WO2006048990A1

WO2006048990A1 - 電源装置、及び携帯機器

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Publication number: WO2006048990A1
Application number: PCT/JP2005/018400
Authority: WO
Inventors: Taichi Hoshino; Hiroki Kikuchi
Original assignee: Rohm Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-05-11
Also published as: CN101048718A; JP2006133936A; TW200615733A; JP3710469B1; US20090212752A1; US7626371B2

Abstract

ステップ状の動作指令信号が、時定数回路を介して滑らかに立ち上がり、動作指令用入力電圧として電源装置に供給される。動作指令用入力電圧に基づいて、電源装置の動作状態あるいは停止状態を制御する。また、動作指令用入力電圧が、第１所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生して、基準電圧を発生し、また、誤差増幅回路を動作させる。さらに、動作指令用入力電圧が、第２所定電圧レベルに達したときに、ソフトスタート用のレベルシフト電圧を発生する。これにより、消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、端子数を削減する。

Description

明細書電源装置、及び携帯機器技術分野

本発明は、電池などの直流電源からの電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する電源装置、及びその電源装置を組み込んだ携帯機器に関する。背景技術

シリーズレギユレータなどの電源装置は、直流電源からの電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する。この電源装置では、動作を開始す.る際に、その電源装置に接続された負荷装置や平滑用キャパシタなどへ流れる突 Λ電流を抑制する必要がある。

従来の電源回路では、' ソフトスタートを行うために、定電流源と直列にキャパシタを接続し、このキャパシタに並列に電源スィッチを設ける。この電源スイツチをオフ（開放）することにより、定電流源からの電流によって徐々に充電されるキャパシタ電圧を用いて、ソフトスタートを行うことが開示されている。また、その電源スィツチのオフが電源装置の動作開始を兼ねるから、外部端子数を削減 'できることが示されている（特許文献 1 ：特開平 7— 3 3 6 9 9 9号公報）。

しかし、この従来のものでは、キャパシタを電源スィッチのオフに応じて充電できるように、電源スィツチがオンされている待機状態においても所定の電流を流しておくことが必要である。

このように、従来の電源回路は、待機状態哼にもある程度の消費電流が流れている。電池を電源とする携帯機器においては、電池の継続使用できる時間を長くするために、消費電流を少なくすることが特に要請される。したがって、ソフトスタート行うために、消費電流が増加することは望ましくない。そこで、本発明は、消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、端子数を削減した電源装置、及びその電源装置を含む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、電源電圧を調整して所定の出力電圧を出力する出力回路と、少なくとも前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記帰還電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記出力回路を制御する誤差増幅回路と、前記基準電圧を癸生する基準電圧発生回路とを有し、動作指令信号用入力端子に入力され且つ所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がる動作指令用入力電圧に応じて動作状態もしくは停止状態に制御される電源装置であって、

前記動作指令用入力電圧のレベルが、第 1所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生する電圧レベル検出回路と、前記動作指令用入力電圧より低くなるように、前記動作指令用入力電圧からレベルシフトされたレベルシフト電圧を発生するレベルシフト回路とを有し、

前記基準電圧発生回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされて前記基準電圧を発生し、

前記誤差増幅回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされるとともに、前記レベルシフト電圧が前記基準電圧より低いときには、前記基準電圧に代えて前記レベルシフト電圧を前記帰還電圧と比較することを特徴とする。

また、前記動作指令用入力電圧が、前記第 1所定電圧レベルより高いもしくは等しい第 2所定電圧レベルに達したときに、前記レベルシフト電圧を発生することを特徴とする。

また、前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、少なくとも 1つのダイオードと少なくとも 1つの抵抗器とをこの順序で直列に接続し、その直列接続回路の接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする。

また、前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、第 1抵抗器とトランジスタ回路と第 2抵抗器とをこの順序で直列に接続し、前記トランジスタに前記基準電圧を制御信号として印加するとともに、前記トランジスタ回路と前記第 2抵抗器との接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする。

本発明の携帯機器は、上述の電源装置と、前記電源電圧を発生する電池電源と、動作指令信号を発生する制御装置と、前記動作指令信号が入力され、前記前記動作指令用入力電圧を出力する時定数回路と、前記出力電圧が供給される負荷装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、動作指令信号用入力端子に入力される動作指令用入力電圧に基づいて、電源装置の動作状態あるいは停止状態を制御するとともに、基準電圧と、ソフトスタート用のレベルシフト電圧をも発生する。したがって、電源装置の消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、その端子数を削減することができる。したがって、 I C化された電源装置を小型に且つ低消費電流にできる。

また、動作指令用入力電圧が、第 1所定電圧レベルを超えるときに電圧レベル検出回路から検出信号を発生する。この検出信号に応じて、基準電圧発生回路から基準電圧を発生し、誤差増幅回路を動作可能にさせる。そして、動作指令用入力電圧が、第 1所定電圧レベルより高いもしくは等しい第 2所定電圧レベルに達したときにレベルシフト電圧を発生する。これにより、誤差増幅回路の動作条件が整った後に、レベルシフト電圧によるソフトスタートがスムーズに行われる。また、制御装置から発生される、例えばステップ状の動作指令信号が、時定数回路により所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がり、動作指令用入力信号として電源装置に供給される。このように、簡単な時定数回路を付加するのみで、動作指令用入力信号を形成できる。したがって、携帯機器の構成も簡単にできる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例に係る電源装置及ぴそれを用いた携帯機器の構成を示す図である。

図 2は、レベルシフト回路の第 1の構成例を示す図である。

図 3は、レベルシフト回路の第 2の構成例を示す図である。

図 4は、レベルシフト回路の第 3の構成例を示す図である。

図 5は、電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の電源装置及び携帯機器の実施例について、図を参照して説明する。なお、本発明の電源装置は、 L S Iに作り込まれるので、半導体装置と言い換えてもよい。

図 1は、本発明の第 1実施例に係る電源装置及びそれを用いた携帯機器の構成を示す図である。

図 1において、電池電源 B A Tは、電源電圧 V c cを発生する。この電源電圧 V c cは、電池電源 B A Tの充放電の状態に応じて電圧レベルが変わってくる。この電源電圧 V c cが、電源装置 1 0 0に電源電圧入力端子 P V c cから入力される。出力回路 1 0は、出力トランジスタ 1 1を含むシリーズレギユレータ形式で構成されており、制御信号にしたがって、電源電圧 V c cが所定の出力電圧 V o u tに調整されて、出力される。出力トランジスタ 1 1は、 P型 M O S トランジスタでよい。なお、出力回路 1 0は、図 1では、出力トランジスタ 1 1を用いたシリーズレギユレータとしているが、これに限らず、スイッチング型の出力回路等でもよい。

出力電圧 V o u tは、電源装置 1 0 0の出力端子 P V o u tから、出力平滑用キャパシタ 3 1 0、負荷装置 3 2 0に供給される。 I oは、出力電流である。出力電圧 V o u tが分圧抵抗 1 2、 1 3で分圧されて帰還電圧 V £ bとなる。

誤差増幅回路 2 0は、 3入力型のエラーアンプを含み、帰還電圧 V f bと基準電圧 V r e f とレベルシフト電圧 V s sが入力される。基準電圧 V r e f は一定電圧レベルであり、レベルシフト電圧 V s sはソフトスタートを行うように零電圧から或る時定数にしたがって上昇し基準電圧 V r e f を上回る電圧レベルに到達する。

誤差増幅回路 2 0では、基準電圧 V r e f とレベルシフト電圧 V s s との低い方の電圧が選択され、この低い方の電圧と帰還電圧 V f bとが比較される。その比較結果に基づいて帰還電圧 V f bが基準電圧 V r e f もしくはレベルシフト電圧 V s sに等しくなるように出力トランジスタ 1 1を制御する。

基準電圧発生回路 3 0は、動作電圧として例えば電源電圧 V c cが入力され、所定レベルの基準電圧 V r e f を発生する。基準電圧発生回路 3 0は、できるだけ安定した基準電圧 V r e f を出力するように、例えばバンドギャップ型定電圧回路等により構成されることがよレ、。

電源装置 1 0 0には、電源装置 1 0 0を動作状態もしくは停止状態に制御するための動作指令用入力電圧 V s t bが、動作指令信号用入力端子 P s t bを介して入力される。

この動作指令用入力電圧 V s t bは、制御装置 2 0 0から発生されるステップ状に変化する動作指令信号（即ち、スタンバイ信号） S T Bが、時定数回路 2 5 0で平滑されて、所定の時定数で立ち上がる電圧である。

制御装置 2 0 0は、当該携帯機器の各装置の制御を司るコンピュータ 2 2 0を含んでいる。また、制御装置 2 0 0は、電圧調整回路（レギユレータ） 2 1 0を含んでいる。このレギュレータ 2 1 0は、電源電圧 V c cをコンピュータ 2 2 0 が必要とする電圧レベルに調整して、コンピュータ 2 2 0へ供給する。 3 3 0は、電源電圧が直接入力される負荷装置である。制御装置 2 0 0からの動作指令信号 S T Bは、高（H) レベルもしくは低（L ) レベルである。電源装置 1 0 0は、動作指令信号 S T Bが Hレベルの時に動作状態になり、 Lレベルの時に停止状態になるように設定されている。この例では、誤差増幅回路 2 0と基準電圧発生回路 3 0が、動作指令信号 S T Bに応じて動作もしくは停止される。動作指令信号 S T Bは、 Hレベル時に、例えば、 1 . 5〜 3 V程度であり、 Lレベル時に例えば零電圧（グランドレベル）である。

この動作指令信号 S T Bが、時定数回路 2 5 0に入力される。時定数回路 2 5 0は、この例では、その入力端と出力端間に接続された抵抗器 2 5 1と、その出力端とグランド間に接続されたキャパシタ 2 5 2とから構成されている。

この時定数回路 2 5 0に動作指令信号 S T Bが入力されると、その出力端から抵抗器 2 5 1の抵抗値とキャパシタ 2 5 2のキャパシタンスに応じた時定数にしたがって上昇する動作指令用入力電圧 V s t bが出力される。この動作指令用入力電圧 V s t b力電源装置 1 0 0の電圧レベル検出回路 4 0及びレベルシフト回路 5 0に入力される。なお、時定数回路 2 5 0の構成は、この例に限らず、入力端に電圧が入力されたときに、出力端の電圧が緩やかに上昇するものであれば良い。

電圧レベル検出回路 4 0は、動作指令用入力電圧 V s t bのレベルが、第 1所定電圧レベル V t h 1を超えるときに検出信号 V d e tを発生する。この電圧レベル検出回路 4 0から検出信号 V d e tが発生されると、基準電圧発生回路 3 0 及び誤差増幅回路 2 0が停止状態（オフ）から動作状態（オン）になる。

電圧レベル検出回路 4 0は、抵抗器 4 1と N型 MO S トランジスタ 4 2とが電源電圧 V c cとグランド間にその順序で直列に接続され、その N型 M O S トランジスタ 4 2のゲートに動作指令用入力電圧 V s t bが印加される。そして、抵抗器 4 1と N型 M O S トランジスタ 4 2との接続点の電圧をインバータ 4 3で反転して、検出信号 V d e tとして出力する。この N型 M〇 S トランジスタ 4 2の動作閾値が、第 1所定電圧レベル V t h 1となる。レベルシフト回路 50は、動作指令用入力電圧 V s t bより低くなるように、動作指令用入力電圧 V s t bからレベルシフトされたレベルシフト電圧 V s sを発生する。レベルシフト電圧 V s sは、動作指令用入力電圧 V s t bが、第 1所定電圧レベル V t h 1より高い第 2所定電圧レベル V t h 2に達したときに、発生される。なお、第 2所定電圧レベル V t h 2は、第 1所定電圧レベル V t h 1 と等しくても良い。即ち、第 2所定電圧レベル V t h 2≥第 1所定電圧レベル V t h 1。

図 2〜図 4は、レベルシフト回路 50の構成例を示す図である。

図 2において、ダイオード 51、 52と抵抗器 53、 54がこの順序で、動作指令用入力電圧 V s t b点とグランド間に直列に接続される。その抵抗器 53、 54の直列接続点からレベルシフト電圧 V s sが出力される。

ダイオード 5 1、 52の電圧降下を第 2所定電圧レベル V t h 2とすると、レベルシフト電圧 V s sは次のように表される。

V s s = (V s t b -V t h 2) · R 2/ (R 1 +R 2)

なお、 R 1は、抵抗器 53の抵抗値、 R2は、抵抗器 54の抵抗値である。

図 2では、レベルシフト電圧 V s sは、動作指令用入力電圧 V s t bが第 2所定電圧 V t h 2を超えているときに発生される。また、レベルシフト電圧 V s s のレベルは、抵抗値 R 1、 R 2を調整することによって、変更することができる。なお、図 2において、ダイオード 5 1、 52は、ダイオード接続のトランジスタでもよく、また、その個数は、 2個に限らず、必要な第 2所定電圧レベル V t h 2に応じた個数でよい。また、抵抗器 53は省略することができる。

図 3において、第 1抵抗器 55とトランジスタ回路 56と第 2抵抗器 57とをこの順序で、動作指令用入力電圧 V s t b点とグランド間に直列に接続する。この例では、トランジスタ回路 56は、 PNP型バイポーラトランジスタで構成されている。このトランジスタ回路 56の制御電圧として、基準電圧 V r e f が用いられる。そして、トランジスタ回路 56と第 2抵抗器 57との接続点からレべルシフト電圧 V s sを出力する。

トランジスタ回路 56の動作閾値を V t hとすると、レベルシフト電圧 V s s は次のように表される。なお、動作閾値 V t hと基準電圧 V r e f との和の電圧力第 2所定電圧 V t h 2に相当する。

V s s = (V s t b-Vr e f -V t h) - R2/R 1

なお、 R 1は、抵抗器 55の抵抗値、 R 2は、抵抗器 57の抵抗値である。

図 3では、レベルシフト電圧 V s sは、動作指令用入力電圧 V s t bが基準電圧 V r e f と閾値 V t hとの和の電圧を超えたときに発生される。また、レベルシフト電圧 V s sのレベルは、抵抗値 R 1、 R 2を調整することによって、変更することができる。

図 4のレベルシフト回路 50は、トランジスタ回路 58として、図 3における PNP型バイポーラトランジスタに代えて、 P型 MOS トランジスタを用いている。図 4のその他の構成は図 3の構成と同じであり、図 3におけると同様にレべノレシフトを行う。

以上の電源装置 1 00及び携帯機器の動作を、図 5のタイミングチャートをも参照して説明する。

図 5において、時点 t l以前では、制御装置 200からの動作指令信号 STB は Lレベルにあり、電源装置 100は停止状態である。

時点 t 1で、制御装置 200からの動作指令信号 STBが Hレベル（例えば、 3 V) になると、時定数回路 250の出力端電圧、即ち動作指令用入力電圧 V s t bは時定数回路 250の時定数にしたがって、緩やかに上昇する。

時点 t 2で、動作指令用入力電圧 V s t bの電圧レベルが第 1所定電圧 V t h 1 (例えば、 0. 7V) に達すると、電圧レベル検出回路 40から検出信号 V d e tが出力される。

この検出信号 Vd e tが出力されると、誤差増幅回路 20、基準電圧発生回路 30にオン信号が供給されて、電源装置 1 00は動作状態になる。これにより、基準電圧発生回路 3 0から一定電圧レベルの基準電圧 V r e f (例えば、 0 . 4 V ) が誤差増幅回路 2 0に供給される。ただ、この時点 t 2では、未だ、レベルシフト電圧 V s sが零電圧であるから、出力電圧 V o u tは発生されない。

時点 t 3に至って、動作指令用入力電圧 V s t bが第 2所定電圧 V t h 2のレベルに達すると、基準電圧発生回路 3 0からのレベルシフト電圧 V s sが零電圧から徐々に立ち上がつてくる。

誤差増幅回路 2 0では、基準電圧 V r e f とレベルシフト電圧 V s sの内の低い電圧を選択して、その低い電圧（当初はレベルシフト電圧 V s s ) に帰還電圧 V f bが等しくなるように制御される。したがって、レベルシフト電圧 V s sの緩やかな上昇に伴って、出力電圧 V o u tも緩やかに上昇してゆく。即ち、ソフトスタートが行われる。

時点 t 4で、レベルシフト電圧 V s sが基準電圧 V r e f を上回ると、誤差増幅回路 2 0では基準電圧 V r e f が選択される。したがって、時点 t 4以後では、一定レベルの基準電圧 V r e f に帰還電圧 V f bが等しくなるように制御が行われるから、出力電圧 V o u tは所定の電圧レベル（例えば、 3 V ) に維持される。以上のように、本発明によれば、動作指令信号用入力端子 P s t bに入力される動作指令用入力電圧 V s t bに基づいて、電源装置 1 0 0の動作状態（オン）あるいは停止状態（オフ）を制御し、そして、基準電圧 V r e f と、ソフトスタート用のレベルシフト電圧 V s sを発生する。したがって、電源装置 1 0 0の消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、その I C化された電源装置 1 0 0の端子数を削減する。

また、動作指令用入力電圧 V s t bが、第 1所定電圧レベル V t h 1を超えるときに検出信号 V d e tを発生する。この検出信号 V d e tに応じて、基準電圧 V r e f を発生し、誤差増幅回路 2 0を動作可能にさせる。そして、動作指令用入力電圧 V s t bが、第 2所定電圧レベル V t h 2に達したときにレベルシフト電圧 V s sを発生する。これにより、誤差増幅回路 2 0の動作条件が整った後に、レベルシフト電圧 V s sによるソフトスタートがスムーズに行われる。

また、制御装置 2 0 0から発生される、例えばステップ状の動作指令信号 S T Bが、時定数回路 2 5 0により所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がり、動作指令用入力電圧 V s t bとして電源装置 1 0 0に供給される。このように、簡単な時定数回路 2 5 0を付加するのみで、動作指令用入力電圧 V s t bを形成できる。したがって、携帯機器の構成も簡単にできる。産業上の利用可能性

本発明に係る電源装置は、動作指令信号用入力端子に入力される動作指令用入力電圧に基づいて、電源装置の動作状態あるいは停止状態を制御するとともに、基準電圧と、ソフトスタート用のレベルシフト電圧をも発生する。したがって、電源装置の消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、その端子数を削減することができる。したがって、 I C化された電源装置及び、その電源装置を組み込んだ携帯機器を小型に且つ低消費電流にできる。

Claims

請求の範囲

1 . 電源電圧を調整して所定の出力電圧を出力する出力回路と、少なくとも前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記帰還電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記出力回路を制御する誤差増幅回路と、前記基準電圧を発生する基準電圧発生回路とを有し、動作指令信号用入力端子に入力され且つ所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がる動作指令用入力電圧に応じて動作状態もしくは停止状態に制御される電源装置であって、前記動作指令用入力電圧のレベルが、第 1所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生する電圧レベル検出回路と、前記動作指令用入力電圧より低くなるように、前記動作指令用入力電圧からレベルシフトされたレベルシフト電圧を発生するレベルシフト回路とを有し、

前記誤差増幅回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされるとともに、前記レベルシフト電圧が前記基準電圧より低いときには、前記基準電圧に代えて前記レベルシフト電圧を前記帰還電圧と比較することを特徴とする、電源装置。

2 . 前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、少なくとも 1つのダイォードと少なくとも 1つの抵抗器とをこの順序で直列に接続し、その直列接続回路の接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項 1に記載の電源装置。

3 . 前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、第 1抵抗器とトランジスタ回路と第 2抵抗器とをこの順序で直列に接続し、前記トランジスタに前記基準電圧を制御信号として印加するとともに、前記トランジスタ回路と前記第 2抵抗器との接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項 1に記載の電源装置。

4 . 前記動作指令用入力電圧が、前記第 1所定電圧レベルより高いもしくは等しい第 2所定電圧レベルに達したときに、前記レベルシフト電圧を発生することを特徴とする、請求項 1に記載の電源装置。

5 . 前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、少なくとも 1つのダイォードと少なくとも 1つの抵抗器とをこの順序で直列に接続し、その直列接続回路の接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項 4に記載の電源装置。

6 . 前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、第 1抵抗器とトランジスタ回路と第 2抵抗器とをこの順序で直列に接続し、前記トランジスタに前記基準電圧を制御信号として印加するとともに、前記トランジスタ回路と前記第 2抵抗器との接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項 4に記載の電源装置。

7 . 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の電源装置と、前記電源電圧を発生する電池電源と、動作指令信号を発生する制御装置と、前記動作指令信号が入力され、前記動作指令用入力電圧を出力する時定数回路と、前記出力電圧が供給される負荷装置と、を備えることを特徴とする、携帯機器。