(57)【要約】【課題】過電流保護時にレギュレータ回路の発振を抑制する【解決手段】基準電圧に応じた目的レベルの出力電圧を負荷に出力するレギュレータ回路であって、負荷に流れる電流の状態を検出する電流検出回路と、基準電圧と、出力電圧に応じた電圧との誤差に基づいて、出力電圧を目的レベルに制御する制御回路とを備え、制御回路は、電流検出回路の検出結果に基づき、負荷に流れる電流の量が所定量未満の場合は第１電圧を基準電圧とし、負荷に流れる電流の量が所定量以上の場合は第１電圧より低い第２電圧を基準電圧とすること。【選択図】図１
2008234159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧に応じた目的レベルの出力電圧を負荷に出力するレギュレータ回路であって、
前記負荷に流れる電流の状態を検出する電流検出回路と、
前記基準電圧と、前記出力電圧に応じた電圧との誤差に基づいて、前記出力電圧を前記目的レベルに制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記電流検出回路の検出結果に基づき、前記負荷に流れる前記電流の量が所定量未満の場合は第１電圧を前記基準電圧とし、前記負荷に流れる前記電流の量が所定量以上の場合は前記第１電圧より低い第２電圧を前記基準電圧とすること、
を特徴とするレギュレータ回路。
【請求項２】
前記電流検出回路は、
前記負荷に流れる前記電流の量に伴って変化する電圧を出力する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路から出力される前記電圧が、前記負荷に流れる前記電流の量が前記所定量未満であることを示す電圧であるか、前記負荷に流れる前記電流の量が前記所定量以上であることを示す電圧であるかを検出する電圧検出回路と、
を含んで構成され、
前記制御回路は、
前記電圧検出回路の検出結果に基づき、前記電流電圧変換回路から出力される前記電圧が、前記負荷に流れる電流の量が前記所定量未満であることを示す電圧である場合は、前記第１電圧を前記基準電圧とし、前記電流電圧変換回路から出力される前記電圧が、前記負荷に流れる前記電流の量が前記所定量以上であることを示す電圧である場合は、前記第２電圧を前記基準電圧とすること、
を特徴とする請求項１に記載のレギュレータ回路。
【請求項３】
前記電圧検出回路は、
前記電流電圧変換回路から出力される前記電圧と、前記負荷に流れる前記電流の量が前記所定量の場合に前記電流電圧変換回路から出力される前記電圧と同レベルの第３電圧とを比較する比較回路を含んで構成され、
前記制御回路は、
前記比較回路の比較結果に基づき、前記電圧が前記第３電圧未満の場合は前記第１電圧を前記基準電圧とし、前記電圧が前記第３電圧以上の場合は前記第２電圧を前記基準電圧とすること、
を特徴とする請求項２に記載のレギュレータ回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記基準電圧と前記出力電圧に応じた電圧との誤差を増幅し、グランド電位を同相入力電圧範囲に含む差動増幅回路を備え、
前記第２電圧がグランド電位であること、
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレギュレータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レギュレータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
基準電圧に応じた目的レベルの出力電圧を負荷に出力するレギュレータ回路において、負荷短絡が生じた場合にレギュレータ回路の出力トランジスタと負荷を保護する目的から、過電流保護回路が設けられている（例えば特許文献１及び２）。
【０００３】
過電流保護回路を含むレギュレータ回路の構成例を図３に示す。図３に示したレギュレータ回路は、出力電圧ＶＯＵＴに応じた電圧ＶＦＢが基準電圧ＶＲＥＦと一致する様に出力トランジスタ２０１が動作する。出力トランジスタ２０１から負荷に流れる出力電流の状態は、出力トランジスタ２０１と同極性でサイズの小さいトランジスタ２０２を、出力トランジスタ２０１と並列に接続することにより検出される。過電流時にはトランジスタ２０２から抵抗Ｒ１０１に流れる電流が増加する為、トランジスタ２０３がオンし、出力トランジスタ２０１を駆動する電流が減少する。この結果、出力電圧ＶＯＵＴが低下することとなり、出力トランジスタ２０１と負荷を保護することができる。なお図３において、過電流保護回路はトランジスタ２０２，２０３、抵抗Ｒ１０１からなり、出力電流に応じた電流を検出することにより、出力トランジスタ２０１を制御する過電流保護回路の帰還ループを構成する。
【特許文献１】特開２００６−５３８９８号公報
【特許文献２】特開２００６−１３９６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過電流時には、先に説明した様に過電流保護回路が動作するが、出力電圧ＶＯＵＴを一定に保つ様なレギュレータ回路自身の帰還ループは常に動作している。ここで、レギュレータ回路自身の帰還ループとは、出力電圧ＶＯＵＴに応じた電圧ＶＦＢと基準電圧ＶＲＥＦとの誤差を増幅することにより、出力トランジスタ２０１を制御するループである。従って、過電流保護時には、出力電圧ＶＯＵＴを一定に保つ目的のレギュレータ回路自身の帰還ループと、出力電圧ＶＯＵＴを低下させようとする過電流保護回路の帰還ループがともに動作し、出力トランジスタ２０１を制御することから、レギュレータ回路の動作が不安定となり、発振が生じる場合がある。
【０００５】
さらに、高速の負荷過渡応答や高い出力電圧精度が求められるレギュレータ回路においては、レギュレータ回路自身の帰還ループの広帯域化と直流利得を増加する必要がある為、過電流保護時に、レギュレータ回路が発振しやすいという問題点があった（特許文献１参照）。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、過電流保護時の発振を抑制可能なレギュレータ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基準電圧に応じた目的レベルの出力電圧を負荷に出力するレギュレータ回路であって、前記負荷に流れる電流の状態を検出する電流検出回路と、前記基準電圧と、前記出力電圧に応じた電圧との誤差に基づいて、前記出力電圧を前記目的レベルに制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記電流検出回路の検出結果に基づき、前記負荷に流れる前記電流の量が所定量未満の場合は第１電圧を前記基準電圧とし、前記負荷に流れる前記電流の量が所定量以上の場合は前記第１電圧より低い第２電圧を前記基準電圧とする。
【発明の効果】
【０００８】
過電流保護時の発振を抑制可能なレギュレータ回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態であるレギュレータ回路の構成を示す図である。レギュレータ回路は、ＰＮＰトランジスタ２１，２２，２５，２８、ＮＰＮトランジスタ２３，２４，２６，２７，２９，３０，３１、抵抗８１〜８５、バイアス電流源ＩＢ１、電源９０、基準電圧源９１、及びグランドＧＮＤを含んで構成され、基準電圧に応じた出力電圧ＶＯＵＴを負荷に出力する。
【００１１】
レギュレータ回路のグランドＧＮＤは０Ｖ（ゼロボルト）、電源９０は正の電圧ＶＣＣを出力する。また、抵抗８１〜８５の抵抗値は夫々Ｒ１〜Ｒ５とする。
【００１２】
ＰＮＰトランジスタ２１，２２，２５、ＮＰＮトランジスタ２３，２４、バイアス電流源ＩＢ１は差動増幅回路を構成する。ＰＮＰトランジスタ２１，２５の夫々のベース電極が差動増幅回路における非反転入力に、ＰＮＰトランジスタ２２のベース電極が反転入力に相当する。ＰＮＰトランジスタ２５のベース電極には基準電圧源９１から出力される電圧ＶＲＥＦ１（第１電圧）が、ＰＮＰトランジスタ２１のベース電極には抵抗８１，８２の接続されたノードの電圧ＶＲＥＦ２（第２電圧）が夫々印加されている。ノード電圧ＶＲＥＦ２はＮＰＮトランジスタ２７（比較回路）がオフしている時はＶＣＣに、オンしている時は（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＣＣとなる。なお、二つある非反転入力のうち、低い電圧が印加されたＰＮＰトランジスタのみが動作し、他方のＰＮＰトランジスタはオフする様に、抵抗８１，８２の値は設定されている。
【００１３】
差動増幅回路からの出力は、抵抗８３とＮＰＮトランジスタ２６から構成されるエミッタ接地回路によりさらに増幅された後、エミッタ電極が電源９０に接続されたＰＮＰトランジスタ２８を介して、出力トランジスタであるＮＰＮトランジスタ３１が駆動される。ＮＰＮトランジスタ３１は基準電圧に応じた出力電圧ＶＯＵＴを出力する様にベース電流が制御され、エミッタ電極に接続された負荷に電流を供給する。
【００１４】
なお抵抗８４，８５は出力電圧ＶＯＵＴに応じた電圧ＶＦＢを、差動増幅回路の反転入力に相当するＰＮＰトランジスタ２２のベース電極へ帰還している。
【００１５】
ＮＰＮトランジスタ２９は、ベース電極とコレクタ電極をＮＰＮトランジスタ３１の夫々対応する電極と接続することにより、ベース−コレクタ間電圧のバイアス条件を同じにしている。前述のバイアス条件下で、ＮＰＮトランジスタ３１から負荷への出力電流に応じた電流がＮＰＮトランジスタ２９から流れる様、ＮＰＮトランジスタ２９のサイズをＮＰＮトランジスタ３１に比べ小さくしている。従って、ＮＰＮトランジスタ２９は負荷に流れる電流の状態を検出できる。さらに、ＮＰＮトランジスタ２９はダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ３０と接続されており、ＮＰＮトランジスタ２９から流れる電流は、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ３０にて電圧へと変換される。なお、ここでダイオード接続とはトランジスタのコレクタ電極をベース電極に接続した接続方法を言い、ＮＰＮトランジスタ２９とＮＰＮトランジスタ３０が本発明の電流電圧変換回路に相当する。ＮＰＮトランジスタ２７のベース電極はダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ３０のベース電極と接続されており、ＮＰＮトランジスタ２７のベース電極の電位が、ＮＰＮトランジスタ２７のしきい値電圧（第３電圧）を超えるとＮＰＮトランジスタ２７はオンする。
【００１６】
なお、ＰＮＰトランジスタ２１，２２，２５、ＮＰＮトランジスタ２３，２４、バイアス電流源ＩＢ１からなる差動増幅回路と、ＮＰＮトランジスタ３１を駆動する為のＮＰＮトランジスタ２６、ＰＮＰトランジスタ２８、抵抗８３が本発明の制御回路に相当し、ＮＰＮトランジスタ２７、抵抗８１，８２が本発明の電圧検出回路に相当し、ＮＰＮトランジスタ２７，２９，３０、抵抗８１，８２が本発明の電流検出回路に相当する。
【００１７】
次に、図１に示したレギュレータ回路の動作を述べる。まず、ＮＰＮトランジスタ３１から負荷に流れる出力電流が所定の電流量未満、即ち過電流で無い時は、ＮＰＮトランジスタ３１と同じ極性でサイズの小さいＮＰＮトランジスタ２９から流れる電流量は少ない。この為、ダイオード接続したＮＰＮトランジスタ３０のベース電極電位は低く、エミッタ電極が接地したＮＰＮトランジスタ２７はオフの状態である。ＮＰＮトランジスタ２７はオフしている為、ＶＲＥＦ２の電圧はＶＣＣに相当する。ＰＮＰトランジスタ２５のベース電極に印加されたＶＲＥＦ１の方が、ＰＮＰトランジスタ２１のベース電極に印加されたＶＲＥＦ２より低く設定されている為、ＰＮＰトランジスタ２１はオフした状態である。この為、ＶＲＥＦ１がレギュレータ回路の基準電圧となり、出力電圧ＶＯＵＴはＶＯＵＴ＝（１＋Ｒ４／Ｒ５）×ＶＲＥＦ１の関係を満たす様にレギュレータ回路自身の帰還ループがＮＰＮトランジスタ３１を制御する。
【００１８】
一方、ＮＰＮトランジスタ３１からの出力電流が所定の電流量以上の場合、即ち過電流の場合は、ＮＰＮトランジスタ２９から流れる電流量が増加し、それに伴い、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ３０のベース電極の電位が上昇する。ＮＰＮトランジスタ２７のベース電極は、ＮＰＮトランジスタ３０とベース電極と共通の為、ＮＰＮトランジスタ３０のベース電極の電位の上昇により、ＮＰＮトランジスタ２７はオンする。この結果ノードＶＲＥＦ２の電圧は、ＮＰＮトランジスタ２７のオン抵抗が無視できる程度である為、ＶＲＥＦ２＝（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＣＣとなる。このＶＲＥＦ２はＶＲＥＦ１より低く、さらにＶＲＥＦ１が印加されているＰＮＰトランジスタ２５がオフする様に、抵抗値Ｒ１とＲ２が設定されている。従って、ＶＲＥＦ２がレギュレータ回路の基準電圧となり、出力電圧ＶＯＵＴを低下させることができる。
【００１９】
ＮＰＮトランジスタ３１からの出力電流の電流量が所定量未満（過電流で無い）と所定量以上（過電流）の場合に分けて図１のレギュレータ回路の動作を説明したが、夫々の場合における出力電圧を図２に示す。電流量が所定量未満では、図１のレギュレータ回路は基準電圧ＶＲＥＦ１に対応する一定電圧ＶＯＵＴを出力する。一方、電流量が所定量以上ではレギュレータ回路の基準電圧がＶＲＥＦ１からＶＲＥＦ２へ低下する為、出力電圧ＶＯＵＴもそれに伴い低下し、一般的なレギュレータ回路の垂下特性が得られる。
【００２０】
以上に説明した構成からなる本実施形態のレギュレータ回路は、過電流時に、レギュレータ回路の基準電圧をＶＲＥＦ１からＶＲＥＦ２へ低下させ、レギュレータ回路自身の帰還ループにて出力トランジスタであるＮＰＮトランジスタ３１を制御することにより、出力電圧ＶＯＵＴを低下させている。このため、過電流時にレギュレータ回路自身の帰還ループと、過電流保護回路の帰還ループの２つを有して、出力トランジスタであるＮＰＮトランジスタ２０１を制御する図３のレギュレータ回路と比較すると、過電流保護回路の帰還ループの影響を受けない為、図１のレギュレータ回路は安定に動作する。即ち、図１に示す実施形態は、過電流保護回路の帰還ループでＮＰＮトランジスタ３１を直接制御すること無く、過電流保護機能を有している。この結果、本実施形態においては、過電流時にレギュレータ回路の発振を抑制可能である。
【００２１】
また、ＮＰＮトランジスタ２９とダイオード接続したＮＰＮトランジスタ３０を電流電圧変換回路として用い、ＮＰＮトランジスタ２７、抵抗８１，８２を電圧検出回路として用いることにより、レギュレータ回路を構成することができる。
【００２２】
また本実施形態では、ＰＮＰトランジスタ２１のベース電極に接続されるノードの電位ＶＲＥＦ２を、ＮＰＮトランジスタ２７をオンすることにより変化させ、制御回路の基準電圧をＶＲＥＦ１からＶＲＥＦ２へと切り替えている。この様に、トランジスタのオンとオフの状態の変化で基準電圧を切り替える比較回路を用いることにより、制御回路の基準電圧は短時間で低下し、レギュレータ回路の出力電圧ＶＯＵＴもそれに伴い短時間で低下する。従って、所定の電流量であることを検出すると、即ち過電流であることを検出すると短時間で過電流保護機能が動作し、ＮＰＮトランジスタ３１とＮＰＮトランジスタ３１に接続された負荷を保護することが可能となる。
【００２３】
また、本実施形態において制御回路を構成する抵抗８２を除き、ＮＰＮトランジスタ２７のコレクタ電極をＰＮＰトランジスタ２１のベース電極に接続した場合、ＮＰＮトランジスタ２７がオンするとＶＲＥＦ２がＮＰＮトランジスタ２７のオン抵抗を介してグランドＧＮＤと接続される。この結果、ＶＲＥＦ２はグランド電位である０Ｖ（ゼロボルト）となる。但し、前述の０Ｖは図１に示す差動増幅回路の同相入力電圧範囲を超えている為、図１に示したレギュレータ回路を動作させる為には、例えば特開２００４−２０１０６４号公報に示したレール・ツー・レール型の差動増幅回路を用いる必要がある。上記のレール・ツー・レール型差動増幅回路を用い、ＶＲＥＦ２を０Ｖとすると、それに伴い出力電圧ＶＯＵＴも０Ｖとすることができる。この結果ＮＰＮトランジスタ３１に接続された負荷の耐量を緩和することが可能となる。
【００２４】
以上、本発明の一実施形態につき詳細に説明したが、以上の実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【００２５】
例えば、図１に示した２つの非反転入力を有する誤差増幅回路のＰＮＰトランジスタ２５を使用せず、１つの非反転入力に変更し、抵抗８１の電源９０に接続された一端を基準電圧源９１に接続してもよい。この場合、ＮＰＮトランジスタ２７がオフしている状態ではＰＮＰトランジスタ２１のベース電極の電位は基準電圧源９１からの出力電圧であるＶＲＥＦ１となる。一方ＮＰＮトランジスタ２７がオンすると、ＰＮＰトランジスタ２１のベース電極の電位は、ＶＲＥＦ１の値が抵抗８１，８２で分圧され、低下する。この結果、過電流発生時にＮＰＮトランジスタ２７がオフの状態からオンの状態になると、レギュレータ回路の基準電圧はＶＲＥＦ１から（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＲＥＦ１へと変化し、出力電圧ＶＯＵＴは低下する。
【００２６】
また、図１ではバイポーラトランジスタにてレギュレータ回路を構成したが、ＭＯＳトランジスタを用いることや、トランジスタの極性を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態として説明するレギュレータ回路の構成を示す図である。
【図２】レギュレータ回路の出力電圧の一例を示す図である。
【図３】過電流保護回路を有する一般的なレギュレータ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２１，２２，２５，２８  ＰＮＰトランジスタ
２３，２４，２６，２７，２９  ＮＰＮトランジスタ
３０，３１  ＮＰＮトランジスタ
８１〜８５  抵抗
ＩＢ１  バイアス電流源
９０  電源
９１  基準電圧源
【図１】
2008234159.tif 000003
【図２】
2008234159.tif 000004
【図３】
2008234159.tif 000005