JP2005168298A - Power supply circuit and voltage supplying method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低電圧負荷用の電源回路に関し、特に低電圧で動作する複数の負荷回路に対して異なる特性の電源の供給を行う電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit for a low voltage load, and more particularly to a power supply circuit for supplying power having different characteristics to a plurality of load circuits operating at a low voltage.
近年、環境対策上、省エネルギーが求められており、その結果、電子回路における動作電圧の低電圧化が進み、特に電池を使用した機器において該低電圧化が顕著である。また、1つの装置内において、電源に要求される特性が回路機能ごとに多様化しており、何種類もの電源電圧や、必要な電源の特性が異なるケースが増えてきている。このような用途に応えるため、従来の電源回路100は、図4に示すような構成になっていた。
In recent years, energy conservation has been demanded for environmental measures, and as a result, the operation voltage of electronic circuits has been lowered, and the reduction in voltage is particularly remarkable in devices using batteries. In addition, the characteristics required for the power supply are diversified for each circuit function in one apparatus, and the number of types of power supply voltages and necessary power supply characteristics are increasing. In order to meet such an application, the conventional
図4における電源回路100は、電池等の直流電源110から供給された直流電源を、第1の定電圧回路101で安定化させた後、複数の第2の定電圧回路102a〜102cで、対応する負荷回路(図示せず)が要求する直流電源を生成して出力する構成をなしていた。例えば、第1の定電圧回路101には効率のよいDC/DCコンバータ使用して、直流電源110からの電源電圧VDDを目的の電源電圧に近い電圧まで降圧させる。
The
ここで、第2の定電圧回路102a〜102cに接続される負荷回路がアナログ回路であれば、第2の定電圧回路102a〜102cにはリプルやノイズの少ないシリーズレギュレータを使用する。これに対して、第2の定電圧回路102a〜102cに接続される負荷回路がデジタル回路であれば、第2の定電圧回路102a〜102cにはDC/DCコンバータを使用するといったように、第2の定電圧回路102a〜102cには、接続される負荷回路に応じた種類の定電圧回路を使用していた。
Here, if the load circuit connected to the second
ここで、図5は、第2の定電圧回路102a〜102cで使用されるシリーズレギュレータの回路例をそれぞれ示している。第2の定電圧回路102a〜102cで使用される基準電圧Vrを生成して出力する基準電圧発生回路105の電源には、図5から分かるように、シリーズレギュレータの入力電圧か、又は出力電圧から供給されていた。電圧の高い基準電圧を必要とする場合は、図5(a)のように、基準電圧発生回路105の電源は、シリーズレギュレータの入力側から供給されることが望ましい。
Here, FIG. 5 shows circuit examples of series regulators used in the second
しかし、このようにした場合、基準電圧発生回路105に供給される電源電圧は、通常安定化されていないため変動の大きいものとなり、基準電圧発生回路105から出力される基準電圧の安定度がやや低下するという問題があった。これに対して、図5(b)のように基準電圧発生回路105の電源をシリーズレギュレータの出力側から供給する場合は、基準電圧発生回路105から出力される基準電圧の安定度は向上するが、シリーズレギュレータの出力電圧が基準電圧発生回路105を作動させるために必要な電圧以上であることが要求される。
However, in this case, the power supply voltage supplied to the reference
なお、従来において、2つの昇圧回路を直列に接続し、電圧レベルの絶対値が大きくて電圧変動の少ない電圧を生成する半導体集積回路があった(例えば、特許文献1参照。)。また、昇圧回路と降圧回路が直列に接続され、該昇圧回路及び降圧回路で使用される基準電圧は、基準電圧源6で入力端子に入力された電圧を使用して生成される定電圧型スイッチング電源回路があった(例えば、特許文献2参照。)。
ここで、図6は、基準電圧発生回路105の回路例を示しており、図6(a)及び図6(b)はツェナーダイオードを使用した場合を示しており、図6(c)は、バンドギャップを使用した場合を示している。低い基準電圧を得るためには、図6(b)で示すように、ツェナーダイオードで得られる定電圧を抵抗で分圧して得ることができる。また、図6(c)のようなバンドギャップ電圧を利用した基準電圧発生回路はIC化が容易であり、ICとして市販(例えば製品名TL431)されているものもある。
Here, FIG. 6 shows a circuit example of the reference
図6で示したような基準電圧発生回路105を安定させて動作させるためには、ツェナーダイオードを使用した図6(a)及び図6(b)の場合では5V以上の電源電圧が、図6(c)のトランジスタのバンドギャップ電圧を使用した場合でも3V以上の電源電圧が必要であった。更に、基準電圧発生回路105の電源は、できるだけ電圧が安定してリプルやノイズの少ないものである必要があった。
In order to stably operate the reference
しかし、第2の定電圧回路102a〜102cの各出力電圧を低下、例えば3Vから1V台まで低下させる必要がある場合、第2の定電圧回路102a〜102cの出力電圧では、基準電圧発生回路105を作動させることができないという問題があった。
However, when the output voltages of the second
また、第2の定電圧回路102a〜102cの各入力電圧を第1の定電圧回路101からそれぞれ供給される場合、できる限り第2の定電圧回路102a〜102cでの電力消費を少なくするため、第1の定電圧回路101は、第2の定電圧回路102a〜102cの出力電圧に近い電圧を入力電圧として供給するのが望ましかった。このため、例えば作動電圧が3Vの負荷回路を作動させるためには、該負荷回路に電源を供給する第2の定電圧回路の入力電圧には約3.3Vの電圧が、作動電圧が2Vの負荷回路を作動させるためには、該負荷回路に電源を供給する第2の定電圧回路の入力電圧には約2.3Vの電圧が入力されるようにする必要があった。
Further, when the input voltages of the second
このため、図5(a)の第2の定電圧回路のような入力側から電源が供給される基準電圧発生回路に対しても作動させることができなくなり、作動させることができたとしても安定した基準電圧を得ることができなかった。また、基準電圧発生回路が作動するための十分な電圧を、第1の定電圧回路101から第2の定電圧回路に供給すると、第2の定電圧回路での消費電力が増大するという問題が発生する。このため、第2の定電圧回路での発熱が増加し、分散した電源回路ごとに大きな実装スペースが必要になるという問題があった。
For this reason, the reference voltage generating circuit to which power is supplied from the input side such as the second constant voltage circuit of FIG. 5A cannot be operated, and even if it can be operated, it is stable. The obtained reference voltage could not be obtained. Further, if a sufficient voltage for operating the reference voltage generation circuit is supplied from the first
更に、第1の定電圧回路101がDC/DCコンバータのようなスイッチング方式の定電圧回路の場合は、出力電圧にリプルや、高周波ノイズが重畳されている。このような出力電圧が電源として基準電圧発生回路に直接供給されると、基準電圧発生回路からの基準電圧にもリプルや高周波ノイズが重畳し、第2の定電圧回路からの出力電圧も不安定なものになるという問題があった。
Further, when the first
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、第2の定電圧回路における基準電圧発生回路の電源を第1の定電圧回路の入力電圧を供給している直流電源から得るようにしたことから、第2の定電圧回路の入力電圧を低下させることができ、第2の定電圧回路での消費電力を小さくして実装面積を小さくすることができる電源回路及び電源電圧供給方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a DC power supply that supplies a reference voltage generation circuit power supply in a second constant voltage circuit to an input voltage of the first constant voltage circuit. Therefore, the power supply circuit and the power supply that can reduce the input voltage of the second constant voltage circuit, reduce the power consumption in the second constant voltage circuit, and reduce the mounting area. The object is to obtain a voltage supply method.
この発明に係る電源回路は、直流電源からの電源電圧を所定の第1の定電圧に変換して出力する第1の定電圧回路と、該第1の定電圧回路からの出力電圧をあらかじめ設定された定電圧に変換して出力する少なくとも1つの第2の定電圧回路とを備える電源回路において、
前記第1の定電圧回路は、所定の第1の基準電圧を生成して出力する第1の基準電圧発生回路を、前記第2の定電圧回路は、所定の第2の基準電圧を生成して出力する第2の基準電圧をそれぞれ備え、
前記第1の定電圧回路の出力電圧は、前記第2の基準電圧発生回路が安定動作する電圧以下であり、前記第2の基準電圧発生回路は、前記直流電源から電源供給されるものである。
A power supply circuit according to the present invention includes a first constant voltage circuit that converts a power supply voltage from a DC power supply into a predetermined first constant voltage and outputs the first constant voltage, and presets an output voltage from the first constant voltage circuit In a power supply circuit comprising at least one second constant voltage circuit that converts and outputs the converted constant voltage,
The first constant voltage circuit generates a first reference voltage generation circuit that generates and outputs a predetermined first reference voltage, and the second constant voltage circuit generates a predetermined second reference voltage. Each having a second reference voltage to be output,
The output voltage of the first constant voltage circuit is equal to or lower than the voltage at which the second reference voltage generation circuit operates stably, and the second reference voltage generation circuit is supplied with power from the DC power supply. .
また、この発明に係る電源電圧供給方法は、直流電源からの電源電圧を所定の第1の定電圧に降圧し、該第1の定電圧を所定の第2の定電圧に降圧して負荷に出力する電源電圧供給方法において、
前記第2の定電圧を所定の分圧比で分圧し、
該分圧電圧が、前記直流電源からの電圧から直接生成した基準電圧に等しくなるように、前記第2の定電圧を制御して前記負荷に供給するようにした。
In the power supply voltage supply method according to the present invention, a power supply voltage from a DC power supply is stepped down to a predetermined first constant voltage, and the first constant voltage is stepped down to a predetermined second constant voltage to be applied to a load. In the power supply voltage supply method for output,
Dividing the second constant voltage at a predetermined voltage dividing ratio;
The second constant voltage is controlled and supplied to the load so that the divided voltage is equal to a reference voltage directly generated from a voltage from the DC power supply.
本発明の電源回路によれば、第2の定電圧回路における第2の基準電圧発生回路の電源を、第1の定電圧回路の入力電圧を供給している直流電源から得るようにしたことから、第2の定電圧回路の入力電圧を低下させることができるため、第2の定電圧回路での消費電力を小さくすることができ実装面積を小さくすることができる。 According to the power supply circuit of the present invention, the power supply of the second reference voltage generation circuit in the second constant voltage circuit is obtained from the DC power supply that supplies the input voltage of the first constant voltage circuit. Since the input voltage of the second constant voltage circuit can be reduced, the power consumption in the second constant voltage circuit can be reduced and the mounting area can be reduced.
また、本発明の電源電圧供給方法によれば、前記第2の定電圧を所定の分圧比で分圧し、該分圧電圧が、前記直流電源からの電圧から直接生成した基準電圧に等しくなるように、前記第2の定電圧を制御して前記負荷に供給するようにしたことから、第1の定電圧を第2の定電圧に降圧する際の該第1の定電圧を低下させることができるため、第2の定電圧を生成するときの消費電力を小さくすることができ、実装面積を小さくすることができる。 According to the power supply voltage supply method of the present invention, the second constant voltage is divided at a predetermined voltage division ratio so that the divided voltage becomes equal to a reference voltage directly generated from the voltage from the DC power supply. In addition, since the second constant voltage is controlled and supplied to the load, the first constant voltage when the first constant voltage is stepped down to the second constant voltage can be reduced. Therefore, the power consumption when generating the second constant voltage can be reduced, and the mounting area can be reduced.
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における電源回路の例を示した図である。なお、図1では、1つの第2の定電圧回路を有する降圧型の電源回路を例にして示し、第2の定電圧回路にシリーズレギュレータを使用した場合を例にして示している。
図1において、電源回路1は、電池等の直流電源10からの電源電圧VDDを所定の定電圧V1に降圧する第1の定電圧回路2と、該第1の定電圧回路2から出力された定電圧V1を所定の定電圧V2に降圧して負荷回路(図示せず)に出力する第2の定電圧回路3とで構成されている。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a step-down power supply circuit having one second constant voltage circuit is shown as an example, and a case where a series regulator is used for the second constant voltage circuit is shown as an example.
In FIG. 1, a power supply circuit 1 outputs a first
第1の定電圧回路2は、例えばスイッチングレギュレータで構成されており、入力端IN1に電源電圧VDDが入力され、生成した定電圧V1を出力端OUT1から第2の定電圧回路2の入力端IN2に出力する。
図2は、第1の定電圧回路2をスイッチングレギュレータで形成した場合の回路例を示した図である。
図2における第1の定電圧回路2において、基準電圧発生回路31は、直流電源10からの電源電圧VDDを電源として動作し、所定の基準電圧Vr1を生成して出力する。
The first
FIG. 2 is a diagram showing a circuit example when the first
In the first
また、抵抗32及び33は、出力端OUT1から出力された電圧を分圧して分圧電圧Vd1を生成して出力し、誤差増幅器34は、該分圧電圧Vd1と基準電圧Vr1との電圧差に応じた電圧を出力する。比較器35は、三角波発生回路36から出力された所定の三角波と、誤差増幅器34の出力電圧との電圧比較を行い、該比較結果に応じた2値の信号をPMOSトランジスタからなるスイッチングトランジスタ37のゲートに出力する。スイッチングトランジスタ37は、比較器35からの出力信号に応じてスイッチングを行う。スイッチングトランジスタ37から出力された信号は、フライホールダイオードをなすダイオード38、コイル39及びコンデンサ40で平滑されて出力端OUT1から定電圧V1として出力される。
The
次に、図1において、第2の定電圧回路3は、PMOSトランジスタからなる電圧制御用トランジスタ21と、該電圧制御用トランジスタ21の動作制御を行う誤差増幅器22と、所定の基準電圧Vr2を生成して出力する基準電圧発生回路23と、電圧制御用トランジスタ21から出力される電圧を分圧する抵抗24,25とを備えたシリーズレギュレータで構成されている。
Next, in FIG. 1, the second constant voltage circuit 3 generates a
第2の定電圧回路3において、電圧制御用トランジスタ21は、入力端IN2と出力端OUT2との間に接続されており、抵抗24と25の直列回路が出力端OUT2と接地電圧GNDとの間に接続されている。誤差増幅器22の反転入力端には基準電圧発生回路23からの基準電圧Vr2が入力されており、誤差増幅器22の非反転入力端には、出力端OUT2から出力された電圧が抵抗24及び25で分圧された分圧電圧Vd2が入力されている。誤差増幅器22は、分圧電圧Vd2が基準電圧Vr2になるように電圧制御用トランジスタ21の動作制御を行う。ここで、基準電圧発生回路23は、直流電源10からの電源電圧VDDを電源にして動作しており、誤差増幅器22は、第1の定電圧回路2からの定電圧V1を電源として動作している。
In the second constant voltage circuit 3, the
このようにすることにより、例えば第2の定電圧回路3の出力電圧が3V以下であり、第2の定電圧回路3の入力電圧が3.3Vであっても、基準電圧発生回路23の電源は、第1の定電圧回路2の入力電圧である例えば6Vの電源電圧VDDが直接供給されるため、基準電圧発生回路23を作動させるのに十分な電源電圧を供給することができる。このことから、第2の定電圧回路3は、出力する定電圧V2に電圧制御用トランジスタ21のソース・ドレイン間電圧を加えた値以上の入力電圧が入力端IN2に入力されれば、安定した定電圧V2を出力することができる。
By doing so, for example, even if the output voltage of the second constant voltage circuit 3 is 3V or less and the input voltage of the second constant voltage circuit 3 is 3.3V, the power supply of the reference
例えば、第2の定電圧回路3の出力端OUT2から出力される電流が100mAである場合、電圧制御用トランジスタ21のソース・ドレイン間電圧0.1〜0.2V位であることから、定電圧V2が1.5Vとした場合、第2の定電圧回路3は、入力端IN2に入力される電圧が1.6〜1.7V以上であれば安定した定電圧V2を出力することができる。このように、第1の定電圧回路2の出力電圧は、第2の定電圧回路3が定電圧V2を生成して出力するために必要とする最小入力電圧になるようにすればよい。
For example, when the current output from the output terminal OUT2 of the second constant voltage circuit 3 is 100 mA, the voltage between the source and the drain of the
また、第1の定電圧回路2が、DC/DCコンバータのようなスイッチングレギュレータである場合、第1の定電圧回路2の出力電圧に含まれるリプルや高周波のスイッチングノイズが第2の定電圧回路3における基準電圧発生回路23に入り込まないため、更に第2の定電圧回路3の出力電圧を安定させることができる。
In addition, when the first
次に、図1では第2の定電圧回路が1つである場合を例にして説明したが、複数の第2の定電圧回路を備えるようにしてもよく、図3は、このようにした場合の電源回路1の例を示した概略のブロック図である。なお、図3では、3つの第2の定電圧回路を有する降圧型の電源回路を例にして示しているが、本発明は、これに限定するものではなく、複数の第2の定電圧回路を備える場合に適用することができる。また、図3では、図1と同じものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
図3において、電源回路1は、第1の定電圧回路2と、該第1の定電圧回路2から出力された定電圧V1を所定の定電圧V2a〜V2cに降圧して対応する負荷回路(図示せず)に出力する第2の定電圧回路3a〜3cとで構成されている。
Next, FIG. 1 illustrates an example in which there is one second constant voltage circuit. However, a plurality of second constant voltage circuits may be provided, and FIG. It is the schematic block diagram which showed the example of the power supply circuit 1 in the case. In FIG. 3, a step-down power supply circuit having three second constant voltage circuits is shown as an example. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of second constant voltage circuits are provided. It can be applied in the case of comprising. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
In FIG. 3, a power supply circuit 1 includes a first
第2の定電圧回路3a〜3cは、図1の第2の定電圧回路3と同じ回路構成をそれぞれなしており、第2の定電圧回路3との相違点は、基準電圧発生回路から出力される基準電圧が異なるか否かにある。第2の定電圧回路3aは、所定の基準電圧Vraを生成して出力する基準電圧発生回路23aを、第2の定電圧回路3bは、所定の基準電圧Vrbを生成して出力する基準電圧発生回路23bを、第2の定電圧回路3cは、所定の基準電圧Vrcを生成して出力する基準電圧発生回路23cをそれぞれ備えている。
The second
基準電圧発生回路23a〜23cの各電源入力端IN3a〜IN3cには、直流電源10からの電源電圧VDDがそれぞれ入力され、基準電圧発生回路23a〜23cは、直流電源10からの電源電圧VDDを電源にしてそれぞれ動作する。また、第1の定電圧回路2の出力電圧は、第2の定電圧回路3a〜3cの中で最も高い入力電圧を必要とする電圧に設定する。すなわち、第1の定電圧回路2の出力電圧は、各第2の定電圧回路3a〜3cが対応する定電圧V2a〜V2cを生成して出力するために必要とするそれぞれの最小入力電圧の最大値になるようにする。このようにして、第2の定電圧回路3a〜3cで消費される電力が最小になるようにする。
The power supply voltage VDD from the
なお、前記説明では、第2の定電圧回路にシリーズレギュレータを使用した場合を例にして説明したが、接続される負荷回路に応じて第2の定電圧回路に図2で示したようなスイッチングレギュレータを使用してもよい。このようにした場合、スイッチングレギュレータにおける基準電圧発生回路は、直流電源10からの電源電圧VDDを電源にしてそれぞれ動作するようにする。また、前記説明では、第1の定電圧回路2にスイッチングレギュレーションを使用した場合を例にして説明したが、本発明は、これに限定するものではなく、第1の定電圧回路2にシリーズレギュレータを使用してもよい。
In the above description, the case where the series regulator is used for the second constant voltage circuit has been described as an example. However, the switching as shown in FIG. 2 is applied to the second constant voltage circuit according to the connected load circuit. A regulator may be used. In this case, the reference voltage generation circuit in the switching regulator operates with the power supply voltage VDD from the
このように、本第1の実施の形態における電源回路は、直流電源10からの電源電圧VDDを降圧して所定の定電圧V1を生成し出力する第1の定電圧回路2と、該第1の定電圧回路2から出力された定電圧V1を降圧して所定の定電圧を生成し出力する少なくとも1つの第2の定電圧回路からなり、該第2の定電圧回路における基準電圧発生回路が直流電源10からの電源電圧VDDを電源として動作するようにした。このことから、第2の定電圧回路の入力電圧を低下させることができ、第2の定電圧回路での消費電力を少なくして実装面積を小さくすることができる。
As described above, the power supply circuit according to the first embodiment includes the first
1 電源回路
2 第1の定電圧回路
3,3a〜3c 第2の定電圧回路
10 直流電源
21 電圧制御用トランジスタ
22,34 誤差増幅器
23,31,23a〜23c 基準電圧発生回路
24,25,32,33 抵抗
35 比較器
36 三角波発生回路
37 スイッチングトランジスタ
38 ダイオード
39 コイル
40 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記第1の定電圧回路は、所定の第1の基準電圧を生成して出力する第1の基準電圧発生回路を、前記第2の定電圧回路は、所定の第2の基準電圧を生成して出力する第2の基準電圧発生回路をそれぞれ備え、
前記第1の定電圧回路の出力電圧は、前記第2の基準電圧発生回路が安定動作する電圧以下であり、前記第2の基準電圧発生回路は、前記直流電源から電源供給されることを特徴とする電源回路。 A first constant voltage circuit that converts a power supply voltage from a DC power source into a predetermined first constant voltage and outputs the first constant voltage; and an output voltage from the first constant voltage circuit is converted into a preset constant voltage. In a power supply circuit comprising at least one second constant voltage circuit for outputting,
The first constant voltage circuit generates a first reference voltage generation circuit that generates and outputs a predetermined first reference voltage, and the second constant voltage circuit generates a predetermined second reference voltage. A second reference voltage generation circuit for outputting
The output voltage of the first constant voltage circuit is equal to or lower than a voltage at which the second reference voltage generation circuit stably operates, and the second reference voltage generation circuit is supplied with power from the DC power supply. Power supply circuit.
前記第2の定電圧を所定の分圧比で分圧し、
該分圧電圧が、前記直流電源からの電圧から直接生成した基準電圧に等しくなるように、前記第2の定電圧を制御して前記負荷に供給することを特徴とする電源電圧供給方法。
In a power supply voltage supply method for stepping down a power supply voltage from a DC power source to a predetermined first constant voltage, stepping down the first constant voltage to a predetermined second constant voltage, and outputting it to a load.
Dividing the second constant voltage at a predetermined voltage dividing ratio;
The power supply voltage supply method, wherein the second constant voltage is controlled and supplied to the load so that the divided voltage becomes equal to a reference voltage directly generated from a voltage from the DC power supply.
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