WO2006046731A1

WO2006046731A1 - 電源装置、および携帯機器

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Publication number: WO2006046731A1
Application number: PCT/JP2005/019952
Authority: WO
Inventors: Atsushi Kitagawa
Original assignee: Rohm Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2006-05-04
Also published as: TW200620807A; JP4591887B2; TWI377777B; US20070216379A1; CN101019299A; JP2006129630A

Abstract

電源電圧から変換された正出力電圧を発生するスイッチング型の電源装置において、コイルとスイッチとの接続点と、電源電圧点もしくはグランド間に、切替スイッチ回路を介して切替可能に接続された負出力電圧発生回路を備える。これにより、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔとの電圧差が、十分に大きいときには電源電圧点に接続し、小さいときにはグランドに接続する。これにより、電源電圧から変換された正出力電圧とともに、所定レベルの負出力電圧を効率よく発生する。

Description

明細書

電源装置、および携帯機器技術分野

本発明は、コイルを用いたスイッチング型の電源回路を用いて、電源電から変換された正出力電圧とともに、負出力電圧をも発生する電源装置、及び] E電圧と負電圧を用いる負荷を有する携帯機器に関する。背景技術

従来から、電源電圧と異なる電圧を発生するための直流一直流コンパーダとして、コイルを用いたスイッチング電源装置が用いられている。このスイッング電源装置は、例えば昇圧型の場合には、直流電源電圧からコイルに流す電流をスイッチによりオン -オフして高電圧を得る。そして、この高電圧を整流し P滑して、昇圧された正極性の出力電圧を得ている。

そして、このスイッチング電源装置に、極性反転型出力回路を組み合わ ¾：て、正出力電圧とともに、負極性の負出力電圧も出力させるようにしたものが攝案されている（特許文献 1 ；特開平 1 0— 2 7 1 8 1 5号公報）。

しかし、特許文献 1のものでは、負出力電圧のレベルは、正出力電圧のレベルに応じた電圧レベルになる。したがって、特許文献 1のものでは、所定レベルの正出力電圧を出力すると、負出力電圧のレベルは自動的に決定される。こ Oことから、特許文献 1のものでは、任意レベルの負出力電圧を得ることが出来な^、。また、特許文献 1のものでは、電圧調整回路を用いれば、負出力電圧を? j 定の電圧レベルに調整することはできる。しかし、その場合には、その調整さ; る電圧レベルに応じて電力損失が大きくなってしまう、という問題がある。

そこで、本発明は、電源電圧から変換された正出力電圧とともに負出力圧も発生するスィツチング型の電源装置において、電源電圧から変換された正カ電圧とともに、所定レベルの負出力電圧を効率よく発生する電源装置を提供することを目的とする。

また、電源電圧を供給する電池電源と、その電源電圧から変換された正出カ電圧と負出力電圧を発生するスィツチング型の電源装置と、正及び負電圧を使用する負荷装置とを備えた、携帯機器を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の電源装置は、コイル L l、このコイルと直列に接続され、電源電圧 V b a tが印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスィツチングするスィツチ Q l、前記コイルと前記スィッチとの直列接続点 Aの電圧を整流し平滑し、正出力電圧 V pとして出力する整流平滑回路 D 1 , C l、前記正出力電圧に応じた検出電圧 V d e t 1が基準電圧 V r e f 1と等しくなるように前記スィツチのオンオフスィツチングを行う制御回路 1 3、を有するスィツチング電源回路 7 0 と、

前記コイルと前記スィツチとの接続点 Aと前記電源電圧点との間に接続され、前記正出力電圧 V pと前記電源電圧 V b a tとに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧 V nを発生するための負出力電圧発生回路 8 0と、を備えることを特徴とする。

また、前記負出力電圧発生回路 8 0は、一端が前記コイル L 1と前記スィッチ Q 1との接続点に接続された第 2コンデンサ C 2と、この第 2コンデンサ C 2と第 2ダイォード D 2と第 3コンデンサ C 3とが前記第 2ダイォードのカソードが前記第 2コンデンサの他端に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スィッチに並列に接続するとともに、第 3ダイオード D 3のアノードが前記第 2ダイォ一ドと前記第 2コンデンサとの接続点に接続され、前記第 3ダィオードの力ソードが前記電源電圧点側に接続され、前記第 3コンデンサの充電電圧を前記負出力電圧として出力する、ことを特徴とする。また、前記第 3ダイオードの力ソードと前記電源電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための電圧制御用トランジスタ 2 1が設けられていることを特徴とする。

また、前記電圧制御用トランジスタ 2 1は、前記第 3ダイオード D 3のカソード側電圧が前記正出力電圧 V pより所定電圧だけ低くなるように制御されることを特徴とする。

また、前記電圧制御用トランジスタ 2 1は、前記負出力電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徴とする。

本発明の電源装置は、コイル L l、このコイルと直列に接続され、電源電圧 V b a tが印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスイッチングするスィツチ Q 1、前記コイルと前記スィツチとの直列接続点 Aの電圧を整流し平滑し、正出力電圧 V pとして出力する整流平滑回路 D 1 , C l、前記正出力電圧に応じた検出電圧 V d e t 1が基準電圧 V r e f 1と等しく、なるように前記スィツチのオンオフスィツチングを行う制御回路 1 3、を有するスィツチング電源回路 7 0 と、

前記コイルと前記スィツチとの接続点 Aと前記電源電圧点もしくは基準電圧点 (例、グランド）との間に切替スィッチ回路 2 3、 2 4を介して切替可能に接続され、前記正出力電圧 V pと前記電源電圧 V b a tもしくは基準電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧 V nを発生するための負出力電圧発生回路 8 0と、を備えることを特徴とする。

また、前記負出力電圧発生回路 8 0は、一端が前記コイル L 1と前記スィッチ Q 1 との接続点に接続された第 2コンデンサ C 2と、この第 2コンデンサ C 2と第 2ダイォード D 2と第 3コンデンサ C 3とが前記第 2ダイォードのカソードが前記第 2コンデンサの他端に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スィッチに並列に接続するとともに、第 3ダイオード D 3のアノードが前記第 2ダイォードと前記第 2コンデンサとの接続点に接続され、前記第 3ダィォ一ドのカソードが前記切替スィツチ回路を介して前記電源電圧点もしく fま基準電圧点に接続され、前記第 3 コンデンサの充電電圧を前記負出力電圧として出力する、ことを特徴とする。

また、前記第 3ダイオードの力ソードと前記電源電圧点との間に、前記負 fcH力電圧のレベルを制御するための第 1電圧制御用トランジスタ 2 1が設けられ、且つ前記第 3ダイォードのカソードと前記基準電圧点との間に、前記負出力電 JEのレベルを制御するための第 2電圧制御用トランジスタ 2 2が設けられていることを特徴とする。

また、前記第 1電圧制御用トランジスタ 2 1及び前記第 2電圧制御用トランジスタ 2 2は、前記第 3ダイオード D 3の力ソード側電圧が前記正出力電圧より所定電圧だけ低くなるように制御されることを特徴とする。

また、前記第 1電圧制御用トランジスタ 2 1及び前記第 2電圧制御用トランジスタ 2 2は、前記第 3コンデンサ C 3の充電電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徴とする。

本発明の携帯機器は、電源電圧 V b a tを供給する電池電源 B A Tと、その電源電圧から変換された正出力電圧 V pと負出力電圧 V nを発生する上記のいずれかに記載された電源装置と、前記正出力電圧及び負出力電圧を使用する負荷装置と、該負荷装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

また、前記電源装置から出力される正出力電圧 V p及びまたは負出力電圧 V n は、電圧調整器を介して前記負荷装置に供給されることを特徴とする。

本発明によれば、コイルを用いたスイッチング型電源回路によって、電源電圧 V b a tから変換された所定の正出力電圧 V pを発生する。それとともに、コィル L 1とスィッチ Q 1との接続点と電源電圧点との間に負出力電圧発生回路を設けて、正出力電圧 V pと電源電圧 V b a tとに基づいた所定電圧レベルの負 tt}力電圧 V nを発生する。これにより、負出力電圧 V nのレベルに応じて、電源電圧 V b a tを供給する電池電源 B A Tに、超過した電圧分のエネルギーを第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を介して戻すから、適切なレベルの負出力電圧 V nを発生するとともに、効率を向上することができる。

また、コイル L 1とスィッチ Q 1との接続点と、電源電圧点もしくは基準電圧点（例、グランド）との間に、切替スィッチ回路を介して切替可能に接続され、正出力電圧 V pと電源電圧 V b a tもしくは基準電圧とに基づいた所定電圧レべルの負出力電圧 V nを発生するための負出力電圧発生回路を備える。これにより、正出力電圧 V pと電源電圧 V b a tとの電圧差が大きいときには、電源電圧点に接続し、適切なレベルの負出力電圧を発生するとともに、効率を向上する。

一方、正出力電圧 V pが低くなつたり、電源電圧 V b a tが高くなつたりして、その電圧差が小さくなつたときには、基準電圧点（例、グランド）に接続して、適切なレベルの負出力電圧 V nを発生させる。したがって、広範囲の電圧条件下で、所要の負出力電圧 V nを発生させることができる。

また、負出力電圧 V nのレベルを制御するための、第 1電圧制御用トランジスタ（電源電圧 V b a t側）、及び第 2電圧制御用トランジスタ（基準電圧点；ダランド側）を設けている。これにより、これらの電圧制御用トランジスタを制御することにより、設定された負出力電圧 V pを得ることができる。

この第 1、第 2電圧制御用トランジスタは、第 3ダイオード D 3の力ソード側電圧が正出力電圧 V pより所定電圧だけ低くなるように制御される。即ち、反転用の第 2コンデンサ C 2の充電電圧が所定値になるように制御される。したがつて、負出力電圧 V nを帰還することなく、負出力電圧 V nを所定値に制御できる。これにより、電圧制御用 I C 9 0の端子数を少なくできる。

また、本発明の携帯機器は、 C C Dカメラなど正 '負出力電圧を必要とする負荷装置に所要の電圧を供給するとともに、効率を向上して電池電源の使用可能時間を長くすることができる。図面の簡単な説明図 1は、本発明に係る携帯機器の主要な構成を示す図である。

図 2は、本発明の正負出力電圧用電源装置の第 1実施例に係る構成を示す図である。

図 3は、負電圧制御回路 3 〇の第 1構成例を示す図である。

図 4は、負電圧制御回路 3 O Aの第 2構成例を示す図である。

図 5は、本発明の正負出力電圧用電源装置の第 2実施例に係る構成を示す図でめ o。

図 6は、切替制御回路 40の構成例を示す図である。

図 7は、負電圧制御回路 3 〇 Bの第 3構成例を示す図である。

図 8は、負電圧制御回路 3 ◦ Cの第 4構成例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の電源装置、：およびその電源装置を有する携帯機器の実施例について、図を参照して説明する。

図 1は、本発明に係る携帯機器の主要な構成を示す図である。携帯機器としては、携帯電話機や、デイジタノレスチルカメラなど、所定レベルの第 1極性電圧（以下、正電圧）と第 2極性電圧（以下、負電圧）を必要とする負荷を有している。図 1において、電源装置 1 0 0は、電池電源 BATの電源電圧 V b a tが入力され、正出力電圧 V p (例え ίま、 + 1 5 V) と負出力電圧（例えば、一 8 V) を出力する正負出力電圧用電源装置である。電圧調整器 1 1 0は、例えばシリーズ型電圧調整器であり、正出力電圧 Vpを他の電圧 V p rにレベル調整する場合に用いられる。また、電圧調整器 1 2 0は、例えばシリーズ型電圧調整器であり、負出力電圧 Vnを他の電圧 Vn rにレベル調整する場合に用いられる。

これらの電圧調整器 1 1 0、 1 2 0は、正負出力電圧 Vp、 Vnおよび他の電圧 Vp r、 Vn rに応じて、レ、ずれか一方あるいは両方を省略することもある。例えば、正出力電圧 V pが所定レベルに制御された電圧であり、負出力電圧 Vn が未調整の電圧である場合には、電圧調整器 1 1 0が省略できる。また、正負出力電圧 Vp、 Vnがそれぞれ所定レベルに調整された電圧である場合には、電圧調整器 110、 1 20は両方とも省略できる。

撮像装置 200は、例えば C CDカメラであり、正負電圧が入力される。また、表示装置 300は、例えば表示用の LED (発光ダイォード) 駆 tb回路を有している。また、制御装置 400は、撮像装置 200や表示装置 300を始めとして、携帯機器の制御を司るものである。この制御装置 400には、そ O電源として電源電圧 Vb a tを電圧調整器 1 30で調整された電圧 V rが供給される。

図 2は、本発明の正負出力電圧用電源装置 100の第 1実施例 iこ係る構成を示す図である。

図 2において、スイッチング電源回路 70は、電池電源 BATカら入力される電源電圧 Vb a t (例えば、 3. 6 V) を昇圧して、昇圧された IE出力電圧 Vp を出力する電源回路である。なお、電池電源 BATは、電源装置 L 00の外部に設けても良い。

電源電圧 V b a tとグランド間に、コイル L 1と N型 M〇 S トランジスタであるスィッチ Q 1とが直列に接続される。その直列接続点 Aから、整流用の第 1ダィォード D 1と平滑用の第 1コンデンサ C 1とにより、直列接続^; Aの電圧が整流され平滑されて、正出力電圧 Vpとして出力される。なお、電 0Eは、特に断らない場合には、グランドに対する電位である。

電圧制御用 I C 90は、正負出力電圧用電源装置 100の主として制御回路部が作り込まれている L S Iである。 P 1〜P 4は、 I C 90の端チである。

正出力電圧 V pは端子 P 1を介して電圧制御用 I C 90に入力され、分圧抵抗器 14、 15で分圧されて、第 1検出電圧 V d e t 1を発生する。

制御回路 13は、第 1検出電圧 V d e t 1と第 1基準電圧 V r e f 1とが入力され、第 1検出電圧 V d e t 1が第 1基準電圧 V r e f 1に等しくなるように、スィツチ Q 1をスィツチング制御するためのスィツチング信号を発生する。ここでは、制御回路 1 3は、第 1基準電圧 V r e f 1と第 1検出電圧 V d e t 1との差を増幅して出力する誤差増幅器 1 1と、この誤差増幅器 1 1の出力に基づいて P WM信号を形成してスィツチング信号として出力する P WM制御回路 1 2とを含んで構成されている。

このスィツチング電源回路 7 0により、正出力電圧 V pは、電源鼂圧 V b a t 力 S昇圧された所定の電圧になるように制御される。また、直列接続点 Aの電圧は、スィッチ Q 1のオンとオフに応じて零と正出力電圧 V Pとになる。なお、本発明では、ダイオード D 1〜D 3は、電圧降下の低いショットキー 'バリア · ダィォードを用いることが望ましい。また、本発明の動作の説明において、そのダイォードの電圧降下を無視して説明することがある。

負出力電圧発生回路 8 0は、第 2コンデンサ C 2と第 2ダイオード D 2と第 3 コンデンサ C 3とが直列接続点 Aとグランド間に接続される。即ち、スィッチ Q 1 に並列に接続される。この第 2ダイオード D 2の極性は第 2コンデンサ側が力ソードである。第 2ダイオード D 2と第 2コンデンサ C 2との接続点に第 3ダイオード D 3のアノードが接続される。

その第 3ダイォード D 3のカソードが、負出力電圧 V nの電圧レベルを制御するための P型 M O S トランジスタである第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を介して、電源電圧 V b a tのレベルにある電源電圧点、即ち、電池電源 B A Tに接続されている。また、第 3ダイオード D 3の力ソードは、高抵抗のプルアップ抵抗器 2 5を介して正出力電圧 V pに接続されているから、負出力用設定電压 V f 1 yは正出力電圧 V pにプルアップされ得る。このプルアップによって、第 3ダイ才一ド D 3のオフ時（逆バイアス時）に、負出力用設定電圧 V f l yは正出カ電圧 V pに安定する。

第 1電圧制御用トランジスタ 2 1は、正出力電圧 V pと、第 3ダイォード D 3 の力ソード側電圧（以下、負出力用設定電圧） V f 1 yが入力される負電圧制御回路 3 0により制御される。図 3は、負電圧制御回路 30の第 1構成例を示す図である。図 3において、抵抗器 3 1 (抵抗値 R 1) と定電流回路 32 (定電流値 I 1) とが、正出力電圧 V p点とグランド間に B点で直列に接続される。また、正出力電圧 Vp点と負出力用設定電圧 V f 1 y点の間に抵抗器 35 (抵抗値 R 2) と抵抗器 36 (抵抗値 R 3) とが C点で直列に接続される。なお、抵抗器 35の代わりに、所要個数のッェナーダイォ一ドを用いることもできる。

誤差増幅器 33は、 B点電圧と C点電圧とが入力され、その出力が第 1電圧制御用トランジスタ 21のゲ一卜に印加される。この誤差増幅器 33は、 C点電圧が B点電圧に等しくなるように、第 1電圧制御用トランジスタ 21を制御する。

B点電圧は、正出力電圧 V pから抵抗器 31の電圧降下を引いた電圧（ = Vp 一 I 1 · R 1 ) である。 C点電圧は、 B点電圧に等しい。したがって、負出力用設定電圧 V f l yは、 Vf l y=Vp— I l ' R l (1 +R 3/R 2) になる。このように、負出力用設定電圧 V f 1 yは、正出力電圧 Vpから一定電圧だけ低い電圧になる。また、この負出力用設定電圧 V f 1 yは、電源電圧 Vb a tに、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1の両端間の電圧を加算した電圧レベルになっている。

この図 2、図 3のように構成された正負出力電圧用電源装置の動作を説明する。まず、スィツチング電源回路 70は、スィッチ Q 1が第 1検出電圧 Vd e t 1と第 1基準電圧 V r e f 1とが等しくなるように、スィツチング制御される。第 1 検出電圧 V d e t 1と第 1基準電圧 V r e f 1とが等しくなつた状態では、所定レベルの正出力電圧 V pが発生されている。

また、接続点 Aの電圧は、スィッチ Q 1のオンとオフに応じて零と正出力電圧 Vpとが繰り返して発生されている。

負出力電圧発生回路 80においては、接続点 Aの電圧が正出力電圧 V pであるときに、第 1ルートが形成される。この第 1ルートは、コイル L 1 (即ち、正出力電圧 V pにある接続点 A) から、第 2コンデンサ C 2、第 3ダイオード D 3、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1、及び電池電源 BAT (良卩ち、電源電圧 V b a t点）を介している。この第 1ルートにより、第 2コンデンサ C 2が図示の極性に充電される。

この第 2コンデンサ C 2の充電電圧は、接続点 Aの正出力電圧 V pと負出力用設定電圧 V f 1 yとの差電圧 I 1 ' R l (1 +R 3/R 2) 〖こなっている。即ち、第 2コンデンサ C 2は、所定電圧に充電される。

また、第 1ルートに、電池電源 BATが設けられている力 ^ら、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を介して第 2コンデンサ C 2への充電電流にて電池電源 BAT が充電される。したがって、第 2コンデンサ C 2の所定電 JEを超過した電圧分のエネルギーが、電池電源 BATに回収される。

次に、接続点 Aの電圧が零であるとき、即ちスィツチ Q 1力 Sオンであるときに、第 2ルートが形成される。この第 2ルートは、グランド、スィッチ Q l、第 2コンデンサ C 2、第 2ダイオード D 2、第 3コンデンサ C 3 O直列回路を介している。この第 2ルートにより、第 2コンデンサ C 2に充電された電荷が第 3コンデンサ C 3に分配される。

この第 1ルートによる第 2コンデンサ C 2の充電と、第 2ルートによる第 2コンデンサ C 2と第 3コンデンサ C 3への電荷配分を通して、第 3コンデンサ C 3 には図示のような負極性に電荷が充電されていく。この第 2コンデンサ C 2の充電電荷は、充電と電荷配分の繰り返しにより徐々に上昇していき、定常的には、負の所定電圧（=差電圧 I 1 ' R l ( 1 +R 3/R 2)) になる。各電圧関係を例示すると、正出力電圧 V p ； 1 5 V、負出力電圧 V n ；— 8 V、電源電圧 V b a t ； 3. 6 Vとすると、負出力用設定電圧 V f 1 yは 7 Vとなり、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1での電圧降下は 3. 4Vとなる。実際 ίこは、ダイオードの電圧降下分が誤差電圧として発生するから、その電圧降下分を考慮することが望ましい。

この第 ₃コンデンサ c 3に充電された負の所定電圧が、負出力電圧 Vnとして出力される。この負出力電圧 V nは、正出力電圧 V pの大きさに関係なく、負出力用設定電圧 V f 1 yの値によって、言い換えれば定電流 Θ路 3 2の定電流値 I 1や、抵抗器 3 1、 3 5、 3 6の抵抗値 R 1〜R 3によって決定される。負出力電圧 V nの大きさは、必要に応じて定電流値 I 1や抵抗値 RL 1〜R 3の調整などによって、変更できる。

また、この負電圧制御回路 3 0においては、負出力用設電圧 V f 1 yは正出力電圧 V pから一定電圧だけ低い電圧になるように制御されるから、第 2コンデンサ C 2はその差電圧（= V p— V f 1 y ) に充電される。したがって、負出力電圧 V nを検出することなく、負出力電圧 V nを所定の負電圧に制御することができる。この場合には、電圧制御用 I C 9 0に、負出力電 IE V nを帰還するための端子を設ける必要がないから、電圧制御用 I C 9 0の端子数を削減できる。図 4は、負電圧制御回路 3 0 Aの第 2構成例を示す図でおる。図 4において、抵抗器 4 1と抵抗器 4 2で負出力電圧 V nを分圧して、第 2検出電圧 V d e t 2 を形成する。誤差増幅器 4 3は、第 2基準電圧 V r e f 2と第 2検出電圧 V d e t 2が入力され、その出力が第 1電圧制御用トランジスタ 2 1のゲートに印加される。この誤差増幅器 4 3は、第 2検出電圧 V d e t 2が第 2基準電圧 V r e f 2に等しくなるように、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を制御する。これにより、負出力電圧 V nが所定レベルになるように制御される。

また、図 2の負出力電圧発生回路 8 0において、第 1電圧制御用トランジスタ 2 1及び負電圧制御回路 3 0、を省略してもよい。この場合には、負出力電圧 V nは、正出力電圧 V pと電源電圧 V b a tとの差電圧に等しい電圧レベルになる。したがって、電圧調整器 1 2 0にて、必要に応じて負出力霞圧 V nのレベルを調整することになる。

この第 1実施例によれば、コイル L 1を用いたスィツチング型電源回路 7 0によって、電源電圧 V b a tから変換された所定の正出カ電 JE V pを発生する。それとともに、コイル L 1 とスィツチ Q 1との接続点 Aと電原電圧点 V b a tとの間に負出力電圧発生回路 80を設けて、正出カ電 JEVpと電源電圧 Vb a tとに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧 V ηを発生する。これにより、負出力電圧 Vnのレベルに応じて、電源電圧 Vb a tを供給する電池電?原 B ATに、超過した電圧分のエネルギーを第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を介して戻すから、適切なレベルの負出力電圧 Vnを発生するとともに、効率を向上することができる。また、負出力電圧 Vnのレベルを制御するため <7 第 1電圧制御用トランジスタ 2 1を設けている。これにより、これらの電圧制御用トランジスタ 2 1を制御することにより、設定された負出力電圧 V nを得ることができる。

図 5は、本発明の正負出力電圧用電源装置 100の第 2実施例に係る構成を示す図である。この第 2実施例では、正出力電圧 Vp と負出力電圧 V nとの絶対値での電圧差が小さくなった場合にも、負出力電圧 nを適切に出力することができるようにしたものである。即ち、その電圧差が、負出力電圧 Vnを出力しつつ、電池電源 B A Tを充電するには十分な電圧差ではなくなつた場合に、電池電源 B ATの充電は行わずに負出力電圧 Vnを出力するように、構成されている。

図 5において、スイッチング電源回路 70は図 1の第 1実施例と同じである力負出力電圧発生回路 8 OAが第 1実施例のものと —部異なっている。以下、異なる点について説明する。

負出力電圧発生回路 80 Aにおいて、負出力用定電圧 V f l yの出力点は、第 1切替スィッチ 23と第 1電圧制御用トランジスタ 21とを介して電池電源 B ATに接続されるカあるいは、第 2切替スィッチ 24と N型 MO S トランジスタである第 2電圧制御用トランジスタ 2 2とを介して、グランドに接続される。第 1、第 2切替スィッチ 23、 24は、切替制御回路 40からの切替信号 CO S に応じて、いずれか一方がオンし他方がオフする。

図 6は、切替制御回路 40の構成例を示す図でおる。図 6において、正出カ電圧 Vp点と電源電圧 Vb a t点との間に定電流回路 5 1 (定電流値 I 0 ) と抵抗器 52 (抵抗値 R 0) とが、この順序で直列に接鏡されている。その直列接続点から第 3検出電圧 V d e t 3を得る。

この第 3検出電圧 V d e t 3は、電源電圧 V b a t fこ抵抗器 5 2の電圧降下 I 0 · R 0を加算した電圧である。この第 3検出電圧 Vd e t 3は、電池電源 B A Tへの充電を行いつつ負出力電圧 V ηを制御可能なレベルに設定されている。演算増幅器 5 3は、第 3検出電圧 V d e t 3を負出力用設定電圧 V f 1 yと比較し、負出力用設定電圧 V f 1 yが第 3検出電圧 Vd e t 3を超えているとき（V f 1 y>V d e t 3)、第 1切替スィツチ 2 3をオンさせ第 2切替スィッチ 24をオフさせる切替信号 COSを出力する。また、演算増幅器 5 3は、負出力用設定電圧 V f 1 yが第 3検出電圧 V d e t 3を下回るとき（V f l y <Vd e t 3)、切替信号 CO Sを停止し、第 1切替スィツチ 2 3をオフさせ第 2切替スィツチ 2 4をオンさせる。なお、演算増幅器 5 3は、第 1、第 2切替スィツチ 2 3、 2 4 の切替を安定して行うために、ヒステリシス特性を持 fこせることがよい。

このように、正出力電圧 Vpと電源電圧 Vb a t間 O電圧差が大きいときには、負出力用設定電圧 V f 1 yの出力点を電源電圧点側に接続して、電池電源 BAT を充電しつつ適切なレベルの負出力電圧 Vnを発生させる。一方、正出力電圧 V pが低くなつたり、電源電圧 Vb a tが高くなつたりして、それらの間の電圧差が小さくなつたときには、負出力用設定電圧 V f 1 yの出力点を基準電圧点であるグランド側に接続して、適切なレベルの負出力電圧 V nを発生させる。したがつて、第 1、第 2切替スィッチ 2 3、 24を電圧差に応じて切り替えることによつて、広範囲の電圧条件下で、所要の負出力電圧 Vnを発生させることが可能になる。

図 7は、図 5の第 2実施例で用いられる負電圧制御回路 3 0 Bの第 3構成例を示す図である。図 7の負電圧制御回路 3 0 Bにおいて、図 3の負電圧制御回路 3 0と比較して、誤差増幅器 34が設けられている。この誤差増幅器 34は、 B点電圧と C点電圧とが入力され、その出力が第 2電圧制御用トランジスタ 2 2のゲ一トに印加される。この誤差増幅器 3 4は、 C点電圧 S_B点電圧に等しくなるように、第 2電圧制御用トランジスタ 2 2を制御する。

この負電圧制御回路 3 0 Bの動作は、第 1切替スィツチ 2 3がオンされてレ、る場合には図 3の負電圧制御回路 3 0と同様に動作する。また、第 2切替スインチ 2 4がオンされている場合には、負電圧制御回路 3 0 Bはやはり負出力用設定電圧 V f 1 yが所定電圧レベルになるように、誤差増幅器 4 4の出力によって窮 2 電圧制御用トランジスタ 2 2を制御する。

したがって、第 1切替スィツチ 2 3または第 2切替スィツチ 2 4のいずれオンされている場合でも、負出力用設定電圧 V f 1 yは、正出力電圧 V pから一定電圧だけ低い電圧になる。これにより、正出力電圧 V pや電源電圧 V b a t力 S変わっても、所定電圧レベルの負出力電圧 V nが出力される。

この図 5〜図 7のように構成された正負出力電圧用電源装置 1 0 0の動作 ί 、電圧条件に応じて第 1切替スィツチ 2 3がオンされているか第 2切替スィツチ 2 4がオンされているかが異なるだけである。その動作は、図 2、図 3で説明した動作と、ほぼ同様であるので、再度の説明を省略する。

図 8は、負電圧制御回路 3 0 Cの第 4構成例を示す図である。図 8の負電 BE制御回路 3 0 Cにおいて、図 4の負電圧制御回路 3 0 Aと比較して、誤差増幅器 4 4が設けられている。この誤差増幅器 4 4は、第 2検出電圧 V d e t 2と第 2基準電圧 V r e f 2とが入力され、その出力が第 2電圧制御用トランジスタ 2 2のゲートに印加される。この誤差増幅器 4 4は、第 2検出電圧 V d e t 2が第 2基準電圧 V r e f 2に等しくなるように、第 2電圧制御用トランジスタ 2 2を U御する。

この負電圧制御回路 3 0 Cの動作は、第 1切替スィツチ 2 3がオンされてレ、る場合には図 4の負電圧制御回路 3 O Aと同様に動作する。また、第 2切替スイツチ 2 4がオンされている場合には、負電圧制御回路 3 0 Cはやはり負出力電 EE V nが所定電圧レベルになるように、誤差増幅器 4 4の出力によって第 2電圧制御用トランジスタ 2 2を制御する。したがって、第 1切替スィツチ 2 3または第 2切替スィツチ 2 4のいずれが矛ンされている場合でも、負出力電圧 V nは、所定電圧レベルに制御される。これにより、やはり、正出力電圧 V pや電源電圧 V b a tが変わっても、所定電圧レベルの負出力電圧 V nが出力される。なお、図 8の負電圧制御回路 3 0 Cが用レ、られる場合には、切替制御回路 4 0の演算増幅器 5 3には、負出力用設定電圧 V f 1 yに代えて、所定レベルの第 3基準電圧 V r e f 3が入力される。この点が、図 6において括弧内に表されている。

このように、以上の各実施例で説明した正負出力電圧を発生する電源装置 1 O 0では、正出力電圧 V pと電源電圧 V b a t間の電圧差が大きいときには、電原電圧 V b a t点側に接続して、電池電源 B A Tを充電しつつ適切なレベルの負出力電圧 V nを発生させる。したがって、電力損失を低減し、効率を向上できる。また、正出力電圧 V pが低くなつたり、電源電圧 V b a tが高くなつたりして、それらの間の電圧差が小さくなったときには、基準電圧点であるグランド側に接続して、適切なレベルの負出力電圧 V nを発生させる。したがって、広範囲の電圧条件下で、所要の負出力電圧 V nを発生させることができる。

本発明の携帯機器は、正負出力電圧を発生する電源装置 1 0 0を用いること【こよって、 C C Dカメラなど正 ·負出力電圧を必要とする負荷装置に所要の電圧を供給するとともに、効率向上して電池電源の使用可能時間を長くすることができる。産業上の利用可能性

本発明に係るスィツチング型の電源装置は、電源電圧から変換された正出カ電圧とともに、所定レベルの負出力電圧を効率よく発生する。その正出力電圧と負出力電圧を、正及び負電圧を使用する負荷装置とを備えた、携帯電話機などの携帯機器に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . コイル、このコイルと直列に接続され、電源電圧が印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスィツチングするスィツチ、前記コイルと前言己スィッチとの直列接続点の電圧を整流し平滑し、正出力電圧として出力する整平滑回路、前記正出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧と等しくなるように前言己スィッチのオンオフスィツチングを行う制御回路を有するスィツチング電源回塔と、前記コイルと前記スィツチとの接続点と前記電源電圧点との間に接続され、前記正出力電圧と前記電源電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧を発生するための負出力電圧発生回路と、を備えることを特徴とする電源装置。

2 . 前記負出力電圧発生回路は、一端が前記コイルと前記スィッチとの接続点に接続された第 2コンデンサと、この第 2コンデンサと第 2ダイォードと第 3コンデンサとが前記第 2ダイォードのカソードが前記第 2コンデンサの他に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スィッチに並歹 IJに接続するとともに、第 3ダイォードのァノードが前記第 2ダイォードと前記第 2コンデンサとの接続点に接続され、前記第 3ダイォードのカソードが前記電'源電圧点側に接続され、前記第 3コンデンサの充電電圧を前記負出力電圧として力する、ことを特徴とする、請求項 1に記載の電源装置。

3 . 前記第 3ダイオードの力ソードと前記電源電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための電圧制御用トランジスタが設けられていることを特徴とする、請求項 2に記載の電源装置。

4 .

前記電圧制御用トランジスタは、前記第 3ダイオードの力ソード側電 J3Eが前記正出力電圧より所定電圧だけ低くなるように制御されることを特徴とする、請求項 3に記載の電源装置。

5 . 前記電圧制御用トランジスタは、前記負出力電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徴とする、請求項 3に記載の電源装置。

6 . コイル、このコイルと直列に接続され、電源電圧が印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスィツチングするスィツチ、前記コイルと前言己スィッチとの直列接続点の電圧を整流し平滑し、正出力電圧として出力する整平滑回路、前記正出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧と等しくなるように前言己スイツチのオンオフスィツチングを行う制御回路、を有するスィツチング電源、回路と、前記コイルと前記スィツチとの接続点と前記電源電圧点もしくは基準電圧点との間に切替スィツチ回路を介して切替可能に接続され、前記正力電圧と前記電源電圧もしくは基準電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧を生するための負出力電圧発生回路と、を備えることを特徴とする電源装置。

7 . 前記負出力電圧発生回路は、一端が前記コイルと前記スィッチとの接続点に接続された第 2コンデンサと、この第 2コンデンサと第 2ダイォードと第 3コンデンサとが前記第 2ダイォードのカソードが前記第 2コンデンサの他端に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スィッチに並歹 IJに接続するとともに、第 3タ、'ィオードのァノードが前記第 2ダイォードと前記第 2コンデンサとの接続点に接続され、前記第 3ダイオードのカソードが前記切替スィッチ回路を介して前記電源電圧点もしくは基準電圧点に接続され、前記第 3コンデンサの充電電圧を前言己負出力電圧として出力する、ことを特徴とする、 ft求項 6 に記載の電源装置。

8 . 前記第 3ダイオードの力ソードと前記電源電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための第 1電圧制御用トランジスタが設けられ、且つ前記第 3ダイオードの力ソードと前記基準電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための第 2電圧制御用トランジスタが設けられていることを特徴とする、請求項 7に記載の電源装置。

9 . 前記第 1電圧制御用トランジスタ及び前記第 2電圧制御用トランジスタは、前言己第 3ダイォードのカソ一ド側電圧が前記正出力電圧より所定電圧だけ低くなる^うに制御されることを特徴とする、請求項 8に記載の電源装置。

1 O . 前記第 1電圧制御用トランジスタ及び前記第 2電圧制御用トランジスタは、前記第 3コンデンサの充電電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徵とする、請求項 8に記載の電源装置。 1 1 . 電源電圧を供給する電池電源と、その電源電圧から変換された正出カ電圧と負出力電圧を発生する請求項 1乃至 1 0のいずれかに記載された電源装置と、前言己正出力電圧及び負出力電圧を使用する負荷装置と、該負荷装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする携帯機器。 1 2 . 前記電源装置から出力される正出力電圧及びまたは負出力電圧は、電圧調整器を介して前記負荷装置に供給されることを特徴とする、請求項 1 1に記載の携帯機器。