WO2006043370A1

WO2006043370A1 - スイッチング電源制御回路およびスイッチング電源装置ならびにそれを用いた電子機器

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Publication number: WO2006043370A1
Application number: PCT/JP2005/016491
Authority: WO
Inventors: Daisuke Uchimoto; Hiroaki Ando; Manabu Oyama
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2007-04-19
Also published as: US20080122291A1; JPWO2006043370A1; JP4471978B2; CN101040422A; TW200625772A

Abstract

　軽負荷時のスイッチング電源装置の消費電流を低減する。　制御端子１０８には、制御信号Ｖｃｏｎｔが入力され、通常動作モードと軽負荷モードが切り替えられる。通常モード時には、制御部１０は第１スイッチＳＷ１～第４スイッチＳＷ４をオンオフして第１出力端子１０４および第２出力端子１０６から昇圧した電圧を出力する。軽負荷モードが選択されると、制御部１０は、第２スイッチＳＷ２および第４スイッチＳＷ４のスイッチングを停止する。このとき、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２を介して第１出力コンデンサＣｏ１、第２出力コンデンサＣｏ２にそれぞれ電流が流れ込み、昇圧動作が行われる。

Description

スイッチング電源制御回路およびスイッチング電源装置ならびにそれを用いた電子機器

技術分野

[0001] 本発明は、スイッチング電源装置に関する。

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。たとえば、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など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。

[0003] 特許文献 1には、複数の出力電圧を生成可能なスイッチング電源装置を、低コスト、省スペースで提供するための技術が記載されている。この技術では、複数の直流電圧を出力するためのスイッチングレギユレータを、インダクタおよびメインスィッチを複数の出力電圧で共有することにより部品点数の削減を図っている。

特許文献 1：特開 2003 - 289666号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上記文献に記載の技術によれば、複数の昇圧された直流電圧を簡易な回路構成で得ることができるが、消費電力すなわち電源装置の効率の面に目を向けると、さらなる改善の余地がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記文献に記載の技術と同様に、複数の出力電圧を同時に出力する昇圧回路を提供するものであり、さらに消費電力を低減したスイッチング電源装置およびその制御回路の提供にある。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明のある態様はスイッチング電源制御回路に関する。このスイッチング電源制御回路は、入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源制御回路であって、入力電圧が外付けインダクタを介して印加される入力端子と、昇圧された第 1出力電圧を出力する端子であって、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 1出力コンデンサが接続されるべき第 1出力端子と、昇圧された第 2出力電圧を出力する端子であって、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 2出力コンデンサが接続されるべき第 2出力端子と、入力端子と接地電位端子間に設けられた第 1スィッチと、入力端子と第 1出力端子間に設けられた第 2スィッチと、入力端子と第 2出力端子間に直列に設けられた第 3、第 4スィッチと、第 1から第 4スィッチのオンオフを制御する制御部と、を備える。

[0006] このスイッチング電源制御回路は、外付けされるインダクタおよび第 1、第 2出力コンデンサととも〖こ、 2つの電圧を出力する昇圧型の DC/DCコンバータを構成し、第 1、第 2出力端子力第 1、第 2出力電圧をそれぞれ出力する。この態様によれば、第 1 出力端子力も第 2出力端子よりも高い電圧を出力する際に、第 3スィッチをオフすることによって第 2ダイオードを介して第 2出力コンデンサに電流が流れ込むのを防止することができるため、スイッチング電源装置を安定に動作させることができる。

[0007] 制御部は、通常動作時においては、第 1スィッチ、第 2スィッチを順にオンする第 1 期間と、第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンし、かつ第 3スィッチがオンの期間に第 4スィッチをオンする第 2期間と、を交互に繰り返してもよい。また、軽負荷時においては、第 1スィッチをオンする第 3期間と、第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンする第 4 期間と、を交互に繰り返してもよい。

[0008] スィッチを MOS (Metal Oxide Semiconductor)トランジスタにより構成する場合、ゲート電圧を変化させるためには、ゲート容量を充放電するための電流が必要となる。またバイポーラトランジスタにより構成する場合にはベース電流を流す必要がある。したがって、軽負荷時において、第 2、第 4スィッチのオンオフを停止し、第 1、第 2 ダイオードを介して第 1、第 2出力コンデンサに電流を供給することにより、第 2、第 4 スィッチをオンオフするための電流が不要となるため、スイッチング電源制御回路の消費電力を低減することができる。

[0009] 第 1スィッチは N型 MOSトランジスタであり、第 2、第 3、第 4スィッチは P型 MOSトランジスタであってもよい。第 1スィッチ力も第 4スィッチそれぞれのゲート端子に、制御部から出力されるスイッチング信号を入力するとともに、第 1スィッチのバックゲート端子を接地電位端子に接続し、第 2、第 3スィッチのバックゲート端子を第 1出力端子に接続し、第 4スィッチのノックゲート端子を第 2出力端子に接続してもよい。

[0010] 第 1スィッチから第 4スィッチを構成する MOSトランジスタのバックゲートをこのように接続することにより、回路を安定に動作させることができる。

また、第 1出力端子には、スイッチング電源装置の起動時など昇圧動作が開始する以前においても、入力電圧力第 1ダイオードの順方向電圧だけ低下した電圧が現れる。そこで、第 3スィッチを構成する MOSトランジスタのノックゲートを第 1出力端子に接続することにより、スイッチング電源装置の起動時などにおいても第 3スィッチを安定させることができる。

[0011] 上記スイッチング電源制御回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積ィ匕されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。スイッチング電源制御回路を 1つの LSIとして集積ィ匕することにより、回路面積を削減することがでさる。

[0012] 本発明の別の態様は、スイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置は、入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源装置であって、入力電圧が印加される入力端子と、入力電圧を昇圧して得られる第 1出力電圧を出力する第 1出力端子と、入力電圧を昇圧して得られる第 2出力電圧を出力する第 2出力端子と、第 1出力端子と接地電位端子間に設けられた第 1出力コンデンサと、第 2出力端子と接地電位端子間に設けられた第 2出力コンデンサと、入力端子に接続されたインダクタと、インダクタと接地電位端子間に設けられた第 1スィッチと、インダクタと第 1スィッチの接続点と第 1出力端子間に設けられた第 2スィッチと、インダクタと第 1 スィッチの接続点と第 2出力端子間に直列に設けられた第 3、第 4スィッチと、第 1から第 4スィッチのオンオフを制御する制御部と、第 2スィッチに対して並列に力ソード端子が第 2出力端子側となるように設けられた第 1ダイオードと、第 4スィッチに対して並列に力ソード端子が第 2出力端子側となるように設けられた第 2ダイオードと、を備える。

[0013] この態様によれば、第 2、第 4スィッチと並列に第 1、第 2ダイオードを設けることにより、軽負荷時に第 2、第 4スィッチのスイッチング動作を停止した場合においても昇圧した出力電圧を得ることができる。さらに、第 1出力端子から第 2出力端子よりも高い電圧を出力する際に、第 3スィッチをオフすることによって第 2ダイオードを介して第 2 出力コンデンサに電流が流れ込むのを防止することができるため、スイッチング電源装置を安定に動作させることができる。

[0014] 制御部は、通常動作時においては、第 1スィッチ、第 2スィッチを順にオンする第 1 期間と、第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンし、かつ第 3スィッチがオンの期間に第 4スィッチをオンする第 2期間と、を交互に繰り返す一方、軽負荷時においては、第 1 スィッチをオンする第 3期間と、第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンする第 4期間と、を交互に繰り返してもよい。

[0015] 制御部は、制御端子を備え、制御端子に入力される制御信号の指示によって通常動作時と軽負荷時を切り替えてもよい。

[0016] 第 1スィッチは N型 MOSトランジスタであり、第 2、第 3、第 4スィッチは P型 MOSトランジスタであって、第 1スィッチ力も第 4スィッチそれぞれのゲート端子には制御部から出力されるスイッチング信号が入力されており、第 1スィッチのノックゲート端子は接地電位端子に接続され、第 2、第 3スィッチのノックゲート端子は第 1出力端子に接続され、第 4スィッチのノックゲート端子は第 2出力端子に接続されてもよい。

[0017] 第 1、第 2ダイオードの少なくとも一方は、それぞれ第 2、第 4スィッチである MOSトランジスタの寄生ダイオードによって形成されてもよい。 MOSトランジスタの寄生ダイオードが大きい場合には、この寄生ダイオードを第 1または第 2ダイオードとして利用してちよい。

[0018] 本発明のさらに別の態様もまた、スイッチング電源装置である。この装置は、入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源装置であって、入力電圧が印加される入力端子と、入力電圧を昇圧して得られる複数の出力電圧を出力する複数の出力端子と、入力端子と接地電位端子間に直列に接続されたインダクタとメインスィッチと、インダクタとメインスィッチの接続点と複数の出力端子間にそれぞれ設けられた複数の同期整流スィッチと、複数の同期整流スィッチに並列に設けられた複数のダイオードと、複数の出力端子と接地電位端子間に設けられた複数の出力コンデンサと、メインスィッチと複数の同期整流スィッチのオンオフを制御する制御部と、を備える。制御部は、通常動作時においては、メインスィッチと複数のスィッチとを交互にオンオフさせる一方、軽負荷時においては、メインスィッチのみをオンオフする。

[0019] この態様によれば、軽負荷時において、メインスィッチのみオンオフし、複数の同期整流スィッチをオンオフを停止することによって、複数の同期整流スィッチをオンオフするための電流が不要となるため、消費電力を低減することができる。

[0020] 本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、電池の電圧を昇圧する上述のスイッチング電源装置と、スイッチング電源装置力出力される第 1、第 2出力電圧により駆動される複数の負荷と、を備える。この態様によれば、軽負荷時のスイッチング電源装置の消費電力が低減されるため、電池の寿命を延ばすことができる。

[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] 本発明に係るスイッチング電源装置によれば、軽負荷時の消費電力を低減することができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。

[図 2]図 1のスイッチング電源装置が搭載される電子機器の構成を示すブロック図である。

[図 3]図 1のスイッチング電源装置を詳細に示す回路図である。

[図 4]図 4 (a)、 (b)は、スイッチング電源装置における各スィッチのオンオフ状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

[0024] Col 第 1出力コンデンサ、 D1 第 1ダイオード、 SW1 第 1スィッチ、 T1 第 1 期間、 Voutl 第 1出力電圧、 Co2 第 2出力コンデンサ、 D2 第 2ダイオード、 SW2 第 2スィッチ、 T2 第 2期間、 L インダクタ、 Vout2 第 2出力電圧、 S W3 第 3スィッチ、 T3 第 3期間、 SW4 第 4スィッチ、 T4 第 4期間、 10 制御部、 100 スイッチング電源装置、 102 入力端子、 104 第 1出力端子、 10 6 第 2出力端子、 108 制御端子、 200 スイッチング電源制御回路。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 図 1は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置 100の構成を示す。図 2 は、図 1のスイッチング電源装置 100が搭載される電子機器 300の構成を示すブロック図である。

[0026] 図 2の電子機器 300は、たとえば、電池駆動型の携帯電話端末や PDAなどであり、電池 310、電源装置 320、アナログ回路 330、デジタル回路 340、液晶パネル（以下、 LCDノネノレと! /、う） 350、 LED360を含む。

電池 310は、たとえばリチウムイオン電池であり、電池電圧 Vbatとして 3〜4V程度を出力する。アナログ回路 330は、パワーアンプや、アンテナスィッチ、 LNA(Low Noise Amplifier)、ミキサゃ PLL (Phase Locked Loop)などの高周波回路を含み、電源電圧 Vcc = 3. 4V程度で安定動作する回路ブロックを含む。また、デジタル回路 340は、各種 DSP (Digital Signal Processor)などを含み、電源電圧 Vd d= 3. 4V程度で安定動作する回路ブロックを含む。

[0027] LCDパネル 350は、ユーザに対して文字情報や画像情報を表示する表示装置であって、その駆動には、電池電圧 Vbatより高い電圧が要求される。 LED360は、 RG B3色の LED (Light Emitting Diode)を含み、 LCDパネル 350のバックライトや、照明として用いられ、その駆動にも、 LCDパネル 350同様、 4V以上の駆動電圧が要求される。

[0028] 電源装置 320は、多チャンネルのスイッチング電源であり、各チャンネルごとに、電池電圧 Vbatを必要に応じて降圧、または昇圧するスイッチングレギユレータを備え、アナログ回路 330、デジタル回路 340、 LCDノネル 350、 LED360に対して適切な電源電圧を供給する。

本実施形態に係るスイッチング電源装置 100は、たとえば LCDパネル 350や、 LE

D360などのように、電池電圧 Vba りも高、電圧で動作する複数の負荷に対して電源電圧を供給する用途に用いることができる。以下、本実施の形態に係るスィッチング電源装置 100の構成について詳細に説明する。

[0029] 図 1に戻る。スイッチング電源装置 100は、入出力端子として入力端子 102、第 1出力端子 104、第 2出力端子 106を備え、入力端子 102に印加された入力電圧 Vinを昇圧して、第 1出力電圧 Voutl、第 2出力電圧 Vout2をそれぞれ第 1出力端子 104

、第 2出力端子 106から出力する。

[0030] このスイッチング電源装置 100は、インダクタ L、第 1出力コンデンサ Col、第 2出力コンデンサ Co2、第 1スィッチ SW1〜第 4スィッチ SW4、第 1ダイオード Dl、第 2ダイオード D2、制御部 10を含む。

[0031] インダクタ Lおよび第 1スィッチ SW1に加えて、第 2スィッチ SW2、第 1ダイオード D

1および第 1出力コンデンサ Colは、入力電圧 Vinを昇圧する第 1の昇圧回路を構成する。

[0032] インダクタ Lは、入力端子 102に接続されている。第 1スィッチ SW1は、インダクタ L と固定電位である接地端子間に接続されており、スイッチングレギユレータ方式の昇圧回路のメインスィッチとして機能する。

第 2スィッチ SW2は、インダクタ Lと第 1スィッチ SW1の接続点と、第 1出力端子 104 間に接続されている。第 1ダイオード D1は、この第 2スィッチ SW2と並列に接続されている。第 1ダイオード D1は、インダクタ L力も第 1出力端子 104に向力つて電流が流れるように、力ソード端子が第 1出力端子 104側に、アノード端子力ンダクタ L側に接続されている。

[0033] 第 1スィッチ SW1、第 2スィッチ SW2のオンオフは制御部 10によって制御される。

第 1スィッチ SW1がオンし、第 2スィッチ SW2がオフのとき、入力端子 102から接地端子に向力つて、インダクタ Lおよび第 1スィッチ SW1を介してインダクタ電流が流れ、このときインダクタ Lには、電流の 2乗に比例するエネルギが蓄えられる。 [0034] 次に第 1スィッチ SW1がオフし、第 2スィッチ SW2がオンすると、第 1スィッチ SW1 を介して接地端子に流れていたインダクタ電流は第 2スィッチ SW2側へと流れることになる。このとき、インダクタ Lに蓄えられていたエネルギは、第 1出力コンデンサ Col へと転送される。インダクタ Lには電流を妨げる方向に逆起電力が発生するため、入力電圧 Vinが昇圧された電圧によって第 1出力コンデンサ Colが充電される。昇圧された電圧は第 1出力コンデンサ Colによって平滑ィ匕され、第 1出力電圧 Voutlとして出力される。

[0035] 第 1出力電圧 Voutlと入力電圧 Vinの比、すなわち昇圧率は、第 1スィッチ SW1、第 2スィッチ SW2のオン時間の比に従って決められる。制御部 10は、第 1出力電圧 Voutlを検出しながら、所望の昇圧率が得られるように第 1スィッチ SW1、第 2スイツチ SW2のオン期間をパルス幅変調（PWM)方式によって制御する。

[0036] 同様に、第 2の昇圧回路は、インダクタ Lおよび第 1スィッチ SW1にカ卩えて、第 3スィツチ SW3、第 4スィッチ SW4、第 2ダイオード D2および第 2出力コンデンサ Co2によつて構成される。

[0037] 第 2の昇圧回路を第 1の昇圧回路と比べると、第 3スィッチ SW3が追加されている点を除き、その構成は同様である。この第 2の昇圧回路においては、第 1スィッチ SW 1をオンしてインダクタ Lに電流を流してエネルギを蓄え、そのエネルギを第 3スィッチ SW3、第 4スィッチ SW4をオンすることにより第 2出力コンデンサ Co2に転送して昇圧する。第 2出力コンデンサ Co2の電圧は平滑化され、第 2出力端子 106から第 2出力電圧 Vout2として出力される。

[0038] 本実施の形態においては、第 1の昇圧回路の昇圧率は、第 2の昇圧回路の昇圧率よりも高く設定されるものとし、第 1出力電圧 Voutlと第 2出力電圧 Vout2には、 Vou tl >Vout2が成り立つものとする。

[0039] スイッチング電源装置 100は、通常動作時と軽負荷時で動作モードが切り替えられる。以下、本明細書においてそれぞれの動作モードを、通常動作モードと軽負荷モードとよぶ。スイッチング電源装置 100は、制御端子 108を備えており、通常動作時と軽負荷時を指示するための制御信号 Vcontが入力されて、る。制御信号 Vcontは制御部 10に入力されており、通常動作モードと軽負荷モードで第 1スィッチ SW1〜第 4スィッチ SW4のスイッチングシーケンスを切り替える。本実施の形態にお!、ては、制御信号 Vcontがハイレベルのとき通常モード、ローレベルのとき軽負荷モードで動作するものとする。

[0040] 図 3は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置を、より詳細に示す回路図である。図中、破線で囲まれた領域は、スイッチング電源制御回路 200を表しており、一体集積ィ匕されている。このスイッチング電源制御回路 200に、インダクタ L、第 1出力コンデンサ Col、第 2出力コンデンサ Co2、第 1ダイオード Dl、第 2ダイオード D2が外付けされてスイッチング電源装置 100が構成される。

[0041] スイッチング電源制御回路 200において、第 1スィッチ SW1から第 4スィッチ SW4 ¾^ MO¾FET (Metal Oxiae Semiconductor Field Effect Transistor)により構成される。

入力端子 202には、入力電圧 Vinが外付けのインダクタ Lを介して印加される。第 1 出力端子 204は、昇圧された第 1出力電圧 Voutlを出力する端子であって、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 1出力コンデンサ Colが接続される。第 2出力端子 206は、昇圧された第 2出力電圧 Vout2を出力する端子であり、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 2出力コンデンサ Co2が接続される。

[0042] 第 1スィッチ SW1は、 N型 MOSトランジスタであり、入力端子 202と接地電位端子間に設けられる。第 1スィッチ SW1のノックゲート端子は接地されている。第 2スイツチ SW2は、 P型 MOSトランジスタであり、入力端子 202と第 1出力端子 204間に設けられる。第 2スィッチ SW2のバックゲート端子は第 1出力端子 204に接続されて、る。第 3スィッチ SW3、第 4スィッチ SW4は、入力端子 202と第 2出力端子 206 (106)間に直列に設けられる。第 3スィッチ SW3は、 P型 MOSトランジスタであり、バックゲート端子は、第 1出力端子 204 (104)に接続される。第 4スィッチ SW4も P型 MOSトランジスタであり、そのノックゲート端子は、第 2出力端子 206 (106)に接続される。

[0043] 第 1スィッチ SW1から第 4スィッチ SW4のゲート端子は制御部 10に接続されており、スイッチング信号によってゲートソース間電圧が制御され、オンオフ状態が切り替えられる。

[0044] 以上のように構成されたスイッチング電源装置 100の動作にっ、て、図 4 (a)、 (b) をもと〖こ説明する。図 4 (a)、（b)は、スイッチング電源装置 100における各スィッチのオンオフ状態を示すタイムチャートである。図 4 (a)、図 4 (b)はそれぞれ、通常動作モードおよび軽負荷モードのタイムチャートを示す。図 4 (a)、（b)のタイムチャートにおいて、ハイレベルおよびローレベルはそれぞれ、スィッチがオン、オフの状態に対応する。

[0045] はじめに、スイッチング電源装置 100の通常動作モードにおける動作について説明する。スイッチング電源装置 100は、制御端子 108に制御信号 Vcontとしてノ、ィレべルが入力されると、通常モードで動作する。

[0046] 通常モード時には、図 4 (a)に示すように第 1期間 T1と、第 2期間 T2とを交互に繰り返すことにより入力電圧 Vinを昇圧し、第 1出力端子 104および第 2出力端子 106からそれぞれ第 1出力電圧 Voutl、第 2出力電圧 Vout2を出力する。

[0047] 第 1期間 T1においては、第 1スィッチ SW1、第 2スィッチ SW2を順にオンする。第 1 スィッチ SW1をオンすることによってインダクタ Lには、入力端子 102間から接地端子に向力つて電流が流れる。インダクタ Lには電流の 2乗に比例したエネルギが蓄えられる。

[0048] 次に第 1スィッチ SW1をオフし、第 2スィッチ SW2をオンすることにより、インダクタ L に流れて、た電流は第 1出力端子 104に接続された第 1出力コンデンサ Colに流れ、蓄えられていたエネルギが第 1出力コンデンサ Colに転送される。この結果、インダクタ Lには逆起電力が発生し、第 1出力端子 104には入力電圧 Vinを昇圧した電圧が出力される。

[0049] 次に、第 2期間 T2においては、第 1スィッチ SW1、第 3スィッチ SW3を順にオンする。第 1スィッチ SW1がオンすると再びインダクタ Lには、入力端子 102間から接地端子に向力つて電流が流れ、エネルギが蓄えられる。

次に第 1スィッチをオフし、第 3スィッチ SW3、第 4スィッチ SW4をオンする。インダクタ Lに流れていた電流は第 2出力端子 106に接続された第 2出力コンデンサ Co2に流れ、蓄えられていたエネルギが転送される。この結果、インダクタ Lには逆起電力が発生し、第 2出力端子 106には入力電圧 Vinを昇圧した電圧が出力される。

第 3スィッチ SW3のオン期間 Ton3は、第 4スィッチ SW4のオン期間 Τοη4の最大値よりも長く固定されており、第 1スィッチ SW1のオン期間 Tonlと第 4スィッチ SW4 のオン期間 Ton4の比によって昇圧率が調節される。

[0050] このように、インダクタ Lに蓄えられたエネルギを第 1出力コンデンサ Colに転送する第 1期間 T1と、インダクタ Lに蓄えたエネルギを第 2出力コンデンサ Co2に転送する第 2期間 T2を交互に繰り返すことによって第 1出力電圧 Voutl、第 2出力電圧 V。 ut2が出力される。

[0051] 次にスイッチング電源装置 100の軽負荷モードにおける動作について説明する。スイッチング電源装置 100は、制御端子 108に制御信号 Vcontとしてローレベルが入力されると、軽負荷モードに切り替えられる。

[0052] 軽負荷モード時には、図 4 (b)に示すように第 3期間 T3と、第 4期間 T4とを交互に繰り返すことにより入力電圧 Vinを昇圧し、第 1出力端子 104および第 2出力端子 10 6からそれぞれ第 1出力電圧 Voutl、第 2出力電圧 Vout2を出力する。

[0053] 第 3期間 T3においては、第 1スィッチ SW1のみがオンする。第 1スィッチ SW1をォンすることによってインダクタ Lには、入力端子 102間から接地端子に向力つて電流が流れる。インダクタ Lには電流の 2乗に比例したエネルギが蓄えられる。

[0054] 次に第 1スィッチ SW1をオフする力軽負荷モードでは、第 2スィッチ SW2をオンしない。その結果、インダクタ Lに流れていた電流は、第 1ダイオード D1を介して第 1出力端子 104に接続された第 1出力コンデンサ Colに流れ、インダクタ Lに蓄えられて Vヽたェネルギが第 1出力コンデンサ Colに転送される。インダクタ Lには逆起電力が発生するため、第 1出力端子 104には入力電圧 Vinを昇圧した電圧が出力される。

[0055] 第 4期間 T4においては、第 1スィッチ SW1、第 3スィッチ SW3を順にオンする。第 1 スィッチ S W1がオンすると再びインダクタ Lには、入力端子 102間から接地端子に向力つて電流が流れ、エネルギが蓄えられる。

次に第 3スィッチ SW3のみをオンし、第 4スィッチ SW4はオフのままとする。その結果、インダクタ Lに流れていた電流は、第 3スィッチおよび第 2ダイオード D2を介して第 2出力コンデンサ Co2に流れ込み、蓄えられていたエネルギが第 2出力コンデンサ Co2に転送される。

[0056] スィッチを構成する MOSトランジスタのゲート電圧を変化させるためには、ゲート容量を充放電する必要があるため、スィッチのオンオフに際しては制御部 10には電流消費が発生する。したがって、軽負荷時に第 2スィッチ SW2、第 4スィッチ SW4のォンォフのスイッチングを停止することにより、消費電流が減少し、軽負荷時の効率が改善されること〖こなる。

[0057] また、第 4スィッチ SW4に対して第 3スィッチ SW3を直列に設けることにより次の効果がある。本実施の形態においては、第 1出力電圧 Voutlと第 2出力電圧 Vout2は、 Voutl >Vout2が成り立つように第 1スィッチ SW1〜第 4スィッチ SW4が制御される。もし第 3スィッチ SW3を設けない場合、第 2ダイオード D2には、順方向電圧 V;fより大きな電圧が印加され、オンする可能性がある。第 2ダイオード D2がオンすると、通常動作モード時の第 1期間 T1、あるいは軽負荷モード時の第 3期間 T3においては、インダクタ Lに蓄えられたエネルギは、第 1出力コンデンサ Colに転送されるべきであるにもかかわらず、第 2ダイオード D2を介して第 2出力コンデンサ Co2に電流が流れ込んでしまう t 、う問題が生じる。

そこで、第 3スィッチ SW3を設け、第 1期間 T1および第 3期間 T3においてオフすることにより、 Voutl >Vout2の場合においても、正常な昇圧動作を行うことができる。

[0058] また、第 3スィッチ SW3のバックゲートを第 1出力端子 104に接続することによって次の効果がある。第 3スィッチ SW3のオンオフを正常にスィッチさせるためには、バックゲート端子は高い電位に固定されている必要がある。ところが、スイッチング電源装置 100の起動時においては、第 3スィッチ SW3と第 4スィッチ SW4の接続点の電圧は不安定であるため、もしバックゲート端子をこの接続点に接続した場合、第 2出力電圧 Vout2が正常に立ち上がらないおそれがある。一方、第 1出力端子 104は、起動直後においても入力電圧 Vinから第 1ダイオード D1の順方向電圧 Vf分だけ降下した電圧が出力されており、安定している。したがって、第 3スィッチ SW3のバックゲート端子を第 1出力端子 104に接続することによって、スイッチング電源装置 100の安定性を高めることができる。

[0059] 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。 [0060] 第 1ダイオード Dlは、第 2スィッチ SW2を構成する MOSトランジスタの寄生ダイォードが十分なサイズで形成される場合には、その寄生ダイオードをもって代用してもよい。同様に、第 2ダイオード D2も、第 4スィッチ SW4の寄生ダイオードで代用してもよい。

[0061] 実施の形態において MOSFETで構成された素子は、バイポーラトランジスタなど別のトランジスタに置換することも可能である。これらの選択は、半導体製造プロセスやコスト、回路に求められる使用に応じて決定すればよい。

[0062] 実施の形態においては、スイッチング電源制御回路 200がー体集積ィ匕される場合について説明したが、スイッチング電源装置 100を構成する素子はすべて一体集積ィ匕されていてもよぐまたは別の集積回路に分けて構成されていてもよぐさらには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^^積ィ匕するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。

産業上の利用可能性

[0063] 本発明に係るスイッチング電源装置によれば、軽負荷時の消費電力を低減することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源制御回路であつて、

前記入力電圧が外付けインダクタを介して印加される入力端子と、

昇圧された第 1出力電圧を出力する端子であって、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 1出力コンデンサが接続されるべき第 1出力端子と、

昇圧された第 2出力電圧を出力する端子であって、当該端子と接地電位端子間に外付けの第 2出力コンデンサが接続されるべき第 2出力端子と、

前記入力端子と接地電位端子間に設けられた第 1スィッチと、

前記入力端子と前記第 1出力端子間に設けられた第 2スィッチと、

前記入力端子と前記第 2出力端子間に直列に設けられた第 3、第 4スィッチと、前記第 1から第 4スィッチのオンオフを制御する制御部と、

を備えることを特徴とするスイッチング電源制御回路。

[2] 前記制御部は、通常動作時においては、

前記第 1スィッチ、第 2スィッチを順にオンする第 1期間と、

前記第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンし、かつ前記第 3スィッチがオンの期間に前記第 4スィッチをオンする第 2期間と、

を交互に繰り返す一方、軽負荷時においては、

前記第 1スィッチをオンする第 3期間と、

前記第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンする第 4期間と、

を交互に繰り返すことを特徴とする請求項 1に記載のスイッチング電源制御回路。

[3] 前記第 1スィッチは N型 MOSトランジスタであり、前記第 2、第 3、第 4スィッチは P型

MOSトランジスタであって、

前記第 1スィッチ力第 4スィッチそれぞれのゲート端子には前記制御部力出力されるスイッチング信号が入力されており、

前記第 1スィッチのバックゲート端子は前記接地電位端子に接続され、前記第 2、第 3スィッチのバックゲート端子は前記第 1出力端子に接続され、前記第 4スィッチのバックゲート端子は前記第 2出力端子に接続されることを特徴とする請求項 1または 2に記載のスイッチング電源制御回路。

[4] 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から 3のいずれかに記載のスイッチング電源制御回路。

[5] 入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源装置であって、前記入力電圧が印加される入力端子と、

前記入力電圧を昇圧して得られる第 1出力電圧を出力する第 1出力端子と、前記入力電圧を昇圧して得られる第 2出力電圧を出力する第 2出力端子と、前記第 1出力端子と接地電位端子間に設けられた第 1出力コンデンサと、前記第 2出力端子と接地電位端子間に設けられた第 2出力コンデンサと、前記入力端子に接続されたインダクタと、

前記インダクタと接地電位端子間に設けられた第 1スィッチと、

前記インダクタと前記第 1スィッチの接続点と前記第 1出力端子間に設けられた第 2 スィッチと、

前記インダクタと前記第 1スィッチの接続点と前記第 2出力端子間に直列に設けられた第 3、第 4スィッチと、

前記第 1から第 4スィッチのオンオフを制御する制御部と、

前記第 2スィッチに対して並列に力ソード端子が前記第 2出力端子側となるように設けられた第 1ダイオードと、

前記第 4スィッチに対して並列に力ソード端子が前記第 2出力端子側となるように設けられた第 2ダイオードと、

を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。

[6] 前記制御部は、通常動作時においては、

を交互に繰り返す一方、軽負荷時においては、

前記第 1スィッチをオンする第 3期間と、

前記第 1スィッチ、第 3スィッチを順にオンする第 4期間と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項 5に記載のスイッチング電源装置。

[7] 前記制御部は、制御端子を備え、前記制御端子に入力される制御信号の指示によつて前記通常動作時と前記軽負荷時を切り替えることを特徴とする請求項 6に記載のスイッチング電源装置。

[8] 前記第 1スィッチは N型 MOSトランジスタであり、前記第 2、第 3、第 4スィッチは P型 MOSトランジスタであって、

前記第 1スィッチのバックゲート端子は前記接地電位端子に接続され、前記第 2、第 3スィッチのバックゲート端子は前記第 1出力端子に接続され、前記第 4スィッチのバックゲート端子は前記第 2出力端子に接続されたことを特徴とする請求項 5または 6に記載のスイッチング電源装置。

[9] 前記第 1、第 2ダイオードの少なくとも一方は、それぞれ第 2、第 4スィッチである M OSトランジスタの寄生ダイオードによって形成されることを特徴とする請求項 8に記載のスイッチング電源装置。

[10] 入力電圧を昇圧して複数の出力電圧を出力するスイッチング電源装置であって、前記入力電圧が印加される入力端子と、

前記入力電圧を昇圧して得られる複数の出力電圧を出力する複数の出力端子と、前記入力端子と接地電位端子間に直列に接続されたインダクタとメインスィッチと、前記インダクタと前記メインスィッチの接続点と前記複数の出力端子間にそれぞれ設けられた複数の同期整流スィッチと、

前記複数の同期整流スィッチに並列に設けられた複数のダイオードと、前記複数の出力端子と接地電位端子間に設けられた複数の出力コンデンサと、前記メインスィッチと前記複数の同期整流スィッチのオンオフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、通常動作時においては、前記メインスィッチと前記複数のスィッチとを交互にオンオフさせる一方、軽負荷時においては、前記メインスィッチのみをオンオフすることを特徴とするスイッチング電源装置。

[11] 電池と、前記電池の電圧を昇圧する請求項 5から 8のいずれかに記載のスイッチング電源装置と、

前記スイッチング電源装置から出力される前記第 1、第 2出力電圧により駆動される複数の負荷と、

を備えることを特徴とする電子機器。