JPH0556530B2 - - Google Patents

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JPH0556530B2
JPH0556530B2 JP26309287A JP26309287A JPH0556530B2 JP H0556530 B2 JPH0556530 B2 JP H0556530B2 JP 26309287 A JP26309287 A JP 26309287A JP 26309287 A JP26309287 A JP 26309287A JP H0556530 B2 JPH0556530 B2 JP H0556530B2
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JP
Japan
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voltage
output
comparator
transistor
error amplifier
Prior art date
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JP26309287A
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Japanese (ja)
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JPH01106124A (en
Inventor
Yoshio Oguma
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低圧から高圧まで広範囲の直流電圧
を効率良く、低リツプルで安定に制御して出力す
ることのできる電圧制御装置に関するものであ
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage control device that can efficiently control and output a wide range of DC voltages from low voltage to high voltage stably with low ripple. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えば、低圧から高圧まで広範囲の直流電圧を
発生させる標準電圧発生器等においては高安定で
かつ広範囲の直流電圧を制御する必要がある。こ
のような電圧制御装置としては、従来シリーズ・
レギユレータ、或いはDC/DCコンバータ方式が
知られている。しかし、シリーズ・レギユレータ
方式ではその駆動源以上の出力電圧は得られな
い。一方、DC/DCコンバータ方式では駆動源以
上の電圧を得ることは可能であるが、リツプルが
大で応答も遅く、安定性は標準電圧発生器として
要求されるレベルに対しては不十分である。
For example, in a standard voltage generator or the like that generates a wide range of DC voltages from low to high voltages, it is necessary to control the DC voltages in a highly stable and wide range. As such a voltage control device, conventional series and
Regulator or DC/DC converter systems are known. However, with the series regulator method, it is not possible to obtain an output voltage higher than the driving source. On the other hand, with the DC/DC converter method, it is possible to obtain a voltage higher than that of the driving source, but the ripple is large, the response is slow, and the stability is insufficient for the level required as a standard voltage generator. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は従来装置が有する上記のような問題点
を解決するためになされたもので、低圧から高圧
まで広範囲の直流電圧を効率良く高速で発生させ
ることのできる構成の簡単な電圧制御装置を提供
することを目的としたものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems that conventional devices have, and provides a voltage control device with a simple configuration that can efficiently generate a wide range of DC voltage from low voltage to high voltage at high speed. It is intended to.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記の目的を達成するために、誤差増
幅器を有するシリーズ・レギユレータ方式の電圧
制御回路とDC/DCコンバータ方式よりなる直流
電圧発生回路とを設け、この直流電圧発生回路の
出力に駆動用の直流電源電圧を加算し、その加算
した電圧を前記誤差増幅器の出力により制御され
るシリーズ・レギユレータ用トランジスタを介し
て出力電圧として取出すように構成したものであ
る。以下、実施例について詳細に説明する。
In order to achieve the above object, the present invention includes a series regulator type voltage control circuit having an error amplifier and a DC voltage generation circuit using a DC/DC converter type, and the output of this DC voltage generation circuit is used for driving. DC power supply voltages are added, and the added voltage is taken out as an output voltage via a series regulator transistor controlled by the output of the error amplifier. Examples will be described in detail below.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明に係る電圧制御装置の一実施例
の接続図である。図において、VBは駆動源とし
ての直流電源(バツテリー)、H、Lは直流出力
電圧Eoを取出す出力端子で、この端子間に負荷
LOが接続される。COPはそのヒステリシス増が
ehのコンパレータ、Ecはこのコンパレータの設
定電圧を示すものである。OSCは方形波パルスfo
を発生するパルス発生器、Gはゲートである。ゲ
ートGの入力端にはコンパレータCOPとパルス
発生器OSCの出力端が接続されている。コンパ
レータCOPはこれに入力される出力電圧Eoを設
定電圧Ecと比較し、Eo>Ecでその出力は“H”
レベルになり、このとき方形波パルスfoがゲート
Gを通過する。Q1はゲートGを通過した方形波
パルスfoの繰返し周期でオン・オフされるトラン
ジスタ、PTはそのオン・オフ信号を昇圧する変
成器である。変成器PTの一次巻線n1とトラン
ジスタQ1は直列に接続され、この直列回路は直
流電源VBの出力端子間に接続されている。変成
器PTは一次巻線n1の一端と二次巻線n2の他
端には接続線1により接続され、これにより変成
器PTの二次側出力に直流電源VBの出力が加算
されるようになつている。
FIG. 1 is a connection diagram of an embodiment of a voltage control device according to the present invention. In the figure, VB is a DC power supply (battery) as a driving source, H and L are output terminals that take out the DC output voltage Eo, and there is no load between these terminals.
LO is connected. COP increases its hysteresis.
The comparator eh and Ec indicate the set voltage of this comparator. OSC is square wave pulse fo
G is a gate. The input terminal of the gate G is connected to the comparator COP and the output terminal of the pulse generator OSC. The comparator COP compares the output voltage Eo input to it with the set voltage Ec, and when Eo>Ec, the output is “H”
level, and at this time the square wave pulse fo passes through the gate G. Q1 is a transistor that is turned on and off at the repetition period of the square wave pulse fo that has passed through gate G, and PT is a transformer that boosts the on/off signal. The primary winding n1 of the transformer PT and the transistor Q1 are connected in series, and this series circuit is connected between the output terminals of the DC power supply VB. The transformer PT is connected to one end of the primary winding n1 and the other end of the secondary winding n2 by a connecting wire 1, so that the output of the DC power supply VB is added to the secondary output of the transformer PT. It's summery.

D1,C1はフイルタFLを構成するダイオー
ド及びコンデンサで、変圧器PTの二次巻線n2
に接続されている。Q2はシリーズ・レギユレー
タ用のトランジスタで、フイルタFLと出力端子
Hの間に接続されている。RDは出力電圧Eoを分
圧する分圧抵抗器、A1は誤差増幅器、Erは可
変の基準電圧源である。基準電圧源Erの正側と
分圧抵抗器RDの分圧点は誤差増幅器A1の入力
端に接続され、A1の出力端はトランジスタQ2
のベース電極に接続されている。基準電圧源Er
の負側は出力端子Lに接続され、その端子Lはコ
モンCOMに接続されている。このような構成に
係る装置の動作について、出力電圧Eoをコンパ
レータレベル(Ec+eh/2)以下で制御する場
合と、レベル以上で動作する場合について説明す
ると次の如くなる。
D1 and C1 are the diodes and capacitors that constitute the filter FL, and the secondary winding n2 of the transformer PT.
It is connected to the. Q2 is a transistor for the series regulator, and is connected between the filter FL and the output terminal H. RD is a voltage dividing resistor that divides the output voltage Eo, A1 is an error amplifier, and Er is a variable reference voltage source. The positive side of the reference voltage source Er and the voltage dividing point of the voltage dividing resistor RD are connected to the input terminal of the error amplifier A1, and the output terminal of A1 is connected to the transistor Q2.
connected to the base electrode of. Reference voltage source Er
The negative side of is connected to the output terminal L, which is connected to the common COM. The operation of the device having such a configuration will be explained as follows when the output voltage Eo is controlled below the comparator level (Ec+eh/2) and when the output voltage Eo is controlled above the level.

出力電圧Eoをコンパレータレベル以下で制
御する場合について。
Regarding the case where the output voltage Eo is controlled below the comparator level.

パルス発生器OSC、トランジスタQ1、変
成器PT及びフイルタFLによりDC−DCコンバ
ータ方式の直流電圧発生回路が構成される。こ
こで、出力電圧EoはコンパレータCOPに加え
られ、COPはこの電圧Eoと設定電圧Ecとを比
較し、Eoがコンパレータレベル(Ec+eh/2)
以下のとき、COPの出力レベルは“L”とな
り、その結果DC−DCコンバータ(直流電圧発
生回路)部分は動作しない。この場合、直流電
源VBの出力は接続線1を介して変成器PTの
二次巻線n2の一端に加えられたのち、ダイオ
ードD1を介してトランジスタQ2に加えられ
る。一方、出力電圧Eoは分圧抵抗器RDよりな
る出力回路でその分圧比βで分圧され、その分
圧電圧βEoが誤差増幅器A1に加えられる。誤
差増幅器A1は任意の値に設定された基準電圧
源Erと分圧電圧βEoの差を検出・増幅し、その
差分が零となるようにトランジスタQ2を駆動
してこのトランジスタに加えられている直流電
源VBの出力を制御する。その結果、出力端子
H、L間には基準電圧源Erに応じた一定電圧
Eoが出力として取り出される。即ち、この場
合トランジスタQ2はシリーズ・レギユレータ
として動作し、その為バツテリーVBの出力は
極めて高速で、かつ高精度で一定値に制御され
る。
The pulse generator OSC, transistor Q1, transformer PT, and filter FL constitute a DC-DC converter type DC voltage generation circuit. Here, the output voltage Eo is added to the comparator COP, and the COP compares this voltage Eo with the set voltage Ec, and Eo is the comparator level (Ec + eh/2).
In the following cases, the output level of COP becomes "L", and as a result, the DC-DC converter (DC voltage generation circuit) section does not operate. In this case, the output of DC power supply VB is applied to one end of secondary winding n2 of transformer PT via connection line 1, and then applied to transistor Q2 via diode D1. On the other hand, the output voltage Eo is divided by the voltage division ratio β in an output circuit including a voltage dividing resistor RD, and the divided voltage βEo is applied to the error amplifier A1. The error amplifier A1 detects and amplifies the difference between the reference voltage source Er set to an arbitrary value and the divided voltage βEo, and drives the transistor Q2 so that the difference becomes zero to reduce the direct current applied to this transistor. Controls the output of power supply VB. As a result, a constant voltage is applied between output terminals H and L according to the reference voltage source Er.
Eo is taken as output. That is, in this case, transistor Q2 operates as a series regulator, and therefore the output of battery VB is controlled to a constant value at extremely high speed and with high precision.

出力電圧Eoをコンパレータレベル以上で制
御する場合について。
Regarding the case where the output voltage Eo is controlled above the comparator level.

ある一定値以上の大きさの電圧Eoを得たい
ときにはその取出したい大きさの電圧に応じて
誤差増幅器A1の基準電圧源Erを設定する。
その場合、出力電圧EoがコンパレータCOPの
コンパレータレベル(Ec+eh/2)以上であ
ると、コンパレータCOPはその状態が反転し
て出力は“H”レベルになり、方形波パルスfo
がゲートGを通過し、トランジスタQ1をオ
ン・オフさせる。その結果、直流電源VBは方
形波パルスfoの繰返し周期でオン・オフされ、
このオン・オフ電圧は変成器PTで昇圧された
のちフイルタFLで整流ろ波される。このよう
に、パルス発生器OSC、トランジスタQ1、
変成器PT及びフイルタFLはDC−DCコンバー
タとして動作し、その結果フイルタFLの出力
端には直流の高電圧Vhが発生する。この高電
圧Vhに前記した直流電源VBの出力電圧が加算
され、その和電圧がシリーズ・レギユレータを
構成するトランジスタQ2に加えられる。一
方、誤差増幅器A1にはと同様に出力電圧
Eoを分圧抵抗器RDで分圧した電圧βEoが加え
られ、A1はこの分圧電圧と基準電圧源Erと
の差分を増幅してトランジスタQ2に加え、ト
ランジスタQ2はこの差電圧が零となるよう
(Vh+VB)を制御する。その結果、出力電圧
Eoはと同様に Eo=(1/β)・Er ……(1) として制御される。
When it is desired to obtain a voltage Eo of a magnitude greater than a certain certain value, the reference voltage source Er of the error amplifier A1 is set according to the voltage of the magnitude desired to be extracted.
In that case, when the output voltage Eo is higher than the comparator level (Ec + eh/2) of the comparator COP, the state of the comparator COP is reversed and the output becomes "H" level, and the square wave pulse fo
passes through gate G, turning transistor Q1 on and off. As a result, the DC power supply VB is turned on and off with the repetition period of the square wave pulse fo,
This on/off voltage is boosted by transformer PT and then rectified and filtered by filter FL. Thus, the pulse generator OSC, transistor Q1,
The transformer PT and the filter FL operate as a DC-DC converter, and as a result, a high DC voltage Vh is generated at the output end of the filter FL. The output voltage of the DC power supply VB mentioned above is added to this high voltage Vh, and the sum voltage is applied to the transistor Q2 constituting the series regulator. On the other hand, the error amplifier A1 has an output voltage of
A voltage βEo that is obtained by dividing Eo by a voltage dividing resistor RD is applied, and A1 amplifies the difference between this divided voltage and the reference voltage source Er and applies it to transistor Q2, and transistor Q2 has this difference voltage of zero. (Vh + VB). As a result, the output voltage
Eo is similarly controlled as Eo=(1/β)·Er (1).

第2図は基準電圧源Erの設定状態によつてVB
とVhの和の電圧及び出力電圧Eoがどのように変
化するかを示した図で、イは基準電圧源Erの設
定値、ロは直流電源VBの出力とDC/DCコンバ
ータ電圧Vhの和の電圧、ハは出力電圧Eoを示す
ものである。横軸の0〜S1とS2以上は前記
の場合を、S1〜S2の範囲はの場合の状態を
示す。DC/DCコンバータ方式が採用されている
場合にもシリーズ・レギユレータ方式が併用され
ているので、ハ図で示す如くリツプルが少なく、
高速応答で制御動作が行なわれていることわか
る。
Figure 2 shows VB depending on the setting status of the reference voltage source Er.
This is a diagram showing how the voltage of the sum of and Vh and the output voltage Eo change, where A is the setting value of the reference voltage source Er, and B is the sum of the output of the DC power supply VB and the DC/DC converter voltage Vh. Voltage C indicates the output voltage Eo. 0 to S1 and S2 and above on the horizontal axis indicate the above cases, and the range of S1 to S2 indicates the state in the case. Even when the DC/DC converter method is adopted, the series regulator method is also used, so there is less ripple as shown in Figure C.
It can be seen that the control operation is performed with a fast response.

なお、動作モード→、→の移行は、シ
リーズ・レギユレータを構成するトランジスタQ
2の入力が(VB+Vh)となるように接続されて
いるので、特別な切換操作等を行なう必要はな
く、自動的に連続的に移行する。特に、誤差増幅
器A1のゲインが十分大であれば、その連続性を
十分に保つことができる。
Note that the transition between operation modes → and → is based on the transistor Q that constitutes the series regulator.
Since the two inputs are connected to be (VB+Vh), there is no need to perform any special switching operations, and the transition occurs automatically and continuously. In particular, if the gain of the error amplifier A1 is sufficiently large, the continuity can be maintained sufficiently.

〔本発明の効果〕[Effects of the present invention]

例えば、標準電圧発生器は前記したように低圧
から高圧まで所望の値の直流電圧を安定に取出す
ものであるが、常時高電圧を取出すということは
少なく、多くの場合は低い電圧を発生し、必要に
応じて高電圧を発生させるようになつている。本
発明においては直流電源を駆動源とする装置にお
いて、その駆動電圧から直接制御することのでき
る範囲(即ち、例えばバツテリー電圧以下の出
力)ではDC/DCコンバータを動作させずにシリ
ーズ・レギユレータ方式よりなる電圧制御回路を
動作させて最も効率良く出力を制御する。又、例
えばバツテリー電圧以上の高電圧出力が必要な場
合にはそのバツテリー電圧にDC/DCコンバータ
方式よりなる直流電圧発生回路によつて得られる
直流高電圧が加算された形で発生させ、この加算
された電圧が電圧制御回路により制御されるよう
に構成したので、低圧から高圧までの広範囲の電
圧を効率良くかつ高速で制御することができる。
又、DC/DCコンバータ方式が作動しても誤差増
幅器とシリーズ・レギユレータを構成するトラン
ジスタの直結ループにより広帯域の制御が行なわ
れるので、出力電圧は十分に安定化され、リツプ
ルの少ない電圧制御装置を得ることができる。
For example, as mentioned above, a standard voltage generator stably outputs a desired value of DC voltage from low voltage to high voltage, but it rarely generates high voltage all the time, and in many cases generates low voltage, It is designed to generate high voltage as needed. In the present invention, in a device using a DC power source as a drive source, in a range that can be directly controlled from the drive voltage (i.e., output below the battery voltage, for example), the series regulator method is used without operating the DC/DC converter. The output is controlled most efficiently by operating the voltage control circuit. For example, if a high voltage output higher than the battery voltage is required, a DC high voltage obtained by a DC voltage generation circuit using a DC/DC converter method is added to the battery voltage to generate the voltage. Since the voltage is controlled by the voltage control circuit, a wide range of voltages from low voltage to high voltage can be controlled efficiently and at high speed.
In addition, even when the DC/DC converter system operates, wideband control is performed by the direct-connected loop of the error amplifier and the transistors that make up the series regulator, so the output voltage is sufficiently stabilized, making it possible to use a voltage control device with low ripple. Obtainable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る装置の一実施例の接続
図、第2図は第1図の動作を説明する為の波形図
である。 VB……直流電源、COP……コンパレータ、
OSC……パルス発生器、PT……変成器、Q2…
…シリーズ・レギユレータ用トランジスタ、A1
……誤差増幅器、Er……基準電圧源。
FIG. 1 is a connection diagram of an embodiment of the apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1. VB...DC power supply, COP...comparator,
OSC...Pulse generator, PT...Transformer, Q2...
…Series regulator transistor, A1
...Error amplifier, Er...Reference voltage source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直流電源を駆動源として可変の基準電圧と出
力電圧に対応して得られる帰還電圧との差を増幅
する誤差増幅器、及び前記出力電圧を基準電圧に
比例して制御するシリーズ・レギユレータ用トラ
ンジスタを有する電圧制御回路と、 この電圧制御回路の出力をコンパレータの入力
とし、この入力がコンパレータの設定電圧を越え
ると開閉され前記直流電源の出力をオン・オフす
るスイツチと、 このスイツチにその一次側が接続された昇圧用
変成器の二次側出力を整流しその整流出力と前記
直流電源の出力とを加算する手段と、 を具備し、 この加算手段により加算された電圧を前記誤差
増幅器の出力により制御される前記シリーズ・レ
ギユレータ用トランジスタを介して前記出力電圧
として得るようにした電圧制御装置。
[Claims] 1. An error amplifier that uses a DC power source as a driving source to amplify the difference between a variable reference voltage and a feedback voltage obtained in response to an output voltage, and controls the output voltage in proportion to the reference voltage. a voltage control circuit having a series regulator transistor; an output of the voltage control circuit as an input to a comparator; and a switch that opens and closes when the input exceeds a set voltage of the comparator to turn on and off the output of the DC power supply; means for rectifying the secondary side output of a step-up transformer whose primary side is connected to the switch and adding the rectified output and the output of the DC power supply; A voltage control device that obtains the output voltage through the series regulator transistor controlled by the output of the error amplifier.
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