JP6008496B2 - ボルテージレギュレータ - Google Patents

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Description

本発明は、ボルテージレギュレータに関し、より詳しくは電源の急峻な立ち上り時に発生する突入電流を抑制するソフトスタート機能を有したボルテージレギュレータに関する。
ボルテージレギュレータのブロック図を図２に示す。ボルテージレギュレータは、出力トランジスタ１、分圧回路２、基準電圧回路３、エラーアンプ４、ソフトスタート回路５を備える。電源が急峻に立ち上がると、ソフトスタート回路５が基準電圧回路３の出力する基準電圧Ｖｒｅｆを制御して基準電圧Ｖｓｓを緩やかに立ち上げることで、突入電流を抑制する。
従来のボルテージレギュレータのソフトスタート回路は、図３に示すような回路で構成される（例えば、特許文献１参照）。
ソフトスタート回路５は、基準電圧Ｖｓｓを徐々に目標値まで高くする。クロックが入力されるデジタル回路７１と、基準電圧Ｖｒｅｆを０Ｖから目標値まで段階的に高くするステップ回路７２と、ステップ回路７２のステップ出力の変化を緩やかな勾配の基準電圧Ｖｓｓにする緩衝回路７３から構成されている。
特開２００８−１０９７４７号公報
しかしながら従来のソフトスタート回路では、以下のような課題があった。
基準電圧Ｖｓｓを階段状に上げた場合、基準電圧Ｖｓｓが高ければ高いほど、１段当たりに増える電圧の量は増加し、突入電流が増加する。または、１段当たりに増える電圧の量を少なくするために、抵抗の段数が多くなって、ソフトスタート回路の面積が大きくなってしまう。
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、基準電圧回路を時間に対して緩やかに立ち上げることで、突入電流を抑制できる、面積の小さいソフトスタート回路を有したボルテージレギュレータを提供する。
本発明のボルテージレギュレータは、定電流回路と、定電流回路の電流によって駆動される基準電圧回路と、基準電圧回路の出力端子に設けられた容量と、基準電圧を検出してソフトスタート信号を出力するソフトスタート信号出力回路と、定電流回路と基準電圧回路の間に設けられ、ソフトスタート信号を受けて、ソフトスタート期間中にオンする第１のスイッチ回路と、電源と基準電圧回路の間に第１のスイッチ回路と並列に設けられ、ソフトスタート信号を受けて、ソフトスタート期間中にオフする第２のスイッチ回路と、を備えたソフトスタート回路を有するボルテージレギュレータをした。
本発明によれば、定電流回路の定電流で駆動される基準電圧回路の出力に容量を接続することで、面積が小さく、基準電圧が緩やかに立ち上がり、突入電流を防止することが出来る、ソフトスタート回路を構成できる。ソフトスタート期間終了後は、定電流回路を切り離し、電源で基準電圧回路を駆動することで安定した動作をすることが出来る。
また、基準電圧回路のカスコード回路を設けたので、ソフトスタート期間終了後はリップル、ノイズに対する特性が改善できる。
本実施形態のボルテージレギュレータのソフトスタート回路を示す回路図である。 ボルテージレギュレータを示すブロック図である。 従来のソフトスタート回路を示す回路図である。
以下、図面を参照して本実施形態のボルテージレギュレータのソフトスタート回路について説明する。
図１は、本実施形態のソフトスタート回路であり、図２のボルテージレギュレータの基準電圧回路３とソフトスタート回路５の部分について示している。
本実施形態のソフトスタート回路は、定電流回路５１と、基準電圧回路５２と、容量Ｃｓｓと、ソフトスタート信号Ｓｓｓを出力するＳｓｓ出力回路５３と、基準電圧Ｖｓｓを出力する基準電圧出力端子Ｖｓｓと、を備える。
定電流回路５１は、例えばディプレッション型のＭＯＳトランジスタＭ１で構成される。基準電圧回路５２は、ディプレッション型のＭＯＳトランジスタＭ４とＭＯＳトランジスタＭ５で構成されたＥＤ型の基準電圧回路である。Ｓｓｓ出力回路５３は、例えばコンパレータとインバータで構成される。コンパレータは、例えばディプレッション型のＭＯＳトランジスタＭ７とＭＯＳトランジスタＭ６で構成されたＥＤ型のコンパレータである。
ＰＭＯＳトランジスタＭ３と基準電圧回路５２の間には、スイッチ回路として働くＰＭＯＳトランジスタＭ１１が挿入されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ３及びＰＭＯＳトランジスタＭ１１と並列にスイッチ回路として働くＰＭＯＳトランジスタＭ１０が接続されている。

コンパレータは、入力端子であるＮＭＯＳトランジスタＭ６のゲートに基準電圧回路５２の出力が接続され、出力端子がＮＭＯＳトランジスタＭ８のゲートに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ８のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタＭ９のドレインに接続され、ソフトスタート信号Ｓｓｓを出力する。
図示はしないが、基準電圧出力端子Ｖｓｓはボルテージレギュレータのエラーアンプ４の入力端子に接続されている。
次に、本実施形態のソフトスタート回路の動作について説明する。
ボルテージレギュレータが起動されると、定電流回路５１に定電流Ｉ１が流れ、ＰＭＯＳトランジスタＭ２からＰＭＯＳトランジスタＭ３とＰＭＯＳトランジスタＭ９にミラーされて定電流が流れる。容量Ｃｓｓは、充電されていないので、基準電圧回路５２の出力端子の電圧は低く、基準電圧Ｖｓｓも低い。従って、コンパレータは、ＮＭＯＳトランジスタＭ６がオフしているので、ハイを出力している。ソフトスタート信号Ｓｓｓは、ＮＭＯＳトランジスタＭ８がオンしているので、ローレベルである。
ここで、ＰＭＯＳトランジスタＭ１０は、ゲートにソフトスタート信号Ｓｓｓが反転したハイレベルの電圧が入力されているので、オフしている。ＰＭＯＳトランジスタＭ１１は、ゲートにソフトスタート信号Ｓｓｓが入力されているので、オンしている。従って、ソフトスタート期間中は、定電流Ｉ１によって基準電圧回路５２が動作する。そして、その基準電圧によって容量Ｃｓｓが充電される。
このとき、定電流Ｉ１は十分小さく、容量Ｃｓｓは十分大きいので、基準電圧Ｖｓｓは徐々に高くなって、ソフトスタート機能が実現される。
ここで、ソフトスタート時間をＴｓｓ、容量Ｃｓｓの容量をＣｓｓ、電荷量をＱ、とすると電荷量Ｑは１式となる。
Ｑ＝Ｉ１×Ｔｓｓ＝Ｃｓｓ・Ｖｓｓ （１）
である。これをＶｓｓについて解くと、２式となる。
Ｖｓｓ＝（Ｉ１／Ｃｓｓ）×Ｔｓｓ （２）
基準電圧Ｖｓｓは、２式より、時間に対して線形的に立ち上がることが分かる。従って、ソフトスタート期間中は、基準電圧Ｖｓｓは線形的に徐々に高くなっていく。
次に、基準電圧Ｖｓｓが徐々に高くなって、すなわちＮＭＯＳトランジスタＭ６がオンすると、コンパレータはローレベルを出力する。ソフトスタート信号Ｓｓｓは、ＮＭＯＳトランジスタＭ８がオフするので、ハイレベルに反転し、ソフトスタート期間が終了したことを示す。
ソフトスタート期間終了後は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１０は、ゲートにソフトスタート信号Ｓｓｓが反転したローレベルの電圧が入力されるのでオンし、ＰＭＯＳトランジスタＭ１１は、ゲートにソフトスタート信号Ｓｓｓが入力されているのでオフする。従って、基準電圧回路５２は電源電圧Ｖｄｄからの電流によって安定して動作する。
以上、説明した様に、本実施形態のソフトスタート回路によれば、基準電圧回路を時間に対して緩やかに立ち上げることで、突入電流を抑制できる、面積の小さいソフトスタート回路を有したボルテージレギュレータを提供することが出来る。
なお、実施例１のソフトスタート回路において、定電流回路５１の電流をミラーしてＰＭＯＳトランジスタＭ３とＰＭＯＳトランジスタＭ９で流す構成としたが、基準電圧回路５２には定電流回路から定電流を直接流してもよく、またＰＭＯＳトランジスタＭ９の代わりに定電流回路を設けてもよく、この実施形態の回路に限定されるものではない。
また、実施例１のソフトスタート回路において、ＰＭＯＳトランジスタＭ３と基準電圧回路５２の間に、ディプレッション型トランジスタによるカスコード回路を挿入してもよい。基準電圧回路５２は、ソフトスタート期間が終了したときに、カスコード回路の動作によってより安定するため、リップル、ノイズに対する特性が改善する。
１ 出力トランジスタ
２ 分圧回路
３ 基準電圧回路
４ エラーアンプ回路
５ ソフトスタート回路
５１ 定電流回路
５２ 基準電圧回路
５３ Ｓｓｓ出力回路
７１ デジタル回路
７２ ステップ回路
７３ 緩衝回路

Claims (2)

  1. 定電流回路と、
    前記定電流回路の電流によって駆動され、基準電圧を出力する基準電圧回路と、
    前記基準電圧回路の出力に設けられた容量と、
    前記基準電圧を検出してソフトスタート信号を出力するソフトスタート信号出力回路と、
    前記定電流回路と前記基準電圧回路の間に設けられ、前記ソフトスタート信号を受けて、ソフトスタート期間中にオンし、ソフトスタート期間終了後にオフする第１のスイッチ回路と、
    電源と前記基準電圧回路の間に、前記定電流回路と前記第１のスイッチ回路に対し並列に設けられ、前記ソフトスタート信号を受けて、ソフトスタート期間中にオフし、ソフトスタート期間終了後にオンする第２のスイッチ回路と、
    を備えたソフトスタート回路を有する、ことを特徴とするボルテージレギュレータ。
  2. 前記ソフトスタート回路は、更に、
    前記第１のスイッチ回路と前記基準電圧回路の間に設けられたカスコード回路と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載のボルテージレギュレータ。
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