WO2020250349A1 - 定電圧回路及び電子機器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a constant voltage circuit that generates a predetermined voltage based on a power supply voltage, and an electronic device provided with the constant voltage circuit.
- An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a constant voltage circuit capable of improving load transient response characteristics while maintaining stable operation of the constant voltage circuit against high frequencies, and an electronic device provided with the constant voltage circuit. There is.
- the output voltage is determined by amplifying the error between the predetermined reference voltage and the output voltage by an arithmetic amplifier including a constant current source and controlling the load current based on the amplified voltage. It is a constant voltage circuit that controls the voltage so that it becomes a constant voltage.
- a voltage detecting means that detects only an AC component that limits the output voltage to a predetermined band and outputs the detected detection voltage.
- a voltage amplification means that amplifies the AC component of the detection voltage and outputs the amplified amplification voltage.
- a determination means that outputs a determination signal indicating whether or not the threshold value is equal to or higher than a predetermined threshold value based on the amplified voltage It is characterized by including a control means for temporarily increasing the current consumption of the operational amplifier by increasing the current value of the constant current source of the operational amplifier based on the determination signal.
- the load transient can be maintained while maintaining the stable operation of the constant voltage circuit with respect to the high frequency. It is possible to improve the response characteristics.
- FIG. It is a circuit diagram which shows the structural example of the constant voltage circuit which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a circuit diagram which shows the structural example of the constant voltage circuit which concerns on Embodiment 2. It is a circuit diagram which shows the structural example of the constant voltage circuit which concerns on Embodiment 3. It is a circuit diagram which shows the structural example of the constant voltage circuit which concerns on Embodiment 4. It is a graph which shows the frequency characteristic of the detection circuit (including an amplifier circuit) which concerns on a prior art example and Embodiment 1.
- FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a constant voltage circuit according to the first embodiment.
- the reference voltage Vref generated from the power supply voltage Vdd by the reference voltage generation circuit 7 is amplified by the arithmetic amplifier 1 including the constant current sources 14 and 15 and amplified.
- the output voltage Vout is controlled to be a predetermined constant voltage.
- a load 6 is connected between the output terminal Tout that outputs the output voltage Vout and the ground voltage (GND).
- the load 6 is, for example, an electronic device having a predetermined function of receiving a power supply voltage Vdd from a constant voltage circuit.
- the load 6 is an electronic device for an automobile that receives power supply from a constant voltage circuit, an image forming apparatus such as a copier or a printer that receives power supply from the constant voltage circuit, and the like. Further, each of these electronic devices or devices may be configured to have a constant voltage circuit.
- the constant voltage circuit of FIG. 1 includes an operational amplifier 1, a transient characteristic improvement circuit 2, a current control circuit 5, and a smoothing capacitor 20.
- the transient characteristic improvement circuit 2 includes a voltage detection circuit 3 and an amplifier circuit 4 which is a voltage amplification means, and prevents overshoot or undershoot to improve the transient characteristic.
- the reference voltage generation circuit 7 generates a predetermined reference voltage Vref from the power supply voltage Vdd.
- the current control circuit 5 (1) The output voltage detection resistors R10 and R11 that divide the output voltage Vout to generate and output the divided voltage Vfb, and (2) A driver transistor M1 composed of a P-channel MOS transistor (hereinafter referred to as a MOSFET transistor) that controls a current that outputs an output voltage Vout according to a signal input to the gate. (3) A phase compensation circuit 8 which is connected between one end of the resistor R10 and the gate of the transistor M1 and is a series circuit of the resistor and the capacitor. To be equipped.
- the operational amplifier 1 constitutes an error amplifier circuit that controls the operation of the driver transistor M1 so that the voltage dividing voltage Vfb becomes the reference voltage Vref.
- the transient characteristic improvement circuit 2 controls the constant current source 14 by detecting and amplifying the output voltage Vout.
- the operational amplifier 1 includes a MOSFET transistors M4 and M5 constituting a current mirror circuit, N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as an NMOS transistor) M2 and M3, and a constant current source 15 for supplying a predetermined constant current.
- a constant current source 14 for supplying a predetermined constant current, and a switch SW1.
- the driver transistor M1 is connected between the input terminal Tin and the output terminal Tout connected to the power supply voltage Vdd, and the series circuit of the resistors R10 and R11 is connected between the output terminal Tout and the ground voltage (GND). ..
- the voltage dividing voltage Vfb is output from the connection point between the resistors R10 and R11.
- a reference voltage Vref is input from the reference voltage generation circuit 7 to the gate of the NMOS transistor M3 which constitutes the inverting input terminal of the operational amplifier 1, and the voltage is divided to the gate of the NMOS transistor M2 which constitutes the non-inverting input terminal of the operational amplifier 1.
- the voltage Vfb is input.
- the NMOS transistors M2 and M3 form a differential pair
- the NMOS transistors M5 and M4 form a current mirror circuit to form a load of the differential pair.
- each source is connected to the input voltage Vdd, each gate is connected to each other, and the connection point is connected to the drain of the MOSFET transistor M4.
- the drain of the NMOS transistor M4 is connected to the drain of the NMOS transistor M2, and the drain of the NMOS transistor M5 is connected to the drain of the NMOS transistor M3.
- the sources of the NMOS transistors M2 and M3 are connected to each other, and the series circuit of the constant current source 14 and the switch SW1 and the constant current source 15 are connected in parallel between the connection point and the ground voltage (GND). ..
- a phase compensation circuit 8 is connected between the output terminal Vout and the gate of the MOS transistor M1.
- the operational amplifier 1 configured as described above amplifies the voltage difference between the reference voltage Vref and the voltage dividing voltage Vfb and outputs the voltage difference to the gate of the driver transistor M1 to control the output current output from the driver transistor M1.
- the output voltage Vout is controlled to be a predetermined voltage.
- the transient characteristic improvement circuit 2 includes a voltage detection circuit 3, an amplifier circuit 4, and an inverter 16 that constitutes a determination circuit.
- the voltage detection circuit 3 includes NMOS transistors M8 and M9, a constant current source 12 for supplying a predetermined constant current, and a capacitor 17 for detecting fluctuations in the output voltage Vout.
- One end of the constant current source 12 is connected to the power supply voltage Vdd, and the other end of the constant current source 12 is connected to the drain of the NMOS transistor M8 and the gate of the NMOS transistor M9.
- the capacitor 17 is connected to the source of the NMOS transistor M8 and the drain of the NMOS transistor M9 grounded to the source, and the drain of the NMOS transistor M8 is connected to the gate of the NMOS transistor M9.
- a predetermined bias voltage is applied to the gate of the NMOS transistor M8. Further, the gate of the NMOS transistor M9 is connected to the input terminal of the amplifier circuit 4.
- the voltage detection circuit 3 composed of the NMOS transistors M8 and M9 and the constant current source 12 detects only the high-frequency AC component of the output voltage Vout, amplifies the signal in phase with the detection waveform, and outputs it as the detection voltage Vd. ..
- the detection voltage Vd from the voltage detection circuit 3 is amplified by the amplifier circuit 4 and then the threshold value is determined by the inverter 16 which is a determination circuit for the amplified AC component. That is, when the voltage of the input AC component becomes less than the predetermined threshold voltage, the inverter 16 outputs an H level determination signal to the control terminal of the switch SW1 and turns on the switch SW1.
- an L level determination signal is output to the control terminal of the switch SW1 to turn off the switch SW1.
- the inverter 16 controls on / off the constant current source 14 that supplies a predetermined constant current of the operational amplifier 1.
- the switch SW1 is composed of, for example, a MOS transistor.
- a frequency range selection type voltage detection circuit that can operate with respect to the AC component according to the filter frequency determined by and attenuates the high frequency component according to the MOS characteristics of the NMOS transistor M9 according to the current value of the constant current source 12. 3 can be configured.
- the current consumption of the operational amplifier is increased by increasing the current value of the constant current source 14 of the operational amplifier 1 (switch SW1 is turned on) based on the determination signal.
- a control means for temporarily increasing the number of currents, whereby the response characteristics of the constant voltage circuit can be operated stably at high speed and with high accuracy.
- the frequency range selection type (including the band pass filter) voltage detection circuit 3 it is possible to respond in a high frequency band that could not be realized in a low consumption state, and the high frequency when the switch SW1 is turned on. The risk of oscillation can be suppressed by attenuating the gain in the band.
- the chip area can be reduced as compared with the conventional technique. it can.
- a circuit having high robustness can be realized by removing the disturbance noise in a band higher than the pass band by using the frequency range selection type (including the band pass filter) voltage detection circuit 3. The same effect can be obtained even if the voltage detection circuit 3 is configured by using a NMOS transistor.
- FIG. 5 is a graph showing the frequency characteristics of the detection circuit (including the amplifier circuit) according to the conventional example and the first embodiment.
- 101 is the frequency characteristic of the differentiating circuit and the amplifier circuit according to the conventional example
- 102 is the frequency characteristic of the frequency range selection type voltage detection circuit 3 and the amplifier circuit 4 according to the first embodiment.
- FIG. 5 it is possible to attenuate the high frequency component according to the MOS characteristics of the NMOS transistor M9 which can operate with respect to the AC component corresponding to the filter frequency and corresponds to the current value of the constant current source 12. it can.
- the output voltage of the operational amplifier is stabilized by enabling the response to the high frequency component specified by the frequency range selection type voltage detection circuit 3, and the differentiating circuit or the like according to the conventional example is required. Therefore, the chip area can be reduced as compared with the conventional technique.
- FIG. 6A shows the output voltage Vout of the constant voltage circuit according to the first embodiment, the load current Iload thereof, the current consumption Iss of the arithmetic amplifier 1, and the constant voltage circuit (not equipped with the transient characteristic improvement circuit 2) according to the conventional example.
- 6B is an enlarged view of both axes of FIG. 6A
- FIG. 6C is an enlarged view of the time axis of FIG. 6A.
- the transient response time can be shortened as compared with the case where the present invention is not used, and the conventional characteristic of amplifying the high frequency component when the output fluctuates is maintained. By attenuating the signal in the band not intended for amplification, both high-speed response and stable operation can be achieved.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the constant voltage circuit according to the second embodiment.
- the constant voltage circuit according to the second embodiment is characterized in that the specific configuration of the amplifier circuit 4 is shown in FIG. The above differences will be described in detail below.
- the amplifier circuit 4 includes amplifiers 4A and 4B, inverters 16, 18A and 18B, and Arthur Gate 19.
- the amplifier 4A is configured by connecting a constant current source 13, an NMOS transistor M6, and a MOSFET transistor M7 in series.
- the gate of the NMOS transistor M9 of the voltage detection circuit 3 is connected to the gate of the NMOS transistor M7 to form a source follower circuit, and the detection voltage Vd from the voltage detection circuit 3 is applied to the gate of the MOSFET transistor M7.
- One end of the constant current source 13 is connected to the power supply voltage Vdd, and the other end of the constant current source 13 is connected to the drain of the NMOS transistor M6.
- a predetermined bias voltage Vbias1 is applied to the gate of the NMOS transistor M6.
- the source of the NMOS transistor M6 is connected to the source of the MOSFET transistor M7 grounded on the drain, and the drain of the NMOS transistor M6 is connected to the first input terminal of the Arthur gate 19 via the inverter 18A which is a determination circuit.
- the amplifier 4B is configured by connecting the constant current source 13B and the NMOS transistors M10 and M11 in series.
- One end of the constant current source 13B is connected to the power supply voltage Vdd, and the other end of the constant current source 13B is connected to the drain of the NMOS transistor M10 and the second input terminal of the Arthur gate 19 via the inverter 18B.
- a predetermined bias voltage Vbias1 is applied to the gate of the NMOS transistor M10.
- the source of the NMOS transistor M10 is connected to the drain of the MOSFET transistor M11 grounded to the source.
- the detection voltage Vd from the voltage detection circuit 3 is applied to the gate of the NMOS transistor M11.
- the output signal from the Arthur Gate 19 is input to the inverter 16 which is a determination circuit.
- the amplifier 4A of the amplifier circuits 4 configured as described above constitutes a gate-grounded amplifier circuit that operates at a predetermined operating point with respect to the amplification MOSFET transistor M7 in order to amplify the undershoot at the detection voltage Vd.
- the MOSFET transistor M6 is connected to amplify and output the detection voltage Vd via the MOSFET transistor M6.
- the NMOS transistor M10 constituting the gate grounded amplifier circuit operating at a predetermined operating point is connected to the amplification NMOS transistor M11 to perform the detection.
- the voltage Vd is amplified and output via the NMOS transistor M11.
- FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the constant voltage circuit according to the third embodiment.
- the constant voltage circuit according to the third embodiment is characterized in that, in FIG. 2, the amplifier circuit 4 is composed of only the amplifier 4A according to the second embodiment.
- FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the constant voltage circuit according to the fourth embodiment.
- the constant voltage circuit according to the fourth embodiment is characterized in that, in FIG. 2, the amplifier circuit 4 is composed of only the amplifier 4B according to the second embodiment.
- the constant voltage circuit is disclosed in the above-described first to fourth embodiments, when the load 6 is an electronic device, the constant voltage circuit may be built in the electronic device.
- Patent Document 1 discloses a constant voltage circuit having a differentiating circuit for the purpose of increasing the response speed to a sudden change in a rapid load current.
- the output voltage of the differentiating circuit is amplified by the amplifier circuit, and the current corresponding to the output voltage of the amplified differentiating circuit is superimposed on the intermediate node of the operational amplifier. It is characterized by making it respond.
- the embodiment of the present invention it is possible to use the differential waveform of the output voltage at the moment of the transient response, and it is easy to limit the amplification frequency range with respect to the output voltage according to the current value of the constant current source. It is possible to suppress current amplification for high frequency components in an unintended band. Therefore, stable operation can be maintained even when a minute high frequency component is superimposed on the output voltage while maintaining high-speed transient response characteristics.
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Abstract
高周波に対する安定動作を維持しつつ負荷過渡応答特性を改善できる定電圧回路を提供する。 定電圧回路は、基準電圧(Vref)と出力電圧(Vout)の誤差を、演算増幅器(1)により増幅し、前記増幅した電圧に基づいて負荷電流を制御することにより、出力電圧(Vout)が定電圧になるように制御する。 定電圧回路は、出力電圧(Vout)を所定の帯域に制限した交流成分のみを検出して、前記検出された検出電圧(Vd)を出力する電圧検出手段(3)と、前記検出電圧(Vd)の交流成分を増幅して、増幅された増幅電圧を出力する電圧増幅手段(4)と、前記増幅電圧に基づいて、所定のしきい値以上であるか否かを示す判定信号を出力する判定手段(16)と、前記判定信号に基づいて、前記演算増幅器(1)に含まれる定電流源の電流値を増加する(スイッチSW1をオン)ことで、前記演算増幅器(1)の消費電流を一時的に増加させる制御手段とを備える。
Description
本発明は、電源電圧に基づいて所定の電圧を発生する定電圧回路と、当該定電圧回路を備えた電子機器に関する。
従来、演算増幅回路及び演算増幅回路を使用した定電圧回路では、消費電流を低減させると、動作周波数が低域になり定電圧回路に接続されている負荷過渡変動に対して応答性を確保する事が難しくなる。それを解決する手段として、出力電圧に連動した電圧を微分回路に入力し、上記微分回路の出力電圧を増幅し、その増幅電圧に応じた電流を演算増幅器の消費電流に重畳させ、増加させることで動作周波数を広帯域に変化させることで応答性を向上させる手法(以下、従来例という。)が既に知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、今までの微分回路の入力信号を増幅する手法では増幅段を用いることで、高周波帯域の微小な出力電圧信号に対しても増幅を行い、演算増幅器の出力が不安定になる、意図せず消費電流が増加する問題があった。また、過渡応答性向上させるため動作周波数帯域を広げるために微分回路を構成する抵抗成分を大きくしようとすると抵抗素子面積が大きくなる。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、定電圧回路の高周波に対する動作安定動作を維持しつつ負荷過渡応答特性を改善できる定電圧回路と、当該定電圧回路を備えた電子機器を提供することにある。
本発明に係る定電圧回路は、所定の基準電圧と出力電圧の誤差を、定電流源を含む演算増幅器により増幅し、前記増幅した電圧に基づいて負荷電流を制御することにより、出力電圧が所定の定電圧になるように制御する定電圧回路であって、
前記出力電圧を所定の帯域に制限した交流成分のみを検出して、前記検出された検出電圧を出力する電圧検出手段と、
前記検出電圧の交流成分を増幅して、前記増幅された増幅電圧を出力する電圧増幅手段と、
前記増幅電圧に基づいて、所定のしきい値以上であるか否かを示す判定信号を出力する判定手段と、
前記判定信号に基づいて、前記演算増幅器の定電流源の電流値を増加することで、前記演算増幅器の消費電流を一時的に増加させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
前記出力電圧を所定の帯域に制限した交流成分のみを検出して、前記検出された検出電圧を出力する電圧検出手段と、
前記検出電圧の交流成分を増幅して、前記増幅された増幅電圧を出力する電圧増幅手段と、
前記増幅電圧に基づいて、所定のしきい値以上であるか否かを示す判定信号を出力する判定手段と、
前記判定信号に基づいて、前記演算増幅器の定電流源の電流値を増加することで、前記演算増幅器の消費電流を一時的に増加させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る定電圧回路によれば、出力電圧に重畳される一部周波数の帯域のみを検出、増幅を容易に実現することで、定電圧回路の高周波に対する動作安定動作を維持しつつ負荷過渡応答特性の改善を実現することができる。
以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。
実施形態1.
図1は実施形態1に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。
図1は実施形態1に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。
図1において、実施形態1に係る定電圧回路は、基準電圧発生回路7により電源電圧Vddから発生された基準電圧Vrefを、定電流源14,15を含む演算増幅器1により増幅し、前記増幅した電圧に基づいて電流制御回路5により負荷電流Iloadを制御することにより、出力電圧Voutが所定の定電圧になるように制御する。出力電圧Voutを出力する出力端子Toutと接地電圧(GND)との間には負荷6が接続される。ここで、負荷6は、例えば定電圧回路から電源電圧Vddの供給を受ける所定の機能を有する電子機器等である。負荷6は具体的には、定電圧回路から電源電圧の供給を受ける自動車用の電子機器、又は定電圧回路から電源供給を受けるコピー機又はプリンタといった画像形成装置等である。また、これらの電子機器又は装置がそれぞれ定電圧回路を有するように構成してもよい。
図1の定電圧回路は、演算増幅器1と、過渡特性改善回路2と、電流制御回路5と、平滑用キャパシタ20とを備えて構成される。ここで、過渡特性改善回路2は、電圧検出回路3と、電圧増幅手段である増幅回路4とを備えて、オーバーシュート又はアンダーシュート等を防止して過渡特性を改善する。また、基準電圧発生回路7は電源電圧Vddから所定の基準電圧Vrefを発生する。
電流制御回路5は、
(1)出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vfbを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗R10,R11と、
(2)ゲートに入力される信号に応じて出力電圧Voutを出力する電流の制御を行うPチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタという。)からなるドライバトランジスタM1と、
(3)抵抗R10の一端と、トランジスタM1のゲートとの間に接続され、抵抗及びキャパシタの直列回路である位相補償回路8と、
を備える。
(1)出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vfbを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗R10,R11と、
(2)ゲートに入力される信号に応じて出力電圧Voutを出力する電流の制御を行うPチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタという。)からなるドライバトランジスタM1と、
(3)抵抗R10の一端と、トランジスタM1のゲートとの間に接続され、抵抗及びキャパシタの直列回路である位相補償回路8と、
を備える。
演算増幅器1は、分圧電圧Vfbが基準電圧VrefになるようにドライバトランジスタM1の動作制御を行う誤差増幅回路を構成する。過渡特性改善回路2は、出力電圧Voutを検出しかつ増幅して定電流源14を制御する。ここで、演算増幅器1は、カレントミラー回路を構成するPMOSトランジスタM4,M5と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタという。)M2,M3と、所定の定電流を供給する定電流源15と、所定の定電流を供給する定電流源14、およびスイッチSW1とを備える。
電源電圧Vddに接続された入力端子Tinと出力端子Toutとの間にドライバトランジスタM1が接続され、出力端子Toutと接地電圧(GND)との間に、抵抗R10及びR11の直列回路が接続される。ここで、抵抗R10とR11との接続点から分圧電圧Vfbが出力される。演算増幅器1の反転入力端子を構成するNMOSトランジスタM3のゲートには基準電圧Vrefが基準電圧発生回路7から入力され、演算増幅器1の非反転入力端子を構成するNMOSトランジスタM2のゲートには分圧電圧Vfbが入力される。NMOSトランジスタM2及びM3は差動対を構成し、PMOSトランジスタM5及びM4はカレントミラー回路を形成して前記差動対の負荷を構成する。
PMOSトランジスタM4及びM5において、各ソースは入力電圧Vddにそれぞれ接続されており、各ゲートは互いに接続され当該接続点はPMOSトランジスタM4のドレインに接続される。また、PMOSトランジスタM4のドレインはNMOSトランジスタM2のドレインに接続され、PMOSトランジスタM5のドレインはNMOSトランジスタM3のドレインに接続される。NMOSトランジスタM2及びM3の各ソースは互いに接続され、当該接続点と接地電圧(GND)との間において、定電流源14及びスイッチSW1の直列回路と、定電流源15とが並列接続されている。なお、出力端子VoutとMOSトランジスタM1のゲートとの間には、位相補償回路8が接続される。
以上のように構成された演算増幅器1は、基準電圧Vrefと分圧電圧Vfbとの電圧差を増幅してドライバトランジスタM1のゲートに出力し、ドライバトランジスタM1から出力される出力電流を制御して出力電圧Voutが所定の電圧になるように制御する。
過渡特性改善回路2は、電圧検出回路3と、増幅回路4と、判定回路を構成するインバータ16とを備えて構成される。電圧検出回路3は、NMOSトランジスタM8,M9と、所定の定電流を供給する定電流源12と、出力電圧Voutの変動を検出するキャパシタ17とを備える。定電流源12の一端は電源電圧Vddに接続され、定電流源12の他端はNMOSトランジスタM8のドレイン及びNMOSトランジスタM9のゲートに接続される。キャパシタ17はNMOSトランジスタM8のソース、及びソース接地のNMOSトランジスタM9のドレインに接続され、NMOSトランジスタM8のドレインはNMOSトランジスタM9のゲートに接続される。なお、NMOSトランジスタM8のゲートには所定のバイアス電圧が印加される。また、NMOSトランジスタM9のゲートは増幅回路4の入力端子に接続される。
次に、過渡特性改善回路2の動作について説明する。
NMOSトランジスタM8,M9及び定電流源12で構成された電圧検出回路3は、出力電圧Voutの高周波の交流成分のみを検出し、検出波形と同相の信号を増幅して、検出電圧Vdとして出力する。当該電圧検出回路3からの検出電圧Vdは増幅回路4により、交流成分を増幅された後、増幅された交流成分に対して、判定回路であるインバータ16によってしきい値判定を行う。すなわち、インバータ16は、入力される交流成分の電圧が所定のしきい値電圧未満となったときに、Hレベルの判定信号をスイッチSW1の制御端子に出力してスイッチSW1をオンする。一方、入力される交流成分の電圧が所定のしきい値電圧以上となったときに、Lレベルの判定信号をスイッチSW1の制御端子に出力してスイッチSW1をオフする。これにより、インバータ16は演算増幅器1の所定の定電流を供給する定電流源14をオン/オフ制御する。なお、スイッチSW1は例えばMOSトランジスタで構成される。
NMOSトランジスタM8のドレインをNMOSトランジスタM9のゲートに接続することによって、NMOSトランジスタM9のドレインの出力抵抗が低下する。出力電圧変動を検出するキャパシタ17をNMOSトランジスタM8のソースに接続することで、NMOSトランジスタM8のソースノードとNMOSトランジスタM9のドレインノードの出力抵抗が並列に接続されて構成される出力抵抗とキャパシタ17で決まるフィルタ周波数に応じた交流成分に対して動作可能かつ定電流源12の電流値に応じたNMOSトランジスタM9のMOS特性に応じて高域の周波数成分を減衰させる周波数範囲選択型の電圧検出回路3を構成できる。
以上のように構成された実施形態1によれば、前記判定信号に基づいて、演算増幅器1の定電流源14の電流値を増加する(スイッチSW1をオン)ことで、前記演算増幅器の消費電流を一時的に増加させる制御手段を備え、これにより、定電圧回路の応答特性が高速かつ高精度で安定に動作させることができる。また、当該周波数範囲選択型(帯域通過フィルタを含む)電圧検出回路3を用いることで、低消費状態では実現できなかった高周波帯域の応答が可能になるとともに、スイッチSW1をオンにしたときの高周波帯域の利得を減衰させることで発振のリスクを抑制できる。これにより、消費電流を削減しても高周波成分に対する応答を可能にしつつ、従来例に係るシリコン抵抗素子を含む微分回路等を必要としないため、従来技術に比較してチップ面積を小さくすることができる。さらに、周波数範囲選択型(帯域通過フィルタを含む)電圧検出回路3を用いて通過帯域よりも高い帯域の外乱ノイズを除去することで、ロバスト性の高い回路を実現できる。なお、電圧検出回路3は、PMOSトランジスタを用いて構成しても同様の効果が得られる。
図5は従来例及び実施形態1に係る検知回路(増幅回路含む)の周波数特性を示すグラフである。図5において、101は従来例に係る微分回路及び増幅回路の周波数特性であり、102は実施形態1に係る周波数範囲選択型の電圧検出回路3及び増幅回路4の周波数特性である。図5から明らかなように、フィルタ周波数に応じた交流成分に対して動作可能かつ定電流源12の電流値に応じたNMOSトランジスタM9のMOS特性に応じて高域の周波数成分を減衰させることができる。従って、消費電流を削減しても周波数範囲選択型の電圧検出回路3で指定した高周波成分に対する応答を可能にすることで演算増幅器の出力電圧が安定しつつ、従来例に係る微分回路等を必要としないため、従来技術に比較してチップ面積を小さくすることができる。
図6Aは、実施形態1に係る定電圧回路の出力電圧Vout、その負荷電流Iload、及び演算増幅器1の消費電流Iss、並びに従来例に係る定電圧回路(過渡特性改善回路2を非搭載)の出力電圧Voutpの時間波形を示す波形図である。また、図6Bは図6Aの両軸の拡大図であり、図6Cは図6Aの時間軸の拡大図である。図5及び図6A~図6Cから明らかなように、本発明を利用しない場合に比べて過渡応答時間を短縮することができ、出力変動時の高周波成分を増幅するという従来の特性をそのままに、増幅を意図しない帯域の信号を減衰させることで高速応答と安定動作を両立させることができる。
実施形態2.
図2は実施形態2に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態2に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4の具体的な構成を示したことを特徴としている。以下、上記相違点について詳述する。
図2は実施形態2に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態2に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4の具体的な構成を示したことを特徴としている。以下、上記相違点について詳述する。
図2において、増幅回路4は、増幅器4A、4Bと、インバータ16,18A,18Bと、ノアゲート19とを備えて構成される。増幅器4Aは、定電流源13と、NMOSトランジスタM6と、PMOSトランジスタM7とが直列に接続されて構成される。以下、実施形態1との相違点について詳述する。
電圧検出回路3のNMOSトランジスタM9のゲートはPMOSトランジスタM7のゲートに接続されてソースフォロア回路を構成し、電圧検出回路3からの検出電圧VdがPMOSトランジスタM7のゲートに印加される。定電流源13の一端は電源電圧Vddに接続され、定電流源13の他端はNMOSトランジスタM6のドレインに接続される。NMOSトランジスタM6のゲートには所定のバイアス電圧Vbias1が印加される。NMOSトランジスタM6のソースはドレイン接地のPMOSトランジスタM7のソースに接続され、NMOSトランジスタM6のドレインは判定回路であるインバータ18Aを介してノアゲート19の第1の入力端子に接続される。
増幅器4Bは、定電流源13Bと、NMOSトランジスタM10,M11とが直列に接続されて構成される。定電流源13Bの一端は電源電圧Vddに接続され、定電流源13Bの他端はNMOSトランジスタM10のドレイン及びノアゲート19の第2の入力端子にインバータ18Bを介して接続される。NMOSトランジスタM10のゲートには所定のバイアス電圧Vbias1が印加される。NMOSトランジスタM10のソースはソース接地のNMOSトランジスタM11のドレインに接続される。電圧検出回路3からの検出電圧VdがNMOSトランジスタM11のゲートに印加される。
さらに、ノアゲート19からの出力信号は判定回路であるインバータ16に入力される。
以上のように構成された増幅回路4のうちの増幅器4Aは、検出電圧Vdにおけるアンダーシュートを増幅するために、増幅用PMOSトランジスタM7に対して所定の動作点で動作するゲート接地増幅回路を構成するNMOSトランジスタM6を接続して前記検出電圧Vdを、NMOSトランジスタM6を介して増幅し出力する。また、増幅器4Bにおいては、検出電圧Vdにおけるオーバーシュートを増幅するために、増幅用NMOSトランジスタM11に対して所定の動作点で動作するゲート接地増幅回路を構成するNMOSトランジスタM10を接続して前記検出電圧Vdを、NMOSトランジスタM11を介して増幅し出力する。
以上のように構成された定電圧回路においては、実施形態1の作用効果に加えて、検出電圧Vdにおけるアンダーシュート及びオーバーシュートを防止することができ、高い精度で高速応答と安定動作を両立させることができる。
実施形態3.
図3は実施形態3に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態3に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4を、実施形態2に係る増幅器4Aのみで構成したことを特徴とする。
図3は実施形態3に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態3に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4を、実施形態2に係る増幅器4Aのみで構成したことを特徴とする。
以上のように構成された定電圧回路においては、実施形態1の作用効果に加えて、実施形態2で上述したように検出電圧Vdにおけるアンダーシュートを防止することができ、より高い精度で高速応答と安定動作を両立させることができる。
実施形態4.
図4は実施形態4に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態4に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4を実施形態2に係る増幅器4Bのみで構成したことを特徴とする。
図4は実施形態4に係る定電圧回路の構成例を示す回路図である。実施形態4に係る定電圧回路は、図2において、増幅回路4を実施形態2に係る増幅器4Bのみで構成したことを特徴とする。
以上のように構成された定電圧回路においては、実施形態3の作用効果に加えて、実施形態2で上述したように検出電圧Vdにおけるオーバーシュートを防止することができ、より高い精度で高速応答と安定動作を両立させることができる。
変形例.
以上の実施形態1~4においては、定電圧回路について開示しているが、負荷6が電子機器であるとき、定電圧回路を電子機器に内蔵してもよい。
以上の実施形態1~4においては、定電圧回路について開示しているが、負荷6が電子機器であるとき、定電圧回路を電子機器に内蔵してもよい。
特許文献1との比較.
特許文献1には、急速な負荷電流の急激な変化に対する応答速度を速くする目的で、微分回路を有する定電圧回路ついて開示されている。ここでは、出力電圧が急峻に変動した場合にのみ、微分回路の出力電圧を増幅回路で増幅させ、増幅された微分回路の出力電圧に応じた電流を演算増幅器の中間ノードに電流を重畳させて応答させることを特徴としている。
特許文献1には、急速な負荷電流の急激な変化に対する応答速度を速くする目的で、微分回路を有する定電圧回路ついて開示されている。ここでは、出力電圧が急峻に変動した場合にのみ、微分回路の出力電圧を増幅回路で増幅させ、増幅された微分回路の出力電圧に応じた電流を演算増幅器の中間ノードに電流を重畳させて応答させることを特徴としている。
しかし、当該特許文献1に係る発明では、高周波帯域の微小な出力電圧信号に対しても増幅を行い、演算増幅器の出力が不安定になり、消費電流が増加するという問題と、周波数帯域を下げるために微分回路を構成する抵抗成分を大きくしようとすると抵抗素子面積が大きくなるという問題は解消できていない。
これに対して、本発明の実施形態では、過渡応答の瞬間に出力電圧の微分波形を利用することが可能でありつつ、出力電圧に対する増幅周波数範囲制限を定電流源の電流値に応じて容易に実行できるため、意図しない帯域の高周波成分に対する電流増幅を抑制することができる。このため、高速な過渡応答特性を維持しつつ、微小な高周波成分が出力電圧に重畳された場合でも安定した動作を維持できる。
1 演算増幅器
2 過渡特性改善回路
3 電圧検出回路
4 増幅回路
4A,4B 増幅器
5 電流制御回路
6 負荷
7 基準電圧発生回路
8 位相補償回路
12~15,13B 定電流源
16 インバータ
17 キャパシタ
18A,18B インバータ
19 ノアゲート
20 キャパシタ
M1~M11 MOSトランジスタ
R10,R11 抵抗
SW1 スイッチ
Tin 入力端子
Tout 出力端子
Vdd 電源電圧
Vd 検出電圧
Vbias,Vbias1 バイアス電圧
Vref 基準電圧
Vfb 分圧電圧
Iload 負荷電流
2 過渡特性改善回路
3 電圧検出回路
4 増幅回路
4A,4B 増幅器
5 電流制御回路
6 負荷
7 基準電圧発生回路
8 位相補償回路
12~15,13B 定電流源
16 インバータ
17 キャパシタ
18A,18B インバータ
19 ノアゲート
20 キャパシタ
M1~M11 MOSトランジスタ
R10,R11 抵抗
SW1 スイッチ
Tin 入力端子
Tout 出力端子
Vdd 電源電圧
Vd 検出電圧
Vbias,Vbias1 バイアス電圧
Vref 基準電圧
Vfb 分圧電圧
Iload 負荷電流
Claims (3)
- 所定の基準電圧と出力電圧の誤差を、定電流源を含む演算増幅器により増幅し、前記増幅した電圧に基づいて負荷電流を制御することにより、出力電圧が所定の定電圧になるように制御する定電圧回路であって、
前記出力電圧を所定の帯域に制限した交流成分のみを検出して、前記検出された検出電圧を出力する電圧検出手段と、
前記検出電圧の交流成分を増幅して、前記増幅された増幅電圧を出力する電圧増幅手段と、
前記増幅電圧に基づいて、所定のしきい値以上である否かを示す判定信号を出力する判定手段と、
前記判定信号に基づいて、前記演算増幅器の定電流源の電流値を増加することで、前記演算増幅器の消費電流を一時的に増加させる制御手段とを備えたことを特徴とする定電圧回路。 - 前記電圧増幅手段は、前記検出電圧の交流成分のオーバーシュート及びアンダーシュートのうちの少なくとも1つを防止する増幅回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の定電圧回路。
- 請求項1又は2に記載の定電圧回路を備えたことを特徴とする電子機器。
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