CN1898868A - 信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种可确保NPN型双极性晶体管的输出晶体管的基极电流并降低消耗电流的信号输出电路。该信号输出电路(2)包括：NPN型双极性晶体管的输出晶体管(10)；若导通则使输出晶体管(10)截止的接地侧输出控制晶体管(11)；对输出晶体管(10)的基极供给电流的基极电流供给用电阻元件(12)；插入安装于基极电流供给用电阻元件(12)与输出晶体管(10)的基极间的电源侧输出控制晶体管(13)；根据输入信号而与接地侧输出控制晶体管(11)同样地导通·截止，若导通则流入基极电流供给用电阻元件(12)的电流的接地侧电流分流用晶体管(14)；和插入安装于接地侧电流分流用晶体管(14)与基极电流供给用电阻元件(12)间的电流限制用电阻元件(15)。

Description

信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置
技术领域
本发明涉及由NPN型双极性晶体管将输出信号输出的信号输出电路及由该信号输出电路输出电源电压监视信号的电源电压监视装置。
背景技术
包含电子电路的系统为了防止由施加电压即电源电压引起的误动作，广泛采用在电源电压低于规定值时输出用于停止系统动作的电源电压监视信号(复位信号)的电源电压监视装置(复位装置)(例如专利文献1)。
图2是以往的电源电压监视装置。该电源电压监视装置101，其构成包括：信号输出电路102，在应监视的电源电压VCC低于规定值时，将表示该情况的电源电压监视信号输出到输出端子OUT；对电源电压VCC进行分压的串联连接的电阻元件23、34；生成基准电压VREF的基准电压生成电路22；比较器25，串联连接的电阻元件23、24的中间点的电压被输入非反相输入端子，基准电压生成电路22生成的基准电压VREF被输入反相输入端子，所述比较器25将它们进行比较，比较输出被作为信号输出电路102的输入信号；下拉用电阻元件26，其与比较器25的输出连接，另外一端接地；和恒定电压生成电路21，其向基准电压生成电路22与比较器25的电源端供给规定的恒定电压VC。在输出端子OUT的外部，连接输入电源电压监视信号的其它电子电路(未图示)。
信号输出电路102，其构成包括：输出晶体管110，其为NPN型双极性晶体管，将电源电压监视信号输出到输出端子OUT；接地侧输出控制晶体管111，其为N型MOS晶体管，根据输入信号而导通·截止，在导通后使输出晶体管110的基极的电位下降而截止输出晶体管110，在截止时使输出晶体管110的基极的电位上升而导通输出晶体管110；和基极电流供给用电阻元件112，其由输入电源(电源电压VCC)对输出晶体管110的基极供给电流。在此，输出晶体管110之所以是NPN型双极性晶体管，是为了使被输入到与输出端子OUT连接的其它电子电路(未图示)的接地侧的电压可靠地下降到接地电位附近。
还有，由于电源电压监视装置101的基准电压VREF(例如0.7V)要求高精度，因此基准电压生成电路22例如采用带隙(band gap)电压源构成。再有，恒定电压VC(例如4V)用于使基准电压生成电路22或比较器25稳定动作，恒定电压生成电路21例如为主要包含串联连接的二极管的比较简单的结构。该恒定电压生成电路21的输出，若输入的电源电压VCC在恒定电压VC以下则成为高阻抗，因此比较器25的输出也成为高阻抗，信号输出电路102的输入信号通过下拉用电阻元件26而固定于接地电位电平。即，直至基准电压生成电路22或比较器25动作，输出晶体管110都可靠地成为导通状态，电源电压监视信号变为表示电源电压VCC低于规定值。并且，若输入的电源电压VCC高于恒定电压VC，则电源电压监视装置101进行如下说明的动作。
若分压后的电源电压VCC的电压(串联连接的电阻元件23、24的中间点的电压)低于基准电压VREF，则比较器25作为比较输出将低电平输出到信号输出电路102，由此，接地侧输出控制晶体管111截止。其结果，输出晶体管110导通，电源电压监视信号变为表示电源电压VCC低于规定值。
此时，基极电流供给用电阻元件112中流动的电流I1成为输出晶体管110的基极电流，将该基极电流放大了电流放大率(hFE)倍后的输出电流IO在输出晶体管110中流动。输出电流IO经由输出端子OUT而作为电源电压监视信号流动，通过输出电流IO，其它电子电路(未图示)的输入电压下降到接地侧。在此，基极电流供给用电阻元件112的电阻值参考输出电流IO的值来确定。例如，若设必要的输出电流IO的值为2mA，设上述的hFE为200，则输出晶体管110的基极电流必须为10μA。若设电源电压VCC为10V、输出晶体管110导通，则基极电流供给用电阻元件112约为1MΩ的电阻值。
若分压后的电源电压VCC的电压比基准电压VREF高，则比较器25作为比较输出将高电平输出到信号输出电路102中，由此，接地侧输出控制晶体管111导通。其结果，输出晶体管110的基极的电位下降，输出晶体管110截止，电源电压监视信号变为表示电源电压VCC高于规定值。
此时，基极电流供给用电阻元件112中流动的电流I1全部流入到接地侧输出控制晶体管111中。该电流I1，例如在上述的条件下约为10μA。
这样，该电源电压监视装置101，监视电源电压VCC，若电源电压VCC低于规定值则信号输出电路102的输出晶体管110导通，若高于规定值则输出晶体管110截止。
但是，基极电流供给用电阻元件112中流动的电流I1，在输出晶体管110导通的情况下为必要的电流，但在截止的情况下为无用的消耗电流。而且，若电源电压VCC上升则消耗电流进一步增加。例如在上述的条件下，设输出晶体管110导通或截止的电源电压VCC的界限为10V，设电源电压VCC可上升到30V，则基极电流供给用电阻元件112中流动的无用的电流I1变为30μA。
专利文献1：特开平11-220370号公报
发明内容
本发明是鉴于以上事由而做出的，目的在于提供一种确保NPN型双极性晶体管的输出晶体管的必要的基极电流，同时可降低消耗电流的信号输出电路以及具有该电路的电源电压监视装置。
为了解决上述课题，本发明的优选的实施方式涉及的信号输出电路，包括：输出晶体管，其为将输出信号输出的NPN型双极性晶体管；接地侧输出控制晶体管，其根据输入信号而导通·截止，在导通时使输出晶体管的基极的电位下降而截止输出晶体管，在截止时使输出晶体管的基极的电位上升而导通输出晶体管；基极电流供给用电阻元件，其由输入电源对输出晶体管的基极供给电流；电源侧输出控制晶体管，其插入安装于基极电流供给用电阻元件与输出晶体管的基极之间，根据输入信号，与接地侧输出控制晶体管相反地截止·导通；接地侧电流分流用晶体管，其根据输入信号，与接地侧输出控制晶体管同样地导通·截止，在导通时流入基极电流供给用电阻元件的电流，在截止时不流入基极电流供给用电阻元件的电流；和电流限制用电阻元件，其插入安装于接地侧电流分流用晶体管与基极电流供给用电阻元件之间。
该信号输出电路，优选还包括反相电路，其输入接地侧电流分流用晶体管与电流限制用电阻元件之间的电压，并将该电压反相来控制电源侧输出控制晶体管。
该信号输出电路，更为优选还包括与所述反相电路的输出连接的第2电流限制用电阻元件。
该信号输出电路，优选接地侧输出控制晶体管、电源侧输出控制晶体管与接地侧电流分流用晶体管是MOS晶体管。
该信号输出电路，优选基极电流供给用电阻元件、电流限制用电阻元件与第2电流限制用电阻元件是电阻。
本发明的优选的实施方式涉及的电源电压监视装置，是具有上述的信号输出电路的电源电压监视装置，其包括：对电源电压进行分压的串联连接的电阻元件；生成基准电压的基准电压生成电路；和比较器，其将所述串联连接的电阻元件的中间点的电压与所述基准电压生成电路生成的基准电压进行比较，比较输出被作为信号输出电路的输入信号，该电源电压监视装置将信号输出电路的输出信号作为电源电压监视信号而输出。
本发明的优选的实施方式涉及的信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置，由于在信号输出电路的输出晶体管截止时，通过电流限制用电阻元件将来自基极电流供给用电阻元件的电流流入到接地侧电流分流用晶体管，因此可降低消耗电流。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置的电路图；
图2是以往的信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置的电路图。
图中：1-电源电压监视装置，2-信号输出电路，10-输出晶体管，11-接地侧输出控制晶体管，12-基极电流供给用电阻元件，13-电源侧输出控制晶体管，14-接地侧电流分流(bypass)用晶体管，15-电流限制用电阻元件，16、17-构成反相电路的晶体管，18-第2电流限制用电阻元件，22-基准电压生成电流，23、24-对输入的电源电压VCC进行分压的串联连接的电阻元件，25-比较器。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式的信号输出电路及具有该电路的电源电压监视装置的电路图。该电源电压监视装置1，与以往的电源电压监视装置101相比信号输出电路不同，其它包括实际上与电源电压监视装置101相同的构成要素。即，电源电压监视装置1，其包括：信号输出电路2，其在应监视的电源电压VCC低于规定值时，将表示该情况的电源电压监视信号输出到输出端子OUT；对电源电压VCC进行分压的串联连接的电阻元件23、34；生成基准电压VREF的基准电压生成电路22；比较器25，串联连接的电阻元件23、24的中间点的电压被输入非反相输入端子，基准电压生成电路22生成的基准电压VREF被输入反相输入端子，该比较器25将它们进行比较，比较输出被作为信号输出电路2的输入信号；下拉用电阻元件26，其与比较器25的输出连接，另外一端接地；和恒定电压生成电路21，其对基准电压生成电路22与比较器25的电源端供给规定的恒定电压VC。在输出端子OUT的外部，连接输入电源电压监视信号的其它电子电路(未图示)。
信号输出电路2，其包括如下主要构成要素：输出晶体管10，其为NPN型双极性晶体管，将作为信号输出电路2的输出信号的电源电压监视信号输出到输出端子OUT；接地侧输出控制晶体管11，其为N型MOS晶体管，根据输入信号而导通·截止，在导通时使输出晶体管10的基极的电位下降而截止输出晶体管10，在截止时使输出晶体管10的基极的电位上升而导通输出晶体管10；基极电流供给用电阻元件12，由输入电源(电源电压VCC)对输出晶体管10的基极供给电流；电源侧输出控制晶体管13，其为P型MOS晶体管，插入安装于基极电流供给用电阻元件12与输出晶体管10的基极之间，根据输入信号而与接地侧输出控制晶体管11相反地导通·截止；接地侧电流分流用晶体管14，其为N型MOS晶体管，根据输入信号而与接地侧输出控制晶体管11同样地导通·截止，在导通时流入基极电流供给用电阻元件12的电流，在截止时不流入基极电流供给用电阻元件12的电流；和电流限制用电阻元件15，其是插入安装于接地侧电流分流用晶体管14与基极电流供给用电阻元件12之间的电阻。进而，信号输出电路2包括P型MOS晶体管16与N型MOS晶体管17，其作为输入接地侧电流分流用晶体管14与电流限制用电阻元件15之间的电压并将该电压反相而控制电源侧输出控制晶体管13的反相电路，从基极电流供给用电阻元件12与电流限制用电阻元件15之间的节点串联地连接到接地电位。还包括第2电流限制用电阻元件18，其为连接到反相电路的输出、即P型MOS晶体管16与N型MOS晶体管17的连接点的电阻。
若分压后的电源电压VCC的电压(串联连接的电阻元件23、24的中间点的电压)低于基准电压VREF，则比较器25作为比较输出将低电平输出到信号输出电路2，由此，接地侧输出控制晶体管11截止。与此同时，接地侧电流分流用晶体管14也截止，并且其与电流限制用电阻元件15之间的电压上升，N型MOS晶体管17导通。另一方面，由于电流限制用电阻元件15中无电流流动，在其两端不产生电压，因而P型MOS晶体管16截止。由此，P型MOS晶体管16与N型MOS晶体管17的连接点的电压变为低电平，电源侧输出控制晶体管13导通。因此，基极电流供给用电阻元件12中流动的电流I1全部成为输出晶体管10的基极电流。在此，若设基极电流供给用电阻元件12的电阻值为R1，则电流I1大致为VCC/R1的电流值。其结果，将该基极电流放大了电流放大率(hFE)倍后的输出电流IO在输出晶体管10中流动。输出电流IO经由输出端子OUT而作为电源电压监视信号流动，通过输出电流IO，其它电子电路(未图示)的输入电压下降到接地侧。
若分压后的电源电压VCC的电压高于基准电压VREF，则比较器25作为比较输出将高电平输出到信号输出电路2中，由此，接地侧输出控制晶体管11导通。与此同时，接地侧电流分流用晶体管14也导通，并且其与电流限制用电阻元件15之间的电压变为接地电位电平，从而N型MOS晶体管17截止。另一方面，电流限制用电阻元件15中流动电流，P型MOS晶体管16导通。由此，P型MOS晶体管16与N型MOS晶体管17的连接点的电压变为高电平，电源侧输出控制晶体管13截止，并且，第2电流限制用电阻元件18中流动电流。这样，接地侧输出控制晶体管11使输出晶体管10的基极的电位下降而截止输出晶体管10，并使作为电源电压监视信号的输出电流IO停止，另一方面，基极电流供给用电阻元件12中流动的电流I1分流为流经电流限制用电阻元件15的电流I2与流经第2电流限制用电阻元件18的电流I3。在此，若设基极电流供给用电阻元件12的电阻值为R1、电流限制用电阻元件15的电阻值为R2、第2电流限制用电阻元件18的电阻值为R3，则电流I1大致为VCC/(R1+(R2R3)/(R2+R3))的电流值。
基极电流供给用电阻元件12的电阻值R1参考输出晶体管10导通时的输出电流IO的值来确定。另一方面，电流限制用电阻元件15及第2电流限制用电阻元件18的电阻值R2、R3参考电源侧输出控制晶体管13及P型MOS晶体管16的元件耐压来确定。即，由于通常的MOS晶体管的耐压大致为10V～15V左右，因此在电源电压VCC比该耐压值高的情况下，在基极电流供给用电阻元件12中流动电流、使电压下降，使得晶体管元件(电源侧输出控制晶体管13及P型MOS晶体管16)的电压在该耐压以下。具体而言，设晶体管元件耐压为15V，在输入的电源电压VCC上升到30V的情况下，若设电阻值R2、R3均为电阻值R1的2倍，则在输出晶体管10截止时可将施加于元件的电压抑制到15V。
因此，例如若设基极电流供给用电阻元件12的电阻值为1MΩ的电阻值，设电流限制用电阻元件15及第2电流限制用电阻元件18的电阻值R2、R3为2MΩ，则如果在电源电压VCC为30V、输出晶体管10截止，那么基极电流供给用电阻元件12中流动的电流I1变为15μA。这样，可减少输出晶体管10截止时的基极电流供给用电阻元件12中流动的无用的电流I1，并可降低信号输出电路2及电源电压监视装置1整体的消耗电流。
另外，为了防止在接通电源电压VCC的起动时电源侧输出控制晶体管13的控制变得不稳定的现象，而希望添加第2电流限制用电阻元件18，但也可省略。该情况下，电流限制用电阻元件15的电阻值R2，考虑到晶体管元件耐压而有必要降低(例如1MΩ)。
还有，在输出晶体管10截止时，若信号输出电路2的输入信号的高电平电压(即恒定电压生成电路21供给的恒定电压VC)是可使电源侧输出控制晶体管13截止的足够的电压，则也可将信号输出电路2的输入信号直接输入到电源侧输出控制晶体管13中。该情况下，需要进一步降低电流限制用电阻元件15的电阻值R2，而且在输出晶体管10截止时的基极电流供给用电阻元件12中流动的无用的电流I1会稍微增加，但不需要由P型MOS晶体管16与N型MOS晶体管17构成的反相电路及第2电流限制用电阻元件18。
还有，本发明的实施方式的信号输出电路2，作为适合于电源电压监视装置1的电路而提出，但也可用于输出段的电源电压VCC较高且由NPN型双极性晶体管进行输出的例如发动机驱动装置等的信号输出。
另外，本发明并非限定于上述的实施方式，可在专利技术方案所记载的事项的范围内进行各种设计变更。

Claims (6)

1.一种信号输出电路，包括：
输出晶体管，其为将输出信号输出的NPN型双极性晶体管；
接地侧输出控制晶体管，其根据输入信号而导通·截止，在导通时使输出晶体管的基极的电位下降而截止输出晶体管，在截止时使输出晶体管的基极的电位上升而导通输出晶体管；
基极电流供给用电阻元件，其由输入电源对输出晶体管的基极供给电流；
电源侧输出控制晶体管，其插入安装于基极电流供给用电阻元件与输出晶体管的基极之间，根据输入信号，与接地侧输出控制晶体管相反地截止·导通；
接地侧电流分流用晶体管，其根据输入信号，与接地侧输出控制晶体管同样地导通·截止，在导通时流入基极电流供给用电阻元件的电流，在截止时不流入基极电流供给用电阻元件的电流；和
电流限制用电阻元件，其插入安装于接地侧电流分流用晶体管与基极电流供给用电阻元件之间。
2.根据权利要求1所述的信号输出电路，其特征在于，
还包括反相电路，其输入接地侧电流分流用晶体管与电流限制用电阻元件之间的电压，并将该电压反相来控制电源侧输出控制晶体管。
3.根据权利要求2所述的信号输出电路，其特征在于，
还包括与所述反相电路的输出连接的第2电流限制用电阻元件。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的信号输出电路，其特征在于，
接地侧输出控制晶体管、电源侧输出控制晶体管与接地侧电流分流用晶体管是MOS晶体管。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的信号输出电路，其特征在于，
基极电流供给用电阻元件、电流限制用电阻元件与第2电流限制用电阻元件是电阻。
6.一种电源电压监视装置，其具有权利要求1～5中的任一项所述的信号输出电路，包括：
对电源电压进行分压的串联连接的电阻元件；
生成基准电压的基准电压生成电路；和
比较器，其将所述串联连接的电阻元件的中间点的电压与所述基准电压生成电路生成的基准电压进行比较，比较输出被作为信号输出电路的输入信号，
该电源电压监视装置将信号输出电路的输出信号作为电源电压监视信号而输出。
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