JP3852399B2 - Power switching circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に属する電源切替回路に関するものであって、システムの動作状況に応じて電源回路を切り替えて電圧利用効率を上げる必要のある各種携帯電子機器への応用が可能な電源切替回路に関する
【0002】
【従来の技術】
ここでの引用文献は、特許第2973063号公報「スイッチ回路」である。従来提案されている上記スイッチ回路を図3に示す。入力端子301は入力電圧の電圧検出手段として電圧検出器307によってその電圧がモニタされている。入力端子301と出力端子305の間には電圧制御回路316の出力によって制御されるスイッチングトランジスタ309が設けられ、入力端子302と出力端子305の間にはスイッチングトランジスタ306が設けられている。
【0003】
電圧制御回路316は出力電圧を一定に制御する機能と共にトランジスタ306あるいは309のいずれか一つを導通するための制御手段としても機能している。すなわち、電圧検出器307の出力が高電圧レベルの時にはトランジスタ306をオフして電圧制御回路316をボルテージレギュレータとして動作させ、一方電圧検出器307の出力が低電圧レベルの時にはトランジスタ309をオフして、トランジスタ306をオンさせている。また、この図では電圧検出器307は入力端子301の電圧をモニターしているが、場合によっては入力端子302をモニターしても良い。
【0004】
図3中の、303は誤差増幅器、304は基準電源、314はトランジスタ、315は抵抗群、316は電圧制御回路、317、318はダイオードである。
【0005】
ここでの引用文献は、特願2002−216929号明細書および図面に記載の「直流電源装置」である。その文献中の電源装置を図4に示す。
電源回路406の出力端子403と、制御入力付きの電源回路407の出力端子404を共通接続した共通出力端子405を備え、該制御入力に印加された制御信号の状態に応じて、電源回路407は作動もしくは非作動に切り替えられる。電源回路407は作動時には所定の電圧を前記共通出力端子に供給可能とし、非作動時には電圧を発生させないように構成されている。電源回路406は電源回路407が前記共通出力端子に電圧を発生させている場合は出力電圧を送出しないようにし、また電源回路407が電圧を発生させていない場合は出力電圧を送出するように構成している
【0006】
特願2002−216929号明細書および図面では、電源回路406の電圧送出、非送出の具体的な実現方法として、電源回路406にシリーズレギュレータを用いて、その出力電圧を電源回路407の設定電圧より低くする方法、あるいは電源回路406(の出力端子403)と共通出力端子405の間に制御素子として例えばダイオードを挿入する方法が提案されている。しかし、上記の方法では、いずれにしても出力端子403に出力される電圧を電源回路407の設定値より幾分下げた所に設定する必要がある。
【0007】
本電源装置では、電源回路407の電圧降下に応じて電源回路406に負荷が次第にかかってゆく。通常、電源回路407の立下りスピードは電源回路406の応答速度よりも十分に遅いと考えられるので、アンダーシュートは共通出力端子405には生じないと思われる。
【0008】
しかしながら、この電源装置では電源回路406の出力電圧の設定を電源回路407の出力電圧より若干下げる必要があり、負荷として接続されるCPUの保証電圧範囲が狭い場合には不都合が生じる。また、ダイオードを接続する場合もその変動分を見越して電源回路406の出力電圧を設定する必要があり、設計上の難しさとなる。
【0009】
図4中の、401は入力端子、402は入力端子、405は共通出力端子、408は制御入力、409は制御信号、410は電源BAT、411は抵抗R1、412は抵抗R2、413はコンデンサC2、414は負荷、415はMOSトランジスタM1、416は電源Vrefである。
【0010】
【特許文献1】
特許第2973063号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
バッテリーで駆動するビデオカメラなどの携帯電子機器では、バッテリーから降圧してCPUに電圧を与える際に電圧利用効率を高めるために、CPUの消費電力が大きい状態ではスイッチングレギュレータを利用し、消費電力が小さいスタンバイ状態ではシリーズレギュレータを利用するという方法がしばしば用いられる。
【0012】
上記の様なシステムを想定した時、特許文献1記載のスイッチ回路の利用が考えられる。つまり図3において、入力端子301にバッテリーからの電圧を入力し、入力端子302にスイッチングレギュレータからの電圧を入力し、検出電圧307を入力端子302の電圧をモニターするように構成すれば、スイッチングレギュレータが動作している状態では入力端子302から出力端子305へ電圧が供給され、バッテリーから出力端子305への電源供給はトランジスタ309がオフに制御されることで遮断される。
【0013】
一方、スイッチングレギュレータが非動作の状態に入り、入力端子302の電圧が降下すると、その状態を電圧検出器307が検出して高電圧レベルを出力する。トランジスタ306はオフし、トランジスタ309のゲートが電圧制御回路316によって制御される様になって、バッテリーから定電圧を出力するシリーズレギュレータとして機能する。
【0014】
しかしながら、本スイッチ回路では電圧検出器307の出力が低電圧レベルの場合は電圧制御回路316とトランジスタ309で構成されるシリーズレギュレータは機能しておらず、誤差増幅器303が出力する値は入力端子302からトランジスタ306を介して出力端子305に出力される電圧の分圧成分を基準電圧と比較して得られたものであるため、前記のシリーズレギュレータに負荷を掛けた時の出力とは一致しないと考えるのが妥当である。
【0015】
この様な状態から電圧検出器307が反転すると、その瞬間から前記のシリーズレギュレータが機能し始めるが、誤差増幅器303から負荷状態に応じた出力が得られるまでには少なからず遅延が生じるため、出力端子305に出力される電圧には瞬間的にオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。この時、出力端子305に接続される負荷として主にCPUなどが想定される場合、オーバーシュートやアンダーシュートは重大な問題になる。
【0016】
本発明の目的は、係る問題に顧みてなされたものであり、電源切替時の出力電圧のオーバーシュート、アンダーシュートを十分に抑制しながら定常的な動作状態では電源の選択によらずに一定の出力電圧を供給可能な電源切替回路を提供する事である。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電源切替回路では、電源が入力される二つの入力端子と、前記二つの入力端子が接続された出力端子とを有し、前記出力端子に前記入力端子の何れかの電源を切り替えて供給するための電源切替回路であって、少なくとも、一方の前記入力端子と前記出力端子間に定電圧回路が接続されており、一方の前記入力端子から他方の前記入力端子への電源供給の切替時に、前記定電圧回路の出力電圧を他方の前記入力端子から入力される電源電圧より低い値に制御することを特徴とする。
【0018】
具体的には、複数の入力端子と少なくとも一つの定電圧回路の出力ノードが直接接続された出力端子を持つと共に、入力端子の電圧条件によっていずれの入力電圧より電圧を出力するか、を選択する様に構成されている。
【0019】
本発明は、電源切替回路に関するものであって、第1、第2の入力端子と一つの出力端子を有し、第1入力端子と出力端子の間に直接介在する定電圧回路の構成においてシリーズレギュレータを有し、第2入力端子と出力端子の間に導通状態を制御可能なスイッチ手段を有することを特徴とする。
【0020】
上記、電源切替回路において、第2の入力端子の電源が選択されている時には、該シリーズレギュレータの設定電圧を出力端子の電圧より低い低設定電圧で動作させ、第1の入力端子の電源が選択されている時には、低設定電圧より高い任意の設定電圧に復帰することが可能である。
【0021】
また、上記電源切替回路において、第2入力端子と出力端子の間のスイッチ手段の代わりに、ダイオードまたはMOSトランジスタ、もしくは第2のシリーズレギュレータを手段として用いることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて、詳細に説明する。
【0023】
本発明の第1実施例を図1に示す。入力端子101、出力端子105はシリーズレギュレータである定電圧回路110の入力端子、出力端子を成す一方、出力端子105と入力端子102の間には導通状態を制御可能なスイッチ手段106が接続されている。図1中の、103は誤差増幅器、104は基準電圧、107は電圧検出器、108、109はトランジスタ、111は抵抗R1、112は抵抗R2、113は抵抗R3である。
【0024】
定電圧回路110は誤差増幅器103、基準電圧104、出力ドライバーとなるトランジスタ109、出力端子105およびグランド間に直列接続された抵抗R1−111、R2−112、R3−113、トランジスタ108からなり、誤差増幅器103にて出力端子105の電圧の分圧成分と基準電圧104を比較、ドライバーとなるトランジスタ109のゲートを制御して出力端子105に安定した定電圧を出力している。ここで定電圧回路110にはR2−112、R3−113の接続点とグランド間にトランジスタ108が存在し、トランジスタ108がオフする事によって該定電圧回路110の出力電圧を抵抗比の変化に応じて下げる事が可能となっている。
【0025】
更に電源切替のために入力端子102の電圧レベルを検出する電圧検出器107を備え、該電圧検出器107の出力によってスイッチ手段106の導通状態および定電圧回路110の出力電圧を制御している。ここで、図1では、スイッチ手段106としてトランジスタを用いているが入力端子102と出力端子105の導通状態を制御可能な手段であれば利用可能であり、場合によってはアノードを入力端子102に、カソードを出力端子105に接続されたダイオードでも良い。また、電圧検出器107の出力が低電圧の場合には定電圧回路110は定常的な出力状態よりも低い電圧を出力する様に設定されるが、電圧検出器107の検出レベルは更に低い値に設定されている。
【0026】
以上の様な構成で、入力端子101へはバッテリーからの電圧が、入力端子102へはスイッチングレギュレータからの電圧が供給される。
【0027】
先ず、スイッチングレギュレータからの電圧供給がない場合は、電圧検出器107は高電圧レベルを出力し、スイッチング手段106をオフ、トランジスタ108をオンして出力端子105に例えば3Vの安定した定電圧を出力し、入力端子101からの供給電圧によるシリーズレギュレータとして機能している。
【0028】
次にスイッチングレギュレータが動作して入力端子102の電圧が上昇し、例えば電圧検出器107の設定電圧2.85Vまで上昇すると、スイッチング手段106がオンすると同時にトランジスタ108がオフし、定電圧回路110は2.9V出力のシリーズレギュレータとして動作する様になる。この時、結果的にスイッチングレギュレータの出力は2.9Vまで充電され、そこから更に正規の出力、例えば3Vまで上昇して安定する。この間、定電圧回路110は2.9V出力のシリーズレギュレータとして動作し続けている。
【0029】
一方、スイッチングレギュレータが動作状態から非動作状態に移行する場合は、以下の動作となる。先ず入力端子102の電圧が2.9Vまで降下すると、その瞬間から入力端子101からの供給電圧によるシリーズレギュレータ(つまり定電圧回路110)にも負荷がかかり、両入力端子101、102からの電圧によって出力する様になる。その状態のまま、更に入力端子102の端子電圧が2.85Vまで降下すると、その瞬間に電圧検出器107の出力が高電圧レベルに反転し、定電圧回路110の出力電圧が3Vに復帰すると同時にスイッチング手段106がオフされる。入力端子102と出力端子105の導通状態が遮断される。
【0030】
この様に、本発明回路では、入力端子102からの電圧が供給されている間も定電圧回路110を低電圧出力のシリーズレギュレータとして動作させ、更に電源切替時に両電源を用いて出力動作させる状態を設けた事により、出力端子105の電圧変動を緩やかにし、過渡的なアンダーシュートの発生を回避している。なお、スイッチング手段として単純なダイオードを採用する場合は、該ダイオードの順方向電圧が0.6Vとすると、電圧検出器107の検出電圧を、例えば3.45V(2.85V+0.6V)とする事で同様の効果を得られる。
【0031】
本発明の第2実施例を図2に示す。図2中の、201は入力端子、202は入力端子、203は誤差増幅器、204は基準電源、205は出力端子、206はトランジスタ、207は電圧検出器、208はトランジスタ、209はトランジスタ、210は定電圧回路、211は誤差増幅器、212は基準電源、213は定電圧回路、214は抵抗R1、215は抵抗R2、216は抵抗R3、217は抵抗R4、218は抵抗R5である。
【0032】
図2におけるシリーズレギュレータ、スイッチングレギュレータ等の動作は、図1と基本的には同じで、上記のスイッチ手段106を、定電圧回路213に置き換えたものとなる。この二つは同じ機能要素であるが、213の定電圧回路はその中の誤差増幅器211の出力を制御して定電圧回路213をオン、オフさせている。つまり図2の回路においては、入力端子202と出力端子205の導通状態を制御する機能と共に、定電圧回路の機能も有しているので、スイッチングレギュレータのリプルやばらつきも抑えられるように構成されている。
【0033】
本発明によると第1実施例でスイッチング手段106であったものを定電圧回路213で置き換えているので、第1実施例の作用効果はそのままに、例えば第2入力端子202からスイッチングレギュレータの出力で電圧を供給する場合にもより安定した出力電圧を供給可能となる。また第2入力端子202のより広範囲な入力電圧に対して安定した電圧を供給可能となる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、少なくとも一方の定電圧回路を常時動作させ、電源切替時に両入力端子の電圧で出力端子を供給する状態を作る事によりCPU等の負荷に対してより安定した過渡特性をもつ電源切替回路を提供することができる。
【0035】
本発明によると、定常状態で出力される電圧が正規の設定電圧に復帰する様に構成したので、負荷に対して好適な出力電圧を選択可能となった。
【0036】
スイッチング手段として、簡単なダイオードを用いることで、その制御配線を省略可能となった。また同じく、MOSトランジスタを用いることで、電源切替時の電圧設定をより正確に行う事が可能となった。
【0037】
また、本発明によると、第2入力端子からの供給電圧で出力電圧を供給する場合にもより安定した電圧を供給可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例(請求項1、2、4記載)である電源切替回路の回路図である。
【図2】本発明の第2実施例(請求項5記載)である電源切替回路の回路図である。
【図3】従来例のスイッチ回路(特願2002−216929号明細書および図面記載)の回路図である。
【図4】従来例の(特願2002−216929号明細書および図面記載)電源装置図である。
【符号の説明】
101 入力端子
102 入力端子
103 誤差増幅器
104 基準電源
105 出力端子
106 トランジスタ
107 電圧検出器
108 トランジスタ
109 トランジスタ
110 定電圧回路
111 抵抗R1
112 抵抗R2
113 抵抗R3
201 入力端子
202 入力端子
203 誤差増幅器
204 基準電源
205 出力端子
206 トランジスタ
207 電圧検出器
208 トランジスタ
209 トランジスタ
210 定電圧回路
211 誤差増幅器
212 基準電源
213 定電圧回路
214 抵抗R1
215 抵抗R2
216 抵抗R3
217 抵抗R4
218 抵抗R5
301 入力端子
302 入力端子
303 誤差増幅器
304 基準電源
305 出力端子
306 トランジスタ
307 電圧検出器
309 トランジスタ
314 トランジスタ
315 抵抗群
316 電圧制御回路
317 ダイオード
318 ダイオード
401 入力端子
402 入力端子
403 出力端子
404 出力端子
405 共通出力端子
406 電源回路
407 電源回路
408 制御入力
409 制御信号
410 電源BAT
411 抵抗R1
412 抵抗R2
413 コンデンサC2
414 負荷
415 MOSトランジスタ
416 電源Vref[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply switching circuit belonging to a semiconductor integrated circuit, and can be applied to various portable electronic devices that need to increase the voltage utilization efficiency by switching the power supply circuit according to the operating state of the system. [0002] circuit
[Prior art]
The cited document here is Japanese Patent No. 2970363, “Switch Circuit”. FIG. 3 shows the conventional switch circuit proposed above. The voltage of the
[0003]
The
[0004]
In FIG. 3, 303 is an error amplifier, 304 is a reference power supply, 314 is a transistor, 315 is a resistor group, 316 is a voltage control circuit, and 317 and 318 are diodes.
[0005]
The cited document here is “DC power supply device” described in Japanese Patent Application No. 2002-216929 and drawings. The power supply device in the document is shown in FIG.
The output terminal 403 of the
In the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2002-216929, as a specific implementation method of voltage transmission / non-transmission of the
[0007]
In the present power supply device, a load is gradually applied to the
[0008]
However, in this power supply device, it is necessary to set the output voltage of the
[0009]
In FIG. 4, 401 is an input terminal, 402 is an input terminal, 405 is a common output terminal, 408 is a control input, 409 is a control signal, 410 is a power supply BAT, 411 is a resistor R1, 412 is a resistor R2, and 413 is a capacitor C2. 414 is a load, 415 is a MOS transistor M1, and 416 is a power supply Vref.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2970363 [0011]
[Problems to be solved by the invention]
In portable electronic devices such as video cameras that are driven by a battery, a switching regulator is used when the power consumption of the CPU is large to increase the voltage utilization efficiency when the voltage is applied to the CPU by stepping down from the battery. In a small standby state, a method of using a series regulator is often used.
[0012]
When the above system is assumed, use of the switch circuit described in Patent Document 1 can be considered. That is, in FIG. 3, if the voltage from the battery is input to the
[0013]
On the other hand, when the switching regulator enters a non-operating state and the voltage at the
[0014]
However, in this switch circuit, when the output of the
[0015]
When the
[0016]
The object of the present invention has been made in view of such a problem, and in a steady operation state while sufficiently suppressing output voltage overshoot and undershoot at the time of power supply switching, it is constant regardless of the selection of the power supply. To provide a power supply switching circuit capable of supplying an output voltage.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the power supply switching circuit according to the present invention, the power supply switching circuit includes two input terminals to which power is input and an output terminal to which the two input terminals are connected, and the power supply of any of the input terminals is switched to the output terminal. A power supply switching circuit for supplying power at least by connecting a constant voltage circuit between one of the input terminals and the output terminal, and supplying power from one input terminal to the other input terminal. At the time of switching, the output voltage of the constant voltage circuit is controlled to a value lower than the power supply voltage input from the other input terminal .
[0018]
Specifically, it has an output terminal in which a plurality of input terminals and an output node of at least one constant voltage circuit are directly connected, and selects from which input voltage the voltage is output according to the voltage condition of the input terminal. It is configured like this.
[0019]
The present invention relates to a power supply switching circuit, which has first and second input terminals and one output terminal, and is a series in the configuration of a constant voltage circuit directly interposed between the first input terminal and the output terminal. It has a regulator, and it has switch means which can control a conduction state between the 2nd input terminal and an output terminal, It is characterized by the above-mentioned.
[0020]
In the above power supply switching circuit, when the power supply of the second input terminal is selected, the set voltage of the series regulator is operated at a low set voltage lower than the voltage of the output terminal, and the power supply of the first input terminal is selected. When set, it is possible to return to any set voltage higher than the low set voltage.
[0021]
In the power supply switching circuit, a diode, a MOS transistor, or a second series regulator is used as means instead of the switch means between the second input terminal and the output terminal.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.
[0023]
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. The
[0024]
The
[0025]
Further, a
[0026]
With the configuration as described above, the voltage from the battery is supplied to the
[0027]
First, when there is no voltage supply from the switching regulator, the
[0028]
Next, when the switching regulator operates to increase the voltage at the
[0029]
On the other hand, when the switching regulator shifts from the operating state to the non-operating state, the following operation is performed. First, when the voltage at the
[0030]
As described above, in the circuit according to the present invention, the
[0031]
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. 2, 201 is an input terminal, 202 is an input terminal, 203 is an error amplifier, 204 is a reference power supply, 205 is an output terminal, 206 is a transistor, 207 is a voltage detector, 208 is a transistor, 209 is a transistor, and 210 is A constant voltage circuit, 211 is an error amplifier, 212 is a reference power supply, 213 is a constant voltage circuit, 214 is a resistor R1, 215 is a resistor R2, 216 is a resistor R3, 217 is a resistor R4, and 218 is a resistor R5.
[0032]
The operations of the series regulator, the switching regulator, etc. in FIG. 2 are basically the same as those in FIG. 1, and the above-described switch means 106 is replaced with a
[0033]
According to the present invention, since the switching means 106 in the first embodiment is replaced by the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at least one constant voltage circuit is always operated, and a state in which the output terminal is supplied with the voltage of both input terminals when the power source is switched is more stable with respect to the load such as the CPU. A power supply switching circuit having transient characteristics can be provided.
[0035]
According to the present invention, since the voltage output in the steady state is configured to return to the normal set voltage, a suitable output voltage for the load can be selected.
[0036]
By using a simple diode as the switching means, the control wiring can be omitted. Similarly, by using a MOS transistor, the voltage can be set more accurately when switching the power supply.
[0037]
In addition, according to the present invention, a more stable voltage can be supplied even when an output voltage is supplied with a supply voltage from the second input terminal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply switching circuit according to a first embodiment of the present invention (claims 1, 2, and 4).
FIG. 2 is a circuit diagram of a power supply switching circuit according to a second embodiment (claim 5) of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional switch circuit (Japanese Patent Application No. 2002-216929 and drawings).
FIG. 4 is a diagram of a conventional power supply device (described in Japanese Patent Application No. 2002-216929 and drawings).
[Explanation of symbols]
101
112 Resistance R2
113 resistor R3
201
215 resistor R2
216 resistor R3
217 resistor R4
218 resistor R5
301
411 resistor R1
412 Resistor R2
413 Capacitor C2
414
Claims (5)
前記二つの入力端子が接続された出力端子とを有し、
前記出力端子に前記入力端子の何れかの電源を切り替えて供給するための電源切替回路であって、
少なくとも、一方の前記入力端子と前記出力端子間に定電圧回路が接続されており、
一方の前記入力端子から他方の前記入力端子への電源供給の切替時に、前記定電圧回路の出力電圧を他方の前記入力端子から入力される電源電圧より低い値に制御する事を特徴とする電源切替回路。 Two input terminals to which power is input;
An output terminal to which the two input terminals are connected;
A power supply switching circuit for switching and supplying any power of the input terminal to the output terminal,
At least a constant voltage circuit is connected between the one input terminal and the output terminal,
A power supply characterized by controlling the output voltage of the constant voltage circuit to a value lower than the power supply voltage input from the other input terminal when switching the power supply from one input terminal to the other input terminal. Switching circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002346907A JP3852399B2 (en) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | Power switching circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002346907A JP3852399B2 (en) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | Power switching circuit |
Publications (2)
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