JPH118933A

JPH118933A - 負荷適応型の安定化電源装置

Info

Publication number: JPH118933A
Application number: JP9158345A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Fujioka; 洋一藤岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】コードレス電子機器用の安定化電源装置にお
いて、負荷電流の大幅な変動に対応すると共に、負荷電
流の変動に拘わらず、電池容量の利用効率を改善する。【解決手段】直列型レギュレータ１０と、電界効果ト
ランジスタ２１とインダクタ２３とを含むスイッチング
型レギュレータとを複合して、電池１と、負荷のマイク
ロコンピュータ２および電子回路４の間に介挿する。抵
抗器３１と電圧降下検出回路３３とで負荷電流の大小を
判別し、負荷電流の大小に応じて、トランジスタ３５，
３６とアンドゲート３７とを「オン」「オフ」に切り換
える。これにより、負荷電流が小さい場合、内部の熱損
失が小さい直列型レギュレータのみを動作させ、また、
負荷電流が大きい場合には、直列型レギュレータに加え
て、高効率のスイッチング型レギュレータをも動作させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯型の電子機
器に好適な、負荷適応型の安定化電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯用のラジオやＣＤプレイヤ、
もしくは携帯電話機などのように、電池を電源とする、
いわゆる、コードレスの電子機器では、レギュレータ
（安定化電源回路）を用いて、電池の電圧や負荷電流の
変化による、出力電圧の変動を防止すると共に、電源ス
イッチを特に設けることなく、使用者がキースイッチな
どを操作することにより、内部の電子回路が動作を開始
して、一定時間後や再生終了時に、自動的に電源が「オ
フ」となるようにしたものがある。

【０００３】上述のようなコードレスの電子機器では、
消費電流が比較的少ない場合、例えば、図２に示すよう
な直列型のレギュレータが用いられる。

【０００４】図２において、直列型レギュレータ１０の
入力端子Ｔｉと共通端子Ｔｇとの間に電池１が接続され
る。この電池１としては、一般に、ニッケル・カドミウ
ム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、あるいは、リチウム
イオン蓄電池のような２次電池が使用される。

【０００５】また、出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとの間
には、システム制御回路（マイクロコンピュータ）２が
接続されると共に、このマイクロコンピュータ２に制御
される電子スイッチ３を介して、可変抵抗器として示し
た、負荷（電子回路）４が接続される。また、マイクロ
コンピュータ２には、適宜の数のキースイッチＫが接続
される。

【０００６】そして、レギュレータ１０の入力端子Ｔｉ
と出力端子Ｔｏには、電圧制御素子としての、例えば、
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１のコレクタとエミ
ッタとがそれぞれ接続される。

【０００７】出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとに接続され
た２つの抵抗器１２，１３により、レギュレータ１０の
出力電圧Ｖ10が適宜に分圧されて、誤差検出回路１４に
供給され、基準電圧源１５からの基準電圧と比較され
る。誤差検出回路１４の出力は、駆動回路１６を介し
て、トランジスタ１１のベースに供給される。

【０００８】これにより、トランジスタ１１は、能動領
域において等価的に可変抵抗器として動作し、その内部
電圧降下が誤差電圧の増減とは逆向きに増減するように
制御されて、レギュレータ１０の出力電圧Ｖ10が一定に
保たれる。この出力電圧Ｖ10が常時供給されているため
に、マイクロコンピュータ２は、キースイッチＫなどに
よる割り込みを検知すると、予め設定されたプログラム
に沿って、電子スイッチ３を「オン」とすることによ
り、レギュレータ１０の出力電圧Ｖ10を電子回路４に供
給して、この電子回路４が動作状態に移行する。

【０００９】また、動作停止時には、マイクロコンピュ
ータ２が電子スイッチ３を「オフ」に切り換えて、電子
回路４への給電を遮断する。

【００１０】同時に、マイクロコンピュータ２は、自己
の発振を停止して待機状態となり、キースイッチＫなど
による割り込みを検知したときは、発振を開始して、動
作状態に移行する。

【００１１】図２のレギュレータ１０は、それ自体の消
費電流がきわめて小さく、また、負荷電流が、例えば、
数十ミリアンペア程度の場合、レギュレータ１０におけ
る熱損失は無視できるレベルであった。

【００１２】なお、この明細書で参照するブロック図で
は、簡素化のため、各構成要素に対する直流給電の図示
を一部省略する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、負荷電流が
大きい場合には、図３に示すような、スイッチング型で
高効率のレギュレータが多く用いられる。

【００１４】図３において、スイッチング型レギュレー
タ２０の入力端子Ｔｉと共通端子Ｔｇとの間に、前述の
ような電池１が接続され、出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇ
との間には、システム制御回路（マイクロコンピュー
タ）２が接続されると共に、このマイクロコンピュータ
２に制御される電子スイッチ３を介して、負荷の電子回
路４が接続される。また、マイクロコンピュータ２には
キースイッチＫが接続される。

【００１５】そして、スイッチング型レギュレータ２０
は、例えば、パワーＭＯＳ電界効果トランジスタ２１を
備え、このトランジスタ２１のソースが入力端子Ｔｉに
接続され、トランジスタ２１のゲートにパルス幅変調
（ＰＷＭ）回路２２の出力が供給されると共に、トラン
ジスタ２１のドレーンと出力端子Ｔｏとの間に、インダ
クタ２３が介挿される。このインダクタ２３には、ダン
パダイオード２４とコンデンサ２５とが「π」型に接続
される。

【００１６】出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとに接続され
た２つの抵抗器２６，２７により、レギュレータ２０の
出力電圧Ｖ20が適宜に分圧されて、誤差検出回路２８に
供給され、基準電圧源２９からの基準電圧と比較され
る。誤差検出回路２８の出力は、制御信号として、ＰＷ
Ｍ回路２２に供給され、その出力信号のパルス幅が、誤
差電圧の増減とは逆向きに増減するように制御される。

【００１７】このＰＷＭ回路２２からのパルス幅変調波
に駆動されて、電界効果トランジスタ２１が「オン」
「オフ」を繰り返し、レギュレータ２０の出力電圧Ｖ20
が一定に保たれる。

【００１８】また、トランジスタ２１のオフ期間には、
例えば、ショットキー型のダンパダイオード２４によ
り、インダクタ２３内のエネルギーが回生されて、原理
的に熱損失が発生せず、電池１の電気エネルギーが有効
に利用される。

【００１９】図３の例でも、レギュレータ２０の出力電
圧Ｖ20が常時供給されているため、マイクロコンピュー
タ２は、キースイッチＫなどによる割り込みを検知する
と、予め設定されたプログラムに沿って、電子スイッチ
３を「オン」とすることにより、レギュレータ１０の出
力電圧Ｖ10を電子回路４に供給して、この電子回路４が
動作状態に移行する。

【００２０】また、動作停止時には、マイクロコンピュ
ータ２が電子スイッチ３を「オフ」に切り換えて、電子
回路４への給電を遮断する。

【００２１】同時に、マイクロコンピュータ２は、自己
の発振を停止して待機状態となり、キースイッチＫなど
による割り込みを検知したときは、発振を開始して、動
作状態に移行する。

【００２２】なお、図３に鎖線で示すように、ＰＷＭ回
路２２、誤差検出回路２８および基準電圧源２９は、ト
ランジスタ２１の駆動制御回路２０dvとして、同一の基
板上に集積され、その電源端子とレギュレータ２０の入
力端子Ｔｉとが直接に接続される。

【００２３】ところが、図３に示すようなレギュレータ
２０では、駆動制御回路２０dvが動作を継続しなくては
ならないため、前述のようなマイクロコンピュータ２の
待機状態においても、一定の電流を消費してしまい、電
池１の消耗を早める、換言すれば、電池容量の利用効率
が低下するという問題があった。

【００２４】かかる点に鑑み、請求項１の発明の目的
は、負荷電流の大幅な変動に対応することができると共
に、負荷電流の変動に拘わらず、電池容量の利用効率を
改善することができる、負荷適応型の安定化電源装置を
提供するところにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１の発明による負荷適応型の安定化電源装置
は、軽負荷対応の第１の安定化電源回路と、第２の安定
化電源回路と、負荷電流の大小を判別する負荷電流判別
手段と、この負荷電流判別手段の判別出力に応動して、
第２の安定化電源回路を動作状態または非動作状態とす
る切り換え手段とを有するものである。

【００２６】かかる請求項１の発明では、負荷電流の増
大に応じて、第２の安定化電源回路も動作状態となり、
負荷の変動に適応することができる。

【００２７】また、請求項２の発明による負荷適応型の
安定化電源装置は、第１の安定化電源回路が直列型安定
化電源回路であり、第２の安定化電源回路がスイッチン
グ型安定化電源回路であると共に、当該スイッチング型
安定化電源回路の少なくともスイッチング素子が、切り
換え手段により動作状態または非動作状態とされるもの
である。

【００２８】かかる請求項２の発明では、スイッチング
型安定化電源回路のスイッチング素子を動作状態または
非動作状態に切り換える簡単な構成で、負荷の変動に適
応することができる。

【００２９】さらに、請求項３の発明による負荷適応型
の安定化電源装置は、第１の安定化電源回路が直列型安
定化電源回路であり、第２の安定化電源回路がスイッチ
ング型安定化電源回路であると共に、当該スイッチング
型安定化電源回路のスイッチング素子を駆動する駆動部
が、切り換え手段により動作状態または非動作状態とさ
れるものである。

【００３０】かかる請求項３の発明では、軽負荷時に、
スイッチング型安定化電源回路のスイッチング素子駆動
部における無駄な電流消費が回避される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照しながら、請求
項１の発明による負荷適応型の安定化電源装置の実施の
形態について説明する。

【００３２】［実施の形態の構成］請求項１の発明の実
施の形態の構成を図１に示す。この図１において、前出
図２および図３に対応する部分には同一の符号を付して
一部説明を省略する。

【００３３】図１において、複合型レギュレータ３０の
入力端子Ｔｉと共通端子Ｔｇとの間に、前述のような電
池１が接続され、出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとの間に
は、システム制御回路（マイクロコンピュータ）２が接
続されると共に、このマイクロコンピュータ２に制御さ
れる電子スイッチ３を介して、負荷の電子回路４が接続
される。また、マイクロコンピュータ２にはキースイッ
チＫが接続される。

【００３４】この実施の形態では、レギュレータ３０の
入力端子Ｔｉに、前出図２に示すような、直列型レギュ
レータ１０が接続され、このレギュレータ１０の出力
が、電流検出用の抵抗器３１と逆流防止用のダイオード
３２とを介して、レギュレータ３０の出力端子Ｔｏに導
出されると共に、抵抗器３１の両端子間の電圧Ｖ31が電
圧降下検出回路３３に供給される。この検出回路３３の
特性は後述する。

【００３５】また、この実施の形態では、レギュレータ
３０の入力端子Ｔｉに、パワーＭＯＳ電界効果トランジ
スタ２１のソースが接続されると共に、トランジスタ２
１のドレーンと出力端子Ｔｏとの間に、インダクタ２３
と逆流防止用のダイオード３４とが直列に介挿される。
インダクタ２３には、ダンパダイオード２４とコンデン
サ２５とが「π」型に接続される。

【００３６】そして、この実施の形態では、レギュレー
タ３０の入力端子Ｔｉと、駆動制御回路２０dvの電源端
子とに、ｐｎｐトランジスタ３５のエミッタとコレクタ
とが接続されると共に、ｐｎｐトランジスタ３６のエミ
ッタとコレクタとが、インダクタ２３およびダイオード
３４の接続中点と分圧用の抵抗器２６とに接続される。

【００３７】抵抗器２６，２７の接続中点の電圧が誤差
検出回路２８に供給されて、基準電圧源２９からの基準
電圧と比較され、誤差検出回路２８の出力が、制御信号
として、ＰＷＭ回路２２に供給されて、その出力信号の
パルス幅が、誤差電圧の増減とは逆向きに増減するよう
に制御される。

【００３８】トランジスタ３５のエミッタとベースとの
間に抵抗器Ｒ１が接続され、トランジスタ３５のベース
およびコレクタと、負論理のアンドゲート３７の１対の
入力端子との間に、抵抗器Ｒ２，Ｒ３がそれぞれ接続さ
れる。

【００３９】そして、アンドゲート３７のａ側入力端子
に、ＰＷＭ回路２２からのパルス幅変調波が供給される
と共に、アンドゲート３７のｂ側入力端子は、ダイオー
ド３８を介して、電圧降下検出回路３３の出力端子に接
続される。

【００４０】また、トランジスタ３６のエミッタとベー
スとの間に抵抗器Ｒ４が接続され、トランジスタ３６の
ベースは、抵抗器Ｒ５とダイオード３９を介して、電圧
降下検出回路３３の出力端子に接続される。

【００４１】［レギュレータの動作切り換え］次に、図
１の実施の形態での、レギュレータの動作切り換えにつ
いて説明する。

【００４２】この実施の形態では、直列型レギュレータ
１０の出力電圧Ｖ10が、複合型レギュレータ３０に要求
される本来の出力電圧Ｖ30よりも若干高めに設定される
と共に、電圧降下検出回路３３の検出レベルＶdtは、レ
ギュレータ１０の出力電圧Ｖ10とレギュレータ３０の出
力電圧Ｖ30との差（Ｖ10−Ｖ30）の中間値に設定され
る。

【００４３】そして、抵抗器３１での電圧降下Ｖ31が電
圧降下検出回路３３の検出レベルＶdtよりも大きい場合
に、電圧降下検出回路３３は“Ｌ”を出力し、抵抗器３
１での電圧降下Ｖ31が電圧降下検出回路３３の検出レベ
ルＶdt以下の場合には、電圧降下検出回路３３の出力が
“Ｈｉ−Ｚ”状態となる。

【００４４】電子スイッチ３が「オフ」とされて、電子
回路４が非動作とされた状態では、レギュレータ３０の
出力端子Ｔｏから導出される電流はきわめて小さいた
め、抵抗器３１に流れる電流も小さく、抵抗器３１での
電圧降下Ｖ31も小さい。

【００４５】この小さい電圧降下Ｖ31を検出することに
より、電圧降下検出回路３３の出力が“Ｈｉ−Ｚ”状態
となって、ダイオード３８，３９を含む電流経路がオフ
となり、トランジスタ３５，３６がオフ状態となると共
に、アンドゲート３７のｂ側入力端子が“Ｈ”となっ
て、アンドゲート３７もオフ状態となる。

【００４６】そして、駆動制御回路２０dvおよび抵抗器
２６，２７への給電が遮断されると共に、駆動制御回路
２０dv内のＰＷＭ回路２２からのパルス幅変調波の供給
も遮断されて、電界効果トランジスタ２１は非動作とな
る。

【００４７】これにより、電子回路４が非動作の状態で
は、レギュレータ３０の出力端子Ｔｏには、直列型レギ
ュレータ１０からの出力だけが導出されて、複合型レギ
ュレータ３０としての損失は、直列型レギュレータ１０
の内部損失のみであって、非常に小さなものとなる。

【００４８】この実施の形態では、少なくとも、アンド
ゲート３７をオフ状態とするだけの簡単な構成により、
電界効果トランジスタ２１を非動作とすることができ
る。

【００４９】また、駆動制御回路２０dvへの給電が遮断
されるので、負荷電流が小さい場合に、無駄な電流消費
を回避することができる。

【００５０】なお、電子回路４が非動作の状態では、出
力端子Ｔｏに導出される電圧がわずかに上昇するが、Ｃ
−ＭＯＳ構造のマイクロコンピュータ２は、一般的に動
作電圧範囲が広いので、多少の電圧変動があっても、正
常に動作する。

【００５１】上述のような、電子回路４が非動作の状態
から、使用者のキースイッチ操作に応動して、マイクロ
コンピュータ２により、電子スイッチ３が「オン」に切
り換えられて、電子回路４への給電が開始されると、抵
抗器３１に流れる電流が、例えば、数百ミリアンペアに
も増加して、抵抗器３１での電圧降下Ｖ31が大きくな
る。

【００５２】この大きな電圧降下Ｖ31を検出することに
より、電圧降下検出回路３３の出力が“Ｌ”となって、
ダイオード３８，３９を含む電流経路がオンとなり、ト
ランジスタ３５，３６がオン状態となると共に、アンド
ゲート３７のｂ側入力端子が“Ｌ”となって、アンドゲ
ート３７もオン状態となる。

【００５３】そして、駆動制御回路２０dvへの給電が開
始されると共に、駆動制御回路２０dv内のＰＷＭ回路２
２からのパルス幅変調波の供給も開始されて、電界効果
トランジスタ２１が「オン」「オフ」を繰り返す。

【００５４】また、トランジスタ３６を介して、コンデ
ンサ２５の端子電圧が抵抗器２６，２７に供給されて、
負帰還ループが閉成され、スイッチング型レギュレータ
が動作を開始する。

【００５５】これにより、電子回路４が動作状態にある
とき、レギュレータ３０の出力端子Ｔｏには、直列型レ
ギュレータ１０と、これに協動するスイッチング型レギ
ュレータとにより、本来の出力電圧Ｖ30が導出される。

【００５６】前述のように、スイッチング型レギュレー
タのトランジスタ２１のオフ期間には、ダンパダイオー
ド２４により、インダクタ２３内のエネルギーが回生さ
れることにより、原理的に熱損失が発生せず、電池１の
電気エネルギーが有効に利用される。

【００５７】上述のようにして、電界効果トランジスタ
２１を含むスイッチング型レギュレータが動作を始めた
後、直列型レギュレータ１０からは、定格の出力電流
が、ダイオード３２を介して、出力端子Ｔｏに導出され
る。

【００５８】上述の実施の形態では、抵抗器３１と電圧
降下検出回路３３とで負荷電流の大小を判別し、負荷電
流の大小に応じて、トランジスタ３５，３６とアンドゲ
ート３７とを「オン」「オフ」に切り換えることによ
り、負荷電流が小さい場合、内部の熱損失が小さい直列
型レギュレータ１０のみを動作させ、また、負荷電流が
大きい場合には、直列型レギュレータ１０に加えて、電
界効果トランジスタ２１とインダクタ２３とを含む、高
効率のスイッチング型レギュレータをも動作させるよう
にしたので、負荷電流の大幅な変動に対応することがで
きると共に、負荷電流の変動に拘わらず、電池容量の利
用効率を改善することができる。

【００５９】［他の実施の形態］前述の実施の形態で
は、直列型レギュレータと複合するスイッチング型レギ
ュレータがインダクタおよびダンパダイオードを用いる
ようにしたが、請求項１の発明は、前述の実施の形態に
限定されるものではなく、巻き上げ変成器と整流ダイオ
ードを用いるスイッチング型レギュレータを直列型レギ
ュレータと複合するようにしても、前述の実施の形態と
同様の効果を得ることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、負荷電流の大幅な変動に対応することができる
と共に、負荷電流の変動に拘わらず、電池容量の利用効
率を改善することができる。

【００６１】また、請求項２の発明によれば、スイッチ
ング型安定化電源回路のスイッチング素子を動作状態ま
たは非動作状態に切り換える簡単な構成で、負荷の変動
に適応することができる。

【００６２】さらに、請求項３の発明によれば、軽負荷
時に、スイッチング型安定化電源回路のスイッチング素
子駆動部における無駄な電流消費が回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による負荷適応型の安定化電源装置の
実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図２】従来の安定化電源装置の構成例を示すブロック
図である。

【図３】他の従来例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…電池、２…システム制御回路（マイクロコンピュー
タ）、３…電子スイッチ、４…負荷（電子回路）、１０
…直列型レギュレータ、１４…誤差検出回路、２０…ス
イッチング型レギュレータ、２１…パワーＭＯＳ電界効
果トランジスタ、２２…パルス幅変調（ＰＷＭ）回路、
２３…インダクタ、２４…ダンパダイオード、２８…誤
差検出回路、３０…複合型レギュレータ、３１…電流検
出用抵抗器、３３…電圧降下検出回路、３５，３６…ス
イッチング・トランジスタ、Ｋ…キースイッチ、Ｖ30…
出力電圧、Ｖ31…電圧降下

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽負荷対応の第１の安定化電源回路と、第２の安定化電源回路と、負荷電流の大小を判別する負荷電流判別手段と、この負荷電流判別手段の判別出力に応動して、上記第２
の安定化電源回路を動作状態または非動作状態とする切
り換え手段とを有する負荷適応型の安定化電源装置。
【請求項２】上記第１の安定化電源回路が直列型安定化
電源回路であり、上記第２の安定化電源回路がスイッチング型安定化電源
回路であると共に、当該スイッチング型安定化電源回路の少なくともスイッ
チング素子が、上記切り換え手段により動作状態または
非動作状態とされる請求項１に記載の負荷適応型の安定
化電源装置。
【請求項３】上記第１の安定化電源回路が直列型安定化
電源回路であり、上記第２の安定化電源回路がスイッチング型安定化電源
回路であると共に、当該スイッチング型安定化電源回路のスイッチング素子
を駆動する駆動部が、上記切り換え手段により動作状態
または非動作状態とされる請求項１に記載の負荷適応型
の安定化電源装置。