JP2005157743A - 負荷駆動装置及び負荷駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】レギュレータ等の負荷駆動回路の熱破壊を防止することができる負荷駆動装置及び負荷駆動システムを提供する。
【解決手段】レギュレータ１の抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路により出力電圧Ｖoutを分圧した分圧電圧Ｖｄと基準電圧Ｖr1とが演算増幅器ＡＭＰ１で比較され、出力電圧Ｖoutが一定値に制御されるとともに、レギュレータ１の出力電流の検出を行う負荷抵抗Ｒｍの検出電圧と基準電源ＶＲ２または基準電源ＶＲ３の電圧とが演算増幅器ＡＭＰ２により比較され、電流制限が行われる。一方、入力電圧Ｖinを分圧した分圧電圧Ｖｃと基準電圧Ｖr4とが比較器ＣＭＰ１で比較され、分圧電圧Ｖｃが基準電圧Ｖr4より低いとき、スイッチＳＷ１が基準電源ＶＲ２側に切り替えられ、分圧電圧Ｖｃが基準電圧Ｖr4より高くなると、スイッチＳＷ１が基準電源ＶＲ３側に切り替えられることにより、電流制限回路２の電流制限値が切り替えられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電圧を負荷に供給するレギュレータやドライバ回路等の負荷駆動装置及び負荷駆動システム、特に電流制限機能を備えた負荷駆動装置及び負荷駆動システムに関する。

従来、負荷に電源を供給する場合、ドライバ回路を介して負荷に電圧を供給したり、リップル分等の変動要素を多く含んだ安定でない電源から負荷に電源を供給する場合には、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータを用いている。このようなドライバ回路やレギュレータのような負荷駆動装置において、負荷に異常電流が流れたり、あるいは出力端子の接地電圧へのショートや低抵抗接続により、出力端子から大きな電流が流れた場合、回路部品の破損や、大電流による部品の発熱に起因する不具合が発生する。このような不具合を防止するため、負荷駆動装置には、必要以上の電流が流れないようにするために、電流制限機能が付加されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１１３４７６号公報

図２８は従来の負荷駆動装置を示す図であり、レギュレータ１と電流制限回路２により構成されている。レギュレータ１は出力電圧Ｖoutの制御を行うＰＮＰ形のトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１のベースにコレクタが接続されたＮＰＮ形のトランジスタＴｒ２と、出力電圧Ｖoutを分圧して分圧電圧Ｖｄを生成して出力する抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr1を出力する基準電源ＶＲ１と、分圧電圧Ｖｄと基準電圧Ｖr1を比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う、エラーアンプとしての演算増幅器ＡＭＰ１とから構成されている。

一方、電流制限回路２はレギュレータ１の出力電流の検出を行うための負荷抵抗Ｒｍと、基準電源ＶＲ２と、負荷抵抗Ｒｍの検出電圧と基準電源ＶＲ２の電圧Ｖr2とを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う、電流制限アンプとしての演算増幅器ＡＭＰ２とから構成されており、電流制限値Ｉlimは、Ｉlim＝Ｖr2／Ｒｍである。

また、図２９はカレントミラー回路を用いた従来の負荷駆動装置であり、レギュレータ１の出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４がカレントミラー回路を構成し、トランジスタＴｒ４の出力電流が電流制限回路２に入力される。電流制限回路２は抵抗Ｒ５よりなる負荷電流に応じた電圧の発生回路と、基準電圧Ｖr2を出力する基準電源ＶＲ２と、演算増幅器ＡＭＰ２とにより構成され、カレントミラー回路のカレントミラー比をｎ：１とすると、抵抗Ｒ５には出力電流Ｉoutの１／ｎの電流が流れる。過電流時には電流制限アンプＡＭＰ２により抵抗Ｒ５（抵抗値Ｒ5、以下同様に抵抗Ｒｉの抵抗値をＲiとする）の両端の電圧がＶr2になるように制御されるので、電流制限値Ｉlimは、Ｉlim＝ｎ・Ｖr2／Ｒ5となる。

従来の負荷駆動装置は、上記のように構成され、電流制限回路の電流制限値Ｉlimは出力トランジスタが流すことができる最大電流値に設定されるが、大電流を出力するレギュレータの場合、その出力トランジスタで消費される電力が大きくなる。
レギュレータの消費電力は、出力電流と入出力電圧差で決まるため、出力電流や入出力電圧差が大きくなると消費電力が大きくなり、この消費電力がパッケージの許容損失を超えてしまうと、熱破壊を起こす場合がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、レギュレータ等の負荷駆動回路の熱破壊を防止することができる負荷駆動装置及び負荷駆動システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る負荷駆動装置（１）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
装置への入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、
上記入力電圧検出手段により検出した入力電圧に応じて上記電流制限手段における電流制限値を切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（２）は、負荷駆動装置（１）において、
上記電流制限手段が、
出力トランジスタに直列に挿入された抵抗と、
上記抵抗により検出された出力電流を基準値と比較する比較手段とよりなり、
上記入力電圧検出手段の出力により上記基準値を切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（３）は、負荷駆動装置（１）において、
上記電流制限手段が、
出力トランジスタとカレントミラーを構成するトランジスタにより検出された電流が入力される抵抗と、
上記抵抗により検出された電圧を基準値と比較する比較手段とよりなり、
上記入力電圧検出手段の出力により上記抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（４）は、負荷駆動装置（１）〜（３）のいずれかにおいて、
上記入力電圧検出手段が複数の入力電圧検出レベルを有し、
上記入力電圧検出手段の出力により電流制限値を段階的に切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（５）は、負荷駆動装置（１）〜（４）のいずれかにおいて、
上記入力電圧検出手段がヒステリシス特性を有していることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（６）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
装置の入出力電圧差を検出する入出力電圧差検出手段を備え、
上記入出力電圧差検出手段の出力により上記電流制限手段における電流制限値を切り替えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る負荷駆動装置（７）は、負荷駆動装置（６）において、
上記入出力電圧差検出手段がヒステリシス特性を有していることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（８）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
装置への入力電圧に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させる電流制限値制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（９）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
装置の入出力電圧の差に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させる電流制限値制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動装置（１０）は、
負荷に供給する出力電圧を外部から切り替えることができるとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
上記出力電圧の切替に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動システム（１）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置を複数個備えた負荷駆動システムにおいて、
各負荷駆動装置の動作を停止する信号により他の負荷駆動装置の電流制限手段の電流制限値を切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動システム（２）は、
負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置を複数個備えた負荷駆動システムにおいて、
各負荷駆動装置の入力を検知する入力検知手段を備え、
上記入力検知手段の出力により他の負荷駆動装置の電流制限手段の電流制限値を切り替えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動システム（３）は、負荷駆動システム（２）において、
上記入力検知手段が複数の入力検知レベルを有し、
上記入力検知手段の出力により他の負荷駆動装置の電流制限値を段階的に切り替えることを特徴とする。

本発明に係る負荷駆動装置（１）〜（３）によれば、入力電圧に応じて電流制限手段における電流制限値が切り替えられるので、負荷駆動装置の消費電力を一定値以下に保つことができ、負荷駆動装置の熱破壊を防止することができる。

また、本発明に係る負荷駆動装置（４）によれば、入力電圧検出手段が複数の入力電圧検出レベルを有し、電流制限値を段階的に細かく設定することが可能となるので、負荷駆動装置の許容範囲内での最大能力を発揮させることができる。

さらに、本発明に係る負荷駆動装置（５）によれば、入力電圧検出手段がヒステリシス特性を有しているので、入力電圧が検出電圧付近のときでも、電流制限値を安定に維持することができる。

また、本発明に係る負荷駆動装置（６）によれば、装置の入出力電圧差に応じて電流制限手段における電流制限値が切り替えられるので、負荷駆動装置の出力電圧が変動しても負荷駆動装置の消費電力を一定値以下に保つことができ、負荷駆動装置の熱破壊を防止することができる。

さらに、本発明に係る負荷駆動装置（７）によれば、入出力電圧差検出手段がヒステリシス特性を有しているので、入出力電圧差が検出電圧付近のときでも、電流制限値を安定に維持することができる。

また、本発明に係る負荷駆動装置（８）、（９）によれば、入力電圧または入出力電圧差に応じて電流制限手段の電流制限値を連続的に変化させることができるので、負荷駆動装置の許容範囲内での最大能力を発揮させることができるとともに、熱破壊を防止することができる。

さらに、本発明に係る負荷駆動装置（１０）によれば、負荷に供給する出力電圧を外部から切り替えることができる負荷駆動装置の熱破壊を簡単に防止することができる。

また、本発明に係る負荷駆動システム（１）〜（３）によれば、複数の負荷駆動装置の入力電圧に応じて他の負荷駆動装置の電流制限回路の電流制限値が切り替えられるので、負荷駆動システムの全体の消費電力を許容損失内に収まるようにすることが可能となる。

以下、本発明の負荷駆動装置の実施例について、図面を用いて説明する。図１は本発明の負荷駆動装置を示すブロック図であり、図２は負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値との関係を示す図である。
図１に示すように、この負荷駆動装置は、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータ１と、負荷に必要以上の電流が流れないようにするための電流制限回路２と、入力電圧Ｖinを検出する入力電圧検出回路３と、入力電圧検出回路３の出力により駆動され、電流制限回路２の電流制限値を切り替える電流制限値切替回路４とにより構成されている。

レギュレータ１の入力電圧をＶin、出力電圧をＶout、出力電流をIoutとすると、レギュレータ１の消費電力ＰwはＰw＝（Ｖin−Ｖout）＊Ｉoutであるので、レギュレータ１の出力電圧Ｖoutが５Ｖに設定されている場合、図２に示すように、入力電圧検出回路３は入力電圧Ｖinが１０Ｖ以下か否かを検出し、１０Ｖより低い場合には、電流制限値Ｉlimを０．４Ａと大きくする。一方、入力電圧Ｖinが１０Ｖより高くなると、電流制限値切替回路４により電流制限値Ｉlimを０．２Ａに切り替える。
これにより、図２に示すように、入力電圧Ｖinが１５Ｖを超えない限り、消費電力Ｐwは２Ｗ以下に保たれ、レギュレータ１の熱破壊を防止することができる。

図３は図１の負荷駆動装置の詳細回路の一例を示す図であり、図に示すように、レギュレータ１は出力電圧Ｖoutの制御を行うＰＮＰ形のトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１のベースにコレクタが接続されたＮＰＮ形のトランジスタＴｒ２と、出力電圧Ｖoutを分圧して分圧電圧Ｖｄを生成して出力する抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr1を出力する基準電源ＶＲ１と、分圧電圧Ｖｄと基準電圧Ｖr1とを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ１とから構成されている。

一方、電流制限回路２はレギュレータ１の出力電流の検出を行うための負荷抵抗Ｒｍ、基準電圧Ｖr2を出力する基準電源ＶＲ２、基準電圧Ｖr3を出力する基準電源ＶＲ３、及び、負荷抵抗Ｒｍの両端の電圧と基準電源ＶＲ２または基準電源ＶＲ３の電圧とを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ２とから構成されており、基準電源ＶＲ２と基準電源ＶＲ３とを切り替える切替スイッチＳＷ１が電流制限値切替回路４を構成している。なお、基準電圧Ｖr2と基準電圧Ｖr3は、Ｖr2＞Ｖr3の関係に設定されている。
また、入力電圧検出回路３は、入力電圧Ｖinを分圧して分圧電圧Ｖｃを生成して出力する抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr4を出力する基準電源ＶＲ４と、分圧電圧Ｖｃと基準電圧Ｖr4とを比較する比較器ＣＭＰ１とから構成されている。

次に、図３の負荷駆動装置の動作について説明する。
レギュレータ１の抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路により出力電圧Ｖoutを分圧した分圧電圧Ｖｄと基準電源ＶＲ１からの基準電圧Ｖr1とが演算増幅器ＡＭＰ１で比較され、この演算増幅器ＡＭＰ１の出力がトランジスタＴｒ２のベース電圧を制御し、このトランジスタＴｒ２の出力によりトランジスタＴｒ１の駆動電流が制御されて出力電圧Ｖoutが一定値に制御される。
そして、電流制限回路２においては、レギュレータ１の出力電流の検出を行う負荷抵抗Ｒｍの検出電圧と基準電源ＶＲ２または基準電源ＶＲ３の電圧とが演算増幅器ＡＭＰ２により比較され、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御が行われる。

一方、入力電圧検出回路３の抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路により入力電圧Ｖinを分圧した分圧電圧Ｖｃと基準電源ＶＲ４からの基準電圧Ｖr4とが比較器ＣＭＰ１で比較され、分圧電圧Ｖｃが基準電圧Ｖr4より低いとき、スイッチＳＷ１が基準電源ＶＲ２側に切り替えられ、分圧電圧Ｖｃが基準電圧Ｖr4より高くなると、スイッチＳＷ１が基準電源ＶＲ３側に切り替えられる。
これにより、入力電圧Ｖinが高いときには、電流制限値Ｉlim1がＩlim1＝Ｖr3／Ｒｍとなって、電流制限値が小さく設定され、入力電圧Ｖinが低くなると、電流制限値Ｉlim2がＩlim2＝Ｖr2／Ｒｍとなり、電流制限値が大きい値に切り替えられる。

図３の実施例では、電流制限回路に二つの基準電源を用いたが、定電流源を用いて電流制限回路を構成することもでき、図４は定電流源を用いた負荷駆動装置の実施例を示す図である。
図に示すように、電流制限回路２は、レギュレータ１の出力電流の検出を行うための負荷抵抗Ｒｍと、抵抗Ｒ５、トランジスタＴｒ３、ダイオードＤ１及び定電流Ｉ1、Ｉ2を発生する定電流源ＯＣ１、ＯＣ２よりなる電流制限値切替回路４と、レギュレータ１の出力電流と電流制限値を比較し、この比較結果に応じてレギュレータ１のトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ２とから構成されている。

そして、入力電圧検出回路３の比較器ＣＭＰ１の出力によってトランジスタＴｒ３のオン、オフが制御されて電流制限値が切り替えられる。すなわち、入力電圧Ｖinが高いときには、トランジスタＴＲ３がオンしており、抵抗Ｒ５の両端の電圧Ｖ5は、Ｖ5＝Ｒ5＊Ｉ1となり、電流制限値Ｉlim1はＩlim1＝Ｒ5＊Ｉ1／Ｒｍとなる。一方、入力電圧Ｖinが規定値以下になると、トランジスタＴＲ３がオフし、定電流Ｉ2が抵抗Ｒ５を流れるので、抵抗Ｒ５の両端の電圧Ｖ5は、Ｖ5＝Ｒ5＊（Ｉ1＋Ｉ2）となり、電流制限値Ｉlim2はＩlim2＝Ｒ5＊（Ｉ1＋Ｉ2）／Ｒｍとなって、電流制限値が大きい値に切り替えられる。

図３、図４の実施例では、レギュレータに直列接続された負荷抵抗により負荷電流を検出したが、カレントミラー回路を用いて負荷電流を検出することも可能であり、このカレントミラー回路を用いた実施例について図５により説明する。
図５において、レギュレータ１の出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４がカレントミラー回路を構成し、トランジスタＴｒ４の出力電流が電流制限回路２に入力される。電流制限回路２は負荷電流に応じた電圧を発生する抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ５よりなる電流制限値切替回路４と、基準電圧Ｖr5を出力する基準電源ＶＲ５と、演算増幅器ＡＭＰ２とにより構成されている。

入力電圧Ｖinが高く、トランジスタＴｒ５がオフしているときには、電流検出抵抗はＲ5になり、カレントミラー回路のカレントミラー比をｎ：１とすると、電流制限値Ｉlim1は、Ｉlim1＝ｎ・Ｖr5／Ｒ5となる。一方、入力電圧Ｖinが低くなると、トランジスタＴｒ５がオンし、電流検出抵抗が抵抗Ｒ５、Ｒ６の並列抵抗となるので、電流制限値Ｉlim2は、Ｉlim2＝ｎ・Ｖr5／｛（Ｒ5・Ｒ6）／（Ｒ5＋Ｒ6）｝となって、電流制限値が大きい値に切り替えられる。

以上の実施例では、入力電圧検出レベルが一つで、電流制限値を大小いずれかに切り替える例を説明したが、入力電圧検出回路に複数の入力電圧検出レベルを設定し、入力電圧に応じて電流制限値を段階的に切り替えることも可能である。このように入力電圧に応じて電流制限値を段階的に切り替える負荷駆動装置の実施例を図６、図７により説明する。

図６の負荷駆動装置に示すように、入力電圧検出回路３は、入力電圧Ｖinを分圧して分圧電圧Ｖc1、Ｖc2を生成して出力する抵抗Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr4を出力する基準電源ＶＲ４と、分圧電圧Ｖc1、Ｖc2と基準電圧Ｖr4とを比較する比較器ＣＭＰ１、ＣＭＰ２とから構成され、入力電圧Ｖinを大中小の三段階で検出する。また、電流制限値切替回路４は、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６よりなり、入力電圧に応じて電流制限値を三段階に切り替える。すなわち、入力電圧Ｖinが高く、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６がともにオフのときは、電流制限値Ｉlim1はIlim1＝ｎ・Ｖr5／Ｒ5となり、トランジスタＴｒ６がオンのときは、電流制限値Ｉlim2は、Ｉlim2＝ｎ・Ｖr5／｛（Ｒ5・Ｒ6）／（Ｒ5＋Ｒ6）｝となり、さらに、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６がともにオンになると、電流制限値Ｉlim3は、Ｉlim3＝ｎ・Ｖr5／｛（Ｒ5・Ｒ6・Ｒ7）／（Ｒ5・Ｒ6＋Ｒ6・Ｒ7＋Ｒ7・Ｒ5）｝となる。

図７は図６の負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値の関係の例を示したグラフであり、図の例では、入力電圧が１０Ｖよりも低いときには、電流制限値を０．４Ａに設定し、入力電圧が１０〜１５Ｖの間にあるときには、電流制限値を０．２Ａに設定し、入力電圧が１５Ｖよりも高いときには、電流制限値を０．１３Ａに設定する。このような設定にするには、入力電圧Ｖinが１０Ｖを超えると、Ｔｒ５がオフし、入力電圧Ｖinが１５Ｖを超えると、Ｔｒ５、Ｔｒ６がともにオフになるとともに、各場合の電流制限値が０．４Ａ、０．２Ａ、０．１３Ａになるように、基準電源ＶＲ４、ＶＲ５の電圧及び抵抗Ｒ５〜Ｒ１０の抵抗値の値を決定する。

上記のように設定すると、レギュレータ１の出力電圧Ｖoutが５Ｖに設定されている場合、入力電圧Ｖinが２０Ｖを超えない限り、消費電力Ｐwは２Ｗ以下に保たれるので、レギュレータ１の熱破壊を防止することができるとともに、電流制限値を段階的に細かく設定することが可能となるので、許容範囲内でレギュレータの最大能力を発揮させることができる。
なお、上記の実施例は、図５の負荷駆動装置の電流制限値を多段階に切り替えたものであるが、図３、図４の負荷駆動装置の電流制限値を多段階に切り替えるようにすることも可能である。
また、上記の実施例では、電流制限値を三段階に切り替えたが、入力電圧検出回路の比較器をｎ個用い、電流制限値を（ｎ＋１）段階に切り替えるようにしてもよい。

次に、レギュレータの出力電圧が変動しても、レギュレータの消費電力が一定値を越えないように、負荷駆動装置の入出力電圧差に応じて電流制限値を切り替える負荷駆動装置の実施例について図８〜図１０により説明する。
図８に示すように、この負荷駆動装置は、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータ１と、負荷に必要以上の電流が流れないようにするための電流制限回路２と、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの電圧差を検出する入出力電圧差検出回路５と、入出力電圧差検出回路５の出力により駆動され、電流制限回路２の電流制限値を切り替える電流制限値切替回路４とにより構成され、電流制限値切替回路４は入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの電圧差が小さい場合には、電流制限値を大きくし、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの電圧差が大きくなると、電流制限値が小さな値に切り替えられる。
これにより、レギュレータ１の出力電圧が変動しても、レギュレータの消費電力が一定値を越えないようにすることができるので、レギュレータの熱破壊を防止することができる。

図９は図８の負荷駆動装置の詳細回路の一例を示す図であり、図に示すように、入出力電圧差検出回路５は基準電源ＶＲ６と比較器ＣＭＰ１よりなり、入力電圧Ｖinから基準電源ＶＲ６の基準電圧Ｖr6だけ低い電圧と出力電圧Ｖoutを比較器ＣＭＰ１により比較し、入出力電圧差が大きい場合（Ｖin−Ｖout＞Ｖr6）はトランジスタＴr3をオフし、電流検出抵抗を抵抗Ｒ５のみと大きくして電流制限値Ｉlim1をIlim1＝ｎ×Ｖr5／Ｒ5と小さくする。一方、入出力電圧差が小さい場合（Ｖin−Ｖout＜Ｖr6）はトランジスタＴr3をオンし、電流検出抵抗を抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の並列抵抗にして小さくし、電流制限値Ｉlim2がIlim2＝ｎ・Ｖr5／｛（Ｒ5・Ｒ6）／（Ｒ5＋Ｒ6）｝となり、電流制限値が大きい値に切り替えられる。

図１０は図９の負荷駆動装置の入出力電圧差と電流制限値の関係の例を示したグラフであり、図の例では、入出力電圧差が５Ｖよりも小さいときには、電流制限値を０．４Ａに設定し、入出力電圧差が５Ｖよりも大きいときには、電流制限値を０．２Ａに設定するので、入出力電圧差が１０Ｖを超えない限り、消費電力Ｐwは２Ｗ以下に保たれ、レギュレータ１の熱破壊を防止することができる。
なお、上記の実施例は、図５の負荷駆動装置の電流制限回路に入出力電圧差検出回路を設けたものであるが、図３、図４の負荷駆動装置の電流制限回路に入出力電圧差検出回路を設け、入出力電圧差に応じて電流制限値を切り替えることも可能である。
また、上記の実施例では、入出力電圧差が一定値より大きいか否かを検出したが、比較器をｎ個用いることにより電流制限値を（ｎ＋１）段階に切り替えるようにすることも可能である。

以上の実施例の入力電圧検出回路または入出力電圧差検出回路では、単に比較器のみを用いて電圧を検出したが、検出回路にヒステリシスがないと、入力電圧が検出電圧付近のときに、検出回路の出力論理が安定せず、電流制限値が不安定になってしまう。これを防止するため、入力電圧検出回路または入出力電圧差検出回路にヒステリシス特性を持たせることが好ましい。
図１１、図１２はこのようなヒステリシス特性を有する電圧検出回路の一例を示す図である。

図１１に示す電圧検出回路は、入力電圧Ｖinを分圧して分圧電圧Ｖｃを生成して出力する抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr4を出力する基準電源ＶＲ４と、分圧電圧Ｖｃと基準電圧Ｖr4とを比較する比較器ＣＭＰ１と、抵抗Ｒ１１と、スイッチＳＷ２と、定電流Ｉ3を流す定電流源ＯＣ３とから構成されている。
抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路により入力電圧Ｖinを分圧した分圧電圧Ｖｃと基準電源ＶＲ４からの基準電圧Ｖr4とが比較器ＣＭＰ１で比較され、分圧電圧Ｖｃが閾値Ｖthである基準電圧Ｖr4より高くなると、比較器ＣＭＰ１の出力がローレベルになり、スイッチ２がオンするので、比較器ＣＭＰ１の閾値ＶtlはＶtl＝Ｖr4−Ｒ13＊Ｉ3となって、閾値が下がり、入力電圧Ｖinが多少変動しても、比較器ＣＭＰ１の出力はハイレベルには反転しない。したがって、入力電圧が検出電圧付近のときでも、電流制限値を安定に維持することができる。

また、図１２に示すヒステリシス特性を有する電圧検出回路は、入力電圧Ｖinを分圧して分圧電圧Ｖｃを生成して出力する抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr4を出力する基準電源ＶＲ４と、分圧電圧Ｖｃと基準電圧Ｖr4とを比較する比較器ＣＭＰ１と、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３と、トランジスタＴｒ７と、反転回路ＩＮＢ１とから構成されている。
この電圧検出回路では、抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路により入力電圧Ｖinを分圧した分圧電圧Ｖｃと基準電源ＶＲ４からの基準電圧Ｖr4とが比較器ＣＭＰ１で比較され、分圧電圧Ｖｃが比較器ＣＭＰ１の閾値Ｖthである基準電圧Ｖr4より高くなると、比較器ＣＭＰ１の出力がローレベルになり、反転回路ＩＮＢ１を介してトランジスタＴｒ７がオンするので、比較器ＣＭＰ１の閾値ＶtlはＶtl＝Ｖr4＊Ｒ13／（Ｒ12＋Ｒ13）となって、閾値が下がり、上記と同様にヒステリシス特性を持たせることができる。
上記の実施例では、入力電圧検出回路にヒステリシス特性を有する電圧検出回路を用いた例を説明したが、入出力電圧差検出回路にヒステリシス特性を有する電圧検出回路を用いることもでき、このようにすれば、入出力電圧差が検出電圧付近のときでも、電流制限値を安定に維持することができる。

これまでの実施例では、入力電圧または入出力電圧差に応じて電流制限値を段階的に切り替えたが、入力電圧または入出力電圧差に応じて電流制限値を連続的に変化させるようにすることも可能であり、このように電流制限値を連続的に変化させる実施例について、図１３〜図１８により説明する。
図１３は入力電圧に応じて電流制限値を連続的に変化させる負荷駆動装置のブロック図であり、この負荷駆動装置は、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータ１、負荷に必要以上の電流が流れないようにするための電流制限回路２、及び入力電圧Ｖinに応じて電流制限回路２の制限電流値を連続的に変化させる電流制限値制御回路６により構成されている。

図１４は図１３の負荷駆動装置の詳細回路の一例を示す図であり、図に示すように、電流制限回路２はレギュレータ１の出力電流の検出を行うための負荷抵抗Ｒｍ、抵抗Ｒ５、定電流源ＯＣ１、及び、負荷抵抗Ｒｍの両端の電圧と抵抗Ｒ５の両端の電圧ＶＲとを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ２とから構成されている。
また、電流制限値制御回路６は、抵抗Ｒ１４、演算増幅器ＡＭＰ５、トランジスタＴr5、基準電源ＶＲ７よりなるＶ／Ｉ変換回路が用いられ、入力電圧Ｖinに応じてＶ／Ｉ変換回路の電流Ｉ4が変化し、電流制限回路２の基準電圧ＶＲが変化する。ここで、
Ｉ4＝（Ｖin−Ｖr7）／Ｒ14
ＶＲ＝Ｒ5＊（Ｉ1−Ｉ4）＝Ｒ5＊{Ｉ1−（Ｖin−Ｖr7）／Ｒ14}
であるので、電流制限値Ｉlimは
Ｉlim＝ＶＲ／Ｒｍ＝Ｒ5＊{Ｉ1−（Ｖin−Ｖr7）／Ｒ14}／Ｒｍ
となり、入力電圧と電流制限値との関係の例を示す図１５のグラフに示すように、入力電圧Ｖinが電圧Ｖr7より高くなると、電流制限回路２の基準電圧ＶＲが減少して、電流制限値が小さくなる。

一方、図１６は入出力電圧差に応じて電流制限値を連続的に変化させる負荷駆動装置のブロック図であり、この負荷駆動装置は、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータ１、負荷に必要以上の電流が流れないようにするための電流制限回路２、及び入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの電圧の差に応じて電流制限回路２の電流制限値を連続的に変化させる電流制限値制御手段６により構成されている。

図１７は図１６の負荷駆動装置の詳細回路の一例を示す図であり、図に示すように、レギュレータ１の出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４がカレントミラー回路を構成し、トランジスタＴｒ４の出力電流が電流制限回路２に入力される。電流制限回路２は、負荷電流に応じた電圧を発生する抵抗Ｒ５と、基準電圧Ｖr5を出力する基準電源ＶＲ５と、演算増幅器ＡＭＰ２とにより構成され、電流制限値制御回路６は、上記と同様に、抵抗Ｒ１４、演算増幅器ＡＭＰ５、トランジスタＴｒ５、基準電源ＶＲ７よりなるＶ／Ｉ変換回路が用いられ、入力電圧Ｖinと出力電圧Voutの電圧の差に応じてＶ／Ｉ変換回路の電流Ｉ4が変化する。ここで、
Ｉ4＝（Ｖin−Ｖout−Ｖr7）／Ｒ14
であり、電流制限回路２の抵抗Ｒ５に流れる電流ＩＲは
ＩＲ＝Ｉout／ｎ＋Ｉ4
であり、電流制限値をIlimとすると、
Ｖr5＝Ｒ5＊ＩＲ＝Ｒ5＊{（Ｖin−Ｖout−Ｖr7）／Ｒ14＋Ｉlim／ｎ}
であるので、
Ilim＝ｎ＊{Ｖr5／Ｒ5−（Ｖin−Ｖout−Ｖr7）／Ｒ14}
となり、入出力電圧差と電流制限値との関係の例を示す図１７のグラフに示すように、入出力電圧差が電圧Ｖr7より大きくなると、電流制限値が小さくなる。
以上のように、入力電圧あるいは入出力電圧差に応じて電流制限値を連続的に変化させれば、許容範囲内でレギュレータの最大能力を発揮させることができるとともに、レギュレータの熱破壊を防止することができる。

一方、負荷駆動装置にはレギュレータの出力電圧を外部から切り替えることができるものがあり、このようにレギュレータの出力電圧を切り替えることができる負荷駆動回路に本発明を適用した実施例について図１９、図２０を用いて説明する。
図１９に示すように、この負荷駆動装置は、入力される電圧を定電圧に安定化して出力するレギュレータ１、負荷に必要以上の電流が流れないようにするための電流制限回路２、電流制限回路２の電流制限値を切り替える電流制限値切替回路４及びレギュレータ１の出力電圧を切り替える出力電圧切替回路７から構成され、外部からの出力電圧切替信号が出力電圧切替回路７及び電流制限値切替回路４に入力され、出力電圧が高い場合は、電流制限回路２の電流制限値が大きい値に切り替えられ、出力電圧が低い場合は、電流制限値が小さい値に切り替えられる。

例えば、レギュレータ１の許容損失Ｐｄが１Ｗで、入力電圧Ｖinが５Ｖの場合、出力電圧Ｖoutが３．３Ｖなら電流制限回路２の電流制限値Ｉlim1は、
Ｉlim1＝Ｐｄ／（Ｖin−Ｖout）＝１／（５−３．３）＝０．５９ｍＡ
に設定し、出力電圧Ｖoutが２．５Ｖなら電流制限回路２の電流制限値Ｉlim2は、
Ｉlim2＝Ｐｄ／（Ｖin−Ｖout）＝１／（５−２．５）＝０．４ｍＡ
に設定することが望ましい。

図２０は図１９の負荷駆動装置の詳細回路の一例を示す図であり、図に示すように、レギュレータ１は出力電圧Ｖoutの制御を行うＰＮＰ形のトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１のベースにコレクタが接続されたＮＰＮ形のトランジスタＴｒ２と、出力電圧Ｖoutを分圧して分圧電圧Ｖｄを生成して出力する抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路と、所定の基準電圧Ｖr8、Ｖr9を出力する基準電源ＶＲ８、ＶＲ９と、分圧電圧Ｖｄと基準電圧Ｖr8、Ｖr9のいずれかとを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ１よりなり、基準電源ＶＲ８、ＶＲ９が出力電圧切替回路７としてのスイッチＳＷ３により出力電圧切替信号に応じて切り替えられる。

一方、電流制限回路２はレギュレータ１の出力電流の検出を行うための負荷抵抗Ｒｍ、基準電圧Ｖr2を出力する基準電源ＶＲ２、基準電圧Ｖr3を出力する基準電源ＶＲ３及び負荷抵抗Ｒｍの両端の電圧と基準電源ＶＲ２または基準電源ＶＲ３の電圧とを比較し、この比較結果に応じてトランジスタＴｒ２のベース電圧の制御を行う演算増幅器ＡＭＰ２とから構成され、基準電源ＶＲ２と基準電源ＶＲ３とが電流制限値切替回路４としての切替スイッチＳＷ３により出力電圧切替信号に応じて切り替えられる。

そして、上記の例のように、出力電圧切替信号により出力電圧を３．３Ｖ（Ｖr8）に設定する場合は電流制限値が０．５９ｍＡに、出力電圧を２．５Ｖ（Ｖr9）に設定する場合には、電流制限値が０．４ｍＡになるように、抵抗Ｒｍの抵抗値及び基準電源ＶＲ２、ＶＲ３の電圧値Ｖr2、Ｖr3を設定する。
なお、上記の実施例では、レギュレータの出力電圧を２値に切り替える場合の例について説明したが、出力電圧を３値以上に切り替えることができるレギュレータの場合にも、本発明を適用することができる。

次に、本発明の負荷駆動システムを複数のレギュレータを備えた集積回路に適用した実施例について、図２１〜図２７を用いて説明する。
図２１は２個のレギュレータを内蔵した集積回路のブロック図であり、図に示すように、この集積回路はレギュレータ１０とレギュレータ２０を備え、それぞれのレギュレータはパワーオン／オフ回路１１、２１、電流制限回路１２、２２を備えている。パワーオン／オフ回路１１、２１には、集積回路の外部からパワーオン信号Pon1、Pon2がそれぞれ入力されるとともに、このパワーオン信号Pon1、Pon2が他方のレギュレータの電流制限回路に電流制限値切替信号として入力され、パワーオン信号Pon1、Pon2がハイのとき、それぞれの電流制限回路の電流制限値が小に切り替えられる。

次に、図２１の集積回路の動作について、図２２の動作状態図も用いて説明する。
図２１に示すように、レギュレータ１０、２０ともにパワーオン（Pon：Ｈ）の場合、レギュレータ１０、２０とも電流制限値が小（両レギュレータの消費電力のトータルが集積回路の許容損失内に収まるような値）になる。一方、図２２に示すように、レギュレータ１０がパワーオン（Pon1：Ｈ）、レギュレータ２０がパワーオフ（Pon2：Ｌ）の場合、レギュレータ１０の電流制限回路１２の電流制限値が大（レギュレータ１０の消費電力が集積回路の許容損失内に収まるような値）に切り替えられる。逆に、レギュレータ２０がパワーオン（Pon2：Ｈ）、レギュレータ１０がパワーオフ（Pon1：Ｌ）の場合、レギュレータ２０の電流制限回路２２の電流制限値が大に切り替えられる。
このように、複数のレギュレータを備えた集積回路の場合、各レギュレータの入力電圧に応じて他のレギュレータの電流制限回路の電流制限値を切り替えることにより、集積回路の全体の消費電力が集積回路の許容損失内に収まるようにすることができる。

図２３は図２１の集積回路のパワーオン／オフ回路１１、２１の代わりに入力検知回路１３、２３を設けたものであり、入力検知回路１３、２３の出力が他方のレギュレータの電流制限回路に電流制限値切替信号として入力される。
図２３に示すように、レギュレータ１０、２０ともに入力が入っている場合、レギュレータ１０、２０とも電流制限回路１２、２２の電流制限値が小（両レギュレータの消費電力のトータルが集積回路の許容損失内に収まるような値）になる。一方、図２４に示すように、レギュレータ１０に入力が入っており、レギュレータ２０に入力が入っていない場合、レギュレータ１０の電流制限回路１２の電流制限値が大（レギュレータ１０の消費電力が集積回路の許容損失内に収まるような値）に切り替えられる。逆に、レギュレータ２０の入力が入っており、レギュレータ１０の入力が入っていない場合、レギュレータ２０の電流制限回路２２の電流制限値が大に切り替えられる。

また、図２５は図２３の集積回路の入力検知回路として、例えば、図６に示す入力電圧検出回路のように、入力レベルを複数段階で検知可能なものを使用し、電流制限回路の電流制限値を複数段階で切り替えることができるようにしたものである。
図２５に示すように、レギュレータ１０、２０ともに入力電圧が高電圧の場合、レギュレータ１０、２０とも電流制限回路１２、２２の電流制限値が小になる。一方、図２６に示すように、レギュレータ１０の入力電圧が高電圧であり、レギュレータ２０の入力電圧が低電圧（例えば、レギュレータ１０の出力Ｖout1）の場合、レギュレータ１０の電流制限回路１２の電流制限値が中、レギュレータ２０の電流制限回路２２の電流制限値が小（両レギュレータの消費電力のトータルが集積回路の許容損失内に収まるような値）に切り替えられる。また、図２７に示すように、レギュレータ１０に入力が入っており、レギュレータ２０に入力が入っていない場合、レギュレータ１０の電流制限回路１２の電流制限値が大に切り替えられる。
この実施例では、入力レベルを三段階で検知できるようにしたが、四段階以上のレベルを検出できる入力検知回路を用い、電流制限値を四段階以上に切り替えることようにすることも可能である。
また、上記の実施例では、複数の負荷駆動装置を備えた負荷駆動システムを複数のレギュレータを有する一つの集積回路で構成した例について説明したが、複数のレギュレータを別々の集積回路に設けたものについても本発明の負荷駆動システムを適用することができ、更には、複数のレギュレータが集積化されていないものについても、本発明の負荷駆動システムを適用することができる。

さらに、以上の実施例では、レギュレータの出力トランジスタとして、ＰＮＰ形のトランジスタを使用したが、ＮＰＮ形のトランジスタやＰチャンネルＭＯＳ、ＮチャンネルＭＯＳを用いることも可能である。
また、以上の実施例では、入力電圧検出回路として比較器を用いたが、電圧を検出できるその他の回路を用いることができ、さらに、電流制限値切替回路のスイッチとしてＮＰＮ形のトランジスタを使用したが、ＭＯＳトランジスタ等を使用することもできる。

本発明の負荷駆動装置の実施例を示すブロック図である。 図１の負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値との関係を示す図である。 図１の負荷駆動装置の詳細回路を示す図である。 図１の負荷駆動装置の他の詳細回路を示す図である。 図１の負荷駆動装置のさらに他の詳細回路を示す図である。 本発明の負荷駆動装置の他の実施例を示すブロック図である。 図６の負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値との関係を示す図である。 本発明の負荷駆動装置の他の実施例を示すブロック図である。 図８の負荷駆動装置の詳細回路を示す図である。 図８の負荷駆動装置の入出力電圧差と電流制限値との関係を示す図である。 ヒステリシス特性を有する電圧検出回路を示す図である。 ヒステリシス特性を有する電圧検出回路の他の例を示す図である。 本発明の負荷駆動装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。 図１３の負荷駆動装置の詳細回路を示す図である。 図１４の負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値との関係を示す図である。 本発明の負荷駆動装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。 図１６の負荷駆動装置の詳細回路を示す図である。 図１７の負荷駆動装置の入力電圧と電流制限値との関係を示す図である。 本発明の負荷駆動装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。 図１９の負荷駆動装置の詳細回路を示す図である。 本発明の負荷駆動システムを実施した集積回路を示すブロック図である。 図２１の集積回路の動作状態を示す図である。 本発明の負荷駆動システムを実施した集積回路の他の例を示すブロック図である。 図２３の集積回路の動作状態を示す図である。 本発明の負荷駆動システムを実施した集積回路のさらに他の例を示すブロック図である。 図２５の集積回路の動作状態を示す図である。 図２５の集積回路の別の動作状態を示す図である。 従来の負荷駆動装置を示す回路図である。 従来の負荷駆動装置の他の例を示す回路図である。

符号の説明

１、１０、２０ レギュレータ
２、１２、２２ 電流制限回路
３ 入力電圧検出回路
４ 電流制限値切替回路
５ 入出力電圧差検出回路
６ 電流制限値制御回路
７ 出力電圧切替回路
１１、２１ パワーオン／オフ回路
１３、２３ 入力検知回路

Claims (13)

1. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
   装置への入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、
   上記入力電圧検出手段により検出した入力電圧に応じて上記電流制限手段における電流制限値を切り替えることを特徴とする負荷駆動装置。
2. 上記電流制限手段が、
   出力トランジスタに直列に挿入された抵抗と、
   上記抵抗により検出された出力電流を基準値と比較する比較手段とよりなり、
   上記入力電圧検出手段の出力により上記基準値を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 上記電流制限手段が、
   出力トランジスタとカレントミラーを構成するトランジスタにより検出された電流が入力される抵抗と、
   上記抵抗により検出された電圧を基準値と比較する比較手段とよりなり、
   上記入力電圧検出手段の出力により上記抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
4. 上記入力電圧検出手段が複数の入力電圧検出レベルを有し、
   上記入力電圧検出手段の出力により電流制限値を段階的に切り替えることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の負荷駆動装置。
5. 上記入力電圧検出手段がヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の負荷駆動装置。
6. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
   装置の入出力電圧差を検出する入出力電圧差検出手段を備え、
   上記入出力電圧差検出手段の出力により上記電流制限手段における電流制限値を切り替えることを特徴とする負荷駆動装置。
7. 上記入出力電圧差検出手段がヒステリシス特性を有していることを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動装置。
8. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
   装置への入力電圧に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させる電流制限値制御手段を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
9. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
   装置の入出力電圧の差に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させる電流制限値制御手段を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
10. 負荷に供給する出力電圧を外部から切り替えることができるとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置において、
    上記出力電圧の切替に応じて上記電流制限手段の電流制限値を変化させることを特徴とする負荷駆動装置。
11. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置を複数個備えた負荷駆動システムにおいて、
    各負荷駆動装置の動作を停止する信号により他の負荷駆動装置の電流制限手段の電流制限値を切り替えることを特徴とする負荷駆動システム。
12. 負荷に電源を供給するとともに、負荷への電流を制限する電流制限手段を備えた負荷駆動装置を複数個備えた負荷駆動システムにおいて、
    各負荷駆動装置の入力を検知する入力検知手段を備え、
    上記入力検知手段の出力により他の負荷駆動装置の電流制限手段の電流制限値を切り替えることを特徴とする負荷駆動システム。
13. 上記入力検知手段が複数の入力検知レベルを有し、
    上記入力検知手段の出力により他の負荷駆動装置の電流制限値を段階的に切り替えることを特徴とする、請求項１２に記載の負荷駆動システム。