JP2010148289A - Switching regulator circuit - Google Patents
Switching regulator circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010148289A JP2010148289A JP2008324551A JP2008324551A JP2010148289A JP 2010148289 A JP2010148289 A JP 2010148289A JP 2008324551 A JP2008324551 A JP 2008324551A JP 2008324551 A JP2008324551 A JP 2008324551A JP 2010148289 A JP2010148289 A JP 2010148289A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- voltage
- unit
- circuit
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 36
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 30
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 9
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 49
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 abstract description 23
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、直流−直流コンバータであるスイッチングレギュレータ回路に関する。 The present invention relates to a switching regulator circuit that is a DC-DC converter.
図1は、従来の技術によるスイッチングレギュレータ回路9の構成を示す図である。スイッチングレギュレータ回路9は、出力MOS(Metal Oxide Semiconductor)11を導通状態(以下「オン」という)および遮断状態(以下「オフ」という)のいずれかに切り換えることによって、コンデンサC9に蓄積される電荷を制御し、抵抗からなる負荷2に出力する電圧が一定の電圧になるように制御する。出力MOS11は、PチャネルのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、直流電源の電圧Vinが印加される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
出力MOS11から出力される電流は、コイルL1および抵抗素子R1を介してコンデンサC9に供給される。コイルL1の入力側には、アノードが接地されるダイオードD1のカソードが接続されている。抵抗素子R1は、負荷2に供給される電流の電流値を検出するためのシャント抵抗であり、抵抗素子R1の上流側の端子が電流アンプ12の反転入力端子に接続され、抵抗素子R1の下流側の端子が電流アンプ12の非反転入力端子に接続されている。
The current output from the
電流アンプ12は、抵抗素子R1の両端の電位差によって、負荷2に供給される電流の電流値を検出し、検出した電流値に基づいて、スイッチングレギュレータ回路9の出力電圧を目的の電圧に保つように動作する。具体的には、負荷2への電流が不足していると、出力MOS11のオンデューティを大きくし、負荷2への電流が過剰であると、出力MOS11のオンデューティを小さくする。出力MOS11のオンデューティは、オンおよびオフの一周期の時間に対するオンの時間の割合である。
The
電圧エラーアンプ13は、抵抗素子R2と抵抗素子R3との接続点が反転入力端子に接続され、定電圧源19の電圧が非反転入力端子に接続され、出力が平均化アンプの反転入力端子に入力されるとともに、抵抗素子R5を介して電圧エラーアンプ13の反転入力端子に接続されている。電圧エラーアンプ13は、負荷2に出力する出力電圧、つまりコンデンサC9の電圧を抵抗素子R2と抵抗素子R3とによって分圧した電圧と、定電圧源19の電圧との差を増幅してエラー信号として出力し、スイッチングレギュレータ回路9の出力電圧を目的の電圧になるように制御する。具体的には、出力電圧が下がれば、出力MOS11のオンデューティを大きくし、出力電圧が上がれば、出力MOS11のオンデューティを小さくする。電流アンプ12は、電圧エラーアンプ13よりも高速に動作するので、負荷2の変動に対する応答が速い。
In the
平均化アンプ91は、電流アンプ12の出力が非転入力端子に接続され、電圧エラーアンプ13の出力が反転入力端子に接続され、出力がパルス幅変調(以下「PWM」という)コンパレータ15の非反転入力端子に接続されるとともに、コンデンサ8を介して、平均化アンプ91の非転入力端子に接続されている。PWMコンパレータ15は、のこぎり波生成回路92の出力が転入力端子に接続され、平均化アンプ91の出力が非反転入力端子に接続され、出力がインバータ93を介して出力MOS11のゲートに接続されている。
In the
図2は、電流アンプ12の出力および電圧エラーアンプ13の出力の出力波形を示すタイムチャートである。電流アンプ12の出力は、負荷2に供給される電流の電流値の変動に連動して、時間の経過に従い、周期的に増減している。電圧エラーアンプ13の出力は、コンデンサC9によって、電流の増減による電圧が平滑され、時間の経過に従い、周期的に増減するが、増減する電圧幅は出力する電圧に比して小さい。
FIG. 2 is a time chart showing output waveforms of the output of the
図3は、平均化アンプ91の出力の出力波形および出力MOS11のオンオフを示すタイムチャートである。平均化アンプ91は、電流アンプ12の出力の電圧と電圧エラーアンプ13の出力の電圧との差を平均化して出力する。平均化アンプ91の出力は、出力MOS11がオフからオンに変化した時点で、最も低い電圧まで下がった後、次に出力MOS11がオフからオンに変化する時点まで上昇するのこぎり波状の信号である。平均化アンプ91は、電流アンプ12の出力に重畳するノイズを低減する。
FIG. 3 is a time chart showing the output waveform of the output of the
PWMコンパレータ15は、平均化アンプ91の出力とのこぎり波生成回路92の出力とを比較し、平均化アンプ91の出力の電圧がのこぎり波生成回路92の出力の電圧以上であると、ハイレベルの信号を出力し、出力MOS11のゲート電圧をソース電圧未満にして出力MOS11をオンとする。平均化アンプ91の出力の電圧がのこぎり波生成回路92の出力の電圧未満であると、ローレベルの信号を出力し、出力MOS11のゲート電圧をソース電圧以上にして出力MOS11をオフとする。
The
特許文献1に記載される電流モード制御装置は、電流センス回路にスローブ補償回路を設け、二次曲線カーブを持つ電圧をスイッチング回路に加える構成である。スイッチングオフ直前の傾きを大きくして、低周波発振を抑えるようにしたものである。
The current mode control device described in
特許文献2に記載されるDC−DCコンバータは、積分回路を二重に設けることによって、スローブ補償回路をなくした構成である。
The DC-DC converter described in
図4は、平均化アンプ91の詳細な回路構成を示す図である。図5は、のこぎり波生成回路92の詳細な回路構成を示す図である。図6は、コンパレータ921,922の詳細な回路構成を示す図である。このように、平均化アンプ91およびのこぎり波生成回路92のいずれの回路も多くの回路素子から構成されており、回路規模が大きい。すなわち、図1に示したスイッチングレギュレータ回路9は、平均化アンプ91およびのこぎり波生成回路92が設けられており、回路規模が大きく、また平均化アンプによって電流を平均化するので応答性が遅いという問題がある。特許文献2に記載されるDC−DCコンバータは、スローブ補償回路を無くしているが、積分回路を二重に設ける必要があり、回路規模が大きくなるという問題がある。
FIG. 4 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the
本発明の目的は、回路規模が小さく、かつ応答性が速いスイッチングレギュレータ回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a switching regulator circuit having a small circuit scale and quick response.
本発明(1)は、電圧を出力する出力状態および出力しない非出力状態のうちのいずれかに切り換える切換部と、
切換部から出力される電圧を平滑し、平滑した電圧を負荷に出力する平滑出力部と、
切換部から平滑出力部に流れる電流を検出する電流検出部と、
平滑出力部から負荷に出力する電圧を検出する電圧検出部と、
電流検出部によって検出される電流に応じて電荷を蓄積する蓄積部と、
蓄積部によって蓄積された電荷による電圧が、電圧検出部によって検出された電圧以上になると、切換部による出力を停止するための停止信号を生成する停止信号生成部と、
予め定める周期のクロック信号を生成するクロック生成回路と、
クロック生成回路によって生成されるクロック信号に同期して、切換部を出力状態に切り換え、停止信号生成部によって生成される停止信号に同期して、切換部を非出力状態に切り換えるとともに、蓄積部によって蓄積された電荷を放電させる切換制御部とを含むことを特徴とするスイッチングレギュレータ回路である。
The present invention (1) includes a switching unit that switches between an output state that outputs a voltage and a non-output state that does not output a voltage;
A smoothing output unit for smoothing a voltage output from the switching unit and outputting the smoothed voltage to a load;
A current detection unit for detecting a current flowing from the switching unit to the smoothing output unit;
A voltage detection unit for detecting a voltage output from the smoothing output unit to the load;
An accumulator that accumulates charges according to the current detected by the current detector;
A stop signal generation unit that generates a stop signal for stopping output by the switching unit when the voltage due to the electric charge accumulated by the accumulation unit becomes equal to or higher than the voltage detected by the voltage detection unit;
A clock generation circuit for generating a clock signal having a predetermined period;
The switching unit is switched to the output state in synchronization with the clock signal generated by the clock generation circuit, the switching unit is switched to the non-output state in synchronization with the stop signal generated by the stop signal generation unit, and the storage unit The switching regulator circuit includes a switching control unit that discharges the accumulated electric charge.
本発明(1)によれば、切換部によって、電圧を出力する出力状態および出力しない非出力状態のうちのいずれかに切り換えられ、平滑出力部によって、切換部から出力される電圧が平滑され、平滑された電圧が負荷に出力され、電流検出部によって、切換部から平滑出力部に流れる電流が検出され、電圧検出部によって、平滑出力部から負荷に出力する電圧が検出される。蓄積部によって、電流検出部によって検出される電流に応じて電荷が蓄積され、停止信号生成部によって、蓄積部によって蓄積された電荷による電圧が、電圧検出部によって検出された電圧以上になると、切換部による出力を停止するための停止信号が生成される。そして、クロック生成回路によって、予め定める周期のクロック信号が生成され、切換制御部によって、クロック生成回路によって生成されるクロック信号に同期して、換部が出力状態に切り換えられ、停止信号生成部によって生成される停止信号に同期して、切換部が非出力状態に切り換えられるとともに、蓄積部によって蓄積された電荷が放電される。 According to the present invention (1), the switching unit switches between an output state where the voltage is output and a non-output state where the voltage is not output, and the smoothing output unit smoothes the voltage output from the switching unit, The smoothed voltage is output to the load, the current detection unit detects the current flowing from the switching unit to the smooth output unit, and the voltage detection unit detects the voltage output from the smooth output unit to the load. Charge is accumulated by the accumulator according to the current detected by the current detector, and switching is performed when the voltage due to the electric charge accumulated by the accumulator is greater than or equal to the voltage detected by the voltage detector by the stop signal generator. A stop signal for stopping output by the unit is generated. Then, a clock signal having a predetermined period is generated by the clock generation circuit, and the switching unit is switched to the output state in synchronization with the clock signal generated by the clock generation circuit, and the stop signal generation unit In synchronization with the generated stop signal, the switching unit is switched to the non-output state, and the charge accumulated by the accumulation unit is discharged.
したがって、回路規模の大きい平均化アンプおよびのこぎり波生成回路を用いる必要がないので、回路規模が小さく、かつ応答性が速くすることができる。 Therefore, since it is not necessary to use an averaging amplifier and a sawtooth wave generation circuit having a large circuit scale, the circuit scale is small and the responsiveness can be increased.
図7は、本発明の実施の一形態であるスイッチングレギュレータ回路1の構成を示す図である。スイッチングレギュレータ回路1は、直流電源の電圧Vin、たとえば車載用のバッテリの電圧12Vを予め定める出力電圧、たとえば5Vまたは3,3Vに変換して出力する直流−直流コンバータである。スイッチングレギュレータ回路1の構成要素のうち図1に示したスイッチングレギュレータ回路9の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付している。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the
スイッチングレギュレータ回路1は、出力MOS(Metal Oxide Semiconductor)11、ダイオードD1、コイルL1、抵抗素子R1〜R9、コンデンサC1、電流アンプ12、電圧エラーアンプ13、積分回路14、パルス幅変調コンパレータ(以下「PWMコンパレータ」という)15、クロック生成回路16、フリップフロップ17、ドライバ18および定電圧源19を含んで構成されている。負荷2は、たとえばマイクロコンピュータなどの電子回路であるが、図7では抵抗素子として表している。
The
切換部である出力MOS11は、PチャネルのMOSFET(Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor)によって構成され、ソースに直流電源の電圧Vinが印加され、ドレインが、アノードが接地されるダイオードD1のカソードおよびコイルL1の一端に接続され、ゲートがドライバ18の出力に接続されている。コイルL1の他端は、抵抗素子R1を介して、一端が接地されるコンデンサC1の他端および負荷2に接続されている。コンデンサC1は、静電容量の大きい電界コンデンサであり、出力MOS11から出力され、コイルL1および抵抗素子R1を介して印加される電圧を平滑して、負荷2に出力する。ダイオードD1、コイルL1およびコンデンサC1は、平滑出力部である。
An
Semiconductor field effect transistor), DC power supply voltage Vin is applied to the source, the drain is connected to the cathode of diode D1 whose anode is grounded and one end of coil L1, and the gate is connected to the output of
抵抗素子R1は、負荷2に供給する電流の電流値を検出するためのシャント抵抗であり、抵抗素子R1の上流側の端子が抵抗素子R6を介して電流アンプ12の非反転入力端子、および一端が接地される抵抗素子R9の他端に接続され、抵抗素子R1の下流側の端子が抵抗素子R7を介して電流アンプ12の反転入力端子、および一端が出力に接続される抵抗素子R8の他端に接続され、出力が、積分回路14の入力、および抵抗素子R8の前記一端に接続されている。
The resistor element R1 is a shunt resistor for detecting the current value of the current supplied to the
電流アンプ12は、抵抗素子R1の両端の電位差によって、負荷2に供給される電流の電流値を検出し、検出した電流値に基づいて、スイッチングレギュレータ回路1が出力する出力電圧を制御する。負荷2への電流が不足していると、出力MOS11のオンデューティを大きくし、負荷2への電流が過剰であると、出力MOS11のオンデューティを小さくする。出力MOS11のオンデューティは、導通状態(以下「オン」という)および遮断状態(以下「オフ」という)の一周期の時間に対するオンの時間の割合である。電流アンプ12および抵抗素子R1,R6〜R9は、電流検出部である。
The
抵抗素子R2は、一端がコンデンサC1、抵抗素子R1および負荷2の接続点に接続され、他端が抵抗素子R3の一端および抵抗素子R4の一端に接続されている。抵抗素子R3の他端は、接地され、抵抗素子R4の他端は、電圧エラーアンプ13の反転入力端子および抵抗素子R5の一端に接続されている。電圧エラーアンプ13は、非反転入力端子が、定電圧源19に接続され、出力がPWMコンパレータ15の反転入力端子、および抵抗素子R5の他端に接続されている。定電圧源19は、出力電圧を予め定める出力電圧にするための基準電圧を出力する。
One end of the resistance element R2 is connected to the connection point of the capacitor C1, the resistance element R1 and the
電圧エラーアンプ13は、出力電圧を抵抗素子R2と抵抗素子R3とによって分圧した電圧と、定電圧源19の基準電圧との差を増幅してエラー信号として出力し、スイッチングレギュレータ回路1の出力電圧が予め定める出力電圧になるように制御する。具体的には、電圧エラーアンプ13は、出力電圧が下がれば、出力MOS11のオンデューティを大きくし、出力電圧が上がれば、出力MOS11のオンデューティを小さくする。電流アンプ12は、電圧エラーアンプ13よりも高速に動作するので、負荷2の変動に対する応答が速い。電圧エラーアンプ13、抵抗素子R2〜R5および定電圧源19は、電圧検出部である。
The
蓄積部である積分回路14は、電流源141、コンデンサC2およびトランジスタTr1を含んで構成される。電流源141は、直流電源の電圧Vinが印加され、電流源141の出力は、一端が接地されるコンデンサC2の他端、トランジスタTr1のコレクタ、およびPWMコンパレータの非反転入力端子に接続されている。トランジスタTr1は、NPN型のトランジスタであり、エミッタが接地され、ベースがフリップフロップ17の反転出力端子に接続されている。電流源141が出力する電流は、電流アンプ12が検出した電流値に応じて制御される。コンデンサC2は、電流源141から供給される電流の電荷を蓄積し、コンデンサC2の電圧を上昇させる。トランジスタTr1は、ベース電圧がローレベルであると、オフであり、コンデンサC1は、電荷を蓄積することができる。トランジスタTr1のベース電圧がハイレベルであると、トランジスタTr1はオンであり、コンデンサC1に蓄積された電荷は放電され、コンデンサC2の電圧は接地電位まで下がる。
The integrating
電流アンプ12は、検出した電流値が大きくなると、オンデューティを小さくするために、電流源141の電流を大きくして、電圧の上昇を速くし、検出した電流値が小さくなると、オンデューティを大きくするために、電流源141の電流を小さくして、電圧の上昇を遅くする。
When the detected current value increases, the
停止信号生成部であるPWMコンパレータ15は、非反転入力端子がコンデンサC2、トランジスタTr1のコレクタ、および電流源141の出力に接続され、反転入力端子が電圧エラーアンプ13の出力に接続され、出力がフリップフロップ17のリセット端子Rに接続されている。PWMコンパレータ15は、積分回路14の出力、すなわちコンデンサC2の電圧が電圧エラーアンプ13の出力の電圧以上になるとハイレベルの信号を出力し、フリップフロップ17をリセットする。
The
切換制御部であるフリップフロップ17は、セット端子Sがクロック生成回路16に接続され、リセット端子RがPWMコンパレータ15の出力に接続され、反転出力端子がドライバ18を介して出力MOS11のゲート、およびトランジスタTr1のベースに接続されている。クロック生成回路であるクロック生成回路16は、たとえば400kHzの周波数のクロック信号を生成する回路であり、クロック信号をフリップフロップ17のセット端子Sに入力する。予め定める周期は、たとえば400kHzの周波数のクロック信号の周期である。
The flip-
フリップフロップ17は、クロック信号がローレベルからハイレベルに変化すると、反転出力端子をローレベルとし、すなわち、出力MOS11のゲートをローレベルとし、出力MOS11をオンする。フリップフロップ17は、PWMコンパレータ15の出力からハイレベルの信号が出力されると、反転出力端子をハイレベルとし、すなわち、出力MOS11のゲートをハイレベルとし、出力MOS11をオフする。したがって、出力MOS11は、クロック信号がローレベルからハイレベルに変化した時点でオンとなり、PWMコンパレータ15からハイレベルの信号が出力され時点でオフとなる。
When the clock signal changes from the low level to the high level, the flip-
図8は、電流アンプ12および積分回路14の詳細な回路構成を示す図である。電流アンプ12は、抵抗素子R10、トランジスタTr2〜Tr6、コンデンサC3、および電流源121を含んで構成されている。電流アンプ12は、従来の技術による回路構成であり、詳細な説明は省略する。積分回路14に含まれる電流源141は、トランジスタTr7〜Tr9によって構成されている。トランジスタTr7は、NPN型のトランジスタであり、トランジスタTr8,Tr9は、PNP型のトランジスタである。
FIG. 8 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the
トランジスタTr8,9は、エミッタが直流電源の電圧Vinに接続されている。トランジスタTr9は、コレクタがコンデンサC2に接続され、ベースがトランジスタTr8のベースおよびコレクタ、ならびにトランジスタTr7のコレクタに接続されている。トランジスタTr7は、エミッタが接地され、ベースが電流アンプ12の出力に接続されている。トランジスタTr8,9は、カレントミラー回路を構成しており、トランジスタTr9からコンデンサC2に供給される電流、すなわちトランジスタTr8に流れる電流は、トランジスタTr7のベース電圧を制御する電流アンプ12の出力によって制御される。
The emitters of the transistors Tr8 and Tr9 are connected to the voltage Vin of the DC power supply. The transistor Tr9 has a collector connected to the capacitor C2, and a base connected to the base and collector of the transistor Tr8 and the collector of the transistor Tr7. The transistor Tr7 has an emitter grounded and a base connected to the output of the
図9は、スイッチングレギュレータ回路1の動作を説明するためのタイムチャートである。クロックは、クロック生成回路16の出力であるクロック信号の出力波形であり、たとえば時刻t1でのクロックの立ち上がりで、フリップフロップ17の出力(図では「F.F.出力」という)がハイレベルからローレベルに変化し、MOS11がオンとなる。
FIG. 9 is a time chart for explaining the operation of the
出力MOS11がオンとなると、負荷2に供給される電流が増加し、電流アンプ12の出力(図では「センスアンプ出力」という)、すなわち電流アンプ12によって検出される電流の電流値が上昇する。電流アンプ12の出力が、時刻t2に電圧エラーアンプ13の出力(図では「エラーアンプ出力」という)に達すると、PWMコンパレータ15の出力(図では「PWM_CMP出力」という)がローレベルからハイレベルに変化し、時刻t3にフリップフロップ17の出力がハイレベルに変化する。フリップフロップ17の出力がハイレベルになると、出力MOS11はオフになる。スイッチングレギュレータ回路1は、クロックの一周期ごとにこの一連の動作を繰り返す。
When the
このように、スイッチングレギュレータ回路1は、負荷に供給する電流に応じた電流をコンデンサC2で積分することによって、電流アンプ12の出力波形をのこぎり波状にすることができ、電圧エラーアンプ13と直接比較することができる。したがって、従来の技術であるスイッチングレギュレータ回路9で用いられていた平均化アンプおよびのこぎり波生成回路を用いる必要がなく、回路規模を小さくすることができる。
As described above, the switching
また、コンデンサC2での積分、つまり平均化する期間を、クロック信号の一周期と同期させているので、必要最小限の期間だけ平均化していることになり、安定性と高速性を同時に確保することができる。 In addition, since the integration in the capacitor C2, that is, the averaging period is synchronized with one period of the clock signal, the averaging is performed only for the minimum necessary period, and both stability and high speed are ensured at the same time. be able to.
図10は、入力電圧が急低下したときのスイッチングレギュレータ回路1の動作を説明するためのタイムチャートである。入力電圧、すなわち直流電源の電圧Vinが時刻t4に急速に低下したとき、スイッチングレギュレータ回路1の出力電圧、すなわち負荷2に出力する電圧も急速に低下する。このとき、電圧エラーアンプ13は、出力電圧を上昇させるために、エラー信号、つまり電圧エラーアンプ13の出力の電圧(図では「エラーアンプ」という)を上昇させる。
FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the
積分回路14の出力の電圧(図では「積分回路出力」という)は、電圧エラーアンプ13の出力の電圧が上昇しているので、入力電圧が低下していないときよりも高い電圧まで上昇する。積分回路14の出力の電圧が、上昇している電圧エラーアンプ13の出力の電圧に達すると、PWMコンパレータ15がハイレベルの信号を出力するので、積分回路14の出力の電圧は、接地電位まで下がる、しかし、電圧エラーアンプ13の出力は上昇したままであり、この高い電圧で、一連の動作が継続してしまう。
The output voltage of the integrating circuit 14 (referred to as “integrating circuit output” in the figure) rises to a higher voltage than when the input voltage has not dropped because the voltage of the output of the
図11は、スイッチングレギュレータ回路1に追加する強制リセット回路20の構成を示す図である。強制リセット回路20は、スイッチングレギュレータ回路1に追加する回路であり、図11には、スイッチングレギュレータ回路1のうち強制リセット回路20に関係する構成要素のみを示している。強制リセット回路20は、クロック生成回路16が生成するクロック信号の一周期の間に、積分回路14の出力の電圧が、電圧エラーアンプ13の出力の電圧以上にならないとき、出力MOS11を強制的にオフとするための停止信号を生成する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a forced
第2停止信号生成部である強制リセット回路20は、ワンショット回路21、フリップフロップ22,23、論理積回路24、論理和回路25およびインバータ26を含んで構成されている。図7に示したスイッチングレギュレータ回路1では、クロック生成回路16の出力は、フリップフロップ17のセット端子Sに直接接続されていたが、強制リセット回路20を追加する場合は、クロック生成回路16の出力は、ワンショット回路21を介してフリップフロップ17のセット端子Sに接続される。
The forced
ワンショット回路21は、ディレイ回路(図では「delay」という)211および論理積回路212を含んで構成されており、クロック信号の立ち上がりからディレイ回路211の遅延時間分の時間のワンショットパルスを生成する。クロック信号は、フリップフロップ22,23のクロック端子CKに入力されている。フリップフロップ22,23は、Dタイプのフリップフロップであり、クロック端子CKに入力される信号の立ち上がりで、入力端子Dに入力される信号のレベルを出力端子Qから出力する。
The one-
フリップフロップ22の入力端子Dは、抵抗素子R11によって電圧Vinにプルアップされており、フリップフロップ23の入力端子Dは、フリップフロップ22の出力端子Qに接続されている。したがって、フリップフロップ23は、フリップフロップ22の出力端子Qの信号をクロック信号一周期分遅れて出力する。PWMコンパレータ15の出力は、インバータ26を介してフリップフロップ22,23のリセット端子RBに入力されており、PWMコンパレータ15の出力がハイレベルになると、フリップフロップ22,23は、リセットされ、いずれの出力端子Qもローレベルとなる。
The input terminal D of the flip-
論理積回路24は、フリップフロップ23の出力端子Qがハイレベルのときに、ワンショット回路21から出力されるワンショットパルスを出力し、論理和回路25によって、トランジスタTr1のベース電圧をハイレベルとするので、トランジスタTr1はオンとなり、コンデンサC2に充電された電荷は放電される。論理和回路25は、フリップフロップ17の反転出力も入力されており、PWMコンパレータ15がハイレベルを出力したときにも、トランジスタTr1をオンとし、コンデンサC2に充電された電荷を放電させる。
The AND
図12は、強制リセット回路20の動作を説明するためのタイムチャートである。クロック信号(図では「CLK」という)が、ローレベルからハイレベルに変化するごとに、ワンショット回路21は、ワンショットパルス(図では「ワンショット」という)を出力する。フリップフロップ22は、時刻t5以前はリセットされているので、出力端子Q(図では「Q1」という)の出力は、クロック信号の立ち上がりで、ローレベルからハイレベルに変化する。フリップフロップ23は、フリップフロップ22の出力端子Q(図では「Q2」という)の出力は、時刻t6のクロック信号の立ち上がりで、フリップフロップ22の出力端子Qの出力を取り込み、ローレベルからハイレベルに変化する。
FIG. 12 is a time chart for explaining the operation of the forced
出力電圧が低下しているので、時刻t5からt6までの間に、PWMコンパレータの出力はハイレベルにならない。したがって、リセット信号RSTBは、ハイレベルのままである。しかし、フリップフロップ23の出力端子Qは時刻t6にハイレベルに変化するので、論理積回路24は、時刻t6からのワンショットパルスを出力(図では「OUT」という)し、トランジスタTr1をオンとする。したがって、コンデンサC2に充電されている電荷は放電される。時刻t6からt7までの間も同様に、リセット信号RSTBは、ハイレベルのままであり、時刻t7からのワンショットパルスによって、トランジスタTr1はオンとなり、コンデンサC2に充電されている電荷は放電される。論理積回路24が出力するワンショットパルスは、第2の停止信号である。
Since the output voltage is lowered, the output of the PWM comparator does not become high level from time t5 to t6. Therefore, the reset signal RSTB remains at a high level. However, since the output terminal Q of the flip-
時刻t7からt8までの間で、積分回路14の出力の電圧が電圧エラーアンプ13の出力の電圧以上になり、PWMコンパレータの出力がハイレベルになると、フリップフロップ17の反転出力端子はハイレベルを出力し、その時点で、トランジスタTr1をオンとし、コンデンサC2に充電されている電荷は放電される。同時に、フリップフロップ22,23もリセット信号RSTBによってリセットされる。
Between time t7 and t8, when the output voltage of the
図13は、強制リセット回路20を追加したスイッチングレギュレータ回路1の動作を説明するためのタイムチャートである。図12に示したように、クロック信号の一周期の間に、PWMコンパレータの出力がハイレベルにならない場合は、クロック信号の一周期ごとに強制リセット回路20からワンショットパルスが出力されるので、積分回路14の出力は、時刻t6および時刻t7に、ワンショットパルスによって、接地電位まで強制的にリセットされる。
FIG. 13 is a time chart for explaining the operation of the
このように、強制リセット回路20を設けることによって、直流電源の急激な電圧変動などによる出力電圧のアンダーシュートが発生した場合、積分回路14と電圧エラーアンプ13との安定点が所定の目標電圧以上の電圧で発生することを防止することができる。
In this way, when the forced
図14は、異常検出回路30を追加したスイッチングレギュレータ回路1aの構成を示す図である。スイッチングレギュレータ回路1aは、図7に示したスイッチングレギュレータ回路1に、異常検出回路30および論理和回路39を追加した回路である。スイッチングレギュレータ回路1aの構成要素のうち図7に示したスイッチングレギュレータ回路1の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the switching regulator circuit 1a to which the
スイッチングレギュレータ回路1aの構成要素のうち、出力MOS11、ダイオードD1、コイルL1、抵抗素子R1およびコンデンサC1を除く構成要素は、集積化された集積回路装置40として構成されている。集積回路装置40には、抵抗素子R1の上流側の端子を、抵抗素子R6に接続するためのセンス端子41、および抵抗素子R1の下流側の端子を、抵抗素子R7に接続するためのセンス端子42が形成されている。
Among the components of the switching regulator circuit 1a, the components excluding the
異常検出部である異常検出回路30は、積分回路14の出力、すなわちコンデンサC2の電圧、およびクロック生成回路16の出力が入力され、出力が論理和回路39に接続されている。論理和回路39は、フリップフロップ17の反転出力端子の出力、および異常検出回路30の出力が入力され、出力がドライバ18を介して出力MOS11のゲートに接続されている。
The
図15は、異常検出回路30の構成を示す図である。異常検出回路30は、フリップフロップ31,33、抵抗素子R12、コンデンサC4、ドライバ32、論理積回路34、コンパレータ36および定電圧源37を含んで構成されている。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the
フリップフロップ31,33は、セットリセットタイプのフリップフロップである。クロック生成回路16の出力であるクロック信号は、フリップフロップ31のセット端子S、およびフリップフロップ33のリセット端子Rに入力されている。フリップフロップ31の出力端子Qは、抵抗素子R12およびドライバ32を介して、フリップフロップ33のセット端子Sに接続されている。抵抗素子R12とドライバ32との接続点は、一端が接地されるコンデンサC4の他端に接続されている。フリップフロップ33の出力端子Qは、論理積回路34の入力に接続されている。
The flip-
コンパレータ36は、反転入力端子が積分回路14の出力に接続され、非反転入力端子が定電圧源37に接続され、出力が論理積回路34の入力に接続されている。論理積回路34の出力は、フリップフロップ31のリセット端子Rに接続されるとともに、異常検出回路30の出力として、論理和回路39の入力に接続されている。
The
図16は、異常検出回路30を追加したスイッチングレギュレータ回路1aの動作を説明するためのタイムチャートである。異常検出回路30がない場合、センス端子41,42が抵抗素子R1の端子に接続されていないオープン状態であると、電流アンプ12は、負荷2に流れる電流の電流値が「0」であること示す電圧を出力するので、コンデンサC2を充電する電流を少なくして、出力MOS11をオンにし続けようとするため、出力電圧が上昇してしまう。
FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of the switching regulator circuit 1a to which the
異常検出回路30は、クロック信号がローレベルからハイレベルに変化した時刻t1から、予め定める時間、たとえば抵抗素子R12とコンデンサC4とで決まる時定数の時間T1が経過したとき、積分回路14の出力の電圧が、予め定める電圧、たとえば定電圧源37の電圧未満であると、コンパレータ36はハイレベルの信号(図では「異常検出CMP出力」という)を出力する。コンパレータ36がハイレベルの信号を出力すると、論理積回路34が開き、フリップフロップ33の出力端子Qからの信号(図では「クロックディレイ回路出力」という)が、論理積回路34から出力される。フリップフロップ33の出力端子Qの信号は、時刻t1から時間T1が経過した時点でローレベルからハイレベルに変化するので、異常検出回路30の出力(図では「異常検出回路出力」という)は、ローレベルからハイレベルに変化し、出力MOS11をオフとする。
The
図16に示したタイムチャートでは、センス端子41,42がオープン状態でない場合は、図9に示したタイムチャートと同様に、出力MOS11は、破線Aで示すように、PWMコンパレータ15の出力がハイレベルになったときにオンからオフに変化するが、センス端子41,42がオープン状態である場合は、異常検出回路30によって、時刻t1から時間T1が経過したときに、太い線Bで示すように、異常検出回路30の出力によって、出力MOS11がオンからオフに変化する。
In the time chart shown in FIG. 16, when the
このように、異常検出回路30を設けることによって、電子回路を集積化したときに発生する外付け部品との接触不良、たとえば端子がオープン状態になるという不良が発生しても、出力MOS11がオン状態のままになることを防止することができる。
As described above, the provision of the
スイッチングレギュレータ回路1aの構成要素の一部が、集積回路装置40として集積化されているので、スイッチングレギュレータ回路1aを小さくすることができ、フェイルセーフとすることができる。
Since some of the constituent elements of the switching regulator circuit 1a are integrated as the
また、集積回路装置40は、スイッチングレギュレータ回路1、強制リセット回路20が追加されたスイッチングレギュレータ回路1、またはスイッチングレギュレータ回路1aを含むので、集積回路装置40の回路規模を小さくすることができ、応答性を速くすることができる。
Further, since the
スイッチングレギュレータ回路1,1aは、車両に搭載されるナビゲーション装置、オーディオ機器、ビデオ機器および電子制御機器などの電子機器の電源回路として、用いられるだけでなく、直流電源の電圧を変換して定電圧の直流を出力する直流−直流コンバータを用いる車載用以外の電子機器にも適用することができる。したがって、電子機器の回路規模を小さくすることができ、応答性を速くすることができる。
The
このように、出力MOS11によって、電圧を出力する出力状態および出力しない非出力状態のうちのいずれかに切り換えられ、ダイオードD1、コイルL1およびコンデンサC1によって、出力MOS11から出力される電圧が平滑され、平滑された電圧が負荷2に出力され、電流アンプ12および抵抗素子R1,R6〜R9によって、出力MOS11からダイオードD1、コイルL1およびコンデンサC1に流れる電流が検出され、電圧エラーアンプ13、抵抗素子R2〜R5および定電圧源19によって、ダイオードD1、コイルL1およびコンデンサC1から負荷2に出力する電圧が検出される。積分回路14によって、電流アンプ12および抵抗素子R1,R6〜R9によって検出される電流に応じて電荷が蓄積され、PWMコンパレータ15によって、積分回路14によって蓄積された電荷による電圧が、電圧エラーアンプ13、抵抗素子R2〜R5および定電圧源19によって検出された電圧以上になると、出力MOS11による出力を停止するための停止信号が生成される。そして、クロック生成回路16によって、予め定める周期のクロック信号が生成され、フリップフロップ17によって、クロック生成回路16によって生成されるクロック信号に同期して、出力MOS11が出力状態に切り換えられ、PWMコンパレータ15によって生成される停止信号に同期して、出力MOS11が非出力状態に切り換えられるとともに、積分回路14によって蓄積された電荷が放電される。
In this way, the
したがって、回路規模の大きい平均化アンプおよびのこぎり波生成回路を用いる必要がないので、回路規模が小さく、かつ応答性を速くすることができる。 Therefore, since it is not necessary to use an averaging amplifier and a sawtooth wave generation circuit having a large circuit scale, the circuit scale is small and the responsiveness can be increased.
さらに、強制リセット回路20によって、前記クロック信号の一周期の間に、積分回路14のコンデンサC2によって蓄積された電荷による電圧が、電圧エラーアンプ13、抵抗素子R2〜R5および定電圧源19によって検出された電圧以上にならないとき、出力MOS11による出力が停止され、フリップフロップ17によって、強制リセット回路20によって、論理積回路24が出力するワンショットパルスが生成されると、積分回路14のコンデンサC2によって蓄積された電荷が放電される。したがって、入力電圧が急低下しても、一周期ごとにコンデンサC2に充電されている電荷を放電するので、出力電圧が低下し、スイッチング周波数が低くなることを防止することができる。
Further, the forced
さらに、異常検出回路30によって、フリップフロップ17によって、前記クロック信号に同期して、出力MOS11を出力状態に切り換えた時点から予め定める時間、たとえば抵抗素子R12とコンデンサC4とで決まる時定数の時間T1が経過した時点に、積分回路14のコンデンサC2によって蓄積された電荷による電圧が予め定める電圧、たとえば定電圧源37の電圧未満であるとき、異常が検出され、フリップフロップ17によって、異常検出回路30によって異常が検出されたとき、出力MOS11が非出力状態に切り換えられる。したがって、集積回路装置40の端子、具体的にはセンス端子41,42がオープン状態になるという不良が発生しても、出力MOS11がオン状態のままになることを防止することができる。
Further, in synchronization with the clock signal by the flip-
1,1a 電源回路
2 負荷
11 出力MOS
12 電流アンプ
13 電圧エラーアンプ
14 積分回路
15 PWMコンパレータ
16 クロック発生回路
17,22,23,31,33 フリップフロップ
18,32 ドライバ
20 強制リセット回路
21 ワンショット回路
24,34,212 論理積回路
25,39 論理和回路
26,35 インバータ
30 異常検出回路
36 異常検出CMP
37,132 定電圧源
40 集積回路装置
121,122,911,925,931〜933 電流源
141 電流源
211 ディレイ回路
C1〜C4,C8,C9 コンデンサ
D1 ダイオード
L1 コイル
R1〜R12 抵抗素子
Tr1〜Tr9 トランジスタ
1, 1a
12
37,132
Claims (3)
切換部から出力される電圧を平滑し、平滑した電圧を負荷に出力する平滑出力部と、
切換部から平滑出力部に流れる電流を検出する電流検出部と、
平滑出力部から負荷に出力する電圧を検出する電圧検出部と、
電流検出部によって検出される電流に応じて電荷を蓄積する蓄積部と、
蓄積部によって蓄積された電荷による電圧が、電圧検出部によって検出された電圧以上になると、切換部による出力を停止するための停止信号を生成する停止信号生成部と、
予め定める周期のクロック信号を生成するクロック生成回路と、
クロック生成回路によって生成されるクロック信号に同期して、切換部を出力状態に切り換え、停止信号生成部によって生成される停止信号に同期して、切換部を非出力状態に切り換えるとともに、蓄積部によって蓄積された電荷を放電させる切換制御部とを含むことを特徴とするスイッチングレギュレータ回路。 A switching unit that switches between an output state that outputs voltage and a non-output state that does not output voltage;
A smoothing output unit for smoothing a voltage output from the switching unit and outputting the smoothed voltage to a load;
A current detection unit for detecting a current flowing from the switching unit to the smoothing output unit;
A voltage detection unit for detecting a voltage output from the smoothing output unit to the load;
An accumulator that accumulates charges according to the current detected by the current detector;
A stop signal generation unit that generates a stop signal for stopping output by the switching unit when the voltage due to the electric charge accumulated by the accumulation unit becomes equal to or higher than the voltage detected by the voltage detection unit;
A clock generation circuit for generating a clock signal having a predetermined period;
The switching unit is switched to the output state in synchronization with the clock signal generated by the clock generation circuit, the switching unit is switched to the non-output state in synchronization with the stop signal generated by the stop signal generation unit, and the storage unit A switching regulator circuit comprising: a switching control unit that discharges the accumulated electric charge.
前記切換制御部は、第2停止信号生成部によって第2の停止信号が生成されると、前記蓄積部によって蓄積された電荷を放電させることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ回路。 A second stop signal for stopping the output by the switching unit when the voltage due to the electric charge accumulated by the accumulating unit does not exceed the voltage detected by the voltage detecting unit during one cycle of the clock signal; A second stop signal generator for generating
2. The switching regulator circuit according to claim 1, wherein when the second stop signal is generated by the second stop signal generation unit, the switching control unit discharges the electric charge stored by the storage unit.
前記切換制御部は、異常検出部によって異常が検出されたとき、前記切換部を非出力状態に切り換えることを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチングレギュレータ回路。 In synchronization with the clock signal by the switching control unit, when a predetermined time elapses from the time when the switching unit is switched to the output state, the voltage due to the charge accumulated by the accumulation unit is less than the predetermined voltage. In some cases, it further includes an abnormality detection unit for detecting an abnormality,
The switching regulator circuit according to claim 1, wherein the switching control unit switches the switching unit to a non-output state when an abnormality is detected by the abnormality detection unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008324551A JP2010148289A (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Switching regulator circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008324551A JP2010148289A (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Switching regulator circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010148289A true JP2010148289A (en) | 2010-07-01 |
Family
ID=42568119
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008324551A Withdrawn JP2010148289A (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Switching regulator circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010148289A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107346963A (en) * | 2017-07-10 | 2017-11-14 | 电子科技大学 | A kind of pulsewidth translation circuit and delay circuit |
JP2018117522A (en) * | 2018-04-06 | 2018-07-26 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit and switching element |
JP2019092388A (en) * | 2019-03-07 | 2019-06-13 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit and switching element |
CN111796150A (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 华润矽威科技(上海)有限公司 | Duty ratio detection circuit and duty ratio detection method |
US20220131442A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-04-28 | Makita Corporation | Technique for measuring electric current flowing in electric powered work machine |
-
2008
- 2008-12-19 JP JP2008324551A patent/JP2010148289A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107346963A (en) * | 2017-07-10 | 2017-11-14 | 电子科技大学 | A kind of pulsewidth translation circuit and delay circuit |
CN107346963B (en) * | 2017-07-10 | 2019-06-04 | 电子科技大学 | A pulse width conversion circuit and a delay circuit |
JP2018117522A (en) * | 2018-04-06 | 2018-07-26 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit and switching element |
JP2019092388A (en) * | 2019-03-07 | 2019-06-13 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit and switching element |
CN111796150A (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 华润矽威科技(上海)有限公司 | Duty ratio detection circuit and duty ratio detection method |
CN111796150B (en) * | 2019-04-08 | 2023-09-22 | 华润微集成电路(无锡)有限公司 | Duty cycle detection circuit and duty cycle detection method |
US20220131442A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-04-28 | Makita Corporation | Technique for measuring electric current flowing in electric powered work machine |
US11964334B2 (en) * | 2020-10-26 | 2024-04-23 | Makita Corporation | Technique for measuring electric current flowing in electric powered work machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4836624B2 (en) | Switching regulator | |
JP6211916B2 (en) | Switching regulator | |
JP4997891B2 (en) | DC-DC converter and control method of DC-DC converter | |
CN101018013B (en) | Current-controlled dc-dc converter, control circuit and control method for the same | |
JP6009742B2 (en) | Switching power supply | |
JP6321533B2 (en) | DC / DC converter | |
US20090243577A1 (en) | Reverse current reduction technique for dcdc systems | |
JP5405891B2 (en) | Power supply device, control circuit, and control method for power supply device | |
JP2005323413A (en) | Overcurrent detection circuit and power supply comprising it | |
JP2007252113A (en) | Switching regulator | |
US9608521B2 (en) | DC/DC converter activation stability control | |
JP2010148289A (en) | Switching regulator circuit | |
JP5312781B2 (en) | Switching power supply circuit | |
CN107086778B (en) | Low power standby mode for buck regulator | |
JP2010246294A (en) | Power supply circuit and electronic apparatus | |
JP2010029009A (en) | Power supply circuit and power supply system using the power supply circuit | |
JP6588634B2 (en) | Switching regulator, semiconductor integrated circuit, and electronic device | |
EP3382838B1 (en) | Protection circuit and control device for brushless dc motor | |
JP5400449B2 (en) | Power circuit | |
JP2009290947A (en) | Switching regulator and electronic equipment | |
JP2006325339A (en) | Power supply control circuit | |
JP2010004621A (en) | Power supply device | |
JP2010035302A (en) | Power control circuit | |
JP2003324941A (en) | Power source apparatus | |
JP2008067531A (en) | Switching control circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111121 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20130326 |
|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130402 |