JP2006129593A - 電源制御用半導体集積回路および電源装置を有するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない小型の直流電源装置を実現するのに好適なスイッチング電源制御用半導体集積回路を提供する。
【解決手段】 スイッチング・レギュレータのパワートランジスタ（Ｍ１）を駆動する制御信号を生成する駆動制御回路（２２）を備えたスイッチング電源制御用ＩＣもしくはそれを用いたスイッチング電源装置において、パワートランジスタを駆動する制御信号のスルーレートすなわち立ち上がり時間と立ち下がり時間を、ノイズの影響を受け易い装置の稼動状態を示す信号に基づいて切替え可能に構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、直流−直流変換方式の直流電源装置さらにはスイッチング・レギュレータを内蔵した直流電源装置におけるノイズ低減技術に関し、例えばスイッチング・レギュレータとシリーズ・レギュレータを内蔵した車載用直流電源装置に利用して有効な技術に関する。

直流−直流変換方式の直流電源装置には、負荷と直列形態に接続された制御素子を制御して電圧を変換するシリーズ・レギュレータと、インダクタ（コイル）に流れる電流をスイッチ素子のオン・オフで制御して電圧を変換するスイッチング・レギュレータなどがある。このうちシリーズ・レギュレータには電力効率が低いがノイズが少ないという利点があり、スイッチング・レギュレータには電力効率は優れているがスイッチング動作によってノイズが発生し易いという不具合がある。

直流電源装置の用途として車載用がある。従来、車載用電源装置の分野においては、直流電源装置としてオーディオ機器との関係でノイズの少ないシリーズ・レギュレータが主流であった。ところが、近年、自動車の電子制御化、高機能化に伴って直流電源で動作する電子装置がますます増加する傾向があるため、シリーズ・レギュレータでは電力効率の面から要求を満足する電源装置を実現するのが困難になってきている。そこで、直流電源装置としてスイッチング・レギュレータを使用する試みがなされているが、スイッチング・レギュレータでは、スイッチングノイズがオーディオ機器特にチューナに飛び込んで音質を低下させてしまうという問題がある。
特開２００１−３４５６８９号公報

車載用直流電源装置としてスイッチング・レギュレータを使用する場合、オーディオ機器へのスイッチングノイズの飛込みを抑えるため、電源装置もしくはスイッチング制御用ＩＣの周りをアルミシールドで覆ったり、スイッチング素子と並列に抵抗と容量とからなるスナバ回路を設けたりすることが行なわれていた。しかしながら、このような対策技術では、部品点数が増加してコストアップを招くとともに、装置の小型化が困難になるという課題がある。

また、スイッチング・レギュレータにおけるスイッチングノイズを低減する技術として、プリドライバ回路内に出力電圧の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御するスイッチ回路を設けるようにした発明が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この先願発明は、立ち上がり時間および立ち下がり時間を測定して、一定時間内に収まるようにスイッチ回路を制御するというもので、本願発明とは思想が異なっているとともに、立ち上がり時間および立ち下がり時間を測定する回路と、スイッチ回路を制御する外部信号を入力するための外部端子を必要とするので、ＩＣの小型化が困難になるという課題がある。

この発明の目的は、電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない車載用に適した直流電源装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない小型の直流電源装置を実現するのに好適なスイッチング電源制御用半導体集積回路を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、スイッチング・レギュレータのパワートランジスタを駆動する制御信号を生成する駆動制御回路を備えたスイッチング電源制御用ＩＣもしくはそれを用いたスイッチング電源装置において、パワートランジスタを駆動する制御信号のスルーレートすなわち立ち上がり時間と立ち下がり時間を、例えばチューナのようなノイズの影響を受け易い装置の稼動状態を示す信号に基づいて切替え可能に構成したものである。

上記した手段によれば、ノイズの影響を受け易い装置が稼動している場合にはスルーレートを遅くして発生するノイズを減らし、ノイズの影響を受け易い装置が稼動していない場合にはスルーレートを速くすることで電力効率を向上させることができる。

また、電源装置にシリーズ・レギュレータとスイッチング・レギュレータとを設け、電力消費の少ない機器にはシリーズ・レギュレータで生成された直流電源を供給し、電力消費の多い機器にはスイッチング・レギュレータで生成された直流電源を供給するようにする。これにより、電力効率の良好なシステムを実現することができる。ここで、スイッチング・レギュレータを２以上設けた場合には、それらのスイッチング・レギュレータを動作させるクロック信号の位相をずらすようにする。これにより、複数のスイッチング・レギュレータのパワートランジスタに同時に電流が流れるのを防止して装置全体に流れる電流のピーク値を下げて、発生するノイズを低減することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない車載用に適した直流電源装置を実現することができる。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第１の実施例を示す。なお、特に制限されるものでないが、この実施例においては、図１において一点鎖線で囲まれた部分の回路ＳＲＧは、スイッチング・レギュレータであり、本実施例では降圧型のレギュレータとして構成されている。

図１において、１０は１４Ｖのような電源電圧を供給する直流電圧源としてのバッテリー、２０は電源制御用ＩＣで単結晶シリコンのような１個の半導体基板上に半導体集積回路として構成されている。また、３１はオーディオ装置やナビゲーション装置のような車載電子システムの制御用マイコン、３２はラジオ放送などの選局、検波を行なうチューナ、３３はＧＰＳ（衛星測位システム）の信号処理を行なうＧＰＳ装置、３４はディスクチェンジャーや道路交通情報などを受信処理するＶＩＣＳ装置、高速道路料金の自動支払い処理を行なうＥＴＣ装置などオプションの外部接続機器、３５は信号の送受信を行なうアンテナの伸縮駆動装置、３６は音場補正などの音声処理を行なうＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）からなるコントローラ、３７は音声信号を増幅するアンプ、３８は音声を出力するスピーカ、３９はＣＤやＤＶＤなどのコンテンツ情報を復号し再生するプレーヤである。

この実施例の電源制御用ＩＣ２０には、バッテリー電圧ＶＢを例えば１００ｍＡ，５Ｖのような電圧に降圧して出力するシリーズ・レギュレータなどからなる４つのリニア型直流電源２１ａ〜２１ｄと、１個のスイッチング・レギュレータを構成するコントロール回路２２と、バッテリー電圧ＶＢをオン、オフ制御してそのまま電源電圧として外部へ出力する２個の電源スイッチ２３ａ，２３ｂが内蔵されており、ＤＳＰコントローラ３５やＧＰＳ装置３４、チューナ３２、制御用マイコン３１など比較的消費電力が少ない装置にはシリーズ・レギュレータ２１ａ〜２１ｄで変換された電圧が供給されるように構成されている。また、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ３９など消費電力の大きな装置にはスイッチング・レギュレータＳＲＧで変換された電圧（例えば１Ａ，３．３Ｖ）が供給され、外部接続機器３４やアンテナ装置３５のようなそれほど安定した電圧は必要でない装置には電源スイッチ２３ａ，２３ｂによりバッテリー電圧ＶＢがそのまま電源電圧として供給されるように構成されている。

これは、安定的な電圧が必要であって消費電力が小さな装置においてはシリーズレギュレータが効率が高く、安定的な電圧が必要な装置であって消費電力が大きな装置においてはスイッチングレギュレータが効率が高く、あまり安定的な電圧が必要でない装置においてはそのままスイッチで電源を供給してやるのが効率が高いからである。

ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ３９の電源電圧を発生するスイッチング・レギュレータＳＲＧは、電圧変換用コイルＬ１、該コイルＬ１に電流を流し込むパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるスイッチング・トランジスタＭ１、該トランジスタＭ１のゲート端子を制御する駆動信号を生成するコントロール回路２２と、バッテリー１０の正極端子と接地点との間に前記スイッチング・トランジスタＭ１と直列に接続された整流用ダイオードＤ１、出力電圧を安定化させる平滑用コンデンサＣ１で構成されている。なお、ＲＬは等価負荷抵抗である。

この実施例の電源制御用ＩＣ２０は、スイッチング・レギュレータを構成するコントロール回路２２が、制御用マイコン３１からチューナ３２に供給されるオン／オフ信号ＣＮon/offに基づいてスイッチング・トランジスタＭ１を駆動する信号のスルーレートを切り替えることができるように構成されている。具体的には、このシステムの中で最もノイズの影響を受け易いチューナ３２が稼動している場合（ＯＮ状態のとき）にはスルーレートを遅くしてスイッチング・レギュレータＳＲＧから発生するノイズを小さくし、チューナ３２が稼動していない場合（ＯＦＦ状態のとき）にはスルーレートを速くするようにコントロール回路２２が構成されている。

図２にはスイッチング・レギュレータＳＲＧとそのコントロール回路２２のより具体的な回路構成が、図３にはコントロール回路２２を構成するスルーレート切替え可能なコントローラドライバの具体的な回路例が示されている。

スイッチング・レギュレータＳＲＧのコントロール回路２２は、図２に示されているように、出力電圧Ｖｏｕｔを直列抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２で分割した電圧ＶFBと基準となる電圧Ｖｒｅｆとの電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプＥＲ−ＡＭＰと、該誤差アンプＥＲ−ＡＭＰの出力電圧とスイッチング・トランジスタＭ１のドレイン電圧とを比較するコンパレータと、該コンパレータＣＭＰの出力に基づいてスイッチング・トランジスタＭ１をオン・オフ制御する信号を生成する制御ロジックＣＬＧと、該制御ロジックＣＬＧからの信号に基づいてスイッチング・トランジスタＭ１のゲート駆動信号を生成するスルーレート切替え可能なドライバ回路ＤＲＶとから構成されている。Ｃｂ１は、スイッチング・トランジスタＭ１がオンされてコイルＬ１に電流が流されることによって、コイルＬ１の一方の端子の電圧が上昇したときにＭ１のゲート駆動信号を持ち上げてＭ１のオン抵抗を下げるための外付けのブート容量である。

この実施例のスイッチング・レギュレータにおいては、抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２により出力電圧Ｖｏｕｔを分割した電圧ＶFBが誤差アンプＥＲ−ＡＭＰにフィードバックされ、誤差アンプＥＲ−ＡＭＰがフィードバック電圧と基準電圧Ｖｒｅｆの電位差に応じた電圧を出力し、その出力に応じてスイッチング・トランジスタＭ１がオンされる時間を制御することによって、所定のレベルの出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。また、スイッチング・トランジスタＭ１と直列に接続されたセンス抵抗Ｒｓの電圧がコンパレータＣＭＰに入力され誤差アンプＥＲ−ＡＭＰからの出力と比較してスイッチング・トランジスタＭ１に流れる電流を制御するように構成されている。

なお、コンパレータＣＭＰには誤差アンプＥＲ−ＡＭＰの出力と図示しない発振回路などからなる三角波形成回路から供給される三角波とを入力して電位差に応じたパルス幅を有するＰＷＭ駆動パルスを生成して前記スイッチング・トランジスタＭ１のゲート端子に印加して駆動するように構成しても良い。また、実施例では、スイッチング・トランジスタＭ１として外付けのパワーＦＥＴを用いているが、オンチップの素子としてコントロール回路２２を構成する素子と同一の半導体チップ上に形成するようにしても良い。

スルーレート切替え可能なドライバ回路ＤＲＶは、図３に示されているように、電源電圧端子（ＶＢ＋７Ｖ）と接地点ＧＮＤとの間に直列形態に接続された抵抗Ｒ１−スイッチＳＷ１−ＳＷ２−抵抗Ｒ２からなるドライバＤＲＶ１と、同じく電源電圧端子Ｖｄｄと接地点ＧＮＤとの間に直列形態に接続された抵抗Ｒ３−スイッチＳＷ３−ＳＷ４−抵抗Ｒ４からなるドライバＤＲＶ２とから構成され、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が制御ロジックＣＬＧからの制御信号によっていずれかひとつがオン状態もしくはすべてがオフ状態になるように制御される。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２はＲ３，Ｒ４よりも抵抗値が大きく設定され、スイッチＳＷ１がオンされたときとＳＷ３がオンされたときとでスイッチング・トランジスタＭ１のゲート駆動信号の立ち上がり時間が異なり、スイッチＳＷ２がオンされたときとＳＷ４がオンされたときとでＭ１のゲート駆動信号の立ち下がり時間が異なるように構成されている。

具体的には、チューナのオン／オフ信号ＣＮon/offがチューナ稼動状態を示しているときは、抵抗値の大きな抵抗Ｒ１，Ｒ２側のスイッチＳＷ１またはＳＷ２がオン、オフ制御され、ＣＮon/offがチューナ非稼動状態を示しているときは、抵抗値の小さな抵抗Ｒ３，Ｒ４側のスイッチＳＷ３またはＳＷ４がオン、オフ制御されるように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の制御信号が制御ロジックＣＬＧにより生成される。ＳＲon/offは、当該スイッチング・レギュレータのオン／オフ状態を指示する制御信号であり、この信号ＳＲon/offがロウレベルのときは、制御ロジックＣＬＧはスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をすべてオフ状態にするような信号を出力し、それによってレギュレータは動作を停止して出力電圧が発生されないようになる。

なお、図３において、抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１の組、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ２の組、抵抗Ｒ３とスイッチＳＷ３の組、抵抗Ｒ４とスイッチＳＷ４の組は、それぞれＭＯＳトランジスタの等価回路を表わしているとみなすことができる。つまり、各抵抗とスイッチの組をＭＯＳトランジスタに置き換えることができる。そして、抵抗とスイッチの組の代わりにＭＯＳトランジスタを使用した場合には、そのＭＯＳトランジスタのサイズ比（ゲート長を等しくしたときはゲート幅の比）を変えることによってＲ１，Ｒ３に相当するオン抵抗がＲ２，Ｒ４に相当するオン抵抗よりも大きくなるように設定することができる。

具体的には、例えばスイッチング・トランジスタＭ１の電源電圧ＶＢが＋１４Ｖで、Ｍ１のゲート・ソース間寄生容量Ｃｇｓとゲート・ドレイン間寄生容量Ｃｇｄがそれぞれ３０〜５０ｐＦの場合、抵抗Ｒ１，Ｒ３側のドライバＤＲＶ１のスルーレートすなわち抵抗Ｒ１，Ｒ３と寄生容量Ｃｇｓ，Ｃｇｄによる時定数が１００ｎＳ（ナノ秒）程度、抵抗Ｒ２，Ｒ４側のドライバＤＲＶ２のスルーレートが２０〜３０ｎＳとなるように、ＭＯＳトランジスタのサイズ比を１：４〜１：５に設定すると良い。

図４は、シリーズ・レギュレータの構成例を示す。本実施例に使用されるシリーズ・レギュレータは、図４に示されているように、負荷ＲＬに電流を供給する制御用トランジスタＭ０と、出力電圧ＶLoutを安定化させる平滑容量Ｃ０と、出力電圧ＶLoutを分割してフィードバック電圧ＶFB2を生成する抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４と、フィードバック電圧ＶFB2と基準となる電圧Ｖrefとを比較して電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプＥＲ−ＡＭＰ０とからなり、誤差アンプＥＲ−ＡＭＰ０の出力が制御用トランジスタＭ０のゲート端子に印加されるように構成されている。これによって、抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４により分割された電圧が誤差アンプＥＲ−ＡＭＰ０にフィードバックされ、このフィードバック電圧ＶFB2が基準電圧Ｖrefに一致するようにスイッチング・トランジスタＭ０のオン抵抗が制御され、入力電圧ＶＬINよりもＭ０のオン抵抗分だけ低い出力電圧ＶLoutが生成される。この実施例では、制御用トランジスタＭ０としてオンチップのＭＯＳトランジスタが用いられているが、外付けのパワーＦＥＴであっても良い。

図５は、本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第２の実施例を示す。
この実施例のシステムと図１のシステムとの違いは、図１のシステムではＧＰＳ装置３３が設けられているのに対し、図５のシステムではＧＰＳ装置３３がなく代わりに比較的消費電力の大きなＤＳＰインタフェース４０が設けられている点と、これに伴い電源制御用ＩＣ２０にはスイッチング・レギュレータ用コントローラドライバ２２ａ，２２ｂが設けられて２つのスイッチング・レギュレータＳＲＧ１，ＳＲＧ２が構成されている点と、シリーズ・レギュレータ２１ｃ，２１ｄがなくチューナ３２と制御用マイコン３１とでレギュレータ２１ｂを共用している点と、内部電源回路２４を備えている点である。ＤＳＰインタフェース４０は、グラフィックイコライザのための演算処理を行なったり、ＬＣＤなどの表示パネルへの画像データの演算処理を行なったりするＤＳＰコントローラ３６ほぼ同等の機能を有し、ＤＳＰコントローラ３６よりも高い電源電圧を必要とするデバイスである。

そして、この実施例においても、コントローラドライバ２２ａ，２２ｂはそれぞれスイッチング・トランジスタを駆動するドライバのスルーレートがチューナ３２のオン／オフに応じて切替え可能に構成されている。また、この実施例では、スイッチング・レギュレータＳＲＧ１，ＳＲＧ２を構成するスイッチング・トランジスタが、コントローラドライバ２２ａ，２２ｂを構成する素子とともに同一チップ上に形成されて電源制御用ＩＣ２０に内蔵されている。

なお、チューナ３２と制御用マイコン３１とでレギュレータ２１ｂを共用する代わりに、チューナ３２と制御用マイコン３１のレギュレータを別々に設けたり、ＤＳＰコントローラ用のレギュレータ２１ａと共用したりしても良い。また、チューナ３２の電源電圧はＣＤ／ＤＶＤプレーヤ３９の電源電圧に近いので、チューナ３２の電源電圧をシリーズ・レギュレータ２１ｂから供給する代わりに、スイッチング・レギュレータＳＲＧ１から供給してＣＤ／ＤＶＤプレーヤ３９と電源を共用するようにしても良い。

図６には、図５のシステムに使用されている電源制御用ＩＣ２０のより詳しい構成例を示す。図６において、図５に示されている素子や回路ブロックと同一の機能を有する素子、回路ブロックには同一の符号を付して重複した説明は省略する。

この実施例の電源制御用ＩＣ２０には、バッテリー電圧ＶＢを外部で昇圧した電圧ＶＢＵＰをクランプするクランプ回路２６、該クランプ回路２６でクランプされた電圧を電源電圧としてチップ内部で必要な基準電圧Ｖrefを生成する基準電圧生成回路２７、外部端子ＡＤJの状態（ショートまたはオープン）に応じて３．３Ｖまたは５Ｖの直流電圧を生成し外部端子Vstbyから出力するシリーズ・レギュレータ２１ｂに対応して該レギュレータによって生成された電圧が目標電圧の９５％以上か否かを監視してリセット信号RESETをチップ外部（この実施例ではマイコン３１）へ出力する電圧監視回路２８が設けられている。

また、この実施例の電源制御用ＩＣ２０には、スイッチング・レギュレータを動作させるためのクロック信号φ０を生成する発振回路５１および該発振回路の発振信号を分周する分周回路５２と、分周されたクロックφ０の位相を１８０°ずらしたクロックφ１を生成する位相シフト回路５３とが設けられ、分周回路５２で分周されたクロックφ０がスイッチング・レギュレータ２２ｂへ供給され、位相シフト回路５３で位相がシフトされたクロックφ１がスイッチング・レギュレータ２２ａへ供給されている。これにより、スイッチング・レギュレータ２２ａの出力トランジスタ（Ｍ１）に電流が流されるタイミングと、スイッチング・レギュレータ２２ｂの出力トランジスタに電流が流されるタイミングとがずらされ、電流のピーク値を抑えることができ、同一のクロックによって動作する場合に比べて電源ラインに乗るノイズを減らすことができるようになっている。位相シフト回路５３の代わりにインバータを用いても良い。

なお、この実施例の電源制御用ＩＣ２０は、スイッチング・レギュレータ２２ａ，２２ｂが外部から供給されるクロック信号SYNCINによっても動作可能にされるとともに、外部からのクロック信号SYNCINの周波数等を監視する監視回路５５を備え、外部クロックの周波数が所定の範囲（１００〜２００ｋＨｚ）に入っていないときは自動的に発振回路５１を動作させてチップ内部で生成したクロック信号φ０に切り替えてスイッチング・レギュレータ２２ａ，２２ｂを動作させるとともに、チップ外部のマイコンへ割込み信号ＩＲＱを出力してクロックの異常（CLK Alarm）を知らせる。このように動作させることにより、不所望な動作を行うのを回避すると共に、すばやくマイコン３１に電源制御用ＩＣ２０の状態を知らせて、適切な対処を行う事ができる。

また、監視回路５５は、電源スイッチ（ハイサイドドライバ）２３ａ，２３ｂがショート異常またはオープン異常を起こしていないか監視し、異常があったときはチップ外部へ割込み信号ＩＲＱを出力して異常（HDS1,2 Short;HDS1,2 Open）を知らせる。さらに、チップ温度を監視して例えば１５０℃を超えると割込み信号ＩＲＱを出力して温度異常（Thermal Alarm）を知らせるとともに、１７０℃を超えるとチップ内部の回路の動作を停止させ、割込み信号ＩＲＱを出力して異常と動作停止（ＴＤＳ）を知らせる。また、内部電源電圧Ｖｄｄ等を監視して、所定のレベル以上になっているときは割込み信号ＩＲＱを出力して異常（Over Voltage Warning）を知らせる。このように電源制御用ＩＣ２０に関する各種の異常をマイコン３１へ割り込み信号ＩＲＱとして知らせる機能を設けることにより、マイコン３１がすばやく電源制御用ＩＣ２０の異常をしることができ、迅速に対処する事ができる。

さらに、バッテリー電圧ＶＢ等が異常なレベルになっていないか判定するためのコンパレータ５６ａ，５６ｂと、その判定結果をチップ外部へ出力するための端子５７ａ，５７ｂが設けられている。コンパレータ５６ａ，５６ｂのうち一方は、例えば自動車のメインキーがオーディオ系のオン状態であるＡＣＣ位置にあるときにバッテリー電圧ＶＢ等が異常なレベルになっていないか判定するためメインキーと直列に接続された抵抗からの電圧が入力される。

また、この実施例の電源制御用ＩＣ２０には、チップ外部のマイコン３１からの指令を受けたり、異常が発生したときにその異常の内容を知らせるデータをマイコン３１へ伝達するためのシリアルポート・インタフェース５８や、データ出力端子Ｑ，データ入力端子Ｄ，イネーブル信号の入力端子／Ｓ，伝送タイミングを知らせるクロックの入力端子Ｃが設けられている。マイコン３１からデータ入力端子Ｄを通してチューナ３２の動作状態に応じてスイッチングレギュレータ２２aと２２ｂのスルーレートを切り替えるための信号が送られてくる。５７ｃは、通信相手のマイコンが３．３Ｖ系のインタフェースを有するデバイスであるか５Ｖ系のインタフェースを有するデバイスであるかを示す信号VINTERFACEが入力される端子、５９はレベル変換回路を内蔵し信号VINTERFACEに応じてマイコンとの間の信号の経路を切り替える入出力切替え回路である。

このようにシリアルポート・インタフェース５８を設けることにより、マイコンによる制御を効率的に行う事ができ、入出力切替え回路５９によって第一の電圧で動作するインターフェイスを有するマイコン（実施例では３．３V）及び第二の電圧で動作するインターフェイスを有するマイコン（実施例では５V）どちらにも対応可能となり、データのやり取りを少ない端子、およびインターフェイス回路で行う事ができる。

図７は、本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第３の実施例を示す。この実施例は、バッテリー電圧よりも高い例えば２４Ｖのような電源電圧を必要とする装置４１に電源電圧を供給できるように、スイッチング・レギュレータを昇圧型のレギュレータとして構成したものである。また、この実施例においては、パワーＦＥＴを駆動するドライバ回路により生成される駆動信号のレベルを高い方へシフトさせるためのレベルシフト回路に供給される高電圧を生成するためチャージポンプなどからなる昇圧回路２５が電源制御用ＩＣ２０に内蔵されている。この実施例においても、スイッチング・トランジスタを駆動するドライバのスルーレートがチューナ３２のオン／オフに応じて切替え可能に構成されている。

また、パワーＦＥＴ Ｍ１はバッテリー１０と接地点との間にコイルＬ１と直列に接続され、整流用ダイオードＤ１はコイルＬ１とパワーＦＥＴ Ｍ１との接続ノードと負荷との間に接続されている。昇圧回路２５を設けることにより、外付けのブート容量Ｃｂ１，Ｃｂ２が不要になり、外部端子および外付け素子を減らして電源装置をコンパクトにすることができるとともに、外部端子からの輻射ノイズを減らすことができる。

図８は、本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第４の実施例を示す。この実施例は、バッテリー電圧よりも高い電源電圧および低い電源電圧を必要とする装置４２に電源電圧を供給できるように、スイッチング・レギュレータを昇降圧型のレギュレータとして構成したものである。かかる構成の昇降圧型のレギュレータは公知であるので、詳しい構成と動作の説明は省略する。この実施例においても、スイッチング・トランジスタを駆動するドライバのスルーレートがチューナ３２のオン／オフに応じて切替え可能に構成されている。

本発明の実施例に従うと、電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない車載用に適した直流電源装置を実現することができる。また、電力効率が高くかつ発生するスイッチングノイズの少ない小型の直流電源装置を実現するのに好適なスイッチング電源制御用半導体集積回路を実現することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図７と図８の実施例では、スイッチング・トランジスタＭ１を外付けの素子として設けているが、オンチップの素子として構成しても良い。

また、図６の実施例の電源装置では、スイッチング・レギュレータを２つ設けているのでクロックとして互いに位相が１８０°ずれたものを使用しているが、スイッチング・レギュレータを３つ以上設け、位相が１２０°ずつあるいは９０°ずつずれたクロックで動作させるように構成しても良い。

さらに、前記実施例では、リニア型直流電源の例として負荷と直列に制御用トランジスタＭ０を設けたシリーズ・レギュレータを使用したものを説明したが、負荷と並列に制御用トランジスタを設けたシャント・レギュレータを用いるようにしても良い。また、実施例では、スイッチング・レギュレータの例としてスイッチング・トランジスタと整流用ダイオードを使用したものを示したが、ダイオードの代わりにトランジスタを使用してスイッチング・トランジスタと相補的にオン・オフ動作させる同期整流型のスイッチング・レギュレータを適用しても良い。

また、前記実施例では、整流用ダイオードＤ１および出力電圧検出用抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２が外付けの素子として電源制御用ＩＣ２０に接続されるように構成されているが、これらの素子もオンチップの素子としてＩＣ２０と同一の半導体基板上に形成するようにしても良い。さらに、実施例では、チューナのオン／オフ信号によってスイッチング・トランジスタを駆動するドライバのスルーレートを切り替えているが、無線通信の信号を扱うＧＰＳ装置のオン／オフ信号によってスルーレートを切り替えるようにしても良い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの電源装置に適用した場合を説明したが、本発明はノートパソコンなど携帯用電子機器用の電源装置にも利用することができる。

本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第１の実施例を示す構成図である。 実施例の電源装置におけるスイッチング・レギュレータの具体的な構成例を示す回路構成図である。 実施例の電源装置におけるスイッチング・レギュレータにおけるスイッチング・トランジスタ（パワーＦＥＴ）を駆動するドライバの具体例を示す回路図である。 実施例の電源装置におけるシリーズ・レギュレータの具体的な構成例を示す回路構成図である。 本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第２の実施例を示す構成図である。 第２の実施例を構成する電源制御用ＩＣの構成例を示すブロック成図である。 本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第３の実施例を示す構成図である。 本発明を適用した電源制御用ＩＣを用いた電源装置および車載用オーディオ&ナビゲーションシステムの第４の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１０ 直流電圧源
２０ 電源制御用ＩＣ
２１ リニア型直流電源（シリーズ・レギュレータ）
２２ スイッチング・レギュレータのコントロール回路
２３ 電源スイッチ
２４ 内部電源回路
２５ 昇圧回路
ＳＲＧ スイッチング・レギュレータ
ＥＲ−ＡＭＰ 誤差アンプ
ＣＭＰ コンパレータ

Claims (13)

1. 電圧変換用のインダクタに流れる電流を制御するトランジスタおよび該トランジスタをオン・オフ駆動する制御信号を生成する駆動制御回路を備えた電源制御用半導体集積回路であって、
   前記トランジスタを駆動する制御信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が、ノイズの影響を受け易い装置の稼動状態を示す第１の信号に基づいて切替え可能に構成されていることを特徴とする電源制御用半導体集積回路。
2. 前記駆動制御回路は、前記トランジスタを駆動する第１の制御信号を生成する第１の駆動回路と、該第１の駆動回路により生成される前記第１の制御信号よりも立ち上がり時間と立ち下がり時間が長い第２の制御信号を生成する第２の駆動回路とを備え、前記第１の信号に基づいて、ノイズの影響を受け易い前記装置が稼動している場合には第２の駆動回路が動作され、ノイズの影響を受け易い前記装置が稼動していない場合には第１の駆動回路が動作されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源制御用半導体集積回路。
3. ノイズの影響を受け易い前記装置は無線通信の信号の受信または受信および送信を行なう装置であることを特徴とする請求項２に記載の電源制御用半導体集積回路。
4. 少なくとも１個のリニア型直流電源と、２以上のスイッチング・レギュレータ用の駆動制御回路とが１個の半導体基板上に形成されていることを特徴とする電源制御用半導体集積回路。
5. 前記２以上のスイッチング・レギュレータ用の駆動制御回路のうち少なくともひとつは、スイッチング・トランジスタを駆動する制御信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が切替え可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電源制御用半導体集積回路。
6. 前記２以上のスイッチング・レギュレータ用の駆動制御回路は、互いに位相が異なるクロック信号によって動作してそれぞれのスイッチング・トランジスタをオン・オフ駆動する制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電源制御用半導体集積回路。
7. 前記駆動制御回路を動作させる第１のクロック信号を生成可能な発振回路および前記駆動制御回路を動作させるため外部より供給される第２のクロック信号を入力するための第１の外部端子を備え、該外部端子に入力されている前記第２のクロック信号が不所望の信号である場合に前記発振回路を動作させて前記第１のクロック信号を前記駆動制御回路に供給するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電源制御用半導体集積回路。
8. 前記第１の外部端子に入力されている前記第２のクロック信号が所望の信号であるか否かを監視する回路と、前記第２のクロック信号が不所望の信号である場合に前記第２のクロック信号が異常であることを示す信号を第２の外部端子より出力するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電源制御用半導体集積回路。
9. 前記半導体基板の温度を監視する回路と、前記半導体基板の温度が所定の温度以上となった場合に基板温度が異常であることを示す信号を前記第２の外部端子より出力するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電源制御用半導体集積回路。
10. 外部の制御装置との間でデータの送受信を行なうシリアル・インタフェース回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の電源制御用半導体集積回路。
11. 前記シリアル・インターフェイス回路とデータの送受信を行うべき前期外部の制御装置のインターフェイスの駆動電圧に基づいて、前記外部の制御装置と前記シリアル・インターフェイス回路との信号経路を切り替えるための入出力切替え回路を有することを特徴とする請求項１０に記載の電源制御用半導体集積回路。
12. 上記駆動制御回路のうちの一つは光ディスクのコンテンツ情報を復号し再生するプレーヤーのためのものであり、もう一つはグラフィックイコライザのための演算処理を行なったり、表示パネルへの画像データの演算処理を行なったりするための演算回路のためのものであることを特徴とする請求項４に記載の電源制御用半導体集積回路。
13. 少なくとも１個のリニア型直流電源と、スイッチング・レギュレータ用の第一及び第二の駆動制御回路とが１個の半導体基板上に形成されていて、 前記第一の駆動制御回路に制御されるスイッチング・トランジスタを駆動する第一の制御信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が切替え可能に構成されている電源制御用半導体集積回路と、
    前記スイッチング・トランジスタと、
    前記第一の駆動制御回路によって生成された前記第一の制御信号によって制御される前記スイッチング・トランジスタのスイッチング動作によって生成された電圧を変換するためのインダクタと、
    前記インダクタからの出力電圧を出力するための出力端子と電源装置の基準電位点との間に接続され前記出力電圧を平滑する容量素子と、
    を有する前記電源装置と、
    前記出力端子からの出力電圧を電源電圧として動作するよう構成された電子装置と、
    前記リニア型直流電源からの電源電圧の供給を受けて動作する無線通信装置とを備え、
    前記無線通信装置が動作する間に前記第一の駆動制御回路は前記スイッチング・トランジスタを駆動する前記第一の制御信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が長くされ、前記無線通信装置が動作しない期間は前記スイッチング・レギュレータを駆動する前記第一の駆動制御回路は前記第一の制御信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間が短くされることを特徴とするシステム。
    

Images