(57)【要約】      （修正有）【課題】出力が、周囲温度、電離放射線、エージングなどの外的パラメータの変化の影響を受けないようにする帰還制御システムを設計する。【解決手段】帰還回路のパラメータ変動を補償する手法が開示されている。レギュレータ回路が制御電流Ｉｃに応答して発生電流ＩＧを出力するように結合されたエネルギー源１０３を含む。帰還抵抗器１０１がレギュレータ回路の出力部１００に結合されている。帰還抵抗器１０１はレギュレータ回路の出力に応答して、帰還電流ＩＦを導くように結合されている。電流増幅器１２６が帰還電流ＩＦに応答して制御電流Ｉｃを発生させるように帰還抵抗器１０１に結合されている。補償回路１３０は、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して制御電流Ｉｃを調整するように、電流増幅器１２６に結合されている。【選択図】図１
2006079612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
レギュレータ回路の出力部に結合されて、レギュレータ回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
前記帰還抵抗器に結合されて、前記帰還電流に応答して前記制御電流を発生させる電流増幅器と、
前記電流増幅器の入力部に結合されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路であって、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースと前記コレクタとの間に結合された第３の抵抗器を含む補償回路と
を含むレギュレータ回路。
【請求項２】
前記電流増幅器が、前記帰還電流を受け取るように結合されたフォトダイオードと、前記制御電流を発生させるように結合されたフォトトランジスタとを有するフォトカプラを含む請求項１に記載のレギュレータ回路。
【請求項３】
レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項２に記載のレギュレータ回路。
【請求項４】
前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項３に記載のレギュレータ回路。
【請求項５】
前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項４に記載のレギュレータ回路。
【請求項６】
前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとに、ほぼ同じである請求項５に記載のレギュレータ回路。
【請求項７】
レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項１に記載のレギュレータ回路。
【請求項８】
前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、前記切換えモード電源コントローラ集積回路が、前記電流増幅器から前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項１に記載のレギュレータ回路。
【請求項９】
制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
レギュレータ回路の出力部に結合されて、レギュレータ回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
前記帰還抵抗器に結合された入力端子と出力端子とを持つ電流増幅器であって、前記制御電流が、前記帰還電流に応答して、電流増幅器の前記出力端子から得られる電流増幅器と、
前記電流増幅器の前記出力端子に結合されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路と
を含むレギュレータ回路。
【請求項１０】
前記補償回路が、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースとエミッタとの間に結合された第３の抵抗器を含む請求項９に記載のレギュレータ。
【請求項１１】
前記補償回路がサーミスタを含む請求項９に記載のレギュレータ。
【請求項１２】
レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項９に記載のレギュレータ回路。
【請求項１３】
前記電流増幅器が、前記帰還電流を受け取るように結合されたフォトダイオードと、前記制御電流が得られる電流を発生させるように結合されたフォトトランジスタとを有するフォトカプラを含む請求項９に記載のレギュレータ回路。
【請求項１４】
レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項１３に記載のレギュレータ回路。
【請求項１５】
前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項１４に記載のレギュレータ回路。
【請求項１６】
前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項１４に記載のレギュレータ回路。
【請求項１７】
前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとでほぼ同じである請求項１６に記載のレギュレータ回路。
【請求項１８】
前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、その切換えモード電源コントローラ集積回路が前記電流増幅器から得られた前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項９に記載のレギュレータ回路。
【請求項１９】
制御電流に応答して、発生電流を出力するように結合されたエネルギー源と、
レギュレータ回路の出力部に結合されて、前記集積回路の出力に応答する帰還電流を導く帰還抵抗器と、
前記帰還抵抗器に結合されて、前記帰還電流を受け取るフォトダイオードと、前記帰還電流に応答して電流を発生させるフォトトランジスタとを含むフォトカプラであって、前記制御電流が、前記帰還電流に応答して、前記フォトランジスタで発生した電流から得られるフォトカプラと、
前記フォトカプラの前記フォトトランジスタの陽極と陰極との間に直結されて、レギュレータ回路の外的パラメータに応答して前記制御電流を調整する補償回路と
を含むレギュレータ回路。
【請求項２０】
レギュレータ回路の基準電圧が、前記フォトカプラの前記フォトダイオードの両端の電圧を含む請求項１９に記載のレギュレータ回路。
【請求項２１】
前記基準電圧が、第１の外的パラメータ値に応答して生じた第１の基準電圧値であり、また、前記基準電圧が、第２の外的パラメータ値に応答して生じた第２の基準電圧値である請求項２０に記載のレギュレータ回路。
【請求項２２】
前記帰還電流が、レギュレータ回路の出力電圧と前記基準電圧に応答する請求項２１に記載のレギュレータ回路。
【請求項２３】
前記出力電圧が、前記第１の外的パラメータ値と前記第２の外的パラメータ値のもとでほぼ同じである請求項２２に記載のレギュレータ回路。
【請求項２４】
前記補償回路が、トランジスタ、前記帰還抵抗器と前記トランジスタのコレクタとの間に結合された第１の抵抗器、前記トランジスタの前記コレクタとベースとの間に結合された第２の抵抗器、前記トランジスタの前記ベースとエミッタとの間に結合された第３の抵抗器を含む請求項１９に記載のレギュレータ。
【請求項２５】
レギュレータ回路の前記外的パラメータが、レギュレータ回路の温度、電離放射線、エージングの少なくとも１つを含む請求項１９に記載のレギュレータ回路。
【請求項２６】
前記エネルギー源が、電力変換要素に結合された切換えモード電源コントローラ集積回路を含み、その切換えモード電源コントローラ集積回路が、前記電流増幅器から得られた前記制御電流を受け取るように結合され、また、前記電力変換要素が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項１９に記載のレギュレータ回路。
【請求項２７】
前記電力変換要素が、入力巻線と出力巻線を有する変圧器から成っており、前記入力巻線が前記切換えモード電源コントローラ集積回路に結合され、また、前記出力巻線が、前記発生した電流を出力するように結合されている請求項２６に記載のレギュレータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電子回路に関し、詳細には、本発明は、閉ループ帰還システム中の電圧を調整する電子回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉ループ帰還システムの原理は、出力を生じさせるエネルギー源を制御することで、測定値と出力の所望の値との差を小さくすることである。測定値を得るために出力を検出する。測定値は、通常、検出された出力の値に比例する。その測定値と基準値を比較する。基準値は、通常、閉ループ帰還システムへの入力と見なされる。測定値と基準値との差により、出力の測定値と所望の値との差を小さくする帰還信号が生成される。
【０００３】
電子システムでは、出力、測定値、基準値、帰還信号は電圧か電流であろう。電子システム中の電圧に関連する動作は、電圧の代わりに電流に等化的に関連する。実際の考慮すべき事項によっては、所与の動作に対して、電圧が好ましいか、電流が好ましいかに影響を与えることがある。電子部品の固有のパラメータが、部品の基本的な性質や振舞いを決めることがある。固有のパラメータの例として、抵抗器の抵抗、ツェナーダイオードのツェナー電圧、所与の順方向電流での整流器の順方向電圧などがある。通常、外的パラメータが電子部品の固有パラメータに影響を及ぼす。外的パラメータとは、電子システムへの入力としては予定されてない環境条件、例えば温度などの環境条件である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
電子帰還システム中のパラメータの変動を補償する実施形態が開示されている。以下の説明では、本発明を充分に理解させるために、特定の細部が多数記述されている。しかしながら、特定の細部を使用して、本発明を実施する必要はないことが、通常の当業者には明らかになろう。本発明を不明瞭にするのを避けるために、この実施に関係する周知の方法については、詳しく述べられていない。
【０００５】
本明細書を通して、「一実施形態」または「実施形態」に言及することは、この実施形態に関連して述べられる特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味している。したがって、「一実施形態において」または「実施形態において」という語句が、本明細書を通して、様々な場所に現れているが、それらが、必ずしもすべて、同一の実施形態を指すとは限らない。さらに、これらの特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、適切な任意のやり方で組み合わせることもできる。
【０００６】
出力を外的パラメータの変化の影響を受けないようにする帰還制御システムの設計の実施形態が本開示内容に開示されている。この開示の目的では、帰還制御システムの外的パラメータは、その帰還制御システムの入力または出力としては指定されてない、帰還制御システムの外部のすべてのパラメータである。外的パラメータは、通常、この設計に指定された限度値を持つ環境パラメータである。本発明の実施形態による帰還制御システムは、一連の外的パラメータの範囲内で実行するように指定された設計要件を満たす。本発明の教示により、外的パラメータのいくつかの例として、周囲温度、電離放射線、エージング（老化）がある。
【０００７】
図１は、本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態の回路図である。一実施形態では、図１に示される電圧レギュレータは、調整電源の構成要素を表わしている。図示された実施形態に示されるように、エネルギー源（電力源）１０３は、制御電流ＩCに応答して発生した電流ＩGを出力するように結合されている。一実施形態では、エネルギー源１０３は、例えば、制御された電流源である。出力電圧ＶOは、基準接地点１０６に対して、電圧レギュレータの出力部１００に形成される。図１の電圧レギュレータ回路は、この開示の目的で、一般性を失うことなく、どんな電圧レギュレータをも表している。他の実施形態では、エネルギー源１０３は、本発明の教示により、アナログ線形制御やディジタル・オン／オフ制御を含め（ただし、それらには限定されない）、他のタイプの連続エネルギー源またはスイッチング・エネルギー源を表わしてもいる。
【０００８】
一実施形態では、出力部１００に結合された負荷インピーダンスＺL（１０２）が、ある範囲の値で変化するときでも、出力部１００の電圧ＶOはほとんど変わらない。出力部１００の電圧ＶOと電圧源１０５からの基準電圧ＶREFとの電圧差が帰還抵抗器ＲF（１０１）の両端に現れる帰還電圧ＶFであって、出力部１００の電圧ＶOに応答して帰還抵抗器ＲF（１０１）で導かれる帰還電流ＩFを生じさせる。
【０００９】
一実施形態では、電流増幅器１２６が帰還抵抗器ＲF（１０１）に結合されて、その帰還電流に応答する。図示された実施形態に示されるように、電流増幅器１２６は、帰還電流ＩFと補償電流ＩHとの差である入力電流を受け取るように結合されている。電流増幅器１２６のゲインは、この入力電流に対する出力電流の比である。様々な実施形態では、電流増幅器１２６は、本発明の教示により、１よりも大きいか、１よりも小さいか、あるいは１に等しいゲインを持っている。一実施形態では、電流増幅器１２６の入力部で受け取られた帰還電流ＩFに応答して、電流増幅器１２６の出力部に制御電流ＩCを発生させる。制御電流ＩCは、エネルギー源１０３の制御入力部１０４で受け取られる。一実施形態では、負荷インピーダンスＺL（１０２）が、ある範囲で値が変化するときに、制御入力部１０４の制御電流ＩCは、エネルギー源１０３からの発生電流ＩGを調整して、出力部１００の電圧ＶOの変化を小さくする。図示された実施形態では、制御電流ＩCの変化に対する発生電流ＩGの変化の比は、制御されたエネルギー源１０３の制御ゲインＫである。
【００１０】
作動中に、負荷インピーダンスＺL（１０２）が変化すると、出力電圧を所望の値に維持するために、出力電流ＩOが変化する。出力電流ＩOが変化すると、電圧ＶOを所望の値に維持するために、電流源１０３からの電源電流ＩGが変化する。
【００１１】
図示の回路図に示されるように、図１の電圧レギュレータの実施形態に補償回路１３０も含まれている。一実施形態では、補償回路は、この電圧レギュレータの接地端子と、電流増幅器１２６の入力端子との間に結合されている。補償回路１３０がない場合には、電圧源１０５からの基準電圧ＶREFに望ましくない変化があると、負荷インピーダンスＺL（１０２）が変化しないときでも、出力部１００に、電圧ＶOの望ましくない変化が発生する。例えば温度などの外的パラメータの変化により、電圧源１０５からの基準電圧ＶREF、または、例えば帰還抵抗器ＲF（１０１）の値、または、例えば制御エネルギー源１０３のパラメータＩMAX、さらには、例えば制御エネルギー源１０３の制御ゲインＫに、望ましくない変化が発生する場合がある。その結果、補償回路１３０がなければ、たとえ負荷インピーダンスＺL（１０２）が変化しないときでも、出力部１００に、電圧ＶOの望ましくない変化が発生する。
【００１２】
一実施形態では、本発明の教示により、電圧レギュレータ回路の外的パラメータに応答して制御信号ＩCを調整するために、図示されるように、電圧レギュレータの接地端子と電流増幅器１２６との間に補償回路１３０が結合されている。図１に示される特定の実施形態では、補償回路１３０は、電流増幅器１２６に入力される電流量に影響を及ぼすような補償電流ＩHを発生させるようにしており、それに応じて、制御電流ＩCが調整されることになる。一実施形態では、補償電流ＩHは、本発明の教示により、外的パラメータに応答して、電流値を変えて、出力部１００の電圧ＶOに加わる望ましくない変化を小さくする。
【００１３】
したがって、一実施形態は、外的パラメータの変化により、帰還回路中の構成要素の性質が変化するときに、電圧レギュレータの出力部１００を所望の値に維持するために、制御電流ＩCを調整する。図示された実施形態では、補償回路１３０は、所望の変化または調整を制御電流ＩCに与え、例えば帰還電流ＩFの変化を補償する。この帰還電流ＩFの変化は、例えば温度または他の外的パラメータの変化に起因するような、帰還抵抗器ＲF（１０１）の値の望ましくない変化から起る場合がある。それゆえ、言い替えると、補償回路１３０は、一実施形態において、電流増幅器１２６のゲインを変えるか、あるいは調整して、制御電流ＩCに所望の変化を与え、帰還電流ＩFの変化を補償する。一実施形態では、本発明の教示により、出力部１００の電圧ＶOに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して、制御電流ＩCを調整する補償電流ＩHによって、実質的に、制御エネルギー源１０３の制御ゲインＫが調整されることも考えられよう。
【００１４】
図２は、本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。図示されるように、図２の電圧レギュレータの実施形態は、図１の電圧レギュレータの実施形態と同様である。例えば、エネルギー源２０３は、制御電流ＩCに応答して発生電流ＩGを出力するように結合されている。一実施形態では、エネルギー源２０３は、例えば制御エネルギー源である。出力電圧ＶOは、基準接地点２０６に対して電圧レギュレータの出力部２００に発生する。出力部２００に結合された負荷インピーダンスＺL（２０２）が、ある範囲で値が変化するときでも、出力部２００の電圧ＶOは、ほとんど変わらない。出力部２００の電圧ＶOと電圧源２０５からの基準電圧ＶREFとの電圧差が帰還電圧ＶFである。この帰還電圧ＶFは、帰還抵抗器ＲF（２０１）の両端に現れ、出力部２００の電圧ＶOに応答して、帰還抵抗器ＲF（２０１）で導かれる帰還電流ＩFを生じさせる。
【００１５】
図示された実施形態に示されるように、電流増幅器２２６は、帰還抵抗器ＲF（２０１）に結合され、帰還電流ＩFを受け取る。一実施形態では、制御電流ＩCは、電流増幅器２２６の入力部で受け取った帰還電流ＩFに応答して、電流増幅器２２６の出力部により生成される。制御電流ＩCはエネルギー源２０３の制御入力部２０４にて受け取られる。図示された実施形態では、負荷インピーダンスＺL（２０２）が、ある範囲で値が変化するときに、制御入力部２０４の制御電流ＩCが、出力部２００の電圧ＶOの変化を小さくするために、エネルギー源２０３からの発生電流ＩGを調整する。
【００１６】
一実施形態では、補償回路２３０も含まれていて、電圧レギュレータの接地端子と電流増幅器２２６との間に結合されている。図２に示される実施形態では、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力端子に結合され、制御電流ＩCを調整する。図１と同様に、例えば温度などの、このシステムの外的パラメータに変化があると、電圧源２０５からの基準電圧ＶREF、または、例えば帰還抵抗器ＲF（２０１）の値、または、例えば制御エネルギー源２０３のパラメータＩMAX、あるいは、例えば制御エネルギー源２０３の制御ゲインＫに、望ましくない変化が発生する場合がある。その結果、補償回路２３０がなければ、たとえ負荷インピーダンスＺL（２０２）が変化しないときでも、出力部２００に、電圧ＶOの望ましくない変化が発生するであろう。
【００１７】
この図示された実施形態に示されるように、本発明の教示により、電圧レギュレータの外的パラメータに応答して制御信号ＩCを調整するように、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力部とエネルギー源２０３の入力部２０４との間で、電流増幅器２２６に結合されている。図２に示される特定の実施形態では、補償回路２３０が、電流増幅器２２６の出力部の電流量に影響を及ぼす補償電流ＩHを発生させ、それに応じて、制御電流ＩCが調整される。それゆえ、この図示された実施形態では、本発明の教示したがって、出力部２００の電圧ＶOに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して補償電流ＩHの値が変わる。一実施形態では、本発明の教示によって、出力部２００の電圧ＶOに加わる望ましくない変化を小さくするために、外的パラメータに応答して制御電流ＩCを調整する補償電流ＩHによって、事実上、制御エネルギー源２０３の制御ゲインＫが調整されるとも考えられよう。
【００１８】
図３は、本発明の教示により、出力電圧を制御するために帰還電流を使用した補償付き電流増幅器の拡大詳細図として示された電圧レギュレータの回路図である。図示された実施形態は、半導体素子を利用して基準電圧ＶREFを生じさせていることを示している。半導体素子は、同時に、制御エネルギー源３０３の制御入力部３０４に帰還電流ＩFを結合するための電流増幅器の機能も果たしている。一実施形態では、制御エネルギー源３０３の制御入力部３０４は、本発明の教示にしたがって電源の動作を制御する集積回路の端子を表わしている。
【００１９】
図３の実施形態は、図１に示される実施形態と類似点を持っている。しかしながら、図３に示される電圧源３０５の実施形態は、図示される通りにフォトカプラを組み込んだものとして例示されている電流増幅器３２６を含む。一実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラはフォトダイオード３２５を含む。フォトダイオード３２５は、陽極３２１から陰極３２７にフォトダイオード電流ＩDが流れると、陽極３２１と陰極３２７との間に電圧降下ＶDが生じる。フォトダイオード３２５の陰極３２７は電圧源３０５の一実施形態に含まれているツェナーダイオード３２８の陰極に結合されている。ツェナーダイオード３２８の陽極は電圧レギュレータの基準接地点３０６に結合されている。図示された実施形態では、ツェナーダイオード３２８は、ツェナー電流ＩZが流れているときに、基準接地点３０６に対して電圧ＶZを生じさせる。一実施形態では、フォトダイオード電圧ＶDとツェナー電圧ＶZの合計が基準電圧ＶREFである。
【００２０】
一実施形態では、フォトダイオード３２５上の電圧ＶDと、ツェナーダイオード３２８上の電圧ＶZの電圧は、例えば温度などの外的パラメータの影響を受ける。図３に示される実施形態では、帰還抵抗器ＲF（３０１）は、個別抵抗器の抵抗に、フォトダイオード３２５とツェナーダイオード３２８の内部抵抗を加えた抵抗を表わしている。
【００２１】
この図示された実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラを含む電圧源３０５は入力電流ＩDと出力電流ＩEを持っている。入力電流ＩDに対する出力電流ＩEの比は電流ゲインγである。他の実施形態では、本発明の教示にしたがって、電圧源３０５として、他のデバイスまたは回路も使用できる。例えば、バイポーラ・トランジスタなどの他のデバイスは、本発明の教示により、電流増幅器回路の機能を果たすようにすることができる。このような回路はすべて、本発明の教示により、入力電流と出力電流だけでなく、入力電流に対する出力電流の比である電流ゲインγを持つ。
【００２２】
この図示された実施形態では、電流増幅器３２６のフォトカプラは、図示されるフォトトランジスタ３２３も含む。フォトトランジスタ３２３のコレクタ３２２はバイアス電圧ＶBに接続されている。フォトトランジスタ３２３のエミッタ３２４はエネルギー源３０３の制御入力部３０４に結合されている。帰還抵抗器ＲF（３０１）を流れる帰還電流ＩFはフォトダイオード３２５を流れるフォトダイオード電流ＩDと同じ電流である。フォトダイオード３２５とフォトトランジスタ３２３との間の光結合により、フォトトランジスタ３２３のエミッタ３２４にエミッタ電流ＩEが生じる。フォトダイオード電流ＩDに対するエミッタ電流ＩEの比γは特定のフォトカプラの性質である。このような性質は、フォトカプラのフォトダイオードの電流、温度、エージングの大きさを含む多くの条件によって決まる。図示された実施形態では、制御電流ＩCはエミッタ電流ＩEである。
【００２３】
図３の実施形態にも示されるように、電圧レギュレータの外的パラメータに応答して制御信号ＩCを調整する補償電流ＩHを生じさせるために、第１の端子３３１と第２の端子３３２を持つ補償回路Ｈ（３３０）が電流増幅器３２６のフォトカプラとアース３０６との間に結合されている。図示された実施形態では、補償回路Ｈ（３３０）は、帰還電流ＩFを、電流増幅器３０５への入力であるフォトダイオード電流ＩDとは異ならせる。本発明の教示により、電圧レギュレータの帰還回路の外的パラメータに望ましくない変化があるときに、補償電流ＩHは電流値を変え、出力部３００の電圧ＶOへの望ましくない変化を小さくする。
【００２４】
本発明の教示により、補償回路Ｈ（３３０）を実装するとき、様々な実施形態とすることができる。これらの様々な実施形態は、帰還回路に望ましくない変化を生じさせる外的パラメータの望ましくない変化に応答して、所望の補償電流ＩHを生じさせる。様々な実施形態において、補償回路Ｈ（３３０）は、かなり安価であって、かつ／または、例えば１ボルトよりも低い、低電圧の基準電圧ＶREFで動作することもできる。一実施形態では、出力部３００の出力電圧ＶOは、温度変化を含む条件のある範囲にわたって、ほぼ一定のままである。
【００２５】
例えば、基準電圧ＶREFは、温度Ｔ1では電圧値ＶREF1、また温度Ｔ2では電圧値ＶREF2を持つと考えよう。基準電圧ＶREFは、
ΔＶREF＝ＶREF2−ＶREF1                                （式１）
で与えられる大きさΔＶREFだけ変化する。上記の２つの温度でも、出力電圧ＶOを不変のままにするためには、帰還電圧ＶFが、温度Ｔ1での電圧値ＶF1から、温度Ｔ2での電圧値ＶF2に変化する。帰還電圧ＶFは、次式：
ΔＶF＝ＶF2−ＶF1                                      （式２）
で与えられる大きさΔＶFだけ変化する。ＶOを不変にするためには、ΔＶREFとΔＶFの合計がゼロとなるので
ΔＶF＝−ΔＶREF                                        （式３）
となる。帰還電圧の変化ΔＶFにより、帰還電流の変化ΔＩFが発生する。帰還電流の変化ΔＩFは、温度Ｔ2での帰還電流ＩF2と温度Ｔ1での帰還電流ＩF1との差、
ΔＩF＝ＩF2−ＩF1                                        （式４）
となる。よって、エネルギー源３０３は、負荷インピーダンスＺL（３０２）を流れる電流ＩOが変化しないように、電流ＩGを同じ大きさだけ変化させている。
【００２６】
一実施形態では、これらの電流に加わる変化は、本発明の教示によれば、補償電流ＩHの変化によって得られる。温度Ｔ1でも、温度Ｔ2でも出力電圧ＶOを同一電圧値に保つように、補償回路３３０からの電流ＩHが変化する。それゆえ、補償電流ＩHは大きさΔＩHだけ変化する。
ΔＩH＝ＩH2−ＩH1                                        （式５）
ここで、ＩH2は、温度Ｔ2での補償電流ＩHであり、また、ＩH1は、温度Ｔ1での補償電流でＩHある。補償電流の変化ΔＩHは、
ΔＩH＝ΔＩF（１＋１／Ｋγ）                             （式６）
によって与えられる。ここで、γはフォトカプラのゲインであり、また、Ｋは制御エネルギー源３０３の制御ゲインである。
【００２７】
一実施形態では、この電流増幅器が代表的なフォトカプラを含む場合には、γは、ほぼ１に等しい。他の電流増幅器の実施形態では、γは、本発明の教示により、この設計に応じて、非常に大きい値から、非常に小さい値まで取ることができる。制御エネルギー源３０３の制御ゲインＫは回路の設計と性質に応じてある範囲の値を取る。制御ゲインＫの値が大きければ、この開示内容に示された上記式を近似式に簡約しても差し支えない場合もある。例えば、式６は、Ｋが大きいときには、ΔＩHがΔＩFとほぼ同じであることを示している。
【００２８】
様々な実施形態において、本発明の教示により、様々な手法に応じた補償回路Ｈが用いられる。例えば、一実施形態では、補償回路Ｈがサーミスタまたは受動抵抗器を含む。サーミスタは、本発明の教示により、上に説明されるように、外的パラメータに基づいて様々な抵抗値を示す。他の実施形態では、補償回路Ｈは例えばバイポーラ・トランジスタを含む。
【００２９】
例えば、図４は、本発明の教示により、温度変化を補償する補償回路の他の実施形態の回路図である。図４は、図１〜図３に示される補償回路Ｈの一実施形態を示している。この実施形態は、低価格の所望の特徴を備え、かつ基準電圧ＶREFの低電圧値で動作する能力を備えた補償電流ＩHを供給するものである。この図示された実施形態では、図４の補償回路Ｈ４００は、第１の端子４０１と第２の端子４０２を持っている。第２の端子４０２に対する第１の端子４０１の電圧ＶHが補償電流ＩHを生じさせる。
【００３０】
一実施形態では、補償回路Ｈ４００は、トランジスタ４１０と３つの抵抗器、すなわち第１の抵抗器４１１、第２の抵抗器４１２、第３の抵抗器４１３を含む。第１の抵抗器４１１は、帰還抵抗器とトランジスタ４１０のコレクタとの間に結合されている。第２の抵抗器４１２は、トランジスタ４１０のコレクタとベースとの間に結合されている。第３の抵抗器４１３は、トランジスタ４１０のベースとエミッタとの間に結合されている。図４に描かれた実施形態のトランジスタ４１０はＮＰＮバイポーラ・トランジスタである。抵抗器Ｒ１（４１１）は、補償回路Ｈ４００の第１の端子４０１からトランジスタ４１０のコレクタに結合されている。抵抗器Ｒ２（４１２）は、トランジスタ４１０のコレクタからトランジスタ４１０のベースに結合されている。抵抗器Ｒ３（４１３）は、トランジスタ４１０のベースからトランジスタ４１０のエミッタに結合されている。トランジスタ４１０のエミッタは補償回路Ｈ４００の第２の端子４０２に結合されている。
【００３１】
図４中の補償回路Ｈ４００の実施形態により、設計者は、トランジスタ４１０のベースとトランジスタ４１０のエミッタとの間の電圧ＶBEの変動の振舞いを利用して、第２の端子４０２に対する第１の端子４０１の電圧ＶHの影響のもとに、補償電流ＩHの所望の変化ΔＩHをセットすることができる。図４中の補償電流ＩHは、
【数１】
2006079612.tif 000003
で与えられる。ここで、βは、トランジスタ４１０のベース電流に対するコレクタ電流の比である。一実施形態では、電圧ＶHは、ベース・エミッタ間電圧ＶBEよりも充分高く、トランジスタ４１０を適正に動作させることができる。一実施形態では、電圧ＶHが、一般に１ボルトよりも低くても、補償回路Ｈ４００は満足のゆくように動作できる。
【００３２】
トランジスタ４１０のベース・エミッタ間電圧ＶBEが、温度Ｔ1での電圧値ＶBE1から、温度Ｔ2での電圧値ＶBE2に変化する場合には、その変化ΔＶBEは、
ΔＶBE＝ＶBE2−ＶBE1                                  （式８）
で与えられる。
【００３３】
端子４０２に対する端子４０１の電圧ＶHが、温度Ｔ1での電圧値ＶH1から、温度Ｔ2での電圧値ＶH2に変化する場合には、その変化ΔＶHは、
ΔＶH＝ＶH2−ＶH1                                      （式９）
で与えられる。
【００３４】
補償電流の変化は、ＶHの変化と、それに応じたＶBEの変化に対応するが、これは、
【数２】
2006079612.tif 000004
で与えられる。一実施形態では、図４中の補償回路４００が、図３中の補償回路Ｈ（３３０）に合わされる場合、Ｋとγが一定のままであるときには、基準電圧ＶREFの変化を補償する関係は、
【数３】
2006079612.tif 000005
となる。式１０における抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ２、抵抗器Ｒ３の抵抗値を、トランジスタのパラメータβへの依存を少なくしながら、補償電流ＩHの所望の変化ΔＩHを達成できるように選択する。図４の補償回路Ｈ（４００）により、特定の用途に対する設計に最適になるように回路を調整するために、設計者が適正な特性を持つ部品を選択できることに留意する。
【００３５】
それゆえ、一実施形態では、本発明の教示により、補償回路Ｈ（４００）とともに、いくつかの部品を持つ単純な回路を追加して、２つの極端な温度間の出力電圧または出力電流の変化を小さくする。一実施形態では、補償回路Ｈ（４００）は、本発明の教示により、バイポーラ・トランジスタ４１０の接合点での電圧の自然変動を利用して、基準電圧ＶREFの変化を補償する変化を制御電流ＩCに生じさせることができる。
【００３６】
図５は、電流増幅器５２６の出力部５２４に結合された補償回路Ｈ（５３０）を含む本発明の他の実施形態を示している。図５の実施形態の一利点は、設計において、自由度が増すことである。すなわち、外的パラメータの望ましくない変化に応答して補償電流ＩHを制御するために、電圧ＶHを変えることができる点である。ＶHを適正に変えれば、補償回路Ｈ（５３０）は、本発明の教示により、単なる不変抵抗でもよい。
【００３７】
補償回路Ｈ（５３０）が受動抵抗器ＲHである一実施形態では、電圧ＶHは、ＲHの所与の値に対して必要な補償電流ＩHを決定する。補償回路Ｈ（５３０）が受動抵抗器であるときには、補償電流に必要な変化ΔＩHはＶHの変化により与えられる。この場合、ＶHは、温度Ｔ1では値ＶH1、温度Ｔ2では値ＶH2を持つ。一実施形態では、特に、制御エネルギー源５０３の実施形態が本発明の教示により集積回路の設計を含む場合、制御入力部５０４の電圧ＶHは、温度または他の外的パラメータに依存する値に適合される。
【００３８】
他の実施形態では、所望の変化ΔＩHを得るために、ＶHの値を変える必要はない。特に、一実施形態では、補償回路Ｈ（５３０）は、例えばサーミスタのように、温度に応じて抵抗値を変える抵抗器を含んでもよい。
【００３９】
図５の実施形態では、帰還電圧の変化ΔＶFにより、帰還電流の変化ΔＩFが発生する。帰還電流の変化ΔＩFにより、制御電流ＩCと、フォトトランジスタ５２３のエミッタ電流ＩEが変化する。一実施形態では、制御電流ＩCは、本発明の教示により、補償電流ＩHの変化により調整される。フォトカプラ５２６のフォトダイオード電流ＩDに対するエミッタ電流ＩEの比γが、温度Ｔ1、温度Ｔ2で同じである場合には、回路網Ｈ（５３０）からの電流ＩHは、出力電圧ＶOを、温度Ｔ1、温度Ｔ2で同じ値に保つように変化する。補償電流の変化ΔＩHは、
ΔＩH＝ΔＩF（γ＋１／Ｋ）                                （式１２）
で与えられる。ここで、γは、フォトカプラ５２６のゲインであり、またＫは、制御エネルギー源５０３の制御利得である。
【００４０】
一実施形態では、図４に示される補償回路４００の実施形態を使用して、図５の実施形態の補償電流ＩHを与えるようにしていもよい。したがって、ＶH、Ｋ、γが一定のままであるときに、基準電圧ＶREFの変化を補償する関係は、
【数４】
2006079612.tif 000006
となる。
【００４１】
様々な実施形態によれば、補償回路Ｈは、本発明の教示により、電流増幅器の入力部、あるいは電流増幅器の出力部に補償回路Ｈを結合するときに、電圧ＶHの影響のもとに、補償電流におけるΔＩHを変えるために、様々な受動素子や能動部品を含んでもよい。
【００４２】
他の実施形態では、本発明の教示により、この開示内容に開示されている方法と装置の利益を実現するために、レギュレータ回路に電流増幅器を含めなくても良い。例えば、ツェナーダイオード５２８を外すことによって、および入力部５２１を出力部５２４につなぐことによって、図５中の電流増幅器を排除しても、該当するパラメータ間の基本的関係は変わらない。前の式はすべて、引き続き成り立ち、ＶREFは、電圧ＶHで決定され、またγ＝１である。
【００４３】
本発明の他の実施形態では補償回路Ｈはない。例えば、一実施形態では、図３の回路は、基準電圧ＶREFに望ましくない変化があるときでも、補償回路Ｈなしで、出力部３００の電圧ＶOをほぼ不変にすることができる。対応するＩG変化を達成するため、制御エネルギー源３０３の制御ゲインＫを、温度Ｔ1での第１の値Ｋ1から温度Ｔ2での第２の値Ｋ2に変えてもよい。さらに、フォトカプラ３２６のフォトダイオード電流ＩDに対するエミッタ電流ＩEの比γを、温度Ｔ1での第１の値γ1から、温度Ｔ2での第２の値γ2に変えることもできる。このような実施形態では、温度Ｔ1でも、温度Ｔ2でも、電圧ＶOをほぼ不変に保つために、関係
【数５】
2006079612.tif 000007
が維持される。この実施形態では、Ｋとγは両方とも、式１４の関係を維持するために、外部パラメータの変化を補償するように適合される。
【００４４】
図６は、フォトカプラ６２６のフォトダイオード６２５の順方向電圧ＶDを、基準電圧ＶREFとして利用して、電圧ＶSENSE（６００）を調整する本発明の他の実施形態を示している。一実施形態では、電流ＩREG（６０７）は、基準接地点６０６に対して電圧ＶSENSE（６００）を生じさせる電源の出力電流であると見ることができる。電圧ＶSENSE（６００）は、電流検出抵抗器ＲSENSE（６０２）の両端の電圧でもある。図６中の補償回路６６０の第１の端子は、フォトダイオード６２５の陽極６２１に結合されている。フォトダイオード６２５の陽極６２１は、フォトカプラ６２６を含む電流増幅器の入力部である。図６中の補償回路６６０の第２の端子は基準接地点６０６に結合されている。フォトカプラ６２６のフォトダイオード６２５の順方向電圧ＶDは、基準電圧ＶREFとしてだけでなく、補償回路６６０の第２の端子６６２に対する補償回路６６０の第１の端子６６１の電圧ＶHとしても働いている。図６に描かれた実施形態では、順方向電圧ＶDは、トランジスタ６７０を適正に動作させるための、トランジスタ６７０のベース・エミッタ間電圧ＶBEよりも充分高い。
【００４５】
図６の実施形態では、補償回路６６０の部品の値が、式１１で関係づけられるときに、電流ＩREGは、他のすべてのパラメータが一定のままであれば、変化ΔＶREFと変化ΔＶBEに対応する２つの温度において、ほぼ同じ値である。
【００４６】
フォトカプラ６２６である電流増幅器のゲインγや、制御エネルギー源６０３の制御ゲインＫなどの回路中の他のパラメータが変化すると、出力電流ＩREG（６０７）の変化を相殺するのに必要な関係が変わる。本発明の教示により、補償回路６６０は、２つの温度において、出力電流ＩREG（６０７）をほぼ同じ値に保つようにされている。
【００４７】
Ｋの変化とγの変化を考慮に入れるときには、２つの温度で、あるいは２組の他の外的パラメータで、ＩREG（６０７）をほとんど変わらないようにしておく関係は、
ＩF2（１＋Ｋ2γ2）−ＩF1（１＋Ｋ1γ1）＝Ｋ2γ2ＩH2−Ｋ1γ1ＩH1   （式１５）
となる。ここで、図６中の回路では、
【数６】
2006079612.tif 000008
となる。Ｋ、γ、ＶD、ＶBEが、上記２組の外的条件にある場合には、補償回路６６０の３つの抵抗器（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3）のうちの２つの抵抗器の値が選択され、次に、式１５を解いて、残りの抵抗器の値を決定することができる。式１１で示されるように、制御エネルギー源６０３の制御ゲインＫと、フォトカプラ６２６である電流増幅器のゲインγが、一定のままである実施形態では、補償回路６６０の設計は、大幅に簡略化される。
【００４８】
本明細書に述べられる本発明の実施形態を用いて、外的パラメータの変化の結果として、所望のやり方で、調整量を変更してもよい。例えば、調整量を、ほぼ同じ値に保つことが目標であることが多いが、所望の振舞いであれば、本発明の様々な実施形態を使用して、温度の変化に応じて、その調整量を増減させるようにしてもよい。
【００４９】
本発明の様々な実施形態は、２組の外的条件の限度間の外的条件の連続する範囲内において、働くように拡大されることがある。例えば、図６の実施形態では、基準電圧ＶREFの変化は、フォトダイオード６２５の順方向電圧ＶDが温度とともに自然に変化することによるものと考えられる。トランジスタ６７０のベース・エミッタ間電圧ＶBEの特性は、フォトダイオード６２５の順方向電圧ＶDの特性に非常に類似しているので、補償回路６６０は、本発明の教示により、Ｔ1〜Ｔ2のすべての温度において、所望の補償をもたらすことができる。
【００５０】
図７は、本発明の教示により、電源に含まれる本発明のさらに他の実施形態を示している。図７の実施形態では、この電源からの調整出力電流に対して温度補償が行われる。図示された実施形態では、この電源は、一般に１２０ボルトＤＣ〜３８５ボルトＤＣである電圧源から、電力を受け取るフライバック・コンバータである。１２０ボルトＤＣ〜３８５ボルトＤＣの値は、標準ユニバーサル（汎用）ＡＣ電源からの全波整流電圧の範囲内にある。一実施形態では、この電源は、例えば、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＰｏｗｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ社のＬＮＫ３５４Ｐ電源コントローラ集積回路などの、高圧電源スイッチと主要制御回路を含む集積回路Ｕ１（７０７）を使用して、電子機器の動作とバッテリの充電に対して標準的な出力を、端子７０１と端子７０２との間に生じさせる。この出力は、最大電流によりも実質的に小さい負荷に対して調整される電圧である。この出力は、最小電圧によりも実質的に低い電圧に対して調整される電流である。
【００５１】
動作の際は、入力部にＤＣ電圧源を用意する。素子Ｒ１、素子Ｒ２、素子Ｒ３、素子Ｃ１、素子Ｄ１は、集積回路７０７上の電圧を制限するために結合されている。電力変換要素Ｔ１は、ＤＣ電圧を受け取るように結合されている。図示された実施形態では、集積回路Ｕ１（７０７）は、この電力伝達素子の一次巻線に結合されており、電源の出力に応答して切り替えられる。この電力伝達素子の二次巻線に電圧が現れる。Ｒ４素子、Ｃ２素子、Ｄ２素子、Ｃ３素子は、この出力部において、フィルタリングを行う。図７中の枠７０３内に示される部品は、端子７０１と端子７０２との間の出力電圧を調整するが、出力電流の調整には加わらない。それゆえ、出力電流の調整に対して温度補償をもたらす本発明のこの実施形態の説明では、図７中の枠７０３内の部品を無視することができる。
【００５２】
この述べられた実施形態では、この出力電圧が、図６において電流ＩREG（６０７）を調整するのと同じやり方で調整された出力電圧よりも実質的に低いときに、電源が、端子７０１と端子７０２との間の出力電流を調整する。図７中の出力電流の調整は、電流検出抵抗器Ｒ１３（７０５）の両端に現れる電圧ＶSENSEを調整することで達成される。図７の電流検出抵抗器Ｒ１３（７０５）は、図６中の抵抗器ＲSENSE（６０２）に対応する。帰還電流ＩFは、図示されるように、抵抗器Ｒ９を通る。図７中の抵抗器Ｒ９（７０６）は、図６中の抵抗器ＲF（６０１）に対応する。図７中の補償回路７００は、図６中の補償回路６６０に対応する。補償回路７００は、本発明の教示により、温度変化から、調整電流の変化を小さくする。代表的なフォトカプラＵ２と代表的なトランジスタＱ２を使用している図７中の電源では、実際の用途における抵抗器のおおよその値は、Ｒ９では２００オーム、Ｒ１０では１３０オーム、Ｒ１１では２５００オーム、Ｒ１２では５０００オーム、Ｒ１３では２．４オームである。
【００５３】
上述の詳細な説明では、本発明の方法および装置は、その特定の模範的な実施形態に関して述べられてきた。しかしながら、本発明のさらに広範な精神および範囲から逸脱しなければ、様々な改造および変更を、それらの実施形態に施せることは明白であろう。よって、本明細書および図面は、限定的なものではなくて、例示するものと見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態の回路図である。
【図２】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。
【図３】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの一実施形態に含まれる電流増幅器の拡大詳細図を持つ回路図である。
【図４】本発明の教示により、温度変化を補償する補償回路の一実施形態の回路図である。
【図５】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する補償付き電圧レギュレータの他の実施形態に含まれる電流増幅器の拡大詳細図を持つ回路図である。
【図６】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する温度補償付き電圧レギュレータの他の実施形態の回路図である。
【図７】本発明の教示により、帰還電流を使用して出力電圧を制御する温度補償付き切換えモード電源の一実施形態の回路図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００，２００，３００  出力部、１０３，２０３，３０３  エネルギー源、１０１，２０１，３０１  帰還抵抗器、１２６，２２６，３２６  電流増幅器、１３０，２３０，３３０  補償回路、３２３  フォトトランジスタ、３２４  エミッタ、４１０  トランジスタ
【図１】
2006079612.tif 000009
【図２】
2006079612.tif 000010
【図３】
2006079612.tif 000011
【図４】
2006079612.tif 000012
【図５】
2006079612.tif 000013
【図６】
2006079612.tif 000014
【図７】
2006079612.tif 000015