JP2005258856A - 電源ｉｃの短絡保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流特性を垂下特性とし、かつ出力短絡時には電流を最小として、電源ＩＣを保護する回路を提供する。
【解決手段】 出力短絡時にパワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路において、出力電流が多い状態で出力電圧を低下した後にのみ、出力電流を低下させるようにパワートランジスタの動作を制御する。具体的回路としては、パワートランジスタがマルチコレクタのＰＮＰトランジスタであり、コレクタの一つは、エミッタが出力端に、コレクタがパワートランジスタのドライブ回路に接続されたトランジスタのベースに接続されるとともに、抵抗を介して接地される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源ＩＣの短絡保護回路に係るもので、パワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路に関するものである。

電源ＩＣは、出力が短絡した場合にＩＣチップを焼損、破損から保護するために電流制限回路を内蔵して、大電流が出力されることを制限している。この大電流を制限する方法には、出力電圧−電流特性のフの字特性と垂下特性の２つがあり、用途によって使い分けられている。フの字特性は、図３に示したように、短絡時に電流が少なくなるように制御されるもので、消費電力を抑えて破損防止に有効な回路で、多くの電源ＩＣに採用されている。しかし、負荷状態によっては短絡解消後に電圧が復帰しない欠点がある。

図４に示した垂下特性の場合には上記の欠点が解消され、定電流と育成を利用して電池の充電などにも利用できるといった利点が多い。しかし、出力短絡時における消費電力の増大から破損を招くおそれがあり、加熱防止回路と併用されている。ただ、加熱防止回路はＩＣチップに内蔵されているセンサが動作するまでのタイムラグが大きく、大電流電源ＩＣのような大きなＩＣチップでは、短絡時に急激に流れる大電流によって生じる出力部分の温度上昇に加熱保護動作が間に合わず、熱暴走することがある。特に動作電圧の最大時にはこの危険が大きくなる。
特開平１１−２４７６４号公報 特開平１１−１４３５５７号公報

本発明は、電流特性を垂下特性とし、かつ出力短絡時には電流を最小として、電源ＩＣを保護する回路を提供するものである。

本発明は、負荷が徐々に大きくなった場合には定電流特性を示し、負荷短絡時には電流が最小となるような動作をさせて短絡保護回路を実現するものである。すなわち、出力短絡時にパワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路において、パワートランジスタがマルチコレクタのＰＮＰトランジスタであり、コレクタの一つは、エミッタが出力端に、コレクタがパワートランジスタのドライブ回路に接続されたトランジスタのベースに接続されるとともに、抵抗を介して接地されたことに特徴を有するものである。

本発明による回路の動作においては、パワートランジスタを直接監視し、かつ制御するので、温度が上昇してから回路を遮断するのとは異なって動作に大きなタイムラグを生じない。すなわち、高速動作が可能となる。付加されたトランジスタは異常時のみ動作し、通常の電源回路の動作には全く影響を及ぼさない。出力電圧が低下しない正常な動作で、電流が多い、入力電圧が高い、周囲温度が高いといったことでパッケージ損失を超えた場合に過熱センサが動作して熱暴走を防ぐことができる。基本的に垂下特性であるので、電池の充電などへの利用において不具合を生じない。

本発明による電源ＩＣの短絡保護回路の動作は以下のとおりである。
ＰＮＰパワートランジスタの定常動作はオンとなり、出力端に出力電圧、電流を得る。
出力短絡状態となると電圧の低下にしたがってＰＮＰトランジスタのドライブ回路を遮断するように動作する。
ドライブ回路の遮断除隊への移行によってＰＮＰトランジスタはオフ方向にシフトして出力電流が減少する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例を示す回路図である。本発明による電源ＩＣの短絡保護回路は従来の電源回路にトランジスタTr1と抵抗Ｒを付加した比較的単純な回路構成である。ＰＮＰパワートランジスタTr0をマルチコレクタ構成とし、出力電流がそのコレクタ面積に応じて分流されるようにする。コレクタの一つが出力端Voutに接続され、他のコレクタの出力電流が抵抗Rによって電圧に変換されろ。トランジスタTr1のベースを抵抗Ｒのホット側に接続し、エミッタを出力端Voutに、コレクタをＰＮＰパワートランジスタTr0のドライブ回路すなわちトランジスタTr2のベースに接続する。

通常の動作において出力電流が多くなってトランジスタTr1のベース電圧が高くなっても、出力電圧が正常であるときはトランジスタTr1は逆バイアス状態であるので動作しない。出力が短絡した場合のみトランジスタTr1が動作するようにＰＮＰパワートタンジスタTr0のマルチコレクタの比と抵抗Ｒの抵抗値を選択しておく。

出力が短絡されると、トランジスタTr1のエミッタは最低電位に接続されるため正常バイアスで動作することになってオンとなり、ＰＮＰパワートランジスタのドライブ回路（トランジスタTr2のベース）をＧＮＤレベルへ急激に低下させるので、ドライブ回路を遮断させて出力電流を減少させる。この動作は、パワートランジスタを直接監視し、かつ制御するので、温度が上昇してから遮断するのとは異なり、動作に大きなタイムラグを生じない。この動作の出力電流、電圧特性は図２に示すようにコの字特性となる。出力電圧が低下しない正常な動作で、電流が多い、入力電圧が高い、周囲温度が高いといったことでパッケージ損失を超えた場合に過熱センサが動作して熱暴走を防ぐことができる。基本的に垂下特性であるので、電池の充電などへの利用において不具合を生じない。

本発明の動作のポイントはトランジスタTr1のベース電圧が出力短絡時に上がり、エミッタ電位が低下して動作するようにすることである。ＭＯＳ電源ＩＣにおいてもＭＯＳパワー素子をマルチドレインとして電位の反転を検出するようにすれば、同じ動作をさせることができる。

本発明は、電源ＩＣにおける熱暴走の防止等において顕著な効果を有しており、電源ＩＣ全般に応用することができる。

本発明の実施例を示す回路図 その動作特性の説明図 電源回路の動作特性の説明図 電源回路の動作特性の説明図

符号の説明

Tr0：パワートランジスタ
Tr1、Tr2：スイッチングトランジスタ

Claims (3)

1. 出力短絡時にパワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路において、
   出力電流が多い状態で出力電圧を低下した後にのみ、出力電流を低下させるようにパワートランジスタの動作を制御することを特徴とする電源ＩＣの保護回路。
2. 出力短絡時にパワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路において、
   出力電流が多い状態で出力電圧を低下したとき、パワートランジスタのドライブ回路を遮断して出力電流を低下させるようにパワートランジスタの動作を制御することを特徴とする電源ＩＣの保護回路
3. 出力短絡時にパワートランジスタの動作を制御する電源ＩＣの短絡保護回路において、
   パワートランジスタがマルチコレクタのＰＮＰトランジスタであり、コレクタの一つは、エミッタが出力端に、コレクタがパワートランジスタのドライブ回路に接続されたトランジスタのベースに接続されるとともに、抵抗を介して接地されたことを特徴とする電源ＩＣの保護回路。

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