(57)【要約】【課題】電圧の降下幅が比較的大きい電池を用いた場合にも効率的な電力使用を行う。【解決手段】電圧検出部１３は、電池１１の電圧を所定の基準電圧と比較し、電池電圧が基準電圧より高いとき降圧型の電圧変換部１４を動作状態とするとともにスイッチ部１２を非導通状態とし、電池電圧が基準電圧以下となったとき電圧変換部１４を非動作状態とするとともにスイッチ部１２を導通状態とする。電圧変換部１４を昇圧型とし、電圧検出部１３の出力の極性を反転することも可能である。【選択図】図１
2006271112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を動作電源とする電力増幅器のための電源装置であって、
電池電圧を降圧する電圧変換部と、
電池電圧を前記電力増幅器へ直接供給するためのスイッチ部と、
電池電圧を所定の基準電圧と比較し、電池電圧が前記基準電圧より高いとき前記電圧変換部を動作状態とするとともに前記スイッチ部を非導通状態とし、電池電圧が前記基準電圧以下となったとき前記電圧変換部を非動作状態とするとともに前記スイッチ部を導通状態とする電圧検出部と
を備えたことを特徴とする電力増幅器用電源装置。
【請求項２】
電池を動作電源とする電力増幅器のための電源装置であって、
電池電圧を昇圧する電圧変換部と、
電池電圧を前記電力増幅器へ直接供給するためのスイッチ部と、
電池電圧を所定の基準電圧と比較し、電池電圧が前記基準電圧より高いとき前記電圧変換部を非動作状態とするとともに前記スイッチ部を導通状態とし、電池電圧が前記基準電圧以下となったとき前記電圧変換部を動作状態とするとともに前記スイッチ部を非導通状態とする電圧検出部と
を備えたことを特徴とする電力増幅器用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器用電源装置、特に携帯電話機のような携帯端末装置に使用して好適な高周波電力増幅器用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第３世代と呼ばれる携帯電話サービスがほぼ普及しつつある現在、これに更にアプリケーションと呼ばれる多くのサービスが付加されつつある。そこで、電池の消耗時間が大きな課題となってきている。現在実用化されている炭素電極を用いたリチウムイオン電池の容量は理論限界に達している。
【０００３】
一方、合金電極を用いたリチウムイオン電池は５０％程度の容量増加が見込まれるが、その一方で、後述するような電圧低下の課題がある。携帯電話機に使用される部品のうち電力増幅器の所要電圧は３．５Ｖであり、これは１０年来変わっていない。このままでは、電力増幅器の限界に起因して、折角の電池容量の増加が有効に機能しないという事態が生じることになる。
【０００４】
特許文献１には、外部電源電圧が５Ｖであっても３．３Ｖのどちらの外部電源電圧を使用しても、高速の動作速度と安定な作動を行う半導体装置が提案されている。具体的には、外部電源電圧を検出し、外部電源電圧が５Ｖである場合は降圧回路によって３．３Ｖに降圧された内部電源電圧を内部回路に供給し、外部電源電圧が３．３Ｖである場合には外部電源電圧をそのまま内部回路に供給する。
【特許文献１】特開平６−１４９３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に、従来の炭素電極系リチウムイオン電池と合金電極系リチウムイオン電池の特性の違いをグラフとして示す。図中、ＴｙｐｅＡと記した炭素電極電池は電池電圧が長時間に亘って３．５Ｖ一定を保持し、使いやすい。しかし、現状ではその容量は理論限界に達しており、その増加は困難である。
【０００６】
一方、ＴｙｐｅＢと記した合金電極電池では、その容量は最大５０％もの増加が見込まれ有望である。しかし、使用開始時から時間とともに電池電圧が徐々に低下し、約２．７Ｖにまで低下する。現在携帯電話機に使用する電力増幅器は、電源電圧３．５Ｖを要するので、電池電圧が早期に３．５Ｖまで低下するＴｙｐｅＢの合金電極電池は使えない。
【０００７】
この問題に対して、２．７Ｖで動作できる電力増幅器を使用することが考えられるが、電池電圧の高いところで動作させると、効率が極端に低下するという問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の技術は電池電圧の広い範囲を有する電池に対応するために利用することも考えられるが、その降圧回路は常に動作しており効率の観点から改善の余地がある。
【０００９】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、電圧の降下幅が比較的大きい電池を用いた場合にも効率的な電力使用を行うことができる電力増幅器用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による第１の電力増幅器用電源装置は、電池を動作電源とする電力増幅器のための電源装置であって、電池電圧を降圧する電圧変換部と、電池電圧を前記電力増幅器へ直接供給するためのスイッチ部と、電圧変換部およびスイッチ部を制御する電圧検出部とを備える。この電圧検出部は、電池電圧を所定の基準電圧と比較し、電池電圧が前記基準電圧より高いとき前記電圧変換部を動作状態とするとともに前記スイッチ部を非導通状態とし、電池電圧が前記基準電圧以下となったとき前記電圧変換部を非動作状態とするとともに前記スイッチ部を導通状態とする。
【００１１】
すなわち、電池電圧が基準電圧より高い間は電圧変換部により降圧した電圧を出力し、基準電圧より低くなったときには電池電圧を直接利用する。電池電圧を直接利用する際には電圧変換部は非動作状態とするので、電圧変換部による無駄な電力は消費されない。
【００１２】
本発明による第２の電力増幅器用電源装置は、電池を動作電源とする電力増幅器のための電源装置であって、電池電圧を昇圧する電圧変換部と、電池電圧を前記電力増幅器へ直接供給するためのスイッチ部と、電圧変換部およびスイッチ部を制御する電圧検出部とを備える。この電圧検出部は、電池電圧を所定の基準電圧と比較し、電池電圧が前記基準電圧より高いとき前記電圧変換部を非動作状態とするとともに前記スイッチ部を導通状態とし、電池電圧が前記基準電圧以下となったとき前記電圧変換部を動作状態とするとともに前記スイッチ部を非導通状態とする。
【００１３】
すなわち、電池電圧が基準電圧より高い間は電池電圧を直接利用し、基準電圧より低くなったときには電圧変換部により昇圧した電圧を出力する。電池電圧を直接利用する際には電圧変換部は非動作状態とするので、電圧変換部による無駄な電力は消費されない。
【００１４】
第１および第２の電力増幅器用電源装置は、電力増幅器に必要とする電源電圧にあわせて使い分けることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電力増幅器用電源装置は、電池電圧を検出し、その検出結果に応じて、電池電圧を直接的に使用するかまたは電圧変換部により降圧もしくは昇圧した電圧を用いるかを切り替えるとともに、電池電圧を直接使用する際には電圧変換部を非動作状態とすることにより、電力消費を必要最小限に低減し電池の効率的な電力使用を実現することができる。その結果、低電圧大寿命電池を支障なく使用可能とするとともに、その使用可能時間を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器用電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、電力増幅器用電源装置は、スイッチ部１２と、電圧検出部１３と、電圧変換部１４により構成される。スイッチ部１２は図の例ではＦＥＴにより構成されている。ＦＥＴのソース端子は電池１１に接続され、ドレイン端子は電力増幅器１５に接続される。電池１１はスイッチ部１２を介して電力増幅器（ＰＡ）１５に電源電圧Ｖｐａを供給する。スイッチ部１２のオンオフは電圧検出部１３の制御信号ｃｔｌにより制御される。すなわち、ＦＥＴのゲート端子に制御信号ｃｔｌが接続される。電圧検出部１３は電池１１の電圧Ｖｄｄを受けて、この電圧を所定の基準電圧と比較し、比較結果に基づいて制御信号ｃｔｌを生成する。また、電圧変換部１４は電池１１の電圧Ｖｄｄを降圧または昇圧する。電圧変換部１４の出力端はスイッチ部１２の出力端と接続され、スイッチ部１２と選択的に電力増幅器１５へ電源電圧Ｖｐａを供給する。電力増幅器１５はその入力信号を電力増幅した出力ＲＦ_outを生成する。
【００１８】
図３に、電圧検出部１３として互いに逆極性の制御信号ｃｔｌを生成する電圧検出部１３ａ，１３ｂの構成例を示す。
【００１９】
図３（ａ）の電圧検出部１３ａは、電池の電圧Ｖｄｄを分圧する分圧抵抗１３１，１３２と、電圧Ｖｄｄから基準電圧を生成するレギュレータ１３４ａと、分圧抵抗１３１，１３２からなる分圧器の出力電圧をレギュレータ１３４ａの基準電圧と比較する比較器（オペアンプ）１３３とを備える。比較器１３３は、その出力する制御信号ｃｔｌとして、分圧器の出力電圧が基準電圧より高い間は高レベルを出力し、分圧器の出力電圧が基準電圧より低くなったら低レベルを出力する。
【００２０】
図３（ｂ）の電圧検出部１３ｂは、電池の電圧Ｖｄｄを分圧する分圧抵抗１３１，１３２と、電圧Ｖｄｄから基準電圧を生成するレギュレータ１３４ｂと、分圧抵抗１３１，１３２からなる分圧器の出力電圧をレギュレータ１３４ｂの基準電圧と比較する比較器（オペアンプ）１３３とを備える。比較器１３３は、その出力する制御信号ｃｔｌとして、分圧器の出力電圧が基準電圧より高い間は低レベルを出力し、分圧器の出力電圧が基準電圧より低くなったら高レベルを出力する。
【００２１】
図４（ａ）（ｂ）に、それぞれ電圧変換部１４の降圧型と昇圧型の具体的な回路構成例を示す。但し、これらは例示であり、本発明はこれらの具体的な回路構成に限定されるものではない。
【００２２】
図４（ａ）の降圧型の電圧変換部１４は、電源電圧Ｖｄｄとグランドとの間にＰＭＯＳＦＥＴ１４２とＮＭＯＳＦＥＴ１４３とを直列に接続したＣＭＯＳ回路と、このＣＭＯＳ回路のスイッチングを制御信号ｃｔｌに従って制御するＤＤ（DC-DC）制御回路１４１と、ＣＭＯＳ回路のスイッチング出力を平滑するインダクタ１４６および平滑コンデンサ１４７からなる平滑回路とにより構成される。インダクタ１４６と平滑コンデンサ１４７の接続点が出力端子１４５となる。
【００２３】
ＤＤ制御回路１４１は、発振器を内蔵しており、制御信号ｃｔｌが高レベルのとき、ＣＭＯＳ回路を所定の周波数でスイッチングする。すなわち、ＰＭＯＳＦＥＴ１４２とＮＭＯＳＦＥＴ１４３とを交互に導通させる。これにより、インダクタ１４６は電圧Ｖｄｄとグランドに交互に接続され、電圧Ｖｄｄが降圧され平滑化された所定の直流電圧が出力端１４５から出力される。
【００２４】
他方、制御信号ｃｔｌが低レベルのとき、ＤＤ制御回路１４１は、ＰＭＯＳＦＥＴ１４２とＮＭＯＳＦＥＴ１４３の両ゲート電圧を深くバイアスして両者共に非導通状態とする。このとき、ＤＤ制御回路１４１も上記バイアス電圧を維持したまま停止するので、消費電力を最低限に抑えることができる。
【００２５】
図４（ｂ）の昇圧型の電圧変換部１４は、一端が電源電圧Ｖｄｄに接続されたインダクタ１５４と、この他端にチャネルの一端が接続され他端が接地されたＮＭＯＳＦＥＴ１５２と、インダクタ１５４の他端にチャネルの一端が接続され他端が出力端１５６に接続されたＰＭＯＳＦＥＴ１５３と、出力端１５６とグランドとの間に接続された平滑コンデンサ１５５と、制御信号ｃｔｌに従って両ＭＯＳＦＥＴをスイッチング制御するＤＤ制御回路１５１とにより構成される。
【００２６】
ＤＤ制御回路１５１は、発振器を内蔵しており、制御信号ｃｔｌが高レベルのとき、ＣＭＯＳ回路を所定の周波数でスイッチングする。すなわち、ＰＭＯＳＦＥＴ１５２とＮＭＯＳＦＥＴ１５３とを交互に導通させる。スイッチングによりインダクタ１５４に発生する逆起電力を利用してＶｄｄより高い電圧を発生させ平滑コンデンサ１５５にて出力電圧を平滑化させる。
【００２７】
他方、制御信号ｃｔｌが低レベルのとき、ＤＤ制御回路１５１は、ＰＭＯＳＦＥＴ１５２とＮＭＯＳＦＥＴ１５３の両ゲート電圧を深くバイアスして両者共に非導通状態とする。このとき、ＤＤ制御回路１５１も上記バイアス電圧を維持したまま停止するので、消費電力を最低限に抑えることができる。
【００２８】
次に、図５（ａ）（ｂ）により、それぞれ降圧型と昇圧型の電源装置の動作を説明する。
【００２９】
図５（ａ）の降圧型では、電池がフル充電された当初はスイッチ部１２を非導通（カットオフ）状態として降圧された電圧を電力増幅器の電源電圧Ｖｐａとして用いる。降圧型変圧変換部Ｖｃｎｖの出力電圧は当該降圧された電圧（ここでは２．７Ｖ）に設定されているものとする。その後、電池電圧が所定のレベル（ここでは２．９ボルト）まで低下した時点Ｔ２で、スイッチ部１２を導通状態として電池電圧をそのまま利用し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４１は非動作状態とする。
【００３０】
他方、図５（ｂ）の昇圧型では、電池がフル充電された当初はスイッチ部１２を導通状態として電池電圧をそのまま利用し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４１は非動作状態とする。その後、電池電圧が所定のレベル（ここでは３．１ボルト）まで低下した時点Ｔ１で、スイッチ部１２を非道通状態とするとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４１を動作状態とし昇圧された電圧（ここでは３．１Ｖ）を電力増幅器１５の電源電圧Ｖｐａとして用いる。電力増幅器１５は、昇圧型の場合には３．５Ｖ程度で動作できるものとする。
【００３１】
上述した降圧型または昇圧型の電圧変換部は、使用する電力増幅器にあわせて使い分けるこができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことができる。例えば、スイッチ部１２はＦＥＴにより構成したが、リレーを用いて構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力増幅器用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の炭素電極系リチウムイオン電池と合金電極系リチウムイオン電池の特性の違いを示すグラフである。
【図３】図１内に示した電圧検出部として互いに逆極性の制御信号ｃｔｌを生成する電圧検出部１３ａ，１３ｂの構成例を示す回路図である。
【図４】図１内に示した電圧変換部の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態における降圧型と昇圧型の電源装置の動作の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１…電池、１２…スイッチ部、１３，１３ａ，１３ｂ…電圧検出部、１４…電圧変換部、１５…電力増幅器、１３１，１３２…分圧抵抗、１３３…比較器、１３４ａ，１３４ｂ…レギュレータ
【図１】
2006271112.tif 000003
【図２】
2006271112.tif 000004
【図３】
2006271112.tif 000005
【図４】
2006271112.tif 000006
【図５】
2006271112.tif 000007