CN106208685A - 电源电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源电路及其控制方法。本发明的目的在于提供能够抑制功耗并使启动时间变短的电源电路和电源电路的控制方法。本发明的电源电路具有：电源端子，输入电源电压；开关调节器，具备开关电路、以及具备电容器和电感器并且连接于开关电路而对来自开关电路的输出进行平滑化来输出第一电压的平滑化电路；串联调节器，开关电路、平滑化电路和串联调节器按照该顺序串联连接；切换部，向串联调节器供给电源电压；以及控制部，对从串联调节器输出第二电压的工作状态和使该开关调节器和串联调节器休止的休止状态进行控制，该控制部基于工作状态中的电源电压的测定结果来进行休止状态时的切换部的接通关断控制。

Description

电源电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源电路及其控制方法，特别是涉及用于无线通信LSI等的电源电路及其控制方法。
背景技术
历来，在用于无线通信等的LSI（集成电路）中，设置电源电路，除去所供给的电压的变动、噪声，向内部电路提供一定电压且噪声少的输出电压。而且，作为用于供给这样的输出电压的电源电路，已知由开关元件和电感器/电容器构成的降压型的开关调节器（switching regulator）、由运算放大器和线性工作的输出晶体管构成的串联调节器（series regulator）。
在将电池等作为电源进行工作的通信设备等中，针对广范围的电源电压进行工作是优选的，但是，开关调节器根据需要将从电源供给的电源电压输出到电感器/电容器来变换为输出电压，因此，虽然存在功率的损耗少这样的优点，但是，存在当电源电压降低时变换效率降低或开关工作自身变得不能进行等情况，从电源电压输入的优选的电压范围窄。
另一方面，串联调节器能够应对广的电压范围，并能够微细地控制输出晶体管，因此，能够得到优选的输出电压，但是，在电源电压高的情况下，为了电压下降至输出电压而需要将功率变换为热，功率损失大。
作为活用双方的特征而功率的浪费少且能够应对广范围的电源电压的电源电路，提出了将开关调节器和串联调节器并联或串联连接的结构的电源装置（例如，参照专利文献1、2和3。）。
在专利文献1中公开了：将开关调节器和串联调节器并联构成，利用控制信号切换为任一个来使用。
在专利文献2中公开了：将开关调节器和串联调节器串联连接，根据电源电压来切换使用开关调节器和串联调节器来生成输出电压、或仅使用串联调节器来生成输出电压。
在专利文献3中公开了：将开关调节器和串联调节器串联连接，针对具备待命模式和通常模式的电源电路，在待命模式时向电压平滑用电容器供给电源电压，使向通常模式恢复时的启动为短时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-216247号公报；
专利文献2：日本特开平5-236650号公报；
专利文献3：日本特开2009-177909号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中，将开关调节器和串联调节器并联连接，切换为任一个来生成输出电压，因此，切换时的噪声大。此外，如专利文献2和专利文献3那样，在通过将开关调节器和串联调节器串联连接并且分别控制开关调节器和串联调节器的工作来生成输出电压的情况下，并联连接的情况那样的切换时的噪声减少，但是，难以得到能够抑制功耗并使启动时间变短的无线通信用的电源电路。
此外，在用于无线通信等的LSI中，作为电源而使用例如锂纽扣电池等，其电源电压为1.6V~3.6V左右的范围，在这样的无线通信用的LSI中，为了低功耗化而需要间歇地进行工作。因此，通过重复休止状态和工作状态来谋求省功率化，但是，在这样的LSI中，由于休止状态时更长，所以抑制休止状态时的功耗并使启动时间变短非常重要。
例如，在专利文献3中公开了在待命时也将平滑化用的电容器维持为电源电位，但是，即使将这样的电容器的电位维持为电源电位，也会供给电荷直到电源电位，此外，在工作时也会放出电荷直到串联调节器的电压范围，因此，由于消耗功率，所以从省功率化的观点出发，不是充分的。此外，由于待命状态下的电容器的电位被控制为与开关调节器通常工作时的电容器的电位较大不同的电位，所以，在从待命状态向通常工作转移时需要将积累于电容器的电压调整到变为适当的范围，因此，从使启动时间变短的观点出发，也不是充分的。
本发明是为了解决这样的课题而提出的，其目的在于提供一种能够抑制功耗并使启动时间变短的电源电路和电源电路的控制方法。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，本发明的电源电路具有：电源端子，输入电源电压；开关调节器，具备连接于所述电源端子的开关电路、以及具备电容器和电感器并且连接于该开关电路而对来自该开关电路的输出进行平滑化来输出第一电压的平滑化电路；串联调节器，该串联调节器连接于所述开关调节器并且输入所述第一电压或所述电源而输出第二电压，所述开关电路、所述平滑化电路和该串联调节器按照该顺序串联连接；切换部，一端连接于所述电源端子，另一端连接在所述开关调节器和所述串联调节器之间，向该串联调节器供给所述电源电压；以及控制部，输出对从所述串联调节器输出所述第二电压的工作状态和使该开关调节器和该串联调节器休止的休止状态进行控制的控制信号，该控制部在该工作状态中对所述电源电压进行测定，基于该测定结果而输出进行该休止状态时的所述切换部的接通关断控制的切换信号。
此外，本发明的电源电路的控制方法是一种电源电路的控制方法，所述电源电路具有：电源端子，输入电源电压；开关调节器，具备连接于所述电源端子的开关电路、以及具备电容器和电感器并且连接于该开关电路而对来自该开关电路的输出进行平滑化来输出第一电压的平滑化电路；串联调节器，该串联调节器连接于所述开关调节器并且输入所述第一电压或所述电源而输出第二电压，所述开关电路、所述平滑化电路和该串联调节器按照该顺序串联连接；切换部，一端连接于所述电源端子，另一端连接在所述开关调节器和所述串联调节器之间，向该串联调节器供给所述电源电压，所述电源电路的控制方法是，在处于工作状态时对所述电源电压进行测定，在从所述工作状态向休止状态转移的情况下，对所测定的所述电源电压和规定的电压进行比较，在所测定的所述电源电压比该规定的电压大的情况下，使所述开关调节器和所述串联调节器为休止状态并且使所述切换部为关断来向该休止状态转移，在所测定的所述电源电压为该规定的电压以下的情况下，使该开关调节器和该串联调节器为休止状态并且使所述切换部接通来向该休止状态转移。
发明效果
根据本发明的电源电路和电源电路的控制方法，起到能够抑制电源电路的功耗并使启动时间变短这样的效果。
附图说明
图1是关于本发明的电源电路的框图。
图2是关于本发明的电源电路的电路图。
图3是说明本发明的输出电压的图。
具体实施方式
以下，参照附图并详细地说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1是关于本发明的电源电路的框图。电源电路1具有：供给电源电压的电源10、电源10被输入的电源端子20、连接于电源端子20的电源电压测定部30、具有连接于电源端子20的开关电路40和连接于开关电路40的平滑化电路50的开关调节器60、连接于开关调节器60的串联调节器70、一端连接于电源端子20并且另一端连接在开关调节器60与串联调节器70之间的切换电路80、对开关调节器60、串联调节器70和切换电路80进行控制的控制部90、以及来自串联调节器70的输出电压被供给的无线通信电路100。
关于电源10，例如使用锂纽扣电池等，在本实施方式中，向电源端子20供给1.6V~3.6V的范围的电源电压。
电源端子20接受来自电源10的电源电压，并且，连接于电源电压测定部30、开关调节器60和切换电路80。
电源电压测定部30连接于电源端子20并且根据来自控制部90的信号来测定电源电压，将其结果向控制部90输出。电源电压测定部30由例如AD转换器等1mA左右的功耗大的电路构成，接受来自串联调节器70的输出电压的供给来进行工作。
开关调节器60由连接于电源端子20的开关电路40和连接于开关电路的平滑化电路50构成，具有将来自电源10的电源电压降压为例如1.5V左右的功能。
串联调节器70连接于开关调节器60的平滑化电路50。串联调节器70具有将电源电压或从开关调节器60输出的电压降压为例如1.2V左右的功能。
关于切换电路80，一端连接于电源端子20，另一端连接在开关调节器60的平滑化电路50与串联调节器70之间。切换电路80能够根据电源电压不经由开关调节器60而将电源电压供给到串联调节器70，由从控制部90输出的切换信号所控制。
控制部90连接于电源电压测定部30，向开关调节器60、串联调节器70和切换电路80分别输出控制信号和切换信号。
无线通信电路100是被供给来自串联调节器70的输出电压来进行无线通信的负载电路。用于本实施方式的无线通信电路100是用于与其他的无线通信设备通过无线来发送、接收或收发信号的电路。
图2是将图1的电源电路中的开关调节器60、串联调节器70和切换电路80的一部分替换为电路图后的图。
开关调节器60的开关电路40具有：一端连接于电源端子20并且另一端连接于电感器L1的PMOS晶体管41、一端连接于PMOS晶体管41的另一端并且另一端接地的NMOS晶体管42、将对PMOS晶体管41和NMOS晶体管42进行控制的脉冲波输出到它们的栅极电极的脉冲发生电路43、输入从平滑化电路50输出的电压和第一基准电压来对这些电压进行比较并且将差分向脉冲发生电路43输出的电压比较电路44、以及向电压比较电路44供给第一基准电压的第一基准电压电路45。此外，平滑化电路50具有连接于PMOS晶体管41的另一端的电感器L1、以及一端连接于电感器L1并且另一端接地的电容器C1。作为电感器L1具有例如10μH左右的电感，作为电容器C1具有10μF左右的电容。
开关调节器60以如下的方式进行工作：通过电压比较电路44对第一基准电压和来自平滑化电路50的输出进行比较，通过脉冲发生电路43生成脉冲波，使PMOS晶体管41和NMOS晶体管42导通截止，由此，得到一定的输出电压。开关调节器60在休止状态时基于来自控制部90的信号从脉冲发生电路43向各个晶体管供给信号以使得PMOS晶体管41和NMOS晶体管42双方截止，由此，变为休止状态。
此外，串联调节器70具有：一端连接于电感器L1和电容器C1并且另一端连接于无线通信电路100的PMOS晶体管71、输入来自PMOS晶体管71的另一端的输出和第二基准电压并连接于PMOS晶体管71的栅极电极的运算放大器72、以及向运算放大器72供给第二基准电压的第二基准电压电路73。串联调节器如上述那样输出1.2V左右的输出电压，在无线通信电路100的工作时供给10mA左右的电流。
串联调节器70以如下的方式进行工作：通过运算放大器72对来自PMOS晶体管71的输出和第二基准电压进行比较来控制PMOS晶体管71的栅极电压，由此，得到一定的输出电压。串联调节器70在休止状态时基于来自控制部90的信号以使得PMOS晶体管71截止的方式从运算放大器72向PMOS晶体管71供给信号，由此，变为休止状态。
切换电路80由PMOS晶体管81构成。该PMOS晶体管81根据来自控制部90的信号进行导通截止工作，控制是否向串联调节器70供给电源电压。
使用图2、图3对本实施方式中的电源电路1的工作进行说明。
无线通信电路100不总是进行无线通信而是重复一定期间的工作状态和休止状态，通过使从休止状态向工作状态转移的启动期间、无线通信电路的通信期间、从工作状态向休止状态转移的下降沿期间变短而尽可能长地确保功耗少的休止状态来谋求低功耗化。
在作为工作开始时的工作状态的第一工作状态下，在转移到休止状态之前对电源电压进行测定。在电源电压比规定的电压大的情况下，切换电路80被控制为关断而使开关调节器60、串联调节器70工作，由此，将输出电压供给到无线通信电路100。此外，作为第二工作状态，在比规定的电压小的情况下，切换电路80被控制为接通，使开关调节器60休止并且使串联调节器70工作，由此，将电源电压直接供给到串联调节器70，将输出电压供给到无线通信电路100。关于这些第一工作状态和第二工作状态，不是在工作状态中进行切换，而是在一定期间的期间保持任一个工作状态来进行工作。再有，规定的电压也可以设定为例如作为相对于电源电压的比例而相当于相对于从满充电状态到放电结束的期间为6成的期间的电压等，也可以根据开关调节器的工作范围进行反算来设定规定电压。在本实施方式中，根据开关调节器60的工作范围来设定，例如设为2.2V来进行说明。
在休止状态下，在作为第一休止状态而电源电压比规定的电压大的情况下，切换电路80被控制为关断，使开关调节器60和串联调节器70休止，由此，变为休止状态。此外，在作为第二休止状态而比规定的电压小的情况下，切换电路80被控制为接通，使开关调节器60和串联调节器70休止，由此，变为休止状态。
针对本实施方式中的电源电路1，对电源电压从被充分地充电的状态逐渐地放电而电源电压降低时的这些工作状态和休止状态的控制进行说明。
如图3（d）所示，电源电压为3.6V时是比作为规定的电压的2.2V大的电压，因此，如图3（a）、图3（b）、图3（d）所示那样，在第一工作状态下工作一定期间，将输出电压输出。在经过该一定期间之前，利用电源电压测定部30来测定电源电压，将测定结果向控制部90输出。电源电压测定部30如上述那样将例如AD转换器包括为结构，因此，在其工作中需要1mA左右的电流量，功耗大，通过输出电压进行工作。因此，电源电压测定部30也在电源电路1为休止状态时休止工作。此外，如图3（c）所示那样，对电容器C1积累与开关调节器60的输出电压对应的电位。
在控制部90中，如图3（a）、图3（b）、图3（d）所示那样，对来自电源电压测定部30的电源电压的测定结果和规定的电压进行比较，在为比规定的电压大的电压的情况下，为第一休止状态，即将切换电路80控制为关断，使开关调节器60和串联调节器70休止。此外，关于从第一休止状态转移到工作状态的情况，在该时间点电源电压也是比规定的电压大的电压，因此，在预先设定为以向第一工作状态转移的方式换言之以在经过一定期间的休止状态之后使切换电路80为关断来使开关调节器60和串联调节器70进行工作的方式输出切换信号和控制信号之后，向第一休止状态转移。
通过像这样进行工作，从而在休止状态时，使开关电路40的PMOS晶体管41和NMOS晶体管42为截止，使开关调节器70的PMOS晶体管71为截止，使切换电路80的PMOS晶体管81为截止，而变为休止状态，因此，平滑化电路50中的电容器C1变为从哪个路径都切断的状态，保持原样地保存在工作状态时积累的电荷，变为休止状态。之后，为了从第一休止状态向工作状态恢复，电容器C1的电荷保持工作时的状态被保存，因此，在工作开始时不需要对电容器C1进行充电的期间而能够高效地向工作状态恢复，从而能够使启动速度变快。此外，设定在向工作状态转移时预先向第一工作状态转移，因此，在向工作状态转移的情况下，不经过在使电源电压测定电路等启动之后确认电源电压的状态来向工作状态转移等的工序，而向工作状态转移，因此，能够使启动速度变快。再有，如图3（c）所示那样，休止状态中的电容器C1的电容减少，但是，这夸张地示出与刚从工作状态向休止状态转移时相比从休止状态向工作状态转移时的电容器C1的电容的电荷量更略微地减少。
在第一工作状态下进行工作时，在电源电压由于放电进行降低而使来自电源电压测定部30的测定结果比规定的电压低的情况下，向第二休止状态即将切换电路80控制为接通并且使开关调节器60和串联调节器70休止的休止状态转移。此外，关于从第二休止状态转移到工作状态的情况，在该时间点电源电压也是比规定的电压小的电压，因此，在预先设定为以向第二工作状态转移的方式换言之以在经过一定期间的休止状态之后使切换电路为接通来使开关调节器60休止并使串联调节器70工作的方式输出切换信号和控制信号之后，向第二休止状态转移。
设定为通过像这样进行工作从而在从休止状态向工作状态转移时预先向第二工作状态转移，因此，在向工作状态转移的情况下，不经过在使电源电压测定电路等启动之后确认电源电压的状态来向工作状态转移等的工序，而向工作状态转移，因此，能够使启动速度变快。此外，采用通过将电容器C1连接于电源电压来保持电荷的结构，使启动速度提高。在利用电源电压保持电容器C1的情况下，在之后转移到工作状态时，不会产生到向串联调节器70输入的适当的电压的差分，因此，在电源电压降低的情况下，其损失消失，因此，能够谋求启动速度的提高。
再有，关于在第二工作状态下进行工作时，控制部90也对来自电源电压测定部30的测定结果和规定的电压进行比较，在电源电压由于充电等而比规定的电压高的情况下，通过控制部90，电源电路1向第一休止状态转移。此外，由于在该时间点的电源电压比规定的电压高，所以，从第一休止状态向第一工作状态转移。此外，在第二工作状态下进行工作时电源电压比规定的电压低的情况下，通过控制部90，电源电路1向第二休止状态转移。此外，同样地从第二休止状态向第二工作状态转移。
这样，根据电源电压的值对休止状态以及之后的工作状态进行控制，由此，能够使从休止状态向工作状态的启动速度变快，并且使功耗变少。
再有，在上述实施方式中说明了的电源电路等的结构、各工作等是一个例子，当然在不偏离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，也可以设为在安装电池时等无线通信设备的最初的启动时，为了进行开关调节器60的调整，在第二工作状态下启动，将控制电路90设定为在开关调节器60启动之后测定电源电压，由此，判定下一休止状态，并且向休止状态转移。此外，例如，也可以设为在最初的启动时必须在第一工作状态下启动，将控制电路90设定为在测定电源电压之后向休止状态转移。此外，在待机状态涉及长时间的情况下，电池电压的变动大，因此，可以在控制部90中设置定时器部，并设定为在一定时间内不向工作状态转移的情况下基于待机状态的经过时间向工作状态转移。进而，使第一工作状态下的规定的电压与第二工作状态下的规定的电压不同例如第一工作状态下的规定的电压设定得比第二工作状态下的规定的电压更小，由此，能够使状态转变具有滞后现象，防止规定的电压附近的第一工作状态和第二工作状态的震荡性的转变。此外，在从第一工作状态经过休止状态向第二工作状态转移的情况下，也可以通过设置于控制部的定时器进行控制，以使在一定期间内禁止状态转变。
附图标记的说明
1 电源电路
10 电源
20 电源端子
30 电源电压测定部
40 开关电路
50 平滑化电路
60 开关调节器
70 串联调节器
80 切换电路
90 控制部
100 无线通信电路。

Claims (7)

1.一种电源电路，其特征在于，具有：电源端子，输入电源电压；开关调节器，具备连接于所述电源端子的开关电路、以及具备电容器和电感器并且连接于该开关电路而对来自该开关电路的输出进行平滑化来输出第一电压的平滑化电路；串联调节器，该串联调节器连接于所述开关调节器并且输入所述第一电压或所述电源而输出第二电压，所述开关电路、所述平滑化电路和该串联调节器按照该顺序串联连接；切换部，一端连接于所述电源端子，另一端连接在所述开关调节器和所述串联调节器之间，向该串联调节器供给所述电源电压；以及控制部，输出对从所述串联调节器输出所述第二电压的工作状态和使该开关调节器和该串联调节器休止的休止状态进行控制的控制信号，该控制部在该工作状态中对所述电源电压进行测定，基于该测定结果而输出进行该休止状态时的所述切换部的接通关断控制的切换信号。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述控制部在从所述休止状态向所述工作状态转移时基于在所述休止状态时输出的所述切换信号而输出之后进行所述开关调节器和所述串联调节器的每一个的接通关断控制的工作信号。
3.根据权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，所述控制部在所测定的所述电源电压比规定的电压值大的情况下输出使所述切换电路为关断来向所述休止状态转移的切换信号，在所测定的所述电源电压为该规定的电压值以下的情况下输出使该切换电路为接通来向所述休止状态转移的切换信号。
4.根据权利要求2或3所述的电源电路，其特征在于，所述控制部在从所述休止状态向所述工作状态转移时，在所测定的所述电源电压比规定的电压值大的情况下输出使所述开关调节器和所述串联调节器启动的所述工作信号，在所测定的所述电源电压为该规定的电压值以下的情况下输出使该开关调节器休止并且使该串联调节器启动的所述工作信号。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的电源电路，其特征在于，所述开关调节器的所述开关电路具备：第一导电型的第一晶体管，源极电极和漏极电极连接于所述电源端子和所述电感器；与所述第一导电型不同的第二导电型的第二晶体管，源极电极和漏极电极连接于所述电感器和接地电位；脉冲发生电路，对所述第一晶体管的栅极电极和所述第二晶体管的栅极电极进行控制；以及比较电路，输入基于所述电源电压的第一基准电压和来自所述平滑化电路的所述第一电压，将该基准电压与该第一电压的比较结果向所述脉冲发生电路输出，所述控制部将所述控制信号输出到所述脉冲发生电路来进行所述开关调节器的控制。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的电源电路，其特征在于，所述串联调节器具备：输出晶体管，连接于所述开关调节器和所述切换电路，输出所述第二电压；以及运算放大器，输入基于所述电源电压的第二基准电压和所述第二电压，向所述输出晶体管的栅极电极输出控制电压，所述控制部向所述运算放大器输出所述控制信号来进行所述串联调节器的控制。
7.一种电源电路的控制方法，所述电源电路具有：电源端子，输入电源电压；开关调节器，具备连接于所述电源端子的开关电路、以及具备电容器和电感器并且连接于该开关电路而对来自该开关电路的输出进行平滑化来输出第一电压的平滑化电路；串联调节器，该串联调节器连接于所述开关调节器并且输入所述第一电压或所述电源而输出第二电压，所述开关电路、所述平滑化电路和该串联调节器按照该顺序串联连接；切换部，一端连接于所述电源端子，另一端连接在所述开关调节器和所述串联调节器之间，向该串联调节器供给所述电源电压，所述电源电路的控制方法的特征在于，在处于工作状态时对所述电源电压进行测定，在从所述工作状态向休止状态转移的情况下，对所测定的所述电源电压和规定的电压进行比较，在所测定的所述电源电压比该规定的电压大的情况下，使所述开关调节器和所述串联调节器为休止状态并且使所述切换部为关断来向该休止状态转移，在所测定的所述电源电压为该规定的电压以下的情况下，使该开关调节器和该串联调节器为休止状态并且使所述切换部接通来向该休止状态转移。
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