JP3571947B2

JP3571947B2 - Ripple filter

Info

Publication number: JP3571947B2
Application number: JP37298798A
Authority: JP
Inventors: 恒夫遠山
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000197346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を調整する電力トランジスタが入力電圧や入力電圧に重畳されるリップル電圧の急激な変化により飽和領域の動作に入った場合でも、瞬時に安定な活性領域の動作に復帰できるリップルフイルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のリップルフイルタの回路図である。
入力端子１と出力端子２間には、電力トランジスタの役割をする第１のトランジスタＱ１が直列接続し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが調整される。
コンパレータ３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ１を経て入力端子１に接続し、コンデンサＣ１を経て接地される。
この抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は、入力端子１に加えられる入力電圧Ｖ_ＩＮに対してはローパスフイルタを形成している。
また、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点Ｐ１には定電流源Ｓ１が接続される。コンパレータ３の反転入力端子は出力端子１に接続し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが加えられる。
【０００３】
そして、コンパレータ３の出力側はトランジスタＱ１のベースに接続される。このように構成されたリップルフイルタは、ローパスフイルタの抵抗Ｒ１により入力電圧Ｖ_ＩＮを電圧降下して得られた基準電圧と出力電圧Ｖ_ＯＵＴがコンパレータ３で比較され、コンパレータ３の出力によりトランジスタＱ１が活性領域で制御される。
出力電圧Ｖ_ＯＵＴは接続点Ｐ１の基準電圧と同じ値であり、定電流源Ｓ１による抵抗Ｒ１の電流をＩ_Ｒ１とすると（１）式で表される。
Ｖ_ＯＵＴ＝（Ｖ_ＩＮ−Ｉ_Ｒ１・Ｒ１）（１）なお、（１）式
におけるＶ_ＯＵＴ、Ｖ_ＩＮ、Ｉ_Ｒ１、Ｒ１は出力電圧Ｖ_ＯＵＴ、入力電圧Ｖ_ＩＮ、電流Ｉ_Ｒ１、抵抗Ｒ１の夫々の値を表している。
入力電圧Ｖ_ＩＮに重畳されるリップル電圧は、ローパスフイルタにより除去されるので出力電圧Ｖ_ＯＵＴには重畳されない。
除去されるリップル電圧は、ほぼ抵抗Ｒ１による電圧降下以内、つまり（Ｉ_Ｒ１・Ｒ１）以内の電圧値である。
【０００４】
このようなリップルフイルタは、電池等により得られる入力電圧に重畳されたリップル電圧を除去し、その入力電圧よりも所定の値だけ低い出力電圧を得る。ところが、負荷が急激に重くなることにより出力電流が増加して入力電圧Ｖ_ＩＮが低下すると、接続点Ｐ１の基準電圧はローパスフイルタに時定数があるので追従して低下できない場合が生ずる。
これは、また、入力電圧Ｖ_ＩＮに抵抗Ｒ１による電圧降下を超えた大きなリップル電圧が重畳された時にも生ずる。
このような場合、入力電圧Ｖ_ＩＮが基準電圧より低くなることにより、トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧が低下して飽和領域の不安定な動作に入りやすい。
特に、入力電圧Ｖ_ＩＮを供給する電池等の電源の使用時間が長くなり、内部抵抗が増加している時に発生しやすい。
このような状態では、リップルフイルタが正常に動作しないのでリップル電圧は除かれない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、負荷が急激に重くなり入力電圧が低下したり、さらに抵抗による電圧降下を超えたリップル電圧が入力電圧に重畳されて第１のトランジスタが飽和領域の不安定な動作に入った場合でも、瞬時に活性領域の動作に復帰させて出力電圧からリップルを除くことのできるリップルフイルタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリップフィルタは、入力端子と出力端子間に直列接続する第１のトランジスタ、入力端子とグランドとの間に接続され、入力端子側に抵抗を配置した抵抗とコンデンサの直列回路によるローパスフィルタ、ローパスフィルタの抵抗とコンデンサの接続点に接続された電流源、抵抗とコンデンサと電流源の共通接続点に得られた基準電圧と出力端子に現れる出力電圧とを比較し、第１のトランジスタを制御するコンパレータ、出力端子に接続され、第１のトランジスタの飽和状態を検出して導通する第２のトランジスタ、第２のトランジスタの電流に応動してローパスフィルタの抵抗の電流を増加し、基準電圧を下げるようにその電圧降下を大きくする電流発生回路を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のリップルフイルタは、電力トランジスタの役割をする第１のトランジスタが飽和領域の動作に入った場合、入力電圧を電圧降下して基準電圧を得る抵抗の電流を増加する。
この電流の増加は、飽和状態を検出する第２のトランジスタの電流に応動する電流発生回路により行われ、出力電圧と比較されるこの基準電圧が低下することにより、コンパレータの出力は出力電圧を下げて第１のトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を上昇させて該トランジスタを安定な活性領域の動作に復帰させる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明のリップルフイルタの実施例を示す図１の回路図を参照しながら説明する。なお、図３と同一部分は同じ符号を付与してある。
図１において、入力端子１と出力端子２間にはＰＮＰ形の第１のトランジスタＱ１が直列接続し、そのエミッタが入力端子１、コレクタが出力端子２に接続している。
コンパレータ３の非反転入力端子は、ローパスフイルタを形成する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が接続し、抵抗Ｒ１の一端が入力端子１に接続する。
また、定電流源Ｓ１が接続し、この定電流源Ｓ１による電流Ｉ_Ｒ１が抵抗Ｒ１を流れて（１）式に示す出力電圧Ｖ_ＯＵＴと同じ値の基準電圧を得る。
コンパレータ３の反転入力端子は出力端子２に接続し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが加えられる。
コンパレータ３の出力側はトランジスタＱ１のベースに接続する。
【０００９】
そして、出力端子２にはＰＮＰ形の第２のトランジスタＱ２のエミッタが接続され、そのベースはトランジスタＱ１のベースに接続する。
トランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ２を経て接地されると共に、ＮＰＮ形の第３のトランジスタＱ３のベースに接続される。
トランジスタＱ３のコレクタはローパスフイルタの抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点Ｐ１に接続され、エミッタは接地される。
バイアス用の抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２は、電流発生回路４を形成する。
このように構成された本発明のリップルフイルタの正常時の動作、つまりトランジスタＱ１が活性領域で制御される場合は、図３の回路と同じであり説明を要しないであろう。
図１の回路では、入力電圧Ｖ_ＩＮが急激に低下したり、抵抗Ｒ１による電圧降下を超える大きなリップル電圧が入力電圧Ｖ_ＩＮに重畳されることにより、トランジスタＱ１が飽和状態に入った場合、その状態はトランジスタＱ２により検出される。
【００１０】
すなわち、トランジスタＱ１が飽和すると、トランジスタＱ２はベース・エミッタ間電圧によりその状態を検出して導通する。
トランジスタＱ２のコレクタ電流はトランジスタＱ３のベース電流として流れるので、トランジスタＱ３のコレクタ電流が発生する。
トランジスタＱ３のコレクタ電流は、ローパスフイルタの抵抗Ｒ１を通って流れるので、抵抗Ｒ１の電流Ｉ_Ｒ１は増加して電圧降下も大きくなる。
また、この電圧降下はコンデンサＣ１の平滑作用により安定化する。
このことにより、接続点Ｐ１の基準電圧を入力電圧Ｖ_ＩＮよりも確実に低下させることができる。
そして、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを下げることにより、トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧を上昇させ、活性領域の動作に復帰させることができる。
活性領域では、トランジスタＱ２を導通させるベース・エミッタ間電圧が得られないので非導通となる。
そして、正常なリップルフイルタの動作が行われる。
【００１１】
このように、本発明のリップルフイルタは、トランジスタＱ１が一時的に飽和領域の動作に入っても、接続点Ｐ１の基準電圧が瞬時に正常時よりも低くなり、トランジスタＱ１が活性領域での安定な動作に復帰する。
図２は本発明のリップルフイルタの他の実施例を示す回路図であるが、電流発生回路４がＮＰＮ形の第４のトランジスタＱ４と第５のトランジスタＱ５からなる電流ミラー回路により形成されている。
ダイオード接続された入力側のトランジスタＱ４のコレクタがトランジスタＱ２のコレクタに接続し、出力側のトランジスタＱ５のコレクタが接続点Ｐ１に接続する。トランジスタＱ４、トランジスタＱ５のエミッタは接地される。
電流発生回路４の構成はこのように種々の変形があり、特に限定する必要はない。
また、第１のトランジスタはダーリントン接続した複数のトランジスタから形成されていてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のリップルフイルタは、電力トランジスタの役割をする第１のトランジスタが飽和領域の動作に入った場合、入力電圧を電圧降下して基準電圧を得る抵抗の電流を増加する。
この電流の増加は飽和状態の検出に応動する電流発生回路により行われ、出力電圧と比較される基準電圧が自動的に正常時よりも低下することにより、コンパレータの出力は出力電圧を下げて第１のトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を上昇させて該トランジスタを安定な活性領域の動作に復帰させる。
このことにより、負荷が急激に重くなり入力電圧が低下したり、さらに抵抗による電圧降下を超えたリップル電圧が入力電圧に重畳されることにより第１のトランジスタが飽和領域の不安定な動作に入った場合でも、瞬時に活性領域の動作に復帰させて出力電圧からリップルを除くことができる。
リップル電圧を含めた入力電圧の広い変化に対応できるこのような本発明のリップルフフイルタは極めて実用的であり、応用範囲も広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリップルフイルタの実施例を示す回路図である。
【図２】本発明のリップルフイルタの他の実施例を示す回路図である。
【図３】従来のリップルフイルタの回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１第１のトランジスタ
Ｑ２第２のトランジスタ
３コンパレータ
４電流発生回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a ripple that can instantaneously return to a stable active region operation even when a power transistor for adjusting an output voltage enters an operation in a saturation region due to an abrupt change in an input voltage or a ripple voltage superimposed on the input voltage. About filters.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional ripple filter.
A first transistor Q1 serving as a power transistor is connected in series between the input terminal 1 and the output terminal 2, and the output voltage _VOUT is adjusted.
The non-inverting input terminal of the comparator 3 is connected to the input terminal 1 via the resistor R1, and is grounded via the capacitor C1.
The resistor R1 and the capacitor C1 form a low-pass filter with respect to the input voltage _VIN applied to the input terminal 1.
A constant current source S1 is connected to a connection point P1 between the resistor R1 and the capacitor C1. The inverting input terminal of the comparator 3 is connected to the output terminal 1 to which the output voltage _VOUT is applied.
[0003]
The output side of the comparator 3 is connected to the base of the transistor Q1. In the thus configured ripple filter, the comparator 3 compares the reference voltage obtained by dropping the input voltage _VIN with the resistor R1 of the low-pass filter with the output voltage _VOUT. Controlled by the active area.
The output voltage _{V OUT} is the same value as the reference voltage at the connection point P1, the current of resistor R1 due to the constant current source S1 represented by When _{I R1} (1) formula.
_{_{_{V OUT = (V IN -I R1}}} · R1) (1) Note that, (1) _V OUT in the _{_equation,} V _{_IN, I} _R1, R1 is the output voltage _{V OUT,} the input voltage _{V IN,} the current _{I R1,} the resistor R1 Each value is shown.
The ripple voltage superimposed on the input voltage V _IN is removed by the low-pass filter and is not superimposed on the output voltage V _OUT .
The removed ripple voltage has a voltage value substantially within the voltage drop caused by the resistor R1, that is, ( _IR1 · R1).
[0004]
Such a ripple filter removes a ripple voltage superimposed on an input voltage obtained by a battery or the like, and obtains an output voltage lower by a predetermined value than the input voltage. However, when the output current increases due to the sudden increase in the load and the input voltage _VIN decreases, the reference voltage at the connection point P1 may not follow the low-pass filter because of the time constant, and may not be able to decrease.
This also occurs when a large ripple voltage exceeding the voltage drop due to the resistor R1 is superimposed on the input voltage _VIN .
In such a case, when the input voltage _VIN becomes lower than the reference voltage, the voltage between the collector and the emitter of the transistor Q1 decreases, and the transistor Q1 tends to enter an unstable operation in the saturation region.
In particular, it is likely to occur when the use time of a power supply such as a battery for supplying the input voltage _VIN increases and the internal resistance increases.
In such a state, the ripple voltage is not removed because the ripple filter does not operate normally.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to reduce the input voltage due to a sudden increase in load, or to superimpose a ripple voltage exceeding a voltage drop due to a resistor on the input voltage, causing the first transistor to enter an unstable operation in a saturation region. Even in such a case, it is an object of the present invention to provide a ripple filter capable of instantaneously returning to the operation of the active region and removing a ripple from an output voltage.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A lip filter according to the present invention includes a first transistor connected in series between an input terminal and an output terminal, a low-pass filter connected between the input terminal and the ground, and a series circuit of a resistor and a capacitor having a resistor arranged on the input terminal side. Comparing the current source connected to the connection point of the resistor and the capacitor of the low-pass filter, the reference voltage obtained at the common connection point of the resistor, the capacitor and the current source with the output voltage appearing at the output terminal, and setting the first transistor control comparators, are connected to the output terminal, a second transistor which are turned on to detect the saturated state of the first transistor, in response to the current of the second transistor to increase the resistance of the current of the low-pass filter, the reference voltage A current generating circuit for increasing the voltage drop so as to reduce the voltage drop.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the ripple filter of the present invention, when the first transistor serving as the power transistor enters the operation in the saturation region, the input voltage is dropped to increase the current of the resistor for obtaining the reference voltage.
This increase in current is performed by a current generating circuit that responds to the current of the second transistor that detects the saturation state, and the output of the comparator decreases the output voltage when the reference voltage, which is compared with the output voltage, decreases. As a result, the collector-emitter voltage of the first transistor is raised to return the transistor to a stable active region operation.
[0008]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the ripple filter of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 1, a PNP first transistor Q1 is connected in series between an input terminal 1 and an output terminal 2, and its emitter is connected to the input terminal 1 and its collector is connected to the output terminal 2.
The non-inverting input terminal of the comparator 3 is connected to a resistor R1 and a capacitor C1 forming a low-pass filter, and one end of the resistor R1 is connected to the input terminal 1.
The constant current source S1 is connected to obtain the reference voltage of the same value as the output voltage V _OUT shown in current I _R1 by the constant current source S1 is flowing through the resistor R1 (1) formula.
The inverting input terminal of the comparator 3 is connected to the output terminal 2 to which the output voltage _VOUT is applied.
The output side of the comparator 3 is connected to the base of the transistor Q1.
[0009]
The emitter of a second PNP transistor Q2 is connected to the output terminal 2, and its base is connected to the base of the transistor Q1.
The collector of the transistor Q2 is grounded via the resistor R2, and is connected to the base of an NPN-type third transistor Q3.
The collector of the transistor Q3 is connected to a connection point P1 between the resistor R1 of the low-pass filter and the capacitor C1, and the emitter is grounded.
The bias resistor R2 and the transistor Q2 form a current generating circuit 4.
The normal operation of the thus configured ripple filter of the present invention, that is, the case where the transistor Q1 is controlled in the active region, is the same as the circuit of FIG. 3 and need not be described.
In the circuit of FIG. 1, when the input voltage V _IN suddenly drops or a large ripple voltage exceeding the voltage drop due to the resistor R1 is superimposed on the input voltage V _IN , the transistor Q1 enters a saturation state. The state is detected by the transistor Q2.
[0010]
That is, when the transistor Q1 is saturated, the transistor Q2 conducts by detecting its state by the base-emitter voltage.
Since the collector current of the transistor Q2 flows as the base current of the transistor Q3, a collector current of the transistor Q3 is generated.
The collector current of the transistor Q3, so flows through the resistor R1 of the low-pass filter, a current I _R1 of resistor R1 is a voltage drop becomes larger increases.
This voltage drop is stabilized by the smoothing action of the capacitor C1.
As a result, the reference voltage at the connection point P1 can be reliably reduced below the input voltage _VIN .
Then, by lowering the output voltage _VOUT , the voltage between the collector and the emitter of the transistor Q1 can be increased to return to the operation of the active region.
In the active region, a base-emitter voltage for turning on the transistor Q2 cannot be obtained, so that the transistor Q2 is turned off.
Then, the normal operation of the ripple filter is performed.
[0011]
As described above, in the ripple filter according to the present invention, even when the transistor Q1 temporarily enters the operation in the saturation region, the reference voltage at the connection point P1 becomes instantaneously lower than normal, and the transistor Q1 becomes stable in the active region. Operation returns to normal.
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the ripple filter according to the present invention. The current generating circuit 4 is formed by a current mirror circuit comprising an NPN type fourth transistor Q4 and a fifth transistor Q5. .
The collector of the diode-connected transistor Q4 on the input side is connected to the collector of the transistor Q2, and the collector of the transistor Q5 on the output side is connected to the connection point P1. The emitters of the transistors Q4 and Q5 are grounded.
The configuration of the current generation circuit 4 has various modifications as described above, and it is not necessary to particularly limit the configuration.
The first transistor may be formed from a plurality of Darlington-connected transistors.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, in the ripple filter of the present invention, when the first transistor serving as a power transistor enters an operation in a saturation region, the input voltage drops to increase the current of the resistor for obtaining the reference voltage.
This current increase is performed by a current generating circuit that responds to the detection of the saturation state.When the reference voltage, which is compared with the output voltage, automatically drops below the normal state, the output of the comparator lowers the output voltage to reduce the output voltage. The collector-emitter voltage of one of the transistors is raised to return the transistor to a stable active region operation.
As a result, the load suddenly becomes heavy and the input voltage drops, and the ripple voltage exceeding the voltage drop due to the resistance is superimposed on the input voltage, so that the first transistor enters an unstable operation in the saturation region. Even in such a case, the operation can be instantaneously returned to the operation in the active region, and the ripple can be removed from the output voltage.
Such a ripple filter of the present invention which can cope with a wide change in input voltage including a ripple voltage is extremely practical and has a wide range of application.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a ripple filter according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the ripple filter of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional ripple filter.
[Explanation of symbols]
Q1 First transistor Q2 Second transistor 3 Comparator 4 Current generation circuit

Claims

入力端子と出力端子間に直列接続する第１のトランジスタ、該入力端子とグランドとの間に接続され、入力端子側に抵抗を配置した抵抗とコンデンサの直列回路によるローパスフィルタ、該ローパスフィルタの該抵抗と該コンデンサの接続点に接続された電流源、該抵抗と該コンデンサと該電流源の共通接続点に得られた基準電圧と該出力端子に現れる出力電圧とを比較し、該第１のトランジスタを制御するコンパレータ、該出力端子に接続され、該第１のトランジスタの飽和状態を検出して導通する第２のトランジスタ、該第２のトランジスタの電流に応動して該ローパスフィルタの抵抗の電流を増加し、該基準電圧を下げるようにその電圧降下を大きくする電流発生回路を有することを特徴とするリップルフィルタ。A first transistor connected in series between the input terminal and the output terminal, a low-pass filter connected between the input terminal and the ground, and a series circuit of a resistor and a capacitor having a resistor arranged on the input terminal side; resistor and a current source connected to the connection point of the capacitor is compared with the output voltage appearing at the reference voltage and the output terminal obtained to a common connection point of said resistor and said capacitor and said current source, said first comparator for controlling the transistors, connected to said output terminal, said first transistor of the second transistor to be turned on to detect the saturated state, the second response to the current in transistor resistance of the current of the low-pass filter And a current generating circuit for increasing the voltage drop so as to decrease the reference voltage .

前記電流発生回路は、前記第２のトランジスタの電流がベース電流となり、コレクタを前記ローパスフィルタの抵抗とコンデンサの接続点に接続された第３のトランジスタから形成されている請求項１のリップルフィルタ。 It said current generating circuit, the current of the second transistor is a base current, the third ripple filter of claim 1, which is formed from a transistor connected to the collector to the junction of the resistor and the capacitor of the low pass filter.

前記電流発生回路は、入力側が前記第２のトランジスタに接続し、出力側が前記ローパスフィルタの抵抗とコンデンサの接続点に接続されたカレントミラー回路から形成されている請求項１のリップフィルタ。 Said current generating circuit is connected the input side to the second transistor, the output side of the low-pass lip filter according to claim 1, resistor and is formed from a current mirror circuit connected to a connection point of the capacitor of the filter.