CN101567628A - 稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具备提高限制电流值和短路电流值的精度且在输出晶体管中流过过电流时可缩小功率损耗的过电流保护电路的稳压器。过电流保护电路由以下部分构成，即：由误差放大电路的输出电压来控制并使检测电流流过的输出电流检测晶体管；根据检测电流发生检测电压的检测电阻；将根据第二基准电压和分压电压来设定的电压与检测电阻的电压之差进行放大后输出的第二误差放大电路；以及栅极受第二误差放大电路的输出的控制，控制输出晶体管的栅极电压的输出电流制限电路。另外，构成为由温度检测电路供给第二基准电压。

Description

稳压器
技术领域
本发明涉及输出恒压的稳压器，具体涉及当过电流流入输出端子时，缩小输出电流而保护电路的过电流保护电路。
背景技术
稳压器用作各式各样电子设备电路的电压供给源。稳压器的功能是不依赖输入端子的电压变动而向输出端子输出恒定的电压。又，当从输出端子供给负载的电流增加而超过额定电流的规定值以上时，缩小输出电流而保护电路的过电流保护也是很重要的(例如，参照专利文献1：日本特开平2-189608号公报)。
图5是具备过电流保护电路的稳压器的电路图。传统的具备过电流保护电路的稳压器由以下部分构成，即：对输出端子Vout的电压进行分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；比较分压电压和基准电压的误差放大器4；根据误差放大器4的输出电压来控制的输出晶体管1；以及过电流保护电路50。过电流保护电路50由与输出晶体管1并联连接的输出电流检测电路即输出电流检测晶体管5及检测电阻6；根据检测电阻6的电压来控制的构成输出电流限制电路的晶体管7；电阻8；以及输出电流控制晶体管9构成。
如上所述的过电流保护电路50如下动作而发挥其对电路的过电流保护功能。
当输出端子Vout的输出电流增加时，响应输出电流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检测电阻6，晶体管7的栅极/源极间电压上升。在此，若过电流流过输出端子Vout而晶体管7的栅极/源极间电压超过阈值电压，则在晶体管7中流过漏极电流。由于晶体管7的漏极电流流过电阻8，降低输出电流控制晶体管9的栅极/源极间电压。因而，在输出电流控制晶体管9中流过漏极电流，使输出晶体管1的栅极/源极间电压上升。通过这样使过电流保护电路50工作，以“フ”形的电流电压特性抑制输出端子Vout的输出电流。
图6是“フ”形的电流电压特性的图。在电流电压特性中，将过电流保护电路工作的输出电流值称为限制电流。另外，将在输出端子Vout短路而输出电压等于接地电位时的输出电流的值称为短路电流。
但是，传统过电流保护电路50因晶体管7制造时的工艺偏差而降低了限制电流的电流值精度。另外，因检测电阻6的偏差而短路电流的精度也降低。但是在制造时难以对晶体管7和检测电阻6进行正确调整。
因此，将限制电流设定为较小的场合，因短路电流出现偏差而有从输出电流和输出电压的关系对稳压器的启动特性产生负面影响的问题。即，为了确保稳压器的启动特性，不能再缩小限制电流。
再者，稳压器的内部温度受过电流造成的发热或周围温度等的影响而上升。但是，传统过电流保护电路50中不能根据稳压器的内部温度来进行限制电流值和短路电流值的控制。
发明内容
本发明为解决上述问题构思而成，其目的在于提供具备提高限制电流值和短路电流值的精度的过电流保护电路的稳压器。
为了解决上述问题，本发明的具备过电流保护电路的稳压器采用以下结构。
为了达成上述目的，本发明提供一种稳压器，其特征在于包括：将基于第一基准电压和输出晶体管的输出电压的电压之差进行放大后输出，并控制所述输出晶体管的栅极的第一误差放大电路；以及检测所述输出晶体管中流过的过电流，限制所述输出晶体管的电流的过电流保护电路，其中，所述过电流保护电路具备：根据所述第一误差放大电路的输出电压来控制栅极，并使对应于所述输出晶体管的输出电流的检测电流流过的输出电流检测晶体管；根据所述检测电流发生电压的电压发生电路；将根据基于第二基准电压和所述输出电压的电压来设定的电压与所述电压发生电路的电压之差进行放大后输出的第二误差放大电路；以及根据所述第二误差放大电路的输出来控制栅极，控制所述输出晶体管的栅极电压的输出电流限制晶体管。
再者，所述第二基准电压与所述第一基准电压是从相同的电路供给的。
再者，所述第二基准电压是从输出电压随温度发生变化的温度检测电路供给的。
再者，所述温度检测电路具备串联连接的恒流电路和二极管，所述第二基准电压是根据所述二极管的正向电压来输出的。
(发明效果)
依据本发明的具备过电流保护电路的稳压器，能够提供这样的具备过电流保护电路的稳压器，该过电流保护电路采用通过将根据基于第二基准电压和输出电压的电压来设定的电压和电压发生电路的电压之差放大后输出的第二误差放大电路限制输出电流的电路结构，因此不依赖制造时工艺偏差而提高限制电流值和短路电流值的精度，并能够将在输出晶体管中流过过电流时的功率损耗抑制得较小。
而且，通过从输出电压随温度发生变化的温度检测电路供给第二基准电压，可根据温度控制限制电流值和短路电流值，可更加有效地抑制发热。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图2是实施方式的过电流保护电路中的第二误差放大电路的电路图。
图3是本发明第一实施方式的变形例的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图4是本发明第二实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图5是传统的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图6是具备过电流保护电路的稳压器的“フ”形的电流电压特性的图。
(符号说明)
2电压分压电路；3基准电压电路；4误差放大器；10第二误差放大器；11第二基准电压电路；12恒流源；50、100、101、102过电流保护电路。
具体实施方式
图1是本发明第一实施方式的稳压器的电路图。
第一实施方式的稳压器具备P型MOS晶体管的输出晶体管1；输出电压分压电路2；基准电压电路3；误差放大器4；以及过电流保护电路100。过电流保护电路100具备：P型MOS晶体管的输出电流检测晶体管5；检测电阻6；P型MOS晶体管的输出电流控制晶体管9；第二误差放大器10；以及第二基准电压电路11。
输出电压分压电路2的输入端子与输出端子Vout连接，输出端子与误差放大器4的非反相输入端子连接。基准电压电路3的输出端子与误差放大器4的反相输入端子连接。误差放大器4的输出端子与输出晶体管1的栅极连接。输出晶体管1的源极与输入电源连接，漏极与输出端子Vout连接。输出电流检测晶体管5的栅极与误差放大器4的输出端子连接，源极与输入电源连接，漏极与检测电阻6的一个端子连接。检测电阻6的另一端子接地。第二误差放大器10的反相输入端子与检测电阻6的一个端子连接，一个非反相输入端子与第二基准电压电路11的输出端子连接，另一非反相输入端子与输出电压分压电路2的输出端子连接。第二误差放大器10的输出端子与输出电流控制晶体管9的栅极连接。输出电流控制晶体管9的源极与输入电源连接，漏极与输出晶体管1的栅极连接。
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Vdiv。基准电压电路3输出基准电压Vref。误差放大器4比较分压电压Vdiv和基准电压Vref，放大其差值后输出。输出晶体管1根据误差放大器4的输出电压来控制，以使分压电压Vdiv和基准电压Vref相等。其结果，输出端子Vout的电压保持一定。
过电流保护电路100对流入输出晶体管1的电流进行监视。又，具有若检测到有过电流流入输出晶体管1，则控制输出晶体管1的栅极，使电流减少的功能。
输出电流检测晶体管5和输出晶体管1的栅极连接，因此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的漏极电流而发生电压。第二误差放大器10的反相输入端子上被输入检测电阻6中发生的电压。因而，若检测电阻6中发生的电压高于非反相输入端子的电压，则输出端子的电压降低。输出电流控制晶体管9的栅极的电压降低，在输出电流控制晶体管9中有漏极电流流过。结果，控制成为使输出晶体管1的栅极电压变高、输出晶体管1的漏极电流减少。
在图2示出第二误差放大器10的具体电路例。
具备：其栅极成为反相输入端子V1的N型MOS晶体管21；其栅极成为第一非反相输入端子V2的N型MOS晶体管22；其栅极成为第二非反相输入端子V3的N型MOS晶体管23；设置在第一非反相输入与反相输入之间的构成电流反射镜(Current Mirror)电路的P型MOS晶体管24和P型MOS晶体管25；设置在第二非反相输入与反相输入之间的构成电流反射镜电路的P型MOS晶体管26和P型MOS晶体管27；以及决定第二误差放大器10的消耗电流的恒流源28。这些晶体管被设计为相同尺寸，因此如果两个电流反射镜电路的输入电压相等就会流过相等的电流。第二误差放大器10的两个非反相输入端子中第一非反相输入端子V2上被输入第二基准电压电路11的第二基准电压Vref2，第二非反相输入端子V3上被输入分压电压Vdiv。
在此，图2的第二误差放大器10在N型MOS晶体管21、22、23的尺寸例如面积尺寸W×L(宽度×长度)比被设定为2∶1∶1时，若设各输入端子的电压为V1、V2及V3，输出电压为VO，放大率为A，则在公式1中表示出它们的关系。
VO＝A(((V2+V3)/2)-V1)               (1)
即第二误差放大器10对第一非反相输入端子V2和第二非反相输入端子V3的电压之平均值和反相输入端子V1的电压之差进行放大。
以上说明的图2的第二误差放大器10也适用于图3及图4的第二实施方式的稳压器。
如上所述的过电流保护电路100如下工作而发挥电路的过电流保护功能。
当输出端子Vout的输出电流增加时，对应于输出电流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检测电阻6，使第二误差放大器10的反相输入端子V1的电压上升。第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2上被输入第二基准电压Vref2，第二非反相输入端子V3上被输入分压电压Vdiv。在正常的工作状态下，分压电压Vdiv与第二基准电压Vref2相等，且反相输入端子V1的电压低于分压电压Vdiv。因而，第二误差放大器10的输出端子被保持在高电平的电压，输出电流控制晶体管9处于截止状态。
在此，若因负载短路等而过电流流过输出端子Vout，则输出电流检测晶体管5的检测电流也随之增大，该检测电流流过检测电阻6，使第二误差放大器10的反相输入端子V1的电压逐渐上升。另外，输出端子Vout的电压因负载短路而降低，第二误差放大器10的非反相输入端子V3的电压降低。然后，若反相输入端子V1的电压高于第一非反相输入端子V2的第二基准电压Vref2和第二非反相输入端子V3的分压电压Vdiv之平均值，则第二误差放大器10的输出端子的电压逐渐降低。因而，输出电流控制晶体管9的栅极/源极间电压降低，在输出电流控制晶体管9中有漏极电流流过，使输出晶体管1的栅极/源极间电压上升。
而且，若输出端子Vout的电压降低且降低至接地电位，则第二误差放大器10的第二非反相输入端子V3的分压电压Vdiv下降至接地电位。但是，第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2被输入第二基准电压Vref2，因此与反相输入端子V1的电压进行比较的电压会低于Vref2/2。因而，本实施方式的稳压器中，短路电流值不会下降至0，因此可改善启动特性。
第一实施方式的稳压器的限制电流值的精度由检测电阻6的电阻值和第二基准电压值的精度来决定。这些特性可在制造时容易测定，因此通过补偿，可高精度地结合。
另外，短路电流值的精度由检测电阻6的电阻值、第二基准电压值Vref2、分割电压值、第二误差放大器10的差动晶体管对的面积比来决定。晶体管面积比的偏差小于由晶体管阈值电压值的绝对值而来的偏差。
即，可通过可高精度设定的第二基准电压Vref2等来决定短路电流，因此能够容易使输出电流/输出电压特性对合到所希望的特性上，可在不损害稳压器启动特性的情况下，缩小短路电流。
图3是第一实施方式的变形例的稳压器的电路图。图3的稳压器中第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2被输入基准电压电路3的基准电压Vref，以替代第二基准电压Vref2。如此，即使从基准电压电路3供给第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2的电压，可同样地实现可高精度地缩小短路电流的过电流保护电路。另外，可向第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2输入通过分割电阻来分割基准电压Vref后的电压。
图4是第二实施方式的稳压器的电路图。图4的稳压器从第一实施方式的过电流保护电路变更为过电流保护电路102。过电流保护电路102具备P型MOS晶体管的输出电流检测晶体管5；检测电阻6；P型MOS晶体管的输出电流控制晶体管9；第二误差放大器10；恒流电路12；以及二极管13。
输出电流检测晶体管5的栅极与误差放大器4的输出端子连接，源极与输入电源连接，漏极与检测电阻6的一个端子连接。检测电阻6的另一端子接地。恒流电路12和二极管13在输入电源和接地间正向串联连接。第二误差放大器10的反相输入端子与检测电阻6的一个端子连接，一个非反相输入端子与恒流电路12和二极管13的连接点连接，另一非反相输入端子与输出电压分压电路2的输出端子连接。第二误差放大器10的输出端子与输出电流控制晶体管9的栅极连接。输出电流控制晶体管9的源极与输入电源连接，并与输出晶体管1的栅极连接。
恒流电路12和二极管13构成从该连接点输出与温度成比例地降低的电压Vtemp的温度检测电路。一般，在PN结硅二极管中流过恒定的正向电流时，其电压降在常温(25℃)大致为0.6V，大体上显示-2.0mV/℃(因电流或各个元件而异)的温度特性。因而，将恒流电路12和二极管13串联连接，从而可构成温度检测电路。
然后，在常温的正常工作状态下，电压Vtemp设定为与分压电压Vdiv相等或比它大。
在利用这种温度检测电路的过电流保护电路102中，若稳压器的内部温度上升，则温度检测电路的输出电压Vtemp即第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2的输入电压降低。从而，限制电流的设定值降低。如此，通过使高温时的限制电流值小于常温时，可减少高温时过电流导致的发热量。
如上所述的过电流保护电路102如下工作而发挥电路的过电流保护功能。
当输出端子Vout的输出电流增加时，对应于输出电流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检测电阻6，使第二误差放大器10的反相输入端子V1的电压上升。在第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2上被输入恒流电路12和二极管13的连接点的电压Vtemp，第二非反相输入端子V3上被输入分压电压Vdiv。在常温正常工作状态下，电压Vtemp与分压电压Vdiv相等，且反相输入端子V1的电压比分压电压Vdiv低。因而，第二误差放大器10的输出端子被保持在高电平的电压，从而输出电流控制晶体管9处于截止状态。
在此，过电流流过输出端子Vout，输出电流检测晶体管5使检测电流流过检测电阻6，从而第二误差放大器10的反相输入端子V1的电压逐渐上升。另外，输出端子Vout的电压因负载短路而降低，第二误差放大器10的非反相输入端子V3的电压降低。又，若反相输入端子V1的电压高于第一非反相输入端子V2的电压Vtemp和第二非反相输入端子V3的分压电压Vdiv之平均值，则第二误差放大器10的输出端子的电压逐渐降低。因而，输出电流控制晶体管9的栅极/源极间电压降低，在输出电流控制晶体管9中有漏极电流流过，使输出晶体管1的栅极/源极间电压上升。
而且，因过电流流过而输出端子Vout的电压降低，且降低至接地电位。即，第二误差放大器10的第二非反相输入端子V3的分压电压Vdiv降低至接地电位。但是，第二误差放大器10的第一非反相输入端子V2上被输入电压Vtemp，因此与反相输入端子V1的电压进行比较的电压不会降低至Vtemp/2以下。因而，在本实施方式的稳压器中短路电流值不会下降至0，因此可改善启动特性。
温度检测电路的电压Vtemp是由PN结的带隙电压和其温度特性来确定的电压值，远小于晶体管阈值电压的偏差。
即，与传统的利用晶体管阈值电压来控制的过电流保护电路相比，可更加高精度地设定限制电流和短路电流。因而，容易使输出电流/输出电压特性对合到所希望的特性上，可在不损害稳压器启动特性的情况下，缩小短路电流。
而且，本实施方式的稳压器，通过向第一非反相输入端子V2输入温度检测电路的电压Vtemp，可根据稳压器的内部温度控制限制电流值和短路电流值，从而可有效地抑制发热。
又，在本发明实施方式的过电流保护电路中，对第二误差放大器10的一个非反相输入端子输入了输出电压分压电路2的输出电压，但并不限于此，只要是对应于输出电压的电压即可。
另外，第二误差放大器10设定为对第一非反相输入端子V2和第二非反相输入端子V3的电压之平均值与反相输入端子V1的电压之差进行放大，但是只要适合用于设定短路电流值的比例，就并不限于此。

Claims (4)

1.一种稳压器，其特征在于包括：
将基于第一基准电压和输出晶体管的输出电压的电压之差进行放大后输出，并控制所述输出晶体管的栅极的第一误差放大电路；以及
检测所述输出晶体管中流过的过电流，限制所述输出晶体管的电流的过电流保护电路，其中，
所述过电流保护电路具备：
根据所述第一误差放大电路的输出电压来控制栅极，并使对应于所述输出晶体管的输出电流的检测电流流过的输出电流检测晶体管；
根据所述检测电流发生电压的电压发生电路；
将根据基于第二基准电压和所述输出电压的电压来设定的电压与所述电压发生电路的电压之差进行放大后输出的第二误差放大电路；以及
根据所述第二误差放大电路的输出来控制栅极，控制所述输出晶体管的栅极电压的输出电流限制晶体管。
2.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述第二基准电压与所述第一基准电压是从相同的电路供给的。
3.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述第二基准电压是从输出电压随温度发生变化的温度检测电路供给的。
4.如权利要求3所述的稳压器，其特征在于：所述温度检测电路具备串联连接的恒流电路和二极管，所述第二基准电压是根据所述二极管的正向电压来输出的。
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