JP4534657B2 - Self-excited step-down chopper regulator - Google Patents
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Description
本発明は、自励式チョッパレギュレータに関し、特に自励式降圧チョッパレギュレータに関する。 The present invention relates to a self-excited chopper regulator, and more particularly to a self-excited step-down chopper regulator.
従来より、直流電圧の大きさを調整するためにいわゆるチョッパレギュレータが用いられてきた。自励式チョッパレギュレータは、スイッチ素子のオン/オフにより直流電力の変換・制御すなわち降圧あるいは昇圧を行なうものである。この自励式チョッパレギュレータは、いわゆるリップルコンバータと呼ばれるもので出力電圧の低下および上昇に応じて、スイッチ素子をオン/オフすることにより所定の値へと出力電圧の安定化を図るものである。 Conventionally, so-called chopper regulators have been used to adjust the magnitude of the DC voltage. The self-excited chopper regulator performs DC power conversion / control, that is, step-down or step-up by turning on / off a switching element. This self-excited chopper regulator is a so-called ripple converter, which stabilizes the output voltage to a predetermined value by turning on / off the switch element in accordance with a decrease and an increase in the output voltage.
しかしながら、このスイッチ素子のスイッチング周波数すなわち自励発振の発振周波数は、回路素子のばらつきや配線の引き回しの影響等により変動するおそれがあり、設計段階で意図した所望の発振周波数と異なる周波数によりスイッチ素子がオン/オフを実行するために所望の安定した出力特性が得られないという問題があった。 However, the switching frequency of this switch element, that is, the oscillation frequency of self-excited oscillation, may fluctuate due to variations in circuit elements, the influence of wiring routing, and the like. However, there is a problem that desired stable output characteristics cannot be obtained due to the on / off operation.
特開2003−70244号公報においては、スイッチ素子のオン/オフのタイミングを調整する回路を設けることにより、所望の発振周波数に調整し、安定した出力特性が得られる自励式チョッパレギュレータを開示している。 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-70244 discloses a self-excited chopper regulator that provides a stable output characteristic by adjusting a desired oscillation frequency by providing a circuit that adjusts the on / off timing of a switching element. Yes.
図6は、従来の特開2003−70244号公報における自励式チョッパレギュレータ10を説明するブロック構成図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a self-
図7は、従来の自励式チョッパレギュレータ10の具体的回路構成図である。
FIG. 7 is a specific circuit configuration diagram of a conventional self-
図6を参照して、従来の自励式チョッパレギュレータについて説明する。自励式チョッパレギュレータ10は、ノードN0とノードN11との間に接続され、ノードN0と電気的に結合された入力電圧端子Vinに加えられた入力電圧をスイッチング動作により投入するスイッチ素子12と、スイッチ素子12に接続されてスイッチ素子12を駆動するドライブ回路14と、ノードN0と電気的に結合された入力電圧端子Vinに接続されてドライブ回路14を起動する起動回路16と、スイッチ素子12の出力に接続されてドライブ回路14に正帰還をかける帰還回路18と、ノードN4と電気的に結合された出力電圧端子VoutとノードN11との間に接続されて、スイッチ素子12がオンのときに電磁エネルギを蓄える直流リアクトルL1と、スイッチ素子12の出力と接地側のノードN1との間に接続されて、スイッチ素子12がオフのときの直流リアクトルL1の電磁エネルギによって電流が還流する還流ダイオードD1と、ノードN4と接続されて、直流リアクトルL1の出力電圧を検出して検出結果に基づきドライブ回路14に対して制御信号を出力する電圧検出回路20と、電圧検出回路20とドライブ回路14との間に接続され、電圧検出回路20からドライブ回路14に伝達する制御信号のタイミングを調整する検出タイミング調整回路22とを備える。
A conventional self-excited chopper regulator will be described with reference to FIG. A self-
入力電圧端子VinにコンデンサC1により平滑された直流電圧Viが加えられると、起動回路16によりドライブ回路14が起動する。ドライブ回路14の起動によってスイッチ素子12がオンし、スイッチ素子12の出力が上昇する。したがって、帰還回路18によってドライブ回路14に正帰還が掛かる。
When the DC voltage Vi smoothed by the capacitor C1 is applied to the input voltage terminal Vin, the
同時に、直流リアクトルL1に電流が流れ、直線的に電流量が増加して、直流リアクトルL1を通じてコンデンサC3が充電され、出力電圧端子Voutの出力電圧が上昇する。 At the same time, a current flows through the DC reactor L1, the amount of current increases linearly, the capacitor C3 is charged through the DC reactor L1, and the output voltage at the output voltage terminal Vout increases.
スイッチ素子12がオンしている場合において、電圧検出回路20は、出力電圧端子Voutの出力電圧を検知し、出力電圧が所定の基準電圧を超えるのを検出すると、検出タイミング調整回路22を介してドライブ回路14をオフする信号を出力する。これによりスイッチ素子12がオフとなる。
When the
スイッチ素子12がオフの期間中は、直流リアクトルL1に蓄えられた電磁エネルギによって電流が還流ダイオードD1を介して還流されて出力電圧端子Voutに接続された平滑コンデンサC3および負荷24に送られる。
While the
スイッチ素子12がオフしている場合において、電圧検出回路20は、出力電圧端子Voutの出力電圧を検知し、出力電圧が所定の基準電圧よりも下がるのを検出すると、検出タイミング調整回路22を介してドライブ回路14をオンする信号を出力する。これにより、再びスイッチ素子が12がオンする。
When the
したがって、電圧検出回路20は、出力電圧端子Voutの電圧レベルを検出し、スイッチ素子12のオン/オフを制御する。これに伴い、出力電圧端子Voutに供給される出力電圧は所望の電圧に制御される。
Therefore, the
図7を参照して、従来の自励式チョッパレギュレータの回路構成の接続関係について説明する。スイッチ素子12は、トランジスタTR4で構成される。トランジスタTR4は、エミッタ側がノードN0と接続され、コレクタ側がノードN11と接続され、ベース側がノードN2と接続される。ドライブ回路14は、トランジスタTR3と、抵抗R7およびR8とで構成される。トランジスタTR3は、エミッタ側がノードN1と接続され、コレクタ側が抵抗R7を介してノードN2と接続される。そしてベース側がノードN3と接続される。抵抗R8は、ノードN0とノードN2との間に接続される。起動回路16は、抵抗R9で構成される。抵抗R9は、ノードN0とノードN3との間に接続される。帰還回路18は、コンデンサC2と、抵抗R10とで構成される。コンデンサC2と、抵抗R10は、ノードN11とノードN3との間に直列に接続される。電圧検出回路20は、抵抗R5,R6と、シャントレギュレータU1と、コンデンサC4とで構成される。抵抗R5は、ノードN4とノードN8との間に接続される。コンデンサC4は、ノードN7とノードN8との間に接続される。抵抗R6は、ノードN1とノードN8との間に接続される。シャントレギュレータU1は、ノードN8の電圧に応じて動作し、カソード側がノードN7と接続され、アノード側がノードN1と接続される。検出タイミング調整回路22は、トランジスタTR1,TR2と、抵抗R2〜R4と、可変抵抗VR1とで構成される。トランジスタTR2はPNP型バイポーラトランジスタであり、エミッタ側がノードN4と接続され、コレクタ側が抵抗R2を介してノードN6と接続され、ベース側がノードN5と接続される。抵抗R3は、ノードN4とノードN5との間に接続される。抵抗R4は、ノードN5とノードN7との間に接続される。トランジスタTR1はNPN型バイポーラトランジスタであり、エミッタ側がノードN1と接続され、コレクタ側がノードN3と接続される。ベース側がノードN6と接続される。可変抵抗VR1は、ノードN6とノードN1との間に接続される。
With reference to FIG. 7, the connection relation of the circuit configuration of the conventional self-excited chopper regulator will be described. The
出力電圧端子Voutの電圧は、抵抗R5およびR6で分圧され、ノードN8に供給される。この分圧された電圧が、シャントレギュレータU1の基準電圧すなわちしきい値電圧よりも低くなると、シャントレギュレータU1はオフとなる。 The voltage at the output voltage terminal Vout is divided by the resistors R5 and R6 and supplied to the node N8. When the divided voltage becomes lower than the reference voltage of the shunt regulator U1, that is, the threshold voltage, the shunt regulator U1 is turned off.
シャントレギュレータU1がオフとなると、検出タイミング調整回路22において、バイアス抵抗R4を通じて流れていたベース電流が遮断されるために入力トランジスタTR2はオフとなる。入力トランジスタTR2がオフになると、出力トランジスタTR1は、結合抵抗R2を通じて流れ込んでいたベース電流が遮断されるためにオフとなるが、ベース蓄積電荷が可変抵抗VR1を通じて放電されるまでに時間遅れが生ずる。出力トランジスタTR1がオフとなると、ドライブ回路14において、トランジスタTR3は、抵抗R9を介してベース電流が流れるためにオンとなる。ドライブ回路14のトランジスタTR3がオンとなるとスイッチ素子12のトランジスタTR4は抵抗R7を介してベース電流が流れるためにオンとなる。
When the shunt regulator U1 is turned off, in the detection
したがって、直流リアクトルL1を通じてコンデンサC3が充電され、出力電圧端子Voutへの出力電圧が上昇することとなる。 Therefore, the capacitor C3 is charged through the DC reactor L1, and the output voltage to the output voltage terminal Vout increases.
一方、出力電圧端子Voutの電圧が上昇すると前述したのと逆の動作過程が生じることとなる。 On the other hand, when the voltage at the output voltage terminal Vout increases, an operation process opposite to that described above occurs.
具体的には、ノードN8に供給される分圧された電圧がシャントレギュレータU1の検出電圧すなわち基準電圧よりも高くなると、シャントレギュレータU1がオンする。 Specifically, when the divided voltage supplied to the node N8 becomes higher than the detection voltage of the shunt regulator U1, that is, the reference voltage, the shunt regulator U1 is turned on.
シャントレギュレータU1がオンとなると、検出タイミング調整回路22において、バイアス抵抗R3の電圧降下が大きくなって、抵抗R4を介して入力トランジスタTR2のベース電流が流れるために入力トランジスタTR2はオンとなる。入力トランジスタTR2がオンになると、出力トランジスタTR1もオンする。
When the shunt regulator U1 is turned on, the voltage drop of the bias resistor R3 increases in the detection
出力トランジスタTR1がオンすると、ドライブ回路14のトランジスタTR3はオフとなる。これに伴いスイッチ素子12のトランジスタTR4もオフとなり、出力電圧端子Voutの出力電圧は下降する。
When the output transistor TR1 is turned on, the transistor TR3 of the
このようにしてスイッチ素子12のトランジスタTR4は、一連のフィードバックループの遅延時間で定まる一定の周波数でスイッチング動作を繰返し、出力電圧端子Voutの出力電圧は一定に保たれる。
In this way, the transistor TR4 of the
この従来の自励式チョッパレギュレータ10のスイッチング周波数すなわち発振周波数は、出力トランジスタTR1のベース蓄積電荷の放電時間と相関関係があるため可変抵抗VR1の抵抗値を調整することにより、発振周波数を調整することができる。具体的には可変抵抗VR1の抵抗値を小さくすると、出力トランジスタTR1のベース蓄積電荷の放電時間が短くなるので遅延時間が短くなり結果的に自励式チョッパレギュレータの発振周波数は高くなる。一方、可変抵抗VR1の抵抗値を大きくすると、出力トランジスタTR1のベース蓄積電荷の放電時間が長くなるため、遅延時間が長くなり結果的に自励式チョッパレギュレータの発振周波数は低くなることとなる。
一方で、近年、機器の低消費電力化が叫ばれ、機器の駆動電圧は低電圧化の傾向にある。したがって、自励式チョッパレギュレータの出力電圧についても低電圧で安定した電圧を供給する必要がある。 On the other hand, in recent years, there has been a call for lower power consumption of devices, and the drive voltage of devices tends to be lower. Therefore, it is necessary to supply a stable voltage at a low voltage as the output voltage of the self-excited chopper regulator.
しかしながら、上述した図6および図7の構成における電圧検出回路および検出タイミング調整回路は、ともに出力電圧端子Voutに供給される出力電圧を動作電圧として駆動する構成である。したがって、出力電圧の設定値が低いときでも正常に動作させることが必要となるが、実際には出力電圧をある程度以上に設定しなければ正常な動作に支障をきたす恐れがある。 However, the voltage detection circuit and the detection timing adjustment circuit in the configuration of FIGS. 6 and 7 described above are both configured to drive the output voltage supplied to the output voltage terminal Vout as the operating voltage. Accordingly, it is necessary to operate normally even when the set value of the output voltage is low. However, in actuality, there is a risk that normal operation will be hindered unless the output voltage is set to a certain level.
具体的には、検出タイミング調整回路22を正常に動作させるためには、トランジスタTR1のベース−エミッタ間電圧VBE1、抵抗R2に掛かる両端電圧VR2およびトランジスタTR2のコレクタ−エミッタ間電圧VCE2の和すなわちVBE1+VR2+VCE2以上の電圧を動作電圧として確保する必要がある。
Specifically, in order for the detection
また、シャントレギュレータU1を正常に動作させるためには、基準電圧VK、抵抗R3に掛かる両端電圧VR3およびトランジスタTR2のベース−エミッタ間電圧VBE2の和すなわち、VK+VR3+VBE2以上の電圧を動作電圧として確保する必要がある。 In order to operate the shunt regulator U1 normally, it is necessary to ensure the sum of the reference voltage VK, the voltage VR3 across the resistor R3 and the base-emitter voltage VBE2 of the transistor TR2, that is, a voltage equal to or higher than VK + VR3 + VBE2. There is.
したがって、たとえばシャントレギュレータU1について、基準電圧VK(=1.24V)で正常に動作させるためにはそれ以上の動作電圧が要求され、出力電圧端子Voutの出力電圧がそれ以下の場合には正常に動作させることができない。 Therefore, for example, the shunt regulator U1 requires a higher operating voltage in order to operate normally at the reference voltage VK (= 1.24V), and normally when the output voltage at the output voltage terminal Vout is lower than that. It cannot be operated.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、低電圧出力である場合においても、発振周波数を所望の周波数に調整して、安定した出力電圧を供給することが可能な自励式降圧チョッパレギュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when the output voltage is low, the oscillation frequency is adjusted to a desired frequency and a stable output voltage can be supplied. An object is to provide a possible self-excited step-down chopper regulator.
本発明にかかる自励式降圧チョッパレギュレータは、入力電圧をスイッチングするスイッチ素子と、スイッチ素子を駆動するドライブ回路と、出力電圧を検出してドライブ回路を制御する信号を出力する電圧検出回路と、電圧検出回路とドライブ回路との間に設けられ、ドライブ回路を制御する信号を出力するタイミング調整回路とを備える。電圧検出回路およびタイミング調整回路は、入力電圧の供給を受けて動作する。タイミング調整回路は、電圧検出回路の出力に基づいてスイッチングする第1のトランジスタと、第1のトランジスタのスイッチングに応答して動作する第2のトランジスタとを含む。第1のトランジスタは、ベースが電圧検出回路に接続され、コレクタが第2のトランジスタのベースに接続されるとともに、エミッタに出力電圧が印加される。第2のトランジスタは、エミッタがスイッチ素子の入力側に接続されるとともにベースがバイアス抵抗を介してスイッチ素子の入力側に接続され、コレクタがドライブ回路に接続される。 A self-excited step-down chopper regulator according to the present invention includes a switch element that switches an input voltage, a drive circuit that drives the switch element, a voltage detection circuit that detects an output voltage and outputs a signal for controlling the drive circuit, and a voltage And a timing adjustment circuit that is provided between the detection circuit and the drive circuit and outputs a signal for controlling the drive circuit. The voltage detection circuit and the timing adjustment circuit operate upon receiving an input voltage. The timing adjustment circuit includes a first transistor that switches based on an output of the voltage detection circuit, and a second transistor that operates in response to switching of the first transistor. The first transistor has a base connected to the voltage detection circuit, a collector connected to the base of the second transistor, and an output voltage applied to the emitter. The second transistor has an emitter connected to the input side of the switch element, a base connected to the input side of the switch element via a bias resistor, and a collector connected to the drive circuit.
特に、ドライブ回路は、第2のトランジスタのスイッチングに応答して、調整可能なタイミングで駆動される、スイッチ素子を駆動するための第3のトランジスタを含む。 In particular, the drive circuit includes a third transistor for driving the switch element that is driven at an adjustable timing in response to switching of the second transistor.
特に、タイミング調整回路は、第3のトランジスタの蓄積電荷の放電時間を調整する調整手段を含む。 In particular, the timing adjustment circuit includes adjustment means for adjusting the discharge time of the accumulated charge of the third transistor.
好ましくは、電圧検出回路は、出力電圧に基づいて生成される電圧に応じて動作するシャントレギュレータを含む。シャントレギュレータは、バイアス抵抗を介して入力電圧の供給を受ける。 Preferably, the voltage detection circuit includes a shunt regulator that operates in accordance with a voltage generated based on the output voltage. The shunt regulator is supplied with an input voltage via a bias resistor.
本発明にかかる自励式降圧チョッパレギュレータの電圧検出回路およびタイミング調整回路は、入力電圧の供給を受けて動作する。したがって、出力電圧が低電圧である場合においても、入力電圧を動作電圧とするため安定した出力電圧を供給する点で動作安定性を確保することができる。 The voltage detection circuit and the timing adjustment circuit of the self-excited step-down chopper regulator according to the present invention operate upon receiving an input voltage. Therefore, even when the output voltage is a low voltage, the operational stability can be ensured in that a stable output voltage is supplied because the input voltage is the operating voltage.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態に従う自励式降圧チョッパレギュレータ1のブロック構成図である。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a self-excited step-down
図1を参照して、本発明の実施の形態に従う自励式降圧チョッパレギュレータ1は、図6で説明した従来の自励式チョッパレギュレータ10と比較して、電圧検出回路20が入力電圧の入力を受けて動作し、さらに検出タイミング調整回路22を検出タイミング調整回路21に置換するとともに、入力電圧の入力を受けて動作する点が異なる。その他の点は図6および図7で説明したのと同様である。
Referring to FIG. 1, self-excited step-down
本発明においては、電圧検出回路20および検出タイミング調整回路21が入力電圧を動作電圧として動作する場合について説明する。
In the present invention, the case where the
図2は、図1で説明した自励式降圧チョッパレギュレータ1の具体的回路図である。
FIG. 2 is a specific circuit diagram of the self-excited step-down
電圧検出回路20は、抵抗R5,R6,R11と、シャントレギュレータU1と、コンデンサC4とを含む。接続関係については、図7で説明したのと同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。なお、抵抗R11は、入力電圧端子Vinと電気的に結合されたノードN0とノードN7との間に接続される。これに伴い、電圧検出回路20は、入力電圧Viを動作電圧として駆動する。
検出タイミング調整回路21は、抵抗R2,R12〜R14と、可変抵抗VR1と、トランジスタTR2,TR5とを含む。
The detection
トランジスタTR5は、コレクタ側がノードN5と接続され、エミッタ側は抵抗R12を介してノードN4と接続される。またベース側は、電圧検出回路20からの出力信号の出力ノードN7と接続される。可変抵抗VR1は、ノードN3とノードN1との間に接続される。トランジスタTR2は、エミッタ側がノードN0と接続され、コレクタ側が抵抗R2を介してノードN3と接続される。またベース側は、抵抗R14を介してノードN5と接続される。抵抗R13は、ノードN0とノードN5との間に接続される。これに伴い、検出タイミング調整回路21は、入力電圧Viを動作電圧として駆動する。
Transistor TR5 has a collector side connected to node N5 and an emitter side connected to node N4 via resistor R12. The base side is connected to an output node N7 of an output signal from the
ドライブ回路14は、トランジスタTR3と、抵抗R7,R8とを含む。その接続関係については、図7で示したのと同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。なお、ドライブ回路14は、ノードN3から検出タイミング調整回路21からの信号の入力を受ける。また、帰還回路18は、コンデンサC2と、抵抗R10とを含む。その接続関係については、図7で示したのと同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。なお、検出タイミング調整回路21には図7の検出タイミング調整回路22におけるトランジスタTR1と同様の働きをするものではないが、ドライブ回路14のトランジスタTR3が同様の働きを実行する。検出タイミング調整回路21は、検出タイミング調整回路22と比較して、トランジスタTR5がさらに設けられている。これにより、電圧検出回路20の出力信号が一度論理反転する。そこで、検出タイミング調整回路21では、トランジスタTR1とTR3とが同じNPN型バイポーラトランジスタであることを利用して、トランジスタTR1を省いて、トランジスタTR3にトランジスタTR1の役割をさせている。また、同時にトランジスタTR1とトランジスタTR5とで二度行なっていた論理反転を一度に減らすことによって、論理反転の数を同じにしている。トランジスタTR5を追加した分、トランジスタTR1を省いているため、回路の構成要素としてトランジスタの個数は変わらない。
Drive
次に、本発明の実施の形態に従う自励式降圧チョッパレギュレータ1の動作について説明する。
Next, the operation of self-excited step-down
電源が投入されると、抵抗R11を介してシャントレギュレータU1のカソード側が「H」レベルとなる。これに伴い、トランジスタTR5にベース電流が流れ、トランジスタTR5がオンする。トランジスタTR5のオンに伴い、トランジスタTR2のベース電流が抵抗R14を介して流れ、トランジスタTR2もオンする。 When the power is turned on, the cathode side of the shunt regulator U1 becomes “H” level via the resistor R11. Accordingly, a base current flows through the transistor TR5 and the transistor TR5 is turned on. As the transistor TR5 is turned on, the base current of the transistor TR2 flows through the resistor R14, and the transistor TR2 is also turned on.
トランジスタTR2のオンにより、抵抗R2を介してトランジスタTR3に対してベース電流が流れる。したがって、ドライブ回路14のトランジスタTR3がオンする。ドライブ回路14のトランジスタTR3のオンにより、スイッチ素子12のトランジスタTR4がオンし、出力電圧端子Voutの電圧レベルが上昇する。なお、電圧検出回路20は、入力電圧Viを動作電圧として起動しているため、抵抗R11が起動回路の役割を果たすようになり、それによって図7に設けられていた起動回路は省かれている。
When the transistor TR2 is turned on, a base current flows to the transistor TR3 via the resistor R2. Therefore, the transistor TR3 of the
出力電圧の分圧値がシャントレギュレータU1の基準電圧(しきい値電圧)を超えると、シャントレギュレータU1のカソード側が「L」レベルとなり、トランジスタTR5がオフする。トランジスタTR5のオフに伴い、トランジスタTR2,TR3がそれぞれオフし、スイッチ素子12のトランジスタTR4がオフして出力電圧端子Voutの電圧レベルが下降する。
When the divided value of the output voltage exceeds the reference voltage (threshold voltage) of the shunt regulator U1, the cathode side of the shunt regulator U1 becomes “L” level, and the transistor TR5 is turned off. As the transistor TR5 is turned off, the transistors TR2 and TR3 are turned off, the transistor TR4 of the
また、出力電圧の分圧値がシャントレギュレータU1の基準電圧(しきい値電圧)より低くなると、シャントレギュレータU1はオフする。これに伴い、シャントレギュレータのカソード側が「H」レベルとなり、トランジスタTR5がオンする。トランジスタTR5のオンに伴い、トランジスタTR2,TR3がそれぞれオンし、スイッチ素子12のトランジスタTR4がオンして出力電圧端子Voutの電圧レベルが上昇する。
Further, when the divided value of the output voltage becomes lower than the reference voltage (threshold voltage) of the shunt regulator U1, the shunt regulator U1 is turned off. Accordingly, the cathode side of the shunt regulator becomes “H” level, and the transistor TR5 is turned on. As the transistor TR5 is turned on, the transistors TR2 and TR3 are turned on, the transistor TR4 of the
このようにしてスイッチ素子12のトランジスタTR4は、一連のフィードバックループの遅延時間で定まる一定の周波数でスイッチング動作を繰返し、出力電圧端子Voutの出力電圧は一定に保たれる。
In this way, the transistor TR4 of the
本発明の実施の形態に従う自励式降圧チョッパレギュレータ1のスイッチング周波数すなわち発振周波数は、トランジスタTR3のベース蓄積電荷の放電時間と相関関係があるため可変抵抗VR1の抵抗値を調整することにより、発振周波数を調整することができる。具体的には可変抵抗VR1の抵抗値を小さくすると、トランジスタTR3のベース蓄積電荷の放電時間が短くなるので遅延時間が短くなり結果的に自励式降圧チョッパレギュレータの発振周波数は高くなる。一方、可変抵抗VR1の抵抗値を大きくすると、トランジスタTR3のベース蓄積電荷の放電時間が長くなるため、遅延時間が長くなり結果的に自励式降圧チョッパレギュレータの発振周波数は低くなることとなる。この点については、従来の構成と同様である。
Since the switching frequency, that is, the oscillation frequency of self-excited step-down
本発明の実施の形態に従う自励式降圧チョッパレギュレータ1の構成により、シャントレギュレータの基準電圧Vref(しきい値電圧)が低電圧である場合においても、入力電圧(≫出力電圧)を用いて電圧検出回路20および検出タイミング調整回路21を駆動することが可能であるため、正常に動作させることが可能であり、所望の発振周波数に制御することができる。
With the configuration of the self-excited step-down
図3は、基準電圧Vref(=1.24ボルト)のシャントレギュレータを用いて出力電圧を出力する場合の負荷変動特性を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the load fluctuation characteristics when the output voltage is output using the shunt regulator of the reference voltage Vref (= 1.24 volts).
図3に示されるように、低電圧出力の自励式降圧チョッパレギュレータにおいても、負荷特性が変動すなわち負荷電流が変化した場合においても所望の低電圧(1.24V)を維持し続けることが可能となっている。 As shown in FIG. 3, even in a low voltage output self-excited step-down chopper regulator, it is possible to continue to maintain a desired low voltage (1.24 V) even when the load characteristics fluctuate, that is, the load current changes. It has become.
図4は、可変抵抗VR1の抵抗値を調整した場合の発振周波数の変動を説明する図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the fluctuation of the oscillation frequency when the resistance value of the variable resistor VR1 is adjusted.
図4に示されるように、可変抵抗VR1の抵抗値を調整することにより発振周波数が線形に変動している図が示されている。すなわち、抵抗値を調整することにより所望の発振周波数に調整することができる。 As shown in FIG. 4, a diagram is shown in which the oscillation frequency varies linearly by adjusting the resistance value of the variable resistor VR1. That is, it is possible to adjust to a desired oscillation frequency by adjusting the resistance value.
すなわち、本願の実施の形態に従う低電圧出力の自励式降圧チョッパレギュレータにおいて、入力電圧を動作電圧とすることにより線形にすなわち正常に制御させることが可能となっている。 In other words, the low voltage output self-excited step-down chopper regulator according to the embodiment of the present application can be controlled linearly, that is, normally, by using the input voltage as the operating voltage.
図5は、スイッチ素子をバイポーラトランジスタからMOSトランジスタに置換した場合の自励式降圧チョッパレギュレータ1#の回路構成図である。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of self-excited step-down
図5を参照して、自励式降圧チョッパレギュレータ1♯について説明する。自励式降圧チョッパレギュレータ1♯は、スイッチ素子12をスイッチ素子12#に置換し、ドライブ回路14をドライブ回路15に置換した点が自励式降圧チョッパレギュレータ1と異なる。さらに、検出タイミング調整回路21を検出タイミング調整回路23に置換している。その他の点は同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。
A self-excited step-down
スイッチ素子12#は、MOSトランジスタTR4#を含む。検出タイミング調整回路23は、トランジスタTR2のベース側の抵抗R14を除いた点がことなる。その他の点は同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。
ドライブ回路15は、トランジスタTR3,TR6,TR7と、抵抗R12,R15,R16と、コンデンサC5とを含む。
Drive
トランジスタTR7は、コレクタ側がノードN0と接続され、エミッタ側がノードN2と接続される。またベース側は抵抗R15を介してノードN0と接続される。トランジスタTR6は、エミッタ側がノードN2と接続され、コレクタ側がノードN10と接続される。ベース側はノードN9と接続される。トランジスタTR3は、エミッタ側がノードN1と接続され、コレクタ側が抵抗R16を介してノードN9と接続される。ベース側はノードN3と接続される。抵抗R12は、ノードN1とノードN10との間に接続される。コンデンサC5は、ノードN1とノードN10との間に抵抗R12と並列に接続される。 Transistor TR7 has a collector side connected to node N0 and an emitter side connected to node N2. The base side is connected to the node N0 through the resistor R15. Transistor TR6 has an emitter side connected to node N2 and a collector side connected to node N10. The base side is connected to the node N9. Transistor TR3 has an emitter side connected to node N1 and a collector side connected to node N9 via resistor R16. The base side is connected to the node N3. Resistor R12 is connected between nodes N1 and N10. Capacitor C5 is connected in parallel with resistor R12 between nodes N1 and N10.
電源が投入されると、抵抗R11を介してシャントレギュレータU1のカソード側が「H」レベルとなる。これに伴い、トランジスタTR5にベース電流が流れ、トランジスタTR5がオンする。トランジスタTR5のオンに伴い、トランジスタTR2のベース電流が抵抗R13を介して流れ、トランジスタTR2もオンする。 When the power is turned on, the cathode side of the shunt regulator U1 becomes “H” level via the resistor R11. Accordingly, a base current flows through the transistor TR5 and the transistor TR5 is turned on. As the transistor TR5 is turned on, the base current of the transistor TR2 flows through the resistor R13, and the transistor TR2 is also turned on.
トランジスタTR2のオンにより、抵抗R2を介してトランジスタTR3に対してベース電流が流れる。したがって、ドライブ回路15のトランジスタTR3がオンする。ドライブ回路15のトランジスタTR3のオンにより、トランジスタTR6,TR7にベース電流が流れ、トランジスタTR6,TR7もオンする。トランジスタTR6,TR7のオンに伴い、スイッチ素子12#のトランジスタTR4#がオンし、出力電圧端子Voutの電圧レベルが上昇する。
When the transistor TR2 is turned on, a base current flows to the transistor TR3 via the resistor R2. Therefore, the transistor TR3 of the
出力電圧の分圧値がシャントレギュレータU1の基準電圧(しきい値電圧)を超えると、シャントレギュレータU1のカソード側が「L」レベルとなりトランジスタTR5がオフする。トランジスタTR5のオフに伴い、トランジスタTR2,TR3がそれぞれオフする。これに伴い、トランジスタTR6,TR7もオフし、スイッチ素子12#のトランジスタTR4#がオフして出力電圧端子Voutの電圧レベルが下降する。
When the divided value of the output voltage exceeds the reference voltage (threshold voltage) of the shunt regulator U1, the cathode side of the shunt regulator U1 becomes “L” level and the transistor TR5 is turned off. As the transistor TR5 is turned off, the transistors TR2 and TR3 are turned off. Accordingly, the transistors TR6 and TR7 are also turned off, the transistor TR4 # of the
また、出力電圧の分圧値がシャントレギュレータU1の基準電圧(しきい値電圧)より低くなると、シャントレギュレータU1はオフする。これに伴い、シャントレギュレータのカソード側が「H」レベルとなり、トランジスタTR5がオンする。トランジスタTR5のオンに伴い、トランジスタTR2,TR3がそれぞれオンする。これに伴い、トランジスタTR6,TR7もオンし、スイッチ素子12#のトランジスタTR4#がオンして出力電圧端子Voutの電圧レベルが上昇する。
Further, when the divided value of the output voltage becomes lower than the reference voltage (threshold voltage) of the shunt regulator U1, the shunt regulator U1 is turned off. Accordingly, the cathode side of the shunt regulator becomes “H” level, and the transistor TR5 is turned on. As the transistor TR5 is turned on, the transistors TR2 and TR3 are turned on. Accordingly, the transistors TR6 and TR7 are also turned on, the transistor TR4 # of the
本構成により、入力電圧を用いて電圧検出回路20および検出タイミング調整回路23を駆動することが可能であるため、出力電圧としてシャントレギュレータの基準電圧Vref以下の電圧レベルにおいても正常に動作させることが可能であり、所望の発振周波数に制御することができる。
With this configuration, it is possible to drive the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,1#,10 チョッパレギュレータ、12,12# スイッチ素子、14,15 ドライブ回路、16 起動回路、18 帰還回路、20 電圧検出回路、21,22,23 検出タイミング調整回路、24 負荷。 1, 1 #, 10 chopper regulator, 12, 12 # switch element, 14, 15 drive circuit, 16 start-up circuit, 18 feedback circuit, 20 voltage detection circuit, 21, 22, 23 detection timing adjustment circuit, 24 load.
Claims (4)
前記スイッチ素子を駆動するドライブ回路と、
前記出力電圧を検出して前記ドライブ回路を制御する信号を出力する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路と前記ドライブ回路との間に設けられ、前記ドライブ回路を制御する信号を出力するタイミングを調整するタイミング調整回路とを備え、
前記電圧検出回路および前記タイミング調整回路は、前記入力電圧の供給を受けて動作し、
前記タイミング調整回路は、
前記電圧検出回路の出力に基づいてスイッチングする第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのスイッチングに応答して動作する第2のトランジスタとを含み、
前記第1のトランジスタは、ベースが前記電圧検出回路に接続され、コレクタが前記第2のトランジスタのベースに接続されるとともに、エミッタに前記出力電圧が印加され、
前記第2のトランジスタは、エミッタが前記スイッチ素子の入力側に接続されるとともにベースがバイアス抵抗を介して前記スイッチ素子の入力側に接続され、コレクタが前記ドライブ回路に接続される、自励式降圧チョッパレギュレータ。 A switch element for switching the input voltage;
A drive circuit for driving the switch element;
A voltage detection circuit that detects the output voltage and outputs a signal for controlling the drive circuit;
A timing adjustment circuit that is provided between the voltage detection circuit and the drive circuit and adjusts the timing of outputting a signal for controlling the drive circuit;
The voltage detection circuit and the timing adjustment circuit operate by receiving the input voltage ,
The timing adjustment circuit includes:
A first transistor that switches based on an output of the voltage detection circuit;
A second transistor that operates in response to switching of the first transistor;
The first transistor has a base connected to the voltage detection circuit, a collector connected to the base of the second transistor, and the output voltage applied to the emitter.
In the second transistor, an emitter is connected to the input side of the switch element, a base is connected to the input side of the switch element via a bias resistor, and a collector is connected to the drive circuit. Chopper regulator.
前記シャントレギュレータは、バイアス抵抗を介して前記入力電圧の供給を受ける、請求項1〜3のいずれかに記載の自励式降圧チョッパレギュレータ。 The voltage detection circuit includes a shunt regulator that operates according to a voltage generated based on the output voltage,
The self-excited step-down chopper regulator according to claim 1, wherein the shunt regulator is supplied with the input voltage via a bias resistor .
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