JP3902361B2 - Power circuit - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路に関し、更に言えばＣＣＤカメラシステムを駆動する所定電圧を得るための電源回路における低消費電力化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電子機器の電源は、１次ＡＣ電源をトランス等を利用して、より電圧が低い２次ＡＣ電圧に変換し、更に整流回路と呼ばれるコンデンサとダイオードで安定したＤＣ電源を生成している。
【０００３】
例えば、よく電子機器で使用される３．３Ｖや５Ｖがそれに相当する。しかし、実際の電子機器は、３．３Ｖや５Ｖの電圧だけで駆動されているわけではなく、個々のシステムが要求する個々の電圧を生成させる必要がある。尚、その方法としては、ＤＣ−ＤＣコンバータやチャージポンプ回路等が使用されている。
【０００４】
以下に、本出願人が先に出願した（特開平１１−１１２８５０号公報参照）明細書に記載したＣＣＤカメラシステムを例にして説明する。
【０００５】
従来より、画像信号を得るための撮像手段として、ＣＣＤカメラシステムが広く利用されており、多くのビデオカメラなどに利用されている。このＣＣＤカメラシステムでは、面状に配置した撮像部の光電変換素子において、蓄積した電荷により１フレーム（フィールド）に画像が形成される。
【０００６】
例えば、ＮＴＳＣ方式のビデオ信号であれば、１フィールドが１／６０秒（６０Ｈｚ）で表示され、２５０本程度の水平走査ラインから成っている。そして、撮像部の光電変換素子で得た水平走査ライン毎に順次出力する。
【０００７】
また、フレームトランスファ方式のＣＣＤカメラシステムでは、撮像部の光電変換素子の電荷を一旦全て消去し、所定時間後に、撮像部から蓄積部に全ての電荷を移動する。そして、不要となった撮像部の電荷を消去すると共に、蓄積部からの電荷を水平走査ライン分ずつ水平転送ラインに転送し、ここから順次出力する。
【０００８】
ここで、上記ＣＣＤカメラシステムを駆動するためには、数種類の電圧（例えば、３．３Ｖ，５Ｖ，１８Ｖ，４０Ｖ及び−１０Ｖ）が必要であり、例えば、５Ｖ電圧を用いて、各電圧を生成する場合、それぞれに対応するＤＣ−ＤＣコンバータを用いていた。
【０００９】
しかし、このＤＣ−ＤＣコンバータは、コイルや電解コンデンサ等で構成されるため、かなり大型なものとなり、電源回路の実装面積が大きくなるといった問題や、ＤＣ−ＤＣコンバータが、ＣＣＤカメラシステムの全体としてコストアップにつながるという問題があった。
【００１０】
そのため、１つのＤＣ−ＤＣコンバータで数種類の電圧を生成する電源回路が開発されている。
【００１１】
図２はそのような電源回路の一例を説明するためのものであり、上記１８Ｖと−１０Ｖを１つのＤＣ−ＤＣコンバータで生成するものである。図２において、例えば５Ｖの電源電圧とグランド（ＧＮＤ）に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ１により、ＣＣＤカメラシステムの駆動に必要な１８Ｖを生成している。尚、このＤＣ−ＤＣコンバータ１は、従来周知なものであり、詳しい説明は省略するが発振駆動回路２（約１００ＫＨｚ）を有し、コントロール制御信号（ＣＯＮＴ）に基づいて、この発振駆動回路２によりスイッチング素子であるＢＩＰ型トランジスタＴｒ１をオン・オフさせ、前記電源電圧５ＶがコイルＬ１を通してＧＮＤに落ちる際に大電流が流れることでコイルＬ１に大（昇圧）電圧が生成される。この大電圧がダイオードＤ１を通してコンデンサＣ１で平滑された電圧が出力される。このとき、コイルＬ１で生成した大電圧が、抵抗分割方式（Ｒ１，Ｒ２）により所望電圧（１８Ｖ）となるように設定されている。
【００１２】
また、−１０Ｖを生成するための回路構成について説明する。
【００１３】
３はコンデンサＣ２，Ｃ３とダイオードＤ２，Ｄ３とで構成されたチャージポンプ回路である。尚、ダイオードＤ３は、ある一定電圧（ＧＮＤ）に固定されている。
【００１４】
そして、ＢＩＰ型トランジスタＴｒ２とツェナーダイオードＺＤ等から成るシリーズレギュレータ４による熱損失を利用して、更に電圧降下させて必要な電圧（−１０Ｖ）を生成している。
【００１５】
即ち、前記電源電圧５Ｖが前記コイルＬ１を通して前述した１８Ｖパルス（説明では便宜的に１８Ｖパルスとするが、実際にはダイオードＤ１の損失分があり、１８Ｖ＋０．６Ｖである。）になった状態でコンデンサＣ２の一端部に入力され、このコンデンサＣ２の他端部から出力された電圧（１８Ｖパルス）は、ダイオードＤ２，Ｄ３（およそ０．６Ｖ）及びコンデンサＣ３により所定電圧（１８Ｖ−１．２Ｖ＝１６．８Ｖ）に電圧降下された後、ＢＩＰ型トランジスタＴｒ２に入力され、このトランジスタＴｒ２及びツェナーダイオードＺＤで更に電圧降下されて所定電圧（−１０Ｖ）が出力されるように構成されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のシリーズレギュレータ４による熱損失を利用した回路構成では、複数個のＤＣ−ＤＣコンバータ構成に比して電源回路の実装面積が小さくなるとか、低コスト化が図れるといった利点があるが、以下の問題があった。
【００１７】
即ち、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１で生成した１８Ｖのスイッチング信号をチャージポンプ回路３にそのまま入力すると、１８Ｖと｜−１０Ｖ｜との電位差が大きいため、シリーズレギュレータ４の入力電圧が必要以上に高くなり、前記ＢＩＰ型トランジスタＴｒ２の電力損失が大きくなってしまうという問題があった。
【００１８】
従って、本発明ではシリーズレギュレータを構成するＢＩＰ型トランジスタの電力損失の低減化を可能にする電源回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の電源回路は直流電源からの電源電圧を昇圧してＣＣＤを駆動する昇圧電圧を得るものにおいて、発振駆動回路１２からのパルス信号を利用して第１の変換電圧１８Ｖを発生するＤＣ−ＤＣコンバータ１１と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１１で利用している発振駆動回路１２からのパルス信号を利用してＤＣ−ＤＣコンバータ１１で発生させた第１の変換電圧１８Ｖと、チャージポンプ回路１３を構成するダイオードＤ１３のカソードに重畳させたシステム内の直流電圧３．３Ｖとに基づいて第２の変換電圧−１０Ｖを発生するシリーズレギュレータ１４とから成り、これによりシリーズレギュレータ１４を構成するＢＩＰ型トランジスタＴｒ２の入力電圧を小さくすることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源回路に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、従来と同様に１８Ｖと−１０Ｖを１つのＤＣ−ＤＣコンバータで生成する実施形態を紹介している。
【００２１】
図１において、例えば５Ｖの電源電圧とグランド（ＧＮＤ）に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ１１により、ＣＣＤカメラシステムの駆動に必要な１８Ｖを生成している。尚、このＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、従来周知なものであり、詳しい説明は省略するが発振駆動回路１２（約１００ＫＨｚ）を有し、コントロール制御信号（ＣＯＮＴ）に基づいて、この発振駆動回路１２によりスイッチング素子であるＢＩＰ型トランジスタＴｒ１１をオン・オフさせ、前記電源電圧５ＶがコイルＬ１１を通してＧＮＤに落ちる際に大電流が流れることでコイルＬ１１に大（昇圧）電圧が生成される。この大電圧がダイオードＤ１１を通してコンデンサＣ１１で平滑された電圧が出力される。このとき、コイルＬ１１で生成した大電圧が、抵抗分割方式（Ｒ１１，Ｒ１２）により所望電圧（１８Ｖ）となるように設定されている。
【００２２】
また、−１０Ｖを生成するための回路構成について説明する。
【００２３】
１３はコンデンサＣ１２，Ｃ１３とダイオードＤ１２，Ｄ１３とで構成されたチャージポンプ回路である。尚、ダイオードＤ１３のカソードには、システム内の直流電圧が重畳されている。尚、本実施形態では、例えば３．３Ｖが重畳されている。
【００２４】
そして、ＢＩＰ型トランジスタＴｒ１２とツェナーダイオードＺＤ等から成るシリーズレギュレータ１４による熱損失を利用して、更に電圧降下させて必要な電圧（−１０Ｖ）を生成している。
【００２５】
即ち、前記５Ｖの電源電圧が前記コイルＬ１１を通して前述した１８Ｖパルスになった状態でコンデンサＣ１２の一端部に入力され、このコンデンサＣ１２の他端部から出力された電圧（１８Ｖパルス）は、ダイオードＤ１２，Ｄ１３（およそ０．６Ｖ）及びコンデンサＣ１３により所定電圧（１８Ｖ−１．２Ｖ−３．３Ｖ（ダイオードＤ１３のカソードに重畳された直流電圧分）＝１３．５Ｖ）に電圧降下された後、ＢＩＰ型トランジスタＴｒ１２に入力され、このＢＩＰ型トランジスタＴｒ１２及びツェナーダイオードＺＤで更に電圧降下されて所定電圧（−１０Ｖ）が出力される。
【００２６】
ここで、本発明の特徴は、上述したようにチャージポンプ回路１３を構成するダイオードＤ１３のカソードに、システム内の直流電圧、例えば３．３Ｖを重畳したことであり、これによりシリーズレギュレータを構成するＢＩＰ型トランジスタＴｒ１２の入力電圧を小さくすることができ、このシリーズレギュレータ１４の電力損失が少なくなり、その結果、電源回路の消費電力負担が軽減される。即ち、この場合の損失は、Ｐｃ＝（１３．５Ｖ−１０）・Ｉｄ（Ｉｄは消費電流である。）となる。これに対して、従来の損失は、Ｐｃ＝（１６．８Ｖ−１０）・Ｉｄとなり、ＢＩＰ型トランジスタＴｒ１２に入力される入力電圧に相当する分だけ電力損失は大きくなる。尚、この場合の消費電流Ｉｄは、５０ｍＡ程度である。
【００２７】
また、熱損失量が少なくなるため、放熱板も小さいもので良くなり、更にはトランジスタＴｒ１２の許容サイズも小さくでき、コストダウンが図れる。
【００２８】
更に、この−１０Ｖ生成回路が短絡しても、従来に比して電源に対して３．３Ｖ分の電圧が下がったことになるので、短絡電流が減少することになり、安全性が高まる。
【００２９】
尚、本実施形態ではダイオードＤ１３のカソードに重畳させる直流電圧として３．３Ｖを利用しているが、これに限定されるものではなく、５Ｖを利用しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、チャージポンプ回路を構成するダイオードＤ１３のカソードに、システム内の直流電圧を重畳されたことで、従来に比してシリーズレギュレータの入力電圧を小さくすることができ、このシリーズレギュレータを構成するＢＩＰ型Ｔｒの電力損失を少なくできる。その結果、電源回路の消費電力負担を軽減できる。また、放熱板も小さいもので良くなり、トランジスタの許容サイズも小さくでき、コストダウンが図れる。
【００３１】
更に、負電圧生成回路が短絡しても、従来に比して電源に対して重畳させた直流電圧分の電圧が下がることになるので、短絡電流が減少するので安全性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電源回路を示す回路図である。
【図２】従来の電源回路を示す回路図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply circuit, and more particularly to a technique for reducing power consumption in a power supply circuit for obtaining a predetermined voltage for driving a CCD camera system.
[0002]
[Prior art]
In general, a power source of an electronic device converts a primary AC power source into a secondary AC voltage having a lower voltage using a transformer or the like, and further generates a stable DC power source using a capacitor and a diode called a rectifier circuit.
[0003]
For example, 3.3V or 5V, which is often used in electronic devices, corresponds to this. However, an actual electronic device is not driven only by a voltage of 3.3 V or 5 V, and it is necessary to generate individual voltages required by individual systems. As the method, a DC-DC converter, a charge pump circuit, or the like is used.
[0004]
The CCD camera system described in the specification previously filed by the present applicant (see JP-A-11-112850) will be described below as an example.
[0005]
Conventionally, CCD camera systems have been widely used as imaging means for obtaining image signals, and are used in many video cameras and the like. In this CCD camera system, an image is formed in one frame (field) by the accumulated charges in the photoelectric conversion elements of the imaging unit arranged in a plane.
[0006]
For example, in the case of an NTSC video signal, one field is displayed in 1/60 second (60 Hz) and consists of about 250 horizontal scanning lines. And it outputs sequentially for every horizontal scanning line obtained with the photoelectric conversion element of the image pick-up part.
[0007]
Further, in the frame transfer type CCD camera system, all the charges of the photoelectric conversion elements of the image pickup unit are once erased, and after a predetermined time, all the charges are moved from the image pickup unit to the storage unit. Then, the charge of the image pickup unit that has become unnecessary is erased, and the charge from the storage unit is transferred to the horizontal transfer line for each horizontal scanning line, and sequentially output from here.
[0008]
Here, in order to drive the CCD camera system, several kinds of voltages (for example, 3.3 V, 5 V, 18 V, 40 V, and −10 V) are necessary. For example, each voltage is generated using a 5 V voltage. In this case, a DC-DC converter corresponding to each is used.
[0009]
However, since this DC-DC converter is composed of a coil, an electrolytic capacitor, etc., it becomes quite large, and there is a problem that the mounting area of the power supply circuit becomes large. There was a problem that led to an increase in cost.
[0010]
Therefore, a power supply circuit that generates several kinds of voltages with one DC-DC converter has been developed.
[0011]
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of such a power supply circuit, in which the above 18V and −10V are generated by one DC-DC converter. In FIG. 2, for example, 18V necessary for driving the CCD camera system is generated by a DC-DC converter 1 connected to a power supply voltage of 5V and ground (GND). The DC-DC converter 1 is well known in the art and has an oscillation drive circuit 2 (about 100 KHz), although detailed explanation is omitted. The oscillation drive circuit 2 is based on a control control signal (CONT). As a result, the BIP transistor Tr1 as a switching element is turned on / off, and a large current flows when the power supply voltage 5V drops to GND through the coil L1, thereby generating a large (boosted) voltage in the coil L1. A voltage obtained by smoothing the large voltage by the capacitor C1 is output through the diode D1. At this time, the large voltage generated by the coil L1 is set to a desired voltage (18V) by the resistance division method (R1, R2).
[0012]
A circuit configuration for generating −10V will be described.
[0013]
Reference numeral 3 denotes a charge pump circuit composed of capacitors C2 and C3 and diodes D2 and D3. The diode D3 is fixed at a certain voltage (GND).
[0014]
The necessary voltage (−10 V) is generated by further reducing the voltage by using the heat loss caused by the series regulator 4 including the BIP transistor Tr2 and the Zener diode ZD.
[0015]
In other words, the power supply voltage 5V is in the state of the 18V pulse described above through the coil L1 (in the explanation, it is assumed to be an 18V pulse, but there is actually a loss of the diode D1 and is 18V + 0.6V). The voltage (18V pulse) input to one end of the capacitor C2 and output from the other end of the capacitor C2 is a predetermined voltage (18V−1.2V == V) by the diodes D2 and D3 (approximately 0.6V) and the capacitor C3. The voltage is dropped to 16.8V) and then input to the BIP transistor Tr2. The voltage is further dropped by the transistor Tr2 and the Zener diode ZD to output a predetermined voltage (−10V).
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the circuit configuration using the heat loss due to the conventional series regulator 4 has advantages such that the mounting area of the power supply circuit is smaller than the plurality of DC-DC converter configurations and the cost can be reduced. However, there were the following problems.
[0017]
That is, if the 18V switching signal generated by the DC-DC converter 1 is input to the charge pump circuit 3 as it is, the potential difference between 18V and | −10V | is large, so the input voltage of the series regulator 4 becomes higher than necessary. There is a problem that the power loss of the BIP transistor Tr2 becomes large.
[0018]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply circuit capable of reducing the power loss of the BIP transistor constituting the series regulator.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the power supply circuit of the present invention boosts the power supply voltage from the DC power supply to obtain a boosted voltage for driving the CCD, and generates the first converted voltage 18V using the pulse signal from the oscillation drive circuit 12. A DC-DC converter 11; a first conversion voltage 18V generated by the DC-DC converter 11 using a pulse signal from the oscillation drive circuit 12 used in the DC-DC converter 11; and a charge pump circuit. And a series regulator 14 that generates a second conversion voltage −10 V based on the DC voltage 3.3 V in the system superimposed on the cathode of the diode D 13 that constitutes the B 13. The input voltage of the type transistor Tr2 is reduced.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power supply circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an embodiment in which 18V and −10V are generated by one DC-DC converter as in the conventional case is introduced.
[0021]
In FIG. 1, for example, 18V necessary for driving the CCD camera system is generated by a DC-DC converter 11 connected to a power supply voltage of 5V and ground (GND). The DC-DC converter 11 is well known in the art and has an oscillation drive circuit 12 (about 100 KHz), which will not be described in detail, but based on a control control signal (CONT). As a result, the BIP transistor Tr11 as a switching element is turned on / off, and a large current flows when the power supply voltage 5V drops to GND through the coil L11, thereby generating a large (boosted) voltage in the coil L11. A voltage obtained by smoothing the large voltage by the capacitor C11 is output through the diode D11. At this time, the large voltage generated by the coil L11 is set to a desired voltage (18V) by the resistance division method (R11, R12).
[0022]
A circuit configuration for generating −10V will be described.
[0023]
A charge pump circuit 13 includes capacitors C12 and C13 and diodes D12 and D13. A direct current voltage in the system is superimposed on the cathode of the diode D13. In the present embodiment, for example, 3.3V is superimposed.
[0024]
The necessary voltage (−10V) is generated by further reducing the voltage by using the heat loss caused by the series regulator 14 including the BIP transistor Tr12 and the Zener diode ZD.
[0025]
That is, the power supply voltage of 5V is input to one end of the capacitor C12 in the state of the 18V pulse described above through the coil L11, and the voltage (18V pulse) output from the other end of the capacitor C12 is the diode D12. , D13 (approximately 0.6V) and the capacitor C13, the voltage is dropped to a predetermined voltage (18V-1.2V-3.3V (DC voltage superimposed on the cathode of the diode D13) = 13.5V), and then BIP The voltage is input to the type transistor Tr12 and further dropped by the BIP type transistor Tr12 and the Zener diode ZD to output a predetermined voltage (-10V).
[0026]
The feature of the present invention is that the DC voltage in the system, for example, 3.3 V, for example, is superimposed on the cathode of the diode D13 constituting the charge pump circuit 13 as described above, thereby constituting a series regulator. The input voltage of the BIP transistor Tr12 can be reduced, and the power loss of the series regulator 14 is reduced. As a result, the power consumption burden of the power supply circuit is reduced. That is, the loss in this case is Pc = (13.5 V−10) · Id (Id is current consumption). On the other hand, the conventional loss is Pc = (16.8V−10) · Id, and the power loss is increased by the amount corresponding to the input voltage input to the BIP transistor Tr12. In this case, the consumption current Id is about 50 mA.
[0027]
Further, since the amount of heat loss is reduced, a small heat radiating plate can be used. Further, the allowable size of the transistor Tr12 can be reduced, and the cost can be reduced.
[0028]
Further, even if this -10V generating circuit is short-circuited, the voltage corresponding to 3.3V is lowered with respect to the power supply as compared with the conventional case, so that the short-circuit current is reduced and the safety is improved.
[0029]
In this embodiment, 3.3V is used as the DC voltage to be superimposed on the cathode of the diode D13. However, the present invention is not limited to this, and 5V may be used.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the DC voltage in the system is superimposed on the cathode of the diode D13 constituting the charge pump circuit, so that the input voltage of the series regulator can be reduced as compared with the prior art. The power loss of the BIP type Tr that constitutes can be reduced. As a result, the power consumption burden of the power supply circuit can be reduced. In addition, a small heat sink can be used, the allowable size of the transistor can be reduced, and the cost can be reduced.
[0031]
Furthermore, even if the negative voltage generation circuit is short-circuited, the voltage corresponding to the DC voltage superimposed on the power supply is reduced as compared with the conventional case, so that the short-circuit current is reduced and the safety is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional power supply circuit.

Claims (2)

直流電源からの電源電圧を昇圧、降圧して昇圧電圧、降圧電圧を得る電源回路であって、
所定の発振駆動回路からのパルス信号を利用して、上記電源電圧と異なる正の第１の変換電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータと、
直列に接続された第１及び第２のダイオードと、一端が第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点に接続された第１のキャパシタと、一端が第１のダイオードのアノードに接続され、他端が上記第１の変換電圧より低い電圧に接続された第２のキャパシタとを有するチャージポンプ回路と、
上記第１のダイオードのアノードに接続され、第２の変換電圧を発生するシリーズレギュレータとを備え、
上記第１のキャパシタの他端に上記パルス信号が入力され、上記第２のダイオードのカソードに上記第１の変換電圧より小さい正の直流電圧を印加することを特徴とする電源回路。A power supply circuit that boosts and steps down a power supply voltage from a DC power supply to obtain a boosted voltage and a stepped down voltage ,
A DC-DC converter that generates a positive first conversion voltage different from the power supply voltage using a pulse signal from a predetermined oscillation drive circuit;
The first and second diodes connected in series, the first capacitor connected at one end to the connection point between the first diode and the second diode, and the one end connected to the anode of the first diode. A charge pump circuit having a second capacitor with the other end connected to a voltage lower than the first conversion voltage ;
A series regulator connected to the anode of the first diode and generating a second conversion voltage;
A power supply circuit, wherein the pulse signal is input to the other end of the first capacitor, and a positive DC voltage smaller than the first conversion voltage is applied to the cathode of the second diode. 第２の変換電圧が負の電圧であることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。  The power supply circuit according to claim 1, wherein the second conversion voltage is a negative voltage.
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