JP2007334761A - 電圧生成回路及びそれを備えた電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】基準電圧の異常を正確に検出可能な電圧生成回路及びそれを備えた電源回路を提供する。
【解決手段】電源回路１は、電圧生成回路２と、レギュレータ３と、電圧検出器４と、起動制御回路５と、２つの論理積回路６、７とを備えている。電圧生成回路２は、基準電圧Ｖｒｅｆをレギュレータ３及び電圧検出器４に出力するためのものであると共に、基準電圧Ｖｒｅｆの正常又は異常に基づいて判定信号Ｓ_１を論理積回路６、７に出力するためのものである。電圧生成回路２は、基準電圧発生回路８と、基準電圧判定回路９とを備えている。基準電圧判定回路９は、基準電圧発生回路８により出力される基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値以上ならば流れる検出電流Ｉ_４に基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆの異常を検出又はあらかじめ検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基準電圧を生成するための電圧生成回路及びそれを備えた電源回路に関する。

従来、一定の電圧を出力するためのレギュレータ等に基準電圧を入力するための基準電圧発生回路（電圧生成回路）及びそれを備えた電源回路が知られている。

例えば、特許文献１には、基準電圧発生回路と、電圧比較回路と、電圧検出回路と、スイッチ回路とを備えた電源回路が開示されている。この電源回路では、基準電圧発生回路から電圧比較回路には基準電圧が入力されると共に、電圧検出回路から電圧比較回路には出力電圧に基づく供給電圧が入力される。そして、電圧比較回路では、基準電圧と供給電圧とが比較され、その結果に基づいてスイッチ回路が制御される。これによりスイッチ回路から出力される出力電圧が一定の電圧値に保たれる。

更に、上述した基準電圧発生回路にバンドギャップリファレンス回路（以下、ＢＧＲ回路という）を適用した電源回路が知られている。例えば、図３に示すような、ＢＧＲ回路からなる基準電圧発生回路５８では、バッテリー電圧Ｖｂａｔが入力されている定電流源６５から流れる定電流Ｉ_１１のうち一部が、カレントミラー回路ＣＭ１１の抵抗Ｒ_１１、Ｒ_１２を介してトランジスタＱ_１１、Ｑ_１２に電流Ｉ_１２、Ｉ_１３として流れると共に、残りの電流Ｉ_１４がトランジスタＱ_１３に流れる。

この基準電圧発生回路５８では、定電流Ｉ_１１が一定の電流値以上ならば電流Ｉ_１２、Ｉ_１３を一定にすることができるので、定電流源６５からの定電流Ｉ_１１が一定の電流値以上ならば、基準電圧発生回路５８から出力される基準電圧Ｖｒｅｆを一定に保つことができる。尚、安定化回路ＳＣ_１は、電流Ｉ_１２、Ｉ_１３を安定化させるものである。
特開平７−２８１７６９号公報

しかしながら、上述のように基準電圧発生回路５８にＢＧＲ回路を適用した電源回路では、基準電圧発生回路５８に電力を供給するバッテリー等に異常が発生して、バッテリー電圧Ｖｂａｔが低下し、定電流源６５からの定電流Ｉ_１１が所定の電流値よりも小さくなった場合、電流Ｉ_１２、Ｉ_１３が小さくなる。

この結果、基準電圧発生回路５８から所定の電圧値とは異なる基準電圧Ｖｒｅｆが出力されることになる。このような状況でも、電圧比較回路は、所定の電圧値と異なる基準電圧と供給電圧とを比較してスイッチ回路を制御するので、出力電圧が低下して、電源回路に接続された電子機器等が誤作動するといった問題がある。

ここで、この基準電圧Ｖｒｅｆを判定するためのコンパレータ回路を設けることも考えられるが、コンパレータ回路にも当該基準電圧（以下、第１基準電圧）と比較するための基準電圧（以下、第２基準電圧）が必要となる。しかしながら、第２基準電圧を別途生成しても、バッテリーの異常などにより第２基準電圧も同じように変動するので、第２基準電圧を用いて第１基準電圧を比較しても、コンパレータ回路によって第１基準電圧の異常を正確に検出することはできない。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、基準電圧の異常を正確に検出可能な電圧生成回路及びそれを備えた電源回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、所定の電流値以上の電流が流れることによって所定の基準電圧を生成している場合には検出電流を出力する基準電圧発生回路と、前記基準電圧発生回路の検出電流に基づいて前記基準電圧の異常を検出又は異常をあらかじめ検出して判定信号を出力する基準電圧判定回路とを備えたことを特徴とする電圧生成回路である。

また、請求項２記載の発明は、所定の電流値以上の電流が流れることによって所定の基準電圧を生成している場合には検出電流を出力する基準電圧発生回路と、前記基準電圧発生回路の検出電流に基づいて前記基準電圧の異常を検出又は異常をあらかじめ検出して判定信号を出力する基準電圧判定回路とを備えたことを特徴とする電圧生成回路とを有する電圧生成回路と、前記電圧生成回路から基準電圧が入力されるレギュレータと、前記レギュレータを制御するための起動信号を出力する起動制御回路と、前記基準電圧判定回路からの判定信号と前記起動制御回路からの起動信号とに基づいて、前記レギュレータにオン／オフ信号を入力するオン／オフ入力回路とを備えたことを特徴とする電源回路である。

本発明によれば、基準電圧判定回路が、基準電圧発生回路から出力される検出電流に基づいて基準電圧を判定するので、コンパレータなどを用いて基準電圧を判定する場合に比べて、確実に基準電圧の異常を検出、又は、あらかじめ検出することができる。また、従来、使われていなかった過電流により基準電圧の異常を検出するので電力消費の増大を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明による電源回路の全体構成図を示す。図２は、本発明による電圧生成回路の回路図である。

図１に示すように、電源回路１は、電圧生成回路２と、レギュレータ３と、電圧検出器４と、起動制御回路５と、２つの論理積回路６、７とを備えている。

電圧生成回路２は、基準電圧発生回路８と、基準電圧判定回路９とを備えている。

基準電圧発生回路８は、基準電圧Ｖｒｅｆをレギュレータ３及び電圧検出器４に出力するためのものである。図２に示すように、基準電圧発生回路８は、カレントミラー回路ＣＭ１と、検出電流用のトランジスタＱ_３と、安定化回路ＳＣとを含むＢＧＲ回路からなる。カレントミラー回路ＣＭ１は、一対のトランジスタＱ_１、Ｑ_２と、抵抗Ｒ_１〜Ｒ_３とを備えている。また、カレントミラー回路ＣＭ１及びトランジスタＱ_３には、定電流源１５から定電流Ｉ_１が供給されると共に、安定化回路ＳＣには定電流源１６から定電流Ｉ_８が供給される。

基準電圧判定回路９は、一対のトランジスタＱ_４、Ｑ_５を備えたカレントミラー回路ＣＭ２と、インバータＩＮとを備え、定電流源１７から定電流Ｉ_７がトランジスタＱ_５及びインバータＩＮに供給されている。基準電圧判定回路９は、基準電圧Ｖｒｅｆに異常がないと判定した場合には、「Ｈ」レベルの判定信号Ｓ_１を論理積回路６、７に出力する。

また、基準電圧判定回路９は、基準電圧Ｖｒｅｆが異常になると判定した場合、又は、基準電圧Ｖｒｅｆに異常が発生すると判定した場合には、「Ｌ」レベルの判定信号Ｓ_１を論理積回路６、７に出力する。尚、定電流源１５〜１７には、バッテリー（図示略）からバッテリー電圧Ｖｂａｔが入力されている。

レギュレータ３は、電圧生成回路２の基準電圧発生回路８から入力される基準電圧Ｖｒｅｆと、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてフィードバックされる帰還電圧（図示略）とを比較して一定の電圧値を有する出力電圧Ｖｏｕｔを出力側に接続された電子機器等に出力するためのものである。また、レギュレータ３には、論理積回路６からオン／オフ信号Ｓ_２が入力されて、そのオン／オフ信号Ｓ_２に基づいてオン状態又はオフ状態に制御される。

電圧検出器４は、電圧生成回路２の基準電圧発生回路８から入力される基準電圧Ｖｒｅｆと、レギュレータ３から入力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づく比較電圧Ｖｃとを比較して、その比較した結果に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔの異常を知らせるための検出電圧Ｖｄを出力するものである。

具体的には、比較電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合には出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧値よりも高いとして「Ｈ」レベルの検出電圧Ｖｄを出力する。また、比較電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合には出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧値よりも高いとして「Ｌ」レベルの検出電圧Ｖｄを出力する。また、電圧検出器４には、論理積回路７からオン／オフ信号Ｓ_３が入力されて、そのオン／オフ信号Ｓ_３に基づいてオン状態又はオフ状態に制御される。

起動制御回路５は、レギュレータ３及び電圧検出器４の起動を制御するためのものである。起動制御回路５は、レギュレータ３及び電圧検出器４をオン状態にする際には、論理積回路６に「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_４を送ると共に、論理積回路７にも「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_５を送る。また、レギュレータ３及び電圧検出器４をオフ状態にする際には、起動制御回路５は、論理積回路６に「Ｌ」レベルの起動信号Ｓ_４を送ると共に、論理積回路７にも「Ｌ」レベルの起動信号Ｓ_５を送る。

論理積回路６（請求項２記載のオン／オフ入力回路に相当）は、基準電圧判定回路９からの判定信号Ｓ_１及び起動制御回路５からの起動信号Ｓ_４に基づいて、レギュレータ３にオン／オフ信号Ｓ_２を入力するためのものである。

具体的には、論理積回路６に「Ｈ」レベルの判定信号Ｓ_１と「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_４が入力されると、「Ｈ」レベルのオン信号Ｓ_２が論理積回路６からレギュレータ３に入力される。また、論理積回路６に入力された判定信号Ｓ_１及び起動信号Ｓ_４の少なくともいずれか一方が「Ｌ」レベルの場合には、「Ｌ」レベルのオフ信号Ｓ_２が論理積回路６からレギュレータ３に入力される。

論理積回路７は、基準電圧判定回路９からの判定信号Ｓ_１及び起動制御回路５からの起動信号Ｓ_５に基づいて、電圧検出器４にオン／オフ信号Ｓ_３を入力するためのものである。具体的には、論理積回路７に「Ｈ」レベルの判定信号Ｓ_１と「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_５が入力されると、「Ｈ」レベルのオン信号Ｓ_３が論理積回路７から電圧検出器４に入力される。また、論理積回路７に入力された判定信号Ｓ_１及び起動信号Ｓ_５の少なくともいずれか一方が「Ｌ」レベルの場合には、「Ｌ」レベルのオフ信号Ｓ_３が論理積回路７から電圧検出器４に入力される。

次に、電圧生成回路２の動作を中心に電源回路１の動作説明を行う。尚、起動制御回路５から論理積回路６、７には、共に「Ｈ」レベル（即ち、オン信号）が入力されているものとする。

この電源回路１において、定電流源１５からカレントミラー回路ＣＭ１に定電流Ｉ_１が供給されると、電流Ｉ_２、Ｉ_３が抵抗Ｒ_１、Ｒ_２を介してトランジスタＱ_１、Ｑ_２に流れる。尚、安定化回路ＳＣによって電流Ｉ_２、Ｉ_３の電流値は安定化されている。

そして、定電流源１５から所定の電流値以上の電流Ｉ_１が基準電圧発生回路８に流れている場合、即ち「Ｉ_１＞Ｉ_２＋Ｉ_３の最大値」の場合、電流Ｉ_２、Ｉ_３はその最大値を維持しつつ流れる。これにより、所定の電圧値を有する基準電圧Ｖｒｅｆが一定に保ちつつ出力される。尚、電流Ｉ_２、Ｉ_３の電流値の最大値は、抵抗Ｒ_１〜Ｒ_３の抵抗値及びトランジスタＱ_１、Ｑ_２の特性及びボルツマン定数、温度等によって決定される固定値である。

また、「Ｉ_１＞Ｉ_２＋Ｉ_３の最大値」の場合、定電流Ｉ_１の一部が検出電流Ｉ_４（＝Ｉ_１−Ｉ_２−Ｉ_３）としてトランジスタＱ_３のコレクタへと流れる。更に、検出電流Ｉ_４は、トランジスタＱ_３を介してトランジスタＱ_４、Ｑ_５へと流れる。

そして、検出電流Ｉ_４の一部は、電流Ｉ_５としてトランジスタＱ_４、Ｑ_５のベースへと流れて、トランジスタＱ_４、Ｑ_５をオン状態にする。これによって、検出電流Ｉ_４の一部は、電流Ｉ_６としてトランジスタＱ_４のコレクタに流れるとともに、定電流源１７から供給される定電流Ｉ_７の一部又は全部がトランジスタＱ_５を流れる。尚、定電流Ｉ_７の電流値は「Ｉ_７＜Ｉ_６の最大値」となるように設定されている。

ここで、バッテリーが、正常な電圧値のバッテリー電圧Ｖｂａｔを出力して、定電流Ｉ_１の電流値が充分に大きい状態では、これに伴って、充分に大きい検出電流Ｉ_４が流れるので、トランジスタＱ_４のコレクタに流れる電流Ｉ_６も「Ｉ_７＜Ｉ_６」を満たす電流値を有する。

従って、トランジスタＱ_４とカレントミラー回路ＣＭ２を構成するトランジスタＱ_５のコレクタに定電流Ｉ_７よりも大きい電流Ｉ_６と同じ電流値の電流を流そうとするので、インバータＩＮに「Ｌ」レベルの信号が入力される。この結果、バッテリー電圧Ｖｂａｔが正常に出力され、基準電圧Ｖｒｅｆが正常に出力されている（以下、正常状態という）と判定されて、インバータＩＮから「Ｈ」レベルの判定信号Ｓ_１が出力される。

一方、バッテリーから出力されるバッテリー電圧Ｖｂａｔの電圧値の低下などにより、定電流Ｉ_１の電流値が低下すると、検出電流Ｉ_４の電流値が小さくなるか、又は、検出電流Ｉ_４が流れなくなる。この状態では、トランジスタＱ_４に流れる電流Ｉ_６の電流値が、「Ｉ_７＞Ｉ_６」となる。

これにより、トランジスタＱ_４とカレントミラー回路ＣＭ２を構成するトランジスタＱ_５のコレクタに定電流Ｉ_７よりも小さい電流Ｉ_６と同じ電流値の電流を流そうとするので、インバータＩＮに「Ｈ」レベルの信号が入力される。この結果、バッテリー電圧Ｖｂａｔの低下等により、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値が異常又はまもなく低下して異常になる（以下、異常状態）と判定されて、インバータＩＮから「Ｌ」レベルの判定信号が出力される。

尚、電流Ｉ_７の電流値は、適宜変更可能であり、上述の内容からわかるように、電流Ｉ_７の電流値を大きくすれば、基準電圧Ｖｒｅｆの異常をあらかじめより早く検出することができ、電流Ｉ_７の電流値を「０」に近づければ、異常が検出されてから基準電圧Ｖｒｅｆの異常が発生するまでの時間が短くなることになる。

この結果、正常状態では、論理積回路６、７には、起動制御回路５及び基準電圧判定回路９から共に「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_４、Ｓ_５及び判定信号Ｓ_１が入力されるので、論理積回路６、７は、レギュレータ３及び電圧検出器４に「Ｈ」レベルのオン信号Ｓ_２、Ｓ_３を入力する。この結果、レギュレータ３及び電圧検出器４がオン状態になる。

一方、異常状態では、論理積回路６、７には、起動制御回路５から「Ｈ」レベルの起動信号Ｓ_４、Ｓ_５が入力されていても、基準電圧判定回路９から「Ｌ」レベルの判定信号Ｓ_１が入力されるので、論理積回路６、７は、レギュレータ３及び電圧検出器４に「Ｌ」レベルのオフ信号Ｓ_２、Ｓ_３を入力する。この結果、レギュレータ３及び電圧検出器４がオフ状態になる。

上述したように、本実施形態による電源回路１の電圧生成回路２は、基準電圧発生回路８により出力される基準電圧Ｖｒｅｆの異常又は異常が発生することを検出電流Ｉ_４に基づく電流Ｉ_６により検出する基準電圧判定回路９を備えているので、基準電圧Ｖｒｅｆの異常又は異常が発生することを確実に検出することができる。

この結果、基準電圧Ｖｒｅｆの異常に伴うレギュレータ３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの異常を防ぎ、レギュレータ３に接続されている電子機器の誤動作を防ぐことができる。また、従来、使用されていない検出電流Ｉ_４を用いて基準電圧Ｖｒｅｆの異常を検出するので、電力の増大を抑制することができる。

以上、上記実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲内で変更して実施することができる。即ち、本明細書の記載は、一例であり、本発明を何ら限定的な意味に解釈させるものではない。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

上述の実施形態では、電流Ｉ_６が電流Ｉ_５よりも小さい場合に、基準電圧Ｖｒｅｆに異常が発生すると判定して「Ｌ」レベルの判定信号Ｓ_１を出力するように構成したが、電流Ｉ_６が「０」になり、基準電圧Ｖｒｅｆが既に異常になった際にのみ、異常を知らせるための「Ｌ」レベルの判定信号Ｓ_１を出力するように構成してもよい。

本発明による電源回路の全体構成図を示す。 本発明による電圧生成回路の回路図である。 従来の基準電圧発生回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ 電圧生成回路
３ レギュレータ
４ 電圧検出器
５ 起動制御回路
６、７ 論理積回路
８ 基準電圧発生回路
９ 基準電圧判定回路
１５〜１７ 定電流源
ＣＭ１、ＣＭ２ カレントミラー回路
Ｉ_１、Ｉ_７、Ｉ_８ 定電流
Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_５、Ｉ_６ 電流
Ｉ_４ 検出電流
ＩＮ インバータ
Ｑ_１〜Ｑ_５ トランジスタ
Ｒ_１〜Ｒ_３ 抵抗
Ｓ_１ 判定信号
Ｓ_２、Ｓ_３ オン／オフ信号
Ｓ_４、Ｓ_５ 起動信号
ＳＣ 安定化回路
Ｖｂａｔ バッテリー電圧
Ｖｃ 比較電圧
Ｖｄ 検出電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (2)

1. 所定の電流値以上の電流が流れることによって所定の基準電圧を生成している場合には検出電流を出力する基準電圧発生回路と、
   前記基準電圧発生回路の検出電流に基づいて前記基準電圧の異常を検出又は異常をあらかじめ検出して判定信号を出力する基準電圧判定回路とを備えたことを特徴とする電圧生成回路。
2. 所定の電流値以上の電流が流れることによって所定の基準電圧を生成している場合には検出電流を出力する基準電圧発生回路と、前記基準電圧発生回路の検出電流に基づいて前記基準電圧の異常を検出又は異常をあらかじめ検出して判定信号を出力する基準電圧判定回路とを備えたことを特徴とする電圧生成回路とを有する電圧生成回路と、
   前記電圧生成回路から基準電圧が入力されるレギュレータと、
   前記レギュレータを制御するための起動信号を出力する起動制御回路と、
   前記基準電圧判定回路からの判定信号と前記起動制御回路からの起動信号とに基づいて、前記レギュレータにオン／オフ信号を入力するオン／オフ入力回路とを備えたことを特徴とする電源回路。
   
   
   
   
   
   

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