JP2015076991A - 鋸波発生装置、鋸波発生方法、および電圧出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力電圧に応じた振幅値を有する鋸波を安定に出力する。
【解決手段】第１の抵抗器を有し、入力電圧を当該入力電圧と第１の抵抗器の抵抗値に応じた出力電流に変換する電圧電流変換部と、出力電流に対応する比較電流を生成する比較電流生成部と、第１の電流源が流す予め定められた電流値の基準電流と比較電流とを比較する第１の比較部を有し、第１の比較部の比較結果に応じて、出力電流の電流値を補償する補償部と、補償された出力電流に応じて、入力電圧に対応する鋸波電圧を発生する鋸波生成部とを備える鋸波発生装置および鋸波発生方法を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋸波発生装置、鋸波発生方法、および電圧出力制御装置に関する。

従来、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御方式により、電源出力を安定化させる電源装置が知られていた（例えば、特許文献１および２参照）。
［特許文献１］ 特開２００２−２５２９７９号公報
［特許文献２］ 特開２００９−１２４８７７号公報

このようなＰＷＭ制御方式は、入力電圧に応じた振幅値を有する鋸波を用い、制御系の応答帯域より高い周波数成分の擾乱が入力電圧に加わっても、入力電圧の変動に応じた鋸波の波高値の変化に基づき、電源出力を安定化させていた。しかしながら、入力電圧に応じた振幅値を有する鋸波を生成する場合に、抵抗器等を用いて電圧−電流変換する回路を用いているので、当該抵抗器の製造バラつきや温度依存特性により抵抗器の抵抗値にずれが生じてしまうことがあった。このずれによって、鋸波の波高値は変動してしまい、電源出力を変動させてしまうことがあった。

本発明の第１の態様においては、第１の抵抗器を有し、入力電圧を当該入力電圧と第１の抵抗器の抵抗値に応じた出力電流に変換する電圧電流変換部と、出力電流に対応する比較電流を生成する比較電流生成部と、第１の電流源が流す予め定められた電流値の基準電流と比較電流とを比較する第１の比較部を有し、第１の比較部の比較結果に応じて、出力電流の電流値を補償する補償部と、補償された出力電流に応じて、入力電圧に対応する鋸波電圧を発生する鋸波生成部とを備える鋸波発生装置および鋸波発生方法を提供する。

本発明の第２の態様においては、入力電圧の変動を抑制した出力電圧を出力する電圧出力制御装置であって、入力電圧に応じた振幅値の鋸波を発生する鋸波発生装置と、出力電圧と参照電圧との誤差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力部と、鋸波発生装置が出力する鋸波と誤差電圧とを比較し、比較結果に応じたパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ部と、ＰＷＭ部の出力に応じて入力電圧および基準電圧のいずれかを切り替えて出力するスイッチ部と、スイッチ部からの出力を平滑化して出力電圧を出力するフィルタ部とを備える電圧出力制御装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電圧出力制御装置１０の構成例を示す。 本実施形態に係る電圧出力制御装置１０の各部の動作波形の一例を示す。 従来の鋸波発生装置１００の一例を示す。 本実施形態に係る鋸波発生装置１００の構成例を示す。 本実施形態に係る鋸波発生装置１００の変形例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電圧出力制御装置１０の構成例を示す。電圧出力制御装置１０は、ＰＷＭ制御方式を用いたＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、入力電圧値の変動に追随して、入力電圧の変動を抑制した出力電圧を出力する。また、電圧出力制御装置１０は、出力の電力需要要求の変動に追随して、略一定の電圧を出力する。電圧出力制御装置１０は、誤差電圧出力部２０と、参照電圧源２２と、ＰＷＭ部３０と、スイッチ部４０と、フィルタ部５０と、鋸波発生装置１００とを備える。

鋸波発生装置１００は、入力電圧に応じた振幅値の鋸波を発生する。鋸波発生装置１００については、後に述べる。

誤差電圧出力部２０は、電圧出力制御装置１０の出力に接続され、出力電圧と参照電圧との誤差に応じた誤差電圧を出力する。誤差電圧出力部２０は、予め定められた参照電圧を出力する参照電圧源２２と接続され、当該電圧出力制御装置１０の出力電圧と参照電圧との誤差に応じた電圧を出力する。ここで、参照電圧源２２は、一例として、電圧出力制御装置１０が出力すべき電圧を参照電圧として出力する。誤差電圧出力部２０は、一例として、差動増幅回路を含み、電圧出力制御装置１０の出力電圧および参照電圧が略同一の電圧であることに応じて、略０Ｖを出力する。

ＰＷＭ部３０は、誤差電圧出力部２０および鋸波発生装置１００に接続され、鋸波発生装置１００が出力する鋸波と誤差電圧とを比較し、比較結果に応じたパルス幅変調信号を出力する。ＰＷＭ部３０は、一例として、当該パルス幅変調信号の他に、当該パルス幅変調信号とは論理値が反転した反転パルス幅変調信号を出力する。ＰＷＭ部３０は、比較部３２、バッファ部３４、反転バッファ部３６を有する。

比較部３２は、誤差電圧出力部２０から出力される誤差信号および鋸波発生装置１００から出力される鋸波を受け取り、当該誤差信号と当該鋸波を比較し、比較結果に応じた電圧を出力する。比較部３２は、一例として、コンパレータを含み、鋸波が誤差電圧よりも大きくなった場合にハイ電圧を出力し、鋸波が誤差電圧以下の場合にロー電圧を出力する。

比較部３２は、例えば、誤差電圧が略０Ｖの場合、デューティー比が５０％のパルス波形を出力する。また、比較部３２は、誤差電圧が０Ｖ以上の電圧になった場合（即ち、電圧出力制御装置１０の出力電圧が参照電圧よりも大きくなった場合）、デューティー比が５０％以下のパルス波形を出力する。また、比較部３２は、誤差電圧が０Ｖ以下の電圧になった場合（即ち、電圧出力制御装置１０の出力電圧が参照電圧よりも小さくなった場合）、デューティー比が５０％以上のパルス波形を出力する。

バッファ部３４は、比較部３２に接続され、比較部３２の出力電圧を増幅して出力する。バッファ部３４は、一例として、電圧増幅率が１倍のバッファアンプを含む。反転バッファ部３６は、バッファ部３４に接続され、バッファ部３４の出力電圧を反転増幅する。反転バッファ部３６は、一例として、電圧増幅率が−１倍のバッファアンプを含む。即ち、バッファ部３４は、比較部３２から出力されるパルス波形をパルス幅変調信号として出力し、反転バッファ部３６は、反転パルス幅変調信号を出力する。

スイッチ部４０は、ＰＷＭ部３０、電圧出力制御装置１０の入力、および基準電圧に接続され、ＰＷＭ部３０の出力に応じて入力電圧および基準電圧のいずれかを切り替えて出力する。ここで、基準電圧は、一例として、０ＶのＧＮＤ電圧である。スイッチ部４０は、第１スイッチ４２と、第２スイッチ４４を有する。

第１スイッチ４２は、バッファ部３４からのパルス幅変調信号を受け取り、当該パルス幅変調信号に応じて、電圧出力制御装置１０の入力電圧を当該スイッチ部４０の出力に接続するか否かを切り替える。第１スイッチ４２は、一例として、パルス幅変調信号がハイ電圧の場合に電圧出力制御装置１０の入力電圧を当該スイッチ部４０の出力に接続し、パルス幅変調信号がロー電圧の場合に当該電気的接続を切断する。

第２スイッチ４４は、反転バッファ部３６からの反転パルス幅変調信号を受け取り、当該反転パルス幅変調信号に応じて、基準電圧を当該スイッチ部４０の出力に接続するか否かを切り替える。第２スイッチ４４は、一例として、反転パルス幅変調信号がハイ電圧の場合に基準電圧を当該スイッチ部４０の出力に接続し、反転パルス幅変調信号がロー電圧の場合に当該電気的接続を切断する。

即ち、スイッチ部４０は、第１スイッチ４２がオン状態になると第２スイッチ４４はオフ状態となり、電圧出力制御装置１０の入力電圧を出力する。また、スイッチ部４０は、第１スイッチ４２がオフ状態になると第２スイッチ４４はオン状態となり、当該スイッチ部４０の出力を基準電圧に電気的に接続する。

フィルタ部５０は、スイッチ部４０に接続され、スイッチ部４０からの出力を平滑化した電圧を電圧出力制御装置１０の出力電圧として出力する。フィルタ部５０は、一例として、ＬＣ回路によるローパスフィルタを含み、スイッチ部４０からの出力を平滑化して略一定の電圧を出力する。フィルタ部５０は、コイル５２、容量５４を有する。

コイル５２は、一端がスイッチ部４０に接続され、スイッチ部４０の出力の急峻な電圧変動を抑制しつつ、電圧出力制御装置１０の入力電圧に応じた電流を他端へと通過させる。また、コイル５２は、スイッチ部４０の出力の急峻な電圧変動を抑制しつつ、他端から基準電圧へと電流を通過させる。

容量５４は、一端がコイル５２に接続され、他端が基準電圧に接続される。容量５４は、スイッチ部４０が電圧出力制御装置１０の入力電圧を出力する場合、コイル５２を通過した電流に応じた電荷を充電する。また、容量５４は、スイッチ部４０により、一端が基準電圧に接続される場合、充電した電荷を基準電圧へとコイル５２を介して放電する。

これにより、フィルタ部５０は、ＰＷＭ部３０が発生するパルス幅変調信号がハイ電圧となる期間は入力される電流を容量５４に充電し、ロー電圧となる期間は容量５４から放電する。即ち、フィルタ部５０は、例えば、電圧出力制御装置１０の出力電圧が参照電圧と略同一である場合、略同一時間の充電期間と放電期間を繰り返すことになる。

また、フィルタ部５０は、例えば、電圧出力制御装置１０の出力電圧が参照電圧よりも大きくなった場合、充電期間と充電期間よりも長くなった放電期間とを繰り返すことになる。また、フィルタ部５０は、例えば、電圧出力制御装置１０の出力電圧が参照電圧よりも小さくなった場合、充電期間と充電期間よりも短くなった放電期間とを繰り返すことになる。このように、フィルタ部５０は、略一定に平滑化した容量５４の一端の電圧を、電圧出力制御装置１０の出力電圧として外部に出力する。

以上の電圧出力制御装置１０は、ＰＷＭ部３０が発生するパルス幅変調信号に基づいて、充電期間と放電期間を調節しつつ、充放電を繰り返し、出力電圧を略一定の電圧にする。また、電圧出力制御装置１０は、出力電圧を誤差電圧出力部２０に帰還制御してＰＷＭ制御を実行する。

ここで、当該ＰＷＭ制御の帰還制御系が応答追随できない程度に入力電圧が急峻に変動すると、出力電圧は変動するが、誤差電圧出力部２０は当該変動を誤差電圧として反映することができない。しかしながら、電圧出力制御装置１０は、当該入力電圧の変動に応じた振幅値を有する鋸波を鋸波発生装置１００が出力できるので、ＰＷＭ部３０は、当該変動に応じたパルス幅変調信号を出力し、出力電圧を略一定の電圧にすることができる。この電圧出力制御装置１０の動作について、各部の波形の概略を示して説明する。

図２は、本実施形態に係る電圧出力制御装置１０の各部の動作波形の一例を示す。図２は、電圧出力制御装置１０の入力電圧、誤差電圧出力部２０が出力する誤差電圧、鋸波発生装置１００が出力する鋸波、ＰＷＭ部３０が出力するパルス幅変調信号、コイル５２に流れるコイル電流、および電圧出力制御装置１０の出力電圧の一例を、概略波形として示す。図２の横軸は時間を示し、縦軸は電圧または電流を示す。

図２は、電圧出力制御装置１０の入力電圧が、時刻ｔ_０において、ΔＶｉｎ変化した場合を示す。そして当該ΔＶｉｎの変化は、ＰＷＭ制御系が応答追随できない程度に急峻な変化であったとする。即ち、当該ΔＶｉｎの変化によって、電圧出力制御装置１０の出力電圧は変動し得るが、当該出力電圧を帰還しても誤差電圧出力部２０は当該変動を誤差電圧として反映することができない。したがって、誤差電圧出力部２０が出力する誤差電圧は、時刻ｔ_０の前後で変化せず、略一定の電圧を出力し続ける。

その一方で、鋸波発生装置１００は、当該入力電圧の変動に応じた振幅値を有する鋸波を出力するので、時刻ｔ_０の前後で波高値が異なる鋸波を発生させる。これにより、ＰＷＭ部３０は、入力電圧の変動に応じて、時刻ｔ_０の前後で充電時間と放電時間が異なるパルス幅変調信号を出力することができる。したがって、コイル５２に流れるコイル電流も、時刻ｔ_０の前後で入力電圧の変動に応じた充電電流および放電電流時間にすることができ、これらの結果として、電圧出力制御装置１０は、ＰＷＭ制御の帰還制御系が応答追随できない程度に入力電圧が変動したにもかかわらず、略一定の出力電圧を出力することができる。

図３は、従来の鋸波発生装置１００の一例を示す。鋸波発生装置１００は、入力電圧に応じた振幅値の鋸波を発生する。鋸波発生装置１００は、電圧電流変換部１１０と、鋸波生成部１７０と、電源部１８０とを備える。

電圧電流変換部１１０は、入力電圧に応じた電流を出力する。電圧電流変換部１１０は、第１増幅部１１２と、第１の抵抗器１１４と、ＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＰ１、およびＭＰ２とを有する。

第１増幅部１１２は、電圧電流変換部１１０の入力と第１の抵抗器１１４の一端とにそれぞれ接続され、入力電圧と第１の抵抗器１１４に印加される電圧との差の電圧に応じた電圧を出力する。第１増幅部１１２は、一例として、差動増幅回路を含む。

第１の抵抗器１１４は、一端が第１増幅部１１２およびＭＯＳトランジスタＭＮ１に接続され、他端が基準電圧に接続される。ここで、基準電圧は、一例として、０ＶのＧＮＤ電圧である。第１の抵抗器１１４は、予め定められた抵抗値を有し、一端と他端との電圧差を、当該抵抗値に応じた電流に変換する。

ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、ゲートが第１増幅部１１２に、ドレインがＭＯＳトランジスタＭＰ１を介して電源部１８０に、ソースが第１の抵抗器１１４の一端に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、ゲート−ソース間電圧に応じて、ドレイン−ソース間の抵抗値を変化させ、電源部１８０から第１の抵抗器１１４への電気的な接続を制御する。ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、一例として、ＮチャネルのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）である。

ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、一例として、第１増幅部１１２からの出力電圧に応じてドレイン−ソース間を電気的に接続させ、第１の抵抗器１１４の一端に電源部１８０からの電圧を伝達する。そして、第１増幅部１１２は、第１の抵抗器１１４の一端の電圧と入力電圧とが略同一の電圧になるようにＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲート電圧を制御する。これによって、第１の抵抗器１１４は、電圧電流変換部１１０の入力電圧を当該第１の抵抗器１１４の抵抗値に応じた出力電流に変換することになる。

ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインと共に接続され、ソース同士が電源部１８０に接続されるミラー回路を構成する。ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２によるミラー回路は、電源部１８０からＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＯＳトランジスタＭＮ１を介して第１の抵抗器１１４へと流れる電流と略同一の電流を、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインから電圧電流変換部１１０の出力電流として出力する。ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２は、一例として、ＰチャネルのＦＥＴである。

鋸波生成部１７０は、電圧電流変換部１１０に接続され、当該電圧電流変換部１１０が出力する出力電流に応じた鋸波電圧を発生する。鋸波生成部１７０は、容量１７２と、放電スイッチ１７４と、クロック生成回路ＣＬＫとを有する。

容量１７２は、一端が電圧電流変換部１１０に接続され、他端が基準電圧に接続される。容量１７２は、当該電圧電流変換部１１０が出力する出力電流に応じた電荷を充電する。

放電スイッチ１７４は、容量１７２の一端と基準電圧との間に設けられ、容量１７２の一端を基準電圧に接続するか否かを切り替える。放電スイッチ１７４が容量１７２の一端を基準電圧に接続させると、容量１７２は、充電した電荷を放電する。また、放電スイッチ１７４が容量１７２の一端と基準電圧との電気的接続を切断すると、容量１７２は、電圧電流変換部１１０の出力電流を充電する。即ち、放電スイッチ１７４は、容量１７２の充放電を切り替える。

クロック生成回路ＣＬＫは、予め定められた周期のクロック信号を発生する。クロック生成回路ＣＬＫは、発生したクロック信号を放電スイッチ１７４に供給する。これにより、放電スイッチ１７４は、予め定められた周期で容量１７２の充放電を切り替えることになる。ここで、容量１７２の容量値が充電すべき電荷に対して十分大きい場合、当該容量１７２の一端の電圧は、充電時間に比例して高くなる。ここで、比例係数は、充電すべき電荷量、即ち、電圧電流変換部１１０が出力する出力電流に応じた値となる。

即ち、容量１７２の一端の電圧は、充電期間においては充電時間に比例して単調増加し、放電期間においては基準電位と略同一となる鋸状の波形となる。そして、当該鋸波の振幅値は、単調増加の比例係数、即ち入力電流に応じた値となる。したがって、鋸波生成部１７０は、入力電流に応じた振幅値の鋸波を発生して、当該鋸波を放電スイッチ１７４の一端から出力する。

電源部１８０は、電圧電流変換部１１０に電源を供給する。電源部１８０は、例えば、第１増幅部１１２、ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２によるミラー回路等に電源を供給する。また、電源部１８０は、鋸波生成部１７０のクロック生成回路ＣＬＫ等に電源を供給してもよい。電源部１８０は、図３に示すように、鋸波発生装置１００に設けられてよく、これに代えて、電圧出力制御装置１０に設けられる装置内電源に含まれてもよい。

以上により、従来の鋸波発生装置１００は、電圧電流変換部１１０が入力電圧に応じた電流を出力し、鋸波生成部１７０が当該電流を受け取って当該電流に応じた振幅値の鋸波を発生するので、入力電圧に応じた振幅値の鋸波を発生することになる。鋸波発生装置１００は、フィードバック制御等を用いることなく、鋸波を発生することができるので、図２で示すように、入力電圧の急峻な変化にも追随応答した鋸波を生成することができる。

しかしながら、従来の鋸波発生装置１００は、電圧電流変換部１１０において抵抗器を用いて電圧電流変換しているので、変換抵抗器の製造バラつき、温度依存特性、および経時変化等により抵抗器の抵抗値が典型値からずれた場合に、鋸波の波高値も同様に典型値からずれてしまう。従来の鋸波発生装置１００を用いた電圧出力制御装置１０は、このずれにより、出力変動を抑制する効果が十分に得られない場合が生じる。

そこで、本実施形態に係る鋸波発生装置１００は、変換抵抗器の製造バラつき、温度依存特性、および経時変化等により抵抗器の抵抗値が典型値からずれても、当該ずれを補償して、入力電圧に応じた振幅値の鋸波を安定に発生する。図４は、本実施形態に係る鋸波発生装置１００の構成例を示す。鋸波発生装置１００は、電圧電流変換部１１０と、比較電流生成部１２０と、補償部１３０と、鋸波生成部１７０と、電源部１８０とを備える。

電圧電流変換部１１０は、入力電圧を当該入力電圧と第１の抵抗器１１４の抵抗値に応じた出力電流に変換する。電圧電流変換部１１０は、第１増幅部１１２と、第１の抵抗器１１４と、ＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＰ１、およびＭＰ２とを有する。

第１増幅部１１２は、電圧電流変換部１１０の入力と第１の抵抗器１１４の一端とにそれぞれ接続され、入力電圧と第１の抵抗器１１４に印加される電圧との差の電圧に応じた電圧を出力する。第１増幅部１１２は、一例として、差動増幅回路を含む。

第１の抵抗器１１４は、一端が第１増幅部１１２およびＭＯＳトランジスタＭＮ１に接続され、他端が基準電圧に接続される。ここで、基準電圧は、一例として、０ＶのＧＮＤ電圧である。第１の抵抗器１１４は、予め定められた抵抗値を有し、一端と他端との電圧差を、当該抵抗値に応じた電流に変換する。

ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、ゲートが第１増幅部１１２に、ドレインがＭＯＳトランジスタＭＰ１を介して電源部１８０に、ソースが第１の抵抗器１１４の一端に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、ゲート−ソース間電圧に応じて、ドレイン−ソース間の抵抗値を変化させ、電源部１８０から第１の抵抗器１１４への電気的な接続を制御する。ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、一例として、ＮチャネルのＦＥＴである。

ＭＯＳトランジスタＭＮ１は、一例として、第１増幅部１１２からの出力電圧に応じてドレイン−ソース間を電気的に接続させ、第１の抵抗器１１４の一端に電源部１８０からの電圧を伝達する。そして、第１増幅部１１２は、第１の抵抗器１１４の一端の電圧と入力電圧とが略同一の電圧になるようにＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲート電圧を制御する。即ち、例えば、第１増幅部１１２は、第１の抵抗器１１４の一端の電圧を、電圧電流変換部１１０の入力電圧Ｖｉｎにする。

これによって、第１の抵抗器１１４は、電圧電流変換部１１０の入力電圧を当該入力電圧と第１の抵抗器１１４の抵抗値に応じた出力電流に変換することになる。即ち、例えば、第１の抵抗器１１４の抵抗値をＲ１とすると、第１の抵抗器１１４は、入力電圧Ｖｉｎを出力電流Ｖｉｎ／Ｒ１に変換する。

ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインと共に接続され、ソース同士が電源部１８０に接続されるミラー回路を構成する。ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２によるミラー回路は、電源部１８０からＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＯＳトランジスタＭＮ１を介して第１の抵抗器１１４へと流れる電流と略同一の電流を、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインから電圧電流変換部１１０の出力電流として出力する。

即ち、例えば、ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２によるミラー回路は、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインから出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｖｉｎ／Ｒ１を出力する。ＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２は、一例として、ＰチャネルのＦＥＴである。

比較電流生成部１２０は、電圧電流変換部１１０の出力電流に対応する比較電流を生成する。比較電流生成部１２０は、参照電圧源１２２と、第２増幅部１２４と、第２の抵抗器１２６と、ＭＯＳトランジスタＭＮ２、ＭＰ３とを有する。

参照電圧源１２２は、予め定められた参照電圧を出力する。ここで、参照電圧は、例えば、鋸波発生装置１００の入力電圧の電圧範囲における中点の電圧を参照電圧として出力する。参照電圧源１２２は、鋸波発生装置１００の入力電圧として最も用いられる電圧が予め設計または予測できる場合は、当該最も用いられる電圧と略同一の電圧を参照電圧として出力してもよい。

第２増幅部１２４は、参照電圧源１２２と第２の抵抗器１２６の一端とにそれぞれ接続され、参照電圧と第２の抵抗器１２６に印加される電圧との差の電圧に応じた電圧を出力する。第２増幅部１２４は、一例として、差動増幅回路を含む。

第２の抵抗器１２６は、一端が第２増幅部１２４およびＭＯＳトランジスタＭＮ２に接続され、他端が基準電圧に接続される。ここで、基準電圧は、一例として、０ＶのＧＮＤ電圧である。第２の抵抗器１２６は、予め定められた抵抗値を有し、一端と他端との電圧差を、当該抵抗値に応じた電流に変換する。

ここで、第２の抵抗器１２６は、第１の抵抗器１１４と特性が略同一である。一例として、第２の抵抗器１２６の抵抗値は、第１の抵抗器１１４の抵抗値と略同一である。本実施例において、第２の抵抗器１２６の抵抗値Ｒ２は、第１の抵抗器１１４の抵抗値Ｒ１と同一である例を説明する。

ＭＯＳトランジスタＭＮ２は、ゲートが第２増幅部１２４に、ドレインがＭＯＳトランジスタＭＰ３を介して電源部１８０に、ソースが第２の抵抗器１２６の一端に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＮ２は、ゲート−ソース間電圧に応じて、ドレイン−ソース間の抵抗値を変化させ、電源部１８０から第２の抵抗器１２６への電気的な接続を制御する。ＭＯＳトランジスタＭＮ２は、一例として、ＮチャネルのＦＥＴである。

ここで、第２増幅部１２４、第２の抵抗器１２６、ＭＯＳトランジスタＭＮ２、およびＭＰ３は、電圧電流変換部１１０の第１増幅部１１２、第１の抵抗器１１４、ＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＰ１と略同一の構成となり、略同一の動作を実行する。即ち、例えば、第２増幅部１２４は、第２の抵抗器１２６の一端の電圧を、参照電圧源１２２の参照電圧Ｖｒｅｆと略同一にする。

これによって、第２の抵抗器１２６は、参照電圧Ｖｒｅｆを当該第２の抵抗器１２６の抵抗値Ｒ２（＝Ｒ１）に応じた出力電流に変換することになる。即ち、例えば、第２の抵抗器１２６は、参照電圧Ｖｒｅｆを比較電流Ｉｒｅｆ０＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１に変換する。このように、比較電流生成部１２０は、参照電圧を当該参照電圧と第２の抵抗器１２６の抵抗値に応じた電流に変換して比較電流Ｉｒｅｆ０として生成する。

補償部１３０は、電圧電流変換部１１０が出力する出力電流の電流値を補償する。補償部１３０は、第１の比較部１４０と、第２の比較部１５０と、プッシュプル回路部１６０とを有する。

第１の比較部１４０は、第１の電流源１４２とＭＯＳトランジスタＭＰ４とを含み、第１の電流源１４２が流す予め定められた電流値の基準電流と比較電流Ｉｒｅｆ０とを比較する。第１の電流源１４２は、一端がＭＯＳトランジスタＭＰ４のドレインに、他端が基準電圧に接続され、予め定められた電流値の基準電流Ｉｒｅｆ１を流す。ここで、基準電流Ｉｒｅｆ１は、一例として、比較電流Ｉｒｅｆ０の典型値と略同一の電流値の電流である。即ち、基準電流Ｉｒｅｆ１は、抵抗値が典型値である第２の抵抗器１２６に、参照電圧Ｖｒｅｆを印加した場合に流れる電流を示す。

ＭＯＳトランジスタＭＰ４は、ＭＯＳトランジスタＭＰ３とミラー回路を構成する。即ち、ＭＯＳトランジスタＭＰ３およびＭＰ４は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレインと共に接続され、ソース同士が電源部１８０に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３およびＭＰ４によるミラー回路は、電源部１８０からＭＯＳトランジスタＭＰ３およびＭＯＳトランジスタＭＮ２を介して第２の抵抗器１２６へと流れる比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流を、電源部１８０からＭＯＳトランジスタＭＰ４を介して第１の電流源１４２へと流そうとする。

第２の比較部１５０は、第２の電流源１５２とＭＯＳトランジスタＭＰ５とを含み、第２の電流源１５２が流す予め定められた電流値の基準電流と比較電流Ｉｒｅｆ０とを比較する。第２の電流源１５２は、一端がＭＯＳトランジスタＭＰ５のドレインに、他端が基準電圧に接続され、予め定められた電流値の基準電流Ｉｒｅｆ２を流す。ここで、基準電流Ｉｒｅｆ２は、一例として、比較電流Ｉｒｅｆ０の典型値と略同一の電流値の電流である。即ち、基準電流Ｉｒｅｆ２は、即ち、基準電流Ｉｒｅｆ１と略同一の電流となる。

ＭＯＳトランジスタＭＰ５は、第１の比較部１４０のＭＯＳトランジスタＭＰ４と同様に、ＭＯＳトランジスタＭＰ３とミラー回路を構成する。即ち、ＭＯＳトランジスタＭＰ３およびＭＰ５は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレインと共に接続され、ソース同士が電源部１８０に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３およびＭＰ５によるミラー回路は、比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流を、電源部１８０からＭＯＳトランジスタＭＰ５を介して第２の電流源１５２へと流そうとする。

プッシュプル回路部１６０は、第１の比較部１４０および第２の比較部１５０の比較結果に応じて、電圧電流変換部１１０が出力する出力電流の電流値を補償する。プッシュプル回路部１６０は、ＭＯＳトランジスタＭＰ６およびＭＰ７によるミラー回路と、ＭＯＳトランジスタＭＮ３およびＭＮ４によるミラー回路とを含む。

ＭＯＳトランジスタＭＰ６およびＭＰ７によるミラー回路は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＰ６のドレインと共に接続され、ソース同士が電源部１８０に接続される。また、ＭＯＳトランジスタＭＰ６は、ドレインが第１の比較部１４０に接続され、第１の電流源１４２の一端から参照電流Ｉｒｅｆ１に不足する差分電流を補う。また、ＭＯＳトランジスタＭＰ７は、ドレインが電圧電流変換部１１０の出力に接続され、参照電流Ｉｒｅｆ１を補った差分電流と略同一の電流値の電流を出力電流に供給する。

一例として、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも小さくなった場合、第１の比較部１４０のＭＯＳトランジスタＭＰ４は、当該典型値よりも小さくなった比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流値の電流をドレインから出力する。すると、当該ドレイン電流は、第１の電流源１４２が流すべき基準電流Ｉｒｅｆ１と比較して電流値が不足するので、プッシュプル回路部１６０のＭＯＳトランジスタＭＰ６は、第１の比較部１４０の比較結果である不足した差分電流を、第１の電流源１４２へと供給する。

これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ６およびＭＰ７によるミラー回路は、ＭＯＳトランジスタＭＰ６が第１の電流源１４２へ供給した差分電流と略同一の電流値の電流を、ＭＯＳトランジスタＭＰ７のドレインから出力する。即ち、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも小さくなった分の差分電流を、電圧電流変換部１１０の出力電流に加えることになる。このように、補償部１３０は、第１の比較部１４０の比較結果が基準電流Ｉｒｅｆ１よりも比較電流Ｉｒｅｆ０が小さい場合に応じて、出力電流（＝Ｉｒｅｆ０）に差分電流（＝Ｉｒｅｆ１−Ｉｒｅｆ０）を加えて、略一定の出力電流（＝Ｉｒｅｆ１）となるように補償する。

この場合において、ＭＯＳトランジスタＭＰ４およびＭＯＳトランジスタＭＰ６のソースは、同一の電源部１８０に接続されて同電位となっているので、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のドレイン電流がＭＯＳトランジスタＭＰ６のドレイン側へと逆流することはない。したがって、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも大きくなった場合に、ミラー回路がＭＯＳトランジスタＭＰ４のドレインから典型値よりも大きくなった比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流を流そうとしても、当該ドレインからＭＯＳトランジスタＭＰ６のドレイン側へと逆流することはない。

ＭＯＳトランジスタＭＮ３およびＭＮ４によるミラー回路は、ゲート同士がＭＯＳトランジスタＭＮ３のドレインと共に接続され、ソース同士が基準電圧に接続される。また、ＭＯＳトランジスタＭＮ３は、ドレインが第２の比較部１５０に接続され、第２の電流源１５２の一端から参照電流Ｉｒｅｆ２を超える差分電流を受け取る。また、ＭＯＳトランジスタＭＮ４は、ドレインが電圧電流変換部１１０の出力に接続され、受け取った差分電流と略同一の電流値の電流を出力電流から受け取る。

一例として、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも大きくなった場合、第２の比較部１５０のＭＯＳトランジスタＭＰ５は、当該典型値よりも大きくなった比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流値の電流をドレインから出力する。すると、当該ドレイン電流は、第２の電流源１５２が流すべき基準電流Ｉｒｅｆ２と比較して電流値が過剰となるので、プッシュプル回路部１６０のＭＯＳトランジスタＭＮ３は、第２の比較部１５０の比較結果である過剰な差分電流を、ＭＯＳトランジスタＭＰ５から受け取る。

これにより、ＭＯＳトランジスタＭＮ３およびＭＮ４によるミラー回路は、ＭＯＳトランジスタＭＮ３がＭＯＳトランジスタＭＰ５から受け取った差分電流と略同一の電流値の電流を、ＭＯＳトランジスタＭＮ４のドレインからソースへと流す。即ち、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも大きくなった分の差分電流を、電圧電流変換部１１０の出力電流から減じることになる。このように、補償部１３０は、第２の比較部１５０の比較結果が基準電流Ｉｒｅｆ２よりも比較電流Ｉｒｅｆ０が大きい場合に応じて、出力電流（＝Ｉｒｅｆ０）に差分電流（＝Ｉｒｅｆ０−Ｉｒｅｆ２）を減じて、略一定の出力電流（＝Ｉｒｅｆ２）となるように補償する。

この場合において、ＭＯＳトランジスタＭＮ３のソースと第２の電流源１５２の他端は、基準電圧に接続されて同電位となっているので、ＭＯＳトランジスタＭＮ３のドレインから第２の電流源１５２側へと逆流することはない。したがって、比較電流生成部１２０の比較電流Ｉｒｅｆ０が変動して典型値よりも小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭＰ５のドレインから典型値よりも小さくなった比較電流Ｉｒｅｆ０と略同一の電流が流れても、ＭＯＳトランジスタＭＮ３のドレインから不足した差分電流が供給されることはない。

鋸波生成部１７０は、電圧電流変換部１１０に接続され、補償された電圧電流変換部１１０の出力電流に応じて、入力電圧に対応する鋸波電圧を発生する。鋸波生成部１７０は、容量１７２と、放電スイッチ１７４と、クロック生成回路ＣＬＫとを有する。

容量１７２は、一端が電圧電流変換部１１０に接続され、他端が基準電圧に接続される。容量１７２は、補償部１３０によって補償された電圧電流変換部１１０の出力電流により電荷が蓄えられる。

放電スイッチ１７４は、容量１７２の一端と基準電圧との間に設けられ、容量１７２の一端を基準電圧に接続するか否かを切り替える。放電スイッチ１７４が容量１７２の一端を基準電圧に接続させると、容量１７２は、充電した電荷を放電する。また、放電スイッチ１７４が容量１７２の一端と基準電圧との電気的接続を切断すると、容量１７２は、電圧電流変換部１１０の出力電流を充電する。即ち、放電スイッチ１７４は、容量１７２の充放電を切り替える。

クロック生成回路ＣＬＫは、予め定められた周期のクロック信号を発生する。クロック生成回路ＣＬＫは、発生したクロック信号を放電スイッチ１７４に供給する。これにより、放電スイッチ１７４は、容量１７２に充電された電荷を予め定められた周期で放電させ、当該容量１７２の充放電を切り替える。ここで、容量１７２の容量値が充電すべき電荷に対して十分大きい場合、当該容量１７２の一端の電圧は、充電時間に比例して高くなる。ここで、比例係数は、充電すべき電荷量、即ち、電圧電流変換部１１０が出力する出力電流に応じた値となる。

即ち、容量１７２の一端の電圧は、充電期間においては充電時間に比例して単調増加し、放電期間においては基準電位と略同一となる鋸状の波形となる。そして、当該鋸波の振幅値は、単調増加の比例係数、即ち入力電流に応じた値となる。したがって、鋸波生成部１７０は、補償された入力電流に応じた振幅値の鋸波を発生して、当該鋸波を放電スイッチ１７４の一端から出力する。

電源部１８０は、電圧電流変換部１１０、比較電流生成部１２０、補償部１３０、および／または鋸波生成部１７０に電源を供給する。電源部１８０は、図４に示すように、鋸波発生装置１００に設けられてよく、これに代えて、電圧出力制御装置１０に設けられる装置内電源に含まれてもよい。

以上のように、,本実施形態の鋸波発生装置１００は、電圧電流変換部１１０が用いる第１の抵抗器１１４と特性が略同一の第２の抵抗器１２６を用い、当該第１の抵抗器１１４の抵抗値の変動に伴う電圧電流変換部１１０の出力電流の変動を、当該第２の抵抗器１２６の抵抗値の変動に伴う比較電流Ｉｒｅｆ０の変動と略同一または当該変動の傾向を略相似にする。そして、補償部１３０は、比較電流Ｉｒｅｆ０の変動を、基準電流Ｉｒｅｆ１およびＩｒｅｆ２と比較することにより、基準電流（典型値）からの差分電流を得、当該差分電流に応じて変動した電圧電流変換部１１０の出力電流を補償する。

これによって、本実施形態に係る鋸波発生装置１００は、抵抗器等を用いて入力電圧に応じた振幅値を有する鋸波を生成する場合に、当該抵抗器の製造バラつきや温度依存特性により抵抗器の抵抗値にずれが生じても、生じたずれを適切に補償することができる。したがって、本実施形態に係る鋸波発生装置１００は、入力電圧に応じた振幅値を有する鋸波を安定に出力することができる。

また、本実施形態に係る鋸波発生装置１００は、第１の抵抗器１１４と特性が略同一の第２の抵抗器１２６と、参照電圧源１２２とを用いて比較電流を生成することを説明した。したがって、補償部１３０は、鋸波発生装置１００の入力電圧と、参照電圧源１２２とが略一致する場合に、より効率的に電圧電流変換部１１０の出力電流を補償することができる。また、例えば、参照電圧の２倍の入力電圧が鋸波発生装置１００に入力されても、出力電流の変動は入力電圧に比例するので、補償部１３０は、当該出力電流の変動を略１／２に低減させることができる。

また、このような鋸波発生装置１００を用いることにより、本実施形態に係る電圧出力制御装置１０は、入力電圧値の変動および出力の電力需要要求の変動に追随して、略一定の安定な電圧を出力することができる。

図５は、本実施形態に係る鋸波発生装置１００の変形例を示す。本変形例の鋸波発生装置１００において、図４に示された本実施形態に係る鋸波発生装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の鋸波発生装置１００の電圧電流変換部１１０は、入力電圧を分圧する第３の抵抗器１１６および第４の抵抗器１１８を更に有する。

第３の抵抗器１１６は、一端が電圧電流変換部１１０の入力に接続され、他端が第１増幅部１１２に接続される。また、第４の抵抗器１１８は、一端が第３の抵抗器１１６の他端および第１増幅部１１２に接続され、他端が基準電圧に接続される。即ち、本変形例の電圧電流変換部１１０は、入力電圧を第１増幅部１１２に直接入力させるのではなく、抵抗値Ｒ３の第３の抵抗器１１６および抵抗値Ｒ４の第４の抵抗器１１８を用いて、入力電圧をｎ倍してから入力させることができる（ｎ＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））。

ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する場合、入力に接続される電源とは別個に制御系の電源を設けることがある。すると、当該制御系の電源電圧値より入力電圧値の方が高い場合が生じ、入力電圧を第１増幅部１１２に直接入力させることが困難になる場合がある。そこで、本変形例の鋸波発生装置１００のように、第３の抵抗器１１６および第４の抵抗器１１８を用いることで、入力電圧を予め定められた倍率にしてから第１増幅部１１２に入力させて、電源の設計自由度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 電圧出力制御装置、２０ 誤差電圧出力部、２２ 参照電圧源、３０ ＰＷＭ部、３２ 比較部、３４ バッファ部、３６ 反転バッファ部、４０ スイッチ部、４２ 第１スイッチ、４４ 第２スイッチ、５０ フィルタ部、５２ コイル、５４ 容量、１００ 鋸波発生装置、１１０ 電圧電流変換部、１１２ 第１増幅部、１１４ 第１の抵抗器、１１６ 第３の抵抗器、１１８ 第４の抵抗器、１２０ 比較電流生成部、１２２ 参照電圧源、１２４ 第２増幅部、１２６ 第２の抵抗器、１３０ 補償部、１４０ 第１の比較部、１４２ 第１の電流源、１５０ 第２の比較部、１５２ 第２の電流源、１６０ プッシュプル回路部、１７０ 鋸波生成部、１７２ 容量、１７４ 放電スイッチ、１８０ 電源部

Claims (10)

1. 第１の抵抗器を有し、入力電圧を当該入力電圧と前記第１の抵抗器の抵抗値に応じた出力電流に変換する電圧電流変換部と、
   前記出力電流に対応する比較電流を生成する比較電流生成部と、
   第１の電流源が流す予め定められた電流値の基準電流と前記比較電流とを比較する第１の比較部を有し、前記第１の比較部の比較結果に応じて、前記出力電流の電流値を補償する補償部と、
   補償された前記出力電流に応じて、前記入力電圧に対応する鋸波電圧を発生する鋸波生成部と
   を備える鋸波発生装置。
2. 前記補償部は、第２の電流源が流す予め定められた電流値の基準電流と前記比較電流とを比較する第２の比較部を更に有し、前記第１の比較部および前記第２の比較部の比較結果に応じて、前記出力電流の電流値を補償する請求項１に記載の鋸波発生装置。
3. 前記補償部は、
   前記第１の比較部の比較結果が前記基準電流よりも前記比較電流が小さい場合に応じて、前記出力電流に差分電流を加え、
   前記第２の比較部の比較結果が前記基準電流よりも前記比較電流が大きい場合に応じて、前記出力電流に差分電流を減じる
   請求項２に記載の鋸波発生装置。
4. 前記比較電流生成部は、第２の抵抗器を有し、参照電圧を当該参照電圧と前記第２の抵抗器の抵抗値に応じた電流に変換して前記比較電流として生成する請求項１から３のいずれか一項に記載の鋸波発生装置。
5. 前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器は特性が略同一である請求項４に記載の鋸波発生装置。
6. 前記第１の抵抗器の抵抗値と前記第２の抵抗器の抵抗値は略同一である請求項４または５に記載の鋸波発生装置。
7. 前記電圧電流変換部は、前記入力電圧を分圧する第３および第４の抵抗器を更に有する請求項１から６のいずれか一項に記載の鋸波発生装置。
8. 前記鋸波生成部は、補償された前記出力電流により電荷が蓄えられる容量と、前記電荷を予め定められた周期で放電する放電スイッチと、を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の鋸波発生装置。
9. 入力電圧を当該入力電圧と第１の抵抗器の抵抗値に応じた出力電流に変換する電圧電流変換段階と、
   前記出力電流に対応する比較電流を生成する比較電流生成段階と、
   予め定められた第１および第２電流値の基準電流を流す段階と、前記第１電流値と前記比較電流を比較する第１の比較段階と、前記第２電流値と前記比較電流を比較する第２の比較段階と、を有し、前記第１および第２の比較段階の比較結果に応じて、前記出力電流の電流値を補償する補償段階と、
   補償された前記出力電流に応じて、前記入力電圧に対応する鋸波電圧を発生する鋸波生成段階と
   を備える鋸波発生方法。
10. 入力電圧の変動を抑制した出力電圧を出力する電圧出力制御装置であって、
    前記入力電圧に応じた振幅値の鋸波を発生する請求項１から７のいずれか一項に記載の鋸波発生装置と、
    前記出力電圧と参照電圧との誤差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力部と、
    前記鋸波発生装置が出力する鋸波と前記誤差電圧とを比較し、比較結果に応じたパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ部と、
    前記ＰＷＭ部の出力に応じて入力電圧および基準電圧のいずれかを切り替えて出力するスイッチ部と、
    前記スイッチ部からの出力を平滑化して前記出力電圧を出力するフィルタ部と
    を備える電圧出力制御装置。

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