JP2003284334A - 基準電圧発生回路およびそれを用いたバッテリ充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御信号ＰＷＭの信号レベルの変動に依ら
ず、安定した可変基準電圧出力ＶＯＵＴが得られる基準
電圧発生回路を提供する。 【解決手段】 第１の基準電圧ＶＲＥＦ１に応じて基準
電圧ＶＲＥＦ１より高い電圧を発生する電圧レベルシフ
ト回路２と、パルス幅変調された制御信号ＰＷＭの電圧
と第２の基準電圧ＶＲＥＦ２との電圧を比較するコンパ
レータ３とを有し、コンパレータ３の出力に応じてオン
オフするトランジスタＴＲ２によって、電圧レベルシフ
ト回路２から発生される電圧Ｖ２を電源のグランドレベ
ル側に電圧降下させる。これにより、基準電圧ＶＲＥＦ
１より高い電圧の電圧Ｖ２からグランドレベルまでの広
い範囲可変できる基準電圧出力ＶＯＵＴが得られると供
に、制御信号ＰＷＭの信号レベルが変動しても、安定し
て制御信号ＰＷＭのデューティに対応した可変基準電圧
出力ＶＯＵＴが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基準電圧発生回路
に関し、特に、可変基準電圧を発生する基準電圧発生回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話などの電源に用いられる
リチウムイオン電池の充電に用いるバッテリ充電装置に
おいて、バッテリ充電用ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電
圧は、各種機器によって異なる電池のセル数に対応した
充電電圧を供給する必要がある。そして、一般的にバッ
テリ充電制御用ＩＣには高精度の基準電圧発生回路を有
し、基準電圧発生回路では各種機器のバッテリ電圧に対
応した正確な充電電圧を供給するための基準電圧が発生
される。

【０００３】図２は、従来のリチウムバッテリ等の充電
用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧の電圧制御に用
いる基準電圧を可変出力する基準電圧発生回路を示す図
である。図２において、抵抗ＲＢの一端に基準電圧ＶＲ
ＥＦ１が印加され、抵抗ＲＢの他端には積分回路１が接
続されている。また、積分回路１の入力段の抵抗ＲＡの
一端には、例えば、マイコン等からパルス幅変調された
制御信号ＰＷＭが印加される。そして、その制御信号Ｐ
ＷＭのデューティを可変することにより、Ｃ点の基準電
圧出力ＶＯＵＴの出力電圧が電圧可変出力される。

【０００４】詳しくは、積分回路１の入力に、例えば、
２Ｖ振幅の制御信号ＰＷＭが印加されると、積分回路１
を構成する抵抗ＲＡ及びコンデンサＣＡによって、制御
信号ＰＷＭは積分され、制御信号ＰＷＭのデューティに
応じた一定の直流電圧がＣ点に図３に示すように、デュ
ーティに比例して０Ｖから２Ｖまでの電圧が得られる。

【０００５】また、抵抗ＲＢの一端には、基準電圧ＶＲ
ＥＦ１が接続され、抵抗ＲＢの他端は、積分回路１の抵
抗ＲＡとコンデンサＣＡとの接続点に接続される。そし
て、抵抗ＲＢと抵抗ＲＡとの接続点から基準電圧出力Ｖ
ＯＵＴが出力される。これにより、積分回路１の入力側
に印加される制御信号ＰＷＭのデューティに比例した電
圧値と基準電圧ＶＲＥＦ１とが抵抗ＲＡ及びＲＢによっ
て分圧された分圧電圧が基準電圧出力ＶＯＵＴから出力
される。ここで、基準電圧ＶＲＥＦ１の値を、例えば、
２．５Ｖ、抵抗ＲＡ及びＲＢの値を、例えば、３０Ｋ
Ω、２０ＫΩとする。制御信号ＰＷＭのデューティが０
％の場合、制御信号ＰＷＭのレベルは、常に０Ｖとな
り、基準電圧出力ＶＯＵＴは、抵抗ＲＢ及びＲＡによっ
て分圧された分圧電圧の１．５Ｖとなる。また、制御信
号ＰＷＭのデューティが１００％の場合、制御信号ＰＷ
Ｍのレベルは、常に２Ｖとなり、基準電圧出力ＶＯＵＴ
は、抵抗ＲＢ及びＲＡによって分圧された分圧電圧の
２．３Ｖとなる。また、制御信号ＰＷＭのデューティが
５０％の場合、制御信号ＰＷＭのレベルは、積分回路１
によって１Ｖの電圧となり、基準電圧出力ＶＯＵＴは、
抵抗ＲＢ及びＲＡによって分圧された分圧電圧の１．９
Ｖとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した基準
電圧発生回路においては、基準電圧ＶＲＥＦ１より高い
電圧の基準電圧出力ＶＯＵＴを発生できないという欠点
がある。また、制御信号ＰＷＭのデューティが０％で常
に０ＶのＬレベルであっても、基準電圧出力ＶＯＵＴは
抵抗ＲＡ及びＲＢの抵抗分圧された電圧までしか下げら
れないという欠点がある。これにより、基準電圧出力Ｖ
ＯＵＴの電圧可変範囲が狭いという問題が発生し、各種
機器に用いられる充電電池のセル数に対応する充電電圧
に対して、基準電圧出力ＶＯＵＴの電圧が十分に可変で
きないという問題が生じる。この問題に対応する為、従
来においては、基準電圧発生回路の出力段に、基準電圧
レベルを補償するための出力基準電圧ブースト回路が必
要となった。また、制御信号ＰＷＭの信号レベルが変動
すると、基準電圧出力ＶＯＵＴも変動するため、制御信
号ＰＷＭの信号レベルを補償するレベル固定回路などの
インターフェース回路が必要となる。このように、安定
した可変範囲の広い出力電圧を得るためには、別途回路
を必要とし、回路規模が非常に大きくなるという問題を
生じる。

【０００７】このため、本発明の課題は、基準電圧ＶＲ
ＥＦ１の電圧より高い電圧を発生すると供に、基準電圧
出力ＶＯＵＴの電圧可変範囲がＶＲＥＦ１より高い電圧
から電源のグランドレベルに近い低い電圧まで可変でき
る基準電圧発生回路を提供することを目的とする。

【０００８】また、制御信号ＰＷＭの信号レベルが変動
しても、安定した基準電圧出力ＶＯＵＴが得られる基準
電圧発生回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みてなされたものであり、その特徴とするところは、第
１の基準電圧を該第１の基準電圧より高い電源電圧を用
いて所定の電圧に電圧変換するレベルシフト回路と、第
２の基準電圧と制御信号とを比較する比較手段と、前記
比較手段の出力に応じて前記レベルシフト回路の出力電
圧を導通又は遮断するスイッチ素子とを備え、前記スイ
ッチ素子によって制御されて出力されるレベルシフトの
出力を平滑する平滑手段とから成ることを特徴とする。

【００１０】また、前記制御信号はパルス幅変調信号で
あることを特徴とする。

【００１１】また、バッテリ充電回路は、前記基準電圧
発生回路を用いてバッテリを充電することを特徴とす
る。

【００１２】このように、本発明によれば、基準電圧Ｖ
ＲＥＦ１に応じて、その基準電圧より高い電圧を発生す
るレベルシフト回路を設けたので、基準電圧ＶＲＥＦ１
の電圧より高い基準電圧出力ＶＯＵＴが得られる。

【００１３】また、制御信号ＰＷＭと第２基準基準電圧
ＶＲＥＦ２と比較する比較回路を設けたので、制御信号
ＰＷＭの信号レベルが変動しても、安定した基準電圧出
力ＶＯＵＴが得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に従って具体
的に説明する。図１は、本発明の基準電圧発生回路の構
成を示す図である。図１において、２はレベルシフト回
路であって、アンプＡＭＰとトランジスタＴＲ１及び抵
抗Ｒ１、Ｒ２で構成される。アンプＡＭＰの非反転入力
には、基準電圧ＶＲＥＦ１が印加されている。アンプＡ
ＭＰの出力は、トランジスタＴＲ１のベースに接続され
ている。トランジスタＴＲ１のコレクタには、基準電圧
ＶＲＥＦ１の電圧より高い電圧の電源電圧Ｖｃｃが印加
されている。また、トランジスタＴＲ１のエミッタは、
抵抗Ｒ１及びＲ２を介して電源のグランドに接続されて
いる。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、アン
プＡＭＰの反転入力に接続されている。ここで、抵抗Ｒ
１及び抵抗Ｒ２との接続点電圧を比較電圧Ｖ１とする
と、アンプＡＭＰでは、基準電圧ＶＲＥＦ１と比較電圧
Ｖ１との電圧が等しくなるように、トランジスタＴＲ１
を制御する。例えば、基準電圧ＶＲＥＦ１より比較電圧
Ｖ１の方が低い電圧であると、アンプＡＭＰの出力電圧
は上昇し、アンプＡＭＰの出力電圧に応じた電流がトラ
ンジスタＴＲ１のエミッタから抵抗Ｒ１及びＲ２へ供給
される。また、基準電圧ＶＲＥＦ１より比較電圧Ｖ１の
方が高い電圧であると、アンプＡＭＰの出力電圧は降下
し、アンプＡＭＰの出力電圧に応じた電流がトランジス
タＴＲ１のエミッタから抵抗Ｒ１及びＲ２へ供給され
る。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点から基準電
圧ＶＲＥＦ１と同レベルの電圧の比較電圧Ｖ１が発生さ
れると供に、基準電圧ＶＲＥＦ１の電圧を所定の電圧に
変換したＡ点電圧Ｖ２が出力される。トランジスタＴＲ
１のエミッタと抵抗Ｒ１との接続点は、抵抗Ｒ３及びＲ
４を介して電源のグランドに接続されている。そして、
抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点には、抵抗ＲＡ及びコン
デンサＣＡとで構成される積分回路１が接続されてい
る。

【００１５】３はコンパレータであって、正入力端子に
は第２の基準電圧ＶＲＥＦ２が接続され、負入力端子に
はパルス幅変調された制御信号ＰＷＭが印加される。コ
ンパレータ３の出力はトランジスタＴＲ２のベースに接
続される。制御信号ＰＷＭの信号レベルが基準電圧ＶＲ
ＥＦ２より高い電圧のとき、コンパレータ３ではトラン
ジスタＴＲ２を十分にオフできるＬレベルの電圧が出力
される。また、制御信号ＰＷＭの信号レベルが基準電圧
ＶＲＥＦ２より低い電圧のとき、コンパレータ３ではト
ランジスタＴＲ２を十分にオンできるＨレベルの電圧が
出力される。

【００１６】また、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点に
は、トランジスタＴＲ２を介して電源のグランドに接続
されている。そして、レベルシフト回路２で発生される
Ａ点電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３及びＲ４によって分圧され、そ
の分圧されたＢ点電圧Ｖ３がトランジスタＴＲ２のオン
オフ動作により、所定周期の制御信号ＰＷＭのデューテ
ィに応じてグランドレベルに電圧降下される。そして、
Ｂ点電圧が印加される積分回路１では、Ｂ点電圧の変動
が平滑され、一定の基準電圧出力ＶＯＵＴが出力され
る。

【００１７】次に、図１の基準電圧発生回路の動作を具
体的に説明する。まず、例えば、車載バッテリの１２Ｖ
の電源電圧Ｖｃｃがレベルシフト回路２に印加されると
ともに、例えば、２．５Ｖの基準電圧ＶＲＥＦ１がレベ
ルシフト回路２のアンプＡＭＰの非反転入力に印加され
ると、アンプＡＭＰでは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続
点電圧Ｖ１と基準電圧ＶＲＥＦ１の電圧とが等しくなる
ようにトランジスタＴＲ１のベースに印加する電圧を調
整出力する。ここで、例えば、抵抗Ｒ１の値を１３Ｋ
Ω、抵抗Ｒ２の値を５ＫΩとすると、トランジスタＴＲ
１のエミッタ電圧であるＡ点電圧Ｖ２は、（Ｒ２＋Ｒ
１）＊ＶＲＥＦ１／Ｒ２＝９Ｖとなる。この９ＶのＡ点
電圧Ｖ２は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とにより電圧分圧され
る。そして、抵抗Ｒ３及びＲ４の値を、例えば、１４Ｋ
Ω、４ＫΩとすると、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧され
る分圧電圧は、２Ｖの直流電圧となる。

【００１８】一方、抵抗Ｒ３及びＲ４の接続点には、ト
ランジスタＴＲ２のコレクタが接続されている。そし
て、トランジスタＴＲ２のベースは、コンパレータ３の
出力が接続されているので、制御信号ＰＷＭが基準電圧
ＶＲＥＦ２より低い電圧のとき、コンパレータ３の出力
はＨレベルとなり、トランジスタＴＲ２はオンする。す
ると、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点のＢ点電圧Ｖ３は
トランジスタＴＲ２を介してグランドレベルに電圧降下
される。また、制御信号ＷＰＭが基準電圧ＶＲＥＦ２よ
り高い電圧のとき、コンパレータ３の出力はＬレベルと
なり、トランジスタＴＲ２はオフする。これにより、Ｂ
点電圧Ｖ３は、９Ｖの電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と
で分圧された２Ｖの分圧電圧である。そして、Ｂ点電圧
Ｖ３は積分回路１によって平滑され、制御信号ＰＷＭの
デューティに比例して、グランドレベルである０Ｖから
２Ｖの範囲で可変された電圧が基準電圧出力ＶＯＵＴと
して出力される。具体的には、制御信号ＰＷＭのデュー
ティが０％であって、制御信号ＰＷＭのレベルが常に基
準電圧ＶＲＥＦ２より低い電圧のＬレベルであると、コ
ンパレータ３では、トランジスタＴＲ２を十分オンさせ
るＨレベルが出力される。すると、トランジスタＴＲ２
は、常にオン状態となり、Ｂ点電圧Ｖ３は０Ｖのグラン
ドレベルに電圧降下される。そして、０ＶのＢ点電圧Ｖ
３は積分回路１を介して、０Ｖの基準電圧出力ＶＯＵＴ
として出力される。

【００１９】また、制御信号ＰＷＭのデューティが１０
０％であって、制御信号ＰＷＭのレベルが常に基準電圧
ＶＲＥＦ２より高い電圧のＨレベルであると、コンパレ
ータ３では、トランジスタＴＲ２をオフするＬレベルが
出力される。すると、トランジスタＴＲ２は、常にオフ
状態となり、電圧Ｖ３は９Ｖの電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３及び
Ｒ４で分圧された２Ｖの分圧電圧に固定される。そし
て、２ＶのＢ点電圧Ｖ３は積分回路１を介して、２Ｖの
基準電圧出力ＶＯＵＴとして出力される。

【００２０】また、制御信号ＰＷＭのデューティが５０
％であって、制御信号ＰＷＭのレベルが基準電圧ＶＲＥ
Ｆ２より高い電圧のＨレベルと基準電圧ＶＲＥＦ２より
低い電圧のＬレベルとのパルス幅が同一であると、コン
パレータ３では、トランジスタＴＲ２をオンオフするＬ
レベル及びＨレベルが同一周期で出力される。すると、
トランジスタＴＲ２は、オンオフを同一周期で交互に繰
り返し、トランジスタＴＲ２がオンすると０ＶのＢ点電
圧Ｖ３が、トランジスタＴＲ２がオフすると９ＶのＡ点
電圧Ｖ２が抵抗Ｒ３及びＲ４で分圧された２Ｖの分圧電
圧に制御信号ＰＷＭに応じて電圧可変される。そして、
２Ｖと０Ｖとが同一周期で変化するＢ点電圧Ｖ３は積分
回路１で平坦化され、１Ｖの直流電圧が基準電圧出力Ｖ
ＯＵＴとして出力される。

【００２１】このように、制御信号ＰＷＭのデューティ
に比例して０Ｖから２Ｖまでの可変された基準電圧出力
ＶＯＵＴが発生される。

【００２２】また、制御信号ＰＷＭのＨレベル及びＬレ
ベルの電圧をコンパレータ３によって基準電圧ＶＲＥＦ
２の電圧より高いか低いかを比較し、その比較結果に応
じてトランジスタＴＲ２をオンオフ制御するようにした
ので、制御信号ＰＷＭの信号レベルが変動しても、確実
に制御信号ＰＷＭのデューティ比に対応した基準電圧出
力ＶＯＵＴの値が得られる。

【００２３】なお、実施例の説明では、Ａ点電圧Ｖ２を
抵抗Ｒ３及びＲ４によって分圧した２ＶのＢ点電圧Ｖ３
の場合で説明したが、抵抗Ｒ３及びＲ４の抵抗比を可変
することにより０Ｖから例えば、９Ｖ程度のＡ点電圧Ｖ
２が基準電圧出力ＶＯＵＴとして発生することが可能で
ある。また、９ＶのＡ点電圧Ｖ２の場合で説明したが、
特に限定されるものではなく、抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗
比を可変することにより電源電圧Ｖｃｃの電圧から基準
電圧ＶＲＥＦ１の電圧より低い電圧に設定することが可
能である。

【００２４】このように、オペアンプ、コンパレータな
ど簡単な回路で基準電圧発生回路を構成した。そして、
コンパレータ３によって制御信号ＰＷＭの信号レベルを
判定し、その判定結果に応じてトランジスタＴＲ２をオ
ンオフするようにしたので、制御信号ＰＷＭの信号レベ
ルが変動しても制御信号ＰＷＭのデューティに対応した
基準電圧出力ＶＯＵＴが安定して得られる。これによ
り、従来必要であった制御信号ＰＷＭの信号レベルを補
償するレベル固定回路などのインターフェース回路が不
要となる。また、アンプＡＭＰを用いて、基準電圧ＶＲ
ＥＦ１より高い基準電圧出力ＶＯＵＴを発生するように
したので、従来の基準電圧出力ＶＯＵＴをブーストする
電圧ブースト回路が不要となり、バッテリ充電回路の応
用回路設計が容易となると共に、電圧ブースト回路など
の部品数削減が可能となる。

【００２５】また、基準電圧ＶＲＥＦ１より高い電圧ま
での可変範囲の広い基準電圧出力ＶＯＵＴが発生できる
ので、本発明の基準電圧発生回路は、充電池のセル数が
多い、電圧の高いバッテリへの充電装置にも容易に対応
できる。

【００２６】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、レベルシ
フト回路１によって基準電圧より高い電圧を発生し、そ
のレベルシフトされた電圧を制御信号ＰＷＭのディーテ
ィに応じて積分回路１に供給するようにしたので、基準
電圧出力ＶＯＵＴの電圧可変範囲は、電源のグランドレ
ベルである０Ｖから基準電圧ＶＲＥＦ１より高い電圧Ｖ
２までの広い電圧可変範囲が得られるという有利な効果
が得られる。

【００２７】また、制御信号ＰＷＭの信号レベルを基準
電圧ＶＲＥＦ２と比較するコンパレータ３を設けたの
で、基準電圧出力ＶＯＵＴの電圧制御を行うトランジス
タＴＲ２のオンオフ動作を安定して行えるので、制御信
号ＰＷＭの信号レベルが変動しても、安定した基準電圧
出力ＶＯＵＴが得られるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基準電圧発生回路の構成を示す図であ
る。

【図２】従来の基準電圧発生回路の構成を示す図であ
る。

【図３】制御信号ＰＷＭのデューティと積分回路側の出
力電圧との電圧特性を説明する図である。

【符号の説明】 １ 積分回路 ２ 電圧レベルシフト回路 ３ コンパレータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の基準電圧を該第１の基準電圧より
   高い電源電圧を用いて所定の電圧に電圧変換するレベル
   シフト回路と、 第２の基準電圧と制御信号とを比較する比較手段と、 前記比較手段の出力に応じて前記レベルシフト回路の出
   力電圧を導通又は遮断するスイッチ素子と、 を備え、 前記スイッチ素子によって制御されて出力されるレベル
   シフトの出力を平滑する平滑手段とから成ることを特徴
   とする基準電圧発生回路。
2. 【請求項２】 前記制御信号はパルス幅変調信号である
   ことを特徴とする請求項１記載の基準電圧発生回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の基準電圧発生回路
   を用いてバッテリを充電することを特徴とするバッテリ
   充電回路。