(57)【要約】【課題】従来のスイッチング電源装置では出力電圧精度が低いため電子機器や携帯機器の生産工程で電圧調整を実施しなければならず、生産能力を高めることが困難であった。【解決手段】本発明のスイッチング電源装置は、エラーアンプ３１の誤差電圧検出精度を高めるために、エラーアンプ３１の反転入力端子４には第１の調整素子１を設け、エラーアンプ３１の出力側には第２の調整素子２を設け、さらに、エラーアンプ３１の非反転入力端子５に第３の調整素子３を接続することにより、エラーアンプ３１の各端子の電圧精度が一定の値以内に保てるように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子間に電圧変換回路を接続し、この電圧変換回路の出力端子とエラーアンプの反転入力端子の間に第１の電圧調整素子を接続し、前記エラーアンプの出力端子とＰＷＭコンパレータの非反転入力端子の間に第２の電圧調整素子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータの反転入力端子に基準信号発振回路の出力端子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータの出力端子をスイッチング制御部の入力端子に接続し、前記スイッチング制御部の出力端子をプリドライバ回路の入力端子に接続し、前記プリドライバ回路の出力端子を前記電圧変換回路の入力端子に接続し、前記エラーアンプの反転入力端子と出力端子間に位相補償回路を接続し、基準電圧生成部の中に第３の電圧調整素子を設け、この第３の電圧調整素子を介して出力される前記基準電圧生成部の出力端子を前記基準信号発振回路の基準電圧入力端子と前記プリドライバ回路の基準電圧入力端子と前記エラーアンプの非反転入力端子に各々接続し、前記入力端子と接地間に第１のコンデンサを接続し、前記出力端子と接地間に第２のコンデンサを接続して構成したスイッチング電源装置。
【請求項２】
電圧変換回路を昇降圧スイッチ回路または降圧スイッチ回路または昇圧スイッチ回路で構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
第１の電圧調整素子に可変電圧制御部の第１の出力端子を接続し、電圧変換回路の出力端子と前記可変電圧制御部の第１の入力端子を接続し、前記可変電圧制御部の第２の入力端子に前記基準電圧生成部の中に設けた第３の電圧調整素子を介して出力される前記基準電圧生成部の出力端子を接続し、前記可変電圧制御部の第２の出力端子をエラーアンプの非反転入力端子に接続し、電圧制御端子と前記可変電圧制御部を接続して構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
電圧変換回路の出力端子とスイッチング制御部の入力端子間に過渡応答回路を接続して構成した請求項３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
可変電圧制御部の出力端子と基準信号発生回路の入力端子間にＰＦＭ制御回路を配置し、このＰＦＭ制御回路の入力にモード切替端子と基準電圧生成部の出力端子を接続して構成した請求項３に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器、通信機器等に用いられる直流−直流電圧変換を行うスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源装置は図７に示すように入力端子１１０と出力端子２２０の間に電圧変換回路３５０を接続し、この電圧変換回路３５０の出力端子とエラーアンプ３１０の反転入力端子４０を接続し、前記エラーアンプ３１０の出力端子とＰＷＭコンパレータ３２０の非反転入力端子６０の間を接続し、前記ＰＷＭコンパレータ３２０の反転入力端子７０に基準信号発振回路３７０の出力端子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータ３２０の出力端子をスイッチング制御部３３０の入力端子に接続し、前記スイッチング制御部３３０の出力端子をプリドライバ回路３４０の入力端子に接続し、前記プリドライバ回路３４０の出力端子を前記電圧変換回路３５０の入力端子に接続し、前記エラーアンプ３１０の反転入力端子４０と出力端子の間に位相補償回路３６０を接続し、基準電圧生成部３００の出力端子を前記基準信号発振回路３７０の基準電圧入力端子と前記プリドライバ回路３４０の基準電圧入力端子と前記エラーアンプ３１０の非反転入力端子５０に各々接続し、前記入力端子１１０と接地間に第１のコンデンサ８０を接続し、前記出力端子２２０と接地間に第２のコンデンサ９０を接続した構成となっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報として、例えば、特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６６２２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスイッチング電源装置では出力電圧の精度が低いため、電子機器や携帯機器に搭載する際、機器側において電圧調整を実施しなければならず、生産ラインにおける工程能力の改善を妨げる要因となっていた。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、電子機器や携帯機器の電圧調整工程を削除できるスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、入力端子と出力端子間に電圧変換回路を接続し、この電圧変換回路の出力端子とエラーアンプの反転入力端子の間に第１の電圧調整素子を接続し、前記エラーアンプの出力端子とＰＷＭコンパレータの非反転入力端子の間に第２の電圧調整素子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータの反転入力端子に基準信号発振回路の出力端子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータの出力端子をスイッチング制御部の入力端子に接続し、前記スイッチング制御部の出力端子をプリドライバ回路の入力端子に接続し、前記プリドライバ回路の出力端子を前記電圧変換回路の入力端子に接続し、前記エラーアンプの反転入力端子と出力端子間に位相補償回路を接続し、基準電圧生成部の中に第３の電圧調整素子を設け、この第３の電圧調整素子を介して出力される前記基準電圧生成部の出力端子を前記基準信号発振回路の基準電圧入力端子と前記プリドライバ回路の基準電圧入力端子と前記エラーアンプの非反転入力端子に各々接続し、前記入力端子と接地間に第１のコンデンサを接続し、前記出力端子と接地間に第２のコンデンサを接続して構成したスイッチング電源装置であり、基準電圧生成部の出力電圧を一定の値以内に保つことが可能となり、電子機器、通信機器の電圧調整工程を削除させることができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、電圧変換回路を昇降圧スイッチ回路または降圧スイッチ回路または昇圧スイッチ回路で構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置であり、基準電圧生成部の出力電圧を一定の値以内に保つことが可能となり電子機器、通信機器の電圧調整工程を削除させることができる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１の電圧調整素子に可変電圧制御部の第１の出力端子を接続し、電圧変換回路の出力端子と前記可変電圧制御部の第１の入力端子を接続し、前記可変電圧制御部の第２の入力端子に前記基準電圧生成部の中に設けた第３の電圧調整素子を介して出力される前記基準電圧生成部の出力端子を接続し、前記可変電圧制御部の第２の出力端子をエラーアンプの非反転入力端子に接続し、電圧制御端子と前記可変電圧制御部を接続して構成した請求項１に記載のスイッチング電源装置であり、基準電圧生成部の出力電圧を一定の値以内に保つことが可能となり電子機器、通信機器の電圧調整工程を削除させることができる。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、電圧変換回路の出力端子とスイッチング制御部の入力端子間に過渡応答回路を接続して構成した請求項３に記載のスイッチング電源装置であり、基準電圧生成部の出力電圧を一定の値以内に保つことが可能となり、電子機器、通信機器の電圧調整工程を削除させることができる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、可変電圧制御部の出力端子と基準信号発生回路の入力端子間にＰＦＭ制御回路を配置し、このＰＦＭ制御回路の入力にモード切替端子と基準電圧生成部の出力端子を接続して構成した請求項３に記載のスイッチング電源装置であり、基準電圧生成部の出力電圧を一定の値以内に保つことが可能となり、電子機器、通信機器の電圧調整工程を削除させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図である。
【００１４】
入力端子１１と出力端子２２の間に電圧変換回路３５を電気的に接続し、この電圧変換回路３５の出力端子とエラーアンプ３１の反転入力端子４の間に第１の電圧調整素子１を接続している。そして、前記エラーアンプ３１の出力端子とＰＷＭコンパレータ３２の非反転入力端子６の間に第２の電圧調整素子２を接続する。次に、前記ＰＷＭコンパレータ３２の反転入力端子７に基準信号発振回路３７の出力端子を接続し、前記ＰＷＭコンパレータ３２の出力端子をスイッチング制御部３３の入力端子に接続し、前記スイッチング制御部３３の出力端子をプリドライバ回路３４の入力端子に接続し、前記プリドライバ回路３４の出力端子を前記電圧変換回路３５の入力端子に接続し、前記エラーアンプ３１の反転入力端子４と出力端子間に位相補償回路３６を接続し、基準電圧生成部３０の中に第３の電圧調整素子３を設け、この第３の電圧調整素子３を介して出力される前記基準電圧生成部３０の出力端子を前記基準信号発振回路３７の基準電圧入力端子と前記プリドライバ回路３４の基準電圧入力端子と前記エラーアンプ３１の非反転入力端子５に各々接続し、前記入力端子１１と接地間に第１のコンデンサ８を接続し、前記出力端子２２と接地間に第２のコンデンサ９を接続した構成としている。
【００１５】
前記基準電圧生成部３０で生成された基準電圧は第３の調整素子３を介して出力される。この第３の調整素子３は抵抗値をトリミングできるような構成としており、トリミングの分解能を自由に変化させることで基準電圧生成部３０の出力電圧を一定の値以内に保っている。
【００１６】
本実施の形態では基準電圧生成部３０の出力電圧Ｖｒｅｆは、２．２５Ｖ±１５ｍＶであるが、スイッチング電源装置の入力電圧Ｖｉｎと、基準電圧生成部３０の出力電圧Ｖｒｅｆの関係がＶｉｎｘ０．７＞Ｖｒｅｆとなるような電圧設定ならば、任意に設定してよい。これは電子機器や携帯機器等に用いられる電源として、リチウムイオン電池１セル（２．８〜４．２Ｖ）が主流となっているためである。この基準電圧生成部３０の出力端子は、エラーアンプ３１、プリドライバ回路３４、基準信号発振回路３７の入力端子に接続して各々の基準電圧としている。
【００１７】
本実施の形態において、エラーアンプ３１の誤差電圧検出精度を高めるために電圧変換回路３５とエラーアンプ３１の間に第１の調整素子１を設け、第２の調整素子２をエラーアンプ３１とＰＷＭコンパレータ３２の間に設けている。すなわち、エラーアンプ３１の反転入力端子４には第１の調整素子１を設け、エラーアンプ３１の出力側には第２の調整素子２を設けている。さらに、エラーアンプ３１の非反転入力端子５に第３の調整素子３を接続することにより、エラーアンプ３１の各端子の電圧精度が一定の値以内に保てるように構成している。
【００１８】
なお、本実施の形態ではエラーアンプ３１の反転入力端子４とエラーアンプ３１の出力端子は、０．９Ｖ±１０ｍＶに設定しているが入力電圧Ｖｉｎの１／５〜１／４であれば、任意の電圧設定でよい。
【００１９】
ＰＷＭコンパレータ３２とスイッチング制御部３３は出力端子２２に接続される外部負荷が変化した場合、電圧変換回路３５を構成するスイッチング素子のデューティ比を変化させ負荷変動によるスイッチング電源装置の効率を最適にするように配慮されている。プリドライバ回路３４は、Ｐｃｈ、Ｎｃｈで、それぞれ構成されるＭＯＳ−ＦＥＴであり、後段に接続される電圧変換回路３５を構成するスイッチング素子を駆動するために設けてある。電圧変換回路３５は１個のコイルと少なくとも１個以上のＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴと１個以上のＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴがペアとなって構成され、用途に応じて昇圧、降圧、昇降圧の動作を行うことが可能である。
【００２０】
また、位相補償回路３６はエラーアンプ３１の利得を決定するとともにスイッチング電源装置の安定動作のためのフィードバックゲインを決めている。この位相補償回路３６は本実施の形態において抵抗とコンデンサの直列回路を用いたが、他の回路構成でも良い。
【００２１】
そして、基準信号発振回路３７は１ＭＨｚの発振周波数で動作させており、発振周波数を容易に変更できるよう１つの抵抗を接地間に接続することで実現している。
【００２２】
次に、図１のブロック回路図に加えて図２のように電圧変換回路３５の出力と第１の電圧素子１の間と基準電圧生成部３０の出力端子とエラーアンプ３１の非反転入力端子５の間に可変電圧制御部３８が接続されている。さらに、可変電圧制御部３８には電圧をコントロールする電圧制御端子１２が接続されている。
【００２３】
この可変電圧制御部３８はスイッチング電源装置の負荷変化に応じて出力電圧を制御するために設けてあり、制御電圧に対して出力電圧精度が高ければ高いほど良い。本実施の形態では、第１の調整素子１と第２の調整素子２と第３の調整素子３をトリミングすることにより、出力電圧精度を２５ｍＶ以内に抑えている。
【００２４】
図３はトリミングしない従来例と本発明の出力電圧精度を比較したグラフである。このグラフのＡ線で示しているのが従来の出力電圧精度で６０ｍＶの出力電圧精度を示している。これに対し、本発明ではＢ線に示すように２５ｍＶの出力電圧精度を示しており、従来に比べ出力電圧精度が向上している。生産ラインにおける調整工程可能ラインが４０ｍＶ付近であることから、本発明のスイッチング電源装置を用いることにより、電子機器や携帯機器の生産時に発生する電圧調整工程を削減することができる。その結果、電子機器や携帯機器の生産能力を高めることが可能となるのである。
【００２５】
図４は本発明の他の実施の形態を示すブロック回路図である。図２の回路ブロック図に加え電圧変換回路３５とスイッチング制御部３３の間に過渡応答回路３９を接続している。この過渡応答回路３９の第１の端子に出力端子２２を接続し、前記過渡応答回路３９の出力端子をスイッチング制御部３３に接続する。前記過渡応答回路３９の第２の入力端子を電圧制御端子１２に接続してある。
【００２６】
これにより電圧制御端子１２を任意に変化させても出力端子２２に出力される出力電圧の応答時間を従来例（＞１００μｓ）より高速化（＜５０μｓ）することができる。
【００２７】
図５は本発明の他の実施の形態を示すブロック回路図である。図２の回路ブロック図に加え、可変電圧制御部３８の出力端子と基準信号発振回路３７の入力端子間にＰＦＭ制御回路４０を配置している。このＰＦＭ制御回路４０の入力端子にモード切替端子１３と基準電圧生成部３０の出力端子を接続した。
【００２８】
これにより、出力端子２２に接続される外部負荷が軽負荷（入力電圧の半分以下で、定格電流の１／１０以下）状態に変化しても効率の低下を防ぐことが可能となる。なお、ＰＦＭ制御回路４０にはモード切替端子１３を設けており、ＰＷＭとＰＦＭが負荷に応じて自動に切り替わる自動モードと強制ＰＷＭモードとを切り替えできるようにしている。
【００２９】
図６は図２の回路ブロック図に加え電圧変換回路３５とスイッチング制御部３３の間に過渡応答回路３９を接続し、可変電圧制御部３８の出力端子と基準信号発振回路３７の入力端子間にＰＦＭ制御回路４０を搭載した例であり、出力電圧の高速応答に加えてＰＷＭとＰＦＭが負荷に応じて切り替えることができる。なお、本発明による回路ブロックを半導体とすることにより、同一ロット上での生産が可能、半導体装置上でのトリミング調整が可能（ウェハ調整）等ばらつき要因を低減させる機能が追加されるので、なお一層、出力電圧の精度を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明のスイッチング電源装置は出力電圧の精度を従来より向上させることができるので、電子機器や携帯機器の生産時に発生する電圧調整工程を削減することが可能となり、その結果、工程能力を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図
【図２】本発明の他の実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図
【図３】本発明と従来例との出力電圧の精度を比較した特性図
【図４】本発明の他の実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図
【図５】本発明の他の実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図
【図６】本発明の他の実施の形態によるスイッチング電源装置のブロック回路図
【図７】従来のスイッチング電源装置のブロック図
【符号の説明】
１  第１の電圧調整素子
２  第２の電圧調整素子
３  第３の電圧調整素子
４  エラーアンプの反転入力端子
５  エラーアンプの非反転入力端子
６  ＰＷＭコンパレータの非反転入力端子
７  ＰＷＭコンパレータの反転入力端子
８  第１のコンデンサ
９  第２のコンデンサ
１１  入力端子
１２  電圧制御端子
１３  モード切替端子
２２  出力端子
３０  基準電圧生成部
３１  エラーアンプ
３２  ＰＷＭコンパレータ
３３  スイッチング制御部
３４  プリドライバ回路
３５  電圧変換回路
３６  位相補償回路
３７  基準信号発振回路
３８  可変電圧制御部
３９  過渡応答回路
【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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【図６】
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【図７】
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