JPH02220114A - 電圧安定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電圧安定器、特に自動車の電子部品又はポータ
プル型の電気装置に使用し得るモノリシック集積化電圧
安定器に関するものである。

（従来の技術） この種の電圧安定器によってこれに供給される不確定の
値を有する電圧から良好に規定された定電圧を供給する
。

かかる電圧安定器は他の装置の電圧供給装置として有利
に用いることができる。即ち、電圧安定器は、これに供
給される負荷の関数として、実際上、所望の電流を供給
し、これによりこの負荷に供給された電圧が常時一定と
なるようにする。

現在、簡潔性、使用容易および経済性の理由で、電圧安
定器は電子式集積回路型の種々の用途に用いられている
。

一般に、これら電子式電圧安定器の出力端の電圧および
電流の電気量は、出力端子に接続され、これら電気量の
瞬時値に感応するフィ、−ドパツク回路を具える内部調
整回路によって決まる。

電子式電圧安定器の正しい作動範囲の低限は技術文献に
“ドロップ−アウト”として知られているパラメータか
ら確定され、この“ドロップ−アウト”は、電圧安定器
の正しい作動に必要な入力電圧の最小値と、電圧安定器
が出力として供給する必要があり、従って装置の電圧降
下を示す一定電圧の値との間の差である。例えば、かか
る電圧安定器は、著しい温度および湿度変化並びに自動
車のバッテリにより供給される供給電圧の突然の急激な
変化の双方を含む作動条件の結果、極めて厳しい要求を
満足させる必要がある。

従ってこれらの電圧安定器は極めて信頼性があり、正確
で安定な動作を行うようにする必要があるが、同時に経
済的な観点からみれば、ドロップ−アウトを低くする必
要がある。その理由は自動車のバッテリにより供給され
る供給電圧が通常冷始動中代表的には１４．４Ｖからほ
ぼ６ｖまで完全に変化して低下するからである。

誘導性負荷（イグニションコイノペリレー等）のスイッ
チング過渡、又は電気接続ケーブルの損傷又は断線等の
ため自動車の給電線に存在する正又は負の電圧ピークは
１５０Ｖまでの最大振幅とする必要がある。

自動車の電子部品に最も普通に用いられるモノリシック
集積化電圧安定器は、出力端子に直列に接続され、好適
にはベース制御されて負荷の関数として導通するバイポ
ーラ電力トランジスタによって出力電圧が一定値に調整
されるようにしたいわゆる″直列”型の調整を行ってい
る。

好適に設計された電力トランジスタは、欠陥がなく、高
振幅の正の電圧ピークに耐えて出力電圧の調整を連続的
に行うようにしている。

しかし、入力電圧の負のピークは、トランジスタを遮断
状態とし、従って電圧安定器に接続された消費回路の電
圧供給に断続を生ぜしめ、これら消費回路が一定給電を
必要とする集積化メモリおよび論理回路を具える場合に
はこれが著しい欠点となる。この理由のため、“直列′
型の調整回路を具える電圧安定器は集積化されないコン
デンサおよび入力ダイオードを具え、従って入力電圧の
極めて短い負の過渡中、電力トランジスタに十分な給電
を保持し得るようにする。

第１図はｐｎｐ　　トランジスタＴによって形成される
直列型調整機能を有する既知の電圧安定器の構成を示す
回路図である。

第１図に示す安定化回路はバイポーラｐｎｐ　　トラン
ジスタＴを具え、そのエミッタ端子はダイオードＤのカ
ソードおよびコンデンサＣの第１端子に接続され、ダイ
オードのアノードは入力端子ＩＮを構成し、コンデンサ
の第２端子は接地されている。

トランジスタＴのコレクタ端子は出力端子ＯＬ、ＩＴを
構成する。

トランジスタＴのベース端子は差動増幅器Ａの出力端子
に接続され、差動増幅器の非反転入力部は第１・抵抗Ｒ
１を介して出力端子ＯＵＴに接続れると共に第２抵抗Ｒ
２を介して接地される。

差動増幅器の反転入力端子は基準電圧ＶＲに接続する。

電圧調整回路を表わす第１図の回路のうちモノリシック
に集積化できる回路部分を矩形の破線で表示する。

コンデンサＣは、通常の充電条件でダイオードＤを介し
てダイオードの両端間の電圧以下の典型的なバッテリ電
圧値まで充電される。

一方、負の電圧遷移中にダイオードＤはコンデンサＣが
入力端子を経て放電するのを阻止し、この結果コンデン
サＣは調整回路のトランジスタを介してだけ放電するこ
とができ、遷移期間中にトランジスタを導通させる。

ｐｏｐ形の電力トランジスタを具える安定器の場合、以
下のドロップアウトが存在する。

ＶＤＩＰ　＝　ＶＤ　−ＶＣｌ　Ｈ（ で、Ｖｎは導通時におけるダイオード両端間の電圧降下
であり、ＶＣＥｓａｔは飽和時におけるトランジスタＴ
のコレクターエミッタ間電圧である。

ｎｐｎ形の電力トランジスタを用いれば、同一のドロッ
プアウトで調整回路の一部を占める集積化区域をｐｎｐ
形の電力トランジスタで得られる集積化区域よりも低く
することができる。。

第２図はｎｐｎ形のバイポーラ電力トランジスタＴ′１
を具える電圧安定器の構成を示す。トランジスタＴ″１
のコレクタ端子はダイオードＤ′のカソードおよびコン
デンサＣ′の第１端子に接続され、このコンデンサの第
２端子は接地する。

この電圧安定器は第１および第２のｐｎｐ形バイポーラ
トランジスタＴ’　２およびＴ′３を有し、これらトラ
ンジスタのコレクタ端子はトランジスタＴ′１のベース
端子に接続する。トランジスタＴ’　２のエミッタ端子
はダイオードＤ′のカソードに接続し、トランジスタＴ
’　３のミッタ端子はダイオードＤ′のアノードに接続
し、この接続部は安定器の入力端子ＩＮ’を構成する。

トランジスタＴ’　＋　のエミッタ端子は出力端子０１
ＪＴ’を構成する。

トランジスタＴ′１　のベース端子は差動増幅器Ａ′の
出力端子に接続され、この差動増幅器の反転入力部は第
１抵抗Ｒ’　ｒを経て出力端子ＯＵＴ　’に接続すると
共に第２抵抗Ｒ７２を経て共通端子ＧＮＤ　’　に接続
する。この共通端子ＧＮＤ　’　は接地する。

差動増幅器の非反転入力部は基準電圧Ｖ’　Ｒに接続す
る。

トランジスタＴ’　２０ベース端子は定電流源６′２を
介して共通端子ＧＮＤ’　に接続すると共にダイオード
Ｄ’　２０カソードに接続し、このダイオードのアノー
ドはトランジスタＴ’　２のエミッタに接続する。

トランジスタＴ’　３のベース端子は第２の定電流源Ｇ
’　３を介して共通端子ＧＮＤ’　に接続すると共に、
ダイオードＤ’　ｓのカソードに接続し、このダイオー
ドのアノードをトランジスタＴ’　ｓのエミッタ端子に
接続する。

モノリシックに集積され得る調整回路は、第２図の矩形
の破線で示す。

本例の電圧安定器のドロップアウトの値は以下の式で与
えられる。

ＶＤＩＩＱＰ　”ＶＩＩＥ　”ＶＣＥ　ｍａｔここで、
ＶＢＥは導通時にふけるトランジスタＴ′のベース−エ
ミッタ電圧であり、ダイオードにおける電圧降下Ｖｏに
ほぼ等しい値であり、ＶＣＥｉａｔは飽和時におけるト
ランジスタＴ’　３のコレクターエミッタ間電圧である
。従って、このドロップアウトは第１図に示す安定器の
ドロップアウトに等しくなる。

本発明の目的は、既知の電圧安定化装置のドロプアウト
よりも低いドロップアウトの電圧安定化装置を提供する
ものである。

上記目的は、特許請求の範囲の記載により特徴付けられ
る電圧安定化装置により達成される。

以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。尚、図面上
同一の構成要素には同一の文字又は符号を付して説明す
る。

第３図は本発明による電圧安定器の構成を示す回路図で
ある。電圧安定器は第１および第２のバイポーラトラン
ジスタＱ１および０□を具える。

トランジスタＱ２のエミッタ端子は安定器の入力端子Ｉ
Ｎ’を形成し、トランジスタＱ１のコレクタ端子は出力
端子ＯＵＴ’を形成する６ トランジスタＱ２のコレクタ端子は接続点Ｂを介してト
ランジスタ０１のエミッタ端子に接続し、接続点Ｂはコ
ンデンサＣ′を介して接地する。

第１トランジスタＱ、のベース端子を差動増幅器Ａ′の
出力端子に接続し、差動増幅器の反転入力部は第１抵抗
Ｒ’　ｔを経てトランジスタＱ、のコレクタ端子に接続
すると共に第２抵抗Ｒ’　２を介して接地する。

第３図の安定器は、第２トランジスタＱ２のベース端子
と入力端子ＩＮ’および接地点間に挿入したバイアス回
路手段兼スイッチング回路手段を具える。

これらの回路手段はｎｐｎ形の第３および第４のトラン
ジスタＱ３およびＱ、を具えている。

トランジスタＱ３および０４のエミッタ端子は共に接地
する。トランジスタＱ４のベース端子およびコレクタ端
子を共に電流ミラー回路の形態でトランジスタＱ３のベ
ース端子に接続する。

トランジスタＱ３のコレクタ端子はトランジスタ０□の
ベース端子に接続し、トランジスタＱ、のコレクタ端子
は直列接続した第３および第、４の抵抗Ｒ３およびＲ４
を介して入力端子ＩＮ’に接続する。これら抵抗間の接
続部は第２の基準電圧ＶＲ２に接続する。

明らかなように、本発明の電圧安定器のドロップアウト
は次式で与えられる。

Ｖａｒｏｐ　＝ＶＣＥ　ｓａｔ　ａ＋　”　ＶＣＥ　ｓ
ａｔ　Ｒ２すなわち、飽和時におけるトランジスタＱ１
およびＱ２のコレクターエミッタ間電圧の和に等しくな
り、従って前述した既知の電圧安定器のドロップアウト
よりも一層小さくなる。

本発明においては、バイアス回路手段兼スイッチング回
路手段を適切に構成し、安定器の入力端子に供給される
電圧が、出力電圧として実際に安定化される電圧安定器
の電圧降下との和に等しくなるか又はそれより高くなる
場合すなわち、Ｖ！ｌ　　≧　ＶＨｔ”　　＋　　２　
　ＶＣＥ　　ｓａｔとなる場合にトランジスタＱ２のベ
ースを導通させ、入力端子に供給される電圧が安定器の
正常動作を行うのに不充分な場合にはトランジスタＱ２
と大地との間の接続を非接続とする。

このように構成すれば、予期せぬ事故による入力電圧の
負のピーク期間中トランジスタＱ２のベース端子と大地
との間の接続が開放され、この開放によりトランジスタ
Ｑ２のベース−コレクタ接続が順方向バイアスから阻止
されると共にコンデンサＣ′の大地への放電用チャネル
の形成が阻止さることになる。

この結果、コンデンサＣ′はトランジスタ０１を介して
だけ放電でき、接続部Ｂは、入力電圧遷移の期間全体に
おいて、出力調整回路の正常動作に対して十分なポテン
シャルに維持されることになる。

第３図の回路に含まれる電流ミラー回路は、抵抗Ｒ３お
よびＲ４により入力電圧によって制御されるバイアス兼
スイッチング回路手段を構成する。これらの抵抗Ｒ３お
よびＲ１は基準電圧ＶＲ２と共にトランジスタ０４を流
れる電流値を確立する。

トランジスタＱ３は、同時にトランジスタＱ２への電流
供給用の電流源となると共に、このトランジスタＱ３へ
の電流供給がカットオフした。場合、トランジスタＱ２
のベース端子と大地との間の接続を開放する電子的スイ
ッチとなる。

これらバイアス兼スイッチング回路手段は、例えば回路
素子を選択し、且つ設計して、負および正の電圧ピーク
の双方が存在する際特定の入力電圧値でスイッチが自動
的に開放するようにして当業者に既知の他の手段により
実施することができる。

この場合には、本発明の電圧安定器の回路構成は入出力
間に直列に２個のｐｎｐ　　トランジスタを具え、既知
の電圧安定器のドロップ−アウトよりも低いドロップ−
アウトを有し、これはコストを殆ど増大することなく、
全ての使用条件のもとて装置を極めて信頼し得るように
する解決手段を技術的に実施するに特に好適である。

トランジスタＱ２が正および負の入力電圧ピークで遮断
状態となり、そのベース接続が開放される場合には、コ
ンデンサＣによりトランジスタ０２が入力端子に関係な
く正常な値の電圧を受けるようになる。

トランジスタＱ、は、高電圧過渡には耐えられないが集
積化面積を制限する分離縦方向コレクタを有するｐｎｐ
ｌ−ランジスタとすることができる。

これに対し、トランジスタＱ２は通常のｐｎｐ　　トラ
ンジスタとすることができる。その理由は、ベース接点
が負の入力ピークで精密に開放され、従ってトランジス
タの反転導通およびコレクターエミッタ接合を経る導通
の双方を防止することができる。

横方向ｐｎｐ　　トランジスタにより占められる集積化
面積の増大によりコストが増大するが、これは得られる
ドロップ−アウトが極めて低くなることで相殺されるよ
うになる。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく種々
の変形変更が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｐｎｐ型電力トランジスタを具える′″直列″
′型の調整回路を有する電圧安定器の構成を示す回路図
、 第２図はｎｐｎ型の電力トランジスタを・具えるドロッ
プ−アウトの低い電圧安定器の構成を示す回路図、 第３図は本発明電圧安定器の好適な例を示す回路図であ
る。 Ｑ、、　Ｑ２．　Ｑ、・・・トランジスタＡ、　Ａ’　
、　Ａ’・・・差動増幅器り、　Ｄ’　ｌ＋　Ｄ’　２
＋　Ｄ’　３・・・ダイオードＴ、　Ｔ’　、、　Ｔ’
　２．　Ｔ’　３　・・・トランジスタＲ１＋　Ｒ２＋
　Ｒ’　Ｉｎ　Ｒ’　２＋Ｒ’　ｌ＋Ｒ’　２・・・抵
抗ｃ、ｃ’、ｃ’・・・コンデンサ Ｇ’　２　、　Ｇ’　３・・・電流源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｐｎｐ型の第１バイポーラトランジスタ（Ｑ１）を
   具え、そのエミッタ端子をコンデンサ（Ｃ″）を経て接
   地し、コレクタ端子は出力端子（ＯＵＴ″）を形成し、
   ベース端子を差動増幅器（Ａ″）の出力端子に接続し、
   この差動増幅器はその第１入力端子を第１抵抗（Ｒ″１
   ）を経て前記出力端子（ＯＵＴ″）に接続すると共に第
   ２抵抗（Ｒ″２）を経て接地し、第２入力端子を第１電
   圧基準点（ＶＲ１）に接続し、モノリシック集積化し得
   る電圧安定器において、ｐｎｐ型の第２バイポーラトラ
   ンジスタ（Ｑ＿２）を具え、そのエミッタ端子は入力端
   子（ＩＮ″）を形成し、コレクタ端子を前記第１バイポ
   ーラトランジスタ（Ｑ＿１）のエミッタ端子に接続し、
   ベース端子は、前記第１バイポーラトランジスタ（Ｑ＿
   １）のベース端子、接地点および入力端子（ＩＮ″）間
   に挿入されたバイアス兼スイッチング回路に接続するよ
   うにしたことを特徴とする電圧安定器。 ２、前記バイアス兼スイッチング回路は前記第２バイポ
   ーラトランジスタ（Ｑ＿２）のベース端子および接地点
   間に挿入されたスイッチを具えることを特徴とする請求
   項１に記載の電圧安定器。 ３、前記スイッチを電流ミラー回路に含まれるトランジ
   スタによって形成し、この電流ミラー回路はその入力ブ
   ランチを第２電圧基準点（ＶＲ２）に接続すると共に前
   記電圧安定器の入力端子（ＩＮ″）に接続し、出力ブラ
   ンチを前記第２バイポーラトランジスタ（Ｑ＿２）のベ
   ース端子に接続するようにしたことを特徴とする請求項
   ２に記載の電圧安定器。 ４、前記バイアス兼スイッチング回路は、電圧安定器の
   入力端子の電位が第１予定値より低く、且つ第２予定値
   より高い場合に前記スイッチを開放するようにしたスレ
   シホルド比較回路を具えることを特徴とする請求項２に
   記載の電圧安定器。 ５、前記第１バイポーラトランジスタ（Ｑ＿１）は分離
   された垂直コレクタを有するｐｎｐトランジスタとし、
   第２バイポーラトランジスタ（Ｑ＿２）を横形ｐｎｐト
   ランジスタとすることを特徴とする請求項１に記載のモ
   ノリシック集積化電圧安定器。