KR20080008228A - 전압 레귤레이터 - Google Patents

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Abstract

과제
출력 회로의 돌입 전류를 제한할 수 있고, 또한 출력 전압의 상승 시간이 짧은 전압 레귤레이터를 제공한다.
해결 수단
출력 회로를 제어하는 제 1 출력 전류 제한 회로 및 제 2 출력 전류 제한 회로와, 입력 전압의 상승 속도를 검출하는 검출 회로를 구비하고, 검출 전류치가 낮은 제 1 출력 전류 제한 회로는 검출 회로에 의해 동작이 제어된다.
분압 회로, 출력 전류 제한 회로, 전압 레귤레이터

Description

전압 레귤레이터{VOLTAGE REGULATOR}
본 발명은, 입력 전압으로부터 정전압을 생성하는 전압 레귤레이터에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대 전화 등의 휴대 전자 기기는, 충전식 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 동작한다. 충전식 배터리는, 충전 상태에 따라서 출력 전압이 변화된다. 안정된 휴대 전자 기기의 동작을 위해서는, 휴대 전자 기기에 인가되는 전압이 일정해야 한다. 따라서, 휴대 전자 기기는, 충전식 배터리의 출력 전압에 관계없이 정전압을 출력하는 전압 레귤레이터를 구비하고 있다. 전압 레귤레이터는, 회로를 보호하기 위해, 출력단 트랜지스터의 돌입 전류를 제한하는 돌입 전류 제한 회로를 구비하고 있다.
여기서, 종래에 있어서의 돌입 전류 제한 회로를 탑재한 전압 레귤레이터에 대해 설명한다. 도 4 는, 종래의 전압 레귤레이터의 개략을 나타내는 회로도이다.
종래의 전압 레귤레이터는, 기준 전압과 출력 전압을 분압한 분압 전압을 비교하는 증폭 회로 (25) 와, 증폭 회로 (25) 의 출력 전압에 따른 드레인 전류를 흘 려보내는 출력단의 트랜지스터 (T23) 와, 검사용의 트랜지스터 (T24) 와, 트랜지스터 (T24) 의 드레인 전류에 의해 트랜지스터 (T23) 및 트랜지스터 (T24) 의 게이트 전압을 제어하는 전류 제한 회로 (20) 와, 트랜지스터 (T24) 의 드레인 전류의 전류 제한 회로 (20) 로의 입력 경로를 전환하는 스위치 회로 (30) 와, 전압 레귤레이터의 온 오프 (ON/OFF) 제어를 실시하는 온 오프 (ON/OFF) 회로 (26) 와, 전압 레귤레이터가 온이 되고 나서의 경과 시간을 카운트하는 카운터 회로 (27) 를 구비하고 있다. 온 오프 회로 (26) 와, 카운터 회로 (27) 및 전류 제한 회로 (20) 를 돌입 전류 제한 회로라고 칭한다.
전류 제한 회로 (20) 는, 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 와 제 2 출력 전류 제한 회로 (22) 를 가지고 있다. 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 는, 제 1 전류 제한치를 검출하여 트랜지스터 (T23) 의 드레인 전류를 제한한다. 제 2 출력 전류 제한 회로 (22) 는, 제 1 전류 제한치보다 높은 제 2 전류 제한치를 검출하여, 트랜지스터 (T23) 의 드레인 전류를 제한한다. 카운터 회로 (27) 는, 경과 시간에 따라 스위치 회로 (30) 를 제어한다. 스위치 회로 (30) 는, 트랜지스터 (T24) 에, 소정 경과 시간까지는 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 를 접속하고, 소정 경과 시간을 초과한 후에는 제 2 출력 전류 제한 회로 (22) 를 접속한다.
상기 서술한 바와 같은 종래의 전압 레귤레이터의 동작을 설명한다.
전압 레귤레이터가 온되면, 온 오프 회로 (26) 는 증폭 회로 (25) 의 동작을 개시하여, 카운터 회로 (27) 의 카운트를 개시한다. 출력 전압 단자에 접속된 외부 용량 (도시 생략) 을 급속히 충전하기 위해서, 트랜지스터 (T23) 는 과대한 드레인 전류 (돌입 전류) 를 흘려보낸다. 트랜지스터 (T24) 는, 돌입 전류에 비례한 드레인 전류를 전류 제한 회로 (20) 에 흘려보낸다. 스위치 회로 (30) 는, 카운터 회로 (27) 의 출력에 의해 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 를 선택하고 있다. 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 는, 드레인 전류가 제 1 전류 제한치 이상이 되면, 트랜지스터 (T23) 및 트랜지스터 (T24) 의 게이트 전압을 제어하여, 드레인 전류가 작아지도록 제어한다. 전압 레귤레이터가 온이 되고 나서 소정 시간이 지나면, 스위치 회로 (30) 는 카운터 회로 (27) 의 출력에 의해 제 2 출력 전류 제한 회로 (22) 를 선택한다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-271251호
전압 레귤레이터는, 입력 전압이 완만하게 상승할 때에는, 출력단의 트랜지스터의 드레인 전류를 제한할 필요가 없다. 그러나, 종래의 전압 레귤레이터는, 온이 되어 소정 경과 시간이 지날 때까지의 사이에는, 전류 제한치가 낮은 제 1 출력 전류 제한 회로 (21) 가, 출력단의 트랜지스터 (T23) 의 드레인 전류를 제한해 버린다. 따라서, 불필요하게 드레인 전류를 제한하므로, 출력 전압 단자에 접속된 외부 용량을 충전하는 전류가 적어지므로, 전압 레귤레이터의 출력 전압의 상승 시간이 길어져 버린다.
본 발명의 전압 레귤레이터는, 입력 전압의 상승 속도를 검출하는 검출 회로와, 출력 전류를 출력하는 출력 회로와, 증폭 회로의 출력에 접속되어 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 1 출력 전류 검출 회로와, 검출 회로와 제 1 출력 전류 검출 회로에 접속되어 출력 회로를 제어하는 제 1 출력 전류 제한 회로와, 증폭 회로의 출력에 접속되어 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 2 출력 전류 검출 회로와, 제 2 출력 전류 검출 회로에 접속되어 출력 회로를 제어하는 제 2 출력 전류 제한 회로를 구비하고 있다.
본 발명의 전압 레귤레이터는, 제 1 출력 전류 제한 회로의 제 1 출력 전류 제한치는, 제 2 출력 전류 제한 회로의 제 2 출력 전류 제한치보다 낮고, 검출 회 로는 입력 전압의 상승 속도가 급격한 경우에만, 제 1 출력 전류 제한 회로를 동작 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 전압 레귤레이터는, 출력 회로의 돌입 전류를 제한할 수 있고, 또한 출력 전압의 상승 시간을 짧게 할 수 있다.
실시예 1
도 1 은, 제 1 실시예의 전압 레귤레이터의 블록도이다.
제 1 실시예의 전압 레귤레이터는, 출력 전압을 저항 R11 및 저항 R12 에 의해 분압한 분압 전압과 기준 전압을 비교하는 증폭 회로 (6) 와, 증폭 회로 (6) 의 출력에 게이트가 접속된 출력 회로인 PMOS 트랜지스터 (T3) 와, 증폭 회로 (6) 의 출력에 게이트가 접속된 제 1 출력 전류 검출 회로인 PMOS 트랜지스터 (T5) 와, PMOS 트랜지스터 (T5) 의 드레인 전류에 의해 PMOS 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전압을 제어하는 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 와, 증폭 회로 (6) 의 출력에 게이트가 접속된 제 2 출력 전류 검출 회로인 PMOS 트랜지스터 (T4) 와, PMOS 트랜지스터 (T4) 의 드레인 전류에 의해 PMOS 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전압을 제어하는 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 와, 전압 레귤레이터의 입력 전압의 상승 속도를 검출하고, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작을 제어하는 검출 회로 (7) 를 구비하고 있다.
제 1 실시예의 전압 레귤레이터는, 이하에 설명하는 바와 같이 동작한다.
증폭 회로 (6) 는, 출력 전압을 저항 R11 및 저항 R12 에 의해 분압한 분압 전압과 기준 전압을 비교하여, 비교 결과에 따른 전압을 출력한다. PMOS 트랜지스터 (T3) 는, 증폭 회로 (6) 가 출력하는 전압 (게이트 전압) 에 따른 드레인 전류를 출력 전류로서 출력 단자에 출력한다. 제 2 출력 전류 검출 회로인 PMOS 트랜지스터 (T4) 는, PMOS 트랜지스터 (T3) 와 게이트를 공통으로 접속하고 있으므로, 출력 전류와 비례한 전류를 드레인에 흘려보낸다. 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 는, PMOS 트랜지스터 (T4) 의 드레인 전류에 의해 PMOS 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전압을 제어한다. 제 1 출력 전류 검출 회로인 PMOS 트랜지스터 (T5) 는, PMOS 트랜지스터 (T3) 와 게이트를 공통으로 접속하고 있으므로, 출력 전류와 비례한 전류를 드레인에 흘려보낸다. 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 는, PMOS 트랜지스터 (T5) 의 드레인 전류에 의해 PMOS 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전압을 제어한다. 여기서, 제 1 출력 전류 제한 회로의 제 1 출력 전류 제한치는, 제 2 출력 전류 제한 회로의 제 2 출력 전류 제한치보다 낮게 설정되어 있다. 또한 제 1 출력 전류 제한 회로는, 전압 레귤레이터의 입력 전압의 상승 속도를 검출하는 검출 회로 (7) 의 출력에 의해 동작이 제어되고 있다. 검출 회로 (7) 는, 입력 전압의 상승 속도가 급격한 경우에, 제 1 출력 전류 제한 회로를 동작 가능하게 한다.
먼저, 전압 레귤레이터의 기동시의 입력 전압의 상승 속도가 빠른 경우의 동작에 대해 설명한다. 입력 전압의 상승 속도가 빠르고, 기준 전압이 빨리 상승되므로, 증폭 회로 (6) 의 반전 입력 단자에 입력되는 기준 전압은, 비반전 입력 단자에 입력되는 분압 전압보다 큰 폭으로 높아진다. 따라서, 증폭 회로 (6) 의 출력 전압은 낮아져, 게이트 전압이 낮아지므로, PMOS 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전류는 과대하게 커진다 (돌입 전류). 여기서, 검출 회로 (7) 는, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 를 동작 가능하게 하고 있다. 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 는, PMOS 트랜지스터 (T5) 의 드레인 전류가 제 1 출력 전류 제한치 이상이 되면, PMOS 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전압을 제어하여, 드레인 전류 (돌입 전류) 를 작게 한다. 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 제 1 출력 전류 제한치는, 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 의 제 2 출력 전류 제한치보다 낮게 설정되어 있으므로, 돌입 전류를 제한하는 속도를 보다 빠르게 할 수 있다.
또한, 전압 레귤레이터가 기동하고 나서 소정 경과 시간이 지난 후에는, 검출 회로 (7) 는 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작을 정지하고, 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 만이 동작한다.
다음으로, 전압 레귤레이터의 기동시의 입력 전압의 상승 속도가 완만한 경우의 동작에 대해 설명한다. 입력 전압의 상승 속도가 완만하고, 기준 전압이 완만하게 상승되므로, 증폭 회로 (6) 의 반전 입력 단자에 입력되는 기준 전압은, 비반전 입력 단자에 입력되는 분압 전압보다 그다지 높아지지 않는다. 따라서, 증폭 회로 (6) 의 출력 전압은 높아지고, 게이트 전압이 높아지므로, PMOS 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전류는 그다지 커지지 않는다. 그리고, 입력 전압의 상승 속도가 완만하게 상승되므로, 검출 회로 (7) 는 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 를 동작 정지로 하고, 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 만이 동작하게 된다. 제 2 출력 전류 제한 회로 (2) 의 제 2 출력 전류 제한치는, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 제 1 출력 전류 제한치보다 높게 설정되어 있으므로, PMOS 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전류가 흐르기 쉬워져, 전압 레귤레이터의 출력 전압의 상승 시간이 짧아진다.
도 2 는, 검출 회로 (7) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
검출 회로 (7) 는, 일단에 입력 전압이 입력되는 용량 (C14) 과, 용량 (C14) 의 타단에 드레인 전극이 접속되어 게이트 전극 및 소스 전극이 접지된 공핍 (depletion) 형 NMOS 트랜지스터 (T15) 와, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 에 드레인 전극이 접속되고, 용량 (C14) 의 타단에 게이트 전극이 접속되어 소스 전극이 접지된 강화 (enhancement) 형 NMOS 트랜지스터 (T16) 를 가지고 있다.
강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 는, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작의 개시 및 정지를 제어하고 있다. 용량 (C14) 과, 공핍형 NMOS 트랜지스터 (T15) 는, 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 의 게이트 전압을 제어하고 있다.
전압 레귤레이터의 입력 전압이 입력되면, 용량 (C14) 에 전하가 충전되어 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 의 게이트 전압이 상승한다. 입력 전압의 상승이 빠른 경우, 공핍형 NMOS 트랜지스터 (T15) 에 의한 방전보다 용량 (C14) 의 충전 속도가 빠르다. 따라서, 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 의 게이트 전압이 상승하여 문턱값을 초과하면, 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 는 온되어, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작을 가능하게 한다.
그 후, 공핍형 NMOS 트랜지스터 (T15) 는, 용량 (C14) 의 전하를 서서히 방전시킨다. 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 의 게이트 전압은 서서히 강하되어, 문턱값을 밑돌면 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 는 오프되어, 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작을 정지한다.
또한, 전압 레귤레이터의 입력 전압의 상승 속도의 검출 레벨 및 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 의 동작 시간은, 용량 (C14) 의 용량치, 공핍형 NMOS 트랜지스터 (T15) 의 구동 능력 및 강화형 NMOS 트랜지스터 (T16) 의 문턱값에 의해 설정된다.
실시예 2
도 3 은, 제 2 실시예의 전압 레귤레이터의 블록도이다. 제 2 실시예의 전압 레귤레이터는, 제 1 실시예의 전압 레귤레이터에 온 오프 회로 (13) 를 추가한 구성이다.
온 오프 회로 (13) 는, 전압 레귤레이터의 온 오프를 제어한다. 온 오프 회로 (13) 는, 출력이 증폭 회로 (6) 및 검출 회로 (7) 에 접속되어 있다. 온 오프 회로 (13) 는, 외부로부터의 신호 등에 의해 증폭 회로 (6) 및 검출 회로 (7) 에 제어 신호를 출력하여, 전압 레귤레이터의 온 오프를 제어한다.
제 2 실시예의 전압 레귤레이터는, 이하와 같이 동작한다.
전압 레귤레이터가 온이 되었을 때에, 온 오프 회로 (13) 가 증폭 회로 (6) 및 검출 회로 (7) 에 제어 신호를 출력하여, 전압 레귤레이터를 온한다. 검출 회로 (7) 는, 입력 전압의 상승 속도를 검출하고 있어, 입력 전압의 급격한 상승을 검출하면 제 1 출력 전류 제한 회로 (1) 를 동작시킨다.
이후의 동작은, 제 1 실시예의 전압 레귤레이터와 동일하다.
도 1 은 제 1 실시예의 전압 레귤레이터의 블록도.
도 2 는 검출 회로의 회로도.
도 3 은 제 2 실시예의 전압 레귤레이터의 블록도.
도 4 는 종래의 전압 레귤레이터의 블록도.
부호의 설명
1 제 1 출력 전류 제한 회로
2 제 2 출력 전류 제한 회로
T3, T4, T5 PMOS 트랜지스터
6 증폭 회로
7 검출 회로
R11, R12 저항
T15 공핍형 NMOS 트랜지스터
T16 NMOS 트랜지스터

Claims (5)

  1. 출력 단자에 접속되어 출력 전압을 분압하는 분압 회로와,
    상기 분압 회로의 분압 전압과 기준 전압을 입력하고, 출력 회로를 제어하는 신호를 출력하는 증폭 회로와,
    전압 입력 단자에 접속되어 입력 전압의 상승 속도를 검출하는 검출 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력에 접속되어 상기 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 1 출력 전류 검출 회로와,
    상기 검출 회로와 상기 제 1 출력 전류 검출 회로에 접속되어 상기 출력 회로를 제어하는 제 1 출력 전류 제한 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력에 접속되어 상기 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 2 출력 전류 검출 회로와,
    상기 제 2 출력 전류 검출 회로에 접속되어 상기 출력 회로를 제어하는 제 2 출력 전류 제한 회로를 구비하고,
    상기 제 1 출력 전류 제한 회로의 제 1 출력 전류 제한치는, 상기 제 2 출력 전류 제한 회로의 제 2 출력 전류 제한치보다 낮고,
    상기 검출 회로는, 상기 입력 전압의 상승 속도가 급격한 경우에, 상기 제 1 출력 전류 제한 회로를 동작 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
  2. 출력 단자에 접속되어 출력 전압을 분압하는 분압 회로와,
    상기 분압 회로의 분압 전압과 기준 전압을 입력하고, 출력 회로를 제어하는 신호를 출력하는 증폭 회로와,
    상기 증폭 회로의 동작을 제어하는 온 오프 회로와,
    상기 온 오프 회로에 접속되어 상기 온 오프 회로가 상기 증폭 회로를 기동하는 신호를 출력했을 때에, 전압 입력 단자의 입력 전압의 상승 속도를 검출하는 검출 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력에 접속되어 상기 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 1 출력 전류 검출 회로와,
    상기 검출 회로와 상기 제 1 출력 전류 검출 회로에 접속되어 상기 출력 회로를 제어하는 제 1 출력 전류 제한 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력에 접속되어 상기 출력 단자의 출력 전류를 검출하는 제 2 출력 전류 검출 회로와,
    상기 제 2 출력 전류 검출 회로에 접속되어 상기 출력 회로를 제어하는 제 2 출력 전류 제한 회로를 구비하고,
    상기 제 1 출력 전류 제한 회로의 제 1 출력 전류 제한치는, 상기 제 2 출력 전류 제한 회로의 제 2 출력 전류 제한치보다 낮고,
    상기 검출 회로는, 상기 입력 전압의 상승 속도가 급격한 경우에, 상기 제 1 출력 전류 제한 회로를 동작 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출 회로는,
    상기 전압 입력 단자에 일방의 단자가 접속된 용량과,
    상기 용량의 타방의 단자가 접속된 정전류원과,
    상기 용량의 타방의 단자의 전압에 의해 개폐가 제어되는 스위치 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정전류원은, 게이트 및 소스가 접지된 공핍형 NMOS 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치 회로는, 상기 용량과 상기 정전류원의 접속점에 게이트가 접속되고, 상기 제 1 출력 전류 제한 회로에 드레인이 접속된 NMOS 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
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