JP5697382B2 - Constant voltage circuit - Google Patents
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Description
本発明は、定電圧回路の位相補償技術に関する。 The present invention relates to a phase compensation technique for a constant voltage circuit.
定電圧直流電源回路として、電圧制御素子が負荷に直列に接続されるシリーズレギュレータが利用されている。シリーズレギュレータは、スイッチングレギュレータと比べて電源リプルやノイズが少なく、安定性が高いという利点を有している。図1は、シリーズレギュレータ回路の概略構成図である。 A series regulator in which a voltage control element is connected in series to a load is used as a constant voltage DC power supply circuit. Series regulators have the advantages of less power ripple and noise and higher stability than switching regulators. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a series regulator circuit.
シリーズレギュレータ回路100は、第1トランジスタQ1と、抵抗R1及びR2の直列接続を備える分圧回路と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、バイパスコンデンサC1と、位相補償コンデンサC2を備える。
The
第1トランジスタQ1は、入力電圧VINと負荷Lの間に直列に接続されて負荷Lに出力電圧VOUTを供給する。第1トランジスタQ1のエミッタ電極は負荷Lに接続され、第1トランジスタQ1のコレクタ電極は入力電圧VINに接続される。 The first transistor Q1 is connected in series between the input voltage VIN and the load L, and supplies the output voltage VOUT to the load L. The emitter electrode of the first transistor Q1 is connected to the load L, and the collector electrode of the first transistor Q1 is connected to the input voltage VIN.
出力電圧VOUTを安定化するために、負荷LにはバイパスコンデンサC1が並列に接続される。抵抗R1及びR2の直列接続を備える分圧回路は、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTとグランドとの間に接続され、出力電圧VOUTに比例する分圧電圧Vdvを生成する。 In order to stabilize the output voltage VOUT, a bypass capacitor C1 is connected in parallel to the load L. A voltage dividing circuit including a series connection of resistors R1 and R2 is connected between the output voltage VOUT of the first transistor Q1 and the ground, and generates a divided voltage Vdv proportional to the output voltage VOUT.
差動部1は、基準電圧生成部2が生成する基準電圧Vrefと分圧電圧Vdvを入力し、基準電圧Vrefと分圧電圧Vdvとの差に応じた差分電圧を増幅部3へ出力する。差動部1の出力と入力電圧VINとの間には、位相補償コンデンサC2が接続される。
The
増幅器3の出力は、第1トランジスタQ1のベース電極へ接続される。増幅器3は、差分電圧を増幅して第1トランジスタQ1のベース電極へ入力する。
The output of the
なお、下記特許文献1には、負荷の増大に対応して抵抗値が減少する可変抵抗部を有する増幅段を備えるシリーズレギュレータ電源回路が記載されている。このシリーズレギュレータ電源回路は、さらに位相補償解除手段であるMOSスイッチを備えることにより重負荷時にゼロを生成して、軽負荷時と重負荷時共に最適な周波数特性を確保する。
シリーズレギュレータの位相補償をする際に伝達関数の周波数特性が考慮される。シリーズレギュレータ回路100が位相補償コンデンサC2を備える場合、伝達関数は、負荷Lの抵抗及びバイパスコンデンサC1の容量で定まる第1ポールと、差動部1の出力インピーダンス及び位相補償コンデンサC2の容量で定まる第2ポールを有する。
The frequency characteristics of the transfer function are taken into account when phase compensation of the series regulator. When the
負荷Lの抵抗の値をRL及びバイパスコンデンサC1の容量の値をCoとするとき、第1ポールの周波数fp1は次式(1)によって与えられる。
fp1=1/(2π×RL×Co) (1)
When the resistance value of the load L is RL and the capacitance value of the bypass capacitor C1 is Co, the frequency fp1 of the first pole is given by the following equation (1).
fp1 = 1 / (2π × RL × Co) (1)
差動部1の出力インピーダンスの値をZ、位相補償コンデンサC2の値をCpとするとき、第2ポールの周波数fp2は次式(2)によって与えられる。
fp2=1/(2π×Z×Cp) (2)
When the value of the output impedance of the
fp2 = 1 / (2π × Z × Cp) (2)
シリーズレギュレータ回路100が安定的に動作するためには、位相余裕が大きい方が望ましい。位相余裕は、ゲインがゼロに達する周波数においてポールによる位相シフト量が180度よりも何度小さいかによって定まる。
In order for the
本発明は、シリーズレギュレータ回路の位相余裕を増大させることを目的とする。 An object of the present invention is to increase the phase margin of a series regulator circuit.
本発明の一態様による定電圧回路は、入力電圧と負荷の間に接続されて負荷に出力電圧を供給する第1トランジスタと、出力電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部と、基準電圧と電圧信号との差に応じた差分電圧を出力する差動部と、差分電圧を増幅して第1トランジスタの制御電極へ入力する増幅部と、差動部及び増幅部の少なくともいずか一方の出力へ第1トランジスタの出力電流に応じた電流を負帰還させるフィードバック経路を備える。 A constant voltage circuit according to an aspect of the present invention includes a first transistor that is connected between an input voltage and a load and supplies an output voltage to the load, a voltage detection unit that outputs a voltage signal corresponding to the output voltage, and a reference voltage A differential unit that outputs a differential voltage corresponding to a difference between the differential signal and the voltage signal; an amplifier unit that amplifies the differential voltage and inputs the differential voltage to the control electrode of the first transistor; and at least one of the differential unit and the amplifier unit A feedback path for negatively feeding back a current corresponding to the output current of the first transistor to the output of the first transistor.
本発明によれば、第1トランジスタの出力電流に応じた帰還電流を差動部及び増幅部の少なくとも一方の出力に負帰還させることにより、帰還電流が帰還した差動部及び/又は増幅部の出力インピーダンスを低減することができる。この結果、シリーズレギュレータ回路の利得が低減するため、シリーズレギュレータ回路の位相余裕を増大することが可能となる。 According to the present invention, the feedback current corresponding to the output current of the first transistor is negatively fed back to the output of at least one of the differential unit and the amplification unit, so that the differential unit and / or the amplification unit to which the feedback current is fed back. The output impedance can be reduced. As a result, the gain of the series regulator circuit is reduced, so that the phase margin of the series regulator circuit can be increased.
また、本発明によれば、上記帰還電流を差動部の出力に負帰還させることによって差動部の出力インピーダンスを低減することができる。その結果、第2ポールの周波数fp2を高周波側へ移動させ、シリーズレギュレータ回路の位相余裕を増大することが可能となる。 In addition, according to the present invention, the output impedance of the differential section can be reduced by negatively feeding back the feedback current to the output of the differential section. As a result, the frequency fp2 of the second pole can be moved to the high frequency side, and the phase margin of the series regulator circuit can be increased.
本発明では、差動部及び/又は増幅部の出力インピーダンスを低下させるために、第1トランジスタの出力電流に応じた帰還電流を負帰還させる。差動部及び/又は増幅部の出力インピーダンスを低下させる他の手法として、差動部や増幅部を構成する回路素子の定数を調整して出力インピーダンスを低下させることも考えられる。しかし、本発明によれば、回路素子の定数を調整する手法と比較して、出力インピーダンスの低下量を大きくすることが容易である。また、本発明によれば出力インピーダンスの調整が容易となるため、より高精度に出力インピーダンスの値を設定することが可能となる。 In the present invention, in order to reduce the output impedance of the differential unit and / or the amplifier unit, the feedback current corresponding to the output current of the first transistor is negatively fed back. As another method of reducing the output impedance of the differential unit and / or the amplification unit, it is conceivable to reduce the output impedance by adjusting constants of circuit elements constituting the differential unit and the amplification unit. However, according to the present invention, it is easy to increase the amount of decrease in output impedance as compared with the method of adjusting the constants of circuit elements. Further, according to the present invention, the output impedance can be easily adjusted, so that the output impedance value can be set with higher accuracy.
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例について説明する。図2は、第1実施例によるシリーズレギュレータ回路の構成図である。シリーズレギュレータ回路10は、第1トランジスタQ1と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、電圧検出部4と、電流信号生成部5と、バイパスコンデンサC1と、位相補償コンデンサC2を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a configuration diagram of the series regulator circuit according to the first embodiment. The
第1トランジスタQ1は、NPN型のバイポーラトランジスタであって、エミッタ電極及びコレクタ電極が導通電極として、ベース電極が制御電極として使用される。第1トランジスタQ1のコレクタ電極には入力電圧VINが接続され、エミッタ電極には負荷Lが接続される。第1トランジスタQ1は、負荷Lに出力電圧VOUTおよび出力電流I1を出力する。 The first transistor Q1 is an NPN-type bipolar transistor, and an emitter electrode and a collector electrode are used as a conductive electrode, and a base electrode is used as a control electrode. An input voltage VIN is connected to the collector electrode of the first transistor Q1, and a load L is connected to the emitter electrode. The first transistor Q1 outputs the output voltage VOUT and the output current I1 to the load L.
出力電圧VOUTの値及び出力電流I1の値の位相は、ベース電極への印加電圧の値の位相と同相である。すなわち、ベース電極への印加電圧が大きくなるとき出力電圧VOUT及び出力電流I1は大きくなり、ベース電極への印加電圧が小さくなるとき出力電圧VOUT及び出力電流I1は小さくなる。 The phase of the value of the output voltage VOUT and the value of the output current I1 is in phase with the phase of the value of the voltage applied to the base electrode. That is, when the voltage applied to the base electrode increases, the output voltage VOUT and the output current I1 increase, and when the voltage applied to the base electrode decreases, the output voltage VOUT and the output current I1 decrease.
バイパスコンデンサC1は負荷Lに並列に接続される。電圧検出部4は、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTに応じた電圧信号V1を出力する。電圧検出部4は、例えば、出力電圧VOUTとグランドとの間に接続される複数の抵抗の直列接続を有する分圧回路であってよい。
The bypass capacitor C1 is connected to the load L in parallel. The
差動部1は、基準電圧Vrefを生成する基準電圧生成部2及び電圧検出部4の出力に接続される差動増幅器を備える。この差動増幅器の正入力及び負入力にはそれぞれ電圧信号V1と基準電圧Vrefが印加される。
The
差動部1の出力は、増幅部3の入力に接続される。差動部1は、基準電圧Vrefと電圧信号V1との差に応じた差分電圧V2を差動部3に出力する。基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなった場合には差分電圧V2が大きくなり、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなった場合には差分電圧V2が小さくなる。位相補償コンデンサC2は、差動部1の出力と入力電圧VINとの間に接続される。
The output of the
増幅部3は、反転増幅器を備える。反転増幅器の入力は差動部1の出力に接続され、出力は第1トランジスタQ1のベース電極へ接続される。増幅部3は、差動部1から出力される差分電圧V2を反転増幅して第1トランジスタQ1のベース電極へ入力する。
The
したがって、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなったとき、第1トランジスタQ1のベース電極へ印加される電圧が小さくなり、出力電圧VOUTが小さくなるように第1トランジスタQ1が制御される。また、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなったとき、第1トランジスタQ1のベース電極へ印加される電圧が大きくなり、出力電圧VOUTが大きくなるように第1トランジスタQ1が制御される。 Accordingly, when the divided voltage V1 becomes larger than the reference voltage Vref, the voltage applied to the base electrode of the first transistor Q1 is reduced, and the first transistor Q1 is controlled so that the output voltage VOUT is reduced. Further, when the divided voltage V1 becomes smaller than the reference voltage Vref, the voltage applied to the base electrode of the first transistor Q1 is increased, and the first transistor Q1 is controlled so that the output voltage VOUT is increased.
電流信号生成部5は、第1トランジスタQ1の出力電流I1に応じた電流信号I2を生成する。電流信号生成部5によって生成された電流信号を、「帰還電流」と表記することがある。
The
後述するように、電流信号生成部5は、入力電圧VINと第1トランジスタQ1と負荷Lに対して直列接続されたシャント抵抗と、シャント抵抗による降下電圧を検出するセンスアンプにより実現されてよい。また、電流信号生成部5は、第1トランジスタQ1と共通の制御信号によって制御されるトランジスタ素子により実現されてもよい。また、第1トランジスタQ1を駆動するために増幅部3に設けられたトランジスタ素子と共通の制御信号によって制御されるトランジスタ素子で、電流信号生成部5を実現してもよい。
As will be described later, the
図2に示す実施例では、電流信号生成部5は、出力電流I1の位相と同相の帰還電流I2を生成してよい。電流信号生成部5は、線路6を経由して帰還電流I2を差動部1の出力線7へ入力する。なお、電流信号生成部5及び線路6は、特許請求の範囲に記載されたフィードバック経路の一例として挙げられる。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
次に、差動部1の出力線7へ入力された帰還電流の作用について説明する。増幅部3は、差動部1の出力電圧V2を反転増幅する。このため、トランジスタQ1のベース電極には出力電圧V2と反対の位相の信号が印加される。したがって、差動部1の出力電圧V2の変化の方向と、トランジスタQ1の出力電流I1の変化の方向とが反対になる。
Next, the operation of the feedback current input to the output line 7 of the
このため、出力電流I1の位相と同相の帰還電流I2を差動部1の出力に帰還させると、帰還電流I2は差動部1の出力電圧V2の変化を妨げる向きに作用する。したがって、帰還電流I2の帰還は負帰還となる。この結果、差動部1における出力電流変化に対する出力電圧V2の変化が低下し、差動部1の出力インピーダンスが小さくなる。
For this reason, when the feedback current I2 having the same phase as the output current I1 is fed back to the output of the
なお、他の実施例においては、図3に示すように、電流信号生成部5から出力される帰還電流を増幅部3の出力線8へ入力してもよい。図3は、第2実施例によるシリーズレギュレータ回路の構成図である。帰還電流を増幅部3の出力線8へ入力することにより、増幅部3の出力インピーダンスが低下する。
In another embodiment, the feedback current output from the
この場合に電流信号生成部5は、帰還電流が負帰還になるように、すなわち帰還電流の変化の方向が増幅部3の出力電圧の変化の方向と反対になるように帰還電流を生成する。電流信号生成部5は、トランジスタQ1の出力電流I1の位相と逆相の帰還電流を生成する。
In this case, the
また、他の実施例では、差動部1の出力への帰還電流の負帰還と、増幅部3の出力への帰還電流の負帰還を組み合わせてもよい。
In another embodiment, negative feedback of feedback current to the output of the
差動部1の出力インピーダンス及び/又は増幅部3の出力インピーダンスを低減することにより、シリーズレギュレータ回路10のゲインが低減する。この結果、シリーズレギュレータ回路10の位相余裕が増加する。図4の(A)及び図4の(B)は、ゲインの低減による位相余裕の増加を説明するボード線図である。
By reducing the output impedance of the
図4の(A)及び図4の(B)は、それぞれ第1ポールfp1及び第2ポールfp2を有するシリーズレギュレータのゲイン線図及び位相線図である。ゲイン線図において、点線及び実線は、それぞれゲインが低減されない場合及びゲインが低減された場合の特性を示す。 4A and 4B are a gain diagram and a phase diagram of a series regulator having a first pole fp1 and a second pole fp2, respectively. In the gain diagram, a dotted line and a solid line indicate characteristics when the gain is not reduced and when the gain is reduced, respectively.
図4の(A)及び図4の(B)の例では、ゲインが低減されない場合、周波数faにてゲインがゼロになる前に位相シフト量が180度に達する。このため位相余裕はゼロである。一方で、ゲインが低減されると周波数fbにてゲインがゼロになっても位相シフト量はまだ180度に達しない。このため、位相余裕Pmが存在する。このように、ゲイン低減によってシリーズレギュレータの位相余裕が改善される。 In the example of FIGS. 4A and 4B, when the gain is not reduced, the phase shift amount reaches 180 degrees before the gain becomes zero at the frequency fa. For this reason, the phase margin is zero. On the other hand, when the gain is reduced, the phase shift amount does not yet reach 180 degrees even when the gain becomes zero at the frequency fb. For this reason, there is a phase margin Pm. In this way, the phase margin of the series regulator is improved by reducing the gain.
次に、差動部1の出力インピーダンスの低減により位相余裕が増加する効果について説明する。差動部1と増幅部3との間に位相補償コンデンサC2が設けられた場合、シリーズレギュレータ回路10の伝達関数は、上式(2)の周波数で与えられる第2ポールを有する。レギュレータの位相補償をする場合には、第1ポールと第2ポールの間隔ができるだけ広い方が望ましい。
Next, the effect of increasing the phase margin by reducing the output impedance of the
位相補償コンデンサC2を集積回路(IC:Integrated Circuit)内に内蔵する場合には、位相補償コンデンサC2の容量には限界がある。このため、通常の場合には第2ポールは第1ポールよりも高周波側に発生する。 When the phase compensation capacitor C2 is built in an integrated circuit (IC), there is a limit to the capacity of the phase compensation capacitor C2. For this reason, in a normal case, the second pole is generated on the higher frequency side than the first pole.
第1ポールの周波数は、バイパスコンデンサC1の容量と負荷Lの抵抗値によって定まる。このため、負荷が大きくなると第1ポールが高周波側に移動するため位相余裕を悪化させる。位相余裕を改善する方法としては、バイパスコンデンサC1の容量を大きくすることが考えられるが、バイパスコンデンサC1の大容量化はコスト増大の要因となる。 The frequency of the first pole is determined by the capacitance of the bypass capacitor C1 and the resistance value of the load L. For this reason, when the load increases, the first pole moves to the high frequency side, so that the phase margin is deteriorated. As a method for improving the phase margin, it is conceivable to increase the capacity of the bypass capacitor C1, but increasing the capacity of the bypass capacitor C1 causes an increase in cost.
そこで本実施例では、出力インピーダンスの低減により位相余裕を増加する。上式(2)により差動部1のインピーダンスZが低下すると、第2ポールの周波数が高くなる。第2ポールの周波数が高くなることによる位相余裕への影響を図5の(A)及び(B)を参照して説明する。図5の(A)及び図5の(B)は、出力インピーダンスの低減による位相余裕の増加を説明するボード図である。
Therefore, in this embodiment, the phase margin is increased by reducing the output impedance. When the impedance Z of the
図5の(A)及び図5の(B)において、点線及び実線は、それぞれ出力インピーダンスが低減されない場合及び出力インピーダンスが低減された場合の特性を示す。また、fp1は第1ポールの周波数であり、fp21は出力インピーダンスが低減されない場合の第2ポールの周波数であり、fp22は出力インピーダンスが低減された場合の第2ポールの周波数である。出力インピーダンスが低減されたことにより、第2ポールの周波数は、fp21からより高速のfp22へ移動している。 In FIG. 5A and FIG. 5B, the dotted line and the solid line indicate the characteristics when the output impedance is not reduced and when the output impedance is reduced, respectively. Further, fp1 is the frequency of the first pole, fp21 is the frequency of the second pole when the output impedance is not reduced, and fp22 is the frequency of the second pole when the output impedance is reduced. As the output impedance is reduced, the frequency of the second pole moves from fp21 to a higher speed fp22.
図5の(A)及び図5の(B)の例では、出力インピーダンスが低減されない場合、周波数faにてゲインがゼロになる前に位相シフト量が180度に達する。このため位相余裕はゼロである。一方で、出力インピーダンスが低減された状態では、周波数fbにてゲインがゼロになるときに位相シフト量が180度に達していないため、位相余裕Pmが存在する。このように、出力インピーダンス低減によってシリーズレギュレータの位相余裕が増加する。 In the examples of FIGS. 5A and 5B, when the output impedance is not reduced, the phase shift amount reaches 180 degrees before the gain becomes zero at the frequency fa. For this reason, the phase margin is zero. On the other hand, in a state where the output impedance is reduced, the phase margin Pm exists because the phase shift amount does not reach 180 degrees when the gain becomes zero at the frequency fb. Thus, the phase margin of the series regulator increases due to the output impedance reduction.
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図6は、第3実施例によるシリーズレギュレータ回路の構成図である。シリーズレギュレータ回路10は、第1トランジスタQ1と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、電圧検出部4と、電流信号生成部5と、バイパスコンデンサC1と、差動部1と増幅部3との間に設けられた位相補償コンデンサC2を備える。
Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 6 is a block diagram of a series regulator circuit according to the third embodiment. The
第1トランジスタQ1は、NPN型のバイポーラトランジスタであって、エミッタ電極及びコレクタ電極が導通電極として、ベース電極が制御電極として使用される。第1トランジスタQ1のコレクタ電極には入力電圧VINが接続され、エミッタ電極には負荷Lが接続される。バイパスコンデンサC1は負荷Lに並列に接続される。 The first transistor Q1 is an NPN-type bipolar transistor, and an emitter electrode and a collector electrode are used as a conductive electrode, and a base electrode is used as a control electrode. An input voltage VIN is connected to the collector electrode of the first transistor Q1, and a load L is connected to the emitter electrode. The bypass capacitor C1 is connected to the load L in parallel.
電圧検出部4は、抵抗R1及びR2の直列接続を有する分圧回路を備える。抵抗R1及びR2は、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTとグランドとの間に接続される。電圧検出部4は、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTを、抵抗R1及びR2の比で分圧した分圧電圧V1を出力する。
The
差動部1は、NPN型トランジスタQ2及びQ3により形成される差動対と、トランジスタQ2及びQ3のエミッタ電極に共通接続された定電流源20と、PNP型トランジスタQ4及びQ5を含むカレントミラー回路と、を備える。また差動部1は、レベルシフト回路を形成する定電流源21及びPNP型トランジスタQ6の直列接続と、レベルシフト回路を形成する定電流源22及びPNP型トランジスタQ7の直列接続を備える。
The
トランジスタQ4及びQ5のエミッタ電極は入力電圧VINに接続され、コレクタ電極はそれぞれトランジスタQ2及びQ3のコレクタ電極へ接続される。また、トランジスタQ4及びQ5のベース電極はトランジスタQ5のコレクタ電極へ接続される。このようにトランジスタQ4及びQ5により形成されたカレントミラー回路は、トランジスタQ2及びQ3が形成する差動対に対して能動負荷として接続される。差動部1の出力線7はトランジスタQ2のコレクタ電極から取り出される。
The emitter electrodes of the transistors Q4 and Q5 are connected to the input voltage VIN, and the collector electrodes are connected to the collector electrodes of the transistors Q2 and Q3, respectively. The base electrodes of transistors Q4 and Q5 are connected to the collector electrode of transistor Q5. Thus, the current mirror circuit formed by the transistors Q4 and Q5 is connected as an active load to the differential pair formed by the transistors Q2 and Q3. The output line 7 of the
定電流源21は、入力電圧VINとトランジスタQ6のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ6のコレクタ電極はグランドに接続される。定電流源21及びトランジスタQ6は、ベース電極に印加される基準電圧Vrefの電圧レベルをシフトするレベルシフト回路を形成する。トランジスタQ6のエミッタ電極はトランジスタQ2のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の基準電圧VrefがトランジスタQ2のベース電極に入力される。
The constant
定電流源22は、入力電圧VINとトランジスタQ7のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ7のコレクタ電極はグランドに接続される。定電流源22及びトランジスタQ7は、ベース電極に印加される分圧電圧V1の電圧レベルをシフトするレベルシフト回路を形成する。トランジスタQ7のエミッタ電極はトランジスタQ3のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の分圧電圧V1がトランジスタQ3のベース電極に入力される。
The constant
差動対をなすトランジスタQ2及びQ3には、それぞれ基準電圧Vref及び分圧電圧V1が入力され、差動部1の出力線7からは基準電圧Vref及び分圧電圧V1の差に応じた差分電圧V2が出力される。
The reference voltage Vref and the divided voltage V1 are input to the transistors Q2 and Q3 forming the differential pair, respectively, and a differential voltage corresponding to the difference between the reference voltage Vref and the divided voltage V1 is output from the output line 7 of the
増幅部3は、レベルシフト回路を形成する定電流源23及びPNP型トランジスタQ8の直列接続と、PNP型トランジスタである第2トランジスタQ9と、抵抗R4を備える。
The amplifying
定電流源23は、入力電圧VINとトランジスタQ8のエミッタ電極との間に接続され、トランジスタQ8のコレクタ電極はグランドに接続される。また、トランジスタQ8のベース電極は、差動部1の出力線7に接続される。定電流源23及びトランジスタQ8は、差動部1からの出力電流を増幅する目的で設けられる。トランジスタQ8のエミッタ電極は第2トランジスタQ9のベース電極に接続され、電圧レベルがシフトした後の差分電圧V2が第2トランジスタQ9のベース電極に入力される。
The constant
PNP型トランジスタである第2トランジスタQ9の第1の導通電極であるエミッタ電極は、入力電圧VINに接続される。第2の導通電極であるコレクタ電極と負荷Lの間には抵抗R4が接続され、抵抗R4には第2トランジスタQ9のコレクタ電流が流れる。第2トランジスタQ9のコレクタ電流の位相は、ベース電極に印加された差分電圧V2の位相と逆であるため、抵抗R4の両端には差分電圧V2の位相と反対の位相の電圧降下が現れる。 The emitter electrode, which is the first conduction electrode of the second transistor Q9, which is a PNP transistor, is connected to the input voltage VIN. A resistor R4 is connected between the collector electrode, which is the second conductive electrode, and the load L, and the collector current of the second transistor Q9 flows through the resistor R4. Since the phase of the collector current of the second transistor Q9 is opposite to the phase of the differential voltage V2 applied to the base electrode, a voltage drop having a phase opposite to the phase of the differential voltage V2 appears across the resistor R4.
抵抗R4の両端には第1トランジスタQ1のベース電極及びエミッタ電極に接続される。したがって、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTおよび出力電流V1は、第2トランジスタQ9のコレクタ電流によって制御される。 Both ends of the resistor R4 are connected to the base electrode and the emitter electrode of the first transistor Q1. Therefore, the output voltage VOUT and the output current V1 of the first transistor Q1 are controlled by the collector current of the second transistor Q9.
基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなった場合には、差動部1の出力電圧V2が大きくなり、その結果第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTおよび出力電流V1が小さくなる。また、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなった場合には、差動部1の出力電圧V2が小さくなり、その結果第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTおよび出力電流V1が大きくなる。
When the divided voltage V1 is larger than the reference voltage Vref, the output voltage V2 of the
電流信号生成部5は、PNP型トランジスタである第3トランジスタQ10と、抵抗R5を備える。第3トランジスタQ10のベース電極は、第2トランジスタQ9のベース電極に接続され、第3トランジスタQ10のエミッタ電極は、抵抗R5を介して入力電圧VINに接続される。すなわち、第3トランジスタQ10のエミッタ電極は、抵抗R5を介して第2トランジスタQ9のエミッタ電極に接続される。
The
第3トランジスタQ10のコレクタ電流は、第2トランジスタQ9のコレクタ電流と同相信号となる。第2トランジスタQ9のコレクタ電流と第3トランジスタQ10のコレクタ電流の比は、第2トランジスタQ9及び第3トランジスタQ10のPN接合の接合面の面積と、抵抗R5によって設定することができる。第3トランジスタQ10のコレクタ電流は、例えば、第2トランジスタQ9のコレクタ電流の1/2000であってよい。 The collector current of the third transistor Q10 becomes an in-phase signal with the collector current of the second transistor Q9. The ratio of the collector current of the second transistor Q9 and the collector current of the third transistor Q10 can be set by the area of the junction surface of the PN junction of the second transistor Q9 and the third transistor Q10 and the resistor R5. The collector current of the third transistor Q10 may be 1/2000 of the collector current of the second transistor Q9, for example.
第3トランジスタQ10のコレクタ電極は、線路6を経由して、差動部1の出力線7に接続される。第2トランジスタQ9のコレクタ電流と同位相の第3トランジスタQ10のコレクタ電流は、差分電圧V2と逆位相であるので、第3トランジスタQ10のコレクタ電流を差動部1の出力線7に入力するフィードバックは負帰還となる。したがって、上述の第1実施例と同様に差動部1の出力インピ−ダンスを低減することができる。この結果、シリーズレギュレータ回路10のゲインが低減される。
The collector electrode of the third transistor Q10 is connected to the output line 7 of the
本実施例によれば、シリーズレギュレータ回路10のゲインが低減されシリーズレギュレータ回路10の位相余裕が増加する。また、差動部1の出力インピ−ダンスの低減により第2ポールの周波数がより高速になり、シリーズレギュレータ回路10の位相余裕が増加する。
According to this embodiment, the gain of the
本実施例によれば、差動部1の出力インピ−ダンスを低減するために、第1トランジスタの出力電流I1に応じた帰還電流を負帰還させる。差動部1の出力インピ−ダンスを低減する方法としては、差動部1を形成する回路素子の定数を変更することも考えられる。しかし、設計上の制約により回路素子の定数を変更して差動部1の出力インピ−ダンスを大きく低減することは実際には困難である。また、出力インピ−ダンスを所望の値に調整することも困難である。
According to this embodiment, in order to reduce the output impedance of the
本実施例によれば、帰還電流の大きさを任意に設定することが容易であり、このため回路素子の定数を変更する手法に比べて、出力インピ−ダンスの低減量を大きくすることができる。帰還電流の値により出力インピ−ダンスの値を調整することができるので、出力インピ−ダンスを所望の値に調整することも困難である。 According to the present embodiment, it is easy to arbitrarily set the magnitude of the feedback current. For this reason, the amount of reduction in output impedance can be increased as compared with the method of changing the constant of the circuit element. . Since the value of the output impedance can be adjusted by the value of the feedback current, it is difficult to adjust the output impedance to a desired value.
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図7は、第4実施例によるシリーズレギュレータ回路の構成図である。図2に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付する。同一の参照符号が付された構成要素の動作は、特に説明しない限り同じである。 Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of a series regulator circuit according to the fourth embodiment. Constituent elements that are the same as those shown in FIG. The operation of the components denoted by the same reference numerals is the same unless otherwise described.
電流信号生成部5は、入力電圧VIN、負荷L及び第1トランジスタQ1に直列接続されたシャント抵抗R6と、シャント抵抗R6の両端に生じる電位差を検出して電位差に応じた電流を出力するセンスアンプ24を備える。
The
本実施例では、シャント抵抗R6は、入力電圧VINと第1トランジスタQ1のコレクタ電極との間に接続される。センスアンプ24は、シャント抵抗R6を流れる第1トランジスタQ1のコレクタ電流に応じた信号を出力することで、第1トランジスタQ1から負荷Lへ出力される出力電流I1に応じた電流信号を帰還電流として生成する。センスアンプ24から出力される帰還電流は、線路6を経由して差動部1の出力線7へ入力される。
In this embodiment, the shunt resistor R6 is connected between the input voltage VIN and the collector electrode of the first transistor Q1. The
他の実施例では、シャント抵抗R6を、第1トランジスタQ1のエミッタ電極と負荷Lとの間に接続してもよい。また、センスアンプ24から出力される帰還電流の論理を反転させた後に、線路6を経由して増幅部3の出力線8へ入力してもよい。
In another embodiment, the shunt resistor R6 may be connected between the emitter electrode of the first transistor Q1 and the load L. Alternatively, the logic of the feedback current output from the
本実施例によれば、第1トランジスタQ1の出力電流の検出にセンスアンプを使用することにより、第2実施例に比べて帰還電流の精度を高くすることが可能となる。 According to the present embodiment, by using the sense amplifier for detecting the output current of the first transistor Q1, it is possible to increase the accuracy of the feedback current as compared with the second embodiment.
続いて、シリーズレギュレータ回路の他の実施例について説明する。図8は、第5実施例によるシリーズレギュレータ回路の構成図である。シリーズレギュレータ回路10は、第1トランジスタQ11と、差動部1と、基準電圧生成部2と、増幅部3と、電圧検出部4と、電流信号生成部5と、バイパスコンデンサC1と、差動部1と増幅部3との間に設けられた位相補償コンデンサC2を備える。
Next, another embodiment of the series regulator circuit will be described. FIG. 8 is a block diagram of a series regulator circuit according to the fifth embodiment. The
第1トランジスタQ11は、PNP型のバイポーラトランジスタであって、エミッタ電極及びコレクタ電極が導通電極として、ベース電極が制御電極として使用される。第1トランジスタQ11のエミッタ電極は入力電圧VINに接続され、コレクタ電極には負荷Lが接続される。第1トランジスタQ11のベース電極に印加される制御電圧の位相と出力電圧VOUTの位相は反対になる。 The first transistor Q11 is a PNP-type bipolar transistor, and an emitter electrode and a collector electrode are used as a conductive electrode, and a base electrode is used as a control electrode. The emitter electrode of the first transistor Q11 is connected to the input voltage VIN, and the load L is connected to the collector electrode. The phase of the control voltage applied to the base electrode of the first transistor Q11 is opposite to the phase of the output voltage VOUT.
バイパスコンデンサC1は負荷Lに並列に接続される。電圧検出部4は、抵抗R1及びR2の直列接続を有する分圧回路を備える。抵抗R1及びR2は、第1トランジスタQ1の出力電圧VOUTとグランドとの間に接続される。電圧検出部4は、出力電圧VOUTの分圧電圧V1を出力する。
The bypass capacitor C1 is connected to the load L in parallel. The
差動部1は、差動増幅器を有する。差動増幅器は、基準電圧Vrefを生成する基準電圧生成部2及び電圧検出部4の出力に接続され、基準電圧Vrefと電圧信号V1とを入力する。差動増幅器の正入力及び負入力にはそれぞれ基準電圧Vrefと電圧信号V1が印加される。
The
差動部1の出力は、増幅部3の入力に接続される。差動部1は、基準電圧Vrefと電圧信号V1との差に応じた差分電圧V2を差動部3に出力する。基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなった場合には差分電圧V2が小さくなり、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなった場合には差分電圧V2が大きくなる。位相補償コンデンサC2は、差動部1の出力と入力電圧VINとの間に接続される。
The output of the
増幅部3は、第2トランジスタQ19と、入力電圧VINと第2トランジスタQ19との間に接続される定電流源25とを備える。第2トランジスタQ19は、NPN型バイポーラトランジスタであり、ベース電極に差動部1の出力が接続される。エミッタ電極はグランドに接続され、コレクタ電極が定電流源25に接続される。増幅部3の出力線8は、第2トランジスタQ19のコレクタ電極から取り出され、第1トランジスタQ11のベース電極へ接続される。第2トランジスタQ19の出力電圧の位相は、元の差動電圧V2の位相と反対となる。
The amplifying
したがって、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が大きくなったとき、第1トランジスタQ11のベース電極へ印加される電圧が大きくなり、出力電圧VOUTはより小さくなるように制御される。また、基準電圧Vrefよりも分圧電圧V1が小さくなったとき、第1トランジスタQ1のベース電極へ印加される電圧が小さくなり、出力電圧VOUTはより大きくなるように制御される。 Therefore, when the divided voltage V1 is larger than the reference voltage Vref, the voltage applied to the base electrode of the first transistor Q11 is increased, and the output voltage VOUT is controlled to be smaller. Further, when the divided voltage V1 becomes smaller than the reference voltage Vref, the voltage applied to the base electrode of the first transistor Q1 is reduced, and the output voltage VOUT is controlled to be larger.
電流信号生成部5は、PNP型トランジスタである第3トランジスタQ20と、抵抗R15を備える。第3トランジスタQ20のベース電極は、第1トランジスタQ11のベース電極に接続され、第3トランジスタQ20のエミッタ電極は、抵抗R15を介して入力電圧VINに接続される。すなわち、第3トランジスタQ20のエミッタ電極は、抵抗R15を介して第1トランジスタQ11のエミッタ電極に接続される。
The
この結果、第3トランジスタQ20のコレクタ電流は、第1トランジスタQ11のコレクタ電流と同相信号となる。第1トランジスタQ11のコレクタ電流と第3トランジスタQ20のコレクタ電流の比は、第1トランジスタQ11及び第3トランジスタQ20のPN接合の接合面の面積と、抵抗R15によって設定される。 As a result, the collector current of the third transistor Q20 becomes an in-phase signal with the collector current of the first transistor Q11. The ratio between the collector current of the first transistor Q11 and the collector current of the third transistor Q20 is set by the area of the junction surface of the PN junction of the first transistor Q11 and the third transistor Q20 and the resistor R15.
第3トランジスタQ20のコレクタ電極は、増幅部3の出力線8が接続される第2トランジスタQ19のコレクタ電極に接続される。第3トランジスタQ20のコレクタ電流は、第2トランジスタQ19のコレクタ電極の電位と逆位相であるので、第3トランジスタQ20のコレクタ電流のフィードバックは負帰還となる。したがって、増幅部3の出力インピ−ダンスが低減され、シリーズレギュレータ回路10のゲインが低減される。
The collector electrode of the third transistor Q20 is connected to the collector electrode of the second transistor Q19 to which the
本実施例によれば、負荷に直列接続される第1トランジスタ11と共通の制御信号で制御される他のトランジスタを用いて、増幅部3の出力インピ−ダンスを低減する帰還電流を生成するために使用する第1トランジスタ11に流れる電流を検出することができる。
According to the present embodiment, in order to generate a feedback current that reduces the output impedance of the amplifying
他の実施例では、負荷に直列接続される出力トランジスタと共通の制御信号で制御される他のトランジスタを用いて出力トランジスタに流れる電流を検出し、出力トランジスタに流れる電流に応じた帰還電流を、増幅部1の出力に負帰還させてもよい。
In another embodiment, the current flowing through the output transistor is detected using another transistor controlled by a common control signal with the output transistor connected in series with the load, and the feedback current according to the current flowing through the output transistor is Negative feedback may be provided to the output of the amplifying
例えば、図8に示す回路構成において、分圧電圧V1及び基準電圧Vrefを差動部1の正入力及び負入力にするとともに、第2トランジスタQ19としてPNP型バイポーラトランジスタを使用する。そして、第3トランジスタQ20のコレクタ電流を差動部1の出力線に帰還してよい。
For example, in the circuit configuration shown in FIG. 8, the divided voltage V1 and the reference voltage Vref are used as the positive input and the negative input of the
1 差動部
3 増幅部
4 電圧検出部
5 電流信号生成部
10 シリーズレギュレータ回路
C1 バイパスコンデンサ
C2 位相補償コンデンサ
L 負荷
Q1 第1トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記出力電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出部と、
基準電圧と前記電圧信号との差に応じた差分電圧を出力する差動部と、
前記差分電圧を増幅して前記第1トランジスタの制御電極へ入力する増幅部と、
前記差動部の出力と前記入力電圧との間に接続された位相補償コンデンサと、
前記位相補償コンデンサに並列に配置され、前記差動部及び前記増幅部の少なくともいずか一方の出力へ前記第1トランジスタの出力電流に応じた帰還電流を負帰還させるフィードバック経路と、
を備える定電圧回路。 A first transistor connected between the input voltage and the load to supply an output voltage to the load;
A voltage detector that outputs a voltage signal corresponding to the output voltage;
A differential unit that outputs a differential voltage corresponding to a difference between a reference voltage and the voltage signal;
An amplifier for amplifying the differential voltage and inputting the amplified voltage to the control electrode of the first transistor;
A phase compensation capacitor connected between the output of the differential section and the input voltage;
A feedback path that is arranged in parallel with the phase compensation capacitor and negatively feeds back a feedback current corresponding to the output current of the first transistor to at least one of the output of the differential unit and the amplification unit;
A constant voltage circuit comprising:
前記フィードバック経路は、前記制御信号に従って前記増幅部の出力へ負帰還させる前記帰還電流を制御する第3トランジスタを備える請求項1に記載の定電圧回路。 The amplifying unit includes a second transistor that drives the first transistor according to a control signal according to the differential voltage,
2. The constant voltage circuit according to claim 1, wherein the feedback path includes a third transistor that controls the feedback current to be negatively fed back to the output of the amplifier according to the control signal.
前記第3トランジスタは、前記第2トランジスタのベース電極及びエミッタ電極にそれぞれ接続されるベース電極及びエミッタ電極を備え、前記増幅部の出力へ負帰還させる前記帰還電流としてのコレクタ電流を制御する請求項2に記載の定電圧回路。 The second transistor includes a base electrode to which a control signal corresponding to the differential voltage is applied and an emitter electrode connected to the input voltage, and controls a collector current that drives the first transistor,
The third transistor includes a base electrode and an emitter electrode respectively connected to a base electrode and an emitter electrode of the second transistor, and controls a collector current as the feedback current to be negatively fed back to the output of the amplifying unit. 2. The constant voltage circuit according to 2.
前記第3トランジスタは、前記第1トランジスタのベース電極及びエミッタ電極にそれぞれ接続されるベース電極及びエミッタ電極を備え、前記帰還電流としてのコレクタ電流を制御する請求項4に記載の定電圧回路。 The first transistor includes a base electrode and an emitter electrode connected to the output of the differential unit and the input voltage, respectively, and controls a collector current output to the load;
5. The constant voltage circuit according to claim 4, wherein the third transistor includes a base electrode and an emitter electrode connected to the base electrode and the emitter electrode of the first transistor, respectively, and controls a collector current as the feedback current.
前記入力電圧、前記負荷及び前記第1トランジスタに直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端に生じる電位差を検出して該電位差に応じた電流を前記少なくともいずか一方の出力へ加えるセンスアンプと、
を備える請求項1に記載の定電圧回路。 The feedback path is
A resistor connected in series to the input voltage, the load and the first transistor;
A sense amplifier that detects a potential difference generated at both ends of the resistor and applies a current corresponding to the potential difference to the at least one output;
A constant voltage circuit according to claim 1.
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