JP5121501B2 - 過電流保護装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、複数段から成るシリーズレギュレータの過電流を検知してシリーズレギュレータを過電流から保護する過電流保護装置および電子機器に関する。

シリーズレギュレータは、たとえばバッテリ電圧を安定した電圧に降圧して出力するが、レギュレータに備わる出力トランジスタでの損失が大きいため、前段にさらにレギュレータを追加してレギュレータを２段構成にすることによって、あるいは前段に降圧手段などを設けることによって、損失を分散する構成がとられる。

特許文献１に記載される電源装置は、シリーズレギュレータ、および電源装置に接続される直流電源とシリーズレギュレータの入力側との直流電流経路上に設けられた電力消費部を有する。回路全体の電力ロスつまり損失をシリーズレギュレータと電力消費部とに分散させることによって、シリーズレギュレータの発熱を低減するものである。

特許文献２に記載される直流安定化電源装置は、入力される第１の直流電圧を第２の直流電圧に下げるための降圧手段と、第２の直流電圧を第３の直流電圧に下げるための直列型レギュレータつまりシリーズレギュレータと、第１の直流電圧が所定の基準値以下であるか否かを判別する比較回路とを有する。降圧手段と直列型レギュレータとに損失を分散するものであるが、比較回路は、第１の直流電圧が基準値以下であるときには、降圧手段の入力端子と出力端子とが略同電圧になるように降圧手段を制御する。入力電圧が低くなっても一定の出力電圧を維持することができるようにしたものである。

特許文献３に記載される電源回路装置は、直列に接続されるＮ段のレギュレータ回路部を含み、各レギュレータ回路部は、それぞれが直流電圧変換を行う。各レギュレータ回路部の許容損失を１／Ｎにすることができ、各レギュレータ回路部の発熱を抑制することができる。

これらの装置は、電力消費部、降圧手段、あるいは複数のシリーズレギュレータに損失を分散するものであるが、複数のシリーズレギュレータに損失を分散する場合、過電流による各シリーズレギュレータの破損を防止するために、各シリーズレギュレータに過電流保護回路が設けられる。過電流保護回路は、シリーズレギュレータに流れる電流の電流値を検知し、検知した電流値が、過電流であることを示す所定の基準電流値を超えると、シリーズレギュレータに流れる電流を遮断する回路である。

特開２００２−２９７２４９号公報 特開２００３−２４１８４２号公報 特開２００６−１２７２５３号公報

しかしながら、前段のシリーズレギュレータの過電流保護回路が過電流であると判断する基準電流値が、その後段のシリーズレギュレータの過電流保護回路が過電流であると判断する基準電流値よりも小さい場合、後段のシリーズレギュレータの出力側が地絡して過電流が流れたとき、後段のシリーズレギュレータの過電流保護回路が働く前に、前段のシリーズレギュレータの過電流保護回路が働くことになる。前段のシリーズレギュレータの過電流保護回路が働くまでの間、後段のシリーズレギュレータは導通状態となり、前段のシリーズレギュレータの出力側の電位がグランドレベルまで落ちる。このとき、前段のシリーズレギュレータと後段のシリーズレギュレータとに同じ過電流が流れるが、前段のシリーズレギュレータの電圧降下が大きいので、前段のシリーズレギュレータに損失が集中し、損失オーバによる前段のシリーズレギュレータの素子破壊が発生する可能性がある。

さらに、前段のシリーズレギュレータの基準電流値が大き過ぎる場合、前段のシリーズレギュレータの出力側が地絡して過電流が流れたとき、過電流がその基準電流値に達するまで過電流保護が働かず、前段のシリーズレギュレータの電圧降下が大きいので、損失オーバによる前段のシリーズレギュレータの素子破壊が発生する可能性がある。

本発明の目的は、最終段のシリーズレギュレータの出力側で地絡による過電流が生じてもすべてのシリーズレギュレータを保護することができる過電流保護装置および電子機器を提供することである。

本発明（１）は、直列に接続される複数のシリーズレギュレータのそれぞれに設けられ、各シリーズレギュレータを過電流から個別に保護する過電流保護回路を含む過電流保護装置であって、
前記過電流保護回路は、該過電流保護回路が設けられている保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の電流値が、該保護対象のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値を超えると、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断し、
隣接して接続される２つのシリーズレギュレータのうち、下流側のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値は、上流側のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値よりも小さいことを特徴とする過電流保護装置である。

また本発明（７）は、前記過電流保護装置およびその過電流保護装置によって過電流から保護される複数の前記シリーズレギュレータを用いることを特徴とする電子機器である。

本発明（１）によれば、直列に接続される複数のシリーズレギュレータのそれぞれに設けられた過電流保護回路によって、各シリーズレギュレータを過電流から個別に保護するにあたって、前記過電流保護回路によって、該過電流保護回路が設けられている保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の大きさに応じて、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流が遮断され、隣接して接続される２つのシリーズレギュレータのうち、下流側のシリーズレギュレータに設けられる過電流保護回路によって、上流側のシリーズレギュレータに設けられる過電流保護回路よりも、保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の大きさが小さいときに、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流が遮断される。

したがって、下流側の過電流保護回路が先に働くので、最終段のシリーズレギュレータの出力側で地絡による過電流が生じてもすべてのシリーズレギュレータを保護することができる。

また本発明（７）によれば、前記過電流保護装置およびその過電流保護装置によって過電流から保護される複数の前記シリーズレギュレータを用いるので、電子機器が用いる複数のシリーズレギュレータの最終段のシリーズレギュレータの出力側で地絡による過電流が生じても、すべてのシリーズレギュレータを過電流から保護することができ、地絡に対して強い電子機器を実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態である過電流保護装置１および電源装置９の回路構成を示す図である。電源装置９は、直列に接続される２つのシリーズレギュレータ９１,９２および過電流保護装置１を含んで構成され、電源９３に接続されて、たとえば後述する電子機器８に備えられる。電源９３は、たとえば車両に搭載されるバッテリなどの直流電源であり、出力電圧は、たとえば１６Ｖである。シリーズレギュレータ９１,９２は、入力電圧を出力電圧に変換する直列型のレギュレータである。シリーズレギュレータ９１は、シリーズレギュレータ９１の入力側が、抵抗素子１１１を介して電源９３に接続され、出力側が抵抗素子１２１を介してシリーズレギュレータ９２の入力側に接続される。シリーズレギュレータ９２は、出力側が出力端子９４に接続される。

シリーズレギュレータ９１は、トランジスタ９１１，９１２、およびレギュレータ制御回路（以下「Ｒｅｇ」という）９１３を含んで構成される。トランジスタ９１１は、ＰＮＰ型のトランジスタ（以下「ＰＮＰトランジスタ」という）であり、エミッタが上流側の抵抗素子１１１に接続され、コレクタが下流側の抵抗素子１２１に接続され、ベースがトランジスタ９１２のコレクタに接続される。トランジスタ９１１は、入力電圧、たとえば１６Ｖを所定の出力電圧、たとえば１０Ｖに変換して出力する。

トランジスタ９１２は、ＮＰＮ型のトランジスタ（以下「ＮＰＮトランジスタ」という）であり、エミッタがグランドに接続され、ベースがＲｅｇ９１３に接続される。Ｒｅｇ９１３は、トランジスタ９１１のコレクタから出力される出力電圧を検知し、トランジスタ９１２のベースに供給する電流を変化させて、トランジスタ９１１のベース電流を制御し、トランジスタ９１１の出力電圧が所定の電圧になるように制御する。

シリーズレギュレータ９２は、トランジスタ９２１，９２２、およびＲｅｇ９２３を含んで構成される。トランジスタ９２１は、エミッタが上流側の抵抗素子１２１に接続され、コレクタが出力端子９４に接続される。シリーズレギュレータ９２の内部の回路構成は、シリーズレギュレータ９１の内部の回路構成と同じであり、トランジスタ９２１，９２２は、それぞれトランジスタ９１１，９１２に対応し、Ｒｅｇ９２３は、Ｒｅｇ９１３に対応するが、トランジスタ９２１は、入力電圧、たとえば１０Ｖを所定の出力電圧、たとえば５Ｖに変換して出力する。

過電流保護装置１は、２つの過電流保護回路１１，１２を含んで構成される。過電流保護回路１１は、シリーズレギュレータ９１の上流側を流れる電流の電流値を検知し、検知した電流値が、シリーズレギュレータ９１について予め定める基準電流値を超えていると、シリーズレギュレータ９１を流れる電流を遮断することによって、シリーズレギュレータ９１を過電流から保護する。

過電流保護回路１１は、抵抗素子１１１，１１２、定電流源１１３、コンパレータ１１４およびトランジスタ１１５を含んで構成される。抵抗素子１１１は、シリーズレギュレータ９１の上流側を流れる電流の電流値を測定するための電流測定用抵抗であり、一端が電源９３に接続され、他端がトランジスタ９１１のエミッタに接続される。抵抗素子１１１の電圧降下、すなわち、抵抗素子１１１の両端の電位差を測定することによって、抵抗素子１１１を流れる電流の電流値を求めることができる。

抵抗素子１１２は、シリーズレギュレータ９１の基準電流値に対応する基準電位を生成するための基準電位生成用抵抗であり、一端が抵抗素子１１１の上流側に接続され、他端が定電流源１１３に接続される。定電流源１１３は、抵抗素子１１２に一定の電流値Ｉの電流を流す定電流源である。抵抗素子１１２は、定電流源１１３による電流によって電圧降下があり、その電圧降下した電位が、基準電位となる。コンパレータ１１４は、抵抗素子１１１の下流側の電位と抵抗素子１１２によって電圧降下した電位つまり基準電位とを比較し、抵抗素子１１１の下流側の電位が基準電位よりも低いと、トランジスタ１１５を導通状態とするための電圧を出力する。

トランジスタ１１５は、シリーズレギュレータ９１を流れる電流を遮断するためのＮＰＮトランジスタであり、ベースがコンパレータ１１４の出力に接続され、コレクタがトランジスタ９１２のベースに接続され、エミッタがグランドに接続される。トランジスタ１１５は、コンパレータ１１４がトランジスタ１１５を導通状態とする電圧を出力すると、導通状態となり、トランジスタ９１２のベースの電位をグランドの電位とする。トランジスタ９１２は、ベースの電位がグランドの電位になると、トランジスタ９１２のコレクタからエミッタに流れる電流、すなわち、トランジスタ９１１のベースに供給する電流が遮断され、トランジスタ９１１のエミッタからコレクタに流れる電流も遮断される。

過電流保護回路１２は、シリーズレギュレータ９２の上流側を流れる電流の電流値を検知し、検知した電流値が、シリーズレギュレータ９２について予め定める基準電流値を超えていると、シリーズレギュレータ９２を流れる電流を遮断することによって、シリーズレギュレータ９２を過電流から保護する。

過電流保護回路１２は、抵抗素子１２１，１２２、定電流源１２３、コンパレータ１２４およびトランジスタ１２５を含んで構成される。抵抗素子１２１は、シリーズレギュレータ９２の上流側を流れる電流の電流値を測定するための電流測定用抵抗であり、一端がトランジスタ９１１のコレクタに接続され、他端がトランジスタ９２１のエミッタに接続される。抵抗素子１２１の電圧降下、すなわち、抵抗素子１２１の両端の電位差を測定することによって、抵抗素子１２１を流れる電流の電流値を求めることができる。

過電流保護回路１２の内部の回路構成は、過電流保護回路１１の内部の回路構成と同じであり、抵抗素子１２１，１２２は、それぞれ抵抗素子１１１，１１２に対応し、定電流源１２３は定電流源１１３に対応し、コンパレータ１２４はコンパレータ１１４に対応し、トランジスタ１２５はトランジスタ１１５に対応する。抵抗素子１１１の抵抗値は、抵抗素子１２１の抵抗値と同じ値であり、定電流源１１３による電流の電流値は、定電流源１２３による電流の電流値Ｉと同じ値であるが、抵抗素子１１２の抵抗値は、抵抗素子１２２の抵抗値よりも大きく、たとえば抵抗素子１２２の抵抗値の１．２倍である。

抵抗素子１２２は、シリーズレギュレータ９２の基準電流値に対応する基準電位を生成するための基準電位生成用抵抗である。抵抗素子１１２を流れる電流の電流値が抵抗素子１２２を流れる電流の電流値Ｉと同じで、かつ抵抗素子１１２の抵抗値が抵抗素子１２２の抵抗値の１．２倍であるので、抵抗素子１１２の電圧降下は、抵抗素子１２２の電圧降下の１．２倍になる。したがって、コンパレータ１１４は、コンパレータ１２４がトランジスタ１２５を導通状態にする基準電流値の１．２倍の基準電流値でトランジスタ１１５を導通状態とする。すなわち、過電流保護回路１１は、過電流保護回路１２がシリーズレギュレータ９２を流れる電流を遮断する基準電流値の１．２倍の電流値の電流がシリーズレギュレータ９１を流れたときに、シリーズレギュレータ９１を流れる電流を遮断する。

このように、シリーズレギュレータ９１についての予め定める基準電流値は、シリーズレギュレータ９２についての予め定める基準電流値よりも大きい値、たとえば１．２倍の値に定められるが、いずれのシリーズレギュレータの基準電流値も、各シリーズレギュレータの出力側で地絡しても、各シリーズレギュレータのトランジスタ、たとえばトランジスタ９１１，９２１の許容損失以下となるように、シリーズレギュレータごとに定められる。

このように、複数の前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２の各電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１１１，１２１の抵抗値は同じ値であり、複数の前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２の各定電流源、たとえば定電流源１１３，１２３が流す電流の電流値は同じ値であり、前記上流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１の基準電位生成用抵抗の抵抗値、たとえば抵抗素子１１２が、前記下流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２の基準電位生成用抵抗、たとえば抵抗素子１２２の抵抗値に、数値「１」よりも大きい予め定める数値を乗算した値である。したがって、上流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１の基準電流値と、下流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２の基準電流値とを、基準電位生成用抵抗、たとえば抵抗素子１１２，１２２の抵抗値の大小関係によって決めることができる。

上述した実施の形態では、２つの過電流保護回路の基準電位生成用抵抗の抵抗値の大小関係によって、過電流保護回路１１の基準電流値が過電流保護回路１２の基準電流値よりも大きくなるように決定したが、２つの過電流保護回路の定電流源による電流の電流値の大小関係によって、過電流保護回路１１の基準電流値が過電流保護回路１２の基準電流値よりも大きくなるように決定してもよい。

具体的には、抵抗素子１１２の抵抗値と抵抗素子１２２の抵抗値と同じ値にし、定電流源１１３による電流の電流値を定電流源１２３による電流の電流値よりも大きい値、たとえば１．２倍の値にすることよって、過電流保護回路１１の基準電流値を過電流保護回路１２の基準電流値よりも大きい値、たとえば１．２倍の値にする。

このように、複数の前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２の各電流測定用抵抗の抵抗値、たとえば抵抗素子１１１，１２１は同じ値であり、複数の前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２の各基準電位生成用抵抗、たとえば抵抗素子１１２，１２２の抵抗値は同じ値であり、前記上流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１の定電流源、たとえば定電流源１１３が流す電流の電流値が、前記下流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２の定電流源、たとえば定電流源１２３が流す電流の電流値に、数値「１」よりも大きい予め定める数値を乗算した値である。したがって、上流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１の基準電流値と、下流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２の基準電流値とを、定電流源、たとえば定電流源１１３，１２３による電流の電流値の大小関係によって決めることができる。

図２は、過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性の一例を示す図である。縦軸がシリーズレギュレータの出力電圧、横軸がシリーズレギュレータの出力電流である。過電流保護特性は、出力電圧は所定の電圧までしか出力されず、出力電流は基準電流値までしか出力されないことを示す特性である。

図２に示した過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性は、いずれも垂下特性であり、基準電流値は出力電圧が変動しても一定の値である。すなわち、過電流保護回路１１および過電流保護回路１２は、いずれも出力電流が基準電流値に達するまで所定の出力電圧、たとえばシリーズレギュレータ９１であれば１０Ｖ、シリーズレギュレータ９２であれば５Ｖを出力する。仮に入力電圧が下がって出力電圧が下がった場合であっても、出力電流が基準電流値に達するまで、その下がった電圧を出力する。

図２に示した過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性では、過電流保護回路１１の基準電流値は、過電流保護回路１２の基準電流値より大きな値、たとえば１．２倍の値であり、過電流保護回路１２の基準電流値が特性ばらつき範囲Ｂの範囲で変化しても、過電流保護回路１１の基準電流値は、過電流保護回路１２の基準電流値より大きな値、たとえば１．２倍の値となるように、特性ばらつき範囲Ａの範囲で変化する。

図３は、過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性の他の例を示す図である。図３（ａ）は、過電流保護特性がアの字特性の例であり、出力電圧が所定の電圧よりも低い予め定める電圧以下に下がった場合、基準電流値を出力電圧が所定の電圧であるときの基準電流値よりも小さい一定の値にする例である。たとえばシリーズレギュレータ９１であれば所定の電圧１０Ｖよりも低い２Ｖ、シリーズレギュレータ９２であれば所定の電圧５Ｖよりも低い３Ｖ以下になったとき、基準電流値を所定の出力電圧であるときの基準電流値の半分の値にする。

図３（ｂ）は、過電流保護特性がフの字特性の例であり、出力電圧が所定の電圧よりも低い予め定める電圧以下に下がった場合、基準電流値を出力電圧が所定の電圧であるときの基準電流値から徐々に小さい基準電流値にする例である。たとえばシリーズレギュレータ９１であれば所定の電圧１０Ｖよりも低い２Ｖ、シリーズレギュレータ９２であれば所定の電圧５Ｖよりも低い３Ｖ以下になったとき、出力電圧が下がるとともに、基準電流値を所定の出力電圧であるときの基準電流値から所定の出力電圧であるときの基準電流値の半分の値になるまで小さくしていく。

このように、前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２が保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２に流れる電流の大きさに応じて前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電流値は、少なくとも垂下特性、アの字特性およびフの字特性を含む過電流保護特性のうちのいずれかの１つの過電流保護特性によって定められる値であるので、負荷回路への出力電圧の変動形態に応じて過電流を検出する基準電流値を設定することができる。

上述した実施の形態では、電源装置９を直列に接続した２つのシリーズレギュレータと電源とによって構成したが、直列に接続するシリーズレギュレータの数は２つに限定されるものではない。たとえば電源９３の出力電圧と、最下流のシリーズレギュレータの出力電圧との差、あるいは各シリーズレギュレータの許容損失などに応じて、３つ以上のシリーズレギュレータによって構成することも可能である。その場合は、複数のシリーズレギュレータごとに、過電流保護回路１１と同様の回路構成の過電流保護回路を設ける。そして、各過電流保護回路の基準電流値は、複数のシリーズレギュレータのうち隣接するいずれの２つのシリーズレギュレータについても、上流側のシリーズレギュレータの基準電流値を、そのシリーズレギュレータに接続される下流側のシリーズレギュレータの基準電流値よりも大きい値、たとえば１．２倍の値とする。

このように、直列に接続される複数のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２のそれぞれに設けられた過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１，１２によって、各シリーズレギュレータを過電流から個別に保護するにあたって、前記過電流保護回路によって、該過電流保護回路が設けられている保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の大きさに応じて、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流が遮断され、隣接して接続される２つのシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２のうち、下流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２に設けられる過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２によって、上流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１に設けられる過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１１よりも、保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２に流れる電流の大きさが小さいときに、前記保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の入力側から出力側に流れる電流が遮断される。

したがって、下流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２が先に働くので、最終段のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の出力側で地絡による過電流が生じても、すべてのシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２を保護することができる。

さらに、前記過電流保護回路たとえば過電流保護回路１１，１２は、電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１１１，１２１が保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２のそれぞれの上流側に直列に接続され、一端が前記電流測定用抵抗の上流側に接続される基準電位生成用抵抗、たとえば抵抗素子１１２，１２２によって、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電位が、流れる電流に応じて生成され、定電流源、たとえば定電流源１１３，１２３によって、前記基準電位生成用抵抗に予め定める電流値の電流が流され、トランジスタ、たとえばトランジスタ１１５，１２５によって、導通状態になると前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流が遮断される。そして、コンパレータ、たとえばコンパレータ１１４，１２４によって、前記電流測定用抵抗の下流側の電位と前記定電流源による電流が流れることによって電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位とが比較され、前記電流測定用抵抗の下流側の電位が、前記電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位よりも低いと、前記トランジスタが導通状態とされる。したがって、形状の小さい部品で構成することができ、小型化が要求される機器に用いることができる。

図４は、本発明の実施の他の形態である過電流保護装置２および電源装置９の回路構成を示す図である。図４に示した電源装置９は、図１に示した電源装置９と同じものであり、各構成要素には、同じ参照符号を付して、重複を避けるために電源装置９の説明は省略する。過電流保護装置２は、２つの過電流保護回路１２，１３を含んで構成される。図４に示した過電流保護回路１２は、図１に示した過電流保護回路１２と同じものであり、各構成要素には、同じ参照符号を付して、重複を避けるために過電流保護回路１２の説明は省略する。抵抗素子１２１は、第１の電流測定用抵抗であり、トランジスタ１２５は、第１のトランジスタであり、コンパレータ１２４は、第１のコンパレータである。

過電流保護回路１３は、抵抗素子１３１、電流検出器１３２，１３３、コンパレータ１３４およびトランジスタ１３５を含んで構成される。第２の電流測定用抵抗である抵抗素子１３１は、図１に示した抵抗素子１１１と同じであり、第２のトランジスタであるトランジスタ１３５は、図１に示したトランジスタ１１５と同じであり、重複を避けるためにこれらの説明は省略する。

第１の電流検出器である電流検出器１３２は、抵抗素子１３１の両端の電位差から抵抗素子１３１を流れる電流の第１の電流値である電流値を検出する。第２の電流検出器である電流検出器１３３は、下流側のシリーズレギュレータ９２の電流測定用抵抗である抵抗素子１２１の両端の電位差から抵抗素子１２１を流れる電流の第２の電流値である電流値を検出する。第２のコンパレータであるコンパレータ１３４は、電流検出器１３２によって検出された電流値から、電流検出器１３３によって検出された電流値を減算した値が、予め定める基準差分電流値以上、たとえば過電流保護回路１２の基準電流値の２０％の値以上であると、トランジスタ１３５を導通状態とする。

図４に示した実施の形態では、電源装置９を直列に接続した２つのシリーズレギュレータと電源とによって構成したが、直列に接続するシリーズレギュレータの数は２つに限定されるものではない。たとえば電源９３の出力電圧と、最下流のシリーズレギュレータの出力電圧との差、あるいは各シリーズレギュレータの許容損失などに応じて、３つ以上のシリーズレギュレータによって構成することも可能である。その場合は、最下流のシリーズレギュレータに、過電流保護回路１２を設け、複数のシリーズレギュレータのうち最下流のシリーズレギュレータを除く残余のシリーズレギュレータに、それぞれ過電流保護回路１３と同じ過電流保護回路を設ける。そして、最下流のシリーズレギュレータを除く残余のシリーズレギュレータにそれぞれ設けられる各過電流保護回路は、各過電流保護回路に係るシリーズレギュレータを流れる電流の電流値から、そのシリーズレギュレータの下流側に接続されるシリーズレギュレータを流れる電流の電流値を減算した値が、予め定める基準差分電流値以上であると、各過電流保護回路に係るシリーズレギュレータを流れる電流を遮断する。

このように、複数の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２，１３のうち、最下流にあるシリーズレギュレータの過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２は、第１の電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１２１が保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の上流側に直列に接続され、一端が前記第１の電流測定用抵抗の上流側に接続される基準電位生成用抵抗、たとえば抵抗素子１２２によって、保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電位が、流れる電流に応じて生成され、定電流源、たとえば定電流源１２３によって、前記基準電位生成用抵抗に予め定める電流値の電流が流され、第１のトランジスタ、たとえばトランジスタ１２５によって、導通状態になると保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流が遮断される。そして、第１のコンパレータ、たとえばコンパレータ１２４によって、前記第１の電流測定用抵抗の下流側の電位と前記定電流源による電流が流れることによって電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位とが比較され、前記第１の電流測定用抵抗の下流側の電位が、前記電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位よりも低いと、前記第１のトランジスタが導通状態とされる。

さらに、複数の前記過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２，１３のうち、前記最下流にあるシリーズレギュレータの過電流保護回路を除く残余の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１３は、第２の電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１３１が、保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の上流側に接続され、第１の電流検出器、たとえば電流検出器１３２によって、その第２の電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１３１の両端の電位差に基づいて第１の電流値が検出され、第２の電流検出器、たとえば電流検出器１３３によって、保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の下流側に接続されるシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の各過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２の第１の電流測定用抵抗、たとえば抵抗素子１２１または第２の電流測定用抵抗の両端の電位差に基づいて第２の電流値が検出され、第２のトランジスタ、たとえばトランジスタ１３５によって、導通状態になると保護対象のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の入力側から出力側に流れる電流が遮断される。そして、第２のコンパレータ、たとえばコンパレータ１３４によって、第１の電流検出器、たとえば電流検出器１３２が検出した第１の電流値から第２の電流検出器、たとえば電流検出器１３３が検出した第２の電流値を減算し、その差分が予め定める基準差分電流値以上であると、前記第２のトランジスタ、たとえばトランジスタ１３５が導通状態とされる。

すなわち、上流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１３の基準電流値を、下流側のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２を流れる電流の電流値との差分によって決めることができるので、基準差分電流値の値を、下流側の過電流保護回路、たとえば過電流保護回路１２が先に働くように選択することによって、最終段のシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９２の出力側で地絡による過電流が生じても、すべてのシリーズレギュレータ、たとえばシリーズレギュレータ９１，９２を保護することができる。

過電流保護装置１は、複数のシリーズレギュレータを含んで構成される電源装置９を用いる電子機器８、たとえば車両に搭載されるナビゲーション装置あるいはオーディオ装置などの機器に適用することができる。

このように、過電流保護装置１または過電流保護装置２、および過電流保護装置１または過電流保護装置２によって過電流から保護される複数のシリーズレギュレータたとえばシリーズレギュレータ９１，９２を用いるので、電子機器８が用いる複数のシリーズレギュレータの最終段のシリーズレギュレータの出力側で地絡による過電流が生じても、すべてのシリーズレギュレータを過電流から保護することができ、地絡に対して強い電子機器８を実現することができる。
なお、実施例では、２段のシリーズレギュレータを備えた場合の過電流保護について説明したが、３段以上のシリーズレギュレータを備えた場合であっても、本発明は適用可能であり、同様の効果が得られる。

本発明の実施の一形態である過電流保護装置１および電源装置９の回路構成を示す図である。 過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性の一例を示す図である。 過電流保護回路１１の過電流保護特性および過電流保護回路１２の過電流保護特性の他の例を示す図である。 本発明の実施の他の形態である過電流保護装置２および電源装置９の回路構成を示す図である。

符号の説明

１，２ 過電流保護装置
８ 電子機器
９ 電源装置
１１，１２，１３ 過電流保護回路
９１，９２ シリーズレギュレータ
９３ 電源
９４ 出力端子
１１１，１１２，１２１，１２２，１３１ 抵抗素子
１１３，１２３ 定電流源
１１４，１２４，１３４ コンパレータ
１１５，１２５，１３５，９１１，９１２，９２１，９２２ トランジスタ
１３２，１３３ 電流検出器
９１３，９１３ レギュレータ制御回路

Claims (7)

1. 直列に接続される複数のシリーズレギュレータのそれぞれに設けられ、各シリーズレギュレータを過電流から個別に保護する過電流保護回路を含む過電流保護装置であって、
   前記過電流保護回路は、該過電流保護回路が設けられている保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の電流値が、該保護対象のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値を超えると、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断し、
   隣接して接続される２つのシリーズレギュレータのうち、下流側のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値は、上流側のシリーズレギュレータについての予め定める基準電流値よりも小さいことを特徴とする過電流保護装置。
2. 前記過電流保護回路は、
   保護対象のシリーズレギュレータの上流側に直列に接続される電流測定用抵抗と、
   一端が前記電流測定用抵抗の上流側に接続され、前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電位を、流れる電流に応じて生成する基準電位生成用抵抗と、
   前記基準電位生成用抵抗に予め定める電流値の電流を流す定電流源と、
   導通状態になると前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断するトランジスタと、
   前記電流測定用抵抗の下流側の電位と前記定電流源による電流が流れることによって電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位とを比較し、前記電流測定用抵抗の下流側の電位が、前記電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位よりも低いと、前記トランジスタを導通状態とするコンパレータとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護装置。
3. 複数の前記過電流保護回路の各電流測定用抵抗の抵抗値は同じ値であり、
   複数の前記過電流保護回路の各定電流源が流す電流の電流値は同じ値であり、
   前記上流側の過電流保護回路の基準電位生成用抵抗の抵抗値が前記下流側の過電流保護回路の基準電位生成用抵抗の抵抗値に、数値「１」よりも大きい予め定める数値を乗算した値であることを特徴とする請求項２に記載の過電流保護装置。
4. 複数の前記過電流保護回路の各電流測定用抵抗の抵抗値は同じ値であり、
   複数の前記過電流保護回路の各基準電位生成用抵抗の抵抗値は同じ値であり、
   前記上流側の過電流保護回路の定電流源が流す電流の電流値が前記下流側の過電流保護回路の定電流源が流す電流の電流値に、数値「１」よりも大きい予め定める数値を乗算した値であることを特徴とする請求項２に記載の過電流保護装置。
5. 複数の前記過電流保護回路のうち、最下流にあるシリーズレギュレータの過電流保護回路は、保護対象のシリーズレギュレータの上流側に直列に接続される第１の電流測定用抵抗と、一端が前記第１の電流測定用抵抗の上流側に接続され、保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電位を、流れる電流に応じて生成する基準電位生成用抵抗と、前記基準電位生成用抵抗に予め定める電流値の電流を流す定電流源と、導通状態になると保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する第１のトランジスタと、前記第１の電流測定用抵抗の下流側の電位と前記定電流源による電流が流れることによって電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位とを比較し、前記第１の電流測定用抵抗の下流側の電位が、前記電圧降下が生じた前記基準電位生成用抵抗の電位よりも低いと、前記第１のトランジスタを導通状態とする第１のコンパレータとを含み、
   複数の前記過電流保護回路のうち、前記最下流にあるシリーズレギュレータの過電流保護回路を除く残余の過電流保護回路は、保護対象のシリーズレギュレータの上流側に接続される第２の電流測定用抵抗と、その第２の電流測定用抵抗の両端の電位差に基づいて第１の電流値を検出する第１の電流検出器と、保護対象のシリーズレギュレータの下流側に接続されるシリーズレギュレータの各過電流保護回路の第１の電流測定用抵抗または第２の電流測定用抵抗の両端の電位差に基づいて第２の電流値を検出する第２の電流検出器と、導通状態になると保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する第２のトランジスタと、第１の電流検出器が検出した第１の電流値から第２の電流検出器が検出した第２の電流値を減算し、その差分が予め定める基準差分電流値以上であると、前記第２のトランジスタを導通状態とする第２のコンパレータとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護装置。
6. 前記過電流保護回路が保護対象のシリーズレギュレータに流れる電流の大きさに応じて前記保護対象のシリーズレギュレータの入力側から出力側に流れる電流を遮断する基準電流値は、少なくとも垂下特性、アの字特性およびフの字特性を含む過電流保護特性のうちのいずれかの１つの過電流保護特性によって定められる値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の過電流保護装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の過電流保護装置およびその過電流保護装置によって過電流から保護される複数の前記シリーズレギュレータを用いることを特徴とする電子機器。

Images