JP2019054669A

JP2019054669A - 電源装置および通信装置

Info

Publication number: JP2019054669A
Application number: JP2017178238A
Authority: JP
Inventors: 龍彦丸山; Tatsuhiko Maruyama
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-04-04

Abstract

【課題】電源電圧が低くても容易に回路の動作を安定させることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電源装置は、電源電圧と同じ第１電圧または電源電圧を所定倍に昇圧した第２電圧を出力する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから出力された第１電圧および第２電圧を降圧する降圧コンバータと、を備える。昇圧コンバータは、電源電圧を検出する検出回路と、電源電圧を第１電圧または第２電圧に切り替える複数のスイッチング素子と、検出回路の検出結果に基づいて、複数のスイッチング素子を制御する制御回路と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源装置および通信装置に関する。

例えば通信装置では、電源電圧が、回路の動作電圧よりも高い場合がある。そのため、このような通信装置には、電源電圧を降圧して回路へ供給する降圧コンバータが設けられている。

近年、低消費電力の要求により、回路の動作電圧よりも低い電圧が、電源電圧の範囲に含まれることが想定される。この場合、降圧コンバータで電源電圧を一様に降圧すると、回路の動作電圧を確保できないおそれがある。その結果、回路の動作が不安定になりやすい。

特許第４１７７４１２号公報

本発明の実施形態は、電源電圧が低くても容易に回路の動作を安定させることが可能な電源装置および通信装置を提供する。

本実施形態に係る電源装置は、電源電圧と同じ第１電圧または電源電圧を所定倍に昇圧した第２電圧を出力する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから出力された第１電圧および第２電圧を降圧する降圧コンバータと、を備える。昇圧コンバータは、電源電圧を検出する検出回路と、電源電圧を第１電圧または第２電圧に切り替える複数のスイッチング素子と、検出回路の検出結果に基づいて、複数のスイッチング素子を制御する制御回路と、を有する。

第１実施形態に係る電源装置の概略的な構成を示す図である。図１に示す昇圧コンバータの回路図である。電源電圧が基準電圧よりも高いときの端子電圧を示す図である。電源電圧が基準電圧よりも低いときの端子電圧を示す図である。第２実施形態に係る昇圧コンバータの回路図である。第３実施形態に係る通信装置の概略的な構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る通信装置の概略的な構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る通信装置１は、電源装置１０と、通信回路２０と、を備える。電源装置１０は、昇圧コンバータ１１および降圧コンバータ１２を有する。ここで、図２を参照して昇圧コンバータ１１について説明する。

図２は、昇圧コンバータ１１の回路図である。図２に示すように、昇圧コンバータ１１は、検出回路１１１と、制御回路１１２と、第１スイッチング素子ＭＮ１と、第２スイッチング素子ＭＰ２と、第３スイッチング素子ＭＰ３と、を有する。

検出回路１１１は、入力端子ＶＢＡＴ１に入力された直流の電源電圧を検出する。この電源電圧は、例えばバッテリまたは乾電池から供給することができる。検出回路１１１は、例えば、電源電圧を、予め設定された基準電圧と比較するコンパレータを含む。

第１スイッチング素子ＭＮ１は、接続端子ＬＸ１とグランドの間に設けられたＮチャネル型ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。具体的には、第１スイッチング素子ＭＮ１のゲートは、制御回路１１２に接続され、ドレインは接続端子ＬＸ１に接続され、ソースは接地されている。接続端子ＬＸ１は、インダクタＬ１を介して入力端子ＶＢＡＴ１に接続されている。このインダクタＬ１は、昇圧コンバータ１１に外付けされている。

第２スイッチング素子ＭＰ２は、接続端子ＬＸ１と出力端子ＶＢＡＴ２との間に設けられたＰチャネル型ＭＯＳトランジスタである。具体的には、第２スイッチング素子ＭＰ２のゲートは、制御回路１１２に接続され、ドレインは、接続端子ＬＸ１に接続され、ソースは出力端子ＶＢＡＴ２に接続されている。出力端子ＶＢＡＴ２には、キャパシタＣ１が外付けされている。

第３スイッチング素子ＭＰ３は、入力端子ＶＢＡＴ１と接続端子ＬＸ１との間に設けられたＰチャネル型ＭＯＳトランジスタである。具体的には、第３スイッチング素子ＭＰ３のゲートは制御回路１１２に接続され、ドレインは入力端子ＶＢＡＴ１に接続され、ソースは接続端子ＬＸ１に接続されている。

制御回路１１２は、検出回路１１１の検出結果に基づいて上記各スイッチング素子を制御する。このとき、制御回路１１２は、外部から入力されるクロック信号ｃｋに基づいて各スイッチング素子を制御する制御信号を生成する。各スイッチング素子がこの制御信号に基づいて動作することによって、電源電圧は、電源電圧と同じ第１電圧、または電源電圧を所定倍に昇圧した第２電圧に切り替わることができる。第１電圧および第２電圧は、出力端子ＶＢＡＴ２に出力されるとともに、降圧コンバータ１２に供給される。

図１に戻って、降圧コンバータ１２の接続端子ＬＸ２には、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２が外付けされている。インダクタＬ２およびキャパシタＣ２は、直列に接続されている。降圧コンバータ１２は、インダクタＬ２およびキャパシタＣ２を用いて昇圧コンバータ１１から出力された直流の第１電圧および第２電圧を降圧する。降圧された直流電圧は、出力端子ＦＢに出力されるとともに、電源端子ＶＤＤを介して通信回路２０へ供給される。なお、降圧コンバータ１２の回路構成は、既存のものであるので、その詳細な説明を省略する。

通信回路２０は、降圧コンバータ１２から供給された電圧で、信号を送受信する動作を行う。通信回路２０は、例えば、ＢＬＥ（Blue tooth Low Energy）の仕様に従って上記動作を行う。

以下、図３および図４を参照して本実施形態に係る電源装置１０の動作について説明する。図３は、電源電圧が基準電圧よりも高いときの端子電圧を示す図である。図４は、電源電圧が基準電圧よりも低いときの端子電圧を示す図である。図３および図３では、入力端子ＶＢＡＴ１、出力端子ＶＢＡＴ２、電源端子ＶＤＤの端子電圧を示す。

例えば、電源電圧の範囲が０．９Ｖ〜３．６Ｖであり、基準電圧が昇圧コンバータ１１の検出回路１１１で１．８Ｖに設定されているとする。検出回路１１１で検出された電源電圧が、基準電圧よりも高い範囲内である場合、昇圧コンバータ１１の制御回路１１２は、第１スイッチング素子ＭＮ１をオフさせるとともに、第２スイッチング素子ＭＰ２および第３スイッチング素子ＭＰ３をオンさせる。

その結果、出力端子ＶＢＡＴ２が入力端子ＶＢＡＴ１と同電位になる。これにより、図３に示すように、出力端子ＶＢＡＴ２の電圧レベルは、電源電圧と同じ第１電圧になる。すなわち、昇圧コンバータ１１は、入力電圧を１倍に昇圧した第１電圧を出力する。

続いて、降圧コンバータ１２が上記第１電圧を１．２Ｖに降圧する。１．２Ｖは、通信回路２０の動作電圧に相当する。通信回路２０は、この動作電圧で動作することができる。

一方、電源電圧が、基準電圧よりも低い範囲内である場合、制御回路１１２は、第３スイッチング素子ＭＰ３をオフさせるとともに、第１スイッチング素子ＭＮ１および第２スイッチング素子ＭＰ２を５０％のデューティ比で交互にオンさせる。

その結果、出力端子ＶＢＡＴ２の電圧レベル（出力電圧）は、電源電圧の２倍になる。すなわち、昇圧コンバータ１１は、入力電圧を２倍に昇圧した第２電圧を出力する。続いて、降圧コンバータ１２が、同様に、昇圧コンバータ１１の出力電圧を通信回路２０の動作電圧（１．２Ｖ）に降圧する。

以上説明した本実施形態によれば、電源電圧が通信回路２０の動作電圧よりも低い場合には、昇圧コンバータ１１が、電源電圧を昇圧した第２電圧を降圧コンバータ１２へ出力する。続いて、降圧コンバータ１２が、第２電圧を通信回路２０の動作電圧に降圧する。そのため、電源電圧が低くても、通信回路２０の動作を安定させることが可能となる。

また、昇圧コンバータ１１は、検出回路１１１、制御回路１１２、複数のスイッチング素子で実現されているので、簡易な回路構成である。さらに、既存の降圧コンバータ１２を使用することができる。よって、容易に通信回路２０の動作を安定させることが可能となる。

なお、本実施形態では、第２電圧が３．６Ｖを超えないように、デューティ比は５０％に設定されているが、デューティ比は、電源装置１０の耐圧を超えない範囲で適宜設定することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について第１実施形態と異なる点を中心に説明する。図５は、第２実施形態に係る昇圧コンバータの回路図である。図２に示す第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態に係る昇圧コンバータ１１には、第３スイッチング素子ＭＰ３が設けられていない。本実施形態では、検出回路１１１で検出された電源電圧が基準電圧よりも高い場合、制御回路１１２は、第１スイッチング素子ＭＮ１をオフさせるとともに、第２スイッチング素子ＭＰ２をオンさせる。この場合、電流は、入力端子ＶＢＡＴ１からインダクタＬ１を介して出力端子ＶＢＡＴ２へ流れる。その結果、第１実施形態と同様に、出力端子ＶＢＡＴ２の電圧レベルは、電源電圧と同じ第１電圧になる。

一方、検出回路１１１で検出された電源電圧が基準電圧よりも低い場合、制御回路１１２は、第１実施形態と同様に、第１スイッチング素子ＭＮ１および第２スイッチング素子ＭＰ２を５０％のデューティ比で交互にオンさせる。その結果、出力端子ＶＢＡＴ２の電圧レベルは、電源電圧の２倍の第２電圧になる。

以上説明した本実施形態によれば、昇圧コンバータ１１の回路構成が、第１実施形態に比べて簡易になる。そのため、より一層容易に通信回路２０の動作を安定させることが可能となる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る通信装置の概略的な構成を示す図である。図６に示す通信装置３は、電源装置３０を備える点で、第１実施形態に係る通信装置１と異なる。昇圧コンバータ１１は、図２または図５に示す回路構成を有する。

電源装置３０では、昇圧コンバータ１１および降圧コンバータ１２に入力されるクロック信号ｃｋが共通化されている。また、電源装置３０には、クロック信号ｃｋを分周する分周回路１３が設けられている。なお、分周回路１３は、昇圧コンバータ１１内に設けられていてもよい。

分周回路１３は、クロック信号ｃｋの周波数を、昇圧コンバータ１１のスイッチング素子の制御に適した周波数に分周する。分周回路１３は、分周したクロック信号ｃｋを昇圧コンバータ１１の制御回路１１２へ出力する。

以上説明した本実施形態によれば、昇圧コンバータ１１と降圧コンバータ１２にとの間でクロック信号ｃｋを共通化させている。そのため、通信回路２０に対する各コンバータの雑音の影響を低減することができる。よって、通信回路２０の動作をさらに安定させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０、３０電源装置、１１昇圧コンバータ、１２降圧コンバータ、２０通信回路、１１１検出回路、１１２制御回路、ＭＮ１第１スイッチング素子、ＭＰ２第２スイッチング素子、ＭＰ３第３スイッチング素子

Claims

電源電圧と同じ第１電圧または前記電源電圧を所定倍に昇圧した第２電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力された前記第１電圧および前記第２電圧を降圧する降圧コンバータと、を備え、
前記昇圧コンバータは、
前記電源電圧を検出する検出回路と、
前記電源電圧を前記第１電圧または前記第２電圧に切り替える複数のスイッチング素子と、
前記検出回路の検出結果に基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する制御回路と、
を有する、電源装置。
前記複数のスイッチング素子が、
前記電源電圧が入力される入力端子とインダクタを介して電気的に接続可能な接続端子と、グランドとの間に設けられた第１スイッチング素子と、
前記接続端子と、前記第１電圧および前記第２電圧を出力する出力端子との間に設けられた第２スイッチング素子と、を有する請求項１に記載の電源装置。
前記複数のスイッチング素子が、前記入力端子と、前記接続端子との間に設けられた第３スイッチング素子も有する、請求項２に記載の電源装置。
前記検出回路で検出された前記電源電圧が予め設定された基準電圧よりも大きい場合、前記制御回路は、前記第１スイッチング素子をオフさせるとともに前記第２スイッチング素子をオンさせ、
前記検出回路で検出された前記電源電圧が前記基準電圧よりも小さい場合、前記制御回路は、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を５０％のデューティ比で交互にオンさせる、請求項２に記載の電源装置。
前記検出回路で検出された前記電源電圧が予め設定された基準電圧よりも大きい場合、前記制御回路は、前記第１スイッチング素子をオフさせるとともに前記第２スイッチング素子および前記第３スイッチング素子をオンさせ、
前記検出回路で検出された前記電源電圧が前記基準電圧よりも小さい場合、前記制御回路は、前記制御回路は、前記第３スイッチング素子をオフさせるとともに、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を５０％のデューティ比で交互にオンさせる、請求項３に記載の電源装置。
前記昇圧コンバータおよび前記降圧コンバータに入力されるクロック信号が、共通化され、
前記クロック信号を分周して前記制御回路へ出力する分周回路をさらに有する、請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
請求項１から６のいずれかに記載の電源装置と、
前記電源装置の前記降圧コンバータから供給された電圧で動作する通信回路と、
を備える通信装置。