(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、入力側が電圧源に接続され、出力側が前記コンデンサに接続されたインダクタと、
前記インダクタを介して前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第１の供給路と、
前記インダクタを介さずに前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第２の供給路と、
前記コンデンサへ供給される電圧を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記インダクタの出力側の電圧値が所定の電圧値に満たない場合、前記電圧源の電圧を、前記第１の供給路と前記第２の供給路の双方から前記コンデンサへ供給するように制御する、
ことを特徴とするステップアップＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のステップアップＤＣ−ＤＣコンバータを搭載した携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータ及びこれを用いた携帯端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡ等の携帯端末の多くは、端末に内蔵された電池（例えば繰り返し充電して使用可能な充電池（二次電池））を電源に用いて駆動している。ところが、電池は使用するにつれて次第に出力電圧が低下し、端末の動作が不安定になる。また、電池の電圧は端末の動作電圧に足りない場合が多い。このため、従来の携帯電話やＰＤＡ等の携帯端末では、ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータにより電池の電圧を昇圧して安定化したものを電源として用いている。
【０００３】
図２は、携帯端末に適用された従来のステップアップＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示したブロック図である。この図において、パワーインダクタＬは、逆起電力により高電圧を発生し、入力側に接続された二次電池Ｖ１の電圧を昇圧する素子で、昇圧された電圧は出力側に接続された整流ダイオードＤを介して外部出力端子Ｖｏから出力される。パワートランジスタＱは、制御電圧に応じて２端子間をスイッチするスイッチング素子で、２端子の内一方がパワーインダクタＬの出力側と接続され、他方が接地されている。コンデンサＣは、整流ダイオードＤから出力される電圧により充電され、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧を平滑する素子で、一方が整流ダイオードＤの出力側と接続され、他方が接地されている。ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１は、例えば集積回路により構成され、パワートランジスタＱのスイッチング動作を制御するもので、パワートランジスタＱのスイッチング制御端子と接続され、制御電圧を出力するＮｃｈ端子と、制御電圧の出力タイミングを制御するためのフィードバック信号を入力するＦＢ端子と、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電源を入力するｐｏｗｅｒ端子と及び接地するＧＮＤ端子とを備えている。直列に接続された抵抗Ｒ１とＲ２は、一方が整流ダイオードＤの出力側と接続され、他方が接地されていて、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧を分圧してＦＢ端子に供給する。電気的接続線Ｌｐは、整流ダイオードＤの出力側とｐｏｗｅｒ端子とを接続し、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧をステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電源として供給する。ＡＣアダプタＶ１０は、二次電池Ｖ１の代わりに携帯端末を駆動する場合や二次電池Ｖ１を充電する場合に、必要に応じてダイオードＤ１０を介してパワーインダクタＬの入力側に接続される。
【０００４】
次に、従来のステップＤＣ−ＤＣコンバータの動作について説明する。ここでは、二次電圧Ｖ１は例えばリチウムイオン電池であり、その出力電圧は４．１Ｖから３Ｖまで変化し、又、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧は５Ｖとする。
起動時、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１には電源が供給されず動作しない。したがって、パワートランジスタＱはオフされている。この時、二次電池Ｖ１の電圧はパワーインダクタＬ、整流ダイオードＤを介してコンデンサＣに供給される。これによりコンデンサＣは充電され、コンデンサＣの端子電圧がステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電圧まで達すると、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１は動作を開始する。ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１が動作を開始すると、Ｎｃｈ端子から制御電圧が出力されてパワートランジスタＱがスイッチングし、パワーインダクタＬには電流が流れ、逆起電力による高電圧が発生する。発生した高電圧は、整流ダイオードＤにより整流されてコンデンサＣへ供給され平滑される。これにより、二次電池Ｖ１の電圧は昇圧されて外部出力端子Ｖｏから出力される。
また、ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータＵ１は、ＦＢ端子に入力される電圧値が外部出力端子Ｖｏから出力される所定の電圧（例えば５Ｖ）に対応する電圧値となるようにＮｃｈ端子から出力する制御電圧を制御して、パワートランジスタＱをスイッチングさせるタイミングを調整する。これにより、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧は常に５Ｖに安定化される。なお、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１を外部出力端子Ｖｏへ出力する電圧、即ち二次電池Ｖ１を昇圧した電圧により動作させることで、Ｎｃｈから出力される制御電圧の電圧を高くして、パワートランジスタＱのスイッチング（オン）時の損失を少なくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のステップアップＤＣ−ＤＣコンバータでは、起動時、二次電池Ｖ１の電圧によりコンデンサＣを充電する際、パワーインダクタＬのインダクタ成分や抵抗成分により、充電遅延や充電電圧の低下が発生する。そのため、コンデンサＣがステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電圧まで充電されるまでに多くの時間がかかったり、あるいは動作電圧まで充分に充電されずに動作不良を起こすことがあった。また、コンデンサＣがステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電圧まで充電され、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１が動作を開始した場合でも、パワートランジスタＱのスイッチングによりコンデンサＣへの充電が一時的に中断されることにより、コンデンサＣが放電してステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１の動作電圧以下となり、同様に動作不良を起こすことがあった。このような動作不良は、コンデンサＣの充電容量が少ない場合や二次電池Ｖ１の電圧が低下した場合、あるいは外部出力端子Ｖｏの負荷が大きい場合に起こりやすい。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電圧源の電圧を高くすることなく起動時の動作不良を改善するステップアップＤＣ−ＤＣコンバータ及びこれを用いた携帯端末を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るステップアップＤＣ−ＤＣコンバータは、コンデンサと、入力側が電圧源に接続され、出力側が前記コンデンサに接続されたインダクタと、前記インダクタを介して前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第１の供給路と、前記インダクタを介さずに前記電圧源の電圧を前記コンデンサに供給するための第２の供給路と、前記コンデンサへ供給される電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記インダクタの出力側の電圧値が所定の電圧値に満たない場合、前記電圧源の電圧を、前記第１の供給路と前記第２の供給路の双方から前記コンデンサへ供給するように制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る携帯端末は、上記ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータを搭載したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態によるステップアップＤＣ−ＤＣコンバータを用いた携帯端末の電源回路のブロック図である。この図において、パワーインダクタＬ（インダクタ）、パワートランジスタＱ（スイッチング素子）、コンデンサＣ（コンデンサ）、電気的接続線Ｌｐ（電源供給回路）、二次電池Ｖ１（電圧源）、抵抗Ｒ１，Ｒ２、整流ダイオードＤ、ＡＣアダプタＶ１０（電圧源）及びダイオードＤ１０は、いずれも従来技術の構成（図２）と同一であり、同一符号を付して詳細な説明は省略する。なお、ＳＷ１はＡＣアダプタＶ１０を携帯端末の電源として用いる場合にオンするスイッチであり、一方、ＳＷ２は二次電池Ｖ１を携帯端末の電源として用いる場合にオンするスイッチである。ここでは、ＳＷ１＝オフ、ＳＷ２＝オンとし、携帯端末の通常の使用形態である二次電池Ｖ１を電源として用いる場合について説明する。
【００１１】
ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラ（制御手段）Ｕ１ａには、ｏｎ端子（制御開始端子）が設けられている点が従来のステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１と異なる。ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａはｏｎ端子に入力される信号に応じてＮｃｈ端子から制御電圧を出力するかどうかを制御する。例えば、ｏｎ端子に「Ｈｉ」に対応する電圧（例えば５Ｖ）が入力された場合は、Ｎｃｈ端子からはＦＢ端子の入力に応じたタイミングで制御電圧が出力され、他方、ｏｎ端子に「Ｌｏ」に対応する電圧（例えば０Ｖ）が入力された場合は、Ｎｃｈ端子から制御電圧は出力されない。
【００１２】
パススルーダイオードＤ１（パススルー回路）は、二次電池Ｖ１と整流ダイオードＤの出力側とを接続し、パワーインダクタＬを介さずに二次電池Ｖ１の電圧をコンデンサＣに供給する。
これにより、コンデンサＣはパワーインダクタスＬのインダクタンス成分や抵抗成分による充電遅延や充電電圧の低下等の影響を受けることなく、二次電池Ｖ１の電圧により速やかに充電される。
【００１３】
コンパレータＵ２（比較手段）は、２つの入力端子（＋，−）と１つの出力端子とを備え、入力端子「＋」が整流ダイオードＤの出力側と接続され、出力端子がステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａのｏｎ端子と接続されている。他方、入力端子「−」には所定の電圧値Ｖｓ（設定電圧値）が入力されている。コンパレータＵ２は入力端子「＋」に入力される電圧値と電圧値Ｖｓとを比較して、その比較結果に応じた電圧を出力する。例えば、入力端子「＋」に入力される電圧値の方が大きい場合は、出力端子から「Ｈｉ」に対応する電圧が出力される。
【００１４】
ここで、電圧値ＶｓはステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａが安定に動作する電圧値であり、パワートランジスタＱのスイッチングにより増大する電流にともなう二次電池Ｖ１の電圧低下、パススルーダイオードＤ１の電圧降下、外部出力端子Ｖｏに接続された外部負荷による電圧低下、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａの負荷による電圧低下等による、外部出力端子Ｖｏから出力される電圧値の低下を勘案して設定する。例えば、二次電池の終止電圧（例えば３．１Ｖ）より高く、且つステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａの最低動作電圧（例えば３．０Ｖ）より高い３．３Ｖに設定する。
【００１５】
以上のように構成することで、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａは、ｐｏｗｅｒ端子に供給される電圧が電圧値Ｖｓ以上の場合にＮｃｈ端子から制御電圧を出力してパワートランジスタＱをスイッチングする。これにより、ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａは、パワートランジスタＱのスイッチング等による電源電圧の低下の影響を受けることなく安定して動作することができる。他方、ｐｏｗｅｒ端子に供給される電圧値が電圧値Ｖｓに満たない場合はＮｃｈ端子から制御電圧は出力されず、パワートランジスタＱはスイッチングしない。これにより、二次電池Ｖ１の電圧はパススルーダイオードＤ１とパワーインダクタＬの双方からコンデンサＣへ供給されるので、コンデンサＣをステップアップＤＣ−ＤＣコントローラＵ１ａの動作電圧まで効率よく速やかに充電することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、電圧源とインダクタの出力側とを直接接続するパススルー回路を構成したことで、起動時に、平滑コンデンサはインダクタのインダクタ成分や抵抗成分による充電遅延や充電電圧の低下の影響を受けることなく電圧源の電圧に充電される。これにより、制御手段は平滑コンデンサに充電された電圧源の電圧により確実に起動することができ、ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータの起動時の信頼性が向上する。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、さらに、制御手段の電源に供給されるインダクタの出力側の電圧値と制御手段が安定動作を行うための設定電圧値と比較し、制御手段が比較結果に応じてスイッチング素子の動作を制御するための信号を出力するので、スイッチング素子の動作による電圧源の電圧低下の影響等を勘案して設定電圧値を設定することにより、制御手段は安定動作が可能な電源電圧が供給された場合にスイッチング素子の動作を制御する。これにより、制御手段はスイッチング素子の動作状態による影響を受けることなく安定に動作することができ、ステップアップＤＣ−ＤＣコンバータの動作の信頼性が向上する。また、設定電圧値を最適化することで、電圧源を最大限に利用して機器を動作させることができ、特に電池を使用した場合においてより効果的に動作時間の延長を図ることができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、携帯端末に請求項１又は請求項２に記載のステップアップＤＣ−ＤＣコンバータを搭載することで、電圧源の電圧を高くすることなく起動不良を改善することができる。これにより、二次電池の個数を増やしたり、大型の高出力電圧の二次電池を用いる必要がなくなり、端末の小型化や軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態によるステップアップＤＣ−ＤＣコンバータっを用いた携帯端末の電源回路を示すブロック図である。
【図２】  従来のステップアップＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｃ  平滑コンデンサ（コンデンサ）
Ｄ１  パススルーダイオード（パススルー回路）
Ｌ  パワーインダクタ（インダクタ）
Ｌｐ  電気的接続線（電源供給回路）
Ｑ  パワートランジスタ（スイッチング素子）
Ｕ１、Ｕ１ａ  ステップアップＤＣ−ＤＣコントローラ（制御手段）
Ｕ２  コンパレータ（比較手段）
Ｖ１  二次電池（電圧源）
【図１】
0004651861.tif 000002
【図２】
0004651861.tif 000003