CN106444954A - 稳压器 - Google Patents

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Abstract

提供具备无需分别调整限制电流和短路电流而能够统一调整的过电流保护电路的稳压器。过电流保护电路具备输出电流限制电路，该输出电流限制电路对从读出输出晶体管的输出电流的晶体管供给的电流进行分配，通过该分配的电流控制输出晶体管的栅极电压并限制输出电流，该过电流保护电路构成为：使从读出输出电流的晶体管分配的电流响应所述输出晶体管输出的电压而变化，该分配的比取决于构成的元件的尺寸比。

Description

稳压器
技术领域
本发明涉及稳压器，特别涉及具备过电流保护电路的稳压器。
背景技术
稳压器的过电流保护电路中，有输出的电流－电压特性成为陡降特性的过电流保护电路（陡降型过电流保护电路）和成为“フ”字特性的过电流保护电路（“フ”字型过电流保护电路）。
陡降型过电流保护电路，例如，在专利文献1所示那样，以使流过稳压器的输出晶体管的电流不会超过既定电流的方式进行限制。流过输出晶体管的受限制的电流（以下，也称为“限制电流”。）因制造工序而出现偏差，因此用多个电阻元件构成接受读出输出电流的读出晶体管所流出的电流的电阻，通过对它进行微调（trimming）来调整电阻值，将限制电流设定为期望的值。
另一方面，“フ”字型过电流保护电路是用来防止稳压器的输出端子对接地端子短路时产生的过大损耗对IC造成破坏的电路，例如，在专利文献2所示那样，当稳压器的输出晶体管中流过某一值以上的电流时开始电流限制，随着输出电压的下降积极地减少输出电流。此外，将输出端子对接地端子短路时流过输出晶体管的电流称为“短路电流”。在“フ”字型过电流保护电路中，也与上述陡降型过电流保护电路同样，由多个电阻元件构成接受读出晶体管流出的电流的电阻，通过对它进行微调来调整电阻值，将短路电流设定为期望的值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－29856号公报
专利文献2：日本特公平7－74976号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在现有的稳压器中，为了通过过电流保护电路得到陡降特性和“フ”字特性这两者，需要使如专利文献1中记载的陡降型过电流保护电路和如专利文献2中记载的“フ”字型过电流保护电路并存。然而，如上所述，在现有的陡降型过电流保护电路及“フ”字型过电流保护电路中，为了针对制造工序上的偏差将限制电流及短路电流设定为期望的值，需要由多个电阻元件构成两保护电路内的调整用的每个电阻，因此存在芯片尺寸增大这一课题。
因此，本发明的目的在于解决如上所述的课题，提供具备不必分别调整限制电流和短路电流而能够统一调整的过电流保护电路的稳压器。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明中的稳压器具备：输出晶体管；第1误差放大电路，对将所述输出晶体管输出的电压分压后的分压电压与基准电压之差进行放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；以及过电流保护电路，检测所述输出晶体管中流过过电流的情况，限制所述输出晶体管的电流，所述稳压器的特征在于，所述过电流保护电路具备：第1晶体管，用所述第1误差放大电路的输出电压来控制，读出所述输出晶体管的输出电流；第2晶体管，其源极接地，栅极和漏极与所述第1晶体管的漏极连接；第3晶体管，其漏极与所述第1晶体管的漏极连接；第1电阻，与所述第3晶体管的源极连接；第4晶体管，其源极接地，栅极与所述第2晶体管的栅极和漏极连接，漏极经由所述第1电阻而与所述第3晶体管的源极连接；第5晶体管，其源极接地，栅极与所述第2晶体管的栅极和漏极连接；电压控制电压源，以使所述输出晶体管输出的电压与施加在所述第1电阻的电压相等的方式控制所述第3晶体管的栅极；电流反射镜电路，输出与所述第5晶体管中流过的电流成比例的电流；以及输出电流限制电路，通过所述电流反射镜电路输出的电流来控制所述输出晶体管的栅极电压。
发明效果
依据本发明的具备过电流保护电路的稳压器，可根据第2晶体管与第4晶体管的尺寸比来决定限制电流与短路电流之比。因而，关于制造工序上的偏差造成的限制电流及短路电流的变动，仅微调一个电阻，即能够统一调整，因而，能够抑制芯片尺寸的增大。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图2是示出本发明的实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的输出电流－电压特性的图表。
图3是本发明的第2实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
图4是本发明的第3实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1是本发明的第1实施方式的具备过电流保护电路的稳压器的电路图。
第1实施方式的稳压器具有：电源端子101；输出端子102；基准电压电路103；误差放大器（误差放大电路）104；PMOS晶体管（输出晶体管）105；分压电路106；和过电流保护电路200。
输出晶体管105的栅极与误差放大器104的输出端子连接，源极与电源端子101连接，漏极与输出端子102连接。输出端子102与分压电路106连接。分压电路106的输出端子与误差放大器104的同相输入端子连接。在误差放大器104的反相输入端子，连接有基准电压电路103的输出端子。
通过以上构成，误差放大器104比较分压电路106的输出端子电压与基准电压电路103的电压，以使分压电路106的输出端子电压与基准电压电路103的电压相等的方式驱动输出晶体管105，从而将输出端子102控制在恒压。
接着，对过电流保护电路200进行说明。
过电流保护电路200具备：PMOS晶体管122、123、124及126；NMOS晶体管130、131、132、134及136；电阻125、133及137；以及误差放大器140。
PMOS晶体管122的栅极与误差放大器104的输出端子连接，源极与电源端子101连接。NMOS晶体管131的栅极及漏极与PMOS晶体管122的漏极连接，源极与接地端子连接。NMOS晶体管132的栅极与NMOS晶体管131的栅极及漏极连接，源极与接地端子连接。PMOS晶体管123的栅极及漏极与NMOS晶体管132的漏极连接，源极与电源端子101连接。PMOS晶体管124的栅极与PMOS晶体管123的栅极及漏极连接，源极与电源端子101连接。电阻133的一端与PMOS晶体管124的漏极连接，另一端子与接地端子连接。NMOS晶体管134的栅极与电阻133的一端和PMOS晶体管124的漏极连接，源极与接地端子连接。电阻125的一端与NMOS晶体管134的漏极连接，另一端与电源端子101连接。PMOS晶体管126的栅极与电阻125的一端和NMOS晶体管134的漏极连接，源极与电源端子101连接，漏极与误差放大器104的输出端子连接。NMOS晶体管136的漏极与PMOS晶体管122的漏极连接，栅极与误差放大器140的输出端子连接，源极与电阻137的一端连接。误差放大器140的同相输入端子与输出端子102连接，反相输入端子与NMOS晶体管136的源极和电阻137的一端连接。电阻137的另一端与NMOS晶体管130的漏极连接。NMOS晶体管130的栅极与NMOS晶体管131的栅极及漏极连接，源极与接地端子连接。
此外，由误差放大器140构成电压控制电压源201，由NMOS晶体管131及132构成电流反射镜电路202，由PMOS晶体管123及124构成电流反射镜电路203，由电阻125、PMOS晶体管126、电阻133及NMOS晶体管134构成输出电流限制电路204。
接着说明过电流保护电路200的动作。PMOS晶体管122与输出晶体管105共用栅极及源极，输出晶体管105从漏极流出与向负载供给的电流成比例的电流。从PMOS晶体管122的漏极流出的电流，分配给并联连接的NMOS晶体管131和NMOS晶体管136。
误差放大器140比较输出端子102的电压和在电阻137产生的电压，以使输出端子102的电压与NMOS晶体管136的源极电压相等的方式控制NMOS晶体管136的栅极电压。
在此，考虑在输出端子102流出过电流的状态下，输出端子102的电压较高的情况。由于输出端子102的电压较高，所以NMOS晶体管136的栅极电压被以流过电流而提高源极电压的方式控制。电阻137和NMOS晶体管130串联连接，因此通过由NMOS晶体管130、131构成的电流反射镜电路，决定流过电阻137的电流。若使NMOS晶体管130与131的晶体管尺寸比为n:1，则从PMOS晶体管122的漏极流出的电流，以n:1分配给NMOS晶体管130和131。即，输出电流－电压特性显示陡降特性。
接着，考虑因流过输出端子102的过电流而输出端子102的电压下降的情况。NMOS晶体管136的栅极电压被以使源极电压变低的方式控制。流过NMOS晶体管130的电流因输出端子102的电压下降而受施加在电阻137的电压（输出端子102的电压）和电阻137的电阻值限制。假设当输出端子102与接地端子短路时流过NMOS晶体管130的电流，比流过NMOS晶体管131的电流充分小到能够忽略，则从PMOS晶体管122流入NMOS晶体管131的电流的分配之比增加到n＋1。流过NMOS晶体管130的电流的减少，因电阻137的电阻值和与输出端子102的电压相等的施加在电阻137的电压的下降而发生变化，因此对于输出端子102的电压成为线性变化。即，输出电流－电压特性显示“フ”字特性。
流过NMOS晶体管131的电流，因电流反射镜电路202和电流反射镜电路203而作为与流过PMOS晶体管122的电流成比例的电流施加到电阻133。在电阻133产生的电压，被由电阻125及NMOS晶体管134构成的源极接地放大电路放大，驱动PMOS晶体管126而限制流过输出晶体管105的电流。
当过电流保护电路200限制流过输出晶体管105的电流时在电阻133产生的电压，不论输出端子102的电压如何都恒定。在此，为了简化说明，假定PMOS晶体管123、124及NMOS晶体管131、132的晶体管尺寸比相等。流过电阻133的电流由电流反射镜电路202及203供给，因此当过电流保护电路200限制流过输出晶体管105的电流时流过NMOS晶体管131的电流也恒定。流过NMOS晶体管131的电流为从由PMOS晶体管122的漏极流出的电流分配的电流。该分配在输出端子102与接地端子短路的情况和输出端子102的电压较高的情况下，成为n＋1:1。当过电流保护电路200限制流过输出晶体管105的电流时的流过NMOS晶体管131的电流为恒定，因此从PMOS晶体管122的漏极流出的电流，在输出端子102与接地端子短路的情况和输出端子102的电压较高的情况下，成为1:n＋1。PMOS晶体管122因为是与流过输出晶体管105的电流成比例的电流，所以流过输出晶体管105的受限制的电流在输出端子102与接地端子短路的情况和输出端子102的电压较高的情况下，成为1:n＋1。
通过以上构成，过电流保护电路200通过构成元件的尺寸比、即NMOS晶体管130与131的尺寸比来决定限制电流与短路电流之比，因此能够统一进行这些值的调整。
图2是示出本实施方式的稳压器100的输出电流（负载电流）IOUT和输出电压VOUT的关系的图表。输出晶体管105流出的负载电流IOUT，响应输出端子102的电压即输出电压VOUT的下降而减少，当输出端子102与接地端子短路时流过的短路电流与限制电流之比，为1:n＋1，能由构成元件的尺寸比来决定。
另外，关于针对制造工序上的偏差的限制电流及短路电流的调整，通过微调仅调整输出电流限制电路204内的电阻133的电阻值即可。因而，以往陡降型过电流保护电路和“フ”字型过电流保护电路分别需要能够调整的电阻，即需要两个能够调整的电阻，而依据本实施方式，有一个能够调整的电阻就能进行针对制造工序上的偏差的限制电流及短路电流的调整。因而，能够抑制芯片尺寸的增大。
[实施方式2]
图3是本发明的第2实施方式的具备过电流保护电路300的稳压器100a的电路图。
第2实施方式的过电流保护电路300用由电流源121和NMOS晶体管135构成的电压控制电压源301置换第1实施方式中的由与NMOS晶体管136连接的误差放大器140构成的电压控制电压源201而构成。其他的构成与图1所示的过电流保护电路200同样，因此对于同一构成要素标注同一标号，并适当省略重复的说明。
电流源121的一端与电源端子101连接，另一端与NMOS晶体管135的漏极及栅极连接。NMOS晶体管135的源极与输出端子102连接。NMOS晶体管136的栅极与NMOS晶体管135的栅极及漏极连接。
接着说明过电流保护电路300的动作。对NMOS晶体管136的栅极施加连接在电源端子101与输出端子102之间的、被电流源121和NMOS晶体管135分压后的电压。NMOS晶体管135因为栅极和漏极短路，所以对NMOS晶体管136的栅极施加比输出端子102高出NMOS晶体管135的阈值电压的量的电压。另外，对与NMOS晶体管136的源极连接的电阻137，施加比施加在NMOS晶体管136的栅极的电压还低NMOS晶体管136的阈值电压的量的电压。因此，在NMOS晶体管135及136为同一构造的元件的情况下，对电阻137施加与输出端子102相等的电压。其他的动作与本发明的第1实施方式的过电流保护电路200同样。
[实施方式3]
图4是本发明的第3实施方式的具备过电流保护电路400的稳压器100b的电路图。
第3实施方式的过电流保护电路400由用PMOS晶体管127置换电流源121的电压控制电压源401构成第2实施方式中的由电流源121和NMOS晶体管135构成的电压控制电压源301。其他的构成与图1所示的过电流保护电路100同样，因此对于同一构成要素标注同一标号，并适当省略重复的说明。
PMOS晶体管127的栅极与输出晶体管105的栅极连接，源极与电源端子101连接，漏极与NMOS晶体管135的栅极及漏极连接。
接着说明过电流保护电路400的动作。PMOS晶体管127与输出晶体管105共用栅极及源极，因此输出晶体管105从漏极流出与向负载供给的电流成比例的电流。因此，能够抑制输出晶体管105无需向负载供给电流的轻负载驱动时的、起因于连接在电源端子101与输出端子102之间的元件所流出的电流的输出端子102的电压上升。其他的动作与本发明的第1及第2实施方式的过电流保护电路200及过电流保护电路300同样。
第2及第3实施方式的稳压器的输出电流（负载电流）IOUT与输出电压VOUT的关系，与图2所示的图表同样。
因而，在第2及第3实施方式的稳压器100a及100b中，也能得到与从第1实施方式的稳压器100得到的上述效果同样的效果。
附图标记说明
100、100a、100b 稳压器；101 电源端子；102 输出端子；103 基准电压电路；104、140误差放大器；105 输出晶体管（PMOS晶体管）；106 分压电路；121 电流源；122、123、124、126、127 PMOS晶体管；125、133、137 电阻；130、131、132、134、135、136 NMOS晶体管；200、300、400 过电流保护电路；201、301、401 电压控制电压源；202、203 电流反射镜电路；204输出电流限制电路。

Claims (6)

1.一种稳压器，具备：
输出晶体管；
第1误差放大电路，对将所述输出晶体管输出的电压分压后的分压电压与基准电压之差进行放大并输出，控制所述输出晶体管的栅极；以及
过电流保护电路，检测所述输出晶体管中流过过电流的情况，限制所述输出晶体管的电流，所述稳压器的特征在于，
所述过电流保护电路具备：
第1晶体管，用所述第1误差放大电路的输出电压来控制，读出所述输出晶体管的输出电流；
第2晶体管，其源极接地，栅极和漏极与所述第1晶体管的漏极连接；
第3晶体管，其漏极与所述第1晶体管的漏极连接；
第1电阻，与所述第3晶体管的源极连接；
第4晶体管，其源极接地，栅极与所述第2晶体管的栅极和漏极连接，漏极经由所述第1电阻而与所述第3晶体管的源极连接；
第5晶体管，其源极接地，栅极与所述第2晶体管的栅极和漏极连接；
电压控制电压源，以使所述输出晶体管输出的电压与施加在所述第1电阻的电压相等的方式控制所述第3晶体管的栅极；
电流反射镜电路，输出与所述第5晶体管中流过的电流成比例的电流；以及
输出电流限制电路，通过所述电流反射镜电路输出的电流来控制所述输出晶体管的栅极电压。
2.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述电压控制电压源由第2误差放大电路构成，
所述第2误差放大电路对所述输出晶体管输出的电压与施加在所述第1电阻的电压之差进行放大并输出，从而控制所述第3晶体管的栅极。
3.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述电压控制电压源由以下部分构成：
第6晶体管，其源极与所述输出晶体管的输出连接，栅极和漏极与所述第3晶体管的栅极连接；以及
第1电流源，向所述第6晶体管的栅极和漏极供给恒流。
4.如权利要求3所述的稳压器，其特征在于，
所述第1电流源由第7晶体管构成，
所述第7晶体管由所述第1误差放大电路的输出电压控制，读出所述输出晶体管的输出电流。
5.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，
所述电流反射镜电路由以下部分构成：
第8晶体管，其源极与电源端子连接，栅极和漏极与所述第5晶体管的漏极连接；以及
第9晶体管，其源极与电源端子连接，栅极与所述第8晶体管的栅极和漏极连接，从漏极输出电流。
6.如权利要求1至5的任一项所述的稳压器，其特征在于，
所述输出电流限制电路由以下部分构成：
第2电阻，将所述电流反射镜电路的输出电流转换为电压；
第10晶体管，其源极接地，向栅极输入在所述第2电阻产生的电压；
第3电阻，将从所述第10晶体管的漏极输出的电流转换为电压；以及
第11晶体管，其源极与电源端子连接，向栅极输入在所述第3电阻产生的电压，漏极与所述输出晶体管的栅极连接。
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