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JP2001159922A - Voltage regulator circuit - Google Patents

Voltage regulator circuit

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JP2001159922A
JP2001159922A JP34274999A JP34274999A JP2001159922A JP 2001159922 A JP2001159922 A JP 2001159922A JP 34274999 A JP34274999 A JP 34274999A JP 34274999 A JP34274999 A JP 34274999A JP 2001159922 A JP2001159922 A JP 2001159922A
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Japan
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operational amplifier
voltage
semiconductor element
type semiconductor
output
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JP34274999A
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Akinori Matsuda
昭憲 松田
Shusuke Kobayashi
秀典 小林
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high power supply voltage variation removal ratio characteristic up to a high frequency area and to realize stable operation even when an output capacitor of low equivalent series resistance and small capacity is used. SOLUTION: A feedback circuit to a 1st IQS semiconductor element 13 is constituted of two stages consisting of 1st and 2nd operational amplifiers 15, 16 and a power supply variation removal ratio is improved by increasing an amplification factor. Since it is unnecessary to increase the amplification factors of these amplifiers 15, 16, power consumption can be reduced. Since a 3rd operational amplifier 17 is connected as a feedback circuit of the 2nd amplifier circuit, the increase of closed loop gain by the amplifier 16 can be suppressed and the stability of circuit operation can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電圧レギュレータ回
路に関し、特に変動する可能性のある電圧を入力として
受け、これを制御して、出力に接続された負荷に一定電
圧に安定化された電圧を供給する、電圧レギュレータ回
路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage regulator circuit, and more particularly to a voltage regulator circuit which receives a voltage which may fluctuate as an input, controls the voltage, and applies a voltage stabilized to a constant voltage to a load connected to an output. And a voltage regulator circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】電源電圧を制御して一定の電圧を負荷に
供給する電源回路としては、大きく分類して次の2つの
方法が知られている。第1の方法は、電源と負荷との間
に半導体素子を介挿し、この半導体素子を電圧もしくは
電流制御型抵抗素子として作用させて、その半導体素子
に流れる電流とその抵抗成分により生じる電圧降下の値
を制御することにより負荷に供給する電圧が一定になる
ようにする方法である。第2の方法は、電源と負荷との
間に半導体素子とコイルおよびまたはコンデンサを介挿
し、その半導体素子をスイッチング素子として作用させ
て、電気エネルギからコイルの磁気エネルギまたはコン
デンサの静電エネルギへの変換およびその逆の変換過程
を通して、その変換比率をスイッチング素子により制御
することにより負荷に供給する電圧が一定になるように
する方法である。通常、前者はリニアレギュレータ、後
者はスイッチングレギュレータと称される。
2. Description of the Related Art As a power supply circuit for controlling a power supply voltage and supplying a constant voltage to a load, the following two methods are widely classified. In the first method, a semiconductor element is inserted between a power supply and a load, and this semiconductor element is made to act as a voltage or current control type resistance element, and a current flowing through the semiconductor element and a voltage drop generated by the resistance component are reduced. This is a method of controlling the value so that the voltage supplied to the load becomes constant. In the second method, a semiconductor element and a coil and / or a capacitor are interposed between a power supply and a load, and the semiconductor element acts as a switching element to convert electric energy into magnetic energy of the coil or electrostatic energy of the capacitor. In this method, the conversion ratio is controlled by a switching element through the conversion process and the reverse conversion process so that the voltage supplied to the load becomes constant. Usually, the former is called a linear regulator and the latter is called a switching regulator.

【0003】スイッチングレギュレータは、よく知られ
るように、電源変換効率が高くかつ元の電源電圧より高
い電圧でも低い電圧でも得ることができる上、逆極性の
電圧を得ることもできる。一方、リニアレギュレータ
は、その動作原理から元の電源電圧より低い電圧しか出
力できないこと、および変換効率がスイッチングレギュ
レータより低いなど、スイッチングレギュレータに比べ
て欠点がある。
As is well known, a switching regulator has a high power supply conversion efficiency, can obtain a voltage higher or lower than the original power supply voltage, and can also obtain a voltage of the opposite polarity. On the other hand, linear regulators have drawbacks compared to switching regulators, such as being able to output only a voltage lower than the original power supply voltage and having lower conversion efficiency than switching regulators due to the operating principle.

【0004】しかしながら、リニアレギュレータでは電
気的なスイッチングを行わないことから、いわゆるスイ
ッチングノイズが発生することがなく、低ノイズを要求
される電子機器へ電源を供給する回路として多用されて
いる。とりわけ、無線を扱う電子機器、映像信号を扱う
電子機器など、比較的高周波の信号を扱う電子機器にお
いては、信号帯域への電源からのノイズ混入を防止する
ため、リニアレギュレータがよく使用されるとともに、
電源からのノイズの混入を他の電子機器以上に防止する
ことが要求される。
However, since a linear regulator does not perform electrical switching, so-called switching noise does not occur, and the linear regulator is often used as a circuit for supplying power to electronic equipment requiring low noise. In particular, in electronic devices that handle relatively high-frequency signals, such as electronic devices that handle wireless and electronic devices that handle video signals, linear regulators are often used to prevent noise from the power supply from entering the signal band. ,
It is required that noise from a power supply be prevented more than other electronic devices.

【0005】図5は一般的なリニアレギュレータの構成
例を示す図である。図5において、リニアレギュレータ
は、電源端子1にソース電極が接続されドレイン電極に
出力端子2が接続された第1のMOS(Metal-Oxide Se
miconductor)型半導体素子3と、出力端子2と接地電
位との間に接続された分圧用抵抗Ra,Rb、出力コンデ
ンサCおよび抵抗Reと、基準電圧源4と、分圧用抵抗
a,Rbからの信号と基準電圧源4からの基準電圧信号
とを入力とし、出力を第1のMOS型半導体素子3のゲ
ート電極に接続された誤差増幅器5とから構成され、出
力端子2には負荷RLが接続されている。ここで、出力
コンデンサCは、第1のMOS型半導体素子3、分圧用
抵抗Ra,Rb、誤差増幅器5で構成される、いわゆる制
御ループを安定にするために必要な容量成分である。ま
た、抵抗Reは実際の回路素子として実装されるもので
はないが、出力コンデンサCの等価直列抵抗成分を表す
抵抗である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a general linear regulator. Referring to FIG. 5, the linear regulator has a first MOS (Metal-Oxide Sequential) having a power supply terminal 1 connected to a source electrode and a drain electrode connected to an output terminal 2.
and Miconductor) type semiconductor device 3, dividing resistors R a, which is connected between the output terminal 2 and the ground potential, and R b, the output capacitor C and the resistor R e, a reference voltage source 4, dividing resistors R a , Rb and a reference voltage signal from a reference voltage source 4, and an output from an error amplifier 5 connected to the gate electrode of the first MOS type semiconductor element 3. Is connected to a load RL . Here, the output capacitor C is a capacitance component necessary for stabilizing a so-called control loop, which is composed of the first MOS type semiconductor element 3, the voltage dividing resistors R a and R b , and the error amplifier 5. Further, the resistance R e is not intended to be implemented as an actual circuit elements, a resistor which represents the equivalent series resistance component of the output capacitor C.

【0006】電源端子1と出力端子2との間に介挿され
た第1のMOS型半導体素子3は前述の電圧制御型抵抗
素子として動作し、分圧用抵抗Ra,Rbにより分圧して
検出された出力電圧信号と基準電圧信号との差異を誤差
増幅器5によって増幅し、その誤差増幅器5の出力信号
により第1のMOS型半導体素子3を制御してその抵抗
値を変えることにより、その抵抗成分による電圧降下の
値を制御することで、結果として出力電圧が一定に保持
される。
The first MOS type semiconductor element 3 inserted between the power supply terminal 1 and the output terminal 2 operates as the above-described voltage control type resistance element, and divides the voltage by the voltage dividing resistors R a and R b. The difference between the detected output voltage signal and the reference voltage signal is amplified by the error amplifier 5, and the output signal of the error amplifier 5 controls the first MOS type semiconductor element 3 to change its resistance value. By controlling the value of the voltage drop due to the resistance component, the output voltage is kept constant as a result.

【0007】上述の回路構成において、電源端子1に交
流的なノイズが重畳した場合に出力端子2に生じる電圧
変動の割合を示す特性値として、通常、電源電圧変動除
去比(以下、PSRRと表記)が用いられる。
In the above-described circuit configuration, a power supply voltage fluctuation removal ratio (hereinafter, referred to as PSRR) is usually used as a characteristic value indicating the rate of voltage fluctuation generated at the output terminal 2 when AC noise is superimposed on the power supply terminal 1. ) Is used.

【0008】上述したように、特に無線用途などにおい
ては、このPSRRとしては、より高い周波数まで大き
なPSRRが得られることが要求され、また、回路全体
としての消費電流についても、特に携帯用途においては
低消費電流化が必須の要求となっている。
As described above, especially in wireless applications, it is required that a large PSRR be obtained up to a higher frequency, and the current consumption of the entire circuit is particularly large in portable applications. Low current consumption is an essential requirement.

【0009】しかしながら、実際の回路においては、こ
のPSRR値は、周波数とともに小さくなる特性を示
し、かつ、特定の周波数以上でその減少は急激に大きく
なる傾向を示す。
However, in an actual circuit, the PSRR value has a characteristic of decreasing with frequency, and the decrease tends to increase sharply at a specific frequency or higher.

【0010】一方、電圧制御型抵抗素子となる第1のM
OS型半導体素子3のサイズは負荷RLに供給すべき電
流の大きさで決まるが、この第1のMOS型半導体素子
3のサイズが大きくなると、PSRRの小さくなる周波
数が低くなる特性を示す。
On the other hand, the first M which becomes a voltage control type resistance element
The size of the OS-type semiconductor element 3 is determined by the magnitude of the current to be supplied to the load RL. However, as the size of the first MOS-type semiconductor element 3 increases, the frequency at which PSRR decreases becomes lower.

【0011】さらに、回路全体のサイズを小さくする上
では、回路部品のサイズを小さくすることが必要になる
が、第1のMOS型半導体素子3、誤差増幅器5、分圧
用抵抗Ra,Rbは、集積回路として単一のシリコン半導
体とすることも可能であるのに対し、出力コンデンサC
は集積化が困難で個別部品とせざるを得ない。回路とし
ての安定な動作を実現する上で、この出力コンデンサC
の値は大きい方がよいが、コンデンサの形状が大きくな
ってしまう欠点がある。外形サイズの小さなコンデンサ
としてはセラミック型コンデンサがよく知られており、
他のたとえばタンタル型コンデンサなどに比べ同一の容
量でもその外形サイズが小さいという利点があるが、等
価直列抵抗である抵抗Reの値も小さい。この抵抗Re
値が小さいと、図5に示した回路では安定性が損なわれ
る傾向を示す。
Further, in order to reduce the size of the entire circuit, it is necessary to reduce the size of the circuit components. However, the first MOS type semiconductor element 3, the error amplifier 5, the voltage dividing resistors R a and R b are required. Can be a single silicon semiconductor as an integrated circuit, while the output capacitor C
Are difficult to integrate and must be made as individual components. In order to realize a stable operation as a circuit, the output capacitor C
Is preferable to be large, but there is a disadvantage that the shape of the capacitor becomes large. Ceramic type capacitors are well known as small external size capacitors.
Although there is an advantage that even a small outer shape size in the same volume than are other such as tantalum capacitors, also small value of resistor R e is an equivalent series resistance. If the value of the resistor Re is small, the circuit shown in FIG. 5 tends to lose stability.

【0012】これらの課題に対処するには、誤差増幅器
5の特性を極力向上させることが有効な手段の1つにな
るが、一般に、誤差増幅器5として用いるいわゆる演算
増幅器は、その増幅率や周波数特性を向上させようとす
ると消費電流が増加する傾向があり、低消費電力化の要
求に応えられない。
In order to cope with these problems, it is one of effective means to improve the characteristics of the error amplifier 5 as much as possible. Generally, a so-called operational amplifier used as the error amplifier 5 has an amplification factor and a frequency. If the characteristics are to be improved, the current consumption tends to increase, and the demand for low power consumption cannot be met.

【0013】上述のように、電源に重畳するノイズをよ
り高い周波数でも抑圧でき、かつ小型のシリーズレギュ
レータが望まれているのに対し、従来の回路構成では、
限界がある。
As described above, while a small series regulator capable of suppressing noise superimposed on a power supply even at a higher frequency is desired, in the conventional circuit configuration,
There is a limit.

【0014】ここで、図5に示した従来の回路構成によ
るPSRR特性の限界を解析的に説明する。図6はMO
S型半導体素子の等価回路を示す図である。ただし、図
6においては、誤差増幅器5の出力抵抗Rop、分圧用抵
抗Ra,Rb、負荷RL、出力コンデンサC、出力コンデ
ンサCの等価直列抵抗である抵抗Reも同時に示してあ
る。電圧制御型抵抗である第1のMOS型半導体素子3
は、図6に示すような等価回路で表すことができること
はよく知られている。ここで、Vgは第1のMOS型半
導体素子3のゲート電圧、Vg1は誤差増幅器5の出力電
圧、Vsはソース電圧、Voはドレイン電圧、gmは伝達
コンダクタンス、Vgsはゲート・ソース間電圧、Cgs
ゲート容量、rdsはソースドレイン抵抗を表している。
この等価回路より各部の電圧の伝達関数を求めることに
より、シグナルフロー図を描くことができる。
Here, the limit of the PSRR characteristic by the conventional circuit configuration shown in FIG. 5 will be analytically described. Figure 6 shows the MO
FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of an S-type semiconductor element. However, in FIG. 6 is illustrates the output resistance R op of the error amplifier 5, voltage dividing resistors R a, R b, load R L, the output capacitor C, the resistance R e is an equivalent series resistance of the output capacitor C at the same time . First MOS type semiconductor element 3 which is a voltage control type resistor
It is well known that can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, V g is the gate voltage of the first MOS type semiconductor device 3, V g1 is the output voltage of the error amplifier 5, V s is the source voltage, V o is the drain voltage, g m is the transmission conductance, and V gs is the gate. A source-to-source voltage, C gs represents a gate capacitance, and r ds represents a source-drain resistance.
The signal flow diagram can be drawn by obtaining the transfer function of the voltage of each part from this equivalent circuit.

【0015】図7は従来の回路をシグナルフロー図とし
て示した図である。図7において、破線で囲った部分が
第1のMOS型半導体素子3を表し、各箱は伝達関数を
表している。すなわち、第1のMOS型半導体素子3の
出力側への信号伝達要素3aは伝達関数Tdを表し、第
1のMOS型半導体素子3のゲート側の信号伝達要素3
bは伝達関数Tgを表し、第1のMOS型半導体素子3
のゲート容量とそれを駆動する誤差増幅器5の出力抵抗
とによる信号伝達要素3cは伝達関数Tg1を表してい
る。各伝達関数Td,Tg,Tg1はそれぞれ以下の式で表
される。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional circuit as a signal flow diagram. In FIG. 7, a portion surrounded by a broken line represents the first MOS type semiconductor element 3, and each box represents a transfer function. That is, the signal transmission element 3a to the output side of the first MOS type semiconductor element 3 represents the transfer function Td , and the signal transmission element 3a on the gate side of the first MOS type semiconductor element 3
b denotes a transfer function T g , and the first MOS type semiconductor device 3
The signal transfer element 3c based on the gate capacitance of the above and the output resistance of the error amplifier 5 driving the same represents the transfer function T g1 . Each transfer function T d , T g , T g1 is represented by the following equation.

【0016】伝達関数Tdは、The transfer function T d is

【0017】[0017]

【数1】 (Equation 1)

【0018】伝達関数Tgは、The transfer function T g is

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】伝達関数Tg1は、The transfer function T g1 is

【0021】[0021]

【数3】 (Equation 3)

【0022】ここで、sは複素周波数である。また、式
(1)におけるZLは、
Here, s is a complex frequency. Further, Z L in equation (1) is

【0023】[0023]

【数4】 (Equation 4)

【0024】である。ただし、Rは、## EQU1 ## Where R is

【0025】[0025]

【数5】 (Equation 5)

【0026】である。また、一般的に誤差増幅器として
はいわゆる演算増幅器が用いられるが、その周波数的な
応答特性は、演算増幅器の第1ポール周波数1/a1
第2ポール周波数1/a2、開ループゲインA0とする
と、演算増幅器の増幅率Aは次の式で近似的に表され
る。
## EQU1 ## Generally, a so-called operational amplifier is used as the error amplifier, and its frequency response characteristic is such that the operational amplifier has a first pole frequency 1 / a 1 ,
Assuming that the second pole frequency is 1 / a 2 and the open loop gain is A 0 , the amplification factor A of the operational amplifier is approximately expressed by the following equation.

【0027】[0027]

【数6】 (Equation 6)

【0028】以上の式を用いると、図7のシグナルフロ
ー図より、PSRRは次の式で表すことができる。
Using the above equation, PSRR can be expressed by the following equation from the signal flow diagram of FIG.

【0029】[0029]

【数7】 (Equation 7)

【0030】通常、第1のMOS型半導体素子3がその
飽和領域で動作している場合は、r ds≫1とみなすこと
ができる。また、演算増幅器の増幅率Aも十分大きいと
考えてよい場合には、Tg1A≫1とみなすことができる
ので、式(7)は次式のように近似できる。
Normally, the first MOS type semiconductor element 3 is
When operating in the saturation region, r dsTo be regarded as $ 1
Can be. Also, if the amplification factor A of the operational amplifier is sufficiently large,
If you can think about it,g1Can be regarded as A≫1
Therefore, equation (7) can be approximated as the following equation.

【0031】[0031]

【数8】 (Equation 8)

【0032】式(8)で表されるPSRRの周波数に対
する特性は、式(6)で表される演算増幅器の特性を合
わせると、図8に示すような特性となる。図8は従来の
回路のPSRR特性を説明する図である。このPSRR
特性は、計算上から求められた特性であるが、実際の回
路においてもこの特性とほぼ近い特性を示す。
The characteristic of the PSRR with respect to the frequency represented by the equation (8) is as shown in FIG. 8 when the characteristic of the operational amplifier represented by the equation (6) is combined. FIG. 8 is a diagram illustrating PSRR characteristics of a conventional circuit. This PSRR
The characteristic is a characteristic obtained from calculation, but also shows a characteristic almost similar to this characteristic in an actual circuit.

【0033】以上の解析から、より高い周波数まで大き
なPSRRを得ようとするには以下の手段が有効とな
る。すなわち、演算増幅器の開ループゲインA0をでき
るだけ大きくし、演算増幅器の第1ポール周波数をでき
るだけ高い周波数にし、第1のMOS型半導体素子3の
ゲート容量はできるだけ小さく、かつ演算増幅器の出力
抵抗もできるだけ低くすることで、より高い周波数まで
大きなPSRRを得ることができる。
From the above analysis, the following means are effective to obtain a large PSRR up to a higher frequency. That is, the open-loop gain A 0 of the operational amplifier is made as large as possible, the first pole frequency of the operational amplifier is made as high as possible, the gate capacitance of the first MOS type semiconductor device 3 is made as small as possible, and the output resistance of the operational amplifier is also made small. By making it as low as possible, a large PSRR can be obtained up to higher frequencies.

【0034】しかしながら、開ループゲインを大きくす
ること、および第1ポール周波数を高くする手段とし
て、演算増幅器の消費電流を大きくすることがあるが、
この手段は低消費電流化の要請に応えられない。
However, as a means for increasing the open loop gain and increasing the first pole frequency, the current consumption of the operational amplifier may be increased.
This means cannot meet the demand for low current consumption.

【0035】一方、シリーズレギュレータ回路としての
動作の安定性については以下のように説明できる。図7
のシグナルフロー図に示すとおり、シリーズレギュレー
タは第1のMOS型半導体素子3、負荷回路、誤差増幅
器5で構成されるいわゆる帰還増幅器の構成になってい
る。したがって、シリーズレギュレータの安定性はこの
帰還増幅器の安定性そのものになる。帰還増幅器が安定
に動作するには、よく知られたとおり、回路の開ループ
ゲイン特性において、位相が180度遅れるまでにゲイ
ンが0以下になることである。
On the other hand, the stability of the operation as a series regulator circuit can be explained as follows. FIG.
As shown in the signal flow diagram, the series regulator has a so-called feedback amplifier configuration including the first MOS type semiconductor element 3, a load circuit, and an error amplifier 5. Therefore, the stability of the series regulator becomes the stability of the feedback amplifier itself. In order for the feedback amplifier to operate stably, as is well known, in the open loop gain characteristic of the circuit, the gain becomes 0 or less before the phase is delayed by 180 degrees.

【0036】ここで、図6より従来回路構成の開ループ
ゲイン特性を求めると以下のようになる。
Here, the open loop gain characteristic of the conventional circuit configuration is obtained from FIG. 6 as follows.

【0037】[0037]

【数9】 (Equation 9)

【0038】PSRRの場合と同様に、第1のMOS型
半導体が飽和領域で動作している場合、rds≫1とみな
せるので、式(9)は以下のように近似できる。
As in the case of PSRR, when the first MOS type semiconductor operates in the saturation region, it can be considered that r ds ≫1, so that equation (9) can be approximated as follows.

【0039】[0039]

【数10】 (Equation 10)

【0040】この式(10)により表される開ループ特
性の周波数依存性を図9に示す。図9は従来回路の開ル
ープ特性を説明する図である。この開ループ特性から、
安定性を確保する手段としては以下のことがわかる。す
なわち、演算増幅器の開ループゲインA0は大きくない
方が安定性には有利である。また、演算増幅器の第1ポ
ール周波数、第2ポール周波数はできるだけ高い周波数
がよく、第1のMOS型半導体素子のゲート容量はでき
るだけ小さく、かつ演算増幅器の出力抵抗もできるだけ
低くするのがよい。そして、出力コンデンサの等価直列
抵抗は位相遅れを戻すように作用し、安定性には有利に
作用する。
FIG. 9 shows the frequency dependence of the open loop characteristic represented by the equation (10). FIG. 9 is a diagram illustrating the open-loop characteristics of the conventional circuit. From this open loop characteristic,
The following are known as means for securing stability. That is, it is advantageous for stability that the open loop gain A 0 of the operational amplifier is not large. Further, it is preferable that the first pole frequency and the second pole frequency of the operational amplifier are as high as possible, the gate capacitance of the first MOS type semiconductor element is as small as possible, and the output resistance of the operational amplifier is as low as possible. Then, the equivalent series resistance of the output capacitor acts to return the phase lag, and advantageously acts on stability.

【0041】[0041]

【発明が解決しようとする課題】したがって、PSRR
特性を向上させる手段の1つである演算増幅器の開ルー
プゲインを大きくすることは、回路としての安定性を損
なうことになり、この手段のみでは不十分であることが
わかる。
Therefore, PSRR
Increasing the open loop gain of the operational amplifier, which is one of the means for improving the characteristics, impairs the stability of the circuit, and this means that this means alone is not sufficient.

【0042】また、演算増幅器の出力抵抗を低くするこ
とは、PSRR特性・安定性の向上の両方に寄与する
が、演算増幅器の出力抵抗を下げることは、消費電流の
増大および出力回路用のデバイスサイズの増大を起こ
し、低消費電力化に不利になるとともに、集積化回路の
場合にはシリコン面積が増加してしまう。
While lowering the output resistance of the operational amplifier contributes to both improvement in PSRR characteristics and stability, lowering the output resistance of the operational amplifier increases the current consumption and the device for the output circuit. This increases the size, which is disadvantageous for reducing power consumption, and in the case of an integrated circuit, increases the silicon area.

【0043】さらに、出力コンデンサの等価直列抵抗は
ある程度の大きさが期待されるが、前述のセラミック型
コンデンサによる外形サイズの縮小要求に対し、安定性
を犠牲にせざるを得なくなるという問題点があった。
Further, although the equivalent series resistance of the output capacitor is expected to be large to some extent, there is a problem that stability has to be sacrificed in response to the above-mentioned demand for reducing the outer size of the ceramic type capacitor. Was.

【0044】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、上述の従来回路における限界を改善し、より
高い周波数領域まで大きなPSRR特性が得られ、か
つ、低い等価直列抵抗で容量の小さな出力コンデンサを
用いる場合にも安定した動作が実現できる電圧レギュレ
ータ回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and improves the limit in the above-described conventional circuit, obtains a large PSRR characteristic up to a higher frequency region, and has a low equivalent series resistance and a low capacitance. It is an object of the present invention to provide a voltage regulator circuit that can realize a stable operation even when a small output capacitor is used.

【0045】[0045]

【課題を解決するための手段】本発明では上記問題を解
決するために、ソース電極およびドレイン電極のいずれ
か一方が電源に接続され、他方が負荷に接続された第1
のMOS型半導体素子と、前記負荷に接続されたソース
電極またはドレイン電極と接地電位との間に接続され前
記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、前記負荷
電圧検出手段に並列に接続されたコンデンサと、基準と
なる基準電圧信号を発生する基準電圧発生手段と、前記
負荷電圧検出手段からの信号と前記基準電圧信号との差
異を検出する誤差検出手段とを具備し、前記誤差検出手
段からの信号に応じて前記第1のMOS型半導体素子の
ゲート電極を制御して、前記第1のMOS型半導体素子
の負荷が接続された側の電極の電圧を一定に保持する電
圧レギュレータにおいて、前記基準電圧信号と前記負荷
電圧検出手段からの信号との差異を検出する第1の演算
増幅器と、前記第1の演算増幅器の出力を1つの入力と
しかつ前記第1のMOS型半導体素子のゲート電極に出
力が接続された第2の演算増幅器と、前記第2の演算増
幅器の出力信号と前記第1のMOS型半導体素子の電源
に接続された側のソース電極またはドレイン電極の電圧
信号とを入力するように接続されかつ出力が前記第2の
演算増幅器の別の入力に接続された第3の演算増幅器
と、を備えていることを特徴とする電圧レギュレータ回
路が提供される。
According to the present invention, in order to solve the above problem, one of a source electrode and a drain electrode is connected to a power supply and the other is connected to a load.
A MOS type semiconductor element, a load voltage detecting means connected between a source electrode or a drain electrode connected to the load and a ground potential for detecting a voltage of the load, and a load voltage detecting means connected in parallel to the load voltage detecting means. And a reference voltage generating means for generating a reference voltage signal serving as a reference, and an error detecting means for detecting a difference between a signal from the load voltage detecting means and the reference voltage signal. A voltage regulator that controls a gate electrode of the first MOS-type semiconductor element in accordance with a signal from the first MOS-type semiconductor element to keep a voltage of an electrode to which a load of the first MOS-type semiconductor element is connected constant. A first operational amplifier for detecting a difference between the reference voltage signal and a signal from the load voltage detecting means, and an output of the first operational amplifier as one input and the first operational amplifier A second operational amplifier having an output connected to the gate electrode of the OS-type semiconductor element, a source electrode or a drain connected to the output signal of the second operational amplifier and a power supply of the first MOS-type semiconductor element A third operational amplifier connected to input the voltage signal of the electrode and having an output connected to another input of the second operational amplifier. Is done.

【0046】このような電圧レギュレータ回路によれ
ば、帰還制御ループを2段構成とすることにより、第1
および第2の演算増幅器に異なる特性を付与することが
可能となり、増幅率および出力抵抗をそれぞれ独立して
最適な性能に設定することができる。これにより、PS
RR特性が改善され、消費電力の低減が可能になり、回
路動作の安定性を高めることができる。
According to such a voltage regulator circuit, the feedback control loop has a two-stage configuration, so that the first
And the second operational amplifier can be provided with different characteristics, and the amplification factor and the output resistance can be independently set to optimum performance. With this, PS
The RR characteristics are improved, the power consumption can be reduced, and the stability of the circuit operation can be improved.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施
の様態における電圧レギュレータ回路の具体的な電子回
路の構成例を示す図である。図1において、電圧レギュ
レータ回路は、ソース電極が電源端子11に接続され、
ドレイン電極が出力端子12に接続された第1のMOS
型半導体素子13と、出力端子12と接地電位との間に
接続されて負荷RLの電圧を検出する手段を構成する分
圧用抵抗Ra,Rb、出力コンデンサCおよび抵抗R
eと、基準電圧源14と、分圧用抵抗Ra,Rbからの負
荷電圧検出信号と基準電圧源14からの基準電圧信号と
を入力とする第1の演算増幅器15と、第1の演算増幅
器15の出力を1つの入力としかつ第1のMOS型半導
体素子13のゲート電極に出力が接続された第2の演算
増幅器16と、第2の演算増幅器16の出力信号と電源
端子11の電圧信号とを入力するように接続されかつ出
力が第2の演算増幅器16の別の入力に接続された第3
の演算増幅器17とを備えている。なお、第1ないし第
3の演算増幅器15,16,17は、一般的な演算増幅
器をはじめとして、各種演算増幅回路を用いることがで
きる。なお、第1の演算増幅器15の増幅率は「A」、
第2の演算増幅器16の増幅率は「B」、第3の演算増
幅器17の増幅率は「P」で示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a specific electronic circuit of the voltage regulator circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the voltage regulator circuit has a source electrode connected to a power supply terminal 11,
A first MOS having a drain electrode connected to the output terminal 12
Resistors R a and R b , an output capacitor C, and a resistor R connected between the semiconductor element 13 and the output terminal 12 and the ground potential to constitute a means for detecting the voltage of the load RL.
e , a reference voltage source 14, a first operational amplifier 15 which receives load voltage detection signals from the voltage dividing resistors R a and R b and a reference voltage signal from the reference voltage source 14, and a first operational amplifier. A second operational amplifier 16 having an output of the amplifier 15 as one input and having an output connected to the gate electrode of the first MOS type semiconductor element 13; an output signal of the second operational amplifier 16 and a voltage of the power supply terminal 11; And a third output connected to another input of the second operational amplifier 16.
And an operational amplifier 17. Note that the first to third operational amplifiers 15, 16, 17 can use various operational amplifier circuits including general operational amplifiers. The amplification factor of the first operational amplifier 15 is “A”,
The amplification factor of the second operational amplifier 16 is indicated by “B”, and the amplification factor of the third operational amplifier 17 is indicated by “P”.

【0048】以上の構成によれば、第1のMOS型半導
体素子13への帰還回路を第1の演算増幅器15および
第2の演算増幅器16の2段構成にしたことにより、増
幅率を容易に大きくすることができるため、PSRRを
改善することができ、それぞれの増幅率を大きくする必
要がないため、消費電力の低減が可能になる。また、第
2の演算増幅器16の帰還回路として、第3の演算増幅
器17を設けたことにより、第2の演算増幅器16によ
る開ループゲインの増大が抑制され、回路動作の安定性
を高めることができる。以下、その理由につき詳細に説
明する。
According to the above configuration, the feedback circuit to the first MOS type semiconductor element 13 has a two-stage configuration of the first operational amplifier 15 and the second operational amplifier 16, so that the amplification factor can be easily increased. Since it can be increased, PSRR can be improved, and since it is not necessary to increase the respective amplification factors, power consumption can be reduced. Further, by providing the third operational amplifier 17 as a feedback circuit of the second operational amplifier 16, an increase in the open loop gain due to the second operational amplifier 16 is suppressed, and the stability of the circuit operation is improved. it can. Hereinafter, the reason will be described in detail.

【0049】図2は本発明の第1の実施の様態における
電圧レギュレータ回路の制御ループの構造をシグナルフ
ロー図の形で示した図である。図2において、破線で囲
った部分が電源電圧をレギュレートして出力する第1の
MOS型半導体素子13に相当する。信号伝達要素13
a、13bは、負荷RL、出力コンデンサCとその等価
直列抵抗成分の抵抗Re、分圧用抵抗Ra,Rbを含めた
第1のMOS型半導体素子13を表す制御ブロックであ
り、それぞれ伝達関数Td,Tgによって表している。信
号伝達要素13cは、第2の演算増幅器16の出力抵抗
と第1のMOS型半導体素子13のゲート容量とにより
決まる伝達関数Tg1をもつ制御ブロックを表す。第1の
MOS型半導体素子13のドレイン電極は、第1の演算
増幅器15の信号伝達要素15aに接続され、これが基
準電圧源14の基準電圧Vrefとの誤差を検出する誤差
増幅器として作用する。ここの構成までは、基本的には
図7に示した従来回路の構成とほぼ同等である。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the control loop of the voltage regulator circuit according to the first embodiment of the present invention in the form of a signal flow diagram. In FIG. 2, a portion surrounded by a broken line corresponds to a first MOS semiconductor element 13 that regulates and outputs a power supply voltage. Signal transmission element 13
Reference numerals a and 13b denote control blocks representing the first MOS type semiconductor element 13 including the load R L , the output capacitor C, the resistance R e of the equivalent series resistance component thereof, and the voltage dividing resistors R a and R b. It is represented by transfer functions T d and T g . The signal transfer element 13c represents a control block having a transfer function T g1 determined by the output resistance of the second operational amplifier 16 and the gate capacitance of the first MOS semiconductor device 13. The drain electrode of the first MOS type semiconductor element 13 is connected to the signal transmission element 15a of the first operational amplifier 15, which functions as an error amplifier for detecting an error with respect to the reference voltage Vref of the reference voltage source 14. The configuration up to here is basically the same as the configuration of the conventional circuit shown in FIG.

【0050】次に、図2における信号伝達要素16a
は、第2の演算増幅器16であって、第3の演算増幅器
17の出力信号と第1の演算増幅器15の出力信号との
差を増幅し、その出力は第1のMOS型半導体素子13
のゲートを駆動する。さらに、図2の信号伝達要素17
aは、第3の演算増幅器17であって、第1のMOS型
半導体素子13のソース電極から得た信号と第2の演算
増幅器16の出力信号との差を増幅して出力する。第3
の演算増幅器17の出力は、第2の演算増幅器16の入
力に接続され、これにより、新たな制御ループを追加し
た構造となっている。以下に、本発明の構成によるPS
RR特性および動作安定性について解析的に説明する。
Next, the signal transmission element 16a in FIG.
Is a second operational amplifier 16, which amplifies the difference between the output signal of the third operational amplifier 17 and the output signal of the first operational amplifier 15, and outputs the amplified signal to the first MOS type semiconductor device 13
Drive the gate. Further, the signal transmission element 17 of FIG.
a denotes a third operational amplifier 17 for amplifying and outputting a difference between a signal obtained from a source electrode of the first MOS type semiconductor element 13 and an output signal of the second operational amplifier 16. Third
The output of the operational amplifier 17 is connected to the input of the second operational amplifier 16, whereby a new control loop is added. Hereinafter, PS according to the configuration of the present invention will be described.
The RR characteristics and operation stability will be analytically described.

【0051】信号伝達要素13a,13b,13cは、
前述のとおり、負荷RL、出力コンデンサCとその等価
直列抵抗成分の抵抗Re、分圧用抵抗Ra,Rbを含めた
第1のMOS型半導体素子13、第2の演算増幅器16
の出力抵抗と第1のMOS型半導体素子13のゲート容
量とにより決まる伝達関数Td,Tg,Tg1で表される。
これらの伝達関数Td,Tg,Tg1は、基本的に、用いる
第1のMOS型半導体素子13、負荷RL、出力コンデ
ンサC、分圧用抵抗Ra,Rbで決まる関数であり、前述
の従来回路で用いた式と同一の式となる。すなわち、
The signal transmission elements 13a, 13b, 13c
As described above, the first MOS type semiconductor element 13 including the load R L , the output capacitor C and the resistance R e of the equivalent series resistance component thereof, the voltage dividing resistors R a and R b , and the second operational amplifier 16
, And transfer functions T d , T g , and T g1 determined by the gate resistance of the first MOS type semiconductor element 13.
These transfer functions T d , T g , and T g1 are basically functions determined by the first MOS semiconductor device 13 used, the load R L , the output capacitor C, and the voltage dividing resistors Ra and Rb . The equation is the same as the equation used in the above-described conventional circuit. That is,

【0052】[0052]

【数11】 [Equation 11]

【0053】[0053]

【数12】 (Equation 12)

【0054】[0054]

【数13】 (Equation 13)

【0055】となる。また、式(11)におけるZ
Lは、
Is as follows. Also, Z in the equation (11)
L is

【0056】[0056]

【数14】 [Equation 14]

【0057】である。ただし、Rは、Is as follows. Where R is

【0058】[0058]

【数15】 (Equation 15)

【0059】である。第1の演算増幅器15は、従来回
路における誤差増幅器5と同等であって、その増幅率A
は次式で示される。
Is as follows. The first operational amplifier 15 is equivalent to the error amplifier 5 in the conventional circuit, and has an amplification factor A
Is represented by the following equation.

【0060】[0060]

【数16】 (Equation 16)

【0061】ここで、A0は第1の演算増幅器15の開
ループゲインである。さらに、第2の演算増幅器16に
ついても、第1の演算増幅器15と同様に、その増幅率
Bを下式で表すことができる。
Here, A 0 is the open loop gain of the first operational amplifier 15. Further, the amplification factor B of the second operational amplifier 16 can be expressed by the following equation, similarly to the first operational amplifier 15.

【0062】[0062]

【数17】 [Equation 17]

【0063】ここで、B0は第2の演算増幅器16の開
ループゲインである。第3の演算増幅器17について
は、周波数特性のない単一の増幅率を持った特性とする
こととし、下式で表すことができる構成をとるものとす
る。
Here, B 0 is the open loop gain of the second operational amplifier 16. The third operational amplifier 17 has a single amplification factor without frequency characteristics, and has a configuration that can be expressed by the following equation.

【0064】[0064]

【数18】P=P0 ・・・(18) ここで、Pは第3の演算増幅器17の増幅率、P0は第
3の演算増幅器17の開ループゲインである。
P = P 0 (18) Here, P is an amplification factor of the third operational amplifier 17, and P 0 is an open loop gain of the third operational amplifier 17.

【0065】以上の式からPSRR特性および開ループ
ゲイン特性を求めると下式が得られる。
When the PSRR characteristic and the open loop gain characteristic are obtained from the above equations, the following equations are obtained.

【0066】[0066]

【数19】 [Equation 19]

【0067】[0067]

【数20】 (Equation 20)

【0068】従来回路の解析の場合と同様に、第1のM
OS型半導体素子13が飽和領域で動作している場合に
は、rds≫1とみなせるので、上式は下式で近似するこ
とができる。
As in the case of the analysis of the conventional circuit, the first M
When the OS-type semiconductor element 13 operates in the saturation region, it can be considered that r ds ≫1, so the above equation can be approximated by the following equation.

【0069】[0069]

【数21】 (Equation 21)

【0070】[0070]

【数22】 (Equation 22)

【0071】上式より本発明の効果として次のことがわ
かる。PSRR特性については、第1の演算増幅器15
および第2の演算増幅器16の2段構成にしたことによ
り、それぞれの増幅率は大きくなくても、式(21)の
分母の第3項として第1の演算増幅器15の増幅率
「A」と第2の演算増幅器16の増幅率「B」との積項
が入ることになり、PSRRが改善できる。すなわち、
それぞれの演算増幅器の増幅率は従来回路より低くする
ことができ、従来回路のように1つの演算増幅器に高増
幅率を求めることに比べ、結果として消費電流低減が可
能となる上、演算増幅器の回路設計が容易になる。
From the above equation, the following can be understood as the effect of the present invention. Regarding the PSRR characteristic, the first operational amplifier 15
And the two-stage configuration of the second operational amplifier 16, even though the respective amplification factors are not large, the amplification factor “A” of the first operational amplifier 15 is used as the third term of the denominator of the equation (21). The product term with the amplification factor “B” of the second operational amplifier 16 is included, and PSRR can be improved. That is,
The amplification factor of each operational amplifier can be made lower than that of the conventional circuit. As a result, the current consumption can be reduced as compared with the case where a single operational amplifier requires a high amplification factor as in the conventional circuit. Circuit design becomes easier.

【0072】さらに、安定性については、第2の演算増
幅器16は、第3の演算増幅器17を帰還回路として持
つ帰還増幅回路の構成となることになり、式(22)の
第1項は第2の演算増幅器16に十分なゲインがある間
はほぼ1となり、第2の演算増幅器16による開ループ
ゲインの増大は生じさせない。したがって、開ループゲ
イン特性はほぼ第1の演算増幅器15によって決まる
が、上述のとおり、第1の演算増幅器15の開ループゲ
インを低くしてもPSRRは大きくできることから、結
果として回路全体の開ループゲインを低く押さえること
ができ、安定化に寄与できる。
Further, regarding the stability, the second operational amplifier 16 has a configuration of a feedback amplifier circuit having the third operational amplifier 17 as a feedback circuit, and the first term of the equation (22) is As long as the second operational amplifier 16 has a sufficient gain, it becomes almost 1, and the second operational amplifier 16 does not increase the open loop gain. Therefore, although the open loop gain characteristic is substantially determined by the first operational amplifier 15, as described above, the PSRR can be increased even if the open loop gain of the first operational amplifier 15 is reduced. The gain can be kept low, which can contribute to stabilization.

【0073】また、第1のMOS型半導体素子13のゲ
ートを駆動するのは第2の演算増幅器16であり、第1
の演算増幅器15は第2の演算増幅器16の入力のみに
繋いていることにより、第1の演算増幅器15の出力抵
抗はPSRRおよび回路全体の開ループ特性に影響を与
えることはなく、第1の演算増幅器15の設計を容易化
できる。
The gate of the first MOS type semiconductor element 13 is driven by the second operational amplifier 16,
Is connected only to the input of the second operational amplifier 16, so that the output resistance of the first operational amplifier 15 does not affect the PSRR and the open loop characteristics of the entire circuit. The design of the operational amplifier 15 can be facilitated.

【0074】これらにより、本発明の構成は従来回路に
比べ、PSRRを容易に大きくすることができる上、安
定性を確保することができる。また、演算増幅器の1つ
1つに要求される特性も従来回路に比べ緩くなり、設計
の容易化が可能となる。
As a result, in the configuration of the present invention, PSRR can be easily increased as compared with the conventional circuit, and stability can be ensured. In addition, the characteristics required for each of the operational amplifiers are less strict than those of the conventional circuit, and the design can be simplified.

【0075】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。本実施の形態においては、第1の実施の形態
において述べた制御構成において、各ブロックの接続関
係はそのままにして、第1の演算増幅器15の開ループ
ゲインA0は第2の演算増幅器16の開ループゲインB0
より大きくするとともに、第3の演算増幅器17のゲイ
ンを1以下となるように構成した。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, in the control configuration described in the first embodiment, the open loop gain A 0 of the first operational amplifier 15 is Open loop gain B 0
The third operational amplifier 17 is configured to have a gain of 1 or less while increasing the gain.

【0076】第2の演算増幅器16は、第3の演算増幅
器17を帰還回路として持つ帰還増幅器の構成となるこ
とは第1の実施の形態で説明したとおりであるが、回路
全体が安定に動作する上では、この第2の演算増幅器1
6と第3の演算増幅器17とで構成される帰還増幅回路
が安定である必要がある。この回路部分だけについての
伝達特性は次式で示される。
Although the second operational amplifier 16 has a configuration of a feedback amplifier having the third operational amplifier 17 as a feedback circuit as described in the first embodiment, the entire circuit operates stably. In this case, the second operational amplifier 1
The feedback amplifier circuit composed of the sixth operational amplifier 17 and the third operational amplifier 17 needs to be stable. The transfer characteristic of only this circuit portion is expressed by the following equation.

【0077】[0077]

【数23】 (Equation 23)

【0078】この伝達特性を模式的に表すと図3のよう
になる。図3は本発明の第2の実施の形態における電圧
レギュレータ回路の動作を説明する図である。図3にお
いて、fb1,fb2はそれぞれ第2の演算増幅器16の第
1ポールおよび第2ポールの周波数であり、fcは第2
の演算増幅器16の出力抵抗と第1のMOS型半導体素
子13のゲート容量とでできるポールの周波数である。
図3に示すように、通常の演算増幅器などを第2の演算
増幅器16として用いる場合、上記のポール周波数は低
い方から、第2の演算増幅器16の第1のポールの周波
数fb1、第2の演算増幅器16の出力抵抗と第1のMO
S型半導体素子13のゲート容量とでできるポールの周
波数fc、第2の演算増幅器16の第2のポールの周波
数fb2の順になる。したがって、この伝達特性が安定で
あるためには、位相が180度遅れる、fcより低い周
波数で、ゲインが1以下になることが必要になる。これ
を実現する上では、第2の演算増幅器16のゲインを低
くしておき、かつ第3の演算増幅器17のゲインを1以
下にしておくことが有利になる。この場合、第1の演算
増幅器15のゲインを高く設定することで、所望のPS
RRを容易に得ることができる。
FIG. 3 schematically shows this transfer characteristic. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the voltage regulator circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, f b1, f b2 is the first pole and second pole of the frequency of the second operational amplifier 16 respectively, f c is the second
Is the frequency of the pole formed by the output resistance of the operational amplifier 16 and the gate capacitance of the first MOS type semiconductor element 13.
As shown in FIG. 3, when a normal operational amplifier or the like is used as the second operational amplifier 16, the pole frequency f b1 of the second operational amplifier 16, Output resistance of the operational amplifier 16 and the first MO
The frequency f c of the pole formed by the gate capacitance of the S-type semiconductor element 13 and the frequency f b2 of the second pole of the second operational amplifier 16 are in this order. Therefore, for this purpose transfer characteristic is stable, the phase is delayed by 180 degrees, at a frequency lower than f c, the gain is required to be less than or equal to 1. To achieve this, it is advantageous to keep the gain of the second operational amplifier 16 low and keep the gain of the third operational amplifier 17 at 1 or less. In this case, by setting the gain of the first operational amplifier 15 high, the desired PS
RR can be easily obtained.

【0079】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。本実施の形態においては、第1の実施の形態
において述べた制御構成において、各ブロックの接続関
係はそのままにし、第2の演算増幅器16として、その
第1のポールが、当該演算増幅器の負荷に繋がる容量と
当該演算増幅器の出力抵抗とで決まる演算増幅器を用い
る構成にした。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, in the control configuration described in the first embodiment, the connection relation of each block is kept as it is, and the first pole of the second operational amplifier 16 is connected to the load of the operational amplifier. The configuration uses an operational amplifier determined by the connected capacitance and the output resistance of the operational amplifier.

【0080】第2の実施の形態で述べたとおり、第2の
演算増幅器16と第3の演算増幅器17とで構成される
帰還増幅回路の周波数特性は、第2の演算増幅器16の
第1のポールおよび第2のポール、および第2の演算増
幅器16の出力抵抗と第1のMOS型半導体素子13の
ゲート容量とで決まるポールの、3つの周波数で特徴付
けられる。
As described in the second embodiment, the frequency characteristic of the feedback amplifier composed of the second operational amplifier 16 and the third operational amplifier 17 is the same as that of the first operational amplifier 16. It is characterized by three frequencies: a pole, a second pole, and a pole determined by the output resistance of the second operational amplifier 16 and the gate capacitance of the first MOS semiconductor device 13.

【0081】当然これらの周波数が高いほど、回路とし
ては高い周波数まで安定な動作が可能となる。通常、演
算増幅器を安定化させる手法として、その内部に位相補
償容量を負荷して、第1のポールと第2のポールの周波
数の間隔を広げる手法が一般的によく採用される。しか
し、この手法は、第1のポールの周波数が低くなるよう
に作用するので、本発明の第2の演算増幅器16の設計
が困難になる。
Naturally, the higher these frequencies are, the more stable the circuit can operate up to higher frequencies. Generally, as a method of stabilizing an operational amplifier, a method of loading a phase compensation capacitor therein to increase the frequency interval between the first pole and the second pole is generally often used. However, this technique acts to lower the frequency of the first pole, making the design of the second operational amplifier 16 of the present invention difficult.

【0082】しかるに、本実施の形態のように、第2の
演算増幅器16の第1ポールが、当該演算増幅器の負荷
に繋がる容量と当該演算増幅器の出力抵抗とで決まる演
算増幅器を用いることにより、上述した3つの周波数の
うち、最も低い周波数を決定する第2の演算増幅器16
の第1のポールがなくなることになり、より高周波まで
安定な回路を構成することが可能となる。
However, as in the present embodiment, by using an operational amplifier whose first pole of the second operational amplifier 16 is determined by the capacity connected to the load of the operational amplifier and the output resistance of the operational amplifier, The second operational amplifier 16 that determines the lowest frequency among the three frequencies described above.
Is eliminated, and a circuit stable up to higher frequencies can be formed.

【0083】その第1のポールが、当該演算増幅器の負
荷に繋がる容量と当該演算増幅器の出力抵抗とで決まる
演算増幅器の実際の構成方法としては、各種の方法が知
られているが、最も簡単には、いわゆる電流制御型演算
増幅器と呼ばれる演算増幅器回路を用いることもでき
る。
Various methods are known as an actual configuration method of the operational amplifier in which the first pole is determined by the capacity connected to the load of the operational amplifier and the output resistance of the operational amplifier. For this, an operational amplifier circuit called a so-called current control type operational amplifier can be used.

【0084】次に、本発明の第4の実施の形態について
説明する。図4は第4の実施の形態における電圧レギュ
レータ回路の構成例を示す図である。本実施の形態にお
いては、第1の実施形態において述べた制御構成におい
て、各ブロックの接続関係はそのままにして、第3の演
算増幅器17として単一の第2のMOS型半導体素子1
8を用いている。すなわち、第2のMOS型半導体素子
18のゲート電極およびソース電極を第1のMOS型半
導体素子13のゲート電極およびソース電極に接続し、
ドレイン電極を第2の演算増幅器16の非反転入力に接
続した構成にしている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a voltage regulator circuit according to the fourth embodiment. In the present embodiment, in the control configuration described in the first embodiment, a single second MOS type semiconductor device 1
8 is used. That is, the gate electrode and the source electrode of the second MOS type semiconductor element 18 are connected to the gate electrode and the source electrode of the first MOS type semiconductor element 13,
The drain electrode is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier 16.

【0085】MOS型半導体素子は、よく知られた通
り、そのゲートとソースとの電圧差に比例した電流がド
レインに流れる。したがって、ゲートとソースとを入力
とするとその差を演算増幅することになり、第3の演算
増幅器17として機能することができる。
As is well known, a current proportional to a voltage difference between a gate and a source of a MOS semiconductor element flows to a drain. Therefore, when the gate and the source are input, the difference is arithmetically amplified, and the third operational amplifier 17 can function.

【0086】このように、第3の演算増幅器17を単一
の第2のMOS型半導体素子18で実現することによ
り、当該演算増幅器の回路面積を大幅に小さくすること
ができ、従来回路では1つの演算増幅器のみで構成して
いたことに対し、本発明では3つの演算増幅器を用いる
ことによる、集積化時のシリコン面積増大の欠点をなく
すことが可能となる。
As described above, by realizing the third operational amplifier 17 with a single second MOS type semiconductor element 18, the circuit area of the operational amplifier can be greatly reduced, and the conventional circuit has one circuit. In contrast to the configuration using only one operational amplifier, the present invention can eliminate the disadvantage of increasing the silicon area during integration by using three operational amplifiers.

【0087】また、単一の第2のMOS型半導体素子1
8を用いることは、第1のMOS型半導体素子13と同
一導電型のMOS型半導体、たとえば両方ともPチャン
ネルMOSFETを用いることも可能とし、この場合、
第1のMOS型半導体素子13のドレインの一部を当該
第2のMOS型半導体素子18とすることができるな
ど、実際の回路構成上有利な点が多い。
Further, the single second MOS type semiconductor device 1
The use of 8 makes it possible to use a MOS type semiconductor having the same conductivity type as the first MOS type semiconductor element 13, for example, both of them can be P-channel MOSFETs.
There are many advantages in the actual circuit configuration, for example, a part of the drain of the first MOS type semiconductor element 13 can be used as the second MOS type semiconductor element 18.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、第1
の演算増幅器および第2の演算増幅器の2段の増幅器を
介して負荷での信号をMOS型半導体素子のゲートにフ
ィードバックして制御する構成にした。これにより、電
源電圧変動除去比、すなわちPSRR特性は、これら2
つの演算増幅器の増幅率の積で決まる値をもつことにな
り、1段の演算増幅器のみのフィードバックによる制御
方法に比べて、大きくすることができる。
As described above, according to the present invention, the first
A signal at the load is fed back to the gate of the MOS type semiconductor element via the two-stage operational amplifier of the first operational amplifier and the second operational amplifier to perform control. As a result, the power supply voltage fluctuation rejection ratio, that is, the PSRR characteristic,
It has a value determined by the product of the amplification factors of the two operational amplifiers, and can be increased as compared with a control method using feedback of only one operational amplifier.

【0089】また、2段構成にするこのことは、1つの
演算増幅器に要求される増幅率あるいは出力抵抗に対す
る性能を緩和することができ、結果として、それぞれの
演算増幅器の消費電流を少なく抑えることが可能になる
とともに、集積化を図る場合、必要なデバイスのサイズ
を小さくすることができ、シリコン面積を少なく抑える
ことが可能になる。
In addition, by adopting the two-stage configuration, the performance with respect to the amplification factor or the output resistance required for one operational amplifier can be reduced, and as a result, the current consumption of each operational amplifier can be reduced. In addition, when integration is to be achieved, the required device size can be reduced, and the silicon area can be reduced.

【0090】第2の演算増幅器に対して、第3の演算増
幅器が帰還回路となる構成としたことにより、第2の演
算増幅器は、電圧レギュレータ回路全体としての開ルー
プゲインの増加を引き起こすことがなく、第1の演算増
幅器と第2の演算増幅器とが直列接続されているにも拘
らず、安定な動作が可能となる。
Since the third operational amplifier is configured as a feedback circuit with respect to the second operational amplifier, the second operational amplifier may cause an increase in the open loop gain of the voltage regulator circuit as a whole. In addition, stable operation is possible despite the fact that the first operational amplifier and the second operational amplifier are connected in series.

【0091】MOS型半導体素子のゲートを駆動するの
は第2の演算増幅器のみとなる構成としたことにより、
第1の演算増幅器および第3の演算増幅器の出力抵抗は
それほど低くなくてもよくなり、結果として、第1の演
算増幅器および第3の演算増幅器の消費電流を小さくす
ることができるとともに、デバイスサイズを小さくでき
て、集積化時により少ないシリコン面積で実装可能とな
る。
Since the gate of the MOS type semiconductor element is driven only by the second operational amplifier,
The output resistances of the first operational amplifier and the third operational amplifier do not have to be so low. As a result, the current consumption of the first operational amplifier and the third operational amplifier can be reduced, and the device size can be reduced. Can be reduced, and mounting can be performed with a smaller silicon area during integration.

【0092】第2の演算増幅器の構成を、その第1のポ
ールが負荷の容量で決まる構成としたことにより、等価
的に第2の演算増幅器の第1のポールがなくなることに
なり、より高い周波数領域まで、大きなPSRRを得る
ことが可能になる。
Since the second operational amplifier has a configuration in which the first pole is determined by the capacity of the load, the first pole of the second operational amplifier is equivalently eliminated, and a higher operating amplifier is provided. It is possible to obtain a large PSRR up to the frequency domain.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の様態における電圧レギュ
レータ回路の具体的な電子回路の構成例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a specific electronic circuit of a voltage regulator circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の様態における電圧レギュ
レータ回路の制御ループの構造をシグナルフロー図の形
で示した図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a control loop of the voltage regulator circuit according to the first embodiment of the present invention in the form of a signal flow diagram.

【図3】本発明の第2の実施の形態における電圧レギュ
レータ回路の動作を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of a voltage regulator circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】第4の実施の形態における電圧レギュレータ回
路の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a voltage regulator circuit according to a fourth embodiment;

【図5】一般的なリニアレギュレータの構成例を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a general linear regulator.

【図6】MOS型半導体素子の等価回路を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a MOS semiconductor device.

【図7】従来の回路をシグナルフロー図として示した図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional circuit as a signal flow diagram.

【図8】従来の回路のPSRR特性を説明する図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating PSRR characteristics of a conventional circuit.

【図9】従来回路の開ループ特性を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating open-loop characteristics of a conventional circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 電源端子 12 出力端子 13 第1のMOS型半導体素子 13a,13b,13c 信号伝達要素 14 基準電圧源 15 第1の演算増幅器 15a 信号伝達要素 16 第2の演算増幅器 16a 信号伝達要素 17 第3の演算増幅器 17a 信号伝達要素 18 第2のMOS型半導体素子 Ra,Rb 分圧用抵抗 C 出力コンデンサ Re 出力コンデンサの等価直列抵抗成分の抵抗 RL 負荷 Td,Tg,Tg1 伝達関数 Vref 基準電圧Reference Signs List 11 power supply terminal 12 output terminal 13 first MOS type semiconductor element 13a, 13b, 13c signal transmission element 14 reference voltage source 15 first operational amplifier 15a signal transmission element 16 second operational amplifier 16a signal transmission element 17 third operational amplifier 17a signal transmission element 18 the second MOS type semiconductor device R a, the resistance of the equivalent series resistance component R b voltage-dividing resistor C output capacitor R e output capacitor R L load T d, T g, T g1 transfer function V ref reference voltage

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース電極およびドレイン電極のいずれ
か一方が電源に接続され、他方が負荷に接続された第1
のMOS型半導体素子と、前記負荷に接続されたソース
電極またはドレイン電極と接地電位との間に接続され前
記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出手段と、前記負荷
電圧検出手段に並列に接続されたコンデンサと、基準と
なる基準電圧信号を発生する基準電圧発生手段と、前記
負荷電圧検出手段からの信号と前記基準電圧信号との差
異を検出する誤差検出手段とを具備し、前記誤差検出手
段からの信号に応じて前記第1のMOS型半導体素子の
ゲート電極を制御して、前記第1のMOS型半導体素子
の負荷が接続された側の電極の電圧を一定に保持する電
圧レギュレータにおいて、 前記基準電圧信号と前記負荷電圧検出手段からの信号と
の差異を検出する第1の演算増幅器と、 前記第1の演算増幅器の出力を1つの入力としかつ前記
第1のMOS型半導体素子のゲート電極に出力が接続さ
れた第2の演算増幅器と、 前記第2の演算増幅器の出力信号と前記第1のMOS型
半導体素子の電源に接続された側のソース電極またはド
レイン電極の電圧信号とを入力するように接続されかつ
出力が前記第2の演算増幅器の別の入力に接続された第
3の演算増幅器と、 を備えていることを特徴とする電圧レギュレータ回路。
A first electrode connected to a power supply and one of a source electrode and a drain electrode connected to a load;
A MOS type semiconductor element, a load voltage detecting means connected between a source electrode or a drain electrode connected to the load and a ground potential for detecting a voltage of the load, and a load voltage detecting means connected in parallel to the load voltage detecting means. And a reference voltage generating means for generating a reference voltage signal serving as a reference, and an error detecting means for detecting a difference between a signal from the load voltage detecting means and the reference voltage signal. A voltage regulator that controls a gate electrode of the first MOS-type semiconductor element in accordance with a signal from the first MOS-type semiconductor element to keep a voltage of an electrode to which a load of the first MOS-type semiconductor element is connected constant. A first operational amplifier for detecting a difference between the reference voltage signal and a signal from the load voltage detecting means; an output of the first operational amplifier as one input; A second operational amplifier having an output connected to the gate electrode of the MOS-type semiconductor element; a source electrode or drain connected to the output signal of the second operational amplifier and the power supply of the first MOS-type semiconductor element A third operational amplifier connected to receive the voltage signal of the electrode and having an output connected to another input of the second operational amplifier.
【請求項2】 前記第1の演算増幅器の増幅率を前記第
2の演算増幅器の増幅率より大きくし、かつ、前記第3
の演算増幅器の増幅率を1以下となるようにしたことを
特徴とする請求項1記載の電圧レギュレータ回路。
2. An amplification factor of said first operational amplifier is made larger than an amplification factor of said second operational amplifier, and said third operational amplifier is
2. The voltage regulator circuit according to claim 1, wherein the gain of said operational amplifier is set to 1 or less.
【請求項3】 前記第2の演算増幅器は、第1のポール
の周波数が出力に接続された容量と自身の出力抵抗とに
より決まる周波数になる演算増幅器としたことを特徴と
する請求項1記載の電圧レギュレータ回路。
3. The operational amplifier according to claim 1, wherein the second operational amplifier has a frequency at which a frequency of the first pole is determined by a capacitance connected to an output and its own output resistance. Voltage regulator circuit.
【請求項4】 前記第3の演算増幅器は、ゲート電極を
前記第2の演算増幅器の出力に接続し、ソース電極を前
記第1のMOS型半導体素子の電源が接続された側に接
続し、ドレイン電極を前記第2の演算増幅器の入力に接
続した単一の第2のMOS型半導体素子としたことを特
徴とする請求項1記載の電圧レギュレータ回路。
4. The third operational amplifier has a gate electrode connected to the output of the second operational amplifier, a source electrode connected to a power supply connected side of the first MOS type semiconductor element, 2. The voltage regulator circuit according to claim 1, wherein a single second MOS type semiconductor element having a drain electrode connected to an input of said second operational amplifier is provided.
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