from the voltage /
なお、図4に示すように、出力端子T2と接地線NLとの間に検出抵抗Rsenseを接続することで、検出抵抗Rsenseで生じる電圧降下により、検出電流Imonitorを検出電圧Vmonitorとして検出することができる。ただし、検出抵抗Rsenseには高精度の抵抗を用いることが望ましい。 As shown in FIG. 4, by connecting the detection resistor Rsense between the output terminal T2 and the ground wire NL, the detection current Image can be detected as the detection voltage Vmotor by the voltage drop generated by the detection resistor Rsense. it can. However, it is desirable to use a high-precision resistor for the detection resistor Rsense.
実施の形態5.
図5は、実施の形態5に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the regulator circuit according to the fifth embodiment.
図5を参照して、実施の形態5に係るレギュレータ回路は、誤差増幅器2と、出力トランジスタ3と、出力電圧調整用抵抗R1,R2と、出力端子T1とを備える。誤差増幅器2、出力トランジスタ3および出力電圧調整用抵抗R1,R2の接続関係は、図7に示した一般的なレギュレータ回路と同じであるため、説明は繰返さない。
With reference to FIG. 5, the regulator circuit according to the fifth embodiment includes an
実施の形態5に係るレギュレータ回路は、出力電流I3を検出するための出力電流検出回路として、検出抵抗Rsense1,Rsense2と、加算回路14と、減算回路15と、出力端子T2とを有する。
The regulator circuit according to the fifth embodiment has detection resistors Rsense1 and Rsense2, an
検出抵抗Rsense1,Rsense2は、出力トランジスタ3のドレインと抵抗R2との間に電気的に直列に接続される。検出抵抗Rsense1および検出抵抗Rsense2の間のノードは出力端子T1に電気的に接続される。以下、検出抵抗Rsense1,Rsense2の抵抗値をRsense1,Rsense2とする。
The detection resistors Rsense1 and Rsense2 are electrically connected in series between the drain of the
誤差増幅器2は、反転入力端子(−端子)に基準電圧V1を受け、非反転入力端子(+端子)に帰還電圧V2を受ける。誤差増幅器2の出力端子は出力トランジスタ3のゲートに接続される。誤差増幅器2は、基準電圧V1と帰還電圧V2とを比較し、基準電圧V1に対する帰還電圧V2の偏差がゼロになるように出力トランジスタ3のゲートに印加する電圧V3を制御する。なお、誤差増幅器2の開放ゲインが十分に高い場合、基準電圧V1と帰還電圧V2とは等しくなるため、検出抵抗Rsense2および出力電圧調整用抵抗R1,R2に流れるバイアス電流I2は、次式(16)で表される。
The
また、出力電圧VOUTは、次式(17)に示すように、バイアス電流I2と、検出抵抗Rsense2および出力電圧調整用抵抗R1,R2の抵抗値の和(=Rsense2+R1+R2)との積で表される。 Further, the output voltage VOUT is represented by the product of the bias current I2 and the sum of the resistance values of the detection resistor Rsense2 and the output voltage adjustment resistors R1 and R2 (= Rsense2 + R1 + R2) as shown in the following equation (17). ..
なお、式(17)の右辺中の抵抗値の和(=Rsense2+R2)を、式(2)の右辺中の抵抗値R2と等しくすることにより、すなわち、図5の抵抗R2の抵抗値を図8の抵抗R2の抵抗値よりもRsense2だけ小さい値とすることにより、実施の形態5に係るレギュレータ回路の動作は、図8に示す一般的なレギュレータ回路の動作と同じとなる。 By making the sum of the resistance values (= Rsense2 + R2) in the right side of the equation (17) equal to the resistance value R2 in the right side of the equation (2), that is, the resistance value of the resistor R2 in FIG. 5 is set to FIG. By setting the value to be smaller by Rsense2 than the resistance value of the resistor R2, the operation of the regulator circuit according to the fifth embodiment is the same as the operation of the general regulator circuit shown in FIG.
検出抵抗Rsense2および出力電圧調整用抵抗R2の間のノードの電圧V6は、出力電圧VOUTから検出抵抗Rsense2における電圧降下分を差し引いた電圧であり、次式(18)で表される。 The voltage V6 of the node between the detection resistor Rsense2 and the output voltage adjusting resistor R2 is the voltage obtained by subtracting the voltage drop in the detection resistor Rsense2 from the output voltage VOUT, and is represented by the following equation (18).
また、出力トランジスタ3のドレイン・ソース間電流I1は、次式(19)に示すように、バイアス電流I2および出力電流I3の和となる。
Further, the drain-source current I1 of the
したがって、出力トランジスタ3および検出抵抗Rsense1の間のノードの電圧V5は、出力電圧VOUTに検出抵抗Rsense1における電圧降下分を加算した電圧であり、式(19)を用いると、次式(20)で表される。
Therefore, the voltage V5 of the node between the
本実施の形態において、加算回路14および減算回路15の入力インピーダンスは高いことが望ましい。加算回路14の入力インピーダンスが低いと、レギュレータ回路に流れるバイアス電流I2が増える。これは出力電流検出回路で補正が可能である。一方、減算回路15の入力インピーダンスが低いと、レギュレータ回路の出力電流I3が増える。これは、出力電流検出回路にオフセット誤差を生じさせる。そのため、出力電流を精度良く検出するためには、減算回路15の入力インピーダンスを高く設定する必要がある。本実施の形態では、説明を簡略化するために、加算回路14および減算回路15の入力インピーダンスが高い状態を仮定する。
In the present embodiment, it is desirable that the input impedances of the
加算回路14は、電圧V5をa倍した電圧と、電圧V6をb倍した電圧とを加算し、加算結果である電圧V7を出力する。係数a,bは任意の値とすることができる。電圧V7は、次式(21)で与えられる。
The
式(21)の右辺は、出力電圧VOUTの項と、出力電流I3の項と、バイアス電流I2の項とを有する。ここで、次式(22)の関係を満たすように係数a,bの値と、検出抵抗Rsense1,Rsense2の抵抗値とを設定すれば、式(21)の右辺からバイアス電流I2の項を消去することができる。 The right side of the equation (21) has a term of output voltage VOUT, a term of output current I3, and a term of bias current I2. Here, if the values of the coefficients a and b and the resistance values of the detection resistors Rsense1 and Rsense2 are set so as to satisfy the relationship of the following equation (22), the term of the bias current I2 is eliminated from the right side of the equation (21). can do.
これによると、式(21)は次式(23)のように書き換えることができる。 According to this, the equation (21) can be rewritten as the following equation (23).
減算回路15は、加算回路14の出力電圧V7をc倍した電圧から、出力電圧VOUTをd倍した電圧を減算し、減算結果として検出電圧Vmonitorを出力する。係数c,dは任意の値とすることができる。式(23)を用いると、検出電圧Vmonitorは次式(24)で与えられる。
The
式(24)の右辺は、出力電圧VOUTの項と、出力電流I3の項とを有する。ここで、次式(25)の関係を満たすように係数c,dの値を設定すれば、式(24)の右辺から出力電圧VOUTの項を消去することができる。 The right side of the equation (24) has a term of output voltage VOUT and a term of output current I3. Here, if the values of the coefficients c and d are set so as to satisfy the relationship of the following equation (25), the term of the output voltage VOUT can be eliminated from the right side of the equation (24).
これによると、式(24)は次式(26)のように書き換えることができる。式(26)によれば、検出電圧Vmonitorから、純粋な出力電流I3を検出することができる。 According to this, the equation (24) can be rewritten as the following equation (26). According to the equation (26), the pure output current I3 can be detected from the detection voltage Vunitor.
以上説明したように、実施の形態5に係る出力電流検出回路において、加算回路14の係数a,bおよび減算回路15の係数c,dを式(22)および式(25)の関係を満たすように設定することで、出力電圧I3に比例する検出電圧Vmonitorを出力端子T2に出力することができるため、純粋な出力電流I3を検出することが可能となる。検出抵抗Rsense1は「第1の電流検出回路」の一実施例に対応し、検出抵抗Rsense2は「第2の電流検出回路」の一実施例に対応し、加算回路14、減算回路15および出力端子T2は「出力回路」の一実施例に対応する。
As described above, in the output current detection circuit according to the fifth embodiment, the coefficients a and b of the
実施の形態6.
実施の形態6では、実施の形態5に係る出力電流検出回路の具体的な回路構成例を説明する。
In the sixth embodiment, a specific circuit configuration example of the output current detection circuit according to the fifth embodiment will be described.
図6は、実施の形態6に係るレギュレータ回路の構成を示す回路図である。
図6を参照して、実施の形態6に係る出力電流検出回路は、オペアンプ16〜18と、抵抗R6〜R8と、検出抵抗Rsense1,Rsense2を有する。オペアンプ16および抵抗R6は、図5に示す加算回路14を構成する。オペアンプ17,18および抵抗R7,R8は、図5に示す減算回路15を構成する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the regulator circuit according to the sixth embodiment.
With reference to FIG. 6, the output current detection circuit according to the sixth embodiment includes
加算回路14の入力電圧V5,V6は上記式(18),(20)で表される。図6の例では、加算回路14は、電圧V5を1倍した電圧と、電圧V6を1倍した電圧とを加算するように構成される。すなわち、a=b=1となることから、検出抵抗Rsense1,Rsense2の抵抗値をRsense1=Rsense2とすれば、式(22)に示す関係を満たすことができる。以下の説明では、検出抵抗Rsense1,Rsense2の抵抗値をRsenseとする。
The input voltages V5 and V6 of the
オペアンプ16の反転入力端子(−端子)には電圧V9が入力される。オペアンプ16の非反転入力端子(+端子)には任意の電圧V8が入力される。オペアンプ16における仮想接地により、V9=V8が成り立つとすると、加算回路14の出力電圧V7(オペアンプ16の出力電圧に相当)は、次式(27)で表すことができる。
A voltage V9 is input to the inverting input terminal (− terminal) of the
減算回路15は、電圧V7を1倍した電圧から出力電圧VOUTを2倍した電圧を減算するように構成される。すなわち、式(24)においてc=1,d=2となる。係数a,b,c,dの間には式(25)の関係が成立している。
The
なお、図6の構成例では、抵抗R8の抵抗値を抵抗R7の抵抗値の1/2とすることで、出力電圧VOUTの増幅率を2倍とすることができる。 In the configuration example of FIG. 6, the amplification factor of the output voltage VOUT can be doubled by setting the resistance value of the resistor R8 to 1/2 of the resistance value of the resistor R7.
オペアンプ17の反転入力端子(−端子)には電圧V10が入力される。オペアンプ17の非反転入力端子(+端子)には任意の電圧V8が入力される。オペアンプ17においてV10=V8が成り立つとすると、減算回路15の出力電圧(検出電圧Vmonitorに相当)は、式(28)で表すことができる。
The voltage V10 is input to the inverting input terminal (− terminal) of the
式(28)に示すように、検出電圧Vmonitorは、出力電流I3および検出抵抗Rsense1,Rsense2の抵抗値Rsenseの積に、任意の電圧V8を加算した電圧となる。これによれば、任意の電圧V8を基準として、検出電圧Vmonitorから純粋な出力電流I3を検出することができる。 As shown in the formula (28), the detection voltage Vunitor is a voltage obtained by adding an arbitrary voltage V8 to the product of the output current I3 and the resistance values Rsense of the detection resistors Rsense1 and Rsense2. According to this, the pure output current I3 can be detected from the detection voltage Vunitor with reference to an arbitrary voltage V8.
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 カレントソース、2 誤差増幅器、3 出力トランジスタ、4 電流検出用トランジスタ、5,6 カレントシンク、7,8,12,13 カレントミラー、9 電圧/電流変換回路、10,16〜18 オペアンプ、14 加算回路、15 減算回路、PL 電源線、NL 接地線、Rsense,Rsense1,Rsense2 検出抵抗、R1,R2 出力電圧調整用抵抗、R3,R4 基準電圧調整用抵抗、R5〜R8 抵抗、T1,T2 出力端子。 1 Current source, 2 Error amplifier, 3 Output transistor, 4 Current detection transistor, 5, 6 Current sink, 7, 8, 12, 13 Current mirror, 9 Voltage / current conversion circuit, 10, 16-18 operational amplifier, 14 Addition Circuit, 15 subtraction circuit, PL power supply line, NL ground line, Rsense, Rsense1, Rsense2 detection resistor, R1, R2 output voltage adjustment resistor, R3, R4 reference voltage adjustment resistor, R5 to R8 resistor, T1, T2 output terminal ..
Claims (4)
前記出力端子の電圧を分圧して帰還電圧を生成する分圧回路と、
前記基準電圧に対する前記帰還電圧の偏差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力電圧に応じた電流を出力することにより、前記出力端子に前記定電圧を出力する出力トランジスタと、
前記出力端子に流れる出力電流を検出する出力電流検出回路とを備え、
前記出力電流検出回路は、
前記出力トランジスタに流れる電流を検出するように構成された第1の電流検出回路と、
前記分圧回路に流れる電流を検出するように構成された第2の電流検出回路と、
前記第1の電流検出回路による検出電流と前記第2の電流検出回路による検出電流との差分に応じた電流または電圧を出力するように構成された出力回路とを含む、レギュレータ回路。 A regulator circuit that generates a constant voltage based on the reference voltage and outputs it to the output terminal.
A voltage divider circuit that divides the voltage of the output terminal to generate a feedback voltage,
An error amplifier that outputs a voltage corresponding to the deviation of the feedback voltage with respect to the reference voltage,
An output transistor that outputs the constant voltage to the output terminal by outputting a current corresponding to the output voltage of the error amplifier.
It is equipped with an output current detection circuit that detects the output current flowing through the output terminal.
The output current detection circuit
A first current detection circuit configured to detect the current flowing through the output transistor, and
A second current detection circuit configured to detect the current flowing through the voltage divider circuit, and
A regulator circuit including an output circuit configured to output a current or voltage corresponding to a difference between a current detected by the first current detection circuit and a current detected by the second current detection circuit.
前記第2の電流検出回路は、前記分圧回路に流れる電流に比例した電流を吸い込むように構成されたカレントシンクと含み、
前記第1のトランジスタおよび前記カレントシンクは電気的に直列に接続され、
前記出力回路は、前記第1のトランジスタおよび前記カレントシンクの間のノードに接続される、請求項1に記載のレギュレータ回路。 The first current detection circuit includes a first transistor that outputs a current proportional to the current flowing through the output transistor according to the output voltage of the error amplifier.
The second current detection circuit includes a current sink configured to suck in a current proportional to the current flowing through the voltage dividing circuit.
The first transistor and the current sink are electrically connected in series and
The regulator circuit according to claim 1, wherein the output circuit is connected to a node between the first transistor and the current sink.
前記第2の電流検出回路は、前記帰還電圧を、前記分圧回路に流れる電流に比例した電流に変換する電圧電流変換回路を含み、
前記出力回路は、前記第1のトランジスタに流れる電流と前記電圧電流変換回路に流れる電流との差分に応じた電流または電圧を出力する、請求項1に記載のレギュレータ回路。 The first current detection circuit includes a first transistor that outputs a current proportional to the current flowing through the output transistor according to the output voltage of the error amplifier.
The second current detection circuit includes a voltage-current conversion circuit that converts the feedback voltage into a current proportional to the current flowing through the voltage dividing circuit.
The regulator circuit according to claim 1, wherein the output circuit outputs a current or a voltage corresponding to a difference between a current flowing through the first transistor and a current flowing through the voltage-current conversion circuit.
前記第2の電流検出回路は、前記出力端子および前記分圧回路の間に接続された第2の抵抗を含み、
前記出力回路は、前記出力トランジスタに流れる電流により前記第1の抵抗に生じる電圧降下および前記分圧回路に流れる電流により前記第2の抵抗に生じる電圧降下を加減算する加減算回路を含む、請求項1に記載のレギュレータ回路。
The first current detection circuit includes a first resistor connected between the output transistor and the output terminal.
The second current detection circuit includes a second resistor connected between the output terminal and the voltage divider circuit.
The output circuit includes an addition / subtraction circuit that adds / subtracts a voltage drop caused in the first resistor by a current flowing through the output transistor and a voltage drop caused in the second resistor by a current flowing through the voltage dividing circuit. The regulator circuit described in.
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