JP4721891B2 - 電源装置およびそれを用いた電子機器ならびに半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関し、特にノイズの影響を受けずに安定した電圧を生成する技術に関する。

さまざまな電子機器において、電池などから供給される電源電圧よりも高い電圧、あるいは低い電圧を負荷回路に供給するために、昇圧型、あるいは降圧型のスイッチング電源が用いられている。たとえば、特許文献１、２には、スイッチング電源として絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。

こうしたスイッチング電源は、インダクタあるいはトランスに流れる電流を制御するためのスイッチング素子を備えて構成される。かかるスイッチング電源において、昇圧または降圧動作中に高い周波数でオンオフするスイッチング素子からは、スイッチングノイズが発生する。
特開２００４−２０１４７４号公報 特開２００５−７３４８３号公報

スイッチング電源は、スイッチング素子をオンオフを制御する制御回路を備えている。この制御回路は、バンドギャップリファレンス回路などの基準電圧源から出力される基準電圧にもとづいて、スイッチング素子をオンオフし、スイッチング電源の出力電圧を安定化させる。

ここで、スイッチング素子から発生するスイッチングノイズは、電源配線等を介して接続される他の回路ブロックに影響を及ぼすことになる。スイッチングノイズが基準電圧源に入力されると、基準電圧にノイズが重畳されるため、昇圧または降圧動作に支障をきたすおそれがある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズの影響を受けずに安定した電圧を生成可能な電源装置および半導体装置の提供にある。

本発明のある態様の電源装置は、外部から与えられる入力電圧を安定化するスイッチング電源と、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧を安定化するリニアレギュレータと、を備える。リニアレギュレータの出力電圧を、スイッチング電源の制御回路および基準電圧源の電源電圧として供給する。

この態様によると、基準電圧源は、リニアレギュレータの出力電圧を電源電圧として基準電圧を生成するため、スイッチング素子において発生するノイズの影響を低減し、ノイズ成分の小さな基準電圧を生成することができる。

リニアレギュレータは、基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧とは無関係に、入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成するとよい。リニアレギュレータは、本電源装置の起動時において、基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧が所定の電圧値を上回ると、レギュレーションモードで動作するようにするとよい。

この場合、起動時において、基準電圧がしきい値電圧より低いときには、リニアレギュレータから入力電圧がそのまま出力されるため、基準電圧源には、入力電圧がそのまま供給される。基準電圧源に供給される電圧が上昇すると、基準電圧源が正常動作を開始し、基準電圧が立ち上がり、所定の電圧値を超える。基準電圧が所定の電圧値を超えると、リニアレギュレータがレギュレーションモードで動作するため、基準電圧源には、電源電圧としてリニアレギュレータにより安定化された電圧が供給される。その結果、基準電圧源を含む本電源装置は好適に起動される。

リニアレギュレータは、当該リニアレギュレータの出力電圧に応じた帰還電圧および基準電圧が入力された演算増幅器と、制御端子に演算増幅器から出力される誤差電圧が入力され、他端から出力電圧を出力するトランジスタと、バイパスモードにおいて、トランジスタの制御端子の電位を変化せしめて、トランジスタを強制的にオンさせるスイッチ回路と、を備える構成とするとよい。スイッチ回路は、トランジスタの制御端子および電位の固定された端子間に設けられ、バイパスモードにおいてオンするスイッチを含むとよい。

バイパスモード時において、スイッチ回路を用いてトランジスタをフルオンさせることにより、リニアレギュレータから、入力電圧をそのまま出力することができる。

基準電圧源は、自らが生成する基準電圧が所定の電圧値に達すると、所定レベルとなるモード制御信号を出力し、リニアレギュレータは、基準電圧源から出力されるモード制御信号が所定レベルとなると、レギュレーションモードに移行するようにするとよい。基準電圧源は、基準電圧が所定の電圧値に達するとオンするトランジスタに流れる電流にもとづきモード制御信号を生成するとよい。

この場合、リニアレギュレータは、基準電圧が所定値に達する前には、バイパスモードとなり入力電圧をそのまま出力し、所定値に達した後は、レギュレーションモードに移行して、安定した基準電圧にもとづいて、入力電圧を安定化することができる。

基準電圧源と、リニアレギュレータと、スイッチング電源の制御回路と、を１つの半導体基板上に一体集積化してもよい。

スイッチング電源は、入力電圧を昇圧する昇圧型のスイッチングレギュレータであってもよい。この場合、スイッチング素子において発生したノイズが、インダクタやトランスを介して、基準電圧源に回り込むが、基準電圧源は、このノイズの影響を抑えて、安定した基準電圧を生成することができる。

本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、負荷回路と、電池の電圧を入力電圧とし、これを昇圧して負荷回路に供給する上述の電源装置と、を備える。この電子機器は、撮像部をさらに備えてもよい。また、負荷回路は、撮像部による撮像の際にフラッシュとして動作するキセノンチューブを含んでもよい。

本発明の別の態様は、半導体装置に関する。この半導体装置は、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧を安定化するリニアレギュレータと、を備える。リニアレギュレータの出力電圧を、基準電圧源の電源電圧として供給する。

この態様の半導体装置においても、リニアレギュレータは、基準電圧に応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧とは無関係に、入力電圧をそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成するとよい。リニアレギュレータは、本半導体装置の起動時において、入力電圧が所定のしきい値電圧に達するまでの期間、バイパスモードで動作し、入力電圧がしきい値電圧を上回ると、レギュレーションモードで動作するようにするとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電源装置および半導体装置によれば、ノイズの影響を低減し、安定した電圧を生成することができる。

図１は、実施の形態に係る電源装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、図１の電源装置１００を搭載した電子機器３００の構成を示すブロック図である。電子機器３００は、カメラを搭載した携帯電話端末であり、電池３１０、通信処理部３１２、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３１４、撮像部３１６、発光装置２００を備える。

電池３１０は、たとえばリチウムイオン電池であり、電子機器３００の電源として設けられる。電池３１０は、電池電圧Ｖｂａｔとして３〜４Ｖ程度の電圧を出力する。ＤＳＰ３１４は、電子機器３００全体を統括的に制御するブロックであり通信処理部３１２、撮像部３１６、発光装置２００と接続されている。通信処理部３１２は、アンテナ、高周波回路などを含み、基地局との通信を行うブロックである。撮像部３１６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳセンサなどの撮像装置である。発光装置２００は、撮像部３１６による撮像の際に、フラッシュとして用いられる光源である。

発光装置２００は、電源装置１００、発光素子２１２、発光制御回路２１４を備える。発光素子２１２としてはキセノンチューブなどが用いられる。電源装置１００は、スイッチングレギュレータであって、電池３１０から供給される電池電圧Ｖｂａｔを昇圧し、発光素子２１２に３００Ｖ程度の駆動電圧Ｖｏｕｔを供給する。発光制御回路２１４は、発光装置２００の発光のタイミングを制御する。

ＤＳＰ３１４は、ユーザによる撮像のタイミングと同期してフラッシュ信号ＦＬＡＳＨを発光制御回路２１４に対して出力する。発光制御回路２１４はフラッシュ信号ＦＬＡＳＨが入力されると、発光素子２１２を発光させる。

図１に戻り、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧する電源装置１００について説明する。電源装置１００は、制御回路１１０、トランス１０、整流用ダイオード１２、出力キャパシタＣ１、バイパスキャパシタＣ２を含む。

図１において、電源装置１００のスイッチング制御部４０、スイッチングトランジスタＴｒ１、ならび外付けされるトランス１０、整流用ダイオード１２、出力キャパシタＣ１がスイッチング電源を構成する。トランス１０の１次側コイルの第１端子には、入力電圧Ｖｉｎとして電池電圧Ｖｂａｔが印加される。１次側コイルの第２端子は、制御回路１１０のスイッチング端子１０２と接続される。また、トランス１０の２次側コイルの第１端子には、整流用ダイオード１２のアノードが接続され、整流用ダイオード１２のカソードと接地端子間には出力キャパシタＣ１が接続されている。トランス１０の２次側コイルの第２端子は接地される。

次に、制御回路１１０の構成について説明する。制御回路１１０は、スイッチングトランジスタＴｒ１、スイッチング制御部４０に加えて、基準電圧源２０、リニアレギュレータ３０を含み、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣである。

スイッチングトランジスタＴｒ１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、スイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタは、スイッチング端子１０２を介してトランス１０の１次側コイルに接続され、エミッタは接地されている。スイッチングトランジスタＴｒ１はＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。

スイッチング制御部４０は、スイッチングトランジスタＴｒ１のベース電圧を制御して、そのオンオフを制御する。スイッチングトランジスタＴｒ１がオンオフを繰り返すことにより、トランス１０の１次側、２次側コイルに交互に電流が流れ、出力キャパシタＣ１が充電される。出力キャパシタＣ１からは、外部から与えられた入力電圧Ｖｉｎを昇圧して得られる出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

基準電圧源２０は、バンドギャップリファレンス回路であって、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧源２０には外部から入力されるイネーブル信号ＥＮが、イネーブル端子１０８を介して入力されてもよい。イネーブル信号ＥＮは、電源装置１００の起動とともにハイレベルとなる。イネーブル信号ＥＮがハイレベルのとき、基準電圧源２０はオンし、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。

リニアレギュレータ３０には、電源端子１０４を介して、入力電圧である電池電圧Ｖｂａｔが入力されている。リニアレギュレータ３０は、基準電圧源２０により生成される基準電圧Ｖｒｅｆにもとづき、入力電圧である電池電圧Ｖｂａｔを安定化して出力する。リニアレギュレータ３０の出力端子は、端子１０６に接続されたバイパスキャパシタＣ２を介して接地される。

後述するように、リニアレギュレータ３０は、基準電圧源２０から出力される基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電圧を出力するレギュレーションモードと、基準電圧Ｖｒｅｆとは無関係に、電池電圧Ｖｂａｔをそのまま出力するバイパスモードと、が切り替え可能に構成される。リニアレギュレータ３０の２つのモードは、基準電圧源２０から出力されるモード制御信号ＭＯＤＥによって切り替えられる。

この制御回路１１０において、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇは、スイッチング電源のスイッチング制御部４０および基準電圧源２０の電源電圧として供給される。

図３は、実施の形態に係るリニアレギュレータ３０の構成を示す回路図である。リニアレギュレータ３０は、トランジスタＴｒ２、演算増幅器３２、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１を含む。

トランジスタＴｒ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ソースが電池電圧Ｖｂａｔが印加される入力端子３４に接続される。リニアレギュレータ３０の入力端子３４は、制御回路１１０の電源端子１０４と接続される。演算増幅器３２の反転入力端子には、基準電圧源２０から出力される基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、その出力端子は、トランジスタＴｒ２の制御端子であるゲートに接続される。トランジスタＴｒ２のドレインは、リニアレギュレータ３０の出力端子３６に相当し、出力端子３６に現れる出力電圧Ｖｒｅｇは、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２によって分圧され、演算増幅器３２の非反転入力端子に帰還される。演算増幅器３２の非反転入力端子に帰還される電圧は、Ｖｏｕｔ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）で与えられ、この電圧を帰還電圧Ｖｆｂという。なお、出力端子３６は、制御回路１１０の端子１０６と接続される。

スイッチＳＷ１は、トランジスタＴｒ２のゲートと接地電位端子間に設けられる。このスイッチＳＷ１は、バイパスモードにおいてオン、レギュレーションモードにおいてオフする。バイパスモードにおいて、スイッチＳＷ１がオンすると、トランジスタＴｒ２のゲートが接地電位付近まで強制的に低下するため、トランジスタＴｒ２が強制的にフルオンする。

バイパスモードにおいて、トランジスタＴｒ２がフルオンすると、ドレインソース間の電位差が非常に小さくなる。その結果、リニアレギュレータ３０からは、出力電圧Ｖｒｅｇとして、入力電圧Ｖｂａｔがそのまま出力される。

一方、スイッチＳＷ１がオフするレギュレーションモードにおいては、トランジスタＴｒ２のゲート電位は、演算増幅器３２によって制御される。レギュレーションモードにおいて、演算増幅器３２は、基準電圧Ｖｒｅｆと、帰還電圧Ｖｆｂが一致するように、その出力である誤差電圧Ｖｅｒｒ、すなわちトランジスタＴｒ２のゲート電位を調節する。その結果、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇは、Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）で与えられる電圧値に安定化される。

このリニアレギュレータ３０は、電源装置１００の起動時において、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄを上回ると、レギュレーションモードで動作する。基準電圧Ｖｒｅｆと比較されるべき所定の電圧値Ｖｐｄは、基準電圧Ｖｒｅｆの目標値（通常１．２Ｖ程度である）付近に設定するのが望ましい。スイッチＳＷ１のオンオフは、基準電圧源２０から出力されるモード制御信号ＭＯＤＥによって制御される。リニアレギュレータ３０は、モード制御信号ＭＯＤＥがハイレベルのときスイッチＳＷ１がオンしてバイパスモードに設定され、ローレベルのときスイッチＳＷ１がオフしてレギュレーションモードに設定される。

図４は、本実施の形態に係る基準電圧源２０の構成を示す回路図である。基準電圧源２０は、トランジスタＱ１〜Ｑ１２、抵抗Ｒ３〜Ｒ７、スイッチＳＷ２、を備える。トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９、Ｑ１１、Ｑ１２は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ１０は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタである。端子２２には、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが入力され、端子２４には、電池電圧Ｖｂａｔが印加される。基準電圧源２０は、出力端子２６から目標値である１．２Ｖ程度の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。

トランジスタＱ１〜Ｑ４および抵抗Ｒ３は、一般的な熱電圧を用いたバイアス電流源を構成する。すなわち、トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２、トランジスタＱ３およびトランジスタＱ４のトランジスタペアは、それぞれカレントミラー回路を構成する。トランジスタＱ１のコレクタと、トランジスタＱ３のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ２とトランジスタＱ４のコレクタは互いに接続される。抵抗Ｒ３は、トランジスタＱ２のエミッタと接地間に設けられる。こうした回路構成は、自己バイアス回路として知られ、トランジスタＱ４には、定電流Ｉｃ４が流れる。

スイッチＳＷ２は、トランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタと、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが印加される端子２２の間に設けられる。スイッチＳＷ２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであって、ゲートには図示しない外部回路からのイネーブル信号ＥＮが入力される。スイッチＳＷ２がオンすると、基準電圧源２０はオンし、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。スイッチＳＷ２がオフすると回路の電流経路が遮断され、基準電圧源２０はオフする。スイッチＳＷ２は低電力化のために設けられるものであり、不要であれば省略してもよい。

トランジスタＱ４とＱ５、Ｑ６とは、カレントミラーを構成しており、トランジスタＱ５、Ｑ６は、トランジスタＱ４に流れる定電流Ｉｃ４に応じた電流を生成する。トランジスタＱ７は、エミッタが接地される。トランジスタＱ７のコレクタと、トランジスタＱ５のコレクタ間には、抵抗Ｒ４が設けられる。また、トランジスタＱ７のベースおよびコレクタは、トランジスタＱ８のベースと接続される。トランジスタＱ８のエミッタと接地間には、抵抗Ｒ６が設けられ、そのコレクタと、トランジスタＱ５のコレクタ間には抵抗Ｒ５が設けられる。トランジスタＱ５のコレクタ端子は、基準電圧源２０の出力端子２６となっており、基準電圧Ｖｒｅｆが現れる。

トランジスタＱ９のベースは、トランジスタＱ８のコレクタと接続され、そのエミッタは接地され、そのコレクタは、トランジスタＱ６のコレクタと接続される。

トランジスタＱ１０、Ｑ１１、Ｑ１２および抵抗Ｒ７は、モード制御信号ＭＯＤＥを生成するために設けられている。トランジスタＱ１０のベースは、トランジスタＱ９のコレクタと接続され、エミッタはトランジスタＱ１１のコレクタと接続される。また、トランジスタＱ１０のエミッタは、出力端子２６と接続される。トランジスタＱ１１とトランジスタＱ１２はベース、エミッタが共通接続されたカレントミラー回路を構成する。トランジスタＱ１２のコレクタと、電池電圧Ｖｂａｔが印加される端子２４の間には、抵抗Ｒ７が設けられる。本実施の形態において、トランジスタＱ１０は、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄ（≒１．２Ｖ）に達するとオンするトランジスタに相当する。

以上のように構成された基準電圧源２０は、スイッチＳＷ２がオン状態において、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが、所定レベルＶｔｈより高くなると、バンドギャップリファレンス回路として正常に動作し、１．２Ｖ程度の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。

また、この基準電圧源２０は、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが所定レベルより高くなり、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達すると、トランジスタＱ１０がオンして、電流Ｉｃ１０が流れる。このとき、カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１１、Ｑ１２は、トランジスタＱ１０に流れる電流Ｉｃ１０に応じた電流Ｉｃ１０’を生成する。電流Ｉｃ１０’が抵抗Ｒ７に流れると電圧降下が発生するため、モード制御信号ＭＯＤＥはローレベルとなる。

リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが所定レベルより低いか、または基準電圧源２０がオフ状態のときは、トランジスタＱ１０はオフになっているため、電流Ｉｃ１０は流れない。したがって、このとき、抵抗Ｒ７には電圧降下は発生しないため、モード制御信号ＭＯＤＥは電池電圧Ｖｂａｔと等しくなり、ハイレベルとなる。

このように、基準電圧源２０は、自らが生成する基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達すると、所定レベル（ローレベル）となるモード制御信号ＭＯＤＥを出力する。また、上述のように、このモード制御信号ＭＯＤＥは、リニアレギュレータ３０に出力されている。したがって、リニアレギュレータ３０は、基準電圧源２０から出力されるモード制御信号ＭＯＤＥが所定レベル（ローレベル）となると、すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆが所定値となると、レギュレーションモードに移行することになる。

以上のように構成された電源装置１００の動作について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る電源装置１００の起動時および安定動作時のタイムチャートである。図５（ａ）は、電池電圧Ｖｂａｔ、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇ、基準電圧源２０の出力である基準電圧Ｖｒｅｆを示す。また、図５（ｂ）は、モード制御信号ＭＯＤＥを示す。図５（ａ）、（ｂ）および後述の図６（ａ）〜（ｃ）において、説明の明確化のために、縦軸および横軸は適宜拡大または縮小して示すものとする。また、各電圧波形についても、説明の簡略化のために、実際の電圧波形と異なって示される場合がある。

時刻ｔ０に、電源装置１００を搭載する電子機器３００がオンし、電池電圧Ｖｂａｔが時間とともに立ち上がる。起動直後においては、モード制御信号ＭＯＤＥはローレベルであり、リニアレギュレータ３０はレギュレーションモードとなっているが、演算増幅器３２がオフしており、また基準電圧Ｖｒｅｆが０Ｖであるため、その出力電圧Ｖｒｅｇは０Ｖとなっている。

時刻ｔ０〜ｔ１の期間、基準電圧源２０の電流Ｉｃ１０’は流れず、抵抗Ｒ７に電圧降下が発生しないため、モード制御信号ＭＯＤＥと、電池電圧Ｖｂａｔもほぼ等しくなり、時間とともに上昇していく。時刻ｔ１に、モード制御信号ＭＯＤＥの電圧値が、リニアレギュレータ３０のスイッチＳＷ１をオンする電圧Ｖｔより大きくなると、すなわちハイレベルとなると、バイパスモードとなり、Ｖｂａｔ≒Ｖｒｅｇとなる。

時刻ｔ１以降、基準電圧源２０の端子２２には、リニアレギュレータ３０から、電池電圧Ｖｂａｔにほぼ等しい出力電圧Ｖｒｅｇが印加される。また、モード制御電圧ＭＯＤＥの電圧値は、電池電圧Ｖｂａｔにともない上昇していく。基準電圧源２０の端子２２に印加されるリニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇ（＝Ｖｂａｔ）が所定レベルＶｔｈに達すると、基準電圧源２０はオン状態となり、基準電圧Ｖｒｅｆが所定値（＝１．２Ｖ）に安定化される。基準電圧源２０がオン状態となると、トランジスタＱ１０がオンし、モード制御信号ＭＯＤＥはローレベルとなる。

時刻ｔ２にモード制御信号ＭＯＤＥがローレベルとなると、スイッチＳＷ１がオフするため、リニアレギュレータ３０は、レギュレーションモードに移行する。時刻ｔ２以降、リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇは、Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）で与えられる電圧値に安定化される。

図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態に係る電源装置１００の起動時および安定動作時のタイムチャートであり、電池電圧Ｖｂａｔが一定を仮定した場合のタイムチャートである。

時刻ｔ０に、イネーブル信号ＥＮがハイレベルとなり、スイッチＳＷ２がオンする。起動直後において、モード制御信号ＭＯＤＥはハイレベルとなり、基準電圧源２０はバイパスモードとして動作する。リニアレギュレータ３０がバイパスモードとして動作するとき、トランジスタＴｒ２はフルオンし、電池からトランジスタＴｒ２を介してバイパスキャパシタＣ２に電流が流れ込み、ある時定数をもってリニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇが上昇する。

リニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇの上昇にともない、基準電圧源２０が動作を開始する。その結果、時刻ｔ１に基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達し、モード制御信号ＭＯＤＥがハイレベルからローレベルへと遷移する。時刻ｔ１以降、リニアレギュレータ３０はレギュレーションモードに移行し、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいた電圧生成を行う。

本実施の形態に係る電源装置１００によれば、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧源２０の電源を、その基準電圧Ｖｒｅｆにもとづき電圧安定化するリニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇとしている。その結果、スイッチングレギュレータにおいて発生するスイッチングノイズが、電池電圧Ｖｂａｔに重畳された場合においても、ノイズ成分の小さな安定した基準電圧Ｖｒｅｆを生成することができ、さらにリニアレギュレータ３０の出力電圧Ｖｒｅｇをも安定化することができる。

また、本実施の形態に係る電源装置１００においては、リニアレギュレータ３０を、レギュレーションモードと、バイパスモードと、を切り替え可能に構成する。さらに、リニアレギュレータ３０は、基準電圧源２０により生成される基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達するまでの期間、バイパスモードで動作し、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄを上回ると、レギュレーションモードで動作する。これによって、起動時において、基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄより低いときには、リニアレギュレータ３０が電池電圧Ｖｂａｔをそのまま出力するため、基準電圧源２０には、電池電圧Ｖｂａｔが供給される。基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄを超えると、基準電圧源２０には、電源電圧としてリニアレギュレータ３０により安定化された電圧Ｖｒｅｇが供給される。その結果、基準電圧源２０を含む電源装置１００を好適に起動することができる。

また、リニアレギュレータ３０に、スイッチＳＷ１を設け、バイパスモード時において、スイッチ回路を用いてトランジスタＴｒ２をフルオンさせることにより、リニアレギュレータ３０から、入力電圧である電池電圧Ｖｂａｔをそのまま出力することができる。

また、本実施の形態において、基準電圧源２０は、自らが生成する基準電圧Ｖｒｅｆが所定の電圧値Ｖｐｄに達すると、所定レベル（ローレベル）となるモード制御信号ＭＯＤＥを出力する。リニアレギュレータ３０は、基準電圧源２０から出力されるモード制御信号ＭＯＤＥにもとづき、レギュレーションモード、バイパスモードを切り換える。その結果、リニアレギュレータ３０は、基準電圧Ｖｒｅｆが所定値（１．２Ｖ）に達する前には、バイパスモードとして電池電圧Ｖｂａｔをそのまま出力し、所定の電圧値Ｖｐｄに達した後は、レギュレーションモードに移行して、安定した基準電圧Ｖｒｅｆにもとづいて、電池電圧Ｖｂａｔを安定化することができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、基準電圧源２０およびリニアレギュレータ３０を、トランスを用いた昇圧型のスイッチングレギュレータを備える電源装置に適用する場合について説明したがこれには限定されない。たとえば、スイッチングレギュレータはインダクタを用いる非絶縁型であってもよいし、あるいは降圧型、昇降圧型であってもよい。さらに、スイッチングレギュレータに替えて、チャージポンプ回路などのスイッチング電源であってもよい。

実施の形態において、図３で説明したリニアレギュレータ３０の構成は一例にすぎず、さまざまな形式のリニアレギュレータを用いることができる。図３では、スイッチＳＷ１をトランジスタＴｒ２のゲートと接地間に設け、トランジスタＴｒ２をフルオンさせることにより、バイパスモードを実現したが、これに限定されることはなく、トランジスタＴｒ２をフルオンさせるスイッチ回路であれば、他の回路形式であってもよい。さらに、図３では、バイパスモードにおいて、トランジスタＴｒ２自体をフルオンさせて入力電圧である電池電圧Ｖｂａｔをそのまま出力する構成としたが、これには限定されず、バイパスモードにおいてフルオンするバイパス用のトランジスタを、トランジスタＴｒ２と並列に設けてもよい。

また、図４で説明した基準電圧源２０の構成は一例にすぎず、さまざまな形式のバンドギャップレギュレータ回路等の定電圧源を用いることができる。

実施の形態では、リニアレギュレータ３０のレギュレーションモード、バイパスモードを切り換えるモード制御信号ＭＯＤＥを、基準電圧源２０において生成する場合について説明したが、これには限定されない。モード制御信号ＭＯＤＥは、他の回路ブロックにおいて別途生成してもよい。

実施の形態では、制御回路１１０を１つの半導体基板上に一体集積化する場合について説明したが、これには限定されず、その一部をチップ部品やディスクリート素子を用いて構成してもよいし、あるいは複数の半導体基板上に集積化してもよい。これらの回路構成は、回路に要求される仕様に応じて適宜設計すればよい。

実施の形態で用いたトランジスタは、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴの置換が可能であることはいうまでもなく、さらにＮＰＮ型とＰＮＰ型、あるいはＮチャンネルとＰチャンネルの置換も可能である。

本発明は、実施の形態で説明した電源装置の他にも、基準電圧源２０およびリニアレギュレータ３０を備えるさまざまな半導体装置に用いることができる。この場合、本発明は、以下の態様として把握することができる。すなわち、この態様において、半導体装置は、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、基準電圧源により生成される基準電圧にもとづき、入力電圧Ｖｉｎを安定化するリニアレギュレータと、を備える。さらに、リニアレギュレータの出力電圧は、基準電圧源の電源電圧として供給される。

この態様においても、上述の実施の形態で説明したものと同様に、ノイズ成分を低減した基準電圧を生成することができる。たとえば、この態様の半導体装置は、ノイズが発生する回路に好適に使用することができ、たとえば、モータドライバ回路などを挙げることができる。

実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。 図１の電源装置を搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。 図１のリニアレギュレータの構成を示す回路図である。 図１の基準電圧源の構成を示す回路図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、図１の電源装置の起動時および安定動作時のタイムチャートである。 図６（ａ）〜（ｃ）は、図１の電源装置の起動時および安定動作時のタイムチャートである。

符号の説明

２０ 基準電圧源、 ３０ リニアレギュレータ、 ３２ 演算増幅器、 ４０ スイッチング制御部、 Ｔｒ１ スイッチングトランジスタ、 Ｔｒ２ トランジスタ、 ＳＷ１ スイッチ、 １００ 電源装置、 １１０ 制御回路、 ３００ 電子機器、 ３１０ 電池、 ３１６ 撮像部、 Ｖｒｅｆ 基準電圧、 Ｖｒｅｇ 出力電圧。

Claims (11)

1. 外部から与えられる入力電圧を安定化するスイッチング電源と、
   所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、
   前記基準電圧源により生成される前記基準電圧にもとづき、前記入力電圧を安定化するリニアレギュレータと、
   を備え、
   前記リニアレギュレータの出力電圧を、前記スイッチング電源の制御部および前記基準電圧源の電源電圧として供給し、前記制御部には、電源電圧として前記入力電圧が直接入力されないように構成されることを特徴とする電源装置。
2. 前記スイッチング電源は、前記入力電圧を昇圧する昇圧型のスイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 外部から与えられる入力電圧を安定化するスイッチング電源と、
   所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、
   本電源装置の起動時において、前記基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、前記基準電圧とは無関係に、前記入力電圧をそのまま出力するバイパスモードで動作するとともに、前記基準電圧が前記所定の電圧値を上回ると、前記基準電圧にもとづき前記入力電圧を安定化して出力するレギュレーションモードで動作するリニアレギュレータと、
   を備え、
   前記リニアレギュレータの出力電圧を、前記スイッチング電源の制御部および前記基準電圧源の電源電圧として供給し、前記基準電圧が前記所定の電圧値より高い状態において前記制御部には、電源電圧として前記入力電圧が直接入力されないように構成されることを特徴とする電源装置。
4. 前記リニアレギュレータは、
   前記リニアレギュレータの出力電圧に応じた帰還電圧および前記基準電圧が入力された演算増幅器と、
   制御端子に前記演算増幅器から出力される誤差電圧が入力され、一端に前記入力電圧が印加され、他端から前記出力電圧を出力するトランジスタと、
   前記バイパスモードにおいて、前記トランジスタの制御端子の電位を変化せしめて、前記トランジスタを強制的にオンさせるスイッチ回路と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記スイッチ回路は、
   前記トランジスタの制御端子および電位の固定された端子間に設けられ、前記バイパスモードにおいてオンするスイッチを含むことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記基準電圧源は、自らが生成する前記基準電圧が所定の電圧値に達すると、所定レベルとなるモード制御信号を出力し、
   前記リニアレギュレータは、前記基準電圧源から出力される前記モード制御信号が前記所定レベルとなると、レギュレーションモードに移行することを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
7. 前記基準電圧源は、
   その一端が前記基準電圧が生ずる端子と接続され、前記基準電圧が所定の電圧値に達するとオンするＰＮＰ型の第１トランジスタと、
   前記第１トランジスタの他端と接地端子の間に設けられた第２トランジスタと、
   前記第２トランジスタとともにカレントミラー回路を形成するように接続され、前記第２トランジスタに流れる電流に応じた電流を生成する第３トランジスタと、
   前記第３トランジスタに流れる電流の経路上に設けられ、その一端が、前記入力電圧が印加される端子に接続された抵抗と、
   を備え、前記抵抗の他端に生ずる信号を、前記モード制御信号として出力することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記基準電圧源と、
   前記リニアレギュレータと、
   前記スイッチング電源の制御部と、
   を１つの半導体基板上に一体集積化したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電源装置。
9. 電池と、
   負荷回路と、
   前記電池の電圧を入力電圧とし、これを昇圧して前記負荷回路に供給する請求項２に記載の電源装置と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
10. 撮像部をさらに備え、
    前記負荷回路は、前記撮像部による撮像の際にフラッシュとして動作するキセノンチューブを含むことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、
    本電源装置の起動時において、前記基準電圧が所定の電圧値に達するまでの期間、前記基準電圧とは無関係に、前記入力電圧をそのまま出力するバイパスモードで動作するとともに、前記基準電圧が前記所定の電圧値を上回ると、前記基準電圧にもとづき前記入力電圧を安定化して出力するレギュレーションモードで動作するリニアレギュレータと、
    を備え、
    前記リニアレギュレータの出力電圧を、前記基準電圧源の電源電圧として供給し、
    前記基準電圧源は、自らが生成する前記基準電圧が所定の電圧値に達すると、所定レベルとなるモード制御信号を出力し、
    前記リニアレギュレータは、前記基準電圧源から出力される前記モード制御信号が前記所定レベルとなると、前記レギュレーションモードに移行し、
    前記基準電圧源は、
    その一端が前記基準電圧が生ずる端子と接続された第１トランジスタと、
    前記第１トランジスタの他端と接地端子の間に設けられた第２トランジスタと、
    前記第２トランジスタとともにカレントミラー回路を形成するように接続され、前記第２トランジスタに流れる電流に応じた電流を生成する第３トランジスタと、
    前記第３トランジスタに流れる電流の経路上に設けられ、その一端が、前記入力電圧が印加される端子に接続された抵抗と、
    を備え、前記抵抗の他端に生ずる信号を、前記モード制御信号として出力することを特徴とする半導体装置。

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