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JP2011024309A - Switching regulator, power supply circuit, and control method - Google Patents

Switching regulator, power supply circuit, and control method Download PDF

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JP2011024309A
JP2011024309A JP2009165745A JP2009165745A JP2011024309A JP 2011024309 A JP2011024309 A JP 2011024309A JP 2009165745 A JP2009165745 A JP 2009165745A JP 2009165745 A JP2009165745 A JP 2009165745A JP 2011024309 A JP2011024309 A JP 2011024309A
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Japan
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transistor
load
load current
heavy load
switching regulator
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JP2009165745A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Sugiyama
実 杉山
Keisuke Takahashi
恵輔 高橋
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】低負荷時の効率を高めることが可能なスイッチングレギュレータを提供する。
【解決手段】重負荷時にオン、オフ制御される重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)と、動作時は常時動作している常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)と、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)と常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)とを制御する制御手段(出力ドライバ制御回路5に相当)と、負荷電流を検出する負荷電流検出手段(負荷電流検出回路4に相当)と、を有して構成し、制御手段(5)は、負荷電流検出手段(4)が検出した負荷電流値に応じて、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)のオン、オフを制御する。
【選択図】図1
A switching regulator capable of increasing efficiency at a low load is provided.
SOLUTION: A heavy load transistor (QP1, QN1) that is controlled to be turned on and off at the time of a heavy load, a normally operating transistor (QP2, QN2) that is always operated at the time of operation, and a heavy load transistor (QP1, QN2). QN1) and the control means (equivalent to the output driver control circuit 5) for controlling the transistors for constant operation (QP2, QN2) and the load current detection means for detecting the load current (equivalent to the load current detection circuit 4) The control means (5) controls on / off of the heavy load transistors (QP1, QN1) according to the load current value detected by the load current detection means (4).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、携帯機器等に搭載される電源回路に用いられるスイッチングレギュレータに関する。   The present invention relates to a switching regulator used in a power supply circuit mounted on a portable device or the like.

近年、環境対策上からも省エネルギーが求められており、携帯電話やデジタルカメラ等の電池を使用する携帯機器等においては、電池寿命を伸ばすという観点から、携帯機器内で消費する電力削減の重要度が増加している。   In recent years, energy conservation is also required for environmental measures, and in the case of mobile devices that use batteries such as mobile phones and digital cameras, the importance of reducing the power consumed in mobile devices from the viewpoint of extending the battery life. Has increased.

その結果、携帯機器等に搭載される電源回路としては、高効率でしかも小型化が可能な、インダクタを用いた非絶縁型の降圧型スイッチングレギュレータ(以下、スイッチングレギュレータと記載する)が広く用いられている。   As a result, non-insulated step-down switching regulators (hereinafter referred to as switching regulators) using inductors are widely used as power circuits mounted in portable devices and the like, which are highly efficient and can be miniaturized. ing.

しかし、スイッチングレギュレータは、定格負荷においては高効率であるが、スイッチングレギュレータ自体の消費電流が比較的多いため、携帯機器が待機状態又はスリープモード等の低消費電力状態となる軽負荷動作の場合は著しく効率が低下してしまう。   However, although the switching regulator is highly efficient at the rated load, the current consumption of the switching regulator itself is relatively large, so in the case of light load operation where the portable device is in a low power consumption state such as a standby state or a sleep mode. The efficiency is significantly reduced.

そのため、従来は、軽負荷動作時においても効率を向上させるため、スイッチングの周波数を下げたり、スイッチングを断続的に行ったり、スイッチングレギュレータの動作を停止して、低消費電流で動作するシリーズレギュレータに切り換えたりしていた。   Therefore, in the past, to improve efficiency even during light load operation, series regulators that operate with low current consumption by lowering the switching frequency, switching intermittently, or stopping the switching regulator operation I was switching.

しかし、スイッチングの周波数を下げる場合は、スイッチング周波数を20kHz以下の可聴周波数までは低下させることが出来ず限界があった。   However, when the switching frequency is lowered, there is a limit because the switching frequency cannot be lowered to an audible frequency of 20 kHz or less.

また、スイッチングを断続的に行う場合は、出力電圧にリプルが発生するため、該リプルに対する対策が必要になる。   In addition, when switching is performed intermittently, ripples are generated in the output voltage, and measures against the ripples are required.

また、シリーズレギュレータに切り換える場合は、シリーズレギュレータの電圧制御トランジスタによる電力損失があるため、軽負荷動作時の負荷電流が極めて小さい場合は効果があるが、負荷電流が増えると効果が小さくなる。また、シリーズレギュレータを追加するため、回路規模が大きくなる。   Also, when switching to the series regulator, there is power loss due to the voltage regulator transistor of the series regulator, so it is effective when the load current during light load operation is extremely small, but the effect is reduced when the load current increases. In addition, adding a series regulator increases the circuit scale.

このほかに、軽負荷動作時の効率を向上させるための方法として、軽負荷動作時にスイッチング時間の短いトランジスタを採用することで、スイッチング素子がオンからオフ、又はオフからオンに移行する過渡期に消費する電力を削減する方法がある(例えば、特許文献1参照)。   In addition, by adopting a transistor with a short switching time during light load operation as a method for improving the efficiency during light load operation, the switching element is in a transition period when it is switched from on to off or from off to on. There is a method for reducing power consumption (see, for example, Patent Document 1).

しかし、スイッチング素子で消費する電力は、スイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に加わる電圧との積であることから、軽負荷動作時、特に、待機時においてはスイッチング素子に流れる電流は数μA〜数百μAと極めて小さいため、スイッチング時間の短縮で節約できるエネルギーも極めて少なく、電力削減の効果は小さいものとなる。   However, since the power consumed by the switching element is the product of the current flowing through the switching element and the voltage applied to the switching element, the current flowing through the switching element during light load operation, particularly during standby, is several μA to several Since it is as small as 100 μA, there is very little energy that can be saved by shortening the switching time, and the effect of reducing power is small.

軽負荷動作時に電力消費の大きな割合を占めるものは、スイッチング素子の制御電極と入出力端子間(MOSトランジスタでは、ゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間)に寄生している容量をドライブパルスで充放電するために消費する電力である。   A large percentage of power consumption during light load operation is to fill the parasitic capacitance between the control electrode of the switching element and the input / output terminals (between the gate and source and between the gate and drain in a MOS transistor) with a drive pulse. It is the electric power consumed for discharging.

この電力は、スイッチング素子に流れる電流とは無関係で一定である。このような寄生容量の充放電による損失を減らすためには、スイッチング素子を駆動する回数を減らすことが効果的である。そのため、従来は、スイッチング周波数を下げたり、スイッチングを断続的に行ったりしていたが、上述したように、周波数は、20KHz以下に下げることができず、断続的にした場合は出力にリプルが増えるなどの問題があり、著しい効果が期待できなかった。   This power is constant regardless of the current flowing through the switching element. In order to reduce the loss due to charging / discharging of such parasitic capacitance, it is effective to reduce the number of times the switching element is driven. Therefore, conventionally, the switching frequency was lowered or switching was performed intermittently, but as described above, the frequency could not be lowered to 20 KHz or less, and if it was intermittent, the output had a ripple. There were problems such as an increase, and a significant effect could not be expected.

また、シリーズレギュレータを追加する方式は、最近のようにLSIの微細化と大規模化が進み、待機時における負荷電流が数百μAと比較的多くなると効率の向上が望めなくなり、しかも回路規模大きくなるという問題がある。   In addition, the method of adding series regulators has become smaller and larger in scale as in recent years, and if the load current during standby is relatively high, such as several hundred μA, improvement in efficiency cannot be expected, and the circuit scale is large. There is a problem of becoming.

このようなことから、スイッチング素子の制御電極と入出力端子間にできる寄生容量の充放電に伴う損失を極めて小さくすることができるスイッチングレギュレータについて開示された文献がある(例えば、特許文献2参照)。   For this reason, there is a document that discloses a switching regulator that can extremely reduce the loss associated with charging / discharging of the parasitic capacitance between the control electrode and the input / output terminal of the switching element (see, for example, Patent Document 2). .

上記特許文献2では、入力電圧Vddをスイッチングする第1のスイッチングトランジスタM1と、該第1のスイッチングトランジスタM1と比較して、制御電極と入出力端子間に寄生する寄生容量が小さく、かつ、オン時の入出力間のインピーダンスが大きい第2のスイッチングトランジスタM3と、を備え、外部からの切り換え信号Scに応じて、通常動作モード又は軽負荷動作モードに動作モードを切り換えるように構成され、通常動作モード時には、第1及び第2の各スイッチングトランジスタM1,M3が共にスイッチングし、軽負荷動作モード時には、第2のスイッチングトランジスタM3のみがスイッチングするようにしている。   In Patent Document 2 described above, the first switching transistor M1 that switches the input voltage Vdd and the parasitic capacitance between the control electrode and the input / output terminal are small compared to the first switching transistor M1, and the on-state is on. And a second switching transistor M3 having a large impedance between the input and output, and configured to switch the operation mode to the normal operation mode or the light load operation mode in accordance with the switching signal Sc from the outside. In the mode, both the first and second switching transistors M1 and M3 are switched, and in the light load operation mode, only the second switching transistor M3 is switched.

なお、携帯機器等に搭載される電源回路に用いられるスイッチングレギュレータは、負荷電流に関係なく効率が良いことが要求される。このため、負荷電流に応じて回路動作を制御し、効率を向上させることにしている。   Note that a switching regulator used in a power supply circuit mounted on a portable device or the like is required to have high efficiency regardless of load current. For this reason, the circuit operation is controlled in accordance with the load current to improve the efficiency.

しかし、今までのスイッチングレギュレータでは、負荷電流が大きい場合に対応してドライバサイズを決めており、低負荷時において別の低負荷時用ドライバを駆動させる必要がある。このため、無駄な充放電が行われるため低負荷時の効率が低いことと回路面積が大きくなるという問題がある。   However, in conventional switching regulators, the driver size is determined corresponding to the case where the load current is large, and it is necessary to drive another low load driver at low load. For this reason, since unnecessary charging / discharging is performed, there is a problem that efficiency at low load is low and a circuit area is increased.

なお、上記特許文献2には、効率を高める目的で、通常動作モード時には、第1及び第2の各スイッチングトランジスタM1,M2が共にスイッチングし、軽負荷動作モード時には、第2のスイッチングトランジスタM2のみがスイッチングするようにしている。   In Patent Document 2, for the purpose of increasing efficiency, the first and second switching transistors M1 and M2 are switched together in the normal operation mode, and only the second switching transistor M2 is switched in the light load operation mode. Have to switch.

しかし、上記特許文献2は、低負荷時の効率を高める点までについては考慮されていない。   However, Patent Document 2 does not consider the point of increasing the efficiency at low load.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低負荷時の効率を高めることが可能なスイッチングレギュレータ、電源回路及び制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching regulator, a power supply circuit, and a control method that can increase the efficiency at low load.

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。   In order to achieve this object, the present invention has the following features.

<スイッチングレギュレータ>
本発明にかかるスイッチングレギュレータは、
重負荷時にオン、オフ制御される重負荷用トランジスタと、
動作時は常時動作している常時動作用トランジスタと、
前記重負荷用トランジスタと、前記常時動作用トランジスタと、を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
負荷電流値に応じて、前記重負荷用トランジスタのオン、オフを制御することを特徴とする。
<Switching regulator>
The switching regulator according to the present invention is
A heavy load transistor that is controlled to be turned on and off at the time of heavy load;
A transistor for always-on operation that is always in operation,
Control means for controlling the heavy load transistor and the always-on transistor,
The control means includes
The on / off of the heavy load transistor is controlled according to a load current value.

<電源回路>
本発明にかかる電源回路は、
上記記載のスイッチングレギュレータを搭載したことを特徴とする。
<Power supply circuit>
The power supply circuit according to the present invention is
The switching regulator described above is mounted.

<制御方法>
本発明にかかる制御方法は、
重負荷時にオン・オフ制御される重負荷用トランジスタと、動作時は常時動作している常時動作用トランジスタと、前記重負荷用トランジスタと前記常時動作用トランジスタとを制御する制御手段と、を有して構成するスイッチングレギュレータで行う制御方法であって、
前記制御手段は、
負荷電流値に応じて、前記重負荷用トランジスタのオン・オフを制御する工程を有することを特徴とする。
<Control method>
The control method according to the present invention includes:
A heavy load transistor that is controlled to be turned on / off at the time of heavy load; a normally operating transistor that is always operating during operation; and a control unit that controls the heavy load transistor and the always operating transistor. A control method performed by a switching regulator configured as
The control means includes
The method includes a step of controlling on / off of the heavy load transistor according to a load current value.

本発明によれば、低負荷時の効率を高めることができる。   According to the present invention, the efficiency at the time of low load can be increased.

本実施形態のスイッチングレギュレータ100の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a switching regulator 100 of the present embodiment. 本実施形態のスイッチングレギュレータ100の処理動作例を説明するための第1の図である。It is the 1st figure for explaining the example of processing operation of switching regulator 100 of this embodiment. 本実施形態のスイッチングレギュレータ100の処理動作例を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the processing operation example of the switching regulator 100 of this embodiment.

<本実施形態のスイッチングレギュレータ100の概要>
まず、図1、図2を参照しながら、本実施形態のスイッチングレギュレータ100の概要について説明する。
<Outline of Switching Regulator 100 of the Present Embodiment>
First, an overview of the switching regulator 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、図1に示すように、重負荷時にオン、オフ制御される重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)と、動作時は常時動作している常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)と、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)と常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)とを制御する制御手段(出力ドライバ制御回路5に相当)と、負荷電流を検出する負荷電流検出手段(負荷電流検出回路4に相当)と、を有して構成する。   As shown in FIG. 1, the switching regulator 100 of the present embodiment includes a heavy load transistor (QP1, QN1) that is controlled to be turned on and off at the time of heavy load, and a normal operation transistor (QP2) that is always operated during operation. , QN2), control means for controlling heavy load transistors (QP1, QN1) and always-on transistors (QP2, QN2) (equivalent to output driver control circuit 5), and load current detection means for detecting load current (Corresponding to the load current detection circuit 4).

本実施形態の制御手段(5)は、図2に示すように、負荷電流検出手段(4)が検出した負荷電流値に応じて、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)のオン、オフ(QP1制御信号、QN1制御信号のオン、オフ)を制御する。   As shown in FIG. 2, the control means (5) of the present embodiment turns on / off the heavy load transistors (QP1, QN1) according to the load current value detected by the load current detection means (4) (QP1 Control on / off of control signal and QN1 control signal.

このように、本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、負荷電流値に応じて、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)のオン、オフ(QP1制御信号、QN1制御信号のオン、オフ)を制御することで、低負荷時の効率を高めることができる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態のスイッチングレギュレータ100について詳細に説明する。   As described above, the switching regulator 100 of the present embodiment controls the on / off of the heavy load transistors (QP1, QN1) according to the load current value (QP1 control signal, QN1 control signal on / off). Thus, the efficiency at low load can be increased. Hereinafter, the switching regulator 100 of the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<スイッチングレギュレータ100の構成例>
まず、図1を参照しながら、本実施形態のスイッチングレギュレータ100の構成例について説明する。図1は、スイッチングレギュレータ100の構成例を示す図である。
<Configuration example of switching regulator 100>
First, a configuration example of the switching regulator 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the switching regulator 100.

本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、CMOS集積回路を用いた同期整流型降圧スイッチングレギュレータである。本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、携帯機器等の電源回路に用いられる。   The switching regulator 100 of this embodiment is a synchronous rectification step-down switching regulator using a CMOS integrated circuit. The switching regulator 100 of this embodiment is used for a power supply circuit such as a portable device.

本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、DC‐DC変換回路10と、基準電圧発生回路1と、誤差増幅回路2と、PWM制御回路3と、負荷電流検出回路4と、出力ドライバ制御回路5と、を有して構成する。   The switching regulator 100 of the present embodiment includes a DC-DC conversion circuit 10, a reference voltage generation circuit 1, an error amplification circuit 2, a PWM control circuit 3, a load current detection circuit 4, an output driver control circuit 5, It comprises and has.

DC‐DC変換回路10は、上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、インダクタ(L1)と、コンデンサ(C1)と、を有して構成する。   The DC-DC conversion circuit 10 includes an upper transistor (QP1, QP2), a lower transistor (QN1, QN2), an inductor (L1), and a capacitor (C1).

上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、は、同期整流用のトランジスタを構成する。上位トランジスタ(QP1,QP2)は、入力端子であるVDD端子に接続されている。また、下位トランジスタ(QN1,QN2)は、GND端子に接続されている。   The upper transistors (QP1, QP2) and the lower transistors (QN1, QN2) constitute a transistor for synchronous rectification. The upper transistors (QP1, QP2) are connected to the VDD terminal which is an input terminal. The lower transistors (QN1, QN2) are connected to the GND terminal.

本実施形態の上位トランジスタ(QP1,QP2)は、重負荷用トランジスタ(QP1)と、常時動作用トランジスタ(QP2)と、を有して構成する。また、下位トランジスタ(QN1,QN2)も上位トランジスタ(QP1,QP2)と同様に、重負荷用トランジスタ(QN1)と、常時動作用トランジスタ(QN2)と、を有して構成する。重負荷用トランジスタは、重負荷時にオン、オフ制御されるトランジスタである。常時動作用トランジスタは、動作時は常時動作しているトランジスタである。   The upper transistors (QP1, QP2) of the present embodiment are configured to include a heavy load transistor (QP1) and a constantly operating transistor (QP2). Similarly to the upper transistors (QP1, QP2), the lower transistors (QN1, QN2) include a heavy load transistor (QN1) and a constantly operating transistor (QN2). The heavy load transistor is a transistor that is on / off controlled under heavy load. The always-on transistor is a transistor that is always in operation.

インダクタ(L1)とコンデンサ(C1)は、エネルギー変換用に使用するものである。   The inductor (L1) and the capacitor (C1) are used for energy conversion.

DC‐DC変換回路10は、上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、を構成する各トランジスタを交互にオン、オフし、直流電圧(Vout)を出力する。   The DC-DC conversion circuit 10 alternately turns on and off the transistors constituting the upper transistors (QP1, QP2) and the lower transistors (QN1, QN2), and outputs a DC voltage (Vout).

基準電圧発生回路1は、所定の基準電圧を生成して出力する。   The reference voltage generation circuit 1 generates and outputs a predetermined reference voltage.

誤差増幅回路2は、DC‐DC変換回路10から出力された出力電圧と、基準電圧発生回路1から出力された基準電圧と、の電圧値を比較し、出力電圧値と基準電圧値との差分電圧値に応じた誤差信号を出力する。   The error amplification circuit 2 compares the voltage value of the output voltage output from the DC-DC conversion circuit 10 with the reference voltage output from the reference voltage generation circuit 1, and the difference between the output voltage value and the reference voltage value An error signal corresponding to the voltage value is output.

PWM制御回路3は、誤差増幅回路2から出力された誤差信号を基に、PWM制御回路3から出力するPWM信号のパルス幅を制御し、上位トランジスタ(QP1,QP2)と下位トランジスタ(QN1,QN2)とのスイッチング制御を行い、DC‐DC変換回路10から出力される出力電圧値が一定となるように制御する。   The PWM control circuit 3 controls the pulse width of the PWM signal output from the PWM control circuit 3 based on the error signal output from the error amplification circuit 2, and controls the upper transistor (QP1, QP2) and the lower transistor (QN1, QN2). ) And the output voltage value output from the DC-DC conversion circuit 10 is controlled to be constant.

負荷電流検出回路4は、負荷電流をモニタリングし、閾値以下の負荷電流値を検出した場合に、低負荷検出制御信号(High)を出力する。   The load current detection circuit 4 monitors the load current, and outputs a low load detection control signal (High) when a load current value equal to or less than a threshold value is detected.

出力ドライバ制御回路5は、PWM制御回路3から出力されたPWM信号を基に、DC‐DC変換回路10の上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、に供給するゲートパルスを生成するものであり、出力ドライバ制御回路5は、PWM制御回路3から出力されたPWM信号を基に、上位トランジスタ(QP1,QP2)がオフした後に、下位トランジスタ(QN1,QN2)をオンするように制御する。   Based on the PWM signal output from the PWM control circuit 3, the output driver control circuit 5 supplies a gate to the upper transistors (QP1, QP2) and lower transistors (QN1, QN2) of the DC-DC conversion circuit 10. The output driver control circuit 5 turns on the lower transistors (QN1, QN2) after the upper transistors (QP1, QP2) are turned off based on the PWM signal output from the PWM control circuit 3. Control to do.

また、出力ドライバ制御回路5は、負荷電流検出回路4から出力された低負荷検出制御信号(High、Low)を基に、上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、でオン、オフ状態にする重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)を制御する。   The output driver control circuit 5 is based on the low load detection control signal (High, Low) output from the load current detection circuit 4, and the upper transistor (QP1, QP2), the lower transistor (QN1, QN2), To control the heavy load transistors (QP1, QN1) that are turned on and off.

<スイッチングレギュレータ100の処理動作例>
次に、図2を参照しながら、本実施形態のスイッチングレギュレータ100で行う処理動作について説明する。図2は、負荷電流値に応じてオン状態にするトランジスタを制御する場合を説明するための図である。
<Example of processing operation of switching regulator 100>
Next, the processing operation performed by the switching regulator 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining a case where a transistor to be turned on is controlled according to a load current value.

負荷電流検出回路4は、負荷電流値が閾値以下になった場合に、出力ドライバ制御回路5に出力する低負荷検出制御信号を“Low"→“High"にする。   The load current detection circuit 4 changes the low load detection control signal output to the output driver control circuit 5 from “Low” to “High” when the load current value becomes equal to or less than the threshold value.

出力ドライバ制御回路5は、負荷電流検出回路4から出力された低負荷検出制御信号が“High"になった場合に、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)をオフ状態に固定し、常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)のみをスイッチングするように制御する。   When the low load detection control signal output from the load current detection circuit 4 becomes “High”, the output driver control circuit 5 fixes the heavy load transistors (QP1, QN1) to the OFF state and is used for normal operation. Control to switch only the transistors (QP2, QN2).

この場合、出力ドライバ制御回路5は、上位トランジスタを構成する重負荷用トランジスタ(QP1)を制御するQP1制御信号は、“High"の状態に固定する。また、下位トランジスタを構成する重負荷用トランジスタ(QN1)を制御するQN1制御信号は、“Low"の状態に固定する。   In this case, the output driver control circuit 5 fixes the QP1 control signal for controlling the heavy load transistor (QP1) constituting the upper transistor to the “High” state. Further, the QN1 control signal for controlling the heavy load transistor (QN1) constituting the lower transistor is fixed to the “Low” state.

また、出力ドライバ制御回路5は、負荷電流検出回路4から出力された低負荷検出制御信号が“Low"になった場合に、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)と、常時動作用トランジスタ(QP2,QN2)と、の両方をスイッチングするように制御する。   In addition, the output driver control circuit 5 is configured such that when the low load detection control signal output from the load current detection circuit 4 becomes “Low”, the heavy load transistors (QP1, QN1) and the constantly operating transistor (QP2) , QN2) and both are controlled to switch.

低負荷時の効率を支配するのが、スイッチングレギュレータ100を構成する回路の消費電流である。この消費電流のうちで大きな割合を占めるのが、上位トランジスタ(QP1,QP2)と、下位トランジスタ(QN1,QN2)と、をオン、オフ状態にするための充放電電流である。   It is the current consumption of the circuit constituting the switching regulator 100 that dominates the efficiency at low load. A large proportion of the consumed current is charge / discharge current for turning on and off the upper transistors (QP1, QP2) and the lower transistors (QN1, QN2).

本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、負荷電流値に応じて、重負荷用トランジスタ(QP1,QN1)のオン、オフを制御し、トランジスタサイズを制御することにしている。これにより、充放電電流が小さくなり、スイッチングレギュレータ100を構成する回路の消費電流も小さくなるので、低負荷時の効率を向上させることができる。   The switching regulator 100 of this embodiment controls the transistor size by controlling on / off of the heavy load transistors (QP1, QN1) according to the load current value. As a result, the charge / discharge current is reduced and the current consumption of the circuit constituting the switching regulator 100 is also reduced, so that the efficiency at low load can be improved.

また、本実施形態のスイッチングレギュレータ100は、低負荷時用のトランジスタを用意する必要がないので、回路面積を大きくする必要が無い。このため、回路面積を小さくすることができる。   In addition, the switching regulator 100 of the present embodiment does not need to provide a low load transistor, so that it is not necessary to increase the circuit area. For this reason, a circuit area can be made small.

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。   The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment alone, and various modifications are made without departing from the gist of the present invention. Implementation is possible.

例えば、図1には、CMOS集積回路を用いた同期整流型降圧スイッチングレギュレータを示したが、CMOS集積回路に限定する必要はなく、他の集積回路を用いることも可能である。   For example, FIG. 1 shows a synchronous rectification step-down switching regulator using a CMOS integrated circuit. However, the present invention is not limited to the CMOS integrated circuit, and other integrated circuits may be used.

また、図2では、出力ドライバ制御回路5は、負荷電流検出回路4から出力された低負荷検出制御信号が“High"になった後に、上位トランジスタを構成する重負荷用トランジスタ(QP1)を制御するQP1制御信号が“High"になった場合に、そのQP1制御信号を“High"の状態に固定することにした。しかし、図3に示すように、出力ドライバ制御回路5は、負荷電流検出回路4から出力された低負荷検出制御信号が“High"になった場合に直ちに、QP1制御信号を“High"の状態に固定するように構築することも可能である。なお、下位トランジスタを構成する重負荷用トランジスタ(QN1)を制御するQN1制御信号についても同様に構築することは可能である。   In FIG. 2, the output driver control circuit 5 controls the heavy load transistor (QP1) constituting the upper transistor after the low load detection control signal output from the load current detection circuit 4 becomes “High”. When the QP1 control signal to be performed becomes “High”, the QP1 control signal is fixed to the “High” state. However, as shown in FIG. 3, the output driver control circuit 5 immediately sets the QP1 control signal to the “High” state when the low load detection control signal output from the load current detection circuit 4 becomes “High”. It is also possible to construct it so that it is fixed to. The QN1 control signal for controlling the heavy load transistor (QN1) constituting the lower transistor can be similarly constructed.

また、上述した本実施形態におけるスイッチングレギュレータ100を構成する各装置における制御動作は、ハードウェア、または、ソフトウェア、あるいは、両者の複合構成を用いて実行することも可能である。   Further, the control operation in each device constituting the switching regulator 100 in the present embodiment described above can be executed using hardware, software, or a combined configuration of both.

なお、ソフトウェアを用いて処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ内のメモリにインストールして実行させることが可能である。あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。   In the case of executing processing using software, it is possible to install and execute a program in which a processing sequence is recorded in a memory in a computer incorporated in dedicated hardware. Alternatively, the program can be installed and executed on a general-purpose computer capable of executing various processes.

例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやROM(Read Only Memory)に予め記録しておくことが可能である。あるいは、プログラムは、リムーバブル記録媒体に、一時的、あるいは、永続的に格納(記録)しておくことが可能である。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することが可能である。なお、リムーバブル記録媒体としては、フロッピー(登録商標)ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、MO(Magneto optical)ディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリなどが挙げられる。   For example, the program can be recorded in advance on a hard disk or ROM (Read Only Memory) as a recording medium. Alternatively, the program can be stored (recorded) temporarily or permanently in a removable recording medium. Such a removable recording medium can be provided as so-called package software. Examples of the removable recording medium include a floppy (registered trademark) disk, a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), an MO (Magneto optical) disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a magnetic disk, and a semiconductor memory.

なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールすることになる。また、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送することになる。また、ネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することになる。   The program is installed on the computer from the removable recording medium as described above. In addition, it is wirelessly transferred from the download site to the computer. In addition, it is transferred to a computer via a network by wire.

また、本実施形態におけるスイッチングレギュレータ100は、上記実施形態で説明した処理動作に従って時系列的に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力、あるいは、必要に応じて並列的にあるいは個別に実行するように構築することも可能である。   In addition, the switching regulator 100 in the present embodiment is not only executed in time series according to the processing operation described in the above embodiment, but also the processing capability of the apparatus that performs the processing, or in parallel as necessary or It can also be constructed to run individually.

本発明は、携帯電話や、デジタルカメラ等の携帯機器に適用可能である。   The present invention is applicable to mobile devices such as mobile phones and digital cameras.

100 スイッチングレギュレータ
10 DC-DC変換回路
1 基準電圧発生回路
2 誤差増幅回路
3 PWM制御回路
4 負荷電流検出回路
5 出力ドライバ制御回路
QP1、QP2 上位トランジスタ
QN1、QN2 下位トランジスタ
L1 インダクタ
C1 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Switching regulator 10 DC-DC conversion circuit 1 Reference voltage generation circuit 2 Error amplification circuit 3 PWM control circuit 4 Load current detection circuit 5 Output driver control circuit
QP1, QP2 upper transistor
QN1, QN2 Lower transistor
L1 inductor
C1 capacitor

特開2000−217344号公報JP 2000-217344 A 特開2005−160254号公報JP 2005-160254 A

Claims (7)

重負荷時にオン、オフ制御される重負荷用トランジスタと、
動作時は常時動作している常時動作用トランジスタと、
前記重負荷用トランジスタと、前記常時動作用トランジスタと、を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
負荷電流値に応じて、前記重負荷用トランジスタのオン、オフを制御することを特徴とするスイッチングレギュレータ。
A heavy load transistor that is controlled to be turned on and off at the time of heavy load;
A transistor for always-on operation that is always in operation,
Control means for controlling the heavy load transistor and the always-on transistor,
The control means includes
A switching regulator characterized in that on / off of the heavy load transistor is controlled in accordance with a load current value.
負荷電流を検出する負荷電流検出手段を有し、
前記制御手段は、
前記負荷電流検出手段が検出した負荷電流値に応じて、前記重負荷用トランジスタのオン、オフを制御することを特徴とする請求項1記載のスイッチングレギュレータ。
A load current detecting means for detecting the load current;
The control means includes
2. The switching regulator according to claim 1, wherein on / off of the heavy load transistor is controlled in accordance with a load current value detected by the load current detecting means.
同期整流用のトランジスタを構成する上位トランジスタと下位トランジスタとを有し、
前記上位トランジスタと前記下位トランジスタとは、各々前記重負荷用トランジスタと、前記常時動作用トランジスタと、を有して構成し、
前記制御手段は、
前記負荷電流検出手段が検出した負荷電流値に応じて、前記上位トランジスタ及び前記下位トランジスタの前記重負荷用トランジスタのオン、オフを制御することを特徴とする請求項2記載のスイッチングレギュレータ。
It has an upper transistor and a lower transistor that constitute a transistor for synchronous rectification,
The upper transistor and the lower transistor are each configured to include the heavy load transistor and the always-on transistor,
The control means includes
3. The switching regulator according to claim 2, wherein on / off of the heavy load transistors of the upper transistor and the lower transistor is controlled according to a load current value detected by the load current detecting means.
前記制御手段は、
前記負荷電流検出手段が閾値以下の負荷電流値を検出している期間は、前記重負荷用トランジスタをオフ状態に制御し、前記常時動作用トランジスタをスイッチングするように制御することを特徴とする請求項2または3記載のスイッチングレギュレータ。
The control means includes
The period when the load current detecting means detects a load current value below a threshold value is controlled so that the heavy load transistor is turned off and the normally operating transistor is switched. Item 4. The switching regulator according to Item 2 or 3.
前記制御手段は、
前記負荷電流検出手段が閾値以下の負荷電流を検出していない期間は、前記重負荷用トランジスタをオン状態に制御し、前記重負荷用トランジスタと前記常時動作用トランジスタとをスイッチングするように制御することを特徴とする請求項2から4の何れか1項に記載のスイッチングレギュレータ。
The control means includes
During a period in which the load current detection means does not detect a load current below a threshold value, the heavy load transistor is controlled to be in an ON state, and the heavy load transistor and the constantly operating transistor are controlled to be switched. The switching regulator according to any one of claims 2 to 4, characterized in that:
請求項1から5の何れか1項に記載のスイッチングレギュレータを搭載した電源回路。   A power supply circuit on which the switching regulator according to any one of claims 1 to 5 is mounted. 重負荷時にオン・オフ制御される重負荷用トランジスタと、動作時は常時動作している常時動作用トランジスタと、前記重負荷用トランジスタと前記常時動作用トランジスタとを制御する制御手段と、を有して構成するスイッチングレギュレータで行う制御方法であって、
前記制御手段は、
負荷電流値に応じて、前記重負荷用トランジスタのオン・オフを制御する工程を有することを特徴とする制御方法。
A heavy load transistor that is controlled to be turned on / off at the time of heavy load; a normally operating transistor that is always operating during operation; and a control unit that controls the heavy load transistor and the always operating transistor. A control method performed by a switching regulator configured as
The control means includes
A control method comprising a step of controlling on / off of the heavy load transistor according to a load current value.
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