JP2006079612A - 帰還回路におけるパラメータ変動の補償 - Google Patents

Abstract

【課題】出力が、周囲温度、電離放射線、エージングなどの外的パラメータの変化の影響を受けないようにする帰還制御システムを設計する。
【解決手段】帰還回路のパラメータ変動を補償する手法が開示されている。レギュレータ回路が制御電流Ｉｃに応答して発生電流ＩＧを出力するように結合されたエネルギー源１０３を含む。帰還抵抗器１０１がレギュレータ回路の出力部１００に結合されている。帰還抵抗器１０１はレギュレータ回路の出力に応答して、帰還電流ＩＦを導くように結合されている。電流増幅器１２６が帰還電流ＩＦに応答して制御電流Ｉｃを発生させるように帰還抵抗器１０１に結合されている。補償回路１３０は、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して制御電流Ｉｃを調整するように、電流増幅器１２６に結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、電子回路に関し、詳細には、本発明は、閉ループ帰還システム中の電圧を調整する電子回路に関する。

閉ループ帰還システムの原理は、出力を生じさせるエネルギー源を制御することで、測定値と出力の所望の値との差を小さくすることである。測定値を得るために出力を検出する。測定値は、通常、検出された出力の値に比例する。その測定値と基準値を比較する。基準値は、通常、閉ループ帰還システムへの入力と見なされる。測定値と基準値との差により、出力の測定値と所望の値との差を小さくする帰還信号が生成される。

電子システムでは、出力、測定値、基準値、帰還信号は電圧か電流であろう。電子システム中の電圧に関連する動作は、電圧の代わりに電流に等化的に関連する。実際の考慮すべき事項によっては、所与の動作に対して、電圧が好ましいか、電流が好ましいかに影響を与えることがある。電子部品の固有のパラメータが、部品の基本的な性質や振舞いを決めることがある。固有のパラメータの例として、抵抗器の抵抗、ツェナーダイオードのツェナー電圧、所与の順方向電流での整流器の順方向電圧などがある。通常、外的パラメータが電子部品の固有パラメータに影響を及ぼす。外的パラメータとは、電子システムへの入力としては予定されてない環境条件、例えば温度などの環境条件である。

電子帰還システム中のパラメータの変動を補償する実施形態が開示されている。以下の説明では、本発明を充分に理解させるために、特定の細部が多数記述されている。しかしながら、特定の細部を使用して、本発明を実施する必要はないことが、通常の当業者には明らかになろう。本発明を不明瞭にするのを避けるために、この実施に関係する周知の方法については、詳しく述べられていない。

本明細書を通して、「一実施形態」または「実施形態」に言及することは、この実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味している。したがって、「一実施形態において」または「実施形態において」という語句が、本明細書を通して、様々な場所に現れているが、それらが、必ずしもすべて、同一の実施形態を指すとは限らない。さらに、これらの特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、適切な任意のやり方で組み合わせることもできる。

出力を外的パラメータの変化の影響を受けないようにする帰還制御システムの設計の実施形態が本開示内容に開示されている。この開示の目的では、帰還制御システムの外的パラメータは、その帰還制御システムの入力または出力としては指定されてない、帰還制御システムの外部のすべてのパラメータである。外的パラメータは、通常、この設計に指定された限度値を持つ環境パラメータである。本発明の実施形態による帰還制御システムは、一連の外的パラメータの範囲内で実行するように指定された設計要件を満たす。本発明の教示により、外的パラメータのいくつかの例として、周囲温度、電離放射線、エージング（老化）がある。

図１は、本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態の回路図である。一実施形態では、図１に示される電圧レギュレータは、調整電源の構成要素を表わしている。図示された実施形態に示されるように、エネルギー源（電力源）１０３は、制御電流Ｉ_Cに応答して発生した電流Ｉ_Gを出力するように結合されている。一実施形態では、エネルギー源１０３は、例えば、制御された電流源である。出力電圧Ｖ_Oは、基準接地点１０６に対して、電圧レギュレータの出力部１００に形成される。図１の電圧レギュレータ回路は、この開示の目的で、一般性を失うことなく、どんな電圧レギュレータをも表している。他の実施形態では、エネルギー源１０３は、本発明の教示により、アナログ線形制御やディジタル・オン／オフ制御を含め（ただし、それらには限定されない）、他のタイプの連続エネルギー源またはスイッチング・エネルギー源を表わしてもいる。

一実施形態では、出力部１００に結合された負荷インピーダンスＺ_L（１０２）が、ある範囲の値で変化するときでも、出力部１００の電圧Ｖ_Oはほとんど変わらない。出力部１００の電圧Ｖ_Oと電圧源１０５からの基準電圧Ｖ_REFとの電圧差が帰還抵抗器Ｒ_F（１０１）の両端に現れる帰還電圧Ｖ_Fであって、出力部１００の電圧Ｖ_Oに応答して帰還抵抗器Ｒ_F（１０１）で導かれる帰還電流Ｉ_Fを生じさせる。

一実施形態では、電流増幅器１２６が帰還抵抗器Ｒ_F（１０１）に結合されて、その帰還電流に応答する。図示された実施形態に示されるように、電流増幅器１２６は、帰還電流Ｉ_Fと補償電流Ｉ_Hとの差である入力電流を受け取るように結合されている。電流増幅器１２６のゲインは、この入力電流に対する出力電流の比である。様々な実施形態では、電流増幅器１２６は、本発明の教示により、１よりも大きいか、１よりも小さいか、あるいは１に等しいゲインを持っている。一実施形態では、電流増幅器１２６の入力部で受け取られた帰還電流Ｉ_Fに応答して、電流増幅器１２６の出力部に制御電流Ｉ_Cを発生させる。制御電流Ｉ_Cは、エネルギー源１０３の制御入力部１０４で受け取られる。一実施形態では、負荷インピーダンスＺ_L（１０２）が、ある範囲で値が変化するときに、制御入力部１０４の制御電流Ｉ_Cは、エネルギー源１０３からの発生電流Ｉ_Gを調整して、出力部１００の電圧Ｖ_Oの変化を小さくする。図示された実施形態では、制御電流Ｉ_Cの変化に対する発生電流Ｉ_Gの変化の比は、制御されたエネルギー源１０３の制御ゲインＫである。

作動中に、負荷インピーダンスＺ_L（１０２）が変化すると、出力電圧を所望の値に維持するために、出力電流Ｉ_Oが変化する。出力電流Ｉ_Oが変化すると、電圧Ｖ_Oを所望の値に維持するために、電流源１０３からの電源電流Ｉ_Gが変化する。

図示の回路図に示されるように、図１の電圧レギュレータの実施形態に補償回路１３０も含まれている。一実施形態では、補償回路は、この電圧レギュレータの接地端子と、電流増幅器１２６の入力端子との間に結合されている。補償回路１３０がない場合には、電圧源１０５からの基準電圧Ｖ_REFに望ましくない変化があると、負荷インピーダンスＺ_L（１０２）が変化しないときでも、出力部１００に、電圧Ｖ_Oの望ましくない変化が発生する。例えば温度などの外的パラメータの変化により、電圧源１０５からの基準電圧Ｖ_REF、または、例えば帰還抵抗器Ｒ_F（１０１）の値、または、例えば制御エネルギー源１０３のパラメータＩ_MAX、さらには、例えば制御エネルギー源１０３の制御ゲインＫに、望ましくない変化が発生する場合がある。その結果、補償回路１３０がなければ、たとえ負荷インピーダンスＺ_L（１０２）が変化しないときでも、出力部１００に、電圧Ｖ_Oの望ましくない変化が発生する。

一実施形態では、本発明の教示により、電圧レギュレータ回路の外的パラメータに応答して制御信号Ｉ_Cを調整するために、図示されるように、電圧レギュレータの接地端子と電流増幅器１２６との間に補償回路１３０が結合されている。図１に示される特定の実施形態では、補償回路１３０は、電流増幅器１２６に入力される電流量に影響を及ぼすような補償電流Ｉ_Hを発生させるようにしており、それに応じて、制御電流Ｉ_Cが調整されることになる。一実施形態では、補償電流Ｉ_Hは、本発明の教示により、外的パラメータに応答して、電流値を変えて、出力部１００の電圧Ｖ_Oに加わる望ましくない変化を小さくする。

したがって、一実施形態は、外的パラメータの変化により、帰還回路中の構成要素の性質が変化するときに、電圧レギュレータの出力部１００を所望の値に維持するために、制御電流Ｉ_Cを調整する。図示された実施形態では、補償回路１３０は、所望の変化または調整を制御電流Ｉ_Cに与え、例えば帰還電流Ｉ_Fの変化を補償する。この帰還電流Ｉ_Fの変化は、例えば温度または他の外的パラメータの変化に起因するような、帰還抵抗器Ｒ_F（１０１）の値の望ましくない変化から起る場合がある。それゆえ、言い替えると、補償回路１３０は、一実施形態において、電流増幅器１２６のゲインを変えるか、あるいは調整して、制御電流Ｉ_Cに所望の変化を与え、帰還電流Ｉ_Fの変化を補償する。一実施形態では、本発明の教示により、出力部１００の電圧Ｖ_Oに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して、制御電流Ｉ_Cを調整する補償電流Ｉ_Hによって、実質的に、制御エネルギー源１０３の制御ゲインＫが調整されることも考えられよう。

図２は、本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。図示されるように、図２の電圧レギュレータの実施形態は、図１の電圧レギュレータの実施形態と同様である。例えば、エネルギー源２０３は、制御電流Ｉ_Cに応答して発生電流Ｉ_Gを出力するように結合されている。一実施形態では、エネルギー源２０３は、例えば制御エネルギー源である。出力電圧Ｖ_Oは、基準接地点２０６に対して電圧レギュレータの出力部２００に発生する。出力部２００に結合された負荷インピーダンスＺ_L（２０２）が、ある範囲で値が変化するときでも、出力部２００の電圧Ｖ_Oは、ほとんど変わらない。出力部２００の電圧Ｖ_Oと電圧源２０５からの基準電圧Ｖ_REFとの電圧差が帰還電圧Ｖ_Fである。この帰還電圧Ｖ_Fは、帰還抵抗器Ｒ_F（２０１）の両端に現れ、出力部２００の電圧Ｖ_Oに応答して、帰還抵抗器Ｒ_F（２０１）で導かれる帰還電流Ｉ_Fを生じさせる。

図示された実施形態に示されるように、電流増幅器２２６は、帰還抵抗器Ｒ_F（２０１）に結合され、帰還電流Ｉ_Fを受け取る。一実施形態では、制御電流Ｉ_Cは、電流増幅器２２６の入力部で受け取った帰還電流Ｉ_Fに応答して、電流増幅器２２６の出力部により生成される。制御電流Ｉ_Cはエネルギー源２０３の制御入力部２０４にて受け取られる。図示された実施形態では、負荷インピーダンスＺ_L（２０２）が、ある範囲で値が変化するときに、制御入力部２０４の制御電流Ｉ_Cが、出力部２００の電圧Ｖ_Oの変化を小さくするために、エネルギー源２０３からの発生電流Ｉ_Gを調整する。

一実施形態では、補償回路２３０も含まれていて、電圧レギュレータの接地端子と電流増幅器２２６との間に結合されている。図２に示される実施形態では、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力端子に結合され、制御電流Ｉ_Cを調整する。図１と同様に、例えば温度などの、このシステムの外的パラメータに変化があると、電圧源２０５からの基準電圧Ｖ_REF、または、例えば帰還抵抗器Ｒ_F（２０１）の値、または、例えば制御エネルギー源２０３のパラメータＩ_MAX、あるいは、例えば制御エネルギー源２０３の制御ゲインＫに、望ましくない変化が発生する場合がある。その結果、補償回路２３０がなければ、たとえ負荷インピーダンスＺ_L（２０２）が変化しないときでも、出力部２００に、電圧Ｖ_Oの望ましくない変化が発生するであろう。

この図示された実施形態に示されるように、本発明の教示により、電圧レギュレータの外的パラメータに応答して制御信号Ｉ_Cを調整するように、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力部とエネルギー源２０３の入力部２０４との間で、電流増幅器２２６に結合されている。図２に示される特定の実施形態では、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力部の電流量に影響を及ぼす補償電流Ｉ_Hを発生させ、それに応じて、制御電流Ｉ_Cが調整される。それゆえ、この図示された実施形態では、本発明の教示したがって、出力部２００の電圧Ｖ_Oに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して補償電流Ｉ_Hの値が変わる。一実施形態では、本発明の教示によって、出力部２００の電圧Ｖ_Oに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して制御電流Ｉ_Cを調整する補償電流Ｉ_Hによって、事実上、制御エネルギー源２０３の制御ゲインＫが調整されるとも考えられよう。

図３は、本発明の教示により、出力電圧を制御するために帰還電流を使用した補償付き電流増幅器の拡大詳細図として示された電圧レギュレータの回路図である。図示された実施形態は、半導体素子を利用して基準電圧Ｖ_REFを生じさせていることを示している。半導体素子は、同時に、制御エネルギー源３０３の制御入力部３０４に帰還電流Ｉ_Fを結合するための電流増幅器の機能も果たしている。一実施形態では、制御エネルギー源３０３の制御入力部３０４は、本発明の教示にしたがって電源の動作を制御する集積回路の端子を表わしている。

図３の実施形態は、図１に示される実施形態と類似点を持っている。しかしながら、図３に示される電圧源３０５の実施形態は、図示される通りにフォトカプラを組み込んだものとして例示されている電流増幅器３２６を含む。一実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラはフォトダイオード３２５を含む。フォトダイオード３２５は、陽極３２１から陰極３２７にフォトダイオード電流Ｉ_Dが流れると、陽極３２１と陰極３２７との間に電圧降下Ｖ_Dが生じる。フォトダイオード３２５の陰極３２７は電圧源３０５の一実施形態に含まれているツェナーダイオード３２８の陰極に結合されている。ツェナーダイオード３２８の陽極は電圧レギュレータの基準接地点３０６に結合されている。図示された実施形態では、ツェナーダイオード３２８は、ツェナー電流Ｉ_Zが流れているときに、基準接地点３０６に対して電圧Ｖ_Zを生じさせる。一実施形態では、フォトダイオード電圧Ｖ_Dとツェナー電圧Ｖ_Zの合計が基準電圧Ｖ_REFである。

一実施形態では、フォトダイオード３２５上の電圧Ｖ_Dと、ツェナーダイオード３２８上の電圧Ｖ_Zの電圧は、例えば温度などの外的パラメータの影響を受ける。図３に示される実施形態では、帰還抵抗器Ｒ_F（３０１）は、個別抵抗器の抵抗に、フォトダイオード３２５とツェナーダイオード３２８の内部抵抗を加えた抵抗を表わしている。

この図示された実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラを含む電圧源３０５は入力電流Ｉ_Dと出力電流Ｉ_Eを持っている。入力電流Ｉ_Dに対する出力電流Ｉ_Eの比は電流ゲインγである。他の実施形態では、本発明の教示にしたがって、電圧源３０５として、他のデバイスまたは回路も使用できる。例えば、バイポーラ・トランジスタなどの他のデバイスは、本発明の教示により、電流増幅器回路の機能を果たすようにすることができる。このような回路はすべて、本発明の教示により、入力電流と出力電流だけでなく、入力電流に対する出力電流の比である電流ゲインγを持つ。

この図示された実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラは、図示されるフォトトランジスタ３２３も含む。フォトトランジスタ３２３のコレクタ３２２はバイアス電圧Ｖ_Bに接続されている。フォトトランジスタ３２３のエミッタ３２４はエネルギー源３０３の制御入力部３０４に結合されている。帰還抵抗器Ｒ_F（３０１）を流れる帰還電流Ｉ_Fはフォトダイオード３２５を流れるフォトダイオード電流Ｉ_Dと同じ電流である。フォトダイオード３２５とフォトトランジスタ３２３との間の光結合により、フォトトランジスタ３２３のエミッタ３２４にエミッタ電流Ｉ_Eが生じる。フォトダイオード電流Ｉ_Dに対するエミッタ電流Ｉ_Eの比γは特定のフォトカプラの性質である。このような性質は、フォトカプラのフォトダイオードの電流、温度、エージングの大きさを含む多くの条件によって決まる。図示された実施形態では、制御電流Ｉ_Cはエミッタ電流Ｉ_Eである。

図３の実施形態にも示されるように、電圧レギュレータの外的パラメータに応答して制御信号Ｉ_Cを調整する補償電流Ｉ_Hを生じさせるために、第１の端子３３１と第２の端子３３２を持つ補償回路Ｈ（３３０）が電流増幅器３２６のフォトカプラとアース３０６との間に結合されている。図示された実施形態では、補償回路Ｈ（３３０）は、帰還電流Ｉ_Fを、電流増幅器３０５への入力であるフォトダイオード電流Ｉ_Dとは異ならせる。本発明の教示により、電圧レギュレータの帰還回路の外的パラメータに望ましくない変化があるときに、補償電流Ｉ_Hは電流値を変え、出力部３００の電圧Ｖ_Oへの望ましくない変化を小さくする。

本発明の教示により、補償回路Ｈ（３３０）を実装するとき、様々な実施形態とすることができる。これらの様々な実施形態は、帰還回路に望ましくない変化を生じさせる外的パラメータの望ましくない変化に応答して、所望の補償電流Ｉ_Hを生じさせる。様々な実施形態において、補償回路Ｈ（３３０）は、かなり安価であって、かつ／または、例えば１ボルトよりも低い、低電圧の基準電圧Ｖ_REFで動作することもできる。一実施形態では、出力部３００の出力電圧Ｖ_Oは、温度変化を含む条件のある範囲にわたって、ほぼ一定のままである。

例えば、基準電圧Ｖ_REFは、温度Ｔ₁では電圧値Ｖ_REF1、また温度Ｔ₂では電圧値Ｖ_REF2を持つと考えよう。基準電圧Ｖ_REFは、
ΔＶ_REF＝Ｖ_REF2−Ｖ_REF1 （式１）
で与えられる大きさΔＶ_REFだけ変化する。上記の２つの温度でも、出力電圧Ｖ_Oを不変のままにするためには、帰還電圧Ｖ_Fが、温度Ｔ₁での電圧値Ｖ_F1から、温度Ｔ₂での電圧値Ｖ_F2に変化する。帰還電圧Ｖ_Fは、次式：
ΔＶ_F＝Ｖ_F2−Ｖ_F1 （式２）
で与えられる大きさΔＶ_Fだけ変化する。Ｖ_Oを不変にするためには、ΔＶ_REFとΔＶ_Fの合計がゼロとなるので
ΔＶ_F＝−ΔＶ_REF （式３）
となる。帰還電圧の変化ΔＶ_Fにより、帰還電流の変化ΔＩ_Fが発生する。帰還電流の変化ΔＩ_Fは、温度Ｔ₂での帰還電流Ｉ_F2と温度Ｔ₁での帰還電流Ｉ_F1との差、
ΔＩ_F＝Ｉ_F2−Ｉ_F1 （式４）
となる。よって、エネルギー源３０３は、負荷インピーダンスＺ_L（３０２）を流れる電流Ｉ_Oが変化しないように、電流Ｉ_Gを同じ大きさだけ変化させている。

一実施形態では、これらの電流に加わる変化は、本発明の教示によれば、補償電流Ｉ_Hの変化によって得られる。温度Ｔ₁でも、温度Ｔ₂でも出力電圧Ｖ_Oを同一電圧値に保つように、補償回路３３０からの電流Ｉ_Hが変化する。それゆえ、補償電流Ｉ_Hは大きさΔＩ_Hだけ変化する。
ΔＩ_H＝Ｉ_H2−Ｉ_H1 （式５）
ここで、Ｉ_H2は、温度Ｔ₂での補償電流Ｉ_Hであり、また、Ｉ_H1は、温度Ｔ₁での補償電流でＩ_Hある。補償電流の変化ΔＩ_Hは、
ΔＩ_H＝ΔＩ_F（１＋１／Ｋγ） （式６）
によって与えられる。ここで、γはフォトカプラのゲインであり、また、Ｋは制御エネルギー源３０３の制御ゲインである。

一実施形態では、この電流増幅器が代表的なフォトカプラを含む場合には、γは、ほぼ１に等しい。他の電流増幅器の実施形態では、γは、本発明の教示により、この設計に応じて、非常に大きい値から、非常に小さい値まで取ることができる。制御エネルギー源３０３の制御ゲインＫは回路の設計と性質に応じてある範囲の値を取る。制御ゲインＫの値が大きければ、この開示内容に示された上記式を近似式に簡約しても差し支えない場合もある。例えば、式６は、Ｋが大きいときには、ΔＩ_HがΔＩ_Fとほぼ同じであることを示している。

様々な実施形態において、本発明の教示により、様々な手法に応じた補償回路Ｈが用いられる。例えば、一実施形態では、補償回路Ｈがサーミスタまたは受動抵抗器を含む。サーミスタは、本発明の教示により、上に説明されるように、外的パラメータに基づいて様々な抵抗値を示す。他の実施形態では、補償回路Ｈは例えばバイポーラ・トランジスタを含む。

例えば、図４は、本発明の教示により、温度変化を補償する補償回路の他の実施形態の回路図である。図４は、図１〜図３に示される補償回路Ｈの一実施形態を示している。この実施形態は、低価格の所望の特徴を備え、かつ基準電圧Ｖ_REFの低電圧値で動作する能力を備えた補償電流Ｉ_Hを供給するものである。この図示された実施形態では、図４の補償回路Ｈ４００は、第１の端子４０１と第２の端子４０２を持っている。第２の端子４０２に対する第１の端子４０１の電圧Ｖ_Hが補償電流Ｉ_Hを生じさせる。

一実施形態では、補償回路Ｈ４００は、トランジスタ４１０と３つの抵抗器、すなわち第１の抵抗器４１１、第２の抵抗器４１２、第３の抵抗器４１３を含む。第１の抵抗器４１１は、帰還抵抗器とトランジスタ４１０のコレクタとの間に結合されている。第２の抵抗器４１２は、トランジスタ４１０のコレクタとベースとの間に結合されている。第３の抵抗器４１３は、トランジスタ４１０のベースとエミッタとの間に結合されている。図４に描かれた実施形態のトランジスタ４１０はＮＰＮバイポーラ・トランジスタである。抵抗器Ｒ１（４１１）は、補償回路Ｈ４００の第１の端子４０１からトランジスタ４１０のコレクタに結合されている。抵抗器Ｒ２（４１２）は、トランジスタ４１０のコレクタからトランジスタ４１０のベースに結合されている。抵抗器Ｒ３（４１３）は、トランジスタ４１０のベースからトランジスタ４１０のエミッタに結合されている。トランジスタ４１０のエミッタは補償回路Ｈ４００の第２の端子４０２に結合されている。

図４中の補償回路Ｈ４００の実施形態により、設計者は、トランジスタ４１０のベースとトランジスタ４１０のエミッタとの間の電圧Ｖ_BEの変動の振舞いを利用して、第２の端子４０２に対する第１の端子４０１の電圧Ｖ_Hの影響のもとに、補償電流Ｉ_Hの所望の変化ΔＩ_Hをセットすることができる。図４中の補償電流Ｉ_Hは、

で与えられる。ここで、βは、トランジスタ４１０のベース電流に対するコレクタ電流の比である。一実施形態では、電圧Ｖ_Hは、ベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEよりも充分高く、トランジスタ４１０を適正に動作させることができる。一実施形態では、電圧Ｖ_Hが、一般に１ボルトよりも低くても、補償回路Ｈ４００は満足のゆくように動作できる。

トランジスタ４１０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEが、温度Ｔ₁での電圧値Ｖ_BE1から、温度Ｔ₂での電圧値Ｖ_BE2に変化する場合には、その変化ΔＶ_BEは、
ΔＶ_BE＝Ｖ_BE2−Ｖ_BE1 （式８）
で与えられる。

端子４０２に対する端子４０１の電圧Ｖ_Hが、温度Ｔ₁での電圧値Ｖ_H1から、温度Ｔ₂での電圧値Ｖ_H2に変化する場合には、その変化ΔＶ_Hは、
ΔＶ_H＝Ｖ_H2−Ｖ_H1 （式９）
で与えられる。

補償電流の変化は、Ｖ_Hの変化と、それに応じたＶ_BEの変化に対応するが、これは、

で与えられる。一実施形態では、図４中の補償回路４００が、図３中の補償回路Ｈ（３３０）に合わされる場合、Ｋとγが一定のままであるときには、基準電圧Ｖ_REFの変化を補償する関係は、

となる。式１０における抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ２、抵抗器Ｒ３の抵抗値を、トランジスタのパラメータβへの依存を少なくしながら、補償電流Ｉ_Hの所望の変化ΔＩ_Hを達成できるように選択する。図４の補償回路Ｈ（４００）により、特定の用途に対する設計に最適になるように回路を調整するために、設計者が適正な特性を持つ部品を選択できることに留意する。

それゆえ、一実施形態では、本発明の教示により、補償回路Ｈ（４００）とともに、いくつかの部品を持つ単純な回路を追加して、２つの極端な温度間の出力電圧または出力電流の変化を小さくする。一実施形態では、補償回路Ｈ（４００）は、本発明の教示により、バイポーラ・トランジスタ４１０の接合点での電圧の自然変動を利用して、基準電圧Ｖ_REFの変化を補償する変化を制御電流Ｉ_Cに生じさせることができる。

図５は、電流増幅器５２６の出力部５２４に結合された補償回路Ｈ（５３０）を含む本発明の他の実施形態を示している。図５の実施形態の一利点は、設計において、自由度が増すことである。すなわち、外的パラメータの望ましくない変化に応答して補償電流Ｉ_Hを制御するために、電圧Ｖ_Hを変えることができる点である。Ｖ_Hを適正に変えれば、補償回路Ｈ（５３０）は、本発明の教示により、単なる不変抵抗でもよい。

補償回路Ｈ（５３０）が受動抵抗器Ｒ_Hである一実施形態では、電圧Ｖ_Hは、Ｒ_Hの所与の値に対して必要な補償電流Ｉ_Hを決定する。補償回路Ｈ（５３０）が受動抵抗器であるときには、補償電流に必要な変化ΔＩ_HはＶ_Hの変化により与えられる。この場合、Ｖ_Hは、温度Ｔ₁では値Ｖ_H1、温度Ｔ₂では値Ｖ_H2を持つ。一実施形態では、特に、制御エネルギー源５０３の実施形態が本発明の教示により集積回路の設計を含む場合、制御入力部５０４の電圧Ｖ_Hは、温度または他の外的パラメータに依存する値に適合される。

他の実施形態では、所望の変化ΔＩ_Hを得るために、Ｖ_Hの値を変える必要はない。特に、一実施形態では、補償回路Ｈ（５３０）は、例えばサーミスタのように、温度に応じて抵抗値を変える抵抗器を含んでもよい。

図５の実施形態では、帰還電圧の変化ΔＶ_Fにより、帰還電流の変化ΔＩ_Fが発生する。帰還電流の変化ΔＩ_Fにより、制御電流Ｉ_Cと、フォトトランジスタ５２３のエミッタ電流Ｉ_Eが変化する。一実施形態では、制御電流Ｉ_Cは、本発明の教示により、補償電流Ｉ_Hの変化により調整される。フォトカプラ５２６のフォトダイオード電流Ｉ_Dに対するエミッタ電流Ｉ_Eの比γが、温度Ｔ₁、温度Ｔ₂で同じである場合には、回路網Ｈ（５３０）からの電流Ｉ_Hは、出力電圧Ｖ_Oを、温度Ｔ₁、温度Ｔ₂で同じ値に保つように変化する。補償電流の変化ΔＩ_Hは、
ΔＩ_H＝ΔＩ_F（γ＋１／Ｋ） （式１２）
で与えられる。ここで、γは、フォトカプラ５２６のゲインであり、またＫは、制御エネルギー源５０３の制御利得である。

一実施形態では、図４に示される補償回路４００の実施形態を使用して、図５の実施形態の補償電流Ｉ_Hを与えるようにしていもよい。したがって、Ｖ_H、Ｋ、γが一定のままであるときに、基準電圧Ｖ_REFの変化を補償する関係は、

となる。

様々な実施形態によれば、補償回路Ｈは、本発明の教示により、電流増幅器の入力部、あるいは電流増幅器の出力部に補償回路Ｈを結合するときに、電圧Ｖ_Hの影響のもとに、補償電流におけるΔＩ_Hを変えるために、様々な受動素子や能動部品を含んでもよい。

他の実施形態では、本発明の教示により、この開示内容に開示されている方法と装置の利益を実現するために、レギュレータ回路に電流増幅器を含めなくても良い。例えば、ツェナーダイオード５２８を外すことによって、および入力部５２１を出力部５２４につなぐことによって、図５中の電流増幅器を排除しても、該当するパラメータ間の基本的関係は変わらない。前の式はすべて、引き続き成り立ち、Ｖ_REFは、電圧Ｖ_Hで決定され、またγ＝１である。

本発明の他の実施形態では補償回路Ｈはない。例えば、一実施形態では、図３の回路は、基準電圧Ｖ_REFに望ましくない変化があるときでも、補償回路Ｈなしで、出力部３００の電圧Ｖ_Oをほぼ不変にすることができる。対応するＩ_G変化を達成するため、制御エネルギー源３０３の制御ゲインＫを、温度Ｔ₁での第１の値Ｋ₁から温度Ｔ₂での第２の値Ｋ₂に変えてもよい。さらに、フォトカプラ３２６のフォトダイオード電流Ｉ_Dに対するエミッタ電流Ｉ_Eの比γを、温度Ｔ₁での第１の値γ₁から、温度Ｔ₂での第２の値γ₂に変えることもできる。このような実施形態では、温度Ｔ₁でも、温度Ｔ₂でも、電圧Ｖ_Oをほぼ不変に保つために、関係

が維持される。この実施形態では、Ｋとγは両方とも、式１４の関係を維持するために、外部パラメータの変化を補償するように適合される。

図６は、フォトカプラ６２６のフォトダイオード６２５の順方向電圧Ｖ_Dを、基準電圧Ｖ_REFとして利用して、電圧Ｖ_SENSE（６００）を調整する本発明の他の実施形態を示している。一実施形態では、電流Ｉ_REG（６０７）は、基準接地点６０６に対して電圧Ｖ_SENSE（６００）を生じさせる電源の出力電流であると見ることができる。電圧Ｖ_SENSE（６００）は、電流検出抵抗器Ｒ_SENSE（６０２）の両端の電圧でもある。図６中の補償回路６６０の第１の端子は、フォトダイオード６２５の陽極６２１に結合されている。フォトダイオード６２５の陽極６２１は、フォトカプラ６２６を含む電流増幅器の入力部である。図６中の補償回路６６０の第２の端子は基準接地点６０６に結合されている。フォトカプラ６２６のフォトダイオード６２５の順方向電圧Ｖ_Dは、基準電圧Ｖ_REFとしてだけでなく、補償回路６６０の第２の端子６６２に対する補償回路６６０の第１の端子６６１の電圧Ｖ_Hとしても働いている。図６に描かれた実施形態では、順方向電圧Ｖ_Dは、トランジスタ６７０を適正に動作させるための、トランジスタ６７０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEよりも充分高い。

図６の実施形態では、補償回路６６０の部品の値が、式１１で関係づけられるときに、電流Ｉ_REGは、他のすべてのパラメータが一定のままであれば、変化ΔＶ_REFと変化ΔＶ_BEに対応する２つの温度において、ほぼ同じ値である。

フォトカプラ６２６である電流増幅器のゲインγや、制御エネルギー源６０３の制御ゲインＫなどの回路中の他のパラメータが変化すると、出力電流Ｉ_REG（６０７）の変化を相殺するのに必要な関係が変わる。本発明の教示により、補償回路６６０は、２つの温度において、出力電流Ｉ_REG（６０７）をほぼ同じ値に保つようにされている。

Ｋの変化とγの変化を考慮に入れるときには、２つの温度で、あるいは２組の他の外的パラメータで、Ｉ_REG（６０７）をほとんど変わらないようにしておく関係は、
Ｉ_F2（１＋Ｋ₂γ₂）−Ｉ_F1（１＋Ｋ₁γ₁）＝Ｋ₂γ₂Ｉ_H2−Ｋ₁γ₁Ｉ_H1 （式１５）
となる。ここで、図６中の回路では、

となる。Ｋ、γ、Ｖ_D、Ｖ_BEが、上記２組の外的条件にある場合には、補償回路６６０の３つの抵抗器（Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃）のうちの２つの抵抗器の値が選択され、次に、式１５を解いて、残りの抵抗器の値を決定することができる。式１１で示されるように、制御エネルギー源６０３の制御ゲインＫと、フォトカプラ６２６である電流増幅器のゲインγが、一定のままである実施形態では、補償回路６６０の設計は、大幅に簡略化される。

本明細書に述べられる本発明の実施形態を用いて、外的パラメータの変化の結果として、所望のやり方で、調整量を変更してもよい。例えば、調整量を、ほぼ同じ値に保つことが目標であることが多いが、所望の振舞いであれば、本発明の様々な実施形態を使用して、温度の変化に応じて、その調整量を増減させるようにしてもよい。

本発明の様々な実施形態は、２組の外的条件の限度間の外的条件の連続する範囲内において、働くように拡大されることがある。例えば、図６の実施形態では、基準電圧Ｖ_REFの変化は、フォトダイオード６２５の順方向電圧Ｖ_Dが温度とともに自然に変化することによるものと考えられる。トランジスタ６７０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEの特性は、フォトダイオード６２５の順方向電圧Ｖ_Dの特性に非常に類似しているので、補償回路６６０は、本発明の教示により、Ｔ₁〜Ｔ₂のすべての温度において、所望の補償をもたらすことができる。

図７は、本発明の教示により、電源に含まれる本発明のさらに他の実施形態を示している。図７の実施形態では、この電源からの調整出力電流に対して温度補償が行われる。図示された実施形態では、この電源は、一般に１２０ボルトＤＣ〜３８５ボルトＤＣである電圧源から、電力を受け取るフライバック・コンバータである。１２０ボルトＤＣ〜３８５ボルトＤＣの値は、標準ユニバーサル（汎用）ＡＣ電源からの全波整流電圧の範囲内にある。一実施形態では、この電源は、例えば、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＰｏｗｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ社のＬＮＫ３５４Ｐ電源コントローラ集積回路などの、高圧電源スイッチと主要制御回路を含む集積回路Ｕ１（７０７）を使用して、電子機器の動作とバッテリの充電に対して標準的な出力を、端子７０１と端子７０２との間に生じさせる。この出力は、最大電流によりも実質的に小さい負荷に対して調整される電圧である。この出力は、最小電圧によりも実質的に低い電圧に対して調整される電流である。

動作の際は、入力部にＤＣ電圧源を用意する。素子Ｒ１、素子Ｒ２、素子Ｒ３、素子Ｃ１、素子Ｄ１は、集積回路７０７上の電圧を制限するために結合されている。電力変換要素Ｔ１は、ＤＣ電圧を受け取るように結合されている。図示された実施形態では、集積回路Ｕ１（７０７）は、この電力伝達素子の一次巻線に結合されており、電源の出力に応答して切り替えられる。この電力伝達素子の二次巻線に電圧が現れる。Ｒ４素子、Ｃ２素子、Ｄ２素子、Ｃ３素子は、この出力部において、フィルタリングを行う。図７中の枠７０３内に示される部品は、端子７０１と端子７０２との間の出力電圧を調整するが、出力電流の調整には加わらない。それゆえ、出力電流の調整に対して温度補償をもたらす本発明のこの実施形態の説明では、図７中の枠７０３内の部品を無視することができる。

この述べられた実施形態では、この出力電圧が、図６において電流Ｉ_REG（６０７）を調整するのと同じやり方で調整された出力電圧よりも実質的に低いときに、電源が、端子７０１と端子７０２との間の出力電流を調整する。図７中の出力電流の調整は、電流検出抵抗器Ｒ１３（７０５）の両端に現れる電圧Ｖ_SENSEを調整することで達成される。図７の電流検出抵抗器Ｒ１３（７０５）は、図６中の抵抗器Ｒ_SENSE（６０２）に対応する。帰還電流Ｉ_Fは、図示されるように、抵抗器Ｒ９を通る。図７中の抵抗器Ｒ９（７０６）は、図６中の抵抗器Ｒ_F（６０１）に対応する。図７中の補償回路７００は、図６中の補償回路６６０に対応する。補償回路７００は、本発明の教示により、温度変化から、調整電流の変化を小さくする。代表的なフォトカプラＵ２と代表的なトランジスタＱ２を使用している図７中の電源では、実際の用途における抵抗器のおおよその値は、Ｒ９では２００オーム、Ｒ１０では１３０オーム、Ｒ１１では２５００オーム、Ｒ１２では５０００オーム、Ｒ１３では２．４オームである。

上述の詳細な説明では、本発明の方法および装置は、その特定の模範的な実施形態に関して述べられてきた。しかしながら、本発明のさらに広範な精神および範囲から逸脱しなければ、様々な改造および変更を、それらの実施形態に施せることは明白であろう。よって、本明細書および図面は、限定的なものではなくて、例示するものと見なされるべきである。

本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態の回路図である。 本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。 本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態に含まれる電流増幅器の拡大詳細図を持つ回路図である。 本発明の教示により、温度変化を補償する補償回路の一実施形態の回路図である。 本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態に含まれる電流増幅器の拡大詳細図を持つ回路図である。 本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する温度補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。 本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する温度補償付き切換えモード電源の一実施形態の回路図である。

符号の説明

１００，２００，３００ 出力部、１０３，２０３，３０３ エネルギー源、１０１，２０１，３０１ 帰還抵抗器、１２６，２２６，３２６ 電流増幅器、１３０，２３０，３３０ 補償回路、３２３ フォトトランジスタ、３２４ エミッタ、４１０ トランジスタ

Claims (27)

1. 制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
   レギュレータ回路の出力部に結合されて、レギュレータ回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
   前記帰還抵抗器に結合されて、前記帰還電流に応答して前記制御電流を発生させる電流増幅器と、
   前記電流増幅器の入力部に結合されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路であって、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースと前記コレクタとの間に結合された第３の抵抗器を含む補償回路と
   を含むレギュレータ回路。
2. 前記電流増幅器が、前記帰還電流を受け取るように結合されたフォトダイオードと、前記制御電流を発生させるように結合されたフォトトランジスタとを有するフォトカプラを含む請求項１に記載のレギュレータ回路。
3. レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項２に記載のレギュレータ回路。
4. 前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項３に記載のレギュレータ回路。
5. 前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項４に記載のレギュレータ回路。
6. 前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとに、ほぼ同じである請求項５に記載のレギュレータ回路。
7. レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項１に記載のレギュレータ回路。
8. 前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、前記切換えモード電源コントローラ集積回路が、前記電流増幅器から前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項１に記載のレギュレータ回路。
9. 制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
   レギュレータ回路の出力部に結合されて、レギュレータ回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
   前記帰還抵抗器に結合された入力端子と出力端子とを持つ電流増幅器であって、前記制御電流が、前記帰還電流に応答して、電流増幅器の前記出力端子から得られる電流増幅器と、
   前記電流増幅器の前記出力端子に結合されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路と
   を含むレギュレータ回路。
10. 前記補償回路が、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースとエミッタとの間に結合された第３の抵抗器を含む請求項９に記載のレギュレータ。
11. 前記補償回路がサーミスタを含む請求項９に記載のレギュレータ。
12. レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項９に記載のレギュレータ回路。
13. 前記電流増幅器が、前記帰還電流を受け取るように結合されたフォトダイオードと、前記制御電流が得られる電流を発生させるように結合されたフォトトランジスタとを有するフォトカプラを含む請求項９に記載のレギュレータ回路。
14. レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項１３に記載のレギュレータ回路。
15. 前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項１４に記載のレギュレータ回路。
16. 前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項１４に記載のレギュレータ回路。
17. 前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとでほぼ同じである請求項１６に記載のレギュレータ回路。
18. 前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、その切換えモード電源コントローラ集積回路が前記電流増幅器から得られた前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項９に記載のレギュレータ回路。
19. 制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
    レギュレータ回路の出力部に結合されて、前記集積回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
    前記帰還抵抗器に結合されて、前記帰還電流を受け取るフォトダイオードと、前記帰還電流に応答して電流を発生させるフォトトランジスタとを含むフォトカプラであって、前記制御電流が、前記帰還電流に応答して、前記フォトランジスタで発生した電流から得られるフォトカプラと、
    前記フォトカプラの前記フォトトランジスタの陽極と陰極との間に直結されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路と
    を含むレギュレータ回路。
20. レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項１９に記載のレギュレータ回路。
21. 前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項２０に記載のレギュレータ回路。
22. 前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項２１に記載のレギュレータ回路。
23. 前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとでほぼ同じである請求項２２に記載のレギュレータ回路。
24. 前記補償回路が、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースとエミッタとの間に結合された第３の抵抗器を含む請求項１９に記載のレギュレータ。
25. レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項１９に記載のレギュレータ回路。
26. 前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、その切換えモード電源コントローラ集積回路が、前記電流増幅器から得られた前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項１９に記載のレギュレータ回路。
27. 前記電力変換要素が、入力巻線と出力巻線を有する変圧器から成っており、前記入力巻線が前記切換えモード電源コントローラ集積回路に結合され、また、前記出力巻線が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項２６に記載のレギュレータ回路。

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