KR102252365B1

KR102252365B1 - 과열 보호 회로 및 전압 레귤레이터

Info

Publication number: KR102252365B1
Application number: KR1020150033045A
Authority: KR
Inventors: 다이키 엔도; 후미마사 아즈마
Original assignee: 에이블릭 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2021-05-17
Also published as: JP2015176327A; TWI683201B; TW201602753A; US9819173B2; US20150263507A1; JP6371543B2; CN104914913B; CN104914913A; KR20150107627A

Abstract

(과제) 저소비 전류이면서 리크 전류의 영향이 없고, 검출 정밀도가 좋은 과열 보호 회로 및 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.
(해결 수단) 고온시에 리크 전류가 흐른 것을 검출하는 리크 전류 검출 회로와, 리크 전류 검출 회로의 출력 신호에 따라 바이어스 전류를 흐르게 하는 바이어스 회로와, 바이어스 전류에 의해서 동작하는 온도 검출 회로를 구비하는 구성으로 했다.

Description

과열 보호 회로 및 전압 레귤레이터{OVERHEAT PROTECTION CIRCUIT AND VOLTAGE REGULATOR}

본 발명은, 과열 보호 회로 및 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터에 관한 것이다.

전압 레귤레이터는, 내장된 출력 트랜지스터에 있어서의 전력 손실이 크고, 부하 전류가 큰 경우에는 자기 발열에 의해 전압 레귤레이터 자신의 파괴에 이르는 경우가 있다. 그 때문에, 소정의 온도 이상에서는 부하로의 전력 공급을 정지하는 과열 보호 회로가 설치되어 있다.

도 4는, 전압 레귤레이터에 설치된, 종래의 과열 보호 회로의 회로도이다. 종래의 과열 보호 회로는, 다이오드(61)와, 전류원(62, 64)과, 저항(2, 3, 63)과, 콤퍼레이터(65)와, PMOS 트랜지스터(1, 66)와, 그라운드 단자(100)와, 전원 단자(101)와, 출력 단자(102)를 구비하고 있다. 저항(2)과 저항(3)의 접속점의 분압 전압 Vfb는, 도시는 하지 않지만, 전압 레귤레이터의 오차 증폭 회로에 접속되고, 오차 증폭 회로가 기준 전압 Vref와 분압 전압 Vfb에 따라 출력 트랜지스터(1)를 제어한다.

다이오드(61)를 흐르는 전류는 전류원(62)에 의해 일정한 전류가 흐른다. 다이오드(61)에 일정 전류를 흘렸을 때, 다이오드(61)의 순방향 바이어스 온도 의존성은 실리콘의 경우 약 -2mV/℃가 된다. 저항(63)과 전류원(64)의 접속점에는 기준 전압 Vref가 발생하여 콤퍼레이터(65)의 비반전 입력 단자에 입력된다. 다이오드(61)의 캐소드측의 전압을 Vf, 전원 단자(101)의 전압을 VDD로 하면, 전압 Vf는 전원 전압 VDD로부터 다이오드(61)의 순방향 바이어스 전압을 차감한 전압이며, 통상 상태에서는 Vf<Vref가 되어, 콤퍼레이터(65)의 출력에 의해 PMOS 트랜지스터(66)를 오프시켜 PMOS 트랜지스터(1)의 제어는 행하지 않는다.

IC의 온도 상승에 따라 전압 Vf는 약 -2mV/℃의 비율로 변화하여, 기준 전압 Vref와 동일해지면, 콤퍼레이터(65)의 출력이 반전되어, PMOS 트랜지스터(1)가 오프된다. 이에 의해서 PMOS 트랜지스터(1)의 발열이 없어져, IC의 온도가 낮아진다. 그리고 전압 Vf가 기준 전압 Vref보다도 작아지면 다시 콤퍼레이터(65)의 출력이 반전되어 PMOS 트랜지스터(1)는 온이 된다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).

일본국 특허 공개 2002-108465호 공보

그러나, 종래의 과열 보호 회로에서는, 반도체의 소자 구조상 발생하는 리크 전류의 영향이 무시할 수 없는 값이 되어, 리크 전류가 과열 보호 회로의 기준 전압을 생성하는 전류의 온도 특성에 영향을 주어, 원하는 온도에서의 검출 동작의 정밀도가 저하된다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어지고, 저소비 전류면서 리크 전류의 영향이 없고, 검출 정밀도가 좋은 과열 보호 회로 및 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터를 제공한다.

종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 과열 보호 회로 및 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 했다.

고온시에 리크 전류가 흐른 것을 검출하는 리크 전류 검출 회로와, 상기 리크 전류 검출 회로의 출력 신호에 따라 바이어스 전류를 흐르게 하는 바이어스 회로와, 상기 바이어스 전류에 의해서 동작하는 온도 검출 회로를 구비했다. 본 발명은, 온도 검출 회로와, 상기 온도 검출 회로에 바이어스 전류를 흐르게 하는 바이어스 회로와, 상기 바이어스 회로의 바이어스 전류를 흐르게 하는 트랜지스터의 리크 전류를 검출하는 리크 전류 검출 회로를 구비하고, 상기 리크 전류 검출 회로는, 검출된 리크 전류에 따라 상기 바이어스 전류를 제어함으로써, 상기 온도 검출 회로가 동작이 불필요한 때에는 소비 전류를 삭감하는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로를 제공한다.

본 발명의 과열 보호 회로 및 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 저온일 때에는 저소비 전류로 동작하고, 고온일 때에는 리크 전류의 영향을 받지 않고, 정밀도가 좋은 온도 검출이 가능해진다.

도 1은 제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터의 회로도이다.
도 2는 제1의 실시형태의 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 3은 제2의 실시형태의 과열 보호 회로의 회로도이다.
도 4는 종래의 과열 보호 회로의 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<제1의 실시형태>

도 1은, 제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터의 회로도이다. 제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 과열 보호 회로(10)와, 출력 트랜지스터(1)와, 저항(2, 3)과, 오차 증폭 회로(4)와, 기준 전압 회로(5)와, 그라운드 단자(100)와, 전원 단자(101)와, 출력 단자(102)를 구비한다. 과열 보호 회로(10)는, 전류원(11)과, 리크 전류 검출 회로(20)와, 온도 검출 회로(30)와, 출력 단자(110)를 구비한다. 전류원(11)은, 온도 검출 회로(30)의 바이어스 전류를 흐르게 하는 바이어스 회로이다.

도 2는, 제1의 실시형태의 과열 보호 회로의 회로도이다. 제1의 실시형태의 과열 보호 회로는, PMOS 트랜지스터(21, 42, 36, 38, 40, 66)와, NMOS 트랜지스터(23, 24)와, 저항(22, 63)과, 인버터(31, 32)와, 스위치 회로(33, 34, 35, 44)와, 전류원(43)과, 다이오드(61)와, 콤퍼레이터(65)와, 출력 단자(110)를 구비하고 있다. PMOS 트랜지스터(21)와, NMOS 트랜지스터(23, 24)와, 저항(22)으로 리크 전류 검출 회로(20)를 구성한다. 인버터(31, 32)와, 스위치 회로(33, 34, 35, 44)와, 전류원(43)과, PMOS 트랜지스터(42, 36, 38, 40)로 전류원(11)을 구성한다. 저항(63)과, 다이오드(61)와, 콤퍼레이터(65)와, PMOS 트랜지스터(66)로 온도 검출 회로(30)를 구성한다.

제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터의 접속에 대해서 설명한다. 오차 증폭 회로(4)는, 반전 입력 단자는 기준 전압 회로(5)에 접속되고, 비반전 입력 단자는 저항(2와 3)의 접속점에 접속되고, 출력은 과열 보호 회로(10)의 출력 단자(110)와 PMOS 트랜지스터(1)의 게이트에 접속된다. 저항(3)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속되고, 저항(2)의 다른 한쪽의 단자는 출력 단자(102)와 PMOS 트랜지스터(1)의 드레인에 접속되고, PMOS 트랜지스터(1)의 소스는 전원 단자(101)에 접속된다.

PMOS 트랜지스터(21)는, 게이트와 소스는 전원 단자(101)에 접속되고, 드레인은 NMOS 트랜지스터(23)의 게이트와 드레인에 접속된다. NMOS 트랜지스터(23)의 소스는 그라운드 단자(100)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(24)는, 게이트는 NMOS 트랜지스터(23)의 게이트에 접속되고, 드레인은 저항(22)을 통해 전원 단자(101)에 접속되고, 소스는 그라운드 단자(100)에 접속된다. 인버터(32)는, 입력은 NMOS 트랜지스터(24)의 드레인에 접속되고, 출력은 인버터(31)의 입력에 접속된다. 인버터(31)의 출력은 스위치 회로(44, 33, 34, 35)에 접속되어 온 오프를 제어한다. 스위치 회로(44)는, 한쪽의 단자는 전원 단자(101)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 PMOS 트랜지스터(42)의 소스에 접속된다. 스위치 회로(33)는, 한쪽의 단자는 전원 단자(101)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 PMOS 트랜지스터(36)의 소스에 접속된다. 스위치 회로(34)는, 한쪽의 단자는 전원 단자(101)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 PMOS 트랜지스터(38)의 소스에 접속된다. 스위치 회로(35)는, 한쪽의 단자는 전원 단자(101)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 PMOS 트랜지스터(40)의 소스에 접속된다. PMOS 트랜지스터(42)의 게이트와 드레인은 전류원(43)의 한쪽의 단자에 접속되고, 전류원(43)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(36)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 저항(63)과 콤퍼레이터(65)의 반전 입력 단자에 접속된다. 저항(63)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(38)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 다이오드(61)의 애노드와 콤퍼레이터(65)의 비반전 입력 단자에 접속된다. 다이오드(61)의 캐소드는 그라운드 단자(100)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(40)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 콤퍼레이터(65)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(66)는, 게이트는 콤퍼레이터(65)의 출력에 접속되고, 드레인은 출력 단자(110)에 접속되고, 소스는 전원 단자(101)에 접속된다.

다음에, 제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터의 동작에 대해서 설명한다. 전압 레귤레이터가 높은 온도에서 동작하거나, 출력 트랜지스터로서 동작하는 PMOS 트랜지스터(1)로부터 발생하는 열에 의해서 전압 레귤레이터의 온도가 높아졌을 때, PMOS 트랜지스터(21)에 리크 전류가 발생한다. 이 리크 전류는 NMOS 트랜지스터(23과 24)로 구성되는 커런트 미러 회로에 의해 미러되고, 인버터(32)의 입력 단자의 전압을 그라운드 단자(100)의 전압 VSS로 한다. 인버터(32)는 이 전압을 받아 인버터(31)를 통해 스위치 회로(44, 33, 34, 35)를 온시킨다. 이렇게 하여, PMOS 트랜지스터(42와 36), PMOS 트랜지스터(42와 38), PMOS 트랜지스터(42와 40)가 구성하는 커런트 미러 회로에 의해 전류원(43)의 전류가 미러된다. 그리고, 저항(63), 다이오드(61), 콤퍼레이터(65)에 바이어스 전류가 흐르고 온도 검출 회로(30)가 동작을 개시한다.

전압 레귤레이터의 온도가 온도 검출 회로(30)에서 설정된 검출 온도보다 낮을 때, 다이오드(61)에 발생하는 전압은 저항(63)에 발생하는 전압보다 높아지고, 콤퍼레이터(65)는 PMOS 트랜지스터(66)를 오프시켜 PMOS 트랜지스터(1)의 동작의 제어는 하지 않는다. 전압 레귤레이터의 온도가 온도 검출 회로(30)에서 설정된 검출 온도보다 높을 때, 다이오드(61)에 발생하는 전압은 저항(63)에 발생하는 전압보다 낮아지고, 콤퍼레이터(65)는 PMOS 트랜지스터(66)를 온시킨다. 그리고, PMOS 트랜지스터(66)로부터의 신호에 의해서 PMOS 트랜지스터(1)를 오프시킨다. 이렇게 하여, 전압 레귤레이터의 동작을 정지시켜 발열을 억제한다.

전압 레귤레이터가 통상의 온도에서 동작하고 있을 때, PMOS 트랜지스터(21)는 리크 전류를 흘리지 않기 때문에 인버터(32)의 입력 단자는 전원 단자(101)의 전원 전압 VDD에 풀업된다. 인버터(32)는 이 전압을 받아 인버터(31)를 통해 스위치 회로(44, 33, 34, 35)를 오프시킨다. 이렇게 하여, 온도 검출 회로(30)의 바이어스 전류의 공급을 멈춰 동작을 정지시켜, 소비 전류를 삭감할 수 있다.

또한, 리크 전류 검출 회로(20)는, 전류원(11)의 트랜지스터의 리크 전류를 검출하여 검출 신호를 전류원(11)에 출력할 수 있으면, 어떻게 구성해도 되고, 도 2나 도 3의 리크 전류 검출 회로(20)의 회로로 한정하는 것은 아니다.

이상에 의해, 제1의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 통상의 온도에서 동작할 때에는 과열 보호 회로의 동작을 멈춰 소비 전류를 삭감하고, 고온에서 동작할 때에만 리크 전류를 검출하여 과열 보호 회로를 동작시킬 수 있다.

<제2의 실시형태>

도 3은, 제2의 실시형태의 과열 보호 회로의 회로도이다. 제1의 실시형태와의 차이는 PMOS 트랜지스터(37, 39, 41)를 추가하고, 스위치 회로(44)를 삭제한 점이다. PMOS 트랜지스터(37)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 콤퍼레이터(65)의 반전 입력 단자에 접속되고, 소스는 전원 단자(101)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(39)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 콤퍼레이터(65)의 비반전 입력 단자에 접속되고, 소스는 전원 단자(101)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(41)는, 게이트는 PMOS 트랜지스터(42)의 게이트에 접속되고, 드레인은 콤퍼레이터(65)에 접속되고, 소스는 전원 단자(101)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(42)의 소스는 전원 단자(101)에 접속된다. 그 밖에는 제1의 실시형태와 동일하다.

제2의 실시형태의 과열 보호 회로의 동작에 대해서 설명한다. 전압 레귤레이터가 통상의 온도에서 동작하고 있을 때, PMOS 트랜지스터(21)는 리크 전류를 흘리지 않기 때문에 인버터(32)의 입력 단자는 전원 단자(101)의 전압 VDD에 풀업된다. 인버터(32)는 이 전압을 받아 인버터(31)를 통해 스위치 회로(33, 34, 35)를 오프시킨다. 이렇게 하여, 온도 검출 회로(30)는 PMOS 트랜지스터(42와 37), PMOS 트랜지스터(42와 39), PMOS 트랜지스터(42와 40)가 구성하는 커런트 미러 회로에 의해 적은 바이어스 전류로 동작해, 통상의 온도일 때의 소비 전류를 저감할 수 있다.

전압 레귤레이터가 높은 온도에서 동작하거나 출력 트랜지스터로서 동작하는 PMOS 트랜지스터(1)로부터 발생하는 열에 의해서 전압 레귤레이터의 온도가 높아졌을 때, PMOS 트랜지스터(21)는 리크 전류가 발생한다. 이 리크 전류는 NMOS 트랜지스터(23과 24)로 구성되는 커런트 미러 회로에 의해 미러되어, 인버터(32)의 입력 단자의 전압을 그라운드 단자(100)의 전압 VSS로 한다. 인버터(32)는 이 전압을 받아 인버터(31)를 통해 스위치 회로(33, 34, 35)를 온시킨다. 이렇게 하여, 온도 검출 회로(30)는 PMOS 트랜지스터(42와 36), PMOS 트랜지스터(42와 38), PMOS 트랜지스터(42와 40)가 구성하는 커런트 미러 회로로부터 리크 전류의 영향을 무시할 수 있을 정도로 큰 전류가 흘러, 온도 검출 회로(30)의 온도 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 온도 검출 회로(30)의 동작은 제1의 실시형태와 동일하다.

이상에 의해, 제2의 실시형태의 과열 보호 회로를 구비한 전압 레귤레이터는, 통상의 온도에서 동작할 때, 과열 보호 회로는 낮은 바이어스 전류로 동작하여 소비 전류를 저감하고, 고온에서 동작할 때에만 리크 전류를 검출하여 과열 보호 회로의 바이어스 전류를 증가시켜, 온도 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

4: 오차 증폭 회로 5: 기준 전압 회로
11, 43, 62, 63: 전류원 20: 리크 전류 검출 회로
30: 온도 검출 회로 33, 34, 35, 44: 스위치 회로
61: 다이오드 65: 콤퍼레이터
100: 그라운드 단자 101: 전원 단자
102: 출력 단자

Claims

온도 검출 회로와,
상기 온도 검출 회로에 바이어스 전류를 흐르게 하는 바이어스 회로와,
상기 바이어스 회로의 바이어스 전류를 흐르게 하는 트랜지스터의 리크 전류를 검출하는 리크 전류 검출 회로를 구비하고,
상기 리크 전류 검출 회로는, 검출된 리크 전류에 따라 상기 바이어스 전류를 제어함으로써, 상기 온도 검출 회로가 동작이 불필요한 때에는 소비 전류를 삭감하는 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 리크 전류 검출 회로는,
게이트와 소스가 접속되고, 상기 리크 전류를 흐르게 하는 제1의 트랜지스터와,
상기 리크 전류를 미러하는 제1의 커런트 미러 회로와,
상기 제1의 커런트 미러 회로의 출력에 접속되는 풀업 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 바이어스 회로는,
제1의 전류원과,
상기 제1의 전류원의 전류를 미러하여, 상기 바이어스 전류를 흐르게 하는 제2의 커런트 미러 회로와,
상기 리크 전류 검출 회로로부터의 신호에 따라 상기 제2의 커런트 미러 회로의 동작을 제어하는 스위치 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
청구항 3에 있어서,
상기 바이어스 회로는, 또한 상기 제1의 전류원의 전류를 미러하여, 상기 바이어스 전류를 흐르게 하는 제3의 커런트 미러 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
청구항 2에 있어서,
상기 바이어스 회로는,
제1의 전류원과,
상기 제1의 전류원의 전류를 미러하여, 상기 바이어스 전류를 흐르게 하는 제2의 커런트 미러 회로와,
상기 리크 전류 검출 회로로부터의 신호에 따라 상기 제2의 커런트 미러 회로의 동작을 제어하는 스위치 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
청구항 5에 있어서,
상기 바이어스 회로는, 또한 상기 제1의 전류원의 전류를 미러하여, 상기 바이어스 전류를 흐르게 하는 제3의 커런트 미러 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 과열 보호 회로.
기준 전압을 출력하는 기준 전압 회로와,
출력 단자로부터 출력 전압을 출력하는 출력 트랜지스터와,
상기 출력 전압을 분압한 분압 전압과 상기 기준 전압의 차를 증폭하여 출력하고, 상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 오차 증폭 회로와,
상기 출력 트랜지스터의 게이트를 제어하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 과열 보호 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 전압 레귤레이터.