JP4651861B2 - ステップアップdc−dcコンバータ及びこれを用いた携帯端末 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステップアップDC−DCコンバータ及びこれを用いた携帯端末に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話やPDA等の携帯端末の多くは、端末に内蔵された電池(例えば繰り返し充電して使用可能な充電池(二次電池))を電源に用いて駆動している。ところが、電池は使用するにつれて次第に出力電圧が低下し、端末の動作が不安定になる。また、電池の電圧は端末の動作電圧に足りない場合が多い。このため、従来の携帯電話やPDA等の携帯端末では、ステップアップDC−DCコンバータにより電池の電圧を昇圧して安定化したものを電源として用いている。
【0003】
図2は、携帯端末に適用された従来のステップアップDC−DCコンバータの回路構成を示したブロック図である。この図において、パワーインダクタLは、逆起電力により高電圧を発生し、入力側に接続された二次電池V1の電圧を昇圧する素子で、昇圧された電圧は出力側に接続された整流ダイオードDを介して外部出力端子Voから出力される。パワートランジスタQは、制御電圧に応じて2端子間をスイッチするスイッチング素子で、2端子の内一方がパワーインダクタLの出力側と接続され、他方が接地されている。コンデンサCは、整流ダイオードDから出力される電圧により充電され、外部出力端子Voから出力される電圧を平滑する素子で、一方が整流ダイオードDの出力側と接続され、他方が接地されている。ステップアップDC−DCコントローラU1は、例えば集積回路により構成され、パワートランジスタQのスイッチング動作を制御するもので、パワートランジスタQのスイッチング制御端子と接続され、制御電圧を出力するNch端子と、制御電圧の出力タイミングを制御するためのフィードバック信号を入力するFB端子と、ステップアップDC−DCコントローラU1の動作電源を入力するpower端子と及び接地するGND端子とを備えている。直列に接続された抵抗R1とR2は、一方が整流ダイオードDの出力側と接続され、他方が接地されていて、外部出力端子Voから出力される電圧を分圧してFB端子に供給する。電気的接続線Lpは、整流ダイオードDの出力側とpower端子とを接続し、外部出力端子Voから出力される電圧をステップアップDC−DCコントローラU1の動作電源として供給する。ACアダプタV10は、二次電池V1の代わりに携帯端末を駆動する場合や二次電池V1を充電する場合に、必要に応じてダイオードD10を介してパワーインダクタLの入力側に接続される。
【0004】
次に、従来のステップDC−DCコンバータの動作について説明する。ここでは、二次電圧V1は例えばリチウムイオン電池であり、その出力電圧は4.1Vから3Vまで変化し、又、外部出力端子Voから出力される電圧は5Vとする。
起動時、ステップアップDC−DCコントローラU1には電源が供給されず動作しない。したがって、パワートランジスタQはオフされている。この時、二次電池V1の電圧はパワーインダクタL、整流ダイオードDを介してコンデンサCに供給される。これによりコンデンサCは充電され、コンデンサCの端子電圧がステップアップDC−DCコントローラU1の動作電圧まで達すると、ステップアップDC−DCコントローラU1は動作を開始する。ステップアップDC−DCコントローラU1が動作を開始すると、Nch端子から制御電圧が出力されてパワートランジスタQがスイッチングし、パワーインダクタLには電流が流れ、逆起電力による高電圧が発生する。発生した高電圧は、整流ダイオードDにより整流されてコンデンサCへ供給され平滑される。これにより、二次電池V1の電圧は昇圧されて外部出力端子Voから出力される。
また、ステップアップDC−DCコンバータU1は、FB端子に入力される電圧値が外部出力端子Voから出力される所定の電圧(例えば5V)に対応する電圧値となるようにNch端子から出力する制御電圧を制御して、パワートランジスタQをスイッチングさせるタイミングを調整する。これにより、外部出力端子Voから出力される電圧は常に5Vに安定化される。なお、ステップアップDC−DCコントローラU1を外部出力端子Voへ出力する電圧、即ち二次電池V1を昇圧した電圧により動作させることで、Nchから出力される制御電圧の電圧を高くして、パワートランジスタQのスイッチング(オン)時の損失を少なくしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のステップアップDC−DCコンバータでは、起動時、二次電池V1の電圧によりコンデンサCを充電する際、パワーインダクタLのインダクタ成分や抵抗成分により、充電遅延や充電電圧の低下が発生する。そのため、コンデンサCがステップアップDC−DCコントローラU1の動作電圧まで充電されるまでに多くの時間がかかったり、あるいは動作電圧まで充分に充電されずに動作不良を起こすことがあった。また、コンデンサCがステップアップDC−DCコントローラU1の動作電圧まで充電され、ステップアップDC−DCコントローラU1が動作を開始した場合でも、パワートランジスタQのスイッチングによりコンデンサCへの充電が一時的に中断されることにより、コンデンサCが放電してステップアップDC−DCコントローラU1の動作電圧以下となり、同様に動作不良を起こすことがあった。このような動作不良は、コンデンサCの充電容量が少ない場合や二次電池V1の電圧が低下した場合、あるいは外部出力端子Voの負荷が大きい場合に起こりやすい。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電圧源の電圧を高くすることなく起動時の動作不良を改善するステップアップDC−DCコンバータ及びこれを用いた携帯端末を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るステップアップDC−DCコンバータは、コンデンサと、入力側が電圧源に接続され、出力側が前記コンデンサに接続されたインダクタと、前記インダクタを介して前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第1の供給路と、前記インダクタを介さずに前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第2の供給路と、前記コンデンサへ供給される電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記インダクタの出力側の電圧値が所定の電圧値に満たない場合、前記電圧源の電圧を、前記第1の供給路と前記第2の供給路の双方から前記コンデンサへ供給するように制御する、ことを特徴とする。
【0009】
本発明に係る携帯端末は、上記ステップアップDC−DCコンバータを搭載したことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態によるステップアップDC−DCコンバータを用いた携帯端末の電源回路のブロック図である。この図において、パワーインダクタL(インダクタ)、パワートランジスタQ(スイッチング素子)、コンデンサC(コンデンサ)、電気的接続線Lp(電源供給回路)、二次電池V1(電圧源)、抵抗R1,R2、整流ダイオードD、ACアダプタV10(電圧源)及びダイオードD10は、いずれも従来技術の構成(図2)と同一であり、同一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、SW1はACアダプタV10を携帯端末の電源として用いる場合にオンするスイッチであり、一方、SW2は二次電池V1を携帯端末の電源として用いる場合にオンするスイッチである。ここでは、SW1=オフ、SW2=オンとし、携帯端末の通常の使用形態である二次電池V1を電源として用いる場合について説明する。
【0011】
ステップアップDC−DCコントローラ(制御手段)U1aには、on端子(制御開始端子)が設けられている点が従来のステップアップDC−DCコントローラU1と異なる。ステップアップDC−DCコントローラU1aはon端子に入力される信号に応じてNch端子から制御電圧を出力するかどうかを制御する。例えば、on端子に「Hi」に対応する電圧(例えば5V)が入力された場合は、Nch端子からはFB端子の入力に応じたタイミングで制御電圧が出力され、他方、on端子に「Lo」に対応する電圧(例えば0V)が入力された場合は、Nch端子から制御電圧は出力されない。
【0012】
パススルーダイオードD1(パススルー回路)は、二次電池V1と整流ダイオードDの出力側とを接続し、パワーインダクタLを介さずに二次電池V1の電圧をコンデンサCに供給する。
これにより、コンデンサCはパワーインダクタスLのインダクタンス成分や抵抗成分による充電遅延や充電電圧の低下等の影響を受けることなく、二次電池V1の電圧により速やかに充電される。
【0013】
コンパレータU2(比較手段)は、2つの入力端子(+,−)と1つの出力端子とを備え、入力端子「+」が整流ダイオードDの出力側と接続され、出力端子がステップアップDC−DCコントローラU1aのon端子と接続されている。他方、入力端子「−」には所定の電圧値Vs(設定電圧値)が入力されている。コンパレータU2は入力端子「+」に入力される電圧値と電圧値Vsとを比較して、その比較結果に応じた電圧を出力する。例えば、入力端子「+」に入力される電圧値の方が大きい場合は、出力端子から「Hi」に対応する電圧が出力される。
【0014】
ここで、電圧値VsはステップアップDC−DCコントローラU1aが安定に動作する電圧値であり、パワートランジスタQのスイッチングにより増大する電流にともなう二次電池V1の電圧低下、パススルーダイオードD1の電圧降下、外部出力端子Voに接続された外部負荷による電圧低下、ステップアップDC−DCコントローラU1aの負荷による電圧低下等による、外部出力端子Voから出力される電圧値の低下を勘案して設定する。例えば、二次電池の終止電圧(例えば3.1V)より高く、且つステップアップDC−DCコントローラU1aの最低動作電圧(例えば3.0V)より高い3.3Vに設定する。
【0015】
以上のように構成することで、ステップアップDC−DCコントローラU1aは、power端子に供給される電圧が電圧値Vs以上の場合にNch端子から制御電圧を出力してパワートランジスタQをスイッチングする。これにより、ステップアップDC−DCコントローラU1aは、パワートランジスタQのスイッチング等による電源電圧の低下の影響を受けることなく安定して動作することができる。他方、power端子に供給される電圧値が電圧値Vsに満たない場合はNch端子から制御電圧は出力されず、パワートランジスタQはスイッチングしない。これにより、二次電池V1の電圧はパススルーダイオードD1とパワーインダクタLの双方からコンデンサCへ供給されるので、コンデンサCをステップアップDC−DCコントローラU1aの動作電圧まで効率よく速やかに充電することができる。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、電圧源とインダクタの出力側とを直接接続するパススルー回路を構成したことで、起動時に、平滑コンデンサはインダクタのインダクタ成分や抵抗成分による充電遅延や充電電圧の低下の影響を受けることなく電圧源の電圧に充電される。これにより、制御手段は平滑コンデンサに充電された電圧源の電圧により確実に起動することができ、ステップアップDC−DCコンバータの起動時の信頼性が向上する。
【0017】
また、請求項2に記載の発明によれば、さらに、制御手段の電源に供給されるインダクタの出力側の電圧値と制御手段が安定動作を行うための設定電圧値と比較し、制御手段が比較結果に応じてスイッチング素子の動作を制御するための信号を出力するので、スイッチング素子の動作による電圧源の電圧低下の影響等を勘案して設定電圧値を設定することにより、制御手段は安定動作が可能な電源電圧が供給された場合にスイッチング素子の動作を制御する。これにより、制御手段はスイッチング素子の動作状態による影響を受けることなく安定に動作することができ、ステップアップDC−DCコンバータの動作の信頼性が向上する。また、設定電圧値を最適化することで、電圧源を最大限に利用して機器を動作させることができ、特に電池を使用した場合においてより効果的に動作時間の延長を図ることができる。
【0018】
また、請求項3に記載の発明によれば、携帯端末に請求項1又は請求項2に記載のステップアップDC−DCコンバータを搭載することで、電圧源の電圧を高くすることなく起動不良を改善することができる。これにより、二次電池の個数を増やしたり、大型の高出力電圧の二次電池を用いる必要がなくなり、端末の小型化や軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態によるステップアップDC−DCコンバータっを用いた携帯端末の電源回路を示すブロック図である。
【図2】 従来のステップアップDC−DCコンバータの回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
C 平滑コンデンサ(コンデンサ)
D1 パススルーダイオード(パススルー回路)
L パワーインダクタ(インダクタ)
Lp 電気的接続線(電源供給回路)
Q パワートランジスタ(スイッチング素子)
U1、U1a ステップアップDC−DCコントローラ(制御手段)
U2 コンパレータ(比較手段)
V1 二次電池(電圧源)
Claims (2)
- コンデンサと、入力側が電圧源に接続され、出力側が前記コンデンサに接続されたインダクタと、
前記インダクタを介して前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第1の供給路と、
前記インダクタを介さずに前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第2の供給路と、
前記コンデンサへ供給される電圧を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記インダクタの出力側の電圧値が所定の電圧値に満たない場合、前記電圧源の電圧を、前記第1の供給路と前記第2の供給路の双方から前記コンデンサへ供給するように制御する、
ことを特徴とするステップアップDC−DCコンバータ。 - 請求項1に記載のステップアップDC−DCコンバータを搭載した携帯端末。
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