(57)【要約】【課題】高周波数領域においても高ゲインの特性を有する電源回路及びその電源回路を備える電子機器を提供することである。【解決手段】電源回路１０において、予め定められた基準電圧と、フィードバック電圧生成回路の出力電圧と、を比較し、その誤差を増幅してフィードバック電圧生成回路に入力する第１エラーアンプと、第１エラーアンプに並列に設けられ、第１エラーアンプの出力の高周波数領域のゲインを調整するためのゲイン調整パスと、を備える。【選択図】図１
2011160554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた基準電圧と、フィードバック電圧生成回路の出力電圧と、を比較し、その誤差を増幅してフィードバック電圧生成回路に入力する第１エラーアンプと、
第１エラーアンプに並列に設けられ、第１エラーアンプの出力の高周波数領域のゲインを調整するためのゲイン調整パスと、
を備える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、
ゲイン調整パスは、
予め定められた基準電圧と、フィードバック電圧生成回路の出力電圧と、を比較し、その誤差を増幅する第２エラーアンプと、
第２エラーアンプの出力のうち、高周波数領域の成分を通過させて、第１エラーアンプの出力に加算させるハイパスフィルタ回路と、を有し、
第２エラーアンプは、第１エラーアンプに比べて高周波数領域でゲインが大きいことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源回路を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路及び電子機器に係り、特に、スイッチングレギュレータの出力を負荷に供給する電源回路及びその電源回路を備える電子機器に関する。
【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、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることがある。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スイッチングレギュレータは、フィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成回路の出力を所定の基準電圧と比較し、その誤差を増幅出力して再びフィードバック電圧生成回路へと供給するエラーアンプを有している。ここで、スイッチングレギュレータに用いられるエラーアンプは、発振を起こさせないために位相余裕とゲイン余裕が十分確保されたものを用いて設計されることが多い。このような位相余裕とゲイン余裕が十分確保されたエラーアンプを用いて設計されたスイッチングレギュレータにおいては、高周波数領域でのゲイン特性が比較的劣ってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、高周波数領域においても高ゲインの特性を有する電源回路及びその電源回路を備える電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電源回路は、予め定められた基準電圧と、フィードバック電圧生成回路の出力電圧と、を比較し、その誤差を増幅してフィードバック電圧生成回路に入力する第１エラーアンプと、第１エラーアンプに並列に設けられ、第１エラーアンプの出力の高周波数領域のゲインを調整するためのゲイン調整パスと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電子機器は、上記電源回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の電源回路及び電子機器によれば、第１エラーアンプに並列に設けられ、第１エラーアンプの出力の高周波数領域のゲインを調整するためのゲイン調整パスを有している。これにより、第１エラーアンプによって高周波数領域においてゲインが低い場合であっても、ゲイン調整パスによって高周波数領域においても高ゲインとなるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態において、電源回路を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、電源回路と従来回路（電源回路からゲイン調整回路が削除された回路）とのＶ２からＶ３までのゲイン特性および位相特性と比較したシミュレーション結果を示す図である。
【図３（ａ）】本発明に係る実施の形態において、電源回路の過渡応答特性を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。
【図３（ｂ）】本発明に係る実施の形態において、電源回路の過渡応答特性と比較するための従来回路（電源回路からゲイン調整回路が削除された回路）の過渡応答特性を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、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。そして、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。
【００１２】
図１は、電源回路１０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を含んで構成され、インダクタ３６と、キャパシタ３８と、全体出力端子１８とを介して負荷に接続される。以下では、電源回路１０は、携帯電話に搭載されるものとして説明する。
【００１３】
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、エラーアンプ２４と、ゲイン調整回路２５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、出力段回路３４と、抵抗素子（Ｒ1）４０と、抵抗素子（Ｒ2）３９とを含んで構成される。ここで、ＰＷＭコンパレータ２８と、ＰＷＭ基準電圧回路３０と、出力段回路３４と、抵抗素子（Ｒ1）４０と、抵抗素子（Ｒ2）３９と、インダクタ３６と、キャパシタ３８とをあわせてフィードバック電圧生成回路と呼ぶこととする。
【００１４】
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、同じ電圧を出力するように機能する回路である。
【００１５】
エラーアンプ２４は、第１基準電圧回路２０から一方端子に入力される電圧Ｖ1と、他方端子に入力されるフィードバック電圧Ｖ2との間の偏差を増幅し、電流偏差として出力するｇｍアンプである。エラーアンプ２４は、ゲイン余裕と位相余裕が十分確保されたアンプを用いて構成される。また、ゲイン調整回路２５は、エラーアンプ２４に並列に配置される回路であり、詳細な説明は後述する。そして、エラーアンプ２４の出力電流とゲイン調整回路２５の出力電流が加算された電流によって位相補償用キャパシタ２６が充電され、位相補償用キャパシタ２６の電位Ｖ3がＰＷＭコンパレータ２８の一方端子に供給される。
【００１６】
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３９（Ｒ2）と抵抗素子４０（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３９（Ｒ2）の一方端子は全体出力端子１８に接続され、抵抗素子３９（Ｒ2）の他方端子は抵抗素子４０（Ｒ1）の一方端子と接続され、抵抗素子４０（Ｒ1）の他方端子が接地電位側に接続される。そして、抵抗素子３９（Ｒ2）の他方端子と抵抗素子４０（Ｒ1）の一方端子とが接続される接続点がエラーアンプ２４の他方端子およびゲイン調整回路２５のゲイン調整用アンプ２１の他方端子に接続される。
【００１７】
ＰＷＭコンパレータ２８は、一方端子に入力される電圧Ｖ3と、他方端子に入力されるＰＷＭ基準電圧Ｖ4とを比較して増幅し、その電圧偏差を出力段回路３４に出力する機能を有する差動増幅器である。ここで、電圧Ｖ3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、エラーアンプ２４の一方端子に入力された第１基準電圧Ｖ1との間の誤差が電流として出力され、その電流が位相補償用キャパシタ２６に充電されることで生成される電圧である。
【００１８】
ＰＷＭ基準電圧回路３０は、ＰＷＭ基準電圧Ｖ4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。なお、ＰＷＭ基準電圧回路３０としては、予め設定された周波数の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てもよい。
【００１９】
出力段回路３４は、ＰＷＭコンパレータ２８の出力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。
【００２０】
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。
【００２１】
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Ｖ6の変動を抑制する平滑化コンデンサである。
【００２２】
ゲイン調整回路２５は、第１基準電圧回路２０から一方端子に入力される電圧Ｖ1と、他方端子に入力されるフィードバック電圧Ｖ2との間の偏差を増幅し、電流偏差として出力する回路である。そして、ゲイン調整回路２５は、エラーアンプ２４の出力のうち高周波数領域のゲインを調整するために、エラーアンプ２４に並列に配置される。ゲイン調整回路２５は、ゲイン調整用アンプ２１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２と、Ｖ／Ｉ変換回路２３とを含んで構成される。
【００２３】
ゲイン調整用アンプ２１は、第１基準電圧回路２０から一方端子に入力される電圧Ｖ1と、他方端子に入力されるフィードバック電圧Ｖ2との間の偏差を増幅し、電圧偏差として出力するオペアンプである。ゲイン調整用アンプ２１は、エラーアンプ２４に比較して高周波数領域において高ゲインの特性を有するオペアンプを用いて構成される。
【００２４】
ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２は、ゲイン調整用アンプ２１の出力のうち、低周波数領域を遮断し、高周波数領域のみを通過させてＶ／Ｉ変換回路２３に供給するフィルタ回路である。
【００２５】
Ｖ／Ｉ変換回路２３は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２の出力電圧を電流に変換する電圧電流変換回路である。Ｖ／Ｉ変換回路２３の出力端子は、その出力電流をエラーアンプ２４の出力に加算するためにエラーアンプ２４の出力端子に接続されている。
【００２６】
上記構成の電源回路１０の作用について図１〜図３を用いて説明する。電源回路１０において、エラーアンプ２４と、エラーアンプ２４に並列に接続されるゲイン調整回路２５のうちのゲイン調整用アンプ２１の一方端子には第１基準電圧回路２０からの電圧Ｖ1が入力される。そして、エラーアンプ２４とゲイン調整用アンプ２１の他方端子には、フィードバック電圧生成回路からのフィードバック電圧Ｖ2が入力される。
【００２７】
ここで、ゲイン余裕と位相余裕が十分確保されたエラーアンプ２４によって、第１基準電圧回路２０から一方端子に入力される電圧Ｖ1と、他方端子に入力されるフィードバック電圧Ｖ2との間の偏差が増幅され、電流偏差として出力される。
【００２８】
一方、エラーアンプ２４に並列に設けられたゲイン調整用回路２５では、高周波数領域においてエラーアンプ２４よりも高ゲインの特性を有するゲイン調整用アンプ２１によって電圧Ｖ1とフィードバック電圧Ｖ2との間の偏差が増幅され、電圧偏差として出力される。そして、ゲイン調整用アンプ２１によって出力された電圧は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２によって高周波数領域だけが通過されて、Ｖ／Ｉ変換回路２３に供給される。それから、Ｖ／Ｉ変換回路２３は、ハイパルフィルタ（ＨＰＦ）２２の出力電圧を電流に変換して出力する。ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２３の出力端子は、エラーアンプ２４の出力端子と接続されているため、エラーアンプ２４の出力電流とＶ／Ｉ変換回路２３の出力電流が加算され、その電流によって位相補償用キャパシタ２６に充電された電圧Ｖ3がＰＷＭコンパレータ２８に供給される。
【００２９】
上述のようにエラーアンプ２４は、ゲイン余裕と位相余裕が十分に確保されているため、エラーアンプ２４のみを用いた電源回路であれば、高周波数領域において比較的ゲインが低いことがあるが、電源回路１０によれば、エラーアンプ２４とは別に高周波数領域において高ゲインの特性を有するゲイン調整回路２５が並列に設けられている。これにより、エラーアンプ２４の高周波数領域における低ゲインの特性を高周波数領域において高ゲインの特性を有するゲイン調整回路２５によって補完することができる。
【００３０】
図２は、電源回路１０と従来回路（電源回路１０からゲイン調整回路２５が削除された回路）とのＶ２からＶ３までのゲイン特性および位相特性と比較したシミュレーション結果を示す図である。図２に示されるように、低周波数領域（１ＫＨｚ〜１０ＫＨｚ）では電源回路１０も従来回路もゲイン特性および位相特性に差がないのに対し、高周波数領域（１００ＫＨｚ〜１Ｍｚ）においては電源回路１０が従来回路に比べゲイン特性も位相特性も高い特性を有している。ここで、電源回路１０のゲイン調整回路２５では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２により、ゲイン調整用アンプ２１の低周波数成分が遮断され、高周波数成分だけが通過される。そして、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２２の出力はＶ／Ｉ変換回路２３を介してエラーアンプ２４の出力電流に加算されているから、低周波数領域のゲイン特性および位相特性に影響を与えることなく高周波数領域のゲイン特性および位相特性を改善することができる。
【００３１】
図３（ａ）は、電源回路１０の過渡応答特性を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。図３（ｂ）は、電源回路１０の過渡応答特性と比較するための従来回路（電源回路１０からゲイン調整回路２５が削除された回路）の過渡応答特性を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。各図において、実線は出力電圧を示し、破線は負荷電流を示す。ここで、電源回路１０と従来回路の過渡応答特性について比較すると、図３（ａ）（ｂ）に示されるように電圧降下には顕著な差異が生じ、Ｖｄｒｏｐ１＜Ｖｄｒｏｐ２の関係となっている。つまり、電源回路１０は、ゲイン調整回路２５を有することで、従来回路に比べて過渡応答特性が大幅に改善している。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電源回路、１２  スイッチングレギュレータ部、１８  全体出力端子、２０  基準電圧回路、２１  ゲイン調整用アンプ、２２  ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、２３  Ｖ／Ｉ変換回路、２４  エラーアンプ、２５  ゲイン調整回路、２６  位相補償用キャパシタ、２８  コンパレータ、３０  基準電圧回路、３４  出力段回路、３６  インダクタ、３８  キャパシタ、３９，４０  抵抗素子。
【図１】
2011160554.tif 000003
【図２】
2011160554.tif 000004
【図３（ａ）】
2011160554.tif 000005
【図３（ｂ）】
2011160554.tif 000006