JP2011229194A - スイッチング電源、電子回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、これらの問題に鑑みて、負荷回路の必要性に応じて、電力損失と応答特性のバランスを適切に実現するスイッチング電源および電子回路を提供する。
【解決手段】本発明のスイッチング電源１は、負荷回路２に第１経路３を介して電流を供給する電源４と、第１経路３の短絡と開放を制御するスイッチ５と、スイッチ５が第１経路３を開放する際に、第２経路６を介して負荷回路２の電流を整流する整流回路７と、を備え、整流回路７は、互いに並列接続されるＭＯＳトランジスタ８とダイオード９を有し、所定の第１条件では、ＭＯＳトランジスタ８が短絡状態となって負荷回路２を整流し、所定の第２条件では、ＭＯＳトランジスタ８開放状態となってダイオード９が負荷回路２を整流する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷回路に供給される電流を、高速および低速の応答特性を切り替えながら整流できる整流機能を有するスイッチング電源および電子回路に関するものである。

従来、電源から負荷回路に電力を供給する（電圧や電流を供給する）スイッチング電源や電力供給回路などの電力供給装置が、電子回路や電子機器において用いられている。このような電力供給装置は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータなどの装置として実現されることがある。

近年の電子機器は、負荷回路が中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）を有し、ＣＰＵがソフトウェアプログラムを動作させる構成を有していることが多い。このような負荷回路では、動作させるソフトウェアプログラムの種類やプロセスの種類によって、負荷回路に供給されている電流が整流される際の応答特性が異なりうる。

例えば、ソフトウェアプログラムの処理負荷が大きい場合には、整流においては高速な応答特性が必要とされ、ソフトウェアプログラムの処理負荷が小さい場合には、整流においては高速な応答特性は必要とされない。

一方で、整流回路としては、ダイオードを用いたものやＭＯＳトランジスタを用いたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
特開平４−４９８４４号公報

特許文献１に開示されるＤＣ−ＤＣコンバータは、ダイオードを用いた整流回路では、電力損失が大きくなることを考慮して、ダイオードの代わりにＭＯＳトランジスタを用いた整流回路を備えている。

しかしながら、ダイオードの代わりにＭＯＳトランジスタを用いた整流回路は、電力損失を低減できる代わりに応答特性が悪くなる問題を引き起こす。一方で、ダイオードを用いた整流回路は、電力損失を大きくさせる問題を引き起こす。

このように、従来の技術におけるスイッチング電源では、電力損失と応答特性とのバランスを実現できなかった。

本発明は、これらの問題に鑑みて、負荷回路の必要性に応じて、電力損失と応答特性のバランスを適切に実現するスイッチング電源および電子回路を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明のスイッチング電源は、負荷回路に第１経路を介して電流を供給する電源と、第１経路の短絡と開放を制御するスイッチと、スイッチが第１経路を開放する際に、第２経路を介して負荷回路の電流を整流する整流回路と、を備え、整流回路は、互いに並列接続されたＭＯＳトランジスタとダイオードを有し、所定の第１条件では、ＭＯＳトランジスタが短絡状態となって負荷回路を整流し、所定の第２条件では、ＭＯＳトランジスタ開放状態となってダイオードが負荷回路を整流する。

本発明のスイッチング電源は、負荷回路が電力損失低減よりも応答特性を優先する場合には、応答特性を優先する経路を形成でき、応答特性よりも電力損失低減を優先する場合には、電力損失低減を優先する経路を形成できる。

また、回路規模の増大もなく、容易かつ簡便な構成で、スイッチング電源が実現できる。 特に、負荷回路がソフトウェアプログラムを動作させる場合には、整流に対する要求は頻繁に変動するので、この変動に追随して、電力損失低減と応答特性との優先度を切り替えながら、スイッチング電源は、負荷回路の電流を整流できる。

本発明の第１の発明に係るスイッチング電源は、負荷回路に第１経路を介して電流を供給する電源と、第１経路の短絡と開放を制御するスイッチと、スイッチが第１経路を開放する際に、第２経路を介して負荷回路の電流を整流する整流回路と、を備え、整流回路は、互いに並列接続されたＭＯＳトランジスタとダイオードを有し、所定の第１条件では、ＭＯＳトランジスタが短絡状態となって負荷回路を整流し、所定の第２条件では、ＭＯＳトランジスタ開放状態となってダイオードが負荷回路を整流する
この構成により、負荷回路の整流において高速応答性を必要とする場合と消費電力削減を必要とする場合とのそれぞれに最適に対応した、負荷回路の整流が行われる。

本発明の第２の発明に係るスイッチング電源では、第１の発明に加えて、整流回路の一端は、固定電位を有する固定端子に接続され、他端は、負荷回路に接続され、第１条件では、負荷回路は、ＭＯＳトランジスタを介して、固定端子に接続し、第２条件では、負荷回路は、ダイオードを介して、固定端子に接続する。

本発明の第３の発明に係るスイッチング電源では、第１から第２のいずれかの発明に加えて、整流回路は、負荷回路を固定端子に短絡することで、負荷回路の有する電流値を所定値に変動させる。

これらの構成により、負荷回路の電位が固定端子の電位と平衡状態になるように、整流回路は、負荷回路の電流を整流できる。更に、高速応答性を必要とする場合には、ダイオードを経由する整流が、消費電力削減を必要とする場合には、ＭＯＳトランジスタを経由する整流が行われる。

本発明の第４の発明に係るスイッチング電源では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第１条件および第２条件は、負荷回路の有する電流値の変動に要する変動時間に基づいて定められ、第１条件は、変動時間が所定時間以上でよい場合に設定され、第２条件は、変動時間が所定時間未満の必要がある場合に設定される。

この構成により、負荷回路が高速応答性を要求する場合と消費電力削減を要求する場合とを区別できる。

本発明の第５の発明に係るスイッチング電源では、第４の発明に加えて、第１条件および第２条件のいずれかを設定する設定部を更に備え、設定部は、変動時間が所定時間以上でよい場合に、整流回路に対して第１条件を設定し、変動時間が所定時間未満の必要がある場合に、整流回路に対して第２条件を設定する。

この構成により、負荷回路の整流において、高速応答性を消費電力削減のいずれを優先するのかが、確実に切り分けできる。

本発明の第６の発明に係るスイッチング電源では、第５の発明に加えて、設定部は、負荷回路が動作させるソフトウェアプログラムの動作内容および負荷回路の所要電力の少なくとも一方に基づいて、第１条件と第２条件のいずれかを選択する。

この構成により、負荷回路の動作状態に基づいて第１条件もしくは第２条件とが最適に設定できる。

本発明の第７の発明に係るスイッチング電源では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、固定端子は、接地されている。

この構成により、負荷回路は、接地電圧に対応するまで整流される。

本発明の第８の発明に係るスイッチング電源では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、第２経路は、負荷回路と並列接続されるキャパシタンスと、負荷回路と直列接続されるインダクタンスと、を更に備える。

本発明の第９の発明に係るスイッチング電源は、負荷回路と、負荷回路と並列接続されると共に第１経路を介して電流を供給する電源と、第１経路の短絡と開放を制御するスイッチと、スイッチが第１経路を開放する際に、第２経路を介して負荷回路への電流を整流する整流回路と、を備え、整流回路は、電源および負荷回路と並列接続されていると共にその一端が固定電位を有する固定端子に接続され、その他端が負荷回路に接続され、整流回路は、互いに並列接続されたＭＯＳトランジスタとダイオードを有し、所定の第１条件では、負荷回路は、ＭＯＳトランジスタを介して、固定端子に短絡し、所定の第２条件では、負荷回路は、ダイオードを介して、固定端子に短絡し、第２経路は、負荷回路と並列接続されるキャパシタンスと、負荷回路と直列接続されるインダクタンスと、を有する。

この構成により、負荷回路の整流において高速応答性を必要とする場合と消費電力削減を必要とする場合とのそれぞれに最適に対応した、負荷回路の整流が行われる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

なお、本明細書においてスイッチング電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータや電力供給装置などに適用される、負荷回路への電流や電力の供給を制御する装置、電子回路、半導体集積回路、電子基板などを含む。

（実施の形態１）
まず、全体概要を図１〜図３を用いて説明する。

図１、図２、図３は、本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図であり、図２は、第１経路が導電して電源が負荷回路へ電流を供給する状態を示し、図３は、第２経路が導電して負荷回路の電流を整流する状態を示している。このため、図１では、第１経路と第２経路の両方を図面上に表示し、図２では、第１経路のみを図面上に表示し、図３では、第２経路のみを図面上に表示している。

スイッチング電源１は、負荷回路２に第１経路３を介して電流を供給する電源４と、第１経路３の短絡と開放を制御するスイッチ５と、スイッチ５が第１経路３を開放する際に第２経路６を介して負荷回路２の電流を整流する整流回路７と、を備えている。整流回路７は、更に互いに並列接続されたＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とを有している。整流回路７は、所定の第１条件においては、ＭＯＳトランジスタ８が短絡状態となって負荷回路２の電流を整流する。所定の第２条件においては、整流回路７は、ＭＯＳトランジスタが開放状態となって、ダイオード９が負荷回路２の電流を整流する。

電源４は、家庭用電源やバッテリーであり、通常は負荷回路２の動作に必要な電流を、負荷回路２に供給する。負荷回路２は、この電流を受けて動作する。加えて，スイッチング電源１から負荷回路２に供給する電流は，必要に応じて増加と減少をさせる必要があり、スイッチ５は増加させる際に短絡し，整流回路７は減少させる際に短絡する。電源４が負荷回路２に電流を供給している場合は、スイッチ５が短絡して、電源４と負荷回路２とを第１経路３を介して導電させる。一方、負荷回路２の電流を整流する場合には、スイッチ５が開放されて、第１経路３が遮断される。このため、第２経路６が導電し、固定電位を有する固定端子１０と負荷回路２とが、第２経路６を介して導電される。ここで、固定電位は接地電位であって、固定端子１０は接地端子でもよい。

このように、負荷回路２は、電流の供給を受ける必要性と、電流を整流する必要性のある期間とを含む。電流の供給を受ける期間は、第１経路３が導電して、負荷回路２は電源４からの電流を受ける。電流を整流する期間は、第１経路３が遮断されることで第２経路６が導電して、負荷回路２は、整流される。

ここで、スイッチング電源１では、整流回路７が、互いに並列接続されるＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とを備えている。ＭＯＳトランジスタ８が短絡する場合には、固定端子１０と負荷回路２とがＭＯＳトランジスタ８を経由して導電し、ＭＯＳトランジスタ８が負荷回路２の電流を整流する。一方、ＭＯＳトランジスタ８が開放される場合には、固定端子１０と負荷回路２とがダイオード９を経由して導電し、ダイオード９が負荷回路２の電流を整流する。

ＭＯＳトランジスタ８を介した整流では、負荷回路２の有する電流値が所定値になるまでに要する変動時間は長い。

これに対して、ダイオード９を介した整流では、負荷回路２の有する電流値が所定値になるまでに要する変動時間は、ＭＯＳトランジスタ８での場合よりも短い。

スイッチング電源１は、ＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とを使い分けできる整流回路７を備えているので、スイッチング電源１は、長時間での整流と短時間での整流とを必要に応じて使い分けできる。すなわち、スイッチング電源１は、長時間の応答特性を有する整流と、短時間の応答特性を有する整流とを、使い分けることができる。

ここで、ＭＯＳトランジスタ８を介した整流では、応答特性は長いが、電力損失が小さい特性がある。一方、ダイオード９を介した整流では、応答特性は短いが、電力損失が大きい特性がある。例えば、負荷回路２での動作内容によっては、応答特性を優先したい場合と、電力損失の低減を優先したい場合とがある。消費電力削減と性能向上が要求される電子機器においては、整流における特性が使い分けられることが好適である。

実施の形態１のスイッチング電源１は、電子機器の消費電力削減と性能向上とを両立させることができる。

（負荷回路への電流供給）
図２を用いて、負荷回路２への電流供給について説明する。

図２は、第１経路３が導電して、電源４が負荷回路２に電流を供給している状態を示している。図２では、スイッチ５が短絡しており、第１経路３が導電している。第１経路３の途中から整流回路７を介して固定端子１０につながる線路では、ＭＯＳトランジスタ８が開放されている限りは、ダイオード９の導電方向が逆であるので、電源４からの電流は、整流回路７を通って固定端子１０には流れない。このため、電源４は、第１経路３を介して、負荷回路２に電流を供給できる。

図２に示されるとおり、スイッチ５が短絡している期間は、電源４は、負荷回路４へ電流を供給する。なお、このとき図２に示されるとおり、スイッチング電源１は、負荷回路２に入力する信号を平滑化できるキャパシタンス１１とインダクタンス１２を備えている。

キャパシタンス１１は、負荷回路２に対して並列に接続され、インダクタンス１２は、負荷回路２に対して直列に接続される。このように接続されるキャパシタンス１１とインダクタンス１２により、負荷回路２に入力される信号が平滑化されると共にスイッチング電源１から負荷回路２に送られる電流をリニアに増加あるいは減少させることができる。

（負荷回路の整流）
図３を用いて、負荷回路２の整流について説明する。

図３は、第１経路３が遮断され、第２経路６が導電して、負荷回路２の電流が整流されている状態を示している。図２では、スイッチ５が開放されており、第１経路３が遮断されている。この結果、ＭＯＳトランジスタ８もしくはダイオード９のいずれかが必ず固定端子１０と負荷回路２との間を導電するので、固定端子１０から負荷回路２にかけての線路である第２経路６が導電する。このため、負荷回路２が有する電流は、固定端子１０の有する所定電位に基づいて整流される。

図３に示されるとおり、スイッチ５が開放されると、第２経路６が導電する。この結果、整流回路７、第２経路６、負荷回路２、固定端子１０により形成される線路が導電し、負荷回路２の有する電流が、固定端子１０の電位を基準に整流される。

ここで、上述の通り、負荷回路２と並列接続されるキャパシタンス１１と、負荷回路２と直列接続されるインダクタンス１２とが備わっていることで、整流回路７は、リニアに整流できる。

なお、整流回路７は、ＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とを整流において使い分けることができるので、応答特性と電力損失の特性が異なる経路で整流を実現できる。

各部の詳細についても説明する。

（スイッチ）
ここで、スイッチ５は、種々の形態によるスイッチで良いが、ＭＯＳトランジスタＳｍで構成されることも好適である。

ＭＯＳトランジスタは、ゲート端子への入力の値によってその短絡と開放（ＯＮとＯＦＦ）が容易に決定される。例えば、ＭＯＳトランジスタＳｍがＰ−ＭＯＳトランジスタである場合には、ゲート端子にＬｏレベル信号（所定の閾値よりも低い電圧の信号であって、論理値が値「０」となる信号）が入力すると、ＭＯＳトランジスタＳｍは短絡して、第１経路３を導電する。逆に、ゲート端子にＨｉレベル信号（所定の閾値よりも高い電圧の信号であって、論理値が値「１」である信号）が入力すると、ＭＯＳトランジスタＳｍは開放されて、第１経路３が遮断される。

またＭＯＳトランジスタＳｍがＮ−ＭＯＳトランジスタである場合には、ゲート端子にＬｏレベル信号が入力すると、ＭＯＳトランジスタＳｍは開放されて、第１経路３が遮断される。逆にゲート端子にＨｉレベル信号が入力すると、ＭＯＳトランジスタＳｍは短絡して、第１経路３が導電する。ＭＯＳトランジスタのスイッチング特性は非常に高速であり、消費電力も小さい。このため、導電と遮断を切り替えるスイッチ５として、ＭＯＳトランジスタが用いられることは好適である。

なお、スイッチ５は、ＭＯＳトランジスタ以外であっても、導電スイッチ、機械スイッチなど様々な態様のスイッチが用いられればよい。

（第１経路）
第１経路３は、電源４から負荷回路２までを直接結ぶ経路である。図１〜図３に示される電子回路では、第１経路３は、電源４から負荷回路２までを結び、外周部分の線路である。図においては、単純化された電子回路が示されているので、第１経路３においては、インダクタンス１２しか存在しないが、回路構成によって、第１経路３において様々な回路素子が存在しても良い。

第１経路３は、上述の通り、スイッチ５によってその導電と遮断とが切り替えられる。

（負荷回路）
負荷回路２は、所定の動作を行う回路である。所定の動作を行う際に、電源４からの電流の供給を受けると共に、有している電流を放電あるいは充電する整流を必要とする。

負荷回路２は、例えばＣＰＵやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのプロセッサや、所定の演算を行う電子回路や半導体集積回路を含む。これらの負荷回路は、所定の動作を行うが、プログラムを動作させる場合などは、プログラムの内容によっては整流時に、応答特性を優先するのか電力損失の低減を優先するのかが変化する。このため、負荷回路２は、ある場合には応答特性の早い整流を要求し、別の場合には電力損失の小さい（すなわち応答特性は遅くても良い）整流を要求する。

（第２経路）
第２経路６は、整流時に負荷回路２と固定端子１０とを導電する経路である。固定端子１０、整流回路７、負荷回路２が接続されて導電されるので、インダクタンス１２の働きによって、スイッチング電源１から負荷回路２へ供給される電流がリニアに減少される。第２経路６は、スイッチ５が開放されることで導電する。すなわち、スイッチ５の切り替えによって第１経路２の導電状態から第２経路６の導電状態に変化する。

（固定端子）
固定端子１０は、整流回路７の一端と接続され、固定電位を有する。固定端子１０の他端は、負荷回路２と接続され、第２経路６が導電する場合には、整流回路７を介して、負荷回路２と接続される。整流回路７は、固定端子１０と負荷回路２とが導電することで、スイッチング電源１から負荷回路２へ供給される電流を固定端子１０の固定電位に合わせて減少させる。この結果、整流回路７は、負荷回路２の有する電流値を固定電位にあわせた所定値に変動させる。

（整流回路）
整流回路７は、負荷回路２が有する電流を整流する。

整流回路７は、互いに並列接続されるＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とを有し、ＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とが並列接続であることで、ＭＯＳトランジスタ８とダイオード９とは同時には導電せず、入れ替わりに導電する。

整流回路７は、スイッチ５が開放されて第２経路６が導電している状態で、ＭＯＳトランジスタ８もしくはダイオード９を使い分けて、負荷回路２の有する電流を整流する。第経路６が導電している場合には、ＭＯＳトランジスタ８もしくはダイオード９が、負荷回路２の電流を整流する。つまり、整流回路７による整流は、２通りのパスを有する。

次に、図４〜図７を用いて、スイッチング電源１から負荷回路２に供給する電流を減少させる動作について説明する。

（図４に示されるＭＯＳトランジスタによる整流）
図４は、本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図である。図４は、整流回路７が、ＭＯＳトランジスタ８を介して負荷回路２の電流を整流する態様を示している。ＭＯＳトランジスタ８は、ゲート端子への入力信号によって短絡と開放が切り替えられる。

ＭＯＳトランジスタ８がＰ−ＭＯＳトランジスタの場合には、ゲート端子にＬｏレベル信号が入力するとＭＯＳトランジスタ８は短絡する。逆に、ゲート端子にＨｉレベル信号が入力するとＭＯＳトランジスタ８は開放される。ＭＯＳトランジスタ８がＮ−ＭＯＳトランジスタの場合には、ゲート端子にＬｏレベル信号が入力するとＭＯＳトランジスタ８は開放される。ゲート端子にＨｉレベル信号が入力するＭＯＳトランジスタ８は短絡する。

ＭＯＳトランジスタ８が短絡すると、第２経路６のうち、固定端子１０と負荷回路２とが、ＭＯＳトランジスタ８を経由して接続される第１整流経路６ａが接続される。第１整流経路６ａは、ＭＯＳトランジスタ８を経由している経路なので、ＭＯＳトランジスタ８が短絡している限りは、ＭＯＳトランジスタ８は負荷回路２に対する逆の電位を有さない。例えば、固定端子１０が接地接続されている場合で、負荷回路２の電位差がＶｏである場合には、第１整流経路６ａにあるインダクタンス１２を流れるインダクタ電流ｉＬは、このＶｏを基準に変化するので、インダクタ電流ｉＬの値の変化は、（数１）に表されるように、インダクタンスの値「Ｌ」と電位差「Ｖｏ」によって定まる。

図５において，グラフの上段には、負荷回路２を流れる負荷電流が示されており、下段には、インダクタンス１２を流れるインダクタ電流ｉＬが示されている。負荷電流が減少した場合，ＭＯＳトランジスタ８が短絡し、固定端子１０が接地接続されるため，（数１）の傾きでインダクタンス１２の電流が減少する。ここで、インダクタ電流ｉＬが最大値から値「０」まで変化する時間を「Ｔ１」とすると、時間Ｔ１は、後述の時間Ｔ２よりも長い。

図５のグラフからも明らかな通り、インダクタ電流ｉＬが値「０」になるには、比較的長時間を必要とする。しかしながら、ＭＯＳトランジスタ８を経由した放電であるので、放電時に余分な負荷がかからず、電力損失が少ない。

負荷回路２での動作負荷が小さい場合、例えば負荷回路２がソフトウェアプログラムを動作させる場合に、ソフトウェアプログラムがデータ保存のような軽い処理を行う場合には、整流における高速応答性は必要とされない。一方で、電力損失を減少させることで、スイッチング電源１の消費電力が削減できる。当然ながら、スイッチング電源１を備える電子機器の消費電力も削減できる。

このように、負荷回路２が高速応答性よりも電力削減を求める動作を行っている場合には、整流回路７は、ＭＯＳトランジスタ８を経由する第１整流経路６ａを選択して、負荷回路２の電流を整流する。

（図６に示されるダイオードを経由した整流）
次に、図６、図７を用いて、ダイオード９を経由した整流について説明する。

図６は、本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図であり、図７は、数２を示すグラフである。図６は、整流回路７がＭＯＳトランジスタ８を開放して、ダイオード９を経由した整流を行う状態を示している。

ＭＯＳトランジスタ８が開放されると、固定端子１０と負荷回路２とは、ダイオード９を介して導電される。すなわち、ダイオード９を経由して、負荷回路２の電流が放電もしくは充電される。このため、整流回路７がダイオード９を介した整流を行う場合には、固定端子１０、ダイオード９および負荷回路２を導電する第２整流経路６ｂが導電する。

固定端子１０が接地に接続されているとすると、負荷回路２の有する電位は、Ｖｏであって、負荷回路２の整流では、キャパシタンス１１の電荷が、電位Ｖｏから接地電位に近づくように放電される。

ここで、第２整流経路６ｂでは、ダイオード９が存在する。ダイオード９は、逆方向電位Ｖｆを有するので、インダクタ電流ｉＬの値の変化は、（数２）に表されるように、負荷回路２が有する電位ＶｏとＶｆを足し合わせた電圧とインダクタンス１２のインダクタンスの値「Ｌ」によって定まる。

図７のグラフからも明らかな通り、インダクタ電流ｉＬは、電位Ｖｏとダイオード電位Ｖｆとを足し合わせた電圧によって減少するため、インダクタ電流ｉＬが値「０」になるまでの時間Ｔ２は、第１整流経路６ａでの時間Ｔ１よりも短い。

負荷回路２が高速応答性を要求する場合には、整流回路７は、ダイオード９を経由する第２整流経路６ｂを選択して整流する。この場合には、整流回路７は、時間Ｔ１よりも短い時間Ｔ２によって整流できる。しかしながら、ダイオードに９における電力損失が発生するので、スイッチング電源１の消費電力や損失の面でデメリットが生じる。このため、負荷回路２が電力損失よりも高速応答性を要求する場合に、第２整流経路６ｂが選択される。

負荷回路２の消費電流が急速に変化した場合、例えば負荷回路２がソフトウェアプログラムを動作させている場合に、画像圧縮や音声再生などのような重たい処理を終了した場合には、高速応答性が優先され、スイッチング電源１から負荷回路２に供給される電流を高速に減少させる必要がある。

このように、負荷回路２が電力削減よりも高速応答性を優先する動作を行っている場合には、整流回路７は、ダイオード９を経由する第２整流経路６ｂを選択して、インダクタ電流ｉＬを高速に減少させる。

なお、整流回路７が第１整流経路６ａと第２整流経路６ｂとのいずれかを選択する際の基準を、第１条件と第２条件とする。第１条件の場合には、ＭＯＳトランジスタ８を経由する第１整流経路６ａが選択され、第２条件の場合にはダイオード９を経由する第２整流経路６ｂが選択される。なお、第１整流経路６ａと第２整流経路６ｂとのいずれかを選択するのは整流回路７でもよいし、これ以外に設けられる別の要素（例えば制御部）でもよい。

なお、スイッチの短絡とはスイッチのＯＮと同意義であり、スイッチの開放とはスイッチのＯＦＦと同意義である。

このように、整流回路７が第１整流経路６ａを選択して整流する場合には、電力損失の削減を優先する整流が行われ、第２整流回路６ｂを選択して整流する場合には、高速応答性を優先する整流が行われる。整流回路７は、負荷回路２の動作や処理内容に適切に対応しつつ、整流動作を実現できる。このため、実施の形態１におけるスイッチング電源１は、負荷回路２の状態に応じた整流を実現でき、高速応答性と消費電力削減を切り分けできる。特に、スイッチング電源１が組み込まれる電子機器がバッテリーなどで動作するモバイル機器である場合は、スイッチング電源１の高速応答性と消費電力削減との切り分けとが有効である。

なお、整流回路７は、電源４および負荷回路２に対して並列接続されている。整流回路７の一端は、固定電位（例えば接地電位）を有する固定端子１０に接続されており、他端は、並列接続される負荷回路２に接続されている。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、整流経路を決定する条件である第１条件と第２条件を設定する設定部を有するスイッチング電源について説明する。

図８は、本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源のブロック図である。

図１のスイッチング電源に比較して、設定部３０が追加されている。

設定部３０は、負荷回路２からの情報を基に、第１条件と第２条件を設定する。ここで、第１条件は、整流回路７がＭＯＳトランジスタ８を経由して整流する第１整流経路６ａを導電する場合に用いられる条件であり、第２条件は、整流回路７がダイオード９を経由して整流する第２整流経路６ｂを導電する場合に用いられる条件である。

設定部３０は、第１条件もしくは第２条件を整流回路７に対して設定し、整流回路７は、設定された第１条件もしくは第２条件に従って、整流経路を選択する。なお、設定部３０が、整流回路７に対して、第１条件もしくは第２条件を設定した上で、整流回路７が整流経路を選択しても良いが、設定部３０が、第１条件と第２条件のいずれかに基づいて、整流回路７での整流経路を選択しても良い。この場合には、例えば、設定部３０は、ＭＯＳトランジスタ８のゲート端子へ制御信号を入力し、ＭＯＳトランジスタ８の短絡と開放を制御することで、整流経路を選択できる。

設定部３０は、負荷回路２からの情報に基づいて、第１条件と第２条件とのいずれかを判断する。負荷回路２は、電子回路としての動作やソフトウェアプログラムの動作の種類に基づいて、負荷回路２での整流において、高速応答性を要求する場合と電力削減を要求する場合とを有する。

例えば、負荷回路２がソフトウェアプログラムを動作させる場合であって、ソフトウェアプログラムがデータ保存のような軽い処理を行っている場合には、処理の終了後に高速応答性は要求されない。この場合には、消費電力を抑えることが優先される。負荷回路２がソフトウェアプログラムを動作させる場合であって、ソフトウェアプログラムが画像圧縮や音声再生のような重い処理を行っている場合には、処理の終了後に高速応答性が要求される。

設定部３０は、負荷回路２が動作させるソフトウェアプログラムの動作内容を把握する。ソフトウェアプログラムが軽い処理を終了する場合には、設定部３０は、高速応答性が不要と判断して、第１条件（ＭＯＳトランジスタ８を経由して整流する第１整流経路６ａが選択される条件）を設定する。一方、ソフトウェアプログラムが重い処理を終了する場合には、設定部３０は、高速応答性が必要と判断して、第２条件（ダイオード９を経由して整流する第２整流経路６ｂが選択される条件）を設定する。このとき、設定部３０は、整流回路７に対して第１条件もしくは第２条件を設定した上で、整流回路７が第１整流経路６ａと第２整流回路６ｂのいずれかを選択しても良い。あるいは、設定部３０が、第１条件に基づいて第１整流経路６ａを選択して、第１整流経路６ａを選択した結果を整流回路７に通知したり、設定部３０が、第２条件に基づいて第２整流経路６ｂを選択して、第２整流経路６ｂを選択した結果を整流回路７に通知したりしてもよい。

設定部３０が、第１条件もしくは第２条件を、整流回路７に対して設定する場合には、整流回路７が自らＭＯＳトランジスタ８の短絡と解放を切り替えて（ＭＯＳトランジスタ８のゲート端子へ入力する信号の論理値を変える）、第１整流経路６ａと第２整流経路６ｂとを切り替える。逆に、設定部３０が、第１整流経路６ａと第２整流経路６ｂとを切り替える場合には、整流回路７は、この切り替えを受けて負荷回路２を整流する。

また、設定部３０は、負荷回路２が動作させるソフトウェアプログラムの処理プロセスだけでなく、負荷回路２の所要電力に基づいて第１条件と第２条件を判定しても良い。

例えば、負荷回路２が大きい電力を必要とする場合には、負荷回路２が重い処理を行っている（複雑な演算など）と考えられる。負荷回路２が重い処理を行っている場合や重い処理を終了する場合には、整流回路７は、負荷回路２を高速に整流する必要を有する。このため、設定部３０は、負荷回路２の所要電力が大きい場合には、第２条件を設定する。あるいは設定部３０は、第２条件に基づき第２整流経路６ｂを選択する。

逆に、負荷回路２が小さな電力しか必要としない場合には、負荷回路２が軽い処理を行っている（メモリからのデータ読み出しなど）と考えられる。負荷回路２が軽い処理を行っている場合には、整流回路７は、消費電力を抑えつつ負荷回路２を整流する必要を有する。このため、設定部３０は、負荷回路２の所要電力が小さい場合には、第１条件を設定する。あるいは、第１条件に基づき、設定部３０は、第１整流経路６ａを選択する。

あるいは、設定部３０は、負荷回路２の有する電流値の変動に要する変動時間に基づいて、第１条件と第２条件を判定しても良い。負荷回路２が有する電流値が整流において所定値まで変動する変動時間に基づいて、設定部３０は、第１条件と第２条件とを判定する。

例えば、変動時間が所定時間以上でよい場合（すなわち整流に時間が掛かっても良い場合）には、設定部３０は、第１条件を設定する。整流に時間が掛かってもよい場合なので、設定部３０は、高速応答性よりも消費電力削減を優先する。一方、変動時間が所定時間未満の必要がある場合（すなわち整流に時間をかけることができない場合）には、設定部３０は、第２条件を設定する。整流に時間が掛けられないので、設定部３０は、消費電力削減よりも高速応答性を優先する。

第１条件が設定された場合には、整流回路７は、ＭＯＳトランジスタ８を経由する第１整流経路６ａを通じて負荷回路２を整流する。この場合には、整流に要する時間は長い。これに対して、第２条件が設定された場合には、整流回路７は、ダイオード９を経由する第２整流経路６ｂを通じて負荷回路２を整流する。

このように、スイッチング電源１が設定部３０を更に備える場合には、消費電力抑制ができる第１整流経路６ａと高速応答性を有する第２整流経路６ｂとを切り替える第１条件と第２条件の判定が容易となる。また、負荷回路２の負荷の変化に追従して、第１条件と第２条件が判定される。

また、設定部３０は、負荷回路２の所要電力、負荷回路２の動作内容、負荷回路２が動作支えるソフトウェアプログラムの処理プロセスおよび負荷回路２での整流に要する時間のそれぞれに基づいて第１条件と第２条件を判定しても良いし、これらの組み合わせによって第１条件と第２条件とを判定しても良い。

設定部３０は、図９に示されるテーブルを有することで、ソフトウェアプログラムの動作内容や負荷回路の動作内容に基づいて、第１条件と第２条件とを判定することも好適である。図９は、本発明の実施の形態２における、設定部が使用する判定テーブルである。

図９は、負荷回路２がソフトウェアプログラムを動作させる場合に、ソフトウェアプログラムの動作内容に、第１条件もしくは第２条件を対応させている。設定部３０は、図９に示される判定テーブルを有しておき、ソフトウェアプログラムの動作内容に応じた条件を設定する。

図９に示される判定テーブルに従って、設定部３０は、次のように第１条件もしくは第２条件を設定する。

（１）ソフトウェアプログラムの動作内容がメモリからのデータの読み出しの場合には、設定部３０は第１条件を設定する。

（２）ソフトウェアプログラムの動作内容がファイルの保存の場合には、設定部３０は第１条件を設定する。

（３）ソフトウェアプログラムの動作内容が辞書を用いた仮名漢字変換の場合には、設定部３０は第１条件を設定する。

（４）ソフトウェアプログラムの動作内容が画像データ取り込みの場合には、設定部３０は第２条件を設定する。

（５）ソフトウェアプログラムの動作内容が画像および音声圧縮の場合には、設定部３０は第２条件を設定する。

（６）ソフトウェアプログラムの動作内容が画像および音声再生の場合には、設定部３０は第２条件を設定する。

このように、設定部３０が予め判定テーブルを有することで、設定部３０は容易に第１条件もしくは第２条件を判定して設定できる。

このように、設定部３０が、負荷回路２での整流に要する条件（高速応答性を優先するのか消費電力削減を優先するのか）に基づいて、整流回路７での整流経路を選択できる。この結果、スイッチング電源１は、負荷回路２の状態に合わせた最適な整流を行える。

なお、設定部３０は、図８において他の要素と異なる独立した要素として示されているが、整流回路７や負荷回路２の一部として備えられても良い。スイッチング電源１が、電子回路および半導体集積回路によって実現される場合には、設定部３０をはじめとした各要素は、物理的に独立していない状態であってもよい。また、設定部３０での設定処理や整流回路７での選択において、処理の一部もしくは全部がソフトウェアで実現されてもよい。

また、設定部３０は、負荷回路２からの情報に基づいて第１条件もしくは第２条件を設定するだけでなく、スイッチ５の短絡と開放の制御、ＭＯＳトランジスタ８の短絡と開放の制御の開放を行ってもよい。あるいは、図示していないが、スイッチ５の短絡と開放の制御およびＭＯＳトランジスタ８の短絡と開放の制御を行う制御部を、スイッチング電源１が更に備えることも好適である。制御部は、スイッチ５およびＭＯＳトランジスタ８の制御のみならず、負荷回路２をはじめとしたスイッチング電源１全体の制御を行うことも好適である。制御部や設定部３０は、負荷回路２に含まれる一要素であってもよい。

なお、設定部３０や制御部がスイッチ５およびＭＯＳトランジスタ８を制御する場合には、スイッチ５やＭＯＳトランジスタ８のゲート端子へ入力する信号の論理値を変化させることにより行う。ゲート端子に入力する論理値の値により、スイッチ５およびＭＯＳトランジスタ８の短絡と開放が切り替えられるからである。

また、負荷回路２を含めた要素を電子回路として把握しても良い。

（実施の形態３）
次に実施の形態３について説明する。

実施の形態１、２で説明したスイッチング電源や電子回路は、電子機器に組み込まれて使用されればよい。特に、ノートブックパソコン、携帯端末、カーナビゲーションシステム、ＰＤＡ、車載テレビ、携帯電話機などのバッテリーによって電力が供給される機器では、使用時間を長くするために、電力が細かく制御される必要がある。このため、このような電子機器では動作内容によって大電力を必要とする場合と小電力を必要とする場合とが生じる。結果として、電子機器の動作部分である負荷回路の整流に高速応答性を要する場合と消費電力削減を要する場合とが生じる。

電子機器が整流に高速応答性を要する場合には、整流回路は、ダイオードを経由する第２整流経路によって、電子機器を整流する。あるいは電子機器が整流において消費電力削減を要する場合には、整流回路は、ＭＯＳトランジスタを経由する第１整流経路によって、電子機器を整流する。整流が高速であることで、電子機器の動作が高速になり、整流時に消費電力が低減できることで、電子機器の使用時間や寿命が延びうる。

このように、電子機器の整流に要する条件によって、スイッチング電源は、高速応答性と消費電力削減とを使い分けて電子機器を整流できるので、電子機器の使用時間や寿命を延ばすことができる。

電子機器の一例を説明する。

電子機器の一例を図１０に示す。図１０は、本発明の実施の形態３における電子機器の斜視図である。電子機器８２は、カーテレビやパーソナルモニターなどの薄型、小型が要求される電子機器である。電子機器８２に含まれるスイッチング電源は、実施の形態１、２で説明したとおり、ＭＯＳトランジスタを経由する整流とダイオードを経由する整流とを切替できる。

電子機器８２は、ディスプレイ８３、発光素子８４、スピーカ８５を備えている。この電子機器８２の内部にスイッチング電源１が格納されており、効率的な電力供給と整流とを実現する。動作の高速性が求められる場合には、ダイオードを経由した高速な整流が行われ、消費電力低減が求められる場合には、ＭＯＳトランジスタを経由した整流が行われる。整流の効率が高いことで電子機器８２は、動作の高速性と消費電力低減とを両立できる。

このように、実施の形態１、２で説明したスイッチング電源１が、電子機器に組み込まれることで、電子機器の性能向上が実現でき、ユーザビリティも向上する。また、当然ながら、実施の形態１，２で説明したスイッチング電源１は、家庭やオフィスでの据え置き型の電子機器においても有効に使用される。このような据え置き型の電子機器（デスクトップパソコン、テレビ受像機、オーディオ機器、情報処理機器など）において、実施の形態１，２で説明したスイッチング電源１が使用されることで、これらの電子機器での性能向上と消費電力削減が実現できる。

なお、実施の形態１〜３で説明されたスイッチング電源や電子回路は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図 数１を示すグラフ 本発明の実施の形態１におけるスイッチング電源のブロック図 数２を示すグラフ 本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源のブロック図 本発明の実施の形態２における、設定部が使用する判定テーブル 本発明の実施の形態３における電子機器の斜視図

符号の説明

１ スイッチング電源
２ 負荷回路
３ 第１経路
４ 電源
５ スイッチ
６ 第２経路
７ 整流回路
８ ＭＯＳトランジスタ
９ ダイオード
１０ 固定端子

Claims (10)

1. 負荷回路に第１経路を介して電流を供給する電源と、
   前記第１経路の短絡と開放を制御するスイッチと、
   前記スイッチが前記第１経路を開放する際に、第２経路を介して前記負荷回路の電流を整流する整流回路と、を備え、
   前記整流回路は、互いに並列接続されるＭＯＳトランジスタとダイオードを有し、
   所定の第１条件では、前記ＭＯＳトランジスタが短絡状態となって前記負荷回路を整流し、所定の第２条件では、前記ＭＯＳトランジスタ開放状態となって前記ダイオードが前記負荷回路を整流するスイッチング電源。
2. 前記整流回路の一端は、固定電位を有する固定端子に接続され、他端は、前記負荷回路に接続され、
   前記第１条件では、前記負荷回路は、前記ＭＯＳトランジスタを介して、前記固定端子に接続し、
   前記第２条件では、前記負荷回路は、前記ダイオードを介して、前記固定端子に接続する請求項１記載のスイッチング電源。
3. 前記整流回路は、前記負荷回路を前記固定端子に短絡することで、前記負荷回路の有する電流値を所定値に変動させる請求項１から２のいずれか記載のスイッチング電源。
4. 前記第１条件および前記第２条件は、前記負荷回路の有する電流値の変動に要する変動時間に基づいて定められ、
   前記第１条件は、前記変動時間が所定時間以上でよい場合に設定され、
   前記第２条件は、前記変動時間が所定時間未満の必要がある場合に設定される請求項１から３のいずれか記載のスイッチング電源。
5. 前記第１条件および前記第２条件のいずれかを設定する設定部を更に備え、
   前記設定部は、前記変動時間が所定時間以上でよい場合に、前記整流回路に対して第１条件を設定し、前記変動時間が所定時間未満の必要がある場合に、前記整流回路に対して第２条件を設定する請求項４記載のスイッチング電源。
6. 前記設定部は、前記負荷回路が動作させるソフトウェアプログラムの動作内容および前記負荷回路の所要電力の少なくとも一方に基づいて、前記第１条件と前記第２条件のいずれかを選択する請求項５記載のスイッチング電源。
7. 前記固定端子は、接地されている請求項１から６のいずれか記載のスイッチング電源。
8. 前記第２経路は、前記負荷回路と並列接続されるキャパシタンスと、前記負荷回路と直列接続されるインダクタンスと、を更に備える請求項１から７のいずれか記載のスイッチング電源。
9. 負荷回路と、
   前記負荷回路と並列接続されると共に第１経路を介して電流を供給する電源と、
   前記第１経路の短絡と開放を制御するスイッチと、
   前記スイッチが前記第１経路を開放する際に、第２経路を介して前記負荷回路への電流を整流する整流回路と、を備え、
   前記整流回路は、前記電源および前記負荷回路と並列接続されていると共にその一端が固定電位を有する固定端子に接続され、その他端が前記負荷回路に接続され、
   前記整流回路は、互いに並列接続されるＭＯＳトランジスタとダイオードを有し、
   所定の第１条件では、前記負荷回路は、前記ＭＯＳトランジスタを介して、前記固定端子に短絡し、所定の第２条件では、前記負荷回路は、前記ダイオードを介して、前記固定端子に短絡し、
   前記第２経路は、前記負荷回路と並列接続されるキャパシタンスと、前記負荷回路と直列接続されるインダクタンスと、を有するスイッチング電源。
10. 請求項１から９のいずれか記載のスイッチング電源と、
    前記スイッチング電源より電流を供給されて所定の動作を行う負荷回路と、を備える電子回路。

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