JP4568568B2 - 定電圧回路 - Google Patents
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Description
この問題を解決するために、後記する特許文献1には、出力電流に比例して誤差増幅回路のバイアス電流を変化させることにより、応答速度と省電力化の両立を実現するボルテージ・レギュレータが開示されている。
NMOSトランジスタM13、M14は、入力トランジスタであり、MMOSトランジスタM13のゲートには基準電圧回路11の出力電圧が印加され、NMOSトランジスタ14のゲートには、出力電圧が抵抗R11、R12で電圧分割されて印加されている。
NMOSトランジスタM15は、差動入力トランジスタM13とM14の共通接続されたソースとアース間に接続され、ゲートには基準電圧回路11の出力電圧が印加されており、誤差増幅回路12の所定のバイアス電流を生成供給している。
出力トランジスタM19は、PMOSトランジスタで構成され、電源端子15と出力端子14間に接続され、誤差増幅回路12からの誤差信号によって、出力電圧が所定の一定電圧になるように修正制御を行なう。
PMOSトランジスタM16と出力トランジスタM19のソース及びゲートは、それぞれ共通接続されてカレンシミラー回路を構成している。従って、PMOSトランジスタM16のドレイン電流は、出力トランジスタM19のドレイン電流に比例する。また、出力トランジスタM19のドレイン電流は、出力電流にほぼ等しいので、PMOSトランジスタM16のドレイン電流は、出力電流に比例した電流となる。
このように、出力電流に対応して、誤差増幅回路12のバイアス電流が増減するようになり、定電圧回路の出力電流が増加した場合は、誤差増幅回路12のバイアス電流も増加し負荷応答特性が改善される。
一方、出力トランジスタとカレントミラー回路を構成するモニタトランジスタが、出力トランジスタのドレイン電流に比例するドレイン電流を、追加バイアス電流として出力し、追加回路によって、この追加バイアス電流が、誤差増幅回路の所定バイアス電流に追加される。
そして、第1の発明では、選択設定手段によって、出力トランジスタのドレイン電流がほぼ零の場合にも、追加バイアス電流が出力するように、出力トランジスタとモニタトランジスタとの作動条件が選択設定されるので、出力トランジスタのドレイン電流が、ほぼ霊の場合にも、追加バイアス電流が出力され、無負荷からの急激な負荷変動に対して、追加バイアス電流が不足することなく対応して増加し、出力トランジスタから安定した出力電圧が出力されると共に、軽負荷時に位相余裕が確保される。
本発明の第1の実施の形態を、図1ないし図4を参照して説明する。
図1は本実施の形態の構成を示す回路図、図2は本実施の形態の出力電流と追加バイアス電流の関係を示す特性図、図3は本実施の形態の出力トランジスタとモニタトランジスタのゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図、図4はPMOSトランジスタのゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図である。
一方、入力電圧源Vddと出力端子to間に、PMOSトランジスタで構成される出力トランジスタM1が接続され、この出力トランジスタM1と、PMOSトランジスタで構成されるモニタトランジスタM2とは、ゲートとソースがそれぞれ共通に接続されてカレントミラー回路を構成している。
モニタトランジスタM2は、出力トランジスタM1のドレイン電流I2に対応するドレイン電流I3を生成する。NMOSトランジスタM3、M4で構成される追加回路は、モニタトランジスタM2から供給されるドレイン電流I3に対応する追加バイアス電流I4を、前述の固定のバイアス電流I1に追加する。
そして、本実施の形態では、モニタトランジスタM2として閾値電圧が、出力トランジスタM1の閾値電圧よりも低い素子が選択使用されており、このために、出力トランジスタM1のドレイン電流I2と、モニタトランジスタM2のドレイン電流I3とには比例関係は存在しない。そして、本実施の形態では、出力トランジスタM1とモニタトランジスタM2のゲート電圧は、同一電圧値に設定されている。
本実施の形態の出力トランジスタM1とモニタトランジスタM2のゲート電圧Vgsとドレイン電流の関係は、図3に示すようになり、出力トランジスタM1の閾値電圧はVth1、モニタトランジスタM2の閾値電圧はVth2となり、通常モニタトランジスタM2のドレイン電流Idが、出力トランジスタM1のドレイン電流Idよりも小さいが、同図において、出力トランジスタM1とモニタトランジスタM2のドレイン電流Idの単位は必ずしも同一ではない。
この時の出力トランジスタM1のゲート電圧は、図3に示すようにVgs1となり、本実施の形態では、出力トランジスタM1とモニタトランジスタM2のゲート電圧が同一に設定されているので、モニタトランジスタM2のドレイン電流は、図3に示すようにId1となる。
この状態から出力電流Ioが流れ始め、出力トランジスタM1のドレイン電流I2が、図3に示すId2になると、出力トランジスタM1のゲート電圧はVgs2となり、モニタトランジスタM2のドレイン電流はId3になる。
このようにして、本実施の形態では、出力電流Ioが少ない領域において、出力トランジスタM1のドレイン電流I2の変化に対して、モニタトランジスタM2のドレイン電流I3の変化が大きくなる。
そして、出力電流Ioが5mAを越えた近傍から、従来の特性を示す破線表示の特性直線Aに、ほぼ平行な直線特性領域に入り、出力電流Ioが60mA以降では、追加バイアス電流は一定値を保持する。
従来の回路で、本実施の形態で得られる追加バイアス電流を得ようとすると、従来の特性直線Aを、図2に一点鎖線で示す特性曲線A´位置に平行移動する必要がある。この特性直線A´の出力電流Ioが0の時の追加バイアス電流はほぼ100μAである。
、このように、従来の回路で本実施の形態と同様の追加バイアス電流を得るためには、最初から100μAを固定バイアス電流源21に追加する必要があり、無負荷時の消費電流が増加することになる。
本発明の第2の実施の形態を、図5及び図6を参照して説明する。
図5は本実施の形態の構成を示す回路図、図6は本実施の形態の出力トランジスタとモニタトランジスタのゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図である。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第1の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
出力電流Ioが0の時の出力トランジスタM1のゲート電圧をVgs3とすると、モニタトランジスタM2のゲート電圧はVgs4で、ドレイン電流はId4となる。
この状態から出力電流Ioが流れ始め、出力トランジスタM1のドレイン電流がid4に達した時の出力トランジスタM1のケート電圧はVgs4となる。
この時のモニタトランジスタM2のゲート電圧はVgs5で、ドレイン電流はId5となる。
また、追加バイアス電流I4は、応答特性が満足できる電流以上は不必要なので、本実施の形態でも、第1の実施の形態と同様に、抵抗R3によって、追加バイアス電流I4を所定の電流値に制限している。
本発明の第2の実施の形態を図7を参照して、図3を流用して説明する。
図7は本実施の形態の構成を示す回路図である。
本実施の形態では、すでに説明した第1の実施の形態から、固定バイアス電流源21が取り除かれている。
本実施の構成のその他の部分の構成は、すでに説明した第1の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
モニタトランジスタM2と出力トランジスタM1のゲート電圧は同一であるから、モニタトランジスタM2のドレイン電流は、図3に示すようにId1となり、このモニタトランジスタM2のドレイン電流Id1が、誤差増幅回路12Aに固定バイアス電流として供給されている。
本発明の第4の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、すでに説明した第1の実施の形態、或いは第3の実施の形態に対して、モニタトランジスタM2のゲート長が、出力トランジスタM1のケート長よりも短くなっている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第1の実施の形態、或いは第3の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
12 誤差増幅回路
13 追加バイアス電流生成回路
M1 出力トランジスタ
M2 モニタトランジスタ
Claims (5)
- 基準電圧と出力電圧を、所定バイアス電流条件下で比較し、前記出力電圧を修正制御する誤差信号を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差信号に基づいて、修正制御された定電圧出力信号を出力する出力トランジスタと、
該出力トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記出力トランジスタのドレイン電流に比例するドレイン電流を、追加バイアス電流として出力するモニタトランジスタと、
前記追加バイアス電流を、前記誤差増幅回路の前記所定バイアス電流に追加する追加回路と
を備えた定電圧回路に対して、
前記出力トランジスタのドレイン電流がほぼ零の場合にも、前記追加バイアス電流が出力するように、前記出力トランジスタと前記モニタトランジスタの作動条件を選択設定する選択設定手段が、さらに設けられ、
選択設定手段によって、モニタトランジスタの閾値電圧が、出力トランジスタの閾値電圧よりも低く選択され、前記モニタトランジスタと前記出力トランジスタのゲート電圧が同電位に設定されている
ことを特徴とする定電圧回路。 - 基準電圧と出力電圧を、所定バイアス電流条件下で比較し、前記出力電圧を修正制御する誤差信号を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差信号に基づいて、修正制御された定電圧出力信号を出力する出力トランジスタと、
該出力トランジスタとカレントミラー回路を構成し、前記出力トランジスタのドレイン電流に比例するドレイン電流を、追加バイアス電流として出力するモニタトランジスタと、
前記追加バイアス電流を、前記誤差増幅回路の前記所定バイアス電流に追加する追加回路と
を備えた定電圧回路に対して、
前記出力トランジスタのドレイン電流がほぼ零の場合にも、前記追加バイアス電流が出力するように、前記出力トランジスタと前記モニタトランジスタの作動条件を選択設定する選択設定手段が、さらに設けられ、
選択設定手段によって、モニタトランジスタのゲート電圧が、出力トランジスタのゲート電圧よりも高くなるように周辺回路構成が選択設定されていることを特徴とする定電圧回路。 - 選択設定手段によって、さらに、モニタトランジスタの周辺回路構成が、追加バイアス電流を制限するように選択設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の定電圧回路。
- 選択設定手段によって、さらに、モニタトランジスタのゲート長が、出力トランジスタのゲート長よりも短く選択され、前記モニタトランジスタのゲート電圧と、前記出力トランジスタのゲート電圧が同電位に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の定電圧回路。
- 選択設定手段によって、さらに、出力トランジスタのドレイン電流がほぼ零の場合に出力される追加バイアス電流が、誤差増幅回路の所定バイアス電流となるように選択設定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れかに記載の定電圧回路。
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