CN104423408B - 稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供具备在过电流状态检测时输出电压－输出电流特性也具有清晰的“フ”字特性的过电流保护电路的稳压器。构成为：在过电流保护电路中，设置产生与输出电压对应的电流的控制电路，通过从与输出电流对应的读出电流减去该电流后的电流，控制输出晶体管的栅极。

Description

稳压器

技术领域

本发明涉及稳压器的过电流保护电路。

背景技术

对现有的稳压器进行说明。图3是示出现有的稳压器的电路图。

现有的稳压器包括基准电压电路111、差动放大电路112、过电流保护电路130、PMOS晶体管113、电阻114、电阻115、接地端子101、电源端子102、和输出端子103。过电流保护电路130包括PMOS晶体管131、NMOS晶体管132、差动放大电路133、电阻134、和控制电路140。控制电路140包括PMOS晶体管141、差动放大电路142、和电阻143。

差动放大电路112的反相输入端子与基准电压电路111连接，非反相输入端子与电阻114和电阻115的连接点连接，输出端子与PMOS晶体管113的栅极连接。PMOS晶体管113的源极与电源端子102连接，漏极与输出端子103连接。电阻114和电阻115连接在输出端子103与接地端子101之间。PMOS晶体管131的栅极与差动放大电路112的输出端子连接，源极与电源端子102连接，漏极与NMOS晶体管132的漏极连接。差动放大电路133的非反相输入端子与差动放大电路112的非反相输入端子连接，反相输入端子与NMOS晶体管132的源极连接，输出端子与NMOS晶体管132的栅极连接。电阻134连接在NMOS晶体管132的源极与接地端子101之间。差动放大电路142的非反相输入端子与基准电压电路111连接，反相输入端子与NMOS晶体管132的漏极连接，输出端子与PMOS晶体管141的栅极连接。电阻143连接在差动放大电路142的反相输入端子与接地端子101之间。PMOS晶体管141的漏极与差动放大电路112的输出端子连接，源极与电源端子102连接。电阻114和电阻115构成分压电路，输出将输出端子103的输出电压Vout分压后的分压电压Vfb。

现有的稳压器如下动作而保护电路免受过电流影响。在从输出端子103输出既定的输出电压Vout的状态下，差动放大电路133的输出端子输出高电平（Hi）的电压，因此NMOS晶体管132保持导通状态。

若输出端子103和接地端子101短路则输出电流Iout增加。若输出电流Iout处于大于最大输出电流Im的过电流状态，则向读出输出电流的PMOS晶体管131流入的电流变多，差动放大电路142的反相输入端子的电压上升。若差动放大电路142的反相输入端子的电压大于基准电压电路111的电压，则差动放大电路142的输出端子的电压逐渐变低，使PMOS晶体管141逐渐导通。这样，使PMOS晶体管113的栅极逐渐成为电源端子102的电压，使PMOS晶体管113截止。

若输出端子103和接地端子101短路，则输出电压Vout也下降，并且分压电压Vfb下降。若分压电压Vfb下降则差动放大电路133的输出电压逐渐变低，NMOS晶体管132逐渐趋于截止。这样，流入NMOS晶体管132的电流逐渐变少，流入电阻143的电流逐渐增加。即，通过输出电压Vout的下降，能够增大差动放大电路142的反相输入端子的电压。因而，差动放大电路142使PMOS晶体管141进一步导通，能够使PMOS晶体管113截止。

如以上说明的那样，现有的稳压器能够利用“フ”字特性的输出电压－输出电流特性进行过电流保护。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－160083号公报。

发明内容

但是，现有技术中，存在当过电流保护电路130开始起作用时，输出电压－输出电流特性不会成为清晰的“フ”字的课题。

图4中示出现有的稳压器的输出电压－输出电流特性。由图可知，当过电流保护电路130开始起作用时，出现在保持流动最大输出电流Im的状态下输出电压Vout下降的时间。因此，在该期间PMOS晶体管113会受损伤。

要获得清晰的“フ”字特性，需要使差动放大电路133的反相输入端子大致等于分压电压Vfb，使差动放大电路142的反相输入端子大致等于基准电压Vref，但是当过电流保护电路130开始起作用时，不能满足该条件。当过电流保护电路130开始起作用时，若分压电压Vfb与基准电压Vref大致相等，则电阻134中必然流过与基准电压Vref成比例的电流，但是NMOS晶体管132的漏极－源极间电压大致为0而会处于无电流流过的状态。当过电流保护电路130开始起作用时，NMOS晶体管132的源极电位被定为NMOS晶体管132的漏极电流与流过电阻134的电流相等，因此存在不会成为分压电压Vfb的问题。

本发明鉴于上述课题而构思，提供一种具备当过电流保护电路开始起作用时，输出电压－输出电流特性成为清晰的“フ”字的过电流保护电路的稳压器。

本发明的具备过电流保护电路的稳压器，具备：第一差动放大电路，将基准电压与对输出晶体管输出的输出电压进行分压后的分压电压之差进行放大，控制输出晶体管的栅极；以及过电流保护电路，保护电路免受输出晶体管的输出电流的过电流影响，所述稳压器构成为：过电流保护电路具备：读出晶体管，读出输出电流；第一控制电路，产生与输出电压成比例的电流；以及第二控制电路，响应读出电流和第一控制电路的电流，控制输出晶体管的栅极。

本发明的具备过电流保护电路的稳压器，通过利用与输出电流成比例的电流和与输出电压成比例的电流，在输入输出电压差小且输出电流多的状态下，即便输出电压不下降，也能进行输出电压－输出电流特性呈清晰的“フ”字的过电流保护。

附图说明

图1是示出第一实施方式的稳压器的电路图；

图2是示出第一实施方式的稳压器的输出电压－输出电流特性的图；

图3是示出现有的稳压器的电路图；

图4是示出现有的稳压器的输出电压－输出电流特性的图；

图5是示出第一实施方式的稳压器的其它例的电路图；

图6是示出第二实施方式的稳压器的电路图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

第一实施方式的稳压器包括：基准电压电路111、差动放大电路112、过电流保护电路130、PMOS晶体管113、电阻114、电阻115、接地端子101、电源端子102、和输出端子103。

过电流保护电路130具备PMOS晶体管131和控制电路150及160。

控制电路150具备PMOS晶体管151和NMOS晶体管155和电阻153及154。

控制电路160具备：NMOS晶体管162、差动放大电路163、电阻164、恒流源165、PMOS晶体管166及167、NMOS晶体管168及169。

差动放大电路112的反相输入端子与基准电压电路111连接，非反相输入端子与电阻114和电阻115的连接点连接，输出端子与PMOS晶体管113及131的栅极连接。PMOS晶体管113的源极与电源端子102连接，漏极与输出端子103连接。串联连接的电阻114及电阻115连接在输出端子103与接地端子101之间。PMOS晶体管131的源极与电源端子102连接，漏极与电阻153和NMOS晶体管155的栅极连接。电阻114和电阻115构成分压电路，输出将输出端子103的输出电压Vout分压后的分压电压Vfb。

恒流源165连接在电源端子102与PMOS晶体管166及167的源极之间。PMOS晶体管166的栅极和漏极与NMOS晶体管162的漏极和PMOS晶体管167的栅极连接。NMOS晶体管162的源极与差动放大电路163的反相输入端子和电阻164连接，栅极与差动放大电路163的输出端子连接。差动放大电路163的非反相输入端子与差动放大电路112的非反相输入端子连接。PMOS晶体管167的漏极与NMOS晶体管168的漏极及栅极连接。NMOS晶体管168的栅极及漏极与NMOS晶体管169的栅极连接，源极与接地端子101连接。NMOS晶体管169的漏极与NMOS晶体管155的栅极连接，源极与接地端子101连接。

PMOS晶体管151的源极与电源端子102连接，栅极与NMOS晶体管155的漏极连接，漏极与PMOS晶体管113的栅极连接。电阻154连接在电源端子102与PMOS晶体管151的栅极之间。NMOS晶体管155的源极与接地端子101连接。

接着，对第一实施方式的稳压器的过电流保护电路130的动作进行说明。

差动放大电路163以使NMOS晶体管162的源极的电压与分压电压Vfb相等的方式控制NMOS晶体管162的栅极的电压。电阻164中流过与分压电压Vfb成比例的电流。因PMOS晶体管166、PMOS晶体管167、NMOS晶体管168、NMOS晶体管169而该电流被镜像（mirror）。

PMOS晶体管131中流过与流过输出端子103的输出电流Iout对应的读出电流。电阻153中流过从流过PMOS晶体管131的读出电流减去流过NMOS晶体管169的电流、即流过电阻164的电流被镜像后的电流的电流。

若输出端子103和接地端子101短路，则输出电流Iout增加。若输出电流Iout成为大于最大输出电流Im的过电流状态，则流过PMOS晶体管131的读出电流变多，在电阻153产生电压。若电阻153的电压变高，则NMOS晶体管155导通，在电阻154中有电流流过，使PMOS晶体管151逐渐导通。这样，使PMOS晶体管113的栅极逐渐成为电源端子102的电压，使PMOS晶体管113逐渐截止，并使输出电流Iout降低。

PMOS晶体管113逐渐截止，从而输出电压Vout和分压电压Vfb下降。若分压电压Vfb下降，则加到电阻164一端的电压降低，因此流过电阻164的电流减少。随之，流过NMOS晶体管169的电流减少，因此流过电阻153的电流相应地增加，使PMOS晶体管113的栅极更加截止。

当过电流保护电路130动作时，以下所示的式（1）到（5）成立。

Vth（155）＝R（153）×I（153）　（1）

I（131）＝Iout×Mi　（2）

I（153）＝I（131）－I（169）　（3）

I（169）＝I（164）＝Vfb/R（164）　（4）

Vfb＝A×Vout　（5）

其中，Vth（x）为NMOS晶体管x的阈值；R（x）为电阻x的电阻值；I（x）为流过元件x的电流；Mi为PMOS晶体管131相对于PMOS晶体管113的镜像比；Vout为输出端子103的电压；Iout为PMOS晶体管113的漏极电流；Vfb为由输出电压Vout和电阻114及电阻115的电阻值确定的分压电压；A为比例系数。

由式（1）至（5），在输出电压Vout与输出电流Iout之间成立以下的式（6）。

Vout＝R（164）/A［Mi×Iout－Vth（155）/R（153）］　（6）

因而，输出电压－输出电流特性成为清晰的“フ”字特性。图2中示出第一实施方式的稳压器的输出电压－输出电流特性。

由图2可知，当过电流保护电路130开始起作用时，不会出现保持流动最大输出电流Im的状态下输出电压Vout下降的时间。因此，PMOS晶体管113不会受到损伤。

再者，过电流保护电路130开始动作的最大输出电流Im，取决于流过PMOS晶体管131、电阻153、和电阻164的电流，因此可通过调整电阻153和电阻164的值来进行设定。

图5是示出第一实施方式的稳压器的其它例的电路图。与图1的不同点在于从电阻154变更为PMOS晶体管156这一点。

PMOS晶体管156的漏极和栅极与PMOS晶体管151的栅极和NMOS晶体管155的漏极连接，源极与电源端子102连接。其它的电路构成及连接与图1的电路同样。

即便这样构成，也能得到与图1的稳压器相同的效果。即，只要电阻为阻抗元件，无论怎样构成都能得到相同的效果。

＜第二实施方式＞

图6是第二实施方式的稳压器的电路图。与第一实施方式的不同点在于变更了差动放大电路163的非反相输入端子的连接这一点。

差动放大电路163的非反相输入端子与输出端子103连接。其它的电路构成及连接与第一实施方式同样。

接着，对第二实施方式的稳压器的动作进行说明。

差动放大电路163以使NMOS晶体管162的源极的电压与输出电压Vout相等的方式控制NMOS晶体管162的栅极的电压。电阻164中流过与输出电压Vout成比例的电流。因PMOS晶体管166、PMOS晶体管167、NMOS晶体管168、NMOS晶体管169而该电流被镜像。

PMOS晶体管131中流过与流过输出端子103的输出电流Iout对应的读出电流。电阻153中流过从流过PMOS晶体管131的读出电流减去流过NMOS晶体管169的电流、即流过电阻164的电流被镜像后的电流的电流。

若输出端子103和接地端子101短路，则输出电流Iout增加。若输出电流Iout成为大于最大输出电流Im的过电流状态，则流过PMOS晶体管131的读出电流变多，在电阻153产生电压。若电阻153的电压变高，则NMOS晶体管155导通，并且在电阻154中有电流流过，使PMOS晶体管151逐渐导通。这样，使PMOS晶体管113的栅极逐渐成为电源端子102的电压，并使PMOS晶体管113逐渐截止，使输出电流Iout降低。

PMOS晶体管113逐渐截止，从而输出电压Vout下降。若输出电压Vout下降，则加到电阻164一端的电压降低，因此流过电阻164的电流减少。随之，流过NMOS晶体管169的电流减少，因此流过电阻153的电流相应地增加，使PMOS晶体管113的栅极更加截止。

当过电流保护电路130动作时，上述式（1）到（3）和以下所示的式（7）成立。

I（169）＝I（164）＝Vout/R（164）　（7）

其中，Vth（x）为NMOS晶体管x的阈值；R（x）为电阻x的电阻值；I（x）为流过元件x的电流；Mi为PMOS晶体管131相对于PMOS晶体管113的镜像比；Vout为输出端子103的电压；Iout为PMOS晶体管113的漏极电流。

由式（1）至（3）及（7），在输出电压Vout与输出电流Iout之间成立以下的式（8）。

Vout＝R（164）/［Mi×Iout－Vth（155）/R（153）］　（8）

因而，输出电压－输出电流特性成为清晰的“フ”字特性。

如以上说明的那样，依据本发明的稳压器，当过电流保护电路130开始起作用时，不会出现在保持流动最大输出电流Im的状态下输出电压Vout下降的时间。因此，PMOS晶体管113不会受到损伤，能够提供安全性高的稳压器。

符号说明

101 接地端子；102 电源端子；103 输出端子；111 基准电压电路；112，163 差动放大电路；130 过电流保护电路；140，150，160 控制电路；165 恒流源。

Claims (3)

1.一种稳压器，其中包括：第一差动放大电路，根据基准电压与对输出晶体管输出的输出电压进行分压后的分压电压之差控制所述输出晶体管的栅极；以及过电流保护电路，保护电路免受所述输出晶体管的输出电流的过电流影响，所述稳压器的特征在于，

所述过电流保护电路包括：

读出晶体管，其栅极与所述输出晶体管的栅极连接，流过与所述输出电流对应的读出电流；

第一控制电路，产生与所述输出电压成比例的电流；以及

第二控制电路，根据从所述读出电流减去所述第一控制电路的电流后的电流控制所述输出晶体管的栅极。

2.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，

所述第一控制电路包括：

第二差动放大电路，在非反相输入端子输入所述分压电压；

第一NMOS晶体管，其源极与所述第二差动放大电路的反相输入端子连接，该第一NMOS晶体管响应所述第二差动放大电路的输出而流动漏极电流；

第一电阻，接受所述第一NMOS晶体管的电流；以及

电流镜电路，将所述第一NMOS晶体管的漏极电流镜像，流过所述第一控制电路的电流，

所述第二控制电路包括：

第二电阻，流过从所述读出电流减去所述第一控制电路的电流后的电流；

第二NMOS晶体管，其栅极由所述第二电阻的电压控制；

阻抗元件，接受所述第二NMOS晶体管的漏极电流；以及

PMOS晶体管，其栅极由所述阻抗元件的电压控制。

3.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，

所述第一控制电路包括：

第二差动放大电路，在非反相输入端子输入所述输出电压；

第一NMOS晶体管，其源极与所述第二差动放大电路的反相输入端子连接，该第一NMOS晶体管响应所述第二差动放大电路的输出而流动漏极电流；

第一电阻，接受所述第一NMOS晶体管的电流；以及

电流镜电路，将所述第一NMOS晶体管的漏极电流镜像，流过所述第一控制电路的电流，

所述第二控制电路包括：

第二电阻，流过从所述读出电流减去所述第一控制电路的电流后的电流；

第二NMOS晶体管，其栅极由所述第二电阻的电压控制；

阻抗元件，接受所述第二NMOS晶体管的漏极电流；以及

PMOS晶体管，其栅极由所述阻抗元件的电压控制。