JPWO2009034613A1 - 電源回路、車載機器および電源供給方法 - Google Patents

Abstract

第１減電センサー６および第２減電センサー７でリニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下したことを検出して、コンデンサ直並列切替部５がスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４を切り替えてコンデンサＣ１，Ｃ２の並列接続、直列接続を切り替える。コンデンサＣ１，Ｃ２が並列接続の場合は、車載バッテリ３からコンデンサＣ１，Ｃ２を充電しつつリニアレギュレータ２を動作させ、コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続の場合は、コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電することでリニアレギュレータ２を動作させ、以後、並列接続、直列接続を交互に切り替える。

Description

本発明は、リニアレギュレータを用いて負荷に対して一定の電圧を供給する電源回路、電源供給方法およびそれを備えた車載機器に関する。

例えばカーステレオなどの車載機器においては、車載バッテリが供給する１２Ｖから機器内部のマイクロコンピュータなどの電子部品が動作する低い電圧（５Ｖや３Ｖなど）に電圧を変換する必要があり、そのための電源回路が備えられている。

前記電源回路には、電源である車載バッテリからの電圧供給は変動が大きいために車載機器内の電子部品に対して安定して電圧を供給するためにレギュレータが用いられている。

また、この種の電源回路ではバックアップの際に数ｍＡ程度の小電流を車載バッテリなどの電源から供給するために小電流を安定して供給するのに好適なリニアレギュレータ（シリーズレギュレータとも呼ばれる）が用いられている（例えば特許文献１、２参照）。
特開２００１−１０９５２９号公報 特開２００２−２９７２４９号公報

特許文献１や２に記載されたレギュレータ回路や電源装置は近年は半導体集積回路として構成されているものが多く、レギュレータ回路単体が消費する電力や電流はかなり抑えられている。

しかしながら、車載機器内のマイクロコンピュータなどの電子部品の動作電圧は５Ｖから３Ｖ以下へ低下している。車載バッテリから供給される１２Ｖの電圧を変換する際には出力される電圧との差分は熱として放出されるために、この熱として放出される電力は無駄な電力となることから変換効率としては低下してしまう。

また、リニアレギュレータは、基本的動作として負荷電流とバックアップ電流の加算値以下に車載バッテリからの供給電流を抑えることはできない。近年、車両においては、電子機器や回路等の増加から車載バッテリへの負担が多くなる傾向があり、車載機器においても車載バッテリからの供給電流を減少させて車載バッテリの負担を少なくすることが求められている。

そこで、本発明は、例えばリニアレギュレータを用いた電源回路において、効率を向上させると共に電源からの供給電流を低下させることができる電源回路、車載機器および電源供給方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の電源回路は、電源から電圧が供給されるリニアレギュレータを備え、負荷に対して前記リニアレギュレータで変換した所定の電圧を安定して供給する電源回路において、前記電源から充電される複数のコンデンサと、前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替える電源切替手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項８に記載の電源供給方法は、電源からの電圧をリニアレギュレータで所定の電圧に変換し安定して負荷に対して供給する電源供給方法において、前記リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を交互に切り替えることを特徴としている。

本発明の一実施例にかかる電源回路のブロック図である。 図１に示されたブロック図の並列接続時の説明図である。 図２のリニアレギュレータとコンデンサとの関係を示した略図である。 図１に示されたブロック図の直列接続時の説明図である。 図４のリニアレギュレータとコンデンサとの関係を示した略図である。 車載バッテリから供給される電圧と時間平均した電圧の波形図である。 図１に示された電源回路の回路図である。 コンデンサを３個にした場合の回路図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ リニアレギュレータ
３ 車載バッテリ（電源）
４ 電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部（電源切替手段）
５ コンデンサ直並列切替部（直並列切替手段）
６ 第１減電センサー（電圧検出手段）
７ 第２減電センサー（電圧検出手段）
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ６、ＳＷ７ スイッチ（直並列切替手段）

以下、本発明の一実施形態にかかる電源回路を説明する。本発明の一実施形態にかかる電源回路は、電源切替手段が、リニアレギュレータに対して、電源から充電される複数のコンデンサを経由して電圧を供給するか、複数のコンデンサのみから電圧を供給するかを切り替えているので、電源切替手段で電源と複数のコンデンサのみとを交互に切り替えることで電源から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。

また、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給する際には複数のコンデンサを並列接続にし、複数のコンデンサのみから電圧を供給する際には複数のコンデンサを直列接続にするように接続を切り替える直並列切替手段を備えてもよい。このようにすることにより、コンデンサに充電する際には並列接続で、コンデンサのみの際にはコンデンサを直列接続で電圧を入力できるので、コンデンサのみから電圧を入力する際には直列接続した分の電圧による給電が可能となるとともに充電は並列接続により短時間で済む。

また、電源切替手段が、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給している際には、複数のコンデンサの一端が電源に接続されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されるように切り替え、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、複数のコンデンサの一端が接地されるとともにコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されるように切り替えてもよい。このようにすることにより、リニアレギュレータに電源から電圧を供給する場合は、コンデンサに充電しつつリニアレギュレータに給電することができ、コンデンサのみで電圧を供給する場合は、電源から切り離して複数のコンデンサを放電させながら給電することができる。

また、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて電源切替手段に対してコンデンサを経由して電源から電圧を供給するか、コンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替えさせる電圧検出手段を備えてもよい。このようにすることにより、例えばリニアレギュレータが安定して動作可能な入力電圧を基準として、コンデンサを経由して電源から電圧を供給するかコンデンサのみから電圧を供給するかを切り替えることが可能となり、リニアレギュレータを安定して動作させつつ変換効率向上や電源が供給する電流の低下を図ることができる。

また、電圧検出手段が、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、直並列切替手段に対して、複数のコンデンサを並列接続とするか、直列接続とするか、を切り替えさせてもよい。このようにすることにより、例えばリニアレギュレータが安定して動作可能な入力電圧を基準としてコンデンサの直並列を切り替えることができる。

また、電圧検出手段が、リニアレギュレータに対してコンデンサを経由して電源から電圧を供給している際に、リニアレギュレータの入力電圧が予め定めた第１の電圧以下となったことを検出して電源切替手段にコンデンサのみから電圧を供給させるとともに直並列切替手段に複数のコンデンサを直列接続に切り替えさせ、リニアレギュレータに対してコンデンサのみから電圧を供給している際に、リニアレギュレータの入力電圧が予め定めた第２の電圧以下となったことを検出して電源切替手段に複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するように切り替えさせるとともに前記直並列切替手段に複数のコンデンサを並列接続に切り替えさせてもよい。このようにすることにより、電圧検出手段が第１の電圧を検出することでコンデンサを直列接続にしてコンデンサのみから電圧を入力するように切り替えることが可能となり、また電圧検出手段が第２の電圧を検出することでコンデンサを並列接続にしてコンデンサを経由して電源から電圧を入力するように切り替えることが可能となる。したがって、第１の電圧と第２の電圧を交互に検出することでリニアレギュレータの電圧供給源を切り替えることができる。

また、車載機器に請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の電源回路を備えてもよい。このようにすることにより、車載機器において変換効率の向上や電源である車載バッテリからの電流供給の低下を図ることができ、よって車載バッテリの負担を軽減することができる。

また、本発明の一実施形態にかかる電源供給方法は、リニアレギュレータに対して、電源から充電される複数のコンデンサを経由して電圧を入力するか、複数のコンデンサのみから電圧を入力するかを交互に切替えているので、電源から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。

本発明の一実施例にかかる電源回路１を図１ないし図７を参照して説明する。電源回路１は、図１に示すようにリニアレギュレータ２と、車載バッテリ３と、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４と、コンデンサ直並列切替部５と、第１減電センサー６と、第２減電センサー７と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７とを備えている。

リニアレギュレータ（シリーズレギュレータとも呼ばれる）２は、入力電圧からその入力電圧よりも低い予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力に接続されるマイクロコンピュータなどの負荷に供給する回路素子である。

電源としての車載バッテリ３は、車両に取り付けられるバッテリであり１２Ｖの電圧を電源回路１や図示しない他の電子機器および回路等に供給している。

電源切替手段としての電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４は、スイッチＳＷ５を備え、スイッチＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、車載バッテリ３からリニアレギュレータ２への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

直並列切替手段としてのコンデンサ直並列切替部５は、後述する第１減電センサー６および第２減電センサー７からの検出信号に基づいて、後述するスイッチＳＷ１、ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７を制御して後述するコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続、並列接続の切り替えを行う。また、同様に第１減電センサー６および第２減電センサー７からの検出信号に基づいて、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５を制御して車載バッテリ３からリニアレギュレータ２への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。

電圧検出手段としての第１減電センサー６は、リニアレギュレータ２が車載バッテリ３からコンデンサＣ１、Ｃ２を経由して供給された電圧によって動作している際にリニアレギュレータ２の入力電圧を監視して、リニアレギュレータ２が予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力できる下限（動作限界下限）近傍の電圧を検出して検出信号をコンデンサ直並列切替部５に出力する。

電圧検出手段としての第２減電センサー７は、リニアレギュレータ２が直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２から供給された電圧によって動作している際にリニアレギュレータ２の入力電圧を監視して、リニアレギュレータ２が予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力できる下限（動作限界下限）近傍の電圧を検出して検出信号をコンデンサ直並列切替部５に出力する。

コンデンサＣ１は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がスイッチＳＷ２に接続されている。コンデンサＣ１は、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧を供給されるように切り替えられている場合は車載バッテリ３により充電され、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧供給が停止するように切り替えられている場合は放電してリニアレギュレータ２に電圧を供給する。

コンデンサＣ２は、一端がスイッチＳＷ６に接続され、他端がスイッチＳＷ３に接続されている。コンデンサＣ２は、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧を供給されるように切り替えられている場合は車載バッテリ３により充電され、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧供給が停止するように切り替えられている場合は放電してリニアレギュレータ２に電圧を供給する。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ１は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ１は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ２は、一端がコンデンサＣ１に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ２は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ３は、一端がコンデンサＣ２に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ３は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ４は、一端がコンデンサＣ２とスイッチＳＷ３との間に接続され、他端が接地されている。スイッチＳＷ４は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ６は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がコンデンサＣ２に接続されている。スイッチＳＷ６は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

直並列切替手段としてのスイッチＳＷ７は、一端がスイッチＳＷ６とコンデンサＣ２との間に接続され、他端がコンデンサＣ１とスイッチＳＷ２との間に接続されている。スイッチＳＷ７は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

次に、上述した構成の電源回路１の動作を図２ないし図６を参照して説明する。図２は、リニアレギュレータ２に対してコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続にしてコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給して動作させている場合のブロック図、図３は図２のリニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係を示した略図、図４は、リニアレギュレータ２に対してコンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続にしてコンデンサＣ１，Ｃ２のみで電圧を供給して動作させている場合のブロック図、図５は図４のリニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係を示した略図である。なお、図２および図４はコンデンサ直並列切替部５からの制御信号線（図１の点線）は省略している。図６は、車載バッテリ３から供給される電圧と時間平均した電圧の波形図である。

まず、図２に示すようにコンデンサ直並列切替部５がスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。こうすると、リニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係が図３の略図のような状態になり、コンデンサＣ１，Ｃ２は並列接続となるとともに車載バッテリ３から充電される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して給電されて動作する。

コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が進みリニアレギュレータ２の入力電圧が第１の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧以下まで低下した場合、第１減電センサー６がその電圧を検出しコンデンサ直並列切替部５に検出信号を出力する。コンデンサ直並列切替部５は、この検出信号が入力されると、図４に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＮに、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＦＦにする。つまり、リニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係が図５の略図のような状態になり、コンデンサＣ１，Ｃ２は直列接続となるとともに車載バッテリ３から切り離される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２からの放電電流によって動作する。すなわち、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えている。また、複数のコンデンサの一端が接地されるとともにコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されている。

なお、第１の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧は、リニアレギュレータ２の動作限界下限以下とするとリニアレギュレータ２の出力電圧変動など正常に動作できなくなるので、動作限界下限以上の所定の電圧に設定する。

コンデンサＣ１，Ｃ２の放電が進みリニアレギュレータ２の入力電圧が第２の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下した場合、第２減電センサー７がその電圧低下を検出しコンデンサ直並列切替部５に検出信号を出力する。コンデンサ直並列切替部５は、この検出信号が入力されると、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。こうすると、再び図２（図３）の状態となり、コンデンサＣ１，Ｃ２は並列接続となるとともに車載バッテリ３から充電される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して給電されて動作する。すなわち、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するように切り替えている。また、複数のコンデンサの一端が電源に接続されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されている。

なお、第２の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧は、リニアレギュレータ２の動作限界下限以下とするとリニアレギュレータ２の出力電圧変動など正常に動作できなくなるので、動作限界下限以上の所定の電圧に設定する。

このように図２（図３）と図４（図５）の状態を繰り返すことで直列接続（放電期間）の間は車載バッテリ３からの電圧（電流）供給がされない状態でリニアレギュレータ２は動作するので、図６に示すように入力電圧は時間平均すると通常の使い方をした場合より少ない電力でリニアレギュレータ２を動作させる事ができる。

次に、図１の機能ブロック図を具体的に実現した回路を図７に示す。各々点線で囲まれた部分が図１の各ブロックやスイッチに相当する。また、図中の長方形状の記号は抵抗を示す。

すなわち、スイッチＳＷ１はトランジスタＴｒ７，Ｔｒ８を備え、スイッチＳＷ２はトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６を備え、スイッチＳＷ３はトランジスタＴｒ１６，Ｔｒ１７を備え、スイッチＳＷ４はトランジスタＴｒ１５を備え、スイッチＳＷ５はトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備え、スイッチＳＷ６はトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を備え、スイッチＳＷ７はトランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４を備えている。

コンデンサ直並列切替部５はトランジスタＴｒ９，Ｔｒ１０，Ｔｒ１１，Ｔｒ１２を備え、第１減電センサー６はトランジスタＴｒ１８，Ｔｒ１９，Ｔｒ２０，Ｔｒ２１と、ダイオードＤ７と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、を備え、第２減電センサー７はトランジスタＴｒ２２，Ｔｒ２３，Ｔｒ２４と、ダイオードＤ８と、抵抗Ｒ３，Ｒ４と、を備えている。

図７の動作を説明する。まず、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電するために、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。すると、入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とがリニアレギュレータ２に対して並列接続されている構成となる。このときコンデンサＣ１，Ｃ２のｂ点側とａ点側はほぼ同じ電圧となり、あたかもショートしているような状態となってコンデンサＣ１，Ｃ２を充電しつつリニアレギュレータ２を動作させる。

コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が進むと、ｂ点側の電圧が徐々に低下するので、リニアレギュレータ２の入力（ｃ点）の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下する。ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下すると、その電圧低下を第１減電センサー６が検出する。詳しく説明すると、ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限まで低下するとトランジスタＴｒ２０がＯＦＦになる。トランジスタＴｒ２０がＯＦＦになるとトランジスタＴｒ１８およびトランジスタＴｒ１９がＯＮになるために、ダイオードＤ４のアノード側にＨｉレベルの信号が現れる。このＨｉレベルの信号が検出信号となってコンデンサ直並列切替部５の各トランジスタを動作させてスイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＮ（すなわち、トランジスタＴｒ７、Ｔｒ１５、Ｔｒ１３をＯＮ状態）に、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＦＦ（すなわち、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ１６、Ｔｒ３、Ｔｒ１をＯＦＦ状態）に切り替える。なお、トランジスタＴｒ２０がＯＦＦになる電圧は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との比によって決定されるために、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を変更することによって並列接続から直列接続に切り替えるために検出する電圧を変更することができる。

そして、この各スイッチの切り替えにより、グランド−Ｔｒ１５−Ｃ２−Ｔｒ１３−Ｃ１−Ｔｒ７−Ｄ５−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とがリニアレギュレータ２に対して直列接続されている構成となる。この構成によりリニアレギュレータ２の入力に加わる電圧はコンデンサＣ１とＣ２が加算された電圧となりリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍から上昇し、その上昇した電圧からコンデンサＣ１，Ｃ２に充電していた電荷が放電しリニアレギュレータ２に電流を供給する。

次に、コンデンサＣ１，Ｃ２の放電が進むと、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下するので、リニアレギュレータ２の入力（ｃ点）の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下する。ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下すると、その電圧低下を第２減電センサー７が検出する。詳しく説明すると、ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限まで低下するとトランジスタＴｒ２４がＯＦＦになる。トランジスタＴｒ２４がＯＦＦになるとトランジスタＴｒ２２およびトランジスタＴｒ２３がＯＮになるために、トランジスタＴｒ１２のゲートにＨｉレベルの信号が現れる。このＨｉレベルの信号が検出信号となってコンデンサ直並列切替部５の各トランジスタを動作させてスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＮ（すなわち、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ１６、Ｔｒ３、Ｔｒ１をＯＮ状態）に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦ（すなわち、トランジスタＴｒ７、Ｔｒ１５、Ｔｒ１３をＯＦＦ状態）に切り替える。なお、トランジスタＴｒ２４がＯＦＦになる電圧は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との比によって決定されるために、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を変更することによって直列接続から並列接続に切り替えるために検出する電圧を変更することができる。

そして、この各スイッチの切り替えにより、入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とが並列接続されている構成となり、以降並列接続と直列接続の切り替えを繰り返す。

なお、一度直列接続から並列接続に切り替わった際のコンデンサＣ１，Ｃ２は放電時に完全に放電されていないため、充電状態になった際にｂ点の電圧がａ点の電圧より低い状態となるので初期の充電時よりも短い時間で動作限界下限電圧が検出される。

本実施例によれば、第１減電センサー６および第２減電センサー７でリニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下したことを検出して、コンデンサ直並列切替部５がスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４を切り替えてコンデンサＣ１，Ｃ２の並列接続、直列接続を切り替える。コンデンサＣ１，Ｃ２が並列接続の場合は、車載バッテリ３からコンデンサＣ１，Ｃ２を充電しつつリニアレギュレータ２を動作させ、コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続の場合は、コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電することでリニアレギュレータ２を動作させるために、並列接続、直列接続を交互に切り替えることで車載バッテリ３から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。

また、コンデンサＣ１，Ｃ２を充電する際には並列接続とし、放電してリニアレギュレータ２を動作させる際には直列接続とすることで、充電時間を短縮するとともに、放電時にはリニアレギュレータ２を動作させるのに十分な電圧とすることができる。

なお、上述した実施例は、コンデンサがＣ１とＣ２の２つであったが、２つに限らないことは言うまでもない。図８にコンデンサが３つの場合の回路図を示す。図８の回路図において、点線で囲まれている部分が図７の回路からの追加部分である。図８の場合、コンデンサを並列接続する際には、前記した入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスに加えて、Ｔｒ１−Ｄ９−Ｃ３−Ｔｒ２７−Ｄ１０−リニアレギュレータ２というパスが構成される。直列接続の際には、グランド−Ｔｒ１５−Ｃ２−Ｔｒ１３−Ｃ３−Ｔｒ２５−Ｃ１−Ｔｒ７−Ｄ５−リニアレギュレータ２というパスが構成される。

また、図７や図８で示した回路図ではスイッチにＦＥＴ（Field effect transistor）を用いていたが、バイポーラトランジスタを用いても良い。ただし、ＦＥＴの方が電圧駆動であって流れる電流が少ないために本発明の回路には好適である。

また、上述した実施例では第１の電圧および第２の電圧として、どちらもリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧としていたが、それぞれ異なる電圧としても良い。

また、第１減電センサー６および第２減電センサー７は図７や図８に示した回路に限らず、例えば、マイクロコンピュータのＡ／Ｄポートなどにｃ点の電圧を取り込んでプログラム処理によって検出しコンデンサ直並列切替部５に通知しても良い。

また、図１ないし図８に示した電源回路１をカーステレオやカーナビゲーションシステムなどの車載機器に備えても良い。カーステレオやカーナビゲーションシステムなどの車載機器に備えることで、変換効率向上や車載バッテリからの電流を減少させることができるので車載バッテリに対する負担を軽減することができる。

前述した実施例によれば、以下の電源回路および電源供給方法が得られる。

（付記１）車載バッテリ３から電圧が供給されるリニアレギュレータ２を備え、負荷に対してリニアレギュレータ２で変換した所定の電圧を安定して供給する電源回路１において、
車載バッテリ３から充電される複数のコンデンサＣ１，Ｃ２と、
リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するか、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するか、を切り替える電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４と、
を備えたことを特徴とする電源回路１。

この電源回路１によれば、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４で複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由した車載バッテリ３からの電圧供給と、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみからの電圧供給と、を交互に切り替えることで車載バッテリ３から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば車載バッテリ３から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに車載バッテリ３から供給される電流も時間平均では低下させることができる。

（付記２）車載バッテリ３から電圧をリニアレギュレータ２で所定の電圧に変換し安定して負荷に対して供給する電源供給方法において、
リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するか、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するか、を交互に切り替えることを特徴とする電源供給方法。

この電源供給方法によれば、車載バッテリ３から常時電圧入力する必要が無くなることから、時間平均すれば車載バッテリ３から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに車載バッテリ３から供給される電流も時間平均では低下させることができる。

なお、前述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【書類名】明細書
【発明の名称】電源回路、車載機器および電源供給方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアレギュレータを用いて負荷に対して一定の電圧を供給する電源回路、電源供給方法およびそれを備えた車載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばカーステレオなどの車載機器においては、車載バッテリが供給する１２Ｖから機器内部のマイクロコンピュータなどの電子部品が動作する低い電圧（５Ｖや３Ｖなど）に電圧を変換する必要があり、そのための電源回路が備えられている。
【０００３】
前記電源回路には、電源である車載バッテリからの電圧供給は変動が大きいために車載機器内の電子部品に対して安定して電圧を供給するためにレギュレータが用いられている。
【０００４】
また、この種の電源回路ではバックアップの際に数ｍＡ程度の小電流を車載バッテリなどの電源から供給するために小電流を安定して供給するのに好適なリニアレギュレータ（シリーズレギュレータとも呼ばれる）が用いられている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行特許文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０９５２９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９７２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や２に記載されたレギュレータ回路や電源装置は近年は半導体集積回路として構成されているものが多く、レギュレータ回路単体が消費する電力や電流はかなり抑えられている。
【０００７】
しかしながら、車載機器内のマイクロコンピュータなどの電子部品の動作電圧は５Ｖから３Ｖ以下へ低下している。車載バッテリから供給される１２Ｖの電圧を変換する際には出力される電圧との差分は熱として放出されるために、この熱として放出される電力は無駄な電力となることから変換効率としては低下してしまう。
【０００８】
また、リニアレギュレータは、基本的動作として負荷電流とバックアップ電流の加算値以下に車載バッテリからの供給電流を抑えることはできない。近年、車両においては、電子機器や回路等の増加から車載バッテリへの負担が多くなる傾向があり、車載機器においても車載バッテリからの供給電流を減少させて車載バッテリの負担を少なくすることが求められている。
【０００９】
そこで、本発明は、例えばリニアレギュレータを用いた電源回路において、効率を向上させると共に電源からの供給電流を低下させることができる電源回路、車載機器および電源供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の電源回路は、リニアレギュレータに電圧を供給する電源回路において、電源から充電される複数のコンデンサと、 前記複数のコンデンサの一端が前記電源に接続されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されて前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサの一端が接地されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されて前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替える電源切替手段と、 前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給している際には、前記リニアレギュレータの入力電圧が前記リニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に前記電源切替手段に前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えさせ、前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、前記リニアレギュレータの入力電圧が前記リニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に前記電源切替手段に前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するように切り替えさせる電圧検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項８に記載の電源供給方法は、リニアレギュレータに電圧を供給する電源供給方法において、複数のコンデンサの一端が前記電源に接続されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されて前記リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサの一端が接地されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されて前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替える電源切替工程と、 前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給している際には、前記リニアレギュレータの入力電圧が前記リニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に前記電源切替工程に前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えさせ、前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、前記リニアレギュレータの入力電圧が前記リニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に前記電源切替工程に前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するように切り替えさせる前記電圧検出工程と、を含むことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例にかかる電源回路のブロック図である。
【図２】図１に示されたブロック図の並列接続時の説明図である。
【図３】図２のリニアレギュレータとコンデンサとの関係を示した略図である。
【図４】図１に示されたブロック図の直列接続時の説明図である。
【図５】図４のリニアレギュレータとコンデンサとの関係を示した略図である。
【図６】車載バッテリから供給される電圧と時間平均した電圧の波形図である。
【図７】図１に示された電源回路の回路図である。
【図８】コンデンサを３個にした場合の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる電源回路を説明する。本発明の一実施形態にかかる電源回路は、電源切替手段が、複数のコンデンサの一端が電源に接続されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されてリニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するか、複数のコンデンサの一端が接地されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されてリニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替えて、電圧検出手段では、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給している際には、リニアレギュレータの入力電圧がリニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替手段に複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えさせ、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、リニアレギュレータの入力電圧がリニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替手段に複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するように切り替えさせているので、電源切替手段で電源と複数のコンデンサのみとを交互に切り替えることで電源から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。
【００１４】
また、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給する際には複数のコンデンサを並列接続にし、複数のコンデンサのみから電圧を供給する際には複数のコンデンサを直列接続にするように接続を切り替える直並列切替手段を備えてもよい。このようにすることにより、コンデンサに充電する際には並列接続で、コンデンサのみの際にはコンデンサを直列接続で電圧を入力できるので、コンデンサのみから電圧を入力する際には直列接続した分の電圧による給電が可能となるとともに充電は並列接続により短時間で済む。
【００１５】
また、電圧検出手段が、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、直並列切替手段に対して、複数のコンデンサを並列接続とするか、直列接続とするか、を切り替えさせてもよい。このようにすることにより、例えばリニアレギュレータが安定して動作可能な入力電圧を基準としてコンデンサの直並列を切り替えることができる。
【００１６】
また、車載機器に請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の電源回路を備えてもよい。このようにすることにより、車載機器において変換効率の向上や電源である車載バッテリからの電流供給の低下を図ることができ、よって車載バッテリの負担を軽減することができる。
【００１７】
また、本発明の一実施形態にかかる電源供給方法は、電源切替工程で、複数のコンデンサの一端が電源に接続されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されてリニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するか、複数のコンデンサの一端が接地されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されてリニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替えて、電圧検出工程では、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給している際には、リニアレギュレータの入力電圧がリニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替手工程に複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えさせ、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、リニアレギュレータの入力電圧がリニアレギュレータの動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替工程に複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するように切り替えさせているので、電源切替工程で電源と複数のコンデンサのみとを交互に切り替えることで電源から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。
【実施例】
【００１８】
本発明の一実施例にかかる電源回路１を図１ないし図７を参照して説明する。電源回路１は、図１に示すようにリニアレギュレータ２と、車載バッテリ３と、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４と、コンデンサ直並列切替部５と、第１減電センサー６と、第２減電センサー７と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７とを備えている。
【００１９】
リニアレギュレータ（シリーズレギュレータとも呼ばれる）２は、入力電圧からその入力電圧よりも低い予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力に接続されるマイクロコンピュータなどの負荷に供給する回路素子である。
【００２０】
電源としての車載バッテリ３は、車両に取り付けられるバッテリであり１２Ｖの電圧を電源回路１や図示しない他の電子機器および回路等に供給している。
【００２１】
電源切替手段としての電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４は、スイッチＳＷ５を備え、スイッチＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、車載バッテリ３からリニアレギュレータ２への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００２２】
直並列切替手段としてのコンデンサ直並列切替部５は、後述する第１減電センサー６および第２減電センサー７からの検出信号に基づいて、後述するスイッチＳＷ１、ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７を制御して後述するコンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続、並列接続の切り替えを行う。また、同様に第１減電センサー６および第２減電センサー７からの検出信号に基づいて、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５を制御して車載バッテリ３からリニアレギュレータ２への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。
【００２３】
電圧検出手段としての第１減電センサー６は、リニアレギュレータ２が車載バッテリ３からコンデンサＣ１、Ｃ２を経由して供給された電圧によって動作している際にリニアレギュレータ２の入力電圧を監視して、リニアレギュレータ２が予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力できる下限（動作限界下限）近傍の電圧を検出して検出信号をコンデンサ直並列切替部５に出力する。
【００２４】
電圧検出手段としての第２減電センサー７は、リニアレギュレータ２が直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２から供給された電圧によって動作している際にリニアレギュレータ２の入力電圧を監視して、リニアレギュレータ２が予め定めた所定の電圧に変換し安定して出力できる下限（動作限界下限）近傍の電圧を検出して検出信号をコンデンサ直並列切替部５に出力する。
【００２５】
コンデンサＣ１は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がスイッチＳＷ２に接続されている。コンデンサＣ１は、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧を供給されるように切り替えられている場合は車載バッテリ３により充電され、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧供給が停止するように切り替えられている場合は放電してリニアレギュレータ２に電圧を供給する。
【００２６】
コンデンサＣ２は、一端がスイッチＳＷ６に接続され、他端がスイッチＳＷ３に接続されている。コンデンサＣ２は、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧を供給されるように切り替えられている場合は車載バッテリ３により充電され、電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４が車載バッテリ３から電圧供給が停止するように切り替えられている場合は放電してリニアレギュレータ２に電圧を供給する。
【００２７】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ１は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ１は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００２８】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ２は、一端がコンデンサＣ１に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ２は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００２９】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ３は、一端がコンデンサＣ２に接続され、他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されている。スイッチＳＷ３は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００３０】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ４は、一端がコンデンサＣ２とスイッチＳＷ３との間に接続され、他端が接地されている。スイッチＳＷ４は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００３１】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ６は、一端が電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に接続され、他端がコンデンサＣ２に接続されている。スイッチＳＷ６は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００３２】
直並列切替手段としてのスイッチＳＷ７は、一端がスイッチＳＷ６とコンデンサＣ２との間に接続され、他端がコンデンサＣ１とスイッチＳＷ２との間に接続されている。スイッチＳＷ７は、コンデンサ直並列切替部５によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００３３】
次に、上述した構成の電源回路１の動作を図２ないし図６を参照して説明する。図２は、リニアレギュレータ２に対してコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続にしてコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給して動作させている場合のブロック図、図３は図２のリニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係を示した略図、図４は、リニアレギュレータ２に対してコンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続にしてコンデンサＣ１，Ｃ２のみで電圧を供給して動作させている場合のブロック図、図５は図４のリニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係を示した略図である。なお、図２および図４はコンデンサ直並列切替部５からの制御信号線（図１の点線）は省略している。図６は、車載バッテリ３から供給される電圧と時間平均した電圧の波形図である。
【００３４】
まず、図２に示すようにコンデンサ直並列切替部５がスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。こうすると、リニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係が図３の略図のような状態になり、コンデンサＣ１，Ｃ２は並列接続となるとともに車載バッテリ３から充電される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して給電されて動作する。
【００３５】
コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が進みリニアレギュレータ２の入力電圧が第１の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧以下まで低下した場合、第１減電センサー６がその電圧を検出しコンデンサ直並列切替部５に検出信号を出力する。コンデンサ直並列切替部５は、この検出信号が入力されると、図４に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＮに、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＦＦにする。つまり、リニアレギュレータ２とコンデンサＣ１，Ｃ２との関係が図５の略図のような状態になり、コンデンサＣ１，Ｃ２は直列接続となるとともに車載バッテリ３から切り離される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２からの放電電流によって動作する。すなわち、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサのみから電圧を供給するように切り替えている。また、複数のコンデンサの一端が接地されるとともにコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されている。
【００３６】
なお、第１の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧は、リニアレギュレータ２の動作限界下限以下とするとリニアレギュレータ２の出力電圧変動など正常に動作できなくなるので、動作限界下限以上の所定の電圧に設定する。
【００３７】
コンデンサＣ１，Ｃ２の放電が進みリニアレギュレータ２の入力電圧が第２の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下した場合、第２減電センサー７がその電圧低下を検出しコンデンサ直並列切替部５に検出信号を出力する。コンデンサ直並列切替部５は、この検出信号が入力されると、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４のスイッチＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。こうすると、再び図２（図３）の状態となり、コンデンサＣ１，Ｃ２は並列接続となるとともに車載バッテリ３から充電される。リニアレギュレータ２はコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して給電されて動作する。すなわち、リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して電源から電圧を供給するように切り替えている。また、複数のコンデンサの一端が電源に接続されるとともに複数のコンデンサの他端がリニアレギュレータの入力に接続されている。
【００３８】
なお、第２の電圧としてのリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧は、リニアレギュレータ２の動作限界下限以下とするとリニアレギュレータ２の出力電圧変動など正常に動作できなくなるので、動作限界下限以上の所定の電圧に設定する。
【００３９】
このように図２（図３）と図４（図５）の状態を繰り返すことで直列接続（放電期間）の間は車載バッテリ３からの電圧（電流）供給がされない状態でリニアレギュレータ２は動作するので、図６に示すように入力電圧は時間平均すると通常の使い方をした場合より少ない電力でリニアレギュレータ２を動作させる事ができる。
【００４０】
次に、図１の機能ブロック図を具体的に実現した回路を図７に示す。各々点線で囲まれた部分が図１の各ブロックやスイッチに相当する。また、図中の長方形状の記号は抵抗を示す。
【００４１】
すなわち、スイッチＳＷ１はトランジスタＴｒ７，Ｔｒ８を備え、スイッチＳＷ２はトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６を備え、スイッチＳＷ３はトランジスタＴｒ１６，Ｔｒ１７を備え、スイッチＳＷ４はトランジスタＴｒ１５を備え、スイッチＳＷ５はトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備え、スイッチＳＷ６はトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を備え、スイッチＳＷ７はトランジスタＴｒ１３，Ｔｒ１４を備えている。
【００４２】
コンデンサ直並列切替部５はトランジスタＴｒ９，Ｔｒ１０，Ｔｒ１１，Ｔｒ１２を備え、第１減電センサー６はトランジスタＴｒ１８，Ｔｒ１９，Ｔｒ２０，Ｔｒ２１と、ダイオードＤ７と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、を備え、第２減電センサー７はトランジスタＴｒ２２，Ｔｒ２３，Ｔｒ２４と、ダイオードＤ８と、抵抗Ｒ３，Ｒ４と、を備えている。
【００４３】
図７の動作を説明する。まず、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電するために、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＮに、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦにする。すると、入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とがリニアレギュレータ２に対して並列接続されている構成となる。このときコンデンサＣ１，Ｃ２のｂ点側とａ点側はほぼ同じ電圧となり、あたかもショートしているような状態となってコンデンサＣ１，Ｃ２を充電しつつリニアレギュレータ２を動作させる。
【００４４】
コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が進むと、ｂ点側の電圧が徐々に低下するので、リニアレギュレータ２の入力（ｃ点）の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下する。ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下すると、その電圧低下を第１減電センサー６が検出する。詳しく説明すると、ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限まで低下するとトランジスタＴｒ２０がＯＦＦになる。トランジスタＴｒ２０がＯＦＦになるとトランジスタＴｒ１８およびトランジスタＴｒ１９がＯＮになるために、ダイオードＤ４のアノード側にＨｉレベルの信号が現れる。このＨｉレベルの信号が検出信号となってコンデンサ直並列切替部５の各トランジスタを動作させてスイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＮ（すなわち、トランジスタＴｒ７、Ｔｒ１５、Ｔｒ１３をＯＮ状態）に、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＦＦ（すなわち、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ１６、Ｔｒ３、Ｔｒ１をＯＦＦ状態）に切り替える。なお、トランジスタＴｒ２０がＯＦＦになる電圧は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との比によって決定されるために、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を変更することによって並列接続から直列接続に切り替えるために検出する電圧を変更することができる。
【００４５】
そして、この各スイッチの切り替えにより、グランド−Ｔｒ１５−Ｃ２−Ｔｒ１３−Ｃ１−Ｔｒ７−Ｄ５−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とがリニアレギュレータ２に対して直列接続されている構成となる。この構成によりリニアレギュレータ２の入力に加わる電圧はコンデンサＣ１とＣ２が加算された電圧となりリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍から上昇し、その上昇した電圧からコンデンサＣ１，Ｃ２に充電していた電荷が放電しリニアレギュレータ２に電流を供給する。
【００４６】
次に、コンデンサＣ１，Ｃ２の放電が進むと、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下するので、リニアレギュレータ２の入力（ｃ点）の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下する。ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下すると、その電圧低下を第２減電センサー７が検出する。詳しく説明すると、ｃ点の電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限まで低下するとトランジスタＴｒ２４がＯＦＦになる。トランジスタＴｒ２４がＯＦＦになるとトランジスタＴｒ２２およびトランジスタＴｒ２３がＯＮになるために、トランジスタＴｒ１２のゲートにＨｉレベルの信号が現れる。このＨｉレベルの信号が検出信号となってコンデンサ直並列切替部５の各トランジスタを動作させてスイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ５をＯＮ（すなわち、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ１６、Ｔｒ３、Ｔｒ１をＯＮ状態）に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７をＯＦＦ（すなわち、トランジスタＴｒ７、Ｔｒ１５、Ｔｒ１３をＯＦＦ状態）に切り替える。なお、トランジスタＴｒ２４がＯＦＦになる電圧は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との比によって決定されるために、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を変更することによって直列接続から並列接続に切り替えるために検出する電圧を変更することができる。
【００４７】
そして、この各スイッチの切り替えにより、入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスが構成されコンデンサＣ１とＣ２とが並列接続されている構成となり、以降並列接続と直列接続の切り替えを繰り返す。
【００４８】
なお、一度直列接続から並列接続に切り替わった際のコンデンサＣ１，Ｃ２は放電時に完全に放電されていないため、充電状態になった際にｂ点の電圧がａ点の電圧より低い状態となるので初期の充電時よりも短い時間で動作限界下限電圧が検出される。
【００４９】
本実施例によれば、第１減電センサー６および第２減電センサー７でリニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍まで低下したことを検出して、コンデンサ直並列切替部５がスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ７および電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４を切り替えてコンデンサＣ１，Ｃ２の並列接続、直列接続を切り替える。コンデンサＣ１，Ｃ２が並列接続の場合は、車載バッテリ３からコンデンサＣ１，Ｃ２を充電しつつリニアレギュレータ２を動作させ、コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続の場合は、コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電することでリニアレギュレータ２を動作させるために、並列接続、直列接続を交互に切り替えることで車載バッテリ３から常時電圧を入力する必要が無くなることから、時間平均すれば電源から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに電源から供給される電流も時間平均では低下させることができる。
【００５０】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２を充電する際には並列接続とし、放電してリニアレギュレータ２を動作させる際には直列接続とすることで、充電時間を短縮するとともに、放電時にはリニアレギュレータ２を動作させるのに十分な電圧とすることができる。
【００５１】
なお、上述した実施例は、コンデンサがＣ１とＣ２の２つであったが、２つに限らないことは言うまでもない。図８にコンデンサが３つの場合の回路図を示す。図８の回路図において、点線で囲まれている部分が図７の回路からの追加部分である。図８の場合、コンデンサを並列接続する際には、前記した入力−Ｔｒ１−Ｄ１−Ｃ１−Ｔｒ５−Ｄ３−リニアレギュレータ２というパスと、入力−Ｔｒ１−Ｔｒ３−Ｄ２−Ｃ２−Ｔｒ１６−Ｄ６−リニアレギュレータ２というパスに加えて、Ｔｒ１−Ｄ９−Ｃ３−Ｔｒ２７−Ｄ１０−リニアレギュレータ２というパスが構成される。直列接続の際には、グランド−Ｔｒ１５−Ｃ２−Ｔｒ１３−Ｃ３−Ｔｒ２５−Ｃ１−Ｔｒ７−Ｄ５−リニアレギュレータ２というパスが構成される。
【００５２】
また、図７や図８で示した回路図ではスイッチにＦＥＴ（Field effect transistor）を用いていたが、バイポーラトランジスタを用いても良い。ただし、ＦＥＴの方が電圧駆動であって流れる電流が少ないために本発明の回路には好適である。
【００５３】
また、上述した実施例では第１の電圧および第２の電圧として、どちらもリニアレギュレータ２の動作限界下限近傍の電圧としていたが、それぞれ異なる電圧としても良い。
【００５４】
また、第１減電センサー６および第２減電センサー７は図７や図８に示した回路に限らず、例えば、マイクロコンピュータのＡ／Ｄポートなどにｃ点の電圧を取り込んでプログラム処理によって検出しコンデンサ直並列切替部５に通知しても良い。
【００５５】
また、図１ないし図８に示した電源回路１をカーステレオやカーナビゲーションシステムなどの車載機器に備えても良い。カーステレオやカーナビゲーションシステムなどの車載機器に備えることで、変換効率向上や車載バッテリからの電流を減少させることができるので車載バッテリに対する負担を軽減することができる。
【００５６】
前述した実施例によれば、以下の電源回路および電源供給方法が得られる。
【００５７】
（付記１）リニアレギュレータ２に電圧を供給する電源回路１において、
車載バッテリ３から充電される複数のコンデンサＣ１，Ｃ２と、
複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の一端が車載バッテリ３に接続されるとともに複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されてリニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するか、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の一端が接地されるとともに複数のコンデンサＣ１，Ｃ１の他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されてリニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するか、を切り替える電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４と、
リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給している際には、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限の電圧を下回る前に電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するように切り替えさせ、リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給している際には、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限の電圧を下回る前に電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部４に複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するように切り替えさせる第１減電センサー６，第２減電センサー７と、
を備えたことを特徴とする電源回路。
【００５８】
この電源回路１によれば、車載バッテリ３から常時電圧を入力する必要が無くなり、時間平均すれば車載バッテリ３から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに車載バッテリ３から供給される電流も時間平均では低下させることができる。
【００５９】
（付記２）リニアレギュレータ２に電圧を供給する電源供給方法において、
複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の一端が車載バッテリ３に接続されるとともに複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されてリニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するか、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の一端が接地されるとともに複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の他端がリニアレギュレータ２の入力に接続されてリニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するか、を切り替える電源切替工程と、
リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給している際には、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替工程に複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給するように切り替えさせ、リニアレギュレータ２に対して複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のみから電圧を供給している際には、リニアレギュレータ２の入力電圧がリニアレギュレータ２の動作限界下限の電圧を下回る前に電源切替工程に複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を経由して車載バッテリ３から電圧を供給するように切り替えさせる電圧検出工程と、
を含むことを特徴とする電源供給方法。
【００６０】
この電源供給方法によれば、車載バッテリ３から常時電圧入力する必要が無くなることから、時間平均すれば車載バッテリ３から供給する電圧は低下するので変換効率が向上し、さらに車載バッテリ３から供給される電流も時間平均では低下させることができる。
【００６１】
なお、前述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 電源回路
２ リニアレギュレータ
３ 車載バッテリ（電源）
４ 電源ＯＮ／ＯＦＦ切替部（電源切替手段）
５ コンデンサ直並列切替部（直並列切替手段）
６ 第１減電センサー（電圧検出手段）
７ 第２減電センサー（電圧検出手段）
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ６、ＳＷ７ スイッチ（直並列切替手段）

Claims (8)

1. 電源から電圧が供給されるリニアレギュレータを備え、負荷に対して前記リニアレギュレータで変換した所定の電圧を安定して供給する電源回路において、
   前記電源から充電される複数のコンデンサと、
   前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替える電源切替手段と、
   を備えたことを特徴とする電源回路。
2. 前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給する際には前記複数のコンデンサを並列接続にし、前記複数のコンデンサのみから電圧を供給する際には前記複数のコンデンサを直列接続にするように接続を切り替える直並列切替手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記電源切替手段が、前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給している際には、前記複数のコンデンサの一端が前記電源に接続されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されるように切り替え、前記リニアレギュレータに対して前記複数のコンデンサのみから電圧を供給している際には、前記複数のコンデンサの一端が接地されるとともに前記複数のコンデンサの他端が前記リニアレギュレータの入力に接続されるように切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の電源回路。
4. 前記リニアレギュレータの入力電圧に基づいて前記電源切替手段に対して、前記コンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記コンデンサのみから電圧を供給するか、を切り替えさせる電圧検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の電源回路。
5. 前記電圧検出手段が、前記リニアレギュレータの入力電圧に基づいて、前記直並列切替手段に対して、前記複数のコンデンサを並列接続とするか、直列接続とするか、を切り替えさせることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の電源回路。
6. 前記電圧検出手段が、前記リニアレギュレータに対して前記コンデンサを経由して前記電源から電圧を供給している際に、前記リニアレギュレータの入力電圧が予め定めた第１の電圧以下となったことを検出して前記電源切替手段に前記コンデンサのみから電圧を供給させるとともに前記直並列切替手段に前記複数のコンデンサを直列接続に切り替えさせ、前記リニアレギュレータに対して前記コンデンサのみから電圧を供給している際に、前記リニアレギュレータの入力電圧が予め定めた第２の電圧以下となったことを検出して前記電源切替手段に前記複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するように切り替えさせるとともに前記直並列切替手段に前記複数のコンデンサを並列接続に切り替えさせることを特徴とする請求項５に記載の電源回路。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の電源回路を備えた車載機器。
8. 電源からの電圧をリニアレギュレータで所定の電圧に変換し安定して負荷に対して供給する電源供給方法において、
   前記リニアレギュレータに対して複数のコンデンサを経由して前記電源から電圧を供給するか、前記複数のコンデンサのみから電圧を供給するか、を交互に切り替えることを特徴とする電源供給方法。

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