JP2000284836A

JP2000284836A - 安定化電源回路

Info

Publication number: JP2000284836A
Application number: JP11090364A
Authority: JP
Inventors: Yoshikuni Hatsutori; 佳晋服部; Hiroshi Tadano; 博只野
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁波ノイズの影響を受けない安定化電源回路
を提供する。【解決手段】増幅器１１の出力に応じてトランジスタ１
２に電流を出力させ、出力電圧を一定にする安定化電源
回路１０である。増幅器１１のフィードバック線路１４
に高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタＣ１を備
える。また、増幅器１１の出力端にも同じく高周波ノイ
ズを除去するノイズ除去フィルタＣ２を備える。各端子
から侵入した高周波ノイズは、上記ノイズ除去フィルタ
Ｃ１，Ｃ２によって除去される。これにより、増幅器１
１内のトランジスタおよび出力トランジスタ１２のベー
ス端子の高周波ノイズの振幅が抑制され、これらトラン
ジスタの電流作用による出力電圧の低下が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定電圧を供給する
安定化電源回路に関する。特に、増幅器のフィードバッ
ク回路に高周波ノイズを除去するフィルタを設け、高周
波ノイズによる影響をフィードバックさせないことで、
定電圧を維持する安定化電源回路に関する。本発明は、
電磁波ノイズの多い環境、例えば車輌等で使用される電
子制御機器に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レギュレータＩＣと呼ばれる
安定化電源回路がある。これは、非安定な直流電圧を入
力とし、安定した直流電圧を出力とするものである。そ
の構成を図７に示す。安定化電源回路１０は、主に増幅
器１１、その出力に応じて電流を供給するトランジスタ
１２、トランジスタ１２の出力をモニタし増幅器１１に
フイードバックするフィードバック回路１３、そして増
幅器１１に基準電圧を与える基準電圧発生回路１５から
構成される。この構成は、増幅器１１がモニタ抵抗Ｒ
１，Ｒ２によってモニタ電圧を監視し、そのモニタ電圧
が基準電圧と等しくなるようにトランジスタ１２の電流
を制御する構成である。尚、上記フィードバック回路１
３は、フィードバック線路１４を含み、モニタ抵抗Ｒ
１，Ｒ２から構成される。

【０００３】例えば負荷変動により僅かに出力電圧が上
がった場合、増幅器１１はそれをモニタ抵抗に発生する
電圧で検出し基準電圧と比較する。そして、その差に応
じた電圧をトランジスタ１２に出力し、エミッタ電流を
減少させる。このエミッタ電流の減少により、モニタ電
圧と基準電圧が再び等しくなる。この結果、出力電圧は
常に一定に維持される。その出力電圧Ｖ_OUT1は、トラン
ジスタ１２のオン抵抗を無視すれば、次式で決定され
る。

【数１】Ｖ_OUT1＝Ｖ_R・Ａ／（１＋γＡ）≒Ｖ_R／γ ・・・・（１）ここで、Ｖ_Rは基準電圧、Ａは増幅器１１のゲイン、γ
は分割されたモニタ抵抗で決まる帰還量である。γは、
次式で表せられる。

【数２】 γ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・（２）

【０００４】ところで、一般にこの種の安定化電源回路
は、入力端子とグランド端子間および出力端子とグラン
ド端子間に高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタ
が接続される。それは、入力または出力端子から侵入し
た高周波ノイズにより、出力電圧が変動するといった誤
動作を防ぐためである。その入力端子と出力端子に、例
えばコンデンサＣ１１、Ｃ２２を接続し、高周波ノイズ
をグランドにバイパスさせている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ノ
イズ除去フィルタの外付けは、安定化電源回路を大きく
する。これは、近年の省スペース化・小型化の要求に応
えるものではない。また、外付け工程は、製造コストを
引き上げるという欠点もある。さらに、上記回路構成に
は、グランド端子側から高周波ノイズが混入するという
欠点がある。それは、実際には上記グランド端子は電源
ラインによって電源のグランドと接続される。その電源
ラインの配線長が数１０ＭＨｚ以上の高周波信号に対し
ては無視できないインピ−ダンスを有するからである。

【０００６】安定化電源回路１０の実使用形態の１例を
図８に示す。安定化電源回路１０は、電源ライン４０に
よって、図の様に電源Ｅと負荷３０に結線される。安定
化電源回路１０のグランド端子と電源ライン４０間のイ
ンピ−ダンス２０は、この間の配線長によるインピ−ダ
ンスを表したものである。

【０００７】このインピ−ダンス２０は、低周波信号に
対しては無視できる値であるが、高周波信号に対しては
無視できない値となる。近年では携帯電話，コンピュー
タ装置等の電子機器が数１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯の高周
波電波を放射し、これらがノイズとなって回路のあらゆ
る端子から侵入して誤動作を起こす。これらの高周波電
波ノイズは、入力端子、出力端子あるいはグランド端子
から侵入し、出力電圧を変動させる。グランド端子は、
上述したように電源ラインのグランドとの間に或るイン
ピ−ダンスを持つため、高周波ノイズが侵入する。この
ような高周波電波ノイズによるＤＣ出力電圧の変動とい
った誤動作は、近年、特に指摘されている問題である。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、増幅器のフィード
バック信号から高周波ノイズを除去することにより、外
来ノイズがあっても一定の電圧を出力する安定化電源回
路を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の安定化電源回路は、フィードバック回路
を備えた増幅器とトランジスタ回路からなり、増幅器の
出力に応じてトランジスタの電流を制御し出力電圧を一
定にする安定化電源回路であって、増幅器のフィードバ
ック回路にノイズ除去フィルタを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】また、請求項２の安定化電源回路は、増幅
器のフィードバック回路に加え、その出力端にもノイズ
除去フィルタを備えたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項３の安定化電源回路は、その
ノイズ除去フィルタに容量性素子または誘導性素子を用
いたことを特徴とする。

【００１２】

【作用および効果】請求項１の安定化電源回路によれ
ば、増幅器は、そのフィードバック回路にノイズ除去フ
ィルタを備えている。このノイズ除去フィルタは、例え
ば接地された容量性素子である。従って、高周波ノイズ
に対しては低インピーダンスであり、増幅器の入力に高
周波ノイズが侵入するのを抑制する。これにより、高周
波ノイズがあっても出力電圧は減少されることなく常に
一定に維持される。請求項１の安定化電源回路は、増幅
器のフィードバック回路にノイズ除去フィルタを備え、
上記ノイズを除去している。従って、上記ＤＣ出力電圧
の変動を解消することができる。

【００１３】また、請求項２の安定化電源回路は、増幅
器のフィードバック回路の入力に加え、その出力端にノ
イズ除去フィルタを備えている。安定化電源回路に侵入
した高周波ノイズは、増幅器出力端に接続される出力ト
ランジスタのベースにも到達する。このベースに入った
高周波ノイズにより、出力トランジスタのエミッタ電流
が変動し、安定化電源回路の出力が変動する。本請求項
では、増幅器の出力端子と出力トランジスタの間に、例
えば接地された容量性素子からなるノイズ除去フィルタ
を備えている。これにより、その増幅された高周波ノイ
ズが接地側にバイパスされ減少される。従って、安定化
電源回路の出力電圧が維持される。

【００１４】また、請求項３の安定化電源回路によれ
ば、ノイズ除去フィルタに容量性素子または誘導性素子
を用いることを特徴とする。容量性素子は、例えば上記
コンデンサであり、既存の半導体集積化技術によって容
易に作製可能である。よって、外付けコンデンサを必要
としない小型で安価な安定化電源回路とすることができ
る。

【００１５】また、小型化が要求されない場合は、ノイ
ズ除去フィルタは誘導性素子であってもよい。この誘導
性素子は、コイルあるいは高周波ノイズを吸収するフェ
ライトなどの磁性体素子である。この場合は、その１端
子は接地されずフィードバック回路の線路に直列に挿入
されて使用される。または、目的の線路と誘導結合して
配設される。誘導性素子は、直流電流に対しては低イン
ピ−ダンスであり、高周波ノイズに対しては高インピ−
ダンスである。これにより、高周波ノイズはフィードバ
ック回路に流れ込むことはない。従って、上記同様の理
由で、安定化電源回路の出力を低下させることはない。
また、上記誘導性素子が増幅器の出力端子に挿入された
場合は、高インピ−ダンスであるので高周波ノイズは次
段のトランジスタに伝搬されない。従って、上記同様の
理由でその出力に高周波ノイズが混入されず、安定した
出力電圧とすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本発明は下記実施例
に限定されるものではない。（実施例）図１に本発明の安定化電源回路１０の回路図
を示す。回路の主な構成は、従来例と同様である。本実
施例の特徴は、フィードバック回路１３のフィードバッ
ク線路１４に容量性素子であるコンデンサＣ１を接続し
たことである。また、増幅器１１の出力端に同じく容量
性素子であるコンデンサＣ２を接続したことである。こ
のコンデンサＣ１，Ｃ２の容量はそれぞれ５０ｐＦ、１
０ｐＦであり、例えば１００ＭＨｚ以上の高周波信号に
対しては低インピ−ダンスとなる。また、上述のよう
に、高周波信号に対して、グランド端子とグランド間に
は配線長さによるインピ−ダンスを有するので、それを
インピ−ダンスＺ１で表している。

【００１７】また、図２に本発明の安定化電源回路１０
の詳細回路図を示す。これは、５Ｖ出力の安定化電源回
路である。入力端子に５Ｖ以上、例えば１２Ｖを印加す
ると５Ｖが出力されるものである。本回路図は、過電圧
保護回路あるいは温度補償回路が含まれているが、基本
構成は図１と同等である。尚、同じ部位には同じ番号が
付してある。

【００１８】この回路の定電圧化に対する基本的動作
は、従来例と同じである。ここでは、特に上記コンデン
サＣ１，Ｃ２の作用を中心に図２を用いて説明する。上
述したように、携帯電話などでは数１０ＭＨｚ〜数ＧＨ
ｚの電磁波が放射される。そして、その電磁波は安定化
電源回路のそれぞれの端子から侵入する。図において、
トランジスタｑ６は上記増幅器１１の反転入力端子に接
続されており、トランジスタｑ７，ｑ８が上記増幅器１
１の増幅段を構成している。各端子から侵入した高周波
ノイズのうち、図に示した入力トランジスタｑ６，抵抗
Ｒ６，トランジスタｑ７，ｑ８の経路を通る成分によ
り、これらトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE
が低下し、出力電圧が変動する。その出力電圧Ｖ
_OUT2は、次式で与えられる。

【数３】Ｖ_OUT2＝（Ｖ_BE）_q6＋（Ｖ_BE）_q7＋（Ｖ_BE）_q8＋Ｉ₁Ｒ１＋Ｉ₂Ｒ６・・・・（３）ここに、（Ｖ_BE）_q6，（Ｖ_BE）_q7，（Ｖ_BE）_q8はそれぞ
れトランジスタｑ６，ｑ７，ｑ８のベース・エミッタ間
電圧である。また、Ｉ₁は抵抗Ｒ１を流れるトランジス
タｑ５（トランジスタ１２）のエミッタ電流、Ｉ₂は増
幅器の内部において抵抗Ｒ６を流れる電流である。従っ
て、これらのトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖ
_BEが高周波ノイズにより変化すれば、出力電圧Ｖ_OUT2は
変化する。トランジスタｑ６，ｑ７，ｑ８のベースに伝
搬した高周波ノイズは、これらトランジスタのベース・
エミッタ間電圧Ｖ_BEを正弦波的に変化させる。このた
め、ベース・エミッタ間に形成される接合ダイオードに
おいて、これら高周波ノイズの整流が生じる。この整流
作用により、トランジスタのＶ_BE−Ｉ_B特性は実効的に
変化する。即ち、同じＩ_Bを流すためのＶ_BE電圧は、高
周波ノイズにより実効的に低下するのである。これが、
高周波ノイズによる安定化電源回路の誤動作メカニズム
である。コンデンサＣ１は、これらトランジスタのベー
スに加わる高周波ノイズを低減させる。これにより、出
力電圧の変動を抑制している。

【００１９】また、回路に侵入した高周波ノイズの一部
は出力トランジスタ１２のベースに到達し、ベース・エ
ミッタ接合での整流作用により、このトランジスタのエ
ミッタ電流を実効的に変化させる。このエミッタ電流
は、（３）式のＩ₁である。従って（３）式から、出力
電圧は変動する。コンデンサＣ２は、これらトランジス
タのベースに加わる高周波ノイズを低減させて、出力電
圧の変動を抑制している。

【００２０】図３にコンデンサＣ１，Ｃ２を備えた場合
と備えない場合の特性比較を示す。これは、その性能を
比較するため入力端子に例えば１２Ｖを印加した状態
で、例えば１００ＭＨｚの高周波信号を重畳させた時の
出力端子のＤＣ電圧特性である。高周波信号を重畳する
端子は、入力端子、出力端子およびグランド端子であ
る。ここで、高周波信号は、実際の高周波電波ノイズに
相当するものである。よって、高周波信号と高周波ノイ
ズおよび図のＲＦは同一意味で使用される。図３におい
て、横軸が高周波信号のパワ−、縦軸がＤＣ出力電圧で
ある。

【００２１】入力端子に高周波信号を重畳させた場合の
出力特性の結果を図３（ａ）に、出力端子に重畳させた
結果を図３（ｂ）に、そしてグランド端子に重畳させた
結果を図（ｃ）に示す。実線が対策を施した本実施例の
結果を示し、点線が対策のない従来例のそれを示す。い
ずれの場合も、コンデンサＣ１，Ｃ２を備えた場合は、
出力電圧がほぼ一定に維持されている。フィードバック
回路１３と増幅器１１の出力端にコンデンサＣ１，Ｃ２
を備える本発明は、電磁波ノイズに対して著しい効果が
あることが分かる。

【００２２】また、コンデンサＣ１，Ｃ２を備えない従
来の場合、各端子から侵入した高周波ノイズは、上記出
力トランジスタ１２、増幅器の入力トランジスタｑ６、
および増幅段のトランジスタｑ７，ｑ８まで伝搬する。
伝搬した高周波ノイズは、これらトランジスタのベース
・エミッタ間で整流され、トランジスタのＤＣ特性を変
化させる。その結果、出力電圧が図３（ｂ）、（ｃ）の
様に低下する。

【００２３】以上から分かるように、安定化電源回路の
フィードバック回路および増幅器の出力端にコンデンサ
からなるノイズ除去フィルタを設ければ、電磁波ノイズ
等の高周波ノイズに影響されない安定化電源回路とする
ことができる。

【００２４】尚、上記例ではフィードバック線路１４に
コンデンサＣ１，増幅器の出力端にコンデンサＣ２を備
えたが、コンデンサＣ１のみで十分な効果が得られる場
合は、図４に示す様に、コンデンサＣ２を用いなくとも
よい。また、上記コンデンサＣ１，Ｃ２をシリコン基板
上に作製する場合は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように
絶縁膜と導電膜で構成してもよいし、トランジスタのコ
レクタとエミッタを接地させて構成してもよい。

【００２５】（変形例）以上、本発明を表わす１実施例
を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。図６
（ａ）に本発明の安定化電源回路の変形例を示す。上記
実施例と異なる所は、上述のコンデンサＣ１，Ｃ２等の
容量性素子に代えて誘導性素子を備えたことである。こ
の誘導性素子は、例えば高周波信号に対してハイインピ
ーダンスとなるコイルであり、高周波ノイズを吸収する
フェライト等の磁性体素子である。尚、回路構成、回路
動作は上記実施例と同等である。

【００２６】上記実施例では、フィードバック線路１４
と増幅器の出力端にそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２を備
えて、高周波ノイズをグランド端子側にバイパスさせ
た。これに代えて、上記誘導性素子あるいはフェライト
等の磁性体素子を使用して、高周波ノイズを阻止しても
吸収してもよい。要は、フィードバック線路１４から高
周波ノイズをとり除けばよい。

【００２７】例えば、フィードバック線路１４に磁性体
素子であるフェライトＺ２を備えれば、直流には影響を
与えず、高周波ノイズのみを吸収することができる。さ
らに、増幅器の出力端のコンデンサＣ２に代えて、コイ
ルＬ１を使用してもよい。高周波ノイズに対してハイイ
ンピーダンスなコイルＬ１を備えれば、高周波ノイズが
阻止されトランジスタ１２のベースに流れ込むことはな
い。よって、出力電圧に影響を与えることはない。この
ような構成でも、同様な安定化電源回路が実現できる。

【００２８】また、上記変形例ではフィードバック線路
に磁性体素子、増幅器の出力端に誘導性素子を備えた
が、磁性体素子のみで十分な効果が得られる場合は、図
６（ｂ）に示す様に、誘導性素子Ｌ１を用いなくともよ
い。このような回路構成でもよい。

【００２９】また、上記実施例あるいは変形例では、同
じ性質のノイズ除去フィルタを用いたが、それぞれ混在
してもよい。例えば、フィードバック線路１４に容量性
素子を用い、増幅器の出力端に誘導性素子を備えてもよ
い。さらに、誘導性素子は回路に直接挿入しても磁気結
合により回路に直列に挿入しても良い。又、誘導性素子
にはフエライトをコアとするコイルを用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る安定化電源回路図。

【図２】本発明の実施例に係る安定化電源回路の詳細回
路図。

【図３】本実施例と従来例における出力電圧の比較特性
図。

【図４】本発明の実施例に係る安定化電源回路の変形回
路図。

【図５】本発明の実施例に係るコンデンサおよびその変
形図。

【図６】本発明の変形例に係る誘導性素子と磁性素子を
用いた安定化電源回路図。

【図７】従来の安定化電源回路図。

【図８】従来例に係る高周波ノイズの影響を受ける安定
化電源回路のブロック回路図。

【符号の説明】

１０安定化電源回路１１増幅器１２トランジスタ１３フィードバック回路１４フィードバック線路１５基準電圧発生回路Ｃ１，Ｃ２コンデンサＬ１コイルＲ１モニタ抵抗Ｒ２モニタ抵抗Ｚ１グランド端子とグランド間の配線
によるインピ−ダンスＺ２フェライト

フロントページの続きＦターム(参考） 5G065 AA00 EA01 HA04 JA01 LA01 MA03 NA01 NA03 NA04 5H430 BB01 BB05 BB09 BB11 EE02 EE12 FF02 FF13 GG08 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィードバック回路を備えた増幅器とトラ
ンジスタ回路からなり、該増幅器の出力に応じて該トラ
ンジスタの電流を制御し出力電圧を一定にする安定化電
源回路において、前記増幅器は、前記フィードバック回路にノイズ除去フ
ィルタを備えたことを特徴とする安定化電源回路。
【請求項２】前記増幅器は、その出力端にノイズ除去フ
ィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の安定
化電源回路。
【請求項３】前記ノイズ除去フィルタは、容量性素子ま
たは誘導性素子から形成されることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の安定化電源回路。