特許 6954173 電流ブースト型レギュレータ回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6954173

(24)【登録日】2021年10月4日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】電流ブースト型レギュレータ回路

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/56 20060101AFI20211018BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20211018BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/56 310N

   H04B1/04 A

   H03F3/24

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-26946(P2018-26946)

(22)【出願日】2018年2月19日

(65)【公開番号】特開2019-144735(P2019-144735A)

(43)【公開日】2019年8月29日

【審査請求日】2020年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】下平 俊也

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５５−１７８７１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−０３４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２３９７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６６２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８０７２１９６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／５６

Ｈ０４Ｂ １／０４

Ｈ０３Ｆ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レギュレータＩＣ（１５）を備える電流ブースト型レギュレータ回路（１０）であって、
電源（３０）に接続される入力端子（Ｔ１１）と、
負荷（２０）に接続される出力端子（Ｔ２１）と、
前記レギュレータＩＣの電流供給能力を高める電流ブースト用の第１スイッチ（ＴＲ１）を有し、前記入力端子と前記出力端子とを接続する第１経路（Ｐｈ１）と、
前記入力端子に接続されたレギュレータＩＣと、前記レギュレータＩＣと前記出力端子との間に直列に接続された第２スイッチ（ＴＲ２）とを有し、前記第１経路をバイパスする第２経路（Ｐｈ２）と、を備え、
前記負荷が消費する電力が予め設定された閾値よりも大きい場合に、前記第１スイッチがオン状態且つ前記第２スイッチがオフ状態になり、
前記負荷が消費する電力が前記閾値よりも小さい場合に、前記第１スイッチがオフ状態且つ前記第２スイッチがオン状態になる、
電流ブースト型レギュレータ回路。

【請求項2】

前記負荷は、送受信機（６０）の送信パワーアンプ（２０）であり、
前記送受信機の送信時に、前記負荷が前記閾値よりも高くなり、
前記送受信機の受信時に、前記負荷が前記閾値よりも低くなる、
請求項１に記載の電流ブースト型レギュレータ回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電流ブースト型のレギュレータ回路に関する。

【背景技術】

【0002】

負荷に安定した電力を供給するレギュレータ回路には、レギュレータＩＣを用いることが多い。一般に、レギュレータＩＣは、負荷電流が供給リミットを超えたときに、出力を停止させる保護回路を有する。そのため、レギュレータ回路に用いるレギュレータＩＣは、負荷電流が最大となるピーク電流に対してそれを上回る供給能力を有する必要がある。しかしながら、大きなピーク電流に対応しようとすると、レギュレータＩＣのサイズやコストの増大を招くことになる。

【0003】

そこで、電流ブースト用のトランジスタをレギュレータＩＣに外付けして用いるレギュレータ回路がある。このようなレギュレータ回路は、レギュレータＩＣのサイズやコストの増大を抑制しつつ、大電流を安定して供給することができる。しかしながら、外付けトランジスタを流れる電流はレギュレータＩＣの保護回路をバイパスしてしまう。そのため、このようなレギュレータ回路は、レギュレータＩＣの保護機能が作動していない時でも、過大な電流を供給先の回路へ出力する可能性がある。すなわち、このようなレギュレータ回路は、レギュレータＩＣの保護機能を、負荷の保護に有効に利用することができない。そのため、特許文献１に記載のレギュレータ回路のように、レギュレータＩＣの外部に保護回路を形成する必要性が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−３４５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、レギュレータＩＣの外部に保護回路を形成すると、保護回路の形成に伴う部品点数やコストの増大を招くことになるため、レギュレータＩＣの外部に保護回路を形成することを回避したいという要望がある。

【0006】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、レギュレータＩＣが有する保護機能を有効に利用しつつ、大電流を供給することが可能なレギュレータ回路を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、レギュレータＩＣ（１５）を備える電流ブースト型レギュレータ回路（１０）であって、入力端子（Ｔ１１）と、出力端子（Ｔ２１）と、第１経路（Ｐｈ１）と、第２経路（Ｐｈ２）と、を備える。入力端子は、電源（３０）に接続される。出力端子は、負荷（２０）に接続される。第１経路は、レギュレータＩＣの電流供給能力を高める電流ブースト用の第１スイッチ（ＴＲ１）を有し、入力端子と出力端子とを接続する。第２経路は、入力端子に接続されたレギュレータＩＣと、レギュレータＩＣと出力端子との間に直列に接続された第２スイッチ（ＴＲ２）とを有し、第１経路をバイパスする。負荷が消費する電力が予め設定された閾値よりも大きい場合に、第１スイッチがオン状態且つ第２スイッチがオフ状態になる。負荷が消費する電力が閾値よりも小さい場合に、第１スイッチがオフ状態且つ第２スイッチがオン状態になる。

【0008】

本開示によれば、電流ブースト型レギュレータ回路は、電流ブースト用の第１スイッチを有する第１経路と、レギュレータＩＣ及び第２スイッチを有し、第１経路をバイパスする第２経路と、を備える。そして、負荷の消費電力が比較的大きい場合には、第１スイッチがオン状態且つ第２スイッチがオフ状態にされるため、第１経路を介して比較的大きな出力電流を流すことができる。一方、負荷の消費電力が比較的小さい場合は、第１スイッチがオフ状態且つ第２スイッチがオン状態にされるため、比較的小さい出力電流を、レギュレータＩＣを介して流すことができる。そのため、負荷の消費電力が比較的小さい場合には、レギュレータＩＣの保護機能を有効に利用することができる。したがって、本開示の電流ブースト型レギュレータ回路は、レギュレータＩＣの保護機能を有効に利用しつつ、負荷に大電流を供給することができる。

【0009】

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電流ブースト型レギュレータ回路の全体構成を示す図である。

【図2】送受信回路から出力される送信及び待機の切替信号を示す図である。

【図3】送信時及び待機時における第１トランジスタ及び第２トランジスタのオンオフの状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。
＜１．構成＞
本実施形態に係るレギュレータ回路１０の構成について、図１を参照しつつ説明する。レギュレータ回路１０は、負荷に安定した電力を供給する電流ブースト型のレギュレータ回路である。本実施形態では、レギュレータ回路１０の負荷は、携帯電話などのデジタル方式の無線送受信機６０の送信パワーアンプ２０を想定している。

【0012】

無線送受信機６０は、送信パワーアンプ２０と、受信回路４０と、送受信回路５０と、を備える。送信パワーアンプ２０は、送信アンテナを備え、送受信回路５０の出力端子に接続されている。送受信回路５０の出力端子には、レギュレータ回路１０も接続されている。また、送受信回路５０の入力端子には、受信アンテナを備えた受信回路４０が接続されている。送受信回路５０は、受信回路４０から入力された受信信号を処理するとともに、待機から送信への切替、及び送信から待機への切替を送信パワーアンプ２０及びレギュレータ回路１０に指示する。これにより、送信パワーアンプ２０及びレギュレータ回路１０の待機状態と送信状態とが切替えられる。なお、待機時は、受信回路４０による受信時である。

【0013】

レギュレータ回路１０は、入力端子Ｔ１１と、出力端子Ｔ２１と、入力側グランド端子Ｔ１２と、出力側グランド端子Ｔ２２と、第１経路Ｐｈ１と、第２経路Ｐｈ２と、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、を備える。

【0014】

入力端子Ｔ１１は、直流電源３０の正極端子に接続される端子である。入力側グランド端子Ｔ１２は、直流電源３０の負極端子に接続される端子である。出力端子Ｔ２１は、負荷である送信パワーアンプ２０の入力端子に接続される端子である。出力側グランド端子Ｔ２２は、送信パワーアンプ２０のグランド端子に接続される端子である。入力側グランド端子Ｔ１２と出力側グランド端子Ｔ２２とは接続されている。

【0015】

第１経路Ｐｈ１は、電流ブースト用の第１トランジスタＴＲ１を備え、入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ２１とを接続するブースト経路である。本実施形態において、第１トランジスタＴＲ１は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタであり、後述する第２経路Ｐｈ２に設けられたレギュレータＩＣ１５の電流供給能力を高めるために設けられている。

【0016】

第１トランジスタＴＲ１のコレクタ端子は、入力端子Ｔ１１に接続されており、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ端子は、出力端子Ｔ２１に接続されている。また、第１トランジスタＴＲ１のベース端子は、抵抗器Ｒ１を介してレギュレータＩＣ１５の出力端子に接続されている。

【0017】

第２経路Ｐｈ２は、直列に接続されたレギュレータＩＣ１５及び第２トランジスタＴＲ２を備え、第１経路Ｐｈ１をバイパスするように、入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ２１とを接続するバイパス経路である。本実施形態において、レギュレータＩＣ１５はリニアレギュレータであり、第２トランジスタＴＲ２はｐｎｐ型バイポーラトランジスタである。

【0018】

レギュレータＩＣ１５は、過熱保護回路及び過電流保護回路の保護回路を内蔵するＩＣである。レギュレータＩＣ１５は、過熱状態や過電流状態になると保護回路が作動して、出力を停止する。レギュレータＩＣ１５の入力端子は、入力端子Ｔ１１及び第１トランジスタＴＲ１のコレクタ端子に接続されている。レギュレータＩＣのグランド端子は、入力側グランド端子Ｔ１２及び出力側グランド端子Ｔ２２に接続されている。

【0019】

第２トランジスタＴＲ２のエミッタ端子は、レギュレータＩＣ１５の出力端子に接続されている。詳しくは、第２トランジスタＴＲ２のエミッタ端子は、レギュレータＩＣ１５の出力端子と第１トランジスタＴＲ１のベース端子との接続点Ｐ１に接続されている。第２トランジスタＴＲ２のコレクタ端子は、出力端子Ｔ２１に接続されている。詳しくは、第２トランジスタＴＲ２のコレクタ端子は、出力端子Ｔ２１と第１トランジスタＴＲ１のエミッタ端子との接続点Ｐ２に接続されている。第２トランジスタＴＲ２のベース端子は、抵抗器Ｒ２を介して送受信回路５０の出力端子に接続されている。

【0020】

抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４は直列に接続されている。抵抗器Ｒ３は出力端子Ｔ２１に接続されている。詳しくは、抵抗器Ｒ３は、接続点Ｐ２よりも出力端子Ｔ２１側で出力端子Ｔ２１に接続されている。抵抗器Ｒ４は入力側グランド端子Ｔ１２及び出力側グランド端子Ｔ２２に接続されている。また、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続点Ｐ３は、レギュレータＩＣ１５のフィードバック端子に接続されている。これにより、レギュレータＩＣ１５のフィードバック端子には、出力電圧Ｖｏを抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２とで分圧した電圧が入力される。そして、レギュレータＩＣ１５は、フィードバック端子の入力電圧と基準電圧との差分がゼロになるように帰還ループ制御を行うことにより、レギュレータ回路１０の出力電圧Ｖｏを一定に保つ。

【0021】

＜２．動作＞
次に、レギュレータ回路１０の動作について、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態に係る無線送受信機６０は、時分割送信、すなわち間欠送信を行う。そのため、送信パワーアンプ２０は、送信時には瞬間的に比較的大きな電流を消費するが、待機時すなわち受信時には、送信時と比べて非常に小さい電流しか消費しない。例えば、送信時における送信パワーアンプ２０の消費電流は、待機時における送信パワーアンプ２０の消費電流の２０倍以上となる。そのため、送信パワーアンプ２０の送信時には、送信パワーアンプ２０の消費電力は、予め設定された電力閾値よりも大きくなり、送信パワーアンプ２０の待機時には、送信パワーアンプ２０の消費電力は、電力閾値よりも小さくなる。また、送信パワーアンプ２０の待機期間に対する送信期間の比率は１％程度である。すなわち、送信パワーアンプ２０の送信期間は、待機期間と比べると一瞬である。

【0022】

送受信回路５０は、待機時には、図１の破線で示すように、第２経路Ｐｈ２を介して出力電流Ｉｏが流れるように、レギュレータ回路１０にＴｘ／Ｒｘ切替信号を送信する。また、送受信回路５０は、送信時には、図１の鎖線で示すように、第１経路Ｐｈ１を介して出力電流Ｉｏが流れるように、レギュレータ回路１０にＴｘ／Ｒｘ切替信号を送信する。

【0023】

具体的には、送受信回路５０は、図２に示すように、待機時にはローレベルの信号を送信し、送信時にはハイレベルの信号を送信する。なお、図２には、Ｔｘ／Ｒｘの切替信号を模式的に示した図であり、ローレベルの信号とハイレベルの信号の比率は実際の比率と異なる。

【0024】

送受信回路５０からローレベルの信号が出力されると、第２トランジスタＴＲ２のベース端子の電位が下がり、第２トランジスタＴＲ２のエミッタ端子からベース端子へ電流が流れ、第２トランジスタＴＲ２はオン状態となる。その結果、レギュレータＩＣ１５の出力端子から出力されるＩＣ電流は、第２トランジスタＴＲ２のエミッタ端子とコレクタ端子の端子間を流れて、出力端子Ｔ２１から出力される。このとき、レギュレータＩＣ１５の出力端子から第１トランジスタＴＲ１のベース端子へ流れるＩＣ電流は抑制されるため、第１トランジスタＴＲ１はオフ状態となる。

【0025】

すなわち、図３に示すように、送信パワーアンプ２０の消費電力が電力閾値よりも低い場合には、第１トランジスタＴＲ１がオフ状態且つ第２トランジスタＴＲ２がオン状態になり、出力電流Ｉｏは第２経路Ｐｈ２を流れる。よって、この場合、レギュレータＩＣ１５の保護機能が有効に作動する。

【0026】

一方、送受信回路５０からハイレベル信号が出力されると、第２トランジスタＴＲ２のベース端子の電位が上がり、第２トランジスタＴＲ２はオフ状態になる。そのため、レギュレータＩＣ１５の出力端子から出力されるＩＣ電流は、第１トランジスタＴＲ１のベース端子へ流れ込み、第１トランジスタＴＲ１がオン状態になる。その結果、第１トランジスタＴＲ１によりＩＣ電流が増幅され、増幅されたＩＣ電流である出力電流Ｉｏが、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ端子とコレクタ端子との端子間を流れて、出力端子Ｔ２１から出力される。

【0027】

すなわち、図３に示すように、送信パワーアンプ２０の消費電力が電力閾値よりも高い場合には、第１トランジスタＴＲ１がオン状態且つ第２トランジスタＴＲ２がオフ状態になり、出力電流Ｉｏは第１経路Ｐｈ１を流れる。この場合、出力電流ＩｏはレギュレータＩＣ１５の保護回路をバイパスするため、レギュレータＩＣ１５の保護機能を有効に利用することはできない。しかしながら、レギュレータ回路１０の動作期間において、レギュレータＩＣ１５の保護機能を有効に利用できない期間は非常に短い。

【0028】

＜３．効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）レギュレータ回路１０は、電流ブースト用の第１トランジスタＴＲ１を有する第１経路Ｐｈ１と、レギュレータＩＣ１５及び第２トランジスタＴＲ２を有し、第１経路Ｐｈ１をバイパスする第２経路Ｐｈ２を備える。そして、送信時には、第１トランジスタＴＲ１がオン状態且つ第２トランジスタＴＲ２がオフ状態にされるため、第１経路Ｐｈ１を介して比較的大きな出力電流Ｉｏを流すことができる。一方、待機時には、第１トランジスタＴＲ１がオフ状態且つ第２トランジスタＴＲ２がオン状態にされるため、比較的小さい出力電流ＩｏがレギュレータＩＣ１５を介して流れる。そのため、待機時には、レギュレータＩＣ１５の保護機能を有効に利用することができる。したがって、レギュレータ回路１０は、レギュレータＩＣの保護機能を有効に利用しつつ、送信パワーアンプ２０に大電流を供給することができる。

【0029】

（２）レギュレータ回路１０の負荷を送信パワーアンプ２０としたことにより、出力電流Ｉｏが第１経路Ｐｈ１を流れる期間よりも、出力電流Ｉｏが第２経路Ｐｈ２を流れる期間の方が圧倒的に長い。そのため、送信時には比較的大きな電流を供給できるとともに、レギュレータ回路の作動期間の大部分においてギュレータＩＣの保護機能を有効に利用することができる。

【0030】

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0031】

（ａ）上記実施形態では、負荷を送信パワーアンプ２０としたが、レギュレータ回路１０の負荷は、これに限定されるものではない。レギュレータ回路１０の負荷は、消費電力の大きさが変動するものであれば特に限定されるものではないが、消費電力の比較的小さい期間が消費電力の比較的大きい期間よりも十分に長くなる負荷であるとよい。

【0032】

（ｂ）レギュレータ回路１０の構成は、電流ブースト用の第１スイッチを備えたブースト経路である第１経路と、レギュレータＩＣ及び第２スイッチを備え、ブースト経路をバイパスするバイパス経路である第２経路とを備えていれば、特に限定されるものではない。また、第１スイッチは、第１経路を接続状態又は遮断状態にできるスイッチであれば特に限定されるものではない。第２スイッチは、第２経路を接続状態又は遮断状態にできるスイッチであれば特に限定されるものではない。

【0033】

（ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0034】

１０…レギュレータ回路、１５…レギュレータＩＣ、２０…送信パワーアンプ、３０…直流電源、Ｐｈ１…第１経路、Ｐｈ２…第２経路、Ｔ１１…入力端子、Ｔ２１…出力端子、ＴＲ１…第１トランジスタ、ＴＲ２…第２トランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】