(57)【要約】【課題】高効率で低ノイズ・高精度電源回路及びこれを用いた電子装置を提供するにある。【解決手段】本回路では入力電圧Ｖｉに対して所定の定電圧Ｖｏが出力される電源回路である。このＶｏは負荷抵抗ＲＬとこれに流れ込む電流Ｉの乗算値ＲＬ・Ｉである。何らかの原因により発生するＶｏの変動に対して、電流制御回路部１に流す電流を制御してＶｏを一定にさせている。この制御を変動したＶｏと基準電圧Ｖｚ（変動がないときはＶｏ＝Ｖｚ）の差電圧を検知し増幅させる誤差増幅回路部２の出力誤差電圧により行う。これにおいて、前記電流制御回路部１と誤差増幅回路部２の間にスイッチ素子３を設け、このスイッチ素子３の一端を前記電流制御回路部１の入力端に接続し、もう一端を前記電流制御回路部１の電流制御端子と接続させ、前記誤差増幅回路２の出力端子を前記スイッチ素子３の開閉を制御する端子に接続させる。ここにおいて、誤差増幅回路２の出力電圧Ｖｂが前記スイッチ素子３を導通させるとともに、入力電圧Ｖｉより大きく設定させていることを特徴にしている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧の変動に対して負荷に流す電流を制御して安定した出力電圧を得るための電流制御回路部と、出力電圧の変化を検知して、これと定められた電圧（基準電圧）との差電圧（誤差電圧）による制御電圧を前記電流制御回路部に与えて定電圧出力を得るための誤差増幅回路よりなる電源回路において、前記電流制御部と前記誤差増幅回路の間にスイッチ素子を設け、このスイッチ素子の一端は前記電流制御回路の入力端と接続させ、もう一端を電流制御回路の電流を制御させる端子と接続させ、このスイッチ素子の開閉を制御する制御端子と前記誤差増幅回路部の出力端子とを接続させ、そしてこの出力端子の電位をこのスイッチ素子を導通（オン）させるとともに前記電流制御回路の入力端の電位より大きくさせていることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記スイッチ素子を電界効果トランジスタとした請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記誤差増幅回路部の出力端子電圧を前記誤差増幅回路の最大駆動電圧を制御して所定の電圧に設定せしめることを特徴とする電源回路。
【請求項４】
請求項３に記載の誤差増幅回路の最大電圧をバッテリに接続されたフォトカプラ受光素子による電流を基準電圧源素子に流すことにより発生させた電圧を前記バッテリ電圧に重畳させることにより形成せしめたことを特徴とする電源回路。
【請求項５】
複数の回路ブロックよりなる電子装置において、第１の定電圧電源よりの出力電圧を請求項１に記載の誤差増幅回路部出力端子電圧を所定の電圧にするための制御電圧に用いることを特徴とする請求項１に記載の電源回路を搭載した電子回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路およびこれを搭載した電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの電子装置に定電圧電源が用いられている。今日、電子装置内にある回路の高速化、低消費電力化が進んでいる。この中で、電源の高効率化と高精度化が強く求められている。高効率化は、電子装置の急速な普及に対して、社会全体の省エネルギ化の視点においても重要である。また、電子回路の高速化はそのまま消費電力の増大に繋がるため、高効率化は常に求められている事項である。この電子回路での高速化に伴い、高速駆動に対応するためと消費電力の増大を抑えるため、回路の駆動電圧の低減が行われている。このため、電源電圧の変動が少ない低ノイズの高精度電源が強く求められている。これに対して、代表的な電源回路であるリニア型とスイッチング型回路で言えば、前者は高精度であるが効率が悪く、後者は高効率であるがノイズが大きく精度上の問題がある。このため、電子装置によって使い分けているのが現状である。
【０００３】
【問題が解決しょうとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は高効率で高精度の電源回路及びこれを搭載した電子装置を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、出力電圧の変動に対して負荷に流す電流を制御して一定の電圧を得るための電流制御回路部と、出力電圧の変化を検知して、これと定められた電圧（基準電圧）との差電圧（誤差電圧）による制御電圧を前記電流制御回路部に与えて定電圧出力を得るための誤差増幅回路よりなる電源回路において、前記電流制御部と前記誤差増幅回路の間にスイッチ素子を設け、このスイッチ素子の一端は前記電流制御回路の入力端と接続させ、もう一端を電流制御回路の電流を制御させる端子と接続させ、このスイッチ素子の開閉を制御する制御端子と前記誤差増幅回路部の出力端子とを接続させ、そしてこの出力端子の電位をこのスイッチ素子を導通（オン）させるとともに前記電流制御回路の入力端の電位より大きくさせていることを特徴にしており、これにより高効率で高精度の電源回路及びこれを用いた電子装置が提供される。
【０００５】
【発明実施の形態】
以下の図面を参照して本発明の実施の形態に係わる電源回路及びこれを用いた電子装置を説明する。
【０００６】
図１は本発明の形態に係わる電源回路を示している。本回路では入力電圧Ｖｉに対して所定の定電圧Ｖｏが出力されるようになっている。このＶｏは負荷抵抗ＲＬとこれに流れ込む電流Ｉの乗算値ＲＬ・Ｉである。何らかの原因により発生するＶｏの変動に対して、電流制御回路部１に流す電流を制御してＶｏを一定にさせている。この制御を変動したＶｏと基準電圧Ｖｚ（変動がないときはＶｏ＝Ｖｚ）の差電圧を検知し増幅させる誤差増幅回路部２の出力誤差電圧により行う。これにおいて、前記電流制御回路部１と誤差増幅回路部２の間にスイッチ素子３を設け、このスイッチ素子３の一端を前記電流制御回路部１の入力端に接続し、もう一端を前記電流制御回路部１の電流制御端子と接続させ、前記誤差増幅回路２の出力端子を前記スイッチ素子３の開閉を制御する端子に接続させる。ここにおいて、誤差増幅回路２の出力電圧Ｖｂが前記スイッチ素子３を導通させるとともに、入力電圧Ｖｉより大きく設定させていることを特徴にしている。
【０００７】
図２に図１の回路において、電流制御回路部１にバイポーラトランジスタＴｒ１を用い、誤差増幅回路部２に演算増幅回路４を用い、スイッチ素子３にバイポーラトランジスタＴｒ２を用いた場合の回路図を示す。ここにおいて、誤差増幅回路出力電圧ＶｂはスイッチトランジスタＴｒ２を導通状態にさせるとともに、電流制御トランジスタＴｒ１への入力電圧Ｖｉより高くなるように設定する。演算回路４は基準電圧Ｖｚ１とｋＶｏとの差電圧を増幅する回路であり、出力電圧Ｖｏに変動がないときはＶｚ１＝ｋＶｏである。何らかの原因でＶｏ（＝ＲＬ・ＩＬ）に変動が生ずると、この変動電圧が演算回路４を介して制御トランジスタＴｒ１に流れる電流Ｉを変化させて出力電圧Ｖｏを一定になるように作用する。ここで、トランスＴにより降圧された交流電圧をコンデンサＣ１、Ｃ２とダイオードＤ１、Ｄ２により直流整形させ、演算回路電源電圧ＶｃｃをツェナーダイオードＤｚ２のブレークダウン電圧Ｖｚ２だけ入力電圧Ｖｉより高くなるように設定することで前述したＶｂ電圧設定を行っている。
【０００８】
図３は図２の回路を用いた電源回路の負荷電流ＩＬに対する定電圧効率Ａ１と電源効率Ｂ１の従来電源回路の定電圧効率Ａ２と電源効率Ｂ２の比較を示す。定電圧効率は電源回路が正常動作を行うためのＶｉの最小値をＶｉｍｉｎとするとＶｏ／Ｖｉｍｉｎで表され、本発明の回路では、ほぼ１００％の値が得られる。これは、図１、図２における回路において、電流制御回路部における電圧降下がほとんどないことが示されている。また電源効率は負荷電流の増加に従い減少はするが、本発明の回路によるものは従来回路と比べて高い値が得られる大きい利点がある。
【０００９】
また、本発明の電源回路では従来のスイッチング電源のような高周波で駆動するスイッチング回路がないのでノイズの発生が低く抑えられる。図１、図２におけるスイッチング素子、スイッチトランジスタＴｒ２は動作中では導通状態で動作させているので、スイッチング電源のようなスイッチ回路を動作中に高周波でオン・オフ状態に切り換えることによるノイズは発生しない。このように、本発明の電源回路では高効率で、低ノイズ・高精度特性が得られる。
【００１０】
図４の回路は図２の回路におけるスイッチングＴｒをバイポーラトランジスタでなく電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＴＦを用いた実施例である。本発明では誤差増幅回路出力端電圧Ｖｂが電流制御回路入力電圧Ｖｉより大きい電圧値を与えてスイッチング電界効果トランジスタＴＦを導通にさせているのでＮチャネルＦＥＴである。本発明ではバイポーラトランジスタのようにベース電流のようなスイッチング素子へ流れ込む電流がないので安定な誤差増幅回路出力電圧Ｖｂを与えることが出来る。
【００１１】
図５は本発明の形態に係る電源回路の実施例を説明するものである。入力電圧Ｖｉがバッテリ５により供給されている。図１、図２で説明した誤差増幅回路４の出力電圧Ｖｂはバッテリ５の正極端子に接続されたフォトカプラ６を用いて形成させる。フォトカプラ６内の発光ダイオード７はバッテリ５に接続され、受光ダイオード８は前記バッテリ５の正極端子と誤差増幅回路部４の電源端子に接続されている。前記発光ダイオード７に流れる電流はバッテリ５より供給され、抵抗Ｒｐにより制御されている。受光ダイオード８と並行に設けられた基準電圧素子であるツェナーダイオードＤｚ３電圧がＶｉに重畳されるため、誤差増幅回路部４の電源電圧はＶｉより高く設定でき、これにより前記ＶｂがＶｉより高くできる。高効率で低ノイズ・高精度電源回路が実現される。
【００１２】
今日、バッテリで駆動するポータブル電子装置は広いの分野で、多く使われている。これら電子装置では如何に消費電力を低減して、バッテリ寿命を長くするかは重要な技術課題である。この消費電力低減のため、電子装置内に用いられている回路の駆動電圧の低電圧化が行われている。この低駆動電圧化のためには定電圧電源の低ノイズ・高精度化が強く求められている。これに対して、図５の本発明の電源回路はバッテリ駆動用として望ましい特性を実現している。
【００１３】
図６は本発明の形態に係わる定電源回路を用いた電子装置の実施例を説明するものである。本図において、ａ図に本発明の電源回路を用いた電子装置の回路構成模式図を、ｂ図に使われる本発明の電源回路図を示す。ａ図に示すように、多くの電子装置９では複数の回路ブロック１１−１，１１−２，・・，１１−ｎよりなっており、これら回路ブロックは所定の直流電圧で動作されている。これにおいて、第１の電源回路１０−１によって定電圧Ｖ１が形成される。例えば第１の回路ブロック１１−１はこの定電圧Ｖ１により駆動され、第２の回路ブロック１１−２は前記Ｖ１より低い定電圧Ｖ２で駆動される。この第２の回路ブロック１１−２には定電圧Ｖ２を形成する第２の電源回１０−２路がある。本発明の電子装置においては、ｂ図に示すように第１の電源回路の出力電圧Ｖ１を第２の電源回路における演算回路の電源として用い、そして、トランスＴ１の２次側巻き線から第２の電源回路入力電圧Ｖｉ用交流電圧をとる構成にする。これによって図２の場合に必要であった演算回路電源用の回路が不要となる。
【００１４】
なお、図２の説明では誤差増幅回路部４の電源電圧ＶｃｃをトランスＴに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１，Ｃ２を用いて形成せしめたが、他の回路部品を用いて形成させても良い。また、基準電圧素子としてツェナーダイオードＤＺ２を用いて説明したが、他の同じ基準電圧を実現できる素子でも良い。図５において、バッテリ５の場合について説明を行ったが、これは入力電圧に直流電圧が得られるものであれば、本発明が適用できる。たとえば、スイッチング電源回路の出力を入力電圧に用いる場合も本発明が出来できる。この場合、スイッチング電源から発生したノイズは電流制御回路部を通ることで低減できる利点を得る。
【００１５】
図７は従来例を説明する電源回路である。本図は［金田彌吉、松田政信、横山正人「電子回路」１２５ページ、図７．１８、朝倉書店］に示された代表的なリニア型電源回路図である。この電源回路ではトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４よりなるダーリントン回路が電流制御回路となっており、演算回路がツェナーダイオードを基準電圧にした場合の定電圧Ｖｏ変動分を誤差電圧として検出・増幅し、この演算回路出力電圧Ｖｂにより前記ダーリントン回路のベース電圧を変化させることにより出力電圧Ｖｏの安定化を行っている。本電源回路は、他の代表的なスイッチング電源回路のように高周波でオン・オフを切替えるスイッチング回路がないので低ノイズである利点があるが、ダーリントン回路のコレクタ・エミッタ間電圧（＝Ｖｃ−Ｖｏ）が大きく、これが電力損失となる欠点がある。
【００１６】
この従来電源回路の電圧効率と電源効率特性は図３の従来回路特性に記載されているものである。このように、従来のリニア型電源回路は低ノイズであるので、高精度定電圧電源が要求されている回路システムにおいてはスイッチング電源に比べて優位であるが、効率が重要であるシステムには使用されづらい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高効率で低ノイズ・高精度の電源電圧及びこれを用いた電子装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係る電源回路構成図である。
【図２】図１に示された電源回路の電圧効率と電源効率特性を従来電源回路の特性と比較したものである。
【図３】図１に示された回路構成図を表す１具体例を示した回路図である。
【図４】本図は図３の本発明の電源回路におけるスイッチング素子を電界効果トランジスタに置き換えた本発明の電源回路図である。
【図５】バッテリ駆動電子装置において用いた本発明の電源回路図である。
【図６】ａ図は本発明の電源回路を組み込んだ電子装置構成図であり、ｂ図はこの電子装置内の電源回路図である。
【図７】従来の電源回路図である。
【符号の説明】
１・・・電流制御回路部
２・・・誤差増幅回路部
３・・・スイッチング素子
４・・・演算回路
Ｔｒ１・・・電流制御トランジスタ
Ｔｒ２・・・スイッチングトランジスタ
Ｔｒ３，Ｔｒ４・・ダーリントン回路トランジスタ
Ｄｚ１，Ｄｚ２、Ｄｚ３・・ツェナーダイオード
Ｄ１，Ｄ２・・・ダイオード
Ｃ１，Ｃ２・・・コンデンサ
Ｔ，Ｔ１・・・トランス
５・・・バッテリ
６・・・フォトカプラ
７・・・発光ダイオード
８・・・受光ダイオード
９・・・電子装置
１０−１，１０−２，１２・・電源回路
１１−１，１１−２，・・，１１−ｎ・・回路ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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