JP5023731B2 - 電源回路、電源制御回路および電源制御方法 - Google Patents

電源回路、電源制御回路および電源制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、電源回路、電源制御回路および電源制御方法に関する。
携帯型電子機器(ノート型パーソナルコンピュータなど)においては、電源として電池が使用される。一般に、電池により供給される電圧は電池の放電が進むのに伴って低くなるため、電子機器の内部で使用される電圧を一定に保つためにDC−DCコンバータが電子機器に搭載される。また、半導体装置の高速化、高集積化および低消費電力化に伴って半導体装置の電源電圧の低電圧化が進んでいるが、複数の半導体装置を組み合わせて構成される電子機器では、半導体装置毎に異なる電源電圧が要求されることが多く、そのような場合、電子機器の内部で使用される電圧が1種類ではなく2種類以上存在するため、電子機器の内部で使用される電圧の種類と同数のDC−DCコンバータが電子機器に搭載される。
ところで、電子機器の内部で使用される電圧が複数存在して複数のDC−DCコンバータを用いた電源回路が電子機器に搭載される場合、DC−DCコンバータ間の起動順序および停止順序を考慮しないと、電子機器を構成する半導体装置がラッチアップを起こして焼損する危険性がある。このため、通常は、DC−DCコンバータ間の起動順序および停止順序を制御するために、DC−DCコンバータの各々との間で制御信号を授受する順序制御回路が電源回路内に設けられる。
図6は、電源回路の第1構成例を示している。電源回路PWAは、入力電圧VIから出力電圧VO1〜VO3を生成するDC−DCコンバータCNVA1〜CNVA3と、DC−DCコンバータCNVA1〜CNVA3の起動/停止を制御する順序制御回路SCとを備えて構成されている。例えば、出力電圧VO1の定格値は5.0Vであり、出力電圧VO2の定格値は3.0Vであり、出力電圧VO3の定格値は1.8Vである。
DC−DCコンバータCNVA1は、制御信号線PON1の立ち上がり遷移(低レベルから高レベルへの遷移)に応答して出力電圧VO1の立ち上げを開始し、出力電圧VO1の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVA1は、制御信号線PON1の立ち下がり遷移(高レベルから低レベルへの遷移)に応答して出力電圧VO1の立ち下げを開始し、出力電圧VO1の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を低レベルに設定する。
DC−DCコンバータCNVA2は、制御信号線PON2の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち上げを開始し、出力電圧VO2の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVA2は、制御信号線PON2の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち下げを開始し、出力電圧VO2の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を低レベルに設定する。
DC−DCコンバータCNVA3は、制御信号線PON3の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち上げを開始し、出力電圧VO3の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVA3は、制御信号線PON3の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち下げを開始し、出力電圧VO3の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を低レベルに設定する。
順序制御回路SCは、制御信号線PONの立ち上がり遷移に応答して制御信号線PON1を高レベルに設定する。なお、制御信号線PONは、電源回路PWAに対して電源投入を要求するときに高レベルに設定され、電源回路PWAに対して電源遮断を要求するときに低レベルに設定される。順序制御回路SCは、制御信号線PGOOD1の立ち上がり遷移に応答して制御信号線PON2を高レベルに設定する。順序制御回路SCは、制御信号線PGOOD2の立ち上がり遷移に応答して制御信号線PON3を高レベルに設定する。
また、順序制御回路SCは、制御信号線PONの立ち下がり遷移に応答して制御信号線PON3を低レベルに設定する。順序制御回路SCは、制御信号線PGOOD3の立ち下がり遷移に応答して制御信号線PON2を低レベルに設定する。順序制御回路SCは、制御信号線PGOOD2の立ち下がり遷移に応答して制御信号線PON1を低レベルに設定する。
図7は、図6の電源回路における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示している。時刻t1において、制御信号線PONが高レベルに設定されると(電源回路PWAに対して電源投入が要求されると)、順序制御回路SCにより制御信号線PON1が高レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA1の出力電圧VO1の立ち上げが開始される。時刻t2において、DC−DCコンバータCNVA1の出力電圧VO1の立ち上げが完了すると、DC−DCコンバータCNVA1により制御信号線PGOOD1が高レベルに設定される。これに伴って、順序制御回路SCにより制御信号線PON2が高レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA2の出力電圧VO2の立ち上げが開始される。時刻t3において、DC−DCコンバータCNVA2の出力電圧VO2の立ち上げが完了すると、DC−DCコンバータCNVA2により制御信号線PGOOD2が高レベルに設定される。これに伴って、順序制御回路SCにより制御信号線PON3が高レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA3の出力電圧VO3の立ち上げが開始される。そして、時刻t4において、DC−DCコンバータCNVA3の出力電圧VO3の立ち上げが完了する。
時刻t5において、制御信号線PONが低レベルに設定されると(電源回路PWAに対して電源遮断が要求されると)、順序制御回路SCにより制御信号線PON3が低レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA3の出力電圧VO3の立ち下げが開始される。時刻t6において、DC−DCコンバータCNVA3の出力電圧VO3の立ち下げが完了すると、DC−DCコンバータCNVA3により制御信号線PGOOD3が低レベルに設定される。これに伴って、順序制御回路SCにより制御信号線PON2が低レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA2の出力電圧VO2の立ち下げが開始される。時刻t7において、DC−DCコンバータCNVA2の出力電圧VO2の立ち下げが完了すると、DC−DCコンバータCNVA2により制御信号線PGOOD2が低レベルに設定される。これに伴って、順序制御回路SCにより制御信号線PON1が低レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVA1の出力電圧VO1の立ち下げが開始される。そして、時刻t8において、DC−DCコンバータCNVA1の出力電圧VO1の立ち下げが完了する。
以上のような電源回路PWAでは、DC−DCコンバータCNVA1〜CNVA3間の起動順序および停止順序を制御するために順序制御回路SCが設けられており、順序制御回路SCとDC−DCコンバータCNVA1〜CNVA3との間に多数の制御信号線を設ける必要がある。順序制御回路を無くして制御信号線の数を減らすためには、制御信号線を介してDC−DCコンバータをカスケード接続することが考えられる。
図8は、電源回路の第2構成例を示している。電源回路PWBは、入力電圧VIから出力電圧VO1〜VO3を生成するDC−DCコンバータCNVB1〜CNVB3を備えて構成されている。例えば、出力電圧VO1の定格値は5.0Vであり、出力電圧VO2の定格値は3.0Vであり、出力電圧VO3の定格値は1.8Vである。
DC−DCコンバータCNVB1は、制御信号線PONの立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO1の立ち上げを開始し、出力電圧VO1の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVB1は、制御信号線PONの立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO1の立ち下げを開始し、出力電圧VO1の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を低レベルに設定する。なお、制御信号線PONは、電源回路PWBに対して電源投入を要求するときに高レベルに設定され、電源回路PWBに対して電源遮断を要求するときに低レベルに設定される。
DC−DCコンバータCNVB2は、制御信号線PGOOD1の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち上げを開始し、出力電圧VO2の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVB2は、制御信号線PGOOD1の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち下げを開始し、出力電圧VO2の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を低レベルに設定する。
DC−DCコンバータCNVB3は、制御信号線PGOOD2の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち上げを開始し、出力電圧VO3の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVB3は、制御信号線PGOOD2の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち下げを開始し、出力電圧VO3の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を低レベルに設定する。
図9は、図8の電源回路における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示している。時刻t1において、制御信号線PONが高レベルに設定されると(電源回路PWBに対して電源投入が要求されると)、DC−DCコンバータCNVB1の出力電圧VO1の立ち上げが開始される。時刻t2において、DC−DCコンバータCNVB1の出力電圧VO1の立ち上げが完了すると、DC−DCコンバータCNVB1により制御信号線PGOOD1が高レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVB2の出力電圧VO2の立ち上げが開始される。時刻t3において、DC−DCコンバータCNVB2の出力電圧VO2の立ち上げが完了すると、DC−DCコンバータCNVB2により制御信号線PGOOD2が高レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVB3の出力電圧VO3の立ち上げが開始される。そして、時刻t4において、DC−DCコンバータCNVB3の出力電圧VO3の立ち上げが完了する。
時刻t5において、制御信号線PONが低レベルに設定されると(電源回路PWBに対して電源遮断が要求されると)、DC−DCコンバータCNVB1の出力電圧VO1の立ち下げが開始される。時刻t6において、DC−DCコンバータCNVB1の出力電圧VO1の立ち下げが完了すると、DC−DCコンバータCNVB1により制御信号線PGOOD1が低レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVB2の出力電圧VO2の立ち下げが開始される。時刻t7において、DC−DCコンバータCNVB2の出力電圧VO2の立ち下げが完了すると、DC−DCコンバータCNVB2により制御信号線PGOOD2が低レベルに設定される。これにより、DC−DCコンバータCNVB3の出力電圧VO3の立ち下げが開始される。そして、時刻t8において、DC−DCコンバータCNVB3の出力電圧VO3の立ち下げが完了する。
以上のように、制御信号線を介してDC−DCコンバータCNVB1〜CNVB3を単純にカスケード接続して構成された電源回路PWBでは、DC−DCコンバータCNVB1〜CNVB3間の起動順序と停止順序とが同一になる。DC−DCコンバータ間の起動順序および停止順序の制御は、DC−DCコンバータの出力電圧を使用する半導体装置のラッチアップの防止などを目的としているため、電源回路PWA(図7)のように、DC−DCコンバータ間の起動順序と停止順序とが逆であることが要求される。従って、電源回路PWBで実現されるDC−DCコンバータCNVB1〜CNVB3間の起動順序および停止順序の制御は意味をなさない。
図10は、電源回路の第3構成例を示している。電源回路PWCは、入力電圧VIから出力電圧VO1〜VO3を生成するDC−DCコンバータCNVC1〜CNVC3を備えて構成されている。例えば、出力電圧VO1の定格値は5.0Vであり、出力電圧VO2の定格値は3.0Vであり、出力電圧VO3の定格値は1.8Vである。
DC−DCコンバータCNVC1は、制御信号線PONの立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO1の立ち上げを開始し、出力電圧VO1の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を高レベルに設定する。なお、制御信号線PONは、電源回路PWCに対して電源投入を要求するときに所定時間だけ高レベルに設定される。また、DC−DCコンバータCNVC1は、制御信号線PGOOD2の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO1の立ち下げを開始し、出力電圧VO1の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD1を低レベルに設定する。
DC−DCコンバータCNVC2は、制御信号線PGOOD1の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち上げを開始し、出力電圧VO2の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVC2は、制御信号線PGOOD3の立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO2の立ち下げを開始し、出力電圧VO2の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD2を低レベルに設定する。
DC−DCコンバータCNVC3は、制御信号線PGOOD2の立ち上がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち上げを開始し、出力電圧VO3の立ち上げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を高レベルに設定する。また、DC−DCコンバータCNVC3は、制御信号線POFFの立ち下がり遷移に応答して出力電圧VO3の立ち下げを開始し、出力電圧VO3の立ち下げ完了に伴って制御信号線PGOOD3を低レベルに設定する。なお、制御信号線POFFは、電源回路PWCに対して電源遮断を要求するときに所定時間だけ低レベルに設定される。
以上のような電源回路PWCでは、DC−DCコンバータCNVC1〜CNVC3間で、起動順序を制御するための制御信号線と停止順序を制御するための制御信号線とを別々にカスケード接続することで、電源回路PWA(図7)と同様に、DC−DCコンバータCNVC1〜CNVC3間の起動順序と停止順序とを逆にすることができる。しかしながら、起動順序を制御するための制御信号線とは別に、停止順序を制御するための制御信号線を設ける必要があるため、制御信号線の数を減らすという目的は達成されない。
なお、本発明の先行技術としては、例えば、特許文献1、2が挙げられる。
特開平4−289725号公報 特開2002−369378号公報
前述のように、複数のDC−DCコンバータ間で所望の起動順序および停止順序を実現するためには、大規模で複雑な制御回路や多数の制御信号線を設ける必要があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数のDC−DCコンバータについて所望の起動順序および停止順序を簡易な構成で実現することを目的とする。
本発明の一形態では、電源回路は、複数のDC−DCコンバータを備えて構成される。複数のDC−DCコンバータは、起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介してカスケード接続される。複数のDC−DCコンバータの各々は、順序制御回路を備えて構成される。順序制御回路は、前段側の制御信号線の活性化に伴って起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化に伴って停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させる。例えば、電源回路は、半導体装置を用いて構成される。
また、電源回路は、非活性化回路を更に備えて構成される。非活性化回路は、初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線の非活性化に伴って最終段のDC−DCコンバータにおける後段側の制御信号線を非活性化させる。初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線は、電源回路に対して電源投入を要求するときに活性化され、電源回路に対して電源遮断を要求するときに非活性化される。
このような電源回路では、DC−DCコンバータ間で起動順序を制御するための制御信号線と停止順序を制御するための制御信号線とを共通にすることで、少数の制御信号線を用いてDC−DCコンバータ間の起動順序と停止順序とを逆にすることができる。即ち、DC−DCコンバータについて所望の起動順序および停止順序を簡易な構成で実現することができる。
本発明の一形態における好ましい例では、順序制御回路は、前段側の制御信号線の活性化から所定時間の経過後に起動処理を開始させ、後段側の制御信号線の非活性化から所定時間の経過後に停止処理を開始させる。これにより、i番目のDC−DCコンバータの起動処理が完了してから一定時間が経過した後にi+1番目のDC−DCコンバータの起動処理が開始され、i番目のDC−DCコンバータの停止処理が完了してから一定時間が経過した後にi−1番目のDC−DCコンバータの停止処理が開始される。従って、i番目のDC−DCコンバータの起動処理が完了してから即座にi+1番目のDC−DCコンバータの起動処理が開始され、i番目のDC−DCコンバータの停止処理が完了してから即座にi−1番目のDC−DCコンバータの停止処理が開始される場合に比べて、電子機器の内部でDC−DCコンバータの出力電圧を使用する半導体装置がラッチアップを起こす危険性をより確実に回避できる。
本発明によれば、複数のDC−DCコンバータについて所望の起動順序および停止順序を簡易な構成で実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態を示している。第1実施形態の電源回路PWは、DC−DCコンバータCNV1〜CNV3、プルアップ抵抗RT1〜RT3およびダイオードD1を備えて構成されている。例えば、電源回路PWは、半導体装置により具現され、携帯型電子機器に搭載されている。
プルアップ抵抗RTn(n=1、2、3)は、制御信号線CLnをプルアップするために設けられ、入力電圧VIの供給線と制御信号線CLnとの間に接続されている。ダイオードD1は、制御信号線CL0の立ち下がり遷移が発生したときに制御信号線CL3を強制的に低レベルに設定するために設けられ、制御信号線CL0と制御信号線CL3との間に接続されている。なお、制御信号線CL0は、電源回路PWに対して電源投入を要求するときに高レベルに設定され、電源回路PWに対して電源遮断を要求するときに低レベルに設定される。
DC−DCコンバータCNVnは、入力電圧VIから出力電圧VOnを生成するために設けられ、メインスイッチングトランジスタTAn、同期整流トランジスタTBn、チョークコイルLn、平滑用コンデンサCn、DC−DC制御回路CCnおよび順序制御回路SCnを備えて構成されている。例えば、出力電圧VO1の定格値は5.0Vであり、出力電圧VO2の定格値は3.0Vであり、出力電圧VO3の定格値は1.8Vである。
メインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnは、入力電圧VIの供給線と接地線との間に直列接続されている。メインスイッチングトランジスタTAnの制御端子は、DC−DC制御回路CCnから供給されるパルス信号PAnを受けている。同期整流トランジスタTBnの制御端子は、DC−DC制御回路CCnから供給されるパルス信号PBnを受けている。チョークコイルLnの一端は、メインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnの接続ノードに接続されている。チョークコイルLnの他端は、出力電圧VOnの供給線に接続されている。平滑用コンデンサCnは、出力電圧VOnを平滑化するために設けられ、出力電圧VOnの供給線と接地線との間に接続されている。
DC−DC制御回路CCnは、順序制御回路SCnから供給される起動信号STnが高レベルに設定されているときに、メインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnのオン/オフを制御するためのパルス信号PAn、PBnを出力電圧VOnに応じて生成する。なお、DC−DC制御回路CCnによるメインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnの制御動作は周知の動作であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
順序制御回路SCnは、制御信号線CLn−1の立ち上がり遷移に応答して起動信号STnを高レベルに設定し、出力電圧VOnの立ち上げ完了に伴って制御信号線CLnの低レベルへの駆動を停止する。また、順序制御回路SCnは、制御信号線CLnの立ち下がり遷移に応答して起動信号STnを低レベルに設定するとともに制御信号線CLnの低レベルへの駆動を開始し、出力電圧VOnの立ち下げ完了に伴って制御信号線CLn−1の低レベルへの駆動を所定時間だけ実施する。
図2は、第1実施形態における順序制御回路の詳細を示している。順序制御回路SCnは、フリップフロップFF1〜FF3、電圧発生器E1、E2、電圧比較器CMP1、CMP2、ゲート回路G1〜G4、トランジスタT1、T2および遅延回路DLY1を備えて構成されている。フリップフロップFF1は、セット端子Sが制御信号線CLn−1に接続され、リセット端子Rがゲート回路G4の出力端子に接続されている。従って、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号は、制御信号線CLn−1の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定され、ゲート回路G4の出力信号の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定される。また、フリップフロップFF1の反転出力端子/Qの出力信号は、制御信号線CLn−1の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定され、ゲート回路G4の出力信号の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定される。なお、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号は、起動信号STnとしてDC−DC制御回路CCn(図1)に供給される。
電圧発生器E1は、基準電圧VE1を発生させる。電圧比較器CMP1は、出力電圧VOnの立ち上げ完了を検出するために設けられている。電圧比較器CMP1は、出力電圧VOnを非反転入力端子で受け、基準電圧VE1を反転入力端子で受けている。従って、電圧比較器CMP1の出力信号は、出力電圧VOnが基準電圧VE1より高いときに高レベルに設定され、出力電圧VOnが基準電圧VE1より低いときに低レベルに設定される。なお、出力電圧VO1〜VO3の定格値は異なるため、それに対応して、順序制御回路SC1〜SC3における基準電圧VE1の電圧値も異なる。
電圧発生器E2は、基準電圧VE2を発生させる。電圧比較器CMP2は、出力電圧VOnの立ち下げ完了を検出するために設けられている。電圧比較器CMP2は、基準電圧VE2を非反転入力端子で受け、出力電圧VOnを反転入力端子で受けている。従って、電圧比較器CMP2の出力信号は、出力電圧VOnが基準電圧VE2より低いときに高レベルに設定され、出力電圧VOnが基準電圧VE2より高いときに低レベルに設定される。
ゲート回路G1は、電圧比較器CMP1の出力信号が高レベルに設定され、且つフリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているときに出力信号を高レベルに設定し、その他の条件下では出力信号を低レベルに設定する。ゲート回路G2は、電圧比較器CMP2の出力信号が高レベルに設定され、且つフリップフロップFF1の反転出力端子/Qの出力信号が高レベルに設定されているときに出力信号を高レベルに設定し、その他の条件下では出力信号を低レベルに設定する。
フリップフロップFF2は、セット端子Sがゲート回路G1の出力端子に接続され、リセット端子Rがゲート回路G2の出力端子に接続されている。従って、フリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号は、ゲート回路G1の出力信号の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定され、ゲート回路G2の出力信号の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定される。また、フリップフロップFF2の反転出力端子/Qの出力信号は、ゲート回路G1の出力信号の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定され、ゲート回路G2の出力信号の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定される。
ゲート回路G3は、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定され、且つフリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているときに出力信号を低レベルに設定し、その他の条件下では出力信号を高レベルに設定する。トランジスタT1は、n型トランジスタで構成され、制御信号線CLnと接地線との間に接続されている。トランジスタT1の制御端子は、ゲート回路G3の出力信号を受けている。
ゲート回路G4は、ゲート回路G3の出力信号が低レベルに設定され、且つ制御信号線CLnが低レベルに設定されているときに出力信号を高レベルに設定し、その他の条件下では出力信号を低レベルに設定する。遅延回路DLY1は、例えば、奇数個のインバータを直列接続して構成され、フリップフロップFF3の反転出力端子/Qの出力信号を所定時間だけ遅延させるとともに反転させて出力する。
フリップフロップFF3は、セット端子Sがゲート回路G2の出力端子に接続され、リセット端子Rが遅延回路DLY1の出力端子に接続されている。従って、フリップフロップFF3の非反転出力端子Qの出力信号は、ゲート回路G2の出力信号の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定され、遅延回路DLY1の出力信号の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定される。また、フリップフロップFF3の反転出力端子/Qの出力信号は、ゲート回路G2の出力信号の立ち上がり遷移に応答して低レベルに設定され、遅延回路DLY1の出力信号の立ち上がり遷移に応答して高レベルに設定される。トランジスタT2は、n型トランジスタで構成され、制御信号線CLn−1と接地線との間に接続されている。トランジスタT2の制御端子は、フリップフロップFF3の非反転出力端子Qの出力信号を受けている。
このような構成の順序制御回路SCnにおいて、フリップフロップFF1はDC−DCコンバータCNVnに対する起動要求/停止要求の有無を判別するための回路として機能し、フリップフロップFF2はDC−DCコンバータCNVnの起動処理/停止処理の実施状況を判別するための回路として機能する。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルに設定され、且つフリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルに設定されているとき、DC−DCコンバータCNVnは停止処理が完了している状態である。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定され、且つフリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルに設定されているとき、DC−DCコンバータCNVnは起動処理が実施されている状態である。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定され、且つフリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているとき、DC−DCコンバータCNVnは起動処理が完了している状態である。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルに設定され、且つフリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているとき、DC−DCコンバータCNVnは停止処理が実施されている状態である。
図3は、図2の順序制御回路の動作を示している。順序制御回路SCnおいて、制御信号線CLn−1が低レベルから高レベルに遷移すると(図3(1))、フリップフロップFF1がセット状態になり、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルから高レベルに遷移する(図3(2))。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号は起動信号STnとしてDC−DC制御回路CCnに供給されるため、DC−DC制御回路CCnによるメインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnの制御動作が開始される。これにより、DC−DCコンバータCNVnの起動処理が開始され、出力電圧VOnが0Vから上昇し始める。
出力電圧VOnが上昇して基準電圧VE2より高くなると(図3(3))、電圧比較器CMP2の出力信号が高レベルから低レベルに遷移する(図3(4))。出力電圧VOnが更に上昇して基準電圧VE1より高くなると(図3(5))、電圧比較器CMP1の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する(図3(6))。このとき、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているため、ゲート回路G1の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する。これにより、フリップフロップFF2がセット状態になり、フリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルから高レベルに遷移する(図3(7))。このとき、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルに設定されているため、ゲート回路G3の出力信号が高レベルから低レベルに遷移する。これにより、トランジスタT1がオフしてDC−DCコンバータCNVn(順序制御回路SCn)による制御信号線CLnの低レベルへの駆動が停止され、プルアップ抵抗RTnの作用により制御信号線CLnが低レベルから高レベルに遷移する(図3(8))。
また、制御信号線CLnが高レベルから低レベルに遷移すると(図3(9))、ゲート回路G3の出力信号が低レベルに設定されているため、ゲート回路G4の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する。これにより、フリップフロップFF1がリセット状態になり、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルから低レベルに遷移する(図3(10))。フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号は起動信号STnとしてDC−DC制御回路CCnに供給されるため、DC−DC制御回路CCnによるメインスイッチングトランジスタTAnおよび同期整流トランジスタTBnの制御動作が停止される。これにより、DC−DCコンバータCNVnの停止処理が開始され、出力電圧VOnが定格値から下降し始める。また、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルから低レベルに遷移すると、ゲート回路G3の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する。これにより、トランジスタT1がオンしてDC−DCコンバータCNVn(順序制御回路SCn)による制御信号線CLnの低レベルへの駆動が開始される。
出力電圧VOnが下降して基準電圧VE1より低くなると(図3(11))、電圧比較器CMP1の出力信号が高レベルから低レベルに遷移する(図3(12))。出力電圧VOnが更に下降して基準電圧VE2より低くなると(図3(13))、電圧比較器CMP2の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する(図3(14))。このとき、フリップフロップFF1の反転出力端子/Qの出力信号が高レベルに設定されているため、ゲート回路G2の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する。これにより、フリップフロップFF2がリセット状態になり、フリップフロップFF2の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルから低レベルに遷移する(図3(15))。また、ゲート回路G2の出力信号が低レベルから高レベルに遷移すると、フリップフロップFF3がセット状態になり、フリップフロップFF3の非反転出力端子Qの出力信号が低レベルから高レベルに遷移する(図3(16))。これにより、トランジスタT2がオンしてDC−DCコンバータCNVn(順序制御回路SCn)による制御信号線CLn−1の低レベルへの駆動が開始され、制御信号線CLn−1が高レベルから低レベルに遷移する(図3(17))。フリップフロップFF3の反転出力端子/Qの出力信号が高レベルから低レベルに遷移してから所定時間(遅延回路DLY1の遅延時間)が経過すると、遅延回路DLY1の出力信号が低レベルから高レベルに遷移する。これにより、フリップフロップFF3がリセット状態になり、フリップフロップFF3の非反転出力端子Qの出力信号が高レベルから低レベルに遷移する(図3(18))。これにより、トランジスタT2がオフしてDC−DCコンバータCNVn(順序制御回路SCn)による制御信号線CLn−1の低レベルへの駆動が停止される。
以上のような構成の電源回路PWでは、制御信号線CL0が低レベルから高レベルに遷移すると(電源回路PWに対して電源投入が要求されると)、DC−DCコンバータCNV1は起動処理(出力電圧VO1の立ち上げ)を開始する。DC−DCコンバータCNV1の起動処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV1は、起動処理の完了をDC−DCコンバータCNV2に通知するために制御信号線CL1の低レベルへの駆動を停止する。これに伴って、プルアップ抵抗RT1の作用により制御信号線CL1が低レベルから高レベルに遷移する。
制御信号線CL1が低レベルから高レベルに遷移すると、DC−DCコンバータCNV2は起動処理(出力電圧VO2の立ち上げ)を開始する。DC−DCコンバータCNV2の起動処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV2は、起動処理の完了をDC−DCコンバータCNV3に通知するために制御信号線CL2の低レベルへの駆動を停止する。これに伴って、プルアップ抵抗RT2の作用により制御信号線CL2が低レベルから高レベルに遷移する。
制御信号線CL2が低レベルから高レベルに遷移すると、DC−DCコンバータCNV3は起動処理(出力電圧VO3の立ち上げ)を開始する。DC−DCコンバータCNV3の起動処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV3は、制御信号線CL3の低レベルへの駆動を停止する。これに伴って、プルアップ抵抗RT3の作用により制御信号線CL3が低レベルから高レベルに遷移する。このように、電源回路PWに対して電源投入が要求されると、DC−DCコンバータCNV1〜CNV3が昇順(DC−DCコンバータCNV1、CNV2、CNV3の順序)で起動される。
また、制御信号線CL0が高レベルから低レベルに遷移すると(電源回路PWに対して電源遮断が要求されると)、ダイオードD1の作用により制御信号線CL3が高レベルから低レベルに遷移する。制御信号線CL3が高レベルから低レベルに遷移すると、DC−DCコンバータCNV3は、停止処理(出力電圧VO3の立ち下げ)を開始するとともに制御信号線CL3の低レベルへの駆動を開始する。DC−DCコンバータCNV3の停止処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV3は、停止処理の完了をDC−DCコンバータCNV2に通知するために制御信号線CL2の低レベルへの駆動を所定時間だけ実施する。これにより、制御信号線CL2が高レベルから低レベルに遷移する。
制御信号線CL2が高レベルから低レベルに遷移すると、DC−DCコンバータCNV2は、停止処理(出力電圧VO2の立ち下げ)を開始するとともに制御信号線CL2の低レベルへの駆動を開始する。DC−DCコンバータCNV2の停止処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV2は、起動処理の完了をDC−DCコンバータCNV1に通知するために制御信号線CL1の低レベルへの駆動を所定時間だけ実施する。これにより、制御信号線CL1が高レベルから低レベルに遷移する。
制御信号線CL1が高レベルから低レベルに遷移すると、DC−DCコンバータCNV1は、停止処理(出力電圧VO1の立ち下げ)を開始するとともに制御信号線CL1の低レベルへの駆動を開始する。DC−DCコンバータCNV1の停止処理が完了すると、DC−DCコンバータCNV1は、制御信号線CL0の低レベルへの駆動を所定時間だけ実施する。このように、電源回路PWに対して電源遮断が要求されると、DC−DCコンバータCNV1〜CNV3が降順(DC−DCコンバータCNV3、CNV2、CNV1の順序)で停止される。
このように、第1実施形態では、DC−DCコンバータCNV1〜CNV3間で起動順序を制御するための制御信号線と停止順序を制御するための制御信号線とを共通にすることで、少数の制御信号線を用いてDC−DCコンバータCNV1〜CNV3間の起動順序と停止順序とを逆にすることができる。即ち、DC−DCコンバータCNV1〜CNV3について所望の起動順序および停止順序を簡易な構成で実現できる。
図4は、本発明の第2実施形態を示している。なお、第2実施形態を説明するにあたって、第1実施形態で説明した要素と同一の要素については、第1実施形態で使用した符号と同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。第2実施形態の電源回路は、順序制御回路SCn(n=1、2、3)が順序制御回路SCn’に置き換えられている点を除いて、第1実施形態の電源回路PW(図1)と同一である。
第2実施形態の順序制御回路SCn’は、遅延回路DLY2が設けられている点を除いて、第1実施形態の順序制御回路SCn(図2)と同一である。遅延回路DLY2は、例えば、偶数個のインバータを直列接続して構成され、フリップフロップFF1の非反転出力端子Qの出力信号を所定時間だけ遅らせて起動信号STnとして出力する。なお、順序制御回路SC1’〜SC3’における遅延回路DLY2の遅延時間(遅延回路DLY2を構成するインバータの数)は、必要に応じて異なっていてもよい。
図5は、第2実施形態における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示している。第2実施形態の電源回路では、順序制御回路SC1’〜SC3’に遅延回路DLY2が設けられている。このため、時刻t1において出力電圧VO1の立ち上げが開始され、時刻t2において出力電圧VO1の立ち上げが完了すると、時刻t2から一定時間(遅延回路DLY2の遅延時間に相当)が経過した時刻t2’において出力電圧VO2の立ち上げが開始される。そして、時刻t3において出力電圧VO2の立ち上げが完了すると、時刻t3から一定時間が経過した時刻t3’において出力電圧VO3の立ち上げが開始され、時刻t4において出力電圧Vo3の立ち上げが完了する。
同様に、時刻t5において出力電圧VO3の立ち下げが開始され、時刻t6において出力電圧VO3の立ち下げが完了すると、時刻t6から一定時間(遅延回路DLY2の遅延時間に相当)が経過した時刻t6’において出力電圧VO2の立ち下げが開始される。そして、時刻t7において出力電圧VO2の立ち下げが完了すると、時刻t7から一定時間が経過した時刻t7’において出力電圧VO1の立ち下げが開始され、時刻t8において出力電圧VO1の立ち下げが完了する。
このため、第1実施形態のように、出力電圧VO1(VO2)の立ち上げが完了してから即座に出力電圧VO2(VO3)の立ち上げが開始され、出力電圧VO3(VO2)の立ち下げが完了してから即座に出力電圧VO2(VO1)の立ち下げが開始される場合に比べて、電子機器の内部で出力電圧VO1〜VO3を使用する半導体装置がラッチアップを起こして焼損する危険性をより確実に回避できる。
なお、第1および第2実施形態では、電源回路が3個のDC−DCコンバータを備えて構成された例について述べたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、電源回路が2個あるいは4個以上のDC−DCコンバータを備えて構成されてもよいことは言うまでもない。また、第1および第2実施形態では、電源回路が半導体装置により具現された例について述べたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、電源回路がモジュール(プリント基板など)により具現されてもよい。
以上、本発明について詳細に説明してきたが、前述の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
本発明の第1実施形態を示す説明図である。 第1実施形態における順序制御回路の詳細を示す説明図である。 図2の順序制御回路の動作を示す説明図である。 本発明の第2実施形態を示す説明図である。 第2実施形態における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示す説明図である。 電源回路の第1構成例を示す説明図である。 図6の電源回路における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示す説明図である。 電源回路の第2構成例を示す説明図である。 図8の電源回路における出力電圧の立ち上げ/立ち下げの様子を示す説明図である。 電源回路の第3構成例を示す説明図である。
符号の説明
C1、C2、C3‥平滑用コンデンサ;CC1、CC2、CC3‥DC−DC制御回路;CL0、CL1、CL2、CL3‥制御信号線;CMP1、CMP2‥電圧比較器;CNV1、CNV2、CNV3‥DC−DCコンバータ;D1‥ダイオード;DLY1、DLY2‥遅延回路;E1、E2‥電圧発生器;FF1、FF2、FF3‥フリップフロップ;G1、G2、G3、G4‥ゲート回路;L1、L2、L3‥チョークコイル;PA1、PA2、PA3、PB1、PB2、PB3‥パルス信号;PW‥電源回路;RT1、RT2、RT3‥プルアップ抵抗;SC1、SC2、SC3、SC1’、SC2’、SC3’‥順序制御回路;ST1、ST2、ST3‥起動信号;T1、T2‥トランジスタ;TA1、TA2、TA3‥メインスイッチングトランジスタ;TB2、TB2、TB3‥同期整流トランジスタ;VE1、VE2‥基準電圧;VI‥入力電圧;VO1、VO2、VO3‥出力電圧

Claims (7)

  1. 複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路であって、
    前記複数のDC−DCコンバータは、起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介してカスケード接続され、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々は、前段側の制御信号線の活性化に伴って起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化に伴って停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させる順序制御回路を備え
    電源回路は、初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線の非活性化に伴って最終段のDC−DCコンバータにおける後段側の制御信号線を非活性化させる非活性化回路を備え、
    初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線は、電源回路に対して電源投入を要求するときに活性化され、電源回路に対して電源遮断を要求するときに非活性化されることを特徴とする電源回路。
  2. 複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路であって、
    前記複数のDC−DCコンバータは、起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介してカスケード接続され、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々は、前段側の制御信号線の活性化から所定時間の経過後に起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化から所定時間の経過後に停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させる順序制御回路を備えることを特徴とする電源回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電源回路において、
    電源回路は、半導体装置を用いて構成されることを特徴とする電源回路。
  4. 起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介してカスケード接続される複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路に適用される電源制御回路であって、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々について、前段側の制御信号線の活性化に伴って起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化に伴って停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させる順序制御回路を備えるとともに、
    初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線の非活性化に伴って最終段のDC−DCコンバータにおける後段側の制御信号線を非活性化させる非活性化回路を備え、
    初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線は、電源回路に対して電源投入を要求するときに活性化され、電源回路に対して電源遮断を要求するときに非活性化されることを特徴とする電源制御回路。
  5. 起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介してカスケード接続される複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路に適用される電源制御回路であって、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々について、前段側の制御信号線の活性化から所定時間の経過後に起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化から所定時間の経過後に停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させる順序制御回路を備えることを特徴とする電源制御回路。
  6. 複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路に適用される電源制御方法であって、
    起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介して前記複数のDC−DCコンバータをカスケード接続し、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々について、前段側の制御信号線の活性化に伴って起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化に伴って停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させ、
    初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線の非活性化に伴って最終段のDC−DCコンバータにおける後段側の制御信号線を非活性化させ、
    初段のDC−DCコンバータにおける前段側の制御信号線は、電源回路に対して電源投入を要求するときに活性化され、電源回路に対して電源遮断を要求するときに非活性化されることを特徴とする電源制御方法。
  7. 複数のDC−DCコンバータを備えた電源回路に適用される電源制御方法であって、
    起動順序制御および停止順序制御に共用される複数の制御信号線を介して前記複数のDC−DCコンバータをカスケード接続し、
    前記複数のDC−DCコンバータの各々について、前段側の制御信号線の活性化から所定時間の経過後に起動処理を開始させて起動処理の完了に伴って後段側の制御信号線を活性化させ、後段側の制御信号線の非活性化から所定時間の経過後に停止処理を開始させて停止処理の完了に伴って前段側の制御信号線を非活性化させることを特徴とする電源制御方法。
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