JP3091520B2

JP3091520B2 - 定電圧回路

Info

Publication number: JP3091520B2
Application number: JP03145483A
Authority: JP
Inventors: 保彦辻
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH04344509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バンドギャップ回路
を用いた定電圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種電子回路に対して基準電圧を
付与する手段としてバンドギャップ回路を利用した定電
圧回路が用いられている。例えば、図３は、この種の定
電圧回路を示す。即ち、この定電圧回路は、基準電圧を
発生させるバンドギャップ回路２、バンドギャップ回路
２が出力する定電圧のエラー電圧を検出するエラー検出
回路４及び出力回路６を備えている。

【０００３】バンドギャップ回路２には、抵抗２１、ト
ランジスタ２２、ダイオード２３、２４及び抵抗２５か
らなる直列回路とともに、抵抗２６、ダイオード２７、
２８、２９の直列回路が並設され、トランジスタ２２の
ベースにはダイオード２７、２８、２９によって形成さ
れたバイアス電圧が加えられている。そして、このバン
ドギャップ回路２には出力回路６の抵抗６１を通して電
源が接続され、電源端子１０には電源電圧Ｖｃｃが加え
られている。抵抗２１の値はトランジスタ２２のベース
・コレクタが同電位になるように設定する。このバンド
ギャップ回路２において、トランジスタ２２を通してダ
イオード２３、２４及び抵抗２５側に流れる電流を
Ｉ₁、ダイオード２７、２８、２９側に流れる電流をＩ
₂、抵抗２１、２５の抵抗値をＲ₁、Ｒ₂、ダイオード
２７、２８、２９をトランジスタで構成するものとし、
そのベース・エミッタ間電圧を

【外１】とするとき、バンドギャップ回路２から出力される定電
圧Ｖｒｅｇは、

【０００４】

【数１】

【０００５】となる。ただし、電流Ｉ₁、Ｉ₂の大小関
係はＩ₂＞Ｉ₁に設定され、ｋはボルツマン定数、ｑは
電子の電荷量、Ｔは温度であり、ｋＴ／ｑは定数であ
る。このバンドギャップ回路２では、抵抗２１、２５、
２６の値を適当に選ぶことで、出力される定電圧Ｖｒｅ
ｇが持つ温度係数を零にすることができる。

【０００６】エラー検出回路４には、エミッタを共通に
接続した一対のトランジスタ４１、４２からなる差動回
路が設置されており、この差動対を成す各トランジスタ
４１、４２のエミッタ側には差動対に動作電流を流すト
ランジスタ４３が直列に接続され、このトランジスタ４
３のベース・エミッタ間にはバンドギャップ回路２のダ
イオード２９が接続されている。ダイオード２９及びト
ランジスタ４３は、カレントミラー回路を構成してお
り、電流Ｉ₂がトランジスタ４３に流れ、これが差動回
路の動作電流となっている。そして、トランジスタ４１
のベースには、抵抗２１の電流Ｉ₁による電圧降下、即
ち、トランジスタ２２のコレクタ電圧が加えられ、ま
た、トランジスタ４２のベースにはトランジスタ２２の
ベース電圧が加えられて差動回路によって比較され、ト
ランジスタ２２のベース電圧とコレクタ電圧との間のエ
ラー電圧が検出される。即ち、差動回路のトランジスタ
４１、４２にはエラー電圧の増減に応じた電流が流れ
る。この場合、トランジスタ２２のコレクタ電圧がその
ベース電圧より高い場合には、トランジスタ４１側にエ
ラー電圧に応じた電流が流れる。トランジスタ４１、４
２のコレクタと電源ライン１８との間には能動負荷とし
てカレントミラー回路を構成するトランジスタ４４、４
５が接続されており、エラー電圧に応じた電流がトラン
ジスタ４１、４５のコレクタ側から取り出される。

【０００７】そして、出力回路６には抵抗６１とともに
トランジスタ６２、６３が設置され、各トランジスタ６
２、６３はダーリントン接続され、トランジスタ６２の
ベースはトランジスタ４１、４５のコレクタに接続され
ている。そこで、トランジスタ４１にエラー電圧を表す
電流が流れる場合、その電流はトランジスタ６２のベー
ス側から引かれ、トランジスタ６２にはエラー電圧に応
じたベース電流が流れる。このトランジスタ４１に流れ
る電流は、トランジスタ６２、６３の電流増幅率倍され
て抵抗６１を通して電源側から接地側に放流される。こ
のとき、抵抗６１にはトランジスタ６３に流れる電流に
応じた電圧降下が生じ、その分だけ定電圧Ｖｒｅｇが低
下する。また、トランジスタ４１が遮断状態にあるとき
は、トランジスタ６２が非導通となり、トランジスタ６
３も非導通となるので、抵抗６１にはバンドギャップ回
路２側を通して電流が流れることになる。このようなエ
ラー電圧によって抵抗６１に流れる電流を制御すること
により、出力端子１２から取り出される定電圧Ｖｒｅｇ
の安定化が図られるのである。

【０００８】次に、図４は、バンドギャップ回路を用い
た従来の他の定電圧回路を示す。この定電圧回路では、
出力回路６にトランジスタ６２、６３に加え、抵抗６４
及びトランジスタ６６を図３の抵抗６１に代えて設置し
たものであり、トランジスタ６２のエミッタを電源ライ
ンに直結した構成が取られている。このような定電圧回
路においても、出力端子１２から取り出すべき定電圧Ｖ
ｒｅｇの安定化が同様に図られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示し
た定電圧回路では、抵抗６１に負荷電流が流れ、その電
力が大きいため、抵抗６１は集積回路の外付けとなるこ
と、安定化のためにトランジスタ６３に流れる電流が無
効電流となること、しかも、この無効電流が大きいため
トランジスタ６３に大容量のものが必要となること等の
不都合がある。また、図４に示した定電圧回路では、出
力回路６に設置されているトランジスタ６３、６６がＮ
ＰＮ型トランジスタで構成されるため、得るべき定電圧
Ｖｒｅｇが電源電圧Ｖｃｃ−ベース・エミッタ間電圧Ｖ
ｆ以上にならないこと、図３に示した定電圧回路と同様
にトランジスタ６３に大きな無効電流が流れること等の
不都合がある。また、何れの定電圧回路も定電圧Ｖｒｅ
ｇの立ち上がりに電源電圧Ｖｃｃが高いことが必要であ
る。そして、各定電圧回路では、図５に示すように、Ｖ
ｒｅｇ−Ｖｃｃ特性において、温度をＴ₁（＝５０
℃）、Ｔ₂（＝７５℃）、Ｔ₃（＝２５℃）、Ｔ₄（＝
−５℃）、Ｔ₅（＝−２５℃）の温度下においてはその
温度によって特性が大幅に変化する欠点がある。

【００１０】そこで、この発明は、電源電圧に対する定
電圧出力の安定化とともに温度特性を改善した定電圧回
路を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の定電圧回路
は、バンドギャップ回路（２）を用いて定電圧（定電圧
Ｖｒｅｇ）出力を発生する定電圧回路であって、前記バ
ンドギャップ回路が発生した定電圧と設定値との間のエ
ラー電圧を検出するエラー検出回路（４）と、このエラ
ー検出回路からエラー電圧を表す電流を受け、この電流
に応じた電流を発生して前記バンドギャップ回路に帰還
する出力回路（６）と、電源電圧（Ｖｃｃ）を受けて複
数のダイオード（８０３〜８０７）によって一定のバイ
アス電圧を発生するバイアス回路とともに、このバイア
ス回路によって起動時に導通する第１のトランジスタ
（８０１）が設置され、この第１のトランジスタの導通
電流又は前記出力回路で得られた電流を受けて前記エラ
ー検出回路に動作電流を流す第２のトランジスタ（８０
９）を備えた起動回路（８）とを備えたことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】バンドギャップ回路は、電源の立上り時、起動
回路からの起動電流の流れ込みによって起動され、起動
回路を通して加えられる電源電圧Ｖｃｃによって駆動さ
れる。このバンドギャップ回路によって得られる定電圧
Ｖｒｅｇは、数１で示した通りである。このバンドギャ
ップ回路における定電圧と設定値との間の誤差であるエ
ラー電圧はエラー検出回路における差動回路を通じて検
出され、差動回路にはエラー電圧を表す電流が流れる。
この電流はエラー検出回路から出力回路に流れ、出力回
路を通して定電圧を安定化させる電流としてバンドギャ
ップ回路側に帰還される。

【００１３】電源電圧の立上り時、電源電圧（Ｖｃｃ）
を受けてバイアス電圧が加えられるため、第１のトラン
ジスタ（８０１）が導通する。この第１のトランジスタ
の導通電流を受け、第２のトランジスタ（８０９）を通
してエラー検出回路（４）には動作電流が供給される。
この結果、エラー検出回路が動作し、定電圧出力が立ち
上がる。この定電圧出力が立ち上がると、電源電圧を受
けて複数のダイオード（８０３〜８０７）からなるバイ
アス回路を通して一定のバイアス電圧が加えられている
第１のトランジスタ（８０１）は遮断状態となる。した
がって、定電圧出力には第１のトランジスタが影響を及
ぼすことはない。

【００１４】

【実施例】図１は、この発明の定電圧回路の一実施例を
示す。この定電圧回路には、基準電圧を形成するバンド
ギャップ回路２、エラー検出回路４、出力回路６及び起
動回路８が設置されている。バンドギャップ回路２に
は、定電圧出力ライン１４と基準電位点を成す接地ライ
ン１６との間に抵抗２１、トランジスタ２２、ダイオー
ド２３、２４及び抵抗２５からなる直列回路が設置され
ているとともに抵抗２６及びダイオード２７、２８、２
９からなる直列回路が設置されている。抵抗２６及びダ
イオード２７、２８、２９からなる直列回路はトランジ
スタ２２に対するバイアス回路を構成しており、抵抗２
６とダイオード２７の接続点に発生する電圧がトランジ
スタ２２のベースに加えられている。トランジスタ２２
を通してダイオード２３、２４側に流れる電流をＩ₁、
ダイオード２７、２８、２９側に流れる電流をＩ₂とす
れば、トランジスタ２２のベース電圧は、ダイオード２
７、２８、２９のダイオード電圧

【外２】、即ち、トランジスタ２２のベース・エミッタ間電圧を

【外１】とすると、３

【外１】（＝３

【外２】）で与えられる。また、トランジスタ２２のコ
レクタ電圧は、抵抗２１の抵抗値をＲ₁とするとき、抵
抗２１の電圧降下Ｒ₁・Ｉ₁で与えられる。したがっ
て、このバンドギャップ回路２では、定電圧Ｖｒｅｇを
得るため、トランジスタ２２のベース電圧とコレクタ電
圧とを等しく設定する。

【００１５】エラー検出回路４は、バンドギャップ回路
２におけるエラー電圧、即ち、トランジスタ２２のベー
ス電圧とコレクタ電圧との差電圧を求めるために設置さ
れたものである。このエラー検出回路４には、エミッタ
を共通に接続した一対のトランジスタ４０１、４０２か
らなる差動回路４００が設置されており、トランジスタ
４０１のベースにはトランジスタ２２のベースが接続さ
れてそのベース電圧、トランジスタ４０２のベースには
トランジスタ２２のコレクタが接続されてそのコレクタ
電圧が加えられている。トランジスタ４０１、４０２の
エミッタと接地ライン１６との間には差動回路４００に
動作電流を流す手段としてトランジスタ４０３及び抵抗
４０４の直列回路が接続されており、トランジスタ４０
３には起動回路８側からベース電流が与えられている。
そして、トランジスタ４０２のコレクタには、電源ライ
ン１４が直結されて電源電圧Ｖｃｃが加えられ、また、
トランジスタ４０１のコレクタと電源ライン１４との間
には抵抗４０５、ダイオード４０６及びトランジスタ４
０７が直列に接続され、トランジスタ４０７はベース・
コレクタが共通化、即ち、ダイオード接続されている。
この抵抗４０５、ダイオード４０６及びトランジスタ４
０７は、差動回路４００の能動負荷を構成しており、ト
ランジスタ４０１に流れる電流、即ち、エラー電圧に応
じた電流を取り出す電流取出手段を構成している。

【００１６】そして、起動回路８は、バンドギャップ回
路２を起動するとともに、エラー検出回路４に動作電流
を流す。この起動回路８には、電源ライン１４と定電圧
出力ライン１６との間に第１のトランジスタ８０１が設
置されており、このトランジスタ８０１のベースには、
電源ライン１４と接地ライン１６との間に直列に接続さ
れた抵抗８０２及びダイオード８０３、８０４、８０
５、８０６、８０７からなるバイアス回路を通して一定
のバイアス電圧が加えられている。この場合、バイアス
電圧は複数のダイオード８０３、８０４、８０５、８０
６、８０７の順方向降下電圧によって形成されている。
そして、定電圧出力ライン１４と接地ライン１６との間
には、抵抗８０８、第２のトランジスタ８０９及び抵抗
８１０の直列回路が接続されており、トランジスタ８０
９はベース・コレクタ間が共通に接続され、そのベース
・コレクタにトランジスタ４０３のベースが接続されて
いる。即ち、トランジスタ４０３、８０９はカレントミ
ラー回路を構成するとともに、抵抗８０８、トランジス
タ８０９及び抵抗８１０の直列回路は、トランジスタ４
０３に対するバイアス回路を構成しており、定電圧Ｖｒ
ｅｇを受けて一定のバイアス電圧を発生する。

【００１７】また、出力回路６は、エラー検出回路４の
出力を受けて取り出すべき定電圧Ｖｒｅｇの安定化を図
る手段である。この出力回路６は、ベースがトランジス
タ４０７のベース・コレクタと共通化されたトランジス
タ６０１とともに、定電圧出力ライン１４と電源ライン
１８との間に接続されたトランジスタ６０２を備えてい
る。トランジスタ６０１のエミッタはトランジスタ６０
２のベースに接続され、トランジスタ６０２のベース電
流はトランジスタ６０１によって与えられる。トランジ
スタ６０１はトランジスタ４０７とカレントミラー回路
を構成しており、エラー電圧に応じた電流、即ち、トラ
ンジスタ４０７を通して得られる電流がトランジスタ６
０１に供給される結果、トランジスタ６０２にはエラー
電圧の増減に対応し、その増減を抑制する電流が流れ
る。

【００１８】以上の構成に基づいて、動作を説明する。
図示しない電源スイッチを投入し、電源電圧Ｖｃｃを立
ち上げると、起動回路８の抵抗８０２及びダイオード８
０３〜８０７からなるバイアス回路が一定のバイアス電
圧を発生し、このバイアス電圧によってトランジスタ８
０１が導通する。このトランジスタ８０１を通して抵抗
８０８、トランジスタ８０９及び抵抗８１０に電流が流
れ、この電流に応じた動作電流がトランジスタ４０３を
通じて差動回路４００に供給される。同時に、トランジ
スタ８０１を通してバンドギャップ回路２にも動作電流
が流れ、バンドギャップ回路２が起動し、定電圧Ｖｒｅ
ｇが出力端子１２に現れる。そして、トランジスタ８０
１のベース電圧は、ダイオード８０３〜８０７の順方向
降下電圧５

【外２】にクランプされ、この電圧５

【外２】は定電圧Ｖｒｅｇより低い値であるため、トラ
ンジスタ８０１は、起動開始後、遮断状態となる。

【００１９】ここで、定電圧Ｖｒｅｇは、数１で与えら
れ、この数１において、定電圧Ｖｒｅｇが設定値のと
き、Ｉ₂／Ｉ₁＝Ｓとすると、定電圧Ｖｒｅｇが設定値
より高くなると、Ｉ₂／Ｉ₁＞Ｓとなり、トランジスタ
４０２のベース電圧が高くなる。また、定電圧Ｖｒｅｇ
が設定値より低くなると、Ｉ₂／Ｉ₁＜Ｓとなり、トラ
ンジスタ４０２のベース電圧が低くなる。

【００２０】このような定電圧Ｖｒｅｇと設定値との間
に発生するエラー電圧がエラー検出回路４によって検出
される。即ち、トランジスタ４０２のベース電圧が高く
なるときトランジスタ４０２が導通し、また、トランジ
スタ４０１のベース電圧が高くなるときトランジスタ４
０１が導通し、トランジスタ４０１に流れる電流がトラ
ンジスタ４０７に流れる。トランジスタ４０７に流れる
電流はカレントミラー効果によってトランジスタ６０１
に流れ、このトランジスタ６０１を通してトランジスタ
６０２のベース電流が与えられる。トランジスタ６０１
に流れる電流はトランジスタ６０２の電流増幅率倍され
てトランジスタ６０２に流れ、この電流が起動回路１８
の抵抗８０８、トランジスタ８０９及び抵抗８１０に流
れる結果、トランジスタ８０９、４０３によるカレント
ミラー効果を通して差動回路４００の動作電流となる。
また、トランジスタ６０２に流れる電流はバンドギャッ
プ回路２にも定電圧出力ライン１４側から供給される。
この結果、定電圧Ｖｒｅｇの安定化が図られ、設定値の
定電圧Ｖｒｅｇを得ることができるのである。

【００２１】このような動作が得られる定電圧回路の特
徴を列挙すれば次の通りである。ａ．電源電圧Ｖｃｃに対する定電圧Ｖｒｅｇの安定化範
囲の拡大を図ることができる。即ち、起動回路８におけ
るバイアス回路は、抵抗８０２及びダイオード８０３〜
８０７で構成され、トランジスタ８０１のベース電圧が
ダイオード８０３〜８０７の積み上げによる順方向降下
電圧５

【外２】で決定されており、電源電圧Ｖｃｃの影響を受
けないため、定電圧Ｖｒｅｇの安定化範囲が拡大され
る。ｂ．低い電源電圧Ｖｃｃで定電圧Ｖｒｅｇを立ち上げる
ことができる。定電圧Ｖｒｅｇを立ち上げるには、トラ
ンジスタ４０３が動作状態になることが不可欠である
が、トランジスタ４０３が動作する電圧はＶｃｃ＝２

【外２】＋αであり、αは抵抗８０８、８１０の電圧降
下分であって、極めて低い電源電圧Ｖｃｃで定電圧Ｖｒ
ｅｇを発生させることができる。ｃ．定電圧Ｖｒｅｇが立ち上がる電源電圧Ｖｃｃの温度
特性による変化が小さくなる。定電圧Ｖｒｅｇが立ち上
がる電圧条件がＶｃｃ＝２

【外２】＋αとなり、順方向降下電圧（トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧）の影響が少なくなったため、
温度特性が改善される。図２は、定電圧Ｖｒｅｇの減過
電圧特性を示し、各特性は、Ｔ₁（＝５０℃）、Ｔ
₂（＝７５℃）、Ｔ₃（＝２５℃）、Ｔ₄（＝−５
℃）、Ｔ₅（＝−２５℃）の各温度下を示す。この特性
から明らかなように、温度変化に無関係に安定した定電
圧Ｖｒｅｇが得られる。ｄ．この定電圧回路は、従来回路のような無効電流が少
なく、電力損失の少ない高効率化を図ることができる。ｅ．この定電圧回路は、単一の半導体集積回路で構成す
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電源電圧に対する定電圧出力の安定化範囲が広くな
るとともに、低い電源電圧によって定電圧を立上げるこ
とができ、定電圧の温度係数を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の定電圧回路の実施例を示す回路図で
ある。

【図２】図１に示した定電圧回路の動作特性を示す図で
ある。

【図３】従来の定電圧回路を示す回路図である。

【図４】従来の定電圧回路を示す回路図である。

【図５】従来の定電圧回路の動作特性を示す図である。

【符号の説明】

２バンドギャップ回路４エラー検出回路６出力回路８起動回路８０１第１のトランジスタ８０３、８０４、８０５、８０６、８０７ダイオード８０９第２のトランジスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バンドギャップ回路を用いて定電圧出力
を発生する定電圧回路であって、前記バンドギャップ回
路が発生した定電圧と設定値との間のエラー電圧を検出
するエラー検出回路と、このエラー検出回路からエラー
電圧を表す電流を受け、この電流に応じた電流を発生し
て前記バンドギャップ回路に帰還する出力回路と、電源
電圧を受けて複数のダイオードによって一定のバイアス
電圧を発生するバイアス回路とともに、このバイアス回
路によって起動時に導通する第１のトランジスタが設置
され、この第１のトランジスタの導通電流又は前記出力
回路で得られた電流を受けて前記エラー検出回路に動作
電流を流す第２のトランジスタを備えた起動回路と、を
備えたことを特徴とする定電圧回路。