JP3549772B2 - 安定化電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その内部を流れる負荷電流が軽負荷時または負荷の待機時に生じる電力損失を低減する安定化電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等においては、一般に、機器内の回路や電子部品を動作させるための直流電圧を出力する安定化電源装置が設けられている。図９に、従来の安定化電源装置の一構成例を示し、図１０に、従来の安定化電源装置の一回路例を示す。
【０００３】
図９に示すように、従来の安定化電源装置３１は、出力用素子３２と制御用素子３３とのマルチチップ（ここでは２チップ）構成となっている。出力用素子３２はＰＮＰトランジスタチップとして構成され、制御用素子３３はバイポーラＩＣとして構成されている。
【０００４】
この安定化電源装置３１において、リードフレーム３４のインナーリード上には、出力用素子３２が、半田３５（または導電ペースト等）によって接着されており、制御用素子３３が、出力用素子３２に隣接するように絶縁ペースト３６によって実装されている。出力用素子３２は、コレクタ端子およびベース端子が、金線３７・３７によって制御用素子３３に接続され、エミッタ端子が、金線３９によってアウターリード４０に電気的に接続されている。また、制御用素子３３は、金線４１・４２によってそれぞれアウターリード４３とリードフレーム３４のＧＮＤ端子部３４ａとに電気的に接続されている。
【０００５】
さらに、上記のインナーリード、出力用素子３２、制御用素子３３、アウターリード４０・４３およびＧＮＤ端子部３４ａの各端部（金線ボンディング部）は、モールド樹脂４４によってモールドされて封止されている。
【０００６】
図１０に示すように、安定化電源装置において、出力用素子３２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１１によって構成されており、制御用素子２４内に構成される制御回路５１によって制御される。制御回路５１は、差動増幅器５１ａ、基準電圧源５１ｂ、抵抗Ｒ１１・Ｒ１２および駆動トランジスタＴｒ１２を備えている。このような安定化電源装置３１では、通常、差動増幅器５１ａによって、基準電圧源５１ｂと、抵抗Ｒ１１・Ｒ１２によって検出された出力電圧（安定化電源装置３１の出力側の電位）とが比較される。そして、その結果に応じて駆動トランジスタＴｒ１２のベース電流が制御されることにより、出力電圧が安定化するようにＰＮＰトランジスタＴｒ１１のベース電流（Ｉｄ 電流値）が調整される。
【０００７】
ところで、上記のような安定化電源装置を備える電子機器等には、通常の動作状態にすぐ移行できるような待機状態を設定したり、内蔵された時計やタイマーを動作させるための待機モードを備えたものがある。待機モードは、待機状態を維持するために、通常、わずかではあるが機器内に電流を流している。
【０００８】
一般に、このような待機モードを備える機器は、通常の動作状態におかれる場合より、待機モードにおかれる場合が多く、この待機状態での消費電力も累積すると大きくなる。これに対し、現在、世界的なエネルギー削減のため、このような待機時の消費電力の削減が注目されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図８に、上記の出力用素子３２（ＰＮＰトランジスタＴｒ１１）のｈｆｅ特性を示す。このｈｆｅ特性において、負荷電流Ｉｏ ＝１Ａのとき（通常動作時）のｈｆｅは８０であり、負荷電流Ｉｏ ＝１００ｍＡのとき（低負荷時または待機時）のｈｆｅは１００である。このとき、出力用素子３２のＰＮＰトランジスタＴｒ１１に必要なベース電流Ｉｄ は、負荷電流Ｉｏ が１Ａのときに１２５ｍＡであり、負荷電流Ｉｏ が１００ｍＡのときに１ｍＡである。
【００１０】
したがって、上記のような安定化電源装置が組み込まれた電子機器等においては、１ｍＡの電流が待機時（軽負荷時（Ｉｏ ＝１００ｍＡ程度））に常に流れていることになる。このため、待機状態においては、入力電圧×Ｉｄ の電力損失が生じている。このような一般的な安定化電源装置では、Ｉｄ を減少させるための改善はなされておらず、待機状態における電力損失の低減が図られていなかった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するものであり、電子機器等の待機時の電力損失を抑制できる安定化電源装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の安定化電源装置は、負荷に供給する電流を出力する複数の出力用素子と、これらの出力用素子を制御するための制御用素子とを備えた安定化電源装置において、上記の課題を解決するために、上記出力用素子として、上記複数の出力用素子から負荷側に流れる負荷電流供給能力の異なる２つ以上の出力用素子を含んでおり、上記制御用素子が、負荷電流の値によって上記出力用素子の動作を切り替える切替手段を有し、上記複数の出力用素子がトランジスタであり、そのうちの一つが、所定値より小さい電流領域で他のトランジスタよりｈ fe （エミッタ接地閉路小信号順電流増幅率）が大きい第１トランジスタであり、他の一つが、所定値より小さい電流領域での第１トランジスタのｈ fe よりｈ fe が小さく、かつ上記所定値を超える電流領域でも一定のｈ fe を維持する第２トランジスタであることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成では、軽負荷時等の負荷電流が小さい状態では、制御用素子に設けられた切替手段によって負荷電流供給能力の低い出力用素子に動作が切り替えられる。一方、負荷電流が増大した状態では、切替手段によって負荷電流供給能力の高い出力用素子に動作が切り替えられる。これにより、この安定化電源装置が組み込まれた電子機器等では、待機状態での負荷電流を通常の動作状態での負荷電流に比べて小さく抑えることができる。
【００１４】
特開平７−１２１２５２号公報には、出力段に複数のパワートランジスタが複数設けられた構成が開示されている。しかしながら、この公報に記載された発明は、出力段のトランジスタが１つであれば、そのトランジスタの設計が困難になること、および大きい設計マージンが必要とされることを課題としており、この課題に対し、出力段に設けた複数のトランジスタを全て動作させることによって設計マージンを分散化させるようにしている。
【００１５】
一方、本発明に係る安定化電源装置では、前述のように、負荷電流供給能力の異なる複数の出力用素子（例えば、トランジスタ）を出力段に設け、出力側に流れる電流の値によって、その出力用素子の動作を切り替えることによって省エネルギー設計を実現することができる。上記公報に記載された安定化電源装置は、このような構成を備えていないため、省エネルギー設計を実現することができない。
【００１７】
また、上記の構成では、ｈfeが大きい方の第１トランジスタが小電流領域で動作する一方、ｈfeが小さい方の第２トランジスタが所定値より大きい電流領域で動作する。例えば、図８のｈfe特性に示すように、ｈfeが大きい（最大で１０００程度）のトランジスタＴｒ1 は、大きい負荷電流Ｉo を供給することができないので、小電流領域での動作に適している。また、ｈfeが小さい（最大で１００程度）のトランジスタＴｒ2は、小電流領域から大電流領域まで負荷電流Ｉo を供給することができるので、大電流領域での動作に適している。
【００１８】
この安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の第１基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記第１基準電圧より低い所定の第２基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記分圧値が上記第２基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００１９】
上記の構成では、負荷電流が小さい状態では出力電圧が高くなるので、第１差動増幅器によって、この出力電圧の分圧値と第１基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。このとき、上記の分圧値は、ほぼ第１基準電圧と等しくなっており、第２基準電圧より高い。このため、第２差動増幅器が動作せず、したがって第２トランジスタはオンしない。
【００２０】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、分圧値もそれに応じて低下する。そして、その分圧値が第２基準電圧以下に低下すると、第２差動増幅器が動作して、第２トランジスタを動作させる。このとき、第１差動増幅器は、低下した出力電圧を安定させるために、負荷電流供給能力の低い第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が最大値に達すると、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されるので、第１トランジスタはオフ状態に移行する。
【００２１】
このように、第１および第２トランジスタは、負荷電流が小さいときには負荷電流供給能力の高い第１トランジスタが動作する一方、負荷電流が大きいときには負荷電流供給能力の高い第２トランジスタが動作するように制御される。
【００２２】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧を所定の比率で分圧した第１分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記第１分圧値より高く、上記出力電圧を所定の比率で分圧した第２分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記第２分圧値が上記基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００２３】
上記の構成では、負荷電流が小さい状態では出力電圧が高くなるので、第１差動増幅器によって、この出力電圧の第１分圧値と基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。このとき、上記の第１分圧値は、ほぼ基準電圧と等しくなっており、第２分圧値より低い。すなわち、第２分圧値が基準電圧より高くなっている。このため、第２差動増幅器が動作せず、したがって第２トランジスタはオンしない。
【００２４】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、第２分圧値もそれに応じて低下する。そして、その第２分圧値が基準電圧以下に低下すると、第２差動増幅器が動作して、第２トランジスタを動作させる。このとき、第１差動増幅器は、低下した出力電圧を安定させるために、負荷電流供給能力の低い第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が最大値に達すると、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されるので、第１トランジスタはオフ状態に移行する。
【００２５】
このように、第１および第２トランジスタは、負荷電流が小さいときには負荷電流供給能力の高い第１トランジスタが動作する一方、負荷電流が大きいときには負荷電流供給能力の高い第２トランジスタが動作するように制御される。
【００２６】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第２差動増幅器と、軽負荷時に上記第１トランジスタのベースに流れる電流が所定値以下であるときに上記第２差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００２７】
上記の構成では、第１および第２差動増幅器によって、出力電圧の分圧値と第１基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。ところが、負荷電流が小さい状態では、第１トランジスタのｈｆｅが大きいために、第１トランジスタのベースを流れる電流が小さい（所定値以下）。このため、出力遮断手段によって、第２差動増幅器の出力が遮断されるので、第２トランジスタはオフしている。
【００２８】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が所定値を越えると、出力遮断手段による第２差動増幅器の出力の遮断が解除され、第２トランジスタはオン状態に移行する。
【００２９】
このように、第１および第２トランジスタは、少なくとも負荷電流が小さいときには、同時にオンしないように動作が制御される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る安定化電源装置１は、出力用素子としてのＰＮＰ型トランジスタチップ（以降、トランジスタチップと称する）２・３と、制御用ＩＣチップ４とを備えている。
【００３２】
トランジスタチップ２・３は、銅板によって形成されたリードフレーム５のインナーリード５ａ上に、半田材６で接着されることによって実装されている。一方、制御用ＩＣチップ４は、インナーリード５ａ上に、接着剤７によって絶縁状態で実装されている。
【００３３】
トランジスタチップ２・３の入力端子（エミッタ端子）は、金線８・８によって後述する入力端子ＩＮ（図３参照）となるアウターリード１４に接続されている。また、トランジスタチップ２のベース端子は、金線９によって制御用ＩＣチップ４に接続され、トランジスタチップ３のベース端子および制御用ＩＣチップ４の入力は、それぞれ金線１０・１０によって制御用ＩＣチップ４に接続されている。一方、制御用ＩＣチップ４の出力端子は、金線１３によって後述する出力端子ＯＵＴ（図３参照）となる出力端子部５ｂに接続されるとともに、金線１２によって後述する接地端子ＧＮＤとなるアウターリード１５に接続されている。また、トランジスタチップ２・３は、それぞれの底面に設けられたコレクタ端子が半田材６を介してリードフレーム５（出力端子部５ｂ）に接続されている。
【００３４】
上記のアウターリード１４・１５は、リードフレーム５と独立して設けられている。また、出力端子部５ｂは、リードフレーム５の一部であって、インナーリード５ａからアウターリード１４・１５と同じ側に突出するように設けられている。さらに、上記のトランジスタチップ２・３、制御用ＩＣチップ４、出力端子部５ｂの一部、アウターリード１４・１５の一部および金線８〜１３を含めてモールド樹脂１６にて封止されている。
【００３５】
図１に、上記の安定化電源装置１の回路構成を示す。この安定化電源装置１は、上記のトランジスタチップ２・３としてそれぞれ形成される出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ 、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ 、切替回路２１、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴおよび接地端子ＧＮＤを制御用ＩＣチップ４内に形成される制御回路２２として備えている。
【００３６】
出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に並列に接続され、それぞれのベースが切替回路２１に接続されている。また、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ は、出力端子ＯＵＴと接地端子ＧＮＤとの間に直列に接続されており、これらの接続点（Ａ点）が切替回路２１に接続されている。
【００３７】
出力用トランジスタＴｒ１ は、図８に示すｈｆｅ特性に基づいて、小電流領域（上限１００ｍＡ程度）でｈｆｅ≒１０００程度であるトランジスタが用いられる。一方、出力用トランジスタＴｒ２ は、ｈｆｅが小さく（ｈｆｅ≒１００程度）、かつ大電流領域（１０００ｍＡ（１Ａ）以上）までｈｆｅが伸びる（１００より低下するが）トランジスタが用いられる。
【００３８】
切替回路２１は、Ａ点の電位に基づいて、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作を切り替えるようになっている。以下に、切替回路２１の詳細について説明する。
【００３９】
図３に示すように、切替回路２１は、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ 、差動増幅器２１ａ・２１ｂ、基準電圧源２１ｃ・２１ｄ、駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ および過電流保護回路２１ｅを備えている。
【００４０】
差動増幅器２１ａ・２１ｂの反転入力端子は、ともにＡ点に接続され、差動増幅器２１ａ・２１ｂの非反転入力端子は、それぞれ基準電圧源２１ｃ・２１ｄに接続されている。差動増幅器２１ａ・２１ｂの出力端子は、それぞれ駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のベースに接続されている。駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のコレクタは、それぞれ出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ のベースに接続されている。駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のエミッタおよびベースは、ともに過電流保護回路２１ｅに接続されている。
【００４１】
第１差動増幅器としての差動増幅器２１ａは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される第１基準電圧としての基準電圧源２１ｃからの基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ３ を介して出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ１を調整して、出力側の電位を安定化させる。第２差動増幅器としての差動増幅器２１ｂは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧源２１ｄからの第２基準電圧としての基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ１−ΔＶ）とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ４ を介して出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ２を調整して、出力側の電位を安定化させる。また、差動増幅器２１ｂは、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下で動作し、その出力で駆動トランジスタＴｒ４ をオンさせるようになっている。
【００４２】
出力遮断手段としての過電流保護回路２１ｅは、負荷電流Ｉｏ が増大して駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ を流れる駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２が所定の過電流検出値を超えると、差動増幅器２１ａ・２１ｂの出力を接地レベルに低下させることで駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を制限する。これによって、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ を流れる負荷電流Ｉｏ が制限される。この過電流保護回路２１ｅは、図４に示すように、負荷電流Ｉｏ が過電流保護動作領域に達すると負荷電流Ｉｏ を急激に減少させる、いわゆるフの字型減流動作を行うタイプの保護回路である。
【００４３】
続いて、上記のように構成される安定化電源装置１の動作について説明する。
【００４４】
通常、負荷電流Ｉｏ に対応した出力電圧（出力側の電位）が抵抗Ｒ２ ・Ｒ１ によって分圧され、その分圧値が差動増幅器２１ａ・２１ｂの反転入力端子に入力されている。差動増幅器２１ａ・２１ｂは、それぞれこの分圧値と基準電圧Ｖｒｅｆ１・Ｖｒｅｆ２とを比較することによって、差動増幅器２１ａ・２１ｂが駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ の動作を制御する。この結果、駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ が、それぞれ出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ のベースを流れる駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を調整することによって、出力側の電位を安定化させる。
【００４５】
負荷電流Ｉｏ が小電流領域の値（１００ｍＡ程度以下）であるとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分大きいので、出力電圧が安定しており、Ａ点の電位も安定している。負荷電流Ｉｏ が微量変化すれば、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を動作させて、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流Ｉｄ１）を制御することによって出力電圧を安定化させる。このとき、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧よりΔＶ高いので、差動増幅器２１ｂが、動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ をオフさせるので、出力用トランジスタＴｒ２ がオフ状態となっている。
【００４６】
負荷が大きくなるなどして負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、最終的には負荷電流Ｉｏ が要求に対して十分に供給できなくなる。このため、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を最大限動作させさせることで、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流を最大限流して出力電圧を安定化させようとする。しかしながら、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少しているため、出力用トランジスタＴｒ１ が電流を供給することができなくなり、出力電圧が低下しはじめる。出力電圧が低下すると、Ａ点の電位も低下する。そして、Ａ点の電位の値がＶｒｅｆ２、すなわちＶｒｅｆ１−ΔＶに達すると、差動増幅器２１ｂが動作しはじめる。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオンして出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流Ｉｄ２）を流すので、出力用トランジスタＴｒ２ が動作する。
【００４７】
この結果、図４に示すように、出力側に高出力電流が供給されることになり、出力側の電圧も安定化する。また、この状態では、差動増幅器２１ａが出力電圧を上昇させようとして、駆動トランジスタＴｒ３ に最大電流供給能力までベース電流Ｉｄ１を流させるので、この電流値が過電流検出値を越えて過電流保護回路２１ｅが動作する。これにより、駆動トランジスタＴｒ３ は、ベース電位が接地レベルに低下するので、オフ状態に移行して、出力用トランジスタＴｒ１ もオフする。
【００４８】
従来の安定化電源装置においては、前述のように、１つの出力用素子（図９参照）を用いて制御していたため、この安定化電源装置を備えた機器が待機状態にある場合、負荷電流Ｉｏ が１００ｍＡ程度のとき、上記の出力用素子を制御するベース電流Ｉｄ が１ｍＡ必要であった。これに対し、本実施の形態の安定化電源装置１では、上記のように電流が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させるので、駆動電流Ｉｄ１は０．１ｍＡあればよい。したがって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を従来の１／１０に低減することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２との間にΔＶの差が設けられ、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ１−ΔＶ）より高いときに差動増幅器２１ｂが動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ がオフし、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下であるときに差動増幅器２１ｂが動作して駆動トランジスタＴｒ４ がオンするように構成されている。また、本実施の形態では、負荷電流Ｉｏ が大きくなるのに伴って、ベース電流Ｉｄ１が過電流検出値まで増大すると、過電流保護回路２１ｅが動作して、出力用トランジスタＴｒ１ の動作を停止させるようになっている。
【００５０】
これにより、負荷電流Ｉｏ が小電流領域の値であるときにｈｆｅが十分大きい出力用トランジスタＴｒ１ によって出力電圧が安定して、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ１となったときに出力用トランジスタＴｒ２ がオフ状態となる一方、負荷電流Ｉｏ が大きくなったときに出力用トランジスタＴｒ１ がオフ状態となる代わりに出力用トランジスタＴｒ２ がオン状態となる。このように、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作切替を円滑に行うことができる。
【００５１】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｂの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値は必要とされる出力電圧精度内に収まる。
【００５２】
また、本実施の形態において、図１に示すように、出力用トランジスタＴｒ１ は、制御用ＩＣチップ４と独立して形成されているが、このような形態に限らず、制御用ＩＣチップ４に組み込まれていてもよく、またその逆に、出力用トランジスタＴｒ１ に制御用ＩＣチップ４が組み込まれていてもよい。これは、本実施の形態だけでなく、後述する他の実施の形態についても同様に適用される。
【００５３】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について図５および図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、本実施の形態に係る安定化電源装置１において、切替回路２１は、前述の実施の形態１における切替回路２１における、基準電圧源２１ｃ・２１ｄ（図３参照）の代わりに基準電圧源２１ｆを備え、抵抗Ｒ２ の代わりに抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ を備えている。
【００５５】
基準電圧源２１ｆは、基準電圧Ｖｒｅｆ を差動増幅器２１ａ・２１ｂの非反転入力端子に与えている。また、抵抗Ｒ１ に直列接続される抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ を設けて、出力電圧（Ｂ点の電圧）を抵抗Ｒ１ ・Ｒ３ ・Ｒ４ で分圧することによって、Ａ点の電位より高いＣ点（抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ の接続点）の電圧が差動増幅器２１ｂの反転入力端子に与えられる。抵抗Ｒ１ ・Ｒ３ ・Ｒ４ の分圧比は、Ａ点とＣ点との電位差が前述のΔＶとなるように設定されている。
【００５６】
本実施の形態における差動増幅器２１ａは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ３ を介して出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ１を調整して、出力側の電位を安定化させる。一方、本実施の形態における差動増幅器２１ｂは、反転入力端子に入力されるＣ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ４ を介して出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ２を調整して、出力側の電位を安定化させる。また、差動増幅器２１ｂは、Ｃ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ 以下で動作し、その出力で駆動トランジスタＴｒ４ をオンさせるようになっている。
【００５７】
上記のように構成される安定化電源装置１では、負荷電流Ｉｏ が小電流値（１００ｍＡ程度）であるとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分大きく、Ｂ点の電位（出力電圧）が図６に示すようにＶｏ１に安定しており、Ｃ点の電位（第１分圧値）が基準電圧Ｖｒｅｆ より高くなっている。このため、負荷電流Ｉｏ が微量変化すれば、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を動作させて、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流Ｉｄ１を制御することによって出力電圧を安定化させる。この結果、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ にほぼ等しくなる。
【００５８】
このとき、Ｃ点の電位（第２分圧値）が基準電圧Ｖｒｅｆ よりさらにΔＶ高いので、差動増幅器２１ｂは、動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ をオフさせる。したがって、出力用トランジスタＴｒ２ はオフ状態となっている。
【００５９】
一方、負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、最終的には負荷電流Ｉｏ が十分に供給できなくなる。このため、出力電圧が（Ｂ点の電位がＶｏ１からＶｏ２）に低下して差動増幅器２１ａでは出力電圧を十分安定させることができなくなる。出力電圧の低下に伴ってＣ点の電位も低下することで、Ｃ点の電位がＶｒｅｆ に達すると、差動増幅器２１ｂが動作しはじめる。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオンして出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流Ｉｄ２）を流すので、出力用トランジスタＴｒ２ がオンする。その結果、図６に示すように、出力側に高出力電流が供給されることになり、出力側の電圧も安定化する。
【００６０】
このとき、差動増幅器２１ａが出力電圧を上昇させようとして、駆動トランジスタＴｒ３ に最大電流供給能力までベース電流Ｉｄ１を流させるので、過電流保護回路２１ｅが動作する。これにより、駆動トランジスタＴｒ３ は、ベース電位が接地レベルに低下して、出力用トランジスタＴｒ１ もオフする。
【００６１】
本実施の形態の安定化電源装置１は、実施の形態１の安定化電源装置１と異なり、差動増幅器２１ａ・２１ｂに同じ基準電圧Ｖｒｅｆ を与える一方、比較される電圧を差動増幅器２１ａ・２１ｂとでそれぞれ異ならせている。しかしながら、両実施例の安定化電源装置１は、反転入力端子の電位（Ｃ点の電位）がＶｒｅｆ にまで低下したときに始めて差動増幅器２１ｂが動作するとともに、負荷電流Ｉｏ が大きいときに過電流保護回路２１ｅによって出力用トランジスタＴｒ１ のオフさせる点で類似している。これにより、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作切替を円滑に行うことができる。
【００６２】
したがって、本実施の形態の安定化電源装置１でも、負荷電流Ｉｏ が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させて駆動電流Ｉｄ１を小さい値に抑えることによって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を大幅に低減することができる。
【００６３】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｂの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値が必要とされる出力電圧精度内に収まるのは実施の形態１と同様である。
【００６４】
〔実施の形態３〕
本発明の実施のさらに他の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、本実施の形態に係る安定化電源装置１において、切替回路２１は、差動増幅器２１ｂの代わりに差動増幅器２１ｈを備え、さらに、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ５ およびベース電流検出抵抗Ｒ５ を備えている。
【００６６】
ベース電流検出抵抗Ｒ５ は、トランジスタＴｒ３ のエミッタと接地端子ＧＮＤとの間に接続されている。トランジスタＴｒ５ のエミッタは差動増幅器２１ｈの出力端子に接続され、コレクタは接地端子ＧＮＤに接続され、ベースは駆動トランジスタＴｒ３ のエミッタに接続されている。
【００６７】
上記のように構成される安定化電源装置１においては、通常、待機状態のように負荷電流Ｉｏ が小さいときには、Ａ点の電位を検出しながら、差動増幅器２１ａ・２１ｈがともに出力することによって、駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を調整している。しかしながら、このとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分に大きく、Ｄ点（駆動トランジスタＴｒ３ のエミッタと抵抗Ｒ５ との接続点）を流れる駆動電流Ｉｄ１が小さいため、トランジスタＴｒ５ がオン状態になっている。これによって、差動増幅器２１ｈの出力がトランジスタＴｒ５ を介してＧＮＤ端子に接続されるので、駆動トランジスタＴｒ４ がオフ状態になる結果、出力用トランジスタＴｒ２ もオフ状態になる。
【００６８】
一方、負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、出力電圧が低下するので、Ａ点の電位も低下する。このため、駆動電流Ｉｄ１を増大させて出力電圧を安定させるように差動増幅器２１ａの出力が増大するが、これによって駆動電流Ｉｄ１が増大するにつれてＢ点の電位が高くなると、やがてトランジスタＴｒ５ がオフ状態に移行する。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオン状態となって出力用トランジスタＴｒ２ をオンさせる。この結果、出力用トランジスタＴｒ２ が負荷電流Ｉｏ の供給を行って出力を安定化させる。
【００６９】
このように、本実施の形態でも、差動増幅器２１ａ・２１ｈを用いて出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作を切り替えるようにしている。それゆえ、前述の実施の形態１および２と同様に、電流が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させて負荷電流Ｉｏ を小さい値に抑えることによって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を大幅に低減することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流を検出するベース電流検出抵抗Ｒ５ によって、待機時のように負荷電流Ｉｏ が小さいときに出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ が同時に動作しないように、出力用トランジスタＴｒ２ の動作を制限している。これにより、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の切替動作を円滑に行うことができる。
【００７１】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｈの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値が必要とされる出力電圧精度内に収まるのは実施の形態１と同様である。
【００７２】
また、本実施の形態を含む全ての実施の形態では、２つの出力用素子を備えた構成について説明したが、本発明は、それに限らず３つ以上の出力用素子を備えた構成にも適用できることは勿論である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る安定化電源装置は、負荷に供給する電流を出力する複数の出力用素子と、これらの出力用素子を制御するための制御用素子とを備えており、上記出力用素子として、上記複数の出力用素子から負荷側に流れる負荷電流供給能力の異なる２つ以上の出力用素子を含み、上記制御用素子が、負荷電流の値によって上記出力用素子の動作を切り替える切替手段を有し、上記複数の出力用素子がトランジスタであり、そのうちの一つが、所定値より小さい電流領域で他のトランジスタよりｈ fe が大きい第１トランジスタであり、他の一つが、所定値より小さい電流領域での第１トランジスタのｈ fe よりｈ fe が小さく、かつ上記所定値を超える電流領域でも一定のｈ fe を維持する第２トランジスタである構成である。
【００７４】
これにより、軽負荷時等の負荷電流が小さい状態では負荷電流供給能力の低い出力用素子に動作が切り替えられる一方、負荷電流が増大した状態では負荷電流供給能力の高い出力用素子に動作が切り替えられる。それゆえ、この安定化電源装置が組み込まれた電子機器等では、待機状態での負荷電流を通常の動作状態での負荷電流に比べて小さく抑えることができる。したがって、上記電子機器等の待機状態での電力消費を大幅に低減することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、上記の構成では、ｈfeが大きい方の第１トランジスタが小電流領域で動作する一方、ｈfeが小さい方の第２トランジスタが所定値より大きい電流領域で動作する。したがって、ｈfe特性の異なるトランジスタを選択することによって、本発明に係る安定化電源装置が奏する効果を容易に実現することができる。
【００７７】
また、この安定化電源装置において、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の第１基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記第１基準電圧より低い所定の第２基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記分圧値が上記第２基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００７８】
これにより、負荷電流が小さい状態で出力電圧が高くなるとき、第１差動増幅器が動作することによって第１トランジスタがオンする一方、出力電圧の分圧値が第２基準電圧より高いために第２差動増幅器が動作しないことによって第２トランジスタがオフする。また、負荷電流が大きい状態で出力電圧が低くなるとき、分圧値が第２基準電圧以下になるために第２差動増幅器が動作することによって第２トランジスタがオンする一方、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させた結果、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されることによって第１トランジスタがオフする。したがって、負荷の大きさに応じて、第１トランジスタの動作と、第２トランジスタの動作とを円滑に切り替えることができるという効果を奏する。
【００７９】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧を所定の比率で分圧した第１分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記第１分圧値より高く、上記出力電圧を所定の比率で分圧した第２分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記第２分圧値が上記基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００８０】
これにより、負荷電流が小さい状態で出力電圧が高くなるとき、第１差動増幅器が動作することによって第１トランジスタがオンする一方、出力電圧の第２分圧値が基準電圧より高いために第２差動増幅器が動作しないことによって第２トランジスタがオフする。また、負荷電流が大きい状態で出力電圧が低くなるとき、第２分圧値が基準電圧以下になるために第２差動増幅器が動作することによって第２トランジスタがオンする一方、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させた結果、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されることによって第１トランジスタがオフする。したがって、負荷の大きさに応じて、第１トランジスタの動作と、第２トランジスタの動作とを円滑に切り替えることができるという効果を奏する。
【００８１】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第２差動増幅器と、軽負荷時に上記第１トランジスタのベースに流れる電流が所定値以下であるときに上記第２差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００８２】
これにより、負荷電流が小さいときには、第１トランジスタのｈｆｅが大きいために、第１トランジスタのベースを流れる電流が小さく、出力遮断手段によって第２差動増幅器の出力が遮断されるので、第２トランジスタはオフしている。また、負荷電流が大きいときには出力電圧の低下に伴い、第１差動増幅器によって第１トランジスタのベース電流を増大した結果、所定値を越えると、出力遮断手段による第１差動増幅器の出力の遮断が解除され、第２トランジスタがオンする。したがって、少なくとも負荷電流が小さいときには、第１および第２トランジスタ同時にオンしないように、第２トランジスタの動作を切り替えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る安定化電源装置の概略の回路構成を示す回路図である。
【図２】上記安定化電源装置の外観を示す斜視図である。
【図３】上記安定化電源装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図４】図３の安定化電源装置の出力電圧対出力電流特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の他の形態に係る安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図６】図５の安定化電源装置の出力電圧対出力電流特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態に係る安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図８】負荷電流供給能力の異なる２つの出力用トランジスタのｈｆｅ特性を示すグラフである。
【図９】従来の安定化電源装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】従来の安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 安定化電源装置
２・３ ＰＮＰトランジスタチップ（出力用素子）
４ 制御用ＩＣチップ（制御用素子）
２１ 切替回路
２１ａ 差動増幅器（第１差動増幅器）
２１ｂ 差動増幅器（第２差動増幅器）
２１ｃ・２１ｄ 基準電圧源
２１ｅ 過電流保護回路（出力遮断手段）
２１ｆ 基準電圧源
２１ｈ 差動増幅器（第２差動増幅器）
Ｔｒ１ ・Ｔｒ２ 出力用トランジスタ
Ｔｒ５ トランジスタ（出力遮断手段）
Ｒ１ 〜Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ ベース電流検出抵抗（検出手段）
Ｉｏ 負荷電流
Ｖｒｅｆ１ 基準電圧（第１基準電圧）
Ｖｒｅｆ２ 基準電圧（第２基準電圧）
Ｖｒｅｆ 基準電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、その内部を流れる負荷電流が軽負荷時または負荷の待機時に生じる電力損失を低減する安定化電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等においては、一般に、機器内の回路や電子部品を動作させるための直流電圧を出力する安定化電源装置が設けられている。図９に、従来の安定化電源装置の一構成例を示し、図１０に、従来の安定化電源装置の一回路例を示す。
【０００３】
図９に示すように、従来の安定化電源装置３１は、出力用素子３２と制御用素子３３とのマルチチップ（ここでは２チップ）構成となっている。出力用素子３２はＰＮＰトランジスタチップとして構成され、制御用素子３３はバイポーラＩＣとして構成されている。
【０００４】
この安定化電源装置３１において、リードフレーム３４のインナーリード上には、出力用素子３２が、半田３５（または導電ペースト等）によって接着されており、制御用素子３３が、出力用素子３２に隣接するように絶縁ペースト３６によって実装されている。出力用素子３２は、コレクタ端子およびベース端子が、金線３７・３７によって制御用素子３３に接続され、エミッタ端子が、金線３９によってアウターリード４０に電気的に接続されている。また、制御用素子３３は、金線４１・４２によってそれぞれアウターリード４３とリードフレーム３４のＧＮＤ端子部３４ａとに電気的に接続されている。
【０００５】
さらに、上記のインナーリード、出力用素子３２、制御用素子３３、アウターリード４０・４３およびＧＮＤ端子部３４ａの各端部（金線ボンディング部）は、モールド樹脂４４によってモールドされて封止されている。
【０００６】
図１０に示すように、安定化電源装置において、出力用素子３２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１１によって構成されており、制御用素子２４内に構成される制御回路５１によって制御される。制御回路５１は、差動増幅器５１ａ、基準電圧源５１ｂ、抵抗Ｒ１１・Ｒ１２および駆動トランジスタＴｒ１２を備えている。このような安定化電源装置３１では、通常、差動増幅器５１ａによって、基準電圧源５１ｂと、抵抗Ｒ１１・Ｒ１２によって検出された出力電圧（安定化電源装置３１の出力側の電位）とが比較される。そして、その結果に応じて駆動トランジスタＴｒ１２のベース電流が制御されることにより、出力電圧が安定化するようにＰＮＰトランジスタＴｒ１１のベース電流（Ｉｄ 電流値）が調整される。
【０００７】
ところで、上記のような安定化電源装置を備える電子機器等には、通常の動作状態にすぐ移行できるような待機状態を設定したり、内蔵された時計やタイマーを動作させるための待機モードを備えたものがある。待機モードは、待機状態を維持するために、通常、わずかではあるが機器内に電流を流している。
【０００８】
一般に、このような待機モードを備える機器は、通常の動作状態におかれる場合より、待機モードにおかれる場合が多く、この待機状態での消費電力も累積すると大きくなる。これに対し、現在、世界的なエネルギー削減のため、このような待機時の消費電力の削減が注目されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図８に、上記の出力用素子３２（ＰＮＰトランジスタＴｒ１１）のｈｆｅ特性を示す。このｈｆｅ特性において、負荷電流Ｉｏ ＝１Ａのとき（通常動作時）のｈｆｅは８０であり、負荷電流Ｉｏ ＝１００ｍＡのとき（低負荷時または待機時）のｈｆｅは１００である。このとき、出力用素子３２のＰＮＰトランジスタＴｒ１１に必要なベース電流Ｉｄ は、負荷電流Ｉｏ が１Ａのときに１２５ｍＡであり、負荷電流Ｉｏ が１００ｍＡのときに１ｍＡである。
【００１０】
したがって、上記のような安定化電源装置が組み込まれた電子機器等においては、１ｍＡの電流が待機時（軽負荷時（Ｉｏ ＝１００ｍＡ程度））に常に流れていることになる。このため、待機状態においては、入力電圧×Ｉｄ の電力損失が生じている。このような一般的な安定化電源装置では、Ｉｄ を減少させるための改善はなされておらず、待機状態における電力損失の低減が図られていなかった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するものであり、電子機器等の待機時の電力損失を抑制できる安定化電源装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の安定化電源装置は、負荷に供給する電流を出力する複数の出力用素子と、これらの出力用素子を制御するための制御用素子とを備えた安定化電源装置において、上記の課題を解決するために、上記出力用素子として、上記複数の出力用素子から負荷側に流れる負荷電流供給能力の異なる２つ以上の出力用素子を含んでおり、上記制御用素子が、負荷電流の値によって上記出力用素子の動作を切り替える切替手段を有し、上記複数の出力用素子がトランジスタであり、そのうちの一つが、所定値より小さい電流領域で他のトランジスタよりｈ fe （エミッタ接地閉路小信号順電流増幅率）が大きい第１トランジスタであり、他の一つが、所定値より小さい電流領域での第１トランジスタのｈ fe よりｈ fe が小さく、かつ上記所定値を超える電流領域でも一定のｈ fe を維持する第２トランジスタであることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成では、軽負荷時等の負荷電流が小さい状態では、制御用素子に設けられた切替手段によって負荷電流供給能力の低い出力用素子に動作が切り替えられる。一方、負荷電流が増大した状態では、切替手段によって負荷電流供給能力の高い出力用素子に動作が切り替えられる。これにより、この安定化電源装置が組み込まれた電子機器等では、待機状態での負荷電流を通常の動作状態での負荷電流に比べて小さく抑えることができる。
【００１４】
特開平７−１２１２５２号公報には、出力段に複数のパワートランジスタが複数設けられた構成が開示されている。しかしながら、この公報に記載された発明は、出力段のトランジスタが１つであれば、そのトランジスタの設計が困難になること、および大きい設計マージンが必要とされることを課題としており、この課題に対し、出力段に設けた複数のトランジスタを全て動作させることによって設計マージンを分散化させるようにしている。
【００１５】
一方、本発明に係る安定化電源装置では、前述のように、負荷電流供給能力の異なる複数の出力用素子（例えば、トランジスタ）を出力段に設け、出力側に流れる電流の値によって、その出力用素子の動作を切り替えることによって省エネルギー設計を実現することができる。上記公報に記載された安定化電源装置は、このような構成を備えていないため、省エネルギー設計を実現することができない。
【００１７】
また、上記の構成では、ｈfeが大きい方の第１トランジスタが小電流領域で動作する一方、ｈfeが小さい方の第２トランジスタが所定値より大きい電流領域で動作する。例えば、図８のｈfe特性に示すように、ｈfeが大きい（最大で１０００程度）のトランジスタＴｒ1 は、大きい負荷電流Ｉo を供給することができないので、小電流領域での動作に適している。また、ｈfeが小さい（最大で１００程度）のトランジスタＴｒ2は、小電流領域から大電流領域まで負荷電流Ｉo を供給することができるので、大電流領域での動作に適している。
【００１８】
この安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の第１基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記第１基準電圧より低い所定の第２基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記分圧値が上記第２基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００１９】
上記の構成では、負荷電流が小さい状態では出力電圧が高くなるので、第１差動増幅器によって、この出力電圧の分圧値と第１基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。このとき、上記の分圧値は、ほぼ第１基準電圧と等しくなっており、第２基準電圧より高い。このため、第２差動増幅器が動作せず、したがって第２トランジスタはオンしない。
【００２０】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、分圧値もそれに応じて低下する。そして、その分圧値が第２基準電圧以下に低下すると、第２差動増幅器が動作して、第２トランジスタを動作させる。このとき、第１差動増幅器は、低下した出力電圧を安定させるために、負荷電流供給能力の低い第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が最大値に達すると、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されるので、第１トランジスタはオフ状態に移行する。
【００２１】
このように、第１および第２トランジスタは、負荷電流が小さいときには負荷電流供給能力の高い第１トランジスタが動作する一方、負荷電流が大きいときには負荷電流供給能力の高い第２トランジスタが動作するように制御される。
【００２２】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧を所定の比率で分圧した第１分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記第１分圧値より高く、上記出力電圧を所定の比率で分圧した第２分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記第２分圧値が上記基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００２３】
上記の構成では、負荷電流が小さい状態では出力電圧が高くなるので、第１差動増幅器によって、この出力電圧の第１分圧値と基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。このとき、上記の第１分圧値は、ほぼ基準電圧と等しくなっており、第２分圧値より低い。すなわち、第２分圧値が基準電圧より高くなっている。このため、第２差動増幅器が動作せず、したがって第２トランジスタはオンしない。
【００２４】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、第２分圧値もそれに応じて低下する。そして、その第２分圧値が基準電圧以下に低下すると、第２差動増幅器が動作して、第２トランジスタを動作させる。このとき、第１差動増幅器は、低下した出力電圧を安定させるために、負荷電流供給能力の低い第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が最大値に達すると、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されるので、第１トランジスタはオフ状態に移行する。
【００２５】
このように、第１および第２トランジスタは、負荷電流が小さいときには負荷電流供給能力の高い第１トランジスタが動作する一方、負荷電流が大きいときには負荷電流供給能力の高い第２トランジスタが動作するように制御される。
【００２６】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第２差動増幅器と、軽負荷時に上記第１トランジスタのベースに流れる電流が所定値以下であるときに上記第２差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることが好ましい。
【００２７】
上記の構成では、第１および第２差動増幅器によって、出力電圧の分圧値と第１基準電圧とに基づいて出力電圧が安定化される。ところが、負荷電流が小さい状態では、第１トランジスタのｈｆｅが大きいために、第１トランジスタのベースを流れる電流が小さい（所定値以下）。このため、出力遮断手段によって、第２差動増幅器の出力が遮断されるので、第２トランジスタはオフしている。
【００２８】
また、負荷電流が大きい状態では出力電圧が低くなるので、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させる。しかしながら、そのベース電流が所定値を越えると、出力遮断手段による第２差動増幅器の出力の遮断が解除され、第２トランジスタはオン状態に移行する。
【００２９】
このように、第１および第２トランジスタは、少なくとも負荷電流が小さいときには、同時にオンしないように動作が制御される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る安定化電源装置１は、出力用素子としてのＰＮＰ型トランジスタチップ（以降、トランジスタチップと称する）２・３と、制御用ＩＣチップ４とを備えている。
【００３２】
トランジスタチップ２・３は、銅板によって形成されたリードフレーム５のインナーリード５ａ上に、半田材６で接着されることによって実装されている。一方、制御用ＩＣチップ４は、インナーリード５ａ上に、接着剤７によって絶縁状態で実装されている。
【００３３】
トランジスタチップ２・３の入力端子（エミッタ端子）は、金線８・８によって後述する入力端子ＩＮ（図３参照）となるアウターリード１４に接続されている。また、トランジスタチップ２のベース端子は、金線９によって制御用ＩＣチップ４に接続され、トランジスタチップ３のベース端子および制御用ＩＣチップ４の入力は、それぞれ金線１０・１０によって制御用ＩＣチップ４に接続されている。一方、制御用ＩＣチップ４の出力端子は、金線１３によって後述する出力端子ＯＵＴ（図３参照）となる出力端子部５ｂに接続されるとともに、金線１２によって後述する接地端子ＧＮＤとなるアウターリード１５に接続されている。また、トランジスタチップ２・３は、それぞれの底面に設けられたコレクタ端子が半田材６を介してリードフレーム５（出力端子部５ｂ）に接続されている。
【００３４】
上記のアウターリード１４・１５は、リードフレーム５と独立して設けられている。また、出力端子部５ｂは、リードフレーム５の一部であって、インナーリード５ａからアウターリード１４・１５と同じ側に突出するように設けられている。さらに、上記のトランジスタチップ２・３、制御用ＩＣチップ４、出力端子部５ｂの一部、アウターリード１４・１５の一部および金線８〜１３を含めてモールド樹脂１６にて封止されている。
【００３５】
図１に、上記の安定化電源装置１の回路構成を示す。この安定化電源装置１は、上記のトランジスタチップ２・３としてそれぞれ形成される出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ 、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ 、切替回路２１、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴおよび接地端子ＧＮＤを制御用ＩＣチップ４内に形成される制御回路２２として備えている。
【００３６】
出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に並列に接続され、それぞれのベースが切替回路２１に接続されている。また、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ は、出力端子ＯＵＴと接地端子ＧＮＤとの間に直列に接続されており、これらの接続点（Ａ点）が切替回路２１に接続されている。
【００３７】
出力用トランジスタＴｒ１ は、図８に示すｈｆｅ特性に基づいて、小電流領域（上限１００ｍＡ程度）でｈｆｅ≒１０００程度であるトランジスタが用いられる。一方、出力用トランジスタＴｒ２ は、ｈｆｅが小さく（ｈｆｅ≒１００程度）、かつ大電流領域（１０００ｍＡ（１Ａ）以上）までｈｆｅが伸びる（１００より低下するが）トランジスタが用いられる。
【００３８】
切替回路２１は、Ａ点の電位に基づいて、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作を切り替えるようになっている。以下に、切替回路２１の詳細について説明する。
【００３９】
図３に示すように、切替回路２１は、抵抗Ｒ１ ・Ｒ２ 、差動増幅器２１ａ・２１ｂ、基準電圧源２１ｃ・２１ｄ、駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ および過電流保護回路２１ｅを備えている。
【００４０】
差動増幅器２１ａ・２１ｂの反転入力端子は、ともにＡ点に接続され、差動増幅器２１ａ・２１ｂの非反転入力端子は、それぞれ基準電圧源２１ｃ・２１ｄに接続されている。差動増幅器２１ａ・２１ｂの出力端子は、それぞれ駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のベースに接続されている。駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のコレクタは、それぞれ出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ のベースに接続されている。駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ のエミッタおよびベースは、ともに過電流保護回路２１ｅに接続されている。
【００４１】
第１差動増幅器としての差動増幅器２１ａは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される第１基準電圧としての基準電圧源２１ｃからの基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ３ を介して出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ１を調整して、出力側の電位を安定化させる。第２差動増幅器としての差動増幅器２１ｂは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧源２１ｄからの第２基準電圧としての基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ１−ΔＶ）とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ４ を介して出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ２を調整して、出力側の電位を安定化させる。また、差動増幅器２１ｂは、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下で動作し、その出力で駆動トランジスタＴｒ４ をオンさせるようになっている。
【００４２】
出力遮断手段としての過電流保護回路２１ｅは、負荷電流Ｉｏ が増大して駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ を流れる駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２が所定の過電流検出値を超えると、差動増幅器２１ａ・２１ｂの出力を接地レベルに低下させることで駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を制限する。これによって、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ を流れる負荷電流Ｉｏ が制限される。この過電流保護回路２１ｅは、図４に示すように、負荷電流Ｉｏ が過電流保護動作領域に達すると負荷電流Ｉｏ を急激に減少させる、いわゆるフの字型減流動作を行うタイプの保護回路である。
【００４３】
続いて、上記のように構成される安定化電源装置１の動作について説明する。
【００４４】
通常、負荷電流Ｉｏ に対応した出力電圧（出力側の電位）が抵抗Ｒ２ ・Ｒ１ によって分圧され、その分圧値が差動増幅器２１ａ・２１ｂの反転入力端子に入力されている。差動増幅器２１ａ・２１ｂは、それぞれこの分圧値と基準電圧Ｖｒｅｆ１・Ｖｒｅｆ２とを比較することによって、差動増幅器２１ａ・２１ｂが駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ の動作を制御する。この結果、駆動トランジスタＴｒ３ ・Ｔｒ４ が、それぞれ出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ のベースを流れる駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を調整することによって、出力側の電位を安定化させる。
【００４５】
負荷電流Ｉｏ が小電流領域の値（１００ｍＡ程度以下）であるとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分大きいので、出力電圧が安定しており、Ａ点の電位も安定している。負荷電流Ｉｏ が微量変化すれば、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を動作させて、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流Ｉｄ１）を制御することによって出力電圧を安定化させる。このとき、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧よりΔＶ高いので、差動増幅器２１ｂが、動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ をオフさせるので、出力用トランジスタＴｒ２ がオフ状態となっている。
【００４６】
負荷が大きくなるなどして負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、最終的には負荷電流Ｉｏ が要求に対して十分に供給できなくなる。このため、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を最大限動作させさせることで、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流を最大限流して出力電圧を安定化させようとする。しかしながら、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少しているため、出力用トランジスタＴｒ１ が電流を供給することができなくなり、出力電圧が低下しはじめる。出力電圧が低下すると、Ａ点の電位も低下する。そして、Ａ点の電位の値がＶｒｅｆ２、すなわちＶｒｅｆ１−ΔＶに達すると、差動増幅器２１ｂが動作しはじめる。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオンして出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流Ｉｄ２）を流すので、出力用トランジスタＴｒ２ が動作する。
【００４７】
この結果、図４に示すように、出力側に高出力電流が供給されることになり、出力側の電圧も安定化する。また、この状態では、差動増幅器２１ａが出力電圧を上昇させようとして、駆動トランジスタＴｒ３ に最大電流供給能力までベース電流Ｉｄ１を流させるので、この電流値が過電流検出値を越えて過電流保護回路２１ｅが動作する。これにより、駆動トランジスタＴｒ３ は、ベース電位が接地レベルに低下するので、オフ状態に移行して、出力用トランジスタＴｒ１ もオフする。
【００４８】
従来の安定化電源装置においては、前述のように、１つの出力用素子（図９参照）を用いて制御していたため、この安定化電源装置を備えた機器が待機状態にある場合、負荷電流Ｉｏ が１００ｍＡ程度のとき、上記の出力用素子を制御するベース電流Ｉｄ が１ｍＡ必要であった。これに対し、本実施の形態の安定化電源装置１では、上記のように電流が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させるので、駆動電流Ｉｄ１は０．１ｍＡあればよい。したがって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を従来の１／１０に低減することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２との間にΔＶの差が設けられ、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ１−ΔＶ）より高いときに差動増幅器２１ｂが動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ がオフし、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下であるときに差動増幅器２１ｂが動作して駆動トランジスタＴｒ４ がオンするように構成されている。また、本実施の形態では、負荷電流Ｉｏ が大きくなるのに伴って、ベース電流Ｉｄ１が過電流検出値まで増大すると、過電流保護回路２１ｅが動作して、出力用トランジスタＴｒ１ の動作を停止させるようになっている。
【００５０】
これにより、負荷電流Ｉｏ が小電流領域の値であるときにｈｆｅが十分大きい出力用トランジスタＴｒ１ によって出力電圧が安定して、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ１となったときに出力用トランジスタＴｒ２ がオフ状態となる一方、負荷電流Ｉｏ が大きくなったときに出力用トランジスタＴｒ１ がオフ状態となる代わりに出力用トランジスタＴｒ２ がオン状態となる。このように、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作切替を円滑に行うことができる。
【００５１】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｂの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値は必要とされる出力電圧精度内に収まる。
【００５２】
また、本実施の形態において、図１に示すように、出力用トランジスタＴｒ１ は、制御用ＩＣチップ４と独立して形成されているが、このような形態に限らず、制御用ＩＣチップ４に組み込まれていてもよく、またその逆に、出力用トランジスタＴｒ１ に制御用ＩＣチップ４が組み込まれていてもよい。これは、本実施の形態だけでなく、後述する他の実施の形態についても同様に適用される。
【００５３】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について図５および図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００５４】
図５に示すように、本実施の形態に係る安定化電源装置１において、切替回路２１は、前述の実施の形態１における切替回路２１における、基準電圧源２１ｃ・２１ｄ（図３参照）の代わりに基準電圧源２１ｆを備え、抵抗Ｒ２ の代わりに抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ を備えている。
【００５５】
基準電圧源２１ｆは、基準電圧Ｖｒｅｆ を差動増幅器２１ａ・２１ｂの非反転入力端子に与えている。また、抵抗Ｒ１ に直列接続される抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ を設けて、出力電圧（Ｂ点の電圧）を抵抗Ｒ１ ・Ｒ３ ・Ｒ４ で分圧することによって、Ａ点の電位より高いＣ点（抵抗Ｒ３ ・Ｒ４ の接続点）の電圧が差動増幅器２１ｂの反転入力端子に与えられる。抵抗Ｒ１ ・Ｒ３ ・Ｒ４ の分圧比は、Ａ点とＣ点との電位差が前述のΔＶとなるように設定されている。
【００５６】
本実施の形態における差動増幅器２１ａは、反転入力端子に入力されるＡ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ３ を介して出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ１を調整して、出力側の電位を安定化させる。一方、本実施の形態における差動増幅器２１ｂは、反転入力端子に入力されるＣ点の電位と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ とを比較して、両電圧の差に応じて駆動トランジスタＴｒ４ を介して出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流）Ｉｄ２を調整して、出力側の電位を安定化させる。また、差動増幅器２１ｂは、Ｃ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ 以下で動作し、その出力で駆動トランジスタＴｒ４ をオンさせるようになっている。
【００５７】
上記のように構成される安定化電源装置１では、負荷電流Ｉｏ が小電流値（１００ｍＡ程度）であるとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分大きく、Ｂ点の電位（出力電圧）が図６に示すようにＶｏ１に安定しており、Ｃ点の電位（第１分圧値）が基準電圧Ｖｒｅｆ より高くなっている。このため、負荷電流Ｉｏ が微量変化すれば、差動増幅器２１ａが駆動トランジスタＴｒ３ を動作させて、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流Ｉｄ１を制御することによって出力電圧を安定化させる。この結果、Ａ点の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ にほぼ等しくなる。
【００５８】
このとき、Ｃ点の電位（第２分圧値）が基準電圧Ｖｒｅｆ よりさらにΔＶ高いので、差動増幅器２１ｂは、動作せずに駆動トランジスタＴｒ４ をオフさせる。したがって、出力用トランジスタＴｒ２ はオフ状態となっている。
【００５９】
一方、負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、最終的には負荷電流Ｉｏ が十分に供給できなくなる。このため、出力電圧が（Ｂ点の電位がＶｏ１からＶｏ２）に低下して差動増幅器２１ａでは出力電圧を十分安定させることができなくなる。出力電圧の低下に伴ってＣ点の電位も低下することで、Ｃ点の電位がＶｒｅｆ に達すると、差動増幅器２１ｂが動作しはじめる。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオンして出力用トランジスタＴｒ２ のベース電流（駆動電流Ｉｄ２）を流すので、出力用トランジスタＴｒ２ がオンする。その結果、図６に示すように、出力側に高出力電流が供給されることになり、出力側の電圧も安定化する。
【００６０】
このとき、差動増幅器２１ａが出力電圧を上昇させようとして、駆動トランジスタＴｒ３ に最大電流供給能力までベース電流Ｉｄ１を流させるので、過電流保護回路２１ｅが動作する。これにより、駆動トランジスタＴｒ３ は、ベース電位が接地レベルに低下して、出力用トランジスタＴｒ１ もオフする。
【００６１】
本実施の形態の安定化電源装置１は、実施の形態１の安定化電源装置１と異なり、差動増幅器２１ａ・２１ｂに同じ基準電圧Ｖｒｅｆ を与える一方、比較される電圧を差動増幅器２１ａ・２１ｂとでそれぞれ異ならせている。しかしながら、両実施例の安定化電源装置１は、反転入力端子の電位（Ｃ点の電位）がＶｒｅｆ にまで低下したときに始めて差動増幅器２１ｂが動作するとともに、負荷電流Ｉｏ が大きいときに過電流保護回路２１ｅによって出力用トランジスタＴｒ１ のオフさせる点で類似している。これにより、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作切替を円滑に行うことができる。
【００６２】
したがって、本実施の形態の安定化電源装置１でも、負荷電流Ｉｏ が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させて駆動電流Ｉｄ１を小さい値に抑えることによって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を大幅に低減することができる。
【００６３】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｂの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値が必要とされる出力電圧精度内に収まるのは実施の形態１と同様である。
【００６４】
〔実施の形態３〕
本発明の実施のさらに他の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、本実施の形態に係る安定化電源装置１において、切替回路２１は、差動増幅器２１ｂの代わりに差動増幅器２１ｈを備え、さらに、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ５ およびベース電流検出抵抗Ｒ５ を備えている。
【００６６】
ベース電流検出抵抗Ｒ５ は、トランジスタＴｒ３ のエミッタと接地端子ＧＮＤとの間に接続されている。トランジスタＴｒ５ のエミッタは差動増幅器２１ｈの出力端子に接続され、コレクタは接地端子ＧＮＤに接続され、ベースは駆動トランジスタＴｒ３ のエミッタに接続されている。
【００６７】
上記のように構成される安定化電源装置１においては、通常、待機状態のように負荷電流Ｉｏ が小さいときには、Ａ点の電位を検出しながら、差動増幅器２１ａ・２１ｈがともに出力することによって、駆動電流Ｉｄ１・Ｉｄ２を調整している。しかしながら、このとき、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが十分に大きく、Ｄ点（駆動トランジスタＴｒ３ のエミッタと抵抗Ｒ５ との接続点）を流れる駆動電流Ｉｄ１が小さいため、トランジスタＴｒ５ がオン状態になっている。これによって、差動増幅器２１ｈの出力がトランジスタＴｒ５ を介してＧＮＤ端子に接続されるので、駆動トランジスタＴｒ４ がオフ状態になる結果、出力用トランジスタＴｒ２ もオフ状態になる。
【００６８】
一方、負荷電流Ｉｏ が増加するにつれて、出力用トランジスタＴｒ１ のｈｆｅが減少し（図８参照）、出力電圧が低下するので、Ａ点の電位も低下する。このため、駆動電流Ｉｄ１を増大させて出力電圧を安定させるように差動増幅器２１ａの出力が増大するが、これによって駆動電流Ｉｄ１が増大するにつれてＢ点の電位が高くなると、やがてトランジスタＴｒ５ がオフ状態に移行する。これによって、駆動トランジスタＴｒ４ がオン状態となって出力用トランジスタＴｒ２ をオンさせる。この結果、出力用トランジスタＴｒ２ が負荷電流Ｉｏ の供給を行って出力を安定化させる。
【００６９】
このように、本実施の形態でも、差動増幅器２１ａ・２１ｈを用いて出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の動作を切り替えるようにしている。それゆえ、前述の実施の形態１および２と同様に、電流が小さいときには、出力用トランジスタＴｒ１ のみを動作させて負荷電流Ｉｏ を小さい値に抑えることによって、本安定化電源装置１が組み込まれた機器が、待機時に損失する電力を大幅に低減することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、出力用トランジスタＴｒ１ のベース電流を検出するベース電流検出抵抗Ｒ５ によって、待機時のように負荷電流Ｉｏ が小さいときに出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ が同時に動作しないように、出力用トランジスタＴｒ２ の動作を制限している。これにより、出力用トランジスタＴｒ１ ・Ｔｒ２ の切替動作を円滑に行うことができる。
【００７１】
なお、差動増幅器２１ａ・２１ｈの動作の切り替えによって出力電圧が若干変動するが、この変動値が必要とされる出力電圧精度内に収まるのは実施の形態１と同様である。
【００７２】
また、本実施の形態を含む全ての実施の形態では、２つの出力用素子を備えた構成について説明したが、本発明は、それに限らず３つ以上の出力用素子を備えた構成にも適用できることは勿論である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る安定化電源装置は、負荷に供給する電流を出力する複数の出力用素子と、これらの出力用素子を制御するための制御用素子とを備えており、上記出力用素子として、上記複数の出力用素子から負荷側に流れる負荷電流供給能力の異なる２つ以上の出力用素子を含み、上記制御用素子が、負荷電流の値によって上記出力用素子の動作を切り替える切替手段を有し、上記複数の出力用素子がトランジスタであり、そのうちの一つが、所定値より小さい電流領域で他のトランジスタよりｈ fe が大きい第１トランジスタであり、他の一つが、所定値より小さい電流領域での第１トランジスタのｈ fe よりｈ fe が小さく、かつ上記所定値を超える電流領域でも一定のｈ fe を維持する第２トランジスタである構成である。
【００７４】
これにより、軽負荷時等の負荷電流が小さい状態では負荷電流供給能力の低い出力用素子に動作が切り替えられる一方、負荷電流が増大した状態では負荷電流供給能力の高い出力用素子に動作が切り替えられる。それゆえ、この安定化電源装置が組み込まれた電子機器等では、待機状態での負荷電流を通常の動作状態での負荷電流に比べて小さく抑えることができる。したがって、上記電子機器等の待機状態での電力消費を大幅に低減することができるという効果を奏する。
【００７６】
また、上記の構成では、ｈfeが大きい方の第１トランジスタが小電流領域で動作する一方、ｈfeが小さい方の第２トランジスタが所定値より大きい電流領域で動作する。したがって、ｈfe特性の異なるトランジスタを選択することによって、本発明に係る安定化電源装置が奏する効果を容易に実現することができる。
【００７７】
また、この安定化電源装置において、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の第１基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記第１基準電圧より低い所定の第２基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記分圧値が上記第２基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００７８】
これにより、負荷電流が小さい状態で出力電圧が高くなるとき、第１差動増幅器が動作することによって第１トランジスタがオンする一方、出力電圧の分圧値が第２基準電圧より高いために第２差動増幅器が動作しないことによって第２トランジスタがオフする。また、負荷電流が大きい状態で出力電圧が低くなるとき、分圧値が第２基準電圧以下になるために第２差動増幅器が動作することによって第２トランジスタがオンする一方、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させた結果、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されることによって第１トランジスタがオフする。したがって、負荷の大きさに応じて、第１トランジスタの動作と、第２トランジスタの動作とを円滑に切り替えることができるという効果を奏する。
【００７９】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧を所定の比率で分圧した第１分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記第１分圧値より高く、上記出力電圧を所定の比率で分圧した第２分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記第２分圧値が上記基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００８０】
これにより、負荷電流が小さい状態で出力電圧が高くなるとき、第１差動増幅器が動作することによって第１トランジスタがオンする一方、出力電圧の第２分圧値が基準電圧より高いために第２差動増幅器が動作しないことによって第２トランジスタがオフする。また、負荷電流が大きい状態で出力電圧が低くなるとき、第２分圧値が基準電圧以下になるために第２差動増幅器が動作することによって第２トランジスタがオンする一方、第１差動増幅器が第１トランジスタのベース電流を増大させた結果、出力遮断手段によって第１差動増幅器の出力が遮断されることによって第１トランジスタがオフする。したがって、負荷の大きさに応じて、第１トランジスタの動作と、第２トランジスタの動作とを円滑に切り替えることができるという効果を奏する。
【００８１】
あるいは、上記の安定化電源装置においては、上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第２差動増幅器と、軽負荷時に上記第１トランジスタのベースに流れる電流が所定値以下であるときに上記第２差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有している構成である。
【００８２】
これにより、負荷電流が小さいときには、第１トランジスタのｈｆｅが大きいために、第１トランジスタのベースを流れる電流が小さく、出力遮断手段によって第２差動増幅器の出力が遮断されるので、第２トランジスタはオフしている。また、負荷電流が大きいときには出力電圧の低下に伴い、第１差動増幅器によって第１トランジスタのベース電流を増大した結果、所定値を越えると、出力遮断手段による第１差動増幅器の出力の遮断が解除され、第２トランジスタがオンする。したがって、少なくとも負荷電流が小さいときには、第１および第２トランジスタ同時にオンしないように、第２トランジスタの動作を切り替えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る安定化電源装置の概略の回路構成を示す回路図である。
【図２】上記安定化電源装置の外観を示す斜視図である。
【図３】上記安定化電源装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図４】図３の安定化電源装置の出力電圧対出力電流特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の他の形態に係る安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図６】図５の安定化電源装置の出力電圧対出力電流特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態に係る安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【図８】負荷電流供給能力の異なる２つの出力用トランジスタのｈｆｅ特性を示すグラフである。
【図９】従来の安定化電源装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】従来の安定化電源装置の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 安定化電源装置
２・３ ＰＮＰトランジスタチップ（出力用素子）
４ 制御用ＩＣチップ（制御用素子）
２１ 切替回路
２１ａ 差動増幅器（第１差動増幅器）
２１ｂ 差動増幅器（第２差動増幅器）
２１ｃ・２１ｄ 基準電圧源
２１ｅ 過電流保護回路（出力遮断手段）
２１ｆ 基準電圧源
２１ｈ 差動増幅器（第２差動増幅器）
Ｔｒ１ ・Ｔｒ２ 出力用トランジスタ
Ｔｒ５ トランジスタ（出力遮断手段）
Ｒ１ 〜Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ ベース電流検出抵抗（検出手段）
Ｉｏ 負荷電流
Ｖｒｅｆ１ 基準電圧（第１基準電圧）
Ｖｒｅｆ２ 基準電圧（第２基準電圧）
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Claims (4)
- 負荷に供給する電流を出力する複数の出力用素子と、これらの出力用素子を制御するための制御用素子とを備えた安定化電源装置において、
上記出力用素子として、上記複数の出力用素子から負荷側に流れる負荷電流供給能力の異なる２つ以上の出力用素子を含んでおり、
上記制御用素子が、負荷電流の値によって上記出力用素子の動作を切り替える切替手段を有し、
上記複数の出力用素子がトランジスタであり、そのうちの一つが、所定値より小さい電流領域で他のトランジスタよりｈ fe が大きい第１トランジスタであり、他の一つが、所定値より小さい電流領域での第１トランジスタのｈ fe よりｈ fe が小さく、かつ上記所定値を超える電流領域でも一定のｈ fe を維持する第２トランジスタであることを特徴とする安定化電源装置。 - 上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の第１基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記第１基準電圧より低い所定の第２基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記分圧値が上記第２基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の安定化電源装置。
- 上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧を所定の比率で分圧した第１分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記第１分圧値より高く、上記出力電圧を所定の比率で分圧した第２分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させ、上記第２分圧値が上記基準電圧以下であるときに動作する第２差動増幅器と、上記第１トランジスタのベースに最大の電流が流れたときに上記第１差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の安定化電源装置。
- 上記切替手段が、負荷電流の大きさに応じて変化する出力電圧の分圧値と所定の基準電圧との差に基づいて上記第１トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第１差動増幅器と、上記分圧値と上記基準電圧との差に基づいて上記第２トランジスタを動作させて出力電圧を安定化させる第２差動増幅器と、軽負荷時に上記第１トランジスタのベースに流れる電流が所定値以下であるときに上記第２差動増幅器の出力を遮断する出力遮断手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の安定化電源装置。
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