JP2007174764A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の性格などに応じて、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切り換えて使用できるようにした電源装置の提供。
【解決手段】この発明は、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２との動作の切り換えを、外部から入力される切り換え信号Ｓ１を用いて行う。スイッチングレギュレータ２は、その動作時には、ＰＦＭ制御またはＰＷＭ制御によって出力電圧を所定値に制御する。さらに、スイッチングレギュレータ２は、その動作時には、負荷検出回路３が検出する負荷の大きさに応じて、ＰＦＭ制御とＰＷＭ制御の切り換え動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、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備えた電源装置に関するものである。

従来、この種の電源装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
この電源装置は、スイッチング電源回路とシリーズ電源回路とを組み合わせたものである。そして、スイッチング電源回路は、負荷回路に負荷電流を供給するインダクタに並列形態に抵抗素子と容量素子とからなる直列回路を設け、第１と第２のしきい値電圧を持つ電圧比較回路によって、直列回路の相互接続点から得られる電圧を弁別してインダクタに電流を供給するスイッチング素子を制御して負荷電流の変動に応じてインダクタに流す電流を変化させるようになっている。

このような構成からなる電源装置では、出力電流の電流値が大きな連続モード時（重負荷時）にはＰＷＭ制御を行い、出力電流の電流値が小さな不連続モード時の中で、シリーズ電源回路のみでは出力電流が供給できない範囲（中負荷時）には、スイッチング電源回路がＰＦＭ制御でシリーズ電源回路とともに動作する。そして、軽負荷時には、スイッチング電源回路はスイッチングを停止し、シリーズ電源回路のみで出力電流を供給する。

このように従来の電源装置では、負荷の大きさに応じて各部の切り換え動作（切り換え制御）が自動的に行われるようになっている。
特開２００５−８６９３１号公報

ところで、スイッチング電源回路はスイッチング素子をオンオフさせて出力電圧を制御するので、その際にノイズが発生するという不具合がある。このため、負荷（負荷回路）がノイズを嫌うような場合には、その電源として好ましくない。
その一方、シリーズ電源回路は、低ノイズであるという利点があり、負荷がノイズを嫌うような場合には、その電源として好ましい。

しかし、従来の電源装置では、スイッチング電源回路のＰＷＭ制御やＰＦＭ制御の有無、またはシリーズ電源回路の動作の有無は自動化されているので、負荷の性格（特性）など、例えば負荷がノイズを嫌うか否かに応じて、スイッチング電源回路とシリーズ電源回路との動作の切り換えができないという不具合があった。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、負荷の性質などに応じて、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切り換えて使用でき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本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、出力電圧を所定値に制御するシリーズレギュレータと、前記シリーズレギュレータと共通の出力端子を有し、ＰＦＭ制御またはＰＷＭ制御により出力電圧を所定値に制御するとともに、前記ＰＦＭ制御と前記ＰＷＭ制御とを切り換えできるスイッチングレギュレータと、を備え、前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作の切り換えは、外部からの切り換え信号を使用して行うようになっており、かつ、前記スイッチングレギュレータは、動作時に、その負荷の大きさに応じて前記ＰＷＦ制御と前記ＰＷＭ制御を選択的に行うようになっている。

第２の発明は、第１の発明において、前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作の切り換えは、前記出力端子に接続される負荷の性質に応じて行うようになっている。

第３の発明は、第１の発明において、前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作は、前記出力端子にノイズを嫌う負荷が接続される場合には、これに応じて前記シリーズレギュレータを動作させ、これと同時に前記スイッチングレギュレータの動作を停止させるようになっている。

第４の発明は、第１、第２または第３の発明において、前記切り換え信号が入力される切り換え制御端子と、前記負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、をさらに備え、前記スイッチングレギュレータは、前記負荷検出回路の検出負荷の大きさに応じて前記ＰＦＭ制御と前記ＰＷＭ制御を選択的に行うようになっている。

第５の発明は、第４の発明において、前記スイッチングレギュレータは、入力電圧をオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子でオンオフされる入力電圧を平滑化させる平滑化回路と、出力電圧の大きさ応じて周波数が変調されたＰＦＭ信号を生成するＰＦＭ信号生成回路と、前記出力電圧の大きさに応じてパルス幅が変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＦＭ信号生成回路で生成されるＰＦＭ信号または前記ＰＷＭ信号生成回路で生成されるＰＷＭ信号に基づいて前記スイッチング素子をオンオフさせるプリドライブ回路と、を備え、前記ＰＦＭ信号生成回路とＰＷＭ信号生成回路は、前記負荷検出回路の検出負荷の大きさに応じて選択的に動作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、負荷の性質などに応じて、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切り換えて使用できる。
すなわち、例えば、本発明の電源装置に、性質の異なる複数の負荷を選択的に接続して使用するような場合に、その選択的に接続される負荷の性質に応じて、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切り換えて使用できる。
また、本発明によれば、スイッチングレギュレータを使用する場合には、その負荷の大きさに応じてＰＦＭ制御とＰＷＭ制御を選択的に使用できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の電源装置の実施形態の構成について、図１を参照して説明する。
この実施形態に係る電源装置は、図１に示すように、シリーズレギュレータ１と、スイッチングレギュレータ２と、負荷検出回路３と、切り換え制御端子４と、共通の出力端子５と、を備えている。

また、この実施形態は、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２との動作の切り換えを、切り換え制御端子４に外部から入力される切り換え信号Ｓ１を用いて行うようになっている。
すなわち、切り換え制御端子４に入力される切り換え信号Ｓ１が例えば「Ｌ」レベルのときに、シリーズレギュレータ１は動作を停止し、スイッチングレギュレータ２は動作するようになっている。一方、その切り換え信号Ｓ１が例えば「Ｈ」レベルのときに、シリーズレギュレータ１は動作し、スイッチングレギュレータ２は動作を停止するようになっている。

ここで、切り換え信号Ｓ１は、インバータ４１およびインバータ４２を介してシリーズレギュレータ１に供給され、インバータ４１を介してスイッチングレギュレータ２に供給されている。
さらに、この実施形態のスイッチングレギュレータ２は、その動作時には、ＰＦＭ制御（パルス周波数変調制御）またはＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）によって出力電圧を所定値に制御するようになっている。

さらにまた、この実施形態のスイッチングレギュレータ２は、その動作時には、負荷検出回路３が検出する負荷の大きさに応じて、ＰＦＭ制御とＰＷＭ制御の切り換え動作（選択的な動作）を行うようになっている。
ここで、この実施形態は、図１に示すように、スイッチングレギュレータ２を構成するコイルＬ１と、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２に兼用されるコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２からなり出力電圧ＶＯＵＴを検出するための出力電圧検出回路とを含み、これらは外付けとなっている。

シリーズレギュレータ１は、出力電圧を基準電圧を用いて比較し、この比較出力で制御部を動作させて共通の出力端子５に出力する出力電圧ＶＯＵＴを所定値に制御するようになっている。
このため、シリーズレギュレータ１は、誤差増幅器１１とＰ型のＭＯＳトランジスタ１２とを備え、その動作時に、出力電圧ＶＯＵＴが所定値になるようにＭＯＳトランジスタ１２の導通制御を連続的に行うようになっている。

誤差増幅器１１は、出力電圧ＶＯＵＴを検出した検出電圧を基準電圧ＶＲＦと比較し、その差に応じた誤差信号を生成して出力するようになっている。
このため、誤差増幅器１１は、その−入力端子に基準電圧ＶＲＦが供給され、その＋入力端子に出力電圧ＶＯＵＴを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧ＶＦＢが供給されるようになっている。誤差増幅器１１の出力はＭＯＳトランジスタ１２のゲートに供給されるようになっている。ＭＯＳトランジスタ１２のソースには入力電圧ＶＤＤが印加され、そのドレインが共通の出力端子５に接続されている。

なお、誤差増幅器１１は、図示しない電流源回路を含み、この電流源回路のバイアスを切り換え信号Ｓ１で制御することで、誤差増幅器１１の動作が制御されるようになっている。
スイッチングレギュレータ２は、図示のように、ＰＦＭ信号生成回路２２と、ＰＷＭ信号生成回路２３と、プリドライブ回路２４と、Ｐ型のＭＯＳトランジスタ２５と、Ｎ型のＭＯＳトランジスタ２６と、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とを備えている。

出力電圧ＶＯＵＴを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧ＶＦＢは、ＰＦＭ信号生成回路２２とＰＷＭ信号生成回路２３とにそれぞれ供給されるようになっている。
ＰＦＭ信号生成回路２２は、上記の分圧電圧ＶＦＢの大きさ応じて周波数が変調されたＰＦＭ信号を生成し、これをプリドライブ回路２４に出力するようになっている。このＰＦＭ信号生成回路２２は、負荷検出回路３からの信号に従ってその動作が制御されるようになっている。

ＰＷＭ信号生成回路２３は、上記の分圧電圧ＶＦＢの大きさに応じてパルス幅が変調されたＰＷＭ信号を生成し、これをプリドライブ回路２４に出力するようになっている。このＰＷＭ信号生成回路２３は、負荷検出回路３からの信号に従ってその動作が制御されるようになっている。
ここで、負荷検出回路３からの出力信号は、インバータ３１およびインバータ３２を介してＰＷＭ信号生成回路２３に供給され、インバータ３１を介してＰＦＭ信号生成回路２２に供給されている。

プリドライブ回路２４は、ＰＦＭ信号生成回路２２からのＰＦＭ信号またはＰＷＭ信号生成回路２３からのＰＷＭ信号に基づき、ＭＯＳトランジスタ２５、２６をそれぞれオンオフ動作させるオンオフ信号を生成するようになっている。
ＭＯＳトランジスタ２５とＭＯＳトランジスタ２６とは、プリドライブ回路２４からのオンオフ信号に応じて一方がオンのときには他方がオフとなり、入力電圧ＶＤＤおよびＶＳＳをオンオフ制御するようになっている。

コイルＬ１とコンデンサＣ１とは、オンオフ制御される入力電圧ＶＤＤおよびＶＳＳを平滑化するようになっている。
負荷検出回路３は、上記の分圧電圧ＶＦＢに基づいてスイッチングレギュレータ２の負荷の大きさを検出するものであり、その検出負荷に応じてスイッチングレギュレータ２のＰＦＭ信号生成回路２２またはＰＷＭ信号生成回路２３を選択的に動作させるようになっている。
すなわち、負荷検出回路３は、その検出負荷が所定値よりも小さな場合（軽負荷時）にはＰＦＭ信号生成回路２２を動作させ、その検出負荷が所定値よりも大きな場合（重負荷時）にはＰＷＭ信号生成回路２３を動作させるようになっている。

次に、このような構成からなる電源装置の実施形態について、その動作例を図１を参照して説明する。
この実施形態では、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２との動作の切り換えを、切り換え制御端子４に入力される外部からの切り換え信号Ｓ１を使用して行うようになっている。
このため、この実施形態では、切り換え制御端子４に入力される切り換え信号Ｓ１が「Ｌ」レベルのときには、シリーズレギュレータ１が動作せず、スイッチングレギュレータ２が動作する。そして、スイッチングレギュレータ２は、その動作時に、負荷検出回路３が検出する負荷の大きさに応じて、ＰＦＭ制御とＰＷＭ制御の切り換え動作を行う。

一方、切り換え制御端子４に入力される切り換え信号Ｓ１が「Ｈ」レベルのときには、シリーズレギュレータ１が動作し、スイッチングレギュレータ２が動作を停止する。
以上がこの実施形態の基本的な動作である。
従って、この実施形態では、出力端子５に性質の異なる複数の負荷を選択的に接続して使用するようにし、その接続される負荷の性質に応じて、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２とを切り換えて使用することができる。

そこで、この実施形態の負荷が、例えば携帯電話のノイズを嫌う第１回路とノイズに影響されない第２回路であり、その第１回路と第２回路とを選択的に出力端子５に接続して使用する場合について説明する。
いま、この実施形態の負荷として出力端子５にノイズに影響されない第２回路が接続される場合には、切り換え制御端子４に入力される切り換え信号Ｓ１は「Ｌ」レベルである。

このため、シリーズレギュレータ１は動作せず、スイッチングレギュレータ２は動作する。これにより、第２回路は、スイッチングレギュレータ２を電源にして動作する。ここで、スイッチングレギュレータ２はノイズを発生するが、第２回路はノイズに影響されない回路であるので、特に不具合はない。
スイッチングレギュレータ２が動作する場合には、負荷検出回路３はその負荷の大小を検出し、その検出負荷に応じてスイッチングレギュレータ２のＰＦＭ信号生成回路２２またはＰＷＭ信号生成回路２３を選択的に動作させる。

すなわち、負荷検出回路３は、軽負荷時にはＰＦＭ信号生成回路２２を動作させ、重負荷時にはＰＷＭ信号生成回路２３を動作させる。従って、スイッチングレギュレータ２は、ＰＦＭ信号生成回路２２を動作させる場合にはＰＦＭ制御を行い、ＰＷＭ信号生成回路２３を動作させる場合にはＰＷＭ制御を行う。
一方、この実施形態の負荷として出力端子５にノイズを嫌う第１回路が接続される場合には、その第１回路の接続に合わせて切り換え制御端子４に入力される切り換え信号Ｓ１が「Ｈ」レベルとなる。

その切り換え信号Ｓ１により、シリーズレギュレータ１は動作を行い、これと同時にスイッチングレギュレータ２は動作を停止する。これにより、第１回路は、シリーズレギュレータ１を電源にして動作する。ここで、シリーズレギュレータ１は低ノイズであるので、ノイズを嫌う第１回路は、ノイズの影響を受けずに動作できる。
このような動作例によれば、例えば、出力端子５に複数の負荷を選択的に接続して使用するような場合であって、その複数の負荷のうちにノイズを嫌うものとノイズの影響のないものとが混在する場合に、その接続される負荷の性質に応じてシリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２とを使い分けることができる。

以上のように、この実施形態では、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２との動作の切り換えを、外部からの切り換え信号Ｓ１を使用して行うようにした。このため、出力端子５に接続される負荷の性質に応じて、シリーズレギュレータ１とスイッチングレギュレータ２とを切り換えて使用できる。
また、この実施形態によれば、スイッチングレギュレータ２は、その動作時に、負荷の大きさに応じてＰＷＭ制御とＰＦＭ制御を切り換えて使用できる。

本発明の電源装置の実施形態の構成を示す図である。

符号の説明

１・・・シリーズレギュレータ、２・・・スイッチングレギュレータ、３・・・負荷検出回路、４・・・切り換え制御端子、５・・・出力端子、２１・・・誤差増幅器、２２・・・ＰＦＭ信号生成部、２３・・・ＰＷＭ信号生成回路、２４・・・プリドライブ回路、２５、２６・・・ＭＯＳトランジスタ。

Claims (5)

1. 出力電圧を所定値に制御するシリーズレギュレータと、
   前記シリーズレギュレータと共通の出力端子を有し、ＰＦＭ制御またはＰＷＭ制御により出力電圧を所定値に制御するとともに、前記ＰＦＭ制御と前記ＰＷＭ制御とを切り換えできるスイッチングレギュレータと、を備え、
   前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作の切り換えは、外部からの切り換え信号を使用して行うようになっており、
   かつ、前記スイッチングレギュレータは、動作時に、その負荷の大きさに応じて前記ＰＷＦ制御と前記ＰＷＭ制御を選択的に行うようになっていることを特徴とする電源装置。
2. 前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作の切り換えは、前記出力端子に接続される負荷の性質に応じて行うようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記シリーズレギュレータと前記スイッチングレギュレータの動作は、前記出力端子にノイズを嫌う負荷が接続される場合には、これに応じて前記シリーズレギュレータを動作させ、これと同時に前記スイッチングレギュレータの動作を停止させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 前記切り換え信号が入力される切り換え制御端子と、
   前記負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、をさらに備え、
   前記スイッチングレギュレータは、前記負荷検出回路の検出負荷の大きさに応じて前記ＰＦＭ制御と前記ＰＷＭ制御を選択的に行うようになっていることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３に記載の電源装置。
5. 前記スイッチングレギュレータは、
   入力電圧をオンオフするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子でオンオフされる入力電圧を平滑化させる平滑化回路と、
   出力電圧の大きさ応じて周波数が変調されたＰＦＭ信号を生成するＰＦＭ信号生成回路と、
   前記出力電圧の大きさに応じてパルス幅が変調されたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
   前記ＰＦＭ信号生成回路で生成されるＰＦＭ信号または前記ＰＷＭ信号生成回路で生成されるＰＷＭ信号に基づいて前記スイッチング素子をオンオフさせるプリドライブ回路と、を備え、
   前記ＰＦＭ信号生成回路とＰＷＭ信号生成回路は、前記負荷検出回路の検出負荷の大きさに応じて選択的に動作するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。

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