专利名称：具有过电流保护功能的电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对来自电池等电源的输入电压进行调整而生成规定的输出电压，同时进行过流限制的电源装置。
背景技术：
以往，为了对输入电压进行调整而生成规定的输出电压并供给负载，同时将负载电流限制为规定值，采用串联型的电源装置(专利文献1)。
在这种串联型的电源装置中，参照专利文献1的图1，在输入端和输出端之间设有控制晶体管P1，根据输出电压Vo和基准电压Vref，用运算放大器OP1对该控制晶体管P1进行恒压控制，以使输出电压Vo达到规定值，并供给负载Z1。设有用与对该控制晶体管P1的控制信号相同的控制信号同时控制的电流检测用晶体管P2，检测与输出电流成正比的检测电流值Vb。用比较器COMP1比较该检测电流值Vb和规定的电流限制值Vref2，在检测电流值超过电流限制值时，产生比较输出，从而使控制晶体管P1截止。
(日本)特开2003-173211号公报在以往的专利文献1的电源装置中，将由输入电压生成的规定的输出电压供给负载，并可以在负载端短路等的故障时也将过大的输出电流限制在规定值。
但是，在以往的专利文献1的电源装置中，在检测电流值超过电流限制值时产生比较输出而使控制晶体管截止。因此，在大负载时等的输出电压即使比规定电压低也可以的情况下，就不能向负载供给超过了电流限制值的输出电流。此外，过流限制动作的增益高，所以输出电压-输出电流特性中的电压陡降(陡降特性)陡峭。由此，容易在电流限制时引起振荡。
而且，在以往的专利文献1的电源装置中，用与控制晶体管相同的控制信号同时控制电流检测用晶体管，所以不能将过流限制动作与控制晶体管的控制动作进行区别来控制。
发明内容
因此，本发明的目的在于，在对输入电压进行调整而生成规定的输出电压并供给负载，同时将负载电流限制为规定值的、串联型电源装置和在串联型中同时使用电荷泵型升压电路的电源装置中，还可稳定供给超过了电流限制值的负载电流，并抑制电流限制时的振荡状态。
本发明的一种方案涉及电源装置。该电源装置包括控制晶体管，受电压控制信号控制，调整输入电压而将输出电压输出；恒压控制电路，被输入规定的电压基准值和对应于输出电压的电压检测值，根据电压基准值和电压检测值之差而生成电压控制信号；电流检测电阻，设置在控制晶体管的电流路径上；电流检测电路，生成对应于电流检测电阻的电压降的电流检测值；以及超过信号形成电路，被输入电流检测值和规定的电流限制基准值，生成与电流检测值超过了电流基准值的部分对应的超过信号，并根据该超过信号来控制电压控制信号。
根据该方案，产生与电流检测值超过了电流基准值的部分对应的超过信号，并根据这种超过信号来控制电压控制信号，从而使过流限制动作中的陡降特性平缓。由此，与以往那样的陡峭的陡降特性不同，即使大负载时等的输出电压比规定电压低也可以的情况下，可以稳定供给超过了电流限制值的负载电流。
本发明的另一方案也为电源装置。该电源装置包括控制晶体管，受电压控制信号控制，调整输入电压而输出调整电压；电荷泵型升压电路，被输入调整电压，将该调整电压升压而将输出电压输出；恒压控制电路，被输入规定的电压基准值和对应于输出电压的电压检测值，根据电压基准值和电压检测值之差而生成电压控制信号；电流检测电阻，设置在控制晶体管的电流路径上；电流检测电路，生成对应于电流检测电阻的电压降的电流检测值；以及超过信号形成电路，被输入电流检测值和规定的电流限制基准值，生成与电流检测值超过了电流基准值的部分对应的超过信号，并根据该超过信号来控制电压控制信号。
根据该方案，将包含了调整输入电压而输出调整电压的控制晶体管的串联调节器、以及将该调整电压升压而将输出电压输出的电荷泵型升压电路串联连接，并控制串联调节器而使其输出电压为恒压，同时将串联调节器的主电路电流(不是来自电荷泵型升压电路的输出电流)作为电流限制的对象。由此，可以将输出电压以恒压进行控制，同时可以保护串联调节器过流。此外，在来自电池电源的输入电压下降的情况下，也可以从电荷泵型升压电路输出规定的输出电压。
超过信号生成电路也可以根据超过信号，使电压控制信号向控制晶体管截止的方向偏移。这种情况下，在电流检测值超过电流基准值时，由于控制晶体管在截止方向上受到控制，所以可以降低输出电压。
恒压控制电路也可以包括将电压基准值和电压检测值之差放大的第1差动放大电路；以及受该第1差动放大电路的输出控制，产生电压控制信号的产生电压控制信号用晶体管。
电流检测电路也可以包括在电流检测电阻的一端和基准电位点之间串联顺序连接的第1电阻、变换用晶体管、第2电阻；以及将第1电阻和变换用晶体管的连接点与电流检测电阻的另一端的电位差作为输入信号，用其输出信号对变换用晶体管进行控制的运算放大器，并将第2电阻的电压降作为电流检测值。这种情况下，在第1电阻、变换用晶体管、第2电阻中，流过与电流检测电阻中流过的电流对应的电流，所以可将该电流通过第2电阻进行电压变换而生成电压检测值。
超过信号形成电路也可以包括将电压检测值和电流限制基准值之差放大，并产生超过信号的第2差动放大电路；以及产生超过信号规定系数倍的镜像电流超过信号的镜像电路，并根据镜像电流超过信号而对电压控制信号进行控制。此外，通过调整镜像电路的规定系数倍，也可以设定相对于超过信号的镜像电流超过信号的大小。
这种情况下，通过镜像电流比的调节，可以调节电压控制信号的控制程度，可以调节电源装置的电流电压特性(陡降特性)。而且，通过可设定系数的镜像电路等来调整过流限制动作中的陡降特性的平缓程度，所以可以使电流限制动作造成的振荡裕度等合适。
也可以将恒压控制电路、电流检测电路、超过信号形成电路设置在一个IC内，同时将电流检测电阻和控制晶体管设置在IC的外部。此外，也可以将电荷泵型升压电路、恒压控制电路、电流检测电路、超过信号形成电路设置在一个IC内，同时将电流检测电阻和控制晶体管设置在IC的外部。
通过将电流检测电阻和控制晶体管设置在外部，电阻值等的调节容易，可以根据负载来调整电流限制值，而不变更IC。
本发明的另一方式为电子装置。这种电子装置包括电池；发光元件；以及将电池的电压作为输入电压，而将驱动电压供给发光元件的电源装置。
根据这种方式，可以向发光元件供给超过了电流限制值的电流，可以抑制此时的振荡。
应该指出，上述结构部件的任意组合或重新排布等都是有效的，并被本发明实施方式所包含。
此外，本发明的发明内容不必论述所有必要特征，以致本发明也可以具有这些论述特征的子组合。
图1是表示本发明实施例的电源装置的结构的图。
图2是表示图1的电源装置的电压-电流特性的图。
图3是表示搭载了图1的电源装置的电子装置的结构方框图。
具体实施例方式
以下，根据优选实施方式来说明本发明，这些优选实施方式不是限定本发明的范围而是例示本发明。实施方式中论述的所有特征和其组合，对于本发明并不是必需的。
以下，参照附图来说明本发明的电源装置的实施例。图1是表示本发明实施例的电源装置200的结构的图。图2是表示图1的电源装置的电压-电流特性、即输出电压Vout和主回路电流I1之间关系的图。图3是表示搭载了图1的电源装置200的电子装置300的结构方框图。
图3的电子装置300例如为携带电话终端。该电子装置300包括电源装置200；电池202；LED204；恒流电路206；控制部208。
电池202输出电池电压Vbat。电源装置200将电池电压Vbat升压，并将驱动电压Vout输出到LED204的阳极。恒流电路206被设置在LED204的阳极和地之间，生成流过LED204的恒定电流，并使LED204以期望的亮度发光。控制部208是统一控制电子装置300整体的块。恒流电路206根据控制部208指示的电流值来生成恒定电流，并控制LED204的亮度。LED204例如被设置作为液晶板的背光、被叫时点亮而使用户知道被叫的发光装置。
返回到图1。电源装置200包括电流检测电阻11；主控制晶体管12；IC100；平滑电容器13、14。该电源装置200将电池电压Vbat升压而输出规定的输出电压Vout。
在图1，电流检测电阻11产生与流过它的主回路电流I1对应的电压降V1。该电流检测电阻11采用低电阻值R1的电阻，以便减少损耗。例如，R1为0.05Ω就可以，作为IC的外装部件而形成，从而可根据期望的电流限制值而调整为合适的电阻值。
主控制晶体管12是串联型调节器的控制元件，在本例子中采用P型MOS场效应晶体管(以下，称为PMOS晶体管)。作为主控制晶体管12，也可以是NMOS晶体管或PNP型双极晶体管(以下，称为PNP晶体管)或NPN型双极晶体管(以下，称为NPN晶体管)等其他控制元件。
该主控制晶体管12串联连接到电流检测电阻11，导通度受电压控制信号Svc控制，调整来自电池电源等的输入电压Vbat而输出调整电压Vcp。输入电压Vbat在由电池电源供给的情况下，不能避免电压值在某个范围内变化，例如在3.0～4.5V左右的范围内变化。平滑电容器13随着由电荷泵型升压电路20升压主控制晶体管12的调整电压Vcp而降低主回路电流I1等的变动。
在本实施例，由电荷泵型升压电路20升压调整电压Vcp而将输出电压Vout(例如，规定的输出电压值为4.75V)输出。
众所周知，该电荷泵型升压电路20具有将由开关(或二极管)和电容器构成的电荷泵组件串联多个的电荷泵部件。随着该电荷泵动作，升压电路20的输入端和输出端的电流和电压产生变动。输入端的变动被平滑电容器13吸收，输出端的变动被IC外装的平滑电容器14吸收。
在IC100中，除了该电荷泵型升压电路20以外，还包括用于将输出电压Vout分压而获得电压检测值Vdetv的分压电阻21、22；产生电压控制信号Svc的恒压控制电路30；产生与主回路电流I1成正比的电流检测值Vdeti的电流检测电路40；以及产生与超过了电流限制值Ip(电流限制基准值Vrefi)的超过电流(超过信号)I3对应的镜像超过电流(拔取电流)I4的超过电流形成电路50。由电流检测电路40和超过电流形成电路50构成电流限制控制电路。P1～P5是IC100的端子。
恒压控制电路30具有差动放大电路，该差动放大电路输入电压基准值Vref和电压检测值Vdetv，产生与这些电压基准值Vrefv和电压检测值Vdetv之差对应的电流信号Ivc。该差动放大电路向连接在主控制晶体管12的栅极和地之间的NPN晶体管31的基极供给电流信号Ivc。在主控制晶体管12的栅极和施加了输入电压Vbat的端子P1之间连接电阻37。因此，电压控制信号Svc根据电流信号Ivc而产生变化，主控制晶体管12被控制。
该差动放大电路包括构成差动对的PMOS晶体管33、34；以及构成电流镜负载的NPN晶体管35、36及供给尾随(tail)电流的恒流源电路32。在PMOS晶体管34的栅极上，施加电压基准值Vrefv，在PMOS晶体管33的栅极上施加电压检测值Vdetv。在PMOS晶体管33、34的源极上，连接恒流源电路32。而在PMOS晶体管33、34的漏极上，分别连接NPN晶体管35、36。从PMOS晶体管33和NPN晶体管35的串联连接点，输出将电压基准值Vrefv和电压检测值Vdetv的误差放大所获得的电流信号Ivc。
电流检测电路40在电流检测电阻11的一端(输入电压Vbat点)和基准电位点(地)之间，将第1电阻41(电阻值R2)和变换用晶体管42(PNP晶体管)及第2电阻44(电阻值R3)以这种顺序串联连接。第1电阻41和变换用晶体管42的连接点连接到运算放大器43的非反转输入端子，电流检测电阻11的另一端连接到反转输入端子。即，由于运算放大器43作为理想放大器来动作，所以其两个输入间的电压V0通过反馈而接近零。由此，第1电阻41的电压降V2(＝I2·R2)与电流检测电阻11的电压降V1(＝I1·R1)相等。
检测电流I2是I2＝I1·(R1/R2)。将电阻值R2例如设为5kΩ时，在主回路电流I1为740mA时，检测电流I2为7.4μA。该检测电流I2流过第2电阻44，产生电流检测值Vdeti。在电阻值R3例如为50kΩ时，电流检测值Vdeti为0.37V。
在超过电流形成电路50上，输入电流检测值Vdeti和规定的电流限制基准值Vrefi，由差动放大电路产生与电流检测值Vdeti超过了电流限制基准值Vrefi的部分对应的超过电流I3。
该差动放大电路包括构成差动对的PNP晶体管52、53；构成电流镜负载的NPN晶体管54、55；供给尾随电流的恒流源电路51。在PNP晶体管52、53的栅极上分别施加电流检测值Vdeti、电流限制基准值Vrefi。在PNP晶体管52、53的发射极上，连接恒流源电路51。而在PNP晶体管52、53的集电极上，分别连接NPN晶体管54、55的集电极。该差动放大电路对电流检测值Vdeti、电流限制基准值Vrefi进行差动放大，并从PNP晶体管53和NPN晶体管55的串联连接点输出超过电流I3。
此外，包括电流镜电路(56～59)，这些电路将该超过电流I3作为电流镜输入电流(电流镜元电流)，并将该超过电流通过规定系数K而形成了K倍的电流镜输出电流(电流镜目的地电流)作为镜像电流超过电流(拔取电流)I4来产生。
该电流镜电路具有集电极和基极连接的输入超过电流I3的电流镜输入端(电流镜目的地)的NPN晶体管56；以及基极连接到NPN晶体管56的基极、流过与电流镜比对应的电流的多个电流镜输出端(电流镜目的地)的NPN晶体管57、58、59。NPN晶体管57、58、59通过微调等可独立地断路各自的电流路径。
在本例子中，作为电流镜输出端的NPN晶体管，准备三个晶体管，将其中的两个NPN晶体管57、58的发射极并联连接而产生镜像电流超过电流I4，将一个晶体管59的集电极开路。
这样，准备多个电流镜输出端晶体管，以并联连接来调整其中的所需数，从而可以在IC中调整电流镜比。
NPN晶体管57～59的集电极连接到恒压控制电路30的NPN晶体管31的基极。其结果，NPN晶体管31的基极电流成为从恒压控制电路30中生成的电流信号Ivc中拔取由超过电流形成电路50生成的镜像电流超过电流I4的电流。
由此，可以根据需要来调整输出电压Vout-主回路电流I1的陡降特性的斜率。此外，即使因调整恒流源电路51的恒流值而变更超过电流I3，也可以调整输出电压Vout-主回路电流I1的陡降特性的斜率。
参照图2来说明以上电源装置的动作。电荷泵型升压电路20将输入的调整电压Vcp升压到规定倍数，用平滑电容器14进行平滑而作为输出电压Vout输出。
电荷泵型升压电路20的规定倍数(升压比)因内部的电压降而不是一定值。但是，将对输出电压Vout进行了分压的电压检测值Vdetv与电压基准值Vrefv进行比较，为了使其差为零，主控制晶体管12受电压控制信号Svc的控制。由此，即使升压电路20内部的电压降变动，输出电压Vout也受到恒压控制而为规定的一定值(规定值)。
在主回路电流I1达到由电流限制基准值Vrefi规定的电流限制值Ip之前，不产生镜像电流超过电流I4，所以电压控制信号Svc只由恒压控制电路30的动作来决定。因此，进行恒压控制，以使输出电压Vout为规定值。
在负载增加(大负载)，负载端发生短路故障时，输出电流Iout增加，作为结果，主回路电流I1增加。
在主回路电流I1增加，超超过电流限制值Ip(电流限制基准值Vrefi)时，根据该超过的部分而产生超过电流I3，并产生将其通过规定系数K形成K倍的镜像电流超过电流I4。该镜像电流超过电流I4被从电流信号Ivc中拔取。
由此，产生电压控制信号用的NPN晶体管31的导通度变小。NPN晶体管31中流过的电流通过电阻37来供给，所以电阻37的电压降变小，电压控制信号Svc上升。此时，由于主控制晶体管12的栅极-源极间电压变小，所以主控制晶体管12的导通度降低，该部分的调整电压Vcp下降。随着该调整电压Vcp的下降，输出电压Vout也下降。
如图2的输出电压Vout-主回路电流I1的特性所示，主回路电流I1超过了电流限制值Ip(电流限制基准值Vrefi)范围的输出电压Vout的陡降特性的斜率是平缓的。因此，即使是主回路电流I1超过了电流限制值Ip的范围，尽管输出电压Vout下降，也可以根据下降的输出电压Vout而继续稳定供给输出电压Vout。
因而，由于输出电压Vout的陡降特性的斜率是平缓的，与以往的电源装置有所不同，重复进行超过电流的产生-输出电流的停止，即可以抑制陷入到振荡状态。
而且，通过可设定系数K的镜像电路、恒流源电路51来调整超过电流限制动作中的陡降特性的平缓程度，从而可以使电流限制动作造成的振荡裕度等合适。
此外，在输入电压Vbat因电池电源等的消耗而下降的情况下，根据其下降的长度来控制主控制晶体管12的导通度，进行可输出规定的输出电压Vout的恒压动作。
例如，在主控制晶体管12达到饱和状态的情况下，输出将此时的电压用电荷泵型升压电路20升压过的输出电压Vout。
此外，将电流检测电阻11串联连接到串联调节器的主控制晶体管12来进行超过电流检测，所以可与恒压控制电路30产生的电压控制信号独立地进行电流限制控制电路的电流限制动作。这种电流限制动作，即使在主控制晶体管12达到饱和状态的情况下，也可以根据规定的电流限制值Ip来进行。
而且，将电流检测电阻11外装在IC100的外部，所以可以根据被连接的负载来调整电流限制值Ip，而不变更IC100的结构。
在以上的实施例中，说明了包括电荷泵型升压电路20，但本发明也可以作为从实施例1除去电荷泵型升压电路20的串联型的电源装置而构成。
权利要求
1.一种电源装置，其特征在于，包括控制晶体管，受电压控制信号控制，调整输入电压而将输出电压输出；恒压控制电路，被输入规定的电压基准值和对应于所述输出电压的电压检测值，根据所述电压基准值和所述电压检测值之差而生成电压控制信号；电流检测电阻，设置在所述控制晶体管的电流路径上；电流检测电路，生成对应于所述电流检测电阻的电压降的电流检测值；以及超过信号形成电路，被输入所述电流检测值和规定的电流限制基准值，生成与所述电流检测值超过了所述电流限制基准值的部分对应的超过信号，并根据该超过信号来控制所述电压控制信号。
2.一种电源装置，其特征在于，包括控制晶体管，受电压控制信号控制，调整输入电压而输出调整电压；电荷泵型升压电路，被输入所述调整电压，将该调整电压升压而将输出电压输出；恒压控制电路，被输入规定的电压基准值和对应于所述输出电压的电压检测值，根据所述电压基准值和所述电压检测值之差而生成电压控制信号；电流检测电阻，设置在所述控制晶体管的电流路径上；电流检测电路，生成对应于所述电流检测电阻的电压降的电流检测值；以及超过信号形成电路，被输入所述电流检测值和规定的电流限制基准值，生成与所述电流检测值超过了所述电流限制基准值的部分对应的超过信号，并根据该超过信号来控制所述电压控制信号。
3.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述超过信号生成电路，根据所述超过信号，使所述电压控制信号向所述控制晶体管截止的方向偏移。
4.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述恒压控制电路包括将所述电压基准值和所述电压检测值之差放大的第1差动放大电路；以及受该第1差动放大电路的输出控制，产生所述电压控制信号的产生电压控制信号用晶体管。
5.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述电流检测电路包括在所述电流检测电阻的一端和基准电位点之间串联连接的第1电阻、变换用晶体管、第2电阻；以及将所述第1电阻和所述变换用晶体管的连接点与所述电流检测电阻的另一端的电位差作为输入信号，并用其输出信号来控制所述变换用晶体管的运算放大器，将所述第2电阻的电压降作为所述电流检测值。
6.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述超过信号生成电路包括将所述电流检测值和所述电流限制基准值之差放大，并产生所述超过信号的第2差动放大电路；以及产生所述超过信号的规定系数倍的镜像超过信号的镜像电路，通过所述镜像超过信号来控制所述电压控制信号。
7.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于，通过调整所述镜像电路的规定系数倍，设定相对于所述超过信号的所述镜像超过信号的大小。
8.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，将所述恒压控制电路、所述电流检测电路、超过信号形成电路设置在一个IC内，同时将所述电流检测电阻和所述控制晶体管设置在所述IC的外部。
9.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，将所述电荷泵型升压电路、所述恒压控制电路、所述电流检测电路、超过信号形成电路设置在一个IC内，同时将所述电流检测电阻和所述控制晶体管设置在所述IC的外部。
10.一种电子装置，其特征在于，包括电池；发光元件；以及将所述电池的电压作为输入电压，从而向所述发光元件供给驱动电压的权利要求1或2所述的电源装置。
全文摘要
提供一种电源装置。在同时采用串联型和电荷泵型升压电路的电源装置中，使过流限制动作中的陡降特性平缓，从而可稳定供给超过了电流限制值的负载电流，并抑制电流限制时的振荡状态。将输出调整电压的串联调节器、以及将该调整电压升压而将输出电压输出的电荷泵型升压电路串联连接，并控制串联调节器而使输出电压为恒压。然后，以串联调节器的主回路电流为电流限制的对象，产生与电流检测值超过电流基准值的部分对应的超过信号，并根据这种超过信号来降低电压控制信号。
文档编号H02M3/10GK1716142SQ200510077890
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月13日 优先权日2004年6月14日
发明者伊藤智将, 山本勋, 岩城宏行 申请人:罗姆股份有限公司