(57)【要約】【課題】発熱を抑えつつ、スイッチング電源回路の出力電圧の制御の遅れが存在していても動作電圧を安定化させること。【解決手段】本発明の電源装置は、バッテリ電源からの印加電圧Ｖ1を所定の動作電圧Ｖ3に変圧して出力するシリーズ電源１３と、シリーズ電源１３により出力された動作電圧で動作するマイコン１４と、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を制御するスイッチング電源回路１１と、印加電圧Ｖ2を分圧する分圧回路１２とから主に構成されている。スイッチング電源回路１１は、バッテリ電源とシリーズ電源１３との間に介在されており、マイコン１４は、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3よりも高くなるようにＰＷＭ信号によりスイッチング電源回路１１を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電源に接続され、前記バッテリ電源の電圧を所定の動作電圧に変圧して出力するシリーズ電源と、前記シリーズ電源に接続され、前記動作電圧で動作する制御手段と、を具備する電源装置であって、
前記制御手段は、前記バッテリ電源と前記シリーズ電源との間に介在させたスイッチング電源回路を駆動することにより、前記シリーズ電源に印加する電圧を制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源回路は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタと、チョークコイルとを含むことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、所定の処理を実行するときに、前記スイッチング電源回路の制御を停止することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置に関し、特に発熱を抑えつつ電圧を安定化させることができる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵなどの制御部を動作させる際には、時間的に変動しない電圧源が必要とされる。このような電圧源としては、例えば３端子レギュレータなどのシリーズ電源が用いられる。シリーズ電源に印加される電圧と出力する電圧との間の差は熱として消費されるので、シリーズ電源の出力電圧（例えば５Ｖ）を大きく超えた電圧（例えば１２Ｖ）がシリーズ電源に長時間印加されると、シリーズ電源が発熱してしまうという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するために、図５に示す構成の電源装置がある。図５は、従来の電源装置の概略構成を示す図である。図５に示す電源装置は、印加電圧Ｖaを所定の動作電圧Ｖbに変圧して出力するシリーズ電源５１と、シリーズ電源５１により出力された動作電圧で動作するマイコン５２と、動作電圧Ｖcを安定化させるためにスイッチングを行うスイッチング電源回路５３と、動作電圧Ｖcを分圧する分圧回路５４とから主に構成されている。スイッチング電源回路５３は、トランジスタ５３１とチョークコイル５３２とから構成されており、分圧回路５４は、抵抗５４１，５４２で構成されている。
【０００４】
このような構成を有する電源装置においては、まず、印加電圧Ｖa（例えば１２Ｖ）がシリーズ電源５１で動作電圧Ｖb（例えば５Ｖ）に変圧されてマイコン５２に出力される。これによりマイコン５２が動作する。マイコン５２は、動作電圧Ｖcを監視してスイッチング電源回路５３を制御することにより動作電圧Ｖcを制御する。このように発熱の問題が大きいシリーズ電源５１から発熱の問題がほとんどないスイッチング電源回路５３に電源を切り替えることにより発熱しないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１５３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成の電源装置では、マイコン５２は、電圧制御だけを行うのではないため、マイコン５２によるスイッチング電源回路の出力電圧の制御には必ず遅れが存在する。そのため、バッテリ電源からの電圧が急激に変動したときには即座にその変動に追従することができず、動作電圧が安定しないという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、発熱を抑えつつ、スイッチング電源回路の出力電圧の制御の遅れが存在していても動作電圧を安定化させることができる電源装置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】
本発明の電源装置は、バッテリ電源に接続され、前記バッテリ電源の電圧を所定の動作電圧に変圧して出力するシリーズ電源と、前記シリーズ電源に接続され、前記動作電圧で動作する制御手段と、を具備する電源装置であって、前記制御手段は、前記バッテリ電源と前記シリーズ電源との間に介在させたスイッチング電源回路を駆動することにより、前記シリーズ電源に印加する電圧を制御することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、シリーズ電源に印加する印加電圧を制御し、シリーズ電源で印加電圧を動作電圧に変圧して制御手段に出力する。したがって、シリーズ電源に印加する印加電圧を動作電圧よりも少し高いレベルに制御できるので、シリーズ電源の発熱を抑えることができる。また、シリーズ電源に印加する電圧が、制御によるラフな制御、すなわち遅れのある制御により変動しても、シリーズ電源で変圧された動作電圧が制御手段に出力される。その結果、安定化した動作電圧を常に制御手段に出力することができる。
【００１０】
本発明の電源装置においては、スイッチング電源回路は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタと、チョークコイルとを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の電源装置においては、前記制御手段は、所定の処理を実行するときに、前記スイッチング電源回路の制御を停止することができる。
【００１２】
この構成によれば、制御手段からスイッチング電源回路を自在にＯＮ、ＯＦＦ制御することができるので、所定の処理、例えばノイズに敏感な処理の時にはスイッチングを停止して、スイッチング電源回路が発生するノイズのその処理に対する悪影響を防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリーズ電源においてバッテリ電源の電圧を所定の動作電圧に変圧して制御手段に出力する際に、前記バッテリ電源と前記シリーズ電源との間に介在させたスイッチング電源回路を駆動することにより、シリーズ電源に印加する電圧を制御するので、発熱を抑えつつ、電圧を安定化させることができる。また、シリーズ電源に印加する電圧の制御はラフで良く、常に電圧制御する必要がないので、専用の制御ＩＣを追加することなく、既存のマイコン（制御手段）の一部機能を割り当てるだけで構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。図１に示す電源装置は、バッテリ電源からのバッテリ電圧Ｖ1を所定の動作電圧Ｖ3に変圧して出力するシリーズ電源１３と、シリーズ電源１３により出力された動作電圧で動作するマイコン１４と、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を制御するためにスイッチングを行うスイッチング電源回路１１と、印加電圧Ｖ2を分圧する分圧回路１２とから主に構成されている。また、この電源装置は、スイッチング電源回路１１の前段（バッテリ電源側）に逆接続防止用のダイオード１５と、コンデンサ１６とが設けられ、シリーズ電源１３とマイコン１４との間にコンデンサ１７が設けられている。
【００１５】
スイッチング電源回路１１は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ1，Ｍ2、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ3を有しており、スイッチングレギュレータを構成するダイオード１１１，チョークコイル１１２，コンデンサ１１３を有する。なお、参照符号１１４〜１１８は抵抗を示す。また、分圧回路１２は、抵抗１２１，１２２で構成されている。ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ1のゲートは抵抗１１５により低電位にバイアスされている。
【００１６】
このようなスイッチング電源回路１１は、バッテリ電源（図示せず）とシリーズ電源１３との間に介在されており、マイコン１４は、シリーズ電源１３に印加する印加電圧（スイッチング電源回路１１の出力電圧）Ｖ2を動作電圧Ｖ3よりも高くなるようにＰＷＭ（パルス幅変調）信号によりスイッチング電源回路１１を制御する。
【００１７】
スイッチング電源回路１１においては、ＰＷＭ信号のＬ信号のときにＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ3はＯＦＦとなる。このときＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ2もＯＦＦとなる。バッテリ電源を投入すると、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ1はＯＮとなる。一方、ＰＷＭ信号のＨ信号のときにＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ3はＯＮとなる。このときＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ2もＯＮとなる。このときＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ1はＯＦＦとなる。このようにしてＰＷＭ信号によりスイッチングが行われる。
【００１８】
スイッチング電源回路１１において、トランジスタＭ1がＯＮになると、チョークコイル１１２及びコンデンサ１１３に電流が流れて、電気エネルギーが蓄えられる。トランジスタＭ1がＯＦＦになると、チョークコイル１１２及びコンデンサ１１３に蓄えられた電気エネルギーが放出される。これにより、トランジスタＭ1がＯＮのときに印加電圧Ｖ2が高くなり、トランジスタＭ1がＯＦＦのときに印加電圧Ｖ2が低くなる。
【００１９】
分圧回路１２は、印加電圧Ｖ2を抵抗１２１，１２２で分圧してマイコンのＡＤ変換器に出力するＶ4を得る。シリーズ電源１３は、印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3に変圧してマイコン１４に出力する。マイコン１４は、分圧回路１２で分圧された電圧Ｖ4を監視して、ＰＷＭのデューティー比を制御してＰＷＭ信号をスイッチング電源回路１１に出力する。このＰＷＭのデューティー比の制御により、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を制御している。
【００２０】
次に、上記構成を有する電源装置の動作について図１〜図３を用いて説明する。図２は、図１に示す電源装置における電圧遷移を示す図である。図３は、図１に示す電源装置における動作状態遷移を示す図である。なお、ここでは、バッテリ電圧Ｖ1が１２Ｖであり、印加電圧Ｖ2が７Ｖであり、動作電圧Ｖ3が５Ｖである場合について説明する。
【００２１】
まず、バッテリ電源がＯＦＦである状態（図２におけるＡ状態）では、バッテリ電圧Ｖ1、印加電圧Ｖ2及び動作電圧Ｖ3は０Ｖであり、マイコン１４は停止し、トランジスタＭ1〜Ｍ3はすべてＯＦＦである（図３のＡ状態）。
【００２２】
次いで、バッテリ電源を投入すると（図２におけるＢ状態）、バッテリ電圧Ｖ1が１２Ｖになるが、印加電圧Ｖ2及び動作電圧Ｖ3は０Ｖである。また、マイコン１４は停止し、トランジスタＭ1〜Ｍ3はすべてＯＦＦである（図３のＢ状態）。
【００２３】
バッテリ電源が投入されると、トランジスタＭ1のゲートが抵抗１１５により低電位にバイアスされているので、トランジスタＭ1がＯＮになる（図２のＣ状態）。これにより、印加電圧Ｖ2が１２Ｖとなり、この電圧がシリーズ電源１３に印加される。このときはまだ動作電圧Ｖ3は０Ｖであり、マイコン１４は停止し、トランジスタＭ2，Ｍ3はＯＦＦである（図３のＣ状態）。
【００２４】
シリーズ電源１３に印加電圧Ｖ2（１２Ｖ）が印加されると、シリーズ電源１３で安定化されて動作電圧Ｖ3（５Ｖ）がマイコン１４に対して出力される（図２のＤ状態）。このとき、マイコン１４は動作を開始し、トランジスタＭ2，Ｍ3はＯＦＦである（図３のＤ状態）。
【００２５】
このようにマイコン１４が動作すると、ＰＷＭ制御が開始される（図２のＥ状態）。ＰＷＭ制御が開始すると、マイコン１４が印加電圧Ｖ2を分圧した電圧Ｖ4を監視することにより印加電圧Ｖ2のレベルを制御する。Ｄ状態までは印加電圧Ｖ2が１２Ｖであったので、その印加電圧Ｖ2を７Ｖ程度に降下させる。具体的には、Ｄ状態では電圧Ｖ4が高いので、マイコン１４がＰＷＭのＬ信号の長さを長くしてデューティー比を調整する。このようにＰＷＭのデューティー比を調整して、印加電圧Ｖ2を７Ｖにする。このとき、マイコン１４は動作中であり、トランジスタＭ1〜Ｍ3はＰＷＭ制御される（図３のＥ状態）。なお、印加電圧Ｖ2については、シリーズ電源１３が動作するために必要な電圧レベルであって、マイコン１４の動作電圧に近い電圧レベルが望ましい。
【００２６】
印加電圧Ｖ2が７Ｖになると（図２のＦ状態）、定常動作に入り、動作電圧Ｖ3が５Ｖであり、マイコン１４は動作中であり、トランジスタＭ1〜Ｍ3はＰＷＭ制御される（図３のＦ状態）。
【００２７】
このように、本発明に係る電源装置においては、スイッチング電源回路１１及びマイコン１４を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3よりも少し高いレベルに制御し、シリーズ電源１３で印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3に変圧する。したがって、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2は、スイッチング電源回路１１が介在しない場合と比べて低いレベルに保たれるので、シリーズ電源１３の発熱を抑えることができる。また、シリーズ電源１３で変圧された動作電圧がマイコン１４に出力される。その結果、マイコン１４の電圧制御がラフであっても、すなわちマイコン１４の電圧制御に遅れがあっても安定化した動作電圧Ｖ3を常にマイコン１４に出力することができる。さらに、図１に示す構成によれば、簡単な構成でスイッチング電源回路１１を構成することができる。
【００２８】
図１に示す電源装置においては、マイコン１４がスイッチング電源回路１１を制御しているので、ノイズに敏感な処理、例えば高精度のＡＤ変換処理などを行う場合には、スイッチング電源回路１１のスイッチング処理を停止することができる。これにより、マイコン１４からのパルス信号の出力が停止されるので、パルス出力がノイズに敏感な処理に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００２９】
本発明の電源装置においては、図４に示すスイッチング電源回路２１を用いても良い。図４は、本発明の他の実施の形態に係る電源装置のスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。
【００３０】
スイッチング電源回路２１は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ1、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ1、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ2を有しており、スイッチングレギュレータを構成するダイオード２１１，チョークコイル２１２，コンデンサ２１３を有する。なお、参照符号２１４〜２１６は抵抗を示す。ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭ1のゲートは抵抗２１５により低電位にバイアスされている。
【００３１】
スイッチング電源回路２１においては、ＰＷＭ信号のＬ信号のときにＮＰＮバイポーラトランジスタＱ2はＯＦＦとなる。このときＰＮＰバイポーラトランジスタＱ1もＯＦＦとなる。バッテリ電源を投入すると、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ1はＯＮとなる。一方、ＰＷＭ信号のＨ信号のときにＮＰＮバイポーラトランジスタＱ2はＯＮとなる。このときＰＮＰバイポーラトランジスタＱ1もＯＮとなる。このときＰチャンネルＭＯＳトランジスタＭ1はＯＦＦとなる。このようにしてＰＷＭ信号によりスイッチングが行われる。
【００３２】
スイッチング電源回路２１において、トランジスタＭ1がＯＮになると、チョークコイル２１２及びコンデンサ２１３に電流が流れて、電気エネルギーが蓄えられる。トランジスタＭ1がＯＦＦになると、チョークコイル２１２及びコンデンサ２１３に蓄えられた電気エネルギーが放出される。これにより、トランジスタＭ1がＯＮのときに印加電圧Ｖ2が高くなり、トランジスタＭ1がＯＦＦのときに印加電圧Ｖ2が低くなる。
【００３３】
このようなスイッチング電源回路２１も、バッテリ電源（図示せず）とシリーズ電源１３との間に介在されており、マイコン１４は、シリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3よりも高くなるようにＰＷＭ（パルス幅変調）信号によりスイッチング電源回路２１を制御する。
【００３４】
図４に示す構成のスイッチング電源回路２１を用いても、ＰＷＭ制御によりシリーズ電源１３に印加する印加電圧Ｖ2をラフに制御し、シリーズ電源１３で印加電圧Ｖ2を動作電圧Ｖ3に変圧することができる。これにより上述した効果を発揮することが可能である。
【００３５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、バッテリ電圧Ｖ1を１２Ｖとし、印加電圧Ｖ2を７Ｖとし、動作電圧Ｖ3を５Ｖととした場合について説明しているが、これらの電圧は一例であり、特にこれに限定されず、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す電源装置における電圧遷移を示す図である。
【図３】図１に示す電源装置における動作状態遷移を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る電源装置のスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。
【図５】従来の電源装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１  スイッチング電源回路
１２  分圧回路
１３  シリーズ電源
１４  マイコン
１５  ダイオード
１６，１７，１１２，１１３，２１３  コンデンサ
１１１，２１１  ダイオード
１１２，２１２  チョークコイル
１１４〜１１８，１２１，１２２，２１４〜２１６  抵抗
Ｍ1，Ｍ2  ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｍ3  ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｑ1  ＰＮＰバイポーラトランジスタ
Ｑ2  ＮＰＮバイポーラトランジスタ
【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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