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WO2002027905A1 - Alimentation - Google Patents

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WO2002027905A1
WO2002027905A1 PCT/JP2001/008528 JP0108528W WO0227905A1 WO 2002027905 A1 WO2002027905 A1 WO 2002027905A1 JP 0108528 W JP0108528 W JP 0108528W WO 0227905 A1 WO0227905 A1 WO 0227905A1
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WO
WIPO (PCT)
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power supply
load
supply circuit
operation mode
circuit
Prior art date
Application number
PCT/JP2001/008528
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masashi Fujii
Original Assignee
Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co., Ltd. filed Critical Citizen Watch Co., Ltd.
Priority to US10/381,205 priority Critical patent/US6815935B2/en
Publication of WO2002027905A1 publication Critical patent/WO2002027905A1/ja

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    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device for supplying power to a load of a portable device using a battery.
  • This portable device supplies power to the load 60 by a power supply device using a power supply circuit 15 connected in series with the battery 10.
  • the load 60 is a CPU (Central Processing Unit) 61, a ROM (Read Only Memory) 62, an LCD (Liquid Crystal Display) 63, and a keyboard And the like, an input device 64, a random access memory (RAM) 66, and a real time clock (RTC) 67.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • LCD Liquid Crystal Display
  • RTC real time clock
  • the operation mode of the load 60 is referred to as a full mode or a normal mode in which all of the CPU 61, the ROM 62, the LCD 63, the input device 64, the RAM 66, and the RTC 67 operate.
  • Mode a part of the CPU 61, an operation mode called an idle mode or sleep mode in which the LCD 63, the RAM 66, and the RTC 67 operate, and only the RAM 66 and the RTC 67.
  • a card type PDA Personal Digital Assistant
  • the current consumption of a certain type of portable information terminal is 10 mA in full mode and several 10 microamps in stop mode.
  • Power supply circuits can be broadly classified into switching regulator circuit systems and linear regulator circuit systems.
  • the power supply circuit 20 of the portable device generally uses a switching regulator circuit method so that the maximum power conversion efficiency is obtained in the full mode in which all the loads operate or in the idle mode in the standby state. Has adopted.
  • the linear regulator circuit method that does not use an oscillator for pulse width modulation reduces the quiescent current of the power supply circuit itself and improves power conversion efficiency.
  • the power supply circuit 15 in FIG. 6 converts the input voltage and input current from the battery 10 into output voltage and output current suitable for the load 60 and supplies the power to the load.
  • the power supply circuit 15 in the conventional portable device supplies power so as to provide the highest power conversion efficiency in the full mode in which all of the loads 60 operate or in the idle mode in the standby state.
  • a switching regulator circuit type power supply circuit is used.
  • the switching regulator circuit type power supply circuit has a self-consumption current tens to hundreds times larger than that of the linear regulator circuit type. For this reason, in the stop mode, the current consumption of the power supply circuit itself is larger than the current consumption of the load, and the power conversion efficiency in all operation modes cannot be said to be the highest. Disclosure of the invention
  • the present invention solves the above-described problems, reduces power consumption of the power supply circuit itself in the stop mode, improves power conversion efficiency, and achieves the highest power conversion efficiency in all operation modes. It is an object to provide a power supply device.
  • the power supply circuit is constituted by a plurality of power supply circuits that can be connected to each other in parallel.
  • an operation mode detecting means for detecting an operation mode of the load, and switching one or a combination of a plurality of power supply circuits according to the operation mode detected by the operation mode to supply power to the load.
  • C provided with power supply circuit selecting means It is desirable that the plurality of power supply circuits have different circuit systems or different power supply characteristics.
  • the plurality of power supply circuits are constituted by a first power supply circuit of a switching regulator circuit type and a second power supply circuit of a linear regulator circuit type, and the operation mode of the load is a full mode or In the idle mode, the load is supplied by the first power supply circuit and the second power supply circuit, and in the stop mode, the load is supplied only by the second power supply circuit.
  • the operation mode detecting means may be the CPU itself or a means for detecting the operation mode of the load by a signal indicating the operation state from the CPU.
  • the operation mode detecting means includes a shunt resistor inserted in a power supply line from the power supply circuit to a load, an operational amplifier for detecting a voltage generated between both ends in proportion to a current value flowing through the shunt resistor, It can also be configured by a comparator that compares the voltage detected by the operational amplifier with a reference voltage.
  • the power supply device can select a power supply circuit or a combination of a plurality of power supply circuits having the highest power conversion efficiency and supply power to the load according to the operation mode of the load. Therefore, for example, the current consumption of the power supply circuit itself can be reduced in the stop mode, and the power conversion efficiency in all the operation modes can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of a portable device provided with a power supply device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of the circuit configuration of the first and second power supply circuits in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the function of the operation mode detecting means in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing power conversion efficiency of the power supply device shown in FIG. 2 with respect to load current.
  • FIG. 5 is a diagram showing a portable device equipped with a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of a portable device provided with a conventional power supply device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIGS. 1 to 4
  • FIG. 1 is a block diagram of a portable device provided with a power supply device according to a first embodiment of the present invention, and the same parts as those in the conventional example shown in FIG. Yes, and their explanation is omitted.
  • the power supply device for a portable device shown in FIG. 1 is provided with a battery 10 and a first power supply circuit 20 and a second power supply circuit 40 as a power supply circuit connected to the battery 10 so that they can be connected in parallel with each other.
  • a first switch 11 is provided on the input side of the first power supply circuit 20 and a second switch 12 is provided on the output side.
  • an operation mode detecting means 65 for detecting the operation mode of the load 60 is provided, and the first switch 11 and the second switch 11 are provided by signals S1 and S2 according to the detection result. 1 ON / OFF control of 2.
  • the second power supply circuit 40 is always connected in series between the battery 10 and the load 60 without passing through the switches 11 and 12.
  • FIG. 2 is a circuit showing specific examples of the first power supply circuit 20 and the second power supply circuit 40 in FIG. 1 and the first switch 11 and the second switch 12 .
  • a small downward-pointing triangle indicates a common ground (ground) G.
  • the first power supply circuit 20 is a power supply circuit in which a switching regulator circuit 30 is provided between the input terminal 27 and the output terminal 28, and an input capacitor is provided between the input terminal 27 and the ground. 21, and a smoothing capacitor 25 is connected between the output terminal 27 and the ground.
  • the input terminal 27 of this first power supply circuit 20 is connected to the anode of the battery 10 via the first switch 11 and the output terminal 28 is connected to the load 60 via the second switch 12. of Connected to feed line 68.
  • the switching regulator circuit 30 has a drain-source connection of the P-channel FET 22 and a choke coil 24 connected in series between the input terminal 27 and the output terminal 28.
  • the drain is connected to input terminal 27.
  • a short wheel diode 23 with a Schottky barrier diode is connected with the node on the ground side.
  • the switching regulator circuit 30 includes a voltage dividing circuit composed of voltage dividing resistors 31 and 32 connected in series between the output terminal 28 and the ground, a reference voltage source 34 and a voltage dividing circuit.
  • An error amplifier 33 that detects the difference between the voltage at the voltage dividing point P1 of the circuit and the reference voltage from the reference voltage source 34, a triangular wave oscillator 36 that generates a triangular wave voltage, and an error amplifier that uses the triangular wave voltage 33
  • a pulse width modulation comparator 35 that pulse width modulates the output voltage of 3 and a drive circuit 37 that drives the FET 22 ONZOFF by controlling the gate of the FET 22 by the output pulse signal .
  • the second power supply circuit 40 is a power supply circuit in which a linear regulator circuit 50 is provided between the input terminal 45 and the output terminal 46, and the output side of the linear regulator circuit 50 is connected to the output side.
  • a backflow prevention diode 43 using a Schottky barrier diode is connected between the output terminal 46 and the terminal 46.
  • An input capacitor 41 is connected between the input terminal 45 and the ground, and a smoothing capacitor 42 is connected between the output terminal 46 and the ground.
  • the input terminal 45 of the second power supply circuit 40 is directly connected to the anode of the battery 10, and the output terminal 46 is directly connected to the power supply line 68 to the load 60.
  • the linear regulator circuit 50 includes a series pass transistor 55, a voltage dividing circuit composed of a series circuit of voltage dividing resistors 51 and 52, an error amplifier 53, and a reference voltage source 54.
  • the collector of the series pass transistor 55 is connected to the input terminal 45, and the emitter is connected to the anode of the backflow prevention diode 43. Then, a voltage dividing circuit composed of voltage dividing resistors 51 and 52 is connected between the emitter and the ground, and the voltage at the voltage dividing point P 2 and the reference voltage from the reference voltage source 54 are connected to the voltage dividing circuit.
  • the difference between It is configured to detect and apply an output voltage according to the difference to the base of the series pass transistor 55 to control the degree of conduction.
  • the second power supply circuit 40 divides the output voltage supplied from the output terminal 46 to the load 60 by the voltage dividing resistors 51 and 52.
  • the voltage at the voltage dividing point P2 and the reference voltage from the reference voltage source 54 (the voltage corresponding to the voltage at the voltage dividing point P2 when the output voltage is a predetermined value) are input to the error amplifier 53, and the error Is amplified and input to the base of the series pass transistor 55 to drive the series pass transistor 55.
  • the emitter output of the series pass transistor 55 becomes the output voltage supplied to the load 60. Therefore, the value of the current flowing through the series pass transistor 55 is controlled so that the output voltage becomes a predetermined value.
  • the first power supply circuit 20 divides the output voltage supplied to the load 60 by the voltage dividing resistors 3 1 and 3 2, and the voltage at the voltage dividing point P 1 and the reference voltage from the reference voltage source 34 ( (A voltage corresponding to the voltage at the voltage dividing point P1 when the output voltage is a predetermined value) is input to the error amplifier 33, and the error is amplified.
  • the error voltage amplified by the error amplifier 33 and the triangular wave voltage from the triangular wave oscillator 36 are input to the pulse width modulation comparator 35, and synchronized with the oscillation frequency of the triangular wave oscillator 36, the pulse width corresponding to the error voltage
  • the pulse signal (pulse width modulation signal) is output.
  • the drive circuit 37 switches FET22 by the pulse signal, and the drain-source current is intermittent.
  • the current is rectified by a flywheel diode 23 and smoothed by a choke coil 24 and a smoothing capacitor 25 to obtain an output voltage from an output terminal 28.
  • the current consumption of the first power supply circuit 20 is the load current of the load 60, the voltage dividing resistors 31 and 32 in its own circuit, the error amplifier 33, and the pulse width modulation comparator 35. And the sum of the current consumption by the triangular wave oscillator 36 and the drive circuit 37.
  • the current consumed by the second power supply circuit 40 is the sum of the load current of the load 60 and the current consumed by the voltage dividing resistors 51 and 52 and the error amplifier 53 in its own circuit.
  • the current consumption of the first power supply circuit 20 and the current consumption of the second power supply circuit 40 are different from each other, and the first power supply circuit 20 has a triangular wave oscillator 36 and a pulse width modulation comparator. It is larger by the amount of current consumed by 35 and the drive circuit 37. That is, switching The first power supply circuit 20 based on the regulator circuit consumes more current than the second power supply circuit 40 based on the linear regulator circuit.
  • the first power supply circuit 20 can supply a large current or power
  • the second power supply circuit 40 can supply only a small current or power.
  • the operation mode detecting means 65 always monitors the / HA1t signal which is the operation state signal of the CPU 61 during the operation of the load 60.
  • the CPU 61 sets the no1t signal high (HI). )
  • the Zha1t signal is set to low (LO).
  • the operation mode detecting means 65 repeatedly executes the operation shown in the flowchart of FIG. 3 while power is supplied to the load 60.
  • step 1 it is determined whether the Zha1t signal from the CPU 61 is low or high, and if it is low, the second switch control signal S2 is made high in step 2. Thereby, the second switch 12 which is the P-channel FET shown in FIG. 1 and FIG. 2 becomes OFF because the gate becomes high. Then, in step 3, wait for the delay time T to elapse, and when it elapses, set the first switch control signal S1 to high in step 4, and return to step 1 again. When the first switch control signal S1 goes high, the P-channel FET first switch 11 goes OFF.
  • step 1 If the / h a1t signal is high in step 1, go to step 5 and set the first switch control signal S1 to low. Thus, the first switch 11 will be 0 N because the gut is low. After that, it waits for the elapse of the delay time T X in step 6, and when it elapses, in step 7, the second switch control signal S 2 is set to low, and the process returns to step 1. When the second switch control signal S2 goes low, the second switch 12 goes ON.
  • the operation mode detection means 65 Depending on the first switch 11 and the second switch 12, the second power supply circuit 40 alone (in the stop mode) or the first power supply circuit 20 and the second power supply circuit 40 The power supply circuit or the combination of the power supply circuits is switched so that the load 60 is supplied to the power supply 60 in either the full mode or the idle mode.
  • the operation mode detection means 65 is provided separately from the CPU 61 in order to make the function of the operation mode detection means easy to understand, but the processing shown in FIG. And outputs the first switch control signal S 1 and the second switch control signal S 2 through an interface circuit (not shown).
  • the two-dot chain line A shows the power conversion efficiency with respect to the current consumption in the stop mode region by the first power supply circuit 20
  • the solid line B also shows the power conversion efficiency in the idle mode region and the full mode region. It shows power conversion efficiency with respect to current consumption.
  • the solid line C indicates the power conversion efficiency with respect to the current consumption in the stop mode region by the second power supply circuit 40
  • the two-dot chain line D indicates the power consumption in the idle mode region and the full mode region. It shows the power conversion efficiency with respect to the current.
  • the power conversion efficiency with respect to the current consumption of the load 60 in the entire operation mode region is as shown by the solid lines C and B in FIG. 4, and the power conversion efficiency is always good.
  • the switches are provided on the input side and the output side of the first power supply circuit 20, respectively, by turning off the second switch 12.
  • the power supply from the power supply circuit 20 to the load 60 is cut off, the output voltage of the second power supply circuit 40 is prevented from flowing around, and the power supply to the second power supply circuit 40 is performed by turning off the first switch 11. This is to eliminate current consumption in the internal circuit.
  • the first power supply circuit 20 can be switched only by the first switch 11. You can also. But in that case, the first power circuit
  • the operation mode detecting means in the portable device shown in FIG. 4 includes a shunt resistor 71 connected to a power supply line 68 for supplying power from a first power supply circuit 20 and a second power supply circuit 40 to a load 60.
  • the operational amplifier 72 which detects the current flowing through the load 60 as the potential difference between both ends of the shunt resistor 71, compares the detection voltage Vd of the operational amplifier 72 with the reference ⁇ pressure Vr from the reference voltage source 74.
  • the operation mode detection circuit 70 includes a comparator 73 that operates. The operation mode detection circuit 70 connects the output terminal of the comparator 73 to the gates of the first switch 11 and the second switch 12, which are P-channel FETs.
  • the comparator 73 sets the output signal S to low level, assuming that the operation mode of the load 60 is the full mode or the idle mode. Then, the gates of the first switch 11 and the second switch 12 by the P-channel FET are both turned low, and both switches 11 and 12 are turned on.
  • the first power supply circuit 20 is connected in parallel to the second power supply circuit 40 to supply power to the load 60. Most of the power is supplied by the first power supply circuit 20 having high power conversion efficiency.
  • the operation mode of the load 60 is determined to be the stop mode, and the comparator 73 outputs the output signal.
  • Set S to high level set the gates of the first switch 11 and the second switch 12, which are P-channel FETs, to high, and turn off both switches 11 and 12. .
  • the first power supply circuit 20 is disconnected, and power is supplied to the load 60 only by the second power supply circuit 40.
  • the second power supply circuit 40 has a higher power conversion efficiency because the current consumption is smaller.
  • the first switch 11 and the second switch 12 are simultaneously turned ON or ⁇ FF by the same signal, but there is no practical problem.
  • a rise delay circuit is provided between the output terminal of the comparator 13 and the first switch 11, and a fall delay circuit is provided between the output terminal of the comparator 73 and the second switch 12. You may do so.
  • the second switch 12 when disconnecting the first power supply circuit 20, the second switch 12 is turned off before the first switch 11, and when connecting, the first switch 1 is turned off. 1 can be turned on first by the second switch 12.
  • the P-channel FET is used as the first switch 11 and the second switch 12, but the n-channel FET and other switch elements or the contact switches are used. Leh etc. can also be used. Further, as described above, the second switch can be replaced with a backflow prevention diode.
  • the means for detecting the operation mode of the load is not limited to the above-described example.For example, when a signal of display Z non-display on the LCD provided in the load is detected, or when an operation mode switching switch or a switching signal is present. In some cases, such as by detecting the state Can be achieved.
  • the power supply device is configured by two power supply circuits having different circuit types and power supply capacities.
  • the power supply device is configured by three or more power supply circuits having different circuit types and power supply capacities. In this case, any one or a combination of these power supply circuits may be switched to supply power to the load.
  • the power supply device includes a plurality of power supply circuits, and switches or switches any one of the plurality of power supply circuits according to the operation mode of the load to supply power to the load. Therefore, the power supply device is most suitable for the operation state of the load. By selecting a power supply circuit that has not been used, wasteful current consumption by the power supply circuit itself can be reduced, and power conversion efficiency can be improved.

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Description

明 細 書 電源供給装置
技 術 分 野
この発明は電源供給装置に関し、 特に電池を使用する携帯機器の負荷に給電す るための電源供給装置に関する 背 景 技 術
携帯電話機, 携帯型パソコン, 携帯型テープレコーダ, 携帯型 CD再生器, 電 子手帳など各種の携帯用機器が使用されており、その電源にはより小さくて軽く、 かつ長時間給電可能な電池とそれを用いた電源供給装置が望まれている。
このような電源供給装置を内蔵した従来の携帯機器の一例を第 6図によって簡 単に説明する。 この携帯機器は、 電池 1 0と直列に接続した電源回路 1 5による 電源供給装置によって負荷 6 0に給電する。
負荷 6 0は、 C PU (Central ProcessingUnit: 中央処理ユニット) 6 1 と、 R OM(Read Only Memory:読み出し専用メモリ) 6 2と、 L CD (Liquid Crystal Display:液晶表示器) 6 3 と、 キーボード等の入力装置 64と、 RAM (Random Access Memory:読み書き自在なメモリ) 6 6と、 RTC (Real Time Clock: クロ ック発生回路) 6 7とによって構成されている。
この負荷 6 0の動作モードは、 C PU 6 1 , ROM6 2, L CD 6 3 , 入力装 置 64, RAM 6 6 , および R T C 6 7の全てが動作するフルモードあるいはノ 一マルモードと称する動作モードと、 C PU 6 1の一部と、 L CD 6 3 , RAM 6 6, および RTC 6 7が動作するアイ ドルモー ドあるいはスリープモードと称 する動作モードと、 RAM 6 6と RTC 6 7のみが動作するストップモードと称 する動作モードがある。
一般的に、 携帯機器におけるこれらの動作モードで、 負荷全体が動作するフル モードでの消費電流と RAM 6 6と RT C 6 7のみが動作するス トップモー ドで の消費電流とは、 数百から数千倍オーダの差がある。
例えば、シチズン時計(株)製のカード型 P D A (Personal Degital Assistant: 携帯情報端末) のある機種における消費電流は、 フルモー ドのときが 1 0ミ リア ンペア、 ス トップモー ドのときが数 1 0マイクロアンペアである。
電源回路の方式としては、 スイッチングレギュレータ回路方式とリニアレギュ レータ回路方式に大別できる。 そして携帯機器の電源回路 2 0は、 電池寿命を延 ばすために、 負荷全てが動作するフルモードあるいは待機状態のアイ ドルモード で最高の電力変換効率となるように、 一般にスィツチングレギュレータ回路方式 を採用している。 しかし、 負荷が極めて小さいストップモードのような状態では パルス幅変調のための発振器を使用しないリニアレギュレータ回路方式の方が電 源回路自体の自己消費電流が少なくなり、 電力変換効率がよくなる。
第 6図の電源回路 1 5は、 電池 1 0からの入力電圧と入力電流を負荷 6 0に適 した出力電圧と出力電流に電力を変換して負荷に供給する。 そして、 この従来の 携帯機器における電源回路 1 5は、 負荷 6 0の全てが動作するフルモー ドあるい は待機状態のアイ ドルモードで最高の電力変換効率となるように電力供給をする ため、 スイ ッチングレギュレータ回路方式の電源回路を採用している。
しかしながら、 スイッチングレギユレータ回路方式の電源回路は、 自己消費電 流がリニアレギュレータ回路方式と比較して数十から数百倍大きい。 このため、 ス トップモードでは負荷の消費電流より電源回路自体の消費電流の方が大きくな り、 全動作モードでの電力変換効率が最高であるとは云えない。 発 明 の 開 示
この発明は、 上述の問題を解決して、 ス トップモードでの電源回路自体の消費 電流を低減して電力変換効率を向上し、 全ての動作モードで最高の電力変換効率 とすることが可能な電源供給装置を提供することを目的とする。
この発明は、 上述したような電池に接続した電源回路によって負荷に給電する 電源供給装置において、 上記目的を達成するため、 その電源.回路を互いに並列に 接続可能な複数の電源回路によって構成する。
そして、 負荷の動作モードを検出する動作モード検出手段と、 それによつて検 出された動作モードに応じて複数の電源回路のうちのいずれか又は複数の組み合 わせを切り換えて上記負荷に給電させる電源回路選択手段とを設けたものである c その複数の電源回路は、 それぞれ回路方式又は給電特性が異なる回路であるの が望ましい。 例えば、 その複数の電源回路を、 スイ ッチングレギユレータ回路方 式の第 1の電源回路と、 リニアレギュレータ回路方式の第 2の電源回路とで構成 し、 上記負荷の動作モードがフルモードあるいはアイ ドルモー ドのときには第 1 の電源回路と第 2の電源回路によって負荷に給電させ、 ス トップモードのときに は第 2の電源回路のみによって負荷に給電させるようにするとよい。
負荷が C P Uを備えている場合、 上記動作モード検出手段がその C P U自体で あるか、 該 C P Uからの動作状態を示す信号によって負荷の動作モードを検出す る手段にするとよい。
あるいは、 上記動作モード検出手段を、 上記電源回路から負荷への給電線に介 挿したシャント抵抗と、 そのシャント抵抗に流れる電流値に比例してその両端間 に発生する電圧を検出するオペアンプと、 そのオペアンプによる検出電圧を基準 電圧と比較するコンパレータとによって構成することもできる。
この発明による電源供給装置は、 上記の構成により、 負荷の動作モードに応じ て、 電力変換効率が最もよくなる電源回路あるいは複数の電源回路の組み合わせ を選択して負荷に給電させることができる。 したがって、 例えばス トップモー ド で電源回路自体の消費電流を減少して、 全動作モードでの電力変換効率を改善す ることができる。 図 面 の 簡単な説明
第 1図は、 この発明の第 1実施例を示す電源供給装置を備えた携帯機器のプロ ック図である。
第 2図は、 第 1図における第 1, 第 2の電源回路の回路構成の具体例を示す回 路図である。
第 3図は、 第 1図における動作モード検出手段の機能を示すフローチヤ一トで ある。
第 4図は、 第 2図に示した電源供給装置の負荷電流に対する電力変換効率を示 す線図である。
第 5図は、 この発明の第 2実施例を示す電源供給装置を備えた携帯機器のプロ ック図である。
第 6図は、 従来の電源供給装置を備えた携帯機器の一例を示すプロック図であ る。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明をより詳細に説明するために、 添付図面を参照してこの発明の 実施例を説明する。
〔第 1実施例 :第 1図から第 4図〕
第 1図は、 この発明の第 1実施例である電源供給装置を備えた携帯機器のプロ ック図であり、 第 6図に示した従来例と同じ部分には同一の符号を付してあり、 それらの説明は省略する。
第 1図に示す携帯機器の電源供給装置は、 電池 1 0と、 それに接続する電源回 路として第 1の電源回路 2 0と第 2の電源回路 4 0とを互いに並列に接続可能に 設け、 その第 1の電源回路 2 0の入力側に第 1のスィ ッチ 1 1を、 出力側に第 2 のスィ ッチ 1 2を設けている。 さらに、 負荷 6 0の動作モードを検出する動作モ ード検出手段 6 5を設け、 その検出結果に応じた信号 S 1, S 2によって第 1の スィ ッチ 1 1 と第 2のスィ ッチ 1 2の O N / O F Fを制御する。
第 2の電源回路 4 0は、 これらのスィ ッチ 1 1, 1 2を介さずに電池 1 0と負 荷 6 0との間に直列に常時接続されている。
第 2図は、 この第 1図における第 1の電源回路 2 0と第 2の電源回路 4 0、 お よび第 1のスィッチ 1 1 と第 2のスィッチ 1 2の具的例を示す回路である。 この 回路図において、 小さい下向き三角形の印は共通のグランド (ァ一ス) Gを示し ている。
第 1の電源回路 2 0は、 入力端子 2 7と出力端子 2 8 との間に、 スイ ッチング レギュレータ回路 3 0を設けた電源回路であり、 その入力端子 2 7とグランドと の間に入力キャパシタ 2 1を、 出力端子 2 7とグランドとの間に平滑キャパシタ 2 5をそれぞれ接続している。
この第 1の電源回路 2 0の入力端子 2 7は第 1のスィッチ 1 1を介して電池 1 0の陽極に接続され、 出力端子 2 8は第 2のスィッチ 1 2を介して負荷 6 0への 給電線 6 8に接続される。
スイッチングレギユレータ回路 3 0は、入力端子 2 7と出力端子 2 8 との間に、 Pチャンネル F E T 2 2 のドレイン ' ソース間とチョークコィノレ 2 4とが直列に 接続されており、 F E T 2 2の ドレインを入力端子 2 7に接続している。 また、 F E T 2 2のソースとチョークコイル 2 4との接続点とグランドとの間に、 ショ ッ トキーバリァダイォードによるブラィホイールダイォード 2 3をァノードをグ ランド側にして接続している。
さらに、 このスイッチングレギユレータ回路 3 0は、 出力端子 2 8 とグランド との間に直列に接続した分圧抵抗器 3 1 と 3 2による分圧回路と、 基準電圧源 3 4と、 分圧回路の分圧点 P 1の電圧と、 基準電圧源 3 4による基準電圧との差を 検出する誤差増幅器 3 3 と、 三角波電圧を発生する三角波発振器 3 6 と、 その三 角波電圧で誤差増幅器 3 3の出力電圧をパルス幅変調するパルス幅変調コンパレ ータ 3 5と、 その出力パルス信号によって F E T 2 2のゲートを制御して F E T 2 2を O N Z O F F駆動する駆動回路 3 7とを備えている。
一方、 第 2の電源回路 4 0は、 入力端子 4 5と出力端子 4 6との間にリニアレ ギユレータ回路 5 0を設けた電源回路であり、 そのリニアレギユレータ回路 5 0 の出力側と出力端子 4 6 との間に、 ショ ッ トキ一バリァダイォードによる逆流防 止ダイオード 4 3を力ソードを出力端子 4 6側にして接続している。 また、 入力 端子 4 5 とグランドとの間に入力キャパシタ 4 1を、 出力端子 4 6とグランドと の間に平滑キャパシタ 4 2をそれぞれ接続している。
この第 2の電源回路 4 0の入力端子 4 5は電池 1 0の陽極に直接接続され、 出 力端子 4 6は負荷 6 0への給電線 6 8に直接接続される。
リニアレギユレータ回路 5 0は、 シリーズパス トランジスタ 5 5と、 分圧抵抗 器 5 1 と 5 2の直列回路による分圧回路と、 誤差増幅器 5 3 と、 基準電圧源 5 4 とからなる。
そのシリーズパス トランジスタ 5 5のコレクタは入力端子 4 5に接続され、 ェ ミッタは逆流防止ダイオード 4 3のアノードに接続されている。 そして、 そのェ ミ ッタとグランドとの間に分圧抵抗器 5 1 と 5 2による分圧回路が接続され、 そ の分圧点 P 2の電圧と基準電圧源 5 4からの基準電圧との差を誤差増幅器 5 3で 検出し、 その差に応じた出力電圧をシリーズパス トランジスタ 5 5のベースに印 加して、 その導通度を制御するように構成されている。
この電源供給装置において、 第 2の電源回路 4 0は、 出力端子 4 6から負荷 6 0に供給する出力電圧を分圧抵抗器 5 1 と 5 2によって分圧する。 その分圧点 P 2の電圧と基準電圧源 5 4による基準電圧 (出力電圧が所定値のときの分圧点 P 2の電圧に相当する電圧) とを誤差増幅器 5 3に入力し、 その誤差を増幅してシ リーズパス トランジスタ 5 5のベースに入力し、 シリーズパス トランジスタ 5 5 を駆動する。 そのシリーズパス トランジスタ 5 5のエミッタ出力が負荷 6 0に供 給する出力電圧となる。 したがって、 その出力電圧が所定値になるように、 シリ ーズパス トランジスタ 5 5に流れる電流値を制御する。
第 1の電源回路 2 0は、 負荷 6 0に供給する出力電圧を分圧抵抗器 3 1 と 3 2 によって分圧し、 その分圧点 P 1の電圧と基準電圧源 3 4からの基準電圧 (出力 電圧が所定値のときの分圧点 P 1の電圧に相当する電圧) とを誤差増幅器 3 3に 入力し、 その誤差を増幅する。
その誤差増幅器 3 3で増幅した誤差電圧と、 三角波発振器 3 6からの三角波電 圧がパルス幅変調コンパレータ 3 5に入力し、 三角波発振器 3 6の発振周波数に 同期し、 誤差電圧に応じたパルス幅のパルス信号 (パルス幅変調信号) を出力す る。 そのパルス信号によ り、 駆動回路 3 7が F E T 2 2をスイ ッチングし、 ドレ イン ' ソース電流を断続させる。
その電流をフライホイールダイォード 2 3で整流し、 チョークコイル 2 4と平 滑キャパシタ 2 5で平滑化して出力端子 2 8からの出力電圧とする。
この第 1の電源回路 2 0の消費電流は、 負荷 6 0の負荷電流と、 自己の回路内 における分圧抵抗器 3 1, 3 2と、 誤差増幅器 3 3 と、 パルス幅変調コンパレー タ 3 5と、 三角波発振器 3 6と、 駆動回路 3 7による消費電流の総和である。 一方、 第 2の電源回路 4 0の消費電流は、 負荷 6 0の負荷電流と、 自己の回路 内における分圧抵抗器 5 1 , 5 2と誤差増幅器 5 3による消費電流の総和である。 この第 1の電源回路 2 0と第 2の電源回路 4 0の消費電流には自己消費電流の 差があり、 第 1の電源回路 2 0の方が、 三角波発振器 3 6 とパルス幅変調コンパ レータ 3 5と駆動回路 3 7による消費電流分だけ多い。 すなわち、 スイッチング レギュレータ回路による第 1の電源回路 20は、 リニアレギュレータ回路による 第 2の電源回路 4 0より 自己消費電流が多くなっている。
また、 第 1の電源回路 20は大きな電流又は電力を供給できるが、 第 2の電源 回路 40は小さな電流又は電力しか供給できない。
ここで、 第 1図に示した携帯機器の負荷 6 0内に設けた動作モード検出手段 6 5の機能について、 第 3図のフローチャートによつて説明する。
この動作モード検出手段 6 5は、 負荷 6 0の動作中は常に C P U 6 1の動作ス テート信号である/ h a 1 t信号を監視している。 C PU 6 1は、 負荷 6 0をフ ルモード (ノーマルモード) で正常に動作させているとき、 あるいはアイ ドルモ ード (スリープモード) で待機させているときには、 ノ h a 1 t信号をハイ (H I ) にし、 負荷 6 0をス トップモードで停止させて RAM6 6 と RTC (クロッ ク発生回路) 6 7だけを動作させているときには、 Zh a 1 t信号をロー (L O) にする。
そこで、 動作モー ド検出手段 6 5は、 負荷 6 0に給電されている間中第 3図の フローチヤ一トに示す動作を繰返し実行している。
すなわち、 ステップ 1で C PU 6 1からの Zh a 1 t信号がローかハイかを判 断し、 ローであればステップ 2で第 2のスィッチ制御信号 S 2をハイにする。 そ れによって、 第 1図おょぴ第 2図に示した Pチャネル F E Tである第 2のスイツ チ 1 2はゲー卜がハイになるので OF Fになる。 その後ステップ 3で遅延時間 T が経過するのを待ち、 経過するとステップ 4で第 1のスィツチ制御信号 S 1を ハイにして、 再びステップ 1に戻る。 第 1のスィッチ制御信号 S 1がハイになる と、 Pチャネル F E Tである第 1のスィッチ 1 1が OF Fになる。
ステップ 1で/ h a 1 t信号がハイであると、 ステップ 5へ進んで第 1のスィ ツチ制御信号 S 1をローにする。 それによつて、 第 1のスィツチ 1 1はグートが ローになるので 0 Nになる。 その後ステップ 6で遅延時間 T Xが経過するのを待 ち、 経過するとステップ 7で第 2のスィッチ制御信号 S 2をローにして、 再ぴス テツプ 1に戻る。 第 2のスイツチ制御信号 S 2がローになると、 第 2のスィ ッチ 1 2が O Nになる。
したがって、 負荷 6 0の動作モードに応じて、 この動作モード検出手段 6 5と 第 1のスィッチ 1 1および第 2のスィッチ 1 2とによって、 第 2の電源回路 4 0 のみ (ス トップモードのとき) か、 あるいは第 1の電源回路 2 0と第 2の電源回 路 4 0の两方 (フルモードあるいはアイ ドルモードのとき) によって負荷 6 0に 給電するように、 電源回路あるいはその組み合わせを切り換える電源回路選択手 段の役目を果たしている。
なお、 この実施例では動作モード検出手段の機能を判り易くするために、 C P U 6 1 とは別に動作モード検出手段 6 5を設けるようにしたが、 C P U 6 1 自体 によって第 3図に示した処理を実行して、 第 1のスィツチ制御信号 S 1 と第 2の スィツチ制御信号 S 2を図示していないインタフエ一ス回踭を通して出力するよ うにしてもよい。
次に、 このように構成したこの発明による電源供給装置の消費電流に対する電 力変換効率について、 第 4図を参照して説明する。
第 4図において、 二点鎖線 Aは第 1の電源回路 2 0によるス トップモ一ド領域 での消費電流に対するの電力変換効率を、 実線 Bは同じくそのアイ ドルモード領 域およびフルモード領域での消費電流に対するの電力変換効率を示している。 ま た、 実線 Cは第 2の電源回路 4 0によるス トップモード領域での消費電流に対す る電力変換効率を、 二点鎖線 Dは同じくそのアイ ドルモー ド領域おょぴフルモー ド領域での消費電流に対するの電力変換効率を示している。
そして、 前述した実施例では、 アイ ドルモード領域およびフルモード領域にお いては第 1 の電源回路 2 0と第 2の電源回路 4 0の両方によって負荷に給電する がその殆どは電力変換効率のよい第 1の電源回路 2 0によって給電される。 しか し、 負荷 6 0の動作モードがス トップモード領域のときには、 自己消費電流が多 い第 1の電源回路 2 0を切り離し、 自己消費電流が少ないために電力変換効率が よい第 2の電源回路 4 0でのみによって給電する。
したがって、 負荷 6 0の全動作モード領域での消費電流に対する電力変換効率 は、 第 4図に実線 Cと Bによって示すようになり、 常に電力変換効率が良好にな る。
なお、 この実施例において、 第 1 の電源回路 2 0の入力側と出力側にそれぞれ スィッチを設けたのは、 第 2のスィッチ 1 2を O F Fにすることにより、 第 1の 電源回路 2 0から負荷 6 0への給電を断つとともに第 2の電源回路 4 0の出力電 圧の回り込みを防ぎ、 第 1のスィッチ 1 1の O F Fによって第 2の電源回路 4 0 への給電を絶って内部回路での電流消費をなくすためである。
第 1の電源回路 2 0の出力側に第 2のスィツチ 1 2に代えて逆流防止ダイォー ドを設けることによって、 第 1のスィッチ 1 1のみによって第 1の電源回路 2 0 の切り換えを行うようにすることもできる。 しかし、 その場合、 第 1の電源回路
2 0から負荷 6 0に給電する際に、 逆流防止ダイォードの順方向抵抗による電圧 降下が生じるという問題がある。 負荷電流が大きくなるとこの電圧降下が無視で きなくなる。
例えば、 逆流防止ダイオードの順方向抵抗は約 2 0 Ωであるため、 負荷電流が 5 m Aの場合には、 2 0 X 0 . 0 0 5 = 0 . 1 Vの電圧降下が生じることになる。 〔第 2の実施例 : 第 5図〕
次に、 この発明による電源供給装置の第 2実施例を第 5図によって説明する。 この実施例において前述した実施例と相違する点は、 負荷 6 0の動作モードを 検出する動作モード検出手段を、 負荷 6 0内ではなく別に設けた点だけであるか ら、 その他の構成おょぴ作用についての説明は省略する。
第 4図に示す携帯機器における動作モード検出手段は、 第 1の電源回路 2 0お よび第 2の電源回路 4 0から負荷 6 0に給電する給電線 6 8に介揷したシャント 抵抗 7 1 と、 負荷 6 0に流れる電流をそのシャント抵抗 7 1の両端の電位差とし て検出するオペアンプ 7 2と、 そのオペアンプ 7 2の検出電圧 V dと基準電圧源 7 4による基準 β圧 V r とを比較するコンパレータ 7 3とからなる動作モード検 出回路 7 0である。 そのコンパレータ 7 3の出力端子を、 それぞれ Pチャネル F E Tである第 1のスィッチ 1 1 と第 2のスィッチ 1 2の各ゲートに接続している この動作モード検出回路 7 0は、 オペアンプ 7 2の検出電圧 V dが基準電圧源 7 4により予め設定された基準電圧 V r以上になると、 負荷 6 0の動作モードが フルモードあるいはアイ ドルモードであるとして、 コンパレータ 7 3は出力信号 Sをローレベルにして、 Pチャンネル F E Tによる第 1のスィ ッチ 1 1 と第 2の スィ ッチ 1 2の各ゲートをいずれもローにし、 両スィ ッチ 1 1, 1 2を O Nにす る。 それによつて、 負荷 6 0がフルモ一ドあるいはアイ ドルモードで動作している ときには、 第 1の電源回路 2 0が第 2の電源回路 4 0に並列に接続されて負荷 6 0に給電するが、 その殆どは電力変換効率の高い第 1の電源回路 2 0によつて給 電することになる。
また、 動作モー ド検出回路 7 0のオペアンプ 7 2による検出電圧 V dが基準電 圧 V r未満であれば、 負荷 6 0の動作モードがス トップモードであるとして、 コ ンパレータ 7 3は出力信号 Sをハイ レベルにして、 Pチャンネル F E Tである第 1 のスィ ッチ 1 1 と第 2のスィ ッチ 1 2のゲー トをいずれもハイにし、 両スィッ チ 1 1, 1 2を O F Fにする。
したがって、 負荷 6 0がストップモードで停止しているときには、 第 1の電源 回路 2 0が切り離され、 第 2の電源回路 4 0のみによって負荷 6 0に給電する。 この領域では、 第 2の電源回路 4 0の方が自己消費電流が少ないために電力変換 効率が高い。
この実施例では、 第 1のスィッチ 1 1 と第 2のスィ ッチ 1 2を同じ信号によつ て同時に O Nまたは〇 F Fにするが実用上問題はない。 しかし、 コパレータ 1 3 の出力端子と第 1のスィッチ 1 1 との間に立ち上がり遅延回路を、 コパレータ 7 3の出力端子と第 2のスィツチ 1 2 との間に立ち下がり遅延回路を、 それぞれ設 けるようにしてもよい。 そうすれば、 前述の実施例と同様に、 第 1の電源回路 2 0を切り離すときには第 2のスィッチ 1 2を第 1のスィッチ 1 1より先に O F F にし、 接続するときには、 第 1のスィッチ 1 1を第 2のスィ ッチ 1 2により先に O Nにすることができる。
〔変更例〕
上述した各実施例においては、 第 1のスィ ッチ 1 1 と第 2のスィ ッチ 1 2とし て Pチャンネル F E Tを使用したが、 nチャンネル F E Tやその他のスィ ッチ素 子、 あるいは接点リ レーなどを使用することもできる。 また、 前述したように、 第 2のスィツチを逆流防止ダイォードに代えることも可能である。
負荷の動作モー ドを検出する手段は、 前述した例に限らず、 例えば負荷に設け られている L C Dに対する表示 Z非表示の信号を検知したり、 動作モード切り換 ぇスィツチや切り換え信号がある場合には、 その状態を検知することなどによつ ても実現できる。
上述した各実施例では、 電源供給装置を回路方式および給電能力が異なる 2つ の電源回路によって構成したが、 回路方式や給電能力が異なる 3つ以上の電源回 路によって構成し、 負荷の動作モードに応じてそれらの電源回路のいずれか又は 複数の組み合わせを切り換えて負荷に給電するようにしてもよい。 産業上の利用可能性
この発明による電源供給装置は、 複数の電源回路を備え、 負荷の動作モードに 応じてその複数の電源回路のいずれか又は複数の組み合わせを切り換えて負荷に 給電するので、 負荷の動作状態に最も適した電源回路を選択して、 電源回路自体 での無駄な消費電流を低減し、 電力変換効率の向上を計ることができる。
したがって、 各種携帯機器における電力消費を抑制し、 電池の寿命を延ばすこ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 電池に接続した電源回路によって負荷に給電する電源供給装置であって、 前記電源回路を互いに並列に接続可能な複数の電源回路によって構成し、 前記負荷の動作モードを検出する動作モード検出手段と、
該手段によって検出された動作モードに応じて前記複数の電源回路のうちのい ずれか又は複数の組み合わせを切り換えて前記負荷に給電させる電源回路選択手 段とを設けたことを特徴とする電源供給装置。
2 . 前記複数の電源回路は、 それぞれ回路方式又は給電能力が異なる電源回路で ある請求の範囲第 1項記載の電源供給装置。
3 . 前記複数の電源回路は、 スイ ッチングレギユ レータ方式の第 1の電源回路と リニアレギュレータ方式の第 2の電源回路であり、
前記電源回路選択手段は、 前記動作モード検出手段によって検出される前記負 荷の動作モードがフルモー ドあるいはアイ ドルモー ドのときには前記第 1 の電源 回路と第 2の電源回路によって前記負荷に給電させ、 ス トップモードのときには 前記第 2の電源回路のみによって前記負荷に給電させる手段であることを特徴と する請求の範囲第 1項記載の電源供給装置。
4 . 前記負荷が C P Uを備えており、 前記動作モー ド検出手段が前記 C P U自体 であるか、 該 C P Uからの動作状態を示す信号によって負荷の動作モードを検出 する手段である範囲第 1項記載の電源供給装置。
5 . 前記動作モー ド検出手段が、 前記電源回路から前記負荷への給電線に介挿し たシャント抵抗と、 そのシャント抵抗に流れる電流値に比例してその両端間に発 生するする電圧を検出するオペアンプと、 そのオペアンプによる検出電圧を基準 電圧と比較するコンパレータとによって構成されていることを特徴とする請求の 範囲第 1項記載の電源供給装置。
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