(57)【要約】【課題】ノイズ除去のために出力リップル幅を抑制できるとともに、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることができるようにする。【解決手段】本発明による電源回路は、複数のスイッチング出力回路と、前記各スイッチング出力回路のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、前記各スイッチング出力回路を起動又は停止させる起動停止手段とを備え、前記スイッチング手段は、前記各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、前記起動停止手段は、低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御することを特徴とする。【選択図】図４
2010074892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング出力回路と、
前記各スイッチング出力回路のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、
前記各スイッチング出力回路を起動又は停止させる起動停止手段とを備え、
前記スイッチング手段は、前記各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、
前記起動停止手段は、低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御する
ことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
機動停止手段は、高電流状態である場合には、複数のスイッチング出力回路を起動状態に制御し、
スイッチング手段は、前記起動停止手段によって複数のスイッチング出力回路が起動状態に制御されている場合に、前記各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御する
請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
スイッチング手段は、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相について、スイッチング出力回路間で３６０度／スイッチング出力回路数の位相差が生じるように位相を制御する請求項１又は請求項２記載の電源回路。
【請求項４】
出力帰還電圧を分圧し、分圧信号を出力する分圧信号出力手段と、
前記分圧信号出力手段が出力した分圧信号に基づいて、適切な出力電圧／電流制御信号を各スイッチング出力回路にフィードバックするフィードバック手段とを備えた
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電源回路。
【請求項５】
スイッチング出力回路として、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を備えた請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の電源回路。
【請求項６】
複数のスイッチング出力回路を備えた電源回路のスイッチング制御方法であって、
前記各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、
低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御する
ことを特徴とする電源回路のスイッチング制御方法。
【請求項７】
高電流状態である場合には、複数のスイッチング出力回路を起動状態に制御し、
複数のスイッチング出力回路が起動状態に制御されている場合に、前記各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御する
請求項６記載の電源回路のスイッチング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング出力回路を複数備えた電源回路、及び電源回路のスイッチング制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣ用電源回路として、ドロッパレギュレータが用いられたり、ＤＣ−ＤＣコンバータやチャージポンプといったスイッチングレギュレータた用いられている。このうち、ドロッパレギュレータは、主な特徴として、出力ノイズの発生量が少なく、無線用電源として用いられることが多い。しかし、出力電流が大きいと電力損失も大きくなり発熱するデメリットがある。他方、スイッチングレギュレータは、高効率の電力を得ることが可能であるが、スイッチング動作によるノイズが生じる。
【０００３】
携帯電話機等の携帯端末機では、ＣＰＵや大電流を要求するＩＣ等にはＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電力供給を行う方式を採用している。従って、無線感度抑圧を防ぐため、ＤＣ−ＤＣコンバータから発生するノイズに対するノイズ対策を施している。例えば、携帯端末機では、出力ラインにバイパスコンデンサを搭載したり、電源回路にシールドを装着したり、フィルタを組む等の外付け部品を用いた対策を施すことにより、ノイズ除去及びノイズの拡散の防止を図っている。しかしながら、このような携帯端末機において、ノイズ除去対策による周辺部品の追加によって、コスト増加や実装面積の増加といった問題が生じている。
【０００４】
また、電源回路におけるノイズ対策に関連する技術として、例えば、特許文献１には、スイッチ制御方式のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、複数のスイッチング回路を互いに同周期かつ異なる位相でオン／オフ動作させることによって、リップルの少ない良質の交換出力を高効率に得るようにすることが記載されている。また、例えば、特許文献２には、複数のスイッチを互いに同一周期かつ異なる位相でオン／オフ動作させることにより、１つの出力電圧を１つの負荷に供給するマルチフェーズＤＣ／ＤＣコンバータが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０４４９４１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４０４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２に記載された関連技術を用いれば、複数のスイッチを互いに同一周期かつ異なる位相でオン／オフ動作させることによって、ノイズの低減化にある程度寄与することができる。しかし、スイッチのオン／オフ動作を行っているにすぎず、逆にリップル除去等のノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、ノイズ除去のために出力リップル幅を抑制できるとともに、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることができる電源回路、及び電源回路のスイッチング制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電源回路は、複数のスイッチング出力回路と、各スイッチング出力回路のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、各スイッチング出力回路を起動又は停止させる起動停止手段とを備え、スイッチング手段は、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、起動停止手段は、低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明による電源回路のスイッチング制御方法は、複数のスイッチング出力回路を備えた電源回路のスイッチング制御方法であって、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ノイズ除去のために出力リップル幅を抑制できるとともに、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明による複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を備えた電源回路の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、電源回路は、電源入力回路１１と、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２，１３と、フィードバック回路１４と、ディバイダ回路１５と、スイッチング回路１６とを含む。なお、図１に示す例では、説明を分かりやすくするために、まず、電源回路が２つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３，１４を備えている場合を説明する。また、本実施形態で示す電源回路は、例えば、携帯電話機等の携帯端末機に搭載される。
【００１２】
電源入力回路１１は、外部（例えば、携帯電話機が搭載する電池）からの入力電源を受け付ける機能を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２，１３は、電源入力回路１１から供給される入力電源をＤＣ−ＤＣ変換して出力する機能を備える。フィードバック回路１４は、ディバイダ回路１５からの分圧信号に基づいて、適切な出力電圧／電流制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３にフィードバック（出力）する機能を備える。ディバイダ（Divider）回路１５は、出力帰還電圧を分圧し、分圧信号をフィードバック回路１４に出力する機能を備える。スイッチング回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３のスイッチング制御を行う機能を備える。
【００１３】
次に、動作について説明する。図１に示す例では、電源回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を２つ搭載している。そこで、スイッチング回路１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３に入力するスイッチング位相が１８０度異なるように制御する。例えば、スイッチング回路１６は、同一周期で、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２にスイッチング位相が０度になるようにスイッチング制御し、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３にスイッチング位相が１８０度になるようにスイッチング制御する。
【００１４】
また、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２，１３の出力電圧が同電圧となるようにし、ディバイダ回路１５が出力する分圧信号の分圧比が１／２になるように設定する。
【００１５】
上記のように制御することによって、２つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２，１３が出力する出力電圧／電流を合成する際に逆位相で合成され、位相差を打ち消しあってＡＣ（交流）成分を抑制する。その結果、スイッチング動作による出力リップル幅を抑制することができる。
【００１６】
図２は、図１に示す電源回路が出力する出力電圧の波形の具体例を示す説明図である。このうち、図２（ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２が出力する出力電圧Ｖｏｕｔ１の波形の具体例を示している。また、図２（ｂ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３が出力する出力電圧Ｖｏｕｔ２の波形の具体例を示している。
【００１７】
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２，１３の出力側に設けられた合成ポイント（図１に示すポイント１７）で合成される。図２（ｃ）は、合成ポイント１７で合成された合成出力電圧Ｖｏｕｔ＿ａｌｌの波形の具体例を示している。
【００１８】
既に説明したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２とＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３とのスイッチング位相を１８０度遷移させて逆位相にて合成するので、出力合成波形のリップルは大幅に抑制されることになる。
【００１９】
例えば、図２（ｃ）において、合成電圧Ｖｏｕｔ＿ａｌｌのうちのある時間における値Ａａｌｌは、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２の出力電圧波形の上限ピーク点Ａ１の値と、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３の出力電圧波形の下限ピーク点Ａ２の値とを合成した値である。また、合成電圧Ｖｏｕｔ＿ａｌｌのうちの他の時間における値Ｂａｌｌは、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２の出力電圧波形の下限ピーク点Ｂ１の値と、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３の出力電圧波形の上限ピーク点Ｂ２の値とを合成した値である。図２（ｃ）に示すように、合成電圧ＡａｌｌとＢａｌｌとは同電位となり、このことは、他の時間における合成電圧の値についても言うことができ、合成電圧Ｖｏｕｔ＿ａｌｌの値は、同電位で一定の波形となる。
【００２０】
つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１２とＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路１３との出力電圧合成波には、加算されるＤＣ（直流）成分だけが残り、スイッチング動作によるＡＣ成分は除去されることになる。そのようなことから、出力電圧合成波形Ｖｏｕｔ＿ａｌｌは出力リップルが抑圧され、結果的にノイズ成分の少ない高精度な出力電力を得ることが可能となる。
【００２１】
次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路をさらに多段構成にした電源回路について説明する。図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路をさらに多段構成にした電源回路の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、電源回路は、電源入力回路３１と、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４と、フィードバック回路３５と、ディバイダ回路３６と、スイッチング回路３７とを含む。
【００２２】
電源入力回路３１は、外部（例えば、携帯電話機が搭載する電池）からの入力電源を受け付ける機能を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４は、電源入力回路３１から供給される入力電源をＤＣ−ＤＣ変換して出力する機能を備える。フィードバック回路３５は、ディバイダ回路３６からの分圧信号に基づいて、適切な出力電圧／電流制御信号をＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４にフィードバック（出力）する機能を備える。ディバイダ回路３６は、出力帰還電圧を分圧し、分圧信号をフィードバック回路３５に出力する機能を備える。スイッチング回路３７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４のスイッチング制御を行う機能を備える。
【００２３】
次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路をさらに多段構成にした電源回路の動作について説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を多段構成とした場合、出力合成時に位相を打ち消すためのスイッチング位相差は、３６０度／Ｎ１（Ｎ１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路の搭載数）により計算できる。例えば、電源回路が４つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を用いて出力合成する場合には、スイッチング回路３７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路間で、３６０度／４＝９０度の位相差が生じるようにスイッチング動作を行えばよい。この場合、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２間で出力電圧が同電圧となるようにするので、ディバイダ回路３６が出力する分圧信号の分圧比は１／４となるように設定する。
【００２４】
上記のように制御することによって、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４が出力する出力電圧／電流を合成する際に逆位相で合成され、位相差を打ち消しあってＡＣ成分を抑制する。そのため、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を多段構成した場合であっても、スイッチング動作による出力リップル幅を抑制することができる。
【００２５】
なお、上記では、電源回路に搭載された全てのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４の出力電圧を合成する場合を示したが、電源回路は、必要な場合にのみ各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４の出力電圧を合成するように制御する。
【００２６】
本実施形態では、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４は、出力電圧可変回路を搭載している。例えば、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４は、出力電圧可変回路としてＤＡＣ回路を搭載している。
【００２７】
例えば、待ち受け状態中等の低電流状態である場合には、リップルがそれほど問題とはならないので、スイッチング回路３７は、いずれか１つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を単独で動作させるようにし、他のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を停止状態に制御する。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路そのものを停止状態に制御することによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を数μＡオーダのリーク電流程度しか流れない状態とする。
【００２８】
一方、通話中や通信中等の高電流状態である場合等、リップル除去の制御が必要であるときには、スイッチング回路３７は、複数の（例えば、全ての）ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４を起動して動作状態に制御する。そして、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４の出力電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４にに搭載したＤＡＣ回路を用いて調整する。
【００２９】
なお、電源回路は、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４を起動させたり停止状態に制御したりするＤＣ−ＤＣコンバータ起動停止回路を備えていてもよい。
【００３０】
すなわち、本実施形態では、ＤＣ成分のみを考慮すればよいので、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路単独起動時の出力電圧をＶｏｕｔ１とすると、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を起動した場合の出力電圧を、Ｖｏｕｔ１／Ｎ２（N２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路の起動数）となるように設定すればよい。また、その出力電圧の設定に合わせて、ディバイダ回路３６が出力する分圧信号の分圧比の設定を変えることによって、フィードバックを行うことが容易となる。
【００３１】
なお、本実施形態では、スイッチング動作回路として、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を用いる場合を示したが、チャージポンプ等のスイッチング動作を行う出力回路であれば、他のスイッチング動作回路を用いても適応可能である。
【００３２】
以上に説明したように、本実施形態によれば、電源回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路等のスイッチング動作を行う出力回路を複数搭載する。そして、電源回路は、そのスイッチング位相をＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路間で遷移させて出力合成させる。そのようにすることにより、ＡＣノイズである出力リップル幅を抑制することができ、さらに高精度出力を可能とすることができる。
【００３３】
一方で、待ち受け状態中等の低電流状態である場合には、リップルがそれほど問題とはならないので、電源回路は、いずれか１つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を単独で動作させるようにし、他のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を停止状態に制御する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路そのものを停止状態に制御する。従って、ノイズ除去のために出力リップル幅を抑制できるとともに、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることができる。
【００３４】
例えば、特開２００２−０４４９４１号公報や特開２００６−３４０４４２号公報では、スイッチのオン／オフ動作を行っているにすぎないので、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を十分に図ることができない。これに対して、本実施形態によれば、待ち受け状態中等の低電流状態である場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路そのものを停止状態に制御する。従って、イズ対策の不要な状況下において、より高効率化を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明による電源回路の最小構成について説明する。図４は、電源回路の最小の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、電源回路は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４と、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４のスイッチング制御を行うスイッチング回路３７とを備える。また、スイッチング回路３７は、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４を起動又は停止させる機能を備える。スイッチング回路３７は、各ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、低電流状態である場合には、１つのＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路のみを起動状態に制御し、他のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を停止状態に制御する。
【００３６】
図４に示す最小構成の電源回路によれば、ノイズ除去のために出力リップル幅を抑制できるとともに、ノイズ対策の不要な状況下における高効率化を図ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、以下の（１）〜（５）に示すような電源回路の特徴的構成が示されている。
【００３８】
（１）電源回路は、複数のスイッチング出力回路（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路３２〜３４）と、各スイッチング出力回路のスイッチング制御を行うスイッチング手段（例えば、スイッチング回路３７）と、各スイッチング出力回路を起動又は停止させる起動停止手段（例えば、スイッチング回路３７）とを備え、スイッチング手段は、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御し、起動停止手段は、低電流状態である場合には、１つのスイッチング出力回路のみを起動状態に制御し、他のスイッチング出力回路を停止状態に制御することを特徴とする。
【００３９】
（２）電源回路において、機動停止手段は、高電流状態である場合には、複数のスイッチング出力回路を起動状態に制御し、スイッチング手段は、起動停止手段によって複数のスイッチング出力回路が起動状態に制御されている場合に、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相が異なるように制御するように構成されていてもよい。
【００４０】
（３）電源回路において、スイッチング手段は、各スイッチング出力回路に入力するスイッチング位相について、スイッチング出力回路間で３６０度／スイッチング出力回路数の位相差が生じるように位相を制御するように構成されていてもよい。
【００４１】
（４）電源回路は、出力帰還電圧を分圧し、分圧信号を出力する分圧信号出力手段（例えば、ディバイダ回路３６）と、分圧信号出力手段が出力した分圧信号に基づいて、適切な出力電圧／電流制御信号を各スイッチング出力回路にフィードバックするフィードバック手段（例えば、フィードバック回路３５）とを備えるように構成されていてもよい。
【００４２】
（５）電源回路は、スイッチング出力回路として、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を備えるように構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を備えた電源回路を搭載する携帯端末機等の電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による複数のＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路を備えた電源回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電源回路が出力する出力電圧の波形の具体例を示す説明図である。
【図３】ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路をさらに多段構成にした電源回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】電源回路の最小の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１，３１  電源入力回路
１２，１３，３２，３３，３４  ＤＣ−ＤＣコンバータ出力回路
１４，３５  フィードバック回路
１５，３６  ディバイダ回路
１６，３７  スイッチング回路
１７  合成ポイント
【図１】
2010074892.tif 000003
【図２】
2010074892.tif 000004
【図３】
2010074892.tif 000005
【図４】
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