JP2015232796A - Regulator circuit - Google Patents

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Yasuhiro Fujii
泰博 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the simplification and cost reduction of a circuit configuration by enhancing stability in operation of drooping characteristics of the output current during overcurrent time in a regulator circuit in which the output voltage of a power semiconductor element inserted between DC current input and output terminals is stabilized by a constant voltage element.SOLUTION: A constant voltage element ZD21 is connected between a control terminal of a power semiconductor element Q21 for output control inserted between an input terminal and an output terminal of a DC voltage, and a ground. A resistance element R21 for vias is connected between the control terminal and an input-side terminal of the power semiconductor element. A resistance element R22 for overcurrent detection is inserted between an output-side terminal of the power semiconductor element and the output terminal of the DC voltage. Diodes D21, D22 for control voltage reduction are connected between a connection node N21 of the control terminal and the constant voltage element of the power semiconductor element and a connection node N22 of the resistance element for the overcurrent detection and the output terminal of the DC voltage.

Description

本発明は、直流電圧の入力端子と出力端子との間にトランジスタなどの出力制御用のパワー半導体素子を挿入するとともに、そのパワー半導体素子の制御電圧をツェナーダイオードなどの定電圧素子によって安定化するように構成されるレギュレータ回路に関する。   In the present invention, a power semiconductor element for output control such as a transistor is inserted between a DC voltage input terminal and an output terminal, and the control voltage of the power semiconductor element is stabilized by a constant voltage element such as a Zener diode. Relates to a regulator circuit configured as described above.

スイッチング電源装置の内部回路の制御用や低電力出力用などとして用いられるレギュレータ回路の従来例の1つとして、図3に示すような回路構成のレギュレータ回路Xがある。図3において、T1p,T1nは直流電圧の入力端子、T2p,T2nは直流電圧の出力端子、C11は入力側の平滑コンデンサ、C12は出力側の平滑コンデンサ、Q11はパワー半導体素子としての出力制御用のバイポーラトランジスタ、ZD11は定電圧素子としてのツェナーダイオード、R11はバイアス用抵抗素子、Aは直流電源、Bは負荷回路である。バイアス用抵抗素子R11とツェナーダイオードZD11の直列回路が入力側の平滑コンデンサC11の両端間に接続され、バイアス用抵抗素子R11とツェナーダイオードZD11の接続ノードN11がトランジスタQ11のベース(制御端子)に接続されている。   A regulator circuit X having a circuit configuration as shown in FIG. 3 is one example of a conventional regulator circuit used for controlling an internal circuit of a switching power supply device or for low power output. 3, T1p and T1n are DC voltage input terminals, T2p and T2n are DC voltage output terminals, C11 is an input side smoothing capacitor, C12 is an output side smoothing capacitor, and Q11 is for output control as a power semiconductor element. Bipolar transistor, ZD11 is a Zener diode as a constant voltage element, R11 is a biasing resistance element, A is a DC power supply, and B is a load circuit. A series circuit of the bias resistor element R11 and the Zener diode ZD11 is connected between both ends of the smoothing capacitor C11 on the input side, and a connection node N11 of the bias resistor element R11 and the Zener diode ZD11 is connected to the base (control terminal) of the transistor Q11. Has been.

直流電源Aによって入力側の平滑コンデンサC11に充電が行われ、平滑コンデンサC11からの電流がトランジスタQ11を介して出力側の平滑コンデンサC12を充電しつつ、負荷回路Bに供給される。トランジスタQ11のベース電圧(制御電圧)はツェナーダイオードZD11の降伏電圧(ツェナー電圧)によって一定値に規制されることから、トランジスタQ11を流れる出力電流Io は一定値に保たれ、出力電圧Vo は安定化する。なお、図3のレギュレータ回路Xについては、一部類似の構成が特許文献1(特開昭57−95179号公報)に開示されている。   The DC power source A charges the input-side smoothing capacitor C11, and the current from the smoothing capacitor C11 is supplied to the load circuit B through the transistor Q11 while charging the output-side smoothing capacitor C12. Since the base voltage (control voltage) of the transistor Q11 is regulated to a constant value by the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode ZD11, the output current Io flowing through the transistor Q11 is maintained at a constant value, and the output voltage Vo is stabilized. To do. 3 is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-95179).

図4は図3に示すレギュレータ回路Xの過電流時における出力電流Io と出力電圧Vo の関係を示す動作特性線図である。平常時には、出力電圧Vo は出力電流Io の増加に伴ってわずかだけ減少するリニア特性(ほぼ一定)をもって変化する(ゼロ電流から定格電流までの範囲)。負荷回路Bで出力短絡が発生した場合の過電流時には、トランジスタQ11のエミッタ電圧がグラウンド(GND)レベルとなり、ベース・エミッタ間電圧VBEが過剰上昇する。その結果、トランジスタQ11を流れる出力電流Io が増加する一方、出力電圧Vo は減少し、最終的には出力短絡電流Is で出力電圧Vo が消失する垂下特性となる。このとき、出力短絡電流Is に落ち着くまでの出力電流Io の増加分が相当に大きなものとなる。直流電源Aからの入力電圧をVINとして、トランジスタQ11での電力損失Plossは、VIN×Is に比例する(Ploss ∝VIN ×Is )。出力短絡電流Is が相当に大きいので、電力損失Plossも大きく、トランジスタQ11の発熱量が増大し、回路の破損、発熱、発火に至るおそれがある。 FIG. 4 is an operating characteristic diagram showing the relationship between the output current Io and the output voltage Vo when the regulator circuit X shown in FIG. Under normal conditions, the output voltage Vo changes with a linear characteristic (almost constant) that decreases slightly as the output current Io increases (range from zero current to the rated current). At the time of an overcurrent when an output short circuit occurs in the load circuit B, the emitter voltage of the transistor Q11 becomes the ground (GND) level, and the base-emitter voltage V BE excessively increases. As a result, while the output current Io flowing through the transistor Q11 increases, the output voltage Vo decreases, and finally a drooping characteristic occurs in which the output voltage Vo disappears due to the output short-circuit current Is. At this time, the increase in the output current Io until the output short-circuit current Is is settled becomes considerably large. When the input voltage from the DC power source A is V IN , the power loss P loss in the transistor Q11 is proportional to V IN × Is (P loss ∝V IN × Is). Since the output short-circuit current Is is considerably large, the power loss P loss is also large, the amount of heat generated by the transistor Q11 is increased, and there is a risk of circuit breakage, heat generation, and ignition.

図3のレギュレータ回路Xに認められる上記の問題を解消するものとして、図5に示した特許文献2(特開平1−111219号公報)のレギュレータ回路Yがある。このレギュレータ回路Yは、図3のレギュレータ回路Xの構成に対して過電流検出用抵抗素子R12と保護用トランジスタQ12を追加したものに相当している。すなわち、過電流検出用抵抗素子R12はトランジスタQ11のエミッタとハイサイドの直流電圧の出力端子T2pとの間に接続されている。保護用トランジスタQ12は、そのベースがトランジスタQ11のエミッタに接続され、そのコレクタがトランジスタQ11のベースとバイアス用抵抗素子R11との接続ノードN11に接続され、そのエミッタが過電流検出用抵抗素子R12と出力端子T2pとの接続ノードN12に接続されている。このレギュレータ回路Yにおいては、保護用トランジスタQ12は平常時に非導通状態にある。すなわち、過電流検出用抵抗素子R12を流れる電流Io の値が小さく、保護用トランジスタQ12は、そのベース・エミッタ間電圧VBE(=R12×Io )がオン電圧以下であるために非導通状態となっている。しかし、出力短絡が生じると、過電流検出用抵抗素子R12での電圧降下が増加し、保護用トランジスタQ12は、そのベース・エミッタ間電圧VBEがオン電圧を超えてターンオンする。その結果、トランジスタQ11のベースに対してバイアス用抵抗素子R11から注入されているベース電流がターンオンした保護用トランジスタQ12の経路(ノードN11→トランジスタQ12→ノードN12)でバイパスされる。つまり、トランジスタQ11のベース電圧を下げてコレクタ・エミッタ間に流れる出力電流Io を制限し、出力電圧Vo を低下させる。 A regulator circuit Y disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-111219 shown in FIG. 5 is a solution to solve the above-mentioned problem found in the regulator circuit X of FIG. The regulator circuit Y corresponds to a configuration obtained by adding an overcurrent detection resistor element R12 and a protection transistor Q12 to the configuration of the regulator circuit X of FIG. That is, the overcurrent detection resistor element R12 is connected between the emitter of the transistor Q11 and the high-side DC voltage output terminal T2p. The protection transistor Q12 has its base connected to the emitter of the transistor Q11, its collector connected to the connection node N11 between the base of the transistor Q11 and the biasing resistance element R11, and its emitter connected to the overcurrent detection resistance element R12. It is connected to a connection node N12 with the output terminal T2p. In the regulator circuit Y, the protection transistor Q12 is normally non-conductive. That is, the value of the current Io flowing through the overcurrent detection resistor element R12 is small, and the protection transistor Q12 has a non-conducting state because its base-emitter voltage V BE (= R12 × Io) is less than the on-voltage. It has become. However, when an output short circuit occurs, the voltage drop in the overcurrent detection resistor element R12 increases, and the protection transistor Q12 is turned on when its base-emitter voltage V BE exceeds the on-voltage. As a result, the base current injected from the biasing resistance element R11 is bypassed with respect to the base of the transistor Q11 through the path of the protection transistor Q12 (node N11 → transistor Q12 → node N12). That is, the base voltage of the transistor Q11 is lowered to limit the output current Io flowing between the collector and the emitter, and the output voltage Vo is lowered.

図6はレギュレータ回路Yの過電流時における出力電流Io と出力電圧Vo の関係を示す動作特性線図である。この図からレギュレータ回路Yの場合には、出力短絡電流Is は図4のレギュレータ回路Xの場合の3分の1程度に減少し、出力短絡等の異常時のトランジスタQ11での損失を大きく低減できている。   FIG. 6 is an operational characteristic diagram showing the relationship between the output current Io and the output voltage Vo when the regulator circuit Y is overcurrent. From this figure, in the case of the regulator circuit Y, the output short circuit current Is is reduced to about one third of that in the case of the regulator circuit X of FIG. 4, and the loss in the transistor Q11 at the time of abnormality such as an output short circuit can be greatly reduced. ing.

特開昭57−95179号公報JP-A-57-95179 特開平1−111219号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-111219

しかし、図5に示すレギュレータ回路Yの場合、図6の動作特性線図に明らかなように、保護用トランジスタQ12の電流増幅率hfeやベース・エミッタ間電圧VBEの大きさによって動作特性に対する影響が大きく現れる特徴があり、過電流保護動作の開始から終息するまでの動作特性線図に電流値の増減変化に大きな振れが発生し、動作特性が不安定なものになってしまうという問題がある。さらに、保護用の半導体素子としてトランジスタQ12を用いており、コスト面での改善が求められている。 However, in the case of the regulator circuit Y shown in FIG. 5, as apparent from the operating characteristic diagram of FIG. 6, the operating characteristic depends on the current amplification factor h fe of the protection transistor Q12 and the magnitude of the base-emitter voltage V BE . There is a feature that the influence appears greatly, and there is a problem that the fluctuation of the current value increases and decreases in the operating characteristic diagram from the start to the end of the overcurrent protection operation, and the operating characteristic becomes unstable. is there. Further, the transistor Q12 is used as a semiconductor element for protection, and improvement in cost is demanded.

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、直流電圧の入力端子と出力端子との間に出力制御用のパワー半導体素子を挿入するとともに、そのパワー半導体素子の制御電圧を定電圧素子によって安定化するように構成されるレギュレータ回路に関して、過電流時における出力電流の垂下特性の動作を安定性の高いものにするとともに、回路構成の簡素化とコスト低減を図ることを目的としている。   The present invention was created in view of such circumstances, and a power semiconductor element for output control is inserted between a DC voltage input terminal and an output terminal, and the control voltage of the power semiconductor element is set to a constant voltage. The regulator circuit configured to be stabilized by the element is intended to make the operation of the drooping characteristic of the output current at the time of overcurrent highly stable, and to simplify the circuit configuration and reduce the cost. .

上記の課題を解決するため、本発明は次の手段を講じる。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.

本発明によるレギュレータ回路は、
直流電圧の入力端子と出力端子との間に挿入され、制御端子に印加する制御電圧により出力を制御するパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子とグラウンドとの間に挿入された定電圧素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子・入力側端子間に接続されたバイアス用抵抗素子とを備えたレギュレータ回路であって、
さらに、
前記パワー半導体素子の出力側端子と前記直流電圧の出力端子との間に挿入された過電流検出用抵抗素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子と前記定電圧素子との接続ノードと、前記過電流検出用抵抗素子と前記直流電圧の出力端子との接続ノードとの間に接続された制御電圧低減用ダイオードとを備えた構成を有している。
The regulator circuit according to the present invention comprises:
A power semiconductor element that is inserted between a DC voltage input terminal and an output terminal, and controls output by a control voltage applied to the control terminal;
A constant voltage element inserted between the control terminal of the power semiconductor element and the ground;
A regulator circuit comprising a bias resistance element connected between a control terminal and an input side terminal of the power semiconductor element,
further,
An overcurrent detection resistance element inserted between the output side terminal of the power semiconductor element and the output terminal of the DC voltage;
A control voltage reduction diode connected between a connection node between the control terminal of the power semiconductor element and the constant voltage element, and a connection node between the overcurrent detection resistance element and the output terminal of the DC voltage; It has the composition provided.

上記構成の本発明のレギュレータ回路は次のような作用を発揮する。   The regulator circuit of the present invention having the above configuration exhibits the following operation.

平常時においては、パワー半導体素子の制御端子と直流電圧の出力端子との間の制御電圧低減用ダイオードは非導通状態を保ち、動作上の影響を与えることはない。パワー半導体素子の制御端子に対する印加電圧は定電圧素子によって一定に保たれるため、パワー半導体素子の出力は安定化する。   Under normal conditions, the control voltage reducing diode between the control terminal of the power semiconductor element and the output terminal of the DC voltage is kept in a non-conductive state and does not affect the operation. Since the voltage applied to the control terminal of the power semiconductor element is kept constant by the constant voltage element, the output of the power semiconductor element is stabilized.

負荷回路での出力短絡などの異常によって過電流状態が発生すると、直流電圧の出力端子の電位が大きく低下し、制御電圧低減用ダイオードが導通するに至る。そして、パワー半導体素子における制御端子・出力側端子間電圧と過電流検出用抵抗素子の両端電圧との合計電圧が制御電圧低減用ダイオードによる降下電圧に等しくなるように状態が推移する。このときのパワー半導体素子に流れる電流が出力短絡電流であるが、その出力短絡電流は、制御電圧低減用ダイオードの順方向電圧とパワー半導体素子における制御端子・出力側端子間電圧と過電流検出用抵抗素子の抵抗値によって定まる。これらの回路定数を適切に定めることにより、出力短絡電流を所要の小さな値に制限することが可能となる(レギュレータ回路Xの課題解決)。   When an overcurrent state occurs due to an abnormality such as an output short circuit in the load circuit, the potential of the output terminal of the DC voltage is greatly reduced, and the control voltage reducing diode becomes conductive. Then, the state changes so that the total voltage of the voltage between the control terminal and the output side terminal in the power semiconductor element and the voltage across the overcurrent detection resistance element becomes equal to the voltage drop due to the control voltage reducing diode. The current that flows in the power semiconductor element at this time is the output short-circuit current. The output short-circuit current includes the forward voltage of the control voltage reduction diode, the voltage between the control terminal and the output side terminal of the power semiconductor element, and the overcurrent detection. It is determined by the resistance value of the resistance element. By appropriately determining these circuit constants, it is possible to limit the output short-circuit current to a required small value (solving the problem of the regulator circuit X).

なお、上記において、制御電圧低減用ダイオードは、その個数を単数または複数とする。複数の場合は、同一方向に直列接続する。この場合において、制御電圧低減用ダイオードの順方向電圧については、すべてのダイオードの順方向電圧の合計値とする。これにより、過電流保護ポイントを適宜、調整することができる。   In the above description, the number of control voltage reduction diodes is singular or plural. In the case of a plurality, they are connected in series in the same direction. In this case, the forward voltage of the control voltage reducing diode is the sum of the forward voltages of all the diodes. Thereby, an overcurrent protection point can be adjusted appropriately.

本発明によれば、パワー半導体素子の制御端子と直流電圧の出力端子との間の経路について、平常時は遮断し、過電流時は導通させてパワー半導体素子の制御電圧を低減するようにし、さらにその遮断・導通のための素子として、ダイオード(制御電圧低減用ダイオード)を用いたので、過電流時における出力電流の垂下特性の動作を安定性の高いものにするとともに、回路構成の簡素化とコスト低減を図ることができる。   According to the present invention, the path between the control terminal of the power semiconductor element and the output terminal of the DC voltage is cut off during normal times, and is turned on during overcurrent to reduce the control voltage of the power semiconductor element, In addition, a diode (control voltage reduction diode) is used as an element for shutting off and conducting, so that the operation of the drooping characteristics of the output current during overcurrent is highly stable and the circuit configuration is simplified. And cost reduction.

本発明の実施例のレギュレータ回路の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the regulator circuit of the Example of this invention 本発明の実施例のレギュレータ回路の過電流時における出力電流と出力電圧の関係を示す動作特性線図Operation characteristic diagram showing the relationship between output current and output voltage at the time of overcurrent of the regulator circuit of the embodiment of the present invention 第1の従来例のレギュレータ回路の構成を示す回路図1 is a circuit diagram showing a configuration of a regulator circuit of a first conventional example 第1の従来例のレギュレータ回路の過電流時における出力電流と出力電圧の関係を示す動作特性線図Operation characteristic diagram showing relationship between output current and output voltage in overcurrent of regulator circuit of first conventional example 第2の従来例のレギュレータ回路の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the regulator circuit of a 2nd prior art example 第2の従来例のレギュレータ回路の過電流時における出力電流と出力電圧の関係を示す動作特性線図Operation characteristic diagram showing relationship between output current and output voltage in overcurrent of regulator circuit of second conventional example

以下、上記構成の本発明のレギュレータ回路につき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。   Hereinafter, embodiments of the regulator circuit of the present invention having the above configuration will be described in detail at the level of specific examples.

図1は本発明の実施例におけるレギュレータ回路の構成を示す回路図、図2はレギュレータ回路の過電流時における出力電流Io と出力電圧Vo の関係を示す動作特性線図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a regulator circuit in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an operation characteristic diagram showing a relationship between an output current Io and an output voltage Vo when the regulator circuit is overcurrent.

まず、図1の回路図における構成要素を列挙する。20は本発明の実施例のレギュレータ回路、T1p,T1nは直流電圧の入力端子、T2p,T2nは直流電圧の出力端子、C21は入力側の平滑コンデンサ、C22は出力側の平滑コンデンサ、Q21はパワー半導体素子としてのNPN型のバイポーラトランジスタ、ZD21は定電圧素子としてのツェナーダイオード、R21はバイアス用抵抗素子、R22は過電流検出用抵抗素子、D21,D22は制御電圧低減用ダイオード、Aは直流電源、Bは負荷回路である。   First, the components in the circuit diagram of FIG. 1 are listed. 20 is a regulator circuit according to an embodiment of the present invention, T1p and T1n are DC voltage input terminals, T2p and T2n are DC voltage output terminals, C21 is an input side smoothing capacitor, C22 is an output side smoothing capacitor, and Q21 is power. An NPN bipolar transistor as a semiconductor element, ZD21 is a Zener diode as a constant voltage element, R21 is a biasing resistance element, R22 is an overcurrent detection resistance element, D21 and D22 are control voltage reduction diodes, and A is a DC power supply. , B are load circuits.

次に、レギュレータ回路20の具体的構成を説明する。   Next, a specific configuration of the regulator circuit 20 will be described.

直流電圧の入力端子T1p,T1n間に入力側の平滑コンデンサC21が接続され、直流電圧の出力端子T2p,T2n間に出力側の平滑コンデンサC22が接続され、ハイサイドの直流電圧の入力端子T1pと直流電圧の出力端子T2pとの間にパワー半導体素子としてのトランジスタQ21のコレクタ・エミッタが接続されている(トランジスタQ21のエミッタには後述する過電流検出用抵抗素子R22が接続される)。トランジスタQ21のコレクタ(入力側端子)とベース(制御端子)との間にバイアス用抵抗素子R21が接続され、ベースとローサイドの直流電圧の入力端子T1nとの間にツェナーダイオードZD21が、そのアノードをローサイドの直流電圧の入力端子T1n側とする状態で接続されている。トランジスタQ21のエミッタ(出力側端子)と出力側の平滑コンデンサC22の正極端子との間に過電流検出用抵抗素子R22が接続されている。また、トランジスタQ21のベースとツェナーダイオードZD21との接続ノードN21と、過電流検出用抵抗素子R22と出力側の平滑コンデンサC22の接続ノードN22との間に2つの制御電圧低減用ダイオードD21,D22の直列回路が接続されている。制御電圧低減用ダイオードD21のアノードはトランジスタQ21のベースに接続され、制御電圧低減用ダイオードD21のカソードは制御電圧低減用ダイオードD22のアノードに接続され、制御電圧低減用ダイオードD22のカソードは過電流検出用抵抗素子R22と出力側の平滑コンデンサC22の接続ノードN22に接続されている。直流電圧の入力端子T1p,T1n間には直流電源Aが接続され、直流電圧の出力端子T2p,T2n間には負荷回路Bが接続されるようになっている。   An input-side smoothing capacitor C21 is connected between the DC voltage input terminals T1p and T1n, an output-side smoothing capacitor C22 is connected between the DC voltage output terminals T2p and T2n, and a high-side DC voltage input terminal T1p. A collector / emitter of a transistor Q21 as a power semiconductor element is connected between the DC voltage output terminal T2p (an overcurrent detection resistor element R22 described later is connected to the emitter of the transistor Q21). A biasing resistance element R21 is connected between the collector (input side terminal) and the base (control terminal) of the transistor Q21, and a Zener diode ZD21 is connected between the base and the low-side DC voltage input terminal T1n. The low-side DC voltage input terminal T1n side is connected. An overcurrent detection resistance element R22 is connected between the emitter (output side terminal) of the transistor Q21 and the positive terminal of the smoothing capacitor C22 on the output side. Two control voltage reducing diodes D21 and D22 are connected between a connection node N21 between the base of the transistor Q21 and the Zener diode ZD21, and a connection node N22 of the overcurrent detection resistor element R22 and the output-side smoothing capacitor C22. A series circuit is connected. The anode of the control voltage reduction diode D21 is connected to the base of the transistor Q21, the cathode of the control voltage reduction diode D21 is connected to the anode of the control voltage reduction diode D22, and the cathode of the control voltage reduction diode D22 is overcurrent detection. Is connected to a connection node N22 between the resistance element R22 and the output-side smoothing capacitor C22. A DC power source A is connected between the DC voltage input terminals T1p and T1n, and a load circuit B is connected between the DC voltage output terminals T2p and T2n.

次に、上記のように構成された本発明実施例のレギュレータ回路20の動作を説明する。   Next, the operation of the regulator circuit 20 of the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

直流電源Aによる電流がハイサイドの直流電圧の入力端子T1pから流入し、入力側の平滑コンデンサC21が充電され、平滑化された入力電圧が生成される。その入力電圧による電流がバイアス用抵抗素子R21とツェナーダイオードZD21とに流れ、トランジスタQ21のベースにはツェナーダイオードZD21の降伏電圧に規定されたベース電圧(制御電圧)が印加される。トランジスタQ21はそのベース電圧によって駆動され、一定に制御された電流を出力する。この出力電流は出力側の平滑コンデンサC22を充電しつつ、ハイサイドの直流電圧の出力端子T2pから負荷回路Bへ供給される。   A current from the DC power source A flows from the high-side DC voltage input terminal T1p, the input-side smoothing capacitor C21 is charged, and a smoothed input voltage is generated. A current due to the input voltage flows through the bias resistor element R21 and the Zener diode ZD21, and a base voltage (control voltage) defined by the breakdown voltage of the Zener diode ZD21 is applied to the base of the transistor Q21. Transistor Q21 is driven by its base voltage and outputs a constant controlled current. This output current is supplied to the load circuit B from the high-side DC voltage output terminal T2p while charging the output-side smoothing capacitor C22.

平常時にはツェナーダイオードZD21の作用によりトランジスタQ21のベース電圧が規定値に安定し、トランジスタQ21による出力電流Io も安定化している。したがって、出力電圧Vo も一定に保たれる。   Under normal conditions, the base voltage of the transistor Q21 is stabilized at a specified value by the action of the Zener diode ZD21, and the output current Io from the transistor Q21 is also stabilized. Therefore, the output voltage Vo is also kept constant.

出力短絡などの異常が発生し、ハイサイドの直流電圧の出力端子T2pの電圧が大幅に低下すると、トランジスタQ21および過電流検出用抵抗素子R22の直列回路に流れる出力電流Io が急増する。トランジスタQ21のベースを基準にして、過電流検出用抵抗素子R22と出力側の平滑コンデンサC22の接続ノードN22の電位を見る。トランジスタQ21のベース・エミッタ間電圧をVBE、過電流検出用抵抗素子R22を流れる出力電流をIo 、過電流検出用抵抗素子R22の両端電圧をV22(=R22×Io )、制御電圧低減用ダイオードD21の順方向電圧をVf1 、制御電圧低減用ダイオードD22の順方向電圧をVf2 として、
BE+R22×Io ≦Vf1 +Vf2
すなわち、
Io ≦(Vf1 +Vf2 −VBE)/R22
のように出力電流Io が一定以下であれば、両制御電圧低減用ダイオードD21,D22は非導通状態を維持する。しかし、出力短絡などの異常のために出力電流Io が一定値を超えて、
Io >(Vf1 +Vf2 −VBE)/R22
となるときは、両制御電圧低減用ダイオードD21,D22が導通する。その結果、トランジスタQ21のベースに対してバイアス用抵抗素子R21から注入されているベース電流が導通した両制御電圧低減用ダイオードD21,D22の経路でバイパスされ、トランジスタQ21のコレクタ・エミッタ間に流れる出力電流Io を制限し、出力電圧Vo を低下させ、出力電力を絞り込む。
When an abnormality such as an output short circuit occurs and the voltage at the output terminal T2p of the high-side DC voltage is greatly reduced, the output current Io flowing through the series circuit of the transistor Q21 and the overcurrent detection resistor element R22 increases rapidly. With reference to the base of the transistor Q21, the potential of the connection node N22 between the overcurrent detection resistor element R22 and the output-side smoothing capacitor C22 is observed. V BE between the base and emitter voltage of the transistor Q21, Io an output current flowing through the overcurrent detection resistor element R22, the voltage across the V 22 of the overcurrent detecting resistor element R22 (= R22 × Io), control voltage reduction the forward voltage of the diode D21 Vf 1, the forward voltage of the control voltage reduction diode D22 as Vf 2,
V BE + R22 × Io ≦ Vf 1 + Vf 2
That is,
Io ≦ (Vf 1 + Vf 2 −V BE ) / R22
If the output current Io is below a certain value as described above, both control voltage reduction diodes D21 and D22 maintain the non-conductive state. However, the output current Io exceeds a certain value due to an abnormality such as an output short circuit.
Io> (Vf 1 + Vf 2 −V BE ) / R22
The two control voltage reduction diodes D21 and D22 are turned on. As a result, the base current injected from the bias resistor element R21 with respect to the base of the transistor Q21 is bypassed by the path of both control voltage reducing diodes D21 and D22, and the output flowing between the collector and emitter of the transistor Q21. The current Io is limited, the output voltage Vo is lowered, and the output power is narrowed down.

この出力電流Io の制限の過程で、出力電流Io が漸次的に減少し、
Io =(Vf1 +Vf2 −VBE)/R22
となったところで、出力電流Io はその減少が停止し、落ち着くことになる。このときの出力電流Io が出力短絡電流Is である。
In the process of limiting the output current Io, the output current Io gradually decreases,
Io = (Vf 1 + Vf 2 −V BE ) / R22
Then, the output current Io stops decreasing and settles down. The output current Io at this time is the output short-circuit current Is.

レギュレータ回路20の出力電流Io と出力電圧Vo の関係を示す図2の動作特性線図から、出力電流Io を短絡方向に増大させていったときの電流の落ち着き先が「×印」で示した出力短絡電流Is である。本発明実施例のレギュレータ回路20の場合には、出力短絡電流Is は図4に示すレギュレータ回路Xの場合の3分の1程度に減少しているとともに、図6に示すレギュレータ回路Yの場合に比べてほぼ同じで、出力短絡等の異常時のトランジスタQ21での損失を大きく低減できている。したがって、異常時の発熱を効果的に抑制することができる。   From the operating characteristic diagram of FIG. 2 showing the relationship between the output current Io and the output voltage Vo of the regulator circuit 20, the destination where the current settles when the output current Io is increased in the short-circuit direction is indicated by “x”. The output short-circuit current Is. In the case of the regulator circuit 20 of the embodiment of the present invention, the output short-circuit current Is is reduced to about one-third that of the regulator circuit X shown in FIG. 4, and in the case of the regulator circuit Y shown in FIG. In comparison, the loss is substantially reduced in the transistor Q21 in the event of an abnormality such as an output short circuit. Therefore, heat generation at the time of abnormality can be effectively suppressed.

加えて、図6に示すレギュレータ回路Yの場合のような特性乱れもなく、異常時の出力電流Io の変化の特性が安定したものとなっている。   In addition, there is no characteristic disturbance as in the case of the regulator circuit Y shown in FIG. 6, and the change characteristic of the output current Io at the time of abnormality is stable.

トランジスタQ21のベースとハイサイドの直流電圧の出力端子T2pとを結ぶ経路について、平常時は遮断し、過電流時はベース電圧を低減するべく導通する半導体素子として、図5に示すレギュレータ回路Yの場合は、保護用トランジスタQ12を用いている。これに対して、本発明実施例の場合は2つの制御電圧低減用ダイオードD21,D22を用いる。これは、トランジスタを用いるよりも安価な構成が可能となる。   The path connecting the base of the transistor Q21 and the output terminal T2p of the high-side DC voltage is cut off during normal times, and as a semiconductor element that conducts to reduce the base voltage during overcurrent, the regulator circuit Y shown in FIG. In this case, the protection transistor Q12 is used. On the other hand, in the embodiment of the present invention, two control voltage reducing diodes D21 and D22 are used. This enables a cheaper configuration than using a transistor.

本発明は、スイッチング電源装置の内部回路の制御用や低電力出力用などとして用いられるレギュレータ回路であって、直流電圧の入力端子と出力端子との間にトランジスタなどの出力制御用のパワー半導体素子を直列に挿入するとともに、そのパワー半導体素子の制御電圧をツェナーダイオードなどの定電圧素子によって安定化するように構成されるレギュレータ回路において、過電流時における出力電流の垂下特性の動作を安定性の高いものにし、かつ、回路構成の簡素化とコスト低減を図る技術として有用である。   The present invention relates to a regulator circuit used for controlling an internal circuit of a switching power supply device or for low power output, and a power semiconductor element for output control such as a transistor between a DC voltage input terminal and an output terminal. In a regulator circuit configured to stabilize the control voltage of the power semiconductor element by a constant voltage element such as a Zener diode, the operation of the drooping characteristic of the output current at the time of overcurrent is stable. It is useful as a technique for increasing the cost and simplifying the circuit configuration and reducing the cost.

20 レギュレータ回路
A 直流電源
B 負荷回路
C21 入力側の平滑コンデンサ
C22 出力側の平滑コンデンサ
D21,D22 制御電圧低減用ダイオード
Q21 トランジスタ(パワー半導体素子)
R21 バイアス用抵抗素子
R22 過電流検出用抵抗素子
T1p,T1n 直流電圧の入力端子
T2p,T2n 直流電圧の出力端子
ZD21 ツェナーダイオード(定電圧素子)
20 Regulator circuit A DC power supply B Load circuit C21 Smoothing capacitor on the input side C22 Smoothing capacitor on the output side D21, D22 Control voltage reduction diode Q21 Transistor (power semiconductor element)
R21 Bias resistance element R22 Overcurrent detection resistance element T1p, T1n DC voltage input terminal T2p, T2n DC voltage output terminal ZD21 Zener diode (constant voltage element)

Claims (2)

直流電圧の入力端子と出力端子との間に挿入され、制御端子に印加する制御電圧により出力を制御するパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子とグラウンドとの間に挿入された定電圧素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子・入力側端子間に接続されたバイアス用抵抗素子とを備えたレギュレータ回路であって、
さらに、
前記パワー半導体素子の出力側端子と前記直流電圧の出力端子との間に挿入された過電流検出用抵抗素子と、
前記パワー半導体素子の制御端子と前記定電圧素子との接続ノードと、前記過電流検出用抵抗素子と前記直流電圧の出力端子との接続ノードとの間に接続された制御電圧低減用ダイオードとを備えたレギュレータ回路。
A power semiconductor element that is inserted between a DC voltage input terminal and an output terminal, and controls output by a control voltage applied to the control terminal;
A constant voltage element inserted between the control terminal of the power semiconductor element and the ground;
A regulator circuit comprising a bias resistance element connected between a control terminal and an input side terminal of the power semiconductor element,
further,
An overcurrent detection resistance element inserted between the output side terminal of the power semiconductor element and the output terminal of the DC voltage;
A control voltage reduction diode connected between a connection node between the control terminal of the power semiconductor element and the constant voltage element, and a connection node between the overcurrent detection resistance element and the output terminal of the DC voltage; Regulator circuit provided.
前記制御電圧低減用ダイオードが、同一方向に直列接続した複数のダイオードから構成されている請求項1に記載のレギュレータ回路。   The regulator circuit according to claim 1, wherein the control voltage reduction diode is composed of a plurality of diodes connected in series in the same direction.
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