JP4643701B2 - 騒音を除去した電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態にかかるノートPC10の構成を示す概略のブロック図である。CPU11は、ノートPC10の中枢機能を担う演算処理装置で、OS、BIOS、デバイス・ドライバ、あるいはアプリケーション・プログラムなどを実行する。CPU11は、ノース・ブリッジ13およびノース・ブリッジ13にさまざまなバスを経由して接続された各デバイスを制御する。ノース・ブリッジ13は、メイン・メモリ15へのアクセス動作を制御するためのメモリ・コントローラ機能や、CPU11と他のデバイスとの間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータ・バッファ機能などを含む。メイン・メモリ15は、CPU11が実行するプログラムの読み込み領域、処理データを書き込む作業領域として利用される揮発性のRAMである。ビデオ・コントローラ17はノース・ブリッジ13に接続され、ビデオ・チップおよびVRAMを備えており、CPU11からの命令を受けて描画すべき画像ファイルのイメージを生成してVRAMに書き込み、VRAMから読み出したイメージを画像データとして液晶ディスプレイ装置(LCD)18に送る。
図2は、電源装置100とディカップリング・コンデンサの接続状態を説明する図である。電源装置100を構成するスイッチング素子は、たとえばAC/DCアダプタ37から供給されるDC20Vの電圧をDC5Vの電圧に変換するためにスイッチング動作をする。電源装置100の2次側からは、直接または他の電源装置を経由してCPU11、LCD18、およびマザーボードに搭載された各種デバイスに電力が供給される。電源装置100の1次側には複数の積層セラミック・コンデンサで構成されたディカップリング・コンデンサ群45が接続されている。ディカップリング・コンデンサはバイパス・コンデンサともいわれ、高周波電圧に対する線路のインピーダンスを低下させて、電源装置100のスイッチング動作に伴う線路の電荷の移動を局部的な範囲に制限する役割を果たす。
図3は、電源装置100のひとつのまとまったブロックの構成を示すブロック図である。電源装置100は、たとえば、CPU11だけに電力を供給する専用のスイッチング・レギュレータである。あるいは、電源装置100は、サスペンド状態で動作するデバイスに電力を供給するスイッチング・レギュレータであってもよい。電源装置100は、軽負荷時の騒音の除去と効率の維持を実現するため軽負荷の状態で動作する機会が多い用途に特に有効である。電源装置100は、ノートPC10のマザーボードに実装された複数のデバイスにより形成されている。電源装置100の各デバイスには、AC/DCアダプタ37またはバッテリィ33(図1参照)から電力が供給される。
つづいて、FETドライバ125の動作について説明する。FETドライバ125は、センス抵抗135の他方の端子に接続され、電圧検出回路、三角波生成回路、誤差アンプ、コンパレータ、間欠動作回路、および無騒音動作回路などを含んでいる周知の半導体チップである。間欠動作回路は、FETドライバ125を間欠モードで動作させ、無騒音動作回路はFETドライバ125を無騒音モードで動作させる。FETドライバ125は、電流制御型のスイッチング・レギュレータとして構成されている。FETドライバ125はPWMモード、間欠モード、または無騒音モードのいずれかで動作する。間欠モードで動作している間にORゲート123が切換端子に切換信号を供給すると、FETドライバ125は間欠モードから無騒音モードへ遷移する。
つぎに、電源装置100の動作を図5のフローチャートに基づいて説明する。ブロック201では、ノートPC10は電源が投入された状態になっている。この時点では騒音が発生しておらず、ORゲート123は切換信号を出力してないと想定する。パワー・コントローラ29は、FETドライバ125に動作信号を送って動作を開始させる。本発明は、すべてのデバイスに電源を供給している電源オン状態の他に、サスペンド状態などのような一部のデバイスだけに電源を供給している状態に適用することができる。FETドライバ125は、センス抵抗135の両端電圧を検出して、電源オン状態ではブロック203のようにPWMモードで動作する。
図6は、電源装置100の状態遷移を説明する図である。電源装置100は、負荷が大きいときはPWMモードで動作するが、軽負荷時の効率が無視できなくなると、PWMモードから間欠モードに遷移する。間欠モードで動作している間に騒音が発生した場合には、無騒音モードに遷移する。無騒音モードにおいて、負荷が大きくなった場合はPWMモードに遷移する。また、無騒音モードで所定の時間動作したときは、騒音の発生状態を確認して騒音が発生していない場合は間欠モードに遷移し、騒音が発生している場合は無騒音モードを維持する。電源装置100では、間欠モードが初期値として設定されているので、図6には、PWMモードから無騒音モードへの遷移を示していない。
図7は、マザーボードに実装される電源装置100の構成要素を説明する平面図である。図7では、マザーボード70に2つの電源装置300、400が実装されている様子を示している。電源装置300は、CPU301に対して専用に電力を供給する。電源装置400は、CPU以外のデバイスに電力を供給する。電源装置300、400を構成する素子は、マザーボード70に表面実装されている。電源装置300、400は、入力側ディカップリング・コンデンサ303、403、出力側ディカップリング・コンデンサ315、415、主トランジスタ305、405、補助トランジスタ307、407、インダクタ309、409、FETドライバ311、411、音響回路313、413、およびシリコン・マイクロフォン317、417で構成されている。入力側ディカップリング・コンデンサ303およびシリコン・マイクロフォン317は、マザーボード70の裏面に実装されている。このようにシリコン・マイクロフォン317、417は、振動が多く発生して騒音源になり易い素子の近くに配置される。
50…負荷
101…シリコン・マイクロフォン
103…バンド・パス・フィルタ
105…非反転増幅器
115…コンパレータ
117…基準電圧源
Claims (18)
- 入力電圧をスイッチング制御して所定の直流電圧を出力する電源装置であって、
スイッチング動作をするスイッチング素子と、
騒音を収集して音響信号を出力するマイクロフォンと、
前記音響信号のレベルが所定値を越えたときに切換信号を出力する音響回路と、
一定の動作周波数のPWMモードと、可聴周波数を含み前記PWMモードの動作周波数より低い動作周波数の間欠モードと、前記PWMモードの動作周波数よりも低くかつ前記可聴周波数よりも高い動作周波数の無騒音モードのいずれかで前記スイッチング素子を制御し、前記間欠モードで動作している間に受け取った前記切換信号に応答して前記無騒音モードに遷移する制御回路と
を有する電源装置。 - 前記制御回路に接続され前記無騒音モードに遷移してからの経過時間を計測するタイマー回路を備え、前記制御回路は前記無騒音モードで動作しているときに前記タイマー回路から受け取ったタイムアップ信号に応答して前記音響信号のレベルが所定値よりも低下していると判断したときに前記間欠モードに遷移する請求項1に記載の電源装置。
- 前記制御回路に接続され負荷電流を測定する電流測定回路を備え、前記制御回路は前記PWMモードで動作している間に前記負荷電流が所定値より低下したときに前記無騒音モードではなく前記間欠モードに遷移する請求項1または請求項2に記載の電源装置。
- 前記制御回路は前記間欠モードまたは前記無騒音モードで動作している間に前記負荷電流が所定値より上昇したときに前記PWMモードに遷移する請求項3に記載の電源装置。
- 前記電源装置にディカップリング・コンデンサが接続され、前記マイクロフォンが前記ディカップリング・コンデンサの近辺に配置されている請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の電源装置。
- 入力電圧をスイッチング制御して所定の直流電圧を出力する電源装置であって、
スイッチング動作をするスイッチング素子と、
騒音を収集して音響信号を出力するマイクロフォンと、
前記音響信号のレベルが所定値を越えたときに切換信号を出力する音響回路と、
可聴周波数を含む動作周波数の範囲で動作する第1の動作モードまたは前記可聴周波数より高い動作周波数で動作する第2の動作モードで前記スイッチング素子を制御することが可能で、前記第1の動作モードで動作している間に受け取った前記切換信号に応答して前記第2の動作モードに遷移する制御回路と
を有する電源装置。 - 負荷電流を測定する電流測定回路を含み、前記制御回路は前記電流測定回路の出力に応答して前記第1の動作モードより動作周波数の高い第3の動作モードと前記第1の動作モードとの間を遷移する請求項6に記載の電源装置。
- 前記第1の動作モードで前記スイッチング素子を制御したときの動作周波数が可聴周波数の範囲になる大きさの負荷に電力を供給するために前記第2の動作モードで前記スイッチング素子を制御するときのスイッチング損失は、同一の前記負荷に対して前記第1の動作モードで前記スイッチング素子を制御するときのスイッチング損失よりも大きい請求項6または請求項7に記載の電源装置。
- 直流電力源と、
前記直流電力源に接続された電源装置と、
前記電源装置に接続された負荷とを有し、
前記電源装置が請求項1ないし請求項8のいずれかに記載された電源装置である電力使用機器。 - プロセッサと、複数のデバイスと、該デバイスに電力を供給する電源装置とを含む携帯式コンピュータであって、前記電源装置が、
スイッチング動作をするスイッチング素子と、
騒音を収集して音響信号を出力するマイクロフォンと、
前記音響信号のレベルが所定値を越えたときに切換信号を出力する音響回路と、一定の動作周波数のPWMモードと、可聴周波数を含み前記PWMモードより低い動作周波数の間欠モードと、前記PWMモードの動作周波数よりも低くかつ前記可聴周波数よりも高い動作周波数の無騒音モードのいずれかで前記スイッチング素子を制御し、前記間欠モードで動作している間に受け取った前記切換信号に応答して前記無騒音モードに遷移する制御回路と
を有する携帯式コンピュータ。 - タイマー回路を含み、サスペンド状態において前記無騒音モードでの動作時間が所定の時間を超えたときに前記音響信号を確認させるタイムアップ信号を前記制御回路に出力するコントローラを有する請求項10に記載の携帯式コンピュータ。
- 蓄電池を有し、前記サスペンド状態において前記複数のデバイスのいくつかに電力を供給する前記電源装置に前記蓄電池から電力を供給する請求項11に記載の携帯式コンピュータ。
- 前記電源装置が前記プロセッサにだけ電力を供給する請求項10または請求項11に記載の携帯式コンピュータ。
- スイッチング素子を含み、入力電圧をスイッチング制御して所定の直流電圧を出力する電源装置に使用する半導体チップであって、
騒音を収集して音響信号を出力するマイクロフォンと、
前記音響信号のレベルが所定値を越えたときに切換信号を出力する音響回路と、
一定の動作周波数のPWMモードと、可聴周波数を含み前記PWMモードの動作周波数より低い動作周波数の間欠モードと、前記PWMモードよりも低くかつ前記可聴周波数よりも高い動作周波数の無騒音モードのいずれかで前記スイッチング素子を制御し、前記間欠モードで動作している間に受け取った前記切換信号に応答して前記無騒音モードに遷移する制御回路と
を有する半導体チップ。 - 前記無騒音モードでの動作を開始してからの経過時間を計測するタイマー回路を含む請求項14に記載の半導体チップ。
- 可聴周波数を含む動作周波数の範囲で動作する第1の動作モードまたは前記可聴周波数より高い動作周波数で動作する第2の動作モードで動作することが可能な電源装置のスイッチング素子を制御する方法であって、
前記第1の動作モードで前記スイッチング素子を制御するステップと、
前記電源装置がマイクロフォンで前記電源装置の近辺の騒音を測定するステップと、
前記騒音レベルが所定値以上であることに応答して前記スイッチング素子を前記第2の動作モードで制御するステップと
を有する制御方法。 - 前記電源装置はさらに前記第1の動作モードよりも高い動作周波数の第3の動作モードで動作することが可能で、
前記第3のモードで動作している間に負荷の消費電力が所定値より低下したときに前記無騒音モードではなく前記間欠モードに遷移するステップを有する請求項16に記載の制御方法。 - 前記第2の動作モードで動作している時間が所定時間を超えたときに前記騒音レベルが所定値以下であるか否かを判断するステップと、
前記騒音レベルが所定値以下であることに応答して前記第2の動作モードから前記第1の動作モードに遷移して前記スイッチング素子を制御するステップと
を有する請求項16または請求項17に記載の制御方法。
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