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JP2006014506A - Power supply - Google Patents

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JP2006014506A
JP2006014506A JP2004188629A JP2004188629A JP2006014506A JP 2006014506 A JP2006014506 A JP 2006014506A JP 2004188629 A JP2004188629 A JP 2004188629A JP 2004188629 A JP2004188629 A JP 2004188629A JP 2006014506 A JP2006014506 A JP 2006014506A
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JP
Japan
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voltage
load
power supply
conversion means
voltage conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004188629A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Matsuda
裕樹 松田
Tomiyuki Nagai
富幸 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsumi Electric Co Ltd
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsumi Electric Co Ltd filed Critical Mitsumi Electric Co Ltd
Priority to JP2004188629A priority Critical patent/JP2006014506A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply supplying a voltage efficiently from heavy load to light load with no variation, and to provide a power supply controller. <P>SOLUTION: The power supply comprises: a first voltage converting means of pulse width modulation system (123, 125, 127, M1, M2, Rs1); a second voltage converting means of pulse width modulation system (124, 125, 127, M1, M2); a third voltage converting means (126, M3) consisting of a regulator; and a control means (Rs, 121, 122) performing operation switching control of the first voltage converting means (123, 125, 127, M1, M2, Rs1), the second voltage converting means (124, 125, 127, M1, M2), and the third voltage converting means (126, M3) such that the first voltage converting means (123, 125, 127, M1, M2, Rs1) operates at the time of heavy load, the second voltage converting means (124, 125, 127, M1, M2) operates at the time of intermediate load, and the third voltage converting means (126, M3) operates at the time of light load. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は電源装置に係り、特に、入力電圧を所定の電圧に変換して負荷に供給する電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device that converts an input voltage into a predetermined voltage and supplies the voltage to a load.

図5は従来の一例のブロック構成図を示す。   FIG. 5 is a block diagram showing a conventional example.

従来の電源装置1は、電源制御装置11、コイルL、キャパシタCから構成され、入力電圧Vinを所定の電圧に変換して出力電圧Voutとして負荷に印加する。   The conventional power supply device 1 includes a power supply control device 11, a coil L, and a capacitor C. The input power supply Vin is converted into a predetermined voltage and applied to a load as an output voltage Vout.

電源制御装置11には、端子Tinに入力電圧Vinが供給され、端子Ts11に負荷に印加する出力電圧Voutが供給されている。   The power supply control device 11 is supplied with an input voltage Vin at a terminal Tin and an output voltage Vout applied to a load at a terminal Ts11.

電源制御装置11は、エラーアンプ21、PWM(pulse width modulation)制御部22、ドライバ23、トランジスタM1、M2、負荷抵抗検出用抵抗Rs1から構成されている。   The power supply controller 11 includes an error amplifier 21, a PWM (pulse width modulation) control unit 22, a driver 23, transistors M1 and M2, and a load resistance detection resistor Rs1.

エラーアンプ21は、端子Ts11に供給される電圧と基準電圧との差に応じた誤差信号を出力する。エラーアンプ21で出力された誤差信号は、PWM制御部22に供給される。PWM制御部22は、誤差信号に応じたパルス幅のパルスを生成する。PWM制御部22で生成されたパルスは、ドライバ23に供給される。ドライバ23は、PWM制御部22で生成されたパルスに応じてトランジスタM1とトランジスタM2とを交互にスイッチングする。トランジスタM1とトランジスタM2とはドレイン−ソース間が直列に接続されており、一端が負荷電流検出用抵抗Rs1を介して端子Tinに接続され、他端が接地されている。   The error amplifier 21 outputs an error signal corresponding to the difference between the voltage supplied to the terminal Ts11 and the reference voltage. The error signal output from the error amplifier 21 is supplied to the PWM control unit 22. The PWM control unit 22 generates a pulse having a pulse width corresponding to the error signal. The pulse generated by the PWM control unit 22 is supplied to the driver 23. The driver 23 switches the transistor M1 and the transistor M2 alternately according to the pulse generated by the PWM control unit 22. The transistor M1 and the transistor M2 are connected in series between the drain and the source, one end is connected to the terminal Tin via the load current detection resistor Rs1, and the other end is grounded.

トランジスタM1とトランジスタM2との接続点は、端子Toutに接続されている。トランジスタM1とトランジスタM2とが交互にスイッチングされることにより、端子Toutから、PWM制御部22で生成されたパルスに同期して電流が出力されたり、引き込まれたりする。端子Toutの出力電源は、コイルL、キャパシタCにより平滑化されて負荷に供給される。なお、負荷電流検出用抵抗Rs1とトランジスタM1との接続点はPWM制御部22に接続されている。負荷電流が大きくなると、負荷電流検出用抵抗Rs1とトランジスタM1との接続点の電位は、所定の電位より小さくなる。これにより、PWM制御部22は、過電流状態であると判断して、トランジスタM1、M2をオフするように、ドライバ23を制御する。   A connection point between the transistor M1 and the transistor M2 is connected to the terminal Tout. By alternately switching the transistor M1 and the transistor M2, a current is output or drawn from the terminal Tout in synchronization with the pulse generated by the PWM control unit 22. The output power of the terminal Tout is smoothed by the coil L and the capacitor C and supplied to the load. The connection point between the load current detection resistor Rs1 and the transistor M1 is connected to the PWM control unit 22. When the load current increases, the potential at the connection point between the load current detection resistor Rs1 and the transistor M1 becomes smaller than a predetermined potential. Thereby, the PWM control unit 22 determines that the current is in an overcurrent state, and controls the driver 23 so as to turn off the transistors M1 and M2.

このとき、上記電源装置1は、PWM制御方式によるコンバータを構成している。PWM制御方式によるコンバータは、一般的に重負荷時に変換効率がよく、軽負荷時には変換効率が低下する傾向にある。   At this time, the power supply apparatus 1 constitutes a converter using a PWM control method. Converters based on the PWM control method generally have good conversion efficiency at heavy loads and tend to decrease at light loads.

図6は従来の電源装置の負荷電流Ioutに対する効率ηの特性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a characteristic of the efficiency η with respect to the load current Iout of the conventional power supply device.

PWM制御方式によるコンバータである電源装置1は、図6に示すように所定の負荷電流Iout0で変換効率が最大となり、負荷電流Ioutが小さい、すなわち、軽負荷になると変換効率ηが低下する特性を示す。   As shown in FIG. 6, the power supply device 1 that is a converter using the PWM control system has a characteristic that the conversion efficiency becomes maximum at a predetermined load current Iout0, and the load efficiency Iout is small, that is, the conversion efficiency η decreases when the load is light. Show.

このため、電源装置として、変換効率を改善するように複数の電圧変換回路から一つの電圧変換回路を選択して動作させる電源装置が提案されていた(例えば、特許文献1参照)。   For this reason, as a power supply device, a power supply device has been proposed in which one voltage conversion circuit is selected from a plurality of voltage conversion circuits so as to improve the conversion efficiency (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−353040号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-353040

しかるに、従来の電源装置では、軽負荷時でもコンバータにより電圧変換を行うため、軽負荷時には図6に示すように変換効率が低下するなどの課題があった。   However, in the conventional power supply device, voltage conversion is performed by the converter even at a light load, and thus there is a problem that the conversion efficiency is lowered as shown in FIG. 6 at the light load.

また、既に提案されている変換効率を改善するように複数の電圧変換回路から一つの電圧変換回路を選択して動作させようにした電源装置では、単に複数の電圧変換回路を切り換える構成であったため、切換のタイミングなどによっては出力電圧が変動するなどの課題があった。   In addition, in the power supply apparatus in which one voltage conversion circuit is selected from a plurality of voltage conversion circuits so as to improve the conversion efficiency that has already been proposed, the configuration is such that the plurality of voltage conversion circuits are simply switched. There is a problem that the output voltage fluctuates depending on the switching timing.

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、重負荷から軽負荷まで高効率に、かつ、変動なく電圧を供給可能な電源装置及び電源制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a power supply control apparatus that can supply a voltage from a heavy load to a light load with high efficiency and without fluctuation.

本発明は、入力電圧(Vin)を所定の出力電圧(Vout)に変換して負荷に印加する電源装置において、パルス幅変調方式のコンバータから構成され、所定の出力電圧(Vout)となるように入力電圧(Vin)を電圧変換する第1の電圧変換手段(123、125、127、M1、M2、Rs1)と、パルス周波数変調方式のコンバータから構成され、所定の出力電圧(Vout)となるように入力電圧(Vin)を電圧変換する第2の電圧変換手段(124、125、127、M1、M2)と、レギュレータから構成され、所定の出力電圧(Vout)となるように入力電圧(Vin)を電圧変換する第3の電圧変換手段(126、M3)と、重負荷時に第1の電圧変換手段(123、125、127、M1、M2、Rs1)が動作し、中負荷時に第2の電圧変換手段(124、125、127、M1、M2)が動作し、軽負荷時に第3の電圧変換手段(126、M3)が動作するように第1の電圧変換手段(123、125、127、M1、M2、Rs1)及び第2の電圧変換手段(124、125、127、M1、M2)並びに第3の電圧変換手段(126、M3)の動作切換制御を行う制御手段(Rs、121、122)とを有することを特徴とする。   The present invention is a power supply device that converts an input voltage (Vin) into a predetermined output voltage (Vout) and applies it to a load, and is composed of a pulse width modulation type converter so as to have a predetermined output voltage (Vout). It comprises first voltage conversion means (123, 125, 127, M1, M2, Rs1) for converting the input voltage (Vin) and a pulse frequency modulation type converter so as to obtain a predetermined output voltage (Vout). The second voltage converting means (124, 125, 127, M1, M2) for converting the input voltage (Vin) into voltage and a regulator, the input voltage (Vin) so as to be a predetermined output voltage (Vout). The third voltage conversion means (126, M3) for voltage conversion and the first voltage conversion means (123, 125, 127, M1, M2, Rs1) operate at heavy load, and the second voltage at medium load Conversion hand (124, 125, 127, M1, M2) are operated, and the first voltage conversion means (123, 125, 127, M1, M2) is operated so that the third voltage conversion means (126, M3) is operated at a light load. , Rs1) and second voltage conversion means (124, 125, 127, M1, M2) and control means (Rs, 121, 122) for performing operation switching control of the third voltage conversion means (126, M3). It is characterized by having.

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲が限定されるものではない。   In addition, the said reference code is a reference to the last, and a claim is not limited by this.

本発明によれば、重負荷時にはパルス幅変調方式のコンバータにより負荷に電源を供給し、中負荷時にはパルス周波数変調方式のコンバータにより負荷に電源を供給し、軽負荷時にはレギュレータにより負荷に電源を供給することにより、重負荷から軽負荷まで効率よく負荷に電源を供給できるなどの特長を有する。   According to the present invention, the power is supplied to the load by a pulse width modulation type converter at heavy load, the power is supplied to the load by a pulse frequency modulation type converter at medium load, and the power is supplied to the load by a regulator at light load. By doing so, it has the feature that power can be efficiently supplied to the load from heavy load to light load.

[概略構成]
図1は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。
[Schematic configuration]
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention.

本実施例の電源装置100は、電源制御装置111、コイルL、キャパシタC、負荷電流検出用抵抗Rsから構成され、入力電圧Vinを所定の電圧に変換して出力電圧Voutとして負荷に印加する。   The power supply device 100 according to the present embodiment includes a power supply control device 111, a coil L, a capacitor C, and a load current detection resistor Rs, and converts the input voltage Vin into a predetermined voltage and applies it to the load as the output voltage Vout.

電源制御装置111は、例えば、1チップのIC(integrated circuit)から構成されており、入力端子Tinに入力電圧Vinが印加される。電源制御装置111で生成された電圧は、出力端子Toutから出力される。   The power supply control device 111 is composed of, for example, a one-chip IC (integrated circuit), and an input voltage Vin is applied to an input terminal Tin. The voltage generated by the power supply control device 111 is output from the output terminal Tout.

コイルLは、一端が電源制御装置111の出力端子Toutに接続され、他端がキャパシタCを介して接地されるとともに、負荷電流検出用抵抗Rsを介して図示しない負荷に接続されている。   One end of the coil L is connected to the output terminal Tout of the power supply control device 111, the other end is grounded via a capacitor C, and is connected to a load (not shown) via a load current detection resistor Rs.

負荷電流検出用抵抗Rsと負荷との接続点は、電源制御装置111の端子Ts2に接続されている。また、負荷電流検出用抵抗RsとコイルLとの接続点は、電源制御装置111の端子Ts3に接続されている。   A connection point between the load current detection resistor Rs and the load is connected to a terminal Ts2 of the power supply control device 111. The connection point between the load current detection resistor Rs and the coil L is connected to the terminal Ts3 of the power supply control device 111.

電源制御装置111は、端子Ts2と端子Ts3との電位差、すなわち、負荷電流検出用抵抗Rsに発生する電圧に応じて電圧制御方法を制御する。   The power supply control device 111 controls the voltage control method according to the potential difference between the terminal Ts2 and the terminal Ts3, that is, the voltage generated in the load current detection resistor Rs.

[電源制御装置111]
電源制御装置111は、差動増幅回路121、コントローラ122、PWM制御部123、PFM制御部124、エラーアンプ125、レギュレータ制御部126、ドライバ127、トランジスタM1〜M3が内蔵された構成とされている。
[Power control device 111]
The power supply control device 111 includes a differential amplifier circuit 121, a controller 122, a PWM control unit 123, a PFM control unit 124, an error amplifier 125, a regulator control unit 126, a driver 127, and transistors M1 to M3. .

差動増幅回路121は、非反転端子が端子Ts2に接続され、反転端子が端子Ts3に接続されている。端子Ts2には、負荷電流検出用抵抗Rsと負荷との接続点が接続され、端子Ts3には、コイルLと負荷電流検出用抵抗Rsとの接続点が接続される。負荷電流検出用抵抗Rsの両端には、負荷に供給される負荷電流Ioutに応じた電圧が発生する。   The differential amplifier circuit 121 has a non-inverting terminal connected to the terminal Ts2 and an inverting terminal connected to the terminal Ts3. A connection point between the load current detection resistor Rs and the load is connected to the terminal Ts2, and a connection point between the coil L and the load current detection resistor Rs is connected to the terminal Ts3. A voltage corresponding to the load current Iout supplied to the load is generated at both ends of the load current detection resistor Rs.

差動増幅回路121は、負荷電流検出用抵抗Rsに発生する電圧に応じた信号を出力する。差動増幅回路121の出力信号は、コントローラ122の端子Tc1に供給される。   The differential amplifier circuit 121 outputs a signal corresponding to the voltage generated in the load current detection resistor Rs. The output signal of the differential amplifier circuit 121 is supplied to the terminal Tc1 of the controller 122.

図2はコントローラ122のブロック構成図を示す。   FIG. 2 shows a block configuration diagram of the controller 122.

コントローラ122は、コンパレータ211、212、基準電圧源213、214、NORゲート215から構成される。   The controller 122 includes comparators 211 and 212, reference voltage sources 213 and 214, and a NOR gate 215.

端子Tc1に供給された差動増幅回路121の出力信号は、コンパレータ211の非反転入力端子及びコンパレータ212の反転入力端子に供給される。コンパレータ211の反転入力端子には、基準電圧源213から基準電圧V1が印加されている。コンパレータ211は、差動増幅回路121の出力信号が基準電圧V1より大きければ出力をハイレベルとし、差動増幅回路121の出力信号が基準電圧V1より小さければ出力をローレベルとする。コンパレータ211の出力は、端子Tc2及びNORゲート215に供給される。   The output signal of the differential amplifier circuit 121 supplied to the terminal Tc1 is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator 211 and the inverting input terminal of the comparator 212. A reference voltage V 1 is applied from the reference voltage source 213 to the inverting input terminal of the comparator 211. The comparator 211 sets the output to a high level if the output signal of the differential amplifier circuit 121 is greater than the reference voltage V1, and sets the output to a low level if the output signal of the differential amplifier circuit 121 is less than the reference voltage V1. The output of the comparator 211 is supplied to the terminal Tc2 and the NOR gate 215.

コンパレータ212の非反転入力端子には、基準電圧源214から基準電圧V21が印加されている。なお、基準電圧V21は基準電圧V1より小さいレベルに設定されている。コンパレータ212は、出力にヒステリシスの特性が付与されており、差動増幅回路121の出力信号が基準電圧V21より小さくなると出力をハイレベルとし、差動増幅回路121の出力信号が基準電圧V22より大きくなると出力をローレベルとする。   A reference voltage V21 from the reference voltage source 214 is applied to the non-inverting input terminal of the comparator 212. The reference voltage V21 is set to a level smaller than the reference voltage V1. The comparator 212 has a hysteresis characteristic in its output. When the output signal of the differential amplifier circuit 121 becomes smaller than the reference voltage V21, the output is set to a high level, and the output signal of the differential amplifier circuit 121 becomes larger than the reference voltage V22. Then, the output is set to low level.

コンパレータ212の出力は、端子Tc4及びNORゲート215に供給される。NORゲート215は、コンパレータ211の出力とコンパレータ212の出力とのNOR論理を出力する。NORゲート215の出力は、端子Tc3に供給される。   The output of the comparator 212 is supplied to the terminal Tc4 and the NOR gate 215. The NOR gate 215 outputs a NOR logic between the output of the comparator 211 and the output of the comparator 212. The output of the NOR gate 215 is supplied to the terminal Tc3.

コントローラ122の端子Tc2は、PWM(pulse width modulation)制御部123に接続される。コントローラ122の端子Tc3は、PFM(pulse frequency modulation)制御部124に接続される。コントローラ122の端子Tc4は、レギュレータ制御部126に接続される。   A terminal Tc2 of the controller 122 is connected to a PWM (pulse width modulation) control unit 123. The terminal Tc3 of the controller 122 is connected to a PFM (pulse frequency modulation) control unit 124. The terminal Tc4 of the controller 122 is connected to the regulator control unit 126.

エラーアンプ125には、端子Ts1を介して負荷に印加される出力電圧Voutが印加されている。エラーアンプ125は、出力電圧Voutと基準電圧との誤差に応じた誤差信号を出力する。   The error amplifier 125 is applied with an output voltage Vout applied to the load via the terminal Ts1. The error amplifier 125 outputs an error signal corresponding to the error between the output voltage Vout and the reference voltage.

エラーアンプ125から出力された誤差信号は、PWM制御部123及びPFM制御部124に供給される。   The error signal output from the error amplifier 125 is supplied to the PWM control unit 123 and the PFM control unit 124.

PWM制御部123は、コントローラ122の端子Tc2がハイレベルのときに動作状態とされ、ローレベルのときに非動作状態とされ、動作状態でエラーアンプ125からの誤差信号に応じたパルス幅のパルスを発生する。PWM制御部123で発生したパルスは、ドライバ127に供給される。   The PWM control unit 123 is in an operating state when the terminal Tc2 of the controller 122 is at a high level, is in an inoperative state when the terminal Tc2 is at a low level, and has a pulse width pulse corresponding to an error signal from the error amplifier 125 in the operating state. Is generated. The pulse generated by the PWM control unit 123 is supplied to the driver 127.

PFM制御部124は、コントローラ122の端子Tc3がハイレベルのときに動作状態とされ、ローレベルのときに非動作状態とされ、動作状態でエラーアンプ125からの誤差信号に応じた周波数のパルスを発生する。PFM制御部123で発生したパルスは、ドライバ127に供給される。   The PFM control unit 124 is in an operating state when the terminal Tc3 of the controller 122 is at a high level, and is in an inactive state when the terminal Tc3 is at a low level. appear. The pulse generated by the PFM control unit 123 is supplied to the driver 127.

ドライバ127は、PWM制御部123又はPFM制御部124からのパルスに応じてトランジスタM1とトランジスタM2とを交互にオン/オフする。トランジスタM1、M2は、ドレイン−ソースが直列に接続されており、一端が電流検出用抵抗Rs1を介して電源制御装置111の端子Tinに接続され、他端が接地されている。なお、負荷電流検出用抵抗Rs1とトランジスタM1との接続点はPWM制御部123接続されている。負荷電流が大きくなり、負荷電流検出用抵抗Rs1とトランジスタM1との接続点の電位が所定電位より小さくなると、過電流状態であると判断して、PWM制御部123はトランジスタM1、M2をオフするようにドライバ127を制御する。また、トランジスタM1とトランジスタM2との接続点は、電源制御装置111の端子Toutに接続されている。   The driver 127 alternately turns on / off the transistor M1 and the transistor M2 in response to a pulse from the PWM control unit 123 or the PFM control unit 124. The transistors M1 and M2 have a drain-source connected in series, one end connected to the terminal Tin of the power supply control device 111 via the current detection resistor Rs1, and the other end grounded. The connection point between the load current detection resistor Rs1 and the transistor M1 is connected to the PWM controller 123. When the load current increases and the potential at the connection point between the load current detection resistor Rs1 and the transistor M1 becomes smaller than a predetermined potential, it is determined that the current is in an overcurrent state, and the PWM controller 123 turns off the transistors M1 and M2. The driver 127 is controlled as follows. The connection point between the transistor M1 and the transistor M2 is connected to the terminal Tout of the power supply control device 111.

レギュレータ制御部126は、トランジスタM3とともにシリーズレギュレータを構成しており、コントローラ122の端子Tc4がハイレベルのときに動作状態とされ、ローレベルのときに非動作状態とされる。レギュレータ制御部126は、動作状態で一定の電圧が出力されるようにトランジスタM3を制御する。動作時に、レギュレータ制御部126及びトランジスタM3から構成されるシリーズレギュレータで生成された電圧は、出力端子Toutに供給される。   The regulator control unit 126 constitutes a series regulator together with the transistor M3. The regulator control unit 126 is activated when the terminal Tc4 of the controller 122 is at a high level, and is deactivated when the terminal Tc4 is at a low level. The regulator control unit 126 controls the transistor M3 so that a constant voltage is output in the operating state. During operation, the voltage generated by the series regulator including the regulator controller 126 and the transistor M3 is supplied to the output terminal Tout.

[動作]
図3は電源制御装置111の動作説明図を示す。図3(A)は差動増幅回路121の出力、図3(B)はPWM制御部123の動作状態、図3(C)はPFM制御部124の動作状態、図3(D)はレギュレータ制御部126の動作状態を示す。
[Operation]
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the power supply control device 111. 3A shows the output of the differential amplifier circuit 121, FIG. 3B shows the operating state of the PWM control unit 123, FIG. 3C shows the operating state of the PFM control unit 124, and FIG. 3D shows regulator control. The operating state of the unit 126 is shown.

差動増幅回路121の出力が基準電圧V1より大きいとき、すなわち、負荷電流検出用抵抗Rsに電流が多く流れる状態である重負荷時には、図3(B)に示すようにPWM制御部123が動作状態となり、図3(C)に示すようにPFM制御部124及び図3(D)に示すレギュレータ制御部126は非動作状態となる。   When the output of the differential amplifier circuit 121 is larger than the reference voltage V1, that is, in a heavy load where a large amount of current flows through the load current detection resistor Rs, the PWM controller 123 operates as shown in FIG. As shown in FIG. 3C, the PFM control unit 124 and the regulator control unit 126 shown in FIG. 3D are inactive.

また、差動増幅回路121の出力が基準電圧V1より小さく、かつ、基準電圧V21より大きい状態である中負荷時には、図3(B)に示すようにPFM制御部124が動作状態となり、図3(B)に示すPWM制御部123及び図3(D)に示すレギュレータ制御部126は非動作状態となる。   Further, when the output of the differential amplifier circuit 121 is lower than the reference voltage V1 and larger than the reference voltage V21, the PFM control unit 124 is in an operating state as shown in FIG. The PWM control unit 123 shown in FIG. 3B and the regulator control unit 126 shown in FIG.

さらに、差動増幅回路121の出力が基準電圧V21より小さい状態となる軽負荷時には、図3(D)に示すようにレギュレータ制御部126が動作状態となり、図3(B)に示すPWM制御部123及び図3(C)に示すPFM制御部124は非動作状態となる。   Further, at a light load where the output of the differential amplifier circuit 121 is smaller than the reference voltage V21, the regulator control unit 126 is in an operating state as shown in FIG. 3D, and the PWM control unit shown in FIG. 123 and the PFM control unit 124 shown in FIG.

軽負荷状態から中負荷状態に戻るときには、差動増幅回路121の出力が基準電圧V1より小さく、かつ、基準電圧V21より大きい電圧V22になると、図3(C)に示すようにPFM制御部124が動作状態となり、図3(D)に示すレギュレータ制御部126が非動作状態となる。   When returning from the light load state to the medium load state, when the output of the differential amplifier circuit 121 becomes a voltage V22 smaller than the reference voltage V1 and larger than the reference voltage V21, as shown in FIG. Becomes an operating state, and the regulator control unit 126 shown in FIG.

このように、PFM制御部124とレギュレータ制御部126との切換動作に、ヒステリシス特性を持たせ、切換による電圧変動などを抑制している。なお、PWM制御部123及びPFM制御部124は共に、出力電圧に応じたパルスを発生しており、発生したパルスにより共通のドライバ127を介してトランジスタM1、M2を交互にスイッチングさせる構成であり、切換動作をスムーズに行える。よって、PWM制御部123とPFM制御部124との動作の切換には、ヒステリシスを持たせることはしていない。   As described above, the switching operation between the PFM control unit 124 and the regulator control unit 126 is provided with a hysteresis characteristic to suppress voltage fluctuation due to switching. Note that both the PWM control unit 123 and the PFM control unit 124 generate pulses according to the output voltage, and the transistors M1 and M2 are alternately switched via the common driver 127 by the generated pulses. Switching operation can be performed smoothly. Therefore, hysteresis is not given to the switching of operation between the PWM control unit 123 and the PFM control unit 124.

PWM制御部123によるPWM動作時には、重負荷時に効率よく動作するが、中軽負荷時には効率が低下する。また、PFM制御部124によるPFM動作時には、中負荷時に効率よく動作するが、重負荷、軽負荷時には効率が低下する。さらに、トランジスタM3、レギュレータ制御部126から構成されるシリーズレギュレータは、軽負荷時には効率よく動作するが、中負荷、重負荷時に効率が低下する。   During PWM operation by the PWM control unit 123, it operates efficiently at heavy loads, but the efficiency decreases at medium to light loads. Further, when the PFM operation is performed by the PFM control unit 124, the PFM controller 124 operates efficiently at a medium load, but the efficiency decreases at a heavy load and a light load. Furthermore, the series regulator composed of the transistor M3 and the regulator control unit 126 operates efficiently at light loads, but the efficiency decreases at medium loads and heavy loads.

よって、本実施例のように負荷電流によって負荷が重負荷か、中負荷か、軽負荷かを検出し、重負荷時にはPWM方式により負荷に電源を供給し、中負荷時にはPFM方式により負荷に電源を供給し、軽負荷時にはシリーズレギュレータにより負荷に電源を供給することにより重負荷、中負荷、軽負荷のいずれの状態においても効率を向上させることができる。   Therefore, as in this embodiment, the load current detects whether the load is heavy load, medium load, or light load, and supplies power to the load by the PWM method at heavy load, and supplies power to the load by the PFM method at medium load. When the load is light, the power can be supplied to the load by the series regulator to improve the efficiency in any of heavy load, medium load, and light load.

図4は負荷電流Ioutに対する効率ηの特性を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a characteristic of the efficiency η with respect to the load current Iout.

本実施例によれば、図4に示すように負荷電流Ioutのいずれの状態においても電源装置100の効率ηを高効率状態に保持できる。よって、本実施例の電源装置100によれば、重負荷から軽負荷まで高効率に動作可能な装置を提供できる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the efficiency η of the power supply apparatus 100 can be maintained in a high efficiency state in any state of the load current Iout. Therefore, according to the power supply device 100 of the present embodiment, it is possible to provide a device that can operate with high efficiency from a heavy load to a light load.

なお、本実施例では、トランジスタM1、M2、M3、負荷電流検出用抵抗Rs1を電源制御装置111に内蔵したが、これらは外付けとしてもよい。   In this embodiment, the transistors M1, M2, M3 and the load current detection resistor Rs1 are built in the power supply control device 111, but these may be externally attached.

また、本実施例では、負荷の状態を負荷電流検出用抵抗Rsの両端にかかる電圧によって検出したが、エラーアンプ125の出力から検出するようにしてもよく、要は負荷の状態が検出できれば、これらの方法に限定されるものでははい。   In this embodiment, the load state is detected by the voltage applied to both ends of the load current detection resistor Rs. However, the load state may be detected from the output of the error amplifier 125. In short, if the load state can be detected, It is not limited to these methods.

本発明の一実施例のブロック構成図である。It is a block block diagram of one Example of this invention. コントローラ122のブロック構成図である。2 is a block configuration diagram of a controller 122. FIG. 電源制御装置111の動作説明図である。6 is an operation explanatory diagram of the power supply control device 111. FIG. 負荷電流Ioutに対する効率ηの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of efficiency (eta) with respect to load current Iout. 従来の一例のブロック構成図である。It is a block block diagram of an example of the past. 従来の電源装置の負荷電流Ioutに対する効率ηの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of efficiency (eta) with respect to load current Iout of the conventional power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

100 電源装置
111 電源制御装置
L コイル
C キャパシタ
Rs 負荷電流検出用抵抗
121 差動増幅回路
122 コントローラ
123 PWM制御部
124 PFM制御部
125 エラーアンプ
126 レギュレータ制御部
127 ドライバ
M1〜M3 トランジスタ
Tin、Tout、Ts1〜Ts3 端子
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Iout 負荷電流
100 power supply device 111 power supply control device L coil C capacitor Rs load current detection resistor 121 differential amplifier circuit 122 controller 123 PWM control unit 124 PFM control unit 125 error amplifier 126 regulator control unit 127 drivers M1 to M3 transistors Tin, Tout, Ts1 ~ Ts3 terminal Vin input voltage Vout output voltage Iout load current

Claims (6)

入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に印加する電源装置において、
パルス幅変調方式のコンバータから構成され、前記所定の出力電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第1の電圧変換手段と、
パルス周波数変調方式のコンバータから構成され、前記所定の出力電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第2の電圧変換手段と、
レギュレータから構成され、前記所定の出力電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第3の電圧変換手段と、
重負荷時に前記第1の電圧変換手段が動作し、中負荷時に前記第2の電圧変換手段が動作し、軽負荷時に前記第3の電圧変換手段が動作するように、前記第1の電圧変換手段及び前記第2の電圧変換手段並びに前記第3の電圧変換手段の動作切換制御を行う制御手段とを有することを特徴とする電源装置。
In a power supply device that converts an input voltage into a predetermined output voltage and applies it to a load,
A first voltage conversion unit configured by a pulse width modulation type converter, which converts the input voltage so as to be the predetermined output voltage;
A second voltage converting means configured to convert the input voltage so as to be the predetermined output voltage, comprising a pulse frequency modulation type converter;
A third voltage converting unit configured by a regulator and converting the input voltage so as to be the predetermined output voltage;
The first voltage conversion means operates so that the first voltage conversion means operates during heavy load, the second voltage conversion means operates during medium load, and the third voltage conversion means operates during light load. And a control means for performing operation switching control of the second voltage conversion means and the third voltage conversion means.
前記制御手段は、前記負荷に供給される負荷電流を検出することにより前記重負荷、及び、中負荷、並びに、軽負荷を検出することを特徴とする請求項1記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control unit detects the heavy load, the medium load, and the light load by detecting a load current supplied to the load. 前記制御手段は、前記第2の電圧変換手段と前記第3の電圧変換手段との間の切換動作にヒステリシスを持たせたことを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1 or 2, wherein the control means has a hysteresis in a switching operation between the second voltage conversion means and the third voltage conversion means. 入力電圧を、負荷に供給される電圧が所定の電圧となるように変換して出力する電源制御装置において、
パルス幅変調方式のコンバータから構成され、前記負荷への印加電圧が所定の電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第1の電圧変換手段と、
パルス周波数変調方式のコンバータから構成され、前記負荷への印加電圧が所定の電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第2の電圧変換手段と、
レギュレータから構成され、前記負荷への印加電圧が所定の電圧となるように前記入力電圧を電圧変換する第3の電圧変換手段と、
重負荷時に前記第1の電圧変換手段が動作し、中負荷時に前記第2の電圧変換手段が動作し、軽負荷時に前記第3の電圧変換手段が動作するように、前記第1の電圧変換手段及び前記第2の電圧変換手段並びに前記第3の電圧変換手段の動作切換制御を行う制御手段とを有することを特徴とする電源制御装置。
In the power supply control device that converts the input voltage so that the voltage supplied to the load becomes a predetermined voltage and outputs it,
A first voltage converting means configured to convert the input voltage so that an applied voltage to the load becomes a predetermined voltage, comprising a pulse width modulation type converter;
A second voltage converting means configured to convert the input voltage so that an applied voltage to the load becomes a predetermined voltage, comprising a pulse frequency modulation type converter;
A third voltage converting means configured to convert the input voltage so that an applied voltage to the load becomes a predetermined voltage,
The first voltage conversion means operates so that the first voltage conversion means operates during heavy load, the second voltage conversion means operates during medium load, and the third voltage conversion means operates during light load. And a control means for performing an operation switching control of the third voltage conversion means and the second voltage conversion means.
前記制御手段は、前記負荷に供給される負荷電流を検出することにより前記重負荷、及び、中負荷、並びに、軽負荷を検出することを特徴とする請求項4記載の電源制御装置。   5. The power supply control device according to claim 4, wherein the control means detects the heavy load, medium load, and light load by detecting a load current supplied to the load. 前記制御手段は、前記第2の電圧変換手段と前記第3の電圧変換手段との間の切換動作にヒステリシスを持たせたことを特徴とする請求項4又は5記載の電源制御装置。   6. The power supply control device according to claim 4 or 5, wherein the control means has hysteresis in a switching operation between the second voltage conversion means and the third voltage conversion means.
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