专利名称：直流稳压电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及输出稳定的电压的直流稳压电源设备。
(2)背景技术如今，直流稳压电源设备被广泛地用作能向负载提供稳定的电压而不管输入或负载或周围环境的变化的电源设备。另一方面，近年来，提供有数字电路的装置(例如计算机或视听装置)变得越来越流行而没有直流稳压电源这类装置便不能工作。因为为了较长的电池寿命和较少的环境影响而要求这些装置消耗更少的能量，所以追求具有较低功耗的直流稳压电源设备。
用作上述直流稳压电源设备的是通过将输出晶体管用作一种可变电阻将输入电压降低然后将其输出的降压器型稳压电源设备，和通过控制输出晶体管被导通/截止的占空比来稳定输出电压的断续器型稳压电源设备(开关型电源设备)。
因为前一降压器型稳压电源设备(降压器调节器)通过使用晶体管两端的压降来稳定输出电压，它将压降释放成热量。这使得当输入/输出电压差大时此降压器型稳压电源设备的效率不太高。另一方面，因为它遭受的噪声较少，所以便于设计并能找到宽广的应用范围。
另一方面，因为后一断续器型稳压电源设备(断续器调节器)导通/截止输出晶体管，从而基于输出晶体管被开关的占空比执行输出控制，所以它在用于输入/输出电压差大的应用中时提供高效率。
另外，稳压电源设备具有诸如过热保护、过电流保护和软启动之类的许多功能，并具有用于实现上述功能的内置式保护电路。
将参照图10说明一个传统的降压器型稳压电源设备的例子。传统的降压器型稳压电源设备101(下文简称为“电源设备101”)设有输出晶体管102、控制电路104、和馈送用于驱动控制电路104的电压的恒压电路131。控制电路104由输出参考电压Vref的参考电压源126、误差放大器125、驱动晶体管133、过热保护电路118、过电流保护电路119、OR电路120和晶体管134组成。
从直流电源5输出的输入电压Vin被馈送至输出晶体管102的发射极和恒压电路131。直流电源5的输出通过电容器6接地。通过用分电压电阻7和8划分电源设备101的输出电压Vout所取得的电压和参考电压Vref之间误差由误差放大器125放大。误差放大器125通过驱动晶体管133控制输出晶体管102的基极电流，从而将输出电压Vout保持在恒定电平。负载10以输出电压Vout操作。输出输出电压Vout的端子通过电容器9接地。
当出现异常时，内置式保护功能为电源设备101提供保护。例如，过热保护电路118通过在结温达到某一水平时强制截止输出晶体管102来防止输出晶体管102的结温由于例如重负载或环境温度的异常上升所引起的内部热量而超过某一水平。另一方面，过电流保护电路119通过限制输出电流来保护电源设备101不受过电流，使得某个水平以上的电流不在其中流过。
当使过热保护或过电流保护操作时，高电平信号从过热保护电路118或过电流保护电路119馈送至OR电路120。这导通晶体管134，然后驱动晶体管133的基极电压取低电平(例如，0.1V)。结果，输出晶体管102的基极电流被中断，关闭电源设备101的输出。
恒压电路131是通过使用例如恒压二极管以将相对恒定的电压传送至控制电路104作为其供电电压来稳定输入电压Vin的电路。这里，假设输入电压Vin为12V，恒压电路131的输出电压(即，控制电路104的供电电压)为2.7V，而控制电路104的功耗为10mA。则用于驱动控制电路104而消耗的电功率为12V×10mA＝120mW。
另外，JP-A-2005-6442(下文称为专利公开1)中公开了一种调节器，它在不需诸如过热保护之类的保护时中断向保护电路提供电力。
如上所述，在图10的电源设备101中，消耗了较多的电力用于驱动控制电路104。另一方面，在专利公开1的调节器中，因为向保护电路提供的电力在不需要保护时被中断，预计它能减少功耗。然而，这不足以促使功耗减少，因为保护电路以外的控制电路所消耗的电力没有减少。
(3)发明内容考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种能使电源设备中消耗的电力充分减少的直流稳压电源设备。
为了实现上述目的，根据本发明，在设置有从外部接收输入电压的输出元件和对所述输出元件进行控制以稳定直流稳压电源设备的输出电压的控制电路的直流稳压电源设备中，提供了一个降低输入电压并将如此取得的电压作为用于驱动所述控制电路的电压输出的电压馈送电路。所述电压馈送电路被设成降低输入电压然后输出如此取得的电压的电荷泵电路。
用此配置，输入电压由电荷泵电路降压然后馈送至控制电路(如需要，例如进一步通过恒压电路)。这帮助减少电源设备中用于驱动控制电路所消耗的电力。
例如，还提供了一种输出电流检测电路，它检测直流稳压电源设备的输出电流的大小。电压馈送电路依据所检测到的输出电流的大小改变电荷泵电路的可供电流量。
例如，输出元件是双极晶体管，直流稳压电源设备还设有检测所述双级晶体管的基极电流的大小的基极电流检测电路，且所述电压馈送电路依据所检测到的基极电流的大小改变电荷泵电路的可供电流量。
例如，直流稳压电源设备的负载以不同功耗的多个操作状态操作，且所述电压馈送电路依据指示负载的操作状态的外部信号改变电荷泵电路的可供电流量。
这有助于解决随着输出电流的增加而可能出现的电压馈送电路的供电不足。
具体来说，例如，电荷泵电路包括多个串联连接的开关元件，和控制所述多个开关元件中每一个的导通/截止的驱动电路。电荷泵电路配置成电荷泵电路的可供电流量随着多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比的增加而增加。驱动电路通过改变多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比来改变电荷泵电路的可供电流量。
例如，最好提供一种输出电流检测电路，它检测直流稳压电源设备的输出电流的大小，并且在发现所检测到的输出电流的大小等于或小于预定的第一阈值时，电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至直流稳压电源设备的负载，并中断从电压馈送电路向控制电路提供电压。
例如，最好输出元件是双极晶体管，直流稳压电源设备还设有检测双极晶体管的基极电流的大小的基极电流检测电路，且当发现所检测到的基极电流的大小等于或小于预定的第二阈值时，电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至直流稳压电源设备的负载，并中断从电压馈送电路向控制电路提供电压。
例如，最好直流稳压电源设备的负载的操作状态包括第一操作状态和其中功耗低于第一操作状态中所需的功耗的第二操作状态，且，当指示负载的操作状态的外部信号指示所述第二操作状态时，电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至直流稳压电源设备的负载，并中断从电压馈送电路向控制电路提供电压。
当所检测到的输出电流的大小等于或小于预定的第一阈值时，当所检测到的基极电流的大小等于或小于预定的第二阈值时，或当指示负载的操作状态的外部信号指示所述第二操作状态时，负载的功耗较低。在此情况下，通过使电压馈送电路向负载馈送电力并中断向控制电路提供电压，控制电路的功耗被减少至零。这有助于进一步减少功耗。
例如，直流稳压电源设备是断续器型直流稳压电源设备。
(4)
图1为根据本发明的第一实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图2为根据本发明的第二实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图3为根据本发明的第三实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图4为根据本发明的第四实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图5为根据本发明的第五实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图6为根据本发明的第六实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图7为根据本发明的第七实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图8为根据本发明的第八实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图9为根据本发明的第九实施例的直流稳压电源设备的电路图。
图10为传统的直流稳压电源设备的电路图。
(5)具体实施方式
第一实施例下面将说明本发明的第一实施例的直流稳压电源设备。图1为第一实施例的直流稳压电源设备1(下文称为“电源设备1”)的电路图。
电源设备1设有用作输出元件的输出晶体管2、控制输出晶体管2的控制电路4和向控制电路4馈送用于驱动控制电路4的电源电压的电压馈送电路3。
从直流电源5输出的输入电压Vin被馈送至输出晶体管2(PNP双极晶体管)的发射极，并通过输入端11馈送至电压馈送电路3。直流电源5的输出通过电容器6接地(即，与用作参考电位的地连接)。输出晶体管2的集电极与输出端12连接。输出端12与负载10连接，并通过其中分电压电阻7和8串联连接的电路和电容器9接地。电源设备1的输出电压Vout从输出端12输出，且负载10从输出电压Vout工作。
通过反馈端13将分电压电阻7和8相互连接的节点处的电压作为反馈电压馈送至控制电路4。该控制电路4控制输出晶体管2的基极电流(基极电位)以使反馈电压保持在高电平。这将输出电压Vout稳定在预定恒定电压。
电压馈送电路3使输入电压Vin下降，然后将如此获得的电压作为用于驱动控制电路4的电源电压输出。与图10中所示的传统的直流稳压电源设备相比，这有助于减少如下计算的与电功率相对应的损耗(输入电压Vin减去控制电路4的电源电压)乘以控制电路4的功耗，有助于减少电源设备本身的功耗。
第二实施例下面将说明本发明的第二实施例的直流稳压电源设备。图2为第二实施例的直流稳压电源设备1a(下文称为“电源设备1a”)的电路图。
电源设备1a设有用作输出元件的输出晶体管2、控制输出晶体管2的控制电路4和向控制电路4馈送用于驱动控制电路4的电源电压的电荷泵电路3a。具体来说，在电源设备1a中，向控制电路4馈送电源电压的电压馈送电路被设为电荷泵电路3a。图2在其它方面的电路配置和单个电路块的操作方面与图1相同，因此不再重复它们的说明。在图2中，在图1中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识。
控制电路4控制输出晶体管2的基极电流(基极电位)使得将分电压电阻7和8连接在一起的结点处的电压(反馈电压)保持在给定电平。这将输出电压Vout稳定在预定的恒定电压。
电荷泵电路3a被馈送以输出电压Vin，然后向控制电路4馈送一个例如等于输入电压Vin的一半的电压作为供电电压。具体来说，电荷泵电路3a降低输出电压Vin，然后输出如此获得的电压作为用于驱动控制电路4的供电电压。与图10中所示的传统的直流稳压电源设备相比，这有助于减少如下计算的与电功率相对应的损耗(输入电压Vin减去控制电路4的供电电压)乘以控制电路4的功耗，有助于减少电源设备本身的功耗。
第三实施例下面将说明本发明的第三实施例的直流稳压电源设备。图3为第三实施例的直流稳压电源设备1b(下文称为“电源设备1b”)的电路图。在图3中，在图1中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识。
电源设备1b设有属于NPN双极晶体管的输出晶体管16、属于PNP双极晶体管的输出晶体管17、控制输出晶体管16的控制电路4b、输出用于驱动控制电路4b的电压的电压馈送电路3b、和将所述电压馈送电路3b的输出电压稳定在预定电压然后将稳定的电压作为电源电压馈送至控制电路4b的恒压电路29。该恒压电路29被设成例如恒压二极管或分流调节器。
控制电路4b由输出参考电压Vref的参考电压源26、误差放大器(ERRORAMP.)25、振荡电路23、PWM比较器(PWM COMP.)24、触发器22、NAND电路21、用于过电流保护的过电流保护电路19、用于保护不受异常温度上升的过热保护电路18、和OR电路20组成。
向输入端11施加从直流电源5输出的输入电压Vin。此输入端11与输出晶体管16的集电极和晶体管17的发射器连接，并与电压馈送电路3b连接。直流电源5的输出通过电容器6接地(即，与用作参考电位的地连接)。
输出晶体管16的发射极与输出端12连接，而输出端12与二极管27的阴极和线圈28的一端连接。线圈28的另一端通过电容器9和其中分电压电阻7和8串联连接的电路接地，并与负载10连接。二极管27的阳极接地。
通过反馈端13将分电压电阻7和8连接在一起的结点处的电压作为反馈电压馈送至误差放大器25的反相输入端(-)。将参考电压Vref馈送至误差放大器25的非反相输出端(+)。误差放大器25放大反馈电压和参考电压Vref之间的电压误差。PWM比较器24在其非反相输入端(+)接收误差放大器25的输出电压，而在其反相输入端(-)接收从振荡电路23输出的三角波。通过将这样接收到的三角波与误差放大器25的输出电压相比较，PWM比较器24通过NAND电路21向输出晶体管16馈送脉宽调制信号。
当输出晶体管16导通时，电流通过输出晶体管16从输入端11流向线圈28。此时，能量在线圈28中积累，且电流通过线圈28被馈送至负载10。另一方面，当输出晶体管16截止时，在线圈28中积累的能量通过二极管27释放。这样，保持反馈电压与参考电压Vref相等，且将负载10、电容器9和分电压电阻7连接在一起的结点的电压，即电源设备1b的输出电压Vout被保持在恒定电平。负载10通过将输出电压Vout用作驱动电压来执行预定操作。如上所述，电源设备1b起断续器型直流稳压电源设备的作用。因为电源设备1b需要二极管27、线圈28和电容器9来获取输出电压Vout，可以认为电源设备1b设有二极管27、线圈28和电容器9。
过热保护电路18通过监控电源设备的特定组件的温度并在温度超过预定的阈值温度时通过输出高电平电压强制截止输出晶体管16来保护本发明的电源设备(在本实施例中，电源设备1b)。例如，当输出晶体管(在本实施例，输出晶体管16)的结温由于重负载或环境温度的异常上升所引起的内部热量而达到(或被认为达到)预定的阈值温度时，过热保护电路18输出高电平电压。这有助于防止输出晶体管受到热的伤害。
过电流保护电路19通过限制输出电流从输出端12流出使得它不超过预定的电流极限来保护电源设备(在本实施例中，电源设备1b)不遭受过电流。当输出电流达到电流极限时，过电流保护电路19通过输出高电平电压强制截止输出晶体管16。
为了实现上述操作，将过热保护电路18的输出馈送至OR电路20的输入端，并将过电流保护电路19的输出馈送至OR电路20的另一输入端。OR电路20的输出与触发器22的置位端连接，而触发器22的反相输出端与NAND电路21的一个输出端连接。PWM比较器24的输出与NAND电路21的另一输入端连接。当触发器22的置位端取高电平时，触发器22从其反相输出端输出一个低电平电压信号，并继续输出该低电平电压信号直至其复位端的输入取高电平。另外，将与由振荡电路23生成的三角波同步的矩形波馈送至触发器22的复位端。NAND电路21的输出与晶体管17的基极连接，而晶体管17的集电极与输出晶体管16的基极连接。
电压馈送电路3b通过恒压电路29降低输入电压Vin然后将如此获得的电压馈送至控制电路4b来驱动控制电路4b。与图10中所示的传统的直流稳压电源设备相比，这有助于减少如下计算的与电功率相对应的损耗(输入电压Vin减去电压馈送电路3b的输出电压)乘以控制电路4b的功耗，有助于减少电源设备本身的功耗。
第四实施例下面将说明本发明的第四实施例的直流稳压电源设备。图4为第四实施例的直流稳压电源设备1c(下文称为“电源设备1c”)的电路图。在图4中，在图1和3中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1c设有用作输出元件的输出晶体管2、控制输出晶体管2的控制电路4c、输出用于驱动控制电路4c的电压的电压馈送电路3c、将所述电压馈送电路3c的输出电压稳定在预定电压并将稳定的电压作为电源电压馈送至控制电路4c的恒压电路31、和输出电流检测电路32。该恒压电路31被设成例如恒压二极管或分流调节器。
控制电路4c由输出参考电压Vref的参考电压源26、误差放大器25、过热保护电路18、过电流保护电路19、OR电路20、属于NPN双极晶体管的驱动晶体管33和属于NPN双极晶体管的晶体管34组成。
通过输出端11向输出晶体管2的发射极和电压馈送电路3c馈送从直流电源5输出的输入电压Vin。直流电源5的输出通过电容器6接地(即，与用作参考电位的地连接)。输出晶体管2的集电极通过输出电流检测电路32与输出端12连接。输出端12与负载10连接，并通过其中分电压电阻7和8串联连接的电路和电容器9接地。电源设备1c的输出电压Vout从输出端12输出，而负载10以输出电压Vout操作。
通过反馈端13将分电压电阻7和8连接在一起的结点处的电压作为反馈电压馈送至误差放大器25的反相输入端(-)。将参考电压Vref馈送至误差放大器25的非反相输出端(+)。误差放大器25放大反馈电压和参考电压Vref之间的电压误差。
驱动晶体管33的集电极与输出晶体管2的基极连接，其基极与误差放大器25的输出连接，而其发射集接地。结果，输出晶体管2的基极电流(基极电位)被控制，使得反馈电压等于参考电压Vref。这使得可以将输出电压Vout保持在预定的恒定电压。
过热保护电路18通过监控电源设备的特定组件的温度并在温度超过预定的阈值温度时通过输出高电平电压强制截止输出晶体管16来保护本发明的电源设备(在本实施例中，电源设备1c)。例如，当输出晶体管(在本实施例，输出晶体管2)的结温由于重负载或环境温度的异常上升所引起的内部热量增加而达到(或被认为达到)预定的阈值温度时，过热保护电路18输出高电平电压。这有助于防止输出晶体管受到热的伤害。
过电流保护电路19通过限制输出电流从输出端12流出使得它不超过预定的电流极限来保护电源设备(在本实施例中，电源设备1c)不遭受过电流。当输出电流达到电流极限时，过电流保护电路19通过输出高电平电压强制截止输出晶体管2。
过热保护电路18、过电流保护电路19和OR电路20以与图3的电源设备1b相同的方式连接。晶体管34的基极与OR电路20的输出连接，其集电极与驱动晶体管33的基极连接，其发射极接地。结果，当使过热保护和/或过电流保护操作并且从过热保护电路18和/或过电流保护电路19输出高电平信号时，晶体管34导通，然后驱动晶体管33的基极电压取低电平(例如，0.1V)。结果，输出晶体管2的基极电流被中断，保护电源设备1c不遭受过热和过电流。
电压馈送电路3c为电荷泵电路，它设有电容器C1、C2和C3、各由例如MOS晶体管(绝缘栅极场效应晶体管)组成的开关元件S1、S2、S3和S4、和驱动开关元件S1-S4的驱动电路30。
开关元件S1、S2、S3和S4以指定的次序串联连接，并将输入电压Vin施加于其中开关元件S1、S2、S3和S4串联连接的电路的各端。位于开关元件S1与将开关S1和S2连接在一起的结点相对的那一侧的开关元件S1的一端与输入端11连接，而开关元件S4位于与将开关S3和S4连接在一起的结点相对的那一侧的一端接地。将开关S1和S2连接在一起的结点通过电容器C1与将将开关S3和S4连接在一起的结点连接，并通过电容器C3接地。将开关S2和S3连接在一起的结点通过电容器C2接地。将开关S1和S2连接在一起的结点处的电压被作为电压馈送电路3c的输出电压馈送至恒压电路31。例如使电容器C1和C2的电容相等。
驱动电路30控制开关元件S1-S4的导通/截止以交替在其中开关元件S1和S3导通而开关元件S2和S4截止的状态和其中开关元件S1和S3截止而开关元件S2和S4导通的状态之间切换。
首先，通过导通开关元件S1和S3，用输入电压Vin给电容器C1和C2充电。然后，开关元件S1和S3被截止而开关元件S2和S4被导通。结果，将等于输入电压Vin的一半的电压馈送至恒压电路31。注意，驱动电路30被馈给输入电压Vin作为用于控制开关元件S1-S4的导通/截止的供电电压。
假设输入电压Vin为12V。则电压馈送电路3c的输出电压为6V(约6V)。恒压电路31将馈给其的这一6V电压降低至例如2.7V，然后将如此获得的电压馈送至控制电路4c(具体来说，过热保护电路18、过电流保护电路19、OR电路20、误差放大器25和参考电压源26)作为电源电压。应注意，可以将电压馈送电路3c和恒压电路31整体地看作电压馈送电路。
假设控制电路4c的功耗为10mA。则，驱动控制电路4c所消耗的电功率计算如下电压馈送电路3c的输出电压×控制电路4c的功耗＝6V×10mA＝60mW。另一方面，假设如在图10中所示的传统直流稳压电源设备的情况中，将输入电压Vin直接馈送至恒电压电路。则，用于驱动控制电路4c的功耗计算如下输入电压Vin×控制电路4c的功耗＝12V×10mA＝120mW。即，通过采用电压馈送电路3c，可以减少60mW(＝120mW-60mW)的功耗。这有助于节省能量。
例如将输出电流检测电路32设立成串联连接在输出晶体管2的集电极和输出端12之间的分流电阻，并基于分流电阻两端的压降检测输出晶体管2的输出电流的大小(电源设备1c的输出电流)。输出电流检测电路32将所检测到的输出电流的大小传送至驱动电路30。
当输出电流的大小较小时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)较小。另一方面，当输出电流的大小较大时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)较大。具体来说，随着输出晶体管2的输出电流(电源设备1c的输出电流)的大小增加，开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)变得更大。随着开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)变得更大，电压馈送电路3c的可供电流量，即电压馈送电路3c能向恒压电路31(控制电路4c)提供的电流量增加。
当输出晶体管2(电流设备1c的输出电流)的输出电流增加，驱动驱动晶体管33所需的电流增加，从而控制电路4c本身的功耗增加。这提出了有关电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
然而，如上所述，电源电路3c通过根据输出晶体管2的输出电流(电源设备1c的输出电流)改变开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)来改变其可供电流量。这有助于解决随着输出电流的增加而出现的电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
第五实施例下面将说明本发明的第五实施例的直流稳压电源设备。图5为第五实施例的直流稳压电源设备1d(下文称为“电源设备1d”)的电路图。在图5中，在图4中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1d设有输出晶体管2、控制电路4c、电压馈送电路3c、恒压电路31、和基极电流检测电路35。图5的电源设备1d在电路配置和操作上与图4的电源设备1c类似，且图5的电路配置和操作总体上类似于图4。图5的电源设备1d(整个图5)与图4的电源设备1c(整个图4)的不同之处在于用基极电流检测电路35取代图4的输出电流检测电路32。如果不另行说明，则图5的电源设备1d(整个图5)在电路配置和操作上与图4的电源设备1c(整个图4)相同，并不再重复对它们的说明。
基极电流检测电路35位于输出晶体管2和驱动晶体管33的集电极之间。因为省略了为图4的电源设备1c提供的输出电流检测电路32，输出晶体管2的集电极直接与输出端12连接。电源设备1d的输出电压Vout从输出端12输出，而负载10以输出电压Vout操作。
因为本实施例中也采用了电压馈送电路3c，可以和第四实施例一样实现功耗的减少。
例如，基极电流检测电路35被设成串联连接在输出晶体管2和驱动晶体管33的集电极之间的分流电阻，并根据分流电阻两端的压降检测输出晶体管2的基极电流的大小。基极电流检测电路35将所检测到的基极电流的大小传送至驱动电路30。
当基极电流检测电路35所检测到的基极电流的大小较小时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)较小。另一方面，当基极电流的大小较大时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)较大。具体来说，随着输出晶体管2的基极电流的大小增加，开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)变得更大。随着开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比变得更大，电压馈送电路3c的可供电流量，即电压馈送电路3c能向恒压电路31(控制电路4c)提供的电流量增加。
输出晶体管2的输出电流(电源设备1d的输出电流)与输出晶体管2的基极电流成正比。因此，随着输出晶体管2的基极电流增加，输出晶体管2的输出电流(电源设备1d的输出电流)增加。当输出晶体管2的输出电流(电源设备1d的输出电流)增加时，驱动驱动晶体管33所需的电流增加，从而控制电路4c本身的功耗增加。这提出了有关电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
然而，如上所述，电源电路3c通过根据输出晶体管2的基极电流改变开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)来改变其可供电流量。这有助于解决随着输出电流的增加而出现的电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
第六实施例下面将说明本发明的第六实施例的直流稳压电源设备。图6为第六实施例的直流稳压电源设备1e(下文称为“电源设备1e”)的电路图。在图6中，在图4中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1e设有输出晶体管2、控制电路4c、电压馈送电路3c和恒压电路31。图6的电源设备1e在电路配置和操作上与图4的电源设备1c类似，且图6的电路配置和操作总体上类似于图4。图6的电源设备1e(整个图6)与图4的电源设备1c(整个图4)的不同之处在于省略了图4的输出电流检测电路32，并通过外部信号输出端(Vs)36将指示负载10的操作状态的外部信号馈送至驱动电路30。如果不另行说明，则图6的电源设备1e(整个图6)在电路配置和操作上与图4的电源设备1c(整个图4)相同，并不再重复对它们的说明。
因为省略了为图4的电源设备1c提供的输出电流检测电路32，输出晶体管2的集电极直接与输出端12连接。电源设备1e的输出电压Vout从输出端12输出，而负载10以输出电压Vout操作。
因为本实施例中也采用了电压馈送电路3c，可以和第四实施例一样实现功耗的减少。
电源设备1e被用作用于驱动例如便携式电话(未示出)的电源设备，而负载10是便携式电话的组件，例如设有液晶屏的显示部分(未示出)等或执行各种控制的微型计算机(未示出)。负载10以其中例如电话正在进行中的正常操作状态或其中例如用户没有执行操作的待机状态操作。应注意，负载10可以以上述具体说明的状态以外的任何状态操作。当负载10以正常操作状态操作时，其功耗较高。另一方面，当处于待机状态时，负载10的功耗低于正常操作状态所需的功耗。
从例如设在负载10中的微型计算机将用于指示负载10的操作状态的信号作为外部信号馈送至驱动电路30。基于如此接收到的外部信号，驱动电路30识别负载10是处于正常操作状态还是处于待机状态。
当发现负载10处于待机状态时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)较小。另一方面，当发现负载10处于正常操作状态时，驱动电路30使开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)大于待机状态中所观察到的占空比。随着开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)变得更大，电压馈送电路3c的可供电流量，即电压馈送电路3c能向恒压电路31(控制电路4c)提供的电流量增加。
当负载10处于正常操作状态时，输出晶体管2的输出电流(电源设备1e的输出电流)大于待机状态中所需的输出电流。当输出晶体管2的输出电流(电源设备1e的输出电流)增加时，驱动驱动晶体管33所需的电流增加，从而控制电路4c本身的功耗增加。这提出了有关电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
然而，如上所述，电压馈送电路3c通过根据指示负载10的操作状态的外部信号改变开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)来改变其可供电流量。这有助于解决随着负载的增加而出现的电压馈送电路3c的电流供应不足的问题。
第七实施例下面将说明本发明的第七实施例的直流稳压电源设备。图7为第七实施例的直流稳压电源设备1f(下文称为“电源设备1f”)的电路图。在图7中，在图4中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1f设有输出晶体管2、控制电路4c、电压馈送电路3c和恒压电路31、输出电流检测电路32a以及开关电路37和38。图7的电源设备1f在电路配置和操作上与图4的电源设备1c类似，且图7的电路配置和操作总体上类似于图4。
图7的电源设备1f(整个图7)与图4的电源设备1c(整个图4)的不同之处在于用输出电流检测电路32a代替图4的输出电流检测电路32，开关电路38位于输出晶体管2的集电极和输出端12之间，而开关37位于电压馈送电路3c的输出和恒压电路31之间。如果不另行说明，则图7的电源设备1f(整个图7)在电路配置和操作上与图4的电源设备1c(整个图4)相同，并不再重复对它们的说明。
开关电路37具有第一端37a、第二端37b和公共端37c，并根据馈送其至的选择信号选择性地将第一端37a或第二端37b连接至公共端37c。具体来说，当选择信号取高电平时，第一端37a与公共端37c连接。另一方面，当选择信号取低电平时，第二端37b与公共端37c连接。图7示出其中第二端37b与公共端37c连接的状态。
开关电路38具有第一端38a、第二端38b和公共端38c，并根据馈送其至的选择信号选择性地将第一端38a或第二端38b连接至公共端38c。具体来说，当选择信号取高电平时，第一端38a与公共端38c连接。另一方面，当选择信号取低电平时，第二端38b与公共端38c连接。图7示出其中第二端38b与公共端38c连接的状态。
在开关电路37中，第一端37a与恒压电路31连接，第二端37b与开关电路38的第二端38b连接，而公共端37c与电压馈送电路3c的输出连接(开关元件S1和S2连接在一起的结点)。在开关电路38中，第一端38a与输出晶体管2的集电极连接，而公共端38c与输出电流检测电路32a连接。
例如，输出电流检测电路32a被设成串联连接在公共端38c和输出端12之间的分流电阻，并根据分流电阻两端的压降检测从端12输出的电流(电源设备1f的输出电流)的大小。当所检测到的电流的大小大于预定的第一电流阈值时，输出电流检测电路32a向开关电路37和38输出高电平选择信号。另一方面，当所检测到的电流的大小等于或小于第一电流阈值时，输出电流检测电路32a向开关电路37和38输出低电平选择信号。
结果，当电源设备1f的输出电流的大小大于第一电流阈值时，通过公共端37c和第一端37a将电压馈送电路3c的输出电压馈送至恒压电路31，且输出晶体管2的集电极通过第一端38a和公共端38c(和输出电流检测电路32a)与输出端12连接。这使得电源设备1f以与图4的电源设备1c相似的方式操作。即，控制输出晶体管2的基极电流使得将分电压电阻7和8连接在一起的结点处的电压(反馈电压)等于参考电压Vref，并将从输出端12输出的输出电压Vout保持在恒定电压。另外，因为电压馈送电路3c通过恒压电路31将电压馈送至控制电路4c，所以能和第四实施例一样实现功耗的减少。
另一方面，当电源设备1f的输出电流的大小等于或小于第一电流阈值时，电压馈送电路3c通过公共端37c、第二端37b、第二端38b和公共端38c(和输出电流检测电路32a)将电力馈送至负载10。即，当负载10的功耗低时，电压馈送电路3c将电力馈送至负载10且向控制电路4c的供电中断，因为不需要使控制电路4c操作以将电力馈送至负载10。结果，当负载10的功耗低时(例如，当负载10处于待机状态时)，可以减少用于驱动控制电路4c的功耗，实现节能。
如第六实施例中所述，负载10以正常操作状态或其中需要的功耗比正常状态少的待机状态操作。第一电流阈值被设置成在正常操作状态中负载10的功耗的大小(原则上)超过第一电流阈值，而在待机状态中，负载10的功耗的大小变成等于或小于第一电流阈值。
注意本实施例可以与第四实施例组合在一起使用。具体来说，可以使输出检测电路32a将检测结果传送至驱动电路30以使得开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)随着电源设备1f的输出电流的大小的增加而增加。
第八实施例下面将说明本发明的第八实施例的直流稳压电源设备。图8为第八实施例的直流稳压电源设备1g(下文称为“电源设备1g”)的电路图。在图8中，在图7中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1g设有输出晶体管2、控制电路4c、电压馈送电路3c、恒压电流3、基极电流检测电路35a以及开关电路37和38。图8的电源设备1g在电路配置和操作上与图7的电源设备1c类似，且图8的电路配置和操作总体上类似于图7。图8的电源设备1g(整个图8)与图7的电源设备1f(整个图7)的不同之处在于用基极电流检测电路35a代替了图7的输出电流检测电路32a。如果不另行说明，则图8的电源设备1g(整个图8)在电路配置和操作上与图7的电源设备1f(整个图7)相同，并不再重复对它们的说明。
基极电流检测电路35a位于输出晶体管2的基极和驱动晶体管33的集电极之间。因为省略了为图7的电源设备1f提供的输出电流检测电路32a，开关电路38的公共端38c直接与输出端12连接。电源设备1g的输出电压Vout从输出端12输出，且负载10以输出电压Vout操作。
例如，基极电流检测电路35a被设成串联连接在输出晶体管2和驱动晶体管33的集电极之间的分流电阻，并根据分流电阻两端的压降检测输出晶体管2的基极电流的大小。当所检测到的基极电流的大小大于预定的第二电流阈值时，基极电流检测电路35a向开关电路37和38输出高电平选择信号。另一方面，当所检测到的基极电流的大小等于或小于预定的第二电流阈值时，基极电流检测电路35a向开关电路37和38输出低电平选择信号。
结果，当输出晶体管2基极电流的大小大于第二电流阈值时，即电源设备1g的输出电流的大小较大时，通过公共端37c和第一端37a将电压馈送电路3c的输出电压馈送至恒压电路31，且输出晶体管2的集电极通过第一端38a和公共端38c与输出端12连接。这使得电源设备1g以与图4的电源设备1c相似的方式操作。即，控制输出晶体管2的基极电流使得将分压电阻7和8连接在一起的结点处的电压(反馈电压)等于参考电压Vref，并将从输出端12输出的输出电压Vout保持在恒定电压。另外，因为电压馈送电路3c通过恒压电路31将电压馈送至控制电路4c，所以能和第四实施例一样实现功耗的减少。
另一方面，当输出晶体管2的基极电流的大小等于或小于第二电流阈值时，即电源设备1g的输出电流的大小较小时，电压馈送电路3c通过公共端37c、第二端37b、第二端38b和公共端38c将电力馈送至负载10。具体来说，当输出晶体管2的基极电流低(即，负载10的功耗低)时，电压馈送电路3c将电力馈送至负载10且向控制电路4c的供电压中断，因为不需要使控制电路4c操作以将电力馈送至负载10。结果，当负载10的功耗低时(例如，当负载10处于待机状态时)，可以减少用于驱动控制电路4c的功耗，实现节能。
如第六实施例中所述，负载10以正常操作状态或以其中需要的功耗比正常状态少的待机状态操作。第二电流阈值被设置成在正常操作状态中输出晶体管2的基极电流的大小(原则上)超过第二电流阈值，而在待机状态中，输出晶体管2的基极电流的大小变成等于或小于第二电流阈值。
注意本实施例可以与第五实施例组合在一起使用。具体来说，可以使基极电流检测电路35a将检测结果传送至驱动电路30以使得开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)随着输出晶体管2的基极电流的大小的增加而增加。
第九实施例下面将说明本发明的第九实施例的直流稳压电源设备。图9为第九实施例的直流稳压电源设备1h(下文称为“电源设备1h”)的电路图。在图9中，在图7中也可找到的电路块和组件用相同的标号标识，且不再重复对它们的说明(原则上)。
电源设备1h设有输出晶体管2、控制电路4c、电压馈送电路3c、恒压电路31、外部信号检测电路40以及开关电路37和38。图9的电源设备1h在电路配置和操作上与图7的电源设备1f类似，且图9的电路配置和操作总体上类似于图7。
图9的电源设备1h(整个图9)与图7的电源设备1f(整个图7)的不同之处在于省略了图7的输出电流检测电路32a，并添加了通过外部信号输入端(Vs)39接收指示负载10的操作状态的外部信号的外部信号检测电路40。如果不另行说明，则图9的电源设备1h(整个图9)在电路配置和操作上与图7的电源设备1f(整个图7)相同，并不再重复对它们的说明。
因为省略了为图7的电源设备1f提供的输出电流检测电路32a，开关电路38的公共端38c直接与输出端12连接。电源设备1h的输出电压Vout从输出端12输出，且负载10以输出电压Vout操作。
电源设备1h被用作用于驱动例如便携式电话(未示出)的电源设备，而负载10是便携式电话的组件，例如设有液晶屏等的显示部分(未示出)或执行各种控制的微型计算机(未示出)。负载10以其中例如电话正在进行中的正常操作状态或其中例如用户没有执行操作的待机状态操作。应注意，负载10可以以上述具体说明的状态以外的任何状态操作。当负载10以正常操作状态操作时，其功耗较高。另一方面，当处于待机状态时，负载10的功耗低于正常操作状态所需的功耗。
从例如设在负载10中的微型计算机将用于指示负载10的操作状态的信号作为外部信号馈送至外部信号检测电路40。基于如此接收到的外部信号，外部信号检测电路40识别负载10是处于正常操作状态还是处于待机状态。当发现负载10处于正常操作状态时，外部信号检测电路40向开关电路37和38输出高电平选择信号。另一方面，当发现负载10处于待机状态时，外部信号检测电路40向开关电路37和38输出低电平选择信号。
结果，当负载10以正常操作状态操作时，即当电源设备1h的输出电流较大时，通过公共端37c和第一端37a向恒压电路31馈送电压馈送电路3c的输出电压，且输出晶体管2的集电极通过第一端38a和公共端38c与输出端12连接。这使得电源设备1h以与图4的电源设备1c相似的方式操作。即，控制输出晶体管2的基极电流以使得将分压电阻7和8连接在一起的结点处的电压(反馈电压)等于参考电压Vref，且从输出端12输出的输出电压Vout被保持在恒定电压。另外，因为电压馈送电路3c通过恒压电路31将电压馈送至控制电路4c，可以象第四实施例那样实现功耗的减少。
另一方面，当负载10以待机状态操作时，即当电源设备1h的输出电流较小时，电压馈送电路3c通过公共端37c、第二端37b、第二端38b和公共端38c向负载10馈送电力。即，当负载10以待机状态操作时，电压馈送电路3c向负载10馈送电力且向控制电路4c的供电压被中断，因为不需要使控制电路4c操作以向负载10馈送电力。结果，当负载10的功耗低时(例如，当负载10处于待机状态时)，可以减少用于驱动控制电路4c的功耗，实现节能。
另选地，可以向驱动电路30馈送指示负载10的操作状态的外部信号(或从外部信号检测电路40输出的选择信号)，如在第六实施例的情况中那样，使得开关元件S1和S3的导通周期与导通和截止周期的和的比(占空比)根据负载10的操作状态而变化。
上述所有实施例在可应用时都能与任何其它实施例组合。上述实施例涉及在控制电路4b或控制电路4c中提供过热保护电路18和过电路保护电路19的情况(见图3-9)；然而，在实践中可以在控制电路4b或控制电路4c外部提供过热保护电路18和/或过电流保护电路19。
因为本发明能减少电源设备中所消耗的电力，它适合任何类型的电器设备。本发明尤其适合例如诸如便携式电话、便携式计算机或音乐播放器之类的将电池用作驱动电压电源的便携式设备。
权利要求
1.一种直流稳压电源设备，包括从外部接收输入电压的输出元件；和对所述输出元件进行控制以稳定所述直流稳压电源设备的输出电压的控制电路，所述直流稳压电源设备还包括降低输入电压并将如此取得的电压作为用于驱动所述控制电路的电压输出的电压馈送电路，其中所述电压馈送电路被设成降低输入电压然后输出如此取得的电压的电荷泵电路。
2.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，还包括输出电流检测电路，它检测直流稳压电源设备的输出电流的大小，其中所述电压馈送电路依据所检测到的输出电流的大小改变电荷泵电路的可供电流量。
3.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述输出元件是双极晶体管，所述直流稳压电源设备还包括检测所述双级晶体管的基极电流的大小的基极电流检测电路，且所述电压馈送电路依据所检测到的基极电流的大小改变所述电荷泵电路的可供电流量。
4.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，直流稳压电源设备的负载以不同功耗的多个操作状态操作，且所述电压馈送电路依据指示负载的操作状态的外部信号改变所述电荷泵电路的可供电流量。
5.如权利要求2所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述电荷泵电路包括多个串联连接的开关元件，和控制所述多个开关元件中每一个的导通/截止的驱动电路，所述电荷泵电路配置成电荷泵电路的可供电流量随着多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比的增加而增加，且所述驱动电路通过改变多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比来改变所述电荷泵电路的可供电流量。
6.如权利要求3所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述电荷泵电路包括多个串联连接的开关元件，和控制所述多个开关元件中每一个的导通/截止的驱动电路，所述电荷泵电路配置成电荷泵电路的可供电流量随着多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比的增加而增加，且所述驱动电路通过改变多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比来改变所述电荷泵电路的可供电流量。
7.如权利要求4所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述电荷泵电路包括多个串联连接的开关元件，和控制所述多个开关元件中每一个的导通/截止的驱动电路，所述电荷泵电路配置成电荷泵电路的可供电流量随着多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比的增加而增加，且所述驱动电路通过改变多个开关元件的一部分的导通周期与导通和截止周期的和的比来改变所述电荷泵电路的可供电流量。
8.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，还包括输出电流检测电路，它检测直流稳压电源设备的输出电流的大小，其中当发现所检测到的输出电流的大小等于或小于预定的第一阈值时，所述电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至所述直流稳压电源设备的负载，并中断从电压馈送电路向控制电路提供电压。
9.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述输出元件是双极晶体管，所述直流稳压电源设备还包括检测双极晶体管的基极电流的大小的基极电流检测电路，且其中当发现所检测到的基极电流的大小等于或小于预定的第二阈值时，所述电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至直流稳压电源设备的负载，并中断从所述电压馈送电路向所述控制电路提供电压。
10.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述直流稳压电源设备的负载的操作状态包括第一操作状态和其中功耗低于第一操作状态中所需的功耗的第二操作状态，且，其中当指示负载的操作状态的外部信号指示所述第二操作状态时，所述电压馈送电路将通过降低输入电压所取得的电压馈送至所述直流稳压电源设备的负载，并中断从所述电压馈送电路向所述控制电路提供电压。
11.如权利要求1所述的直流稳压电源设备，其特征在于，所述直流稳压电源设备是断续器型直流稳压电源设备。
全文摘要
在配置有从外部接收输入电压的输出晶体管和控制输出晶体管以稳定直流稳压电源设备的输出电压的控制电路的直流稳压电源设备中，提供了一个降低输入电压并将如此取得的电压作为用于驱动所述控制电路的电压输出的电压馈送电路。该电压馈送电路被设成降低输入电压然后输出如此取得的电压的电荷泵电路。
文档编号G05F1/10GK1874125SQ200610092458
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月1日 优先权日2005年6月2日
发明者铃木友广 申请人:夏普株式会社