JP2005143192A - 電圧制御回路およびこの電圧制御回路を用いた定電圧電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 スイッチング方式の電圧変換回路が出すコモンモードノイズによって、電圧制御回路の制御精度が低下するという問題があった。ノイズの混入を防止するため電圧制御回路の入力線の引き回しを短くすると増幅器がインバーターに近づいてしまい、増幅器が直接ノイズを受けるので実装の自由度が少ないという問題があった。
【解決手段】 出力電圧8を抵抗1とカレントミラー回路9を使って電流に変換する。この電流を終端抵抗10により電圧信号に変換する。終端抵抗10は誤差増幅器5の入力端子に十分近く配置する。コモンモードノイズ3がカレントミラー回路9の出力に混入してもカレントミラー回路9は電流源であるから影響を受けない。これによって高精度な電圧制御ができる。また、検出電圧に対するコモンモードノイズ3の影響を避けることができるために、増幅器5の入力線の引き回しが可能となり実装の自由度が高くなる。
【選択図】図1
【解決手段】 出力電圧8を抵抗1とカレントミラー回路9を使って電流に変換する。この電流を終端抵抗10により電圧信号に変換する。終端抵抗10は誤差増幅器5の入力端子に十分近く配置する。コモンモードノイズ3がカレントミラー回路9の出力に混入してもカレントミラー回路9は電流源であるから影響を受けない。これによって高精度な電圧制御ができる。また、検出電圧に対するコモンモードノイズ3の影響を避けることができるために、増幅器5の入力線の引き回しが可能となり実装の自由度が高くなる。
【選択図】図1
Description
この発明は、一定の直流電圧を出力する定電圧電源装置に関し、特にその出力電圧をきわめて高精度に制御する電圧制御回路とこれを用いた定電圧制御装置に関する。
交流または直流の電圧源から、異なる直流電圧に変換して出力する定電圧電源装置がある。この種の定電圧電源装置には、出力電圧またはその分圧電圧を参照電圧と比較してその差にもとづき出力電圧を制御するように構成した電圧制御回路を備えているものがある。
従来の定電圧電源装置の出力電圧を制御する電圧制御回路としては、非特許文献1の第90頁に示された抵抗分圧回路を用いたものが知られている。同書では出力電圧5ボルトとして説明されているが、出力電圧が異なっても、例えば数キロボルトの高圧電源でも同一の原理があてはまる。
従来の定電圧電源装置の出力電圧を制御する電圧制御回路としては、非特許文献1の第90頁に示された抵抗分圧回路を用いたものが知られている。同書では出力電圧5ボルトとして説明されているが、出力電圧が異なっても、例えば数キロボルトの高圧電源でも同一の原理があてはまる。
本発明の理解を助けるため、図3を使って従来の定電圧電源装置における課題の発生原因について説明する。入力電圧7(直流)はインバーター6(電圧変換回路とも言う)によって変圧され、出力電圧8が得られる。抵抗1と抵抗2は出力電圧8を分圧するように接続されている。誤差増幅器5には抵抗1と抵抗2によって分圧された電圧と、基準電圧4とがこの差が演算されるような極性で入力され、この差が誤差増幅器5によって増幅されて制御信号となって出力される。この制御信号によりインバータ6が制御される。
即ち分圧電圧と基準電圧とが一致するように制御するための信号をインバーター6へ送出する。誤差増幅器5の扱える電圧は数ボルト〜15ボルト程度である。従って、出力電圧8が数キロボルトの電圧である場合、直接比較することは出来ず、抵抗1と抵抗2を使って数ボルトに変換して検出電圧を得る必要がある。図3の点線囲み部分は電圧制御回路99という。
即ち分圧電圧と基準電圧とが一致するように制御するための信号をインバーター6へ送出する。誤差増幅器5の扱える電圧は数ボルト〜15ボルト程度である。従って、出力電圧8が数キロボルトの電圧である場合、直接比較することは出来ず、抵抗1と抵抗2を使って数ボルトに変換して検出電圧を得る必要がある。図3の点線囲み部分は電圧制御回路99という。
抵抗1の抵抗値をR1、抵抗2の抵抗値をR2、基準電圧源の電圧値をVref、出力電圧8の電圧値をVoとすると、
Vo×[R2/(R1+R2)]=Vref
が成り立つので、これを変形して、
Vo=Vref[(R1+R2)/R2]
が成り立つ。
Vo×[R2/(R1+R2)]=Vref
が成り立つので、これを変形して、
Vo=Vref[(R1+R2)/R2]
が成り立つ。
しかし、インバータ6はその動作原理上、スイッチングノイズを発生し、これが誤差増幅器5の入力回路にコモンモードノイズとして混入し、制御信号に影響する。コモンモードノイズが出力電圧8に与える影響を図4により説明する。コモンモードノイズは電圧値Vnの等価電圧源3として説明できる。
すると、
Vo×(R2/(R1+R2))+Vn=Vref
が成り立つので、これを変形して、
|dVo/dVn|=(R1+R2)/R2
が成り立つ。つまり、コモンモードノイズの電圧Vnを(R1+R2)/R2倍した電圧が出力として出力電圧8に加算されてしまい、安定な出力電圧が得られないという課題があった。
原田耕介著「スイッチング電源ハンドブック第2版」、日刊工業新聞社2000年1月25日出版。第90頁。
すると、
Vo×(R2/(R1+R2))+Vn=Vref
が成り立つので、これを変形して、
|dVo/dVn|=(R1+R2)/R2
が成り立つ。つまり、コモンモードノイズの電圧Vnを(R1+R2)/R2倍した電圧が出力として出力電圧8に加算されてしまい、安定な出力電圧が得られないという課題があった。
原田耕介著「スイッチング電源ハンドブック第2版」、日刊工業新聞社2000年1月25日出版。第90頁。
定電圧電源装置の電圧変換回路がスイッチング方式のインバータを含む場合、このインバータが発生するコモンモードノイズによって、誤差増幅器周辺の回路は数ボルトのノイズにさらされ、誤差増幅器にノイズが混入し、精度の高い出力電圧の制御が出来ないという課題があった。また、検出電圧に対するコモンモードノイズの影響を避けるために、誤差増幅器の入力回路の配線引き回しを短くすると、誤差増幅器の配置位置がインバーターに近づいて混入するノイズが増大するため、実装の自由度が低いという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング方式の電圧変換回路を有する定電圧電源装置においてスイッチングノイズの影響を受けないようにした定電圧電源装置を得ることを目的とする。
この発明に係る定電圧電源装置は、与えられた制御信号に応じて入力された電圧を変換し出力する電圧変換回路、
前記電圧変換回路の出力端子に接続された第1の抵抗器、
前記第1の抵抗器に流れる第1の電流に比例した第2の電流を出力するカレントミラー回路、
前記第2の電流を信号電圧に変換する第2の抵抗器、
前記信号電圧をあらかじめ備えた基準電圧と比較してその差に応じた信号を前記電圧変換回路に前記制御信号として出力する増幅器を備えたものである。
前記電圧変換回路の出力端子に接続された第1の抵抗器、
前記第1の抵抗器に流れる第1の電流に比例した第2の電流を出力するカレントミラー回路、
前記第2の電流を信号電圧に変換する第2の抵抗器、
前記信号電圧をあらかじめ備えた基準電圧と比較してその差に応じた信号を前記電圧変換回路に前記制御信号として出力する増幅器を備えたものである。
コモンモードノイズの影響をなくすことが出来るので、精度の高い電圧制御ができる。また、第2の抵抗器を増幅器の入力端子に十分近く配置してさえおけば、検出電圧に対するコモンモードノイズの影響を避けることができるので、誤差増幅器をインバータから十分離して配置するなど、回路配置の自由度が高くなるという効果が得られる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1の定電圧電源装置の構成を図1により説明する。入力電圧7はインバーター6(電圧変換回路あるいは電圧出力回路とも言う)によって変圧され出力電圧8が得られる。抵抗1(第1の抵抗器)はインバータ6の出力端子に出力電圧8による電流が流れるように接続される。抵抗1に流れる電流はカレントミラー回路9に入力されるので、カレントミラー回路9の出力電流は正確に抵抗1に流れる電流に比例する。カレントミラー回路9の出力端は定電流源であるので、その出力に接続された終端抵抗10(第2の抵抗器)には、常に抵抗1に流れる電流に比例した電流が流れる。誤差増幅器5(単に増幅器とも言う)には、終端抵抗10に電流が流れることにより発生した信号電圧とあらかじめ設定された基準電圧4が、その差が得られるように入力され、この差が増幅されて出力される、即ち、両者の差が小さくなるように、前記信号電圧と基準電圧とが一致するように制御信号をインバーター6へ送出する。
以下、この発明の実施の形態1の定電圧電源装置の構成を図1により説明する。入力電圧7はインバーター6(電圧変換回路あるいは電圧出力回路とも言う)によって変圧され出力電圧8が得られる。抵抗1(第1の抵抗器)はインバータ6の出力端子に出力電圧8による電流が流れるように接続される。抵抗1に流れる電流はカレントミラー回路9に入力されるので、カレントミラー回路9の出力電流は正確に抵抗1に流れる電流に比例する。カレントミラー回路9の出力端は定電流源であるので、その出力に接続された終端抵抗10(第2の抵抗器)には、常に抵抗1に流れる電流に比例した電流が流れる。誤差増幅器5(単に増幅器とも言う)には、終端抵抗10に電流が流れることにより発生した信号電圧とあらかじめ設定された基準電圧4が、その差が得られるように入力され、この差が増幅されて出力される、即ち、両者の差が小さくなるように、前記信号電圧と基準電圧とが一致するように制御信号をインバーター6へ送出する。
基準電圧4の電圧をVref、出力電圧8をVo、抵抗1の抵抗値をR1、終端抵抗10の抵抗値をR10、ノイズ源3の電圧をVn、カレントミラー回路9の入出力電流比を1、カレントミラー回路9の出力電流をI2れ、カレントミラー回路の電流比例乗数を1とすれば
Vo÷R1=(カレントミラー回路へ入力電流)=1×I2 (1)
が成立する。このとき、ノイズ源3の電圧Vnはカレントミラー回路9の出力回路に混入するがカレントミラー回路9は電流出力回路であるからこの電圧Vnによつて出力電流I2が影響されることはない。
図1において、終端抵抗10を誤差増幅器5の入力端子に十分近づけて取り付けているので、ノイズ源3はカレントミラー回路9の出力回路にのみ混入し、終端抵抗10と誤差増幅器5との間には混入しない。
誤差増幅器5のゲインが十分高ければ
I2×R10=Vref (2)が成立する。
従って、(2)に(1)を代入して、
Vref=Vo×R10÷R1 (3)が成り立つので、
dVo/dVn=0
とあらわすことが出来、ノイズ源3の影響が無くなることが判る。
Vo÷R1=(カレントミラー回路へ入力電流)=1×I2 (1)
が成立する。このとき、ノイズ源3の電圧Vnはカレントミラー回路9の出力回路に混入するがカレントミラー回路9は電流出力回路であるからこの電圧Vnによつて出力電流I2が影響されることはない。
図1において、終端抵抗10を誤差増幅器5の入力端子に十分近づけて取り付けているので、ノイズ源3はカレントミラー回路9の出力回路にのみ混入し、終端抵抗10と誤差増幅器5との間には混入しない。
誤差増幅器5のゲインが十分高ければ
I2×R10=Vref (2)が成立する。
従って、(2)に(1)を代入して、
Vref=Vo×R10÷R1 (3)が成り立つので、
dVo/dVn=0
とあらわすことが出来、ノイズ源3の影響が無くなることが判る。
以上のようにこの発明によれば、コモンモードノイズによって、誤差増幅器周辺の回路は数ボルトのノイズにさらされても、コモンモードノイズの影響をなくすことが出来るので、精度の高い電圧制御ができる。
なお、図1において基準電圧4はあらかじめ固定されているかのように説明したが、外部から与えられ、変化する電圧であってもよい。また、この発明は電圧変換回路がスイッチングインバータ6である場合に特に効果があるが、例えばパワートランジスタによるアナログ
の電圧制御方式の電圧変換回路であってもそれなりの効果は得られる。
なお、図1において基準電圧4はあらかじめ固定されているかのように説明したが、外部から与えられ、変化する電圧であってもよい。また、この発明は電圧変換回路がスイッチングインバータ6である場合に特に効果があるが、例えばパワートランジスタによるアナログ
の電圧制御方式の電圧変換回路であってもそれなりの効果は得られる。
実施の形態2.
また、終端抵抗10を誤差増幅器5の入力端子に十分近く配置してさえおけば、検出電圧に対するコモンモードノイズの影響を避けることができるので、誤差増幅器5をインバータ6から十分、離して配置することができる。これについて図2により説明する。図2において電圧制御回路99の入出力回路の配線98(一点鎖線付で図示)は多少引き回しをながくしても、実施の形態1で説明したとおり、カレントミラー回路9の出力は電流源であるからノイズの混入による影響を受けることが少ない。したがって、電圧制御回路99の配置の自由度が高くなるという効果が得られる。
また、終端抵抗10を誤差増幅器5の入力端子に十分近く配置してさえおけば、検出電圧に対するコモンモードノイズの影響を避けることができるので、誤差増幅器5をインバータ6から十分、離して配置することができる。これについて図2により説明する。図2において電圧制御回路99の入出力回路の配線98(一点鎖線付で図示)は多少引き回しをながくしても、実施の形態1で説明したとおり、カレントミラー回路9の出力は電流源であるからノイズの混入による影響を受けることが少ない。したがって、電圧制御回路99の配置の自由度が高くなるという効果が得られる。
この発明の電圧制御回路とこれを用いた定電圧電源装置は、一般的な定電圧電源装置のほか、高精度高電圧電源装置として用いることができる。
1 抵抗器(第1の抵抗器)、 3 等価ノイズ源、 4 基準電圧源、
5 誤差増幅器、 6 インバーター6、 7 入力電圧、
8 出力電圧、 9 カレントミラー回路、
10 終端抵抗(第2の抵抗器)、 98 電圧制御回路の入出力配線、
99 電圧制御回路。
5 誤差増幅器、 6 インバーター6、 7 入力電圧、
8 出力電圧、 9 カレントミラー回路、
10 終端抵抗(第2の抵抗器)、 98 電圧制御回路の入出力配線、
99 電圧制御回路。
Claims (3)
- 入力された電圧を、与えられた制御信号に応じて変換し出力する電圧変換回路、
前記電圧変換回路の出力端子に接続された第1の抵抗器、
前記第1の抵抗器に流れる第1の電流に比例した第2の電流を出力するカレントミラー回路、
前記第2の電流を信号電圧に変換する第2の抵抗器、
前記信号電圧をあらかじめ備えた基準電圧と比較してその差に応じた信号を前記電圧変換回路に前記制御信号として出力する増幅器を備えたことを特徴とする定電圧電源装置。 - 前記電圧変換回路はスイッチング回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の定電圧電源装置。
- 与えられた制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力回路に前記制御信号を与える電圧制御回路であって、
前記電圧出力回路の出力端子に接続された第1の抵抗器、
前記第1の抵抗器に流れる第1の電流に比例した第2の電流を出力するカレントミラー回路、
前記第2の電流を信号電圧に変換する第2の抵抗器、
前記信号電圧を基準電圧と比較してその差に応じた信号を前記制御信号として出力する増幅器を備えたことを特徴とする電圧制御回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003376091A JP2005143192A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 電圧制御回路およびこの電圧制御回路を用いた定電圧電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003376091A JP2005143192A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 電圧制御回路およびこの電圧制御回路を用いた定電圧電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005143192A true JP2005143192A (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=34687268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003376091A Pending JP2005143192A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 電圧制御回路およびこの電圧制御回路を用いた定電圧電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005143192A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010252441A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Powerchip Technology Corp | 昇圧回路の制御回路 |
JP2011254664A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | On Semiconductor Trading Ltd | 発光素子の制御回路 |
-
2003
- 2003-11-05 JP JP2003376091A patent/JP2005143192A/ja active Pending
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JP2010252441A (ja) * | 2009-04-13 | 2010-11-04 | Powerchip Technology Corp | 昇圧回路の制御回路 |
JP2011254664A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | On Semiconductor Trading Ltd | 発光素子の制御回路 |
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