(57)【要約】【課題】定電圧電源回路において、過電流としての制限電流値の許容範囲が異なる複数の仕様に対応可能とすることである。【解決手段】定電圧電源回路３０は、端子として、Ｖｃｃ端子、Ｃ−端子、Ｃ＋端子、ＣＰＯ端子、ＲＥＧＩＮ端子、ＲＥＧＯ端子を有し、内部に昇圧回路部３２、定電圧回路部３４、垂下型過電流保護回路部３６、出力電圧依存型過電流保護回路部３８を内蔵する半導体集積回路である。垂下型過電流保護回路部３６における出力電流検出は、ＣＰＯ端子とＲＥＧＩＮ端子の間に直列に接続され配置される外付抵抗２０を用いて行なわれ、出力電圧依存型過電流保護回路部３８における出力電流検出は、内蔵抵抗７６を用いて行なわれる。【選択図】図１
2012083850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力制御トランジスタの出力端子から出力される出力電流が予め定めた第１設定値を超えるときに、出力端子から出力される出力電圧の低下に依存させて、出力電流を第１設定値から低下させる出力電圧依存型過電流保護回路部と、
出力制御トランジスタの出力端子から出力される出力電流を外付抵抗によって検出し、検出された出力電流が第１設定値よりも小さい値の予め定めた第２設定値を超えるときに、出力電流を第２設定値のまま出力電圧を低下させる垂下型過電流保護回路部と、
を備えることを特徴とする定電圧電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載の定電圧電源回路において、
外付抵抗を短絡するときは出力電圧依存型過電流保護回路部のみを機能させ、
外付抵抗を短絡しないときは垂下型過電流保護回路部の機能によって出力電流を第２設定値のまま出力電圧を低下させ、出力電圧依存型過電流保護回路部の電圧・電流特性と交わる出力電圧以下では出力電圧依存型過電流保護回路部によって出力電圧の低下に依存させて出力電流を第２設定値から低下させる過電流保護機能選択手段を備えることを特徴とする定電圧電源回路。
【請求項３】
請求項２に記載の定電圧電源回路において、
出力電圧依存型過電流保護回路部は、
出力電流の大きさを検出するための内蔵抵抗と、
内蔵抵抗における電圧降下に基づく値を一方側入力端子に入力し、他方側入力端子に出力電圧に基づく値を入力して、一方側入力端子の入力値と他方側入力端子の入力値との差に基づく値をエラーフィードバック値として出力制御トランジスタの制御端子に戻すエラーアンプと、
を含むことを特徴とする定電圧電源回路。
【請求項４】
請求項３に記載の定電圧電源回路は、半導体集積回路として構成されることを特徴とする定電圧電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電圧電源回路に係り、特に過電流保護機能を有する定電圧電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリーズレギュレータを構成する定電圧電源回路の過電流保護としては、出力電流が所定の電流値以上になることを防止する電流制限回路と、出力短絡時の出力電流を制限する過電流保護回路が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、入力電圧が過電流検出用抵抗と直列トランジスタの直列回路に入力されて安定化され負荷に安定化電圧として出力される直流安定化電源回路において、過電流検出用抵抗で過電流を検出して制御用トランジスタの作用によって、出力電流が制限を超えるとその制限電流のまま出力電圧を除々に下げる垂下特性が用いられることが述べられている。また、この垂下特性では、出力短絡時において入力電圧にほぼ等しい電圧が直列トランジスタのドレイン・ソース間にかかるので、この電圧と出力電流の積で求まる損失が大で直列トランジスタの負荷が大となることから、出力電圧に依存して出力電流を段階的に小さくする「ア」の字特性または「フ」の字特性を垂下特性に代えて用いることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１５１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
定電圧電源回路に過電流保護機能を集積化することは可能であるが、ＩＣ内蔵素子のばらつきによって、過電流として制限される電流値がばらつくことが生じ得る。定電圧電源回路の用途によっては、過電流としての制限電流値をより厳しく管理したい場合がある。一方でそれほど厳格に制限電流値を管理しなくても済む用途もある。
【０００６】
このように、用途によって過電流としての制限電流値の許容範囲が異なるので、それぞれに対応するためには、用途ごとに過電流保護機能の仕様を異ならせた定電圧電源回路を揃える必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、過電流としての制限電流値の許容範囲が異なる複数の仕様に対応可能な定電圧電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る定電圧電源回路は、出力制御トランジスタの出力端子から出力される出力電流が予め定めた第１設定値を超えるときに、出力端子から出力される出力電圧の低下に依存させて、出力電流を第１設定値から低下させる出力電圧依存型過電流保護回路部と、出力制御トランジスタの出力端子から出力される出力電流を外付抵抗によって検出し、検出された出力電流が第１設定値よりも小さい値の予め定めた第２設定値を超えるときに、出力電流を第２設定値のまま出力電圧を低下させる垂下型過電流保護回路部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、定電圧電源回路は、出力電圧依存型過電流保護回路部と、外付抵抗を用いる垂下型過電流保護回路部とを共に備える。したがって、１つの定電流電源回路で、用途に応じて、高精度の外付抵抗によって過電流における制限電流値を厳格に管理する垂下型過電流保護機能を用いることもでき、外付抵抗を用いずに出力電圧依存型過電流保護機能を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路の構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路における昇圧回路部の作用の前半部分を説明する図である。
【図３】図２に引き続き、昇圧回路部の作用の前半部分を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路における定電圧回路部の構成を説明するための図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路における垂下型過電流保護回路部の構成を説明するための図である。
【図６】図５の垂下型過電流保護回路部の作用を説明するための図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路における出力電圧依存型過電流保護回路部の構成を説明するための図である。
【図８】図７の出力電圧依存型過電流保護回路部の作用を説明するための図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の定電圧電源回路において、垂下型過電流保護回路部の機能と、出力電圧依存型過電流保護回路部の機能を併用するときの作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、定電圧電源回路として、昇圧回路部を内蔵するものを説明するが、勿論、昇圧回路部を内蔵しない定電圧電源回路であってもよい。また、内蔵する昇圧回路部として容量素子を用いるチャージポンプ型の２倍昇圧のものを説明するが、昇圧比は２倍以外のものでも構わず、また昇圧方式がチャージポンプ型でなく、リアクトルを用いる磁気エネルギ利用型等であってもよい。
【００１２】
また、以下で説明する垂下型過電流保護回路部の構成と、出力電圧依存型過電流保護回路部の構成は、例示であって、これ以外の方式であっても、外付抵抗を用いる垂下型過電流保護回路部であり、外付抵抗を用いず内蔵素子のみで構成される出力電圧依存型過電流保護回路部であればよい。
【００１３】
なお、以下でスイッチング素子は、ｎチャンネル型とｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタとして説明するが、このチャンネル型は、回路構成における電位関係を適切に変更することで、例えば、ｎチャンネル型をｐチャンネル型に変更し、ｐチャンネル型をｎチャンネル型に変更することができる。また、ＭＯＳトランジスタに代えて、ＭＩＳトランジスタ等他の空間電界トランジスタを用いるものとしてもよい。また、回路構成を適切に変更することで、ｎチャンネル型とｐチャンネル型のＭＯＳトランジスタを、ｎｐｎトランジスタとｐｎｐトランジスタのバイポーラトランジスタを用いるものとすることもできる。
【００１４】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１５】
図１は、定電圧電源回路３０を用いて負荷２６に電力を供給する負荷駆動システム１０の様子を示す図である。定電圧電源回路３０は、端子として、Ｖｃｃ端子、Ｃ−端子、Ｃ＋端子、ＣＰＯ端子、ＲＥＧＩＮ端子、ＲＥＧＯ端子を有し、内部に昇圧回路部３２、定電圧回路部３４、垂下型過電流保護回路部３６、出力電圧依存型過電流保護回路部３８を内蔵する半導体集積回路である。
【００１６】
Ｖｃｃ端子に接続される蓄電装置１２は、定電圧電源回路３０において入力電源として用いられる電池であって、例えば、携帯電話等に用いられる数Ｖのバッテリである。Ｖｃｃ端子と接地との間に接続される入力側コンデンサ１４は、入力電源側の電圧または電流を平滑化する容量素子である。
【００１７】
Ｃ−端子とＣ＋端子とを用いて接続されるシフトコンデンサ１６は、昇圧回路部３２において、昇圧動作の前半において電荷を蓄積し、後半の昇圧動作において保持用コンデンサ１８に電荷を移動させるように、蓄電装置１２からの電荷を一時的に蓄積する機能を有する容量素子である。
【００１８】
昇圧回路部３２の出力端子であるＣＰＯ端子と接地との間に接続される保持用コンデンサ１８は、シフトコンデンサ１６から転送されてくる電荷を受け取る容量素子である。
【００１９】
昇圧回路部３２の出力端子であるＣＰＯ端子と、定電圧回路部３４の入力端子であるＲＥＧＩＮ端子との間に直列に接続されて配置される外付抵抗２０は、高精度の抵抗値Ｒ１を有する抵抗素子である。外付抵抗２０は、ここに流れる出力電流Ｉ0の大きさを検出するためのもので、検出された出力電流Ｉ0は、垂下型過電流保護回路部３６において利用される。外付抵抗２０の精度は、定電圧電源回路３０の仕様によって選択して設定することができる。例えば、抵抗値の精度として、±５％、あるいは±１％、あるいは±０．１％等のように設定することができる。抵抗値の精度には、電圧特性、温度特性等を含めたものとすることができる。
【００２０】
外付抵抗２０に並列に、着脱可能に取り付けられる短絡素子２２は、垂下型過電流保護回路部３６を用いる必要のない仕様の場合等に、外付抵抗２０を短絡する機能を有する部品で、具体的には金属棒、導体線等を用いることができる。上記では、外付抵抗２０に並列に短絡素子２２を設けるものとしたが、これを外付抵抗２０に代えて、短絡素子２２を用いるものとしてもよい。
【００２１】
ＲＥＧＯ端子に接続される負荷２６は、定電圧電源回路３０からの定電圧電力の供給によって動作するもので、例えば、携帯電話の発光素子等である。ＲＥＧＯ端子と接地との間に接続される出力側コンデンサ２４は、負荷側の電圧または電流を平滑化する容量素子である。
【００２２】
定電圧電源回路３０の内部の昇圧回路部３２は、容量素子とスイッチング素子を用いて、蓄電装置１２の電圧を２倍の電圧に昇圧するチャージポンプ型の昇圧回路である。昇圧された電力は、ＣＰＯ端子から出力され、ＲＥＧＩＮ端子から定電圧回路部３４に供給される。
【００２３】
昇圧機能は、４つのスイッチング素子４０，４２，４４，４６と、既に説明したシフトコンデンサ１６と保持用コンデンサ１８とを用いて実現される。シフトコンデンサ１６と保持用コンデンサ１８は、定電圧電源回路３０のＣ−端子、Ｃ＋端子、ＣＰＯ端子を用いて外付部品として接続されるので、定電圧電源回路３０の内部の昇圧回路部３２は、残りの４つのスイッチング素子４０，４２，４４，４６で構成される。
【００２４】
スイッチング素子４０は、Ｖｃｃ端子とＣ＋端子との間に直列に接続されて配置されるｐチャンネル型トランジスタである。スイッチング素子４２は、Ｃ−端子と接地との間に接続されて配置されるｎチャンネル型トランジスタである。スイッチング素子４４は、Ｖｃｃ端子とＣ−端子との間に直列に接続されて配置されるｎチャンネル型トランジスタである。スイッチング素子４６は、Ｃ＋端子とＣＰＯ端子との間に直列に接続されて配置されるｐチャンネル型トランジスタである。
【００２５】
これら４つのスイッチング素子４０，４２，４４，４６のうち、スイッチング素子４０，４２は、昇圧動作の前半工程でオンし、後半工程でオフする。また、スイッチング素子４４，４６は、昇圧動作の前半工程でオフし、後半工程でオンする。具体的には、予め定めた周期でＨレベルの電圧とＬレベルの電圧を繰り返す正転クロックとこれと反転関係にある反転クロックを用い、正転クロックのＨレベルの電圧でスイッチング素子４０，４２がオンし、反転クロックのＨレベルの電圧でスイッチング素子４４，４６がオンする。図１では、正転クロックをφ、反転クロックをφの上に横線を付したφバーでその様子を示した。
【００２６】
図２と図３は、昇圧回路部３２とシフトコンデンサ１６と保持用コンデンサ１８による昇圧動作を説明する図である。図２は昇圧動作の前半工程を示し、図３は昇圧動作の後半工程を示す図である。
【００２７】
図２は、昇圧動作の前半工程で、ここでは、正転クロックφがＨレベルの電圧で、反転クロックφバーがＬレベルの電圧である。このとき、スイッチング素子４０，４２はオンし、スイッチング素子４４，４６はオフする。したがって、蓄電装置１２からの電流は、Ｖｃｃ端子から昇圧回路部３２に入り、スイッチング素子４０を通ってＣ＋端子から外部に出て、シフトコンデンサ１６をＣ＋端子側からＣ−端子側に充電し、再びＣ−端子から昇圧回路部３２に入り、スイッチング素子４２を通って接地に流れる。
【００２８】
このように、昇圧動作の前半工程では、シフトコンデンサ１６は、蓄電装置１２によってＣ＋端子側からＣ−端子側に充電される。
【００２９】
図３は、昇圧動作の後半工程で、ここでは、前半工程に続いて、正転クロックφがＬレベルの電圧で、反転クロックφバーがＨレベルの電圧となったときである。このとき、スイッチング素子４０，４２はオフし、スイッチング素子４４，４６はオンする。したがって、蓄電装置１２からの電流は、Ｖｃｃ端子から昇圧回路部３２に入り、スイッチング素子４４を通ってＣ−端子から外部に出て、シフトコンデンサ１６をＣ−端子側からＣ＋端子側に流れ、再びＣ＋端子から昇圧回路部３２に入り、スイッチング素子４６を通ってＣＰＯ端子から外部に出て、保持用コンデンサ１８を充電する。
【００３０】
このように、昇圧動作の後半工程では、シフトコンデンサ１６に前半工程においてＣ＋端子側からＣ−端子側に充電されて蓄電された電荷が、Ｃ−端子側からＣ＋端子側に向かって保持用コンデンサ１８に移される。これによって、保持用コンデンサ１８の電圧は、蓄電装置１２の端子間電圧の２倍に昇圧された電圧となる。以上が、昇圧回路部３２とシフトコンデンサ１６と保持用コンデンサ１８による昇圧機能である。保持用コンデンサ１８に蓄積された電力は、ＲＥＧＩＮ端子から定電圧回路部３４に供給される。
【００３１】
再び図１に戻り、定電圧回路部３４は、ＲＥＧＩＮ端子から供給された供給電力の電圧を所望の一定電圧ＶAに一定化して、ＲＥＧＯ端子に出力する機能を有する定電圧化機能を有する回路である。定電圧回路部３４は、ソース端子がＲＥＧＩＮ端子に接続されるｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタである出力制御トランジスタ６０と、出力制御トランジスタ６０のドレイン端子と接地との間に直列に接続されて配置される２つの抵抗素子６２，６４と、２つの抵抗素子６２，６４の接続点を一方側入力端子の入力とし、他方側入力端子に基準電圧６６が入力され、出力端子がインタフェース部６９を介して出力制御トランジスタ６０の制御端子に接続される定電圧用エラーアンプ６８を含んで構成される。
【００３２】
なお、インタフェース部６９は、上記の定電圧用エラーアンプ６８の出力と、後述する垂下型過電流保護回路部３６の垂下型用エラーアンプ５４の出力と、出力電圧依存型過電流保護回路部３８の出力電圧依存型用エラーアンプ８０の出力について、これらが相互に干渉しないように、予め定めた優先順位、または手順でこれらの出力を出力制御トランジスタ６０の制御端子に入力するためのインタフェース回路である。優先順位、手順としては、例えば、出力制御トランジスタ６０の現在のゲート電圧に最も近いオフ側の電圧の出力から順次入力する手順とすることができる。
【００３３】
図４は、定電圧電源回路３０における定電圧回路部３４の基本要素を抜き出して示す図である。図４に示されるように、ＲＥＧＩＮ端子から供給された２倍昇圧電圧は、ＲＥＧＯＮ端子から負荷２６に供給される出力電圧Ｖ0が予め定めた一定電圧ＶAとなるように、定電圧用エラーアンプ６８によって基準電圧６６と比較される。ここで、エラーアンプとは、２つの入力端子に入力される電圧に差があるときは、その差に基づく信号を出力する差動増幅器である。
【００３４】
具体的には、出力制御トランジスタ６０のドレイン端子と接地との間の電圧である出力電圧Ｖ0を２つの抵抗素子６２，６４で適当に分割し、その分割された電圧が定電圧用エラーアンプ６８の一方側入力端子に入力され、他方側入力端子に入力される基準電圧６６と比較される。比較の結果、実際の出力電圧Ｖ0と所定の一定電圧ＶAとの間に差がある場合には、その差がエラーフィードバック値として、インタフェース部６９を介して出力制御トランジスタ６０の制御端子であるゲート端子に戻される。
【００３５】
例えば、実際の出力電圧Ｖ0が所定の一定電圧ＶAよりも高い場合には、エラーフィードバック値が出力制御トランジスタ６０をオフする方向に向かう電圧とされる。具体的には、出力制御トランジスタ６０がｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタであるので、現在のゲート電圧を例えば＋２．０Ｖとして、ゲート電圧を＋側に増加させ、＋２．１Ｖ等とする。これによって、出力制御トランジスタ６０は、オフ側の動作となり、ドレイン・ソース間電圧が大きくなり、出力電圧Ｖ0が低下して所望の一定電圧ＶAに向かう。
【００３６】
逆に、実際の出力電圧Ｖ0が所定の一定電圧ＶAよりも低い場合には、エラーフィードバック値が出力制御トランジスタ６０をオンする方向に向かう電圧とされる。上記の例で、現在のゲート電圧を例えば＋２．０Ｖとして、ゲート電圧を−側に減少させ、＋１．９Ｖ等とする。これによって、出力制御トランジスタ６０は、オン側の動作となり、ドレイン・ソース間電圧が小さくなり、出力電圧Ｖ0が上昇し、所望の一定電圧ＶAに向かう。
【００３７】
このようなフィードバック作用により、実際の出力電圧Ｖ0が所定の一定電圧ＶAより高いときは、実際の出力電圧Ｖ0が低められ、実際の出力電圧Ｖ0が所定の一定電圧ＶAより低いときは、実際の出力電圧Ｖ0が高められ、実際の出力電圧Ｖ0が所定の一定電圧ＶAと同じとなって安定する。これが、定電圧回路部３４の作用である。
【００３８】
再び図１に戻り、垂下型過電流保護回路部３６は、ＣＰＯ端子とＲＥＧＩＮ端子との間に設けられ、出力制御トランジスタ６０を流れる出力電流Ｉ0を外付抵抗２０によって検出し、検出された出力電流Ｉ0が予め定めた設定値である垂下型制限電流値ＩBを超えるときに、出力電流Ｉ0をＩBのままで出力電圧Ｖ0をゼロに向かって低下させる機能を有する過電流保護回路である。
【００３９】
図５は、定電圧電源回路３０における垂下型過電流保護回路部３６に関連する要素を抜き出して示す図である。垂下型過電流保護回路部３６は、出力電流Ｉ0が抵抗値Ｒ1の外付抵抗２０を流れることで生じる電圧降下を電圧差ΔＶとして検出する電圧差検出部５０と、この電圧差ΔＶを一方側入力端子の入力とし、他方側入力端子に基準電圧５２が入力され、出力端子がインタフェース部６９を介して出力制御トランジスタ６０の制御端子に接続される垂下型用エラーアンプ５４を含んで構成される。
【００４０】
垂下型用エラーアンプ５４の一方側入力端子に入力された電圧差ΔＶは、他方側入力端子に入力される基準電圧５２と比較される。基準電圧５２は、出力電流Ｉ0が予め定めた垂下型制限電流値ＩBに対応する値に設定される。比較の結果、基準電圧５２と実際の電圧差ΔＶとの間に差がある場合には、その差がエラーフィードバック値として、インタフェース部６９を介して出力制御トランジスタ６０の制御端子であるゲート端子に戻される。
【００４１】
基準電圧５２と実際の電圧差ΔＶとの比較により、実際の出力電流Ｉ0が垂下型制限電流値ＩBを超える場合には、エラーフィードバック値が出力制御トランジスタ６０をオフする方向に向かう電圧とされる。具体的には、出力制御トランジスタ６０の現在のゲート電圧を例えば＋２．０Ｖとして、ゲート電圧を＋側に増加させ、＋２．１Ｖ等とする。これによって、出力制御トランジスタ６０は、オフ側の動作となり、ドレイン・ソース間電圧が大きくなり、出力電圧Ｖ0が徐々に低下する。
【００４２】
なお、実際の出力電流Ｉ0が垂下型制限電流値ＩB以下の場合には、垂下型用エラーアンプ５４はエラーフィードバック値を出力しない。したがって、この場合には、定電圧回路部３４は、通常通り、定電圧用エラーアンプ６８の出力によって定電圧化が行なわれる。
【００４３】
図６は、垂下型過電流保護回路部３６の単独の作用を説明する図である。なお、定電圧電源回路３０は、出力電圧依存型過電流保護回路部３８も有するので、外付抵抗２０が用いられた状態でも、垂下型過電流保護回路部３６の作用に出力電圧依存型過電流保護回路部３８の作用が重畳される。図６は、仮に、定電圧電源回路３０に出力電圧依存型過電流保護回路部３８が設けられないとして、垂下型過電流保護回路部３６の単独の作用を説明する図である。
【００４４】
ここで、図６の横軸は出力電流Ｉ0、縦軸は出力電圧Ｖ0がとられている。定電圧電源回路３０の定電圧回路部３４の作用によって、出力電流Ｉ0の大きさに関わらず、出力電圧Ｖ0は一定電圧ＶAに維持される。出力電流Ｉ0が予め定めた垂下型制限電流値ＩBを超えると、垂下型過電流保護回路部３６の機能によって、出力電流Ｉ0を垂下型制限電流値ＩBのまま、出力電圧Ｖ0がゼロに向かって徐々に低下する。垂下型と呼ばれるのは、図６に示されるように、電圧・電流特性において、出力電圧Ｖ0が電流値一定のまま、一定電圧ＶAから垂直にゼロに向かって下降するためである。
【００４５】
再び図１に戻り、出力電圧依存型過電流保護回路部３８は、出力制御トランジスタ６０を流れる出力電流Ｉ0が予め定めた出力電圧依存型制限電流値ＩAを超えるときに、出力電圧Ｖ0の低下に依存させて、出力電流Ｉ0を出力電圧依存型制限電流値ＩAから低下させる機能を有する過電流保護回路である。
【００４６】
なお、過電流保護のための制限電流としては、この出力電圧依存型制限電流値ＩAと、既に説明した垂下型制限電流値ＩBとがあるので、これらを区別するために、出力電圧依存型制限電流値ＩAを第１設定値、垂下型制限電流値ＩBを第２設定値と呼ぶことができる。第２設定値である垂下型制限電流値ＩBは、第１設定値である出力電圧依存型制限電流値ＩAよりも小さい値に設定される。
【００４７】
図７は、定電圧電源回路３０における出力電圧依存型過電流保護回路部３８に関連する要素を抜き出して示す図である。出力電圧依存型過電流保護回路部３８は、外付抵抗２０を用いないで出力制御トランジスタ６０を流れる出力電流Ｉ0を検出するために、分流トランジスタ７０と、分流トランジスタ７０のドレイン・ソース間電圧を出力制御トランジスタ６０のドレイン・ソース間電圧に揃えるためのカレントミラートランジスタ７２とカレントミラーブロック回路７４と、内蔵抵抗７６を備える。また、出力電流Ｉ0を出力電圧依存型制限電流値ＩAに対応する基準電圧７８と比較し、また出力電圧Ｖ0と比較して、比較の結果をエラーフィードバック値として出力する出力電圧依存型用エラーアンプ８０を備える。さらに、出力電圧Ｖ0を出力電圧依存型用エラーアンプ８０の入力値に適するように調整する２つの抵抗素子８２，８４を備える。
【００４８】
分流トランジスタ７０は、出力制御トランジスタ６０と同じｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタで、そのゲート端子は出力制御トランジスタ６０のゲート端子と接続され、そのソース端子は出力制御トランジスタ６０のゲート端子と接続される。すなわち、分流トランジスタ７０と出力制御トランジスタ６０とはカレントミラーの関係で接続されている。
【００４９】
したがって、分流トランジスタ７０を流れる電流ｉ0は、出力制御トランジスタ６０を流れる出力電流Ｉ0に比例し、その比例係数は、分流トランジスタ７０と出力制御トランジスタ６０の寸法比で定まる。分流トランジスタ７０と出力制御トランジスタ６０の寸法が同じであれば、分流トランジスタ７０を流れる電流と出力制御トランジスタ６０を流れる電流が同じになる。つまり、分流トランジスタ７０を設けないときに出力制御トランジスタ６０を流れる本来の出力電流Ｉ0は、半分のＩ0／２ずつに分けられて出力制御トランジスタ６０と分流トランジスタ７０にそれぞれ流れる。このように設定すると、負荷２６に供給される出力電流が本来の出力電流Ｉ0の半分に減少することになる。
【００５０】
そこで、負荷２６に供給される出力電流が本来の出力電流Ｉ0からあまり変化しないように、分流トランジスタ７０を流れる電流ｉ0を設定することが好ましい。例えば、本来の出力電流Ｉ0の数％程度が分流トランジスタ７０を流れる電流ｉ0とすることが好ましい。例えば、これを１％程度とするには、分流トランジスタ７０の寸法を、出力制御トランジスタ６０の約１／１００の寸法とすればよい。このようにすることで、分流トランジスタ７０を設けても、出力制御トランジスタ６０を流れる電流をほぼ本来の出力電流Ｉ0に近い値とすることができる。以下では、分流トランジスタ７０を設けた場合の出力制御トランジスタ６０を流れる電流を本来の出力電流Ｉ0として説明を続ける。
【００５１】
カレントミラートランジスタ７２とカレントミラーブロック回路７４は、上記のように分流トランジスタ７０のドレイン・ソース間電圧を出力制御トランジスタ６０のドレイン・ソース間電圧に揃えるためのものである。分流トランジスタ７０の電圧・電流特性は抵抗素子のように直線特性を有していない。具体的には、ドレイン・ソース電圧が増加するに伴い、ドレイン・ソース間を流れる電流ｉは次第に飽和する特性を有する。そこで、電流ｉ0に基づいて出力電流Ｉ0を推定する精度を向上させるために、出力制御トランジスタ６０のドレイン・ソース間電圧に分流トランジスタ７０のドレイン・ソース間電圧を揃える。
【００５２】
カレントミラーブロック回路は、Ｍ１からＭ４のトランジスタで構成される。Ｍ１とＭ２はｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタで、Ｍ３とＭ４はｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタである。Ｍ１のソースは、出力制御トランジスタ６０のドレインと接続され、Ｍ１のゲートはＭ１のソースと共にＭ２のゲートと接続される。Ｍ１とＭ３、Ｍ２とＭ４とはそれぞれ直列に接続され、Ｍ３のソースとＭ４のソースは相互に接続されて接地される。また、Ｍ４のゲートはＭ４のドレインと共にＭ３のゲートと接続される。
【００５３】
カレントミラートランジスタ７２は、Ｍ１，Ｍ２と同じｐチャンネル型トランジスタで、そのソースは分流トランジスタ７０のドレインと接続される。そして、カレントミラートランジスタ７２のゲートとＭ２のゲートが接続され、またカレントミラートランジスタ７２のソースはＭ２のソースと接続される。このように、カレントミラートランジスタ７２とＭ２とはカレントミラーの関係で接続される。
【００５４】
このように、カレントミラーブロック回路７４のＭ１のソースが出力制御トランジスタ６０のドレインに接続され、Ｍ２のソースが分流トランジスタ７０のドレインに接続され、Ｍ１のゲートとＭ２のゲートが相互に接続されて、Ｍ２とカレントミラートランジスタ７２がカレントミラーの関係で接続されることから、分流トランジスタ７０のドレイン・ソース間電圧は、出力制御トランジスタ６０のドレイン・ソース間電圧と同じとなる。
【００５５】
内蔵抵抗７６は、カレントミラートランジスタ７２のドレインと接地との間に直列に接続されて配置され、分流された電流ｉ0の大きさを検出するための抵抗素子である。上記のように、分流された電流ｉ0は、出力制御トランジスタ６０を流れる出力電流Ｉ0に比例した電流であるので、内蔵抵抗７６における電圧降下は、出力電流Ｉ0の大きさに対応する検出値となる。内蔵抵抗７６における電圧降下の値は、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の一方側入力端子に入力される。
【００５６】
２つの抵抗素子８２，８４は、出力制御トランジスタ６０のドレインと接地との間に直列に接続されて配置される抵抗素子である。２つの抵抗素子８２，８４の間の接続点は、出力制御トランジスタ６０の出力電圧Ｖ0の分圧値となるが、その値は、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の他方側入力端子に入力される。
【００５７】
出力電圧依存型用エラーアンプ８０は、他方側入力端子に基準電圧７８も入力される。基準電圧７８は、出力電流Ｉ0が予め定めた出力電圧依存型制限電流値ＩAに対応する値に設定される。したがって、出力電圧依存型用エラーアンプ８０において、出力電流Ｉ0に対応する検出値である内蔵抵抗７６における電圧降下と比較される基準値は、１つは、出力電圧依存型制限電流値ＩAに対応する基準電圧７８であり、もう１つは、出力制御トランジスタ６０の出力電圧Ｖ0に対応する値である。出力電圧依存型用エラーアンプ８０においては、この２つの値のうち、小さい値が基準値として用いられる。
【００５８】
ここで、２つの基準値の関係は、出力電圧Ｖ0が一定電圧ＶAのときに、基準電圧７８と出力制御トランジスタ６０の出力電圧Ｖ0に対応する値が同じとなるように設定される。したがって、出力電圧Ｖ0が一定電圧ＶAよりも小さくなったときは、内蔵抵抗７６における電圧降下と比較される基準値としては、出力制御トランジスタ６０の出力電圧Ｖ0に対応する値が用いられる。
【００５９】
このようにして、２つの基準値のうち低い値と内蔵抵抗７６における電圧降下とが比較される。比較の結果、基準値と内蔵抵抗７６における電圧降下との間に差がある場合には、その差がエラーフィードバック値として、インタフェース部６９を介して出力制御トランジスタ６０の制御端子であるゲート端子に戻される。
【００６０】
図８は、出力電圧依存型過電流保護回路部３８の単独の作用を説明する図である。定電圧電源回路３０は、出力電圧依存型過電流保護回路部３８も有するが、外付抵抗２０に並列に短絡素子２２を接続するか、外付抵抗２０に代えて短絡素子２２を取り付けることで、定電圧電源回路３０の過電流保護の機能を、出力電圧依存型過電流保護回路部３８の機能のみとすることができる。
【００６１】
ここで、図８の横軸と縦軸には、図６と同様に、それぞれ出力電流Ｉ0、出力電圧Ｖ0がとられている。ここでも、定電圧電源回路３０の定電圧回路部３４の作用によって、出力電流Ｉ0の大きさに関わらず、出力電圧Ｖ0は一定電圧ＶAに維持される。出力電流Ｉ0が予め定めた出力電圧依存型制限電流値ＩAを超えると、基準電圧７８との比較で、出力電流Ｉ0を出力電圧依存型制限電流値ＩAのまま、出力電圧Ｖ0が一定電圧ＶAから低下する。出力電圧Ｖ0が一定電圧ＶAから低下すると、上記のように、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の基準値が、基準電圧７８から出力制御トランジスタ６０の出力電圧Ｖ0に対応する値に移る。
【００６２】
このように、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の基準値が出力電圧Ｖ0の低下によって小さくなると、これと比較される出力電流Ｉ0がそのままでは過大とされる。出力電流Ｉ0が過大であると、するエラーフィードバック値が出力電圧依存型用エラーアンプ８０から出力される。出力電流Ｉ0が過大であるとされると、出力電圧依存型用エラーアンプ８０から出力されるエラーフィードバック値は、出力制御トランジスタ６０をオフする方向に向かう電圧とされる。これによって、出力電流Ｉ0が小さくなる。また、これと共に、出力電圧Ｖ0もさらに小さくなる。
【００６３】
このように、出力電圧Ｖ0が低下すると出力電流Ｉ0が低下し、またさらに出力電圧Ｖ0が低下する。これが順次繰り返され、図８に示すように、一定電圧ＶAと出力電圧依存型制限電流値ＩAの状態から、出力電圧Ｖ0の低下と共に出力電流Ｉ0がゼロに向かって小さくなる。なお、出力電圧Ｖ0がゼロのときの出力電流Ｉ0の値ＩCは、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の２つの基準値の間の関係等を調整することで、任意に設定することができる。以上が出力電圧依存型過電流保護の機能である。我国で、過電流保護の出力電圧依存型を「フ」の字型と呼ぶのは、図８に示されるように、電圧・電流特性において、出力電圧Ｖ0と共に出力電流Ｉ0がゼロに向かって低下する様子が、カタカナの「フ」の字型に似ているためである。
【００６４】
垂下型過電流保護回路部３６の作用を説明する際に述べたように、定電圧電源回路３０は、出力電圧依存型過電流保護回路部３８も有するので、外付抵抗２０が用いられた状態でも、垂下型過電流保護回路部３６の作用に出力電圧依存型過電流保護回路部３８の作用が重畳される。図９はその様子を説明する図である。図９の横軸と縦軸には、図６、図８と同様に、それぞれ出力電流Ｉ0、出力電圧Ｖ0がとられている。
【００６５】
定電圧回路部３４で説明したように、インタフェース部６９には、定電圧用エラーアンプ６８の出力と、垂下型用エラーアンプ５４の出力と、出力電圧依存型用エラーアンプ８０の出力が入力される。そして、これらが相互に干渉しないように、予め定めた優先順位または手順に従って、これらの出力が出力制御トランジスタ６０の制御端子に入力される。
【００６６】
ここでは、まず、定電圧電源回路３０の定電圧回路部３４の作用によって、出力電流Ｉ0の大きさに関わらず、出力電圧Ｖ0は一定電圧ＶAに維持される。出力電圧依存型制限電流値ＩAは垂下型制限電流値ＩBよりも大きい値に設定されるので、ここでは、垂下型過電流保護回路部３６の機能が優先され、出力電流Ｉ0が予め定めた垂下型制限電流値ＩBを超えると、垂下型過電流保護回路部３６の機能によって、出力電流Ｉ0を垂下型制限電流値ＩBのまま、出力電圧Ｖ0がゼロに向かって徐々に低下する。
【００６７】
そして、図８で説明した出力電圧依存型過電流保護回路部３８の電圧・電流特性と交わるところまで出力電圧Ｖ0が低下すると、それ以降は、出力電圧依存型過電流保護回路部３８の機能が優先される。すなわち、その交わったところから、出力電圧依存型過電流保護回路部３８によって出力電圧Ｖ0の低下に依存して、出力電流Ｉ0が垂下型制限電流値ＩBからゼロに向かって低下する。このように、定電圧電源回路３０は、外付抵抗２０が用いられた状態において、垂下型過電流保護回路部３６の作用に電圧依存型過電流保護回路部３８の作用が重畳された特性を有する。したがって、１つの定電流電源回路で、高精度の外付抵抗によって過電流における制限電流値を厳格に管理しながら、出力電圧依存型過電流保護の機能によって、出力制御トランジスタ６０の損失を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る定電圧電源回路は、過電流保護機能について、過電流としての制限電流値をより厳しく管理したい用途にも、それほど厳格に制限電流値を管理しなくても済む用途にも利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  負荷駆動システム、１２  蓄電装置、１４  入力側コンデンサ、１６  シフトコンデンサ、１８  保持用コンデンサ、２０  外付抵抗、２２  短絡素子、２４  出力側コンデンサ、２６  負荷、３０  定電圧電源回路、３２  昇圧回路部、３４  定電圧回路部、３６  垂下型過電流保護回路部、３８  出力電圧依存型過電流保護回路部、４０，４２，４４，４６  スイッチング素子、５０  電圧差検出部、５２，６６，７８  基準電圧、５４  垂下型用エラーアンプ、６０  出力制御トランジスタ、６２，６４，８２，８４  抵抗素子、６８  定電圧用エラーアンプ、６９  インタフェース部、７０  分流トランジスタ、７２  カレントミラートランジスタ、７４  カレントミラーブロック回路、７６  内蔵抵抗、８０  出力電圧依存型用エラーアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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