(57)【要約】【課題】  出力電流が過電流の状態にあるときスイッチングトランジスタがオフ期間においても、過電流検出回路を動作させスイッチングトランジスタをオフに保ち、入力電流を制限する。【解決手段】  スイッチングレギュレータ保護回路の検出抵抗および過電流検出回路を、出力コンデンサと出力負荷との間に配置し、出力電流を検出して過電流の状態にあるかぎり、制御用論理回路および発振器の出力を停止し、スイッチングトランジスタをオフ状態に保ち、入力電流を制限する。  【選択図】  図１
2006094570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧と出力すべき設定電圧に応じた電圧とを比較する比較手段と、その比較結果に応じて、発振器の発振周波数でスイッチングトランジスタのオンオフ状態を制御する制御用論理回路とを備えたスイッチングレギュレータの保護回路であって、
出力コンデンサと出力負荷との間に、出力電流を検出する過電流検出抵抗および過電流検出回路を備え、
該過電流検出抵抗および過電流検出回路によって検出された前記出力電流が過電流の状態にあるとき、前記発振器および制御用論理回路を停止させ、前記スイッチングトランジスタをオフ状態に保ち、入力電流を制限することを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回路。  
【請求項２】
請求項１記載のスイッチングレギュレータの保護回路において、前記過電流検出回路は、前記発振器の発振周波数を決めるタイミングキャパシタの充放電を制御するトランジスタを含み、前記過電流検出抵抗で検出された電流信号が過電流の状態にあるとき、前記トランジスタをオン状態にして、前記タイミングキャパシタの放電を停止させて前記発振器の出力を停止させ、前記スイッチングトランジスタをオフ状態に保ち、入力電流を制限することを特徴とするスイッチングレギュレータの保護回路。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチングレギュレータの保護回路に関し、出力電流を検出して過電流の状態にあるとき、入力電流を制限する保護回路に関する。  
【背景技術】
【０００２】
スイッチングレギュレータは機能的には昇圧型、降圧型、昇降圧型の３種類がある。また、その基本構成はエネルギーの蓄積・放出を行うインダクタ、スイッチングトランジスタ、ダイオードおよび出力キャパシタの４つの組み合わせである。スイッチングトランジスタは基準電圧源、発振器、コンパレータ、過電流検出回路、制御用論理回路等の諸回路と共にＩＣ化されて使用されるのが普通である。
【０００３】
上記の機能のうち代表的な例として、図３に従来の昇圧型スイッチングレギュレータの保護回路を示す。インダクタ１、スイッチングトランジスタ２、ダイオード３、および出力キャパシタ７を基本構成として、その他の制御用素子群からなっている。なお、図中点線内はＩＣ化された例でスイッチングトランジスタ２、その制御用論理回路（ＲＳフリップフロップ回路、ＡＮＤ回路）９、発振器１０、コンパレータ１１、基準電圧源１２、および過電流検出回路２１から構成されている。過電流検出回路２１は、スイッチングトランジスタ２がオン状態のとき、タイミングキャパシタ１３に電流チャージを行い、発振器１０の発振を停止させ、スイッチングトランジスタ２がオン状態の期間のみ、過電流の検出抵抗２０の両端の抵抗を検出していた。なお、外付けのタイミングキャパシタ１３はＩＣ内部の発振器１０に接続され、定電流で充放電することにより発振波形が作りだされ、タイミングキャパシタ１３の容量値により発振周波数を設定することができる。この種の保護回路は、例えば非特許文献１に開示されるように公知技術である。
【０００４】
上記スイッチングレギュレータの動作は図２（ａ）に示すように、タイミングキャパシタ１３の波形図において上昇時（充電時）がスイッチングトランジスタ２のオン期間（＝ＴON）に、下降時（放電時）がオフ期間（＝ＴOFF）になるよう制御用論理回路９によって制御されている。オン期間中はインダクタ１に励磁電流が流れエネルギーが蓄積され、この蓄積された励磁エネルギーはオフ期間にダイオード３を通して放出され、出力キャパシタ７を充電すると共に出力負荷８に供給される。
【０００５】
これに対して、過電流の検出は入力端子１４とインダクタ１との間に比較的小さい検出抵抗２０を挿入し、その電圧降下を過電流検出回路２１によって検出し、図２（ｂ）に示すようにタイミングキャパシタ１３へ急速充電を行っている。この結果、充電時間、すなわちスイッチングトランジスタ２のオン時間が短くなり、オフ時間が長くなっている。図２（ａ）の正常動作時の波形と比較して（ＴON＋ＴOFF）／ＴOFF が小さくなる結果、出力への電力供給が抑えられる。
【０００６】
このように検出抵抗２０および過電流検出回路２１によって、過電流を検出すると急速充電を開始するが、タイミングキャパシタ１３の電圧がある一定値を超えると、スイッチングトランジスタ２はオン状態からオフ状態に転じる。次に、タイミングキャパシタ１３は過電流信号の有無に関係なく所定の時定数で放電を始め、その後電圧がある一定値より下がるとスイッチングトランジスタ２は再びオン状態に転ずる。このように従来の回路構成では過電流を検出するのはスイッチングトランジスタ２がオン期間のときのみで、完全な保護回路にはなっていなかった。
【非特許文献１】「半導体データブック、汎用リニアＩＣ（オペアンプ／コンパレータ／電源）、電源用集積回路、ＮＪＭ２３６０（ＤＣ／ＤＣコンバータ制御用ＩＣ）」、新日本無線株式会社、［平成１６年９月２１日検索］、インターネット＜URL:http://njr.co.jp/j_frame/if_05_04.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来のスイッチングレギュレータの過電流保護回路は検出抵抗２０を電源の入力端子１４とインダクタ１との間に挿入し、インダクタ１の励磁エネルギーの蓄積、放出に応じて流れる入力電流の変化をスイッチングトランジスタ２がオン状態の期間のみ検出している。このように過電流のピークを検出し電流を制限するには従来の保護回路は適しているが、平均化された出力電流の過電流を検出するには配置位置も回路構成も不適切であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、出力電流が過電流の状態にあるときスイッチングトランジスタ２がオフ期間においても、過電流検出回路２１を動作させスイッチングトランジスタ２をオフ状態に保ち、入力電流を制限し出力回路を保護するスイッチングレギュレータの保護回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、基準電圧と出力すべき設定電圧に応じた電圧とを比較する比較手段と、その比較結果に応じて、発振器の発振周波数でスイッチングトランジスタのオンオフ状態を制御する制御用論理回路とを備えたスイッチングレギュレータの保護回路であって、出力コンデンサと出力負荷との間に、出力電流を検出する過電流検出抵抗および過電流検出回路を備え、該過電流検出抵抗および過電流検出回路によって検出された前記出力電流が過電流の状態にあるとき、前記発振器および制御用論理回路を停止させ、前記スイッチングトランジスタをオフ状態に保ち、入力電流を制限することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のスイッチングレギュレータの保護回路において、前記過電流検出回路は、前記発振器の発振周波数を決めるタイミングキャパシタの充放電を制御するトランジスタを含み、前記過電流検出抵抗で検出された電流信号が過電流の状態にあるとき、前記トランジスタをオン状態にして、前記タイミングキャパシタの放電を停止させて前記発振器の出力を停止させ、前記スイッチングトランジスタをオフ状態に保ち、入力電流を制限することを特徴とするものである。  
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチングレギュレータの保護回路は、オン期間のみならず、出力電流が過電流の状態にあるかぎりスイッチングトランジスタをオフ状態に保って入力電流を制限し、過剰電力の供給を抑え、出力負荷の破損を防止している。また、従来の保護回路と並行して両者を共に配置することにより過度的な入力側のピーク電流の抑制と、平均的な負荷電流の増大を抑え、二つの保護回路の長所を補完することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のスイッチングレギュレータ保護回路の構成は、最小の部品点数で実現でき汎用的なスイッチングレギュレータＩＣとの整合性もよく、外付けのタイミングキャパシタをそのまま利用して使用することができる。本回路の接続は出力キャパシタと出力負荷との間に挿入・配置するだけでよく、検出した出力はタイミングキャパシタを急速充電する。従来の保護回路に接続されていた電源入力端子とインダクタの間はそのまま短絡しておけばよく、相互に影響することはない。また、並行して動作させることもできる。なお、スイッチングレギュレータの代表的な例として昇圧型、降圧型、昇降圧型などがあるが本発明はそのいずれにも適用できる。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１の昇圧型スイッチングレギュレータの保護回路を、図１に模式的に示す。保護回路の構成はトランジスタ４と微小抵抗で構成する過電流の検出抵抗５およびベース抵抗６からなっており、出力キャパシタ７と出力負荷８との間に配置され、トランジスタ４の出力はタイミングキャパシタ１３に供給される。正常な出力電流が流れているとき検出抵抗５の電圧降下は僅かで、図２（ａ）に示すようにタイミングキャパシタ１３の波形は保護回路に影響されない固有の時定数で充放電し、ＴONが長くＴOFFが短くなっている。次に検出抵抗５の電圧降下が大きく一定の値以上の電圧、すなわち過電流が検出されたときには、トランジスタ４は、図２（ｂ）に示すようにタイミングキャパシタ１３を急速充電する。その後は過電流が流れているかぎりタイミングキャパシタ１３の電位はhighレベルに保たれ、充放電動作による発振動作は停止する。
【００１４】
発振器１０と制御用論理回路９が過電流によって動作を停止しているかぎり、スイッチングトランジスタ２がオフ状態となりインダクタ１を励磁する入力電流は停止し、出力キャパシタ７と出力負荷８へ電源から直接供給される電流のみとなり、図３の従来の保護回路と比較してより完全な電流制限を行うことができる。なお本発明の保護回路を、図３に示す従来の保護回路と共に配置すると、過度的な入力側のピーク電流の抑制と、平均的な負荷電流の増大を抑えることができる。
【実施例２】
【００１５】
スイッチングレギュレータには図１に示す昇圧型以外にもいくつかの型があるが実施例２として降圧型について説明する。降圧型の構成は電源入力端子と出力キャパシタとの間にスイッチングトランジスタとインダクタをこの順で直列に接続し、スイッチングトランジスタとインダクタの接続点と接地間にダイオードを設けたものである。保護回路の検出抵抗は実施例１と同じく出力キャパシタと出力負荷との間に配置し過電流を検出することによって、発振回路の動作を停止しスイッチングトランジスタのオフ時間を長くしている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の昇圧型スイッチングレギュレータの保護回路である。
【図２】本発明および従来のタイミングキャパシタの波形図で、（ａ）は正常動作時の波形を、（ｂ）は過電流検出時の波形を示す。
【図３】従来の昇圧型スイッチングレギュレータの保護回路である。
【符号の説明】
【００１７】
１；インダクタ、２；スイッチングトランジスタ、３；ダイオード、
４；トランジスタ、５；検出抵抗、６；ベース抵抗、７；出力キャパシタ、
８；出力負荷、９；制御用論理回路、１０；発振器、１１；コンパレータ、
１２；基準電圧源、１３；タイミングキャパシタ、１４；入力端子、
２０；検出抵抗、２１；過電流検出回路
【図１】
2006094570.tif 000003
【図２】
2006094570.tif 000004
【図３】
2006094570.tif 000005