JP2009294883A

JP2009294883A - シリーズレギュレータおよび電子機器

Info

Publication number: JP2009294883A
Application number: JP2008147494A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Komatsu; 和弘小松; Keisuke Kido; 啓介木戸; Yosuke Mizutani; 洋介水谷; Daisuke Enomoto; 大舗榎本
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】ブーストランジスタを保護するだけではなく、電源電圧が低下したときであっても、出力電圧を用いる機器に所望の電流を供給することができるシリーズレギュレータおよびそれを備える電子機器を提供する。
【解決手段】入力電圧が予め定める第１電圧よりも高く、かつ出力部３の電圧が予め定める第２の電圧よりも高いときに出力部３からの出力電流を予め定める電流に保持し、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高く、かつ出力部３の電圧が予め定める第２の電圧よりも低くなると、出力部３からの出力電流を低下させる第１の過電流制限特性と、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも低い予め定める範囲の電圧で、かつ出力部３の電圧が予め定める第２の電圧よりも低いときに、第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を出力部３から出力可能な第２の過電流制限特性とを切り換えて、ブーストトランジスタ４を制御する制御部７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリーズレギュレータおよびそれを備える電子機器に関する。

たとえば車両のバッテリなどの電源は、非常に電圧変動が大きいので、この電源に接続される電子機器の内部回路を保護したり、前記電子機器に接続されるセンサからの安定した入力を確保したりするためなどのために、シリーズレギュレータ、スイッチングレギュレータによって、その電圧を降圧して用いられている。

シリーズレギュレータにおいては、電源の出力端が地絡、または許容電流を超えた際に、ブーストトランジスタの焼損破壊を防止するために、過電流保護回路が使用されている。シリーズレギュレータにおける過電流保護の方式には、制限電流を固定値とする「垂下特性」方式と、出力電圧に依存して制限電流を可変する「アの字特性」方式および「フの字特性」方式とがある。たとえば２００ｍＡ以上の負荷電流のシステムでは、地絡時にトランジスタのベースおよびコレクタ間の損失低減のために「アの字特性」方式または「フの字特性」方式が用いられる。

また従来の技術として、電源起動から一定時間後に過電流検知特性を切り換え、電源起動時の過電流検知レベルを大きくして、出力の安定化容量をすばやく充電する際のフェールセーフ機能を改善している低電圧電源回路がある（たとえば特許文献１参照）。

特開２００６−１５５０９９号公報

図１は、「アの字特性」方式を採用する過電流保護回路（以下、アの字方式という）を有するシリーズレギュレータの出力電圧を示すグラフである。図１において横軸は出力電流を示し、縦軸は出力電圧を示す。アの字方式では、電源が低電圧のときに、シリーズレギュレータの出力電圧を用いる電子機器の内部回路の動作が犠牲になってしまうという問題がある。アの字方式では、シリーズレギュレータの出力電圧を監視し、シリーズレギュレータの出力電圧が所定の電圧Ｖａよりも下回ると、出力電圧が得られなくなるので、制限電流がＩａからＩｂに切り替わってしまう。つまり従来の方式では、過負荷によってシリーズレギュレータの出力電圧が低下したのか、シリーズレギュレータの定電圧動作によって出力電圧が低下したのかを、区別することができない。

たとえば車載品の場合、特に低温下や、老朽化バッテリを使用する場合には、エンジンの始動のためのスタータを回しているクランキング時などに、バッテリ電圧が大きく低下するが、エンジンの始動を完了するためには、バッテリ電圧が低下した状態であっても、電子機器の内部回路が噴射および点火などの最低限の処理動作をしなくてはならない。ところがバッテリ電圧が低下すると、同時にシリーズレギュレータの出力電圧も低下してしまうため、過電流保護回路が作用して、本来の電子機器の内部回路が成すべき動作まで制限されてしまうという問題がある。たとえば図１に仮想線で示す負荷線で動作するＩＣ（Integrated Circuit）では、入力電圧が低いときには大きな入力電流を必要とするが、電源電圧が低下するとＩＣの動作に必要な電流がＩＣに入力されずに、動作が制限されてしまう。また特許文献１に記載される従来の技術においても、同様の問題がある。

したがって本発明の目的は、ブーストランジスタを保護するだけではなく、電源電圧が低下したときであっても、出力電圧を用いる機器に所望の電流を供給することができるシリーズレギュレータおよびそれを備える電子機器を提供することである。

本発明（１）は、入力部と、出力部と、入力部および出力部の間に設けられるブーストトランジスタとを備え、ブーストトランジスタを制御することによって、入力部に与えられる入力電圧を所定の電圧に変換して出力部から出力可能なシリーズレギュレータであって、
前記入力電圧を検出する検出部と、
前記入力電圧が予め定める第１電圧よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低くなると、前記出力部からの出力電流を低下させる第１の過電流制限特性と、前記入力電圧が前記予め定める第１の電圧よりも低い予め定める範囲の電圧で、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低いときに、前記第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を前記出力部から出力可能な第２の過電流制限特性とを切り換えて、前記ブーストトランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とするシリーズレギュレータである。

また本発明（３）は、入力部と、出力部と、入力部および出力部の間に設けられるブーストトランジスタとを備え、ブーストトランジスタを制御することによって、入力部に与えられる入力電圧を所定の電圧に変換して出力部から出力可能なシリーズレギュレータであって、
前記入力電圧および前記出力部の電圧の電位差を検出する検出部と、
前記電位差が予め定める電位差よりも大きく、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記入力電圧が予め定める電位差よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも低くなると、前記出力部からの出力電流を低下させる第１の過電流制限特性と、前記入力電圧が前記予め定める電位差よりも小さい予め定める範囲の電位差で、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも低いときに、前記第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を前記出力部から出力可能な第２の過電流制限特性とを切り換えて、前記ブーストトランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とするシリーズレギュレータである。

また本発明（５）は、前記シリーズレギュレータを備えることを特徴とする電子機器である。

本発明（１）によれば、入力電圧を検出部によって検出し、この入力電圧に応じて制御部が、第１および第２の過電流制限特性を切り換えて、ブーストトランジスタを制御する。第１の過電流制限特性は、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高く、かつ出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも高いときには、出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高く、かつ出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低くなると、出力部からの出力電流を低下させる特性である。第２の過電流制限特性は、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも低い予め定める範囲の電圧で、かつ出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低い場合に、第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を出力部から出力することができる特性である。

これによって入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高いときには、出力電圧が予め定める第２の電圧よりも低下したときに、出力電流が制限されるので、地絡時にトランジスタのベースおよびコレクタ間の焼損を抑制することができるとともに、入力電圧が予め定める第１の電圧よりも低いときには、出力電圧が予め定める第２の電圧よりも低下したときに、出力部からの出力電流を、第１の過電流制限特性の場合に比べて増加させるようにブーストトランジスタが制御部によって制御されるので、入力電圧が低下したときであっても、出力電圧を用いる機器に所望の電流を供給することができる。したがって、高いフェールセーフ性と、低電圧時における動作とを両立することができる。

本発明（３）によれば、入力電圧および出力部の電圧の電位差を検出部によって検出し、この電位差に応じて制御部が、第１および第２の過電流制限特性を切り換えて、ブーストトランジスタを制御する。第１の過電流制限特性は、前記電位差が予め定める電位差よりも大きく、かつ出力部の電圧が予め定める電圧よりも高いときには、出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記電位差が予め定める電位差よりも大きく、かつ出力部の電圧が予め定める電圧よりも低くなると、出力部からの出力電流を低下させる特性である。第２の過電流制限特性は、前記電位差が予め定める電位差よりも小さい予め定める範囲の電位差で、かつ出力部の電圧が予め定める電圧よりも低い場合に、第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を出力部から出力することができる特性である。

これによって前記電位差が予め定める電位差よりも大きいときには、出力電圧が予め定める電圧よりも低下したときに、出力電流が制限されるので、地絡時にトランジスタのベースおよびコレクタ間の損失を低減することができるとともに、前記電位差が予め定める電圧よりも小さいときには、出力電圧が所定の電圧から低下したときに、出力部からの出力電流を、第１の過電流制限特性の場合に比べて増加させるようにブーストトランジスタが制御部によって制御されるので、入力電圧が低下したときであっても、出力電圧を用いる機器に所望の電流を供給することができる。したがって、高いフェールセーフ性と、低電圧時における動作とを両立することができる。

本発明（５）によれば、前記スイッチングレギュレータを備えることによって、ブーストトランジスタの焼損破壊が抑制されるとともに、スイッチングレギュレータに入力される入力電圧が低下したときに、スイッチングレギュレータから出力される電流の低下が抑制されるので、スイッチングレギュレータからの電流が与えられて動作する回路の動作が制限されてしまうことを抑制することができ、信頼性の向上された電子機器を提供することができる。

図２は、本発明の実施の一形態のシリーズレギュレータ１を示す回路図である。シリーズレギュレータ（以下、レギュレータという）１は、入力部２と、出力部３と、入力部２および出力部３の間に設けられるブーストトランジスタ（以下、出力トランジスタという）４とを備え、ブーストトランジスタ４を制御することによって、入力部２に与えられる入力電圧を所定の電圧に変換して出力部３から出力可能となっている。入力部２には電源であるバッテリ（ＢＡＴＴ）５が接続されて、バッテリ５から電源電圧が与えられる。したがって本実施の形態において、レギュレータ１に与えられる入力電圧は、電源電圧（バッテリ電圧）に等しい。ブーストトランジスタ４は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ（以下「ＰＮＰトランジスタ」という）であり、エミッタが後述する抵抗素子１０を介して入力部２に電気的に接続され、コレクタが出力部３に電気的に接続されている。ブーストトランジスタ４は、そのベースに与えられる信号に応じて、エミッタに与えられる電圧を所定の電圧に変換して、コレクタから出力する。

レギュレータ１は、電源電圧モニタ部６と、制御部７とを含んで構成されている。電源電圧モニタ部６は、入力電圧を検出する検出部である。電源電圧モニタ部６は、入力電圧と、予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１とを比較して、その結果を後述する切り換え部１６に与える。電源電圧モニタ部６は、たとえば入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１以上のときには、ハイレベルの信号を出力して、入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１未満のときには、ローレベルの信号を出力する。

図３は、電源電圧モニタ部６の回路構成の一例を示す図である。電源電圧モニタ部６は、２つの直列に抵抗される抵抗素子７ａ，７ｂと、コンパレータ８と、第１の基準電圧源９とを備える。直列に接続される抵抗素子７ａ，７ｂの一方の端子は、入力部２に電気的に接続され、他方はグランドに電気的に接続される。コンパレータ８の非反転入力端子は、抵抗素子７ａ，７ｂの接続部位７ｃに接続され、反転入力端子は第１の基準電圧源９に接続される。コンパレータ８の出力端子が後述する切り換え部１６の切り換え制御端子１６ｄに電気的に接続される。第１の基準電圧源９の電圧は、予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１である。

制御部７は、抵抗素子１０と、第１および第２トランジスタ１１，１２と、レギュレータ制御回路１３と、コンデンサ１４と、切り換え部１６と、複数の過電流制限特性を実現するための第１の過電流制御回路２１および第２の過電流制御回路２２とを備えている。第１の過電流制御回路２１および第２の過電流制御回路２２は、過電流からブートトランジスタ４を保護するための保護回路である。

抵抗素子１０は、その一方の端子が入力部２に接続され、他方の端子がブーストトランジスタ４のエミッタに電気的に接続されている。第１トランジスタ１１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（以下「ＮＰＮトランジスタ」という）であり、エミッタがグランドに接続され、コレクタが、ブーストトランジスタ４のベースに接続され、ベースが、レギュレータ制御回路１３に接続されている。

第２トランジスタ１２は、ＮＰＮトランジスタであり、エミッタがグランドに接続され、コレクタが第１トランジスタ１１のベースに接続され、ベースが、切り換え回路１７に接続されている。レギュレータ制御回路１３は、ブーストトランジスタ４のコレクタから出力される出力電圧を検知し、第１トランジスタ１１のベースに供給する電流を変化させて、ブーストトランジスタ４のベース電流を制御し、ブーストトランジスタ４の出力電圧が所定の電圧になるように制御する。

コンデンサ１４は、一方の端子がブーストトランジスタ４のコレクタに接続され、他方の端子がレギュレータ制御回路１３に接続されている。コンデンサ１４を設けることによって、ブーストトランジスタ４のコレクタから出力される出力電圧の急激な変動を抑制して、レギュレータ制御回路１３においてブーストトランジスタ４のコレクタから出力される出力電圧を安定して検出することができる。

切り換え部１６は、２つの入力端子１６ａ，１６ｂと、１つの出力端子１６ｃと、切り換え制御端子１６ｄを有する３端子スイッチによって構成されている。切り換え部１６は、電源電圧モニタ部６から切り換え制御端子１６ｄに与えられる信号に応じて、２つの入力端子１６ａ，１６ｂのうちの一方と、出力端子１６ｃとを選択的に接続する。ここでは、電源電圧モニタ部６から与えられる信号がハイレベルのとき、入力端子１６ａと出力端子１６ｃとを接続し、電源電圧モニタ部６から与えられる信号がローレベルのとき、入力端子１６ｂと出力端子１６ｃとを接続する。

第１の過電流制御回路２１は、出力電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも高いときには、出力部３からの出力電流を予め定める電流に保持し、出力電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも低くなると、出力部３からの出力電流を低下させるような、指令信号を出力する。第１の過電流制御回路２１は、３つの入力端子２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、１つの出力端子２１ｄとを備える。入力端子２１ａは、抵抗素子１０の一端に電気的に接続され、入力端子２１ｂは抵抗素子１０の他端に電気的に接続され、入力端子２１ｃはブーストトランジスタ４のコレクタに電気的に接続されている。出力端子２１ｄは、切り換え部１６の入力端子１６ａに電気的に接続されている。

図４は、第１の過電流制御回路２１の一例を示す図である。第１の過電流制御回路２１は、抵抗素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、コンパレータ３２ａ，３２ｂと、電流源３３ａ，３３ｂと、第２の基準電圧源３４とを、制御スイッチ３５とを備える。抵抗素子３１ａの一方の端子が入力端子２１ａに電気的に接続され、他方の端子がコンパレータ３２ａの非反転入力端子に接続されている。コンパレータ３２ａの反転入力端子は、入力端子２１ｂに接続されている。コンパレータ３２ａの出力端子は、出力端子２１ｄに接続されている。第２の基準電圧源３４の電圧は、予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも低い電圧である、予め定める第３の電圧Ｖｔｈ３である。予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１は、Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ３となるように設定されている。

抵抗素子３１ｂ，３２ｃは、直列に接続され、直列に接続された抵抗素子３１ｂ，３２ｃの一方の端子が入力端子２１ｃに接続され、他方の端子がグランドに接続されている。コンパレータ３２ｂの非反転入力端子は、抵抗素子３１ｂ，３２ｃの接続部位に接続され、反転入力端子は第２の基準電圧源３４に接続されている。コンパレータ３２ａの反転入力端子および抵抗素子３１ａの他方の端子には、電流源３３ａと、制御スイッチ３５の一方の端子とが接続されている。制御スイッチ３５の他方の端子には、電流源３３ｂが接続される。制御スイッチ３５の制御端子は、コンパレータ３２ｂの出力端子に接続されている。

第１の過電流制御回路２１では、入力端子２１ａ，２１ｂ間に与えられる電圧と、入力端子２１ｃに与えられる電圧とに応じて、制御スイッチ３５が一方の接続端子と他方の接続端子との、導通および非導通を切り換えることによって、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性が、いわゆる「アの字特性」となるように、出力端子２１ｄから信号を出力する。

図５は、切り換え部１６の入力端子１６ａと出力端子１６ｃとが接続されているときの、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。図５において、横軸は出力電流を示し、縦軸は出力電圧を示す。図５においては、予め定める第１の電圧Ｖｔｈよりも大きな入力電圧Ｖｉｎが入力されているとする。またレギュレータ１は、予め定める第１の電圧Ｖｔｈよりも大きな入力電圧をＶｉｎが入力されているときには、出力電圧が、予め定める第３の電圧Ｖｔｈとなるように出力電圧を調整する。図５に示すように、レギュレータ１は出力電圧をＶｏｕｔとし、Ｖｔｈ３≧Ｖｏｕｔ≧Ｖｔｈ２のときには、出力電流をＩａで一定に保持して過電流を抑制し、Ｖｔｈ３＞Ｖｏｕｔのときには、出力部３において短絡が発生しているおそれがあるので、出力電流をＩａより小さなＩｂで、一定に保持して、出力部３に接続される回路を保護する。Ｖｉｎは、たとえば１４Ｖ程度であり、Ｖｔｈ２は、たとえば３Ｖ程度であり、Ｖｔｈ３はたとえば５Ｖ程度である。またＩｂはＩａの１／２以下程度に設定されている。

再び図２を参照して、第２の過電流制御回路２２は、出力電圧が予め定める電圧Ｖｔｈ２よりも低い予め定める範囲の電圧のときに、第１の過電流制御回路２１における出力電流よりも大きな出力電流を出力部３から出力させるような指令信号を出力する。第２の過電流制御回路２２は、２つの入力端子２２ａ，２２ｂと、１つの出力端子２２ｄとを備える。入力端子２２ａは、抵抗素子１０の一端に電気的に接続され、入力端子２２ｂは抵抗素子１０の他端に電気的に接続されている。出力端子２２ｄは、切り換え部１６の入力端子１６ｂに接続されている。

図６は、第２の過電流制御回路２２の一例を示す図である。第２の過電流制御回路２２は、抵抗素子５０と、コンパレータ４９と、電流源５３とを有する。抵抗素子５０の一方の端子が入力端子２２ａに電気的に接続され、他方の端子がコンパレータ４９の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ４９の反転入力端子は、入力端子２２ｂに接続されている。コンパレータ４９の出力端子は、出力端子２２ｄに接続されている。コンパレータ４９の反転入力端子および抵抗素子５０の他方の端子には、電流源５３が接続されている。

第２の過電流制御回路２２では、入力端子２２ａ，２２ｂ間に与えられる電圧に応じて、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性が、いわゆる「垂下特性」となるように、出力端子２２ｄから信号を出力する。

図７は、切り換え部１６の入力端子１６ｂと出力端子１６ｃとが接続されているときの、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。図７において、横軸は出力電流を示し、縦軸は出力電圧を示す。図５においては、予め定める第１の電圧Ｖｔｈよりも大きな入力電圧Ｖｉｎが入力されているとする。レギュレータ１は、予め定める第１の電圧Ｖｔｈよりも小さな入力電圧Ｖｉｎが入力されているときには、出力電圧が、予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２となるように出力電圧を調整する。図７に示すように、レギュレータ１は出力電圧をＶｏｕｔとし、Ｖｔｈ２≧Ｖｏｕｔのときには、出力電流をＩａで一定に保持して過電流を抑制する。

以上のようにレギュレータ１では、入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１よりも大きい場合と小さい場合とにおいて、第１の過電流制御回路２１および第２の過電流制御回路２２を選択的に第２トランジスタ１２に電気的に接続して、図５と図７に示すような出力電圧電流特性とを切り換えて、出力電圧と出力電流とを制御している。これによって入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１よりも高いときには、出力電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２から低下したときに、出力電流が制限されるので、地絡時にブーストトランジスタ４のベースおよびコレクタ間の焼損を抑制することができるとともに、入力電圧が予め定める電圧よりも低いときには、出力電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも低下したときに、出力部からの出力電流を、第１の過電流制限特性の場合に比べて増加させるようにブーストトランジスタ４が制御部７によって制御されるので、入力電圧が低下したときであっても、出力電圧を用いる機器に所望の電流を供給することができる。したがって、高いフェールセーフ性と、低電圧時における動作とを両立することができる。

本実施の形態では、第１の過電流制御回路２１をアの字特性の保護回路としているが、第１の過電流制御回路２１のフの字特性の保護回路としてもよい。フの字特性の保護回路を用いると、出力電圧が低下したときに、出力電流を線形に変化させることができる。このような組合せであっても、前述した実施の形態と同様の効果を達成することができる。

図８は、本発明の実施の他の形態のレギュレータ４１を示す回路図である。本実施の形態のレギュレータ４１は、前述の図２に示すレギュレータ１に類似し、基本的には、前述の図２に示すレギュレータ１の構成に、第３の過電流制御回路２３を付加した構成であるので、同様の構成には同様の参照符号を付して、重複する説明を省略する。電源電圧モニタ部６は、入力電圧と、予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１とを比較し、さらに入力電圧と、予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１よりも低い予め定める第４の電圧Ｖｔｈ４とを比較して、その結果を後述する切り換え部１６に与える。電源電圧モニタ部６は、たとえば２つの出力端子を備え、たとえば入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１以上のときには、一方の出力端子からハイレベルの信号を出力して、入力電圧が予め定める第１の電圧Ｖｔｈ１未満のときには、一方の出力端子からローレベルの信号を出力し、たとえば入力電圧が予め定める第４の電圧Ｖｔｈ４以上のときには、他方の出力端子からハイレベルの信号を出力して、入力電圧が予め定める第４の電圧Ｖｔｈ４未満のときには、他方の出力端子からローレベルの信号を出力する。

本実施の形態では、切り換え部１６は、２つの入力端子１６ａ，１６ｂと、１つの出力端子１６ｃと、切り換え制御端子１６ｄとに加えて、さらに１つの入力端子１６ｅとを有するスイッチによって構成されている。切り換え部１６は、電源電圧モニタ部６から切り換え制御端子１６ｄに与えられる信号に応じて、３つの入力端子１６ａ，１６ｂ，１６ｅのうちのいずれか１つと、出力端子１６ｃとを選択的に接続する。ここでは、電源電圧モニタ部６の一方の出力端子から与えられる信号がハイレベルで、かつ他方の出力端子から与えられる信号レベルがハイレベルとき、入力端子１６ａと出力端子１６ｃとを接続し、一方の出力端子から与えられる信号がローレベルで、かつ他方の出力端子から与えられる信号レベルがハイレベルとき、入力端子１６ｅと出力端子１６ｃとを接続し、一方の出力端子から与えられる信号がローレベルで、かつ他方の出力端子から与えられる信号レベルがローレベルとき、入力端子１６ｂと出力端子１６ｃとを接続する。

第１および第２の過電流制御回路２１，２２は、前述の実施の形態と同様であり、第３の過電流制御回路２３は、３つの入力端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、１つの出力端子２３ｄとを備え、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性が、いわゆる「フの字特性」となるように、出力端子２３ｄから信号を出力する。すなわちレギュレータ４１では、入力電圧が低下していくと、レギュレータ４１の出力電圧電流特性が、アの字特性から、フの字特性に変化し、さらに垂下特性に変化する。このように、入力電圧に応じて、複数段階に特性を変化させることによって、出力部３に接続される付加において用いられる電流について、より細かな調整が可能となる。したがって、出力電圧と出力電流を負荷回路に応じて好適に変化させることができ、負荷回路における動作処理を円滑に行うことができる。

図９は、本発明のさらに実施の他の形態のレギュレータ５１を示す回路図である。本実施の形態のレギュレータ５１は、前述の図２に示すレギュレータ１に類似し、基本的には、前述の図２に示すレギュレータ１の構成において、電源電圧モニタ部６を、差電圧モニタ部５２に代えた構成を有し、その他の構成は、レギュレータ１と同様であるので、同様の構成には同様の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

差電圧モニタ部５２は、入力部２に与えられる入力電圧と、出力部３の出力電圧との電位差を検出して、この電位差に応じて、切り換え制御端子１６ｄに制御信号を与える。差電圧モニタ部５２が検出した電位差が、予め定める電位差以上であれば、差電圧モニタ部５２は、切り換え部１６の入力端子１６ａと出力端子１６ｃとを接続させ、前記電位差が、予め定める電位差未満であれば、差電圧モニタ部５２は、切り換え部１６の入力端子１６ｂと出力端子１６ｃとを接続させる。

以上のようなレギュレータ５１においても、前述したレギュレータ１と同様の効果を達成することができる。また入力電圧と出力電圧との電位差に基づいて、出力電圧電流特性を切り換えるので、電源電圧モニタ部６では必要である第１の基準電圧源９を用いなくても回路を構成することができ、回路構成を簡略化することができる。

図１０は、本発明の実施のさらに他の形態のレギュレータ６１を示す回路図である。本実施の形態のレギュレータ６１は、前述の図２に示すレギュレータ１に類似し、基本的には、前述の図２に示すレギュレータ１の構成において、第１および第２の過電流制御回路２１，２２と切り換え部１６とを、アの字保護回路６２に代えた構成であるので、同様の構成には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。

アの字保護回路６２は、３つの入力端子２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、１つの出力端子２１ｄとを備え、レギュレータ６１から出力される電圧および電流特性が、アの字特性となるように出力端子２１ｄから信号を出力する。

図１１は、レギュレータ６１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。レギュレータ６１は、入力電圧Ｖｉｎが予め定める電圧ＶＴ以上のときに、アの字特性における電流の切り替える電圧レベルをＶ１とし、入力電圧Ｖｉｎが予め定める電圧ＶＴ未満のときに、アの字特性における電流を切り替える電圧レベルをＶｔｈ２よりも低いＶｔｈ４とする。したがってレギュレータ６１では、アの字特性で、電圧レベルがＶ１となる第１の過電流制限特性と、アの字特性で、電圧レベルがＶ２となる第２の過電流制限特性が切り換えられる。したがって、第２の過電流制限特性は、第１の過電流制限特性において出力部３からの出力電流を低下させる基準となる予め定める電圧ＶＴを低下させた特性となり、すなわち出力部の電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２以下、かつ予め定めるしきい電圧Ｖｔｈ４を超えるときに、出力部３からの出力電流を予め定める電流に保持し、出力部３の電圧が予め定めるしきい電圧Ｖｔｈ４未満になると、出力部３からの出力電流を低下させる特性となる。

図１２は、アの字保護回路６２の一例を示す回路図である。図４に示す第１の過電流制御回路２１の構成に加えて、抵抗素子６４と、スイッチ素子６５とを備えて構成されている。抵抗素子６４は、抵抗素子３１ｃと、グランドとの間に介在され、スイッチ素子６５は、抵抗素子３１ｃと並列に接続されている。スイッチ素子６５の一方の端子は、抵抗素子３１ｃと抵抗素子６４との接続部位に接続され、他方の端子はグランドに接続されている。スイッチ素子６５は、電源電圧モニタ部６からの制御信号に応じて、開閉し、電源電圧モニタ部６からハイレベルの信号が与えられるとスイッチが閉じた状態となり、電源電圧モニタ部６からハイレベルの信号が与えられるとスイッチが開いた状態となる。スイッチ素子６５の開閉に応じて、コンパレータ３２ｂの非反転入力端子に入力される電圧が変化する。これによって、アの字特性における電流の切り替える電圧レベルをＶ１からＶ２に変化させることができる。

抵抗素子３１ｂ，３１ｃ，６４と、コンパレータ３２ｂと、電流源３３ａ，３３ｂと、第２の基準電圧源３４とを、制御スイッチ３５と、スイッチ素子６５とを備えて、過電流検知レベル切換回路部６３が構成されている。以上のようなレギュレータ６１においても、前述したレギュレータ１と同様の効果を達成することができる。

図１３は、本発明の実施のさらに他の形態のレギュレータ７１を示す回路図である。本実施の形態のレギュレータ７１は、前述の図２および図１０に示すレギュレータ１に類似し、基本的には、前述の図１０に示すレギュレータ１の構成において、アの字保護回路６２を、他のアの字保護回路７２に代えた構成であるので、同様の構成には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１０に示す実施の形態では、第２の過電流制限特性は、第１の過電流制限特性において出力部３からの出力電流を低下させる基準となる予め定める電圧ＶＴを低下させた特性としているが、本実施の形態では、第２の過電流制限特性は、第１の過電流制限特性において入力電圧が予め定める電圧ＶＴよりも低くなったときに、出力部３から出力される出力電流を増加させた特性となっている。

図１４は、レギュレータ７１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。レギュレータ７１は、入力電圧Ｖｉｎが予め定める電圧ＶＴ以上のときに、アの字特性における電流の制限レベル（Ｉｂ）を、第１の制限レベルＩｂ１とし、入力電圧Ｖｉｎが予め定める電圧ＶＴ未満のときに、アの字特性における電流の制限レベルをＩｂ１よりも大きい第２の制限レベルＩｂ２とする。したがってレギュレータ７１では、アの字特性で、電圧レベルがＶ１となる第１の過電流制限特性と、アの字特性で、電圧レベルがＶ２となる第２の過電流制限特性が切り換えられる。したがって、第２の過電流制限特性は、第１の過電流制限特性において出力電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも低くなったときに、出力部３から出力される出力電流を増加させた特性となり、すなわち、出力部３の電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２以上のときに、出力部３からの出力電流を予め定める電流に保持し、出力部３の電圧が予め定める第２の電圧Ｖｔｈ２よりも低いときに、出力部３からの出力電流を予め定める電流よりも大きな電流に保持する特性となる。以上のようなレギュレータ５１においても、前述したレギュレータ１と同様の効果を達成することができる。

本発明の実施のさらの他の形態では、前述した図１２および図１３に示す回路を組み合わせて、レギュレータを構成してもよい。アの字特性における電流を切り替える電圧レベルと、アの字特性における電流の制限レベルとを設けることによって、接続される負荷にさらに最適な電流を出力部３から出力することができるようになる。

また前述した図１２に示すアの字保護回路６２において、コンパレータ３２ｂにヒステリシス特性を持たせるか、またはコンパレータ３２ｂの出力にフィルタを挿入することによって、切り換え時のチャタリングを抑制する構成としてもよい。これによってチャタリングによって出力電圧電流特性が変化してしまうことが抑制され、レギュレータの信頼性を向上することができる。

上述した各実施の形態では、レギュレータの入力部２をバッテリ５に接続しているが、入力部２は、本発明の各実施の形態のいずれかのレギュレータの出力部３に接続されて、レギュレータを多段に接続してもちいてもよい。

また上述した各実施の形態のレギュレータのいずれかを備える電子機器においては、前記レギュレータを備えることによって、ブーストトランジスタの焼損破壊が抑制されるとともに、スイッチングレギュレータに入力される入力電圧が低下したときに、レギュレータから出力される電流の低下が抑制されるので、レギュレータからの電流が与えられて動作する回路の動作が制限されてしまうことを抑制することができる。したがって、信頼性の向上された電子機器を提供することができる。

図１は、「アの字特性」方式を採用する過電流保護回路を有するシリーズレギュレータの出力電圧を示すグラフである。本発明の実施の一形態のシリーズレギュレータ１を示す回路図である。電源電圧モニタ部６の回路構成の一例を示す図である。第１の過電流制御回路２１の一例を示す図である。切り換え部１６の入力端子１６ａと出力端子１６ｃとが接続されているときの、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。第２の過電流制御回路２２の一例を示す図である。切り換え部１６の入力端子１６ｂと出力端子１６ｃとが接続されているときの、レギュレータ１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。本発明の実施の他の形態のレギュレータ４１を示す回路図である。本発明のさらに実施の他の形態のレギュレータ５１を示す回路図である。本発明の実施のさらに他の形態のレギュレータ６１を示す回路図である。レギュレータ６１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。アの字保護回路６２の一例を示す回路図である。本発明の実施のさらに他の形態のレギュレータ７１を示す回路図である。レギュレータ７１から出力される電圧および電流特性を示すグラフである。

符号の説明

１，４１，５１，６１，７１シリーズレギュレータ
２入力部
３出力部
４ブーストトランジスタ
６電源電圧モニタ部
７制御部
２１第１の過電流制御回路
２２第２の過電流制御回路
２３第３の過電流制御回路
５２差電圧モニタ部
６２，７２アの字保護回路

Claims

入力部と、出力部と、入力部および出力部の間に設けられるブーストトランジスタとを備え、ブーストトランジスタを制御することによって、入力部に与えられる入力電圧を所定の電圧に変換して出力部から出力可能なシリーズレギュレータであって、
前記入力電圧を検出する検出部と、
前記入力電圧が予め定める第１電圧よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記入力電圧が予め定める第１の電圧よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低くなると、前記出力部からの出力電流を低下させる第１の過電流制限特性と、前記入力電圧が前記予め定める第１の電圧よりも低い予め定める範囲の電圧で、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低いときに、前記第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を前記出力部から出力可能な第２の過電流制限特性とを切り換えて、前記ブーストトランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とするシリーズレギュレータ。
前記制御部は、前記第１および第２の電流制限特性に加えて、前記入力電圧が前記予め定める第１の電圧よりも低い予め定める第２の範囲の電圧で、かつ前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低いときに、前記第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を前記出力部から出力可能な第３の過電流制限特性とを切り換えて、前記ブーストトランジスタを制御することを特徴とする請求項１に記載のシリーズレギュレータ。
入力部と、出力部と、入力部および出力部の間に設けられるブーストトランジスタとを備え、ブーストトランジスタを制御することによって、入力部に与えられる入力電圧を所定の電圧に変換して出力部から出力可能なシリーズレギュレータであって、
前記入力電圧および前記出力部の電圧の電位差を検出する検出部と、
前記電位差が予め定める電位差よりも大きく、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記入力電圧が予め定める電位差よりも高く、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも低くなると、前記出力部からの出力電流を低下させる第１の過電流制限特性と、前記入力電圧が前記予め定める電位差よりも小さい予め定める範囲の電位差で、かつ前記出力部の電圧が予め定める電圧よりも低いときに、前記第１の過電流制限特性における出力電流よりも大きな出力電流を前記出力部から出力可能な第２の過電流制限特性とを切り換えて、前記ブーストトランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とするシリーズレギュレータ。
第２の過電流制限特性は、前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低く、かつ予め定める第３の電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記出力部の電圧が予め定めるしきい電圧よりも低くなると、前記出力部からの出力電流を低下させる特性、および前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも高いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流に保持し、前記出力部の電圧が予め定める第２の電圧よりも低いときに、前記出力部からの出力電流を予め定める電流よりも大きな電流に保持する特性の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のシリーズレギュレータ。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のシリーズレギュレータを備えることを特徴とする電子機器。