JP3563066B2 - 電源装置及びそれを備えた携帯機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトスタート機能を有する直流−直流変換型の電源装置及びその電源装置を備える携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの携帯機器では、共通のバッテリを電源として、種々の構成部分、例えば表示部、通信部、制御部（ＣＰＵ）等ごとに、それぞれ所定の電圧を発生する直流−直流変換型の電源回路部を備えており、これらの電源回路部は、個々に動作及び停止が制御されるように構成されている。そして、その時点で出力電圧が不要な電源回路部は停止させておき、出力電圧が必要となったときに動作させるように構成されることが多い。このように、出力電圧が必要な時にのみ、その電源回路部を動作させることにより、それら電源回路部の電源であるバッテリの長寿命化を計ることができる。
【０００３】
電源回路部としては、シリーズパス型直流電源や、昇圧型スイッチング直流電源、降圧型スイッチング直流電源等があるが、いずれの形式の直流電源においても動作開始の起動時に大電流が消費されるから、電圧降下により電源電圧が低下し、不安定になる。この電源電圧の変動は、電源回路部が起動する都度生じることになるから、これらの電源回路部が組み込まれている半導体装置中の制御回路等の動作に、誤動作を惹起するなどの悪影響を与えることがある。電源用バッテリの容量に電流変化にも耐えられるように余裕を持たせられればそのような変動を避けることはできるが、例えば携帯機器用など小型化、軽量化が求められる半導体装置では、余裕を持たせることは困難である。
【０００４】
このような影響を避けるために、電源回路部の起動時には、その出力電圧を徐々に大きくする、いわゆるソフトスタートを行うことになる。このソフトスタートの手段としては、一般的に、電源回路部への基準電圧を零から徐々に大きくすることにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電源回路部がその半導体装置中に１つしかない場合には、基準電圧を徐々に大きくするソフトスタートで特に問題はない。しかし、複数の電源回路部を有し、それぞれが個別に動作・停止制御される電源装置の場合には、事情が異なる。即ち、その基準電圧を他の電源回路部でも利用している場合には、１つの電源回路部がオンするたびに、ソフトスタートさせるために基準電圧が変動することになるから、他の電源回路部でもその変動の影響を受けることになってしまう。
【０００６】
このような意図しない変動を避けるためには、基準電圧源を複数使用して、動作開始する電源回路部への基準電圧のみを徐々に立ち上げるようにする方法がとられる。しかし、複数の基準電圧源を設けることは、そのための回路の専有面積が大きくなるし、その基準電圧源による消費電流も大きくなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、基準電圧源の基準電圧を変更することなく一定値に維持しつつ、動作・停止制御される電源回路部のソフトスタートを行うことを可能にして、電源電圧の変動を抑制し、かつ基準電圧を変更する必要を無くした、直流−直流変換型の電源装置及びその電源装置を備える携帯機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の直流−直流変換型の電源装置は、直流電源の電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する直流−直流変換型の電源装置であって、基準電圧源と、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能な電圧設定器を有し、当該電源装置の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定することを特徴とする。
【０００９】
この本発明の請求項１の直流−直流変換型の電源装置によれば、その起動時において、出力電圧がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定される。その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化していく。したがって、基準電圧を何ら変更することなく、単に、誤差増幅器の第２入力端子を特定電圧点に接続するだけでソフトスタートを実現することができる。
【００１０】
また、ソフトスタートをさせるために基準電圧を連続的に変更するためのソフトスタート回路が不要となる。
【００１１】
本発明の請求項２の直流−直流変換型の電源装置は、直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置であって、前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、ことを特徴とする。
【００１２】
この本発明の請求項２の直流−直流変換型の電源装置によれば、共通の電源により駆動され、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部に対して、電圧を変更する必要のない基準電圧源を共通に接続することができる。また、個々の電源回路部の動作開始時には、出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定され、その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。したがって、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、当該電源回路部の動作を開始することができる。
【００１３】
本発明の請求項３の携帯機器は、直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置を備える携帯機器であって、前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
この本発明の請求項３の携帯機器によれば、請求項２に記載の直流−直流変換型電源装置を含んで構成されるから、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの電源装置として、好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の直流−直流変換型電源装置の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、本明細書においては、各々の電圧は、グランドとの間の電圧を意味している。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る、直流−直流変換型電源装置の全体回路構成を示す図である。図２は、第１の実施の形態で好適に用いられるプルアップ回路の構成を示す図であり、また、図３は第１の実施の形態における主要部のタイミングチャートである。
【００１７】
図１の直流−直流変換型電源装置は、複数の直流−直流変換型電源回路部１０、２０、３０と、これらの電源回路部１０、２０、３０に共通に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する基準電圧源４０を備えている。なお、コンデンサＣｒは基準電圧をより安定化するために設けられている平滑用コンデンサである。
【００１８】
この直流−直流変換型電源装置は、例えば、携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの携帯機器の電源装置として用いられる。各々の電源回路部１０、２０、３０は、表示部、通信部、制御部（ＣＰＵ）等種々の構成部分用に用意され、それぞれ所定の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を出力する。
【００１９】
そして、各々の電源回路部１０、２０、３０は、出力電圧が必要なときに動作させ、出力電圧が不要な期間は不動作とするように、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦにより個別に動作・停止が制御される。これら電源回路部は、３個として示しているが、この数は例示であり任意の個数とすることができ、場合によっては１個でもよい。
【００２０】
各電源回路部１０、２０、３０は、同様な回路構成とすることができるので、以下、電源回路部１０について詳しく説明する。
【００２１】
電源回路部１０において、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子＋には基準電圧源４０からの基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、他の電源回路部２０、３０にも共通に入力されるので、常時一定の電圧値に維持される。
【００２２】
演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−には入力抵抗Ｒｉを介して出力電圧Ｖ１に比例した電圧がフィードバックされて入力される。この例では、出力電圧Ｖ１を分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２で分圧した電圧を、バッファＢ１を介してフィードバックしている。
【００２３】
また、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−と出力端子との間に帰還コンデンサＣｆと帰還抵抗Ｒｆが設けられている。これら演算増幅器ＯＰ１、入力抵抗Ｒｉ、帰還コンデンサＣｆ、帰還抵抗Ｒｆにより誤差増幅器が構成されている。
【００２４】
プルアップ回路１３は、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−と電源電圧Ｖｄｄとの間に設けられており、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦに応じて動作・停止が制御される。さらに、停止状態から動作状態に変わったときに、一定時間だけオンして演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−を基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧、即ち電源電圧Ｖｄｄに向けてプルアップし、その後オフする。このとき、帰還コンデンサＣｆはプルアップ回路１３のオンにより一旦電源電圧Ｖｄｄに充電され、そのオフにより帰還抵抗Ｒｆなどにより徐々に放電されるから、反転入力端子−の反転入力ｉも電源電圧Ｖｄｄから基準電圧Ｖｒｅｆに向けて徐々に低下していく。
【００２５】
比較器ＣＰ１は、演算増幅器ＯＰ１の出力ｉｉｉを反転入力に受け、発振回路１１の三角波信号ｉｉを非反転入力に受けてそれら両入力を比較して、パルス幅制御された比較器出力ｉｖを発生し、ドライバ１２に入力する。
【００２６】
スイッチング用Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１とスイッチング用Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２が電源電圧Ｖｄｄとグランド間に直列に接続され、これらＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が比較器出力ｉｖに応じたドライバ１２からの駆動パルスにより交互にオン・オフ制御される。これらＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の接続点電圧が、平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとにより平滑されて、電源電圧Ｖｄｄが降圧された出力電圧Ｖ１が出力される。
【００２７】
図２は、定電流源を用いて構成したプルアップ回路１３の構成例を示す図である。
【００２８】
この図２において、定電流源１３−１と定電流源１３−２は、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦに応じて制御される。定電流源１３−１はその定電流Ｉ１によりコンデンサＣ１を充電する。定電流源１３−２の定電流Ｉ２は、ゲートにバイアス電圧Ｖｂが印加されるＰ型ＭＯＳトランジスタＱ７と、ゲートにコンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１が印加されるＰ型ＭＯＳトランジスタＱ８のいずれかに流れる。バイアス電圧Ｖｂ＞充電電圧Ｖｃ１の間は、定電流Ｉ２はＭＯＳトランジスタＱ８を流れるが、バイアス電圧Ｖｂ＜充電電圧Ｖｃ１となると、定電流Ｉ２はＭＯＳトランジスタＱ７を流れるようになる。
【００２９】
ＭＯＳトランジスタＱ８を流れる定電流Ｉ２は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ６に流れ、このＭＯＳトランジスタＱ６とカレントミラー構成に接続されているＮ型ＭＯＳトランジスタＱ５に定電流Ｉ２に比例した定電流が流れる。さらに、ＭＯＳトランジスタＱ５を流れる定電流は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ４に流れ、このＭＯＳトランジスタＱ４とカレントミラー構成に接続されているＰ型ＭＯＳトランジスタＱ３に定電流Ｉ２に比例した定電流が流れるようになる。
【００３０】
したがって、図２のプルアップ回路１３では、動作信号ＯＮが供給されると、充電電圧Ｖｃ１が零電圧から徐々に上昇する。充電電圧Ｖｃ１が、バイアス電圧Ｖｂに達するまでは、ＭＯＳトランジスタＱ３は定電流Ｉ２に比例した電流を流すように作用するから、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−は、ほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップされる。このプルアップにより、演算増幅器ＯＰ１の出力ｉｉｉは低くなっているから、帰還コンデンサＣｆはやはりほぼ電源電圧Ｖｄｄに充電される。
【００３１】
一定時間が経過し、充電電圧Ｖｃ１がバイアス電圧Ｖｂに達すると、結果としてＭＯＳトランジスタＱ３はオフするから、電源電圧Ｖｄｄへのプルアップは終了する。ただ、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧は、帰還コンデンサＣｆに充電された電荷が帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉ等を介して放電されるから、その放電時定数にしたがって、徐々に低下する。
【００３２】
動作信号ＯＮが供給されてからＭＯＳトランジスタＱ３がオフするまでのプルアップされている時間は、定電流Ｉ１による定電流充電によるから、正確に設定することができる。なお、停止信号ＯＦＦが供給されると、定電流源１３−１と定電流源１３−２がオフされるから、プルアップ回路１３の消費電流は無くなる。
【００３３】
さて、以上の図１、図２のように構成される第１の実施の形態に係る直流−直流電圧変換型電源装置の動作について、図３のタイミングチャートも参照して説明する。
【００３４】
複数の電源回路部１０、２０、３０は、それぞれ動作信号ＯＮ或いは停止信号ＯＦＦが供給されている。動作信号ＯＮが供給されている電源回路部は、基準電圧源４０から基準電圧Ｖｒｅｆを受けて、それぞれ所定の出力電圧を発生している。
【００３５】
ここで、電源回路部１０が動作状態にあるとすると、演算増幅器ＯＰ１等から構成されている誤差増幅器に、出力電圧Ｖ１を分圧してフィードバックされた電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとが比較増幅される。なお、起動時から一定時間以上過ぎた定常状態では、プルアップ回路１３はオフしている。
【００３６】
その誤差増幅器の出力電圧ｉｉｉと発振回路１１の三角波出力とが比較器ＣＰ１で比較され、誤差増幅器の出力電圧ｉｉｉに応じた幅で定周期のパルス出力ｉｖがドライバ１２に供給される。ドライバ１２は、そのパルス出力ｉｖの幅に応じてＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をオン／オフスイッチング制御し、平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏで平滑して、所定の値の出力電圧Ｖ１を出力する。
【００３７】
動作状態にある電源回路部１０に停止信号ＯＦＦが供給されると、この停止信号ＯＦＦにより、電源回路部１０の各構成要素、即ち、演算増幅器ＯＰ１、比較器ＣＰ１、バッファＢ１、発振回路１１、ドライバ１２、プルアップ回路１３は全てオフされ、電流を消費しないようにされる。これにより、平滑コンデンサＣｏの電荷は分割抵抗Ｒ１、Ｒ２や図示しない負荷回路を介して放電され、出力電圧Ｖ１は低下していく。なお、ドライバ１２は、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の両方がオフする状態の出力信号を発生することがよい。
【００３８】
出力電圧Ｖ１が再び必要になると、電源回路部１０に動作信号ＯＮが供給される。この動作信号ＯＮの供給により、その内部の各構成要素には電源電圧が供給され動作可能になる。
【００３９】
この場合、急激な電流増加を避けるためにソフトスタートを行う。まず、プルアップ回路１３に動作信号ＯＮが供給されると、定電流源１３−１と定電流源１３−２が定電流を流し始める。コンデンサＣ１は定電流Ｉ１により充電が開始されるが、この時点ｔ１ではその充電電圧Ｖｃ１はバイアス電圧Ｖｂより当然低いからＭＯＳトランジスタＱ８はオンしており、ＭＯＳトランジスタＱ３もオンしている。
【００４０】
したがって、時点ｔ１で、図３（ａ）のように、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−はほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップされる。電源電圧Ｖｄｄは基準電圧Ｖｒｅｆよりも十分に高いから演算増幅器ＯＰ１の出力電圧は低い値にある。この結果、帰還コンデンサＣｆはほぼ電源電圧まで充電されることになる。
【００４１】
このプルアップされている状態は、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１がバイアス電圧Ｖｂに達して、ＭＯＳトランジスタＱ７がオンに、ＭＯＳトランジスタＱ８がオフに切り替わり、ＭＯＳトランジスタＱ３がオフされる時点ｔ２まで、継続される。
【００４２】
この時点ｔ１から時点ｔ２までのプルアップ時間は、動作信号ＯＮの供給を受けた各構成要素の動作準備が整うまでの時間に応じて決定される。この実施の形態では、プルアップ時間はコンデンサＣ１への定電流充電により決定されるから、その時間を正確に決定することができる。
【００４３】
プルアップが終了した時点ｔ２から、帰還コンデンサＣｆに充電されている電荷が徐々に放電されていく。この放電時定数は、帰還コンデンサＣｆ及び帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉ等により決まる。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧ｉは、電源電圧Ｖｄｄから非反転入力端子＋の基準電圧Ｖｒｅｆ（仮想接地の電圧）に向かって徐々に低下していく。
【００４４】
演算増幅器ＯＰ１の出力、即ち比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉは、図３（ｂ）に示されるように、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧ｉがその非反転入力端子＋の基準電圧Ｖｒｅｆに近づいた時点ｔ３から徐々に立ち上がって行く。この比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉの立ち上がり時定数は、主に帰還抵抗Ｒｆと帰還コンデンサＣｆとにより定まる。
【００４５】
そして、比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉが非反転入力端子＋に供給されている三角波信号ｉｉと交叉し始めた時点ｔ４から、図３（ｃ）に示されるように、比較器ＣＰ１の出力パルスｉｖが発生される。そして、その出力パルスｉｖのパルス幅が時間とともに広くなっていく。
【００４６】
この出力パルスｉｖのパルス幅に応じて、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の駆動時間が制御される。そして、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２からの電流は平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏの作用により平滑されて、平滑コンデンサＣｏに充電される。したがって、出力電圧Ｖ１は、図３（ｄ）のように、零電圧から所定の電圧値に向かって滑らかに大きくなっていく。
【００４７】
このように、第１の実施の形態の直流−直流変換型電源装置は、半導体装置に作り込まれ、共通の電源により駆動される複数の直流−直流変換型電源回路部１０、２０、３０に対して、基準電圧Ｖｒｅｆを変更する必要のない基準電圧源４０を共通に接続することができ、かつ複数の直流−直流変換型電源回路部は、動作及び停止が個々に制御されることができる。
【００４８】
そして、個々の電源回路部（例えば、１０）の動作開始時には、出力電圧Ｖ１がフィードバックされて入力される演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電源電圧Ｖｄｄに設定され、その後、帰還回路の帰還コンデンサＣｆに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧ｒｅｆに向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。
【００４９】
これにより、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、任意の電源回路部の動作／停止を制御することができる。したがって、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなど携帯機器の電源装置として好適である。
【００５０】
また、プルアップ回路１３により、動作信号ＯＮに応じて、他の構成要素の動作準備期間に相当する時間だけ不動作状態に維持する。この時間はコンデンサＣ１を定電流Ｉ１により充電することにより得るから、正確に設定することができる。そして、その時間が経過した後に自動的にソフトスタートするから、電源回路部を確実かつ安定に起動することができる。
【００５１】
図４は、プルアップ回路の他の構成例を示す図である。この図４のプルアップ回路１３Ａは、図２のプルアップ回路１３が定電流源を用いた定電流動作であったのに対して、電圧動作させるようにしたものである。
【００５２】
図４において、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１０と抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２が電源電圧Ｖｄｄとグランド間に直列に接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ１０のゲートに動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦが供給される。また、電源電圧Ｖｄｄと演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−との間にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ９が接続され、そのゲートが抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との接続点に接続されている。このＭＯＳトランジスタＱ９が、図２のプルアップ回路のＭＯＳトランジスタＱ３に対応している。
【００５３】
動作信号ＯＮが供給されると、ＭＯＳトランジスタＱ１０がオンして抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２の時定数に応じて、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖｃ２が上昇する。この充電電圧Ｖｃ２が、ＭＯＳトランジスタＱ９の閾値に達するまでは、ＭＯＳトランジスタＱ９はオンして、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−をほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップする。
【００５４】
充電電圧Ｖｃ２が、ＭＯＳトランジスタＱ９の閾値に達すると、ＭＯＳトランジスタＱ９はオフし、プルアップは終了する。その他の動作は、図１〜図３で説明したことと同様である。
【００５５】
この図４のプルアップ回路によれば、図２のプルアップ回路に比較して、時間精度は低下するが、簡易に構成することができる。
【００５６】
なお、以上の実施の形態では、起動時に、演算増幅器ＯＰ１の入力端子の電圧を所定の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）にプルアップすることとしている。これは、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するドライバ１２の論理設定が、所定の電圧にプルアップした場合に電源装置の出力電圧が出力されない設定となっていることを前提としている。したがって、ドライバ１２の論理設定が、所定の電圧にプルダウンした場合に電源装置の出力電圧が出力されない設定となっている場合には、所定の電圧（例えばグランド電圧）にプルダウンするプルダウン回路を用いることになる。プルダウン回路を構成することは、図２或いは図４の変形により容易にできる。
【００５７】
いずれにしても、直流−直流変換型電源回路部の起動時において、出力値がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧に設定されるように、プルアップもしくはプルダウンすればよい。
【００５８】
また、以上の実施の形態では、直流−直流変換型電源回路部として、降圧型スイッチング直流電源を使用することとして説明したが、電源回路部としては、降圧型スイッチング直流電源に限ることなく、シリーズパス型直流電源や、昇圧型スイッチング直流電源等でも良く、帰還コンデンサを有している誤差増幅器を用いるものであれば同様に適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の直流−直流変換型電源装置によれば、その起動時において、出力電圧がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定される。その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化していく。したがって、基準電圧を何ら変更することなく、単に、誤差増幅器の第２入力端子を特定電圧点に接続するだけでソフトスタートを実現することができる。
【００６０】
また、ソフトスタートをさせるために基準電圧を連続的に変更するためのソフトスタート回路が不要となる。
【００６１】
請求項２の直流−直流変換型電源装置によれば、共通の電源により駆動され、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部に対して、電圧を変更する必要のない基準電圧源を共通に接続することができる。また、個々の電源回路部の動作開始時には、出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定され、その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。したがって、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、当該電源回路部の動作を開始することができる。
【００６２】
請求項３の携帯機器によれば、請求項２に記載の直流−直流変換型電源装置を含んで構成されるから、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの電源装置として、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る、直流−直流変換型電源装置の全体回路構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態で好適に用いられるプルアップ回路の構成例を示す図。
【図３】第１の実施の形態における主要部のタイミングチャート。
【図４】プルアップ回路の他の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 直流−直流変換型電源回路部
１１ 発振回路
１２ ドライバ
１３、１３Ａ プルアップ回路
１３−１、１３−２ 定電流源
４０ 基準電圧源
ＯＰ１ 演算増幅器
ＣＰ１ 比較器
Ｒｉ 入力抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗
Ｃｆ 帰還コンデンサ
Ｂ１ バッファ
Ｑ１〜Ｑ１０ ＭＯＳトランジスタ
Ｌｏ 平滑コイル
Ｃｏ、Ｃｒ 平滑コンデンサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｖｄｄ 電源電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトスタート機能を有する直流−直流変換型の電源装置及びその電源装置を備える携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの携帯機器では、共通のバッテリを電源として、種々の構成部分、例えば表示部、通信部、制御部（ＣＰＵ）等ごとに、それぞれ所定の電圧を発生する直流−直流変換型の電源回路部を備えており、これらの電源回路部は、個々に動作及び停止が制御されるように構成されている。そして、その時点で出力電圧が不要な電源回路部は停止させておき、出力電圧が必要となったときに動作させるように構成されることが多い。このように、出力電圧が必要な時にのみ、その電源回路部を動作させることにより、それら電源回路部の電源であるバッテリの長寿命化を計ることができる。
【０００３】
電源回路部としては、シリーズパス型直流電源や、昇圧型スイッチング直流電源、降圧型スイッチング直流電源等があるが、いずれの形式の直流電源においても動作開始の起動時に大電流が消費されるから、電圧降下により電源電圧が低下し、不安定になる。この電源電圧の変動は、電源回路部が起動する都度生じることになるから、これらの電源回路部が組み込まれている半導体装置中の制御回路等の動作に、誤動作を惹起するなどの悪影響を与えることがある。電源用バッテリの容量に電流変化にも耐えられるように余裕を持たせられればそのような変動を避けることはできるが、例えば携帯機器用など小型化、軽量化が求められる半導体装置では、余裕を持たせることは困難である。
【０００４】
このような影響を避けるために、電源回路部の起動時には、その出力電圧を徐々に大きくする、いわゆるソフトスタートを行うことになる。このソフトスタートの手段としては、一般的に、電源回路部への基準電圧を零から徐々に大きくすることにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電源回路部がその半導体装置中に１つしかない場合には、基準電圧を徐々に大きくするソフトスタートで特に問題はない。しかし、複数の電源回路部を有し、それぞれが個別に動作・停止制御される電源装置の場合には、事情が異なる。即ち、その基準電圧を他の電源回路部でも利用している場合には、１つの電源回路部がオンするたびに、ソフトスタートさせるために基準電圧が変動することになるから、他の電源回路部でもその変動の影響を受けることになってしまう。
【０００６】
このような意図しない変動を避けるためには、基準電圧源を複数使用して、動作開始する電源回路部への基準電圧のみを徐々に立ち上げるようにする方法がとられる。しかし、複数の基準電圧源を設けることは、そのための回路の専有面積が大きくなるし、その基準電圧源による消費電流も大きくなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、基準電圧源の基準電圧を変更することなく一定値に維持しつつ、動作・停止制御される電源回路部のソフトスタートを行うことを可能にして、電源電圧の変動を抑制し、かつ基準電圧を変更する必要を無くした、直流−直流変換型の電源装置及びその電源装置を備える携帯機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の直流−直流変換型の電源装置は、直流電源の電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する直流−直流変換型の電源装置であって、基準電圧源と、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能な電圧設定器を有し、当該電源装置の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定することを特徴とする。
【０００９】
この本発明の請求項１の直流−直流変換型の電源装置によれば、その起動時において、出力電圧がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定される。その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化していく。したがって、基準電圧を何ら変更することなく、単に、誤差増幅器の第２入力端子を特定電圧点に接続するだけでソフトスタートを実現することができる。
【００１０】
また、ソフトスタートをさせるために基準電圧を連続的に変更するためのソフトスタート回路が不要となる。
【００１１】
本発明の請求項２の直流−直流変換型の電源装置は、直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置であって、前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、ことを特徴とする。
【００１２】
この本発明の請求項２の直流−直流変換型の電源装置によれば、共通の電源により駆動され、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部に対して、電圧を変更する必要のない基準電圧源を共通に接続することができる。また、個々の電源回路部の動作開始時には、出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定され、その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。したがって、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、当該電源回路部の動作を開始することができる。
【００１３】
本発明の請求項３の携帯機器は、直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置を備える携帯機器であって、前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
この本発明の請求項３の携帯機器によれば、請求項２に記載の直流−直流変換型電源装置を含んで構成されるから、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの電源装置として、好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の直流−直流変換型電源装置の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、本明細書においては、各々の電圧は、グランドとの間の電圧を意味している。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る、直流−直流変換型電源装置の全体回路構成を示す図である。図２は、第１の実施の形態で好適に用いられるプルアップ回路の構成を示す図であり、また、図３は第１の実施の形態における主要部のタイミングチャートである。
【００１７】
図１の直流−直流変換型電源装置は、複数の直流−直流変換型電源回路部１０、２０、３０と、これらの電源回路部１０、２０、３０に共通に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する基準電圧源４０を備えている。なお、コンデンサＣｒは基準電圧をより安定化するために設けられている平滑用コンデンサである。
【００１８】
この直流−直流変換型電源装置は、例えば、携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの携帯機器の電源装置として用いられる。各々の電源回路部１０、２０、３０は、表示部、通信部、制御部（ＣＰＵ）等種々の構成部分用に用意され、それぞれ所定の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を出力する。
【００１９】
そして、各々の電源回路部１０、２０、３０は、出力電圧が必要なときに動作させ、出力電圧が不要な期間は不動作とするように、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦにより個別に動作・停止が制御される。これら電源回路部は、３個として示しているが、この数は例示であり任意の個数とすることができ、場合によっては１個でもよい。
【００２０】
各電源回路部１０、２０、３０は、同様な回路構成とすることができるので、以下、電源回路部１０について詳しく説明する。
【００２１】
電源回路部１０において、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子＋には基準電圧源４０からの基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、他の電源回路部２０、３０にも共通に入力されるので、常時一定の電圧値に維持される。
【００２２】
演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−には入力抵抗Ｒｉを介して出力電圧Ｖ１に比例した電圧がフィードバックされて入力される。この例では、出力電圧Ｖ１を分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２で分圧した電圧を、バッファＢ１を介してフィードバックしている。
【００２３】
また、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−と出力端子との間に帰還コンデンサＣｆと帰還抵抗Ｒｆが設けられている。これら演算増幅器ＯＰ１、入力抵抗Ｒｉ、帰還コンデンサＣｆ、帰還抵抗Ｒｆにより誤差増幅器が構成されている。
【００２４】
プルアップ回路１３は、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−と電源電圧Ｖｄｄとの間に設けられており、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦに応じて動作・停止が制御される。さらに、停止状態から動作状態に変わったときに、一定時間だけオンして演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−を基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧、即ち電源電圧Ｖｄｄに向けてプルアップし、その後オフする。このとき、帰還コンデンサＣｆはプルアップ回路１３のオンにより一旦電源電圧Ｖｄｄに充電され、そのオフにより帰還抵抗Ｒｆなどにより徐々に放電されるから、反転入力端子−の反転入力ｉも電源電圧Ｖｄｄから基準電圧Ｖｒｅｆに向けて徐々に低下していく。
【００２５】
比較器ＣＰ１は、演算増幅器ＯＰ１の出力ｉｉｉを反転入力に受け、発振回路１１の三角波信号ｉｉを非反転入力に受けてそれら両入力を比較して、パルス幅制御された比較器出力ｉｖを発生し、ドライバ１２に入力する。
【００２６】
スイッチング用Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１とスイッチング用Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２が電源電圧Ｖｄｄとグランド間に直列に接続され、これらＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が比較器出力ｉｖに応じたドライバ１２からの駆動パルスにより交互にオン・オフ制御される。これらＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の接続点電圧が、平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとにより平滑されて、電源電圧Ｖｄｄが降圧された出力電圧Ｖ１が出力される。
【００２７】
図２は、定電流源を用いて構成したプルアップ回路１３の構成例を示す図である。
【００２８】
この図２において、定電流源１３−１と定電流源１３−２は、動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦに応じて制御される。定電流源１３−１はその定電流Ｉ１によりコンデンサＣ１を充電する。定電流源１３−２の定電流Ｉ２は、ゲートにバイアス電圧Ｖｂが印加されるＰ型ＭＯＳトランジスタＱ７と、ゲートにコンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１が印加されるＰ型ＭＯＳトランジスタＱ８のいずれかに流れる。バイアス電圧Ｖｂ＞充電電圧Ｖｃ１の間は、定電流Ｉ２はＭＯＳトランジスタＱ８を流れるが、バイアス電圧Ｖｂ＜充電電圧Ｖｃ１となると、定電流Ｉ２はＭＯＳトランジスタＱ７を流れるようになる。
【００２９】
ＭＯＳトランジスタＱ８を流れる定電流Ｉ２は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ６に流れ、このＭＯＳトランジスタＱ６とカレントミラー構成に接続されているＮ型ＭＯＳトランジスタＱ５に定電流Ｉ２に比例した定電流が流れる。さらに、ＭＯＳトランジスタＱ５を流れる定電流は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ４に流れ、このＭＯＳトランジスタＱ４とカレントミラー構成に接続されているＰ型ＭＯＳトランジスタＱ３に定電流Ｉ２に比例した定電流が流れるようになる。
【００３０】
したがって、図２のプルアップ回路１３では、動作信号ＯＮが供給されると、充電電圧Ｖｃ１が零電圧から徐々に上昇する。充電電圧Ｖｃ１が、バイアス電圧Ｖｂに達するまでは、ＭＯＳトランジスタＱ３は定電流Ｉ２に比例した電流を流すように作用するから、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−は、ほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップされる。このプルアップにより、演算増幅器ＯＰ１の出力ｉｉｉは低くなっているから、帰還コンデンサＣｆはやはりほぼ電源電圧Ｖｄｄに充電される。
【００３１】
一定時間が経過し、充電電圧Ｖｃ１がバイアス電圧Ｖｂに達すると、結果としてＭＯＳトランジスタＱ３はオフするから、電源電圧Ｖｄｄへのプルアップは終了する。ただ、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧は、帰還コンデンサＣｆに充電された電荷が帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉ等を介して放電されるから、その放電時定数にしたがって、徐々に低下する。
【００３２】
動作信号ＯＮが供給されてからＭＯＳトランジスタＱ３がオフするまでのプルアップされている時間は、定電流Ｉ１による定電流充電によるから、正確に設定することができる。なお、停止信号ＯＦＦが供給されると、定電流源１３−１と定電流源１３−２がオフされるから、プルアップ回路１３の消費電流は無くなる。
【００３３】
さて、以上の図１、図２のように構成される第１の実施の形態に係る直流−直流電圧変換型電源装置の動作について、図３のタイミングチャートも参照して説明する。
【００３４】
複数の電源回路部１０、２０、３０は、それぞれ動作信号ＯＮ或いは停止信号ＯＦＦが供給されている。動作信号ＯＮが供給されている電源回路部は、基準電圧源４０から基準電圧Ｖｒｅｆを受けて、それぞれ所定の出力電圧を発生している。
【００３５】
ここで、電源回路部１０が動作状態にあるとすると、演算増幅器ＯＰ１等から構成されている誤差増幅器に、出力電圧Ｖ１を分圧してフィードバックされた電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとが比較増幅される。なお、起動時から一定時間以上過ぎた定常状態では、プルアップ回路１３はオフしている。
【００３６】
その誤差増幅器の出力電圧ｉｉｉと発振回路１１の三角波出力とが比較器ＣＰ１で比較され、誤差増幅器の出力電圧ｉｉｉに応じた幅で定周期のパルス出力ｉｖがドライバ１２に供給される。ドライバ１２は、そのパルス出力ｉｖの幅に応じてＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２をオン／オフスイッチング制御し、平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏで平滑して、所定の値の出力電圧Ｖ１を出力する。
【００３７】
動作状態にある電源回路部１０に停止信号ＯＦＦが供給されると、この停止信号ＯＦＦにより、電源回路部１０の各構成要素、即ち、演算増幅器ＯＰ１、比較器ＣＰ１、バッファＢ１、発振回路１１、ドライバ１２、プルアップ回路１３は全てオフされ、電流を消費しないようにされる。これにより、平滑コンデンサＣｏの電荷は分割抵抗Ｒ１、Ｒ２や図示しない負荷回路を介して放電され、出力電圧Ｖ１は低下していく。なお、ドライバ１２は、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の両方がオフする状態の出力信号を発生することがよい。
【００３８】
出力電圧Ｖ１が再び必要になると、電源回路部１０に動作信号ＯＮが供給される。この動作信号ＯＮの供給により、その内部の各構成要素には電源電圧が供給され動作可能になる。
【００３９】
この場合、急激な電流増加を避けるためにソフトスタートを行う。まず、プルアップ回路１３に動作信号ＯＮが供給されると、定電流源１３−１と定電流源１３−２が定電流を流し始める。コンデンサＣ１は定電流Ｉ１により充電が開始されるが、この時点ｔ１ではその充電電圧Ｖｃ１はバイアス電圧Ｖｂより当然低いからＭＯＳトランジスタＱ８はオンしており、ＭＯＳトランジスタＱ３もオンしている。
【００４０】
したがって、時点ｔ１で、図３（ａ）のように、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−はほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップされる。電源電圧Ｖｄｄは基準電圧Ｖｒｅｆよりも十分に高いから演算増幅器ＯＰ１の出力電圧は低い値にある。この結果、帰還コンデンサＣｆはほぼ電源電圧まで充電されることになる。
【００４１】
このプルアップされている状態は、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１がバイアス電圧Ｖｂに達して、ＭＯＳトランジスタＱ７がオンに、ＭＯＳトランジスタＱ８がオフに切り替わり、ＭＯＳトランジスタＱ３がオフされる時点ｔ２まで、継続される。
【００４２】
この時点ｔ１から時点ｔ２までのプルアップ時間は、動作信号ＯＮの供給を受けた各構成要素の動作準備が整うまでの時間に応じて決定される。この実施の形態では、プルアップ時間はコンデンサＣ１への定電流充電により決定されるから、その時間を正確に決定することができる。
【００４３】
プルアップが終了した時点ｔ２から、帰還コンデンサＣｆに充電されている電荷が徐々に放電されていく。この放電時定数は、帰還コンデンサＣｆ及び帰還抵抗Ｒｆ、入力抵抗Ｒｉ等により決まる。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧ｉは、電源電圧Ｖｄｄから非反転入力端子＋の基準電圧Ｖｒｅｆ（仮想接地の電圧）に向かって徐々に低下していく。
【００４４】
演算増幅器ＯＰ１の出力、即ち比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉは、図３（ｂ）に示されるように、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−の電圧ｉがその非反転入力端子＋の基準電圧Ｖｒｅｆに近づいた時点ｔ３から徐々に立ち上がって行く。この比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉの立ち上がり時定数は、主に帰還抵抗Ｒｆと帰還コンデンサＣｆとにより定まる。
【００４５】
そして、比較器ＣＰ１の反転入力端子−への入力ｉｉｉが非反転入力端子＋に供給されている三角波信号ｉｉと交叉し始めた時点ｔ４から、図３（ｃ）に示されるように、比較器ＣＰ１の出力パルスｉｖが発生される。そして、その出力パルスｉｖのパルス幅が時間とともに広くなっていく。
【００４６】
この出力パルスｉｖのパルス幅に応じて、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２の駆動時間が制御される。そして、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２からの電流は平滑コイルＬｏと平滑コンデンサＣｏの作用により平滑されて、平滑コンデンサＣｏに充電される。したがって、出力電圧Ｖ１は、図３（ｄ）のように、零電圧から所定の電圧値に向かって滑らかに大きくなっていく。
【００４７】
このように、第１の実施の形態の直流−直流変換型電源装置は、半導体装置に作り込まれ、共通の電源により駆動される複数の直流−直流変換型電源回路部１０、２０、３０に対して、基準電圧Ｖｒｅｆを変更する必要のない基準電圧源４０を共通に接続することができ、かつ複数の直流−直流変換型電源回路部は、動作及び停止が個々に制御されることができる。
【００４８】
そして、個々の電源回路部（例えば、１０）の動作開始時には、出力電圧Ｖ１がフィードバックされて入力される演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電源電圧Ｖｄｄに設定され、その後、帰還回路の帰還コンデンサＣｆに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧ｒｅｆに向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。
【００４９】
これにより、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、任意の電源回路部の動作／停止を制御することができる。したがって、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなど携帯機器の電源装置として好適である。
【００５０】
また、プルアップ回路１３により、動作信号ＯＮに応じて、他の構成要素の動作準備期間に相当する時間だけ不動作状態に維持する。この時間はコンデンサＣ１を定電流Ｉ１により充電することにより得るから、正確に設定することができる。そして、その時間が経過した後に自動的にソフトスタートするから、電源回路部を確実かつ安定に起動することができる。
【００５１】
図４は、プルアップ回路の他の構成例を示す図である。この図４のプルアップ回路１３Ａは、図２のプルアップ回路１３が定電流源を用いた定電流動作であったのに対して、電圧動作させるようにしたものである。
【００５２】
図４において、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１０と抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２が電源電圧Ｖｄｄとグランド間に直列に接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ１０のゲートに動作信号ＯＮ、停止信号ＯＦＦが供給される。また、電源電圧Ｖｄｄと演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−との間にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ９が接続され、そのゲートが抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との接続点に接続されている。このＭＯＳトランジスタＱ９が、図２のプルアップ回路のＭＯＳトランジスタＱ３に対応している。
【００５３】
動作信号ＯＮが供給されると、ＭＯＳトランジスタＱ１０がオンして抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２の時定数に応じて、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖｃ２が上昇する。この充電電圧Ｖｃ２が、ＭＯＳトランジスタＱ９の閾値に達するまでは、ＭＯＳトランジスタＱ９はオンして、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子−をほぼ電源電圧Ｖｄｄにプルアップする。
【００５４】
充電電圧Ｖｃ２が、ＭＯＳトランジスタＱ９の閾値に達すると、ＭＯＳトランジスタＱ９はオフし、プルアップは終了する。その他の動作は、図１〜図３で説明したことと同様である。
【００５５】
この図４のプルアップ回路によれば、図２のプルアップ回路に比較して、時間精度は低下するが、簡易に構成することができる。
【００５６】
なお、以上の実施の形態では、起動時に、演算増幅器ＯＰ１の入力端子の電圧を所定の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）にプルアップすることとしている。これは、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するドライバ１２の論理設定が、所定の電圧にプルアップした場合に電源装置の出力電圧が出力されない設定となっていることを前提としている。したがって、ドライバ１２の論理設定が、所定の電圧にプルダウンした場合に電源装置の出力電圧が出力されない設定となっている場合には、所定の電圧（例えばグランド電圧）にプルダウンするプルダウン回路を用いることになる。プルダウン回路を構成することは、図２或いは図４の変形により容易にできる。
【００５７】
いずれにしても、直流−直流変換型電源回路部の起動時において、出力値がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧に設定されるように、プルアップもしくはプルダウンすればよい。
【００５８】
また、以上の実施の形態では、直流−直流変換型電源回路部として、降圧型スイッチング直流電源を使用することとして説明したが、電源回路部としては、降圧型スイッチング直流電源に限ることなく、シリーズパス型直流電源や、昇圧型スイッチング直流電源等でも良く、帰還コンデンサを有している誤差増幅器を用いるものであれば同様に適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の直流−直流変換型電源装置によれば、その起動時において、出力電圧がフィードバックされて入力される、誤差増幅器の第２入力端子が、一定時間だけ、この電源装置の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定される。その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化していく。したがって、基準電圧を何ら変更することなく、単に、誤差増幅器の第２入力端子を特定電圧点に接続するだけでソフトスタートを実現することができる。
【００６０】
また、ソフトスタートをさせるために基準電圧を連続的に変更するためのソフトスタート回路が不要となる。
【００６１】
請求項２の直流−直流変換型電源装置によれば、共通の電源により駆動され、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部に対して、電圧を変更する必要のない基準電圧源を共通に接続することができる。また、個々の電源回路部の動作開始時には、出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子が、一旦、この電源回路部の出力電圧が出力されない状態の電圧、例えば基準電圧よりも高い電圧に設定され、その後、帰還回路のコンデンサに充電された電荷の放電にしたがって徐々に基準電圧に向かって変化し、自動的にソフトスタートを実現することができる。したがって、バッテリー等の共通の電源にほとんど影響を与えることなく、当該電源回路部の動作を開始することができる。
【００６２】
請求項３の携帯機器によれば、請求項２に記載の直流−直流変換型電源装置を含んで構成されるから、特にバッテリーで駆動され、低消費電力化、小型化、軽量化が要請される携帯電話、ＰＤＡやパソコンなどの電源装置として、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る、直流−直流変換型電源装置の全体回路構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態で好適に用いられるプルアップ回路の構成例を示す図。
【図３】第１の実施の形態における主要部のタイミングチャート。
【図４】プルアップ回路の他の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 直流−直流変換型電源回路部
１１ 発振回路
１２ ドライバ
１３、１３Ａ プルアップ回路
１３−１、１３−２ 定電流源
４０ 基準電圧源
ＯＰ１ 演算増幅器
ＣＰ１ 比較器
Ｒｉ 入力抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗
Ｃｆ 帰還コンデンサ
Ｂ１ バッファ
Ｑ１〜Ｑ１０ ＭＯＳトランジスタ
Ｌｏ 平滑コイル
Ｃｏ、Ｃｒ 平滑コンデンサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｖｄｄ 電源電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Claims (3)
- 直流電源の電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する直流−直流変換型の電源装置であって、
基準電圧源と、
前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、
前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能な電圧設定器を有し、
当該電源装置の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定することを特徴とする、直流−直流変換型の電源装置。 - 直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置であって、
前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、
ことを特徴とする直流−直流変換型の電源装置。 - 直流電源の電源電圧をそれぞれ所定の出力電圧に変換して出力するとともに、動作及び停止が個々に制御される複数の直流−直流変換型電源回路部と、共通の基準電圧源と、を有する直流−直流変換型の電源装置を備える携帯機器であって、
前記複数の直流−直流変換型電源回路部の各々は、前記基準電圧源からの基準電圧が入力される第１入力端子、前記出力電圧がフィードバックされて入力される第２入力端子と、出力端子、前記第２入力端子と前記出力端子との間に接続されたコンデンサを含む帰還回路を有し、前記第１入力端子と前記第２入力端子間の差電圧を増幅して前記出力端子に出力する誤差増幅器と、前記第２入力端子に接続され、この第２入力端子の電圧を、前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定可能であり、当該直流−直流変換型電源回路部の起動時に、前記電圧設定器を駆動し、予め定められた時間だけ、前記第２入力端子の電圧を強制的に前記出力電圧が出力されない状態の電圧に設定する電圧設定器を有する、
ことを特徴とする、直流−直流変換型の電源装置を備える携帯機器。
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