CN101295928B - 稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供检测精度高，且设有消耗电流小的过电流保护电路的稳压器。所述稳压器设有可检测输出晶体管中有过电流流过并限制输出晶体管的电流的过电流保护电路，设置使输出晶体管的源极和输出电流检测晶体管的源极电压相等的稳压共源共栅电路，稳压共源共栅电路的工作电流由受误差放大电路的输出电压控制的晶体管提供。

Description

稳压器
技术领域
[0001]
本发明涉及输出恒定电压的稳压器，更具体地涉及在输出端子上流过过电流时减小输出电流来保护电路的过电流保护装置。
背景技术
稳压器作为各种各样电子设备电路的电压供给源而被使用。稳压器的功能是不依赖于输入端子上的电压变动而在输出端子上输出恒定电压，但同样重要的是，在从输出端子向负载供给的电流增大并超过最大电流时，强制减小输出电流来保护电路的过电流保护(例如，参照专利文献1)。
[0003]
图5表示设有过电流保护电路的稳压器的电路图。设有传统的过电流保护电路的稳压器由下列部分构成，即：分压输出端子VOUT的电压的输出电压分压电路2；输出基准电压的基准电压电路3；比较分压电压与基准电压的误差放大器4；由误差放大器4的输出电压控制的输出晶体管1；以及过电流保护电路100。过电流保护电路100由下列部分构成，即：作为与输出晶体管1并联连接的输出电流检测电路的输出电流检测晶体管5和检测电阻6；以及构成由检测电阻6的电压控制的输出电流限制电路的晶体管7、电阻8和输出电流控制晶体管9。
[0004]
如上所述的过电流保护电路100具有通过以下所述的动作来保护电路不受过电流影响的功能。
若输出端子VOUT的输出电流增加，则与输出电流成比例的检测电流流入输出电流检测晶体管5。由于该检测电流流过电阻6，晶体管7的栅极-源极间电压上升。这里，在输出端子VOUT上流入过电流，如果正比于它的检测电流使晶体管7的栅极-源极间电压超过阈值电压，则晶体管7上流过漏极电流。因而，输出电流控制晶体管9的栅极-源极间电压下降，输出电流控制晶体管9上流过漏极电流，因此使输出晶体管1的栅极-源间电压上升。通过这样的反馈作用，控制输出晶体管1的栅极，从而使输出电流检测晶体管5的漏极电流恒定，可以抑制输出电流的增加。
[0005]
但是，由于漏极电压随输入电压而变化，沟道长度调制效应使得其与输出晶体管1之间的电流关系崩溃，因此，过电流保护电路100的输出电流检测晶体管5存在使过电流的检测精度变差的问题。
因而，过电流保护电路100需要使输出电流检测晶体管5的漏极(点A)的电压VA与输出晶体管1的漏极(点B)的电压VB成为相同，作为以此为目的之电路采用了电流镜电路。
[0006]
下面，说明其动作。采用与输出电流检测晶体管5相同大小的晶体管11，流过与检测电流等量的电流。第一电流镜电路将该电流折返，在构成第二电流镜电路的晶体管14、15及16上流动，从而将点A的电压VA变成与点B的电压VB相同的电压。
专利文献1：特開2003-29856号公报
[0007]
但是，由于与检测电流相同的电流在晶体管11、15、12和晶体管14、13的2条通路中流动，采用上述电流镜电路的电路存在消耗电流增大的缺点。
发明内容
[0008]
本发明是为解决如上所述的课题而设计的方案，可不使消耗电流增加地实现检测精度高的过电流保护电路。
[0009]
为解决传统技术中的课题，本发明的设有过电流保护电路的稳压器具有如下的结构。
[0010]
(1)该稳压器的特征在于，过电流保护电路设有：受误差放大电路的输出电压控制并流过检测电流的输出电流检测晶体管；因检测电流而产生检测电压的检测电阻；受检测电阻的电压控制并控制输出晶体管的栅极电压的输出电流限制电路；以及连接在输出晶体管的漏极与输出电流检测晶体管的漏极之间，使输出晶体管的漏极与输出电流检测晶体管的漏极的电压成为相等的稳压共源共栅电路；稳压共源共栅电路的工作电流，由受误差放大电路的输出电压控制的工作电流供给晶体管提供。
[0011]
(2)该稳压器的特征在于，稳压共栅-共源电路还设有与工作电流供给晶体管串联连接的电流限制电路，用电流限制电路限制工作电流的上限。
[0012]
(3)该稳压器的特征在于，稳压共源共栅电路还设有与工作电流供给晶体管并联连接的最低工作电流供给电路，用最低工作电流供给电路补偿最低工作电流。
[0013]
依据本发明的设有过电流保护电路的稳压器，使用了稳压共源共栅电路来使输出电流检测晶体管5的漏极(点A)的电压VA与输出晶体管1的漏极(点B)的电压VB成为相同，由于电流在一条通路中流动，与电流镜电路相比能够降低消耗电流。
[0014]
而且，即使成为了超过稳压共源共栅电路所需工作电流的过电流状态，由于对工作电流加以限制，也不会有不需要电流的流动，具有更加减小消耗电流的效果。
[0015]
还有，即使成为了低于稳压共源共栅电路所需工作电流的状态，由于可供给最低工作电流，也可消除稳压共源共栅电路的工作成为不稳定的情况，具有可维持检测精度的效果。
附图说明
图1是本实施例的设有过电流保护电路的稳压器的电路图。
图2是本实施例的设有过电流保护电路的另一稳压器的电路图。
图3是本实施例的设有过电流保护电路的另一稳压器的电路图。
图4是本实施例的设有过电流保护电路的另一稳压器的电路图。
图5是设有传统过电流保护电路的稳压器的电路图。
[标记说明]
[0033]
2电压分压电路
3基准电压电路
4误差放大器
20误差放大电路
23、25偏置电压源
100、110、120、130、140过电流保护电路
111输出电流限制电路
112稳压共源共栅电路
121工作电流上限电路
131工作电流下限电路
具体实施方式
[0016]
图1是本实施例的稳压器的电路图。
本实施例的稳压器设有：输出电压分压电路2；基准电压电路3；误差放大器4；P型MOS晶体管的输出晶体管1；以及过电流保护电路110。
输出电压分压电路2将输出端子VOUT的电压分压，并输出分压电压。误差放大器4将基准电压电路3的输出的基准电压与分压电压比较。输出晶体管1由误差放大器4的输出电压控制，具有将输出端子VOUT的电压保持恒定的功能。过电流保护电路110监测流向输出端子VOUT的电流，具有一旦检测到过电流，就使输出晶体管1的电流减小的功能。
输出电压分压电路2的输入端子与输出端子VOUT连接，其输出端子连接到误差放大器4的非反相输入端子上。基准电压电路3将输出端子连接到误差放大器4的反相输入端子上。误差放大器4的输出端子连接到输出晶体管1的栅极上。输出晶体管1的源极连接到输入电源上，其漏极连接到输出端子VOUT上。过电流保护电路110的2个输入端子中的一个输入端子连接在误差放大器4的输出端子上，另一个输入端子连接在输出端子VOUT上，其输出端子连接在输出晶体管1的栅极上。
[0017]
过电流保护电路110设有：P型MOS晶体管的输出电流检测晶体管5；检测电阻6；输出电流限制电路111；稳压共源共栅电路112。输出电流限制电路111设有：N型MOS晶体管的晶体管7；电阻8及P型MOS晶体管的输出电流控制晶体管9。稳压共源共栅电路112设有误差放大电路20和P型MOS晶体管的晶体管16。误差放大电路20的电源端子上连接有P型MOS晶体管的工作电流供给晶体管21。另外，由输出电流检测晶体管5和检测电阻6构成输出电流检测电路。
[0018]
由于输出电流检测晶体管5的栅极与输出晶体管1的栅极相连接，它们各自的漏极电流成比例。检测电阻6因输出电流检测晶体管5的漏极电流而产生电压。输出电流限制电路111中，检测电阻6上产生的电压控制输出晶体管1的栅极电压。稳压共源共栅电路112具有使输出电流检测晶体管5的漏极(点A)的电压VA与输出晶体管1的漏极(点B)的电压VB保持相等的功能。工作电流供给晶体管21向稳压共源共栅电路112的误差放大电路20提供工作电流。
[0019]
输出电流检测晶体管5与输出晶体管1的栅极和源极共同连接，其漏极连接到晶体管16的源极上。晶体管16的漏极通过检测电阻6连接在GND(地)上。晶体管16的漏极与检测电阻6的连接点连接到晶体管7的栅极上。晶体管7的漏极通过电阻8连接到输入电源。输出电流控制晶体管9的栅极连接到晶体管7的漏极与电阻8的连接点上，其源极连接到输入电源上，其漏极连接到误差放大器4的输出端子上。误差放大电路20的非反相输入端子连接到输出端子VOUT上，其反相输入端子连接到输出电流检测晶体管5的漏极上，其输出端子连接到晶体管16的栅极上。工作电流供给晶体管21的源极连接到输入电源，其漏极连接到误差放大电路20的电源端子上，其栅极连接到误差放大电路20的输出端子上。
[0020]
上述的过电流保护电路110进行如下动作，具有保护电路不受过电流影响的功能。
当输出端子VOUT的输出电流增加时，与输出电流成比例的检测电流流过输出电流检测晶体管5。由于该检测电流流过电阻6，晶体管7的栅极-源间电压上升。这里，在输出端子VOUT上有过电流流过，由于检测电流与它成比例，晶体管7的栅极-源极间电压再度上升，一旦超过N型MOS晶体管的晶体管7的阈值电压，则晶体管7的漏极电流通过电阻8流动。由于晶体管7的漏极电流流过电阻8，输出电流控制晶体管9的栅极-源极间电压下降，在P型MOS晶体管的输出电流控制晶体管9上会有漏极电流流过。因而，输出电流控制晶体管9的漏极电压上升，使输出晶体管1的栅极-源极间电压上升。这样，由于反馈起作用并控制输出晶体管1的栅极电压，可以抑制输出电流的增加。
[0021]
这里，稳压共源共栅电路112进行下述的动作。如果输入到非反向输入端子上的输出晶体管1的漏极电压VB比输入到反相输入端子上的输出电流检测晶体管5的漏极电压VA高，则误差放大电路20的输出电压变高。P型MOS晶体管的晶体管16的栅极电压变高，由于导通电阻增高，输出电流检测晶体管5的漏极电压VA变高。相反，如果输入到非反相输入端子上的电压VB比输入到反相输入端子上的电压VA低，则误差放大电路20的输出电压变低。P型MOS晶体管的晶体管16的栅极电压变低，导通电阻变小，因此，输出电流检测晶体管5的漏极电压VA变低。如以上所述，误差放大电路20控制晶体管16的栅极，使VA＝VB，即输出晶体管与输出电流检测晶体管5的漏极电压变为相等。因而，由于输出电流检测晶体管5与输出晶体管1经常在相同状态下工作，可以改善过电流的检测精度。
[0022]
由于工作电流供给晶体管21的栅极与输出晶体管1的栅极连接，误差放大电路20的工作电流与输出晶体管1流过负载的电流成比例。
过电流保护电路110不需要起作用时即输出晶体管1的流过的电流小时，过电流保护电路110的工作电流也小；过电流保护电路110需起作用时即输出晶体管1流过的电流大时，过电流保护电路110的工作电流也变大。
[0023]
如上所述，本实施例的稳压器的过电流保护电路作为用以使电压VA与电压VB相同的电路采用了稳压共源共栅电路112，因此，流过该电路的电流仅是一条流过稳压共源共栅电路112的工作电流的通路，与采用电流镜电路的传统技术相比，可以减少消耗电流。
[0024]
图2表示另一实施例的稳压器的电路图。图2的稳压器的结构中设有对稳压共源共栅电路112的误差放大电路20的工作电流设置上限的工作电流上限电路121。工作电流上限电路121与向误差放大电路20提供工作电流的工作电流供给晶体管21串联连接。
工作电流上限电路121可以用例如其栅极上接有偏置电压源23的P型MOS晶体管的晶体管22构成。设定偏置电压源23的电压，使晶体管22的漏极电流成为误差放大电路20的工作电流的上限。
[0025]
使过电流保护电路具有这样的结构，从而即使形成了工作电流供给晶体管21上流过的电流超过稳压共源共栅电路112所需工作电流的过电流状态，工作电流上限电路121也会对电流加以限制，不会有不必要的电流流过，可以实现消耗电流更小的过电流保护电路。
[0026]
图3是表示另一实施例的稳压器的电路图。图3的稳压器的结构中设有：对稳压共源共栅电路112的误差放大电路20的工作电流设置下限的工作电流下限电路131。工作电流下限电路131与向误差放大电路20提供工作电流的工作电流供给晶体管21并联连接。
工作电流下限电路131可以用例如在栅极上接有偏置电压源25的P型MOS晶体管24构成。设定偏置电压源25的电压，使晶体管24的漏极电流成为误差放大电路20的工作电流的下限。
[0027]
由于过电流保护电路具有这样的结构，即使形成了工作电流供给晶体管21流过的电流低于稳压共源共栅电路112所需工作电流的状态，也可用工作电流下限电路131供给最低工作电流，稳压共源共栅电路112的工作不会出现不稳定，由于输出电流检测晶体管5与输出晶体管1经常在相同状态下工作，检测精度得以维持。
[0028]
还有，如图4的另一实施例的稳压器那样，可设计成具有工作电流上限电路121和工作电流下限电路131这两个电路的结构。
由于这样的过电流保护电路结构具备两个电路的优点，能够实现检测精度高且消耗电流更小的过电流保护电路。
[0029]
如上说明，依据本实施例的稳压器的过电流保护电路，由于输出电流检测晶体管5和输出晶体管1经常在相同状态下工作，因此检测精度高，且流向稳压共源共栅电路112的电流仅流经供给晶体管21这一条通路，因此，尽管具有传统技术中的功能，但与传统技术相比可减小消耗电流。
[0030]
而且，即使成为过电流状态，即输出晶体管1流过的电流增加，与之成比例，工作电流供给晶体管21的流过的电流超过稳压共源共栅电路112所需的工作电流，由于晶体管22对电流加以限制，可消除不必要的电流流动，具有可更加减小消耗电流的效果。
[0031]
还有，即使形成这样的状态，即输出晶体管1流过的电流减小，与之成比例，工作电流供给晶体管21流过的电流低于稳压共源共栅电路112所需的工作电流，由于可用晶体管24供给最低工作电流，并不会导致稳压共源共栅电路112的工作不稳定，由于输出电流检测晶体管5与输出晶体管1经常以相同状态工作，具有可维持检测精度的效果。

Claims (6)

1.一种稳压器，其特征在于，
其中设有：将输出晶体管的输出电压经分压后的分压电压与基准电压之差放大并输出，并控制所述输出晶体管的栅极的误差放大电路；以及
检测所述输出晶体管中过电流之流过，并限制所述输出晶体管的电流的过电流保护电路，
所述过电流保护电路设有：
受所述误差放大电路的输出电压控制，并流过检测电流的输出电流检测晶体管；
因所述检测电流而产生检测电压的检测电阻；
受所述检测电阻的电压控制，并控制所述输出晶体管的栅极电压的输出电流限制电路；
连接在所述输出晶体管的漏极与所述输出电流检测晶体管的漏极之间，使所述输出晶体管的漏极电压与所述输出电流检测晶体管的漏极电压相等的稳压共源共栅电路，
所述稳压共源共栅电路的工作电流，由受所述误差放大电路的输出电压控制的工作电流供给晶体管提供。
2.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述稳压共源共栅电路还设有与所述工作电流供给晶体管串联连接的电流限制电路，所述电流限制电路限制工作电流的上限。
3.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述稳压共源共栅电路还设有与所述工作电流供给晶体管并联连接的最低工作电流供给电路，所述最低工作电流供给电路补偿最低工作电流。
4.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述稳压共源共栅电路还设有：与所述工作电流供给晶体管串联连接的电流限制电路；以及与所述工作电流供给晶体管并联连接的最低工作电流供给电路，
所述电流限制电路限制工作电流的上限，而所述最低工作电流供给电路补偿最低工作电流。
5.如权利要求2或4所述的稳压器，其特征在于，所述电流限制电路由其栅极上连接有第一偏置电压源的第一晶体管构成。
6.如权利要求3或4所述的稳压器，其特征在于：所述最低工作电流供给电路由其栅极上连接有第二偏置电压源的第二晶体管构成。
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