(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レギュレータ回路のために動作電圧を受電する前記レギュレータ回路の第1電源端子と、
前記レギュレータ回路のフィードバック端子と、
前記第1電源端子に結合された第1導通端子、前記フィードバック端子に結合された第２導通端子、およびフィードバック信号を受信するために結合された制御端子を有する第1トランジスタと、
前記動作電圧を規制するために前記第1電源端子に結合され、安定した動作電圧を提供するためのＶｃｃリミッタであって、前記Ｖｃｃリミッタは、
（ａ）第１および第２トランジスタを含むトランジスタ・ペアであって、前記トランジスタ・ペアは、参照信号を受信するために結合された第１制御端子、および前記動作電圧を示す信号を受信するために結合された第２制御端子を有し、前記第１トランジスタの第１導通端子は、制御信号を提供するために接続される、トランジスタ・ペア、および
（ｂ）電流ミラー構成で前記トランジスタ・ペアと直列に結合された、第１および第２電流ミラー・トランジスタを有する電流ミラーであって、前記第１電流ミラー・トランジスタは、第１導通端子、および、前記制御信号を受信するために前記第１トランジスタの前記第１導通端子に結合された制御端子を具備し、前記第２電流ミラー・トランジスタは、前記トランジスタ・ペアの第２導通端子に結合された第１導通端子を具備し、および前記電流ミラーは、前記制御信号を受信するために前記第１トランジスタの前記第１導通端子に結合された制御端子、および、前記安定した動作電圧を提供するために前記第１電源端子に結合された第２導通端子を有する駆動トランジスタをさらに有する、電流ミラー、
を含む、Ｖｃｃリミッタと、
レギュレータ出力信号を提供するために前記フィードバック端子に結合されたスイッチング・レギュレータ回路と、
から構成されることを特徴とするレギュレータ回路。
【請求項２】
電源を規制するレギュレータ回路であって、
前記スイッチング・レギュレータ回路を制御するフィードバック信号を受信するために前記レギュレータ回路の第1ピンでフィードバック端子に結合され、電源の出力電圧を規制するためのレギュレータ出力信号を提供する、スイッチング・レギュレータ回路と、
動作電圧を受電するために、前記レギュレータの第２ピンで第1電源端子に結合されたＶｃｃリミッタであって、前記動作電圧は前記出力電圧とは異なり、前記Ｖｃｃリミッタは、前記動作電圧を規制し、かつ前記第1電源端子かつ前記スイッチング・レギュレータ回路の一部に安定した動作電圧を提供し、前記Ｖｃｃリミッタは、
（ａ）参照信号を受信するために結合された第１制御端子、および前記動作電圧を示す信号を受信するために結合された第２制御端子を有するトランジスタ・ペアであって、前記トランジスタ・ペアは制御信号を提供するために結合された第１導電端子を有し、かつ第２導電端子を有する、トランジスタ・ペア、および
（ｂ）電流ミラー構成で前記トランジスタ・ペアと直列に結合された、第１および第２電流ミラー・トランジスタを有する電流ミラーであって、前記第１電流ミラー・トランジスタは、第１導通端子および前記制御信号を受信するために前記トランジスタ・ペアの前記第１導通端子に結合された制御端子を具備し、前記第２電流ミラー・トランジスタは、前記トランジスタ・ペアの前記第２導通端子に結合された第１導通端子を具備し、および前記電流ミラーは前記制御信号を受信するために前記トランジスタ・ペアの前記第１導通端子に結合された制御端子、および前記安定した動作電圧を提供するために前記第１電源端子に結合された第１導通端子を有する駆動トランジスタを具備する電流ミラー、を含み、前記駆動トランジスタを通る電流は、前記第１電流ミラー・トランジスタを通る電流のＮ倍である、Ｖｃｃリミッタと、
から構成されることを特徴とするレギュレータ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に電子回路に関し、更に詳しくはＡＣ信号を調整されたＤＣ信号へ変換するスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全てではないが大抵の電子装置は、適切な動作のために適当なレベルのＤＣ電圧を必要とする。ＤＣ電圧は典型的にはＡＣ電源、例として壁面ソケットに電源を接続することにより導かれる。壁面ソケットで利用可能なＡＣ電圧は、全波整流ダイオード・ブリッジによってＤＣバルク電圧に変換される。ＤＣバルク電圧は、さらにスイッチング電源により調整されたＤＣ出力電圧へ変換される。
【０００３】
スイッチング電源は、エネルギ変換要素として、変圧器または形状に依存するインダクタを用いる。例えば、フライバック型の電源は、変圧器の主巻線の一方側に結合された電力スイッチング・トランジスタを有する。電力スイッチング・トランジスタは、レギュレータの規制に従ってオン・オフを行い、変圧器の磁界中にエネルギを交互に蓄積し、２次巻線に蓄積エネルギを転送する。変圧器の２次巻線は、２次巻線の両端に結合されたシャント・コンデンサの両端にエネルギ転送の関数として出力電圧を生成する。コンデンサの両端電圧は、スイッチング電源のＤＣ出力電圧を与える。
【０００４】
ＤＣ出力電圧は、与えられた負荷に応じて増大しまた減少する。負荷を増加させるとＤＣ出力電圧は減少し、負荷を減少させるとＤＣ出力電圧は増大する。ＤＣ出力電圧またはそれを表す値がレギュレータ回路に戻され、スイッチング電力の供給が負荷変動に対し補償するのを可能にする。負荷が増加するにつれ、ＤＣ出力電圧が低下することにより、電力トランジスタが磁界により多くのエネルギを蓄積するためにより長い時間オンのままにになる。付加的なエネルギが電力トランジスタのオフの期間２次巻線へ転送され、増加した負荷に供給してＤＣ出力電圧を再確立する。負荷が減少するにつれ、ＤＣ出力電圧は増大し、それはレギュレータが磁界中により少ないエネルギを蓄えるためにより短時間だけオンのままにする。電力トランジスタのオフ時間中、２次巻線へのエネルギ転送が減少することにより、電源は減少した負荷に調整されかつＤＣ出力電圧をその安定状態値に戻す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
１つの従来技術であるスイッチング電源は、単一の入力ピンに対して結合フィードバックおよび電源を含む集積レギュレータ回路を有する。集積レギュレータ回路は、チップ内に分離回路を有し、フィードバックおよび電源信号を分ける。フィードバックおよび電源信号を単一ピン上に結合することにより、集積レギュレータをより少ないピンで済ませることができる。しかしながら、多くの事例において、十分な数の利用可能なピンがあり、それは単一ピン上にフィードバックおよび電源信号を結合することを必要としなくなる。集積レギュレータ回路の設計は、フィードバックおよび電源が別々のピンに伝えられることで単純化される。フィードバックおよび電源が単一のピン上に伝えられる応用では、その分離回路により、付随する必要性および利点なしに、集積回路中に不必要な複雑さをもたらす。
【０００６】
このように、動作電圧およびフィードバック入力ピンを完全に分離し、複雑な分離回路を必要としない集積レギュレータ回路に対する必要性が存在する。その回路は、またその回路は過度な動作電圧を制限し、それにより低電圧回路が集積レギュレータ回路内で用いることができる。
【０００７】
【実施例】
図１は、従来のスイッチング電源５０を示し、それはＡＣライン電圧を受け、それを規制されたＤＣ動作電圧へ変換する。具体的には、ＡＣライン電圧は全波整流ダイオード・ブリッジ５２によってＤＣバルク電圧に変換される。コンデンサ５４はＤＣバルク電圧を濾波し、変圧器５８の主巻線はそのＤＣバルク電圧を受電する。電力トランジスタ９０は誘導電流を変圧器５８の主巻線に導き、変圧器の磁界に蓄積されるエネルギの量を制御する。電力トランジスタ９０がフライバック・モードの構成で動作する場合、誘導電流は主巻線を通して流れ、変圧器５８の磁界中にエネルギを蓄える。電力トランジスタ９０が非導通の場合、磁界中に蓄えられたエネルギは２次巻線に移動し、コンデンサ６２がその２次巻線の両端に結合され、ＤＣ出力電圧ＶOUTを与える。
【０００８】
通常動作モードでは、抵抗７８およびツェナー・ダイオード８０を通して電流が流れる。ダイオード７６および光検出トランジスタ８２は協働して動作し、光学的に結合してコンデンサ６２からレギュレータ回路７０の結合フィードバックおよび電源端８６に情報をフィードバックする。ＤＣ出力電圧（ＶOUT）は、典型的には出力負荷に応じて予め定める規制閾値(regulation threshold)のわずかに上あるいは下のいずれかで動作する。出力負荷が比較的大きく、ＶOUTが規制閾値より低くなる場合、抵抗７８の両端の電圧は、光ダイオード７６がより小さい順方向バイアスとなり、それによりトランジスタ８２の導電性が低くなりまたより小さいフィードバック信号の印加をもたらす。規制閾値より上にＶOUTが増加すると、光ダイオード７６はより強い順方向バイアスとなりトランジスタ８２がより強い導電性を帯びかつフィードバック信号がより強くなる。
【０００９】
ＤＣ出力電圧の変動がもたらすフィードバック情報は、ダイオード７６によってトランジスタ８２に光学的に戻され、レギュレータ回路７０の電源端子８６と結合される。このように、結合されたフィードバックおよび電源信号は、電源端子８６に印加される。レギュレータ回路７０は、内部分離回路を用い、集積回路に電力を供給する電源を、パルス幅変調を制御し電力トランジスタ９０へのゲート駆動信号を生成するフィードバック信号から、分離する。電力トランジスタ９０は変圧器５８を通して送られたエネルギ量を制御し、ＶOUTを規制するために必要なデューティ・サイクルでそれをオンおよびオフする。
【００１０】
図２は、スイッチング電源９６の好適な実施例を示す。具体的には、スイッチング電源９６は、ＡＣ線電圧を受け、それを規制したＤＣ動作電圧に変換する。ＡＣ線電圧は全波整流ダイオード・ブリッジ９８によってＤＣバルク電圧へ変換される。コンデンサ１００はＤＣバルク電圧を濾波し、そのＤＣバルク電圧を変圧器１０４の主巻線が受電する。電力トランジスタ４４は、変圧器１０４の主巻線を通して誘導電流を導き、変圧器の磁界中に蓄積されたエネルギ量を制御し、スイッチング・レギュレータ回路１８によって制御された規制サイクルで動作する。電力トランジスタ４４がフライバック・モードの構成で動作する場合、誘導電流は主巻線を通して流れ、変圧器１０４の磁界中にエネルギを蓄積する。電力トランジスタ４４が非導通の場合、磁界中に蓄えられたエネルギは２次巻線に伝えられ、そこで２次巻線の両端に結合されたコンデンサ１０８はＤＣ出力電圧（ＶOUT）を生成する。ダイオード１０６は電流が２次巻線に逆流するのを防ぐ。
【００１１】
ＶOUT変動に応じて、フィードバック情報が結合され、フィードバック回路１１６によってレギュレーション回路１１８に戻される。その情報は、光学的な光放出ダイオード（ＬＥＤ）１２０によってトランジスタ１４のベースに戻され、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２上で受信される。フィードバック端子１２はトランジスタ１４のエミッタに接続される。受信したフィードバック情報は、スイッチング・レギュレータ１８内のパルス幅変調を制御し、電力トランジスタ４４へのゲート駆動信号を生成する。電力トランジスタ４４は変圧器１０４のエネルギ量を制御し、ＶOUTを規制するために必要なデューティ・サイクルでそれをオンおよびオフする。電力トランジスタ４４の具体的な形態は、低電圧ＭＯＳＦＥＴを直列にした高電圧ＪＦＥＴである。低電圧ＭＯＳＦＥＴのゲートは、駆動信号を受信し、高電圧ＪＦＥＴのドレインは変圧器１０４に接続される。
【００１２】
電源端子１０で付属巻線１１１からの電力の供給を受ける。ダイオード１１０，抵抗１１２，およびコンデンサ１１４は付属巻線１１１に接続される。電源端子１０はトランジスタ１４のコレクタに接続される。
【００１３】
通常の動作状態では、抵抗１２２およびツェナー・ダイオード１２４を通して電流が流れる。ＬＥＤ１２０および光検出トランジスタ１４は、コンデンサ１０８からの情報を、ＶOUT変動に応じて、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２へ戻すために動作する。ＬＥＤが順方向バイアスされる場合、そのときＬＥＤを通して流れる電流は、電流の流れに比例する光子(photons)量を生成する。その光子はトランジスタ１４の光検出ベースで受光し、それを導電性にする。トランジスタ１４はそのコレクタからエミッタへ電流を流す。ＬＥＤ１２０が順方向バイアスでない場合、ＬＥＤ１２０から光子は放出されず、トランジスタ１４を非導通にする。
【００１４】
フィードバック回路１１６は、典型的にはアノードおよびカソードを有するＬＥＤ１２０，２つの端子を有する抵抗１２２，アノードおよびカソードを有するダイオード１２４，および２つの導通端子と１つの制御端子を有する光検出トランジスタ１４から構成される。ＬＥＤ１２０のアノードはコンデンサ１０８の第1端子に結合され、ＬＥＤ１２０のカソードはダイオード１２４のカソードに接続され、ダイオード１２４のアノードは接地電位を受けるために結合される。抵抗１２２の第1端子は、ＬＥＤ１２０のアノードに結合され、第２端子はＬＥＤのカソードに結合される。トランジスタ１４のドレインはレギュレータ回路１１８の電源端子１０に接続される。トランジスタ１４のソースは、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２に接続され、トランジスタ１４の制御端子はＬＥＤ１２０からのフィードバック情報を受けるために結合される。電源端子１０は、電源を受ける外部ピンを示す。フィードバック端子１２は、フィードバック情報を受ける外部ピンである。
【００１５】
レギュレータ回路１１８は次のものから構成される。レギュレータ回路１１８の電源端子１０は、ＶCCリミッタ１６に結合され、電源端子１０における動作電圧を規制する。スタートアップ回路１７は電源端子１０に結合され、スタートまたはリスタートの間、その回路のスタートを行う。スタートアップ回路１７は米国特許5,477,175として実現され、ここに参考として組み入れられる。高電圧端子（ＨＶ）は、電力トランジスタ４４のドレインに結合され、変圧器１０４の主巻線上の高電圧を結合する。ＨＶ端子はレギュレータ回路１１８の外部ピンである。スイッチング・レギュレータ回路１８は、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２からフィードバック信号を受信し、駆動信号を電力トランジスタ４４に供給する。スイッチング・レギュレータ回路１８は、発振器３８，比較器４０，抵抗３９およびラッチ駆動回路４２から成る。発振器３８は出力信号を発生する。比較器４０は、発振器３８の出力信号を受信するために結合し、またフィードバック端子１２上のフィードバック信号を受信するために結合する。ラッチ駆動回路４２は比較器４０からの出力を受け、出力として電力トランジスタ４４に駆動信号を提供する。電力トランジスタ４４は、レギュレータ回路１１８のＨＶに結合されたドレイン，接地電位２８に結合されたソースおよびスイッチング・レギュレータ回路１８からの出力駆動信号を受けるために結合されたゲートを有する。抵抗３９はフィードバック端子１２上のフィードバック信号を受信するために結合された第1端子、および接地電位２８に結合された第２端子を有する。レギュレータ回路１１８は、従来の典型的には高電圧集積回路製造プロセスを用いる集積回路として実現される。
【００１６】
ＤＣ出力電圧ＶOUTは、出力負荷に応じて、典型的には予め定める規制閾値周辺で動作する。規制閾値は、順方向バイアス時のＬＥＤの両端電圧にツェナー・ダイオード１２４の両端電圧を加えた電圧で設定される。ＶOUTを規制閾値より低くさせるぐらい出力負荷が比較的大きい場合、抵抗１２２の両端の電圧は、ＬＥＤ１２０が順方向にあまり強くバイアスされなくなり、トランジスタ１４がより非導電性（フィードバックはより少なくなる）を帯びるようになる。規制閾値より上にＶOUTが増加することによりＬＥＤ１２０はより順方向にバイアスされることになる。電流はＬＥＤ１２０を通って流れ、その電流に比例する光子量を生成する。トランジスタ１４のベースに与えられた光子はそれを十分に導電性にして、トランジスタ１４を通して流れる電流に変化を起こさせる。トランジスタ１４中の電流の流れが変化すると、抵抗３９の両端にＶFBとして示される電圧降下が生まれる。電圧ＶFBは比較器４０の第1端子に現われ、比較器４０の第２端子には発振器３８からの信号が与えられる。これら２つの信号は、比較器４０の入力に印加され、電力トランジスタ４４のオン時間を制御する出力を与える。比較器４０に対するデューティ・サイクルの変化は、電力トランジスタ４４のオン時間に変化を与え、規制のためのＶOUTに必要な変化を提供して、２次巻線へエネルギ転送の変化となる。ＶOUTが規制閾値より大きくかつフィードバック信号が存在する場合、その時フィードバック・ループは、フィードバック端子１２により高い電圧を与え、スイッチング・レギュレータ回路１８は電力トランジスタ４４へのゲート駆動信号およびデューティ・サイクルを減少させる。上述したように、ＶOUTは規制閾値に保持される。ゲート駆動信号およびデューティ・サイクルを減らすことにより、電力トランジスタ４４が導通している平均時間量が減少する。従って、電力トランジスタ４４をより長い期間オフに保持することにより、変圧器１０４の磁界中に蓄積される付加エネルギが少なく蓄えられる。結果として、２次巻線へ転送されるエネルギは少なくなり、それによりＶOUTは低下する。このように、スイッチング・レギュレータ回路１８は、フィードバック信号に応答してゲート駆動信号を電力トランジスタ４４のゲートに供給し、ＶOUTを規制するために必要な限りで電力トランジスタをオンおよびオフする。
【００１７】
図３は、電源端子１０における動作電圧の供給を制限するＶCCリミッタ１６を示す。フィードバック信号はフィードバック端子１２で受け取られ、別の動作電圧の供給がレギュレータ回路１１８の電源端子１０で受電される。動作電圧の供給は、電圧変動を受ける付加巻線から集積回路へ分配される。このように、電源端子１０は電圧の制限を必要とする。
【００１８】
ＶCCリミッタ１６は、典型的な値として１０μＡの定電流Ｉ20を一対の差動トランジスタ２２，２４に提供する。トランジスタ２２は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタで、定電流Ｉ20の一部を受け取るドレイン，差電流Ｉ1を提供するソースおよび参照電圧を受けるゲートを有する。参照電圧（Ｖref）は典型的には１．２５ボルトで動作する。トランジスタ２４は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタで、定電流Ｉ20の残りの一部を受けるために結合されたドレイン，差電流Ｉ2を提供するソースおよび抵抗３２，３４および電源端子１０からの動作電圧を含む抵抗ネットワークによって分圧された電圧レベルを受けるゲートを有する。抵抗３２は、電源端子１０に結合された端子と、トランジスタ２４のゲートに結合された端子と、を有する。抵抗３４は、トランジスタ２４のゲートに結合された端子と、電源端子２８に結合された端子と、を有する。トランジスタ対２６，３０は電流ミラー形状を構成する。トランジスタ２６はトランジスタ２２からの差電流Ｉ1を受けるために結合されたドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびドレインに接続されたゲートを有するダイオード接続で動作するように設定される。トランジスタ３０は、トランジスタ２４からの差電流Ｉ2を受けるために結合されたドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびトランジスタ２６のゲートに接続されたゲートを有する。電流ミラー形状は、トランジスタ３６に電流を生成するための電圧を供給し、電源端子１０における動作電圧の変動を減少維持する。トランジスタ３６は、電源端子１０における動作電圧を受電するために結合されるドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびトランジスタ２６のゲートに接続されたゲートを有する。
【００１９】
典型的な動作では、電源端子１０の動作電圧が特定のレベルを超える場合、トランジスタ２４のゲートでの電圧も、抵抗３２，３４でできた電圧分割ネットワークに基づくレベルに比例して、増加する。電流ミラー形状はトランジスタ３６のゲートに電圧を供給し、トランジスタ２６中の電流値のｎ倍にトランジスタ３６の導通電流を増加させる。ｎの典型的な値は５００である。トランジスタ３６を通る導電電流の増加により、電源端子１０での増加した動作電圧が打ち消され、それにより動作電圧レベルが所望のレベルに戻される。電源端子１０での動作電圧が特定のレベルを下回って減少する場合、トランジスタ２４のゲートでの電圧も、抵抗３２，３４でできた電圧分割ネットワークに基づくレベルに比例して、減少する。電流ミラー形状はトランジスタ３６のゲートに電圧を供給し、トランジスタ３６中の導電電流をトランジスタ２６中の電流のｎ倍に減少させる。トランジスタ３６を通る導電電流の減少により、電源端子１０での減少した動作電圧が打ち消され、それにより動作電圧レベルが所望のレベルに戻される。
【００２０】
要約すると、本発明は電源の応用で使用するスイッチング電源９６を示す。スイッチング・レギュレータ回路１８はフィードバック信号をＶOUT変動に応答するフィードバック信号を受ける。フィードバック信号は、集積レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２で受け、ゲート駆動信号を電力トランジスタ４４に供給する。電力トランジスタ４４は、ゲート駆動信号に応答して変圧器１０４の主巻線を通して誘導電流を導き、スイッチング電源９６のＶOUT変動を低減させる。
【００２１】
ＶCCリミッタ１６は、集積レギュレータ回路１１８の電源端子１０での動作電圧を受け取る。動作電圧は、典型的には、電源からの不必要な電圧変動を有しており、電圧の制限を必要としている。用いられるようなＶCCリミッタ１６は、安定した動作電圧を提供するとともに、集積レギュレータ回路がフィードバックと動作電圧のための別々のピンを有することができる。従来技術と対比すると、実施例は集積レギュレータ回路内に多くの付加回路を必要とするものではなく、フィードバック信号を電圧信号から分離する。さらに、別々のフィードバックおよび動作ピンを持つことにより、フィードバックをプログラムするために、外部抵抗を抵抗３９と並行に用いることができる。
【００２２】
以上のように、実施例は、レギュレータ回路の複雑さを抑え、ダイのサイズを小さくすることによってよりコストに効果的な解決を提供し、所望なら光結合器および付加巻線構成を用いる選択を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源の概略図を示す。
【図２】ＶCCリミッタを含むスイッチング電源の概略図を示す。
【図３】図２に含められたＶCCリミッタの概略図を示す。
【符号の説明】
１０  電源端子
１２  フィードバック端子
１４  トランジスタ
１６  ＶCCリミッタ
１７  スタートアップ回路
１８  スイッチング・レギュレータ回路
３８  発振器
４２  ラッチ駆動回路
４４  電力トランジスタ
９６  スイッチング電源
１０４  変圧器
１１６  フィードバック回路
１２０  ＬＥＤ
１２４  ツェナー・ダイオード
【図１】
0004846107.tif 000002
【図２】
0004846107.tif 000003
【図３】
0004846107.tif 000004