WO2006016516A1 - 電源装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device, and more particularly to a switching regulator.
  • a DCZDC converter such as a step-down switching regulator is widely used to supply an appropriate voltage to an electronic circuit used inside. For example, if only a 20V voltage is provided in an electronic device and the internal electronic circuit requires a 5V voltage, the electronic circuit is driven by stepping down the 20V to 5V using a step-down switching regulator.
  • Such a switching regulator has a control circuit for controlling the on / off operation of the switching transistor.
  • the control circuit The power supply voltage for operating must be supplied stably.
  • the power supply voltage required for the operation of the control circuit is 5V, the 20V prepared by the electronic device cannot be used directly. .
  • the efficiency of the re-regulator is generally poor, and the efficiency of the switching regulator as a whole has deteriorated.
  • Patent Literature a technique has been proposed in which a voltage stepped down by a switching regulator is used as a power supply voltage for driving a control circuit.
  • the power supply voltage of the control circuit will be either the voltage of the linear regulator or the output voltage. There was a problem that the supply was not stable.
  • the switching regulator when the switching regulator is started, output voltage overshoot or undershoot may occur S. If an output voltage higher than a certain voltage is used as the power supply voltage for the control circuit, circuit malfunction may occur. There is also the problem of becoming the cause of.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a switching regulator capable of realizing stable circuit operation while maintaining high efficiency. Means for solving the problem
  • This power supply device includes a switching regulator that converts an input voltage into a desired output voltage by a switching operation of the switching transistor and outputs the output, a control unit that controls the switching operation of the switching transistor, and a control unit that drives the control unit.
  • a voltage generation circuit that supplies a power supply voltage to the circuit, and a timer circuit that measures the elapsed time of the switching operation start force of the switching transistor and changes the output when a predetermined time elapses.
  • the control unit is driven by the power supply voltage supplied from the voltage generation circuit during a period before the output of the timer circuit changes, and depends on the output voltage of the switching regulator during the period after the output of the timer circuit changes. Driven.
  • the power supply device can be stably operated by driving the control circuit with the stable power supply voltage supplied by the voltage generation circuit before the lapse of the predetermined time. Further, after a predetermined time has elapsed, the output voltage of the switching regulator is used as the drive voltage of the control circuit, so that high efficiency can be achieved.
  • the predetermined time measured by the timer circuit may be determined in relation to a period required for the output voltage of the switching regulator to stabilize.
  • the voltage generation circuit may be a linear regulator that steps down an input voltage and outputs the voltage.
  • linear regulator can be simply configured, it is advantageous in terms of cost and area.
  • the power supply apparatus may further include an abnormality detection circuit that detects an abnormality in circuit operation.
  • the control unit may be driven by a power supply voltage to which the voltage generation circuit power is also supplied.
  • ABSOR circuit operation refers to the state in which the power supply device deviates from its stable operating power, such as output voltage overvoltage, output current overcurrent, or heat generation abnormality.
  • the voltage generator circuit will drive. By switching again, the switching regulator can be operated more stably.
  • This power supply device is a power supply device that generates a stabilized output voltage, and the voltage for driving the power supply device is the first mode in which the output voltage of the power supply device is assumed to be in a steady state. Is supplied from the output voltage of the power supply device itself, and the output voltage of the power supply device is assumed to be in a transition state.
  • voltage generation circuit power is also supplied.
  • the first mode and the second mode are switched when a predetermined time has elapsed for the starting power of the power supply device.
  • the output voltage In order to use the output voltage as a voltage to drive the power supply itself, the output voltage must be stable. Therefore, in the transient state where the output voltage is unstable, the stable voltage supplied from the voltage generation circuit is used.
  • the transient state and the steady state are determined based on whether the start-up force of the power supply unit is also the force that has passed for a predetermined time, the first mode before the predetermined time has passed, and the second mode after the predetermined time has passed.
  • the source of driving voltage for the device may be switched.
  • the power supply device of the present invention it is possible to increase the efficiency by supplying the voltage for driving the control circuit also with the output voltage force, and also due to the fluctuation of the output voltage that occurs when the power supply device is activated. It becomes easy to prevent malfunction of the control circuit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply device according to a first embodiment.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing time waveforms of voltage at each terminal when the timer circuit is not used in the power supply device of FIG.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (d) are diagrams showing time waveforms of voltages at respective terminals when a timer circuit is used in the power supply device of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a power supply device according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a configuration of a power supply device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • Power supply device 100 includes a switching regulator 10, a linear regulator 16, a timer circuit 18, a control circuit 20, an inverter 22, and a switch SW1.
  • the power supply apparatus 100 includes an input terminal 102, an output terminal 104, and a control terminal 106, and voltages applied to or appearing at the terminals are referred to as an input voltage Vin, an output voltage Vout, and a control voltage Vent, respectively.
  • the power supply device 100 is a step-down DC / DC converter that steps down an input voltage Vin input to an input terminal 102 and outputs an output voltage Vout to an output terminal 104.
  • the switching regulator 10 includes a switching transistor 12, an inductor Ll, a capacitor Includes Shita Cl and rectifier diode 14.
  • the switching transistor 12 is a MOSFET whose on / off operation is controlled by the voltage of its gate terminal.
  • the switching regulator 10 when the switching transistor 12 is turned on / off, current is alternately supplied to the inductor L 1 by the switching transistor 12 or the rectifying diode 14, and the input voltage Vin is stepped down.
  • the inductor L1 and the capacitor C1 constitute a low pass filter, and the output voltage Vout is smoothed.
  • the control circuit 20 outputs a pulse width modulation signal Vpwm (hereinafter referred to as a PWM signal) for controlling on / off of the switching operation to the gate terminal of the switching transistor 12.
  • the PWM modulation signal Vpwm is a signal in which a high level and a low level are alternately repeated, and is controlled by controlling the on / off time of the switching transistor 12 by changing the period of the noise level and the period of the low level. Bring voltage Vout close to the desired voltage.
  • control signal Vent is input to the terminal 32 of the control circuit 20, and when the control signal Vcnt is at a high level, the PWM signal Vpwm is generated to control the switching of the switching transistor 12.
  • control signal Vent is low level, generation of PWM signal Vpwm is stopped and switching operation of switching transistor 12 is stopped.
  • control circuit 20 includes a feedback terminal 34, and the output voltage Vout of the switching regulator 10 is fed back to the feedback terminal 34.
  • the control circuit 20 controls the duty ratio of the PWM signal Vpwm so that the output voltage Vout fed back approaches a predetermined voltage value.
  • the control circuit 20 is driven by the power supply voltage Vcc applied to the power supply terminal 30.
  • the power supply voltage Vcc applied to the power supply terminal 30 of the control circuit 20 is supplied from two paths.
  • the first supply path is a linear regulator 16, and the second supply path is a switching regulator 10 driven by a control circuit 20.
  • the linear regulator 16 is provided between the input terminal 102 and the power supply terminal 30 of the control circuit 20.
  • the linear regulator 16 steps down the input voltage Vin applied to the input terminal 102 and supplies a stable drive voltage Vreg suitable for driving the control circuit 20 to the power supply terminal 30.
  • the linear regulator 16 has an enable terminal EN, and a high level is input. Then, the drive voltage Vreg of the control circuit 20 is output, and when the low level is input, the operation is stopped.
  • Vcc Vreg.
  • the switch SW1 is provided between the output terminal 104 and the power supply terminal 30 of the control circuit 20.
  • the switch SW1 When the switch SW1 is turned off, the output terminal 104 is disconnected.
  • a control signal Vent is input to the timer circuit 18.
  • the timer circuit 18 counts the elapsed time from the time when the control signal Vent becomes high level, and sets the output signal Vtime to high level when a predetermined time Tp elapses.
  • This fixed time Tp is preferably set longer than the time until the power supply device 100 is started, that is, the switching operation start force of the switching transistor 12 is stabilized.
  • the output signal Vtime of the timer circuit 18 is output to the switch SW1 to control on / off thereof.
  • the switch SW1 is turned on when the output signal Vtime of the timer circuit 18 is high level and turned off when the output signal Vtime is low level.
  • the inverter 22 is provided between the timer circuit 18 and the enable terminal EN of the linear regulator 16, and inverts the output signal Vtime of the timer circuit 18 and inputs the inverted signal to the enable terminal EN.
  • the power supply terminal 30 of the control circuit 20 has either the voltage Vreg generated by the linear regulator 16 or the output voltage Vout reduced by the switching regulator 10 depending on the output of the timer circuit 18. Is applied.
  • the output voltage Vout is applied to the power supply terminal 30 of the control circuit 20 when the output voltage Vout is higher than the predetermined threshold voltage Vth without using the timer circuit 18.
  • the case where the voltage Vreg generated by the linear regulator 16 is applied when it is lower than the threshold voltage Vth will be described.
  • FIG. 2 (a) shows time waveforms of the output Vreg of the linear regulator 16 and the output voltage Vout of the switching regulator 10 at the time of starting the power supply device at this time.
  • the output Vreg of the linear regulator 16 is stabilized, whereas the switching regulator 10
  • the output voltage Vout overshoots at startup, and then approaches the specified voltage with ringing.
  • FIG. 2 (b) shows a time waveform of the power supply voltage Vcc applied to the power supply terminal 30 of the control circuit 20.
  • the power supply voltage Vcc of the control circuit 20 becomes discontinuous at the moment when the switching occurs.
  • the power supply voltage Vcc is frequently switched between the two supply voltages, which may cause circuit operation to become unstable.
  • the threshold voltage Vth is brought close to the output Vreg of the linear regulator 16
  • the voltage discontinuity due to switching is not Smaller force
  • the slight change in the output voltage Vout causes the two voltages Vreg and Vout to be frequently switched, which may be preferable from the viewpoint of stable circuit operation.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (d) show time waveforms of voltages at the respective terminals of the power supply device 100.
  • the output signal Vtime of the timer circuit 18 is also low.
  • the switch SW1 When the output signal Vtime of the timer circuit 18 is low level, the switch SW1 is off. Further, since the output signal Vtime is inverted by the inverter 22 and input as a high level to the enable terminal EN of the linear regulator 16, the constant voltage Vreg is output from the linear regulator 16. Therefore, the constant voltage Vreg supplied from the linear regulator 16 is applied to the power supply terminal 30 of the control circuit 20 during the period of time T0 to T1.
  • the power supply 100 is started and the control signal is used to raise the output voltage Vout. No. Vent is switched from low level to high level.
  • the control circuit 20 starts generating the PWM signal Vpwm, and the switching operation of the switching transistor 12 is started.
  • the output voltage Vout of the switching regulator 10 begins to rise.
  • the output voltage ⁇ 01 ⁇ overshoots in the same way as in Fig. 2 (&) and approaches the specified voltage with ringing.
  • the timer circuit 18 starts measuring time. As shown in FIG. 3B, the timer circuit 18 outputs a low level from the time T1 until a predetermined time Tp elapses. During this time, the constant voltage Vreg is supplied from the linear regulator 16 to the power supply terminal 30 of the control circuit 20 in the same manner as the times ⁇ 0 to ⁇ 1.
  • a stable voltage Vreg is generated by the linear regulator 16 at the time of start-up that may cause overshoot and ringing, and this is generated.
  • Control circuit 20 power supply voltage Vcc. Thereafter, after the output voltage Vout of the switching regulator 10 is stabilized, the power supply voltage Vcc of the control circuit 20 is switched to the output voltage Vout.
  • the power supply voltage Vcc of the control circuit 20 takes a constant value, and abrupt changes in the power supply voltage Vcc accompanying fluctuations in the output voltage Vout at startup are suppressed.
  • the circuit can be operated stably.
  • a smoothing capacitor (not shown) may be provided between the power supply terminal 30 of the control circuit 20 and the ground. With this smoothing capacitor, the change in voltage when switching the power supply voltage Vcc of the control circuit 20 can be made smooth.
  • the power conversion efficiency of generating the output voltage Vout from the input voltage Vin by the switching regulator 10 is that the input voltage Vin force is also generated by the linear regulator 16 as the voltage Vreg. It is more efficient than Therefore, the efficiency of the power supply apparatus 100 as a whole can be improved during the period in which the output voltage Vout is supplied as the power supply voltage Vcc of the control circuit 20.
  • FIGS. 2 (a), (b) and FIGS. 3 (a) to (d) the voltage Vreg and the output voltage Vout after stabilization are depicted as different voltage values for the sake of easy viewing. In fact, it is almost equal! /, Or as a voltage value! /.
  • the output voltage Vout is stabilized by feedback. Therefore, once the output voltage V out is stabilized, even if the voltage value fluctuates, the fluctuation range is smaller than the overshoot or ringing that occurs at startup, so the power supply voltage of the control circuit 20 Vcc does not fluctuate so much and has little effect on circuit operation.
  • FIG. 4 shows a power supply device 200 according to the second embodiment.
  • the power supply apparatus 200 includes an abnormality detection circuit 40 that detects an abnormal operation of the power supply apparatus.
  • power supply device 200 according to the second embodiment will be described focusing on differences from power supply device 100 according to the first embodiment.
  • the power supply device 200 includes a switching regulator 10, a switch SW 1, a linear regulator 16, a control circuit 20, a timer circuit 18, an abnormality detection circuit 40, an AND circuit 42, and an inverter 22.
  • the abnormality detection circuit 40 is a circuit that detects, for example, an output voltage abnormality such as an overvoltage, an output current abnormality such as an overcurrent, or a heat generation abnormality. When detected, it goes low.
  • the output of the timer circuit 18 and the output of the abnormality detection circuit 40 are connected to the two input terminals of the AND circuit 42.
  • the output signal of the AND circuit 42 is high when the output signal Vtime of the timer circuit 18 and the error signal Verr of the abnormality detection circuit 40 are high. Therefore, the AND circuit 42 outputs a high level at a normal time when a certain time Tp has elapsed from the start-up and no abnormality is detected by the abnormality detection circuit 40.
  • the abnormality detection circuit 40 monitors the output current, and the abnormality detection circuit 40 sets the error signal Verr to the low level.
  • the abnormality detection circuit 40 may monitor a heat generation abnormality and an output voltage in addition to the output current.
  • the abnormality detection circuit 40 has a latch function that does not set the error signal Verr to low level only during a period in which an abnormality is detected, so that an error is detected for a predetermined period from the moment of detection.
  • the signal Verr may be designed to be low level. This fixed period is preferably the period from when an abnormality occurs until the circuit is sufficiently stabilized.
  • the power supply voltage Vcc of the control circuit 20 is set to the voltage Vr eg generated from the linear regulator 16 when an overvoltage occurs. In addition, it is possible to prevent an overvoltage from being applied to the power supply terminal 30 of the control circuit 20, and to reduce the influence of malfunction of the circuit and reliability.
  • the efficiency of the power supply device 200 as a whole is improved during the period in which the output of the AND circuit 42 is high and the output voltage Vout is supplied as the power supply voltage Vcc of the control circuit 20. Can do.
  • the high level and low level of logic signals such as Vtime, Verr, and Vent that determine the operation of each circuit can be appropriately changed as necessary.
  • a high level is input as the gate voltage in order to turn off the switch. It needs to be controlled by the logic that is turned.
  • the outputs of the other timer circuit 18 and the abnormality detection circuit 40 may be designed so that the same operation is performed by a combination of logic circuits that may be inverted.
  • the force described for the diode-rectifier switching regulator using the rectifier diode 14 as the switching regulator 10 may be replaced with a synchronous rectifier transistor.
  • a step-up / step-down charge pump circuit using a switched capacitor may be used instead of the switching regulator 10.
  • the switch SW1 may be a linear regulator.
  • the power supply voltage Vcc remains constant even if the output voltage Vout varies while the output voltage Vout of the switch regulator 10 is selected as the power supply voltage Vcc of the control circuit 20. Since the value is maintained, the circuit can be operated more stably.
  • all elements constituting power supply apparatus 100 or power supply apparatus 200 may be integrally integrated, or a part thereof may be formed of discrete components. Which part should be integrated may be determined according to cost, occupied area, and the like. Industrial applicability
  • the power supply apparatus according to the present invention can be suitably used for an electronic device or the like that requires high efficiency.

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Abstract

 高効率を維持しつつ、安定した回路動作が実現可能なスイッチングレギュレータを提供する。  電源装置100は、スイッチングレギュレータ10、リニアレギュレータ16、タイマ回路18、制御回路20、インバータ22、スイッチSW1を含む。この電源装置100は、入力端子102に入力された入力電圧Vinを降圧して出力端子104に出力電圧Voutを降圧して出力する降圧型DC/DCコンバータである。タイマ回路18は、制御信号Vcntにより電源装置の起動が指示された時刻からの経過時間をカウントし、予め決められた一定時間Tpが経過するとその出力信号Vtimeをハイレベルとする。出力信号Vtimeがハイレベルとなると、スイッチSW1がオンして制御回路20の電源端子30には、出力電圧Voutが供給される。

Description

明 細 書
電源装置
技術分野
[0001] 本発明は、電源装置に関し、特にスイッチングレギユレータに関する。
背景技術
[0002] 様々な電子機器において、内部に使用される電子回路に適切な電圧を供給するた め、降圧型のスイッチングレギユレータ等の DCZDCコンバータが広く用いられてい る。例えば、電子機器において 20Vの電圧のみが用意され、内部の電子回路が 5V の電圧を必要とする場合、降圧型のスイッチングレギユレータによって 20Vを 5Vに降 圧して電子回路を駆動する。
このようなスイッチングレギユレータは、スイッチングトランジスタのオンオフ動作を制 御するための制御回路を有している力 スイッチングレギユレータが安定して動作す るためには、当然のことながら、制御回路を動作させるための電源電圧が安定して供 給されている必要がある。いま、制御回路の動作に必要とされる電源電圧が 5Vであ る場合には、電子機器により用意された 20Vを直接使用することはできないため、リ ユアレギユレータによってその 5Vを生成する方法が考えられる。ところが、一般的にリ ユアレギユレータは効率が悪いため、スイッチングレギユレータ全体としての効率が悪 化してしまうという問題があった。
[0003] このような問題を解決するために、スイッチングレギユレータにより降圧した電圧を、 制御回路を駆動するための電源電圧として用いる技術が提案されている(特許文献
D oこの技術では、制御回路を駆動可能な電圧をしきい値として、スイッチングレギュ レータの出力電圧がしきい値電圧より高いときには、出力電圧により制御回路を駆動 し、スイッチングレギユレータの出力電圧がしきい値電圧より低いときには、リニアレギ ユレータにより制御回路を駆動するように切り替える。この技術によれば、スイッチング レギユレータの電力変換効率はリニアレギユレータよりも高いため、制御回路の電源 電圧をスイッチングレギユレータの出力電圧力 供給する期間において高効率ィ匕を 図ることができる。 [0004] 特許文献 1 :米国特許第 5, 528, 132号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところが、上記文献に記載の技術では、スイッチングレギユレータの出力電圧力 し きい値電圧付近で変動すると、制御回路の電源電圧がリニアレギユレータの電圧ま たは出力電圧のいずれ力も供給されるかが安定しないという問題があった。また、ス イツチングレギユレータの起動時には出力電圧のオーバーシュートやアンダーシユー トが発生することがある力 S、一定電圧以上の出力電圧を制御回路の電源電圧として 使用した場合、回路の誤動作の原因となってしまうという問題もある。
[0006] 本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率を維持し つつ、安定した回路動作が実現可能なスイッチングレギユレータの提供にある。 課題を解決するための手段
[0007] 本発明のある態様は、電源装置に関する。この電源装置は、スイッチングトランジス タのスイッチング動作により入力電圧を所望の出力電圧に変換して出力するスィッチ ングレギユレータと、スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御部と 、制御部を駆動するために、制御部に対し電源電圧を供給する電圧生成回路と、ス イッチングトランジスタのスイッチング動作開始力もの経過時間を測定し、所定時間が 経過するとその出力を変化させるタイマ回路と、を備える。制御部は、タイマ回路の出 力が変化する前の期間は、電圧生成回路により供給される電源電圧により駆動され 、タイマ回路の出力が変化した後の期間はスイッチングレギユレータの出力電圧によ り駆動される。
[0008] この態様によれば、所定時間の経過前においては電圧生成回路により供給される 安定した電源電圧により制御回路を駆動することにより、電源装置を安定に動作させ ることができる。また、所定時間の経過後においては、スイッチングレギユレ一タの出 力電圧を制御回路の駆動電圧として使用するため、高効率ィ匕を図ることができる。
[0009] タイマ回路により測定される所定時間は、スイッチングレギユレータの出力電圧が安 定するのに要する期間との関係で定められてもよ 、。
スイッチングレギユレータの起動時において、出力電圧が不安定な期間は電圧生 成回路により制御回路を駆動し、スイッチングレギユレータの出力電圧が十分安定し た後に、その出力電圧により制御回路を駆動することにより、電源装置をより安定に 動作させることができる。
[0010] 電圧生成回路は、入力電圧を降圧して出力するリニアレギユレータであってもよい。
リニアレギユレータは簡易に構成できるため、コスト、面積の点で有利である。
[0011] 電源装置は、回路動作の異常を検知する異常検出回路をさらに備えてもよい。異 常検出回路により異常が検出されたとき、制御部は前記電圧生成回路力も供給され る電源電圧により駆動されてもよい。
「回路動作の異常」とは、出力電圧の過電圧、出力電流の過電流、発熱異常など、 電源装置が安定動作力 逸脱した状態を 、う。
スイッチングレギユレータの起動後、所定時間が経過して制御回路がスイッチングレ ギユレータの出力電圧により駆動されて 1、る期間中に、電源装置に異常が発生した 場合は、電圧生成回路による駆動に再度切り替えることにより、スイッチングレギユレ ータをより安定に動作させることができる。
[0012] 本発明の別の態様もまた、電源装置である。この電源装置は、安定化された出力 電圧を生成する電源装置であって、該電源装置を駆動するための電圧は、該電源 装置の出力電圧が定常状態にあると想定される第 1モードおいては該電源装置自身 の出力電圧から供給され、該電源装置の出力電圧が遷移状態にあると想定される第
2モードにおいては電圧生成回路力も供給される。第 1モードと第 2モードは、該電源 装置の起動開始力 所定時間経過したことにより切り替えられる。
出力電圧を電源装置自身を駆動するための電圧として使用するためには、出力電 圧が安定でなければならない。そこで、出力電圧が不安定である過渡状態では、電 圧生成回路から供給される安定電圧を使用する。過渡状態と定常状態は、電源装置 の起動開始力も所定時間経過した力どうかにより判定し、所定時間経過前を第 1モー ドに対応させ、所定時間経過後を第 2モードに対応させて、電源装置の駆動電圧の 供給源を切り替えてもよい。
[0013] なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装 置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 発明の効果
[0014] 本発明に係る電源装置によれば、制御回路を駆動するための電圧を出力電圧力も 供給することにより、効率を上げることができるとともに、電源装置の起動時に発生す る出力電圧変動による制御回路の誤動作を防止しやすくなる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]第 1の実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。
[図 2]図 2 (a)、(b)は、図 1の電源装置においてタイマ回路を使用しない場合の各端 子の電圧の時間波形を示す図である。
[図 3]図 3 (a)〜 (d)は、図 1の電源装置にぉ 、てタイマ回路を使用した場合の各端子 の電圧の時間波形を示す図である。
[図 4]第 2の実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。
符号の説明
[0016] L1 インダクタ、 C1 キャパシタ、 SW1 スィッチ、 10 スイッチングレギユレ一 タ、 12 スイッチングトランジスタ、 14 整流用ダイオード、 16 リニアレギユレ一 タ、 18 タイマ回路、 20 制御回路、 22 インバータ、 30 電源端子、 100 電源装置、 102 入力端子、 104 出力端子、 106 制御端子。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 図 1は、本発明の実施の形態に係る電源装置 100の構成を示す。以降の図におい て、同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[0018] 本実施の形態に力かる電源装置 100は、スイッチングレギユレータ 10、リニアレギュ レータ 16、タイマ回路 18、制御回路 20、インバータ 22、スィッチ SW1を含む。また、 電源装置 100は、入力端子 102、出力端子 104、制御端子 106を備え、それぞれの 端子に印加され、または現れる電圧をそれぞれ入力電圧 Vin、出力電圧 Vout、制御 電圧 Ventという。
この電源装置 100は、入力端子 102に入力された入力電圧 Vinを降圧して出力端 子 104に出力電圧 Voutを出力する降圧型 DC/DCコンバータである。
[0019] スイッチングレギユレータ 10は、スイッチングトランジスタ 12、インダクタ Ll、キャパ シタ Cl、整流用ダイオード 14を含む。スイッチングトランジスタ 12は MOSFETであり 、そのゲート端子の電圧によりオンオフ動作が制御される。スイッチングレギユレータ 1 0において、スイッチングトランジスタ 12のオンオフ動作によって、インダクタ L1にはス イッチングトランジスタ 12または整流用ダイオード 14力も電流が交互に供給され、入 力電圧 Vinが降圧される。また、インダクタ L1およびキャパシタ C1はローパスフィルタ を構成し、出力電圧 Voutが平滑化される。
[0020] 制御回路 20は、スイッチングトランジスタ 12のゲート端子にスイッチング動作のオン オフを制御するパルス幅変調信号 Vpwm (以下、 PWM信号という)を出力する。 PW M変調信号 Vpwmは、ハイレベルとローレベルが交互に繰り返される信号であり、ノヽ ィレベルの期間とローレベルの期間を変化させてスイッチングトランジスタ 12のオン、 オフの時間を制御することにより、出力電圧 Voutを所望の電圧に近づける。
[0021] また、制御回路 20の端子 32には、制御信号 Ventが入力されており、制御信号 Vc ntがハイレベルのとき、 PWM信号 Vpwmを生成してスイッチングトランジスタ 12のス イッチングを制御し、制御信号 Ventがローレベルの時は PWM信号 Vpwmの生成を 停止し、スイッチングトランジスタ 12のスイッチング動作を停止する。
さらに、制御回路 20はフィードバック端子 34を備えており、このフィードバック端子 3 4には、スイッチングレギユレータ 10の出力電圧 Voutがフィードバックされている。制 御回路 20はフィードバックされた出力電圧 Voutが所定の電圧値に近づくように PW M信号 Vpwmのデューティ比を制御する。
[0022] 制御回路 20は、電源端子 30に印加される電源電圧 Vccによって駆動される。この 制御回路 20の電源端子 30に印加される電源電圧 Vccは、 2つの経路より供給される 。第 1の供給路は、リニアレギユレータ 16であり、第 2の供給路は、制御回路 20により 駆動されるスイッチングレギユレータ 10である。
[0023] リニアレギユレータ 16は、入力端子 102と制御回路 20の電源端子 30との間に設け られている。このリニアレギユレータ 16は、入力端子 102に印加された入力電圧 Vin を降圧して、制御回路 20を駆動するために適切な安定した駆動電圧 Vregを電源端 子 30に供給する。
リニアレギユレータ 16にはィネーブル端子 ENが設けられており、ハイレベルが入力 されると制御回路 20の駆動電圧 Vregを出力し、ローレベルが入力されているときに はその動作を停止する。リニアレギユレータ 16のィネーブル端子 ENにハイレベルが 入力されるとき、制御回路 20に与えられる電源電圧 Vccは、 Vcc=Vregとなる。
[0024] スィッチ SW1は、出力端子 104と制御回路 20の電源端子 30との間に設けられて いる。スィッチ SW1がオンすると、制御回路 20の電源端子 30には出力電圧 Voutが 印加され、電源電圧 Vcc = Voutとなる。スィッチ SW1がオフすると、出力端子 104 は切り離される。
[0025] タイマ回路 18には、制御信号 Ventが入力されている。タイマ回路 18は、制御信号 Ventがハイレベルになった時刻からの経過時間をカウントし、予め決められた一定 時間 Tpが経過するとその出力信号 Vtimeをハイレベルにする。この一定時間 Tpは、 電源装置 100の起動、すなわちスイッチングトランジスタ 12のスイッチング動作開始 力も出力電圧 Voutが安定ィ匕するまでの時間よりも長く設定しておくことが望ましい。
[0026] タイマ回路 18の出力信号 Vtimeは、スィッチ SW1へと出力され、そのオンオフを制 御する。スィッチ SW1は、タイマ回路 18の出力信号 Vtimeがハイレベルのときオンし 、ローレベルのときオフする。また、インバータ 22は、タイマ回路 18とリニアレギユレ一 タ 16のィネーブル端子 ENとの間に設けられており、タイマ回路 18の出力信号 Vtim eを反転して、ィネーブル端子 ENに入力する。
[0027] 従って、制御回路 20の電源端子 30には、タイマ回路 18の出力に応じて、リニアレ ギユレータ 16により生成される電圧 Vregまたはスイッチングレギユレータ 10により降 圧された出力電圧 Voutのいずれかが印加される。
[0028] 以下、このように構成された電源装置 100の動作について説明する。
はじめに、本発明の効果を明確にするために、タイマ回路 18を使用せずに、出力 電圧 Voutが所定のしきい値電圧 Vthより高いときには制御回路 20の電源端子 30に 出力電圧 Voutを印加し、しきい値電圧 Vthより低いときには、リニアレギユレータ 16 により生成される電圧 Vregを印加する場合について説明する。
図 2 (a)はこのときの電源装置の起動時におけるリニアレギユレータ 16の出力 Vreg と、スイッチングレギユレータ 10の出力電圧 Voutの時間波形を示す。リニアレギユレ ータ 16の出力 Vregは安定化されているのに対して、スイッチングレギユレータ 10の 出力電圧 Voutは起動時にオーバーシュートし、その後リンギングを伴って所定の電 圧に近づいていく。
図 2 (b)は、制御回路 20の電源端子 30に印加される電源電圧 Vccの時間波形を 示す。電源電圧 Vccは、上述のように、出力電圧 Voutと所定のしきい値電圧 Vthと の比較によって切り替えられる。すなわち、出力電圧 Vout > Vthの期間は Vcc =Vo utとなり、 Vout < Vthの期間は Vcc = Vregとなつて!、る。
[0029] しきい値電圧によって制御回路 20の電源電圧 Vccを切り替えた場合、切り替えが 発生する瞬間に、制御回路 20の電源電圧 Vccが不連続となる。特に、起動時におい て、出力電圧 Voutにオーバーシュートやリンギングが発生した場合には、電源電圧 Vccが 2つの供給電圧で頻繁に切り替えられることになり回路動作が不安定となるお それがある。また、 2つの電圧源の切り替えによる電源電圧 Vccの不連続を小さくす るために、しきい値電圧 Vthをリニアレギユレータ 16の出力 Vregに近づけた場合、切 り替えによる電圧の不連続は小さくなる力 出力電圧 Voutのわずかな変動に伴い、 2つの電圧 Vregと Voutが頻繁に切り替えられることになるため、回路の安定動作の 観点からは好ましくな 、場合がある。
[0030] 次に、本実施の形態に係る電源装置 100において、タイマ回路 18の出力に応じて 制御回路 20の電源電圧 Vccを切り替えた場合の動作について、図 3 (a)〜(d)をもと に説明する。図 3 (a)〜(d)は、電源装置 100の各端子の電圧の時間波形を示す。 時刻 T0〜T1において、制御信号 Ventはローレベルであり、制御回路 20は停止し ているため、出力電圧 Voutは 0Vとなっている。また、タイマ回路 18の出力信号 Vti meもローレべノレとなって 、る。
タイマ回路 18の出力信号 Vtimeがローレベルのとき、スィッチ SW1はオフしている 。また、リニアレギユレータ 16のィネーブル端子 ENには、出力信号 Vtimeがインバ ータ 22で反転されてハイレベルとして入力されるため、リニアレギユレータ 16からは 一定電圧 Vregが出力されている。従って、時刻 T0〜T1の期間には、制御回路 20 の電源端子 30には、リニアレギユレータ 16から供給される定電圧 Vregが印加される ことになる。
[0031] 時刻 T1に、電源装置 100を起動し、出力電圧 Voutを立ち上げるために、制御信 号 Ventがローレベルからハイレベルに切り替えられる。制御信号 Ventがハイレベル になると、制御回路 20は PWM信号 Vpwmの生成を開始し、スイッチングトランジスタ 12のスイッチング動作が開始される。
スイッチングトランジスタ 12のスイッチング動作によりスイッチングレギユレータ 10の 出力電圧 Voutは上昇し始める。出カ電圧¥01^は図2 (&)と同様にオーバーシュート し、リンギングを伴 、ながら所定の電圧に近づ ヽて 、く。
[0032] また、制御信号 Ventカ 、ィレベルになると、タイマ回路 18は時間の測定を開始す る。タイマ回路 18は、図 3 (b)に示すように、時刻 T1から予め決められた一定時間 Tp が経過するまでの間、ローレベルを出力する。この間は、時刻 Τ0〜Τ1と同様に制御 回路 20の電源端子 30には、リニアレギユレータ 16から定電圧 Vregが供給される。
[0033] 時刻 T1から一定時間 Tpが経過した時刻 T2において、タイマ回路 18の出力信号 V timeがハイレベルとなる。タイマ回路 18の出力信号 Vtimeがハイレベルとなると、ス イッチ SW1がオンすると同時に、リニアレギユレータ 16のィネーブル端子 ENには口 一レベルが入力され、その動作が停止される。
その結果、制御回路 20の電源端子 30には出力電圧 Voutが印加され、図 3 (d)に 示すように時刻 T2以降にぉ 、て Vcc = Voutとなる。
[0034] このように、本実施の形態に力かる電源装置 100では、オーバーシュートおよびリン ギングの発生するおそれのある起動時には、リニアレギユレータ 16により安定した電 圧 Vregを生成し、これを制御回路 20の電源電圧 Vccとする。その後、スイッチングレ ギユレータ 10の出力電圧 Voutが安定した後に、制御回路 20の電源電圧 Vccを出 力電圧 Voutに切り替える。その結果、図 3 (d)に示すように、制御回路 20の電源電 圧 Vccは一定値を取ることになり、起動時の出力電圧 Voutの変動に伴う電源電圧 V ccの急峻な変化を抑制することができ、回路を安定に動作させることができる。
[0035] 制御回路 20の電源端子 30と接地間には、図示しない平滑ィ匕用のキャパシタが設 けられていてもよい。この平滑化用のキャパシタにより、制御回路 20の電源電圧 Vcc を切り替える際の電圧の変化をなだらかにすることができる。
[0036] また、スイッチングレギユレータ 10により入力電圧 Vinから出力電圧 Voutを生成す る電力変換効率は、リニアレギユレータ 16により入力電圧 Vin力も電圧 Vregを生成し たときよりも高効率である。従って、制御回路 20の電源電圧 Vccとして、出力電圧 Vo utが供給される期間においては、電源装置 100全体としての効率を向上することが できる。
[0037] なお、図 2 (a)、(b)および図 3 (a)〜(d)において、電圧 Vregと安定後の出力電圧 Voutは、図の見やすさのために、異なる電圧値として描かれている力 実際には、ほ ぼ等し!/、電圧値としてもよ!/、。
[0038] 出力電圧 Voutは、フィードバックにより安定ィ匕されている。従って、一度出力電圧 V outが安定化された後は、その電圧値が変動したとしても、その変動幅は、起動時に 発生するようなオーバーシュートやリンギングよりも小さいため、制御回路 20の電源 電圧 Vccはそれほど変動せず、回路動作に及ぼす影響は小さい。
[0039] (第 2の実施の形態)
図 4は、第 2の実施の形態に係る電源装置 200を示す。電源装置 200は、電源装 置の異常動作の検出を行う異常検出回路 40を備える。以下、第 2の実施の形態に係 る電源装置 200について、第 1の実施の形態に係る電源装置 100との相違点を中心 に説明する。
[0040] 電源装置 200は、スイッチングレギユレータ 10、スィッチ SW1、リニアレギユレータ 1 6、制御回路 20、タイマ回路 18、異常検出回路 40、 AND回路 42、インバータ 22を 含む。
異常検出回路 40は、例えば過電圧などの出力電圧異常、過電流などの出力電流 異常、あるいは発熱異常等を検出する回路であり、その出力であるエラー信号 Verr は、正常時にはハイレベルとなり、異常が検出されるとローレベルとなる。
[0041] AND回路 42の 2つの入力端子には、タイマ回路 18の出力と異常検出回路 40の 出力が接続されている。 AND回路 42の出力信号は、タイマ回路 18の出力信号 Vti meと異常検出回路 40のエラー信号 Verrが、 、ずれもハイレベルのときにハイレべ ルとなる。従って、 AND回路 42は、起動から一定時間 Tpが経過しており、かつ異常 検出回路 40により異常が検出されない正常時にハイレベルを出力する。
[0042] AND回路 42からハイレベルが出力されるとスィッチ SW1がオンし、リニアレギユレ ータ 16の動作は停止するため、制御回路 20の電源端子 30には出力電圧 Voutが供 給される。逆に、 AND回路 42からローレベルが出力されている期間は制御回路 20 の電源端子 30にはリニアレギユレータ 16から生成される電圧 Vregが供給される。
[0043] 図 3 (c)に示す時刻 T2以降の出力電圧 Voutが安定ィ匕した後においても、出力電 流が急激に増カロ、または減少すること〖こより、出力電圧 Voutが変動してしまう場合が ある。そのとき、以上のように構成した第 2の実施の形態に係る電源装置 200によれ ば、異常検出回路 40によって、出力電流をモニタし、異常検出回路 40がエラー信号 Verrをローレベルにすることにより、制御回路 20の電源電圧 Vccはリニアレギユレ一 タ 16から供給されるため、回路の安定性を保つことができる。異常検出回路 40は、 出力電流の他、発熱異常や出力電圧をモニタしてもよい。
[0044] さらに、異常検出回路 40は異常が検出されている期間のみエラー信号 Verrをロー レベルとするのではなぐラッチ機能を持たせることにより、検出された瞬間から予め 決められた一定期間、エラー信号 Verrをローレベルとするように設計してもよい。この 一定期間は、異常が発生してから、回路が十分に安定するまでの期間とすることが望 ましい。
[0045] 異常検出回路 40によって出力電圧 Voutをモニタした場合には、過電圧が発生し た際に制御回路 20の電源電圧 Vccを、リニアレギユレータ 16から生成される電圧 Vr egとすることにより、制御回路 20の電源端子 30に過電圧が印加されるのを防止する ことができ、回路の誤動作や信頼性への影響を軽減できる。
[0046] 本実施の形態においても、 AND回路 42の出力がハイレベルとなり制御回路 20の 電源電圧 Vccとして出力電圧 Voutが供給される期間においては、電源装置 200全 体としての効率を向上することができる。
[0047] これら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 、ろ 、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。
[0048] 本実施の形態にぉ 、て、各回路の動作を決定する Vtime、 Verr, Ventなどのロジ ック信号のハイレベル、ローレベルは、必要に応じて適宜に変更することができる。例 えば、スィッチ SW1に P型 MOSFETを用いた場合には、スィッチをオフするために はゲート電圧としてハイレベルが入力されて 、なければならな 、ため、ハイ ·ローを反 転したロジックにより制御する必要がある。また、その他のタイマ回路 18や異常検出 回路 40の出力も、それぞれ反転していてもよぐロジック回路の組み合わせによって 、同様の動作が行われるように設計すればよい。
[0049] また、実施の形態において、スイッチングレギユレータ 10として整流用ダイオード 14 を用いたダイオード整流方式のスイッチングレギユレータにつ 、て説明した力 これ は同期整流用トランジスタに置換してもよい。また、スイッチングレギユレータ 10に代 えて、スィッチドキャパシタを用いた昇圧、降圧型のチャージポンプ回路であってもよ い。
[0050] 本実施の形態において、スィッチ SW1はリニアレギユレータとしてもよい。スィッチ S W1をリニアレギユレータとすることにより、制御回路 20の電源電圧 Vccとしてスィッチ ングレギユレータ 10の出力電圧 Voutが選択されている間に、出力電圧 Voutが変動 しても、電源電圧 Vccは一定値に保たれるため、より回路を安定に動作させることが できる。
[0051] 本実施の形態において、電源装置 100、または電源装置 200を構成する素子はす ベて一体集積ィ匕されていてもよぐその一部がディスクリート部品で構成されていても よい。どの部分を集積ィ匕するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。 産業上の利用可能性
[0052] 本発明に係る電源装置は、高効率ィ匕が要求される電子機器等に好適に利用するこ とがでさる。

Claims

請求の範囲
[1] スイッチングトランジスタを含み、該スイッチングトランジスタのスイッチング動作によ り入力電圧を所望の出力電圧に変換して出力するスイッチングレギユレータと、 前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御部と、
前記制御部を駆動するために、前記制御部に対し電源電圧を供給する電圧生成 回路と、
前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作開始力もの経過時間を測定し、所 定時間が経過するとその出力を変化させるタイマ回路と、
を備え、前記制御部は、前記タイマ回路の出力が変化する前の期間は、前記電圧 生成回路により供給される電源電圧により駆動され、前記タイマ回路の出力が変化し た後の期間は前記スイッチングレギユレータの出力電圧により駆動されることを特徴と する電源装置。
[2] 前記タイマ回路により測定される所定時間は、前記スイッチングレギユレータの出力 電圧が安定するのに要する期間との関係で定められていることを特徴とする請求項 1 に記載の電源装置。
[3] 前記電圧生成回路は、前記入力電圧を降圧して出力するリニアレギユレータである ことを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。
[4] 回路動作の異常を検知する異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路により異常が検出されたとき、前記制御部は前記電圧生成回路 から供給される電源電圧により駆動されることを特徴とする請求項 1から 3のいずれか に記載の電源装置。
[5] 安定化された出力電圧を生成する電源装置であって、
該電源装置を駆動するための電圧は、該電源装置の出力電圧が定常状態にある と想定される第 1モードおいては該電源装置自身の出力電圧力 供給され、該電源 装置の出力電圧が遷移状態にあると想定される第 2モードにおいては電圧生成回路 から供給され、
第 1モードと第 2モードは、該電源装置の起動開始力 所定時間経過したことにより 切り替えられることを特徴とする電源装置。
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