JP2011248639A

JP2011248639A - 電圧制御回路

Info

Publication number: JP2011248639A
Application number: JP2010121329A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: JP5447186B2

Abstract

【課題】定電圧を出力する電圧制御回路において、簡易な構成により、電流を吸い込みながら安定した正電圧を出力する。
【解決手段】負電圧シリーズレギュレータ１２を備えた電圧制御回路１０において、帰還端子１２Ｅに抵抗１８を介してバイアス電圧Ｖ_Ｂを投入するバイアス電源１４を設ける。また、出力端子１２Ｄとグラウンドの間に分圧回路１６を設け、分圧出力を帰還端子１２Eに供給する。そして、バイアス電圧Ｖ_Ｂを、帰還端子１２Ｅの基準電圧（電圧レベル）Ｖ_ＡＤＪよりも低い負電圧に定め、負の基準電圧より大きい正電圧を出力端子１２Ｄと帰還端子１２Ｅの間に生成させるような大きさの電流を流す。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の定電圧を安定して出力する電圧制御回路に関し、特に、シリーズレギュレータを備えた電圧制御回路（定電圧回路）に関する。

シリーズレギュレータを利用する電圧制御回路では、入力電圧を降圧して出力するとともに、帰還回路を設けて出力電圧の変位を検出し、トランジスタなどの制御素子を用いて電圧レベルを安定化させる。接地電位（＝０Ｖ）近傍の低電圧をレギュレータで出力させる場合、例えば、帰還回路にインピーダンスを設けた位相補償回路を設け、レギュレータ発振を抑えながら出力電圧を安定化させる（特許文献１参照）。

特開２００９−３６１２号公報

ところで、ＣＣＤイメージセンサ、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子、その他の駆動デバイスへ電源供給する場合、デバイスのグラウンド側基準電位が、基板構造上の問題などによって接地電位（＝０Ｖ）と一致しない場合が生じる。ダイオードなどを使用して基板の基準電位を０Ｖにオフセット調整しても、温度変化によって基準電位が安定しない。そこで、正電圧シリーズレギュレータを利用して、０Ｖ近傍の低電圧（例えば、１．０Ｖ以下）を基板側へ出力し、電位を安定化させることが考えられる。

しかしながら、正電圧シリーズレギュレータによって低電圧を出力する場合、正電圧シリーズレギュレータが電流を出力するように設計されているという構造上の制約により、レギュレータ側に電流を吸い込ませることが実質的にできない。そのため、基板のグラウンド側電位が安定しない。一方、電流をレギュレータ側へ吸い込ませるための電流源などの回路要素を取り入れると複雑な回路構成となり、ノイズ発生等が生じて出力電圧が不安定化する。

本発明の電圧制御回路は、接地電位（＝０Ｖ）近傍の正電圧を安定して出力可能な電圧制御回路であり、帰還端子を有し、出力電圧可変な負電圧シリーズレギュレータを備え、負電圧シリーズレギュレータの出力端子とグラウンドとの間には分圧回路を設け、分圧出力を帰還端子に供給している。また、帰還端子に負のバイアス電圧を投入するバイアス電源を備え、帰還端子とバイアス電源との間にはバイアス抵抗が設けられる。例えば、分圧回路としては、出力端子と帰還端子との間に配置される第１抵抗と、グラウンドに繋がる第２抵抗とを備える。

本発明では、バイアス電源が、帰還端子の負電圧レベルよりも低いバイアス電圧を帰還端子へ投入する。これにより、通常の負電圧レギュレータとして動作する時に第１抵抗を流れる電流とは逆方向に流れる電流が生じ、この逆方向に流れる電流が順方向の電流よりも大きくなるようにバイアス電圧などの条件が設定される。

その結果、第１抵抗に正の電圧が生じ、この電圧が帰還端子の基準電圧よりも大きくなり、出力電圧が正電圧に反転する。このような構成により、負電圧シリーズレギュレータを使って正電圧を出力させ、かつ、シリーズレギュレータの出力端子側に大きな電流を吸い込ませることが可能となる。

そして、このような電圧制御回路によってデバイスの出力バッファの低電位側などへ正電圧を供給すると、出力バッファ低電位側からレギュレータ側へ電流が流れ込むことによって出力バッファの低電位側が接地電位より高い電圧に設定された場合においても、出力バッファ動作が安定する。出力電圧レベルは特に限定されないが、上述した出力バッファの低電位側への電源供給を目的とするならば、出力電圧を、１．０Ｖ以下にするのが望ましい。所望する電圧の値に従い、バイアス抵抗、分圧回路の抵抗値、バイアス電圧を定めることができる。

バイアス抵抗と第１抵抗との比によってレギュレータの出力電圧分解能が定められる。例えば、第１抵抗に対してバイアス抵抗を大きくすることによって出力電圧分解能を高めることが可能である一方で、出力電圧分解能一定の状態でバイアス電圧を可変とすれば、バイアス抵抗と第１抵抗との比率に基づいた出力電圧分解能で出力電圧を可変できる。したがって、デバイスのグラウンド側電位にバラツキがあっても出力電圧レベルを一定に調整することができる。

本発明の電圧安定化方法は、負電圧シリーズレギュレータの出力端子とグラウンドとの間に分圧抵抗を設け、分圧した電圧を帰還端子に投入してフィードバック制御する電圧安定化方法であって、帰還端子の負電圧レベル（基準電圧）よりも低いバイアス電圧を前帰還端子に投入することによって、出力端子と帰還端子の間に帰還端子の負の基準電圧より大きい正電圧を生成するように、電流を分圧抵抗に流すことを特徴とする。

本発明の他の局面における定電圧回路の電圧調整部は、抵抗を有し、負電圧シリーズレギュレータの帰還側へ負の調整電圧を投入する電圧投入手段と、負電圧シリーズレギュレータの出力側とグラウンドとの間に設けられ、分圧出力を帰還側へ供給する分圧抵抗回路とを備える。そして、電圧投入手段の抵抗値と電圧調整抵抗回路の抵抗値とに基づき、出力側での正電圧出力が可能となるように、調整電圧が定められることを特徴とする。

このように本発明によれば、定電圧を出力する電圧制御回路において、簡易な構成により、電流を吸い込みながら安定した正電圧を出力させることができる。

撮像デバイスへ電源供給する電源回路を模式的に示した図である。電圧制御回路の電気回路図である。

以下では、図面を参照して本実施形態である電圧制御回路について説明する。

図１は、本実施形態である電圧制御回路を利用した撮像デバイスへ電源供給する電源回路を模式的に示した図である。

電源回路は、電池から直流電圧を生成し撮像デバイス１００へ安定して供給する電圧制御回路１０を備える。ここでは、撮像デバイス１００はＣＣＤイメージセンサとして構成され、ＣＣＤイメージセンサに配設されたシフトレジスタ、アドレス制御回路、リセットゲートなどの要素へ電源が供給される。なお、撮像デバイス１００はＣ−ＭＯＳイメージセンサでも良い。

撮像デバイス１００に設けられた出力バッファ２００には、所定電圧（例えば、１５Ｖ）が供給されるが、出力バッファ２００の設置される基板部分では、そのグラウンド側電位、すなわち基準電位Ｖｓが接地電位（＝０Ｖ）と一致しない。ここでは、基準電位Ｖｓが１．０Ｖになっている。この電圧レベルは、撮像デバイスの基板構造（ｐｎ接合）等に起因している。電圧制御回路１０は、基準電位Ｖｓ（＝１．０Ｖ）と同じ直流電圧Ｖ_ｏｕｔを、出力バッファ２００の設置基板部分へ供給している。

図２は、電圧制御回路のブロック図である。ただし、基準電圧Ｖｓと同じ電圧を出力する構成のみ図示している。

電圧制御回路１０は、負電圧シリーズレギュレータ１２、バイアス電源１４、分圧回路１６を備える。負電圧シリーズレギュレータ１２は、入力される負電圧を降圧し、一定レベルの負電圧を出力するリニアレギュレータであり、また、出力電流のＯＮ／ＯＦＦ機能を備え、出力電圧を可変する帰還抵抗が外付け可能な出力電圧可変型レギュレータとして構成されている。

負電圧シリーズレギュレータ１２は、トランジスタなどの直列制御素子、誤差増幅器、分圧回路、基準電圧電源（いずれも図示せず）を備え、グラウンド端子（ＧＮＤ）１２Ａ、入力端子（ＩＮ）１２Ｂ、出力端子（ＯＵＴ）１２Ｄの３端子の他に、ＯＮ／ＯＦＦ端子（ＳＨＤＮ）１２Ｃ、帰還端子（ＡＤＪ）１２Ｅを備えている。

負電圧シリーズレギュレータ１２には、−１５Ｖの負電圧が入力される。容量Ｃ２のコンデンサ２６は入力電圧を平滑化し、抵抗値Ｒ５の抵抗２４は、レギュレータを起動させる信号ラインを、信号入力がないときにグラウンド電位にするプルダウン抵抗である。

バイアス電源１４は、接点１５を介してレギュレータ１２の帰還端子１２Ｅに負電圧（以下、バイアス電圧という）を投入する電源部であり、帰還端子１２Ｅ側の接点１５とバイアス電源１４との間には、抵抗値Ｒ３の抵抗（以下、バイアス抵抗という）１８が設けられている。

分圧回路１６は、抵抗値Ｒ１の抵抗１６Ａ（以下、第１抵抗という）、抵抗値Ｒ２の抵抗１６Ｂ（以下、第２抵抗という）を直列接続した構成であり、レギュレータ出力端子１２Ｄとグラウンドとの間に設けられている。出力端子１２Ｄ側の接点１７には第１抵抗１６Ａが接続され、第１抵抗１６Ａと第２抵抗１６Ｂとの間の分圧点１６Ｐが、帰還端子１２Ｅと接続されている。

レギュレータ出力端子１２Ｄには、抵抗値Ｒ４の抵抗２０が接点１９を介してプルアップ抵抗として接続されている。これは、無負荷の場合にも出力が正電圧で安定するようにするためのもので、ｉ３の１０倍程度の電流量が確保できるよう定められている。ここでは、接点１９を通して出力される正電圧Ｖ_ｏｕｔが１．０Ｖに定められている。

容量Ｃ１のコンデンサ２２は、平滑化の目的で分圧回路１６と並列的に接続されている。第１抵抗１６Ａの出力側接点１７は出力端子１２Ｄと同電位であり、分圧点１６Ｐは帰還端子１２Ｅと同電位になる。第２抵抗１６Ｂは接地している。

バイアス電源１４は、帰還端子１２Ｅの電圧レベルＶ_ＡＤＪ（＜０Ｖ）よりも低い負のバイアス電圧Ｖ_Ｂ（＜Ｖ_ＡＤＪ）を投入する。抵抗１８によって電圧降下が生じ、電流ｉ３がバイアス電源１４へ向けて流れる。バイアス電圧Ｖ_Ｂの値は可変であり、調整可能である。

分圧回路１６は、出力端子１２Ｄと帰還端子１２Ｅの間で電圧降下を生じさせる。その結果、第１抵抗１６Ａを介して出力端子１２Ｄから帰還端子１２Ｅに向けて電流ｉ１が流れる。一方、第２抵抗１６Ｂには、電流ｉ２がグラウンドから帰還端子に向かって流れる。ここでは、分圧点１６Ｐ、すなわち帰還端子１２Ｅの基準電位Ｖ_ＡＤＪが、レギュレータ１２の特性に従い、−１．２２Ｖに定められている。

ここで接点１７の電位が、本来は−２．２２Ｖ(＝−1．２２−1．０)と負電圧であると仮定したとき、本実施形態においては、バイアス電源１４によって、接点１７、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３の経路で流れる電流により、抵抗Ｒ１に生じる逆方向の電位が＋２．２２Ｖとなることによりこの電圧降下分を相殺し、正の電圧である1．０Ｖ(＝−1．２２＋２．２２)となるようにしている。

そして、出力電圧Ｖ_ｏｕｔ、電流ｉ１〜ｉ３は、以下の関係式を満たす。ただし、電流は、図２において上から下へむかう方向を正符号として表す。

Ｖ_ｏｕｔ＝（Ｒ１×ｉ１）＋Ｖ_ＡＤＪ
ｉ１＝ｉ３−ｉ２
ｉ３＝（Ｖ_ＡＤＪ−Ｖ_Ｂ）／Ｒ３
ｉ２＝（０−Ｖ_ＡＤＪ）／Ｒ２
・・・・・（１）

（１）式により、電圧制御回路１０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、以下の式によって求められる。

Ｖ_ｏｕｔ＝（Ｒ１／Ｒ３）×（Ｖ_ＡＤＪ−Ｖ_Ｂ）＋Ｖ_ＡＤＪ（Ｒ１／Ｒ２＋１）
・・・・・（２）

（２）式から明らかなように、負のバイアス電圧（Ｖ_Ｂ）を抵抗値Ｒ１〜Ｒ３、および帰還端子１２Ｅの電位に基づいて定めることにより、所望の接地電位近傍の正電圧を出力させることができる。

また、（２）式から明らかなように、抵抗値Ｒ１とＲ３との比（Ｒ１／Ｒ３）は、電圧制御回路１０の出力電圧分解能を定める値となり、抵抗値Ｒ３が大きいほどバイアス電圧の変化に対する出力電圧変化は少なくなり、より高精細な出力電圧設定ができる。所定の出力電圧分解能となるように抵抗値Ｒ１、Ｒ３が決定されると、目標とする出力電圧Ｖ_ｏｕｔ、バイアス電圧Ｖ_Ｂの値に従って抵抗値Ｒ２が定められる。

グラウンド側電位が基板構造の特性に起因していることを考えると、撮像デバイスの種類によって目標とする出力電圧レベルも異なる。この場合、バイアス電圧Ｖ_Ｂを変えて出力電圧を調整すればよい。

このように本実施形態によれば、負電圧シリーズレギュレータ１２を備えた電圧制御回路１０において、帰還端子１２Ｅに抵抗１８を介してバイアス電圧Ｖ_Ｂを投入するバイアス電源１４を設け、また、出力端子１２Ｄと帰還端子１２Ｅの間に分圧回路１６を設けている。そして、バイアス電圧Ｖ_Ｂは帰還端子１２Ｅの電圧レベルＶ_ＡＤＪよりも低い負電圧に定めている。

正電圧レギュレータを使用した場合、撮像デバイス１００の画像信号読み出し駆動等により、バッファ２００の基板部分に流れる電流が変動するが、電流の吸い込みができない為に基準電位Ｖｓが変動してしまう。しかしながら、負電圧シリーズレギュレータ１２を使用して正電圧を得ているため、電流変動に対応して出力端子１２Ｄへ電流が吸い込まれ、その出力電圧Ｖ_ｏｕｔが一定電圧Ｖｓ(＝１.０Ｖ)を維持するように、フィードバック制御が行われる。

このような負電圧シリーズレギュレータを使用した正電圧出力、出力端子への大電流吸い込みを実現した構成により、接地電位近傍の正電圧を安定して保持することが可能となって、撮像デバイスに配設された各要素の動作も安定する。また、抵抗値Ｒ１〜Ｒ３に基づいてバイアス電圧Ｖ_Ｂを可変調整することが可能であり、安定した正電圧出力範囲を適宜調整することができる。

本実施形態では５端子型レギュレータを使用しているが、それ以外の帰還端子を備えたレギュレータを適用してもよい。また、分圧回路の構成も適宜変更してもよい。さらに、汎用の実装シリーズレギュレータを利用する構成に限定されず、バイアス電源、分圧回路を設けた一体的なレギュレータを構成してもよい。また、出力端子に接続される負荷側がすでに正電位となっている場合であれば、プルアップ抵抗を接続せずに、バイアス電源、バイアス抵抗、分圧回路を備えた電圧調整回路を構成することができる。

１０電圧制御回路
１２負電圧シリーズレギュレータ
１２Ｄ出力端子
１２Ｅアジャスト端子（帰還端子）
１４バイアス電源（電圧投入手段）
１６分圧回路（分圧抵抗回路）
１６Ａ第１抵抗
１６Ｂ第２抵抗
１８バイアス抵抗

Claims

帰還端子を有し、出力電圧可変な負電圧シリーズレギュレータと、
前記負電圧シリーズレギュレータの出力端子とグラウンドとの間に設けられ、分圧出力を前記帰還端子に供給する分圧回路と、
前記出力端子に接続されるプルアップ抵抗と、
前記帰還端子に負のバイアス電圧を投入するバイアス電源と、
前記帰還端子と前記バイアス電源との間に設けられるバイアス抵抗とを備え、
前記バイアス電源が、前記出力端子に正電圧を出力させるように、前記帰還端子の負電圧レベルよりも低いバイアス電圧を投入することを特徴とする電圧制御回路。
前記分圧回路が、前記出力端子とグラウンドとの間に配置される第１抵抗と、第２抵抗とを有し、分圧された中間電圧が前記帰還端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御回路。
前記バイアス抵抗と前記第１抵抗との比率に基づき、出力電圧分解能が設定され、バイアス電圧を変化させることによって出力正電圧が可変調整されることを特徴とする請求項２に記載の電圧制御回路。
出力正電圧が、１．０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電圧制御回路。
負電圧シリーズレギュレータの出力端子とグラウンドとの間に分圧抵抗を設け、
分圧した電圧を前記負電圧シリーズレギュレータの帰還端子に投入してフィードバック制御する電圧安定化方法であって、
前記帰還端子の負電圧レベルよりも低いバイアス電圧を前記帰還端子に投入することによって、前記出力端子と前記帰還端子の間に前記帰還端子の負の基準電圧より大きい正電圧を生成するように、電流を前記分圧抵抗に流すことを特徴とする電圧安定化方法。
抵抗を有し、負電圧シリーズレギュレータの帰還側へ負の調整電圧を投入する電圧投入手段と、
前記負電圧シリーズレギュレータの出力側とグラウンドとの間に設けられ、分圧出力を前記帰還側へ供給する分圧抵抗回路とを備え、
前記電圧投入手段の抵抗値と前記分圧抵抗回路の抵抗値とに基づき、前記出力側での正電圧出力が可能となるように、前記調整電圧が定められることを特徴とする定電圧回路の電圧調整部。