JP2010207013A - 電源回路および携帯電話端末 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量コンデンサにより負荷に対する瞬時的な大電流の供給を可能としつつ、大容量コンデンサへの突入電流の発生を防止する。
【解決手段】電源回路は、電池電圧を所定の電圧に変換するＤＣＤＣコンバータ１２と、この出力電圧を受けて所定の電圧を出力するレギュレータ１３と、このレギュレータの出力により充電される大容量コンデンサ１５とを備える。レギュレータと大容量コンデンサとの接続点の電圧が負荷である電力増幅器１６に印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、瞬時的に大電力を必要とする負荷に対する電源回路および携帯電話端末に関する。

現在、携帯電話端末用の電池の主流はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池では、電極材の影響で、これ以上の容量アップが見込めないのが現状である。このような観点から、電極材を変えた、より低い電圧まで動作を可能とする低電圧電池が開発されている。携帯電話端末の送信回路に用いられる電力増幅器（ＰＡ）についても、より低い電圧に対応すべく、ＣＤＭＡ用ＰＡでは低電圧ＰＡが開発されている。これによって電池を長く使用することが可能となる。

しかし、ＧＳＭ用の低電圧ＰＡはバースト時に大電力を必要とすることから開発が難しく、現存のＧＳＭ用ＰＡを用いた低電圧電池用のソリューションを考える必要がある。

特許文献１に記載の従来技術では、ハイブリッド電源装置としてＤＣＤＣコンバータや大容量コンデンサを用いて、負荷に流れる電流の時間変動を大容量コンデンサにより平滑化させることにより電池の利用効率を高め、ライフ特性を向上させている。

特許文献２に記載の従来技術では、電力増幅器の電源としてＤＣＤＣコンバータの出力で充電した大容量コンデンサからレギュレータを介して電力増幅器に電力を供給している。

特開平８−３０８１０３号公報 特開平６−２５２８２０号公報

上記特許文献１，２に記載の従来技術では、大容量コンデンサへの充電を行う際に発生する突入電流の影響が考慮されていない。突入電流は、大容量コンデンサが空もしくは空き容量が大きい場合に、電源を投入した際または大容量コンデンサへの電圧を印加した際に発生する過大な電流である。この突入電流を原因として考慮されうる悪影響としては、瞬時的に大電流が流れるため、当該電子部品が加熱したり絶縁部の劣化を招くおそれがある。また、電池には内部抵抗が存在し、内部抵抗に大電流が流れることで電圧降下が大きくなる。そのため、瞬時的とはいえ、電池電圧がシャットダウン電圧にまで低下しやすくなり、携帯電話端末の電源が落ちることにつながるおそれがある。

また、特許文献１に記載の従来技術では、大容量コンデンサをＤＣＤＣコンバータの前に配置していることから、負荷がＧＳＭ用の電力増幅器である場合、バースト時に数アンペアを必要とするため、ＤＣＤＣコンバータのサイズが非常に大きくなり、またＤＣＤＣコンバータの効率から入力側に大電流を必要としてしまうと考えられる。よって、特許文献１に記載の発明は大電流用のデバイスには不向きであると考えられる。

特許文献２に記載の従来技術では、大容量コンデンサの後にレギュレータを配置していることから、負荷に対して十分な大電流を供給することができないおそれがある。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、大容量コンデンサにより負荷に対する瞬時的な大電流の供給を可能としつつ、大容量コンデンサへの突入電流の発生を防止しようとするものである。

本発明による電源回路は、瞬時的に大電力を必要とする負荷に対する電源回路であって、電池の出力電圧を受けて所定の電圧を出力するレギュレータと、このレギュレータの出力により充電される大容量コンデンサとを備える。前記レギュレータと大容量コンデンサとの接続点の電圧が前記負荷に印加される。負荷の駆動時には、電源とともに大容量コンデンサから電流が供給される。これにより、負荷に対する瞬時的な大電流の供給が可能となる。また、大容量コンデンサへの充電時には電池からレギュレータを介して充電が行される。これにより、突入電流の発生が防止される。

前記電池と前記レギュレータとの間に設けられた、電池電圧を所定の電圧に変換するＤＣＤＣコンバータを設けることにより、電池電圧が低下してもそれを昇圧して利用できるので、電池の利用可能時間が延長される。

本発明の携帯電話端末は、瞬時的に大電力を必要とする負荷に対する電源回路と、この電源回路により電力の供給を受ける電力増幅器を有する通信部とを備え、前記電源回路は、電池の出力電圧を受けて所定の電圧を出力するレギュレータと、このレギュレータの出力により充電される大容量コンデンサとを備えたものである。前記レギュレータと大容量コンデンサとの接続点の電圧が前記負荷に印加される。

本発明によれば、負荷の駆動時には、電源とともに大容量コンデンサから電流を供給することができるので、負荷に対する瞬時的な大電流の供給が可能となる。また、大容量コンデンサへの充電時には電池からレギュレータを介して充電を行うので、突入電流の発生が防止される。

本実施の形態における、電力増幅器用の電源回路の概略構成を示した図である。 図１に示した電源回路の内部の詳細構成を示した図である。 図１，図２の電源回路においてＧＳＭ用ＰＡを動作させた際の電流波形の概略図である。 図１の実施の形態の変形例を示した図である。 本発明の実施の形態の電源回路が利用される携帯電話端末の概略構成を示した図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態における、電力増幅器（ＰＡ）１６用の電源回路の概略構成を示した図である。電力増幅器１６はＧＳＭ用ＰＡであり、バースト時に大電力を必要とする負荷である。

この電源回路は、ＤＣＤＣコンバータ１２、レギュレータ（ＬＤＯ：Low Drop Out regulator）１３、ツェナーダイオード１４、大容量コンデンサ１５により構成される。ＤＣＤＣコンバータ１２は、通常、充電可能な二次電池である電池１１の電池電圧を昇圧して所定の電圧に変換する。レギュレータ１３は、シリーズレギュレータのような電圧安定化回路である。このような電圧安定化回路は流せる電流の限界点があるので、本実施の形態ではＤＣＤＣコンバータ１２から大容量コンデンサ１５に流れる電流値を制限するために用いている。現状の大容量コンデンサ１５は耐圧が低いため、定格電圧を越える大電圧が大容量コンデンサ１５に掛かるのを防止するための保護用の素子として、大容量コンデンサ１５に並列に接続されたツェナーダイオード１４を設けている。大容量コンデンサ１５は、大容量の電荷を蓄積することができるキャパシタであり、例えば電気二重層コンデンサである。

図２は、図１に示した電源回路の内部の詳細構成を示した図である。図２において図１内に示した構成要素と同様の要素には同一の参照番号を付して、重複した説明は省略する。ここでは、ＤＣＤＣコンバータ１２とＬＤＯ１３のそれぞれの具体的な回路例を示している。これらの構成自体は公知の構成である。本発明は図１に示したような回路要素の組み合わせに特徴を有し、個々の回路要素の具体的な構成に限定されるものではない。

図２におけるＤＣＤＣコンバータ１２は、スイッチング素子１２１、コイル１２２、ダイオード１２３、およびコンデンサ１２４を有する。コイル１２２は、一端が電池１１に接続され、他端にダイオード１２３のアノードが接続される。コンデンサ１２４は、ダイオード１２３のカソードから接地の間に接続される平滑回路である。スイッチング素子１２１は、コイル１２２およびダイオード１２３の接続点と接地との間に接続され、図示しない制御部からそのＯＮ／ＯＦＦが制御される。コイル１２２はスイッチング素子１２１のスイッチング動作に応じてそのＯＮ時にエネルギーを蓄積し、ＯＦＦ時にこのエネルギーをコンデンサ１２４に充電する。電池電圧にコイルのエネルギーが上積みされるので、電池電圧を昇圧することができる。

図２におけるＬＤＯ１３は、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力端とＬＤＯ１３の出力端との間に接続されるトランジスタであるＦＥＴ１３３と、基準電圧発生部１３１と、出力電圧を分割して比較電圧を生成する分圧器１３４と、この分圧器１３４の出力と基準電圧とを比較してＦＥＴ１３３のゲート電圧を制御する比較器１３２とにより構成される。

電池１１の出力電圧は、ＤＣＤＣコンバータ１２によって昇圧される。これにより負荷のＰＡ１６（ＧＳＭ−ＰＡ）を動作させうるのに必要な高電圧を得る。しかし、ＤＣＤＣコンバータのみでは負荷のバースト時に必要な大電流を供給しきれない。そこで、大容量コンデンサ１５をＤＣＤＣコンバータ１２の後でＰＡ１６の前に接続する。

ＤＣＤＣコンバータ１２の後段にＬＤＯ１３を配置したことにより、電源を投入した際または大容量コンデンサ１５への電圧を印加した際に発生する突入電流は防止される。その結果、突入電流により電子部品が加熱したり絶縁部の劣化を招いたりするおそれがなくなる。また、電池の内部抵抗による過大な電圧降下が生じることが防止されるので、電池電圧が低下して携帯電話端末の電源が落ちることにつながるおそれがなくなる。

図３に図１，図２の電源回路において、電池１１の定格電圧を２．４Ｖとした場合にＧＳＭ用ＰＡを動作させた際の電流波形の概略図である。負荷であるＰＡ１６のバースト動作に関する電流波形の例を示す。波形３１はＤＣＤＣコンバータ１２の出力電流を示し、波形３２はＰＡ入力電流を表している。図３の波形から、ＤＣＤＣコンバータ１２からの出力電流（ピーク値で８００ｍＡ）では足りない分を大容量コンデンサ１５により補っていることが分かる。すなわち、本来であればバースト時に約２Ａの電流を必要とするが、本電源回路を用いることで、電池１１からの供給を減らすことが可能である。このため、電圧降下減少が期待でき、電池１１のライフ特性の向上を図ることが可能である。

図４は、図１の実施の形態の変形例を示している。図４において図１，図２に示したと同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複した説明は省略する。この構成では、ＤＣＤＣコンバータの効率を考慮して、スイッチング素子２１およびバイパス経路２２を設けている。電池１１の電圧が所定の閾値電圧より高いときには、ＤＣＤＣコンバータ１２とＬＤＯ１３および大容量コンデンサ１５の回路をバイパスさせ、ＤＣＤＣコンバータ１２等を通さずにＰＡ１６を動作させるものである。スイッチング素子２１の制御は、図示しない電池１１の電圧を監視する回路によって行うことができる。

図５は、本実施の形態の電源回路が利用される携帯電話端末３００の概略構成を示している。

携帯電話端末３００は、制御部３０１、表示部３０２、操作部３０３、記憶部３０４、通信部３０５、および電源３０７等を備えている。

制御部３０１は、携帯電話端末３００の各部の制御や必要なデータ処理を行う手段であり、ＣＰＵ等により構成される。表示部３０２は、表示画面上でユーザに対して情報を表示するＬＣＤや有機ＥＬ等の表示デバイスおよびそのドライバを含む。操作部３０３は、ユーザが携帯電話端末に対して指示やデータを入力するための手段であり、そのためにユーザが操作する各種キーやボタンを含む。記憶部３０４は、制御部３０１が実行するコンピュータプログラムや各種データを記憶する記憶手段であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を含みうる。通信部３０５は、アンテナ３０６を介して基地局との間で無線通信を行う部位である。電源３０７は、携帯電話端末３００の各部に動作電力を供給する手段であり、充電可能な電池を内蔵し、図１，図２，図４で説明した電源回路に相当する。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。

１１…電池、１２…ＤＣＤＣコンバータ、１３…レギュレータ（ＬＤＯ）、１４…ツェナーダイオード、１５…大容量コンデンサ、１６…電力増幅器（ＰＡ）、２１…スイッチング素子、２２…バイパス経路、１２１…スイッチング素子、１２２…コイル、１２３…ダイオード、１２４…コンデンサ、１２５…抵抗、１３１…基準電圧発生部、１３２…比較器、１３４…分圧器

Claims (4)

1. 瞬時的に大電力を必要とする負荷に対する電源回路であって、
   電池の出力電圧を受けて所定の電圧を出力するレギュレータと、
   このレギュレータの出力により充電される大容量コンデンサとを備え、
   前記レギュレータと大容量コンデンサとの接続点の電圧が前記負荷に印加される電源回路。
2. 前記電池と前記レギュレータとの間に設けられた、電池電圧を所定の電圧に変換するＤＣＤＣコンバータを備えた請求項１に記載の電源回路。
3. 前記大容量コンデンサに並列に接続されたツェナーダイオードを備えた請求項１または２に記載の電源回路。
4. 瞬時的に大電力を必要とする負荷に対する電源回路と、
   この電源回路により電力の供給を受ける電力増幅器を有する通信部とを備え、
   前記電源回路は、
   電池の出力電圧を受けて所定の電圧を出力するレギュレータと、
   このレギュレータの出力により充電される大容量コンデンサとを備え、
   前記レギュレータと大容量コンデンサとの接続点の電圧が前記負荷に印加される携帯電話端末。