(57)【要約】【課題】低入力電圧でも動作するＭＯＳトランジスタ回路によって構成するリングオシレータ回路を起動発振回路として用いて、入力電圧が低いときにも動作するスイッチング電源装置を構成する。【解決手段】入力電圧をバイアス電圧としたＭＯＳトランジスタ回路によって構成のリングオシレータ回路５により起動発振し、出力電圧が所定電圧に到達すると、スイッチング素子１６の駆動信号を、出力電圧をバイアス電圧として、出力電圧によってパルス幅制御するＰＷＭ制御回路１２の出力に切り替え制御発振する。入力電源が低電圧であっても動作するＭＯＳトランジスタを用いた発振回路により低入力電圧で動作するスイッチング電源装置を構成することができる。【選択図】図１
2006320062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング電源装置に用いる発振回路であって、
２Ｎ（Ｎ：整数）個を縦続接続したインバータからなるインバータ回路と、前記インバータ回路の入力端に一端を接続した第１の抵抗と、前記インバータ回路の出力端にゲートを接続したＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタと、前記第１の抵抗の他端に一端を接続し、前記インバータ回路の出力端に他端を接続した容量と、前記ＰＭＯＳトランジスタと前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインの間に接続した第２の抵抗と、前記ＮＭＯＳトランジスタと前記第２の抵抗の間に一端を接続した第３の抵抗と、前記第３の抵抗の他端に一端を接続し、前記第１の抵抗の他端および前記容量の一端に他端を接続した第４の抵抗とを備え、前記インバータ回路の出力端に複数のインバータからなるインバータ群を接続し、前記インバータ群の出力を最終出力とすることを特徴とする発振回路。
【請求項２】
ＭＯＳトランジスタ回路によって構成した第１の発振回路と、出力電圧を制御する第２の発振回路とを備え、
前記出力電圧が所定電圧より低いときには、入力電圧をバイアス電圧として前記第１の発振回路を発振させ、前記出力電圧が前記所定電圧より高いときには、前記出力電圧をバイアス電圧として前記第２の発振回路を発振させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第１の発振回路として、請求項１記載の発振回路を用いることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に係り、特に、電池を利用したポータブル機器の電源等に利用する発振回路およびそれを用いたスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置は、図４に示したように構成されている。図４において、１は電源装置の入力電源、２は入力電源１の平滑容量、３は電源装置の出力端子、４は出力端子３の平滑容量、６，７は抵抗、８は三角波発振回路、９は基準電圧１０を負入力し抵抗６，７の間の電圧を正入力して構成される誤差増幅回路、１６は例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成されるスイッチング素子、１７はチョークコイル、１８はショットキーダイオードである。
【０００３】
図５は前述の図４に示す三角波発振回路について詳細な回路図に置き換えた、発振回路を示す図である。図５の三角波発振回路において、１は入力電源、３５は容量、３６はスイッチ、３７，３８はバイポーラ素子（例えば、ＮＰＮ型トランジスタ）によって構成される差動回路、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は定電流源、ＶＬ，ＶＨは基準電圧である。
【０００４】
また、図６（ａ），（ｂ）は前述の図５における三角波発振回路と、図４におけるＰＷＭ制御回路の動作を説明する図であり、図６（ａ）中のスイッチ３６は図５において説明したスイッチ３６である。
【０００５】
以下に、図４，図５，図６を参照しながら、従来のスイッチング電源装置の動作について説明する。
【０００６】
従来技術では、例えば特許文献１に記載のように、図５に示すスイッチング電源装置においては、入力電源１の電圧をバイアス電圧として、容量３５に発生する電圧を、基準電圧ＶＨに到達する前はスイッチ３６をオフして定電流源Ｉ１で充電することによって上昇させ、基準電圧ＶＨに到達すると差動回路３７が働きスイッチ３６をオンして定電流源Ｉ１−Ｉ２（＜０）で放電することによって下降させ、基準電圧ＶＬに到達すると差動回路３８が働き再びスイッチ３６をオフして定電流源Ｉ１で充電することによって上昇させる。
【０００７】
図４に示すように、三角波発振回路８の出力を比較器１１に負入力し、スイッチング電源装置の出力端子３の出力電圧を抵抗６，７よって分割した電圧を正入力し、基準電圧１０を負入力した誤差増幅回路９の出力を比較器１１に正入力し、比較器１１の出力によってスイッチング素子１６を駆動して所望の電圧を得ていた。
【特許文献１】特開昭５９−１４７５２５号公報
【特許文献２】特公平７−３４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の電源装置の方式では、入力電圧が低い場合、バイポーラ素子によって構成される三角波発振回路が動作せず、スイッチング電源装置を動作させることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、低入力電圧でも動作するＭＯＳトランジスタ回路によって構成するリングオシレータ回路を起動発振回路として用いて、入力電圧が低いときにも動作するスイッチング電源装置を構成する発振回路およびそれを用いたスイッチング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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る発振回路は、スイッチング電源装置に用いる発振回路であって、２Ｎ（Ｎ：整数）個を縦続接続したインバータからなるインバータ回路と、インバータ回路の入力端に一端を接続した第１の抵抗と、インバータ回路の出力端にゲートを接続したＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタと、第１の抵抗の他端に一端を接続し、インバータ回路の出力端に他端を接続した容量と、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタのドレインの間に接続した第２の抵抗と、ＮＭＯＳトランジスタと第２の抵抗の間に一端を接続した第３の抵抗と、第３の抵抗の他端に一端を接続し、第１の抵抗の他端および容量の一端に他端を接続した第４の抵抗とを備え、インバータ回路の出力端に複数のインバータからなるインバータ群を接続し、インバータ群の出力を最終出力とすることを特徴とする。
【００１１】
また、スイッチング電源装置は、ＭＯＳトランジスタ回路によって構成した第１の発振回路と、出力電圧を制御する第２の発振回路とを備え、出力電圧が所定電圧より低いときには、入力電圧をバイアス電圧として第１の発振回路を発振させ、出力電圧が所定電圧より高いときには、出力電圧をバイアス電圧として第２の発振回路を発振させること、さらに、第１の発振回路として、請求項１記載の発振回路を用いることを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、入力電源をスイッチングすることにより出力電圧を得るスイッチング電源装置において、入力電圧をバイアス電圧とするＭＯＳトランジスタ回路によって構成する第１の発振回路（リングオシレータ回路）と、出力電圧をバイアス電圧とするパルス幅制御を行う第２の発振回路（ＰＷＭ制御回路）を有し、出力電圧によりスイッチング電源装置の回路駆動信号をいずれかから選択する構成によって、低入力電圧でも動作する第１の発振回路を用いて、出力電圧を上昇させ、出力電圧が所定電圧に達すると第２の発振回路による発振に切り替えて、低入力電圧でも動作するスイッチング電源装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低入力電圧の場合でも動作するスイッチング電源装置を構成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の概略構成を示す回路図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。
【００１６】
図１において、１は入力電源、２，４は平滑容量、３は出力端子、５はリングオシレータ回路、６，７は抵抗、８は三角波発振回路、９は誤差増幅回路、１０，１３は基準電圧、１１，１４は比較器、１５は発振切替スイッチ、１６は例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成されるスイッチング素子、１７はチョークコイル、１８はショットキーダイオードである。
【００１７】
また、図２は前述の図１に示すリングオシレータ回路について詳細な回路図に置き換えた、本実施の形態における発振回路およびそれを用いたスイッチング電源装置を示す回路図である。図２に示すリングオシレータ回路５において、１９，２９，３０，３１は抵抗、２０は容量、２１，２２，２３，２４，２５，２６，３２，３３，３４はインバータ、２７はＰＭＯＳトランジスタ、２８はＮＭＯＳトランジスタにより構成される。
【００１８】
また、図２中における、Ａは抵抗３０，３１の間における電圧、Ｂはインバータ２６からの出力を入力したインバータ群（インバータ３２，３３，３４）の出力する電圧、Ｃは発振切替スイッチ１５によって選択されるスイッチング素子１６の駆動信号の電圧である。
【００１９】
図３は前述の図２における本実施の形態の発振回路およびそれを用いたスイッチング電源装置の動作を説明する図であり、図３中のＡ，Ｂは図２の説明で記載したＡ，Ｂの電圧である。
【００２０】
以上のように構成された本実施の形態の発振回路およびそれを用いたスイッチング電源装置について以下にその動作を説明する。
【００２１】
まず、スイッチング電源装置の起動直後においてはＭＯＳトランジスタ回路によって構成するリングオシレータ回路５が動作する。リングオシレータ回路５において、２Ｎ（Ｎ：整数）個を縦続接続したインバータからなるインバータ回路の入力レベルが「Ｈ」のとき、このインバータ回路の出力レベルも「Ｈ」になる。
【００２２】
次に、このインバータ回路の出力をＰＭＯＳトランジスタ２７のゲートとＮＭＯＳトランジスタ２８のゲートに入力することにより、抵抗２９とＮＭＯＳトランジスタ２８のドレインとの間における電圧レベルは「Ｌ」になる。この電圧は抵抗３０，３１，１９を介して接続しているインバータ回路に入力している。したがって、インバータ回路の入力レベルは「Ｌ」に向かうことになるが、抵抗３１と抵抗１９の間はインバータ回路の出力と容量２０を介して接続しているため、抵抗２９，３０，３１，１９と容量２０によって決定する時定数による遅延をもって、インバータ回路の入力レベルは「Ｌ」に向かう。
【００２３】
その後、インバータ回路の入力レベルが「Ｌ」になると、出力レベルも「Ｌ」になる。このインバータ回路の出力をＰＭＯＳトランジスタ２７のゲートとＮＭＯＳトランジスタ２８のゲートに入力することにより、抵抗２９とＮＭＯＳトランジスタ２８のドレインとの間における電圧レベルは「Ｈ」になる。前述したように、この電圧は抵抗３０，３１，１９を介して接続しているインバータ回路に入力している。したがって、インバータ回路の入力レベルは「Ｈ」に向かうが、抵抗３１と抵抗１９の間はインバータ回路の出力と容量２０を介して接続しているため、抵抗２９，３０，３１，１９と容量２０によって決定する時定数による遅延をもって、インバータ回路の入力レベルは「Ｈ」に向かう。
【００２４】
この動作の繰り返しで発振動作は継続し、この動作の繰り返しによって、Ａの電圧は図３のように動作し、Ｂは一定のパルス幅で動作する。この発振は、入力電源がＭＯＳトランジスタのＶＧＳ（ゲート−ソース電圧）より高ければ動作するので、入力電源が低電圧の場合でも動作する。
【００２５】
図３に示すように、スイッチング電源装置の出力端子３の出力電圧が所定の電圧に到達して、発振回路の出力を切り替える発振切替スイッチ１５によりスイッチング素子１６の駆動信号をＰＷＭ制御回路１２の出力に切り替えた後の動作は、例えば特許文献２に記載のように既知の動作であるので説明を省略する。
【００２６】
以上のように、この回路構成で、低入力電圧でも動作するスイッチング電源装置を構成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る発振回路およびそれを用いたスイッチング電源装置は、低入力電圧の場合でも動作するスイッチング電源装置を構成することができ、電池を利用したポータブル機器の電源等に利用する電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態における発振回路およびそれを用いた電源装置の構成を示す回路図
【図２】本発明の実施形態における発振回路およびそれを用いた電源装置の詳細な構成を示す回路図
【図３】本発明の実施形態における発振回路およびそれを用いた電源装置の動作説明図
【図４】従来のスイッチング電源装置の概略構成を示す回路図
【図５】従来のスイッチング電源装置に用いた三角波発振回路の詳細な構成を示す回路図
【図６】従来のスイッチング電源装置の動作を説明する図
【符号の説明】
【００２９】
１  入力電源
２，４  平滑容量
３  出力端子
５  リングオシレータ回路
６，７  抵抗
８  三角波発振回路
９  誤差増幅回路
１０，１３  基準電圧
１１，１４  比較器
１２  ＰＷＭ制御回路
１５  発振切替スイッチ
１６  スイッチング素子
１７  チョークコイル
１８  ショットキーダイオード
１９，２９，３０，３１  抵抗
２０，３５  容量
２１，２２，２３，２４，２５，２６，３２，３３，３４  インバータ
２７  ＰＭＯＳトランジスタ
２８  ＮＭＯＳトランジスタ
３６  スイッチ
３７，３８  差動回路
【図１】
2006320062.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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