TW200538902A - Overcurrent detecting circuit and power supply device provided with it - Google Patents

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200538902 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用於電源裝置等之過電流檢出電路。特 別係關於使用於具備輸出電流至負載之開關元件之電源裝 置等之過電流檢出電路。又，本發明係關於具備該過電流 檢出電路之電源裝置。 【先前技術】 圖4係表示具備以往之過電流檢出電路之電源裝们⑼之 電氣的構成之圖。輸入電壓Va被供應至？通道…型半導體） 之MOS電晶體(絕緣閘極型之場效電晶體)ι〇ι之源極電 極’其㈣電極連接於二極體⑽之陰極及過電流檢出電 路104之輸入側，並經由電感器1〇6連接至電容器之一 端與負載1G2之-端。二極體1()5之陽極、電容之他 端及負載102之他端分別被接地。 過電流檢出電路Η)4係藉比較咖電晶體1Gi之沒極電極 之電壓與設於本身内部之基準電屢，以監視m〇S電晶體 101之汲極電流是否成為過電流（是否在前述基準㈣所定 之過電流檢出值以上）’將其結果供應至控制物。控制 部103係監視施加至負載102之輸出電壓VL，控制麵電 晶體101之閘極電極之電壓，使該輸出電壓乂乙保持一定。 又’控制部1〇3因接受過電流檢出電路1〇4之輸出而認知 M〇S電晶體1〇1之過電流狀態。又，輸入電壓Va係被供應 至控制電路H)3及過電流檢出電路1〇4作為各其電源電壓。 作為此電源裝置1〇〇之過電流保護之方式，主要存在有3 101529.doc 200538902 種方式（㈣之第！方式至第3方式）。式係在—旦檢知 過電流時，其後即維持M〇s電晶體1〇1之切斷狀態之方 式。為解除此切斷狀態、，有必要暫且停止輸入電壓％之供 應後’再度輸入輸入電麼Va。 但’採用上述p方式時，在因電源裝置1〇〇起動時流過 之較大電流（衝擊電流）而使其過電流保護發揮機能之产 形，輸出電廢VL會變成〇v，以致於不能起動電源穿」 100(發生起動不良）。此起動不良在負載1G2之輸入容量較 大之情形較為顯著。 又，假使為消除該種起動不良，將過電流檢出電路1⑽ 之過電流檢出值設定成大於衝擊電流之最大值時，即使因 負載102變動等而使接近於過電流檢出值之電流（終究地等 於過電流檢出值之電流）持續流至MOS電晶體101，M0S電 晶體101也不會被切斷。此現象不僅M〇s電晶體1〇1，也會 導致二極體H)5、電感器1G6及負㈣2等之破損（熱破損/ 降低電源裝置H)0之可靠性。又，為防止該等零件之破 損，在功率MOS電晶體1〇1、二極體1〇5、電感器1〇6(有時 連負載102)等不得不採用電流額定值較大之規格，導致安 裝面積增大及成本之提高。 第2方式稱為定電流垂下方式，不管輸出電壓vL如何， 只控制MOS電晶體1G1之汲極電流使其不在—定值（也就是 說，指過電流檢出值)以上之方式。纟此第2方式中，例 如，在負載102短路之情形，不維持]^〇8電晶體1〇1之切斷 狀態，而將MOS電晶體101之汲極電流維持於過電流檢出 101529.doc 200538902 值（或過電流檢出值以下）。採用此第2方式時，不會發生如 第1方式所見之起動不良。

又，第3方式如下列專利文獻丨所示，係在利用特定時間 切換動作模態之方式，揭示具有下列特徵之過電流保護機 月匕之电源I置·在開關控制部輸入來自遠距通電/斷電端 子之電源起動信號，使主開關部開始執行動作，檢出2 = 關部之電流，發生過電流時，使過電流保護電路起作用Τ 以控制開關控制部之電源裝置中，設置有定時器電路，可 輸入電源起動信號，在定時器設定時間u以内，送出「過 負載時之過電流保護設定值」，在定時器設定時間”經過 後，將切換成額定輸出之「正常之過電流保護設定值」之 信號輸出至過電流保護電路（例如參照專利文獻丨）。」 [專利文獻1]特開平8_65879號公報（日本國） 【發明内容】

σ上述第2方式之過電流檢出值係設定於與電 源起動時之衝擊電流之最大值略大或同程度，藉此，可在 不引起如上述第1方式所見之起動不良之情況下，實現迅 速之電源起動。但，此過電流檢出值對穩定狀態（輸出電 壓VL穩定地保持於一定目標值之狀態），大過必要程度以 上」在穩定狀態下，負載1〇2等發生短路等之情形，相當 二Ζ大方、必要私度以上之過電流檢出值之沒才圣電流會持續 流fMOS電晶體101，結果，導致如上所述之電源裝置之 可罪f生降低n面積增大及成本之提高。 又，在專利文獻1所载之以往之構成例中，纟定時器設 101529.doc 200538902 定時間11經過後，將切換成額定輸出之「正常之過電流保 護設定值」之信號供應至過電流保護電路。也就是說，在 定時器設定時間tl經過後，被固定於「正常之過電流保護 設定值」。

但，負載所需之電流並不一定，連接在起動時以外在短 時間（例如數msec)也需要大電流（充電電流）之電容性負載 及引入衝擊波狀之大電流之馬達等作為負載亦屬一般之 事。在專利文獻1所載之以往之構成例中，在起動時以 外，有此種大電流流過時，即可能發揮過電流保護之機 能，使輸出電壓無法一時地（例如數msec)達到額定值（目標 笔壓），或因保護機能之特性而使輸出電壓成為〇v。 輸出電壓無法一時地（例如數msec)達到額定值尤其對包 含微電腦等之負載之穩定動作而言，屬於致命的問題。 又，「在起動時以外，有大電流流過時，可能發揮過電流 保護之機能，使輸出電麼無法一時地達到額定值」之問題 並非僅在專利文獻丨所載之以往之構成例中才可能發生， 在圖4所示之以往例中，採用上述第2方式，勉強地料過 電流檢出值設定於小值之情形也可能發生。 本發明絲於上述各點所研發而成，其目的在於提供可 依電源裝置等之狀態實現最適之過電流保護之過電流 電路。又’本發明之目的在於提供具傷該過電流 之電源裝置。 略 路係檢出輸出 包含起動監視 為達成上述目的，本發明之過電流檢出電 電流至負載之開關元件之過電流狀態者， 101529.doc

又 200538902 部’其係在對該過電流檢出電路接通電源後之時間超過特 定時間時，輸出穩定狀態信號，另一方面，不滿前述特定 ^間B守’輸出起動狀態信號者；過電流監視部，其係可設 定第1過電流檢出值與大於該第1過電流檢出值之第2過電 流檢出值之2階段之過電流檢出值，以監視前述開關元件 之過電流狀態者；及輸出電壓監視部，其係比較對應於對 丽述負載之輸出電壓之電壓與特定電壓，以檢出前述輪出 電壓之正常/異常，將其檢出結果供應至前述過電流監視 4者，别述過電流監視部係在前述輸出電壓異常，且輪出 前述穩定狀態信號時，設定前述第！過電流檢出值作為前 述$電流檢出*，另一方面，在前述輸出電壓正常，或輸 ^前述起動狀態信號時，設定前述第2過電流檢出值作為 釗述過電流檢出值。 ' 〆依據如此構成’在起因於負載等短路而使輸出電虔異 常’且輸出穩定狀態信號時(即非起動時），設定具;、 值之第1過電流檢出值作為過電流檢出值。因&，可:用 來供應穩定化電遷至開關元件及負载之零件(二極 感二在圖!中為二極體22及電感器23等)等之發熱抑制於 可乂靠I:並可提高具備有該過電流檢出電路之電源裝置之 作馮用來供應穩定化電壓至 開關70件及負 件也可鉍用電流額定值小之零件， 故可貫現安裝 減少及成本之降低。 之零 積之 在起動時 起動監視部為輸出起動狀 態信號 設定具有 101529.doc 10- 200538902 較大值之第2過電流檢出值作為過電流檢出值。因此，η 要適當地設定此第2過電流檢出值（例如設定於比電源起動 時之衝擊電流之最大值略大或同程度），即可在不引起如 上述第1方式所見之起動不良之情況下，迅速使輸出電壓 達到目標之電壓。 & 又，在輸出電壓正常時（即輸出電壓上昇至一定電厣以 上，且負載未發生短路等異常時），設定具有較大值之第2 過電流檢出值作為過電流檢出值。因&，即使在起動時以 外在短時間（例如數msec)也需要大充電電流之電容性負載 及引入衝擊波狀之大電流之馬達等成為負載時，也不會發 揮過電流保護動作之機能，且不會發生輸出電壓一時地 (例如數msec)達不到額定值等之事態。 此際’為維持具有過電流檢出電路之電源裝置之可靠 性’有必要例如在長時間（例如卜分）將負载短路時，開關元 件等也不會破損。@，例如以滿足該必要性方式設定上述 第1過電流檢出值。即’即使相當於第!過電流檢出值之電 流長時間(例如1分)流至開關元件，開關元件等也不會破損 (熱破損）。 囚此，在輸出電 、 巾輸出電壓上昇至一定電壓 以上’且負載未發生短路等異常時 f )即使超過第1過電流 U值之第2過電流檢出值流至電容性負載等，只要屬於 短時間（例如數—，開關元件等也不會破損（赦破損）’ 故可維持電源裝置之高可靠性。 、 又，例如在上述構成中，前述輪 干月J印電壓監視部也可比較 101529.doc 200538902 對應於前述輸出電 小，對應於前述輸 之大小時，檢出前 述輸出電壓之電壓 出前述輸出電壓異 視部。 壓之電壓之大小與特 出電壓之電壓之大小 述輸出電壓正常，另 之大小小於前述檢出 常’將其檢出結果供 定之檢出電壓之大 大於前述檢出電壓 一方面，對應於前 電壓之大小時，檢 應至前述過電流監

又，例如在上述構成中’前述起動監視部也可包含軟起 動電路，其係控制前 匕3权起 幵關几件，以便一面輪出對應於對 t過電流檢出電路電源接通後之時間之電麼，一面軟起動 前述電源接通時之前述輸㈣壓之上昇者，職據該軟起 動電路輸出之電壓，銓φ义、+、行^ 輸出刖述穩定狀態信號或前述起動狀 態信號。

、-瓜的電源裝置包含軟起動電路。因此，依據上述構 成’在構成上述起動監視部之際，不必另外設置定時器電 料，與上述專利文獻1所载之構成相比，可實現電路之 簡化、安裝面積之減少及成本之降低。 又，例如在上述構成中，前述起動監視部也可在前述電 源接《，依#對電容性元件通以特定電流所生之電屢， 輸出$述穩定狀態信號或前述起動狀態信號。 上述「電源接㈣，對電容性元件通以特定電流所生之 電壓」在設置於一般的電源裝置之軟起動電路等均可加以 輸出。因此，在構成上述起動監視部之際，不必另外設置 定時器電路等，與上述專利文獻丨所載之構成相比，可實 現電路之簡化、安裝面積之減少及成本之降低。 101529.doc 12 200538902 第2m上述構成中’前述第1過電流檢出值及前述 二電流檢出值係以對前述開關元件之輸入電壓為基準 所设定。 又，例如在上述檨点由,^ 、 ，也可進一步包含控制部，其係 依據前述過電流監視邦於山 义 八 邛輸出之有關刖述開關元件之過電流 狀態之信號控制前述開關元件者。 又丄本發明之電源裝置係包含上述構成之過電流檢出電 路、則述開關兀件、及將前述開關元件之輸出侧之電壓平 滑化而輸出至前述負載之平滑電路。 上述電源裝置由於包含上述構成之過電流檢出電路，故 如上所述、，可提高電源裝置之可#性。又，作為構成開關 疋件及平滑電路之零件可採用電流額定值小之零件，故可 實現安裝面積之減少及成本之降低。 [發明之效果] 如上所述，依據本發明之過電流檢出電路，可依據電源 裝置等之狀態，實現最適之過電流保護。藉此，可提高電 源裝置等之可靠性，並可實現電源裝置等之安裝面積之減 少及成本之降低。 【實施方式】 «第1實施型態》 以下，說明有關本發明之過電流檢出電路及具備其之電 源裝置之第1實施型態。圖1係第1實施型態之電源裝置J之 電路構成圖。 (圖1 :構成之說明） 101529.doc 200538902 由外部被供應之輸入電壓Vin係被供應至作為開關元件 之P通道MOS電晶體2之源極電極，其汲極電極被連接於比 較器7之反轉輸入端子（―）、二極體22之陰極及電感器23之 一端。電感器23之他端係經由將施加至負載25之輸出電壓 V〇平滑化用之電容器24與負載25之並聯電路被接地。又， 一極體22之陽極被接地。如此，構成可由％〇8電晶體2之 汲極電極將電流輸出（將電力供應）至負載25，二極體22、 電感器23及電容器24係構成將M〇s電晶體2之輸出側之電 壓（汲極電極之電壓）平滑化而輸出至負載25之平滑電路。 又，輸出電壓Vo係經由電阻20與電阻21之串聯電路被接 地，電阻20與電阻21之連接點分別被連接於錯誤放大器5 之反轉輸入端子（一）及監視輸出電壓％之正常/異常用之比 較器9之非反轉輸入端子（+)。電壓源15、^及丨了係分別產 生誤差基準電壓Ver、SS(軟起動）檢出電壓Vss及檢出電壓 Wb。電壓源丨5、16及17分別產生之電避係以gnd(接地） 為基準而分別被供應至錯誤放大器5之第2非反轉輸入端子 (+)、比較器8之反轉輸入端子（一）及比較器9之反轉輸入 端子（一）。又，Ver> Vss之關係成立。 又’錯誤放大器5之第2非反轉輸入端子（+)係經由電阻 18而連接於本身之第丨非反轉輸入端子（+)、比較器8之非 反轉輸入端子（+)及電容器19之一端。又，電容器^之他 端被接地。 在簡比較器4之反轉輸入端子(―)及非反轉輸入端子 (+)分別被供應錯誤放大器5之輸出電壓及三角波產生電路 101529.doc -14- 200538902 6輸出之三角波狀之電壓，pWM比較器*係將被脈衝寬調制 之對Μ Ο S電晶體2之控制信號輸出至閘極驅動器3。 比較的8之輪出（α )被供應至和電路1 〇之一方輸入端 子，比較器9之輸出被反相器14反轉後，供應至和電路⑺ 之他方輸人端子。和電路1()之輸出⑷被供應至開關電路 13作為控制開關電路之控制電壓。 在分別輸出對應於本發明之第丨過電流檢出值之電壓 VI、對應於第2過電流檢出值之電麼V2之電壓源丨丨 各一端，被施加輪入電壓Vin，各他端分別連接於開關電 路13之第夏固定端子、第2固定端子。在此，νι<ν2之關 係成立（即第2過電流檢出值大於第1過電流檢出值）。又， 開關電路13之共通端子連接於比較器7之非反轉輸入端子 (+ )，比較态7之輸出被供應至閘極驅動器3作為表示M〇s 電晶體2之過電流狀態之電壓。在此，所謂「過電流狀 態」，係指在決定MOS電晶體2之汲極電流之過電流檢出值 (第1過電流檢出值或第2過電流檢出值）以上，且比較器7之 輸出為高電位（高位準）之狀態。 閘極驅動器3之輸出側連接mMOS電晶體2之閘極電極。 閘極驅動器3 —面參照比較器7之輸出之電壓（表示M〇s電 晶體2之過電流狀態），一面依照pWM比較器4輸出之控制 信號，控制MOS電晶體2之通電/斷電。 又，MOS電晶體2、閘極驅動器3、PWM比較器4、錯誤 放大器5、三角波產生電路6、比較器7、8、9、和電路 電壓源11、12、開關電路13、反相器14、電壓源15、 101529.doc 200538902 16、17及電阻18係設於同—封裝體内而構成一個積體電路 元件28,該積體電路元件28所含之閘極驅動器3等全部以 輸入電壓Vln作為電源執行驅動。其時，積體電路元料 之端子SS、INV、SW分別連接於比較器8之非反轉輸入端 子（+)錯决放大益5之反轉輸入端子㈠、M〇s電晶體2 之汲極電極。

但’區別設於積體電路元件28之内部之零件與設於外部 之零件畢竟僅係舉例說明，例如可將M〇s電晶體2設於積 體電路元件28之外部，將輸入電壓％以外之電塵供應至 積體電路元件28作為電源電a ’亦可不將比較器9設在積 體電路元件28而連接於㈣電路元件Μ 器，設於積體電路元件28之内部。又，在圖 開關電路13之共通端子連接於第㈤定端子（電麼…之 狀態。

(圖1 ··動作說明） 錯誤放大器5係將驅動器3等構成在施加至反轉輸入端子 (~)之電壓低於施壓至第丨非反轉輸入端子（+)及第2非反 ㈣入端子⑴之電壓之雙方之條件（以下稱「條件）成 f時，輸出高於條件丨不成立之情形之電壓，條件丨成立 時’ MOS電晶體2通電之時間的比率大於條件！不成立之 形0 輸出電壓Vo被電阻20與電阻2】分壓後之電壓與施加至誤 差基準電壓Ver及SS端子之電壓相比，在敎狀態（輸出電 壓v〇穩定化於目標電塵Viar之狀態）卜以該等3電屋相等 10i529.doc -16- 200538902 方式控制MOS電晶體2。即，利用誤差基準電壓Ver及電阻 21與電阻22之分壓比，決定可使輸出電壓v〇穩定之目標電 壓Vtar，主要利用錯誤放大器5、PWM比較器4、三角波產 生電路6及閘極驅動器3構成之控制部3〇之作用，使輸出電 壓V〇穩定化於目標電壓Vtar。也就是說，控制部3〇係以目 標電壓Vtar保持輸出電壓ν〇方式（使其穩定化方式）控制 M〇S電晶體2之通電/斷電。 過電流監視部33主要由電壓源U、電壓源12、開關電路 13、及比較器7所構成，用於監視M〇s電晶體2之過電流狀 態。又，如上所述，過電流監視部33係可設定第丨過電流 檢出值與大於該第1過電流檢出值之第2過電流檢出值之之 階段之過電流檢出值。 輸出電壓監視部34主要係由比較器9及電壓源17所構 成。假設電阻20及電阻21之電阻值分別為R1、…時，輸 出電壓監視部34係將輸出電壓v〇之電阻2〇及電阻21之分壓 (Vo · R2(R1+R2) ·，對應於輸出電壓％之電壓）與檢出電壓 Vab作比較，wR2(R1+R2)>Vab成立時，檢出輸出電^ Vo正常。另一方面，ν〇 · R2(R1+R2)< Vab成立時，檢出 輸出電壓Vo異常。換言之，將輸出電壓v〇與電壓· (R1+R2)/ R2)相比較，以檢出輸出電壓v〇之正常/異常。 而，將其檢出結果經由反相器14及和電路1〇供應至過電流 監視部3 3。 又，在電源裝置1中，雖顯示輸出電壓ν〇為正值之例， 當然，電源裝置1也可變形成輸出電壓¥〇為負值之狀態。 101529.doc 200538902 連同該情形加以考慮時，輸出電壓監視部34係將輸出電壓 Vo之電阻2〇及電阻21之分壓（v〇 · R2(R1+R2);對應於輸出 電壓Vo之電壓）之絕對值（大小）與檢出電壓Vab之絕對值（大 小）作比較，| V〇 · R2(R1+R2) | > ! Vab丨成立時，檢出 輸出電壓V〇正常。另一方面，| v〇 · R2(R1+R2) |〈 | Vab I成立時，檢出輸出電壓v〇異常。

又’反相器14既可認定為輸出電壓監視部34之一部分， 亦可認定為上述過電流監視部33之一部分。又，和電路1〇 亦可認定為過電流監視部33之一部分。

軟起動電路32主要由電壓源15、電阻18及電容器”所構 成’係控制MOS電晶體2，以便軟起動電源接通時（輸入電 ? Vm接通時)之輸出電壓v〇之上昇(使輸出電壓％徐徐上 昇）用之電路。若無軟起動電路32(即若電㈣為㈣姆）， 在電源接通時，大的衝擊電流會流入負載料，使輸出電 屢V。急遽上昇。但，藉此軟起動電路32與錯誤放大器5之 機能，電源接通時對負載乃等之衝擊電流變得比較小(虫 無軟起動電路32之情形相+、 ^ , )，輸出電壓Vo與無軟起動電 路3 2之情形相比，也可锺〖 j、、友〖又上歼（徐徐上昇）。也就是說， 所謂「軟起動電源接通時輪 # 輸出電壓Vo之上昇」，係意味 者在電源接通時，與無軟起 ,灸勡電路32之情形相比，可使輸 出電壓Vo緩慢上昇，藉卜， t ^ ^ φ . 可鈿小電感器23、電容器24及 負載25之輸入電流之額定值。 ^ 又，由於軟起動電路32之存 在’可減輕起因於錯誤访 w 放大為、5之響應延遲等之輪出雪壓 Vo之過衝現象。 雙寻冬輪出電氡 101529.doc -18- 200538902 (動孤視3 1主要係由上述軟起動電路32、比較器8及 電壓源16所構成。 立過電流檢出電路35主要係由起動監視部31、過電流監視 P /及輸出電壓監視部34所構成，用於檢出電晶體2 “匕包/瓜狀恶。又，控制部3〇也可視為包含於過電流檢出 電路35。對過電流檢出電路35之電源係與輸入電壓Vin 一 致。 ，又，在软起動電路32中，與端子“之連接點之電位係在 對過電流檢出電路35之電源接通後開始上升。施加於該端 子SS之電壓係對應於電源接通後之時間，其電壓之上昇率 决^於决差基準電壓Ver、電阻18之電阻值及電容器Η之 靜電電容。換言之’施加於端子ss之電壓係在電源接通 後，對電容性元件之電容器19通以由誤差基準電壓Ver、 電阻18之電阻值及電容器19之靜電電容所決定之電流而產 生之電壓。 而，將施加於端子SS之電壓與88檢出電壓Vss相比較之 結果由比較器8輸出。也就是說，起動監視部3丨係在對過 電流檢出電路35之電源接通後之時間超過“檢出電壓Vss 所定之時間時，由比較器8輸出高電位（高位準）之電壓（相 當於本發明中之「穩定狀態信號」），另一方面，在“檢 出電壓VSS所定之時間以下（或不足）時，由比較器8輸出低 電位（低位準）之電壓（相當於本發明中之「起動狀態作 號」）。 又，施加於端子SS之電壓也可認定為軟起動電路32所輸 101529.doc -19- 200538902 出之電壓。心，也可說起動監視部31係依照該軟起動電 路32所輸出之電M(施加於端子ss之電麼），檢出對過電法 檢二路35電源接通後之時間’依照該檢出時間輸出前： /私疋狀悲H或「起動狀態信號」。又，錯誤放大哭5 ::照軟起動電路32所輸出之電麼控制電源接通之輸出電 開關電路"係構成可對比較器7之反轉輸入端子施加由 輸入電MVin減去刪電晶體2之通電電阻之電阻值r。植 沒極電流id之積後之電M(Vin_RGn· Id)。又，對比較器7 之非反轉輪人端子（+)，在和電路1G之輸出為高位準時施 加（Vin-V2)，在和電路1 〇之輸出為低位準時施加（心_ 之狀態。 和電路10之輸出為高位準時，即，輸出電壓v〇里常（丨 V〇.R2/(R⑽）丨 < 丨Vab丨成立），且由比較器8(起動監 視口P 3 1)輸it}「穩疋狀悲信號」（高位準之輸出信號）時，過 電流監視部33設定第1過電流檢出值（lLiml)作為其過電流檢 出值也就疋3兒，過電流監視部3 3係比較電壓（R〇n · Id)與 電壓vi ’將其比較結果供應至閘極驅動器3。在此所謂之 第1過電流檢出值係iLiml=vl/Ron。 而，比較器7係在Ron.Id<vl成立時，將低位準信號供 應至閘極驅動器3。此時，認為M〇s電晶體2非過電流狀 恶，而施行通常之控制（將輸出電壓％保持於目標電壓 Vtar之控制）。 反之 Ron · Id > VI(或 R〇n · id — VI)成立日4 ㈤ ^ & 101529.doc -20- 200538902 態時），比較器7將高位準信號供應至閘極驅動器3。此 時’閘極驅動器3認為過電流檢出電路35已檢出過電流狀 態而切斷MOS電晶體2。因此，雖一時之間R〇n · Id > VI(或Ron· Id-VI)不成立，但因控制部3〇之機能，會再 度使MOS電晶體2通電。而，若再度R〇n · w(或R〇n · Id^Vl)成立時，會再度使m〇S電晶體2斷電。 如此，含閘極驅動器3之控制部30控制M〇s電晶體2，使 MOS電晶體2之汲極電流1(1在過電流檢出值所定之電流值 (Vl/Ron)以下。此控制方式係在不受輸出電壓％如何之影 響下，將汲極電流控制於一定值以下，故為定電流垂下方 式。 另一方面，在和電路10之輸出為低位準，即，輸出電壓 VO正常（| Vc^R2/(R1+R2)|〉丨 Vabj 成立），或由比: 器8(起動監視部31)輸出「起動狀態信號」（低位準之輸出 信號）時，過電流監視部33設定第2過電流檢出值Aw)作 為其過電流檢出值。也就是說，過電流監視部33係比較電 壓（Ron· Id)與電壓V2，將其比較結果供應至閉極驅動器 3。在此所謂之第2過電流檢出值係lLim2=V2/R〇n。 而，比較器7係在Ron· Id<V2成立時，將低位準信號供 應至閘極驅動器3，反之，R〇n · Id > V2(或R〇n •心Μ 成立時(過電流狀態時)，將高位準信號供應至閘極驅動器 3對應於比較器7之輸出之含閘極驅動器3之控制部3〇之 動作係與和電路10之輸出為高位準時相同。 又例如在對MOS電晶體2之通電電阻之電阻值R〇n，具 101529.doc 200538902 有100倍之通電電阻之電阻值之檢出 一 似用MOS電晶體（未圖 示），通以ILiml· 1/100之沒極電流時，檢出用M〇s電晶體 • 之汲極·源極電極間會產生電廢Ron.IL,m丨㈠00 Ron· • lLim1· 1/1()())。只要以此電壓R-.iLiml作為本身之輸 壓VI而構成電壓源11即可。 例如，若分別將聊單位胞電晶體之及極、源極及閉 • 極並聯連接而將M〇S電晶體2形成作為單—之M〇s電晶 體，利用單一之M〇s電晶體形成檢出用咖電曰曰曰體（未圖 示），則檢出用MOS電晶體之通電電阻之電阻值約為ι〇〇· R〇n。但’構成MOS電晶體2之單位胞電晶體及前述檢出用 M〇S電晶體（未圖示）係全部以同一製程形成於同一半導體 基板上。又，電壓源12也與電壓源u同樣地構成。 (圖2 :使用波形之說明） 其、次，利肖表示電源裝置丨之電慶波形、電流波形之圖 _ 2 ’說明過電流檢出電路35及電源裝置丨之動作。 在圖2中，實線40、41、42、43、44、45、46分別表示 輸入電壓Vin之電壓波形、施加於端子ss之電壓波形、比 較器8之輸出（α ;參照圖丨）之電壓波形、M〇s電晶體二之 才°電机（Id)之波形、過電流檢出值、輸出電摩％之波 形、和電路10之輸出（/5 ;參照圖1)之電壓波形。 . 、’先在日可間Τ1，接通輸入電壓Vin。於是，電容器19 • 開始被充電，施加於端子SS之電壓開始上昇。又，在電源 门1J接通後，輸出電壓¥〇為評，故控制部30控制]^03電晶

使輸出電壓Vo上昇至目標電壓vtar。利用對此m〇S 101529.doc -22- 200538902 電晶體2之控制，使汲極電流Id流通，但藉軟起動電路u 之機旎，使汲極電流Id較緩慢地增加，使輸出電壓v〇亦緩 忮上昇（筝照時間T1〜T3)。利用軟起動電路32之動作，施 加於端子SS之電壓會與輸出電壓v〇大致同步地上昇。 又，比較裔8之輸出（α)為低位準（Lo)，和電路1〇之輸出 (/5)亦為低位準。因此，過電流檢出值為第2過電流檢出值 (V2/R〇n)。 在時間T2，施加於端子ss之電壓達到SS檢出電壓yss， 比較器8之輸出（α )由低位準切換成高位準。又，電源裝置 1之各零件係以在此時間Τ2，輸出電壓％有餘裕地超過正 常/異常之臨界值之Vab(Rl+R2)/R2之方式構成。因此，在 此時點之和電路1〇之輸出)為低位準。 在時間T3，汲極電流id達到第2過電流檢出值時，M〇s 電曰a體2經由閘極驅動器3被切斷，故汲極電流Id不會超過 第2過電流檢出值。此第2過電流檢出值通常係在電源裝置 1之起動時（輸入電壓Vm被輸入後，輸出電壓v〇才由〇v向 目標電壓Vtar變化時）設定於比衝擊電流之最大值略大或同 程度。藉由如此設定，使輸出電壓v〇迅速達到目標電壓 Vtar。圖2係為說明過電流保護動作而記載衝擊電流之最 大值達到第2過電流檢出值之情形。 又，在起動時，衝擊電流流至負載25之期間只是短時間 (例如數10(在中文的習慣上，不用「數1〇」而用「數十， 數100也應改為數百」）# see〜數msec以下），故即使設定具 有較大值之弟2過電流檢出值作為過電流檢出值，MQs電 101529.doc -23- 200538902 曰日體2 一極版22及電感器23等之發熱量亦少（同時，整個 積體電路兀件28之發熱量亦少），因此，該等零件不會發 生破損（熱破損），故可維持電源裝置丨之高可靠性。 在時間T4，輸出電壓v〇達到目標電壓。在時間 T4〜T5之間，呈現輸出電壓％穩定化於目標電壓之穩 疋狀態，由於不流入如起動時之衝擊電流，故汲極電流W 呈現較小值。 在日守間T5，假设負載25被短路，輸出電壓v〇會下降至 Vab(Rl+R2)/R2之0V。此時，比較器9之輸出為低位準，故 彳電路10之輸出（点）成為高位準。其結果，過電流檢出值 被切換成第1過電流檢出值（vl/R〇n)。 於是，僅管輸出電壓V〇為〇V，但汲極電流Id之最大值被 抑制於小於第2過電流檢出值之第i過電流檢出值（參照時 間T5〜T6間）。假使事先將時間T5〜T6之期間達到長時間（例 如1分鐘）’ MOS電晶體2、二極體22及電感器23等也不會 破損之值設定作為第丨過電流檢出值，電源裝置丨之可靠性 會變得極高。 又，藉由適切地設定第1過電流檢出值，雖一面維持維 持電源裝置1之可靠性，一面卻可在M〇s電晶體2、二極體 2 2及電感斋2 3等採用小於電流額定值之零件，故可實現安 裝面積之減少及成本之降低。 在％間T6，解除負載25之短路，輸出電壓v〇再開始上 昇。 接著，在時間丁7，輸出電壓Vo達到Vab(Rl+R2)/R2，和 101529.doc -24- 200538902 電路10之輸出（/3)切換為低位準，且 干五過電流檢出值被切換 成第2過電流檢出值。其後’在時㈣與在時㈣之間， 輸出電壓Vo再度達到目標電壓Vtar。 又，在時間T6以後，輸出電壓v〇上昇到目標電壓乂加之 過程中，輸出電壓V。之上昇雖未呈現軟起動，但欲使其軟 起動，只要以滿足以下⑴及⑺方式將圖i之電路變形即 可： (1)如在時間T5—般，在輸出電麼v〇成為〇v之狀態下， 使施加於端子SS之電壓暫且落在〇v。 ⑺在由比較器8之輸出向和電路1()之—方之輸入端子延 伸之線路中插人鎖存電路（未圖示），以便在電源接通後， 一度使比較器8之輸出成為高位準時，其後，可常將高位 準信號施加至和電路10之一方之輸入端子（未連接反相器 14之輸出之輸入端子）。 其次，在時間T8，假設負載25需要之電流增大，一度使 輸出電壓Vo不足目標電壓Vtar(但在Vab(Ri+R2)/R2以上）。 2此一來，控制部30會使汲極電流id增加至大於第丨過電 j檢出值之值，而使輸出電壓v〇與目標電壓一致（在 ^間T8〜T9之期間）。在此時，由於設定第2過電流檢出值 乍為過電々“欢出值，故過電流保護機能不會執行動作，使 輸出電屢Vo迅速回復至目標電壓Vtar。 +即使充分長時間平均之負載25之消耗電流呈現穩定，但 右著眼於紐時間（例如數msec)，在起動時以外，負載Μ需 要之電流發生大變動係通常之事。此變動在負载25在起動 101529.doc -25- 200538902 時以外，短時間（例如數msec)仍需要大充電電流之電容性 負載情形及引入衝擊波狀之大電流之馬達等之情形較為顯 著。但，由於設定具有較大值之第2過電流檢出值作為過 電流檢出值，故不會因該種變動而執行過電流保護動作之 機能’使使輸出電壓Vo常維持於目標電壓Vtar(嚴袼地 說，係迅速回復至目標電壓Vtar)。 «第2實施型態》 其次，說明有關本發明之過電流檢出電路及具備其之電 源裝置之第2實施型態。圖3係第2實施型態之電源裝置51 之電路構成圖。在圖3中，與圖1相同之部份附以同一符號 而省略說明。 兹僅說明電源裝置5 1異於電源裝置丨之點。在電源裝置 51中’設置積體電路元件58以取代積體電路元件28，在積 體電路元件58並未設置相當於MOS電晶體2之開關元件。 作為相當於MOS電晶體2之開關元件，在積體電路元件$ 8 之外部設置P通道之MOS電晶體52。閘極驅動器3之輸出 被供應至此MOS電晶體52之閘極電極，閘極驅動器3施行 MOS電晶體52之通電/斷電控制。 輸入電壓Vin係經由電阻值為R3之電阻53被供應至乂〇8 電晶體52之源極電極，M0S電晶體52之汲極電極被連接於 一極體22之陰極及電感器23之一端。電阻53與MOS電晶體 52之源極電極之連接點被連接於比較器7之反轉輸入端子 (一）。 又取代電源裝置1之軟起動電路32而設有軟起動電路 101529.doc -26- 200538902 36。此軟起動電路36主要由定φ 疋甩机源60、電阻61及電容器 19所構成。輸入電壓vin被供庫 、、 饥1應至疋電流源60之一端，定 電流源60之他端經由電阻61 Α 电1 通連接於錯誤放大器5之第1 非反轉輸入端子（+ )、比較器8 裔8之非反轉輸入端子（+)及端 子SS。端子SS係與電源|罟！ 电原展置1冋樣，經由電容器19被接 地。又，設於電源裝置i之雷彳。+ 衣直1之電阻18在電源裝置51中不存 在。 利用定電流源60輸出之—定之電流，在電源接通時，將 電容器19充電。此軟起動電㈣與電源裝置丄之軟起動電 路32具有同樣之機能，係控制M〇s電晶體52，以便軟起動 電源接通時（輸入電壓Vin接通時）之輸出電壓v〇之上昇（使 輸出電壓Vo徐徐上昇）用之電路。 起動監視部37主要係由上述軟起動電路％、比較器8及 電壓源16所構成，施行與電源裝置丨之起動監視部31同樣 之動作。過電流檢出電路3 8主要係由起動監視部3 7、過電 流監視部33及輸出電壓監視部34所構成，用於檢出M〇s電 晶體52之過電流狀態。又，控制部3〇也可視為包含於過電 流檢出電路38。對過電流檢出電路38之電源係與輸入電壓 Vin—致。 構成如上述方式之情形，M〇s電晶體52之汲極電流^與 電阻53之電阻值R3之積（R3 · Id)係與電壓VI或電壓V2作比 較即’對過電流檢出電路3 5而言，利用比較器7與電壓 VI或電壓V2作比較之電壓已被取代為電壓（R3 · Id)(在第工 實施型態中，僅為電壓（R〇n · Id))。 101529.doc -27- 200538902 因此，採用如電源裝置51般之構成，亦可實現與電源裝 置工㈣之動作’與電源^同樣可獲得提高可靠性等種 種效果。又，採用如電源裝置51般之構成之情形，可與 刪電晶體52之通電電阻之電阻值無關地，正確地施行過 電流之檢出（因為可依據電阻值R3與沒極電流此積施行 過電流之檢出之故)。因此，也可採用接合型場效電晶體 或雙極性電晶體取代画電晶體以作為開關元件。 又’也可將電麼源u、電磨源12之雙方或一方設於積體 電路元件58之外部，以配合過電流檢出值而自由地加以設 定。 «變形等>> 在電源裝置i及電源裝置51中，將電阻2〇與電阻21之連 接點之電屡施加至比較器9之非反轉輸入端子（+)，但也可 將圖！及圖3之電路構成變形，以便將輸出電壓％直接施加 至比較器9之非反轉輸入端子（+)。 又’電源裝S 1之軟起動電路32與電源裝置51之軟起動 電路36相互置換。 本發明不限於電源裝(參照圖㈠及電源裝置51(參照圖 3)，可適用於具備各種開關穩壓器及dc_dc變換器等之電 源裝置。另外’本發明亦可適用於具備三端子穩麗器等串 聯穩壓器（降壓型穩壓器）之電源裝置。 [產業上之可利用性] 本叙明適合於需要過電流保護機能之電源裝置或高側開 關等’尤其適合於多半需要高可靠性之車上用電源褒置或 101529.doc -28- 200538902 輸出電流至電容性之备# 注之負載之電源裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之第1實施 貝施1心之過電/肢松出電路及具備其 之電源裝置之電路圖。 圖2係表示圖丨之電源裝 圖。 分电&及形、電流波形之 圖3係本發明之第2實施型態過 松出電路及具備其 之电源裝置之電路圖。 圖4係表示具備以往之過電流檢出 电塔之電源電路之電 路圖。 【主要元件符號說明】 1，51，100 2, 52, 1〇1 3 4 5 6 7, 8, 9 10 u，12, 15, 16, 17 13 14 18, 20, 21，53 19, 24, 107 電源裝置 MOS電晶體 閘極驅動器 PWM比較器 錯誤放大器 三角波產生電$ 比較器 和電路 電壓源 開關電路 反相器 電阻 電容器 101529.doc -29- 200538902 22, 105 二極體 23, 106 電感器 25, 102 負載 28, 58 積體電路元件 30, 103 控制部 31，37 起動監視部 32, 36 軟起動電路 33 過電流監視部 34 輸出電壓監視部 35, 38, 104 過電流檢出電路 60 定電流源 Vin5 Va 輸入電壓 Vo, VL 輸出電壓 SS，INV，SW 端子 101529.doc 30-

Claims (1)

1. 200538902 十、申請專利範園： 1. -種過電流檢出電路’其特徵在於： 態 其係檢出輪出電流至負載之開關元件之過電流狀 者； 包含： 動π視。卩，其係在對該過電流檢出電路接通電源後 之吟間超過特定時間時，輸出穩定狀態信|虎，另一方 、在不滿則述特定時間時，輸出起動狀態信號者； ;過電流監視部，其係可設定第1過電流檢出值與大於 ::1過電流檢出值之第2過電流檢出值之2階段之過電 々“欢出值’以監視前述開關元件之過電流狀態者；及 輸出電麼監視部，其係比較對應於對前述負載之輸出 :[之電壓與特定電壓，以檢出前述輸出電壓之正常/異 吊將其檢出結果供應至前述過電流監視部者； 、月J述過電流監視部係在前述輸出電壓異常，且輸出前 述穩定狀態信號時，設定前述第〗過電流檢出值作為前 述過電冰檢出值’另一方面，在前述輸出電壓正常，或 輸出前述起動狀態信號時，設定前述第2過電流檢出值 作為前述過電流檢出值者。 2. ，請求们之過電流檢出電路，其中前述輸出電麼監視 部係比較對應於前述輸出„之㈣之大小與特定之檢 出電壓之大小，在對應於前述輸出電壓之電壓之大小大 述榀出電壓之大小時’檢出前述輸出電壓正常，另 一方面，在對應於前述輸出電壓之電壓之大小小於前述 101529.doc 200538902 檢出電壓之大小時，檢出前述輸出電壓異常，將其檢 結果供應至前述過電流監視部者。 ^ 3·如請求項之過電流檢出電路，其中前述起動的

   係包含軟起動電路’其係控制前述開關元件，以便1 輸出對應於對該過電流檢出電路電源接通後之時間 壓，-面軟起動前述電源接通時之前述輸出電愚二 本•口 工外 依據该軟起動電路輸出之電摩 电β，輸出則述穩定狀綠 唬或前述起動狀態信號者。 〜° 4·如請求項1或2之過電流檢出 係电路Λ中别述起動監視部 係在剛述電祕通後，依據對電容性元件心 所生之電壓，輸出前述穩定狀 "" 號者。 狀心、、唬或則述起動狀態信

   5·如請求項1或2之過電流檢出 檢出值及前述第2過電流檢出 輸入電壓為基準所設定者。 電路，其中 值係以對 前述第1過電流 則述開關元件 之 6·如請求項1或2之過電流檢出電路，其中進一 + 部，其係依據前述過電流監視部輸出之 =3控制 件之過電流狀態之信號’控制前述開關元件者“開關凡 7· 一種電源裝置，其特徵在於包含·· 。 如請求項1或2之過電流檢出電路； 前述開關元件；及 平滑電路其係將前述開關 而輸出至前述負載者。 元件之輸出側 之電壓平滑化 101529.doc