JP4506519B2 - 異電源同時立上げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、定常電圧の異なる２つの電源を必要とし、その立上がりの初期段階で定常電圧の高い方の電源の電圧が、定常電圧の低い方の電源の電圧以下となる条件で立上がることを要求する、電子デバイス等を供給先とする２電源を同時に立上げる装置としての異電源同時立上げ装置に関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。

近年の電子デバイスの低電圧化に伴い、その入出力端子用の電源と、それより低電圧な内部コア用の電源との２つの電源（動作電源ともいう）を使用する電子デバイスが開発されている。そして、こうした２電源を要求する電子デバイスの中には、この２つの動作電源のうち定常電圧の低い側の動作電源（電圧をＥ２とする）が、定常電圧の高い側の動作電源（電圧をＥ１とする）と同時、又は、先に立上らなければならない、換言すればこの２つの動作電源の立上がりの初期段階では次式（１）の条件を満たさなければならない制約のものがある。
Ｅ２≧Ｅ１ ・・・（１）
図８は、このような電子デバイスへ２つの動作電源を供給する、従来の異電源同時立上げ装置の一般的な回路構成を示す。この装置は、出力電圧の立上がりの勾配が等しくなるようなスイッチングレギュレータからなる２つの電源生成回路１および２の入力を共通の入力電源１０に接続して構成されている。

ここで、電源生成回路１は入力電源１０（電圧をＥ０とする、本例では定常電圧は２４Ｖ）から高電圧側（電圧Ｅ１、本例では定常電圧は３．３Ｖ）の動作電源１１を生成し、電源生成回路２は同じく入力電源１０から低電圧側（電圧Ｅ２、本例では定常電圧は２．５Ｖ）の動作電源１２を生成する。
このようにして動作電源１１、１２の立上がり時に、動作電源１２が定常電圧２．５Ｖに立上がるまでは、電圧Ｅ１とＥ２の電位差をなくし、式（１）の条件を満たすようにしている。
なお、特許文献１には、第１電源および第２電源それぞれから出力される電圧を切換えて何れか一方の電圧を負荷へ、電圧降下が小さく、かつ電源間の短絡や負荷への電圧供給瞬断を生ずることなく供給する電源切替装置が開示されている。
特開２００３−１９９２６４号公報

しかし、上述した図８の装置は部品数が多くコスト高で、且つ回路面積が大きくなるという欠点がある。この問題を改善する方法として図５の装置のように入力電源１０（２４Ｖ）から高電圧側の動作電源１１（３．３Ｖ）を生成するスイッチングレギュレータからなる電源生成回路１の出力を入力として、低電圧側の動作電源１２（２．５Ｖ）を生成する電源生成回路２０を設けることが考えられる。
このようにすれば電源生成回路２０には構造が簡単で安価な３端子レギュレータを使用することができる。その理由は、この場合、電源生成回路２０の入力電圧と出力電圧との電位差が小さく抑えられるので、電源生成回路２０の３端子レギュレータの電力損失も比較的少なくて済むためである。
なお、図７は３端子レギュレータの基本回路を示す。この基本回路はＩｎｐｕｔ端子とＯｕｔｐｕｔ端子との間に挿入されたトランジスタ１０１、このトランジスタ１０１のベース電流を制御するオペアンプ１０３、３端子レギュレータの入力電圧Ｅｉｎ（図５の例では電源生成回路１の出力としての電圧Ｅ１）から基準電圧Ｅｒｅｆを発生してオペアンプ１０３の正入力端子に与える基準電圧発生回路１０２、３端子レギュレータの出力電圧Ｅｏｕｔ（図５の例では電圧Ｅ２）を分圧してオペアンプ１０３の負入力端子に与える分圧抵抗１０４および１０５からなる。

図７の基本回路は入力電圧Ｅｉｎが所定電圧（図５の例では１．５Ｖ）以上になると動作可能となり、出力電圧Ｅｏｕｔが一定値（図５の例では２．５Ｖ）を上回ろうとするとオペアンプ１０３がトランジスタ１０１のベース電流を減少して出力電圧Ｅｏｕｔを下降させ、出力電圧Ｅｏｕｔが一定値（２．５Ｖ）を下回るとオペアンプ１０３がトランジスタ１０１のベース電流を増加して出力電圧Ｅｏｕｔを上昇させることで出力電圧Ｅｏｕｔを一定値（２．５Ｖ）に保つ。
但し、入力電圧Ｅｉｎが１．５Ｖ以上であっても出力電圧Ｅｏｕｔとして出力すべき一定値（２．５Ｖ）に満たない間は、オペアンプ１０３はトランジスタ１０１を全オンの状態に保ち、これにより、出力電圧Ｅｏｕｔは入力電圧Ｅｉｎよりトランジスタ１０１のエミッタ・コレクタ飽和電圧分低い電圧で入力電圧Ｅｉｎに追従する。

しかしながら、図５の装置には次のような問題がある。即ち、図６は図５の装置の立上がり時における入出力電圧としての入力電源１０の電圧Ｅ０、動作電源１１の電圧Ｅ１、動作電源１２の電圧Ｅ２のそれぞれの電圧波形の例を示す。
図６においては、入力電源１０への図外の供給電源が投入されると、入力電源１０の電圧Ｅ０は、本例ではその定常電圧２４Ｖへ向けて時点ｔ０から所定の勾配で立上がって行く。そして本例では電圧Ｅ０が約１．５Ｖに達すると、その時点ｔ１で電源生成回路１が動作を開始し、その出力としての動作電源１１の電圧Ｅ１は、時点ｔ１から本例では電圧Ｅ０の立上がり勾配より急な勾配で上昇して電圧Ｅ０に追い付き、以後、本例では定常電圧３．３Ｖに達するまで電圧Ｅ０に追従しながら立上がって行く。
また、電圧Ｅ１が電圧Ｅ０に追い付く途中で本例では約１．５Ｖまで立上がると、その時点ｔ２で電源生成回路２０が動作を開始し、その出力としての動作電源１２の電圧Ｅ２は、時点ｔ２で急速に上昇して電圧Ｅ１に追い付き、以後、本例では定常電圧２．５Ｖに達するまで電圧Ｅ１に追従しながら立上がって行く。

以上のような動作の結果、時点ｔ１からｔ２までの期間には電圧Ｅ１が電圧Ｅ２よりΔＥとして示すような高い電圧差を持って立上がることとなり、式（１）の条件が満たされなくなるという問題が生ずる。
本発明は、この問題を解消し、装置への入力電源をエネルギ源として電子デバイスに供給すべき、高、低２つの電圧の異なる直流電源としての、第１の直流電源（電圧Ｅ１）、および第２の直流電源（電圧Ｅ２）をそれぞれ生成する第１、第２の電源生成手段を持ち、前記第１、第２の直流電源を同時に立上げようとする異電源同時立上げ装置であって、
第２の電源生成手段が第１の電源生成手段の出力としての第１の直流電源の電圧Ｅ１を入力とするよう構成され、なおかつ、直流電源の立上がりの初期段階で電子デバイスに供給される電圧Ｅ１、Ｅ２が式（１）の条件を満たすことができる異電源同時立上げ装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために請求項１の異電源同時立上げ装置は、
外部から印加される入力電源から第１の直流電圧を生成する第１の電源生成手段と、
この第１の電源生成手段の出力を第１の外部に接続する第１の開閉手段と、
第１の直流電圧を入力として該直流電圧よりも定常電圧の低い第２の直流電圧を生成し第２の外部に出力する第２の電源生成手段と、
この第２の電源生成手段の出力を第１の外部に接続する第２の開閉手段と、
入力電源の印加に基づき、第２の直流電圧が所定電圧に達するまで、第１の開閉手段を開とすると共に第２の開閉手段を閉とし、第２の直流電源が所定電圧に達した後は第１の開閉手段を閉とすると共に第２の開閉手段を開とするスイッチ切換手段を備える。

また請求項２の異電源同時立上げ装置は、請求項１に記載の異電源同時立上げ装置において、第２の電源生成手段が３端子レギュレータからなるようにする。
また請求項３の異電源同時立上げ装置は、請求項１ないし２のいずれかに記載の異電源同時立上げ装置において、第１、第２の直流電圧の供給先を電子デバイスとする。

本発明によれば、２つの動作電源１１（電圧Ｅ１）および動作電源１２（電圧Ｅ２）を必要とし、且つ、動作電源の立上がりの初期段階では、電圧が低い方の動作電源が、電圧が高い方の動作電源と同時、又は先に立上らなければならないという要求を持つ電子デバイスに動作電源１１、１２を供給する異電源同時立上げ装置を、
動作電源１１（電圧Ｅ１）、および動作電源１２（電圧Ｅ２）をそれぞれ生成する電源生成回路１、２０のうち、装置への入力電源１０から動作電源１１（電圧Ｅ１）を生成する電源生成回路１の出力電圧Ｅ１を電源生成回路２０の入力としても利用するよう構成すると共に、
動作電源の立上がりの初期段階では電源生成回路１の出力電圧Ｅ１または電源生成回路２０の出力電圧Ｅ２が所定値に達するまで、動作電源１１（電圧Ｅ１）または動作電源１２（電圧Ｅ２）のいずれか一方の動作電源の電圧をスイッチにより他方の動作電源側へも分岐して、この他方の動作電源の電子デバイスへの供給電圧の代わりとしても利用するようにし、式（１）の条件：Ｅ２≧Ｅ１を、Ｅ２＝Ｅ１の形で満たすようにしたので、
動作電源１２の定常電圧Ｅ２が動作電源１１の定常電圧Ｅ１より低い装置の場合には、電源生成回路２０を構造が小型、簡単で安価な３端子レギュレータで構成することができ、異電源同時立上げ装置を、構造が小型で簡単且つ安価に構成することができる。

図１は本発明の第１の実施例としての異電源同時立上げ装置の回路構成を示す。図１においては図５に対し、動作電源１１、１２の立上がりの初期段階（具体的には動作電源１１（電圧Ｅ１）が所定値に達するまでの期間）に、動作電源１１（電圧Ｅ１）を動作電源１２（電圧Ｅ２）としても分岐供給する常閉のスイッチ３と、電圧Ｅ１を入力とし、スイッチ３のオン・オフを切換えるスイッチ切換回路４とが付設されている点が異なる。
図２は前記の所定値（以下、デバイス初期要求電圧という）を、動作電源１２（電圧Ｅ２）の定常値（本例では２．５Ｖ）とした場合における、図１の装置の立上がり時の入出力電圧波形の実施例を示し、この図は図６に対応している。
次に図２を参照しながら図１の動作を説明する。図２においては、入力電源１０の電圧Ｅ０の波形、および電源生成回路１の出力としての動作電源１１の電圧Ｅ１は、それぞれ図６の電圧Ｅ０およびＥ１の波形と全く同じである。

また、図２の電源生成回路２０の発生電圧（または発生可能電圧）の波形も図６の電圧Ｅ２の波形と同じであるが、図１の回路ではスイッチ３がオンの時（つまり、後述のように時点ｔ３以前）には、動作電源１１（電圧Ｅ１）が動作電源１２（電圧Ｅ２）としても装置外部に出力され、これは電源生成回路２０の発生可能電圧とは異なるので、このときの電源生成回路２０の発生可能電圧をＥ２’として一点鎖線で表して区別することとし、スイッチ３がオフの時（つまり、後述のように時点ｔ３以後）には電源生成回路２０の発生電圧がそのまま動作電源１２（電圧Ｅ２）として装置外部に出力されるので電源生成回路２０の発生電圧をＥ２として実線で表している。
即ち、図１の装置への元となる図外の電源の投入に基づき、時点ｔ０から入力電源１０の電圧Ｅ０が立上がりを開始し、電圧Ｅ０が１．５Ｖに達した時点ｔ１から電源生成回路１が動作を開始してその出力電圧Ｅ１が立上がりを開始する。このときスイッチ３はオンしており、電圧Ｅ１は動作電源１１として装置外部に出力されるほか、スイッチ３を経由して動作電源１２（電圧Ｅ２）としても装置外部に出力される。

電圧Ｅ１が１．５Ｖに達した時点ｔ２から電源生成回路２０は動作可能となり、その発生可能電圧Ｅ２’は一点鎖線の波形のように急速に上昇し、電圧Ｅ１に追い付いて以後Ｅ１に追従する形となるが、現実にはスイッチ３のオン期間には電源生成回路２０の３端子レギュレータ（図７参照）のトランジスタ１０１のコレクタ・エミッタ間は同電位となり、オペアンプ１０３からトランジスタ１０１へのベース電流は流れずトランジスタ１０１はオフ状態となる。
電圧Ｅ１が２．５Ｖ（これは本例では電源生成回路２０の定常出力電圧に等しい）に達した時点ｔ３（電圧Ｅ１の波形上ではＰ点）にスイッチ切換回路４は、これを検出してスイッチ３をオフする。なお、スイッチ切替回路４は、動作電源１１の電圧Ｅ１が０Ｖから２．５Ｖの期間でスイッチ３をオンしているような電圧監視回路からなる。これにより時点ｔ３以後は電源生成回路２０の発生電圧が実線波形のように動作電源１２（電圧Ｅ２）として装置外部に出力される。

このようにして動作電源出力の立上がる初期段階で（具体的には時点ｔ１〜ｔ３の期間で）、動作電源１１（Ｅ１）＝動作電源１２（Ｅ２）を実現している。
なお、この実施例ではスイッチ３のオフ時点を動作電源１１（電圧Ｅ１）が２．５Ｖに達した時点（つまり、デバイス初期要求電圧を２．５Ｖ）としたが、動作電源１１、１２の外部への供給相手の電子デバイスの性質によってはデバイス初期要求電圧を２．５Ｖ以外の電圧、例えば２Ｖとすることもできる。
また、この実施例ではスイッチ切換回路４が電源生成回路１の出力電圧Ｅ１のレベルを検出してスイッチ３をオン・オフするようにしているが、これに代わりスイッチ切換回路４が電源生成回路２０の出力電圧を検出するようにしてもよい。但しこの場合、スイッチ３のオン状態でも電源生成回路２０の３端子レギュレータ（図７参照）が電圧を発生できるように、例えば電源生成回路２０の電圧出力端に順方向にダイオードを挿入して３端子レギュレータのトランジスタ１０１のエミッタとスイッチ３側との電位を分離する必要がある。

図３は本発明の第２の実施例としての異電源同時立上げ装置の回路構成を示す。図３では図１のスイッチ３およびスイッチ切換回路４を、それぞれトランジスタ３０および電源監視リセットＩＣ４０にそれぞれ置き換えたものである。ここでは、リセットｌＣ４０は２．５Ｖを監視でき、入力が２．５Ｖ以下の時は出力が“Ｌ”（従ってトランジスタ３０がオン）、入力が２．５Ｖ以上の時は出力が“Ｈ”（従ってトランジスタ３０がオフ）となるものを選定している。
図４は本発明の第３の実施例としての異電源同時立上げ装置の回路構成を示す。同図においては図１に対し、スイッチ切換回路４が７に、常閉スイッチ３がスイッチ切換回路７によってオンオフされる常閉スイッチ５にそれぞれ置き換わり、また電源生成回路１の装置外部への出力路にスイッチ切換回路７によってオンオフされる常開スイッチ６が新たに挿入されている。

この図４では動作電源の立上がりの初期段階で電源生成回路２０が生成する電圧を動作電源１２（電圧Ｅ２）として装置外部に出力するほか、スイッチ５を経て動作電源１１（電圧Ｅ１）としても装置外部に供給するものである。従って動作電源立上がりの初期段階では電源生成回路１の生成電圧は常開スイッチ６によって装置外部には供給されず、電源生成回路２０にのみ供給される。
ここで、スイッチ切換回路７は電源生成回路１の出力電圧を監視し、同出力電圧が例えば２．５Ｖに達するまでは、スイッチ５をオン、スイッチ６をオフに保ち、同出力電圧が２．５Ｖに達した後はスイッチ５をオフ、スイッチ６をオンに保つようにする。
なお、この第３の実施例でもスイッチ切換回路７が電源生成回路１の出力電圧を検出してスイッチ５、６をオン・オフしているが、これに代わりスイッチ切換回路４が電源生成回路２０の出力電圧を検出するようにしてもよい。

本発明の第１の実施例としての異電源同時立上げ装置の構成を示すブロック回路図 図１の装置の入出力電圧波形の実施例を示す図 本発明の第２の実施例としての異電源同時立上げ装置の構成を示すブロック回路図 本発明の第３の実施例としての異電源同時立上げ装置の構成を示すブロック回路図 従来の異電源同時立上げ装置の改善例の構成を示すブロック回路図 図５の装置の入出力電圧波形の例を示す図 ３端子レギュレータの基本回路図 従来の異電源同時立上げ装置の構成例を示すブロック回路図

符号の説明

１ 電源生成回路
３ スイッチ
４ スイッチ切換回路
５、６ スイッチ
７ スイッチ切換回路
１０ 入力電源
１１、１２ 動作電源
２０ 電源生成回路
３０ トランジスタ
４０ リセットＩＣ
１０１ トランジスタ
１０２ 基準電圧発生回路
１０３ オペアンプ
１０４、１０５ 分圧抵抗

Claims (3)

1. 外部から印加される入力電源から第１の直流電圧を生成する第１の電源生成手段と、
   この第１の電源生成手段の出力を第１の外部に接続する第１の開閉手段と、
   前記第１の直流電圧を入力として該直流電圧よりも定常電圧の低い第２の直流電圧を生成し第２の外部に出力する第２の電源生成手段と、
   この第２の電源生成手段の出力を前記第１の外部に接続する第２の開閉手段と、
   前記入力電源の印加に基づき、前記第２の直流電圧が所定電圧に達するまで、前記第１の開閉手段を開とすると共に前記第２の開閉手段を閉とし、前記第２の直流電源が所定電圧に達した後は前記第１の開閉手段を閉とすると共に前記第２の開閉手段を開とするスイッチ切換手段を備えることを特徴とする異電源同時立上げ装置。
2. 請求項１に記載の異電源同時立上げ装置において、
   前記第２の電源生成手段が３端子レギュレータからなるものであることを特徴とする異電源同時立上げ装置。
3. 請求項１ないし２のいずれかに記載の異電源同時立上げ装置において、前記第１、第２の直流電圧の供給先を電子デバイスとしたことを特徴とする異電源同時立上げ装置。

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