JP2005071072A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷が軽い場合には、基準電圧発生回路の消費電流の低減化を図るようにした電源装置の提供。
【解決手段】 この電源装置は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２、基準電圧選択回路１３、スイッチングレギュレータ１４、およびシリーズレギュレータ１５を備えている。スイッチＳＷ１は、電源装置の負荷が重い場合にオンし、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１をスイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５にそれぞれ供給する。スイッチＳＷ２は、その負荷が軽い場合にオンし、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２をシリーズレギュレータ１５に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを備えた電源装置に関し、特に、そのスイッチングレギュレータおよびシリーズレギュレータの各出力電圧の生成のために使用する基準電圧発生回路の改良に関するものである。

この種の従来の電源装置としては、図７に示すように、スイッチングレギュレータ１と、シリーズレギュレータ２と、基準電圧発生回路３と、を備えたものが知られている。
スイッチングレギュレータ１は、基準電圧発生回路３の発生する基準電圧を使用して出力電圧を制御するようになっており、その出力電圧として例えば１．８Ｖが得られるものである。また、シレーズレギュレータ２は、基準電圧発生回路３の発生する基準電圧を利用して出力電圧が得られるようになっており、その出力電圧としてスイッチングレギュレータ１の出力電圧よりも僅かに低い、例えば１．７Ｖが得られるものである（例えば、非特許文献１参照）。基準電圧発生回路３は、例えばバンドギャプ基準電圧発生回路で構成されている。

このような構成からなるスイッチングレギュレータ１とシリーズレギュレータ２の各動作は、電源装置に接続される負荷の軽重の状態を示す負荷状態信号ＸＳＴＢにより制御されるようになっている。
すなわち、図８に示すように、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルで負荷が重い場合には、スイッチングレギュレータ１とシリーズレギュレータ２との双方が動作し、電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチングレギュレータ１の出力電圧である１．８Ｖが出力されるようになっている。

一方、負荷状態信号ＸＳＴＢがＬレベルで負荷が軽い場合には、スイッチングレギュレータ１は動作を停止するがシリーズレギュレータ２は動作したままとなり、電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔは、シリーズレギュレータ２の出力電圧である１．７Ｖが出力されるようになっている。
電子技術２００３年４月号．ｐ．１００〜１０１

このように、従来の電源装置では、基準電圧発生回路が例えばバンドギャプ基準電圧発生回路で構成されている。
このように、基準電圧発生回路をバンドギャップ基準電圧発生回路で構成する場合には、その回路の特性上の理由により数１０〔μＡ〕のバイアス電流が必要となり、使用時にはそのバイアス電流が常に回路に流れることになる。

このため、従来の電源装置では、その負荷が軽い場合であっても、基準電圧発生回路の消費電流が比較的大きくなるので、負荷が軽い場合にはその消費電流の低減化が望まれていた。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、負荷が軽い場合には、基準電圧発生回路の消費電流の低減化が図れるようにした電源装置を提供することにある。

上記の課題を解決して本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のように構成した。
すなわち、第１の発明は、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータとを備え、前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータの出力電圧を選択的に取り出すようになっている電源装置において、前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータの各出力電圧を生成するために使用する第１基準電圧を発生する第１基準電圧発生回路と、前記シリーズレギュレータの出力電圧を生成するために使用する第２基準電圧を発生し、前記第１基準電圧発生回路よりも消費電流が小さな第２基準電圧発生回路と、前記第１基準電圧発生回路の発生する第１基準電圧または前記第２基準電圧発生回路の発生する第２基準電圧を選択的に取り出す基準電圧選択回路と、を備えるようにした。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１基準電圧発生回路は、バンドギャップ基準電圧発生回路からなり、前記第２基準電圧発生回路は、トランジスタのしきい値電圧を利用して基準電圧を生成する形式の基準電圧発生回路からなる。
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記基準電圧選択回路は、負荷が重い場合に、前記第１基準電圧発生回路の発生する第１基準電圧を選択して前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータにそれぞれ供給し、負荷が軽い場合に、前記第２基準電圧発生回路の発生する第２基準電圧を選択して前記シリーズレギュレータに供給するようになっている。

第４の発明は、第３の発明において、前記負荷が重い場合には、前記スイッチングレギュレータは前記第１基準電圧を用いて所定の出力電圧を生成し、前記シリーズレギュレータは前記第１基準電圧を用いて前記スイッチングレギュレータの出力電圧よりも低い出力電圧を生成し、前記スイッチングレギュレータの出力電圧を取り出すようにし、負荷が軽い場合には、前記シリーズレギュレータは前記第２基準電圧を用いて前記スイッチングレギュレータの出力電圧と同じ出力電圧を生成して出力するとともに、前記スイッチングレギュレータの動作を停止するようになっている。

このような構成からなる本発明によれば、負荷が軽い場合には、基準電圧発生回路の消費電流の低減化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の電源装置の第１実施形態の構成について、図１を参照して説明する。
この第１実施形態に係る電源装置は、図１に示すように、バンドギャップ基準電圧発生回路１１と、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２と、基準電圧選択回路１３と、スイッチングレギュレータ１４と、シリーズレギュレータ１５と、を備えている。

バンドギャプ基準電圧発生回路１１は、電源装置の負荷が重い場合に、スイチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５が各出力電圧を生成するために使用する基準電圧Ｖ１を発生する回路である。
しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２は、電源装置の負荷が軽い場合に、シリーズレギュレータ１４が出力電圧を生成するために使用する基準電圧Ｖ２を発生する回路であり、トランジスタのしきい値電圧を利用して基準電圧を発生する形式のものである。このしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の消費電流は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流よりも小さなものである。

基準電圧選択回路１３は、図１に示すように、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、インバータ１６とから構成され、電源装置の負荷が重い場合に、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１を選択してスイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５にそれぞれ供給し、その負荷が軽い場合に、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２を選択してシリーズレギュレータ１５に供給する回路である。

具体的には、スイッチＳＷ１は、後述の負荷状態信号ＸＳＴＢによりオンオフ制御される電子スイッチであり、電源装置の負荷が重い場合にオンされるようになっている。そして、そのオンの場合に、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１を選択し、この選択した基準電圧Ｖ１をスイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５にそれぞれ供給するようになっている。

また、スイッチＳＷ２は、後述の負荷状態信号ＸＳＴＢをインバータ１６で反転した信号によりオンオフ制御される電子スイッチであり、その負荷が軽い場合にオンされるようになっている。そして、そのオンの場合に、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２を選択し、この選択した基準電圧Ｖ２をシリーズレギュレータ１５に供給するようになっている。

スイッチングレギュレータ１４は、自己の出力電圧が目標値となるように、入力電圧をスイッチング制御するものであり、その目標値を設定するためにバンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１を利用している。このスイッチングレギュレータ１４は、その出力電圧として例えば１．８Ｖを生成出力するようになっている。また、スイッチングレギュレータ１４は、後述の負荷状態信号ＸＳＴＢによりその動作が制御されるようになっている。

シリーズレギュレータ１５は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１またはしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２に基づいて出力電圧を生成するものであり、その出力電圧の安定化を図るようになっている。このシリーズレギュレータ１５の出力電圧は、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧よりも僅かに低くなっており、例えば１．７Ｖである。

次に、図１に示すバンドギャップ基準電圧発生回路１１およびしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。
このバンドギャプ基準電圧発生回路１１は、図２に示すように、ＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ５と、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ３とを備え、これらを図２に示すように接続したものである。このような構成からなるバンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流は、例えば１０〜２０〔μＡ〕程度である。

しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２は、図３に示すように、ＭＯＳトランジスタＱ１１〜Ｑ１６と、コンデンサＣ１と、オペアンプＯＰと、トリミング回路ＴＲと、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とを備え、これらを図３に示すように接続したものである。このような構成からなるしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１１の消費電流は、例えば２〔μＡ〕程度であり、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流よりも大幅に低減化することができる。

次に、このような構成からなる第１実施形態の動作について、図１および図４を参照して説明する。
図１に示す制御端子１８には、図４（ａ）に示すような負荷状態信号ＸＳＴＢが入力される。ここで、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルの場合は、この実施形態の負荷が重い状態を示し、負荷状態信号ＸＳＴＢがＬレベルの場合は負荷が軽い状態を示す。

いま、図４（ａ）に示すように、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルで負荷が重い場合には、このＨレベルにより、基準電圧選択回路１３のスイッチＳＷ１がオンになるとともに、スイッチングレギュレータ１４が動作状態になる。
このため、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１が、スイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５にそれぞれ供給される。従って、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧は例えば１．８Ｖとなり、シリーズレギュレータ１５の出力電圧は例えば１．７Ｖとなる。この結果、この実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧の１．８Ｖとなる。

その後、図４に示すように時刻ｔ１おいて、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルからＬレベルに変化し、すなわち負荷が重い状態から軽い状態に変化すると、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオン、かつスイッチングレギュレータ１４の動作が停止する。
このため、シリーズレギュレータ１５には、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１に代えてしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２が供給される。このとき、シリーズレギュレータ１５は、その基準電圧Ｖ２を用いて出力電圧を生成し、その出力電圧は１．７Ｖである。従って、この実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、その出力電圧の１．７Ｖとなる。

そして、時刻ｔ１から期間Ｔ１を経過した後の時刻ｔ２までは、この状態が継続される。この期間Ｔ１は、シリーズレギュレータ１５の基準電圧源としてしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２が使用され、このしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の消費電流は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流よりも小さい。このため、負荷が軽い期間Ｔ１では、従来に比べて基準電圧の発生に要する消費電流を大幅に低減することができる。

時刻ｔ２において、負荷状態信号ＸＳＴＢがＬレベルからＨレベルに変化すると、負荷が軽い状態から重い状態に変化する。この結果、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフ、かつスイッチングレギュレータ１４の動作が開始（再開）する。
このため、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１が、スイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５にそれぞれ供給される。従って、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧は１．８Ｖとなり、シリーズレギュレータ１５の出力電圧は１．７Ｖとなる。この結果、この実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧の１．８Ｖとなる。

以上説明したように、この第１実施形態によれば、負荷が軽い場合には、シリーズレギュレータ１５の基準電圧源としてしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２が使用され、このしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の消費電流は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流よりも小さい。このため、負荷が軽い場合には、従来に比べて基準電圧の発生に要する消費電流を大幅に低減することができる。

次に、本発明の電源装置の第２実施形態の構成について、図５を参照して説明する。
この第２実施形態に係る電源装置は、図５に示すように、バンドギャップ基準電圧発生回路１１と、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２と、基準電圧選択回路１３と、スイッチングレギュレータ１４と、シリーズレギュレータ１５Ａと、を備えている。
すなわち、この第２実施形態は、図１に示す第１実施形態のシリーズレギュレータ１５を、図５に示すシリーズレギュレータ１５Ａに置き換えたものである。

シリーズレギュレータ１５Ａは、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１が供給される場合には、その基準電圧Ｖ１に基づいて出力電圧を生成し、その出力電圧としてスイッチングレギュレータ１４の出力電圧よりも僅かに低い電圧、例えば１．７Ｖを生成するようになっている。
また、シリーズレギュレータ１５Ａは、負荷が軽い状態であって、しきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２が供給される場合には、その基準電圧Ｖ２に基づいて出力電圧を生成し、その出力電圧としてスイッチングレギュレータ１４の出力電圧と同じ電圧、例えば１．８Ｖを生成するようになっている。

なお、この第２実施形態の他の部分の構成要素は、第１実施形態の対応する構成要素と同じであるので、その説明は省略する。
次に、このような構成からなる第２実施形態の動作について、図５および図６を参照して説明する。
図５に示す制御端子１８には、図６（ａ）に示すような負荷状態信号ＸＳＴＢが入力される。

いま、図６（ａ）に示すように、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルで負荷が重い場合には、このＨレベルにより、基準電圧選択回路１３のスイッチＳＷ１がオン、スイッチングレギュレータ１４が動作状態になる。
このため、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１が、スイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５Ａにそれぞれ供給される。従って、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧は例えば１．８Ｖとなる。シリーズレギュレータ１５Ａの出力電圧は、それよりも低い電圧、例えば１．７Ｖとなる（図６（ｅ）参照）。この結果、この第２実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧の１．８Ｖとなる。

その後、図６に示すように時刻ｔ１おいて、負荷状態信号ＸＳＴＢがＨレベルからＬレベルに変化し、すなわち負荷が重い状態から軽い状態に変化すると、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオン、かつスイッチングレギュレータ１４の動作が停止する。
このため、シリーズレギュレータ１５Ａには、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１に代えてしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の発生する基準電圧Ｖ２が供給される。このとき、シリーズレギュレータ１５Ａは、その基準電圧Ｖ２を用いて出力電圧を生成し、その出力電圧はスイッチングレギュレータ１４の出力電圧を同じ電圧の１．８Ｖである。従って、この実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、その出力電圧の１．８Ｖとなる。

そして、時刻ｔ１から時間Ｔ１を経過した後の時刻ｔ２までは、この状態が継続される。この期間Ｔ１は、シリーズレギュレータ１５Ａの基準電圧源としてしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２が使用され、このしきい値電圧利用型基準電圧発生回路１２の消費電流は、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の消費電流よりも小さい。このため、負荷が軽い期間Ｔ１では、従来に比べて基準電圧の発生に要する消費電流を大幅に低減することができる。

また、負荷が軽い期間Ｔ１では、その出力電圧Ｖｏｕｔは１．８Ｖとなり、負荷の重い期間の出力電圧Ｖｏｕｔを同じになる。
その後、時刻ｔ２において、負荷状態信号ＸＳＴＢがＬレベルからＨレベルに変化すると、負荷が軽い状態から重い状態に変化する。この結果、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフ、かつスイッチングレギュレータ１４の動作が開始する。

このため、バンドギャップ基準電圧発生回路１１の発生する基準電圧Ｖ１が、スイッチングレギュレータ１４およびシリーズレギュレータ１５Ａにそれぞれ供給される。従って、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧は１．８Ｖとなり、シリーズレギュレータ１５Ａの出力電圧は１．７Ｖとなる。この結果、この実施形態の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチングレギュレータ１４の出力電圧の１．８Ｖとなる。

以上説明したように、この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を実現できる。
さらに、この第２実施形態によれば、出力の負荷が軽い場合であっても、負荷が重い場合と同様の出力電圧を確保でき、出力電圧の低下を防止できる。

本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 図１のバンドギャプ基準電圧発生回路の具体的は構成例を示す回路図である。 図１のしきい値電圧利用型基準電圧発生回路の具体的は構成例を示す回路図である。 第１実施形態の動作を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の動作を説明するための説明図である。 従来の電源装置の構成例を示すブロック図である。 その電源装置の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１１・・・・バンドギャップ基準電圧発生回路、１２・・・・しきい値電圧利用型基準電圧発生回路、１３・・・・基準電圧選択回路、１４・・・・スイッチングレギュレータ、１５，１５Ａ・・・・シリーズレギュレータ。

Claims (4)

1. スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータとを備え、前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータの出力電圧を選択的に取り出すようになっている電源装置において、
   前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータの各出力電圧を生成するために使用する第１基準電圧を発生する第１基準電圧発生回路と、
   前記シリーズレギュレータの出力電圧を生成するために使用する第２基準電圧を発生し、前記第１基準電圧発生回路よりも消費電流が小さな第２基準電圧発生回路と、
   前記第１基準電圧発生回路の発生する第１基準電圧または前記第２基準電圧発生回路の発生する第２基準電圧を選択的に取り出す基準電圧選択回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記第１基準電圧発生回路は、バンドギャップ基準電圧発生回路からなり、
   前記第２基準電圧発生回路は、トランジスタのしきい値電圧を利用して基準電圧を生成する形式の基準電圧発生回路からなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記基準電圧選択回路は、負荷が重い場合に、前記第１基準電圧発生回路の発生する第１基準電圧を選択して前記スイッチングレギュレータと前記シリーズレギュレータにそれぞれ供給し、負荷が軽い場合に、前記第２基準電圧発生回路の発生する第２基準電圧を選択して前記シリーズレギュレータに供給するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
4. 前記負荷が重い場合には、前記スイッチングレギュレータは前記第１基準電圧を用いて所定の出力電圧を生成し、前記シリーズレギュレータは前記第１基準電圧を用いて前記スイッチングレギュレータの出力電圧よりも低い出力電圧を生成し、前記スイッチングレギュレータの出力電圧を取り出すようにし、
   負荷が軽い場合には、前記シリーズレギュレータは前記第２基準電圧を用いて前記スイッチングレギュレータの出力電圧と同じ出力電圧を生成して出力するとともに、前記スイッチングレギュレータの動作を停止するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。

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