JP4966592B2

JP4966592B2 - 電源回路

Info

Publication number: JP4966592B2
Application number: JP2006160781A
Authority: JP
Inventors: 義和佐々木; 勲山本; 昌男米丸
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: CN101087107A; US7642761B2; US20070296388A1; US20090045789A1; JP2007328680A; US7456619B2

Description

本発明は、オン／オフに切り換え可能なレギュレータを備えた電源回路に関する。

従来、オン／オフに切り換え可能なレギュレータを備えた電源回路が知られている。例えば、特許文献１には、基準電圧発生回路と、レギュレータと、基準電圧発生回路とレギュレータとの間に設けられたローパスフィルターを備えた電源回路が開示されている。

上記電源回路におけるレギュレータは、基準電圧発生回路から出力される基準電圧と略同じ電圧値の参照電圧と出力側からフィードバックされる帰還電圧とが入力される差動増幅回路と、差動増幅回路の出力側に設けられた制御用トランジスタとを備えている。また、ローパスフィルターは、基準電圧発生回路とレギュレータとの間に直列接続された抵抗と、並列接続されたコンデンサからなる。

この電源回路では、差動増幅回路に基準電圧発生回路から参照電圧が入力されると共に、出力側から帰還電圧が入力されると、差動増幅回路が両電圧を比較し、その比較結果に基づいて制御用トランジスタを制御して出力電圧を一定に保つ。また、基準電圧発生回路と差動増幅回路との間に設けられたローパスフィルターによって、リップル電圧を抑制する。
特開平８−２７２４６１号公報

しかしながら、レギュレータの差動増幅回路がオン／オフに切り換え可能な電源回路に、特許文献１の技術を適用した場合、レギュレータをオフ状態からオン状態に切り換えた際に突入電流がレギュレータから出力されるといった問題がある。

具体的には、基準電圧発生回路から基準電圧が出力されている状態で、レギュレータをオフ状態からオン状態に切り換えると、ローパスフィルターのコンデンサにはすでに電荷が蓄えられているため、レギュレータの差動増幅回路には基準電圧と同じ電圧値の参照電圧が瞬間的に入力される。

一方、レギュレータがオフ状態からオン状態に切り換わった際には、出力側から差動増幅回路にフィードバックされる帰還電圧は略０Ｖとなっている。従って、これらの参照電圧と帰還電圧とを比較した差動増幅回路は、その差が大きいために制御用トランジスタが大電流を流すように制御するので、レギュレータから制御用トランジスタを介して、レギュレータに接続された電子部品等に突入電流が流れる。

この結果、レギュレータに接続された電子部品などが破損するといった問題がある。また、突入電流によりレギュレータに電力を供給するバッテリー等の電圧が低下して、電子部品の誤動作を招くといった問題がある。尚、突入電流を防止するために、レギュレータに過電流リミッタを内蔵させる技術も知られているが、レギュレータの構成を複雑にするといった問題が生じる。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、容易に突入電流を防止することができる電源回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基準電圧を発生させるための基準電圧発生回路と、前記基準電圧発生回路から出力された基準電圧に基づく参照電圧により出力電圧を制御すると共にオン／オフに切り換え可能なレギュレータとを備えた電源回路において、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータが接続されるラインに一端が接続されるコンデンサと、前記レギュレータがオフ状態の際に、前記コンデンサを放電するための放電回路と、前記放電回路が有する前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に直列接続された第１スイッチおよび前記第１スイッチと前記コンデンサに並列接続された第２スイッチと、前記レギュレータが有する差動増幅回路と、前記放電回路の前記第１スイッチおよび前記第２スイッチとをオン／オフに切り換えて制御する起動制御回路とを備え、前記起動制御回路によって、前記レギュレータがオフ状態の際には、前記第１スイッチがオフ状態にされると共に、前記第２スイッチがオン状態にされ、且つ、前記差動増幅回路もオフ状態にされ、前記レギュレータがオン状態の際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオン状態にされると共に、前記第２スイッチがオフ状態にされ、前記レギュレータをオン状態からオフ状態に切り換えた際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオフ状態にされると共に、前記第２スイッチがオン状態にされ、前記レギュレータをオフ状態からオン状態に切り換えた際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオン状態にされると共に、前記第２スイッチがオフ状態にされるように制御されることを特徴とする電源回路である。

また、請求項２の発明は、前記コンデンサを含むフィルター回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路である。

また、請求項３の発明は、前記放電回路を含むバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源回路である。

また、請求項４の発明は、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間には、基準電圧を変化させるための電圧可変回路が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路である。

また、請求項５の発明は、前記基準電圧可変回路は、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に直列接続された第１可変抵抗と、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に並列接続された第２可変抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源回路である。

本発明によれば、コンデンサと、放電回路とを備えているので、レギュレータがオフ状態の際にはコンデンサに充電された電荷を放電回路によって放電することができる。このため、レギュレータ３をオフ状態からオン状態に切り換えた際に、コンデンサの充電と共に徐々に昇圧される参照電圧をレギュレータに入力することができる。

また、レギュレータに基準電圧と同じ電圧値の参照電圧が入力されることを防ぐことができ、レギュレータから流れる突入電流を防止することができるので、レギュレータの出力側に接続されている安定化出力容量等の破損を防止することができる。更に、突入電流を防止することにより、突入電流の供給源となるバッテリーの電圧降下を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態による電源回路の回路構成図を示す。

図１に示すように、電源回路１は、基準電圧発生回路２と、レギュレータ３と、コンデンサ４と、放電回路５と、起動制御回路６とを備えている。

基準電圧発生回路２は、ＢＧＲ（バンドギャップリファレンス）回路からなり、固定の電圧値を有する基準電圧Ｖｓを発生させて出力するものである。

レギュレータ３は、起動制御回路６からの制御信号によりオン／オフに切り換え可能に構成され、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保つためのものである。レギュレータ３は、オン／オフに切り換え可能な差動増幅回路ＤＡ_１と、制御用トランジスタＱ_１と、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２とを備えている。

このレギュレータ３がオン状態の場合、差動増幅回路ＤＡ_１には、基準電圧発生回路２から出力された基準電圧Ｖｓに基づく参照電圧Ｖｒｅｆと、抵抗Ｒ_１及びＲ_２によって出力電圧Ｖｏｕｔが分圧された帰還電圧Ｖｆとがフィードバックされて入力される。そして、差動増幅回路ＤＡ_１は、参照電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧Ｖｆを比較して、その比較結果に基づいて、バッテリー（図示略）から供給されるバッテリー電圧Ｖｂａｔが入力されている制御用トランジスタＱ_１を制御し、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保つように構成されている。

コンデンサ４は、基準電圧発生回路２及び放電回路５と、レギュレータ３との間に並列接続されている。このコンデンサ４は、レギュレータ３がオフ状態の際に蓄えられている電荷を放電することによって、レギュレータ３がオフ状態からオン状態に切り換えられた際に電荷を徐々に充電することにより参照電圧Ｖｒｅｆを徐々に昇圧することが可能に構成されている。

放電回路５は、レギュレータ３がオフ状態の際に、コンデンサ４を放電するためのものである。放電回路５は、第１トランジスタ（請求項２の第１スイッチに相当）Ｑ_２と、第２トランジスタ（請求項２の第２スイッチに相当）Ｑ_３とを備えている。

第１トランジスタＱ_２は、基準電圧発生回路２とレギュレータ３との間に直列接続されている。第１トランジスタＱ_２は、レギュレータ３がオン状態の際には、起動制御回路２の制御信号によりオン状態にされて基準電圧発生回路２と、レギュレータ３及びコンデンサ４とを接続する。また、第１トランジスタＱ_２は、レギュレータ３がオフ状態の際には、起動制御回路６の制御信号によりオフ状態にされて基準電圧発生回路２と、レギュレータ３及びコンデンサ４とを遮断する。

第２トランジスタＱ_３は、第１トランジスタＱ_２の出力側とコンデンサ４との間に並列接続されている。第２トランジスタＱ_３は、レギュレータ３がオン状態の際には、起動制御回路６の制御信号によりオフ状態にされて、電荷を放電できないようにコンデンサ４のレギュレータ３側の電極と接地電位とを遮断する。また、第２トランジスタＱ_３は、レギュレータ３がオフ状態の際には、コンデンサ４を放電するために、起動制御回路２の制御信号によりオン状態にされてコンデンサ４のレギュレータ３側の電極を接地電位と接続する。

起動制御回路６は、レギュレータ３の差動増幅回路ＤＡ_１と、放電回路５の第１トランジスタＱ_２及び第２トランジスタＱ_３とをオン／オフに切り換えて制御するためのものである。

次に、上述した電源回路１の動作説明をする。尚、以下の説明において、基準電圧発生回路２は、常時、基準電圧Ｖｓを出力しているものとする。

まず、レギュレータ３がオン状態の場合、起動制御回路６により、放電回路５の第１トランジスタＱ_２及びレギュレータ３の差動増幅回路ＤＡ_１がオン状態にされると共に、放電回路５の第２トランジスタＱ_３がオフ状態にされる。そして、このオン状態では、基準電圧発生回路２から出力される基準電圧Ｖｓに基づく参照電圧Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ_１、Ｒ_２によりフィードバックされる帰還電圧Ｖｆに基づいて、レギュレータ３が一定の電圧値を保った出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

次に、レギュレータ３をオン状態からオフ状態に切り換えると、起動制御回路６によって、放電回路５の第１トランジスタＱ_２及びレギュレータ３の差動増幅回路ＤＡ_１がオフ状態にされると共に、放電回路５の第２トランジスタＱ_３がオン状態にされる。これによって、基準電圧発生回路２及びレギュレータ３は断線されて、レギュレータ３からは出力電圧Ｖｏｕｔが出力されない。一方、放電回路５の第２トランジスタＱ_３は、オン状態にされているのでレギュレータ３側のコンデンサ４の電極も接地される。これにより、レギュレータ３がオン状態の際にコンデンサ３に充電された電荷が放電される。

更に、レギュレータ３をオフ状態からオン状態に切り換えると、起動制御回路６により、放電回路５の第１トランジスタＱ_２及びレギュレータ３がオン状態にされると共に、放電回路５の第２トランジスタＱ_３がオフ状態にされる。これにより、基準電圧発生回路２から出力されている基準電圧Ｖｓにより電荷が蓄えられていないコンデンサ４に徐々に充電される。このため、オン状態に切り換えられた際には、レギュレータ３に入力される参照電圧Ｖｒｅｆは瞬間的に基準電圧Ｖｓと同じ電圧値にはならずに、コンデンサ４の充電される電荷と共に、徐々に昇圧される。そして、コンデンサ４の充電が完了した時点で、参照電圧Ｖｒｅｆは基準電圧Ｖｓと略同じ電圧値になる。

従って、レギュレータ３の差動増幅回路ＤＡ_１は参照電圧Ｖｒｅｆと帰還電圧Ｖｆとを比較して制御用トランジスタＱ_１を制御するが、参照電圧Ｖｒｅｆが徐々に昇圧するため、オン状態に切り換えた際には低い電圧値を有する帰還電圧Ｖｆと比較しても両電圧Ｖｒｅｆ、Ｖｆの差は小さい。このため、オン状態に切り換えた際にも、差動増幅回路ＤＡ_１は制御用トランジスタＱ_１を介して大電流を流すことなく、参照電圧Ｖｒｅｆの上昇と共に、徐々に流れる電流が大きくなるように、差動増幅回路ＤＡ_１が制御用トランジスタＱ_１を制御する。

上述したように、第１実施形態による電源回路１は、コンデンサ４と、放電回路５とを備えているので、レギュレータ３がオフ状態の際にはコンデンサ４に充電された電荷を放電回路５によって放電することができる。このため、レギュレータ３をオフ状態からオン状態に切り換えた際に、コンデンサ４の充電と共に徐々に昇圧される参照電圧Ｖｒｅｆをレギュレータ３に入力することができる。

この結果、レギュレータ３に基準電圧Ｖｓと同じ電圧値の参照電圧Ｖｒｅｆが入力されることを防ぐことができ、レギュレータ３から流れる突入電流を防止することができるので、レギュレータ３の出力側に接続されている安定化出力容量等の破損を防止することができる。更に、突入電流を防止することにより、突入電流の供給源となるバッテリーの電圧降下を抑制することができる。

次に、図面を参照して、第１実施形態の一部を変更した第２実施形態の電源回路について説明する。図２は、第２実施形態による電源回路の回路構成図を示す。図３は、第２実施形態による電源回路のバッファ回路の回路構成図を示す。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。

図２に示すように、電源回路１Ａは、基準電圧発生回路２と、レギュレータ３と、電圧可変回路７と、バッファ回路８と、フィルター回路９とを備えている。

電圧可変回路７は、基準電圧発生回路２とバッファ回路８との間に直列接続された可変抵抗Ｒ_１１と、可変抵抗Ｒ_１１とバッファ回路８との間に並列接続された可変抵抗Ｒ_１２とを備えている。電圧可変回路７は、基準電圧発生回路２から出力される基準電圧Ｖｓを可変抵抗Ｒ_１１、Ｒ_１２によって分圧し、参照電圧Ｖｒｅｆを制御することが可能に構成されている。このように、レギュレータ３の差動増幅回路ＤＡ_１で帰還電圧Ｖｆと比較される参照電圧Ｖｒｅｆを変更することによって、レギュレータ３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを制御することができる。

バッファ回路８は、通常のバッファ回路８として機能すると共に、オフ状態にされた際には、第１実施形態の放電回路５と同様にフィルター回路９のコンデンサＣを放電する機能を有する。図３に示すように、バッファ回路８は、定電流Ｉ_１、Ｉ_６を流す定電流源１１、１２と、一対のトランジスタＱ_１１、Ｑ_１２からなる差動増幅回路ＤＡ_２と、一対のトランジスタＱ_１３、Ｑ_１４からなるカレントミラー回路ＣＭと、トランジスタＱ_１５と、放電用トランジスタＱ_１６とを備えている。

フィルター回路９は、抵抗Ｒ_１３と、コンデンサＣとを備え、ローパスフィルターとして機能する。また、コンデンサＣは、第１実施形態のコンデンサ４と同様に、バッファ回路８及びレギュレータ３がオフ状態からオン状態に切り換わったときに、徐々に電荷を充電することにより、参照電圧Ｖｒｅｆを徐々に昇圧することが可能に構成されている。

起動制御回路６Ａは、バッファ回路８及びレギュレータ３にオン／オフの制御信号を送るためのものである。バッファ回路８をオン状態にする場合、起動制御回路６Ａは、定電流源１１、１２にオン信号を送ると共に、放電用トランジスタＱ_１６には「Ｌ」レベルのオフ信号を送る。また、バッファ回路８をオフ状態にする場合、起動制御回路６Ａは、定電流源１１、１２にオフ信号を送ると共に、放電用トランジスタＱ_１６には「Ｈ」レベルのオン信号を送る。

次に、図２及び図３を参照して、バッファ回路８及びフィルター回路９の動作を中心に電源回路１の動作を説明する。

まず、レギュレータ３と共に、バッファ回路８がオン状態での動作について説明する。オン状態にされているバッファ回路８では、定電流源１１、１２がオン状態にされると共に、放電用トランジスタＱ_１６がオフ状態にされて、出力側の負荷に流れる電流の変動等に関係なく参照電圧Ｖｒｅｆを一定に保つことができる。

具体的には、例えば、Ｖｓ＝Ｖｒｅｆの状態から、参照電圧Ｖｒｅｆが大きくなると、トランジスタＱ_１２のゲート電位が高くなるので、差動増幅回路ＤＡ_２のトランジスタＱ_１２に流れる電流Ｉ_３が大きくなる。ここでトランジスタＱ_１１に流れる電流Ｉ_２は、電流Ｉ_３及び定電流源１１から流れる電流Ｉ_１を用いて、「Ｉ_２＝Ｉ_１―Ｉ_３」と表すことができる。これにより、電流Ｉ_３が大きくなると電流Ｉ_２は小さくなり、これに伴いトランジスタＱ_１３に流れる電流Ｉ_４も小さくなる。

このため、トランジスタＱ_１３のソース電位が低くなるので、トランジスタＱ_１４のゲート電位Ｖ_１が低くなる。これによりトランジスタＱ_１４に流れるソース電流Ｉ_５が小さくなる。この結果、トランジスタＱ_１５のソース電位が下がり、これに伴い参照電圧Ｖｒｅｆが下がるので、Ｖｓ＝Ｖｒｅｆの状態に戻されて、参照電圧Ｖｒｅｆが一定に保たれる。

そして、レギュレータ３では、参照電圧Ｖｒｅｆ及び帰還電圧Ｖｆを比較し、その比較結果に基づいて、制御用トランジスタＱ_１を制御して、一定の電圧値に保った出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

次に、レギュレータ３と共に、バッファ回路８がオフ状態にされた状態での動作について説明する。オフ状態にされたバッファ回路８では、定電流源１１、１２がオフ状態にされると共に、放電用トランジスタＱ_１６がオン状態にされる。これにより、基準電圧発生回路２と、フィルター回路９及びレギュレータ３とを絶縁する。

また、放電用トランジスタＱ_１６がオン状態にされることにより、参照電圧Ｖｒｅｆを接地電位にすることができると共に、フィルター回路９のコンデンサＣに充電された電荷を放電することができる。これにより、レギュレータ３及びバッファ回路８がオフ状態からオン状態に切り換えられた際に、コンデンサＣに徐々に電荷を充電して、参照電圧Ｖｒｅｆを徐々に昇圧することができる。

上述した第２実施形態においても、フィルター回路９のコンデンサＣと、レギュレータ３のオフ状態においてコンデンサＣを放電可能なバッファ回路８とを備えているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

更に、第２実施形態では、フィルター回路９に設けられたコンデンサＣにより参照電圧Ｖｒｅｆを徐々に昇圧することができるように構成しているので、電源回路１Ａの大型化及び複雑化を抑制しつつ、ノイズを除去する等のフィルター回路９としての効果及び第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、バッファ回路８に第１実施形態における放電回路５と同じ機能を兼ねさせているので、電源回路１Ａの大型化及び複雑化を抑制しつつ、参照電圧Ｖｒｅｆの変化を抑制しインピーダンスを変換するといったバッファ回路８としての効果及び第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、電圧可変回路７を設けることによって、レギュレータ３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを制御することができる。また、基準電圧Ｖｓを変更することができるので、異なる基準電圧Ｖｓを出力する基準電圧発生回路２に対して容易に対応することができる。更に、これらの効果を上述の２つの可変抵抗Ｒ_１１、Ｒ_１２によって実現することができるので、電源回路１Ａの大型化及び複雑化を抑制することができる。

以上、上記実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲内で変更して実施することができる。即ち、本明細書の記載は、一例であり、本発明を何ら限定的な意味に解釈させるものではない。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

上述の実施形態では、トランジスタＱ_３及びバッファ回路８の放電用トランジスタＱ_１６を、コンデンサ４及びコンデンサＣを放電するためのスイッチとして用いたが、他の構成をスイッチとして適用してもよい。

第１実施形態による電源回路の回路構成図を示す。第２実施形態による電源回路の回路構成図を示す。第２実施形態による電源回路のバッファ回路の回路構成図を示す。

符号の説明

１、１Ａ電源回路
２基準電圧発生回路
３レギュレータ
４コンデンサ
５放電回路
６、６Ａ起動制御回路
７電圧可変回路
８バッファ回路
９フィルター回路
Ｃコンデンサ
Ｑ_２、Ｑ_３トランジスタ
Ｑ_１６放電用トランジスタ
Ｒ_１１、Ｒ_１２可変抵抗
Ｒ_１３抵抗
Ｖｏｕｔ出力電圧
Ｖｒｅｆ参照電圧
Ｖｓ基準電圧

Claims

基準電圧を発生させるための基準電圧発生回路と、前記基準電圧発生回路から出力された基準電圧に基づく参照電圧により出力電圧を制御すると共にオン／オフに切り換え可能なレギュレータとを備えた電源回路において、
前記基準電圧発生回路と前記レギュレータが接続されるラインに一端が接続されるコンデンサと、
前記レギュレータがオフ状態の際に、前記コンデンサを放電するための放電回路と、
前記放電回路が有する前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に直列接続された第１スイッチおよび前記第１スイッチと前記コンデンサに並列接続された第２スイッチと、
前記レギュレータが有する差動増幅回路と、前記放電回路の前記第１スイッチおよび前記第２スイッチとをオン／オフに切り換えて制御する起動制御回路とを備え、
前記起動制御回路によって、前記レギュレータがオフ状態の際には、前記第１スイッチがオフ状態にされると共に、前記第２スイッチがオン状態にされ、且つ、前記差動増幅回路もオフ状態にされ、
前記レギュレータがオン状態の際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオン状態にされると共に、前記第２スイッチがオフ状態にされ、
前記レギュレータをオン状態からオフ状態に切り換えた際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオフ状態にされると共に、前記第２スイッチがオン状態にされ、
前記レギュレータをオフ状態からオン状態に切り換えた際には、前記第１スイッチおよび前記差動増幅回路がオン状態にされると共に、前記第２スイッチがオフ状態にされるように制御されることを特徴とする電源回路。
前記コンデンサを含むフィルター回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
前記放電回路を含むバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源回路。
前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間には、基準電圧を変化させるための電圧可変回路が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路。
前記基準電圧可変回路は、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に直列接続された第１可変抵抗と、前記基準電圧発生回路と前記レギュレータとの間に並列接続された第２可変抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源回路。