JP5060940B2

JP5060940B2 - 電源装置

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Publication number: JP5060940B2
Application number: JP2007337821A
Authority: JP
Inventors: 洋高野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2009157820A

Description

本発明は、電池などから供給される電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換する電源装置に関する。

携帯電話機や携帯型音楽プレーヤなど、携帯機器が広く普及してきている。このような携帯機器には、プロセッサおよびメモリなどのデジタル系素子、ならびに音源回路およびアナログ／デジタル変換器などのアナログ系素子が多数搭載される。これら多数の素子の動作電圧はそれぞれ異なるため、電池から供給される電源電圧を様々なレベルの電圧に変換して供給する必要がある。そのために、電池から供給される電源電圧に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗を並列に複数設けて、それぞれの素子に合った複数の電圧を生成することが一般に行われている。

特許文献１は半導体回路を開示する。この半導体回路は、第１の論理回路及び第２の論理回路と、グランドレベルよりＶｄｄなる電位を有する電源と、仮想電源ラインと、上記仮想電源ラインの電位を概ねＶｄｄ／２に保つ手段を備える。第１の論理回路に対する電源供給をグランド及び上記仮想電源より行ない、第２の論理回路に対する電源供給を上記仮想電源ラインと上記Ｖｄｄなる電位を有する電源より行う。
特開２０００−３４９６０３号公報

当然のことながら、ＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗で降圧する際にはそれらに電流が流れ、電力を消費する。上述したように、電池から供給される電源電圧に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗を並列に複数配置すると、消費電力は大きくなる。省エネルギー化が推進されるなか、消費電力が小さい効率的な電源供給が求められている。とくに、電池駆動型の携帯機器では駆動時間の確保という観点からも消費電力の低減が強く求められている。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の負荷に対して効率的に電圧を供給することができる電源装置を提供することにある。

本発明のある態様の電源装置は、複数の負荷部に電圧を供給するものであって、所定の
電源電圧を降圧して、それぞれ異なるレベルの固定電圧を生成する複数の降圧回路と、前記電源電圧、前記複数の降圧回路により生成される固定電圧のいずれか、および接地電圧のうち、いずれの二系統電圧を各負荷部の両側端子に供給するか切り替える複数のスイッチと、前記電源電圧のレベルに応じて前記複数のスイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電源電圧が所定の第１閾値未満のとき、すべての前記負荷部の両側端子に前記電源電圧および前記接地電圧を供給するよう前記複数のスイッチを制御し、前記複数の負荷部の稼働状況に応じて、前記電源電圧および前記接地電圧を供給する負荷部を変更する。

本発明によれば、複数の負荷に対して効率的に電圧を供給することができる。

図１は、実施の形態１に係る電源装置１００の構成を示す図である。
電源装置１００は、仮想電源電圧生成回路５０、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０を備える。第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０は、電圧制御部の一例として用いられる。なお、これら構成要素の詳細な回路構成例は後述する。図１では説明の便宜上、第１負荷３０および第２負荷４０も描いているが、第１負荷３０および第２負荷４０は電源装置１００の構成要素としない。

仮想電源電圧生成回路５０は、高電位側端子が電源線に接続され、低電位側端子が第１負荷３０の低電位側端子および第２シリーズレギュレータ２０の高電位側端子に接続される。仮想電源電圧生成回路５０は、所定の電源電圧Ｖｄｄを降圧して所定の固定電圧を生成する降圧回路として作用する。この電源電圧Ｖｄｄは、図示しない電池から供給されてもよい。この固定電圧は、第２負荷４０から見た仮想的な電源電圧として使用される。

第１シリーズレギュレータ１０は、高電位側端子が電源線に接続され、低電位側端子が第１負荷３０の高電位側端子に接続される。第１シリーズレギュレータ１０は、高電位側端子に印加される電源電圧Ｖｄｄを降圧して第１負荷３０に印加する。

第２シリーズレギュレータ２０は、高電位側端子が第１負荷３０の低電位側端子および仮想電源電圧生成回路５０の低電位側端子に接続され、低電位側端子が第２負荷４０の高電位側端子に接続される。第２シリーズレギュレータ２０は、仮想電源電圧生成回路５０により生成される固定電圧を降圧して第２負荷４０に印加する。

第１負荷３０は、高電位側端子が第１シリーズレギュレータ１０の低電位側端子に接続され、低電位側端子が仮想電源電圧生成回路５０の低電位側端子および第２シリーズレギュレータ２０の高電位側端子に接続される。第１負荷３０は、第１シリーズレギュレータ１０により電源電圧Ｖｄｄが降圧された電圧および仮想電源電圧生成回路５０により生成される固定電圧を両側端子に受けて動作する。

第２負荷４０は、高電位側端子が第２シリーズレギュレータ２０の低電位側端子に接続され、低電位側端子が接地線に接続される。第２負荷４０は、第２シリーズレギュレータ２０により上記固定電圧が降圧された電圧および接地電圧を両側端子に受けて動作する。

図２は、実施の形態１に係る電源装置１００と比較すべき、一般的な電源装置１５０の構成を示す図である。
第１シリーズレギュレータ１０は、電源電圧Ｖｄｄを降圧して第１負荷３０の高電位側端子に供給する。第２シリーズレギュレータ２０は、電源電圧Ｖｄｄを降圧して第２負荷４０の高電位側端子に供給する。第１負荷３０および第２負荷４０の低電位側端子は接地線に接続される。

以下、図１に示す電源装置１００と図２に示す電源装置１５０との消費電力について比較する。以下の例では、第１負荷３０の動作電圧を１／４Ｖｄｄ、第２負荷４０の動作電圧を３／８Ｖｄｄ、図１に示す仮想電源電圧生成回路５０の出力する固定電圧を７／１６Ｖｄｄと仮定する。

図２に示す電源装置１５０では、第１シリーズレギュレータ１０および第１負荷３０を流れる電流Ｉａ、第２シリーズレギュレータ２０および第２負荷４０に流れる電流Ｉｂはつぎの式１、２のようになる。
Ｉａ＝Ｖｄｄ／（第１シリーズレギュレータ１０の抵抗成分＋第１負荷３０の抵抗成分）・・・（式１）
Ｉｂ＝Ｖｄｄ／（第２シリーズレギュレータ２０の抵抗成分＋第２負荷４０の抵抗成分）・・・（式２）

一方、図１に示す電源装置１００では、第１シリーズレギュレータ１０および第１負荷３０を流れる電流Ｉａ、第２シリーズレギュレータ２０および第２負荷４０に流れる電流Ｉｂはつぎの式３、４のようになる。
Ｉａ＝（７／１６Ｖｄｄ）／（第２シリーズレギュレータ２０の抵抗成分＋第２負荷４０の抵抗成分）・・・（式３）
Ｉｂ＝（９／１６Ｖｄｄ）／（第１シリーズレギュレータ１０の抵抗成分＋第１負荷３０の抵抗成分）・・・（式４）

このように、図１に示す電源装置１００と図２に示す電源装置１５０とで、同じ電流を流す場合、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０の抵抗成分を低下させることができ、回路面積を縮小することができる。また、抵抗成分が小さい分だけ、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０で消費される電力、すなわち電力損失を低減することができる。

以下、図１に示す電源装置１００についてより具体的に説明する。
図３は、実施の形態１に係る電源装置１００の回路構成例を示す図である。図３は、仮想電源電圧生成回路５０をレギュレータで構成する例である。図３では、第１負荷３０を第１等価抵抗Ｒ３１および第１等価容量Ｃ３１の並列等価回路、第２負荷４０を第２等価抵抗Ｒ４１および第２等価容量Ｃ４１の並列等価回路で描いている。

仮想電源電圧生成回路５０は、第１コンパレータＣＰ５１、第２コンパレータＣＰ５２、第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１、ＮチャンネルトランジスタＭ５２および第１容量Ｃ５１を含む。
第１コンパレータＣＰ５１の反転入力端子には第１リファレンス電圧ｒｅｆ５１が印加される。第２コンパレータＣＰ５２の反転入力端子には第２リファレンス電圧ｒｅｆ５２が印加される。第２リファレンス電圧ｒｅｆ５２のほうが第１リファレンス電圧ｒｅｆ５１より高い電圧に設定される。第１リファレンス電圧ｒｅｆ５１および第２リファレンス電圧ｒｅｆ５２は、電源電圧Ｖｄｄを抵抗分圧して生成することができる。

第１コンパレータＣＰ５１の非反転入力端子および第２コンパレータＣＰ５２の非反転入力端子は、第１負荷３０の低電位側端子および第２シリーズレギュレータ２０の高電位側端子（以下、両端子の結合点を第１ノードＮ１という）に接続される。第１コンパレータＣＰ５１の出力端子は第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１のゲート端子に接続される。第２コンパレータＣＰ５２の出力端子はＮチャンネルトランジスタＭ５２のゲート端子に接続される。

第１コンパレータＣＰ５１は、第１リファレンス電圧ｒｅｆ５１と、後述する第４ノードＮ４の電圧とを比較し、その結果に応じてハイレベル信号またはローレベル信号を第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１のゲート端子に出力する。第２コンパレータＣＰ５２は、第２リファレンス電圧ｒｅｆ５２と、後述する第４ノードＮ４の電圧とを比較し、その結果に応じてハイレベル信号またはローレベル信号をＮチャンネルトランジスタＭ５２のゲート端子に出力する。

第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１は、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを採用することができる。第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１のソース端子は電源線に接続され、そのゲート端子は第１コンパレータＣＰ５１の出力端子に接続され、ドレイン端子はＮチャンネルトランジスタＭ５２のドレイン端子と接続される。

ＮチャンネルトランジスタＭ５２は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを採用することができる。ＮチャンネルトランジスタＭ５２のソース端子は接地線に接続され、そのゲート端子は第２コンパレータＣＰ５２の出力端子に接続され、ドレイン端子は第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１のドレイン端子と接続される。

第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１およびＮチャンネルトランジスタＭ５２の両ドレイン端子（以下、両端子の結合点を第４ノードＮ４という）は、第１コンパレータＣＰ５１および第２コンパレータＣＰ５２の両非反転入力端子、ならびに第１ノードＮ１に接続される。第４ノードＮ４と第１ノードＮ１との間の結合点と接地線との間に第１容量Ｃ５１が接続される。第１容量Ｃ５１は第４ノードＮ４の電圧を平滑化する。

このような構成の仮想電源電圧生成回路５０は、電源電圧Ｖｄｄを降圧した電圧を第１ノードＮ１に供給しつつ、その電圧を固定するよう作用する。すなわち、第１ノードＮ１の前段の第４ノードＮ４の電圧が、固定すべき目標電圧のとき、第１コンパレータＣＰ５１はハイレベル信号を出力し、第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１はオフ状態であり、第２コンパレータＣＰ５２はローレベル信号を出力し、ＮチャンネルトランジスタＭ５２はオフ状態である。

これに対し、第４ノードＮ４の電圧が当該目標電圧より高くなると、第２コンパレータＣＰ５２の出力信号がハイレベルに遷移し、ＮチャンネルトランジスタＭ５２がオンする。これにより、第４ノードＮ４の電荷を放電することができ、第４ノードＮ４の電圧を低下させることができる。

一方、第４ノードＮ４の電圧が当該目標電圧より低くなると、第１コンパレータＣＰ５１の出力信号がローレベルに遷移し、第１ＰチャンネルトランジスタＭ５１がオンする。これにより、第４ノードＮ４に電荷を充電することができ、第４ノードＮ４の電圧を上昇させることができる。

第１シリーズレギュレータ１０は、第３コンパレータＣＰ１１および第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１を含む。第２シリーズレギュレータ２０は、第４コンパレータＣＰ２１および第３ＰチャンネルトランジスタＭ２１を含む。
第３コンパレータＣＰ１１の反転入力端子には第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１が印加される。第４コンパレータＣＰ２１の反転入力端子には第４リファレンス電圧ｒｅｆ２１が印加される。第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１のほうが第４リファレンス電圧ｒｅｆ２１より高い電圧に設定される。第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１および第４リファレンス電圧ｒｅｆ２１は、電源電圧Ｖｄｄを抵抗分圧して生成することができる。

第３コンパレータＣＰ１１の非反転入力端子は第１負荷３０の高電位側端子および第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１のドレイン端子（以下、両端子の結合点を第２ノードＮ２という）に接続される。第３コンパレータＣＰ１１の出力端子は第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１のゲート端子に接続される。
第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１のソース端子は電源線に接続され、そのゲート端子は第３コンパレータＣＰ１１の出力端子と接続され、そのドレイン端子は第２ノードＮ２に接続される。

第４コンパレータＣＰ２１の非反転入力端子は第２負荷４０の高電位側端子および第３ＰチャンネルトランジスタＭ２１のドレイン端子（以下、両端子の結合点を第３ノードＮ３という）に接続される。第４コンパレータＣＰ２１の出力端子は第３ＰチャンネルトランジスタＭ２１のゲート端子に接続される。
第３ＰチャンネルトランジスタＭ２１のソース端子は第１ノードＮ１に接続され、そのゲート端子は第４コンパレータＣＰ２１の出力端子と接続され、そのドレイン端子は第３ノードＮ３に接続される。

このような構成の第１シリーズレギュレータ１０は、電源電圧Ｖｄｄを降圧した電圧を第１負荷３０の高電位側端子に供給しつつ、第２ノードＮ２の電圧が第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１に固定されるよう駆動する。すなわち、第２ノードＮ２の電圧が、固定すべき目標電圧（第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１）より大きいとき、第３コンパレータＣＰ１１はハイレベル信号を出力し、第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１の抵抗成分を上昇させ、第２ノードＮ２の電圧を低下させる。一方、第２ノードＮ２の電圧が、固定すべき目標電圧（第３リファレンス電圧ｒｅｆ１１）より小さいとき、第３コンパレータＣＰ１１はローレベル信号を出力し、第２ＰチャンネルトランジスタＭ１１の抵抗成分を下降させ、第２ノードＮ２の電圧を上昇させる。第２シリーズレギュレータ２０も、第３ノードＮ３について第１シリーズレギュレータ１０と同様に作用する。

図４は、図３に示した電源装置１００のシミュレーション結果を示す図である。
図４は、電源電圧を４．８Ｖに設定した場合の例である。第１ノードＮ１の電圧が２．４Ｖ、第２ノードＮ２の電圧が３．６Ｖ、および第３ノードＮ３の電圧が１．２Ｖに安定的に固定されることが分かる。第１負荷３０で降圧される電圧｛（第２ノードＮ２の電圧）−（第１ノードＮ１の電圧）｝も１．２Ｖに安定的に固定されることが分かる。

以上説明したように実施の形態１によれば、複数の負荷に対して効率的に電圧を供給することができる。すなわち、電源電圧とそれぞれの負荷との間に、ＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗などを並列に接続した場合と比較し、消費電力を低減できるか、回路規模を縮小することができる。なお、図２で説明したように異なる電圧で動作する複数の負荷に対しても高効率に電圧を供給することができる。各負荷の動作電圧の和が電源電圧に一致する必要もない。

また、仮想的な電源電圧として生成する上記固定電圧は電源電圧Ｖｄｄの１／２に限定されずに、任意の値に設定可能である。さらに、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０を設けたことにより、上記固定電圧をさらに調整して、第１負荷３０および第２負荷４０に電圧を供給することができる。また、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０を用いることにより、第１負荷３０および第２負荷４０に安定した電圧を供給することができる。

図５は、実施の形態２に係る電源装置１１０を搭載した電子機器２００の構成を示す図である。電子機器２００は携帯電話機などの携帯機器を想定する。もちろん、電池駆動型の機器であれば携帯機器に限るものではない。
電子機器２００は、電池５００、電源装置１１０、第１負荷３０および第２負荷４０を含む。電池５００にはリチウムイオン電池などを採用することができる。電池５００は電源装置１１０に電源電圧を供給する。この電源電圧は、図５の例では３．６Ｖである。

実施の形態２では、第１負荷３０としてデジタル系負荷を想定し、第２負荷４０としてアナログ系負荷を想定する。図５ではデジタル系負荷としてメモリ３１、ＣＰＵ３２および論理回路３３を想定し、アナログ系負荷としてＲＦ回路（高周波回路）４１、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）４２および音源回路４３を想定する。

電源装置１１０は、仮想電源電圧生成回路５０、第１シリーズレギュレータ１０、第２シリーズレギュレータ２０、制御回路６０、第１スイッチＳ１１および第２スイッチＳ１２を含む。図５では第１スイッチＳ１１を電源装置１１０の枠外に描いているが、第１スイッチＳ１１についても電源装置１１０の構成要素と考える。

仮想電源電圧生成回路５０は電池５００から供給される電源電圧を降圧して上記固定電圧を生成する。図５の例では２．３Ｖである。
第１シリーズレギュレータ１０は、電源電圧をメモリ３１、ＣＰＵ３２および論理回路３３にそれぞれ供給する電圧に変換するための、第１シリーズレギュレータａ１１、第１シリーズレギュレータｂ１２および第１シリーズレギュレータｃ１３（図５、６ではシリーズレギュレータをＳＲと表記する）を備える。図５の例では第１シリーズレギュレータａ１１、第１シリーズレギュレータｂ１２および第１シリーズレギュレータｃ１３は、３．６Ｖを、それぞれ３．５Ｖ、３．２Ｖおよび３．３Ｖに変換する。なお、（）内の電圧は、メモリ３１、ＣＰＵ３２および論理回路３３の動作電圧を示し、それらの低電位側端子が接地線に接続される場合に、それらの高電位側端子に供給すべき電圧を示している。

第２シリーズレギュレータ２０は、上記固定電圧を、ＲＦ回路４１、ＡＤＣ４２および音源回路４３にそれぞれ供給する電圧に変換するための、第２シリーズレギュレータａ２１、第２シリーズレギュレータｂ２２および第２シリーズレギュレータｃ２３を備える。図５の例では第２シリーズレギュレータａ２１、第２シリーズレギュレータｂ２２および第２シリーズレギュレータｃ２３は、２．３Ｖを、それぞれ２．０Ｖ、１．５Ｖおよび１．８Ｖに変換する。

第１スイッチＳ１１は第１負荷３０の低電位側端子に、上記固定電圧および接地電圧のいずれを印加するか切り替える。第２スイッチＳ１２は第２負荷４０の高電位側端子に、上記固定電圧および電源電圧のいずれを印加するか切り替える。

制御回路６０は、電源電圧のレベルに応じて第１スイッチＳ１１および第２スイッチＳ１２を制御する。
より具体的には、電源電圧のレベルが所定の閾値を超えるとき、第１負荷３０の低電位側端子に上記固定電圧を印加するよう第１スイッチＳ１１を制御し、第２負荷４０の高電位側端子に上記固定電圧を印加するよう第２スイッチＳ１２を制御する。一方、電源電圧のレベルが所定の閾値を超えないとき、第１負荷３０の低電位側端子に電源電圧を印加するよう第１スイッチＳ１１を制御し、第２負荷４０の高電位側端子に電源電圧を印加するよう第２スイッチＳ１２を制御する。

すなわち、電源電圧のレベルが所定の閾値を超えるとき、図１に示したように第１シリーズレギュレータ１０、第１負荷３０、第２シリーズレギュレータ２０および第２負荷４０を直列に構成し、第１シリーズレギュレータ１０に電源電圧を印加し、第１負荷３０と第２シリーズレギュレータ２０の結合点に上記固定電圧を印加するよう制御する。一方、電源電圧のレベルが所定の閾値を超えないとき、図２に示したように第１シリーズレギュレータ１０と第１負荷３０との直列回路、および第２シリーズレギュレータ２０と第２負荷４０との直列回路を並列に構成し、第１シリーズレギュレータ１０および第２シリーズレギュレータ２０に並列に電源電圧を供給するよう制御する。

上記閾値は、電池５００の消耗度合いを検出するための閾値である。設計者が実験やシミュレーションにより求めた値を使用することができる。図５の例では、２．３〜３．５Ｖの範囲の、いずれかの値に設定することが好ましい。その範囲のうち、精度を優先する場合はより高い電圧に、消費電力を優先する場合はより低い電圧に設定するとよい。

図６は、実施の形態２に係る電源装置１１０を搭載した電子機器２００と比較すべき、一般的な電源装置１６０を搭載した電子機器２５０の構成を示す図である。基本的な構成は、実施の形態２に係る電源装置１１０を搭載した電子機器２００と同様のため、以下、相違点について説明する。

電源装置１６０は、制御回路６０、第１スイッチＳ１１および第２スイッチＳ１２を含まない。その代わりに二つのスイッチングレギュレータ５３、５４を含む。スイッチングレギュレータ５３は、電池５００から供給される電源電圧を降圧して、デジタル系負荷３０に供給すべき電圧を生成する。図６では３．６Ｖを１．５Ｖに変換する。スイッチングレギュレータ５４は、電池５００から供給される電源電圧を降圧して、アナログ系負荷４０に供給すべき電圧を生成する。図６では３．６Ｖを２．５Ｖに変換する。

第１負荷３０の高電位側端子はスイッチングレギュレータ５３の系に接続され、その低電位側端子は接地線に固定される。第２負荷４０の高電位側端子はスイッチングレギュレータ５４の系に接続され、その低電位側端子は接地線に固定される。これらの回路形態は固定である。

以上説明したように実施の形態２によれば、図１に示した回路形態から図２に示した回路形態に変更可能な回路構成にすることにより、消費電力低減の要請と各負荷の動作精度確保の要請とを両立することができる。すなわち、図１に示した回路形態は消費電力を低減することができるが、電池から供給される電源電圧が低下してくると、負荷の動作精度を確保することが困難になる。その場合、図２に示した回路形態に切り替えることにより、負荷の動作精度を確保することができる。

なお、図５に示した仮想電源電圧生成回路５０をスイッチングレギュレータで構成することにより、消費電力を低減する手法もある。しかしながら、コイルなどの受動素子を使用する必要があり、回路面積の増大やコストの増大を招く。また、コイルから発生するノイズの問題もある。

つぎに実施の形態３について説明する。実施の形態２に係る電源装置１２０は、二種類の負荷部を直列に接続する回路構成と、それらを並列に接続する回路構成とを切替可能とするものであった。実施の形態３に係る電源装置は、実施の形態２を一般化し、複数種類の負荷部を直列に接続する回路構成と、それらを並列に接続する回路構成とを切替可能とするものである。一般説明の後、図７〜１０を参照しながら三種類の負荷部を直列に接続する回路構成と、それらを並列に接続する回路構成とを切替可能な例について説明する。

実施の形態３に係る電源装置は、複数の降圧回路、複数のスイッチおよび制御部を備える。
複数の降圧回路は、所定の電源電圧を降圧して、それぞれ異なるレベルの固定電圧を生成する。複数のスイッチは、上記電源電圧、上記複数の降圧回路により生成される固定電圧のいずれか、および接地電圧のうち、いずれの二系統電圧を各負荷部の両側端子に供給するかを切り替える。

制御部は、上記電源電圧のレベルに応じて上記複数のスイッチを制御する。
より具体的には、上記電源電圧のレベルが所定の第１閾値未満のとき、すべての負荷部の両側端子に上記電源電圧および接地電圧を供給するよう上記複数のスイッチを制御する。
また、制御部は上記複数の負荷部の稼働状況に応じて、上記電源電圧および接地電圧を供給する負荷部を変更してもよい。

ここで、負荷部とは、負荷とその前段に直列に接続された、シリーズレギュレータなどの電圧制御部とを含む概念である。なお、負荷の動作電圧によってはその前段に電圧制御部を接続しない構成も可能である。
上記第１閾値は電池の消耗度合いを検出するための閾値である。設計者が実験やシミュレーションにより求めた値を使用することができる。

図７は、実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器３００における、一構成例の第１状態を示す図である。
図７の例では、複数の負荷部を第１負荷部、第２負荷部群および第３負荷部群に分類する。第２負荷部群は、第２負荷部Ａ８１および第２負荷部Ｂ８２を含み、第３負荷部群は、第３負荷部Ａ９１、第３負荷部Ｂ９２および第３負荷部Ｃ９３を含む。

これらの負荷部として、たとえば、つぎの構成例を想定することができる。すなわち、図５に示したデジタル系負荷３０を二つに分類し、図７に示す第１負荷部７１と第２負荷部群とする。第１負荷部７１は第１シリーズレギュレータａ１１およびメモリ３１に対応し、第２負荷部Ａ８１は第１シリーズレギュレータｂ１２およびＣＰＵ３２に対応し、第２負荷部Ｂ８２は第１シリーズレギュレータｃ１３および論理回路３３に対応するものとする。第３負荷部Ａ９１は第２シリーズレギュレータａ２１およびＲＦ回路４１に対応し、第３負荷部Ｂ９２は第２シリーズレギュレータｂ２２およびＡＤＣ４２に対応し、第３負荷部Ｃ９３は第２シリーズレギュレータｃ２３および音源回路４３に対応するものとする。

図７の例では、電池５００から供給される電源電圧を６．０Ｖとする。
仮想電源電圧生成回路Ａ５１は、電源電圧を降圧して第１固定電圧を生成する。図７の例では３．６Ｖとする。仮想電源電圧生成回路Ｂ５２は、電源電圧を降圧して第２固定電圧を生成する。図７の例では２．３Ｖとする。

第１スイッチＳ３１は電源電圧とハイインピーダンスとを切り替える。第２スイッチＳ３２は電源電圧と第１固定電圧とを切り替える。第３スイッチＳ３３は第２固定電圧と接地電圧とを切り替える。第４スイッチＳ３４は接地電圧とハイインピーダンスとを切り替える。

第５スイッチＳ３５は第１負荷部７１の高電位側端子に常時、電源電圧が印加されるよう経路を切り替える。第６スイッチＳ３６は第１負荷部７１の低電位側端子に第１固定電圧が印加されるか、第２固定電圧が印加されるか、接地電圧が印加されるかを切り替える。第７スイッチＳ３７は第２負荷部Ｂ８２の高電位側端子に第１固定電圧が印加されるか、電源電圧が印加されるかを切り替える。第８スイッチＳ３８は第２負荷部Ｂ８２の低電位側端子に第２固定電圧が印加されるか、接地電圧が印加されるかを切り替える。

第９スイッチＳ３９は第３負荷部Ａ９１の高電位側端子に第２固定電圧が印加されるか、電源電圧が印加されるかを切り替える。第１０スイッチＳ４０は第３負荷部Ａ９１の低電位側端子に常時、接地電圧が印加されるよう経路を切り替える。第１１スイッチＳ４１は第３負荷部Ｂ９２の高電位側端子に第２固定電圧が印加されるか、電源電圧が印加されるかを切り替える。第１２スイッチＳ４２は第３負荷部Ｂ９２の低電位側端子に常時、接地電圧が印加されるよう経路を切り替える。第１３スイッチＳ４３は第３負荷部Ｃ９３の高電位側端子に第２固定電圧が印加されるか、電源電圧が印加されるかを切り替える。第１４スイッチＳ４４は第３負荷部Ｃ９３の低電位側端子に常時、接地電圧が印加されるよう経路を切り替える。

制御回路６０は、電源電圧のレベルが所定の第２閾値を超えるとき、第１負荷部７１の両側端子に電源電圧および第１固定電圧を、第２負荷部Ｂ８２の両側端子に第１固定電圧および第２固定電圧を、ならびに第３負荷部Ａ９１、第３負荷部Ｂ９２および第３負荷部Ｃ９３の両側端子に第２固定電圧および接地電圧を、それぞれ供給するよう第１〜第１４スイッチＳ３１〜Ｓ４４を制御する。

ここで、上記第２閾値は電池の消耗度合いを検出するための閾値である。設計者が実験やシミュレーションにより求めた値を使用することができる。上記第１閾値より高いレベルに設定される。図７の例では第１閾値は５．０Ｖ程度に設定され、第２閾値は３．６Ｖ程度に設定される。

図７は、電源電圧が５．０〜６．０Ｖ程度に位置する場合の回路構成を描いている。この状態では、第１負荷部７１、第２負荷部群および第３負荷部群の、三種類の負荷を直列に接続する回路構成に、制御回路６０により制御される。この回路構成の状態が消費電力を一番低減することができる状態である。

図８は、実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器３００における、一構成例の第２状態を示す図である。
図８は、電源電圧が３．６〜６．０Ｖに位置する場合の回路構成を描いている。この状態では、第１負荷部７１および第２負荷部群と、第３負荷部群との二種類の負荷を直列に接続する回路構成に、制御回路６０により制御される。この回路構成の状態は、図７に示した回路状態より消費電力が増大するが、図９に示す、すべての負荷部を並列に接続する回路構成より消費電力を低減することができる。

図９は、実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器３００における、一構成例の第３状態を示す図である。
図９は、電源電圧が２．５〜３．５Ｖに位置する場合の回路構成を描いている。この状態では、第１負荷部７１、第２負荷部Ａ８１、第２負荷部Ｂ８２、第３負荷部Ａ９１、第３負荷部Ｂ９２および第３負荷部Ｃ９３の、すべての負荷部を並列に接続する回路構成に、制御回路６０により制御される。この回路構成の状態は、消費電力が一番増大するが、電池５００が消耗した状態でも、すべての負荷について動作精度の低下を抑制することができる。

図１０は、実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器３００における、一構成例の第４状態を示す図である。
図１０は、電源電圧が３．６〜６．０Ｖに位置し、かつ第３負荷部Ａ９１が停止している場合の回路構成を描いている。この第３負荷部Ａ９１が停止しているという情報は、負荷の稼働状況として制御回路６０に伝達される。

この状態では、第１負荷部７１および第２負荷部Ａ８１と、第２負荷部Ｂ８２、第３負荷部Ｂ９２および第３負荷部Ｃ９３との二種類の負荷を直列に接続する回路構成に、制御回路６０により制御される。図８に示した回路構成と比較し、第２負荷部Ｂ８２の電圧供給方法が変更されている。このように、第３負荷部Ａ９１が停止している状況では、第２負荷部Ｂ８２を低電圧側に含めたほうがバランスがいい場合がある。ここでは、第２固定電圧をより安定させることができる。

以上説明したように実施の形態３によれば、実施の形態２の手法を三種類以上の負荷を直列に接続可能とする場合にも拡張することができる。よって、実施の形態２と同様の効果を奏する。さらに、制御回路６０が電源電圧のみならず、負荷の稼働状況も参照することにより、より最適な回路構成を実現することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

図１１は、実施の形態１に係る電源装置１００の変形例を示す図である。
変形例に係る電源装置１００は、図１に示した電源装置１００の第１シリーズレギュレータ１０と第１負荷３０とを入れ替えた構成である。この構成によっても実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態１に係る電源装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る電源装置と比較すべき、一般的な電源装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る電源装置の回路構成例を示す図である。図３に示した電源装置のシミュレーション結果を示す図である。実施の形態２に係る電源装置を搭載した電子機器の構成を示す図である。実施の形態２に係る電源装置を搭載した電子機器と比較すべき、一般的な電源装置を搭載した電子機器の構成を示す図である。実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器における、一構成例の第１状態を示す図である。実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器における、一構成例の第２状態を示す図である。実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器における、一構成例の第３状態を示す図である。実施の形態３に係る電源装置を搭載した電子機器における、一構成例の第４状態を示す図である。実施の形態１に係る電源装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１０第１シリーズレギュレータ、２０第２シリーズレギュレータ、３０第１負荷、４０第２負荷、５０仮想電源電圧生成回路、７１第１負荷部、Ｓ１１第１スイッチ、Ｓ１２第２スイッチ、Ｓ３１第１スイッチ、Ｓ３２第２スイッチ、１００電源装置。

Claims

複数の負荷部に電圧を供給する電源装置であって、
所定の電源電圧を降圧して、それぞれ異なるレベルの固定電圧を生成する複数の降圧回路と、
前記電源電圧、前記複数の降圧回路により生成される固定電圧のいずれか、および接地電圧のうち、いずれの二系統電圧を各負荷部の両側端子に供給するか切り替える複数のスイッチと、
前記電源電圧のレベルに応じて前記複数のスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電源電圧が所定の第１閾値未満のとき、すべての前記負荷部の両側端子に前記電源電圧および前記接地電圧を供給するよう前記複数のスイッチを制御することと、前記複数の負荷部の稼働状況に応じて、前記電源電圧および前記接地電圧を供給する負荷部を変更することを特徴とする電源装置。
前記複数の負荷部は、第１負荷部、第２負荷部および第３負荷部に分類され、
前記複数の降圧回路は、前記電源電圧を降圧して第１固定電圧を生成する第１降圧回路と、前記電源電圧を降圧して、前記第１固定電圧より低い第２固定電圧を生成する第２降圧回路と、を含み、
前記制御部は、前記電源電圧のレベルが所定の第２閾値を超えるとき、前記第１負荷部の両側端子に前記電源電圧および前記第１固定電圧を、前記第２負荷部の両側端子に前記第１固定電圧および前記第２固定電圧を、および前記第３負荷部の両側端子に前記第２固定電圧および前記接地電圧を、それぞれ供給するよう前記複数のスイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。