JP3560512B2

JP3560512B2 - 電源回路とそれに用いる定電圧回路

Info

Publication number: JP3560512B2
Application number: JP22451099A
Authority: JP
Inventors: 晋也真鍋; 宏治吉井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001051735A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に供給する電源を安定化し出力トランジスタを介して供給する定電圧回路と、定電圧回路に負荷をバックアップするためのバックアップ用電池とを備えた電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電源回路の一例を図１に示す。
例えばＬｉ−イオン電池等の電源１と、電源１がオン時に、ＲＡＭ等のバックアップされる負荷３に供給する電源を安定化する定電圧回路（ＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ、以下、ＶＲと略記する）５と、電源１がオフ時に、負荷３をバックアップするためのバックアップ用電池７と、電源１がオフ時に、バックアップ用電池７からＶＲ５を通して電源１側へ電流が逆流するのを防ぐダイオード９から構成されている。
【０００３】
ＶＲ５は、電源１が接続される入力端子（Ｖｂａｔ）１１、基準電圧部（Ｖｒｅｆ）１３、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ）１５、ＰチャネルＭＯＳトランジスタからなる出力トランジスタ（ＤＲＶ）１７、出力端子（Ｖｏｕｔ）１９及び帰還抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。
オペアンプ１５では、出力端子が出力トランジスタ１７のゲート電極に接続され、反転入力端子に基準電圧部１３から基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、非反転入力端子に出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した電圧が印加され、オペアンプ１５により、出力電圧Ｖｏｕｔが抵抗Ｒ１とＲ２により分圧された電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように制御される。
出力端子１９は、ダイオード９を介して、負荷３に接続され、ダイオード９、負荷３間には、バックアップ用電池７が接続されている。バックアップ用電池７は、電源１がオフしたとき、又は電源１の電圧が降下したときに負荷３に電源を供給する。ダイオード９はバックアップ用電池７から電源１側に電流が逆流しない向きに設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電流の逆流を防止する手段としてダイオードを用いた場合、ダイオードでＶＲの出力電圧Ｖｏｕｔの電圧降下が生じる。ダイオードでの電圧降下は約０．７Ｖと大きく、負荷で必要な電圧Ｖｂｋを確保するためには、ＶＲの出力電圧ＶｏｕｔをＶｂｋ＋０．７Ｖに設定しなければならず、その結果ＶＲの最低動作電圧を低くできないという問題があった。さらに、ダイオードとしてツェナーダイオードを用いた場合には、１０μＡ程度の大きな逆流電流が流れ、その逆流電流は高温では３０μＡ程度になる。
そこで本発明は、バックアップ用電池を備えた電源回路とそこで用いるＶＲであって、逆流電流を防止し、かつＶＲの最低動作電圧を低くすることができる電源回路を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷に供給する電源を安定化し出力トランジスタを介して供給するＶＲ（定電圧回路）であって、電源に接続される入力端子と、前記負荷及び前記負荷をバックアップするためのバックアップ用電池に接続される出力端子と、前記入力端子の電圧と前記出力端子の電圧とを比較する比較回路と、前記入力端子と前記比較回路との間及び前記出力端子と前記比較回路との間に接続され、前記入力端子の電圧が前記出力端子の電圧よりも低くなったときに前記比較回路が一方の極性信号を出力するように調整された分圧抵抗と、トランジスタからなり、前記比較回路の出力が前記一方の極性信号のときは前記出力トランジスタのバックバイアスを前記出力端子の電圧にし、前記比較回路の出力が他方の極性信号のときは前記出力トランジスタのバックバイアスを前記入力端子の電圧にするようにバックバイアス用の接続を切り替える切替え回路と、を備え、かつ、これら各部が１チップ上に形成されているものである。
本発明の電源回路は、本発明の１チッブＶＲと、その出力端子に接続されたバックアップ用電池とを備えたものである。
【０００６】
電源が十分な電圧を供給することができる場合、負荷への電源の供給はＶＲを介して行なわれる。ＶＲの入力電圧がバックアップ用電池電圧より高いとき、比較回路は、切替え回路を制御して、出力トランジスタのバックバイアスを電源電圧にする。ＶＲの入力電圧がバックアップ用電池電圧より低いときは、比較回路は、切替え回路を制御して、出力トランジスタのバックバイアスをバックアップ用電池電圧にする。このとき、出力トランジスタはオフになっており、さらに、出力トランジスタの電源側の端子（ドレイン）と基板との間にはＰＮ接合によってバックアップ用電池から電源側とは逆向きのダイオードが形成されているので、逆流防止用ダイオードを別途設けなくても、バックアップ用電池から電源側への電流の逆流を抑制することができる。また、逆流防止用ダイオードを別途設けないことから、そのダイオードによる電圧降下を考慮する必要がなくなり、ＶＲの最低動作電圧を低くすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
比較回路は、入力電圧側に接続された第１の分圧抵抗による分圧電圧と、バックアップ用電池側に接続された第２の分圧抵抗による分圧電圧とを比較するものであって、比較回路がオフセットを持っている場合にも、入力電圧がバックアップ用電池電圧に等しいところで出力が反転するように、第１の分圧抵抗の分圧比と第２の分圧抵抗の分圧比が調節されていることが好ましい。
その結果、比較回路の差動入力トランジスタにオフセットが存在する場合でも、比較回路を確実に動作させることができる。
【０００８】
【実施例】
図２は、実施例を示す回路図である。
電源１からの電源を負荷３に安定して供給すべく、ＶＲ２１が備えられている。電源１は、ＶＲ２１に設けられた入力端子（ｂａｔ）２３に接続され、入力端子２３は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタからなる出力トランジスタ（ＤＲＶ）２５を介して、出力端子（Ｖｏｕｔ）２７に接続されている。出力端子２７は負荷３に接続されており、出力端子２７、負荷３間には、バックアップ用電池７が接続されている。バックアップ用電池７としては、ボタン電池等の一次電池や、二次電池、スーパーキャパシタ等を用いることができる。
【０００９】
ＶＲ２１には、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ）２９が備えられており、オペアンプ２９の出力端子は、出力トランジスタ２５のゲート電極に接続されている。オペアンプ２９の反転入力端子には基準電圧部（Ｖｒｅｆ）３１から基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、非反転入力端子には出力トランジスタ２５の出力電圧Ｖｏｕｔを帰還抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した電圧が印加される。帰還抵抗Ｒ２のグラウンド側の端子とグラウンド間には、非動作時の貫通電流を遮断するために、ＮチャネルＭＯＳトランジスタからなるバイアススイッチ３３が介在している。
【００１０】
出力トランジスタ２５の基板には、ＰチャネルＭＯＳトランジスタからなるバックバイアス切替えスイッチ３５，３７が接続されている。切替えスイッチ３５は出力トランジスタ２５の基板を電源１側に接続し、切替えスイッチ３７は出力トランジスタ２５の基板をバックアップ用電池７側に接続するためのものである。
ＶＲ２１には、コンパレータ（比較回路、ＣＯＭＰ）３９も備えられており、コンパレータ３９の一方の入力端子には入力端子２３側（電源１側）に接続された分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧電圧が印加され、他方の入力端子には出力端子２７側（バックアップ用電池７側）に接続された分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６による分圧電圧が印加される。コンパレータ３９の出力端子は、オペアンプ２９、バイアススイッチ３３及び切替えスイッチ３７、並びにインバータ４１を介して切替えスイッチ３５に接続されており、入力電圧とバックアップ用電池電圧との大小により、これらの各部のオン・オフを制御するようになっている。
オペアンプ２９、基準電圧部３１及びコンパレータ３９の電源は電源１から供給されている。
この実施例において、破線で囲まれたＶＲ２１は１チップ上に形成されている。
本発明を構成する切替え回路は、切替えスイッチ３５，３７及びインバータ４１により構成される。
【００１１】
次に、この実施例の動作を説明する。
電源１により、ＶＲ２１を介して、負荷３に電源を供給する通常状態では、入力端子２３側の入力電圧Ｖｂａｔは出力端子２７側の出力電圧Ｖｏｕｔ以上であり、コンパレータ３９から”Ｈ”（ハイレベル）が出力され、オペアンプ２９、バイアススイッチ３３及び切り替えスイッチ３５がオンになり、切替えスイッチ３７がオフになる。これにより出力トランジスタ２５のバックバイアスは入力電圧Ｖｂａｔになる。この状態では、出力電圧Ｖｏｕｔはオペアンプ２９により一定電圧に制御される。
【００１２】
入力電圧がオフしたとき、又は電源１の電圧がバックアップ用電池７の電圧より低下したとき、コンパレータ３９の出力は”Ｌ”（ローレベル）になり、オペアンプ２９、バイアススイッチ３３及び切替えスイッチ３５がオフになり、切替えスイッチ３７がオンになる。これにより、出力トランジスタ２５はオフになるとともに、出力トランジスタ２５のバックバイアスはバックアップ用電池７の電圧になり、出力トランジスタ２５の電源１側の端子（ドレイン）と基板との間のＰＮ接合によるバックアップ用電池７から電源１側とは逆向きのダイオードによって、バックアップ用電池７から出力端子２７を通して逆流する電流は、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を流れる電流のみになる。分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６として高抵抗のものを用いることにより、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６にはほとんど電流が流れないようにすることができる。
このように、ダイオードを用いないで逆流電流を防止することができるので、ＶＲ２１の最低動作電圧を低くすることができる。
【００１３】
また、コンパレータ３９の電源は電源１を用いているのでバックアップ用電池７の電力を消費することはない。
また、コンパレータ３９がオフセットを持つ場合には、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４及びＲ５，Ｒ６の分圧比に差を持たせて調節し、入力電圧がバックアップ用電池電圧より低くなったときにはコンパレータ３９が”Ｌ”を必ず出力するようにしておく。
また、従来技術でダイオードをＶＲに含めて１チップで構成する場合には、出力電流を確保するためにダイオードが大きな面積を必要とするのでチップ面積が大きくなるが、本発明によれば、出力トランジスタ以外に大きな電流を流す素子を必要としないので、チップ面積の増加を抑制して電源回路を構成することができる。
また、実施例では出力トランジスタとしてＰチャネルＭＯＳトランジスタを用いているが、ＮチャネルＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタを用いることもできる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の定電圧回路及び電源回路では、ＶＲの入力電圧とバックアップ用電池電圧とを比較する比較回路と、出力トランジスタのバックバイアスを入力電圧側の電源電圧又はバックアップ用電池電圧に切り替える機能を備えた切替え回路と、を備え、切替え回路は、比較回路の出力に基づいて、入力電圧がバックアップ用電池電圧より高いときは出力トランジスタのバックバイアスを電源電圧にし、入力電圧がバックアップ用電池電圧より低いときは出力トランジスタのバックバイアスをバックアップ用電池電圧にするようにしたので、逆流電流を防止し、さらにダイオードを用いないので、ＶＲの最低動作電圧を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源回路の一例を示す回路図である。
【図２】一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１電源
３負荷
７バックアップ用電池
２１定電圧回路（ＶＲ）
２３入力端子
２５出力トランジスタ
２７出力端子
２９オペアンプ
３１基準電圧部
３３バイアススイッチ
３５，３７バックバイアス切替えスイッチ
３９コンパレータ
４１インバータ
Ｒ１，Ｒ２帰還抵抗
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６分圧抵抗

Claims

負荷に供給する電源を安定化し出力トランジスタを介して供給する定電圧回路において、
電源に接続される入力端子と、
前記負荷及び前記負荷をバックアップするためのバックアップ用電池に接続される出力端子と、
前記入力端子の電圧と前記出力端子の電圧とを比較する比較回路と、
前記入力端子と前記比較回路との間及び前記出力端子と前記比較回路との間に接続され、前記入力端子の電圧が前記出力端子の電圧よりも低くなったときに前記比較回路が一方の極性信号を出力するように調整された分圧抵抗と、
トランジスタからなり、前記比較回路の出力が前記一方の極性信号のときは前記出力トランジスタのバックバイアスを前記出力端子の電圧にし、前記比較回路の出力が他方の極性信号のときは前記出力トランジスタのバックバイアスを前記入力端子の電圧にするようにバックバイアス用の接続を切り替える切替え回路と、を備え、
かつ、これら各部が１チップ上に形成されていることを特徴とする定電圧回路。
前記定電圧回路と、その出力端子に接続されたバックアップ用電池とを備えた電源回路。