JP3380604B2 - 駆動回路 - Google Patents

駆動回路

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JP3380604B2
JP3380604B2 JP26000293A JP26000293A JP3380604B2 JP 3380604 B2 JP3380604 B2 JP 3380604B2 JP 26000293 A JP26000293 A JP 26000293A JP 26000293 A JP26000293 A JP 26000293A JP 3380604 B2 JP3380604 B2 JP 3380604B2
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孝博 宮崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングレギュレ
ータなどのスイッチング素子を高速に動作させるオーバ
ードライブ機能を有する駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、スイッチングレギュレータなどで
IC外部に取り付けられたスイッチング素子としてのp
np型あるいはnpn型トランジスタのコレクタ電圧を
高速に変化(上昇または下降)させる場合、ドライブ回
路に外付けの容量素子(キャパシタ)を付加することに
より、外付けトランジスタのベース電流を一時的に増加
させ、高速動作を行っている。
【0003】図5は、従来のオーバードライブ回路の第
1の構成例を示す回路図である。図5において、Ie1
電流源、Q1 ,Q2 はnpn型トランジスタ、D1 はダ
イオード、R1 は抵抗素子、C1 は外付けキャパシタ、
QPT1 は外付けのpnp型トランジスタ、SD1 はシ
ョットキーダイオード、L1 はコイル、C2 はキャパシ
タ、VCCは電源電圧、T1 ,T2 ,T3 はICの入出力
端子(以下、IC端子という)をそれぞれ示している。
【0004】本回路では、IC内部に電流源Ie1、np
n型トランジスタQ1 ,Q2 、ダイオードD1 、抵抗素
子R1 が形成されており、各素子は以下のように接続さ
れている。すなわち、トランジスタQ1 のコレクタおよ
びベースは電流源Ie1に接続され、エミッタはダイオー
ドD1 のアノードに接続されている。ダイオードD1
カソードは接地されている。トランジスタQ1 のコレク
タとベースとの接続中点はトランジスタQ2 のベースに
接続されている。トランジスタQ2 のコレクタはIC端
子T1 に接続され、エミッタは抵抗素子R1 の一端およ
びIC端子T2 に接続されており、抵抗素子R1 の他端
は接地されている。外付けキャパシタC1 の一方の電極
はIC端子T2 に接続され、他方の電極はIC端子T3
に接続されている。また、外付けのトランジスタQPT
1 のエミッタは電源電圧VCCの供給ラインに接続され、
ベースはIC端子T1 に接続され、コレクタはショット
キーダイオードSD1 のカソードおよびコイルL1 の一
端に接続されている。ショットキーダイオードSD1
アノードは接地され、コイルL1 の他端はキャパシタC
2 の一方の電極に接続され、キャパシタC2 の他方の電
極は接地されており、コイルL1 の他端とキャパシタC
2 の一方の電極との接続中点が図示しない負荷に接続さ
れる。
【0005】このような構成において、電流源Ie1によ
る電流がトランジスタQ1 のコレクタ、ベースおよびト
ランジスタQ2 のベースに供給される。これにより、ト
ランジスタQ1 およびQ2 がオン状態となり、トランジ
スタで構成されるダイオードD1 のベース・エミッタ電
圧VBE分が電圧V1 として抵抗素子R1 の両端に印加さ
れる。このとき、初期状態では、外付けキャパシタC1
にトランジスタQ2 から電荷が流れ込む時間だけ、図6
に示すようになオーバードライブ電流IOVR が流れ、こ
の電流が外付けトランジスタQPT1 のベースに供給さ
れる。したがって、外付けトランジスタQPT1 のコレ
クタ電VP1は、図7に示すように、立ち上がりが急速に
変化する。これにより、高速動作が実現されて、変換効
率が上がる。
【0006】図8は、従来のオーバードライブ回路の第
2の構成例を示す回路図である。図8において、Ie2
電流源、P1 はpnp型トランジスタ、Q3 ,Q4 はn
pn型トランジスタ、D2 ,D3 はダイオード、R2
抵抗素子、C3 は外付けキャパシタ、QPT1 は外付け
のpnp型トランジスタ、SD1 はショットキーダイオ
ード、L1 はコイル、C2 はキャパシタ、VCCは電源電
圧、T1 ,T2 ,T3 はICの入出力端子をそれぞれ示
している。
【0007】本回路は、図5の回路のトランジスタ
1 ,Q2 およびダイオードD1 を、ダイオードD3
トランジスタP1 およびダイオードD2 により置き換え
た構成となっており、外付けキャパシタC3 および抵抗
素子R2 は図5の外付けキャパシタC1 および抵抗素子
1 と同様の役割を果たしており、以下に示すように、
IC内の各素子の接続関係が図5の回路と異なる。
【0008】すなわち、ダイオードD2 のアノードが電
源電圧VCCに接続され、カソードはダイオードD3 のア
ノードに接続されている。ダイオードD3 のカソードは
電流源Ie2およびトランジスタP1 のベースに接続され
ている。トランジスタP1 のエミッタは抵抗素子R2
一端およびIC端子T3 に接続され、コレクタはトラン
ジスタQ3 のコレクタおよびベースに接続されている。
抵抗素子R2 の他端は電源電圧VCCおよびIC端子T2
に接続されている。外付けキャパシタC3 の一方の電極
はIC端子T2 に接続され、他方の電極はIC端子T3
に接続されている。トランジスタQ3 のエミッタは接地
され、コレクタとベースとの接続中点はトランジスタQ
4 のベースに接続されている。トランジスタQ4 のコレ
クタはIC端子T1 に接続され、エミッタは接地されて
いる。
【0009】図8の回路においては、電流源Ie2による
電流が流れはじめると、初期状態では、外付けキャパシ
タC3 の電荷がトランジスタP1 を介して流れ出す時間
だけ、トランジスタP1 のコレクタに、図9に示すよう
なオーバードライブ電流IOVR が流れる。すなわち、ト
ランジスタP1 のコレクタ電流I P1は、図9に示すよう
に、一時的にオーバードライブ電流IOVR が流れる。こ
のようなトランジスタP1 のコレクタ電流はIP1は、カ
レントミラー回路を構成するトランジスタQ3 ,Q4
より増幅されて、電流IQ4として外付けトランジスタQ
PT1 のベースに供給される。したがって、外付けトラ
ンジスタQPT1 のコレクタ電圧VP1は、図7に示すよ
うに、立ち上がりが急速に変化し、これにより、高速動
作が実現されて、変換効率が上がる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ビデ
オカメラなどの携帯用機器などにおいては、ICの外付
け部品を一つでも減らして、実装面積を小さくしようと
する傾向にある。しかしながら、上述した従来の回路で
は、図5の回路におけるキャパシタC1の容量として数
百〜数千pF、図8の回路におけるキャパシタC3 の容
量として数十〜数百pFが必要となる。数十pFのキャ
パシタをIC内部に形成することも考えられるが、これ
ではチップ面積の増大を招き、ICコストの増加につな
がるなどの問題がある。したがって、上述のキャパシタ
はICに外付けするしかなく、実状に反した構成をとら
ざるを得ず、装置の大型化を招く要因になっている。
【0011】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、チップ面積の増大、ICコスト
の増加を招くことなく、外付け部品の減少を図れるオー
バードライブ機能を有する駆動回路を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の駆動回路は、スイッチングトランジスタを
駆動するための駆動回路であって、共通ノードに対して
上記スイッチングトランジスタを駆動するためのオーバ
ードライブ電流に対応する第1の電流を供給する第1の
電流源回路と、上記第1の電流源回路に接続され、上記
第1の電流源回路が所定の期間に上記第1の電流を供給
するように制御する第1の回路と、上記共通ノードに対
して上記スイッチングトランジスタを駆動する通常電流
に対応する上記第1の電流よりも小さい第2の電流を供
給する第2の電流源回路と、上記第1の回路と上記第2
の電流源回路とに接続され、上記所定の期間経過後に上
記第1の電流源回路が上記第1の電流の供給を停止する
ように制御するとともに上記第2の電流源回路が上記第
2の電流を供給するように制御する第2の回路とを有す
【0013】
【作用】本発明のオーバードライブ機能を有する駆動
路によれば、スイッチングトランジスタへの駆動用電流
の供給が開始されると、まず、第1の回路により第1の
電流源回路が起動される。これにより、第1の電流源
から大きな値の第1の電流が、オーバードライブ電流
に対応する電流として外付けのスイッチングトランジス
タの駆動のために供給される。第1の電流の供給開始か
ら所定時間が経過すると、第2の回路により第1の回路
による第1の電流源回路の動作が停止される。これと同
時に、第2の回路により第2の電流源回路が起動され
る。これにより、第2の電流源回路から第1の電流より
小さな値の第2の電流が、スイッチングトランジスタの
定常電流に対応する電流として外付けのスイッチング
ランジスタの駆動のために供給される。
【0014】
【実施例】図1は、本発明に係るオーバードライブ機能
を有する駆動回路の第1の実施例を示す回路図である。
図1において、Ie11 は電流源、Q11〜Q13はnpn型
トランジスタ、PG11,PG12はpnp型トランジスタ
群、R11〜R14は抵抗素子、QM11 〜QM15 はカレント
ミラー回路MR用npn型トランジスタ、QPT1 は外
付けpnp型トランジスタ、T1 はIC端子、VCCは電
源電圧をそれぞれ示している。
【0015】pnp型トランジスタ群PG11は、pnp
型トランジスタP111 〜P113 のベース同士、エミッタ
同士、並びにコレクタ同士を接続して構成されている。
同様に、pnp型トランジスタ群PG12は、pnp型ト
ランジスタP121 〜P 123 のベース同士、エミッタ同
士、並びにコレクタ同士を接続して構成されている。ま
た、カレントミラー回路MRのnpn型トランジスタQ
M13 〜QM15 のベース同士、エミッタ同士、並びにコレ
クタ同士が接続されている。
【0016】以下に、図1における各素子の接続関係に
ついて説明する。npn型トランジスタQ11のコレクタ
はpnp型トランジスタ群PG11のベース同士の接続中
点、抵抗素子R13の一端およびnpn型トランジスタQ
12のベースにそれぞれ接続され、ベースはnpn型トラ
ンジスタQ13のエミッタおよび抵抗素子R11の一端に接
続され、エミッタは抵抗素子R11の他端およびnpn型
トランジスタQ12のエミッタにそれぞれ接続されてい
る。トランジスタQ11のエミッタと抵抗素子R11の他端
との接続中点はノードND 1 を構成し、定電流源Ie11
に接続されている。また、npnトランジスタQ12のコ
レクタはpnp型トランジスタ群PG12のベース同士の
接続中点に接続されている。
【0017】pnp型トランジスタ群PG11のコレクタ
同士の接続中点はpnp型トランジスタ群PG12のコレ
クタ同士の接続中点、並びにカレントミラー回路MRの
トランジスタQM11 のベースおよびトランジスタQM12
のコレクタにそれぞれ接続され、エミッタ同士の接続中
点は抵抗素子R12の一端に接続されている。pnp型ト
ランジスタ群PG12のエミッタ同士の接続中点は抵抗素
子R14の一端に接続されている。また、抵抗素子R12
13およびR14の他端は電源電圧VCCに接続されてい
る。これら抵抗素子R12,R13およびR14の抵抗値は、
たとえば抵抗素子R12の抵抗値が2kΩ、抵抗素子R13
の抵抗値が50kΩ、抵抗素子R14の抵抗値が200Ω
に設定される。
【0018】カレントミラー回路MRのトランジスタQ
M11 のコレクタは電源電圧VCCに接続され、エミッタは
トランジスタQM12 のベースおよびトランジスタQM13
〜Q M15 のベース同士の接続中点に接続されている。ま
た、トランジスタQM12 のエミッタとトランジスタQ
M13 〜QM15 のエミッタ同士の接続中点とはともに接地
され、トランジスタQM13 〜QM15 のコレクタ同士の接
続中点がIC端子T1 に接続されている。このIC端子
1 は外付けpnp型トランジスタQPT1 のベースに
接続されている。外付けpnp型トランジスタQPT1
のエミッタは電源電圧VCCに接続され、コレクタは図5
と同様にショットキーダイオードSD1 、コイルL1
接続される。
【0019】次に、上記構成による動作を説明する。ま
ず、電流源Ie11 に電流が流れはじめ、ノードND1
電圧が降下しはじめると、トランジスタQ11のベース・
エミッタ間に抵抗素子R11が接続され、トランジスタQ
12のベースには電源電圧VCCより抵抗素子R13が接続さ
れていることから、トランジスタQ11とQ12とでは、ト
ランジスタQ12が先にオン状態となる。トランジスタQ
12のコレクタはpnp型トランジスタ群PG12のベース
同士の接続中点に接続されていることから、トランジス
タQ12がオン状態になったことに伴いpnp型トランジ
スタ群PG12にベース電流が流れる。
【0020】ここで、抵抗素子R11およびトランジスタ
13に流れる電流を無視すると、ノードND1 の電位
が、(VCC−2VBE)になるときまで、トランジスタQ
12のエミッタには電流IQ12 が流れる。トランジスタQ
12の飽和電圧VCESATQ12を仮に0.1Vとすると、抵抗
素子R 14にかかる電圧V14は、次式に示すようになる。 V14=VBEQ13 +VBEQ11 −VCESATQ12−VBEPG12 = 0.7+0.7 − 0.1 −0.7 = 0.6 …(1)
【0021】したがって、pnp型トランジスタ群PG
12の電流増幅率hfeを無限大とすると、pnp型トラン
ジスタ群PG12のコレクタには次式で示す値の電流I
PG12がオーバードライブ電流として流れる。 IPG12=0.6V/R14V …(2) ここで、R14V は抵抗素子R14の抵抗値を示している。
ただし、実際には、過渡的に動作するため、pnp型ト
ランジスタ群PG12のコレクタ電流IPG12の値は、上記
(2)式で与えられる値より小さくなる。このオーバー
ドライブ電流は、カレントミラー回路MRで増幅作用を
受け、IC端子T1 を介して外付けトランジスタQPT
1 のベースに供給される。増幅されたオーバードライブ
電流の供給に伴い、外付けトランジスタQPT1のコレ
クタ電圧VP1はその立ち上がりが急速に変化し、これに
より、高速動作が実現されて、変換効率が上がる。
【0022】そして、やがてノードND1 の電位が(V
CC−2VBE)になると、トランジスタQ11がオン状態と
なる。トランジスタQ11のコレクタはトランジスタQ12
のベースに接続されているため、トランジスタQ11がオ
ン状態になったことに伴い、トランジスタQ12はオン状
態からオフ状態に切り替わる。その結果、pnp型トラ
ンジスタ群PG12はオフ状態となり、pnp型トランジ
スタ群PG12によるオーバードライブ電流の供給は停止
される。
【0023】このとき、トランジスタQ11のコレクタは
pnp型トランジスタ群PG11のベース同士の接続中点
に接続されていることから、トランジスタQ11がオン状
態になったことに伴い、pnp型トランジスタ群PG11
がオン状態となる。これにより、pnp型トランジスタ
群PG11のコレクタに定常電流として電流IPG11が流れ
る。
【0024】ここで、トランジスタQ11の飽和電圧V
CESATQ11を仮に0.1Vとすると、抵抗素子R12にかか
る電圧V12は、次式に示すようになる。 V12=VBEQ13 +VBEQ11 −VCESATQ11−VBEPG11 = 0.7+0.7 − 0.1 −0.7 = 0.6 …(3)
【0025】したがって、pnp型トランジスタ群PG
11の電流増幅率hfeを無限大とすると、pnp型トラン
ジスタ群PG11のコレクタに流れる定常電流IPG11の値
は次式で与えられる IPG11=0.6V/R12V …(4) ここで、R12V は抵抗素子R12の抵抗値を示している。
この定常電流は、カレントミラー回路MRで増幅作用を
受け、IC端子T1 を介して外付けトランジスタQPT
1 のベースに供給される。
【0026】以上のように、本回路では、オーバードラ
イブ電流は抵抗素子R14で決定され、定常電流は抵抗素
子R12で決定される。
【0027】図2は、外付けキャパシタを用いない図1
の回路と外付けキャパシタを用いた従来の回路によるシ
ミュレーション結果を示す図である。本シミュレーショ
ンにいては、周囲温度125°Cおよび−25°Cの雰
囲気下において行った。図2において、横軸は時間(μ
s)を、縦軸は外付けトランジスタQPT1 のベース電
流(A)をそれぞれ表している。また、図2中、X125
で示す太い実線の曲線は図1の回路の125°Cの雰囲
気下におけるシミュレーション結果を、X-25 で示す太
い実線の曲線は図1の回路の−25°Cの雰囲気下にお
けるシミュレーション結果を、Y125 で示す細い実線の
曲線は従来回路の125°Cの雰囲気下におけるシミュ
レーション結果を、Y-25 で示す細い実線の曲線は従来
回路の−25°Cの雰囲気下におけるシミュレーション
結果をそれぞれ示している。
【0028】図2からわかるように、図1の回路は、オ
ーバードライブ電流を良好に誘起でき、ひいては高速動
作を実現でき、変換効率の向上を図ることができる。
【0029】以上説明したように、本実施例によれば、
外付けのキャパシタを用いることなく、ロジック回路の
みでオーバードライブ電流を良好に誘起できることか
ら、チップ面積の増大、ICコストの増加を招くことな
く、外付け部品の減少を図れる。また、オーバードライ
ブ電流および定常電流を抵抗素子R14,R12で別々に設
定でき、たとえば外付けの抵抗素子などを用いて任意に
設定できる。
【0030】なお、本実施例では、pnpトランジスタ
群PG11,PG12の結合するトランジスタ数を3つの場
合を例に説明したが、このトランジスタ結合数は本実施
例に限定されるものではない。すなわち、外付けトラン
ジスタQPT1 のベースに大電流を流すことが可能であ
れば、トランジスタ1つでもよく、その数は、製造プロ
セスなどにより決まる。
【0031】図3は、本発明に係るオーバードライブ
能を有する駆動回路の第2の実施例を示す回路図であ
る。本第2の実施例が上記第1の実施例と異なる点は、
トランジスタQ13の代わりにショットキーダイオードS
11で構成し、電流源Ie11 として外部信号S11がベー
スに供給されるnpn型トランジスタQ14により構成
し、かつ、カレントミラー回路MRを1つのnpn型ト
ランジスタQM16 により構成したことにある。この構成
において、npn型トランジスタQM16 のベースがpn
p型トランジスタ群PG11およびPG12のコレクタ同士
の接続中点に接続され、コレクタがIC端子T1 に接続
され、エミッタが接地されている。その他の構成は上述
した第1の実施例と同様であり、本実施例においても上
述した第1の実施例と同様の効果を得ることができる。
【0032】図4は、本発明に係るオーバードライブ
能を有する駆動回路の第3の実施例を示す回路図であ
る。本第3の実施例が上記第1の実施例と異なる点は、
外付けトランジスタとしてpnp型トランジスタQPT
1 の代わりに、npn型トランジスタQNT1 により構
成し、カレントミラー回路MRのトランジスタQM12
M15 のエミッタ同士の接続中点をIC端子T1 に接続
したことにある。また、上記第1の実施例は降圧型チョ
ッパ回路となっているが、本第3の実施例は昇圧型チョ
ッパ回路となっており、トランジスタQNT1 のエミッ
タは接地され、コレクタはコイルL1 の一端とダイオー
ドSD1 のアノードに接続されている。本実施例におい
ては、トランジスタQNT1 のコレクタ電位の立ち下が
りが速くなり、上記第1の実施例と同様に、回路の高速
動作を実現でき、変換効率を向上させることができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外付けのキャパシタを用いることなく、ロジック回路の
みでオーバードライブ電流を良好に誘起でき、チップ面
積の増大、ICコストの増加を招くことなく、外付け部
品の減少を図れる利点がある。また、本発明によれば、
キャパシタの充放電電流を利用することなく、トランジ
スタ、抵抗素子等で構成される回路により、スイッチン
グ素子にオーバードライブ電流を供給することができ、
半導体集積回路の製造が容易になる、コストが安くな
る、回路全体を1つの半導体チップに集積できる等の効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るオーバードライブ機能を有する駆
回路の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】外付けキャパシタを用いない図1の回路と外付
けキャパシタを用いた従来の回路によるシミュレーショ
ン結果を示す図である。
【図3】本発明に係るオーバードライブ機能を有する駆
回路の第2の実施例を示す回路図である。
【図4】本発明に係るオーバードライブ機能を有する駆
回路の第3の実施例を示す回路図である。
【図5】従来のオーバードライブ回路の第1の構成例を
示す回路図である。
【図6】図5の回路の外付けトランジスタのベース電流
を示す図である。
【図7】外付けトランジスタのコレクタ電圧を示す図で
ある。
【図8】従来のオーバードライブ回路の第2の構成例を
示す回路図である。
【図9】図8の回路のトランジスタP1 のコレクタ電流
を示す図である。
【符号の説明】 Ie11 …電流源 Q11〜Q14…npn型トランジスタ PG11,PG12…pnp型トランジスタ群 R11〜R14…抵抗素子 MR…カレントミラー回路 QM11 〜QM16 …カレントミラー回路MR用npn型ト
ランジスタ QPT1 …外付けpnp型トランジスタ QNT1 …外付けnpn型トランジスタ T1 …IC端子 VCC…電源電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/04 H03K 17/64

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチングトランジスタを駆動するため
    の駆動回路であって、 共通ノードに対して上記スイッチングトランジスタを駆
    動するためのオーバードライブ電流に対応する第1の電
    流を供給する第1の電流源回路と、 上記第1の電流源回路に接続され、上記第1の電流源回
    路が所定の期間に上記第1の電流を供給するように制御
    する第1の回路と、 上記共通ノードに対して上記スイッチングトランジスタ
    を駆動する通常電流に対応する上記第1の電流よりも小
    さい第2の電流を供給する第2の電流源回路と、 上記第1の回路と上記第2の電流源回路とに接続され、
    上記所定の期間経過後に上記第1の電流源回路が上記第
    1の電流の供給を停止するように制御するとともに上記
    第2の電流源回路が上記第2の電流を供給するように制
    御する第2の回路と、 を有する駆動回路。
  2. 【請求項2】上記共通ノードに接続され、上記第1の電
    流または上記第2の電流を増幅して上記スイッチングト
    ランジスタに供給する電流増幅回路を有する請求項1に
    記載の駆動回路。
  3. 【請求項3】上記第1の電流源回路が、上記共通ノード
    に接続されたコレクタ、エミッタ及びベースを有する第
    1のバイポーラトランジスタと、上記第1のバイポーラ
    トランジスタのエミッタと電源電圧端子との間に接続さ
    れた第1の抵抗素子とを含み、 上記第1の回路が、上記バイポーラトランジスタのベー
    スに接続されたコレクタ、エミッタ及びベースを有する
    第2のバイポーラトランジスタと、上記第2のバイポー
    ラトランジスタのベースと電源電圧端子との間に接続さ
    れた第2の抵抗素子とを含み、 上記第2の電流源回路が、上記共通ノードに接続された
    コレクタ、エミッタ及びベースを有する第3のバイポー
    ラトランジスタと、上記第3のバイポーラトランジスタ
    のエミッタと電源電圧端子との間に接続された第3の抵
    抗素子とを含み、 上記第2の回路が、上記第3のバイポーラトランジスタ
    のベース及び上記第2のバイポーラトランジスタのベー
    スに接続されたコレクタ、上記第2のバイポーラトラン
    ジスタのエミッタに接続されたエミッタ及びベースを有
    する第4のバイポーラトランジスタと、上位第4のバイ
    ポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続さ
    れた第4の抵抗素子とを含む、 請求項1又は2に記載の駆動回路。
  4. 【請求項4】上記電流増幅回路がカレントミラー回路で
    構成される請求項2又は3に記載の駆動回路。
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