JP4010893B2 - 電流制限機能付き安定化電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷への出力電流が変動しても出力電圧を一定に維持するとともに、その出力電流が過大にならないように制限を行う、電流制限機能付き安定化電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電流制限機能付きの安定化電源装置は、簡便な電源として用いられることが多いシリーズレギュレータや、電池などの充電に用いられる定電圧充電装置等に広く使用されている。
【０００３】
図４は、従来の電流制限機能が付加されたシリーズレギュレータの構成を示す図である。
【０００４】
この図４のシリーズレギュレータは、電圧制御回路１０と、出力回路２０と、電流制限回路３０とから構成され、ＩＣチップに作り込まれる。
【０００５】
電圧制御回路１０は、差動増幅器Ａｍｐ、分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２とが設けられる。差動増幅器Ａｍｐの一入力（反転入力）に出力電圧を任意に設定するための基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、他入力（非反転入力）に出力電圧を分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧した出力帰還電圧Ｖｆｂが入力される。そして、その二入力の差が差動増幅器Ａｍｐで増幅され、制御電圧Ｖｃが電圧制御回路１０から出力される。なお、１１は、差動増幅器Ａｍｐに定電流を供給するための定電流源である。
【０００６】
出力回路２０には、電源電位Ｖｄｄ点と出力端子Ｐｏ間に、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ（以下、Ｐ型トランジスタ）で構成される出力トランジスタＱ２１が設けられ、そのゲートに制御電圧Ｖｃが印加される。出力端子Ｐｏには、負荷側に負荷Ｌｏや安定化用のコンデンサＣｏなどが接続される。
【０００７】
電流制限回路３０は、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に、Ｐ型トランジスタの電流検出用トランジスタＱ３１と検出抵抗Ｒ３１とが、この順序で接続される。また、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がゲートに印加される、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、Ｎ型トランジスタ）Ｑ３２が設けられ、このＮ型トランジスタＱ３２の動作状態に応じて、電圧制御回路１０の定電圧制御動作が規制される。
【０００８】
検出トランジスタＱ３１は、出力トランジスタＱ２１と同一ＩＣチップ中にそのサイズが所定比で小さくなるように作り込まれている。そして、Ｎ型トランジスタＱ３１のゲートに出力トランジスタＱ２１へのゲート電圧と同じ制御電圧Ｖｃが印加される。これにより、Ｎ型トランジスタＱ３１には出力トランジスタＱ２１に流れる出力電流Ｉｏにほぼ比例（例えば、１／１００）した検出電流Ｉｏ′が流れる。この検出電流Ｉｏ′による検出抵抗Ｒ３１の降下電圧によってＮ型トランジスタＱ３２の動作状態が定まる。Ｎ型トランジスタＱ３２の動作閾値は、出力電流（即ち、負荷電流）Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に至ったときに相当するように、各条件（出力電流Ｉｏと検出電流Ｉｏ′との比、検出抵抗Ｒ３１の抵抗値、Ｎ型トランジスタＱ３２の特性など）が設定されている。
【０００９】
この従来のシリーズレギュレータの動作を、その出力電圧Ｖｏ−出力電流Ｉｏ特性を示す図５をも参照して説明する。出力電流Ｉｏが過電流に至らない通常の状態では、電圧制御回路１０は、出力帰還電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように動作して、そのための制御電圧Ｖｃを出力する。出力回路２０の出力トランジスタＱ２１のゲートにその制御電圧Ｖｃが印加されて、出力電圧Ｖｏは所定の設定電圧Ｖｓに制御される。この定電圧制御動作は、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、出力電流Ｉｏの大きさには関係なく、常に安定して行われる。
【００１０】
このとき、検出トランジスタＱ３１には、検出電流Ｉｏ′が流れているが、それによる検出抵抗Ｒ３１の降下電圧はＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達することはなく、定電圧制御動作に何らの影響も与えない。
【００１１】
出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達すると、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値になる。したがって、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０より大きくなると、Ｎ型トランジスタＱ３２が動作する。電圧制御回路１０の制御動作は、電流制限動作が優先されるから、出力電圧Ｖｏはほぼ垂直に近い形で立ち下がる。この意味で、この保護特性は垂下型過電流保護特性である。出力電圧Ｖｏが下がりきってゼロになる電流Ｉｓ１は、その電流制限動作の利得（制御ゲイン）に応じて、過電流保護設定値Ｉｓ０よりある程度αだけ大きい値になる。
【００１２】
このように、常時は出力電圧Ｖｏが設定電圧Ｖｓになるように定電圧制御し、出力電流Ｉｏが所定値（過電流保護設定値Ｉｓ０）より大きくなるときには自動的に電流制限される。しかも、電流検出のための抵抗などは出力電流経路中に設けられないから、電流検出のための電圧降下は全く発生せず、電力損失も少ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、出力トランジスタＱ２１のドレイン電圧は、常に定電圧制御されるから出力電流が変動しても所定の設定電圧Ｖｓに維持されるのに対して、検出トランジスタＱ３１のドレイン電圧は、検出電流Ｉｏ′と検出抵抗Ｒ３１との積により定まるから検出電流Ｉｏ′の大きさにしたがって変動する。このため、出力トランジスタＱ２１と検出トランジスタＱ３１のゲート電圧（即ち、ゲート−ソース間電圧）Ｖｇｓが同じであってもドレイン電圧（即ち、ドレイン−ソース間電圧）Ｖｄｓが異なる。
【００１４】
検出トランジスタＱ３１のドレイン電圧Ｖｄｓが変動すると、出力トランジスタＱ２１と同じゲート電圧Ｖｇｓが印加されていても、トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流の静特性の傾きにしたがって、検出電流Ｉｏ′は変動することになる。
【００１５】
したがって、検出電流Ｉｏ′は出力電流Ｉｏに正確には比例しないから、電流制限すべき過電流保護設定値Ｉｓ０で正確に電流制限を行うことができない。このため、過電流保護設定値Ｉｓ０を余裕を見込んで設定したり、出力トランジスタＱ２１の過電流耐量を大きくするなどの必要があった。
【００１６】
そこで、本発明は、出力トランジスタと同じ制御電圧が印加される検出トランジスタを有し、出力電圧及び出力電流の大きさに関わりなく、検出トランジスタの検出電流を出力トランジスタの出力電流に正確に比例して検出可能にする電流制限機能付き安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、その検出電流の検出を電流制限が必要なときのみ行うようにして、消費電力を低減することができる、電流制限機能付き安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電流制限機能付き安定化電源装置は、出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧Ｖｏが制御入力として供給され、前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタと、これら両トランジスタを動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の電流制限機能付き安定化電源装置は、出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子と、これら第１トランジスタ、電圧降下素子を動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、電圧補正部を設けることにより、電流検出部の出力側電圧が常に出力電圧と同じに維持されるから、出力電圧及び出力電流の大きさに関わりなく、出力電流に正確に比例した検出電流を得ることができる。したがって、電流制限すべき過電流保護設定値で正確に電流制限を行うことができる。
【００２５】
また、本発明によれば、電圧補正部は、電流検出部と制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、出力電圧が制御入力として供給され前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタ、或いは出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子とにより構成され、それらの電圧降下によって電流検出部の出力側電圧が自動的に電圧補正される。したがって、他に何らの制御回路等を必要とすることなく、簡易な構成で正確に電圧補正を行うことができる。
【００２６】
また、本発明によれば、電圧補正部の電流源は、電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型で、電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタに流れる電流による電流源制御信号によりオンまたはオフに制御される。したがって、過電流制限が不要なとき、即ち、出力電流が小さいときには、電流源が自動的にオフされるから、電圧安定化装置としての消費電力を低減することができる。また、過電流制限の必要なときには、電流源がオンされるから、電圧補正部は確実に駆動され、したがって過電流制限は正確に行われる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の電流制限機能付き安定化電源装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成を示す図である。
【００２８】
この図１のシリーズレギュレータは、電圧制御回路１０と、出力回路２０と、電流制限回路３０Ａとから構成され、ＩＣチップに作り込まれる。
【００２９】
電圧制御回路１０は、差動増幅器Ａｍｐ、分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２とが設けられる。差動増幅器Ａｍｐの一入力（非反転入力）に出力電圧を設定するための基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、他入力（反転入力）に出力電圧を分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧した出力帰還電圧Ｖｆｂが入力され、その二入力の差が差動増幅器Ａｍｐで増幅される。その増幅出力Ｖｅが、図のように抵抗Ｒ１３と直列接続されたＮ型トランジスタＱ１１のゲートに印加され、反転されて電圧制御信号（以下、制御電圧）Ｖｃとして出力される。また、その増幅出力Ｖｅが、電流制限回路３０Ａからの電流制限信号によって制御される。なお、１１は定電流源である。
【００３０】
出力回路２０は、従来の図４におけるものと同様である。
【００３１】
電流制限回路３０Ａは、制御電圧Ｖｃにより制御され、出力電流Ｉｏに比例する検出電流Ｉｏ′を流すための電流検出部４０Ａと、出力電圧Ｖｏが入力され、電流検出部４０Ａの出力側電圧を出力電圧Ｖｏ（或いはその近傍の電圧）に設定するための電圧補正部５０Ａと、検出電流Ｉｏ′が所定値を越えたときに出力電流Ｉｏを制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部６０Ａとを、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に接続して構成されている。
【００３２】
電流検出部４０Ａは、出力トランジスタＱ２１と同一タイプ、同一導電型（即ち、Ｐ型トランジスタ）の電流検出トランジスタＱ３１を有し、制御電圧Ｖｃにより電流検出トランジスタＱ３１を制御して、出力電流Ｉｏに比例させるようにした検出電流Ｉｏ′を得るように構成されている。
【００３３】
制限信号発生部６０Ａは、検出電流Ｉｏ′が流れる検出抵抗Ｒ３１と、この検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がゲートに印加される電流制限信号発生用Ｎ型トランジスタＱ３２を有し、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達したときに電流制限信号を発生する。この電流制限信号により、差動増幅器Ａｍｐの増幅出力Ｖｅを調整する。
【００３４】
なお、電流制限回路３０Ａの電流制限信号により、増幅出力Ｖｅを制御するのに代えて、基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂのいずれかを調整して、出力電流Ｉｏの制限を行うようにしても良い。この場合には、電流制限動作中に差動増幅器Ａｍｐが出力限界状態（飽和状態）になることが避けられるから、過電流制限状態からの復帰動作がスムースに行われる。
【００３５】
具体的には、別に設けた定電流回路の電流値を電流制限信号により制御し、この電流を分割抵抗Ｒ１１、或いはＲ１２に流すことにより、出力帰還電圧Ｖｆｂを調整する。或いは、電流制限信号に応じて変化されるオフセット電圧を発生し、このオフセット電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂに加減算する。このように、差動増幅器Ａｍｐの入力側で、電流制限信号に応じて基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂを制御することによって、電流制限動作を行わせるようにすればよい。
【００３６】
電圧補正部５０Ａは、電流検出部４０Ａと制限信号発生部６０Ａとの間に直列に設けられたＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（以下、ＰＮＰトランジスタ）Ｑ３４と、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に接続されたＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（以下、ＮＰＮトランジスタ）Ｑ３３と定電流源３１とを有している。この直列接続点とＰＮＰトランジスタＱ３４のベースとが低抵抗値の抵抗Ｒ３３を介して接続され、また、ＮＰＮトランジスタＱ３３のベースに低抵抗値の抵抗Ｒ３２を介して出力電圧Ｖｏが印加されている。なお、電圧補正のために流す電流は、必ずしも定電流である必要はなく、定電流源３１に代えて、ある程度の電流を流すことができる電流源を用いることができる。
【００３７】
この電圧補正部５０Ａでは、ＰＮＰトランジスタＱ３４のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とＮＰＮトランジスタＱ３３のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ２ととがほぼ等しく、また抵抗Ｒ３２，Ｒ３３の電圧降下は小さくかつほぼ等しい。このため、電流検出部４０ＡのＰ型トランジスタＱ３１のドレイン電圧は、出力電圧Ｖｏが設定電圧Ｖｓに維持されているときや、或いは、例え垂下特性の途中であっても、常に出力電圧Ｖｏにほぼ等しくなる。
【００３８】
この図１のシリーズレギュレータの動作を説明する。
【００３９】
出力電流Ｉｏが過電流に至らない通常の状態では、電圧制御回路１０は、図４の従来のものと同様に動作する。したがって、その定電圧制御動作は、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、出力電流Ｉｏの大きさには関係なく、安定して行われる。
【００４０】
本発明では、電圧補正部５０Ａの作用により、電流検出トランジスタＱ３１のソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓは、出力トランジスタＱ２１のソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓと同じになるから、電流検出トランジスタＱ３１は出力トランジスタＱ２１と同じ条件で駆動される。したがって、検出電流Ｉｏ′は、出力電流Ｉｏに常に正確に比例する。
【００４１】
出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、検出電流Ｉｏ′による検出抵抗Ｒ３１の降下電圧はＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達することはなく、定電圧制御動作に何らの影響も与えない。
【００４２】
通常動作時に負荷が増加して、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達すると、検出電流Ｉｏ′もこれに比例した値となり、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値になる。これにより、Ｎ型トランジスタＱ３２が動作して、電流制限信号が発生される。
【００４３】
Ｎ型トランジスタＱ３２の動作により、増幅出力Ｖｅが低下する方向に変化し、制御電圧Ｖｃが増加する。これにより、出力トランジスタＱ２１の導通度が制限されるように動作し、出力電圧Ｖｏが低下し、出力電流Ｉｏが制限される。
【００４４】
このように、電圧補正部５０Ａを設けることにより、出力電流Ｉｏに正確に比例した検出電流Ｉｏ′を得ることができるから、出力電流Ｉｏの大きさに関わりなく、電流制限すべき過電流保護設定値Ｉｓ０で正確に電流制限を行うことができる。
【００４５】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成を示す図である。この第２の実施の形態は、無駄な電力消費を低減するように構成した点に特長を有している。
【００４６】
即ち、図１の第１の実施の形態では、電圧補正部５０Ａを設けたことにより検出電流Ｉｏ′を出力電流に正確に比例させることができるようになっているが、そのために定電流源３１による電流を常時流しておく必要がある。この電流は、過電流検出すべき時にのみ必要であり、出力電流Ｉｏが小さいときにも流しておくことは、無駄な電力を消費していることになる。第２の実施の形態では、この電圧補正部の定電流を、出力電流Ｉｏが小さいときには流さないようにして、無駄な電力消費を低減するものである。
【００４７】
この図２では、電圧制御回路１０、出力回路２０は、図１と同様であり、電流制限回路３０Ｂの構成が図１の電流制限回路３０Ａと異なっている。
【００４８】
この電流制限回路３０Ｂでは、電圧補正部５０Ｂの電流源として、Ｎ型トランジスタＱ３７が用いられている。また、出力電流Ｉｏの大きさに応じて、電流源であるＮ型トランジスタＱ３７をオン或いはオフするための電流源制御部７０Ｂを設けている。
【００４９】
この電流源制御部７０Ｂは、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に、電流源用検出トランジスタＱ３５と、電流を電圧に変換する変換手段としてのＮ型トランジスタＱ３６との直列回路を備えている。
【００５０】
電流源用検出トランジスタＱ３５は、電流検出トランジスタＱ３１と同一タイプ、同一導電型のＰ型トランジスタであり、そのゲートに制御電圧Ｖｃが印加される。また、Ｎ型トランジスタＱ３６は、そのドレインとゲートとが接続されたダイオード接続構成とされており、そのゲート電圧がＮ型トランジスタＱ３７のゲートに印加されるように構成されている。
【００５１】
これにより、電流源用検出トランジスタＱ３５には、出力電流Ｉｏや検出電流Ｉｏ′に略比例した電流が流れることになる。この電流に応じてＮ型トランジスタＱ３６で変換された電圧が、Ｎ型トランジスタＱ３７のゲートに印加され、その動作閾値以上の電圧が印加されたときに電圧補正部５０Ｂが動作することになる。このＮ型トランジスタＱ３７の動作閾値は、過電流制限動作を確実に行うために、過電流保護設定値Ｉｓ０よりもある程度以上低い出力電流Ｉｏに対応するように設定することがよい。
【００５２】
この図２のシリーズレギュレータでは、常時、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆにしたがって設定電圧Ｖｓに制御される。この状態で、無負荷の時或いは軽負荷の時には出力電流Ｉｏは小さく、Ｎ型トランジスタＱ３７のゲートにはその動作閾値に達しない低い電圧が印加される。したがって、Ｎ型トランジスタＱ３７はオフ状態にあり、電圧補正部５０Ｂには、電圧補正のための電流は流れない。この無負荷時或いは軽負荷時には、電流制限を行う必要がなく、したがって電圧補正のための電流も不要な状態であるから、Ｎ型トランジスタＱ３７のオフにより、無駄な電力消費を避けることができる。
【００５３】
一方、負荷が増加し、出力電流Ｉｏがある程度大きくなると、電流制限動作を行う可能性がでてくるので、過電流制限を正確に行うために、Ｎ型トランジスタＱ３７をオンして電流を流し、電圧補正部５０Ｂを動作させる。これにより、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達した場合には、遅滞なく、確実に過電流制限を行う。
【００５４】
なお、電圧補正部５０Ｂの電流源としては、この図２の例に限らず、例えば出力電流Ｉｏの値を表す制御電圧Ｖｃ等により、出力電流Ｉｏが所定値より大きいかどうかに応じてオン或いはオフできるものであればよい。
【００５５】
図３は、第１及び第２の実施の形態における電圧補正部５０Ａ、５０Ｂの代替回路として用いることができる、電圧補正部５０Ｃの構成を示す図である。
【００５６】
この図３の電圧補正部５０Ｃにおいて、電圧補正部５０Ａ、５０Ｂと異なる点は、ベースに出力電圧Ｖｏが印加されているＮＰＮトランジスタＱ３３に代えて、ダイオードＤ３１を用いており、そのダイオードＤ３１に出力電圧Ｖｏを印加している点である。その他の点は、同様である。この図３のダイオードで代替した電圧補正部５０Ｃによっても、ダイオードＤ３１の順方向電圧降下ＶｆがＰＮＰトランジスタＱ３４のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とほぼ等しくできるので、同様な効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電流制限機能付き安定化電源装置によれば、電圧補正部を設けることにより、電流検出部の出力側電圧が常に出力電圧と同じに維持されるから、出力電圧や出力電流の大きさに関わりなく、出力電流に正確に比例した検出電流を得ることができる。したがって、電流制限すべき過電流保護設定値で正確に電流制限を行うことができる。
【００５８】
また、電圧補正部は、電流検出部と制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、出力電圧が制御入力として供給され前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタ、或いは出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子とにより構成され、それらの電圧降下によって電流検出部の出力側電圧が自動的に電圧補正される。したがって、他に何らの制御回路等を必要とすることなく、簡易な構成で正確に電圧補正を行うことができる。
【００５９】
また、電圧補正部の電流源は、電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型で、電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタに流れる電流による電流源制御信号によりオンまたはオフに制御される。したがって、過電流制限が不要なとき、即ち、出力電流が小さいときには、電流源が自動的にオフされるから、電圧安定化装置としての消費電力を低減することができる。また、過電流制限の必要なときには、電流源がオンされるから、電圧補正部は確実に駆動され、したがって過電流制限は正確に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成図。
【図３】電圧補正部の代替回路の構成を示す図。
【図４】従来のシリーズレギュレータの構成を示す図。
【図５】従来のシリーズレギュレータの出力電圧−出力電流の特性図。
【符号の説明】
１０ 電圧制御回路
１１ 定電流源
２０ 出力回路
３０、３０Ａ、３０Ｂ 電流制限回路
３１ 定電流源
４０Ａ 電流検出部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 電圧補正部
６０Ａ 制限信号発生部
７０Ｂ 電流源制御部
Ａｍｐ 差動増幅器
Ｑ２１、Ｑ３１、Ｑ３５ Ｐ型トランジスタ
Ｑ１１、Ｑ３２、Ｑ３６、Ｑ３７ Ｎ型トランジスタ
Ｑ３３ ＮＰＮトランジスタ
Ｑ３４ ＰＮＰトランジスタ
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３ 抵抗
Ｐｏ 出力端子
Ｖｏ 出力電圧
Ｉｏ 出力電流
Ｉｏ′検出電流
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｆｂ 出力帰還電圧
Ｖｅ 増幅出力
Ｖｃ 制御電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷への出力電流が変動しても出力電圧を一定に維持するとともに、その出力電流が過大にならないように制限を行う、電流制限機能付き安定化電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電流制限機能付きの安定化電源装置は、簡便な電源として用いられることが多いシリーズレギュレータや、電池などの充電に用いられる定電圧充電装置等に広く使用されている。
【０００３】
図４は、従来の電流制限機能が付加されたシリーズレギュレータの構成を示す図である。
【０００４】
この図４のシリーズレギュレータは、電圧制御回路１０と、出力回路２０と、電流制限回路３０とから構成され、ＩＣチップに作り込まれる。
【０００５】
電圧制御回路１０は、差動増幅器Ａｍｐ、分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２とが設けられる。差動増幅器Ａｍｐの一入力（反転入力）に出力電圧を任意に設定するための基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、他入力（非反転入力）に出力電圧を分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧した出力帰還電圧Ｖｆｂが入力される。そして、その二入力の差が差動増幅器Ａｍｐで増幅され、制御電圧Ｖｃが電圧制御回路１０から出力される。なお、１１は、差動増幅器Ａｍｐに定電流を供給するための定電流源である。
【０００６】
出力回路２０には、電源電位Ｖｄｄ点と出力端子Ｐｏ間に、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ（以下、Ｐ型トランジスタ）で構成される出力トランジスタＱ２１が設けられ、そのゲートに制御電圧Ｖｃが印加される。出力端子Ｐｏには、負荷側に負荷Ｌｏや安定化用のコンデンサＣｏなどが接続される。
【０００７】
電流制限回路３０は、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に、Ｐ型トランジスタの電流検出用トランジスタＱ３１と検出抵抗Ｒ３１とが、この順序で接続される。また、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がゲートに印加される、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、Ｎ型トランジスタ）Ｑ３２が設けられ、このＮ型トランジスタＱ３２の動作状態に応じて、電圧制御回路１０の定電圧制御動作が規制される。
【０００８】
検出トランジスタＱ３１は、出力トランジスタＱ２１と同一ＩＣチップ中にそのサイズが所定比で小さくなるように作り込まれている。そして、Ｎ型トランジスタＱ３１のゲートに出力トランジスタＱ２１へのゲート電圧と同じ制御電圧Ｖｃが印加される。これにより、Ｎ型トランジスタＱ３１には出力トランジスタＱ２１に流れる出力電流Ｉｏにほぼ比例（例えば、１／１００）した検出電流Ｉｏ′が流れる。この検出電流Ｉｏ′による検出抵抗Ｒ３１の降下電圧によってＮ型トランジスタＱ３２の動作状態が定まる。Ｎ型トランジスタＱ３２の動作閾値は、出力電流（即ち、負荷電流）Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に至ったときに相当するように、各条件（出力電流Ｉｏと検出電流Ｉｏ′との比、検出抵抗Ｒ３１の抵抗値、Ｎ型トランジスタＱ３２の特性など）が設定されている。
【０００９】
この従来のシリーズレギュレータの動作を、その出力電圧Ｖｏ−出力電流Ｉｏ特性を示す図５をも参照して説明する。出力電流Ｉｏが過電流に至らない通常の状態では、電圧制御回路１０は、出力帰還電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように動作して、そのための制御電圧Ｖｃを出力する。出力回路２０の出力トランジスタＱ２１のゲートにその制御電圧Ｖｃが印加されて、出力電圧Ｖｏは所定の設定電圧Ｖｓに制御される。この定電圧制御動作は、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、出力電流Ｉｏの大きさには関係なく、常に安定して行われる。
【００１０】
このとき、検出トランジスタＱ３１には、検出電流Ｉｏ′が流れているが、それによる検出抵抗Ｒ３１の降下電圧はＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達することはなく、定電圧制御動作に何らの影響も与えない。
【００１１】
出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達すると、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値になる。したがって、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０より大きくなると、Ｎ型トランジスタＱ３２が動作する。電圧制御回路１０の制御動作は、電流制限動作が優先されるから、出力電圧Ｖｏはほぼ垂直に近い形で立ち下がる。この意味で、この保護特性は垂下型過電流保護特性である。出力電圧Ｖｏが下がりきってゼロになる電流Ｉｓ１は、その電流制限動作の利得（制御ゲイン）に応じて、過電流保護設定値Ｉｓ０よりある程度αだけ大きい値になる。
【００１２】
このように、常時は出力電圧Ｖｏが設定電圧Ｖｓになるように定電圧制御し、出力電流Ｉｏが所定値（過電流保護設定値Ｉｓ０）より大きくなるときには自動的に電流制限される。しかも、電流検出のための抵抗などは出力電流経路中に設けられないから、電流検出のための電圧降下は全く発生せず、電力損失も少ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、出力トランジスタＱ２１のドレイン電圧は、常に定電圧制御されるから出力電流が変動しても所定の設定電圧Ｖｓに維持されるのに対して、検出トランジスタＱ３１のドレイン電圧は、検出電流Ｉｏ′と検出抵抗Ｒ３１との積により定まるから検出電流Ｉｏ′の大きさにしたがって変動する。このため、出力トランジスタＱ２１と検出トランジスタＱ３１のゲート電圧（即ち、ゲート−ソース間電圧）Ｖｇｓが同じであってもドレイン電圧（即ち、ドレイン−ソース間電圧）Ｖｄｓが異なる。
【００１４】
検出トランジスタＱ３１のドレイン電圧Ｖｄｓが変動すると、出力トランジスタＱ２１と同じゲート電圧Ｖｇｓが印加されていても、トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流の静特性の傾きにしたがって、検出電流Ｉｏ′は変動することになる。
【００１５】
したがって、検出電流Ｉｏ′は出力電流Ｉｏに正確には比例しないから、電流制限すべき過電流保護設定値Ｉｓ０で正確に電流制限を行うことができない。このため、過電流保護設定値Ｉｓ０を余裕を見込んで設定したり、出力トランジスタＱ２１の過電流耐量を大きくするなどの必要があった。
【００１６】
そこで、本発明は、出力トランジスタと同じ制御電圧が印加される検出トランジスタを有し、出力電圧及び出力電流の大きさに関わりなく、検出トランジスタの検出電流を出力トランジスタの出力電流に正確に比例して検出可能にする電流制限機能付き安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、その検出電流の検出を電流制限が必要なときのみ行うようにして、消費電力を低減することができる、電流制限機能付き安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電流制限機能付き安定化電源装置は、出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧Ｖｏが制御入力として供給され、前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタと、これら両トランジスタを動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の電流制限機能付き安定化電源装置は、出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子と、これら第１トランジスタ、電圧降下素子を動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、電圧補正部を設けることにより、電流検出部の出力側電圧が常に出力電圧と同じに維持されるから、出力電圧及び出力電流の大きさに関わりなく、出力電流に正確に比例した検出電流を得ることができる。したがって、電流制限すべき過電流保護設定値で正確に電流制限を行うことができる。
【００２５】
また、本発明によれば、電圧補正部は、電流検出部と制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、出力電圧が制御入力として供給され前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタ、或いは出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子とにより構成され、それらの電圧降下によって電流検出部の出力側電圧が自動的に電圧補正される。したがって、他に何らの制御回路等を必要とすることなく、簡易な構成で正確に電圧補正を行うことができる。
【００２６】
また、本発明によれば、電圧補正部の電流源は、電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型で、電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタに流れる電流による電流源制御信号によりオンまたはオフに制御される。したがって、過電流制限が不要なとき、即ち、出力電流が小さいときには、電流源が自動的にオフされるから、電圧安定化装置としての消費電力を低減することができる。また、過電流制限の必要なときには、電流源がオンされるから、電圧補正部は確実に駆動され、したがって過電流制限は正確に行われる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の電流制限機能付き安定化電源装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成を示す図である。
【００２８】
この図１のシリーズレギュレータは、電圧制御回路１０と、出力回路２０と、電流制限回路３０Ａとから構成され、ＩＣチップに作り込まれる。
【００２９】
電圧制御回路１０は、差動増幅器Ａｍｐ、分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２とが設けられる。差動増幅器Ａｍｐの一入力（非反転入力）に出力電圧を設定するための基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、他入力（反転入力）に出力電圧を分圧抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧した出力帰還電圧Ｖｆｂが入力され、その二入力の差が差動増幅器Ａｍｐで増幅される。その増幅出力Ｖｅが、図のように抵抗Ｒ１３と直列接続されたＮ型トランジスタＱ１１のゲートに印加され、反転されて電圧制御信号（以下、制御電圧）Ｖｃとして出力される。また、その増幅出力Ｖｅが、電流制限回路３０Ａからの電流制限信号によって制御される。なお、１１は定電流源である。
【００３０】
出力回路２０は、従来の図４におけるものと同様である。
【００３１】
電流制限回路３０Ａは、制御電圧Ｖｃにより制御され、出力電流Ｉｏに比例する検出電流Ｉｏ′を流すための電流検出部４０Ａと、出力電圧Ｖｏが入力され、電流検出部４０Ａの出力側電圧を出力電圧Ｖｏ（或いはその近傍の電圧）に設定するための電圧補正部５０Ａと、検出電流Ｉｏ′が所定値を越えたときに出力電流Ｉｏを制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部６０Ａとを、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に接続して構成されている。
【００３２】
電流検出部４０Ａは、出力トランジスタＱ２１と同一タイプ、同一導電型（即ち、Ｐ型トランジスタ）の電流検出トランジスタＱ３１を有し、制御電圧Ｖｃにより電流検出トランジスタＱ３１を制御して、出力電流Ｉｏに比例させるようにした検出電流Ｉｏ′を得るように構成されている。
【００３３】
制限信号発生部６０Ａは、検出電流Ｉｏ′が流れる検出抵抗Ｒ３１と、この検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がゲートに印加される電流制限信号発生用Ｎ型トランジスタＱ３２を有し、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達したときに電流制限信号を発生する。この電流制限信号により、差動増幅器Ａｍｐの増幅出力Ｖｅを調整する。
【００３４】
なお、電流制限回路３０Ａの電流制限信号により、増幅出力Ｖｅを制御するのに代えて、基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂのいずれかを調整して、出力電流Ｉｏの制限を行うようにしても良い。この場合には、電流制限動作中に差動増幅器Ａｍｐが出力限界状態（飽和状態）になることが避けられるから、過電流制限状態からの復帰動作がスムースに行われる。
【００３５】
具体的には、別に設けた定電流回路の電流値を電流制限信号により制御し、この電流を分割抵抗Ｒ１１、或いはＲ１２に流すことにより、出力帰還電圧Ｖｆｂを調整する。或いは、電流制限信号に応じて変化されるオフセット電圧を発生し、このオフセット電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂに加減算する。このように、差動増幅器Ａｍｐの入力側で、電流制限信号に応じて基準電圧Ｖｒｅｆ或いは出力帰還電圧Ｖｆｂを制御することによって、電流制限動作を行わせるようにすればよい。
【００３６】
電圧補正部５０Ａは、電流検出部４０Ａと制限信号発生部６０Ａとの間に直列に設けられたＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（以下、ＰＮＰトランジスタ）Ｑ３４と、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に直列に接続されたＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（以下、ＮＰＮトランジスタ）Ｑ３３と定電流源３１とを有している。この直列接続点とＰＮＰトランジスタＱ３４のベースとが低抵抗値の抵抗Ｒ３３を介して接続され、また、ＮＰＮトランジスタＱ３３のベースに低抵抗値の抵抗Ｒ３２を介して出力電圧Ｖｏが印加されている。なお、電圧補正のために流す電流は、必ずしも定電流である必要はなく、定電流源３１に代えて、ある程度の電流を流すことができる電流源を用いることができる。
【００３７】
この電圧補正部５０Ａでは、ＰＮＰトランジスタＱ３４のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とＮＰＮトランジスタＱ３３のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ２ととがほぼ等しく、また抵抗Ｒ３２，Ｒ３３の電圧降下は小さくかつほぼ等しい。このため、電流検出部４０ＡのＰ型トランジスタＱ３１のドレイン電圧は、出力電圧Ｖｏが設定電圧Ｖｓに維持されているときや、或いは、例え垂下特性の途中であっても、常に出力電圧Ｖｏにほぼ等しくなる。
【００３８】
この図１のシリーズレギュレータの動作を説明する。
【００３９】
出力電流Ｉｏが過電流に至らない通常の状態では、電圧制御回路１０は、図４の従来のものと同様に動作する。したがって、その定電圧制御動作は、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、出力電流Ｉｏの大きさには関係なく、安定して行われる。
【００４０】
本発明では、電圧補正部５０Ａの作用により、電流検出トランジスタＱ３１のソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓは、出力トランジスタＱ２１のソース−ドレイン間電圧Ｖｄｓと同じになるから、電流検出トランジスタＱ３１は出力トランジスタＱ２１と同じ条件で駆動される。したがって、検出電流Ｉｏ′は、出力電流Ｉｏに常に正確に比例する。
【００４１】
出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達するまでは、検出電流Ｉｏ′による検出抵抗Ｒ３１の降下電圧はＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値に達することはなく、定電圧制御動作に何らの影響も与えない。
【００４２】
通常動作時に負荷が増加して、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達すると、検出電流Ｉｏ′もこれに比例した値となり、検出抵抗Ｒ３１の降下電圧がＮ型トランジスタＱ３２の動作閾値になる。これにより、Ｎ型トランジスタＱ３２が動作して、電流制限信号が発生される。
【００４３】
Ｎ型トランジスタＱ３２の動作により、増幅出力Ｖｅが低下する方向に変化し、制御電圧Ｖｃが増加する。これにより、出力トランジスタＱ２１の導通度が制限されるように動作し、出力電圧Ｖｏが低下し、出力電流Ｉｏが制限される。
【００４４】
このように、電圧補正部５０Ａを設けることにより、出力電流Ｉｏに正確に比例した検出電流Ｉｏ′を得ることができるから、出力電流Ｉｏの大きさに関わりなく、電流制限すべき過電流保護設定値Ｉｓ０で正確に電流制限を行うことができる。
【００４５】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成を示す図である。この第２の実施の形態は、無駄な電力消費を低減するように構成した点に特長を有している。
【００４６】
即ち、図１の第１の実施の形態では、電圧補正部５０Ａを設けたことにより検出電流Ｉｏ′を出力電流に正確に比例させることができるようになっているが、そのために定電流源３１による電流を常時流しておく必要がある。この電流は、過電流検出すべき時にのみ必要であり、出力電流Ｉｏが小さいときにも流しておくことは、無駄な電力を消費していることになる。第２の実施の形態では、この電圧補正部の定電流を、出力電流Ｉｏが小さいときには流さないようにして、無駄な電力消費を低減するものである。
【００４７】
この図２では、電圧制御回路１０、出力回路２０は、図１と同様であり、電流制限回路３０Ｂの構成が図１の電流制限回路３０Ａと異なっている。
【００４８】
この電流制限回路３０Ｂでは、電圧補正部５０Ｂの電流源として、Ｎ型トランジスタＱ３７が用いられている。また、出力電流Ｉｏの大きさに応じて、電流源であるＮ型トランジスタＱ３７をオン或いはオフするための電流源制御部７０Ｂを設けている。
【００４９】
この電流源制御部７０Ｂは、電源電位Ｖｄｄ点とグランド間に、電流源用検出トランジスタＱ３５と、電流を電圧に変換する変換手段としてのＮ型トランジスタＱ３６との直列回路を備えている。
【００５０】
電流源用検出トランジスタＱ３５は、電流検出トランジスタＱ３１と同一タイプ、同一導電型のＰ型トランジスタであり、そのゲートに制御電圧Ｖｃが印加される。また、Ｎ型トランジスタＱ３６は、そのドレインとゲートとが接続されたダイオード接続構成とされており、そのゲート電圧がＮ型トランジスタＱ３７のゲートに印加されるように構成されている。
【００５１】
これにより、電流源用検出トランジスタＱ３５には、出力電流Ｉｏや検出電流Ｉｏ′に略比例した電流が流れることになる。この電流に応じてＮ型トランジスタＱ３６で変換された電圧が、Ｎ型トランジスタＱ３７のゲートに印加され、その動作閾値以上の電圧が印加されたときに電圧補正部５０Ｂが動作することになる。このＮ型トランジスタＱ３７の動作閾値は、過電流制限動作を確実に行うために、過電流保護設定値Ｉｓ０よりもある程度以上低い出力電流Ｉｏに対応するように設定することがよい。
【００５２】
この図２のシリーズレギュレータでは、常時、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆにしたがって設定電圧Ｖｓに制御される。この状態で、無負荷の時或いは軽負荷の時には出力電流Ｉｏは小さく、Ｎ型トランジスタＱ３７のゲートにはその動作閾値に達しない低い電圧が印加される。したがって、Ｎ型トランジスタＱ３７はオフ状態にあり、電圧補正部５０Ｂには、電圧補正のための電流は流れない。この無負荷時或いは軽負荷時には、電流制限を行う必要がなく、したがって電圧補正のための電流も不要な状態であるから、Ｎ型トランジスタＱ３７のオフにより、無駄な電力消費を避けることができる。
【００５３】
一方、負荷が増加し、出力電流Ｉｏがある程度大きくなると、電流制限動作を行う可能性がでてくるので、過電流制限を正確に行うために、Ｎ型トランジスタＱ３７をオンして電流を流し、電圧補正部５０Ｂを動作させる。これにより、出力電流Ｉｏが過電流保護設定値Ｉｓ０に達した場合には、遅滞なく、確実に過電流制限を行う。
【００５４】
なお、電圧補正部５０Ｂの電流源としては、この図２の例に限らず、例えば出力電流Ｉｏの値を表す制御電圧Ｖｃ等により、出力電流Ｉｏが所定値より大きいかどうかに応じてオン或いはオフできるものであればよい。
【００５５】
図３は、第１及び第２の実施の形態における電圧補正部５０Ａ、５０Ｂの代替回路として用いることができる、電圧補正部５０Ｃの構成を示す図である。
【００５６】
この図３の電圧補正部５０Ｃにおいて、電圧補正部５０Ａ、５０Ｂと異なる点は、ベースに出力電圧Ｖｏが印加されているＮＰＮトランジスタＱ３３に代えて、ダイオードＤ３１を用いており、そのダイオードＤ３１に出力電圧Ｖｏを印加している点である。その他の点は、同様である。この図３のダイオードで代替した電圧補正部５０Ｃによっても、ダイオードＤ３１の順方向電圧降下ＶｆがＰＮＰトランジスタＱ３４のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とほぼ等しくできるので、同様な効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電流制限機能付き安定化電源装置によれば、電圧補正部を設けることにより、電流検出部の出力側電圧が常に出力電圧と同じに維持されるから、出力電圧や出力電流の大きさに関わりなく、出力電流に正確に比例した検出電流を得ることができる。したがって、電流制限すべき過電流保護設定値で正確に電流制限を行うことができる。
【００５８】
また、電圧補正部は、電流検出部と制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、出力電圧が制御入力として供給され前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタ、或いは出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子とにより構成され、それらの電圧降下によって電流検出部の出力側電圧が自動的に電圧補正される。したがって、他に何らの制御回路等を必要とすることなく、簡易な構成で正確に電圧補正を行うことができる。
【００５９】
また、電圧補正部の電流源は、電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型で、電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタに流れる電流による電流源制御信号によりオンまたはオフに制御される。したがって、過電流制限が不要なとき、即ち、出力電流が小さいときには、電流源が自動的にオフされるから、電圧安定化装置としての消費電力を低減することができる。また、過電流制限の必要なときには、電流源がオンされるから、電圧補正部は確実に駆動され、したがって過電流制限は正確に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るシリーズレギュレータの構成図。
【図３】電圧補正部の代替回路の構成を示す図。
【図４】従来のシリーズレギュレータの構成を示す図。
【図５】従来のシリーズレギュレータの出力電圧−出力電流の特性図。
【符号の説明】
１０ 電圧制御回路
１１ 定電流源
２０ 出力回路
３０、３０Ａ、３０Ｂ 電流制限回路
３１ 定電流源
４０Ａ 電流検出部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 電圧補正部
６０Ａ 制限信号発生部
７０Ｂ 電流源制御部
Ａｍｐ 差動増幅器
Ｑ２１、Ｑ３１、Ｑ３５ Ｐ型トランジスタ
Ｑ１１、Ｑ３２、Ｑ３６、Ｑ３７ Ｎ型トランジスタ
Ｑ３３ ＮＰＮトランジスタ
Ｑ３４ ＰＮＰトランジスタ
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３ 抵抗
Ｐｏ 出力端子
Ｖｏ 出力電圧
Ｉｏ 出力電流
Ｉｏ′検出電流
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｆｂ 出力帰還電圧
Ｖｅ 増幅出力
Ｖｃ 制御電圧
Claims (2)
- 出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧Ｖｏが制御入力として供給され、前記第１トランジスタを制御する第２トランジスタと、これら両トランジスタを動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする、電流制限機能付き安定化電源装置。 - 出力電圧に応じた出力帰還電圧と基準電圧との差に応じた電圧制御信号を出力する電圧制御回路と、
電源と出力端子間に配置された出力トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記出力トランジスタを制御して、前記出力電圧を出力する出力回路と、
前記出力トランジスタと同一タイプ、同一導電型の電流検出トランジスタを有し、前記電圧制御信号により前記電流検出トランジスタを制御して、前記出力回路の出力電流に比例させるようにした検出電流を得る電流検出部、前記検出電流が所定値を越えたときに前記出力電流を制限するための電流制限信号を発生する制限信号発生部を含む電流制限回路と、を有する電流制限機能付き安定化電源装置において、
前記電流制限回路には、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に、前記出力電圧が入力され、前記電流検出部の出力側電圧を前記出力電圧或いはその近傍の電圧に設定する電圧補正部を設けるとともに、
前記電圧補正部は、前記電流検出部と前記制限信号発生部との間に設けられた第１トランジスタと、前記出力電圧を前記第１トランジスタの制御入力として供給する電圧降下素子と、これら第１トランジスタ、電圧降下素子を動作させるための電流源とを有し、
さらに、前記電流検出トランジスタと同一タイプ、同一導電型であり、前記電圧制御信号により制御される電流源用検出トランジスタと、この電流源用検出トランジスタと直列に接続され、流れる電流を電流源制御信号に変換する変換手段とを有して、前記電流源用検出トランジスタから流れる電流に応じて前記電圧補正部への電流をオンあるいはオフさせるとともにオン時には前記電圧補正部への電流量を決定する電流源制御回路と、を備えることを特徴とする、電流制限機能付き安定化電源装置。
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