携帯型機器向け電源ICの低消費電力技術　――携帯型機器とともに歩むLDO電圧レギュレータ技術の軌跡

● 低電圧化に伴い，DC-DCとLDOの2段構成に

　上記のECOモードの開発とほぼ並行して筆者らが進めてきたのが，低入力電圧を受け入れられるLDOの開発です．

　かつて，メイン・デバイスの動作電圧が3V系であったころは，図5（a）のように機器の内部にある5Vライン，または電池（Liイオン2次電池の1セルなど）から，電源IC（LDO）を介して電源が供給される回路構成が一般的でした．これは，LDOの自己消費電流をほとんど無視できると仮定した場合（自己消費電流が負荷電流に対して十分に小さい），5Vラインからでも60％前後の効率を確保できたためです．また，Li 1次電池の1セルからであれば，80％程度の効率を確保できます（電池の平均電圧を3.6V程度とした場合）．

　しかし，メイン・デバイスの動作が高速になり，高集積化が進むにつれて，製造プロセスの微細化が進みました．これに伴って，メイン・デバイスの動作電圧は1.8Vから1.5V，1.25Vへと低下してきており，今後さらに1.1V以下になるところまで低電圧化が進行しています．

　ここまでメイン・デバイスの動作電圧が低下してくると，今までのように主電源（5Vラインや電池）から，LDOで直接電源電圧を作って供給するという方式では，高効率を維持できなくなります．このため，低消費電力設計を目標とした場合，図5（a）の回路構成をまったく受け入れられないケースがでてきました．

　代わりに，ここ数年，よく採用されているのが，図5（b）のような回路構成です．まずは，高効率を実現できる降圧のDC-DCコンバータ（スイッチング・レギュレータ）でいったんある電圧に落とし，続いてその電圧からLDOでメイン・デバイスの動作電圧を作ります．

図5　電源構成のトレンド
メイン・デバイスの電源が3V系だったころは，ある程度の効率を確保でき，安価で簡単な（a）の構成が好まれた．その後，低電圧化が進み，高効率を実現する必要性から，（b）のような降圧DC-DCコンバータ（1.8V，1.5V，1.25V）とLDOの2段構成が利用されるようになった．