JP4552569B2 - Constant voltage power circuit - Google Patents
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Description
本発明は、過電流に対する保護機能を有した定電圧電源回路に関するものである。 The present invention relates to a constant voltage power supply circuit having a protection function against overcurrent.
図9は、一般的な定電圧電源回路の構成の一例を示す図である。
図9に示す定電圧電源回路は、差動増幅器A1と、pチャンネルMOS型の出力トランジスタQoutと、抵抗Z1およびZ2と、基準電圧源BR1とを有する。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of a general constant voltage power supply circuit.
The constant voltage power supply circuit shown in FIG. 9 includes a differential amplifier A1, a p-channel MOS output transistor Qout, resistors Z1 and Z2, and a reference voltage source BR1.
出力トランジスタQoutは、電圧Vinの入力端子Tinと電圧Voutの出力端子Toutとの間に接続される。
抵抗Z1およびZ2は、出力端子ToutとグランドGNDとの間に直列接続されており、出力電圧Voutを分圧する。
差動増幅器A1は、基準電圧源BR1において生成される基準電圧Vrefと、抵抗Z1およびZ2による分圧電圧VZとの差を増幅し、この増幅した差電圧を出力トランジスタQoutのゲートに入力する。
端子ToutとグランドGNDとの間には、負荷Lと出力キャパシタCoが並列に接続される。
The output transistor Qout is connected between the input terminal Tin of the voltage Vin and the output terminal Tout of the voltage Vout.
The resistors Z1 and Z2 are connected in series between the output terminal Tout and the ground GND, and divide the output voltage Vout.
The differential amplifier A1 amplifies the difference between the reference voltage Vref generated by the reference voltage source BR1 and the divided voltage VZ by the resistors Z1 and Z2, and inputs the amplified difference voltage to the gate of the output transistor Qout.
A load L and an output capacitor Co are connected in parallel between the terminal Tout and the ground GND.
負荷L2の変動によって出力電圧Voutが変動すると、この電圧変動が差動増幅器A1に帰還される。電圧変動によって分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差が大きくなると、この電圧差が差動増幅器A1において増幅されて出力トランジスタQoutのオン抵抗が変化する。出力トランジスタQoutのオン抵抗は、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差が小さくなるように制御される。 When the output voltage Vout varies due to the variation of the load L2, this voltage variation is fed back to the differential amplifier A1. When the difference between the divided voltage VZ and the reference voltage Vref increases due to voltage fluctuation, this voltage difference is amplified in the differential amplifier A1, and the on-resistance of the output transistor Qout changes. The on-resistance of the output transistor Qout is controlled so that the difference between the divided voltage VZ and the reference voltage Vref is small.
誤差増幅器A1のゲインが十分大きい場合、分圧電圧VZが基準電圧Vrefとほぼ等しくなるように出力トランジスタQoutのゲート電圧が制御される。
出力電圧Voutと基準電圧Vrefとの関係は次式のように表される。
When the gain of the error amplifier A1 is sufficiently large, the gate voltage of the output transistor Qout is controlled so that the divided voltage VZ is substantially equal to the reference voltage Vref.
The relationship between the output voltage Vout and the reference voltage Vref is expressed by the following equation.
Vout = Vref×{(r1+r2)/r2} ・・・(1) Vout = Vref × {(r1 + r2) / r2} (1)
ただし、式(1)において、‘r1’は抵抗Z1の抵抗値を示し、‘r2’は抵抗Z2の抵抗値を示す。 In Equation (1), “r1” represents the resistance value of the resistor Z1, and “r2” represents the resistance value of the resistor Z2.
また、出力トランジスタQoutにおける電力損失Poutは次式のように表される。 Further, the power loss Pout in the output transistor Qout is expressed by the following equation.
Pout = (Vin−Vout)×Iout ・・・(2) Pout = (Vin−Vout) × Iout (2)
図10は、この一般的な定電圧電源回路における出力電流Iout−出力電圧Voutの特性の一例を示す図である。
電流値Is1は、定電圧電源回路の最大規格電流値である。出力電流Ioutがこの電流値Is1より大きなある電流値Il1に達すると、出力電流Ioutが増加するに従って出力電圧Voutはほぼ線形に降下し、出力電圧Voutがほぼゼロの時、すなわち出力短絡時に、短絡電流値It1が流れる。この短絡電流値It1は、出力電流Ioutの最大値になる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the characteristics of output current Iout−output voltage Vout in this general constant voltage power supply circuit.
The current value Is1 is the maximum standard current value of the constant voltage power supply circuit. When the output current Iout reaches a certain current value Il1 larger than the current value Is1, the output voltage Vout drops almost linearly as the output current Iout increases. When the output voltage Vout is almost zero, that is, when the output is short-circuited, a short circuit occurs. A current value It1 flows. This short circuit current value It1 is the maximum value of the output current Iout.
一般に短絡電流値It1は、定電圧電源回路の最大規格電流値Is1に対して数倍程度の大きな値になるため、定電圧電源回路内の出力トランジスタや配線、出力につながる負荷への負担が非常に大きくなる。 In general, the short-circuit current value It1 is a large value that is several times larger than the maximum standard current value Is1 of the constant voltage power supply circuit. Therefore, the load on the output transistor, wiring, and output load in the constant voltage power supply circuit is extremely high. Become bigger.
こうした事態を防ぐため、定電圧電源回路には一般に過電流保護回路が設けられている。過電流保護回路とは、出力電流がある値以上になると、出力電圧を強制的に降下させて、出力電流を制限するものである。 In order to prevent such a situation, an overcurrent protection circuit is generally provided in the constant voltage power supply circuit. The overcurrent protection circuit limits the output current by forcibly lowering the output voltage when the output current exceeds a certain value.
過電流保護回路は、大きく分けて、垂下型とフの字型(フォールバック型)の2つに分けられる。 The overcurrent protection circuit is roughly divided into two types, a drooping type and a U-shaped (fallback type).
図11は、垂下型の過電流保護回路における出力電流Iout−出力電圧Voutの特性の一例を示す図である。
垂下型の過電流保護回路では、最大規格電流値Is2より大きいある電流値Il2を最大出力電流値とし、この値で出力電流Ioutに制限をかけ、最大出力電流値Il2を保ったまま出力電圧Voutを垂直に降下させる。従って、短絡電流値It2は最大出力電流値Il2と等しくなる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a characteristic of output current Iout−output voltage Vout in the drooping-type overcurrent protection circuit.
In the drooping type overcurrent protection circuit, a certain current value Il2 larger than the maximum standard current value Is2 is set as the maximum output current value, and the output current Iout is limited by this value, and the output voltage Vout is maintained while maintaining the maximum output current value Il2. Is lowered vertically. Accordingly, the short-circuit current value It2 is equal to the maximum output current value Il2.
垂下型の過電流保護回路では、出力電圧をゼロにしても短絡電流として最大出力電流値Il2が流れ続ける。一般に、最大出力電流値Il2は、通常動作時の負荷変動特性からのマージンを考慮して、最大規格電流値Is2の2倍以上にする必要がある。 In the drooping type overcurrent protection circuit, the maximum output current value Il2 continues to flow as a short-circuit current even if the output voltage is zero. In general, the maximum output current value Il2 needs to be at least twice the maximum standard current value Is2 in consideration of the margin from the load variation characteristic during normal operation.
式(2)より、垂下型の過電流保護回路において過電流保護機能が働いて、出力電圧がゼロになった場合における出力トランジスタの電力損失Poutは、次式のように表される。 From the equation (2), the power loss Pout of the output transistor when the overcurrent protection function works in the drooping overcurrent protection circuit and the output voltage becomes zero is expressed as the following equation.
Pout = (Vin−0)×Il2 ・・・(3) Pout = (Vin-0) × Il2 (3)
このように、垂下型の過電流保護回路では、短絡時にもっとも大きな損失が生じるため、負荷素子の保護には有効であるが、出力トランジスタの負担が大きいという問題がある。 As described above, the drooping overcurrent protection circuit has the largest loss at the time of a short circuit, and thus is effective for protecting the load element, but has a problem that the burden on the output transistor is large.
これに対し、フの字型の過電流保護回路では、最大出力電流値Il2を保ったまま出力電圧Voutが垂下する特性とは異なり、過電流保護機能が動作し始めると、出力電圧とともに出力電流も小さくなる。そして、出力電圧がゼロになるときに流れる短絡電流値を、出力電流の最大値に比べて十分小さくすることができる。そのため、負荷のみならず出力トランジスタの負担も軽減することができる。 On the other hand, in the F-shaped overcurrent protection circuit, unlike the characteristic that the output voltage Vout droops while maintaining the maximum output current value Il2, when the overcurrent protection function starts operating, the output current together with the output voltage Becomes smaller. The short-circuit current value that flows when the output voltage becomes zero can be made sufficiently smaller than the maximum value of the output current. Therefore, not only the load but also the load on the output transistor can be reduced.
下記の特許文献1には、このようなフの字型の過電流保護を実現する定電圧電源回路が記載されている。
特許文献1に記載の定電圧電源回路は、出力電流の検出回路において発生する出力電流に応じた電圧と、出力電圧の検出回路から出力される検出結果の電圧とを電圧型のコンパレータで比較し、当該コンパレータの出力によって出力トランジスタに入力する制御信号を制御するものである。これにより、出力電圧の低下に合わせて出力電流を小さくするフの字特性が実現される。
The constant voltage power supply circuit described in
ところで、過電流保護回路は、過負荷状態や出力短絡に備えて常時動作させておく必要がある。従って、特許文献1の定電圧電源回路においては、たとえ無負荷時であっても、出力電流と出力電圧の検出値とを比較する電圧型のコンパレータは常時動作させておく必要がある。そのため、この電圧型コンパレータにおいて定常的に電力が消費されることになり、電子機器を低消費電力化する上での障害になる。
By the way, the overcurrent protection circuit needs to be always operated in preparation for an overload state or an output short circuit. Therefore, in the constant voltage power supply circuit of
携帯電話機やモバイルパソコン、PDA(personal digital assistants)、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ポータブルオーディオ機器といった携帯型電子機器においては、特に低消費電力化への要求が厳しい。特に、本来の定電圧出力機能には関係のない付随的な過電流保護機能での電力は、可能な限り削減することが望まれている。 In portable electronic devices such as mobile phones, mobile personal computers, personal digital assistants (PDAs), digital still cameras, video cameras, and portable audio devices, there are particularly strict requirements for low power consumption. In particular, it is desired to reduce the power in the incidental overcurrent protection function that is not related to the original constant voltage output function as much as possible.
更に、特許文献1に記載の定電圧電源回路では、出力トランジスタとカレントミラー回路を構成する電流モニタ用のトランジスタから出力電流に比例したミラー電流を取り出し、これを抵抗に流して電圧に変換することにより、出力電流に比例した検出電圧を得ている。また、出力電圧の検出回路では、抵抗分圧回路によって出力電圧に比例した検出電圧を得ている。
従って、出力電圧の設定値を任意に変更可能にした場合、過電流検出の動作点が出力電圧に応じて変わってしまう。すなわち、出力電圧を大きくすると過電流検出動作が開始される電流値も大きくなってしまう。そのため、出力電圧が大きくなるほど負荷や出力トランジスタの負担が大きくなるという問題がある。
Furthermore, in the constant voltage power supply circuit described in
Therefore, when the set value of the output voltage can be arbitrarily changed, the operating point for overcurrent detection changes according to the output voltage. That is, when the output voltage is increased, the current value at which the overcurrent detection operation is started also increases. Therefore, there is a problem that the load on the load and the output transistor increases as the output voltage increases.
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、より少ない消費電力でフの字型(フォールバック)の過電流保護特性を実現できる定電圧電源回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a constant voltage power supply circuit capable of realizing a U-shaped (fallback) overcurrent protection characteristic with less power consumption.
上記の目的を達成するため、本発明の定電圧電源回路は、負荷に出力される出力電圧および第1の出力電流を、入力される制御信号に応じて制御する電圧電流制御回路と、上記負荷と第1の電圧が供給される配線間に接続され、上記出力電圧を検出して検出電圧を出力する出力電圧検出回路と、上記第1の電圧が供給される配線と第1のノードとの間に接続され、上記第1の出力電流に応じた電流が流れるように制御される第1の可変電流源の第1のトランジスタと、第2の電圧が供給される配線と上記第1のノードとの間に接続され、上記出力電圧検出回路で検出された上記出力電圧に応じた第2の出力電流が流れるように制御される第2の可変電流源の第2のトランジスタと、上記第2の電圧が供給される配線と上記第1のノードとの間に接続され、固定電圧が入力端子に供給されて一定の第3の出力電流が流れるように制御される固定電流源の第3のトランジスタと、上記出力電圧検出回路で検出された電圧と基準電圧が供給され、該出力電圧検出回路で検出された上記検出電圧と上記基準電圧の差電圧に応じた制御信号を出力する制御信号生成回路と、上記第1の出力電流が増加して上記出力電圧検出回路で検出した上記検出電圧により上記第2の出力電流が増加し、当該増加した第2の出力電流と上記固定電流の和が上記第1の可変電流源の電流の値に近づくと、上記第2と第3のトランジスタの出力端子間の電圧が増加し、上記第1のノードの電圧が、上記第1の電圧と上記第2の電圧との間の所定のしきい電圧を越えて上記第1の電圧に近づくと、上記制御信号生成回路から出力された上記制御信号の調整を開始し、上記しきい電圧からの超過分の電圧に応じて上記第1の出力電流が制限されるように上記制御信号を調節する出力電流制限回路と、を有する。
また、好適に、上記電圧電流制御回路は、上記制御信号に応じて上記出力電流を制御する出力トランジスタを含んでも良い。この場合、上記本発明は、上記出力トランジスタに流れる電流のミラー電流を上記第1のトランジスタに流す、上記第1のトランジスタを含んだ第1のカレントミラー回路を有しても良い。
In order to achieve the above object, a constant voltage power supply circuit according to the present invention includes a voltage / current control circuit that controls an output voltage and a first output current output to a load in accordance with an input control signal, and the load When the first voltage is connected between the wire supplied, and an output voltage detection circuit for outputting a detection voltage to detect the output voltage, said the wiring and the first node that the first voltage is supplied A first transistor of a first variable current source connected between and controlled to flow a current according to the first output current; a wiring to which a second voltage is supplied; and the first node And a second transistor of a second variable current source that is controlled so that a second output current corresponding to the output voltage detected by the output voltage detection circuit flows , and the second transistor Between the wiring to which the voltage of 1 is supplied and the first node Is connected, a third transistor of a fixed current source fixed voltage third output current of the constant is supplied to the input terminal is controlled to flow, the voltage detected by the output voltage detecting circuit and the reference voltage A control signal generation circuit that outputs a control signal corresponding to a difference voltage between the detection voltage detected by the output voltage detection circuit and the reference voltage; and the output voltage detection is performed by increasing the first output current. When the second output current increases due to the detection voltage detected by the circuit, and the sum of the increased second output current and the fixed current approaches the current value of the first variable current source, the second output current increases. The voltage between the output terminals of the second and third transistors increases, and the voltage at the first node exceeds the predetermined threshold voltage between the first voltage and the second voltage. it approaches the first voltage, the control signal generator Start the adjustment of the output the control signal from the road, and an output current limiting circuit for adjusting the control signal as the first output current is limited in accordance with the voltage of the excess from the threshold voltage Have.
Preferably, the voltage / current control circuit may include an output transistor for controlling the output current in accordance with the control signal. In this case, the present invention may include a first current mirror circuit including the first transistor that causes a mirror current of a current flowing through the output transistor to flow through the first transistor.
上記本発明の作用を説明する。
上記出力電流が十分小さい場合、上記第2のトランジスタに流れるべき上記出力電圧に応じた電流と、上記第3のトランジスタに流れるべき一定の電流との合成電流に比べて、上記第1のトランジスタに流れるべき上記出力電流に応じた電流が小さくなる。そのため、上記第1のトランジスタは飽和領域、上記第2のトランジスタおよび上記第3のトランジスタは非飽和領域で動作する。この場合、上記第1のノードの電圧は上記第2の電圧に近くなり、上記しきい電圧を越えて上記第1の電圧に近づく状態にはないため、上記出力電流制限回路による上記制御信号の調節は行われない。
一方、上記出力電流が大きくなり、上記合成電流と上記第1のトランジスタに流れるべき電流とが近似してくると、上記第2のトランジスタおよび上記第3のトランジスタも飽和領域で動作し始める。これにより、上記第2のトランジスタの両端間の電圧ならびに上記第3のトランジスタの両端間の電圧が大きくなり、上記第1のノードの電圧は上記しきい電圧を越える方向へ変化する。そして、上記第1のノードの電圧が上記しきい電圧を越えると、上記出力電流制限回路による上記制御信号の調節が始まり、上記出力電流が制限されて、上記出力電圧が低下し始める。
上記出力電圧が低下すると、これに応じて上記第2のトランジスタの電流が小さくなるように制御され、上記第2のトランジスタの両端間の電圧が大きくなる。これにより、上記第1のノードの電圧は上記しきい電圧を越えて上記第1の電圧に近づく方向へ更に変化し、上記出力電流制限回路において上記出力電流が更に小さくなるように上記制御信号が調節される。
上記出力電流が小さくなると、上記出力電圧が低下するため、上述と同様の動作によって、上記出力電流と上記出力電圧とが更に小さくなるように帰還制御が働く。
そして、上記出力電圧がゼロに近くなると、上記第3のトランジスタ)に流れる一定電流が上記第1のトランジスタに流れて、この2つのトランジスタが飽和領域で動作する。そのため、上記出力電流は、上記第3のトランジスタに流れる一定電流に応じたレベルに制限される。
このように、上記本発明によれば、過電流保護動作において上記出力電圧の低下とともに上記出力電流も減少させるフの字型(フォールバック型)の特性が実現される。
また、この過電流保護動作に係わる回路において消費される電力は、常に上記第1のトランジスタに対して設定される電流のみで決定される。そのため、上記出力電流が小さくなると、上記第1のトランジスタに流れる電流が小さくなり、過電流保護動作に係わる回路で消費される電力も小さくなる。例えば上記出力電流がゼロの場合、過電流保護動作に係わる回路で消費される電力をほぼゼロにすることが可能である。
The operation of the present invention will be described.
When the output current is sufficiently small, the first transistor is compared with a combined current of a current corresponding to the output voltage that should flow through the second transistor and a constant current that should flow through the third transistor. The current corresponding to the output current that should flow is reduced. Therefore, the first transistor operates in a saturation region, and the second transistor and the third transistor operate in a non-saturation region. In this case, the voltage of the first node is close to the second voltage, and is not in a state of exceeding the threshold voltage and approaching the first voltage. No adjustment is made.
On the other hand, when the output current increases and the combined current and the current that should flow through the first transistor approximate, the second transistor and the third transistor also start to operate in the saturation region. As a result, the voltage across the second transistor and the voltage across the third transistor increase, and the voltage at the first node changes in a direction exceeding the threshold voltage. Then, when the voltage at the first node exceeds the threshold voltage, the control of the control signal by the output current limiting circuit starts, the output current is limited, and the output voltage starts to decrease.
When the output voltage decreases, the current of the second transistor is controlled to decrease accordingly, and the voltage across the second transistor increases. As a result, the voltage of the first node further changes in the direction of exceeding the threshold voltage and approaching the first voltage, and the control signal is set so that the output current is further reduced in the output current limiting circuit. Adjusted.
When the output current is reduced, the output voltage is decreased. Therefore, feedback control is performed so that the output current and the output voltage are further reduced by the same operation as described above.
When the output voltage becomes close to zero, a constant current flowing through the third transistor flows through the first transistor, and the two transistors operate in a saturation region. For this reason, the output current is limited to a level corresponding to a constant current flowing through the third transistor.
As described above, according to the present invention, the F-shaped (fallback type) characteristic that reduces the output current as the output voltage decreases in the overcurrent protection operation is realized.
The power consumed in the circuit related to the overcurrent protection operation is always determined only by the current set for the first transistor. Therefore, when the output current is reduced, the current flowing through the first transistor is reduced, and the power consumed by the circuit related to the overcurrent protection operation is also reduced. For example, when the output current is zero, the power consumed by the circuit related to the overcurrent protection operation can be made almost zero.
上記本発明は、一定の電流を出力する電流源と、上記電流源に共通に接続され、上記出力電圧と基準電圧との差に応じてそれぞれに分流する電流の割合が制御されるトランジスタ対と、上記トランジスタ対の各トランジスタに流れる電流の差に応じて、上記出力電圧が上記基準電圧に近づくように調節した上記制御信号を生成する制御信号生成回路とを有しても良い。この場合、上記第2のトランジスタは、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるように制御されても良い。
好適には、上記制御信号生成回路は、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流のミラー電流と、上記トランジスタ対の他方のトランジスタに流れる電流のミラー電流とを、共通の第2のノードにそれぞれ出力する2つのカレントミラー回路を含んでも良く、当該第2のノードから上記制御信号を出力しても良い。この場合、上記第2のトランジスタは、上記制御信号生成回路の上記2つのカレントミラー回路の一方に含まれても良く、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流のミラー電流を流しても良い。
The present invention includes a current source that outputs a constant current, and a transistor pair that is commonly connected to the current source and that controls a ratio of a current that is shunted according to a difference between the output voltage and a reference voltage. And a control signal generation circuit that generates the control signal adjusted so that the output voltage approaches the reference voltage in accordance with a difference in current flowing through each transistor of the transistor pair. In this case, the second transistor may be controlled so that a current corresponding to a current flowing through one transistor of the transistor pair flows.
Preferably, the control signal generation circuit supplies a mirror current of a current flowing through one transistor of the transistor pair and a mirror current of a current flowing through the other transistor of the transistor pair to a common second node, respectively. Two current mirror circuits to output may be included, and the control signal may be output from the second node. In this case, the second transistor may be included in one of the two current mirror circuits of the control signal generation circuit, or a mirror current of a current flowing through one transistor of the transistor pair may flow.
上記の構成によると、上記出力電圧の変化に応じて、上記出力電圧と上記基準電圧との差が変化し、上記電流源から上記トランジスタ対の各トランジスタに分流する電流の割合が変化する。そのため、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるよう上記第2のトランジスタを制御することで、上記出力電圧に応じた電流が流れるように上記第2のトランジスタを制御することができる。
一方、上記制御信号生成回路において、上記トランジスタ対の各トランジスタに流れる電流の差に応じて、上記出力電圧が上記基準電圧に近づくように上記制御信号が調節されるため、当該電流差は、上記出力電圧と上記基準電圧とが一致するときの所定の電流差に近づくように制御される。すなわち、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流は、上記出力電圧と上記基準電圧とが一致するときの所定の電流に近づくように制御され、上記第2のトランジスタに流れる電流は、当該所定の電流に応じた一定の電流に近づくように制御される。
従って、上記基準電圧を変化させて、これにより上記出力電圧の目標値を変化させる場合でも、上記第2のトランジスタに流れる電流は、上記出力端子の電圧と上記基準電圧とが一致する際に流れる一定の電流に近づくように制御される。すなわち、上記出力電圧の目標値を変化させても、過電流保護の動作点が一定に保たれる。
According to the above configuration, the difference between the output voltage and the reference voltage changes according to the change in the output voltage, and the ratio of the current that is shunted from the current source to each transistor in the transistor pair changes. Therefore, by controlling the second transistor so that a current according to the current flowing through one transistor of the transistor pair flows, the second transistor is controlled so that a current according to the output voltage flows. Can do.
On the other hand, in the control signal generation circuit, the control signal is adjusted so that the output voltage approaches the reference voltage according to the difference between the currents flowing through the transistors of the transistor pair. Control is performed so as to approach a predetermined current difference when the output voltage matches the reference voltage. That is, the current flowing through one transistor of the transistor pair is controlled to approach a predetermined current when the output voltage and the reference voltage match, and the current flowing through the second transistor is the predetermined current. It is controlled so as to approach a constant current according to the current.
Therefore, even when the reference voltage is changed and thereby the target value of the output voltage is changed, the current flowing through the second transistor flows when the voltage at the output terminal matches the reference voltage. It is controlled to approach a constant current. In other words, even if the target value of the output voltage is changed, the operating point for overcurrent protection is kept constant.
本発明によれば、より少ない消費電力でフの字型(フォールバック型)の過電流保護特性を実現することができる。 According to the present invention, a U-shaped (fallback type) overcurrent protection characteristic can be realized with less power consumption.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る定電圧電源回路の構成の一例を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a constant voltage power supply circuit according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す定電圧電源回路は、nチャンネルMOS型のトランジスタQ1と、pチャンネルMOS型のトランジスタQ2およびQ3と、電圧電流制御回路1と、出力電流制限回路2と、差動増幅器3と、ゲート制御回路4および5と、出力電圧検出回路6と、基準電圧源7とを有する。
The constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1 includes an n-channel MOS transistor Q1, p-channel MOS transistors Q2 and Q3, a voltage /
なお、電圧電流制御回路1は、本発明の電流制御回路の一実施形態である。
出力電流制限回路2は、本発明の出力電流制限回路の一実施形態である。
トランジスタQ1は、本発明の第1のトランジスタの一実施形態である。
トランジスタQ2は、本発明の第2のトランジスタの一実施形態である。
トランジスタQ3は、本発明の第3のトランジスタの一実施形態である。
The voltage /
The output current limiting
Transistor Q1 is an embodiment of the first transistor of the present invention.
Transistor Q2 is an embodiment of the second transistor of the present invention.
Transistor Q3 is an embodiment of the third transistor of the present invention.
電圧電流制御回路1は、負荷に出力される出力電圧Voutおよび出力電流Ioutを、入力される制御信号S3に応じて制御する。
The voltage /
電圧電流制御回路1は、例えばトランジスタで構成されており、電圧Vinが入力される入力端子Tinと出力端子Toutとの間に接続される。そして、制御信号S3に応じてインピーダンスを変化させて、入力端子Tinから出力端子Toutへ流れる電流Ioutを変化させる。
The voltage /
出力電流制限回路2は、ノードN1の電圧V1に応じて制御信号S3を調節し、出力電流Ioutを制限する回路である。すなわち、電圧V1が電圧VinとグランドレベルVSSとの間の所定のしきい電圧Vthを超えてグランドレベルVSSに近づくと、このしきい電圧Vthからの超過分の電圧に応じて出力電流Ioutが制限されるように制御信号S3を調節する。電圧V1がしきい電圧Vthを越えない場合は、上述した調節を行わず、差動増幅器3から出力される制御信号S3をそのまま電圧電流制御回路1に入力する。
The output current limiting
出力電圧検出回路6は、出力電圧Voutを検出する回路であり、例えば図1に示すように、出力端子ToutとグランドレベルVSSの供給線との間に直列接続された抵抗61および62の分圧回路を有する。この分圧回路は、出力電圧Voutの分圧電圧VZを出力する。
The output voltage detection circuit 6 is a circuit that detects the output voltage Vout. For example, as shown in FIG. 1, the output voltage detection circuit 6 is divided by
差動増幅器3は、出力電圧検出回路6において検出された出力電圧(図1の例では分圧電圧VZ)と、基準電圧源7から出力される基準電圧Vrefとの差を増幅し、制御信号S3として出力する。すなわち、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差に応じて、分圧電圧VZが基準電圧Vrefに近づくように調節した制御信号S3を出力する。
The
トランジスタQ1は、グランドレベルVSSの供給線とノードN1との間に接続されており、ゲート制御回路4によって出力電流Ioutに応じた電流I1が流れるように制御される。 The transistor Q1 is connected between the supply line of the ground level VSS and the node N1, and is controlled by the gate control circuit 4 so that a current I1 corresponding to the output current Iout flows.
トランジスタQ2は、電圧Vinが供給される入力端子TinとノードN1との間に接続されており、ゲート制御回路5によって出力電圧Voutに応じた電流I2が流れるように制御される。
The transistor Q2 is connected between the input terminal Tin to which the voltage Vin is supplied and the node N1, and is controlled by the
トランジスタQ3は、電圧Vinが供給される入力端子TinとノードN1との間に接続されており、一定のオフセット電流I3が流れるようにゲート電圧が制御される。例えばカレントミラー回路などによって、ゲートに一定のバイアス電圧Vbが供給される。 The transistor Q3 is connected between the input terminal Tin to which the voltage Vin is supplied and the node N1, and the gate voltage is controlled so that a constant offset current I3 flows. For example, a constant bias voltage Vb is supplied to the gate by a current mirror circuit or the like.
図2は、トランジスタQ1の電流I1とノードN1の電圧V1との関係の一例を示す図である。
図2に示すように、ノードN1の電圧V1が低い場合、すなわちドレイン−ソース間電圧が小さい場合に、トランジスタQ1は非飽和領域で動作する。この場合、電圧V1の低下に応じて電流I1が直線的に減少し、電圧V1がゼロになると電流I1もほぼゼロになる。
一方、ノードN1の電圧V1があるレベルより高くなる場合、トランジスタQ1は飽和領域で動作する。この場合、電圧V1に依らず電流I1はほぼ一定になる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the relationship between the current I1 of the transistor Q1 and the voltage V1 of the node N1.
As shown in FIG. 2, when the voltage V1 at the node N1 is low, that is, when the drain-source voltage is small, the transistor Q1 operates in the non-saturated region. In this case, the current I1 linearly decreases as the voltage V1 decreases, and when the voltage V1 becomes zero, the current I1 becomes almost zero.
On the other hand, when the voltage V1 of the node N1 becomes higher than a certain level, the transistor Q1 operates in the saturation region. In this case, the current I1 is substantially constant regardless of the voltage V1.
また、図3は、トランジスタQ2、Q3の電流I2、I3の合成電流(I2+I3)とノードN1の電圧V1との関係の一例を示す図である。
図3に示すように、ノードN1の電圧V1が入力の電圧Vinに近い場合、すなわちドレイン−ソース間電圧が小さい場合に、トランジスタQ2、Q3は非飽和領域で動作する。この場合、電圧V1の上昇に応じて合成電流(I2+I3)が直線的に減少し、電圧V1が電圧Vinに等しくなると合成電流(I2+I3)はほぼゼロになる。
一方、ノードN1の電圧V1があるレベルより低くなる場合、トランジスタQ2、Q3は飽和領域で動作する。この場合、電圧V1に依らず合成電流(I2+I3)はほぼ一定になる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the combined current (I2 + I3) of the currents I2 and I3 of the transistors Q2 and Q3 and the voltage V1 of the node N1.
As shown in FIG. 3, when the voltage V1 at the node N1 is close to the input voltage Vin, that is, when the drain-source voltage is small, the transistors Q2 and Q3 operate in the non-saturated region. In this case, the combined current (I2 + I3) decreases linearly as the voltage V1 increases, and when the voltage V1 becomes equal to the voltage Vin, the combined current (I2 + I3) becomes almost zero.
On the other hand, when the voltage V1 of the node N1 becomes lower than a certain level, the transistors Q2 and Q3 operate in the saturation region. In this case, the combined current (I2 + I3) is substantially constant regardless of the voltage V1.
ゲート制御回路4は、トランジスタQ1に出力電流Ioutに応じた電流I1が流れるように、そのゲート電圧を制御する。すなわち、出力電流Ioutが大きくなる場合は電流I1も大きくなり、出力電流Ioutが小さくなる場合は電流I1も小さくなるように、トランジスタQ1のゲート電圧を制御する。 The gate control circuit 4 controls the gate voltage so that the current I1 corresponding to the output current Iout flows through the transistor Q1. That is, the gate voltage of the transistor Q1 is controlled so that the current I1 increases when the output current Iout increases, and the current I1 decreases when the output current Iout decreases.
ゲート制御回路4は、このゲート電圧の制御を、例えば電圧電流制御回路1に入力される制御信号S3に基づいて行う。すなわち、出力電流Ioutが大きくなるように制御信号S3が調節される場合、トランジスタQ1のゲート電圧を上昇させて電流I1を大きくし、出力電流Ioutが小さくなるように制御信号S3が調節される場合、トランジスタQ1のゲート電圧を低下させて電流I1を小さくする。
The gate control circuit 4 controls the gate voltage based on, for example, a control signal S3 input to the voltage /
ゲート制御回路5は、トランジスタQ2に出力電圧Voutに応じた電流が流れるように、そのゲート電圧を制御する。すなわち、出力電圧Voutが大きくなる場合は電流I2も大きくなり、出力電圧Voutが小さくなる場合は電流I2も小さくなるように、トランジスタQ2のゲート電圧を制御する。
The
ゲート制御回路5は、このゲート電圧の制御を、例えば出力電圧検出回路6の検出結果に基づいて行う。すなわち、分圧電圧VZが大きくなる場合、トランジスタQ2のゲート電圧を低下させて電流I2を大きくし、分圧電圧VZが小さくなる場合、トランジスタQ2のゲート電圧を上昇させて電流I2を小さくする。
The
なお、図1の例において、出力端子ToutとグランドレベルVSSの供給線との間にはキャパシタCoと負荷Lが並列に接続されている。 In the example of FIG. 1, a capacitor Co and a load L are connected in parallel between the output terminal Tout and the supply line of the ground level VSS.
ここで、上述した構成を有する図1に示す定電圧電源回路の動作を説明する。 Here, the operation of the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1 having the above-described configuration will be described.
まず、通常の定電圧動作について説明する。
負荷Lの変動によって出力電圧Voutが変動すると、この電圧変動が差動増幅器3に帰還される。電圧変動によって分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差が大きくなると、この電圧差が差動増幅器3において増幅されて電圧電流制御回路1に流れる出力電流Ioutが変化する。出力電流Ioutは、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差が小さくなるように制御される。
First, normal constant voltage operation will be described.
When the output voltage Vout varies due to the variation of the load L, this voltage variation is fed back to the
誤差増幅器3のゲインが十分大きい場合、分圧電圧VZが基準電圧Vrefとほぼ等しくなるように出力電流Ioutが制御される。
出力電圧検出回路6の分圧比を‘K’(=VZ/Vout)とすると、出力電圧Voutと基準電圧Vrefとの関係は次式のように表される。
When the gain of the
When the voltage division ratio of the output voltage detection circuit 6 is “K” (= VZ / Vout), the relationship between the output voltage Vout and the reference voltage Vref is expressed by the following equation.
Vout = Vref/K ・・・(4) Vout = Vref / K (4)
次に、過電流保護動作について説明する。
トランジスタQ1,Q2,Q3に流れる電流I1,I2,I3は、次式の関係を満たす。
Next, the overcurrent protection operation will be described.
Currents I1, I2, and I3 flowing through transistors Q1, Q2, and Q3 satisfy the relationship of the following equation.
I1 = I2+I3 ・・・(5) I1 = I2 + I3 (5)
従って、ノードN1の電圧V1とトランジスタQ1の電流I1は、図2に示すトランジスタQ1の電圧−電流特性曲線と、図3に示すトランジスタQ2およびQ3の電圧−電流特性曲線との交点より求めることができる。
図4は、過電流保護動作に伴う電圧V1および電流I1の変化の一例を、これらの特性曲線の交点によって表した図である。
Therefore, the voltage V1 of the node N1 and the current I1 of the transistor Q1 can be obtained from the intersection of the voltage-current characteristic curve of the transistor Q1 shown in FIG. 2 and the voltage-current characteristic curves of the transistors Q2 and Q3 shown in FIG. it can.
FIG. 4 is a diagram showing an example of changes in the voltage V1 and the current I1 accompanying the overcurrent protection operation by the intersection of these characteristic curves.
出力電流Ioutが十分小さい場合、トランジスタQ2に流れるべき出力電圧Voutに応じた電流I2と、トランジスタQ3に流れるべき一定のオフセット電流I3との合成電流(I2+I3)に比べて、トランジスタQ1に流れるべき出力電流Ioutに応じた電流I1が小さくなる。
そのため、図4(A)に示すように、トランジスタQ1は飽和領域、トランジスタQ2およびQ3は非飽和領域で動作し、特性曲線の交点P1におけるノードN1の電圧V1は、入力電圧Vinに近い電圧となる。その結果、ノードN1の電圧V1はしきい電圧Vthより高い電圧となり、出力電流制限回路2による制御信号S3の調節は行われない。
When the output current Iout is sufficiently small, the output that should flow to the transistor Q1 compared to the combined current (I2 + I3) of the current I2 corresponding to the output voltage Vout that should flow to the transistor Q2 and the constant offset current I3 that should flow to the transistor Q3 The current I1 corresponding to the current Iout is reduced.
Therefore, as shown in FIG. 4A, the transistor Q1 operates in the saturation region, the transistors Q2 and Q3 operate in the non-saturation region, and the voltage V1 at the node N1 at the intersection P1 of the characteristic curve is a voltage close to the input voltage Vin. Become. As a result, the voltage V1 at the node N1 becomes higher than the threshold voltage Vth, and the control signal S3 is not adjusted by the output current limiting
図5および図6は、出力電流Ioutと出力電圧Voutとの関係の一例を示す図である。図5はフの字型の過電流保護特性を示し、図6はフォールバック型の過電流保護特性を示す。
出力電流Ioutが最大出力電流値Il3を越えない範囲(点PAからPBの範囲)において、ノードN1の電圧V1はしきい電圧Vthより高い電圧となり、出力電流制限回路2による制御信号S3の調節が行われないため、定電圧電源回路は通常の定電圧出力動作を行う。
5 and 6 are diagrams showing an example of the relationship between the output current Iout and the output voltage Vout. FIG. 5 shows a U-shaped overcurrent protection characteristic, and FIG. 6 shows a fallback type overcurrent protection characteristic.
In the range where the output current Iout does not exceed the maximum output current value Il3 (the range from the point PA to PB), the voltage V1 at the node N1 is higher than the threshold voltage Vth, and the control signal S3 is adjusted by the output current limiting
次に、出力電流Ioutが大きくなり、トランジスタQ2,Q3に流れるべき合成電流(I2+I3)とトランジスタQ1に流れるべき電流I1とが近似してくると、トランジスタQ2,Q3も飽和領域で動作する。これにより、トランジスタQ2の両端間の電圧ならびにトランジスタQ3の両端間の電圧が大きくなり、ノードN1の電圧はグランドレベルVSSに近づく方向へ変化する。そして、ノードN1の電圧V1がしきい電圧Vthに達すると(図4(B))、出力電流制限回路2による制御信号S3の調節が始まり、出力電流Ioutが制限されて、出力電圧Voutが低下し始める。
Next, when the output current Iout increases and the combined current (I2 + I3) that should flow through the transistors Q2 and Q3 and the current I1 that flows through the transistor Q1 approximate, the transistors Q2 and Q3 also operate in the saturation region. As a result, the voltage across the transistor Q2 and the voltage across the transistor Q3 increase, and the voltage at the node N1 changes toward the ground level VSS. When the voltage V1 of the node N1 reaches the threshold voltage Vth (FIG. 4B), the control of the control signal S3 by the output current limiting
出力電圧Voutが低下すると、これに応じてトランジスタQ2の電流が小さくなるように制御され、トランジスタQ2の両端間の電圧が更に大きくなる。これにより、ノードN1の電圧V1は、しきい電圧Vthを超えてグランドレベルVSSに近づく方向へ更に変化するため、出力電流制限回路2において出力電流Ioutが更に小さくなるように制御信号S3が調節される。
出力電流Ioutが小さくなると、出力電圧Voutが低下するため、上述と同様の動作によって、出力電流Ioutと出力電圧Voutが更に小さくなるように帰還制御が働く。
すなわち、図5もしくは図6の点PBからPCに示すように、出力電圧Voutと出力電流Ioutが共に減少する。
When the output voltage Vout decreases, the current of the transistor Q2 is controlled to decrease accordingly, and the voltage across the transistor Q2 further increases. As a result, the voltage V1 of the node N1 further changes in the direction of exceeding the threshold voltage Vth and approaching the ground level VSS, so that the control signal S3 is adjusted in the output current limiting
When the output current Iout decreases, the output voltage Vout decreases. Therefore, feedback control works so that the output current Iout and the output voltage Vout are further decreased by the same operation as described above.
That is, as shown in PC from the point PB in FIG. 5 or FIG. 6, both the output voltage Vout and the output current Iout decrease.
そして、出力電圧Voutがほぼゼロになるとき、仮にトランジスタQ2の電流もゼロになるものとすると、トランジスタQ3に流れる一定のオフセット電流I3がトランジスタQ1に流れて、この2つのトランジスタが飽和領域で動作する(図4(C))。このとき出力電流Ioutは、トランジスタQ3のオフセット電流I3に応じた一定の値(短絡電流値It3)に制限される。 When the output voltage Vout becomes almost zero, if the current of the transistor Q2 also becomes zero, a constant offset current I3 flowing through the transistor Q3 flows into the transistor Q1, and these two transistors operate in the saturation region. (FIG. 4C). At this time, the output current Iout is limited to a constant value (short-circuit current value It3) corresponding to the offset current I3 of the transistor Q3.
この短絡状態において、負荷Lが取り除かれる、あるいは負荷Lに流れる電流が短絡電流値It3より小さくなると、キャパシタCoが出力電流Ioutによって充電されて、出力電圧Voutが上昇し始める。 In this short-circuit state, when the load L is removed or the current flowing through the load L becomes smaller than the short-circuit current value It3, the capacitor Co is charged by the output current Iout and the output voltage Vout starts to rise.
出力電圧Voutが上昇すると、これに応じてトランジスタQ2の電流I2が大きくなるため、ノードN1の電圧V1が高くなり、出力電流制限回路2による出力電流Ioutの制限が緩和されて、出力電流Ioutが大きくなる。
出力電流Ioutが大きくなることによって、キャパシタCoの充電が加速されるため、更に出力電圧Voutが上昇する。
このようにして、出力電流Ioutと出力電圧Voutが共に大きくなるように帰還制御が働く。
When the output voltage Vout increases, the current I2 of the transistor Q2 increases accordingly, so that the voltage V1 of the node N1 increases, the restriction of the output current Iout by the output current limiting
As the output current Iout increases, the charging of the capacitor Co is accelerated, and the output voltage Vout further increases.
In this way, feedback control works so that both the output current Iout and the output voltage Vout increase.
そして、出力電圧Voutが式(4)に示す目標値に達すると、出力電圧Voutの上昇が止まり、キャパシタCoへの充電が止まるため、出力電流Ioutはゼロ、もしくは負荷Lの電流のみになる。これにより、トランジスタQ2,Q3に流れるべき合成電流(I2+I3)に比べてトランジスタQ1に流れるべき電流I1が小さくなるため、ノードN1の電圧V1がしきい電圧Vthより高くなって、図4(A)に示す通常の定電圧出力動作に戻る。 When the output voltage Vout reaches the target value shown in the equation (4), the output voltage Vout stops increasing and the capacitor Co stops charging. Therefore, the output current Iout becomes zero or only the current of the load L. Accordingly, since the current I1 that should flow through the transistor Q1 is smaller than the combined current (I2 + I3) that should flow through the transistors Q2 and Q3, the voltage V1 at the node N1 becomes higher than the threshold voltage Vth, and FIG. The normal constant voltage output operation shown in FIG.
以上説明したように、図1に示す定電圧電源回路によれば、過電流保護動作において出力電圧Voutの低下とともに出力電流Ioutも減少させるフの字型(フォールバック型)の過電流保護特性を実現することができる。これにより、過電流保護動作時における出力制御回路の電力損失を軽減し、回路素子の発熱を抑えることができる。 As described above, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, in the overcurrent protection operation, the F-shaped (fallback type) overcurrent protection characteristic that reduces the output current Iout as the output voltage Vout decreases is provided. Can be realized. Thereby, the power loss of the output control circuit during the overcurrent protection operation can be reduced, and the heat generation of the circuit elements can be suppressed.
また、図1に示す定電圧電源回路によれば、過電流保護動作の起動によって出力電圧Voutがゼロ近くに低下した状態において、負荷Lを取り除く、あるいは負荷Lに流れる電流を短絡電流値It3より小さく設定することにより、自動的に通常の定電圧出力動作に復帰することができる。そのため、過電流保護動作を解除するために外部の制御信号を必要とする定電圧電源回路に比べて、取り扱いが容易になる。 Further, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, the load L is removed or the current flowing through the load L is determined from the short-circuit current value It3 in a state where the output voltage Vout is reduced to near zero by the activation of the overcurrent protection operation. By setting a smaller value, it is possible to automatically return to a normal constant voltage output operation. Therefore, handling becomes easier as compared with a constant voltage power supply circuit that requires an external control signal to release the overcurrent protection operation.
しかも、図1に示す定電圧電源回路によれば、出力電流Ioutが十分小さい場合、トランジスタQ1が飽和領域、トランジスタQ2およびQ3が非飽和領域で動作するため、トランジスタQ2,Q3からトランジスタQ1へ流れる電流を非常に小さくすることができる。例えば、出力電流IoutがゼロのときにトランジスタQ1の電流I1がゼロになるようトランジスタQ1のゲート電圧を制御した場合、無負荷時においてトランジスタQ2,Q3からトランジスタQ1に流れる電流はゼロになる。従って、電圧コンパレータの消費電流が定常的に流れる先に述べた従来の定電圧電源回路と比較して、過電流保護動作に係わる回路の消費電力を大きく削減することができる。
そのため、本実施形態に係る定電圧電源回路は、携帯電話機やモバイルパソコン、PDA、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ポータブルオーディオ機器といった、低消費電力化への要求が厳しい携帯型電子機器に搭載する定電圧電源回路に有用である。
In addition, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, when the output current Iout is sufficiently small, the transistor Q1 operates in the saturation region and the transistors Q2 and Q3 operate in the non-saturation region, and therefore flows from the transistors Q2 and Q3 to the transistor Q1. The current can be made very small. For example, when the gate voltage of the transistor Q1 is controlled so that the current I1 of the transistor Q1 becomes zero when the output current Iout is zero, the current flowing from the transistors Q2 and Q3 to the transistor Q1 becomes zero when there is no load. Therefore, the power consumption of the circuit related to the overcurrent protection operation can be greatly reduced as compared with the conventional constant voltage power supply circuit described above in which the current consumption of the voltage comparator constantly flows.
Therefore, the constant voltage power supply circuit according to the present embodiment is installed in a portable electronic device such as a mobile phone, a mobile personal computer, a PDA, a digital still camera, a video camera, and a portable audio device, which is required to reduce power consumption. Useful for voltage power supply circuits.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る定電圧電源回路の構成の一例を示す図である。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the constant voltage power supply circuit according to the second embodiment of the present invention.
図7に示す定電圧電源回路は、nチャンネルMOS型のトランジスタQ1,Q6と、pチャンネルMOS型のトランジスタQ2,…,Q5,Q7と、差動増幅器3Aと、基準電圧源7と、出力電圧検出回路6とを有する。
また図7の例において、差動増幅器3Aは、nチャンネルMOS型のトランジスタQ10,…,Q13と、pチャンネルMOS型のトランジスタQ8,Q9,Q14,Q15と、電流源SC1とを有する。
The constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7 includes n-channel MOS transistors Q1, Q6, p-channel MOS transistors Q2,..., Q5, Q7, a
In the example of FIG. 7, the
なお、トランジスタQ4は、本発明の電流制御回路の一実施形態である。
トランジスタQ7は、本発明の出力電流制限回路の一実施形態である。
トランジスタQ1は、本発明の第1のトランジスタの一実施形態である。
トランジスタQ2は、本発明の第2のトランジスタの一実施形態である。
トランジスタQ3は、本発明の第3のトランジスタの一実施形態である。
トランジスタQ1,Q5,Q6を含む回路は、本発明の第1のカレントミラー回路の一実施形態である。
電流源SC1は、本発明の電流源の一実施形態である。
トランジスタQ8およびQ9は、本発明のトランジスタ対の一実施形態である。
トランジスタQ10,…,Q15を含む回路は、本発明の制御信号生成回路の一実施形態である。
The transistor Q4 is an embodiment of the current control circuit of the present invention.
Transistor Q7 is an embodiment of the output current limiting circuit of the present invention.
Transistor Q1 is an embodiment of the first transistor of the present invention.
Transistor Q2 is an embodiment of the second transistor of the present invention.
Transistor Q3 is an embodiment of the third transistor of the present invention.
The circuit including the transistors Q1, Q5, and Q6 is an embodiment of the first current mirror circuit of the present invention.
Current source SC1 is an embodiment of the current source of the present invention.
Transistors Q8 and Q9 are an embodiment of the transistor pair of the present invention.
The circuit including the transistors Q10,..., Q15 is an embodiment of the control signal generation circuit of the present invention.
トランジスタQ4のソースは、電圧Vinの入力端子Tinに接続され、ドレインは出力端子Toutに接続され、ゲートは差動増幅器3Aの出力であるノードN2に接続される。
The source of the transistor Q4 is connected to the input terminal Tin of the voltage Vin, the drain is connected to the output terminal Tout, and the gate is connected to the node N2 that is the output of the
トランジスタQ7は、トランジスタQ4のゲート−ソース間に接続されており、ノードN1の電圧V1をゲートに入力する。
図8は、トランジスタQ7の抵抗とノードN1の電圧V1との関係の一例を示す図である。図8に示すように、トランジスタQ7は、ノードN1の電圧V1がしきい電圧Vthより高い場合に高インピーダンスとなり、しきい電圧Vthを境として急激に低インピーダンスとなる。
The transistor Q7 is connected between the gate and source of the transistor Q4, and inputs the voltage V1 of the node N1 to the gate.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the resistance of the transistor Q7 and the voltage V1 of the node N1. As shown in FIG. 8, the transistor Q7 has a high impedance when the voltage V1 of the node N1 is higher than the threshold voltage Vth, and suddenly becomes a low impedance with the threshold voltage Vth as a boundary.
トランジスタQ1,Q5,Q6は、トランジスタQ4に流れる出力電流Ioutのミラー電流をトランジスタQ1に流すカレントミラー回路を構成している。 Transistors Q1, Q5, and Q6 constitute a current mirror circuit that causes the mirror current of the output current Iout flowing through transistor Q4 to flow through transistor Q1.
トランジスタQ5は、トランジスタQ4と同一のゲート−ソース間電圧を入力する。すなわち、ソースが入力端子Tinに接続され、ゲートがノードN2に接続される。
トランジスタQ6のドレインとゲートは、トランジスタQ5のドレインに共通に接続され、ソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。
トランジスタQ1は、トランジスタQ6と同一のゲート−ソース間電圧を入力する。すなわち、トランジスタQ1のゲートはトランジスタQ6のゲートと共通に接続され、ソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。また、トランジスタQ1のドレインは、ノードN1に接続される。
Transistor Q5 receives the same gate-source voltage as transistor Q4. That is, the source is connected to the input terminal Tin, and the gate is connected to the node N2.
The drain and gate of the transistor Q6 are commonly connected to the drain of the transistor Q5, and the source is connected to the supply line of the ground level VSS.
The transistor Q1 inputs the same gate-source voltage as the transistor Q6. That is, the gate of the transistor Q1 is connected in common with the gate of the transistor Q6, and the source is connected to the supply line of the ground level VSS. The drain of the transistor Q1 is connected to the node N1.
トランジスタQ5とQ4には同一のゲート−ソース間電圧が入力されるため、トランジスタQ5には、トランジスタQ4の出力電流Ioutに比例するミラー電流が流れる。このトランジスタQ5の電流は、トランジスタQ6に入力されて、トランジスタQ6のゲート−ソース間に当該入力電流に応じた電圧が発生する。トランジスタQ1およびQ6には同じゲート−ソース間電圧が入力されるため、トランジスタQ1はトランジスタQ6の電流に比例するミラー電流が流れるように制御される。
このようにして、トランジスタQ1は、トランジスタQ4の出力電流Ioutに比例するミラー電流が流れるように制御される。
Since the same gate-source voltage is input to transistors Q5 and Q4, a mirror current proportional to the output current Iout of transistor Q4 flows through transistor Q5. The current of the transistor Q5 is input to the transistor Q6, and a voltage corresponding to the input current is generated between the gate and source of the transistor Q6. Since the same gate-source voltage is input to the transistors Q1 and Q6, the transistor Q1 is controlled so that a mirror current proportional to the current of the transistor Q6 flows.
In this way, the transistor Q1 is controlled such that a mirror current proportional to the output current Iout of the transistor Q4 flows.
トランジスタQ2は、入力端子TinとノードN1との間に接続されており、後述する差動増幅器3A内部のトランジスタQ14のゲート電圧をゲートに入力する。
The transistor Q2 is connected between the input terminal Tin and the node N1, and inputs the gate voltage of a transistor Q14 in the
トランジスタQ3は、入力端子TinとノードN1との間に接続されており、一定のオフセット電流I3が流れるようにゲート電圧が制御される。例えばカレントミラー回路などによって、ゲートに一定のバイアス電圧Vbが供給される。 The transistor Q3 is connected between the input terminal Tin and the node N1, and the gate voltage is controlled so that a constant offset current I3 flows. For example, a constant bias voltage Vb is supplied to the gate by a current mirror circuit or the like.
出力電圧検出回路6は、出力電圧Voutを検出する回路であり、例えば図7に示すように、出力端子ToutとグランドレベルVSSの供給線との間に直列接続された抵抗61および62の分圧回路を有する。この分圧回路は、出力電圧Voutの分圧電圧VZを出力する。
The output voltage detection circuit 6 is a circuit that detects the output voltage Vout. For example, as shown in FIG. 7, the voltage is divided by
差動増幅器3Aは、出力電圧検出回路6において検出された出力電圧(図7の例では分圧電圧VZ)と、基準電圧源7から出力される基準電圧Vrefとの差を増幅する。すなわち、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差に応じて、分圧電圧VZが基準電圧Vrefに近づくようにノードN2の電圧を調節する。
The
電流源SC1は、一定の電流Ibを出力する。図7の例では、入力端子TinからノードN3へ一定の電流Ibを流す。 The current source SC1 outputs a constant current Ib. In the example of FIG. 7, a constant current Ib flows from the input terminal Tin to the node N3.
トランジスタQ8およびQ9は、互いのエミッタがノードN3に共通接続されたトランジスタ対を構成する。
トランジスタQ8のゲートには基準電圧Vrefが入力され、トランジスタQ9のゲートには出力電圧検出回路6の分圧電圧VZが入力される。
Transistors Q8 and Q9 constitute a transistor pair whose emitters are commonly connected to node N3.
The reference voltage Vref is input to the gate of the transistor Q8, and the divided voltage VZ of the output voltage detection circuit 6 is input to the gate of the transistor Q9.
分圧電圧VZが基準電圧Vrefより低くなると、その低下分の電圧に応じて電流源SC1からトランジスタQ9に分流する電流の割合が多くなり、逆に、分圧電圧VZが基準電圧Vrefより高くなると、その上昇分の電圧に応じて電流源SC1からトランジスタQ8に分流する電流の割合が多くなる。
すなわち、トランジスタ対(Q8、Q9)では、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとの差に応じて、電流源SC1から各トランジスタに分流する電流の割合が制御される。
When the divided voltage VZ becomes lower than the reference voltage Vref, the ratio of the current that is divided from the current source SC1 to the transistor Q9 increases according to the reduced voltage. Conversely, when the divided voltage VZ becomes higher than the reference voltage Vref. The ratio of the current that is shunted from the current source SC1 to the transistor Q8 increases in accordance with the increased voltage.
That is, in the transistor pair (Q8, Q9), the ratio of the current divided from the current source SC1 to each transistor is controlled according to the difference between the divided voltage VZ and the reference voltage Vref.
ここで、トランジスタQ8およびQ9は、互いに等価な特性を有する同一構造のトランジスタとする。この場合、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとが等しいとき、それぞれに流れる電流はほぼ等しくなる。すなわち、ぞれぞれのトランジスタの電流は概ね‘Ib/2’となる。 Here, transistors Q8 and Q9 are transistors having the same structure and having equivalent characteristics. In this case, when the divided voltage VZ and the reference voltage Vref are equal, the currents flowing through them are substantially equal. That is, the current of each transistor is approximately 'Ib / 2'.
トランジスタQ10およびQ11は、トランジスタQ9に流れる電流のミラー電流をノードN2に出力するカレントミラー回路を構成している。 Transistors Q10 and Q11 form a current mirror circuit that outputs a mirror current of the current flowing through transistor Q9 to node N2.
トランジスタQ10のドレインとゲートは、トランジスタQ9のドレインに共通に接続され、そのソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。
トランジスタQ11は、トランジスタQ10と同一のゲート−ソース間電圧を入力する。すなわち、トランジスタQ11のゲートはトランジスタQ10のゲートと共通に接続され、ソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。また、トランジスタQ11のドレインは、ノードN2に接続される。
The drain and gate of the transistor Q10 are commonly connected to the drain of the transistor Q9, and the source thereof is connected to the supply line of the ground level VSS.
Transistor Q11 receives the same gate-source voltage as transistor Q10. That is, the gate of the transistor Q11 is commonly connected to the gate of the transistor Q10, and the source is connected to the supply line of the ground level VSS. The drain of transistor Q11 is connected to node N2.
トランジスタQ9の電流は、トランジスタQ10に入力されて、トランジスタQ10のゲート−ソース間に当該入力電流に応じた電圧が発生する。トランジスタQ10とQ11には同一のゲート−ソース間電圧が入力されるため、トランジスタQ11には、トランジスタQ10に流れる電流に比例したミラー電流が流れる。
従って、トランジスタQ11は、トランジスタQ9の電流に比例するミラー電流が流れるように制御される。
The current of the transistor Q9 is input to the transistor Q10, and a voltage corresponding to the input current is generated between the gate and source of the transistor Q10. Since the same gate-source voltage is input to transistors Q10 and Q11, a mirror current proportional to the current flowing through transistor Q10 flows through transistor Q11.
Therefore, the transistor Q11 is controlled so that a mirror current proportional to the current of the transistor Q9 flows.
トランジスタQ12,Q13,Q14およびQ15は、トランジスタQ8に流れる電流のミラー電流をノードN2に出力するカレントミラー回路を構成している。 Transistors Q12, Q13, Q14, and Q15 form a current mirror circuit that outputs a mirror current of the current flowing through transistor Q8 to node N2.
トランジスタQ12のドレインとゲートは、トランジスタQ8のドレインに共通に接続され、そのソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。
トランジスタQ13は、トランジスタQ12と同一のゲート−ソース間電圧を入力する。すなわち、トランジスタQ13のゲートはトランジスタQ12のゲートと共通に接続され、ソースはグランドレベルVSSの供給線に接続される。
トランジスタQ14のドレインとゲートは、トランジスタQ13のドレインに共通に接続され、そのソースは入力端子Tinに接続される。
トランジスタQ15は、トランジスタQ14と同一のゲート−ソース間電圧を入力する。すなわち、トランジスタQ15のゲートはトランジスタQ14のゲートと共通に接続され、ソースは入力端子Tinに接続される。また、トランジスタQ15のドレインは、ノードN2に接続される。
The drain and gate of the transistor Q12 are commonly connected to the drain of the transistor Q8, and the source thereof is connected to the supply line of the ground level VSS.
Transistor Q13 receives the same gate-source voltage as transistor Q12. That is, the gate of the transistor Q13 is connected in common with the gate of the transistor Q12, and the source is connected to the supply line of the ground level VSS.
The drain and gate of the transistor Q14 are commonly connected to the drain of the transistor Q13, and the source thereof is connected to the input terminal Tin.
Transistor Q15 receives the same gate-source voltage as transistor Q14. That is, the gate of the transistor Q15 is connected in common with the gate of the transistor Q14, and the source is connected to the input terminal Tin. The drain of transistor Q15 is connected to node N2.
トランジスタQ8の電流は、トランジスタQ12に入力されて、トランジスタQ12のゲート−ソース間に当該入力電流に応じた電圧が発生する。トランジスタQ13とQ12には同一のゲート−ソース間電圧が入力されるため、トランジスタQ13には、トランジスタQ12に流れる電流に比例したミラー電流が流れる。トランジスタQ13のミラー電流は、トランジスタQ14に入力されて、トランジスタQ14のゲート−ソース間に当該入力のミラー電流に応じた電圧が発生する。トランジスタQ15とQ14には同一のゲート−ソース間電圧が入力されるため、トランジスタQ15には、トランジスタQ14に流れる電流に比例したミラー電流が流れる。
従って、トランジスタQ15は、トランジスタQ8の電流に比例するミラー電流が流れるように制御される。
The current of the transistor Q8 is input to the transistor Q12, and a voltage corresponding to the input current is generated between the gate and source of the transistor Q12. Since the same gate-source voltage is input to the transistors Q13 and Q12, a mirror current proportional to the current flowing through the transistor Q12 flows through the transistor Q13. The mirror current of the transistor Q13 is input to the transistor Q14, and a voltage corresponding to the input mirror current is generated between the gate and source of the transistor Q14. Since the same gate-source voltage is input to the transistors Q15 and Q14, a mirror current proportional to the current flowing through the transistor Q14 flows through the transistor Q15.
Therefore, the transistor Q15 is controlled such that a mirror current proportional to the current of the transistor Q8 flows.
トランジスタQ2のゲートには、トランジスタQ14のゲート電圧が入力される。すなわち、トランジスタQ2とQ14には同一のゲート−ソース電圧が入力される。そのため、トランジスタQ2は、トランジスタQ8の電流に比例するミラー電流が流れるように制御される。 The gate voltage of the transistor Q14 is input to the gate of the transistor Q2. That is, the same gate-source voltage is input to the transistors Q2 and Q14. Therefore, the transistor Q2 is controlled so that a mirror current proportional to the current of the transistor Q8 flows.
ここで、上述した構成を有する図7に示す定電圧電源回路の動作を説明する。 Here, the operation of the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7 having the above-described configuration will be described.
まず、通常の定電圧動作について説明する。
負荷Lの変動によって出力電圧Voutが変動すると、この電圧変動が差動増幅器3AのトランジスタQ9のゲートに帰還される。
電圧変動によって分圧電圧VZが基準電圧Vrefより小さくなると、トランジスタQ9のゲート−ソース間電圧が大きくなるため、電流源SC1からトランジスタQ9へ分流する電流が増大するとともに、トランジスタQ8へ分流する電流が減少する。これにより、トランジスタQ11はトランジスタQ9のミラー電流を増大させるように制御され、トランジスタQ15はトランジスタQ8のミラー電流を減少させるように制御される。その結果、ノードN2の電圧が低下して、トランジスタQ4のインピーダンスが低下し、出力電流Ioutおよび出力電圧Voutが大きくなる。
上述とは逆に、分圧電圧VZが基準電圧Vrefより大きくなると、ノードN2の電圧が上昇して、出力電流Ioutおよび出力電圧Voutが小さくなる。
このような帰還制御の働きによって、分圧電圧VZと基準電圧Vrefとがほぼ等しくなるように出力電流Ioutが制御される。
出力電圧検出回路6の分圧比を‘K’(=VZ/Vout)とすると、出力電圧Voutは先に説明した式(4)と同様に表される。
First, normal constant voltage operation will be described.
When the output voltage Vout varies due to the variation of the load L, this voltage variation is fed back to the gate of the transistor Q9 of the
When the divided voltage VZ becomes smaller than the reference voltage Vref due to voltage fluctuation, the voltage between the gate and source of the transistor Q9 increases, so that the current that is shunted from the current source SC1 to the transistor Q9 increases and the current that shunts to the transistor Q8 is increased. Decrease. Thus, the transistor Q11 is controlled to increase the mirror current of the transistor Q9, and the transistor Q15 is controlled to decrease the mirror current of the transistor Q8. As a result, the voltage at node N2 decreases, the impedance of transistor Q4 decreases, and output current Iout and output voltage Vout increase.
Contrary to the above, when the divided voltage VZ becomes larger than the reference voltage Vref, the voltage at the node N2 rises and the output current Iout and the output voltage Vout become smaller.
By such feedback control, the output current Iout is controlled so that the divided voltage VZ and the reference voltage Vref are substantially equal.
Assuming that the voltage dividing ratio of the output voltage detection circuit 6 is 'K' (= VZ / Vout), the output voltage Vout is expressed in the same manner as the equation (4) described above.
次に、過電流保護動作について説明する。
トランジスタQ1は、トランジスタQ1,Q5,Q6で構成されるカレントミラー回路によって、トランジスタQ4の出力電流Ioutに比例したミラー電流が流れるように制御される。
トランジスタQ2は、トランジスタQ12,Q13,Q14,Q2で構成されるカレントミラー回路によって、トランジスタQ8の電流に比例するミラー電流が流れるように制御される。トランジスタQ8の電流は、分圧電圧VZが高くなると増大し、逆に分圧電圧VZが低くなると減少することから、トランジスタQ2の電流I2も、分圧電圧VZが高くなると増大し、分圧電圧VZが低くなると減少する。
トランジスタQ3は、図1に示す定電圧電源回路と同様に、一定のベースバイアス電圧Vbによって一定のオフセット電流I3が流れるように制御される。
このように、トランジスタQ1,Q2,Q3は何れも図1に示す定電圧電源回路と同様に制御されるため、これと同様な過電流保護動作を実現することができる。
Next, the overcurrent protection operation will be described.
The transistor Q1 is controlled by a current mirror circuit including the transistors Q1, Q5, and Q6 so that a mirror current proportional to the output current Iout of the transistor Q4 flows.
The transistor Q2 is controlled so that a mirror current proportional to the current of the transistor Q8 flows by a current mirror circuit including the transistors Q12, Q13, Q14, and Q2. The current of the transistor Q8 increases when the divided voltage VZ increases, and conversely decreases when the divided voltage VZ decreases. Therefore, the current I2 of the transistor Q2 also increases when the divided voltage VZ increases, and the divided voltage VZ increases. Decreases as VZ decreases.
Similar to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, the transistor Q3 is controlled such that a constant offset current I3 flows by a constant base bias voltage Vb.
Thus, since all of the transistors Q1, Q2, and Q3 are controlled in the same manner as the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, an overcurrent protection operation similar to this can be realized.
詳しく述べると、出力電流Ioutが十分小さい場合、トランジスタQ2に流れるべき出力電圧Voutに比例したミラー電流I2と、トランジスタQ3に流れるべき一定のオフセット電流I3との合成電流(I2+I3)に比べて、トランジスタQ1に流れるべき出力電流Ioutに比例したミラー電流I1が小さくなる。
そのため、図4(A)に示すように、トランジスタQ1は飽和領域、トランジスタQ2およびQ3は非飽和領域で動作し、特性曲線の交点P1におけるノードN1の電圧V1は、入力の電圧Vinに近い電圧となる。その結果、ノードN1の電圧V1はしきい電圧Vthより高い電圧となり、トランジスタQ7がオフ状態になる。ノードN1に発生する差動増幅器3Aの出力電圧は、トランジスタQ7によって減衰されることなくトランジスタQ4のゲートに入力される。
More specifically, when the output current Iout is sufficiently small, the transistor is smaller than the combined current (I2 + I3) of the mirror current I2 proportional to the output voltage Vout that should flow through the transistor Q2 and the constant offset current I3 that should flow through the transistor Q3. The mirror current I1 proportional to the output current Iout that should flow through Q1 decreases.
Therefore, as shown in FIG. 4A, the transistor Q1 operates in the saturation region, the transistors Q2 and Q3 operate in the non-saturation region, and the voltage V1 of the node N1 at the intersection P1 of the characteristic curve is a voltage close to the input voltage Vin. It becomes. As a result, the voltage V1 at the node N1 becomes higher than the threshold voltage Vth, and the transistor Q7 is turned off. The output voltage of the
次に、出力電流Ioutが大きくなり、トランジスタQ2,Q3に流れるべき合成電流(I2+I3)とトランジスタQ1に流れるべきミラー電流I1とが近似してくると、トランジスタQ2,Q3も飽和領域で動作する。これにより、トランジスタQ2,Q3の両端間の電圧が大きくなり、ノードN1の電圧はグランドレベルVSSに近づく方向へ変化する。そして、ノードN1の電圧V1がしきい電圧Vthに達すると(図4(B))、トランジスタQ7のインピーダンスが急激に小さくなり、ノードN2の電圧が入力電圧Vinの方向へ引き上げられる。これにより、トランジスタQ4のインピーダンスが増大し、出力電流Ioutが制限されて、出力電圧Voutが低下し始める。 Next, when the output current Iout increases and the combined current (I2 + I3) that should flow through the transistors Q2 and Q3 and the mirror current I1 that flows through the transistor Q1 approximate, the transistors Q2 and Q3 also operate in the saturation region. As a result, the voltage across the transistors Q2 and Q3 increases, and the voltage at the node N1 changes in a direction approaching the ground level VSS. Then, when the voltage V1 at the node N1 reaches the threshold voltage Vth (FIG. 4B), the impedance of the transistor Q7 decreases rapidly, and the voltage at the node N2 is raised in the direction of the input voltage Vin. As a result, the impedance of the transistor Q4 increases, the output current Iout is limited, and the output voltage Vout begins to decrease.
出力電圧Voutが低下すると、これに応じてトランジスタQ2のミラー電流I2が小さくなるように制御され、トランジスタQ2の両端間の電圧が更に大きくなる。これにより、ノードN1の電圧V1は、しきい電圧Tthを超えてグランドレベルVSSに近づく方向へ更に変化するため、ノードN2の電圧は、入力電圧Vinの方向へ更に引き上げられる。その結果、トランジスタQ4のインピーダンスが大きくなり、出力電流Ioutが更に小さくなる。 When the output voltage Vout decreases, the mirror current I2 of the transistor Q2 is controlled to decrease accordingly, and the voltage across the transistor Q2 further increases. As a result, the voltage V1 at the node N1 further changes in a direction that exceeds the threshold voltage Tth and approaches the ground level VSS, and thus the voltage at the node N2 is further increased in the direction of the input voltage Vin. As a result, the impedance of the transistor Q4 increases and the output current Iout further decreases.
出力電流Ioutが小さくなると、出力電圧Voutが低下するため、上述と同様の動作によって、出力電流Ioutと出力電圧Voutが更に小さくなるように帰還制御が働く。
すなわち、図6の点PBからPCに示すように、出力電圧Voutと出力電流Ioutが共に減少する。
When the output current Iout decreases, the output voltage Vout decreases. Therefore, feedback control works so that the output current Iout and the output voltage Vout are further decreased by the same operation as described above.
That is, both the output voltage Vout and the output current Iout decrease as indicated by PC from the point PB in FIG.
そして、出力電圧Voutがほぼゼロになると、電流源SC1の電流IbはトランジスタQ9にほとんど流れ込み、トランジスタQ8の電流はゼロに近くなるため、トランジスタQ2の電流もゼロに近くなる。従って、トランジスタQ1には、トランジスタQ3に流れる一定のオフセット電流I3が流れて、この2つのトランジスタが飽和領域で動作する(図4(C))。このとき出力電流Ioutは、トランジスタQ3のオフセット電流I3に応じた一定の短絡電流値It3に制限される。 When the output voltage Vout becomes almost zero, the current Ib of the current source SC1 almost flows into the transistor Q9, and the current of the transistor Q8 is close to zero, so that the current of the transistor Q2 is also close to zero. Therefore, a constant offset current I3 flowing through the transistor Q3 flows through the transistor Q1, and these two transistors operate in the saturation region (FIG. 4C). At this time, the output current Iout is limited to a constant short-circuit current value It3 corresponding to the offset current I3 of the transistor Q3.
出力電流Ioutが最大出力電流値Il3に達するとき、トランジスタQ1のミラー電流I1は、トランジスタQ2およびQ3の合成電流(I2+I3)とほぼ等しくなる。また、過電流保護動作によって出力電流Ioutが短絡電流値It3に達するとき、トランジスタQ1のミラー電流I1はトランジスタQ3のオフセット電流I3とほぼ等しくなる。従って、次式に示す関係が成立する。 When the output current Iout reaches the maximum output current value Il3, the mirror current I1 of the transistor Q1 becomes substantially equal to the combined current (I2 + I3) of the transistors Q2 and Q3. When the output current Iout reaches the short-circuit current value It3 due to the overcurrent protection operation, the mirror current I1 of the transistor Q1 becomes substantially equal to the offset current I3 of the transistor Q3. Therefore, the relationship shown in the following equation is established.
(I2+I3):I3 = Il3:It3 ・・・(6) (I2 + I3): I3 = Il3: It3 (6)
この短絡状態において、負荷Lが取り除かれる、あるいは負荷Lに流れる電流が短絡電流値It3より小さくなると、キャパシタCoが出力電流Ioutによって充電されて、出力電圧Voutが上昇し始める。
このとき、キャパシタCoを充電する出力電流Ioutは、出力電圧Voutを目標値に近づけるように増大するが、過電流保護動作によって過大な電流とはならず、短絡電流値It3に制限される。
In this short-circuit state, when the load L is removed or the current flowing through the load L becomes smaller than the short-circuit current value It3, the capacitor Co is charged by the output current Iout and the output voltage Vout starts to rise.
At this time, the output current Iout for charging the capacitor Co increases so that the output voltage Vout approaches the target value, but does not become an excessive current due to the overcurrent protection operation and is limited to the short-circuit current value It3.
またこのとき、差動増幅器3Aでは、入力電圧の差、すなわち基準電圧Vrefと分圧電圧VZとの差が大きいため、大振幅特性に従って動作する。差動増幅器3Aが大振幅特性で動作する間、電流源SC1の電流IbのほとんどがトランジスタQ9に流れ込み、トランジスタQ8の電流はゼロに近くなっているため、トランジスタQ2のミラー電流I2もゼロのままになる。従って、出力電流Ioutは、短絡電流値It3に制限されたままとなる。
At this time, the
その後、出力電圧Voutが式(4)に示す目標値に近づいてくると、差動増幅器3Aが徐々に小振幅特性で動作し始め、トランジスタQ2には出力電圧Voutに応じたミラー電流I2が流れる。これにより、トランジスタQ7による出力電流Ioutの制限が緩和されて、最大出力電流値Il3より小さい値に制限されつつ出力電流Ioutが増大する。
そして、出力電圧Voutが目標値に達すると、出力電圧Voutの上昇が止まり、キャパシタCoへの充電が止まるため、出力電流Ioutはゼロ、もしくは負荷Lの電流のみになる。これにより、トランジスタQ2,Q3に流れるべき合成電流(I2+I3)に比べてトランジスタQ1に流れるべきミラー電流I1が小さくなるため、ノードN1の電圧V1がしきい電圧Vthより高くなって、図4(A)に示す通常の定電圧出力動作に戻る。
Thereafter, when the output voltage Vout approaches the target value shown in Equation (4), the
When the output voltage Vout reaches the target value, the output voltage Vout stops increasing, and the capacitor Co stops charging. Therefore, the output current Iout is zero or only the current of the load L. As a result, the mirror current I1 that should flow through the transistor Q1 is smaller than the combined current (I2 + I3) that should flow through the transistors Q2 and Q3, so that the voltage V1 at the node N1 becomes higher than the threshold voltage Vth. The operation returns to the normal constant voltage output operation shown in FIG.
以上説明したように、図7に示す定電圧電源回路においても、図1に示す定電圧電源回路と同様な過電流保護動作を実現することができるとともに、外部から特別な制御信号を与えることなく、自動的に過電流保護動作から通常の動作へ復帰することができる。 As described above, the constant-voltage power supply circuit shown in FIG. 7 can realize the same overcurrent protection operation as that of the constant-voltage power supply circuit shown in FIG. 1 and without giving a special control signal from the outside. It is possible to automatically return to the normal operation from the overcurrent protection operation.
また、図1に示す定電圧電源回路と同様に、通常動作時においてトランジスタQ1が飽和領域、トランジスタQ2およびQ3が非飽和領域で動作するため、トランジスタQ2,Q3からトランジスタQ1へ流れる電流を非常に小さくすることができる。特に無負荷の状態においてトランジスタQ1のミラー電流I1がほぼゼロになるため、トランジスタQ2,Q3からトランジスタQ1に流れる電流がほぼゼロになる。従って、電圧コンパレータの消費電流が定常的に流れる先に述べた従来技術の定電圧電源回路と比較して、過電流保護動作に関わる消費電力を大きく削減することができる。 Similarly to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, the transistor Q1 operates in the saturation region and the transistors Q2 and Q3 operate in the non-saturation region during normal operation. Therefore, the current flowing from the transistors Q2 and Q3 to the transistor Q1 is very high. Can be small. In particular, since the mirror current I1 of the transistor Q1 becomes almost zero in the no-load state, the current flowing from the transistors Q2 and Q3 to the transistor Q1 becomes almost zero. Therefore, power consumption related to the overcurrent protection operation can be greatly reduced as compared with the constant voltage power supply circuit of the prior art described above in which the current consumption of the voltage comparator constantly flows.
更に、図7に示す定電圧電源回路によれば、出力電圧Voutの変化に応じて、出力電圧Voutと基準電圧Vrefとの差が変化し、電流源SC1からトランジスタQ8、Q9に分流する電流の割合が変化する。そのため、トランジスタQ8のミラー電流が流れるようトランジスタQ2を制御することで、出力電圧Voutに応じた電流が流れるようにトランジスタQ2を制御することができる。
一方、トランジスタQ10およびQ11によって構成されるカレントミラー回路と、トランジスタQ12,…,Q15によって構成されるカレントミラー回路とにおいてそれぞれ生成されるミラー電流は、共にノードN2に入力されるため、ノードN2には、トランジスタQ8、Q9に流れる電流の差に応じた電圧が発生する。このノードN2の電圧は、分圧電圧VZが基準電圧Vrefに近づくように制御される。
分圧電圧VZと基準電圧Vrefとが一致するとき、トランジスタQ8には例えば電流‘Ib/2’の一定電流が流れるため、トランジスタQ2に流れるトランジスタQ8のミラー電流も、この電流‘Ib/2’に比例した一定の電流になる。
そのため、仮に基準電圧Vrefを変化させることによって出力電圧Voutの目標値を変化させても(例えば可変電圧源として使用しても)、トランジスタQ2に流れる電流I2は、出力電圧Voutと基準電圧Vrefとが一致する際に流れる一定の電流に近づくように制御される。すなわち、出力電圧Voutの目標値を変化させても、通常の動作状態から過電流保護動作へ移行する際のトランジスタQ2の電流I2はほぼ一定に保たれる。
従って、図7に示す定電圧電源回路によれば、出力電圧Voutの目標値を変更しても、最大出力電流値Il3を一定に保つことができる。
先に説明した従来の定電圧電源回路では、出力電圧に応じて過電流保護の動作点が変化しまうため、可変電圧源として使用するためには動作点を調節する回路を別に設ける必要が生じるが、図7に示す定電圧電源回路によれば、そのような回路を設けることなく容易に可変電圧源として使用することが可能になる。
Further, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7, the difference between the output voltage Vout and the reference voltage Vref changes in accordance with the change in the output voltage Vout, and the current shunted from the current source SC1 to the transistors Q8 and Q9. The ratio changes. Therefore, by controlling the transistor Q2 so that the mirror current of the transistor Q8 flows, the transistor Q2 can be controlled so that a current according to the output voltage Vout flows.
On the other hand, since the mirror currents generated in the current mirror circuit constituted by the transistors Q10 and Q11 and the current mirror circuit constituted by the transistors Q12,..., Q15 are both input to the node N2, Generates a voltage corresponding to the difference between the currents flowing through the transistors Q8 and Q9. The voltage at the node N2 is controlled so that the divided voltage VZ approaches the reference voltage Vref.
When the divided voltage VZ and the reference voltage Vref coincide with each other, for example, a constant current of the current 'Ib / 2' flows through the transistor Q8. Therefore, the mirror current of the transistor Q8 flowing through the transistor Q2 is also the current 'Ib / 2'. A constant current proportional to
Therefore, even if the target value of the output voltage Vout is changed by changing the reference voltage Vref (for example, as a variable voltage source), the current I2 flowing through the transistor Q2 is equal to the output voltage Vout and the reference voltage Vref. Are controlled so as to approach a constant current that flows when they match. That is, even when the target value of the output voltage Vout is changed, the current I2 of the transistor Q2 when shifting from the normal operation state to the overcurrent protection operation is kept substantially constant.
Therefore, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7, even if the target value of the output voltage Vout is changed, the maximum output current value Il3 can be kept constant.
In the conventional constant voltage power supply circuit described above, the operating point for overcurrent protection changes according to the output voltage, so that it is necessary to provide a circuit for adjusting the operating point separately in order to use it as a variable voltage source. The constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7 can be easily used as a variable voltage source without providing such a circuit.
しかも、図7に示す定電圧電源回路によれば、トランジスタQ4の電流を検出するためにカレントミラー回路を用いており、抵抗などの電流検出素子を出力電流Ioutの経路上に挿入していないため、電流検出に伴う損失を微小に抑えることができる。また、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutの降下を小さくできるため、例えばバッテリから入力電圧Vinが供給される場合に、低いバッテリ電圧で機器を長時間動作させることが可能になる。 Moreover, according to the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7, the current mirror circuit is used to detect the current of the transistor Q4, and no current detection element such as a resistor is inserted on the path of the output current Iout. The loss associated with current detection can be kept to a minimum. Further, since the drop in the output voltage Vout with respect to the input voltage Vin can be reduced, for example, when the input voltage Vin is supplied from a battery, the device can be operated for a long time with a low battery voltage.
以上、本発明の幾つかの実施形態について述べたが、本発明は上記の形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to said form, Various modifications are included.
例えば、図7に示す定電圧電源回路においては、図1に示す定電圧電源回路における電流制御回路に相当する構成としてpチャンネルMOS型のトランジスタを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばnチャンネルMOS型のトランジスタや、バイポーラトランジスタなど、制御信号に応じて電流を制御することができる他の種々の構成を用いても良い。 For example, in the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 7, a p-channel MOS transistor is used as a configuration corresponding to the current control circuit in the constant voltage power supply circuit shown in FIG. 1, but the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, various other configurations that can control current according to a control signal, such as an n-channel MOS transistor or a bipolar transistor, may be used.
また、図1,図7に示す具体的な回路構成(例えば差動増幅器3Aの内部構成や、トランジスタの極性など)は説明上の一例であり、同様な機能を持つ他の回路に置き換え可能である。
The specific circuit configuration shown in FIGS. 1 and 7 (for example, the internal configuration of the
Q1,Q6,Q10〜Q13…nチャンネルMOS型トランジスタ、Q2〜Q5,Q7〜Q9,Q14,Q15…pチャンネルMOS型トランジスタ、1…電流制御回路、2…出力電流制限回路、3,3A…差動増幅器、4,5…ゲート制御回路、6…出力電圧検出回路、7…基準電圧源、SC1…電流源
Q1, Q6, Q10 to Q13 ... n-channel MOS type transistors, Q2 to Q5, Q7 to Q9, Q14, Q15 ... p-channel MOS type transistors, 1 ... current control circuit, 2 ... output current limiting circuit, 3, 3A ... difference Dynamic amplifiers, 4, 5 ... Gate control circuit, 6 ... Output voltage detection circuit, 7 ... Reference voltage source, SC1 ... Current source
Claims (12)
上記負荷と第1の電圧が供給される配線間に接続され、上記出力電圧を検出して検出電圧を出力する出力電圧検出回路と、
上記第1の電圧が供給される配線と第1のノードとの間に接続され、上記第1の出力電流に応じた電流が流れるように制御される第1の可変電流源の第1のトランジスタと、
第2の電圧が供給される配線と上記第1のノードとの間に接続され、上記出力電圧検出回路で検出された上記出力電圧に応じた第2の出力電流が流れるように制御される第2の可変電流源の第2のトランジスタと、
上記第2の電圧が供給される配線と上記第1のノードとの間に接続され、固定電圧が入力端子に供給されて一定の第3の出力電流が流れるように制御される固定電流源の第3のトランジスタと、
上記出力電圧検出回路で検出された電圧と基準電圧が供給され、該出力電圧検出回路で検出された上記検出電圧と上記基準電圧の差電圧に応じた制御信号を出力する制御信号生成回路と、
上記第1の出力電流が増加して上記出力電圧検出回路で検出した上記検出電圧により上記第2の出力電流が増加し、当該増加した第2の出力電流と上記固定電流の和が上記第1の可変電流源の電流の値に近づくと、上記第2と第3のトランジスタの出力端子間の電圧が増加し、上記第1のノードの電圧が、上記第1の電圧と上記第2の電圧との間の所定のしきい電圧を越えて上記第1の電圧に近づくと、上記制御信号生成回路から出力された上記制御信号の調整を開始し、上記しきい電圧からの超過分の電圧に応じて上記第1の出力電流が制限されるように上記制御信号を調節する出力電流制限回路と、
を有する定電圧電源回路。 A voltage / current control circuit for controlling the output voltage and the first output current output to the load according to the input control signal;
An output voltage detection circuit connected between the load and a wiring to which a first voltage is supplied, detecting the output voltage and outputting a detection voltage ;
A first transistor of a first variable current source connected between a wiring to which the first voltage is supplied and a first node and controlled so that a current corresponding to the first output current flows. When,
The first voltage is connected between the wiring to which the second voltage is supplied and the first node, and is controlled so that the second output current corresponding to the output voltage detected by the output voltage detection circuit flows . A second transistor of two variable current sources ;
A fixed current source connected between the wiring to which the second voltage is supplied and the first node and controlled so that a fixed voltage is supplied to the input terminal and a constant third output current flows ; A third transistor;
A control signal generation circuit for supplying a voltage detected by the output voltage detection circuit and a reference voltage, and outputting a control signal corresponding to a difference voltage between the detection voltage detected by the output voltage detection circuit and the reference voltage ;
The first output current is increased and the second output current is increased by the detected voltage detected by the output voltage detection circuit, and the sum of the increased second output current and the fixed current is the first output current. When the current value of the variable current source approaches the value of the variable current source, the voltage between the output terminals of the second and third transistors increases, and the voltage at the first node becomes the first voltage and the second voltage. When the voltage approaches a first threshold voltage exceeding a predetermined threshold voltage, the control signal output from the control signal generation circuit begins to be adjusted, and an excess voltage from the threshold voltage is reached. An output current limiting circuit that adjusts the control signal such that the first output current is limited accordingly;
A constant voltage power circuit.
上記出力トランジスタに流れる電流のミラー電流を上記第1のトランジスタに流す、上記第1のトランジスタを含んだ第1のカレントミラー回路を有する、
請求項1に記載の定電圧電源回路。 The voltage / current control circuit includes an output transistor that controls the first output current in response to the control signal,
Having a first current mirror circuit including the first transistor for flowing a mirror current of the current flowing in the output transistor to the first transistor;
The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
上記電流源に共通に接続され、上記出力電圧と上記基準電圧との差に応じてそれぞれに分流する電流の割合が制御されるトランジスタ対と、
上記トランジスタ対の各トランジスタに流れる電流の差に応じて、上記出力電圧が上記基準電圧に近づくように調節した上記制御信号を生成する上記出力電流制限回路と、
上記第2のトランジスタは、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるように制御される、
請求項1に記載の定電圧電源回路。 A current source that outputs a constant current;
Are connected in common to the current source, the transistor pair ratio of current is controlled to be shunted to each according to the difference between the output voltage and the reference voltage,
The output current limiting circuit that generates the control signal adjusted so that the output voltage approaches the reference voltage according to a difference in current flowing through each transistor of the transistor pair;
The second transistor is controlled so that a current corresponding to a current flowing in one transistor of the transistor pair flows.
The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
上記第2のトランジスタは、上記制御信号生成回路の上記2つのカレントミラー回路の一方に含まれており、上記トランジスタ対の一方のトランジスタに流れる電流のミラー電流を流す、
請求項3に記載の定電圧電源回路。 The control signal generation circuit outputs two mirror currents of a current flowing in one transistor of the transistor pair and a mirror current of a current flowing in the other transistor of the transistor pair to a common second node, respectively. Including a current mirror circuit, outputting the control signal from the second node,
The second transistor is included in one of the two current mirror circuits of the control signal generation circuit, and flows a mirror current of a current flowing through one transistor of the transistor pair.
The constant voltage power supply circuit according to claim 3.
請求項1に記載の定電圧電源回路。 The second and third transistors operate in a saturation region when starting adjustment of the control signal output from the control signal generation circuit, and are connected between respective output terminals of the second and third transistors. Potential difference increases
The constant voltage power supply circuit according to claim 1 .
請求項1に記載の定電圧電源回路。 Values of the first output current is equal to the sum of the value of the current flowing through the first transistor of the second output current and the upper Symbol first variable current source
The constant voltage power supply circuit according to claim 1 .
請求項6に記載の定電圧電源回路。 The first output current decreases, and the detection voltage detected by the output voltage detection circuit decreases the second output current and the current flowing through the first transistor of the first variable current source, thereby reducing the decrease. When the sum of the second output current and the fixed current approaches the current value of the first variable current source, the adjustment of the control signal output from the control signal generation circuit is stopped.
The constant voltage power supply circuit according to claim 6 .
請求項1に記載の定電圧電源回路。The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
請求項1に記載の定電圧電源回路。The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
出力電圧検出回路は、上記負荷と上記第1の電圧を供給する配線間に第1と第2の抵抗が直列接続され、該第1と第2の抵抗の共通接続点から上記検出電圧を出力する
請求項1に記載の定電圧電源回路。 The transistor that supplies the first output current to the load is configured by a P-channel MOSFET, the source of the P-channel MOSFET is connected to the wiring to which the second voltage is supplied, and the drain is connected to the load. ,
In the output voltage detection circuit, a first resistor and a second resistor are connected in series between the load and a wiring for supplying the first voltage, and the detected voltage is output from a common connection point of the first and second resistors. Do
The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
請求項1に記載の定電圧電源回路。 The constant voltage power supply circuit includes a gate control circuit, and the gate control circuit is connected between the output of the control signal generation circuit and the input terminal of the first transistor, and the input signal is output from the gate control circuit. When the first output current is large, the current output from the first transistor of the first variable current source is increased, and when the first output current is small, the first variable current is Reduced the current output from the first transistor of the source
The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
請求項1に記載の定電圧電源回路。The constant voltage power supply circuit according to claim 1.
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