JP4591887B2 - 電源装置、および携帯機器 - Google Patents

Description

本発明は、コイルを用いたスイッチング型の電源回路を用いて、電源電圧から変換された正出力電圧とともに、負出力電圧をも発生する電源装置、及び正電圧と負電圧を用いる負荷を有する携帯機器に関する。

従来から、電源電圧と異なる電圧を発生するための直流−直流コンバータとして、コイルを用いたスイッチング電源装置が用いられている。このスイッチング電源装置は、例えば昇圧型の場合には、直流電源電圧からコイルに流す電流をスイッチによりオン・オフして高電圧を得て、この高電圧を整流し平滑して、昇圧された正極性の出力電圧を得ている。

そして、このスイッチング電源装置に、極性反転型出力回路を組み合わせて、正出力電圧とともに、負極性の負出力電圧も出力させるようにしたものが提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１のものでは、負出力電圧のレベルは、正出力電圧のレベルに応じた電圧レベルになる。したがって、特許文献１のものでは、所定レベルの正出力電圧を出力すると、負出力電圧のレベルは自動的に決定されるから、任意レベルの負出力電圧を得ることが出来ない。

また、引用文献１のものでは、電圧調整回路を用いれば、負出力電圧を所定の電圧レベルに調整することはできるが、その調整される電圧が大きい場合には電力損失が大きくなってしまう、という問題がある。
特開平１０−２７１８１５号公報

そこで、本発明は、電源電圧から変換された正出力電圧とともに負出力電圧も発生するスイッチング型の電源装置において、電源電圧から変換された正出力電圧とともに、所定レベルの負出力電圧を効率よく発生する電源装置を提供することを目的とする。

また、電源電圧を供給する電池電源と、その電源電圧から変換された正出力電圧と負出力電圧を発生するスイッチング型の電源装置と、正及び負電圧を使用する負荷装置とを備えた、携帯機器を提供することを目的とする。

本明細書中に開示されている第１の構成の電源装置は、コイルＬ１、このコイルと直列に接続され、電源電圧Ｖｂａｔが印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスイッチングするスイッチＱ１、前記コイルと前記スイッチとの直列接続点Ａの電圧を整流し平滑し、正出力電圧Ｖｐとして出力する整流平滑回路Ｄ１，Ｃ１、前記正出力電圧に応じた検出電圧Ｖｄｅｔ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように前記スイッチのオンオフスイッチングを行う制御回路１３、を有するスイッチング電源回路７０と、
前記コイルと前記スイッチとの接続点Ａと前記電源電圧点との間に接続され、前記正出力電圧Ｖｐと前記電源電圧Ｖｂａｔとに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎを発生するための負出力電圧発生回路８０と、を備えることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第２の構成の電源装置は、上記第１の構成の電源装置において、前記負出力電圧発生回路８０は、一端が前記コイルＬ１と前記スイッチＱ１との接続点に接続された第２コンデンサＣ２と、この第２コンデンサＣ２と第２ダイオードＤ２と第３コンデンサＣ３とが前記第２ダイオードのカソードが前記第２コンデンサの他端に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スイッチに並列に接続するとともに、第３ダイオードＤ３のアノードが前記第２ダイオードと前記第２コンデンサとの接続点に接続され、前記第３ダイオードのカソードが前記電源電圧点側に接続され、前記第３コンデンサの充電電圧を前記負出力電圧として出力する、ことを特徴とする。

本明細書中に開示されている第３の構成の電源装置は、上記第２の構成の電源装置において、前記第３ダイオードのカソードと前記電源電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための電圧制御用トランジスタ２１が設けられていることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第４の構成の電源装置は、上記第３の構成の電源装置において、前記電圧制御用トランジスタ２１は、前記第３ダイオードＤ３のカソード側電圧が前記正出力電圧Ｖｐより所定電圧だけ低くなるように制御されることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第５の構成の電源装置は、上記第３の構成の電源装置において、前記電圧制御用トランジスタ２１は、前記負出力電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第６の構成の電源装置は、コイルＬ１、このコイルと直列に接続され、電源電圧Ｖｂａｔが印加される電源電圧点から前記コイルへの通電をスイッチングするスイッチＱ１、前記コイルと前記スイッチとの直列接続点Ａの電圧を整流し平滑し、正出力電圧Ｖｐとして出力する整流平滑回路Ｄ１，Ｃ１、前記正出力電圧に応じた検出電圧Ｖｄｅｔ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように前記スイッチのオンオフスイッチングを行う制御回路１３、を有するスイッチング電源回路７０と、
前記コイルと前記スイッチとの接続点Ａと前記電源電圧点もしくは基準電圧点（例、グランド）との間に切替スイッチ回路２３、２４を介して切替可能に接続され、前記正出力電圧Ｖｐと前記電源電圧Ｖｂａｔもしくは基準電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎを発生するための負出力電圧発生回路８０と、を備えることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第７の構成の電源装置は、上記第６の構成の電源装置において、前記負出力電圧発生回路８０は、一端が前記コイルＬ１と前記スイッチＱ１との接続点に接続された第２コンデンサＣ２と、この第２コンデンサＣ２と第２ダイオードＤ２と第３コンデンサＣ３とが前記第２ダイオードのカソードが前記第２コンデンサの他端に接続されるようにこの順序で直列に接続した直列回路を、前記スイッチに並列に接続するとともに、第３ダイオードＤ３のアノードが前記第２ダイオードと前記第２コンデンサとの接続点に接続され、前記第３ダイオードのカソードが前記切替スイッチ回路を介して前記電源電圧点もしくは基準電圧点に接続され、前記第３コンデンサの充電電圧を前記負出力電圧として出力する、ことを特徴とする。

本明細書中に開示されている第８の構成の電源装置は、上記第７の構成の電源装置において、前記第３ダイオードのカソードと前記電源電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための第１電圧制御用トランジスタ２１が設けられ、且つ前記第３ダイオードのカソードと前記基準電圧点との間に、前記負出力電圧のレベルを制御するための第２電圧制御用トランジスタ２２が設けられていることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第９の構成の電源装置は、上記第８の構成の電源装置において、前記第１電圧制御用トランジスタ２１及び前記第２電圧制御用トランジスタ２２は、前記第３ダイオードＤ３のカソード側電圧が前記正出力電圧Ｖｐより所定電圧だけ低くなるように制御されることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第１０の構成の電源装置は、上記第８の構成の電源装置において、前記第１電圧制御用トランジスタ２１及び前記第２電圧制御用トランジスタ２２は、前記第３コンデンサＣ３の充電電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように制御されることを特徴とする。

本明細書中に開示されている第１１の構成の携帯機器は、電源電圧Ｖｂａｔを供給する電池電源ＢＡＴと、その電源電圧から変換された正出力電圧Ｖｐと負出力電圧Ｖｎを発生する上記第１〜第１０いずれかの構成の電源装置と、前記正出力電圧及び負出力電圧を使用する負荷装置と、該負荷装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コイルを用いたスイッチング型電源回路によって、電源電圧から変換された所定の正出力電圧を発生する。それとともに、コイルとスイッチとの接続点と電源電圧点との間に負出力電圧発生回路を設けて、正出力電圧と電源電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎを発生する。これにより、負出力電圧が大きい場合に、電源電圧を供給する電池電源に超過した電圧分のエネルギーを戻すから、適切なレベルの負出力電圧を発生するとともに、効率を向上することができる。

また、コイルとスイッチとの接続点と、電源電圧点もしくは基準電圧点（例、グランド）との間に、切替スイッチ回路を介して切替可能に接続され、正出力電圧と電源電圧もしくは基準電圧とに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧を発生するための負出力電圧発生回路を備える。これにより、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔとの電圧差が大きいときには、電源電圧点に接続し、適切なレベルの負出力電圧を発生するとともに、効率を向上する。

一方、正出力電圧Ｖｐが低くなったり、電源電圧Ｖｂａｔが高くなったりして、その電圧差が小さくなったときには、基準電圧点（例、グランド）に接続して、適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生させる。したがって、広範囲の電圧条件下で、所要の負電圧Ｖｎを発生させることができる。

また、負出力電圧のレベルを制御するための第１電圧制御用トランジスタ（電源電圧Ｖｂａｔ側）、及び第２電圧制御用トランジスタ（基準電圧点；グランド側）を設けている。これにより、これらの電圧制御用トランジスタを制御することにより、設定された負出力電圧Ｖｐを得ることができる。

この第１、第２電圧制御用トランジスタは、第３ダイオードＤ３のカソード側電圧が正出力電圧Ｖｐより所定電圧だけ低くなるように制御される。即ち、反転用の第２コンデンサＣ２の充電電圧が所定値になるように制御される。したがって、負出力電圧Ｖｎを帰還することなく、負出力電圧Ｖｎを所定値に制御できる。これにより、電圧制御用ＩＣ９０の端子数を少なくできる。

また、本発明の携帯機器は、ＣＣＤカメラなど正・負出力電圧を必要とする負荷装置に所要の電圧を供給するとともに、効率を向上して電池電源の使用可能時間を長くすることができる。

以下、本発明の電源装置、およびその電源装置を有する携帯機器の実施例について、図を参照して説明する。

図１は、本発明に係る携帯機器の主要な構成を示す図である。携帯機器としては、携帯電話機や、ディジタルスチルカメラなど、所定レベルの第１極性電圧（以下、正電圧）と第２極性電圧（以下、負電圧）を必要とする負荷を有している。

図１において、電源装置１００は、電池電源ＢＡＴの電源電圧Ｖｂａｔが入力され、正出力電圧Ｖｐ（例えば、＋１５Ｖ）と負出力電圧（例えば、−８Ｖ）を出力する正負出力電圧用電源装置である。電圧調整器１１０は、例えばシリーズ型電圧調整器であり、正出力電圧Ｖｐを他の電圧Ｖｐｒにレベル調整する場合に用いられる。また、電圧調整器１２０は、例えばシリーズ型電圧調整器であり、負出力電圧Ｖｎを他の電圧Ｖｎｒにレベル調整する場合に用いられる。

これらの電圧調整器１１０、１２０は、正負出力電圧Ｖｐ、Ｖｎおよび他の電圧Ｖｐｒ、Ｖｎｒに応じて、いずれか一方あるいは両方を省略することもある。例えば、正出力電圧Ｖｐが所定レベルに制御された電圧であり、負出力電圧Ｖｎが未調整の電圧である場合には、電圧調整器１１０が省略できる。また、正負出力電圧Ｖｐ、Ｖｎがそれぞれ所定レベルに調整された電圧である場合には、電圧調整器１１０、１２０は両方とも省略できる。

撮像装置２００は、例えばＣＣＤカメラであり、正負電圧が入力される。また、表示装置３００は、例えば表示用のＬＥＤ（発光ダイオード）駆動回路を有している。また、制御装置４００は、撮像装置２００や表示装置３００を始めとして、携帯機器の制御を司るものである。この制御装置４００には、その電源として電源電圧Ｖｂａｔを電圧調整器１３０で調整された電圧Ｖｒが供給される。

図２は、本発明の正負出力電圧用電源装置１００の第１実施例に係る構成を示す図である。

図２において、スイッチング電源回路７０は、電池電源ＢＡＴから入力される電源電圧Ｖｂａｔ（例えば、３．６Ｖ）を昇圧して、昇圧された正出力電圧Ｖｐを出力する電源回路である。なお、電池電源ＢＡＴは、電源装置１００の外部に設けても良い。

電源電圧Ｖｂａｔとグランド間に、コイルＬ１とＮ型ＭＯＳトランジスタであるスイッチＱ１とが直列に接続される。その直列接続点Ａから、整流用の第１ダイオードＤ１と平滑用の第１コンデンサＣ１とにより、直列接続点Ａの電圧が整流され平滑されて、正出力電圧Ｖｐとして出力される。なお、電圧は、特に断らない場合には、グランドに対する電位である。

電圧制御用ＩＣ９０は、正負出力電圧用電源装置１００の主として制御回路部が作り込まれているＬＳＩである。Ｐ１〜Ｐ４は、ＩＣ９０の端子である。

正出力電圧Ｖｐは端子Ｐ１を介して電圧制御用ＩＣ９０に入力され、分圧抵抗器１４、１５で分圧されて、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１を発生する。

制御回路１３は、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１と第１基準電圧Ｖｒｅｆとが入力され、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に等しくなるように、スイッチＱ１をスイッチング制御するためのスイッチング信号を発生する。ここでは、制御回路１３は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と第１検出電圧Ｖｄｅｔ１との差を増幅して出力する誤差増幅器１１と、この誤差増幅器１１の出力に基づいてＰＷＭ信号を形成してスイッチング信号として出力するＰＷＭ制御回路１２とを含んで構成されている。

このスイッチング電源回路７０により、正出力電圧Ｖｐは、電源電圧Ｖｂａｔが昇圧された所定の電圧になるように制御される。また、直列接続点Ａの電圧は、スイッチＱ１のオンとオフに応じて零と正出力電圧Ｖｐとになる。なお、本発明では、ダイオードＤ１〜Ｄ３は、電圧降下の低いショットキー・バリア・ダイオードを用いることが望ましい。また、本発明の動作の説明において、そのダイオードの電圧降下を無視して説明することがある。

負出力電圧発生回路８０は、第２コンデンサＣ２と第２ダイオードＤ２と第３コンデンサＣ３とが直列接続点Ａとグランド間に接続される。即ち、スイッチＱ１に並列に接続される。この第２ダイオードＤ２の極性は第２コンデンサ側がカソードである。第２ダイオードＤ２と第２コンデンサＣ２との接続点に第３ダイオードＤ３のアノードが接続される。

その第３ダイオードＤ３のカソードが、負出力電圧Ｖｎの電圧レベルを制御するためのＰ型ＭＯＳトランジスタである第１電圧制御用トランジスタ２１を介して、電源電圧Ｖｂａｔのレベルにある電源電圧点、即ち、電池電源ＢＡＴに接続されている。また、第３ダイオードＤ３のカソードはプルアップ抵抗器２５を介して正出力電圧Ｖｐに接続されているから、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは正出力電圧Ｖｐにプルアップされ得る。

第１電圧制御用トランジスタ２１は、正出力電圧Ｖｐと、第３ダイオードＤ３のカソード側電圧（以下、負出力用設定電圧）Ｖｆｌｙが入力される負電圧制御回路３０により制御される。

図３は、負電圧制御回路３０の第１構成例を示す図である。図３において、抵抗器３１（抵抗値Ｒ１）と定電流回路３２（定電流値Ｉ１）とが、正出力電圧Ｖｐ点とグランド間にＢ点で直列に接続される。また、正出力電圧Ｖｐ点と負出力用設定電圧Ｖｆｌｙ点の間に抵抗器３５（抵抗値Ｒ２）と抵抗器３６（抵抗値Ｒ３）とがＣ点で直列に接続される。なお、抵抗器３５の代わりに、所要個数のツェナーダイオードを用いることもできる。

誤差増幅器３３は、Ｂ点電圧とＣ点電圧とが入力され、その出力が第１電圧制御用トランジスタ２１のゲートに印加される。この誤差増幅器３３は、Ｃ点電圧がＢ点電圧に等しくなるように、第１電圧制御用トランジスタ２１を制御する。

Ｂ点電圧は、正出力電圧Ｖｐから抵抗器３１の電圧降下を引いた電圧（＝Ｖｐ−Ｉ１・Ｒ１）である。Ｃ点電圧は、Ｂ点電圧に等しい。したがって、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは、Ｖｆｌｙ＝Ｖｐ−Ｉ１・Ｒ１（１＋Ｒ３／Ｒ２）になる。

このように、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは、正出力電圧Ｖｐから一定電圧だけ低い電圧になる。また、この負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは、電源電圧Ｖｂａｔに、第１電圧制御用トランジスタ２１の両端間の電圧を加算した電圧レベルになっている。

この図２、図３のように構成された正負出力電圧用電源装置の動作を説明する。まず、スイッチング電源回路７０は、スイッチＱ１が第１検出電圧Ｖｄｅｔ１と第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とが等しくなるように、スイッチング制御される。第１検出電圧Ｖｄｅｔ１と第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とが等しくなった状態では、所定レベルの出力電圧Ｖｐが発生されている。

また、接続点Ａの電圧は、スイッチＱ１のオンとオフに応じて零と正出力電圧Ｖｐとが繰り返して発生されている。

負出力電圧発生回路８０においては、接続点Ａの電圧が正出力電圧Ｖｐであるときに、第１ルートが形成される。この第１ルートは、コイルＬ１（即ち、正出力電圧Ｖｐにある接続点Ａ）から、第２コンデンサＣ２、第３ダイオードＤ３、第１電圧制御用トランジスタ２１、及び電池電源ＢＡＴ（即ち、電源電圧Ｖｂａｔ点）を介している。この第１ルートにより、第２コンデンサＣ２が図示の極性に充電される。

この第２コンデンサＣ２の充電電圧は、接続点Ａの正出力電圧Ｖｐと負出力用設定電圧Ｖｆｌｙとの差電圧Ｉ１・Ｒ１（１＋Ｒ３／Ｒ２）になっている。即ち、第２コンデンサＣ２は、所定電圧に充電される。

また、第１ルートに、電池電源ＢＡＴが設けられているから、第２コンデンサＣ２への充電電流にて電池電源ＢＡＴが充電される。したがって、第２コンデンサＣ２の所定電圧を超過した電圧分のエネルギーが、電池電源ＢＡＴに回収される。

次に、接続点Ａの電圧が零であるとき、即ちスイッチＱ１がオンであるときに、第２ルートが形成される。この第２ルートは、グランド、スイッチＱ１、第２コンデンサＣ２、第２ダイオードＤ２、第３コンデンサＣ３の直列回路を介している。この第２ルートにより、第２コンデンサＣ２に充電された電荷が第３コンデンサＣ３に分配される。

この第１ルートによる第２コンデンサＣ２の充電と、第２ルートによる第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３への電荷配分を通して、第３コンデンサＣ３には図示のような負極性に電荷が充電されていく。この第２コンデンサＣ２の充電電荷は、充電と電荷配分の繰り返しにより徐々に上昇していき、定常的には、負の所定電圧（＝差電圧Ｉ１・Ｒ１（１＋Ｒ３／Ｒ２））になる。各電圧関係を例示すると、正出力電圧Ｖｐ；１５Ｖ、負出力電圧Ｖｎ；−８Ｖ、電源電圧Ｖｂａｔ；３．６Ｖとすると、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは７Ｖとなり、第１電圧制御用トランジスタ２１での電圧降下は３．４Ｖとなる。実際には、ダイオードの電圧降下分が誤差電圧として発生するから、その電圧降下分を考慮することが望ましい。

この第３コンデンサＣ３に充電された負の所定電圧が、負出力電圧Ｖｎとして出力される。この負出力電圧Ｖｎは、正出力電圧Ｖｐの大きさに関係なく、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙの値によって、言い換えれば定電流回路３２の定電流値Ｉ１や、抵抗器３１、３５、３６の抵抗値Ｒ１〜Ｒ３によって決定される。負出力電圧Ｖｎの大きさは、必要に応じて定電流値Ｉ１や抵抗値Ｒ１〜Ｒ３の調整などによって、変更できる。

また、この負電圧制御回路３０においては、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは正出力電圧Ｖｐから一定電圧だけ低い電圧になるように制御されるから、第２コンデンサＣ２はその差電圧（＝Ｖｐ−Ｖｆｌｙ）に充電される。したがって、負出力電圧Ｖｎを検出することなく、負出力電圧Ｖｎを所定の負電圧に制御することができる。この場合には、電圧制御用ＩＣ９０に、負出力電圧Ｖｎを帰還するための端子を設ける必要がないから、電圧制御用ＩＣ９０の端子数を削減できる。

図４は、負電圧制御回路３０Ａの第２構成例を示す図である。図４において、抵抗器４１と抵抗器４２で負出力電圧Ｖｎを分圧して、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２を形成する。誤差増幅器４３は、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と第２検出電圧Ｖｄｅｔ２が入力され、その出力が第１電圧制御用トランジスタ２１のゲートに印加される。この誤差増幅器４３は、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように、第１電圧制御用トランジスタ２１を制御する。これにより、負出力電圧Ｖｎが所定レベルになるように制御される。

また、図２の負出力電圧発生回路８０において、第１電圧制御用トランジスタ２１及び負電圧制御回路３０、を省略してもよい。この場合には、負出力電圧Ｖｎは、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔとの差電圧に等しい電圧レベルになる。したがって、電圧調整器１２０にて、必要に応じて負出力電圧Ｖｎのレベルを調整することになる。

この第１実施例によれば、コイルＬ１を用いたスイッチング型電源回路７０によって、電源電圧Ｖｂａｔから変換された所定の正出力電圧Ｖｐを発生する。それとともに、コイルＬ１とスイッチＱ１との接続点Ａと電源電圧点Ｖｂａｔとの間に負出力電圧発生回路８０を設けて、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔとに基づいた所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎを発生する。これにより、負出力電圧Ｖｎが大きい場合に、電源電圧Ｖｂａｔを供給する電池電源ＢＡＴに、超過した電圧分のエネルギーを戻すから、適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生するとともに、効率を向上することができる。

また、負出力電圧Ｖｎのレベルを制御するための第１電圧制御用トランジスタ２１を設けている。これにより、これらの電圧制御用トランジスタ２１を制御することにより、設定された負出力電圧Ｖｎを得ることができる。

図５は、本発明の正負出力電圧用電源装置１００の第２実施例に係る構成を示す図である。この第２実施例では、正出力電圧Ｖｐと負出力電圧Ｖｎとの絶対値での電圧差が小さくなった場合にも、負出力電圧Ｖｎを適切に出力することができるようにしたものである。即ち、その電圧差が、負出力電圧Ｖｎを出力しつつ、電池電源ＢＡＴを充電するには十分な電圧差ではなくなった場合に、電池電源ＢＡＴの充電は行わずに負出力電圧Ｖｎを出力するように、構成されている。

図５において、スイッチング電源回路７０は図１の第１実施例と同じであるが、負出力電圧発生回路８０Ａが第１実施例のものとは一部異なっている。以下、異なる点について説明する。

負出力電圧発生回路８０Ａにおいて、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙの出力点は、第１切替スイッチ２３と第１電圧制御用トランジスタ２１とを介して電池電源ＢＡＴに接続されるか、あるいは、第２切替スイッチ２４とＮ型ＭＯＳトランジスタである第２電圧制御用トランジスタ２２とを介して、グランドに接続される。第１、第２切替スイッチ２３、２４は、切替制御回路４０からの切替信号ＣＯＳに応じて、いずれか一方がオンし他方がオフする。

図６は、切替制御回路４０の構成例を示す図である。図６において、正出力電圧Ｖｐ点と電源電圧Ｖｂａｔ点との間に定電流回路５１（定電流値Ｉ０）と抵抗器５２（抵抗値Ｒ０）とが、この順序で直列に接続されている。その直列接続点から第３検出電圧Ｖｄｅｔ３を得る。

この第３検出電圧Ｖｄｅｔ３は、電源電圧Ｖｂａｔに抵抗器５２の電圧降下Ｉ０・Ｒ０を加算した電圧である。この第３検出電圧Ｖｄｅｔ３は、電池電源ＢＡＴへの充電を行いつつ負出力電圧Ｖｎを制御可能なレベルに設定されている。

演算増幅器５３は、第３検出電圧Ｖｄｅｔ３を負出力用設定電圧Ｖｆｌｙと比較し、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙが第３検出電圧Ｖｄｅｔ３を超えているとき（Ｖｆｌｙ＞Ｖｄｅｔ３）、第１切替スイッチ２３をオンさせ第２切替スイッチ２４をオフさせる切替信号ＣＯＳを出力する。また、演算増幅器５３は、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙが第３検出電圧Ｖｄｅｔ３を下回るとき（Ｖｆｌｙ＜Ｖｄｅｔ３）、切替信号ＣＯＳを停止し、第１切替スイッチ２３をオフさせ第２切替スイッチ２４をオンさせる。なお、演算増幅器５３は、第１、第２切替スイッチ２３、２４の切替を安定して行うために、ヒステリシス特性を持たせることがよい。

このように、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔ間の電圧差が大きいときには、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙの出力点を電源電圧点側に接続して、電池電源ＢＡＴを充電しつつ適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生させる。一方、正出力電圧Ｖｐが低くなったり、電源電圧Ｖｂａｔが高くなったりして、それらの間の電圧差が小さくなったときには、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙの出力点を基準電圧点であるグランド側に接続して、適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生させる。したがって、第１、第２切替スイッチ２３、２４を電圧差に応じて切り替えることによって、広範囲の電圧条件下で、所要の負電圧Ｖｎを発生させることが可能になる。

図７は、図５の第２実施例で用いられる負電圧制御回路３０Ｂの第３構成例を示す図である。図７の負電圧制御回路３０Ｂにおいて、図３の負電圧制御回路３０と比較して、誤差増幅器３４が設けられている。この誤差増幅器３４は、Ｂ点電圧とＣ点電圧とが入力され、その出力が第２電圧制御用トランジスタ２２のゲートに印加される。この誤差増幅器３４は、Ｃ点電圧がＢ点電圧に等しくなるように、第２電圧制御用トランジスタ２２を制御する。

この負電圧制御回路３０Ｂの動作は、第１切替スイッチ２３がオンされている場合には図３の負電圧制御回路３０と同様に動作する。また、第２切替スイッチ２４がオンされている場合には、負電圧制御回路３０Ｂはやはり負出力用設定電圧Ｖｆｌｙが所定電圧レベルになるように、誤差増幅器４４の出力によって第２電圧制御用トランジスタ２２を制御する。

したがって、第１切替スイッチ２３または第２切替スイッチ２４のいずれがオンされている場合でも、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙは、正出力電圧Ｖｐから一定電圧だけ低い電圧になる。これにより、正出力電圧Ｖｐや電源電圧Ｖｂａｔが変わっても、所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎが出力される。

この図５〜図７のように構成された正負出力電圧用電源装置１００の動作は、電圧条件に応じて第１切替スイッチ２３がオンされているか第２切替スイッチ２４がオンされているかが異なるだけである。その動作は、図２、図３で説明した動作と、ほぼ同様であるので、再度の説明を省略する。

図８は、負電圧制御回路３０Ｃの第４構成例を示す図である。図８の負電圧制御回路３０Ｃにおいて、図４の負電圧制御回路３０Ａと比較して、誤差増幅器４４が設けられている。この誤差増幅器４４は、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２と第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とが入力され、その出力が第２電圧制御用トランジスタ２２のゲートに印加される。この誤差増幅器４４は、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように、第２電圧制御用トランジスタ２２を制御する。

この負電圧制御回路３０Ｃの動作は、第１切替スイッチ２３がオンされている場合には図４の負電圧制御回路３０Ａと同様に動作する。また、第２切替スイッチ２４がオンされている場合には、負電圧制御回路３０Ｃはやはり負出力電圧Ｖｎが所定電圧レベルになるように、誤差増幅器４４の出力によって第２電圧制御用トランジスタ２２を制御する。

したがって、第１切替スイッチ２３または第２切替スイッチ２４のいずれがオンされている場合でも、負出力電圧Ｖｎは、所定電圧レベルに制御される。これにより、やはり、正出力電圧Ｖｐや電源電圧Ｖｂａｔが変わっても、所定電圧レベルの負出力電圧Ｖｎが出力される。なお、図８の負電圧制御回路３０Ｃが用いられる場合には、切替制御回路４０の演算増幅器５３には、負出力用設定電圧Ｖｆｌｙに代えて、所定レベルの第３基準電圧Ｖｒｅｆ３が入力される。この点が、図６において括弧内に表されている。

このように、以上の各実施例で説明した正負出力電圧を発生する電源装置１００では、正出力電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｂａｔ間の電圧差が大きいときには、電源電圧Ｖｂａｔ点側に接続して、電池電源ＢＡＴを充電しつつ適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生させる。したがって、電力損失を低減し、効率を向上できる。また、正出力電圧Ｖｐが低くなったり、電源電圧Ｖｂａｔが高くなったりして、それらの間の電圧差が小さくなったときには、基準電圧点であるグランド側に接続して、適切なレベルの負出力電圧Ｖｎを発生させる。したがって、広範囲の電圧条件下で、所要の負電圧Ｖｎを発生させることができる。

本発明の携帯機器は、正負出力電圧を発生する電源装置１００を用いることによって、ＣＣＤカメラなど正・負出力電圧を必要とする負荷装置に所要の電圧を供給するとともに、効率を向上して電池電源の使用可能時間を長くすることができる。

本発明に係る携帯機器の主要な構成を示す図 本発明の正負出力電圧用電源装置の第１実施例に係る構成を示す図 負電圧制御回路３０の第１構成例を示す図 負電圧制御回路３０Ａの第２構成例を示す図 本発明の正負出力電圧用電源装置の第２実施例に係る構成を示す図 切替制御回路４０の構成例を示す図 負電圧制御回路３０Ｂの第３構成例を示す図 負電圧制御回路３０Ｃの第４構成例を示す図

符号の説明

１００ 正負出力電圧用電源装置
１１０、１２０、１３０ 電圧調整器
２００ 撮像装置
３００ 表示装置
４００ 制御装置
７０ スイッチング電源回路
８０、８０Ａ 負出力電圧発生回路
９０、９０Ａ 電圧制御用ＩＣ
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 負電圧制御回路
４０ 切替制御回路
ＢＡＴ 電池電源
Ｌ１ コイル
Ｑ１ スイッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 第１〜第３ダイオード
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 第１〜第３コンデンサ
１３ 制御回路
２１、２２ 第１、第２電圧制御用トランジスタ
２３、２４ 第１、第２切替スイッチ
１４、１５、２５、３１、３５、３６、４１、４２、４５、５２ 抵抗器
３３、３４、４３、４４ 誤差増幅器
３２、５１ 定電流回路
５３ 演算増幅器
Ｖｐ 正出力電圧
Ｖｎ 負出力電圧
Ｖｂａｔ 電源電圧
Ｖｆｌｙ 負出力用設定電圧
ＣＯＳ 切替信号
Ｖｄｅｔ１〜Ｖｄｅｔ３ 第１〜第３検出電圧
Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３ 第１〜第３基準電圧

Claims (7)

1. 電源電圧が印加されるコイルと、
   前記コイルと直列に接続され、前記コイルへの前記電源電圧の通電をスイッチングするスイッチと、
   前記コイルと前記スイッチとの直列接続点にアノードが接続された第１ダイオードと、
   前記第１ダイオードのカソードとグランドの間に接続され、充電電圧を正出力電圧として出力する第１コンデンサと、
   前記正出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧と等しくなるように前記スイッチのオンオフスイッチングを行うスイッチング制御回路と、
   前記直列接続点に一端が接続された第２コンデンサと、
   前記第２コンデンサの他端にカソードが接続された第２ダイオードと、
   前記第２ダイオードのアノードとグランドの間に接続され、充電電圧を負出力電圧として出力する第３コンデンサと、
   前記第２コンデンサの他端にアノードが接続された第３ダイオードと、
   前記第３ダイオードのカソードと前記電源電圧の間に接続された電圧制御用トランジスタと、
   前記負出力電圧が所定のレベルになるよう、前記電圧制御用トランジスタを制御する負電圧制御回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記負電圧制御回路は、前記第３ダイオードのカソード側電圧が前記正出力電圧より所定電圧だけ低くなるように前記電圧制御用トランジスタを制御することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記負電圧制御回路は、前記負出力電圧に応じた帰還電圧が所定電圧になるように前記電圧制御用トランジスタを制御することを特徴とする、請求項３に記載の電源装置。
4. 前記第３ダイオードのカソードとグランドの間に接続された電圧制御用第２トランジスタと、
   前記第３ダイオードのカソードと前記電圧制御用トランジスタとの間に接続された第１切替スイッチと、
   前記第３ダイオードのカソードと前記電圧制御用第２トランジスタとの間に接続された第２切替スイッチと、
   前記第１、第２切替スイッチの一方をオンとして他方をオフとする切替制御回路と、
   を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電源装置。
5. 前記切替制御回路は、
   前記正出力電圧と前記電源電圧との電圧差が所定の設定電圧を超えているときには、前記第１切替スイッチをオンとして前記第２切替スイッチをオフとし、
   前記正出力電圧と前記電源電圧との電圧差が前記所定の設定電圧を下回るときには、前記第１切替スイッチをオフとして前記第２切替スイッチをオンとすることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記負出力電圧が所定のレベルになるよう、前記電圧制御用第２トランジスタを制御する負電圧制御第２回路を有することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 電源電圧を供給する電池電源と、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の電源装置と、
   前記正出力電圧及び負出力電圧を使用する負荷装置と、
   前記負荷装置を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする携帯機器。