(57)【要約】【課題】電流供給能力の高いＯＰアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができるレギュレータを提供する。【解決手段】ＯＰアンプ１による出力電圧の安定化制御の際に高速に電圧制御を行い、かつ負荷に大電流を供給する場合でも、ＯＰアンプ１として過大な電流供給能力を不要とする。【選択図】図１
2006107295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に基づいて出力電圧制御トランジスタを制御して、負荷への出力電圧を安定化するレギュレータであって、前記出力電圧制御トランジスタを駆動制御するカレントミラーと、前記カレントミラーの駆動電流を制御する電流制御部と、前記出力電圧制御トランジスタから出力された出力信号に基づき帰還信号を決定する帰還関数手段と、前記制御信号と前記帰還信号に基づき前記電流制御部を制御するＯＰアンプとを備えたことを特徴とするレギュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のレギュレータであって、前記カレントミラーとして多連出力型を用い、前記カレントミラーの多連出力側に流れる電流を電圧に変換する抵抗を設け、前記抵抗により変換された電圧を基に、前記多連出力側の電流をモニタするよう構成したことを特徴とするレギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧の安定化制御の際に高速動作するとともに、負荷への大電流供給が可能なレギュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子デバイスを安定動作させるために、その電源として、出力電圧を安定化制御することにより一定な電圧が供給可能な定電圧電源（レギュレータ）が使用されている。この場合、レギュレータから電子デバイス等の負荷に安定化した出力電圧を供給する際に、レギュレータの回路構成としてオペアンプ（ＯＰアンプ）による電圧制御回路を使用して、出力電圧から得られる出力信号に応じてＯＰアンプに帰還をかけることにより、安定な電圧制御を行う方法がある。
【０００３】
しかしながら電圧制御を大電流供給かつ高速で行う場合、ＯＰアンプ単体のレギュレータでは、電流供給能力を向上させるためには、単純に各素子に流れる電流を大きくするだけでなく、新たに回路を追加しなければならず、それに伴って寄生容量成分（コンデンサ成分）が大きくなり、高速で動作しにくくなるという短所がある。
【０００４】
そこで、ＯＰアンプの出力に出力電圧制御トランジスタを接続し、出力電圧制御トランジスタの電圧制御をＯＰアンプで行うことにより、負荷であるデバイスに大電流を供給するという構成が提案されている。
【０００５】
上記のような公知技術（例えば、特許文献１を参照）である従来のレギュレータを以下に説明する。
図４は従来のレギュレータの構成を示すブロック図である。このレギュレータは、図４に示すように、出力電圧制御トランジスタ４を制御するＯＰアンプ１と、出力信号７に接続された負荷５と、出力信号７に基づいてＯＰアンプ１に帰還をかけるための帰還信号８を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段６とで構成されており、ＯＰアンプ１は、制御電圧９と帰還信号８を比較しながらそれらが同じ電圧になるように動作することにより、出力信号７が所望の一定電圧になるように、出力電圧に対して安定化制御している。
【０００６】
このようなレギュレータでは、負荷電流に応じて大電流が流れるのは出力電圧制御トランジスタ４のみであるため、安定化制御用のＯＰアンプ１としては、低電流供給能力のＯＰアンプを使用することができ、高速動作で高精度の電圧制御が可能となる。
【特許文献１】ＷＯ  ００／３９９３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記のような従来のレギュレータでは、その電圧供給中に、負荷５のインピーダンスが低くなって大電流で電源電圧付近まで制御を行う必要が発生する可能性がある場合には、その電圧制御の際に出力電圧制御トランジスタ４の寄生抵抗成分による電力ロスが問題となり、そのロスを抑えるために、出力電圧制御トランジスタ４として寄生抵抗成分が低くかつ電力容量の非常に大きな制御用素子が必要となり、それにともなって出力電圧制御トランジスタ４の寄生容量（コンデンサ成分）が大きくなる。
【０００８】
その結果、レギュレータにおける出力電圧制御を高速動作させる、つまりレギュレータ全体のカットオフ周波数を大きくするためには、出力電圧制御トランジスタの電圧制御を高速で行わなければならないことになるが、出力電圧制御トランジスタの寄生容量が大きくなっているので、その寄生容量の元で出力電圧制御を高速で行うためには、出力電圧制御トランジスタを駆動するための制御電流として大きな電流が必要となる。
【０００９】
従って、出力電圧制御トランジスタを駆動制御するＯＰアンプとしても、大きな電流供給能力を有する素子が必要となり、ＯＰアンプを高速動作ができかつ大電流供給能力を持つようにするために、そのようなＯＰアンプの設計が複雑化する。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電流供給能力の高いＯＰアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができるレギュレータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のレギュレータは、制御信号に基づいて出力電圧制御トランジスタを制御して、負荷への出力電圧を安定化するレギュレータであって、前記出力電圧制御トランジスタを駆動制御するカレントミラーと、前記カレントミラーの駆動電流を制御する電流制御部と、前記出力電圧制御トランジスタから出力された出力信号に基づき帰還信号を決定する帰還関数手段と、前記制御信号と前記帰還信号に基づき前記電流制御部を制御するＯＰアンプとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載のレギュレータは、請求項１に記載のレギュレータであって、前記カレントミラーとして多連出力型を用い、前記カレントミラーの多連出力側に流れる電流を電圧に変換する抵抗を設け、前記抵抗により変換された電圧を基に、前記多連出力側の電流をモニタするよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
以上により、ＯＰアンプによる出力電圧の安定化制御の際に高速に電圧制御を行い、かつ負荷に大電流を供給する場合でも、ＯＰアンプとして過大な電流供給能力を不要とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、ＯＰアンプによる出力電圧の安定化制御の際に高速に電圧制御を行い、かつ負荷に大電流を供給する場合でも、ＯＰアンプとして過大な電流供給能力を不要とすることができる。
【００１５】
そのため、電流供給能力の高いＯＰアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を示すレギュレータについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態のレギュレータについて、その基本概念を以下に説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態のレギュレータの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態のレギュレータは、図１に示すように、出力電圧制御トランジスタ４を駆動制御するカレントミラー３と、カレントミラー３の電流を制御する電流制御部２と、電流制御部２を制御するＯＰアンプ１と、出力信号７に接続された負荷５と、出力信号７に基づいてＯＰアンプ１に帰還をかけるための帰還信号８を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段６とを備え、基本的には、ＯＰアンプ１が、制御信号９と帰還信号８を比較し、それらが同じ電圧になるように、電流制御部２およびカレントミラー３を通じて、出力電圧制御トランジスタ４により出力信号７を制御するように構成されている。
【００１８】
上記のように構成することにより、負荷５にインピーダンスの低いものが接続されたために、出力電圧制御トランジスタ４に大きな素子が必要となった場合においても、出力電圧制御トランジスタ４はカレントミラー３で制御を行い、出力電圧制御トランジスタ４に流れる電流をＩ１とした時、カレントミラー３における制御電流Ｉ２は、出力電圧制御トランジスタ４のエミッタ（ソース）接合面積をＡ、カレントミラー３で用いるトランジスタのエミッタ（ソース）接合面積をＢとすると、
Ｉ１／Ｉ２  ＝  Ａ／Ｂ
Ｉ２  ＝  Ｂ×Ｉ１／Ａ
という近似式が成り立つため、制御電流Ｉ２はＡとＢの面積比で決定される。
【００１９】
すなわち、カレントミラー３における制御電流Ｉ２は、出力電圧制御トランジスタ４とカレントミラー３のトランジスタの面積比で小さくなり、電流制御部２で少ない電流を制御するだけでよいので、電流制御部２を構成する素子（例えば、トランジスタ）が小電力容量で小さなものでもよく、電流制御部２を制御するＯＰアンプ１も、大きな電流供給能力を必要としなくなる。
【００２０】
従って、本実施の形態のレギュレータを使用することにより、出力電圧制御トランジスタの駆動制御をカレントミラーで行い、そのカレントミラーをＯＰアンプで行うことで、ＯＰアンプの電流供給能力を高めることなく、レギュレータの大電流かつ高速な電圧制御が可能となる。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のレギュレータを説明する。
【００２１】
図２は本実施の形態１のレギュレータの構成を示すブロック図である。本実施の形態１のレギュレータは、図２に示すように、出力電圧制御トランジスタ４を駆動制御するカレントミラー３と、カレントミラー３における駆動電流を制御する電流制御部２のトランジスタＴ２と、カレントミラー３の駆動電流を制御するトランジスタＴ２を制御するＯＰアンプ１と、出力信号７に基づいてＯＰアンプ１の入力側に帰還をかけるための帰還信号８を得る際に、その帰還量を決定するための帰還関数を有する帰還関数手段６とで構成されている。
【００２２】
以上の構成において、ＯＰアンプ１は、制御信号９の電圧と、出力信号７に帰還関数手段６の帰還関数を掛け合わせて得られた帰還信号８の電圧とを比較し、それらが同じ電圧になるように、電流制御部２およびカレントミラー３を通じて、出力電圧制御トランジスタ４を駆動制御することにより、出力信号７の電圧が所望の一定電圧になるように制御しており、この電圧制御の際に、出力信号７を基に帰還関数手段６を通じて帰還信号８によりＯＰアンプ１の入力側に正帰還をかけている。
【００２３】
このような構成を採用することにより、負荷５のインピーダンスが低い場合で、出力電圧制御トランジスタ４として、大電流用が必要となり、その寄生容量（コンデンサ成分）が大きくなる場合においても、出力電圧制御トランジスタ４の駆動制御はカレントミラー３で行われ、さらに、カレントミラー３は、電流制御部２のトランジスタＴ２で制御されるようになる。ここで、カレントミラー３に流れる制御電流は、出力電圧制御トランジスタ４とカレントミラー３におけるトランジスタとのエミッタ（ソース）接合面積比で決まる。このカレントミラー３に流れる制御電流は、電流制御部２のトランジスタＴ２により制御され、ＯＰアンプ１は、電流制御部２のトランジスタＴ２の制御を行う際には、カレントミラー３に流れる電流のベータ（β）分の１（β：トランジスタＴ２の電流増幅率）の電流で制御することが可能となる。
【００２４】
従って、ＯＰアンプ１は、電流制御部２およびカレントミラー３を通じて、出力電圧制御トランジスタ４を制御する際には、出力電圧制御トランジスタ４に流れる電流のカレントミラー比と、電流制御部２におけるトランジスタＴ２のベータとを掛け合わせた係数で割った電流値を制御することにより、出力電圧制御トランジスタ４による出力電圧の制御が可能となる。
【００２５】
これにより、ＯＰアンプ１は、少ない制御電流でよいことになり、出力電圧に対して高速制御が必要な場合においても、それほど大きな電流供給能力を必要とせずに、出力電圧制御トランジスタ４による出力電圧の制御が可能となる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のレギュレータを説明する。
【００２６】
図３は本実施の形態２のレギュレータの構成を示すブロック図である。本実施の形態２のレギュレータは、図３に示すように、カレントミラー３に並列にトランジスタ１０を追加することで、カレントミラー３におけるトランジスタと同一の電流がトランジスタ１０にも流れる。さらに、トランジスタ１０とグランド間に、モニタ電圧発生用負荷として設けられた抵抗１１に電流が流れることにより、その抵抗１１の両端に端子電圧が発生する。
【００２７】
この抵抗１１に発生する電圧は、本実施の形態のレギュレータに入力される制御信号９に対して一定の関数を持つことになる。つまり、抵抗１１の両端に生じる電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｖｉｎ＊Ａ（ｘ）
のように、制御信号９による入力信号Ｖｉｎに、ある関数Ａ（ｘ）を掛け合わせた関係式で表すことができる。
【００２８】
上記式を用いて、抵抗１１によりモニタ側で発生する電圧とレギュレータの出力側で制御を行う出力信号７による電圧とが同じになるような抵抗値を算出し、その抵抗値を抵抗１１の値とする。従って、何らかの原因で負荷５の状態が変化して、出力電圧制御トランジスタ４における出力信号７の電圧が異常値を示した時、出力信号７の電圧は、負荷５に大電流が流れるため、出力信号７の電圧値が下がってくる。しかし、モニタ信号１２の電圧は、抵抗１１がレギュレータ内で構成されているため、レギュレータ外からの影響を受けにくく、常に一定の電圧値となっている。
【００２９】
以上の結果、負荷５が異常状態になったとき出力信号７とモニタ信号１２に電位差が発生することになり、この電位差を用いれば、制御信号９である入力信号を出力信号７の異常が低減する方向に抑えることや、あるいは、レギュレータの出力電流に制限をかけることなどの制御を行うことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のレギュレータは、電流供給能力の高いＯＰアンプを用いることなく、高速に出力電圧を制御しかつ負荷に大電流を供給することができるもので、安定化制御の高速化および負荷への大電流供給が要求されるレギュレータ等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態のレギュレータの概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１のレギュレータの構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態２のレギュレータの構成を示すブロック図
【図４】従来のレギュレータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３２】
１    オペアンプ（ＯＰアンプ）
２    電流制御部
３    カレントミラー
４    出力電圧制御トランジスタ
５    負荷
６    帰還関数手段
７    出力信号
８    帰還信号
９    制御信号
１０    トランジスタ
１１    モニタ電圧発生用負荷（抵抗）
１２    モニタ信号
Ｔ２    電流制御トランジスタ
【図１】
2006107295.tif 000003
【図２】
2006107295.tif 000004
【図３】
2006107295.tif 000005
【図４】
2006107295.tif 000006