TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021033472
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019150587
出願日20190820
発明の名称リニア電源
出願人ローム株式会社
代理人特許業務法人 佐野特許事務所
主分類G05F 1/56 20060101AFI20210201BHJP(制御;調整)
要約【課題】入力過渡応答特性の高いリニア電源を提供する。
【解決手段】リニア電源1は、入力電圧VINの入力端と出力電圧VOUTの出力端との間に接続された出力トランジスタ10と、入力電圧VINを降圧して所定の内部電源電圧VREGを生成する内部電源部70と、内部電源電圧VREGから所定の基準電圧VREFを生成する基準電圧生成部40と、出力電圧VOUTに応じた帰還電圧VFBと基準電圧VREFが一致するように出力トランジスタ10の駆動信号G10を生成するアンプ30と、アンプ30の駆動電流IAMPを生成する駆動電流生成部50と、内部電源電圧VREGの変動を検出して駆動電流IAMPを可変制御する駆動電流制御部60と、を有する。例えば、駆動電流制御部60は、内部電源電圧VREGの上昇中に駆動電流IAMPを増強するとよい。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項1】
入力電圧の入力端と出力電圧の出力端との間に接続された出力トランジスタと、
前記入力電圧を降圧して所定の内部電源電圧を生成する内部電源部と、
前記内部電源電圧から所定の基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と前記基準電圧が一致するように前記出力トランジスタの駆動信号を生成するアンプと、
前記アンプの駆動電流を生成する駆動電流生成部と、
前記内部電源電圧の変動を検出して前記駆動電流を可変制御する駆動電流制御部と、
を有することを特徴とするリニア電源。
続きを表示(約 830 文字)【請求項2】
前記駆動電流制御部は、前記内部電源電圧の上昇中に前記駆動電流を増強することを特徴とする請求項1に記載のリニア電源。
【請求項3】
前記駆動電流制御部は、
前記内部電源電圧の交流成分のみを通過させるキャパシタと、
前記交流成分に応じた増強電流を前記駆動電流に足し合わせる増強電流生成部と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のリニア電源。
【請求項4】
前記増強電流生成部は、前記キャパシタに流れる電流をミラーして前記増強電流を生成するカレントミラーを含むことを特徴とする請求項3に記載のリニア電源。
【請求項5】
前記増強電流生成部は、
前記キャパシタに流れる電流を微分電圧に変換する抵抗と、
前記微分電圧に応じて前記増強電流を生成するトランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のリニア電源。
【請求項6】
前記駆動電流生成部は、前記アンプと接地端との間に接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のリニア電源。
【請求項7】
前記駆動電流生成部は、前記入力電圧の入力端と前記アンプとの間に接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のリニア電源。
【請求項8】
前記出力電圧を分圧して前記帰還電圧を生成する分圧部をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のリニア電源。
【請求項9】
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のリニア電源と、
前記リニア電源から電力供給を受けて動作する負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項10】
請求項9に記載の電子機器と、
前記電子機器に電力を供給するバッテリと、
を有することを特徴とする車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書中に開示されている発明は、リニア電源に関する。
続きを表示(約 4,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、様々なデバイスの電源手段として、リニア電源(=LDO[low drop out]レギュレータなどのシリーズレギュレータ)が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−112963号公報
特開2016−200989号公報
特開2013−162145号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、安定度の低い入力電圧(例えばバッテリ電圧)の供給を受けるリニア電源では、入力電圧の過渡的な変動に対する応答特性(=入力過渡応答特性)を高めておく必要がある。なぜなら、入力過渡応答特性が低いと、入力電圧の変動時に出力電圧まで変動してしまい、負荷の特性悪化や破壊などの原因となり得るからである。特に、近年では、リニア電源に供給される入力電圧の低電圧化が進んでおり、入力過渡応答特性に対する要求も厳しくなっている。
【0005】
なお、本願出願人は、これまでにも入力過渡応答特性の高いリニア電源(特許文献1、特許文献2)や省電力化と高速化を両立し得るアンプ(特許文献3)を提案しているが、リニア電源における入力過渡応答特性の改善手法(アンプの駆動電流制御手法)については、更なる検討の余地があった。
【0006】
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、入力過渡応答特性の高いリニア電源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】
【0007】
本明細書中に開示されているリニア電源は、入力電圧の入力端と出力電圧の出力端との間に接続された出力トランジスタと、前記入力電圧を降圧して所定の内部電源電圧を生成する内部電源部と、前記内部電源電圧から所定の基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と前記基準電圧が一致するように前記出力トランジスタの駆動信号を生成するアンプと、前記アンプの駆動電流を生成する駆動電流生成部と、前記内部電源電圧の変動を検出して前記駆動電流を可変制御する駆動電流制御部と、を有する構成(第1の構成)とされている。
【0008】
なお、上記第1の構成から成るリニア電源において、前記駆動電流制御部は、前記内部電源電圧の上昇中に前記駆動電流を増強する構成(第2の構成)にするとよい。
【0009】
また、上記第2の構成から成るリニア電源において、前記駆動電流制御部は、前記内部電源電圧の交流成分のみを通過させるキャパシタと、前記交流成分に応じた増強電流を前記駆動電流に足し合わせる増強電流生成部と、を含む構成(第3の構成)にするとよい。
【0010】
また、上記第3の構成から成るリニア電源において、前記増強電流生成部は、前記キャパシタに流れる電流をミラーして前記増強電流を生成するカレントミラーを含む構成(第4の構成)にするとよい。
【0011】
また、上記第3の構成から成るリニア電源において、前記増強電流生成部は、前記キャパシタに流れる電流を微分電圧に変換する抵抗と、前記微分電圧に応じて前記増強電流を生成するトランジスタと、を含む構成(第5の構成)にしてもよい。
【0012】
また、上記第1〜第5いずれかの構成から成るリニア電源において、前記駆動電流生成部は、前記アンプと接地端との間に接続されている構成(第6の構成)にするとよい。
【0013】
また、上記第1〜第5いずれかの構成から成るリニア電源において、前記駆動電流生成部は、前記入力電圧の入力端と前記アンプとの間に接続されている構成(第7の構成)にしてもよい。
【0014】
また、上記第1〜第7いずれかの構成から成るリニア電源は、前記出力電圧を分圧して前記帰還電圧を生成する分圧部をさらに有する構成(第8の構成)にするとよい。
【0015】
また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第1〜第8いずれかの構成から成るリニア電源と、前記リニア電源から電力供給を受けて動作する負荷とを有する構成(第9の構成)とされている。
【0016】
また、本明細書中に開示されている車両は、上記第9の構成から成る電子機器と、前記電子機器に電力を供給するバッテリと、を有する構成(第10の構成)とされている。
【発明の効果】
【0017】
本明細書中に開示されている発明によれば、入力過渡応答特性の高いリニア電源を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
リニア電源の比較例を示す図
比較例における入力過渡応答特性を示す図
リニア電源の第1実施形態を示す図
第1実施形態における入力過渡応答特性を示す図
第1実施形態の問題点を説明するための図
第1実施形態における入力ノイズ重畳時の入出力挙動を示す図
リニア電源の第2実施形態を示す図
第2実施形態における入力過渡応答特性を示す図
第2実施形態における入力ノイズ重畳時の入出力挙動を示す図
リニア電源の第3実施形態を示す図
リニア電源の第4実施形態を示す図
リニア電源の第5実施形態を示す図
車両の外観図
【発明を実施するための形態】
【0019】
まず、リニア電源に関する新規な実施形態の説明に先立ち、それらと対比される比較例について簡単に説明しておく。
【0020】
<比較例>
図1は、リニア電源の比較例を示す図である。本比較例のリニア電源1は、出力トランジスタ10と、分圧部20と、アンプ30と、基準電圧生成部40と、を有し、入力電圧VINを降圧して所望の出力電圧VOUTを生成する。入力電圧VINは、不図示のバッテリなどから供給されており、その安定度は必ずしも高くない。出力電圧VOUTは、後段の負荷2(=二次電源やマイコンなど)に供給されている。リニア電源1は、例えば、IC内蔵の基準電圧源として用いることができる。
【0021】
出力トランジスタ10は、入力電圧VINの入力端と出力電圧VOUTの出力端との間に接続されており、アンプ30からのゲート信号G10に応じて導通度(裏を返せばオン抵抗値)が制御される。なお、本図の例では、出力トランジスタ10として、PMOSFET[P-channel type MOSFET]が用いられている。従って、ゲート信号G10が低いほど、出力トランジスタ10の導通度が高くなり、出力電圧VOUTが上昇する。逆に、ゲート信号G10が高いほど、出力トランジスタ10の導通度が低くなり、出力電圧VOUTが低下する。ただし、出力トランジスタ10としては、PMOSFETに代えて、NMOSFETを用いてもよいし、バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【0022】
分圧部20は、出力電圧VOUTの出力端と接地端との間に直列接続された抵抗21及び22(抵抗値:R1及びR2)を含み、両抵抗相互間の接続ノードから出力電圧VOUTに応じた帰還電圧VFB(=VOUT×{R2/(R1+R2)})を出力する。ただし、出力電圧VOUTがアンプ30の入力ダイナミックレンジに収まっていれば、分圧部20を割愛し、帰還電圧VFBとして出力電圧VOUTそのものをアンプ30に直接入力しても構わない。
【0023】
アンプ30は、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧VFBが反転入力端(−)に入力される所定の基準電圧VREFと一致するようにゲート信号G10(=出力トランジスタ10の駆動信号に相当)を生成して出力トランジスタ10を駆動する。より具体的に述べると、アンプ30は、帰還電圧VFBと基準電圧VREFとの差分値ΔV(=VFB−VREF)が高いほどゲート信号G10を引き上げ、逆に、差分値ΔVが低いほどゲート信号G10を引き下げる。
【0024】
基準電圧生成部40は、入力電圧VINから基準電圧VREF(固定値)を生成する。なお、基準電圧生成部40としては、例えば、電源依存性や温度依存性の低いバンドギャップ電圧源を好適に用いることができる。
【0025】
<入力過渡応答特性(比較例)>
図2は、比較例における入力過渡応答特性を示す図である。なお、本図上段には、入力電圧VINと出力電圧VOUTとの関係が示されており、本図下段には、入力電圧VINとゲート信号G10との関係が示されている。
【0026】
入力電圧VINの低下に伴い、入力電圧VINが出力目標値Vtarget(=出力電圧VOUTの目標値)よりも低くなると、帰還電圧VFBが常に基準電圧VREFを下回った状態となる。その結果、アンプ30は、その能力の限界までゲート信号G10をローレベルに引き下げた状態となるので、出力トランジスタ10がフルオン状態に陥る(時刻t11〜t13を参照)。すなわち、アンプ30がコンパレータに近い動作状態となる。
【0027】
このような状態から入力電圧VINが出力目標値Vtargetよりも高い電圧まで急上昇した場合、アンプ30は、ゲート信号G10を引き上げて出力トランジスタ10をオフしようとする。しかしながら、ローレベルに振り切れた状態のゲート信号G10を、入力電圧VINの急変に即時追従させて引き上げることは難しい。その結果、出力トランジスタ10がフルオン状態とされたまま、入力電圧VINをそのまま出力してしまい、出力電圧VOUTのオーバーシュートを生じる(時刻t13〜t15を参照)。このようなオーバーシュートが生じると、負荷2が誤動作したり破壊に至るおそれがある。
【0028】
なお、出力トランジスタ10をオフさせるスピードは、アンプ30の応答速度、アンプ30の出力段における電流能力、アンプ30の内部端子が持つインピーダンス、或いは、出力トランジスタ10のゲート容量などによって決まる。また、オーバーシュートの収束時間は、アンプ30の特性(位相余裕度、応答速度)などによって決まる。
【0029】
リニア電源1の入力過渡応答特性を改善するためには、アンプ30の駆動電流を増やしてゲインを上げるか、或いは、アンプ30の内部容量値を小さくする必要がある。しかしながら、アンプ30のゲインや内部容量値は、リニア電源1本来の特性や安定性を考慮して決定されている。従って、リニア電源1の入力過渡応答特性を改善するためだけに、アンプ30のゲインや内部容量値を変更することは難しい。また、アンプ30の駆動電流を固定的に増大することは、アンプ30(延いてはリニア電源1)の消費電流増加に繋がるので、近年要求される低消費電流化に逆行してしまう。
【0030】
以下では、このような不具合を解消することのできる第1実施形態を提案する。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

ローム株式会社
電源装置
ローム株式会社
光センサ
ローム株式会社
調光回路
ローム株式会社
電子装置
ローム株式会社
電源装置
ローム株式会社
電子部品
ローム株式会社
電子装置
ローム株式会社
電源回路
ローム株式会社
電子部品
ローム株式会社
電子部品
ローム株式会社
駆動回路
ローム株式会社
電子装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
リニア電源
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
熱検知装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
受発光装置
ローム株式会社
半導体装置
ローム株式会社
チップ部品
続きを見る