电源装置以及电源控制用半导体装置的制作方法

1.本发明涉及能够供给2个系统的直流电压的电源装置，特别涉及一种有效用于能够生成向负载供给的可变直流电压和向传感器供给的恒定的直流电压的电源装置的技术。


背景技术：

2.目前在具备冷却用送风装置(风扇)的电子设备中，在电子设备的机壳内设置热敏电阻等温度传感器，将来自温度传感器的信号输入到微型计算机这样的控制装置，控制装置根据电子设备的机壳内的检测温度，使用于驱动使风扇旋转的电动机的电压线性地变化，由此使送风量变化。具体而言，构成为进行控制，使得温度越高，则使冷却风扇的转速越快来增大送风量，温度越低，则使冷却风扇的转速越慢来减小送风量(例如参照专利文献1)。
3.另外，通过微型计算机(以下记为微机)，根据来自温度传感器的信号，控制用于生成向送风装置供给的电源电压的电源装置的输出电压，使电源电压变化，由此使冷却风扇的转速根据检测温度而变化(例如参照专利文献2)。
4.然而，专利文献1所记载的冷却风扇的控制装置为了通过微型计算机来控制冷却风扇的转速，必须将来自温度传感器的信号转换为数字信号并输入到微型计算机，因此需要具备ad转换电路的昂贵的微型计算机。另外，还存在需要da转换电路的问题，该da转换电路基于根据温度来计算冷却风扇的转速的处理结果，生成用于控制风扇电动机的信号。
5.此外，在使用微型计算机的情况下，通常风扇和微型计算机大多配设在远离的位置，因此需要用于将风扇、温度传感器与微型计算机连接的比较长的配线，并且需要开发微型计算机的程序，因此存在导致成本上升的问题。
6.另外，需要向温度传感器供给电源电压，但也考虑使该电源电压与向送风装置供给的电源电压通用的情况。但是，在该情况下，如专利文献2所记载的发明那样，若通过微型计算机使向送风装置供给的电源电压变化，则存在温度传感器的电源电压也变化，温度传感器的温度－电压特性发生变化，从而无法进行与温度对应的期望的转速控制的问题。
7.专利文献1：日本特开2002
‑
364583号公报
8.专利文献2：日本特开2019
‑
185732号公报


技术实现要素：

9.本发明是着眼于上述课题而作出的，其目的在于提供一种电源装置以及构成该电源装置的电源控制用半导体装置，该电源装置不使用微机即不会导致大幅的成本上升，能够根据周围温度来控制风扇的转速。
10.本发明的另一个目的在于提供一种能够不影响温度传感器的温度
‑
电压特性而根据周围温度来控制风扇的转速的电源装置以及构成该电源装置的电源控制用半导体装置。
11.为了实现上述目的，本发明构成为一种电源装置，其具备：第一直流电源，其生成向成为负载的装置供给的直流电压；以及第二直流电源，其生成向检测预定的物理量的传
感器供给的直流电压，
12.所述第一直流电源是生成根据来自所述传感器的信号而变化的直流电压的输出可变型的电源，
13.所述第二直流电源是生成的直流电压恒定的输出固定型的电源。
14.根据具有上述结构的电源装置，输出可变型的第一直流电源能够根据来自传感器的信号使输出电压变化，并向成为负载的装置供给该输出电压。因此，能够不使用微机而使向成为负载的装置供给的直流电压变化。另外，能够向传感器供给第二直流电源生成的恒定的直流电压。因此，能够向传感器供给不会对传感器的温度
‑
电压特性造成影响的直流电压，能够抑制由于周围温度的变化引起的偏差。
15.在此，优选的所述负载是送风装置，所述传感器是温度检测单元，
16.所述第一直流电源构成为基于来自所述传感器的信号，所述传感器检测出的温度越高，使向所述送风装置供给的直流电压越高。
17.根据上述结构，能够根据周围温度来控制送风装置的风扇的转速，温度越高使风扇的转速越高来提高冷却能力，能够充分地冷却成为对象的电子设备。
18.另外，优选所述第一直流电源和所述第二直流电源由线性稳压器构成。
19.根据该结构，由于第一直流电源与第二直流电源是相同结构的线性稳压器，因此能够共用一部分电路，由此能够减小元件数量进而减小电路的占用面积。
20.此外，优选构成所述第一直流电源的线性稳压器具备：电压控制用晶体管，其连接在输入直流电压的电压输入端子与输出端子之间；控制电路，其根据输出的反馈电压来控制所述电压控制用晶体管；以及外部端子，其输入为了控制输出电压而从外部供给的输出控制信号，
21.所述控制电路具备：
22.第一误差放大器，其输出对所述输出端子的输出电压进行分压的第一分压电路进行分压后的电压与预定的基准电压之间的电位差所对应的电压；以及
23.输出电压变更电路，其根据在所述外部端子输入的电压来使输入到所述第一误差放大器的所述第一分压电路的分压电压位移，由此将所述输出电压变更为与所述输出控制信号对应的电压。
24.根据上述结构，能够通过输入到外部端子的输出控制信号使输出电压线性地变化。
25.另外，由于不需要外接元件，通过基准电压的精度以及内部电阻的比来决定输出电压，因此精度及温度特性良好，并且可变输入电压范围大，相对于输入电压的偏差精度变小。
26.此外，优选所述输出电压变更电路具备：
27.第二分压电路，其将输入到所述外部端子的电压进行分压；
28.第一晶体管及电阻元件，其串联连接在用于取出由所述第一分压电路进行分压后的电压的节点与恒定电位点之间；以及
29.第二误差放大器，其输出由所述第二分压电路进行分压后的电压与通过所述电阻元件进行电流
‑
电压转换后的电压之间的电位差所对应的电压，
30.将所述第二误差放大器的输出施加到所述第一晶体管的控制端子。
31.根据该结构，由于是通过误差放大器的电压
‑
电流转换使反馈电压位移来使输出电压变化的结构，因此能够实现电源噪声的影响小的输出可变型直流电源。
32.本技术的其他发明的电源控制用半导体装置具备：
33.电压输入端子，其输入直流电压；
34.第一输出端子以及第二输出端子；
35.第一电压控制用晶体管，其连接在所述电压输入端子与所述第一输出端子之间；
36.第一控制电路，其根据所述第一输出端子的输出的反馈电压来控制所述第一电压控制用晶体管；
37.第二电压控制用晶体管，其连接在所述电压输入端子与所述第二输出端子之间；
38.第二控制电路，其根据所述第二输出端子的输出的反馈电压来控制所述第二电压控制用晶体管；以及
39.外部端子，其输入为了控制所述第一输出端子的输出电压而从外部供给的输出控制信号，
40.所述第一控制电路具备：
41.第一误差放大器，其输出对所述第一输出端子的输出电压进行分压的第一分压电路进行分压后的电压与预定的基准电压之间的电位差所对应的电压；以及
42.输出电压变更电路，其根据输入到所述外部端子的电压使输入到所述第一误差放大器的所述基准电压或所述第一分压电路的分压电压位移，由此将所述第一输出端子的输出电压变更为与所述输出控制信号对应的电压，
43.所述第二控制电路具备第二误差放大器，该第二误差放大器输出对所述第二输出端子的输出电压进行分压的第二分压电路进行分压后的电压与预定的基准电压之间的电位差所对应的电压。
44.通过具有上述结构的电源控制用半导体装置，第一控制电路能够通过向外部端子输入控制信号来使第一输出端子的输出电压线性地变化，并且第二控制电路能够将第二输出端子的输出电压维持为恒定，通过将第二输出端子的输出电压向传感器供给，能够使传感器的特性不会因温度而变化。
45.另外，优选输入到所述外部端子的电压是来自温度检测单元的检测电压。
46.所述第一控制电路构成为控制所述第一电压控制用晶体管，使得所述温度检测单元检测出的温度越高使所述第一输出端子的输出电压越高。
47.根据该结构，构成为将温度检测单元设置在电子设备的内部，并将第一输出端子的输出电压供给到送风装置，从而能够根据电子设备的内部温度来控制送风装置的风扇的转速，温度越高使风扇的转速越高来提高冷却能力，能够对成为对象的电子设备进行冷却。
48.根据本发明的电源装置以及电源控制用半导体装置，不会导致大幅的成本上升而能够根据周围温度来控制风扇的转速。另外，根据本发明，具有能够不影响温度传感器的温度
‑
电压特性而根据周围温度来控制风扇转速的效果。
附图说明
49.图1是表示本发明的电源装置的一个实施方式和使用该电源装置的系统的结构例的功能框图。
50.图2是表示第一实施方式的电源装置(稳压器)的结构例的电路结构图。
51.图3的(a)是表示在实施方式的电源装置中使用的热敏电阻的温度特性的特性图，图3的(b)是表示构成实施方式的电源装置的稳压器中的控制电压(热敏电阻电压)与输出电压的关系的特性图。
52.图4是表示使用ntc热敏电阻时的控制电压生成电路的具体例的电路图。
53.图5是表示使用ptc热敏电阻时的控制电压生成电路的具体例的电路图。
具体实施方式
54.以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行说明。
55.图1是表示本发明的电源装置的一实施方式和使用了该电源装置的系统的结构例的功能框图。
56.如图1所示，本实施方式的电源装置10具备：第一直流电源电路11，其接受来自电池那样的直流电源20的直流电压，生成并输出成为负载的送风装置30的驱动器31的电源电压；以及第二直流电源电路12，其生成并输出热敏电阻等温度传感器(温度检测单元)21的电源电压。其中，第一直流电源电路11生成根据来自温度传感器21的信号而变化的直流电源电压，第二直流电源电路12生成并输出恒定的直流电源电压。
57.送风装置30由驱动器31、通过该驱动器进行电流驱动而旋转的风扇电动机32以及通过该电动机而旋转的未图示的风扇构成，将通过风扇旋转而产生的风供给至冷却对象的电子设备或器件40来进行冷却。
58.温度传感器21配置在电子设备或器件40的附近，例如配置在设备的机壳内，检测机壳内的温度，将检测信号输入到第一直流电源电路11，第一直流电源电路11构成为根据传感器的检测信号对输出电压进行可变控制。
59.图2表示电源装置10的具体的实施例的电路结构图。此外，在图2中，由单点划线包围的部分在单晶硅那样的半导体芯片上形成为半导体集成电路(电源控制用ic)。该电源控制用ic中设置有被施加直流输入电压vin的电压输入端子in、作为向图1所示的送风装置30等负载输出直流电压的第一直流电源电路11的输出电压可变稳压器、向作为温度传感器的热敏电阻rt输出稳定的直流电压的作为第二直流电源电路12的恒压直流稳压器、以及与各个直流电源对应的输出端子out1、out2。在输出端子out1和out2上分别连接有电容器co1、co2，由此作为输出稳定的直流电压的直流电源发挥功能。
60.在本实施方式的电源装置10中，如图2所示，在电压输入端子in与输出端子out1、out2之间分别连接有由pnp双极型晶体管构成的电压控制用晶体管q1、q2，在ic的内部设置有分别对控制用晶体管q1、q2的基极端子进行控制的误差放大器(误差放大电路)amp1、amp2。
61.而且，在输出端子out1、out2与被施加接地电位gnd的接地线(接地点)之间分别连接有分别对输出电压vout1、vout2进行分压的串联方式的电阻r11、r12以及r21、r22。
62.而且，将输出分压用的电阻r11、r12的连接节点n1的电压作为反馈电压vfb1输入到上述误差放大器amp1的非反相输入端子，将分压用的电阻r21、r22的连接节点n2的电压作为反馈电压vfb2输入到上述误差放大器amp2的非反相输入端子。
63.另外，在上述误差放大器amp1、amp2的反相输入端子输入预定的基准电压vref，误
差放大器amp1、amp2生成输出的反馈电压vfb1、vfb2与基准电压vref之间的电位差所对应的电压并供给到电压控制用晶体管q1、q2的栅极端子来控制q1、q2，进行控制使得输出电压vout1、vout2分别成为期望的电位。即，第一直流电源电路11和第二直流电源电路12构成为串联稳压器方式的低饱和型线性稳压器(ldo)。
64.另外，在本实施例的稳压器ic中设置有：基准电压源15，其基于输入电压vin生成基准电压vref；偏置电路16，其生成该基准电压源15和误差放大器amp1、amp2的动作电流；以及作为外部端子的接通断开控制端子cnt，其输入用于对该偏置电路16进行接通、断开控制的信号on/off，上述稳压器ic构成为在向接通断开控制端子cnt输入了低电平(0v)的接通、断开控制信号on/off时，偏置电路16停止向基准电压源15和误差放大器amp1、amp2供给动作电流，使这些电路的动作停止。
65.并且，在本实施方式的稳压器ic中设置有作为输入控制信号vadj的外部端子的输出控制端子adj以及根据控制信号vadj修正向误差放大器amp1的反馈电压vfb1的控制电压生成电路17，通过修正向误差放大器amp1输入的反馈电压vfb1，使得从输出端子out1输出的输出电压vout1变化。
66.另外，在输出端子out2与接地点之间串联连接电阻rs与热敏电阻rt，将电阻rs与热敏电阻rt的连接节点的电位(以下称为热敏电阻电压)vt作为控制信号vadj输入至稳压器ic的输出控制端子adj。由此，输出电压vout1根据热敏电阻rt的特性而变化。电阻rs是用于对热敏电阻rt的非线性的温度特性进行修正而使热敏电阻电压vt的变化接近直线的调整用电阻。
67.图3的(a)表示使用了ntc(negative temperature coefficient：负温度系数)型的热敏电阻时的热敏电阻电压vt与周围温度ta的关系，在图3的(b)中表示在输出控制端子adj输入的控制信号vadj即ntc热敏电阻电压vt与输出可变稳压器reg1的输出电压vout1的关系。
68.从图3的(a)可知，周围温度ta越高，热敏电阻电压vt越低，从图3的(b)可知控制信号vadj即热敏电阻电压vt越低，输出电压vout1越高。若向送风装置30供给了这样的特性的输出电压vout1，则周围温度ta越高，输出电压vout1越高，风扇的转速变得越快，冷却能力变得越高。
69.因此，根据本实施方式的电源装置，无需微机的控制而能够控制风扇的转速。另外，对于由电阻rs和热敏电阻rt构成的温度检测单元施加的第二直流电源电路12的输出电压vout2与温度无关而恒定，因此能够防止热敏电阻电压vt的温度特性因电源电压的变化而变化。
70.作为热敏电阻rt，也可以使用具有与图3的(a)相反的温度特性的ptc(positive temperature coefficient：正温系数度)型的热敏电阻。在该情况下，将电阻rs和热敏电阻rt连接为与图2相反的关系。
71.接着，使用图4及图5对上述控制电压生成电路17的具体例进行说明。另外，图4以及图5仅取出并图示了图2所示的稳压器ic中的构成第一直流电源电路11的输出可变稳压器的部分，控制电压生成电路17以外的电路是与图2相同的结构。另外，图4表示使用ntc型来作为热敏电阻时的控制电压生成电路的电路例，图5表示使用ptc型来作为热敏电阻时的控制电压生成电路的电路例。
72.图4所示的控制电压生成电路具备：电流镜电路17a，其由相互将基极端子彼此结合的晶体管tr1、tr2构成；以及输出电压变更电路17b，其具有向非反相输入端子施加在外部端子adj输入的输出控制信号vadj的误差放大器17b。构成电流镜电路17a的晶体管tr1、tr2的发射极端子与电压输入端子in连接，并且将晶体管tr2的集电极端子与输出分压用电阻r11、r12的连接节点n1连接。另外，输出电压变更电路17b具备与电流镜电路17a的晶体管tr1串联连接的晶体管q2以及电阻r4。
73.在上述晶体管q2的基极端子连接上述误差放大器17b的输出端子，将晶体管q2与电阻r4的连接节点n4的电压v4输入到误差放大器17b的反相输入端子，由此施加负反馈，通过虚短路的动作来驱动晶体管q2，使得节点n4的电压v4使电阻r4中流过与在外部端子adj输入的输出控制信号vadj相同的电流。
74.然后，通过电流镜电路17a复制该晶体管q2的电流，复制后的电流流入电阻r11、r12的连接节点n1，由此节点n1的电压发生位移，位移后的电位作为反馈电压vfb1被输入到对电压控制用晶体管q1的基极端子进行控制的误差放大器amp1的非反相输入端子。由此，向稳压器(11)的输出端子out1输出与输出控制信号vadj对应的输出电压vout1。因此，由上述电流镜电路17a和输出电压变更电路17b构成将输出电压vout1变更为与输出控制信号vadj对应的电压的控制电压生成电路17。
75.具备作为热敏电阻使用了ntc型热敏电阻时的图4的控制电压生成电路的稳压器(11)的输出电压vout1由下式表示：
76.vout1＝((r11 r12)/r12)
×
vref－(v4/r4)
×
r11＝((r11 r12)/r12)
×
vref－(vadj/r4)
×
r11。
77.根据上式可知，作为输出控制信号vadj输入温度检测单元(rs、rt)的检测电压vt，由此输出电压vout1与温度检测单元的检测电压vt对应地进行变化。输出电压vout1的可变范围是vref～vin。
78.作为热敏电阻使用ptc型的热敏电阻时的图5所示的控制电压生成电路17具备：分压电路17a，其由在外部端子adj与接地点之间串联连接的电阻r2、r3构成，对输出控制信号vadj进行分压；晶体管q2以及电阻r4，其串联连接在输出分压用电阻r11、r12的连接节点n1与接地点之间。
79.并且，在控制电压生成电路17中设置有误差放大器17b，该误差放大器17b将上述分压电路17a进行分压后的电压(节点n3的电压)v3作为输入，对上述晶体管q2的基极端子进行控制。
80.该误差放大器17b通过在反相输入端子施加控制对象的晶体管q2与电阻r4的连接节点n4的电压v4来施加负反馈，通过虚短路的动作来驱动晶体管q2，使得节点n4的电压v4使电阻r4中流过与节点n3的电压v3相同的电流。
81.并且，通过在电阻r4中流过这样的电流而使节点n3的电压v3位移，位移后的电位作为反馈电压vfb1被输入到对电压控制用晶体管q1的基极端子进行控制的误差放大器amp1的非反相输入端子。由此，向稳压器(11)的输出端子out1输出与输出控制信号vadj对应的输出电压vout1。因此，由上述分压电路17a、误差放大器17b、晶体管q2以及电阻r4构成将输出电压vout1变更为与输出控制信号vadj对应的电压的控制电压生成电路17。
82.图5的稳压器(11)的输出电压vout1由下式(1)表示：
83.vout1＝((r11 r12)/r12)
×
vref (v4/r4)
×
r11
……
(1)
84.节点n3的电压v3由下式(2)表示：
85.v3＝(r3/(r3 r4))
×
vadj
……
(2)。
86.在此，由于v4＝v3，所以根据上式(1)、(2)，vout1为：
87.vout1＝((r11 r12)/r12)
×
vref ((r3
×
r11)/r4
×
(r2 r3))
×
vadj
……
(3)。
88.根据上式(3)可知，作为输出控制信号vadj输入温度检测单元(rs、rt)的检测电压vt，由此输出电压vout1与温度检测单元的检测电压vt对应地进行变化。输出电压vout1的可变范围是vref～vin。
89.另外，关于输出控制信号vadj为0v时的输出电压vout1，可知上式(3)的第二项成为“0”，因此通过电阻r11与r12的比以及基准电压vref来设定。具体而言，例如在基准电压vref为1.5v的情况下，通过将r11与r12的比设为1：1，能够通过vadj＝0v将输出电压vout设定为3v。由此，例如在设计向最低电压为3v以上进行动作的电动机供给电源电压的电源装置时，能够使电动机可靠地动作，并且当由于温度上升使得传感器的检测电压vt变高时，能够增大电动机的转速。
90.根据上述实施例的稳压器ic，能够实现一种消除ic的外置部件且仅通过向输出控制端子adj输入的控制信号vadj使输出电压vout1变化的输出电压可变型直流电源。另外，通过基准电压的精度以及内部电阻之比来决定输出电压，所以精度以及温度特性变得良好，并且可变输入电压范围大，相对于输入电压的偏差精度变小。另外，因为是通过误差放大器的电压
‑
电流转换来使反馈电压位移从而使输出电压变化的结构，因此能够实现电源噪声的影响小的可变电源装置。
91.在上述实施例(图2)的稳压器ic中设置有接通断开控制端子cnt，其输入用于使ic的动作停止的接通/断开信号，但也可以是省略了该接通断开控制端子cnt的结构。在省略了接通断开控制端子cnt的情况下，由于能够由5个端子构成稳压器ic，因此能够通过封装的小型化来实现空间的节省以及成本的降低。
92.另外，在上述实施方式的电源装置中，说明了分别由串联稳压器方式的线性稳压器构成第一直流电源和第二直流电源的情况，但是也可以代替串联稳压器的方式而使用并联稳压器(shunt regulator)方式的稳压器，也可以由开关控制方式的dc
‑
dc转换器来构成第一直流电源。另外，也可以采用使用了齐纳二极管的电压源来作为基准电压源15。
93.以上，基于实施例具体地说明了由本发明人做出的发明，但本发明并不限于上述实施例。例如，在上述实施方式中，示出了在电压控制用误差放大器amp1的非反相输入端子设置有控制电压生成电路17，但是也可以如专利文献2所公开的那样，在误差放大器amp1的反相输入端子设置控制电压生成电路17。另外，也可以应用专利文献2中记载的第二实施方式或变形例那样的结构。
94.另外，在上述实施方式的稳压器ic中，对于使用热敏电阻来作为温度检测单元，使输出电压线性变化的情况进行了说明，但也可以代替热敏电阻而使用温度传感器ic。另外，在温度传感器ic中具有当周围温度超过预先设定的温度时切换标记的温度传感器，可以将电源装置构成为通过使用这样的传感器将与标记的状态对应的信号输入到输出控制端子adj，使输出电压阶段性地变化。
95.并且，在上述实施方式的稳压器ic中，示出了使用pnp双极型晶体管来作为电压控
制用晶体管q1和构成控制电压生成电路17的晶体管q2的情况，但是也可以代替双极型晶体管而使用mos晶体管(绝缘栅型场效应晶体管)。在该情况下，电压控制用晶体管由p沟道mos晶体管构成，但也可以是使用n沟道mos晶体管的结构。另外，关于双极型晶体管，也可以使用npn来代替pnp。
96.另外，在上述实施方式中，说明了将本发明应用于传感器为检测温度的传感器，负载为送风装置的系统的例子，但也可以应用于作为传感器使用湿度传感器、压力传感器、光电传感器、加速度传感器等检测温度以外的物理量的传感器的系统。
97.附图标记的说明
98.10：电源装置(稳压器ic)、11：第一直流电源、12：第二直流电源、15：基准电压源、16：偏置电路、17：控制电压生成电路、17a：电流镜电路、17b：输出电压变更电路、17a：分压电路、17b：误差放大器、21：温度检测单元、30：送风装置(负载)、q1：电压控制用晶体管、amp1，amp2：误差放大器、adj：输出控制端子、cnt：接通断开控制端子。