JP2013192443A - 電源管理回路及び電源管理回路を備える電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】出力した電圧が安定している電源管理回路及び電源管理回路を備える電子デバイスを供給する。
【解決手段】本発明に係る電源管理回路は、電源入力端子及び出力端子を有するパルス幅変調ユニットと、電源と電源入力端子との間の接続をオン／オフする第一スイッチユニットと、電源入力端子と出力端子との間に接続される記憶ユニットと、第一サンプリングユニットを備え、電源入力端子は、出力端子でパルス電圧を生成させ、記憶ユニットは、出力端子に動作電圧を出力させて負荷に供給し、第一サンプリングユニットは動作電圧をサンプリングし且つサンプリング電圧を生成し、パルス幅変調ユニットはサンプリング電圧に基いてパルス電圧のデューティサイクルを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源管理回路及び電源管理回路を備える電子デバイスに関するものである。

電源管理回路は、電子デバイスに広く応用されており、電源からの供給電圧を受信した後、外部からの制御信号（例えば、ブート又はシャットダウン信号）に応答して、負荷に動作電圧を供給する。従来の電源管理回路は、一般的に、フィードバック端子を有し、該フィードバック端子は、サンプリング回路によって電源管理回路が出力した動作電圧をサンプリングして、サンプリング電圧を生成する。電源管理回路は、該サンプリング電圧によって動作電圧を調整し、動作電圧を安定した状態に保持させる。

しかし、電源管理回路が動作電圧を調整する程度は、限られているため、電源が供給した供給電圧が急に低下した場合、動作電圧も低下する。従って、負荷に安定した動作電圧を供給することができない。

前記課題を解決するために、本発明は、出力した電圧が安定している電源管理回路及び電源管理回路を備える電子デバイスを供給する。

本発明に係る電源管理回路は、電源と負荷との間に接続され、電源入力端子及び出力端子を有するパルス幅変調ユニットと、外部からの制御信号に応答して、電源とパルス幅変調ユニットの電源入力端子との間の接続をオン／オフするための第一スイッチユニットと、パルス幅変調ユニットの電源入力端子と出力端子との間に接続される記憶ユニットと、及び第一サンプリングユニットを備える。前記パルス幅変調ユニットの電源入力端子は、第一スイッチユニットがオンになる場合、電源からの供給電圧を受信し、パルス幅変調ユニットの出力端子でパルス電圧を生成させ、記憶ユニットは、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受けてエネルギーを蓄積し、また、前記パルス電圧が第二レベルにある場合、エネルギーを放出して、出力端子に動作電圧を出力させて負荷に供給し、前記第一サンプリングユニットは、前記動作電圧をサンプリングし、且つサンプリング電圧を生成し、前記パルス幅変調ユニットは、該サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整する。

本発明に係る電源管理回路を備える電子デバイスは、電源、負荷、及び電源と負荷との間に接続される電源管理回路を備える。前記電源管理回路は、電源入力端子及び出力端子を有するパルス幅変調ユニットと、外部からの制御信号に応答して、電源とパルス幅変調ユニットの電源入力端子との間の接続をオン／オフするための第一スイッチユニットと、パルス幅変調ユニットの電源入力端子と出力端子との間に接続される記憶ユニットと、及び第一サンプリングユニットを備える。前記パルス幅変調ユニットの電源入力端子は、第一スイッチユニットがオンになる場合、電源からの供給電圧を受信し、パルス幅変調ユニットの出力端子でパルス電圧を生成させ、記憶ユニットは、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受けてエネルギーを蓄積し、また、前記パルス電圧が第二レベルにある場合、エネルギーを放出して、出力端子に動作電圧を出力させて負荷に供給し、前記第一サンプリングユニットは、前記動作電圧をサンプリングし、且つサンプリング電圧を生成し、前記パルス幅変調ユニットは、該サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整する。

従来の技術と比べ、本発明に係る電源管理回路及び電子デバイスにおいて、電源がバッテリによって供給電圧を供給する場合、バッテリが使用される過程において、供給電圧が絶えず低下されるため、パルス幅変調ユニット及び記憶ユニットからなる昇圧回路は、前記供給電圧を昇圧することができる。従って、出力端子が出力した動作電圧を補償することを実現する。また、パルス幅変調ユニットのフィードバック調整機能により、前記動作電圧を安定した状態に保持することもできる。

本発明の実施形態に係る電源管理回路のブロック図である。 本発明の実施形態に係る電源管理回路の回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る電子デバイス９００は、電源１００、負荷３００及び電源１００と負荷３００との間に接続される電源管理回路２００を備える。該電源管理回路２００は、外部からの制御信号に応答して、電源１００と負荷３００との間の電力供給をオン／オフする。

電源１００は、バッテリ１０及び電源アダプタ１２を備える。該電源アダプタ１２は、外部電源（例えば、２００Ｖの交流電圧）に接続するために用いられる。これにより、直流供給電圧も供給することができる。

電源管理回路２００は、第一スイッチユニット２２、パルス幅変調ユニット２４、記憶ユニット２５、第一サンプリングユニット２６、第二スイッチユニット２８、降圧ユニット３０及び第二サンプリングユニット３２を備える。パルス幅変調ユニット２４は、電源入力端子２４０、出力端子２４２及びフィードバック端子２４４を備える。出力端子２４２は、負荷３００に接続される。

電源アダプタ１２が外部電源に接続されない場合、電源１００は、バッテリ１０によって電力を供給する。この際、第一スイッチユニット２２は、バッテリ１０と電源入力端子２４０との間に接続され、記憶ユニット２５は、電源入力端子２４０と出力端子２４２との間に接続され、第一サンプリングユニット２６は、出力端子２４２とフィードバック端子２４４との間に接続される。

第一スイッチユニット２２は、外部からの制御信号に応答して、バッテリ１０と電源入力端子２４０との間の接続をオン／オフするために用いられる。第一スイッチユニット２２がオンになる場合、電源入力端子２４０は、バッテリ１０からの供給電圧を受信する。これにより、出力端子２４２は、パルス電圧を生成する。記憶ユニット２５は、インダクタンスＬ１（図２を参照する）を使用し、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受け、且つ該エネルギーを磁気エネルギーに変換した後、この磁気エネルギーを蓄積する。また、前記パルス電圧が第二レベルにある場合、記憶ユニット２５は、磁気エネルギーを電気エネルギーに転換した後、該電気エネルギーを放出して、出力端子２４２に動作電圧を出力させて負荷３００に供給する。本実施形態において、第一レベルは、ローレベルであり、第二レベルは、ハイレベルである。

第一サンプリングユニット２６は、前記動作電圧をサンプリングし、且つ生成したサンプリング電圧を、フィードバック端子２４４に送信する。パルス幅変調ユニット２４は、サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整して、前記動作電圧を安定させる。具体的には、サンプリング電圧が、しきい値電圧より大きい場合、パルス幅変調ユニット２４は、デューティサイクルを低下し、サンプリング電圧が、しきい値電圧より小さい場合、パルス幅変調ユニット２４は、デューティサイクルを向上させる。

電源アダプタ１２が外部電源に接続される場合、電源１００は、電源アダプタ１２によって電力を供給する。この際、バッテリ１０と第一スイッチユニット２２との接続は、オフになり、第二スイッチユニット２８は、電源アダプタ１２が供給した供給電圧を受ける。第二スイッチユニット２８は、外部からの制御信号に応答して、電源アダプタ１２と降圧ユニット３０との間の接続をオン／オフするために用いられる。第一スイッチユニット２２は、外部からの制御信号に応答して、降圧ユニット３０とパルス幅変調ユニット２４の電源入力端子２４０との間の接続をオン／オフするために用いられる。降圧ユニット３０は、第二スイッチユニット２８がオンになる場合、電源アダプタ１２からの供給電圧を降圧して、降圧した後の供給電圧を第一スイッチユニット２２に供給するために用いられる。第二サンプリングユニット３２は、降圧した後の供給電圧をサンプリングして、サンプリング信号を生成する。これにより、降圧ユニット３０は、サンプリング信号に基づいて、降圧した後の供給電圧を調整して、供給電圧を安定させる。

第一スイッチユニット２２がオンになる場合、出力端子２４２は、電源入力端子２４０が前記降圧した後の供給電圧を受けた後、パルス電圧を生成する。記憶ユニット２５は、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受け、且つ該エネルギーを磁気エネルギーに変換した後、この磁気エネルギーを蓄積する。また、前記パルス電圧が第二レベルにある場合、記憶ユニット２５は、磁気エネルギーを電気エネルギーに転換した後、該電気エネルギーを放出して、出力端子２４２に動作電圧を出力させて負荷３００に供給する。本実施形態において、第一レベルは、ローレベルであり、第二レベルは、ハイレベルである。第一サンプリングユニット２６は、前記動作電圧をサンプリングし、且つ生成したサンプリング電圧をフィードバック端子２４４に送信する。パルス幅変調ユニット２４は、前記サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整して、前記動作電圧を安定させる。

電源１００がバッテリ１０によって供給電圧を供給する場合、バッテリ１０が使用される過程において、供給電圧は絶えず低下されるため、パルス幅変調ユニット２４及び記憶ユニット２５は、前記供給電圧を昇圧することができる。従って、出力端子２４２が出力した動作電圧を補償することを実現する。また、パルス幅変調ユニット２４のフィードバック調整機能により、前記動作電圧を安定した状態に保持することもできる。

電源１００が、電源アダプタ１２によって供給電圧を供給する場合、まず、降圧ユニット３０は、電源アダプタ１２が供給した供給電圧を降圧し、次に、パルス幅変調ユニット２４及び記憶ユニット２５からなる昇圧回路は、前記降圧した後の供給電圧を昇圧する。正常の状況下において、電源アダプタ１２が供給した供給電圧は比較的に安定するため、パルス幅変調ユニット２４の出力端子２４２の動作電圧を、安定した状態に保持することができる。

供給電圧が、外部要因によって上昇した場合、降圧ユニット３０は、電源アダプタ１２が供給した供給電圧を安全電圧に降圧することができるので、過大な供給電圧が電子デバイス９００の素子を損傷することを防止することができる。供給電圧が、外部要因（例えば、ハイパワー負荷が起動する）によって下降した場合、パルス幅変調ユニット２４及び記憶ユニット２５は、前記下降した後の供給電圧を昇圧することができるので、過小な供給電圧に対して補償できる。従って、出力端子２４２が出力した動作電圧を安定した状態に保持することができる。

図２を参照すると、電源１００は、バッテリ１０、電源アダプタ１２、第一ダイオードＤ１及び第一ＭＯＳトランジスタＱ１を備える。電源アダプタ１２は、第二スイッチユニット２８に供給電圧を供給するために外部電源に接続される。第一ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは、電源アダプタ１２に接続され、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインは、バッテリ１０に接続され、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースは、第一スイッチユニット２２に接続される。第一ダイオードＤ１の陽極は、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインに接続され、第一ダイオードＤ１の陰極は、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される。本実施形態において、第一ＭＯＳトランジスタＱ１は、ＰＭＯＳトランジスタである。

第一スイッチユニット２２は、第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第一トランジスタＱ２、第二ダイオードＤ２、第三ダイオードＤ３及び第二ＭＯＳトランジスタＱ３を備える。第一トランジスタＱ２のベースは、外部からの制御信号を受信するために用いられ、第一トランジスタＱ２のコレクタは、第一抵抗Ｒ１及び第二抵抗Ｒ２を介して、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続され、第一トランジスタＱ２のエミッタは、接地される。第二ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートは、第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２との間に接続され、第二ＭＯＳトランジスタＱ３のソースは、第二抵抗Ｒ２と第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースとの間に接続され、第二ＭＯＳトランジスタＱ３のドレインは、電源入力端子２４０に接続される。第三ダイオードＤ３の陰極は、第二ＭＯＳトランジスタＱ３のソースに接続され、第三ダイオードＤ３の陽極は、降圧ユニット３０に接続される。本実施形態において、第一トランジスタＱ２は、ＮＰＮ型のトランジスタであり、第二ＭＯＳトランジスタＱ３は、ＰＭＯＳトランジスタである。

第二スイッチユニット２８と第一スイッチユニット２２とは、同じ構造であるため、ここでの第二スイッチユニット２８に対する詳しい説明は省略する。

記憶ユニット２５は、インダクタンスＬ１を備える。該インダクタンスＬ１の一端は、パルス幅変調ユニット２４の電源入力端子２４０に接続され、インダクタＬ１の他端は、出力端子２４２に接続される。

また、電源管理回路２００は、第四ダイオードＤ４をさらに備える。該第四ダイオードＤ４の陽極は、出力端子２４２に接続され、第四ダイオードＤ４の陰極は、第一サンプリングユニット２６に接続される。

電源アダプタ１２が外部電源に接続されない場合、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは、ローレベルにあり、この時、バッテリ１０が出力した供給電圧は、第一ダイオードＤ１を介して第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに供給される。これにより、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースは、ハイレベルにあり、第一ＭＯＳトランジスタＱ１は、オンになる。この時、電源１００は、バッテリ１０によって第一スイッチユニット２２に供給電圧を供給する。

第一トランジスタＱ２のベースは、外部からの制御信号（起動ハイレベル信号）を受信した場合、第一トランジスタＱ２は、オンになる。これにより、第二ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートは、ローレベルになり、第二ＭＯＳトランジスタＱ３は、オンになり、バッテリ１０が出力した供給電圧は、パルス幅変調ユニット２４の電源入力端子２４０に出力される。次いで、パルス幅変調ユニット２４及び記憶ユニット２５からなる昇圧回路は、バッテリ１０が供給した供給電圧を昇圧する。

電源アダプタ１２が外部電源に接続された場合、電源アダプタ１２が出力した供給電圧は、第一ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに供給され、この時、バッテリ１０が出力した供給電圧は、第一ダイオードＤ１を介して第一ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに供給される。本実施形態において、電源アダプタ１２が出力した供給電圧は、１２Ｖであり、バッテリ１０が出力した供給電圧は、８．２Ｖであるため、第一ＭＯＳトランジスタＱ１は、オフになる。この時、電源１００は、電源アダプタ１２によって第二スイッチユニット２８に供給電圧を供給する。

第二スイッチユニット２８と第一スイッチユニット２８とは、同じ構造であり、降圧ユニット３０及び第二サンプリングユニット３２からなる降圧回路は、電源アダプタ１２が供給した供給電圧を降圧する。

９００ 電子デバイス
１００ 電源
２００ 電源管理回路
３００ 負荷
１０ バッテリ
１２ 電源アダプタ
２２ 第一スイッチユニット
２４ パルス幅変調ユニット
２４０ 電源入力端子
２４２ 出力端子
２４４ フィードバック端子
２５ 記憶ユニット
２６ 第一サンプリングユニット
２８ 第二スイッチユニット
３０ 降圧ユニット
３２ 第二サンプリングユニット
Ｌ１ インダクタンス
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｑ１ 第一ＭＯＳトランジスタ
Ｑ２ 第一トランジスタ
Ｑ３ 第二ＭＯＳトランジスタ
Ｄ１ 第一ダイオード
Ｄ２ 第二ダイオード
Ｄ３ 第三ダイオード

Claims (5)

1. 電源と負荷との間に接続される電源管理回路において、
   電源入力端子及び出力端子を有するパルス幅変調ユニットと、
   外部からの制御信号に応答して、電源とパルス幅変調ユニットの電源入力端子との間の接続をオン／オフするための第一スイッチユニットと、
   パルス幅変調ユニットの電源入力端子と出力端子との間に接続される記憶ユニットと、
   第一サンプリングユニットを備え、
   前記パルス幅変調ユニットの電源入力端子は、第一スイッチユニットがオンになる場合、電源からの供給電圧を受信し、パルス幅変調ユニットの出力端子でパルス電圧を生成させ、
   前記記憶ユニットは、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受けてエネルギーを蓄積し、前記パルス電圧が第二レベルにある場合、エネルギーを放出して、出力端子に動作電圧を出力させて負荷に供給し、
   前記第一サンプリングユニットは、前記動作電圧をサンプリングし、且つサンプリング電圧を生成し、
   前記パルス幅変調ユニットは、該サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整することを特徴とする電源管理回路。
2. 前記第一スイッチユニットは、第一抵抗、第二抵抗、トランジスタ、ダイオード、及びＭＯＳトランジスタを備え、
   前記トランジスタのベースは、外部からの制御信号を受信するために用いられ、
   前記トランジスタのコレクタは、第一抵抗及び第二抵抗を介して電源に接続され、
   前記トランジスタのエミッタは、接地され、
   前記ＭＯＳトランジスタのゲートは、第一抵抗と第二抵抗との間に接続され、
   前記ＭＯＳトランジスタのソースは、第二抵抗と電源との間に接続され、
   前記ＭＯＳトランジスタのドレインは、パルス幅変調ユニットの電源入力端子に接続され、
   前記トランジスタが外部からの制御信号によってオンされると、ＭＯＳトランジスタは、オンされ、電源が供給した供給電圧は、パルス幅変調ユニットの電源入力端子に出力されることを特徴とする請求項１に記載の電源管理回路。
3. 電源、負荷、及び電源と負荷との間に接続される電源管理回路を備える電子デバイスにおいて、
   前記前記電源管理回路は、電源入力端子及び出力端子を有するパルス幅変調ユニットと、
   前記外部からの制御信号に応答して、電源とパルス幅変調ユニットの電源入力端子との間の接続をオン／オフするための第一スイッチユニットと、
   前記パルス幅変調ユニットの電源入力端子と出力端子との間に接続される記憶ユニットと、
   前記第一サンプリングユニットを備え、
   前記パルス幅変調ユニットの電源入力端子は、第一スイッチユニットがオンになる場合、電源からの供給電圧を受信し、パルス幅変調ユニットの出力端子でパルス電圧を生成させ、
   前記記憶ユニットは、前記パルス電圧が第一レベルにある場合、前記供給電圧を受けてエネルギーを蓄積し、
   前記パルス電圧が第二レベルにある場合、エネルギーを放出して、出力端子に動作電圧を出力させて負荷に供給し、
   前記第一サンプリングユニットは、前記動作電圧をサンプリングし、且つサンプリング電圧を生成し、
   前記パルス幅変調ユニットは、該サンプリング電圧に基づいて、パルス電圧のデューティサイクルを調整することを特徴とする電源管理回路を備える電子デバイス。
4. 電源管理回路は、第二スイッチユニット、降圧ユニット及び第二サンプリングユニットを備え、
   前記第二スイッチユニットは、外部からの制御信号に応答して、電源と降圧ユニットとの間の接続をオン／オフするために用いられ、
   前記第一スイッチユニットは、外部からの制御信号に応答して、降圧ユニットとパルス幅変調ユニットの電源入力端子との接続をオン／オフするために用いられ、
   前記降圧ユニットは、第二スイッチユニットがオンになる場合、電源からの供給電圧を降圧して、降圧した後の供給電圧をパルス幅変調ユニットの電源入力端子に供給し、
   第二サンプリングユニットは、降圧した後の供給電圧をサンプリングし、且つサンプリング信号を生成し、
   前記降圧ユニットは、該サンプリング信号に基づいて、降圧した後の供給電圧を調整することを特徴とする請求項３に記載の電源管理回路を備える電子デバイス。
5. 電源は、バッテリ、電源アダプタ、ダイオード及びＰＭＯＳトランジスタを備え、
   該電源アダプタは、第二スイッチユニットに供給電圧を供給し、外部電源に接続するために用いられ、
   前記ＰＭＯＳトランジスタのゲートは、電源アダプタに接続され、
   前記ＰＭＯＳトランジスタのドレインは、バッテリに接続され、
   前記ＰＭＯＳトランジスタのソースは、第一スイッチユニットに接続され、
   前記ダイオードの陽極は、ＰＭＯＳトランジスタのドレインに接続され、
   前記ダイオードの陰極は、ＰＭＯＳトランジスタのソースに接続されることを特徴とする請求項４に記載の電源管理回路を備える電子デバイス。