(57)【要約】【課題】非常に長い間、出力電圧のオーバーシュートが生じる状況でも当該オーバーシュートを抑制可能とすると共に、容量の大きなコンデンサの付加を不要とし、省スペースを実現する。【解決手段】誤差増幅器を具備したボルテージレギュレータに、出力電圧のオーバーシュートを検出する第１の手段（誤差増幅器（２）１ａ）と、出力電圧のオーバーシュートを検出している間、誤差増幅器に流す電流を増加させる第２の手段（ＰチャネルトランジスタＭ１９、ＮチャネルトランジスタＭ１２）とを設ける。【選択図】図１
2007128292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤差増幅器を具備したボルテージレギュレータであって、
出力電圧のオーバーシュートを検出する第１の手段と、
該手段で出力電圧のオーバーシュートを検出している間、上記誤差増幅器に流す電流を増加させる第２の手段と
を有することを特徴とするボルテージレギュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のボルテージレギュレータであって、
上記第１の手段は、
上記出力電圧と基準電圧とを入力とする第２の誤差増幅器からなり、
上記第２の手段は、
上記誤差増幅器の定電流源用トランジスタと並列に設けられた第２のトランジスタと、
上記出力電圧が上記基準電圧より高い場合の上記第２の誤差増幅器の出力で上記第２のトランジスタをオンするスイッチ手段からなる
ことを特徴とするボルテージレギュレータ。
【請求項３】
請求項２に記載のボルテージレギュレータであって、
上記スイッチ手段は、
上記第２の誤差増幅器の出力でオン・オフする第３のトランジスタからなる
ことを特徴とするボルテージレギュレータ。
【請求項４】
請求項３に記載のボルテージレギュレータであって、
上記第２のトランジスタと接地間に第２の定電流源用のトランジスタを設け、
上記第３のトランジスタと接地間に第３の定電流源用のトランジスタを設ける
ことを特徴とするボルテージレギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、ビデオカメラなどの携帯型の電子機器に多く採用されるボルテージレギュレータに係り、特に、出力電圧のオーバーシュートを効率的に抑制するのに好適な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボルテージレギュレータは、各種電子機器に用いられ、電池やアダプターなどの電源から入力した電圧を、動作電圧が規定されている電子機器内の回路上のメモリやＣＰＵ（Central Processing Unit）などに対し、電池の消耗などによる電圧変動に関わらず一定化して出力するためのものである。現在、電子機器の小型・軽量化や低コスト化、より高い安全性の確保を可能にするため、ＩＣ（Integrated Circuit）化されている。
【０００３】
図３は、従来のボルテージレギュレータの回路構成例を示している。基準電圧源３２と抵抗Ｒ３１，Ｒ３２とから取り出された電圧は、トランジスタＭ３１〜Ｍ３５を具備した誤差増幅器３１で比較され、出力トランジスタＭ３８を制御する。
【０００４】
すなわち、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２から取り出された電圧が、基準電圧源３２の電圧より小さければ、誤差増幅器３１の出力は低くなり、出力トランジスタＭ３８を強くバイアスして出力端子（Ｖｏｕｔ）３４に出力する電圧を上げ、逆に、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２から取り出された電圧が、基準電圧源３２の電圧より大きければ、誤差増幅器３１の出力は高くなり、出力トランジスタＭ３８を弱くバイアスして出力端子３４に出力する電圧を下げる。これにより、出力端子３４に一定の電圧を出力することができる。
【０００５】
この際、誤差増幅器３１においては、トランジスタＭ３５のゲート電圧を基準電圧源３２から供給しているため、誤差増幅器３１には一定の電流が流れる。そして、通常、出力端子３４には図示していないコンデンサが付加されている。そのため、電源電圧（ＶＤＤ）３３が急激に立ち上がると、出力トランジスタＭ３８によって、出力端子３４に付加されているコンデンサが充電され、出力端子３４の電圧が上昇していく。そのとき誤差増幅器３１の出力は、出力トランジスタＭ３８を強くバイアスするために低い電圧となっている。
【０００６】
やがて出力端子３４の電圧が、正規のボルテージレギュレータの出力電圧に達すると、誤差増幅器３１の出力は、出力トランジスタＭ３８を弱くバイアスしようとする。しかし、誤差増幅器３１の出力は瞬時的には変化できないため、低い電圧から高い電圧に変化するまでに、ある一定の時間を要してしまう。この間、出力トランジスタＭ３８は、強くバイアスされ続けるので、結果として、出力端子３４の電圧は、正規の出力電圧より上昇し、オーバーシュートが生じる。
【０００７】
このオーバーシュートを抑えるためには、誤差増幅器３１の応答速度を高めればよい。誤差増幅器３１の応答速度を高めるためには、トランジスタＭ３５の電流値（Ｉ３５）を大きくし、誤差増幅器３１の負荷となる出力トランジスタＭ３８のゲート容量Ｃを小さくして、誤差増幅器３１のスルーレート（ＳＲ＝Ｉ３５／Ｃ）を高くすればよい。
【０００８】
しかし、出力トランジスタＭ３８のゲート容量Ｃを小さくするには、出力トランジスタＭ３８のゲート面積を小さくしなければならず、これは、ボルテージレギュレータの出力電流の低下を招くことになる。
【０００９】
また、トランジスタＭ３５の電流値（Ｉ３５）を大きくするということは、ボルテージレギュレータの消費電流の増大を招きことになる。携帯電話やＰＤＡ、ビデオカメラなどの携帯型の電子機器は低消費電流が望まれており、このような低消費電流の電子機器に採用されるボルテージレギュレータにおいても、誤差増幅器３１に多くの電流を長期間、流すことはできるだけ避けなければならない。
【００１０】
しかし、誤差増幅器３１に流す電流を少なくすると、上述したように、誤差増幅器３１のスルーレートは低下してしまう。この誤差増幅器３１のスルーレートが低いと、出力トランジスタＭ３８のゲート電圧が上昇するために要する時間が長くなり、電源電圧ＶＤＤ３３が急激に上昇した場合に発生するオーバーシュートを効率的に抑制することができない。
【００１１】
このような問題を解決するために、特許文献１においては、誤差増幅器３１に流す電流値を、電源電圧３３の上昇時にのみ増大させる技術が開示されている。この技術では、図３に示すように、トランジスタＭ３１，Ｍ３２のソースに一端を結線したコンデンサＣ３１と、このコンデンサＣ３１の他端にドレインを結線してソースとゲートを接地したトランジスタＭ３７、および、このトランジスタＭ３７のドレインとコンデンサＣ３１との間にゲートを結線してトランジスタＭ３５と並列に設けられたトランジスタＭ３６を付加している。
【００１２】
ここで、トランジスタＭ３７はデプレッショントランジスタであり、電源電圧ＶＤＤ３３の変動のない定常状態では、コンデンサＣ３１、トランジスタＭ３７には電流は流れず、また、トランジスタＭ３７のドレイン電圧は、ソース電圧とほぼ等しいので、トランジスタＭ３６はオフしており、ボルテージレギュレータの消費電力は、コンデンサＣ３１とトランジスタＭ３６，Ｍ３７を付加していない場合と等しい。
【００１３】
しかし電源電圧ＶＤＤ３３が急激に上昇すると、コンデンサＣ３１の電荷は保存されるため、トランジスタＭ３７のドレイン電圧は上昇し、トランジスタＭ３６がオン（ＯＮ）して電流が流れる。その後、トランジスタＭ３７によって、定電流でコンデンサＣ３１の電荷が放電され、トランジスタＭ３７のドレイン電圧は、再度、そのソース電圧とほぼ等しくなる。
【００１４】
このように、電源電圧ＶＤＤ３３が急激に上昇してからトランジスタＭ３７のドレイン電圧が下がるまでの間は、トランジスタＭ３６がオン（ＯＮ）してその電流（Ｉ６）が流れる。このトランジスタＭ３６で流れる電流（Ｉ６）の分だけ、誤差増幅器３１のスルーレート（ＳＲ＝（Ｉ５＋Ｉ６）／Ｃ）が改善されることになる。
【００１５】
すなわち、電源電圧ＶＤＤ３３が急激に上昇し、出力端子３４の電圧が、正規のボルテージレギュレータの出力電圧に達すると、一定期間、トランジスタＭ３５，Ｍ３６のそれぞれの電流で、素早く出力トランジスタＭ３８のゲートバイアスを弱め、電源電圧ＶＤＤ３３の上昇時のオーバーシュートを小さくすることができる。
【００１６】
しかし、このように、コンデンサＣ３１とトランジスタＭ３７で構成される出力電圧のオーバーシュート抑制回路では、コンデンサＣ３１の容量とトランジスタＭ３７の出力抵抗で定まる時定数の時間内でのみ有効であり、例えば非常に長い間、出力電圧のオーバーシュートが生じる状況では効果が薄い。また、使用するコンデンサＣ３１もかなりの容量を必要とするため、省スペースで実現することは困難である。
【００１７】
【特許文献１】特許第２７０６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、非常に長い間、出力電圧のオーバーシュートが生じる状況では効果が薄い点と、付加するコンデンサにかなりの容量を必要とするため省スペースで実現することが困難な点である。
【００１９】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、ボルテージレギュレータの性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明では、誤差増幅器を具備したボルテージレギュレータに、出力電圧のオーバーシュートを検出する手段と、出力電圧のオーバーシュートを検出している間、誤差増幅器に流す電流を増加させる手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、オーバーシュートが起こっている間、誤差増幅器に流す電流を増加させるので、非常に長い間、出力電圧のオーバーシュートが生じる状況でも当該オーバーシュートを抑制する効果を得ることができると共に、容量の大きなコンデンサを付加する必要がないので、省スペースを実現することができ、ボルテージレギュレータにおけるオーバーシュートの抑制を効率的に実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図１は、本発明に係るボルテージレギュレータの構成例を示すブロック図であり、図２は、図１におけるボルテージレギュレータによるオーバーシュート抑制動作例を示す説明図である。
【００２３】
図１の例においては、誤差増幅器（１）１と基準電圧源２、電源電圧ＶＤＤ（図中「ＶＤＤ」と記載）３、出力端子（図中「Ｖｏｕｔ」と記載）４、基準電流源（図中「Ｉｒｅｆ」と記載）５、出力トランジスタＭ１３、抵抗Ｒ１，Ｒ２により、ボルテージリファレンス（基準電圧源）を構成しており、誤差増幅器（１）１には、ＰチャネルトランジスタＭ７，Ｍ８とＮチャネルトランジスタＭ９〜Ｍ１１が設けられている。
【００２４】
さらに、本例では、このボルテージリファレンスのオーバーシュートを抑制するためのオーバーシュート抑制回路を設けており、このオーバーシュート抑制回路は、誤差増幅器（２）１ａと基準電圧源２ａ、電源電圧ＶＤＤ（図中「ＶＤＤ」と記載）３ａ、基準電流源（図中「Ｉｒｅｆ」と記載）５ａ、ＰチャネルトランジスタＭ１９、ＮチャネルトランジスタＭ１２，Ｍ２０，Ｍ２１からなり、誤差増幅器（２）１ａには、ＰチャネルトランジスタＭ１４，Ｍ１５とＮチャネルトランジスタＭ１６〜Ｍ１８が設けられている。
【００２５】
このような構成からなるオーバーシュート抑制回路は、ボルテージリファレンスにおけうオーバーシュートを検出する第１の機能（誤差増幅器（２）１ａ）と、オーバーシュートを検出している期間、ボルテージリファレンスの誤差増幅器（１）１に流れる電流値を増加させる第２の機能（ＮチャネルトランジスタＭ１２：第２のトランジスタ、ＰチャネルトランジスタＭ１９：スイッチ手段＝第３のトランジスタ）とを有する。
【００２６】
以下、その詳細を説明する。ＰチャネルトランジスタＭ１９のドレインは、ＮチャネルトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。通常状態、つまり電源電圧ＶＤＤ３の急激な変動が起きていない場合、ボルテージリファレンスの抵抗Ｒ１，Ｒ２から取り出され、誤差増幅器（２）１ａのＮチャネルトランジスタＭ１７に入力される電圧は、ＮチャネルトランジスタＭ１６に入力される基準電圧源２ａからの電圧と同等であり、誤差増幅器（２）１ａの出力は高く、ＰチャネルトランジスタＭ１９はＯＦＦになっており、ＰチャネルトランジスタＭ１９のドレイン電圧は、定電流源として設けたＮチャネルトランジスタＭ２０を介してＧＮＤ（アース、接地）に張り付いている。
【００２７】
尚、ＰチャネルトランジスタＭ１９を確実にＯＦＦにするため、誤差増幅器（２）１ａの入力にオフセットをつけ、トランジスタＭ１５のドレイン電位がトランジスタＭ１４のドレイン電位よりも高くなるようにする。
【００２８】
電源電圧ＶＤＤ３が急激に上昇した場合、誤差増幅器（２）１ａの入力トランジスタＭ１７のゲート電圧が、トランジスタＭ１６のゲート電圧（基準電圧）よりも高くなることでオーバーシュートを検出する。
【００２９】
このオーバーシュートの検出と同時に、誤差増幅器（２）１ａの出力部分の電位が下がり、ＰチャネルトランジスタＭ１９がＯＮになる。
【００３０】
ＰチャネルトランジスタＭ１９がＯＮになれば、ＰチャネルトランジスタＭ１９のドレイン電圧はおおよそ電源電圧ＶＤＤまで上昇し、ＮチャネルトランジスタＭ１２がＯＮとなり、誤差増幅器（１）１に多くの電流を流すことができ、誤差増幅器（１）１の出力電圧を素早く高めて、出力トランジスタＭ１３のゲートバイアスを弱め、オーバーシュートを抑え込む。
【００３１】
尚、場合によっては、ＮチャネルトランジスタＭ１２により、必要以上に誤差増幅器（１）１に電流が流れ、誤差増幅器（１）１自体の利得が極端に低下する。それによってボルテージリファレンス回路が形成するフィードバック制御系がくずれ、最低動作電圧以上の任意の電源電圧ＶＤＤに対して、一定の出力電圧が取り出せなくなるという不具合が発生する。このような不具合を回避するために、ＮチャネルトランジスタＭ１２と接地間に、定電流源の役割を果たすＮチャネルトランジスタＭ２１を設ける。このＮチャネルトランジスタＭ２１によって、誤差増幅器（１）１に流れる電流を制限することができ、上記不具合の発生を防止することができる。
【００３２】
このようにしてボルテージリファレンスの出力電圧のオーバーシュートが収まってゆき、誤差増幅器（２）１ａのトランジスタＭ１７のゲート電位がトランジスタＭ１６のゲート電位（基準電圧源３ａ）と等しくなったとき、ＰチャネルトランジスタＭ１９がＯＦＦになり、ＮチャネルトランジスタＭ１２もＯＦＦになる。
【００３３】
ボルテージリファレンス側の誤差増幅器（１）１におけるＮチャネルトランジスタＭ１１に流れる電流を「Ｉ（Ｍ１１）」、オーバーシュート抑制用に付加したＮチャネルトランジスタＭ１２に流れる電流を「Ｉ（Ｍ１２）」、ボルテージリファレンスの出力トランジスタＭ１３のゲート容量を「Ｃ（Ｍ１３）」とすると、以上の説明から明らかなように、オーバーシュート抑制回路側の誤差増幅器（２）１ａで出力電圧のオーバーシュートを検出すると、誤差増幅器（１）１のスレーレート（ＳＲ）が、「ＳＲ＝（Ｉ（Ｍ１１）＋（Ｉ（Ｍ１２））／Ｃ（Ｍ１３））となるため、ボルテージリファレンス側の誤差増幅器（１）１の応答スピードが上がり、図２に示すようにして、ボルテージリファレンスにおける出力電圧のオーバーシュートを素早く抑制することができる。
【００３４】
尚、このようなオーバーシュート抑制回路とボルテージリファレンスからなる本例のボルテージレギュレータはＩＣパッケージ化されている。
【００３５】
また、本例では、基準電圧源２，２ａは約１．０Ｖとし、基準電流源（「Ｉｒｅｆ」）５，５ａは約０．３Ｖ程度とする。このように、ＮチャネルトランジスタＭ１１，Ｍ２１のゲートを基準電圧源２よりも電圧の低い基準電流源（「Ｉｒｅｆ」）５に接続することにより、出力電圧のボーバーシュートが生じた際に誤差増幅器（１）１に流れる電流を少なくすることができる。
【００３６】
以上、図１，２を用いて説明したように、本例では、誤差増幅器（２）１ａを用いることで、ボルテージリファレンスの出力電圧のオーバーシュートを検出し、オーバーシュートが起こっている間は、付加したＮチャネルトランジスタＭ１２に電流を流すようにしており、非常に長い間オーバーシュートが生じる状況下においても効果的にオーバーシュートを抑制することができる。また、誤差増幅器（２）１ａに流すべき電流は少量で良いので、消費電流が著しく増加することもない。
【００３７】
これに対して、従来の特許文献１における図３で示される構成のオーバーシュート抑制回路では、コンデンサＣ３１の容量とトランジスタＭ３７の出力抵抗とで定まる時定数の時間内でしか有効ではなく、非常に長い間、出力電圧のオーバーシュートが生じる状況では効果が薄い。また、使用するコンデンサＣ３１もかなりの容量を必要とするため、省スペースで実現することは困難であった。
【００３８】
尚、本発明は、図１，２を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例ではＩＣパケット化されたボルテージリファレンス（基準電圧源）に本発明を適用した例で説明したが、誤差増幅器を用いた一般的なボルテージレギュレータにおけるオーバーシュートの抑制に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るボルテージレギュレータの構成例を示すブロック図である。
【図２】図１におけるボルテージレギュレータによるオーバーシュート抑制動作例を示す説明図である。
【図３】従来のボルテージレギュレータの回路構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ａ：誤差増幅器（１）、２，２ａ：基準電圧源、３，３ａ：電源電圧ＶＤＤ、４：出力端子（Ｖｏｕｔ）、５．５ａ：基準電流源（「Ｉｒｅｆ」）、Ｍ７，Ｍ８，Ｍ１４，Ｍ１５，Ｍ１９：Ｐチャネルトランジスタ、Ｍ９〜Ｍ１２，Ｍ１６〜Ｍ１８，Ｍ２０，Ｍ２１：Ｎチャネルトランジスタ、Ｍ１３：出力トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２：抵抗、３１：誤差増幅器（３）、３２：基準電圧源、３３：電源電圧ＶＤＤ、３４：出力端子（Ｖｏｕｔ）、Ｃ３１：コンデンサ、Ｍ３１，Ｍ３２：Ｐチャネルトランジスタ、Ｍ３３〜Ｍ３７：Ｎチャネルトランジスタ、Ｍ３８：出力トランジスタ、Ｒ３１，Ｒ３２：抵抗。
【図１】
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【図２】
2007128292.tif 000004
【図３】
2007128292.tif 000005