WO2006018923A1

WO2006018923A1 - 電源装置

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Publication number: WO2006018923A1
Application number: PCT/JP2005/009390
Authority: WO
Inventors: Tatsuki Nishino
Original assignee: Rohm Co., Ltd
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-02-23
Also published as: JP4510022B2; EP1788695A1; CN1993877A; EP1788695A4; KR20070043789A; TW200614638A; US20070257645A1; JPWO2006018923A1

Abstract

　負荷回路上のある端子の電圧を制御回路に帰還して、昇圧動作を制御する昇圧回路を用いた電源装置において、制御回路に帰還される電圧に対する保護機能を持たせる。　電源装置１００は、昇圧回路１０、保護回路２０、ＰＷＭ制御回路１４、電流制御回路１６とを含み、ＬＥＤ４０のカソード電圧Ｖｌｅｄが帰還されて昇圧動作が制御される。保護回路２０は、ＬＥＤ端子１０８とＰＷＭ制御回路１４の間に設けられており、保護定電流源２２、クランプ用トランジスタ２４、保護抵抗Ｒｐとを含む。ＰＷＭ制御回路１４へ入力されているクランプ用トランジスタ２４のソース端子の電圧Ｖｆｂは、ＬＥＤ端子１０８の電圧が高くなっても、クランプ電圧（Ｖｂａｔ－Ｖｔ）以下にクランプされる。

Description

明細書

電源装置

技術分野

[0001] 本発明は、昇圧回路を用いた電源装置に関する。

背景技術

[0002] 近年の携帯電話、 PDA (Personal Digital Assistance)、等の小型情報端末においては、例えば液晶のバックライトに用いられる LED (Light Emitting Diode) などのように電池の出力電圧よりも高い電圧を必要とするデバイスが存在する。例えば、これらの小型情報端末では、 Liイオン電池が多く用いられ、その出力電圧は通常 3. 5V程度であり、満充電時においても 4. 2V程度である力 LEDはその駆動電圧として電池電圧よりも高い電圧を必要とする。このように、電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合には、スイッチングレギユレータゃスィッチドキャパシタ方式等の昇圧回路を用いて電池電圧を昇圧し、 LEDなどの負荷回路を駆動するために必要な電圧を得て、る (特許文献 1)。

[0003] 特許文献 1 :特開 2001— 223095号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ここで、このような昇圧回路は、負荷回路を安定に動作させるために、負荷回路上のある端子の電圧を制御回路に帰還して、昇圧動作の制御を行っている。例えば、上記の LEDを駆動する場合には、 LEDの力ソード端子に LED駆動用の定電流源を接続して、 LEDの輝度を保ちつつ、力ソード端子の電圧が一定値となるように制御する方法が考えられる。このとき、昇圧回路の制御回路には、力ソード端子の電圧が帰還されること〖こなる。

[0005] 本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。この方法によれば、力ソード端子には、アノード端子の電圧力 SLEDの順方向電圧 Vfだけ電圧降下した電圧が現れるため、通常の動作時においては力ソード電圧はアノード電圧よりも十分に低くなる。ところが、この LEDの順方向電圧 Vfは、電流に依存し、電流が流れていない間は OVに近い小さな値となる。従って、 LEDを点灯した状態から、 LEDを消灯状態に切り替えた場合には、 LEDのアノード端子には昇圧電圧が印加された状態で、 LEDでの電圧降下は OVに近くなり、力ソード端子には昇圧電圧に近い電圧がそのまま現れることになる。また、昇圧回路の起動時等において、 LEDに電流が流れ始める以前は、順方向電圧 Vfは非常に小さぐ昇圧回路の昇圧動作を開始する直後において、 LEDの力ソード端子には、昇圧回路の出力電圧に近い電圧が現れることになる。このような昇圧された高い電圧が制御回路に帰還されると、内部回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。このような問題は、複数の負荷回路を駆動する際に、負荷回路の動作状態を切り替えた場合にも同様に起こりうる。

[0006] つまり、消灯時、電源装置の起動時、出力電圧の切り替え時や、負荷回路の変動時には、電源装置に帰還される電圧が定常的、または瞬時的に上昇することがあり、この電圧により回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

[0007] 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、電源装置に帰還される電圧に対する保護機能を備えた電源装置の提供にある。

課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を解決するために、本発明のある態様の電源装置は、昇圧回路により負荷回路を駆動する経路上に設けられた帰還端子の電圧が所定の電圧値に近づくように、昇圧回路の出力電圧を帰還制御する制御回路と、帰還端子から制御回路への帰還経路上に設けられた保護回路と、を備える。保護回路は、入力された帰還端子の電圧が所定電圧に達したとき、制御回路へ出力する電圧が所定のクランプ電圧以上に上昇することを抑制する電圧クランプ機能を有する。

[0009] 「昇圧回路により負荷回路を駆動する経路」とは、昇圧回路の出力から負荷回路を介して接地に向力う経路を意味する。

この態様によれば、制御回路に帰還入力される電圧は、保護回路によってクランプ電圧以下に制限されるため、昇圧動作中に負荷回路が停止された場合や、昇圧回路の起動時、あるいは負荷変動時において、帰還入力される電圧が定常的あるいは瞬時的に上昇した場合でも、回路の信頼性に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

[0010] 保護回路は、帰還端子と接地端子の間に直列に設けられた、抵抗と、所定のクランプ電圧が制御端子に印加されたトランジスタと、抵抗およびトランジスタに電流を流す定電流源と、を含んでもよい。

[0011] 「トランジスタの制御端子」とは、 FET(Field Effect Transistor)のゲート端子または、バイポーラトランジスタのベース端子を意味する。この制御端子にクランプ電圧を印加し、かつ定電流を流しておくことにより、ソース端子もしくはェミッタ端子の電圧は、クランプ電圧より FETのゲートしきい値 Vtもしくはバイポーラトランジスタのベースェミッタ間電圧 Vbe分だけ電圧降下した値にクランプされる。

[0012] この態様によれば、トランジスタのソース端子またはェミッタ端子力制御回路に帰還入力される電圧は、保護回路によってクランプ電圧以下に制限されるため、起動時や負荷変動時において、帰還入力される電圧が瞬時的に上昇した場合でも、回路の信頼性に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

[0013] また、クランプ電圧は電池電圧であってもよい。クランプ電圧として電池電圧を印加しておくことにより、電池電圧が降下した減電圧時に、クランプ電圧が電池電圧に伴つて下がるため、より効果的に保護回路として機能させることができる。

[0014] 負荷回路は発光ダイオードであり、保護回路には、帰還端子の電圧として発光ダイオードの力ソード端子の電圧が帰還されてもよ、。負荷回路が発光ダイオードの場合、流れる電流によって力ソード端子の電圧が大きく変動するため、保護回路によって力ソード端子の変動力も制御回路を好適に保護することができる。

[0015] 上記電源装置において、制御回路は、さらに昇圧回路の出力電圧に応じた検出信号が帰還入力され、本電源装置が搭載される電子機器の動作モードに応じて、保護回路の出力または検出信号のいずれか一方または双方に基づいて昇圧回路の出力電圧を制御してもよい。

[0016] 制御回路には、昇圧回路の出力電圧と、保護回路を介して昇圧回路が負荷回路を駆動する経路上の帰還端子の電圧の 2つの電圧が帰還入力されており、制御回路は、動作モードに応じて、制御対象とする帰還電圧を切り替える。この態様によれば、それぞれの動作モードに適した出力の安定ィ匕を図ることができる。さらに帰還入力される電圧は保護回路によって保護されるため、起動時や動作モードの切り替え時において、出力電圧が変動しても、回路の信頼性に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

[0017] 本発明のさらに別の態様もまた、電源装置である。この電源装置は、第 1電圧である昇圧回路の出力電圧と、その第 1電圧が負荷を駆動した後に現れる第 2電圧とがそれぞれ帰還入力される制御回路を備える。この制御回路は、第 1電圧とその目標値電圧とを比較する第 1比較器と、第 2電圧とその目標値電圧とを比較する第 2比較器と、第 1比較器による比較の結果、第 1電圧がその目標値電圧より低くなつたこと、または第 2比較器による比較の結果、第 2電圧がその目標値電圧より低くなつたことを検出する検出回路と、を備え、検出回路の検出結果に応じて昇圧回路を制御する。

[0018] 「第 1電圧が負荷を駆動した後の第 2電圧」とは、昇圧回路の出力電圧が負荷回路を駆動することによって降下した電圧をいい、帰還により制御すべき負荷回路上の一端子の電圧をいう。

この態様によれば、制御回路は、 2つの帰還電圧である第 1電圧と第 2電圧の内、目標値電圧を下回った方の電圧に基づいて昇圧回路を制御するため、第 1電圧および第 2電圧はいずれも目標値電圧より低くなることはなぐ安定に負荷回路を駆動することがでさる。

[0019] 検出回路は、定電流源と、定電流源と接地間に並列に設けられた第 1、第 2トランジスタと、第 1電圧に第 1係数を乗じて出力する第 1増幅器と、第 2電圧に第 2係数を乗じて出力する第 2増幅器と、第 1増幅器の出力電圧が第 1の入力端子に入力され、第 1トランジスタと定電流源の接続点の電圧が第 2の入力端子に入力される第 1誤差増幅器と、第 2増幅器の出力電圧が第 1の入力端子に入力され、第 2トランジスタと定電流源の接続点の電圧が第 2の入力端子に入力される第 2誤差増幅器と、を含み、第 1、第 2トランジスタと定電流回路の接続点の電圧を出力してもよい。

この場合、検出回路からは、第 1電圧に第 1係数を乗じて得られる電圧と、第 2電圧に第 2係数を乗じて得られる電圧のうち、いずれか低い電圧が出力される。この検出回路から出力される電圧と、所定の電圧を比較することにより、第 1電圧がその目標値電圧より低くなつたこと、第 2電圧がその目標値電圧より低くなつたことを検出することがでさる。

[0020] この電源装置において、第 2電圧が帰還入力される制御回路の前段に保護回路を設け、この保護回路により、制御回路に帰還入力される第 2電圧の上限をクランプしてもよい。

この態様によれば、起動時や負荷変動時に出力電圧が変動して負荷回路での電圧降下が小さくなることにより第 2電圧が上昇したとしても、保護回路によって一定値以上に上がらないようクランプされるため、回路を保護することができる。

[0021] 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

[0022] 本発明に係る電源装置により、昇圧回路を制御するための帰還電圧の上昇力回路を保護し、また出力の安定ィ匕を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る電源装置を示す回路図である。

[図 2]保護回路における力ソード電圧 Viedと帰還電圧 Vfbの関係を示す図である。

[図 3]図 3 (a)、（b)は、 LED消灯時における図 1の電源装置の電圧の時間波形を示す図である。

[図 4]図 4 (a)、（b)は、起動時における図 1の電源装置の電圧の時間波形を示す図である。

[図 5]本発明の第 2の実施形態に係る電源装置を示す回路図である。

符号の説明

[0024] 10 昇圧回路、 14 PWM制御回路、 16 電流制御回路、 20 保護回路、 2 2 保護定電流源、 24 クランプ用トランジスタ、 40 LED, 50 検出回路、 Rp 保護抵抗、 100 電源装置、 102 入力端子、 104 出力端子、 106 基準電圧端子、 108 LED端子、 200 電源装置、 210 電子機器、 300 制御回路。

発明を実施するための最良の形態

[0025] (第 1の実施形態）

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る電源装置 100が搭載される電子機器 210 の構成を示す回路図である。電子機器 210は、たとえば携帯電話端末や PDAである。電子機器 210は、 LED40、電源装置 100および図示しない電池を含む。この電源装置 100は負荷回路である LED40を駆動するための昇圧型の DCZDCコンパータであり、電池電圧 Vbatを昇圧して、 LED40の駆動電圧 Voutを発生させる。

[0026] 電源装置 100は、端子として、入力端子 102、出力端子 104、基準電圧端子 106、 LED端子 108を備える。それぞれの端子に印加され、または現れる電圧を入力電圧 Vin、出力電圧 Vout、基準電圧 Vref、力ソード電圧 Viedという。電源装置 100は、力ソード電圧 Viedを基準電圧 Vrefで定まる一定値に近づくように帰還制御することによって昇圧動作を安定化させる。

[0027] この電源装置 100は、昇圧回路 10、保護回路 20、 PWM制御回路 14、電流制御回路 16を含む。電源装置 100は、たとえば、スイッチングトランジスタ SW1、整流用ダイオード 12、インダクタ Ll、出力コンデンサ Coを除いてひとつのチップに集積ィ匕される。

[0028] 昇圧回路 10は、一般的なスイッチングレギユレータであって、入力端子 102に入力される電池電圧 Vbatを昇圧して出力端子 104に出力する。この昇圧回路 10の入出力端子はそのまま電源装置 100の入出力端子に対応する。昇圧回路 10は、スィッチングトランジスタ SW1、整流用ダイオード 12、インダクタ Ll、出力コンデンサ Coを含み、スイッチングトランジスタ SW1をオンオフさせることによりインダクタ L1と出力コンデンサ Coによりエネルギ変換を行うことで入力電圧 Vbatを昇圧して出力する。

[0029] 電源装置 100には、負荷回路として LED40が接続される。 LED40のアノード端子は出力端子 104に、力ソード端子は LED端子 108にそれぞれ接続されている。また電流制御回路 16は、 LED40に流れる電流 Icを制御するための回路であって、 LED 40の力ソード端子に接続され、 LEDの輝度を調節する機能を有する。

[0030] 保護回路 20は、 LED端子 108と PWM制御回路 14の間に設けられており、カソード電圧 Viedが入力されている。この保護回路 20は、保護定電流源 22、クランプ用トランジスタ 24、保護抵抗 Rpとを含む。

[0031] クランプ用トランジスタ 24は、 FETであって、ゲート端子には電池電圧 Vbatが入力されている。ドレイン端子は数百の保護抵抗 Rpに接続されており、ソース端子は保護定電流源 22に接続されて、る。保護定電流源 22は保護抵抗 Rpおよびクランプ用トランジスタ 24に 1 A以下の定電流 Ipを流している。なお、この定電流 Ipは、電流制御回路 16によって LED40に流される 50〜150mA程度の電流値よりも小さく設定しておくことが望ましい。定電流 Ipが十分小さくなければ、 LEDの点灯を停止するために電流制御回路 16の電流をオフしている時にも、定電流 Ipによって LEDが薄く点、灯してしまうおそれがある。

[0032] クランプ用トランジスタ 24のソース端子の電圧は、帰還電圧 Vfbとして PWM制御回路 14へと出力される。図 2は、保護回路 20における力ソード電圧 Viedと帰還電圧 Vf bの関係を示す図である。力ソード電圧 Viedが低いとき、クランプ用トランジスタ 24はオンしないため、帰還電圧 Vfbは OVとなる。

[0033] 力ソード電圧 Viedがある程度高くなると、クランプ用トランジスタ 24がオンする。トランジスタがオンすると、定電流 Ipによって保護抵抗 Rpには一定の電圧降下 Δν=Ιρ XRpが発生する。従って、帰還電圧 Vfbには、力ソード電圧 Viedよりも、保護抵抗 R pおよびクランプ用トランジスタ 24のオン抵抗 Ronによる電圧降下分だけ低、電圧が現れる。すなわち、 Vfb = Vied -Ip X (Rp+Ron)となる。ここで、保護抵抗 Rpの抵抗値はクランプ用トランジスタ 24のオン抵抗 Ronに対して十分大きく設定されて、る。従って、 Vfb^Vled—Ip XRpと考えることができる。図 2において、 Vl < Viedく V 2でこの関係が成り立っており、通常の昇圧動作は、この電圧範囲で行われる。

[0034] 力ソード電圧 Viedがさらに高くなると、クランプ用トランジスタ 24のオン抵抗 Ronは徐々に大きくなつて、 Ron>Rpとなる。その結果、クランプ用トランジスタ 24のゲートソース間電圧 Vgsは、トランジスタのゲートしきい値電圧 Vtでクランプされ、帰還電圧 Vfbは、 Vbat— Vtより大きくならない。

以上のように、保護回路 20は電圧クランプ回路として機能する。

[0035] PWM制御回路 14は、 PWM (Pulse Width Modulation)信号によってスィッチングトランジスタ SW1のオンオフを制御して、出力電圧 Voutを調節する。 PWM制御回路 14には、基準電圧 Vrefと帰還電圧 Vfbが入力されており、 PWM信号のデューティ比は、帰還電圧 Vfbが基準電圧 Vrefにより定まる一定値に近づくように帰還制御される。上述のように、通常動作時においては Vfb^Vled— Ip XRpが成り立っており、 Ip は保護定電流源 22によって一定値に保たれているため、帰還電圧 Vfbを一定値に保つことは、力ソード電圧 Viedを一定値に保つことに他ならない。

[0036] 以上のように構成された電源装置 100の動作にっ、て、 LED40を消灯した場合および昇圧動作を開始した場合についてそれぞれ、図 3および図 4をもとに説明する。なお、図 3および図 4の縦軸および横軸は、見やすさのために実際のスケールとは異なって示されている。

[0037] 図 3 (a)、 (b)は、 LED消灯時における図 1の電源装置の電圧の時間波形を示す。

図 3 (a)において、時刻 T0〜T1は、所定の出力電圧 Voutが出力されており、 LED 40が安定に点灯している状態である。このとき、 LED40には所定の定電流 Icが流れているため、 LED40での電圧降下は、順方向電圧 Vfに等しくなつており、力ソード電圧 Viedは Vied = Vout— Vfとなっている。

[0038] いま、時刻 T1において、 LED40の消灯が指示され、電流制御回路 16が停止し、図 3 (b)に示すように、 LED40に流れる電流が保護定電流源 22により流される Ipまで小さくなる。

[0039] 一般的なダイオードの特性として、順方向電圧 Vfは、 LEDに流れる電流に依存し、電流値が低いときは 0Vに近い小さな値となり、電流が大きくなると一定値を取る。

[0040] この結果、時刻 T1の後、 LED40に流れる電流 liedが Ipに近づくと、順方向電圧 Vf

= Vout— Viedは小さいため、力ソード電圧 Viedは、出力電圧 Vout付近まで上昇する。この結果、もし保護回路 20が無ければ、 PWM制御回路 14には、図 3 (a)に破線で示すように、昇圧された出力電圧 Voutに近い帰還電圧 Vfb，がそのまま帰還入力されることになり、この帰還電圧 Vfb'が定常的に PWM制御回路 14に入力されることになるため、回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

[0041] 保護回路 20は、図 2に示したように、力ソード電圧 Viedが一定値以上高くなつても、帰還電圧 Vfbがクランプ電圧 (Vbat—Vt)以上にならないようクランプする。その結果、時刻 T1以降に図 3 (a)に実線で示すように、力ソード電圧 Viedが出力電圧 Vout に近づいた場合でも、帰還電圧 Vfbはクランプ電圧 (Vbat—Vt)以上高くならず、 P WM制御回路 14を保護することができる。 [0042] 図 4 (a)、（b)は、電源装置 100の昇圧動作を開始した直後の回路の各端子の時間波形を示す図である。図 4 (a)において、時刻 ΤΟ〜Τ1は、昇圧動作は停止しており、出力電圧 Voutは OVとなっている。時刻 T1において、昇圧回路 10の昇圧動作が開始される。昇圧が開始されると、出力電圧 Voutはまもなく上昇する。ところが、図 4 (b)に示すように、 LED40には、すぐに電流制御回路 16よって定められる定電流 Ic が流れるわけではなぐ出力電圧 Voutの上昇よりも時間的に遅れて流れ始め、徐々に定電流値 Icに近づ、て、く。

[0043] この結果、時刻 T1に昇圧動作を開始した直後において、 LED40に流れる電流 lie d力 S小さいとき、順方向電圧 Vf= Vout— Viedは小さいため、力ソード電圧 Viedは、出力電圧 Voutに追従して高くなる。この結果、もし保護回路 20が無ければ、 PWM 制御回路 14には、図 4 (a)に破線で示すように、昇圧された出力電圧 Voutに近い帰還電圧 Vfb'がそのまま帰還入力されることになり、回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

[0044] 保護回路 20を動作させた場合には、図 4 (a)に実線で示すように、力ソード電圧 VI edが出力電圧 Voutに追従して高くなつても、帰還電圧 Vfbはクランプ電圧 (Vbat- Vt)以上には高くならない。その後、 LED40に流れる電流 liedが電流値 Icに近づいていくと、ダイオードの順方向電圧 Vfが大きくなり、力ソード電圧 Viedも低くなる。

[0045] 以上のように、本実施の形態に係る電源装置 100では、力ソード電圧 Viedを保護回路 20を介して PWM制御回路 14に帰還する。その結果、 PWM制御回路 14に入力される帰還電圧 Vfbが、所定の電圧値以上に高くなることを防止し、回路の信頼性を高めることができる。なお、本実施の形態においては、 LED端子 108が、一定の電圧値となるよう制御すべき、昇圧回路により負荷回路を駆動する経路上の端子に相当している。

[0046] (第 2の実施形態）

本発明第 2の実施形態は、 2系統の負荷回路を駆動する電源装置 200に関する。電源装置 200は、駆動する負荷回路に応じて動作の切り替えを行う。

[0047] 図 5は、この電源装置 200の回路構成を示す図である。図 5において、図 1と同じ構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。電源装置 200は、昇圧回路 1 0、保護回路 20、電流制御回路 16、制御回路 300を含む。

また、出力端子 104には、負荷回路として第 1負荷回路 42および第 2負荷回路である LED40が接続されている。この第 1負荷回路 42は、例えばデジタルカメラの制御や表示等を行うための回路であって、第 2負荷回路である LED40よりも高い電圧で駆動させる場合がある。第 2負荷回路である LED40は、例えば液晶のノックライトやカメラのフラッシュ用に用いられる。負荷回路の切り替えは、図 5において ENで示される信号により行われ、この信号 ENにより電流制御回路 16がオン、オフされて LE Dが点灯、消灯し、また第 1負荷回路 42の動作状態が制御される。

[0048] 制御回路 300は、 PWM制御回路 14と検出回路 50を含む。

検出回路 50は、定電流源 64、第 1増幅器 52、第 2増幅器 54、第 1トランジスタ 60、第 2トランジスタ 62、第 1誤差増幅器 56、第 2誤差増幅器 58を含む。

昇圧回路 10の出力電圧 Voutは、第 1電圧 VIとして検出回路 50へと入力されている。また、 LED40の力ソード電圧 Viedも、保護回路 20を介して第 2電圧 V2として検出回路 50へと入力されている。この保護回路 20は、図 1に示したように構成すればよい。

[0049] 第 1増幅器 52および第 2増幅器 54は、第 1電圧 VIおよび第 2電圧 V2を増幅、あるいは減衰させて、同等レベルの電圧 VI 'および V2'に変換する。すなわち、それぞれの増幅器の禾 IJ得を gl、 g2とすれば、 VI， =gl XVI、 V2' =g2 XV2となり、 VI， =V2'となるように利得 gl、 g2を設定する。例えば、第 1電圧 VIである出力電圧 Vo utの制御目標値が 10Vで、第 2電圧 V2である力ソード電圧 Viedの制御目標値が 1 Vであれば、第 1誤差増幅器および第 2誤差増幅器の利得はそれぞれ 0. 1倍と 1倍に設定する。さらに、電圧 VI '、 V2'は、基準電圧 Vrefと比較されるべき値であるから、 Vref = VI ' =V2'となるように基準電圧 Vrefの値を設定する。この場合では Vre f= IVとすればよい。

このように、第 1増幅器 52の利得は、 gl = 0. 1のように、 1以下の値に設定される場合が多ぐこの場合には第 1増幅器 52は、 2つの抵抗を直列に接続した抵抗分割回路により簡易に構成することができる。

[0050] 第 1誤差増幅器 56および第 2誤差増幅器 58には、第 1増幅器 52および第 2増幅器 54によってレベルの等しくされた電圧 VI，、 V2，が入力される。第 1トランジスタ 60 および第 2トランジスタ 62に流れる電流の和は、定電流源 64によって定められる電流値に等しく制御される。その結果、検出回路 50は、第 1電圧 VI 'と第 2電圧 V2'のうち、低い方の電圧を選択し、帰還電圧 Vfbとして PWM制御回路 14に出力する選択回路として動作する。

[0051] PWM制御回路 14には、基準電圧 Vrefおよび帰還電圧 Vfbが入力され、誤差増幅器 70によって 2つの電圧の差が増幅され電圧比較器 72に出力される。電圧比較器 72は、発振器 74から出力される三角波電圧と、誤差増幅器 70の出力に基づいて、 PWM信号を生成する。検出回路 50による選択の結果、帰還電圧 Vfbは、第 1電圧 VI 'と第 2電圧 V2'の低い方の電圧とされるため、昇圧回路 10の昇圧動作は、第 1電圧 VI，または第 2電圧 V2'の低、方の電圧を基準電圧 Vrefに近づけるように制御される。

[0052] これは、第 1電圧である出力電圧 Voutが制御目標値 VrefZglに近づき、第 2電圧である力ソード電圧 Viedが、制御目標値 VrefZg2に近づくよう制御されることを意味する。従って、出力電圧 Voutおよび力ソード電圧 Viedは、常にいずれか一方が制御目標値に制御され、他方が制御目標値かそれより高いとなって出力されることになる。

[0053] 以上のように構成された電源装置 200の動作について説明する。この電源装置 20 0は、搭載される電子機器の状態に応じて、第 1負荷回路である LED40と第 1負荷回路 42とが両方同時に、あるいはいずれか一方だけが使用される。ここで第 1負荷回路 42を駆動するために必要な出力電圧 Voutは、 LED40を駆動するために必要な出力電圧 Voutよりも高い。

[0054] V、ま、 LED40のみが駆動されて、る状態から、 LED40および第 1負荷回路 42両方が駆動される状態に切り替える場合を考える。 LED40のみを駆動する際には、第 1電圧 VIの帰還経路は遮断され、力ソード電圧 Viedを制御目標値に保つように昇圧動作が制御されている。このときの出力電圧 Voutは、第 1負荷回路 42を駆動するために必要な電圧、すなわち制御目標値 VrefZglよりも低くなつている。

[0055] いま、第 1負荷回路 42も駆動するために、遮断されていた第 1電圧 VIの帰還経路をアクティブにする。その結果、出力電圧 Vout、すなわち第 1電圧 VIは、制御目標値より低いため、検出回路 50は帰還電圧 Vfbとして、第 1電圧 VI 'を選択し、 PWM 制御回路 14は第 1電圧である出力電圧 Voutが制御目標値に近づくように昇圧回路 10を制御する。その後、出力電圧 Voutは第 1負荷回路 42を駆動するために必要な電圧値まで上昇し、力ソード電圧 Viedも出力電圧 Voutに伴って上昇することになる

[0056] 保護回路 20は、出力電圧 Voutに追従して上昇する力ソード電圧 Viedをクランプ電圧 (Vbat—Vt)でクランプして検出回路 50へと出力するため、検出回路 50を保護することができる。

[0057] また、第 1負荷回路 42と LED40とを同時に駆動した状態から、電流制御回路 16を停止して LED40の発光を停止した場合には、第 1の実施の形態で図 3をもとに説明したような回路動作を行うことになる力本実施の形態においても、力ソード電圧 Vied は保護回路 20によってクランプされるため、検出回路 50に定常的に高い電圧が入力されることを防止して検出回路 50を保護することができる。

[0058] 以上のように、本実施の形態に係る電源装置 200によれば、複数の負荷回路が接続されており、その負荷が切り替えて使用される場合においても、それぞれの負荷回路を安定に動作させることができる。

定常状態においては、第 2負荷回路を安定に駆動するために必要な出力電圧 Vo utと、 LED40を安定に駆動するために必要な力ソード電圧 Vied両方を帰還により制御することで、両方の回路を安定に動作させることができる。

また、昇圧動作開始時や負荷切り替え時等の変動時においては、検出回路 50に入力される電圧は、保護回路 20のクランプ機能によりクランプ電圧以下に抑制され、回路の信頼性を損なうような高い電圧まで上昇しないため、回路の信頼性を損なうこともない。

[0059] なお、本実施の形態に係る電源装置 200では、第 1電圧 VIおよび第 2電圧 V2をスケーリングして、第 1電圧 VI '、第 2電圧 V2'とし、低い方の電圧を基準電圧 Vref、すなわち制御目標値と比較している。これは、言い換えれば、第 1電圧 VIおよび第 2電圧 V2をそれぞれの制御目標値と比較し、それぞれが制御目標値を下回って!/ヽるかを検出するのと等価的な動作を行っていることになる。

[0060] 上記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。

[0061] 本実施の形態においては、保護回路 20のクランプ用トランジスタ 24のゲート端子には電池電圧 Vbatを入力した力これには限定されず他の電圧を入力してもよぐ制御回路の耐圧等に基づいて定めればよい。

[0062] 本実施の形態では、昇圧回路 10としてスイッチングレギユレータを用いた力これには限定されず、チャージポンプ回路など他の方式による昇圧回路にも適用することができる。チャージポンプ回路を用いる場合には、その前段にチャージポンプ回路の入力電圧を安定化するレギユレータを設け、このレギユレータによって、出力電圧 Vo utが所定の値に近づくように帰還制御を行えばよ!、。

[0063] 本実施の形態では、負荷として 1つの LEDを例に説明した力複数の LEDを用いてもよく、昇圧された電圧により駆動される回路であればよい。また、帰還入力される電圧として力ソード電圧を制御する例につ!ヽて説明したが、これも制御対象とする電圧に応じて適宜変更することができる。

[0064] 本実施の形態においては、使用するトランジスタは FETとしたがバイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよぐこれらの選択は、電源装置に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。

[0065] 本実施の形態において、電源装置 100を構成する素子はすべて一体集積化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

[0066] 本発明に係る電源装置により、昇圧回路を制御するための帰還電圧の上昇から回路を保護し、また出力の安定ィ匕を図ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 昇圧回路により負荷回路を駆動する経路上に設けられた帰還端子の電圧が所定の電圧値に近づくように、前記昇圧回路の出力電圧を帰還制御する制御回路と、前記帰還端子から前記制御回路への帰還経路上に設けられた保護回路と、を備え、前記保護回路は、入力された前記帰還端子の電圧が所定電圧に達したとき、前記制御回路へ出力する電圧が所定のクランプ電圧以上に上昇することを抑制する電圧クランプ機能を有することを特徴とする電源装置。

[2] 前記保護回路は、前記帰還端子と接地端子の間に直列に設けられた、

抵抗と、

所定のクランプ電圧が制御端子に印加されたトランジスタと、

前記抵抗およびトランジスタに電流を流す定電流源と、

を含むことを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。

[3] 前記負荷回路は発光ダイオードであり、前記保護回路には、前記帰還端子の電圧として前記発光ダイオードの力ソード端子の電圧が帰還されることを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。

[4] 前記制御回路はさらに、前記昇圧回路の出力電圧に応じた検出信号が帰還入力され、本電源装置が搭載される電子機器の動作モードに応じて、前記保護回路の出力または前記検出信号のいずれか一方または双方に基づいて前記昇圧回路の出力電圧を帰還制御することを特徴とする請求項 1または 2に記載の電源装置。

[5] 前記制御回路と前記保護回路とは、ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。

[6] 第 1電圧である昇圧回路の出力電圧と、その第 1電圧が負荷を駆動した後に現れる第 2電圧とがそれぞれ帰還入力される制御回路を備え、この制御回路は、

第 1電圧とその目標値電圧とを比較する第 1比較器と、

第 2電圧とその目標値電圧とを比較する第 2比較器と、

第 1比較器による比較の結果、第 1電圧がその目標値電圧より低くなつたこと、または第 2比較器による比較の結果、第 2電圧がその目標値電圧より低くなつたことを検出する検出回路と、を備え、検出回路の検出結果に応じて昇圧回路を制御することを特徴とする電源装置。

[7] 前記検出回路は、

定電流源と、

前記定電流源と接地間に並列に設けられた第 1、第 2トランジスタと、

前記第 1電圧に第 1係数を乗じて出力する第 1増幅器と、

前記第 2電圧に第 2係数を乗じて出力する第 2増幅器と、

前記第 1増幅器の出力電圧が第 1の入力端子に入力され、前記第 1トランジスタと前記定電流源の接続点の電圧が第 2の入力端子に入力される第 1誤差増幅器と、前記第 2増幅器の出力電圧が第 1の入力端子に入力され、前記第 2トランジスタと前記定電流源の接続点の電圧が第 2の入力端子に入力される第 2誤差増幅器と、を含み、前記第 1、第 2トランジスタと前記定電流回路の接続点の電圧を出力することを特徴とする請求項 6に記載の電源装置。

[8] 前記第 2電圧が帰還入力される前記制御回路の前段に保護回路を設け、この保護回路により、前記制御回路に帰還入力される第 2電圧の上限をクランプしたことを特徴とする請求項 6に記載の電源装置。

[9] 電池と、

発光ダイオードと、

前記電池の電圧を昇圧して前記発光ダイオードのアノード端子に供給する請求項 1または 6に記載の電源装置と、

を備え、前記電源装置の制御回路は、前記発光ダイオードの力ソード端子の電圧を前記帰還端子として前記昇圧回路の出力電圧を帰還制御することを特徴とする電子機器。