(57)【要約】【課題】電源回路において、シリーズレギュレータからスイッチングレギュレータに出力を切り換える際のノイズを抑制することである。【解決手段】電源回路１０の全体出力端子１８の出力を、シリーズレギュレータ部１４からスイッチングレギュレータ部１２に切り換える際に、第５スイッチ５５をオフしてスイッチングレギュレータ部１２のフィードバックループを一旦開放し、第６スイッチ５６をオンしたままとしてシリーズレギュレータ部１４の出力を全体出力端子１８に出力し、エラーアンプの２４出力端子と他方端子との間に擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプ２４の出力端子にシリーズレギュレータ部１４の出力に対応する電圧を出力させ、これによってスイッチングレギュレータ部１２の位相補償用キャパシタ２６を充電する。【選択図】図６
2010051155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングレギュレータ部の出力とシリーズレギュレータ部の出力を切り換えて全体出力端子に出力させる電源回路であって、
スイッチングレギュレータ部を作動させ、スイッチングレギュレータ部と全体出力端子との間に設けられる第１ループ切換スイッチをオンとして、全体出力端子とスイッチングレギュレータ部のエラーアンプとの間のフィードバックループを形成させ、一方で、シリーズレギュレータ部の作動を停止させ、シリーズレギュレータ部と全体出力端子との間の第２ループ切換スイッチをオフとし、スイッチングレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力させるスイッチングレギュレータ出力手段と、
シリーズレギュレータ部を作動させ、第２ループ切換スイッチをオンとし、一方でスイッチングレギュレータ部の作動を停止させ、第１ループ切換スイッチをオフとして全体出力端子とエラーアンプとの間のフィードバックループを開放し、シリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力させるシリーズレギュレータ出力手段と、
全体出力端子についてシリーズレギュレータ部の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部の出力を出力させる状態に切り換える際に、シリーズレギュレータ部とスイッチングレギュレータ部を作動させながら、第１ループ切換スイッチをオフしてスイッチングレギュレータ部のフィードバックループを一旦開放し、第２ループ切換スイッチをオンしたままとしてシリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力し、エラーアンプの出力端子と他方端子との間に擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプの出力端子にシリーズレギュレータ部の出力に対応する電圧を出力させ、これによってスイッチングレギュレータ部の位相補償用キャパシタを充電し、その後に、擬似的帰還ループを開放し、全体出力端子とスイッチングレギュレータ部のエラーアンプとの間のフィードバックループを再形成させる移行処理を行う移行処理手段と、
を含むことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電源回路において、
スイッチングレギュレータ部は、
エラーアンプとして、一方端子に入力される第１基準電圧と他方端子に入力される電圧との間の誤差である誤差信号を生成するエラーアンプと、
誤差信号に応じてデューティ比を可変したＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路部と、
位相補償用キャパシタとして、エラーアンプの出力端子とＰＷＭ回路部との間に設けられるキャパシタと、
ＰＷＭ回路部と全体出力端子との間に設けられるコイルと、
第１ループ切換スイッチとして、ＰＷＭ回路部とコイルとの間に設けられるスイッチと、
フィードバックループとして、全体出力端子の出力電圧をエラーアンプの他方端子側に戻す信号ループと、
を含み、
シリーズレギュレータ部は、
第２基準電圧が入力される基準電圧入力端子と、出力が帰還ゲインを介して入力される帰還入力端子と、出力端子部とを有する帰還増幅器と、
第２ループ切換スイッチとして、帰還増幅器と全体出力端子との間に設けられるスイッチと、
を含むことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源回路において、
スイッチングレギュレータ部のフィードバックループは、
全体出力端子から接地電位に向かって直列に順次接続される第２抵抗と第１抵抗と、
第２抵抗と第１抵抗との間の接続点と、エラーアンプの他方端子とを接続する帰還信号線と、
を含み、
さらに、スイッチングレギュレータ部は、
移行処理の際にオンすることで擬似帰還ループを形成することができるスイッチとして、第２抵抗を直列に接続された２つの抵抗成分に分割したときのその分割点と、エラーアンプの出力端子との間に設けられる擬似帰還ループ形成用スイッチを含み、
第２抵抗の分割は、第２抵抗を介してスイッチングレギュレータのフィードバックループが形成されているときのエラーアンプの出力電圧値と、擬似帰還ループ形成用スイッチがオンされて第２抵抗の分割成分を介して擬似帰還ループが形成されたときのエラーアンプの出力電圧値とが一致するように設定されることを特徴とする電源回路。
【請求項４】
請求項１に記載の電源回路において、
スイッチングレギュレータ部は、  
第１基準電圧を発生する第１基準電圧源とエラーアンプの一方端子との間に設けられ、第１基準電圧を予め定めた立上り特性でエラーアンプの一方端子に供給するソフトスタート手段と、
ソフトスタート手段をバイパスすることを可能とするバイパススイッチと、
を含み、
移行処理手段は、
移行処理のときに、バイパススイッチをオンして、第１基準電圧を直接エラーアンプの一方端子に供給させることを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源回路に係り、特にスイッチングレギュレータの出力とシリーズレギュレータの出力とを切り換えて負荷に供給する電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙ  Ｐｈｏｎｅ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の携帯型電子機器の電源としては、電池が用いられる。そして、電子機器の各構成要素に供給する所定電圧を作り出すために、いわゆるシリーズレギュレータが用いられる。また、シリーズレギュレータの他にスイッチングレギュレータを用いることも行われる。
【０００３】
ここで、シリーズレギュレータは、基準電圧が入力される基準電圧入力端子と、出力が帰還ゲインを介して入力される帰還入力端子と、出力端子部とを有する帰還増幅器を用いて構成することができる。
【０００４】
スイッチングレギュレータの構成例としては、例えば、特許文献１には、通信機能を有する携帯機器に搭載された電池から供給される電源電圧が低下しても携帯機器を駆動できるように、低下した電源電圧を所定の出力電圧に昇圧させる回路として、チョッパ方式の昇圧型スイッチングレギュレータが述べられている。ここでは、スイッチングレギュレータの出力電圧を基準電圧と比較し、その差に応じた誤差信号を出力するエラーアンプと、エラーアンプからの誤差信号に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を設定するＰＷＭ回路と、ＰＷＭ信号がハイのときオンするスイッチングトランジスタと、スイッチングトランジスタのスイッチング制御に応じて流れる電流量が制御される昇圧コイルと、昇圧コイルからの電圧を保持し、出力電圧を出力するコンデンサとを含む構成が開示されている。
【０００５】
これらの使い分けについて、特許文献２には、携帯型電子機器においてバッテリから降圧してＣＰＵに電圧を与える際に、電力利用効率を高めるため、ＣＰＵの消費電力が大きい状態ではスイッチングレギュレータを利用し、消費電力が小さいスタンバイ状態ではシリーズレギュレータを利用するという方法がしばしば用いられると述べられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７４２６４号公報
【特許文献２】特開２００６−５４９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリーズレギュレータとスイッチングレギュレータとを比較すると、負荷が重いとき、すなわち出力電流を多くする必要のあるときには、後者のほうが変換効率がよい。したがって、特許文献２に述べられているように、携帯型電子機器においては、シリーズレギュレータとスイッチングレギュレータの双方を装備し、負荷が重いときには後者の出力を用い、軽負荷のときに前者の出力を用いるように切り換えることが行われる。
【０００８】
スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の範囲にするために、エラーアンプを用いて出力電圧と基準電圧とを比較するフィードバック制御が行われる。この場合に、スイッチングレギュレータはＰＷＭ技術を用いるので、位相補償の不具合等でパルス幅がうまく合わないと、その動作が不安定になる。特に、スイッチングレギュレータをオフ状態からオンするときにおいては、パルス生成が過渡期にあり、出力電圧をエラーアンプにフィードバックすることでは不十分なことが生じる。そのために、シリーズレギュレータからスイッチングレギュレータに出力を切り換える際に、ノイズが生じることがある。
【０００９】
本発明の目的は、シリーズレギュレータからスイッチングレギュレータに出力を切り換える際のノイズを抑制することができる電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電源回路は、スイッチングレギュレータ部の出力とシリーズレギュレータ部の出力を切り換えて全体出力端子に出力させる電源回路であって、スイッチングレギュレータ部を作動させ、スイッチングレギュレータ部と全体出力端子との間に設けられる第１ループ切換スイッチをオンとして、全体出力端子とスイッチングレギュレータ部のエラーアンプとの間のフィードバックループを形成させ、一方で、シリーズレギュレータ部の作動を停止させ、シリーズレギュレータ部と全体出力端子との間の第２ループ切換スイッチをオフとし、スイッチングレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力させるスイッチングレギュレータ出力手段と、シリーズレギュレータ部を作動させ、第２ループ切換スイッチをオンとし、一方でスイッチングレギュレータ部の作動を停止させ、第１ループ切換スイッチをオフとして全体出力端子とエラーアンプとの間のフィードバックループを開放し、シリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力させるシリーズレギュレータ出力手段と、全体出力端子についてシリーズレギュレータ部の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部の出力を出力させる状態に切り換える際に、シリーズレギュレータ部とスイッチングレギュレータ部を作動させながら、第１ループ切換スイッチをオフしてスイッチングレギュレータ部のフィードバックループを一旦開放し、第２ループ切換スイッチをオンしたままとしてシリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力し、エラーアンプの出力端子と他方端子との間に擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプの出力端子にシリーズレギュレータ部の出力に対応する電圧を出力させ、これによってスイッチングレギュレータ部の位相補償用キャパシタを充電し、その後に、擬似的帰還ループを開放し、全体出力端子とスイッチングレギュレータ部のエラーアンプとの間のフィードバックループを再形成させる移行処理を行う移行処理手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、スイッチングレギュレータ部の出力とシリーズレギュレータ部の出力を切り換えて全体出力端子に出力させる電源回路は、全体出力端子についてシリーズレギュレータ部の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部の出力を出力させる状態に切り換える際の移行処理を行う。この移行処理は、シリーズレギュレータ部とスイッチングレギュレータ部を作動させながら、第１ループ切換スイッチをオフしてスイッチングレギュレータ部のフィードバックループを一旦開放し、第２ループ切換スイッチをオンしたままとしてシリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子に出力し、エラーアンプの出力端子と他方端子との間に擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプの出力端子にシリーズレギュレータ部の出力に対応する電圧を出力させ、これによってスイッチングレギュレータ部の位相補償用キャパシタを充電する。
【００１２】
シリーズレギュレータ部が作動しているときにスイッチングレギュレータ部は作動が停止しているので、位相補償用キャパシタは放電している状態となっている。この状態でスイッチングレギュレータ部を作動させると、ＰＷＭのパルス幅生成がうまくいかず、スイッチングレギュレータ部の出力側のインダクタに大電流が流れ、全体出力端子における出力電圧が大幅に変動することが生じ、これがノイズとなる。上記構成によれば、位相補償用キャパシタをシリーズレギュレータ部の出力電圧で充電し、その後にスイッチングレギュレータにおけるフィードバックループを用いた作動を行うので、シリーズレギュレータ部の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部の出力を出力させる状態に切り換える際のノイズを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、スイッチングレギュレータの構成を、ソフトスタート回路−エラーアンプ−位相補償用キャパシタ−ＰＷＭコンパレータ−ＰＷＭコンバータ−出力段回路として説明するが、用途に応じてこれ以外の要素を適宜付加する構成としてもよく、これらの複数の要素を１つの要素にまとめる構成としてもよい。例えば、ＰＷＭコンバータと出力段を一体化した構成としてもよい。
【００１４】
以下では、ループを開放し、あるいは形成する手段としてスイッチを説明するが、ここでのスイッチの語は、接点切替スイッチのみならず、半導体スイッチング素子、スイッチング回路等を含む広義の意味で用いられる。したがって、スイッチのＯＮとは、ループの形成等を意味し、スイッチのＯＦＦとはループの開放等を意味する。
【００１５】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１６】
図１は、スイッチングレギュレータの出力とシリーズレギュレータの出力とを切り換えて全体出力端子に出力する電源回路１０の全体構成を示す図である。電源回路１０は、スイッチングレギュレータ部１２と、シリーズレギュレータ部１４と、制御部１６とを含み、全体出力端子１８に接続される負荷が必要とする電流に応じ、高負荷のときはスイッチングレギュレータ部１２を作動させ、低負荷のときはシリーズレギュレータ部１４を作動させて、いずれかの出力を全体出力端子１８から負荷へ供給する回路である。そのために、電源回路１０は、スイッチングレギュレータ部１２とシリーズレギュレータ部１４のそれぞれの出力を接続し、これに２つのレギュレータ部に共通化した平滑コンデンサであるキャパシタ３８を接続して、負荷への全体出力端子１８とする構成を有する。
【００１７】
そして、電源回路１０は、特に、全体出力端子１８についてシリーズレギュレータ部１４の出力を出力させる状態からスイッチングレギュレータ部１２の出力を出力させる状態に切り換える際のノイズを低減する移行処理を行う機能を有する。全体出力端子１８に対する２つのレギュレータの出力の切換と、移行処理を行うために、電源回路１０は、第１スイッチ５１から第６スイッチ５６までの６つのスイッチを含む。制御部１６は、これらのスイッチの状態を制御して、出力ＯＦＦモード、ソフトスタートモード、ＰＷＭモード、ＬＤＯモード、移行モードの５つのモードの切換制御を実行する機能を有する。
【００１８】
ここで、出力ＯＦＦモードとは、電源回路１０が全く作動していないモードで、例えば、全体電源がＯＦＦとなっている状態、あるいは、全体電源がＯＮされているが、全ての回路要素が作動していない状態である。この出力ＯＦＦモードは、電源回路１０がとりえる他のモードの出発点となるものであり、図１には、この出力ＯＦＦモードの状態の電源回路１０が示されている。この出力ＯＦＦモードでは、スイッチングレギュレータ部１２とシリーズレギュレータ部１４がともに作動状態になく、第１スイッチ５１から第６スイッチ５６までの６つのスイッチがすべてＯＦＦとなっている。
【００１９】
なお、図２は、従来技術の電源回路１１の構成を示す図で、図１の電源回路１０との相違箇所を示すようにして、関係のない箇所の図示を省略してある。図１と図２とを比較して分かるように、従来技術の電源回路１１には、図１の電源回路１０に備えられる第１スイッチ５１と第２スイッチ５２が含まれていない。
【００２０】
図３は、ソフトスタートモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。図４は、ＰＷＭモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。ＰＷＭモードとは、スイッチングレギュレータ部１２の出力を全体出力端子１８に出力するモードで、いわゆるスイッチングレギュレータ作動モードである。図５は、ＬＤＯモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。ＬＤＯモードとは、シリーズレギュレータ部１４が低ドロップアウトレギュレータ（Ｌｏｗ  Ｄｒｏｐｏｕｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）と呼ばれることがあるように、シリーズレギュレータ部１４の出力を全体出力端子１８に出力するモードで、いわゆるシリーズレギュレータ作動モードである。図６は、移行モードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。移行モードの詳細な内容については後述するが、全体出力端子１８についてシリーズレギュレータ部１４の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部１２の出力を出力させる状態に切り換える際のノイズを低減させる処理を行うモードである。
【００２１】
図１において、スイッチングレギュレータ部１２は、第１基準電圧回路２０と、ソフトスタート回路２２と、エラーアンプ２４と、位相補償用キャパシタ２６と、ＰＷＭコンパレータ２８と、ＰＷＭコンパレータ２８のためのＰＷＭ基準電圧回路３０と、ＰＷＭコンバータ３２と、出力段回路３４とを含んで構成される。また、第１スイッチ５１、第２スイッチ５２、第３スイッチ５３、第４スイッチ５４、第５スイッチ５５が設けられる。上記のように、これらの要素のうち、第１スイッチ５１と第２スイッチ５２とが従来技術にはない新しい要素である。
【００２２】
第１基準電圧回路２０は、スイッチングレギュレータ部１２における基準電圧Ｖ１を発生する基準電圧源である。スイッチングレギュレータ部１２は、フィードバック技術を用いて、負荷における電流変動等があっても、この第１基準電圧と同じ電圧を出力するように機能する回路である。
【００２３】
ソフトスタート回路２２は、第１基準電圧回路２０とエラーアンプ２４の一方端子との間に設けられる遅延回路で、第１基準電圧のソフトスタート手段に相当する。ソフトスタート回路２２は、第１基準電圧Ｖ１を予め定めた立上り特性でエラーアンプの一方端子に供給する機能を有する。ソフトスタート回路２２は、スイッチングレギュレータ部１２の作動開始時に作動し、そのときに、第１基準電圧Ｖ１を予め定めた立上り特性でエラーアンプ２４の一方端子に供給し、その供給電圧Ｖ２が第１基準電圧Ｖ１まで立上ると、その役割が終了する。
【００２４】
第１スイッチ５１は、ソフトスタート回路２２をバイパスすることを可能とするバイパススイッチである。第１スイッチ５１をオンすると、第１基準電圧Ｖ１がその電圧値のままで、エラーアンプ２４の一方端子に直接供給される。これによって、エラーアンプ２４には、ソフトスタート回路２２による遅延を省略して、迅速に第１基準電圧Ｖ１が供給される。第１スイッチ５１は、移行モードのときにＯＮされ、それ以外のモードではＯＦＦのままである。
【００２５】
エラーアンプ２４は、ソフトスタート回路２２を介して一方端子に入力される電圧Ｖ２と、他方端子に入力される電圧Ｖ３との間の偏差を誤差信号として生成し、出力端子に出力電圧Ｖ４として出力する誤差増幅器である。誤差信号は符号を有するが、例えば、他方端子に入力される電圧が基準電圧よりも低いときにプラスとすることができる。出力電圧Ｖ４は、位相補償用キャパシタ２６を充電し、ＰＷＭコンパレータ２８の一方端子に向けて出力される。
【００２６】
エラーアンプ２４の他方端子に入力される電圧Ｖ３がフィードバック電圧であるときは、そのフィードバック電圧がＶ２となるように働く。上記のように、予め定めた立上りのあとは、電圧Ｖ２は第１基準電圧Ｖ１となるので、他方端子に入力される電圧Ｖ３がフィードバック電圧であるときは、エラーアンプ２４は、そのフィードバック電圧がＶ１となるように働く。
【００２７】
エラーアンプ２４の出力端子と、他方端子と、全体出力端子１８との間には、フィードバックループを形成するためのスイッチと、フィードバックゲインを定める抵抗素子が配置される。ここで、エラーアンプ２４周りの構成について、以下に詳細に説明する。
【００２８】
図１において、エラーアンプ２４の周りには、全体出力端子１８から接地電位側に向かって、直列に、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ１がこの順序で順次接続されて配置される。すなわち、抵抗素子Ｒ３の一方端子は全体出力端子１８に接続され、抵抗素子Ｒ３の他方端子は抵抗素子Ｒ２の一方端子と接続され、抵抗素子Ｒ２の他方端子は抵抗素子Ｒ１の一方端子と接続され、抵抗素子Ｒ１の他方端子が接地電位側に接続される。
【００２９】
そして、抵抗素子Ｒ３の他方端子と抵抗素子Ｒ２の一方端子とが接続される接続点と、エラーアンプ２４の出力端子との間に第２スイッチ５２が設けられる。また、抵抗素子Ｒ２の他方端子と抵抗素子Ｒ１の一方端子とが接続される接続点とエラーアンプ２４の他方端子との間に第３スイッチ５３が設けられる。そして、抵抗素子Ｒ１の他方端子と接地電位との間に第４スイッチ５４が設けられる。
【００３０】
第２スイッチ５２、第３スイッチ５３、第４スイッチ５４は、ＰＷＭモード、ＬＤＯモード、移行モードのそれぞれについて、以下のようにＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００３１】
すなわち、ＰＷＭモードにおいては、第２スイッチ５２はＯＦＦであるが、第３スイッチ５３と第４スイッチ５４がＯＮとされる。図２で示される従来技術においても、第３スイッチ５３と第４スイッチ５４があるが、ここでもＰＷＭモードのとき、すなわち、スイッチングレギュレータ部の出力を全体出力端子１８に出力するモードのときは、第３スイッチ５３と第４スイッチ５４とがＯＮとされる。なお、ＰＷＭモードでは、後述する第５スイッチ５５がＯＮとされ、第６スイッチ５６がＯＦＦとされる。
【００３２】
このように第２スイッチ５２をＯＦＦ、第３スイッチ５３をＯＮ、第４スイッチ５４をＯＮとすることで、全体出力端子１８の電圧Ｖ７が抵抗素子Ｒ３の一方端子に加えられ、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２を合算した（Ｒ３＋Ｒ２）と、抵抗素子Ｒ１とを用い、（Ｒ３＋Ｒ２）とＲ１の接続点がエラーアンプ２４の他方端子に接続されることで、エラーアンプ２４に対し、全体出力端子１８の電圧Ｖ７がフィードバックされる。すなわち、全体出力端子１８とエラーアンプ２４に関連する３つの抵抗素子とを接続する信号線が、スイッチングレギュレータ部１２のフィードバックループとなる。
【００３３】
第１基準電圧Ｖ１と、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４と、全体出力端子１８の出力電圧Ｖ７を用い、エラーアンプ２４の出力端子から全体出力端子１８までの要素の全体のゲインをＡＣＶとすると、次の関係がある。すなわち、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４は、Ｖ４＝Ｖ７／ＡＣＶ＝［Ｖ１｛（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１｝］／ＡＣＶで与えられる。
【００３４】
次に、ＬＤＯモードにおいては、第２スイッチ５２はＯＦＦであるが、さらに第３スイッチ５３も第４スイッチ５４もＯＦＦとされる。図２で示される従来技術においても、第３スイッチ５３と第４スイッチ５４があるが、ここでもＬＤＯモードのとき、すなわち、シリーズレギュレータ部の出力を全体出力端子１８に出力するモードのときは、第３スイッチ５３も第４スイッチ５４もＯＦＦとされる。なお、ＬＤＯモードでは、後述する第５スイッチ５５がＯＦＦとされ、第６スイッチ５６がＯＮとされる。
【００３５】
このように、第２スイッチ５２をＯＦＦ、第３スイッチ５３をＯＦＦ、第４スイッチ５４をＯＦＦとすることで、全体出力端子１８とスイッチングレギュレータ部１２のエラーアンプ２４との間の接続が完全に開放され、シリーズレギュレータ部１４の帰還増幅器４２の出力端子が全体出力端子１８に接続される。これによってシリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２が全体出力端子１８に出力される。
【００３６】
そして、移行モードにおいては、第２スイッチ５２がＯＮとされる。第３スイッチ５３と第４スイッチ５４は、共にＯＮとされる。第２スイッチ５２がＯＮとされるのは、この移行モードのときのみである。なお、移行モードでは、後述する第５スイッチ５５がＯＦＦとされ、第６スイッチ５６がＯＮとされる。つまり、第５スイッチ５５と第６スイッチ５６の状態は、ＬＤＯモードと同じである。
【００３７】
このように、第５スイッチ５５と第６スイッチ５６の状態をＬＤＯモードと同じとして、第２スイッチ５２をＯＮ、第３スイッチ５３をＯＮ、第４スイッチ５４をＯＮとすることで、シリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２が抵抗素子Ｒ３の一方端子に加えられ、抵抗素子Ｒ３の他方端子と抵抗素子Ｒ２の一方端子の接続点がエラーアンプ２４の出力端子に接続される。
【００３８】
この状態は、エラーアンプ２４にとって、ＰＷＭモードのときの全体出力端子１８の出力電圧Ｖ７がＰＷＭコンパレータ２８、ＰＷＭコンバータ３２、出力段回路３４等を含む大きなフィードバックループでもって帰還されることに比べ、エラーアンプ２４自体を中心として、シリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２が与えられる小さな帰還ループが形成されることになる。
【００３９】
このようにして、シリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２をスイッチングレギュレータ部１２のエラーアンプ２４に与え、エラーアンプ２４の出力端子と他方端子との間に小さな帰還ループである擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプ２４の出力端子にシリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２に対応する電圧を出力させることができる。ＰＷＭコンバータ３２を含まない単純な帰還ループであるので、速い収束で、安定した出力電圧Ｖ４がエラーアンプ２４の出力端子に出力される。
【００４０】
これによって、シリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２に起因するこの安定した出力電圧Ｖ４を用いて、スイッチングレギュレータ部１２の位相補償用キャパシタ２６を充電することができる。このように、全体出力端子１８についてシリーズレギュレータ部１４の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部１２の出力を出力させる状態に切り換える際に、放電状態にあった位相補償用キャパシタ２６を安定した電圧で充電することで、出力切換の際のノイズを低減させることができる。これが移行処理の目的とするところである。
【００４１】
エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４は、ＰＷＭモードのときには全体出力端子１８の出力電圧Ｖ７がフィードバックされるのに対し、移行モードではシリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２が与えられるので、ＰＷＭモードのときとは異なる値となる可能性がある。そこで、抵抗素子Ｒ３の他方端子と抵抗素子Ｒ２の一方端子との接続点をエラーアンプ２４の出力端子に接続するものとし、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２の合計値を一定として、その分割比を調整することが行われる。これによって、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４を移行モードのときとＰＷＭモードのときとで同じ値に調整することができる。
【００４２】
すなわち、移行モードにおいては、抵抗素子Ｒ３の一方端子にシリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２が与えられ、エラーアンプ２４の出力端子から接地電位側に向かって、直列に、抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ１がこの順序で順次接続されて配置される。抵抗素子Ｒ３の他方端子と抵抗素子Ｒ２の一方端子との接続点とは、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ２を合算した（Ｒ３＋Ｒ２）の分割点であるので、この分割点をエラーアンプ２４の出力端子に接続する。
【００４３】
ここで、ＰＷＭモードでは、（Ｒ３＋Ｒ２）は一体として扱われているので、抵抗素子Ｒ１を第１抵抗素子、（Ｒ３＋Ｒ２）の値を有する抵抗素子を一体として第２抵抗素子と呼ぶことにする。このように呼ぶことにすると、（Ｒ３＋Ｒ２）の分割点とは、第２抵抗素子を直列に接続された２つの抵抗成分に分割したときのその分割点である。したがって、移行モードでは、第２抵抗素子の分割点がエラーアンプ２４の出力端子に接続されることになる。
【００４４】
この場合、シリーズレギュレータ部１４の出力電圧Ｖ１２と、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４とを用いると、次の関係がある。すなわち、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４は、Ｖ４＝Ｖ１２｛（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）｝で与えられる。
【００４５】
ＰＷＭモードにおいては、上記のように、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４は、Ｖ４＝Ｖ７／ＡＣＶ＝［Ｖ１｛（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１｝］／ＡＣＶで与えられる。そこで、この２つのＶ４が同じ値となるように、（Ｒ３＋Ｒ２）の分割点を定め、その分割点をエラーアンプ２４の出力端子に接続すればよい。このようにして、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４を移行モードのときとＰＷＭモードのときとで同じ値に調整することができる。
【００４６】
以上で、エラーアンプ２４周りの構成についての説明が行われたので、再び図１に戻り、位相補償用キャパシタ２６は、エラーアンプ２４の出力端子と、ＰＷＭコンパレータ２８の一方端子との間に設けられるキャパシタであり、ＰＷＭコンパレータ２８における周波数のゼロ点を補償し、パルス幅を正しく形成できるようにする機能を有する。位相補償用キャパシタ２６の充電は、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４によって行われる。位相補償用キャパシタ２６は、スイッチングレギュレータ部１２が作動しているときに用いられるので、シリーズレギュレータ部１４の作動中でスイッチングレギュレータ部１２が作動しない間に放電が行われることになる。
【００４７】
ＰＷＭコンパレータ２８は、一方端子に入力されるエラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４と、他方端子に入力されるＰＷＭ基準電圧Ｖ５とを比較し、その差電圧をＰＷＭコンバータ３２に出力する機能を有する差動増幅器である。エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４とは、上記のように、エラーアンプ２４の他方端子に帰還されて入力された電圧Ｖ２と第１基準電圧Ｖ１との間の誤差を示す誤差信号である。
【００４８】
ＰＷＭ基準電圧回路３０は、ＰＷＭ基準電圧Ｖ５を出力する機能を有する基準電圧源である。ＰＷＭ基準電圧回路３０としては、予め設定された周波数の鋸歯状波形あるいは三角波形の信号を生成して出力する発振波形生成回路を用いることができる。
【００４９】
ＰＷＭコンバータ３２は、ＰＷＭコンパレータ２８の出力に応じてデューティ比を可変したＰＷＭ信号を生成する回路である。このように、ＰＷＭ信号とは、誤差信号の大きさに応じたパルス幅を有する矩形波である。
【００５０】
出力段回路３４は、ＰＷＭコンバータ３２の出力であるパルス信号を低インピーダンスで出力するバッファ回路である。
【００５１】
出力段回路３４と、インダクタ３６との間に設けられる第５スイッチ５５は、スイッチングレギュレータ部１２の出力を全体出力端子１８に出力するときにＯＮされ、全体出力端子１８の電圧Ｖ７をエラーアンプ２４に帰還するフィードバックループを形成する第１ループ切換スイッチである。すでにエラーアンプ２４の周りの構成に関連して述べたように、第５スイッチ５５は、ＰＷＭモードではＯＮ、ＬＤＯモードではＯＦＦ、移行モードでもＯＦＦである。
【００５２】
インダクタ３６は、スイッチングレギュレータ部１２の出力信号であるパルス信号を電磁エネルギに変換する機能を有する。具体的には、パルス信号がオンのときに、そのエネルギを蓄え、オフのときに、この蓄えたエネルギを全体出力端子１８に放出する。インダクタ３６としては、適当なコイルを用いることができる。
【００５３】
キャパシタ３８は、全体出力端子１８と接地電位との間に設けられ、全体出力端子１８の出力電圧Ｖ７の変動を抑制する平滑化コンデンサである。
【００５４】
以上で、スイッチングレギュレータ部１２の説明を行ったので、次にシリーズレギュレータ部１４の説明を行う。シリーズレギュレータ部１４は、第２基準電圧回路４０と、帰還増幅器４２と、第６スイッチ５６を含んで構成される。
【００５５】
第２基準電圧回路４０は、シリーズレギュレータ部１４における基準電圧Ｖ１０を発生する基準電圧源である。シリーズレギュレータ部１４は、帰還増幅器４２の作用によって、負荷における電流変動等があっても、この第２基準電圧Ｖ１０と同じ電圧を出力するように機能する回路である。
【００５６】
帰還増幅器４２は、第２基準電圧Ｖ１０が入力される基準電圧入力端子と、出力が帰還ゲインを介して入力される帰還入力端子と、出力端子とを有する増幅器である。ここでは、出力端子から接地電位に向かって、抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１０とが直列にこの順序で接続され、抵抗素子Ｒ１１と抵抗素子Ｒ１０との間の接続点が帰還入力端子に接続される。
【００５７】
第６スイッチ５６は、帰還増幅器４２と全体出力端子１８との間に設けられるスイッチで、シリーズレギュレータ部１４の出力を全体出力端子１８に出力するときにＯＮされるスイッチである。第５スイッチ５５が第１ループ切換スイッチと呼ぶことに対応して、これを第２ループ切換スイッチと呼ぶことができる。すでにエラーアンプ２４の周りの構成に関連して述べたように、第６スイッチ５６は、ＰＷＭモードではＯＦＦ、ＬＤＯモードではＯＮ、移行モードでもＯＮである。
【００５８】
制御部１６は、スイッチングレギュレータ部１２とシリーズレギュレータ部１４の各要素の動作を全体として制御し、全体出力端子１８に接続される負荷が必要とする電流に応じ、高負荷のときはスイッチングレギュレータ部１２を作動させ、低負荷のときはシリーズレギュレータ部１４を作動させて、いずれかの出力を全体出力端子１８から負荷へ供給させる機能を有する。具体的には、スイッチングレギュレータ部１２をＯＮ／ＯＦＦさせ、シリーズレギュレータ部１４をＯＮ／ＯＦＦさせ、第１スイッチ５１から第６スイッチ５６までの６つのスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して、出力ＯＦＦモード、ソフトスタートモード、ＰＷＭモード、ＬＤＯモード、移行モードの５つのモードの切換制御を実行する機能を有する。
【００５９】
出力ＯＦＦモードは、図１で説明したように、スイッチングレギュレータ部１２がＯＦＦ、シリーズレギュレータ部１４もＯＦＦ、第１スイッチ５１から第６スイッチ５６までの６つのスイッチも全てのＯＦＦである。
【００６０】
図３は、ソフトスタートモードのときの様子を示す図である。図３は図１と同様の図であるが、第１スイッチ５１から第６スイッチ５６までの６つのスイッチの状態がいくつか相違している。ソフトスタートモードは、ＰＷＭモードの初期において、ソフトスタート回路２２の機能を用いて、第１基準電圧回路２０の出力電圧である第１基準電圧Ｖ１に予め定めた立上り特性で遅延させてエラーアンプ２４の一方端子に供給するモードである。
【００６１】
ソフトスタートモードでは、スイッチングレギュレータ部１２がＯＮ、シリーズレギュレータ部１４はＯＦＦである。そして、第１スイッチ５１がＯＦＦ、第２スイッチ５２がＯＦＦ、第３スイッチ５３がＯＮ、第４スイッチ５４がＯＮ、第５スイッチ５５がＯＮ、第６スイッチ５６がＯＦＦである。この状態は、図４で説明するＰＷＭモードと同じである。
【００６２】
図４はＰＷＭモードのときの様子を示す図である。ＰＷＭモードは、ソフトスタートモードと同じ状態で、スイッチングレギュレータ部１２がＯＮ、シリーズレギュレータ部１４はＯＦＦである。そして、第１スイッチ５１がＯＦＦ、第２スイッチ５２がＯＦＦ、第３スイッチ５３がＯＮ、第４スイッチ５４がＯＮ、第５スイッチ５５がＯＮ、第６スイッチ５６がＯＦＦである。
【００６３】
ＰＷＭモードにおいては、スイッチングレギュレータ部１２を作動させ、スイッチングレギュレータ部１２と全体出力端子１８との間に設けられる第１ループ切換スイッチである第５スイッチ５５をオンとして、全体出力端子１８とスイッチングレギュレータ部１２のエラーアンプ２４との間のフィードバックループを形成させ、一方で、シリーズレギュレータ部１４の作動を停止させ、シリーズレギュレータ部１４と全体出力端子１８との間の第２ループ切換スイッチである第６スイッチ５６をオフとし、スイッチングレギュレータ部１２の出力を全体出力端子１８に出力させる。
【００６４】
図５はＬＤＯモードのときの様子を示す図である。ＬＤＯモードは、ＰＷＭモードと逆の状態であるものが多い。すなわち、スイッチングレギュレータ部１２がＯＦＦ、シリーズレギュレータ部１４はＯＮである。そして、第１スイッチ５１がＯＮ、第２スイッチ５２がＯＦＦ、第３スイッチ５３がＯＦＦ、第４スイッチ５４がＯＦＦ、第５スイッチ５５がＯＦＦ、第６スイッチ５６がＯＮである。
【００６５】
ＬＤＯモードにおいては、シリーズレギュレータ部１４を作動させ、第２ループ切換スイッチである第６スイッチ５６をオンとし、一方でスイッチングレギュレータ部１２の作動を停止させ、第１ループ切換スイッチである第５スイッチ５５をオフとして全体出力端子１８とエラーアンプ２４との間のフィードバックループを開放し、シリーズレギュレータ部１４の出力を全体出力端子１８に出力させる。
【００６６】
図６は移行モードのときの様子を示す図である。移行モードは、ＬＤＯモードからＰＷＭモードに切り換わる際に実行されるモードであり、ＬＤＯモードを生かしながら、エラーアンプ２４の周りに擬似帰還ループを形成して、位相補償用キャパシタ２６を安定した電圧で充電させるモードである。移行モードにおいては、スイッチングレギュレータ部１２がＯＮ、シリーズレギュレータ部１４もＯＮである。そして、第１スイッチ５１がＯＮ、第２スイッチ５２がＯＮ、第３スイッチ５３がＯＮ、第４スイッチ５４がＯＮ、第５スイッチ５５がＯＦＦ、第６スイッチ５６がＯＮである。
【００６７】
移行モードにおいては、上記のように、全体出力端子１８についてシリーズレギュレータ部１４の出力を出力させる状態から、スイッチングレギュレータ部１２の出力を出力させる状態に切り換える際に、シリーズレギュレータ部１４とスイッチングレギュレータ部１２を共に作動させながら、第１ループ切換スイッチである第５スイッチ５５をオフしてスイッチングレギュレータ部１２のフィードバックループを一旦開放し、第２ループ切換スイッチである第６スイッチ５６をオンしたままとしてシリーズレギュレータ部１４の出力を全体出力端子１８に出力し、エラーアンプの２４出力端子と他方端子との間に擬似的帰還ループを形成させて、エラーアンプ２４の出力端子にシリーズレギュレータ部１４の出力に対応する電圧を出力させ、これによってスイッチングレギュレータ部１２の位相補償用キャパシタ２６を充電し、その後に、擬似的帰還ループを開放し、全体出力端子１８とスイッチングレギュレータ部１２のエラーアンプ２４との間のフィードバックループを再形成させる移行処理を行う。
【００６８】
上記構成の作用を図７のタイムチャートを用いて説明する。なお、参考のために、図２の従来技術の電源回路、すなわち、全体出力端子について、シリーズレギュレータの出力を出力する状態からスイッチングレギュレータの出力を出力する状態に切り換える際に、移行モードを有しない場合のタイムチャートを図８に示す。
【００６９】
図７は、電源回路１０において、出力ＯＦＦモードから順次、ソフトスタートモード、ＰＷＭモード、ＬＤＯモード、移行モード、ＰＷＭモードと動作モードが変化してゆくときの各要素の状態変化を時系列で示す図である。図７の横軸は時間、縦軸には、紙面の上側から下側に向かって順に、ＰＷＭ部であるスイッチングレギュレータ部１２のＯＮ／ＯＦＦ状態、ＬＤＯ部であるシリーズレギュレータ部１４のＯＮ／ＯＦＦ状態、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４、ＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６、ＬＤＯ出力電圧Ｖ１２、電源回路１０の出力電圧Ｖ７がとられている。
【００７０】
出力ＯＦＦモードにおいては、すべてがＯＦＦかＧＮＤ状態にある。ソフトスタートモードに入ると、ＰＷＭ部がＯＮし、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４が遅延しながら立ち上がる。立上がり時間Ｔｒは、ソフトスタート回路２２において予め定められた立上り特性である。エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４の立上りと同期して、ＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６は、パルス幅が次第に大きくなる。また、これらに同期して、電源回路１０の出力電圧Ｖ７も同様に立ち上がってくる。
【００７１】
ソフトスタートモードは、立上り時間Ｔｒが経過すると、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４がほぼ一定値となり、ＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６のパルス幅もほぼ一定となる。また、これらに対応して、電源回路１０の出力電圧Ｖ７もほぼ一定値となる。
【００７２】
ソフトスタートモード、ＰＷＭモードにおいては、ＬＤＯ部はＯＦＦのままであるが、次にＬＤＯモードに切り換わると、ＬＤＯ部がＯＮし、代わってＰＷＭ部がＯＦＦする。これにより、エラーアンプ２４の出力電圧Ｖ４はＧＮＤ電位となり、したがって、位相補償用キャパシタ２６は放電を始める。ＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６もＧＮＤ電位となる。一方ＬＤＯ出力電圧Ｖ１２は、立上がり時期にハイインピーダンスとなるが、その後一定の電圧レベルとなる。これに対応して、電源回路１０の出力電圧Ｖ７も、Ｖ１２に対応する一定電圧となる。
【００７３】
次に、ＬＤＯモードからＰＷＭモードに切り換わるときには、移行モードの処理が実行される。移行モードでは、ＬＤＯ部がＯＮのままで、ＰＷＭ部もＯＮする。そして、ソフトスタート回路２２に関連して説明したように、第１スイッチ５１がＯＮされて、ソフトスタート回路２２がバイパスされて、第１基準電圧Ｖ１が直接エラーアンプ２４の一方端子に供給される。したがって、エラーアンプ出力電圧Ｖ４の立上り時間Ｔｒ’は、ソフトスタートモードのときの立上り時間Ｔｒよりも短くなる。そして、エラーアンプ２４の周りの構成に関連して説明したように、第２スイッチ５２がＯＮされて、ＬＤＯ出力電圧Ｖ１２がエラーアンプ２４に与えられ、ＰＷＭコンバータ３２を含まない単純なループの擬似的帰還ループが形成されて、安定した電圧がエラーアンプ２４から出力され、これによって位相補償用キャパシタ２６の充電が行われる。
【００７４】
図７においては、移行モードにおいて、エラーアンプ出力電圧Ｖ４が急速に立上がり、これに応じてＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６においてパルス幅が次第に大きくなることが示されている。ＬＤＯ出力電圧Ｖ１２は、ＬＤＯモードのときの値が維持される。これに対応して、電源回路１０の出力電圧Ｖ７もＬＤＯモードのときの値が維持される。
【００７５】
位相補償用キャパシタ２６の充電に十分な時間が経過すると、移行モードが終了し、ＬＤＯ部がＯＦＦとなる。これに応じＬＤＯ出力電圧Ｖ１２は次第に低下しＧＮＤ電位となる。そのときに、電源回路１０の出力電圧Ｖ７に切換ノイズが発生するが、その電圧振幅Ｖｎｚ’は、参考に示した図８で現れる切換ノイズの電圧振幅Ｖｎｚに比較すると格段に小さくできる。これは、移行モードにおいて、位相補償用キャパシタ２６の充電が十分に行われているためである。これにより、その後のＰＷＭモードの動作は滑らかとなり、図７に示されるように、エラーアンプ出力電圧Ｖ４がほぼ一定電圧レベルとなり、ＰＷＭスイッチング出力電圧Ｖ６のパルス幅もほぼ一定となり、これらに対応して電源回路１０の出力電圧Ｖ７もほぼ一定電圧となる。
【００７６】
参考に示した図８は、移行モードがないことを除けば、横軸、縦軸の内容は同じである。そして、ＬＤＯモードからＰＷＭモードに切り換わる際に、位相補償用キャパシタ２６が放電している状態から充電が始まるため、インダクタ３６に大電流が流れ、電源回路の出力電圧Ｖ７に、大きな電圧振幅Ｖｎｚの切換ノイズが現れる。このように、従来技術では、ＬＤＯモードからＰＷＭモードに切り換わる際に、電源回路の出力電圧Ｖ７が大きく変動してしまうことが生じる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る実施の形態における電源回路の全体構成を示す図である。
【図２】従来技術の電源回路の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、ソフトスタートモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、ＰＷＭモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、ＬＤＯモードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、移行モードのときの各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、電源回路のモードの変更に対応する各構成要素の状態の変化を示すタイムチャートである。
【図８】従来技術において、電源回路のモードの変更に対応する各構成要素の状態の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１０，１１  電源回路、１２  スイッチングレギュレータ部、１４  シリーズレギュレータ部、１６  制御部、１８  全体出力端子、２０  第１基準電圧回路、２２  ソフトスタート回路、２４  エラーアンプ、２６  位相補償用キャパシタ、２８  ＰＷＭコンパレータ、３０  ＰＭＷ基準電圧回路、３２  ＰＷＭコンバータ、３４  出力段回路、３６  インダクタ、３８  キャパシタ、４０  第２基準電圧回路、４２  帰還増幅器、５１  第１スイッチ、５２  第２スイッチ、５３  第３スイッチ、５４  第４スイッチ、５５  第５スイッチ、５６  第６スイッチ。
【図１】
2010051155.tif 000003
【図２】
2010051155.tif 000004
【図３】
2010051155.tif 000005
【図４】
2010051155.tif 000006
【図５】
2010051155.tif 000007
【図６】
2010051155.tif 000008
【図７】
2010051155.tif 000009
【図８】
2010051155.tif 000010