JP4894425B2 - Voltage source circuit - Google Patents
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Description
本発明は、出力キャパシタを用いた電圧源回路に関し、特に出力キャパシタの端子電圧を一定時間で直線的にグランド電位まで降下させる電圧源回路に関する。 The present invention relates to a voltage source circuit using an output capacitor, and more particularly to a voltage source circuit that drops a terminal voltage of an output capacitor linearly to a ground potential in a certain time.
基準電圧源により充電された出力キャパシタの端子電圧を時間とともにグランド電位(0V)まで降下させる場合、例えば図9に示すような電圧源回路が用いられる。図9は従来の電圧源回路の構成を示す図であり、この電圧源回路では、基準電圧源101によりスイッチSW101を介して出力キャパシタC101に電荷を蓄えておき、初期電圧値を与える。そして、スイッチSW101を切断して電荷の供給を遮断し、抵抗R101により出力キャパシタC101の電荷を放電させることによってその端子電圧を降下させる。
When dropping the terminal voltage of the output capacitor charged by the reference voltage source to the ground potential (0 V) with time, for example, a voltage source circuit as shown in FIG. 9 is used. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional voltage source circuit. In this voltage source circuit, charges are stored in the output capacitor C101 via the switch SW101 by the
ここで、出力キャパシタC101の容量値もC101(F)で表し、基準電圧源101の電圧値(初期電圧値)をV101(V)、抵抗R101に流れる電流値をI101(A)とすると、放電終了時間、すなわち出力キャパシタC101の端子電圧がグランド電位まで降下するまでの時間t101は、次式で表される。
Here, the capacitance value of the output capacitor C101 is also represented by C101 (F), the voltage value (initial voltage value) of the
t101=C101×V101/I101……(1)
なお、出力キャパシタC101の放電回路には、抵抗R101に代えて定電流回路が用いられることもある。
Note that a constant current circuit may be used instead of the resistor R101 for the discharge circuit of the output capacitor C101.
ところで、上記のような従来の電圧源回路においては、出力キャパシタに蓄えられる初期電荷、つまり出力キャパシタの初期電圧値を決定する基準電圧源と、出力キャパシタの放電電流量を決定する抵抗(もしくは定電流回路)は、それぞれ異なる素子により構成されており、電源電圧の変化、温度変化、製造ばらつきなどによって各素子、回路の特性が変動した場合、それらの特性の変動の割合は互いに独立したものとなる。 By the way, in the conventional voltage source circuit as described above, the initial charge stored in the output capacitor, that is, the reference voltage source that determines the initial voltage value of the output capacitor, and the resistor (or constant) that determines the discharge current amount of the output capacitor. Current circuit) is composed of different elements, and when the characteristics of each element and circuit fluctuate due to changes in power supply voltage, temperature changes, manufacturing variations, etc., the rate of fluctuation of those characteristics is independent of each other. Become.
このため、例えば温度変化によって基準電圧源の電圧値、出力キャパシタの放電電流量及び容量値がそれぞれkv倍、ki倍、kc倍に変動した場合、上記(1)式から放電終了時間は(kc×kv/ki)倍になり、出力キャパシタの端子電圧の降下開始からグランド電位に達するまでの時間が変動するという問題点がある。 For this reason, for example, when the voltage value of the reference voltage source, the discharge current amount and the capacitance value of the output capacitor fluctuate to kv times, ki times, and kc times due to temperature changes, for example, the discharge end time is (kc Xkv / ki) times, and there is a problem that the time from the start of the drop of the terminal voltage of the output capacitor to the arrival at the ground potential varies.
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、基準電圧源、出力キャパシタ及びその放電系統を構成する各素子、回路の特性に変動があっても、出力キャパシタの端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができ、信頼性の高い電圧源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and the terminal voltage of the output capacitor is always maintained even if the characteristics of the reference voltage source, the output capacitor, each element constituting the discharge system, and the circuit vary. An object of the present invention is to provide a highly reliable voltage source circuit that can be lowered linearly to a ground potential in a certain time.
本発明では上記課題を解決するために、出力キャパシタを充電して初期電圧値を与える基準電圧源と、前記基準電圧源と同一特性を持つ第2、第3の電圧源、前記第2の電圧源から第1の倍率回路及び基準抵抗を介して駆動電流が供給される第1のトランジスタ、及び前記第3の電圧源から第2の倍率回路を介して反転入力端子に電圧が供給されるとともに前記基準抵抗と前記第1のトランジスタとの接続点の電圧が非反転入力端子に供給され、前記第1のトランジスタの駆動電流を制御する第1の演算増幅器を有する定電流回路と、前記出力キャパシタを前記定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で放電させる放電回路と、を備えたことを特徴とする電圧源回路が提供される。 In the present invention, in order to solve the above-described problem, a reference voltage source that charges an output capacitor to give an initial voltage value, second and third voltage sources having the same characteristics as the reference voltage source, and the second voltage A voltage is supplied to the inverting input terminal from the first transistor to which a driving current is supplied from a source through a first magnification circuit and a reference resistor, and from the third voltage source through a second magnification circuit. A constant current circuit having a first operational amplifier for supplying a voltage at a connection point between the reference resistor and the first transistor to a non-inverting input terminal and controlling a driving current of the first transistor, and the output capacitor There is provided a voltage source circuit comprising: a discharge circuit that discharges at a current value correlated with a current value flowing through the constant current circuit.
このような電圧源回路によれば、定電流回路が基準電圧源の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有し、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタを放電させるので、基準電圧源、出力キャパシタ及びその放電系統を構成する各素子、回路の特性に変動があっても、出力キャパシタの端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。 According to such a voltage source circuit, it has a characteristic variation with a correlation constant current circuit and characteristic variations of the reference voltage source, discharging the output capacitor with a current value having a correlation with the current value flowing to the constant current circuit Therefore, even if the characteristics of the reference voltage source, the output capacitor, each element constituting the discharge system, and the circuit vary, the terminal voltage of the output capacitor can always be lowered linearly to the ground potential in a certain time. .
本発明の電圧源回路は、基準電圧源の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタを放電させるので、基準電圧源、出力キャパシタ及びその放電系統を構成する各素子、回路の特性に変動があっても、出力キャパシタの端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができ、信頼性が向上するという利点がある。 The voltage source circuit of the present invention includes a constant current circuit having a characteristic variation correlated with the characteristic variation of the reference voltage source, and discharges the output capacitor with a current value correlated with the current value flowing through the constant current circuit. Even if there are fluctuations in the characteristics of the reference voltage source, the output capacitor, each element constituting the discharge system, and the circuit, the terminal voltage of the output capacitor can always be lowered linearly to the ground potential in a certain time. There is an advantage of improving the performance.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。この電圧源回路は、スイッチSW1を通して出力キャパシタC1を充電して初期電圧値を与える基準電圧源1と、基準電圧源1と同一特性を持つ二つの第2の電圧源2及び第3の電圧源3を備えており、第2の電圧源2及び第3の電圧源3、倍率回路4,5、基準抵抗R1、第2の電圧源2から倍率回路4及び基準抵抗R1を介して駆動電流が供給されるトランジスタ(MOSFET)Q1、及びトランジスタQ1の駆動電流を制御するオペアンプ(第1の演算増幅器)OP1により、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路が構成されている。また、出力キャパシタC1と並列にトランジスタQ1と同一のトランジスタQ2が放電回路として接続され、上記定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1が放電される。図1の回路では、定電流回路のトランジスタQ1と放電回路のトランジスタQ2によりカレントミラー回路が構成され、定電流回路に流れる電流値に比例した電流値で出力キャパシタC1が放電される。また、この電圧源回路は、1つの半導体基板上に集積して形成することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a voltage source circuit according to a first embodiment of the present invention. The voltage source circuit includes a reference voltage source 1 that charges an output capacitor C1 through a switch SW1 to give an initial voltage value, two
上記のように構成された電圧源回路においては、初期値決定用の基準電圧源1によって出力キャパシタC1に初期電荷が蓄えられ、放電電流決定用の第2の電圧源2の電圧値が基準抵抗R1及びオペアンプOP1を用いた回路によって定電流に変換され、その定電流で出力キャパシタC1に蓄えられた電荷が放電される。そして、出力キャパシタC1の端子電圧が出力端子Toから出力され、直線降下型の電圧源として使用される。
In the voltage source circuit configured as described above, the initial charge is stored in the output capacitor C1 by the reference voltage source 1 for determining the initial value, and the voltage value of the
詳細に説明すると、基準電圧源1で決定された初期電圧値に比例した電荷がスイッチSW1を介して出力キャパシタC1に蓄えられる。また、基準電圧源1と同一の回路構成の第2の電圧源2及び第3の電圧源3の電圧値が抵抗分圧などによる任意の倍率回路4,5で増倍あるいは減衰され、オペアンプOP1、基準抵抗R1及びトランジスタQ1とともに出力キャパシタC1の放電用の基準電流が作られる。
More specifically, a charge proportional to the initial voltage value determined by the reference voltage source 1 is stored in the output capacitor C1 via the switch SW1. Further, the voltage values of the
そして、図1のc点の電圧値はオペアンプOP1−トランジスタQ1のフィードバックループによりb点の電圧値と等しくなるため、基準抵抗R1の両端に印加される電圧値はa点とb点の電圧値の差分と等しくなる。このとき、第2の電圧源2と第3の電圧源3は基準電圧源1と同一回路構成であるため、a点とb点の差分電圧値は基準電圧源1から出力されたd点の電圧値に比例し、互いの電圧値の変動割合にも相関が生じる。基準電圧源1と第2の電圧源2及び第3の電圧源3を基板上で近接して配置しておけば、それらの特性はより近づき、変動割合の相関を強めることができる。
Since the voltage value at point c in FIG. 1 becomes equal to the voltage value at point b by the feedback loop of the operational amplifier OP1-transistor Q1, the voltage value applied across the reference resistor R1 is the voltage value at points a and b. Is equal to the difference. At this time, since the
ここで、基準抵抗R1としてばらつき、温度依存性の小さい高濃度のN型Poly−Si抵抗などを使用し、抵抗値の変動分を十分小さく抑えることによって、基準抵抗R1とトランジスタQ1に、d点の電圧値に比例し、かつ変動割合にも相関のある電流を流すことが可能となる。また、トランジスタQ1とトランジスタQ2はカレントミラー構成になっているため、出力キャパシタC1を放電させるトランジスタQ2の電流値はトランジスタQ1の電流値に比例し、同様の特性を持つ。そこで、トランジスタQ1とトランジスタQ2のミラー比の調整により、トランジスタQ2のインピーダンスを十分高くしておくことによって、トランジスタQ2が与えるd点の電圧値への影響を十分小さくすることができる。 Here, by using a high-concentration N-type Poly-Si resistor that varies as the reference resistor R1 and has a small temperature dependence, the fluctuation of the resistance value is suppressed to be sufficiently small, so that the reference resistor R1 and the transistor Q1 have d points. It is possible to pass a current that is proportional to the voltage value of and that has a correlation with the fluctuation rate. Since the transistors Q1 and Q2 have a current mirror configuration, the current value of the transistor Q2 that discharges the output capacitor C1 is proportional to the current value of the transistor Q1, and has similar characteristics. Therefore, by adjusting the mirror ratio of the transistors Q1 and Q2 to keep the impedance of the transistor Q2 sufficiently high, the influence on the voltage value at the point d given by the transistor Q2 can be sufficiently reduced.
上記の回路構成で、基準抵抗R1の抵抗値もR1と表し、d点の電圧値をVd、倍率回路4,5の倍率値をk1,k2、トランジスタQ1,Q2のミラー比をM1とすると、トランジスタQ2に流れる放電電流I1は、次式で表される。
In the above circuit configuration, the resistance value of the reference resistor R1 is also expressed as R1, the voltage value at the point d is Vd, the magnification values of the
I1=M1×(k1−k2)×Vd/R1……(2)
そして、任意の時刻でスイッチSW1を切断することにより、出力キャパシタC1に供給される電荷が遮断され、トランジスタQ2による放電が始まるが、出力キャパシタC1の容量値もC1と表すと、式(2)により放電終了時間t1は、次式で表される。
I1 = M1 × (k1−k2) × Vd / R1 (2)
Then, by disconnecting the switch SW1 at an arbitrary time, the charge supplied to the output capacitor C1 is cut off, and the discharge by the transistor Q2 starts. When the capacitance value of the output capacitor C1 is also expressed as C1, Equation (2) Thus, the discharge end time t1 is expressed by the following equation.
t1=C1×R1/(M1×(k1−k2))……(3)
式(3)により、電源電圧の変化、温度変化、製造ばらつきなどにより基準電圧源1により決定される初期電圧値が変動した場合でも、放電電流も同様に変動し、両特性の変動分は相殺され、放電電流終了時間には影響しない。このため、出力キャパシタC1の端子電圧は、倍率回路4,5の倍率値、基準抵抗R1の抵抗値、トランジスタQ1,Q2のミラー比、出力キャパシタC1の容量値で決定される時間で直線的にグランド電位まで降下する。そして、これらの特性変動分は小さいので、出力端子Toの電圧値は常に安定した時間で直線的にグランド電位まで降下する。
t1 = C1 * R1 / (M1 * (k1-k2)) (3)
According to equation (3), even when the initial voltage value determined by the reference voltage source 1 fluctuates due to changes in power supply voltage, temperature changes, manufacturing variations, etc., the discharge current also fluctuates in the same way, and the fluctuations in both characteristics are offset. The discharge current end time is not affected. Therefore, the terminal voltage of the output capacitor C1 is linearly determined by the time determined by the magnification value of the
図2は実施の形態の温度変化による出力キャパシタC1の放電時間を示す図である。初期電圧値であるd点の電圧値Vdが温度変化に伴って変動しても、放電電流を決定するためのa点とb点の間の差分電圧Va−Vcも温度特性が等しいので同様に変動し、出力キャパシタC1の放電時間はほぼ一定となる。このため、図3に示すように、出力端子Toの初期電圧値が異なっていても、電圧降下開始時刻よりグランド電位に到達するまでの時間は一定となる。図3は実施の形態の出力端子Toの電圧値がグランド電位まで降下する時間を示す図であり、温度が100℃のときと25℃のときの降下時間を示している。 FIG. 2 is a diagram illustrating a discharge time of the output capacitor C1 due to a temperature change according to the embodiment. Even if the voltage value Vd at the point d, which is the initial voltage value, fluctuates as the temperature changes, the difference voltage Va-Vc between the points a and b for determining the discharge current is also equal in temperature characteristic. As a result, the discharge time of the output capacitor C1 becomes substantially constant. For this reason, as shown in FIG. 3, even when the initial voltage value of the output terminal To is different, the time from the voltage drop start time until reaching the ground potential is constant. FIG. 3 is a diagram showing the time during which the voltage value of the output terminal To drops to the ground potential according to the embodiment, and shows the time when the temperature is 100 ° C. and 25 ° C.
以上のように、第1の実施の形態では、初期電圧値決定用の基準電圧源1と特性変動に相関関係のある第2の電圧源2及び第3の電圧源3を用い、初期電圧値に比例し、かつその変動割合が初期電圧値と相関のある電流量を持つ定電流回路を構成し、その電流量に比例した電流量で出力キャパシタC1を放電させる。このため、電源電圧の変化、温度変化、製造ばらつきなどによって初期電圧値や放電電流量が変動した場合でも、その変動割合は相関を持っているので、前述の(3)式のようにそれらの変動分を相殺することができ、放電終了時間の変動は出力キャパシタC1の変動分のみに抑えることができる。
As described above, in the first embodiment, the initial voltage value is determined by using the reference voltage source 1 for determining the initial voltage value and the
一般的に、キャパシタの電源電圧、温度、製造ばらつきによる変動割合は小さいので、上記の構成により、基準電圧源1、出力キャパシタC1及びその放電系統を構成する各素子、回路の特性に変動があっても、常に一定時間で出力キャパシタC1の端子電圧をグランド電位まで直線的に降下させることができ、信頼性が向上したものとなる。 In general, since the fluctuation ratio due to the power supply voltage, temperature, and manufacturing variation of the capacitor is small, the characteristics of the elements and circuits constituting the reference voltage source 1, the output capacitor C1, and the discharge system thereof vary due to the above configuration. However, the terminal voltage of the output capacitor C1 can always be linearly dropped to the ground potential in a certain time, and the reliability is improved.
図4は本発明の第2の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。第2の実施の形態では、図1に示す基準電圧源1が定電流回路の電圧源と共用になっており、基準電圧源1と第2の電圧源2を用いて定電流回路が構成されている。その他は図1の回路と同様の構成であり、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1を放電させるので、出力キャパシタC1の端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the voltage source circuit according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the reference voltage source 1 shown in FIG. 1 is shared with the voltage source of the constant current circuit, and the constant voltage circuit is configured by using the reference voltage source 1 and the
図5は本発明の第3の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。第3の実施の形態においても、図1に示す基準電圧源1が定電流回路の電圧源と共用になっており、基準電圧源1と第2の電圧源2を用いて定電流回路が構成されている。その他は図1の回路と同様の構成であり、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1を放電させるので、出力キャパシタC1の端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the voltage source circuit according to the third embodiment of the present invention. Also in the third embodiment, the reference voltage source 1 shown in FIG. 1 is shared with the voltage source of the constant current circuit, and the constant current circuit is configured by using the reference voltage source 1 and the
図6は本発明の第4の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。第4の実施の形態においても、図1に示す基準電圧源1が定電流回路の電圧源と共用になっており、一つの基準電圧源1を用いて定電流回路が構成されている。その他は図1の回路と同様の構成であり、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1を放電させるので、出力キャパシタC1の端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a voltage source circuit according to the fourth embodiment of the present invention. Also in the fourth embodiment, the reference voltage source 1 shown in FIG. 1 is shared with the voltage source of the constant current circuit, and the constant current circuit is configured by using one reference voltage source 1. The rest of the configuration is the same as that of the circuit of FIG. 1, and a constant current circuit having a characteristic variation correlated with the characteristic variation of the reference voltage source 1 is provided. Since the output capacitor C1 is discharged, the terminal voltage of the output capacitor C1 can always be lowered linearly to the ground potential in a certain time.
図7は本発明の第5の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。第5の実施の形態においても、図1に示す基準電圧源1が定電流回路の電圧源と共用になっており、一つの基準電圧源1を用いて定電流回路が構成されている。出力キャパシタC1には基準電圧源1からオペアンプ(第2の演算増幅器)OP2を介して初期電圧値が与えられ、また基準電圧源1の電圧が抵抗R2,R3によって分圧され、その分圧された電圧がオペアンプOP1の反転入力端子に入力される。その他は図6の回路と同様の構成であり、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1を放電させるので、出力キャパシタC1の端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the voltage source circuit according to the fifth embodiment of the present invention. Also in the fifth embodiment, the reference voltage source 1 shown in FIG. 1 is shared with the voltage source of the constant current circuit, and the constant current circuit is configured by using one reference voltage source 1. The output capacitor C1 is given an initial voltage value from the reference voltage source 1 via an operational amplifier (second operational amplifier) OP2, and the voltage of the reference voltage source 1 is divided by resistors R2 and R3 and divided. Voltage is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The other configuration is the same as that of the circuit of FIG. 6, and includes a constant current circuit having a characteristic variation correlated with the characteristic variation of the reference voltage source 1, and a current value correlated with a current value flowing through the constant current circuit. Since the output capacitor C1 is discharged, the terminal voltage of the output capacitor C1 can always be lowered linearly to the ground potential in a certain time.
図8は本発明の第6の実施の形態の電圧源回路の構成を示す図である。第6の実施の形態では、図1に示す第2の電圧源2が第3の電圧源3と共用になっており、一つの第2の電圧源2を用いて定電流回路が構成されている。その他は図7の回路と同様の構成であり、基準電圧源1の特性変動と相関関係を持つ特性変動を有する定電流回路を備え、この定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で出力キャパシタC1を放電させるので、出力キャパシタC1の端子電圧を常に一定時間で直線的にグランド電位まで降下させることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the voltage source circuit according to the sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the
1 基準電圧源
2 第2の電圧源
3 第3の電圧源
4,5 倍率回路
C1 出力キャパシタ
OP1,OP2 オペアンプ
Q1,Q2 トランジスタ
R1 基準抵抗
R2,R3 抵抗
SW1 スイッチ
To 出力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記基準電圧源と同一特性を持つ第2、第3の電圧源、前記第2の電圧源から第1の倍率回路及び基準抵抗を介して駆動電流が供給される第1のトランジスタ、及び前記第3の電圧源から第2の倍率回路を介して反転入力端子に電圧が供給されるとともに前記基準抵抗と前記第1のトランジスタとの接続点の電圧が非反転入力端子に供給され、前記第1のトランジスタの駆動電流を制御する第1の演算増幅器を有する定電流回路と、
前記出力キャパシタを前記定電流回路に流れる電流値と相関のある電流値で放電させる放電回路と、を備えたことを特徴とする電圧源回路。 A reference voltage source that charges the output capacitor to provide an initial voltage value;
Second and third voltage sources having the same characteristics as the reference voltage source , a first transistor to which a drive current is supplied from the second voltage source via a first multiplier circuit and a reference resistor, and the second transistor Voltage is supplied from the voltage source 3 to the inverting input terminal via the second magnification circuit, and the voltage at the connection point between the reference resistor and the first transistor is supplied to the non-inverting input terminal. A constant current circuit having a first operational amplifier for controlling a driving current of the transistor ;
A voltage source circuit comprising: a discharge circuit that discharges the output capacitor at a current value correlated with a current value flowing through the constant current circuit.
前記第2の倍率回路は抵抗分圧回路によって構成されていることを特徴とする請求項4または5記載の電圧源回路。 6. The voltage source circuit according to claim 4, wherein the second magnification circuit is constituted by a resistance voltage dividing circuit.
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