JP2009294841A - 直流安定化電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電流に過電流が生じなくなる直流安定化電源装置を提供する。
【解決手段】直流安定化電源装置３１は、入力電圧Ｖｉｎが入力され出力電圧Ｖｏを出力するＰＮＰトランジスタＱ１と、出力電圧Ｖｏを帰還した抵抗分圧Ｖａｄｊと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較した電圧を増幅した誤差増幅器出力電圧Ｖ１を出力する誤差増幅器Ａ１と、誤差増幅器出力電圧Ｖ１に基づきＰＮＰトランジスタＱ１をドライブするバッファアンプ・ベースドライブ回路３と、位相補償抵抗Ｒｆ１及び位相補償容量Ｃｆ１を有し、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力と誤差増幅器Ａ１の出力との間に設けられる位相補償回路２９とを備える直流安定化電源装置において、位相補償回路２９と、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力との間を、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦより小さい時に開き、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になると閉じるスイッチ回路４１をさらに備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、低損失型（LDO（low drop out）：ロー・ドロップアウト）である直流安定化電源装置及び低損失型である定電圧電源装置に関するものであり、特にこれらの電源装置が備える位相補償回路に関するものである。

図７は、従来の直流安定化電源装置１０１の回路構成を示すブロック図である。直流安定化電源装置１０１は、大略的にはＰＮＰトランジスタＱ１０１と、基準電圧回路１０２と、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂと、誤差増幅器（Error Amplifier：E-Amp）Ａ１と、バッファアンプ・ベースドライブ回路１０３とを備えている。

ＰＮＰトランジスタＱ１０１は、入力電圧Ｖｉｎが入力され出力電圧Ｖｏを出力する。基準電圧回路１０２は、バンドギャップ電圧を基準としている。分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂは、出力電圧Ｖｏを分圧する。誤差増幅器Ａ１は、基準電圧Ｖｒｅｆを一方の入力とし、出力電圧Ｖｏを分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂにより分圧した抵抗分圧Ｖａｄｊを他方の入力とし、両者を比較・増幅する。バッファアンプ・ベースドライブ回路１０３は、バッファアンプ（Buffer Amplifier）ＢＡを有し、誤差増幅器Ａ１の出力により出力素子を駆動する。

出力電圧Ｖｏが予め設定された設定出力電圧Ｖｏ’より低い場合、即ち抵抗分圧Ｖａｄｊが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合、誤差増幅器Ａ１とバッファアンプ・ベースドライブ回路１０３により出力素子であるＰＮＰトランジスタＱ１のベースをドライブすることにより、出力電圧Ｖｏを上昇させ、設定出力電圧Ｖｏ’になるように、即ち抵抗分圧Ｖａｄｊが基準電圧Ｖｒｅｆと等しくになるように制御する。

出力電圧Ｖｏを出力する出力端子１０４とグランド（ＧＮＤ）との間には、インピーダンスを低減するため出力コンデンサＣｏを設け、出力電圧Ｖｏの安定化を図っている。

入力電圧Ｖｉｎがオンする時に、あるいは出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンする時に出力電圧Ｖｏが立ち上がると、出力コンデンサＣｏに充電の過電流Ｉｏ’が流れる。入力の電源容量を抑えるためこの過電流Ｉｏ’を低減する必要がある。このため、直流安定化電源装置１０１はソフト起動回路１０６を備えている。ソフト起動回路１０６は基準電圧回路１０２と誤差増幅器Ａ１との間に設けられ、基準電圧Ｖｒｅｆをゆっくり立ち上げることにより出力電圧Ｖｏをゆっくり立ち上げることで過電流Ｉｏ’が流れないようにするソフトスタート機能を有している。

以下に示す特許文献１〜特許文献５では、図７の直流安定化電源装置１０１と同様にソフトスタートを行うものが開示されている。

まず特許文献１では、出力電圧を制御できる出力電圧制御入力端を備え、かつ、グランド電位から所定の定電圧状態への移行は、大きな時定数をもった、ソフトスタート化が可能な定電圧装置が開示されている。次に特許文献２では、起動時の突入電流を軽減させるために、起動時に入力される電圧を徐々に上昇させることによって、出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタート機能を設けた電源装置が開示されている。

特許文献３及び特許文献４では、起動時の突入電流を軽減させるために、起動時に入力される電圧を徐々に上昇させることによって、出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタート機能を設けた電源装置が開示されている。

そして特許文献５では、占有面積の拡大や精度の悪化を招くことなく、ソフトスタート電圧の上昇をより一層緩やかなものとすることが可能なソフトスタート回路、並びに、これを用いた電源装置及び電気機器が開示されている。
特開平２−１１３３１４号公報（平成２年４月２５日公開） 特開２００１−８４０４４号公報（２００１年３月３０日公開） 特開２００６−１１４０６７号公報（２００６年４月２７日公開） 特開２００６−１１４０６８号公報（２００６年４月２７日公開） 特開２００７−４３８６２号公報（２００７年２月１５日公開）

図７の直流安定化電源装置１０１のような低損失レギュレータにおいて、主に誤差増幅器あるいはバッファアンプ・ベースドライブ回路で位相補償がなされている。図８は、図７の直流安定化電源装置１０１においてバッファアンプ・ベースドライブ回路で位相補償された従来の直流安定化電源装置１０７のブロック図である。

直流安定化電源装置１０７の通常動作状態では、位相補償抵抗Ｒｆ１と位相補償容量Ｃｆ１とが直列接続された位相補償回路１０８の両端には、出力電圧Ｖｏと誤差増幅器出力電圧Ｖ１との差の電圧Ｖｏ−Ｖ１が印加されている。

しかし、入力電圧Ｖｉｎがオフあるいは出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオフにされた状態では出力電圧Ｖｏが低下して０Ｖになり、位相補償容量Ｃｆ１の電荷が放電される。位相補償回路１０８の両端電圧は、直流安定化電源装置１０７の通常動作状態の電圧Ｖｏ−Ｖ１より低下するものの、一定の電圧ＶＦとなる。

この状態から、入力電圧Ｖｉｎがオンする場合あるいは出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンする場合、ソフトスタートさせるためには、基準電圧Ｖｒｅｆは０Ｖから徐々に上昇し、かつ初期状態、即ち基準電圧Ｖｒｅｆ＝０Ｖである状態から、誤差増幅器Ａ１及びバッファアンプ・ベースドライブ回路１０９が正常に動作している必要がある。

位相補償容量Ｃｆ１に電荷が残った状態で、入力電圧Ｖｉｎがオンする場合あるいは出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンする場合、基準電圧Ｖｒｅｆは０Ｖから徐々に上昇するものの、出力電圧Ｖｏは０Ｖであり、位相補償回路１０８の他端である誤差増幅器出力電圧Ｖ１＝−ＶＦである。初期状態から位相補償回路１０８の両端に電圧Ｖｏ−Ｖ１が印加された通常動作状態になるまで、バッファアンプ・ベースドライブ回路１０９は出力トランジスタＱ１０１を最大にドライブする状態になる。

つまり、通常動作状態を経て位相補償容量Ｃｆ１に電荷が残った状態で、入力電圧Ｖｉｎがオンする場合あるいは出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンする場合、大きな出力電流Ｉｏが流れることになり、基本機能である過電流Ｉｏ’を流さないソフトスタート機能が喪失することになる。位相補償を行うために位相補償容量Ｃｆ１の容量値を大きくすると、上述した現象がより顕著となり、より大きな過電流Ｉｏ’が流れることになる。

図９は、図８の直流安定化電源装置１０７の初期状態からの動作を示す波形図である。出力制御端子１０５から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンすると過電流Ｉｏ’が流れる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、出力電流に過電流が生じなくなる直流安定化電源装置を提供する事にある。

本発明の直流安定化電源装置は、上記課題を解決するために、入力電圧が入力され出力電圧を出力する出力トランジスタと、出力電圧を帰還した電圧と、基準電圧とを比較し、比較した電圧を増幅した誤差増幅電圧を出力する誤差増幅手段と、上記誤差増幅電圧に基づき上記出力トランジスタをドライブするドライブ手段と、位相補償抵抗及び位相補償容量を有し、上記出力トランジスタの出力と上記誤差増幅手段の出力との間に設けられる位相補償手段とを備える直流安定化電源装置において、上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力との間を、上記出力電圧が上記位相補償手段の両端電圧より小さい時に開き、上記出力電圧が上記両端電圧以上になると閉じるスイッチ手段をさらに備えることを特徴とする。

上記発明によれば、上記出力電圧が立ち上がる際には、上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力との間を開くことにより、上記誤差増幅電圧は０Ｖとなる。また、上記出力電圧が上記両端電圧以上になり、上記誤差増幅電圧が正となると、上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力との間を閉じる。

これにより、上記誤差増幅手段及び上記ドライブ手段は、初期状態、即ち上記基準電圧が０Ｖである状態から正常に動作し、上記出力電圧を帰還した電圧は、０Ｖから徐々に上昇する上記基準電圧に追従して上昇する。よって、上記出力電圧は、上記基準電圧の上昇に追従した緩やかな立ち上がり特性となり、出力電流に過電流が生じなくなる。

上記直流安定化電源装置では、上記スイッチ手段は、上記位相補償手段と上記出力トランジスタの出力との間を開閉するスイッチと、上記出力電圧が上記両端電圧より小さい時に上記スイッチを開き、上記出力電圧が上記両端電圧以上になると上記スイッチを閉じるように制御する制御手段とを有してもよい。

これにより、上記出力電流に過電流は生じなくなり、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

上記直流安定化電源装置では、上記スイッチと並列に抵抗を接続してもよい。

上記出力電圧が上記位相補償回路の上記両端電圧より小さい時、即ち上記スイッチ手段が開いている時でも、上記位相補償抵抗と上記抵抗とにより抵抗は大きい値となるが、上記位相補償手段が接続されている状態となる。このため、上記抵抗を接続することにより、上記抵抗を接続していない直流安定化電源装置よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

上記直流安定化電源装置では、上記スイッチ手段は、ＰＮＰトランジスタ及び電流源を有し、上記ＰＮＰトランジスタのコレクタは上記位相補償手段に接続され、上記ＰＮＰトランジスタのエミッタは上記出力トランジスタの出力に接続され、上記ＰＮＰトランジスタのベースは上記電流源の入力に接続され、上記電流源の出力は電気的に接地されてもよい。

上記電流源により、上記ＰＮＰトランジスタのベースは常にローとなっている。初期状態では上記出力電圧が０Ｖであるので、上記ＰＮＰトランジスタのエミッタもローとなり、上記ＰＮＰトランジスタはオフしている。これにより、上記出力電圧が立ち上がり、上記出力電圧が上記両端電圧以上になる際に、上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力との間を遮断できるので、上記出力電流に過電流は生じなくなる。

上記出力電圧が上記両端電圧以上になると、上記ＰＮＰトランジスタのエミッタ−ベース間電圧が所定値より大きくなり、上記ＰＮＰトランジスタがオンされる。よって上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力とが接続される。従って、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

上記直流安定化電源装置では、上記ＰＮＰトランジスタのエミッタ−コレクタ間に抵抗を接続してもよい。

上記出力電圧が上記位相補償回路の上記両端電圧より小さい時、即ち上記スイッチ手段が開いている時でも、上記位相補償抵抗と上記抵抗とにより抵抗は大きい値となるが、上記位相補償手段が接続されている状態となる。このため、上記抵抗を接続することにより、上記抵抗を接続していない直流安定化電源装置よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

上記いずれかの直流安定化電源装置では、フの字特性を有する短絡保護手段をさらに備えてもよい。

これにより、軽負荷時から重負荷時においてより安定な動作が可能である。

本発明の直流安定化電源装置は、以上のように、位相補償手段と、出力トランジスタの出力との間に設けられ、出力電圧に応じて開閉するスイッチ手段をさらに備えるものである。

それゆえ、出力電流に過電流が生じなくなる直流安定化電源装置を提供するという効果を奏する。

本発明の一実施形態について実施例１〜実施例４、及び図１〜図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本発明の実施の形態に係る直流安定化電源装置１の回路構成を示すブロック図である。直流安定化電源装置１は、大略的にはＰＮＰトランジスタＱ１と、基準電圧回路２と、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂと、誤差増幅器（Error Amplifier：E-Amp）Ａ１と、バッファアンプ・ベースドライブ回路３と、オン／オフ回路４と、ソフト起動回路５と、過熱保護回路６と、過電流短絡保護回路７とを備えている。直流安定化電源装置１は、入力端子８、出力端子９、接地端子１０、基準端子１１及び出力制御端子１２をさらに有している。バッファアンプ・ベースドライブ回路３は、バッファアンプ（Buffer Amplifier）ＢＡを有している。

入力端子８は、オン／オフ回路４の電源端子１３、誤差増幅器Ａ１の電源端子１４、ソフト起動回路５の電源端子４５、バッファアンプＢＡの電源端子４６及びＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタに接続されており、入力電圧Ｖｉｎが入力される。出力端子９は、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ、分圧抵抗Ｒａの一端及び出力コンデンサＣｏの一端に接続されており、出力電圧Ｖｏを出力する。接地端子１０は、分圧抵抗Ｒｂの一端、基準電圧回路２の接地端子１５、誤差増幅器Ａ１の接地端子１６、ソフト起動回路５の接地端子４７、バッファアンプＢＡの接地端子４８、過熱保護回路６の接地端子１７、過電流短絡保護回路７の接地端子４９及び出力コンデンサＣｏの他端に接続され、かつ電気的に接地されている。

基準端子１１は、ソフト起動回路５の出力端子１８、誤差増幅器Ａ１の非反転入力端子（＋）、及びコンデンサＣの一端に接続され、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。コンデンサＣの他端は電気的に接地されている。出力制御端子１２は、オン／オフ回路４の入力端子１９に接続されており、制御電圧Ｖｃが入力される。

オン／オフ回路４の出力端子２０は、基準電圧回路２の入力端子２１に接続されている。基準電圧回路２の出力端子２２は、ソフト起動回路５の入力端子２３及び過熱保護回路６の入力端子２４に接続されている。過熱保護回路６の出力端子２５は、誤差増幅器Ａ１の出力端子、バッファアンプＢＡの入力端子及び過電流短絡保護回路７の出力端子２６に接続されている。バッファアンプＢＡの出力は、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース及び過電流短絡保護回路７の第１入力端子２７に接続されている。誤差増幅器Ａ１の反転入力端子（−）は、分圧抵抗Ｒａの他端、分圧抵抗Ｒｂの他端及び過電流短絡保護回路７の第２入力端子２８に接続されている。第１入力端子２７は、バッファアンプＢＡとＰＮＰトランジスタＱ１のベースとの間に流れるベースドライブ電流を検出する。第２入力端子２８は、出力端子９が短絡されているか否かを検出する。

基準電圧回路２の出力端子２２からは、バンドギャップ電圧を基準とした、温度特性のフラットな電圧Ｖが出力されている。過熱保護回路６は、電圧Ｖの抵抗による分圧と、ＮＰＮトランジスタのベースエミッタ間電圧ＶＢＥの温度特性とにより温度検出して、規定の温度でベースドライブ電流を遮断する。

ＰＮＰトランジスタＱ１は、入力電圧Ｖｉｎが入力され出力電圧Ｖｏを出力する。基準電圧回路２は、バンドギャップ電圧を基準としている。分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂは、出力電圧Ｖｏを分圧する。誤差増幅器Ａ１は、基準電圧Ｖｒｅｆを一方の入力とし、出力電圧Ｖｏを分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂにより分圧した抵抗分圧Ｖａｄｊを他方の入力とし、両者を比較・増幅し、誤差増幅器出力電圧Ｖ１を出力する。バッファアンプ・ベースドライブ回路３は、誤差増幅器Ａ１から出力される誤差増幅器出力電圧Ｖ１によりＰＮＰトランジスタＱ１をドライブする、即ち駆動する。

出力電圧Ｖｏが予め設定された設定出力電圧Ｖｏ’より低い場合、即ち抵抗分圧Ｖａｄｊが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合、誤差増幅器Ａ１とバッファアンプ・ベースドライブ回路３により出力素子であるＰＮＰトランジスタＱ１のベースをドライブすることにより、出力電圧Ｖｏを上昇させ、設定出力電圧Ｖｏ’になるように、即ち抵抗分圧Ｖａｄｊが基準電圧Ｖｒｅｆと等しくになるように制御する。

出力電圧Ｖｏを出力する出力端子９とグランド（ＧＮＤ）との間には、インピーダンスを低減するため出力コンデンサＣｏを設け、出力電圧Ｖｏの安定化を図っている。

入力電圧Ｖｉｎがオンする時に、あるいは出力制御端子１２から入力される制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンする時に出力電圧Ｖｏが立ち上がり、この立ち上がりの傾斜に応じて出力コンデンサＣｏに充電の過電流Ｉｏ’が流れる。入力の電源容量を抑えるためこの過電流Ｉｏ’を低減する必要がある。このため、直流安定化電源装置１はソフト起動回路５を備えている。ソフト起動回路５は基準電圧回路２と誤差増幅器Ａ１との間に設けられ、基準電圧Ｖｒｅｆをゆっくり立ち上げることにより出力電圧Ｖｏをゆっくり立ち上げることで過電流Ｉｏ’が流れないようにするソフトスタート機能を有している。

オン／オフ回路４は、出力制御端子１２から入力される制御電圧Ｖｃにより基準電圧回路２をオンする。基準電圧回路２のオンにより、ソフト起動回路５、誤差増幅器Ａ１及びバッファアンプＢＡが起動し、出力電圧Ｖｏがオンする。

直流安定化電源装置１では、誤差増幅器Ａ１あるいはバッファアンプ・ベースドライブ回路３で位相補償がなされている。以下に、図１の直流安定化電源装置１における位相補償回路の構成について、実施例１〜実施例４及び図２〜図６に基づいて説明する。

なお、図２の直流安定化電源装置３１、図４の直流安定化電源装置３３、図５の直流安定化電源装置３４及び図６の直流安定化電源装置３５は、図１の直流安定化電源装置１に位相補償回路を設けた直流安定化電源装置であり、位相補償に係わる誤差増幅器Ａ１及びバッファアンプ・ベースドライブ回路３の周辺部のみが記載されている。それ以外の構成は、直流安定化電源装置１と同一である。

〔実施例１〕
図２は、本実施例１の直流安定化電源装置３１の回路図である。直流安定化電源装置３１は、図１の直流安定化電源装置１に位相補償回路２９、位相補償回路３０、スイッチＳ１及び制御回路３２を設けたものである。スイッチ回路４１は、スイッチＳ１及び制御回路３２を有している。

位相補償回路２９は、位相補償抵抗Ｒｆ１及び位相補償容量Ｃｆ１を有している。位相補償抵抗Ｒｆ１の一端は、誤差増幅器Ａ１の出力に接続されている。位相補償抵抗Ｒｆ１の他端は、位相補償容量Ｃｆ１の一端に接続されている。位相補償容量Ｃｆ１の他端は、スイッチＳ１の一端に接続されている。スイッチＳ１の他端は、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。スイッチＳ１のオン・オフの切り替えは、制御回路３２からスイッチＳ１へ出力される信号により制御される。位相補償回路２９の両端電圧はＶＦである。出力電圧Ｖｏがオフすると、位相補償回路２９の両端電圧ＶＦは、位相補償容量Ｃｆ１の残存電圧と略同一の値となる。位相補償容量Ｃｆ１の残存電圧は、約０．５Ｖである。

位相補償回路３０は、位相補償抵抗Ｒｆ２及び位相補償容量Ｃｆ２を有している。位相補償抵抗Ｒｆ２の一端は、バッファアンプＢＡの入力に接続されている。位相補償抵抗Ｒｆ２の他端は、位相補償容量Ｃｆ２の一端に接続されている。位相補償容量Ｃｆ２の他端は、バッファアンプＢＡの出力に接続されている。

本実施例１の直流安定化電源装置３１は、出力電流Ｉｏが軽い負荷から中程度の負荷においては位相補償回路３０で位相補償されており、中負荷から重負荷時において位相補償回路２９により安定化する。ここで、軽い負荷とは、出力電流Ｉｏが０〜５ｍＡ以下程度であることを表し、中程度の負荷とは、出力電流Ｉｏが定格の半分程度であることを表し、重負荷とは、出力電流Ｉｏが定格の半分〜定格であることを表す。

出力電圧Ｖｏが立ち上がり、出力電圧Ｖｏが電圧ＶＦ以上になる際には、位相補償容量Ｃｆ１の他端とＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとの接続を遮断することにより、誤差増幅器出力電圧Ｖ１＝０となる。また、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になり、誤差増幅器出力電圧Ｖ１の出力が正となると、位相補償容量Ｃｆ１の他端と、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとを接続する。

これにより、誤差増幅器Ａ１及びバッファアンプ・ベースドライブ回路３は、初期状態、即ち基準電圧Ｖｒｅｆ＝０Ｖである状態から正常に動作し、抵抗分圧Ｖａｄｊは、０Ｖから徐々に上昇する基準電圧Ｖｒｅｆに追従して上昇する。よって、出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖｒｅｆの上昇に追従した緩やかな立ち上がり特性となり、出力電流Ｉｏに過電流は生じなくなる。

図３は、本実施例１の直流安定化電源装置３１の初期状態からの動作を示す波形図である。図９の従来の直流安定化電源装置１０７における波形図と比べると、制御電圧Ｖｃにより出力電圧Ｖｏがオンしても過電流が流れない。

直流安定化電源装置３１では、初期状態から出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になるまでは、制御回路３２からスイッチＳ１へ出力される信号によりスイッチＳ１が開かれており、即ちオフ状態であり、位相補償容量Ｃｆ１の他端とＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとが遮断されている。直流安定化電源装置３１ではこの状態で出力電圧Ｖｏが立ち上がるため、位相補償容量Ｃｆ１の影響もなく、出力電流Ｉｏに過電流は生じなくなる。

次に、出力電圧Ｖｏが立ち上がり、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になると、制御回路３２が出力電圧Ｖｏの両端電圧ＶＦ以上になることを検出し、制御回路３２からスイッチＳ１へ出力される信号によりスイッチＳ１が閉じ、即ちオンされる。従って、位相補償容量Ｃｆ１の接続により、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

〔実施例２〕
図４は、本実施例２の直流安定化電源装置３３の回路図である。直流安定化電源装置３３は、図１の直流安定化電源装置１に位相補償回路２９、位相補償回路３０、ＰＮＰトランジスタＱ２及び電流源Ｉ１を設けたものである。スイッチ回路４２は、ＰＮＰトランジスタＱ２及び電流源Ｉ１を有している。

位相補償回路２９は、位相補償抵抗Ｒｆ１及び位相補償容量Ｃｆ１を有している。位相補償抵抗Ｒｆ１の一端は、誤差増幅器Ａ１の出力に接続されている。位相補償抵抗Ｒｆ１の他端は、位相補償容量Ｃｆ１の一端に接続されている。位相補償容量Ｃｆ１の他端は、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタは、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ２のベースは、電流源Ｉ１の入力に接続され、電流源Ｉ１の他端は、電気的に接地されている。

位相補償回路３０は、位相補償抵抗Ｒｆ２及び位相補償容量Ｃｆ２を有している。位相補償抵抗Ｒｆ２の一端は、バッファアンプＢＡの入力に接続されている。位相補償抵抗Ｒｆ２の他端は、位相補償容量Ｃｆ２の一端に接続されている。位相補償容量Ｃｆ２の他端は、バッファアンプＢＡの出力に接続されている。

直流安定化電源装置３３では、電流源Ｉ１により、ＰＮＰトランジスタＱ２のベースは常にローとなっている。初期状態では出力電圧Ｖｏ＝０Ｖであるので、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタもローとなり、ＰＮＰトランジスタＱ２はオフしている。これにより、出力電圧Ｖｏが立ち上がり、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になる際に位相補償容量Ｃｆ１の他端とＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとの接続を遮断できるので、出力電流Ｉｏに過電流は生じなくなる。

出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になると、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタ−ベース間電圧が所定値より大きくなり、ＰＮＰトランジスタＱ２がオンされる。よって位相補償容量Ｃｆ１の他端とＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとが接続される。従って、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

本実施例２において、位相補償回路２９のスイッチとしてＰＮＰトランジスタＱ２を用いている。これにより、バッファアンプＢＡの入力がエミッタ接地のＮＰＮトランジスタの場合、バッファアンプＢＡが正常動作に入るまで位相補償回路２９の接続は行われず、よりマッチングが良い。

〔実施例３〕
図５は、本実施例３の直流安定化電源装置３４の回路図である。直流安定化電源装置３４は、図２の直流安定化電源装置３１に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ回路４３は、スイッチＳ１、制御回路３２及び抵抗Ｒを有している。抵抗Ｒは、スイッチＳ１と並列に接続されている。また、抵抗Ｒの抵抗値は、位相補償抵抗Ｒｆ１の抵抗値よりも大きい。

本実施例の直流安定化電源装置３４では、位相補償抵抗Ｒｆ１の抵抗値よりも抵抗値が大きい抵抗Ｒを接続することにより、出力電圧Ｖｏが位相補償回路２９の両端電圧ＶＦより小さい時、即ちスイッチ回路４３が開いている時でも、位相補償抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒとにより抵抗は大きい値となるが、位相補償回路２９が接続されている状態となる。このため、図４の直流安定化電源装置３１よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

〔実施例４〕
図６は、本実施例４の直流安定化電源装置３５の回路図である。直流安定化電源装置３５は、図４の直流安定化電源装置３３に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ回路４４は、ＰＮＰトランジスタＱ２、電流源Ｉ１及び抵抗Ｒを有している。抵抗Ｒの一端は、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに接続され、抵抗Ｒの他端は、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタに接続されている。また、抵抗Ｒの抵抗値は、位相補償抵抗Ｒｆ１の抵抗値よりも大きい。

本実施例の直流安定化電源装置３５では、位相補償抵抗Ｒｆ１の抵抗値よりも抵抗値が大きい抵抗Ｒを接続することにより、出力電圧Ｖｏが位相補償回路２９の両端電圧ＶＦより小さい時、即ちスイッチ回路４４が開いている時でも、位相補償抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒとにより抵抗は大きい値となるが、位相補償回路２９が接続されている状態となる。このため、図４の直流安定化電源装置３３よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

以上のように、本発明の各実施例に係る直流安定化電源装置を説明したが、図１の直流安定化電源装置３１に示す、フの字特性を有する過電流短絡保護回路７を各実施例に係る直流安定化電源装置にも備えることにより、出力電圧Ｖｏが低い時は出力電流Ｉｏが小さく、出力電圧Ｖｏが大きくなる時すなわち出力電流Ｉｏは大きくなる時に位相補償回路２９動作するため、軽負荷時から重負荷時においてより安定な動作が可能である。過電流短絡保護回路７は、過電流短絡保護と出力短絡保護回路とを兼ね合わせた回路である。過電流短絡保護回路７の出力電圧−出力電流特性がフの字となる。

なお、本実施の形態において、出力素子としてＰＮＰトランジスタＱ１を使用しているが、ＮＰＮトランジスタを使用した場合でも同様である。

本実施の形態に係る直流安定化電源装置１、３１、３３〜３５は、出力電流に過電流が生じなくなるので、位相補償容量Ｃｆ１の容量値を大きくする必要がある直流安定化電源装置に有効である。

〔実施形態の総括〕
本発明の実施形態に係る直流安定化電源装置３１、３３〜３５は、入力電圧Ｖｉｎが入力され出力電圧Ｖｏを出力するＰＮＰトランジスタＱ１と、出力電圧Ｖｏを帰還した抵抗分圧Ｖａｄｊと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較した電圧を増幅した誤差増幅器出力電圧Ｖ１を出力する誤差増幅器Ａ１と、誤差増幅器出力電圧Ｖ１に基づきＰＮＰトランジスタＱ１をドライブするバッファアンプ・ベースドライブ回路３と、位相補償抵抗Ｒｆ１及び位相補償容量Ｃｆ１を有し、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力と誤差増幅器Ａ１の出力との間に設けられる位相補償回路２９とを備える直流安定化電源装置において、位相補償回路２９と、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力との間を、出力電圧Ｖｏが位相補償回路２９の両端電圧ＶＦより小さい時に開き、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になると閉じるスイッチ回路４１〜４４をさらに備える。

上記構成によれば、出力電圧Ｖｏが立ち上がる際には、位相補償回路２９と、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力との間を遮断することにより、誤差増幅器出力電圧Ｖ１は０Ｖとなる。また、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になり、誤差増幅器出力電圧Ｖ１の出力が正となると、位相補償容量Ｃｆ１の他端と、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタとを接続する。

これにより、誤差増幅器Ａ１及びバッファアンプ・ベースドライブ回路３は、初期状態、即ち基準電圧Ｖｒｅｆが０Ｖである状態から正常に動作し、出力電圧Ｖｏを帰還した抵抗分圧Ｖａｄｊは、０Ｖから徐々に上昇する基準電圧Ｖｒｅｆに追従して上昇する。よって、出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖｒｅｆの上昇に追従した緩やかな立ち上がり特性となり、出力電流に過電流が生じなくなる。

直流安定化電源装置３１、３４では、スイッチ回路４１、４３は、位相補償回路２９とＰＮＰトランジスタＱ１の出力との間を開閉するスイッチＳ１と、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦより小さい時にスイッチＳ１を開き、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になるとスイッチＳ１を閉じるように制御する制御回路３２とを有してもよい。

これにより、出力電流Ｉｏに過電流は生じなくなり、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

また、直流安定化電源装置３４では、スイッチＳ１と並列に抵抗Ｒを接続してもよい。

直流安定化電源装置３４では、抵抗Ｒを接続することにより、出力電圧Ｖｏが位相補償回路２９の両端電圧ＶＦより小さい時、即ちスイッチ回路４３が開いている時でも、位相補償抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒとにより抵抗は大きい値となるが、位相補償回路２９が接続されている状態となる。このため、直流安定化電源装置３１よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

直流安定化電源装置３３、３５では、スイッチ回路４２、４４は、ＰＮＰトランジスタＱ２及び電流源Ｉ１有し、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタは位相補償回路２９に接続され、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタはＰＮＰトランジスタＱ１の出力に接続され、ＰＮＰトランジスタＱ２のベースは電流源Ｉ１の入力に接続され、電流源Ｉ１の出力は電気的に接地されてもよい。

電流源Ｉ１により、ＰＮＰトランジスタＱ２のベースは常にローとなっている。初期状態では出力電圧Ｖｏが０Ｖであるので、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタもローとなり、ＰＮＰトランジスタＱ２はオフしている。これにより、出力電圧Ｖｏが立ち上がり、出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になる際に、位相補償回路２９と、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力との間を遮断できるので、出力電流Ｉｏに過電流は生じなくなる。

出力電圧Ｖｏが両端電圧ＶＦ以上になると、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタ−ベース間電圧が所定値より大きくなり、ＰＮＰトランジスタＱ２がオンされる。よって位相補償回路２９と、ＰＮＰトランジスタＱ１の出力とが接続される。従って、直流安定化電源装置としてより安定した位相補償が可能となる。

直流安定化電源装置３５では、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ間に抵抗Ｒを接続してもよい。

直流安定化電源装置３５では、抵抗Ｒを接続することにより、出力電圧Ｖｏが位相補償回路２９の両端電圧ＶＦより小さい時、即ちスイッチ回路４４が開いている時でも、位相補償抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒとにより抵抗は大きい値となるが、位相補償回路２９が接続されている状態となる。このため、直流安定化電源装置３３よりもさらに安定した位相補償が可能となる。

上記いずれかの直流安定化電源装置では、フの字特性を有する過電流短絡保護回路７をさらに備えてもよい。

これにより、軽負荷時から重負荷時においてより安定な動作が可能である。

本発明の直流安定化電源装置は、出力電流に過電流が生じなくなるので、定格出力電流が大きい「直流安定化電源装置」に用いると好適であり、デジタル機器のＣＰＵあるいはＤＳＰ等のコア用のソフトスタート機能付電源に用いると好適である。特に実施の形態における位相補償容量Ｃｆ１の容量値を大きくする必要がある直流安定化電源装置に有効である。

本発明の実施の形態に係る直流安定化電源装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る直流安定化電源装置の回路図である。 本発明の実施例に係る直流安定化電源装置の初期状態からの動作を示す波形図である。 本発明の他の実施例に係る直流安定化電源装置の初期状態からの動作を示す波形図である。 本発明のさらに別の実施例に係る直流安定化電源装置の初期状態からの動作を示す波形図である。 本発明のさらに別の実施例に係る直流安定化電源装置の初期状態からの動作を示す波形図である。 従来の直流安定化電源装置の回路構成を示すブロック図である。 図７の直流安定化電源装置においてバッファアンプ・ベースドライブ回路で位相補償された従来の直流安定化電源装置のブロック図である。 従来の実施例に係る直流安定化電源装置の初期状態からの動作を示す波形図である。

符号の説明

１、３１、３３〜３５ 直流安定化電源装置
２ 基準電圧回路
３ バッファアンプ・ベースドライブ回路（ドライブ手段）
４ オン／オフ回路
５ ソフト起動回路
６ 過熱保護回路
７ 過電流短絡保護回路（短絡保護手段）
１０ 接地端子
１１ 基準端子
１２ 出力制御端子
１３、１４、４５、４６ 電源端子
１５〜１７、４７〜４９ 接地端子
９、１８、２０、２２、２５、２６ 出力端子
８、１９、２１、２３、２４ 入力端子
２７ 第１入力端子
２８ 第２入力端子
２９ 位相補償回路（位相補償手段）
３０ 位相補償回路
３２ 制御回路（制御手段）
４１〜４４ スイッチ回路（スイッチ手段）
Ａ１ 誤差増幅器（誤差増幅手段）
ＢＡ バッファアンプ
Ｃ コンデンサ
Ｃｆ１、Ｃｆ２ 位相補償容量
Ｃｏ 出力コンデンサ
Ｉ１ 電流源
Ｉｏ 出力電流
Ｉｏ’ 過電流
Ｑ１ ＰＮＰトランジスタ（出力トランジスタ）
Ｑ２ ＰＮＰトランジスタ（ＰＮＰトランジスタ）
Ｒ 抵抗
Ｒａ、Ｒｂ 分圧抵抗
Ｒｆ１、Ｒｆ２ 位相補償抵抗
Ｓ１ スイッチ
Ｖ１ 誤差増幅器出力電圧（誤差増幅電圧）
Ｖ 電圧
Ｖａｄｊ 抵抗分圧（帰還した電圧）
Ｖｃ 制御電圧
ＶＦ 両端電圧
Ｖｉｎ 入力電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｏ’ 設定出力電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (6)

1. 入力電圧が入力され出力電圧を出力する出力トランジスタと、
   出力電圧を帰還した電圧と、基準電圧とを比較し、比較した電圧を増幅した誤差増幅電圧を出力する誤差増幅手段と、
   上記誤差増幅電圧に基づき上記出力トランジスタをドライブするドライブ手段と、
   位相補償抵抗及び位相補償容量を有し、上記出力トランジスタの出力と上記誤差増幅手段の出力との間に設けられる位相補償手段とを備える直流安定化電源装置において、
   上記位相補償手段と、上記出力トランジスタの出力との間を、上記出力電圧が上記位相補償手段の両端電圧より小さい時に開き、上記出力電圧が上記両端電圧以上になると閉じるスイッチ手段をさらに備えることを特徴とする直流安定化電源装置。
2. 上記スイッチ手段は、上記位相補償手段と上記出力トランジスタの出力との間を開閉するスイッチと、上記出力電圧が上記両端電圧より小さい時に上記スイッチを開き、上記出力電圧が上記両端電圧以上になると上記スイッチを閉じるように制御する制御手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の直流安定化電源装置。
3. 上記スイッチと並列に抵抗を接続することを特徴とする請求項２に記載の直流安定化電源装置。
4. 上記スイッチ手段は、ＰＮＰトランジスタ及び電流源を有し、
   上記ＰＮＰトランジスタのコレクタは上記位相補償手段に接続され、上記ＰＮＰトランジスタのエミッタは上記出力トランジスタの出力に接続され、上記ＰＮＰトランジスタのベースは上記電流源の入力に接続され、上記電流源の出力は電気的に接地されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流安定化電源装置。
5. 上記ＰＮＰトランジスタのエミッタ−コレクタ間に抵抗を接続することを特徴とする請求項４に記載の直流安定化電源装置。
6. フの字特性を有する短絡保護手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の直流安定化電源装置。

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