专利名称：电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源装置。
背景技术：
在近年的便携式电话、PDA(Personal Digital Assistance个人数字助理)等小型信息终端中，存在例如被用作液晶的背光灯的LED(LightEmitting Diode发光二极管)等那样需要比电池的输出电压高的电压的器件。例如，在这些小型信息终端中，较多使用锂离子电池，其输出电压通常是3.5V左右，充满电时是4.2V左右，但作为LED的驱动电压，需要比电池电压高的电压。这样，在需要比电池电压高的电压时，使用开关调节器或电荷泵方式等的升压电路来使电池电压升压，得到驱动LED等负载电路所需的电压(专利文献1)。
专利文献1特开2001-223095号公报发明内容〔发明所要解决的课题〕在此，这样的升压电路为了使负载电路稳定地动作，将负载电路上的某端子的电压反馈给控制电路，进行升压动作的控制。例如，在驱动上述LED时，考虑以下方法对LED的阴极端子连接LED驱动用的恒电流源，保持LED的亮度地进行控制，使得阴极端子的电压成为恒定值(＝Vx)。决定该电压Vx使得恒电流源不饱和。此时，阴极端子的电压被反馈到升压电路的控制电路，控制升压电路使得阴极端子的电压与电压Vx相一致。
本发明人在这样的状况下认识到以下课题。根据该方法，在通过恒电流电路对LED流过电流的期间，LED的阳极端子的电压、即升压电路的输出电压被稳定为Vf+Vx。这里，Vf是LED的正放向电压。
在将LED切换为熄灭状态的情况下，当除LED外存在从升压电路的输出电容放电的放电路径时，输出电压慢慢下降。如果除LED外不存在放电路径，则输出电容保持电荷，输出电压几乎保持恒定值。即，输出电压成为相应于负载的状态的值、即不确定。若输出电压不确定，则有可能对短路检测保护等电路的其他功能产生影响，有时电路整体会成为不稳定的状态。
本发明是鉴于这样的课题而设计的，其目的在于提供一种能够不受负载的动作状态制约地、稳定地进行动作的电源装置。
〔用于解决课题的手段〕本发明的一个方案的电源装置包括电压生成部，生成用于驱动负载的驱动电压；第1反馈路径，反馈与负载的一端的电压相应的电压；第2反馈路径，反馈与负载的另一端的电压相应的电压；控制电路，控制电压生成部，使得由第1反馈路径和第2反馈路径反馈的第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于预定的基准电压。
根据该方案，即便在负载的驱动状态发生变化的情况下，由于通过第1反馈路径和第2反馈路径中的一者使驱动电压稳定了，所以也能防止电路变得不稳定。
本发明的一个方案的电源装置，包括电压生成部，生成用于驱动负载的驱动电压；电流驱动电路，被设置在由电压生成部驱动负载的路径上；第1反馈路径，反馈与驱动电压相应的第1反馈电压；第2反馈路径，反馈与电流驱动电路和负载的连接点的电压相应的第2反馈电压；控制电路，控制电压生成部，使得由第1反馈路径和第2反馈路径反馈的第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于预定的基准电压。
根据该方案，即便在电流驱动电路关断、第2反馈路径成为无效的状态下，由于从电压生成部输出的驱动电压被基于第1反馈电压稳定化了，所以也能防止电路变得不稳定。
控制电路可以控制电压生成部，使得第1反馈电压和第2反馈电压中较低者的电压趋近于预定的基准电压。在该情况下，由于能确保驱动电压高于某值，所以能够防止驱动电压下降、电路变得不稳定。
可以是控制电路包括对第1反馈电压和第2反馈电压中的一者与基准电压的误差进行放大的误差放大器，并调节驱动电压使得该误差趋近于0，该误差放大器具有双系统的输入差动对，一个输入差动对被输入基准电压和第1反馈电压，另一个输入差动对被输入基准电压和第2反馈电压。
在该情况下，通过利用两个差动对，能够基于第1反馈电压和第2反馈电压使驱动电压稳定化。
第1反馈路径可以包括恒电流电路，生成预定的恒电流；电压降电路，被设置在恒电流电路和电压生成部的输出端子之间，产生与恒电流相应的电压降。该第1反馈路径将恒电流电路与电压降电路的连接点的电压作为第1反馈电压进行反馈。
在该情况下，能够在第1反馈路径有效的期间，将驱动电压稳定为电压降电路所产生的电压降与基准电压的和电压。
电压降电路可以包括被配置在恒电流的路径上、阴极处于低电压侧的二极管。另外，电压降电路可以包括被设置在恒电流的路径上的电阻。通过调节二极管的级数和电阻值，能够调节第1反馈路径有效期间的驱动电压的目标值。
第1反馈路径可以包括串联连接在电压生成部的输出端子与固定电压端子之间的第1电阻和第2电阻，将由该第1电阻和第2电阻分压后的电压作为第1反馈电压进行反馈。
在该情况下，能够在第1反馈路径有效的期间，将驱动电压稳定为以电阻的分压比除基准电压后的电压值。
在一个方案中，电压生成部可以包括电荷泵电路；调节器电路，调节电荷泵电路的输入电压或输出电压。控制电路可以调节调节器电路的晶体管的控制电压，使得第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于基准电压。
在一个方案中，电压生成部可以包括开关调节器电路。控制电路可以调节开关调节器电路的开关晶体管的导通与截止的占空比，使得第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于基准电压。
在一个方案中，可以是电流驱动电路、第1反馈路径和第2反馈路径、以及控制电路被一体集成在一个半导体衬底上。所谓“一体集成”，包括电路的所有结构要件都形成在半导体衬底上的情况，以及电路的主要结构要件被一体集成的情况，也可以为调节电路常数而将一部分电阻、电容等设置在半导体衬底的外部。
本发明的另一方案是电子设备。该电子设备包括发光元件、和将发光元件作为负载进行驱动的上述电源装置。
根据该方案，能够防止在使发光元件的亮度变化时驱动电压变得不稳定。
应当注意，上述结构要件的任意组合或重新配置等都如所提出的实施例一样有效，或者已被所提出的实施例覆盖。
此外，该发明内容并不一定描述了全部必要特征，因此本发明还可以是这些所描述的特征的子组合。
以下参照附图以示例的方式对实施方式进行描述，这些附图意在示例而非限制，并且对各附图中相同的单元标以相同的标号，其中图1是表示实施方式的电源装置的结构的电路图。
图2是表示误差放大器的结构的电路图。
图3是使用了开关调节器作为电压生成部时的电路图。
具体实施例方式
以下，基于优选的实施方式说明本发明。这些实施方式只是例示，并非限定本发明的范围。实施方式中所描述的所有特征及其组合，不一定就是本发明的本质特征。
图1是表示本发明实施方式的电源装置100的结构的电路图。该电源装置100是用于驱动作为负载电路的LED110的升压型电源，将从电池输出的输入电压Vin升压，产生LED110的驱动电压。电源装置100和LED110被安装于便携式电话终端等电子设备中，作为发光装置来作用。LED110例如被用作液晶的背光灯和信息到达显示用。
电源装置100包括输入端子102、输出端子104、LED端子106。电源装置100使被施加到输入端子102的输入电压Vin升压，作为驱动电压Vout从输出端子104输出。输出端子104被连接作为负载的LED110的阳极，LED端子106被连接LED110的阴极。电源装置100通过控制流过LED110的电流来调节亮度。
该电源装置100包括电压生成部10、控制电路20、电流驱动电路30、第1反馈路径40、第2反馈路径50。
电压生成部10生成用于驱动作为负载的LED110的驱动电压Vout。在本实施方式中，电压生成部10包括电荷泵电路12，连接有快速电容(flying capacitor)Cf和输出电容Co。电荷泵电路12包括与快速电容Cf和输出电容Co相连接的多个开关元件，通过交替地重复对快速电容Cf充电的期间和将蓄积在快速电容Cf中的电荷传送给输出电容Co的期间，来输出使输入电压Vin’升压后的电压。
在从电源装置100的输入端子102至电荷泵电路12的输入端子的路径上，设置有调节晶体管14。调节晶体管14是P沟道MOSFET，源极与输入端子102相连，漏极与电荷泵电路12的输入端子相连。调节晶体管14的栅极被施加从控制电路20输出的控制电压Vg。通过控制电压Vg，对调节晶体管14的导通的程度进行调节，将输入电压Vin被降压后的电压Vin’提供给电荷泵电路12。另外，调节晶体管14也可以设置在电荷泵电路12的负载侧。
电流驱动电路30被设置在驱动负载的路径上。具体来说，电流驱动电路30被设置在LED110的阴极即LED端子106至作为固定电压端子的接地之间。电流驱动电路30生成恒电流Ic1，调节流过LED110的电流。
实施方式的电流驱动电路30包括第1晶体管M1、第2晶体管M2、可变电流源32。可变电流源32生成与LED110的亮度相应的电流Iref。晶体管M2设置在可变电流源32的路径上。晶体管M1与晶体管M2进行电流镜连接，晶体管M1流过将电流Iref变成预定倍数的电流Ic1。该电流Ic1流过LED110。
本实施方式的电源装置100包括两个反馈路径，即第1反馈路径40和第2反馈路径50。第1反馈路径40反馈与从电压生成部10输出的驱动电压Vout相应的第1反馈电压Vfb1。另一方面，第2反馈路径50反馈电流驱动电路30和作为负载的LED110的连接点、即LED端子106的电压。在本实施方式中，第2反馈路径50是简单的布线，但也可以是包含电阻的分压电路。
若从其他观点来看本实施方式的电源装置100，则第1反馈路径40反馈与作为负载的LED110的一端(阳极)的电压Vout相应的电压Vfb1，第2反馈路径50反馈作为负载的LED110的另一端(阴极)的电压Vled。
第1反馈路径40包括恒电流电路44、电压降电路46。恒电流电路44生成预定的恒电流Ic3。电压降电路46被设置在恒电流电路44和电压生成部10的输出端子之间的恒电流Ic3的路径上，产生与恒电流Ic3相应的电压降ΔV。第1反馈路径40将恒电流电路44和电压降电路46的连接点的电压作为第1反馈电压Vfb1进行反馈。
恒电流电路44包括电流源42、晶体管M3、M4。电流源42生成恒电流Ic2。晶体管M4设置在电流源42的路径上。晶体管M3与晶体管M4进行电流镜连接，晶体管M3流过将恒电流Ic2变成预定倍数的电流Ic3。该恒电流电路44与电流驱动电路30同样地构成。
电压降电路46包括电阻R1、n(n为整数)个二极管D1～Dn。二极管D1～Dn和电阻R1被串联连接在电压生成部10的输出端子104和恒电流电路44的连接点(即晶体管M3的漏极)之间。二极管D1～Dn和电阻R1中流过晶体管M3中流过的电流Ic3，产生电压降ΔV。电压降ΔV为ΔV＝R1×Ic3+Vf×n。
这里，R1是电阻R1的电阻值，Vf是二极管D1～Dn的正方向电压。第1反馈路径40将晶体管M3的漏极电压作为第1反馈电压Vfb1进行反馈。第1反馈电压Vfb1与驱动电压Vout的关系为Vfb1＝Vout-ΔV＝Vout-(R1×Ic3+Vf×n)。
这里，Ic3、Vf、n被认为是常数，所以第1反馈电压Vout成为与驱动电压Vout相应的电压。另外，也可以以省略电阻R1的方式、或省略二极管的方式来构成。
第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2被输入到控制电路20。在本实施方式中，控制电路20包括误差放大器22。控制电路20被输入由第1反馈路径40、第2反馈路径50反馈的第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2。控制电路20控制电压生成部10，使得第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2中的一者趋近于预定的基准电压Vref。在本实施方式中，控制电路20的误差放大器22对调节晶体管14的栅极电压进行调节。
在一个方案中，控制电路20控制电压生成部10，使得第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中较低者的电压趋近于预定的基准电压Vref。具体来讲，误差放大器22将第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2的一者与基准电压Vref的误差进行放大，对调节晶体管14的栅极进行调节。通过反馈，调节调节晶体管14的导通程度，使得第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2中较低者的电压与基准电压Vref的误差变成0。在一个方案中，也可以不基于较低者的电压，而是基于由外部选择的一者的电压来调节调节晶体管14的导通程度。
图2是表示误差放大器22的结构的电路图。误差放大器22包括两组输入差动对。第1差动对包括晶体管M10、M11，第2差动对包括晶体管M12、M13。对两组差动对设置电阻R11、R12作为共同的负载。电阻R11、R12可以是电流镜负载。另外，电流源26、28分别按差动对来设置。放大级24将与电阻R11和晶体管M11的连接点所呈现的电压相应的电压作为控制电压Vg进行输出。晶体管M11、M12的栅极被施加基准电压Vref，晶体管M10、M13的栅极分别被施加第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2。
误差放大器22也可以采用将电流源26、28设置在电源侧、将负载R11、R12设置在接地侧的结构。
通过图2的误差放大器22，能够放大第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中较低者的电压与基准电压Vref的误差电压。
以上是电源装置100的结构。下面说明这样构成的电源装置100的动作。
控制电路20控制电压生成部10，使得第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中的一者与基准电压Vref的误差趋近于0，使驱动电压Vout稳定化。
如上所述，控制电路20将第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中较低者的电压与基准电压Vref进行比较。因此，反馈较低者的电压的路径成为激活状态，反馈较高者的电压的路径成为非激活状态。
在Vfb1＜Vfb2的情况下，第1反馈路径40成为激活状态。这期间，进行反馈使得第1反馈电压Vfb1趋近于基准电压Vref。其结果，驱动电压Vout被调节成与由Vout＝Vref+ΔV＝Vref+(R1×Ic3+Vf×n)给出的目标值相一致。电阻R1、恒电流Ic3、整数n可以通过设计来变更，所以基于第1反馈路径40的驱动电压Vout的目标值是可调节的。因为二极管的正方向电压是物理参数，所以变动非常小，因而电压降ΔV的偏差变小。其结果，如后所述，与用电阻分压电路构成第1反馈路径40的情况相比，能够减少驱动电压Vout的偏差。在后述的电阻分压电路的情况中，由于以两个电阻的比来设定驱动电压的目标值，所以各电阻的误差的积被反映在目标值中。
在Vfb1＞Vfb2的情况下，第2反馈路径50成为激活状态。这期间，使得第2反馈电压Vfb2趋近于基准电压Vref，即LED110的阴极的电压Vled变得与基准电压Vref相等。此时的驱动电压Vout成为Vout＝Vref+VfLED。这里，VfLED是LED110所产生的电压降，根据驱动电流Ic1、即发光亮度而变化。
通过本实施方式的电源装置100，在LED110不流过驱动电流Ic1的状态下，因为由第1反馈路径40进行反馈，所以也能使驱动电压Vout稳定为预定值。进而其结果，能够防止监视驱动电压Vout的未图示的电路块、例如短路保护电路等的误动作。
另外，在LED110为非点亮的状态(Ic3≈0)下，由于驱动电压Vout被稳定成某值，所以在从非点亮切换为点亮时，不需要由电压生成部10再次提升驱动电压Vout的时间，能够在所希望的时刻立刻使LED110点亮。
并且，控制电路20基于第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中较低者的电压进行反馈控制。因此，不会发生第2反馈电压Vfb2下降到基准电压Vref之下的状况，电流驱动电路30的晶体管M1不饱和，所以作为驱动电流Ic1，能够提供与基准电流Iref成比例的电流，能够可靠地将LED110的亮度设定成所希望的值。
上述实施方式是个例示，可以对各结构要件和各处理过程的组合进行各种变形，本领域技术人员能够理解这些变形例也处于本发明的范围内。
在一个实施方式中，也可以由电阻分压电路构成第1反馈路径40。在该情况下，第1反馈路径40被构成为包含串联连接在电压生成部10的输出端子与接地端子之间的第1电阻、第2电阻，将由两个电阻分压后的电压作为第1反馈电压Vfb1进行反馈。其结果，若设分压比为a，则第1反馈路径40有效的期间内驱动电压Vout被稳定为Vout＝Vref/a。在使用电阻构成第1反馈路径40的情况下，具有能够减小电路面积的优点。
图3是使用开关调节器作为电压生成部10时的电路图。省略与图1相同的地方。电压生成部10包括电感L1、开关晶体管SW1、二极管D1、输出电容Co。电感L1的一端与输入端子102相连，被施加输入电压Vin。开关晶体管SW1被设置在电感L1的另一端与接地之间。二极管D1的阳极连接于电感L1和开关晶体管SW1的连接点，阴极连接于输出端子104。输出电容Co被设置在输出端子104和接地之间。
控制电路20a包括误差放大器22、PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)比较器60、驱动电路62。误差放大器22对第1反馈电压Vfb1和第2反馈电压Vfb2中的一者与基准电压Vref的误差进行放大，将误差电压Verr输出给PWM比较器60。PWM比较器60对从振荡器输出的三角波或锯齿波状的周期信号Vosc与误差电压Verr进行比较，根据大小关系生成高电平与低电平的时间比率变化的PWM信号Vpwm。驱动电路62基于PWM信号Vpwm，控制开关晶体管SW1的导通、截止。
根据该电路，能够生成驱动电压Vout使得第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2的一者与基准电压Vref的误差变成0，获得同图1的电路相同的效果。
在实施方式中，如图2所示，通过具有两个差动对的误差放大器22放大第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2中较低者的电压与基准电压Vref的误差。但是，本发明不限于此。例如，也可以采取设置输出第1反馈电路Vfb1、第2反馈电压Vfb2中较低者的最小值电路，并设置放大最小值电路的输出与基准电压Vref的误差的误差放大器的结构。
在实施方式中，说明了使用非绝缘型的开关调节器或电荷泵电路的情况，但作为电压生成部10，也可以使用绝缘型的开关电源等。
在本实施方式中，作为负载，以一个LED为例进行了说明，但对使用多个LED的情况也是一样，只要是由升压后的电压进行驱动的电路，并不对负载作特别限定。即，因为将负载两端的电压作为第1反馈电压Vfb1、第2反馈电压Vfb2进行反馈，所以即使负载所产生的电压降根据动作状态而发生变化，由于某一者被稳定，也能够提高电路的稳定度。
在本实施方式中，所使用的晶体管是采用了FET，但也可以使用双极型晶体管等其他类型的晶体管，这些选择根据电源装置所要求的设计规格、所使用的半导体制造工艺等来决定即可。
在本实施方式中，可以是构成电源装置100的元件都被一体集成，也可以是其一部分由分立部件构成。至于对哪个部分进行集成，根据成本、所占面积等决定即可。
基于实施方式对本发明进行了说明，但显然实施方式仅是表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行很多变形例以及变更配置。
权利要求
1.一种电源装置，其特征在于，包括电压生成部，生成用于驱动负载的驱动电压；第1反馈路径，反馈与上述负载的一端的电压相应的电压；第2反馈路径，反馈与上述负载的另一端的电压相应的电压；以及控制电路，控制上述电压生成部，使得由上述第1反馈路径和第2反馈路径反馈的第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于预定的基准电压。
2.一种电源装置，其特征在于，包括电压生成部，生成用于驱动负载的驱动电压；电流驱动电路，被设置在由上述电压生成部驱动上述负载的路径上；第1反馈路径，反馈与上述驱动电压相应的第1反馈电压；第2反馈路径，反馈与上述电流驱动电路和上述负载的连接点的电压相应的第2反馈电压；以及控制电路，控制上述电压生成部，使得由上述第1反馈路径和第2反馈路径反馈的第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于预定的基准电压。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述控制电路控制上述电压生成部，使得上述第1反馈电压和第2反馈电压中较低者的电压趋近于预定的基准电压。
4.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述控制电路包括对上述第1反馈电压和第2反馈电压中的一者与上述基准电压的误差进行放大的误差放大器，并调节上述驱动电压使得该误差趋近于0，该误差放大器具有双系统的输入差动对，一个输入差动对被输入上述基准电压和上述第1反馈电压，另一个输入差动对被输入上述基准电压和上述第2反馈电压。
5.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述第1反馈路径包括恒电流电路，生成预定的恒电流，以及电压降电路，被设置在上述恒电流电路和上述电压生成部的输出端子之间，产生与上述恒电流相应的电压降，并且，将上述恒电流电路与上述电压降电路的连接点的电压作为上述第1反馈电压进行反馈。
6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于上述电压降电路包括被配置在上述恒电流的路径上、阴极处于低电压侧的二极管。
7.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于上述电压降电路包括被设置在上述恒电流的路径上的电阻。
8.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述第1反馈路径包括串联连接在上述电压生成部的输出端子与固定电压端子之间的第1电阻和第2电阻，将由该第1电阻和第2电阻分压后的电压作为上述第1反馈电压进行反馈。
9.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述电压生成部包括电荷泵电路，和调节器电路，调节上述电荷泵电路的输入电压或输出电压；上述控制电路调节上述调节器电路的晶体管的控制电压，使得上述第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于上述基准电压。
10.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于上述电压生成部包括开关调节器电路；上述控制电路调节上述开关调节器电路的开关晶体管的导通与截止的占空比，使得上述第1反馈电压和第2反馈电压中的一者趋近于上述基准电压。
11.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于至少上述第1反馈路径和第2反馈路径、以及上述控制电路被一体集成在一个半导体衬底上。
12.一种电子设备，其特征在于，包括发光元件；以及将上述发光元件作为负载进行驱动的权利要求1或2所述的电源装置。
全文摘要
本发明提供一种电源装置。电压生成部生成用于驱动LED(110)的驱动电压(Vout)。第1反馈路径(40)反馈与LED(110)的一端的电压(Vout)相应的电压(Vfb1)。第2反馈路径反馈与LED(110)的另一端的电压(Vled)相应的电压(Vfb2)。电流驱动电路(30)被设置在由电压生成部(10)驱动LED(110)的路径上。控制电路(20)控制电压生成部(10)，使得由第1反馈路径(40)和第2反馈路径(50)反馈的第1反馈电压(Vfb1)和第2反馈电压(Vfb2)中的一者趋近于预定的基准电压(Vref)。
文档编号H02M3/07GK101087106SQ20071010828
公开日2007年12月12日 申请日期2007年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者浅津博昭, 小宫邦裕 申请人:罗姆股份有限公司