CN1910529A - 过电流检测电路以及具有该电路的调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在所输入的电源电压或温度发生了变动的情况下，能够抑制过电流检测水平的变动的过电流检测电路。该过电流检测电路(10b)具有：控制端以及输出端分别与输出晶体管(11)的控制端及输出端相连接的监控用晶体管(21)；控制端被输入检测用偏置电压(28)，输出端与监控用晶体管(21)的输入端相连接的输出电流检测用晶体管(22b)；生成基准电流IREF的恒流源(24)；控制端被输入检测用偏置电压(28)，从输出端向恒流源(24)流通基准电流IREF的参考用晶体管(23)；以及将输出电流检测用晶体管(22b)的输出端的电压，与参考用晶体管(23)的输出端的电压进行比较，输出检测信号的比较电路(25b)。

Description

过电流检测电路以及具有该电路的调节器
技术领域
本发明涉及一种例如在将电源电压变换成给定的DC电压的调节器(regulator)中作为向负载输出电流的构成要素的输出晶体管中流通过电流的情况下，检测出该过电流并进行保护的过电流检测电路以及具有该过电流检测电路的调节器。
背景技术
开关调节器以及串联调节器等调节器，与输入电源电压以及负载相连接，在输出给定的DC电压的端子间设有输出晶体管，通过控制该输出晶体管来维持给定的DC电压。之后，在负载短路的情况等异常时，为了防止输出晶体管因过电流而破坏，需要设置检测出过电流并进行保护的电路(例如专利文献1)。
图4中示出了以前的过电流检测电路以及具有该电路的调节器。该调节器101具有采用P型MOS晶体管的输出晶体管11、将输出晶体管11的输出平滑化的平滑化电路12、输出平滑化了的给定的DC电压的输出端子OUT、将输出端子OUT的电压反馈输入并控制输出晶体管11的控制电路14、以及检测出输出晶体管11的过电流并进行保护的过电流检测电路110a。输出端子OUT与负载13相连接。
过电流检测电路110a具有：源极与电源电压Vcc相连接，栅极与输出晶体管11的栅极相连接的采用P型MOS晶体管的监控(monitor)用晶体管121；一端与监控用晶体管121的漏极相连接，另一端接地的输出电流检测用电阻122；以及栅极与监控用晶体管121的漏极和输出电流检测用电阻122的接点相连接，漏极与控制电路14相连接，源极接地的采用N型MOS晶体管的过电流检测输出晶体管123。这里，将监控用晶体管121的大小设为输出晶体管11的1/N。这样，监控用晶体管121中所流通的电流仅仅用于过电流检测，因此为了让功率损耗不大，N采用值较大的自然数，使其电流值较小。
现在，如果输出晶体管11中流通输出电流I0，则监控用晶体管121中便流通约I0/N的电流，相应的电压以接地电位为基准，产生在输出电流检测用电阻122中。这样，输出电流I0变为过电流，如果该电压超过了过电流检测输出晶体管123的阈值(Vth)，过电流检测输出晶体管123便输出低电平。通过这样，控制电路14认为输出晶体管11的输出电流超过了过电流检测水平(判断流通过电流)，截止输出晶体管11。这里，过电流检测水平，可以通过监控用晶体管121的大小与输出电流检测用电阻122的电阻值来进行调整。
接下来，图5中示出了具有以前的另一过电流检测电路以及具有该电路的调节器。该调节器102除了过电流检测电路110b以外，均与上述调节器101的构成实质上相同，过电流检测电路110b也与上述过电流检测电路110a一样，具有监控用晶体管121与输出电流检测用电阻122。另外，过电流检测电路110b具有过电流检测输出用比较器125，代替过电流检测输出晶体管123。该过电流检测输出用比较器125，反相输入端子与监控用晶体管121和输出电流检测用电阻122的接点相连接，同相输入端子与过电流检测用基准电压124相连接，输出端子与控制电路14相连接。
其中也一样，如果输出晶体管11中流通输出电流10，监控用晶体管121中便流通约I0/N的电流，相应的电压以接地电位为基准，产生在输出电流检测用电阻122中。这样，输出电流I0变为过电流，如果该电压超过了过电流检测用基准电压124，过电流检测输出用比较器125便输出低电平。通过这样，控制电路14认为输出晶体管11的输出电流超过了过电流检测水平，截止输出晶体管11。这里，过电流检测水平，可以通过监控用晶体管121的大小、输出电流检测用电阻122的电阻值以及过电流检测用基准电压124的值来进行调整。
专利文献1：特开平8-331757号公报
这样，过电流检测电路110a以及110b能够检测出输出晶体管11中流通的过电流。但是，对过电流检测电路的过电流检测水平的进一步高精度化进行研究的本发明人注意到，在该过电流检测电路110a以及110b中，输出电流检测用电阻122中所产生的电压，也即监控用晶体管121的漏极电压以接地电压为基准，输出晶体管11的漏极电压不以接地电位为基准。通过这样，监控用晶体管121的漏极电压与输出晶体管11的漏极电压不同，其结果可以预想监控用晶体管121的电流偏离了I0/N的值。
因此，有人考虑预先计算出该偏差，变更输出电流检测用电阻122的电阻值，调整过电流检测水平，但在所输入的电源电压Vcc发生了变动的情况下，偏差的程度也会发生变化，因此该对策没有效果。
另外，本发明人还曾着眼于在温度发生了变动时，因监控用晶体管121以及输出用晶体管11与输出电流检测用电阻122的温度特性不同，对过电流检测水平的影响。另外，过电流检测电路110a中，过电流检测输出晶体管123的特性也发生变动，因此可以预想过电流检测水平会进一步变动。
发明内容
本发明鉴于以上问题，目的在于提供一种能够抑制在所输入的电源电压或温度发生了变动的情况下的过电流检测水平的变动的过电流检测电路，以及具有它的调节器。
为了解决上述问题，本发明的理想实施方式的相关过电流检测电路，在输入端被输入电源电压，控制端被输入控制电压，从输出端输出输出电流的输出晶体管中，流通有过电流时，将其检测出来，该过电流检测电路具有：控制端以及输出端分别与输出晶体管的控制端及输出端相连接的监控用晶体管；输入端被输入电源电压，控制端被输入检测用偏置电压，输出端与监控用晶体管的输入端相连接的输出电流检测用晶体管；生成基准电流的恒流源；输入端被输入电源电压，控制端被输入检测用偏置电压，从输出端向上述恒流源流通上述基准电流的参考用晶体管；以及通过将输出电流检测用晶体管的输出端的电压，与参考用晶体管的输出端的电压进行比较，在输出晶体管中流通有过电流时，将其检测出来并输出过电流检测信号的比较电路。
上述输出晶体管、上述监控用晶体管、上述输出电流检测用晶体管以及上述参考用晶体管，最好是P型MOS晶体管。
上述比较电路最好具有：介插在上述恒流源与参考用晶体管之间的二极管连接的第1比较用晶体管；生成上述恒流源所生成的基准电流的给定倍电流的第2恒流源；以及介插在第2恒流源与输出电流检测用晶体管之间，控制端与第1比较用晶体管的控制端相连接的第2比较用晶体管。
本发明的理想实施方式的相关调节器，是具有上述过电流检测电路的调节器，设有控制电路，其在电源电压与输出给定的DC电压的输出端子之间设置输出晶体管，将输出端子的电压反馈输入，并对应当维持给定的DC电压的输出晶体管进行控制，同时，一旦被输入了过电流检测电路的过电流检测信号，便截止输出晶体管。
发明效果
本发明的理想实施方式的相关过电流检测电路，将监控用晶体管与输出电流检测用晶体管的串联体与输出晶体管并联，并且将参考用晶体管与输出电流检测用晶体管并联，通过将输出电流检测用晶体管的输出与参考用晶体管的输出进行比较，检测出过电流，因此即使所输入的电源电压或温度发生变化，该晶体管的特性相对来说也没有什么变动，因此能够抑制过电流检测水平的变动。另外，具有它的调节器，由于过电流检测水平稳定，因此能够提高可靠度。
附图说明
图1为本发明的实施方式的相关过电流检测电路以及具有它的调节器的电路图。
图2为如上的动作波形图。
图3为本发明的另一实施方式的相关过电流检测电路以及具有它的调节器的电路图。
图4为背景技术的过电流检测电路以及具有它的调节器的电路图。
图5为背景技术的另一过电流检测电路以及具有它的调节器的电路图。
图中：1、2-调节器，10a、10b-过电流检测电路，11-输出晶体管，13-负载，21-监控用晶体管，22a、22b-输出电流检测用晶体管，23-参考用晶体管，24-恒流源，25a、25b-比较电路，28-检测用偏置电压，31-第1比较用晶体管，32-第2比较用晶体管，33-第2恒流源，Vcc-输入的电源电压，OUT-调节器的输出端子。
具体实施方式
下面对照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。图1为本发明的实施方式的过电流检测电路以及具有它的调节器的电路图。该调节器1在电源电压Vcc与输出端子OUT之间设有采用P型MOS晶体管的输出晶体管11，通过控制输出晶体管11来将输出端子OUT维持为给定的DC电压，同时，在输出晶体管11中流通过电流的情况下，过电流检测电路10a将其检测出来并截止输出晶体管11。更详细地说，该调节器1具有：输入端(源极)被输入电源电压Vcc，控制端(栅极)被输入控制电压，从输出端(漏极)输出输出电流I0的输出晶体管11；让输出晶体管11的输出端所产生的电压平滑化的平滑化电路12；输出平滑化了的给定的DC电压的输出端子OUT；反馈输入输出端子OUT的电压并从应当维持给定的DC电压的图1中的节点C控制输出晶体管11，同时如果从节点D被输入了过电流检测电路10a的过电流检测信号，便将应当截止输出晶体管11的节点C的控制电压设为电源电压Vcc电平的控制电路14；以及在输出晶体管11中流通过电流的情况下将其检测出来，将该过电流检测信号从节点D输出给控制电路14的过电流检测电路10a。输出端子OUT与负载13相连接。
过电流检测电路10a具有：控制端(栅极)以及输出端(漏极)分别与输出晶体管11的控制端(栅极)以及输出端(漏极)相连接的采用P型MOS晶体管的监控用晶体管21；输入端(源极)被输入电源电压Vcc，控制端(栅极)被输入检测用偏置(bias)电压28，输出端(漏极)与监控用晶体管21的输入端(源极)相连接的采用P型MOS晶体管的输出电流检测用晶体管22a；生成基准电流IREF(例如10μA)的采用N型MOS晶体管的恒流源24；输入端(源极)被输入电源电压Vcc，控制端(栅极)被输入检测用偏置电压28，并且从输出端(漏极)向恒流源24流通基准电流IREF的采用P型MOS晶体管的参考用晶体管23；以及将输出电流检测用晶体管22a的输出端(漏极)的电压(也即图1中的节点B的电压)与参考用晶体管23的输出端(漏极)的电压(也即图1中的节点A的电压)进行比较，在节点D输出检测信号的由比较器所构成的比较电路25a。该比较电路25，更具体地是，在输出晶体管11中没有流通过电流时，输出高电平的检测信号，在流通过电流时将其检测出来并输出低电平的过电流检测信号。也即，过电流检测电路10a，将监控用晶体管21与输出电流检测用晶体管22a的串联体与输出晶体管11并联设置，并且将参考用晶体管23与输出电流检测用晶体管22a并联设置，通过将输出电流检测用晶体管22a的输出与参考用晶体管23的输出相比较，来检测出过电流。另外，监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22a以及参考用晶体管23的大小相等，并设为输出晶体管11的大小的1/N(例如1/50000)。另外，过电流检测电路10a还具有N型MOS晶体管26以及恒流源27，由它们决定恒流源24的电流值。
另外，同时输入给输出电流检测用晶体管22a以及参考用晶体管23的控制端的检测用偏置电压28，最好与监控用晶体管21的控制端(栅极)的电压几乎一致。例如，在调节器1是开关调节器的情况下，检测用偏置电压28最好是接地电压电平。
接下来，根据图2的动作波形图对过电流检测电路10a的动作进行说明。该动作波形图示出了节点A与B的动作波形(曲线A与曲线B)，也即节点A与B的电压相对输出电流I0的变化，以及比较电路25a的动作波形，也即检测信号输出(节点D的电压)的变化。由于监控用晶体管21与输出电流检测用晶体管22a的大小被设定为输出晶体管11的1/N，因此如果输出晶体管11中流通输出电流I0，串联的(串联体)监控用晶体管21与输出电流检测用晶体管22a中所流通的电流I1就变为约I0/2N。也即，如果设监控用晶体管21与输出电流检测用晶体管22a的等价电阻的值为R，则由于输出晶体管11的等价电阻的值为R/N，因此成立下式。
RI1+RI1＝RI0/N    …(1)
因此，
I1＝I0/2N          …(2)
这样，节点B中，为了在输出电流检测用晶体管22a中流通I0/2N的电流，而以电源电压Vcc为基准产生了必要的电压。节点B的电压，一旦输出晶体管11的输出电流I0增加便直线下降。另外，节点A中，为了在参考用晶体管23中流通基准电流IREF，而以电源电压Vcc为基准产生必要的电压。因此，输出晶体管11的输出电流I0增加，一旦监控用晶体管21以及输出电流检测用晶体管22a中所流通的电流I0/2N超过基准电流IREF的值，也即节点B的电压下降到节点A的电压以下，作为比较电路25a的输出的节点D的检测信号就从高电平变化为低电平(过电流检测信号)。具体地说，如果将N设为50000，将基准电流IREF设为10μA，则输出晶体管11的电流I0便约为1A(安培)以上，认为输出晶体管11的输出电流I0超过了过电流检测水平IE(判断流通有过电流)，将输出晶体管11截止。
这里，串联体的监控用晶体管21与输出电流检测用晶体管22a，以及参考用晶体管23的各个输出端(漏极)的电压，与输出晶体管11一样，对应于所流通的电流的值，以电源电压Vcc为基准生成。因此，这些晶体管的输出端(漏极)的电压因其他元件的影响而变动，通过这样抑制了其中所流通的电流的比率偏离大小的比率。这样，即使在电源电压Vcc发生了变动的情况下，由于上述晶体管的输出端(漏极)的电压以电源电压Vcc为基准生成，因此不受其影响，几乎没有引起过电流检测水平IE的变动。
另外，输出晶体管11、监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22a以及参考用晶体管23，均为P型MOS晶体管，因此具有相同的温度特性。因此，监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22a、以及参考用晶体管23的特性，即使温度变动也与输出晶体管11同样进行变化，因此能够抑制因温度的变动所引起的过电流检测水平IE的变动。
接下来，根据图3对本发明的另一实施方式的过电流检测电路以及具有它的调节器进行说明。该调节器2除了过电流检测电路10b以外，均与上述调节器1的构成实质上相同，因此以下对过电流检测电路10b进行说明。
过电流检测电路10b与过电流检测电路10a一样，具有监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22b、参考用晶体管23、以及生成基准电流IREF的恒流源24。并且监控用晶体管21以及参考用晶体管23的大小设定地与过电流检测电路10a一样，但输出电流检测用晶体管22b的大小，被设为监控用晶体管21以及参考用晶体管23的两倍。
另外，过电流检测电路10b将前一个实施方式中的比较器所构成的比较电路25a，替换成具有其他电路结构的比较电路25b。比较电路25b具有：介插在恒流源24与参考用晶体管23之间的二极管连接(输出端(漏极)与控制端(栅极)相连接)的采用P型MOS晶体管的第1比较用晶体管31；通过让恒流源(N型MOS晶体管)24与栅极电压共通来生成恒流源24所生成的基准电流IREF的给定倍(这里为1倍)的电流的第2恒流源33；以及介插在第2恒流源33与输出电流检测用晶体管22b之间，控制端(栅极)与第1比较用晶体管31的控制端(栅极)相连接的采用P型MOS晶体管的第2比较用晶体管32。因此，如果第2比较用晶体管32的输入端(源极)的电位下降地比第1比较用晶体管31的输入端(源极)低，第2比较用晶体管32中便不流通电流(截止)。
接下来，对过电流检测电路10b的动作进行说明。如果设监控用晶体管21与参考用晶体管23的等价电阻的值为R，则输出电流检测用晶体管22b的等价电阻的值为R/2，输出晶体管11的等价电阻的值为R/N。输出电流检测用晶体管22b中所流通的电流，分路为监控用晶体管21中所流通的电流I1与第2恒流源33中所流通的电流IREF。因此，节点B中，为了在输出电流检测用晶体管22b中流通电流IREF+I1，而以电源电压Vcc为基准生成必要的电压R(IREF+I1)/2。于是：
R(IREF+I1)/2+RI1＝RI0/N        …(3)
成立，为满足上式而在监控用晶体管21中流通电流I1。
另外，节点A中，为了让参考用晶体管23中流通基准电流IREF，而以电源电压Vcc为基准生成了必要的电压RIREF。如果节点B的电压与节点A的电压相等，则
R(IREF+I1)/2＝RIREF           …(4)
成立。求解便得到：
I1＝IREF                       …(5)
将式(5)代入式(3)便得到：
I1＝IREF＝I0/2N               …(6)
这样，如果监控用晶体管21中所流通的电流I1超过了电流IREF，则由于节点B的电压下降到节点A的以下，因此第2比较用晶体管32截止，比较电路25b的输出，也即节点D的检测信号从高电平变为低电平(过电流检测信号)。具体地说，如果设N为50000，基准电流IREF为10μA，则输出晶体管11的输出电流I0为1A以上，节点D的检测信号变为低电平。
这样，过电流检测电路10b与过电流检测电路10a一样，在输出晶体管11中流通有过电流的情况下，将其检测出来并将过电流检测信号从节点D输出给控制电路14。另外，由于该过电流检测电路10b的比较电路25b不使用像过电流检测电路10a的比较电路25a那样的比较器，因此能够削减构成电路的元件数，减少占有面积与消耗功率。
另外，过电流检测电路10a或10b中，也可以为了调整过电流检测水平IE而变更基准电流IREF。另外，过电流检测电路10b中，还能够通过将第2恒流源(N型MOS晶体管)33的大小相对恒流源(N型MOS晶体管)24进行变更从而变更所流通的电流值的给定倍率，对过电流检测水平IE进行调整。例如，如果设第2恒流源(N型MOS晶体管)33的大小为1/2，则因为；
IREF＝2I0/5N                     …(7)
使得节点B的电压与节点A的电压相等。因此，如果设N为50000，基准电流IREF为10μA，则过电流检测水平IE变为1.25A。
另外，还能够通过将参考用晶体管23相对监控用晶体管21以及输出电流检测用晶体管22a(22b)的尺寸比进行变更，来调整过电流检测水平IE。例如，过电流检测电路10a中，如果让参考用晶体管23的尺寸为监控用晶体管21以及输出电流检测用晶体管22a的1/2，则在上述条件下(N为50000，基准电流IREF为10μA)，过电流检测水平IE变为2A。另外，过电流检测电路10b中，如果让参考用晶体管23的尺寸为监控用晶体管21的1/2，则因为：
IREF＝I0/5N                     …(8)
使得节点B的电压与节点A的电压相等。因此，在上述条件下(N为50000，基准电流IREF为10μA)，过电流检测水平IE变为2.5A。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式，还能够在权利要求所述的事项的范围内，进行各种设计变更。例如，上述实施方式中，所说明的是调节器的输出晶体管11为P型MOS晶体管，过电流检测电路的监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22a(22b)以及参考用晶体管23均为P型MOS晶体管，但输出晶体管11还可以采用N型MOS晶体管、PNP型双极性晶体管或NPN型双极性晶体管，这种情况下，当然监控用晶体管21、输出电流检测用晶体管22a(22b)以及参考用晶体管23可以对应上述类型构成过电流检测电路。

Claims (4)

1.一种过电流检测电路，在输入端被输入电源电压，控制端被输入控制电压，从输出端输出输出电流的输出晶体管中，流通有过电流时，将其检测出来，
所述过电流检测电路具有：
控制端以及输出端分别与输出晶体管的控制端及输出端相连接的监控用晶体管；
输入端被输入电源电压，控制端被输入检测用偏置电压，输出端与监控用晶体管的输入端相连接的输出电流检测用晶体管；
生成基准电流的恒流源；
输入端被输入电源电压，控制端被输入检测用偏置电压，从输出端向所述恒流源流入所述基准电流的参考用晶体管；以及
通过将输出电流检测用晶体管的输出端的电压，与参考用晶体管的输出端的电压进行比较，在输出晶体管中流通有过电流时，将其检测出来并输出过电流检测信号的比较电路。
2.如权利要求1所述的过电流检测电路，其特征在于，
所述输出晶体管、所述监控用晶体管、所述输出电流检测用晶体管以及所述参考用晶体管是P型MOS晶体管。
3.如权利要求1或2所述的过电流检测电路，其特征在于，
所述比较电路具有：介插在所述恒流源与参考用晶体管之间的二极管连接的第1比较用晶体管；生成所述恒流源所生成的基准电流的给定倍电流的第2恒流源；以及介插在第2恒流源与输出电流检测用晶体管之间，控制端与第1比较用晶体管的控制端相连接的第2比较用晶体管。
4.一种调节器，具有权利要求1～3中任一项所述的过电流检测电路，其特征在于，
设有控制电路，其在电源电压与输出给定的DC电压的输出端子之间设置有输出晶体管，将输出端子的电压反馈输入，并对应当维持给定的DC电压的输出晶体管进行控制，同时，一旦被输入了过电流检测电路的过电流检测信号，便截止输出晶体管。
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