(57)【要約】【課題】安価な電源回路の提供。【解決手段】ノイズ除去回路２は、バッテリー等の電源供給装置Ａを接続し、電源供給装置Ａからの入力端と電圧安定化回路１への出力端との間にトランジスタＱを備え、電源供給装置Ａから供給される入力電圧に重畳する高電圧ノイズを除去した電源電圧を電圧安定化回路１に出力する。電圧調整回路３は、ノイズ除去回路２の出力電源電圧が所定の電圧になるように電圧安定化回路１への出力端の電圧を検知してトランジスタＱのベースを制御する。電圧安定化回路１は、ノイズ除去回路２でノイズが除去された電源電圧を所定の基準電圧を元に安定化して負荷側に出力する。電圧安定化回路１は、ＩＣチップＩＣａ中に含まれ、ノイズ除去回路２に備えられるトランジスタＱは、少なくともこのＩＣチップＩＣａに含まれないように構成される。【選択図】図１
2007156641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧に重畳したノイズを除去するとともに制御信号に応答した電圧値を有する出力電圧を生成するノイズ除去回路と、
前記ノイズ除去回路の出力電圧を安定化して負荷側に出力する電圧安定化回路と、
前記入力電圧の値に対し前記ノイズ除去回路の出力電圧の値を設定するように前記制御信号を出力する電圧調整回路と、
を備えることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記ノイズ除去回路は、入力端と前記電圧安定化回路への出力端との間に第１のトランジスタを備え、
前記電圧調整回路は、前記電圧安定化回路への出力端の電圧を検知して前記所定の電圧になるように該第１のトランジスタの制御端を制御するように構成されることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記電圧安定化回路は、入力端と前記負荷側への出力端との間に第２のトランジスタを備え、前記負荷側への出力電圧が一定になるように該第２のトランジスタの制御端を制御するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の電源回路。
【請求項４】
モード入力端子を備え、
前記電圧調整回路は、該モード入力端子が第１のモードに設定される場合に動作し、該モード入力端子が第２のモードに設定される場合には動作を停止するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の電源回路。
【請求項５】
前記電圧安定化回路は、所定の半導体集積回路装置中に含まれ、前記ノイズ除去回路に備えられる前記第１のトランジスタは、少なくとも該所定の半導体集積回路装置の外部に構成されることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に係り、特に、シリーズレギュレータにおける回路構成技術に係る。
【背景技術】
【０００２】
最近の電子機器における市場の動向として、製品のコストダウンとともに、部品実装面積の縮小化に伴い、使用部品点数の削減が要求されている。そこで車載用制御装置等に一般的に使用されているシリーズレギュレータにおいても、制御回路と出力トランジスタとを同一パッケージ内に搭載するようにしている。しかしながら、電源の出力電流が大きくなると、出力トランジスタの電力損失による発熱量も大きくなり、回路素子の性能限界温度を超える恐れがあるため、温度上昇を抑制しなければならない。その対策として、コスト増とはなるが、より熱抵抗の小さいパッケージを使用する必要がある。
【０００３】
従来の典型的な電源回路は、図２に示すように、主としてノイズ除去回路２と、半導体集積回路装置（ＩＣチップ）ＩＣに内蔵される電圧安定化回路１とによって構成される。電源回路は、バッテリーや発電機等の電源供給装置（給電器）Ａから供給される入力電圧に重畳した高電圧ノイズをノイズ除去回路２によって除去し、電圧安定化回路１で安定化して電源出力ＯＵＴから図示されない負荷側に電源を供給する。以下に、それぞれの回路構成について説明する。
【０００４】
電圧安定化回路１は、安定化した電圧を出力するＭＯＳトランジスタＭ１、電源出力ＯＵＴを分圧するための抵抗Ｒ１、Ｒ２、ＭＯＳトランジスタＭ１の動作を制御する差動増幅器ＯＰ１を備える。ＭＯＳトランジスタＭ１は、ソースをバイポーラトランジスタＱのエミッタに接続し、ドレインを電源出力ＯＵＴとして抵抗Ｒ１の一端に接続し、ゲートを差動増幅器ＯＰ１の出力端子に接続する。抵抗Ｒ１の他端は、一端を接地した抵抗Ｒ２の他端と共に、差動増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に接続される。差動増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、基準電圧源ＶＲが出力する基準電圧が与えられる。なお、電源出力ＯＵＴには、通常、グランドとの間に出力電圧安定化のための高容量のコンデンサＣ１が挿入される。
【０００５】
ノイズ除去回路２は、バイポーラトランジスタＱ、バイポーラトランジスタＱのコレクタ・ベース間に挿入される抵抗Ｒ３、ベース・グランド間に挿入されるツェナーダイオードＺＤ、エミッタ・グランド間に挿入されるコンデンサＣ２を備える。また、バイポーラトランジスタＱのコレクタは、逆接続保護用のダイオードＤを介して電源供給装置Ａのプラス端子に接続される。ダイオードＤのアノードは、電源供給装置Ａに、カソードは、バイポーラトランジスタＱのコレクタに接続される。電源供給装置Ａのマイナス端子は接地されている。
【０００６】
次に、このように構成される電源回路の動作について説明する。バイポーラトランジスタＱのベース電圧は、抵抗Ｒ３、ツェナーダイオードＺＤにより制御される。ノイズ除去回路２に高電圧ノイズが印加される場合、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧以上はカットされ、結果としてバイポーラトランジスタＱのエミッタから、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧以下の電圧が出力される。
【０００７】
電圧安定化回路１では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値と基準電圧源ＶＲの電圧値とを元に、差動増幅器ＯＰ１によってＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧が制御され、ドレインから出力される電源出力ＯＵＴの電圧が入力（ソース側）電圧に関係なく一定に制御される。
【０００８】
なお、上記のような電圧安定化回路に関連する技術として、特許文献１には、基準電圧回路と、演算増幅器と、パワートランジスタと、抵抗とを含み、所定の入力電圧から所望の出力電圧に電圧値を変換するシリーズレギュレータ回路が開示されている。このシリーズレギュレータ回路は、演算増幅器の出力端子と入力端子との間にクランプ手段を接続し、パワーＭＯＳトランジスタの耐圧を超える電源電圧が印加されても、パワーＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン間の耐圧と、ソース／ゲート間の耐圧とを確保することができるものである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３４３８７４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図２におけるノイズ除去回路２は、入力電圧に重畳する高電圧ノイズを遮断する機能を持つのみであって、通常の入力電圧に対する電圧降下はほとんどなく、通常の動作時にノイズ除去回路２の入力電圧と電圧安定化回路１の電源出力ＯＵＴとの間の電圧降下分による大きな電力損失を負担することはない。例えば、ノイズ除去回路２への入力電圧が１２Ｖで、電圧安定化回路１の出力電圧を５Ｖとした場合、バイポーラトランジスタＱを介したノイズ除去回路２の出力電圧は、入力電圧に対する大きな電圧降下が無いので、ほぼ１２Ｖとなり、ＭＯＳトランジスタＭ１の電圧降下分は７Ｖとなる。したがって、電圧安定化回路１のＭＯＳトランジスタＭ１における電圧降下分が大きく、ＭＯＳトランジスタＭ１の電力損失が増大してしまう。このため、ＭＯＳトランジスタＭ１を内蔵するＩＣチップにおける発熱量が大きくなるので、ＩＣチップに熱抵抗の小さなパッケージを使用しなければならず、電源回路がコスト高となる虞があった。
【００１１】
なお、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を電圧安定化回路１の出力電圧より若干高い電圧に設定することによって電源の電圧降下分を大きくとり、ＭＯＳトランジスタＭ１の損失を小さくすることもできるが、抵抗Ｒ３、ツェナーダイオードＺＤを通して常時数ｍＡ程度の比較的大きな電流を流す必要がある。そのため、ほとんどの機能を停止させ、全回路の合計消費電流が数十μＡ〜数百μＡ程度以下となるスリープ（低消費電流）モードが必要なシステムに図２の電源回路を適用することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つのアスペクトに係る電源回路は、入力電圧に重畳したノイズを除去するとともに制御信号に応答した電圧値を有する出力電圧を生成するノイズ除去回路と、ノイズ除去回路の出力電圧を安定化して負荷側に出力する電圧安定化回路と、入力電圧の値に対しノイズ除去回路の出力電圧の値を設定するように制御信号を出力する電圧調整回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電圧安定化回路における電圧降下が減少して発熱量が抑えられる。したがって、電圧安定化回路が内蔵されるＩＣチップに熱抵抗の大きい安価なパッケージを採用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る電源回路は、ノイズ除去回路（図１の２）と電圧調整回路（図１の３）と電圧安定化回路（図１の１）とを備える。ノイズ除去回路は、バッテリー等の電源供給装置（図１のＡ）を接続し、電源供給装置からの入力端と電圧安定化回路への出力端との間にトランジスタ（図１のＱ）を備え、電源供給装置から供給される入力電圧に重畳する高電圧ノイズを除去した電源電圧を電圧安定化回路に出力する。電圧調整回路は、ノイズ除去回路の出力電源電圧が所定の電圧になるように電圧安定化回路への出力端の電圧を検知してトランジスタ（図１のＱ）の制御端を制御する。電圧安定化回路は、ノイズ除去回路でノイズが除去された電源電圧を所定の基準電圧を元に安定化して負荷側に出力する。すなわち、電圧安定化回路は、入力端と負荷側への出力端との間にトランジスタ（図１のＭ１）を備え、負荷側への出力電圧が一定になるようにトランジスタ（図１のＭ１）のゲートを制御する。
【００１５】
また、電源回路は、モード入力端子（図１のＣＴ）を備え、電圧調整回路は、モード入力端子が通常モードに設定される場合に動作し、モード入力端子がスリープ（低消費電流）モードに設定される場合には動作を停止するように構成される。
【００１６】
さらに、電圧安定化回路は、ＩＣチップ（図１のＩＣａ）中に含まれ、ノイズ除去回路に備えられるトランジスタ（図１のＱ）は、少なくともこのＩＣチップに含まれないように構成される。
【００１７】
以上のように構成される電源回路において、通常動作時には、比較的大きな負荷電流が流れるため、電圧安定化回路中のトランジスタ（図１のＭ１）には、入力電圧から出力電圧への電圧降下分による大きな電力損失が発生する。この電力損失の大部分を外付けのノイズ除去回路のトランジスタ（図１のＱ）に負担させることにより、ＩＣチップに内蔵している電源出力用のトランジスタ（図１のＭ１）の電圧降下による電力損失の負担を低減することができ、パッケージ内での発生熱を大幅に減少させることができる。したがって、ＩＣチップには、熱抵抗の大きい安価なパッケージを採用することができる。なお、高電圧ノイズ対策用のトランジスタ（図１のＱ）は、放熱対策が施され、パッケージの熱抵抗が小さく且つ比較的安価である。
【００１８】
一方、電源回路を搭載した制御装置が通常の動作を停止し必要最低限の内部状態を保持するスリープモード時には、電流消費を抑え、バッテリー等の給電寿命を延ばす目的のために、電圧調整回路の動作を停止させる。この場合は、従来方式と同様の制御方法に切り換えられ、回路の消費電流を極力小さくしている。以下、実施例に即し図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係る電源回路の回路図である。図１において、電源回路は、電圧安定化回路１、ノイズ除去回路２、電圧調整回路３を備える。図１において図２と同一の符号は、同一物を表し、その説明を省略する。
【００２０】
電圧調整回路３は、ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、差動増幅器ＯＰ２、インバータＩＮＶを備える。インバータＩＮＶは、スリープモード入力ＣＴを入力し、出力をＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに供給する。ソースが接地されたＭＯＳトランジスタＭ２のドレインは、ＭＯＳトランジスタＭ３のゲートと、抵抗Ｒ４の一端と、差動増幅器ＯＰ２の制御端とに接続される。ＭＯＳトランジスタＭ３のソースは、抵抗Ｒ４の他端と、ノイズ除去回路２のバイポーラトランジスタＱのエミッタとに接続される。ＭＯＳトランジスタＭ３のドレインは、抵抗Ｒ５を介して差動増幅器ＯＰ２の非反転入力端子と、一端が接地された抵抗Ｒ６の他端とに接続される。差動増幅器ＯＰ２の反転入力端子には、基準電圧源ＶＲが出力する基準電圧が与えられ、差動増幅器ＯＰ２の出力端子は、ソースが接地されたＭＯＳトランジスタＭ４のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＭ４のドレインは、バイポーラトランジスタＱのベースに接続される。
【００２１】
なお、電圧安定化回路１、電圧調整回路３、基準電圧源ＶＲは、半導体集積回路装置（ＩＣチップ）ＩＣａに内蔵されている。
【００２２】
以上のように構成される電源回路の動作を、（１）通常動作時と（２）スリープ（低消費電流）モード時とに分けて以下に説明する。
【００２３】
（１）通常動作時において、スリープモード入力ＣＴは、ローレベルである。スリープモード入力ＣＴがローレベルの場合、インバータＩＮＶの出力はハイレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンする。これによって、ＭＯＳトランジスタＭ３がオンとなって抵抗Ｒ５、Ｒ６に電流が流れ、また、差動増幅器ＯＰ２が動作状態となる。抵抗Ｒ５、Ｒ６の抵抗設定値と基準電圧源ＶＲの電圧値とから、差動増幅器ＯＰ２、ＭＯＳトランジスタＭ４、抵抗Ｒ３によって、バイポーラトランジスタＱのベース電圧が制御され、エミッタ側の電圧がコレクタ側の電圧に関係なく一定に制御される。尚、バイポーラトランジスタＱのエミッタ側の電圧設定値は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧より低く、且つ電圧安定化回路１の電源出力ＯＵＴの電圧より大きい値となるように、抵抗Ｒ５、Ｒ６の抵抗値を設定するものとする。
【００２４】
電圧安定化回路１では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗設定値と基準電圧源ＶＲの電圧値とから、差動増幅器ＯＰ１によってＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧が制御される。したがって、ＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン側出力電圧（電源出力ＯＵＴの電圧）が入力（ソース側）電圧に関係なく一定に保持される。さらに、上記のように電圧調整回路３が動作することで、ＭＯＳトランジスタＭ１のソース側電圧は、一定に保たれる。
【００２５】
以上のように電源回路が動作し、バイポーラトランジスタＱの電圧降下分による損失負担分が大きくなり、逆にＭＯＳトランジスタＭ１の損失負担分は、相対的に小さくなる。例えば、電源供給装置Ａからの入力電圧が１２Ｖであるノイズ除去回路２の出力電圧を７Ｖ、電圧安定化回路１の出力電圧を５Ｖとした場合、バイポーラトランジスタＱによる電圧降下分は、「入力電圧」−７Ｖ、すなわち５Ｖであり、ＭＯＳトランジスタＭ１の電圧降下分は、２Ｖとなる。
【００２６】
（２）スリープモード時において、スリープモード入力ＣＴは、ハイレベルである。スリープモード入力ＣＴがハイレベルの場合、インバータＩＮＶの出力はローレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフする。これによって、ＭＯＳトランジスタＭ３がオフとなって抵抗Ｒ５、Ｒ６に流れる電流が遮断され、且つ差動増幅器ＯＰ２が動作停止状態となる。このため差動増幅器ＯＰ２の出力は、ローレベルとなって、ＭＯＳトランジスタＭ４は、オフ状態となる。したがって、バイポーラトランジスタＱのベース電圧は、従来と同様に、抵抗Ｒ３、ツェナーダイオードＺＤによって制御される。尚、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧は、通常半導体集積回路装置ＩＣａの耐圧以下、電源供給装置Ａの最大電圧以上に設定する。この設定により高電圧ノイズが印加された場合、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧以上はカットされ、バイポーラトランジスタＱのエミッタからは、「ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧」−ＶＢＥの電圧が出力される。ただし、ＶＢＥは、バイポーラトランジスタＱのベース・エミッタ間電圧である。
【００２７】
スリープモード時においても、電圧安定化回路１では抵抗Ｒ１、Ｒ２の設定と基準電圧源ＶＲの電圧値から、差動増幅器ＯＰ１により、ＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧が制御され、ドレイン側出力電圧が入力（ソース側）電圧に関係なく一定に保持される。
【００２８】
以上のようにスリープモード時には、電圧調整回路３の動作が停止され、半導体集積回路装置ＩＣａの消費電流が低減される。この場合、ＭＯＳトランジスタＭ１がほとんどの電圧降下分の電力損失を負担することになるが、スリープモードにより負荷側の回路に流れる電流が極めて小さいため、発生する電力損失も通常動作時よりも大幅に小さくなる。ただし、スリープモード時にも基準電圧源ＶＲと電圧安定化回路１とを動作させるために、動作電流が数十μＡ程度以下になるように基準電圧源ＶＲと電圧安定化回路１の回路を構成する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
バッテリーや発電機等の不安定な入力電圧から降圧した一定電圧を車載用電子制御機器に供給する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に係る電源回路の回路図である。
【図２】従来の電源回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電圧安定化回路
２  ノイズ除去回路
３  電圧調整回路
Ａ  電源供給装置
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
ＣＴ  スリープモード入力
Ｄ  ダイオード
ＩＣａ  半導体集積回路装置
ＩＮＶ  インバータ
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  ＭＯＳトランジスタ
ＯＰ１、ＯＰ２  差動増幅器
ＯＵＴ  電源出力
Ｑ  バイポーラトランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６  抵抗
ＶＲ  基準電圧源
ＺＤ  ツェナーダイオード
【図１】
2007156641.tif 000003
【図２】
2007156641.tif 000004