JP2014002458A

JP2014002458A - 定電圧回路

Info

Publication number: JP2014002458A
Application number: JP2012135788A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Uenishi; 敦士上西
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】回路素子が有する温度特性の影響を受けることなく、より高い精度で過電流を検出できる機能を備えた定電圧回路を提供する。
【解決手段】オペアンプ１とＮＰＮトランジスタ２とを備え、ＮＰＮトランジスタ２を介して出力される電圧が一定となるように、オペアンプ２の出力信号によりＮＰＮトランジスタ２の導通状態がフィードバック制御される定電圧回路１１において、ＮＰＮトランジスタ２のエミッタと定電圧出力端子４との間に接続される抵抗素子３を挿入し、カレントミラー回路１４は、抵抗素子３の端子電圧が上昇するのに応じてミラー電流量が増大するように動作する。カレントミラー回路１４の主電流経路，ミラー電流経路にそれぞれ抵抗素子１６，１７を挿入し、抵抗素子１７の端子電圧Ｖｃが所定レベルを超えて上昇するとＮＰＮトランジスタ５をオンさせて過電流保護動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、過電流保護機能を備えた定電圧回路に関する。

図４は、極めて簡単な構成の過電流保護機能付き定電圧回路の一例を示すものである。オペアンプ１の反転入力端子には基準電圧Ｖrefが与えられており、オペアンプ１の出力端子には、ＮＰＮトランジスタ２のベースが接続されている。ＮＰＮトランジスタ２のコレクタは電源Ｖccに接続されており、エミッタは過電流検出用の抵抗素子３を介して
定電圧出力端子４に接続されている。

また、オペアンプ１の出力端子と定電圧出力端子４との間には、過電流保護用のＮＰＮトランジスタ５が接続されており、ＮＰＮトランジスタ５のベースは、ＮＰＮトランジスタ２のエミッタに接続されている。そして、定電圧出力端子４とグランドとの間には、抵抗素子６及び７の直列回路が接続されており、両者の共通接続点はオペアンプ１の非反転入力端子に接続されている。

以上のように構成される定電圧回路８では、ＮＰＮトランジスタ２を介して定電圧出力端子４に出力される電圧が、抵抗素子６及び７により分圧されてオペアンプ１の非反転入力端子に与えられる。そして、オペアンプ１は、非反転入力端子の電位が基準電圧Ｖrefに等しくなるようにＮＰＮトランジスタ２のベース電位を制御する。この制御において、ＮＰＮトランジスタ２を介して定電圧出力端子４に流れる電流が過大になり、抵抗素子３の端子電圧がＮＰＮトランジスタ５のベース−エミッタ間電圧ＶＦを超えると、ＮＰＮトランジスタ５がオンすることでＮＰＮトランジスタ２をオフさせるように作用する。これにより、ＮＰＮトランジスタ２を介して過電流が流れた場合の保護機能が働く。

しかしながら、定電圧回路８における過電流検出は、抵抗素子３の温度特性や、ＮＰＮトランジスタ５のベース−エミッタ間電圧ＶＦの温度特性のばらつきにより影響を受けるため、検出幅が大きくなるという問題がある。例えば特許文献１には、上記構成に関連した過電流保護回路の構成が開示されている。

特開２００５−３２８６０６号公報

特許文献１の構成では、過電流保護用トランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶＦが有する温度特性のばらつきはキャンセルできるが、過電流検出用の抵抗素子の温度特性のばらつきはキャンセルできない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路素子が有する温度特性の影響を受けることなく、より高い精度で過電流を検出できる機能を備えた定電圧回路を提供することにある。

請求項１記載の定電圧回路によれば、出力用トランジスタを介して流れる電流量が通常の範囲内であれば、電流検出用抵抗素子の端子電圧は所定の範囲内にあるので、カレントミラー回路が流すミラー電流量は小さい。したがって、第２抵抗素子の端子電圧も小さく、過電流保護用トランジスタはオフ状態を維持する。一方、出力用トランジスタを介して流れる電流量が通常の範囲を超えて上昇すれば、電流検出用抵抗素子の端子電圧も上昇するのでカレントミラー回路が流すミラー電流量も上昇する。すると、第２抵抗素子の端子電圧が上昇して過電流保護用トランジスタがオンするため、出力用トランジスタは遮断され、過電流に対する保護動作が行われる。

この時、カレントミラー回路の主電流経路に挿入される第１抵抗素子は、電流検出用抵抗素子と同じ温度特性を有しており、第２抵抗素子の温度特性を第１抵抗素子よりも小さく設定することで、電流検出用抵抗素子が有している温度特性の影響を低減できる。また、第１及び第２抵抗素子の抵抗値を電流検出用抵抗素子よりも大きく設定するので、第１及び第２抵抗素子に流れる電流がより小さくなる。したがって、第２抵抗素子をトリミングが容易な材料で構成でき、第２抵抗素子の抵抗値をトリミングすることで、過電流保護用トランジスタがオンする電流レベルを調整できる。これにより、過電流保護動作をより高い精度で行うことが可能となる。

請求項２記載の定電圧回路によれば、ベースが出力用トランジスタと電流検出用抵抗素子の共通接続点に接続されるＰＮＰトランジスタと、ベースがＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが第１抵抗素子に接続されるように、カレントミラー回路の主電流経路に挿入されるＮＰＮトランジスタとを備える。これにより、電流検出用抵抗素子の端子電圧と、第１及び第２抵抗素子の端子電圧とが等しくなるので、過電流保護動作をより一層高い精度で行うことが可能となる。

請求項４記載の定電圧回路によれば、カレントミラー回路の主電流経路において、第１抵抗素子と対向する側に第３抵抗素子を挿入し、ミラー電流経路において、第２抵抗素子と対向する側に第４抵抗素子を挿入する。そして、第３抵抗素子の温度特性を第１抵抗素子よりも小さく設定し、第４抵抗素子の温度特性を電流検出用抵抗素子と等しく、且つ抵抗値を第３抵抗素子と等しく設定する。これにより、ミラー電流が負の温度特性を有するようになるので、過電流保護用トランジスタが有している負の温度特性をキャンセルすることができ、過電流保護動作の精度を更に向上させることが可能となる。

第１実施例であり、定電圧回路の電気的構成を示す図第２実施例を示す図１相当図第３実施例を示す図１相当図従来技術を示す図１相当図

（第１実施例）
図１に示す定電圧回路１１は、図４に示す定電圧回路８に複数の回路素子を追加して構成されている。電源Ｖccと定電圧出力端子４との間には、抵抗素子１２とＰＮＰトランジスタ１３との直列回路が接続されており、ＰＮＰトランジスタ１３のベースは、ＮＰＮトランジスタ２（出力用トランジスタ）のエミッタに接続されている。また、電源Ｖccには、カレントミラー回路１４を構成するＰＮＰトランジスタ１４ａ,１４ｂのエミッタが接続されており、両者のベースは、ＰＮＰトランジスタ１４ａのコレクタに接続されている。

ＰＮＰトランジスタ１４ａのコレクタは、ＮＰＮトランジスタ１５及び抵抗素子１６（第１抵抗素子）の直列回路を介して定電圧出力端子４に接続されており、ＮＰＮトランジスタ１５のベースは、ＰＮＰトランジスタ１３のエミッタに接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ１４ｂのコレクタは、抵抗素子１７（第２抵抗素子）を介して定電圧出力端子４に接続されている。そして、ＮＰＮトランジスタ５（過電流保護用トランジスタ）のベースは、ＮＰＮトランジスタ２のエミッタに替えて、ＰＮＰトランジスタ１４ｂのコレクタに接続されている。

尚、抵抗素子１６の温度特性は、抵抗素子３（電流検出用抵抗素子）の温度特性に等しくなるように設定されている。一方、抵抗素子１７については実質的に温度特性が無いものを選択する。ここで、定電圧回路１１をＩＣ（半導体集積回路）で構成することを想定すると、抵抗素子３及び１６は例えば拡散抵抗で形成し、抵抗素子１７は例えば薄膜抵抗により形成する。また、抵抗素子３の抵抗値は例えば数Ω程度であるのに対し、抵抗素子１６及び１７の抵抗値は例えば数Ω程度で互いに等しく設定されている。

次に、本実施例の作用について説明する。通常の動作状態においては、ＮＰＮトランジスタ２のエミッタに流れる電流は所定の範囲内であり、抵抗素子３の端子電圧は低く、ＰＮＰトランジスタ１３はオンしている。この状態でも、ＰＮＰトランジスタ１３は、ＮＰＮトランジスタ１５に流れ込むベース電流の全てを引き込まず、ＮＰＮトランジスタ１５及びカレントミラー回路１４もオンしている。

ここで、抵抗素子３，１６，１７の各端子電圧をＶａ，Ｖｂ，Ｖｃとすると、
Ｖｂ＝Ｖａ＋ＶＦ（ＰＮＰＴｒ１３）−ＶＦ（ＮＰＮＴｒ１５）＝Ｖａ
であるから、各端子電圧をＶａ，Ｖｂ，Ｖｃは何れも等しくなっている。そして、抵抗素子３に流れる電流に対し、抵抗素子１６，１７に流れる電流は１／１０００オーダーで低下している。この状態で、端子電圧Ｖｃが、ＮＰＮトランジスタ５のベース，エミッタ間電圧ＶＦを超えていなければ、ＮＰＮトランジスタ５はオフしているので、定電圧回路８と同様に、定電圧出力端子４にはオペアンプ２により制御された定電圧が出力される。

そして、ＮＰＮトランジスタ２を介して流れる電流が過電流レベルになると、端子電圧Ｖａが通常の範囲を超えて上昇し、ＰＮＰトランジスタ１３はオフになり、ＮＰＮトランジスタ１５及びカレントミラー回路１４を介して流れる電流も上昇する。これにより、端子電圧Ｖｃが、ＮＰＮトランジスタ５のベース，エミッタ間電圧ＶＦを超えるとＮＰＮトランジスタ５がオンするので、ＮＰＮトランジスタ２が遮断され、過電流に対する保護機能が作用する。
この時、抵抗素子３，１６の温度特性は等しく、ミラー電流は温度特性が無い抵抗素子１７に流れてＮＰＮトランジスタ５をオンさせるので、上記の温度特性によるばらつきはキャンセルされる。

以上のように本実施例によれば、オペアンプ１とＮＰＮトランジスタ２とを備え、ＮＰＮトランジスタ２を介して出力される電圧が一定となるように、オペアンプ２の出力信号によりＮＰＮトランジスタ２の導通状態がフィードバック制御される定電圧回路１１において、ＮＰＮトランジスタ２のエミッタと定電圧出力端子４との間に接続される抵抗素子３を挿入し、カレントミラー回路１４は、抵抗素子３の端子電圧が上昇するのに応じてミラー電流量が増大するように動作する。そして、カレントミラー回路１４の主電流経路，ミラー電流経路にそれぞれ抵抗素子１６，１７を挿入し、抵抗素子１７の端子電圧Ｖｃが所定レベルを超えて上昇すると、ＮＰＮトランジスタ５をオンさせて過電流保護動作を行うようにした。

この場合、抵抗素子１６は抵抗素子３と同じ温度特性であり、抵抗素子１７の温度特性が抵抗素子３よりも小さくなるように、抵抗素子１７には実質的に温度特性がないものを選択することで、抵抗素子３が有している温度特性の影響を低減できる。また、抵抗素子１６及び１７の抵抗値を抵抗素子３よりも大きく設定することで、これらに流れる電流をより減少させるので、抵抗素子１７をトリミングが容易な材料で構成できる。そして、抵抗素子１７の抵抗値を例えばレーザトリミングなどによりトリミングすれば、ＮＰＮトランジスタ５がオンする電流レベルを調整できるので、過電流保護動作をより高い精度で行うことが可能となる。

また、ベースがＮＰＮトランジスタ２と抵抗素子３の共通接続点に接続されるＰＮＰトランジスタ１３と、ベースがＰＮＰトランジスタ１３のエミッタに接続され、エミッタが抵抗素子１６に接続されるように、カレントミラー回路１４の主電流経路に挿入されるＮＰＮトランジスタ１５とを備える。これにより、抵抗素子３，１６，１７の端子電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが何れも等しくなり、過電流保護動作を一層高い精度で行うことが可能となる。そして、定電圧回路１１をＩＣで構成する際に、抵抗素子３及び１６を拡散抵抗で形成し、抵抗素子１７を薄膜抵抗で形成するので、抵抗素子１７のトリミングを容易に行うことができる。

（第２実施例）
第２実施例の定電圧回路２１は、第１実施例の定電圧回路１１について、ＰＮＰトランジスタ１４ａ，１４ｂのエミッタ側に、抵抗素子２２，２３（第３，第４抵抗素子）を夫々挿入して構成されている。そして、抵抗素子２２については、抵抗素子１７と同様に温度特性を有しないものを選択し（薄膜抵抗）、抵抗素子２３は、抵抗素子３と同じ温度特性を有するものを選択する（拡散抵抗）。

次に、第２実施例の作用について説明する。定電圧回路２１の基本的動作及び過電流保護動作については第１実施例と同様であるが、カレントミラー回路１４に抵抗素子２２，２３を挿入したことで、ミラー電流経路に流れるミラー電流Ｉｃは負の温度特性を有することになる。そして、ＮＰＮトランジスタ５のベース，エミッタ間電圧ＶＦも、同じく負の温度特性を有しているので、これにより、ＮＰＮトランジスタ５が有している温度特性の影響も低減できる。

以上のように第２実施例によれば、カレントミラー回路１４の主電流経路，ミラー電流経路にそれぞれ抵抗素子２２，２３を挿入し、抵抗素子２２を、温度特性が抵抗素子１６よりも小さく設定なるように薄膜抵抗で形成し、抵抗素子２３を、温度特性が抵抗素子３と等しくなるように拡散抵抗で形成した。これにより、ミラー電流Ｉｃが負の温度特性を有するようになり、ＮＰＮトランジスタ５が有している負の温度特性をキャンセルして過電流保護動作の精度を更に向上させることが可能となる。

（第３実施例）
第３実施例の定電圧回路２１は、第１実施例の定電圧回路１１より、抵抗素子１２，ＰＮＰトランジスタ１３，ＮＰＮトランジスタ１５を削除し、これらに替えてオペアンプ３２を接続したものである。オペアンプ３２の非反転入力端子はＮＰＮトランジスタ２のエミッタに接続され、出力端子はＰＮＰトランジスタ１４ａのコレクタに接続されていると共に、自身の反転入力端子に接続されている。すなわち、オペアンプ３２はバッファアンプ（ボルテージフォロワ）として構成されている。

以上の様に構成される第３実施例によれば、抵抗素子３，１６の端子電圧Ｖａ，Ｖｂはオペアンプ３２の作用により等しくなる。したがって、第１実施例と同様の効果が得られると共に、端子電圧Ｖａ，Ｖｂを等しく調整する精度を向上させ、また電流の回り込みを防止できる。

本発明は上記した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
定電圧回路は、半導体集積回路として構成するものに限らず、ディスクリート素子で構成しても良い。したがって、抵抗素子３，１６は拡散抵抗，抵抗素子１７は薄膜抵抗で形成するものに限らず、要は、前者の温度特性が相対的に大きく、後者の温度特性が相対的に小さくなる関係の材料を選択すれば良い。

図面中、１はオペアンプ、２はＮＰＮトランジスタ（出力用トランジスタ）、３は抵抗素子（電流検出用抵抗素子）、４は定電圧出力端子、５はＮＰＮトランジスタ（過電流保護用トランジスタ）、１１は定電圧回路、１４はカレントミラー回路、１６，１７は抵抗素子（第１，第２抵抗素子）を示す。

Claims

オペアンプ（１）と、出力用トランジスタ（２）とを備えて構成され、前記出力用トランジスタを介して出力される電圧が一定となるように、前記オペアンプの出力信号により前記出力用トランジスタの導通状態がフィードバック制御される定電圧回路（１１，２１，３１）において、
前記出力用トランジスタの出力端子と定電圧出力端子（４）との間に接続される電流検出用抵抗素子（３）と、
この電流検出用抵抗素子の端子電圧が上昇するのに応じて、ミラー電流量が増大するように動作するカレントミラー回路（１４）と、
このカレントミラー回路の主電流経路に挿入される、前記電流検出用抵抗素子と同じ温度特性を有し、且つ抵抗値が前記電流検出用抵抗素子よりも大きく設定される第１抵抗素子（１６）と、
前記カレントミラー回路のミラー電流経路に挿入され、温度特性が前記第１抵抗素子よりも小さく設定される第２抵抗素子（１７）と、
前記オペアンプの出力端子と前記定電圧出力端子との間に接続され、前記第２抵抗素子の端子電圧が所定電圧以上になると導通する過電流保護用トランジスタ（５）とを備えることを特徴とする定電圧回路。
エミッタが電源側に接続され、コレクタが前記定電圧出力端子に接続され、ベースが前記出力用トランジスタと前記電流検出用抵抗素子の共通接続点に接続されるＰＮＰトランジスタ（１３）と、
ベースが前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが前記第１抵抗素子に接続されるように、前記カレントミラー回路の主電流経路に挿入されるＮＰＮトランジスタ（１５）とを備えたことを特徴とする請求項１記載の定電圧回路。
入力端子が前記出力用トランジスタと前記電流検出用抵抗素子の共通接続点に接続され、出力端子が前記カレントミラー回路を構成する主電流経路側のトランジスタ（１４ａ）と前記第１抵抗素子との共通接続点に接続されるバッファアンプ（３２）を備えたことを特徴とする請求項１記載の定電圧回路。
前記カレントミラー回路の主電流経路において、当該カレントミラー回路を構成するトランジスタを介して前記第１抵抗素子と対向する側に挿入され、温度特性が前記第１抵抗素子よりも小さく設定される第３抵抗素子（２２）と、
前記カレントミラー回路のミラー電流経路において、当該カレントミラー回路を構成するトランジスタを介して前記第２抵抗素子と対向する側に挿入され、前記電流検出用抵抗素子と同じ温度特性を有し、且つ抵抗値が前記第３抵抗素子と等しく設定される第４抵抗素子（２４）とを備えることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の定電圧回路。
半導体集積回路として構成される際に、
前記電流検出用抵抗素子及び第１抵抗素子は拡散抵抗で形成され、
第２抵抗素子は薄膜抵抗素子で形成されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の定電圧回路。