JP3604511B2 - 降圧型電圧レギュレータ方式電源装置 - Google Patents
降圧型電圧レギュレータ方式電源装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範な入力電圧の変化に対応し、しかも入力電圧が規定出力電圧を下回らない限りは常に負荷回路の特性を変えない精度で正確な規定出力電圧を出力する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、広範な入力電圧の変化に対応する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置としては実開平２−８８４７４号公報に開示されているものがある。図３はその従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。以下、図３を参照しながら、従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について説明する。
【０００３】
図３において、１０１は規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力するための電源部、１０２は電源部１０１から供給される規定出力電圧ＶＲＥＧ により動作する装置本体であり、駆動されるべき負荷回路を内蔵している。電源部１０１は、入力電圧ＶＩＮを供給する直流電源部１０３と、入力電圧ＶＩＮに応じた選択信号を出力する入力電圧検出部１０４と、入力電圧検出部１０４からの選択信号により入力電圧ＶＩＮの接続先を切り換える切り換え部１０５と、通常時に入力電圧ＶＩＮをレギュレートして規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力電圧ＶＯＵＴ として出力する降圧型電圧レギュレータ部１０６とから構成されている。降圧型電圧レギュレータ部１０６はさらに、入力電圧ＶＩＮをオン／オフするスイッチング部１０７と、スイッチング部１０７の出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタ部１０８と、基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧部１０９と、低域通過フィルタ部１０８から出力される出力電圧ＶＯＵＴ をｋＯＵＴ 倍（ｋＯＵＴ は定数であって、ｋＯＵＴ＝基準電圧ＶＲＥＦ／規定出力電圧ＶＲＥＧ である。後記の式（２），（３）参照）する出力電圧検出部１１０と、出力電圧検出部１１０の出力電圧（ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ）と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）との大小関係によりスイッチング部１０７のオン／オフの時間比を制御する電圧比較部１１１と、降圧型電圧レギュレータ部１０６を迂回するようにして端子［ｄｉｒｅｃｔ］を介して直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮを直接に装置本体１０２に導く迂回出力ライン１１２とから構成されている。スイッチング部１０７は、電圧比較部１１１における比較動作の結果、
ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ ‥‥のときにゲートをオンにし、それ以外のときはゲートをオフにするように構成されている。
【０００４】
以上のように構成された従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について、以下にその動作を説明する。
【０００５】
直流電源部１０３から供給される入力電圧ＶＩＮは入力電圧検出部１０４に入力される。入力電圧検出部１０４は常時入力電圧ＶＩＮを検出しており、入力電圧ＶＩＮを２個の区間（図４の区間［０］および区間［ｄｉｒｅｃｔ］）に分割し、各々の区間に応じた選択信号を出力する。入力電圧検出部１０４から出力された選択信号は切り換え部１０５に入力される。切り換え部１０５における入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係を表１に示す。すなわち、入力電圧検出部１０４が判定した入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあるときは切り換え部１０５は端子［０］側に接続され、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあるときは切り換え部１０５は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に接続される。
【０００６】
【表１】
【０００７】
また、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ の関係を図４に示す。
【０００８】
まず、入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（１）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【０００９】
ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………………（１）
入力電圧ＶＩＮが式（１）を満足する場合には、入力電圧検出部１０４は切り換え部１０５に対して端子［０］側に切り換えるようにする選択信号を出力するので、切り換え部１０５は端子［０］側に切り換わり、降圧型電圧レギュレータ部１０６が選択される。
【００１０】
規定出力電圧ＶＲＥＧ と基準電圧部１０９から出力される基準電圧ＶＲＥＦ との間にはｋＯＵＴ を定数として式（２）の関係がある。
【００１１】
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ ……………………………………………（２）
変形すると、
ｋＯＵＴ＝ＶＲＥＦ／ＶＲＥＧ ……………………………………………（３）
である。
【００１２】
出力電圧検出部１１０は、低域通過フィルタ部１０８からの出力電圧ＶＯＵＴ が入力されると、電圧比較部１１１の非反転入力端子（＋）に対して検出電圧ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ を出力する。基準電圧部１０９は電圧比較部１１１の反転入力端子（−）に対して基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ ）を出力する。電圧比較部１１１は、入力された検出電圧ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）とを比較する。これは、結局、出力電圧ＶＯＵＴ と規定出力電圧ＶＲＥＧ とを比較していることに相当する。比較された結果、もし、
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ …………………………（４）
の場合、つまり、出力電圧ＶＯＵＴ が規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回っているときには、電圧比較部１１１の出力によりスイッチング部１０７のゲートはオンにされる。すると直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［０］、スイッチング部１０７のゲートを介して低域通過フィルタ部１０８へ供給される。また、もし、
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ＜ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ …………………………（５）
の場合、つまり、出力電圧ＶＯＵＴ が規定出力電圧ＶＲＥＧ を上回っているときには、電圧比較部１１１の出力によりスイッチング部１０７のゲートはオフにされる。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［０］を介してスイッチング部１０７までは供給されるが、低域通過フィルタ部１０８へは供給されない。
【００１３】
このようにしてスイッチング部１０７でスイッチングされた入力電圧ＶＩＮはバイアス成分＝ＶＲＥＧ をもった矩形波となるが、低域通過フィルタ部１０８でバイアス成分以外の高周波成分が除去される。その結果、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ に一致するようにフィードバック制御され、規定出力電圧ＶＲＥＧ に一致した直流レベルの出力電圧ＶＯＵＴ が装置本体１０２に供給される。このときの入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ とは図４の区間［０］に示された関係にある。入力電圧ＶＩＮをスイッチング部１０７においてスイッチングすることにより、スイッチング部１０７はドロップ電圧Ｖｄｒｏｐの電圧降下を引き起こすこととなる。
【００１４】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（６）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００１５】
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………………（６）
入力電圧ＶＩＮが式（６）を満足する場合には、入力電圧検出部１０４は切り換え部１０５に対して端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換えるようにする選択信号を出力するので、切り換え部１０５は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換わり、直接出力モードが選択される。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して直接に装置本体１０２へ供給される。このときの入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ とは図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ］において勾配１の傾斜直線で示された（ｂ）の関係にある。すなわち、図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ１］および区間［ｄｉｒｅｃｔ２］において
ＶＲＥＧ＜ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ …………………………（７）
となり、区間［ｄｉｒｅｃｔ３］および区間［ｄｉｒｅｃｔ４］において
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＜ＶＲＥＧ ………………………………………………（８）
となる。
【００１６】
なお、もし直接出力モードがなければ、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ は図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ］において破線の傾斜直線で示された（ａ）の関係にあり、入力電圧ＶＩＮが（ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ）を下回ったときには、入出力電圧差よりドロップ電圧の方が大きいため、降圧型電圧レギュレータ部１０６が作動不能となり、入力電圧ＶＩＮの低下に比例して出力電圧ＶＯＵＴ も規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回ってしまう。つまり、直接出力モードの効用により、ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ （区間［０］、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］および区間［ｄｉｒｅｃｔ２］）である限りは、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回らずにすむ。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路の場合には、負荷回路の特性を変化させない精度を±（１／２）ＶＳＴとすると、出力電圧ＶＯＵＴ は次の式（９）を満足しなければならない。
【００１８】
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
しかしながら、上記した従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置においては、入力電圧ＶＩＮが区間［０］、区間［ｄｉｒｅｃｔ２］および区間［ｄｉｒｅｃｔ３］のときには式（９）を満足するが、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］のときには図４の（ｂ）のように出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＯＵＴ＞ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………………………………（１０）
となるため式（９）を満足させることができず、負荷の回路特性が変化してしまうという問題がある。そのため、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］にある場合においても負荷の回路特性を変化させないようにすることが要求されている。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するもので、降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］の場合にあるときでも負荷の回路特性を変化させないですむようにすることを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、直流電源部からの入力電圧を規定出力電圧まで降下させて出力するのであるが、入力電圧を規定出力電圧まで降下させる降圧型電圧レギュレータ部と、入力電圧に応じた電圧降下特性が異なる複数の降圧部と、前記直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部または前記複数の降圧部に対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を制御する入力電圧検出部とを備え、前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように前記切り換え部を制御することを特徴としている。負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度で規定出力電圧を安定的に供給することができる。これにより、負荷回路の誤動作や故障を防止して、安定的に動作させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る請求項１の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、直流電源部からの入力電圧を規定出力電圧まで降下させて出力する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、入力電圧を規定出力電圧まで降下させる降圧型電圧レギュレータ部と、入力電圧に応じた電圧降下特性が異なる複数の降圧部と、前記直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部または前記複数の降圧部に対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を制御する入力電圧検出部とを備え、前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように前記切り換え部を制御することを特徴としている。負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧が供給される。
【００２２】
本発明に係る請求項２の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に電圧降下量が異なる複数の降圧部が介挿され、
前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記切り換え部を制御して前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴としている。入力電圧が所定値を越えているときには、出力電圧として正確に規定出力電圧を出力する。入力電圧が所定値以下のときには、その入力電圧がどのレベルにあるのかを検出し、入力電圧レベルに応じた降圧部を選択することにより、常に出力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲の状態にして出力することになる。つまりは、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧を供給する。
【００２３】
本発明に係る請求項３の降圧型レギュレータ方式電源装置は、請求項２記載の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置であって、前記複数の降圧部の各々はその電圧降下量が入力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲に降圧する値に設定されていることを特徴としている。本発明に係る請求項４の降圧型レギュレータ方式電源装置は、出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、前記入力電圧検出部は、前記直流電源部から供給される入力電圧より、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）を超える状態と、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態と、規定出力電圧以下の状態との３通りの状態を検出し、入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときにはさらに負荷回路の特性を変えない規定出力電圧の精度を１ステップとしてステップ単位で入力電圧を検出し、検出した入力電圧に対応した選択信号を前記切り換え部に出力するように構成され、入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときに前記切り換え部により前記直流電源部と接続されるもので、前記１ステップの整数倍の電圧降下特性をもち、電圧降下特性が各々異なる複数の降圧部が互いに個別的に前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に介挿されており、前記切り換え部は、前記入力電圧検出部からの選択信号に基づいて前記複数の降圧部のうち前記入力電圧検出部からの検出した入力電圧に対応した選択信号に対応する降圧部を選択して前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴としている。
【００２４】
入力電圧が（規定出力電圧＋ドロップ電圧）を超えているときには、出力電圧として正確に規定出力電圧を出力する。入力電圧が（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超えるときには、ステップ単位で入力電圧を検出し、前記切り換え部を介し前記直流電源部と検出した入力電圧により対象となる降圧部とを接続し、入力電圧が降圧部に供給されると入力電圧と規定出力電圧との差だけステップ単位で降圧される。その結果、常に出力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲の状態にして出力することになる。したがって、負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧が供給される。
【００２５】
以下、本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の実施の形態について、図１、図２および表２に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の１つの実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、２０１は規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力するための電源部、１０２は従来の技術のものと同様の装置本体である。電源部２０１は、従来の技術のものと同様の入力電圧ＶＩＮを供給する直流電源部１０３と、入力電圧ＶＩＮに応じた選択信号を出力する入力電圧検出部２０２と、入力電圧検出部２０２からの選択信号により入力電圧ＶＩＮの接続先を切り換える切り換え部２０３と、従来の技術のものと同様の通常時に入力電圧ＶＩＮをレギュレートして規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力電圧ＶＯＵＴ として出力する降圧型電圧レギュレータ部１０６とから構成されていることに加え、さらに、降圧型電圧レギュレータ部１０６が動作不能となる電圧範囲の入力電圧ＶＩＮの入力時に動作するシリーズレギュレータ部２０４を備えている。このシリーズレギュレータ部２０４はさらに、降圧部［１］２０５、降圧部［２］２０６……降圧部［ｋ］２０７……降圧部［ｍ］２０８の各々電圧降下特性（後記の表２参照）の異なるｍ個の降圧部から構成されている。
【００２７】
降圧型電圧レギュレータ部１０６は、従来の技術のものと同様に、入力電圧ＶＩＮをオン／オフするスイッチング部１０７と、スイッチング部１０７の出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタ部１０８と、基準電圧ＶＲＥＦ を出力する基準電圧部１０９と、低域通過フィルタ部１０８から出力される出力電圧ＶＯＵＴをｋＯＵＴ 倍（ｋＯＵＴ は定数であって、ｋＯＵＴ＝ＶＲＥＦ／ＶＲＥＧ）する出力電圧検出部１１０と、出力電圧検出部１１０の出力電圧（ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ）と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）との大小関係によりスイッチング部１０７のオン／オフの時間比を制御する電圧比較部１１１と、降圧型電圧レギュレータ部１０６を迂回するようにして端子［ｄｉｒｅｃｔ］を介して直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮを直接に装置本体１０２に導く迂回出力ライン１１２とから構成されている。スイッチング部１０７は、電圧比較部１１１における比較動作の結果、
ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ ‥‥のときにゲートをオンにし、それ以外のときはゲートをオフにするように構成されている。
【００２８】
切り換え部２０３は、降圧型電圧レギュレータ部１０６のスイッチング部１０７に接続された端子［０］と、降圧部［１］２０５に接続された端子［１］と、降圧部［２］２０６に接続された端子［２］と、……降圧部［ｋ］２０７に接続された端子［ｋ］と、……降圧部［ｍ］２０８に接続された端子［ｍ］と、装置本体１０２に直接に接続された端子［ｄｉｒｅｃｔ］の、（ｍ＋２）個の端子を備えており、入力電圧検出部２０２からの選択信号に応じていずれかの端子を直流電源部１０３に接続するようになっている。
【００２９】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について、以下にその動作を説明する。
【００３０】
直流電源部１０３から供給される入力電圧ＶＩＮは入力電圧検出部２０２に入力される。入力電圧検出部２０２は常時入力電圧ＶＩＮを検出しており、入力電圧ＶＩＮを（ｍ＋２）個の区間に分割し、各々の区間に応じた選択信号を出力する。その（ｍ＋２）個の区間とは、図２に示す区間［０］、区間［１］、区間［２］、区間［３］、区間［４］……区間［ｋ］……区間［ｍ］、区間［ｄｉｒｅｃｔ］である。表２は、これら（ｍ＋２）個の区間に対応させて作成されている。
【００３１】
入力電圧検出部２０２から出力された選択信号は切り換え部２０３に入力される。切り換え部２０３における入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係が表２に示されている。
【００３２】
【表２】
【００３３】
また、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ の関係を図２に示してある。図２では、図４の直接出力モードを示す傾斜直線（ｂ）に対応した傾斜直線（ｃ）が破線で示されている。この傾斜直線（ｃ）の勾配は１である。スイッチング部１０７における入力電圧ＶＩＮに対するドロップ電圧Ｖｄｒｏｐは縦軸方向で示され、これは縦軸の出力電圧ＶＯＵＴ におけるＶＲＥＧ＋ＶｄｒｏｐからＶＲＥＧ までの降下である。このドロップ電圧Ｖｄｒｏｐを勾配１の傾斜直線（ｃ）に投影して、横軸方向に展開すると、勾配が１であることから、縦軸方向でのＶｄｒｏｐに対応したものが横軸方向でもＶｄｒｏｐとなる。この横軸方向での電圧差分Ｖｄｒｏｐは、入力電圧ＶＩＮのＶＲＥＧ からＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐまでの範囲に対応している。この横軸方向での電圧差分Ｖｄｒｏｐを、区間［１］から区間［ｍ］までのｍ個に等分割したものが、前述した装置本体１０２の負荷回路の特性を変化させない精度〔±（１／２）ＶＳＴ〕におけるＶＳＴとなる。つまり、
ＶＳＴ＝Ｖｄｒｏｐ／ｍ …………………………………………………（１１）
Ｖｄｒｏｐ＝ｍＶＳＴ ……………………………………………………（１２）
である。
【００３４】
切り換え部２０３において関係付けられる入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係は次のとおりである。すなわち、入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあって、
ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ＝ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［０］を介して降圧型電圧レギュレータ部１０６のスイッチング部１０７となる。入力電圧ＶＩＮが区間［１］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［１］を介して降圧部［１］２０５となる。入力電圧ＶＩＮが区間［２］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−２）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［２］を介して降圧部［２］２０６となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｋ］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ＋１）ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［ｋ］を介して降圧部［ｋ］２０７となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｍ］にあって、
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［ｍ］を介して降圧部［ｍ］２０８となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ ‥‥のときは、接続先は端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して装置本体１０２への直接入力となる。
【００３５】
上記のような切り換えを切り換え部２０３に行わせるように、入力電圧検出部２０２は入力電圧ＶＩＮの範囲を判定して対応した選択信号を切り換え部２０３に入力するのである。
【００３６】
装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路である場合にその負荷回路の特性を変化させないという課題を解決するためには、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ を超えるＶＩＮ＞ＶＲＥＧ の範囲、つまり図２の区間［０］、区間［１］……区間［ｍ］において上記式（９）すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
を満足する必要がある。
【００３７】
まず、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間において従来の技術で示した式（１）の関係（ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ）をもつ場合の動作については従来の技術の場合と同一である。すなわち、入力電圧ＶＩＮが図２の区間［０］にあるときには、降圧型電圧レギュレータ部１０６が動作する結果、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ となり、装置本体１０２に供給される。よって式（９）すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
を満足する。このとき、降圧型電圧レギュレータ部１０６による電圧降下はＶｄｒｏｐである。
【００３８】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［１］〜区間［ｍ］の範囲にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（１３）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００３９】
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………（１３）
まず、入力電圧ＶＩＮが区間［１］にあって、表２の［１］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ………………（１４）
のときには、この式（１４）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［１］側に切り換わり、接続先として降圧部［１］２０５を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［１］を介して降圧部［１］２０５へ供給される。ここで、降圧部［１］２０５における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（１／２）ＶＳＴ＝（ｍ−１／２）ＶＳＴ …（１５）
である。そして、図２の区間［１］における出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４０】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［２］にあって、表２の［２］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−２）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ ……（１６）
のときには、この式（１６）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［２］側に切り換わり、接続先として降圧部［２］２０６を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［２］を介して降圧部［２］２０６へ供給される。ここで、降圧部［２］２０６における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（３／２）ＶＳＴ
＝（ｍ−３／２）ＶＳＴ ……………………………………………（１７）
である。そして、図２の区間［２］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４１】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｋ］にあって、表２の［ｋ］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ＋１）ＶＳＴ…（１８）
のときには、この式（１８）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｋ］側に切り換わり、接続先として降圧部［ｋ］２０７を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｋ］を介して降圧部［ｋ］２０７へ供給される。ここで、降圧部［ｋ］２０７における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−（ｋ−１）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（ｋ−１＋１／２）ＶＳＴ
＝（ｍ−ｋ＋１／２）ＶＳＴ＝（ｍ−（２ｋ−１）／２）ＶＳＴ ……（１９）
である。そして、図２の区間［ｋ］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］、区間［２］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４２】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｍ］にあって、表２の［ｍ］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ＶＳＴ ………………………………………（２０）
のときには、この式（２０）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｍ］側に切り換わり、接続先として降圧部［ｍ］２０８を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｍ］を介して降圧部［ｍ］２０８へ供給される。ここで、降圧部［ｍ］２０８における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−（ｍ−１）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（ｍ−１＋１／２）ＶＳＴ
＝（１／２）ＶＳＴ ………………………………………………………（２１）
である。そして、図２の区間［ｍ］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］、区間［２］、区間［ｋ］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４３】
最後に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（２２）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００４４】
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ ………………………………………………………（２２）
この式（１９）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換わり、直接出力モードが選択される。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して直接に装置本体１０２へ供給される。ここで、直接出力モードにおける電圧降下は０である。
【００４５】
区間［ｄｉｒｅｃｔ］を、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］と区間［ｄｉｒｅｃｔ２］とに分けて考える。区間［ｄｉｒｅｃｔ１］において出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ ………………………………（２３）
となり、式（２３）の範囲は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲の式（９）の範囲に含まれている。
【００４６】
図２の区間［ｄｉｒｅｃｔ２］において出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ …………………………………………（２４）
となり、このとき初めて出力電圧ＶＯＵＴ は式（９）を満足しなくなる。
【００４７】
以上を総合すると、図２の区間［０］、区間［１］……区間［ｋ］……区間［ｍ］、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］のいずれの区間に対しても式（９）を満足する。すなわち、装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路であっても、入力電圧ＶＩＮの広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度（±（１／２）ＶＳＴ）で、すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
で示される規定出力電圧ＶＲＥＧ からの振幅値変化が比較的小さい電圧範囲内で出力電圧ＶＯＵＴ を負荷回路に供給することができる。これにより、負荷回路の誤動作や故障を防止して、安定的に動作させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置によれば、負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度で規定出力電圧を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態における入力電圧−出力電圧特性グラフである。
【図３】従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の技術における入力電圧−出力電圧特性グラフである。
【符号の説明】
１０２……装置本体
１０３……直流電源部
１０６……降圧型電圧レギュレータ部
１０７……スイッチング部
１０８……低域通過フィルタ部
１０９……基準電圧部
１１０……出力電圧検出部
１１１……電圧比較部
１１２……迂回出力ライン
２０１……電源部
２０２……入力電圧検出部
２０３……切り換え部
２０４……シリーズレギュレータ部
２０５……降圧部［１］
２０６……降圧部［２］
２０７……降圧部［ｋ］
２０８……降圧部［ｍ］
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範な入力電圧の変化に対応し、しかも入力電圧が規定出力電圧を下回らない限りは常に負荷回路の特性を変えない精度で正確な規定出力電圧を出力する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、広範な入力電圧の変化に対応する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置としては実開平２−８８４７４号公報に開示されているものがある。図３はその従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。以下、図３を参照しながら、従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について説明する。
【０００３】
図３において、１０１は規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力するための電源部、１０２は電源部１０１から供給される規定出力電圧ＶＲＥＧ により動作する装置本体であり、駆動されるべき負荷回路を内蔵している。電源部１０１は、入力電圧ＶＩＮを供給する直流電源部１０３と、入力電圧ＶＩＮに応じた選択信号を出力する入力電圧検出部１０４と、入力電圧検出部１０４からの選択信号により入力電圧ＶＩＮの接続先を切り換える切り換え部１０５と、通常時に入力電圧ＶＩＮをレギュレートして規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力電圧ＶＯＵＴ として出力する降圧型電圧レギュレータ部１０６とから構成されている。降圧型電圧レギュレータ部１０６はさらに、入力電圧ＶＩＮをオン／オフするスイッチング部１０７と、スイッチング部１０７の出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタ部１０８と、基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧部１０９と、低域通過フィルタ部１０８から出力される出力電圧ＶＯＵＴ をｋＯＵＴ 倍（ｋＯＵＴ は定数であって、ｋＯＵＴ＝基準電圧ＶＲＥＦ／規定出力電圧ＶＲＥＧ である。後記の式（２），（３）参照）する出力電圧検出部１１０と、出力電圧検出部１１０の出力電圧（ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ）と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）との大小関係によりスイッチング部１０７のオン／オフの時間比を制御する電圧比較部１１１と、降圧型電圧レギュレータ部１０６を迂回するようにして端子［ｄｉｒｅｃｔ］を介して直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮを直接に装置本体１０２に導く迂回出力ライン１１２とから構成されている。スイッチング部１０７は、電圧比較部１１１における比較動作の結果、
ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ ‥‥のときにゲートをオンにし、それ以外のときはゲートをオフにするように構成されている。
【０００４】
以上のように構成された従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について、以下にその動作を説明する。
【０００５】
直流電源部１０３から供給される入力電圧ＶＩＮは入力電圧検出部１０４に入力される。入力電圧検出部１０４は常時入力電圧ＶＩＮを検出しており、入力電圧ＶＩＮを２個の区間（図４の区間［０］および区間［ｄｉｒｅｃｔ］）に分割し、各々の区間に応じた選択信号を出力する。入力電圧検出部１０４から出力された選択信号は切り換え部１０５に入力される。切り換え部１０５における入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係を表１に示す。すなわち、入力電圧検出部１０４が判定した入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあるときは切り換え部１０５は端子［０］側に接続され、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあるときは切り換え部１０５は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に接続される。
【０００６】
【表１】
また、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ の関係を図４に示す。
【０００８】
まず、入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（１）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【０００９】
ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………………（１）
入力電圧ＶＩＮが式（１）を満足する場合には、入力電圧検出部１０４は切り換え部１０５に対して端子［０］側に切り換えるようにする選択信号を出力するので、切り換え部１０５は端子［０］側に切り換わり、降圧型電圧レギュレータ部１０６が選択される。
【００１０】
規定出力電圧ＶＲＥＧ と基準電圧部１０９から出力される基準電圧ＶＲＥＦ との間にはｋＯＵＴ を定数として式（２）の関係がある。
【００１１】
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ ……………………………………………（２）
変形すると、
ｋＯＵＴ＝ＶＲＥＦ／ＶＲＥＧ ……………………………………………（３）
である。
【００１２】
出力電圧検出部１１０は、低域通過フィルタ部１０８からの出力電圧ＶＯＵＴ が入力されると、電圧比較部１１１の非反転入力端子（＋）に対して検出電圧ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ を出力する。基準電圧部１０９は電圧比較部１１１の反転入力端子（−）に対して基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ ）を出力する。電圧比較部１１１は、入力された検出電圧ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）とを比較する。これは、結局、出力電圧ＶＯＵＴ と規定出力電圧ＶＲＥＧ とを比較していることに相当する。比較された結果、もし、
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ …………………………（４）
の場合、つまり、出力電圧ＶＯＵＴ が規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回っているときには、電圧比較部１１１の出力によりスイッチング部１０７のゲートはオンにされる。すると直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［０］、スイッチング部１０７のゲートを介して低域通過フィルタ部１０８へ供給される。また、もし、
ＶＲＥＦ＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ＜ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ …………………………（５）
の場合、つまり、出力電圧ＶＯＵＴ が規定出力電圧ＶＲＥＧ を上回っているときには、電圧比較部１１１の出力によりスイッチング部１０７のゲートはオフにされる。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［０］を介してスイッチング部１０７までは供給されるが、低域通過フィルタ部１０８へは供給されない。
【００１３】
このようにしてスイッチング部１０７でスイッチングされた入力電圧ＶＩＮはバイアス成分＝ＶＲＥＧ をもった矩形波となるが、低域通過フィルタ部１０８でバイアス成分以外の高周波成分が除去される。その結果、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ に一致するようにフィードバック制御され、規定出力電圧ＶＲＥＧ に一致した直流レベルの出力電圧ＶＯＵＴ が装置本体１０２に供給される。このときの入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ とは図４の区間［０］に示された関係にある。入力電圧ＶＩＮをスイッチング部１０７においてスイッチングすることにより、スイッチング部１０７はドロップ電圧Ｖｄｒｏｐの電圧降下を引き起こすこととなる。
【００１４】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（６）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００１５】
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………………（６）
入力電圧ＶＩＮが式（６）を満足する場合には、入力電圧検出部１０４は切り換え部１０５に対して端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換えるようにする選択信号を出力するので、切り換え部１０５は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換わり、直接出力モードが選択される。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部１０５の端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して直接に装置本体１０２へ供給される。このときの入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ とは図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ］において勾配１の傾斜直線で示された（ｂ）の関係にある。すなわち、図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ１］および区間［ｄｉｒｅｃｔ２］において
ＶＲＥＧ＜ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ …………………………（７）
となり、区間［ｄｉｒｅｃｔ３］および区間［ｄｉｒｅｃｔ４］において
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＜ＶＲＥＧ ………………………………………………（８）
となる。
【００１６】
なお、もし直接出力モードがなければ、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ は図４の区間［ｄｉｒｅｃｔ］において破線の傾斜直線で示された（ａ）の関係にあり、入力電圧ＶＩＮが（ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ）を下回ったときには、入出力電圧差よりドロップ電圧の方が大きいため、降圧型電圧レギュレータ部１０６が作動不能となり、入力電圧ＶＩＮの低下に比例して出力電圧ＶＯＵＴ も規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回ってしまう。つまり、直接出力モードの効用により、ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ （区間［０］、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］および区間［ｄｉｒｅｃｔ２］）である限りは、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ を下回らずにすむ。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路の場合には、負荷回路の特性を変化させない精度を±（１／２）ＶＳＴとすると、出力電圧ＶＯＵＴ は次の式（９）を満足しなければならない。
【００１８】
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
しかしながら、上記した従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置においては、入力電圧ＶＩＮが区間［０］、区間［ｄｉｒｅｃｔ２］および区間［ｄｉｒｅｃｔ３］のときには式（９）を満足するが、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］のときには図４の（ｂ）のように出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＯＵＴ＞ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………………………………（１０）
となるため式（９）を満足させることができず、負荷の回路特性が変化してしまうという問題がある。そのため、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］にある場合においても負荷の回路特性を変化させないようにすることが要求されている。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するもので、降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ１］の場合にあるときでも負荷の回路特性を変化させないですむようにすることを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、直流電源部からの入力電圧を規定出力電圧まで降下させて出力するのであるが、入力電圧を規定出力電圧まで降下させる降圧型電圧レギュレータ部と、入力電圧に応じた電圧降下特性が異なる複数の降圧部と、前記直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部または前記複数の降圧部に対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を制御する入力電圧検出部とを備え、前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように前記切り換え部を制御することを特徴としている。負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度で規定出力電圧を安定的に供給することができる。これにより、負荷回路の誤動作や故障を防止して、安定的に動作させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る請求項１の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、直流電源部からの入力電圧を規定出力電圧まで降下させて出力する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、入力電圧を規定出力電圧まで降下させる降圧型電圧レギュレータ部と、入力電圧に応じた電圧降下特性が異なる複数の降圧部と、前記直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部または前記複数の降圧部に対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を制御する入力電圧検出部とを備え、前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように前記切り換え部を制御することを特徴としている。負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧が供給される。
【００２２】
本発明に係る請求項２の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置は、出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に電圧降下量が異なる複数の降圧部が介挿され、
前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記切り換え部を制御して前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴としている。入力電圧が所定値を越えているときには、出力電圧として正確に規定出力電圧を出力する。入力電圧が所定値以下のときには、その入力電圧がどのレベルにあるのかを検出し、入力電圧レベルに応じた降圧部を選択することにより、常に出力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲の状態にして出力することになる。つまりは、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧を供給する。
【００２３】
本発明に係る請求項３の降圧型レギュレータ方式電源装置は、請求項２記載の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置であって、前記複数の降圧部の各々はその電圧降下量が入力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲に降圧する値に設定されていることを特徴としている。本発明に係る請求項４の降圧型レギュレータ方式電源装置は、出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、前記入力電圧検出部は、前記直流電源部から供給される入力電圧より、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）を超える状態と、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態と、規定出力電圧以下の状態との３通りの状態を検出し、入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときにはさらに負荷回路の特性を変えない規定出力電圧の精度を１ステップとしてステップ単位で入力電圧を検出し、検出した入力電圧に対応した選択信号を前記切り換え部に出力するように構成され、入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときに前記切り換え部により前記直流電源部と接続されるもので、前記１ステップの整数倍の電圧降下特性をもち、電圧降下特性が各々異なる複数の降圧部が互いに個別的に前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に介挿されており、前記切り換え部は、前記入力電圧検出部からの選択信号に基づいて前記複数の降圧部のうち前記入力電圧検出部からの検出した入力電圧に対応した選択信号に対応する降圧部を選択して前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴としている。
【００２４】
入力電圧が（規定出力電圧＋ドロップ電圧）を超えているときには、出力電圧として正確に規定出力電圧を出力する。入力電圧が（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超えるときには、ステップ単位で入力電圧を検出し、前記切り換え部を介し前記直流電源部と検出した入力電圧により対象となる降圧部とを接続し、入力電圧が降圧部に供給されると入力電圧と規定出力電圧との差だけステップ単位で降圧される。その結果、常に出力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲の状態にして出力することになる。したがって、負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度において規定出力電圧が供給される。
【００２５】
以下、本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の実施の形態について、図１、図２および表２に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の１つの実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、２０１は規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力するための電源部、１０２は従来の技術のものと同様の装置本体である。電源部２０１は、従来の技術のものと同様の入力電圧ＶＩＮを供給する直流電源部１０３と、入力電圧ＶＩＮに応じた選択信号を出力する入力電圧検出部２０２と、入力電圧検出部２０２からの選択信号により入力電圧ＶＩＮの接続先を切り換える切り換え部２０３と、従来の技術のものと同様の通常時に入力電圧ＶＩＮをレギュレートして規定出力電圧ＶＲＥＧ を出力電圧ＶＯＵＴ として出力する降圧型電圧レギュレータ部１０６とから構成されていることに加え、さらに、降圧型電圧レギュレータ部１０６が動作不能となる電圧範囲の入力電圧ＶＩＮの入力時に動作するシリーズレギュレータ部２０４を備えている。このシリーズレギュレータ部２０４はさらに、降圧部［１］２０５、降圧部［２］２０６……降圧部［ｋ］２０７……降圧部［ｍ］２０８の各々電圧降下特性（後記の表２参照）の異なるｍ個の降圧部から構成されている。
【００２７】
降圧型電圧レギュレータ部１０６は、従来の技術のものと同様に、入力電圧ＶＩＮをオン／オフするスイッチング部１０７と、スイッチング部１０７の出力から高周波成分を除去する低域通過フィルタ部１０８と、基準電圧ＶＲＥＦ を出力する基準電圧部１０９と、低域通過フィルタ部１０８から出力される出力電圧ＶＯＵＴをｋＯＵＴ 倍（ｋＯＵＴ は定数であって、ｋＯＵＴ＝ＶＲＥＦ／ＶＲＥＧ）する出力電圧検出部１１０と、出力電圧検出部１１０の出力電圧（ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ）と基準電圧ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）との大小関係によりスイッチング部１０７のオン／オフの時間比を制御する電圧比較部１１１と、降圧型電圧レギュレータ部１０６を迂回するようにして端子［ｄｉｒｅｃｔ］を介して直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮを直接に装置本体１０２に導く迂回出力ライン１１２とから構成されている。スイッチング部１０７は、電圧比較部１１１における比較動作の結果、
ＶＲＥＦ（＝ｋＯＵＴ×ＶＲＥＧ）＞ｋＯＵＴ×ＶＯＵＴ ‥‥のときにゲートをオンにし、それ以外のときはゲートをオフにするように構成されている。
【００２８】
切り換え部２０３は、降圧型電圧レギュレータ部１０６のスイッチング部１０７に接続された端子［０］と、降圧部［１］２０５に接続された端子［１］と、降圧部［２］２０６に接続された端子［２］と、……降圧部［ｋ］２０７に接続された端子［ｋ］と、……降圧部［ｍ］２０８に接続された端子［ｍ］と、装置本体１０２に直接に接続された端子［ｄｉｒｅｃｔ］の、（ｍ＋２）個の端子を備えており、入力電圧検出部２０２からの選択信号に応じていずれかの端子を直流電源部１０３に接続するようになっている。
【００２９】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置について、以下にその動作を説明する。
【００３０】
直流電源部１０３から供給される入力電圧ＶＩＮは入力電圧検出部２０２に入力される。入力電圧検出部２０２は常時入力電圧ＶＩＮを検出しており、入力電圧ＶＩＮを（ｍ＋２）個の区間に分割し、各々の区間に応じた選択信号を出力する。その（ｍ＋２）個の区間とは、図２に示す区間［０］、区間［１］、区間［２］、区間［３］、区間［４］……区間［ｋ］……区間［ｍ］、区間［ｄｉｒｅｃｔ］である。表２は、これら（ｍ＋２）個の区間に対応させて作成されている。
【００３１】
入力電圧検出部２０２から出力された選択信号は切り換え部２０３に入力される。切り換え部２０３における入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係が表２に示されている。
【００３２】
【表２】
また、入力電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴ の関係を図２に示してある。図２では、図４の直接出力モードを示す傾斜直線（ｂ）に対応した傾斜直線（ｃ）が破線で示されている。この傾斜直線（ｃ）の勾配は１である。スイッチング部１０７における入力電圧ＶＩＮに対するドロップ電圧Ｖｄｒｏｐは縦軸方向で示され、これは縦軸の出力電圧ＶＯＵＴ におけるＶＲＥＧ＋ＶｄｒｏｐからＶＲＥＧ までの降下である。このドロップ電圧Ｖｄｒｏｐを勾配１の傾斜直線（ｃ）に投影して、横軸方向に展開すると、勾配が１であることから、縦軸方向でのＶｄｒｏｐに対応したものが横軸方向でもＶｄｒｏｐとなる。この横軸方向での電圧差分Ｖｄｒｏｐは、入力電圧ＶＩＮのＶＲＥＧ からＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐまでの範囲に対応している。この横軸方向での電圧差分Ｖｄｒｏｐを、区間［１］から区間［ｍ］までのｍ個に等分割したものが、前述した装置本体１０２の負荷回路の特性を変化させない精度〔±（１／２）ＶＳＴ〕におけるＶＳＴとなる。つまり、
ＶＳＴ＝Ｖｄｒｏｐ／ｍ …………………………………………………（１１）
Ｖｄｒｏｐ＝ｍＶＳＴ ……………………………………………………（１２）
である。
【００３４】
切り換え部２０３において関係付けられる入力電圧ＶＩＮと選択対象接続先との関係は次のとおりである。すなわち、入力電圧ＶＩＮが区間［０］にあって、
ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ＝ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［０］を介して降圧型電圧レギュレータ部１０６のスイッチング部１０７となる。入力電圧ＶＩＮが区間［１］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［１］を介して降圧部［１］２０５となる。入力電圧ＶＩＮが区間［２］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−２）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［２］を介して降圧部［２］２０６となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｋ］にあって、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ＋１）ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［ｋ］を介して降圧部［ｋ］２０７となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｍ］にあって、
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ＶＳＴ ‥‥のときは、接続先は端子［ｍ］を介して降圧部［ｍ］２０８となる。入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ ‥‥のときは、接続先は端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して装置本体１０２への直接入力となる。
【００３５】
上記のような切り換えを切り換え部２０３に行わせるように、入力電圧検出部２０２は入力電圧ＶＩＮの範囲を判定して対応した選択信号を切り換え部２０３に入力するのである。
【００３６】
装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路である場合にその負荷回路の特性を変化させないという課題を解決するためには、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ を超えるＶＩＮ＞ＶＲＥＧ の範囲、つまり図２の区間［０］、区間［１］……区間［ｍ］において上記式（９）すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
を満足する必要がある。
【００３７】
まず、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間において従来の技術で示した式（１）の関係（ＶＩＮ＞ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ）をもつ場合の動作については従来の技術の場合と同一である。すなわち、入力電圧ＶＩＮが図２の区間［０］にあるときには、降圧型電圧レギュレータ部１０６が動作する結果、出力電圧ＶＯＵＴ は規定出力電圧ＶＲＥＧ となり、装置本体１０２に供給される。よって式（９）すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
を満足する。このとき、降圧型電圧レギュレータ部１０６による電圧降下はＶｄｒｏｐである。
【００３８】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［１］〜区間［ｍ］の範囲にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（１３）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００３９】
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋Ｖｄｒｏｐ ……………………………………（１３）
まず、入力電圧ＶＩＮが区間［１］にあって、表２の［１］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ｍＶＳＴ ………………（１４）
のときには、この式（１４）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［１］側に切り換わり、接続先として降圧部［１］２０５を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［１］を介して降圧部［１］２０５へ供給される。ここで、降圧部［１］２０５における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（１／２）ＶＳＴ＝（ｍ−１／２）ＶＳＴ …（１５）
である。そして、図２の区間［１］における出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４０】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［２］にあって、表２の［２］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−２）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−１）ＶＳＴ ……（１６）
のときには、この式（１６）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［２］側に切り換わり、接続先として降圧部［２］２０６を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［２］を介して降圧部［２］２０６へ供給される。ここで、降圧部［２］２０６における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（３／２）ＶＳＴ
＝（ｍ−３／２）ＶＳＴ ……………………………………………（１７）
である。そして、図２の区間［２］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４１】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｋ］にあって、表２の［ｋ］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ）ＶＳＴ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋（ｍ−ｋ＋１）ＶＳＴ…（１８）
のときには、この式（１８）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｋ］側に切り換わり、接続先として降圧部［ｋ］２０７を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｋ］を介して降圧部［ｋ］２０７へ供給される。ここで、降圧部［ｋ］２０７における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−（ｋ−１）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（ｋ−１＋１／２）ＶＳＴ
＝（ｍ−ｋ＋１／２）ＶＳＴ＝（ｍ−（２ｋ−１）／２）ＶＳＴ ……（１９）
である。そして、図２の区間［ｋ］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］、区間［２］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４２】
次に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｍ］にあって、表２の［ｍ］の電圧範囲であるとき、すなわち、
ＶＲＥＧ＜ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ＋ＶＳＴ ………………………………………（２０）
のときには、この式（２０）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｍ］側に切り換わり、接続先として降圧部［ｍ］２０８を選択する。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｍ］を介して降圧部［ｍ］２０８へ供給される。ここで、降圧部［ｍ］２０８における電圧降下は、
Ｖｄｒｏｐ−（１／２）ＶＳＴ−（ｍ−１）ＶＳＴ＝ｍＶＳＴ−（ｍ−１＋１／２）ＶＳＴ
＝（１／２）ＶＳＴ ………………………………………………………（２１）
である。そして、図２の区間［ｍ］における出力電圧ＶＯＵＴ も区間［１］、区間［２］、区間［ｋ］の場合と同様に、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
となり、装置本体１０２に供給される。この式（９）は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲を示している。
【００４３】
最後に、入力電圧ＶＩＮが区間［ｄｉｒｅｃｔ］にあって、入力電圧ＶＩＮが規定出力電圧ＶＲＥＧ とスイッチング部１０７のドロップ電圧Ｖｄｒｏｐとの間で式（２２）の関係をもつ場合の動作について説明する。
【００４４】
ＶＩＮ≦ＶＲＥＧ ………………………………………………………（２２）
この式（１９）に対応した入力電圧検出部２０２からの選択信号により、切り換え部２０３は端子［ｄｉｒｅｃｔ］側に切り換わり、直接出力モードが選択される。すると、直流電源部１０３からの入力電圧ＶＩＮは切り換え部２０３の端子［ｄｉｒｅｃｔ］から迂回出力ライン１１２を介して直接に装置本体１０２へ供給される。ここで、直接出力モードにおける電圧降下は０である。
【００４５】
区間［ｄｉｒｅｃｔ］を、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］と区間［ｄｉｒｅｃｔ２］とに分けて考える。区間［ｄｉｒｅｃｔ１］において出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ ………………………………（２３）
となり、式（２３）の範囲は、負荷回路の特性を変化させない精度である±（１／２）ＶＳＴを満たす出力電圧ＶＯＵＴ の電圧範囲の式（９）の範囲に含まれている。
【００４６】
図２の区間［ｄｉｒｅｃｔ２］において出力電圧ＶＯＵＴ は、
ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ …………………………………………（２４）
となり、このとき初めて出力電圧ＶＯＵＴ は式（９）を満足しなくなる。
【００４７】
以上を総合すると、図２の区間［０］、区間［１］……区間［ｋ］……区間［ｍ］、区間［ｄｉｒｅｃｔ１］のいずれの区間に対しても式（９）を満足する。すなわち、装置本体１０２の負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求する回路であっても、入力電圧ＶＩＮの広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度（±（１／２）ＶＳＴ）で、すなわち、
ＶＲＥＧ−（１／２）ＶＳＴ＜ＶＯＵＴ≦ＶＲＥＧ＋（１／２）ＶＳＴ …………………（９）
で示される規定出力電圧ＶＲＥＧ からの振幅値変化が比較的小さい電圧範囲内で出力電圧ＶＯＵＴ を負荷回路に供給することができる。これにより、負荷回路の誤動作や故障を防止して、安定的に動作させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置によれば、負荷回路がアナログ回路等の高精度の電源電圧を要求するものであっても、入力電圧の広い変化範囲において、負荷回路の特性を変えない精度で規定出力電圧を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態における入力電圧−出力電圧特性グラフである。
【図３】従来の技術に係る降圧型電圧レギュレータ方式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の技術における入力電圧−出力電圧特性グラフである。
【符号の説明】
１０２……装置本体
１０３……直流電源部
１０６……降圧型電圧レギュレータ部
１０７……スイッチング部
１０８……低域通過フィルタ部
１０９……基準電圧部
１１０……出力電圧検出部
１１１……電圧比較部
１１２……迂回出力ライン
２０１……電源部
２０２……入力電圧検出部
２０３……切り換え部
２０４……シリーズレギュレータ部
２０５……降圧部［１］
２０６……降圧部［２］
２０７……降圧部［ｋ］
２０８……降圧部［ｍ］
Claims (4)
- 直流電源部からの入力電圧を規定出力電圧まで降下させて出力する降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、
入力電圧を規定出力電圧まで降下させる降圧型電圧レギュレータ部と、
入力電圧に応じた電圧降下特性が異なる複数の降圧部と、
前記直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部または前記複数の降圧部に対し選択的に出力する切り換え部と、
前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を制御する入力電圧検出部とを備え、
前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように前記切り換え部を制御することを特徴とする降圧型電圧レギュレータ方式電源装置。 - 出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、
前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に電圧降下量が異なる複数の降圧部が介挿され、
前記入力電圧検出部は前記直流電源部からの入力電圧が所定値を越えるときに前記降圧型電圧レギュレータ部を前記直流電源部に接続し、前記直流電源部からの入力電圧が前記の所定値以下のときにその入力電圧のレベルに応じて前記切り換え部を制御して前記複数の降圧部のうちから選択した降圧部を前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴とする降圧型電圧レギュレータ方式電源装置。 - 前記複数の降圧部の各々はその電圧降下量が入力電圧を規定出力電圧の許容変動範囲に降圧する値に設定されていることを特徴とする請求項２記載の降圧型電圧レギュレータ方式電源装置。
- 出力電圧を基準電圧と比較した結果によりスイッチング部をフィードバック的にオン／オフ制御することにより入力電圧を所定量降下させて出力電圧を規定出力電圧に制御する降圧型電圧レギュレータ部と、前記スイッチング部が作動不能となる低い所定値以下の入力電圧のときに前記降圧型電圧レギュレータ部を迂回させて直接出力する迂回出力ラインと、直流電源部からの入力電圧を前記降圧型電圧レギュレータ部と迂回出力ラインとに対し選択的に出力する切り換え部と、前記直流電源部からの入力電圧を検出しその検出結果に応じて前記切り換え部を前記のように切り換え制御する入力電圧検出部とを備えた降圧型電圧レギュレータ方式電源装置において、
前記入力電圧検出部は、前記直流電源部から供給される入力電圧より、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）を超える状態と、（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態と、規定出力電圧以下の状態との３通りの状態を検出し、入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときにはさらに負荷回路の特性を変えない規定出力電圧の精度を１ステップとしてステップ単位で入力電圧を検出し、検出した入力電圧に対応した選択信号を前記切り換え部に出力するように構成され、
入力電圧が前記（規定出力電圧＋ドロップ電圧）以下でかつ規定出力電圧を超える状態のときに前記切り換え部により前記直流電源部と接続されるもので、前記１ステップの整数倍の電圧降下特性をもち、電圧降下特性が各々異なる複数の降圧部が互いに個別的に前記切り換え部の出力側と前記降圧型電圧レギュレータ部の出力側との間に介挿されており、
前記切り換え部は、前記入力電圧検出部からの選択信号に基づいて前記複数の降圧部のうち前記入力電圧検出部からの検出した入力電圧に対応した選択信号に対応する降圧部を選択して前記直流電源部に接続するように構成されていることを特徴とする降圧型電圧レギュレータ方式電源装置。
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