JP4511287B2

JP4511287B2 - 昇圧型スイッチングレギュレータ回路

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Publication number: JP4511287B2
Application number: JP2004248011A
Authority: JP
Inventors: 信行大高
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: US20060043931A1; JP2006067714A; CN1741357A; CN100379134C; KR100641259B1; TW200614636A; TWI283961B; KR20060050697A; US7573248B2

Description

本発明は、携帯機器に搭載される昇圧型スイッチングレギュレータ回路に関する。

携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）といった携帯機器は、携帯機器に搭載された電池（二次電池を含む）から供給される電源電圧で駆動している。この電池から供給される電源電圧は、携帯機器の使用等に伴い低下する。このため、前述したような携帯機器には、電池から供給される電源電圧が低下しても、携帯機器が駆動できるように、低下した電源電圧を所定の出力電圧に昇圧させる昇圧回路が搭載されている。このような昇圧回路の１つに昇圧型スイッチングレギュレータ回路がある。従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路を、図９に示す。

図９に示す従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、チョッパ型であり、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、ドライバ回路７、スイッチングトランジスタ９ａ、ダイオード９ｂ、コイル１１、及びコンデンサ１３を備え、電池から供給された電源電圧Ｖｉを所定の出力電圧Ｖｏに昇圧させて出力する。

基準電圧発生回路１は、昇圧型スイッチングレギュレータ回路の所定の出力電圧Ｖｏを設定するための基準電圧Ｖｂを発生させる回路であり、その出力部がエラーアンプ３の入力部の一方に接続されている。エラーアンプ３は、前述した基準電圧Ｖｂと、昇圧型スイッチングレギュレータ回路から出力された所定の出力電圧Ｖｏと、を比較演算し、この比較演算の結果に基づいた誤差信号を出力する回路である。また、エラーアンプ３は、その出力部がＰＷＭ回路５の入力部に接続されている。なお、誤差信号は、基準電圧Ｖｂと出力電圧Ｖｏの差が大きいほど、大きくなる。

ＰＷＭ回路５は、エラーアンプ３から出力された誤差信号に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティー比を設定し、これを出力する回路であり、その出力部がドライバ回路７の入力部に接続されている。また前述したＰＷＭ信号のデューティー比は、誤差信号の値が大きいほど、大きくなる。なお、ＰＷＭ回路５が三角波と誤差信号を比較するものであれば、ＰＷＭ信号は三角波の方が誤差信号より大きいときに、ローレベルになる。ドライバ回路７は、ＰＷＭ回路５から出力されたＰＷＭ信号（の振幅）を、後述するスイッチングトランジスタ９ａをスイッチング制御ができる程度に増幅する増幅回路であり、その出力部がスイッチングトランジスタ９ａのゲートに接続されている。

スイッチングトランジスタ９ａは、ドライバ回路７から出力されたＰＷＭ信号がゲートに印加され、このＰＷＭ信号がハイレベルのときにオンするｎチャネル型のＦＥＴである。また、スイッチングトランジスタ９ａは、ドレインがコイル１１に接続され、ソースが接地されている。コイル１１は、スイッチングトランジスタ９ａのスイッチング制御に応じて、流れる電流量が制御されるコイルであり、一方の端子がここでは図示しない電池に接続され、他方の端子がダイオード９ｂのアノードとスイッチングトランジスタ９ａのドレインに接続されている。

ダイオード９ｂは、後述するコンデンサ１３が放電したときの電流の逆流を防止するためのダイオードであり、アノードがコイル１１に接続され、カソードがコンデンサ１３の一方の端子に接続されている。コンデンサ１３は、ダイオード９ｂのカソード側電圧を保持するコンデンサであり、一方の端子が接地され、他方の端子が昇圧型スイッチングレギュレータ回路の出力端子に接続され、この出力端子から出力電圧Ｖｏを出力する。また、この出力電圧Ｖｏは、前述したエラーアンプ３の入力端子の一方に帰還される。以上の構成により、図９に示す従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、電池から供給された電源電圧Ｖｉを、所定の出力電圧Ｖｏに昇圧させて出力している。次に、従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路の動作について説明する。

基準電圧発生回路１で発生した基準電圧Ｖｂは、エラーアンプ３の一方の入力端子に入力される。一方、エラーアンプ３の他方の入力端子には、出力電圧Ｖｏが入力される。ここで、出力電圧Ｖｏは、電源電圧Ｖｉから、ダイオード９の順方向電圧Ｖｆを差し引いた電圧（Ｖｏ＝Ｖｉ−Ｖｆ）となる。エラーアンプ３は、入力された２つの電圧値を比較し、出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｂの差に応じた誤差信号を出力する。なお、前述したように誤差信号は、基準電圧Ｖｂと出力電圧Ｖｏの差が大きいほど、大きくなる。

次に、ＰＷＭ回路５は、エラーアンプ３から出力された誤差信号に応じて、出力するＰＷＭ信号のデューティー比を設定し、デューティー比が設定されたＰＷＭ信号を出力する。ここで、ＰＷＭ信号のデューティー比は、前述したように、誤差信号の値が大きいほど、大きい値で出力される（ハイレベルの時間が長くなる）。ＰＷＭ回路５が三角波と誤差信号を比較するものであれば、ＰＷＭ信号は三角波の方が誤差信号より大きいときにローレベルになる。ＰＷＭ回路５から出力されたＰＷＭ信号は、ドライバ回路７に入力され、前述したようにスイッチングトランジスタ９ａのスイッチング制御ができる程度に増幅される。ドライバ回路７により増幅されたＰＷＭ信号は、スイッチングトランジスタ９ａのゲートに印加され、スイッチングトランジスタ９ａをスイッチング制御する。以下、このスイッチング制御について詳細に説明する。

ＰＷＭ回路５から出力され（ドライバ回路７により増幅され）たＰＷＭ信号がハイレベルのとき、スイッチングトランジスタ９ａがオンになる。このとき、コイル１１に電流が流れる。

次に、ＰＷＭ回路５から出力され（ドライバ回路７により増幅され）たＰＷＭ信号がローレベルになると、スイッチングトランジスタ９ａがオフになる。このとき、コイル１１には流れる電流量の変化に応じたコイル電圧Ｖｌが発生する。これにより、出力電圧Ｖｏは、電源電圧Ｖｉとコイル１１に発生したコイル電圧Ｖｌとを加えた電圧（Ｖｏ＝Ｖｉ＋Ｖｌ）となると共に、この電圧Ｖｏがダイオード９ｂを介しコンデンサ１３に充電される。このように、スイッチングトランジスタ９ａのスイッチング制御により、電源電圧Ｖｉの昇圧が行なわれ、昇圧した電圧Ｖｏが、出力電圧として出力される。

以上説明したように、従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路では、電池から供給される電源電圧が低下するほど、電源電圧を昇圧させていたため、電池から供給される電源電圧が低下しても、所定の出力電圧で出力することができた。

一方、前述したような携帯機器に搭載される電池の電源電圧は、携帯機器を駆動させるために必要な電圧を上回ることがある。例えば、携帯電話等に搭載される３Ｖ仕様のＬｉイオン電池は、満充電時に４Ｖ以上の電源電圧が得られるが、携帯機器を動作させるために必要な出力電圧は４Ｖ以下である（例えばＩＣを駆動させるには＋３．３Ｖ程度あれば充分である）。

このため、電池から供給される電源電圧が、携帯機器を駆動できる程度の電圧であるときに、昇圧型スイッチングレギュレータ回路を駆動させてしまうと、無駄な電力を消費してしまい、電池の消耗を早めてしまう。また、電源電圧Ｖｉを昇圧させずに出力させたとしても、ダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ低下する分、携帯機器に搭載された電池への負担を増大させてしまっていた。図１０は、電源電圧Ｖｉの低下により、増大する電池の消費電流ｉの様子を示す図である。図１０に示すように、所定の出力電圧Ｖｏは、ダイオード９ｂの順方向電圧Ｖｆによる降下分だけ余計に昇圧して、電池の消費電流ｉを消費しなければならず、電池への負担を増大させてしまう。

本発明は以上の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯機器に搭載された電池の負担を軽減する昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明の構成は、電池から供給された電源電圧を昇圧させた電圧を出力電圧として出力する昇圧型スイッチングレギュレータ回路であって、電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて大きいときには、電池から供給された電源電圧を出力電圧として出力し、電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて小さいときには、電池から供給された電源電圧を、所定の出力電圧となるよう昇圧させ、これにより昇圧された電圧を出力電圧として出力するように、出力を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする。

さらに、本発明の構成は、出力電圧により、発光ダイオードを駆動させると共に、発光ダイオードのカソード電圧に基づいて、出力を切り替えることが望ましい。

さらに、本発明の構成は、発光ダイオードの電流量に応じて、出力を切り替えるカソード電圧の値を変更することが望ましい。

さらに、本発明の構成は、出力電圧により駆動させる発光ダイオードを複数備え、複数の発光ダイオードのカソード電圧のうち最も低いカソード電圧に基づいて、出力を切り替えることが望ましい。

さらに、本発明の構成は、発光ダイオードに流れる電流量に応じて、所定の出力電圧を変化させるが望ましい。

本発明によれば、電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて大きいときには、電池から供給された電源電圧を出力電圧として出力し、電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて小さいときには、電池から供給された電源電圧を、所定の出力電圧となるよう昇圧させ、これにより昇圧された電圧を出力電圧として出力することにより、電池の負担を軽減した昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ここで、本実施形態の昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、携帯電話又はＰＤＡといった携帯機器に搭載され、携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧を昇圧し、昇圧した電圧を出力電圧として携帯機器に搭載された部材（例えば発光ダイオード等）に供給しているものとする。なお、従来例と同様の又は対応する部材には同一の符号を付すものとする。以下、第１〜４の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路について図面を用いて説明する。

「第１の実施形態」
図１は、第１の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。図１に示す昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、ドライバ回路７、スイッチングトランジスタ９ａ、ダイオード９ｂ、コイル１１、コンデンサ１３を備え、さらに、スイッチ１５と電源電圧検出回路２７を備える構成である。

スイッチ１５は、後述する電源電圧検出回路２７から出力された切り替え信号に基づいて、オン／オフされる。このスイッチ１５は、一方の端子がここでは図示しない携帯機器に搭載された電池に接続され、他方の端子が昇圧型スイッチングレギュレータ回路の出力端子に接続され、切り替え端子が後述する電源電圧検出回路２７の出力部に接続されている。

また、電源電圧検出回路２７は、前述した携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉを検出し、検出した電源電圧Ｖｉが所定の出力電圧Ｖｏ以上であるか否かを判定し、その判定結果に基づいた切り替え信号を出力する回路である。この電源電圧検出回路２７は、入力部が携帯機器に搭載された電池に接続され、出力部が前述したスイッチ１５の切り替え端子に接続されている。

すなわち、第１の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路では、電池から供給された電源電圧Ｖｉを検出し、検出した電源電圧Ｖｉに基づいてスイッチ１５のオン／オフを制御する。次に動作について詳細に説明する。

携帯機器に搭載された電池から供給された電源電圧Ｖｉは、電源電圧検出回路２７により検出される。この電源電圧検出回路２７により検出された電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏ以上であるとき、電源電圧検出回路２７は、切り替え信号によってスイッチ１５をオンさせる。また、電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏ以上であるときは、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、及びドライバ回路７が、駆動しないように電源供給を停止させる。従って、携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉは昇圧されずに、昇圧型スイッチングレギュレータ回路の出力端子からそのままの電圧（電源電圧Ｖｉ）で出力される。

これにより、電池から供給される電源電圧Ｖｉが、携帯機器を駆動できる程度の電圧（所定の出力電圧Ｖｏ以上）であるときには、従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路のような、昇圧型スイッチングレギュレータ回路を駆動させことによる無駄な電力の消費を減らすことができる。また、ダイオード９ｂで順方向電圧Ｖｆだけ低下する分の損失が発生することも無いため、電池を有効に利用できる。

また、この電源電圧検出回路２７により検出された電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏ以下であるときは、電源電圧検出回路２７は、切り替え信号によってスイッチ１５をオフする。さらに、電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏ以下であるときは、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、及びドライバ回路７が駆動できるよう電源供給をする。スイッチ１５がオフになり、かつ、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、ドライバ回路７が駆動するため、昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路と同様に、携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉを所定の出力電圧Ｖｏに昇圧して出力することができる。

図２に、電源電圧Ｖｉの低下により、増大する電池の消費電流ｉの様子を示す。図２に示すように、本実施形態に示す昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、ダイオード９ｂで順方向電圧Ｖｆだけ低下する分の損失が発生することも無いため、より低い電圧まで、電源電圧Ｖｉを昇圧せずに出力電圧として出力することができる。このため、電池の消費電流ｉを軽減することができる。

以上説明したように、第１の実施形態の昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、昇圧型スイッチングレギュレータ回路に、電池から供給された電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏに比べて大きいときには、電池から供給された電源電圧Ｖｉを出力電圧として出力し、電池から供給された電源電圧Ｖｉが、所定の出力電圧Ｖｏに比べて小さいときには、電池から供給された電源電圧Ｖｉを、所定の出力電圧Ｖｏとなるよう昇圧させ、これにより昇圧された電圧を出力電圧として出力するように、出力を切り替えるスイッチを備える構成とした。これにより、電池への負担を低減する昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。

なお、第１の実施形態では、チョッパ型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路について説明したが、ダイオード９ｂの代わりにスイッチングトランジスタを用いて同期整流型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路としても同様の効果が得られる。図３は、同期整流型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。

図３において、スイッチングトランジスタ９ｃは、ドライバ回路７から出力されたＰＷＭ信号がゲートに印加され、このＰＷＭ信号がローレベルのときにオンするｐチャネル型スイッチングＦＥＴである。この、スイッチングトランジスタ９ｃは、ゲートがドライバ回路７の出力部に接続され、ドレインがコイル１１とスイッチングトランジスタ９ａのドレインに接続され、ソースがコンデンサ１３の一方の端子に接続されている。すなわち、スイッチングトランジスタ９ｃは、スイッチングトランジスタ９ａがオンのときオフになり、スイッチングトランジスタ９ａがオフのときオンとなるスイッチとして機能する。なお、コイル１１及びコンデンサ１３の充放電については、チョッパ型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路と同様である。従って、ダイオード９ｂの代わりにスイッチングトランジスタ９ｃを配置する同期整流型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路であっても同様の効果が得られる。

「第２の実施形態」
携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉを、所定の出力電圧Ｖｏとして、携帯機器に搭載された発光ダイオード等の半導体部品を駆動させるとき、発光ダイオードの温度特性やバラツキの影響を受け、スイッチの切り替えが適切になされず無駄に電池を消耗してしまう。これを、以下に説明する。

携帯機器に搭載された発光ダイオードは、アノードに所定の出力電圧Ｖｏとして印加して、定電流回路により順方向電流（一例として、１ｍＡ〜２０ｍＡ）を流すことにより発光する。発光ダイオードの順方向電圧は、基本的に定電流回路により設定される順方向電流により定まるが、温度特性等について発光ダイオード毎のバラツキがあるため発光ダイオード毎に異なる。さらに、発光ダイオードに印加する電圧Ｖｏは、発光ダイオードの順方向電圧以上でなければならず、検出した電源電圧Ｖｉが所定の出力電圧Ｖｏ以上であるか否かを判定する基準電圧Ｖｂは、発光ダイオードの順方向電圧が最も変動した場合（最も大きい場合）を想定して設定しなければならない（すなわち、予め高めに設定しなければならない）。一例として、発光ダイオードのカソード電圧は、前述した１ｍＡ〜２０ｍＡで動作させた場合、０．１５Ｖ〜０．４Ｖ程度変動するが、その電流量に応じて温度特性も変動する。

従って、発光ダイオードの順方向電圧があまり変動しない場合は、電源電圧Ｖｉにより、発光ダイオードに所要の順方向電圧を与えることができるにもかかわらず、前述したようにスイッチをオフして、電源電圧Ｖｉを所要の順方向電圧以上に昇圧してしまい、携帯機器に搭載された電池に余計な負担を掛けることになる。

そこで、第２の実施形態では、昇圧型スイッチングレギュレータ回路の出力電圧により、発光ダイオードを駆動させるときは、電源電圧を発光ダイオードのアノードではなく、発光ダイオードを介したカソードから検出し、検出したカソード電圧に基づいてスイッチのオン／オフを切り替える構成とする。以下、第２の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路について詳細に説明する。

図４は、第２の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。図４において、昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、ドライバ回路７、スイッチングトランジスタ９ａ、ダイオード９ｂ、コイル１１、コンデンサ１３を備え、さらに、発光ダイオード１７ａ、ドライバ回路１９ａ、及びカソード電圧検出回路２５を備える。

ここで、発光ダイオード１７ａは、前述した携帯機器に搭載された発光ダイオードであり、アノードがコンデンサ１３の一方の端子に接続され、カソードが後述するドライバ回路１９ａの出力部と、カソード電圧検出回路２５の入力部と、エラーアンプ３の一方の入力部と、に接続されている。また、ドライバ回路１９ａは、発光ダイオード１７ａに流す電流量を調整する定電流回路であり、出力部が発光ダイオード１７ａのカソードに接続されている。さらに、カソード電圧検出回路２５は、発光ダイオード１７ａのカソード電圧を検出し、検出したカソード電圧が所定のカソード電圧以上であるか否かを判定し、その判定結果に基づいてスイッチ１５のオン／オフを制御する切り替え信号を出力する回路である。また、カソード電圧検出回路２５は、入力部に発光ダイオード１７ａのカソードが接続され、出力部がスイッチ１５の切り替え入力部に接続されている。次に、動作について説明する。なお、スイッチ１５は、オン状態であるものとする。

携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉは、出力電圧Ｖｏとして、スイッチ１５を介して発光ダイオード１７ａのアノードに印加される。一方、ドライバ回路１９ａは、発光ダイオード１７ａの順方向電流を設定する。そして、発光ダイオード１７ａは、順方向電流が設定されることにより定まる順方向電圧が印加される。従って、発光ダイオード１７ａのカソードには、アノードに印加された出力電圧Ｖｏから、前述した順方向電圧を差し引いた電圧となる。

カソード電圧検出回路２５は、発光ダイオード１７ａのカソード電圧を検出し、検出した発光ダイオード１７ａのカソード電圧が、所定のカソード電圧以上であるか否かを判定する。そして、カソード電圧検出回路２５は、検出したカソード電圧が所定のカソード電圧以上であれば、スイッチ１５をそのままオンしつづけるよう切り替え信号を出力する。これにより、携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉは昇圧されず、昇圧型スイッチングレギュレータ回路の出力端子からそのままの電圧（電源電圧Ｖｉ）で出力される。

携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧Ｖｉが低下していくと、発光ダイオード１７ａは、前述した順方向電圧の電位差を保ちつつ、カソード電圧が電池から供給される電源電圧Ｖｉの低下に伴い低下する。そして、カソード電圧検出回路２５により、検出された発光ダイオード１７ａのカソード電圧が、所定のカソード電圧以下となったとき、スイッチ１５をオフするよう切り替え信号を出力すると共に、昇圧型スイッチングレギュレータ回路によって電源電圧Ｖｉを昇圧して、発光ダイオード１７ａのアノードに印加する。また、発光ダイオード１７ａのカソード電圧はエラーアンプ３に帰還され、発光ダイオード１７ａのカソード電圧は一定の値に保たれる。

電源電圧Ｖｉと発光ダイオード１７ａのカソード電圧の様子を図５に示す。図５に示すように、発光ダイオード１７ａのカソード電圧は、電源電圧Ｖｉの低下に応じて低下する。そして、昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、所定のカソード電圧以下になったときにスイッチ１５をオフし、電源電圧Ｖｉの昇圧を開始する。ここで、発光ダイオード１７ａに流れる順方向電流が、ドライバ回路１９ａにより一定化されている。このため、ＰＷＭ回路５は、発光ダイオード１７ａの温度特性やバラツキにより、順方向電圧が変動したとしても、発光ダイオード１７ａのカソード電圧が一定となるように、発光ダイオード１７ａのアノード電圧を、順方向電圧の変動に応じて印加させることができる。これにより、昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、電源電圧Ｖｉを無駄に昇圧させることなく、発光ダイオード１７ａを駆動させることができ、電池への負担を軽減することができる。

また、前述したように、発光ダイオード１７ａのカソード電圧は、一定の電圧になるよう帰還されている。一方、発光ダイオード１７ａに流れる順方向電流はドライバ回路１９ａによって制御されている。ドライバ回路１９ａは、カレントミラー回路等の電流源により構成され、前述した発光ダイオード１７ａに流れる順方向電流に応じて、駆動するのに必要な端子電圧（必要電圧）が変動する。例えば、発光ダイオード１７ａの順方向電流が小さいとき（ドライバ回路１９ａの電流量が小さいとき）は、ドライバ回路１９ａの必要電圧は低くなり、発光ダイオード１７ａの順方向電流が大きいとき（ドライバ回路１９ａの電流量が大きいとき）は、ドライバ回路１９ａの必要電圧は大きくなる。

このようにドライバ回路１９ａの必要電圧が、その電流量に応じて変動するにもかかわらず、スイッチ１５のオン／オフを制御するカソード電圧検出回路２５の所定のカソード電圧を一定の値に固定してしまうと、電源電圧Ｖｉを無駄に昇圧させ電池に負担を与えてしまう。従って、図６に示すように、発光ダイオード１７ａに流れる順方向電流に応じて、出力を切り替える所定のカソード電圧の値を変更することにより、より電池への負担を軽減した昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。

以上説明したように、第２の実施形態では、出力電圧により、発光ダイオードを駆動させると共に、発光ダイオードのカソード電圧に基づいて、出力を切り替える構成とした。これにより、発光ダイオードの温度特性に依存せずに出力を切り替え、電流の消費を抑えた昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。また、本実施形態では、チョッパ型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路について説明したが第１の実施形態に示したような同期整流型であっても同様な効果が得られることは言うまでも無い。

「第３の実施形態」
前述したような発光ダイオードが、携帯機器に複数搭載された場合、各々の発光ダイオードの特性が異なり、その特性に応じて、前述したようなスイッチのオン／オフ制御をしなければならない。このような特性の異なる発光ダイオードが複数搭載された場合は、複数ある発光ダイオードのカソード電圧のうち、最も低いカソード電圧に基づいてスイッチのオン／オフを制御すれば、無駄に昇圧をせずに、各々の発光ダイオードを駆動するのに必要な電圧を供給することができる。以下、第３の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路について詳細に説明する。

図７は、第３の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路である。図７において、昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、基準電圧発生回路１、エラーアンプ３、ＰＷＭ回路５、ドライバ回路７、スイッチングトランジスタ９ａ、ダイオード９ｂ、コイル１１、コンデンサ１３を備え、さらに、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、ドライバ回路１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、最低電圧検出回路２３及びカソード電圧検出回路２５を備える構成である。

発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色を有する発光ダイオードであり、前述した携帯機器に搭載されている。この発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、それぞれのアノードがコンデンサ１３の一方の端子に接続され、カソードが後述するドライバ回路１９ａ，１９ｂ，１９ｃに接続されている。ドライバ回路１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、それぞれ発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃに流れる電流を制御する電流制御回路であり、それぞれの出力部が発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃのカソードに接続されている。スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、それぞれ発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃと最低電圧検出回路２３を接続するスイッチである。最低電圧検出回路２３は、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各々のカソード電圧のうち最も低い電圧を検出し、検出したカソード電圧を出力する電圧検出回路である。また、最低電圧検出回路２３は、入力部に、スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが接続され、出力部にカソード電圧検出回路２５が接続されている。次に動作について説明する。

最低電圧検出回路２３は、スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを次々に切り替えて、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各々のカソード電圧を検出する。そして、最低電圧検出回路２３は、検出したカソード電圧のうち最も低いカソード電圧を出力する。出力されたカソード電圧は、エラーアンプ３とカソード電圧検出回路２５に入力される。カソード電圧検出回路２５は、入力されたカソード電圧に基づいて、スイッチ１５のオン／オフを切り替える。

ここで、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各々のアノードには、同電圧が印加されている。また、スイッチ１５の切り替えを、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃのカソード電圧のうち最も低いカソード電圧に基づいて行っている。このため、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃには、各々を駆動するのに必要な順方向電圧を印加することができる。また、カソード電圧の高い発光ダイオードに対しては、ドライバ回路１９ａ，１９ｂ，１９ｃが、順方向電流を流すのに必要な順方向電圧が印加される。これにより、カソード電圧の高い発光ダイオードには、この順方向電圧に応じたカソード電圧が印加される。このため、電源電圧Ｖｉは、余計に昇圧されることが無く、全ての発光ダイオードを駆動するのに必要な電圧を出力することができ、電池への負担を軽減することができる。

以上説明したように、第３の実施形態に示す昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、複数ある発光ダイオードのうち最も低いカソード電圧を検出する構成とした。これにより、複数ある発光ダイオードを駆動するのに必要な電圧を印加すると共に、無駄に電圧を昇圧させず、より効率の良い昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。また、本実施形態では、チョッパ型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路について説明したが第１の実施形態に示したような同期整流型であっても同様な効果が得られることは言うまでも無い。

「第４の実施形態」
前述したように発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃには、電流量に応じた順方向電圧が印加されていれば良い。このため、発光ダイオードに流れる電流量に応じて、所定の出力電圧Ｖｏ（発光ダイオードのアノード電圧）を変動させることにより、電源電圧Ｖｉを無駄に昇圧させることが無くなり、より電池の負担を軽減することができる。第４の実施形態に関わる昇圧型スイッチングレギュレータ回路を図８に示す。図８に示すように基準電圧発生回路１を、ドライバ回路１９ａ，１９ｂ，１９ｃの電流設定情報に応じて基準電圧Ｖｂを変更させる。これにより、所定の出力電圧Ｖｏ（発光ダイオードのアノード電圧）は、発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃに流れる電流量に応じて変更することができる。従って、電源電圧Ｖｉを無駄に昇圧させることが無くなり、より電池の負担を軽減することができる。

以上説明したように、第４の実施形態に示す昇圧型スイッチングレギュレータ回路は、発光ダイオードに電流量に応じて、所定の出力電圧を変化させる構成とした。これにより、より電力消費の少ない昇圧型スイッチングレギュレータ回路を実現することができる。また、本実施形態では、チョッパ型の昇圧型スイッチングレギュレータ回路について説明したが第１の実施形態に示したような同期整流型であっても同様な効果が得られることは言うまでも無い。

本発明の第１の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路の電源電圧と充電電圧の関係を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路の電源電圧と発光ダイオードのカソード電圧の関係を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路の発光ダイオードのカソード電流と発光ダイオードの所定のカソード電圧の関係を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す図である。従来の昇圧型スイッチングレギュレータ回路の電源電圧と充電電圧の関係を示す図である。

符号の説明

１基準電圧発生回路、３エラーアンプ、５ＰＷＭ回路、７ドライバ回路、９ａ，９ｃスイッチングトランジスタ、９ｂダイオード、１１コイル、１３コンデンサ、１５，２１ａ，２１ｂ，２１ｃスイッチ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ発光ダイオード、１９ａ，１９ｂ，１９ｃドライバ回路、２３最低電圧検出回路、２５カソード電圧検出回路、２７電源電圧検出回路。

Claims

電池から供給された電源電圧を昇圧させた電圧を出力電圧として出力する昇圧型スイッチングレギュレータ回路であって、
電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて大きいときには、電池から供給された電源電圧を出力電圧として出力し、電池から供給された電源電圧が、所定の出力電圧に比べて小さいときには、電池から供給された電源電圧を、所定の出力電圧となるよう昇圧させ、これにより昇圧された電圧を出力電圧として出力するように、出力を切り替えるスイッチを備え、
出力電圧により、発光ダイオードを駆動させると共に、発光ダイオードのカソード電圧に基づいて、出力を切り替え、
出力電圧により駆動させる発光ダイオードを複数備え、複数の発光ダイオードのカソード電圧のうち最も低いカソード電圧に基づいて、出力を切り替えることを特徴とする昇圧型スイッチングレギュレータ回路。
請求項１に記載の昇圧型スイッチングレギュレータ回路であって、
発光ダイオードの電流量に応じて、出力を切り替えるカソード電圧の値を変更することを特徴とする昇圧型スイッチングレギュレータ回路。
請求項１又は２に記載の昇圧型スイッチングレギュレータ回路であって、
発光ダイオードの電流量に応じて、所定の出力電圧を変化させることを特徴とする昇圧型スイッチングレギュレータ回路。