JP5510136B2 - 定電圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、ツェナーダイオードを用いた定電圧回路に関する。

ツェナーダイオードに適正な電流を流すことにより生成されるツェナー電圧を利用した定電圧回路（特許文献１参照）は、バンドギャップリファレンスやオペアンプを用いた定電圧回路に比べ簡易な構成となり、ＩＣチップにおけるレイアウトサイズも小さくなる。図９（ａ）は、この定電圧回路をハイサイド出力回路に組み合わせて構成した簡易電源である。定電圧回路１は、電源線２、３間に直列に接続された定電流回路４、ダイオード５およびツェナーダイオード６から構成されており、そこで生成される定電圧Ｖｃは出力回路７に与えられている。出力回路７は、定電圧回路１から見た負荷の一部であって、ダーリントン接続されたトランジスタ８、９と抵抗１０、１１から構成されている。

定電流回路４は、ツェナー電流の供給とトランジスタ８へのベース電流の供給を担うため、少なくとも、ツェナー電圧を確立するために必要な電流と、出力回路７の最大出力電流Ｉomaxを出力回路７の電流増幅率で除して得られるトランジスタ８のベース電流Ｉbmaxとを合わせた電流Ｉａを出力する必要がある。しかし、この構成では、出力回路７の出力電流Ｉｏが減少するに従ってトランジスタ８のベース電流Ｉｂも減少し、負荷が低消費電力動作状態（例えばスタンバイ動作状態）となったときには定電流回路４のほぼ全出力電流をツェナーダイオード６に流すことになる。このため、ツェナーダイオード６の素子サイズを大きく設計してその許容損失を高める必要がある。さらに、低負荷時であっても定電圧回路１に大きな電流Ｉａが流れるので、低消費電力化を目指す上での障害となる。

これに対し、図９（ｂ）に示すように、低消費電力動作状態でトランジスタ８に供給する微小なベース電流とツェナー電圧を確立するのに必要なツェナー電流Ｉa1を出力する定電流回路４ａと、上記最大負荷時のベース電流Ｉbmax以上の電流Ｉa2を出力する定電流回路４ｂと、負荷が低消費電力動作状態となったときに定電流回路４ｂの出力電流を遮断するスイッチ１３とを備えた定電圧回路１２を採用することが考えられる。

この構成であれば、負荷が低消費電力動作状態のときにツェナーダイオード６に流れる電流をＩa1まで低減することができる。しかしながら、通常動作状態（非スタンバイ動作状態）では負荷の減少に伴い依然としてベース電流Ｉbmax以上の電流がツェナーダイオード６に流れる可能性があるため、ツェナーダイオード６のサイズ自体を低減することはできない。その結果、一般に素子サイズに応じて定まるツェナー電圧確立に必要なツェナー電流（定電流回路４ａの出力電流Ｉa1）を十分に低減することはできない。

ツェナーダイオード６のサイズ低減については、図９（ｃ）に示す定電圧回路１４とすることが考えられる。これは、ツェナーダイオード６の後段にコレクタ接地されたトランジスタ１５を新たに設け、トランジスタ８のベース電流Ｉｂのツェナーダイオード６への影響を低減するものである。すなわち、負荷が低消費電力動作状態において、定電流回路４ｂからツェナーダイオード６に流れ込む電流は、電流Ｉa2をトランジスタ１５の電流増幅率で除した電流となるため、図９（ａ）、（ｂ）に示すものに比べればツェナーダイオード６のサイズを低減することができる。ただし、この構成では、定電流回路４ａからトランジスタ８にベース電流を供給することができないため、負荷が低消費電力動作状態となったときでも定電流回路４ｂの出力電流を遮断することはできない。

特開２００５−１９０１１１号公報（図６）

例えば、スタンバイ動作状態のまま長期間放置される可能性のある車載電子機器では、スタンバイ動作状態での消費電流（暗電流）は極めて厳しく制限されており、上述した何れの定電圧回路１、１２、１４も採用することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ツェナー電圧に基づく定電圧動作を維持する構成において、負荷が低消費電力動作状態となったときに自らの消費電流も十分に低減可能な定電圧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の定電圧ユニットは、第１のツェナーダイオードとその第１のツェナーダイオードの素子サイズに応じた電流を出力する第１の定電流回路と、主として負荷に対し電流を出力する第２の定電流回路とを有している。第１の定電流回路は、第１のツェナーダイオードにツェナー電流を流して定電圧を生成する。第２の定電流回路は、出力ノードから負荷に対し必要な電流を出力する。第２の定電圧ユニットは、第２のツェナーダイオードと、その第２のツェナーダイオードの素子サイズに応じた電流を出力する第３の定電流回路とを有している。第３の定電流回路は、第２のツェナーダイオードにツェナー電流を流して定電圧を生成するとともに、出力ノードから負荷に対し必要な電流を出力する。一般に、ツェナーダイオードの素子サイズが大きくなるほど、安定したツェナー電圧を生成するのに必要なツェナー電流は大きくなる。従来は、既述の通り１つの定電圧ユニットを備え、最大負荷電流を流せるように許容損失の大きいツェナーダイオードを採用したため、電流が無駄に流れ、或いはツェナー電圧確立の必要からツェナー電流を十分に低減しきれなかった。

これに対し、本手段は、上記２種類（第１、第２）の定電圧ユニットの中から各種類の定電圧ユニットを任意の数だけ選んで組み合わせた複数の定電圧ユニットを備えている。各定電圧ユニットの第１または第２のツェナーダイオードの素子サイズは、負荷の各動作状態（例えば通常動作状態や低消費電力動作状態など負荷が必要とする電流を決定付ける状態）に基づいて、当該各動作状態における負荷への出力電流（負荷が必要とする電流）に対応して互いに異なっている。そして、複数の定電圧ユニットのうち少なくとも１つは、第１、第２の定電流回路または第３の定電流回路の出力電流を通断電可能な開閉回路を備えている。

この構成により、例えば負荷が通常動作状態であって負荷への出力電流が大きい場合には、その出力電流に応じた大きい素子サイズのツェナーダイオードを有する定電圧ユニットＡの開閉回路を閉じて電流を流す。これにより、負荷に対して定電圧を維持しつつ必要な電流を出力でき、負荷変動により負荷への出力電流が減少してツェナー電流が増えたとしてもツェナーダイオードの損失がその許容損失を超えることはない。

一方、例えば負荷がスタンバイ動作状態などの低消費電力動作状態であって負荷への出力電流が小さい場合には、定電圧ユニットＡの開閉回路を開いて電流を遮断し、よりサイズの小さいツェナーダイオードを有する定電圧ユニットＢから負荷に電流を流す。定電圧ユニットＢのツェナーダイオードの素子サイズはより小さいため、ツェナー電圧を確立するためにその定電流回路が出力する電流も小さくて済む。

このように負荷の動作状態に応じてツェナーダイオードの素子サイズとツェナーダイオードに流す電流とを切り替えることにより、負荷が低消費電力動作状態となったときに定電圧ユニットＡに流れる不必要な電流を遮断し、定電圧回路全体としての消費電流を低減し、より小さい電流で安定した定電圧動作を維持することができる。

さらに、定電圧ユニットの出力ノード間には電流制限回路または逆流阻止回路を備えている。そのため、２以上の定電圧ユニットが同時に定電圧動作を行っている時に、それぞれが生成する定電圧の違いにより定電圧ユニット相互間に流れる電流を制限または阻止することができ、各定電圧ユニットを構成する素子を過大な電流から保護するとともに、相互干渉によるツェナー電圧の変動を防止することができる。

請求項２に記載した手段によれば、負荷の動作状態に応じて負荷に出力すべき電流が小さくなるほど、第１または第２のツェナーダイオードの素子サイズがより小さい定電圧ユニットまたは第２または第３の定電流回路の出力電流がより小さい定電圧ユニットにその第１、第２の定電流回路または第３の定電流回路の電流を流し、その定電圧ユニットに定電圧出力動作をさせる。この切り替えは、各定電圧ユニットの開閉回路を開閉制御することにより選択的に行う。すなわち、負荷に出力すべき電流に見合った電流出力能力を持つ定電圧ユニット（１つだけとは限らない）を選択し、その第１、第２の定電流回路または第３の定電流回路の出力電流を通電状態に制御するとともに、非選択の定電圧ユニットについてはその第１、第２の定電流回路または第３の定電流回路の出力電流を断電状態に制御する。これにより、負荷の動作状態に合わせて、定電圧回路全体の消費電流を段階的に増減することができる。

請求項３に記載した手段によれば、第１または第２のツェナーダイオードの素子サイズが最小の定電圧ユニットまたは第２または第３の定電流回路の出力電流が最小の定電圧ユニットは、負荷が最小の低消費電力動作状態となったときに定電圧動作するものである。また、その他の定電圧ユニットが定電圧動作するときに同時に定電圧動作を維持しても、定電圧回路全体としては消費電流増大の影響は比較的小さくなる。そこで、上記最小の定電圧ユニットについてはその第１、第２の定電流回路または第３の定電流回路の出力電流を常時通電状態にする。これにより、当該定電圧ユニットに係る開閉回路が不要となり、構成素子数およびレイアウトサイズを低減できる。

請求項４に記載した手段によれば、第２または第３の定電流回路から出力ノードを介して負荷に必要な電流が流れ、負荷に流しきれない余剰電流はコレクタ接地のトランジスタを介して接地線に流れる。このとき、コレクタ電流の（１／直流電流増幅率）倍のベース電流が第１または第２のツェナーダイオードに流れてツェナー電圧が生成される。つまり、ツェナーダイオードに流れる電流は、負荷変動に応じて最大でも定電流回路の出力電流の（１／直流電流増幅率）倍に抑えられるので、負荷が必要とする電流の割にツェナーダイオードの許容損失ひいては素子サイズを低減できる。

請求項５に記載した手段によれば、第１の定電圧ユニットについて、第２の定電流回路は、上述した請求項４記載の第２または第３の定電流回路と同様に作用する。一方、トランジスタのベースを挟んで第１のツェナーダイオードと直列に接続された第１の定電流回路は、ツェナー電圧を確立するために必要且つ十分な電流を流す。これにより、当該定電圧ユニットは、負荷変動にかかわらず、より安定したツェナー電圧を生成することができる。

請求項６に記載した手段によれば、第２の定電圧ユニットについて、第３の定電流回路から出力ノードを介して負荷に必要な電流が流れ、負荷に流しきれない余剰電流は直接第２のツェナーダイオードに流れる。この構成では、負荷変動に応じて第３の定電流回路の全電流が第２のツェナーダイオードに流れ込む可能性があり、既述したように単独の定電圧ユニットだけでは負荷の低消費電力動作状態において無駄な電流を低減することができない。本手段は、素子サイズの異なるツェナーダイオードとそれに応じた電流を出力する定電流回路を有する複数の定電圧ユニットを備え、負荷の動作状態に応じて定電圧動作に寄与する電流を切り替えるので、特に低負荷状態における定電圧回路の消費電流を低減することができる。

第１の実施形態を示す電源回路の構成図 ツェナーダイオードの断面図 ツェナーダイオードの素子サイズを実質的に変更する手段を示す図 第２の実施形態を示す図１相当図 第３の実施形態を示す図１相当図 第４の実施形態を示す図１相当図 第５の実施形態を示す図１相当図 第６の実施形態を示す図１相当図 従来技術を示す電源回路の構成図

各実施形態において実質的に同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。また、各実施形態に示す電流値は作用の理解を容易にするための例示であって、この電流値に限定されるものと解釈してはならない。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について図１ないし図３を参照しながら説明する。図１は、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）において、高い電圧精度を必要としない各種回路に用いられるハイサイド型の簡易電源回路である。この電源回路２１は、定電圧回路２２と、この定電圧回路２２の出力電圧Ｖｃを基準電圧として動作する出力回路２３とから構成され、電源用ＩＣとして形成されている。出力回路２３は、定電圧回路２２から見た負荷の一部であって、図９に示したものと同様に、電源線２と出力端子２４との間にダーリントン接続されたトランジスタ８、９および抵抗１０、１１から構成されている。

定電圧回路２２は、２つの定電圧ユニット２５、２６と、これら定電圧ユニット２５、２６の各出力ノードＮ１、Ｎ２間に接続された電流制限回路としての抵抗２７から構成されている。このうち定電圧ユニット２５は、電源線２、３間に直列に接続された第１の定電流回路２８と第１のツェナーダイオード２９、および電源線２、３間に出力ノードＮ１を挟んで直列に接続された第２の定電流回路３０とＰＮＰ形トランジスタ３１から構成された第１の定電圧ユニットである。トランジスタ３１のコレクタは電源線３に接地されており、ベースはツェナーダイオード２９のカソードに接続されている。

第１、第２の定電流回路２８、３０の出力電流はツェナーダイオード２９の素子サイズに応じた電流に設定されている。第１の定電流回路２８は、ツェナーダイオード２９がツェナー電圧を生成するために必要且つ十分なツェナー電流を供給するもので例えば１０μＡに設定されている。一方、第２の定電流回路３０は、主としてトランジスタ８にベース電流を供給するもので例えば２０μＡに設定されている。出力ノードＮ１の電圧Ｖｃは、ツェナーダイオード２９のツェナー電圧＋Ｖｆ（トランジスタ３１のベース・エミッタ電圧）となる。

定電圧ユニット２６は、電源線２、３間に直列に接続された第３の定電流回路３２とスイッチ３３とＰＮＰ形トランジスタ３４、トランジスタ３４のベースと電源線３（接地線）との間に直列に接続された第２のツェナーダイオード３５とＮＰＮ形トランジスタ３６、および電源線２、３間に直列に接続された定電流回路３７とスイッチ３８と抵抗３９から構成された第２の定電圧ユニットである。トランジスタ３４のエミッタは出力ノードＮ２とされ、コレクタは電源線３に接地されている。定電流回路３２は、ツェナーダイオード３５がツェナー電圧を生成するために必要且つ十分なツェナー電流とトランジスタ８のベース電流を供給するもので、ツェナーダイオード３５の素子サイズに応じた電流例えば１０ｍＡに設定されている。

ところで、車両のＥＣＵは、イグニッション系電源がオフされるなどして所定の条件が成立すると、車載バッテリの消耗を抑えるために消費電流が極めて小さいスタンバイ動作状態（低消費電力動作状態）に移行し、その後起動条件が成立すると消費電流の大きい通常動作状態に移行する。定電圧回路２２は定電圧電源として常に定電圧出力を継続する必要があるが、出力回路２３のトランジスタ８が必要とするベース電流は、通常動作状態では最大で１０ｍＡ程度であるのに対し、スタンバイ動作状態では最大でも２０μＡ程度にまで低下する。そのため、スタンバイ動作状態では、この出力電流を供給するのに必要且つ十分な程度にまで定電圧回路２２の消費電流（暗電流）を制限することが必要となる。

そこで、定電圧ユニット２６は、ＥＣＵが通常動作状態にある期間だけ定電圧出力動作をし、スタンバイ動作状態では定電圧出力動作を停止する。すなわち、スイッチ３３、３８は、ＥＣＵが通常動作状態にあることを条件としてマイコン（図示せず）からの制御信号によりオンとなり、これによりトランジスタ３６がオンしてツェナーダイオード３５にツェナー電圧が生成される。このとき、出力ノードＮ２の電圧Ｖｃは、トランジスタ３６のコレクタ・エミッタ間電圧＋ツェナーダイオード３５のツェナー電圧＋Ｖｆ（トランジスタ３４のベース・エミッタ電圧）となる。定電流回路３７、スイッチ３３、３８、抵抗３９およびトランジスタ３６は、定電流回路３２の出力電流を通断電可能な開閉回路４０として機能する。一方、定電圧ユニット２５は、開閉回路を備えていないため、常にツェナー電圧を生成して定電圧出力動作を行う。

つまり、定電圧ユニット２５の定電流回路３０は、定電圧ユニット２６が定電圧動作を停止するスタンバイ動作状態のときに、出力回路２３が必要とする小さい電流（２０μＡ）を出力すればよい。そして、定電流回路３０からツェナーダイオード２９に流れる電流は、最大でも、電源回路２１の負荷低下によりトランジスタ８のベース電流がゼロになったときに定電流回路３０の出力電流の（１／トランジスタ３１の直流電流増幅率）倍の電流となる。従って、ツェナーダイオード２９は、このトランジスタ３１のベース電流と、ツェナー電圧を確立するために定電流回路２８から流れ込む電流（１０μＡ）とに基づいて、許容損失および素子サイズを非常に小さく設定することができる。

一方、定電圧ユニット２６の定電流回路３２は、通常動作状態のときに出力回路２３が必要とする大きい電流（１０ｍＡ）を出力する能力を有している。この場合、定電流回路３２からツェナーダイオード３５に流れる電流は、電源回路２１の負荷低下によりトランジスタ８のベース電流がゼロになったときに定電流回路３２の出力電流の（１／トランジスタ３４の直流電流増幅率）倍の電流となる。従って、ツェナーダイオード３５は、このトランジスタ３４から流れ込む比較的大きいベース電流に基づいて、定電圧ユニット２５のツェナーダイオード２９と比較して許容損失および素子サイズを大きく設定する必要がある。

なお、本実施形態では、ツェナーダイオード３５に流れ込むトランジスタ３４のベース電流だけでツェナー電圧を確立できることから、定電圧ユニット２５の定電流回路２８に相当する定電流源は設けていない。しかし、トランジスタ３４のベース電流が不足して安定したツェナー電圧を確立し難い場合には、電源線２とツェナーダイオード３５との間に定電流回路を設けることが好ましい。

このように、定電圧回路２２を構成する２つの定電圧ユニット２５、２６のツェナーダイオード２９、３５は、出力回路２３への出力電流の大きさに応じて互いに異なる素子サイズに形成されている。

図２は、ＳＯＩ基板に形成したツェナーダイオード２９、３５の断面構造を示している。ＳＯＩ層を構成するｎ-型基板４１と支持基板（図示せず）は、埋込絶縁膜４２を介して接合されている。ｎ-型基板４１には所定深さのｐ+型不純物層４３が形成され、このｐ+型不純物層４３を囲むようにトレンチ４４が形成されている。トレンチ４４は、ｐ+型不純物層４３よりも深く設けられ、その内壁部に形成された絶縁膜４５の内側にｎ+型ドープトポリシリコン４６が埋め込まれている。トレンチ４４の下部には、ｎ+型ドープトポリシリコン４６に接してｎ+型不純物層４７が形成されている。ｎ-型基板４１表面の層間絶縁膜４８には、コンタクトホール４９を通してｎ+型ドープトポリシリコン４６と電気的に接続されたカソード電極５０が形成され、コンタクトホール５１を通してｐ+型不純物層４３と電気的に接続されたアノード電極５２が形成されている。

この構造では、ｐ+型不純物層４３の下面とｎ-型基板４１との接触部全体でツェナー降伏が生じる。従って、ツェナーダイオード２９のセルサイズ特に上記接触部の面積をツェナーダイオード３５よりも小さく形成することにより、ツェナーダイオード２９の許容損失およびツェナー電圧確立に必要なツェナー電流をツェナーダイオード３５のそれよりも小さく設定することができる。また、図３に示すように、小サイズのセルとして形成されたツェナーダイオードの並列接続数を変えることで、実質的に上記接触部の面積を変えることができ、所望の素子サイズを実現できる。

以上説明したように、本実施形態の電源回路２１に採用された定電圧回路２２は、それぞれ互いに異なる素子サイズを持つツェナーダイオード２９、３５を有する２つの定電圧ユニット２５、２６を備えている。そして、ＥＣＵの動作状態に応じて、ＥＣＵが通常動作状態のときには定電圧ユニット２５、２６がともに選択されて定電圧動作を行い、ＥＣＵがスタンバイ動作状態のときには定電圧ユニット２５だけが選択されて定電圧動作を行う。

定電圧ユニット２５の定電流回路３０は、スタンバイ動作状態でトランジスタ８が必要とするベース電流に相当する微小な定電流を出力し、しかも定電流回路３０とツェナーダイオード２９との間にはバッファとして作用するトランジスタ３１が設けられている。そのため、負荷の変動により上記ベース電流がゼロになった場合でも定電流回路３０からツェナーダイオード２９に流れ込む電流は非常に小さくなり、ツェナーダイオード２９の素子サイズを低減できる。その結果、ツェナー電圧を確立するために定電流回路２８が出力する電流も非常に小さくでき、従来の定電圧回路と比較してスタンバイ動作状態における定電圧回路２２の消費電流（暗電流）を各段に小さく抑えることができる。

一方、定電圧ユニット２６の定電流回路３２は、通常動作状態でトランジスタ８が必要とする比較的大きなベース電流を出力するので、それに応じてツェナーダイオード３５の素子サイズも大きく設定される。このとき、定電圧ユニット２５には定電流回路２８、３０の電流が流れ続けるが、これら定電流回路２８、３０の出力電流は定電流回路３２の出力電流に比べれば十分に小さいので、通常動作状態において定電圧回路２２の消費電流を増大させることへの影響は小さい。むしろ、通常動作状態で定電流回路２８、３０の出力電流を断電するスイッチを省略できるため、定電圧回路２２の構成素子数およびＩＣ化する上でのレイアウトサイズを低減できる利点がある。

このように、本実施形態では、負荷の動作状態に応じて、定電圧を生成するツェナーダイオードの素子サイズとツェナーダイオードに流す電流とを切り替えるので、スタンバイ動作状態となったときに定電圧ユニット２６に流れる不必要な電流を遮断し、定電圧回路２２全体としての消費電流（暗電流）を低減し、より小さい電流で安定した定電圧動作を維持することができる。

ところで、ツェナーダイオード２９と３５のツェナー電圧を等しく設定しても、定電圧ユニット２６で作られる定電圧は、定電圧ユニット２５で作られる定電圧に比べトランジスタ３６の飽和電圧ＶCE(sat)だけ高くなる。こうした電圧の不一致に備えて、定電圧ユニット２５、２６の出力ノードＮ１、Ｎ２間には抵抗２７が接続されている。これにより、通常動作状態で定電圧ユニット２５、２６が同時に定電圧動作を行っても、定電圧ユニット２５、２６相互間に流れる電流を小さく制限することができる。その結果、定電圧ユニット２５、２６を構成する素子を過大な電流から保護できるとともに、電流の相互干渉によるツェナー電圧の変動を防止することができる。

なお、実際に定電圧ユニット２６が動作する通常動作状態では、出力回路２３の出力電流が大きく、配線抵抗による電圧降下が生じることから、上記トランジスタ３６の飽和電圧ＶCE(sat)の影響はこの電圧降下と相殺され、目標とする定電圧からのずれは結果的に小さくなると考えられる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。電源回路６１の定電圧回路６２は、第１の実施形態で説明した定電圧回路２２のスイッチ３３、３８を、それぞれトランジスタ６３、６４で構成したものである。トランジスタ６３、６４の各ベースは、それぞれ抵抗６５、６６を介してトランジスタ６７に接続されている。定電流回路３７、トランジスタ３６、６３、６４、６７および抵抗３９、６５、６６により開閉回路６８が構成されている。

ＥＣＵがスタンバイ動作状態から通常動作状態に移行するのに先立って、マイコン（図示せず）からトランジスタ６７に入力される切替信号Ｓ２がＨレベルとされ、定電圧ユニット２６が定電圧動作を開始する。また、ＥＣＵが通常動作状態からスタンバイ動作状態に移行した後に、切替信号Ｓ２がＬレベルとされ、定電圧ユニット２６が定電圧動作を停止する。この構成によれば、電源線３を基準電位とする切替信号Ｓ２に基づいて、定電圧ユニット２６を容易に選択的動作させることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。電源回路７１の定電圧回路７２は、定電圧ユニット２５、２６の各出力ノードＮ１、Ｎ２間に、電流制限回路としての抵抗２７に替えて逆流阻止回路としてのダイオード７３が接続されている。また、定電圧ユニット２５の出力ノードＮ１とトランジスタ３１との間には、ダイオード７３を挿入したことによる定電圧ユニット２５の出力電圧の低下を補償するため、ダイオード７４が接続されている。

ダイオード７３は、ツェナーダイオードの素子サイズが大きい方または定電流回路の出力電流値が大きい方の定電圧ユニット２６から小さい方の定電圧ユニット２５への電流を阻止する向きに設けられている。或いは、選択的に定電圧動作する定電圧ユニット２６から常に定電圧動作する定電圧ユニット２５への電流を阻止する向きに設けられている。これにより、定電圧ユニット２５の各素子の損失を許容損失以下に抑え、相互干渉によるツェナー電圧の変動を抑えることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図６を参照しながら説明する。上述した各実施形態では、素子サイズの小さいツェナーダイオード２９を備えた定電圧ユニット２５は開閉回路を持たず常に定電圧動作を行っていた。これに対し、本実施形態の電源回路８１に採用した定電圧回路８２は、素子サイズの小さいツェナーダイオード２９を備えた第１の定電圧ユニット８３にも、素子サイズの大きいツェナーダイオード３５を備えた定電圧ユニット２６と同様の開閉回路８４を備えている。すなわち、定電流回路２８、３０にはそれぞれトランジスタ８５、８６が直列に接続されており、各ベースはそれぞれ抵抗８７、８８を介してトランジスタ８９に接続されている。

ＥＣＵがスタンバイ動作状態から通常動作状態に移行するのに先立って、まずトランジスタ６７に入力される切替信号Ｓ２がＨレベルとされ、次にトランジスタ８９に入力される切替信号Ｓ１がＬレベルとされる。これにより、定電圧ユニット２６だけに選択的に定電流が流れ定電圧動作を開始する。また、ＥＣＵが通常動作状態からスタンバイ動作状態に移行した後に、まず切替信号Ｓ１がＨレベルとされ、次に切替信号Ｓ２がＬレベルとされる。これにより、定電圧ユニット８３だけに選択的に定電流が流れ定電圧動作を開始する。これら切替信号Ｓ１、Ｓ２は、例えばＥＣＵに設けられたマイコンから与えられる。

本実施形態によれば、ＥＣＵの動作状態に応じて定電圧ユニット８３、２６の何れか一方だけを選択的に動作させるので、上述した各実施形態に比べさらに通常動作状態における定電圧回路８２全体の消費電流を低減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について図７を参照しながら説明する。この電源回路９１の定電圧回路９２も、第４の実施形態と同様に、ＥＣＵの動作状態に応じて定電圧ユニット２５、２６の何れか一方だけに選択的に定電流を流して定電圧動作させる。定電圧ユニット２５、２６の高電位側の電源線２ａ、２ｂは、トランジスタなどにより構成された開閉回路としての単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ９３を介して電源線２に接続されている。この構成によっても第４の実施形態と同様の効果が得られる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態について図８を参照しながら説明する。この電源回路１０１は、定電圧回路１０２と出力回路２３とから構成されている。定電圧回路１０２は、２つの定電圧ユニット１０３、１０４と電流制限回路としての抵抗２７から構成されている。

定電圧ユニット１０３は、電源線２、３間に直列に接続された第３の定電流回路１０５、ダイオード１０６および第２のツェナーダイオード１０７から構成された第２の定電圧ユニットであり、ダイオード１０６のアノードが出力ノードＮ１とされている。定電流回路１０５は、ツェナーダイオード１０７にツェナー電流を供給するとともにトランジスタ８にベース電流を供給するもので、ツェナーダイオード１０７の素子サイズに応じた電流例えば３０μＡに設定されている。出力ノードＮ１の電圧Ｖｃは、ツェナーダイオード１０７のツェナー電圧＋Ｖｆ（ダイオード１０６の順方向電圧）となる。

一方、定電圧ユニット１０４は、電源線２、３間に直列に接続された第３の定電流回路１０８、スイッチ１０９、ダイオード１１０、第２のツェナーダイオード１１１およびスイッチ１１２から構成された第２の定電圧ユニットであり、ダイオード１１０のアノードが出力ノードＮ２とされている。スイッチ１０９、１１２は、本発明でいう開閉回路に相当する。定電流回路１０８は、ツェナーダイオード１１１にツェナー電流を供給するとともにトランジスタ８にベース電流を供給するもので、ツェナーダイオード１１１の素子サイズに応じた電流例えば１０ｍＡに設定されている。スイッチ１０９、１１２が閉じられると、出力ノードＮ２の電圧Ｖｃは、ツェナーダイオード１１１のツェナー電圧＋Ｖｆ（ダイオード１１０の順方向電圧）となる。

定電圧ユニット１０４は、ＥＣＵが通常動作状態にある期間だけスイッチ１０９、１１２を閉じて定電圧出力動作をし、スタンバイ動作状態では定電圧出力動作を停止する。一方、定電圧ユニット１０３は、開閉回路を備えていないため、常にツェナー電圧を生成して定電圧出力動作を行う。本実施形態の定電圧回路１０２は、上述した各実施形態のものと異なり、バッファとして作用するトランジスタ３１、３４を備えていない。そのため、電源回路１０１の負荷低下によりトランジスタ８のベース電流がゼロになると、定電流回路１０５、１０８の出力電流が全てツェナーダイオード１０７、１１１に流れる。従って、上述した各実施形態ほどにはツェナーダイオード１０７、１１１の素子サイズを低減できない。

しかし、２つの定電圧ユニット１０３、１０４の間でツェナーダイオード１０７、１１１の素子サイズおよび定電流回路１０５、１０８の電流値を相違させ、定電圧ユニット１０３、１０４を負荷状態に合わせて選択的に動作させるので、スタンバイ動作状態となったときに、定電圧回路１０２全体としての消費電流（暗電流）を低減し、より小さい電流で安定した定電圧動作を維持することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。

上述した各実施形態では２つの定電圧ユニットを備えた構成について説明したが、定電圧ユニットの数は３以上であってもよい。この場合、複数の定電圧ユニットのうち少なくとも１つに、定電流回路の出力電流を通断電可能な開閉回路を備えればよい。

負荷の動作状態に応じて負荷に出力すべき電流（上記各実施形態ではトランジスタ８のベース電流）が小さくなるほど、ツェナーダイオードの素子サイズがより小さい定電圧ユニットまたは定電流回路の出力電流がより小さい定電圧ユニットにおける定電流回路の出力電流を選択的に通電状態に切り替えればよい。この場合、ツェナーダイオードの素子サイズがより大きい定電圧ユニットまたは定電流回路の出力電流がより大きい定電圧ユニットにおける定電流回路の出力電流を断電することが好ましい。ただし、複数の定電圧ユニットの中から常に１つだけを選択する通電制御に限られず、例えば３つの定電圧ユニットの中から２つを選択する通電制御としてもよい。

電流制限回路としての抵抗２７と逆流阻止回路としてのダイオード７３を直列に接続した構成を採用してもよい。また、抵抗２７またはダイオード７３は、各定電圧ユニットの出力ノードＮ１、Ｎ２と出力回路２３の入力端（トランジスタ８のベース）との間にそれぞれ設けてもよい。

負荷への出力電流を直接検出する手段を備え、その検出した負荷電流に基づいて開閉回路を制御してもよい。

図面中、３は電源線（接地線）、２２、６２、７２、８２、９２、１０２は定電圧回路、２３は出力回路（負荷）、２５、２６、８３、１０３、１０４は定電圧ユニット、２７は抵抗（電流制限回路）、２９、３５、１０７、１１１はツェナーダイオード、２８は第１の定電流回路、３０は第２の定電流回路、３２、１０５、１０８は定電流回路、４０、６８、８４、９３は開閉回路、３１、３４はトランジスタ、７３はダイオード（逆流阻止回路）、１０９、１１２はスイッチ（開閉回路）、Ｎ１、Ｎ２は出力ノードである。

Claims (6)

1. 負荷に対し定電圧で電流を出力する定電圧回路であって、
   第１のツェナーダイオードとその第１のツェナーダイオードの素子サイズに応じた電流を出力する第１の定電流回路と主として前記負荷に対し電流を出力する第２の定電流回路を有し、前記第１の定電流回路の出力電流を前記第１のツェナーダイオードに流して定電圧を生成するとともに、出力ノードから前記定電圧に応じた電圧で前記第２の定電流回路の出力電流を前記負荷に対し出力可能に構成された第１の定電圧ユニット、および第２のツェナーダイオードとその第２のツェナーダイオードの素子サイズに応じた電流を出力する第３の定電流回路を有し、前記第３の定電流回路の出力電流を前記第２のツェナーダイオードに流して定電圧を生成するとともに、出力ノードから前記定電圧に応じた電圧で前記第３の定電流回路の出力電流を前記負荷に対し出力可能に構成された第２の定電圧ユニットの２種類の定電圧ユニットの中から各種類の定電圧ユニットを任意の数だけ選んで組み合わせた複数の定電圧ユニットと、
   前記複数の定電圧ユニットの出力ノード間に接続された電流制限回路または逆流阻止回路とを備え、
   前記複数の定電圧ユニットがそれぞれ有する第１または第２のツェナーダイオードは互いに異なる素子サイズに形成され、前記複数の定電圧ユニットのうち少なくとも１つは、前記第１、第２の定電流回路または前記第３の定電流回路の出力電流を通断電可能な開閉回路を備え、前記負荷の動作状態に応じて定まる前記負荷への出力電流に基づいて前記開閉回路を制御することを特徴とする定電圧回路。
2. 前記定電圧ユニットの開閉回路を制御することにより、前記負荷の動作状態に応じて前記負荷に出力すべき電流が小さくなるほど、前記第１または第２のツェナーダイオードの素子サイズがより小さい定電圧ユニットまたは前記第２または第３の定電流回路の出力電流がより小さい定電圧ユニットにおける前記第１、第２の定電流回路または前記第３の定電流回路の出力電流を選択的に通電状態に切り替えることを特徴とする請求項１記載の定電圧回路。
3. 前記複数の定電圧ユニットのうち前記第１または第２のツェナーダイオードの素子サイズが最小のものまたは前記第２または第３の定電流回路の出力電流が最小のものは、その前記第１、第２の定電流回路または前記第３の定電流回路の出力電流が常時通電状態となっていることを特徴とする請求項１または２記載の定電圧回路。
4. 前記定電圧ユニットは、前記出力ノードを挟んで前記第２または第３の定電流回路とコレクタ接地のトランジスタが直列に接続されており、このトランジスタのベースと接地線との間に前記第１または第２のツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の定電圧回路。
5. 前記第１の定電圧ユニットは、前記出力ノードを挟んで前記第２の定電流回路とコレクタ接地のトランジスタが直列に接続されており、このトランジスタのベースを挟んで前記第１の定電流回路と前記第１のツェナーダイオードが直列に接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の定電圧回路。
6. 前記第２の定電圧ユニットは、前記出力ノードを挟んで前記第３の定電流回路と前記第２のツェナーダイオードが直列に接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の定電圧回路。

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