(57)【要約】【課題】消費電力を低く抑えることができるレギュレータを提供する。【解決手段】素子破壊を防止するための保護回路９と、保護回路９に電源供給される状態と保護回路９に電源供給されない状態とを切り替えるスイッチ１２と、を備えることを特徴とするレギュレータ。このような構成によると、保護が不要なときに保護回路９に電源供給されない状態とすることができるので、消費電力を低減することができる。【選択図】      図１
2005006442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子破壊を防止するための保護回路と、
前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態と前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とを切り替えるスイッチと、
を備えることを特徴とするレギュレータ。
【請求項２】
レギュレータの出力電流に応じて前記スイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御手段を備える請求項１に記載のレギュレータ。
【請求項３】
前記スイッチ制御手段が前記保護回路及び前記スイッチとともに半導体集積回路装置に搭載される請求項２に記載のレギュレータ。
【請求項４】
前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始時に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする請求項１〜３のいずれかに記載のレギュレータ。
【請求項５】
前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過するまでは前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする請求項４に記載のレギュレータ。
【請求項６】
レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過したか否かをレギュレータの出力電圧によって判定する判定手段を備える請求項５に記載のレギュレータ。
【請求項７】
前記保護回路及び前記スイッチがＭＯＳトランジスタ構成である請求項１〜６のいずれかに記載のレギュレータ。
【請求項８】
出力トランジスタを備えたチョッパ型レギュレータであって、前記出力トランジスタがオン状態のときのみ、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態となる請求項１〜７のいずれかに記載のレギュレータ。
【請求項９】
特性の異なる複数の制御手段と、
前記特性の異なる複数の制御手段の中から前記出力トランジスタを制御する制御手段を選択する選択手段と、
前記出力トランジスタを制御する制御手段が前記選択手段によって軽負荷のときに動作する制御手段から重負荷のときに動作する制御手段に切り替わる前に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする手段と、
を備える請求項１〜８のいずれかに記載のレギュレータ。
【請求項１０】
特性の異なる複数の制御手段のうち前記出力トランジスタの制御に使用していない制御手段への電源供給を停止する手段を備える請求項９に記載のレギュレータ。
【請求項１１】
前記重負荷のときに動作する制御手段がチョッパ方式の制御手段である請求項９又は請求項１０に記載のレギュレータ。
【請求項１２】
前記軽負荷のときに動作する制御手段がドロッパ方式の制御手段である請求項９〜請求項１１のいずれかに記載のレギュレータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のレギュレータを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を安定化させるレギュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力電圧より低い出力電圧を必要とする場合に用いる降圧型のレギュレータには、トランジスタを一種の可変抵抗として用いることにより電圧を降下させて出力電圧を安定に保つドロッパ型レギュレータと、スイッチング素子のオン／オフデューティ比により出力電圧を安定に保つチョッパ型レギュレータとがある。
【０００３】
ドロッパ型レギュレータは、トランジスタの電圧降下を利用して出力電圧を安定化させており、電圧降下分が熱として放出されるので入出力間電圧差が大きいときには電力効率が低下するという欠点を有しているが、設計が容易であり、ノイズが小さいため、用途が限定されにくいという利点を有している。また、チョッパ型レギュレータはスイッチング素子のスイッチングにより出力制御するので、入出力間の電圧差が大きい場合でも電力効率が良いという利点がある。
【０００４】
通常、これらレギュレータには保護回路が内蔵されており、負荷側が何らかの原因でショートするなどの異常時にレギュレータ自体や負荷を保護できるように常時保護回路が動作している。なお、保護回路には、例えば、過熱保護機能や過電流保護機能等を有する多機能の保護回路、過熱保護機能のみを有する保護回路、過電流保護機能のみを有する保護回路など様々な種類のものがある。
【０００５】
一方、近年の一般民生機器における省エネルギー化の流れや、携帯電話やデジタルスチルカメラに代表される携帯機器の爆発的普及により、電源回路の低消費電力化が重要になってきている。
【０００６】
そのため、特に携帯機器向けのレギュレータでは、負荷が通常動作状態の場合と待機状態の場合とでレギュレータの制御回路を切り替え可能とし、待機状態では通常動作状態よりも消費電力の小さい制御回路を動作させることで、待機状態時の消費電力の低減が図られている。制御回路の方式としては、チョッパ型ではパルス幅を変調制御するＰＷＭ方式、周波数を変調制御するＰＦＭ方式、スイッチング動作／停止状態を出力電圧値によりＯＮ／ＯＦＦするパルススキップ方式などがあり、ドロッパ型では軽負荷時と重負荷時に異なる応答特性を持たせた組み合わせの方式などがある。
【０００７】
上述した負荷の状態に応じて制御回路を切り替える従来のレギュレータとして、ここでは図１０に示すドロッパ型のレギュレータを例に挙げて説明を行う。
【０００８】
図１０のレギュレータＩＣ３９は、入力端子１と、ＰＮＰ型出力トランジスタ２と、出力端子３と、分圧抵抗４及び５と、基準電圧源６と、誤差増幅器７と、保護回路９と、グランド端子１０と、制御端子１１と、スイッチ２２と、第１制御回路２３と、第２制御回路２４とを備えている。そして、入力端子１に直流電圧源４１とコンデンサ４２が接続され、出力端子３に出力コンデンサ４３と負荷４４が接続される。
【０００９】
負荷の状態に応じた切替信号が制御端子１１に入力され、当該切替信号によってスイッチ２２が制御され、重負荷時には第１制御回路２３が動作して第１制御回路２３の出力が出力トランジスタ２のベースに供給されるようにし、軽負荷時には第２制御回路２４が動作して第２制御回路２４の出力が出力トランジスタ２のベースに供給されるようにする。第２制御回路２４は、第１制御回路２３と比べて消費電流が小さい構成になっているので、軽負荷時の低消費電力化を図ることができる。
【００１０】
また、出力電圧Ｖｏを分圧抵抗４及び５により検出した電圧と基準電圧源６の出力電圧との差を誤差増幅器７が増幅する。誤差増幅器７の出力が第１制御回路２３及び第２制御回路２４に送出され、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のうち動作している方が、出力トランジスタ２を制御する。すなわち、出力電圧Ｖｏが低下し誤差増幅器７の出力が低下すると、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のいずれかが出力トランジスタ２のベース電流を増加させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を減少させることで出力電圧Ｖｏを上昇させる。逆に、出力電圧Ｖｏが上昇し誤差増幅器７の出力が上昇すると、第１制御回路２３及び第２制御回路２４のいずれかが、出力トランジスタ２のベース電流を減少させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を増加させることで出力電圧Ｖｏを低下させる。このような動作により、出力電圧Ｖｏが安定化する。
【００１１】
また、保護回路９は入力端子１に接続されており、入力端子１から供給される電力を回路動作用の電源としている。保護回路９は、入力端子１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていればいつでも保護動作が可能な状態となっており、異常を検知した際には、第１制御回路２３及び第２制御回路２４に保護指令信号を送り、誤差増幅器７の出力にかかわらず出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ２のコレクタ電流を減少させることでレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−３１２０４３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１０のレギュレータは、負荷の状態に応じて制御回路を切り替えることで低消費電力化を図ることができるが、コスト等の観点から制御回路を複数有する構成を採用できない場合があり、制御回路を複数有さない構成では低消費電力化を図ることができなかった。
【００１４】
また、図１０のように負荷の状態に応じて制御回路を切り替える構成であって低消費電力化を図ることができるレギュレータであっても、より一層の低消費電流化が求められている。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを提供することを目的とする。また、本発明は、上記の問題点に鑑み、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るレギュレータにおいては、素子破壊を防止するための保護回路と、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態と前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とを切り替えるスイッチと、を備える構成とする。
【００１７】
このような構成によると、保護が不要なときに前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態とすることができるので、消費電力を低減することができる。したがって、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。また、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。
【００１８】
また、レギュレータの出力電流に応じて前記スイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御手段を備えてもよい。これにより、保護が不要であるレギュレータの出力電流が小さい軽負荷状態のときに、前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態にすることができる。
【００１９】
また、前記スイッチ制御手段が前記保護回路及び前記スイッチとともに半導体集積回路装置に搭載されるようにしてもよい。これにより、前記スイッチ制御手段を半導体集積回路装置の外部に設ける場合と比較して半導体集積回路装置の端子数を減らすことができ、パッケージの小型化及び低価格化を図ることができる。また、前記スイッチを制御する信号を外部から入力しなくてもよいので、電源設計を容易にすることができる。
【００２０】
前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始時に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態になるようにしてもよい。これにより、入力電源投入時に保護回路を動作させることができ、入力電源投入時の突入電流による素子破壊を防止することができる。
【００２１】
また、前記スイッチのオン／オフにかかわらず、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過するまでは前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態になるようにしてもよい。これにより、入力電源投入時からレギュレータの出力電圧が設定値になるまでの間確実に保護回路を動作させ続けることができ、入力電源投入時の突入電流による素子破壊を確実に防止することができる。
【００２２】
また、レギュレータの入力電圧が立ち上がり開始から一定期間が経過したか否かをレギュレータの出力電圧によって判定する判定手段を備えてもよい。これにより、入力電源投入以外の要因でレギュレータの出力電圧の立ち上がるときにおいても、突入電流による素子破壊を確実に防止することができる。
【００２３】
また、前記保護回路及び前記スイッチをＭＯＳトランジスタ構成にしてもよい。これにより、前記保護回路の一部又は全部に電源供給されない状態から前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態に切り替わる際に、すばやい応答速度で前記保護回路への電源供給が行われるので、より安全なレギュレータを実現することができる。また、ＭＯＳトランジスタは消費電流が少ないので、さらなる低消費電力化が可能となる。
【００２４】
また、出力トランジスタを備えたチョッパ型レギュレータであって、前記出力トランジスタがオン状態のときのみ、前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態となるようにしてもよい。これにより、前記出力トランジスタがオン状態のときに保護回路への電源供給が行われ、前記出力トランジスタに電流が流れているときに確実に前記保護回路を動作させることができるので、安全である。尚かつ、前記出力トランジスタに電流が流れていないときには前記保護回路への電源供給を停止することができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００２５】
また、特性の異なる複数の制御手段と、前記特性の異なる複数の制御手段の中から前記出力トランジスタを制御する制御手段を選択する選択手段と、前記出力トランジスタを制御する制御手段が前記選択手段によって軽負荷のときに動作する制御手段から重負荷のときに動作する制御手段に切り替わる前に前記保護回路の一部又は全部に電源供給される状態にする手段と、を備えるようにしてもよい。これにより、制御手段での消費電力を低くすることができ、尚かつ例えば軽負荷状態から急遽負荷がショート状態に変化した際、前記保護回路への電源供給が行われる前に、電流供給能力の小さく負荷応答性に乏しい軽負荷のときに動作する制御手段から電流供給能力が大きく負荷応答性の良い重負荷のときに動作する制御手段に切り替わってしまい、過電流保護ができずに素子を破壊してしまうという不具合をなくすことができる。
【００２６】
また、特性の異なる複数の制御手段のうち前記出力トランジスタの制御に使用していない制御手段への電源供給を停止する手段を備えるようにしてもよい。これにより、全ての制御手段に常時電源供給が行われているレギュレータに比べて、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００２７】
また、前記重負荷のときに動作する制御手段をチョッパ方式の制御手段にしてもよい。重負荷の場合はレギュレータの出力電流が大きいので、チョッパ方式でのスイッチング損失よりもドロッパ方式での熱損失の方が大きくなるので、このような構成にすることによって、特に入出力電圧差が大きい場合にさらなる低消費電力化を図ることができる。
【００２８】
また、前記軽負荷のときに動作する制御手段をドロッパ方式の制御手段にしてもよい。軽負荷の場合はレギュレータの出力電流が小さいので、ドロッパ方式での出力トランジスタの熱損失よりもチョッパ方式でのスイッチング損失の方が大きくなるので、このような構成にすることによって、さらなる低消費電力化を図ることができる。
【００２９】
また、電子機器において、上記いずれかの構成のレギュレータを備えるようにするとよい。これにより、電子機器の低消費電力化を図ることができる。上記いずれかの構成のレギュレータは、特に携帯電話やデジタルスチルカメラ等の携帯機器に好適に用いられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るレギュレータの一構成例を図１に示す。なお、図１において図１０と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３１】
図１に示すレギュレータＩＣ３１は、入力端子１と、出力トランジスタ２と、出力端子３と、分圧抵抗４及び５と、基準電圧源６と、誤差増幅器７と、制御回路８と、保護回路９と、グランド端子１０と、制御端子１１と、スイッチ１２とを備えている。そして、入力端子１に直流電圧源４１とコンデンサ４２が接続され、出力端子３に出力コンデンサ４３と負荷４４が接続され、グランド端子１０が接地される。
【００３２】
分圧抵抗４及び５によって検出された出力電圧Ｖｏの分圧と基準電圧源６の出力電圧との差を誤差増幅器７が増幅する。誤差増幅器７の出力が制御回路８に送出され、制御回路８が出力トランジスタ２を制御する。すなわち、出力電圧Ｖｏが低下し誤差増幅器７の出力が低下すると、制御回路８が出力トランジスタ２のベース電流を増加させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を減少させることで出力電圧Ｖｏを上昇させる。逆に、出力電圧Ｖｏが上昇し誤差増幅器７の出力が上昇すると、制御回路８が、出力トランジスタ２のベース電流を減少させ出力トランジスタ２のエミッタ−コレクタ間電圧降下を増加させることで出力電圧Ｖｏを低下させる。このような動作により、出力電圧Ｖｏが安定化する。
【００３３】
切替信号が外部から制御端子１１に入力され、当該切替信号によってスイッチ１２がオン／オフ制御される。スイッチ１２がオンのときに保護回路９への電源供給が行われ、スイッチ１２がオフのときに保護回路９への電源供給が停止する。保護回路９は、電源供給されていればいつでも保護動作が可能な状態となっており、異常を検知すると制御回路８に保護指令信号を送り、誤差増幅器７の出力にかかわらず出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ１のコレクタ電流を減少させることでレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護する。レギュレータＩＣ３１では、保護が不要なときにスイッチ１２をオフにして保護回路９への電源供給を停止することができるので、消費電力を低減することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３１内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００３５】
また、本実施形態では、制御回路を一つにしているが、図１０に示した従来のレギュレータと同様に異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにしても構わない。異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにすることで、より一層の低消費電力化を図ることができる。ここでいう異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成とは、例えば、チョッパＰＦＭ回路とチョッパＰＷＭ回路を組み合わせた回路構成であり、このような回路構成では軽負荷のときにチョッパＰＦＭ回路が動作し、重負荷のときにチョッパＰＷＭ回路が動作するようにすればよい。
【００３６】
外部から制御端子１１に入力される切替信号は、レギュレータの使用状況に応じた電圧あるいは電流としてもよく、負荷４４のモードに応じて変化する信号例えばスリープモードのときにのみスイッチ１２をオフさせる信号としてもよい。
【００３７】
電源回路を保護する点では、無負荷状態等のように過大な温度上昇や過大電流が発生しにくい状態では保護機能が不要であり保護回路が動作していなくても特に問題はなく、仮に軽負荷状態から急遽負荷がショート状態に変化したとしても、保護回路９が停止から動作を開始するまでのわずかな時間に素子破壊は起こりにくい。したがって、外部から制御端子１１に入力される切替信号を、出力電流Ｉｏに応じた信号（レギュレータＩＣ３１の外部に設けられる出力電流検出回路の検出信号）であって、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合すなわち重負荷の場合にスイッチ１２をオンにし、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合すなわち軽負荷の場合にスイッチ１２をオフにする信号にすることができる。このような切替信号を採用すると、保護回路９を動作させておいた方が安全な重負荷の場合だけ保護回路９への電源供給を行い、軽負荷のときには保護回路９への電源供給を停止することによって、効率よく消費電力を低減することができる。そして、前記所定値は、異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成であれば軽負荷のときに動作する制御回路から重負荷に動作する制御回路への切替を行う電流値と同じであってもよく、レギュレータ構成上最適な電流値に任意設定しても構わない。
【００３８】
また、本実施形態ではスイッチ１２のオン／オフによる電源供給の制御を保護回路９全体に対して行ったが、保護回路９が多機能であって複数の保護回路で構成される場合、電源供給の制御を保護回路９の一部だけに限定しその他の回路に対しては常時電源供給を行うようにしてもよい。
【００３９】
具体例として、保護回路９が過電流保護回路と過熱保護回路により構成された場合を考える。過電流保護回路は、負荷４４がショートしたとき等の過大な電流が流れた場合には、すみやかに制御回路８に保護指令信号を送り、出力トランジスタ２に流れるベース電流を減少させ、出力トランジスタ１のコレクタ電流を減少させる必要がある。一方、過熱保護回路は、負荷４４がショートしたとき等の過大な電流が流れた場合、ある一定時間が経過しレギュレータＩＣ３１の温度が設定値まで発熱して初めて制御回路８に保護指令信号を送り、出力トランジスタ２をオフさせる。このため、過電流保護回路には常時電源供給が行われていることが望ましいが、過熱保護回路は負荷異常が発生してから過熱保護回路への電源供給を開始しても十分間に合うケースが多い。したがって、この様なケースでは、切替信号で過熱保護回路に対する電源供給だけを制御し、過電流保護回路に対しては常時電源を供給しておけば、低消費電力化を実現しながら、より安全にレギュレータＩＣ自体及び負荷４４を保護できる。もちろん、通常の保護が不要であるときに保護回路全てに対して電源供給を停止してもレギュレータＩＣ及び負荷４４が破壊しないのであれば、図１に示すレギュレータＩＣ３１のような構成にすることで、さらなる低消費電力化を実現することができる。
【００４０】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例について図２を参照して説明する。なお、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図２に示すレギュレータＩＣ３２が図１に示すレギュレータＩＣと異なる点は、制御端子１１が取り除かれ、電流検出器１３が新たに設けられ、その電流検出器１３がスイッチ１２のオン／オフ制御を行う点である。電流検出器１３は、出力トランジスタ２と出力端子３との間に設けられる電流検出用抵抗と、当該電流検出用抵抗の両端電位差を検出する比較器とによって構成される。電流検出器１３は、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合すなわち重負荷の場合にスイッチ１２をオンにし、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合すなわち軽負荷の場合にスイッチ１２をオフにする信号をスイッチ１２に出力する。
【００４２】
図２のレギュレータは図１のレギュレータと同様の効果に加えて、制御端子がない分レギュレータＩＣの端子数が減少するためパッケージの小型化及び低価格化を図ることができる。また、切替信号を外部から入力しなくてもよいので、電源設計を容易にすることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３２内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００４４】
また、本実施形態では、制御回路を一つにしているが、図１０に示した従来のレギュレータと同様に異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにしても構わない。異なる特性の制御回路を組み合わせた回路構成にし負荷状態に応じて制御回路を切り替えるようにすることで、より一層の低消費電力化を図ることができる。ここでいう異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成とは、例えば、チョッパＰＦＭ回路とチョッパＰＷＭ回路を組み合わせた回路構成であり、このような回路構成では軽負荷のときにチョッパＰＦＭ回路が動作し、重負荷のときにチョッパＰＷＭ回路が動作するようにすればよい。
【００４５】
また、本実施形態ではスイッチ１２のオン／オフによる電源供給の制御を保護回路９全体に対して行ったが、保護回路９が多機能であって複数の保護回路で構成される場合、電源供給の制御を保護回路９の一部だけに限定しその他の回路に対しては常時電源供給を行うようにしてもよい。
【００４６】
一般的なレギュレータには出力電圧Ｖｏを安定化させるために容量の大きい出力コンデンサが使用されており、例えば負荷電流３Ａクラスの場合、１００μＦ程度の大容量コンデンサが出力コンデンサとして用いられる。出力電圧Ｖｏが立ち上がるときは、出力トランジスタを通じてこの出力コンデンサや負荷に大きな突入電流が流れるため、保護回路を動作させて突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことが望ましい。このため出力電圧Ｖｏが立ち上がるときには、スイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されていることが望ましい。なお、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときはもちろんであるが、動作ＯＮ／ＯＦＦ端子が別に設けられたレギュレータにおいては入力電圧Ｖｉｎが印加された状態で動作ＯＮ／ＯＦＦ端子に印加される電圧がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときにも、出力電圧Ｖｏが立ち上がる。
【００４７】
ここで、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになるときにはスイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されているレギュレータの一構成例を図３に示す。なお、図３において図２と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図３に示すレギュレータＩＣ３３が図２に示すレギュレータＩＣ３２と異なる点は、タイマー１４及びスイッチ１５が新たに設けられる点である。タイマー１４は、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から計時を開始し、計時開始から一定時間が経過した後にスイッチ１５をオフからオンにして電流検出器１３の出力信号がスイッチ１２に伝達されるようにする。また、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する電流検出器を電流検出器１３として用い、Ｌｏｗレベルの信号が伝達されるとオンになりＨｉｇｈレベルの信号が伝達されるとオフになるスイッチをスイッチ１２として用いる。このような構成にすると、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から一定時間が経過するまでの間、必ず保護回路９への電源供給が行われるので、電源投入時の突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことができる。なお、タイマー１４の代わりに、入力電圧ＶｉｎがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時点から一定時間が経過した後にスイッチ１５をオフからオンに切り替える回路であれば、タイマー以外の回路（例えば積分回路等）を用いても構わない。
【００４８】
続いて、出力電圧Ｖｏが立ち上がるときにはスイッチ１２がオンになっていて保護回路９に電源供給されているレギュレータの一構成例を図４に示す。なお、図４において図３と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図４に示すレギュレータＩＣ３４が図３に示すレギュレータＩＣ３３と異なる点は、タイマー１４の代わりに出力電圧検出コンパレータ１６が設けらている点である。出力電圧検出コンパレータ１６は、出力電圧Ｖｏが立ち上がって設定値に達した後に、スイッチ１５をオフからオンにして電流検出器１３の出力信号がスイッチ１２に伝達されるようにする。また、出力電流Ｉｏが所定値以上の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電流Ｉｏが所定値未満の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する電流検出器を電流検出器１３として用い、Ｌｏｗレベルの信号が伝達されるとオンになりＨｉｇｈレベルの信号が伝達されるとオフになるスイッチをスイッチ１２として用い、出力電圧Ｖｏが設定値未満の場合にＬｏｗレベルの信号を出力し、出力電圧Ｖｏが設定値以上の場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力するコンパレータを出力電圧検出コンパレータ１６として用いる。このような構成にすると、出力電圧Ｖｏが立ち上がって設定値に達するまでの間、必ず保護回路９への電源供給が行われるので、出力電圧Ｖｏの立ち上がり時における突入電流を抑制し、素子破壊を防ぐことができる。また、図３に示すレギュレータＩＣ３３とは異なり、図４に示すレギュレータＩＣ３４は、時間を設定する回路が不要であるので、簡単な回路構成にすることができる。また、図３に示すレギュレータＩＣ３３とは異なり、図４に示すレギュレータＩＣ３４は、動作ＯＮ／ＯＦＦ端子が別に設けられ、入力電圧Ｖｉｎが印加された状態で動作ＯＮ／ＯＦＦ端子に印加される電圧がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになる場合でも、突入電流を抑制することができる。
【００４９】
なお、上述した図１〜図４のレギュレータにおいて、ＰＮＰ型出力トランジスタに代えてＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタを用いてもよい。例えば、図１のレギュレータＩＣ３１に設けられているＰＮＰ型出力トランジスタ２をＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に置換した場合、図５に示すレギュレータＩＣ３５のような構成となる。なお、図５において図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５０】
ＭＯＳトランジスタはバイポーラトランジスタと比較して消費電流が小さく応答速度が速いという特徴があるので、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタを採用することで消費電流が小さく応答速度が速いレギュレータを実現することができる。また、特に回路構成上支障がなければレギュレータＩＣ内部の回路の一部又は全部をＭＯＳトランジスタ構成とすればよい。少なくともスイッチ１２及び保護回路９をＭＯＳトランジスタ構成にすることで、スイッチ１２がオフからオンに切り替わるときに、すばやい応答速度で保護回路９への電源供給が行われるので、より安全なレギュレータを実現することができる。また、ＭＯＳトランジスタは上述したように消費電流が少ないので、さらなる低消費電力化が可能となる。
【００５１】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例について図６を参照して説明する。なお、図６において図５と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５２】
図６に示すレギュレータＩＣ３６が図５に示すレギュレータＩＣ３５と異なる点は、制御回路８の代わりにＰＷＭ制御回路２０を用い、制御端子１１が取り除かれてスイッチ１２のオン／オフをＰＷＭ制御回路２０が制御し、電圧検出端子２１が新たに設けられ、分圧抵抗４及び５が電圧検出端子２１に印加される電圧を分圧する点である。ＰＷＭ制御回路２０は、三角波電圧を発振する発振器１８と、誤差増幅器７の出力と発振器１８の出力とを比較しその比較結果に応じてスイッチ１２及びＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７を制御するコンパレータ１９とを備えている。
【００５３】
また、レギュレータＩＣ３６の出力端子３にダイオード４５のカソード及びコイル４６の一端が接続され、コイル４６の他端が電圧検出端子２１、出力コンデンサ４３の一端、負荷４４の一端に接続され、ダイオード４５のアノード、出力コンデンサ４３の他端、及び負荷４４の他端が接地されており、チョッパ型レギュレータが構成されている。チョッパ型レギュレータの動作については周知であるので説明を省略する。
【００５４】
図６のレギュレータの動作タイミングチャートを図７に示す。コンパレータ１９は、発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ１８と誤差増幅器７の出力電圧Ｖ７とを比較し、発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ１８が誤差増幅器７の出力電圧Ｖ７より大きいときにＨｉｇｈレベルとなり発振器１８から出力される三角波電圧Ｖ１８が誤差増幅器７の出力電圧Ｖ７より大きくないときにＬｏｗレベルとなる信号Ｓ１９を出力する。コンパレータ１９の出力信号Ｓ１９はＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート及びスイッチ１２に送出される。コンパレータ１９の出力信号Ｓ１９がＨｉｇｈレベルのときは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート電圧がＨｉｇｈレベルになってＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のドレイン電流が零になるので、出力端子３から出力される出力電圧ＶｏｕｔはＬｏｗレベルになるとともに、同じタイミングでスイッチ１２の状態Ｓ１２がオフになり保護回路９への電源供給を停止する。逆に、コンパレータ１９の出力信号Ｓ１９がＬｏｗレベルのときは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲート電圧がＬｏｗレベルになってＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のドレイン電流が流れるので、出力端子３から出力される出力電圧ＶｏｕｔはＨｉｇｈレベルになるとともに、同じタイミングでスイッチ１２の状態Ｓ１２がオンになり保護回路９への電源供給が行われる。
【００５５】
図６のレギュレータは、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７がオン状態のときに保護回路９への電源供給が行われ、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に電流が流れているときに確実に保護回路９を動作させることができるので、安全である。尚かつ、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７に電流が流れていないときには保護回路９への電源供給を停止することができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では１つのＰＷＭ制御回路２０を用いているが、ＰＥＭ制御回路等の他のスイッチング制御回路を用いてもよく、チョッパ方式の制御回路とドロッパ方式の制御回路との組み合わせ等のように異なる特性の２つ以上の制御回路を組み合わせた回路構成にしても構わない。
【００５７】
また、本実施形態ではＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のＯＮ／ＯＦＦとスイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦを同じタイミングで切り替えているが、遅延回路等を用いて両者の切替タイミングにわずかな時間差を設け、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７がオンになるよりも少し早いタイミングでスイッチ１２がオンになる回路構成にしてもよい。このような回路構成にすることで、ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７にドレイン電流が流れ始める瞬間から保護回路９が動作可能な状態になっているので、さらに確実に素子破壊を防止することができる。
【００５８】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例を図８に示す。なお、図８において図２と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５９】
図８に示すレギュレータＩＣ３７が図２に示すレギュレータＩＣ３２と異なる点は、制御回路８の代わりに第１制御回路２３及び第２制御回路２４が設けられ、スイッチ２２及び遅延回路２５が新たに設けられている点である。
【００６０】
電流検出器１３の出力信号が遅延回路２５を経由してスイッチ２２に送出される。電流検出器１３の出力信号によってスイッチ２２が制御され、出力電流Ｉｏが所定値以上である重負荷のときには第１制御回路２３が動作して第１制御回路２３の出力がＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲートに供給されるようにし、出力電流Ｉｏが所定値未満である軽負荷のときには第２制御回路２４が動作して第２制御回路２４の出力がＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ１７のゲートに供給されるようにする。第２制御回路２４は、第１制御回路２３と比べて消費電流が小さい構成になっているので、軽負荷のときに低消費電力化を図ることができる。したがって、図２のレギュレータに比べてより一層低消費電力化を図ることができる。
【００６１】
また、電流検出器１３とスイッチ２２との間には遅延回路２５が設けられているが、電流検出器１３とスイッチ１２との間には遅延回路が設けられていないので、軽負荷のときに動作する第１制御回路２３から重負荷のときに動作する第２制御回路２４に動作が切り替わる際には、制御回路の切替に先立ってスイッチ１２がオフからオンになって保護回路９への電源供給が行われる。これにより、例えば軽負荷状態から急遽負荷４４がショート状態に変化した際、保護回路９への電源供給が行われる前に、電流供給能力の小さく負荷応答性に乏しい第２制御回路２４から電流供給能力が大きく負荷応答性の良い第１制御回路２３に切り替わってしまい、過電流保護ができずに素子を破壊してしまうという不具合をなくすことができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３７内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００６３】
次に、本発明に係るレギュレータの他の構成例を図９に示す。なお、図９において図８と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
図９に示すレギュレータＩＣ３８が図８に示すレギュレータＩＣ３７と異なる点は、スイッチ２６が新たに設けられている点である。電流検出器１３の出力信号が遅延回路２５を経由してスイッチ２６に送出される。電流検出器１３の出力信号によってスイッチ２６が制御され、出力電流Ｉｏが所定値以上である重負荷のときには第１制御回路２３に入力電圧Ｖｉｎが供給されるようにし、出力電流Ｉｏが所定値未満である軽負荷のときには第２制御回路２４に入力電圧Ｖｉｎが供給されるようにする。これにより、第１制御回路２３及び第２制御回路２４に常時入力電圧Ｖｉｎを供給している図８に示すレギュレータに比べて、より一層の低消費電力化を図ることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、レギュレータＩＣ３８内部に設けられる回路の動作用電圧を入力電圧Ｖｉｎとしたが、外部電源あるいはレギュレータＩＣ内部に構成した定電圧源を用いても構わない。
【００６６】
重負荷の場合は出力電流Ｉｏが大きいので、チョッパ方式でのスイッチング損失よりもドロッパ方式での熱損失の方が大きくなる。したがって、図８に示すレギュレータＩＣ３７又は図９に示すレギュレータＩＣ３８において、軽負荷のときに動作する第２制御回路２４をチョッパ方式の制御回路にすることが好ましい。これにより、特に入出力電圧差が大きい場合にさらなる低消費電力化を図ることができる。
【００６７】
軽負荷の場合は出力電流Ｉｏが小さいので、ドロッパ方式での出力トランジスタの熱損失よりもチョッパ方式でのスイッチング損失の方が大きくなる。したがって、図８に示すレギュレータＩＣ３７又は図９に示すレギュレータＩＣ３８において、軽負荷のときに動作する第２制御回路２４をドロッパ方式の制御回路にすることが好ましい。これにより、さらなる低消費電力化を図ることができる。
【００６８】
なお、本発明は、降圧型レギュレータに限らず、昇圧型レギュレータや昇降圧型レギュレータにも当然の事ながら適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によると、制御回路の切り替えなくても消費電力を低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。また、本発明によると、制御回路を切り替える場合に消費電力をより一層低く抑えることができるレギュレータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレギュレータの一構成例を示す図である。
【図２】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図７】図６のレギュレータの動作タイミングチャートである。
【図８】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図９】本発明に係るレギュレータの他の構成例を示す図である。
【図１０】従来のレギュレータの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
２  ＰＮＰ型出力トランジスタ
８  制御回路
９  保護回路
１１  制御端子
１２、１５、２２、２６  スイッチ
１３  電流検出器
１４  タイマー
１６  出力電圧検出コンパレータ
１７  ＰチャネルＭＯＳ出力トランジスタ
１８  発振器
１９  コンパレータ
２０  ＰＷＭ制御回路
２１  電圧検出端子
２３  第１制御回路
２４  第２制御回路
２５  遅延回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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