JP2007082324A - 電源装置とその制御方法及び前記電源装置を用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】レギュレータによる電力損失が大きかった。かといって、ＤＣ−ＤＣコンバータをそのまま用いると、ノイズが発生して回路に悪影響を与えた。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力に接続された切り替えスイッチ２７と、この切り替えスイッチ２７に接続されたコンデンサ２８，２９と、このコンデンサ２８，２９に接続され電子スイッチ３０，３２と、これらのスイッチ２７，３０，３２を制御するとともに制御信号入力端子３４に接続されたスイッチ制御部３５とから成り、前記制御部３５の作用により、切り替えスイッチ２７の入力側と電子スイッチ３０，３２の出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御されるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置とその制御方法及び前記電源装置を用いた電子機器に関するものである。

従来の電源装置とこれを用いた電子機器は、図９に示す構成となっていた。図９において、１は３．０〜４．２ボルト（以下、Ｖと記す）を出力する電池であり、この電池１のマイナス極側はグランドに接続されるとともに、プラス極側は電子機器を形成する携帯電話装置２と、電源装置３の入力端子４に接続されている。

集積回路（以下、ＩＣと記す）の微細化により、機器の電源電圧が１．２Ｖ〜１．８Ｖと低電圧化されており、これに対応するため、電源装置３は、電池１の出力電圧を１．２Ｖ〜１．８Ｖに変換して用いなければならない。また、携帯電話装置２は送信時に大電流が流れるため、この大電流の影響で入力端子４に電源リップルが重畳されることになる。従って、この電源リップルの影響を特に受け易い回路（例えばアナログ回路）に供給する電源には電源リップルを除去することが必要である。

即ち、電源装置３は、入力端子４に接続されるとともに１．２Ｖに電圧変換するＤＣ−ＤＣコンバータ５と、このＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力に接続された出力端子６と、前記入力端子４に接続されるとともに１．２Ｖに電圧変換するレギュレータ７と、このレギュレータ７の出力に接続されるとともに電源リップルを除去するフィルタ８と、このフィルタ８の出力に接続された出力端子９と、前記入力端子４に接続されるとともに１．８Ｖ或いは２．８Ｖに電圧変換するレギュレータ１０と、このレギュレータ１０の出力に接続された出力端子１１とで構成されている。ここで、フィルタ８はレギュレータ７で除去しきれない電源リップルを更に除去して安定化させるために挿入されたものである。

そして、出力端子９には、ノイズの影響を最も受け易いアナログ回路１３が接続されている。また、出力端子１１には、次にノイズの影響を受け易い高周波回路１４が接続されている。なお、出力端子６には、比較的ノイズの影響を受け難いロジック回路１２が接続されている。

ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５は電圧を変換するに際して高周波ノイズを発生する。しかし、こういった問題点はあるもののＤＣ−ＤＣコンバータ５は変換効率が良いので、ノイズの影響を比較的受け難いロジック回路１２に供給する電源に用い、省電力性能を優先することが好ましい。

このような状況を考慮して、アナログ回路１３や高周波回路１４は、ノイズの影響を受け易いので、それ自体ではノイズを発生しないレギュレータ７，１０を用いている。特に、アナログ回路１３はノイズの影響を最も受け易いので、更に、フィルタ８を用いてノイズの伝達を抑制している。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−２９１１７２号公報

しかしながらこのような従来の電源装置３では、レギュレータ７，１０を用いていたため、このレギュレータ７，１０で消費される電力を無視することはできず省電力化を達成するには不向きであった。

この点を今少し説明すると、例えば図１０において、電池１から出力される電圧を３．６Ｖとして、レギュレータ７とアナログ回路１３に流れる電流が２０ミリアンペア（以下、ｍＡと記す）であったとする。また、アナログ回路１３に印加する電圧を１．２Ｖとすると、レギュレータ７の両端での電位差は２．４Ｖ（３．６Ｖ−１．２Ｖ）となる。従ってアナログ回路１３で消費される電力は２４ミリワット（以下、ｍＷと記す）である。これに対して、レギュレータ７で消費される電力は４８ｍＷにもなる。即ち、電子機器としての実際に必要な機能をさせるために、略その２倍の電力をレギュレータ７で無駄に消費していることになる。

この無駄な電力消費を軽減するため、電圧変換効率の良いＤＣ−ＤＣコンバータ５を用いながら、しかもノイズの発生を抑制した電源装置３が望まれている。

そこで本発明は、低消費電力を実現するとともにノイズの発生を抑制した電源装置を提供することを目的としたものである。

そしてこの目的を達成するために、本発明の電源装置の電源リップル除去回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続された充電用スイッチと、この充電用スイッチ接続されるとともに電荷を充電する第１、第２のコンデンサと、この第１、第２のコンデンサに接続されるとともに前記充電された電荷を第１の出力端子に放電する放電用スイッチと、この放電用スイッチと前記充電用スイッチを制御するとともに制御信号入力端子に接続されたスイッチ制御部とから成り、前記スイッチ制御部により、前記充電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ交互に充電させるとともに、前記放電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ前記充電された電荷を交互に放電させ、前記充電用スイッチの入力側と前記放電用スイッチの出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御されるものである。これにより、所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明の電源装置の電源リップル除去回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続された充電用スイッチと、この充電用スイッチ接続されるとともに電荷を充電する第１、第２のコンデンサと、この第１、第２のコンデンサに接続されるとともに前記充電された電荷を第１の出力端子に放電する放電用スイッチと、この放電用スイッチと前記充電用スイッチを制御するとともに制御信号入力端子に接続されたスイッチ制御部とから成り、前記スイッチ制御部により、前記充電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ交互に充電させるとともに、前記放電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ前記充電された電荷を交互に放電させ、前記充電用スイッチの入力側と前記放電用スイッチの出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御されるものである。

即ち、以上の構成とすれば、変換効率の良いＤＣ−ＤＣコンバータを使用しているので、無駄な電力を極力抑えて低消費電力化を図ることができる。

また、充電用スイッチの入力と放電用スイッチの出力との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御されるので、一瞬たりともＤＣ−ＤＣコンバータの出力と第１の出力端子との間が直接に接続されることは無く、たとえ、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力にノイズが重畳していたとしても、第１の出力端子にノイズが出力されることはない。

更に、従来、レギュレータの出力側に接続されていたフィルタは不要となり、その分、小型化と低価格化を図ることができる。

（実施の形態１）
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１において、２１は内部抵抗を有する３．６Ｖの電池である。この電池２１のマイナス極側はグランドに接続されるとともに、プラス極側は携帯電話装置２２と電源装置２３の入力端子２４に接続されている。

電源装置２３は、入力端子２４からＤＣ−ＤＣコンバータ２５の入力に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、３．６Ｖの入力電圧を１．２Ｖに変換して出力するスイッチング電源で構成されており、そのスイッチング周波数は約４００ＫＨｚのものを用いている。また、１．２Ｖに変換する理由は、ＩＣの微細化により、電源電圧が低電圧化したことによるものである。

このＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は、出力端子２６に直接接続されるとともに、充電用の切り替えスイッチ２７の共通端子２７ａに接続されている。また、この切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂとグランドとの間にはコンデンサ２８が接続されている。同様に、切り替えスイッチ２７の他方の端子２７ｃとグランドとの間にもコンデンサ２９が接続されている。なお、この切り替えスイッチ２７は電子回路で形成されている。また、第１、第２のコンデンサ２８，２９は共に１００マイクロファラッド（以下、μＦと記す）の静電容量のものを用いている。この静電容量１００μＦの値は（数１）に示す式によって導出したものである。

切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂからは放電用の電子スイッチ３０を介して出力端子３１に接続されている。また、切り替えスイッチ２７の他方の端子２７ｃからも放電用の電子スイッチ３２を介して出力端子３１に接続されている。また、出力端子３１とグランドとの間には、コンデンサ３３が接続されている。このコンデンサ３３は、第１、第２のコンデンサ２８，２９より小容量のものを用いている。

３４は、オン・オフ比が共に略５０％の制御信号が入力される制御信号入力端子であり、スイッチ制御部３５に接続されている。そして、このスイッチ制御部３５の出力は切り替えスイッチ２７と電子スイッチ３０，３２の制御端子に夫々接続されており、これらのスイッチのオン・オフを制御している。即ち、スイッチ制御部３５により、充電用の切り替えスイッチ２７を制御して第１、第２のコンデンサ２８，２９を交互に充電させるとともに放電用の電子スイッチ３０，３２を制御して、第１、第２のコンデンサ２８，２９に充電された電荷を交互に放電させるものである。

スイッチ制御部３５による制御において、充電用の切り替えスイッチ２７の共通端子２７ａ（入力側）と放電用の電子スイッチ３０，３２の出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御されている。従って、一瞬たりともＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力と出力端子３１との間が直接に接続されることは無く、たとえ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力にノイズが重畳していたとしても、出力端子３１にノイズが出力されることはない。従って、従来例において、レギュレータ７の出力に接続されたノイズ除去用のフィルタ８が不要となり、その分、小型・低価格化を図ることができる。なお、この詳細については、図２を用いて後述する。

３６は、電子機器内に設けられたロジック回路部であり、出力端子２６に接続されている。また、３７は、電子機器内に設けられたアナログ回路部であり、出力端子３１に接続されている。そして、これら電池２１、携帯電話装置２２、電源装置２３、ロジック回路部３６、アナログ回路部３７で電子機器を構成している。

また、制御信号入力端子３４に入力される制御信号のオン・オフ比（デューティ比）に比例して、コンデンサ２８，２９への充電や放電が行われる。従って、制御信号のオン・オフ比と、コンデンサ２８，２９の静電容量とは、比例関係にしておくことが望ましい。本実施の形態では、制御信号のオン・オフ比を等しくしているので、コンデンサ２８，２９の静電容量も等しくしている。

更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力を直接出力端子２６に接続している。従って、この出力端子２６に比較的ノイズの影響を受けないロジック回路部３６に接続することができ、省電力化に貢献することができる。即ち、レギュレータ７，１０を用いて無駄な電力を消費しないようにしている。

また、本実施の形態では、電池２１に内部抵抗を有するものを用い、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５では、３．６Ｖから１．２Ｖに降圧している。従って、このような構成とすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の変換効率（約８５％）を差し引いても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力から流出する電流より、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の入力へ流入する電流の方が少なくなる。即ち、電力は流れる電流の二乗に比例して増加するので、電池２１内に存在する内部抵抗で消費される電力を少なくすることができる。また、電池２１の発熱も少なくすることができる。

なお、切り替えスイッチ２７と、電子スイッチ３０，３２と、コンデンサ２８，２９，３３と、スイッチ制御部３５とで電源リップル除去回路３８を形成している。

以下、電源リップル除去回路３８の動作を説明する。図２は、制御信号入力端子３４に入力される制御信号により、切り替えスイッチ２７や電子スイッチ３０，３２を制御するタイミングチャートである。

図２において、４０は、制御信号入力端子３４に入力される制御信号の波形であり、オンとオフの比が１対１でその時間長は０．５ミリセカンド（以下、ｍｓと記す）の信号である。このような制御信号が入力されると、スイッチ制御部３５では各スイッチを以下のように制御する。即ち、制御信号の波形４０の波形４０ａに示す時間になった時点で、波形４１に示すように電子スイッチ３０をオフにする。次に、波形４１ａに示す時間遅れて、波形４２，４３に示すように切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂをオンにするとともに他方の端子２７ｃをオフにする。その後、波形４３ａに示す時間遅れて、波形４４に示すように電子スイッチ３２をオンにする。

この動作をした後、次の制御信号のオン・オフ変化を待つ。本実施の形態では、０．５ｍｓ間待つ。そして、制御信号が変化すると以下の動作となる。

即ち、制御信号の波形４０の波形４０ｂに示す時間になった時点で、波形４４に示すように電子スイッチ３２をオフにする。次に、波形４４ｂで示す時間遅れて、波形４２，４３に示すように切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂをオフにするとともに他方の端子２７ｃをオンにする。その後、波形４３ｂに示す時間遅れて、波形４１に示すように電子スイッチ３０をオンにする。以上の動作を制御信号のオン・オフ変化の度に繰り返す。

以上の動作により、切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂがオンとなるので、このオンとなる波形４２ｊで示す時間コンデンサ２８が充電される。また、波形４３ｊで示す時間は、切り替えスイッチ２７の他方の端子２７ｃがオンとなっているので、このオンの時間中コンデンサ２９が充電される。

また、このコンデンサ２８，２９の放電は次のようになる。即ち、波形４１ｈに示す時間では、電子スイッチ３０がオンとなっているので、コンデンサ２８に充電された電荷が出力端子３１に放電される。また、波形４４ｈに示す時間では、電子スイッチ３２がオンとなっているので、コンデンサ２９に充電された電荷が出力端子３１に放電される。

このように、コンデンサ２８とコンデンサ２９へは交互に電荷が充電される。また、このコンデンサ２８とコンデンサ２９に充電された電荷は交互に放電される。

このとき、切り替えスイッチ２７の一方の端子２７ｂがオン（波形４２ｊ）の間は、この一方の端子２７ｂに直接接続された電子スイッチ３０がオフ（波形４１ｄ）となっており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は直接出力端子３１に接続されるタイミングは無い。

同様に、切り替えスイッチ２７の他方の端子２７ｃがオン（波形４３ｊ）の間は、この他方の端子２７ｃに直接接続された電子スイッチ３２がオフ（波形４４ｄ）となっており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は直接出力端子３１に接続されるタイミングは無い。

従って、たとえＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力にノイズが重畳されていたとしても、そのノイズは直接出力端子３１に導かれるタイミングは無く、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力側に重畳されたノイズが出力されることは無い。

なお、このコンデンサ２８，２９による放電は、波形４５の波形４５ａ，４５ｂに示すように連続していない。即ち、このままでは、この波形４５ａ，４５ｂに示す時間は、出力端子３１に電源が供給されないことになる。この時間を補完して電源を連続して出力端子３１に供給するためにコンデンサ３３を用いている。即ち、このコンデンサ３３には、コンデンサ２８，２９の放電時に同時に充電させて、波形４５ａ，４５ｂに示す時間において放電する。このことにより、出力端子３１からは連続して電力が供給されることになる。

（実施の形態２）
実施の形態２は電源装置のみ実施の形態１と異なる。従って、異なっているところを中心に説明する。なお、実施の形態１と同じものについては、同符号を付して説明を簡略化している。

図３は、実施の形態２における電源装置５０のブロック図である。この電源装置５０は、入力端子２４からＤＣ−ＤＣコンバータ２５の入力に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は、出力端子２６に直接接続されるとともに、充電用の電子スイッチ５１，５２の一方の端子（入力側）に接続されている。また、この電子スイッチ５１，５２の他方の端子（出力側）は夫々、放電用の電子スイッチ５３，５４の一方の端子に夫々接続されている。そして、これら電子スイッチ５３，５４の他方の端子は共に出力端子３１に接続されている。

即ち、電子スイッチ５１と電子スイッチ５３とが直列に接続された第１の直列接続体と、電子スイッチ５２と電子スイッチ５４とが直列に接続された第２の直列接続体とが並列接続されて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力と出力端子３１との間に挿入されている。

また、第１の直列接続体を形成する電子スイッチ５１と電子スイッチ５３の接続点と、グランドとの間には、コンデンサ５５が接続されている。このコンデンサ５５は実施の形態１のコンデンサ２８に該当する役目のものであり、静電容量１００μＦのものを用いている。同様に、第２の直列接続体を形成する電子スイッチ５２と電子スイッチ５４の接続点と、グランドとの間には、コンデンサ５６が接続されている。このコンデンサ５６は実施の形態１のコンデンサ２９に該当する役目のものであり、静電容量１００μＦのものを用いている。また、本実施の形態では、出力端子３１とグランド間に実施の形態１で説明したコンデンサ３３は挿入されていない。従って、小型化が実現できる。

３４は、制御信号が入力される制御信号入力端子であり、スイッチ制御部５７に接続されている。そして、このスイッチ制御部５７の出力は電子スイッチ５１〜５４の制御端子に接続されており、これらのスイッチのオン・オフを制御する。

なお、電子スイッチ５１〜５４と、コンデンサ５５，５６と、スイッチ制御部５７とで電源リップル除去回路５８を形成している。

以上のように構成された電源装置５０について、以下にその動作を説明する。図４において、６０は、制御信号入力端子３４に入力されるオン・オフ比が共に５０％の制御信号の波形である。このような制御信号が入力されると、制御部５７では各スイッチを以下のように制御する。即ち、制御信号の波形６０の波形６０ａに示す時間になった時点で、波形６１に示すように電子スイッチ５１をオフにする。次に、波形６１ａの時間遅れて、波形６２に示すように電子スイッチ５３をオンにする。そして、波形６２ａの時間遅れて、波形６３に示すように電子スイッチ５４をオフにする。その後、波形６３ａの時間遅れて、波形６４に示すように電子スイッチ５２をオンにする。

この動作をした後、次に制御信号のオン・オフ変化を待つ。本実施の形態では、０．５ｍｓ間待つ。そして、制御信号が変化すると以下の動作となる。

即ち、制御信号の波形６０ｂに示す時間になった時点で、波形６４に示すように電子スイッチ５２をオフにする。次に、波形６４ｂの時間遅れて、波形６３に示すように電子スイッチ５４をオンにする。そして、波形６３ｂの時間遅れて、波形６２に示すように電子スイッチ５３をオフにする。その後、波形６２ｂの時間遅れて、波形６１に示すように電子スイッチ５１をオンにする。以上の動作を制御信号のオン・オフ変化の度に繰り返す。

以上の動作により、波形６１ｊで示す時間において電子スイッチ５１がオンとなっているので、コンデンサ５５が充電される。また、波形６４ｊで示す時間において電子スイッチ５２がオンとなっているので、コンデンサ５６が充電される。

また、このコンデンサ５５，５６の放電は次のようになる。即ち、波形６２ｈに示す時間において、電子スイッチ５３がオンとなっているので、コンデンサ５５に充電された電荷が出力端子３１に放電される。また、波形６３ｈに示す時間において、電子スイッチ５４がオンとなっているので、コンデンサ５６に充電された電荷が出力端子３１に放電される。

このように、電子スイッチ５１と５２が交互にオンとなるので、コンデンサ５５とコンデンサ５６へは交互に電荷が充電される。また、このコンデンサ５５とコンデンサ５６に充電された電荷は、電子スイッチ５３と５４が交互にオンとなるので、交互に放電される。

また、電子スイッチ５１がオン（波形６１ｊ）の間は、直列に接続された電子スイッチ５３がオフ（波形６２ｄ）となっており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は直接出力端子３１に接続されるタイミングは無い。同様に、電子スイッチ５２がオン（波形６４ｊ）の間は、電子スイッチ５４がオフ（波形６３ｄ）となっており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は直接出力端子３１に接続されるタイミングは無い。

従って、たとえＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力にノイズが重畳されていても、そのノイズが直接出力端子３１に導かれるタイミングは無い。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力にノイズが重畳されていたとしても、そのノイズが出力端子３１へ出力されることは無い。

また、このコンデンサ５５，５６による放電は、波形６２の６２ａ、波形６３の６３ｂに示すように重なっている。即ち、コンデンサ５５，５６の電荷の放電は連続して出力端子３１に供給されることになる。従って、実施の形態１で述べたコンデンサ３３は不要となる。

以上のように本実施の形態においても、その効果は、実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）
実施の形態３においても電源装置のみ実施の形態１と異なる。従って、異なっているところを中心に説明する。なお、実施の形態１と同じものについては、同符号を付して説明を簡略化している。

図５は、実施の形態３における電源装置１５０のブロック図である。この電源装置１５０は、入力端子２４からＤＣ−ＤＣコンバータ２５の入力に接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力は、直接出力端子２６に接続されている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力と出力端子３１との間には複数個の充放電回路１５１ａ〜１５１ｎが並列に接続されている。

充放電回路１５１ａ〜１５１ｎは、全て同様に構成されているので、充放電回路１５１ａで代表して説明する。充放電回路１５１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力に一方の端子が接続された充電用の電子スイッチ１５２ａと、この電子スイッチ１５２ａの他方の端子と出力端子３１との間に接続された放電用の電子スイッチ１５３ａと、この電子スイッチ１５２ａと電子スイッチ１５３ａの接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサ１５４ａとで構成されている。

このコンデンサ１５４ａは実施の形態１のコンデンサ２８，２９に該当する役目のものであり、静電容量１００μＦのものを用いている。また、本実施の形態では、出力端子３１とグランド間に実施の形態１で説明したコンデンサ３３は挿入されていない。従って、小型化が実現できる。

３４は、制御信号が入力される制御信号入力端子であり、スイッチ制御部１５５に接続されている。そして、このスイッチ制御部１５５の出力は電子スイッチ１５２ａ〜１５２ｎ、及び電子スイッチ１５３ａ〜１５３ｎの制御端子に接続されており、これらのスイッチのオン・オフを制御する。

なお、これらの充放電回路１５１ａ〜１５１ｎと、スイッチ制御部１５５とで電源リップル除去回路１５６を形成している。

以上のように構成された電源装置１５０について、以下にその動作を説明する。図５において、充電用の電子スイッチ１５２ａ〜１５２ｎとそれに対応する放電用の電子スイッチ１５３ａ〜１５３ｎとは夫々同時に同通することはないようにスイッチ制御部１５５で制御される。即ち、放電用の電子スイッチ１５３ａ〜１５３ｎがオンの時は、必ずそれに対応する充電用の電子スイッチ１５２ａ〜１５２ｎはオフに制御される訳である。

このことにより、一瞬たりともＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力と出力端子３１との間が直接に接続されることは無く、たとえ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の出力にノイズが重畳していたとしても、そのノイズが出力端子３１に出力されることはない。

また、充電用の電子スイッチ１５２ａ〜１５２ｎによる充電時間と、放電用の電子スイッチ１５３ａ〜１５３ｎによる放電時間の比に合わせて、夫々対応する放電するコンデンサ１５４ａ〜１５４ｎと充電用コンデンサ１５４ａ〜１５４ｎの数量を変化させているので、充放電時間に差がある場合にその効果を発揮するものである。

更に、出力端子３１に接続される負荷の大きさに対応させて、放電用の電子スイッチ１５３ａ〜１５３ｎの数を変えることもできる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、本発明による電源装置を用いた電子機器について述べる。電子機器の一例として、テレビ付き携帯電話装置について説明する。なお、実施の形態１、２、３と同じものについては、同符号を付して説明を簡略化している。

図６は、実施の形態４におけるテレビ付き携帯電話装置のブロック図である。図６において、７１は電話信号の受信や送信に用いられるアンテナであり、このアンテナ７１は携帯電話送受信部７２に接続されている。また、この携帯電話送受信部７２はベースバンド処理部７３に接続されており、このベースバンド処理部７３には、表示部７４と、スピーカ７５と、マイクロフォン７６が接続されている。

また、８１は、デジタル放送波が入力されるアンテナであり、テレビ用受信部８２に接続されている。このテレビ用受信部８２の出力は、復調部８３を介してベースバンド処理部７３の入力に接続されている。そして、この復調部８３は、本実施の形態１、２、３で説明した電源装置２３（電源装置５０，１５０も同様に用いることができる。しかしここでは説明を簡略化するため、電源装置２３を代表として用いる。）の制御信号入力端子３４に接続されている。この電源装置２３には電池２１が接続されている。

携帯電話送受信部７２は、受信系と送信系とから構成されており、前記受信系は、アンテナ７１に接続された切り替えスイッチ１０１と、この切り替えスイッチ１０１の一方の端子に接続された低雑音増幅器１０２と、この低雑音増幅器１０２の出力が接続された混合器１０３と、この混合器１０３の出力が中間周波フィルタ１０４を介して接続された混合器１０５と、この混合器１０５の出力とベースバンド処理部７３との間に接続された中間周波フィルタ１０６とで構成されている。

また、送信系は、前記ベースバンド処理部７３の出力に一方の入力が接続されるとともに他方の入力には発振器１１１の出力が接続された変調器１１２と、この変調器１１２の出力が接続された混合器１１３と、この混合器１１３の出力と、前記切り替えスイッチ１０１の他方の端子との間に接続された電力増幅器１１４とで構成されている。

また、ＰＬＬ回路１１５に接続された発振器１１６と１１７を設け、発振器１１６は前記混合器１０３と１１３の他方の入力に接続されている。また、発振器１１７の出力は、混合器１０５の他方の入力に接続されている。

次に、デジタル放送を受信するためのテレビ用受信部８２は、アンテナ８１に接続された高周波増幅器１２１と、この高周波増幅器１２１の出力に一方の入力が接続されるとともに、他方の入力には発振器１２２の出力が接続された混合器１２３と、この混合器１２３の出力が中間周波フィルタ１２４を介して一方の入力に接続されるとともに、他方の入力には発振器１２５の出力が接続された混合器１２６と、この混合器１２６の出力と前記復調部８３の入力との間に接続された中間周波フィルタ１２７と、前記発振器１２２に接続されたＰＬＬ回路１２８と、前記発振器１２５に接続されたＰＬＬ回路１２９とから構成されている。

また、前記復調部８３は、前記中間周波フィルタ１２７が接続されたＡＤコンバータ８５と、このＡＤコンバータ８５の出力が一方の端子に接続されたデジタル回路８６と、このデジタル回路８６の他方の端子に接続された発振器８７と、このデジタル回路８６の出力に接続されたガードインターバルタイミング抽出回路８４で構成され、このガードインターバルタイミング抽出回路８４の出力は電源装置２３の制御信号入力端子３４に接続されている。

また、電池２１の出力は、電源装置２３に入力されるとともに、携帯電話送受信部７２の電源に供給されている。電源装置２３の出力端子２６は、ベースバンド処理部７３とデジタル回路８６の電源に接続されている。また、出力端子３１からはＡＤコンバータ８５と発振器８７の電源、ならびにテレビ用受信部８２の電源に接続されている。

携帯電話送受信部７２では、送信時に電力増幅器１１４が大電力を必要とする。即ち、この電力増幅器１１４の動作により、大電力がオン・オフされるので、電源ラインにリップルが重畳されることになる。

ベースバンド処理部７３とデジタル回路８６は、低電圧で動作するＩＣで構成されたロジック回路で形成されており、比較的ノイズの影響を受け難いので、変換効率の良いＤＣ−ＤＣコンバータ２５から直接出力される出力端子２６に接続されて、省電力化を図っている。

また、テレビ用受信部８２、ならびにＡＤコンバータ８５、発振器８７は、アナログ回路で構成されており、ノイズの影響を受け易い。従って、ノイズが抑制された出力端子３１に接続されている。特に、発振器１２２と１２５はＣ／Ｎ性能を向上させるため、出力端子３１から出力される電源を使うことが重要である。

以上のように構成されたテレビ付き携帯電話装置に付いて以下のその動作を説明する。

アンテナ８１から入力されたデジタル放送波は、混合器１２３で選局され、復調部８３で復調される。その後、ベースバンド処理部７３を経て表示部７４に画像が表示される。このとき、デジタル回路８６から出力される信号がガードインターバルタイミング抽出回路８４で、ガードインターバルタイミング８９が抽出される。ガードインターバルとは、マルチパス等の遅延波によるシンボル間干渉を除去することを目的に、有効シンボルの最後尾からある期間のデータを複写して有効シンボルの前もしくは後に付加したものである。

図７にデジタル放送の概略信号を示す。８９はデジタル放送信号であり、８９ａはガードインターバル、８９ｂは有効シンボルを表わす。そこで、電源装置２３の充電用スイッチ２７や放電用スイッチ３０，３２の切り替えをこのガードインターバル８９ａ内で行うようにしている。９０はガードインターバルタイミング抽出回路８４から出力される制御信号波形を示す。制御信号波形９０はガードインターバル８９ａの期間の略１／２の９１のタイミングで信号レベルのオン／オフの切替えを行い、制御信号入力端子３４を介して電源装置２３のスイッチ制御部３５により充電用スイッチ２７や放電用スイッチ３０，３２の切替えを行う。

即ち、このガードインターバル８９ａの時間であったならば、映像等の有効シンボル情報が伝送されていないので、表示部７４での画像が歪むようなことはない。また、制御信号波形９０のオン／オフ切替えタイミング９１をガードインターバル８９ａの期間の略１／２とすることにより、マルチパスの環境下における伝播遅延によって切替えタイミング９１が有効シンボルに重ならないようにすることができる。また、ガードインターバルを同期信号として使用している場合、ガードインターバル８９ａ期間中の充電用スイッチ２７ならびに放電用スイッチ３０，３２の切替えによるノイズの影響を避けるため、この伝送されてくる複数個のガードインターバル８９ａの内、一回おきに電源装置２３の制御信号として用いる場合もある。これによりガードインターバル信号８９ａの同期信号としての働きに支障を与えることは無い。なお、有効シンボル８９ｂの時間長は、約０．５ｍｓであり、ガードインターバル８９ａの時間長は有効シンボル８９ｂの時間長の１／４、１／８、１／１６もしくは１／３２である。

図８は、テレビ付き携帯電話装置の外観斜視図であり、７４ａは液晶で形成された表示部である。また、７１は電話用のアンテナである。

本発明にかかる電源装置は、低消費電力を実現するとともにノイズの発生が抑制されているので、特に携帯装置等の電子機器に適用することができる。

本発明の実施の形態１における電源装置とこれを用いた電子機器の回路ブロック図 同、電源リップル除去回路のタイミングチャート 同、実施の形態２における電源装置の回路ブロック図 同、電源リップル除去回路のタイミングチャート 同、実施の形態３における電源装置の回路ブロック図 同、実施の形態４における電子機器の回路ブロック図 同、ガードインターバル信号のフォーマット図 同、電子機器の外観斜視図 従来の電源装置とこれを用いた電子機器の回路ブロック図 同、要部回路ブロック図

符号の説明

２４ 入力端子
２５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２７ 切り替えスイッチ
２８ コンデンサ
２９ コンデンサ
３０ 電子スイッチ
３１ 出力端子
３２ 電子スイッチ
３４ 制御信号入力端子
３５ スイッチ制御部
３８ 電源リップル除去回路

Claims (12)

1. 直流電力が供給される入力端子と、この入力端子に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、このＤＣ−ＤＣコンバータの出力が接続された電源リップル除去回路と、この電源リップル除去回路の出力が接続された第１の出力端子とを備え、前記電源リップル除去回路は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続された充電用スイッチと、この充電用スイッチ接続されるとともに電荷を充電する第１、第２のコンデンサと、この第１、第２のコンデンサに接続されるとともに前記充電された電荷を前記第１の出力端子に放電する放電用スイッチと、この放電用スイッチと前記充電用スイッチを制御するとともに制御信号入力端子に接続されたスイッチ制御部とから成り、前記スイッチ制御部により、前記充電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ交互に充電させるとともに、前記放電用スイッチを制御して前記第１、第２のコンデンサへ前記充電された電荷を交互に放電させ、前記充電用スイッチの入力側と前記放電用スイッチの出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御される電源装置。
2. 制御信号入力端子に入力される制御信号のオン・オフ比と、第１、第２のコンデンサの静電容量の比とは比例関係にある請求項１に記載の電源装置。
3. ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を第２の出力端子へ直接導出した請求項１に記載の電源装置。
4. 入力端子に内部抵抗を有する電池を接続するとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータは高電圧から低電圧へ降下制御する請求項１に記載の電源装置。
5. 電源リップル除去回路の充電用スイッチは切り替えスイッチで形成されるとともにＤＣ−ＤＣコンバータの出力はこの切り替えスイッチの共通端子に接続され、この切り替えスイッチの一方の端子とグランドとの間に第１のコンデンサが接続され、前記切り替えスイッチの他方の端子とグランドとの間に第２のコンデンサが接続され、前記切り替えスイッチの一方の端子と第１の出力端子との間に第１の放電用スイッチが接続され、前記切り替えスイッチの他方の端子と前記第１の出力端子との間に第２の放電用スイッチが接続され、前記第１の出力端子とグランドとの間に第３のコンデンサが接続された請求項１に記載の電源装置。
6. 電源リップル除去回路の充電用スイッチは、第１の充電用スイッチと第２の充電用スイッチとで構成されるとともに、放電用スイッチも第１の放電用スイッチと第２の放電用スイッチとで構成され、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力と第１の出力端子との間には、前記第１の充電用スイッチと前記第１の放電用スイッチとが直列接続された第１の直列接続体と、前記第２の充電用スイッチと前記第２の放電用スイッチとが直列接続された第２の直列接続体とが並列接続されて挿入され、前記第１の充電用スイッチと前記第１の放電用スイッチの接続点とグランドとの間に第１のコンデンサを接続するとともに、前記第２の充電用スイッチと前記第２の放電用スイッチの接続点とグランドとの間に第２のコンデンサが接続された請求項１に記載の電源装置。
7. 直流電力が供給される入力端子と、この入力端子に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、このＤＣ−ＤＣコンバータの出力が接続された電源リップル除去回路と、この電源リップル除去回路の出力が接続された第１の出力端子とを備え、前記電源リップル除去回路は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力と前記第１の出力端子との間に複数個並列接続された充放電回路で形成され、この充放電回路は、充電用スイッチと、この充電用スイッチと直列接続された放電用スイッチと、前記充電用スイッチと前記放電用スイッチの接続点とグランドとの間に接続されたコンデンサとから成り、前記充電用スイッチによる充電時間と前記放電用スイッチによる放電時間の比に合わせて、放電するコンデンサと充電するコンデンサの数量を変化させるとともに、前記充電用スイッチの入力側と前記放電用スイッチの出力側との間の直接導通は何れの瞬時においても非導通に制御される電源装置。
8. 請求項５に記載の電源装置において、電源リップル除去回路は、第１の放電用スイッチをオフする第１のステップと、この第１のステップの後で切り替えスイッチの一方の端子をオンするとともに他方の端子をオフする第２のステップと、この第２のステップの後で第２の放電用スイッチをオンする第３のステップと、この第３のステップの後で第２の放電用スイッチをオフする第４のステップと、この第４のステップの後で切り替えスイッチの一方の端子をオフするとともに他方の端子をオンする第５のステップと、この第５のステップの後で第１の放電用スイッチをオンする第６のステップを有する電源装置の制御方法。
9. 請求項６に記載の電源装置において、電源リップル除去回路は、第１の充電用スイッチをオフする第１のステップと、この第１のステップの後で第１の放電用スイッチをオンする第２のステップと、この第２のステップの後で第２の放電用スイッチをオフする第３のステップと、この第３のステップの後で第２の充電用スイッチをオンする第４のステップと、この第４のステップの後で第２の充電用スイッチをオフする第５のステップと、この第５のステップの後で第２の放電用スイッチをオンする第６のステップと、この第６のステップの後で第１の放電用スイッチをオフする第７のステップと、この第７のステップの後で第１の充電用スイッチをオンする第８のステップを有する電源装置の制御方法。
10. 請求項１に記載の電源装置と、デジタル放送を受信するアンテナと、このアンテナから入力される入力信号が一方の入力に供給されるとともに他方の入力には発振器の出力が接続された混合器と、この混合器の出力が供給されるベースバンド処理部と、このベースバンド処理部の出力が接続された表示部とを備え、前記ベースバンド処理部の出力に接続されたガードインターバルタイミング抽出回路を設け、このガードインターバルタイミング抽出回路の出力が制御信号入力端子に接続された電子機器。
11. 少なくとも発振器には電源装置の第１の出力端子から電力が供給される請求項１０に記載の電子機器。
12. ガードインターバルタイミング抽出回路からの出力信号はガードインターバル期間内において、ガードインターバル開始から予め定められた期間を得て信号を出力する請求項１０に記載の電子機器。

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