JP3822781B2

JP3822781B2 - 安定化電源回路

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Publication number: JP3822781B2
Application number: JP2000203956A
Authority: JP
Inventors: 陽一酒井; 宏治吉井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2020-07-05
Also published as: JP2002023868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護回路を備えた安定化電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
安定した電圧を出力する安定化電源回路は、電力供給系統の電圧、出力負荷、周囲温度の変化、または時間変化に対して一定の電圧を出力する電源回路である。安定化電源回路は、一定の値よりも大きい電流が流れたときに出力電流および出力電圧を減少させるための過電流保護回路を備えている場合が多い。これは、仮に出力電圧が一定であっても出力電流が大きくなれば出力電力が大きくなり、回路の発熱、トランジスタの破壊等の問題を生じるからである。したがって、過電流保護回路を備えた安定化電源回路は、通常、出力電流を監視するための構成を有する。
【０００３】
図８は、過電流保護回路を備えた従来の安定化電源回路８０を示す。安定化電源回路８０は、入力電圧Ｖ_INに基づいて、出力段トランジスタ８２を介して出力端子８６から一定の電圧Ｖ_OUTを出力する。ここで上述の出力電流を監視するための構成として、安定化電源回路８０は出力段トランジスタ８２と出力端子８６との間に電流検知抵抗８４を有する。電流検知抵抗８４はその両端の電圧を分圧するのに利用される。安定化電源回路８０は、分圧の結果を比較し、そして出力電流が所定の値よりも大きくなれば、出力段トランジスタ８２のベース電流を減少させることにより出力電流および出力電圧を減少させる。すなわち、出力電流および出力電圧が、いわゆる「フの字特性」（例えば図３）を呈するように制御されている。この「フの字特性」とは、ある一定の電流値（図３ではＩ_k）までは出力電圧（図３ではＶ_OUT）は一定であり、その電流値を超える電流を出力しようとする場合には出力電流および出力電圧が共に減少するような特性をいう。グラフの形状が「フ」の字形であるところから、「フの字特性」と呼ばれることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された安定化電源回路８０では、出力端子８６に接続された負荷に流れる電流と同じ大きさの電流が電流検出抵抗８４にも流れ、電圧降下が生じる。したがって、出力段トランジスタ８２からは必要とされる電圧が出力されているにもかかわらず、出力端子８６からの実際の出力は電圧降下分だけ小さくなっている。すなわち、その電圧降下分だけ安定化電源回路８０の出力電圧の範囲が制限されていることになる。
【０００５】
本発明の目的は、出力電圧の範囲を制限することなく、出力電流および出力電圧がいわゆる「フの字特性」を持つような過電流保護回路を備えた安定化電源回路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の安定化電源回路は、出力電流に対する過電流保護機能を有する安定化電源回路であって、基準電圧を発生させる基準電圧発生部と、前記基準電圧に基づいて所定の定電圧を出力する出力部と、出力部からの出力電流を検出し、検出された出力電流に対する過電流の検出を行う過電流検出部とを備え、前記過電流検出部は、検出した出力電流に基づいて第２の電圧を生成し、前記出力部からの出力電圧に基づく第１の電圧と前記第２の電圧の差に応じて、出力部から出力される出力電流および出力電圧を減少させる出力制御部を備えていることを特徴とする安定化電源回路であって、これにより上記目的を達成できる。
【０００７】
前記過電流検出部は、前記第１の電圧および前記第２の電圧の差動増幅を行って、差動増幅電圧を生成する差動増幅部を備えていてもよい。
【０００８】
前記差動増幅部は、前記第１の電圧および前記第２の電圧の２つの入力電圧に対して所定のオフセット電圧を有し、前記出力電圧が接地電圧になると、前記出力制御部は前記出力部に所定の電流を出力させてもよい。
【０００９】
前記差動増幅部は、前記第２の電圧を調整する調整部をさらに備えていてもよい。
【００１０】
前記調整部は、前記第２の電圧が所定値を超えると調整を行ってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の安定化電源回路１００のブロック図を示す。図１の（ａ）は、安定化電源回路１００の概略的なブロック図を示す。安定化電源回路１００は、出力端子４から一定の電圧を供給するよう動作する回路である。ただし電圧はある電流値まで一定であり、その電流値を超える電流が流れようとすると、安定化電源回路１００は出力電流および出力電圧を共に減少させ、いわゆる「フの字特性」を持つよう出力電流および出力電圧を制御する。
【００１３】
以下、図１の（ａ）の安定化電源回路１００の構成および動作を説明する。安定化電源回路１００は、出力部９０と、出力電圧検出部１０と、過電流検出部２０と、基準電圧発生回路４０とを含む。まず、基準電圧発生回路４０は、基準電圧（Ｖ_REF）を発生させる回路であり、温度等の環境の影響を受けず、かつ経時変化のない一定の基準電圧を供給する。出力電圧検出部１０は、出力部９０からの出力電圧に基づく電圧を検出し、その結果を再び出力部９０に戻す。出力部９０は、基準電圧発生回路４０からの基準電圧と出力電圧検出部１０の検出結果とに基づいて、出力端子４から一定の電圧を出力する。出力電圧検出部１０の検出結果は、出力電圧検出部１０が、出力端子４における出力電圧（Ｖ_OUT）を分圧して検出し、出力部９０に戻したものである。過電流検出部２０は、出力電流を検出して出力電流に対する過電流の検出を行い、過電流を検出すると出力部からの出力電流および出力電圧を減少させる。これらの機能を果たすため、過電流検出部２０は、出力電流検出部２２−１および差動増幅器２２−２を含む差動増幅部２２と、出力制御部２４とを含む。これらのより具体的な構成および過電流検出部２０が過電流を検出する原理の詳細な説明は、後述する。
【００１４】
図１の（ｂ）は、（ａ）の安定化電源回路１００の構成をより具体的に示すブロック図である。図１の（ｂ）に示すように、安定化電源回路１００は、出力電圧検出部１０と、過電流検出部２０と、比較器３０と、基準電圧発生回路４０と、定電流源５０と、ＰＭＯＳトランジスタＭ１とを含む。（ａ）の出力部９０は、より具体的に、入力電源が接続される入力電源電圧端子２、比較器３０、定電流源５０およびＰＭＯＳトランジスタＭ１として記載されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、出力端子４から電圧を出力する際の出力段トランジスタである。本発明の安定化電源回路１００は、出力に直列に過電流検出回路が接続されているのではない。すなわち出力段トランジスタＭ１と出力端子４との間に電流検知抵抗は存在しない。したがって出力段トランジスタＭ１から出力された電圧と出力端子４から出力された電圧との間には電圧降下は生じないので、出力電圧の範囲が制限されることはない。
【００１５】
以下では、出力電圧検出部１０と、比較器３０と、定電流源５０と、ＰＭＯＳトランジスタＭ１とについてのみ説明する。出力電圧検出部１０は、入力電源電圧端子２からＰＭＯＳトランジスタＭ１を介して出力される電圧を分圧して帰還する、例えば抵抗素子等である。比較器３０は、演算増幅回路により構成されている。比較器３０には、出力電圧検出部１０で検出された電圧と基準電圧Ｖ_REFとが入力され、検出された電圧が基準電圧よりも高い場合にはハイレベル電圧を、検出された電圧が基準電圧よりも低い場合にはローレベル電圧を出力する。定電流源５０は、回路に一定の電流（定電流）を流す。ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、出力端子４から電圧を出力する際の出力段トランジスタである。ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、ゲート電極に所定以上の電圧が印加されると非導通状態（オフ）になり、逆に所定以下の電圧が印加されると導通状態（オン）になるよう構成されている周知のＰＭＯＳトランジスタである。ＰＭＯＳトランジスタＭ１が導通することにより、入力電源電圧端子２に印加された電圧に基づいて出力端子４および出力電圧検出部１０に電圧が生じる。
【００１６】
以上説明した安定化電源回路１００の要素のうち、過電流検出部２０を除く要素で構成される回路（すなわち、図１の（ａ）に記載された出力部９０と、基準電圧発生回路４０と、出力電圧検出部１０とで構成される回路）は、一定の電圧を供給できる定電圧回路である。その電源回路の動作原理を図１の（ｂ）を利用して簡単に説明する。まず、出力端子４における出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧よりも大きい（出力電圧検出部１０を流れる電流が大きい）場合を考える。上述のように、出力電圧検出部１０が出力端子４における出力電圧を分圧した結果、比較的大きな変換電圧として比較器３０に出力される。変換電圧は、基準電圧発生回路４０により生成される基準電圧Ｖ_REFよりも大きくなるよう、出力電圧検出部１０により出力されている。比較器３０は、この変換電圧と基準電圧発生回路４０から与えられた基準電圧Ｖ_REFとを比較し、その結果、ハイレベル電圧をＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極に印加する。ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、ハイレベル電圧を受けてオフされ、ソース−ドレイン間電圧が増加する。そして出力端子４における出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧に近づく。よって、出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧よりも大きい場合には、回路は出力電圧Ｖ_OUTを小さくするように動作するといえる。
【００１７】
次に、出力端子４における出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧よりも小さい（出力電圧検出部１０を流れる電流は小さい）場合を考える。出力電圧検出部１０は出力端子４における出力電圧を分圧し、比較的小さな変換電圧として比較器３０に出力する。出力電圧検出部１０は、基準電圧発生回路４０により生成される基準電圧Ｖ_REFよりも小さくなるよう変換電圧を出力する。比較器３０は、この変換電圧と基準電圧発生回路４０から与えられた基準電圧Ｖ_REFとを比較し、その結果、ローレベル電圧をＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極に印加する。ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、ローレベル電圧を受けてソース−ドレイン間電圧は減少する。そして出力端子４における出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧に近づく。よって、出力電圧Ｖ_OUTが所望の電圧よりも小さい場合には、回路は出力電圧Ｖ_OUTを大きくするように動作するといえる。
【００１８】
図２は、安定化電源回路１００の回路図である。図２の安定化電源回路１００は、図１の（ｂ）の安定化電源回路１００のうち、基準電圧発生回路４０、定電流源５０を省略して記載している。図２では、過電流検出部２０の具体的な回路構成と、出力電圧検出部１０が３つの抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の直列接続により構成されていることが示されている。上述のように、過電流検出部２０は、過電流が出力端子４から流れないよう、ＰＭＯＳトランジスタＭ１に流れる電流を制限するために設けられる。この電流制限機能は、過電流検出部２０に含まれる２つのブロックで実現される。すなわち過電流検出部２０は、差動増幅ブロック２２と、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７からなる出力制御ブロック２４とを含む。
【００１９】
以下、差動増幅ブロック２２の構成を説明する。差動増幅ブロック２２は、カレントミラー回路を形成するＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４と、差動対をなすＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６と、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２と、抵抗Ｒ４と、定電流源２３とを含む。差動増幅ブロック２２は、ブロックへの２つの入力電圧に対して差動増幅を行い、差動増幅された電圧を出力する。「２つの入力電圧」とは、ＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６の各ゲート電極に印加される電圧である。なお、ＰＭＯＳトランジスタＭ２と、抵抗Ｒ４とは、出力電流検出部２２−１（図１の（ａ））に相当し、ＰＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４、ＮＭＯＳトランジスタＭ５、Ｍ６は差動増幅器２２−２（図１の（ａ））に相当する。
【００２０】
まず、カレントミラー回路を形成するＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４を説明する。カレントミラー回路は、２つ（またはそれ以上）の経路に同時に電流を流す回路をいい、ＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４の各ゲート電極同士が接続され、その接続部にＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電極が接続されて構成されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４の各ソース電極は、入力電源電圧端子２と接続され、入力電源電圧Ｖ_ddが印加されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４の各ドレイン電極は、ＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６の各ソース電極と接続されている。ここで、ＰＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電極は差動増幅ブロック２２の差動増幅電圧を出力する。すなわち出力端２５は、後述の出力制御ブロック２４における出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７のゲート電極に接続され、差動増幅ブロック２２からの差動増幅電圧出力に応じて出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７に流れる電流を制御する。
【００２１】
次に差動対をなすＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６を説明する。この「差動対」とは、差動増幅を行う１対のトランジスタのことをいう。差動対をなすトランジスタは、一般に温度特性等の特性が同一である。ＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６の各ゲート電極は、上述のように差動増幅ブロック２２への入力として機能する。ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電極には、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２を流れる電流を抵抗Ｒ４により電圧変換した電圧が印加される。抵抗Ｒ４は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を流れる電流とモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２を流れる電流とが所定の比になるように調整されている。したがって、ＰＭＯＳトランジスタＭ２と、抵抗Ｒ４とは、出力電流をそのまま検出するのではなく、出力電流に対応するＰＭＯＳトランジスタＭ１を流れる電流と所定の比をもつＰＭＯＳトランジスタＭ２を流れる電流を検出することにより、出力電流を検出する出力電流検出部２２−１（図１の（ａ））であるといえる。ＮＭＯＳトランジスタＭ６のゲート電極には、出力電圧Ｖ_OUTを抵抗Ｒ１で分圧した電圧が印加される。ＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６の各ソース電極は、ＰＭＯＳトランジスタＭ３およびＭ４の各ドレイン電極と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ５およびＭ６の各ドレイン電極は、定電流源２３に接続されている。
【００２２】
差動増幅ブロック２２に続いて、出力制御ブロック２４を説明する。出力制御ブロック２４は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１が比較器３０からローレベルの電圧を印加されオンする状態であっても、強制的にオフさせるようＰＭＯＳトランジスタＭ１に高い電圧を印加するために設けられている。出力制御ブロック２４は、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７から構成される。出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７のゲート電極は、差動増幅ブロック２２の出力端２５と接続されている。出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７のソース電極は、入力電源電圧端子２と接続され、入力電源電圧Ｖ_ddが印加されている。出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７のドレイン電極は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極に接続されている。出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７は、そのゲート電極に差動増幅ブロック２２からの出力（差動増幅電圧）が印加される。その結果、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７がオンされると、入力電源電圧端子２に印加されている入力電源電圧Ｖ_ddがＰＭＯＳトランジスタＭ１およびモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ゲート電極に印加される。その結果、各トランジスタＭ１およびＭ２に流れる電流の量が制御されることになる。トランジスタＭ１を流れる電流の量を制御することは、出力電流を制御することといえる。
【００２３】
最後に出力電圧検出部１０を説明する。出力電圧検出部１０は、出力端子４側から順に抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の直列接続により構成されている。上述のように、出力電圧Ｖ_OUTはまず抵抗Ｒ１により分圧され、抵抗Ｒ１の端子５の電圧はＮＭＯＳトランジスタＭ６のゲートに印加される。そして端子５の電圧は抵抗Ｒ２によりさらに分圧され、抵抗Ｒ２の端子７の電圧は比較器３０の入力に印加される。比較器３０の出力は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１およびモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ゲート電極に接続されている。
【００２４】
以上、過電流検出部２０の構成を説明した。続いて安定化電源回路１００の動作を説明する。まず、出力が無負荷からある所定の負荷までの場合を説明する。この場合は、以下に説明するように過電流は検出されず、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を流れる電流が制限されることもない。したがって結果的には、図１を参照して説明した、過電流検出部２０を除いた安定化電源回路１００の動作と同様である。以下では確認的に過電流検出部２０の動作を説明する。
【００２５】
出力が無負荷からある所定の負荷までの場合、出力電圧Ｖ_OUTを分圧した端子７の電圧は、比較的高い電圧（＞Ｖ_REF）として比較器３０の入力に印加される。そして比較器３０からはハイレベルの電圧が出力される。ハイレベル電圧は、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２をオフするように作用する。その結果、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２には少ない電流が流れることになる。「少ない」とは、例えば、出力端子４に制限がかかり始めるときにモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２に流れ続ける電流量よりは少ないことを意味する。ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲートにはＮＭＯＳトランジスタＭ６のゲート電圧よりも十分低い電圧が印加され、差動増幅ブロック２２の出力端２５、すなわち出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７のゲート電圧は高電位となる。出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７がオフされることにより、ＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極には比較器３０からのハイレベル電圧のみが印加されるので、ＰＭＯＳトランジスタＭ１をオフするように作用し、ＰＭＯＳトランジスタＭ１のソース−ドレイン間電圧は増加する。すなわち、出力電圧は減少する。
【００２６】
ここで留意すべきは、この出力電圧の減少は過電流に起因するものではないことである。ＰＭＯＳトランジスタＭ１のソース−ドレイン間電圧が増加しても、その後再び出力電圧は増加する。それは、出力電圧の減少により、抵抗Ｒ２の端子７の電圧は減少して比較器３０からはローレベルの電圧が出力され、ＰＭＯＳトランジスタＭ１がオンするように作用するからである。このとき過電流検出部２０では、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２はオンされ電流が流れる。その電流と抵抗Ｒ４とから得られる電圧はＮＭＯＳトランジスタＭ５をオンするが、出力端２５の電圧は、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７をオンするほど低くはならない。それは、比較器３０によりオンされたＰＭＯＳトランジスタＭ１に電流が流れ、再び抵抗Ｒ２の端子７の電圧が上がるため、比較器３０からのハイレベル電圧でモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２がすぐオフされ、ＮＭＯＳトランジスタＭ５もすぐにオフされるからである。
【００２７】
以上の説明から、Ｖ_OUTは、出力端子４が無負荷からある所定の負荷までの場合には、出力端子４からの出力電圧Ｖ_OUTがほぼ一定に保たれることが理解される。
【００２８】
続いて、出力負荷が増大した場合を説明する。出力負荷が増大するのは、例えば、外部負荷６０（図１の（ｂ））のインピーダンスがきわめて小さい場合等、出力電流が以上に大きい場合、換言すれば出力電圧Ｖ_OUTが接地電位に短絡されたと同様の場合（異常時）である。異常時には抵抗Ｒ２の端子７の電圧が小さくなるため、比較器３０はローレベル電圧をＰＭＯＳトランジスタＭ１に出力してオンさせ、ＰＭＯＳトランジスタＭ１により多くの電流を流す。このとき、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２もオンされ、ＰＭＯＳトランジスタＭ１に流れる電流と所定の比をもつ電流がモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２にも流れる。異常時にはトランジスタＭ１およびＭ２に大きな電流が流れ続けることになる。
【００２９】
モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２を流れる電流は、抵抗Ｒ４によって電圧に変換される。この電圧はＮＭＯＳトランジスタＭ５をオンし、オンの状態が長く続くことにより、出力端２５の電位は十分下がり、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７をオンする。その結果、ＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電極の電位は、入力電源電圧端子２に印加された入力電源電圧Ｖ_ddにまで引き上げられ、ＰＭＯＳトランジスタＭ１をオフする。このとき、入力電源電圧Ｖ_ddは、比較器３０からのローレベル電圧を相殺するに十分な大きさの電圧である。ＰＭＯＳトランジスタＭ１がオフされたことにより、電流および電圧は徐々に低下し、出力端子４における出力電流Ｉ_OUTおよび出力電圧Ｖ_OUTも低下する。このとき同時に、Ｉ_OUTと所定の比をもつモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２を流れる電流も減少する。
【００３０】
以上の説明から、ＰＭＯＳトランジスタＭ１およびモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２に大きな電流が流れ続けるような場合、すなわち出力端子４に過電流が流れる異常時には、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を流れる電流は過電流検出部２０により制限されることになる。
【００３１】
図３は、安定化電源回路１００の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。図示されるように、安定化電源回路１００はいわゆる「フの字特性」を有することが理解される。すなわち出力電流Ｉ_OUTが０≦Ｉ_OUT≦Ｉ_kまでは出力電圧Ｖ_OUTは一定値をとる（グラフのライン３２）。そして、その後は、Ｉ_kを超える電流が流れることを阻止するため、出力電圧Ｖ_OUTおよび出力電流Ｉ_OUTは徐々に減少し（グラフのライン３４）、出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとが０になる。なお、グラフのライン３４は直線で示したが、必ずしも直線であるとは限らず、出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとがともに減少し、最終的にＶ_OUT＝０およびＩ_OUT＝０に至ればよい。
【００３２】
本発明の安定化電源回路１００によれば、出力段トランジスタＭ１と、出力端子４との間に電流検知抵抗が存在しないので、出力段トランジスタＭ１と出力端子４との間には電圧降下は生じない。したがって出力電圧の範囲が制限されることはない。
【００３３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、外部負荷６０（図１の（ｂ））のインピーダンスがきわめて小さい場合等、出力電流が以上に大きい場合（異常時）に、出力電圧および出力電流ともに減少させる安定化電源回路１００を説明した。
【００３４】
本実施の形態は、過電流検出部が電流制限を加え、出力電圧Ｖ_OUTが減少して０になった場合に、出力電流Ｉ_OUTが０にならず所定のオフセット（Ｉ_s）を有する安定化電源回路を説明する。このような安定化電源回路が必要な理由は以下のとおりである。安定化電源回路に電源を投入した直後は、たとえ外部負荷６０（図１の（ｂ））が接続されていても、出力電圧Ｖ_OUTは０である。したがって、安定化電源回路は異常時と全く同じ状態におかれていることになり、Ｖ_OUTを立ち上げられない場合もあり得る。そこで、出力電圧Ｖ_OUTが０のときに出力電流Ｉ_OUTが０でないよう所定のオフセット（Ｉ_s）を設けて安定化電源回路に流し、その結果生じる電圧に基づいて出力電圧Ｖ_OUTを立ち上げさせることができる。そのため、出力電圧Ｖ_OUTが０でも出力電流Ｉ_OUTが０でない所定のオフセット（Ｉ_s）を有する安定化電源回路が有用となる。
【００３５】
図４は、実施の形態２の安定化電源回路４００の回路図を示す。安定化電源回路４００と安定化電源回路１００（図２）との相違点は、差動増幅ブロックに新たにＮＭＯＳトランジスタＭ８が追加されたことである。以下では主としてその相違点に関連して必要となる内容を説明する。なお、安定化電源回路４００のその他の構成は、安定化電源回路１００（図２）と同じなので、その説明は省略する。
【００３６】
差動増幅ブロック２６において、ＮＭＯＳトランジスタＭ８は、ＮＭＯＳトランジスタＭ５と定電流源２３との間に設けられている。ＮＭＯＳトランジスタＭ８のドレイン電極は、自身のゲート電極とＮＭＯＳトランジスタＭ５のソース電極とに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ８のドレイン電極は定電流源に接続される。
【００３７】
このようなＮＭＯＳトランジスタＭ８が設けられたことにより、出力電圧Ｖ_OUTが０の場合、例えば、所定の外部負荷が出力端子４に接続されている状態で安定化電源回路４００の電源を投入した場合の動作は、以下のようになる。出力電圧Ｖ_OUTが０のときは抵抗Ｒ２の端子７には電位が生じないので、比較器３０はＰＭＯＳトランジスタＭ１およびＭ２に、より電流を流すようローレベル電圧を出力する。モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２に電流が流れると、その電流および抵抗Ｒ４に基づいて得られる電圧が、ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電極に印加される。ここで、実施の形態１の安定化電源回路１００（図２）であれば、ＮＭＯＳトランジスタＭ５がオンすることにより、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７を完全にオンさせる程度にまで出力端２５の電位が下がっていた。しかし安定化電源回路４００では、ＮＭＯＳトランジスタＭ８には動作閾値電圧Ｖ_TH8が存在するため、ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電圧がＶ_TH8以下ではオンされず、出力端２５の電位は安定化電源回路１００の場合よりも電圧Ｖ_TH8だけ高くなり、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７を流れる電流はより少なくなる。その結果、ＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧はより低くなり、ＰＭＯＳトランジスタＭ１が完全にオフに至らず、所定の電流が流れた状態で安定化電源回路４００が安定する。このとき流れる出力電流Ｉ_OUTが、大きさがＩ_sをもつオフセット電流になる。以上の説明から、オフセット電流の大きさＩ_sは、まずＮＭＯＳトランジスタＭ５をオンさせる電圧を決定する抵抗Ｒ４の大きさと、ＮＭＯＳトランジスタＭ８の動作閾値電圧Ｖ_TH8により決定される。
【００３８】
ここで所定の外部負荷が接続されている状態では、出力端子４には過電流が流れず、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７が完全にオンされない。オフセット電流がＰＭＯＳトランジスタＭ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を流れ、抵抗Ｒ１〜Ｒ３に流れた電流により抵抗Ｒ２の端子７に電位が生じると、比較器３０はローレベル電圧を出力するので、ＰＭＯＳトランジスタＭ１は、比較器３０の出力電圧に基づいてより多くの電流を流すことになる。これにより、安定化電源回路４００は出力電圧Ｖ_OUTを立ち上げることができる。
【００３９】
なお、安定化電源回路４００では３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３を設けているが、電流制限の設定によっては抵抗Ｒ１およびＲ２は０としてもよい。
【００４０】
図５は、安定化電源回路４００の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。グラフは「フの字特性」を呈している。図３のグラフと比較すると、出力電流Ｉ_OUTが０≦Ｉ_OUT≦Ｉ_Lまでは出力電圧Ｖ_OUTは一定値をとる（グラフのライン５２）。そして電流制限の結果、出力電圧Ｖ_OUTおよび出力電流Ｉ_O _UTは徐々に減少し（グラフのライン５４）、出力電圧Ｖ_OUT＝０になったときの出力電流Ｉ_OUTが０でなくＩ_Sであることが理解される。
【００４１】
以上説明したように、安定化電源回路４００の出力電圧Ｖ_OUTが０の場合でも出力段のＰＭＯＳトランジスタＭ１にオフセット電流が流れるので、安定化電源回路４００は出力電圧Ｖ_OUTを立ち上げることができる。
【００４２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、過電流保護特性を変更できる構成、具体的には「フの字特性」として示されるグラフの形状を調整できる構成を説明する。
【００４３】
図６は、実施の形態３の安定化電源回路６００の回路図を示す。安定化電源回路６００と安定化電源回路４００（図４）との相違点は、差動増幅ブロックに新たに抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９が追加されたことである。以下では主としてその相違点に関連して必要となる内容を説明する。なお、安定化電源回路６００のその他の構成は、安定化電源回路４００（図４）と同じである。
【００４４】
差動増幅ブロック２８において、抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９は、モニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２と抵抗Ｒ４の接続点２９から直列に接続され、接地されている。より具体的には、接続点２９に抵抗Ｒ５の一方の端子が接続され、接続点３１において抵抗Ｒ５の他方の端子がＮＭＯＳトランジスタＭ９のドレイン電極およびゲート電極と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ９のソース電極は接地されている。
【００４５】
このような抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９を設けたことにより、過電流保護特性は以下のように変化する。ＮＭＯＳトランジスタＭ９には動作閾値電圧Ｖ_TH9があるので、接続点３１の電圧Ｖ₃₁がＶ₃₁≦Ｖ_TH9の場合には、抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９に電流は流れない。この場合には、抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９は存在しないと同じであるので、その特性は安定化電源回路４００（図４）と同じである。したがって、Ｖ_OUT＝０のときのオフセット電流の大きさＩ_sは、実施の形態２の場合と同じである。ところがＶ₃₁＞Ｖ_TH9の場合には抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９に電流が流れるため、接続点２９の電圧Ｖ₂₉は抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９がない場合よりも低くなる。これは、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５が並列に接続され、抵抗値が抵抗Ｒ４よりも小さい合成抵抗（抵抗値はＲ４×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５））として機能するからである。この場合の抵抗Ｒ４は、より性格には電圧Ｖ₂₉から電圧Ｖ_TH9まで電位降下を起こす抵抗値に相当する。
【００４６】
接続点２９の電圧Ｖ₂₉が低くなると、ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電圧も減少する。その結果、出力端２５の電位は増加し、出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７はよりオフに近い状態になるので、ＰＭＯＳトランジスタＭ１を流れる電流はより多くなる。すなわち、出力電流は大きくなる。換言すれば、過電流が流れているとして出力制御用ＰＭＯＳトランジスタＭ７が完全にオンされ、ＰＭＯＳトランジスタＭ１に流れる電流が制限されるためには、安定化電源回路４００（図４）の場合と比較してより多くの電流がモニター用ＰＭＯＳトランジスタＭ２に流れなければならない。これは過電流として電流を制限する際の電流値が大きくなったことを意味する。このように、抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９に電流が流れる前後では過電流保護特性が異なる。
【００４７】
安定化電源回路６００の過電流保護特性は抵抗Ｒ５の大きさに応じて変化する。以下ではその原理を説明し、「フの字特性」として示されるグラフの形状を調整できることを説明する。
【００４８】
まず抵抗Ｒ５が抵抗Ｒ４に対して大きくなると、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５の合成抵抗の抵抗値（Ｒ４×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５））は抵抗Ｒ４に大きく依存することになる。例えば、抵抗Ｒ５が抵抗Ｒ４に対して十分大きい場合には、Ｒ４×Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）≒Ｒ４となることから、次第にＲ４の影響が大きくなることが理解される。よって抵抗Ｒ５を大きくすれば、安定化電源回路６００の過電流保護特性は、安定化電源回路４００（図４）の過電流保護特性に近づく。一方抵抗Ｒ５を小さくすれば、合成抵抗の抵抗値は小さくなり、その結果出力電流Ｉ_OUTは大きくなる。これは、上述した、抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９に電流が流れた際、接続点２９の電圧Ｖ₂₉が抵抗Ｒ５およびＮＭＯＳトランジスタＭ９がない場合よりも低くなり、出力電流Ｉ_OUTが大きくなったことと同じ理由による。
【００４９】
図７は、安定化電源回路６００の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。グラフは「フの字特性」を呈す。まず抵抗Ｒ５（図６）が比較的大きい場合には、出力電圧Ｖ_OUTは、出力電流Ｉ_OUTが０≦Ｉ_OUT≦Ｉ_Mまでは一定値をとる（グラフのライン６２）。そして電流制限の結果、出力電圧Ｖ_OUTおよび出力電流Ｉ_OUTは徐々に減少し（グラフのライン６４）、出力電圧Ｖ_OUT＝０になったときの出力電流Ｉ_OUTがＩ_Sとなる。一方抵抗Ｒ５（図６）が比較的小さい場合には、出力電圧Ｖ_OUTは、出力電流Ｉ_OUTが０≦Ｉ_OUT≦Ｉ_Nまでは一定値をとる（グラフのライン６６）。電流制限の結果、Ｖ_OUT＝０になったときの出力電流Ｉ_OUTが０でなくＩ_Sであることが理解される。ここで留意すべきはＩ_M＜Ｉ_Nであり、抵抗Ｒ５（図６）が小さくなれば、制限のかかる電流の大きさが大きくなることである。したがって電流制限がかかった場合の「フの字特性」のライン６４、６６の傾きは、抵抗Ｒ５（図６）が小さくなるほど小さくなる。よって安定化電源回路６００（図６）は、抵抗Ｒ５の大きさを変化させ「フの字特性」を変更することにより、ユーザからの要求に応じた過電流保護を行う電流値を容易に設定できる。なお、抵抗Ｒ５の大きさにかかわらず、ＮＭＯＳトランジスタＭ９を設けたことによりＩ_sが一定となっている。
【００５０】
図６で説明したＮＭＯＳトランジスタＭ８およびＮＭＯＳトランジスタＭ９の特性は、ＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電圧と、かつどの程度電流を流すかに大きな影響を与えることから、エンハンスメント型ＭＯＳとデプレッション型ＭＯＳのように互いに異なる場合は適切でなく、同一であれば製造の容易さとも関連して特に好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の安定化電源回路によれば、出力段トランジスタと、出力端子との間に電流検知抵抗が存在しないので、出力段トランジスタから出力された電圧と出力端子から出力された電圧との間には電圧降下は生じない。したがって出力電圧の範囲が制限されることはない。
【００５２】
また、本発明の安定化電源回路によれば、出力電圧Ｖ_OUTが０の場合でも出力段トランジスタにオフセット電流が流れるので、安定化電源回路は出力電圧Ｖ_OUTを立ち上げることができる。
【００５３】
また、本発明の安定化電源回路によれば、抵抗Ｒ５（図６）の大きさを変化させ「フの字特性」を変更することにより、ユーザからの要求に応じた過電流保護を行う電流値を容易に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の安定化電源回路のブロック図である。
【図２】実施の形態１の安定化電源回路の回路図である。
【図３】実施の形態１の安定化電源回路の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。
【図４】実施の形態２の安定化電源回路の回路図である。
【図５】実施の形態２の安定化電源回路の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態３の安定化電源回路の回路図である。
【図７】実施の形態３の安定化電源回路の出力電圧Ｖ_OUTと出力電流Ｉ_OUTとの関係を示すグラフである。
【図８】過電流保護回路を備えた従来の安定化電源回路を示す図である。
【符号の説明】
４出力端子
１０出力電圧検出部
２０過電流検出部
３０比較器
４０基準電圧発生回路
９０出力部
１００安定化電源回路
Ｍ１〜Ｍ９トランジスタ

Claims

出力電流に対する過電流保護機能を有する安定化電源回路において、
基準電圧を発生させる基準電圧発生部と、
前記基準電圧に基づいて所定の定電圧を出力する出力部と、
出力部からの出力電流を検出し、検出された出力電流に対する過電流の検出を行う過電流検出部とを備え、
前記過電流検出部は、検出した出力電流に基づいて第２の電圧を生成し、前記出力部からの出力電圧に基づく第１の電圧と前記第２の電圧の差に応じて、出力部から出力される出力電流および出力電圧を減少させる出力制御部を備えていることを特徴とする安定化電源回路。
前記過電流検出部は、前記第１の電圧および前記第２の電圧の差動増幅を行って、差動増幅電圧を生成する差動増幅部を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の安定化電源回路。
前記差動増幅部は、前記第１の電圧および前記第２の電圧の２つの入力電圧に対して所定のオフセット電圧を有し、前記出力電圧が接地電圧になると、前記出力制御部は前記出力部に所定の電流を出力させることを特徴とする、請求項２に記載の安定化電源回路。
前記差動増幅部は、前記第２の電圧を調整する調整部をさらに備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載の安定化電源回路。
前記調整部は、前記第２の電圧が所定値を超えると調整を行うことを特徴とする、請求項４に記載の安定化電源回路。