JP2005165604A

JP2005165604A - オーバーシュート回復回路及び電圧レギュレータ

Info

Publication number: JP2005165604A
Application number: JP2003402790A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masuko; 健益子
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】従来例は、基準電圧１２の電圧設定のためには、まず安定出力Ｖｏｕｔの実際の電圧値を測定し、測定値に必ず感知したいオーバーシュート振幅電圧の最小値を加えた基準電圧設定値を求める必要がある。その結果、基準電圧１２電圧設定工程が必要となり、この工程を１つ１つのオーバーシュート回復回路付き電圧レギュレータについておこなう必要があった。
【解決手段】安定出力Ｖｏｕｔ電圧を容量に充電し保持している電圧と、安定出力Ｖｏｕｔ電圧より少し低い電圧に分圧した電圧を比較することでオーバーシュートを検知し、安定出力Ｖｏｕｔから電流を引き抜くことで、オーバーシュート回復時間の短縮を可能とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、電圧レギュレータの軽負荷時におけるオーバーシュート発生を、短時間で所定の電圧に回復させる対策回路及びこれを用いた電圧レギュレータに関する。

ある設定電圧に安定化された電源電圧を作り出すための電圧レギュレータは、電圧レギュレータの入力電源の変動や、電圧レギュレータにより安定化された出力に付加される負荷電流の変動により、ある設定に安定化された出力電圧より高い出力電圧すなわちオーバーシュート電圧が発生する。高い出力電圧を安定化されたある設定の出力電圧に速く戻すためには、電圧レギュレータの出力から大きな電流を引き抜く必要がある。

しかし一般に電圧レギュレータは、電圧レギュレータの出力に大きな電流を流し込めても大きな電流を引き抜くことはできないため、高い出力電圧から安定化されたある設定の出力電圧に戻す時間すなわちオーバーシュート回復時間が長くなってしまうという問題がある。

そのため従来は、特開平05-313762や特開2002-189522に記述されているように、オーバーシュート電圧量を小さくすることにより、オーバーシュート回復時間を短くする方法が知られているが、オーバーシュート電圧を完全になくすまでの効果はなく、よってオーバーシュート発生を感知し安定出力Ｖｏｕｔから電流を引き抜くような工夫が望まれる。

そのため従来は、図４の回路図に示されるように、入力電源１から電圧レギュレータ２を介して得た安定出力Ｖｏｕｔに、安定出力Ｖｏｕｔと安定出力Ｖｏｕｔ設定電圧より少し高い設定の基準電圧１２が入力された比較回路３にて、安定出力Ｖｏｕｔが基準電圧１２の電圧をこえるオーバーシュートの発生を感知し、安定出力Ｖｏｕｔから整流素子５と制限電流抵抗４を介し安定出力Ｖｏｕｔから電流を引き抜き、オーバーシュート回復時間を短縮する対策が公知の技術として知られていた。
特開２００２−１８９５２２

しかし、従来のオーバーシュート回復時間を短縮する対策回路の電圧レギュレータ２で安定化された実際の出力電圧値は、量産製造上において設定値に対しあるずれ量が存在し、ずれ量もばらつきがあるため、安定化された実際の出力電圧に連動して基準電圧１２の電圧を調整する必要があるため、調整にコストがかかってしまうという欠点がある。

すなわち、従来例図４の回路図においては、基準電圧１２の電圧設定のためには、まず安定出力Ｖｏｕｔの実際の電圧値を測定し、測定値に必ず感知したいオーバーシュート振幅電圧の最小値を加えた基準電圧設定値を求める必要がある。その結果、基準電圧１２電圧設定工程が必要となり、この工程を１つ１つのオーバーシュート回復回路付き電圧レギュレータについておこなう必要があった。

そこでこの発明の目的は、従来のこのような問題点を解決するために、電圧レギュレータ２で安定化された実際の出力電圧に連動した基準電圧１２電圧となるような回路とすることで、基準電圧１２の電圧調整する工程をなくすことである。具体的には、レギュレータ回路の出力端子に接続するオーバーシュート回復回路において、出力端子に接続する出力電圧保持手段と、出力端子に接続する出力電圧検出手段と、出力電圧保持手段からの第１電圧と出力電圧検出手段からの第２電圧とを比較する比較回路と、出力端子と比較回路の出力との間に設けた電流制限手段とを備え、第２電圧が前記第１電圧よりも高くなった時に、電流制限手段により出力端子から電流を引き抜くように構成した。

更に、出力電圧保持手段は抵抗と容量が直列に接続した回路からなり、この抵抗の一端が出力端子に、抵抗の他端が容量と比較回路に接続して、比較回路に第１電圧を与えるようにした。また、電流制限手段は整流素子と抵抗が直列に接続した回路からなり、比較回路の出力電圧が出力端子の電圧よりも低いときに、出力端子から電流を引き抜くようにした。また、比較回路が定電流出力型の比較回路であって、比較回路の出力電圧が出力端子の電圧よりも低いときに、出力端子から電流を引き抜くようにした。また、電圧検出手段は少なくとも２つの抵抗が直列に接続した分圧抵抗からなり、第２電圧は分圧抵抗により分圧された電圧である。また、比較回路はオフセット付き比較回路であって、第２電圧から比較回路のオフセット電圧を差引いた電圧が前記第１電圧よりも高くなった時に、電流制限手段により出力端子から電流を引き抜くものである。また、電流制限手段はスイッチを含み、第１電圧が出力端子の電圧に達しない間、出力端子と比較回路の出力との間の接続を切断するものである。
従って、本発明の特徴は、実際の安定出力Ｖｏｕｔ電圧を容量に充電しておき、この電圧を基準電圧とすることで、基準電圧の調整工程をなくすことを可能とするものである。

本発明は、安定出力Ｖｏｕｔの量産製造上の電圧ばらつきをキャンセルするための調整をすることなく、入力電源の変動や出力負荷電流の変動などに起因して安定出力Ｖｏｕｔ電圧が上昇するオーバーシュートを検知することができるので、回復時間を短縮させたオーバーシュート回復回路及びこれを用いた電圧レギュレータを低コストで実現できる、という優れた効果を有する。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すオーバーシュート回復時間短縮回路である。安定出力Ｖｏｕｔの出力端子とＧＮＤとの間に、抵抗６と容量７が直列接続された電圧保持手段が接続されている。容量７の抵抗側端子の電圧は比較回路３の＋入力に入力される。さらに、安定出力Ｖｏｕｔの出力端子とＧＮＤとの間に、抵抗８と抵抗９とからなる電圧検出手段が接続されている。安定出力Ｖｏｕｔの電圧は、抵抗８と抵抗９により分圧されて安定出力Ｖｏｕｔ電圧より少し低い電圧が比較回路３の−入力に入力される。制限電流抵抗４と整流素子５とスイッチ１０からなる電流制限手段が比較回路３の出力と安定出力Ｖｏｕｔとの間に接続されている。

定常状態では抵抗８と抵抗９で分圧された入力の電圧のほうが低いので比較回路３の出力は安定出力Ｖｏｕｔ電圧以上となる。その結果、整流素子５により安定出力Ｖｏｕｔから電流を流し込んだり引き抜いたりはしない。

しかし入力電源の変動や出力負荷電流の変動などにより、安定出力Ｖｏｕｔ電圧が上昇するオーバーシュートが発生した場合、抵抗６と容量７にて保持された電圧は上昇しないが、抵抗８と抵抗９で分圧された電圧が抵抗６と容量７にて保持された電圧以上に上昇するため、比較回路３の出力はGNDとなり、制限電流抵抗４と整流素子５とスイッチ１０を介して安定出力Ｖｏｕｔから電流を引き抜かれて、オーバーシュート回復時間を短縮させることができる。

なおスイッチ１０は、容量７に定常時の安定出力Ｖｏｕｔ電圧が保持されるまでスイッチを切っておくことで、オーバーシュート以外による比較回路３の検出による安定出力Ｖｏｕｔからの電流の引き抜きを阻止するためのものである。

図２は本発明の実施例２を示すオーバーシュート回復時間短縮回路である。本実施例における比較回路１１はオフセット付き比較回路である。安定出力Ｖｏｕｔから抵抗６と容量７にてGNDに接続され安定出力Ｖｏｕｔ電圧が保持された入力がオフセット付き比較回路１１の＋入力に接続され、安定出力Ｖｏｕｔがオフセット付き比較回路１１の−入力に接続され、オフセット付き比較回路１１の出力から制限電流抵抗４とスイッチ１０を介し安定出力Ｖｏｕｔに接続されている。

定常状態では、抵抗６と容量７で保持された入力の電圧と、安定出力Ｖｏｕｔからの入力電圧とは等しいが、オフセット付き比較回路１１にて−入力が少し低めに検出されるようなオフセット電圧が設定されたオフセットを設けていることにより、オフセット付き比較回路１１の出力は安定出力Ｖｏｕｔ電圧となり、安定出力Ｖｏｕｔから電流を流し込んだり引き抜いたりはしない。

しかし入力電源の変動や出力負荷電流の変動などにより、安定出力Ｖｏｕｔ電圧が上昇するオーバーシュートが発生した場合、抵抗６と容量７にて保持された電圧は上昇しないが、安定出力Ｖｏｕｔ電圧がオフセット付き比較回路１１の−入力側に設けたオフセット電圧以上に上昇することにより、オフセット付き比較回路１１の出力はGNDとなり、制限電流抵抗４とスイッチ１０を介して安定出力Ｖｏｕｔから電流を引き抜き、オーバーシュート回復時間を短縮させることができる。

なおスイッチ１０は、容量７に定常時の安定出力Ｖｏｕｔ電圧が保持されるまでスイッチを切っておくことで、オーバーシュート以外によるオフセット付き比較回路１１の検出による安定出力Ｖｏｕｔからの電流の引き抜きをキャンセルするためのものである。

また図３は、図２で使用している比較回路１１を定電流出力タイプとすることで、制限電流抵抗４を削除した実施例３であり、図２と同様な動作が可能であることは明白である。なお、本実施例における電流制限手段は、比較回路１１の出力と電圧レギュレータ２の出力端子間に設けた配線、または、配線とスイッチ１０により構成される。

また電圧レギュレータ２は、DC-DCコンバータや三端子レギュレータのように、安定化された電源電圧を作り出すものであれば適用できることは明白である。

本発明の実施例１であるオーバーシュート回復時間短縮回路の説明図である。本発明の実施例２であるオーバーシュート回復時間短縮回路の説明図である。本発明の実施例３であるオーバーシュート回復時間短縮回路の説明図である。従来のオーバーシュート回復時間短縮回路の説明図である。

符号の説明

１入力電源
２電圧レギュレータ
３比較回路
４制限電流抵抗
５整流素子
６抵抗
７容量
８、９分圧抵抗
１０スイッチ
１１オフセット付き比較回路
１２基準電圧

Claims

レギュレータ回路の出力端子に接続するオーバーシュート回復回路において、
前記出力端子に接続する出力電圧保持手段と、
前記出力端子に接続する出力電圧検出手段と、
前記出力電圧保持手段からの第１電圧と前記出力電圧検出手段からの第２電圧とを比較する比較回路と、
前記出力端子と前記比較回路の出力との間に設けた電流制限手段とを備え、
前記第２電圧が前記第１電圧よりも高くなった時に、前記電流制限手段により前記出力端子から電流を引き抜くことを特徴とするオーバーシュート回復回路。
前記出力電圧保持手段は抵抗と容量が直列に接続した回路からなり、
前記抵抗の一端が前記出力端子に、前記抵抗の他端が前記容量と前記比較回路に接続して、前記比較回路に前記第１電圧を与えることを特徴とする請求項１に記載のオーバーシュート回復回路。
前記電流制限手段は整流素子と抵抗が直列に接続した回路からなり、
前記比較回路の出力電圧が前記出力端子の電圧よりも低いときに、前記出力端子から電流を引き抜くことを特徴とする請求項１又は２に記載のオーバーシュート回復回路。
前記比較回路が定電流出力型の比較回路であって、
前記比較回路の出力電圧が前記出力端子の電圧よりも低いときに、前記出力端子から電流を引き抜くことを特徴とする請求項１又は２に記載のオーバーシュート回復回路。
前記電圧検出手段は少なくとも２つの抵抗が直列に接続した分圧抵抗からなり、
前記第２電圧は前記分圧抵抗により分圧された電圧であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のオーバーシュート回復回路。
前記比較回路はオフセット付き比較回路であって、前記第２電圧から前記比較回路のオフセット電圧を差引いた電圧が前記第１電圧よりも高くなった時に、前記電流制限手段により前記出力端子から電流を引き抜くことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のオーバーシュート回復回路。
前記電流制限手段はスイッチを含み、前記第１電圧が前記出力端子の電圧に達しない間、前記出力端子と前記比較回路の出力との間の接続を切断することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のオーバーシュート回復回路。
レギュレータ回路と請求項１から７のいずれかに記載のオーバーシュート回復回路を含む電圧レギュレータ。