JP2006280028A - 携帯電子機器、携帯電子機器の電源の制御回路及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の個別の電圧を必要とする電子回路を搭載した携帯電子機器の消費電力を抑えること、携帯電子機器の消費電力を低減することによって、携帯電子機器の駆動時間を長くすること、携帯電子機器の消費電力を低減することによって、携帯電子機器の電子回路を高密度実装することである。
【解決】
複数の変圧器内部に有する電源回路の入力と、メイン電池との間に、ＤＣ−ＤＣ変換器と抵抗の２パスを構成し、パスの切り替えを、モニタ用の抵抗の両端電圧の計測値又はＤＣ−ＤＣ変換器の効率に基づいて行う。また、切り替えを排他的におこなう。電源回路の消費電力が大きく、ＤＣＤＣ変換回路を経由した方が、消費電力を低減できる場合に、ＤＣ−ＤＣ変換器を経由し、電源回路の消費電力が小さく、抵抗を介した方が、消費電力を低減できる場合に、抵抗を経由する。その結果、電池から電源回路に最適な効率で電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種類の出力電圧を有する電源回路の制御回路に関する。特に、携帯電話機などの携帯電子機器で使用される、複数種類の電源電圧を単一電圧の電源から生成する電源回路の制御回路に関する。

今日、携帯電話機、ＰＤＡ、ＰＨＳ、テレビ、パソコンなどの電子機器は小型化・集積化・高機能化の一途をたどり、内部は様々な電子回路が高密度に実装されている。特に、携帯電話機、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ＭＤプレイヤーなどの、携帯して使用する電子機器では、よりいっそう小型化・集積化が要求される。

電子機器は様々な電子部品から構成される。電子部品は、その物理的な特性により固有の電圧を必要とする場合がある。例えば、ＬＳＩはプロセスによって固有の駆動電圧を必要とし、液晶のバックライトはダイオード特性によって固有の駆動電圧を必要とする。その結果、電子機器は、内部に複数種類の電源電圧を必要とする場合がある。

そこで、従来は、個別の電源電圧を必要とする複数の電子部品それぞれに対して、電池との間に電圧変換回路を挿入するという構成が使われてきた。

電圧変換回路の代表例は、レギュレータとＤＣ−ＤＣ変換器であるが、電池電圧よりも低い複数の電圧を作る場合には、レギュレータの方が小型化の点で有利である。その理由は、ＤＣ−ＤＣ変換器は回路規模が大きく、ノイズを発生する原因となりやすいからである。ただし、電池電圧よりも高い電圧を作る場合には、ＤＣ−ＤＣ変換器を用いるしかない。

レギュレータなどの電圧変換器を使用した回路を用いた電子機器において、電池寿命を延ばす先行技術として、以下の文献がある。

刊行物１には、蓄電部と、蓄電部の出力電圧を変換するレギュレータと、レギュレータの出力を電源とする制御回路と、蓄電部の電力を監視する蓄電量検出回路とを有する回路が開示されており、前記蓄電量検出回路の出力をモニタし、蓄電部からの電圧信号により、電力の残存量が所定値よりも減少した場合に、レギュレータの動作を停止して蓄電部と制御回路とを直接接続することにより、電池使用期間を延ばすことが開示されている（特許文献１）。

刊行物２には、初期状態における電源電圧の半分の電圧で動作可能なＬＳＩを含む回路が開示されており、ＬＳＩは電源電圧の出力を１／２にする降圧回路を介して電源に接続され、経年劣化によって電源の出力電圧が低下した場合には、ＬＳＩは降圧回路を介さず直接電源に接続を切り替える態様が開示されている（特許文献２）。刊行物２では、経年変化によって電源電圧が低下した場合においても電池を使用することができるので、電池の使用可能な期間を延ばすことができる。

刊行物３には、コードレス電子機器に使用される、電池の出力電圧と整合しないシステム制御回路の安定化電源装置であって、電流モニタを有し、負荷電流が小さい場合には、直列型レギュレータを介して電池の出力をシステム制御回路に供給し、負荷電流が大きい場合には、直列型レギュレータに加えて、高効率のスイッチング型レギュレータからもシステム制御回路に電力を供給する回路が開示されている（特許文献３）。

以上のような従来技術はあるが、一般に、レギュレータは、レギュレータで生ずる入出力間の電圧差と、レギュレータ内部を流れる電流の積の分だけ電力を消費する。レギュレータを使用する回路では、レギュレータの後段の回路の消費電力が大きくなると、レギュレータに流れる電流も多くなり、レギュレータで消費する電力が多くなる。この電力消費は、レギュレータの後段の回路で消費できる電力を減少させるものであり、好ましくない。

電池に蓄電できる電力は有限である。よって、電池を充電する手間を低減し、携帯電子機器を快適に長時間駆動させるためには、携帯電子機器の消費電力を下げる必要がある。また、電力の消費は熱の発生を伴い、高密度実装の妨げにもなる。携帯電子機器は小型化・集積化の要請が強いため、この点からも、携帯電子機器の消費電力を下げる必要がある。

特開２００２−０３４１４８ 特開平０１−１８７６１４ 特開平０１−００８９３３

本願発明の解決しようとする課題は、携帯電子機器の消費電力を低減することにある。 また、複数の個別の電圧を必要とする電子回路を搭載した携帯電子機器の消費電力を抑えることも本願発明の解決しようとする課題である。

また、携帯電子機器の消費電力を低減することによって、携帯電子機器の駆動時間を長くすることも本願発明の解決しようとする課題である。

また、携帯電子機器の消費電力を低減することによって携帯電子機器の発熱を抑制し、携帯電子機器の電子回路を高密度実装することも本願発明の解決しようとする課題である。

また、電子回路の負荷の大きさがリアルタイムに変動した場合に、適切な電源の制御を行い、消費電力の低減をすることも本願発明の解決しようとする課題である。

また、レギュレータを使用する回路において、レギュレータに流れる電流に応じて、レギュレータの印可電圧を動的に最適化することも本願発明の解決しようとする課題である。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の制御回路は、
レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、電池の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを制御することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、請求項２に記載の電源制御回路は、
変圧回路から構成される電源回路と、
前記電源回路に電流を供給する電源と、
前記電源の出力電流を測定する測定回路と、
前記測定回路による測定値が予め定められた値よりも大きい場合には、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記電源回路と前記電源の経路を確立する制御部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項３に記載の電源制御回路は、
変圧回路から構成される電源回路と、
電源と、
前記電源回路と接続された抵抗と、
前記電源回路と接続されたＤＣ−ＤＣ変換器と、
前記電源の出力を前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器のいずれかに切り替えるスイッチと、
前記電源から出力される電流量に基づいて前記スイッチを制御する制御部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項４に記載の電源制御回路は、
電池と、
前記電池の出力電圧よりも低い電圧で駆動する電子部品と、
前記電池の出力電圧を前記電子部品の駆動電圧に変換する変圧器と、
前記電池と前記変圧器との間にある抵抗と、
前記電池と前記変圧器との間にあるＤＣ−ＤＣ変換器と、
前記電池の接続先を前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器とのいずれかに切り替えるスイッチと、
前記抵抗に流れる電流量または前記ＤＣ−ＤＣ変換器の効率に基づいて前記スイッチを制御する制御部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項５に記載の電源制御回路は、
変圧回路から構成される電源回路と、抵抗と、ＤＣ−ＤＣ変換器と、スイッチと、電源と、制御回路から構成され、
前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器は前記電源回路に接続され、
前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器は前記スイッチに接続され、
前記スイッチは前記電源に接続され、
前記制御回路は、
前記電源と前記抵抗が前記スイッチを介して接続されている場合には前記抵抗に流れる電流値に基づいて前記スイッチを制御し、
前記電源と前記ＤＣ−ＤＣ変換器が前記スイッチを介して接続されている場合には前記ＤＣ−ＤＣ変換器の内部信号のＤＵＴＹに基づいて前記スイッチを制御することを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項６に記載の方法は、
レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、電池の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを判断することを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項７に記載の制御方法は、
変圧回路から構成される電源回路と、前記電源回路に電流を供給する電源との接続の制御方法であって、
前記電源の出力電流を測定し、
前記測定回路による測定値が予め定められた値よりも大きい場合には、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記電源回路と前記電源の経路を確立することを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項８に記載の制御方法は、
変圧回路から構成される電源回路と、電源との接続の制御方法であって、
前記電源の出力が抵抗を介して前記電源回路と接続されている場合には、前記抵抗に流れる電流量が予め定められた所定値を超えた場合に、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を介して前記電源回路と接続し、
前記電源の出力が前記ＤＣ−ＤＣ変換器を介して前記電源回路と接続されている場合には、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の効率が予め定められた所定値よりも小さい場合に、前記電源の出力を前記抵抗を介して前記電源回路と接続することを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項９に記載の携帯電子機器は、
レギュレータと、
ＤＣ−ＤＣ変換器と、
電池と、
前記レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、前記電池の出力を前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを制御する制御回路を備えることを特徴とする。

本願発明によって、負荷の大きさにリアルタイムに追従して最適な電源切り替えを行うことで、消費電力を低減することができる。

本願発明によって、低消費電力を実現できるので、電池を電源とする携帯電子機器の長時間駆動が可能となる。

本願発明によって、小さな回路規模で効率的な電源回路を実現できるので、携帯電子機器の小型化を実現することができる。

本願発明によって、携帯電子機器の電力の発生を低減させ、発熱を抑制することができるため、回路の高密度実装が可能になる。

本願発明によって複数の変圧回路としてレギュレータを含む電源回路の消費電力を低減することができる。

本願発明によって、レギュレータを使用する回路において、レギュレータに流れる電流に応じて、レギュレータの印可電圧を動的に最適化することができる。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本願発明の技術的範囲を制限するものではない。

本願発明の第１の実施例について説明する。図１は、本願発明に係る電源制御回路を含む携帯電子機器の構成を示したブロック図である。同ブロック図において、本願発明と関係のない回路部分については省略されている。

メイン電池１は携帯電子機器の電源として使用される電池である。好ましくは、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池などである。以下では、リチウムイオン電池を例として説明する。電源回路２は複数の変圧器から構成される電源回路で、単一の入力電圧から複数種類の電圧を出力する。本実施例において、電源回路２は、レギュレータ（以下ＲＥＧと略す）２１、２２、２４、２５と、ＤＣ−ＤＣ変換器２３から構成される。電源回路２の出力は、以下に説明する通信系デバイス３などの複数のデバイスの電源として使用される。

通信系デバイス３は、通信機能を担う回路で、モデム、送信用アンプ、受信用アンプなどから構成される。ダイオード４はバックアップ電池１１からの電流の逆流防止用のダイオードである。時計機能デバイス５は時計機能を有する回路である。表示部６はＬＣＤなどから構成される表示回路である。アプリケーション用デバイス７は、音源回路やカメラモジュールなどから構成される回路である。制御系デバイス８は、携帯電子機器全体の制御機能を有する回路であり、ＣＰＵやメモリから構成され、バスを通じて、通信系デバイス３等を制御する。

バックアップ用メモリ９は、携帯電子機器自身の呼び出し電話番号等、メイン電池１が動作しない場合においても保持する必要があるデータを保持するためのメモリである。バックアップ電池１１は、時計機能デバイス５とバックアップ用メモリ９に電力を供給する電池である。抵抗１０はメイン電池１の充電時において、バックアップ電池１１の電流を制限するために使用される。

データ入力部１２はキーボタン等から構成される部品で、携帯電子機器の使用者のデータ入力に使用される。電源回路用電源電圧検出手段１３は電源回路２に供給される入力電圧を検出する回路である。負荷電流検出手段１４は、電池電圧検出手段１５から供給されるメイン電池１の電圧値と電源回路用電源電圧検出手段１３から供給される電源回路２の入力電圧値から、抵抗１６に流れる負荷電流を検出する回路である。負荷電流が所定の電流値を超えていた場合は、ＤＣ−ＤＣ変換器をＯＮする信号を出力する。

負荷電流検出手段１４は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態の場合は動作せず、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が非動作状態の場合にのみ動作する。負荷電流検出手段１４は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８から信号によって、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作、非動作を判断する。なお、負荷電流検出手段１４は、内部に図示しない制御回路を有することで、上記動作を行う。

電池電圧検出手段１５はメイン電池１の電圧を測定し出力する回路であって、好ましくは電圧器から構成される。抵抗１６はメイン電池１と電源回路２との間に挿入されている、高精度低抵抗の抵抗器である。抵抗１６は電流モニタに使用される。スイッチ１７は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８と負荷電流検出手段１４からのスイッチ制御信号に基づいてＯＮまたはＯＦＦされるスイッチである。ＤＣ−ＤＣ変換器１８はスイッチング型の変圧器である。

次に図３乃至図７を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の特性について説明する。

図３は一般的なＤＣ−ＤＣ変換器の出力電流と効率との関係を示したものである。ここで、効率とは、入力された電力（電圧×電流）と出力された電力（電圧×電流）の比である。効率が高い方が、入力された電力の多くが出力へ伝達される。図３において、ＤＣ−ＤＣ変換器は、出力電流が大きい場合に効率が高く、出力の電流が少ない場合は効率が低くなりＤＣ−ＤＣ変換器内部での損失が増大する特性を持つことを示している。

本実施例のＤＣ−ＤＣ変換器１８は、図３のような特性をもち、１００ｍＡ〜２００ｍＡで効率が９０％となる。

図４は、メイン電池１の出力を、ＤＣ−ＤＣ変換器１８を介して電源回路２に接続した場合（以下、ＤＣ−ＤＣ変換器動作という）と、メイン電池１の出力をスイッチ１７及び抵抗１６を介して電源回路２に接続した場合（以下、電池動作という）とにおけるメイン電池１の出力を比較したグラフである。

線４０１は、負荷電流２００ｍＡの場合の電池動作を表している。線４０２は、負荷電流２００ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線４０３は、負荷電流１００ｍＡの場合の電池動作を表している。線４０４は、負荷電流１００ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線４０２及び線４０４では、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電圧は３．０Ｖである。ここで、負荷電流とは電源回路２で必要とする電流を指す。

図５も図４と同様のグラフである。図４と異なるのは、図４では、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電圧を３．０Ｖとしていたところ、図５では、２．８Ｖとしている点である。

線５０１は、負荷電流２００ｍＡの場合の電池動作を表している。線５０２は、負荷電流２００ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線５０３は、負荷電流１００ｍＡの場合の電池動作を表している。線５０４は、負荷電流１００ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。

本実施例でメイン電池１として使用されるリチウムイオン電池は３．７Ｖ付近で平坦な特性になるので、図４及び図５から、３．７Ｖ付近では、ＤＣ−ＤＣ変換器動作の方が、電池動作に比べて、メイン電池１の出力電流が約１０％少なくなる。つまり、ＤＣ−ＤＣ変換器動作の方が、電池動作に比べて、メイン電池１の消費電力が小さい。

図６は、図４及び図５と同様に、ＤＣ−ＤＣ変換器動作の場合と、電池動作の場合におけるメイン電池１の出力電流を比較したグラフである。

本実施例のＤＣ−ＤＣ変換器１８は、図３のような特性をもつので、２０ｍＡ〜４０ｍＡでの効率が約７０％である。

線６０１は、負荷電流４０ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線６０２は、負荷電流４０ｍＡの場合の電池動作を表している。線６０３は、負荷電流２０ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線６０４は、負荷電流２０ｍＡの場合の電池動作を表している。線６０１乃至６０４では、出力電圧、すなわち電源回路２の入力電圧は３．０Ｖである。

図７も図６と同様のグラフである。図６と異なるのは、図６では、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電圧を３．０Ｖとしていたところ、図７では、２．８Ｖとしている点である。

線７０１は、負荷電流４０ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線７０２は、負荷電流４０ｍＡの場合の電池動作を表している。線７０３は、負荷電流２０ｍＡの場合のＤＣ−ＤＣ変換器動作を表している。線７０４は、負荷電流２０ｍＡの場合の電池動作を表している。

図６及び図７の場合、３．７Ｖ付近では、電池動作の方が、ＤＣ−ＤＣ変換器動作に比べて、メイン電池１の出力電流が約１０％少なくする。

上述の通り、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の特性から、電源回路２が必要とする電流が大きい場合はＤＣ−ＤＣ変換器動作の方が、メイン電池１の消費電力は小さくて済む。一方、電源回路２が必要とする電流が小さい場合は電池動作の方が、メイン電池１の消費電力は小さくて済む。

したがって、メイン電池１の出力電流の大きさに応じて、ＤＣ−ＤＣ変換器１８を介して電源回路２へ電力供給するか否かを制御することにより、消費電力を低減することができることとなる。

次に、本願第１の実施例の電源制御回路の動作について説明する。本実施例では、動作開始時、スイッチ１７はＯＮされており、ＤＣ−ＤＣ変換器１８は非動作状態である。携帯電子機器は電源投入と同時に動作し始め、抵抗１６及びスイッチ１７を介して、電源回路２に電流を供給する。電源回路２は、その内部に有するＲＥＧ２１、２２、２４、２５及びＤＣ−ＤＣ変換器２３によって、メイン電池１からの入力電圧を、それぞれ、通信系デバイス３、時計機能デバイス５、バックアップ用メモリ９、表示部６、アプリケーション用デバイス７、制御系デバイス８に適合した電圧に変換し出力する。その結果、各デバイスは、そのデバイスに適合する電圧を印加され、正常に動作を開始する。

通信系デバイス３をはじめとする電源回路２の後段の回路群は、動作によって消費電力が変動する。例えば、アプリケーションを動作させたときは、アプリケーション用デバイス７が動作するため、消費電力が増加し、ＲＥＧ２４に流れる電流は増加する。また、例えば、通信系通信デバイス３は、携帯電子機器が通信中か否かによって、また、通信中であれば無線通信の環境の変動によって消費電力が変動する。

次に、電源回路用電源電圧検出手段１３、負荷電流検出手段１４、電池電圧検出手段１５、抵抗１６、スイッチ１７、ＤＣ−ＤＣ変換器１８に基づく動作について説明する。携帯電子機器が電池動作中である場合、通信系デバイス３等電源回路２の後段の回路の消費電力が増加しメイン電池１の出力電流が増えてくると、電源回路２の入力電圧は、負荷電流が抵抗１６で起こす電圧降下の分だけ、メイン電池１の出力電圧より降下する。電源回路２の入力電圧は、電源回路用電源電圧検出手段１３で検出される。一方、メイン電池１の出力電圧は、電池電圧検出手段１５により検出される。これら２つの電圧値と抵抗１６の抵抗値により、負荷電流検出手段１４は、メイン電池１の出力電流を測定する。

負荷電流検出手段１４において、メイン電池１の出力電流が所定値以上であることを検出し、さらにこの状態が一定期間続いた場合、負荷電流検出手段１４は、スイッチ１７に対してスイッチＯＦＦの信号を出力する。当該信号を受けたスイッチ１７はメイン電池１と抵抗１６の電流パスを遮断する。

一方、スイッチ１７に対するＯＦＦ信号の出力と共に、負荷電流検出手段１４は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８に対して動作開始の信号を出力する。そして、当該信号を受けたＤＣ−ＤＣ変換器１８は、降圧動作を開始する。

携帯電子機器がＤＣ−ＤＣ変換器動作中である場合、メイン電池１の出力電流が減ってくると、後述するように、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の内部にあるバッファ１２０の出力のＤＵＴＹが低下する。ＤＵＴＹの低下が所定値を下回った場合、ＤＣ−ＤＣ変換器１８は、自ら動作を停止し、スイッチ１７をＯＮする。

以上の構成により、携帯電子機器が電池動作中に、メイン電池１からの電流量が大きくなった場合には、スイッチ１７をＯＦＦし、ＤＣ−ＤＣ変換器１８を介して、メイン電池１から電源回路２へ電力を供給し、携帯電子機器がＤＣ−ＤＣ変換器動作中に、メイン電池１からの電流量が小さくなった場合には、ＤＣ−ＤＣ変換器１８をＯＦＦし、スイッチ１７及び抵抗１６を介してメイン電池１から電源回路２へ電力を供給することで、電源回路２の消費電流に動的な変動に対応して最適な電力供給を行うことが可能となる。

上述の所定値は、ＤＣ−ＤＣ変換器動作と電池動作とで回路の消費電力が反転する値に設定されていることが好ましい。また、各回路の製造ばらつき、回路動作の瞬間的な乱れを考慮し、所定値にヒステリシスを設けても、幅を設けてもよい。例えば、ＤＣ−ＤＣ変換器動作から電池動作に切り替わる閾値を５０ｍＡ、電池動作からＤＣ−ＤＣ変換器動作に切り替わる閾値を６０ｍＡとすることも好ましい。

図２は、本願発明に係る電源制御回路のＤＣ−ＤＣ変換器１８の構成を示したブロック図である。

抵抗１０１と抵抗１０２によりＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力の分圧回路を構成する。基準電圧回路１０３は基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。エラーアンプ１０５は、分圧回路の出力と基準電圧回路１０３の出力電圧Ｖｒｅｆを比較し、入力電圧差に比例した電圧を出力する。基準電圧Ｖｒｅｆの方が分圧回路の出力よりも大きければ、正の電圧を出力する。また、基準電圧Ｖｒｅｆの方が分圧回路の出力よりも小さければ、負の電圧を出力する。

発振器１０４は、交流信号を出力する発振器である。コンパレータ１１５は、発振器１０４の出力と、エラーアンプ１０５の出力を比較する。エラーアンプ１０５の出力の方が発振器１０４の出力よりも大きければ、Ｈｉｇｈを出力する。また、エラーアンプ１０５の出力の方が発振器１０４の出力よりも小さければ、Ｌｏｗを出力する。コンパレータ１１５は保護回路１１１の出力とも接続されている。保護回路１１１の出力がＨｉｇｈの時は、コンパレータ１１５の出力は、他の２入力の値に関わらずＨｉｇｈを出力する。

バッファ１０６、１１６はＦＥＴを駆動するためのイネーブル機能つきのバッファである。イネーブルピンにＬｏｗが入力されると、バッファが機能し、イネーブルピンにＨｉｇｈが入力されるとバッファの入力の値に関わらず、オープン出力をする。バッファ１２０は、バッファ１０６の出力を反転するバッファである。

抵抗１１７はプルアップ抵抗であり、抵抗１１８はプルダウン抵抗である。バッファ１０６、１１６のイネーブルピンにＨｉｇｈが入力され、出力がオープンの場合にＦＥＴ１０７、１０８の入力レベルが不定にならないために用いる。

トランジスタ１０７はＰｃｈのＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタ１０８はＮｃｈのＭＯＳＦＥＴである。コイル１０９は、トランジスタ１０７、１０８の出力に接続されている。コンデンサ１１０とコイル１０９で出力電圧の平滑機能を実現する。

ＭＡＸＤＵＴＹ検出回路１１２は、バッファ１２０の出力を監視する回路である。バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが予め定められた値以上の場合に、保護回路１１１に対してＨｉｇｈを出力する。また、バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが予め定められた値より小さい場合に、保護回路１１１に対してＬｏｗを出力する。保護回路１１１は、ＭＡＸＤＵＴＹ検出回路１１２の出力をバッファしコンパレータ１１５に入力する。

ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３は、バッファ１２０の出力を監視する回路である。バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが予め定められた値以下の場合に、遅延回路１１４にＬｏｗを出力する。また、バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが予め定められた値より大きい場合に、遅延回路１１４にＨｉｇｈを出力する。

遅延回路１１４は、予め定められた一定期間の間、ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３がＬｏｗを出力していた場合には、Ｌｏｗを出力する。一方、予め定められた一定期間の間、ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３がＬｏｗを出力し続けない場合には、Ｈｉｇｈを出力する。遅延回路１１４の出力は、コントローラ１１９の入力へ接続されている。

コントローラ１１９は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８及びスイッチ１７の制御、負荷電流検出手段１４との通信制御を行う回路である。コントローラ１１９は、遅延回路１１４、バッファ１０６及び１１６、スイッチ１７、負荷電流検出手段１４と接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作、非動作をゲート１０６、１１６のイネーブル端子への出力で制御する。ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態の場合において、遅延回路１１４からの出力がＬｏｗになった場合には、ゲート１０６、１１６への出力をＨｉｇｈにすることで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作を停止すると共に、スイッチ１７をＯＮする。

一方、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が非動作状態の場合において、負荷電流検出手段１４からＤＣ−ＤＣ変換器１８をＯＮする制御信号が入力された場合には、ゲート１０６、１１６のイネーブル端子への出力をＬｏｗにすることで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８を動作状態にする。

コントローラ１１９は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態であるか非動作状態であるかを、少なくとも動作状態の切り替え毎に負荷電流検出手段１４に通知する。

次に、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作の詳細について説明する。まず、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態の場合について説明する。動作状態の場合は、コントローラ１１９からバッファ１０６、１１６に対してＬｏｗが出力され、バッファ１０６、１１６は、イネーブル状態であり、通常のバッファとして機能する。また、保護回路１１１の出力もＬｏｗであり、コンパレータ１１５は発振器１０４とエラーアンプ１０５の出力を比較する。

まず、説明のため、発振器１０４の出力が、バッファ１０６、１１６に直接接続されていると仮定する。

その場合、ＦＥＴ１０７とＦＥＴ１０８は、発振器１０４の出力周波数にしたがって、互い違いにＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。発振器１０４の出力のＤＵＴＹが５０％（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗの割合が１：１）の場合、コイル１０９の入力は、メイン電池１の出力電圧と、接地である０Ｖ電圧が、同じ時間割合でかつ発振器１０４の出力の周波数に基づいて、交互に接続される。

コイル１０９、コンデンサ１１０によって、ＦＥＴ１０７、１０８の出力電圧は平滑されＤＣ−ＤＣ変換器１８から出力される。この場合理想的には、メイン電池１の出力電圧の半分の電圧がＤＣ−ＤＣ変換器１８から出力される。

しかし、実際のＤＣ−ＤＣ変換器１８は、発振器１０４の出力が、バッファ１０６、１１６に直接接続されている構成ではなく、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力を抵抗１０１、１０２、基準電圧回路１０３、エラーアンプ１０５、コンパレータ１１５を用いてフィードバックされる構成となっている。

ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力は、抵抗１０１及び１０２によって分圧され、分圧された電圧は基準電圧回路１１３の出力と、エラーアンプ１０５で比較される。分圧された電圧の方が大きい場合、つまりＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力が所定電圧よりも大きい場合、エラーアンプ１０５は正の電圧を出力する。

エラーアンプ１０５が正の電圧を出力することによって、コンパレータ１１５の出力は、発振器１０４の交流出力のＤＵＴＹよりも高く（Ｈｉｇｈの時間割合が高く）なる。

その結果、バッファ１０６、バッファ１１６の出力のＤＵＴＹも高くなる。ＦＥＴ１０８は、ＦＥＴ１０７に比べて、より多い時間ＯＮされることとなり、コイル１０９とコンデンサ１１０で平滑されたＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力は、低くなる。

ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力が所定電圧よりも小さい場合は、上述の動作の逆の動作を行う結果、ＤＣＤＣ変換回路１８の出力は高くなる。このように、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力の抵抗１０１、１０２による分圧電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆになるようフィードバックがかかる。

また、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電流が大きい場合、コンデンサ１１０からの流出電流が多いことから、コンデンサ１１０の電圧はすぐに低下する。よって、上記のメカニズムにより、バッファ１０６、１１６の出力のＤＵＴＹは小さくなる。一方、逆に、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電流が小さい場合、バッファ１０６、１１６の出力のＤＵＴＹは大きくなる。

バッファ１０６、１１６の出力とバッファ１２０の出力は論理が反転しているので、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電流が多くなると、バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが高くなり、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電流が小さくなると、バッファ１２０の出力のＤＵＴＹが低くなる。

次に、ＭＡＸＤＵＴＹ回路１１２について説明する。ＭＡＸＤＵＴＹ検出回路１１２はバッファ１２０の出力のＤＵＴＹが所定値よりも高くなった場合、保護回路１１１を介して、バッファ１１５の出力をＨｉｇｈに固定する。その結果、ＦＥＴ１０７はＯＦＦされ、ＦＥＴ１０８はＯＮされ、コイル１０９の入力電圧は０Ｖになり、コイル１０９及びコンデンサ１１０で平滑された出力は０Ｖに近づく。このように、バッファ１０６の出力のＤＵＴＹが所定閾値を超えることができない構成とすることで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が過剰に電流を出力することを防止する。

次に、ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３、遅延回路１１４、コントローラ１１９の動作について説明する。

ＤＣ−ＤＣ変換器１８の出力電流が低下する場合には、バッファ１２０のＤＵＴＹが低下する。つまり、バッファ１２０の出力のＤＵＴＹを検出することで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の効率をモニタすることができる。

ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３は、バッファ１２０のＤＵＴＹが閾値以下の場合に、Ｌｏｗを出力する。遅延回路１１４は、ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３の出力が所定の期間Ｌｏｗである場合に、出力をＬｏｗにする。

コントローラ１１９は、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態の場合において、遅延回路１１４からの出力がＬｏｗになった場合には、ゲート１０６、１１６への出力をＨｉｇｈにすることで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作を停止すると共に、スイッチ１７への制御信号を用いて、スイッチ１７をＯＮする。

次に、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が非動作状態の場合について説明する。負荷電流検出手段１４からＤＣ−ＤＣ変換器１８をＯＮする制御信号が入力された場合には、コントローラ１１９は、ゲート１０６、１１６のイネーブル端子への出力をＬｏｗにし、ＤＣ−ＤＣ変換器１８の動作を開始させる。

次に、タイミングチャートを用いて、本発明の動作を説明する。図８は、電池動作からＤＣ−ＤＣ変換器動作に遷移する場合におけるタイミングを表している。図８（ａ）は、縦軸が電源回路２の入力電圧であり、横軸が時間である。図８（ｂ）は、縦軸がメイン電池１から出力される電流であり、横軸が時間である。図８（ｃ）は、縦軸が負荷電流検出手段１４の内部信号である負荷電流検出信号のロジックレベルと、負荷電流検出手段１４のＤＣ−ＤＣ変換器ＯＮ／ＯＦＦ信号のロジックレベルであり、横軸が時間である。

まず、携帯電子機器の電池動作中において、電源回路２が必要とする電力が増加すると、メイン電池１から出力される電流を増加する。電流の増加に伴い抵抗１６で生じる電圧降下が増大する。時刻ｔ０になると、負荷電流検出手段１４は、抵抗１６の両端の電圧差から、抵抗１７に流れる電流が予め定められた最大電流値を超えたことを検出する。

負荷電流検出手段１４は、その内部において、負荷電流検出信号をＯＦＦレベルからＯＮレベルにする。続いて、抵抗１６に流れる負荷電流が予め定められた所定の期間（ｔ０からｔ１の間）、最大電流値を超えている場合、負荷電流検出手段１４は、ＤＣＤＣ変換回路１８のＯＮ／ＯＦＦ信号を、ＯＦＦからＯＮに切り替え、スイッチ１７をＯＦＦする。

その結果、時刻ｔ１において、ＤＣ−ＤＣ変換器１８は動作を開始し、スイッチ１７はメイン電池１と抵抗１６の電流パスを遮断する。

次に、図９を用いてＤＣ−ＤＣ変換器動作から電池動作への切り替えについて説明する。図９（ａ）は、縦軸が電源回路２の入力電圧であり、横軸が時間である。図９（ｂ）は、縦軸がメイン電池１から出力される電流であり、横軸が時間である。図９（ｃ）段は、縦軸がバッファ１２０の出力であるＰＷＭ信号のロジックレベルであり、横軸が時間である。図９（ｄ）は、縦軸がそれぞれＭＩＮＤＵＴＹ検出回路の出力ロジックレベルと、遅延回路１１４の出力ロジックレベルであり、横軸が時間である。

ＤＣ−ＤＣ変換器動作状態にある携帯電子機器は、機器全体の消費電力が低下し、メイン電池１からの出力電流が低下した場合、ＤＣ−ＤＣ変換器１８内のＰＷＭ信号のＤＵＴＹが低下する。ＤＣＤＣ変換回路１８内部の、ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１２は、ＰＷＭ信号のＤＵＴＹが予め定めた閾値を低下した場合、出力をＨｉｇｈからＬｏｗ切り替える（時刻ｔ０）。ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路１１３の出力がＬｏｗになってから所定時間経過後（ｔ１）、遅延回路１１４の出力もＬｏｗになる。

遅延回路１１４の出力がＬｏｗになると、コントローラ１１９は、バッファ１０６、１１６のイネーブルをＨｉｇｈにすることで、ＤＣ−ＤＣ変換器１８は動作を停止させ、スイッチ１７をＯＮすることで、携帯電子機器を電池動作に移行させる。

図１０は、ＤＣ−ＤＣ変換器動作と電池動作の切り替えの流れを示したものである。Ｓ１００１、Ｓ１００２、Ｓ１００３から構成されるのがＤＣ−ＤＣ変換器動作の状態で、Ｓ１００４、Ｓ１００５、Ｓ１００６か構成されるのが電池動作の状態である。

携帯電子機器の電源投入をすることにより、処理がスタートし、電池動作が開始する（Ｓ１００４）。次に、抵抗１６の両端電圧差を測定し、電圧差が所定値を超えていないかどうかを判断する（Ｓ１００５）。所定値を超えていない場合は（Ｓ１００５、ＮＯ側）、繰り返し抵抗１６の両端電圧差の測定を行い、所定と超えているかの判断を行う。一方、所定値を越えている場合は（Ｓ１００５、ＹＥＳ側）、所定値を超えた状態で所定時間が経過するか否かを判断する（Ｓ１００６）。抵抗１６の両端電圧差が所定値を超えた状態で、所定時間経過しなかった場合は（Ｓ１００６、ＮＯ側）、電池動作を継続し、Ｓ１００５へ戻る。一方、抵抗１６の両端電圧差が所定値を超えた状態で、所定時間経過した場合は（Ｓ１００６、ＹＥＳ側）、電池動作を終了させ、ＤＣ−ＤＣ変換器動作の動作を開始する（Ｓ１００１）。

次に、ＤＣ−ＤＣ変換器動作が開始すると、バッファ１０６の出力のＤＵＴＹを検出する。検出したＤＵＴＹが最低値を下回ったか否かを判断する（Ｓ１００２）。最低値を下回っていない場合は（Ｓ１００２、ＮＯ側）、繰り返し検出したＤＵＴＹが最低値を下回ったか否かの判断を行う。一方、最低値を下回った場合は（Ｓ１００２、ＹＥＳ側）、最低値を下回った状態で所定時間が経過するか否かを判断する（Ｓ１００３）。バッファ１０６の出力のＤＵＴＹが最低値を下回った状態で、所定時間経過しなかった場合は（Ｓ１００３、ＮＯ側）、ＤＣ−ＤＣ変換器動作を継続し、Ｓ１００２へ戻る。一方、バッファ１０６の出力のＤＵＴＹが最低値を下回った状態で、所定時間経過した場合は（Ｓ１００３、ＹＥＳ側）、ＤＣ−ＤＣ変換器動作を終了され、電池動作を開始する（Ｓ１００４）。

他の実施例として、第１の実施例に対するバリエーションを記載する。

実施例１では、図１０において、スタート直後は電池動作を開始する態様を示したが、スタート直後からＤＣ−ＤＣ変換器動作を開始してもよい。

図４及び図５から、電池電圧が３．２Ｖ近辺で、電池動作とＤＣ−ＤＣ変換器動作の効率が逆転することがわかる。よって、電池電圧が３．２Ｖよりも小さい場合には、メイン電池１の電流量が多くなってもＤＣ−ＤＣ変換器動作に以降しないように制限を設けてもよい。

実施例１では、負荷電流検出手段１４の内部の制御回路および、ＤＣ−ＤＣ変換器１８のコントローラ１１９にて、ＤＣ−ＤＣ変換器動作と電池動作の切り替えを行う態様を示したが、制御系デバイス８を用いて、機能を実現してもよい。

実施例１では、電池動作の停止又は開始とＤＣ−ＤＣ変換器動作の開始又は停止を同時に行う態様で示したが、電源回路２への電力供給の瞬断を避けるため、これと異なる制御を行ってもよい。例えば、図８に沿って説明すると、電池動作を停止しＤＣ−ＤＣ変換器動作を開始する際に、ＤＣ−ＤＣ変換器の動作開始タイミングをｔ１よりも早めてもよい。また、例えば、電源回路２の入力に瞬断を避けるための大容量コンデンサを挿入することも可能である。

実施例１では、携帯電子機器の動作開始時において、スイッチ１７がＯＮ状態、ＤＣ−ＤＣ変換器１８は非動作状態で、電池動作を行う態様で示したが、逆に、携帯電子機器の動作開始時は、スイッチ１７がＯＦＦ状態、ＤＣ−ＤＣ変換器１８が動作状態で、ＤＣ−ＤＣ変換器動作をおこなってもよい。

実施例１において、電源回路２は、複数のＲＥＧ、ＤＣ−ＤＣ変換器を有していたが、この態様には制限されない。例えば、電源回路２がＲＥＧを１つだけ含む場合や、ＤＣ−ＤＣ変換器を含まない場合であっても本発明は適応できる。ＲＥＧの入力の前段で、ＲＥＧと電池とを、ＤＣ−ＤＣ変換器を介して接続するか否かの切り替えが可能であればよい。

本発明に係る第１の実施例の電源制御回路である。 本発明に係る第１の実施例のＤＣ−ＤＣ変換器である。 一般的なＤＣ−ＤＣ変換器の効率 ＤＣ−ＤＣ変換器使用時と不使用時での電池の出力電流を示す図である。 ＤＣ−ＤＣ変換器使用時と不使用時での電池の出力電流を示す図である。 ＤＣ−ＤＣ変換器使用時と不使用時での電池の出力電流を示す図である。 ＤＣ−ＤＣ変換器使用時と不使用時での電池の出力電流を示す図である。 電池動作からＤＣ−ＤＣ変換器動作へ切り替わる際の動作を示す図である。 ＤＣ−ＤＣ変換器動作から電池動作へ切り替わる際の動作を示す図である。 本発明に係る第１の実施例の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ メイン電池
２ 電源回路
３ 通信系デバイス
４ 逆流防止ダイオード
５ 時計機能デバイス
６ 表示部
７ アプリケーション用デバイス
８ 制御系デバイス
９ バックアップ用メモリ
１０ 抵抗
１１ バックアップ電池
１２ データ入力部
１３ 電源回路用電源電圧検出手段
１４ 負荷電流検出手段
１５ 電池電圧検出手段
１６ 抵抗
１７ スイッチ
１８ ＤＣ−ＤＣ変換器
２１ レギュレータ
２２ レギュレータ
２３ ＤＣ−ＤＣ変換器
２４ レギュレータ
２５ レギュレータ
１０１ 抵抗
１０２ 抵抗
１０３ 基準電圧回路
１０４ 発振器
１０５ エラーアンプ
１０６ イネーブルピン入力つきバッファ
１０７ ＰチャネルＦＥＴ
１０８ ＮチャネルＦＥＴ
１０９ コイル
１１０ コンデンサ
１１１ 保護回路
１１２ ＭＡＸＤＵＴＹ検出回路
１１３ ＭＩＮＤＵＴＹ検出回路
１１４ 遅延回路
１１５ コンパレータ
１１６ イネーブルピン入力つきバッファ
１１７ プルアップ抵抗
１１８ プルダウン抵抗
１１９ コントローラ

Claims (9)

1. レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、電池の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを制御する制御回路。
2. 変圧回路から構成される電源回路と、
   前記電源回路に電流を供給する電源と、
   前記電源の出力電流を測定する測定回路と、
   前記測定回路による測定値が予め定められた値よりも大きい場合には、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記電源回路と前記電源の経路を確立する制御部とを備える電源制御回路。
3. 変圧回路から構成される電源回路と、
   電源と、
   前記電源回路と接続された抵抗と、
   前記電源回路と接続されたＤＣ−ＤＣ変換器と、
   前記電源の出力を前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器のいずれかに切り替えるスイッチと、
   前記電源から出力される電流量に基づいて前記スイッチを制御する制御部とを備える電源制御回路。
4. 電池と、
   前記電池の出力電圧よりも低い電圧で駆動する電子部品と、
   前記電池の出力電圧を前記電子部品の駆動電圧に変換する変圧器と、
   前記電池と前記変圧器との間にある抵抗と、
   前記電池と前記変圧器との間にあるＤＣ−ＤＣ変換器と、
   前記電池の接続先を前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器とのいずれかに切り替えるスイッチと、
   前記抵抗に流れる電流量または前記ＤＣ−ＤＣ変換器の効率に基づいて前記スイッチを制御する制御部とを備える携帯電子機器の電源制御回路。
5. 変圧回路から構成される電源回路と、抵抗と、ＤＣ−ＤＣ変換器と、スイッチと、電源と、制御回路から構成され、
   前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器は前記電源回路に接続され、
   前記抵抗と前記ＤＣ−ＤＣ変換器は前記スイッチに接続され、
   前記スイッチは前記電源に接続され、
   前記制御回路は、
   前記電源と前記抵抗が前記スイッチを介して接続されている場合には前記抵抗に流れる電流値に基づいて前記スイッチを制御し、
   前記電源と前記ＤＣ−ＤＣ変換器が前記スイッチを介して接続されている場合には前記ＤＣ−ＤＣ変換器の内部信号のＤＵＴＹに基づいて前記スイッチを制御する電源制御回路。
6. レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、電池の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを判断する方法。
7. 変圧回路から構成される電源回路と、前記電源回路に電流を供給する電源との接続の制御方法であって、
   前記電源の出力電流を測定し、
   前記測定回路による測定値が予め定められた値よりも大きい場合には、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記電源回路と前記電源の経路を確立する制御方法。
8. 変圧回路から構成される電源回路と、電源との接続の制御方法であって、
   前記電源の出力が抵抗を介して前記電源回路と接続されている場合には、前記抵抗に流れる電流量が予め定められた所定値を超えた場合に、前記電源の出力をＤＣ−ＤＣ変換器を介して前記電源回路と接続し、
   前記電源の出力が前記ＤＣ−ＤＣ変換器を介して前記電源回路と接続されている場合には、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の効率が予め定められた所定値よりも小さい場合に、前記電源の出力を前記抵抗を介して前記電源回路と接続する制御方法。
9. レギュレータと、
   ＤＣ−ＤＣ変換器と、
   電池と、
   前記レギュレータに対する入力電流を計測し、前記計測結果に基づいて、前記電池の出力を前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由して前記レギュレータと接続するか、前記ＤＣ−ＤＣ変換器を経由せずに前記レギュレータと接続するかを制御する制御回路を備える携帯電子機器。
   

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