專利名稱：電壓控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓控制電路，其即使在發(fā)生短路故障時也不會產(chǎn)生受熱損壞。
技術(shù)背景
電壓控制電路(電壓調(diào)節(jié)器)是連接在電源和被供電電路之間的電路。該電壓控制電路進行控制，以使在從電源輸入電壓控制電路的電壓值變動時，從電壓控制電路輸出到被供電電路的電壓值也保持恒定。
如果把這種電壓控制電路裝配到電源部上，即使電源(例如電池)的輸出電壓變動時，也能夠向被供電電路提供電壓值恒定的電壓。因此，在便攜電話、游戲機、筆記本電腦等便攜式設(shè)備的電源部中裝配有單片IC化的電壓控制電路。
在此，參照圖5說明電壓控制電路的基本的電路結(jié)構(gòu)和動作原理。如圖5所示，電壓控制電路1以電壓控制用P溝道MOS晶體管10、分壓電阻電路20、晶體管控制電路30為主要部件而構(gòu)成。
電壓控制用P溝道MOS晶體管10的輸入端子(源極)與電壓控制電路1的電壓輸入端子11連接，其輸出端子(漏極)與電壓控制電路1的電壓輸出端子12連接。
電壓控制用P溝道MOS晶體管10具有以下特性，即在輸入給控制端子(柵極)的控制電壓Vc的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入給控制端子(柵極)的控制電壓Vc的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。另外，所說“導(dǎo)通電阻”是指電壓控制用P溝道MOS晶體管 10處于導(dǎo)通狀態(tài)時的輸入端子(源極)與輸出端子(漏極)之間的電阻。
從電源(例如電池等)向電壓控制電路1的電壓輸入端子11輸入電源電壓(輸入電壓)Vin。該輸入電壓Vin的電壓值由電壓控制用P溝道MOS晶體管10控制，從電壓控制電路1的電壓輸出端子12輸出已達到預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓值的輸出電壓Vout。另外，電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電壓控制方法將在后面敘述。
并且，在電壓輸出端子12上連接有被供電電路(省略圖示)，已達到設(shè)定電壓值的電壓被提供給該被供電電路。
分壓電阻電路20通過串聯(lián)連接分壓電阻21和分壓電阻22而形成。該分壓電阻電路20的一端(高壓端)與電壓輸出端子12連接，另一端(低壓端)與接地電位連接。
該分壓電阻電路20輸出通過分壓電阻21、22將從電壓輸出端子12輸出的輸出電壓Vout分壓后的分壓電壓Vp。分壓電壓Vp是施加給分壓電阻22的電壓，在把分壓電阻 21的電阻值設(shè)為R21、把分壓電阻22的電阻值設(shè)為R22時，可以利用下式表示。
Vp = Vout · [R22/(R21+R22)]
晶體管控制電路30具有差動放大器(運算放大器)31和基準(zhǔn)電壓源32。差動放大器31的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+端子)被輸入分壓電壓Vp，差動放大器31的反轉(zhuǎn)輸入端子(-端子)被輸入從基準(zhǔn)電壓源32輸出的基準(zhǔn)電壓Vref。
差動放大器31輸出與分壓電壓Vp和基準(zhǔn)電壓Vref之間的偏差相對應(yīng)的控制電壓Vc。該控制電壓Vc輸入電壓控制用P溝道MOS晶體管10的柵極。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的電壓控制電路(電壓調(diào)節(jié)器)1，使從電壓輸出端子12輸出的輸出電壓Vout的電壓值保持為設(shè)定值(恒定值)的動作原理如下所述。
例如，在輸出電壓Vout的電壓值增加并超過設(shè)定值(恒定值)時，分壓電壓Vp的電壓值也增加，隨之控制電壓Vc的電壓值增加。在控制電壓Vc的電壓值增加時，電壓控制用P溝道MOS晶體管10的導(dǎo)通電阻增加，由于該導(dǎo)通電阻的增加，輸出電壓Vout減小，輸出電壓Vout的電壓值返回設(shè)定值(恒定值)。
相反，例如，在輸出電壓Vout的電壓值減小并小于設(shè)定值(恒定值)時，分壓電壓 Vp的電壓值也減小，隨之控制電壓Vc的電壓值減小。在控制電壓Vc的電壓值減小時，電壓控制用P溝道MOS晶體管10的導(dǎo)通電阻減小，由于該導(dǎo)通電阻的減小，輸出電壓Vout增加，輸出電壓Vout的電壓值返回設(shè)定值(恒定值)。
這樣，輸出電壓Vout的電壓值保持為設(shè)定值(恒定值)。另外，輸出電壓Vout的設(shè)定值(恒定值)利用下式表示。
Vout = Vref · [ (R21+R22)/R22]
但是，在與電壓輸出端子12連接的被供電電路等發(fā)生短路故障時，電壓輸出端子 12的電壓的電壓值急劇減小為接地電位的電壓值或接近接地電位的電壓值。這樣，在電壓輸出端子12的電壓值由于短路故障而大幅減小時，分壓電壓Vp的電壓值乃至控制電壓Vc 的電壓值也大幅減小。在控制電壓Vc的電壓值大幅減小時，電壓控制用P溝道MOS晶體管 10的導(dǎo)通電阻大幅減小，流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流的電流值大幅增加。
這樣，在因短路故障而使大電流流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10時，該大電流引起的發(fā)熱增加，裝配了該電壓控制電路1的IC封裝體有可能受熱損壞。即，因為短路故障，產(chǎn)生超過IC封裝體的允許耐熱容量的大量熱量，有可能使得電壓控制電路1等的IC 受熱損壞。
因此，開發(fā)了一種電壓控制電路(例如參照專利文獻1)，其附加了在發(fā)生短路故障時限制流向控制用MOS晶體管的電流的短路保護電路。
下面，參照圖6說明附加了短路保護電路的電壓控制電路(電壓調(diào)節(jié)器)1A。另外，對與圖5相同的部分賦予相同標(biāo)號，并省略重復(fù)說明。
如圖6所示，該電壓控制電路(電壓調(diào)節(jié)器)IA除電壓控制用P溝道MOS晶體管10、分壓電阻電路20、晶體管控制電路30外，還具有監(jiān)視電路40、反相電路(invert circuit) 50、晶體管控制用MOS晶體管60。
并且，利用監(jiān)視電路40、反相電路50、晶體管控制用MOS晶體管60構(gòu)成短路保護電路。
監(jiān)視電路40通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管41和監(jiān)視電阻42而形成，把監(jiān)視用 MOS晶體管41的漏極和監(jiān)視電阻42的連接點作為監(jiān)視電壓輸出點43。
該監(jiān)視電路40與電壓控制用P溝道MOS晶體管10并聯(lián)連接。即，監(jiān)視電路40的一端(高電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管10的源極連接，監(jiān)視電路40的另一端 (低電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管10的漏極連接。
監(jiān)視電路40的監(jiān)視用MOS晶體管41具有以下特性，即在輸入其控制端子(柵極) 的電壓的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。
該監(jiān)視用MOS晶體管41的柵極與晶體管控制電路30的差動放大器31的輸出端子連接。
另外，將監(jiān)視用MOS晶體管41與電壓控制用P溝道MOS晶體管10進行對比說明， 兩個MOS晶體管10、41的溝道長度相等。并且，監(jiān)視用MOS晶體管41的溝道寬度小于電壓控制用P溝道MOS晶體管10的溝道寬度。
在此，在把“電壓控制用P溝道MOS晶體管10的溝道寬度”除以“監(jiān)視用MOS晶體管41的溝道寬度”的商設(shè)為溝道寬度比α?xí)r，溝道寬度比α例如為100。
因此，在兩個MOS晶體管10、41處于導(dǎo)通狀態(tài)時，流向監(jiān)視用MOS晶體管41的電流的電流值為流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流的電流值的ι/α (例如1/100) 的較小的電流值。
因此，在流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流增減時，流向監(jiān)視用MOS晶體管41的電流的電流值也增減，而且兩個MOS晶體管10、41的電流值保持比例關(guān)系地進行增減。換言之，把流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流換算為l/α (例如1/100) 的大小，利用監(jiān)視用MOS晶體管41進行監(jiān)視。
反相電路50通過串聯(lián)連接反相電阻51和反相用MOS晶體管52而形成，把反相電阻51和反相用MOS晶體管52的漏極的連接點作為反相輸出點53。
該反相電路50與電壓控制用P溝道MOS晶體管10并聯(lián)連接。即，反相電路50的一端(高電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管10的源極連接，反相電路50的另一端 (低電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管10的漏極連接。
反相用MOS晶體管52的柵極與監(jiān)視電路40的監(jiān)視電壓輸出點43連接。
晶體管控制用MOS晶體管60的源極與電壓輸入端子11連接，其漏極與電壓控制用P溝道MOS晶體管10的柵極和監(jiān)視用MOS晶體管41的柵極連接。并且，晶體管控制用 MOS晶體管60的柵極與反相電路50的反相輸出點53連接。
晶體管控制用MOS晶體管60具有以下特性，即在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。
在上述結(jié)構(gòu)的電壓控制電路IA中，在從晶體管控制電路30向電壓控制用P溝道 MOS晶體管10的柵極和監(jiān)視用MOS晶體管41的柵極輸送控制電壓Vc時，兩個MOS晶體管 10,41處于導(dǎo)通狀態(tài)。
另外，在沒有發(fā)生短路故障的正常狀態(tài)下，反相用MOS晶體管52和晶體管控制用 MOS晶體管60處于斷開狀態(tài)。
在電壓輸入端子11被輸入輸入電壓Vin、而且被供電電路與電壓輸出端子12連接的狀態(tài)下，在兩個MOS晶體管10、41處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電流流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10和監(jiān)視用MOS晶體管41。
此時，把流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流設(shè)為ilO，把流向監(jiān)視用MOS 晶體管41 (監(jiān)視電路40)的電流設(shè)為i40時，關(guān)系ilO/α = i40成立。
另一方面，在與電壓輸出端子12連接的被供電電路等發(fā)生短路故障時，如前面所述，流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流iio急劇增加，與其成正比地，流向監(jiān)視用 MOS晶體管41 (監(jiān)視電路40)的電流i40也急劇增加。
在流向監(jiān)視電路40的電流急劇增加時，施加給監(jiān)視電阻42的監(jiān)視電壓Vm(由于電流i40流過監(jiān)視電阻42而產(chǎn)生的電壓)急劇增加。該監(jiān)視電壓Vm通過監(jiān)視電壓輸出點 43施加給反相用MOS晶體管52。因此，在監(jiān)視電壓Vm超過反相用MOS晶體管52的閾值電壓Vt時，反相用MOS晶體管52導(dǎo)通。
這樣，在反相用MOS晶體管52導(dǎo)通時，反相輸出點53的電位從高電位(與電壓輸入端子11的電位相等的電位)變化為低電位(與電壓輸出端子12的電位(接地電位)相等的電位)。
在反相輸出點53的電位從高電位變化(反轉(zhuǎn))為低電位時，輸入晶體管控制用 MOS晶體管60的的柵極的電位也從高電位變化為低電位，晶體管控制用MOS晶體管60的導(dǎo)通電阻變低。
在晶體管控制用MOS晶體管60的導(dǎo)通電阻變低時，該MOS晶體管60根據(jù)導(dǎo)通電阻的值，對輸入源極的輸入電壓Vin的電壓值進行調(diào)整，并從漏極輸出調(diào)整電壓值后的附加控制電壓Va。該附加控制電壓Va輸入電壓控制用P溝道MOS晶體管10的柵極。
結(jié)果，在發(fā)生了短路故障時，電壓控制用P溝道MOS晶體管10的柵極不僅被施加從晶體管控制電路30輸出的控制電壓Vc，而且也被施加從晶體管控制用MOS晶體管60輸出的附加控制電壓Va。
這樣，電壓控制用P溝道MOS晶體管10不僅被施加控制電壓Vc，而且也被施加附加控制電壓Va，所以電壓控制用P溝道MOS晶體管10的導(dǎo)通電阻急劇增加。由于電壓控制用P溝道MOS晶體管10的導(dǎo)通電阻急劇增加，因此流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10 的電流ilO被急劇抑制，電流ilO的電流值下降。
結(jié)果，在發(fā)生短路故障時，可以抑制流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流的電流值，防止發(fā)生因短路電流造成的受熱損壞。
圖7是表示在附加了短路保護電路的電壓控制電路IA中，流向電壓控制用P溝道 MOS晶體管10的電流(從電壓輸出端子12輸出的輸出電流)、與從電壓輸出端子12輸出的輸出電壓Vout之間的關(guān)系的特性圖。
如圖7所示，在輸出電流達到最大電流Lii的狀態(tài)下，在輸出電壓Vout下降時，伴隨電壓下降，輸出電流也下降。并且，在輸出電壓Vout為零時，即電壓輸出端子12與接地電位短路時，輸出電流成為保持電流Is。
圖7所示的電壓-電流特性與日語片假名中的“ 7，，相似，被稱為“ 7字特性”。
上述“ 7字特性”是由于反相用MOS晶體管52的源極電位(電壓輸出端子12的電位)與接地電位不同，由于背柵(back gate)效應(yīng)反相用MOS晶體管52的閾值電壓產(chǎn)生變動而產(chǎn)生的。
在此，把反相用MOS晶體管52的閾值電壓設(shè)為Vt，把背柵效應(yīng)引起的閾值電壓的變動量設(shè)為AVt，把監(jiān)視電阻42的電阻設(shè)為R42時，最大電流Lii和保持電流Is分別表示如下。
Im = (Vt+ Δ Vt) /R42
Is = Vt/R42
專利文獻1 日本特公平7-74976號公報
在圖6所示的以往的電壓控制電路IA中，在發(fā)生了短路故障時，控制為增大電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電阻值，抑制流向電壓控制電路IA的電流(流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流)的電流值。具體地講，在發(fā)生短路故障時，流向電壓控制電路IA的電流(流向電壓控制用P溝道MOS晶體管10的電流)的電流值為由保持電流Is 表示的電流值。
因此，在短路故障持續(xù)的情況下，電壓控制電路IA持續(xù)產(chǎn)生相當(dāng)于利用下式(1) 表示的功率的熱量。
[輸入電壓Vin]X [保持電流Is]……(1)
而且，在圖6所示的實施例中，保持電流Is的電流值被固定為預(yù)先設(shè)定的電流值 (參照圖7)。
但是，電壓控制電路在各種產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中(例如車載調(diào)節(jié)器和大電流調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域)使用，根據(jù)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，輸入電壓控制電路的電壓輸入端子的輸入電壓的電壓值逐漸增大。
在輸入電壓控制電路的輸入電壓的電壓值較大時，即使將流向電壓控制電路的電流的電流值抑制為由保持電流Is表示的電流值，根據(jù)式⑴可知，隨著產(chǎn)生功率(VinXIs) 變大，裝配了電壓控制電路的IC封裝體的發(fā)熱量增大。
但是，IC封裝體的允許耐熱容量自身仍是以前的狀態(tài)。
結(jié)果，在輸入電壓控制電路的輸入電壓的電壓值較大時，產(chǎn)生超過IC封裝體的允許耐熱容量的熱量，有可能使得電壓控制電路等的IC受熱損壞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)而提出的，其目的在于，提供一種可靠性高的電壓控制電路，即使輸入電壓控制電路的輸入電壓的電壓值較大時，也能夠抑制短路故障時的發(fā)熱，而防止受熱損壞。
用于解決上述問題的本發(fā)明構(gòu)成為一種電壓控制電路，其具有電壓控制用MOS 晶體管，其輸入端子與電壓輸入端子連接，輸出端子與電壓輸出端子連接；和晶體管控制單元，其檢測從所述電壓輸出端子輸出的輸出電壓的電壓值，為了使該電壓值成為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓值，控制輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子的控制電壓的電壓值， 所述電壓控制電路的特征在于，其具有
晶體管控制用MOS晶體管，其輸入端子與所述電壓輸入端子連接，輸出端子與所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子連接，在該晶體管控制用MOS晶體管的控制端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢粫r，把使所述電壓控制用MOS晶體管的導(dǎo)通電阻增加的附加控制電壓輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子；
監(jiān)視電路，其通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管和作為可變電阻器的監(jiān)視電阻而形成，并與所述電壓控制用MOS晶體管并聯(lián)連接；
反相電路(invert circuit)，施加給所述監(jiān)視電阻的監(jiān)視電壓被輸入給該反相電路的輸入端子，在該監(jiān)視電壓超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，該反相電路的輸出端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢?；以?br> 電壓檢測/電阻調(diào)節(jié)器，其檢測輸入所述電壓輸入端子的輸入電壓的電壓值，在所述輸入電壓的電壓值增加時，增加所述監(jiān)視電阻的電阻值，在所述輸入電壓的電壓值減小時，減小所述監(jiān)視電阻的電阻值。
此外，本發(fā)明構(gòu)成為一種電壓控制電路，其具有電壓控制用MOS晶體管，其輸入端子與電壓輸入端子連接，輸出端子與電壓輸出端子連接；和晶體管控制單元，其檢測從所述電壓輸出端子輸出的輸出電壓的電壓值，為了使該電壓值成為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓值， 控制輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子的控制電壓的電壓值，所述電壓控制電路的特征在于，其具有
晶體管控制用MOS晶體管，其輸入端子與所述電壓輸入端子連接，輸出端子與所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子連接，在該晶體管控制用MOS晶體管的控制端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢粫r，把使所述電壓控制用MOS晶體管的導(dǎo)通電阻增加的附加控制電壓輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子；
監(jiān)視電路，其通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管和電阻值固定的監(jiān)視電阻而形成， 并與所述電壓控制用MOS晶體管并聯(lián)連接；
反相電路，施加給所述監(jiān)視電阻的監(jiān)視電壓被輸入給該反相電路的輸入端子，在該監(jiān)視電壓超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，該反相電路的輸出端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢唬?以及
電流鏡電路，其具有在所述電壓輸入端子和接地電位之間電連接的輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻；第2電流鏡晶體管，其與所述輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻串聯(lián)連接，使流向所述輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻的電流流過；以及第1電流鏡晶體管，其使流向所述第2電流鏡晶體管的電流流向所述監(jiān)視電阻。
在本發(fā)明中，在輸入電壓的電壓值變動時，調(diào)整電壓控制用MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，使輸出電壓的電壓值成為設(shè)定電壓值，另外在短路故障時，進行使得相比平常增加電壓控制用MOS晶體管的導(dǎo)通電阻的短路保護動作，由此抑制短路時流過的短路電流。而且，在輸入電壓的電壓值越大、短路電流的值越小的狀態(tài)下，開始短路保護動作。
結(jié)果，在短路保護動作后，輸入電壓的電壓值越大，流向電壓控制電路的電流(保持電流)的值越小。因此，在輸入電壓較大的情況下，也能夠抑制短路時產(chǎn)生的發(fā)熱量(= 輸入電壓X保持電流)，不會產(chǎn)生受熱損壞，產(chǎn)品可靠性提高。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的電壓控制電路的電路圖。
圖2是表示電壓檢測/電阻調(diào)節(jié)器的電阻值控制特性的特性圖。
圖3是表示實施例1的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系的特性圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施例2的電壓控制電路的電路圖。
圖5是表示電壓控制電路的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示以往的電壓控制電路的電路圖。
圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系的特性圖。
具體實施方式
以下，根據(jù)實施例具體說明用于實施本發(fā)明的最佳方式。
實施例1
<實施例1的電路結(jié)構(gòu)>
參照圖1說明本發(fā)明的實施例1的電壓控制電路(電壓調(diào)節(jié)器)101。該電壓控制電路101是單片IC化的電路，以電壓控制用P溝道MOS晶體管110、分壓電阻電路120、晶體管控制電路130、監(jiān)視電路140、反相電路150、晶體管控制用MOS晶體管160、和電壓檢測 /電阻調(diào)節(jié)器170為主要部件而構(gòu)成。
并且，由分壓電阻電路120和晶體管控制電路130，構(gòu)成對輸送給電壓控制用P溝道MOS晶體管110的控制電壓Vc的電壓值進行控制的晶體管控制單元。
電壓控制用P溝道MOS晶體管110的輸入端子(源極)與電壓控制電路101的電壓輸入端子111連接，其輸出端子(漏極)與電壓控制電路101的電壓輸出端子112連接。
電壓控制用P溝道MOS晶體管110具有以下特性，在輸入控制端子(柵極)的控制電壓的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入控制端子(柵極)的控制電壓的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。
從電源(例如電池等)向電壓控制電路101的電壓輸入端子111輸入電源電壓 (輸入電壓)Vin。該輸入電壓Vin的電壓值由電壓控制用P溝道MOS晶體管110控制，已達到預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓值的輸出電壓Vout從電壓控制電路101的電壓輸出端子112輸出ο
并且，被供電電路(省略圖示)與電壓輸出端子112連接，該被供電電路被提供達到設(shè)定電壓值的電壓。
分壓電阻電路120通過串聯(lián)連接分壓電阻121和分壓電阻122而形成。該分壓電阻電路120的一端(高電壓端)與電壓輸出端子112連接，另一端(低電壓端)與接地電位連接。
該分壓電阻電路120輸出通過分壓電阻121、122將從電壓輸出端子112輸出的輸出電壓Vout分壓后的分壓電壓Vp。分壓電壓Vp是施加給分壓電阻122的電壓，在把分壓電阻121的電阻值設(shè)為R121、把分壓電阻122的電阻值設(shè)為R122時，可以利用下式表示。
Vp = Vout · [R122/(R121+R122)]
晶體管控制電路130具有差動放大器(運算放大器)131和基準(zhǔn)電壓源132。差動放大器131的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+端子)被輸入分壓電壓Vp，差動放大器131的反轉(zhuǎn)輸入端子(-端子)被輸入從基準(zhǔn)電壓源132輸出的基準(zhǔn)電壓Vref。
差動放大器131輸出與分壓電壓Vp和基準(zhǔn)電壓Vref之間的偏差相對應(yīng)的控制電壓Vc。該控制電壓Vc輸入電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極。
監(jiān)視電路140通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管141和作為可變電阻器的監(jiān)視電阻 142而形成，把監(jiān)視用MOS晶體管141的漏極和監(jiān)視電阻142的連接點作為監(jiān)視電壓輸出點 143。
該監(jiān)視電路140與電壓控制用P溝道MOS晶體管110并聯(lián)連接。即，監(jiān)視電路140 的一端(高電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管110的源極連接，監(jiān)視電路140的另一端(低電壓端)與電壓控制用P溝道MOS晶體管110的漏極連接。
監(jiān)視電路140的監(jiān)視用MOS晶體管141具有以下特性，在輸入其控制端子(柵極) 的電壓的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。
該監(jiān)視用MOS晶體管141的柵極與晶體管控制電路130的差動放大器131的輸出端子連接。
另外，將監(jiān)視用MOS晶體管141與電壓控制用P溝道MOS晶體管110進行對比說明，兩個MOS晶體管110、141的溝道長度相等。并且，監(jiān)視用MOS晶體管141的溝道寬度小于電壓控制用P溝道MOS晶體管110的溝道寬度。
在此，在把“電壓控制用P溝道MOS晶體管110的溝道寬度”除以“監(jiān)視用MOS晶體管141的溝道寬度”的商設(shè)為溝道寬度比α?xí)r，溝道寬度比α例如為100。
因此，在兩個MOS晶體管110、141處于導(dǎo)通狀態(tài)時，流向監(jiān)視用MOS晶體管141 的電流的電流值為流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流的電流值的ι/α (例如 1/100)的較小的電流值。
因此，在流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流進行增減時，流向監(jiān)視用 MOS晶體管141的電流的電流值也增減，而且兩個MOS晶體管110、141的電流值保持比例關(guān)系地進行增減。換言之，把流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流換算為l/α (例如1/100)的大小，利用監(jiān)視用MOS晶體管141進行監(jiān)視。
反相電路150由反相元件151構(gòu)成。
另外，反相電路150與圖6所示的情況相同，也可以通過串聯(lián)連接反相電阻和反相用MOS晶體管而構(gòu)成。
該反相電路150(反相元件151)的輸入端子與監(jiān)視電壓輸出點143連接，反相電路150(反相元件151)的輸出端子與晶體管控制用MOS晶體管160的柵極連接。
對反相元件151設(shè)定有閾值電壓Vt，在該反相元件151的輸入端電壓超過閾值電壓Vt時，反相元件151的輸出端的電位從高電位變化為低電位。
晶體管控制用MOS晶體管160的源極與電壓輸入端子111連接，其漏極與電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極和監(jiān)視用MOS晶體管141的柵極連接。
晶體管控制用MOS晶體管160具有以下特性，即在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值增加時，導(dǎo)通電阻增加，在輸入其控制端子(柵極)的電壓的電壓值減小時，導(dǎo)通電阻減小。
電壓檢測/電阻調(diào)節(jié)器170檢測輸入到電壓輸入端子111的輸入電壓Vin的電壓值，根據(jù)該輸入電壓Vin的電壓值調(diào)整作為可變電阻器的監(jiān)視電阻142的電阻值。
例如，進行如圖2所示的電阻值控制，在輸入電壓Vin的電壓值變大時，增大監(jiān)視電阻142的電阻值，在輸入電壓Vin的電壓值變小時，減小監(jiān)視電阻142的電阻值。
〈正常時的動作〉
下面，說明上述結(jié)構(gòu)的電壓控制電路101在正常時(沒有發(fā)生短路故障的狀態(tài)) 的動作。
在從晶體管控制電路130向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極和監(jiān)視用 MOS晶體管141的柵極輸送控制電壓Vc后，兩個MOS晶體管110、141處于導(dǎo)通狀態(tài)。
另外，在沒有發(fā)生短路故障的正常狀態(tài)下，晶體管控制用MOS晶體管160處于斷開10
在電壓輸入端子111被輸入輸入電壓Vin、而且被供電電路與電壓輸出端子112連接的狀態(tài)下，在兩個MOS晶體管110、141處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電流流向電壓控制用P溝道MOS 晶體管110和監(jiān)視用MOS晶體管141。
此時，把流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流設(shè)為i 110，把流向監(jiān)視用 MOS晶體管141(監(jiān)視電路140)的電流設(shè)為il40時，關(guān)系illO/α = il40成立。
在此，說明使從電壓控制電路101的電壓輸出端子112輸出的輸出電壓Vout的電壓值保持為設(shè)定值(恒定值)的動作。
例如，在輸出電壓Vout的電壓值增加并超過設(shè)定值(恒定值)時，分壓電壓Vp的電壓值也增加，隨之控制電壓Vc的電壓值增加。在控制電壓Vc的電壓值增加時，電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻增加，由于該導(dǎo)通電阻的增加，輸出電壓Vout減小，輸出電壓Vout的電壓值返回為設(shè)定值(恒定值)。
相反，例如，在輸出電壓Vout的電壓值減小并小于設(shè)定值(恒定值)時，分壓電壓 Vp的電壓值也減小，隨之控制電壓Vc的電壓值減小。在控制電壓Vc的電壓值減小時，電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻減小，由于該導(dǎo)通電阻的減小，輸出電壓Vout增加，輸出電壓Vout的電壓值返回為設(shè)定值(恒定值)。
這樣，輸出電壓Vout的電壓值保持為設(shè)定值(恒定值)。另外，輸出電壓Vout的設(shè)定值(恒定值)利用下式表示。此外，R121表示分壓電阻121的電阻值，R122表示分壓電阻122的電阻值。
Vout = Vref · [ (R121+R122)/R122]
<發(fā)生短路故障時的動作>
下面，說明電壓控制電路101在發(fā)生短路故障時的動作。
在與電壓輸出端子112連接的被供電電路等發(fā)生短路故障時，與前面敘述的現(xiàn)有技術(shù)相同，流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流ilio急劇增加，流向監(jiān)視用MOS 晶體管141 (監(jiān)視電路140)的電流il40也與其成比例地急劇增加。
在流向監(jiān)視電路140的電流急劇增加時，施加給監(jiān)視電阻142的監(jiān)視電壓Vm(由于電流il40流過監(jiān)視電阻142而產(chǎn)生的電壓)急劇增加。即使電流il40的電流值相同， 該監(jiān)視電壓Vm的電壓值在作為可變電阻器的監(jiān)視電阻142的電阻值較大時變大，在監(jiān)視電阻142的電阻值較小時變小。
在本實施例中，利用電壓檢測/電阻調(diào)節(jié)器170進行電阻值控制，在輸入電壓Vin 的電壓值變大時，增大監(jiān)視電阻142的電阻值，在輸入電壓Vin的電壓值變小時，減小監(jiān)視電阻142的電阻值。
因此，在輸入電壓Vin的電壓值較小時，監(jiān)視電阻142的電阻值變小，以電流illO 乃至電流il40的電流值增加并超過某一數(shù)值為條件，監(jiān)視電壓Vm的電壓值變得大于反相元件151的閾值電壓Vt。
另一方面，在輸入電壓Vin的電壓值較大時，監(jiān)視電阻142的電阻值變大，即使電流illO乃至電流il40的電流值不怎么增加，監(jiān)視電壓Vm的電壓值也變得大于反相元件 151的閾值電壓Vt。
S卩，在輸入電壓Vin的電壓值越大，電流illO乃至電流il40的電流值越小的狀態(tài)下，監(jiān)視電壓Vm的電壓值超過反相元件151的閾值電壓Vt。
在監(jiān)視電壓Vm的電壓值大于反相元件151的閾值電壓Vt時，反相元件151的輸出端子的電位從高電位變化為低電位。
這樣，在反相元件151的輸出端子的電位從高電位變化(反轉(zhuǎn))為低電位時，輸入晶體管控制用MOS晶體管160的柵極的電位也從高電位變化為低電位，晶體管控制用MOS 晶體管160的導(dǎo)通電阻變低。
在晶體管控制用MOS晶體管160的導(dǎo)通電阻變低時，該MOS晶體管160根據(jù)導(dǎo)通電阻的電阻值調(diào)節(jié)輸入到源極的輸入電壓Vin的電壓值，并從漏極輸出調(diào)整電壓值后的附加控制電壓Va。該附加控制電壓Va輸入電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極。
結(jié)果，在發(fā)生了短路故障時，電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極不僅被施加從晶體管控制電路130輸出的控制電壓Vc，而且也被施加從晶體管控制用MOS晶體管160 輸出的附加控制電壓Va。
這樣，電壓控制用P溝道MOS晶體管110不僅被施加控制電壓Vc，而且也被施加附加控制電壓Va，所以電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻急劇增加。由于電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻急劇增加，所以流向電壓控制用P溝道MOS晶體管 110的電流ilio也被急劇抑制，電流ilio的電流值下降。
結(jié)果，在發(fā)生短路故障時，可以抑制流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流的電流值，防止發(fā)生因短路電流而造成的受熱損壞。
而且，在輸入電壓Vin的電壓值越大，電流illO乃至電流il40的電流值越小的狀態(tài)下，監(jiān)視電壓Vm的電壓值超過反相元件151的閾值電壓Vt，開始抑制流向電壓控制用P 溝道MOS晶體管110的電流illO的控制。
因此，輸入電壓Vin的電壓值越大，保持電流Is越小。
圖3是表示電壓控制電路101中流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流 (從電壓輸出端子112輸出的輸出電流)、與從電壓輸出端子112輸出的輸出電壓Vout之間的關(guān)系的特性圖。
在圖3中，特性曲線I表示輸入電壓Vin的電壓值“較小”時的“ ”字特性”，特性 II表示輸入電壓Vin的電壓值趨于“中等”時的“ 7字特性”，曲線III表示輸入電壓Vin的電壓值“較大”時的“ 7字特性”。
另外，在圖3中只示出三條“ 7字特性”，但根據(jù)輸入電壓Vin的電壓值的增減，“ 7 字特性”也變化。根據(jù)圖3進行說明，隨著輸入電壓Vin的電壓值增加，“ 7字特性”逐漸向左側(cè)偏移，保持電流Is逐漸變小。
根據(jù)圖3可知，隨著輸入電壓Vin增大，保持電流Is變小。
在短路故障持續(xù)的情況下，在電壓控制電路101中持續(xù)產(chǎn)生相當(dāng)于利用下式(2) 表示的功率的熱量。
[輸入電壓Vin]X [保持電流I s]……(2)
在本實施例中，在輸入電壓Vin較大時，保持電流I s變小，所以即使輸入電壓Vin 較大，利用式(2)表示的功率值相比于輸入電壓Vin較小時也沒有較大變化。
因此，在輸入到電壓輸入端子111的輸入電壓Vin增大時，發(fā)生短路故障時的電壓控制電路101的發(fā)熱量，不會超過裝配了該電壓控制電路101的IC封裝體的允許耐熱容量。
結(jié)果，即使把實施例1的電壓控制電路101用作高電壓規(guī)格的電壓調(diào)節(jié)器，短路時也不會發(fā)生受熱損壞，產(chǎn)品可靠性提高。
實施例2
<實施例2的電路結(jié)構(gòu)>
參照圖4說明本發(fā)明的實施例2的電壓控制電路201。另外，對發(fā)揮與圖1所示實施例1相同作用的部分賦予相同標(biāo)號，并省略重復(fù)說明。
該電壓控制電路201是單片IC化的電路，以電壓控制用P溝道MOS晶體管110、分壓電阻電路120、晶體管控制電路130、監(jiān)視電路140A、反相電路150、和電流鏡電路210為主要部件而構(gòu)成。
監(jiān)視電路140A通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管141和作為固定電阻的監(jiān)視電阻 142A而形成，把監(jiān)視用MOS晶體管141的漏極和監(jiān)視電阻142A的連接點作為監(jiān)視電壓輸出點 143。
電流鏡電路210具有第1路211和第2路212，在第1路211上介入安裝有電流鏡 MOS晶體管213，在第2路212上以串聯(lián)狀態(tài)介入安裝有電流鏡MOS晶體管214和輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻215。
電流鏡MOS晶體管213的柵極與電流鏡MOS晶體管214的柵極連接。并且，電流鏡MOS晶體管214的柵極和漏極連接。
電流鏡電路210的第1路211的一端(高電位端)與電壓輸入端子111連接，另一端(低電位端)與監(jiān)視電壓輸出端子143連接。
電流鏡電路210的第2路212的一端(高電位端)與電壓輸入端子111連接，另一端(低電位端)與接地電位連接。
在該電流鏡電路210中，增大輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻215的電阻值，以使流向第2路 212的電流i212的電流值變小。并且，流向第1路211的電流i211的電流值大于流向第2 路212的電流i212的電流值，流向第1路211的電流i211的電流值與流向第2路212的電流i212的電流值成正比。
并且，從第1路211的另一端(低電位端)輸出的電流i211流過監(jiān)視電阻142A。
其他部分的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施例1相同。
<發(fā)生短路故障時的動作>
下面，說明上述結(jié)構(gòu)的電壓控制電路201在發(fā)生短路故障時的動作。
在與電壓輸出端子112連接的被供電電路等發(fā)生短路故障時，與前面敘述的現(xiàn)有技術(shù)相同，流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流ilio急劇增加，流向監(jiān)視用MOS 晶體管141 (監(jiān)視電路140A)的電流il40也與其成正比地急劇增加。
并且，流向電流鏡電路210的第2路212的電流i212的電流值急劇增加，與此并行，流向第1路211的電流i211的電流值也急劇增加。
而且，電流i211和電流i212的電流值隨著輸入電壓Vin的電壓值增大而增大。
在流向監(jiān)視電阻142A的電流il40和電流i211的電流值急劇增加時，施加給監(jiān)視電阻142A的監(jiān)視電壓Vm(由于電流il40和電流i211流過監(jiān)視電阻142A而產(chǎn)生的電壓) 急劇增加。
在該情況時，由于輸入電壓Vin的電壓值越大，電流i211的電流值越大，所以輸入電壓Vin的電壓值越大，監(jiān)視電壓Vm的增加比例越大。
因此，由于在輸入電壓Vin的電壓值較小時，電流i211變小，因此以電流illO乃至電流il40的電流值增加并超過某一數(shù)值為條件，監(jiān)視電壓Vm的電壓值變得大于反相元件151的閾值電壓Vt。
另一方面，由于在輸入電壓Vin的電壓值較大時，電流i211變大，所以即使電流 illO乃至電流il40的電流值不怎么增加，監(jiān)視電壓Vm的電壓值也變得大于反相元件151 的閾值電壓Vt。
S卩，在輸入電壓Vin的電壓值越大，電流illO乃至電流il40的電流值越小的狀態(tài)下，監(jiān)視電壓Vm的電壓值超過反相元件151的閾值電壓Vt。
在監(jiān)視電壓Vm的電壓值大于反相元件151的閾值電壓Vt時，反相元件151的輸出端子的電位從高電位變化為低電位。
這樣，在反相元件151的輸出端子的電位從高電位變化(反轉(zhuǎn))為低電位時，輸入晶體管控制用MOS晶體管160的柵極的電位也從高電位變化為低電位，晶體管控制用MOS 晶體管160的導(dǎo)通電阻變低。
在晶體管控制用MOS晶體管160的導(dǎo)通電阻變低時，該MOS晶體管160根據(jù)導(dǎo)通電阻的電阻值調(diào)整輸入給源極的輸入電壓Vin的電壓值，并從漏極輸出調(diào)整電壓值后的附加控制電壓Va。該附加控制電壓Va輸入到電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極。
結(jié)果，在發(fā)生了短路故障時，電壓控制用P溝道MOS晶體管110的柵極不僅被施加從晶體管控制電路130輸出的控制電壓Vc，而且也被施加從晶體管控制用MOS晶體管160 輸出的附加控制電壓Va。
這樣，電壓控制用P溝道MOS晶體管110不僅被施加控制電壓Vc，而且也被施加附加控制電壓Va，所以電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻急劇增加。由于電壓控制用P溝道MOS晶體管110的導(dǎo)通電阻急劇增加，所以流向電壓控制用P溝道MOS晶體管 110的電流illO被急劇抑制，電流illO的電流值下降。
結(jié)果，在發(fā)生短路故障時，可以抑制流向電壓控制用P溝道MOS晶體管110的電流的電流值，防止發(fā)生因短路電流造成的受熱損壞。
而且，在輸入電壓Vin的電壓值越大，電流illO乃至電流il40的電流值越小的狀態(tài)下，監(jiān)視電壓Vm的電壓值超過反相元件151的閾值電壓Vt，開始抑制流向電壓控制用P 溝道MOS晶體管110的電流illO的控制。
因此，輸入電壓Vin的電壓值越大，保持電流Is越小。
在本實施例中，由于在輸入電壓Vin較大時保持電流I s變小，所以即使輸入電壓 Vin較大，利用前述式(2)表示的功率值與輸入電壓Vin較小時相比也沒有較大變化。
因此，即使輸入到電壓輸入端子111的輸入電壓Vin變大，發(fā)生短路故障時的電壓控制電路201的發(fā)熱量也不會超過裝配了該電壓控制電路201的IC封裝體的允許耐熱容量。
結(jié)果，即使把實施例2的電壓控制電路201用作高電壓規(guī)格的電壓調(diào)節(jié)器，短路時也不會發(fā)生受熱損壞，產(chǎn)品可靠性提高。
本發(fā)明的電壓控制電路不僅可以用于便攜電話等便攜式設(shè)備的電源部，而且可以應(yīng)用于使用環(huán)境溫度較高的車載調(diào)節(jié)器、流過大電流的大電流調(diào)節(jié)器等。
權(quán)利要求
1. 一種電壓控制電路，其具有電壓控制用MOS晶體管，其輸入端子與電壓輸入端子連接，輸出端子與電壓輸出端子連接；和晶體管控制單元，其檢測從所述電壓輸出端子輸出的輸出電壓的電壓值，為了使該電壓值成為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓值，控制輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子的控制電壓的電壓值，所述電壓控制電路的特征在于，其具有 晶體管控制用MOS晶體管，其輸入端子與所述電壓輸入端子連接，輸出端子與所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子連接，在該晶體管控制用MOS晶體管的控制端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢粫r，把使所述電壓控制用MOS晶體管的導(dǎo)通電阻增加的附加控制電壓輸送給所述電壓控制用MOS晶體管的控制端子；監(jiān)視電路，其通過串聯(lián)連接監(jiān)視用MOS晶體管和電阻值固定的監(jiān)視電阻而形成，并與所述電壓控制用MOS晶體管并聯(lián)連接；反相電路，施加給所述監(jiān)視電阻的監(jiān)視電壓被輸入給該反相電路的輸入端子，在該監(jiān)視電壓超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，該反相電路的輸出端子的電壓從高電位變?yōu)榈碗娢?；以及電流鏡電路，其具有在所述電壓輸入端子和接地電位之間電連接的輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻；第2電流鏡晶體管，其與所述輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻串聯(lián)連接，使流向所述輸入電壓轉(zhuǎn)換電阻的電流流過；以及第1電流鏡晶體管，其使流向所述第2電流鏡晶體管的電流流向所述監(jiān)視電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電壓控制電路，即使輸入電壓的電壓值較大時，也能夠抑制發(fā)生短路故障時的發(fā)熱量。作為解決手段，在發(fā)生短路故障時，從晶體管控制用MOS晶體管(160)向電壓控制用P溝道MOS晶體管(110)輸入其值隨著輸入電壓Vin的電壓值增大而增大的附加控制電壓Va，由此電壓控制用P溝道MOS晶體管(110)的電阻值增加，短路電流受到抑制。因此，輸入電壓Vin越大，越能夠抑制短路保護動作后的保持電流的電流值和發(fā)熱量。
文檔編號H02M3/137GK102522891SQ20111039286
公開日2012年6月27日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者中下貴雄 申請人:精工電子有限公司