JP5767847B2 - 基準電流生成回路及びこれを用いた電源装置 - Google Patents
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Description
近年、電源装置200の分野では、LDO[low drop-out]レギュレータICとスイッチングレギュレータICのいずれにおいても、出力トランジスタ204の素子サイズが大型化される傾向にある。出力トランジスタ204の素子サイズが大型化されると、出力トランジスタ204で発生するリーク電流Ileakの増大が懸念される。
図9は、内部電源電圧生成ブロック201に含まれている基準電流生成回路の一従来例を示す回路図である。本従来例の基準電流生成回路300では、基準電流Irefを生成する際の消費電流をできるだけ低減するために、抵抗Rxの抵抗値を大きく設定してカレントミラーの入力側に流れるバイアス電流Ix(トランジスタM10のドレイン電流)を小さく絞る構成が採用されていた。そのため、本従来例の基準電流生成回路300では、抵抗Rxの抵抗値の増大がそのままチップ面積の増大に繋がっていた。例えば、抵抗Rxに流れるバイアス電流Ixを0.1μAまで絞るためには、抵抗Rxの抵抗値を数十〜数百MΩ(アルミパッド10個分以上)に設定しなければならず、内部電源電圧生成ブロック201の小型化を阻害する要因となっていた。
図1は、電源装置の一構成例を示すブロック図である。本構成例の電源装置は、直流電圧源(バッテリ)E1から供給される電源電圧VCCを降圧して出力電圧Voutを生成するLDOレギュレータIC100として提供される。
LDOレギュレータIC100は、50V高耐圧、出力電圧精度±2%、出力電流200mA、消費電流6μAの超低暗電流レギュレータである。LDOレギュレータIC100は、バッテリ直結システム(ボディ系機器、カーステレオ、カーナビゲーションなどに電力の供給を行う車載電源システム)の低消費電流化(低暗電流化)に最適である。LDOレギュレータIC100は、出力電圧Voutの位相補償コンデンサにセラミックコンデンサを使用することが可能である。LDOレギュレータIC100は、過負荷状態などによるICの熱破壊を防止する温度保護回路109と、出力短絡などによるIC破壊を防止する過電流保護回路110を内蔵している。
図2は、リーク電流吸収回路113の一構成例を示す回路図である。本構成例のリーク電流吸収回路113は、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタMd1及びM1を含んでいる。トランジスタMd1はデプレッション型であり、トランジスタM1はエンハンスメント型である。
図5は、内部電源電圧生成ブロック101と基準電圧生成ブロック102の一構成例を示す回路図である。
基準電流生成回路X10において、トランジスタN1〜N4及びP1は、デプレッション型のトランジスタN1を用いて基準電圧V1を生成する基準電圧生成部X11(いわゆるデプレッション型基準電圧源)に相当する。また、トランジスタN5a、N5b及びN6、並びに、抵抗R1a及びR1bは、基準電圧V1から基準電流I2a及びI2bを生成する電圧/電流変換部X12に相当する。
内部電源電圧生成回路X20において、トランジスタP2及びP3は、電源電圧VCCの供給を受けて基準電流I2aに応じたミラー電流I3を生成するカレントミラーを形成する。ミラー電流I3は、ツェナダイオードZD1を介して接地端に流し込まれる。ツェナダイオードZD1のカソード電圧V5は、トランジスタN7のゲートに供給される。従って、トランジスタN7のソースには、ツェナダイオードZD1のカソード電圧V5からトランジスタN7のゲート・ソース間電圧Vgs(N7)だけ低い内部電源電圧Vreg(=V5−Vgs(N7))が現れる。なお、トランジスタP2及びP3、並びに、トランジスタN7としては、高耐圧(例えば60V耐圧)のPDMOSFET及びNDMOSFETを用いればよい。
参照電圧生成回路Y10において、トランジスタN8及びN9は、デプレッション型のトランジスタN8を用いて電圧VC(=参照電圧Vref)を生成する参照電圧生成部Y11(いわゆるデプレッション型基準電圧源)に相当する。バッファBUFは、電圧VCを参照電圧Vrefとして出力する。
そこで、参照電圧生成ブロック102は、内部電源電圧Vregの供給を受けてLDOレギュレータIC100の起動時に参照電圧Vrefのプリチャージ(起動補助)を行うプリチャージ回路Y20を含む。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴のうち、第1の技術的特徴(出力トランジスタのリーク電流抑制と低消費電流化とのトレードオフを解消するための技術)については、車載用LDOレギュレータICのみならず、出力トランジスタを用いる電源装置全般(民生用スイッチングレギュレータICなど)にも適用することが可能である。
101 内部電源電圧生成ブロック
102 参照電圧生成ブロック
103 エラーアンプ
104 ドライバ
105 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(E)
106〜108 抵抗
109 温度保護回路
110 過電流保護回路
111 ダイオード
E1 直流電圧源(バッテリ)
C1、C2 キャパシタ
D1 ツェナダイオード(またはショットキーバリアダイオード)
D2 ダイオード
Z1 負荷
X10 基準電流生成回路
X11 基準電圧生成部
X12 電圧/電流変換部
X20 内部電源電圧生成回路
Y10 参照電圧生成回路
Y11 参照電圧生成部
Y20 プリチャージ回路
Md1〜Md6 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(D)
M1、M2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(E)
N1、N3a〜N3e、N8 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(D)
N2、N4〜N7、N9、N10 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(E)
P1〜P6 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(E)
R1a、R1b 抵抗
ZD1 ツェナダイオード
BUF バッファ
Claims (16)
- デプレッション型トランジスタを用いて基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記基準電圧から基準電流を生成する電圧/電流変換部と、
を有し、
前記基準電圧生成部は、
ゲートとソースが接続されたデプレッション型の第1NMOSFETと、
ゲートとドレインが接続されたエンハンスメント型の第2NMOSFETと、
を含み、
前記第1NMOSFETのソースと前記第2NMOSFETのドレインとの接続ノードから前記基準電圧を出力するものであり、さらに、
ソースが前記第1NMOSFETのドレインに接続されて、ドレインが接地端に接続されて、ゲートが前記基準電圧の印加端に接続された第1PMOSFETを含む、
ことを特徴とする基準電流生成回路。 - 前記基準電圧生成部は、
電源電圧の印加端と前記第1NMOSFETのドレインとの間に、
ゲートとソースが接続されたデプレッション型の第3NMOSFETを少なくとも一つ含むことを特徴とする請求項1に記載の基準電流生成回路。 - 前記基準電圧生成部は、
前記第2NMOSFETのソースと接地端との間に、
ゲートとドレインが接続された第4NMOSFETを含むことを特徴とする請求項2に記載の基準電流生成回路。 - 前記電圧/電流変換部は、
ゲートが前記基準電圧の印加端に接続された第5NMOSFETと、
前記第5NMOSFETのソースと接地端との間に接続された抵抗と、
を含み、
前記抵抗に流れる電流を前記基準電流として出力することを特徴とする請求項3に記載の基準電流生成回路。 - 前記第4NMOSFETと前記第5NMOSFETは、半導体基板上でペア性が取れるようにレイアウトされていることを特徴とする請求項4に記載の基準電流生成回路。
- 前記電圧/電流変換部は、
ゲートが前記第1NMOSEFTのドレインに接続されて、ソースが前記第5NMOSFETのドレインに接続された第6NMOSFETを含むことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の基準電流生成回路。 - 電源電圧の供給を受けて内部電源電圧を生成する内部電源電圧生成ブロックと、
前記内部電源電圧の供給を受けて参照電圧を生成する参照電圧生成ブロックと、
出力電圧に応じた帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記電源電圧から前記出力電圧を生成する電源ブロックと、
を有する電源装置であって、
前記内部電源電圧生成ブロックは、
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の基準電流生成回路と、
前記基準電流を用いて前記内部電源電圧を生成する内部電源電圧生成回路と、
を含むことを特徴とする電源装置。 - 前記参照電圧生成ブロックは、
デプレッション型トランジスタを用いて前記参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、
前記内部電源電圧の供給を受けて前記電源装置の起動時に前記参照電圧のプリチャージを行うプリチャージ回路と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の電源装置。 - 電源電圧の供給を受けて内部電源電圧を生成する内部電源電圧生成ブロックと、
前記内部電源電圧の供給を受けて参照電圧を生成する参照電圧生成ブロックと、
出力電圧に応じた帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記電源電圧から前記出力電圧を生成する電源ブロックと、
を有する電源装置であって、
前記内部電源電圧生成ブロックは、
所定の基準電流を生成する基準電流生成回路と、
前記基準電流を用いて前記内部電源電圧を生成する内部電源電圧生成回路と、
を含み、
前記基準電流生成回路は、
デプレッション型トランジスタを用いて基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記基準電圧から前記基準電流を生成する電圧/電流変換部と、
を有し、
前記参照電圧生成ブロックは、
デプレッション型トランジスタを用いて前記参照電圧を生成する参照電圧生成回路と、
前記内部電源電圧の供給を受けて前記電源装置の起動時に前記参照電圧のプリチャージを行うプリチャージ回路と、
を含むことを特徴とする電源装置。 - 前記プリチャージ回路は、
前記内部電源電圧の供給を受けてバイアス電流に応じたミラー電流を生成するカレントミラーと、
ソースが前記ミラー電流の出力端に接続されて、ドレインが接地端に接続されて、ゲートがバイアス電圧の印加端に接続されたPMOSFETと、
ドレインが前記内部電源電圧の印加端に接続されて、ゲートが前記PMOSFETのソースに接続されて、ソースが前記参照電圧生成回路に接続されたNMOSFETと、
を含むことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電源装置。 - 前記基準電流生成回路は、前記基準電流を前記バイアス電流として出力することを特徴とする請求項10に記載の電源装置。
- 前記電圧/電流変換部は、
ゲートが前記基準電圧の印加端に接続された第5NMOSFETと、
前記第5NMOSFETのソースと接地端との間に接続された抵抗と、
を含み、
前記抵抗に流れる電流を前記基準電流として出力するとともに、前記抵抗の一端に現れる電圧を前記バイアス電圧として出力することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の電源装置。 - 前記バイアス電圧は、前記参照電圧の目標値よりも低く設定されていることを特徴とする請求項10〜請求項12のいずれか一項に記載の電源装置。
- ゲートとソースが接続されたデプレッション型の第1NMOSFETと、
ゲートとドレインが接続されたエンハンスメント型の第2NMOSFETと、
を含み、
前記第1NMOSFETのソースと前記第2NMOSFETのドレインとの接続ノードから前記基準電圧を出力するものであり、さらに、
ソースが前記第1NMOSFETのドレインに接続されて、ドレインが接地端に接続されて、ゲートが前記基準電圧の印加端に接続された第1PMOSFETを含む、
ことを特徴とする基準電圧生成回路。 - 電源電圧の印加端と前記第1NMOSFETのドレインとの間に、
ゲートとソースが接続されたデプレッション型の第3NMOSFETを少なくとも一つ含むことを特徴とする請求項14に記載の基準電圧生成回路。 - 前記第2NMOSFETのソースと接地端との間に、
ゲートとドレインが接続された第4NMOSFETを含むことを特徴とする請求項15に記載の基準電圧生成回路。
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