(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続されるとともに、ダーリントン接続された複数のトランジスタを含む電圧フォロワと、
前記電圧フォロワの出力に平滑用の外部コンデンサを接続するための外部端子と、
前記電圧フォロワの出力に接続され前記外部コンデンサの電圧を動作電圧とする定電圧発生回路と、
前記電圧フォロワの出力に接続され前記外部コンデンサの電圧を動作電圧とするとともに、前記定電圧発生回路の出力を外部から印加される閾値と比較するコンパレータと前記コンパレータの出力に応じ前記定電圧発生回路の出力が前記閾値よりも低いときオンする第１トランジスタを含む減電圧検出回路と、
前記電源に接続されるとともにカレントミラー回路を構成する第２トランジスタと第３トランジスタを含み、前記第１トランジスタのコレクタ電流を前記第２トランジスタのコレクタ電流とするとともに前記電源からの電流を前記第３トランジスタのコレクタ電流として前記電圧フォロワを構成する初段以外のいずれか１つのトランジスタのベースに直接供給するスイッチ回路と、
を有し、ＩＣ回路として構成され、
前記定電圧発生回路の出力が前記閾値より低いときに、前記電圧フォロワを介する電流経路から、前記スイッチ回路および前記電圧フォロワを構成する初段以外のいずれか１つのトランジスタのベースを介する電流経路に切り替えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
電源に接続されるとともに、ダーリントン接続された複数のトランジスタを含む電圧フォロワと、
前記電圧フォロワの出力に平滑用の外部コンデンサを接続するための外部端子と、
前記電圧フォロワの出力に接続され前記外部コンデンサの電圧を動作電圧とする定電圧発生回路と、
前記電圧フォロワの出力に接続され前記外部コンデンサの電圧を動作電圧とするとともに、前記定電圧発生回路の出力を外部から印加される閾値と比較するコンパレータと前記コンパレータの出力に応じ前記定電圧発生回路の出力が前記閾値よりも低いときオンする第１トランジスタを含む減電圧検出回路と、
前記電源に接続されるとともにカレントミラー回路を構成する第２トランジスタと第３トランジスタを含み、前記第１トランジスタのコレクタ電流を前記第２トランジスタのコレクタ電流とするとともに前記電源からの電流を前記第３トランジスタのコレクタ電流として前記電圧フォロワの出力に直接供給するスイッチ回路と、
を有し、ＩＣ回路として構成され、
前記定電圧発生回路の出力が前記閾値より低いときに、前記電圧フォロワを介する電流経路から、前記スイッチ回路を介する電流経路に切り替えることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記電源電圧が低下することにより前記定電圧発生回路の出力電圧が低下し始めるときの値に前記閾値が設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電圧フォロアは電源電圧を供給するバッテリに電流が逆流するのを防止する機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源から負荷に電力を供給する電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車に搭載するオーディオ機器等の電源装置では、従来の一回路構成例を図４に示すように、電流能力を大きくすること、及び、平滑用のコンデンサＣからバッテリ側への電流の逆流を防止することを目的として、バッテリから出力される電源電圧ＶCCは、２つのＮＰＮ型トランジスタ１１１及び１１２をダーリントン接続するとともに、トランジスタ１１２のコレクタと電源電圧ＶCCとの間に順方向接続されたダイオードＤを接続して成る電圧フォロワ１０１を介して出力される。尚、トランジスタ１１１のベースには抵抗１１４が接続されている。
【０００３】
定電圧発生回路１０２は電圧フォロワ１０１から出力された電圧ＶCC’を動作電圧として一定の電圧を出力する。定電圧発生回路１０２から出力された電圧ＶOUTは、例えば不図示のカーステレオや映像機器等内のマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と言う）等に動作電圧として供給される。
【０００４】
ここで、エンジンの始動時やオーディオ機器等の電源投入時などには、車のバッテリから出力される電源電圧が大きく低下することがある。一方、負荷側では、供給される動作電圧が許容範囲を越えて低下すると、例えばマイコンが意図に反してリセットされてしまうことがある。以下、意図した動作を「正常な動作」と称する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような事象に対して、上記従来の電源装置では、電圧フォロワ１０１を構成するトランジスタの個数をｎ、各トランジスタのベース−エミッタ間での降下電圧をＶFとすると、電圧フォロワの出力電圧の電源電圧からの低下量がｎ×ＶFと大きく、負荷に供給される動作電圧が電源電圧の低下に伴って低下する量が大きいので、負荷側での正常な動作を保証する上で電源電圧の低下に許容される範囲が狭かった。また、別の見方をすれば、負荷側では、例えばマイコンではリセットがかかる電圧を低くするなど、正常な動作が保証される動作電圧の最小値を低くした特別なものを使用する必要があり、コストの上昇を招いていた。
【０００６】
そこで、本発明は、負荷側での正常な動作を保証する上で電源電圧の低下に許容される範囲を拡大させることができるようにした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】
上記の目的を達成するため、本発明では、複数のトランジスタで構成された電圧フォロワを介して電源電圧から所定の電圧を出力する電源装置において、前記電圧フォロワを構成する初段以外のいずれか１つのトランジスタの制御電極と前記電源電圧との間に接続されたスイッチ回路と、前記電源電圧の値が閾値よりも低い状態では前記スイッチ回路をＯＮさせる減電圧検出回路と、を設けている。
【０００８】
この構成により、電圧フォロワを構成するダーリントン接続の入力側からｋ段目のトランジスタの制御電極に上記スイッチ回路が接続されているとすると、上記電圧フォロワの出力側の電圧の電源電圧からの低下量は、スイッチ回路がＯＦＦであるときにはｎ×ＶF（ｎは電圧フォロワを構成するダーリントン接続されたトランジスタの個数）であるのに対して、スイッチ回路がＯＮしたときには（ｎ−ｋ＋１）×ＶFとスイッチ回路での電圧降下分との合計となって小さくなるので、上記閾値を適切に設定しておけば、当該電源装置から負荷に供給される電圧が低下しない範囲においては大きな電流能力を確保しつつ、当該電源装置から負荷に供給される電圧が電源電圧の低下に伴って低下するときには、その低下量を小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明では、トランジスタで構成された電圧フォロワを介して電源電圧から所定の電圧を出力する電源装置において、前記電圧フォロワの出力側と前記電源電圧との間に接続されたスイッチ回路と、前記電源電圧の値が閾値よりも低い状態では前記スイッチ回路をＯＮさせる減電圧検出回路と、を設けている。
【００１０】
この構成により、上記電圧フォロワの出力側の電圧の電源電圧からの低下量は、スイッチ回路がＯＦＦであるときにはｎ×ＶFであるのに対して、スイッチ回路がＯＮしたときにはスイッチ回路での電圧降下分だけとなって小さくなるので、上記閾値を適切に設定しておけば、当該電源装置から負荷に供給される電圧が低下しない範囲においては大きな電流能力を確保しつつ、当該電源装置から負荷に供給される電圧が電源電圧の低下に伴って低下するときには、その低下量を小さくすることができる。
【００１１】
尚、上記スイッチ回路としては、例えばカレントミラー回路の出力側のトランジスタを用いるようにすればよい。また、上記閾値としては、例えば、上記電圧フォロワからの出力電圧を動作電圧として一定の電圧を出力する定電圧発生回路を有する場合には、この定電圧発生回路の出力電圧が低下し始めるときの値に設定するようにすればよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の第１実施形態である車載用の電源装置の回路図を図１に示す。本第１実施形態の電源装置は、電圧フォロワ１、定電圧発生回路２、減電圧検出回路３、及び、スイッチ回路４から成っており、これらの各回路で１チップのＩＣとなっている。
【００１３】
電圧フォロワ１の構成について説明する。２つのＮＰＮ型トランジスタ１１及び１２はダーリントン接続されている。ダーリントン接続された初段のトランジスタ１１は、ベースには抵抗１４を介してバッテリからの電源電圧ＶCCが印加されており、コレクタには電源電圧ＶCCが直接印加されている。
【００１４】
ダーリントン接続された最終段のトランジスタ１２のコレクタはダイオード接続されたトランジスタ１３のエミッタに接続されている。トランジスタ１３のコレクタ及びベースには電源電圧ＶCCが印加されている。電圧フォロワ１の出力側（トランジスタ１２のエミッタ）は平滑用の外付けコンデンサＣを介して接地されている。電圧フォロワ１から出力される電圧ＶCC’は定電圧発生回路２及び減電圧検出回路３等の動作電圧として供給される。
【００１５】
定電圧発生回路２の構成について説明する。演算増幅器２１の反転入力端子（−）には基準電圧Ｖref1が印加されている。演算増幅器２１の出力端子（Ｏ）にはＰＮＰ型のトランジスタ２２のベースが接続されている。トランジスタ２２のエミッタには電圧ＶCC’が印加されている。トランジスタ２２のコレクタは直列接続された３つの抵抗２３、２４、及び、２５を介してグランドに接続されている。
【００１６】
演算増幅器２１の非反転入力端子（＋）は２つの抵抗２４、２５の接続点ａに接続されている。トランジスタ２２のコレクタと抵抗２３との接続点ｃの電圧ＶOUTが定電圧発生回路２から出力される。定電圧発生回路２から出力された電圧ＶOUTは、例えばマイコン等に動作電圧として供給される。
【００１７】
演算増幅器２１の構成について説明する。ＰＮＰ型のトランジスタ２０１はダイオード接続されており、そのエミッタには抵抗２０３を介して電圧ＶCC’が印加されており、コレクタからは定電流源２０２に定電流が流れ込む。定電流源２０２の他端はグランドに接続されている。
【００１８】
ＰＮＰ型のトランジスタ２０４は、ベースがトランジスタ２０１のベースに接続されており、エミッタには抵抗２０５を介して電圧ＶCC’が印加されており、コレクタがＰＮＰ型のトランジスタ２０６のエミッタに接続されている。トランジスタ２０６のコレクタはグランドに接続されている。
【００１９】
ＰＮＰ型のトランジスタ２０７は、ベースがトランジスタ２０１のベースに接続されており、エミッタには抵抗２０８を介して電圧ＶCC’が印加されており、コレクタがＰＮＰ型のトランジスタ２０９のエミッタに接続されている。トランジスタ２０９のコレクタはグランドに接続されている。
【００２０】
ＰＮＰ型のトランジスタ２１０は、ベースがトランジスタ２０１のベースに接続されており、エミッタには抵抗２１１を介して電圧ＶCC’が印加されており、コレクタは抵抗２１２、２１３をそれぞれ介してＰＮＰ型のトランジスタ２１４、２１５のエミッタが接続されている。トランジスタ２１４、２１５のベースはそれぞれトランジスタ２０６、２０９のエミッタに接続されている。
【００２１】
ＮＰＮ型のトランジスタ２１６はダイオード接続されており、コレクタがトランジスタ２１４のコレクタに接続されており、エミッタが接地されている。ＮＰＮ型のトランジスタ２１７は、ベースがトランジスタ２１６のベースに接続されており、エミッタが接地されており、コレクタがトランジスタ２１５のコレクタに接続されている。
【００２２】
ＮＰＮ型のトランジスタ２１８は、ベースがトランジスタ２１５のコレクタとトランジスタ２１７のコレクタとの接続点に接続されており、エミッタが抵抗２１９を介して接地されている。トランジスタ２１８のベース−コレクタ間には位相補償用のコンデンサ２２０が接続されている。
【００２３】
ＮＰＮ型のトランジスタ２２１は、ベースがトランジスタ２１８と抵抗２１９との接続点に接続されており、エミッタが接地されている。トランジスタ２１８のコレクタとトランジスタ２２１のコレクタには共通の抵抗２２２を介して電圧ＶCC’が印加される。
【００２４】
そして、トランジスタ２０９のベースが演算増幅器２１の非反転入力端子（＋）となり、トランジスタ２０６のベースが演算増幅器２１の反転入力端子（−）となり、トランジスタ２１８及び２２１と抵抗２２２との接続点が演算増幅器２１の出力端子（Ｏ）となる。
【００２５】
この構成により、定電圧発生回路２では、電源電圧ＶCCが低下し過ぎてトランジスタ２２が飽和しない限りは、その出力電圧ＶOUTが所定値となるように（具体的には、抵抗２４、２５の接続点ａの電圧が基準電圧Ｖref1と等しくなるように）自動的に制御される。
【００２６】
減電圧検出回路３について説明する。定電流源３０１の出力側には、ＰＮＰ型のトランジスタ３０２及び３０３のエミッタが共通に接続されている。トランジスタ３０２のベースはＰＮＰ型のトランジスタ３０４のエミッタに接続されている。トランジスタ３０２のコレクタはダイオード接続されたＮＰＮ型のトランジスタ３０６のコレクタに接続されている。トランジスタ３０４のベースは定電圧発生回路２の２つの抵抗２３、２４の接続点ｂに接続されている。トランジスタ３０４のコレクタは接地されている。
【００２７】
トランジスタ３０３のベースはＰＮＰ型のトランジスタ３０５のエミッタに接続されている。トランジスタ３０３のコレクタはＮＰＮ型のトランジスタ３０７のコレクタに接続されている。トランジスタ３０５のベースには基準電圧Ｖref2が印加されている。トランジスタ３０５のコレクタは接地されている。
【００２８】
トランジスタ３０６のベースとトランジスタ３０７のベースとが接続されており、トランジスタ３０６を入力側、トランジスタ３０７を出力側とするカレントミラー回路が形成されている。トランジスタ３０６及び３０７のエミッタは接地されている。
【００２９】
ＮＰＮ型のトランジスタ３０８のベースは、トランジスタ３０３とトランジスタ３０７との接続点に接続されている。トランジスタ３０８のエミッタは接地されている。トランジスタ３０８のコレクタには他端がＶCC’に接続された定電流源３０９から出力される定電流が供給される。
【００３０】
ＮＰＮ型のトランジスタ３１０のベースはトランジスタ３０８のコレクタに接続されている。トランジスタ３１０のエミッタは接地されている。トランジスタ３１０のコレクタは、抵抗４３を介して、後述するスイッチ回路４を構成するカレントミラー回路の入力側のトランジスタ４２のコレクタに接続されている。
【００３１】
スイッチ回路４の構成について説明する。ＰＮＰ型のトランジスタ４２はダイオード接続されているとともに、そのベースにはＰＮＰ型のトランジスタ４１のベースが接続されており、２つのトランジスタ４１及び４２でカレントミラー回路を構成している。
【００３２】
入力側のトランジスタ４２は、エミッタには電源電圧ＶCCが印加されており、コレクタが抵抗４３を介して減電圧検出回路３のトランジスタ３１０のコレクタに接続されている。出力側のトランジスタ４１は、エミッタには電源電圧ＶCCが印加されており、コレクタが電圧フォロワ１のトランジスタ１２のベースに接続されている。
【００３３】
以上の構成により、定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTが所定値に保たれている間は、ｂ点の電圧は基準電圧Ｖref2よりも高くなっているので、トランジスタ３０２に流れる電流に対してトランジスタ３０３に流れる電流の方が大きくなるので、トランジスタ３０８がＯＮとなる。そのため、減電圧検出回路３のトランジスタ３１０がＯＦＦになり、スイッチ回路４を構成するカレントミラー回路の出力側のトランジスタ４１もＯＦＦであるので、電圧フォロワ１のトランジスタ１１及び１２が機能して大きな電流能力が確保される。
【００３４】
一方、電源電圧ＶCCが低下して定電圧発生回路２のｂ点の電圧が基準電圧Ｖref2よりも低くなると、言い換えれば、定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTが所定値よりも低くなると、減電圧検出回路３のトランジスタ３０２に流れる電流に対しトランジスタ３０３に流れる電流が少なくなり、トランジスタ３０８がＯＦＦとなる。そのためトランジスタ３１０がＯＦＦからＯＮに切り替わり、スイッチ回路４のカレントミラー回路を構成するトランジスタ４２がＯＦＦからＯＮに切り替わって、電源電圧ＶCCからスイッチ回路４を構成するカレントミラー回路の出力側のトランジスタ４１を介して電圧フォロワ１のトランジスタ１２のベースに電流が供給されるので、トランジスタ４１の飽和時のコレクタ−エミッタ間の電圧をＶSATとすると、定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTはＶCC−ＶSAT−ＶFとなる（従来は、ＶCC−２×ＶF）。即ち、ＶF≒０．７[V]、ＶSAT≒０．１[V]であることから、定電圧発生回路２から出力される電圧ＶOUTを、ＶCC−１．４[V]からＶCC−０．８[V]にすることができるようになり、電源電圧ＶCCの低下に伴って低下する量を小さくすることができる。
【００３５】
尚、上記第１実施形態では、電圧フォロワ１のダーリントン接続されたトランジスタの個数は３個以上であってもよく、必要とされる電流能力が大きいほど、前段のトランジスタのベースにスイッチ回路４を接続するようにすればよい。また、定電圧発生回路２を無くして、電圧ＶCC’を他の回路の電源電圧として用いても構わない。
【００３６】
本発明の第２実施形態である電源装置の回路図を図２に示す。尚、上記第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。スイッチ回路４を構成するカレントミラー回路の出力側のトランジスタ４１のコレクタが電圧フォロワ１の出力側（最終段のトランジスタ１２のエミッタ）に接続されていることが上記第１の実施形態と異なっている。
【００３７】
この構成により、電源電圧ＶCCが低下して定電圧発生回路２の演算増幅器２１の非反転入力端子（＋）の電圧が反転入力端子（−）の電圧よりも低くなると、言い換えれば、定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTが所定値よりも低くなると、減電圧圧検出回路３のトランジスタ３１０がＯＦＦからＯＮに切り替わり、スイッチ回路４を構成するカレントミラー回路のトランジスタ４２がＯＦＦからＯＮに切り替わって、電源電圧ＶCCがトランジスタ４１を介して定電圧発生回路２に供給されるので、定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTはＶCC−ＶSATとなり、上記第１実施形態に比して、電流能力は小さくなってしまうが、定電圧発生回路２から出力される電圧ＶOUTが電源電圧ＶCCの低下に伴って低下する量をさらに小さくすることができる。
【００３８】
尚、上記第２実施形態では、電圧フォロワ１のダーリントン接続されたトランジスタの個数は１個あるいは３個以上であってもよい。また、上記各実施形態では、スイッチ回路４の構成は、カレントミラー回路に限定されるものではなく、電源電圧から電流を供給する／しないを切り替えることができ、さらに、逆流を防止できるものであればよい。また、電圧フォロワ１のトランジスタの段数よりも少ない段数のダーリントン接続でトランジスタ４１を構成すれば、電流能力を増すことができる。さらに、定電圧発生回路２及び減電圧検出回路３の構成は他の構成でも構わない。
【００３９】
まとめると、上記各実施形態の電源装置によれば、負荷に供給する電源電圧ＶCC’の低下を少なくすることができるようになるので、負荷側での正常な動作を保証可能な電源電圧ＶCCの範囲を低電圧側により拡大させることができる。また、別の見方をすれば、負荷側では、例えばリセットがかかる電圧が高い一般的なマイコンを使用できるようになるなど、正常な動作が保証される動作電圧の最小値を特別に低くする必要はなくなり、コストダウンを実現することができる。
【００４０】
図３は上記電源装置をバッテリや負荷回路等を含めて示すブロック図である。同図において、８は車に搭載されたバッテリである。６は定電圧発生回路２の出力電圧ＶOUTを動作電圧として動作するマイクロコンピュータであり、例えばオーディオ機器の所定機能を制御する。７はマイクロコンピュータ以外の他の回路であり、電圧ＶOUTによって動作可能となる。５は電圧ＶCC’を動作電圧とする他のシステムである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電源装置から供給される電圧が電源電圧の低下に伴って低下する量を小さくすることができるので、負荷側での正常な動作を保証可能な電源電圧の範囲を低電圧側により拡大させることができる。また、別の見方をすれば、負荷側では、例えばリセットがかかる電圧が高い一般的なマイコンを使用できるようになるなど、正常な動作が保証される動作電圧の最小値を特別に低くする必要はなくなり、コストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である電源装置の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態である電源装置の回路図である。
【図３】本発明の電源装置をバッテリや負荷回路等を含めて示すブロック図である。
【図４】従来の電源装置の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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