(57)【要約】  簡易な構成で出力電圧に応じて制限電流を変化させることができる過電流保護回路を提供する。  電源装置１００は、基準電圧に基づいて出力電圧を一定に調節するレギュレータ１０と、過電流保護回路２０を備える。レギュレータ１０は、出力トランジスタ１４、誤差増幅器１２、抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む一般的な３端子レギュレータである。過電流保護回路２０は、第１トランジスタＭ１によって出力電流Ｉｏｕｔを検出し、可変抵抗器Ｒｖａｒにより電圧に変換する。電圧比較器２４は、この電圧と制限電流に対応するしきい値電圧Ｖｔｈと比較することにより過電流状態を検出する。電流調整回路２６は、過電流状態が検出されるとレギュレータ１０の駆動能力を低下させ、回路を保護する。可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値は出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて設定され、出力電圧に応じて制限電流の値が変更される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象となる回路の出力電流に対応した電流と所定の基準電流とをそれぞれ電圧に変換して比較し、前記出力電流に対応した電流の方が大きいときに前記保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめ、かつ前記基準電流を、前記保護対象となる回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに低く設定することを特徴とする回路の保護方法。
【請求項２】
保護対象となる回路の出力電流に対応する検出電流を生成する電流生成回路と、
一端の電位が固定され、前記電流生成回路により生成される検出電流の経路上に設けられた可変抵抗回路と、
前記可変抵抗回路による降下電圧が所定の基準電圧より大きいとき前記保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめる補助回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は、前記保護対象となる回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成されることを特徴とする保護回路。
【請求項３】
前記可変抵抗回路は、前記保護対象となる回路の出力電流が所定の値を超えた後、前記出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成されることを特徴とする請求項２に記載の保護回路。
【請求項４】
前記補助回路は、制御端子に前記可変抵抗回路による降下電圧が印加されたトランジスタを備え、前記可変抵抗回路による降下電圧が前記トランジスタのしきい値電圧より大きくなり、該トランジスタがオンしたときに前記保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめることを特徴とする請求項２に記載の保護回路。
【請求項５】
前記可変抵抗回路は、
直列に接続された第１、第２の抵抗と、
前記第２の抵抗と並列に接続され、制御端子に前記保護対象となる回路の出力電圧に対応する電圧が印加されたバイパストランジスタと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の保護回路。
【請求項６】
出力トランジスタを含むレギュレータ回路と、
前記出力トランジスタに流れる電流が過電流状態であることを検出し、前記出力トランジスタの駆動能力を落とす保護回路と、
を備え、前記保護回路は、
前記出力トランジスタに並列に設けられ、前記レギュレータ回路の出力電流に対応する検出電流を生成する第１トランジスタと、
一端の電位が固定され、前記第１トランジスタにより生成される前記検出電流の経路上に設けられた可変抵抗回路と、
前記可変抵抗回路による降下電圧が所定の基準電圧より大きいとき、前記出力トランジスタの制御端子の電圧をその駆動能力が低下する方向に強制的に変化せしめる補助回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は、前記レギュレータ回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成されることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
前記レギュレータ回路は、
入力端子と出力端子との間に設けられた出力トランジスタと、
前記出力端子に現れる出力電圧が所望の電圧値に近づくよう前記出力トランジスタの制御端子の電圧を調節する誤差増幅器と、
を含み、
前記補助回路は、一端が前記出力トランジスタの制御端子に接続され、前記可変抵抗回路による降下電圧がしきい値電圧を超えたときオンして前記出力トランジスタの制御端子の電圧を強制的に変化せしめる第２トランジスタを含むことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１トランジスタと前記可変抵抗回路との間に接続されたｐｎｐ型バイポーラトランジスタと、
前記ｐｎｐバイポーラトランジスタのベース端子と、前記入力端子との間に接続されたｎｐｎ型バイポーラトランジスタと、
をさらに備え、前記ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベース端子には前記出力電圧が印加されることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
前記電源装置は、１つの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の電源装置。
【請求項１０】
電池と、
前記電池の電圧を安定化して負荷回路に供給する請求項６から８のいずれかに記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護回路に関し、特に回路の過電流保護技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を安定化させるレギュレータなどにおいては、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｃｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、バイポーラパワートランジスタなどが出力トランジスタとして設けられている。これらのトランジスタは、最大許容電流として、通常の動作時に流れる電流値に対して十分なマージンを持つよう設計されている。【０００３】
ところが、このように十分な設計マージンを持つよう設計した場合においても、出力負荷回路が短絡した場合などにおいては、最大許容電流を超す大きな過電流が出力トランジスタに流れ、その信頼性に影響を及ぼすという問題があった。また、出力トランジスタの最大許容電流以下であっても、レギュレータに接続される負荷回路を保護するために、電流制限をしたい場合があった。【０００４】
そこで従来においては、過電流からトランジスタを保護し、あるいは、負荷回路に流れる電流を制限するために、レギュレータに電流制限機能をもった保護回路を設けていた（特許文献１、特許文献２参照）。【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１９６８３０号公報
【特許文献２】特開平２−１０９１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、出力トランジスタに流れる出力電流が保護回路によって制限電流Ｉｌｉｍに制限されているとすると、出力トランジスタで消費される電力Ｐは、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔを用いて、Ｐ＝（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）×Ｉｌｉｍなる関係式で与えられる。いま、入力電圧Ｖｉｎが一定で、過負荷時あるいは短絡時に出力電圧Ｖｏｕｔが低くなると出力トランジスタで消費される電力Ｐは増大する。消費された電力Ｐは熱となり、回路の信頼性に影響を及ぼす場合があるため、消費電力Ｐは低減することが望ましい。レギュレータの出力電流Ｉｏｕｔと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を、特許文献１の図３や、特許文献２の図３に示されるような関係とした場合、上記関係式に従い、出力電圧Ｖｏｕｔの低下とともに、出力トランジスタでの電力消費は増加することになる。
そこで、特許文献１の図４や、特許文献２の図１に示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔに応じてその制限電流を変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔが低くなると、それに合わせて制限電流Ｉｌｉｍも低く設定することが望ましい。【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で出力電圧に応じて制限電流を変化させることができる過電流保護回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は回路の保護方法に関する。この保護方法は、保護対象となる回路の出力電流に対応した電流と所定の基準電流とをそれぞれ電圧に変換して比較し、出力電流に対応した電流の方が大きいときに保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめ、かつ基準電流を、保護対象となる回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに低く設定する。【０００９】
この態様によれば、保護対象となる回路の出力電圧が低いときに、出力電流を減らすことができるため、過負荷時または短絡時において、保護対象となる回路における消費電力を好適に低減するとともに、負荷回路を保護することができる。【００１０】
本発明の別の態様は、保護回路に関する。この保護回路は、保護対象となる回路の出力電流に対応する検出電流を生成する電流生成回路と、一端の電位が固定され、電流生成回路により生成される検出電流の経路上に設けられた可変抵抗回路と、可変抵抗回路による降下電圧が所定の基準電圧より大きいとき保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめる補助回路と、を備える。可変抵抗回路は、保護対象となる回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成される。【００１１】
この保護回路は、出力電流に対応する検出電流を、可変抵抗回路に流すことにより電圧に変換し、制限電流に対応する所定の基準電圧と比較を行い、過電流状態を検出する。ここで、「出力電流に対応」する電流とは、出力電流と相関を持った電流を意味し、出力電流と検出電流が比例する場合などが含まれる。
この態様によれば、電流を電圧に変換する可変抵抗回路の抵抗値を変化させることにより、その降下電圧が変化し、基準電圧との関係が相対的に変化するため、制限電流の値を出力電圧に応じて変化させることができる。その結果、保護対象となる回路の出力電圧が低いときに、出力電流を減らすことができ、過負荷時または短絡時において、保護対象となる回路の消費電力を好適に低減することができる。【００１２】
可変抵抗回路は、保護対象となる回路の出力電流が所定の値を超えた後、出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成されてもよい。
保護対象となる回路の出力電圧が立ち上がる以前に、制限電流の値を低く設定したくない場合等においては、出力電流が所定の値を超えるのを待って、その後出力電圧が所定の電圧より低くなったときに、制限電流の値を低く設定してもよい。【００１３】
補助回路は、制御端子に前記可変抵抗回路による降下電圧が印加されたトランジスタを備え、可変抵抗回路による降下電圧がトランジスタのしきい値電圧より大きくなり、該トランジスタがオンしたときに保護対象となる回路の駆動能力を低下せしめてもよい。
「トランジスタの制御端子」とは、ＭＯＳＦＥＴにおいてはゲート端子を、バイポーラトランジスタにおいてはベース端子を意味する。トランジスタのゲートソース間、あるいはベースエミッタ間に可変抵抗回路による降下電圧を印加し、トランジスタの立ち上がりのしきい値電圧を基準電圧に対応させることで、出力電流と制限電流の大小関係を比較することができる。【００１４】
可変抵抗回路は、直列に接続された第１、第２の抵抗と、第２の抵抗と並列に接続され、制御端子に保護対象となる回路の出力電圧に対応する電圧が印加されたバイパストランジスタと、を備えてもよい。
バイパストランジスタがオフのときは、第１、第２の抵抗が直列に接続されているため、抵抗値が大きいのに対して、バイパストランジスタがオンすることにより第２の抵抗はバイパスされ、可変抵抗回路の抵抗値は小さくなる。【００１５】
本発明の別の態様は、電源装置に関する。この電源装置は、出力トランジスタを含むレギュレータ回路と、出力トランジスタに流れる電流が過電流状態であることを検出し、出力トランジスタの駆動能力を落とす保護回路と、を備える。保護回路は、出力トランジスタに並列に設けられ、レギュレータ回路の出力電流に対応する検出電流を生成する第１トランジスタと、一端の電位が固定され、第１トランジスタにより生成される検出電流の経路上に設けられた可変抵抗回路と、可変抵抗回路による降下電圧が所定の基準電圧より大きいとき、出力トランジスタの制御端子の電圧をその駆動能力が低下する方向に強制的に変化せしめる補助回路と、を備える。可変抵抗回路は、レギュレータ回路の出力電圧が所定の電圧より低いときに高抵抗となるよう構成される。【００１６】
この態様によれば、保護回路により過電流状態が検出されたとき、レギュレータ回路の出力トランジスタのゲートソース間電圧、あるいはベースエミッタ間電圧を強制的に小さくすることにより、出力トランジスタの駆動能力を落とし、電源装置の保護を図ることができる。【００１７】
レギュレータ回路は、入力端子と出力端子との間に設けられた出力トランジスタと、出力端子に現れる出力電圧が所望の電圧値に近づくよう出力トランジスタの制御端子の電圧を調節する誤差増幅器と、を含み、補助回路は、一端が出力トランジスタの制御端子に接続され、可変抵抗回路による降下電圧がしきい値電圧を超えたときオンして出力トランジスタの制御端子の電圧を強制的に変化せしめる第２トランジスタを含んでもよい。【００１８】
この態様によれば、過電流状態が検出されたとき、レギュレータ回路の出力トランジスタのゲートソース間、あるいはベースエミッタ間に設けられた第２トランジスタをオンすることにより、ゲートソース間電圧またはベースエミッタ間電圧を短絡し、出力トランジスタの駆動能力を落とし、電源装置の保護を図ることができる。【００１９】
電源装置は、第１トランジスタと可変抵抗回路との間に接続されたｐｎｐ型バイポーラトランジスタと、このｐｎｐバイポーラトランジスタのベース端子と入力端子との間に設けられたｎｐｎ型バイポーラトランジスタと、をさらに備え、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベース端子には前記出力電圧が印加されてもよい。
２つのバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧はほぼ等しいため、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタのエミッタ端子は、出力電圧に近い値で固定される。その結果、第１トランジスタと出力トランジスタは、３端子すべてに、ほぼ等しい電圧が印加されることになるため、第１トランジスタは、正確に出力トランジスタに流れる電流を検出することができる。【００２０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る過電流の保護方法、保護回路により、出力電圧に応じて制限電流を変化することができ、負荷回路および保護対象となる回路を好適に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、出力電圧と可変抵抗値、制限電流、出力電流の関係を示す図である。
【図３】図２（ｃ）に示した電流制限を行うための電源装置の構成を示す回路図である。
【図４】図３の電源装置の変形例を示す図である。
【図５】図３の電源装置の別の変形例を示す図である。
【図６】図１の電源装置を搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｒ１  第１抵抗、  Ｒ２  第２抵抗、  Ｍ１  第１トランジスタ、  Ｒｖａｒ  可変抵抗器、  １０  レギュレータ、  １２  誤差増幅器、  １４  出力トランジスタ、  １６  基準電圧源、  ２０  過電流保護回路、  ２２  しきい値電圧源、  ２４  電圧比較器、  ２６  電流調整回路、  ５０  負荷回路、  １００  電源装置、  １０２  入力端子、  １０４  出力端子、  ３００  電子機器、  ３１０  電池、  Ｖｉｎ  入力電圧、  Ｖｏｕｔ  出力電圧、  Ｖｒｅｆ  基準電圧、  Ｖｔｈ  しきい値電圧、  Ｉｏｕｔ  出力電流。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置１００を示す回路図である。以降の図において、同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
この電源装置１００は、基準電圧に基づいて出力電圧を一定に調節するレギュレータ１０と、過電流保護回路２０を備える。この過電流保護回路２０によって、レギュレータ１０の過電流状態が検出され、過負荷時あるいは負荷短絡時に、その駆動能力が落とされる。【００２５】
電源装置１００は、１つの半導体基板上に集積化されており、入力端子１０２、出力端子１０４を備える。それぞれの端子に印加され、または現れる電圧を入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔという。この電源装置１００の出力端子１０４には負荷回路５０が接続されており、出力端子１０４を介して負荷回路５０に流れる電流を出力電流Ｉｏｕｔという。【００２６】
レギュレータ１０は、誤差増幅器１２、出力トランジスタ１４、基準電圧源１６、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２を含む一般的な３端子レギュレータであって、基準電圧源１６により生成された基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて出力端子１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保つ。以下の説明において、電圧信号、電流信号あるいは抵抗などに付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値あるいは抵抗値を表すものとして用いることとする。【００２７】
誤差増幅器１２の反転入力端子には基準電圧源１６により生成された基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。また非反転入力端子には、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２によって抵抗分割されＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍された出力電圧Ｖｏｕｔが帰還入力されている。【００２８】
出力トランジスタ１４はＰ型ＭＯＳＦＥＴであって、ソース端子が電源装置１００の入力端子１０２となっており、ドレイン端子が電源装置１００の出力端子１０４となっている。また、ゲート端子は制御端子に相当し、誤差増幅器１２の出力と接続されている。
誤差増幅器１２は非反転入力端子と反転入力端子に入力された電圧が等しくなるように出力トランジスタ１４のゲート電圧を調節する。従って、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２が成り立つように安定化される。【００２９】
過電流保護回路２０は、第１トランジスタＭ１、可変抵抗器Ｒｖａｒ、しきい値電圧源２２、電圧比較器２４、電流調整回路２６を含む。過電流保護回路２０は、出力電流Ｉｏｕｔが、所定の制限電流Ｉｌｉｍに達すると、レギュレータ１０の駆動能力を低下させ、回路を保護する。【００３０】
第１トランジスタＭ１は、レギュレータ１０の出力トランジスタ１４と、ゲート電圧およびソース電圧が共通となるように並列に設けられ、その電流能力は出力トランジスタ１４よりも低く設定される。第１トランジスタＭ１に流れる検出電流Ｉ１は、出力トランジスタ１４および第１トランジスタＭ１のサイズ比に依存し、第１トランジスタＭ１と出力トランジスタ１４のサイズ比をＳ１とすれば、検出電流Ｉ１と出力電流Ｉｏｕｔには、Ｉ１＝Ｉｏｕｔ／Ｓ１の関係が成り立つ。つまり、この第１トランジスタＭ１は、出力電流Ｉｏｕｔに対応する検出電流Ｉ１を生成する機能を持つ。【００３１】
可変抵抗器Ｒｖａｒは、第１トランジスタＭ１のドレイン端子と接地端子との間に設けられており、検出電流Ｉ１を電圧に変換する。可変抵抗器Ｒｖａｒにおける降下電圧、すなわち可変抵抗器Ｒｖａｒに現れる検出電圧Ｖｘは、出力トランジスタ１４に流れる出力電流Ｉｏｕｔが電圧に変換された値と考えられる。検出電圧Ｖｘと出力電流Ｉｏｕｔは、Ｖｘ＝Ｉ１×Ｒｖａｒ＝Ｉｏｕｔ／Ｓ１×Ｒｖａｒの関係が成り立つ。【００３２】
しきい値電圧源２２は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する。このしきい値電圧Ｖｔｈは、検出電圧Ｖｘと比較される電圧であるから、過電流保護回路２０における制限電流Ｉｌｉｍを決定する電圧に相当する。Ｖｔｈ＜Ｖｘのとき過電流状態と判断されるから、しきい値電圧Ｖｔｈと制限電流ＩｌｉｍにはＶｔｈ＝Ｉｌｉｍ／Ｓ１×Ｒｖａｒの関係が成り立っている。【００３３】
電圧比較器２４の非反転入力端子には、検出電圧Ｖｘが入力され、反転入力端子には、しきい値電圧Ｖｔｈが入力されている。この電圧比較器２４は、出力電流Ｉｏｕｔに対応する検出電圧Ｖｘと、過電流保護回路２０の制限電流Ｉｌｉｍに対応するしきい値電圧Ｖｔｈを比較し、Ｖｘ＞Ｖｔｈのとき、過電流状態であると判断する。【００３４】
電流調整回路２６は、電圧比較器２４においてＶｘ＞Ｖｔｈとなり、過電流状態と判断されるとレギュレータ１０の駆動能力を低下させる機能を持つ。レギュレータ１０の駆動能力は、出力トランジスタ１４のゲートソース間電圧Ｖｇｓに依存し、駆動能力を低下させるためには、ゲートソース間電圧Ｖｇｓを小さくする必要がある。そこで、電流調整回路２６は、過電流状態のとき、出力トランジスタ１４のゲート電圧を強制的に上昇させることにより保護対象であるレギュレータ１０の駆動能力、すなわち出力電流を低下させて、回路保護を実現する。【００３５】
ここで、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値は、出力電圧Ｖｏｕｔに依存して決定される。
制限電流Ｉｌｉｍは、Ｉｌｉｍ＝Ｓ１×Ｖｔｈ／Ｒｖａｒで与えられるため、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値を変化させることで制限電流Ｉｌｉｍを変化させることができる。【００３６】
図２（ａ）は、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値と、出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示される関係が成り立つときの、出力電圧Ｖｏｕｔと制限電流Ｉｌｉｍの関係を示す。図２（ｃ）はこのときの出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔの関係を示す。通常動作時においては、出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆを用いて、（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｒｅｆの値に安定化されている。出力電流ＩｏｕｔがＩｌｉｍ２に達すると、出力トランジスタ１４のゲート電圧が強制的に持ち上げられて電流制限がかかることになり、図２（ｃ）のような、いわゆるフの字特性を示すことになる。
いま、過負荷時や負荷短絡時に、レギュレータ１０が一定の出力電圧Ｖｏｕｔを維持できず、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔより低くなると、出力電流Ｉｏｕｔは、制限電流Ｉｌｉｍ１で制限されることになり、出力トランジスタ１４での消費電力が低減される。【００３７】
図３は、図２（ｃ）に示した電流制限を行うための過電流保護回路２０を詳細に示した電源装置１００の構成を示す。
この電源装置１００において、過電流保護回路２０は、第１トランジスタＭ１、可変抵抗器Ｒｖａｒ、第３トランジスタＭ３、第４トランジスタＭ４、第５抵抗Ｒ５を含む。【００３８】
可変抵抗器Ｒｖａｒは、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４、バイパストランジスタＭ２を含む。バイパストランジスタＭ２のゲート端子にはレギュレータ１０の出力端子１０４が接続されており、出力電圧Ｖｏｕｔが印加されている。
出力電圧ＶｏｕｔがバイパストランジスタＭ２のゲートしきい値電圧Ｖｔ２より大きいとき、バイパストランジスタＭ２はオンし、第４抵抗Ｒ４はバイパスされるため、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値は略Ｒ３となる。出力電圧Ｖｏｕｔが低く、Ｖｏｕｔ＜Ｖｔ２のとき、バイパストランジスタＭ２はオフし、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値はＲ３＋Ｒ４と高く設定される。このようにして、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値に、図２（ａ）に示すような出力電圧依存性を持たせることができる。図２（ａ）において、Ｒｖａｒ１＝Ｒ３＋Ｒ４、Ｒｖａｒ２＝Ｒ３である。また、バイパストランジスタＭ２のゲートしきい値電圧Ｖｔ２は、図２におけるＶｔとなる。【００３９】
第３トランジスタＭ３のゲート端子には、可変抵抗器Ｒｖａｒにおける降下電圧に相当する電圧Ｖｘが印加されている。この第３トランジスタＭ３のゲートしきい値電圧をＶｔ３とすると、Ｖｘ＞Ｖｔ３のとき、第３トランジスタＭ３はオンし、Ｖｘ＜Ｖｔ３のとき第３トランジスタはオフする。すなわち、図３の電源装置１００では、第３トランジスタＭ３のオンオフに対応して過電流状態の検出を行っており、第３トランジスタＭ３は図１における電圧比較器２４の機能を果たす。また、ゲートしきい値電圧Ｖｔ３は、図１におけるしきい値電圧Ｖｔｈに相当する。【００４０】
可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値が、Ｒ３またはＲ３＋Ｒ４のときの制限電流Ｉｌｉｍの値は以下のようにして求めることができる。可変抵抗器Ｒｖａｒにおける降下電圧Ｖｘは、出力電流Ｉｏｕｔを用いて、Ｖｘ＝Ｉｏｕｔ／Ｓ１×Ｒｖａｒで与えられ、この降下電圧Ｖｘが第３トランジスタＭ３のゲートしきい値電圧Ｖｔ３と等しいときの出力電流Ｉｏｕｔが制限電流Ｉｌｉｍであるから、Ｖｔ３＝Ｉｌｉｍ／Ｓ１×Ｒｖａｒより、Ｉｌｉｍ＝Ｖｔ３×Ｓ１／Ｒｖａｒとなる。従って、Ｒｖａｒ＝Ｒ３＋Ｒ４のとき、Ｉｌｉｍ１＝Ｖｔ３×Ｓ１／（Ｒ３＋Ｒ４）となる。また、Ｒｖａｒ＝Ｒ３のとき、Ｉｌｉｍ２＝Ｖｔ３×Ｓ１／Ｒ３となる。従って、図２（ｂ）における制限電流の値Ｉｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２の値は、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４の抵抗値により調節することができる。【００４１】
可変抵抗器Ｒｖａｒの降下電圧Ｖｘが上昇し、第３トランジスタＭ３がオンすると、第５抵抗Ｒ５に電流が流れる。第５抵抗Ｒ５での降下電圧が第４トランジスタＭ４のゲートしきい値電圧Ｖｔ４より大きくなると、第４トランジスタＭ４はオンし、ソースドレイン間の電圧がほぼ等しくなるため、出力トランジスタ１４のゲート電圧は、入力電圧Ｖｉｎとほぼ等しくなり、出力トランジスタ１４の駆動能力が低下する。すなわち、第４トランジスタＭ４および第５抵抗Ｒ５は、図１における電流調整回路２６の機能を果たしている。【００４２】
以上のように構成された図３に示す電源装置１００においては、可変抵抗Ｒ３の抵抗値が図２（ａ）に示すような出力電圧依存性をもつ。また、図２（ｂ）におけるしきい値Ｖｔは、バイパストランジスタＭ２のゲートしきい値電圧Ｖｔ２に相当し、Ｖｏｕｔ＜Ｖｔ２のとき出力電流の値はＩｌｉｍ１で制限され、Ｖｏｕｔ＞Ｖｔ２のときＩｌｉｍ２で制限されることになり、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた過電流保護を適切に実現することができる。【００４３】
図４は、図３に示す電源装置１００の変形例を示す。過電流保護回路２０は、図３の構成要素に加えて、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱ１と、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＱ２を備える。このバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２は、第１トランジスタＭ１により、正確に出力電流Ｉｏｕｔに対応する検出電流Ｉ１を生成するために設けられている。【００４４】
理想的なＭＯＳＦＥＴの電流電圧特性（Ｉｄｓ−Ｖｄｓ特性）では、飽和領域におけるドレイン電流Ｉｄｓは、ドレインソース間電圧Ｖｄｓに依存せず一定値をとるが、実際のＭＯＳＦＥＴは、一定ではなく、Ｖｄｓに依存して変化する。ここで、図３では、第１トランジスタＭ１のドレイン端子が可変抵抗器Ｒｖａｒでの降下電圧Ｖｘとなっていた。この降下電圧Ｖｘは、可変抵抗器Ｒｖａｒの抵抗値および検出電流Ｉ１により変化するため、出力電圧Ｖｏｕｔと等しいとは限らない。つまり、出力トランジスタ１４と第１トランジスタＭ１は、ゲートソース間電圧は等しいが、ドレインソース間電圧が等しいとは限らず、第１トランジスタＭ１により生成される出力電流Ｉｏｕｔに対応する電流値がばらつく場合がある。バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２はこの問題を解決するために設けられている。【００４５】
バイポーラトランジスタＱ１のベース端子には出力電圧Ｖｏｕｔが印加されており、エミッタ端子はバイポーラトランジスタＱ２のベース端子に接続されている。２つのバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２のベースエミッタ間電圧はいずれも０．７Ｖ程度であるため、第１トランジスタＭ１のドレイン端子の電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔとほぼ等しくなる。その結果、第１トランジスタＭ１と出力トランジスタ１４は、ゲート、ソース、ドレインの３端子とも、ほぼ等しい電圧が印加されることになる。この結果、第１トランジスタＭ１は、正確に出力電流Ｉｏｕｔに対応する検出電流Ｉ１を生成することができ、より安定した過電流保護を行うことができる。【００４６】
図５は、電源装置１００の別の変形例を示す。この電源装置１００の過電流保護回路２０は、第１トランジスタＭ１、第４トランジスタＭ４、第５トランジスタＭ５、第６トランジスタＭ６、可変抵抗器Ｒｖａｒ２を含む。【００４７】
第５、第６トランジスタＭ５、Ｍ６はカレントミラー回路を構成しており、第１トランジスタＭ１により生成された出力電流Ｉｏｕｔに対応する検出電流Ｉ１が、可変抵抗器Ｒｖａｒ２に流れる。従って、可変抵抗器Ｒｖａｒ２における降下電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝Ｉ１×Ｒｖａｒ２で与えられる。出力電流Ｉｏｕｔ、すなわち検出電流Ｉ１が大きくなると、降下電圧Ｖｙが増加する。降下電圧Ｖｙが第４トランジスタＭ４のゲートしきい値電圧Ｖｔ４よりも大きくなると、第４トランジスタＭ４はオンし、出力トランジスタ１４のゲート電圧が強制的にソース電圧に近づけられて駆動能力が落とされて過電流保護がかかることになる。【００４８】
可変抵抗器Ｒｖａｒ２での降下電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝Ｒｖａｒ２×Ｉ１＝Ｒｖａｒ２／Ｓ１×Ｉｏｕｔとなる。従って、この過電流保護回路２０における制限電流Ｉｌｉｍは、第４トランジスタＭ４のゲートしきい値電圧Ｖｔ４を用いて、Ｉｌｉｍ＝Ｖｔ４×Ｓ１／Ｒｖａｒ２で与えられる。可変抵抗器Ｒｖａｒ２の抵抗値は、出力電圧Ｖｏｕｔによって切り替えられ、制限電流Ｉｌｉｍを出力電圧Ｖｏｕｔに依存させることができ、図２（ｃ）に示すような電流−電圧特性を得ることができる。【００４９】
図６は、図１あるいは図３から図５に電源装置１００を搭載した電子機器３００の構成を示すブロック図である。電子機器３００は、たとえば、携帯電話端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、ＣＤプレイヤなどの電池駆動型の小型情報端末であって、電池３１０、電源装置１００、負荷回路５０を備える。電池３１０は、たとえばリチウムイオン電池であって、３〜４Ｖ程度の電池電圧Ｖｂａｔを出力する。負荷回路５０は、電子機器３００内に使用される回路ブロックのうち、電池が消耗した場合でも、常に一定の電源電圧が供給されるべき回路であって、たとえば、電源電圧Ｖｄｄ＝３Ｖを必要とするデジタルＩＣや、アナログＩＣなどが対応する。電源装置１００は、電池３１０から出力される電池電圧Ｖｂａｔを安定化し、負荷回路５０に対して３Ｖ程度の電源電圧Ｖｄｄを供給する。【００５０】
負荷回路５０の短絡等によって電源装置１００に過電流が流れると、過電流保護回路２０によって図２（ａ）〜（ｃ）に示すような回路保護が働き、電源装置１００および負荷回路５０を好適に保護することができる。【００５１】
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００５２】
本実施の形態では、３端子リニアレギュレータについて過電流保護回路を適用し、電流調整回路２６の出力を出力トランジスタ１４のゲート端子に接続してその電圧を強制的に変化させることにより、駆動能力を低下させたが、これには限定されない。例えば電流調整回路２６の出力を誤差増幅器１２に接続して、誤差増幅器１２の出力を変化させるなど、出力トランジスタ１４のゲート電圧を変化させることができれば他の手段であってもよい。【００５３】
本実施の形態では、３端子リニアレギュレータについて過電流保護回路を適用した場合について説明したがこれに限定されない。保護対象となる回路は、スイッチングレギュレータやスイッチドキャパシタ型のＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源装置であってもよい。この場合、過電流保護回路２０により過電流状態を検出したときに、ＰＷＭ制御回路に駆動能力を低下させる帰還をかければよい。すなわち、本発明に係る過電流保護回路は、出力電流を制限する用途全般に適用することができる。【００５４】
図３において、可変抵抗器Ｒｖａｒは、２つの抵抗によって構成する場合について説明したが、より多くの抵抗を直列に接続し、出力電圧Ｖｏｕｔに対応させて各抵抗をバイパスさせることにより、より多くの抵抗値を変化させてもよい。この場合、図３（ｃ）において、出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、制限電流Ｉｌｉｍが細かく設定されるため、より好適に過電流保護を行うことが可能となる。【００５５】
また、第３抵抗Ｒ３とバイパストランジスタＭ２を直列に接続し、これと第４抵抗Ｒ４を並列に接続するなど、抵抗およびトランジスタの組み合わせは様々に変更することができる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔをレベルシフトするなどして、適切にバイパストランジスタをオンオフさせればよい。【００５６】
また、出力電流Ｉｏｕｔの検出方法としては、検出抵抗を出力トランジスタ１４と直列に接続し、その検出抵抗における電圧降下をモニタする方法などと置換してもよい。【００５７】
本実施の形態においては、出力トランジスタ１４や各トランジスタＭ１〜Ｍ６としてＭＯＳＦＥＴを例に説明したが、バイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよく、これらの選択は、電源装置１００に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。【００５８】
本実施の形態において、電源装置１００を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、あるいは複数のＬＳＩとして構成されていてもよく、さらにその一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る過電流の保護方法、保護回路により、出力電圧に応じて制限電流を変化することができ、負荷回路および保護対象となる回路を好適に保護することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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