(57)【要約】【課題】トリミングを用いず、出力電圧のオーバーシュートレベルを正確に規定する。【解決手段】入力電圧が急増した際の出力電圧のオーバーシュートを防止するために、第２の差動増幅器２Ａと制御トランジスタ２２Ａとを設け、第２の差動増幅器２Ａは、プラス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦを入力し、マイナス入力端子に第２の分圧電圧ＶＦＢ２を入力し、出力端子を制御トランジスタ２２Ａのゲートに接続する。制御トランジスタ２２Ａは、ソースを出力トランジスタ２１Ａのソースに接続し、またドレインを出力トランジスタ２１Ａのゲートに接続する。第２の差動増幅器２Ａは、出力電圧ＶＯＵＴより僅かに大きな出力電圧になると出力をローレベルとして、制御トランジスタ２２Ａをオンさせる。制御トランジスタ２２Ａがオンすることにより、出力トランジスタ２１Ａをオフさせ、出力電圧のオーバーシュートを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の入力電圧が印加される入力端子と、直流の出力電圧を出力する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタをオフ状態にするための制御トランジスタと、出力電圧を分圧して第１の分圧電圧と第２の分圧電圧を生成する分圧抵抗と、前記第１の分圧電圧と基準電圧とが入力されて前記出力トランジスタを駆動する第１の差動増幅器と、前記第２の分圧電圧と基準電圧とが入力されて前記制御トランジスタを駆動する第２の差動増幅器とを備えたことを特徴とする電圧レギュレータ。
【請求項２】
前記制御トランジスタはオンすることにより前記出力トランジスタをオフ状態にし、前記第１の差動増幅器は前記出力トランジスタの出力電圧を調整し、第２の差動増幅器は所定の出力電圧より僅かに大きくなると前記制御トランジスタをオンにすることを特徴とする請求項１記載の電圧レギュレータ。
【請求項３】
前記出力トランジスタをＰチャネルトランジスタから構成し、前記第１の差動増幅器のマイナス入力端子に前記基準電圧を入力し、かつプラス入力端子に前記第１の分圧電圧を入力し、前記第２の差動増幅器のマイナス入力端子に前記基準電圧を入力し、かつプラス入力端子に前記第２の分圧電圧を入力することを特徴とする請求項１または２記載の電圧レギュレータ。
【請求項４】
前記出力トランジスタをＮチャネルトランジスタから構成し、前記第１の差動増幅器のプラス入力端子に前記基準電圧を入力し、かつマイナス入力端子に前記第１の分圧電圧を入力し、前記第２の差動増幅器のマイナス入力端子に前記基準電圧を入力し、かつプラス入力端子に前記第２の分圧電圧を入力することを特徴とする請求項１または２記載の電圧レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に安定な直流電圧を供給する電圧レギュレータに係り、特に入力電圧急増時における出力電圧のオーバーシュートを抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器に安定な直流電圧を供給する電源回路としてシリーズレギュレータ方式を採用したものがある。これは、入力電源と負荷との間に挿入された出力トランジスタを可変インピーダンスとしてリニア動作させることにより、負荷に供給する出力電圧を安定化する方式である。入出力電圧差と負荷電流との積が電力損失となるため、比較的小さな電力を扱う電源回路に多用される。このような電圧レギュレータの入力電圧源として、ＡＣアダプタなどの外部電源装置や二次電池がある。
【０００３】
携帯機器においては、前記ＡＣアダプタと二次電池が併用され、携帯時には二次電池のみで使用し、ＡＣアダプタ装着時には、その出力が二次電池を充電すると共に電圧レギュレータの入力電圧源となる。このため電圧レギュレータにとっての入力電圧は、放電末期の二次電池の電圧からＡＣアダプタの出力電圧までをカバーする必要がある。特に、携帯時において二次電池の電圧が放電末期にある状態で、ＡＣアダプタが装着されることによる入力電圧の急増は、電圧レギュレータの出力電圧にオーバーシュートを発生させるという問題がある。
【０００４】
このような出力電圧のオーバーシュートを抑制する機能を持った電圧レギュレータとして、特許文献１に記載のものが知られている。図５に特許文献１に記載されている電圧レギュレータの回路図を示す。
【０００５】
以下、従来の電圧レギュレータについて図５を参照しながらその動作を説明する。
【０００６】
図５において、２１は、入出力間に挿入された出力トランジスタであり、Ｐチャネルトランジスタで構成される。出力トランジスタ２１のソースには入力電圧ＶＩＮが印加され、かつドレインからは出力電圧ＶＯＵＴが出力される。出力電圧ＶＯＵＴは抵抗Ｒ１とＲ２によって分圧され、その分圧電圧をＶＦＢ３とする。第１の差動増幅器１は、プラス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、マイナス入力端子に分圧電圧ＶＦＢ３が入力され、出力端子は出力トランジスタ２１のゲートに接続される。
【０００７】
以上の構成によって、第１の差動増幅器１は、プラス入力端子の基準電圧ＶＲＥＦとマイナス入力端子の分圧電圧ＶＦＢ３が等しくなるように、出力トランジスタ２１のゲート電圧を調整する。すなわち、図５の電圧レギュレータは、次式（１）で表される出力電圧となるように動作する。
ＶＯＵＴ＝ＶＲＥＦ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２‥‥（１）
図５の電圧レギュレータでは、入力電圧が急増した際の出力電圧のオーバーシュートを防止するために、第２の差動増幅器２とＰチャネルトランジスタからなる制御トランジスタ２２とが設けられている。第２の差動増幅器２は、プラス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、マイナス入力端子に分圧電圧ＶＦＢ３が入力され、出力端子は制御トランジスタ２２のゲートに接続される。制御トランジスタ２２はソースを出力トランジスタ２１のソースに、またドレインを出力トランジスタ２１のゲートに接続される。第２の差動増幅器２は、内部にオフセット調整のトリミング回路を有し、そのオフセット分ＶＯＳに見合った出力電圧ＶＯＵＴ’で制御トランジスタ２２がオンする。この出力電圧ＶＯＵＴ’は次式（２）で表される。
ＶＯＵＴ’＝（ＶＲＥＦ＋ＶＯＳ）×Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２‥‥（２）
制御トランジスタ２２がオンすることにより、出力トランジスタ２１をオフさせ、出力電圧のオーバーシュートを抑制する。なお、第２の差動増幅器２のトリミング回路によるオフセット調整は、差動増幅器の差動部あるいは負荷側のバランスを敢えて崩す形式でオフセット電圧を調整している。
【特許文献１】特開２００５−３０１４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来技術の構成では、第２の差動増幅器２にオフセット調整用のトリミング回路が必要であり、出力電圧のオーバーシュートレベルを正確に規定して抑制するためのオフセット電圧の調整は実際には困難である。また、温度変動によるオフセット電圧のバラツキが悪化することが懸念される。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題に鑑み、トリミングを用いず、出力電圧のオーバーシュートレベルを正確に規定することができる電圧レギュレータ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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る電圧レギュレータは、入出力間に接続された出力トランジスタと、前記出力トランジスタをオフ状態にするための制御トランジスタと、出力電圧を分圧して第１の分圧電圧と第２の分圧電圧（第２の分圧電圧＜第１の分圧電圧）を生成する分圧抵抗と、前記第１の分圧電圧と基準電圧とが入力されて前記出力トランジスタを駆動する第１の差動増幅器と、前記第２の分圧電圧と基準電圧とが入力されて前記制御トランジスタを駆動する第２の差動増幅器とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電圧レギュレータによれば、従来のようなオフセット調整用のトリミング回路を不要とし、温度変動が無く、出力電圧のオーバーシュートレベルを正確に規定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る電圧レギュレータの実施形態１の構成を示す回路図である。
【００１４】
図１において、２１Ａは、直流の入力電圧ＶＩＮが印加される入力端子と、直流の出力電圧ＶＯＵＴを出力する出力端子との間に接続される出力トランジスタであり、Ｐチャネルトランジスタで構成されている。出力トランジスタ２１Ａは、ソースに入力電圧ＶＩＮが印加され、ドレインからは出力電圧ＶＯＵＴが出力される。出力電圧ＶＯＵＴは、分圧抵抗を構成する抵抗Ｒ１とＲ２とＲ３によって分圧され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点電圧を第１の分圧電圧ＶＦＢ１とし、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点電圧を第２の分圧電圧ＶＦＢ２（ＶＦＢ２＜ＶＦＢ１）とする。
【００１５】
第１の差動増幅器１Ａは、マイナス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、プラス入力端子に第１の分圧電圧ＶＦＢ１が入力され、出力端子が出力トランジスタ２１Ａのゲートに接続される。
【００１６】
以上の構成によって、第１の差動増幅器１Ａは、マイナス入力端子の基準電圧ＶＲＥＦとプラス入力端子の第１の分圧電圧ＶＦＢ１が等しくなるように、出力トランジスタ２１Ａのゲート電圧を調整する。
【００１７】
すなわち、実施形態１の電圧レギュレータは、次式（３）の関係となるように動作する。
ＶＯＵＴ＝ＶＲＥＦ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）‥‥（３）
実施形態１の電圧レギュレータでは、入力電圧が急増した際の出力電圧のオーバーシュートを防止するために、第２の差動増幅器２ＡとＰチャネルトランジスタからなる制御トランジスタ２２Ａが設けられている。第２の差動増幅器２Ａは、プラス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、マイナス入力端子に第２の分圧電圧ＶＦＢ２が入力され、出力端子が制御トランジスタ２２Ａのゲートに接続される。制御トランジスタ２２Ａは、ソースが出力トランジスタ２１Ａのソースに接続され、またドレインが出力トランジスタ２１Ａのゲートに接続される。
【００１８】
第２の差動増幅器２Ａは、前記出力電圧ＶＯＵＴより僅かに大きな出力電圧ＶＯＵＴ’になると出力をローレベルとして、制御トランジスタ２２Ａをオンさせる。この出力電圧ＶＯＵＴ’は次式（４）で表される。
ＶＯＵＴ’＝ＶＲＥＦ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ３‥‥（４）
制御トランジスタ２２Ａがオンすることにより、出力トランジスタ２１Ａをオフさせ、出力電圧のオーバーシュートを抑制する。
【００１９】
以上のように制御トランジスタ２２Ａがオンして出力トランジスタ２１Ａをオフする出力電圧ＶＯＵＴ’は一意的に確定し、オーバーシュートレベルを正確に制御することが可能となる。
【００２０】
また、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は同一ＩＣ内で形成することができるため、温度変動の影響も含めた抵抗値の相対誤差も極めて小さい。
【００２１】
図２は実施形態１の入力電圧ＶＩＮの急増時における出力電圧ＶＯＵＴの状態を示す波形図であり、入力電圧ＶＩＮが低く、出力トランジスタ２１Ａがオン状態にあってＶＯＵＴ≒ＶＩＮとなった状態から、入力電圧ＶＩＮが急増した場合を示す。このような場合であっても、第２の差動増幅器２Ａが応答し、制御トランジスタ２２Ａがオフ状態からオン状態へと遷移し、速やかに出力トランジスタ２１Ａをオフ状態へと遷移することが可能であり、出力電圧ＶＯＵＴのオーバーシュートを抑制することができる。
【００２２】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図３は本発明に係る電圧レギュレータの実施形態２の構成を示す回路図である。
【００２４】
図３において、２１Ｂは、入出力間に挿入された出力トランジスタであり、Ｎチャネルトランジスタで構成される。出力トランジスタ２１Ｂは、ドレインに入力電圧ＶＩＮが印加され、ソースからは出力電圧ＶＯＵＴが出力される。出力電圧ＶＯＵＴは、分圧抵抗を構成する抵抗Ｒ１とＲ２とＲ３によって分圧され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点電圧を第１の分圧電圧ＶＦＢ１とし、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点電圧を第２の分圧電圧ＶＦＢ２（ＶＦＢ２＜ＶＦＢ１）とする。
【００２５】
第１の差動増幅器１Ｂは、プラス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、マイナス入力端子に第１の分圧電圧ＶＦＢ１が入力され、出力端子はＮチャネルトランジスタ２１Ｂのゲートに接続される。
【００２６】
以上の構成によって、第１の差動増幅器１Ｂは、プラス入力端子の基準電圧ＶＲＥＦとマイナス入力端子の第１の分圧電圧ＶＦＢ１が等しくなるように、出力トランジスタ２１Ｂのゲート電圧を調整する。この出力電圧ＶＯＵＴは、前記実施形態１と同様に、前記式（３）で表される。
【００２７】
実施形態２の電圧レギュレータでは、入力電圧が急増した際の出力電圧のオーバーシュートを防止するために、第２の差動増幅器２ＢとＮチャネルトランジスタからなる制御トランジスタ２２Ｂが設けられている。第２の差動増幅器２Ｂは、マイナス入力端子に基準電圧ＶＲＥＦが入力され、プラス入力端子に第２の分圧電圧ＶＦＢ２が入力され、出力端子が制御トランジスタ２２Ｂのゲートに接続される。制御トランジスタ２２Ｂは、ソースがＧＮＤに接続され、ドレインが出力トランジスタ２１Ｂのゲートに接続される。
【００２８】
第２の差動増幅器２は、前記出力電圧ＶＯＵＴより僅かに大きな出力電圧ＶＯＵＴ’になると出力をハイレベルとし、制御トランジスタ２２Ｂをオンさせる。この出力電圧ＶＯＵＴ’は、前記実施形態１と同様に、前記式（４）で表される。
【００２９】
制御トランジスタ２２Ｂがオンすることにより、出力トランジスタ２１Ｂをオフさせ、出力電圧のオーバーシュートを抑制する。
【００３０】
以上のように制御トランジスタ２２Ｂがオンして出力トランジスタ２１Ｂをオフする出力電圧ＶＯＵＴ’は一意的に確定し、オーバーシュートレベルを正確に制御することが可能となる。
【００３１】
図４は実施形態２の入力電圧ＶＩＮの急増時における出力電圧ＶＯＵＴの状態を示す波形図であり、入力電圧ＶＩＮが低く、出力トランジスタ２１Ｂのゲート−ソース間電位をＶＧＳとすると、ＶＯＵＴ≒ＶＩＮ−ＶＧＳとなった状態から、入力電圧ＶＩＮが急増した場合を示す。このような場合であっても、第２の差動増幅器２Ｂが応答し、制御トランジスタ２２Ｂがオフ状態からオン状態へと遷移し、速やかに出力トランジスタ２１Ｂをオフ状態へと遷移することが可能であり、出力電圧ＶＯＵＴのオーバーシュートを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る電圧レギュレータは、入力電圧の変動が大きい電源回路、例えば二次電池を有して低電圧動作を行い、かつＡＣアダプタなどを用いる携帯機器などの電源回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電圧レギュレータの実施形態１の構成を示す回路図
【図２】実施形態１の入力電圧ＶＩＮの急増時における出力電圧ＶＯＵＴの状態を示す波形図
【図３】本発明に係る電圧レギュレータの実施形態２の構成を示す回路図
【図４】実施形態２の入力電圧ＶＩＮの急増時における出力電圧ＶＯＵＴの状態を示す波形図
【図５】従来の電圧レギュレータの構成を示す回路図
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ，１Ｂ  第１の差動増幅器
２Ａ，２Ｂ  第２の差動増幅器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  分圧抵抗
２１Ａ，２１Ｂ  出力トランジスタ
２２Ａ，２２Ｂ  制御トランジスタ
ＶＩＮ  力入電圧
ＶＯＵＴ  出力電圧
ＶＦＢ１  第１の分圧電圧
ＶＦＢ２  第２の分圧電圧
ＶＲＥＦ  基準電圧
【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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