JP2008048547A - Power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軽負荷時において消費電流が少なく、全体として電力効率の良い電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply apparatus that consumes less current at light load and has high power efficiency as a whole.
従来、電源装置としてDC/DCコンバータなどが知られている。DC/DCコンバータは、入力電圧を所定の出力電圧に変換するものであり、コンデンサの充放電を利用するチャージポンプ方式と、入力電圧をスイッチングし、インダクタを利用するスイッチングレギュレータがある。
入力電圧を効率良く所定の出力電圧に変換するスイッチングレギュレータは、高速でパワートランジスタをスイッチングさせるので自己消費電流は大きいが、電力変換効率が高いため重負荷時には好適である。しかし、軽負荷時には自己消費電流の大きさから、全体としての電力変換効率が低下するという問題がある。
一方、シリーズレギュレータは、自己の消費電流が小さいものの、電力の変換効率が低いという特徴がある。軽負荷時には電力変換の効率の低さはあまり問題にならないので、シリーズレギュレータの自己消費電流の小さい点を考慮し、スイッチングレギュレータにシリーズレギュレータを組合せることにより、重負荷時と軽負荷時の双方で使用する場合に全体として電力の変換効率の向上をはかることができる。
Conventionally, a DC / DC converter or the like is known as a power supply device. The DC / DC converter converts an input voltage into a predetermined output voltage, and includes a charge pump system that uses charging / discharging of a capacitor and a switching regulator that switches an input voltage and uses an inductor.
A switching regulator that efficiently converts an input voltage into a predetermined output voltage has high self-consumption current because it switches power transistors at high speed, but is suitable for heavy loads because of high power conversion efficiency. However, there is a problem in that the power conversion efficiency as a whole decreases due to the magnitude of the self-consumption current at the time of light load.
On the other hand, the series regulator is characterized by low power conversion efficiency, although its own current consumption is small. The low efficiency of power conversion is not a problem at light loads. Considering the low self-consumption current of the series regulator, combining the series regulator with a switching regulator allows both heavy and light loads. As a whole, the power conversion efficiency can be improved.
特許文献1には、従来技術の電源装置が開示されている。この電源装置は、DC/DCコンバータとシリーズレギュレータとが、各々の出力端を並列にして接続されており、それらを負荷電流を考慮したモード指令信号に基づいて選択的に動作させる装置である。
従来のスイッチングレギュレータにLDO(Low Dropout Regulator) などのシリーズレギュレータを組合せた電源装置は、重負荷時と軽負荷時の双方で使用する場合に全体として電力の変換効率の向上が図れるという作用効果が認められる。しかしながら、スイッチングレギュレータ及びシリーズレギュレータを別個に設けているため、チップサイズの拡大につながるという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑み、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図ると共に全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置を提供する。
A power supply device combining a conventional switching regulator with a series regulator such as LDO (Low Dropout Regulator) has the effect of improving the overall power conversion efficiency when used at both heavy and light loads. Is recognized. However, since the switching regulator and the series regulator are provided separately, there is a problem that the chip size is increased.
In view of the above points, the present invention provides a power supply device that reduces the current consumption at the time of light load, improves the power conversion efficiency as a whole, and reduces the chip size.
本発明の電源装置の一態様は、入力電圧を第1のトランジスタ及び第2のトランジスタをスイッチングすることにより出力するスイッチング部と、前記スイッチング部のスイッチングによって供給される電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する平滑部と、前記出力電圧を分圧する分圧部と、前記分圧部から生成される分圧電圧と基準電圧との差信号を増幅する第1の誤差増幅器及び第2の誤差増幅器と前記第1の誤差増幅器により増幅された前記差信号を参照電圧信号と比較して前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのオンオフを制御する信号を出力するコンパレータとを備えた制御部と、前記第2の誤差増幅器及び前記コンパレータからの信号を選択的に前記スイッチング部に供給するスイッチ部とを具備し、前記スイッチ部を切り替えることにより、第2の誤差増幅器からの信号が前記スイッチング部の前記第1のトランジスタに供給されるときはシリーズレギュレータとして動作し、前記コンパレータからの信号が前記スイッチング部の前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタに供給されるときはスイッチングレギュレータとして動作することを特徴としている。 According to one aspect of the power supply device of the present invention, a switching unit that outputs an input voltage by switching the first transistor and the second transistor, and an output by smoothing a voltage supplied by switching of the switching unit. A smoothing unit that generates a voltage; a voltage dividing unit that divides the output voltage; and a first error amplifier and a second error that amplify a difference signal between the divided voltage generated from the voltage dividing unit and a reference voltage. A control unit including an amplifier and a comparator that compares the difference signal amplified by the first error amplifier with a reference voltage signal and outputs a signal for controlling on / off of the first transistor and the second transistor; And a switch unit that selectively supplies signals from the second error amplifier and the comparator to the switching unit. When the signal from the second error amplifier is supplied to the first transistor of the switching unit, the signal from the comparator operates as the first regulator of the switching unit. When supplied to the transistor and the second transistor, the transistor operates as a switching regulator.
負荷が大きな場合には前記スイッチングレギュレータとして動作し、前記負荷が小さな場合には前記シリーズレギュレータとして動作するようにしても良い。前記第1のトランジスタは、PMOSトランジスタであり、前記第2のトランジスタは、NMOSトランジスタであるようにしても良い。 When the load is large, it may be operated as the switching regulator, and when the load is small, it may be operated as the series regulator. The first transistor may be a PMOS transistor, and the second transistor may be an NMOS transistor.
本発明は、スイッチングレギュレータに誤差増幅器及びアナログスイッチを追加するだけでスイッチングレギュレータ/シリーズレギュレータ切替回路が容易に実現出来る。追加する誤差増幅器はそれ程大きくなく、面積の大きなPMOSトランジスタをスイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにおいても使用可能としたので、従来のスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを組合せた電源装置よりチップサイズを小さくすることが可能になる。 The present invention can easily realize a switching regulator / series regulator switching circuit simply by adding an error amplifier and an analog switch to the switching regulator. The added error amplifier is not so large, and a PMOS transistor with a large area can be used both when using a switching regulator and when using a series regulator, so the chip size is larger than that of a power supply device combining a conventional switching regulator and series regulator. It becomes possible to make it smaller.
本発明は、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図ると共に全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置を提供する。スイッチングレギュレータに誤差増幅器及びアナログスイッチを追加するだけでスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを切り替え可能な電源装置が実現出来る。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
The present invention provides a power supply device that reduces the current consumption at the time of a light load, improves the power conversion efficiency as a whole, and reduces the chip size. A power supply device that can switch between a switching regulator and a series regulator can be realized simply by adding an error amplifier and analog switch to the switching regulator.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
図1を参照して実施例1を説明する。
図1は、この実施例の電源装置の回路図である。この実施例の電源装置は、入力電圧を第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2をスイッチングすることにより出力するスイッチング部1と、前記スイッチング部1のスイッチングによって供給される電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する平滑部3と、前記出力電圧を分圧する分圧部4と、前記分圧部4から生成される分圧電圧を基準電圧に基づいて調整する制御部2と、前記制御部2からの信号を選択的に前記スイッチング部1に供給するスイッチ部5(SW1、SW2、SW3)とを備えている。
Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of the power supply device of this embodiment. The power supply device of this embodiment smoothes the voltage supplied by switching of the switching unit 1 that outputs the input voltage by switching the first transistor Q1 and the second transistor Q2, and the switching of the switching unit 1. The
制御部2は、分圧部4から生成される分圧電圧を基準電圧と比較し、その差信号を増幅する誤差増幅器21及び誤差増幅器9と、誤差増幅器21により増幅された差信号を、直流電源8からスイッチング部1に供給される電流のモニタ信号や、任意の三角波等の参照電圧信号と比較し、第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2のオンオフを制御する信号を出力するコンパレータ22とを備えている。
The control unit 2 compares the divided voltage generated from the voltage dividing unit 4 with a reference voltage, an
誤差増幅器21は、基準電圧(VREF)を入力する非反転入力端子及び分圧部4からの分圧電圧を入力する反転入力端子を有し、分圧電圧と基準電圧(VREF)との差信号を増幅し、この増幅した信号をコンパレータ22に供給する。コンパレータ22は、誤差増幅器21の出力信号を入力する反転入力端子及びスイッチング部1に供給される電流のモニタ信号や、任意の三角波等の参照電圧信号を入力する非反転入力端子を有し、誤差増幅器21の出力信号と参照電圧信号とを比較して第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2をオンオフ制御する信号を出力する。平滑部3は、インダクタL1とコンデンサC1とからなり、スイッチング部1のスイッチングによって供給されるスイッチング電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する。分圧部4は、分圧抵抗R1及びR2から構成され、出力電圧を分圧し、分圧された電圧を誤差増幅器21に入力する。
The
第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2は、それぞれPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタからなり、コンパレータ22から供給される信号にしたがってオンオフ制御される。第1のトランジスタQ1のソースは、直流電源8に接続され、ゲートは、コンパレータ22の出力端にスイッチSW2を介して接続され、ドレインは、第2のトランジスタQ2のドレインに接続されている。第2のトランジスタQ2のゲートは、コンパレータ22の出力端にスイッチSW3を介して接続され、ソースは、接地(GND)されている。
The first transistor Q1 and the second transistor Q2 are respectively composed of a PMOS transistor and an NMOS transistor, and are ON / OFF controlled according to a signal supplied from the
平滑部3のインダクタL1の一端は、第1のトランジスタQ1のドレイン及び第2のトランジスタQ2のドレインに接続され、他端は、コンデンサC1の一端に接続され、コンデンサC1の他端は、接地されている。分圧部4の分圧抵抗R1は、一端がインダクタL1の他端に接続され、他端が分圧抵抗R2の一端に接続され、分圧抵抗R2の他端が接地(GND)されている。
One end of the inductor L1 of the
この実施例における電源装置は、前記スイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器9及びアナログスイッチからなるスイッチ部5を追加するだけでスイッチングレギュレータのみならずシリーズレギュレータとしても動作させることができる。シリーズレギュレータ(LDO)として動作させる場合、スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタに用いられる第1のトランジスタQ1をシリーズレギュレータの出力電圧制御用トランジスタとして共用する。
The power supply device according to this embodiment can be operated not only as a switching regulator but also as a series regulator only by adding an
また、スイッチングレギュレータにおいて、出力端子6と接地(GND)間に接続された抵抗R1及び抵抗R2(分圧抵抗)からなる分圧部4もシリーズレギュレータに共用する。誤差増幅器9は、出力電圧を抵抗R1、R2で分圧した分圧電圧を基準電圧(VREF)と比較し、その比較に応じた出力電圧を第1のトランジスタQ1のゲートに印加し、このゲートの制御を行うことにより所定の出力電圧が得られる。誤差増幅器9の出力端と第1のトランジスタQ1のゲートとの間にスイッチSW1が挿入されている。
Further, in the switching regulator, a voltage dividing unit 4 including a resistor R1 and a resistor R2 (voltage dividing resistor) connected between the output terminal 6 and the ground (GND) is also shared by the series regulator. The
また、この電源装置は、負荷が大きな場合にはスイッチングレギュレータとして動作し、前記負荷が小さな場合にはシリーズレギュレータとして動作するように構成されている。この動作を切り替えるために、スイッチ部5が用いられる。スイッチ部5は、スイッチSW1、SW2、SW3から構成され、制御部2とスイッチング部1との間に設けられる。スイッチングレギュレータとして動作する場合は、スイッチSW1をオフにして、誤差増幅器9の出力端と第1のトランジスタQ1のゲートとを切り離し、スイッチSW2、SW3をオンにして第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2の各ゲートとコンパレータ22の出力端とを接続する。シリーズレギュレータとして動作する場合は、スイッチSW1をオンにして、誤差増幅器9の出力端と第1のトランジスタQ1のゲートとを接続し、スイッチSW2、SW3をオフにして第1のトランジスタQ1及び第2のトランジスタQ2の各ゲートとコンパレータ22の出力端とを切り離す。
The power supply device is configured to operate as a switching regulator when the load is large, and to operate as a series regulator when the load is small. In order to switch this operation, the
スイッチ部5は、例えば、負荷モニタ回路(図示しない)等によって負荷をモニタし、そのモニタ信号に基づいて制御される。
このように、この実施例においてはスイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器9及びスイッチ部5を追加し、面積の大きな第1のトランジスタを、スイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにも使用可能としたので、半導体チップの面積を従来のものと比較して十分小さくすることができる。
The
As described above, in this embodiment, the
本発明は、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図るとともに全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置である。
誤差増幅器9及びアナログスイッチ5を追加することによって、従来より面積の小さいスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータの切替回路を実現する(図1参照)。実施例1では軽負荷時にはシリーズレギュレータとして動作させ、負荷が大きい場合にはスイッチングレギュレータとして動作させるようにスイッチを操作し、その切り替えは、負荷モニタ回路に基づいて行っているが、この実施例では、外部制御信号によりスイッチを切り替えることによって、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータの動作切り替えを任意に行うことが可能である。
The present invention is a power supply device that reduces the current consumption at the time of light load, improves the power conversion efficiency as a whole, and reduces the chip size.
By adding the
第1のトランジスタQ1は、第1の実施例ではPMOSトランジスタであるが、この実施例ではpnpバイポーラトランジスタを用いる事ができる。
このように、この実施例においても、スイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器9及びスイッチ部5を追加し、面積の大きな第1のトランジスタQ1を、スイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにも使用可能としたので、半導体チップの面積を従来のものと比較して十分小さくすることができる。
The first transistor Q1 is a PMOS transistor in the first embodiment, but a pnp bipolar transistor can be used in this embodiment.
As described above, also in this embodiment, the
1・・・スイッチング部 2・・・制御部 3・・・平滑部
4・・・分圧部 5・・・スイッチ部 6・・・出力端子
8・・・直流電源 9・・・誤差増幅器
21・・・誤差増幅器 22・・・コンパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Switching part 2 ...
Claims (3)
The power supply device according to claim 1, wherein the first transistor is a PMOS transistor, and the second transistor is an NMOS transistor.
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CN116742954A (en) * | 2022-09-29 | 2023-09-12 | 荣耀终端有限公司 | Power supply switching circuit and electronic equipment |
CN117093047A (en) * | 2023-08-30 | 2023-11-21 | 合芯科技(苏州)有限公司 | Acceleration voltage stabilizing circuit, low-dropout linear voltage stabilizer and electronic product |
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