JP5110018B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、シリーズレギュレータ方式の電源回路に関する。

シリーズレギュレータ方式の電源回路は、電源入出力端子間に出力トランジスタを備え、指令電圧と出力電圧との差分を増幅した制御信号を用いて出力トランジスタを制御している。しかし、電源入力電圧や負荷が変化すると、制御回路の遅れや出力トランジスタの遅れにより出力電圧に変動が生じ、特に負荷が容量性の場合には発振が生じ易く不安定となる。こうした出力電圧の変動や安定性の低下に対しては、特許文献１、２に開示された手段が提案されている。

特許文献１に記載された電源回路は、出力トランジスタと、指令電圧と出力電圧との比較信号により出力トランジスタを駆動する比較回路と、比較回路の出力端と外部電源線との間に接続された第１抵抗素子と、比較回路の出力端とグランド線との間に接続された第２抵抗素子とを備えている。第１抵抗素子および第２抵抗素子を備えたことにより、比較回路の出力信号の振幅が大きくなるほど比較回路の利得が下がり、比較回路の出力信号の振幅が制限されて発振現象が抑制される。

特許文献２に記載された電源回路は、差動増幅器と、出力トランジスタと、電源出力線とグランド線との間に接続され常に電流を吸い込む定電流回路とを備えている。定電流回路を備えたことにより、たとえ無負荷であっても出力トランジスタのゲート電圧がしきい値電圧以上に維持され、出力トランジスタがオンし続ける。その結果、負荷が急増した時に出力トランジスタが素早く応答し、負荷変動による出力電圧の変動を抑制できる。また、負荷の急減により出力電圧が持ち上がっても、シンク電流により出力電圧を指令電圧に引き戻すことができる。

特開２００５−１７４３５１号公報 特開２００５−０１１２８０号公報

特許文献１に記載された電源回路を採用する場合、第１抵抗素子および第２抵抗素子の値を適正値に設定するためには、比較回路の最終段における出力インピーダンスを正しく把握する必要がある。しかし、比較回路の出力段トランジスタはインピーダンスを有しており、その値はばらつくとともに動作状態に応じて変化するので、第１抵抗素子および第２抵抗素子の設定が難しい。また、適正値が得られたとしても、その抵抗値が低い場合には、出力電圧のオン時およびオフ時に大きな電流が流れるので、消費電流の増大を招く虞がある。また、特許文献２に記載された電源回路は、負荷に対して並列に定電流回路を備えているので、常に無駄な電流が消費されることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、消費電流の増加を極力抑えながら電源出力電圧の変動を抑制した電源回路を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、第１のトランジスタがオンして電源出力電圧の検出電圧が指令電圧よりも高くなると、増幅回路が出力する制御電圧が上昇し第２のトランジスタがオンする。このとき、第１の電源線から電流供給回路、電圧負担回路、第２のトランジスタを通して第２の電源線に電流が流れ、第１のトランジスタの制御端子には、第２のトランジスタの主端子間（コレクタ−エミッタ間またはドレイン−ソース間）電圧と電圧負担回路の電圧との加算電圧が与えられる。第１のトランジスタの主端子（エミッタまたはソース）の電圧は電源出力電圧に等しい。このため、加算電圧を、電源出力電圧に第１のトランジスタのオン電圧を加えた電圧よりも低くなるように設定することで第１のトランジスタはオフする。

この状態から負荷の増大などにより電源出力電圧が低下して検出電圧が指令電圧よりも低くなると、増幅回路から出力される制御電圧が低下し第２のトランジスタがオフする。この第２のトランジスタのオフに伴い、第１のトランジスタの制御端子の電圧は、第２のトランジスタの主端子間電圧からではなく、さらに電圧負担回路の電圧だけ高い上記加算電圧から上昇を開始するので、その分だけ早いタイミングで第１のトランジスタがオンする。従って、指令電圧に対する電源出力電圧の低下を抑制し、電源出力電圧の変動を低減できる。また、電流供給回路の出力電流は電圧負担回路を追加しても不変なので、消費電流の増加を防止できる。

また、第２のトランジスタがオンしたとき、第１のダイオードのカソードの電圧は電源出力電圧より順方向電圧だけ低い電圧となる。このため、第１のダイオードとカソード同士が接続された第２のダイオードのアノードの電圧は電源出力電圧と等しくなる。つまり、第１のトランジスタの制御端子には、電源出力電圧に等しい電圧が与えられる。この状態から第２のトランジスタがオフした場合、第１のトランジスタの制御端子の電圧が電源出力電圧に等しい電圧から上昇を開始するので、上述した作用および効果が得られる。

請求項２に記載した手段によれば、第１のトランジスタがオンして電源出力電圧の検出電圧が指令電圧よりも高くなると、第１の増幅回路が出力する制御電圧が上昇し第２のトランジスタがオンする。このとき、第１の電源線から電流供給回路、第２のトランジスタを通して第２の電源線に電流が流れ、第１のトランジスタの制御端子の電圧が第２の電源線の電圧に向けて低下し第１のトランジスタがオフする。第１のトランジスタがオフした後、第２の増幅回路が出力する制御電圧が上昇し、第２のトランジスタの制御端子と第２の電源線との間に介在する第３のトランジスタがオンする。第２の増幅回路は、第１のトランジスタの制御端子の電圧と電源出力電圧とを一致させるように第３のトランジスタのオン状態を制御する。第２の増幅回路は、この第３のトランジスタの制御を介して、第２のトランジスタの主端子間電圧が電源出力電圧と等しくなるように第２のトランジスタを活性（能動）領域でオン動作させる。これにより、第１のトランジスタの制御端子には、電源出力電圧に等しい第２のトランジスタの主端子間電圧が与えられる。

この状態から負荷の増大などにより電源出力電圧が低下して検出電圧が指令電圧よりも低くなると、第１の増幅回路から出力される制御電圧が低下し第２のトランジスタがオフする。この第２のトランジスタのオフに伴い、第１のトランジスタの制御端子の電圧は、電源出力電圧に等しい第２のトランジスタの主端子間電圧から上昇を開始するので、その分だけ早いタイミングで第１のトランジスタがオンする。従って、請求項１に記載した手段と同様の作用および効果が得られる。

請求項３に記載した手段によれば、第１のトランジスタの制御端子に接地された第４のトランジスタおよび出力電源線に接地された第５のトランジスタからなる第１のカレントミラー回路は、第１のトランジスタの制御端子の電圧と電源出力電圧との差分に応じた電流を出力する。この出力電流は、第３のトランジスタとともに第２のカレントミラー回路を構成する第６のトランジスタに入力される。これにより、第１のカレントミラー回路からの出力電流に基づいて第３のトランジスタのオン状態が制御される。このような第３のトランジスタの制御により、第２のトランジスタの主端子間電圧が電源出力電圧と等しくなるように第２のトランジスタが活性領域でオン動作するので、請求項２に記載した手段と同様の作用および効果が得られる。

第１のトランジスタを介して出力電源線に過大な電流が流れる過電流状態になると、電源出力電圧が低下して検出電圧が指令電圧よりも低くなる。このため、上記した各手段では、増幅回路から出力される制御電圧が低下し第２のトランジスタがオフする。第２のトランジスタがオフすると第１のトランジスタの制御端子の電圧が上昇し第１のトランジスタがオンして過電流状態が継続される。このように過電流状態が継続されると、第１のトランジスタや電源出力電圧の供給先のデバイスが故障してしまう可能性がある。

この対策として、請求項４に記載した手段を採用するとよい。請求項４に記載した手段によれば、第１のトランジスタを介して出力電源線に過大な電流が流れた場合には過電流検出回路から過電流検出信号が出力される。過電流検出信号が出力されると、第１のトランジスタの制御端子と第２の電源線との間に接続されたスイッチ回路がオンする。これにより、第１のトランジスタの制御端子の電圧が第２の電源線の電圧に固定され、第１のトランジスタがオフし電源出力電圧の出力が停止される。このように、過電流状態となった場合には出力動作が停止されるため、第１のトランジスタや電源出力電圧の供給先のデバイスが過大な電流により故障してしまう事態を防止できる。

上記したように、過電流状態になると電源出力電圧は低下する。請求項５に記載した手段は、このような点に着目して以下のように過電流状態を検出する。すなわち、請求項５に記載した手段によれば、電源出力電圧と指令電圧よりも低く設定された基準電圧とを比較するコンパレータにより過電流検出回路を構成する。コンパレータは、電源出力電圧が基準電圧よりも低くなると過電流検出信号を出力する。このように、過電流状態になるとコンパレータから過電流検出信号が出力されるため、請求項４に記載した手段と同様の作用および効果が得られる。

請求項６に記載した手段によれば、第１のトランジスタと出力電源線との間に介在する電流検出用抵抗を設ける。第１の分圧回路および第２の分圧回路は、電流検出用抵抗の各端子の電圧を分圧して出力する。コンパレータは、これら分圧電圧を比較して過電流検出信号を出力する。オフセット電圧生成回路は、出力電源線に流れる電流が正常な範囲である場合にコンパレータの各入力電圧の関係が過電流検出信号が出力されない関係となるように、第１の分圧回路または第２の分圧回路の分圧点に対して所定のオフセット電圧を付与する。これにより、出力電源線に過大な電流が流れるとコンパレータから過電流検出信号が出力されるため、請求項４に記載した手段と同様の作用および効果が得られる。

請求項１に記載した手段に請求項４に記載した手段を付加した場合、以下のような問題が生じる可能性がある。すなわち、過電流検出信号が出力されてスイッチ回路がオンすると、第１のトランジスタの制御端子の電圧が第２の電源線の電圧に固定される。このとき、出力電源線における電源出力電圧は直ちには低下しない。従って、電源出力電圧が第１のトランジスタの制御端子−主端子間に通常は印加されないような高い電圧である場合には、回路が誤動作する可能性がある。例えば、第１のトランジスタの制御端子−主端子間に通常は印加されないような高い電圧が印加されると、テストモード（通常は使用しない製造ラインでのみ使用するモード）に移行するように設定された回路である場合、上記のように過電流が検出されると上記テストモードに移行するおそれがある。

この対策として、請求項７に記載した手段を採用するとよい。請求項７に記載した手段によれば、過電流検出信号が出力されると、第１の電源線と電流供給回路との間に接続されたスイッチ回路がオフする。これにより、第１のトランジスタがオフし電源出力電圧の出力が停止される。このように、過電流状態となった場合には出力動作が停止されるため、第１のトランジスタや電源出力電圧の供給先のデバイスが過大な電流により故障してしまう事態を防止できる。また、第１のトランジスタの制御端子と第１のダイオードのカソードとの間に接続された電位固定用抵抗を備えているので、過電流が検出された状態において、第１のトランジスタの制御端子−主端子間には、ほぼ第１のダイオードの順方向電圧が印加される。従って、第１のトランジスタの制御端子−主端子間に通常は印加されないような高い電圧は印加されず、これに伴う誤動作の発生を防止できる。

本発明の第１の実施形態を示す電源回路の構成図 本発明の第１の参考形態を示す図１相当図 本発明の第２の参考形態を示す図１相当図 本発明の第３の参考形態を示す図１相当図 本発明の第４の参考形態を示す図１相当図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 本発明の第４の実施形態を示す図１相当図 本発明の第５の実施形態を示す図１相当図 本発明の第６の実施形態を示す図１相当図 コンパレータおよびタイマの入出力信号を示す波形図 本発明の第７の実施形態を示す図１相当図 本発明の第８の実施形態を示す図１相当図 本発明の第９の実施形態を示す図１相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。
図１は、シリーズレギュレータ形式の電源回路の構成を示している。この図１に示す電源回路１には、図示しない直流電源から電源線２、３（第１、第２の電源線に相当）を介して入力電圧Ｖｉ（例えば＋１８Ｖ）が供給されている。電源回路１は、電源線２と出力電源線４との間にコレクタ・エミッタ間が接続されたトランジスタＴ１の駆動をフィードバック制御することにより、入力電圧Ｖｉ（電源入力電圧に相当）を一定の出力電圧Ｖｏ（電源出力電圧に相当）に降圧する。この出力電圧Ｖｏは、出力電源線４および電源線３を介して負荷回路５に与えられる。

負荷回路５は、スイッチＳ１、Ｓ２の開閉に応じてゲートに対し出力電圧Ｖｏを断続的に与えることによりスイッチング動作を行うＩＧＢＴ６を備えている。ＩＧＢＴ６は、ゲート・エミッタ間にゲート容量７を有している。ゲート容量７は、上記スイッチング動作に伴い出力電源線４および電源線３を介して充放電が行われる。このような容量性の負荷回路５が、電源回路１の負荷として出力電源線４と電源線３との間に接続されている。

電源回路１は、ＮＰＮ形のトランジスタＴ１、Ｔ２（第１、第２のトランジスタに相当）、電圧検出回路８、コンデンサＣ１、オペアンプ９、抵抗Ｒ１、電圧負担回路１０および電流供給回路１１を備えている。出力電源線４と電源線３との間には、電圧検出回路８およびコンデンサＣ１が互いに並列に接続されている。電圧検出回路８は、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路により構成されている。出力電源線４の出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ２、Ｒ３により分圧して得られる検出電圧Ｖdetは、オペアンプ９の非反転入力端子に与えられている。

オペアンプ９の反転入力端子には、出力電圧Ｖｏの目標値（例えば＋１５Ｖ）を指令するための指令電圧Ｖrefが与えられている。オペアンプ９の出力端子から出力される制御電圧Ｖc1は、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴ２のベース（制御端子）に与えられている。オペアンプ９（増幅回路、第１の増幅回路に相当）は、電源線２、３から入力電圧Ｖｉの供給を受けて動作し、各入力端子に入力される電圧の差分に応じた制御電圧Ｖc1を出力することにより、トランジスタＴ２の駆動を制御する。また、本実施形態において、指令電圧Ｖrefは、温度による出力変動の少ないバンドギャップ基準電圧回路（図示せず）により生成されている。

トランジスタＴ２のエミッタは電源線３に接続され、コレクタは電圧負担回路１０および電流供給回路１１を介して電源線２に接続されている。電圧負担回路１０と電流供給回路１１の共通接続点は、トランジスタＴ１のベース（制御端子）に接続されている。電圧負担回路１０は、所定の電流を流すことにより端子間に所定の電圧を発生させる。電流供給回路１１は、トランジスタＴ１のベースに供給するための電流Ｉｄを出力する。

上記構成により、トランジスタＴ２がオフのとき、電源線２から電流供給回路１１を通じてトランジスタＴ１のベースに駆動電流が供給されトランジスタＴ１がオンする。また、トランジスタＴ２がオンのとき、電源線２から電流供給回路１１、電圧負担回路１０、トランジスタＴ２を通じて電源線３に電流が流れる。このとき、トランジスタＴ１のベースには、トランジスタＴ２のコレクタ・エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)と電圧負担回路１０の端子間電圧ＶＬとの加算電圧Ｖaddが与えられる。加算電圧Ｖaddは、トランジスタＴ１のエミッタ（主端子）の電圧が出力電圧Ｖｏであり、トランジスタＴ１がオンするベース・エミッタ間電圧（オン電圧）をＶbeで表すと下記（１）式のように設定される。

Ｖadd＝ＶＬ＋Ｖce(sat)＜Ｖｏ＋Ｖbe …（１）
すなわち、出力電圧ＶｏにトランジスタＴ１のオン電圧Ｖbeを加えたものよりも加算電圧Ｖaddが低くなるように、電圧負担回路１０の端子間に発生する電圧ＶＬが設定されている。これにより、トランジスタＴ２のオンに伴いトランジスタＴ１がオフする。このように、トランジスタＴ２のオン、オフに応じてトランジスタＴ１への駆動電流の供給が制御される結果、出力電圧Ｖｏが目標値に制御される。

上記構成によれば、次のような作用および効果が得られる。
トランジスタＴ１がオンして出力電圧Ｖｏが上昇し検出電圧Ｖdetが指令電圧Ｖrefより高くなると、制御電圧Ｖc1が上昇しトランジスタＴ２がオンする。このとき、電源線２から電流供給回路１１、電圧負担回路１０、トランジスタＴ２を通して電源線３に電流が流れる。そして、トランジスタＴ１のベースに上記（１）式に示した加算電圧Ｖaddが与えられ、トランジスタＴ１がオフする。

この状態から負荷回路５の消費電流の増加などにより出力電圧Ｖｏが低下し検出電圧Ｖdetが指令電圧Ｖrefより低くなると、制御電圧Ｖc1が低下しトランジスタＴ２がオフする。トランジスタＴ２のオフに伴い、トランジスタＴ１のベースの電圧は、トランジスタＴ２のコレクタ・エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)（主端子間電圧）に電圧負担回路１０の端子間電圧ＶＬを加えた加算電圧Ｖaddから上昇を開始する。従って、電圧負担回路１０を設けない従来の構成に比べ、端子間電圧ＶＬが加わる分だけ早いタイミングでトランジスタＴ１がオンする。これにより、目標値に対する出力電圧Ｖｏの低下が抑制される。このため、負荷として容量性の負荷回路５が接続される本実施形態の構成においても、出力電圧Ｖｏの変動を低減できる。また、電流供給回路１１の出力電流Ｉｄは電圧負担回路１０を追加しても不変なので、回路全体の消費電流の増加を防止できる。

（第１の参考形態）
図２は、本発明の第１の参考形態を示しており、電圧負担回路１０の具体的な構成の一例を示す図１相当図である。
図２に示す電圧負担回路１０は、ツェナーダイオードＤ２１と抵抗Ｒ２１の直列回路により構成されている。このため、トランジスタＴ２がオンしたときに電圧負担回路１０の端子間に発生する電圧ＶＬは、電流供給回路１１の出力電流をＩｄで表し、ツェナーダイオードＤ２１のツェナー電圧をＶｚで表し、抵抗Ｒ２１の抵抗値をＲ２１で表すと、下記（２）式のように表される。
ＶＬ＝Ｖｚ＋Ｉｄ・Ｒ２１ …（２）
ツェナー電圧Ｖｚ、出力電流Ｉｄおよび抵抗値Ｒ２１は、各値の温度による変動などを考慮した上で、加算電圧Ｖaddが（１）式の関係を確実に満たすように設定されている。

上記構成によれば、トランジスタＴ２がオンしたとき、トランジスタＴ１のベースには、電圧Ｖce(sat)、出力電流Ｉｄを流したときの抵抗Ｒ２１の端子間電圧およびツェナー電圧Ｖｚの加算電圧Ｖaddが与えられる。この状態からトランジスタＴ２がオフした場合、トランジスタＴ１のベースの電圧が加算電圧Ｖaddから上昇を開始するので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第２の参考形態）
図３は、本発明の第２の参考形態を示しており、電圧負担回路１０の具体的な構成の一例を示す図１相当図である。
図３に示す電圧負担回路１０は、ツェナーダイオードＤ２１により構成されている。このため、トランジスタＴ２がオンしたときに電圧負担回路１０の端子間に発生する電圧ＶＬは、下記（３）式のように表される。
ＶＬ＝Ｖｚ …（３）
ツェナー電圧Ｖｚは、温度による変動などを考慮した上で、加算電圧Ｖaddが（１）式の関係を確実に満たすように設定されている。

上記構成によれば、トランジスタＴ２がオンしたとき、トランジスタＴ１のベースには、電圧Ｖce(sat)およびツェナー電圧Ｖｚの加算電圧Ｖaddが与えられる。この状態からトランジスタＴ２がオフした場合、トランジスタＴ１のベースの電圧が加算電圧Ｖaddから上昇を開始するので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第３の参考形態）
図４は、本発明の第３の参考形態を示しており、電圧負担回路１０の具体的な構成の一例を示す図１相当図である。
図４に示す電圧負担回路１０は、抵抗Ｒ２１により構成されている。このため、トランジスタＴ２がオンしたときに電圧負担回路１０の端子間に発生する電圧ＶＬは、下記（４）式のように表される。
ＶＬ＝Ｉｄ・Ｒ２１ …（４）
出力電流Ｉｄおよび抵抗値Ｒ２１は、各値の温度による変動などを考慮した上で、加算電圧Ｖaddが（１）式の関係を確実に満たすように設定されている。

上記構成によれば、トランジスタＴ２がオンしたとき、トランジスタＴ１のベースには、電圧Ｖce(sat)および出力電流Ｉｄを流したときの抵抗Ｒ２１の端子間電圧の加算電圧Ｖaddが与えられる。この状態からトランジスタＴ２がオフした場合、トランジスタＴ１のベースの電圧が加算電圧Ｖaddから上昇を開始するので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第４の参考形態）
図５は、本発明の第４の参考形態を示す図１相当図である。
図５に示す電源回路３１は、図２に示した第２の実施形態の電源回路１の構成にダイオードＤ３１を追加したものである。ダイオードＤ３１（第１のダイオードに相当）は、トランジスタＴ１のエミッタ・ベース間にエミッタ側をアノードとして接続されている。

上記構成によれば、トランジスタＴ２がオンしたとき、トランジスタＴ１のベースには、出力電圧ＶｏよりダイオードＤ３１の順方向電圧ＶＦだけ低い電圧と、加算電圧Ｖaddとのいずれか高い方の電圧が与えられる。この状態からトランジスタＴ２がオフした場合、トランジスタＴ１のベースの電圧が出力電圧Ｖｏより順方向電圧ＶＦだけ低い電圧または加算電圧Ｖaddから上昇を開始するので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、ツェナー電圧Ｖｚや抵抗値Ｒ２１が温度により変動して加算電圧Ｖaddが低くなっても、トランジスタＴ１のベースには、最低でも出力電圧Ｖｏより順方向電圧ＶＦだけ低い電圧が与えられるので、トランジスタＴ１がオンするタイミングの遅れを極力防止できる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図１相当図である。
図６に示す電源回路４１は、図１に示した電源回路１の構成にダイオードＤ４１を追加したものである。また、図６には電圧負担回路１０の具体的な構成の一例が示されている。すなわち、電圧負担回路１０は、ダイオードＤ４２と抵抗Ｒ４１の直列回路により構成されている。ダイオードＤ４１、Ｄ４２（第１、第２のダイオードに相当）は、カソード同士が接続されている。ダイオードＤ４１のアノードは、トランジスタＴ１のエミッタに接続されている。ダイオードＤ４２のアノードは、トランジスタＴ１のエミッタに接続されている。

上記構成によれば、トランジスタＴ２がオンしたとき、ダイオードＤ４１、Ｄ４２のカソードの電圧は出力電圧Ｖｏより順方向電圧ＶＦだけ低くなる。このため、ダイオードＤ４２のアノードの電圧、つまりトランジスタＴ１のベースの電圧は、出力電圧Ｖｏに等しくなる。この状態からトランジスタＴ２がオフした場合、トランジスタＴ１のベースの電圧が出力電圧Ｖｏに等しい電圧から上昇を開始するので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、この場合、トランジスタＴ１のベース電圧をオン電圧Ｖbeだけ上昇させればトランジスタＴ１がオンする。従って、トランジスタＴ１を一層早いタイミングでオンさせることが可能となり、目標値に対する出力電圧Ｖｏの低下が一層抑制される。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態を示す図１相当図である。
図７に示す電源回路５１は、図１に示した電源回路１の構成から電圧負担回路１０を省くとともに、オペアンプ５２およびＮＰＮ形のトランジスタＴ５１を追加したものである。トランジスタＴ２のコレクタは、トランジスタＴ１のベースに接続されている。オペアンプ５２（第２の増幅回路に相当）の反転入力端子はトランジスタＴ１のベースに接続され、非反転入力端子は出力電源線４に接続されている。オペアンプ５２の出力端子から出力される制御電圧Ｖc2は、トランジスタＴ５１のベース（制御端子）に与えられている。トランジスタＴ５１（第３のトランジスタに相当）のエミッタは電源線３に接続され、コレクタはトランジスタＴ２のベースに接続されている。

上記構成によれば、次のような作用および効果が得られる。
トランジスタＴ１がオンして出力電圧Ｖｏが上昇し検出電圧Ｖdetが指令電圧Ｖrefより高くなると、制御電圧Ｖc1が上昇しトランジスタＴ２がオンする。このとき、電源線２から電流供給回路１１、トランジスタＴ２を通して電源線３に電流が流れ、トランジスタＴ１のベースの電圧が電源線３の電圧に向けて低下しトランジスタＴ１がオフする。

トランジスタＴ１のオフした後、制御電圧Ｖc2が上昇しトランジスタＴ５１がオンする。オペアンプ５２は、トランジスタＴ１のベース電圧と出力電圧Ｖｏとを一致させるようにトランジスタＴ５１のオン状態を制御する。オペアンプ５２は、このトランジスタＴ５１の制御を介して、トランジスタＴ２のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖceが出力電圧Ｖｏと等しくなるようにトランジスタＴ２を活性（能動）領域でオン動作させる。これにより、トランジスタＴ１のベースには、出力電圧Ｖｏに等しい電圧Ｖce（主端子間電圧）が与えられる。

この状態から負荷回路５の消費電流の増加などにより出力電圧Ｖｏが低下し検出電圧Ｖdetが指令電圧Ｖrefより低くなると、制御電圧Ｖc1が低下しトランジスタＴ２がオフする。このトランジスタＴ２のオフに伴い、トランジスタＴ１のベースの電圧は、出力電圧Ｖｏに等しい電圧Ｖceから上昇を開始するので、その分だけ早いタイミングでトランジスタＴ１がオンする。従って、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態を示しており、オペアンプ５２の具体的な構成の一例を示す図７相当図である。
図８に示すオペアンプ５２は、ＰＮＰ形のトランジスタＴ６１、Ｔ６２、ＮＰＮ形のトランジスタＴ６３、抵抗Ｒ６１、Ｒ６２および電流供給回路６１により構成されている。トランジスタＴ６１、Ｔ６２（第４、第５のトランジスタに相当）は、ベース同士が接続されている。トランジスタＴ６１のエミッタは、抵抗Ｒ６１を介してトランジスタＴ１のベース接続されている。トランジスタＴ６２のエミッタは、抵抗Ｒ６２を介して出力電源線４に接続されている。トランジスタＴ６１はダイオード接続され、トランジスタＴ６２とともに第１のカレントミラー回路６２を構成している。トランジスタＴ６１のコレクタは、電流供給回路６１を介して電源線３に接続されている。トランジスタＴ６２のコレクタは、トランジスタＴ６３を介して電源線３に接続されている。トランジスタＴ６３（第６のトランジスタに相当）は、ダイオード接続され、トランジスタＴ５１とともに第２のカレントミラー回路６３を構成している。

上記構成によれば、第１のカレントミラー回路６２は、トランジスタＴ１のベースの電圧と出力電圧Ｖｏとの差分に応じた電流をトランジスタＴ６２から出力する。この出力電流は、第２のカレントミラー回路６３を構成するトランジスタＴ６３に入力され、同様の電流がトランジスタＴ５１に流れる。従って、第１のカレントミラー回路６２からの出力電流に基づいてトランジスタＴ５１のオン状態が制御される。このようなトランジスタＴ５１の制御により、トランジスタＴ２の電圧Ｖceが出力電圧Ｖｏと等しくなるようにトランジスタＴ２が活性領域でオン動作するので、第３の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態を示す図１相当図である。
図９に示す電源回路７１は、図１に示した電源回路１の構成に過電流検出回路７２およびスイッチ回路７３を追加したものである。過電流検出回路７２は、与えられる電流情報や電圧情報に基づいて出力電源線４から負荷回路５へ流れる電流を検出する。過電流検出回路７２は、電流の検出値が所定のしきい値を超えると過電流状態であると判断し、スイッチ回路７３に過電流検出信号Ｓａを出力する。スイッチ回路７３は、トランジスタＴ１のベースと電源線３との間に接続されている。スイッチ回路７３は、通常はオフであるが、過電流検出信号Ｓａが与えられるとオンする。

上記構成によれば、出力電源線４から負荷回路５へと過大な電流が流れた場合には過電流検出回路７２から過電流検出信号Ｓａが出力される。過電流検出信号Ｓａが出力されると、スイッチ回路７３がオンする。これにより、トランジスタＴ１のベース電圧が電源線３の電圧（０Ｖ）に固定されてトランジスタＴ１がオフし、出力電圧Ｖｏの出力動作が停止される。このように、過電流状態となった場合には出力電圧Ｖｏの出力を停止した状態で回路動作が停止される（ラッチ状態）。この結果、過電流状態は速やかに解消され、トランジスタＴ２や出力電圧Ｖｏの供給先である負荷回路５が過大な電流により故障してしまう事態を防止できる。

（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態を示しており、過電流検出回路７２およびスイッチ回路７３の具体的な構成の一例を示す図９相当図である。
図１０に示す過電流検出回路７２は、電圧検出回路８１、コンパレータ８２、電圧源８３およびタイマ８４により構成されている。スイッチ回路７３は、ＮＰＮ形のトランジスタＴ８１により構成されている。トランジスタＴ８１のコレクタはトランジスタＴ１のベースに接続され、エミッタは電源線３に接続されている。トランジスタＴ８１のベースには、タイマ８４の出力信号が与えられている。

電圧検出回路８１は、出力電源線４の出力電圧Ｖｏを検出し、これに応じた検出電圧Ｖdet’を出力する。この検出電圧Ｖdet’は、コンパレータ８２の反転入力端子に与えられている。電圧源８３により生成される基準電圧Ｖｓは、コンパレータ８２の非反転入力端子に与えられている。コンパレータ８２は、図示しないが電源線２、３から入力電圧Ｖｉの供給を受けて動作する。基準電圧Ｖｓは、出力電圧Ｖｏが目標値よりも所定値だけ低いしきい値電圧となった場合における検出電圧Ｖdet’に相当する電圧値に設定している。これにより、出力電圧Ｖｏが上記しきい値電圧であるときを境界としてコンパレータ８２の出力信号Ｓｃが反転する。

タイマ８４には、コンパレータ８２の出力信号Ｓｃと、パワーオンリセット信号Ｓｒとが入力されている。詳細は後述するが、タイマ８４は、パワーオンリセット信号Ｓｒおよび出力信号Ｓｃのレベルに応じた信号を出力する。トランジスタＴ８１は、タイマ８４からＨレベルの信号が与えられるとオンする。従って、本実施形態では、タイマ８４から出力されるＨレベルの信号が過電流検出信号Ｓａに相当する。また、ここで言うＨレベルの信号とは、電源線２の電圧値（例えば＋１８Ｖ）を持つ信号であり、Ｌレベルの信号とは、電源線３の電圧値（例えば０Ｖ）を持つ信号である。

次に、上記構成の作用について図１１も参照して説明する。
図１１は、コンパレータ８２およびタイマ８４の入出力信号を示しており、（ａ）はパワーオンリセット信号Ｓｒ、（ｂ）はタイマ８４の出力信号、（ｃ）はコンパレータ８２の出力信号Ｓｃ、（ｄ）はコンパレータ８２の各入力信号を示している。出力電源線４から負荷回路５へと過大な電流が流れた場合には出力電圧Ｖｏが低下する。本実施形態では、このような点に着目し、出力電圧Ｖｏが目標値よりも所定値だけ低下すると過電流状態であることを検出する。ただし、この場合、出力電圧Ｖｏが目標値よりも低くなる電源回路７１の起動時の所定期間にも過電流状態であると判断してしまうので、起動時には過電流状態の検出動作を停止させるようにしている。

すなわち、タイマ８４は、電源回路７１の起動時に与えられるパワーオンリセット信号ＳｒがＬレベルからＨレベルに転じると所定時間Ｔａの計時を開始する（時刻ｔ１）。タイマ８４は、この計時を行う間（時刻ｔ１〜ｔ２の間）は出力信号Ｓｃのレベルにかかわらず、Ｌレベルの信号をトランジスタＴ８１に出力する。つまり、タイマ８４からの過電流検出信号Ｓａの出力を停止する。タイマ８４は、この計時を行う間を除く期間中には、出力信号Ｓｃのレベルに応じた信号を出力する。

例えば、出力電圧Ｖｏがほぼ目標値一定である時刻ｔ２〜ｔ３の間には、検出電圧Ｖdet’が基準電圧Ｖｓより高い。従って、出力信号ＳｃはＬレベルとなり、これに伴いタイマ８４はＬレベルの信号を出力する。このため、トランジスタＴ８１はオフしたままでありトランジスタＴ１のオン状態が維持される。これに対し、過電流状態になると、出力電圧Ｖｏの低下に伴い検出電圧Ｖdet’が低下を開始する。検出電圧Ｖdet’が基準電圧Ｖｓを下回ると、出力信号ＳｃがＬレベルからＨレベルに転じる（時刻ｔ３）。これに応じて、タイマ８４の出力信号もＬレベルからＨレベルに転じ、トランジスタＴ８１がオンする。これにより、トランジスタＴ１がオフし、出力電圧Ｖｏの出力動作が停止される。
このように、出力電圧Ｖｏの電圧値に基づいて過電流状態であるか否かを判断する構成によっても、過電流状態となった場合には出力電圧Ｖｏの出力を停止した状態で回路動作が停止されるので、第５の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態を示しており、電圧検出回路８１の具体的な構成の一例を示す図１０相当図である。
図１２に示す電圧検出回路８１は、出力電源線４と電源線３との間に接続された抵抗Ｒ９１、Ｒ９２の直列回路により構成されている。出力電源線４の出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ９１、Ｒ９２により分圧して得られる検出電圧Ｖdet’は、コンパレータ８２の非反転入力端子に与えられている。このような構成によっても、第６の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第８の実施形態）
図１３は、本発明の第８の実施形態を示しており、過電流検出回路７２およびスイッチ回路７３の具体的な構成の一例を示す図９相当図である。
図１３に示す過電流検出回路７２は、トランジスタＴ１のエミッタと出力電源線４との間に接続された抵抗Ｒ１０１（電流検出用抵抗に相当）、第１の分圧回路１０１、第２の分圧回路１０２、コンパレータ１０３および電流供給回路１０４により構成されている。

第１の分圧回路１０１は、抵抗Ｒ１０１のトランジスタＴ１側の電圧を分圧するものであり、抵抗Ｒ１０２、Ｒ１０３の直列回路により構成されている。抵抗Ｒ１０２とＲ１０３の相互接続点の電圧Ｖd1は、コンパレータ１０３の非反転入力端子に与えられている。第２の分圧回路１０２は、抵抗Ｒ１０１の出力電源線４側の電圧を分圧するものであり、抵抗Ｒ１０４、Ｒ１０５の直列回路により構成されている。抵抗Ｒ１０４とＲ１０５の相互接続点の電圧Ｖd2は、コンパレータ１０３の反転入力端子に与えられている。コンパレータ１０３は、各入力電圧に基づいて抵抗Ｒ１０１の各端子電圧を比較する。コンパレータ１０３の出力信号Ｓｃはタイマ８４に与えられている。

抵抗Ｒ１０２〜Ｒ１０５の抵抗値は、第１の分圧回路１０１と第２の分圧回路１０２とが同一の分圧比となるように設定されている。電流供給回路１０４は、抵抗Ｒ１０２とＲ１０３の相互接続点から電源線３へ所定のオフセット電流Ｉａを出力する。このオフセット電流Ｉａにより、電圧Ｖd1がトランジスタＴ１のエミッタ電圧を抵抗Ｒ１０２とＲ１０３とにより分圧した電圧よりも低くなる。本実施形態では、電流供給回路１０４が第１の分圧回路１０１の分圧点にオフセット電圧を付与するオフセット電圧生成回路に相当する。抵抗Ｒ１０１の抵抗値およびオフセット電流Ｉａの電流値は、抵抗Ｒ１０１を通じて流れる電流が正常の範囲内である場合に電圧Ｖd1が電圧Ｖd2より低くなり、上記電流が正常の範囲を上回る場合に電圧Ｖd1が電圧Ｖd2より高くなるように設定されている。

上記構成によれば、出力電源線４から負荷回路５へと過大な電流が流れた場合、電圧Ｖd1が電圧Ｖd2より高くなりコンパレータ１０３の出力信号ＳｃがＨレベルに転じる。これに応じて、タイマ８４の出力信号もＬレベルからＨレベルに転じ、トランジスタＴ８１がオンする。これにより、トランジスタＴ１がオフし、出力電圧Ｖｏの出力動作が停止される。このように、トランジスタＴ１と出力電源線４との間に介在する電流検出用の抵抗Ｒ１０１の各端子電圧に基づいて過電流状態であるか否かを判断する構成によっても、過電流状態となった場合には出力電圧Ｖｏの出力を停止した状態で回路動作が停止されるので、第５の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第９の実施形態）
図１４は、本発明の第９の実施形態を示す図１相当図である。
図１４に示す電源回路１１１は、図６に示した電源回路４１の構成に対し、図１２に示した過電流検出回路７２と、抵抗Ｒ１１１およびスイッチ回路１１２とを追加したものである。抵抗Ｒ１１１（電位固定用抵抗に相当）は、トランジスタＴ１のベースとダイオードＤ４１のカソードとの間に接続されている。スイッチ回路１１２は、電源線２と電流供給回路１１との間に接続されている。スイッチ回路１１２は、通常はオンであるが、タイマ８４から過電流検出信号Ｓａが与えられるとオフする。

本実施形態では、電源回路１１１のトランジスタＴ１を除く素子はＩＣとして構成されている。トランジスタＴ１は外付けの素子となっている。上記ＩＣは、トランジスタＴ１のベース・エミッタ間に通常は印加されないような高い電圧（例えばトランジスタＴ１のベース・エミッタ間耐圧以上の電圧）が印加されるとテストモードに移行する回路（図示せず）を備えている。このテストモードは、ＩＣの出荷検査時に製造ラインなどにおいて各種の測定を行う際に使用するものであり、出荷後の通常動作時には動作してはいけないモードである。

上記構成によれば、過電流検出信号Ｓａが出力されるとスイッチ回路１１２がオフすることにより、トランジスタＴ１がオフし出力電圧Ｖｏの出力が停止される。このように、過電流状態となった場合には出力動作が停止されるため、トランジスタＴ１や負荷回路５が過大な電流により故障してしまう事態を防止できる。また、トランジスタＴ１のベースとダイオードＤ４１のカソードとの間を抵抗Ｒ１１１を介して接続したことにより、過電流が検出された状態において、トランジスタＴ１のエミッタ・ベース間には、ほぼダイオードＤ４１の順方向電圧が印加される。従って、トランジスタＴ１のベース・エミッタ間に通常は印加されないような高い電圧が印加されることがなく、これに伴う誤動作の発生を防止できる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
第４の参考形態においてトランジスタＴ１のエミッタ・ベース間に追加したダイオードＤ３１を、図３および図４に示した電源回路１の構成に追加してもよい。
第５の実施形態において電源回路１の構成に追加した過電流検出回路７２およびスイッチ回路７３を、図５〜図８に示した電源回路３１、４１、５１の構成に追加してもよい。
第７の実施形態において、検出電圧Ｖdet’に代えて電圧検出回路８の検出電圧Ｖdetをコンパレータ８２の非反転入力端子に与える構成としてもよい。その場合、出力電圧Ｖｏが目標値を所定値だけ低いしきい値電圧となった場合における検出電圧Ｖdetと等しくなるように基準電圧Ｖｓの電圧値を設定すればよい。このように構成すれば、電圧検出回路８１を省略することができる。
第８の実施形態において、電圧Ｖd1に代えて所定のしきい値電圧をコンパレータ１０３の反転入力端子に与える構成としてもよい。その場合、抵抗Ｒ１０１を通じて流れる電流が正常の範囲内である場合に電圧Ｖd2がしきい値電圧より高くなり、上記電流が正常の範囲を上回る場合に電圧Ｖd2がしきい値電圧より低くなるようにしきい値電圧を設定すればよい。このように構成すれば、第１の分圧回路１０１および電流供給回路１０４を省略することができる。また、オフセット電圧生成回路としては、電流供給回路１０４に代えて、第２の分圧回路１０２の分圧点にオフセット電圧を付与する構成を設けてもよい。例えば、出力電源線４から抵抗Ｒ１０４とＲ１０５の相互接続点へ所定のオフセット電流Ｉａを出力する電流供給回路によりオフセット電圧生成回路を構成してもよい。
上記各実施形態では、各トランジスタをバイポーラトランジスタにより構成したが、ＭＯＳＦＥＴにより構成することも可能である。

図面中、１、３１、４１、５１、７１、１１１は電源回路、２、３は電源線（第１、第２の電源線）、４は出力電源線、８は電圧検出回路、９はオペアンプ（増幅回路、第１の増幅回路）、１０は電圧負担回路、１１は電流供給回路、５２はオペアンプ（第２の増幅回路）、６２は第１のカレントミラー回路、６３は第２のカレントミラー回路、７２は過電流検出回路、７３はスイッチ回路、８２はコンパレータ、１０１は第１の分圧回路、１０２は第２の分圧回路、１０３コンパレータ、１０４は電流供給回路（オフセット電圧生成回路）、１１２はスイッチ回路、Ｄ２１はツェナーダイオード、Ｄ３１、Ｄ４１はダイオード（第１のダイオード）、Ｄ４２はダイオード（第２のダイオード）、Ｒ２１は抵抗、Ｒ４１は抵抗、Ｒ１０１は抵抗（電流検出用抵抗）、Ｒ１１１は抵抗（電位固定用抵抗）、Ｔ１、Ｔ２はトランジスタ（第１、第２のトランジスタ）、Ｔ５１はトランジスタ（第３のトランジスタ）、Ｔ６１〜Ｔ６３はトランジスタ（第４〜第６のトランジスタ）である。

Claims (7)

1. 第１、第２の電源線間に与えられる電源入力電圧から一定の電源出力電圧を生成して出力電源線と前記第２の電源線間に出力する電源回路において、
   前記第１の電源線と前記出力電源線との間に介在する第１のトランジスタと、
   前記第１の電源線と前記第１のトランジスタの制御端子との間に介在して電流を流す電流供給回路と、
   前記出力電源線と前記第２の電源線との間の電源出力電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電源出力電圧の指令電圧と検出電圧とを入力して差分に応じた制御電圧を出力する増幅回路と、
   前記電流供給回路から前記第２の電源線に至る経路に介在し、前記第２の電源線に接地された状態で制御端子に前記制御電圧が与えられる第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタの制御端子と前記第２のトランジスタとの間に接続されて電圧を負担する電圧負担回路と、
   を備え、
   前記電圧負担回路は、第２のダイオードと抵抗との直列回路から構成されており、前記出力電源線と前記第２のダイオードのカソードとの間にアノード・カソード間が接続された第１のダイオードを備えていることを特徴とする電源回路。
2. 第１、第２の電源線間に与えられる電源入力電圧から一定の電源出力電圧を生成して出力電源線と前記第２の電源線間に出力する電源回路において、
   前記第１の電源線と前記出力電源線との間に介在する第１のトランジスタと、
   前記第１の電源線と前記第１のトランジスタの制御端子との間に介在して電流を流す電流供給回路と、
   前記出力電源線と前記第２の電源線との間の電源出力電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電源出力電圧の指令電圧と検出電圧とを入力して差分に応じた制御電圧を出力する第１の増幅回路と、
   前記電流供給回路から前記第２の電源線に至る経路に介在し、前記第２の電源線に接地された状態で制御端子に前記第１の増幅回路からの制御電圧が与えられる第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタの制御端子の電圧と前記電源出力電圧とを入力して差分に応じた制御電圧を出力する第２の増幅回路と、
   前記第２のトランジスタの制御端子と前記第２の電源線との間に介在し、制御端子に前記第２の増幅回路からの制御電圧が与えられる第３のトランジスタとを備えていることを特徴とする電源回路。
3. 前記第２の増幅回路は、
   前記第１のトランジスタの制御端子に接地された第４のトランジスタおよび前記出力電源線に接地された第５のトランジスタからなる第１のカレントミラー回路と、
   前記第２の電源線に接地された状態で前記第５のトランジスタからの電流を入力し且つ前記第３のトランジスタとともに第２のカレントミラー回路を構成する第６のトランジスタとを備えていることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
4. 前記第１のトランジスタを介して前記出力電源線に過大な電流が流れたときに過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
   前記第１のトランジスタの制御端子と前記第２の電源線との間に接続され、前記過電流検出信号が出力されたことによりオンするスイッチ回路とを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源回路。
5. 前記過電流検出回路は、前記電源出力電圧と前記指令電圧よりも低く設定された基準電圧とを比較し、前記電源出力電圧が前記基準電圧よりも低くなると過電流検出信号を出力するコンパレータにより構成されていることを特徴とする請求項４記載の電源回路。
6. 前記過電流検出回路は、
   前記第１のトランジスタと前記出力電源線との間に介在する電流検出用抵抗と、
   前記電流検出用抵抗の第１のトランジスタ側端子と前記第２の電源線との間に接続された第１の分圧回路と、
   前記第１の分圧回路または第２の分圧回路の分圧点に対し所定のオフセット電圧を付与するオフセット電圧生成回路と、
   前記電流検出用抵抗の出力電源線側端子と前記第２の電源線との間に接続された第２の分圧回路と、
   前記第１および第２の分圧回路からそれぞれ出力される分圧電圧を比較して過電流検出信号を出力するコンパレータとを備えていることを特徴とする請求項４記載の電源回路。
7. 前記第１のトランジスタを介して前記出力電源線に過大な電流が流れたときに過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
   前記第１の電源線と前記電流供給回路との間に接続され、前記過電流検出信号が出力されたことによりオフするスイッチ回路と、
   第１のトランジスタの制御端子と前記第１のダイオードのカソードとの間に接続された電位固定用抵抗とを備えていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。

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