JP2017229131A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱状態となった場合に出力をいきなりオフとすることを避けつつ安全性を高めることのできる電源装置を提供する。【解決手段】出力電流を過電流保護設定値以下となるよう制限する過電流保護回路と、過熱状態を検出したときに前記過電流保護設定値を低くなるよう変更する過熱保護回路と、を備える電源装置としている。【選択図】図１

Description

本発明は、過熱保護機能を有する電源装置に関する。

従来より、温度状態を監視して過熱保護を行う機能を有する電源装置を含めた種々の装置が知られている。例えば、特許文献１には、過熱保護機能を有した回路制御装置の一例が開示されている。

また、出力電流を監視して過電流保護を行う機能を有する電源装置も知られている。このような過電流保護機能を有した電源装置の一例は特許文献２に開示されている。

ここで、過熱保護機能および過電流保護機能を有した従来のリニア電源装置の構成例を図１４に示す。図１４に示す従来のリニア電源装置１００は、基準電圧生成部１０１と、エラーアンプ１０２と、トランジスタ１０３と、過熱保護回路（ＴＳＤ；Thermal Shut Down）１０４と、過電流保護回路（ＯＣＰ；Over Current Protection）１０５と、抵抗Ｒ１０１と、抵抗Ｒ１０２と、入力端Ｔ１と、出力端Ｔ２と、を備えており、１チップの半導体装置として構成される。

入力端Ｔ１に印加される入力電圧Ｖｃｃは、例えば車載バッテリから供給される（例えばＶｃｃ＝１３．５Ｖ）。基準電圧生成部１０１は、入力電圧Ｖｃｃに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。

ｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成されるトランジスタ１０３のソースには、入力電圧Ｖｃｃが印加される。トランジスタ１０３のドレインと接地端との間には抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２が直列接続される。トランジスタ１０３のドレインには、出力端Ｔ２も接続される。出力端Ｔ２に出力電圧Ｖｏが発生する。

出力電圧Ｖｏは、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２によって分圧され、抵抗Ｒ１０２と抵抗Ｒ１０２との接続点に帰還電圧Ｖｆｂが発生する。エラーアンプ１０２には、基準電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧Ｖｆｂが入力される。エラーアンプ１０２は、帰還電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差としてゲート信号Ｇ１を生成し、ゲート信号Ｇ１をトランジスタ１０３のゲートに印加する。このような構成により、出力電圧Ｖｏの帰還制御によって出力電圧Ｖｏは一定に制御される。出力電圧Ｖｏは、不図示の負荷に供給される。

また、基準電圧Ｖｒｅｆが印加される過熱保護回路１０４は、チップの温度状態を監視し、トランジスタ１０３を制御する過熱保護信号Ｓｔを生成する。具体的には、過熱保護回路１０４は、過熱状態を検出すると、トランジスタ１０３のゲートとソースをショートしてトランジスタ１０３をオフさせるための過熱保護信号Ｓｔを出力する。

過電流保護回路１０５は、出力電流Ｉｏを検出し、出力電流Ｉｏが所定の過電流保護設定値に達すると、出力電流Ｉｏを過電流保護設定値以下に制限すべく、トランジスタ１０３を制御する過電流保護信号Ｓｏｃを生成する。過電流保護信号Ｓｏｃは、トランジスタ１０３のゲートに印加される。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの特性としては、例えば所謂、垂下型特性またはフの字型特性を過電流保護回路１０５は有することができる。

次に、このような構成である従来のリニア電源装置１００の過熱保護動作について図１５および図１６のタイミングチャートを参照して説明する。

図１５および図１６ともに、上段から順に入力電圧Ｖｃｃ、出力電圧Ｖｏ、および出力電流Ｉｏの波形を示す。なお、これらの図に示す具体的な電圧値および電流値は一例である（以降のタイミングチャートについても同様）。

図１５は、負荷が一定であり、出力電圧Ｖｏが正常に目標電圧（ここでは５Ｖ）に制御される状態の例を示すタイミングチャートである。図１３について説明すると、まず入力電圧Ｖｃｃが０Ｖから立上って或る電圧に達するタイミングｔ１にて、トランジスタ１０３がオンとなって出力電圧Ｖｏ（＝ほぼ入力電圧Ｖｃｃ）および出力電流Ｉｏが出力開始される。入力電圧Ｖｃｃの上昇に応じて出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏも上昇する。入力電圧Ｖｃｃが目標電圧である５Ｖに達するタイミングｔ２にて、出力電圧Ｖｏも５Ｖに達する。以降、入力電圧Ｖｃｃが更に上昇して１３．５Ｖに達しても、出力電圧Ｖｏは帰還制御によって目標電圧である５Ｖで一定となるよう制御される。このとき、出力電流Ｉｏは、タイミングｔ２にて３００ｍＡに達し、以降、負荷が一定のため３００ｍＡで維持される。

そして、３００ｍＡの出力電流Ｉｏが流れ続けることで発熱が生じ、チップ温度が第１閾値温度（例えば１７５℃）を上回ると、過熱保護回路１０４は過熱状態を検出し、トランジスタ１０３をオフさせるべく過熱保護信号Ｓｔを出力する（タイミングｔ３）。トランジスタ１０３のオフにより、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏともにゼロとなる。

これにより、温度が低下してゆきヒステリシスを設けた第２閾値温度（＜第１閾値温度、例えば第１閾値温度より２０℃低い）に達すると、過熱保護回路１０４は、トランジスタ１０３を有効（ゲート・ソース間をオープン）にすべく過熱保護信号Ｓｔを出力する。これにより、出力電圧Ｖｏの帰還制御によって出力電圧Ｖｏは５Ｖに立ち上がり、出力電流Ｉｏは３００ｍＡに立ち上がる（タイミングｔ４）。即ち、自動復帰が行われる。

その後、温度が上昇して再び第１温度閾値を上回ると、過熱保護回路１０４によってトランジスタ１０３がオフとされる（タイミングｔ５）。以降も同様に、過熱保護と自動復帰が繰り返される。従って、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏにパルス波形が生じる。

一方、図１６は、出力電圧Ｖｏの生じる出力端Ｔ２が接地電位とショートした場合、即ち、地絡が生じた場合のタイミングチャートを示す。この場合、図１６に示すように出力電圧Ｖｏは０Ｖに維持される。入力電圧Ｖｃｃが立ち上がって或る電圧に達したタイミングｔ１１にて、出力電流Ｉｏは過電流まで立ち上がろうとするが、過電流保護回路１０５によって制限される。ここでは、一例として垂下型特性の過電流保護特性を有する過電流保護回路１０５によって、過電流保護設定値である３００ｍＡに出力電流Ｉｏは制限されている。以降、入力電圧Ｖｃｃが１３．５Ｖまで上昇して一定となっても、出力電流Ｉｏは３００ｍＡに制限されて維持される。

そして、３００ｍＡの出力電流Ｉｏが流れ続けることで発熱が生じ、温度が第１閾値温度を上回ると、過熱保護回路１０４によってトランジスタ１０３がオフとされる（タイミングｔ１２）。その後、温度が低下して第２閾値温度に達すると、過熱保護回路１０４によってトランジスタ１０３が有効となり、自動復帰が行われる（タイミングｔ１３）。その後、温度が上昇して再び第１閾値温度を上回ると、過熱保護回路１０４によってトランジスタ１０３がオフとされる（タイミングｔ１４）。以降も同様に、過熱保護と自動復帰が繰り返される。従って、出力電流Ｉｏにパルス波形が生じる。

特開２０１４−１９７９４０号公報 特開２０１３−４６４９０号公報

上述したように、従来のリニア電源装置１００では、過熱保護回路１０４によって過熱状態が検出されると、いきなりトランジスタ１０３をオフとして、電源装置の出力を停止させる動作を行っていた。しかしながら、特に昨今の車載製品業界においては、自動車の電気/電子に関する機能安全についての国際規格であるＩＳＯ２６２６２が策定される等、機能安全思考の拡張により、電源装置の出力をいきなりオフさせることを避ける思考が生まれ始めている。

上記状況に鑑み、本発明は、過熱状態となった場合に出力をいきなりオフとすることを避けつつ安全性を高めることのできる電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電源装置は、出力電流を過電流保護設定値以下となるよう制限する過電流保護回路と、
過熱状態を検出したときに前記過電流保護設定値を低くなるよう変更する過熱保護回路と、を備える構成としている（第１の構成）。

また、上記第１の構成において、前記過熱保護回路は、前記過電流保護設定値を変更したにも関わらず過熱状態が継続していることを検出すると、前記出力電流をオフとさせることとしてもよい（第２の構成）。

また、上記第２の構成において、出力電圧のパルス波形を検出する検出部を更に備え、
前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記出力電流をオフさせ、
前記検出部は、前記パルス波形の検出結果に基づいて前記出力電流のオフを保持させることとしてもよい（第３の構成）。

また、上記第２の構成において、前記出力電流のパルス波形を検出する検出部を更に備え、
前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記出力電流をオフさせ、
前記検出部は、前記パルス波形の検出結果に基づいて前記出力電流のオフを保持させることとしてもよい（第４の構成）。

また、上記第３または第４の構成において、前記検出部は、前記パルス波形をカウントするカウンタであることとしてもよい（第５の構成）。

また、上記第２の構成において、前記過電流保護回路は、トランジスタを制御するアンプを有し、
前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記過電流保護回路に前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記過電流保護回路に前記出力電流をオフさせ、
前記アンプの出力をカウントし、カウント結果に基づき前記過電流保護回路に前記出力電流のオフを保持させるカウンタを備えることとしてもよい（第６の構成）。

また、上記第１〜第６のいずれかの構成において、前記過熱保護回路は、第１過熱保護信号を出力することで前記過電流保護設定値を変更し、前記過熱状態よりも温度の高い過熱状態を検出したときは、第２過熱保護信号を出力することで前記出力電流をオフさせることとしてもよい（第７の構成）。

また、上記第１〜第７のいずれかの構成において、前記過熱保護回路は、垂下型特性またはフの字型特性における過電流保護設定値を変更することとしてもよい（第８の構成）。

また、上記第１〜第８のいずれかの構成において、前記過熱保護回路は、前記過電流保護設定値を変更したことにより過熱状態が解消されたことを検出すると、前記過電流保護設定値の変更量よりも小さい変更量で前記過電流保護設定値を高くすることとしてもよい（第９の構成）。

また、上記第１〜第９のいずれかの構成において、トランジスタと、出力電圧に基づく帰還電圧と、基準電圧との誤差を制御信号として前記トランジスタに出力するエラーアンプと、を更に備えるリニア電源装置であって、前記過電流保護回路は、前記トランジスタを制御することにより前記出力電流を制限することとしてもよい（第１０の構成）。

また、上記目的を達成するために本発明の別態様に係る電源装置は、トランジスタと、出力電圧に基づく帰還電圧と、基準電圧との誤差を制御信号として前記トランジスタに出力するエラーアンプと、をそれぞれ複数備えると共に、
過熱状態を検出したときに前記複数のトランジスタのうち一部をオフとさせる過熱保護回路を備える構成としている（第１１の構成）。

また、本発明の別態様に係る車載用電子機器は、上記いずれかの構成である電源装置を備えることとしている。

本発明によると、過熱状態となった場合に出力をいきなりオフとすることを避けつつ安全性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るリニア電源装置の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る過熱保護動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る過熱保護動作の別の一例を示すタイミングチャートである。 過電流保護の垂下型特性の一例を示す図である。 過電流保護のフの字型特性の一例を示す図である。 第１実施形態の変形例に係るリニア電源装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係るリニア電源装置の構成図である。 本発明の第２実施形態における変形例に係るリニア電源装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る過熱保護動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る過熱保護動作の別の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態における変形例に係るリニア電源装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係るリニア電源装置の構成図である。 電子機器を搭載する車両の一例を示す外観図である。 従来例に係るリニア電源装置の構成図である。 従来例に係る過熱保護動作の一例を示すタイミングチャートである。 従来例に係る過熱保護動作の別の一例を示すタイミングチャートである。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るリニア電源装置１の構成を示す図である。リニア電源装置１は、基準電圧生成部１１と、エラーアンプ１２と、トランジスタ１３と、過熱保護回路１４と、過電流保護回路１５と、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２と、入力端Ｔ１と、出力端Ｔ２と、を備えており、１チップの半導体装置として構成される。

基準電圧生成部１１、エラーアンプ１２、トランジスタ１３、抵抗Ｒ１１、および抵抗Ｒ１２についての構成は、先述した従来のリニア電源装置（図１４）と同様であるので、ここでは詳述を省く。リニア電源装置１においても、出力電圧Ｖｏの帰還制御によって出力電圧Ｖｏは一定に制御される。

過熱保護回路１４は、チップの温度を監視し、検出した過熱状態に応じて第１過熱保護信号Ｓｔ１１および第２過熱保護信号Ｓｔ１２を生成する。第２過熱保護信号Ｓｔ１２は、トランジスタ１３のゲート・ソース間のショート・オープンを切替え可能である。即ち、トランジスタ１３のオフと有効を切替え可能である。第１過熱保護信号Ｓｔ１１は、後述する検出抵抗Ｒｓに出力される。

過電流保護回路１５は、検出抵抗Ｒｓと、センスアンプ１５Ａと、基準電圧源１５Ｂと、を有している。このような構成により、過電流保護回路１５は、垂下型特性の過電流保護特性を有する。検出抵抗Ｒｓによって出力電流Ｉｏを検出し、検出抵抗Ｒｓの両端間の電圧が基準電圧源１５Ｂによる基準電圧Ｖｓに達したときに、センスアンプ１５Ａによるトランジスタ１３のゲート電圧制御（過電流保護信号Ｓｏｃによる）によって出力電流Ｉｏは過電流保護設定値Ｉｌｉｍ（＝Ｖｓ／Ｒｓ）に制限される。出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの関係は、例えば図４に示すように、出力電圧Ｖｏに依らず出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｌｉｍ（Ｉｌｉｍ１）に制御される垂下型となる。

また、過電流保護回路１５が例えばフの字型特性の過電流保護特性を有する場合は、次の構成および動作となる。この場合、過電流保護回路１５は、検出抵抗Ｒｓに加えて、検出抵抗Ｒｓの一端に生じる電圧を分圧する分圧抵抗（いずれも不図示）を有する。検出抵抗Ｒｓによって出力電流Ｉｏを検出し、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｌｉｍに達すると、検出抵抗Ｒｓの一端に生じる電圧を上記分圧抵抗によって分圧した電圧と基準電圧Ｖｓとをセンスアンプ１５Ａによって比較することで、例えば図５に示すように、センスアンプ１５Ａは出力電圧Ｖｏが低下するほど出力電流Ｉｏが減少するようにトランジスタ１３を制御する。

上述した検出抵抗Ｒｓまたは分圧抵抗の抵抗値は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１に応じて可変となっている。これにより、過電流保護設定値Ｉｌｉｍは第１過熱保護信号Ｓｔ１１に応じて可変である。

次に、このような構成である本実施形態に係るリニア電源装置１の過熱保護動作について図２および図３のタイミングチャートを参照して説明する。なお、ここでは、一例として過電流保護回路１５は、図４に示す垂下型特性を有し、過電流保護設定値Ｉｌｉｍ１＝３００ｍＡであるとする。

図２は、先述した図１３に対応する負荷が一定の状況でのタイミングチャートであり、入力電圧Ｖｃｃが１３．５Ｖまで立ち上がるのに応じて出力電圧Ｖｏは立ち上がって目標電圧である５Ｖで一定となるよう制御される。このとき負荷が一定のため、出力電流Ｉｏが立ち上がって３００ｍＡで一定に維持される。

そして、３００ｍＡの出力電流Ｉｏが流れ続けるために発熱が生じて、チップ温度が第１閾値温度（例えば１７５℃）を上回ったことを過熱保護回路１４が検出すると、過熱保護回路１４は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１の出力によって検出抵抗Ｒｓの抵抗値を大きくなるよう変化させる。これにより、図４に示すように、垂下型特性において、過電流保護設定値がＩｌｉｍ１から、それよりも小さい値であるＩｌｉｍ２（例えば２００ｍＡ）に変更される。従って、図２のタイミングｔ１３に示すように、出力電流ＩｏはＩｌｉｍ２に減少して制限される。

出力電流Ｉｏが減少することで発熱が減少するが、それによっても温度が第２閾値温度（＜第１閾値温度）に達しなければ、過熱保護回路１４は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１の出力により、検出抵抗Ｒｓの抵抗値を大きくなるよう変化させることで過電流保護設定値を小さくなるよう変更し、トランジスタ１３をオフさせる。これにより、図２のタイミングｔ１４に示すように、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏともにゼロとなる。

一方、出力電流Ｉｏを過電流保護設定値Ｉｌｉｍ２によって制限することで発熱が減少し、温度が第２閾値温度に達した場合は、過熱保護回路１４は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１の出力によって検出抵抗Ｒｓの抵抗値を維持させる。従って、出力電流Ｉｏは過電流保護設定値Ｉｌｉｍ２に制限されて維持される（出力電圧Ｖｏも５Ｖに維持される）。なお、この場合は、過電流保護設定値をＩｌｉｍ１とＩｌｉｍ２との間の値（例えば２５０ｍＡ）へ上昇させてもよい。即ち、過電流保護設定値を下げた変更量よりも小さい変更量で値を戻してもよい。

また、上記ではトランジスタ１３をオフさせるまでに過電流保護設定値を下げる段階数は１段階としたが、複数段階であってもよい。この場合は、各段階において、過熱保護回路１４は温度が第２閾値温度に達したか否かを判定する。

図３は、先述した図１４に対応する地絡発生時の状況でのタイミングチャートである。この場合、入力電圧Ｖｏは０Ｖに維持される。入力電圧Ｖｃｃが立ち上がると出力電流Ｉｏが立ち上がるが（タイミングｔ２１）、過電流保護回路１５の垂下型特性（図４）によって出力電流Ｉｏは過電流保護設定値Ｉｌｉｍ１＝３００ｍＡに制限されて維持される。

そして、図２の場合と同様に、発熱によって温度が第１閾値温度を上回ると、過熱保護回路１４によって過電流保護設定値がＩｌｉｍ２に変更され、出力電流ＩｏはＩｌｉｍ２に制限される（タイミングｔ２３）。その後、温度が第２閾値温度に達しなければ、過熱保護回路１４によってトランジスタ１３はオフとなる（タイミングｔ２４）。

このように本実施形態によれば、過熱状態となった場合でも、いきなり出力をオフとするのではなく、過電流保護設定値を低い値に変更することで発熱の抑制を図り、安全側への動作を可能とする。

なお、上述した例では垂下型特性における過電流保護設定値の変更を示したが、フの字型特性における過電流保護設定値の変更も可能である。例えば図５に示すフの字型特性であれば、過電流保護設定値をＩｌｉｍ１からＩｌｉｍ２へ下げる変更が可能である。このような変更は、過熱保護回路１４からの第１過熱保護信号Ｓｔ１１に応じて検出抵抗Ｒｓと分圧抵抗（不図示）の抵抗値を変更することで可能となる。

また、過熱保護回路１４は、温度が第１閾値温度よりも高い第３閾値温度（例えば２００℃）を上回った場合に、トランジスタ１３のゲート・ソース間をショートさせるべく第２過熱保護信号Ｓｔ１２を出力し、トランジスタ１３をオフとする。このように第２過熱保護信号Ｓｔ１２を第１過熱保護信号Ｓｔ１１と分けて設けることにより、温度が異常に高い過熱状態になった場合に、安全性の高い過熱保護を行うことができ、リニア電源装置１の破壊を抑止できる。

図６は、上記第１実施形態の変形例に係るリニア電源装置１’の構成を示す図である。図６に示すリニア電源装置１’は、過電流保護回路１５１を有していることが相違点となる。過電流保護回路１５１は、センスアンプ１５１Ａ、基準電圧源１５１Ｂ、トランジスタ１５１Ｃ、および検出抵抗Ｒｓを有している。

ｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成されるトランジスタ１５１Ｃのソースには入力電圧Ｖｃｃが印加され、ドレインは検出抵抗Ｒｓの一端に接続される。検出抵抗Ｒｓの他端は、接地端に接続される。トランジスタ１５１Ｃのドレインと検出抵抗Ｒｓの一端との接続点は、センスアンプ１５１Ａの一方の入力端に接続される。センスアンプ１５１Ａの他方の入力端には、基準電圧源１５１Ｂによる基準電圧Ｖｓが印加される。センスアンプ１５１Ａは、過電流保護信号Ｓｏｃを出力することで、トランジスタ１５１Ｃおよびトランジスタ１３のゲートを駆動する。

このような構成により、トランジスタ１５１Ｃを流れる電流は、Ｖｓ／Ｒｓで表される制限値に制限される。そして、トランジスタ１３に流れる電流である出力電流Ｉｏは、トランジスタ１５１Ｃに流れる電流に対する所定比率での電流値となる。従って、第１過熱保護信号Ｓｔ１１に応じて検出抵抗Ｒｓの抵抗値を可変とすることで、出力電流Ｉｏの制限値（過電流保護設定値Ｉｌｉｍ）を可変にできる。よって、上記第１実施形態と同様に、第１過熱保護信号Ｓｔ１１によって、過電流保護設定値Ｉｌｉｍを段階的に減少させることができる。

なお、上記第１実施形態および変形例において、検出抵抗Ｒｓではなく、基準電圧Ｖｓを可変としたり、センスアンプ１５Ａ、１５１Ａの倍率を可変とすることで過電流保護設定値Ｉｌｉｍを可変としてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係るリニア電源装置２１の構成を示す図である。

リニア電源装置２１の第１実施形態（図１）との構成上の差異は、カウンタ２１１を設けていることである。カウンタ２１１は、出力電圧Ｖｏをモニタ可能としている。

このような構成であるリニア電源装置２１の過熱保護動作を図９に示すタイミングチャートを参照して説明する。図９は、先述した図２と対応する負荷が一定の状況でのタイミングチャートである。なお、以下の説明では、一例として過電流保護回路１５は、図４に示す垂下型特性を有するものとし、過電流保護設定値Ｉｌｉｍ１は３００ｍＡであるとする。

図９に示すように、入力電圧Ｖｃｃが１３．５Ｖまで立ち上がるとともに、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏも立ち上がり（タイミングｔ３１）、出力電圧Ｖｏは目標電圧である５Ｖに制御され、出力電流Ｉｏは３００ｍＡに維持される。

３００ｍＡの出力電流Ｉｏが流れ続けることにより発熱してチップ温度が第１閾値温度を上回ると、過熱保護回路１４は、過熱保護信号Ｓｔ１１の出力によって検出抵抗Ｒｓの抵抗値を大きくなるよう変更することで、過電流保護回路１５の過電流保護設定値をＩｌｉｍ１からＩｌｉｍ２へ下げる（図４）。これにより、図９のタイミングｔ３３で示すように、出力電流Ｉｏは３００ｍＡからＩｌｉｍ２に低下して制限される。なお、このタイミングで、過熱保護信号Ｓｔ１１の出力をトリガとしてカウンタ２１１は、出力電圧Ｖｏのパルス波形のカウントを開始する。

そして、出力電流ＩｏがＩｌｉｍ２に制限されて発熱が抑制されたにも関わらず、温度が第２閾値温度（＜第１閾値温度）まで低下しなければ、過熱保護回路１４は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１の出力によって検出抵抗Ｒｓの抵抗値を大きくなるよう変更することで、過電流保護設定値を小さくなるよう設定することでトランジスタ１３をオフさせる。これにより、図９のタイミングｔ３４で出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏともにゼロとなる。

これにより発熱が抑制されて温度が第２閾値温度に達すると、過熱保護回路１４は、第１過熱保護信号Ｓｔ１１の出力によって過電流保護設定値を再びＩｌｉｍ２に戻して自動復帰を行う。これにより、図９のタイミングｔ３５で出力電圧Ｖｏが５Ｖに立ち上がり、出力電流ＩｏがＩｌｉｍ２に立ち上がって維持される。

その後、温度が上昇して第１閾値温度を上回ると、タイミングｔ３６で過熱保護回路１４によりトランジスタ１３がオフにされる。以降、過熱保護と自動復帰が繰り返され、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏにはパルス波形が生じる。

ここで、タイミングｔ３３にてカウンタ２１１は、出力電圧Ｖｏのパルス波形のカウントを開始している。カウンタ２１１は、図９に示すように出力電圧Ｖｏのパルス波形を２つカウント（タイミングｔ３５〜ｔ３８）すると、過熱状態が継続しているとして、検出抵抗Ｒｓの抵抗値を固定することでトランジスタ１３をオフに保持させる。これにより、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏはゼロに保持される。なお、カウント値の閾値は上記のように２つに限ることは無く、例えば３つでもよい。

このように、リニア電源装置２１であれば、過電流保護設定値を下げたにも関わらず過熱状態が継続していることを検出すると、トランジスタ１３をオフに保持して、出力を停止させて安全を確保することができる。

但し、リニア電源装置２１では、カウンタ２１１により出力電圧Ｖｏのパルス波形をカウントするため、出力端Ｔ２が接地電位とショートする地絡が生じた場合は出力電圧Ｖｏが０Ｖに維持されてしまうため、パルス波形が生じずにカウンタ２１１はカウントすることができない。

そこで、図８に示すようなリニア電源装置２２の構成を採ってもよい。リニア電源装置２２は、上記図７に示すリニア電源装置２１と比べて、過電流保護回路１５１を有することが相違点となる。過電流保護回路１５１は、上述した第１実施形態の変形例に係るリニア電源装置１’（図６）が備えるものと同様である。そして、カウンタ２１１は、トランジスタ１５１Ｃを流れる電流を検出抵抗Ｒｓにより電圧信号に変換した電流検出信号ＤＥＴのパルス波形をカウントする。

リニア電源装置２２の過熱保護動作について図１０のタイミングチャートを参照して説明する。図１０は、先述した図３に対応する地絡が生じている状況でのタイミングチャートである。

図１０に示すように、入力電圧Ｖｃｃが１３．５Ｖまで立ち上がる際に、出力電圧Ｖｏは０Ｖに維持され、出力電流Ｉｏはタイミングｔ４１で立ち上がってから過電流保護回路１５１によって過電流保護設定値Ｉｌｉｍ１（図４）である３００ｍＡに制限されて維持される。

３００ｍＡの出力電流Ｉｏが流れ続けることで発熱が生じ、チップ温度が第１閾値温度を上回るとタイミングｔ４３にて過熱保護回路１４によって過電流保護設定値がＩｌｉｍ２に変更される。以降のタイミングｔ４８までの動作は、先述した図９のタイミングｔ３３以降の動作と同様である。

ここで、カウンタ２１１は、タイミングｔ４３にて、過熱保護信号Ｓｔ１１の出力をトリガとしてカウントを開始する。トランジスタ１３とトランジスタ１５１Ｃのオンオフは連動するので、図１０のタイミングｔ４３以降の出力電流Ｉｏと同様の波形が電流検出信号ＤＥＴにも生じる。従って、カウンタ２１１は、電流検出信号ＤＥＴのパルス波形を２つカウント（タイミングｔ４５〜ｔ４８）することで、検出抵抗Ｒｓの抵抗値を固定してトランジスタ１３をオフに保持させる。

このように、リニア電源装置２２であれば、地絡が生じた場合でも出力電流Ｉｏのパルス波形をカウントすることで過熱状態が継続していることを検出し、トランジスタ１３をオフに保持させて安全を確保することができる。なお、リニア電源装置２２であれば、図９のような地絡が生じていない場合にも対応可能である。

なお、上記実施形態ではカウンタを用いることとしたが、その代わりに、出力電圧Ｖｏまたは出力電流Ｉｏの立上りエッジまたは立下りエッジを検出するエッジ検出部を設けて、エッジ検出に基づき過熱状態が継続しているとしてトランジスタ１３をオフに保持させることとしてもよい。

図１１は、上述した図８に示す構成のリニア電源装置２２の変形例に係るリニア電源装置２３の構成を示す図である。リニア電源装置２３では、センスアンプ１５１Ａから出力される過電流保護信号Ｓｏｃがカウンタ２１１に入力される。過熱保護回路１４により過電流保護設定値Ｉｌｉｍが低く変更された後、トランジスタ１３のオフと自動復帰が繰り返されるとき、カウンタ２１１により過電流保護信号Ｓｏｃをカウントする。これにより、カウンタ２１１は、検出抵抗Ｒｓの抵抗値を固定してトランジスタ１３をオフに保持させる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本実施形態に係るリニア電源装置３１の構成を示す図である。

リニア電源装置３１は、基準電圧生成部３１１と、第１エラーアンプ３１２と、第２エラーアンプ３１３と、第１トランジスタ３１４と、第２トランジスタ３１５と、過熱保護回路３１６と、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４と、入力端Ｔ１と、出力端Ｔ２と、を備えている。

入力端Ｔ１に印加される入力電圧Ｖｃｃは、例えば車載バッテリから供給される（例えばＶｃｃ＝１３．５Ｖ）。基準電圧生成部３１１は、入力電圧Ｖｃｃに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。

ｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成される第１トランジスタ３１４のソースには、入力電圧Ｖｃｃが印加される。第１トランジスタ３１４のドレインと接地端との間には抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２が直列接続される。第１トランジスタ３１４のドレインには、出力端Ｔ２も接続される。出力端Ｔ２に出力電圧Ｖｏが発生する。

出力電圧Ｖｏは、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２によって分圧され、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２との接続点に第１帰還電圧Ｖｆｂ１が発生する。第１エラーアンプ３１２には、基準電圧Ｖｒｅｆと第１帰還電圧Ｖｆｂ１が入力される。第１エラーアンプ３１２は、第１帰還電圧Ｖｆｂ１と基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差として第１ゲート信号Ｇ１１を生成し、第１ゲート信号Ｇ１１を第１トランジスタ３１４のゲートに印加する。

また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成される第２トランジスタ３１５のソースには、入力電圧Ｖｃｃが印加される。第２トランジスタ３１５のドレインと接地端との間には抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４が直列接続される。第２トランジスタ３１５のドレインには、出力端Ｔ２も接続される。

出力電圧Ｖｏは、抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４によって分圧され、抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４との接続点に第２帰還電圧Ｖｆｂ２が発生する。第２エラーアンプ３１３には、基準電圧Ｖｒｅｆと第２帰還電圧Ｖｆｂ２が入力される。第２エラーアンプ３１３は、第２帰還電圧Ｖｆｂ２と基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差として第２ゲート信号Ｇ１２を生成し、第２ゲート信号Ｇ１２を第２トランジスタ３１５のゲートに印加する。

このような構成により、出力電圧Ｖｏを帰還する帰還制御によって出力電圧Ｖｏは一定となるよう制御される。出力電圧Ｖｏは、不図示の負荷に供給される。

また、基準電圧Ｖｒｅｆが供給される過熱保護回路３１６は、チップ温度状態を監視し、第１トランジスタ３１４を制御する第１過熱保護信号Ｓｔ２１、および第２トランジスタ３１５を制御する第２過熱保護信号Ｓｔ２２を生成する。具体的には、例えば、第１過熱保護信号Ｓｔ２１に応じて第１トランジスタ３１４のゲート・ソース間のショート・オープンを切替えることで、第１トランジスタ３１４のオフ・有効を切替える。または、第１過熱保護信号Ｓｔ２１に応じて第１エラーアンプ３１２のオンオフを切替えることで、トランジスタ３１４の有効・オフを切替えてもよい。第２過熱保護信号Ｓｔ２２、第２トランジスタ３１５、および第２エラーアンプ３１３についても同様である。

このような構成であるリニア電源装置３１の過熱保護動作について説明する。チップ温度が第４閾値温度（例えば１７５℃）以下である正常状態では、過熱保護回路３１６は、第１過熱保護信号Ｓｔ２１および第２過熱保護信号Ｓｔ２２によって第１トランジスタ３１４および第２トランジスタ３１５ともに有効とする。

そして、温度が上昇して第４閾値温度を上回った過熱状態を検出すると、過熱保護回路３３６は、第１過熱保護信号Ｓｔ２１または第２過熱保護信号Ｓｔ２２のいずれかによって、第１トランジスタ３１４または第２トランジスタ３１５をオフとさせる。この場合、精度の良好である第１トランジスタ３１４と第２トランジスタ３１５のそれぞれのオン抵抗値はほぼ等しく設定されており、いずれか一方のトランジスタをオフすることで、オン抵抗値はほぼ２倍となり、出力電流Ｉｏは低減される。

このように出力電流Ｉｏが低減されたにも関わらず、温度が第５閾値温度（＜第４閾値温度）まで低下しない場合は、過熱保護回路３１６は、第１過熱保護信号Ｓｔ２１または第２過熱保護信号Ｓｔ２２のいずれかによって、第１トランジスタ３１４または第２トランジスタ３１５のうち未だオフしていない方のトランジスタをオフさせる。これにより、両方のトランジスタがオフされるので、出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏともにゼロとなる。

このように本実施形態によれば、過熱状態が生じた場合に、いきなり出力をオフさせるのではなく、一方のトランジスタをオフさせることで出力電流Ｉｏを低減させて発熱の抑制を図り、それでもなお過熱状態が継続している場合は出力を完全にオフさせることができる。

なお、第１トランジスタ３１４と第２トランジスタ３１５のオン抵抗値の設定にオフセットを設け、オン抵抗値の大きい方のトランジスタのみを過熱状態検出時にまずオフさせるようにしてもよい。

また、トランジスタの数は２個に限らず３個以上として、過熱状態を検出するたびに順次トランジスタをオフさせることとしてもよい。

＜車両への適用＞
図１３は、各種の電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、バッテリＸ１０と、バッテリＸ１０から入力電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作する種々の電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８と、を搭載している。なお、図１３におけるバッテリＸ１０および電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。

電子機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、および、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー（ショックアブソーバー）、電動サンルーフ、および、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。

電子機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、および、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザオプション品として任意で車両Ｘに装着される電子機器である。

電子機器Ｘ１８は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。

なお、先に説明した実施形態に係る各リニア電源装置は、電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８のいずれにも適宜組み込むことが可能である。先述した過熱状態時にいきなり出力をオフにすることを回避しつつ安全側に動作させる機能は、特に車載用として好適となる。

＜その他＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、例えば車載用のリニア電源装置に利用することができる。

１、１’ リニア電源装置
１１ 基準電圧生成部
１２ エラーアンプ
１３ トランジスタ
１４ 過熱保護回路
１５、１５１ 過電流保護回路
１５Ａ、１５１Ａ センスアンプ
１５Ｂ、１５１Ｂ 基準電圧源
Ｒｓ 検出抵抗
１５１Ｃ トランジスタ
２１、２２、２３ リニア電源装置
２１１ カウンタ
３１ リニア電源装置
３１１ 基準電圧生成部
３１２ 第１エラーアンプ
３１３ 第２エラーアンプ
３１４ 第１トランジスタ
３１５ 第２トランジスタ
３１６ 過熱保護回路
Ｒ１１、Ｒ１２ 抵抗
Ｒ３１〜Ｒ３４ 抵抗
Ｔ１ 入力端
Ｔ２ 出力端

Claims (12)

1. 出力電流を過電流保護設定値以下となるよう制限する過電流保護回路と、
   過熱状態を検出したときに前記過電流保護設定値を低くなるよう変更する過熱保護回路と、を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記過熱保護回路は、前記過電流保護設定値を変更したにも関わらず過熱状態が継続していることを検出すると、前記出力電流をオフとさせることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 出力電圧のパルス波形を検出する検出部を更に備え、
   前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記出力電流をオフさせ、
   前記検出部は、前記パルス波形の検出結果に基づいて前記出力電流のオフを保持させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記出力電流のパルス波形を検出する検出部を更に備え、
   前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記出力電流をオフさせ、
   前記検出部は、前記パルス波形の検出結果に基づいて前記出力電流のオフを保持させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
5. 前記検出部は、前記パルス波形をカウントするカウンタであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電源装置。
6. 前記過電流保護回路は、トランジスタを制御するアンプを有し、
   前記過熱保護回路は、前記出力電流をオフさせることにより過熱状態が解消されたことを検出すると前記過電流保護回路に前記出力電流をオンとさせ、その後、過熱状態を検出すると再び前記過電流保護回路に前記出力電流をオフさせ、
   前記アンプの出力をカウントし、カウント結果に基づき前記過電流保護回路に前記出力電流のオフを保持させるカウンタを備えることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
7. 前記過熱保護回路は、第１過熱保護信号を出力することで前記過電流保護設定値を変更し、前記過熱状態よりも温度の高い過熱状態を検出したときは、第２過熱保護信号を出力することで前記出力電流をオフさせることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記過熱保護回路は、垂下型特性またはフの字型特性における過電流保護設定値を変更することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 前記過熱保護回路は、前記過電流保護設定値を変更したことにより過熱状態が解消されたことを検出すると、前記過電流保護設定値の変更量よりも小さい変更量で前記過電流保護設定値を高くすることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. トランジスタと、
    出力電圧に基づく帰還電圧と、基準電圧との誤差を制御信号として前記トランジスタに出力するエラーアンプと、を更に備えるリニア電源装置であって、
    前記過電流保護回路は、前記トランジスタを制御することにより前記出力電流を制限することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電源装置。
11. トランジスタと、
    出力電圧に基づく帰還電圧と、基準電圧との誤差を制御信号として前記トランジスタに出力するエラーアンプと、をそれぞれ複数備えると共に、
    過熱状態を検出したときに前記複数のトランジスタのうち一部をオフとさせる過熱保護回路を備えることを特徴とする電源装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の電源装置を備えることを特徴とする車載用電子機器。

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