電源回路
【目的】 減電時の出力トランジスタに供給すべきベース電流を適正値に制御して出力トランジスタの飽和を防止する。
【構成】 基準電圧（Ｖｒｅｆ）と出力側からの帰還電圧（Ｖｎ）とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器（差動増幅器２）と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタ（４）と、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗とを備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路（５０）を備えたものである。
【構成】 基準電圧（Ｖｒｅｆ）と出力側からの帰還電圧（Ｖｎ）とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器（差動増幅器２）と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタ（４）と、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗とを備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路（５０）を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基準電圧を増幅手段で増幅して取り出すマルチ電源用ＩＣ等に用いられる電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＣＤプレーヤのピックアップのトラッキングサーボやフォーカスサーボ等、高い精度が要求される制御を行う各種の制御回路には、制御動作の信頼性を高めるために電圧変動が極めて小さい電源が必要であり、この電源には、電圧出力の安定化を図った電源回路が不可欠である。
【０００３】図５は、この電源回路の原理的な構成を示している。即ち、この電源回路には、電圧比較手段としての差動増幅器２とともに出力トランジスタ４を備えた安定化回路６が設置されており、この安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）と接地点との間には電圧源８が接続され、正相入力端子（＋）に基準電圧Ｖｒｅｆが加えられている。そして、出力トランジスタ４のコレクタ側に負荷とともに分圧回路を成す抵抗１０、１２が直列に接続されており、これら出力トランジスタ４及び抵抗１０、１２の直列回路は、電源端子１４を通して電源電圧Ｖｃｃが加えられる電源ライン１５と接地点との間に直列に接続されている。抵抗１０、１２の分圧点に現れる電圧Ｖｎは帰還回路１６を通して差動増幅器２の逆相入力端子（−）に加えられている。
【０００４】このような安定化回路６を備えた電源回路では、基準電圧Ｖｒｅｆと電圧Ｖｎとが差動増幅器２によって比較され、両者の差電圧に応じた電流が出力トランジスタ４のベースから差動増幅器２側に引き込まれる。即ち、この出力トランジスタ４のベース電流は、基準電圧Ｖｒｅｆを基準にして電圧Ｖｎの偏差に応じた電流値となる。したがって、出力トランジスタ４には、差動増幅器２の比較出力としてのベース電流によってコレクタ電流が制御され、このコレクタ電流と抵抗１０、１２とによって得られる安定化出力としての出力電圧Ｖｏが出力端子１８から取り出される。
【０００５】ところで、このような安定化回路６では、電源電圧Ｖｃｃが電池によって供給されている場合の電池の消耗、電池以外の直流電源で供給されている場合に急激な外部負荷の変動等の外乱によってその値が低下して、電源電圧Ｖｃｃが出力電圧Ｖｏに近づく減電時には出力トランジスタ４が飽和状態に移行することになる。
【０００６】図６は、この安定化回路における出力トランジスタ４の構成を示す。Ｐ形半導体で形成された基板２０にはＮ形の高濃度領域からなる埋込み層２２が形成され、この埋込み層２２を覆ってＮ形のベース領域２４が形成されている。このベース領域２４はアイソレーション領域２６によって他の領域と分離され、その表面層部分にはＮ形の高濃度領域を以てベース電極２８が形成されているとともに、高濃度のＰ形導電領域からなるエミッタ領域３０が形成され、このエミッタ領域３０を包囲して高濃度のＰ形導電領域からなるコレクタ領域３２が形成されている。したがって、この出力トランジスタ４は、正常動作時には、ベース領域２４、エミッタ領域３０及びコレクタ領域３２を以て増幅動作が行われる。
【０００７】ところが、電源電圧Ｖｃｃの低下でエミッタ領域３０側の電位が下がり、その電位とコレクタ領域３２側の電位との間の電位差が小さくなると、エミッタ領域３０をエミッタ、ベース領域２４をベース、アイソレーション領域２６即ち基板２０をコレクタとする寄生トランジスタ３４が生起し、この寄生トランジスタ３４を通してエミッタ領域３０から基板２０側へ突入電流が流れることになる。この突入電流の大きさは、寄生トランジスタ３４の規模、即ち、出力トランジスタ４の規模に応じたものとなる。この場合、出力トランジスタ４は大きな出力電流を予定しているため、そのエミッタ面積が大きく、大きいエミッタ面積を持つ寄生トランジスタ３４に流れる突入電流もそのエミッタ面積に比例して極めて大きいものとなる。
【０００８】このように出力トランジスタ４の飽和状態は飽和電流に加え、寄生トランジスタ３４による突入電流が基板２０側に流れ、基板２０の過熱や基板電位を不安定なものにすることになる。このような減電時の飽和状態への突入は、安定化動作を毀損し、電源回路の持つべき本来の機能を損なうことになる。
【０００９】従来、このような不都合を防止するため、図７に示す電源回路が提案されている。即ち、この電源回路では、安定化回路６の出力トランジスタ４の飽和状態への突入を防止するため、安定化回路６の前段に飽和防止回路３６が設置されている。この飽和防止回路３６には、差動増幅器２に対応する差動増幅器３８が設置されているとともに、出力トランジスタ４に対応するトランジスタ４０が設置され、抵抗１０、１２に対応する抵抗４２、４４、４６が設置されている。また、差動増幅器３８の正相入力端子（＋）には、電圧源４８が接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが加えられ、また、その逆相入力端子（−）には抵抗４４、４６の接続点Ｐに発生する基準電圧Ｖｐが帰還されている。そして、この基準電圧Ｖｐは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して同値であって、安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）に加えられている。
【００１０】この電源回路において、抵抗４２の抵抗値をＲα、抵抗４４の抵抗値をＲ1 、抵抗４６の抵抗値をＲ2 、抵抗１０の抵抗値をＲ1 ′、抵抗１２の抵抗値をＲ2 ′とすると、Ｒ1 ：Ｒ2 ＝Ｒ1 ′：Ｒ2 ′となるように各抵抗１０、１２、４４、４６の各抵抗値を整合させ、寄生トランジスタの影響が少ないトランジスタ４０を出力トランジスタ４の飽和に先立って飽和するように抵抗４２が挿入されている。即ち、その飽和に移行する基準電圧Ｖｐは、電圧Ｖｎより電圧Ｖｒｅｆ・Ｒα／Ｒ2 だけ低下させている。したがって、減電時、出力トランジスタ４の飽和に先立ってトランジスタ４０が飽和状態に移行し、その結果、出力トランジスタ４の飽和状態への移行が阻止される。
【００１１】そして、安定化動作によって、出力端子１８に取り出される出力電圧Ｖｏは
【００１２】
【数１】
【００１３】となる。
【００１４】ところが、このような電源回路では、トランジスタ４０の飽和状態への移行によって出力トランジスタ４の飽和を防止できるが、トランジスタ４０は飽和しており、基板への飽和電流はトランジスタ４０の容量が小さいことにより低減できるが、製造工程のばらつき等による突入電流の増減が制御できないため、電源回路における消費電流が不安定となる。また、トランジスタ４０の飽和電圧の増減が基準電圧Ｖｐによって出力電圧Ｖｏに反映され、その結果、安定化が妨げられることになる。
【００１５】そこで、本発明は、減電時、出力トランジスタに供給すべきベース電流を適正値に制御して出力トランジスタの飽和を防止した電源回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の電源回路は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）と出力側からの帰還電圧（Ｖｎ）とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器（差動増幅器２）と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタ（４）と、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗（抵抗１０、１２）とを備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路（５０）を備えたことを特徴とする。
【００１７】本発明の電源回路において、飽和防止回路（５０）は、前記出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路（５２、Ｔｒ５０２、抵抗５０４、定電流源５０６）と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて前記出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を前記出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路（５４）とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【作用】本発明の電源回路では、出力トランジスタに流れる電流に応じて負荷抵抗に発生させた帰還電圧は、増幅器に帰還されて基準電圧と比較される。増幅器には、両者の差電圧に応じた電流が発生し、この電流が出力トランジスタのベース電流となる。したがって、基準電圧と帰還電圧との差電圧に応じたベース電流が出力トランジスタに流れ、このベース電流に応じた出力電流が負荷抵抗に流れて安定化出力を取り出すことができる。
【００１９】そして、出力トランジスタに加えられる電圧が低下すると、その電圧低下に応じた電流が出力トランジスタ側から取り出され、その電流に応じて出力トランジスタのベース電流を抑制させる。この結果、出力トランジスタの飽和状態への移行を防止でき、減電時にも安定化動作が得られる。
【００２０】また、飽和防止回路は、出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路とで構成すれば、電圧検出回路の電圧低下の検出に基づき、出力トランジスタに流れる電流が電流帰還回路を通して出力トランジスタのベース入力側に帰還され、そのベース入力側から接地側にベース電流の一部が放流されることにより、出力トランジスタの飽和状態への移行が阻止される。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の電源回路の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の電源回路の一実施例を示している。この電源回路には、図５に示す電源回路と同様に、電圧比較手段としての差動増幅器２とともに出力トランジスタ４を備えた安定化回路６が設置され、安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）と接地点との間には電圧源８が接続され、正相入力端子（＋）に基準電圧Ｖｒｅｆが加えられている。また、出力トランジスタ４のコレクタ側に負荷抵抗を成すとともに出力を検出するための分圧回路を成す抵抗１０、１２が直列に接続されており、これら出力トランジスタ４及び抵抗１０、１２の直列回路は、電源端子１４を通して電源電圧Ｖｃｃに接続されている電源ライン１５と接地点との間に直列に接続されている。抵抗１０、１２の分圧点に現れる電圧Ｖｎは帰還回路１６を通して差動増幅器２の逆相入力端子（−）に加えられている。
【００２２】そして、この電源回路には、電源電圧Ｖｃｃの電圧低下を検出し、その電圧低下に応じて出力トランジスタ４のベース電流を抑制することにより出力トランジスタ４の飽和状態への移行を防止する飽和防止回路５０が設置されている。即ち、この飽和防止回路５０には、電源電圧Ｖｃｃの低下を検出する電圧検出回路５２とともに、出力トランジスタ４に流れている電流をその電圧低下検出に基づいて引き込み、出力トランジスタ４のベース入力側に帰還し、出力トランジスタ４のベース電流を抑制する電流帰還回路５４が設置されている。
【００２３】このような構成によれば、電圧検出回路５２は電源ライン１５を通して電源電圧Ｖｃｃの低下を検出し、その電圧低下を表す電流を出力し、この電流は検出出力として電流帰還回路５４に加えられる。電流帰還回路５４は、電圧検出回路５２からの電流を受けて出力トランジスタ４のコレクタ側から電流を引き込み、その電流を出力トランジスタ４のベース入力側に帰還し、そのベース電流を抑制する。この結果、出力トランジスタ４のベース電流は、減電状態に応じて制御、即ち、抑制されることになり、出力トランジスタ４の飽和状態への移行を迅速かつ効果的に抑制することが可能になる。
【００２４】そして、このような出力トランジスタ４の減電時の飽和防止は、何等安定化動作を損なうものではない。即ち、定常状態及び減電状態においても、差動増幅器２では基準電圧Ｖｒｅｆと抵抗１０、１２の分圧点で検出された電圧Ｖｎとの比較が行われ、その差電圧に応じた電流が出力トランジスタ４のベース電流となり、差電圧に基づいて出力トランジスタ４の電流が制御されるからである。したがって、出力トランジスタ４の電流制御に基づき、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが取り出されることになる。
【００２５】次に、図２は、本発明の電源回路の具体的な回路構成例を示している。基準電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧Ｖｎとの電圧比較手段を成す差動増幅器２には、抵抗２０２、２０４を介してエミッタが共通化されたトランジスタ２０６、２０８を備えた差動回路が設置され、この差動回路と電源ライン１５との間には差動対に動作電流を流すための定電流源２１０が接続され、また、トランジスタ２０６、２０８のコレクタ側と接地点との間にはトランジスタ２１２、２１４からなる能動負荷としてカレントミラー回路２１６が接続されている。この実施例では、接地端子２１８を通して接地された接地ライン２２０が接地点を成している。
【００２６】各トランジスタ２０６、２０８のベースには、それぞれレベルシフト回路を成すトランジスタ２２２、２２４が設置され、トランジスタ２２２、２２４のエミッタと電源ライン１５との間にはそれぞれ定電流源２２６、２２８が設置されており、各定電流源２２６、２２８からの定電流が各トランジスタ２２２、２２４のレベルシフト動作に寄与している。そして、トランジスタ２２２のベースは正相入力端子（＋）、トランジスタ２２４のベースは逆相入力端子（−）となっており、トランジスタ２２２のベースと接地ライン２２０との間には電圧源８が接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが加えられ、また、トランジスタ２２４のベースと接地ライン２２０との間には抵抗１２に発生させた帰還電圧Ｖｎが帰還回路１６を通して帰還されている。
【００２７】この差動回路の出力はトランジスタ２０８のコレクタ側から取り出されて出力回路２２５に加えられる。即ち、トランジスタ２０８のコレクタ側から取り出された出力はトランジスタ２２７のベースに加えられ、そのベース入力に応じた出力はそのエミッタから抵抗２２９を通してトランジスタ２３０のベースに加えられる。トランジスタ２２７、２３０はダーリントン接続されており、トランジスタ２２７に加えられるベース電流Ｉβを増幅した電流がトランジスタ２３０に引き込まれ、この電流が出力トランジスタ４のベース電流となる。この場合、出力トランジスタ４のベース・エミッタ間に接続されている抵抗２３２は、トランジスタ２３０の負荷抵抗であるとともに、出力トランジスタ４のバイアス電源を構成している。このような構成から、差動増幅器２の出力電流が出力トランジスタ４のベース電流となり、その電流増幅率に応じた電流が出力トランジスタ４を通して負荷抵抗である抵抗１０、１２に流れ、この結果、安定化出力としての出力電圧Ｖｏを発生させるとともに帰還電圧Ｖｎを発生させるのである。したがって、差動増幅器２に対する帰還電圧Ｖｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧に応じて出力トランジスタ４のベース電流が制御されることにより、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが取り出されることになる。
【００２８】そして、この電源回路には、電源電圧Ｖｃｃの減電時の出力トランジスタ４の飽和を防止するために飽和防止回路５０が設置されている。即ち、電源ライン１５と接地ライン２２０との間には、ベース・コレクタを共通にして実質的なダイオードを成すトランジスタ５０２、抵抗５０４及び定電流源５０６の直列回路が設置されており、この直列回路が電圧検出回路５２を構成している。また、出力トランジスタ４のコレクタ側に分流回路を成すトランジスタ５０８のエミッタが接続され、このトランジスタ５０８のベースは抵抗５０４と定電流源５０６の接続点に接続されている。そして、トランジスタ５０８に流れる電流はトランジスタ５１０及び５１２からなるカレントミラー回路５１４を通して出力トランジスタ４のベース入力側回路をなすトランジスタ２０８と出力回路２２５のトランジスタ２２７とを結ぶベース入力ラインに帰還され、トランジスタ５０８に流れる電流をカレントミラー回路５１４を経て接地ライン２２０側に放流させるように構成されている。即ち、電流帰還回路５４はトランジスタ５０８及びカレントミラー回路５１４で構成されている。
【００２９】このような構成によれば、電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧に維持されている場合、電圧検出回路５２のトランジスタ５０２及び抵抗５０４には、定電流源５０６に発生する定電流Ｉによって一定の電圧降下が生じ、定常時、トランジスタ５０８は遮断状態を維持する。このとき、差動増幅器２及び出力トランジスタ４による安定化動作により、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが得られる。この定常状態における出力電圧Ｖｏは、
【００３０】
【数２】
【００３１】となり、図５に示した電源回路と同様の安定化動作が行われる。
【００３２】また、電源電圧Ｖｃｃが低下し、抵抗５０４の電圧降下が大きくなってトランジスタ５０８が導通すると、このトランジスタ５０８の導通によって出力トランジスタ４の電流はトランジスタ５０８を通してカレントミラー回路５１４側のトランジスタ５１０側に引き込まれる。トランジスタ５１０側に流れる電流は、カレントミラー効果によってトランジスタ５１２に流れ、トランジスタ２２７のベースに流れ込むべきベース電流Ｉβの一部がトランジスタ５１２に引き込まれて接地ライン２２０を通して接地点に放流することになる。
【００３３】ここで、抵抗５０４の抵抗値をＲ3 、トランジスタ５０８のベース・エミッタ間電圧をＶF 、トランジスタ５０２のベース・エミッタ間電圧をＶF ′、定電流源５０６に流れる定電流をＩとすると、 Ｖｃｃ＝Ｖｏ−ＶF ＋Ｉ・Ｒ3 ＋ＶF ′ ・・・（３）
が成立し、ＶF ＝ＶF ′とすると、式（３）は、 Ｖｃｃ＝Ｖｏ＋Ｉ・Ｒ3 ・・・（４）
となり、出力電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ＋Ｉ・Ｒ3 ・・・（５）
となり、定電流Ｉと抵抗５０４の抵抗値Ｒ3 で設定できることが判る。
【００３４】そして、このとき、カレントミラー回路５１４の電流吸込みにより、トランジスタ２０８、２１４のコレクタ側から引き出されるベース電流Ｉβは増大することになり、出力トランジスタ４のドライブ電流を増大させるような動作となるが、トランジスタ５０８、５１０、５１２で構成された電流帰還回路５４の電流帰還動作により、ベース電流Ｉβが出力トランジスタ４を飽和させない適正な値に収束させることになり、制御系の安定化が図られることになる。したがって、このような飽和防止回路５０の動作により、安定化動作を損なうことなく、減電時の出力トランジスタ４の飽和が防止でき、安定化出力を取り出すことができる。
【００３５】次に、図３及び図４は、図２に示した電源回路における定電流源５０６の具体的な実施例を示す。即ち、定電流源５０６は、差動増幅器５１６の出力側にトランジスタ５１８のベースを接続するとともに、トランジスタ５１８のエミッタ側に抵抗５２０を接続し、差動増幅器５１６の正相入力端子（＋）には電圧源５２２から基準電圧Ｖｒｅｆを加え、その逆相入力端子（−）には抵抗５２０に発生した電圧を帰還させることにより、抵抗５２０の抵抗値を抵抗５０４と同一の抵抗値Ｒ3 に設定し、この抵抗値Ｒ3 と基準電圧Ｖｒｅｆとで定まる定電流Ｉを取り出すようにしたものである。このような定電流回路を図２に示す電源回路の定電流源５０６に用いても、前記実施例と同様の動作を得ることができ、ばらつきの少ない入出力差を実現することができる。
【００３６】また、図４に示すように、定電流源５０６は、ダイオード接続したトランジスタ５２４のベース・コレクタにトランジスタ５２６のベースを接続し、トランジスタ５２６のエミッタ側に抵抗５２８を接続してなるカレントミラー回路で構成してもよい。この場合、トランジスタ５２４に対してトランジスタ５２６の電流容量をｎ倍とし、抵抗５２８の抵抗値を抵抗５０４と同様の抵抗値Ｒ3 に設定すれば、前記実施例と同様の動作を得ることができ、ばらつきの少ない入出力差を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ．安定化動作を損なうことなく、減電に応じて出力トランジスタのベース入力側電流を制御して出力トランジスタの飽和を確実に防止でき、突入電流の発生を防止できる。
ｂ．従来、出力トランジスタに飽和防止のために付加された回路と比較して、安定化回路を多重化しないため、回路の構成の簡略化を図ることができるとともに、出力トランジスタだけでなく前段側の回路の飽和状態への移行を阻止でき、動作の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源回路の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の電源回路の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図３】図１の電源回路における定電流源の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図４】図１の電源回路における定電流源の他の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図５】従来の電源回路を示す回路図である。
【図６】図５に示した電源回路における出力トランジスタに対する寄生トランジスタの生起を示す図である。
【図７】出力トランジスタの飽和防止回路が付加された従来の電源回路を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 差動増幅器
４ 出力トランジスタ
５０ 飽和防止回路
５２ 電圧検出回路
５４ 電流帰還回路
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基準電圧を増幅手段で増幅して取り出すマルチ電源用ＩＣ等に用いられる電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＣＤプレーヤのピックアップのトラッキングサーボやフォーカスサーボ等、高い精度が要求される制御を行う各種の制御回路には、制御動作の信頼性を高めるために電圧変動が極めて小さい電源が必要であり、この電源には、電圧出力の安定化を図った電源回路が不可欠である。
【０００３】図５は、この電源回路の原理的な構成を示している。即ち、この電源回路には、電圧比較手段としての差動増幅器２とともに出力トランジスタ４を備えた安定化回路６が設置されており、この安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）と接地点との間には電圧源８が接続され、正相入力端子（＋）に基準電圧Ｖｒｅｆが加えられている。そして、出力トランジスタ４のコレクタ側に負荷とともに分圧回路を成す抵抗１０、１２が直列に接続されており、これら出力トランジスタ４及び抵抗１０、１２の直列回路は、電源端子１４を通して電源電圧Ｖｃｃが加えられる電源ライン１５と接地点との間に直列に接続されている。抵抗１０、１２の分圧点に現れる電圧Ｖｎは帰還回路１６を通して差動増幅器２の逆相入力端子（−）に加えられている。
【０００４】このような安定化回路６を備えた電源回路では、基準電圧Ｖｒｅｆと電圧Ｖｎとが差動増幅器２によって比較され、両者の差電圧に応じた電流が出力トランジスタ４のベースから差動増幅器２側に引き込まれる。即ち、この出力トランジスタ４のベース電流は、基準電圧Ｖｒｅｆを基準にして電圧Ｖｎの偏差に応じた電流値となる。したがって、出力トランジスタ４には、差動増幅器２の比較出力としてのベース電流によってコレクタ電流が制御され、このコレクタ電流と抵抗１０、１２とによって得られる安定化出力としての出力電圧Ｖｏが出力端子１８から取り出される。
【０００５】ところで、このような安定化回路６では、電源電圧Ｖｃｃが電池によって供給されている場合の電池の消耗、電池以外の直流電源で供給されている場合に急激な外部負荷の変動等の外乱によってその値が低下して、電源電圧Ｖｃｃが出力電圧Ｖｏに近づく減電時には出力トランジスタ４が飽和状態に移行することになる。
【０００６】図６は、この安定化回路における出力トランジスタ４の構成を示す。Ｐ形半導体で形成された基板２０にはＮ形の高濃度領域からなる埋込み層２２が形成され、この埋込み層２２を覆ってＮ形のベース領域２４が形成されている。このベース領域２４はアイソレーション領域２６によって他の領域と分離され、その表面層部分にはＮ形の高濃度領域を以てベース電極２８が形成されているとともに、高濃度のＰ形導電領域からなるエミッタ領域３０が形成され、このエミッタ領域３０を包囲して高濃度のＰ形導電領域からなるコレクタ領域３２が形成されている。したがって、この出力トランジスタ４は、正常動作時には、ベース領域２４、エミッタ領域３０及びコレクタ領域３２を以て増幅動作が行われる。
【０００７】ところが、電源電圧Ｖｃｃの低下でエミッタ領域３０側の電位が下がり、その電位とコレクタ領域３２側の電位との間の電位差が小さくなると、エミッタ領域３０をエミッタ、ベース領域２４をベース、アイソレーション領域２６即ち基板２０をコレクタとする寄生トランジスタ３４が生起し、この寄生トランジスタ３４を通してエミッタ領域３０から基板２０側へ突入電流が流れることになる。この突入電流の大きさは、寄生トランジスタ３４の規模、即ち、出力トランジスタ４の規模に応じたものとなる。この場合、出力トランジスタ４は大きな出力電流を予定しているため、そのエミッタ面積が大きく、大きいエミッタ面積を持つ寄生トランジスタ３４に流れる突入電流もそのエミッタ面積に比例して極めて大きいものとなる。
【０００８】このように出力トランジスタ４の飽和状態は飽和電流に加え、寄生トランジスタ３４による突入電流が基板２０側に流れ、基板２０の過熱や基板電位を不安定なものにすることになる。このような減電時の飽和状態への突入は、安定化動作を毀損し、電源回路の持つべき本来の機能を損なうことになる。
【０００９】従来、このような不都合を防止するため、図７に示す電源回路が提案されている。即ち、この電源回路では、安定化回路６の出力トランジスタ４の飽和状態への突入を防止するため、安定化回路６の前段に飽和防止回路３６が設置されている。この飽和防止回路３６には、差動増幅器２に対応する差動増幅器３８が設置されているとともに、出力トランジスタ４に対応するトランジスタ４０が設置され、抵抗１０、１２に対応する抵抗４２、４４、４６が設置されている。また、差動増幅器３８の正相入力端子（＋）には、電圧源４８が接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが加えられ、また、その逆相入力端子（−）には抵抗４４、４６の接続点Ｐに発生する基準電圧Ｖｐが帰還されている。そして、この基準電圧Ｖｐは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して同値であって、安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）に加えられている。
【００１０】この電源回路において、抵抗４２の抵抗値をＲα、抵抗４４の抵抗値をＲ1 、抵抗４６の抵抗値をＲ2 、抵抗１０の抵抗値をＲ1 ′、抵抗１２の抵抗値をＲ2 ′とすると、Ｒ1 ：Ｒ2 ＝Ｒ1 ′：Ｒ2 ′となるように各抵抗１０、１２、４４、４６の各抵抗値を整合させ、寄生トランジスタの影響が少ないトランジスタ４０を出力トランジスタ４の飽和に先立って飽和するように抵抗４２が挿入されている。即ち、その飽和に移行する基準電圧Ｖｐは、電圧Ｖｎより電圧Ｖｒｅｆ・Ｒα／Ｒ2 だけ低下させている。したがって、減電時、出力トランジスタ４の飽和に先立ってトランジスタ４０が飽和状態に移行し、その結果、出力トランジスタ４の飽和状態への移行が阻止される。
【００１１】そして、安定化動作によって、出力端子１８に取り出される出力電圧Ｖｏは
【００１２】
【数１】
【００１３】となる。
【００１４】ところが、このような電源回路では、トランジスタ４０の飽和状態への移行によって出力トランジスタ４の飽和を防止できるが、トランジスタ４０は飽和しており、基板への飽和電流はトランジスタ４０の容量が小さいことにより低減できるが、製造工程のばらつき等による突入電流の増減が制御できないため、電源回路における消費電流が不安定となる。また、トランジスタ４０の飽和電圧の増減が基準電圧Ｖｐによって出力電圧Ｖｏに反映され、その結果、安定化が妨げられることになる。
【００１５】そこで、本発明は、減電時、出力トランジスタに供給すべきベース電流を適正値に制御して出力トランジスタの飽和を防止した電源回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の電源回路は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）と出力側からの帰還電圧（Ｖｎ）とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器（差動増幅器２）と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタ（４）と、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗（抵抗１０、１２）とを備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路（５０）を備えたことを特徴とする。
【００１７】本発明の電源回路において、飽和防止回路（５０）は、前記出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路（５２、Ｔｒ５０２、抵抗５０４、定電流源５０６）と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて前記出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を前記出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路（５４）とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【作用】本発明の電源回路では、出力トランジスタに流れる電流に応じて負荷抵抗に発生させた帰還電圧は、増幅器に帰還されて基準電圧と比較される。増幅器には、両者の差電圧に応じた電流が発生し、この電流が出力トランジスタのベース電流となる。したがって、基準電圧と帰還電圧との差電圧に応じたベース電流が出力トランジスタに流れ、このベース電流に応じた出力電流が負荷抵抗に流れて安定化出力を取り出すことができる。
【００１９】そして、出力トランジスタに加えられる電圧が低下すると、その電圧低下に応じた電流が出力トランジスタ側から取り出され、その電流に応じて出力トランジスタのベース電流を抑制させる。この結果、出力トランジスタの飽和状態への移行を防止でき、減電時にも安定化動作が得られる。
【００２０】また、飽和防止回路は、出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路とで構成すれば、電圧検出回路の電圧低下の検出に基づき、出力トランジスタに流れる電流が電流帰還回路を通して出力トランジスタのベース入力側に帰還され、そのベース入力側から接地側にベース電流の一部が放流されることにより、出力トランジスタの飽和状態への移行が阻止される。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の電源回路の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の電源回路の一実施例を示している。この電源回路には、図５に示す電源回路と同様に、電圧比較手段としての差動増幅器２とともに出力トランジスタ４を備えた安定化回路６が設置され、安定化回路６の差動増幅器２の正相入力端子（＋）と接地点との間には電圧源８が接続され、正相入力端子（＋）に基準電圧Ｖｒｅｆが加えられている。また、出力トランジスタ４のコレクタ側に負荷抵抗を成すとともに出力を検出するための分圧回路を成す抵抗１０、１２が直列に接続されており、これら出力トランジスタ４及び抵抗１０、１２の直列回路は、電源端子１４を通して電源電圧Ｖｃｃに接続されている電源ライン１５と接地点との間に直列に接続されている。抵抗１０、１２の分圧点に現れる電圧Ｖｎは帰還回路１６を通して差動増幅器２の逆相入力端子（−）に加えられている。
【００２２】そして、この電源回路には、電源電圧Ｖｃｃの電圧低下を検出し、その電圧低下に応じて出力トランジスタ４のベース電流を抑制することにより出力トランジスタ４の飽和状態への移行を防止する飽和防止回路５０が設置されている。即ち、この飽和防止回路５０には、電源電圧Ｖｃｃの低下を検出する電圧検出回路５２とともに、出力トランジスタ４に流れている電流をその電圧低下検出に基づいて引き込み、出力トランジスタ４のベース入力側に帰還し、出力トランジスタ４のベース電流を抑制する電流帰還回路５４が設置されている。
【００２３】このような構成によれば、電圧検出回路５２は電源ライン１５を通して電源電圧Ｖｃｃの低下を検出し、その電圧低下を表す電流を出力し、この電流は検出出力として電流帰還回路５４に加えられる。電流帰還回路５４は、電圧検出回路５２からの電流を受けて出力トランジスタ４のコレクタ側から電流を引き込み、その電流を出力トランジスタ４のベース入力側に帰還し、そのベース電流を抑制する。この結果、出力トランジスタ４のベース電流は、減電状態に応じて制御、即ち、抑制されることになり、出力トランジスタ４の飽和状態への移行を迅速かつ効果的に抑制することが可能になる。
【００２４】そして、このような出力トランジスタ４の減電時の飽和防止は、何等安定化動作を損なうものではない。即ち、定常状態及び減電状態においても、差動増幅器２では基準電圧Ｖｒｅｆと抵抗１０、１２の分圧点で検出された電圧Ｖｎとの比較が行われ、その差電圧に応じた電流が出力トランジスタ４のベース電流となり、差電圧に基づいて出力トランジスタ４の電流が制御されるからである。したがって、出力トランジスタ４の電流制御に基づき、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが取り出されることになる。
【００２５】次に、図２は、本発明の電源回路の具体的な回路構成例を示している。基準電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧Ｖｎとの電圧比較手段を成す差動増幅器２には、抵抗２０２、２０４を介してエミッタが共通化されたトランジスタ２０６、２０８を備えた差動回路が設置され、この差動回路と電源ライン１５との間には差動対に動作電流を流すための定電流源２１０が接続され、また、トランジスタ２０６、２０８のコレクタ側と接地点との間にはトランジスタ２１２、２１４からなる能動負荷としてカレントミラー回路２１６が接続されている。この実施例では、接地端子２１８を通して接地された接地ライン２２０が接地点を成している。
【００２６】各トランジスタ２０６、２０８のベースには、それぞれレベルシフト回路を成すトランジスタ２２２、２２４が設置され、トランジスタ２２２、２２４のエミッタと電源ライン１５との間にはそれぞれ定電流源２２６、２２８が設置されており、各定電流源２２６、２２８からの定電流が各トランジスタ２２２、２２４のレベルシフト動作に寄与している。そして、トランジスタ２２２のベースは正相入力端子（＋）、トランジスタ２２４のベースは逆相入力端子（−）となっており、トランジスタ２２２のベースと接地ライン２２０との間には電圧源８が接続されて基準電圧Ｖｒｅｆが加えられ、また、トランジスタ２２４のベースと接地ライン２２０との間には抵抗１２に発生させた帰還電圧Ｖｎが帰還回路１６を通して帰還されている。
【００２７】この差動回路の出力はトランジスタ２０８のコレクタ側から取り出されて出力回路２２５に加えられる。即ち、トランジスタ２０８のコレクタ側から取り出された出力はトランジスタ２２７のベースに加えられ、そのベース入力に応じた出力はそのエミッタから抵抗２２９を通してトランジスタ２３０のベースに加えられる。トランジスタ２２７、２３０はダーリントン接続されており、トランジスタ２２７に加えられるベース電流Ｉβを増幅した電流がトランジスタ２３０に引き込まれ、この電流が出力トランジスタ４のベース電流となる。この場合、出力トランジスタ４のベース・エミッタ間に接続されている抵抗２３２は、トランジスタ２３０の負荷抵抗であるとともに、出力トランジスタ４のバイアス電源を構成している。このような構成から、差動増幅器２の出力電流が出力トランジスタ４のベース電流となり、その電流増幅率に応じた電流が出力トランジスタ４を通して負荷抵抗である抵抗１０、１２に流れ、この結果、安定化出力としての出力電圧Ｖｏを発生させるとともに帰還電圧Ｖｎを発生させるのである。したがって、差動増幅器２に対する帰還電圧Ｖｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧に応じて出力トランジスタ４のベース電流が制御されることにより、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが取り出されることになる。
【００２８】そして、この電源回路には、電源電圧Ｖｃｃの減電時の出力トランジスタ４の飽和を防止するために飽和防止回路５０が設置されている。即ち、電源ライン１５と接地ライン２２０との間には、ベース・コレクタを共通にして実質的なダイオードを成すトランジスタ５０２、抵抗５０４及び定電流源５０６の直列回路が設置されており、この直列回路が電圧検出回路５２を構成している。また、出力トランジスタ４のコレクタ側に分流回路を成すトランジスタ５０８のエミッタが接続され、このトランジスタ５０８のベースは抵抗５０４と定電流源５０６の接続点に接続されている。そして、トランジスタ５０８に流れる電流はトランジスタ５１０及び５１２からなるカレントミラー回路５１４を通して出力トランジスタ４のベース入力側回路をなすトランジスタ２０８と出力回路２２５のトランジスタ２２７とを結ぶベース入力ラインに帰還され、トランジスタ５０８に流れる電流をカレントミラー回路５１４を経て接地ライン２２０側に放流させるように構成されている。即ち、電流帰還回路５４はトランジスタ５０８及びカレントミラー回路５１４で構成されている。
【００２９】このような構成によれば、電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧に維持されている場合、電圧検出回路５２のトランジスタ５０２及び抵抗５０４には、定電流源５０６に発生する定電流Ｉによって一定の電圧降下が生じ、定常時、トランジスタ５０８は遮断状態を維持する。このとき、差動増幅器２及び出力トランジスタ４による安定化動作により、出力端子１８には安定化出力としての出力電圧Ｖｏが得られる。この定常状態における出力電圧Ｖｏは、
【００３０】
【数２】
【００３１】となり、図５に示した電源回路と同様の安定化動作が行われる。
【００３２】また、電源電圧Ｖｃｃが低下し、抵抗５０４の電圧降下が大きくなってトランジスタ５０８が導通すると、このトランジスタ５０８の導通によって出力トランジスタ４の電流はトランジスタ５０８を通してカレントミラー回路５１４側のトランジスタ５１０側に引き込まれる。トランジスタ５１０側に流れる電流は、カレントミラー効果によってトランジスタ５１２に流れ、トランジスタ２２７のベースに流れ込むべきベース電流Ｉβの一部がトランジスタ５１２に引き込まれて接地ライン２２０を通して接地点に放流することになる。
【００３３】ここで、抵抗５０４の抵抗値をＲ3 、トランジスタ５０８のベース・エミッタ間電圧をＶF 、トランジスタ５０２のベース・エミッタ間電圧をＶF ′、定電流源５０６に流れる定電流をＩとすると、 Ｖｃｃ＝Ｖｏ−ＶF ＋Ｉ・Ｒ3 ＋ＶF ′ ・・・（３）
が成立し、ＶF ＝ＶF ′とすると、式（３）は、 Ｖｃｃ＝Ｖｏ＋Ｉ・Ｒ3 ・・・（４）
となり、出力電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝Ｖｃｃ＋Ｉ・Ｒ3 ・・・（５）
となり、定電流Ｉと抵抗５０４の抵抗値Ｒ3 で設定できることが判る。
【００３４】そして、このとき、カレントミラー回路５１４の電流吸込みにより、トランジスタ２０８、２１４のコレクタ側から引き出されるベース電流Ｉβは増大することになり、出力トランジスタ４のドライブ電流を増大させるような動作となるが、トランジスタ５０８、５１０、５１２で構成された電流帰還回路５４の電流帰還動作により、ベース電流Ｉβが出力トランジスタ４を飽和させない適正な値に収束させることになり、制御系の安定化が図られることになる。したがって、このような飽和防止回路５０の動作により、安定化動作を損なうことなく、減電時の出力トランジスタ４の飽和が防止でき、安定化出力を取り出すことができる。
【００３５】次に、図３及び図４は、図２に示した電源回路における定電流源５０６の具体的な実施例を示す。即ち、定電流源５０６は、差動増幅器５１６の出力側にトランジスタ５１８のベースを接続するとともに、トランジスタ５１８のエミッタ側に抵抗５２０を接続し、差動増幅器５１６の正相入力端子（＋）には電圧源５２２から基準電圧Ｖｒｅｆを加え、その逆相入力端子（−）には抵抗５２０に発生した電圧を帰還させることにより、抵抗５２０の抵抗値を抵抗５０４と同一の抵抗値Ｒ3 に設定し、この抵抗値Ｒ3 と基準電圧Ｖｒｅｆとで定まる定電流Ｉを取り出すようにしたものである。このような定電流回路を図２に示す電源回路の定電流源５０６に用いても、前記実施例と同様の動作を得ることができ、ばらつきの少ない入出力差を実現することができる。
【００３６】また、図４に示すように、定電流源５０６は、ダイオード接続したトランジスタ５２４のベース・コレクタにトランジスタ５２６のベースを接続し、トランジスタ５２６のエミッタ側に抵抗５２８を接続してなるカレントミラー回路で構成してもよい。この場合、トランジスタ５２４に対してトランジスタ５２６の電流容量をｎ倍とし、抵抗５２８の抵抗値を抵抗５０４と同様の抵抗値Ｒ3 に設定すれば、前記実施例と同様の動作を得ることができ、ばらつきの少ない入出力差を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ．安定化動作を損なうことなく、減電に応じて出力トランジスタのベース入力側電流を制御して出力トランジスタの飽和を確実に防止でき、突入電流の発生を防止できる。
ｂ．従来、出力トランジスタに飽和防止のために付加された回路と比較して、安定化回路を多重化しないため、回路の構成の簡略化を図ることができるとともに、出力トランジスタだけでなく前段側の回路の飽和状態への移行を阻止でき、動作の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源回路の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の電源回路の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図３】図１の電源回路における定電流源の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図４】図１の電源回路における定電流源の他の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図５】従来の電源回路を示す回路図である。
【図６】図５に示した電源回路における出力トランジスタに対する寄生トランジスタの生起を示す図である。
【図７】出力トランジスタの飽和防止回路が付加された従来の電源回路を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 差動増幅器
４ 出力トランジスタ
５０ 飽和防止回路
５２ 電圧検出回路
５４ 電流帰還回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基準電圧と出力側からの帰還電圧とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタと、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗と、を備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路を備えたことを特徴とする電源回路。
【請求項２】 前記飽和防止回路は、前記出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて前記出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を前記出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項１】 基準電圧と出力側からの帰還電圧とを比較し、両者の差電圧に応じた電流を発生する増幅器と、この増幅器が発生した電流がベース電流として供給され、そのベース電流に応じた電流を流す出力トランジスタと、この出力トランジスタに直列に接続されて安定化出力を発生するとともに前記増幅器に対する前記帰還電圧を発生する負荷抵抗と、を備えた電源回路であって、前記出力トランジスタに加えられる電圧の低下を検出し、その電圧低下に応じた電流を前記出力トランジスタから取り出して前記出力トランジスタの前記ベース電流を調整する飽和防止回路を備えたことを特徴とする電源回路。
【請求項２】 前記飽和防止回路は、前記出力トランジスタに加えられる前記電圧の低下を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が検出した電圧低下に応じて前記出力トランジスタに流れる電流を引き込むとともに、その電流に対応する電流を前記出力トランジスタのベース入力側から接地側に放流させる電流帰還回路と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平５−１５０８４８
【公開日】平成５年（１９９３）６月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３３６０４８
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２６日
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【公開日】平成５年（１９９３）６月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２６日
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
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