CN107209524A

CN107209524A - 线性电源和使用其的电子装置

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Publication number: CN107209524A
Application number: CN201580075299.XA
Authority: CN
Inventors: 岩田光太郎; 猪上浩树; 金祯诚
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: WO2016125412A1; JP6510828B2; EP3255521A1; EP3255521A4; US20170351285A1; CN107209524B; US10168720B2; KR20170103858A; KR102057379B1; JP2016143394A; EP3255521B1

Abstract

线性电源(1)具有：P沟道型(或PNP型)第一输出晶体管(10)，其连接在输入电压(Vin)的输入端子与输出电压(Vout)的输出端子之间；N沟道型(或NPN型)第二输出晶体管(20)，其与第一输出晶体管(10)并联；以及控制电路(30)，其根据输入电压(Vin)来执行第一模式与第二模式之间的切换，在第一模式中使用第一输出晶体管(10)作为从输入电压(Vin)生成输出电压(Vout)的输出晶体管，在第二模式中使用第二输出晶体管(20)作为从输入电压(Vin)生成输出电压(Vout)的输出晶体管。

Description

线性电源和使用其的电子装置

技术领域

本发明涉及线性电源，诸如线性调节器或低压降(LDO)调节器，并且涉及使用其的电子装置。

背景技术

常规地，通过连续地控制输出晶体管的导通度从输入电压Vin生成输出电压Vout的线性电源被用于各种应用。要注意的是，线性电源粗略地分为两种类型：一种使用N沟道(或NPN)输出晶体管，另一种使用P沟道(或PNP)输出晶体管。

专利文献1作为与上面有关的常规技术的示例。

文献列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2010-211721

发明内容

技术问题

当使用N沟道(NPN)输出晶体管时，输出晶体管的栅极电压(或基极电压)并不很大程度依赖于输入电压Vin。因此，可以使用生成输出晶体管的栅极电压(或基极电压)齐纳二极管等以采用简单的驱动方法，从而能够实现稳定的驱动。因此，可以减小线性电源的电路尺寸。

然而，当使用N沟道(NPN)输出晶体管时，输入电压Vin必须至少满足条件Vin≥Vout+Vth(其中Vth是输出晶体管的导通阈值电压)。另外，根据线性电源的电路结构，需要在输入电压Vin上叠加更多的电路驱动电源(诸如，场效应晶体管的漏-源电源Vds或双极晶体管的饱和电源Vin)。为此，存在着这种问题：当使用N沟道(或NPN)输出晶体管时难以实现低电压驱动。

另一方面，当使用P沟道(或PNP)输出晶体管时，可以通过低于输入电压Vin的栅极电压(或基极电压)来控制输出晶体管的导通度。因此，与使用N沟道(或NPN)输出晶体管的线性电源相比，它易于实现低电压驱动，因此可以从较低的输入电压Vin生成期望的输出电压Vout。

然而，当使用P沟道(PNP)输出晶体管时，输出晶体管的源电压(或发射电压)依赖于输入电压Vin。因此，为了稳定地生成输出电压，需要使用利用差分放大器等的复杂负反馈控制，因此存在着线性电源的电路尺寸增大的问题。

鉴于发明人发现的上述问题，本说明书中所描述的发明的目的在于提供一种线性电源，其能够以小尺寸的电路结构来低电压驱动和稳定驱动两者，并且提供使用该线性电源的电子装置。

解决问题的方案

本说明书中所描述的根据本发明的线性电源包括：P沟道或PNP第一输出晶体管，其连接在输入电压的输入端子与输出电压的输出端子之间；N沟道或NPN第二输出晶体管，其与第一输出晶体管并联；以及控制电路，其被设置为根据输入电压在第一模式和第二模式之间进行切换，第一模式使用第一输出晶体管作为从输入电压生成输出电压的输出晶体管，而第二模式使用第二输出晶体管作为从输入电压生成输出电压的输出晶体管(第一结构)。

需要注意的是，在具有第一结构的线性电源中，优选采用如下结构：控制电路在低输入电压条件下选择第一模式，而在非低输入电压条件下选择第二模式(第二结构)。

另外，在具有第一或第二结构的线性电源中，优选采用如下结构：控制电路包括第一控制单元，其设置为根据输入电压生成第一控制电压以便向第一输出晶体管提供第一控制电压；以及第二控制单元，其设置为生成预定的第二控制电压以便向第二输出晶体管提供第二控制电压(第三结构)。

另外，在具有第三结构的线性电源中，优选采用如下结构：第一控制单元根据输入电压与预定阈值电压的比较结果来导通/断开第一输出晶体管(第四结构)。

另外，在具有第四结构的线性电源中，优选采用如下结构：第一控制单元包括：高边电流源，其连接在输入电压的输入端子与第一输出晶体管的控制端子之间，以便生成高边电流；低边电流源，其连接在第一输出晶体管的控制端子与接地端子之间，以便生成低边电流；以及输入电压监视单元，其设置为根据输入电压与阈值电压之间的比较结果来导通/断开高边电流源(第五结构)。

另外，在具有第五结构的线性电源中，优选采用如下结构：输入电压监视单元包括：电流源，其具有连接到输入电压的应用端子的第一端子；二极管或二极管阵列，其具有连接到电流源的第二端子的正极，和连接到高边电流源的控制端子的负极；以及齐纳二极管，其具有连接到高边电流源的控制端子的负极，和具有连接到接地端子的正极(第六结构)。

另外，在具有第三结构的线性电源中，优选采用第一控制单元根据输入电压逐渐改变第一输出晶体管的导通度的结构(第七结构)。

另外，在具有第七结构的线性电源中，优选采用如下结构：第一控制单元包括：高边电流源，其连接在输入电压的输入端子与第一输出晶体管的控制端子之间，以便生成高边电流；低边电流源，其连接在第一输出晶体管的控制端子与接地端子之间，以便生成低边电流；以及输入电压监视单元，其设置为根据输入电压逐渐改变高边电流的电流值(第八结构)。

另外，在具有第八结构的线性电源中，优选采用如下结构：输入电压监视单元包括：二极管或二极管阵列，其具有连接到输入电压的应用端子的正极；电阻器，其具有第一端子连接到二极管或二极管阵列的的负极，以及电流镜，其设置为将从电阻器的第二端子流出的电流进行镜像以便生成输入监视电流，并且其中高边电流源根据输入监视电流生成高边电流(第九结构)。

另外，在具有第三至第九结构中的任一结构的线性电源中，优选采用如下结构：第二控制单元包括：齐纳二极管，其具有连接到第二输出晶体管的控制端子的负极和连接到接地端子的正极；以及电流源，其设置为向所述齐纳二极管提供恒定的电流(第十结构)。

另外，本说明书中所描述的电子装置包括：具有第一至第十结构中的任一结构的线性电源，其设置为从输入电压生成输出电压，以及参考电压源，其设置为从输出电压生成预定的参考电压(第十一结构)。

需要注意的是，在具有第十一结构的电子装置中，优选采用如下的结构：控制电路在输入电压变为高于通过将第二输出晶体管的导通阈值电压添加到参考电压源的可操作电压所获得的电压之后，执行从第一模式到第二模式的切换(第十二结构)。

本发明的有益效果

根据本说明书中所公开的线性电源和使用该线性电源的电子设置，能够以小尺寸的电路结构来实现低电压驱动和稳定驱动两者。

附图说明

图1是示出线性电源1的总体结构的框图。

图2是示出控制电路30的第一结构示例的电路图。

图3A是线性电源1(N沟道)的操作概念示意图。

图3B是线性电源1(P沟道)的操作概念示意图。

图3C是线性电源1(P沟道加N沟道)的操作概念示意图。

图4A是示出使用线性电源1的电子装置的第一示例的示意图。

图4B是示出使用线性电源1的电子装置的第二示例的示意图。

图5是模式切换时刻的示例的时序图。

图6是示出控制电路30的第二结构示例的电路图。

图7是示出控制电路30的第三结构示例的电路图。

图8是示出重叠切换操作的概念图。

图9是示出车辆X的结构示例的外视图。

具体实施方式

<线性电源>

图1是示出线性电源1的总体结构的框图。该结构示例的线性电源1包括第一输出晶体管10、第二输出晶体管20、以及控制电路30。

第一输出晶体管10是P沟道金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管，其源极连接到输入电压Vin的输入端子，漏极连接到输出电压Vout的输出端子，并且栅极连接到第一控制电压G1的应用端子。需要注意的是，也能够使用PNP双极晶体管作为第一输出晶体管10。

第二输出晶体管20是N沟道MOS场效应晶体管，其漏极连接到输入电压Vin的输入端子，源极连接到输出电压Vout的输出端子，并且栅极连接到第二控制电压G1的应用端子。换言之，第二输出晶体管20与第一输出晶体管10并联。需要注意的是，也能够使用NPN双极晶体管作为第二输出晶体管20。

控制电路30生成第一控制电压G1和第二控制电压G2以分别控制第一输出晶体管10和第二输出晶体管20。特别地，控制电路30具有根据输入电压Vin在第一模式和第二模式之间进行切换的功能，其中第一模式使用第一输出晶体管10而第二模式使用第二输出晶体管20作为从输入电压Vin生成输出电压Vout的输出晶体管。需要注意的是，控制电路30在低输入电压条件下(即，输入电压Vin低于预定值的状态)选择第一模式，而在非低输入电压条件下(即，输入电压Vin高于预定值的状态)选择第二模式。

在第一模式中，第一输出晶体管10完全导通，而不使用复杂的负反馈控制，从而将输入电压Vin原样输出为输出电压Vout。另一方面，在第二模式中，使用齐纳二极管等通过简单的驱动电路来控制第二输出晶体管20的导电度，从而从输入电压Vin生成期望的输出电压Vout。

换言之，当输入电压Vin低时，P沟道(或PNP)第一输出晶体管10用于实现低电压驱动。当输入电压Vin变得足够高时，N沟道(或NPN)第二输出晶体管20用于实现不依赖输入变化的稳定驱动。

通过这种方式，根据该结构示例的线性电源1，可以适当地根据输入电压Vin，通过选择性地使用相互并联的P沟道(PNP)第一输出晶体管10和N沟道(NPN)第二输出晶体管20，以小尺寸的电路结构来实现低电压驱动和稳定驱动两者。

<控制电路(第一结构示例)>

图2是示出控制电路30的第一结构示例的电路图。该结构示例的控制电路30包括：第一控制单元31，其根据输入电压Vin生成第一控制电压G1并且将第一控制电压G1提供给第一输出晶体管10，和第二控制单元32，其生成预定第二控制电压G2并且将第二控制电压G2提供给第二输出晶体管20。

第一控制单元31包括P沟道MOS场效应晶体管P1至P4，N沟道MOS场效应晶体管N1，二极管阵列DS1，齐纳二体管ZD1，电流源CS1，以及电阻器R1。另外，第二控制单元32包括P沟道MOS场效应晶体管P5和P6，齐纳二体管ZD2，以及电流源CS2。需要注意的是，在该示意图的示例中，三个二极管D1至D3串联为二极管阵列DS1，但是二极管的数量可以是一个、两个、四个或更多个。

描述电路元件的连接关系。晶体管P1、晶体管P5和晶体管P6的源极全部连接到输入电压Vin的输入端子。晶体管P1、晶体管P5和晶体管P6的栅极全部连接到晶体管P5的漏极。晶体管P5的漏极连接到电流源CS2的第一端子。电流源CS2的第一端子连接到接地端子。电流源CS2的控制端子连接到使能信号EN的输入端子。需要注意的是，当使能信号EN为高电平(逻辑电平处于使能状态)时，电流源CS2变为运行状态，而当使能信号EN为低电平(逻辑电平处于禁能状态)时，变为暂停状态。晶体管P6的漏极和齐纳二极管ZD2的负极都连接到第二控制电压G2的输出端子(即，第二输出晶体管20的栅极)。齐纳二极管ZD2的正极连接到接地端子。

晶体管P1的漏极连接到二极管阵列DS1的正极。二极管阵列DS1的负极和齐纳二极管的负极都连接到晶体管N1的栅极。晶体管N1的源极接地。晶体管N1的漏极连接到晶体管P2的漏极。

晶体管P2和晶体管P3的源极都连接到输入电压Vin的输入端子。晶体管P2和晶体管P3的栅极连接到晶体管P2的漏极。晶体管P3的漏极和电流源CS1的第一端子都连接到第一控制电压G1的输出端子(即，第一输出晶体管10的栅极)。电流源CS1的第二端子连接到接地端子。电流源CS1的控制端子连接到使能信号EN的输入端子。需要注意的是，当使能信号EN为高电平(逻辑电平处于使能状态)时，电流源CS1变为运行状态，而当使能信号EN为低电平(逻辑电平处于禁能状态)时，变为暂停状态。

电阻器R1的第一端子和晶体管P4的源极都连接到输入电压Vin的输入端子。电阻器R1的第二端子和晶体管P4的漏极都连接到第一控制电压G1的输出端子。

接着，描述电路元件的功能。晶体管P2和晶体管P3用作高边电流源，将流入晶体管N1的输入监视电流Im镜像从而生成高边电流IH。另一方面，电流源CS1用作生成低边电流IL的低边电流源(这里，IL<IH)。需要注意的是，晶体管N1的栅极用作根据输入电压Vin来导通/断开高边电流源(进而是输入监视电流Im)的控制端。

另外，晶体管P1、二极管阵列DS2、和齐纳二极管ZD1用作输入电压监视单元，该输入电压监视单元根据输入电压Vin与预定阈值电压之间的比较结果(更精确地，晶体管N1的栅极电压V1(＝Vin-3Vf)与导通阈值电压Vth(N1)之间的比较结果)，来导通/断开高边电流源。需要注意的是，晶体管P1和晶体管P5用作电流源，该电流源将由电流源CS0生成的参考电流I0镜像，从而将驱动电流I2提供给输入电压监视单元。

另外，晶体管P5和晶体管P6用作将参考电流I0进行镜像从而将驱动电流I1提供给齐纳二极管ZD1的电流源。

接着，详细描述具有上述结构的控制电路30的操作。在输入电压Vin的低输入电压条件下(V1<Vth(N1))，晶体管N1被断开。因此，输入监视电流Im不流入晶体管N1和P2，因此高边电流IH不流入晶体管P3。因此，低边电流IL将第一控制电压G1下拉至低电位，因此第一输出晶体管10完全断开。在此情况下，输出电压Vout变为与输入电压Vin基本相等。

另外，当第一输出晶体管10完全断开时，与输入电压Vin基本相等的高电压被施加到第二输出晶体管20的源极。因此，第二输出晶体管20的栅-源电压总是低于导通阈值电压Vth，因而第二输出晶体管20被断开。

通过这种方式，在输入电压Vin的低输入电压条件中所选择的第一模式中，第一输出晶体管10完全断开，而不使用复杂的负反馈控制，从而将输入电压Vin原样输出为输出电压Vout。

之后，当升高输入电压Vin从而变为非低输入电压条件(V1≥Vth)时，晶体管N1导通。因此，输入监视电流Im流入晶体管N1和P2，因此高边电流IH流入晶体管P3。因此，第一控制电压G1被升高使得第一输出晶体管10断开。需要注意的是，即使输入电压Vin升高任意水平，但是晶体管N1的栅极电压V1受到齐纳二极管ZD1的钳制，因此高边监视电流Im不会变为过度。另外，为了限制高边监视电流Im，应当将电阻器串联到晶体管N1的漏极(或源极)。

当第一输出晶体管10断开时，第二输出晶体管20以与第二控制电压G2对应的导电度导通。在此情况下，线性电源1生成通过从第二控制电压G2减去第二输出晶体管20的导通阈值电压Vth而获得的输出电压Vout(＝G2-Vth)。

需要注意的是，当输入电压Vin充分升高时，第二控制电压G2受到齐纳二极管ZD2的击穿电压VZD2的钳制。因此，当线性电源1稳定输出时，它生成通过从击穿电压VZD2减去导通阈值电压Vth而获得的输出电压Vout(＝VZD2-Vth)。

通过这种方式，在输入电压Vin的非低输入电压条件下所选择的第二模式中，第二输出晶体管20的导电度由使用齐纳二极管ZD2的简单驱动方法来控制，因此能够从输入电压Vin输出期望的输出电压Vout。

需要注意的是，如果第一输出晶体管10的断开时刻由于输入电压Vin的快速升高等而延迟，输出电压Vout中可能发生过冲。为了避免这样的故障，重要的是对于元件和电路进行设计从而改进第一输出晶体管10和第一控制单元31的响应性能。

另外，因为能够在第一输出晶体管10的导电度中设置上限，所以通过预先将(与该示意图的晶体管P4对应的)箝位元件连接在第一输出晶体管10的栅极和源极之间可以防止上述故障。

另外，如果允许电路尺寸的增大，有用的是设置过冲保护电路，当输出电压Vout变得高于预定上限值时，其强制断开第一输出晶体管10。

另外，该结构示例的第一控制单元31采用通过将二极管阵列DS1(即，二极管D1至D3)作为第一输出晶体管10的断开阈值设置单元的栅极电压V1的电压调整方法。晶体管D1至晶体管D3的每个的正向压降Vf具有相对大的负的温度特性。因此，随着室温降低，晶体管N1的栅极电压V1变低，因此第一输出晶体管10的断开时刻(即，从第一模式到第二模式的切换时刻)被更多延迟。换言之，随着室温降低，将输入电压Vin输出为输出电压Vout的周期变长，因此输出电压Vout更长期地处于高电压。

这里，随着室温降低，被提供输出电压Vout的前级电路通常需要更高的电压。因此，第一输出晶体管10的断开时刻随着正向压降Vf的温度特性而变化的结构适合作为电路设计。

另外，在该结构示例的第一控制单元31中，流入二极管阵列DS1的驱动电流I2始终保持在与输入电压Vin无关的恒定值。因此，在电路电流方面这与将输入电压Vin进行分压用于生成栅极电压V1的结构相比更有利。另外，在不使用电阻器分压电路来生成栅极电压V1的本结构示例的第一控制单元3中，不需要使用减小驱动电流I2的高阻元件，因此在电路方面也是有利的。

图3A至图3C是线性电源1的操作概念示意图。如图3A中所示，如果只是将N沟道(或NPN)第二输出晶体管20用于输出操作，在输出电压Vin的低输入电压条件下，只能够输出通过从输入电压Vin减去导通阈值电压Vth的输出电压Vout(＝Vin-Vth)。因此，采用这种结构的线性电源1需要延迟前级电路的启动直至输入电压Vin充分升高。

另一方面，如图3B中所示，如果将P沟道(或PNP)第一输出晶体管10用于输出操作，在输出电压Vin的低输入电压条件下，也能够输出基本等于输入电压Vin的输出电压。因此，能够提前前级电路的启动时刻。然而，在该操作期间不存在负反馈控制，因此第一输出晶体管10必须断开直至输出电压Vout超出目标值。

图3c示出第一输出晶体管10和第二输出晶体管20相组合地使用的情况下的输出行为。根据该输出操作，能够同时具有第一输出晶体管10的优势(低电压驱动)和第二输出晶体管20的优势(以简单的结构进行稳定输出)。因此，线性电源1的净空电压(即，使得不危害前级电路操作的输出电压Vout能够生成的输入电压Vin)能够由第二晶体管20的导通阈值电压Vth提高。

例如，当只使用第二输出晶体管20时需要3V或更高的净空电压，但是通过同时使用第一输出晶体管10和第二输出晶体管20，净空电压能够降至接近2V。因此，能够将输入电压Vin的可操作范围扩大到更低边。

<电子装置的应用>

图4A是示出使用线性电源1的电子装置的第一示例的示意图。图4A的电子装置100包括预调节器110、参考电压源120、以及主调节器130。

预调节器110从电源电压Vcc生成预定的预电源电压Vpreg。需要预调节器110来尽可能多地以小尺寸电路结构实现低电压驱动和稳定驱动两者。因此，能满足这个要求的上述线性电源1非常适合作为预调节器110。

参考电压源120从预电源电压Vpreg生成预定的参考电压Vref。具体地说，如果电源电压Vcc变化范围大，优选的是，不是从电源电压Vcc直接生成参考电压Vref，而是从通过将电源电压Vcc稳定到某一程度而获得的预电源电压Vref来生成参考电压Vref。利用该结构，可以稳定地生成与电源电压Vcc的变化无关的期望参考电压Vref。

主调节器130是从电源电压Vcc生成内电压电压Vreg的电路块，并且包括P沟道MOS场效应管131、反馈电压生成单元132、以及运算放大器133。

晶体管131是主调节器130的输出晶体管。晶体管131的源极连接到电源电压Vcc的输入端子。晶体管131的漏极连接到内电源电压Vcc的输入端子。晶体管131的栅极连接到运算放大器133的输出端子。

反馈电压生成单元132生成与内电源电压Vreg对应的反馈电压Vfb(例如，内电源电压Vreg的分压电压)。

运算放大器133控制晶体管131的栅极使得反馈电压Vfb和参考电压Vref相互一致(虚短路)。

然而，线性电源1的应用不限于预调节器110。例如，如图4B中所示的的电子装置200，线性电源1可以用作从电源电压Vcc生成比较器220的参考电压Vref的参考电压源210。另外，图4A示出连续地控制输出晶体管作为主调节器130的线性电源的示例，但是主调节器130的形式并不受限，尤其是只要电路结构需要参考电压。例如，自然可以采用需要参考电压并且非连续地控制输出晶体管作为主调节器130的切换电源，诸如DC-DC转换器。

图5是示出线性电源1的模式切换时刻的示例的时序图。需要注意的是，在该示意图的示例中，为了进行描述假设将线性电源1用作图4A的的预调节器110的情况。

在电源电压Vcc开启之后，预电源电压Vpreg在时间点t1升高至参考电压源120的操作电压VL(例如，约2V)，然后参考电压源120准备生成期望的参考电压Vref。然而，如果在这个时间点执行从第一模式到第二模式的切换(断开第一输出晶体管10)，预电源电压Vpreg再次变为低于参考电压源120的可操作电压VL，因此危害参考电压源120的操作(参考电压Vref无意地降低)。

因此，控制电路30不是在满足Vin≥VL的时间点t1，而是在满足Vin≥VL+Vth的时间点t2或者之后，执行从第一模式到第二模式的切换(断开第一输出晶体管10)。需要注意的是，在本示意图的示例中，在输入电压Vin基本等于预电源电压Vpreg的目标值(>VL+Vth)的时间点t3执行从第一模式到第二模式的切换。

根据该模式切换操作，当切换至第二模式时，预电源电压Vpreg不会变得低于参考电压源120的可操作电压VL，因而不危害参考电压源120的操作。

<控制电路(第二结构示例)>

图6是示出控制电路30的第二结构示例的电路图。第二结构示例与第一结构示例基本相同，并且其特征在于，设置NPN双极晶体管Q1和电阻器R2和R3来代替上述的晶体管P1、二极管阵列DS1、齐纳二极管ZD1以及晶体管N1。因此，在图2中与第一结构示例中相同的结构元件通过相同的标记或符号来表示，从而省略重复的描述，下面主要描述第二结构示例的特征部分。

电阻器R2和R3对应于第一电阻器和第二电阻器，其串联连接在输入电压Vin的应用端子与接地端子之间，并且它们之间的连接节点连接到晶体管Q1的基极(对应于高边电流源的控制端子)。换言之，晶体管Q1的基极电压V2具有通过将输入电压Vin进行分压二获得的电压值(Vin×(R3/R2+R3)。

晶体管Q1的发射极连接到接地端子。晶体管N1的集电极连接到晶体管P2的漏极。晶体管Q1的基极连接到电阻器R2和电阻器R3之间的连接节点(基极电压V2的应用端子)。通过这种方式，使用电阻器进行的电压分压，能够实现更简单的结构。

<控制电路(第三结构示例)>

图7是示出控制电路30的第三结构示例的电路图。第三结构示例与第一结构示例基本相同，并且其特征在于，设置晶体管N2、电阻器R4、和二极管阵列DS2来代替上述的晶体管P1、二极管阵列DS1和齐纳二极管ZD1。需要注意的是，在该示意图的示例中，三个二极管D4至D6串联为二极管阵列DS2，但是二极管的数量可以是一个、两个、四个或更多个。

与第二结构示例类似，在图2中与第一结构示例中相同的结构元件通过相同的标记或符号来表示，从而省略重复的描述，下面主要描述第三结构示例的特征部分。

描述电路元件的连接关系。二极管阵列DS2的正极连接到输入电压Vin的输入端子。二极管阵列DS2的负极连接到电阻器R4的第一端子。电阻器R4的第二端子连接到晶体管N2的漏极。晶体管N1和晶体管N2的源极连接到接地端子。晶体管N1和晶体管N2的栅极都连接到晶体管N2的漏极。

另外，二极管阵列DS2、电阻器R4、和晶体管N2用作输入电压监视单元，该输入电压监视单元根据输入电压Vin与预定阈值电压之间的比较结果(更精确地，晶体管N2的栅极电压V3(＝Vin-3Vf-I3×R4，其中当启动驱动时，I3×R4基本为0V)与导通阈值电压Vth(N2)之间的比较结果)，来导通/断开高边电流源。换言之，与第一结构示例相似，二极管阵列DS2是针对第一输出晶体管10的断开阈值设置单元。需要注意的是，电阻器R4用作控制电阻器，用于根据输入电压Vin(对应地输入监视电流Im)来逐渐改变流入晶体管N2的电流I3。另外，晶体管P1和晶体管P5用作电流源，该电流源将电流I3镜像，从而将驱动电流Im提供给输入电压监视单元。

接着，详细描述具有上述结构的控制电路30的操作。当晶体管N2的栅极电压(＝漏极电压)V3随着输入电压Vin的增大而增大时，晶体管N2和晶体管N1导通，从而输入监视电流Im开始流动。需要注意的是，由于晶体管的成对特性，输入监视电流Im基本等于电流I3。当输入电压Vin进一步增大时，二极管阵列DS2的负极处的电压V4增大。然而，晶体管N2的栅极电压(＝漏极电压)V3难以改变，因此电阻器R4两端的电压(V4-V3)逐渐增大。当电阻器R4两端的电压逐渐增大时，流入电阻器R4的电流I3也逐渐增大，因而流入晶体管N2和晶体管N1(相应地，晶体管P2中)的输入监视电流Im也逐渐增大。因此，第一控制电压G1也逐渐增大，因而第一输出晶体管10的导电度逐渐降低。另一方面，随着第一输出晶体管10的导电度降低得更多，第二输出晶体管20的栅源电压变得更高，因此第二输出晶体管20的导电度变得更大。

通过这种方式，当采用该结构示例的控制电路30时，执行重叠的切换操作以便第一模式和第二模式相互重叠。

图8是示出重叠切换操作的概念图。需要注意的是，实线L10概念地示出第一输出晶体管10的导电度，而虚线L20概念性地示出第二输出晶体管20的导电度。如从该示意图从理解到的，在满足VinL<Vin<VinH的输入电压Vin的电压范围中，第一模式和第二模式相互重叠。通过执行该重叠切换操作，能够实现更多的线性输出操作。

<对于车辆的应用>

图9是示出车辆X的结构示例的外视图。该结构示例的车辆X配备各种电子装置X11至X18,这些电子装置具有来自电池(该示意图中未示出)的电池电压Vbat。需要注意的是，为了便于说明，本示意图中的电子装置X11至X18的安装位置可以不同于实际的安装位置。

电子装置X11是执行与引擎有关的控制(注入控制、电子节气门控制、怠速控制、氧气传感器加热器控制、自动巡航控制等)的引擎控制单元。

电子装置X12是执行高密度放电等(HID)、日间行车灯(DRL)等的导通/断开控制的车灯控制单元。

电子装置X13是执行传输有关的控制的传输控制单元。

电子装置X14是执行车辆X的移动有关的控制(防抱死制动系统(ABS)控制、电动转向(EPS)控制、电子悬架控制等)的主体控制单元。

电子装置X15是执行车锁、防盗警报等的驱动控制的安全控制单元。

电子装置X16是在运输阶段作为标准设备或工厂安装选项安装在车辆X中的电子装置，诸如雨刷器、电动车镜、电动车窗、减振器(阻尼器)、电动车窗、或电动座椅。

电子装置X17是作为用户选项安装在车辆X中的电子装置，诸如车内音频/视频(A/V)装置、汽车导航系统、或电子收费系统。

电子装置18时包括高压电动机的电子装置，诸如车内鼓风机、油泵、水泵或电池冷却风扇。

需要注意的是，上述的线性电源1能够并入到电子装置X11至X18中的任一个电子装置之中。即使在寒冷氛围中电池电压Vbat即刻降到2.5V至3V，具有如上所述的低输入电压量度的线性电源1也能够执行对于电子装置D11至X18的单独部分的适当的供电。

当然，线性电源1的应用不限于安装在车辆X中的电子装置X11至X18。例如，线性电源1也能够应用到家用电器或移动设备。线性电源1能够从低于常规的输入电压生成期望的输出电压，因而能够增加包括线性电源1的电子装置的操作时间。

<其他的变型例>

此外，除了上述实施例之外，本说明书中所描述的各种技术特征能够在技术发明的范围内而不偏离本发明的精神的情况下进行各种修改。例如，双极晶体管和MOS场效应晶体管能够相互代替，并且能够任意倒置各种信号的逻辑电平。换言之，上述实施例仅仅是每个方面的示例，而不应被解释为限制。本发明的技术范围不是通过实施例的上述描述而是由权利要求书来限定，并且应当理解为包括与权利要求等同的意义和范围内的所有修改。

工业可应用性

例如，本说明书中所描述的线性电源能够用作半导体集成电路设备的内部电源。

附图标记列表

1 线性电源

10 第一输出晶体管(P沟道MOS场效应晶体管)

20 第二输出晶体管(N沟道MOS场效应晶体管)

30 控制电路

31 第一控制单元

32 第二控制单元

100 电子装置

110 预调节器(线性电源)

120 参考电压源

130 主调节器

131 P沟道MOS场效应晶体管

132 反馈电压生成单元

133 运算放大器

200 电子装置

210 参考电压源(线性电源)

220 比较器

P1至P6 P沟道MOS场效应晶体管

N1、N2 N沟道MOS场效应晶体管

Q1 NPN双极晶体管

DS1、DS2 二极管阵列

D1至D6 二极管

ZD1、ZD2 齐纳二极管

CS1、CS2 电流源

R1至R4 电阻器

X 车辆

X11至X18 电子装置

Claims

1.一种线性电源，包括：

P沟道或PNP第一输出晶体管，其连接在输入电压的输入端子与输出电压的输出端子之间；

N沟道或NPN第二输出晶体管，其与所述第一输出晶体管并联；以及

控制电路，其被设置为根据输入电压在第一模式和第二模式之间进行切换，第一模式使用第一输出晶体管作为从所述输入电压生成输出电压的输出晶体管，而第二模式使用第二输出晶体管作为从所述输入电压生成输出电压的输出晶体管。

2.根据权利要求1所述的线性电源，其中所述控制电路在低输入电压条件下选择第一模式，而在非低输入电压条件下选择第二模式。

3.根据权利要求1或2所述的线性电源，其中所述控制电路包括：

第一控制单元，其被设置为根据输入电压来生成第一控制电压，以便将所述第一控制电压提供给所述第一输出晶体管；以及

第二控制单元，其被设置为生成预定的第二控制电压，以便将所述第二控制电压提供给所述第二输出晶体管。

4.根据权利要求3所述的线性电源，其中第一控制单元根据输入电压与预定阈值电压的比较结果来导通/断开所述第一输出晶体管。

5.根据权利要求4所述的线性电源，其中第一控制单元包括：

高边电流源，其连接在所述输入电压的所述输入端子与所述第一输出晶体管的控制端子之间，以便生成高边电流；

低边电流源，其连接在所述第一输出晶体管的所述控制端子与接地端子之间，以便生成低边电流；以及

输入电压监视单元，其被设置为根据所述输入电压与阈值电压之间的比较结果来导通/断开高边电流源。

6.根据权利要求5所述的线性电源，其中所述输入电压监视单元包括：

电流源，其具有连接到输入电压的应用端子的第一端子；

二极管或二极管阵列，其具有连接到所述电流源的第二端子的正极和连接到所述高边电流源的控制端子的负极；以及

齐纳二极管，其具有连接到所述高边电流源的控制端子的负极和连接到接地端子的正极。

7.根据权利要求3所述的线性电源，其中第一控制单元根据输入电压逐渐改变第一控制晶体管的导电度。

8.根据权利要求7所述的线性电源，其中第一控制单元包括：

高边电流源，其连接在所述输入电压的所述输入端子与所述第一输出晶体管的所述控制端子之间，以便生成高边电流；

低边电流源，其连接在所述第一输出晶体管的所述控制端子与所述接地端子之间，以便生成低边电流；以及

输入电压监视单元，其被设置为根据所述输入电压逐渐改变所述高边电流的电流值。

9.根据权利要求8所述的线性电源，其中所述输入电压监视单元包括：

二极管或二极管阵列，其具有连接到输入电压的应用端子的正极；

电阻器，其具有连接到所述二极管或二极管阵列的负极的第一端子；以及

电流镜，其设置为将从所述电阻器的第二端子流出的电流进行镜像以便生成输入监视电流，并且其中

所述高边电流源根据所述输入监视电流生成高边电流。

10.根据权利要求3至9中的任一项所述的线性电源，其中第二控制单元包括：

齐纳二极管，其具有连接到第二输出晶体管的控制端子的负极，并且具有连接到接地端子的正极；以及

电流源，其设置为向所述齐纳二极管提供恒定的电流。

11.一种电子装置，包括：

根据权利要求1至10所述的线性电源，其被设置为从输入电压生成输出电压；以及

参考电压源，其设置为从输出电压生成预定的参考电压。

12.根据权利要求11所述的电子装置，其中所述控制电路在所述输入电压变为高于通过将第二输出晶体管的导通阈值电压添加到所述参考电压源的可操作电压所获得的电压之后，执行从第一模式到第二模式的切换。