JP6007804B2 - 電源の制御回路、電源装置、電子機器及び電源の制御方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、DC−DCコンバータ1は、入力端子Tiに供給される入力電圧Viに基づいて、その入力電圧Viよりも低い出力電圧Voを生成する同期整流方式の降圧型DC−DCコンバータである。出力電圧Voは、出力端子Toに接続された負荷2に供給される。この負荷2の例としては、携帯型電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯電話、ゲーム機器、デジタルカメラ等)及びその他の電子機器の内部回路や、ノート型のパーソナルコンピュータ等に内蔵されているリチウム電池などの充電池などが挙げられる。
誤差増幅回路31の反転入力端子には上記帰還電圧VFBが供給される。また、誤差増幅回路31の非反転入力端子には、電圧生成回路60から基準電圧Vrが供給される。
センス抵抗Rsは、出力端子Toと負荷2との間に挿入接続されている。すなわち、センス抵抗Rsの第1端子が出力端子Toに接続され、センス抵抗Rsの第2端子が負荷2に接続されている。
オア回路46には、コンパレータ42の出力信号S3と、アンド回路48の出力信号S7と、外部制御信号CTLとが供給される。オア回路46は、出力信号S3と出力信号S7と外部制御信号CTLとを論理和演算した結果を持つ出力信号S5を上記アンド回路34に出力する。
図4に示すように、カウンタ回路50は、直列に接続された複数(ここでは、4つ)のT−フリップフロップ回路(T−FF回路)51,52,53,54と、アナログデジタル変換器(A/D変換器)55と、マルチプレクサ56とを有している。
図5に示すように、電圧生成回路60は、抵抗R3,R4と、NPNトランジスタT3,T4と、ヒステリシスコンパレータ61と、基準電源E3,E4と、インバータ回路62と、オア回路63と、スイッチSWと、電流源64,65と、基準電圧生成回路66と、バイアス電圧生成回路67とを有している。
電流源65は、トランジスタT3に流れるバイアス電流Ibに応じた電流Ib1を基準電圧生成回路66に供給する。例えば、電流源65は、バイアス電流Ibに比例した電流Ib1を基準電圧生成回路66に供給する。電流源65の第1端子は基準電圧生成回路66に接続され、電流源65の第2端子には高電位電源電圧VCCが供給される。電流源65としては、例えばカレントミラー回路を用いることができる。
図6に示した時刻t1において、Hレベルの外部制御信号CTLがDC−DCコンバータ1に入力されている場合には、図5に示したトランジスタT3のオン動作に伴って該トランジスタT3にバイアス電流Ibが流れるため、バイアス電圧生成回路67でバイアス電圧VBが生成される。そして、このバイアス電圧VBがドライバ回路36,37に供給される。このため、ドライバ回路36,37から出力されるHレベル又はLレベルの制御信号DH,DLによってトランジスタT1,T2がオンオフ制御される。また、Hレベルの外部制御信号CTLに応答して、オア回路63からLレベルの制御信号SG2が出力され、その制御信号SG2によって基準電圧Vr2が基準電圧Vrとして誤差増幅回路31に供給される。また、時刻t1では、帰還電圧VFBが下限基準電圧V1よりも高いため、ヒステリシスコンパレータ61からHレベルの制御信号SG1がトランジスタT4のベース端子及びアンド回路34,35に供給される。
図7に示す時刻t5において、外部制御信号CTLがHレベルからLレベルに遷移される。すると、Lレベルの外部制御信号CTLに応答して図5に示したトランジスタT3がオフされる。但し、このとき、帰還電圧VFBが下限基準電圧V1よりも高いため、ヒステリシスコンパレータ61からHレベルの制御信号SG1が出力され、そのHレベルの制御信号SG1に応答してトランジスタT4がオンされる。このトランジスタT4のオン動作により、バイアス電圧生成回路67でバイアス電圧VBが生成される。なお、上記Hレベルの制御信号SG1は、アンド回路34,35にも供給される。
図8に示す時刻t7において、外部制御信号CTLがHレベルからLレベルに遷移される。すると、Lレベルの外部制御信号CTLに応答して図5に示したトランジスタT3がオフされる。但し、このとき、帰還電圧VFBが下限基準電圧V1よりも高いため、ヒステリシスコンパレータ61から出力されるHレベルの制御信号SG1に応答してトランジスタT4がオンされる。このトランジスタT4のオン動作により、バイアス電圧生成回路67でバイアス電圧VBが生成される。なお、上記Hレベルの制御信号SG1は、アンド回路34,35にも供給される。
(1)外部制御信号CTLがLレベルになったときに負荷2が「重負荷」である場合に、トランジスタT2をオフ状態に維持しつつ、トランジスタT1のスイッチング制御を継続するようにした。さらに、帰還電圧VFBが基準電圧Vr1に近づくようにトランジスタT1をオンオフ制御するようにした。これにより、外部制御信号CTLがLレベルに遷移した後に、コンデンサC1に充電されていた電荷が急速に放電されることを抑制することができ、出力電圧Voが急変(急減)することを抑制することができる。すなわち、ソフトストップ技術を利用した場合のように、出力電圧Voを徐々に低下させることができる。さらに、ソフトストップ技術のように外付けの大容量のコンデンサを設ける必要がなく、そのコンデンサを接続するための専用端子も必要ないため、DC−DCコンバータ1全体の回路面積の増大を抑制することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態の負荷電流検出回路40では、センス抵抗Rsの両端の電位差を検出することで負荷電流Ioの大きさを検出するようにしたが、これに限らず、負荷2の大きさを検出することができれば特に検出方法及び検出対象は限定されない。
・上記実施形態では、入力電圧Viを降圧した出力電圧Voを生成する降圧型のDC−DCコンバータに具体化したが、入力電圧Viを昇圧した出力電圧Voを生成する昇圧型のDC−DCコンバータに具体化してもよい。
・図9に、上記DC−DCコンバータ1を備える電子機器100の一例を示す。電子機器100は、本体部110(内部回路)と、電源部130とを有する。
また、本体部110は、インタフェース121を介してCPU111に接続される着脱可能記録媒体アクセス装置122を有する。ここで、着脱可能な記録媒体としては、例えばCD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、フラッシュメモリカード等が挙げられる。
(付記1)
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御回路であって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源の制御回路。
(付記2)
前記設定回路は、前記停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が前記第1の範囲の下限値である第2の基準値よりも小さい場合に、前記出力電圧に基づいて、前記第1スイッチ回路のオンオフ制御を間欠的に行うとともに、前記第2スイッチ回路をオンオフ動作させることを特徴とする付記1に記載の電源の制御回路。
(付記3)
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御回路であって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の下限値である第2の基準値よりも小さい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路を、オンオフ動作させる期間とオフ状態とする期間とを含む動作をさせるとともに、前記第2スイッチ回路をオンオフ動作させることを特徴とする電源の制御回路。
(付記4)
前記検出回路は、前記出力端子と前記負荷との間に挿入接続されたセンス抵抗の両端の電位差を増幅した増幅電圧を生成する増幅回路を有することを特徴とする付記2又は3に記載の電源の制御回路。
(付記5)
前記検出回路は、前記第1の範囲の上限値を設定する第1基準電圧と前記増幅電圧とを比較する第1比較回路と、前記第1の範囲の下限値を設定する第2基準電圧と前記増幅電圧とを比較する第2比較回路と、を有し、
前記設定回路は、前記第1比較回路の出力信号と前記第2比較回路の出力信号とに応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定することを特徴とする付記4に記載の電源の制御回路。
(付記6)
前記設定回路は、前記第1スイッチ回路のスイッチング周波数と同一の周波数を有する周期信号を、前記負荷電流に応じた分周比で分周したカウント信号を生成するカウンタ回路を有し、前記カウント信号に応じて、前記第1スイッチ回路を、前記オンオフ動作させる期間とオフ状態とする期間とを含む動作をさせることを特徴とする付記2〜5のいずれか1つに記載の電源の制御回路。
(付記7)
前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記出力電圧の目標電圧に応じて設定された第3基準電圧との比較結果に基づいてパルス信号を生成するスイッチング制御部と、
前記パルス信号に応じて、前記第1スイッチ回路をオンオフ制御する第1制御信号を生成する第1ドライバ回路と、
前記パルス信号に応じて、前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する第2制御信号を生成する第2ドライバ回路と、
前記第1ドライバ回路及び前記第2ドライバ回路の電源端子に供給されるバイアス電圧を生成する電圧生成回路と、を有し、
前記電圧生成回路は、前記停止信号を入力したときに、前記帰還電圧が第4基準電圧よりも低くなった場合に前記バイアス電圧の生成を停止することを特徴とする付記1〜6のいずれか1つに記載の電源の制御回路。
(付記8)
前記スイッチング制御部は、前記負荷電流が前記第1の範囲よりも大きい場合に、前記帰還電圧と前記第3基準電圧よりも低い第5基準電圧との比較結果に基づいて前記パルス信号を生成することを特徴とする付記7に記載の電源の制御回路。
(付記9)
前記スイッチング制御部と前記第1ドライバ回路との間に設けられ、前記停止信号が入力されてから前記バイアス電圧の生成が停止されるまでの期間に、前記負荷電流に応じて前記パルス信号を無効にする第1無効回路と、
前記スイッチング制御部と前記第2ドライバ回路との間に設けられ、前記停止信号が入力されてから前記バイアス電圧の生成が停止されるまでの期間に、前記負荷電流に応じて前記パルス信号を無効にする第2無効回路と、
を有することを特徴とする付記7又は8に記載の電源の制御回路。
(付記10)
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する制御回路と、を有する電源装置であって、
前記制御回路は、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源装置の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力端子に生成される出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源装置。
(付記11)
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する制御回路と、を有する電源と、前記電源の出力電圧が供給される内部回路と、を有する電子機器であって、
前記制御回路は、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電子機器。
(付記12)
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御方法であって、
前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに前記負荷に流れる負荷電流を検出し、該負荷電流が第1の範囲内である場合には、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源の制御方法。
(付記13)
入力端子に入力される入力電圧から出力端子に出力電圧を生成する電源装置であって、
誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、
前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、前記出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路と、
前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、
を有し、
前記設定回路は、前記電源装置の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力端子に生成される出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源装置。
(付記14)
前記設定回路は、前記停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が前記第1の範囲の下限値である第2の基準値よりも小さい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路のオンオフ動作の回数が前記第2スイッチ回路のオンオフ動作の回数よりも少なくなるように制御することを特徴とする付記13に記載の電源装置。
2 負荷
10 コンバータ部
20 制御回路
21 帰還電圧生成回路
30 制御部
31 誤差増幅回路(スイッチング制御部)
32 PWM比較器(スイッチング制御部)
33 発振器(スイッチング制御部)
34 アンド回路(第1無効回路)
35 アンド回路(第2無効回路)
36 ドライバ回路(第1ドライバ回路)
37 ドライバ回路(第2ドライバ回路)
40 負荷電流検出回路(検出回路)
41 オペアンプ(増幅回路)
42 コンパレータ(第1比較回路)
43 コンパレータ(第2比較回路)
45 設定回路
50 カウンタ回路
60 電圧生成回路
100 電子機器
110 本体部(内部回路)
T1 トランジスタ(第1スイッチ回路)
T2 トランジスタ(第2スイッチ回路)
Ti 入力端子
To 出力端子
L1 コイル(誘導素子)
Claims (10)
- 誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御回路であって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源の制御回路。 - 前記設定回路は、前記停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が前記第1の範囲の下限値である第2の基準値よりも小さい場合に、前記出力電圧に基づいて、前記第1スイッチ回路のオンオフ制御を間欠的に行うとともに、前記第2スイッチ回路をオンオフ動作させることを特徴とする請求項1に記載の電源の制御回路。
- 誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御回路であって、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の下限値である第2の基準値よりも小さい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路を、オンオフ動作させる期間とオフ状態とする期間とを含む動作をさせるとともに、前記第2スイッチ回路をオンオフ動作させることを特徴とする電源の制御回路。 - 前記検出回路は、前記出力端子と前記負荷との間に挿入接続されたセンス抵抗の両端の電位差を増幅した増幅電圧を生成する増幅回路を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の電源の制御回路。
- 前記検出回路は、前記第1の範囲の上限値を設定する第1基準電圧と前記増幅電圧とを比較する第1比較回路と、前記第1の範囲の下限値を設定する第2基準電圧と前記増幅電圧とを比較する第2比較回路と、を有し、
前記設定回路は、前記第1比較回路の出力信号と前記第2比較回路の出力信号とに応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定することを特徴とする請求項4に記載の電源の制御回路。 - 前記設定回路は、前記第1スイッチ回路のスイッチング周波数と同一の周波数を有する周期信号を、前記負荷電流に応じた分周比で分周したカウント信号を生成するカウンタ回路を有し、前記カウント信号に応じて、前記第1スイッチ回路を、前記オンオフ動作させる期間とオフ状態とする期間とを含む動作をさせることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の電源の制御回路。
- 前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記出力電圧の目標電圧に応じて設定された第3基準電圧との比較結果に基づいてパルス信号を生成するスイッチング制御部と、
前記パルス信号に応じて、前記第1スイッチ回路をオンオフ制御する第1制御信号を生成する第1ドライバ回路と、
前記パルス信号に応じて、前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する第2制御信号を生成する第2ドライバ回路と、
前記第1ドライバ回路及び前記第2ドライバ回路の電源端子に供給されるバイアス電圧を生成する電圧生成回路と、を有し、
前記電圧生成回路は、前記停止信号を入力したときに、前記帰還電圧が第4基準電圧よりも低くなった場合に前記バイアス電圧の生成を停止することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の電源の制御回路。 - 誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する制御回路と、を有する電源装置であって、
前記制御回路は、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源装置の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力端子に生成される出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源装置。 - 誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路と、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオンオフ制御する制御回路と、を有する電源と、前記電源の出力電圧が供給される内部回路と、を有する電子機器であって、
前記制御回路は、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する検出回路と、
前記負荷電流に応じて、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路のスイッチング動作を設定する設定回路と、を有し、
前記設定回路は、前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに、前記負荷電流が第1の範囲内である場合に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電子機器。 - 誘導素子にエネルギーを蓄積する際にオンする第1スイッチ回路と、前記誘導素子に蓄積されたエネルギーを、出力端子に接続された負荷に放出する際にオンする第2スイッチ回路とをオンオフ制御することにより、入力電圧から出力電圧を生成する電源の制御方法であって、
前記電源の動作停止を指令する外部からの停止信号が入力されたときに前記負荷に流れる負荷電流を検出し、該負荷電流が第1の範囲内である場合には、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の双方をオフ状態にし、前記負荷電流が前記第1の範囲の上限値である第1の基準値よりも大きい場合に、前記出力電圧に基づいて前記第1スイッチ回路をオンオフ動作させるとともに、前記第2スイッチ回路をオフ状態にすることを特徴とする電源の制御方法。
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