KR20200001484A - 전압 레귤레이터 - Google Patents

Abstract

전압 레귤레이터는, 위상 보상 회로를 구성하는 보조 트랜지스터의 게이트와 오차 증폭기의 출력 단자 사이에 오프셋 전압원을 구비한 것을 특징으로 한다. 입출력 전압차가 작은 경우에서도, 안정된 위상 보상 동작이 가능한 전압 레귤레이터를 제공한다.

Description

전압 레귤레이터{VOLTAGE REGULATOR}

본 발명은, 전압 레귤레이터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전압 레귤레이터의 위상 보상 회로에 관한 것이다.

도 3은, 종래의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

예를 들면, 특허 문헌 1에 나타내고 있는 바와 같이, 종래의 전압 레귤레이터(200)는, 오차 증폭기(21)와, 기준 전압원(22)과, 출력 트랜지스터(23)와, 분압 회로(24)와, 저항(25)과, 콘덴서(26)와, 보조 트랜지스터(27)와, 입력 단자(101)와, 출력 단자(102)를 구비하고 있다.

오차 증폭기(21)는, 반전 입력 단자에 기준 전압원(22)의 출력 단자가 접속되고, 비반전 입력 단자에 분압 회로(24)의 출력 단자가 접속된다. 출력 트랜지스터(23)는, 소스가 입력 단자(101)에 접속되고, 드레인이 출력 단자(102)에 접속되고, 게이트가 오차 증폭기(21)의 출력 단자에 접속되어 있다. 분압 회로(24)는, 출력 단자(102)와 접지 단자(103) 사이에 접속된다. 저항(25)과 콘덴서(26)는, 출력 단자(102)와 분압 회로(24)의 출력 단자 사이에 접속되어 있다. 보조 트랜지스터(27)는, 소스가 입력 단자(101)에 접속되고, 드레인이 저항(25)과 콘덴서(26)의 접속점에 접속되고, 게이트가 오차 증폭기(21)의 출력 단자에 접속된다.

이상과 같은 구성을 한 전압 레귤레이터(200)는, 저항(25)과 콘덴서(26)와 보조 트랜지스터(27)로 위상 보상 회로를 구성하며, 보조 트랜지스터(27)를 흐르는 전류와 저항(25)에 의해 생성된 위상 보상 신호를, 콘덴서(26)를 통해서 오차 증폭기(21)의 비반전 입력 단자에 귀환 신호로서 되돌림으로써 위상 보상하고 있다.

전압 레귤레이터(200)는, 기대되는 위상 보상 효과를 얻기 위해, 출력 트랜지스터(23)가 포화 영역에서 동작할 때 보조 트랜지스터(27)도 포화 영역에서 동작하는 것이 필요하다. 따라서, 보조 트랜지스터(27)는, 소스·드레인간 전압(Vds)이 오버 드라이브 전압(Vgs-Vth)보다 크지 않으면 안 된다.

일본국 특허공개 2002-32133호 공보

그러나, 종래 기술의 전압 레귤레이터에 있어서, 보조 트랜지스터(27)의 소스·드레인간 전압(Vds)은, 입출력 단자 간의 전압보다 저항(25)의 전압 강하 만큼 작은 값이 된다. 따라서, 기대되는 위상 보상 효과를 얻기 위해, 보조 트랜지스터(27)를 포화 영역에서 동작시키려면, 입출력 단자 간의 전압차를 저항(25)에 의한 전압 강하 만큼 크게 할 필요가 있으므로, 입출력 전압차가 작은 경우에 안정되게 동작시키는 것이 곤란했다.

본 발명은, 입출력 전압차가 작은 경우에서도 안정되게 동작하는 위상 보상 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 레귤레이터는, 소스가 입력 단자에 접속되고, 드레인이 출력 단자에 접속된 출력 트랜지스터와, 상기 출력 단자와 접지 단자 사이에 접속된 분압 회로와, 상기 분압 회로의 출력 단자가 한쪽의 입력 단자에 접속되고, 기준 전압원의 출력 단자가 다른쪽의 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 상기 출력 트랜지스터의 게이트에 접속된 오차 증폭기와, 상기 출력 단자와 상기 분압 회로의 출력 단자 사이에 접속된 위상 보상 회로와, 상기 입력 단자에 소스가 접속되고, 상기 위상 보상 회로에 드레인이 접속된 보조 트랜지스터를 구비하고, 상기 보조 트랜지스터의 게이트는, 상기 오차 증폭기의 출력 단자와 오프셋 전압원을 통해서 접속된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전압 레귤레이터에 의하면, 위상 보상 회로를 구성하는 보조 트랜지스터의 게이트에 오프셋 전압원을 구비했음으로, 입출력 전압차가 작은 경우에 있어서도, 위상 보상 회로는 안정되게 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 전압 레귤레이터의 위상 보상 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 종래의 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 전압 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.

본 실시 형태의 전압 레귤레이터(100)는, 오차 증폭기(11)와, 기준 전압원(12)과, 출력 트랜지스터(13)와, 분압 회로(14)와, 저항(15)과, 콘덴서(16)와, 보조 트랜지스터(17)와, 오프셋 전압원(18)과, 입력 단자(101)와, 출력 단자(102)를 구비하고 있다.

오차 증폭기(11)는, 반전 입력 단자에 기준 전압원(12)의 출력 단자가 접속되고, 비반전 입력 단자에 분압 회로(14)의 출력 단자가 접속된다. 출력 트랜지스터(13)는, 소스가 입력 단자(101)에 접속되고, 드레인이 출력 단자(102)에 접속되고, 게이트가 오차 증폭기(11)의 출력 단자에 접속되어 있다. 분압 회로(14)는, 출력 단자(102)와 접지 단자(103) 사이에 접속된다. 저항(15)과 콘덴서(16)는, 출력 단자(102)와 분압 회로(14)의 출력 단자 사이에 접속되어 있다. 보조 트랜지스터(17)는, 소스가 입력 단자(101)에 접속되고, 드레인이 저항(15)과 콘덴서(16)의 접속점에 접속된다. 오프셋 전압원(18)은, 오차 증폭기(11)의 출력 단자와 보조 트랜지스터(17)의 게이트 사이에 접속된다.

전압 레귤레이터(100)는, 출력 단자(102)의 출력 전압(Vout)을 분압 회로(14)로 분압한 귀환 전압과, 기준 전압원(12)의 기준 전압을 오차 증폭기(11)로 비교하여, 그 비교 결과에 따라 출력 트랜지스터(13)의 게이트 전압을 제어함으로써, 출력 단자(102)의 출력 전압(Vout)이 원하는 전압으로 유지된다.

저항(15)과 콘덴서(16)와 오프셋 전압원(18)과 보조 트랜지스터(17)는, 위상 보상 회로를 구성한다. 위상 보상 신호는, 보조 트랜지스터(17)에 흐르는 전류와 저항(15)에 의해 생성된다. 오차 증폭기(11)는, 위상 보상 신호가 콘덴서(16)를 통해서 오차 증폭기(11)의 비반전 입력 단자에 귀환됨으로써 위상 보상된다.

출력 트랜지스터(13)가 포화 영역에서 동작하기 위한 조건은, 입력 전압을 Vin, 출력 전압을 Vout, 역치 전압을 Vth, 게이트·소스간 전압을 Vgs로 하면 (1) 식으로 표시된다.

(Vin-Vout)≥(Vgs-Vth) (1)

마찬가지로, 보조 트랜지스터(17)가 포화 영역에서 동작하기 위한 조건은, 오프셋 전압원(18)의 오프셋 전압을 ΔVos, 역치 전압을 Vth, 저항(15)의 저항값을 Rm, 저항(15)에 흐르는 전류를 Im으로 하면 (2) 식으로 표시된다.

(Vin-Vout-Im×Rm)≥(Vgs-ΔVos-Vth) (2)

(1) 식과 (2) 식으로부터, 오프셋 전압(ΔVos)을 저항(15)에 의한 전압 강하(Im×Rm) 이상으로 설정함으로써, 보조 트랜지스터는 출력 트랜지스터와 동일한 입출력 전압차에 있어서 포화 영역에서 동작시키는 것이 가능하다. 따라서, 위상 보상 회로는, 보다 넓은 입출력 전압의 조건에 있어서 원하는 위상 보상 효과를 얻을 수 있다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 전압 레귤레이터의 위상 보상 회로에 있어서의 오프셋 전압원(18)의 일례를 나타내는 회로도이다.

오프셋 전압원(18)은, 입력 단자(101)와 오차 증폭기(11)의 출력 단자 사이에 직렬로 접속된 전류원과 저항을 이용하여 구성했다. 오프셋 전압원(18)은, 전류원과 저항의 접속점의 출력 단자가 보조 트랜지스터(17)의 게이트에 접속된다.

도 2와 같은 오프셋 전압원(18)에 있어서, 오프셋 전압(ΔVos)은, 전류원의 전류값을 Ib, 저항의 저항값을 Rb로 하면 (3) 식으로 표시된다.

ΔVos=Ib×Rb (3)

도 2와 같이 구성한 오프셋 전압원(18)은, 전류원의 전류값이나 저항의 저항값을 트리밍 등의 수단으로 조정할 수 있도록 하고, 오프셋 전압(ΔVos)을 원하는 값으로 하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태의 전압 레귤레이터의 위상 보상 회로에 의하면, 보다 넓은 입출력 전압 조건에 있어서, 기대한 위상 보상 효과가 얻어지기 때문에, 안정된 출력 전압(Vout)을 얻을 수 있다.

또한, 오프셋 전압원(18)의 저항은, 게이트가 정전압으로 바이어스된 MOS 트랜지스터를 이용해도 동일한 효과가 있다. 그 경우의 오프셋 전압(ΔVos)은, 트랜지스터의 온 저항값을 Ron으로 하면 (4) 식으로 표시된다.

ΔVos=Ib×Ron (4)

또, 오프셋 전압원(18)의 저항은, 다이오드나 게이트와 소스를 공통으로 한 MOS 트랜지스터를 이용해도 동일한 효과가 있다. 그 경우의 오프셋 전압(ΔVos)은, 다이오드의 순방향 전압을 Vf로 하면 (5) 식으로 표시된다.

ΔVos=Vf (5)

11 오차 증폭기 12 기준 전압원
14 분압 회로 18 오프셋 전압원

Claims (4)

1. 소스가 입력 단자에 접속되고, 드레인이 출력 단자에 접속된 출력 트랜지스터와,
   상기 출력 단자와 접지 단자 사이에 접속된 분압 회로와,
   상기 분압 회로의 출력 단자가 한쪽의 입력 단자에 접속되고, 기준 전압원의 출력 단자가 다른쪽의 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 상기 출력 트랜지스터의 게이트에 접속된 오차 증폭기와,
   상기 출력 단자와 상기 분압 회로의 출력 단자 사이에 접속된 위상 보상 회로와,
   상기 입력 단자에 소스가 접속되고, 상기 위상 보상 회로에 드레인이 접속된 보조 트랜지스터를 구비하고,
   상기 보조 트랜지스터의 게이트는, 상기 오차 증폭기의 출력 단자와 오프셋 전압원을 통하여 접속된 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 오프셋 전압원은, 전류원으로부터 전류가 공급되는 저항 소자인 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 오프셋 전압원은, 게이트에 바이어스 전압이 공급되는 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 오프셋 전압원은 다이오드 소자인 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.

Images