KR20070043789A

KR20070043789A - 전원 장치

Info

Publication number: KR20070043789A
Application number: KR1020077001243A
Authority: KR
Inventors: 다츠키 니시노
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2007-04-25
Also published as: JP4510022B2; EP1788695A1; CN1993877A; EP1788695A4; TW200614638A; US20070257645A1; JPWO2006018923A1; WO2006018923A1

Abstract

부하 회로 상의 일정 단자의 전압을 제어 회로에 귀환하고, 승압 동작을 제어하는 승압 회로를 이용한 전원 장치에 있어서, 제어 회로에 귀환되는 전압에 대한 보호 기능을 갖게 한다. 전원 장치(100)는 승압 회로(10), 보호 회로(20), PWM 제어 회로(14), 전류 제어 회로(16)를 포함하고, LED(40)의 캐소드 전압(Vled)이 귀환되어 승압 동작이 제어된다. 보호 회로(20)는 LED 단자(108)와 PWM 제어 회로(14) 사이에 설치되어 있고, 보호 정전류원(22), 클램프용 트랜지스터(24), 보호 저항(Rp)을 포함한다. PWM 제어 회로(14)로 입력되어 있는 클램프용 트랜지스터(24)의 소스 단자의 전압(Vfb)은 LED 단자(108)의 전압이 높아지더라도 클램프 전압(Vbat-Vt) 이하로 클램프된다.

Description

전원 장치{POWER SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 승압 회로를 이용한 전원 장치에 관한 것이다.

최근의 휴대 전화, PDA(Personal Digital Assistance) 등의 소형 정보 단말에 있어서는, 예컨대 액정의 백 라이트에 이용되는 LED(Light Emitting Diode) 등과 같이 전지의 출력 전압보다도 높은 전압을 필요로 하는 디바이스가 존재한다. 예컨대, 이들의 소형 정보 단말에서는 Li 이온 전지가 많이 이용되고, 그 출력 전압은 통상 3.5V 정도이며, 만충전 시에 있어서도 4.2V 정도이지만, LED는 그 구동 전압으로서 전지 전압보다도 높은 전압을 필요로 한다. 이와 같이, 전지 전압보다도 높은 전압이 필요해지는 경우에는, 스위칭 레귤레이터나 스위치드 커패시터 방식 등의 승압 회로를 이용하여 전지 전압을 승압하고, LED 등의 부하 회로를 구동하기 위해서 필요한 전압을 얻고 있다(일본 공개특허공보 2001-223095호).

여기서, 이러한 승압 회로는 부하 회로를 안정되게 동작시키기 위해서, 부하 회로 상의 일정 단자의 전압을 제어 회로에 귀환하여 승압 동작의 제어를 행하고 있다. 예컨대, 상기의 LED를 구동하는 경우에는, LED의 캐소드 단자에 LED 구동용의 정전류원을 접속하고, LED의 휘도를 유지하면서 캐소드 단자의 전압이 일정값이 되도록 제어하는 방법이 생각된다. 이 때, 승압 회로의 제어 회로에는 캐소드 단자의 전압이 귀환되게 된다.

본 발명자는 이러한 상황 하에, 이하의 과제를 인식하기에 이르렀다. 이 방법에 의하면, 캐소드 단자에는 애노드 단자의 전압이 LED의 순방향 전압(Vf)만큼 전압 강하한 전압이 나타나기 때문에, 통상의 동작 시에 있어서는 캐소드 전압은 애노드 전압보다도 충분히 낮아진다. 그런데, 이 LED의 순방향 전압(Vf)은 전류에 의존하고, 전류가 흐르고 있지 않은 동안은 0V에 가까운 작은 값이 된다. 따라서, LED를 점등한 상태에서 LED를 소등 상태로 전환한 경우에는, LED의 애노드 단자에는 승압 전압이 인가된 상태로, LED에서의 전압 강하는 0V에 가까워지고, 캐소드 단자에는 승압 전압에 가까운 전압이 그대로 나타나게 된다. 또한, 승압 회로의 기동 시 등에 있어서, LED에 전류가 흐르기 시작하기 이전은 순방향 전압(Vf)은 매우 작고, 승압 회로의 승압 동작을 개시한 직후에 있어서 LED의 캐소드 단자에는 승압 회로의 출력 전압에 가까운 전압이 나타나게 된다. 이러한 승압된 높은 전압이 제어 회로에 귀환되면, 내부 회로의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다. 이러한 문제는, 복수의 부하 회로를 구동할 때에 부하 회로의 동작 상태를 전환한 경우에도 마찬가지로 일어날 수 있다.

즉, 소등 시, 전원 장치의 기동 시, 출력 전압의 전환 시나 부하 회로의 변동 시에는 전원 장치에 귀환되는 전압이 정상적, 또는 순간적으로 상승하는 경우가 있고, 이 전압에 의해 회로의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 전원 장치에 귀환되는 전압에 대한 보호 기능을 구비한 전원 장치의 제공에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일정 양태의 전원 장치는, 승압 회로에 의해 부하 회로를 구동하는 경로 상에 설치된 귀환 단자의 전압이 소정의 전압값에 가까워지도록 승압 회로의 출력 전압을 귀환 제어하는 제어 회로와, 귀환 단자로부터 제어 회로로의 귀환 경로 상에 설치된 보호 회로를 구비한다. 보호 회로는, 입력된 귀환 단자의 전압이 소정 전압에 달했을 때, 제어 회로로 출력하는 전압이 소정의 클램프 전압 이상으로 상승하는 것을 억제하는 전압 클램프 기능을 갖는다.

「승압 회로에 의해 부하 회로를 구동하는 경로」란, 승압 회로의 출력으로부터 부하 회로를 통해 접지를 향하는 경로를 의미한다.

이 양태에 의하면, 제어 회로에 귀환 입력되는 전압은, 보호 회로에 의해서 클램프 전압 이하로 제한되기 때문에, 승압 동작 중에 부하 회로가 정지된 경우나, 승압 회로의 기동 시, 또는 부하 변동 시에 있어서 귀환 입력되는 전압이 정상적 또는 순간적으로 상승한 경우라도, 회로의 신뢰성에 영향을 미치는 것을 막을 수 있다.

보호 회로는 귀환 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 설치된, 저항과, 소정의 클램프 전압이 제어 단자에 인가된 트랜지스터와, 저항 및 트랜지스터에 전류를 흘리는 정전류원을 포함해도 된다.

「트랜지스터의 제어 단자」란, FET(Field Effect Transistor)의 게이트 단자 또는, 바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자를 의미한다. 이 제어 단자에 클램프 전압을 인가하고, 또한 정전류를 흘려 둠으로써 소스 단자 또는 에미터 단자의 전압은, 클램프 전압보다 FET의 게이트 임계값(Vt) 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스 에미터간 전압(Vbe)분만큼 전압 강하한 값으로 클램프된다.

이 양태에 의하면, 트랜지스터의 소스 단자 또는 에미터 단자로부터 제어 회로에 귀환 입력되는 전압은, 보호 회로에 의해서 클램프 전압 이하로 제한되기 때문에, 기동 시나 부하 변동 시에 있어서 귀환 입력되는 전압이 순간적으로 상승한 경우라도, 회로의 신뢰성에 영향을 미치는 것을 막을 수 있다.

또한, 클램프 전압은 전지 전압이라도 된다. 클램프 전압으로서 전지 전압을 인가해 둠으로써 전지 전압이 강하한 감소 전압 시에 클램프 전압이 전지 전압에 수반하여 내려가기 때문에, 보다 효과적으로 보호 회로로서 기능시킬 수 있다.

부하 회로는 발광 다이오드이고, 보호 회로에는 귀환 단자의 전압으로서 발광 다이오드의 캐소드 단자의 전압이 귀환되어도 된다. 부하 회로가 발광 다이오드인 경우, 흐르는 전류에 의해서 캐소드 단자의 전압이 크게 변동하기 때문에, 보호 회로에 의해서 캐소드 단자의 변동으로부터 제어 회로를 적합하게 보호할 수 있다.

상기 전원 장치에 있어서, 제어 회로는 또한 승압 회로의 출력 전압에 따른 검출 신호가 귀환 입력되고, 본 전원 장치가 탑재되는 전자 기기의 동작 모드에 따라서, 보호 회로의 출력 또는 검출 신호 중 어느 한쪽 또는 쌍방에 의거하여 승압 회로의 출력 전압을 제어해도 된다.

제어 회로에는, 승압 회로의 출력 전압과, 보호 회로를 통해 승압 회로가 부하 회로를 구동하는 경로 상의 귀환 단자의 전압의 2개의 전압이 귀환 입력되어 있고, 제어 회로는 동작 모드에 따라서 제어 대상으로 하는 귀환 전압을 전환한다. 이 양태에 의하면, 각각의 동작 모드에 적합한 출력의 안정화를 도모할 수 있다. 또한, 귀환 입력되는 전압은 보호 회로에 의해서 보호되기 때문에, 기동 시나 동작 모드의 전환 시에 있어서 출력 전압이 변동해도, 회로의 신뢰성에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태도 또한, 전원 장치이다. 이 전원 장치는 제1 전압인 승압 회로의 출력 전압과, 그 제1 전압이 부하를 구동한 후에 나타나는 제2 전압이 각각 귀환 입력되는 제어 회로를 구비한다. 이 제어 회로는 제1 전압과 그 목표값 전압을 비교하는 제1 비교기와, 제2 전압과 그 목표값 전압을 비교하는 제2비교기와, 제1 비교기에 의한 비교의 결과, 제1 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것, 또는 제2 비교기에 의한 비교의 결과, 제2 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것을 검출하는 검출 회로를 구비하고, 검출 회로의 검출 결과에 따라 승압 회로를 제어한다.

「제1 전압이 부하를 구동한 후의 제2 전압」이란, 승압 회로의 출력 전압이 부하 회로를 구동함으로써 강하한 전압을 말하고, 귀환에 의해 제어해야 할 부하 회로 상의 일단자의 전압을 말한다.

이 양태에 의하면, 제어 회로는, 2개의 귀환 전압인 제1 전압과 제2 전압 중 목표값 전압을 하회한 쪽의 전압에 의거하여 승압 회로를 제어하기 때문에, 제1 전압 및 제2 전압은 모두 목표값 전압보다 낮아지는 일은 없고, 안정되게 부하 회로를 구동할 수 있다.

검출 회로는 정전류원과, 정전류원과 접지 사이에 병렬로 설치된 제1, 제2 트랜지스터와, 제1 전압에 제1 계수를 곱하여 출력하는 제1 증폭기와, 제2 전압에 제2 계수를 곱하여 출력하는 제2 증폭기와, 제1 증폭기의 출력 전압이 제1 입력 단자에 입력되고, 제1 트랜지스터와 정전류원의 접속점의 전압이 제2 입력 단자에 입력되는 제1 오차 증폭기와, 제2 증폭기의 출력 전압이 제1 입력 단자에 입력되고, 제2 트랜지스터와 정전류원의 접속점의 전압이 제2 입력 단자에 입력되는 제2 오차 증폭기를 포함하고, 제1, 제2 트랜지스터와 정전류 회로의 접속점의 전압을 출력해도 된다.

이 경우, 검출 회로로부터는 제1 전압에 제1 계수를 곱하여 얻어지는 전압과, 제2 전압에 제2 계수를 곱하여 얻어지는 전압 중 어느 하나의 낮은 전압이 출된다. 이 검출 회로로부터 출력되는 전압과 소정의 전압을 비교함으로써, 제1 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것, 제2 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것을 검출할 수 있다.

이 전원 장치에 있어서, 제2 전압이 귀환 입력되는 제어 회로의 전단에 보호 회로를 설치하고, 이 보호 회로에 의해 제어 회로에 귀환 입력되는 제2 전압의 상한을 클램프해도 된다.

이 양태에 의하면, 기동 시나 부하 변동 시에 출력 전압이 변동하여 부하 회로에서의 전압 강하가 작아짐으로써 제2 전압이 상승했다고 해도, 보호 회로에 의해서 일정값 이상으로 올라가지 않도록 클램프되기 때문에 회로를 보호할 수 있다.

한편, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태으로서 유효하다.

본 발명에 따른 전원 장치에 의해, 승압 회로를 제어하기 위한 귀환 전압의 상승으로부터 회로를 보호하고 또한 출력의 안정화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전원 장치를 도시하는 회로도이다.

도 2는 보호 회로에서의 캐소드 전압(Vled)과 귀환 전압(Vfb)의 관계를 도시하는 도면이다.

도 3a, 3b는 LED 소등 시에서의 도 1의 전원 장치의 전압의 시간 파형을 도시하는 도면이다.

도 4a, 4b는 기동 시에서의 도 1의 전원 장치의 전압의 시간 파형을 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전원 장치를 도시하는 회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 승압 회로 14 : PWM 제어 회로

16 : 전류 제어 회로 20 : 보호 회로

22 : 보호 정전류원 24 : 클램프용 트랜지스터

40 : LED 50 : 검출 회로

Rp : 보호 저항 100 : 전원 장치

102 : 입력 단자 104 : 출력 단자

106 : 기준 전압 단자 108 : LED 단자

200 : 전원 장치 210 : 전자 기기

300 : 제어 회로

(제1 실시형태)

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전원 장치(100)가 탑재되는 전자 기기(210)의 구성을 도시하는 회로도이다. 전자 기기(210)는, 예컨대 휴대 전화 단말이나 PDA이다. 전자 기기(210)는 LED(40), 전원 장치(100) 및 도시하지 않은 전지를 포함한다. 이 전원 장치(100)는 부하 회로인 LED(40)를 구동하기 위한 승압형 DC/DC 컨버터이고, 전지 전압(Vbat)을 승압하여 LED(40)의 구동 전압(Vout)을 발생시킨다.

전원 장치(100)는 단자로서, 입력 단자(102), 출력 단자(104), 기준 전압 단자(106), LED 단자(108)를 구비한다. 각각의 단자에 인가되거나, 또는 나타나는 전압을 입력 전압(Vin), 출력 전압(Vout), 기준 전압(Vref), 캐소드 전압(Vled)이라고 한다. 전원 장치(100)는 캐소드 전압(Vled)을 기준 전압(Vref)에서 정해지는 일정값에 가까워지도록 귀환 제어함으로써 승압 동작을 안정화시킨다.

이 전원 장치(100)는 승압 회로(10), 보호 회로(20), PWM 제어 회로(14), 전류 제어 회로(16)를 포함한다. 전원 장치(100)는, 예를 들면 스위칭 트랜지스터(SW1), 정류용 다이오드(12), 인덕터(L1), 출력 콘덴서(Co)를 제외하고 한 개의 칩 에 집적화된다.

승압 회로(10)는, 일반적인 스위칭 레귤레이터로서, 입력 단자(102)에 입력되는 전지 전압(Vbat)을 승압하여 출력 단자(104)에 출력한다. 이 승압 회로(10)의 입출력 단자는 그대로 전원 장치(100)의 입출력 단자에 대응한다. 승압 회로(10)는 스위칭 트랜지스터(SW1), 정류용 다이오드(12), 인덕터(L1), 출력 콘덴서(Co)를 포함하고, 스위칭 트랜지스터(SW1)를 온 오프시킴으로써 인덕터(L1)와 출력 콘덴서(Co)에 의해 에너지 변환을 행함으로써 입력 전압(Vbat)을 승압하여 출력한다.

전원 장치(100)에는 부하 회로로서 LED(40)가 접속된다. LED(40)의 애노드 단자는 출력 단자(104)에, 캐소드 단자는 LED 단자(108)에 각각 접속되어 있다. 또한 전류 제어 회로(16)는 LED(40)에 흐르는 전류(Ic)를 제어하기 위한 회로로서, LED(40)의 캐소드 단자에 접속되어 LED의 휘도를 조절하는 기능을 갖는다.

보호 회로(20)는 LED 단자(108)와 PWM 제어 회로(14) 사이에 설치되어 있고, 캐소드 전압(Vled)이 입력되어 있다. 이 보호 회로(20)는 보호 정전류원(22), 클램프용 트랜지스터(24), 보호 저항(Rp)을 포함한다.

클램프용 트랜지스터(24)는 FET로서, 게이트 단자에는 전지 전압(Vbat)이 입력되어 있다. 드레인 단자는 수백 kΩ의 보호 저항(Rp)에 접속되어 있고, 소스 단자는 보호 정전류원(22)에 접속되어 있다. 보호 정전류원(22)은 보호 저항(Rp) 및 클램프용 트랜지스터(24)에 1μA 이하의 정전류(Ip)를 흘리고 있다. 한편, 이 정전류(Ip)는 전류 제어 회로(16)에 의해서 LED(40)에 흐르는 50∼150mA 정도의 전류 값보다도 작게 설정해 두는 것이 바람직하다. 정전류(Ip)가 충분히 작지 않으면, LED의 점등을 정지하기 위해서 전류 제어 회로(16)의 전류를 오프하고 있을 때에도 정전류(Ip)에 의해 LED가 얇게 점등될 우려가 있다.

클램프용 트랜지스터(24)의 소스 단자의 전압은, 귀환 전압(Vfb)으로서 PWM 제어 회로(14)로 출력된다. 도 2는, 보호 회로(20)에서의 캐소드 전압(Vled)과 귀환 전압(Vfb)의 관계를 도시하는 도면이다. 캐소드 전압(Vled)이 낮을 때, 클램프용 트랜지스터(24)는 온하지 않기 때문에 귀환 전압(Vfb)은 0V가 된다.

캐소드 전압(Vled)이 어느 정도 높아지면, 클램프용 트랜지스터(24)가 온한다. 트랜지스터가 온하면, 정전류(Ip)에 의해서 보호 저항(Rp)에는 일정한 전압 강하 △V=Ip×Rp가 발생한다. 따라서, 귀환 전압(Vfb)에는 캐소드 전압(Vled)보다도, 보호 저항(Rp) 및 클램프용 트랜지스터(24)의 온 저항(Ron)에 의한 전압 강하분만큼 낮은 전압이 나타난다. 즉, Vfb=Vled-Ip×(Rp+Ron)이 된다. 여기서, 보호 저항(Rp)의 저항값은 클램프용 트랜지스터(24)의 온 저항(Ron)에 대하여 충분히 크게 설정되어 있다. 따라서, Vfb≒Vled-Ip×Rp로 생각할 수 있다. 도 2에 있어서, V1<Vled<V2에서 이 관계가 성립되고 있고, 통상의 승압 동작은 이 전압 범위에서 행해진다.

캐소드 전압(Vled)이 더욱 높아지면, 클램프용 트랜지스터(24)의 온 저항(Ron)은 서서히 커져 Ron>Rp가 된다. 그 결과, 클램프용 트랜지스터(24)의 게이트 소스간 전압(Vgs)은 트랜지스터의 게이트 한계값 전압(Vt)에서 클램프되고, 귀환 전압(Vfb)은 Vbat-Vt보다 커지지 않는다.

이상과 같이, 보호 회로(20)는 전압 클램프 회로로서 기능한다.

PWM 제어 회로(14)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해서 스위칭 트랜지스터(SW1)의 온 오프를 제어하고 출력 전압(Vout)을 조절한다. PWM 제어 회로(14)에는 기준 전압(Vref)과 귀환 전압(Vfb)이 입력되어 있고, PWM 신호의 듀티비는 귀환 전압(Vfb)이 기준 전압(Vref)에 의해 정해지는 일정값에 가까워지도록 귀환 제어된다.

전술과 같이, 통상 동작 시에 있어서는 Vfb≒Vled-Ip×Rp이 성립되어 있고, Ip는 보호 정전류원(22)에 의해서 일정값으로 유지되고 있기 때문에, 귀환 전압(Vfb)을 일정값으로 유지하는 것은, 캐소드 전압(Vled)을 일정값으로 유지하는 것이 분명하다.

이상과 같이 구성된 전원 장치(100)의 동작에 관해서, LED(40)를 소등한 경우 및 승압 동작을 개시한 경우에 관해서 각각, 도 3 및 도 4를 바탕으로 설명한다. 한편, 도 3 및 도 4의 세로축 및 가로축은 보기 용이함을 위해서 실제의 스케일과는 다르게 도시되어 있다.

도 3a, 3b는 LED 소등 시에서의 도 1의 전원 장치의 전압의 시간 파형을 도시한다. 도 3a에 있어서, 시각 T0∼T1은 소정의 출력 전압(Vout)이 출력되어 있고, LED(40)가 안정되게 점등하고 있는 상태이다. 이 때, LED(40)에는 소정의 정전류(Ic)가 흐르고 있기 때문에, LED(40)에서의 전압 강하는 순방향 전압(Vf)과 동일하게 되어 있고, 캐소드 전압(Vled)은 Vled=Vout-Vf로 되어 있다.

지금, 시각 T1에 있어서 LED(40)의 소등이 지시되고, 전류 제어 회로(16)가 정지하며, 도 3b에 도시하는 바와 같이, LED(40)에 흐르는 전류가 보호 정전류원(22)에 의해 흐르는 Ip까지 작아진다.

일반적인 다이오드의 특성으로서, 순방향 전압(Vf)은 LED에 흐르는 전류에 의존하고, 전류값이 낮을 때에는 0V에 가까운 작은 값이 되며, 전류가 커지면 일정값을 취한다.

이 결과, 시각 T1의 후, LED(40)에 흐르는 전류(Iled)가 IP에 가까워지면, 순방향 전압 Vf=Vout-Vled는 작기 때문에, 캐소드 전압(Vled)은 출력 전압(Vout) 부근까지 상승한다. 이 결과, 만약 보호 회로(20)가 없으면, PWM 제어 회로(14)에는, 도 3a에 파선으로 도시하는 바와 같이, 승압된 출력 전압(Vout)에 가까운 귀환 전압(Vf')이 그대로 귀환 입력되게 되고, 이 귀환 전압(Vfb')이 정상적으로 PWM 제어 회로(14)에 입력되게 되기 때문에, 회로의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다.

보호 회로(20)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 캐소드 전압(Vled)이 일정값 이상 높아져도 귀환 전압(Vfb)이 클램프 전압(Vbat-Vt) 이상이 되지 않도록 클램프한다. 그 결과, 시각 T1 이후에 도 3a에 실선으로 도시하는 바와 같이, 캐소드 전압(Vled)이 출력 전압(Vout)에 가까워진 경우라도, 귀환 전압(Vfb)은 클램프 전압(Vbat-Vt) 이상 높아지지 않고 PWM 제어 회로(14)를 보호할 수 있다.

도 4a, 4b는 전원 장치(100)의 승압 동작을 개시한 직후의 회로의 각 단자의 시간 파형을 도시하는 도면이다. 도 4a에 있어서, 시각 T0∼T1은 승압 동작은 정지하고 있고 출력 전압(Vout)은 0V로 되어 있다. 시각 T1에 있어서, 승압 회로(10)의 승압 동작이 개시된다. 승압이 개시되면, 출력 전압(Vout)은 곧 상승한다. 그런데, 도 4b에 도시하는 바와 같이, LED(40)에는 바로 전류 제어 회로(16)에 의해 정해지는 정전류(Ic)가 흐르는 것은 아니고, 출력 전압(Vout)의 상승보다도 시간적으로 늦게 흐르기 시작하여 서서히 정전류값(Ic)에 가까워져 간다.

이 결과, 시각(T1)에 승압 동작을 개시한 직후에 있어서, LED(40)에 흐르는 전류(Iled)가 작을 때, 순방향 전압 Vf=Vout-Vled은 작기 때문에, 캐소드 전압(Vled)은 출력 전압(Vout)에 추종하여 높아진다. 이 결과, 혹시 보호 회로(20)가 없으면, PWM 제어 회로(14)에는, 도 4a에 파선으로 도시하는 바와 같이, 승압된 출력 전압(Vout)에 가까운 귀환 전압(Vfb')이 그대로 귀환 입력되게 되고, 회로의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다.

보호 회로(20)를 동작시킨 경우에는, 도 4a에 실선으로 도시하는 바와 같이, 캐소드 전압(Vled)이 출력 전압(Vout)에 추종하여 높아져도, 귀환 전압(Vfb)은 클램프 전압(Vbat-Vt) 이상으로는 높아지지 않는다. 그 후, LED(40)에 흐르는 전류 Iled가 전류값 Ic에 가까워져 가면, 다이오드의 순방향 전압(Vf)이 커지고 캐소드 전압(Vled)도 낮아진다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따른 전원 장치(100)에서는 캐소드 전압(Vled)을 보호 회로(20)를 통해 PWM 제어 회로(14)에 귀환한다. 그 결과, PWM 제어 회로(14)에 입력되는 귀환 전압(Vfb)이 소정의 전압값 이상으로 높아지는 것을 방지하여 회로의 신뢰성을 높일 수 있다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, LED 단자(108)가 일정한 전압값이 되도록 제어해야 할, 승압 회로에 의해 부하 회로를 구동하는 경로상의 단자에 상당하고 있다.

(제2 실시형태)

본 발명 제2 실시형태는, 2계통의 부하 회로를 구동하는 전원 장치(200)에 관한 것이다. 전원 장치(200)는 구동하는 부하 회로에 따라서 동작의 전환을 행한다.

도 5는, 이 전원 장치(200)의 회로 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 있어서, 도 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 적절하게 설명을 생략한다. 전원 장치(200)는 승압 회로(10), 보호 회로(20), 전류 제어 회로(16), 제어 회로(300)를 포함한다.

또한, 출력 단자(104)에는 부하 회로로서 제1 부하 회로(42) 및 제2 부하 회로인 LED(40)가 접속되어 있다. 이 제1 부하 회로(42)는, 예컨대 디지털 카메라의 제어나 표시 등을 행하기 위한 회로로서, 제2 부하 회로인 LED(40)보다도 높은 전압으로 구동시키는 경우가 있다. 제2 부하 회로인 LED(40)는, 예컨대 액정의 백 라이트나 카메라의 플래시용으로 이용된다. 부하 회로의 전환은, 도 5에 있어서 EN으로 표시되는 신호에 의해 행해지고, 이 신호(EN)에 의해 전류 제어 회로(16)가 온, 오프되어 LED가 점등, 소등하고, 또한 제1 부하 회로(42)의 동작 상태가 제어된다.

제어 회로(300)는 PWM 제어 회로(14)와 검출 회로(50)를 포함한다.

검출 회로(50)는 정전류원(64), 제1 증폭기(52), 제2 증폭기(54), 제1 트랜지스터(60), 제2 트랜지스터(62), 제1 오차 증폭기(56), 제2 오차 증폭기(58)를 포함한다.

승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)은 제1 전압(V1)으로서 검출 회로(50)로 입력되어 있다. 또한, LED(40)의 캐소드 전압(Vled)도 보호 회로(20)를 통해 제2 전압(V2)으로서 검출 회로(50)로 입력되어 있다. 이 보호 회로(20)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 구성하면 된다.

제1 증폭기(52) 및 제2 증폭기(54)는 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 증폭, 또는 감쇠시켜, 동등 레벨의 전압(V1' 및 V2')으로 변환한다. 즉, 각각의 증폭기의 이득을 g1, g2로 하면, V1'=g1×V1, V2'=g2×V2가 되고, V1'=V2'가 되도록 이득 g1, g2를 설정한다. 예컨대, 제1 전압(V1)인 출력 전압(Vout)의 제어 목표값이 10V이고, 제2 전압(V2)인 캐소드 전압(Vled)의 제어 목표값이 1V이면, 제1 오차 증폭기 및 제2 오차 증폭기의 이득은 각각 0.1배와 1배로 설정한다. 또한, 전압(V1', V2')은 기준 전압(Vref)과 비교해야 하는 값이므로, Vref=V1'=V2'가 되도록 기준 전압(Vref)의 값을 설정한다. 이 경우에서는 Vref=1V로 하면 된다.

이와 같이, 제1 증폭기(52)의 이득은 g1=0.1과 같이, 1 이하의 값으로 설정되는 경우가 많고, 이 경우에는 제1 증폭기(52)는 2개의 저항을 직렬로 접속한 저항 분할 회로에 의해 간이하게 구성할 수 있다.

제1 오차 증폭기(56) 및 제2 오차 증폭기(58)에는 제1 증폭기(52) 및 제2 증폭기(54)에 의해서 레벨이 동일하게 된 전압(V1', V2')이 입력된다. 제1 트랜지스터(60) 및 제2 트랜지스터(62)에 흐르는 전류의 합은 정전류원(64)에 의해서 정해지는 전류값과 동일하게 제어된다. 그 결과, 검출 회로(50)는 제1 전압(V1')과 제2 전압(V2') 중 낮은 쪽의 전압을 선택하고, 귀환 전압(Vfb)으로서 PWM 제어 회로 (14)에 출력하는 선택 회로로서 동작한다.

PWN 제어 회로(14)에는 기준 전압(Vref) 및 귀환 전압(Vfb)이 입력되고, 오차 증폭기(70)에 의해서 2개의 전압의 차가 증폭되어 전압 비교기(72)에 출력된다. 전압 비교기(72)는 발진기(74)로부터 출력되는 삼각파 전압과, 오차 증폭기(70)의 출력에 의거하여 PWM 신호를 생성한다. 검출 회로(50)에 의한 선택의 결과, 귀환 전압(Vfb)은 제1 전압(V1')과 제2 전압(V2')의 낮은 쪽의 전압으로 되기 때문에, 승압 회로(10)의 승압 동작은 제1 전압(V1') 또는 제2 전압(V2')의 낮은 쪽의 전압을 기준 전압(Vref)에 가까워지도록 제어된다.

이것은, 제1 전압인 출력 전압(Vout)이 제어 목표값(Vref/g1)에 가까워지고, 제2 전압인 캐소드 전압(Vled)이 제어 목표값(Vref/g2)에 가까워지도록 제어되는 것을 의미한다. 따라서, 출력 전압(Vout) 및 캐소드 전압(Vled)은, 항상 어느 한 쪽이 제어 목표값으로 제어되고, 다른 쪽이 제어 목표값이나 그보다 높다고 되어 출력되게 된다.

이상과 같이 구성된 전원 장치(200)의 동작에 관해서 설명한다. 이 전원 장치(200)는 탑재되는 전자 기기의 상태에 따라서 제1 부하 회로인 LED(40)와 제1 부하 회로(42)가 양쪽 동시에 또는 어느 한쪽만이 사용된다. 여기서 제1 부하 회로(42)를 구동하기 위해서 필요한 출력 전압(Vout)은 LED(40)를 구동하기 위해서 필요한 출력 전압(Vout)보다도 높다.

지금, LED(40)만이 구동되어 있는 상태로부터, LED(40) 및 제1 부하 회로(42) 양쪽이 구동되는 상태로 전환하는 경우를 생각한다. LED(40)만을 구동할 때 에는, 제1 전압(V1)의 귀환 경로는 차단되고, 캐소드 전압(Vled)을 제어 목표값에 유지하도록 승압 동작이 제어되어 있다. 이 때의 출력 전압(Vout)은 제1 부하 회로(42)를 구동하기 위해서 필요한 전압, 즉 제어 목표값(Vref/g1)보다도 낮게 되어 있다.

지금, 제1 부하 회로(42)도 구동하기 위해서, 차단되어 있던 제1 전압(V1)의 귀환 경로를 액티브하게 한다. 그 결과, 출력 전압(Vout), 즉 제1 전압(V1)은 제어 목표값보다 낮기 때문에, 검출 회로(50)는 귀환 전압(Vfb)으로서 제1 전압(V1')을 선택하고, PWM 제어 회로(14)는 제1 전압인 출력 전압(Vout)이 제어 목표값에 가까워지도록 승압 회로(10)를 제어한다. 그 후, 출력 전압(Vout)은 제1 부하 회로(42)를 구동하기 위해서 필요한 전압값까지 상승하고, 캐소드 전압(Vled)도 출력 전압(Vout)에 수반하여 상승하게 된다.

보호 회로(20)는 출력 전압(Vout)에 추종하여 상승하는 캐소드 전압(Vled)을 클램프 전압(Vbat-Vt)으로 클램프하여 검출 회로(50)로 출력하기 때문에 검출 회로(50)를 보호할 수 있다.

또한, 제1 부하 회로(42)와 LED(40)를 동시에 구동한 상태로부터, 전류 제어 회로(16)를 정지하여 LED(40)의 발광을 정지한 경우에는, 제1 실시형태에서 도 3을 근거로 설명한 바와 같은 회로 동작을 행하게 되지만, 본 실시형태에 있어서도 캐소드 전압(Vled)은 보호 회로(20)에 의해서 클램프되기 때문에, 검출 회로(50)에 정상적으로 높은 전압이 입력되는 것을 방지하여 검출 회로(50)를 보호할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따른 전원 장치(200)에 의하면, 복수의 부하 회 로가 접속되어 있고, 그 부하가 전환되어 사용되는 경우에 있어서도 각각의 부하 회로를 안정되게 동작시킬 수 있다.

정상 상태에 있어서는, 제2 부하 회로를 안정되게 구동하기 위해서 필요한 출력 전압(Vout)과, LED(40)를 안정되게 구동하기 위해서 필요한 캐소드 전압(Vled) 양쪽을 귀환에 의해 제어함으로써 양쪽의 회로를 안정되게 동작시킬 수 있다.

또한, 승압 동작 개시 시나 부하 전환 등의 변동 시에 있어서는, 검출 회로(50)에 입력되는 전압은 보호 회로(20)의 클램프 기능에 의해 클램프 전압 이하로 억제되고, 회로의 신뢰성을 손상하는 높은 전압까지 상승하지 않기 때문에 회로의 신뢰성을 손상하는 일도 없다.

한편, 본 실시형태에 따른 전원 장치(200)에서는, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 스캐닝하여 제1 전압(V1'), 제2 전압(V2')으로 하고, 낮은 쪽의 전압을 기준 전압(Vref), 즉 제어 목표값과 비교하고 있다. 이것은, 바꿔 말하면, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 각각의 제어 목표값과 비교하여, 각각의 제어 목표값을 하회하고 있는지를 검출하는 것과 등가적인 동작을 행하고 있는 것이 된다.

상기 실시형태는 예시이고, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러 가지의 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 부분이다.

본 실시형태에 있어서는, 보호 회로(20)의 클램프용 트랜지스터(24)의 게이트 단자에는 전지 전압(Vbat)을 입력하였지만, 이것에는 한정되지 않고 다른 전압 을 입력해도 좋고, 제어 회로의 내압 등에 의거하여 정하면 된다.

본 실시형태에서는, 승압 회로(10)로서 스위칭 레귤레이터를 이용하여지만, 이것에는 한정되지 않고, 차지 펌프 회로 등 다른 방식에 의한 승압 회로에도 적용할 수 있다. 차지 펌프 회로를 이용하는 경우에는, 그 전단에 차지 펌프 회로의 입력 전압을 안정화하는 레귤레이터를 설치하고, 이 레귤레이터에 의해서 출력 전압(Vout)이 소정의 값에 가까워지도록 귀환 제어를 행하면 된다.

본 실시형태에서는, 부하로서 1개의 LED를 예로 설명하였지만, 복수의 LED를 이용해도 좋고, 승압된 전압에 의해 구동되는 회로이면 된다. 또한, 귀환 입력되는 전압으로서 캐소드 전압을 제어하는 예에 관해서 설명하였지만, 이것도 제어 대상으로 하는 전압에 따라서 적절히 변경할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 사용하는 트랜지스터는 FET로 하였지만 바이폴라 트랜지스터 등의 다른 타입의 트랜지스터를 이용해도 좋고, 이들의 선택은 전원 장치에 요구되는 설계 사양, 사용하는 반도체 제조 프로세스 등에 의해서 정하면 된다.

본 실시형태에 있어서, 전원 장치(100)를 구성하는 소자는 모두 일체 집적화되어 있어도 좋고, 그 일부가 디스크리트 부품으로 구성되어 있어도 된다. 어떤 부분을 집적화할지는 비용이나 점유 면적 등에 의해서 정하면 된다.

본 발명에 따른 전원 장치에 의해, 승압 회로를 제어하기 위한 귀환 전압의 상승으로부터 회로를 보호하고 또한 출력의 안정화를 꾀할 수 있다.

Claims

승압 회로에 의해 부하 회로를 구동하는 경로 상에 설치된 귀환 단자의 전압이 소정의 전압값에 가까워지도록 상기 승압 회로의 출력 전압을 귀환 제어하는 제어 회로와,

상기 귀환 단자로부터 상기 제어 회로로의 귀환 경로 상에 설치된 보호 회로를 구비하고,

상기 보호 회로는 입력된 상기 귀환 단자의 전압이 소정 전압에 달했을 때, 상기 제어 회로로 출력하는 전압이 소정의 클램프 전압 이상으로 상승하는 것을 억제하는 전압 클램프 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 보호 회로는 상기 귀환 단자와 접지 단자 사이에 직렬로 설치된,

저항과,

소정의 클램프 전압이 제어 단자에 인가된 트랜지스터와,

상기 저항 및 트랜지스터에 전류를 흘리는 정전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 부하 회로는 발광 다이오드이고, 상기 보호 회로에는 상기 귀환 단자의 전압으로서 상기 발광 다이오드의 캐소드 단자의 전압이 귀환 되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제어 회로는 또한 상기 승압 회로의 출력 전압에 따른 검출 신호가 귀환 입력되고, 상기 전원 장치가 탑재되는 전자 기기의 동작 모드에 따라서 상기 보호 회로의 출력 또는 상기 검출 신호 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 의거하여 상기 승압 회로의 출력 전압을 귀환 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어 회로와 상기 보호 회로는 하나의 반도체 기판 상에 일체 집적화된 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1 전압인 승압 회로의 출력 전압과, 그 제1 전압이 부하를 구동한 후에 나타나는 제2 전압이 각각 귀환 입력되는 제어 회로를 구비하고, 이 제어 회로는,

제1 전압과 그 목표값 전압을 비교하는 제1 비교기와,

제2 전압과 그 목표값 전압을 비교하는 제2 비교기와,

제1 비교기에 의한 비교의 결과, 제1 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것, 또는 제2 비교기에 의한 비교의 결과, 제2 전압이 그 목표값 전압보다 낮아진 것을 검출하는 검출 회로를 구비하고,

검출 회로의 검출 결과에 따라서 승압 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 검출 회로는,

정전류원과,

상기 정전류원과 접지 사이에 병렬로 설치된 제1, 제2 트랜지스터와,

상기 제1 전압에 제1 계수를 곱하여 출력하는 제1 증폭기와,

상기 제2 전압에 제2 계수를 곱하여 출력하는 제2 증폭기와,

상기 제1 증폭기의 출력 전압이 제1 입력 단자에 입력되고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 정전류원의 접속점의 전압이 제2 입력 단자에 입력되는 제1 오차 증폭기와,

상기 제2 증폭기의 출력 전압이 제1 입력 단자에 입력되고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 정전류원의 접속점의 전압이 제2 입력 단자에 입력되는 제2 오차 증폭기를 포함하고,

상기 제1, 제2트랜지스터와 상기 정전류 회로의 접속점의 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제2 전압이 귀환 입력되는 상기 제어 회로의 전단에 보호 회로를 설치하고, 이 보호 회로에 의해 상기 제어 회로에 귀환 입력되는 제2 전압의 상한을 클램프한 것을 특징으로 하는 전원 장치.
전지와,

발광 다이오드와,

상기 전지의 전압을 승압하여 상기 발광 다이오드의 애노드 단자에 공급하는 청구항 1 또는 6에 기재된 전원 장치를 구비하고,

상기 전원 장치의 제어 회로는 상기 발광 다이오드의 캐소드 단자의 전압을 상기 귀환 단자로서 상기 승압 회로의 출력 전압을 귀환 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.