(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を調整して所定の出力電圧を出力する出力回路と、少なくとも前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記帰還電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記出力回路を制御する誤差増幅回路と、前記基準電圧を発生する基準電圧発生回路とを有し、動作指令信号用入力端子に入力され且つ所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がる動作指令用入力電圧に応じて動作状態もしくは停止状態に制御される電源装置であって、
前記動作指令用入力電圧のレベルが、第１所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生する電圧レベル検出回路と、前記動作指令用入力電圧より低くなるように、前記動作指令用入力電圧からレベルシフトされたレベルシフト電圧を発生するレベルシフト回路とを有し、
前記基準電圧発生回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされて前記基準電圧を発生し、
前記誤差増幅回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされるとともに、前記レベルシフト電圧が前記基準電圧より低いときには、前記基準電圧に代えて前記レベルシフト電圧を前記帰還電圧と比較することを特徴とする、電源装置。
【請求項２】
前記動作指令用入力電圧が、前記第１所定電圧レベルより高いもしくは等しい第２所定電圧レベルに達したときに、前記レベルシフト電圧を発生することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、少なくとも１つのダイオードと少なくとも１つの抵抗器とをこの順序で直列に接続し、その直列接続回路の接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、第１抵抗器とトランジスタ回路と第２抵抗器とをこの順序で直列に接続し、前記トランジスタに前記基準電圧を制御信号として印加するとともに、前記トランジスタ回路と前記第２抵抗器との接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電源装置と、前記電源電圧を発生する電池電源と、動作指令信号を発生する制御装置と、前記動作指令信号が入力され、前記動作指令用入力電圧を出力する時定数回路と、前記出力電圧が供給される負荷装置と、を備えることを特徴とする、携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池などの直流電源からの電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する電源装置、及びその電源装置を組み込んだ携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源からの電源電圧を所定の出力電圧に変換して出力する、シリーズレギュレータなどの電源装置では、動作を開始する際に、その電源装置に接続された負荷装置や平滑用キャパシタなどへ流れる突入電流を抑制する必要がある。
【０００３】
特許文献１の電源回路では、ソフトスタートを行うために、定電流源と直列にキャパシタを接続し、このキャパシタに並列に電源スイッチを設ける。この電源スイッチをオフ（開放）することにより、定電流源からの電流によって徐々に充電されるキャパシタ電圧を用いて、ソフトスタートを行うことが開示されている。また、その電源スイッチのオフが電源装置の動作開始を兼ねるから、外部端子数を削減できることが示されている。
【０００４】
しかし、この従来のものでは、キャパシタを電源スイッチのオフに応じて充電できるように、電源スイッチがオンされている待機状態においても所定の電流を流しておくことが必要である。
【０００５】
このように、従来の電源回路は、待機状態時にもある程度の消費電流が流れている。電池を電源とする携帯機器においては、電池の継続使用できる時間を長くするために、消費電流を少なくすることが特に要請される。したがって、ソフトスタート行うために、消費電流が増加することは望ましくない。
【特許文献１】特開平７−３３６９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、端子数を削減した電源装置、及びその電源装置を含む携帯機器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】
【０００７】
請求項１の電源装置は、電源電圧を調整して所定の出力電圧を出力する出力回路と、少なくとも前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記帰還電圧が前記基準電圧に等しくなるように前記出力回路を制御する誤差増幅回路と、前記基準電圧を発生する基準電圧発生回路とを有し、動作指令信号用入力端子に入力され且つ所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がる動作指令用入力電圧に応じて動作状態もしくは停止状態に制御される電源装置であって、
前記動作指令用入力電圧のレベルが、第１所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生する電圧レベル検出回路と、前記動作指令用入力電圧より低くなるように、前記動作指令用入力電圧からレベルシフトされたレベルシフト電圧を発生するレベルシフト回路とを有し、
前記基準電圧発生回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされて前記基準電圧を発生し、
前記誤差増幅回路は、前記検出信号に応じて動作状態にされるとともに、前記レベルシフト電圧が前記基準電圧より低いときには、前記基準電圧に代えて前記レベルシフト電圧を前記帰還電圧と比較することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の電源装置は、請求項１に記載の電源装置において、前記動作指令用入力電圧が、前記第１所定電圧レベルより高いもしくは等しい第２所定電圧レベルに達したときに、前記レベルシフト電圧を発生することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の電源装置は、請求項１または２に記載の電源装置において、前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、少なくとも１つのダイオードと少なくとも１つの抵抗器とをこの順序で直列に接続し、その直列接続回路の接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の電源装置は、請求項１または２に記載の電源装置において、前記レベルシフト回路は、前記動作指令用入力電圧点とグランド間に、第１抵抗器とトランジスタ回路と第２抵抗器とをこの順序で直列に接続し、前記トランジスタに前記基準電圧を制御信号として印加するとともに、前記トランジスタ回路と前記第２抵抗器との接続点から前記レベルシフト電圧を出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の携帯機器は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電源装置と、前記電源電圧を発生する電池電源と、動作指令信号を発生する制御装置と、前記動作指令信号が入力され、前記前記動作指令用入力電圧を出力する時定数回路と、前記出力電圧が供給される負荷装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動作指令信号用入力端子に入力される動作指令用入力電圧に基づいて、電源装置の動作状態あるいは停止状態を制御するとともに、基準電圧と、ソフトスタート用のレベルシフト電圧をも発生する。したがって、電源装置の消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、その端子数を削減することができる。したがって、ＩＣ化された電源装置を小型に且つ低消費電流にできる。
【００１３】
また、動作指令用入力電圧が、第１所定電圧レベルを超えるときに電圧レベル検出回路から検出信号を発生する。この検出信号に応じて、基準電圧発生回路から基準電圧を発生し、誤差増幅回路を動作可能にさせるとともに、動作指令用入力電圧が、第１所定電圧レベルより高いもしくは等しい第２所定電圧レベルに達したときにレベルシフト電圧を発生する。これにより、誤差増幅回路の動作条件が整った後に、レベルシフト電圧によるソフトスタートがスムーズに行われる。
【００１４】
また、制御装置から発生される、例えばステップ状の動作指令信号が、時定数回路により所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がり、動作指令用入力信号として電源装置に供給される。このように、簡単な時定数回路を付加するのみで、動作指令用入力信号を形成できる。したがって、携帯機器の構成も簡単にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の電源装置及び携帯機器の実施例について、図を参照して説明する。なお、本発明の電源装置は、ＬＳＩに作り込まれるので、半導体装置と言い換えてもよい。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例に係る電源装置及びそれを用いた携帯機器の構成を示す図である。
【００１７】
図１において、電池電源ＢＡＴは、電源電圧Ｖｃｃを発生する。この電源電圧Ｖｃｃは、電池電源ＢＡＴの充放電の状態に応じて電圧レベルが変わってくる。
【００１８】
この電源電圧Ｖｃｃが、電源装置１００に電源電圧入力端子Ｐｖｃｃから入力される。出力回路１０は、出力トランジスタ１１を含むシリーズレギュレータ形式で構成されており、制御信号にしたがって、電源電圧Ｖｃｃが所定の出力電圧Ｖｏｕｔに調整されて、出力される。出力トランジスタ１１は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタでよい。なお、出力回路１０は、図１では、出力トランジスタ１１を用いたシリーズレギュレータとしているが、これに限らず、スイッチング型の出力回路等でもよい。
【００１９】
出力電圧Ｖｏｕｔは、電源装置１００の出力端子Ｐｖｏｕｔから、出力平滑用キャパシタ３１０、負荷装置３２０に供給される。Ｉｏは、出力電流である。出力電圧Ｖｏｕｔが分圧抵抗１２、１３で分圧されて帰還電圧Ｖｆｂとなる。
【００２０】
誤差増幅回路２０は、３入力型のエラーアンプを含み、帰還電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとレベルシフト電圧Ｖｓｓが入力される。基準電圧Ｖｒｅｆは一定電圧レベルであり、レベルシフト電圧Ｖｓｓはソフトスタートを行うように零電圧から或る時定数にしたがって上昇し基準電圧Ｖｒｅｆを上回る電圧レベルに到達する。
【００２１】
誤差増幅回路２０では、基準電圧Ｖｒｅｆとレベルシフト電圧Ｖｓｓとの低い方の電圧が選択され、この低い方の電圧と帰還電圧Ｖｆｂとが比較される。その比較結果に基づいて帰還電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆもしくはレベルシフト電圧Ｖｓｓに等しくなるように出力トランジスタ１１を制御する。
【００２２】
基準電圧発生回路３０は、動作電圧として例えば電源電圧Ｖｃｃが入力され、所定レベルの基準電圧Ｖｒｅｆを発生する。基準電圧発生回路３０は、できるだけ安定した基準電圧Ｖｒｅｆを出力するように、例えばバンドギャップ型定電圧回路等により構成されることがよい。
【００２３】
電源装置１００には、電源装置１００を動作状態もしくは停止状態に制御するための動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが、動作指令信号用入力端子Ｐｓｔｂを介して入力される。
【００２４】
この動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂは、制御装置２００から発生されるステップ状に変化する動作指令信号（即ち、スタンバイ信号）ＳＴＢが、時定数回路２５０で平滑されて、所定の時定数で立ち上がる電圧である。
【００２５】
制御装置２００は、当該携帯機器の各装置の制御を司るコンピュータ２２０を含んでいる。また、制御装置２００は、電圧調整回路（レギュレータ）２１０を含んでおり、このレギュレータ２１０は電源電圧Ｖｃｃをコンピュータ２２０が必要とする電圧レベルに調整して、コンピュータ２２０へ供給する。３３０は、電源電圧が直接入力される負荷装置である。
【００２６】
制御装置２００からの動作指令信号ＳＴＢは、高（Ｈ）レベルもしくは低（Ｌ）レベルである。電源装置１００は、動作指令信号ＳＴＢがＨレベルの時に動作状態になり、Ｌレベルの時に停止状態になるように設定されている。この例では、誤差増幅回路２０と基準電圧発生回路３０が、動作指令信号ＳＴＢに応じて動作もしくは停止される。動作指令信号ＳＴＢは、Ｈレベル時に、例えば、１．５〜３Ｖ程度であり、Ｌレベル時に例えば零電圧（グランドレベル）である。
【００２７】
この動作指令信号ＳＴＢが、時定数回路２５０に入力される。時定数回路２５０は、この例では、その入力端と出力端間に接続された抵抗器２５１と、その出力端とグランド間に接続されたキャパシタ２５２とから構成されている。
【００２８】
この時定数回路２５０に動作指令信号ＳＴＢが入力されると、その出力端から抵抗器２５１の抵抗値とキャパシタ２５２のキャパシタンスに応じた時定数にしたがって上昇する動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが出力される。この動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが、電源装置１００の電圧レベル検出回路４０及びレベルシフト回路５０に入力される。なお、時定数回路２５０の構成は、この例に限らず、入力端に電圧が入力されたときに、出力端の電圧が緩やかに上昇するものであれば良い。
【００２９】
電圧レベル検出回路４０は、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂのレベルが、第１所定電圧レベルＶｔｈ１を超えるときに検出信号Ｖｄｅｔを発生する。この電圧レベル検出回路４０から検出信号Ｖｄｅｔが発生されると、基準電圧発生回路３０及び誤差増幅回路２０が停止状態（オフ）から動作状態（オン）になる。
【００３０】
電圧レベル検出回路４０は、抵抗器４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２とが電源電圧Ｖｃｃとグランド間にその順序で直列に接続され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２のゲートに動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが印加される。そして、抵抗器４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ４２との接続点の電圧をインバータ４３で反転して、検出信号Ｖｄｅｔとして出力する。このＮ型ＭＯＳトランジスタ４２の動作閾値が、第１所定電圧レベルＶｔｈ１となる。
【００３１】
レベルシフト回路５０は、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂより低くなるように、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂからレベルシフトされたレベルシフト電圧Ｖｓｓを発生する。レベルシフト電圧Ｖｓｓは、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが、第１所定電圧レベルＶｔｈ１より高い第２所定電圧レベルＶｔｈ２に達したときに、発生される。なお、第２所定電圧レベルＶｔｈ２は、第１所定電圧レベルＶｔｈ１と等しくても良い。即ち、第２所定電圧レベルＶｔｈ２≧第１所定電圧レベルＶｔｈ１。
【００３２】
図２〜図４は、レベルシフト回路５０の構成例を示す図である。
【００３３】
図２において、ダイオード５１、５２と抵抗器５３、５４がこの順序で、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂ点とグランド間に直列に接続される。その抵抗器５３、５４の直列接続点からレベルシフト電圧Ｖｓｓが出力される。
【００３４】
ダイオード５１、５２の電圧降下を第２所定電圧レベルＶｔｈ２とすると、レベルシフト電圧Ｖｓｓは次のように表される。
Ｖｓｓ＝（Ｖｓｔｂ−Ｖｔｈ２）・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
なお、Ｒ１は、抵抗器５３の抵抗値、Ｒ２は、抵抗器５４の抵抗値である。
【００３５】
図２では、レベルシフト電圧Ｖｓｓは、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが第２所定電圧Ｖｔｈ２を超えているときに発生される。また、レベルシフト電圧Ｖｓｓのレベルは、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を調整することによって、変更することができる。
【００３６】
なお、図２において、ダイオード５１、５２は、ダイオード接続のトランジスタでもよく、また、その個数は、２個に限らず、必要な第２所定電圧レベルＶｔｈ２に応じた個数でよい。また、抵抗器５３は省略することができる。
【００３７】
図３において、第１抵抗器５５とトランジスタ回路５６と第２抵抗器５７とをこの順序で、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂ点とグランド間に直列に接続する。この例では、トランジスタ回路５６は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタで構成されている。このトランジスタ回路５６の制御電圧として、基準電圧Ｖｒｅｆが用いられる。そして、トランジスタ回路５６と第２抵抗器５７との接続点からレベルシフト電圧Ｖｓｓを出力する。
【００３８】
トランジスタ回路５６の動作閾値をＶｔｈとすると、レベルシフト電圧Ｖｓｓは次のように表される。なお、動作閾値Ｖｔｈと基準電圧Ｖｒｅｆとの和の電圧が、第２所定電圧Ｖｔｈ２に相当する。
Ｖｓｓ＝（Ｖｓｔｂ−Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）・Ｒ２／Ｒ１
なお、Ｒ１は、抵抗器５５の抵抗値、Ｒ２は、抵抗器５７の抵抗値である。
【００３９】
図３では、レベルシフト電圧Ｖｓｓは、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが基準電圧Ｖｒｅｆと閾値Ｖｔｈとの和の電圧を超えたときに発生される。また、レベルシフト電圧Ｖｓｓのレベルは、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を調整することによって、変更することができる。
【００４０】
図４のレベルシフト回路５０は、トランジスタ回路５８として、図３におけるＰＮＰ型バイポーラトランジスタに代えて、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを用いている。図４のその他の構成は図３の構成と同じであり、図３におけると同様にレベルシフトを行う。
【００４１】
以上の電源装置１００及び携帯機器の動作を、図５のタイミングチャートをも参照して説明する。
【００４２】
図５において、時点ｔ１以前では、制御装置２００からの動作指令信号ＳＴＢはＬレベルにあり、電源装置１００は停止状態である。
【００４３】
時点ｔ１で、制御装置２００からの動作指令信号ＳＴＢがＨレベル（例えば、３Ｖ）になると、時定数回路２５０の出力端電圧、即ち動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂは時定数回路２５０の時定数にしたがって、緩やかに上昇する。
【００４４】
時点ｔ２で、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂの電圧レベルが第１所定電圧Ｖｔｈ１（例えば、０．７Ｖ）に達すると、電圧レベル検出回路４０から検出信号Ｖｄｅｔが出力される。
【００４５】
この検出信号Ｖｄｅｔが出力されると、誤差増幅回路２０、基準電圧発生回路３０にオン信号が供給されて、電源装置１００は動作状態になる。これにより、基準電圧発生回路３０から一定電圧レベルの基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、０．４Ｖ）が誤差増幅回路２０に供給される。ただ、この時点ｔ２では、未だ、レベルシフト電圧Ｖｓｓが零電圧であるから、出力電圧Ｖｏｕｔは発生されない。
【００４６】
時点ｔ３に至って、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが第２所定電圧Ｖｔｈ２のレベルに達すると、基準電圧発生回路３０からのレベルシフト電圧Ｖｓｓが零電圧から徐々に立ち上がってくる。
【００４７】
誤差増幅回路２０では、基準電圧Ｖｒｅｆとレベルシフト電圧Ｖｓｓの内の低い電圧を選択して、その低い電圧（当初はレベルシフト電圧Ｖｓｓ）に帰還電圧Ｖｆｂが等しくなるように制御される。したがって、レベルシフト電圧Ｖｓｓの緩やかな上昇に伴って、出力電圧Ｖｏｕｔも緩やかに上昇してゆく。即ち、ソフトスタートが行われる。
【００４８】
時点ｔ４で、レベルシフト電圧Ｖｓｓが基準電圧Ｖｒｅｆを上回ると、誤差増幅回路２０では基準電圧Ｖｒｅｆが選択される。したがって、時点ｔ４以後では、一定レベルの基準電圧Ｖｒｅｆに帰還電圧Ｖｆｂが等しくなるように制御が行われるから、出力電圧Ｖｏｕｔは所定の電圧レベル（例えば、３Ｖ）に維持される。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、動作指令信号用入力端子Ｐｓｔｂに入力される動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂに基づいて、電源装置１００の動作状態（オン）あるいは停止状態（オフ）を制御し、そして、基準電圧Ｖｒｅｆと、ソフトスタート用のレベルシフト電圧Ｖｓｓを発生する。したがって、電源装置１００の消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、そのＩＣ化された電源装置１００の端子数を削減する。
【００５０】
また、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが、第１所定電圧レベルＶｔｈ１を超えるときに検出信号Ｖｄｅｔを発生する。この検出信号Ｖｄｅｔに応じて、基準電圧Ｖｒｅｆを発生し、誤差増幅回路２０を動作可能にさせる。そして、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂが、第２所定電圧レベルＶｔｈ２に達したときにレベルシフト電圧Ｖｓｓを発生する。これにより、誤差増幅回路２０の動作条件が整った後に、レベルシフト電圧Ｖｓｓによるソフトスタートがスムーズに行われる。
【００５１】
また、制御装置２００から発生される、例えばステップ状の動作指令信号ＳＴＢが、時定数回路２５０により所定時定数にしたがって滑らかに立ち上がり、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂとして電源装置１００に供給される。このように、簡単な時定数回路２５０を付加するのみで、動作指令用入力電圧Ｖｓｔｂを形成できる。したがって、携帯機器の構成も簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例に係る電源装置及びそれを用いた携帯機器の構成を示す図
【図２】レベルシフト回路の第１の構成例を示す図
【図３】レベルシフト回路の第２の構成例を示す図
【図４】レベルシフト回路の第３の構成例を示す図
【図５】電源装置の動作を説明するためのタイミングチャート
【符号の説明】
【００５３】
ＢＡＴ  電池電源
１００  電源装置
１０  出力回路
１１  出力トランジスタ
２０  誤差増幅回路
３０  基準電圧発生回路
４０  電圧レベル検出回路
５０  レベルシフト回路
２００  制御装置
２１０  レギュレータ
２２０  コンピュータ
２５０  時定数回路
３１０  出力平滑用キャパシタ
３２０、３３０  負荷装置
Ｖｃｃ  電源電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
ＳＴＢ  動作指令信号
Ｖｓｔｂ  動作指令用入力電圧
Ｖｒｅｆ  基準電圧
Ｖｆｂ  帰還電圧
Ｖｄｅｔ  検出信号
Ｖｓｓ  レベルシフト電圧
Ｖｔｈ１  第１所定電圧
Ｖｔｈ２  第２所定電圧
【要約】
【課題】消費電流を増加させることなく、ソフトスタートを行うとともに、端子数を削減した電源装置及びその電源装置を含む携帯機器を提供すること。
【解決手段】ステップ状の動作指令信号が、時定数回路を介して滑らかに立ち上がり、動作指令用入力信号として電源装置に供給される。動作指令用入力電圧に基づいて、電源装置の動作状態あるいは停止状態を制御する。また、動作指令用入力電圧が、第１所定電圧レベルを超えるときに検出信号を発生して、基準電圧を発生し、また、誤差増幅回路を動作させる。さらに、動作指令用入力電圧が、第２所定電圧レベルに達したときに、ソフトスタート用のレベルシフト電圧を発生する。
【選択図】      図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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