JP3512935B2 - 直流安定化電源回路 - Google Patents

直流安定化電源回路

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JP3512935B2 JP03509096A JP3509096A JP3512935B2 JP 3512935 B2 JP3512935 B2 JP 3512935B2 JP 03509096 A JP03509096 A JP 03509096A JP 3509096 A JP3509096 A JP 3509096A JP 3512935 B2 JP3512935 B2 JP 3512935B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誤差増幅回路を兼
ねる基準電圧回路を備え、スルー素子としての出力トラ
ンジスタにはPNP型トランジスタを用いた低損失型の
直流安定化電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】誤差増幅回路を兼ねる基準電圧回路を備
えた直流安定化電源回路の一つに、図2に示す回路構成
がある。この回路構成は、主として、汎用三端子レギュ
レータに用いられる回路である。
【0003】この回路構成において、出力電圧を決定す
るための基準電圧VrefはトランジスタQ4のベース
に導かれる電圧となっている。また、トランジスタQ5
はベース接地の接続となっている。そして、出力電圧を
一定に維持するため、入力電圧Vinが変化したときで
も、トランジスタQ3、Q4のコレクタ・エミッタ間電
圧を一定に保つようになっている。
【0004】しかし、この回路構成では、出力トランジ
スタQ12がNPN型であるため、出力トランジスタQ
12のコレクタ・エミッタ間電圧を微小にすることがで
きず、損失をある値より小さくすることができない。
【0005】そこで、出力トランジスタをPNP型とす
ることにより、低損失型の構成とした直流安定化電源回
路がある。図3は、この直流安定化電源回路の回路構成
を示している。
【0006】この回路構成を用いた場合、基準電圧回路
として、図2に示した回路構成と同一の基準電圧回路を
用いると、基準電圧Vrefは、
【0007】
【数1】Vref=VBE×4+VR4 となって、基準電圧を余り下げることができない。その
ため、図2に示した基準電圧回路の構成から、トランジ
スタQ4、Q5、Q9を省略した基準電圧回路22が用
いられている。この回路構成における基準電圧Vref
は、
【0008】
【数2】Vref=VBE×2+VR4 となって、基準電圧を低く設定することが可能となって
いる。つまり、出力電圧Voを低く設定することが可能
となる。
【0009】しかし、この回路構成では、コレクタ・エ
ミッタ間電圧によるトランジスタQ3のhfeの変動に
伴う基準電圧Vrefの変動が大きい。すなわち、出力
電圧Voの変動が大きくなる。
【0010】そのため、入力電圧Vinの変化によって
生じる出力電圧Voの変動を減少させる目的から、基準
電圧回路22には、定電圧回路23によって安定化され
た直流電圧を供給している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示すように、PNP型トランジスタ(出力トランジスタ
Qp)をスルー素子とし、低損失とした回路構成では、
入力電圧Vinが立ち上がるとき、出力トランジスタQ
pは飽和状態となる。そのため、入力電圧Vinと出力
電圧Voとの関係は、
【0012】
【数3】Vin≒Vo となる。その結果、出力電圧Voの設定が低い場合に
は、トランジスタQ3は飽和状態であり、トランジスタ
Q3のベース電流値は大きい。そのため、ベース電流に
よって抵抗R12の電圧降下が大きくなり、出力電圧V
oが高くなるという現象が生じる。
【0013】図4は、この現象を図示した説明図であ
る。入力電圧Vinが範囲Sにあるときには、出力電圧
Voは、設定電圧Vsetより高い電圧となっている。
この影響がなくなる入力電圧Vjは、定電圧回路23が
省略され、入力電圧Vinが基準電圧回路22に直接に
導かれているとすると、
【0014】
【数4】 Vj=Vref−VBEQ3+VCEQ3+VBEQ1+VR1 となり、この電圧Vjより入力電圧Vinが高くなる
と、出力電圧Voは設定電圧Vsetに一致する。
【0015】また、
【0016】
【数5】Vref= 2.5V VBEQ1=VBEQ3= 0.7V VCEQ3= 0.5V VR1= 0.2V とすると、電圧Vjは、
【0017】
【数6】 Vj=2.5 − 0.7 + 0.5 + 0.7 + 0.2 = 3.2 となる。そのため、出力電圧Voを3.0Vに設定した
場合には、入力電圧Vinが3.0V〜3.2Vの範囲
で、出力電圧Voが設定電圧Vsetを超えることにな
る。
【0018】一方、定電圧回路23を介して、入力電圧
Vinを基準電圧回路22に導く構成(図3に示す構
成)では、電圧Vjは、
【0019】
【数7】Vj=Vs+VBEQ16 +Va ただし、 Vs=Vref−VBEQ3+VCEQ3+VBEQ1+VR1 Va:定電流源Iaの電圧降下分 として示される。そのため、
【0020】
【数8】VBEQ16 = 0.7V Va= 0.1V とすると、電圧Vjは、
【0021】
【数9】 Vj=2.5 − 0.7 + 0.5 + 0.7 + 0.2 + 0.7
+ 0.1= 4.0V となる。つまり、入力電圧Vinが3.0V〜4.0V
の範囲のとき、出力電圧Voは設定電圧Vsetを超え
ることになる。
【0022】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであって、請求項1記載の発明の目的は、基準電
圧回路の入力トランジスタの飽和を回避することによ
り、入力電圧の値に関わりなく、出力電圧が設定電圧を
超えることを防止することのできる直流安定化電源回路
を提供することにある。また、上記目的に加え、追加素
子数の増加を防止することのできる直流安定化電源回路
を提供することにある。
【0023】
【0024】また、請求項記載の発明の目的は、上記
目的に加え、追加する素子の数をより少なくすることの
できる直流安定化電源回路を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1記載の発明に係る直流安定化電源回路は、誤差
増幅回路を兼ねる基準電圧回路を備え、スルー素子とし
ての出力トランジスタにはPNP型トランジスタを用い
た直流安定化電源回路において、ベースに出力電圧の分
圧電圧が導かれた入力トランジスタを前記基準電圧回路
に設けるとともに、ベースに、前記入力トランジスタの
ベース電位近傍であってかつベース電位より高い電位、
または前記ベース電位が導かれ、エミッタが前記入力ト
ランジスタのコレクタに接続された補正トランジスタを
備え、前記補正トランジスタに電流を流すことにより、
直接的に前記入力トランジスタの飽和を検出し、緩和す
構成としている。
【0026】
【0027】また、請求項記載の発明に係る直流安定
化電源回路は、一対のPNP型トランジスタからなるカ
レントミラー回路が前記基準電圧回路に設けられるとと
もに、このカレントミラー回路の従動側トランジスタの
エミッタに前記補正トランジスタのコレクタが接続され
た構成とし、前記従動側トランジスタのエミッタに供給
される電流を前記補正トランジスタに分流することによ
って前記出力トランジスタのベース電流を抑制し、出力
電圧の上昇を抑制するものである。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。
【0029】図1は、本発明に係る直流安定化電源回路
の実施形態の電気的接続を示す回路図である。なお、従
来技術との対応関係を明確にするため、従来技術と同一
となるブロック及び素子については、説明において参照
されない素子をも含め、図3における符号と同一符号を
付与している。
【0030】この直流安定化電源回路20aは、スルー
素子として動作するPNP型トランジスタ(出力トラン
ジスタQp)からなるチップ部27と、残余の回路が集
積されたチップ部21aとの2つのチップ部から構成さ
れている。
【0031】ブロック23は、定電圧回路である。
【0032】すなわち、定電流源Ia とツェナーダイオ
ードZDとにより安定化された電圧が、トランジスタQ
16のベースに与えられている。そのため、トランジス
タQ16のエミッタからは、入力電圧Vinに依存しな
い安定化された電圧が出力される。この電圧は、誤差増
幅回路を兼ねる基準電圧回路22aに出力される。
【0033】基準電圧回路22aは、一対のPNP型ト
ランジスタQ1,Q2からなるカレントミラー回路を備
えている。
【0034】すなわち、カレントミラー回路の設定側ト
ランジスタQ1のコレクタは、入力トランジスタQ3の
コレクタに接続されている。また、入力トランジスタQ
3及びトランジスタQ6〜Q8と3つの抵抗R3〜R5
とからなるブロックは基準電圧を発生する。そして、基
準電圧の出力素子となるトランジスタQ8にカレントミ
ラー回路の従動側トランジスタQ2の出力を与え、トラ
ンジスタQ6,Q7には、入力トランジスタQ3を介し
て、トランジスタQ1からの電流を供給することによ
り、誤差増幅回路としても動作させている。
【0035】ブロック24は、ダーリントン接続された
2つのトランジスタによって構成されたベースドライブ
回路である。詳細には、基準電圧回路22aから出力さ
れる制御出力を増幅し、増幅した制御出力を出力トラン
ジスタQpのベースに与える(出力トランジスタQpか
らベース電流を吸い込む)ようになっている。
【0036】ブロック25は、出力トランジスタQpの
ベース電流を監視し、設定値を超えるときにはベース電
流を減少させることにより、出力トランジスタQpの保
護を行うベース電流制限回路である。
【0037】ブロック26aは、出力電圧Voを決定す
るための分圧回路であって、抵抗R12〜R14の値に
よって出力電圧Voの値を決定している。
【0038】基準電圧回路22a内に設けられたトラン
ジスタQ15は、出力電圧Voを分圧した電圧がベース
に導かれた入力トランジスタQ3の飽和状態を緩和する
ための素子であり、請求項2に記載された補正トランジ
スタを示している。
【0039】すなわち、補正トランジスタQ15のベー
スには、分圧回路26aの抵抗R12と抵抗R14との
接続点が導かれている。このため、補正トランジスタQ
15のベースには、入力トランジスタQ3のベース電位
近傍であってかつベース電位より少しだけ高い電位が与
えられる。このことから、抵抗R14の値は、この条件
を満たす値に設定される。
【0040】なお、補正トランジスタQ15のベース電
位は、入力トランジスタQ3のベース電位と同一であっ
てもよく、この場合には、抵抗R14が省略され、抵抗
R12と抵抗R13との接続点が補正トランジスタQ1
5のベースに接続されることになる。
【0041】また、補正トランジスタQ15のエミッタ
は、入力トランジスタQ3のコレクタに接続されてい
る。また、補正トランジスタQ15のコレクタは、一対
のPNP型トランジスタQ1,Q2からなるカレントミ
ラー回路の従動側トランジスタQ2のエミッタに接続さ
れている。
【0042】次に、上記構成からなる実施形態の動作に
ついて説明する。
【0043】入力電圧Vinが設定電圧Vset近傍の
電圧となり、基準電圧回路22aの入力トランジスタQ
3が飽和状態になろうとするときに、補正トランジスタ
Q15のベース・エミッタ間が順方向にバイアスされ始
める。このため、従動側トランジスタQ2のエミッタ抵
抗R2から供給されていた電流の一部は、補正トランジ
スタQ15を介して、入力トランジスタQ3のコレクタ
へと流れ始める。
【0044】その結果、カレントミラー回路としての動
作のバランスが崩れ、ベースドライブ回路24に出力さ
れる電流値が抑制される。つまり、出力トランジスタQ
pのベース電流の増加が抑制される。
【0045】そのため、出力電圧Voの上昇が抑制され
ることになり、入力トランジスタQ3の飽和状態は緩和
されることになる(ベース電流の増加が抑制される)。
このことは、入力トランジスタQ3のベースに導かれる
電圧が、分圧回路26aにより設定された値に一致する
電圧となることを意味するので、出力電圧Voは設定電
圧Vsetに精度よく一致した電圧となる。
【0046】なお、補正トランジスタQ15のベースに
は、抵抗R14による分圧電圧を与えているので、補正
トランジスタQ15のベース電位は入力トランジスタQ
3のベース電位より若干高くなっている。
【0047】そのため、補正トランジスタQ15のベー
ス電位を入力トランジスタQ3のベース電位に等しくし
た構成(抵抗R14を省略した構成)と比較した場合、
入力トランジスタQ3の飽和状態は、抵抗R14を省略
した構成より、より緩和されることになる。
【0048】上記した緩和について詳細に説明すると、
定常時の抵抗R14の電圧降下をV R14 、補正トランジ
スタQ15のベース・エミッタ間の立ち上がり電圧をV
BE15、入力トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧
をVBE3 により示し、
【0049】
【数10】VR14 = 0.2V VBE15= 0.6V VBE3 = 0.7V とすると、入力トランジスタQ3における電圧VCESAT
は、
【0050】
【数11】VCESAT ≒VBE3 +VR14 −VBE15= 0.3V となって、入力トランジスタQ3は、ほとんど飽和しな
い。つまり、入力トランジスタQ3のベース電流の影響
が極めて微小となる。
【0051】そのため、入力トランジスタQ3のベース
に与えられる電圧は、分圧回路26aによって設定され
た通りの値となる。その結果、出力電圧Voが設定電圧
Vsetに等しい値となり、入力電圧Vinが範囲Sに
ある場合にも、出力電圧Voは、図4の破線31により
示した電圧となる。
【0052】
【発明の効果】請求項1記載の発明に係る直流安定化電
源回路は、誤差増幅回路を兼ねる基準電圧回路を備え、
スルー素子としての出力トランジスタにはPNP型トラ
ンジスタを用いた直流安定化電源回路において、ベース
に出力電圧の分圧電圧が導かれた入力トランジスタを前
記基準電圧回路に設けるとともに、ベースに、前記入力
トランジスタのベース電位近傍であってかつベース電位
より高い電位、または前記ベース電位が導かれ、エミッ
タが前記入力トランジスタのコレクタに接続された補正
トランジスタを備え、前記補正トランジスタに電流を流
すことにより、直接的に前記入力トランジスタの飽和を
検出し、緩和する構成としている。つまり、入力トラン
ジスタのベース電流の増加が抑制されることになるの
で、分圧回路の分圧値は設定通りの値となる。そのた
め、入力電圧の値に関わりなく、出力電圧が設定電圧を
超えるのを防止することができるものである。また、補
正トランジスタに電流を流すことにより、入力トランジ
スタの飽和を緩和している。そのため、少ない素子数で
入力トランジスタの飽和が緩和されるので、追加素子数
の増加を防止することができるものである。
【0053】
【0054】また、請求項記載の発明に係る直流安定
化電源回路は、一対のPNP型トランジスタからなるカ
レントミラー回路が前記基準電圧回路に設けられるとと
もに、このカレントミラー回路の従動側トランジスタの
エミッタに前記補正トランジスタのコレクタが接続され
た構成とし、従動側トランジスタのエミッタに供給され
る電流を補正トランジスタに分流することによって出力
トランジスタのベース電流を抑制し、出力電圧の上昇を
抑制している。そのため、追加する素子の数をより少な
くすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の直流安定化電源回路の実施形態の電気
的接続を示す回路図である。
【図2】出力トランジスタにNPN型トランジスタを用
いた従来技術の電気的接続を示す回路図である。
【図3】出力トランジスタにPNP型トランジスタを用
いた従来技術の電気的接続を示す回路図である。
【図4】入力電圧と出力電圧との関係を示す説明図であ
る。
【符号の説明】 22a 基準電圧回路 23 定電圧回路 24 ベースドライブ回路 26a 分圧回路 Q2 従動側トランジスタ Q3 入力トランジスタ Q15 補正トランジスタ Qp 出力トランジスタ Vin 入力電圧 Vo 出力電圧
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/00 - 1/70 G05F 3/00 - 3/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誤差増幅回路を兼ねる基準電圧回路を備
    え、スルー素子としての出力トランジスタにはPNP型
    トランジスタを用いた直流安定化電源回路において、ベ
    ースに出力電圧の分圧電圧が導かれた入力トランジスタ
    を前記基準電圧回路に設けるとともに、ベースに、前記
    入力トランジスタのベース電位近傍であってかつベース
    電位より高い電位、または前記ベース電位が導かれ、エ
    ミッタが前記入力トランジスタのコレクタに接続された
    補正トランジスタを備え、前記補正トランジスタに電流
    を流すことにより、直接的に前記入力トランジスタの飽
    和を検出し、緩和することを特徴とする直流安定化電源
    回路。
  2. 【請求項2】一対のPNP型トランジスタからなるカレ
    ントミラー回路が前記基準電圧回路に設けられるととも
    に、このカレントミラー回路の従動側トランジスタのエ
    ミッタに前記補正トランジスタのコレクタが接続され、
    前記従動側トランジスタのエミッタに供給される電流を
    前記補正トランジスタに分流することによって前記出力
    トランジスタのベース電流を抑制し、出力電圧の上昇を
    抑制することを特徴とする請求項1記載の直流安定化電
    源回路。
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