JP2003186554A - 過電流保護回路 - Google Patents
過電流保護回路Info
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Abstract
るには、2つの回路が必要となり、回路構成が複雑化し
所要面積も大きくなった。 【解決手段】 基準電圧と出力電圧に比例した電圧との
差分に基づき、出力電圧を一定にするよう出力トランジ
スタ(M16)を駆動する直流安定化電源回路における過電
流保護回路において、出力トランジスタ(M16)の電流に
比例した電流を生成する比例出力電流生成手段(M11)
と、比例出力電流生成手段(M11)の出力電流を電圧に変
換する電流/電圧変換手段(R11)と、前記出力電圧が所
定電圧より高い場合に前記比例出力電流生成手段の出力
電流を前記電流/電圧変換手段(R11)に供給し、低い場
合には前記供給を遮断するスイッチング手段(M12)と、
前記比例出力電流生成手段(M11)の電流供給点での出力
電圧に基づき、前記出力トランジスタ(M16)の出力電流
を制御する制御手段(M13)を備える。
Description
路における過電流保護回路に関する。
を示す。抵抗R1、R2及びR3で出力電圧Voutを分
圧した電圧と、基準電圧Vrefとの差分を差分アンプAMP
で増幅した信号に基づき出力トランジスタM1を制御
し、Voutを一定にする安定化電源と、一方のトランジ
スタM6への入力が出力電圧の分圧により得られる電圧
で、他方のトランジスタM5への入力が、出力トランジ
スタM1に流れる電流を所定比にして得るためのモニタ
ートランジスタM2に流れる電流を抵抗R4で電圧変換
した電圧となり、その電圧にオフセットを与えるソース
フォロワとなるトランジスタM7を付加して得られる差
動増幅段と、その出力により動作が制御され、出力トラ
ンジスタM1の制御線を、演算増幅器出力と電源電圧V
DD間で制御する制御トランジスタM8とから構成され
る。
を参照して説明する。通常動作時、出力が無負荷からあ
る所定の負荷までは、トランジスタM2に流れる電流は
少なく、トランジスタM5の入力電圧は、トランジスタ
M6の入力電圧よりも十分低く、制御トランジスタM8
の入力は高電位となり、トランジスタM8はオフしてい
ることから、出力電圧Voutは一定となる。
ランジスタM5の入力電圧が上昇するにつれて、トラン
ジスタM8の入力電圧は下降し、トランジスタM8がオ
ンすると、トランジスタM1の入力電圧は電源側に引き
上げられることにより、出力が制限され、出力電圧Vou
tが低下し始める。
トランジスタM6の入力電圧も低下することから、トラ
ンジスタM5の入力電圧となるトランジスタM2を流れ
る電流も減少したところで差動段出力がトランジスタM
8をオンさせる事となり、その所定比となっている出力
電流Ioutも減少する。
たとき、トランジスタM6の入力もゼロとなるが、オフ
セットトランジスタM7のしきい値電圧Vthにより、ト
ランジスタM5の入力はゼロとはならず、出力トランジ
スタM1に電流(短絡電流Is)が流れた状態で安定点と
なる。ここで、抵抗R1あるいはR2は、電流制限の設
定によってゼロとすることもできる。
めることによってリミット電流の値も必然的に決まって
しまう。また、出力電圧が可変可能なレギュレータの場
合、図2からもわかるように、出力電圧Voutが低くな
ればなるほどリミット電流の値も小さくなってしまい、
特性を満足できないケースが出るなどの不具合があっ
た。
示す。この回路例2では、リミット回路と短絡保護回路
の2つの回路構成となっている。図中、右側の短絡保護
回路は図1の回路例1と同じものであるため説明は省略
する。
追加したものであり、ある特定のポイントで前記の2つ
の回路の切替えを行うことで、図4に示すごとく、
“フ”の字に似た出力特性を得ている。
短絡保護回路の差動増幅段の出力はHとなり、トランジ
スタM8はオフしている。トランジスタM2と同様、ト
ランジスタM1の所定比電流を流すトランジスタM9に
流れる電流をトランジスタM10、M11のカレントミ
ラー回路によって折り返し抵抗R5に流す。流れる電流
が大きければ、トランジスタM12のゲート電圧も低く
なり、出力トランジスタM1のゲート電圧も上がる。よ
って出力トランジスタM1に流れる電流が制限される。
の短絡保護回路のゲインの方が高くなり、電流が更に制
限されてオフセットを持った短絡電流値Isに近づいて
いく曲線を描く。
は、リミット電流値と短絡電流値を個別に設定できる
が、この回路では、2つの回路を使用しているため回路
構成が複雑となり、所要面積も大きくなった。又、2つ
の回路で作用する制限値が固定のため、最適な保護特性
を得るのが困難であった。
短絡電流制限回路と、リミット回路とを1つの回路構成
として組み込み、回路の簡略化と小型化を可能にする。
本発明の第2の目的は、両回路での制限値を随意に設定
可能にする。本発明の第3の目的は、複数の制限値を持
たせる。
力電圧に比例した電圧との差分を増幅する差分アンプ
(M12)の出力に基づき、出力電圧を一定にするよう出
力トランジスタ(M16)を駆動する直流安定化電源回路
における過電流保護回路において、前記出力トランジス
タ(M16)に流れる電流に比例した電流を生成する比例
出力電流生成手段(M11)と、前記比例出力電流生成手
段(M11)の出力電流を電圧に変換する電流/電圧変換
手段(R11)と、前記出力電圧が所定電圧より高い場合
に、前記比例出力電流生成手段の出力電流を前記電流/
電圧変換手段(R11)に供給し、低い場合には前記供給
を遮断するスイッチング手段(M12)と、前記比例出力
電流生成手段(M11)の電流供給点での出力電圧に基づ
き、前記出力トランジスタ(M16)の出力電流を制御す
る制御手段(M13)を備えたことを特徴とする。
示した回路図を示す。抵抗R13、R14で出力電圧V
outを分圧した電圧と、基準電圧Vrefとの差分を差分ア
ンプAMPで増幅した信号に基づき出力トランジスタM1
6を制御し、Voutを一定にする安定化電源と、出力ト
ランジスタM16に流れる電流を一定の比でモニターす
るトランジスタM11と、そのモニターされた電流によ
って抵抗R12に流す電流値を決める抵抗R11、およ
びトランジスタM14、M15と、出力電圧Voutより
分圧された一定電圧値でON、OFFすることによって
流れる電流方向を切り換える切り換え用トランジスタM
12と、およびこれらによって出力トランジスタM16
を制御するトランジスタM13とからなる。
トランジスタM11はPチャンネルMOSトランジスタ
であり、それらの各トランジスタのソースとゲートとは
相互接続されている。そしてモニタートランジスタM1
1の出力電流が抵抗R11に流れるようになっている。
又、スイッチング手段M12はNチャンネルMOSトラ
ンジスタであり、抵抗R11と直列に接続されている。
トランジスタM14およびM15は、カレントミラー回
路を形成し、そのカレントミラー回路の入力部に、モニ
ター用トランジスタM11の出力部が接続される。
ネルMOS型トランジスタで構成し、そのトランジスタ
M13のソースと上記出力トランジスタM16のソース
とを相互接続し、かつ、該トランジスタM13のゲート
をカレントミラー回路の出力部に接続し、更に該トラン
ジスタM13のドレインを前記出力トランジスタM16
のゲートに接続されている。
16に流れる電流が増大すると、トランジスタM11に
流れる電流も増大する。出力電圧Voutが高いときに
は、トランジスタM12はONしているので、トランジ
スタM11に流れる電流のほとんどが抵抗R11に流れ
込む。すると、ある一定の電流値で、ある一定の電圧値
までトランジスタM14のゲート電圧が高くなり、抵抗
R12に流れる電流値が決まる。それにより、トランジ
スタM13のゲート電位が下がり、トランジスタM13
がONする。これより、出力トランジスタM16のゲー
ト電位が制御され、出力電圧Voutが低下する。
出力電圧の分圧をゲート電圧として取り込むトランジス
タM12がOFFになる。トランジスタM12がOFF
することによって抵抗R11に流れていた電流はカレン
トミラー部のトランジスタM14に流れるようになる。
トランジスタM14に多くの電流が流れると、抵抗R1
2に流れる電流も増大し、トランジスタM13のゲート
電圧値を更に下げ、これにより、出力トランジスタM1
6に流れる電流値が更に制限される。
うな“フ”の字に似た特性を得ている。リミット電流お
よび短絡電流Isは抵抗R11、R12によって決定さ
れるが、リミット電流および短絡電流Isの切替えも、
切替え制御用のトランジスタM12のゲート電圧の供給
点を抵抗R13で変化させることにより、図示したよう
に任意のポイントで切替え可能となる。
め、保護機能を強めるためにリミット領域を狭くするこ
とと、立ち上がりをスムーズにするために多くの電流を
流す領域を広めたいということとはトレードオフの関係
にあり、双方の要求を同時に満足させることはできな
い。
した回路図を示す。この図7では、抵抗R11およびト
ランジスタM12とは別に、抵抗R15およびトランジ
スタM17を新たに追加し、そのトランジスタM17の
ゲート電圧の供給点を、トランジスタM12のそれより
低いポイントから取り込んでいる。
は、トランジスタM12、M17ともONしているが、
出力電圧Voutが低下し始めると、まず、出力電圧帰還
抵抗の低いポイントからゲート電圧を取り込んでいるト
ランジスタM17が先にOFFする。トランジスタM1
7がOFFすることによってトランジスタM14に流れ
る電流値が変化するのでリミット電流が変化する。
ジスタM12もOFFして、リミット電流が再度変化す
る。このような制御によって図8に示すような“フ”の
字に似た特性を得ている。
護回路とリミット回路とを1つの回路で実現したので、
簡単な回路構成となり、回路面積も小さくできる。ま
た、スイッチング手段を作用させる電圧として、出力電
圧帰還抵抗部の任意の個所から取り込ませることによ
り、切替えポイントを随意に設定できる。更に、電流/
電圧変換手段とスイッチング手段とを対にして複数備え
ることによって、出力電圧に応じて電流値を複数回変化
させることができ、直流安定化電源の立ち上がり時間を
考慮しながら過電流保護回路の機能を保つことが可能と
なる。
Claims (8)
- 【請求項1】 基準電圧と出力電圧に比例した電圧との
差分を増幅する差分アンプ(M12)の出力に基づき、出
力電圧を一定にするよう出力トランジスタ(M16)を駆
動する直流安定化電源回路における過電流保護回路にお
いて、 前記出力トランジスタ(M16)に流れる電流に比例した
電流を生成する比例出力電流生成手段(M11)と、 前記比例出力電流生成手段(M11)の出力電流を電圧に
変換する電流/電圧変換手段(R11)と、 前記出力電圧が所定電圧より高い場合に、前記比例出力
電流生成手段の出力電流を前記電流/電圧変換手段(R
11)に供給し、低い場合には前記供給を遮断するスイ
ッチング手段(M12)と、 前記比例出力電流生成手段(M11)の電流供給点での出
力電圧に基づき、前記出力トランジスタ(M16)の出力
電流を制御する制御手段(M13)を備えたことを特徴と
する過電流保護回路。 - 【請求項2】 基準電圧と出力電圧に比例した電圧との
差分を増幅する差分アンプ(M12)の出力に基づき、出
力電圧を一定にするよう出力トランジスタ(M16)を駆
動する直流安定化電源回路における過電流保護回路にお
いて、 前記出力トランジスタ(M16)に流れる電流に比例した
電流を生成する比例出力電流生成手段(M11)と、 前記比例出力電流生成手段(M11)の出力電流を電圧に
変換する第1の電流/電圧変換手段(R15)と、 前記比例出力電流生成手段(M11)の出力電流を電圧に
変換する第2の電流/電圧変換手段(R11)と、 前記出力電圧が所定電圧より高い場合に、前記比例出力
電流生成手段の出力電流を前記第1の電流/電圧変換手
段(R15)および第2電流/電圧変換手段(R11)に供
給し、低い場合には、前記出力電流を前記第2電流/電
圧変換手段(R11)のみに供給するスイッチング手段
(M17、M12)と、 前記比例出力電流生成手段(M11)の電流供給点での出
力電圧に基づき、前記出力トランジスタ(M16)の出力
電流を制御する制御手段(M13)を備えたことを特徴と
する過電流保護回路。 - 【請求項3】 前記第1の電流/電圧変換手段(R15)
および第2電流/電圧変換手段(R11)の少なくとも一
方に対し、電流/電圧の変換係数を可変にした請求項2
記載の過電流保護回路。 - 【請求項4】 上記電流/電圧変換手段と上記スイッチ
ング手段とを対にして複数備え、上記出力電圧が正常の
場合は、前記スイッチング手段すべてをONにし、前記
出力電圧が低下するに従って前記複数のスイッチング手
段を順にOFFにする請求項2または3記載の過電流保
護回路。 - 【請求項5】 上記出力トランジスタおよび上記比例出
力電流生成手段をそれぞれPチャンネルMOS型トラン
ジスタで構成し、前記両トランジスタのソース、ゲート
を相互接続し、前記出力トランジスタのドレインから上
記出力電圧を出力し、前記比例出力電流生成手段の出力
電流をそのドレインから上記電流/電圧変換手段へ供給
する請求項1〜4のいずれかに記載の過電流保護回路。 - 【請求項6】 上記電流/電圧変換手段を抵抗で構成
し、上記スイッチング手段をNチャンネルMOSトラン
ジスタで構成し、前記電流/電圧変換手段と直列に接続
した請求項1〜5のいずれかに記載の過電流保護回路。 - 【請求項7】 上記制御手段はカレントミラー回路(M
14、M15)を含み、該カレントミラー回路の入力部
に、上記比例出力電流生成手段の出力部を接続した請求
項1〜6のいずれかに記載の過電流保護回路。 - 【請求項8】 上記制御手段(M13)はPチャンネルM
OS型トランジスタで構成し、該トランジスタのソース
と上記出力トランジスタのソースとを相互接続し、か
つ、該トランジスタのゲートをカレントミラー回路の出
力部に接続し、更に該トランジスタのドレインを前記出
力トランジスタのゲートに接続した請求項1〜7のいず
れかに記載の過電流保護回路。
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