JP5095504B2 - ボルテージレギュレータ - Google Patents
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Description
まず、ボルテージレギュレータの構成について説明する。図1は、ボルテージレギュレータを示す回路図である。
ボルテージレギュレータは、入力端子11、接地端子12、出力端子13、出力トランジスタ14、分圧回路15、基準電圧回路16、アンプ17、アドミタンス素子18、アンプ19、アドミタンス素子20、補助回路21、抵抗22及びアンプ23を備える。
出力トランジスタ14は、ゲートをアンプ19の出力端子とアドミタンス素子20の一端との接続点に接続され、ソース及びバックゲートを入力端子に接続され、ドレインを出力端子13に接続される。分圧回路15は、出力端子13と接地端子12との間に設けられる。基準電圧回路16は、アンプ17の非反転入力端子と接地端子12との間に設けられる。アンプ17は、反転入力端子を分圧回路15の出力端子に接続される。アドミタンス素子18は、他端を接地端子12に接続される。アンプ19は、入力端子をアンプ17の出力端子とアドミタンス素子18の一端との接続点に接続される。アドミタンス素子20は、他端を接地端子12に接続される。アンプ23は、入力端子を補助回路21の出力端子と抵抗22の一端との接続点に接続され、出力端子をアンプ19の出力端子とアドミタンス素子20の一端との接続点に接続される。補助回路21は、入力端子を入力端子11に接続される。抵抗22は、他端をアンプ17の出力端子とアドミタンス素子18の一端との接続点に接続される。
アドミタンス素子18は、アンプ17の出力抵抗とアンプ17の出力端子のノードの寄生容量との並列接続回路である。
アンプ17では、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなると、高くなった分が増幅され、出力電流が少なくなり、出力電流及びアドミタンス素子18により、出力電圧が低くなる。また、分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低くなると、低くなった分が増幅され、出力電流が多くなり、出力電圧が高くなる。
出力電圧Voutが高くなると、分圧電圧Vfbも高くなる。分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなると、高くなった分が増幅され、アンプ17の出力電圧が低くなる。アンプ17の出力電圧が低くなると、低くなった分が増幅され、出力トランジスタ14のゲート電圧が高くなる。また、アンプ17の出力電圧が低くなると、低くなった分が増幅され、出力トランジスタ14のゲート電圧がより高くなる。すると、出力トランジスタ14はオフしていき、出力電圧Voutは低くなる。よって、出力電圧Voutは一定の所望電圧に制御される。
入力電圧Vinがリップルを乗せて高くなると、リップルに基づき、出力電圧Voutも高くなり、分圧電圧Vfbも高くなる。分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなると、高くなった分が増幅され、アンプ17の出力電圧が低くなる。アンプ17の出力電圧が低くなると、低くなった分が増幅され、出力トランジスタ14のゲート電圧が高くなる。また、入力電圧Vinがリップルを乗せて高くなると、そのリップルは補助回路21によって検出され、アンプ23の入力電圧も高くなる。アンプ23の入力電圧が高くなると、高くなった分が増幅され、出力トランジスタ14のゲート電圧が低くなる。ここで、入力電圧Vinがリップルを乗せる時において、出力端子13でリップルの影響が打ち消されるように、アンプ23による出力トランジスタ14のゲート電圧の降下量及びアンプ19による出力トランジスタ14のゲート電圧の上昇量が回路設計されるので、出力電圧Voutはリップルの影響を受けない。
このようにすると、アンプ19及びアンプ23は出力トランジスタ14に対してプッシュプル出力を行うので、アイドリング電流が少なくても、出力トランジスタ14のゲートに対するシンク電流とソース電流とはバランス良く多くなることができ、ボルテージレギュレータは高速応答しやすくなる。
まず、ボルテージレギュレータの構成について説明する。図2は、ボルテージレギュレータを示す回路図である。
ボルテージレギュレータは、PMOSトランジスタ31〜35、出力トランジスタ36、NMOSトランジスタ37〜40、基準電圧回路41、定電流回路42、抵抗43、容量44、分圧回路45、入力端子46、接地端子47及び出力端子48を備える。
PMOSトランジスタ31は、ゲートをPMOSトランジスタ32のゲートに接続され、ソースを入力端子46に接続され、ドレインをNMOSトランジスタ37のドレインに接続される。PMOSトランジスタ32は、ソースを入力端子46に接続され、ドレインをゲートに接続される。PMOSトランジスタ33は、ゲートをドレインに接続され、ソースを入力端子46に接続される。PMOSトランジスタ34は、ゲートをPMOSトランジスタ33のゲートに接続され、ソースを入力端子46に接続され、ドレインをNMOSトランジスタ40のドレインに接続される。PMOSトランジスタ35は、ゲートをPMOSトランジスタ33のゲートに抵抗43を介して接続され、ソースを入力端子46に接続され、ドレインをNMOSトランジスタ40のドレインに接続される。容量44は、抵抗43とPMOSトランジスタ35との接続点と、接地端子47と、の間に設けられる。出力トランジスタ36は、ゲートをPMOSトランジスタ34のドレインに接続され、ソースを入力端子46に接続され、ドレインを出力端子48に接続される。
PMOSトランジスタ32〜33、NMOSトランジスタ38〜39、基準電圧回路41及び定電流回路42は、第一アンプとして機能する。PMOSトランジスタ31、PMOSトランジスタ34、NMOSトランジスタ37及びNMOSトランジスタ40は、第二アンプとして機能する。第二アンプの入力端子は、PMOSトランジスタ31及びPMOSトランジスタ34のゲートであり、出力端子は、PMOSトランジスタ34及びNMOSトランジスタ40のドレインである。PMOSトランジスタ35は、第三アンプとして機能する。第三アンプの入力端子は、PMOSトランジスタ35のゲートであり、出力端子は、PMOSトランジスタ35のドレインである。第三アンプは、第二アンプと協働で出力トランジスタ36に対してプッシュプル出力を行う。
出力電圧Voutが高くなると、分圧電圧Vfbも高くなる。分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなると、NMOSトランジスタ39のドレイン電流はNMOSトランジスタ38のドレイン電流よりも多くなる。すると、カレントミラー回路により、PMOSトランジスタ34のドレイン電流が多くなり、NMOSトランジスタ40のドレイン電流が少なくなる。また、PMOSトランジスタ35のゲート電圧が低くなり、PMOSトランジスタ35がオンしていく。よって、出力トランジスタ36のゲート電圧が高くなり、出力トランジスタ36がオフしていき、出力電圧Voutが低くなる。よって、出力電圧Voutは一定の所望電圧に制御される。
入力電圧Vinがリップルを乗せる場合、リップルに基づき、PMOSトランジスタ34のゲート・ソース間電圧が変動し、PMOSトランジスタ34のソース・ドレイン間電圧も変動してしまう。よって、PMOSトランジスタ34の動作も変動してしまう。
このようにすると、第二アンプ及び第三アンプは出力トランジスタ36に対してプッシュプル出力を行うので、アイドリング電流が少なくても、出力トランジスタ36のゲートに対するシンク電流とソース電流とはバランス良く多くなることができ、ボルテージレギュレータは高速応答しやすくなる。
まず、ボルテージレギュレータの構成について説明する。図3は、ボルテージレギュレータを示す回路図である。
ボルテージレギュレータは、PMOSトランジスタ51〜54、出力トランジスタ55、PMOSトランジスタ56〜57、NMOSトランジスタ58〜61、基準電圧回路62、定電流回路63、抵抗64、容量65、分圧回路66、入力端子67、接地端子68及び出力端子69を備える。
PMOSトランジスタ51は、ゲートをPMOSトランジスタ52のゲートに接続され、ソースを入力端子67に接続され、ドレインをPMOSトランジスタ56のソースに接続される。PMOSトランジスタ56は、ゲートをPMOSトランジスタ51のゲートに接続され、ドレインをNMOSトランジスタ58のドレインに接続される。PMOSトランジスタ52は、ソースを入力端子67に接続され、ドレインをゲートに接続される。PMOSトランジスタ53は、ゲートをPMOSトランジスタ54のゲートに接続され、ソースを入力端子67に接続され、ドレインをゲートに接続される。PMOSトランジスタ54は、ソースを入力端子67に接続され、ドレインをPMOSトランジスタ57のソースに接続される。PMOSトランジスタ57は、ゲートをPMOSトランジスタ53のゲートに抵抗64を介して接続され、ドレインをNMOSトランジスタ61のドレインに接続される。容量65は、抵抗64とPMOSトランジスタ57との接続点と、接地端子68と、の間に設けられる。出力トランジスタ55は、ゲートをPMOSトランジスタ57のドレインに接続され、ソースを入力端子67に接続され、ドレインを出力端子69に接続される。
PMOSトランジスタ52〜53、NMOSトランジスタ59〜60、基準電圧回路62及び定電流回路63は、第一アンプとして機能する。PMOSトランジスタ51、PMOSトランジスタ54、PMOSトランジスタ56〜57、NMOSトランジスタ58及びNMOSトランジスタ61は、第二アンプとして機能する。第二アンプの第一入力端子は、PMOSトランジスタ51及びPMOSトランジスタ54のゲートであり、第二入力端子は、PMOSトランジスタ57のゲートであり、出力端子は、PMOSトランジスタ57及びNMOSトランジスタ61のドレインである。第二アンプは、出力トランジスタ55に対してプッシュプル出力を行う。
PMOSトランジスタ56〜57は、PMOSトランジスタ51及びPMOSトランジスタ54よりも閾値電圧を低く回路設計される。または、PMOSトランジスタ56〜57は、PMOSトランジスタ51及びPMOSトランジスタ54よりも伝達コンダクタンスを大きく回路設計される。よって、PMOSトランジスタ51とPMOSトランジスタ54とPMOSトランジスタ56〜57は、飽和領域で動作しやすい。
出力電圧Voutが高くなると、分圧電圧Vfbも高くなる。分圧電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高くなると、NMOSトランジスタ60のドレイン電流はNMOSトランジスタ59のドレイン電流よりも多くなる。すると、カレントミラー回路により、PMOSトランジスタ54及びPMOSトランジスタ57のドレイン電流が多くなり、NMOSトランジスタ61のドレイン電流が少なくなる。よって、出力トランジスタ55のゲート電圧が高くなり、出力トランジスタ55がオフしていき、出力電圧Voutが低くなる。よって、出力電圧Voutは一定の所望電圧に制御される。
入力電圧Vinがリップルを乗せる場合、リップルに基づき、PMOSトランジスタ54のゲート・ソース間電圧が変動し、PMOSトランジスタ54のソース・ドレイン間電圧も変動してしまう。よって、PMOSトランジスタ54の動作も変動してしまう。
このようにすると、第二アンプは出力トランジスタ55に対してプッシュプル出力を行うので、アイドリング電流が少なくても、出力トランジスタ55のゲートに対するシンク電流とソース電流とはバランス良く多くなることができ、ボルテージレギュレータは高速応答しやすくなる。
13……出力端子 14……出力トランジスタ
15……分圧回路 16……基準電圧回路
17、19、23……アンプ 18、20……アドミタンス素子
21……補助回路 22……抵抗
Vin……入力電圧 VSS……接地電圧
Vout……出力電圧 Vref……基準電圧
Vfb……分圧電圧
Claims (4)
- ボルテージレギュレータにおいて、
入力端子と、
接地端子と、
出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に設けられ、入力電圧及びゲート電圧に基づいて出力電圧を出力する出力トランジスタと、
前記出力端子と前記接地端子との間に設けられ、前記出力電圧を分圧した分圧電圧を出力する分圧回路と、
基準電圧を出力する基準電圧回路と、
前記基準電圧が入力される第一入力端子と、前記分圧電圧が入力される第二入力端子とを備え、前記第一入力端子と前記第二入力端子の電圧差を増幅する第一アンプと、
前記第一アンプの出力端子と前記出力トランジスタのゲートとの間に設けられたプッシュプル出力の第二アンプと、
前記第一アンプの前記出力端子に設けられた抵抗と、
前記抵抗と前記出力トランジスタのゲートとの間に設けられた第三アンプと、
前記抵抗と前記第三アンプの入力端子との接続点に設けられ、前記入力電圧のリップルを検出して、前記第三アンプを前記リップルに基づいて動作させる補助回路と、
を備え、前記第3アンプのリップルによる変動が前記第2アンプのリップルによる変動を相殺することを特徴とするボルテージレギュレータ。 - 前記補助回路は、
前記第三アンプの入力端子と前記接地端子との間に設けられる容量である、
ことを特徴とする請求項1記載のボルテージレギュレータ。 - 前記第三アンプは、ゲートを前記抵抗に接続され、ソースを前記入力端子に接続され、ドレインを前記出力トランジスタのゲートに接続されるPMOSトランジスタである
ことを特徴とする請求項2記載のボルテージレギュレータ。 - ボルテージレギュレータにおいて、
入力端子と、
接地端子と、
出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に設けられ、入力電圧及びゲート電圧に基づいて出力電圧を出力する出力トランジスタと、
前記出力端子と前記接地端子との間に設けられ、前記出力電圧を入力されて前記出力電圧を分圧して分圧電圧を出力する分圧回路と、
基準電圧を出力する基準電圧回路と、
前記基準電圧が入力される第一入力端子と、前記分圧電圧が入力される第二入力端子とを備え、前記第一入力端子と前記第二入力端子の電圧差を増幅する第一アンプと、
前記第一アンプの出力端子に接続される抵抗と、
ゲートを前記第一アンプの出力端子に接続され、ソースを前記入力端子に接続される第一PMOSトランジスタと、ゲートを前記抵抗に接続され、ソースを前記第一PMOSトランジスタのドレインに接続され、ドレインを前記出力トランジスタのゲートに接続される第二PMOSトランジスタと、前記第一PMOSトランジスタ及び前記第二PMOSトランジスタとプッシュプル出力回路を構成するNMOSトランジスタと、を備えた第二アンプと、
前記第二アンプの第二入力端子と前記接地端子との間に設けられる容量と、
を備え、前記第二PMOSトランジスタのリップルによる変動が前記第一PMOSトランジスタのリップルによる変動を相殺することを特徴とするボルテージレギュレータ。
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