KR102047651B1

KR102047651B1 - 볼티지 레귤레이터

Info

Publication number: KR102047651B1
Application number: KR1020130086523A
Authority: KR
Inventors: 아키히토 야하기; 요타로 니헤이
Original assignee: 에이블릭 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2019-11-22
Also published as: JP2014026457A; US20140029141A1; TWI575350B; CN103576729B; TW201418927A; CN103576729A; KR20140013964A; US9071047B2; JP6030879B2

Abstract

(과제) 간편한 회로를 사용한, 과전류 보호 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터를 제공한다.
(해결 수단) 과전류 보호 회로는, 게이트가 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속되고 드레인이 센스 저항에 접속된 제 1 센스 트랜지스터와, 게이트가 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속된 제 2 센스 트랜지스터와, 게이트가 제어 회로의 출력 단자와 접속되고 소스가 상기 제 2 센스 트랜지스터의 드레인과 접속되며 드레인이 센스 저항에 접속된 제어 트랜지스터를 구비하고, 제어 트랜지스터는, 기준 전압이 소정의 전압을 초과할 때까지 제어 회로가 출력하는 검출 신호를 받아 온으로 되는 구성으로 하였다.

Description

볼티지 레귤레이터{VOLTAGE REGULATOR}

본 발명은, 볼티지 레귤레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기동시의 돌입 전류를 방지하는 기술에 관한 것이다.

도 4 에, 종래의 기동시의 돌입 전류를 방지하는 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터의 회로도를 나타낸다.

종래의 볼티지 레귤레이터는, 출력 트랜지스터 (M1), ON OFF 제어 회로 (11), 카운터 회로 (12), 기준 전압 회로인 정전류원 (Q1) 과 저항 (R3), 오차 증폭 회로 (A1), 단락 전류 제한 회로 (MB), 출력 전류 제한 회로 (MA), 스위치 (13), 트랜지스터 (M2, M3) 를 구비한다.

종래의 볼티지 레귤레이터는, 전류 제한값이 높은 제 1 출력 전류 제한 회로 (MA1) 와 전류 제한값이 낮은 제 2 출력 전류 제한 회로 (MA2) 를 구비하고, 기동했을 때는 제 2 출력 전류 제한 회로 (MA2) 를 동작시키고, 소정의 시간 후에 제 1 출력 전류 제한 회로 (MA1) 로 전환함으로써, 기동시의 돌입 전류를 방지한다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2003-271251호

그러나, 도 4 에 나타내는 종래의 볼티지 레귤레이터에서는, 전류 제한값이 상이한 보호 회로와, 돌입 전류를 제한하는 기간을 설정하는 카운터 회로가 필요해져, 칩 면적이 증대되고, 또한 소비 전류도 증가한다는 과제가 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 실시형태의 돌입 전류를 방지하는 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.

과전류 보호 회로는, 게이트가 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속되고 드레인이 센스 저항에 접속된 제 1 센스 트랜지스터와, 게이트가 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속된 제 2 센스 트랜지스터와, 게이트가 제어 회로의 출력 단자와 접속되고 소스가 상기 제 2 센스 트랜지스터의 드레인과 접속되며 드레인이 센스 저항에 접속된 제어 트랜지스터를 구비하고, 제어 트랜지스터는, 기준 전압이 소정의 전압을 초과할 때까지 제어 회로가 출력하는 검출 신호를 받아 온으로 되는 구성으로 한 볼티지 레귤레이터.

본 실시형태의 과전류 보호 회로를 구비한 볼티지 레귤레이터에 의하면, 간편한 회로를 사용하고 있으므로, 칩 면적의 증가를 억제하고 또한 소비 전류의 증가를 억제하는 것이 가능하다.

또, 오차 증폭 회로의 차동쌍을 이루는 트랜지스터와 동일한 구성의 트랜지스터를 사용함으로써, 제조 편차를 억제할 수 있다.

도 1 은, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 2 는, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3 은, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4 는, 종래의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

도 1 은, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

본 실시형태의 볼티지 레귤레이터는, 오차 증폭 회로 (1) 와, 제어 회로 (2) 와, 과전류 보호 회로 (3) 와, 기준 전압 회로 (4) 와, 출력 트랜지스터 (5) 와, 분압 저항 (6) 을 구비하고 있다.

오차 증폭 회로 (1) 는, 예를 들어 트랜지스터 (M11, M12, M13, M14) 와 정전류원 (I11) 으로 이루어지는 첫 단의 오차 증폭 회로와, 트랜지스터 (M15) 와 정전류원 (I12) 으로 이루어지는 2 단째의 증폭 회로로 이루어진다. 제어 회로 (2) 는, 전원 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 접속된 저항 (R21) 및 트랜지스터 (M21) 와, 인버터 (22) 를 구비하고 있다.

오차 증폭 회로 (1) 는, 기준 전압 회로 (4) 의 출력 단자가 반전 입력 단자에 접속되고, 분압 저항 (6) 의 출력 단자가 비반전 입력 단자에 접속된다. 출력 트랜지스터 (5) 는, 오차 증폭 회로 (1) 의 출력 단자가 게이트에 접속되고, 전원 단자에 소스가 접속되며, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자에 드레인이 접속된다. 제어 회로 (2) 는, 기준 전압 회로 (4) 의 출력 단자가 트랜지스터 (M21) 의 게이트에 접속되고, 인버터 (22) 의 출력 단자가 과전류 보호 회로 (3) 의 제 2 입력 단자에 접속된다. 인버터 (22) 의 입력 단자는, 저항 (R21) 과 트랜지스터 (M21) 의 접속 노드와 접속된다. 과전류 보호 회로 (3) 는, 오차 증폭 회로 (1) 의 출력 단자가 제 1 입력 단자에 접속되고, 출력 단자는 출력 트랜지스터 (5) 의 게이트에 접속된다.

과전류 보호 회로 (3) 는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같은, 센스 트랜지스터 (M31) 와, 센스 저항 (R31) 과, 트랜지스터 (M32) 와, 저항 (R32) 과, 트랜지스터 (M33) 를 구비한 수하형(垂下型)의 과전류 보호 회로이다. 또, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같은, 센스 트랜지스터 (M31) 와, 센스 저항 (R31) 과, 트랜지스터 (M32) 와, 저항 (R32) 과, 트랜지스터 (M33) 를 구비한 フ자형의 과전류 보호 회로이다. 도 2 의 수하형의 과전류 보호 회로 (3) 는, 트랜지스터 (M32) 의 소스는 접지 단자에 접속된다. 도 3 의 フ자형의 과전류 보호 회로 (3) 는, 트랜지스터 (M32) 의 소스는 볼티지 레귤레이터의 출력 단자에 접속된다.

과전류 보호 회로 (3) 는, 추가로 오차 증폭 회로 (1) 의 출력 단자가 게이트에 접속된 제 2 센스 트랜지스터 (M34) 와, 제 2 센스 트랜지스터 (M34) 의 드레인이 소스에 접속되고 드레인이 센스 저항 (R31) 에 접속된 제어 트랜지스터 (M35) 를 구비하고 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터의 동작을 설명한다.

오차 증폭 회로 (1) 는, 기준 전압 회로 (4) 가 출력하는 기준 전압 (Vref) 과 분압 저항 (6) 이 출력하는 귀환 전압 (Vfb) 을 입력하고, 그 차이를 증폭시켜, 제어 전압으로서 출력 단자로부터 출력한다. 출력 트랜지스터 (5) 는, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자의 전압이 일정해지도록, 오차 증폭 회로 (1) 가 출력하는 제어 전압으로 게이트가 제어된다. 과전류 보호 회로 (3) 는, 오차 증폭 회로 (1) 가 출력하는 제어 전압을 감시하고, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자에 과전류가 흐른 것을 검출하면, 출력 트랜지스터 (5) 의 게이트 전압을 높여, 출력 전류가 작아지도록 제어한다.

여기서, 볼티지 레귤레이터에 전원이 투입되었을 때의 동작을 설명한다.

전원 투입시, 출력 트랜지스터 (5) 는 오프로 되어 있기 때문에, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자의 전압 (Vout) 은 접지 전압과 동일하다. 즉, 귀환 전압 (Vfb) 은 접지 전압과 동일하다. 그리고, 기준 전압 (Vref) 이 트랜지스터 (M12) 의 임계값 전압을 초과하면, 오차 증폭 회로 (1) 가 출력하는 제어 전압은 로우 레벨이 되어, 출력 트랜지스터 (5) 는 온으로 된다. 이 때, 출력 트랜지스터 (5) 는 급준하게 온으로 되므로, 볼티지 레귤레이터의 출력 단자에 돌입 전류가 발생한다.

도 2 에 나타내는 수하형의 과전류 보호 회로 (3) 에서는, 센스 트랜지스터 (M31) 가 출력 트랜지스터 (5) 와 동일하게 온으로 되어, 센스 저항 (R31) 에 전류가 흘러, 센스 저항 (R31) 의 양단에는 전압이 발생한다. 트랜지스터 (M32) 의 게이트 전압이 높아져 온으로 되므로, 트랜지스터 (M33) 가 온으로 되어, 출력 트랜지스터 (5) 의 게이트 전압을 하이 레벨로 들어올린다. 이와 같이 하여, 볼티지 레귤레이터는 출력 단자의 과전류를 감소시킨다.

여기서, 제어 회로 (2) 의 트랜지스터 (M21) 의 임계값 전압은, 오차 증폭 회로 (1) 의 트랜지스터 (M12) 보다 높게 설정되어 있다. 즉, 기준 전압 (Vref) 이 트랜지스터 (M12) 의 임계값 전압을 초과하고, 트랜지스터 (M21) 의 임계값 전압을 초과할 때까지의 동안에는, 제어 회로 (2) 의 출력 단자의 출력은 로우 레벨이다. 과전류 보호 회로 (3) 의 제어 트랜지스터 (M35) 는, 게이트가 로우 레벨이므로 온으로 된다. 즉, 제 2 센스 트랜지스터 (M34) 의 전류도 센스 저항 (R31) 에 흐른다. 따라서, 기준 전압 (Vref) 이 트랜지스터 (M21) 의 임계값 전압을 초과할 때까지는, 두 개의 센스 트랜지스터 (M31, M34) 로부터 센스 저항 (R31) 에 전류가 흐르므로, 그 양단의 전압은 빨리 높아져, 보다 빨리 출력 단자의 과전류를 작게 할 수 있다.

그 후, 기준 전압 (Vref) 이 제어 회로 (2) 의 트랜지스터 (M21) 의 임계값 전압을 초과하면, 제어 회로 (2) 의 출력이 반전되어, 과전류 보호 회로 (3) 의 제어 트랜지스터 (M35) 가 오프로 된다. 따라서, 센스 저항 (R31) 에 흐르는 전류는 트랜지스터 (M31) 로부터만 공급되게 된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터는, 돌입 전류 발생 기간 중에는 센스 저항 (R31) 에 흐르는 전류가, 제 2 센스 트랜지스터 (M34) 가 흘려보내는 양만큼 증가하므로, 통상 동작시의 과전류 보호 회로의 전류 제한값보다 작은 값으로 트랜지스터 (M32) 의 임계값 전압에 도달하고, 출력 트랜지스터 (5) 의 동작을 제한할 수 있다.

도 3 에 나타내는 フ자형 과전류 보호 회로 (3) 에 대해서도, 도 2 와 동일한 회로가 형성되어 있어, 동일한 동작을 함으로써 돌입 전류 발생 기간 중에 출력 트랜지스터 (5) 의 동작을 제한할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 볼티지 레귤레이터에서는, 수하형 과전류 보호 회로 (3) 와 제어 회로 (2) 의 조합과, フ자형 과전류 보호 회로와 제어 회로 (2) 의 조합을 예로 들어 설명했지만, 수하형 과전류 보호 회로와 フ자형 과전류 보호 회로의 양방과 제어 회로 (2) 를 조합한 구성으로 해도, 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

1 … 오차 증폭 회로
2 … 제어 회로
3 … 과전류 보호 회로

Claims

제어 전압에 따른 전류를 출력 단자에 출력하는 출력 트랜지스터와,
기준 전압 회로로부터 출력되는 기준 전압과 상기 출력 단자의 출력 전압을 저항 분압한 분압 전압을 비교하여, 상기 출력 트랜지스터에 상기 제어 전압을 출력하는 오차 증폭 회로와,
상기 출력 트랜지스터가 출력하는 출력 전류가 소정의 전류 제한값에 도달했을 때, 상기 출력 트랜지스터에 제어 신호를 출력하는 과전류 보호 회로와,
상기 기준 전압이 소정의 전압을 초과할 때까지, 상기 과전류 보호 회로에 검출 신호를 출력하는 제어 회로를 구비하고,
상기 과전류 보호 회로는,
게이트가 상기 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속되고, 드레인이 센스 저항에 접속된 제 1 센스 트랜지스터와,
게이트가 상기 오차 증폭 회로의 출력 단자와 접속된 제 2 센스 트랜지스터와,
게이트가 상기 제어 회로의 출력 단자와 접속되고, 소스가 상기 제 2 센스 트랜지스터의 드레인과 접속되며, 드레인이 상기 센스 저항에 접속된 제어 트랜지스터를 구비하고,
상기 제어 트랜지스터는, 상기 제어 회로가 출력하는 상기 검출 신호를 받아 온으로 되는 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는,
소스가 접지되고, 게이트가 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 트랜지스터와,
일단이 전원 전압에 접속되고, 타단이 상기 트랜지스터의 드레인과 접속된 저항 소자와,
입력 단자가 상기 트랜지스터와 상기 저항 소자의 접속 노드와 접속되고, 출력 단자가 상기 제어 회로의 출력 단자에 연결된 인버터를 구비하고,
상기 트랜지스터의 임계값 전압은, 상기 오차 증폭 회로의 차동쌍을 이루는 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 접속된 트랜지스터의 임계값 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 과전류 보호 회로는, 수하형의 과전류 보호 회로, 또는 フ자형의 과전류 보호 회로, 또는 수하형의 과전류 보호 회로와 フ자형의 과전류 보호 회로인 것을 특징으로 하는 볼티지 레귤레이터.