JP3697678B2 - Ｖ／ｆ変換回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｖ／Ｆ変換回路に関し、詳しくは、Ｖ／Ｉ変換回路とＩ／Ｆ変換回路とを組み合わせることで入力電圧に対応する周波数の三角波を発生するＶ／Ｆ変換回路において、入力電圧の制御範囲をより高い周波数まで入力電圧に対して追従させることができるようなＶ／Ｆ変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｖ／Ｉ変換回路とＩ／Ｆ変換回路とを組み合わせることで入力電圧に対応する周波数の三角波を発生するＶ／Ｆ変換回路は、ＰＷＭ制御を行う際の三角波発振回路に利用されている。また、ＰＷＭ制御は、例えば、液晶のバックライトとして利用される昇圧・点灯回路における調光制御やＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力制御、あるいはＶＴＲ等における駆動制御など、各種制御回路で用いられている。
この種のＶ／Ｆ変換回路の一例を図３に示す。
図３において、１０は、Ｖ／Ｆ変換回路であって、Ｖ／Ｉ変換回路１と、Ｉ／Ｆ変換回路として帰還回路３を有する三角波発生回路２とから構成されている。帰還回路３は、三角波発振のための充放電を切換える帰還回路であって、コンパレータ（ＣＯＭＰ）３ａ，３ｂ、そしてフリップフロップ（ＦＦ）３ｃとからなる。
【０００３】
ここで、三角波発生回路２は、定電流源を上流と下流とに有していて、コンデンサｃを充放電する回路であって、帰還回路３からの充放電切換信号を受けて、例えば、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚで発振する。
すなわち、三角波発生回路２は、ＰＮＰ形のトランジスタＱ3からなる定電流の充電回路と、ＰＮＰ形のトランジスタＱ2，ＮＰＮ形のトランジスタＱ4，Ｑ5からなる定電流の放電回路とからなる。なお、トランジスタＱ2，Ｑ3は、Ｖ／Ｉ変換回路１のＰＮＰ形の出力トランジスタＱ1にカレントミラー接続された出力側のトランジスタであり、電源ラインＶccにエミッタが接続され、トランジスタＱ4，Ｑ5の上流に設けられている。
【０００４】
トランジスタＱ4，Ｑ5は、コレクタがトランジスタＱ2，Ｑ3のコレクタにそれぞれ接続されたこれの下流に配置されたトランジスタであって、そのエミッタ側がそれぞれグランドＧＮＤに接続されている。これらトランジスタＱ4，Ｑ5は、ダイオード接続トランジスタＱ4を入力側としてカレントミラー接続され、出力側のトランジスタＱ5は、トランジスタＱ4の２倍のエミッタ面積を持っている。なお、コンデンサｃは、トランジスタＱ3のコレクタとトランジスタＱ5のコレクタとの接続点とグランドＧＮＤとの間に接続されている。
ここで、コンデンサｃに対する充電側の電流値をＩ（トランジスタＱ3の出力電流）とすると、放電側の電流（トランジスタＱ5のシンク電流）は２×Ｉとなって、放電電流値が２×Ｉ−Ｉ＝Ｉにより電流値Ｉでコンデンサｃが放電される。その結果、この三角波発生回路２では、電流Ｉで充放電が行われ、左右対称の直線傾斜を持つ三角波がコンデンサｃの端子１０ａに出力として発生する。
【０００５】
三角波発生回路２は、トランジスタＱ4とグランドＧＮＤ間にスイッチＳＷを有している。コンデンサｃに対する充放電の切換制御は、帰還回路３によりこのスイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦすることにより行われる。
帰還回路３のコンパレータ３ａは、基準側入力電圧として基準電圧ＶHの電源ＶHを有している。その信号入力側は、三角波発生回路２の出力電圧（コンデンサｃの端子１０ａの電圧信号）を入力信号として受ける。コンパレータ３ｂも、三角波発生回路２の出力電圧を入力信号として受ける。その信号入力側は、電源ＶLからの基準電圧ＶLを受ける。ここでは、ＶL＜ＶHの関係にある。
【０００６】
コンパレータ３ｂは、入力される三角波の電圧が電圧ＶLより低下した時点で検出パルスを発生して、この出力をフリッププロップ３ｃのセット側（Ｓ）に入力する。これによりフリッププロップ３ｃが“１”にセットされてＱ出力が発生して、スイッチＳＷがＯＮにされる。スイッチＳＷがＯＮになると、トランジスタＱ4のコレクタが接地されてその動作が停止してトランジスタＱ5も動作を停止する。その結果、放電電流２Ｉが流れないので、トランジスタＱ3の電流Ｉは、コンデンサｃに供給されて、電流値Ｉでコンデンサｃの充電が行われる。
コンパレータ３ａは、入力される三角波の電圧が電圧ＶHを越えた時点で検出パルスを発生して、この出力をフリッププロップ３ｃのリセット側（Ｒ）に入力する。これによりフリッププロップ３ｃが“０”にリセットされて、これによりＱ出力が停止する。その結果、スイッチＳＷがＯＦＦにされる。スイッチＳＷがＯＦＦになると、トランジスタＱ4が動作してトランジスタＱ5も動作し、放電電流２Ｉが流れる。その結果、トランジスタＱ5を介してコンデンサｃの電荷が電流値Ｉで放電される。
【０００７】
充放電電流値Ｉは、Ｖ／Ｉ変換回路１の入力信号の電圧Ｖinにより決定される。そして、入力電圧Ｖinに応じて発生する電流値Ｉの大きさに応じて充放電時間が決定される。その結果、発生する三角波の周波数がそれに応じて決定され、それに応じて変化する。
Ｖ／Ｉ変換回路１は、入力電圧信号Ｖinを端子１ａに受ける差動アンプ１ｂとその出力を受けるＮＰＮ形のトランジスタＱ6とから構成され、トランジスタＱ6のコレクタ側がトランジスタＱ1のコレクタに接続され、トランジスタＱ1にカレントミラー接続された出力側のトランジスタＱ2，Ｑ3の出力電流値を決定する。
トランジスタＱ6のエミッタは、抵抗Ｒを介してグランドＧＮＤに接続され、かつ、エミッタの電圧が差動アンプ１ｂに負帰還されることで、差動アンプ１ａがボルテージフォロアになる。そこで、このエミッタには入力信号の電圧Ｖinと等しい電圧Ｖinが発生して、それが抵抗Ｒに加えられる。そこで、トランジスタＱ6のコレクタ電流値は、抵抗Ｒの抵抗値により決定され、Ｉ＝Ｖin/Ｒの電流がトランジスタＱ2，Ｑ3から電流値Ｉとして取出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、このときの入力電圧Ｖinに対する周波数ｆの特性を示すものであって、電圧の増加に対して発生する周波数は点線の特性に対して実線で示すように頭打ちになる。その理由は、出力電圧の変化に対する帰還回路３の動作遅れによる。
すなわち、図５（ａ）に示すように、出力周波数が低いときには、コンデンサｃの端子電圧（出力電圧）の変化が緩やかであるので、帰還回路３の応答速度は問題にならないが、周波数が高くなると、図５（ｂ）に示すように、各コンパレータ３ａ，３ｂの入力側が基準電圧ＶL，ＶHを越えた時点での検出信号の発生からスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ動作までに時間がかかるので、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦした時点では、入力側の電圧が点線で示すように、ΔＶH，ΔＶLだけ上下にそれぞれ変化した状態になる。この状態で充放電の切換えが行われることにより切換え遅れ分だけ発生する周波数が低下してしまう。
したがって、この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、入力電圧の制御範囲をより高い周波数まで入力電圧に対して追従させることができるようなＶ／Ｆ変換回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明のＶ／Ｆ変換回路の特徴は、Ｉ／Ｆ変換回路がコンデンサと出力電流の値に応じた電流値でコンデンサを充電する充電回路と出力電流の値に応じた電流値でコンデンサを放電する放電回路と発振のための帰還回路とを有する三角発生回路で構成され、この三角波発生回路の出力とコンデンサとの間に抵抗を有し、帰還回路が三角波発生回路の出力電圧を受けて充電回路と放電回路とによる充放電の切換を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
このように、充放電コンデンサの出力との間に抵抗を設けて、発振のための帰還検出電圧を三角波発生回路の出力とし、出力電圧を充放電コンデンサの端子としてこれらを抵抗により分離することにより、充放電の切り替わり時点で帰還検出電圧を抵抗の電圧降下分の２倍だけ上あるいは下にシフトさせることができる。
これにより、充電開始時点あるいは放電開始時点でシフトした電圧から充電あるいは放電がスタートすることになるので、切換時点からその充放電が完了するまでの時間がシフトした電圧分だけの時間経過分短縮できる。
その結果、充放電のトータル切換時間が短くなり、高い周波数に対応させての充放電切換ができ、入力電圧信号に対して高い周波数の三角波を発生させることができる。
ところで、このようなＶ／Ｆ変換回路では安定した高い周波数の三角波が得られるので、例えば、このＶ／Ｆ変換回路を液晶バックライト用の昇圧回路に利用することにより昇圧のための圧電トランスを小さくすることができる。これにより液晶表示装置を小型化できる利点がある。
【００１１】
【実施例】
図１は、この発明の発明のＶ／Ｆ変換回路を適用した一実施例のブロック図であり、図２は、その動作を説明する波形図である。なお、図３と同一の構成要素は、同一の符号で示し、その説明を割愛する。
図１のＶ／Ｆ変換回路１１と図３のそれとの大きな相違点は、コンデンサｃと三角波発生回路２の出力との間に抵抗ＲXを挿入し、発振のための帰還電圧を三角波発生回路２の出力（出力端子２ａ）とし、出力電圧をコンデンサｃの端子１０ａとしてこれらを分離したことにある。
なお、点線で示す枠は、ＩＣ内部を示していて、三角波発生回路２の出力端子を２ａとする。
ここで、前記の抵抗ＲXの抵抗値は、制御対象となる最大周波数における波形に対応して決定されるものであって、図３におけるΔＶH，ΔＶLの差の電圧に対応する制御対象となる最大周波数についてずれ電圧ΔＶOS，ΔＶUS（図２参照）に対応するものである。
【００１２】
その動作について図２により説明する。
図２において、点線＋実線の一部で示す三角波の波形Ａは、図３と同様に、抵抗ＲXがない場合の制御対象となる最大周波数における波形であって、ΔＶOS，ΔＶUSだけ上下に変化した状態において充放電の切換えが行われた場合である。これは、帰還回路３が図３と同様である以上は変わりがない。ただし、この実施例では、コンデンサｃの端子が出力電圧になっている。そこで、抵抗ＲXが挿入されたときのコンデンサｃの出力電圧波形を比較基準電圧ＶL，ＶHに対応させて示すと、一点鎖線の特性Ｂのようになる。
【００１３】
充電から放電へあるいは放電から充電への切換えが行われたときには、切換時点で出力端子２ａに発生する帰還電圧は、抵抗ＲXによりＩ・ＲX（ただしＲXは抵抗ＲXの抵抗値）だけ電圧降下が発生するので、図の特性Ｂに対して充電状態ではその分だけ高く、放電状態ではその分だけ低い電圧になる。
そして、充電と放電あるいはこの逆の切換え時点では、２×Ｉ・ＲX分だけ上下に即座に電圧がシフトする。その結果、端子２ａの電圧は、実線で示す特性Ｃのようになる。
このように、充放電切換え時点で２×Ｉ・ＲX分だけ瞬時に電圧がシフトするので、その分低下あるいは上昇するまでに時間がかからずに充放電が行われ、この期間の充電あるいは放電が完了するまでの時間がその分だけ短くなる。その結果、次の放電あるいは充電に移るまでの時間が短縮される。この短縮された時間は、一点鎖線の特性Ｂのグラフと同じ期間になるので、実質的にコンデンサｃの端子における出力波形（特性Ｂ）と同じ周波数で充放電の切換が行われていることになる。
【００１４】
ここで、制御範囲として設定する出力最大周波数あるいは所定の高域における理想発振周波数をｆMAXとし、充放電電流値をＩ、コンデンサｃの容量をｃ、ΔＶOS＝ΔＶUSとすると、抵抗ＲXがないときの発振周波数ｆと抵抗値ＲXとの関係は、
ｆMAX＝Ｉ／｛２ｃ（ＶH−ＶL）｝ ただし、特性Ｂに対応するものとする。
ｆ＝Ｉ／｛２ｃ（ＶH−ＶL＋２ΔＶOS−２Ｉ・ＲX）｝になる。
そこで、抵抗ＲXの抵抗値をこれらの式に基づいて選択するとよい。ただし、周波数ｆは特性Ｃに対応するものとする。
このような最適抵抗値を得るために、抵抗ＲXはあらかじめ可変抵抗器として設けられていてもよい。
【００１５】
以上説明してきたが、実施例では、抵抗ＲXをＩＣに対して外付け抵抗としているが、これはＩＣに内蔵される抵抗であってもよいことはもちろんである。
また、実施例では、抵抗ＲXの値を制御範囲として設定する出力最大周波数あるいは所定の高域における理想発振周波数との関係で選択しているが、これは、図４の波形において頭打ちになる高い周波数のうちから選択された所定の周波数に対応させるだけであってもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明にあっては、充放電コンデンサの出力との間に抵抗を設けることにより充電開始時点あるいは放電開始時点でシフトした電圧から充電あるいは放電がスタートすることになるので、切換時点からその充放電が完了するまでの時間がシフトした電圧分だけの時間経過分短縮できる。
その結果、充放電のトータル切換時間が短くなり、高い周波数に対応させての充放電切換ができ、入力電圧信号に対して高い周波数の三角波を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の発明のＶ／Ｆ変換回路を適用した一実施例のブロック図である。
【図２】図２は、その動作を説明する波形図である。
【図３】図３は、従来のＶ／Ｆ変換回路のブロック図である。
【図４】図４は、その入力電圧に対する変換周波数特性を示すグラフ図である。
【図５】図５は、その出力三角波の波形図であって、（ａ）は低い周波数における波形図、（ｂ）は入力電圧に追従できない高い周波数における波形図である。
【符号の説明】
１…Ｖ／Ｉ変換回路、
２…三角波発生回路、
３…帰還回路、
３ａ，３ｂ…コンパレータ、
３ｃ…フリップフロップ（ＦＦ）、
Ｑ1〜Ｑ6…トランジスタ、
Ｒ，ＲX…抵抗、
１０，１１…Ｖ／Ｆ変換回路。

Claims (2)

1. 電圧信号を入力として受けてその電圧に応じた出力電流を発生するＶ／Ｉ変換回路と、このＶ／Ｉ変換回路の前記出力電流を受けてこの出力電流の値に応じた周波数の出力を発生するＩ／Ｆ変換回路とを有するＶ／Ｆ変換回路において、前記Ｉ／Ｆ変換回路がコンデンサと前記出力電流の値に応じた電流値で前記コンデンサを充電する充電回路と前記出力電流の値に応じた電流値で前記コンデンサを放電する放電回路と発振のための帰還回路とを有する三角発生回路で構成され、この三角波発生回路の出力と前記コンデンサとの間に抵抗を有し、前記帰還回路が前記三角波発生回路の出力電圧を受けて前記充電回路と前記放電回路とによる充放電の切換を行うＶ／Ｆ変換回路。
2. 前記帰還回路は、第１および第２のコンパレータとこれらコンパレータでセット／リセットされるフリップフロップとを有し、各前記コンパレータは、前記三角波発生回路の出力電圧を所定の基準電圧と比較するものであり、前記充電回路と前記放電回路とは、前記フリップフロップの出力を切換信号として受けて充放電の切換えを行う定電流の充放電回路であり、前記抵抗の抵抗値が所定の高い発振周波数に対応して前記抵抗がないときの充放電の切換え遅れにより生じる前記所定の基準電圧からの電圧ずれ量に対応して決定される請求項１記載のＶ／Ｆ変換回路。

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