JP2005229744A - Slope building out circuit, switching regulator, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータ装置や携帯電話等の種々の電子機器に用いられるスイッチングレギュレータ回路に係わり、特に、スロープ補償回路を用いてピーク電流制御型PWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)コンバータにおいての安定動作を効率的に得るのに好適な技術に関するものである。 The present invention relates to a switching regulator circuit used in various electronic devices such as a computer device and a cellular phone, and in particular, stable in a peak current control type PWM (Pulse Width Modulation) pulse converter using a slope compensation circuit. The present invention relates to a technique suitable for efficiently obtaining an operation.
コンピュータ装置や携帯電話等の種々の電子機器には安定した電源を供給するためのスイッチングレギュレータが用いられる。一般にピーク電流制御型のスイッチングレギュレータでは、Dutyが50%をこえると定常状態からの電流ばらつきにより発振現象を起こすことが知られている。そこで安定化鋸波を重畳し安定動作させるスロープ補償回路が必要になってくる。 Switching regulators for supplying stable power are used in various electronic devices such as computer devices and mobile phones. In general, in a peak current control type switching regulator, it is known that when the duty exceeds 50%, an oscillation phenomenon occurs due to a current variation from a steady state. Therefore, it is necessary to provide a slope compensation circuit that performs a stable operation by superimposing a stabilizing saw wave.
図3にピーク電流制御型スイッチングレギュレータのブロック図を示す。このピーク電流制御型スイッチングレギュレータの回路動作は次のようなものである。出力電圧Voutを抵抗R1,R2で分圧した電圧Vfbと基準電圧5との差を増幅するアンプ回路3の出力電圧による電圧検出電圧と、加算器2において、電流センサ付きパワースイッチで検出されるピーク電流検出信号にスロープ補償回路1からのスロープ補償信号を加算した電流検出電圧とをコンパレータ4で比較し、このコンパレータ4の比較結果出力信号と発振回路7からの出力信号とに基づく制御回路6の制御によって電流センサ付きパワースイッチ8のオン・オフ期間の比率を可変して出力電圧を安定化させる。
FIG. 3 shows a block diagram of a peak current control type switching regulator. The circuit operation of this peak current control type switching regulator is as follows. The voltage detection voltage based on the output voltage of the
図17において、降圧型スイッチングレギュレータにおける、スロープ補償のための鋸波波形とスイッチングレギュレータのコイル電流波形との関係を示す。ここで適当なスロープ信号maの例として、出力電圧VoutとコイルCoilのインダクタンスLによって与えられる「−Vout/2L」の値とすることが知られている(Texas instruments application note U−111)。 FIG. 17 shows the relationship between the sawtooth waveform for slope compensation and the coil current waveform of the switching regulator in the step-down switching regulator. Here, as an example of an appropriate slope signal ma, it is known that the value is “−Vout / 2L” given by the output voltage Vout and the inductance L of the coil coil (Texas instruments application note U-111).
しかし、適当なスロープの値は出力電圧Voutによって異なるため、設定電圧によりスロープを最適化する必要があった。つまり図17に示すような線形であるスロープ信号の波形では、出力電圧Voutが変化した際に安定な動作を補償することができない。 However, since the appropriate slope value varies depending on the output voltage Vout, it is necessary to optimize the slope according to the set voltage. That is, a linear slope signal waveform as shown in FIG. 17 cannot compensate for stable operation when the output voltage Vout changes.
このような問題に対処する従来技術として例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術では、非線形のスロープ波形を生成する回路が提案されている。しかしながら、この技術では、スロープ補償信号を複合化論理、デジタル−アナログコンバータおよび合成器を用いて生成しているため、回路規模として大きくなってしまう。 As a conventional technique for dealing with such a problem, there is a technique described in Patent Document 1, for example. In this technique, a circuit for generating a non-linear slope waveform has been proposed. However, in this technique, since the slope compensation signal is generated using the composite logic, the digital-analog converter, and the synthesizer, the circuit scale increases.
解決しようとする問題点は、従来の技術では、小さな回路規模で、非線形のスロープ波形を生成することができない点である。 The problem to be solved is that the conventional technique cannot generate a non-linear slope waveform with a small circuit scale.
本発明の目的は、簡単な回路構成で非線形なスロープを生成することができ、かつ、スロープの足しこみを任意の位置(例えばDuty50%以上)で設定でき、また、線形なスロープとの混在も可能であり、さらに、プロセスばらつきによるスロープの変化および温度変化によるスロープの変化を防ぐことも可能とすることである。
The object of the present invention is to generate a non-linear slope with a simple circuit configuration, to set the slope addition at an arbitrary position (for example,
上記目的を達成するため、本発明では、ピーク電流制御型PWMスイッチングレギュレータにおいて安定動作を得るために、トランジスタの飽和領域の特性を利用して非線形のスロープ電圧を生成する構成とする。例えば、スロープ電圧を生成する容量に接続するトランジスタのゲート電圧を、定電流と容量を用いて線形に変化させることで、非線形のスロープ電圧を生成する。また、例えば定電流インバータと容量によって発生させた遅延時間後にスロープを発生させる構成とする。さらに、線形なスロープ電圧と非線形のスロープ電圧を組み合わせて出力し、例えば、ある遅延時間まで線形に、遅延時間後に非線形とする構成とする。すなわち、遅延時間までゲート電圧を一定に、遅延時間後に線形に変化させる構成とする。あるいは、遅延時間までゲート電圧を線形に変化させ、遅延時間後に一定とすることで、ある遅延時間まで非線形に、遅延時間後に線形とする構成とする。 In order to achieve the above object, in the present invention, in order to obtain a stable operation in a peak current control type PWM switching regulator, a non-linear slope voltage is generated using characteristics of a saturation region of a transistor. For example, a non-linear slope voltage is generated by linearly changing the gate voltage of a transistor connected to a capacitor that generates a slope voltage using a constant current and a capacitor. Further, for example, a slope is generated after a delay time generated by a constant current inverter and a capacitor. Furthermore, a linear slope voltage and a non-linear slope voltage are output in combination, and, for example, a linear configuration up to a certain delay time and a non-linear configuration after the delay time. That is, the gate voltage is constant until the delay time and linearly changes after the delay time. Alternatively, the gate voltage is linearly changed until the delay time, and is constant after the delay time, so that the gate voltage is non-linear up to a certain delay time and linear after the delay time.
本発明によれば、簡単な回路構成で非線形なスロープを生成することができ且つある遅延時間を作成することで非線形スロープの足しこみを任意の位置(例えばDuty50%以上)で設定できると共に線形なスロープとの混在も可能であり、さらにプロセスばらつきによるスロープの変化および温度変化によるスロープの変化を防ぐことができ、ピーク電流制御型PWMコンバータにおいて安定動作を得ることが可能である。
According to the present invention, a non-linear slope can be generated with a simple circuit configuration, and by adding a certain delay time, the non-linear slope can be set at an arbitrary position (for example,
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係わるスロープ補償回路の第1の構成例を示すブロック図であり、図2は、図1におけるスロープ補償回路の詳細構成例を示す回路図、図3は、本発明に係わるスロープ補償回路を具備したピーク電流制御型スイッチングレギュレータの構成例を示すブロック図、図4は、図1におけるスロープ補償回路の温度特性計算結果を示す説明図、図5は、図1におけるスロープ補償回路を設けたピーク電流制御型スイッチングレギュレータの制御動作例を示す説明図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a first configuration example of the slope compensation circuit according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the slope compensation circuit in FIG. 1, and FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a peak current control type switching regulator provided with the slope compensation circuit, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the temperature characteristic calculation result of the slope compensation circuit in FIG. 1, and FIG. 5 is the slope compensation in FIG. It is explanatory drawing which shows the example of control operation | movement of the peak current control type switching regulator which provided the circuit.
図3に示す電流制御型スイッチングレギュレータは降圧型であり、アンプ回路3において、出力電圧Voutを抵抗R1,R2で分圧した電圧Vfbと基準電圧5との差を増幅する。
The current control type switching regulator shown in FIG. 3 is a step-down type, and the
また、加算器2において、電流センサ付きパワースイッチで検出されるピーク電流検出信号にスロープ補償回路1からのスロープ補償信号を加算し、この加算した電流検出電圧と、アンプ回路3の出力電圧による電圧検出電圧とをコンパレータ4で比較する。
Further, in the adder 2, the slope compensation signal from the slope compensation circuit 1 is added to the peak current detection signal detected by the power switch with the current sensor, and this added current detection voltage and the voltage by the output voltage of the
そして、このコンパレータ4の比較結果出力信号と発振回路7からの出力信号とに基づく制御回路6の制御によって電流センサ付きパワースイッチ8のオン・オフ期間の比率を可変して出力電圧を安定化させる。
Then, the ratio of the on / off period of the
本例では、スロープ補償回路1は、図1および図2に示す構成からなり、非線形スロープ電圧を生成する。このような非線形スロープ電圧を生成するために、図1および図2に示すスロープ補償回路1は、可変電流回路付きスロープ発生回路1aと、可変電流制御回路1b、および、初期可変電流設定回路1cを有する。これらの回路をパワースイッチ制御信号1dによって制御する。
In this example, the slope compensation circuit 1 has the configuration shown in FIGS. 1 and 2 and generates a non-linear slope voltage. In order to generate such a nonlinear slope voltage, the slope compensation circuit 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a slope generation circuit 1a with a variable current circuit, a variable
図2に詳細を示すように、これらの可変電流回路付きスロープ発生回路1aと、可変電流制御回路1b、および、初期可変電流設定回路1cの各回路は、カレントミラーとして用いられるトランジスタM1,M3のゲート電圧を線形に変動させることにより、電流値を2次的に変化させ、それに対応するスロープ電圧(非線形スロープ電圧)を作成する。
As shown in detail in FIG. 2, each of the slope generating circuit 1a with variable current circuit, the variable
以下、個々の動作について説明を行う。まず、初期可変電流設定回路1cにおいて予め設定される定電流値I1により飽和結線されたトランジスタM1の初期ゲート電圧VGS0を決定する。ここでトランジスタM1に流れる電流I1は、「I1=Kn/2*(VGS0−Vthn)^2」によって決まる。この式において、「Kn」はNMOSの導電係数、「Vthn」は閾値電圧を示している。 Hereinafter, individual operations will be described. First, the initial variable voltage setting circuit 1c determines the initial gate voltage VGS0 of the transistor M1 that is saturated with the constant current value I1 set in advance. Here, the current I1 flowing through the transistor M1 is determined by “I1 = Kn / 2 * (VGS0−Vthn) ^ 2.” In this equation, “Kn” represents the NMOS conductivity coefficient, and “Vthn” represents the threshold voltage.
トランジスタM1とトランジスタM3はカレントミラー回路であるため、初期可変電流回路設定回路1cからの可変電流回路付きスロープ発生回路1aへの初期可変電流設定値は「VGS0」によって決まる。 Since the transistors M1 and M3 are current mirror circuits, the initial variable current setting value from the initial variable current circuit setting circuit 1c to the slope generating circuit with variable current circuit 1a is determined by “VGS0”.
次に、可変電流制御回路1bでは、スイッチ用のトランジスタM4がオフした後、初期に設定されたゲート電圧VGS0と定電流I2とコンデンサC1とによって決まる定数により、トランジスタM3に印加される電圧VGSは「VGS=VGS0+I2/C1×t」と与えられる。ここで「t」はDutyのON(オン)時間Tonに対応する。
Next, in the variable
可変電流回路付きスロープ発生回路1aにおいて、発生されるスロープは決定され、その時の可変電流値I3は、トランジスタM1,M3のKnとVthnとが等しいとすると、「I3=Kn/2×(VGS−Vthn)^2=Kn/2×(VGS0+I2/C1×t−Vthn)^2=Kn/2×(√(2I1/Kn)+I2/C1×t)^2」式1と表わされる。 In the slope generating circuit 1a with a variable current circuit, the slope to be generated is determined, and the variable current value I3 at that time is defined as “I3 = Kn / 2 × (VGS−), assuming that Kn and Vthn of the transistors M1 and M3 are equal. Vthn) ^ 2 = Kn / 2 * (VGS0 + I2 / C1 * t-Vthn) ^ 2 = Kn / 2 * (√ (2I1 / Kn) + I2 / C1 * t) ^ 2 ".
この式1においては閾値電圧「Vth」の項がなく、閾値電圧Vthに可変電流値が依存しないことが分かる。これにより、プロセスばらつきに対し安定であり、且つ、Duty(オン時間)とともに2次的(非線形)に変化する電流を供給できる。 In this formula 1, there is no term of the threshold voltage “Vth”, and it can be seen that the variable current value does not depend on the threshold voltage Vth. As a result, it is possible to supply a current that is stable with respect to process variations and that changes secondarily (non-linearly) with Duty (ON time).
一般的に降圧型のスイッチングレギュレータでは、連続モード時ONデューティは「Vout/Vin」で与えられる。また、入力電圧Vinが一定だとすると、安定化を得るためのスロープ波形も出力電圧Voutに比例して増やす必要がある。 In general, in the step-down switching regulator, the ON duty in the continuous mode is given by “Vout / Vin”. Further, if the input voltage Vin is constant, the slope waveform for obtaining stabilization needs to be increased in proportion to the output voltage Vout.
つまり出力電圧Voutが増えることによるスロープの傾きの増加は、ON時間の増加と比例の関係にあり、波形としては2次の変化をすることでこのスロープの変化を満たすことができ、2次的に変化するスロープ電流は、出力電圧Voutが変化したときでさえ安定化を得るために有効である。 In other words, the increase in the slope of the slope due to the increase in the output voltage Vout is proportional to the increase in the ON time, and the change in the slope can be satisfied by making a secondary change in the waveform. The slope current that changes to is effective to obtain stabilization even when the output voltage Vout changes.
また、式1より、トランジスタにより決まるKnの温度特性と定電流I1,I2の温度特性,並びに周波数変化によるオン時間tの変化を考慮して適当なサイズを選ぶことにより,温度変化のない可変電流源を作成することが可能である。 Further, from Equation 1, by selecting an appropriate size in consideration of a temperature characteristic of Kn determined by a transistor, a temperature characteristic of constant currents I1 and I2, and a change in on-time t due to a frequency change, a variable current without a temperature change is selected. It is possible to create a source.
最適化されたトランジスタを選んだときの例として図4に計算結果を示す。ここでトランジスタM1,M3を「I1=I2」を満たすようなカレントミラー構成にし、「I3」は90%でのDutyにおける電流値とする。これを見て明らかなように温度特性の良好なスロープ電流源を作成することが可能である。 FIG. 4 shows the calculation result as an example when an optimized transistor is selected. Here, the transistors M1 and M3 have a current mirror configuration that satisfies “I1 = I2”, and “I3” is a current value in Duty at 90%. As is apparent from this, it is possible to create a slope current source with good temperature characteristics.
本構成の動作状態を図5に示す。本例のスロープ補償回路では、制御電流に安定化スロープ信号を加算することで設定電圧が上昇し、Dutyが広くなったときでさえスロープの傾きを調整することができていることが分かる。これは先に述べた安定性の確保において重要である。またパワースイッチ制御信号(1d)は、Low(ロー)出力時にパワースイッチをONするものである。 The operation state of this configuration is shown in FIG. In the slope compensation circuit of this example, it can be seen that the slope of the slope can be adjusted even when the set voltage rises by adding the stabilization slope signal to the control current and the duty becomes wide. This is important in ensuring stability as described above. The power switch control signal (1d) turns on the power switch when outputting Low.
図6は、本発明に係わるスロープ補償回路の第2の構成例を示すブロック図であり、図7は、図6におけるスロープ補償回路の詳細構成例を示す回路図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a second configuration example of the slope compensation circuit according to the present invention, and FIG. 7 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the slope compensation circuit in FIG.
本図6および図7に示すスロープ補償回路61は、図1および図2で示したスロープ補償回路1に、遅延回路61eを設けた構成となっている。このような構成により、本例のスロープ補償回路61では、初期可変電流設定回路61cの信号出力後、遅延回路61eからの遅延信号を可変電流回路付きスロープ発生回路61aと可変電流制御回路61bのそれぞれに入力することで、電流加算を開始する時間を任意に決定することができる。つまり任意のDutyからスロープを加算することが遅延時間を適当な値にすることで実現することができる。
The
図7に示すように、この遅延回路61eは、定電流付きインバータの電流値I4と容量C3の値と可変電流制御回路61bにおけるトランジスタM2の閾値によって遅延時間が決定され、トランジスタM2が遅延時間後にONすることで、可変電流回路付きスロープ発生回路61aにおけるトランジスタM3のゲート電圧が線形に変化し始める。ここでトランジスタM3に接続されているインバータの閾値とトランジスタM2の閾値とを同程度に調整することで、結果として遅延時間後に非線形のスロープを発生させることができる。
As shown in FIG. 7, the
図8は、本発明に係わるスロープ補償回路の第3の構成例を示すブロック図であり、図9は、図8におけるスロープ補償回路の詳細構成例を示す回路図である。 FIG. 8 is a block diagram showing a third configuration example of the slope compensation circuit according to the present invention, and FIG. 9 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the slope compensation circuit in FIG.
本図8および図9に示すスロープ補償回路81は、図6および図7に示すスロープ補償回路61と同様、図1および図2で示したスロープ補償回路1に、遅延回路81eを設け、この遅延回路81eからの信号を可変電流制御回路81bのみに入力する構成をとっている。
The
図9に示す構成により、本例のスロープ補償回路81は、遅延回路81eで生成する遅延時間までは、初期化変電流設定回路81cにおけるトランジスタM1によって与えられたゲート信号で、可変電流回路付きスロープ発生回路81aにおけるトランジスタM3の電流値は決まり、一定の電流で可変電流回路付きスロープ発生回路81aにおける容量C2を放電することで線形なスロープを作り出す。
With the configuration shown in FIG. 9, the
そして、遅延回路81eで決まる遅延時間後、可変電流制御回路81bにおけるトランジスタM2がONし、可変電流制御回路81bが動作することにより、可変電流回路付きスロープ発生回路81aにおけるトランジスタM3のゲート電圧を線形に変化させることで電流I3が変化し非線形なスロープを作りだすことができる。
Then, after a delay time determined by the
図10は、本発明に係わるスロープ補償回路の第4の構成例を示すブロック図であり、図11は、図10におけるスロープ補償回路の詳細構成例を示す回路図である。 FIG. 10 is a block diagram showing a fourth configuration example of the slope compensation circuit according to the present invention, and FIG. 11 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the slope compensation circuit in FIG.
本図10および図11に示すスロープ補償回路101は、図1および図2で示したスロープ補償回路1に、遅延付き制御回路101eを設け、この遅延付き制御回路101eの信号を可変電流制御回路101bに入力する構成になっている。
The
図11に示す構成により、本例のスロープ補償回路101は、遅延付き制御回路101eで生成する遅延時間までは、可変電流制御回路101bにおけるトランジスタM2のゲート電圧を線形に変化させ、遅延時間後に、同トランジスタM2のスイッチをオフすることでゲート電圧を一定にすることで、可変電流回路付きスロープ発生回路101aにおける電流I3の変化を、非線形と線形に組み合わせることを実現している。
With the configuration shown in FIG. 11, the
本図10,11および前述の図8,9における例の構成を用いることで、遅延時間を設定するだけで線形と非線形なスロープを混在させることができ、スイッチングレギュレータの安定性を確保できるスロープ補償回路の自由度を増すことができる。 By using the configurations of the examples in FIGS. 10 and 11 and FIGS. 8 and 9 described above, it is possible to mix linear and non-linear slopes only by setting a delay time, and slope compensation that can ensure the stability of the switching regulator. The degree of freedom of the circuit can be increased.
以上、降圧型のスイッチングレギュレータについて説明したが、以下、昇圧型スイッチングレギュレータについて説明する。 Although the step-down switching regulator has been described above, the step-up switching regulator will be described below.
一般に、昇圧型スイッチングレギュレータでは、NMOSトランジスタの電流を検出して電流帰還を行っている。このような昇圧型スイッチングレギュレータにおけるスロープ補償の動作を図12に示す。また、このような昇圧型スイッチングレギュレータに設ける本発明に係わるスロープ補償回路の一構成例を図13〜16に示す。 In general, a step-up switching regulator performs current feedback by detecting the current of an NMOS transistor. The operation of slope compensation in such a step-up switching regulator is shown in FIG. An example of the configuration of the slope compensation circuit according to the present invention provided in such a step-up switching regulator is shown in FIGS.
昇圧型スイッチングレギュレータでは、GND基準の電圧を用いて電流帰還することがよく知られており、図13〜図16に示す例は、このようなGND基準のスロープを生成する昇圧型スイッチングレギュレータに設けた本発明に係わるスロープ補償回路に関するものである。 In a step-up switching regulator, it is well known that current feedback is performed using a GND reference voltage, and the examples shown in FIGS. 13 to 16 are provided in a step-up switching regulator that generates such a GND reference slope. The present invention also relates to a slope compensation circuit according to the present invention.
図13は、本発明に係わるスロープ補償回路の第5の構成の詳細例を示す回路図である。 FIG. 13 is a circuit diagram showing a detailed example of the fifth configuration of the slope compensation circuit according to the present invention.
本例のスロープ補償回路では、(可変電流制御回路における)トランジスタM2のゲート信号をパワースイッチ制御信号1301dから直接とらずに、インバータ2つを介している。これは、(初期可変電流設定回路における)トランジスタM4のスイッチをオフした後に電流I2をひくことで、スイッチングによる(可変電流回路付きスロープ発生回路における)トランジスタM3のゲート電圧変化を防ぐためである。
In the slope compensation circuit of this example, the gate signal of the transistor M2 (in the variable current control circuit) is not directly taken from the power
尚、パワースイッチ制御信号1301dは、図12に示すように、ON時間にHigh出力するものとなる。
As shown in FIG. 12, the power
図14は、本発明に係わるスロープ補償回路の第6の構成の詳細例を示す回路図である。 FIG. 14 is a circuit diagram showing a detailed example of the sixth configuration of the slope compensation circuit according to the present invention.
本図14に示すスロープ補償回路は、図13におけるスロープ補償回路に、図6,7で示した第2の構成例におけるスロープ補償回路61における遅延回路61e(電流I4、容量C3、インバータ)を追加したものであり、このように遅延回路を設けることにより任意のDutyよりスロープ信号を足しこむことができる。
In the slope compensation circuit shown in FIG. 14, a
この際、「電流I2=電流I5」とし、(可変電流制御回路における)トランジスタM2の閾値と、電流I5を定電流負荷とする(可変電流回路付きスロープ発生回路における)インバータの閾値とを等しくすることで、図6,7で示すスロープ補償回路61における可変電流制御回路61bと可変電流回路付きスロープ発生回路61aの動作タイミングを同時にすることができる。
At this time, “current I2 = current I5” is set, and the threshold value of the transistor M2 (in the variable current control circuit) is equal to the threshold value of the inverter (in the slope generating circuit with the variable current circuit) having the current I5 as a constant current load. Thus, the operation timings of the variable
図15は、本発明に係わるスロープ補償回路の第7の構成の詳細例を示す回路図である。 FIG. 15 is a circuit diagram showing a detailed example of the seventh configuration of the slope compensation circuit according to the present invention.
本図15に示すスロープ補償回路の基本動作は、図8,9で示したスロープ補償回路81と同様であり、線形なスロープと非線形なスロープを遅延時間を決めることで組み合わせることができるものである。
The basic operation of the slope compensation circuit shown in FIG. 15 is the same as that of the
図16は、本発明に係わるスロープ補償回路の第8の構成の詳細例を示す回路図である。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a detailed example of the eighth configuration of the slope compensation circuit according to the present invention.
本図16に示すスロープ補償回路の基本動作は、図10,11で示したスロープ補償回路101と同様であり、非線形なスロープと線形なスロープを遅延時間を決めることで組み合わせることができるものである。
The basic operation of the slope compensation circuit shown in FIG. 16 is the same as that of the
以上、図1〜図16を用いて説明したように、本例では、ピーク電流制御型PWMスイッチングレギュレータの安定動作制御に用いるスロープ電圧を生成するスロープ補償回路として、容量C2とトランジスタM3を有する可変電流回路付きスロープ発生回路(1a)を設け、容量C2により線形なスロープ電圧を生成し、この容量C2で生成する線形なスロープ電圧を、トランジスタM3を用い、そのトランジスタ飽和領域の特性を利用して非線形に変化させる構成とし、容易な構成で非線形のスロープ電圧を生成して出力することができる。 As described above with reference to FIGS. 1 to 16, in this example, as a slope compensation circuit that generates a slope voltage used for stable operation control of the peak current control type PWM switching regulator, a variable having a capacitor C <b> 2 and a transistor M <b> 3. A slope generation circuit (1a) with a current circuit is provided, a linear slope voltage is generated by the capacitor C2, and the linear slope voltage generated by the capacitor C2 is obtained by using the transistor M3 and utilizing the characteristics of the transistor saturation region. It is possible to generate and output a non-linear slope voltage with a simple configuration, with a non-linear change.
尚、トランジスタM3のゲート電圧を線形に変化させるために、定電流I2とトランジスタM2および容量C1を有する可変電流制御回路(1b)を設け、定電流I2と容量C1を用いて線形なゲート電圧を生成する構成とする。 In order to change the gate voltage of the transistor M3 linearly, a variable current control circuit (1b) having a constant current I2, a transistor M2 and a capacitor C1 is provided, and a linear gate voltage is set using the constant current I2 and the capacitor C1. A configuration to generate.
また、トランジスタM3に初期のゲート信号を与える初期可変電流設定回路(1c)を設けた構成とする。 In addition, an initial variable current setting circuit (1c) that provides an initial gate signal to the transistor M3 is provided.
また、非線形のスロープ電圧の生成を、予め定められた遅延時間だけ遅延させる遅延回路(61e)を設けた構成とし、この遅延回路(61e)は定電流インバータ(I4とインバータ)と容量(C3)を有し、この定電流インバータ(I4とインバータ)と容量(C3)によって遅延時間を生成する。 Further, a delay circuit (61e) for delaying the generation of the non-linear slope voltage by a predetermined delay time is provided, and this delay circuit (61e) has a constant current inverter (I4 and inverter) and a capacitor (C3). The delay time is generated by the constant current inverter (I4 and inverter) and the capacitor (C3).
さらに、定電流I4とインバータおよび容量C3によって遅延時間を生成する遅延回路(81e)を設けることにより、線形のスロープ電圧と、非線形のスロープ電圧を組み合わせて出力する構成とする。この際、遅延回路(81e)で制御される遅延時間まで、(可変電流回路付きスロープ発生回路81aにおける) トランジスタM3のゲート電圧を一定にして容量C2により生成される線形のスロープ電圧を出力し、遅延時間後にトランジスタM3のゲート電圧を線形に変化させることで容量C2で生成されるスロープ電圧を非線形のスロープ電圧に変化させて出力する。
Furthermore, by providing a delay circuit (81e) that generates a delay time by the constant current I4, the inverter, and the capacitor C3, the linear slope voltage and the nonlinear slope voltage are combined and output. At this time, until the delay time controlled by the delay circuit (81e), the gate voltage of the transistor M3 (in the
あるいは、遅延付き制御回路(101e)で制御される遅延時間まで、(可変電流回路付きスロープ発生回路101aにおける) トランジスタM3のゲート電圧を線形に変化させることで容量C2で生成されるスロープ電圧を非線形のスロープ電圧に変化させ、遅延時間後にトランジスタM3のゲート電圧を一定にして容量C2により生成される線形のスロープ電圧を出力する。
Alternatively, the slope voltage generated by the capacitor C2 is nonlinearly changed by linearly changing the gate voltage of the transistor M3 (in the
そして、本例のピーク電流制御型PWMスイッチングレギュレータは、このような構成のスロープ補償回路のいずれかを設けた構成とし、アンプ3において、出力電圧Voutを抵抗R1,R2で分圧して得た検出電圧Vfbと基準電圧5との誤差信号を出力し、加算器2において、スイッチング素子に流れる電流に対応する電圧と上述の各スロープ補償回路のいずれかから出力されるスロープ電圧を加算して出力し、コンパレータ4において、加算器2の出力電圧とアンプ3の出力電圧を比較し、制御回路6において、コンパレータ4の比較結果と発振回路7の出力とに基づき電流センサ付きパワースイッチ8におけるスイッチングトランジスタをスイッチング制御することで、スイッチングトランジスタのオン・オフ期間の比率を可変して、供給された電圧Vinを調整した後に出力電圧Voutとして出力する。
The peak current control type PWM switching regulator of this example is provided with any one of the slope compensation circuits having such a configuration, and the detection obtained by dividing the output voltage Vout by the resistors R1 and R2 in the
また、このような本例のピーク電流制御型PWMスイッチングレギュレータを、コンピュータ装置や携帯電話等の種々の電子機器に用いることにより、これらの電子機器の安定動作を簡易な構成で実現することができる。 Further, by using such a peak current control type PWM switching regulator of this example for various electronic devices such as a computer device and a mobile phone, stable operation of these electronic devices can be realized with a simple configuration. .
尚、本発明は、図1〜図16を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例においては、降圧型ピーク電流制御型スイッチングレギュレータおよび昇圧型ピーク電流制御型スイッチングレギュレータを例として示したが、反転型ピーク電流制御型スイッチングレギュレータ等においても同様な考え方で構成することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-16, and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary. For example, in this example, the step-down type peak current control type switching regulator and the step-up type peak current control type switching regulator are shown as examples. However, the inverting type peak current control type switching regulator can be configured in the same way. Is possible.
1,61,81,101,:スロープ補償回路、2:加算器、3:アンプ、4:コンパレータ、5:基準電圧、6:制御回路、7:発振回路、8:電流センサ付きパワースイッチ、1a,61a,81a,101a:可変電流回路付きスロープ発生回路,1b,61b,81b,101b:可変電流制御回路、1c,61c,81c,101c:初期可変電流設定回路、1d,61d,81d,101d,1301d,1401d,1501d,1601d:パワースイッチ制御信号、61e,81e:遅延回路、101e:遅延付き制御回路。 1, 61, 81, 101: slope compensation circuit, 2: adder, 3: amplifier, 4: comparator, 5: reference voltage, 6: control circuit, 7: oscillation circuit, 8: power switch with current sensor, 1a , 61a, 81a, 101a: slope generating circuit with variable current circuit, 1b, 61b, 81b, 101b: variable current control circuit, 1c, 61c, 81c, 101c: initial variable current setting circuit, 1d, 61d, 81d, 101d, 1301d, 1401d, 1501d, 1601d: power switch control signal, 61e, 81e: delay circuit, 101e: control circuit with delay.
Claims (16)
線形なスロープ電圧を生成する第1の手段と、
該第1の手段で生成する線形なスロープ電圧を、具備したトランジスタの飽和領域の特性を利用して非線形に変化させる第2の手段と
を有し、非線形のスロープ電圧を生成して出力することを特徴とするスロープ補償回路。 A slope compensation circuit for generating a slope voltage used for stable operation control of a peak current control type PWM switching regulator,
A first means for generating a linear slope voltage;
A second means for nonlinearly changing the linear slope voltage generated by the first means by utilizing the characteristics of the saturation region of the transistor provided, and generating and outputting a nonlinear slope voltage; Slope compensation circuit characterized by
上記第2の手段が具備するトランジスタのゲート電圧を線形に変化させる第3の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 1,
A slope compensation circuit comprising third means for linearly changing a gate voltage of a transistor included in the second means.
上記第3の手段は、定電流と容量を用いて上記線形なゲート電圧を生成する手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 2,
The slope compensation circuit, wherein the third means includes means for generating the linear gate voltage using a constant current and a capacitance.
上記第2の手段が具備するトランジスタに初期のゲート信号を与える第4の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to any one of claims 1 to 3,
A slope compensation circuit comprising a fourth means for applying an initial gate signal to the transistor included in the second means.
上記第2の手段による上記非線形のスロープ電圧の生成を、予め定められた遅延時間だけ遅延させる第5の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to any one of claims 1 to 4,
A slope compensation circuit comprising: fifth means for delaying generation of the non-linear slope voltage by the second means by a predetermined delay time.
上記第5の手段は、定電流インバータと容量によって上記遅延時間を生成する手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 5,
The fifth means has a means for generating the delay time by a constant current inverter and a capacitor.
上記第1の手段で生成した線形のスロープ電圧と、上記第2の手段で生成した非線形のスロープ電圧を組み合わせて出力する第6の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to any one of claims 1 to 6,
A slope compensation circuit comprising a sixth means for outputting a combination of the linear slope voltage generated by the first means and the non-linear slope voltage generated by the second means.
上記第6の手段は、予め定められた遅延時間まで上記線形のスロープ電圧を出力し、該遅延時間後に上記非線形のスロープ電圧を出力する第7の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 7,
The sixth means has a seventh means for outputting the linear slope voltage until a predetermined delay time, and outputting the nonlinear slope voltage after the delay time.
上記第7の手段は、上記第2の手段が具備するトランジスタのゲート電圧を、上記遅延時間まで一定に、遅延時間後に線形に変化させる手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 8,
The seventh means has means for changing the gate voltage of the transistor included in the second means constant until the delay time and linearly after the delay time.
上記第7の手段は、定電流インバータと容量によって上記遅延時間を生成する手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 A slope compensation circuit according to claim 8 or 9, wherein
The seventh means has a means for generating the delay time by means of a constant current inverter and a capacitor.
上記第6の手段は、予め定められた遅延時間まで上記非線形のスロープ電圧を出力し、該遅延時間後に上記線形のスロープ電圧を出力する第8の手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 7,
The sixth means includes an eighth means for outputting the nonlinear slope voltage until a predetermined delay time and outputting the linear slope voltage after the delay time.
上記第8の手段は、上記第2の手段が具備するトランジスタのゲート電圧を、上記遅延時間まで線形に変化させ、遅延時間後に一定とする手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 The slope compensation circuit according to claim 11,
The eighth means has means for linearly changing the gate voltage of the transistor included in the second means until the delay time and making it constant after the delay time.
上記第8の手段は、定電流インバータと容量によって上記遅延時間を生成する手段を有することを特徴とするスロープ補償回路。 A slope compensation circuit according to claim 11 or claim 12,
The eighth means has means for generating the delay time by means of a constant current inverter and a capacitor.
出力電圧を分圧して得た検出電圧と基準電圧との誤差信号を出力するアンプ手段と、
スイッチング素子に流れる電流に対応する電圧と上記スロープ補償回路から出力されるスロープ電圧を加算して出力する加算手段と、
該加算手段の出力電圧と上記アンプ手段の出力電圧を比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果に基づきスイッチングトランジスタをスイッチング制御する制御手段と
を有し、上記スイッチングトランジスタのオン・オフ期間の比率を可変して、供給された電圧を調整した後に出力することを特徴とするスイッチングレギュレータ。 The switching regulator according to claim 14, wherein
Amplifier means for outputting an error signal between the detection voltage obtained by dividing the output voltage and the reference voltage;
Adding means for adding the voltage corresponding to the current flowing through the switching element and the slope voltage output from the slope compensation circuit;
Comparing means for comparing the output voltage of the adding means and the output voltage of the amplifier means;
Control means for controlling the switching of the switching transistor based on the comparison result of the comparison means, wherein the ratio of the on / off period of the switching transistor is varied, and the supplied voltage is adjusted and then output. Switching regulator.
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