WO2007066583A1

WO2007066583A1 - 電源装置およびそれを用いた電子機器ならびに半導体装置

Info

Publication number: WO2007066583A1
Application number: PCT/JP2006/324029
Authority: WO
Inventors: Tomoyuki Ito; Yoichi Tamegai; Koki Tamakawa; Isao Yamamoto
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2008-06-09
Also published as: JP2007166688A; TW200727566A; CN101164031A; US7960955B2; JP4721891B2; US20090273327A1

Abstract

　基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧源２０と、基準電圧源２０により生成される基準電圧Ｖｒｅｆにもとづき、入力電圧Ｖｂａｔを安定化するリニアレギュレータ３０を設ける。リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇを、スイッチング制御部４０および基準電圧源２０の電源電圧として供給する。リニアレギュレータ３０は、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧Ｖｒｅｆとは無関係に、入力電圧Ｖｂａｔをそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成される。電源装置１００の起動時において、リニアレギュレータ３０は、入力電圧Ｖｂａｔが所定のしきい値電圧Ｖｔｈに達するまでの期間、バイパスモードで動作し、入力電圧がしきい値電圧を上回ると、レギュレーションモードで動作する。

Description

明細書

電源装置およびそれを用いた電子機器ならびに半導体装置

技術分野

[0001] 本発明は、電源装置に関し、特にノイズの影響を受けずに安定した電圧を生成する技術に関する。

背景技術

[0002] さまざまな電子機器にぉヽて、電池などから供給される電源電圧よりも高、電圧、あるいは低い電圧を負荷回路に供給するために、昇圧型、あるいは降圧型のスイツチング電源が用いられている。たとえば、特許文献 1、 2には、スイッチング電源として絶縁型の DC/DCコンバータが開示されている。

[0003] こうしたスイッチング電源は、インダクタあるいはトランスに流れる電流を制御するためのスイッチング素子を備えて構成される。カゝかるスイッチング電源において、昇圧または降圧動作中に高い周波数でオンオフするスイッチング素子からは、スイッチングノイズが発生する。

特許文献 1：特開 2004— 201474号公報

特許文献 2：特開 2005 - 73483号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] スイッチング電源は、スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路を備えている。この制御回路は、バンドギャップリファレンス回路などの基準電圧源力も出力される基準電圧にもとづいて、スイッチング素子をオンオフし、スイッチング電源の出力電圧を安定化させる。

[0005] ここで、スイッチング素子カゝら発生するスイッチングノイズは、電源配線等を介して接続される他の回路ブロックに影響を及ぼすことになる。スイッチングノイズが基準電圧源に入力されると、基準電圧にノイズが重畳されるため、昇圧または降圧動作に支障をきたすおそれがある。

[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、ノイズの影響を受けにくぐ安定した電圧を生成可能な電源装置および半導体装置の提供にある。課題を解決するための手段

[0007] 本発明のある態様の電源装置は、外部から与えられる入力電圧を安定化するスィツチング電源と、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧を安定化するリニアレギユレータと、を備える。リニァレギユレータの出力電圧を、スイッチング電源の制御回路および基準電圧源の電源電圧として供給する。

[0008] この態様〖こよると、基準電圧源は、リニアレギユレータの出力電圧を電源電圧として基準電圧を生成するため、スイッチング素子にお!ヽて発生するノイズの影響を低減し、ノイズ成分の小さな基準電圧を生成することができる。

[0009] リニアレギユレータは、基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧とは無関係に、入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、を切り替え可能に構成するとよい。リニアレギユレータは、本電源装置の起動時において、基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧が所定の電圧値を上回ると、レギュレーションモードで動作するようにするとよ、。

[0010] この場合、起動時において、基準電圧がしきい値電圧より低いときには、リニアレギユレ一タカも入力電圧がそのまま出力されるため、基準電圧源には、入力電圧がそのまま供給される。基準電圧源に供給される電圧が上昇すると、基準電圧源が正常動作を開始し、基準電圧が立ち上がり、所定の電圧値を超える。基準電圧が所定の電圧値を超えると、リニアレギユレータがレギュレーションモードで動作するため、基準電圧源には、電源電圧としてリニアレギユレータにより安定化された電圧が供給される。その結果、基準電圧源を含む本電源装置は好適に起動される。

[0011] リニアレギユレータは、当該リニアレギユレータの出力電圧に応じた帰還電圧および基準電圧が入力された演算増幅器と、制御端子に演算増幅器力出力される誤差電圧が入力され、他端力も出力電圧を出力するトランジスタと、バイパスモードにおいて、トランジスタの制御端子の電位を変化せしめて、トランジスタを強制的にオンさせるスィッチ回路と、を備える構成とするとよい。スィッチ回路は、トランジスタの制御端子および電位の固定された端子間に設けられ、バイパスモードにおいてオンするスィツチを含むとよい。

[0012] バイパスモード時において、スィッチ回路を用いてトランジスタをフルオンさせることにより、リニアレギユレータから、入力電圧をそのまま出力することができる。

[0013] 基準電圧源は、自らが生成する基準電圧が所定の電圧値に達すると、所定レベルとなるモード制御信号を出力し、リニアレギユレータは、基準電圧源から出力されるモード制御信号が所定レベルとなると、レギュレーションモードに移行するようにするとよい。基準電圧源は、基準電圧が所定の電圧値に達するとオンするトランジスタに流れる電流にもとづきモード制御信号を生成するとよい。

[0014] この場合、リニアレギユレータは、基準電圧が所定値に達する前には、バイパスモードとなり入力電圧をそのまま出力し、所定値に達した後は、レギュレーションモードに移行して、安定した基準電圧にもとづいて、入力電圧を安定ィ匕することができる。

[0015] 基準電圧源と、リニアレギユレータと、スイッチング電源の制御回路と、を 1つの半導体基板上に一体集積ィ匕してもよい。「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。

[0016] スイッチング電源は、入力電圧を昇圧する昇圧型のスイッチングレギユレータであつてもよい。この場合、スイッチング素子において発生したノイズ力インダクタゃトランスを介して、基準電圧源に回り込むが、基準電圧源は、このノイズの影響を抑えて、安定した基準電圧を生成することができる。

[0017] 本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、負荷回路と、電池の電圧を入力電圧とし、これを昇圧して負荷回路に供給する上述の電源装置と、を備える。この電子機器は、撮像部をさらに備えてもよい。また、負荷回路は、撮像部による撮像の際にフラッシュとして動作するキセノンチューブを含んでもよい。

[0018] 本発明の別の態様は、半導体装置に関する。この半導体装置は、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧を安定ィ匕するリニアレギユレータと、を備える。半導体装置は、リニアレギユレータの出力電圧を、基準電圧源の電源電圧として供給する。 [0019] この態様の半導体装置においても、リニアレギユレータは、基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧とは無関係に、入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成するとよい。リニアレギユレータは、本半導体装置の起動時において、入力電圧が所定のしきい値電圧に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、入力電圧がしきい値電圧を上回ると、レギユレーションモードで動作するようにするとよ!/、。

[0020] 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

[0021] 本発明に係る電源装置および半導体装置によれば、ノイズの影響を低減し、安定した電圧を生成することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。

[図 2]図 1の電源装置を搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。

[図 3]図 1のリニアレギユレータの構成を示す回路図である。

[図 4]図 1の基準電圧源の構成を示す回路図である。

[図 5]図 5 (a)、（b)は、図 1の電源装置の起動時および安定動作時のタイムチャートである。

[図 6]図 6 (a)〜（c)は、図 1の電源装置の起動時および安定動作時のタイムチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

[0024] 図 1は、実施の形態に係る電源装置 100の構成を示すブロック図である。図 2は、図 1の電源装置 100を搭載した電子機器 300の構成を示すブロック図である。電子機器 300は、カメラを搭載した携帯電話端末であり、電池 310、通信処理部 312、 D SP (Digital Signal Processor) 314、撮像部 316、発光装置 200を備える。

[0025] 電池 310は、たとえばリチウムイオン電池であり、電子機器 300の電源として設けられる。電池 310は、電池電圧 Vbatとして 3〜4V程度の電圧を出力する。 DSP314は、電子機器 300全体を統括的に制御するブロックであり、通信処理部 312、撮像部 3 16、発光装置 200と接続されている。通信処理部 312は、アンテナ、高周波回路などを含み、基地局との通信を行うブロックである。撮像部 316は、 CCD (Charge Co upled Device)や CMOSセンサなどの撮像装置である。発光装置 200は、撮像部 316による撮像の際に、フラッシュとして用いられる光源である。

[0026] 発光装置 200は、電源装置 100、発光素子 212、発光制御回路 214を備える。発光素子 212としてはキセノンチューブなどが用いられる。電源装置 100は、スィッチングレギユレータであって、電池 310から供給される電池電圧 Vbatを昇圧し、発光素子 212に 300V程度の駆動電圧 Voutを供給する。発光制御回路 214は、発光装置 200の発光のタイミングを制御する。

[0027] DSP314は、ユーザによる撮像のタイミングと同期してフラッシュ信号 FLASHを発光制御回路 214に対して出力する。発光制御回路 214はフラッシュ信号 FLASHが入力されると、発光素子 212を発光させる。

[0028] 図 1に戻り、電池電圧 Vbatを昇圧する電源装置 100について説明する。電源装置 100は、制御回路 110、トランス 10、整流用ダイオード 12、出力キャパシタ Cl、バイパスキャパシタ C2を含む。

[0029] 図 1において、電源装置 100のスイッチング制御部 40、スイッチングトランジスタ Tr 1、ならび外付けされるトランス 10、整流用ダイオード 12、出力キャパシタ C1がスイツチング電源を構成する。トランス 10の 1次側コイルの第 1端子には、入力電圧 Vinとして電池電圧 Vbatが印加される。 1次側コイルの第 2端子は、制御回路 110のスィッチング端子 102と接続される。また、トランス 10の 2次側コイルの第 1端子には、整流用ダイオード 12のアノードが接続され、整流用ダイオード 12の力ソードと接地端子間には出力キャパシタ C1が接続されている。トランス 10の 2次側コイルの第 2端子は接地される。 [0030] 次に、制御回路 110の構成について説明する。制御回路 110は、スイッチングトランジスタ Trl、スイッチング制御部 40に加えて、基準電圧源 20、リニアレギユレータ 3 0を含み、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能 ICである。

[0031] スイッチングトランジスタ Trlは、 NPN型のバイポーラトランジスタであり、スィッチングトランジスタ Trlのコレクタは、スイッチング端子 102を介してトランス 10の 1次側コィルに接続され、ェミッタは接地されている。スイッチングトランジスタ Trlは MOSFET で構成してもよヽ。

[0032] スイッチング制御部 40は、スイッチングトランジスタ Trlのベース電圧を制御して、そのオンオフを制御する。スイッチングトランジスタ Trlがオンオフを繰り返すことにより、トランス 10の 1次側、 2次側コイルに交互に電流が流れ、出力キャパシタ C1が充電される。出力キャパシタ C1からは、外部力与えられた入力電圧 Vinを昇圧して得られる出力電圧 Voutが出力される。

[0033] 基準電圧源 20は、バンドギャップリファレンス回路であって、所定の基準電圧 Vref を生成する。基準電圧源 20には外部力入力されるィネーブル信号 EN力イネ一ブル端子 108を介して入力されてもよい。ィネーブル信号 ENは、電源装置 100の起動とともにハイレベルとなる。ィネーブル信号 ENがハイレベルのとき、基準電圧源 20 はオンし、所定の基準電圧 Vrefを生成する。

[0034] リニアレギユレータ 30には、電源端子 104を介して、入力電圧である電池電圧 Vba tが入力されている。リニアレギユレータ 30は、基準電圧源 20により生成される基準電圧 Vrefにもとづき、入力電圧である電池電圧 Vbatを安定ィ匕して出力する。リニアレギユレータ 30の出力端子は、端子 106に接続されたバイパスキャパシタ C2を介して接地される。

[0035] 後述するように、リニアレギユレータ 30は、基準電圧源 20から出力される基準電圧 Vrefに応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧 Vrefとは無関係に、電池電圧 Vbatをそのまま出力するバイノスモードと、が切り替え可能に構成される。リニアレギユレータ 30の 2つのモードは、基準電圧源 20から出力されるモード制御信号 MODEによって切り替えられる。

[0036] この制御回路 110において、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregは、スィッチング電源のスイッチング制御部 40および基準電圧源 20の電源電圧として供給される。

[0037] 図 3は、実施の形態に係るリニアレギユレータ 30の構成を示す回路図である。リニアレギユレータ 30は、トランジスタ Tr2、演算増幅器 32、第 1抵抗 Rl、第 2抵抗 R2、スィツチ SW1を含む。

[0038] トランジスタ Tr2は、 Pチャンネル MOSFETであり、そのソースが電池電圧 Vbatの印加されて、る入力端子 34に接続される。リニアレギユレータ 30の入力端子 34は、制御回路 110の電源端子 104と接続される。演算増幅器 32の反転入力端子には、基準電圧源 20から出力される基準電圧 Vrefが入力され、その出力端子は、トランジスタ Tr2の制御端子であるゲートに接続される。トランジスタ Tr2のドレインは、リニアレギユレータ 30の出力端子 36に相当し、出力端子 36に現れる出力電圧 Vregは、第 1抵抗 Rl、第 2抵抗 R2によって分圧され、演算増幅器 32の非反転入力端子に帰還される。演算増幅器 32の非反転入力端子に帰還される電圧は、 Vout XRl/ (Rl +R2)で与えられ、この電圧を帰還電圧 Vfbという。なお、出力端子 36は、制御回路 110の端子 106と接続される。

[0039] スィッチ SW1は、トランジスタ Tr2のゲートと接地電位端子間に設けられる。このスィツチ SW1は、バイパスモードにおいてオン、レギュレーションモードにおいてオフする。バイパスモードにおいて、スィッチ SW1がオンすると、トランジスタ Tr2のゲートが接地電位付近まで強制的に低下するため、トランジスタ Tr2が強制的にフルオンする。

[0040] バイパスモードにおいて、トランジスタ Tr2がフルオンすると、ドレインソース間の電位差が非常に小さくなる。その結果、リニアレギユレータ 30からは、出力電圧 Vregとして、入力電圧 Vbatがそのまま出力される。

[0041] 一方、スィッチ SW1がオフするレギュレーションモードにおいては、トランジスタ Tr2 のゲート電位は、演算増幅器 32によって制御される。レギュレーションモードにおいて、演算増幅器 32は、基準電圧 Vrefと、帰還電圧 Vfbがー致するように、その出力である誤差電圧 Verr、すなわちトランジスタ Tr2のゲート電位を調節する。その結果、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregは、 Vref X (1 +R2ZR1)で与えられる電圧値に安定化される。

[0042] このリニアレギユレータ 30は、電源装置 100の起動時において、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdに達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdを上回ると、レギュレーションモードで動作する。基準電圧 Vrefと比較されるべき所定の電圧値 Vpdは、基準電圧 Vrefの目標値 (通常 1. 2V程度である）付近に設定するのが望ましい。スィッチ SW1のオンオフは、基準電圧源 20から出力されるモード制御信号 MODEによって制御される。リニアレギユレータ 30は、モード制御信号 MODEがハイレベルのときスィッチ SW1がオンしてバイパスモードに設定され、ローレベルのときスィッチ SW1がオフしてレギュレーションモードに設定される。

[0043] 図 4は、本実施の形態に係る基準電圧源 20の構成を示す回路図である。基準電圧源 20は、トランジスタ Q1〜Q 12、抵抗 R3〜R7、スィッチ SW2、を備える。トランジスタ Ql、 Q2、 Q7、 Q8、 Q9、 Ql l、 Q12は、 NPN型バイポーラトランジスタであり、トランジスタ Q3、 Q4、 Q5、 Q6、 Q10は、 PNP型バイポーラトランジスタである。端子 22 には、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregが入力され、端子 24には、電池電圧 V batが印加される。基準電圧源 20は、出力端子 26から目標値である 1. 2V程度の基準電圧 Vrefを出力する。

[0044] トランジスタ Q1〜Q4および抵抗 R3は、一般的な熱電圧を用いたバイアス電流源を構成する。すなわち、トランジスタ Q1およびトランジスタ Q2、トランジスタ Q3およびトランジスタ Q4のトランジスタペアは、それぞれカレントミラー回路を構成する。トランジスタ Q1のコレクタと、トランジスタ Q3のコレクタは互いに接続され、トランジスタ Q2とトランジスタ Q4のコレクタは互いに接続される。抵抗 R3は、トランジスタ Q2のェミッタと接地間に設けられる。こうした回路構成は、自己バイアス回路として知られ、トランジスタ Q4には、定電流 Ic4が流れる。

[0045] スィッチ SW2は、トランジスタ Q3、 Q4のェミッタと、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregが印加される端子 22の間に設けられる。スィッチ SW2は Pチャンネル MOS FETであって、ゲートには図示しない外部回路からのィネーブル信号 ENが入力される。スィッチ SW2がオンすると、基準電圧源 20はオンし、基準電圧 Vrefを生成する。スィッチ SW2がオフすると回路の電流経路が遮断され、基準電圧源 20はオフする。スィッチ SW2は低電力化のために設けられるものであり、不要であれば省略してもよい。

[0046] トランジスタ Q4と Q5、 Q6とは、カレントミラーを構成しており、トランジスタ Q5、 Q6 は、トランジスタ Q4に流れる定電流 Ic4に応じた電流を生成する。トランジスタ Q7は、ェミッタが接地される。トランジスタ Q7のコレクタと、トランジスタ Q5のコレクタ間には、抵抗 R4が設けられる。また、トランジスタ Q7のベースおよびコレクタは、トランジスタ Q 8のベースと接続される。トランジスタ Q8のェミッタと接地間には、抵抗 R6が設けられ、そのコレクタと、トランジスタ Q5のコレクタ間には抵抗 R5が設けられる。トランジスタ Q5のコレクタ端子は、基準電圧源 20の出力端子 26となっており、基準電圧 Vrefが現れる。

[0047] トランジスタ Q9のベースは、トランジスタ Q8のコレクタと接続され、そのェミッタは接地され、そのコレクタは、トランジスタ Q6のコレクタと接続される。

[0048] トランジスタ Q10、 Q11、 Q12および抵抗 R7は、モード制御信号 MODEを生成するために設けられている。トランジスタ Q10のベースは、トランジスタ Q9のコレクタと接続され、ェミッタはトランジスタ Q11のコレクタと接続される。また、トランジスタ Q10のェミッタは、出力端子 26と接続される。トランジスタ Q 11とトランジスタ Q 12はベース、ェミッタが共通接続されたカレントミラー回路を構成する。トランジスタ Q12のコレクタと、電池電圧 Vbatが印加される端子 24の間には、抵抗 R7が設けられる。本実施の形態において、トランジスタ Q10は、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpd ( 1. 2V) に達するとオンするトランジスタに相当する。

[0049] 以上のように構成された基準電圧源 20は、スィッチ SW2がオン状態にぉ、て、リニァレギユレータ 30の出力電圧 Vreg力所定レベル Vthより高くなると、バンドギャップリファレンス回路として正常に動作し、 1. 2V程度の基準電圧 Vrefを出力する。

[0050] また、この基準電圧源 20は、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregが所定レベルより高くなり、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdに達すると、トランジスタ Q10がオンして、電流 IclOが流れる。このとき、カレントミラー回路を構成するトランジスタ Ql l、 Q12は、トランジスタ Q10に流れる電流 IclOに応じた電流 IclO'を生成する。電流 Ic 10'が抵抗 R7に流れると電圧降下が発生するため、モード制御信号 MODEはローレベルとなる。 [0051] リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregが所定レベルより低いか、または基準電圧源 20がオフ状態のときは、トランジスタ Q10はオフになっているため、電流 IclOは流れない。したがって、このとき、抵抗 R7には電圧降下は発生しないため、モード制御信号 MODEは電池電圧 Vbatと等しくなり、ハイレベルとなる。

[0052] このように、基準電圧源 20は、自らが生成する基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpd に達すると、所定レベル（ローレベル）となるモード制御信号 MODEを出力する。また、上述のように、このモード制御信号 MODEは、リニアレギユレータ 30に出力されている。したがって、リニアレギユレータ 30は、基準電圧源 20から出力されるモード制御信号 MODEが所定レベル（ローレベル）となると、すなわち、基準電圧 Vrefが所定値となると、レギュレーションモードに移行することになる。

[0053] 以上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。図 5 (a)、（b)は、本実施の形態に係る電源装置 100の起動時および安定動作時のタイムチャートである。図 5 (a)は、電池電圧 Vbat、リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vreg、基準電圧源 20の出力である基準電圧 Vrefを示す。また、図 5 (b)は、モード制御信号 MODEを示す。図 5 (a)、（b)および後述の図 6 (a)〜（c)において、説明の明確ィ匕のために、縦軸および横軸は適宜拡大または縮小して示すものとする。また、各電圧波形についても、説明の簡略化のために、実際の電圧波形と異なって示される場合がある。

[0054] 時刻 tOに、電源装置 100を搭載する電子機器 300がオンし、電池電圧 Vbatが時間とともに立ち上がる。起動直後においては、モード制御信号 MODEはローレベルであり、リニアレギユレータ 30はレギュレーションモードとなっている力演算増幅器 3 2がオフしており、また基準電圧 Vrefが 0Vであるため、その出力電圧 Vregは 0Vとなつている。

[0055] 時刻 t0〜tlの期間、基準電圧源 20の電流 IclO'は流れず、抵抗 R7に電圧降下が発生しないため、モード制御信号 MODEと、電池電圧 Vbatもほぼ等しくなり、時間とともに上昇していく。時刻 tlに、モード制御信号 MODEの電圧値力リニアレギユレータ 30のスィッチ SW1をオンする電圧 Vtより大きくなると、すなわちハイレベルとなると、バイパスモードとなり、 Vbat Vregとなる。

[0056] 時刻 tl以降、基準電圧源 20の端子 22には、リニアレギユレータ 30から、電池電圧 Vbatにほぼ等しい出力電圧 Vregが印加される。また、モード制御電圧 MODEの電圧値は、電池電圧 Vbatにともない上昇していく。基準電圧源 20の端子 22に印加されるリニアレギユレータ 30の出力電圧 Vreg (= Vbat)が所定レベル Vthに達すると、基準電圧源 20はオン状態となり、基準電圧 Vrefが所定値（ = 1. 2V)に安定化される。基準電圧源 20がオン状態となると、トランジスタ Q10がオンし、モード制御信号 M ODEはローレベルとなる。

[0057] 時刻 t2にモード制御信号 MODEがローレベルとなると、スィッチ SW1がオフするため、リニアレギユレータ 30は、レギュレーションモードに移行する。時刻 t2以降、リニァレギユレータ 30の出力電圧 Vregは、 Vref X (1 +R2ZR1)で与えられる電圧値に安定化される。

[0058] 図 6 (a)〜（c)は、本実施の形態に係る電源装置 100の起動時および安定動作時のタイムチャートであり、電池電圧 Vbatが一定を仮定した場合のタイムチャートである

[0059] 時刻 tOに、ィネーブル信号 ENがハイレベルとなり、スィッチ SW2がオンする。起動直後において、モード制御信号 MODEはハイレベルとなり、基準電圧源 20はバイパスモードとして動作する。リニアレギユレータ 30がバイパスモードとして動作するとき、トランジスタ Tr2はフルオンし、電池からトランジスタ Tr2を介してバイパスキャパシタ C 2に電流が流れ込み、ある時定数をもってリニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregが上昇する。

[0060] リニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregの上昇にともない、基準電圧源 20が動作を開始する。その結果、時刻 tlに基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdに達し、モード制御信号 MODEがハイレベルからローレベルへと遷移する。時刻 tl以降、リニアレギユレータ 30はレギュレーションモードに移行し、基準電圧 Vrefに基づ、た電圧生成を行う。

[0061] 本実施の形態に係る電源装置 100によれば、基準電圧 Vrefを生成する基準電圧源 20の電源を、その基準電圧 Vrefにもとづき電圧安定化するリニアレギユレータ 30 の出力電圧 Vregとしている。その結果、スイッチングレギユレータにおいて発生するスイッチングノイズ力電池電圧 Vbatに重畳された場合においても、ノイズ成分の小さな安定した基準電圧 Vrefを生成することができ、さらにリニアレギユレータ 30の出力電圧 Vregをも安定ィ匕することができる。

[0062] また、本実施の形態に係る電源装置 100においては、リニアレギユレータ 30を、レギユレーシヨンモードと、バイパスモードと、を切り替え可能に構成する。さらに、リニアレギユレータ 30は、基準電圧源 20により生成される基準電圧 Vrefが所定の電圧値 V pdに達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 V pdを上回ると、レギュレーションモードで動作する。これによつて、起動時において、基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdより低いときには、リニアレギユレータ 30が電池電圧 Vbatをそのまま出力するため、基準電圧源 20には、電池電圧 Vbatが供給される。基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdを超えると、基準電圧源 20には、電源電圧としてリニアレギユレータ 30により安定化された電圧 Vregが供給される。その結果、基準電圧源 20を含む電源装置 100を好適に起動することができる。

[0063] また、リニアレギユレータ 30に、スィッチ SW1を設け、バイパスモード時において、スィッチ回路を用いてトランジスタ Tr2をフルオンさせることにより、リニアレギユレータ 30から、入力電圧である電池電圧 Vbatをそのまま出力することができる。

[0064] また、本実施の形態にお!、て、基準電圧源 20は、自らが生成する基準電圧 Vrefが所定の電圧値 Vpdに達すると、所定レベル（ローレベル）となるモード制御信号 MO DEを出力する。リニアレギユレータ 30は、基準電圧源 20から出力されるモード制御信号 MODEにもとづき、レギュレーションモード、バイパスモードを切り換える。その結果、リニアレギユレータ 30は、基準電圧 Vrefが所定値（1. 2V)に達する前には、バイパスモードとして電池電圧 Vbatをそのまま出力し、所定の電圧値 Vpdに達した後は、レギュレーションモードに移行して、安定した基準電圧 Vrefにもとづいて、電池電圧 Vbatを安定ィ匕することができる。

[0065] 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。

[0066] 実施の形態では、基準電圧源 20およびリニアレギユレータ 30を、トランスを用いた昇圧型のスイッチングレギユレータを備える電源装置に適用する場合について説明したがこれには限定されない。たとえば、スイッチングレギユレータはインダクタを用いる非絶縁型であってもよいし、あるいは降圧型、昇降圧型であってもよい。さらに、スイツチングレギユレータに替えて、チャージポンプ回路などのスイッチング電源であつてもよい。

[0067] 実施の形態において、図 3で説明したリニアレギユレータ 30の構成は一例にすぎず、さまざまな形式のリニアレギユレータを用いることができる。図 3では、スィッチ SW1 をトランジスタ Tr2のゲートと接地間に設け、トランジスタ Tr2をフルオンさせることにより、バイパスモードを実現した力これに限定されることはなぐトランジスタ Tr2をフルオンさせるスィッチ回路であれば、他の回路形式であってもよい。さらに、図 3では、バイパスモードにぉ、て、トランジスタ Tr2自体をフルオンさせて入力電圧である電池電圧 Vbatをそのまま出力する構成とした力これには限定されず、ノィパスモードにおいてフルオンするバイパス用のトランジスタを、トランジスタ Tr2と並列に設けてもよい。

[0068] また、図 4で説明した基準電圧源 20の構成は一例にすぎず、さまざまな形式のバンドギャップレギユレータ回路等の定電圧源を用いることができる。

[0069] 実施の形態では、リニアレギユレータ 30のレギュレーションモード、バイパスモードを切り換えるモード制御信号 MODEを、基準電圧源 20におヽて生成する場合について説明したが、これには限定されない。モード制御信号 MODEは、他の回路プロックにお、て別途生成してもよ!/、。

[0070] 実施の形態では、制御回路 110を 1つの半導体基板上に一体集積ィ匕する場合について説明したが、これには限定されず、その一部をチップ部品やディスクリート素子を用いて構成してもよいし、あるいは複数の半導体基板上に集積ィ匕してもよい。これらの回路構成は、回路に要求される仕様に応じて適宜設計すればよい。

[0071] 実施の形態で用いたトランジスタは、バイポーラトランジスタ、 MOSFETの置換が可能であることはいうまでもなぐさらに NPN型と PNP型、あるいは Nチャンネルと P チャンネルの置換も可能である。

[0072] 本発明は、実施の形態で説明した電源装置の他にも、基準電圧源 20およびリニアレギユレータ 30を備えるさまざまな半導体装置に用いることができる。この場合、本発明は、以下の態様として把握することができる。すなわち、この態様において、半導体装置は、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧 Vinを安定化するリニアレギユレータと、を備える。さらに、リニアレギユレータの出力電圧は、基準電圧源の電源電圧として供給される。

[0073] この態様においても、上述の実施の形態で説明したものと同様に、ノイズ成分を低減した基準電圧を生成することができる。たとえば、この態様の半導体装置は、ノイズが発生する回路に好適に使用することができ、たとえば、モータドライバ回路などを挙げることができる。

[0074] 実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

産業上の利用可能性

[0075] 本発明は、電子回路に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 外部力与えられる入力電圧を安定ィ匕するスイッチング電源と、

所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、

前記基準電圧源により生成される前記基準電圧にもとづき、前記入力電圧を安定化するリニアレギユレータと、

を備え、

前記リニアレギユレータの出力電圧を、前記スイッチング電源の制御部および前記基準電圧源の電源電圧として供給することを特徴とする電源装置。

[2] 前記リニアレギユレータは、前記基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、前記基準電圧とは無関係に、前記入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成され、

当該リニアレギユレータは、本電源装置の起動時において、前記基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、前記基準電圧が前記所定の電圧値を上回ると、レギュレーションモードで動作することを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。

[3] 前記リニアレギユレータは、

前記リニアレギユレータの出力電圧に応じた帰還電圧および前記基準電圧が入力された演算増幅器と、

制御端子に前記演算増幅器力出力される誤差電圧が入力され、一端に前記入力電圧が印加され、他端から前記出力電圧を出力するトランジスタと、

前記ノィパスモードにぉ、て、前記トランジスタの制御端子の電位を変化せしめて、前記トランジスタを強制的にオンさせるスィッチ回路と、

を備えることを特徴とする請求項 2に記載の電源装置。

[4] 前記スィッチ回路は、

前記トランジスタの制御端子および電位の固定された端子間に設けられ、前記バイパスモードにおいてオンするスィッチを含むことを特徴とする請求項 3に記載の電源装置。

[5] 前記基準電圧源は、自らが生成する前記基準電圧が所定の電圧値に達すると、所定レベルとなるモード制御信号を出力し、

前記リニアレギユレータは、前記基準電圧源から出力される前記モード制御信号が前記所定レベルとなると、レギュレーションモードに移行することを特徴とする請求項

2に記載の電源装置。

[6] 前記基準電圧源は、

前記基準電圧が所定の電圧値に達するとオンするトランジスタに流れる電流にもとづき前記モード制御信号を生成することを特徴とする請求項 5に記載の電源装置。

[7] 前記基準電圧源と、

前記リニアレギユレータと、

前記スイッチング電源の制御部と、

を 1つの半導体基板上に一体集積化したことを特徴とする請求項 1から 6のいずれかに記載の電源装置。

[8] 前記スイッチング電源は、前記入力電圧を昇圧する昇圧型のスイッチングレギユレータであることを特徴とする請求項 1から 6のいずれかに記載の電源装置。

[9] 電池と、

負荷回路と、

前記電池の電圧を入力電圧とし、これを昇圧して前記負荷回路に供給する請求項 8に記載の電源装置と、

を備えることを特徴とする電子機器。

[10] 撮像部をさらに備え、

前記負荷回路は、前記撮像部による撮像の際にフラッシュとして動作するキセノンチューブを含むことを特徴とする請求項 9に記載の電子機器。

[11] 所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、

前記基準電圧源により生成される前記基準電圧にもとづき、入力電圧を安定化するリニアレギユレータと、

を備え、

前記リニアレギユレータの出力電圧を、前記基準電圧源の電源電圧として供給することを特徴とする半導体装置。前記リニアレギユレータは、前記基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、前記基準電圧とは無関係に、前記入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成され、

当該リニアレギユレータは、本半導体装置の起動時において、前記基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、前記基準電圧が前記所定の電圧値を上回ると、レギュレーションモードで動作することを特徴とする請求項 1 1に記載の半導体装置。