JP2001298945A - 電源回路の駆動方法並びに電源回路及び電源用電子部品 - Google Patents

電源回路の駆動方法並びに電源回路及び電源用電子部品

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JP2001298945A
JP2001298945A JP2000115045A JP2000115045A JP2001298945A JP 2001298945 A JP2001298945 A JP 2001298945A JP 2000115045 A JP2000115045 A JP 2000115045A JP 2000115045 A JP2000115045 A JP 2000115045A JP 2001298945 A JP2001298945 A JP 2001298945A
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充昭 大谷
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    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリーによる電子回路の駆動時間増大を
図れる動作条件の広い電源回路の駆動方法並びに電源回
路及び電源用電子部品を提供する。 【解決手段】 スイッチング素子１３と平滑リアクトル
１２に対して並列に、入力端子１１ａと出力端子１１ｂ
とを直結するＦＥＴ２１を設け、スイッチング素子１３
のみの駆動により出力電圧Ｖoutが低下し、スイッチン
グ素子１３が１００％オン状態を維持するようになった
ら駆動回路２２によってＦＥＴ２１をオン状態にするこ
とによりスイッチング素子１３のオン抵抗と平滑リアク
トル１２の抵抗成分の直列抵抗とＦＥＴ２１のオン抵抗
とを並列接続した状態となして供給電流の増大を図り、
出力端子１１ｂへの出力電圧値を設定値に維持できる時
間を延長する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、降圧型の電源回路
に関し、特に電源装置の動作時間の延長を図れる電源回
路の駆動方法及びこれを用いた電源回路及びその電源用
電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ノート型のパーソナルコンピュー
タや携帯用電子機器等では、バッテリーの電圧を降圧型
スイッチング電源回路によって規定電圧に降圧して電子
回路に供給して駆動している。
【０００３】この種の降圧型スイッチング電源回路は、
例えば図２に示すように、入力端子１１ａから入力され
たバッテリーからの入力電圧Ｖinを平滑リアクトル１２
を介して出力端子１１ｂに出力する電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）からなる第１のスイッチング素子１３と、
出力端子１１ｂと接地間に接続された平滑コンデンサ１
４と、平滑リアクトル１２と平滑コンデンサ１４の直列
回路に対して並列に且つ平滑リアクトル１２の電流を維
持する極性に接続された転流ダイオード１５と、転流ダ
イオード１５と並列に且つ転流ダイオード１５と同じ通
電極性に接続されたＦＥＴからなる第２のスイッチング
素子１６と、入力端子１１ａと接地間に接続された平滑
コンデンサ１７と、コントロール集積回路１８とから構
成される。
【０００４】また、コントロール集積回路１８は、出力
端子１１ｂからの出力電圧Ｖoutを監視し、この出力電
圧Ｖoutが一定値となるように、第１及び第２のスイッ
チング素子１３，１６をオン・オフする。このとき、第
１のスイッチング素子１３がオンのとき第２のスイッチ
ング素子１６がオフとなるように制御する。
【０００５】前述の構成よりなる同期整流回路によれ
ば、第１のスイッチング素子１３がオンのときは、入力
端子１１ａに入力された電圧Ｖinが平滑リアクトル１２
及び平滑コンデンサ１４によって平滑され出力端子１１
ｂに出力される。また、第１のスイッチング素子１３が
オフのときは第２のスイッチング素子１６がオンとさ
れ、平滑リアクトル１２の電流は転流ダイオード１５及
び第２のスイッチング素子１６によって維持され、一定
の電圧が出力端子１１ｂに出力される。
【０００６】このとき、コントロール集積回路１８で
は、出力端子電圧Ｖoutの変化に応じて第１及び第２の
スイッチング素子１３，１６のオン・オフを制御するパ
ルス信号のパルス幅を変化させ、出力端子電圧Ｖoutが
一定となるように帰還制御を行う。
【０００７】さらに、コントロール集積回路１８は、第
１及び第２のスイッチング素子１３，１６が同時にオン
するクロスカレントを防止するため、図３に示すよう
に、第１或いは第２のスイッチング１３，１６がオンか
らオフ状態に移行した後、所定のデッドタイムｔDETを
設定し、このデッドタイムｔDET経過後に、第２或いは
第１のスイッチング素子１６，１３をオン状態としてい
る。
【０００８】これにより、出力端子１１ｂに接続された
負荷（図示せず）への供給電流が大きい重負荷のときに
も、第１のスイッチング素子１３がオフのとき、平滑リ
アクトル１２に蓄えられたエネルギーは、第２のスイッ
チング素子１６を介して放出されるので、転流ダイオー
ド１５による順方向電圧損失を生ずることが無く、効率
の良い同期整流を行うことができる。
【０００９】さらに、上記の降圧型スイッチング電源装
置では、出力電圧付近までバッテリーからの入力電圧が
低下した際に、スイッチング素子１３をオン状態にする
と共にスイッチング素子１６をオフ状態に設定し、スイ
ッチング動作を停止した導通状態を維持することにより
出力電圧を規定の電圧に維持して、バッテリーによる動
作時間の拡大を図っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング素子１３を導通状態に維持しても、入力端子１１
ａと出力端子１１ｂとの間にはスイッチング素子１３と
平滑リアクトル１２が直列接続されているので、これら
の電気抵抗によって電圧降下が生じ、出力電圧Ｖout を
規定値に維持できなかった。
【００１１】即ち、図４に示すようにバッテリーからの
入力電圧Ｖinが電子機器の駆動時間経過と共に徐々に低
下し、入力電圧Ｖinが電圧Ｖ１に達した後は出力電圧Ｖ
outも徐々に低下する。ここで、Ｖ１＝Ｖset＋Ｖdrpで
あり、Ｖsetは設定出力電圧、Ｖdrpはスイッチング素子
１３と平滑リアクトル１２の直列抵抗による電圧降下で
ある。
【００１２】このため、入力電圧Ｖinが電圧Ｖ１に達し
た後に電子回路の駆動電圧許容範囲の下限値Ｖminに達
したときに電子回路の駆動が停止する。従って、バッテ
リーによる電子回路の駆動時間増大はこれが限界であっ
た。
【００１３】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、バッ
テリーによる電子回路の駆動時間増大を図れ、または、
動作条件の広い電源回路の駆動方法並びに電源回路及び
電源用電子部品を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために請求項１では、入力端子と出力端子との間
に直列接続されたスイッチング素子とインダクタとを備
え、前記スイッチング素子をスイッチング動作させて前
記入力端子に印加された電圧を所定値の電圧に降圧変換
して前記出力端子に出力し、該出力電圧値を監視して該
出力電圧値をほぼ一定値に維持する電源回路の駆動方法
であって、前記スイッチング素子とインダクタに対して
並列に前記入力端子と出力端子との間に接続され、制御
信号に基づいて前記入力端子から出力端子への通電電流
量を変化させる電流制御素子を設け、前記出力電圧値を
前記一定値に維持するように前記電流制御素子を動作さ
せる電源回路の駆動方法を提案する。
【００１５】該電源回路の駆動方法によれば、前記スイ
ッチング素子だけがオンオフ状態を交互に繰り返すスイ
ッチング動作されるときは、前記スイッチング素子のス
イッチング動作によって前記入力端子から前記スイッチ
ング素子及びインダクタを介して出力端子に電流が供給
され前記出力端子に前記一定値の出力電圧が得られる。
また、前記スイッチング素子の駆動に並行して前記電流
制御素子が駆動されるときは、前記電流制御素子を介し
て前記制御信号に基づく量の電流が前記入力端子から出
力端子に供給される。このとき、前記スイッチング素子
の等価抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵抗と前記電
流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態になるの
で、出力端子への供給電流は前記電流制御素子を動作さ
せないときに比べて増加させることができる。また、前
記入力端子へバッテリーを接続している場合、前記スイ
ッチング素子のみの駆動を行っていて出力電圧が低下し
た場合、前記電流制御素子を動作させて該電流制御素子
を介して電流を流すことにより、前記スイッチング素子
の等価抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵抗と前記電
流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態になるの
で、前記出力端子への出力電圧値を前記一定に維持でき
る時間が延長される。
【００１６】また、請求項２では、請求項１に記載の電
源回路の駆動方法において、前記スイッチング素子のス
イッチング動作を制御するパルスのデューティー比を１
００％にしたとき以降に前記電流制御素子を動作させて
通電する電源回路の駆動方法を提案する。
【００１７】該電源回路の駆動方法によれば、前記入力
端子へバッテリーを接続することにより前記出力端子に
接続された電子回路に所定電圧値の電源を供給している
場合、前記スイッチング素子のみの駆動を行っていて出
力電圧値が低下し、前記スイッチング素子がオンデュー
ティー１００％を維持するようになったら、即ち前記ス
イッチング素子を制御するパルスのデューティー比が１
００％になったら前記電流制御素子を動作させて該電流
制御素子を介して電流を流すことにより、前記スイッチ
ング素子のオン抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵抗
と前記電流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態に
することが効率向上の点から好ましい。また、前記出力
端子への出力電圧値を前記一定に維持できる時間が延長
され前記電子回路の駆動時間が増大する。すなわち、負
荷となる電子装置の使用可能時間を長くすることが可能
となる。
【００１８】また、請求項３では、請求項１に記載の電
源回路の駆動方法において、前記スイッチング素子のス
イッチング動作に並行して前記電流制御素子を動作させ
る電源回路の駆動方法を提案する。
【００１９】該電源回路の駆動方法によれば、前記電流
制御素子を動作させることにより前記スイッチング素子
のオン抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵抗と前記電
流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態になるので
前記出力端子への電流供給量を増やすことができると共
に前記電流制御素子を３端子レギュレータのようにシリ
ーズ動作させることによって前記スイッチング素子のみ
を動作させるときに比べて出力電圧の最大値を高めるこ
とができる。
【００２０】また、請求項４では、請求項２に記載の電
源回路の駆動方法において、前記スイッチング素子から
出力される信号に基づいて前記スイッチング動作を制御
するパルスのデューティー比が１００％になったことを
判断する電源回路の駆動方法を提案する。
【００２１】該電源回路の駆動方法によれば、前記スイ
ッチング素子のスイッチング動作を制御するパルスのデ
ューティー比が１００％になったことが前記スイッチン
グ素子から出力される信号に基づいて判断される。
【００２２】また、請求項５では、請求項２に記載の電
源回路の駆動方法において、前記スイッチング素子へ入
力される制御信号に基づいて前記デューティー比が１０
０％になったことを判断する電源回路の駆動方法を提案
する。
【００２３】該電源回路の駆動方法によれば、前記デュ
ーティー比が１００％になったことが前記スイッチング
素子へ入力される制御信号に基づいて判断される。
【００２４】また、請求項６では、入力端子と出力端子
との間に直列接続されたスイッチング素子とインダクタ
とを備え、前記スイッチング素子をスイッチング動作さ
せて前記入力端子に印加された電圧を所定値の電圧に降
圧変換して前記出力端子に出力し、該出力電圧値を監視
して該出力電圧値をほぼ一定値に維持する電源回路にお
いて、前記スイッチング素子とインダクタに対して並列
に前記入力端子と出力端子との間に接続され、制御信号
に基づいて前記入力端子から出力端子への通電電流量を
変化させる電流制御素子と、前記出力電圧値を前記一定
値に維持するように前記電流制御素子を動作させる駆動
手段とを設けた電源回路を提案する。
【００２５】該電源回路によれば、前記スイッチング素
子だけがオンオフ状態を交互に繰り返すスイッチング動
作されるときは、前記スイッチング素子のスイッチング
動作によって前記入力端子から前記スイッチング素子及
びインダクタを介して出力端子に電流が供給され前記出
力端子に前記一定値の出力電圧が得られる。また、前記
スイッチング素子の駆動に並行して前記駆動手段によっ
て前記電流制御素子が駆動されるときは、前記電流制御
素子を介して前記制御信号に基づく量の電流が前記入力
端子から出力端子に供給される。このとき、前記スイッ
チング素子のオン抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵
抗と前記電流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態
になるので、出力端子への供給電流は前記電流制御素子
を動作させないときに比べて増加させることができる。
これにより、前記電流制御素子を３端子レギュレータの
ようにシリーズ動作させることによって前記スイッチン
グ素子のみを動作させるときに比べて出力電圧の最大値
を高めることができる。また、前記入力端子へバッテリ
ーを接続している場合、前記スイッチング素子のみの駆
動を行っていて出力電圧が低下した場合、前記電流制御
素子を動作させて該電流制御素子を介して電流を流すこ
とにより、前記スイッチング素子の等価抵抗とインダク
タの抵抗成分の直列抵抗と前記電流制御素子の抵抗成分
が並列接続された状態になるので、前記出力端子への出
力電圧値を前記一定に維持できる時間が延長される。
【００２６】また、請求項７では、請求項６に記載の電
源回路において、前記駆動手段は、前記スイッチング素
子のスイッチング動作を制御するパルスのデューティー
比が１００％になってから前記電流制御素子を動作させ
て通電する電源回路を提案する。
【００２７】該電源回路によれば、前記入力端子へバッ
テリーを接続することにより前記出力端子に接続された
電子回路に所定電圧値の電源を供給している場合、前記
スイッチング素子のみの駆動を行っていて出力電圧値が
低下し、前記スイッチング素子が１００％オン状態を維
持するようになったら、前記駆動手段によって前記電流
制御素子が駆動される。これにより効率が向上するので
より好ましい状態で駆動することができる。また、前記
電流制御素子を介して出力端子に電流を流すことによ
り、前記スイッチング素子のオン抵抗等の等価抵抗とイ
ンダクタの抵抗成分の直列抵抗と前記電流制御素子の抵
抗成分が並列接続された状態になるので、前記出力端子
への出力電圧値を前記一定に維持できる時間が延長され
前記電子回路の駆動時間が増大する。すなわち、負荷と
なる電子装置の使用可能時間を長くすることが可能とな
る。
【００２８】また、請求項８では、請求項７に記載の電
源回路において、前記駆動手段は、前記スイッチング素
子から出力される信号に基づいて前記スイッチング動作
を制御するパルスのデューティー比が１００％になった
ことを判断する電源回路を提案する。
【００２９】該電源回路によれば、前記スイッチング動
作を制御するパルスのデューティー比が１００％になっ
たことが前記スイッチング素子から出力される信号に基
づいて前記駆動手段によって判断される。
【００３０】また、請求項９では、請求項７に記載の電
源回路において、前記駆動手段は、前記スイッチング素
子へ入力される制御信号に基づいて前記デューティー比
が１００％になったことを判断する電源回路を提案す
る。
【００３１】該電源回路によれば、前記デューティーが
１００％になったことが前記スイッチング素子へ入力さ
れる制御信号に基づいて前記駆動手段によって判断され
る。
【００３２】また、請求項１０では、請求項６乃至請求
項９の何れかに記載の電源回路において、前記電流制御
素子としてトランジスタを備え、前記駆動手段は、前記
トランジスタのベース電流を制御して前記トランジスタ
の飽和電流を変化させる電源回路を提案する。
【００３３】該電源回路によれば、前記トランジスタの
ベース電流が駆動手段によって制御されて、前記トラン
ジスタの飽和電流が変化される。
【００３４】また、請求項１１では、請求項６乃至請求
項９の何れかに記載の電源回路において、前記電流制御
素子として電界効果トランジスタを備え、前記駆動手段
は、前記電界効果トランジスタのゲート電圧を制御して
前記電界効果トランジスタのオン抵抗を変化させる電源
回路を提案する。
【００３５】該電源回路によれば、前記電界効果トラン
ジスタのゲート電圧が駆動手段によって制御されて、前
記電界効果トランジスタのオン抵抗が変化される。
【００３６】また、請求項１２では、パッケージと、前
記パッケージから露出して設けられた入力用外部端子
と、前記パッケージから露出して設けられた第１出力用
外部端子と、前記パッケージから露出して設けられた第
２出力用外部端子と、前記パッケージ内部に設けられ且
つ前記入力用外部端子と第１出力用外部端子との間に接
続されたスイッチング半導体素子と、前記パッケージ内
部に設けられ且つ前記入力用外部端子と第２出力用外部
端子との間に接続され、制御信号に基づいて前記入力用
外部端子から第２出力用外部端子への通電電流量を変化
させる電流制御素子と、前記スイッチング半導体素子の
制御端子に接続され且つ前記パッケージから露出して設
けられた第１制御用外部端子と、前記パッケージ内部に
設けられると共に前記電流制御素子の制御端子に接続さ
れ且つ前記スイッチング素子がオンデューティー１００
％を維持するようになってから前記電流制御素子を動作
させる駆動回路とを備えた電源用電子部品を提案する。
【００３７】該電源用電子部品を用いることにより、入
力端子と出力端子との間に直列接続されたスイッチング
素子とインダクタと、前記スイッチング素子とインダク
タに対して並列に前記入力端子と出力端子との間に接続
された電流制御素子とを備えた電源回路を容易に作製す
ることができる。
【００３８】また、請求項１３では、請求項１２に記載
の電源用電子部品において、前記駆動回路は前記第１出
力用外部端子から出力される信号に基づいて前記電流制
御素子を駆動する電源用電子部品を提案する。
【００３９】該電源用電子部品によれば、前記駆動回路
は前記第１出力用外部端子から出力される信号に基づい
て前記オンデューティーが１００％を維持するようにな
ったことを判断して前記電流制御素子を駆動する。
【００４０】また、請求項１４では、請求項１２に記載
の電源用電子部品において、前記駆動回路は前記第１制
御用外部端子から入力される信号に基づいて前記電流制
御素子を駆動する電源用電子部品を提案する。
【００４１】該電源用電子部品によれば、前記駆動回路
は前記第１制御用外部端子から入力される制御信号に基
づいて前記オンデューティーが１００％を維持するよう
になったことを判断して前記電流制御素子を駆動する。
【００４２】また、請求項１５では、請求項１２乃至請
求項１４の何れかに記載の電源用電子部品において、前
記パッケージ内部に前記スイッチング半導体素子の制御
端子と前記第１制御用外部端子との間に介在して設けら
れ且つ前記第１制御用外部端子から入力された制御信号
に基づいて前記スイッチング半導体素子のオン・オフ状
態を切り替え制御する制御回路を備えた電源用電子部品
を提案する。
【００４３】該電源用電子部品を用いることにより、入
力端子と出力端子との間に直列接続されたスイッチング
素子とインダクタと、前記スイッチング素子とインダク
タに対して並列に前記入力端子と出力端子との間に接続
された電流制御素子とを備え、前記スイッチング素子を
スイッチング動作させると共に前記電流制御素子を動作
させて、前記入力端子に印加された電圧を所定値の電圧
に降圧変換して前記出力端子に出力し、該出力電圧値を
監視して該出力電圧値をほぼ一定値に維持する電源回路
を容易に作製することができる。
【００４４】また、請求項１６では、請求項１２乃至請
求項１５の何れかに記載の電源用電子部品において、前
記電流制御素子としてトランジスタを備え、前記駆動回
路は、前記トランジスタのベース電流を制御して前記ト
ランジスタの飽和電流を変化させる電源用電子部品を提
案する。
【００４５】該電源用電子部品によれば、前記トランジ
スタのベース電流が前記駆動回路によって制御されて、
前記トランジスタの飽和電流が変化される。
【００４６】また、請求項１７では、請求項１２乃至請
求項１５の何れかに記載の電源用電子部品において、前
記電流制御素子として電界効果トランジスタを備え、前
記駆動回路は、前記電界効果トランジスタのゲート電圧
を制御して前記電界効果トランジスタのオン抵抗を変化
させる電源用電子部品を提案する。
【００４７】該電源用電子部品によれば、前記電界効果
トランジスタのゲート電圧が前記駆動回路によって制御
されて、前記電界効果トランジスタのオン抵抗が変化さ
れる。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。
【００４９】図１は本発明の第１の実施形態における電
源回路を示す構成図である。図において、前述した従来
例と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省
略する。また、従来例と第１の実施形態との相違点は、
Ｐチャネル型の電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと
称する）２１とその駆動回路２２を設けたことである。
【００５０】ＦＥＴ２１のソースは入力端子１１ａに接
続されドレインは出力端子１１ｂに接続されている。ま
た、ＦＥＴ２１のゲートは駆動回路２２に接続されてい
る。
【００５１】駆動回路２２は、Ｎチャネル型のＦＥＴ22
1と、抵抗器222、コンデンサ223、ダイオード224から構
成されている。ＦＥＴ221のソースは接地され、ドレイ
ンはＦＥＴ２１のゲートに接続されている。また、ＦＥ
Ｔ221のゲートは抵抗器222の一端とダイオード224のア
ノードに接続されると共にコンデンサ223を介して接地
されている。抵抗器222の他端とダイオード224のカソー
ドはスイッチング素子１３のドレインに接続されてい
る。
【００５２】前述の構成よりなる電源回路によれば、図
５に示すように、入力電圧Ｖinが電圧値Ｖ1に至るまで
スイッチング素子１３はコントロール集積回路１８によ
りスイッチング動作されて出力電圧Ｖoutは設定電圧値
Ｖsetに維持される。また、入力電圧Ｖinが電圧値Ｖ1に
至るまではＦＥＴ２１はオフ状態を維持し、入力電圧Ｖ
inが電圧値Ｖ1に至るとＦＥＴ２１はそのオン抵抗が最
小になる完全なオン状態に設定される。
【００５３】即ち、スイッチング素子１３がスイッチン
グ動作しているときは、スイッチング素子１６がオフ状
態の期間に抵抗器222を介してコンデンサ223に充電さ
れ、ＦＥＴ221のゲート電圧ＶGが徐々に増加する。この
後、スイッチング素子１６がオフ状態からオン状態に移
るとコンデンサ223に充電された電荷はダイオード224及
びスイッチング素子１６を介して放電され、ＦＥＴ221
のゲート電圧ＶGは０Ｖまで低下する。ここで、コンデ
ンサ223への充電の時定数は、スイッチング素子１６が
オフ状態の間にＦＥＴ221のゲート電圧ＶGがＦＥＴ221
をオン状態にならないように設定されている。これによ
り、ＦＥＴ221はオフ状態を維持しているためＦＥＴ２
１もオフ状態を維持する。
【００５４】また、入力電圧Ｖinが電圧値Ｖ1に至りス
イッチング素子１３がオンデューティー１００％（１０
０％オン状態）になると、スイッチング素子１６はオン
デューティー０％（１００％オフ状態）に設定される。
このため、ＦＥＴ221のゲートは抵抗器222によってプル
アップされた状態になりＦＥＴ221はオン状態に設定さ
れる。これにより、ＦＥＴ２１のゲートが接地されるの
でＦＥＴ２１はオン状態に設定され出力電圧ＶoutはＶi
n−Ｖdrp1になり電力供給時間と共に徐々に低下する。
ここで、電圧Ｖdrp1はスイッチング素子１３とインダク
タ１２とＦＥＴ２１の合成抵抗による電圧降下分であ
る。この電圧降下分Ｖdrp1は従来例の電圧降下分Ｖdrp
よりも小さい。
【００５５】即ち、スイッチング素子１３のオン抵抗を
Ｒ1、インダクタ１２の抵抗ＲL、ＦＥＴ２１のオン抵抗
をＲ2とすると、従来例における電圧降下Ｖdrpはスイッ
チング素子１３とインダクタ１２の合成抵抗による電圧
降下分であり、その合成抵抗Ｒi1は次の（１）式によっ
て表され、本実施形態におけるはスイッチング素子１３
とインダクタ１２とＦＥＴ２１の合成抵抗Ｒi2は次の
（２）式によって表される。
【００５６】 Ｒi1＝Ｒ1＋ＲL …（１） Ｒi2＝｛（Ｒ1＋ＲL）・Ｒ2｝／｛Ｒ1＋ＲL＋Ｒ2｝ …（２） 従って、Ｒi1＞Ｒi2となって電圧降下分Ｖdrp1は従来例
の電圧降下分Ｖdrpよりも小さくなる。
【００５７】このため、出力電圧Ｖoutの電圧値が駆動
対象となる電子回路の駆動電圧許容範囲の下限値Ｖmin
に達するまでの時間が（ｔ2−ｔ1）だけ延長され、電子
回路の駆動可能時間を拡大することができる。ただし、
ＦＥＴ２１がオン状態になったときの出力電圧Ｖout
（＝Ｖin−Ｖdrp1）が駆動対象となる電子回路の駆動電
圧許容範囲の上限値Ｖmax以下でなくてはならない。
【００５８】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。
【００５９】図６は第２の実施形態における電源回路を
示す構成図、図７はその動作を説明するタイミングチャ
ートである。図において、前述した従来例と同一構成部
分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、
従来例と第２の実施形態との相違点は、Ｐチャネル型の
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２１とこれを駆動する
シリーズ駆動制御回路２３を設けたことである。
【００６０】ＦＥＴ２１のソースは入力端子１１ａに接
続されドレインは出力端子１１ｂに接続されている。ま
た、ＦＥＴ２１のゲートはシリーズ駆動制御回路２３に
接続されている。
【００６１】シリーズ駆動制御回路２３は、出力電圧Ｖ
outとスイッチング素子１３のゲート電圧を監視し、ス
イッチング素子１３がオンデューティー１００％（１０
０％オン状態）に設定されてからＦＥＴ２１を動作させ
る。図８に示すようにシリーズ駆動制御回路２３’の起
動に図１に示した駆動回路２２を用いても良い。この図
８に示すシリーズ駆動制御回路２３’は、図６のシリー
ズ駆動制御回路２３と基本的に同じ動作であるが、コン
トロール集積回路１８の出力信号の代わりに駆動回路２
２の出力信号に応じてＦＥＴ２１のオン状態とオフ状態
とを切り換える。
【００６２】図６の電源回路のシリーズ駆動制御回路２
３は、３端子レギュレータで行われているような一般に
シリーズ動作と称されている動作をＦＥＴ２１に行わせ
る。即ち、シリーズ駆動制御回路２３は、出力電圧Ｖou
tを設定電圧値Ｖsetに維持するようにＦＥＴ２１のゲー
ト電圧を変化させてＦＥＴ２１のオン抵抗（飽和電圧）
を制御する。これにより、ＦＥＴ２１を介して出力端子
１１ｂへ供給される電流量が制御され、出力電圧Ｖout
は設定電圧値Ｖsetに維持される。
【００６３】シリーズ駆動制御回路２３によってＦＥＴ
２１のオン抵抗が最下限値に設定されたとき（時間ｔ
3）にＦＥＴ２１は完全なオン状態となり、この後は第
１の実施形態と同様に出力電圧ＶoutはＶin−Ｖdrp1に
なり電力供給時間と共に徐々に低下して時間ｔ4に駆動
対象となる電子回路の駆動電圧許容範囲の下限値Ｖmin
に達する。
【００６４】このため、出力電圧Ｖoutの電圧値が駆動
対象となる電子回路の駆動電圧許容範囲の下限値Ｖmin
に達するまでの時間が（ｔ4−ｔ1）だけ延長され、電子
回路の駆動可能時間を拡大することができる。
【００６５】第２の実施形態では、スイッチング素子１
３がオンデューティー１００％（１００％オン状態）に
なった後はＦＥＴ２１をシリーズ動作させることによっ
て出力電圧Ｖoutが設定電圧値Ｖsetに維持されるので、
第１の実施形態のような制限はない。また、この方がオ
ンデューティー１００％になる前にＦＥＴ２１をシリー
ズ動作させるよりも効率が向上する点で好ましい。
【００６６】尚、スイッチング素子１３がスイッチング
動作を行っているときにこれと並行してＦＥＴ２１をシ
リーズ動作させれば、出力電圧Ｖoutの許容範囲すなわ
ち最大出力電圧を高めることができる。即ち、図９に示
すように、従来例では電圧降下分Ｖdrpを考慮したＶin
−Ｖdrpが出力電圧Ｖoutの設定可能電圧の最大値であっ
たが、本実施形態では電圧降下分Ｖdrp1を考慮したＶin
−Ｖdrp1が出力電圧Ｖoutの設定可能電圧の最大値とな
る。また、出力電圧を一定とすれば、入力電圧について
動作範囲が広くなる。
【００６７】上記実施形態は、同期整流タイプのスイッ
チング電源部を含む場合であったが、非同期整流タイプ
のスイッチング電源部を含む場合でも良い。即ち、図１
０に示すように、図１に示した回路においてスイッチン
グ素子１６を除去してなる非同期整流タイプであっても
良い。
【００６８】次に、本発明の第３の実施形態を説明す
る。
【００６９】第３の実施形態は前述した電源回路を容易
に形成できるようにするための電子部品を構成した。図
１１は第３の実施形態における電源用電子部品を示す外
観図、図１２はその電気系回路を示す構成図である。図
１１において、３０は電源用電子部品で、パッケージ３
１、５つのリード端子３２ａ〜３２ｅ、及び放熱版３３
から構成される５端子のＳＩＰ(Single In-line Packag
e)型の外形状をなしている。
【００７０】また、パッケージ３１内部には、図１２に
示すように２つのＦＥＴ４１，４２及び駆動回路２２が
設けられている。これらのＦＥＴ４１，４２は、第１の
実施形態におけるスイッチング素子１３とＦＥＴ２１に
対応するものであり、駆動回路２２は第１の実施例と同
一構成である。
【００７１】ＦＥＴ４１，４２のソースは端子３２ａに
接続され、ＦＥＴ４１のドレインは端子３２ｂに接続さ
れ、ＦＥＴ４２のドレインは端子３２ｃに接続されてい
る。また、ＦＥＴ４１のゲートは端子３２ｄに接続され
ている。ＦＥＴ４２のゲートには駆動回路２２から出力
される制御信号が入力されている、すなわちＦＥＴ４２
のゲートはＦＥＴ221のドレインに接続されている。さ
らに、駆動回路２２は端子３２ｂに接続され、ＦＥＴ４
１の出力信号を入力できるようになっている。また、駆
動回路２２の接地端子が端子３２ｅに接続されている。
【００７２】上記構成よりなる電源用電子部品３０を用
いることにより、上記実施形態の電源回路を容易に形成
することができる。
【００７３】次に、本発明の第４の実施形態を説明す
る。
【００７４】第４の実施形態においても前述した電源回
路を容易に形成できるようにするための電子部品を構成
した。図１３は第４の実施形態における電源用電子部品
を示す外観図、図１４はその回路図である。図１３にお
いて、５０は電源用電子部品で、パッケージ５１、６つ
のリード端子５２ａ〜５２ｆ、及び放熱版５３から構成
される６端子のＳＩＰ(Single In-line Package)型の外
形状をなしている。
【００７５】また、パッケージ５１内部には、図１４に
示すように２つのＦＥＴ４１，４２及び第１の実施形態
において説明したコントロール集積回路１８と集積化さ
れた駆動回路２２が設けられている。これらのＦＥＴ４
１，４２も、前述したように第１の実施形態におけるス
イッチング素子１３とＦＥＴ２１に対応するものであ
る。
【００７６】ＦＥＴ４１，４２のソースは端子５２ａに
接続され、ＦＥＴ４１のドレインは端子５２ｃに接続さ
れ、ＦＥＴ４２のドレインは端子５２ｂに接続されてい
る。さらに、ＦＥＴ４１のゲートはコントロール集積回
路１８に接続され、ＦＥＴ４２のゲートは駆動回路２２
に接続されている。また、コントロール集積回路１８へ
の出力電圧Ｖoutの帰還入力及び制御信号出力のための
導電路が端子５２ｄ，５２ｅに接続され、接地用端子５
２ｆが設けられている。
【００７７】上記構成よりなる電源用電子部品５０を用
いることにより、上記実施形態の電源回路を容易に形成
することができる。
【００７８】尚、上記第４の実施形態の構成に加えて、
図１５に示すように第１の実施形態における第２のスイ
ッチング素子１６と転流ダイオード１５をパッケージ内
に備えた電子部品６０を構成しても良いし、また図１６
に示すように駆動回路２２に代えて第２の実施形態で述
べたシリーズ駆動制御回路２３を設けても良い。
【００７９】また、上記各実施形態では電流制御素子と
して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いたが、トラ
ンジスタを用いてそのベース電流を制御して飽和電圧ま
たは飽和電流を変化させるようにしても良い。
【００８０】また、上記各実施形態は本願発明の一具体
例を挙げたものであり本願発明がこれらの構成のみに限
定されることはない。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１乃
至請求項５に記載の電源回路の駆動方法によれば、スイ
ッチング素子の駆動に並行して電流制御素子を駆動する
ことにより、前記スイッチング素子のオン抵抗とインダ
クタの抵抗成分の直列抵抗と前記電流制御素子の抵抗成
分が並列接続された状態になるので、前記電流制御素子
を動作させないときに比べて出力端子への供給電流を増
加させることができ、出力電圧の最大値を高めることが
できる。また、入力端子へバッテリーを接続して用いる
場合においては、スイッチング素子のみの駆動を行って
いて出力電圧が低下してスイッチング素子がオンデュー
ティー１００％（１００％オン状態）を維持するように
なったら電流制御素子を動作させて該電流制御素子を介
して電流を流すことにより、前記出力端子への出力電圧
値を前記一定に維持できる時間を延ばすことができ駆動
対象となる電子回路の動作時間を拡大することができ
る。
【００８２】また、請求項６乃至請求項１１に記載の電
源回路によれば、スイッチング素子の駆動に並行して電
流制御素子を駆動することにより、前記スイッチング素
子のオン抵抗とインダクタの抵抗成分の直列抵抗と前記
電流制御素子の抵抗成分が並列接続された状態になるの
で、前記電流制御素子を動作させないときに比べて出力
端子への供給電流を増加させることができ、出力電圧の
最大値を高めることができる。また、入力端子へバッテ
リーを接続して用いる場合においては、前記スイッチン
グ素子のみの駆動を行っていて出力電圧が低下し、前記
スイッチング素子がオンデューティー１００％（１００
％オン状態）を維持するようになったら前記電流制御素
子を動作させて該電流制御素子を介して電流を流すこと
により、前記出力端子への出力電圧値を前記一定に維持
できる時間を延ばすことができ駆動対象となる電子回路
の動作時間を拡大することができる。
【００８３】また、請求項１２乃至請求項１７に記載の
電源用電子部品によれば、上記請求項６乃至請求項１１
に記載の電源回路を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における電源回路を示
す構成図
【図２】従来例の降圧型スイッチング電源回路を示す構
成図
【図３】従来例におけるスイッチング動作を説明するタ
イミングチャート
【図４】従来例におけるバッテリー動作による出力電圧
の変移を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態における出力電圧とス
イッチング動作の関係を説明するタイミングチャート
【図６】本発明の第２の実施形態における電源回路を示
す構成図
【図７】本発明の第２の実施形態における出力電圧とス
イッチング動作の関係を説明するタイミングチャート
【図８】本発明の第２の実施形態における電源回路に用
いる駆動回路の一例を示す構成図
【図９】本発明の第２の実施形態に係る他の動作例を説
明する図
【図１０】本発明の第２の実施形態における他の電源回
路を示す構成図
【図１１】本発明の第３の実施形態における電源用電子
部品を示す外観図
【図１２】本発明の第３の実施形態における電源用電子
部品の電気系回路を示す回路図
【図１３】本発明の第４の実施形態における電源用電子
部品を示す外観図
【図１４】本発明の第４の実施形態における電源用電子
部品の電気系回路を示す回路図
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る他の例の電源
用電子部品の電気系回路を示す回路図
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る他の例の電源
用電子部品の電気系回路を示す回路図
【符号の説明】
１１ａ…入力端子、１１ｂ…出力端子、１２…平滑リア
クトル、１３…第１のスイッチング素子、１４…平滑コ
ンデンサ、１５…転流ダイオード、１６…第２のスイッ
チング素子、１７…平滑コンデンサ、１８…コントロー
ル集積回路、２１…電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、
２２…駆動回路、221…電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）、222…抵抗器、223…コンデンサ、224…ダイオー
ド、２３…シリーズ動作制御回路、３０，５０，６０，
７０…電源用電子部品、３１，５１…パッケージ、３２
ａ〜３２ｅ、５２ａ〜５２ｆ…リード端子、３３，５３
…放熱板、４１，４２…電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力端子と出力端子との間に直列接続さ
    れたスイッチング素子とインダクタとを備え、前記スイ
    ッチング素子をスイッチング動作させて前記入力端子に
    印加された電圧を所定値の電圧に降圧変換して前記出力
    端子に出力し、該出力電圧値を監視して該出力電圧値を
    ほぼ一定値に維持する電源回路の駆動方法であって、 前記スイッチング素子とインダクタに対して並列に前記
    入力端子と出力端子との間に接続され、制御信号に基づ
    いて前記入力端子から出力端子への通電電流量を変化さ
    せる電流制御素子を設け、 前記出力電圧値を前記一定値に維持するように前記電流
    制御素子を動作させることを特徴とする電源回路の駆動
    方法。
  2. 【請求項２】 前記スイッチング素子のスイッチング動
    作を制御するパルスのデューティー比を１００％にした
    とき以降に前記電流制御素子を動作させて通電すること
    を特徴とする請求項１に記載の電源回路の駆動方法。
  3. 【請求項３】 前記スイッチング素子のスイッチング動
    作に並行して前記電流制御素子を動作させることを特徴
    とする請求項１に記載の電源回路の駆動方法。
  4. 【請求項４】 前記スイッチング素子から出力される信
    号に基づいて前記スイッチング動作を制御するパルスの
    デューティー比が１００％になったことを判断すること
    を特徴とする請求項２に記載の電源回路の駆動方法。
  5. 【請求項５】 前記スイッチング素子へ入力される制御
    信号に基づいて前記デューティー比が１００％になった
    ことを判断することを特徴とする請求項２に記載の電源
    回路の駆動方法。
  6. 【請求項６】 入力端子と出力端子との間に直列接続さ
    れたスイッチング素子とインダクタとを備え、前記スイ
    ッチング素子をスイッチング動作させて前記入力端子に
    印加された電圧を所定値の電圧に降圧変換して前記出力
    端子に出力し、該出力電圧値を監視して該出力電圧値を
    ほぼ一定値に維持する電源回路において、 前記スイッチング素子とインダクタに対して並列に前記
    入力端子と出力端子との間に接続され、制御信号に基づ
    いて前記入力端子から出力端子への通電電流量を変化さ
    せる電流制御素子と、 前記出力電圧値を前記一定値に維持するように前記電流
    制御素子を動作させる駆動手段とを設けたことを特徴と
    する電源回路。
  7. 【請求項７】 前記駆動手段は、前記スイッチング素子
    のスイッチング動作を制御するパルスのデューティー比
    が１００％になってから前記電流制御素子を動作させて
    通電することを特徴とする請求項６に記載の電源回路。
  8. 【請求項８】 前記駆動手段は、前記スイッチング素子
    から出力される信号に基づいて前記スイッチング動作を
    制御するパルスのデューティー比が１００％になったこ
    とを判断することを特徴とする請求項７に記載の電源回
    路。
  9. 【請求項９】 前記駆動手段は、前記スイッチング素子
    へ入力される制御信号に基づいて前記デューティー比が
    １００％になったことを判断することを特徴とする請求
    項７に記載の電源回路。
  10. 【請求項１０】 前記電流制御素子としてトランジスタ
    を備え、 前記駆動手段は、前記トランジスタのベース電流を制御
    して前記トランジスタの飽和電流を変化させることを特
    徴とする請求項６乃至請求項９の何れかに記載の電源回
    路。
  11. 【請求項１１】 前記電流制御素子として電界効果トラ
    ンジスタを備え、 前記駆動手段は、前記電界効果トランジスタのゲート電
    圧を制御して前記電界効果トランジスタのオン抵抗を変
    化させることを特徴とする請求項６乃至請求項９の何れ
    かに記載の電源回路。
  12. 【請求項１２】 パッケージと、 前記パッケージから露出して設けられた入力用外部端子
    と、 前記パッケージから露出して設けられた第１出力用外部
    端子と、 前記パッケージから露出して設けられた第２出力用外部
    端子と、 前記パッケージ内部に設けられ且つ前記入力用外部端子
    と第１出力用外部端子との間に接続されたスイッチング
    半導体素子と、 前記パッケージ内部に設けられ且つ前記入力用外部端子
    と第２出力用外部端子との間に接続され、制御信号に基
    づいて前記入力用外部端子から第２出力用外部端子への
    通電電流量を変化させる電流制御素子と、 前記スイッチング半導体素子の制御端子に接続され且つ
    前記パッケージから露出して設けられた第１制御用外部
    端子と、 前記パッケージ内部に設けられると共に前記電流制御素
    子の制御端子に接続され前記スイッチング素子がオンデ
    ューティー１００％を維持するようになってから前記電
    流制御素子を動作させる駆動回路とを備えたことを特徴
    とする電源用電子部品。
  13. 【請求項１３】 前記駆動回路は前記第１出力用外部端
    子から出力される信号に基づいて前記電流制御素子を駆
    動することを特徴とする請求項１２に記載の電源用電子
    部品。
  14. 【請求項１４】 前記駆動回路は前記第１制御用外部端
    子から入力される信号に基づいて前記電流制御素子を駆
    動することを特徴とする請求項１２に記載の電源用電子
    部品。
  15. 【請求項１５】 前記パッケージ内部に前記スイッチ
    ング半導体素子の制御端子と前記第１制御用外部端子と
    の間に介在して設けられ且つ前記第１制御用外部端子か
    ら入力された制御信号に基づいて前記スイッチング半導
    体素子のオン・オフ状態を切り替え制御する制御回路を
    備えたことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何
    れかに記載の電源用電子部品。
  16. 【請求項１６】 前記電流制御素子としてトランジスタ
    を備え、 前記駆動回路は、前記トランジスタのベース電流を制御
    して前記トランジスタの飽和電流を変化させることを特
    徴とする請求項１２乃至請求項１５の何れかに記載の電
    源用電子部品。
  17. 【請求項１７】 前記電流制御素子として電界効果トラ
    ンジスタを備え、 前記駆動回路は、前記電界効果トランジスタのゲート電
    圧を制御して前記電界効果トランジスタのオン抵抗を変
    化させることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５の
    何れかに記載の電源用電子部品。
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