JP2008048547A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽負荷時の自己の消費電流の低減化を図り、全体として電力の変換効率を向上してチップサイズを小さくした電源装置を提供する。
【解決手段】 直流電源８から供給された入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチングレギュレータに、面積のさほど大きくない誤差増幅器９及びスイッチ部５を追加した構成とすることにより、チップ面積の増大を抑制しながら、スイッチ部５の切り換えだけで簡易にスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを選択可能な回路が実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軽負荷時において消費電流が少なく、全体として電力効率の良い電源装置に関するものである。

従来、電源装置としてＤＣ／ＤＣコンバータなどが知られている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧を所定の出力電圧に変換するものであり、コンデンサの充放電を利用するチャージポンプ方式と、入力電圧をスイッチングし、インダクタを利用するスイッチングレギュレータがある。
入力電圧を効率良く所定の出力電圧に変換するスイッチングレギュレータは、高速でパワートランジスタをスイッチングさせるので自己消費電流は大きいが、電力変換効率が高いため重負荷時には好適である。しかし、軽負荷時には自己消費電流の大きさから、全体としての電力変換効率が低下するという問題がある。
一方、シリーズレギュレータは、自己の消費電流が小さいものの、電力の変換効率が低いという特徴がある。軽負荷時には電力変換の効率の低さはあまり問題にならないので、シリーズレギュレータの自己消費電流の小さい点を考慮し、スイッチングレギュレータにシリーズレギュレータを組合せることにより、重負荷時と軽負荷時の双方で使用する場合に全体として電力の変換効率の向上をはかることができる。

特許文献１には、従来技術の電源装置が開示されている。この電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータとシリーズレギュレータとが、各々の出力端を並列にして接続されており、それらを負荷電流を考慮したモード指令信号に基づいて選択的に動作させる装置である。
特開２００５−１９８４８４号公報

従来のスイッチングレギュレータにＬＤＯ(Low Dropout Regulator) などのシリーズレギュレータを組合せた電源装置は、重負荷時と軽負荷時の双方で使用する場合に全体として電力の変換効率の向上が図れるという作用効果が認められる。しかしながら、スイッチングレギュレータ及びシリーズレギュレータを別個に設けているため、チップサイズの拡大につながるという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑み、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図ると共に全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置を提供する。

本発明の電源装置の一態様は、入力電圧を第１のトランジスタ及び第２のトランジスタをスイッチングすることにより出力するスイッチング部と、前記スイッチング部のスイッチングによって供給される電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する平滑部と、前記出力電圧を分圧する分圧部と、前記分圧部から生成される分圧電圧と基準電圧との差信号を増幅する第１の誤差増幅器及び第２の誤差増幅器と前記第１の誤差増幅器により増幅された前記差信号を参照電圧信号と比較して前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのオンオフを制御する信号を出力するコンパレータとを備えた制御部と、前記第２の誤差増幅器及び前記コンパレータからの信号を選択的に前記スイッチング部に供給するスイッチ部とを具備し、前記スイッチ部を切り替えることにより、第２の誤差増幅器からの信号が前記スイッチング部の前記第１のトランジスタに供給されるときはシリーズレギュレータとして動作し、前記コンパレータからの信号が前記スイッチング部の前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタに供給されるときはスイッチングレギュレータとして動作することを特徴としている。

負荷が大きな場合には前記スイッチングレギュレータとして動作し、前記負荷が小さな場合には前記シリーズレギュレータとして動作するようにしても良い。前記第１のトランジスタは、ＰＭＯＳトランジスタであり、前記第２のトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタであるようにしても良い。

本発明は、スイッチングレギュレータに誤差増幅器及びアナログスイッチを追加するだけでスイッチングレギュレータ／シリーズレギュレータ切替回路が容易に実現出来る。追加する誤差増幅器はそれ程大きくなく、面積の大きなＰＭＯＳトランジスタをスイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにおいても使用可能としたので、従来のスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを組合せた電源装置よりチップサイズを小さくすることが可能になる。

本発明は、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図ると共に全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置を提供する。スイッチングレギュレータに誤差増幅器及びアナログスイッチを追加するだけでスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータを切り替え可能な電源装置が実現出来る。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

図１を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例の電源装置の回路図である。この実施例の電源装置は、入力電圧を第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２をスイッチングすることにより出力するスイッチング部１と、前記スイッチング部１のスイッチングによって供給される電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する平滑部３と、前記出力電圧を分圧する分圧部４と、前記分圧部４から生成される分圧電圧を基準電圧に基づいて調整する制御部２と、前記制御部２からの信号を選択的に前記スイッチング部１に供給するスイッチ部５（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）とを備えている。

制御部２は、分圧部４から生成される分圧電圧を基準電圧と比較し、その差信号を増幅する誤差増幅器２１及び誤差増幅器９と、誤差増幅器２１により増幅された差信号を、直流電源８からスイッチング部１に供給される電流のモニタ信号や、任意の三角波等の参照電圧信号と比較し、第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２のオンオフを制御する信号を出力するコンパレータ２２とを備えている。

誤差増幅器２１は、基準電圧（ＶＲＥＦ）を入力する非反転入力端子及び分圧部４からの分圧電圧を入力する反転入力端子を有し、分圧電圧と基準電圧（ＶＲＥＦ）との差信号を増幅し、この増幅した信号をコンパレータ２２に供給する。コンパレータ２２は、誤差増幅器２１の出力信号を入力する反転入力端子及びスイッチング部１に供給される電流のモニタ信号や、任意の三角波等の参照電圧信号を入力する非反転入力端子を有し、誤差増幅器２１の出力信号と参照電圧信号とを比較して第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２をオンオフ制御する信号を出力する。平滑部３は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とからなり、スイッチング部１のスイッチングによって供給されるスイッチング電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する。分圧部４は、分圧抵抗Ｒ１及びＲ２から構成され、出力電圧を分圧し、分圧された電圧を誤差増幅器２１に入力する。

第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２は、それぞれＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタからなり、コンパレータ２２から供給される信号にしたがってオンオフ制御される。第１のトランジスタＱ１のソースは、直流電源８に接続され、ゲートは、コンパレータ２２の出力端にスイッチＳＷ２を介して接続され、ドレインは、第２のトランジスタＱ２のドレインに接続されている。第２のトランジスタＱ２のゲートは、コンパレータ２２の出力端にスイッチＳＷ３を介して接続され、ソースは、接地（ＧＮＤ）されている。

平滑部３のインダクタＬ１の一端は、第１のトランジスタＱ１のドレイン及び第２のトランジスタＱ２のドレインに接続され、他端は、コンデンサＣ１の一端に接続され、コンデンサＣ１の他端は、接地されている。分圧部４の分圧抵抗Ｒ１は、一端がインダクタＬ１の他端に接続され、他端が分圧抵抗Ｒ２の一端に接続され、分圧抵抗Ｒ２の他端が接地（ＧＮＤ）されている。

この実施例における電源装置は、前記スイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器９及びアナログスイッチからなるスイッチ部５を追加するだけでスイッチングレギュレータのみならずシリーズレギュレータとしても動作させることができる。シリーズレギュレータ（ＬＤＯ）として動作させる場合、スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタに用いられる第１のトランジスタＱ１をシリーズレギュレータの出力電圧制御用トランジスタとして共用する。

また、スイッチングレギュレータにおいて、出力端子６と接地（ＧＮＤ）間に接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２（分圧抵抗）からなる分圧部４もシリーズレギュレータに共用する。誤差増幅器９は、出力電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した分圧電圧を基準電圧（ＶＲＥＦ）と比較し、その比較に応じた出力電圧を第１のトランジスタＱ１のゲートに印加し、このゲートの制御を行うことにより所定の出力電圧が得られる。誤差増幅器９の出力端と第１のトランジスタＱ１のゲートとの間にスイッチＳＷ１が挿入されている。

また、この電源装置は、負荷が大きな場合にはスイッチングレギュレータとして動作し、前記負荷が小さな場合にはシリーズレギュレータとして動作するように構成されている。この動作を切り替えるために、スイッチ部５が用いられる。スイッチ部５は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３から構成され、制御部２とスイッチング部１との間に設けられる。スイッチングレギュレータとして動作する場合は、スイッチＳＷ１をオフにして、誤差増幅器９の出力端と第１のトランジスタＱ１のゲートとを切り離し、スイッチＳＷ２、ＳＷ３をオンにして第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２の各ゲートとコンパレータ２２の出力端とを接続する。シリーズレギュレータとして動作する場合は、スイッチＳＷ１をオンにして、誤差増幅器９の出力端と第１のトランジスタＱ１のゲートとを接続し、スイッチＳＷ２、ＳＷ３をオフにして第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスタＱ２の各ゲートとコンパレータ２２の出力端とを切り離す。

スイッチ部５は、例えば、負荷モニタ回路（図示しない）等によって負荷をモニタし、そのモニタ信号に基づいて制御される。
このように、この実施例においてはスイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器９及びスイッチ部５を追加し、面積の大きな第１のトランジスタを、スイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにも使用可能としたので、半導体チップの面積を従来のものと比較して十分小さくすることができる。

本発明は、軽負荷時における自己の消費電流の低減化を図るとともに全体として電力の変換効率が向上し、チップサイズを小さくした電源装置である。
誤差増幅器９及びアナログスイッチ５を追加することによって、従来より面積の小さいスイッチングレギュレータとシリーズレギュレータの切替回路を実現する（図１参照）。実施例１では軽負荷時にはシリーズレギュレータとして動作させ、負荷が大きい場合にはスイッチングレギュレータとして動作させるようにスイッチを操作し、その切り替えは、負荷モニタ回路に基づいて行っているが、この実施例では、外部制御信号によりスイッチを切り替えることによって、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータの動作切り替えを任意に行うことが可能である。

第１のトランジスタＱ１は、第１の実施例ではＰＭＯＳトランジスタであるが、この実施例ではｐｎｐバイポーラトランジスタを用いる事ができる。
このように、この実施例においても、スイッチングレギュレータに面積をさほど要しない誤差増幅器９及びスイッチ部５を追加し、面積の大きな第１のトランジスタＱ１を、スイッチングレギュレータ使用時及びシリーズレギュレータ使用時のいずれにも使用可能としたので、半導体チップの面積を従来のものと比較して十分小さくすることができる。

本発明の一実施例である電源装置の回路図。

符号の説明

１・・・スイッチング部 ２・・・制御部 ３・・・平滑部
４・・・分圧部 ５・・・スイッチ部 ６・・・出力端子
８・・・直流電源 ９・・・誤差増幅器
２１・・・誤差増幅器 ２２・・・コンパレータ

Claims (3)

1. 入力電圧を第１のトランジスタ及び第２のトランジスタをスイッチングすることにより出力するスイッチング部と、前記スイッチング部のスイッチングによって供給される電圧を平滑化することにより出力電圧を生成する平滑部と、前記出力電圧を分圧する分圧部と、前記分圧部から生成される分圧電圧と基準電圧との差信号を増幅する第１の誤差増幅器及び第２の誤差増幅器と前記第１の誤差増幅器により増幅された前記差信号を参照電圧信号と比較して前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのオンオフを制御する信号を出力するコンパレータとを備えた制御部と、前記第２の誤差増幅器及び前記コンパレータからの信号を選択的に前記スイッチング部に供給するスイッチ部とを具備し、前記スイッチ部を切り替えることにより、前記第２の誤差増幅器からの信号が前記スイッチング部の前記第１のトランジスタに供給されるときはシリーズレギュレータとして動作し、前記コンパレータからの信号が前記スイッチング部の前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに供給されるときはスイッチングレギュレータとして動作することを特徴とする電源装置。
2. 負荷が大きな場合には前記スイッチングレギュレータとして動作し、前記負荷が小さな場合には前記シリーズレギュレータとして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. 前記第１のトランジスタは、ＰＭＯＳトランジスタであり、前記第２のトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
   
   
   

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