(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられるドライブ電流に応じた電圧を生成し、出力電圧として出力する、出力制御素子と、
前記出力電圧に応じた参照電圧を、所定の基準電圧と一致させるように前記出力制御素子に前記ドライブ電流を与え、前記出力制御素子に所望の出力電圧を生成させる直流安定化部と、
前記参照電圧を監視し、該参照電圧の低下に伴って前記ドライブ電流を減少させる、ドライブ電流制限部と、
を備えた直流安定化電源装置であって、
前記参照電圧の下限値を所定の電圧値（「下限電圧値」）にクランプする、電圧クランプ手段と、
該クランプされた電圧の変動に対して、その変動を補正する手段と、を備えたことを特徴とする直流安定化電源装置。
【請求項２】
前記電圧クランプ手段は、
所定のクランプ基準電圧を発生させる電圧発生手段を備えており、
該クランプ基準電圧を用いて、前記クランプを行なう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】
前記参照電圧の値をシフトさせる、シフト回路を備えた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４】
前記電圧発生手段は、第１トランジスタを用いて前記クランプ基準電圧を発生させる一方、
前記電圧クランプ手段は、該クランプ基準電圧が入力されることで前記クランプを実現する第２トランジスタを有しており、
該第１トランジスタと第２トランジスタは、互いに同じ特性に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の直流安定化電源装置。
【請求項５】
前記クランプ基準電圧の大きさを変更することが可能であることを特徴とする、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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力トランジスタを駆動制御して所望の出力電圧を生成・出力するレギュレータ機能に加え、大電流あるいは大電力時に出力トランジスタを保護する、保護機能をも備えた直流安定化電源装置が数多く開示されている。このような直流安定化電源装置では、出力電圧Ｖｏとドライブ電流Ｉｄｏとの相関関係が、「フの字」特性となるようにしたものが多く存在する。かかる直流安定化電源装置では、出力電圧が低下した場合、フの字特性に従ってドライブ電流が制限される。
【０００３】
ここで従来の一般的な「フの字」特性を示すグラフを、図１２に示す。このグラフに示す通り、出力電圧が下がると、「フの字」特性に従ってドライブ電流が制限される。また以前は、出力電圧が負電圧となっている状態で電源投入される場合、ドライブ電流が０となって出力電圧を上昇させられないという課題があったが、この課題に対しては、特許文献１により改善提案がなされている。
【０００４】
かかる改善提案によれば、図１３のグラフに示すような「フの字」特性を有しており、出力電圧が負電圧であっても、電源投入時にドライブ電流が流れる。そのため、図１２で示した「フの字」特性に従って出力電圧が立ち上がり、上記課題は解消されることになる。
【特許文献１】特開２００４−３４８２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電源装置では、短絡時（Ｖｏ＝０Ｖ）での発熱量を抑えるべくドライブ電流を低減させるためには、クランプ電圧を下げる必要がある。しかしクランプ電圧を下げることにより、当該電源装置での「フの字」特性が以前の「フの字」特性と大差が無いものとなり、ひいては、小さな負電圧でドライブ電流がゼロとなるおそれがある。
【０００６】
また短絡時のドライブ電流を下げすぎると、回路素子の特性のバラツキや温度変動などによって、比較的低い負電圧（例えば−0.1Ｖ）でもドライブ電流がゼロとなるおそれがある。そのため、電源投入時等の安定的な動作の確保が難しくなることから、短絡時のドライブ電流を下げ過ぎることは好ましくないといえる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑み、出力電圧が負電圧となってもドライブ電流をできるだけ過不足無く確保することが可能となる直流安定化電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明に係る直流安定化電源装置は、与えられるドライブ電流に応じた電圧を生成し、出力電圧として出力する、出力制御素子と、前記出力電圧に応じた参照電圧を、所定の基準電圧と一致させるように前記出力制御素子に前記ドライブ電流を与え、前記出力制御素子に所望の出力電圧を生成させる直流安定化部と、前記参照電圧を監視し、該参照電圧の低下に伴って前記ドライブ電流を減少させる、ドライブ電流制限部と、を備えた直流安定化電源装置であって、前記ドライブ電流制限部は、前記参照電圧が所定の閾値電圧以下である場合に前記ドライブ電流を所定の電流値（「下限電流値」とする）に保持する、電流クランプ手段を備えた構成（第１の構成）とする。
【０００９】
本構成によれば、出力側の短絡などによる出力電圧の低下に伴って、ドライブ電流を小さくする（いわゆる「フの字」特性を実現する）ことが容易となるため、誤って過剰な電流が出力される事態を極力防ぐことが可能となる。そしてその一方で、参照電圧が所定の閾値電圧（例えば、「フの字」特性によりドライブ電流が下限電流値に達するときの電圧）以下となったときには、ドライブ電流が下限電流値に保持される。そのため、この下限電流値を過不足の無い値（電源投入時等の安定的な動作を確保できる範囲で、極力小さい値）とすることが容易となる。
【００１０】
また上記第１の構成としてより具体的には、前記参照電圧と前記閾値電圧との大小関係を検出する検出部を備えており、前記ドライブ電流制限部は、該検出の結果に基づいて、前記ドライブ電流を前記下限電流値に保持する構成（第２の構成）としてもよい。
【００１１】
また上記第２の構成において、前記ドライブ電流の大きさを検出するドライブ電流検出部と、該検出結果に基づいて、該ドライブ電流が過剰となることを防止する過電流防止部と、を備えた構成（第３の構成）としてもよい。本構成によれば、ドライブ電流が過剰となることを防止し、安定的な電力供給を実現することが容易となる。
【００１２】
また上記第３の構成において、前記ドライブ電流検出部は、前記カレントミラー回路を有しており、該カレントミラー回路により前記ドライブ電流と相関する電流（「ドライブ監視電流」とする）を得る構成（第４の構成）としてもよい。
【００１３】
本構成によれば、カレントミラー回路により、ドライブ電流と相関するドライブ監視電流を得ることができるから、このドライブ監視電流を用いて、（特に素子の特性ばらつきや温度変動に対して）精度良くドライブ電流を検出（監視）することが可能となる。
【００１４】
また上記第１の構成において、前記下限電流値を任意に変更可能とする、変更手段を備えた構成（第５の構成）としてもよい。本構成によれば、下限電流値を状況に応じて変更することが可能であるため、より汎用性のある電源装置を実現することが可能である。
【００１５】
また本発明に係る直流安定化電源装置は、与えられるドライブ電流に応じた電圧を生成し、出力電圧として出力する、出力制御素子と、前記出力電圧に応じた参照電圧を、所定の基準電圧と一致させるように前記出力制御素子に前記ドライブ電流を与え、前記出力制御素子に所望の出力電圧を生成させる直流安定化部と、前記参照電圧を監視し、該参照電圧の低下に伴って前記ドライブ電流を減少させる、ドライブ電流制限部と、を備えた直流安定化電源装置であって、前記参照電圧の下限値を所定の電圧値（「下限電圧値」）にクランプする、電圧クランプ手段と、該クランプされた電圧の変動に対して、その変動を補正する手段と、を備えた構成（第６の構成）とする。
【００１６】
本構成によれば、例えば「フの字」特性を実現するために、参照電圧が低下する程ドライブ電流も低下させるように設定されている電源装置において、参照電圧が下限電圧値を下回らないようにすることが可能であるから、ドライブ電流がゼロとなることを防止することができる。なお下限電圧値が適切に設定されることで、ドライブ電流の下限値を所望の値とすることが容易である。また、クランプされた電圧の変動に対して、その変動を補正する手段を設けているから、より精度の良い電源装置が実現される。
【００１７】
また上記第６の構成としてより具体的には、前記電圧クランプ手段は、所定のクランプ基準電圧を発生させる電圧発生手段を備えており、該クランプ基準電圧を用いて、前記クランプを行なう構成（第７の構成）としてもよい。また上記第６の構成において、前記参照電圧の値をシフトさせる、シフト回路を備えた構成（第８の構成）としてもよい。
【００１８】
また上記第７の構成において、前記電圧発生手段は、第１トランジスタを用いて前記クランプ基準電圧を発生させる一方、前記電圧クランプ手段は、該クランプ基準電圧が入力されることで前記クランプを実現する第２トランジスタを有しており、該第１トランジスタと第２トランジスタは、互いに同じ特性に設定されている構成（第９の構成）としてもよい。
【００１９】
本構成によれば、例えば本実施例におけるトランジスタＴＲ８２やＴＲ８５のように、（第１）トランジスタを用いることでクランプ基準電圧を容易に発生させることができ、また（第２）トランジスタを用いることでクランプの実現が容易となる。そして更にこれらのトランジスタは、互いに同じ特性に設定されているため、素子の性能のばらつきや温度特性シフトを打ち消し合わせることが容易となり、より精度の高い電源装置が実現可能となる。
【００２０】
また上記第７の構成において、前記クランプ基準電圧の大きさを変更することが可能である構成（第１０の構成）としてもよい。本構成によれば、状況に応じてクランプ基準電圧の大きさを適切に変更することにより、より汎用性の高い電源装置が実現される。
【００２１】
また上記第４の構成において、一端に前記ドライブ監視電流が入力され、他端が接地されている可変抵抗部を備えており、前記過電流防止部は、該一端側で生じた電圧を利用して、前記ドライブ電流が過剰となることを防止する構成（第１１の構成）としてもよい。
【００２２】
本構成によれば、ドライブ電流の検出レベル（過電流と判定するレベル）を、可変抵抗部における抵抗値を変更することにより調整可能となる。そのため、より汎用性の高い電源装置を実現することが可能となる。
【００２３】
また上記第１１の構成としてより具体的には、前記可変抵抗部は、前記一端と他端との間に、複数個の抵抗素子が、互いに並列となるように設けられており、該抵抗素子の各々は、トリミングが可能である構成（第１２の構成）としてもよい。
【００２４】
また本発明に係る直流安定化電源装置は、与えられるドライブ電流に応じた電圧を生成し、出力電圧として出力する、出力制御素子と、前記出力電圧に応じた参照電圧を、所定の基準電圧と一致させるように前記出力制御素子に前記ドライブ電流を与え、前記出力制御素子に所望の出力電圧を生成させる直流安定化部と、前記参照電圧を監視し、該参照電圧の低下に伴って前記ドライブ電流を減少させる、ドライブ電流制限部と、を備えた直流安定化電源装置であって、前記ドライブ電流と前記出力電圧との関係においては、前記出力電圧が所定電圧以上である場合は、該出力電圧の低下に伴って該ドライブ電流が減少する「フの字」特性を示す一方、前記出力電圧が該所定電圧より小さい場合は、該出力電圧の値に関わらず、該ドライブ電流は一定に保持される構成（第１３の構成）としてもよい。
【００２５】
本構成によれば、出力側の短絡などによる出力電圧の低下に伴ってドライブ電流が小さくなる「フの字」特性が実現され、誤って過剰な電流が出力される事態を極力防ぐことが可能となる。そしてその一方で、参照電圧が所定電圧より小さくなったときには、ドライブ電流が一定に保持される。そのため、この一定の値を、電源投入時等の安定的な動作を確保できる範囲で、極力小さい値とすることが可能である。
【発明の効果】
【００２６】
上述の通り、本発明に係る直流安定化電源装置によれば、出力側の短絡などによる出力電圧の低下に伴って、ドライブ電流を小さくする（いわゆる「フの字」特性を実現する）ことが容易となるため、誤って過剰な電流が出力される事態を極力防ぐことが可能となる。そしてその一方で、参照電圧が所定の閾値電圧（例えば、「フの字」特性によりドライブ電流が下限電流値に達するときの電圧）以下となったときには、ドライブ電流が下限電流値に保持される。そのため、この下限電流値を過不足の無い値（電源投入時等の安定的な動作を確保できる範囲で、極力小さい値）とすることが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施形態について、実施例１から実施例３の各々を挙げて、以下に説明する。
【００２８】
［実施例１］
実施例１として、図１に示す構成の直流安定化電源装置（以下、単に「電源装置」と称する）を挙げて説明する。図１に示すように電源装置１は、エラーアンプ１１、ドライブ回路１２、短絡検出回路１３、ドライブ電流制限回路１４、出力トランジスタＰＴＲ、出力端子Ｐｏ、および抵抗（Ｒ１、Ｒ２）などを備えている。
【００２９】
エラーアンプ１１の非反転入力端子の電圧は、基準電圧Ｖｓｔに保持されており、反転入力端子は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に接続されている。エラーアンプ１１の出力端子は、ドライブ回路１２の入力側に接続されている。これによりエラーアンプ１１は、基準電圧Ｖｓｔと参照電圧Ｖａ（抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間の電圧）の比較結果に応じた電圧を出力する。またエラーアンプ１１は、ドライブ電流制限回路１４から後述する電流Ｉｃが入力されることにより、出力が制限されるようになっている。
【００３０】
またドライブ回路１２は、エラーアンプ１１の出力に応じた電流（ドライブ電流Ｉｏ）を出力トランジスタＰＴＲのベースに出力する。これにより、エラーアンプ１１の出力がＯＮである場合に、出力トランジスタＰＴＲをＯＮ状態とする。またドライブ回路１２は、ドライブ電流Ｉｏと相関する（所定の比で定まる）電流（ドライブ監視電流Ｉａ）を、ドライブ電流制限回路１４に出力するようになっている。
【００３１】
また出力トランジスタＰＴＲは、ＮＰＮ型のパワートランジスタにより構成されているとともに、コレクタは電源ＶＣＣに接続されており、同じくエミッタは、出力端子Ｐｏと抵抗Ｒ１の一端との接続点に接続されている。また抵抗Ｒ１の他端は抵抗Ｒ２の一端に接続されており、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。なお出力トランジスタＰＴＲに接続される電源ＶＣＣは、回路電源と共用されるものでも良く、別個のものであっても良い。
【００３２】
短絡検出回路１３は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に接続されていることにより、参照電圧Ｖａ（出力電圧Ｖｏが、これらの抵抗で分圧されたもの）が入力され、参照電圧Ｖａが０Ｖ以下となっているか否かを検出する。そしてこの検出結果に応じた電流Ｉｂをドライブ電流制限回路１４に出力する。これにより、例えば電源装置１の出力側が、短絡の発生等により負電圧となったことを検出し、これをドライブ電流制限回路１４に伝える役割を果たす。
【００３３】
ドライブ電流制限回路１４は、先述したドライブ監視電流Ｉａが入力され、これに基づいて、ドライブ回路１２から出力トランジスタＰＴＲに出力される電流（ドライブ電流Ｉｏ）が所定の閾値を超えないように制限する（過電流防止機能）。これにより、出力端子Ｐｏから過電流が出力されることを防止する。
【００３４】
またドライブ電流制限回路１４は、電源装置１の出力側が何らかの原因で短絡する等により出力電圧Ｖｏが低下した場合に、いわゆる「フの字」特性を示すように、ドライブ電流Ｉａを制限する（短絡保護機能）。そしてまた、短絡検出回路１３の検出結果に基づいて（参照電圧Ｖａが負電圧となっていると場合には）、ドライブ電流がある一定値（下限電流値）となるように制御する。なおこの下限電流値は、例えばスイッチ手段などを用いて、任意に変更可能とされていることが望ましい。
【００３５】
以上の構成により電源装置１は、通常状態において、参照電圧Ｖａが基準電圧Ｖｓｔに等しくなるように制御される。そのため、回路定数が適切に設定されることにより、出力端子Ｐｏから所望の電力を安定的に出力することが可能となっている。
【００３６】
またその一方で、出力電圧Ｖｏとドライブ電流Ｉｏとの関係は、図２に示すようになっている。つまり、ドライブ電流制限回路１４などの作用によって、従来の電源装置のように「フの字」特性を有するものとなっており、出力側の短絡時に大電流が流れることを防止するものとなっている。ただし従来の「フの字」特性では、出力電圧Ｖｏが所定値以下の負電圧となった場合にドライブ電流Ｉｏがゼロとなってしまうが、本実施例の場合は、ドライブ電流制限回路１４の作用によって、出力電圧Ｖｏが大きな負電圧となってもドライブ電流Ｉｏが一定値（本実施例では、出力電圧Ｖｏが０Ｖのときの電流値である、短絡電流値）に維持されるようになっている。
【００３７】
そのため電源装置１によれば、出力端子Ｐｏに大きい負電圧が印加された状態で、電源の投入や動作の復帰がなされたとしても、図２に示す特性に従ったドライブ電流で出力トランジスタＰＴＲを駆動させることが可能となっている。
【００３８】
上述した構成の電源装置１における、ドライブ回路１２、短絡検出回路１３、およびドライブ電流制限回路１４は、種々の回路構成によって実現可能であるが、具体的な回路構成の一例について、図３を参照しながら以下に説明する。
【００３９】
図３に示すように、ドライブ回路１２は、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ６２〜ＴＲ６４）などを備えている。そしてトランジスタ（ＴＲ６２〜ＴＲ６４）の各エミッタは電源ＶＣＣに接続されている。またトランジスタ（ＴＲ６２〜ＴＲ６４）の各ベースは、エラーアンプ１１の出力端子およびトランジスタＴＲ６２のコレクタに接続されている。またトランジスタＴＲ６３のコレクタはドライブ電流制限回路１４に接続され、トランジスタＴＲ６４のコレクタは出力トランジスタＰＴＲに接続されている。
【００４０】
これによりドライブ回路１２は、特にトランジスタＴＲ６４の作用によって、エラーアンプ１１の出力に応じた電流を出力トランジスタＰＴＲに出力する。またトランジスタ（ＴＲ６２〜ＴＲ６４）の各々は、カレントミラー回路を形成している。そのため、ドライブ電流Ｉｏ（トランジスタＴＲ６４のコレクタ電流）の所定の比となる電流であるドライブ監視電流Ｉａ（トランジスタＴＲ６３のコレクタ電流）を、ドライブ電流制限回路１４に出力する。
【００４１】
このドライブ監視電流Ｉａは、ドライブ電流制限回路１４において、ドライブ電流の大きさを監視するため等に用いられる。また上述のように、ドライブ監視電流Ｉａは、ドライブ電流Ｉｏを出力するトランジスタＴＲ６４と共にカレントミラー回路を構成している、トランジスタＴＲ６３により得られるものとなっている。そのためドライブ監視電流Ｉａによれば、回路素子の特性ばらつきや温度変動が存在しても、ドライブ電流Ｉｏを精度良く監視することが可能となっている。
【００４２】
また短絡検出回路１３は、定電流源（４１、４２）、ＮＰＮトランジスタＴＲ５１、ＰＮＰトランジスタＴＲ５２、抵抗Ｒ５１などを備えている。そしてトランジスタＴＲ５１のコレクタは、定電流源４１とドライブ電流制限回路１４に接続され、同じくベースは、トランジスタＴＲ５２のエミッタに接続され、同じくエミッタは、抵抗Ｒ５１を介して接地されている。またトランジスタＴＲ５２のエミッタは、定電流源４２に接続され、同じくベースは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間に接続され、同じくコレクタは、接地されている。
【００４３】
かかる構成により短絡検出回路１３は、参照電圧Ｖａが０Ｖ以上である場合には、トランジスタＴＲ５１はＯＮ状態となり、トランジスタＴＲ５１が流す電流はある所定値（例えばＶａ／Ｒ５１で定まるもの）となる。そして、定電流源４１が流す電流は、このトランジスタＴＲ５１の流す電流と等しくなるように設定されている。そのため、トランジスタＴＲ５１のコレクタ側からドライブ電流制限回路１４に出力される電流Ｉｂは概ねゼロとなり、ドライブ電流Ｉｏには何も影響を与えない。
【００４４】
一方、短絡時（参照電圧Ｖａが０Ｖ以下となった時）では、トランジスタＴＲ５１のベース電位が下がり、トランジスタＴＲ５１がＯＦＦ状態となる。これにより、定電流源４１に係る電流が、先述した電流Ｉｂとしてドライブ電流制限回路１４に出力される。つまり短絡検出回路１３は、参照電圧Ｖａが０Ｖ以下となったことを検出し、電流Ｉｂを通じてドライブ電流制限回路１４に伝える役割を果たす。つまり本回路は、参照電圧Ｖａと閾値電圧（０Ｖ）との大小関係を検出するものとなっている。
【００４５】
ドライブ電流制限回路１４は、ＮＰＮトランジスタＴＲ６１、および可変抵抗Ｒ６１などを備えている。トランジスタＴＲ６１のコレクタは、エラーアンプ１１に接続されており、同じくベースは、可変抵抗Ｒ６１の一旦に接続されており、同じくエミッタは、接地されている。なおトランジスタＴＲ６１のベースは、トランジスタＴＲ６３のコレクタおよびトランジスタＴＲ５１のコレクタにも接続されている。また可変抵抗Ｒ６１の他端は接地されている。
【００４６】
かかる構成によりドライブ電流制限回路１４は、ドライブ回路１２および短絡検出回路１３から出力される電流Ｉａおよび電流Ｉｂの状態に応じた電流Ｉｃを、エラーアンプ１１に出力し（エラーアンプから引き込み）、ドライブ電流を制限する役割を果たす。なお本回路の動作電圧は１ＶＢＥ（ベース−エミッタ間電圧）＋Ｖｃｅ（サチュレーション電圧）であるため、低電圧動作用に適する。
【００４７】
ドライブ電流制限回路１４は、通常動作時において、ドライブ監視電流ＩａがトランジスタＴＲ６１のベース側に入力される。そのため、トランジスタＴＲ６１のベース電圧は、ドライブ電流Ｉｏの上昇とともに上昇することとなり、トランジスタＴＲ６１がＯＮすることで電流Ｉｃを出力し、ドライブ電流の制限を実現する。つまり、トランジスタＴＲ６３より供給されるドライブ監視電流Ｉａ、つまり、抵抗Ｒ６１で発生する電圧がＴＲ６１のＶｂｅ（ベース−エミッタ電圧で、およそ０．７Ｖ）となる電流は、Ｖｂｅ／Ｒ６１で制限される。例えば、ドライブ監視電流Ｉａとドライブ電流Ｉｏの関係が、１：５０、抵抗Ｒ６１が７ｋΩとすると、ドライブ電流Ｉｏは５ｍＡで制限されることになる。このように本回路は、ドライブ電流の大きさを検出し、その検出結果に基づいてドライブ電流が過剰となることを防止している。
【００４８】
また参照電圧Ｖａが０Ｖ以下となったとき（電源装置１の出力側の短絡時）には、短絡検出回路１３の作用により、所定の電流ＩｂがトランジスタＴＲ６１のベース側に入力される。その結果ドライブ監視電流Ｉａは、Ｖｂｅ／Ｒ６１−Ｉｂとなり、Ｉｂを９５ｕＡとすると、Ｉｃはおよそ０．２５ｍＡとなる。このようにして、ドライブ電流Ｉｏは所定の下限電流値に設定されることになる。つまり本回路は、短絡検出回路１３の検出結果に基づいて、ドライブ電流を下限電流値に保持する役割を果たす。
【００４９】
以上に説明した通りであるため、図３に示した回路構成によれば、回路定数が適切に設定されることにより図１に示した電源装置１を実現することが可能である。なお短絡検出回路１３に関して、定電流源４１の電流と通常動作時のトランジスタＴＲ５１のコレクタ電流を精度良く合わせることが困難な場合、トランジスタＴＲ５１のコレクタ電流が定電流源４１の電流より大きくなることが考えられる。
【００５０】
この場合、トランジスタＴＲ５１のコレクタ電流と定電流源４１の電流の差分だけ、可変抵抗Ｒ６１に流れるドライブ監視電流Ｉａを引き込むことになる為、ドライブ電流の制限レベルが上昇することになる。このことを防止する為には、トランジスタＴＲ５１のコレクタと可変抵抗Ｒ６１との間にダイオードを直列に接続することで、ドライブ電流制限回路１４から短絡検出回路１３に電流が逆流することを防止すればよい。
【００５１】
なお抵抗Ｒ６１が可変抵抗となっていることにより、この抵抗値を調整することで、電流Ｉｂのばらつきを低減することが可能である。可変抵抗を実現する手段としては種々の態様が考えられるが、例えば上流側と下流側の間に、複数の抵抗素子を互い並列に接続させておき、かかる抵抗素子の何れかをトリミングできるようにしておくことで実現可能である。
【００５２】
ここで先述したドライブ電流制限回路１４の別の構成態様について、図４を参照しながら説明する。
【００５３】
図４に示す通り、本構成のドライブ電流制限回路１４は、ＮＰＮトランジスタ（ＴＲ７１、ＴＲ７２）、および抵抗（Ｒ７１〜Ｒ７３）などを備えている。そして、トランジスタＴＲ７１のベースは、抵抗Ｒ７１の一端と抵抗Ｒ７２の一端に接続されており、同じくエミッタは接地されている。またトランジスタＴＲ７２のベースとコレクタは、抵抗Ｒ７１の他端に接続されており、同じくエミッタは抵抗Ｒ７２の他端と抵抗Ｒ７３の一端に接続されている。また抵抗Ｒ７３の他端は接地されている。
【００５４】
またトランジスタＴＲ７２のエミッタ、抵抗Ｒ７２、および抵抗Ｒ７３の各々が接続されている箇所には、先述したドライブ監視電流Ｉａが入力されるようになっている。またトランジスタＴＲ７２のベースとコレクタ、および抵抗Ｒ７１の各々が接続されている箇所には、先述した電流Ｉｂが入力されるようになっている。またトランジスタＴＲ７１のコレクタが出力する（引き込む）電流が、先述の電流Ｉｃに相当する。このように、電流Ｉｂは、抵抗Ｒ７２を介してトランジスタＴＲ７１のベースに入力されると同時に、トランジスタＴＲ７２のベースとコレクタショートのダイオードのアノードにも、入力される。
【００５５】
かかる構成のドライブ電流制限回路１４によれば、通常時においては、図３に示すドライブ電流制限回路１４とほぼ同等の動作が行われる。しかし電源装置１の出力側の短絡時には短絡検出回路１３から電流Ｉｂが入力され、ドライブ電流を制限する役割を果たすトランジスタＴＲ７１のベース電位は、トランジスタＴＲ７２のベース−エミッタ間電圧をＶｂｅ７２（およそ０．７Ｖ）として、
Ｖｂｅ７２×｛Ｒ７２／（Ｒ７１＋Ｒ７２）｝＋（Ｉａ＋Ｉｂ）×Ｒ７３
となる。この電圧がトランジスタＴＲ７１がＯＮする電圧（およそ０．７Ｖ）となる電流Ｉｂで、ドライブ電流Ｉｏが制限される。
【００５６】
ここで先述同様、ドライブ監視電流Ｉａとドライブ電流Ｉｏの関係が１：５０、抵抗Ｒ７３が７ｋΩとする場合、ドライブ電流Ｉｏは５ｍＡで制限されることになる。また短絡時は、抵抗Ｒ７１を１０ｋΩ、抵抗Ｒ７２を９０ｋΩ、Ｉｂを５ｕＡとした場合、ドライブ電流Ｉｏはおよそ０．２５ｍＡとなる。
【００５７】
図４に示すドライブ電流制限回路１４によれば、図３に示すものに比べて、電流Ｉｂのばらつきに対するドライブ電流Ｉｏの変動を小さく抑えることが可能となっている。例えば、図３に示すものの場合は、電流Ｉｂが５％大きくなると、ドライブ電流Ｉｏが０．２５ｍＡから０．１２５ｍＡに変動するのに対し、図４に示すものの場合は、電流Ｉｂが５％大きくなっても、ドライブ電流Ｉｏは０．２５ｍＡから０．２３８ｍＡに変動するに過ぎない。
【００５８】
なお温度変動が生じると、出力トランジスタＰＴＲの特性（特にＨｆｅ）も変化し、出力トランジスタＰＴＲを流れる電流も変動する。そのため電源装置１の出力側の短絡時に、出力トランジスタＰＴＲに流れる電流がこのＨｆｅの変化に伴って変動するおそれがある。そこでこの出力トランジスタＰＴＲの温度特性変化による電流変化を補正する機能を設けておくことが望ましい。この機能を実現する手法としては、例えば、短絡時のドライブ電流を決める回路素子（例えば定電流源の何れか）の温度特性と、出力トランジスタＰＴＲの温度特性とが、互いに打ち消しあうように設定しておけばよい。このようにすれば、電源装置１を、温度変動に対して安定した特性を持つ直流安定化電源とすることが可能である。
【００５９】
また出力トランジスタＰＴＲを駆動制御する場合、ドライブ電流で出力トランジスタＰＴＲの電流を監視している。また温度変動による出力トランジスタＰＴＲのＨｆｅの変化に伴って、出力トランジスタＰＴＲの電流は変動する。よって、出力短絡時の出力トランジスタＰＴＲに流れる電流も、このＨｆｅの変化に伴って変動する。そこで、短絡時のドライブ電流を決める定電流源の温度特性の調整を通じて、出力トランジスタの温度特性を補正することで、温度変動に対して安定した特性を持つ電源装置とすることが可能である。
【００６０】
なお、ドライブ監視電流Ｉｂとドライブ電流Ｉｏの比がばらついてドライブ電流Ｉｏがばらついた場合、電流Ｉｂが可変抵抗Ｒ６１と同様に調整されなければ、短絡電流が大きく変動することになる。例えば、図３の回路の場合では、可変抵抗Ｒ６１が５％調整されると短絡電流は０．２５ｍＡから０．１２ｍＡとなり、１０％調整されると短絡電流は０となってしまう。このため、本実施例の本来の利点である電源装置１の出力側が負電圧である状態からの立上げが困難となる。
【００６１】
一方、図４の回路によれば、抵抗Ｒ７３を可変抵抗とした場合、この抵抗が５％調整されると短絡電流は０．２５ｍＡから０．２２６ｍＡとなり、１０％調整されても、０．２０５ｍＡとなって０にはならない。このように、可変抵抗の調整を行なっても短絡電流を０とせず、ひいては出力電圧Ｖｏを負電圧状態から立ち上げることが容易となる。
【００６２】
［実施例２］
次に本発明の実施例２について説明する。なお実施例２は、短絡検出回路１３およびドライブ電流制限回路１４の部分等を除いては、基本的に実施例１と同等であるため、重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施例では、短絡検出回路１３の代わりに、クランプ回路１５が設けられており、出力電圧Ｖｏが異常に低下しても、参照電圧Ｖａが所定の下限電圧値を下回らないようにクランプされるようになっている。ここでクランプ回路１５およびドライブ電流制限回路１４の構成図を、図５に示す。本図に示すように短絡検出回路１５は、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ８３、ＴＲ８４）、ＮＰＮトランジスタＴＲ８２、定電流源８２、および抵抗Ｒ８２などを備えている。
【００６４】
トランジスタＴＲ８３とＴＲ８４は、エミッタ同士およびベース同士が接続されており、カレントミラーを形成している。またトランジスタＴＲ８３のコレクタは、トランジスタＴＲ８３のベースとトランジスタＴＲ８２のコレクタに接続されている。トランジスタＴＲ８２のベースは、トランジスタＴＲ８４のコレクタ、定電流源８２の下流側、および抵抗Ｒ８２の一端の各々に接続されている。抵抗Ｒ８２の他端は接地されている。またトランジスタＴＲ８２のエミッタは、抵抗Ｒ１とＲ２の間、および比較器８５の反転入力端子に接続されている。
【００６５】
なお、定電流源８２と抵抗Ｒ８２は、所定のクランプ基準電圧Ｖclpを生成するクランプ基準電圧回路１８（電圧発生手段）を構成しており、トランジスタＴＲ８３とＴＲ８４は、クランプ電圧補正回路１９を構成している。
【００６６】
一方、ドライブ電流制限回路１４は、比較器８５、ＮＰＮトランジスタＴＲ８１、および抵抗Ｒ８１などを備えている。トランジスタＴＲ８１のコレクタは、エラーアンプ１１に先述した電流Ｉｃを出力する（あるいは、電流Ｉｃを引き込む）。またトランジスタＴＲ８１のベースは比較器８５の出力端子に接続されており、エミッタは接地されている。また比較器８５の非反転入力端子は、一端が接地されている抵抗Ｒ８１の他端に接続されており、同じく反転入力端子は抵抗Ｒ１とＲ２の間に接続されている。これにより、比較器８５の反転入力端子には先述した電流Ｉｂが入力され、比較器８５の非反転入力端子と抵抗Ｒ８１との接続点には、先述したドライブ監視電流Ｉａが流れ込むようになっている。
【００６７】
以上の構成により、参照電圧Ｖａが比較器８５の反転入力端子に与えられ、ドライブ監視電流Ｉａと抵抗Ｒ８１（ドライブ監視抵抗）で生成される電圧が非反転入力端子に与えられる。そして比較器８５の出力がトランジスタＴＲ８１のベースに入力されることで、ＴＲ８１はＯＮし、先述のドライブ電流Ｉｏを制限する機能を果たす。つまり、比較器８５の出力がＨｉの時にＴＲ８１をＯＮさせてドライブ電流を制限する。
【００６８】
また更にカレントミラーを構成しているトランジスタＴＲ８３とＴＲ８４は、トランジスタＴＲ８２のコレクタ電流を、クランプ基準電圧回路１８にフィードバックしている。これによりクランプ回路１５は、クランプ基準電圧ＶclpからトランジスタＴＲ８２のベース−エミッタ間電圧だけ低下した電圧に、参照電圧Ｖａをクランプする機能を果たす。なお当該クランプする機能は、参照電圧Ｖａが所定以上に低下しない場合には動作しないように設定されている。
【００６９】
よってドライブ電流制限回路１４は、ドライブ電流に比例するドライブ監視電流Ｉａと抵抗Ｒ８１との積が参照電圧Ｖａより大きくなると、比較器８５の出力側に接続されたトランジスタＴＲ８１をＯＮさせてドライブ電流を制限する。つまり、参照電圧Ｖａの電圧とドライブ監視電流Ｉａの関係は、Ｉａ＝Ｖａ／Ｒ８１となり、ドライブ監視電流Ｉ８１はこの関係式に従って制限される。
【００７０】
一方、電源装置１の出力側が短絡すると、これに伴って参照電圧Ｖａが低下する。このとき、上記関係式（Ｉａ＝Ｖａ／Ｒ８１）に従って、ドライブ電流Ｉａが絞られることになる。ここで電源装置１の出力側が負電圧まで低下した場合には、これに伴って参照電圧Ｖａも低下しようとする。しかし、クランプ回路１５のクランプ機能により、クランプ基準電圧ＶclpからＴＲ８２のベース−エミッタ間電圧だけ下がった電圧に、参照電圧Ｖａがクランプされることになる。
【００７１】
ここで、電源装置１の出力側が０Ｖよりも低くなると、トランジスタＴＲ８２のベース−エミッタ間電圧が大きくなり、ＴＲ８２に電流が増加する。そのため、ベース−エミッタ間電圧は緩やかに大きくなるため、参照電圧Ｖａは緩やかに０Ｖ近づく。ここで、クランプ補正回路１９により、トランジスタＴＲ８２の電流をクランプ基準電圧回路１８にフィードバックする事で、トランジスタＴＲ８２のベース−エミッタ間電圧の増加分ΔＶbe（ＶＴ×Ｌｎ（ΔＩＣ））（ただし、ＶＴ＝ｋＴ／ｑとする）だけクランプ基準電圧Ｖclpを調整し、参照電圧Ｖａを補正することが出来る。
【００７２】
このようにクランプ補正回路を設けて参照電圧Ｖａの補正を行わせることで、図６に示すように、出力電圧Ｖｏが負電圧となっても、ドライブ電流Ｉｏが０となることを回避させることができる。なお図６においては、本実施例の回路を用いた場合の曲線を実線で、従来のクランプ補正を行わない場合の曲線を破線で示している。本図からも分かるように、本実施例では、クランプ補正を行わない場合に比べて、出力電圧Ｖｏが０Ｖであるときの短絡電流も小さくすることが可能となっている。
【００７３】
ここで、上述したクランプ基準電圧回路１８の別の構成例を図７に示す。本図に示すように、当該クランプ基準電圧回路１８は、定電流源８２とＮＰＮトランジスタＴＲ８５を備えている。そしてトランジスタＴＲ８５のコレクタは定電流源８２の下流に接続されており、ベースはコレクタに接続されており、エミッタは接地されている。またトランジスタＴＲ８５のコレクタが、トランジスタＴＲ８２のベースに接続されている。なおトランジスタＴＲ８５（第１トランジスタ）としては、トランジスタＴＲ８２（第２トランジスタ）と同特性のものが適用されている。
【００７４】
本構成のクランプ基準電圧回路１８によれば、クランプ基準電圧Ｖclpを、抵抗Ｒ８２と定電流源８２によって生成する代わりに、トランジスタＴＲ８５と定電流源８２によって生成するようになっている。そのため、トランジスタＴＲ８５とトランジスタＴＲ８２で生ずる、素子の性能バラツキや温度特性シフトをキャンセルする（打ち消し合わせる）ことが可能となる。
【００７５】
また上述したクランプ基準電圧回路１８の、さらに別の構成例を図８に示す。本図に示すように、当該クランプ基準電圧回路１８は、定電流源８２と抵抗Ｒ８３とＮＰＮトランジスタＴＲ８６を備えている。そして抵抗Ｒ８３は、一端が定電流源８２の下流に接続されており、他端がトランジスタＴＲ８６のコレクタに接続されている。またトランジスタＴＲ８６のベースは、定電流言８２と抵抗Ｒ８３の間に接続されており、エミッタは接地されている。そしてトランジスタＴＲ８６のコレクタと抵抗Ｒ８３との間は、トランジスタＴＲ８２のベースに接続されている。
【００７６】
本構成のクランプ基準電圧回路１８によれば、クランプレベルの微調整を行うために抵抗Ｒ８３が、トランジスタＴＲ８６のコレクタとベースの間に挿入されており、クランプ電圧を下げる微調整が実現されている。つまり、適切な抵抗Ｒ８３が採用されることにより、クランプ基準電圧Ｖclpを所望の値とすることが可能となっている。ここで、本構成を採用した場合の「フの字」特性を示すグラフを図９に示す。なお本図において、実線は微調整後の特性を、破線は微調整前の特性を表している。
【００７７】
本図に示す通り、抵抗Ｒ８３が挿入されてクランプレベルが下げられることにより、電源装置１の出力側の短絡時におけるドライブ電流を小さくすることが可能となっている。なお、逆にクランプレベルを上げたい場合には、トランジスタＴＲ８６のコレクタ−ベース間をショートさせ、トランジスタＴＲ８６（ダイオードと見ることできる）と定電流源８２との間に抵抗８３を挿入し、抵抗Ｒ８３と定電流源８２との接続点における電圧を、クランプ基準電圧Ｖclpとすることにより、そのような調整が可能となる。
【００７８】
［実施例３］
次に本発明の実施例３について説明する。なお実施例３は、クランプ回路１５およびドライブ電流制限回路１４の構成内容を除いては、基本的に実施例２と同等であるため、重複する説明は省略する。
【００７９】
本実施例に係るクランプ回路１５およびドライブ電流制限回路１４の構成図を、図１０に示す。本図に示すようにクランプ回路１５は、クランプ電圧補正回路１９、クランプ基準電圧回路１８、レベルシフト回路２０、およびＮＰＮトランジスタ１３６などを備えている。
【００８０】
クランプ電圧補正回路１９は、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ１３４、ＴＲ１３５）を有しており、それぞれのエミッタとベースは接続されている。またトランジスタＴＲ１３４のコレクタは、レベルシフト回路２０のトランジスタＴＲ１３３のエミッタに接続され、トランジスタＴＲ１３５のコレクタは、トランジスタＴＲ１３５のベースとＮＰＮトランジスタＴＲ１３６のコレクタに接続されている。
【００８１】
またクランプ基準電圧回路１８は、定電流源１３４とＮＰＮトランジスタ１３７を有しており、定電流源１３４の下流側は、トランジスタＴＲ１３７のコレクタとベースおよびトランジスタＴＲ１３６のベースに接続されている。トランジスタＴＲ１３７のエミッタは接地されている。なおトランジスタＴＲ１３６のエミッタは、抵抗Ｒ１とＲ２の間に接続されている。
【００８２】
またレベルシフト回路２０は、定電流源（１３２、１３３）、ＰＮＰトランジスタ（ＴＲ１３２、ＴＲ１３３）を有している。トランジスタＴＲ１３２のエミッタは定電流源１３２の下流側および比較器８５の非反転入力端子に接続されており、コレクタは接地されている。またトランジスタＴＲ１３２のベースは、一端が接地されている抵抗Ｒ１３１の他端に接続されている。またトランジスタＴＲ１３３のエミッタは、定電流源１３３の下流側に接続されており、ベースは抵抗Ｒ１とＲ２の間に接続されており、コレクタは接地されている。
【００８３】
一方、ドライブ電流制限回路１４は、比較器８５、ＮＰＮトランジスタＴＲ８１、および抵抗Ｒ８１などを備えている。トランジスタＴＲ８１のコレクタは、エラーアンプ１１に先述した電流Ｉｃを出力する（あるいは、電流Ｉｃを引き込む）。またトランジスタＴＲ８１のベースは比較器８５の出力端子に接続されており、エミッタは接地されている。また比較器８５の非反転入力端子は、トランジスタＴＲ１３２のエミッタに接続されており、同じく反転入力端子はトランジスタＴＲ１３３のエミッタに接続されている。また抵抗Ｒ８１は、一端が接地されているとともに他端がトランジスタＴＲ１３２のベースに接続されており、この接続点には、先述したドライブ監視電流Ｉａが流れるようになっている。
【００８４】
以上のように本実施例では、実施例２に係る構成に対して、比較器８５の前段にレベルシフト回路２０が加えられた構成となっており、これによりクランプ電圧補正回路１９によるクランプ電圧の補正手法（対象）が異なるものとなっている。具体的には、実施例２ではクランプ回路１９へのフィードバックにより、クランプするトランジスタのベース−エミッタ間電圧を補正していたのに対して、本実施例では、レベルシフト回路２０におけるトランジスタＴＲ１３３を通じて補正を行なうものとなっている。またレベルシフト回路２０は、参照電圧Ｖａの大きさをシフトするものと見ることもできる。
【００８５】
実施例２の構成による補正手法では、必要な回路を必要最小限の素子で構成することが可能であるが、正帰還でのフィードバックを行なっているために、やや動作が不安定となるおそれがある。例えば、電源ＯＦＦ時に正帰還でのフィードバックがなされるため、ループ内のトランジスタのリーク電流を増幅してしまうおそれがある。しかし本実施例による補正手法ではフィードフォワードとなるため、回路を構成するための素子が僅かに増えるものの、動作が不安定となる問題が改善されることになる。
【００８６】
また本実施例の構成においては、トランジスタＴＲ１３３の特性（サイズ等）や定電流源１３３の出力電流を調整することにより、電源装置１の出力側の短絡時におけるドライブ電流Ｉｏの値（０Ａを基準とした、短絡電流のオフセット量）を調整することが可能である。このように調整される場合の「フの字」特性を表すグラフ（実線が調整後、破線が調整前を表す）を、図１１に示す。なおこの場合の調整量は、ＶＴ×Ｌｎ（ｎ）（ただし、ｎは自然数、ＶＴ＝ｋＴ／ｑとする）となる。このようにオフセット量の微調整が可能であり、抵抗を使用するものに比べてバラツキが低減できるものとなっている。
【００８７】
［まとめ］
従来の「フの字」特性を有する直流安定化電源装置においては、例えば出力電圧が比較的大きな負電圧となった場合には、装置の立上げ等が難しい場合があった。そこで以上までの実施形態に示したように、参照電圧（あるいは出力電圧自体）が一定以上低下したことを検出した場合には、ドライブ電流を、装置の立上げ等に支障を来たさない程度の値（下限電流値）に強制的に設定する（電流をクランプする）手法などにより、この問題を解決し得る。
【００８８】
また以上に本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の実施態様をとることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、直流安定化電源装置などの分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１における、電源装置１の構成概略図である。
【図２】本発明の実施例１における、ドライブ電流と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１における、電源装置１の構成図である。
【図４】ドライブ電流制限回路１４の別の構成図である。
【図５】本発明の実施例２における、電源装置１の構成図である。
【図６】本発明の実施例２における、ドライブ電流と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図７】クランプ基準電圧回路１８の別の構成図である。
【図８】クランプ基準電圧回路１８の更に別の構成図である。
【図９】本発明の実施例２における、ドライブ電流と出力電圧の関係を示す別のグラフである。
【図１０】本発明の実施例３における、電源装置１の構成図である。
【図１１】本発明の実施例３における、ドライブ電流と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図１２】従来の電源装置における「フの字」特性を示すグラフである。
【図１３】従来の電源装置における「フの字」特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１    直流安定化電源装置
１１    エラーアンプ
１２    ドライブ回路
１３    短絡検出回路
１４    ドライブ電流制限回路
１５    クランプ回路
１８    クランプ基準電圧回路
１９    クランプ電圧補正回路
２０    レベルシフト回路
ＰＴＲ    出力トランジスタ
Ｖｓｔ    基準電圧
Ｖａ      参照電圧
Ｖｏ      出力電圧
ＶＣＣ    電源
Ｉｏ      ドライブ電流
Ｉａ      ドライブ監視電流
【図１】
0004411340.tif 000002
【図２】
0004411340.tif 000003
【図３】
0004411340.tif 000004
【図４】
0004411340.tif 000005
【図５】
0004411340.tif 000006
【図６】
0004411340.tif 000007
【図７】
0004411340.tif 000008
【図８】
0004411340.tif 000009
【図９】
0004411340.tif 000010
【図１０】
0004411340.tif 000011
【図１１】
0004411340.tif 000012
【図１２】
0004411340.tif 000013
【図１３】
0004411340.tif 000014