JP4948189B2 - 電源回路および携帯端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧回路によって昇圧された電圧を駆動段に供給する電源回路および携帯端末装置に関し、特に、昇圧回路に昇圧処理を開始させるタイミングを制御する電源回路に関する。

従来の電源回路の中には、電池から入力される電圧を駆動段に応じた駆動電圧に昇圧し、当該駆動段に供給する昇圧回路を備えたものがある（例えば、特許文献１）。

また、昇圧回路による電力消費を抑えるために、昇圧回路に昇圧処理を行わせる期間を制御する装置が、特許文献２に開示されている。特許文献２の電源切替え回路は、電池から出力された電池電圧が予め設定された昇圧開始電圧よりも大きい期間では電池から出力された電池電圧を直接、駆動電圧として駆動段に入力し、一方、電池電圧が予め設定された昇圧開始電圧よりも小さい期間では電池が出力した電池電圧を昇圧回路に昇圧させ、その昇圧させた電圧を駆動電圧として駆動段に入力している。
特開２００５−２７８３５６号公報 特開平５−４９１７９号公報

図４に示す、従来の電源回路による昇圧制御処理を説明する図を参照して、昇圧回路に昇圧処理を行わせる期間を制御する従来の方法について説明する。図４では、電源回路に接続された電池の電池電圧および昇圧回路により昇圧された昇圧電圧の電圧値（縦軸）と、同電池の電池容量（横軸）と、の関係を図示している。図４において、「動作下限電圧」は、ある駆動段を駆動させるために当該駆動段に入力すべき電圧値の最小値を示している。複数の駆動段を駆動させる場合には、駆動させるべき駆動段各々の「動作下限電圧」のうち、その数値が最も大きいものが携帯端末装置の「動作下限電圧」になる。昇圧回路は、電池電圧が昇圧開始電圧よりも小さくなると、電池電圧の昇圧処理を開始する。昇圧開始電圧が「動作下限電圧」以上でかつ「動作下限電圧」に近ければ近い程、昇圧回路が昇圧処理を開始する電池容量（昇圧開始容量）を小さくすることができ、その結果、昇圧回路が昇圧処理を開始する時点を遅らせ（つまり、昇圧回路による昇圧処理期間を短縮させ）、昇圧回路による電力消費を抑えることができる。このため、昇圧開始電圧は、「動作下限電圧」に近ければ近い程、好ましい。

しかしながら、電池から駆動段に至る経路において電圧降下が発生するために、駆動段に入力される駆動電圧は電池から出力された電池電圧よりも小さくなり、さらに、駆動段に駆動電圧を入力した直後や駆動段が負荷の大きい処理を実行した直後には駆動段に入力される駆動電圧は大きく電圧降下してしまう。このため、駆動段に駆動電圧を入力した場合に電圧降下するであろう電圧分の最大値（マージン）を予め算出し、そのマージンを「動作下限電圧」に加えた数値に昇圧開始電圧を設定する必要があった。この結果、上記マージンだけ昇圧回路に昇圧処理を開始させる時点が早まるために余剰な昇圧処理期間が発生してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、昇圧回路による余剰な昇圧処理期間が発生しない電源回路および携帯端末装置を提供することを目的とする。

本発明の電源回路は、電池から入力した電圧を昇圧する昇圧回路と、前記電池または前記昇圧回路のいずれか一方から入力した電圧を定電圧化し少なくとも一つの駆動段に出力するレギュレータと、前記電池が出力した電圧または前記昇圧回路が出力した電圧のいずれか一方を前記レギュレータに入力するスイッチと、前記レギュレータが前記電池から入力する電圧と、前記レギュレータが前記駆動段に出力する電圧と、をそれぞれ検出し、前記レギュレータが前記電池から入力する電圧に対して、前記レギュレータが前記駆動段に出力する電圧が飽和しているか否かを判定する飽和検出回路と、前記飽和検出回路が飽和していると判定した場合に、前記電池が出力した電圧を前記レギュレータに入力していた前記スイッチを、前記昇圧回路が出力した電圧を入力するよう切り替える昇圧制御回路と、を備えるものである。

この構成により、レギュレータが飽和を検出する直前、つまり、駆動段が駆動のために必要とする駆動電圧を、電池から供給される電圧が下回る寸前まで電池の電池容量が減少したときに、昇圧回路による昇圧処理を開始するため、昇圧回路による余剰な昇圧処理期間が発生せず、従って、昇圧回路による電力消費を最小限に抑えることができる。

また、本発明の電源回路は、前記飽和検出回路が、ＣＰＵによって制御されている前記駆動段に電圧を出力するレギュレータが、前記電池から入力する電圧と、当該レギュレータが前記駆動段に出力する電圧と、をそれぞれ検出する、ものを含む。

この構成により、駆動中にある駆動段に応じて、レギュレータは各駆動段が飽和しているか否かを判定するため、各駆動段が必要とする駆動電圧のうちの最も高いものにあわせて昇圧回路による昇圧処理を実行するか否かを判定することができる。その結果、駆動中にある駆動段が切り替わる場合にも対応することができる。

また、本発明の電源回路は、前記昇圧制御回路が、前記ＣＰＵが制御していた前記駆動段の駆動を前記ＣＰＵが停止する場合に、前記電池が出力した電圧を前記レギュレータに前記スイッチが入力するよう前記スイッチを切り替えるための切替制御信号を前記ＣＰＵから入力されると、前記昇圧回路が出力した電圧を前記レギュレータに入力していた前記スイッチを、前記電池が出力した電圧を入力するよう切り替える、ものを含む。

この構成により、駆動中にある駆動段に応じて、レギュレータは各駆動段が飽和しているか否かを判定するため、各駆動段が必要とする駆動電圧のうちの最も高いものにあわせて昇圧回路による昇圧処理を実行するか否かを判定することができる。その結果、駆動中にある駆動段が切り替わる場合にも対応することができる。

また、本発明の電源回路は、前記昇圧回路が、前記ＣＰＵが駆動を制御している前記駆動段が所定のものである場合に、前記昇圧回路の回路動作を停止させるための停止制御信号を前記ＣＰＵから入力されると、前記飽和検出回路が飽和していると判定する時点まで、回路動作を停止する、ものを含む。

この構成により、携帯端末装置が待ち受けモード（電圧降下が極めて小さい所定の駆動段のみを駆動させている状態）にあるなどして、昇圧処理を行う可能性が低い場合、回路動作を停止した昇圧回路による電力消費はゼロになるため、不要な昇圧回路による電力消費をなくすことができる。

また、本発明の電源回路は、前記電池が出力する電圧を検出する電池電圧検出回路を備え、前記電池電圧検出回路が、前記ＣＰＵに検出した電圧を出力し、その検出した電圧が前記電池の深放電のときの電圧であれば前記ＣＰＵに前記駆動段の駆動を停止させる、ものを含む。

この構成により、電池から出力される電池電圧が深放電に近い値になるまで、電池を利用して駆動段を駆動させることができる。

本発明の携帯端末装置は、本発明の電源回路と、前記電池と、前記駆動段と、前記駆動段による駆動を制御する前記ＣＰＵと、を備える。

本発明の電源回路および携帯端末装置によれば、昇圧回路による余剰な昇圧処理期間が発生しないため、昇圧回路による電力消費を最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態の電源回路を携帯端末装置に適用した場合ついて詳細に説明する。図１に、本発明の実施の形態の携帯端末装置の回路図を示す。

本発明の実施の形態の携帯端末装置は、電池１１、昇圧回路１２、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、スイッチ１５、飽和検出回路１６、昇圧制御回路１７、ＣＰＵ１８、昇圧電圧検出回路１９、電池電圧検出回路２０を含んで構成される。このうち、昇圧回路１２、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、スイッチ１５、飽和検出回路１６、昇圧制御回路１７、昇圧電圧検出回路１９、電池電圧検出回路２０が本発明の実施の形態の電源回路１を構成する。図１では、電池１１から出力される電池電圧Ｖ０が、ＤＣ−ＤＣ回路によって構成される昇圧回路１２または入力された直流電源を平滑、定電圧化して出力するレギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃに入力される。なお、図１では、電池１１から駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃに至る電力線を実線（太線）で、各種回路に接続される信号線を矢印線（細線）で、それぞれ記述している。

駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶表示パネル（ＬＣＥ）、ＣＣＤカメラ、スピーカ、バイブレータ用モータなどによって構成され、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃから供給された電力を消費して各種機能を実行する。駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃ各々が各機能を実行するために必要な駆動電圧の値は同一である必要はなく、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃから駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃ各々に定電圧化された駆動電圧が入力される。

飽和検出回路１６は、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃと同数の比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって構成される。各比較器１６ｘ（ｘ＝ａ、ｂ、ｃ）はそれぞれ、あるレギュレータ１３ｘに入力される入力電圧Ｖｘｉｎと同レギュレータ１３ｘから出力される出力電圧Ｖｘｏｕｔと、を入力するよう構成されている。図１では、比較器１６ａは、レギュレータ１３ａに入力される入力電圧Ｖａｉｎとレギュレータ１３ａから出力される出力電圧Ｖａｏｕｔとを入力し、比較器１６ｂは、レギュレータ１３ｂに入力される入力電圧Ｖｂｉｎとレギュレータ１３ｂから出力される出力電圧Ｖｂｏｕｔとを入力し、比較器１６ｃは、レギュレータ１３ｃに入力される入力電圧Ｖｃｉｎとレギュレータ１３ｃから出力される出力電圧Ｖｃｏｕｔとを入力するよう構成されている。

図２に、電池容量に対する、レギュレータに入力される入力電圧Ｖｒｉｎとレギュレータから出力される出力電圧Ｖｒｏｕｔの関係を参照して、飽和検出回路１６による検出処理について説明する。入力電圧Ｖｒｉｎの平滑、定電圧化を行うレギュレータもまた負荷であるため、レギュレータには電圧Ｖｄの電圧降下が発生する。ある定電圧Ｖｒ０を出力するよう設定されているレギュレータは、入力電圧Ｖｒｉｎが定電圧Ｖｒ０に電圧Ｖｄを加えた値よりも大きい場合（Ｖｒｉｎ＞Ｖｒ０＋Ｖｄ）、電圧Ｖｒ０を出力電圧Ｖｒｏｕｔとして出力する。出力電圧ＶｒｏｕｔがＶｒ０であることを「非飽和」と称する。レギュレータが「非飽和」である期間において、レギュレータが入力する入力電圧Ｖｒｉｎと出力する出力電圧Ｖｒｏｕｔとの差は、電圧Ｖｄよりも大きいことになる。一方、レギュレータは、入力電圧Ｖｒｉｎが定電圧値Ｖｒ０に電圧Ｖｄを加えた値以下である場合（Ｖｒｉｎ＜Ｖｒ０＋ＶｄおよびＶｒｉｎ＝Ｖｒ０＋Ｖｄ）、入力電圧Ｖｒｉｎから電圧Ｖｄを差し引いた電圧を出力電圧Ｖｒｏｕｔとして出力する。出力電圧Ｖｒｏｕｔが（Ｖｒｉｎ−Ｖｄ）である期間のことを「飽和」と称する。レギュレータが「飽和」である期間において、レギュレータが入力する入力電圧Ｖｒｉｎと出力する出力電圧Ｖｒｏｕｔとの差は、電圧Ｖｄになる。

比較器１６ｘ（ｘ＝ａ、ｂ、ｃ）は、入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとを入力し、入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差がレギュレータ１３ｘによる電圧降下Ｖｄよりも大きいか以下であるかを判定し、その差が電圧降下Ｖｄより大きいと判定すれば昇圧制御回路１７にその旨を知らせる信号「０」を、その差が電圧降下Ｖｄ以下であると判定すれば昇圧制御回路１７にその旨を知らせる信号「１」を出力する。

昇圧制御回路１７は、論理和回路１７ａおよびフリップフロップ回路１７ｂを含んで構成される。昇圧制御回路１７のフリップフロップ回路１７ｂは、飽和検出回路１６を構成する比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの全てから入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差が電圧降下Ｖｄより大きいことを通知する信号「０」を入力している期間は、スイッチ１５を短絡するよう切り替える制御信号を出力する。

一方、昇圧制御回路１７のフリップフロップ回路１７ｂは、飽和検出回路１６を構成する比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの少なくとも１つから入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差が電圧降下Ｖｄ以下であることを通知する信号「１」を入力すると、昇圧回路１２に昇圧処理を開始させる制御信号を出力すると共に（なお、後述するＣＰＵ１８からの停止制御信号を入力した昇圧回路１２が電源供給を遮断している場合、昇圧回路１２は、この制御信号を入力した時点で自回路への電源供給を再開し、昇圧処理を開始する）、スイッチ１５を開放するよう切り替える制御信号を出力する。スイッチ１５を開放するよう切り替える制御信号を出力した後、昇圧制御回路１７のフリップフロップ回路１７ｂは、駆動段１４による駆動を制御するＣＰＵ１８から、昇圧回路１２による昇圧処理を停止するよう指示するクリア信号を入力すると、昇圧回路１２に昇圧処理を終了させる制御信号を出力すると共に、スイッチ１５を短絡するよう切り替える制御信号を出力する。

ＣＰＵ１８は、本発明の実施の形態の携帯端末装置に備わる各種機能の制御を行い、当該携帯端末装置の記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムに基づいて、駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃの駆動制御を行う。ＣＰＵ１８は、駆動させていた駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃのうち、少なくとも一つの駆動を終了する場合に、昇圧回路１２による昇圧処理を停止するよう指示するクリア信号を昇圧制御回路１７に出力する。また、ＣＰＵ１８は、複数の駆動段の内、駆動電圧を供給することによる電圧降下が極めて小さい駆動段（例えば、無線通信回路、（サブ）液晶表示パネル）のみを駆動させている場合（近年の携帯端末装置が待ち受け状態にあるとき、消費電力の小さい駆動段のみを駆動していることが多いため、ここでは、携帯端末装置が電圧降下が極めて小さい駆動段のみを駆動させている状態のことを「待ち受けモード」と称する。）、昇圧処理を行うための回路動作を停止するよう指示する停止制御信号を昇圧回路１２に出力する。停止制御信号を入力した昇圧回路１２は、自回路に入力される電力供給を遮断することによって、消費する電力消費がゼロになる。ＣＰＵ１８からの停止制御信号の有無によって、昇圧回路１２が消費する電力を軽減することができる。

昇圧電圧検出回路１９は、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃに入力される入力電圧Ｖａｉｎ、Ｖｂｉｎ、Ｖｃｉｎを検出し、ＣＰＵ１８にその電圧値を通知する。入力電圧Ｖａｉｎ、Ｖｂｉｎ、Ｖｃｉｎの電圧値を通知されるＣＰＵ１８は、その電圧値が待ち受けモードのときの「動作下限電圧」として予め設定されている値と一致し、かつ、昇圧回路１２による昇圧処理を停止するよう指示するクリア信号を昇圧制御回路１７に出力していなければ（すなわち、昇圧回路１２から出力される昇圧電圧が「動作下限電圧」として予め設定されている値と一致した場合）、携帯端末装置に備わる全ての駆動段を停止させる（電源オフにする）。

電池電圧検出回路２０は、電池１１から出力される電池電圧を検出している。飽和検出回路１６では、昇圧回路１２が昇圧処理を行っている期間には昇圧回路１２が出力する昇圧電圧を検出しており、電池１１が出力する電池電圧は検出することができない。このため、電池電圧検出回路２０は、検出した電池電圧をＣＰＵ１８に通知し、電池電圧を通知されたＣＰＵ１８は、その電池電圧の値が深放電のときの数値になるまで低下すれば、携帯端末装置に備わる全ての駆動段を停止させる（電源オフにする）。このように、電池電圧の値によっても携帯端末装置の電源をオフにする構成を設けることが好ましい。

本発明の実施の形態の携帯端末装置による一連の昇圧制御処理を、図３に示す、本発明の実施の形態の携帯端末装置による昇圧制御処理を説明する図を参照して、説明する。

まず、飽和検出回路１６における全ての比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃが入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差がレギュレータ１３ｘによる電圧降下Ｖｄよりも大きいと判定している期間（すなわち、全てのレギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが「非飽和期間」の状態にある期間）には、昇圧制御回路１７は、スイッチ１５を短絡するよう切り替える制御信号を出力する。図３に示す「非飽和期間」において、レギュレータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、電池１１からの電池電圧が直接駆動電圧として供給される。

「非飽和期間」における駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃの駆動によって電池１１から供給される電力が消費され、電池１１の電池容量が減少すると、続いて「選択期間」に移行する。「選択期間」は、ＣＰＵ１８が制御している全ての駆動段１４に接続されたレギュレータ１３が非飽和であり、従って電池１１からの電池電圧が直接駆動電圧として供給される区間（ａ）と、ＣＰＵ１８が制御している少なくとも一つの駆動段１４に接続されたレギュレータ１３が飽和であり、従って昇圧回路１２からの昇圧電圧が駆動電圧として供給される区間（ｂ）と、が混在する期間である。

区間（ａ）と区間（ｂ）の切り替えを、昇圧制御回路１７は、次の処理によって行う。すなわち、
（１）飽和検出回路１６を構成する比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃから通知される入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差が電圧降下Ｖｄより大きいことを通知する信号「０」を入力している期間は、スイッチ１５を短絡するよう切り替える。
（２）他方、比較器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの少なくとも１つから入力電圧Ｖｘｉｎと出力電圧Ｖｘｏｕｔとの値の差が電圧降下Ｖｄ以下であることを通知する信号「１」を入力すると、昇圧回路１２に昇圧処理を開始させる制御信号を出力すると共に、スイッチ１５を開放するよう切り替える。
（３）さらに、昇圧制御回路１７は、ＣＰＵ１８から、昇圧回路１２による昇圧処理を停止するよう指示するクリア信号を入力すると、昇圧回路１２に昇圧処理を停止させる制御信号を出力すると共に、スイッチ１５を短絡するよう切り替える制御信号を出力する。

「選択期間」における駆動段１４ａ、１４ｂ、１４ｃの駆動によって電池１１から供給される電力が消費され、電池１１の電池容量が減少すると、続いて「飽和期間」に移行する。「飽和期間」は、ＣＰＵ１８が制御している全ての駆動段１４に接続されたレギュレータ１３が飽和であり、従ってその期間では必ず昇圧回路１２からの昇圧電圧が駆動電圧として供給される期間である。ＣＰＵ１８は、昇圧回路１２から出力される昇圧電圧が「動作下限電圧」として予め設定されている値と一致した場合、あるいは、電池電圧の値が深放電のときの値と一致した場合、携帯端末装置に備わる全ての駆動段を停止させる（電源オフにする）。

以上、本発明の実施の形態の携帯端末装置によれば、駆動している少なくとも一つの駆動段が駆動電圧として必要とするそれぞれの電圧値に応じて、電池から駆動段に電力を供給する期間をできる限り延ばし、他方昇圧回路に行わせる昇圧処理期間を最小限に抑えることができるため、昇圧回路による消費電力を抑えることができる。この結果、携帯端末装置の使用時間を延ばすことができる。

本発明の電源回路および携帯端末装置によれば、昇圧回路による余剰な昇圧処理期間が発生しないため、昇圧回路による電力消費を最小限に抑えることができるという効果を奏し、昇圧回路によって昇圧された電圧を駆動段に供給する電源回路の分野において有用である。

本発明の実施の形態の携帯端末装置の回路図 電池容量に対する、レギュレータに入力される入力電圧Ｖｒｉｎとレギュレータから出力される出力電圧Ｖｒｏｕｔの関係 本発明の実施の形態の携帯端末装置による昇圧制御処理を説明する図 従来の電源回路による昇圧制御処理を説明する図

符号の説明

１ 電源回路
１１ 電池
１２ 昇圧回路
１３ レギュレータ
１４ 駆動段
１５ スイッチ
１６ 飽和検出回路
１７ 昇圧制御回路
１８ ＣＰＵ
１９ 昇圧電圧検出回路
２０ 電池電圧検出回路

Claims (3)

1. 電池から入力した電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記電池または前記昇圧回路のいずれか一方から入力した電圧を定電圧化し複数の駆動段それぞれに出力する複数のレギュレータと、
   前記電池が出力した電圧または前記昇圧回路が出力した電圧のいずれか一方を前記複数のレギュレータに入力するスイッチと、
   前記複数のレギュレータそれぞれについて、当該レギュレータが前記電池から入力する電圧と、当該レギュレータが当該レギュレータに対応する駆動段に出力する電圧と、をそれぞれ検出し、前記複数のレギュレータのうち、前記レギュレータが前記電池から入力する電圧に対して、当該レギュレータが当該レギュレータに対応する駆動段に出力する電圧が飽和しているレギュレータが少なくとも１つ存在するか否かを判定する飽和検出回路と、
   前記飽和検出回路が前記複数のレギュレータのうち、少なくとも１つのレギュレータが飽和していると判定した場合に、前記電池が出力した電圧を前記複数のレギュレータに入力していた前記スイッチを、前記昇圧回路が出力した電圧を入力するよう切り替える昇圧制御回路と、
   を備える電源回路。
2. 請求項１に記載の電源回路であって、
   前記電池が出力する電圧を検出する電池電圧検出回路を備え、
   前記電池電圧検出回路は、検出した電圧が前記電池の深放電のときの電圧であれば前記複数の駆動段全ての駆動を停止させる、
   電源回路。
3. 請求項１または２に記載の電源回路と、前記電池と、前記駆動段と、を備える携帯端末装置。

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