专利名称：稳压器以及dc/dc变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电子设备的电源供给装置等中使用的稳压器以及DC/DC变换器。
背景技术：
作为电子设备的电源而使用串联稳压器、开关稳压器或DC/DC变换器(DC/DC convertor)。例如，使用具备输入基准电压的基准电压输入端子、经由反馈增益输入了输出的反馈输入端子、和输出端子部的反馈放大器来构成串联稳压器。稳压器或DC/DC变换器，为使输出电压在预定范围内，进行使用误差放大器来比较输出电压和基准电压的反馈控制。另外，稳压器的基准电压电路的基准电压的输出在电源接通时急剧升高。因此，在稳压器的输出中出现过度的过冲(over shoot)。因此，有的稳压器具有在输出电压完全升高之前的启动时控制输出电压的软启动功能。软启动功能，为了减小稳压器或DC/DC变换器的输出电压的升高时的冲击电流以及减轻过冲，控制表示输出电压从OV的状态升高到预先决定的电压为止的过程中的电压变化的斜率。在专利文献1中记载了如下内容在通过对基准电压和将反馈电阻电压分压而得的输出电压进行比较的误差放大器，把为了保持恒定的输出电压而需要的栅电压(gate voltage)提供给输出晶体管的电压稳压器中，在所述基准电压的输出设置了 CR电路的电压稳压器用过冲控制电路。在专利文献2中记载了具有软启动控制部的电源电路以及电源供给装置，所述软启动控制部检测第一软启动电压的输入，当软启动功能控制信号为开启(ON)时输出第一软启动电压，当软启动功能控制信号为关闭(OFF)时输出斜率与第一软启动电压不同的第二软启动电压。图1是具有软启动功能的稳压器的电路图。如图1所示，稳压器10具备电源电压输入端子Vin、控制电压输入端子Vcont、连接外接电容器C的连接端子Cs、输出晶体管Q1、偏置电路11、基准电压电路12、CR电路13、 误差放大器14、分压电阻Rl、R2、输出电压Vout输出端子Vo以及输出电容器Cout。CR电路13由插入到误差放大器14和基准电压之间的电阻R和外接电容器C组成。CR电路13通过使电源启动时的基准电压的升高具有CR时间常数来实现软启动。CR 电路13使基准电压输出慢慢上升，构成防止在电源接通时对输出电容器Cout充电的冲击电流来减轻输出电压的过冲的软启动电路。此外，电容器C也可以内置在稳压器10内。输出晶体管Ql被连接在电源电压输入端子Vin和输出电压Vout输出端子Vo之间，在输出电压Vout输出端子Vo上连接输出电容器Cout。输出电容器Cout是用于进行相位补偿和噪音除去的稳定电容。输出电压Vout通过电阻Rl以及R2被分压，将从其连接中点导出的反馈电压连接在误差放大器14的同相输入端子上。误差放大器14具体来说由运算放大器构成，在同相输入端子上输入通过电阻Rl
3以及R2对输出电压分压而得的反馈电压，在反相输入端子上经由CR电路13输入基准电压。误差放大器14将与反馈电压和基准电压的差分相对应的输出电压提供给输出晶体管 Ql的栅极，由此实施电压反馈，将稳压器10的输出电压保持为恒定电压。在以上的结构中，稳压器10通过与基准电压连接的CR时间常数使误差放大器的输入以及输出慢慢升高。由此，在电源接通时可以减少稳压器10输出的过冲量。但是，这种现有的具有软启动功能的稳压器，在由于某种异常而软启动功能不工作时流过冲击电流，在输出电压中发生过冲。对由于异常而软启动功能不工作的情况进行说明。图2至图4是说明软启动功能不工作的情况的图。如图2所示，电源套件20具备稳压器10，经由未图示的USB、SD卡用的连接接驳器，向USB、SD卡等外部连接设备30供给电源。有时，由于电源套件20外部连接的外部连接设备30的误插入、或连接接驳器异常导致的短路等损坏外部连接设备30。如图3所示，电源套件20A具备稳压器10、控制稳压器10的输出电压的高侧开关 (high side switch)21等，经由未图示的USB、SD卡用的连接接驳器向USB、SD卡等外部连接设备30供给电源。有时，由于与电源套件20A外部连接的外部连接设备30的误插入、或连接接驳器异常而导致的短路等，损坏电源套件20A内部的高侧开关21等。上述外部连接设备30的误插入、连接接驳器异常导致的短路是输出电压升高后的异常，因此软启动功能不工作。另外，如图4所示，当电源套件内部存在检查等的异常短路时，有时损坏与稳压器 10连接的连接设备30A。图5是对图1的稳压器10进行了将输出电压Vout短路的短路试验的情况下的各端子的波形图。在图5的虚线内表示短路试验。如图5(a) (c)所示，稳压器10通过与基准电压连接的CR时间常数，使误差放大器14的输入以及输出慢慢升高。当输出电压上升后，当由于某种异常而存在输出短路并想要恢复时，与连接端子 Cs连接的外接电容器C维持被充电，不实施软启动。如图5(e)所示，通过短路试验产生冲击电流，在输出电压中发生过冲(参照图 5(d))。在产生了上述冲击电流的情况下，有时由于稳压器的前级的电流能力不足而导致启动故障。另外，在发生了过冲的情况下，有时由于过度耐压而损坏了稳压器后级的元件。专利文献1 日本特开2005-327027号公报专利文献2 日本特开2007-336744号公报
发明内容
本发明的目的在于提供即使在由于异常而输出短路的情况下也能实施软启动的稳压器和DC/DC变换器。 本发明的稳压器采取了以下结构，具备误差放大器，其比较基准电压和对输出端子的电压分压而得的反馈电压，输出与误差相对应的电压；软启动电路，其使输入到所述误差放大器的基准电压慢慢升高；以及软启动复位电路，其监视所述误差放大器的输入，在所述输出端子的输出短路时，使所述软启动电路再次软启动。本发明的DC/DC变换器采取了具备上述稳压器的结构。根据本发明，可以实现即使在由于外部连接设备的误插入、连接接驳器异常所导致短路等输出电压上升后的异常而使输出短路的情况下也能实施软启动的稳压器以及DC/ DC变换器。
图1是现有的具有软启动功能的稳压器的电路图。图2是说明软启动功能不工作的情况的图。图3是说明软启动功能不工作的情况的图。图4是说明软启动功能不工作的情况的图。图5是对现有的稳压器进行将输出电压Vout短路的短路试验时的各端子的波形图。图6是表示本发明的实施方式1的具有软启动功能的稳压器的结构的电路图。图7是对上述实施方式1的稳压器进行将输出电压短路的短路试验时的各端子的波形图。图8是说明上述实施方式1的稳压器的详细动作的电路图。图9是对上述实施方式1的稳压器进行将输出电压短路的短路试验时的各端子的波形图。图10是表示上述实施方式1的稳压器的软启动复位电路的详细结构的电路图。图11是表示上述实施方式1的稳压器的软启动复位电路的详细结构的电路图。图12是表示上述实施方式1的稳压器的软启动复位电路的详细结构的电路图。图13是表示上述实施方式1的稳压器的软启动复位电路的详细结构的电路图。图14是表示上述实施方式1的稳压器的误差放大器以及软启动复位电路的详细结构的电路图。图15是表示本发明的实施方式2的具有软启动功能的稳压器的结构的电路图。图16是表示本发明的实施方式3的通过CMOS工艺构成的稳压器的结构的电路图。图17是表示上述实施方式3的通过CMOS工艺构成的稳压器的结构的电路图。图18是表示本发明的实施方式4的具有软启动功能的DC/DC变换器的结构的框图。符号说明11偏置电路12基准电压电路100、200、300、400、600 稳压器110、310误差放大器120、220、420 软启动电路
130、130A-D、330、700 软启动复位电路131,331 比较器132偏移电压133NPN 晶体管221电流源222钳位电路500DC/DC 变换器Vin电源电压输入端子Vo输出电压Vout输出端子Vcont控制电压输入端子Ql输出晶体管R、R1、R2 电阻C电容器Cout输出电容器MlP沟道MOS晶体管M2N沟道MOS晶体管
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。(实施方式1)图6是表示本发明的实施方式1的具有软启动功能的稳压器的结构的电路图。本实施方式是应用于串行稳压器的例子。在说明本实施方式时，对与图1相同的构成部分赋予相同的符号。如图6所示，稳压器100具备电源电压输入端子Vin、控制电压输入端子Vcont、 电阻R、连接外接电容器C的连接端子Cs、输出晶体管Q1、偏置电路11、基准电压电路12、误差放大器110、软启动电路120、软启动复位电路130、分压电阻Rl、R2、输出电压Vout输出端子Vo以及输出电容器Cout。输出晶体管Ql被连接在电源电压输入端子Vin与输出电压输出端子Vo之间，在栅极上接受误差放大器110的输出来导通截止，输出恒定的输出电压。在输出电压输出端子Vo上连接输出电容器Cout。输出电容器Cout是用于进行相位补偿和噪音去除的稳定电容。输出电压Vout通过电阻Rl以及R2被分压，从其连接中点导出的反馈电压与误差放大器110的同相输入端子(+)连接。误差放大器110将基准电压与对输出端子的电压分压而得的反馈电压进行比较， 输出与误差对应的电压。误差放大器110具体来说由运算放大器构成，在同相输入端子(+) 上输入通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout分压而得的反馈电压，在反相输入端子(-)上经由软启动电路120输入基准电压。误差放大器110通过将反馈电压与基准电压的差分所对应的输出电压提供给输出晶体管Ql的栅极来实施电压反馈，将稳压器100的输出电压 Vout保持为恒定电压。误差放大器110在启动时以及通常动作时，输入输出成为大致相同的电位。因此，带偏移的比较器维持关闭，不影响通常动作。软启动电路120将输入到误差放大器110的基准电压从OV慢慢升高到基准电压 (使其缓慢上升)。软启动电路120使提供给误差放大器110的基准电压输出慢慢上升，防止在电源接通时对输出电容器Cout充电的冲击电流，减轻输出电压Vout的过冲。具体来说，软启动电路120是由插入到误差放大器110与基准电压之间的电阻R和外接电容器C 构成的CR电路。软启动电路120通过使电源启动时的基准电位的升高具有CR时间常数来实现软启动。当在稳压器100内部具备稳压器本来没有的CR电路时，电路规模扩大。即，由于使基准电压的升高具有CR时间常数，因此需要以某种程度确保时间常数，因此构成CR电路的电阻R以及电容器C的尺寸增大。当想要将它们形成在稳压器100内部时，由于与芯片尺寸的关系，有时缺乏时间常数设定的灵活性。因此，成为将构成CR电路的电容器C外接在连接端子Cs上的结构。此外，在进行了上述考虑的基础上，稳压器100也可以采用在稳压器100中内置电容器C的结构(参照后述的图16)。另外，关于不使用CR时间常数的软启动电路，通过实施方式2进行在后面进行描述。软启动复位电路130监视误差放大器100的输入，在输出端子Vo的输出短路时使软启动电路120再次软启动。软启动复位电路130与误差放大器110并行设置，在输出短路时将软启动电路120复位。软启动复位电路130具备与误差放大器110的输入平行设置的比较器131 ；对比较器131的输入赋予偏移的偏移电压132 ；根据比较器131的比较结果进行导通截止，在输出短路时导通，对电容器C放电的NPN晶体管133。比较器131对于经软启动电路120输入到误差放大器110的基准电压、和使通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout分压所得的反馈电压具有偏移电压132而得的电压进行比较，根据比较结果控制NPN晶体管133的导通截止。比较器131对软启动电路120的输出(误差放大器110的反相输入端子)、与使通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout所得的反馈电压具备偏移电压132而得的电压(误差放大器110的同相输入端子)进行比较。比较器131，在软启动的启动时以及正常状态时由于输入在偏移电压内而关闭，将 NPN晶体管133截止。另外，比较器131，在输出短路时由于输入超过偏移电压而开启，将 NPN晶体管133导通。偏移电压132对于通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout分压而得的反馈电压赋予输入偏移，由此构成带偏移的比较器131。偏移电压132例如为数十mV。为了下述两个目的而设置偏移电压132。(1)为了不因负荷变动、负荷瞬态响应(transient response)而误动作。(2)为使比较器131在通常时不动作。当没有偏移时比较器131始终动作，因此， 通过偏移将比较器131的输入设定为稍微下降后的位置。在启动时以及通常动作时，误差放大器110成为大致相同电位，因此，带偏移的比较器131维持关闭，不影响通常动作。NPN晶体管133集电极与软启动电路120 (CR电路)的电阻R与外接电容器C的连接点相连，发射极接地，基极与比较器131的输出连接。当从比较器131对NPN晶体管133的基极施加预定以上的电压时，NPN晶体管133导通，使连接端子Cs的电位大致成为GND电平。由此，将连接端子Cs上连接的外接电容器C的电荷放电。以下，说明上述那样构成的稳压器100的动作。图7是对稳压器100进行将输出电压Vout短路的短路试验时的各端子的波形图。如图7(a)、(b)所示，当对电源电压输入端子Vin施加电源电压时，所施加的电源电压经由偏置电路11被提供给基准电压电路12。基准电压电路12输出跟踪所施加的电源电压的基准电压。在对电源电压输入端子Vin施加急剧的电源电压时，基准电压输出也跟踪电源电压而升高。如图7(c)所示，软启动电路120通过CR时间常数使提供给误差放大器110的基准电压输出慢慢上升，减轻稳压器100的输出电压Vout的过冲。在软启动的启动后，稳压器100转移到将输出输出到输出电压输出端子Vo的稳压器工作模式。此外，稳压器工作模式被称为LDO(低压降Low Drop Out)模式。通过软启动，例如在经过数毫秒后的时刻达到基准电压。误差放大器110进行动作，以使通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout分压而得的反馈电压变得与基准电压相等 (虚短路(imaginary short)状态)。由此，不仅在电源电压的启动后立即不向负荷流过过大的电流，而且即使在动作开始后的负荷的状态中存在变动也可以稳定地提供输出电压 Vout0在此，仅通过软启动电路120，如所述图2至图4中所述那样，在软启动功能由于某种异常而不工作的情况下流过冲击电流，在输出电压中发生过冲。稳压器100中，与误差放大器110并行设置在输出短路时将软启动电路120复位的软启动复位电路130。软启动复位电路130在输出短路时将软启动电路120复位。软启动复位电路130包括与误差放大器110的输入平行地设置的比较器131 ；对比较器131的输入赋予偏移的偏移电压132 ；根据比较器131的比较结果，在输出短路时导通来对电容器 C放电的NPN晶体管133。比较器131通过具有输入偏移，在软启动的启动时，将正常状态时放电用的NPN晶体管133截止。启动时以及通常动作时，稳压器100的误差放大器110输入大致成为相同电位，因此，带偏移的比较器131维持关闭而不影响通常动作。如图7(d)虚线内所示，当输出短路时，在比较器131的偏移电压132以下检测出短路，带偏移的比较器131开启。如图7(c)所示，通过比较器131开启，NPN晶体管133导通，将连接端子Cs上连接的外接电容器C放电。如图7(d)所示，当输出短路被释放后，通常的软启动开始。因此不发生冲击电流、 过冲，不发生不良情况(参照图7(e)虚线内)。进一步详细说明软启动电路120的动作。图8是说明稳压器100的详细动作的电路图，与图6的电路相同。为了便于说明， 将输出晶体管Ql简记为Trl，将NPN晶体管133简记为Tr2，将误差放大器110简记为放大器1，将比较器131简记为放大器2。另外，将放大器1的反相输入端子(_)的电压设为VI， 将同相输入端子⑴的反馈电压设为V2，将放大器2的偏移电压132设为Vof，将其反相输入端子㈠的电压设为V3。图9是表示对图8的稳压器100进行了将输出电压Vout短路的短路试验时的各端子的波形图。(1)通常动作(参照图9(a)、(b))放大器1的输入通过负反馈动作而为Vl = V2。放大器2的输入V3 = V2+Vof，由于Vl < V3 = V2+Vof，因此Tr2截止。因此不影响稳压器动作。(2)Vo短路时的动作(参照0 9(c)"(h))当 Vo = OV 时，V2 = 0V，因此 Vl > V3 = V2+Vof = Vof，Tr2 导通。艮口，反馈电压 V2如以下式(1)所示。V2 = R2*Vo/ (R1+R2)... (1)Tr2导通，使连接端子Cs的电位大致成为GND电平。由此，将与连接端子Cs连接的外接电容器C的电荷放电(参照图9(d))。另外，通过放大器2实施了负反馈，稳定在Vl =V3 = Vof的电位(参照图9(e))。放大器1，由于Vl = Vof >V2 = 0V，因此Trl为导通状态。(3)从Vo短路恢复时的动作在释放了 Vo短路时(参照图9(c))，Trl即使Vo = OV也导通，因此Vo上升(参照图9(g))。当上升到V2 = Vl = Vof电位时，通过放大器1再次实施负反馈(参照图9(f))。由于放大器2关闭，因此再次开始对在连接端子Cs上连接的外接电容器C充电， 进行软启动动作(参照图9(d))。在软启动时Vl =V2而上升，因此放大器2关闭。另外，即使在半短路的情况下，也以Vl = V3 = V2+Vof的电压对连接端子Cs实施负反馈。因此，软启动从半短路电位开始动作。这样，在短路或半短路某一种情况下也以Vl = V3 = V2+Vof的电位实施负反馈， 软启动电路120通过软启动复位电路130被临时复位，再次开始软启动。如图9(h)所示， 可以减轻冲击电流的发生。以下，说明本实施方式的稳压器100的实施例。各实施例是带偏移的比较器的偏移的具体例。(实施例1)图10是表示稳压器100的软启动复位电路130A的详细结构的电路图。图10是由NPN晶体管构成图6的软启动复位电路130A的比较器，以发射极尺寸η倍构成其偏移的例子。如图10所示，软启动复位电路130Α具备构成比较器的差动级的NPN晶体管141、 142 ；使NPN晶体管141、142动作的电流镜连接的PNP晶体管143、144 ；构成比较器的输出级的PNP晶体管145 ；电阻146、147。NPN晶体管141和NPN晶体管142通过改变发射极尺寸对比较器的一个输入设定偏移。在此，NPN晶体管142的发射极尺寸构成为NPN晶体管141的发射极尺寸的η倍 (Χη)。即，以NPN晶体管141的发射极尺寸的η倍(Xn)设定带偏移的比较器的偏移。在后面说明偏移电压的具体例。
以晶体管的发射极尺寸的η倍(Xn)设定偏移电压的本例，与在发射极上连接电阻的例子相比，具有容易提高制造精度的优点。(实施例2)图11是表示稳压器100的软启动复位电路130Β的详细结构的电路图。对与图10 相同的构成部分赋予相同的符号。图11是以NPN晶体管构成图6的软启动复位电路130 的比较器，通过电阻的连接来构成其偏移的例子。如图11所示，软启动复位电路130Β具备构成比较器的差动级的NPN晶体管151、 152 ；使NPN晶体管151、152动作的电流镜连接的PNP晶体管143、144 ；构成比较器的输出级的PNP晶体管145 ；电阻153、146、147。NPN晶体管151和NPN晶体管152发射极尺寸相同。在NPN晶体管151的发射极上连接电阻153。通过在NPN晶体管151的发射极上连接电阻153，对比较器的一个输入设定偏移。以NPN晶体管141的发射极尺寸的η倍(Xn)设定带偏移的比较器的偏移。在后面说明偏移电压的具体例子。即使是在晶体管的发射极上连接电阻来构成偏移电压的本例中，若偏移电压为数十至IOOmV,则在精度上没有问题。(实施例3)图12是表示稳压器100的软启动复位电路130C的详细结构的电路图。对与图10 相同的构成部分赋予相同的符号。图12是通过PNP晶体管构成图6的软启动复位电路130 的比较器，以发射极尺寸的η倍构成其偏移的例子。如图12所示，软启动复位电路130C具备构成比较器的差动级的PNP晶体管161、 162 ；使PNP晶体管161、162动作的电流镜连接的NPN晶体管163、164 ；电阻165。PNP晶体管161和PNP晶体管162通过改变发射极尺寸对比较器的一个输入设定偏移。在此，PNP晶体管161的发射极尺寸构成为PNP晶体管162的发射极尺寸的η倍 (Xn)。(实施例4)图13是表示稳压器100的软启动复位电路130D的详细结构的电路图。对与图12 相同的构成部分赋予相同的符号。图13是通过PNP晶体管构成图6的软启动复位电路130 的比较器，并通过电阻的连接来构成其偏移的例子。如图13所示，软启动复位电路130D具备构成比较器的差动级的PNP晶体管171、 172 ；使PNP晶体管171、172动作的电流镜连接的NPN晶体管163、164 ；电阻173、165。PNP晶体管171和NPN晶体管172发射极尺寸相同。在PNP晶体管172的发射极上连接电阻173。通过在PNP晶体管172的发射极上连接电阻173，对比较器的一个输入设
定偏移。(实施例5)图14是表示稳压器100的误差放大器110以及软启动复位电路130的详细结构的电路图。本电路是进行了动作确认的实际安装在稳压器中的详细电路结构，完成了动作确认和验证。软启动复位电路130的比较器是应用了图10的软启动复位电路130Α的例子。也可以代替图10的软启动复位电路130A来使用图11至图13的软启动复位电路130B D。如图14所示，误差放大器110具备进行达林顿连接，构成比较器的差动级的PNP 晶体管181、182以及PNP晶体管183、184 ；使PNP晶体管182、184动作的电流镜连接的NPN 晶体管185、186 ；构成比较器的输出级的驱动级187 ；电流源188 190。误差放大器110的输入，为了从OV进行软启动动作而设为达林顿输入(即PNP晶体管181、183的基极)。另外，软启动复位电路130A的输入，从确保工作电压的观点出发，从达林顿输入的第二级(即NPN晶体管141、142的基极)取得电压。(软启动复位电路130的偏移电压)软启动复位电路130的偏移电压如下。例如在图10、图12以及图14的软启动复位电路130A、C中，在发射极尺寸的η倍 (Xn)中使用η = 2。偏移电压Vof如下式(2)所示。Vof = VT*In2 = 18mV. . . (2)其中，VT为热电压洸mV。偏移电压把不因负荷变动、负荷瞬态响应而误动作设定为目的。因此，误差放大器 110的输入偏移电压，数十HiV是适当的值。如以上详细说明的那样，根据本实施方式，稳压器100具备将基准电压与对输出端子Vo的电压分压而得的反馈电压进行比较，输出与误差相对应的电压的误差放大器 110 ；将输入误差放大器110的基准电压从OV慢慢升高到基准电压的软启动电路120 ；监视误差放大器110的输入，在输出端子Vo的输出短路时使软启动电路120再次软启动的软启动复位电路130。软启动复位电路130具备与误差放大器110的输入平行设置的比较器 131 ；对比较器131的输入赋予偏移的偏移电压132 ；根据比较器131的比较结果导通截止， 在输出短路时导通，将电容器C放电的NPN晶体管133。比较器131通过具有输入偏移，在软启动的启动时将正常状态时放电用的NPN晶体管133截止。另外，在启动时、通常动作时，误差放大器大致为相同电位，因此带偏移的比较器131维持关闭，不影响通常动作。当输出短路时，在比较器131的偏移电压132以下检测出短路，带偏移的比较器 131开启。通过比较器131开启，NPN晶体管导通，将软启动电路120的电容器C放电。在输出短路被释放后，由于进行通常的软启动，因此不产生冲击电流、过冲，不发生不良情况。这样，软启动复位电路130在短路后将软启动电路120复位，实施软启动。S卩，软启动复位电路130是通过带偏移的比较器131在启动时、通常时不动作，仅在输出短路时升高的电路。可以得到以下的效果。(1)由于从输出短路恢复后软启动也动作，因此不产生冲击电流，不会由于前级结构的电流能力不足而引起启动故障。(2)不会由于冲击电流所导致的电位降低而发生超过复位电压的误动作。(3)即使在由于异常而输出短路的情况下也能实施软启动，因此不发生恢复时的过冲，不对后级的设备中施加过电压，不发生损坏。(4)比较器131的输入监视误差放大器110的输入来进行模拟的控制。软启动复位电路130进行放电直到比较器131的输入为相同电位，因此实施模拟的反馈，从大致相同的电位(存在偏移电压132)软启动。因此，即使局部短路也能实施软启动，始终不产生冲击电流。(实施方式2)图15是表示本发明的实施方式2的具有软启动功能的稳压器的结构的电路图。本实施方式是通过电流源进行软启动的结构例。当说明本实施方式时，对与图6相同的构成部分赋予相同符号，省略重复的部位的说明。如图15所示，稳压器200具备电源电压输入端子Vin、控制电压输入端子Vcont、 电阻R、连接外接电容器C的连接端子Cs、输出晶体管Q1、偏置电路11、基准电压电路12、误差放大器110、软启动电路220、软启动复位电路130、分压电阻R1、R2 ；输出电压Vout输出端子Vo ；以及输出电容器Cout。软启动电路220使提供给误差放大器110的基准电压输出慢慢上升，防止在电源接通时对输出电容器Cout充电的冲击电流，减轻输出电压Vout的过冲。软启动电路220具备通过偏置电路11的偏置电压使连接端子Cs上连接的外接电容器C中流过预定的电流的电流源221 ；和钳位电路222。以下，说明如上那样构成的稳压器200的动作。基本动作与实施方式1相同。电流源221在外接电容器C中未积蓄电荷的情况下，以预定的速度在电容器C中积蓄电荷。软启动电路220，当与连接端子Cs连接的外接电容器C的电位比基准电压小时，通过外接电容器C的充电电压和钳位电路222使输出线性地上升，实现软启动。软启动电路220，在与连接端子Cs连接的外接电容器C的电位在基准电压以上时， 钳位电路222关闭，从基准电压电路12向误差放大器110供给基准电压，输出既定的输出电压。这样，稳压器200的软启动电路220代替CR电路而具备电流源221以及钳位电路 222。软启动电路220通过电流源221以及钳位电路222慢慢线性升高。因此，可以期待进一步减少冲击电流的发生。但是，若从抑制冲击电流的目的出发也可以是CR电路。(实施方式3)图16是表示本发明的实施方式3的通过CMOS工艺构成的稳压器的结构的电路图。当说明本实施方式时，对与图6相同的构成部分赋予相同的符号，省略重复部位的说明。如图16所示，稳压器300具备电源电压输入端子Vin ；控制电压输入端子Vcont ； 电阻R ；连接外接电容器C的连接端子Cs ；P沟道MOS晶体管Ml ；偏置电路11 ；基准电压电路12 ；通过CMOS工艺构成的误差放大器310 ；软启动电路120 ；软启动复位电路330 ；分压电阻R1、R2 ；输出电压Vout输出端子Vo ；以及输出电容器Cout。误差放大器310由通过CMOS工艺构成的运算放大器形成，在同相输入端子(+)上输入通过电阻Rl以及R2对输出电压Vout分压而得的反馈电压，在反相输入端子(-)上经由软启动电路120输入基准电压。误差放大器310将反馈电压与基准电压的差分所对应的输出电压提供给作为输出晶体管的P沟道MOS晶体管Ml的栅极，由此实施电压反馈，将稳压器300的输出电压Vout保持为恒定电压。
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软启动电路120使提供给误差放大器310的基准电压输出慢慢上升，防止在电源接通时对输出电容器Cout充电的冲击电流。例如软启动电路120是由插入误差放大器310 与基准电压之间的电阻R和外接电容器C构成的CR电路，通过使电源启动时的基准电压的上升具有CR时间常数来实现软启动。软启动复位电路330与误差放大器310的输入平行地设置，在输出短路时将软启动电路120复位。软启动复位电路330具备通过CMOS工艺构成的比较器331 ；对比较器 331的输入赋予偏移的偏移电压332 ；根据比较器331的比较结果导通截止，在输出短路时导通，将电容器C放电的N沟道MOS晶体管M2。稳压器300的动作与实施方式1相同。在通过CMOS工艺构成的稳压器300中，可以实现与实施方式1相同的效果，即实现即使在由于异常而输出短路的情况下也能实施软启动的稳压器。图17是表示本发明的实施方式3的通过CMOS工艺构成的稳压器的结构的电路图。对与图16相同的构成部分赋予相同的符号。如图17所示，稳压器400具备电源电压输入端子Vin ；控制电压输入端子Vcont ； 电阻R;电容器C;P沟道MOS晶体管Ml ；偏置电路11 ；基准电压电路12;通过CMOS工艺构成的误差放大器310 ；软启动电路420 ；软启动复位电路330 ；分压电阻R1、R2 ；输出电压Vout 输出端子Vo ；以及输出电容器Cout。软启动电路420是由插入到误差放大器310和基准电压之间的电阻R和电容器C 组成的CR电路。在图17中，构成软启动电路420的CR电路的电容器C被内置在稳压器400中。此外，在通过CMOS工艺构成的稳压器300、400中，可以代替CR电路而应用使用了实施方式2的电流源21以及钳位电路222的软启动电路。(实施方式4)图18是表示本发明的实施方式4的具有软启动功能的DC/DC变换器的结构的框图。本实施方式是基于CR电路的软启动的结构例。当说明本实施方式时，对与图6相同的构成部分赋予相同的符号。如图18所示，DC/DC变换器500具备电源电压输入端子Vin ；控制电压输入端子 Vcont ；电阻R ；连接外接电容器C的连接端子Cs ；偏置电路11 ；基准电压电路12 ；稳压器 600 ；软启动电路120 ；软启动复位电路700 ；输出电压Vout输出端子Vo ；以及输出电容器 Cout0稳压器600是稳压器100、200、300、400的任意一种串联稳压器。软启动复位电路700是软启动复位电路130、130A D、330中的任意一种软启动复位电路。这样，DC/DC变换器500具备稳压器100、200、300、400中的任意一种串联稳压器，
因此可以实现与实施方式1至3相同的效果，即可以实现即使在由于异常而输出短路的情况下也能实施软启动的DC/DC变换器。以上的说明是本发明的优选实施方式的例子，不由此来限定本发明的范围。例如也可以应用于开关稳压器中，可以获得同样的效果。另外，在上述各实施方式中说明了使用双极性晶体管、MOS晶体管的例子，但是哪种晶体管都可以。例如可以是MIS(Metal Insulated Semiconductor)晶体管。另外，该 MIS晶体管可以是在SOI (Silicon On Insulator)构造的硅基板上形成的MIS晶体管。而且，也可以是Bi-CMOS或它们的组合。但是，当然MOS晶体管在消耗功率方面有利。另外，在上述各实施方式中使用了稳压器以及DC/DC变换器这样的名称，但这是为了便于说明，当然也可以是软启动电路、串联稳压器、恒压电源装置、电源电路等。而且，构成上述稳压器的各电路部，例如软启动复位电路的晶体管数、元件的种类等不限于所述实施方式。在本软启动复位电路中当然可以附加各种补偿用的晶体管。产业上的可利用性本发明的稳压器以及DC/DC变换器能够作为软启动电路而应用于全体电子设备的电源装置中。
权利要求
1.一种稳压器，其特征在于，具备误差放大器，其比较基准电压和对输出端子的电压分压而得的反馈电压，输出与误差相对应的电压；软启动电路，其使输入到所述误差放大器的基准电压慢慢升高；以及软启动复位电路，其监视所述误差放大器的输入，在所述输出端子的输出短路时，使所述软启动电路再次软启动。
2.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于， 所述软启动电路具有积蓄电荷的电容器， 所述软启动复位电路具备比较器，其比较输入到所述误差放大器的基准电压、和使对所述输出端子的电压分压而得的反馈电压具有输入偏移的电压；以及晶体管，其根据所述比较器的比较结果进行导通截止，在输出短路时导通，将所述电容器放电。
3.根据权利要求2所述的稳压器，其特征在于，所述比较器在软启动的启动时以及正常状态时由于输入在所述输入偏移范围内而关闭，并将所述晶体管截止。
4.根据权利要求2所述的稳压器，其特征在于，所述比较器在输出短路时由于输入超过所述输入偏移而开启，并将所述晶体管导通。
5.根据权利要求2所述的稳压器，其特征在于，所述输入偏移是构成所述比较器的差动级的一个晶体管的发射极尺寸的η倍。
6.根据权利要求2所述的稳压器，其特征在于，所述输入偏移在构成所述比较器的差动级的一个晶体管的发射极上连接电阻。
7.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述软启动电路使输入到所述误差放大器的基准电压从OV缓慢上升到所述基准电压。
8.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述软启动电路是由所述电容器和电阻构成的CR电路、或由所述电容器和电流源构成的电路。
9.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述稳压器具备输出晶体管，其连接在电源电压输入端子和所述输出端子之间，在栅极接受所述误差放大器的输出来导通截止，输出恒定的输出电压。
10.一种DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器具备所述权利要求1所述的稳压器。
全文摘要
本发明提供即使在由于异常而输出短路的情况下也能实施软启动的稳压器以及DC/DC变换器。稳压器(100)具备使输入到误差放大器(110)的基准电压从0V慢慢升高到基准电压的软启动电路(120)；监视误差放大器(110)的输入，在输出端子Vo的输出短路时使软启动电路(120)再次软启动的软启动复位电路(130)。软启动复位电路(130)具备与误差放大器(110)的输入平行地设置的比较器(131)；对比较器(131)的输入赋予偏移的偏移电压(132)；根据比较器(131)的比较结果进行导通截止，在输出短路时导通，将电容器C放电的NPN晶体管(133)。
文档编号H02M3/10GK102403887SQ20111027696
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月8日 优先权日2010年9月9日
发明者佐藤尚史, 高野阳一 申请人:三美电机株式会社