JP2010055490A - Variable output voltage regulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レギュレータの出力電圧を自動的に可変する機能を備えた可変出力電圧レギュレータに関する。 The present invention relates to a variable output voltage regulator having a function of automatically varying an output voltage of a regulator.
従来、例えば地上無線中継装置等の電源部には、一般にスイッチングレギュレータやリニアレギュレータ等の安定化電源回路が使用されている(例えば、特許文献1参照。)。
レギュレータの種類は、主にスイッチングレギュレータとリニアレギュレータに大別されるが、ここではリニアレギュレータを例に説明する。
Conventionally, for example, a stabilized power supply circuit such as a switching regulator or a linear regulator has been used for a power supply unit such as a terrestrial wireless relay device (see, for example, Patent Document 1).
The types of regulators are mainly classified into switching regulators and linear regulators. Here, a linear regulator will be described as an example.
図3にリニアレギュレータの概略構成図を示す。図3において、11はリニアレギュレータICで、入力(Vin)を所定レベルの直流電圧に調整し、Voutとして出力する。リニアレギュレータIC11の出力側には、接地との間に帰還回路抵抗R1、R2が直列に設けられる。リニアレギュレータIC11の出力電圧値Voutを帰還回路抵抗R1、R2により分圧した電圧値VfbがリニアレギュレータIC11に帰還される。リニアレギュレータIC11は、帰還電圧値Vfbを内部の基準電圧と比較して出力電圧値Voutを調整する。上記リニアレギュレータIC11の出力電圧値Voutは、このリニアレギュレータIC11から離れた場所に配置されているデバイス(図示せず)に動作電源として供給される。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the linear regulator. In FIG. 3, 11 is a linear regulator IC, which adjusts the input (Vin) to a DC voltage of a predetermined level and outputs it as Vout. On the output side of the linear regulator IC 11, feedback circuit resistors R1 and R2 are provided in series with the ground. A voltage value Vfb obtained by dividing the output voltage value Vout of the linear regulator IC11 by the feedback circuit resistors R1 and R2 is fed back to the linear regulator IC11. The
上記リニアレギュレータIC11の出力電圧値Voutは、帰還回路抵抗R1、R2の抵抗値により決定されるので、帰還回路抵抗R1、R2により分圧した帰還電圧値VfbをリニアレギュレータIC11の仕様値に合わせる。これを式で表すと、
Vout=Vfb×(1+(R1/R2))
となる。従って、R1の抵抗値はそのままでもR2の抵抗値を小さくすれば、リニアレギュレータIC11の出力電圧値Voutを大きくすることが可能である。
Since the output voltage value Vout of the linear regulator IC11 is determined by the resistance values of the feedback circuit resistors R1 and R2, the feedback voltage value Vfb divided by the feedback circuit resistors R1 and R2 is matched with the specification value of the linear regulator IC11. This can be expressed as an expression:
Vout = Vfb × (1+ (R1 / R2))
It becomes. Therefore, the output voltage value Vout of the linear regulator IC 11 can be increased if the resistance value of R2 is reduced even if the resistance value of R1 is kept as it is.
上記の構成において、帰還回路は通常リニアレギュレータIC11付近に配置されるため、リニアレギュレータIC11の出力端付近では出力電圧値Voutが設定電圧値となるが、そこから離れた場所のデバイスに供給する場合には、基板のパターンや電流負荷の影響により電圧降下が生じ、所望の電圧値を得ることが困難となる。また、帰還回路をリニアレギュレータIC11から離れた場所、即ち電圧降下が生じているデバイスの近傍に配置すると、分圧電圧値はアナログ的な値であり、周囲からの影響を受けやすいのでリニアレギュレータIC11の動作に影響を及ぼすという問題がある。
In the above configuration, since the feedback circuit is normally arranged near the
上記のようにスイッチングレギュレータやリニアレギュレータは、通常出力電圧を抵抗分圧などの帰還回路を通してレギュレータIC内部の基準電圧と比較して出力電圧を調整している。
また、基板における電源供給パターンは、理想としては面にすることであるが実際はそれが不可能であることが多く、その場合は損失即ち電圧降下を防ぐため電源供給パターンを極力太くしている。しかし、高機能FPGA(Field Programmable Gate Array)など消費電流の大きいデバイスを採用する場合は、それでも対応しきれず、低電圧化の進む最近のデバイスでは仕様要求を満たせなくなる場合も生じてしまう。
As described above, the switching regulator and the linear regulator adjust the output voltage by comparing the normal output voltage with the reference voltage inside the regulator IC through a feedback circuit such as a resistance voltage divider.
In addition, the power supply pattern on the substrate is ideally a plane, but in practice this is often impossible. In this case, the power supply pattern is made as thick as possible to prevent loss, that is, voltage drop. However, when a device with a large current consumption such as a high-performance FPGA (Field Programmable Gate Array) is adopted, it still cannot cope with it, and there is a case where a recent device whose voltage is lowered cannot meet the specification requirement.
これを回避するため、帰還回路をレギュレータIC付近ではなく遠方の電圧監視をしたいデバイスの近傍に設けたり、遠方の電圧を監視するリモートセンシング機能を備えたレギュレータICを使用することが考えられる。しかし、どちらもアナログ信号であるため、その配線が長くなると周囲のノイズの影響を受けてしまい、レギュレータIC自体の動作にも影響を与えてしまうので、これらの方法を採用することは難しい。 In order to avoid this, it is conceivable that a feedback circuit is provided not near the regulator IC but in the vicinity of a device for monitoring a remote voltage, or a regulator IC having a remote sensing function for monitoring a remote voltage is used. However, since both are analog signals, if the wiring becomes long, it is affected by ambient noise and affects the operation of the regulator IC itself, so it is difficult to adopt these methods.
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、レギュレータ出力端から離れた場所の電圧監視を可能とし、周囲のノイズの影響を受けることなくレギュレータICを制御でき、デバイスへの供給電源電圧を一定範囲内に保って安定した動作を行わせることができる可変出力電圧レギュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and enables voltage monitoring at a location away from the output terminal of the regulator, can control the regulator IC without being influenced by ambient noise, and can supply power to the device. An object of the present invention is to provide a variable output voltage regulator capable of maintaining a voltage within a certain range and performing a stable operation.
本発明に係る可変出力電圧レギュレータは、所定の直流電圧を出力するレギュレータICと、前記レギュレータICの出力電圧値を帰還回路抵抗により分圧して前記レギュレータICに帰還し、該レギュレータICの出力電圧値を調整する帰還回路と、前記帰還回路抵抗に接続されて抵抗値を調整する調整用抵抗素子と、前記帰還回路抵抗に対する前記調整用抵抗素子の接続を制御するスイッチング素子と、前記レギュレータICの出力電圧が動作電源として供給されるデバイスの近傍に配置され、該デバイスへの供給電圧を監視する電圧監視回路とを具備し、
前記電圧監視回路は、前記デバイス供給電圧に対する監視結果信号をデジタル信号にて出力し、該デジタル信号により前記スイッチング素子をオン/オフして前記帰還回路抵抗と前記調整用抵抗素子との接続を制御し、前記デバイスへの供給電圧が所定の電圧値範囲に保持されるように前記レギュレータICの出力電圧を制御することを特徴とする。
A variable output voltage regulator according to the present invention includes a regulator IC that outputs a predetermined DC voltage, and an output voltage value of the regulator IC is divided by a feedback circuit resistance and fed back to the regulator IC. A feedback circuit that adjusts a resistance value connected to the feedback circuit resistor, a switching element that controls connection of the adjustment resistor element to the feedback circuit resistor, and an output of the regulator IC A voltage monitoring circuit that is disposed in the vicinity of a device to which a voltage is supplied as an operating power supply and monitors a supply voltage to the device;
The voltage monitoring circuit outputs a monitoring result signal for the device supply voltage as a digital signal, and controls the connection between the feedback circuit resistance and the adjustment resistance element by turning on / off the switching element by the digital signal. The output voltage of the regulator IC is controlled so that the supply voltage to the device is maintained within a predetermined voltage value range.
本発明によれば、レギュレータICから離れた場所に配置されているデバイスへの供給電圧を監視し、電圧降下を生じた際には周囲からの影響を受けにくいデジタル信号にてレギュレータICの出力電圧値を調整することが可能となり、これによりデバイスへの供給電源電圧を一定範囲に保持して安定して動作させることが可能となる。 According to the present invention, the supply voltage to a device arranged at a location distant from the regulator IC is monitored, and when a voltage drop occurs, the output voltage of the regulator IC is a digital signal that is not easily affected by the surroundings. It is possible to adjust the value, and thus it is possible to stably operate while keeping the power supply voltage supplied to the device within a certain range.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る可変出力電圧レギュレータの構成図である。図1において、21はリニアレギュレータICで、入力(Vin)を所定レベルの直流電圧に調整し、Voutとして出力する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a variable output voltage regulator according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
上記リニアレギュレータIC21の出力側には、接地との間に帰還回路抵抗R1、R2が直列に設けられる。リニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutを帰還回路抵抗R1、R2により分圧した電圧値VfbがリニアレギュレータIC21に帰還される。リニアレギュレータIC21は、帰還電圧値Vfbを内部の基準電圧と比較して出力電圧値Voutを調整する。上記リニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutは、このリニアレギュレータIC21から離れた場所に配置されているデバイス(図示せず)に例えば同軸ケーブル等の出力ライン22により動作電源として供給される。
On the output side of the linear regulator IC 21, feedback circuit resistors R1 and R2 are provided in series with the ground. A voltage value Vfb obtained by dividing the output voltage value Vout of the
そして、上記リニアレギュレータIC21の帰還回路抵抗R2の両端間に電圧制御部30が接続される。電圧制御部30は、スイッチング素子例えばNチャンネルMOS FET31、32、調整用抵抗素子R3、電圧監視回路33により構成される。
上記MOS FET31は、ドレインが帰還回路抵抗R1とR2の接続点に接続され、ソースが調整用抵抗素子R3を介して接地される。即ち、帰還回路抵抗R2に対してMOS FET31のドレイン・ソース間及び調整用抵抗素子R3の直列回路が並列に接続される。
A voltage controller 30 is connected between both ends of the feedback circuit resistor R2 of the linear regulator IC21. The voltage control unit 30 includes switching elements such as N-
In the MOS FET 31, the drain is connected to the connection point between the feedback circuit resistors R1 and R2, and the source is grounded via the adjusting resistor element R3. In other words, the series circuit of the drain and source of the MOS FET 31 and the adjusting resistor element R3 are connected in parallel to the feedback circuit resistor R2.
上記MOS FET31のゲートは、MOS FET32のドレインに接続されると共にバイアス抵抗34を介して所定電圧(直流)の電源ライン35に接続される。MOS FET32は、ソースが接地され、ゲートに電圧監視回路33から出力される制御信号が信号ライン36を介して供給される。
The gate of the MOS FET 31 is connected to the drain of the MOS FET 32 and is connected to a
上記MOS FET31、32及び調整用抵抗素子R3は、リニアレギュレータIC21の帰還回路抵抗R2の近傍に配置され、電圧監視回路33はリニアレギュレータIC21の出力端から離れた場所(電圧降下を監視したい場所)、即ち、リニアレギュレータIC21の出力ライン22に接続されるデバイス(図示せず)の近傍に配置される。
The
電圧監視回路33は、例えば電圧検出ICやオペアンプを使用したコンパレータなどで実現され、上記デバイスに供給される電圧を監視する。電圧監視回路33は、デバイスに対する監視電圧値Vdetが予め設定されている解除閾値電圧を上回った際に“H”信号を信号ライン36に出力し、検出閾値電圧を下回った際に反転した信号即ち“L”信号を信号ライン36に出力するように構成されている。
The
以下、上記のように構成された可変出力電圧レギュレータの具体的な動作例を図2に示すタイミングチャートを参照して説明する。
ここでは例として、
出力電圧値Vout:1.2V
検出閾値電圧 :1.1V
解除閾値電圧 :1.2V
とし、監視電圧値Vdetが1.1Vを下回った際にリニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutが1.3Vとなるような回路構成とする。
Hereinafter, a specific operation example of the variable output voltage regulator configured as described above will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
Here is an example
Output voltage value Vout: 1.2V
Detection threshold voltage: 1.1V
Release threshold voltage: 1.2V
The circuit configuration is such that the output voltage value Vout of the
電圧監視回路33は、図2に示すように監視電圧値Vdetが1.1V以上である状態では“H”信号を信号ライン36に出力する。この信号ライン36に“H”信号が出力されている状態では、MOS FET32のゲートに正の電圧が供給され、MOS FET32がオンとなり、電源ライン35からバイアス抵抗34を介してMOS FET32のドレイン・ソース間に電流が流れる。この結果、バイアス抵抗34により電圧降下を生じ、MOS FET31のゲート電位が低下してMOS FET31はオフ状態となり、調整用抵抗素子R3は帰還回路抵抗R2から切離される。従って、帰還回路抵抗R2の両端に生じる帰還電圧値Vfbは高い電位に保持され、リニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutは1.2Vに保持される。
As shown in FIG. 2, the
その後、監視電圧値Vdetが低下しても、1.1V以上であれば、上記の状態が保たれる。そして、監視電圧値Vdetが図2のt1時点で1.1Vを下回ると、電圧監視回路33は“L”信号を信号ライン36に出力する。信号ライン36に“L”信号が出力されると、MOS FET32はゲート電位が低下してオフとなり、バイアス抵抗34に電流が流れなくなる。この結果、MOS FET31のゲート電位が高くなってMOS FET31がオンし、調整用抵抗素子R3が帰還回路抵抗R2に並列に接続される。この帰還回路抵抗R2、R3の並列合成抵抗値R23は、
R23=(R2×R3)/(R2+R3)
となり、帰還回路抵抗R2だけの抵抗値よりも小さくなって帰還電圧値Vfbが低下し、リニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutが上昇して1.3Vとなる。
Thereafter, even if the monitored voltage value Vdet decreases, the above state is maintained as long as it is 1.1 V or higher. When the monitored voltage value Vdet falls below 1.1 V at time t1 in FIG. 2, the
R23 = (R2 × R3) / (R2 + R3)
As a result, the feedback voltage value Vfb is decreased below the resistance value of the feedback circuit resistor R2, and the output voltage value Vout of the
その後、監視電圧値Vdetが図2のt2時点で1.2Vを上回ると、電圧監視回路33は、再び“H”信号を信号ライン36に出力する。従って、上記したようにMOS FET32がオンとなり、電源ライン35からバイアス抵抗34を介してMOS FET32のドレイン・ソース間に電流が流れる。この結果、バイアス抵抗34により電圧降下を生じ、MOS FET31はゲート電位が低下してオフ状態となり、調整用抵抗素子R3が帰還回路抵抗R2から切離され、リニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutは1.2Vに戻る。
Thereafter, when the monitored voltage value Vdet exceeds 1.2 V at time t2 in FIG. 2, the
以下、同様にして電圧監視回路33が監視しているデバイスの監視電圧値Vdetに応じてMOS FET31、32がオン/オフされてリニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutが制御され、デバイスへの供給電圧が1.1V〜1.2Vの範囲に保持される。
Similarly, the
上記実施形態によれば、少ない部品の簡素な構成にて、リニアレギュレータICの出力端から離れた場所に配置されているデバイスへの供給電圧を監視でき、電圧降下を生じた際には周囲からの影響を受けにくいデジタル信号にてリニアレギュレータIC21の出力電圧値Voutを調整することが可能となる。これによりデバイスへの供給電源電圧を一定範囲に保つことができ、安定して動作させることが可能となる。
According to the above embodiment, the supply voltage to a device arranged at a location distant from the output end of the linear regulator IC can be monitored with a simple configuration with few parts. It is possible to adjust the output voltage value Vout of the
なお、上記実施形態では、電圧監視回路33による監視電圧値Vdetが解除閾値電圧を上回った際に電圧監視回路33から信号ライン36に“H”信号を出力し、検出閾値電圧を下回った際に反転した信号を出力する場合について示したが、電圧監視回路33の出力信号は上記の説明とは正負を逆にした場合でも同様にして実施し得るものである。その場合は、MOS FET31、32で使用する部品種類や数量等も変更される。
In the above embodiment, when the monitoring voltage value Vdet by the
また、上記実施形態では、電圧制御部30の調整用抵抗素子R3を有効/無効とするスイッチング素子としてMOS FETを使用した場合について示したが、その他、例えばデジタルトランジスタやフォトカプラなど同等の機能を実現できる手段であれば種類は問わない。 In the above-described embodiment, the case where a MOS FET is used as a switching element that enables / disables the adjusting resistor element R3 of the voltage control unit 30 has been described. However, for example, an equivalent function such as a digital transistor or a photocoupler is provided. Any means can be used as long as it can be realized.
更に、上記実施形態では、リニアレギュレータに実施した場合について示したが、スイッチングレギュレータにおいても同様にして実施し得るものである。
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
Furthermore, although the case where it implemented to a linear regulator was shown in the said embodiment, it can implement similarly in a switching regulator.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
21…リニアレギュレータIC、22…出力ライン、30…電圧制御部、31、32…MOS FET、33…電圧監視回路、34…バイアス抵抗、35…電源ライン、36…信号ライン、R1、R2…帰還回路抵抗、R3…調整用抵抗素子。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電圧監視回路は、前記デバイス供給電圧に対する監視結果信号をデジタル信号にて出力し、該デジタル信号により前記スイッチング素子をオン/オフして前記帰還回路抵抗と前記調整用抵抗素子との接続を制御し、前記デバイスへの供給電圧が所定の電圧値範囲に保持されるように前記レギュレータICの出力電圧を制御することを特徴とする可変出力電圧レギュレータ。 A regulator IC that outputs a predetermined DC voltage, a feedback circuit that divides an output voltage value of the regulator IC by a feedback circuit resistance and feeds back to the regulator IC, and adjusts an output voltage value of the regulator IC; and the feedback circuit An adjustment resistor element that is connected to a resistor to adjust a resistance value, a switching element that controls connection of the adjustment resistor element to the feedback circuit resistor, and a device to which an output voltage of the regulator IC is supplied as an operation power supply A voltage monitoring circuit disposed in the vicinity and monitoring a supply voltage to the device;
The voltage monitoring circuit outputs a monitoring result signal for the device supply voltage as a digital signal, and controls the connection between the feedback circuit resistance and the adjustment resistance element by turning on / off the switching element by the digital signal. The output voltage of the regulator IC is controlled so that the supply voltage to the device is maintained within a predetermined voltage value range.
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2008
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