JP2017027139A - Regulator circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively configure a regulator circuit while keeping an automatic return function.SOLUTION: A regulator circuit comprises: a regulator element Q01 inserted between a DC input terminal and a DC output terminal and controlling outputs by the control voltage applied to a control terminal; a constant voltage element ZD01 inserted between the control terminal and a ground of the regulator element; and a resistance element R01 for bias connected between the control terminal and an input-side terminal of the regulator element. An output voltage monitoring circuit 10 measures the potential difference between input/output terminals of the regulator element Q01, and generates and outputs an abnormality detection signal when the potential difference exceeds a prescribed value. When the abnormality detection signal is input, a control circuit 20 lowers a connection point potential between the control terminal and constant voltage element of the regulator element Q01 to block a conduction state of the regulator element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直流入力端子と直流出力端子との間にトランジスタなどの出力制御用のレギュレータ素子を挿入するとともに、そのレギュレータ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。   The present invention is configured such that a regulator element for output control such as a transistor is inserted between a DC input terminal and a DC output terminal, and the control voltage of the regulator element is stabilized by a constant voltage element such as a Zener diode. Regulator circuit.

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2に示すような回路構成のレギュレータ回路Yがある。図2において、T1p,T1nは直流入力端子、T2p,T2nは直流出力端子、Q11は出力制御用のレギュレータ素子(NPN型のトランジスタ)、ZD11は定電圧素子としてのツェナーダイオード、R11はバイアス用の抵抗素子、F11は過電流が流れることにより溶断されるヒューズ素子(ヒューズ抵抗)、Aは直流電源、Bは負荷回路である。高電位側の入力端子T1pと低電位側の入力端子T1nとの間に直流電源Aが接続され、高電位側の出力端子T2pと低電位側の出力端子T2nとの間に負荷回路Bが接続されるようになっている。高電位側の入力端子T1pにヒューズ素子F11を介してレギュレータ素子Q11のコレクタが接続され、レギュレータ素子Q11のエミッタが高電位側の出力端子T2pに接続されている。レギュレータ素子Q11のベース(制御端子)とコレクタとの間にバイアス用の抵抗素子R11が接続され、レギュレータ素子Q11のベースはツェナーダイオードZD11のカソードに接続され、ツェナーダイオードZD11のアノードが低電位側の入力端子T1nおよび低電位側の出力端子T2n接続されている。ヒューズ素子F11は出力短絡等による出力電圧異常低下に起因する過電流からレギュレータ素子Q11を保護する役目を担っている。 One conventional example of a regulator circuit used for controlling an internal circuit of a switching power supply device or for low power output is a regulator circuit Y having a circuit configuration as shown in FIG. 2, T 1p and T 1n are DC input terminals, T 2p and T 2n are DC output terminals, Q11 is a regulator element for output control (NPN type transistor), ZD11 is a Zener diode as a constant voltage element, R11 Is a bias resistance element, F11 is a fuse element (fuse resistance) that is blown by an overcurrent, A is a DC power source, and B is a load circuit. A DC power source A is connected between the input terminal T 1p on the high potential side and the input terminal T 1n on the low potential side, and a load is connected between the output terminal T 2p on the high potential side and the output terminal T 2n on the low potential side. Circuit B is connected. The collector of the regulator element Q11 is connected to the input terminal T 1p on the high potential side via the fuse element F11, and the emitter of the regulator element Q11 is connected to the output terminal T 2p on the high potential side. A biasing resistance element R11 is connected between the base (control terminal) and the collector of the regulator element Q11, the base of the regulator element Q11 is connected to the cathode of the Zener diode ZD11, and the anode of the Zener diode ZD11 is on the low potential side. The input terminal T 1n and the low potential side output terminal T 2n are connected. The fuse element F11 plays a role of protecting the regulator element Q11 from an overcurrent caused by an output voltage abnormality drop due to an output short circuit or the like.

起動により直流電源Aからの電流がヒューズ素子F11およびバイアス用の抵抗素子R11を介してツェナーダイオードZD11に流れ込み、そのカソードに一定の電位(ツェナー電圧)を生じさせ、ベース電圧が動作電圧に達したレギュレータ素子Q11が導通し、負荷回路Bに電力が供給される。レギュレータ素子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)によって一定値に制御されることから、レギュレータ素子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。負荷回路Bで出力短絡等による出力電圧異常低下が発生し、ヒューズ素子F11とレギュレータ素子Q11の主回路に過電流が流れると、ヒューズ素子F11が溶断し、出力電圧異常低下による過電流からレギュレータ素子Q11を保護する。負荷回路Bでの異常が解消された後の再起動に際してはヒューズ素子F11を交換する。なお、図2のレギュレータ回路Yについては、一部類似の構成が特許文献1に開示されている。   Upon activation, the current from the DC power source A flows into the Zener diode ZD11 via the fuse element F11 and the biasing resistance element R11, generating a constant potential (Zener voltage) at the cathode, and the base voltage reaches the operating voltage. Regulator element Q11 conducts and power is supplied to load circuit B. Since the base voltage (control voltage) of the regulator element Q11 is controlled to a constant value by the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode ZD11, the output current Io flowing through the regulator element Q11 is maintained at a constant value, and the output voltage Vo is Stabilize. When an output voltage abnormality drop occurs due to an output short circuit or the like in the load circuit B, and an overcurrent flows through the main circuit of the fuse element F11 and the regulator element Q11, the fuse element F11 is blown, and the regulator element from the overcurrent due to the output voltage abnormality drop Protect Q11. When restarting after the abnormality in the load circuit B is resolved, the fuse element F11 is replaced. Note that a partially similar configuration is disclosed in Patent Document 1 for the regulator circuit Y of FIG.

特開昭57−95179号公報JP-A-57-95179

上記した従来例では、異常解消後にヒューズを交換しなければ再起動できないという問題があった。そこで、ヒューズ素子に代えて交換不要なPTCサーミスタ(正特性サーミスタ)を用いることも考えられる。過電流により素子温度が規定値を上回ると、トリップにより抵抗値が急激に増大して回路電流を微小値に制限し、素子温度が下がり元の抵抗値に戻る性質を持ち、自己復帰型であってヒューズのように交換する必要がない。動作速度が適度に遅いために、ホットプラグ時の突入電流で誤動作することなく、安全性が高い。   The conventional example described above has a problem that it cannot be restarted unless the fuse is replaced after the abnormality is resolved. Therefore, it is conceivable to use a PTC thermistor (positive characteristic thermistor) that does not require replacement in place of the fuse element. When the element temperature exceeds the specified value due to overcurrent, the resistance value increases rapidly due to tripping, limiting the circuit current to a very small value, and the element temperature decreases and returns to the original resistance value. There is no need to replace it like a fuse. Since the operation speed is moderately slow, it does not malfunction due to inrush current during hot plugging, and is highly safe.

しかしながら、PTCサーミスタを採用するとなると、ヒューズ素子に比べて大幅なコストアップとなり、コスト負担面で不利になる。   However, if a PTC thermistor is employed, the cost will be significantly increased compared to a fuse element, which is disadvantageous in terms of cost burden.

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、自動復帰の機能は保ちながら、レギュレータ回路を安価に構成することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to construct a regulator circuit at low cost while maintaining the automatic return function.

本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。   The present invention solves the above problems by taking the following measures.

本発明によるレギュレータ回路は、
直流入力端子と直流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レギュレータ素子と、
前記レギュレータ素子の制御端子とグランドとの間に挿入された定電圧素子と、
前記レギュレータ素子の制御端子・入力側端子間に接続されたバイアス用の抵抗素子とを備えたレギュレータ回路であって、
さらに、
前記レギュレータ素子の入力側端子と出力側端子との間の電位差を計測し、前記レギュレータ素子の出力側端子の電圧異常低下のために前記電位差が規定値を超えたときに異常検出信号を生成出力する出力電圧監視回路と、
前記出力電圧監視回路からの異常検出信号を入力したときに、前記レギュレータ素子の制御端子と前記定電圧素子との接続点電位を低下させて前記レギュレータ素子の導通状態を遮断する制御回路とを備えたことを特徴としている。
The regulator circuit according to the present invention comprises:
A regulator element that is inserted between the DC input terminal and the DC output terminal and controls the output by a control voltage applied to the control terminal;
A constant voltage element inserted between the control terminal of the regulator element and the ground;
A regulator circuit comprising a biasing resistance element connected between a control terminal and an input side terminal of the regulator element,
further,
Measures the potential difference between the input side terminal and the output side terminal of the regulator element, and generates and outputs an abnormality detection signal when the potential difference exceeds a specified value due to a voltage abnormality drop of the output side terminal of the regulator element An output voltage monitoring circuit to
A control circuit that lowers a connection point potential between a control terminal of the regulator element and the constant voltage element to cut off a conduction state of the regulator element when an abnormality detection signal is input from the output voltage monitoring circuit; It is characterized by that.

上記のように構成された本発明のレギュレータ回路には次のような特徴がある。   The regulator circuit of the present invention configured as described above has the following characteristics.

この構成によれば、出力電圧監視回路がレギュレータ素子の入力側端子と出力側端子との間の電位差を計測し、レギュレータ素子の出力側端子の電圧異常低下のために電位差が規定値を超えたときに異常検出信号を生成出力する。制御回路は異常検出信号が入力されると、レギュレータ素子の制御端子と定電圧素子との接続点電位を低下させてレギュレータ素子の導通状態を遮断する。このため、異常状態から復帰させるために交換を要するヒューズ素子や、比較的高価なPTCサーミスタを使用することなく、異常状態からの自動復帰機能を保つことができる。しかも、出力短絡時にレギュレータ素子により電圧を持続的に降下させていないので発熱が少なく、大型のヒートシンクを取り付ける必要がない。   According to this configuration, the output voltage monitoring circuit measures the potential difference between the input-side terminal and the output-side terminal of the regulator element, and the potential difference exceeds the specified value due to the abnormal voltage drop at the output-side terminal of the regulator element. Sometimes anomaly detection signal is generated and output. When the abnormality detection signal is input to the control circuit, the control circuit lowers the potential at the connection point between the control terminal of the regulator element and the constant voltage element to cut off the conduction state of the regulator element. Therefore, it is possible to maintain an automatic recovery function from an abnormal state without using a fuse element that needs to be replaced in order to recover from the abnormal state or a relatively expensive PTC thermistor. Moreover, since the voltage is not continuously lowered by the regulator element when the output is short-circuited, heat generation is small, and it is not necessary to attach a large heat sink.

さらに、本発明によれば、次のような有利な作用効果を奏する。すなわち、レギュレータ回路の起動のために直流入力端子間に電源を投入すると、直流電源からの電流がバイアス用の抵抗素子を介して定電圧素子に流れ、定電圧素子を動作させてレギュレータ素子の制御端子に一定電圧を印加してレギュレータ素子を導通させ、レギュレータ回路を起動させる。   Furthermore, according to the present invention, there are the following advantageous effects. That is, when the power is turned on between the DC input terminals to start the regulator circuit, the current from the DC power supply flows to the constant voltage element through the bias resistance element, and the regulator element is operated to control the regulator element. A constant voltage is applied to the terminal to turn on the regulator element and start the regulator circuit.

出力電圧監視回路はレギュレータ素子の入力側端子と出力側端子との間の電位差を計測し、その電位差が規定値を超えたときに異常検出信号を生成して制御回路に出力する。   The output voltage monitoring circuit measures a potential difference between the input side terminal and the output side terminal of the regulator element, generates an abnormality detection signal when the potential difference exceeds a specified value, and outputs it to the control circuit.

上記の構成においては、次のような態様が好ましい。   In the above configuration, the following aspect is preferable.

前記出力電圧監視回路としては、前記レギュレータ素子の入出力側端子間に並列に接続されかつ互いに直流接続された2つの抵抗素子と、これら両抵抗素子の接続点に制御端子が接続され、第1の電流端子が前記レギュレータ素子の入力側端子に接続され、第2の電流端子が異常検出信号の出力端子とされる出力電圧異常低下検出用のスイッチング素子とを有している構成が好ましい。   The output voltage monitoring circuit includes two resistance elements connected in parallel between the input and output terminals of the regulator element and connected to each other in direct current, and a control terminal connected to a connection point between these resistance elements. The current terminal is connected to the input side terminal of the regulator element, and the second current terminal is preferably provided with an output voltage abnormality drop detection switching element that serves as an output terminal of the abnormality detection signal.

また、前記制御回路としては、前記定電圧素子の両端間にバイパス接続されたバイパス用のスイッチング素子と、このバイパス用のスイッチング素子の制御端子と前記出力電圧異常低下検出用のスイッチング素子における異常検出信号の出力端子との間に接続された抵抗素子と、この抵抗素子と前記バイパス用のスイッチング素子の制御端子との接続点と前記定電圧素子のローサイド端子との間に接続された抵抗素子とを有している構成が好ましい。   The control circuit includes a bypass switching element bypassed between both ends of the constant voltage element, a control terminal of the bypass switching element, and an abnormality detection in the switching element for detecting an output voltage abnormality drop. A resistance element connected between a signal output terminal, a resistance element connected between a connection point between the resistance element and a control terminal of the bypass switching element, and a low-side terminal of the constant voltage element; The structure which has is preferable.

以上のように本発明によれば、従来必要としていたヒューズ素子を用いなくても済むとともに、再起動に際してヒューズ素子交換などの手間はかけなくてもよくて、コスト面でも操作面でも負担が軽減される。また、交換不要であるがコストが高いという難点のあるPTCサーミスタは採用しなくて済む。   As described above, according to the present invention, it is not necessary to use a conventionally required fuse element, and it is not necessary to replace the fuse element at the time of restart, and the burden is reduced in terms of cost and operation. Is done. In addition, it is not necessary to use a PTC thermistor which does not require replacement but has a problem of high cost.

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The circuit diagram which shows the structure of the regulator circuit in the Example of this invention 従来例におけるレギュレータ回路の構成を示す回路図Circuit diagram showing configuration of regulator circuit in 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である。図1において、Aは直流電源、Bは負荷回路、Xはレギュレータ回路、T1p,T1nは直流電圧が入力される直流入力端子、T2p,T2nは直流電圧が出力される直流出力端子、Q01は制御電圧に応じた電流を生成するレギュレータ素子(NPN型のバイポーラトランジスタ)、ZD01は定電圧素子としてのツェナーダイオード、R01はバイアス用の抵抗素子、10は出力電圧監視回路、20は制御回路、Q02はPNP型のバイポーラトランジスタ(出力電圧異常検出用のスイッチング素子)、Q03はNPN型のバイポーラトランジスタ(バイパス用のスイッチング素子)、R02,R03,R04,R05は抵抗素子である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a regulator circuit in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, A is a DC power supply, B is a load circuit, X is a regulator circuit, T 1p and T 1n are DC input terminals to which a DC voltage is input, and T 2p and T 2n are DC output terminals to which a DC voltage is output. , Q01 is a regulator element (NPN bipolar transistor) that generates a current according to the control voltage, ZD01 is a Zener diode as a constant voltage element, R01 is a biasing resistance element, 10 is an output voltage monitoring circuit, and 20 is a control Q02 is a PNP bipolar transistor (switching element for detecting abnormal output voltage), Q03 is an NPN bipolar transistor (switching element for bypass), and R02, R03, R04, and R05 are resistance elements.

レギュレータ回路Xにおける高電位側の直流入力端子T1pと低電位側の直流入力端子T1nとの間に直流電源Aが接続されている。高電位側の直流入力端子T1pにレギュレータ素子Q01のコレクタ(入力側端子)が接続され(ノードN01)、レギュレータ素子Q01のベース(制御端子)とコレクタとの間にバイアス用の抵抗素子R01が接続されている。レギュレータ素子Q01のベースはツェナーダイオードZD01のカソード(ハイサイド端子)と接続され、ツェナーダイオードZD01のアノード(ローサイド端子)は低電位側の直流入力端子T1nに接続されている。レギュレータ素子Q01のエミッタ(出力側端子)が高電位側の直流出力端子T2pに接続され(ノードN02)、ツェナーダイオードZD01のアノードが低電位側の直流出力端子T2nに接続されている。高電位側の出力端子T2pと低電位側の出力端子T2nとの間に負荷回路Bが接続されている。 A DC power source A is connected between the high potential side DC input terminal T 1p and the low potential side DC input terminal T 1n in the regulator circuit X. The high potential side of the DC input terminals T 1p on the regulator element Q01 collector (input side terminal) is connected (node N01), the resistance element R01 for bias between the collector and the base (control terminal) of the regulator element Q01 is It is connected. The base of the regulator element Q01 is connected to the cathode (high side terminal) of the Zener diode ZD01, and the anode (low side terminal) of the Zener diode ZD01 is connected to the DC input terminal T 1n on the low potential side. The emitter of the regulator element Q01 (output side terminal) connected to the DC output terminal T 2p the high potential side (node N 02), the anode of the Zener diode ZD01 are connected to the DC output terminal T 2n on the low potential side. A load circuit B is connected between the output terminal T 2p on the high potential side and the output terminal T 2n on the low potential side.

出力電圧監視回路10はPNP型のトランジスタQ02と2つの抵抗素子R02,R03から構成されている。抵抗素子R02の一端はレギュレータ素子Q01のコレクタに接続され、抵抗素子R03の一端はレギュレータ素子Q01のエミッタに接続されている。抵抗素子R02の他端と抵抗素子R03の他端が互いに接続され、その接続点であるノードN03にPNP型のトランジスタQ02のベース(制御端子)が接続されている。PNP型のトランジスタQ02のエミッタ(第1の電流端子)は抵抗素子R02の一端に接続されている。   The output voltage monitoring circuit 10 includes a PNP transistor Q02 and two resistance elements R02 and R03. One end of the resistor element R02 is connected to the collector of the regulator element Q01, and one end of the resistor element R03 is connected to the emitter of the regulator element Q01. The other end of the resistor element R02 and the other end of the resistor element R03 are connected to each other, and the base (control terminal) of the PNP transistor Q02 is connected to the node N03 that is the connection point. The emitter (first current terminal) of the PNP transistor Q02 is connected to one end of the resistance element R02.

制御回路20はNPN型のトランジスタQ03と2つの抵抗素子R04,R05から構成されている。抵抗素子R04の一端は出力電圧監視回路10におけるPNP型のトランジスタQ02のコレクタ(第2の電流端子)に接続されている。抵抗素子R05の一端は低電位側の出力端子T2n(ツェナーダイオードZD01のアノード)に接続されている。抵抗素子R04の他端と抵抗素子R05の他端が互いに接続され、その接続点であるノードN04にNPN型のトランジスタQ03のベース(制御端子)が接続されている。NPN型のトランジスタQ03のコレクタがツェナーダイオードZD01のカソードに接続され、NPN型のトランジスタQ03のエミッタがツェナーダイオードZD01のアノードに接続されている。 The control circuit 20 includes an NPN transistor Q03 and two resistance elements R04 and R05. One end of the resistor element R04 is connected to the collector (second current terminal) of the PNP transistor Q02 in the output voltage monitoring circuit 10. One end of the resistor element R05 is connected to the output terminal T 2n on the low potential side (the anode of the Zener diode ZD01). The other end of the resistor element R04 and the other end of the resistor element R05 are connected to each other, and the base (control terminal) of the NPN transistor Q03 is connected to the node N04 that is the connection point. The collector of the NPN transistor Q03 is connected to the cathode of the Zener diode ZD01, and the emitter of the NPN transistor Q03 is connected to the anode of the Zener diode ZD01.

上記の構成において、出力電圧監視回路10および制御回路20は、負荷回路Bにおける出力短絡等による出力電圧異常低下による過電流からレギュレータ素子Q01を保護する役目を担っている。   In the above configuration, the output voltage monitoring circuit 10 and the control circuit 20 have a role of protecting the regulator element Q01 from an overcurrent caused by an output voltage abnormality drop due to an output short circuit or the like in the load circuit B.

以下、上記のように構成されたレギュレータ回路Xの動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the regulator circuit X configured as described above will be described.

まず、起動時の動作を説明する。電源を投入すると、直流電源Aからの電流が起動用であるバイアス用の抵抗素子R01を介してレギュレータ素子Q01のベースに流入し、レギュレータ素子Q01を導通させる。レギュレータ素子Q01の第1および第2の電流端子間を流れた電流は負荷回路Bに供給される。ツェナーダイオードZD01のカソード電位はツェナー電圧で決まる一定電圧に保持されるため、レギュレータ素子Q01を流れる電流値も一定に保持される。   First, the operation at startup will be described. When the power is turned on, the current from the DC power source A flows into the base of the regulator element Q01 via the biasing resistance element R01 for starting, and makes the regulator element Q01 conductive. The current that flows between the first and second current terminals of the regulator element Q01 is supplied to the load circuit B. Since the cathode potential of the Zener diode ZD01 is held at a constant voltage determined by the Zener voltage, the value of the current flowing through the regulator element Q01 is also held constant.

出力電圧監視回路10における抵抗素子R02と抵抗素子R03の直列回路にもわずかな電流が流れるが、負荷回路Bの両端電圧すなわち高電位側の出力端子T2pの電位が高く、ノードN03の電位も高いために、PNP型のトランジスタQ02のベース・エミッタ間電圧VBE02が動作電圧よりも低いレベルに保たれることになり、PNP型のトランジスタQ02はオフ状態を保つことになる。PNP型のトランジスタQ02がオフ状態であるので、制御回路20におけるNPN型のトランジスタQ03もオフ状態を保つ。よって、ツェナーダイオードZD01は動作状態にあり、そのカソードはツェナー電圧に保たれる。 A slight current also flows through the series circuit of the resistance element R02 and the resistance element R03 in the output voltage monitoring circuit 10, but the voltage across the load circuit B, that is, the potential of the output terminal T2p on the high potential side is high, and the potential of the node N03 is also high. Therefore , the base-emitter voltage V BE02 of the PNP transistor Q02 is kept at a level lower than the operating voltage, and the PNP transistor Q02 is kept off. Since the PNP transistor Q02 is in the off state, the NPN transistor Q03 in the control circuit 20 is also kept in the off state. Therefore, the Zener diode ZD01 is in an operating state, and its cathode is kept at the Zener voltage.

次に、負荷回路Bにおいて、短絡するなどのために出力側の電位が異常低下を生じたときの動作を説明する。出力短絡等による出力電圧異常低下が生じると、ノードN02(負荷回路Bとレギュレータ素子Q01のエミッタと抵抗素子R03の接続点)の電位が大きく低下し、その電位低下分だけレギュレータ素子Q01のコレクタ・エミッタ間電圧VCE01が上昇する(直流電源Aの出力電圧VDC1近くまで上昇)。これに伴って抵抗素子R02と抵抗素子R03の直列回路に流れる電流が増加し、ノードN03の電位が低下する。その結果、PNP型のトランジスタQ02のベース・エミッタ間電圧VBE02が増大して動作電圧に達するのでPNP型のトランジスタQ02が導通する。 Next, the operation of the load circuit B when the potential on the output side is abnormally lowered due to a short circuit or the like will be described. When an abnormal output voltage drop occurs due to an output short circuit or the like, the potential at the node N02 (the connection point between the load circuit B, the emitter of the regulator element Q01 and the resistor element R03) is greatly reduced, and the collector- The emitter-to-emitter voltage V CE01 rises (rises to near the output voltage V DC1 of the DC power source A). Along with this, the current flowing through the series circuit of the resistance element R02 and the resistance element R03 increases, and the potential of the node N03 decreases. As a result, the base-emitter voltage V BE02 of the PNP transistor Q02 increases and reaches the operating voltage, so that the PNP transistor Q02 becomes conductive.

直流電源Aから導通したPNP型のトランジスタQ02を介して制御回路20における抵抗素子R04,R05に電流が流れ、抵抗素子R05での電圧降下によってベース電位が上昇したNPN型のトランジスタQ03が導通する。その結果、ツェナーダイオードZD01の両端間がバイパスされ、レギュレータ素子Q01のベース電位がグランドレベルまで大きく低下し、レギュレータ素子Q01がオフする。このようにして、出力側の異常降圧が発生したときに、レギュレータ素子Q01の入出力側端子間に並列接続した出力電圧監視回路10による検出動作と、それに基づく制御回路20によるレギュレータ素子Q01のオフ動作により、レギュレータ素子Q01を出力短絡等による出力電圧異常低下から保護することができる。   A current flows through the resistance elements R04 and R05 in the control circuit 20 through the PNP transistor Q02 conducted from the DC power source A, and the NPN transistor Q03 whose base potential is increased by the voltage drop at the resistance element R05 is conducted. As a result, both ends of the Zener diode ZD01 are bypassed, the base potential of the regulator element Q01 is greatly lowered to the ground level, and the regulator element Q01 is turned off. In this way, when an abnormal step-down occurs on the output side, the detection operation by the output voltage monitoring circuit 10 connected in parallel between the input and output terminals of the regulator element Q01, and the regulator circuit Q01 being turned off by the control circuit 20 based thereon By the operation, the regulator element Q01 can be protected from an abnormal output voltage drop due to an output short circuit or the like.

正常動作状態において、例えば、直流電源Aの出力電圧VDC1 =30[V]、負荷回路Bの両端電圧VR0=23.4[V]とし、レギュレータ素子Q01での電力損失を例えば5[W]すると、そのときの負荷電流I0 は、
0 =W/(VDC1 −VR0)=5/(30−23.4)≒0.75[A]
となる。出力電圧監視回路10におけるPNP型のトランジスタQ02が導通するときの動作ポイントを仮に1[V]とした場合、抵抗素子R02の両端電圧が0.55〜0.75[V]の範囲になるように設定すると、R02:R03=1:25となる。
In the normal operation state, for example, the output voltage V DC1 of the DC power supply A is 30 [V], the voltage V R0 of the load circuit B is 23.4 [V], and the power loss in the regulator element Q01 is, for example, 5 [W Then, the load current I 0 at that time is
I 0 = W / (V DC1 −V R0 ) = 5 / (30-23.4) ≈0.75 [A]
It becomes. If the operating point when the PNP transistor Q02 in the output voltage monitoring circuit 10 is turned on is 1 [V], the voltage across the resistance element R02 is in the range of 0.55 to 0.75 [V]. Is set to R02: R03 = 1: 25.

正常動作状態において、ノードN01〜N02間の電位差は30−23.4=6.6[V]。これを26で除算して、6.6/(1+25)≒0.25[V]。抵抗素子R02の両端電圧は0.25[V]で、抵抗素子R03の両端電圧は6.35[V]となる。このとき、ノードN03の電位は29.75[V]である。そしてPNP型のトランジスタQ02のベース・エミッタ間電圧VBE02は0.25[V]であり、これは動作電圧に達していないため、正常動作状態ではPNP型のトランジスタQ02はオフ状態に保たれることになる。 In a normal operation state, the potential difference between the nodes N01 to N02 is 30-23.4 = 6.6 [V]. By dividing this by 26, 6.6 / (1 + 25) ≈0.25 [V]. The voltage across the resistor element R02 is 0.25 [V], and the voltage across the resistor element R03 is 6.35 [V]. At this time, the potential of the node N03 is 29.75 [V]. The base-emitter voltage V BE02 of the PNP transistor Q02 is 0.25 [V], which has not reached the operating voltage, so that the PNP transistor Q02 is kept off in the normal operating state. It will be.

出力短絡等による出力電圧異常低下が生じてノードN02の電位が例えば1.0[V]まで低下したとする。ノードN01〜N02間の電位差は30−1.0=29.0[V]。これを26で除算して、29.0/(1+25)≒1.1[V]。抵抗素子R02の両端電圧は1.1[V]で、抵抗素子R03の両端電圧は27.5[V]となる。このとき、ノードN03の電位は28.9[V]となり、正常動作状態での29.75[V]より0.85[V]だけ電位が低下する。すなわち、PNP型のトランジスタQ02のベース・エミッタ間電圧VBE02は1.1[V]であり、動作電圧に達するので、PNP型のトランジスタQ02は導通するに至る。 Assume that an abnormal output voltage drop occurs due to an output short circuit or the like, and the potential of the node N02 drops to, for example, 1.0 [V]. The potential difference between the nodes N01 to N02 is 30−1.0 = 29.0 [V]. By dividing this by 26, 29.0 / (1 + 25) ≈1.1 [V]. The voltage across the resistor element R02 is 1.1 [V], and the voltage across the resistor element R03 is 27.5 [V]. At this time, the potential of the node N03 is 28.9 [V], and the potential is decreased by 0.85 [V] from 29.75 [V] in the normal operation state. That is, the base-emitter voltage V BE02 of the PNP transistor Q02 is 1.1 [V], which reaches the operating voltage, so that the PNP transistor Q02 becomes conductive.

動作ポイントを変更するに際しては、抵抗素子R02,R03の抵抗値R02,R03はそれぞれ次のようにして算出される。 When changing the operating point, the resistance values R 02 and R 03 of the resistance elements R 02 and R 03 are calculated as follows.

PNP型のトランジスタQ02のベース・エミッタ間電圧をVBE02、ベース電流をI
B02として、抵抗素子R02の抵抗値R02は、
The base-emitter voltage of the PNP transistor Q02 is V BE02 and the base current is I
As B02, resistance R 02 of resistor element R02 is

Figure 2017027139
Figure 2017027139

として求めることができる。 Can be obtained as

また、PNP型のトランジスタQ02が導通状態にあるときのベース・エミッタ間電圧VBE02の最大値をVBEmax 、抵抗素子R02の抵抗値のばらつきの最小値をR02min 、PNP型のトランジスタQ02に流れるベース電流の最大値をIBmaxとして、抵抗素子R03の抵抗値R03は、 Further, when the PNP transistor Q02 is in a conducting state, the maximum value of the base-emitter voltage V BE02 is V BEmax , the minimum variation of the resistance value of the resistance element R02 is R 02min , and the PNP transistor Q02 flows to the PNP transistor Q02. When the maximum value of the base current is I Bmax , the resistance value R 03 of the resistance element R 03 is

Figure 2017027139
Figure 2017027139

として求めることができる。ここで、1[V]はPNP型のトランジスタQ02を導通させたいときのノードN02の電位である。 Can be obtained as Here, 1 [V] is the potential of the node N02 when the PNP transistor Q02 is to be conducted.

(VDC1 −VBEmax )はノードN03の電位、(VDC1 −VBEmax −1)は抵抗素子R03の両端電圧、(VBEmax /R02min )は抵抗素子R02を流れる電流、IBmaxはPNP型のトランジスタQ02のエミッタからベースに流れ込む電流、〔(VBEmax /R02min )+IBmax〕は抵抗素子R03を流れる全電流である。これらの関係をオームの法則に当てはめて計算すると上式(2)のようになる。 (V DC1 −V BEmax ) is the potential of the node N03, (V DC1 −V BEmax −1) is the voltage across the resistor element R03, (V BEmax / R 02min ) is the current flowing through the resistor element R02, and I Bmax is the PNP type. The current flowing from the emitter of the transistor Q02 to the base, [(V BEmax / R 02min ) + I Bmax ], is the total current flowing through the resistance element R03. When these relationships are calculated by applying Ohm's law, the above equation (2) is obtained.

次に、回復時の動作を説明する。出力電圧の異常低下状態が解消されると、出力電圧監視回路10における抵抗素子R02,R03から負荷回路Bに流れる電流によって負荷回路Bの両端電圧が回復増加し、ノードN02の電位ひいてはノードN03の電位が増加し、PNP型のトランジスタQ02のベース電圧が上昇するため、PNP型のトランジスタQ02がオフする。それに連動して制御回路20におけるNPN型のトランジスタQ03もオフし、ツェナーダイオードZD01が動作することでレギュレータ素子Q01のベース電圧が動作電圧まで上昇してレギュレータ素子Q01が導通する。すなわち、出力電圧の異常低下状態が解消されると、レギュレータ回路Xは自動的に復帰するようになっており、従来例のような電源の再投入は必要としない。   Next, the operation at the time of recovery will be described. When the abnormal drop state of the output voltage is eliminated, the voltage across the load circuit B is recovered and increased by the current flowing from the resistance elements R02 and R03 in the output voltage monitoring circuit 10 to the load circuit B, and the potential of the node N02 and hence the node N03 Since the potential increases and the base voltage of the PNP transistor Q02 increases, the PNP transistor Q02 is turned off. In conjunction with this, the NPN transistor Q03 in the control circuit 20 is also turned off, and the Zener diode ZD01 operates, whereby the base voltage of the regulator element Q01 rises to the operating voltage and the regulator element Q01 becomes conductive. That is, when the abnormal drop state of the output voltage is resolved, the regulator circuit X automatically returns, and it is not necessary to turn on the power as in the conventional example.

本実施例のレギュレータ回路Xの起動は既に述べたように、レギュレータ素子Q01およびPNP型のトランジスタQ02、NPN型のトランジスタQ03がオフの状態から電源が投入されると、直流電源Aからの電流が起動用のバイアス用の抵抗素子R01を介してツェナーダイオードZD01に流れ、ツェナーダイオードZD01の両端間にツェナー電圧VZDを生じさせ、レギュレータ素子Q01のベース電圧を動作電圧まで高めることでレギュレータ素子Q01を導通させる。この動作において関与しているのは、起動用のバイアス用の抵抗素子R01、ツェナーダイオードZD01およびレギュレータ素子Q01であり、容量性素子の影響を受けない(負荷が容量性の場合、レギュレータ素子Q01がオフ時には抵抗素子R02、R03を介して容量性負荷に充電される)。したがって、レギュレータ回路中に容量性素子(遅延要素)が存在する場合に比較し、起動動作が速いという利点も有する。 As described above, the regulator circuit X according to the present embodiment is activated when the power is turned on when the regulator element Q01, the PNP transistor Q02, and the NPN transistor Q03 are turned off. The regulator element Q01 flows to the Zener diode ZD01 via the starting bias resistance element R01, generates a Zener voltage V ZD across the Zener diode ZD01, and raises the base voltage of the regulator element Q01 to the operating voltage. Conduct. In this operation, the resistive element R01 for starting bias, the Zener diode ZD01, and the regulator element Q01 are not affected by the capacitive element (if the load is capacitive, the regulator element Q01 When off, the capacitive load is charged via the resistance elements R02 and R03). Therefore, compared with the case where a capacitive element (delay element) is present in the regulator circuit, there is an advantage that the starting operation is quick.

以上、本実施例のレギュレータ回路Xは、出力短絡等による出力電圧異常低下の発生時における動作スピードが充分に速いものとなっているとともに、レギュレータ素子Q01が完全にオフしている。それゆえ、従来例のようなヒューズ素子を用いなくてもよく、ヒューズ素子の取り替えというような部品交換も当然に不要となっている。また、比較的高価なPTCサーミスタを用いなくてもよい。しかも、出力短絡時にレギュレータ素子Q01により電圧を持続的に降下させていないので発熱が少なく、大型のヒートシンクを取り付ける必要がない。   As described above, the regulator circuit X of the present embodiment has a sufficiently high operating speed when the output voltage abnormality is reduced due to an output short circuit or the like, and the regulator element Q01 is completely turned off. Therefore, it is not necessary to use a fuse element as in the conventional example, and naturally, part replacement such as replacement of the fuse element is unnecessary. Further, it is not necessary to use a relatively expensive PTC thermistor. Moreover, since the voltage is not continuously lowered by the regulator element Q01 when the output is short-circuited, heat generation is small, and it is not necessary to attach a large heat sink.

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、直流入力端子と直流出力端子との間にトランジスタなどの出力制御用のレギュレータ素子を直列に挿入するとともに、そのレギュレータ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、回路構成の簡素化とコスト低減を図りつつ、また自動復帰の機能を保つ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 regulator element for output control such as a transistor is connected in series between a DC input terminal and a DC output terminal. In the regulator circuit configured to stabilize the control voltage of the regulator element with a constant voltage element such as a Zener diode, the circuit configuration is simplified, the cost is reduced, and an automatic recovery function is provided. It is useful as a technique to keep.

10 出力電圧監視回路
20 制御回路
Q01 レギュレータ素子(トランジスタ)
Q02 出力電圧異常低下検出用のスイッチング素子(トランジスタ)
Q03 バイパス用のスイッチング素子(トランジスタ)
R01 バイアス用の抵抗素子
X レギュレータ回路
ZD01 定電圧素子(ツェナーダイオード)
T1p,T1n 直流入力端子
T2p,T2n 直流出力端子
10 Output voltage monitoring circuit 20 Control circuit Q01 Regulator element (transistor)
Q02 Switching element (transistor) for detecting abnormal output voltage drop
Q03 Bypass switching element (transistor)
R01 Resistive element for bias X Regulator circuit ZD01 Constant voltage element (Zener diode)
T1p, T1n DC input terminal T2p, T2n DC output terminal

Claims (3)

直流入力端子と直流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レギュレータ素子と、
前記レギュレータ素子の制御端子とグランドとの間に挿入された定電圧素子と、
前記レギュレータ素子の制御端子・入力側端子間に接続されたバイアス用の抵抗素子とを備えたレギュレータ回路であって、
さらに、
前記レギュレータ素子の入力側端子と出力側端子との間の電位差を計測し、前記レギュレータ素子の出力側端子の電圧異常低下のために前記電位差が規定値を超えたときに異常検出信号を生成出力する出力電圧監視回路と、
前記出力電圧監視回路からの異常検出信号を入力したときに、前記レギュレータ素子の制御端子と前記定電圧素子との接続点電位を低下させて前記レギュレータ素子の導通状態を遮断する制御回路とを備えたことを特徴とするレギュレータ回路。
A regulator element that is inserted between the DC input terminal and the DC output terminal and controls the output by a control voltage applied to the control terminal;
A constant voltage element inserted between the control terminal of the regulator element and the ground;
A regulator circuit comprising a biasing resistance element connected between a control terminal and an input side terminal of the regulator element,
further,
Measures the potential difference between the input side terminal and the output side terminal of the regulator element, and generates and outputs an abnormality detection signal when the potential difference exceeds a specified value due to a voltage abnormality drop of the output side terminal of the regulator element An output voltage monitoring circuit to
A control circuit that lowers a connection point potential between a control terminal of the regulator element and the constant voltage element to cut off a conduction state of the regulator element when an abnormality detection signal is input from the output voltage monitoring circuit; A regulator circuit characterized by that.
前記出力電圧監視回路は、前記レギュレータ素子の入出力側端子間に並列に接続されかつ互いに直流接続された2つの抵抗素子と、これら両抵抗素子の接続点に制御端子が接続され、第1の電流端子が前記レギュレータ素子の入力側端子に接続され、第2の電流端子が異常検出信号の出力端子とされる出力電圧異常低下検出用のスイッチング素子とを有している請求項1に記載のレギュレータ回路。   The output voltage monitoring circuit includes two resistance elements connected in parallel between the input and output terminals of the regulator element and connected to each other in direct current, and a control terminal connected to a connection point between the two resistance elements. The switching element for detecting an output voltage abnormality drop, wherein a current terminal is connected to an input side terminal of the regulator element, and a second current terminal is an output terminal of an abnormality detection signal. Regulator circuit. 前記制御回路は、前記定電圧素子の両端間にバイパス接続されたバイパス用のスイッチング素子と、このバイパス用のスイッチング素子の制御端子と前記出力電圧異常低下検出用のスイッチング素子における異常検出信号の出力端子との間に接続された抵抗素子と、この抵抗素子と前記バイパス用のスイッチング素子の制御端子との接続点と前記定電圧素子のローサイド端子との間に接続された抵抗素子とを有している請求項2に記載のレギュレータ回路。   The control circuit includes a bypass switching element bypassed between both ends of the constant voltage element, a control terminal of the bypass switching element, and an output of an abnormality detection signal in the output voltage abnormality drop detection switching element A resistive element connected between the terminal, and a resistive element connected between a connection point between the resistive element and the control terminal of the bypass switching element and the low-side terminal of the constant voltage element. The regulator circuit according to claim 2.
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