TW201347336A - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

〔課題〕提供在輸出電壓可調型之電壓調節器中，即使輸出電壓之設定值大時，亦可以縮小過電流保護動作時之發熱的電壓調節器。〔解決手段〕為一種藉由以修整訊號生成電路輸出之修整訊號來修整分壓電路之電阻，使得輸出電壓能夠變更之輸出電壓可調型之電壓調節器，其構成藉由修整訊號變更折返型過電流保護電路之限制電壓。

Description

電壓調節器
本發明係關於具備有過電流保護電路之輸出電壓可調型的電壓調節器。
針對以往之輸出電壓可調型的電壓調節器予以說明。第10圖為表示以往之輸出電壓可調型的電壓調節器的圖示。
以往之輸出電壓可調型的電壓調節器具備：接地端子100、電源端子101、輸出端子102、外部控制端子103、放大器104、輸出電晶體105、分壓電路106、基準電壓源107、下垂型過電流保護電路108、折返型(fold-back type)過電流保護電路109和修整訊號生成電路110。
針對以往之輸出電壓可調型的電壓調節器之動作予以說明。
當輸出端子102之輸出電壓Vout高於規定電壓時，即是分壓電路106之分壓電壓Vfb高於基準電壓Vref時，放大器104之輸出電壓變高。因輸出電晶體105之閘極電壓變高，故輸出電晶體105呈斷開(OFF)，輸出電 壓Vout變低。再者，當輸出電壓Vout低於規定電壓時，如上述般，輸出電壓Vout變高。即是，電壓調節器之輸出電壓Vout以規定電壓被保持一定。
於是，因應藉由外部控制端子103被輸入之電訊號CONT而從修整訊號生成電路110被輸出之訊號 1、 2、 3，各被輸入至與分壓電路106內之電阻151、152、153並聯連接之MOS開關之閘極。因此，藉由電訊號CONT，可以調整分壓電路106之分壓比。
電壓調節器之輸出電壓Vout因藉由基準電壓Vref和分壓電路106之分壓比而決定，故可以以輸入至外部控制端子103之訊號控制輸出電壓Vout。在第10圖中，雖然藉由與電阻151、152、153並聯連接之開關而實現輸出電壓可調型之調節器，但是電阻之數量、開關之種類、連接開關之電阻之位置並不限定於此(參照專利文獻1)。
接著，針對以往之電壓調節器之過電流保護電路之動作予以說明。
過電流保護電路係被分為下垂型過電流保護電路和折返型過電流保護電路。在以往之過電流保護電路中，藉由下垂型和折返型皆檢測出流入輸出電晶體105之輸出電流Iout，控制輸出電晶體105之閘極電壓，動作成不流動一定以上之輸出電流。
第11圖為表示並用下垂型過電流保護電路和折返型過電流保護電路之時的輸出電壓-輸出電流特性之 圖示。下垂型過電流保護電路為了將輸出電流Iout限制成一定之最大電流Im，其特徵係於欲流動最大電流Im以上之電流之時，在輸出電流Iout保持一定之狀態下如此地降低輸出電壓Vout，依此縮小在電壓調節器之負荷所產生之熱損失。另外，折返型過電流保護電路係當輸出電壓Vout成為限制電壓Vfo以下時，與輸出電壓Vout之減少呈比例地縮小輸出電流Iout。即是，在輸出電壓Vout為0V，將輸出電流Iout固定在一定短路電流Is。折返型過電流保護電路係能夠更縮小在電壓調節器產生之熱損失。在此，最大電流Im或短路電流Is、限制電壓Vfo係事先被設定在電路之內部(參照專利文獻1)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-293067號公報
但是，在具備有以往之過電流保護之輸出電壓可調型之電壓調節器中，當輸出電壓Vout被設定成最大之時，下垂型過電流保護電路之動作時之損失變大。
當電壓調節器之電力損失P設為電源端子之輸出電壓Vin時，由於成立下述P=(Vin-Vout)×Iout．．．(1)
故輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之電壓差大時，損失最大。即是，在從下垂型過電流保護動作切換至折返型過電流電路之動作之第11圖的(Iout,Vout)=(Im,Vfo)中損失最大。輸出電壓Vout之設定值越大，輸入電壓Vin必須越大。因此，輸出電壓Vout之設定越大，在(Iout、Vout)=(Im,Vfo)的損失越大，即使過電流保護電路在進行動作中也有波及電路破壞之虞。
本發明係鑒於上述課題而創作出，提供簡便電路，並且藉由縮小過電流保護動作時之損失更提高安全性之輸出電壓可調型之電壓調節器。
為了解決以往之課題，在具備有下垂型和折返型之過電流保護電路之輸出電壓可調型電壓調節器中，構成根據輸入至分壓電路之修整訊號輸入至用以決定折返型過電流保護電路之限制電壓Vfo及短路電流Is的可調電阻電路。
在本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器中，配合輸出電壓Vout之設定值，可以設定折返型過電流保護電路動作之電壓和電流。依此，當輸出電壓Vout之設定值大時，藉由設定成增大限制電壓Vfo，縮小短路電流Is，將電壓調節器之最大電流Im保持一定，並且即 使在過電流保護電路動作時損失變大的條件下亦可以縮小損失。再者，因藉由運用輸入至輸出電壓可調型電壓調節器之分壓電路的訊號，不會增大電路規模，可以對應於複數輸出電壓設定，故即使在面積效率實用性也較高。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102‧‧‧輸出端子
103‧‧‧外部控制端子
104‧‧‧放大器
105‧‧‧輸出電晶體
106‧‧‧分壓電路
107‧‧‧基準電壓源
108‧‧‧下垂型過電流保護電路
109‧‧‧折返型過電流保護電路
110‧‧‧修整訊號生成電路
111‧‧‧可調電阻電路
112‧‧‧非揮發性記憶體
第1圖為表示本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器的方塊圖。
第2圖為表示第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。
第3圖為表示第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的另一例的電路圖。
第4圖為表示第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的可調電阻之電路圖。
第5圖為表示第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器之輸出電壓-輸出電流特性的圖示。
第6圖為表示第二實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。
第7圖為表示第二實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器之輸出電壓-輸出電流特性的圖示。
第8圖為表示第三實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。
第9圖為表示本實施型態之輸出電壓可調型之電壓調 節器之其他例的電路圖。
第10圖為表示以往之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。
第11圖為表示以往之輸出電壓可調型之電壓調節器之輸出電壓-輸出電流特性的圖示。
第1圖為表示本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器的方塊圖。
本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器之構成係藉由修整訊號生成電路110變換從外部控制端子103被輸入之控制訊號的修整訊號，修整分壓電路106之可調電阻141和可調電阻142，並且切換折返型過電流保護電路109之限制電壓Vfo。
以下，參照圖面，說明本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器之具體性的實施型態。
(第一實施型態)
第2圖為表示第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。
第一實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器具備：放大器104、輸出電晶體105、分壓電路106、基準電壓源107、下垂型過流保護電路108、折返型過電流保護電路109a和修整訊號生成電路110。
折返型過電流保護電路109a具備輸出電流感測電晶體121、可調電路電路111、NMOS電晶體122、電阻155、PMOS電晶體123。
放大器104，係於反轉輸入端子連接基準電壓電路107之輸出，在非反轉輸入端子連接分壓電路106之輸出端子，輸出端子連接於下垂型過電流保護電路108、折返型過電流保護電路109a，及輸出電晶體105之閘極。輸出電晶體105係在源極連接電源端子101，在汲極連接輸出端子102。分壓電路106係被連接於輸出端子102和接地端子100之間，並將可調電阻141和可調電阻142之連接點連接於放大器104之非反轉輸入端子。修整訊號生成電路110之輸入連接於外部控制端子103，輸出連接於分壓電路106及折返型過電流保護電路109a。
感測電晶體121係將源極連接於電源端子101，將汲極連接於NMOS電晶體122之閘極。可調電阻電路111係將一方之端子連接於NMOS電晶體122之閘極，將另一方之端子連接於接地端子100。NMOS電晶體122係將源極連接於輸出端子102，將汲極連接於PMOS電晶體123之閘極，及電阻155之一方之端子。電阻155之另一方之端子被連接於電源端子101。PMOS電晶體123係將源極連接於電源端子101，將汲極連接於輸出電晶體105之閘極。
接著，針對第一實施型態之電壓調節器之動作予以說明。
當被連接於輸出端子102之負荷增大時，流入輸出電晶體105之電流Iout增大。當電流Iout增大，到達至一定之最大電流Im時，下垂型過電流保護電路108動作，使輸出電壓Vout下降。此時，在輸出電晶體105和電流境連接之感測電晶體121流入與Im呈比例之電流，在可調電阻電路111之兩端產生一定之電壓Vm。當輸出電壓Vout下降至一定限制電壓Vfo，NMOS電晶體122之閘極-源極間電壓超過臨界值電壓時，折返型過電流保護機能動作。NMOS電晶體122導通(ON)，在電阻155流入電流，在電阻155之兩端產生電壓。如此一來，當PMOS電晶體123導通(ON)，藉由縮小輸出電晶體105之閘極-源極間電壓，輸出電流Iout變小，輸出電壓-輸出電流特性描化出折返形狀。限制電壓Vfo及輸出電壓Vout下降至0V之時的輸出電流，即是短路電流Is藉由可調電阻電路111之電阻值而決定。
再者，第一實施型態之電壓調節器係如下述般切換折返型過電流保護電路109a之限制電壓Vfo。
分壓電路106係接受修整訊號生成電路110輸出之修整訊號，藉由修整可調電阻141和可調電阻142之雙方，或是任一者之電阻值，設定分壓比。分壓電路106之分壓比係決定電壓調節器之輸出電壓Vout。折返型過電流保護電路109a藉由接受修整訊號生成電路110輸出之修整訊號，修整可調電阻電路111之電阻值，而設定分壓比。然後，決定折返型過電流保護機能開始動作之限制電壓 Vfo和短路電流Is。即是，藉由修整訊號生成電路110輸出之修整訊號，輸出電壓Vout和折返型過電流保護電路之限制電壓Vfo和短路電流Is可以連動控制。
第3圖為表示本實施型態之輸出電壓可調型電壓調節器之可調電阻電路111、141及142之具體例之一例的電路圖。
修整訊號生成電路110輸出之修整訊號 1、 2、 3被輸入至分別與分壓電路內106a之電阻151、152、153並聯連接之MOS開關之閘極，和分別與可調電阻111a之電阻156、157、158並聯連接之MOS開關之閘極。
第3圖之電路的特徵係以相同修整訊號改變可調電阻電路111a和分壓電路106a之電阻值的點。例如，修整訊號 1輸出Low電壓之時，因與分壓電路106a之電阻151並聯之MOS開關呈斷開(OFF)，故電流流入電阻151流入，分壓電路106a中之電阻154所佔之分壓比變小，輸出電壓Vout變大。另外，與折返型過電流保護電路109a之可調電阻電路111a之電阻156並聯連接之MOS開關同時斷開OFF，因可調電阻電路111a之電阻值僅該部分變大，故NMOS電晶體122之閘極之電壓變高。於NMOS電晶體122之閘極電壓高時，折返型過電流保護動作開始之限制電壓Vfo變大，由於輸出電壓設定大，使得電源電壓Vin變大，可以藉由增大限制電壓Vfo抵銷在調節器內部產生之電力損失變大之情形。
同樣，僅以可調電阻電路111a之電阻值大之 部分，就使得短路電流Is變小。依此，短路時之損失也變小，就以調節器而言，降低由於發熱所導致之危險性。
並且，在第3圖中，雖然將分壓電路106a及可調電阻電路111a與電阻和MOS開關並聯連接，並將MOS開關之閘極連接於修整訊號生成電路之輸出，以3組構成電阻和開關之組合，但是電阻之數量或開關之種類並不限定於此。
再者，可調電阻電路即使為第4圖所示之電路亦可。第4圖之可調電阻電路適用於分壓電路106之可調電阻141、142及各電流保護電路109a之可調電阻電路111。由於不串聯連接MOS開關，開關之導通(ON)電阻為最小僅一個影響到電阻值。因此，可取得如電阻值之精度變高，提高輸出電壓及過電流保護電路之限制電壓Vfo及短路電流Is之精度的效果。
第5圖為表示本實施型態之電壓調節器之輸出電壓-輸出電流特性之圖示。
在電壓調節器之低輸出電壓設定Vout2之條件中，從式(1)可知，電力損失最大在(Iout,Vout)=(Im,Vfo2)之時。另外，在高輸出電壓設定Vout1之條件中，電力損失最大在(Iout,Vout)=(Im,Vfo1)之時。當構成本實施型態般時，因限制電壓之關係為Vfo2<Vfo1，故即使在高輸出電壓之條件中，也如以往般電力損失不會變大。因此，藉由使用本實施型態之電壓調節器，可以縮小因損失所導致之發熱，可以提高安全性。
(第二實施型態)
第6圖為表示第二實施型態之輸出電壓可調型之電壓調節器的電路圖。針對第6圖之折返型過電流保護電路109b予以說明。除折返型過電流保護電路109b之外其他與第一實施型態相同。
第6圖之折返過電流保護電路109b具備放大器116以取代NMOS電晶體122和電阻155。放大器116係反轉輸入端子被連接於感測電晶體121之汲極，非反轉輸入端子被連接於放大器104之非反轉輸入端子，輸出端子被連接於PMOS電晶體123之閘極。
在此，放大器116具有有限之偏置電壓Voff，與可調電阻電路111之電阻值無關係地藉由偏置電壓Voff決定短路電流Is。限制電壓Vfo係由可調電阻電路111之電阻值所決定。
第7圖為表示第二實施型態之電壓調節器之輸出電壓-輸出電流特性之圖示。在各個高輸出電壓Vout1和低輸出電壓Vout2中，不使短路電流Is變化，僅限制電壓Vfo變化。即是，不管修整訊號生成電路110之輸出如何，短路電流Is為一定。因此，因短路電流Is因應輸出電壓Vout變高而變小，故相對於電壓調節器之耐起動不良可取得效果。
在此，即使將放大器116之非反轉輸入端子連接於輸出端子102，或是以分壓電路106所生成之另外的輸出端 子也可以取得相同之效果。
(第三實施型態)
第8圖為表示第三實施型態之電壓調節器的電路圖。針對第8圖之折返型過電流保護電路109c予以說明。除折返型過電流保護電路109c之外其他與其他實施型態之電壓調節器相同。
本實施型態之折返型過電流保護電路109c具備放大器117、118、可調電阻電路111b、NMOS電晶體124，以取代NMOS電晶體122和電阻155。
放大器117係非反轉輸入端子被連接於放大器104之非反轉輸入端子，反轉輸入端子被連接於NMOS電晶體124之源極和可調電阻電路111a之一方的端子，輸出端子被連接於NMOS電晶體124之閘極。NMOS電晶體124係汲極被連接於感測電晶體121之汲極、放大器118之反轉輸入端子、可調電阻電路111b之一方之端子。可調電阻電路111b之另一方之端子被連接於接地端子100。放大器118係非反轉輸入端子被連接於基準電壓源107之輸出，輸出端子被連接於PMOS電晶體123之閘極。修整訊號生成電路110係輸出端子被連接於可調電阻電路111a和111b。
折返型過電流保護電路109c係以可調電阻電路111a、111b之電阻值控制限制電壓Vfo，以可調電阻電路111b控制短路電流Is。因此，可以各別地控制限制 電壓Vfo和短路電流Is。因此，可取得可以自由地調整折返型過電流保護電路之輸出電壓-輸出電流特性之傾斜的效果。
在此，即使將放大器117之非反轉輸入端子連接於輸出端子102，或是以分壓電路106所生成之另外的輸出端子也可以取得相同之效果。
如以上說明般，若藉由本發明之輸出電壓可調型之電壓調節器時，當輸出電壓Vout之設定值大時，藉由設定成增大限制電壓Vfo，將電壓調節器之最大電流Im保持一定，並且即使在過電流保護電路動作時損失變大的條件下亦可以縮小損失。
並且，在上述說明中，雖然針對在修整訊號生成電路110之輸入端子連接外部控制端子103之例予以說明，但是即使如第9圖所示般，具備非揮發性記憶體112亦可。
藉由事先在非揮發性記憶體112記錄決定輸出電壓Vout、折返型過電流保護電路之限制電壓Vfo、及短路電流Is之控制資訊，可取得不需要於輸入電源時每次輸入控制資訊的效果。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102‧‧‧輸出端子
103‧‧‧外部控制端子
104‧‧‧放大器
105‧‧‧輸出電晶體
106‧‧‧分壓電路
107‧‧‧基準電壓源
108‧‧‧下垂型過電流保護電路
109‧‧‧折返型過電流保護電路
110‧‧‧修整訊號生成電路
141、142‧‧‧可調電阻

Claims (6)

  1. 一種電壓調節器，具備：輸出電晶體、用以分壓上述輸出電晶體輸出至輸出端子之輸出電壓的分壓電路、用以比較上述分壓電路輸出之分壓電壓和基準電壓而將輸出電壓保持一定的放大器、下垂型過電流保護電路、折返型(fold-back type)過電流保護電路和修整訊號生成電路，藉由以上述修整訊號生成電路輸出之修整訊號修整電阻，使得輸出電壓能夠變更，該電壓調節器之特徵為：藉由上述修整訊號變更上述折返型過電流保護電路之限制電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述折返型過電流保護電路具備閘極端子連接於上述放大器之輸出的感測電晶體，和一端被連接於上述感測電晶體之汲極的可調電阻電路，和因應在上述可調電阻電路產生之電壓而控制上述輸出電晶體之閘極的控制部，藉由上述修整訊號，上述可調電阻電路之電阻值能夠變更。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述折返型過電流保護電路具備閘極端子連接於上述放大器之輸出的感測電晶體，和一端被連接於上述感測電晶體之汲極的可調電阻電路，和因應在上述可調電阻電路產生之電壓和上述分壓電壓之差而控制上述輸出電晶體之閘極的控制部，藉由上述修整訊號，上述可調電阻電路之電阻值能夠 變更。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之電壓調節器，其中上述折返型過電流保護電路係藉由放大器檢測出在上述可調電阻電路產生之電壓和上述分壓電壓之差。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之電壓調節器，其中上述折返型過電流保護電路具備：閘極端子被連接於上述放大器之輸出的感測電晶體、汲極被連接於上述感測電晶體之汲極的第二電晶體、一端被連接於上述第二電晶體之源極的第一可調電阻電路、因應在上述第一可調電阻電路產生之電壓和上述分壓電壓之差而控制上述第二電晶體之閘極的第一放大器、一端被連接於上述感測電晶體之汲極的第二可調電阻電路，和因應在上述第二可調電阻電路產生之電壓和上述基準電壓之差而控制上述輸出電晶體之閘極的第二放大器，藉由上述修整訊號，上述第一可調電阻電路和上述第二可調電阻電路之電阻值能夠變更。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項所記載之電壓調節器，其中被輸入至上述修整訊號生成電路之修整資料被儲存於非揮發性記憶裝置。
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