(57)【要約】【課題】本発明は、出力短絡保護機能を損なうことなく、出力電圧を負電圧状態から立ち上げることが可能な直流安定化電源装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、参照電圧Ｖａｄｊに基づいて出力電圧Ｖｏの短絡や異常低下を監視し、出力トランジスタ１の駆動制御を制限する短絡保護回路部６２を有して成る直流安定化電源装置において、参照電圧Ｖｒｅｆの下限値を所定の正電圧にクランプするクランプ回路部６３を有する構成としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧に応じて変動する参照電圧を所定の基準電圧と一致させるように出力制御素子を駆動制御し、入力電圧から所望の出力電圧を生成する直流安定化手段と、前記参照電圧に基づいて前記出力電圧の短絡や異常低下を監視し、前記直流安定化手段による前記出力制御素子の駆動制御を制限する短絡保護手段と、を有して成る直流安定化電源装置において、
前記参照電圧の下限値を所定の正電圧にクランプするクランプ手段を有することを特徴とする直流安定化電源装置。
【請求項２】
前記クランプ手段は、アノードに所定の正電圧が印加され、カソードに前記参照電圧が印加されたダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の直流安定化電源装置。
【請求項３】
前記短絡保護手段は、その動作電流を制限するための抵抗を有して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流安定化電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力短絡保護機能を備えた直流安定化電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、出力トランジスタを駆動制御して入力電圧から所望の出力電圧を生成するレギュレータ機能に加え、過電流保護機能や出力短絡保護機能を備えた直流安定化電源装置が数多く開示・提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。なお、このような直流安定化電源装置では、生成される出力電圧Ｖｏと出力トランジスタを駆動するためのドライブ電流Ｉｄｏとの間に、いわゆる「フの字」特性と呼ばれる相関関係が成立する（図３を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１８６２５号公報
【特許文献２】
特開平２−２３５１２１号公報
【特許文献３】
特開昭６１−６７１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記の出力短絡保護機能を備えた直流安定化電源装置であれば、出力の短絡や異常低下が生じた場合であっても、前述した「フの字」特性に従って、ドライブ電流Ｉｄｏに制限をかけ、短絡電流を抑制することが可能である。
【０００５】
しかしながら、従来の直流安定化電源装置に設けられた短絡保護回路部は、出力電圧Ｖｏが正電圧であることを前提として設計されており、出力電圧Ｖｏが負電圧である期間には、ドライブ電流Ｉｄｏが流れない構成とされていた。そのため、出力電圧Ｖｏが負電圧である状態から直流安定化電源装置が起動された場合には、その起動後もドライブ電流Ｉｄｏが流れず、図３の「フの字」特性に従い出力電圧Ｖｏが立ち上がらない、という課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、出力短絡保護機能を損なうことなく、出力電圧を負電圧状態から立ち上げることが可能な直流安定化電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る直流安定化電源装置は、出力電圧に応じて変動する参照電圧を所定の基準電圧と一致させるように出力制御素子を駆動制御し、入力電圧から所望の出力電圧を生成する直流安定化手段と、前記参照電圧に基づいて前記出力電圧の短絡や異常低下を監視し、前記直流安定化手段による前記出力制御素子の駆動制御を制限する短絡保護手段と、を有して成る直流安定化電源装置において、前記参照電圧の下限値を所定の正電圧にクランプするクランプ手段を有する構成としている。より具体的に述べると、前記クランプ手段は、アノードに所定の正電圧が印加され、カソードに前記参照電圧が印加されたダイオードを用いて構成している。このような構成とすることにより、出力電圧が負電圧でも参照電圧は正電圧となるので、出力短絡保護機能を損なうことなく、出力電圧を負電圧状態から立ち上げることが可能となる。
【０００８】
また、上記構成から成る直流安定化電源装置において、前記短絡保護手段は、その動作電流を制限するための抵抗を有して成る構成にするとよい。このような構成とすることにより、前記抵抗の抵抗値に応じて、短絡保護動作を開始する出力電圧の閾値を任意に調整することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る直流安定化電源装置の一実施形態を示す回路図（一部に回路ブロックを含む）である。本図に示すように、本実施形態の直流安定化電源装置は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ１と、オン／オフ回路２と、基準電圧生成回路３と、過熱保護回路４と、誤差増幅器５と、ベースドライブ回路６と、抵抗７１〜７３と、コンデンサ８１〜８２と、端子９１〜９４と、を有して成る。
【００１０】
トランジスタ１は、入力電圧Ｖｉｎが印加される入力端子９１と出力電圧Ｖｏを送出するための出力端子９３との間に直列接続された出力制御素子である。
【００１１】
オン／オフ回路２は、入力端子９１と接地電位ＧＮＤが印加される接地端子９４との間に接続され、信号端子９２に印加されるスイッチング電圧Ｖｃに基づいて、基準電圧生成回路３の動作可否を制御する。
【００１２】
基準電圧生成回路３は、入力端子９１と接地端子９４との間に接続され、入力電圧Ｖｉｎからバンドギャップ電圧を基準とした基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。
【００１３】
過熱保護回路４は、基準電圧生成回路３の出力端と接地端子９４との間に接続され、装置の過熱状態を検出して誤差増幅器５の出力レベルを引き下げる。
【００１４】
誤差増幅器５は、入力端子９１と接地端子９４との間に接続され、上記の基準電圧Ｖｒｅｆと、出力電圧Ｖｏに応じて変動する参照電圧Ｖａｄｊ（抵抗７１、７２による出力電圧Ｖｏの分圧電圧）との差電圧を増幅して出力する。
【００１５】
ベースドライブ回路６は、誤差増幅器５の出力レベルに基づいてトランジスタ１のベース電流を可変制御し、出力電圧Ｖｏの安定化制御を行う。なお、本実施形態のベースドライブ回路６は、過電流保護回路部６１と短絡保護回路部６２に加えて、本発明の特徴部分であるクランプ回路部６３を備えて成る。過電流保護回路部６１は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱａ〜Ｑｄと、抵抗Ｒａ〜Ｒｃと、で構成されており、短絡保護回路部６２は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＱｅと、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱｆ、Ｑｇと、抵抗Ｒｄ、Ｒｅと、で構成されている。クランプ回路部６３は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱｈから成る。なお、上記のトランジスタＱｄ、Ｑｆ、Ｑｈはいずれもダイオード接続されており、以下では、適宜ダイオードＱｄ、Ｑｆ、Ｑｈと呼ぶ。
【００１６】
上記構成から成る直流安定化電源装置の回路接続について詳細な説明を行う。出力トランジスタ１のエミッタは、入力端子９１に接続されている。出力トランジスタ１のコレクタは、出力端子９３に接続される一方、抵抗７１、７２を介して接地端子９４にも接続されている。抵抗７１、７２の接続ノードは、誤差増幅器５の反転入力端（−）に接続されている。抵抗７１の両端間には、位相補償用コンデンサ８１が接続されており、出力端子９３と接地端子９４との間には、出力安定用のコンデンサ８２が接続されている。出力トランジスタ１のベースは、トランジスタＱｂのコレクタに接続される一方、抵抗７３を介して、入力端子９１とトランジスタＱａのコレクタにも各々接続されている。なお、誤差増幅器５の非反転入力端（＋）は、基準電圧生成回路３の出力端に接続されている。
【００１７】
トランジスタＱａのエミッタは、抵抗Ｒｂの一端に接続されており、その接続ノードは、トランジスタＱｂのベースに接続される一方、抵抗Ｒｅを介してトランジスタＱｅのエミッタにも接続されている。抵抗Ｒｂの他端は、トランジスタＱｂのエミッタに接続されており、その接続ノードは、抵抗Ｒａを介してトランジスタＱｄのコレクタ及びベース（ダイオードＱｄのアノード）に接続されている。また、抵抗Ｒｂの他端は、抵抗Ｒｃを介してトランジスタＱｃのベースにも接続されている。トランジスタＱａのベースは、誤差増幅器５の出力端に接続される一方、トランジスタＱｃ、Ｑｇの各コレクタにも接続されている。トランジスタＱｃのエミッタは、トランジスタＱｄのコレクタ及びベース（ダイオードＱｄのアノード）に接続される一方、トランジスタＱｈのコレクタ及びベース（ダイオードＱｈのアノード）にも接続されている。なお、トランジスタＱｄのエミッタ（ダイオードＱｄのカソード）は、接地端子９４に接続されている。
【００１８】
トランジスタＱｅのコレクタは、抵抗Ｒｄを介して接地端子９４に接続される一方、トランジスタＱｇのベースにも接続されている。トランジスタＱｇのエミッタは、接地端子９４に接続されている。トランジスタＱｅのベースは、トランジスタＱｆのコレクタ及びベース（ダイオードＱｆのアノード）に各々接続されている。トランジスタＱｆのエミッタ（ダイオードＱｆのカソード）は、トランジスタＱｈのエミッタ（ダイオードＱｈのカソード）に接続される一方、抵抗７１、７２の接続ノードにも接続されている。
【００１９】
以下、上記構成から成る直流安定化電源装置の各種動作（通常レギュレート動作、過電流保護動作、短絡保護動作、クランプ動作）について詳細に説明する。
【００２０】
まず、ベースドライブ回路６による通常レギュレート動作について説明する。出力電圧Ｖｏが設定値を下回ると、基準電圧Ｖｒｅｆが参照電圧Ｖａｄｊよりも高くなるため、誤差増幅器５の出力レベルはハイレベルとなり、トランジスタＱａ、Ｑｂはオン状態となる。従って、出力トランジスタ１にはベース電流が流されるので、該出力トランジスタ１はオン状態となり、出力電圧Ｖｏは上昇する。逆に、出力電圧Ｖｏが設定値を上回ると、基準電圧Ｖｒｅｆが参照電圧Ｖａｄｊよりも低くなるため、誤差増幅器５の出力レベルはローレベルとなり、トランジスタＱａ、Ｑｂはオフ状態となる。従って、出力トランジスタ１にはベース電流が流されないので、該出力トランジスタ１はオフ状態となり、出力電圧Ｖｏは下降する。以上の動作によって、出力電圧Ｖｏは所望の設定値となるようにフィードバック制御される。
【００２１】
次に、過電流保護回路部６１によるベースドライブ電流制限動作について説明する。抵抗Ｒａには、出力トランジスタ１のベース電流に応じて変動するベースドライブ電流Ｉｄｏが流れている。出力トランジスタ１のベース電流が正常範囲であり、抵抗Ｒａの両端電圧（Ｉｄｏ×Ｒａ）がトランジスタＱｃのターンオン電圧ＶＢＥ（Ｑｃ）よりも低ければ、トランジスタＱｃがオン状態となることはなく、先に説明したベースドライブ回路６によるレギュレート動作が正常に行われる。一方、出力トランジスタ１のベース電流が過大となり、抵抗Ｒａの両端電圧（Ｉｄｏ×Ｒａ）がトランジスタＱｃのターンオン電圧ＶＢＥ（Ｑｃ）に達すると、トランジスタＱｃがオン状態となるので、誤差増幅器５の出力電流がトランジスタＱｃを介してバイパスされ、トランジスタＱａへのベース電流が制御される。その結果、ベースドライブ電流Ｉｄｏに制限がかかり、過電流状態が解消される。このとき、出力トランジスタ１は電流（Ｉｄｏ×ｈＦＥ）を出力する。
【００２２】
次に、短絡保護回路部６２による出力短絡時の保護動作について説明する。出力電圧Ｖｏに短絡や異常低下がなく、Ｖａｄｊ＞Ｉｄｏ・Ｒａ≒ＶＢＥ（Ｑｃ）が満たされていれば、Ｖａｄｊ＋ＶＢＥ（Ｑｆ）＋ＶＢＥ（Ｑｅ）＞ＶＢＥ（Ｑｄ）＋Ｉｄｏ・Ｒａ＋ＶＢＥ（Ｑｂ）なる関係が抵抗Ｒｅの両端間に成立するので、抵抗Ｒｅに電流Ｉｘが流れることはなく、前述したベースドライブ回路６によるレギュレート動作が正常に行われる。一方、出力電圧Ｖｏに短絡や異常低下が生じて、Ｖａｄｊ≦Ｉｄｏ・Ｒａとなった場合、抵抗Ｒｅには、Ｖａｄｊ＋ＶＢＥ（Ｑｆ）＋ＶＢＥ（Ｑｅ）＋Ｉｘ・Ｒｅ＝ＶＢＥ（Ｑｄ）＋Ｉｄｏ・Ｒａ＋ＶＢＥ（Ｑｂ）が成立するように電流Ｉｘが流れてトランジスタＱｇがオン状態となるので、誤差増幅器５の出力電流がトランジスタＱｇを介してバイパスされ、トランジスタＱａへのベース電流が制御される。その結果、ベースドライブ電流Ｉｄｏに制限がかかり、出力短絡保護／出力低下保護が行われる。
【００２３】
なお、本実施形態の短絡保護回路部６２は、トランジスタＱｂのベースとトランジスタＱｅのエミッタとの間に抵抗Ｒｅを接続して成る構成としている。このような構成とすることにより、抵抗Ｒｅの抵抗値に応じて、短絡保護動作を開始する出力電圧Ｖｏの閾値を任意に調整することが可能となる（図２を参照）。
【００２４】
最後に、本発明の特徴部分であるクランプ回路部６３によるクランプ動作について説明する。上述したように、本実施形態の直流安定化電源装置において、出力電圧Ｖｏに短絡や異常低下が生じた場合には、短絡保護回路部６２によって、Ｖａｄｊ＋ＶＢＥ（Ｑｆ）＋ＶＢＥ（Ｑｅ）＋Ｉｘ・Ｒｅ＝ＶＢＥ（Ｑｄ）＋Ｉｄｏ・Ｒａ＋ＶＢＥ（Ｑｂ）が成立するように、ベースドライブ電流Ｉｄｏが制限される。
【００２５】
ここで、出力電圧Ｖｏが負電圧である場合を考える。この場合、クランプ回路部６３を有しない従来構成では、先に述べた通り、出力電圧Ｖｏとともに参照電圧Ｖａｄｊも負電圧となるため、上式よりベースドライブ電流Ｉｄｏが流れず、前出の図３に従い出力電圧Ｖｏは立ち上がらない、という状態が生じていた。
【００２６】
それに対して、ダイオードＱｄのアノードと参照電圧検出端との間に、ダイオードＱｈ（ＶＢＥ（Ｑｈ）≒ＶＢＥ（Ｑｄ））から成るクランプ回路部６３を有する本実施形態の直流安定化電源装置では、出力電圧Ｖｏが負電圧でも参照電圧Ｖａｄｊは正電圧となり、上式よりベースドライブ電流ＩｄｏはＩｘ・Ｒｅ／Ｒａとなるので、回路定数を調整することにより、ベースドライブ電流Ｉｄｏが流れずに出力電圧Ｖｏが立ち上がらない、という状態を回避することができる。
【００２７】
なお、上記の実施形態では、ダイオード接続したトランジスタＱｈを用いてクランプ回路部６３を構成した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えばショットキーバリアダイオードを用いてクランプ回路部６３を構成してもよい。この場合、出力電圧Ｖｏが低下しても、Ｖａｄｊ≧ＶＢＥ（Ｑｄ）・ＶＦ（ＳＢＤ）でクランプされるので、Ｖｏ−Ｉｄｏ特性としては、より高い出力電圧Ｖｏからクランプされることになる。
【００２８】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係る直流安定化電源装置であれば、出力短絡保護機能を損なうことなく、出力電圧を負電圧状態から立ち上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直流安定化電源装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】抵抗Ｒｅに応じた短絡保護開始電圧の任意調整について説明するための図である。
【図３】出力電圧Ｖｏとドライブ電流Ｉｄｏとの相関関係（「フの字」特性）を示す図である。
【符号の説明】
１    ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ（出力トランジスタ）
２    オン／オフ回路
３    基準電圧生成回路
４    過熱保護回路
５    誤差増幅器
６    ベースドライブ回路
６１    過電流保護回路部
６２    短絡保護回路部
６３    クランプ回路部
７１〜７３    抵抗
８１、８２    コンデンサ
９１〜９４    端子（入力端子、出力端子、信号端子、接地端子）
Ｑａ〜Ｑｄ、Ｑｆ〜Ｑｈ    ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
Ｑｅ    ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
Ｒａ〜Ｒｅ    抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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