本發(fā)明涉及一種有效用于半導體集成電路(穩(wěn)壓器用IC)的技術，該半導體集成電路用于構成直流電源裝置，并且還構成對直流電壓進行變換的例如串聯(lián)穩(wěn)壓器那樣的穩(wěn)壓器。

背景技術：

作為對在直流電壓輸入端子和輸出端子之間設置的晶體管進行控制來輸出期望電位的直流電壓的電源裝置，具有串聯(lián)穩(wěn)壓器(以下簡稱為穩(wěn)壓器)。作為這樣的穩(wěn)壓器的用途，具有用于向汽車的導航裝置或ETC裝置、音響裝置、天線裝置等車載電子設備供給直流電源的電源裝置(車載用穩(wěn)壓器)。

在車載用穩(wěn)壓器中，一般通過連接器將汽車導航等車載電子設備連接到穩(wěn)壓器。因此，有時由于車體的振動造成連接器脫開從而電源的輸出端子成為開路，或者有時在作為負載的電子設備內部發(fā)生短路。因此，尋求在車載用穩(wěn)壓器中檢測這樣的異常狀態(tài)的功能。另外，還尋求防止在連接GPS或VICS(注冊商標)、無線電廣播等的接收天線時流過過剩的電流從而導致主體裝置損壞的功能。

因此，例如如圖5所示，提出了在穩(wěn)壓器的輸入端子側設置電流檢測用電阻(感應電阻R1)，經由該感應電阻供給來自電池的直流電壓，并且設置控制用微型計算機，向微型計算機輸入感應電阻的端子電壓，微型計算機能夠通過軟件處理來檢測穩(wěn)壓器的輸出端子的開路以及短路(專利文獻1)。

另外，還提出了以下的發(fā)明：經由感應電阻向穩(wěn)壓器的輸入端子供給來自電池的直流電壓，并且設置具有對感應電阻的端子間電壓進行放大的放大器和將該放大器的輸出與基準電壓進行比較的比較器的過電流保護電路，在輸出端子短路時使過電流保護電路動作，控制輸出電壓控制用晶體管來限制電流，防止過電流(專利文獻2)。

在專利文獻1記載的發(fā)明中，通過微型計算機來判定穩(wěn)壓器的輸出端子的開路以及短路，因此存在微型計算機的負擔增大的課題。

另外，在專利文獻1和專利文件2記載的任何一個發(fā)明中，在穩(wěn)壓器的輸入端子設置感應電阻，將向輸出端子流動的電流變換為電壓，檢測與輸出端子相連接的負載的開路以及短路。因此，在感應電阻中產生多余的電力損失。

另外，為了減少感應電阻中的電力損失，考慮將檢測電阻設定為1Ω這樣小的值，但是此時，在將開路檢測的電流值例如設定為10mA，將短路檢測的電流值例如設定為200mA這樣的值時，檢測電壓分別為10mV、200mV。在此，在使比較檢測到的電壓與參照電壓的比較器的輸入失調電壓為±1mV時，相對于短路異常檢測的精度為±0.5％，開路異常檢測的精度也達到±10％，存在檢測精度惡化的課題。

專利文獻1：日本特開2012-93296號公報

專利文獻2：日本特開2015-5171號公報

技術實現要素：

本發(fā)明著眼于上述那樣的課題，其目的在于，在構成串聯(lián)穩(wěn)壓器那樣的直流電源裝置的半導體集成電路(穩(wěn)壓器用IC)中，能夠高精度地檢測與輸出端子相連接的負載的開路、短路這樣的異常。

本發(fā)明的另一目的在于，提供一種穩(wěn)壓器用半導體集成電路(穩(wěn)壓器用IC)，其能夠根據所使用的系統(tǒng)，任意地設定用于檢測與輸出端子相連接的負載的開路、短路這樣的異常的電流值。

為了達成上述目的，本發(fā)明是一種穩(wěn)壓器用半導體集成電路，其具備在輸入直流電壓的電壓輸入端子和輸出端子之間連接的電壓控制用晶體管、對應于輸出的反饋電壓來控制所述電壓控制用晶體管的控制電路，該穩(wěn)壓器用半導體集成電路還具備：

第一晶體管以及第二晶體管，其與所述電壓控制用晶體管并聯(lián)設置，流過與所述電壓控制用晶體管中流過的電流成縮小比例的電流；

第一外部端子，其用于連接將所述第一晶體管中流過的電流變換為電壓的電流-電壓變換元件；

第一電壓比較電路，其將所述電流-電壓變換元件變換后的電壓與預定的比較電壓進行比較來判定大?。?/p>

第二電壓比較電路，其將對所述第二晶體管中流過的電流進行變換而得到的電壓與預定的比較電壓進行比較來判定大?。?/p>

第一輸出端子，其向外部輸出所述第一電壓比較電路的比較結果；以及

第二輸出端子，其向外部輸出所述第二電壓比較電路的比較結果，

當在所述第一晶體管中流過了比預先設定的開路異常檢測電流值大的電流時所述第一電壓比較電路的輸出反轉，當在所述第二晶體管中流過了比預先設定的短路異常檢測電流值大的電流時所述第二電壓比較電路的輸出反轉。

通過具有上述那樣結構的穩(wěn)壓器用半導體集成電路，根據與電壓控制用晶體管中流過的電流成比例的電流，即不使用檢測輸出電流的感應電阻地，檢測與輸出端子相連接的負載的開路、短路的異常，因此與在輸入端子設置低電阻的感應電阻的方式相比，能夠高精度檢測開路異常。另外，在穩(wěn)壓器用半導體集成電路中，判定負載的開路或短路來向外部輸出檢測信號，因此能夠減輕用于控制系統(tǒng)的微型計算機那樣的控制裝置(CPU)的負擔。并且，由于具備外部端子來連接將與電壓控制用晶體管中流過的電流成比例的電流變換為電壓的元件(電阻)，因此能夠與系統(tǒng)對應地任意且高精度地設定成為異常(開路)判斷基準的電流值。

在此，優(yōu)選具備熱關斷電路，其檢測形成該半導體集成電路的半導體基板的溫度，當半導體基板的溫度上升到預先設定的預定溫度以上時，通過所述控制電路關斷所述電壓控制用晶體管，

能夠將進行了該熱關斷電路的輸出與所述第二電壓比較電路的輸出之間的邏輯加法而得到的信號作為短路異常檢測信號從所述第二輸出端子輸出。

通過這樣的結構，因為將進行了熱關斷電路的輸出與第二電壓比較電路的輸出之間的邏輯加法而得到的信號作為短路異常檢測信號從第二輸出端子輸出，因此能夠避免以下情況：產生不斷重復檢測和解除短路的動作，從而在檢測信號中呈現多個檢測脈沖。

另外，優(yōu)選具備延遲電路，其延遲所述第一電壓比較電路和所述第二電壓比較電路的輸出中的至少第二電壓比較電路的輸出，能夠將進行了所述第二電壓比較電路的輸出信號與通過所述延遲電路進行了延遲的信號之間的邏輯乘法而得到的信號，作為短路異常檢測信號從所述第二輸出端子輸出。

由此，能夠避免由于在動作開始時向與輸出端子連接的電容器流入浪涌電流，錯誤地輸出短路異常檢測信號的情況。

并且，優(yōu)選具備第二外部端子，其用于連接將所述第二晶體管中流過的電流變換為電壓的電流-電壓變換元件，所述第二電壓比較電路將通過與所述第二外部端子連接的電流-電壓變換元件變換后的電壓與預定的比較電壓進行比較。

通過這樣的結構，能夠對應于系統(tǒng)，任意且高精度地設定成為短路異常的判斷基準的電流值。

另外，優(yōu)選具備限流電路，其用于限制輸出電流以便不流過預定的電流值以上的輸出電流，該限流電路根據所述第二電壓比較電路的輸出，在輸出電流成為預定的電流值以上時，限制在所述電壓控制用晶體管中流過的電流。

通過采用該結構，通過限流電路和檢測短路異常的電路來兼作用于生成監(jiān)視電流的晶體管(電流鏡晶體管)或一部分電路(比較器等)，因此能夠減少構成電路的元件數量。另外，因為能夠減少連接電流-電壓變換元件的外部端子數量，所以能夠減小芯片尺寸。

通過本發(fā)明，在構成串聯(lián)穩(wěn)壓器那樣的直流電源裝置的半導體集成電路(穩(wěn)壓器用IC)中，能夠高精度地檢測與輸出端子連接的負載的開路或短路這樣的異常。另外，具有以下的效果：能夠實現一種穩(wěn)壓器用IC，該穩(wěn)壓器用IC能夠與應用的系統(tǒng)對應地，任意設定用于檢測與輸出端子連接的負載的開路或短路這樣的異常的電流值。

附圖說明

圖1是表示應用了本發(fā)明的串聯(lián)穩(wěn)壓器IC的一個實施方式的電路結構圖。

圖2是表示圖1的實施方式的穩(wěn)壓器的各部的電壓變化的時序圖。

圖3是表示圖1的實施方式的穩(wěn)壓器的第一變形例的電路結構圖。

圖4是表示圖1的實施方式的穩(wěn)壓器的第二變形例的電路結構圖。

圖5是表示具有開路檢測功能以及短路檢測功能的現有的電源裝置的一結構例的結構圖。

符號說明

10：穩(wěn)壓器IC

11：誤差放大器

12：基準電壓電路

13：偏壓電路

14：限流電路

15：熱關斷電路

16：開路異常檢測用比較器

17：短路異常檢測用比較器

19：延遲電路

Q1：電壓控制用晶體管

Q2～Q4：電流鏡晶體管

具體實施方式

以下，基于附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

圖1表示應用了本發(fā)明的作為直流電源裝置的串聯(lián)穩(wěn)壓器的一實施方式。在圖1中，由一點劃線圍起來的部分在單晶硅那樣的半導體芯片上形成為半導體集成電路(穩(wěn)壓器IC)10，作為在該穩(wěn)壓器IC10的輸出端子OUT連接電容器Co來供給穩(wěn)定的直流電壓的直流電源裝置發(fā)揮功能。

在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，如圖1所示，在施加直流電壓Vin的電壓輸出端子IN和輸出端子OUT之間，連接由PNP雙極晶體管構成的電壓控制用晶體管Q1，在輸出端子OUT和施加接地電位GND的地線之間，串聯(lián)連接對輸出電壓Vout進行分壓的泄放電阻R1、R2。

把通過該泄放電阻R1、R2分壓后的電壓VFB反饋到誤差放大器11的同相輸入端子，該誤差放大器11作為對上述電壓控制用晶體管Q1的基極端子進行控制的誤差放大電路。然后，誤差放大器11根據輸出的反饋電壓VFB與預定的參照電壓Vref之間的電位差來控制電壓控制用晶體管Q1，進行控制以使輸出電壓Vout成為期望的電位。

另外，在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，設置了用于生成向上述誤差放大器11的反相輸入端子施加的參照電壓Vref的基準電壓電路12、在誤差放大器11和基準電壓電路12中流過動作電流的偏壓電路13、用于限制與上述電壓控制用晶體管Q1的基極端子相連接的輸出電流的限流電路14、在芯片的溫度上升到預定溫度以上時停止誤差放大器11的動作使晶體管Q1關斷的熱關斷電路15。

基準電壓電路12能夠由串聯(lián)的電阻以及齊納二極管等構成。在偏壓電路13中設置了根據從芯片外部的微型計算機(CPU)等向外部端子CNT輸入的控制信號Cont，供給或切斷向誤差放大器11的偏壓電流的功能。在由于負載的異常等輸出電流增加從而輸出電壓降低，誤差放大器11為了使晶體管Q1中流過更多的電流而要降低基極電壓時，限流電路14為了使基極電流不會成為預定以上的電流而施加鉗位，由此來限制輸出電流。

并且，在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，與上述電壓控制用晶體管Q1并聯(lián)地設置了與Q1一起構成電流鏡電路的雙極晶體管Q2、Q3、Q4，在作為這些晶體管Q2～Q4的控制端子的基極端子上，施加了與在電壓控制用晶體管Q1的基極端子上施加的電壓相同的電壓。由此，在Q2～Q4中，與元件的尺寸比N對應地流過與Q1的集電極電流成比例的電流(1/N的電流)。將N個相同尺寸的晶體管以并聯(lián)方式相連接來構成晶體管Q1，在Q2～Q4分別由一個晶體管構成時，設定為流過與元件的個數成正比的電流。

另外，在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，設置了用于連接在芯片外部進行電流-電壓變換的電阻Rop的外部端子P1、用于連接電阻Rsc的外部端子P2，將上述電流鏡晶體管Q2的集電極端子與外部端子P1相連接，將電流鏡晶體管Q3的集電極端子與外部端子P2相連接。并且，設置了在外部端子P1上連接反相輸入端子并在同相輸入端子上施加了參照電壓Vref’的開路異常檢測用比較器16、在外部端子P2上連接同相輸入端子并在反相輸入端子上施加了參照電壓Vref’的短路異常檢測用比較器17。

設定上述外置電阻Rop的電阻值，以便在電壓控制用晶體管Q1中流過例如10mA這樣的開路異常檢測電流時，電阻的兩端子間電壓成為與參照電壓Vref’相同的值。另一方面，設定上述外置電阻Rsc的電阻值，以便在電壓控制用晶體管Q1中流過例如200mA這樣的短路異常檢測電流時，電阻的兩端子間電壓成為與參照電壓Vref’相同的值。

如此，在本實施方式中，通過外置電阻Rop、Rsc設定用于檢測開路異常和短路異常的電流值，因此能夠根據所使用的系統(tǒng)來任意設定檢測電流值(閾值)，并且作為在比較器16和17中使用的參照電壓Vref’能夠使用相同的電壓值，從而能夠簡化用于生成參照電壓的電路。

另外，在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，設置了將上述比較器16的輸出端子與基極端子相連接的NPN晶體管Q5、將上述比較器17的輸出和上述熱關斷電路15的輸出作為輸入的OR門18、將該OR門18的輸出端子與基極端子相連接的NPN晶體管Q6。并且，在穩(wěn)壓器IC芯片中，設置了用于通過開路集電極形式向外部的CPU等輸出信號的外部端子P3和P4，上述晶體管Q5的集電極端子與外部端子P3相連接，上述晶體管Q6的集電極端子與外部端子P4相連接。

接著，使用圖2的時序圖對本實施方式的穩(wěn)壓器IC10的動作進行說明。在圖2中，左半側的期間T1表示在穩(wěn)壓器的動作開始后不久的期間在進行了穩(wěn)定的動作后發(fā)生了開路時的定時，右半側的期間T2表示在穩(wěn)壓器的動作開始后不久的期間在進行了穩(wěn)定的動作后發(fā)生了短路時的定時。

如圖2所示，在定時t1輸入電壓Vin升高，當在定時t2從外部使控制端子CNT的信號Cont變?yōu)楦唠娖綍r，穩(wěn)壓器IC10開始動作，進行控制以使輸出電壓Vout升高從而成為預定的電壓。此外，在輸出電壓Vout升高之前的過渡期中，向與輸出端子相連接的電容器Co流動浪涌電流(突入電流)，但是此后，根據負載的狀態(tài)流過穩(wěn)定電流(期間Ta)。

然后，當在該穩(wěn)定動作狀態(tài)下發(fā)生了輸出端子成為開路這樣的異常時，輸出電流Iout急劇減少(定時t3)。于是，在電流鏡晶體管Q2中流過的電流也同樣地減少，因此比較器16檢測到該情況其輸出變?yōu)楦唠娖?。結果，晶體管Q5接通從外部端子P3輸出的信號Err-OP變?yōu)榈碗娖剑邮盏皆撔盘柕腃PU能夠檢測出發(fā)生了開路異常。CPU當檢測出開路異常時，通過將控制信號Cont變?yōu)榈碗娖絹硗Ｖ狗€(wěn)壓器IC10的動作(定時t4)。

此后，消除開路異常狀態(tài)，當在定時t5將控制信號Cont變?yōu)楦唠娖綍r，穩(wěn)壓器IC10重新開始動作，進行控制以使輸出電壓Vout升高從而成為預定的電壓。此時，在輸出電壓Vout升高之前的過渡期中流動浪涌電流，但此后，根據負載的狀態(tài)流過穩(wěn)定電流(期間Tb)。

然后，當在該穩(wěn)定動作狀態(tài)下在負載中發(fā)生了短路時，輸出電流Iout急劇增加(定時t6)。于是，在電流鏡晶體管Q3中流過的電流也同樣增加，因此比較器17檢測出該情況其輸出變?yōu)楦唠娖?。結果，晶體管Q6接通從外部端子P4輸出的信號Err-SC變?yōu)榈碗娖?，接收到該信號的CPU能夠檢測出發(fā)生了短路異常。

在為短路異常時，對應于輸出電流Iout的急劇增加，作為熱產生大的功率，因此熱關斷電路在芯片的溫度上升到預定溫度時停止誤差放大器11的動作來關斷晶體管Q1，因此輸出電流Iout被切斷從而解除了短路狀態(tài)的檢測。另外，在半導體芯片進行散熱從而溫度下降時關斷被解除，當維持了短路狀態(tài)時不斷重復檢測并輸出短路狀態(tài)這樣的動作，作為短路異常檢測信號產生不良。

為此，在本實施方式的穩(wěn)壓器IC10中，設置了用于進行比較器17的輸出與熱關斷電路15的輸出之間的邏輯加法的OR門18，通過該OR門18的輸出來接通/關斷晶體管Q6。由此，通過比較器17的輸出與熱關斷電路15的輸出之間的邏輯加法來接通/關斷晶體管Q6，從而在發(fā)生了短路異常輸出電流Iout急劇增加時，輸出短路異常檢測信號，在芯片溫度升高熱關斷電路的輸出檢測出高溫的期間也維持短路異常檢測信號，由此能夠避免穩(wěn)壓器IC10的短路異常檢測信號陷入上述那樣的重復動作。并且，CPU在檢測到短路異常時，通過將控制信號Cont變?yōu)榈碗娖絹硗Ｖ狗€(wěn)壓器IC10的動作(定時t7)。

本實施方式的穩(wěn)壓器IC10如上所述，在剛剛開始了穩(wěn)壓器IC10的動作后流過浪涌電流，由于該浪涌電流比較器17的輸出變?yōu)楦唠娖綇亩鴮⒕w管Q6接通，Err-SC變?yōu)榈碗娖?，但是關于該誤檢測的信號，在接收該信號的CPU側，通過執(zhí)行死區(qū)(dead band)程序從而進行將剛剛接通電源后的短路檢測脈沖忽略的處理來進行應對。

(變形例)

接著，使用圖3以及圖4對上述實施方式的穩(wěn)壓器IC的變形例進行說明。

圖3表示其中第一變形例的穩(wěn)壓器IC。該變形例為了防止浪涌電流引起的誤檢測信號，在穩(wěn)壓器IC10內設置了用于對比較器16和17的輸出進行延遲的由電阻和容量等構成的延遲電路19、進行比較器16和17的輸出的邏輯加法然后輸入給延遲電路19的NOR門20、進行該延遲電路19的輸出與延遲之前原本的比較器16、17的輸出之間的邏輯乘法的AND門21、22。

上述實施方式的穩(wěn)壓器IC根據向輸出端子流過較大電流的情況來判定發(fā)生了短路狀態(tài)。另一方面，在IC啟動時，向輸出端子的電容器Co流過較大的浪涌電流(突入電流)。在圖1的穩(wěn)壓器IC中，由于無法區(qū)別該浪涌電流和在發(fā)生短路異常時向輸出端子流動的電流，因此如圖2的時序圖所示，無法避免在比較器17的輸出中出現在檢測出浪涌電流I時相伴隨的誤檢測脈沖。

與此相對，在使用了本實施例的穩(wěn)壓器IC的系統(tǒng)中，采用了不會出現在檢測出浪涌電流時相伴隨的誤檢測信號的結構。由此，具有不需要在后級的CPU中設置死區(qū)程序的優(yōu)點。

具體來說，延遲電路19由恒流源IC0和通過該恒流源IC0進行充電的電容器C1、在恒流源IC0和電容器C1之間的連接節(jié)點N1與接地點之間串聯(lián)連接的電阻R4以及開關晶體管Qs、比較器CMP構成，對該晶體管Qs的基極端子輸入上述NOR門20的輸出電壓。另外，具備與連接節(jié)點N1相連接的外部端子P5，通過在該端子P5上連接外置容量Cd，能夠不增加芯片尺寸地增大延遲時間。

關于該延遲電路19，在比較器16、17的輸出都為低電平的通常動作狀態(tài)下，通過NOR門20的輸出對晶體管Qs的基極端子施加高電平從而處于接通狀態(tài)，電容器C1、Cd成為已放電的狀態(tài)。然后，當比較器16檢測到開路狀態(tài)或者比較器17檢測到短路狀態(tài)，從而某一方的比較器的輸出變?yōu)楦唠娖綍r，NOR門20的輸出變?yōu)榈碗娖揭允咕w管Qs關斷。

于是，電容器C1、Cd緩緩進行充電，連接節(jié)點N1的電位逐漸上升。然后，當經過預定的時間，連接節(jié)點N1的電位高于比較器CMP的參照電壓Vref1時，比較器CMP的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?。由此，在檢測到開路狀態(tài)時，AND門21的輸出變?yōu)楦唠娖揭允咕w管Q5接通，外部端子P3由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

另外，在檢測到短路異常時，AND門22的輸出變?yōu)楦唠娖揭允咕w管Q6接通，外部端子P4由高電平變?yōu)榈碗娖?。此外，將延遲電路19的延遲時間設定為比圖2所示的流過浪涌電流Ir的期間稍長一些的時間。

通過設置了上述那樣的延遲電路19和比較器CMP以及AND門21、22，在本變形例中不會出現在檢測出浪涌電流時相伴隨的誤檢測脈沖。

此外，在圖3中，延遲電路19分別延遲比較器16、17的輸出，但是也可以構成為只延遲短路異常檢測用比較器17的輸出。然后，在這種情況下，不需要圖3的NOR門20和AND門21。

圖4表示第二變形例的穩(wěn)壓器IC。該變形例兼作圖1的實施例中的短路異常檢測用比較器17和構成限流電路14的比較器。因此，此時，流過用于檢測短路異常的監(jiān)視電流的電流鏡晶體管Q3還能夠兼作限流電路14的流過監(jiān)視電流的電流鏡晶體管Q4。

具體來說，省略圖1中的電流鏡晶體管Q4以及外部端子P2，設置將電流鏡晶體管Q3的電流變換為電壓的內部電阻R4，向短路異常檢測用比較器17的同相輸入端子輸入通過該電阻R4變換后的電壓。并且，經由OR門18向輸出用晶體管Q6的基極端子輸入該比較器17的輸出和熱關斷電路15的輸出。

另一方面，經由逆變器23、24向電壓控制用晶體管Q1和電流鏡晶體管Q2、Q3的基極端子施加比較器17的輸出，當在電壓控制用晶體管Q1中流過預定的電流值以上的電流時，對電壓控制用晶體管Q1進行電流鉗制來限制輸出電流Iout。

根據第二變形例的穩(wěn)壓器IC，與圖1實施方式的穩(wěn)壓器IC相比，具有如下優(yōu)點：能夠將外部端子的數量減少一個，并且能夠將短路異常檢測電路兼作限流電路，從而能夠謀求使該芯片相應地小型化。

能夠構成為兼作短路異常檢測用比較器17和構成限流電路14的比較器，同時還能夠構成為設置外部端子P2來將電阻R4作為外置電阻進行連接，從而能夠調整檢測電流值(閾值)。

以上基于實施例具體說明了本發(fā)明的發(fā)明人做出的發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例。例如，在上述實施例中，表示了作為電壓控制用晶體管Q1和電流鏡晶體管Q2～Q4使用雙極晶體管，但是也可以使用MOSFET來替代雙極晶體管。

另外，在上述實施例中，在芯片內部設置了對輸出電壓進行分壓的泄放電阻R1、R2，但是也可以設置由外置電阻構成的分壓電路，從外部端子向誤差放大器11輸入在芯片外部分壓后的電壓。

作為應用了上述實施方式的串聯(lián)穩(wěn)壓器的直流電源裝置的特別有效的用途，例如具有汽車的導航裝置和ETC裝置、音響裝置、天線裝置等車載用電子設備，只要是具有通過直流電源進行動作的負載的系統(tǒng)都可以應用。