JP3948944B2 - 電源装置 - Google Patents
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- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧に応じて変動する参照電圧が基準電圧と一致するように、入力電圧から所定の出力電圧を生成して負荷に供給する電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
出力電圧に応じて変動する参照電圧が基準電圧と一致するように、入力電圧から所定の出力電圧を生成して負荷に供給する電源装置では、入力電圧や負荷に流れる電流(以下、負荷電流と呼ぶ)がある程度変動しても出力電圧を所定値に維持しようとするフィードバック制御が行われる。
【0003】
ただし、上記のフィードバック制御が行われていても、電源装置の出力電圧は通常、入力電圧の増大に伴って上昇し、負荷電流の増大に伴って低下する傾向を示す。そのため、上記構成から成る電源装置では、入力電圧や負荷電流が大きく変動した場合、出力電圧を所定値に維持できなくなるという課題があった。
【0004】
そこで、従来の電源装置では、出力制御手段であるレギュレータICのゲインを負荷電流に応じて調整することにより、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧変動の抑制が図られていた(特開2000−47738号公報等を参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る電源装置であれば、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧変動を抑制して、出力電圧を所定範囲内(負荷の電源規格内)に収めることが可能である。
【0006】
しかしながら、上記課題をレギュレータICのゲイン調整によって解決しようとする場合、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧変動の低減(すなわちレギュレータICのゲインアップ)と発振がトレードオフの関係にあるため、両者のバランスを取るのが非常に難しかった。
【0007】
特に、近年では、負荷の電源規格の厳格化に伴って、大きな入力変動や負荷変動が生じても出力電圧が変動しにくい高精度な電源装置が求められている。このような電源装置を実現するためには、入力電圧や負荷電流に応じてゲインを幅広く変化させることで出力電圧変動を最小限に抑えながらも、全ゲイン範囲で発振を回避するための位相余裕を持たせる必要があり、電源装置の設計が非常に困難となっていた。
【0008】
本発明は、上記の問題点に鑑み、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧変動を簡易な構成で低減することが可能な電源装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、出力電圧に応じて変動する参照電圧を基準電圧と一致させるように、入力電圧から前記出力電圧を生成して負荷に供給する電源装置において、前記参照電圧に応じて前記基準電圧を変化させる基準電圧可変手段を有して成る構成としている。
【0010】
なお、上記構成から成る電源装置において、前記基準電圧可変手段は、前記基準電圧を分圧することでn段階の電圧レベルを生成する電圧レベル生成部と、各電圧レベルと前記参照電圧とをそれぞれ比較するn個のコンパレータと、各コンパレータの出力に応じて前記基準電圧を生成する基準電圧生成部と、を有して成る構成にするとよい。
【0011】
また、上記構成から成る電源装置において、前記基準電圧生成部は、固定電圧が印加される電源ラインに直列接続されたn個の抵抗と、各抵抗に並列接続されたn個のスイッチと、同じく各抵抗に並列接続されたn個のコンデンサと、を有して成り、前記コンパレータの出力に応じた各スイッチのオン/オフ制御によって、前記固定電圧の分圧比をn段階に変化させる構成にするとよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る電源装置の一実施形態を示す回路図である。本図に示すレギュレータ出力回路REG1は、固定電圧Vrefを分圧することで得られた基準電圧Vaと、出力電圧Voを分圧することで得られた参照電圧Vbを比較し、Va>Vbならば出力電圧Voを上げるように、Va<Vbならば出力電圧Voを下げるように、入力電圧Vinから出力電圧Voを生成して負荷Zに供給する出力制御手段である。
【0013】
すなわち、レギュレータ出力回路REG1では、入力電圧Vinや負荷Zに流れる電流Io(以下、負荷電流Ioと呼ぶ)が変動しても、出力電圧Voを所定値に維持しようとするフィードバック制御が行われる。なお、レギュレータ出力回路REG1としては、種々のシリーズレギュレータICやスイッチングレギュレータIC等の出力回路を適用することができる。
【0014】
固定電圧Vrefを分圧することで基準電圧Vaを得る基準電圧生成部は、固定電圧Vrefが印加される電源ラインとグランドとの間に直列接続されたn個の抵抗R11〜R1n及び抵抗R2、R3と、抵抗R11〜R1nに並列接続されたn個のスイッチS1〜Snと、同じく抵抗R1〜R1nに並列接続されたn個のコンデンサC1〜Cnと、を有して成る。該基準電圧生成部の出力端に相当する抵抗R2、R3の接続ノードは、バッファBUF1を介して、レギュレータ出力回路REG1の非反転入力端子に接続されている。従って、基準電圧生成部では、スイッチS1〜Snのオン/オフ制御を行うことで、固定電圧Vrefの分圧比をn段階に変化させ、基準電圧Vaを段階的に変化させることができる。
【0015】
なお、スイッチS1〜Snは、基準電圧Vaを分圧することで得られる電圧レベルVa1〜Vanと参照電圧Vbを各々比較するn個のコンパレータCOMP1〜COMPnの出力に応じてオン/オフ制御される。より具体的に言うと、スイッチS1〜Snは、各々を制御するコンパレータCOMP1〜COMPnの出力がHレベルであればオン状態となり、Lレベルであればオフ状態となる。
【0016】
また、前述した通り、本実施形態の基準電圧生成部は、各抵抗R11〜R1nに対して、スイッチS1〜Snだけでなく、コンデンサC1〜Cnを並列接続した構成である。このような構成とすることにより、スイッチS1〜Snを切り換える際、基準電圧Vaに重畳するスイッチングノイズを低減することができる。
【0017】
基準電圧Vaを分圧することでn段階の電圧レベルVa1〜Vanを得る電圧レベル生成部は、バッファBUF1の出力端子とグランドとの間に直列接続されたn個の抵抗R41〜R4n及び抵抗R5から成る。なお、電圧レベル生成部の出力端に相当する各抵抗間の接続ノードは、それぞれコンパレータCOMP1〜COMPnの非反転入力端子に接続されている。
【0018】
出力電圧Voを分圧することで参照電圧Vbを得る参照電圧生成部は、レギュレータ出力回路REG1の出力端子とグランドの間に直列接続された抵抗R6、R7から成る。なお、該参照電圧生成部の出力端に相当する抵抗R6、R7の接続ノードは、レギュレータ出力回路REG1及びコンパレータCOMP1〜COMPnの各反転入力端子にそれぞれ接続されている。
【0019】
従って、コンパレータCOMP1〜COMPnは、参照電圧Vbがそれぞれの電圧レベルVa1〜Vanを下回ったときにHレベルを出力し、それ以外のときはLレベルを出力する。
【0020】
次に、上記構成から成る電源装置の動作について、図2を参照しながら詳細に説明する。図2は負荷電流Ioと出力電圧Voの関係を示す図である。図中の実線は、本実施形態の電源装置における負荷電流Ioと出力電圧Voの関係を示しており、一点鎖線は、基準電圧Vaを固定した場合における負荷電流Ioと出力電圧Voの関係を参考までに示している。なお、本図左端では、スイッチS1〜Snが全てオフされて、基準電圧Vaが最低値に設定されているものとする。
【0021】
上記状態から負荷電流Ioが増大すると、出力電圧Voは負荷電流Ioの増大に伴って低下する。このとき、参照電圧Vbも出力電圧Voに応じて低下する。参照電圧Vbが電圧レベルVa1を下回ると、コンパレータCOMP1の出力がLレベルからHレベルに変遷してスイッチS1がオンされ、基準電圧Vaが現状から1段階持ち上げられる。従って、レギュレータ出力回路REG1は、参照電圧Vbが1段上がった基準電圧Vaと一致するまで出力電圧Voを上昇させる。
【0022】
なお、本実施形態の電圧レベル生成部は、基準電圧Vaを分圧することで電圧レベルVa1〜Vanを生成する構成であるため、基準電圧Vaが持ち上げられると電圧レベルVa1〜Vanも持ち上げられる。従って、基準電圧生成部及び電圧レベル生成部の分圧比を適宜設定しておけば、上記した出力電圧Voの上昇によってコンパレータCOMP1の出力がLレベルに戻ってしまうことはない。
【0023】
負荷電流Ioがさらに増大した場合も同様であり、出力電圧Voの低下に伴って参照電圧Vbが電圧レベルVa2〜Vanを各々下回る度に、コンパレータCOMP2〜COMPnの出力がLレベルからHレベルに変遷して、基準電圧Vaが1段階ずつ持ち上げられる。従って、レギュレータ出力回路REG1は、参照電圧Vbが各段階の基準電圧Vaと一致するまで出力電圧Voを上昇させる。
【0024】
このように、参照電圧Vbに応じて基準電圧Vaを変化させる構成とすれば、負荷変動に伴う出力電圧Voの変動量を、基準電圧Vaが固定された場合における変動量ΔVの1/nにまで低減することができる。また、負荷Zの電源規格が変更されても、制御ビット数nを変更するだけで即座に対応することが可能である。さらに、本実施形態の電源装置では、レギュレータ出力回路REG1のゲインを固定できるので、所定ゲインで発振を回避するための位相余裕を持たせれば足りる。従って、電源装置の設計が非常に容易となる。
【0025】
なお、上記の実施形態では、負荷変動に伴う出力電圧変動を抑制する動作を例に挙げて説明を行ったが、電源変動に伴う出力電圧変動についても、同様の動作で抑制することが可能であることは言うまでもない。また、上記の説明では、電源装置としてのみ説明したが、本装置の回路をIC内の電源回路として用い、様々な装置を形成するようにしても構わないし、レギュレータ出力回路REG1に従来例で示した出力回路の構成を用いても構わない。
【0026】
【発明の効果】
上記で説明した通り、本発明に係る電源装置は、出力電圧に応じて変動する参照電圧を基準電圧と一致させるように、入力電圧から前記出力電圧を生成して負荷に供給する電源装置において、前記参照電圧に応じて前記基準電圧を変化させる基準電圧可変手段を有して成る構成としている。
【0027】
このような構成とすることにより、電源装置の出力制御手段であるレギュレータのゲインを変化させることなく、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧の変動量を低減することができる。従って、レギュレータには所定ゲインで発振を回避するための位相余裕を持たせれば足りるので、電源装置の設計が容易となる。
【0028】
なお、上記構成から成る電源装置において、前記基準電圧可変手段は、前記基準電圧を分圧することでn段階の電圧レベルを生成する電圧レベル生成部と、各電圧レベルと前記参照電圧とをそれぞれ比較するn個のコンパレータと、各コンパレータの出力に応じて前記基準電圧を生成する基準電圧生成部と、を有して成る構成にするとよい。
【0029】
このような構成とすることにより、電源変動や負荷変動に伴う出力電圧の変動量を、基準電圧が固定された場合における変動量の1/nにまで低減することができる。また、負荷の電源規格が変更されても、制御ビット数nを変更するだけで即座に対応することが可能である。
【0030】
また、上記構成から成る電源装置において、前記基準電圧生成部は、固定電圧が印加される電源ラインに直列接続されたn個の抵抗と、各抵抗に並列接続されたn個のスイッチと、同じく各抵抗に並列接続されたn個のコンデンサと、を有して成り、前記コンパレータの出力に応じた各スイッチのオン/オフ制御によって、前記固定電圧の分圧比をn段階に変化させる構成にするとよい。
【0031】
このような構成とすることにより、基準電圧を切り換える際、該基準電圧に重畳するスイッチングノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電源装置の一実施形態を示す回路図である。
【図2】 負荷電流Ioと出力電圧Voの関係を示す図である。
【符号の説明】
REG1 レギュレータ出力回路
COMP1〜COMPn コンパレータ
BUF1 バッファ
R11〜R1n、R2、R3、R41〜R4n、R5、R6、R7 抵抗
S1〜Sn スイッチ
C1〜Cn コンデンサ
Z 負荷
Vin 入力電圧
Vo 出力電圧
Io 負荷電流
Vref 固定電圧
Va 基準電圧
Va1〜Van 電圧レベル
Vb 参照電圧
Claims (2)
- 出力電圧に応じて変動する参照電圧を基準電圧と一致させるように、入力電圧から前記出力電圧を生成して負荷に供給する電源装置において、
前記参照電圧に応じて前記基準電圧を変化させる基準電圧可変手段を有して成り、
前記基準電圧可変手段は、前記基準電圧を分圧することでn段階の電圧レベルを生成する電圧レベル生成部と、各電圧レベルと前記参照電圧とをそれぞれ比較するn個のコンパレータと、各コンパレータの出力に応じて前記基準電圧を生成する基準電圧生成部と、を有して成ることを特徴とする電源装置。 - 前記基準電圧生成部は、固定電圧が印加される電源ラインに直列接続されたn個の抵抗と、各抵抗に並列接続されたn個のスイッチと、同じく各抵抗に並列接続されたn個のコンデンサと、を有して成り、前記コンパレータの出力に応じた各スイッチのオン/オフ制御によって、前記固定電圧の分圧比をn段階に変化させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
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