(57)【要約】【課題】  使用する部品点数を削減し、ノイズの発生のない、且つ安定した出力電圧を出力するレギュレータ回路を実現する。【解決手段】  レギュレータ回路１は、昇降圧スイッチングレギュレータとして動作し、ＰＷＭａ３、ＰＷＭｂ４、スイッチング制御回路５、第１のコンパレータＣＯＭＰ１、第２のコンパレータＣＯＭＰ２、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、インダクタ（コイル）Ｌ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及び出力端子Ｏｕｔから構成されている。そして、レギュレータ回路１には、バッテリーからなる電源２から入力電圧Ｖｉｎが入力される。【選択図】  図１
2005117828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から電圧が供給され、入力電圧よりも降圧又は昇圧された電圧を出力電圧として出力するレギュレータ回路であって、
前記出力電圧側と接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第１の電位と第１の基準電位を入力し、前記第１の電位と前記第１の基準電位とを比較増幅する第１のコンパレータと、
前記入力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第２の電位と前記第１の電位を入力し、前記第１の電位と前記第２の電位とを比較増幅する第２のコンパレータと、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第１のパルス発生回路と、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第２のパルス発生回路と、
前記第２のコンパレータから出力される信号と前記第１及び第２のパルス発生回路から出力されるパルス信号を入力し、前記第２のコンパレータから出力される信号レベルに応じて、前記パルス信号を出力制御するスイッチング制御回路と、
前記第１のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第１のスイッチと、
前記第２のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第２のスイッチと、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するインダクタと、
前記第１のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するコンデンサと、
を具備し、
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチをオン・オフ動作させて前記インダクタ及び前記コンデンサの充放電により降圧動作し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオン・オフさせて前記インダクタの充放電により昇圧動作し、一定の電圧を出力することを特徴とするレギュレータ回路。
【請求項２】
前記第1のスイッチ、前記インダクタ、及び第1のダイオードは、前記入力電圧側と前記出力電圧側の間に縦続接続され、前記第２の電位を発生する抵抗は、前記入力電圧側と前記第１のスイッチの間に設けられ、第２のダイオードは、前記第１のスイッチ及び前記インダクタと、前記接地の間に設けられ、前記第２のスイッチは、前記インダクタ及び前記第１のダイオードと、前記接地の間に設けられ、前記コンデンサは、前記第１のダイオード及び前記出力電圧側と、前記接地の間に設けられ、前記第１の電位を発生する抵抗は、前記コンデンサ及び前記出力電圧側と、前記接地の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載のレギュレータ回路。
【請求項３】
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチをオン・オフ動作させることを特徴とする請求項１又は２記載のレギュレータ回路。
【請求項４】
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチのオン状態を保持し、前記第２のスイッチをオン・オフ動作させることを特徴とする請求項１又は２記載のレギュレータ回路。
【請求項５】
外部電源から電圧が供給され、入力電圧よりも降圧又は昇圧された電圧を出力電圧として出力するレギュレータ回路であって、
第１の出力電圧側と接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第１の電位と第１の基準電位を入力し、前記第１の電位と前記第１の基準電位とを比較増幅する第１のコンパレータと、
前記入力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第２の電位と前記第１の電位を入力し、前記第１の電位と前記第２の電位とを比較増幅する第２のコンパレータと、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第１のパルス発生回路と、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第２のパルス発生回路と、
前記第２のコンパレータから出力される信号と前記第１及び第２のパルス発生回路から出力されるパルス信号を入力し、前記第２のコンパレータから出力される信号レベルに応じて、前記パルス信号を出力制御するスイッチング制御回路と、
前記第１のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第１のスイッチと、
前記第２のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第２のスイッチと、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するインダクタと、
前記第１のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するコンデンサと、
比較回路と出力トランジスタから構成され、前記比較回路は、第２の出力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第３の電位と第２の基準電位を入力し、前記第３の電位と前記第２の基準電位とを比較増幅し、前記出力トランジスタは、前記第１の出力電位を電源として用い、前記比較回路から出力された信号により動作して出力電圧を出力し、この出力電圧は、前記抵抗分割された第３の電位として再度前記比較回路に入力される帰還ループ構造の増幅器と、
を具備し、
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチをオン・オフ動作させて前記インダクタ及び前記コンデンサの充放電により降圧動作し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオン・オフさせて前記インダクタの充放電により昇圧動作し、一定の電圧を前記第１の出力電圧として出力し、前記増幅回路は、前記第１の出力電圧を用い、前記第１の出力電圧よりも更に安定した前記第２の出力電圧を前記出力端子に出力することを特徴とするレギュレータ回路。
【請求項６】
前記第1のスイッチ、前記インダクタ、及び第1のダイオードは、前記入力電圧側と前記第１の出力電圧側の間に縦続接続され、前記第２の電位を発生する抵抗は、前記入力電圧側と前記第１のスイッチの間に設けられ、第２のダイオードは、前記第１のスイッチ及び前記インダクタと、前記接地の間に設けられ、前記第２のスイッチは、前記インダクタ及び前記第１のダイオードと、前記接地の間に設けられ、前記コンデンサは、前記第１のダイオード及び前記第１の出力電圧側と、前記接地の間に設けられ、前記第１の電位を発生する抵抗は、前記コンデンサ及び前記第１の出力電圧側と、前記接地の間に設けられ、前記増幅器は、前記第１の出力電圧側と第２の出力電圧側の間に設けられていることを特徴とする請求項５記載のレギュレータ回路。
【請求項７】
外部電源から電圧が供給され、入力電圧よりも降圧又は昇圧された電圧を出力電圧として出力するレギュレータ回路であって、
第１の出力電圧側と接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第１の電位と第１の基準電位を入力し、前記第１の電位と前記第１の基準電位とを比較増幅する第１のコンパレータと、
前記入力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第２の電位と前記第１の電位を入力し、前記第１の電位と前記第２の電位とを比較増幅する第２のコンパレータと、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第１のパルス発生回路と、
前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第２のパルス発生回路と、
前記第２のコンパレータから出力される信号と前記第１及び第２のパルス発生回路から出力されるパルス信号を入力し、前記第２のコンパレータから出力される信号レベルに応じて、前記パルス信号を出力制御するスイッチング制御回路と、
前記第１のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第１のスイッチと、
前記第２のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第２のスイッチと、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するインダクタと、
前記第１のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するコンデンサと、
比較回路と出力トランジスタから構成され、前記比較回路は、第２の出力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第３の電位と第２の基準電位を入力し、前記第３の電位と前記第２の基準電位とを比較増幅し、前記出力トランジスタは、前記第１の出力電位を電源として用い、前記比較回路から出力された信号により動作して出力電圧を出力し、この出力電圧は、前記抵抗分割された第３の電位として再度前記比較回路に入力される帰還ループ構造の増幅器と、
前記第２のコンパレータから出力された信号によりオン・オフ動作し、オン時に
第１の出力電位と前記増幅器を接続する第３のスイッチと、
を具備し、
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチをオン・オフ動作させて前記インダクタ及び前記コンデンサの充放電により降圧動作し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオン・オフさせて前記インダクタの充放電により昇圧動作し、一定の電圧を前記第１の出力電圧として出力し、前記増幅回路は、前記第１の出力電圧を用い、前記第１の出力電圧よりも更に安定した前記第２の出力電圧を前記出力端子に出力することを特徴とするレギュレータ回路。
【請求項８】
前記第1のスイッチ、前記インダクタ、及び第1のダイオードは、前記入力電圧側と前記第１の出力電圧側の間に縦続接続され、前記第２の電位を発生する抵抗は、前記入力電圧側と前記第１のスイッチの間に設けられ、第２のダイオードは、前記第１のスイッチ及び前記インダクタと、前記接地の間に設けられ、前記第２のスイッチは、前記インダクタ及び前記第１のダイオードと、前記接地の間に設けられ、前記コンデンサは、前記第１のダイオード及び前記第１の出力電圧側と、前記接地の間に設けられ、前記第１の電位を発生する抵抗は、前記コンデンサ及び前記第１の出力電圧側と、前記接地の間に設けられ、前記第３のスイッチ及び増幅器は、前記第１の出力電圧側と第２の出力電圧側に縦続接続されていることを特徴とする請求項７記載のレギュレータ回路。
【請求項９】
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が所定の前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第２のコンパレータから出力された信号により前記第３のスイッチをオフさせて前記第２の出力電圧を出力しないことを特徴とする請求項７又は８記載のレギュレータ回路。
【請求項１０】
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン・オフ動作させることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項記載のレギュレータ回路。
【請求項１１】
前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチのオン状態を保持し、前記第２のスイッチをオン・オフ動作させることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項記載のレギュレータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に係わり、特に、使用する部品点数を削減し、ノイズの発生を十分低減し、且つ安定した出力電圧を出力するレギュレータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーを電源として使用する各種機器に用いられる電源回路において、高出力が要求される分野では、特に高効率動作が要求されている。この要求に対して、バッテリーから入力される入力電圧が出力電圧よりも高い場合には高効率に降圧し、バッテリーが消費され、バッテリーから入力される入力電圧が出力電圧よりも低い場合には高効率に昇圧する昇降圧型スイッチングレギュレータが電源回路として用いられている。
【０００３】
この種の昇降圧型スイッチングレギュレータとしては、図７に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図７は、レギュレータ回路を示す回路構成図、図８はレギュレータ制御回路の構成図である。
【０００４】
図７に示すように、この特許文献１に開示されたレギュレータ回路１００は、電圧検出回路１０３、ＳＰＤＴ（Single  Pole  Double  Throw）スイッチＳＷ１００、降圧レギュレータ部１２１、昇圧レギュレータ部１２２、コンデンサＣ１０２、負荷抵抗１０６、及び出力端子Ｏｕｔから構成されている。そして、レギュレータ回路１００には、バッテリーからなる電源１０２から入力電圧Ｖｉｎが入力される。
【０００５】
電圧検出回路１０３は、入力電圧Ｖｉｎを入力し、入力電圧Ｖｉｎと出力設定電圧とを比較し、入力電圧Ｖｉｎの大きさにより電源１０２と、降圧レギュレータ部１２１或いは昇圧レギュレータ部１２２との接続を行なうかの選択信号をＳＰＤＴスイッチＳＷ１００に出力する。
【０００６】
ＳＰＤＴスイッチＳＷ１００は、入力電圧Ｖｉｎが出力設定電圧よりも高い場合には電源１０２と降圧レギュレータ部１２１とを接続し、入力電圧Ｖｉｎが出力設定電圧よりも低い場合には電源１０２と昇圧レギュレータ部１２２とを接続する。
【０００７】
降圧レギュレータ部１２１は、降圧用レギュレータ制御回路１０４、第1のスイッチＳＷ１０１、ダイオードＤ１００、インダクタ（コイル）Ｌ１００、及びコンデンサＣ１００から構成されている。
【０００８】
そして、第1のスイッチＳＷ１０１及びインダクタＬ１００は、ＳＰＤＴスイッチ１００と出力電圧Ｖｏｕｔ側との間に縦続接続されている。降圧用レギュレータ制御回路１０４は、入力電圧Ｖｉｎを入力し、出力信号を第1のスイッチＳＷ１０１に出力する。第1のスイッチＳＷ１０１は、降圧用レギュレータ制御回路１０４から出力された出力信号を入力し、この信号によりオン・オフ動作する。ダイオードＤ１００は、第1のスイッチＳＷ１０１及びインダクタＬ１００の間と、接地１１０との間に設けられ、コンデンサＣ１００は、インダクタＬ１００及び出力電圧Ｖｏｕｔ側との間と、接地１１０との間に設けられている。
【０００９】
一方、昇圧レギュレータ部１２２は、昇圧用レギュレータ制御回路１０５、第２のスイッチＳＷ１０２、インダクタＬ１０１、ダイオードＤ１０１、及びコンデンサＣ１０１から構成されている。
【００１０】
そして、インダクタＬ１０１及びダイオードＤ１０１は、ＳＰＤＴスイッチ１００と出力電圧Ｖｏｕｔ側との間に縦続接続されている。昇圧用レギュレータ制御回路１０５は、入力電圧Ｖｉｎを入力し、出力信号を第２のスイッチＳＷ１０２に出力する。第２のスイッチＳＷ１０２は、インダクタＬ１０１及びダイオードＤ１０１の間と、接地１１０との間に設けられ、昇圧用レギュレータ制御回路１０５から出力された出力信号を入力し、この信号によりオン・オフ動作する。コンデンサＣ１０１は、ダイオードＤ１０１及び出力電圧Ｖｏｕｔ側との間と、接地１１０との間に設けられている。
【００１１】
図８に示すように、レギュレータ制御回路は、降圧用レギュレータ制御回路１０４、及び昇圧用レギュレータ制御回路１０５に用いられ、三角波発生回路１０７、比較回路１０８、コンパレータＣＯＭＰ、及び抵抗Ｒ１０１、１０２から構成されている。
【００１２】
そして、コンパレータＣＯＭＰは、出力電圧Ｖｏｕｔ側と接地１１０の間に設けられた抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２によって抵抗分割された電位Ｖａと、基準電位Ｖｒｅｆを入力し、電位Ｖａと基準電位Ｖｒｅｆとを比較増幅し、この信号を比較回路１０８に送信する。一方、三角波発生回路１０７は、三角波を発生し、この信号を比較回路１０８に送信する。
【００１３】
比較回路１０８は、コンパレータＣＯＭＰから出力された出力信号と、三角波発生回路１０７から出力された出力信号とを比較し、信号レベル差の大小によりパルス幅の異なるパルス信号を発生し、この信号をスイッチ（第１のスイッチＳＷ１０１或いは第２のスイッチＳＷ１０２）に送信する。
【００１４】
ここで、降圧レギュレータ部１２１は、パルス幅が異なるパルス信号をスイッチＳＷ１０１に入力し、スイッチＳＷ１０１をオン・オフさせる。そして、このオン・オフ動作によりインダクタＬ１００及びコンデンサＣ１００からなるＬＣ回路に断続された直流電圧が入力され、充放電現象によりこの断続された直流電圧が入力電圧Ｖｉｎより低い、連続した直流電圧としてコンデンサＣ１０２、負荷抵抗１０６を介して出力され、出力端子Ｏｕｔに入力される。
【００１５】
一方、昇圧レギュレータ部１２２は、まず、インダクタＬ１０１に電流を流し、インダクタＬ１０１を充電する。そして、スイッチＳＷ１０２がオンするとインダクタＬ１０１に流れる電流が増加しエネルギーが蓄えられ、スイッチＳＷ１０２がオフするとインダクタＬ１０１に充電されたエネルギーを放電し、入力電圧Ｖｉｎより高い直流電圧が連続した直流電圧としてコンデンサＣ１０２、負荷抵抗１０６を介して出力され、出力端子Ｏｕｔに入力される。
【特許文献１】特開２００３−１８００７２号公報（頁８、図１１及び図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したレギュレータ回路においては、降圧レギュレータ部１２１及び昇圧レギュレータ部１２２にインダクタ、コンデンサ等の回路部品がそれぞれ設けられ、降圧及び昇圧動作選択用スイッチが設けられているので回路が大規模になるという問題点がある。
【００１７】
更に、降圧及び昇圧動作選択用スイッチをオン・オフさせてから、降圧レギュレータ部１２１及び昇圧レギュレータ部１２２のスイッチをそれぞれオン・オフさせているので周波数多重されたノイズが発生するという問題点がある。
【００１８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、使用する部品点数を削減し、ノイズの発生を十分低減し、且つ安定した出力電圧を出力するレギュレータ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様のレギュレータ回路は、外部電源から電圧が供給され、入力電圧よりも降圧又は昇圧された電圧を出力電圧として出力するレギュレータ回路であって、前記出力電圧側と接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第１の電位と第１の基準電位を入力し、前記第１の電位と前記第１の基準電位とを比較増幅する第１のコンパレータと、前記入力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第２の電位と前記第１の電位を入力し、前記第１の電位と前記第２の電位とを比較増幅する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第１のパルス発生回路と、前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第２のパルス発生回路と、前記第２のコンパレータから出力される信号と前記第１及び第２のパルス発生回路から出力されるパルス信号を入力し、前記第２のコンパレータから出力される信号レベルに応じて、前記パルス信号を出力制御するスイッチング制御回路と、前記第１のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第１のスイッチと、前記第２のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第２のスイッチと、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するインダクタと、前記第１のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するコンデンサとを具備し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチをオン・オフ動作させて前記インダクタ及び前記コンデンサの充放電により降圧動作し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオン・オフさせて前記インダクタの充放電により昇圧動作し、一定の電圧を出力することを特徴とする。
【００２０】
更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様のレギュレータ回路は、外部電源から電圧が供給され、入力電圧よりも降圧又は昇圧された電圧を出力電圧として出力するレギュレータ回路であって、第１の出力電圧側と接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第１の電位と第１の基準電位を入力し、前記第１の電位と前記第１の基準電位とを比較増幅する第１のコンパレータと、前記入力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第２の電位と前記第１の電位を入力し、前記第１の電位と前記第２の電位とを比較増幅する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第１のパルス発生回路と、前記第１のコンパレータから出力される信号を入力し、この信号によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する第２のパルス発生回路と、前記第２のコンパレータから出力される信号と前記第１及び第２のパルス発生回路から出力されるパルス信号を入力し、前記第２のコンパレータから出力される信号レベルに応じて、前記パルス信号を出力制御するスイッチング制御回路と、前記第１のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第１のスイッチと、前記第２のパルス発生回路から出力され、前記スイッチング制御回路により出力制御された前記パルス信号をゲートに入力し，オン・オフ動作する第２のスイッチと、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するインダクタと、前記第１のスイッチのオン・オフ動作により、エネルギーを蓄積又は放出するコンデンサと、比較回路と出力トランジスタから構成され、前記比較回路は、第２の出力電圧側と前記接地の間に設けられた抵抗によって抵抗分割された第３の電位と第２の基準電位を入力し、前記第３の電位と前記第２の基準電位とを比較増幅し、前記出力トランジスタは、前記第１の出力電位を電源として用い、前記比較回路から出力された信号により動作して出力電圧を出力し、この出力電圧は、前記抵抗分割された第３の電位として再度前記比較回路に入力される帰還ループ構造の増幅器とを具備し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よ
りも大きい場合には、前記第１のスイッチをオン・オフ動作させて前記インダクタ及び前記コンデンサの充放電により降圧動作し、前記入力電圧と前記レギュレータ回路内部の電圧降下分の和が前記第１の出力電圧よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオン・オフさせて前記インダクタの充放電により昇圧動作し、一定の電圧を前記第１の出力電圧として出力し、前記増幅回路は、前記第１の出力電圧を用い、前記第１の出力電圧よりも更に安定した前記第２の出力電圧を前記出力端子に出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、使用する部品点数を削減し、ノイズの発生を十分低減し、且つ安定した出力電圧を出力するレギュレータ回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２３】
まず、本発明の実施例１に係わるレギュレータ回路について、図面を参照して説明する。図１はレギュレータ回路を示す回路構成図である。
【００２４】
図１に示すようにレギュレータ回路１は、昇降圧スイッチングレギュレータとして動作し、第１のパルス発生回路３、第２のパルス発生回路４、スイッチング制御回路５、第１のコンパレータＣＯＭＰ１、第２のコンパレータＣＯＭＰ２、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、インダクタ（コイル）Ｌ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及び出力端子Ｏｕｔから構成されている。そして、レギュレータ回路１には、バッテリーからなる電源２から入力電圧Ｖｉｎが入力される。
【００２５】
第１のコンパレータＣＯＭＰ１は、出力電圧Ｖｏｕｔ側と接地６の間に設けられた抵抗Ｒ３、Ｒ４によって抵抗分割された第１の電位Ｖａ１と、第１の基準電位Ｖｒｅｆ１を入力し、第１の電位Ｖａ１と第１の基準電位Ｖｒｅｆ１とを比較増幅し、比較増幅された信号を第１のパルス発生回路及び第２のパルス発生回路４に送信する。
【００２６】
第１のパルス発生回路３及び第２のパルス発生回路４は、スイッチのゲートにパルス信号を送信するパルス発生回路として機能し、三角波発生回路と比較回路からなる。比較回路は、三角波発生回路から発生した信号と、第１のコンパレータＣＯＭＰ１から出力された信号とを比較し、信号レベル差の大小によりパルス幅の異なるパルス信号を発生する。そして、第１のパルス発生回路３及び第２のパルス発生回路４は、このパルス信号をスイッチング制御回路５に送信する。ここで、第１のパルス発生回路３は降圧及び昇圧用、第２のパルス発生回路４は昇圧用として用いられる。なお、第１のパルス発生回路３及び第２のパルス発生回路４の代わりに、外部から入力されたパルス信号により降圧又は昇圧パルス信号を発生する簡易型パルス発生回路等を用いてもよい。
【００２７】
第２のコンパレータＣＯＭＰ２は、出力電圧Ｖｏｕｔ側と接地６の間に設けられた抵抗Ｒ３、Ｒ４によって抵抗分割された第１の電位Ｖａ１と、入力電圧Ｖｉｎ側と接地６の間に設けられた抵抗Ｒ１、Ｒ２によって抵抗分割された第２の電位Ｖａ２を入力し、第１の電位Ｖａ１と第２の電位Ｖａ２との電圧レベル差を比較増幅し、比較増幅された信号をスイッチング制御回路５に送信する。
【００２８】
スイッチング制御回路５は、第１のパルス発生回路３及び第２のパルス発生回路４から出力されたパルス信号及び第２のコンパレータＣＯＭＰ２から出力された信号を入力し、第２のコンパレータから出力された信号レベルに応じて、レギュレータ回路１の降圧或いは昇圧動作に合わせて最適なパルス信号を第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２に送信する。
【００２９】
インダクタＬ１及びダイオードＤ２は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３の間に縦続接続されている。第１のスイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の間に設けられ、スイッチング制御回路５から出力されたパルス信号を入力し、降圧及び昇圧用として動作する。一方、第２のスイッチＳＷ２は、インダクタＬ１及びダイオードＤ２と、接地６の間に設けられ、スイッチング制御回路５から出力されたパルス信号を入力し、昇圧用として動作する。コンデンサＣ１は、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ３と、接地６の間に設けられている。
【００３０】
次に、レギュレータ回路１の動作について入力電圧Ｖｉｎとレギュレータ回路内部の電圧降下分の和が出力電圧Ｖｏｕｔよりも大きい場合（Ａ領域と表記）と、入力電圧Ｖｉｎとレギュレータ回路内部の電圧降下分の和が出力電圧Ｖｏｕｔよりも小さい場合（Ｂ領域と表記）とに分けて図を用いて説明する。
【００３１】
図２はレギュレータ回路のスイッチに入力されるパルス信号波形図であり、図２（ａ）は第１のスイッチに入力されるパルス信号波形図、図２（ｂ）は第２のスイッチに入力されるパルス信号波形図、図３はレギュレータ回路に入力される入力電圧及び出力される出力電圧波形図である。
【００３２】
図２に示すように、入力電圧Ｖｉｎとレギュレータ回路内部の電圧降下分の和が出力電圧Ｖｏｕｔよりも大きいＡ領域（Ｖｉｎ＋α＞Ｖｏｕｔと表記）では、第１のスイッチＳＷ１がスイッチング制御回路５から出力されたパルス信号を入力してオン・オフ動作をする。ここで、入力電圧Ｖｉｎが大きい場合、例えば車載用に用いられるバッテリーからなる電源２が高電圧１４Ｖの時、第１のパルス発生回路３から出力され、第１のスイッチＳＷ１に入力されるパルス信号は、パルス幅が大きく、且つパルス信号の数が粗である。そして、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔ（車載用では３．３Ｖ又は５Ｖ）に近くなると、第１のパルス発生回路３から出力され、第１のスイッチＳＷ１に入力されるパルス信号は、パルス幅が小さくなり、且つパルス信号の数が密になる。
【００３３】
レギュレータ回路１では、第１のスイッチＳＷ１のオン・オフ動作により、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣ回路に断続された直流電圧が入力され、充放電現象によりこの断続された直流電圧が、入力電圧Ｖｉｎより低い連続した直流電圧として出力される。
【００３４】
この時、レギュレータ回路１から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝｛Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｆｆ１）｝×Ｖｉｎ・・・・・・・式（１）
で表される。ここで、Ｔｏｎ１は第１のスイッチＳＷ１がオンしている時間、Ｔｏｆｆ１は第１のスイッチがオフしている時間である。上記式（１）からわかるように、Ｄｕｔｙ比｛Ｔｏｎ１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｆｆ１）｝を変えることにより出力電圧Ｖｏｕｔをコントロールできる。
【００３５】
一方、入力電圧Ｖｉｎとレギュレータ回路内部の電圧降下分の和が出力電圧Ｖｏｕｔよりも小さいＢ領域（Ｖｉｎ+α≦Ｖｏｕｔと表記）では、第１のスイッチＳＷ１及び第２のスイッチＳＷ２がスイッチング制御回路５から出力されたパルス信号を入力してそれぞれオン・オフ動作をする。ここで、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧の差が小さい場合、第１のパルス発生回路３から出力され、第１のスイッチＳＷ１に入力されるパルス信号及び第２のパルス発生回路４から出力され、第２のスイッチＳＷ２に入力されるパルス信号は、パルス幅が小さく、且つパルス信号の数は粗である。そして、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧の差が大きくなると、第１のパルス発生回路３から出力され、第１のスイッチＳＷ１に入力されるパルス信号及び第２のパルス発生回路４から出力され、第２のスイッチＳＷ２に入力されるパルス信号は、パルス幅が大きくなり、且つパルス信号の数は密になる。
【００３６】
レギュレータ回路１では、第1のスイッチＳＷ１がオンすると、インダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１が充電される。そして、第２のスイッチＳＷ２がオンするとインダクタＬ１に流れる電流が増加しエネルギーが蓄えられ、第２のスイッチＳＷ２がオフするとインダクタＬ１に充電されたエネルギーを放電し、入力電圧Ｖｉｎよりも高い直流電圧が、連続した直流電圧（Ｖｏｕｔ）として出力される。
【００３７】
この時、レギュレータ回路１から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝｛（Ｔｏｎ２＋Ｔｏｆｆ２）／Ｔｏｆｆ２｝×Ｖｉｎ・・・・・式（２）
で表される。ここで、Ｔｏｎ２は第２のスイッチＳＷ２がオンしている時間、Ｔｏｆｆ２は第２のスイッチＳＷ２がオフしている時間である。上記式（２）からわかるように、｛（Ｔｏｎ２＋Ｔｏｆｆ２）／Ｔｏｆｆ２｝を変えることにより出力電圧Ｖｏｕｔをコントロールできる。
【００３８】
図３に示すように、レギュレータ回路１から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎの大きさによらず一定な値が出力されている。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔにリップルが若干発生しているが、スイッチング周波数及びインダクタＬ１の値を最適化しているので、出力電圧Ｖｏｕｔに比較してリップルのレベルを低減させている。
【００３９】
上述したように、本実施例のレギュレータ回路では、スイッチの数を３から２へ、インダクタの数を２から１へ、コンデンサの数を２から１へ削減しているので、従来よりも回路規模を小さくできる。従って、レギュレータ回路を内蔵する機器のコストを低減できる。
【００４０】
また、降圧、昇圧動作時にスイッチをそれぞれ独立に動作させているので、周波数多重されたノイズが発生しない。
【００４１】
そして、降圧、昇圧動作にスイッチングレギュレータを用いているので、バッテリーからなる電源から供給される入力電圧Ｖｉｎの大小によらず高効率動作する。
【００４２】
更に、降圧、昇圧動作に合わせて最適なパルス信号がスイッチに入力されて降圧、昇圧動作をしているので、安定した出力電圧を出力できる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明の実施例２に係わるレギュレータ回路について、図面を参照して説明する。図４はレギュレータ路を示す回路構成図、図５はレギュレータ回路に入力される入力電圧及び出力される出力電圧波形図である。
【００４４】
以下、本実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【００４５】
図４に示すように、レギュレータ回路１ａは、昇降圧スイッチングレギュレータ１０とシリーズレギュレータ７から構成されている。そして、レギュレータ回路１ａには、バッテリーからなる電源２から入力電圧Ｖｉｎが入力される。
【００４６】
昇降圧スイッチングレギュレータ１０は、第1のパルス発生回路３、第２のパルス発生回路４、スイッチング制御回路５、第１のコンパレータＣＯＭＰ１、第２のコンパレータＣＯＭＰ２、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、インダクタ（コイル）Ｌ１、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４から構成され、図１に示すレギュレータ回路１と同一回路構成である。
【００４７】
シリーズレギュレータ７は、出力電圧Ｖｏｕｔを負荷電流の大きさにかかわらず一定に制御するものであり、増幅器ＡＭＰ、抵抗Ｒ５、Ｒ６、及び出力端子Ｏｕｔから構成されている。
【００４８】
増幅器ＡＭＰは、比較回路及び出力トランジスタからなり、比較回路は、第２の基準電位Ｖｒｅｆ２と、第２の出力電圧Ｖｏｕｔ２側と接地６の間に設けられた抵抗Ｒ５、Ｒ６によって抵抗分割された第３の電位Ｖａ３を入力し、第２の基準電位Ｖｒｅｆ２と第３の電位Ｖａ３とを比較増幅し、この信号を出力トランジスタに送信する。
【００４９】
出力トランジスタは、電源に昇降圧スイッチングレギュレータ１０から出力された第１の出力電圧Ｖｏｕｔ１を用い、比較回路から出力された信号により動作して第２の出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。そして、出力された第２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、抵抗分割された第３の電位Ｖａ３として再度比較回路に入力される。この帰還ループにより、シリーズレギュレータ７から一定の電圧が発生し、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子Ｏｕｔに出力される。
【００５０】
図５に示したように、レギュレータ回路１ａから出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎの大きさによらずリップルの発生のない、且つ一定な値が出力されている。そして、昇降圧スイッチングレギュレータ１０から出力された第１の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、シリーズレギュレータ７から出力された第２の出力電圧Ｖｏｕｔ２との電位差は非常に小さいので、シリーズレギュレータ７での効率低下を十分抑制できる。
【００５１】
上述したように、本実施例のレギュレータ回路では、昇降圧スイッチングレギュレータ１０の出力部分にシリーズレギュレータ７を設けているので、実施例１による効果の他に、出力電圧のリップルをなくすことができる。
【００５２】
更に、シリーズレギュレータ７が高効率動作するので、実施例１と同様に高効率動作する。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３に係わるレギュレータ回路について、図面を参照して説明する。図６はレギュレータ回路を示す回路構成図である。
【００５４】
以下、本実施例において、実施例２と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【００５５】
図６に示すように、レギュレータ回路１ｂは、昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａ、シリーズレギュレータ７、負荷抵抗８、及び第３のスイッチＳＷ３から構成されている。そして、レギュレータ回路１ｂには、バッテリーからなる電源２から入力電圧Ｖｉｎが入力される。
【００５６】
昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａは、第１のパルス発生回路３、第２のパルス発生回路４、スイッチング制御回路５、第１のコンパレータＣＯＭＰ１、第２のコンパレータＣＯＭＰ２、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、インダクタ（コイル）Ｌ１、及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４から構成されている。
【００５７】
負荷抵抗８及び第３のスイッチＳＷ３は、昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａの第１の出力電圧Ｖｏｕｔ１側と増幅器ＡＭＰの間に縦続接続されている。
【００５８】
昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａから出力された第１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、負荷抵抗８を介して第３のスイッチＳＷ３に入力され、第２のコンパレータＣＯＭＰ２から出力された信号によりオン・オフ動作する。
【００５９】
なお、昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａは、第２のコンパレータＣＯＭＰ２から出力された信号が第３のスイッチＳＷ３に入力する部分を除いて、図４に示す昇降圧スイッチングレギュレータ１０と同じ回路構成である。
【００６０】
上述したように、本実施例のレギュレータ回路では、実施例２による効果と他に、昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａとシリーズレギュレータ７の間に、第２のコンパレータＣＯＭＰ２から出力される信号によりオン・オフ動作をする第３のスイッチＳＷ３を設けているので、昇降圧スイッチングレギュレータ１０ａの出力電圧が所定の電圧値に到達するまで、負荷を低減する。従って、電源の立ち上がり速度を改善することができる。
【００６１】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。
【００６２】
例えば、上記実施例では、Ｖｉｎ＋α≦ＶｏｕｔのＢ領域で第1のスイッチＳＷ１及び第２のスイッチＳＷ２をオン・オフして昇圧動作しているが、第1のスイッチＳＷ１をオンしたままで第２のスイッチＳＷ２をオン・オフして昇圧動作してもよい。第1のスイッチＳＷ１をオン状態を維持させる方法としては、コンパレータＣＯＭＰ２から出力された信号により、スイッチング制御回路５が第１のスイッチＳＷ１を常時オンさせる制御信号を送信すればよい。
【００６３】
更に、上記実施例では、レギュレータ回路を車載用に用いているが、オーディオ・携帯分野等のＩＣ、ＬＳＩ内部に設けられたＤＤコンバータとして用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係わるレギュレータ回路を示す回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係わるレギュレータ回路のスイッチに入力されるパルス信号波形図。
【図３】本発明の実施例１に係わるレギュレータ回路に入力される入力電圧及び出力される出力電圧波形図。
【図４】本発明の実施例２に係わるレギュレータ回路を示す回路構成図。
【図５】本発明の実施例２に係わるレギュレータ回路に入力される入力電圧及び出力される出力電圧波形図。
【図６】本発明の実施例３に係わるレギュレータ回路を示す回路構成図。
【図７】従来のレギュレータ回路を示す回路構成図。
【図８】従来のレギュレータ制御回路を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００６５】
１、 １ａ、１ｂ、１００  レギュレータ回路
２、１０２  電源（バッテリー）
３  第1のパルス発生回路
４  第２のパルス発生回路
５  スイッチング制御回路
６、１１０  接地
７  シリーズレギュレータ
８、１０６  負荷抵抗
１０、１０ａ  昇降圧スイッチングレギュレータ
１０３  電圧検出回路
１０４  降圧用レギュレータ制御回路
１０５  昇圧用レギュレータ制御回路
１０７  三角波発生回路
１０８  比較回路
１０９  出力電圧
１２１  降圧用レギュレータ部
１２２  昇圧用レギュレータ部
ＡＭＰ  増幅器
Ｃ１、Ｃ１００、Ｃ１０１、Ｃ１０２  コンデンサ
ＣＯＭＰ  コンパレータ
ＣＯＭＰ１  第１のコンパレータ
ＣＯＭＰ２  第２のコンパレータ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１００、Ｄ１０１  ダイオード
Ｌ１、Ｌ１００、Ｌ１０１  インダクタ（コイル）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ１０１、Ｒ１０２  抵抗
Ｏｕｔ  出力端子
ＳＷ１、ＳＷ１０１  第１のスイッチ
ＳＷ２、ＳＷ１０２  第２のスイッチ
ＳＷ３  第３のスイッチ
ＳＷ１００  ＳＰＤＴスイッチ
Ｖａ  電位
Ｖａ１  第1の電位
Ｖａ２  第２の電位
Ｖａ３  第３の電位
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｒｅｆ  基準電位
Ｖｒｅｆ１  第１の基準電位
Ｖｒｅｆ２  第２の基準電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｖｏｕｔ１  第１の出力電圧
Ｖｏｕｔ２  第２の出力電圧
【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】
2005117828.tif 000009
【図８】
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