JP2021132514A - Circuit for switching power source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置を形成するためのスイッチング電源用回路に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit for forming a switching power supply device.
図27にカレントモードで動作するスイッチング電源装置900の構成例を示す。スイッチング電源装置900は、入力電圧Vinを出力トランジスタ911にてスイッチングすることで出力電圧Voutを得る降圧型のDC/DCコンバータである。出力トランジスタ911と、出力電圧Voutが加わる出力コンデンサ913との間にインダクタ912が配置される。スイッチング電源装置900では、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの差分に応じた誤差電圧Vcmpをエラーアンプ914にて生成し、誤差電圧Vcmpと出力トランジスタ911の電流情報(従ってインダクタ912の電流情報)とを用いて出力トランジスタ911を制御することで出力電圧Voutを所望の目標電圧に安定化させる。
FIG. 27 shows a configuration example of the switching
図27のスイッチング電源装置900では、クロック信号clkに同期して出力トランジスタ911のターンオンを指定するセット信号setが生成される。そして、出力トランジスタ911に流れる電流に応じたスロープ電圧Vslpが誤差電圧Vcmpに達するとリセット信号rstが発行されて出力トランジスタ911がターンオフされる。
In the switching
カレントモードで動作するスイッチング電源装置900では、原理上、出力電圧Voutの供給を受ける負荷の電流に応じて誤差電圧Vcmpが変動する。そして、誤差電圧Vcmpに基づき負荷が軽いと判断される状況下では、クロック信号clkの同期した出力トランジスタ911のスイッチング動作(PWM制御)を停止させ、代わりに軽負荷制御を行うことが可能である。軽負荷制御により、軽負荷時におけるスイッチング損失を低減することが可能である。
In the switching
PWM制御及び軽負荷制御を切り替え実行可能なスイッチング電源装置900aの構成を図28に示す。スイッチング電源装置900aでは、軽負荷時に誤差電圧Vcmpを低下し、誤差電圧Vcmpがスキップ判定電圧Vtskpを下回ると軽負荷制御に移行する。軽負荷制御への移行後、出力電圧Voutの低下が検知された場合には、軽負荷制御の下で出力トランジスタ911がターンオンされる。
FIG. 28 shows a configuration of a switching
スイッチング電源装置900aのような、PWM制御及び軽負荷制御を切り替え実行可能なスイッチング電源装置では、制御の切り替えを安定してシームレスに行うことが要求される。これとは別に、軽負荷制御時においてスイッチング電源装置の効率(電力変換効率)をなるだけ高くすることも要求される。従来のスイッチング電源装置では、これらの要求への対応に改善の余地があった。
In a switching power supply device such as the switching
他方、多くのスイッチング電源装置では、起動時に出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタート動作が行われる。但し、スイッチング電源装置900aのような、PWM制御及び軽負荷制御を切り替え実行可能なスイッチング電源装置において、ソフトスタート動作を実現させる際には、注意が必要となり、スキップ判定電圧Vtskpが良好なソフトスタート動作を阻害しないようにするための工夫が必要となる。
On the other hand, in many switching power supply devices, a soft start operation is performed in which the output voltage is gradually increased at startup. However, in a switching power supply device such as the switching
本発明は、良好な制御切り替えを実現する又は効率の改善に寄与するスイッチング電源用回路を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、良好なソフトスタート動作を実現するスイッチング電源用回路を提供することを第2の目的とする。 A first object of the present invention is to provide a switching power supply circuit that realizes good control switching or contributes to improvement of efficiency. A second object of the present invention is to provide a switching power supply circuit that realizes a good soft start operation.
本発明に係るスイッチング電源用回路は、出力トランジスタのスイッチング動作により入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源用回路において、前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧との差分に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプ、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部を備え、前記制御部は、前記誤差電圧とスキップ判定電圧との比較結果に基づくスキップ信号を生成するスキップコンパレータ、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、前記スキップ判定電圧生成部は、前記入力電圧又は前記出力トランジスタのデューティに応じて前記スキップ判定電圧を可変とする構成(第1の構成)である。 The switching power supply circuit according to the present invention is a switching power supply circuit that generates an output voltage from an input voltage by a switching operation of an output transistor, and obtains an error voltage according to the difference between the feedback voltage corresponding to the output voltage and the reference voltage. It has an error amplifier to generate and a slope voltage generator that generates a slope voltage according to the current flowing through the output transistor, and performs the switching operation in synchronization with the clock signal based on the error voltage and the slope voltage. A control unit capable of executing PWM control is provided, and the control unit generates a skip comparator that generates a skip signal based on a comparison result between the error voltage and the skip determination voltage, and a skip determination voltage generation that generates the skip determination voltage. It is possible to switch and execute the PWM control or the light load control that performs the switching operation according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage based on the skip signal. The skip determination voltage generation unit has a configuration (first configuration) in which the skip determination voltage is variable according to the input voltage or the duty of the output transistor.
上記第1の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記PWM制御において、前記出力電圧の供給を受ける負荷の電流が大きくなるほど前記誤差電圧が第1方向に向けて変化してゆき、且つ、前記負荷の電流が小さくなるほど前記誤差電圧が前記第1方向とは逆の第2方向に向けて変化してゆき、前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベルとし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベルとし、前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベルに維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する構成(第2の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the first configuration, in the PWM control, the error voltage changes in the first direction as the current of the load receiving the output voltage becomes larger, and the load As the current becomes smaller, the error voltage changes in the second direction opposite to the first direction, and in the skip comparator, the error voltage is on the first direction side of the skip determination voltage. When the skip signal is set to the first level, the skip signal is set to the second level when the error voltage is on the second direction side of the skip determination voltage, and the control unit sets the skip signal to the first level. The PWM control is executed when the voltage is maintained at, and when the skip signal changes from the first level to the second level, the PWM control is stopped and the control shifts to the light load control (second configuration). It may be.
上記第2の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記スロープ電圧は、前記出力トランジスタに流れる電流の増加に伴って前記第1方向に向けて変化し、前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、前記軽負荷制御では、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベルから前記第1レベルへ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする構成(第3の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the second configuration, the slope voltage changes in the first direction as the current flowing through the output transistor increases, and the error amplifier causes the output voltage to decrease. The error voltage is configured to change in the first direction accordingly, and in the PWM control, after the output transistor is turned on in synchronization with the clock signal, the comparison result between the error voltage and the slope voltage is obtained. In the light load control, the error voltage changes in the first direction as the output voltage decreases, so that the skip signal changes from the second level to the first level. When the transition occurs, the output transistor may be turned on in response to the transition, and then the output transistor may be turned off based on the comparison result between the error voltage and the slope voltage (third configuration).
上記第2又は第3の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記スキップ判定電圧生成部は、前記入力電圧の低下又は前記出力トランジスタのデューティの増大に伴って前記スキップ判定電圧を前記第1方向に変化させる構成(第4の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the second or third configuration, the skip determination voltage generation unit shifts the skip determination voltage in the first direction as the input voltage decreases or the duty of the output transistor increases. It may be a configuration to be changed (fourth configuration).
上記第2〜第4の構成の何れかに係るスイッチング電源用回路において、前記制御部は、ソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部を更に有し、前記ソフトスタート電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記基準電圧を跨いで前記ソフトスタート電圧を前記第1方向へと徐々に変化させ、前記エラーアンプは、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第1方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記基準電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第2方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記ソフトスタート電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記スキップ判定電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させ、その後、前記入力電圧に応じた電圧又は前記出力トランジスタのデューティに応じた電圧を前記スキップ判定電圧に設定する構成(第5の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to any one of the second to fourth configurations, the control unit further includes a soft start voltage generation unit that generates a soft start voltage, and the soft start voltage generation unit further includes the switching. At the time of starting the power supply circuit, the soft start voltage is gradually changed in the first direction across the reference voltage, and in the error amplifier, the soft start voltage is on the first direction side of the reference voltage. When it is, the error voltage is generated according to the difference between the feedback voltage and the reference voltage, and when the soft start voltage is on the second direction side of the reference voltage, the feedback voltage and the soft start The error voltage is generated according to the difference from the voltage, and the skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction at the time of starting the switching power supply circuit, and then gradually changes the skip determination voltage toward the first direction. , The voltage corresponding to the input voltage or the voltage corresponding to the duty of the output transistor may be set as the skip determination voltage (fifth configuration).
上記第5の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記スキップ判定電圧生成部は、前記ソフトスタート電圧を用いて前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させる構成(第6の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the fifth configuration, the skip determination voltage generation unit uses the soft start voltage to gradually change the skip determination voltage toward the first direction (sixth configuration). ) May be.
上記第1〜第6の構成の何れかに係るスイッチング電源用回路において、前記出力トランジスタにインダクタが直列接続され、前記出力トランジスタがオン状態であるとき、前記出力トランジスタ及び前記インダクタを通じて前記入力電圧に基づく電流が流れる
構成(第7の構成)であっても良い。
In the switching power supply circuit according to any one of the first to sixth configurations, when an inductor is connected in series to the output transistor and the output transistor is in the ON state, the input voltage is reached through the output transistor and the inductor. It may be a configuration in which a current based on the current flows (seventh configuration).
本発明に係る他のスイッチング電源用回路は、出力トランジスタのスイッチング動作により入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源用回路において、前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧との差分に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプ、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部を備え、前記制御部は、前記誤差電圧とスキップ判定電圧との比較結果に基づくスキップ信号を生成するスキップコンパレータ、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、前記制御部は、ソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部を更に有し、前記ソフトスタート電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記基準電圧を跨いで前記ソフトスタート電圧を第1方向へと徐々に変化させ、前記エラーアンプは、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第1方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記基準電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも第2方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記ソフトスタート電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記第1方向及び前記第2方向は互いに逆であり、前記スキップ判定電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させる構成(第8の構成)である。 The other switching power supply circuit according to the present invention is a switching power supply circuit that generates an output voltage from an input voltage by the switching operation of the output transistor, and has an error according to the difference between the feedback voltage corresponding to the output voltage and the reference voltage. It has an error amplifier that generates a voltage and a slope voltage generator that generates a slope voltage according to the current flowing through the output transistor, and the switching operation is synchronized with a clock signal based on the error voltage and the slope voltage. A control unit capable of executing PWM control for performing PWM control is provided, and the control unit includes a skip comparator that generates a skip signal based on a comparison result between the error voltage and the skip determination voltage, and a skip determination that generates the skip determination voltage. It is possible to switch and execute the PWM control or the light load control in which the switching operation is performed according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage based on the skip signal by further having a voltage generation unit. The control unit further includes a soft start voltage generation unit that generates a soft start voltage, and the soft start voltage generation unit straddles the reference voltage when the switching power supply circuit is started. Is gradually changed in the first direction, and when the soft start voltage is on the first direction side of the reference voltage, the error amplifier causes the error according to the difference between the feedback voltage and the reference voltage. When a voltage is generated and the soft start voltage is on the second direction side of the reference voltage, the error voltage is generated according to the difference between the feedback voltage and the soft start voltage, and the first direction and the said. The second directions are opposite to each other, and the skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction when the switching power supply circuit is started (eighth configuration). Is.
上記第8の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記PWM制御において、前記出力電圧の供給を受ける負荷の電流が大きくなるほど前記誤差電圧が前記第1方向に向けて変化してゆき、且つ、前記負荷の電流が小さくなるほど前記誤差電圧が前記第2方向に向けて変化してゆき、前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベルとし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベルとし、前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベルに維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する構成(第9の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the eighth configuration, in the PWM control, the error voltage changes toward the first direction as the current of the load receiving the output voltage becomes larger, and the error voltage is changed. As the load current becomes smaller, the error voltage changes toward the second direction, and the skip comparator outputs the skip signal when the error voltage is on the first direction side of the skip determination voltage. When the error voltage is set to one level and the error voltage is on the second direction side of the skip determination voltage, the skip signal is set to the second level, and the control unit sets the skip signal to the first level. The PWM control may be executed, and when the skip signal changes from the first level to the second level, the PWM control may be stopped and the control may be shifted to the light load control (nineth configuration).
上記第9の構成に係るスイッチング電源用回路において、前記スロープ電圧は、前記出力トランジスタに流れる電流の増加に伴って前記第1方向に向けて変化し、前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、前記軽負荷制御では、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベルから前記第1レベルへ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする構成(第10の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to the ninth configuration, the slope voltage changes in the first direction as the current flowing through the output transistor increases, and the error amplifier causes the output voltage to decrease. The error voltage is configured to change in the first direction accordingly, and in the PWM control, after the output transistor is turned on in synchronization with the clock signal, the comparison result between the error voltage and the slope voltage is obtained. In the light load control, the error voltage changes in the first direction as the output voltage decreases, so that the skip signal changes from the second level to the first level. When the transition occurs, the output transistor may be turned on in response to the transition, and then the output transistor may be turned off based on the comparison result between the error voltage and the slope voltage (tenth configuration).
上記第8〜第10の構成の何れかに係るスイッチング電源用回路において、前記スキップ判定電圧生成部は、前記ソフトスタート電圧を用いて前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させる構成(第11の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to any one of the eighth to tenth configurations, the skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction by using the soft start voltage. It may be the configuration (the eleventh configuration).
上記第8〜第11の構成の何れかに係るスイッチング電源用回路において、前記出力トランジスタにインダクタが直列接続され、前記出力トランジスタがオン状態であるとき、前記出力トランジスタ及び前記インダクタを通じて前記入力電圧に基づく電流が流れる構成(第12の構成)であっても良い。 In the switching power supply circuit according to any one of the eighth to eleventh configurations, when an inductor is connected in series to the output transistor and the output transistor is in the ON state, the input voltage is reached through the output transistor and the inductor. It may be a configuration in which a current based on the current flows (12th configuration).
本発明によれば、良好な制御切り替えを実現する又は効率の改善に寄与するスイッチング電源用回路を提供することが可能となる。また、本発明によれば、良好なソフトスタート動作を実現するスイッチング電源用回路を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply circuit that realizes good control switching or contributes to improvement of efficiency. Further, according to the present invention, it is possible to provide a switching power supply circuit that realizes a good soft start operation.
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、素子又は部位等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、素子又は部位等の名称を省略又は略記することがある。例えば、後述の“M1”によって参照される出力トランジスタは(図1参照)、出力トランジスタM1と表記されることもあるし、トランジスタM1と略記されることもあり得るが、それらは全て同じものを指す。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In each of the referenced figures, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations regarding the same parts will be omitted in principle. In this specification, for the sake of simplification of description, by describing a symbol or a code that refers to an information, a signal, a physical quantity, an element or a part, etc., the information, a signal, a physical quantity, an element or a part corresponding to the symbol or the code is described. Etc. may be omitted or abbreviated. For example, the output transistor referred to by "M1" described later (see FIG. 1) may be referred to as the output transistor M1 or may be abbreviated as the transistor M1, but they are all the same. Point to.
まず、本実施形態の記述にて用いられる幾つかの用語について説明を設ける。
グランドとは、0V(ゼロボルト)の基準電位を有する導電部を指す又は基準電位そのものを指す。各実施形態において、特に基準を設けずに示される電圧は、グランドから見た電位を表す。レベルとは電位のレベルを指し、任意の信号又は電圧についてハイレベルはローレベルよりも高い電位を有する。任意の信号又は電圧について、信号又は電圧がハイレベルにあるとは信号又は電圧のレベルがハイレベルにあることを意味し、信号又は電圧がローレベルにあるとは信号又は電圧のレベルがローレベルにあることを意味する。信号についてのレベルは信号レベルと表現されることがあり、電圧についてのレベルは電圧レベルと表現されることがある。
任意の信号又は電圧において、ローレベルからハイレベルへの切り替わりをアップエッジと称し、ローレベルからハイレベルへの切り替わりのタイミングをアップエッジタイミングと称する。同様に、任意の信号又は電圧において、ハイレベルからローレベルへの切り替わりをダウンエッジと称し、ハイレベルからローレベルへの切り替わりのタイミングをダウンエッジタイミングと称する。
MOSFETを含むFET(電界効果トランジスタ)として構成された任意のトランジスタについて、オン状態とは、当該トランジスタのドレイン及びソース間が導通状態となっていることを指し、オフ状態とは、当該トランジスタのドレイン及びソース間が非導通状態(遮断状態)となっていることを指す。FETに分類されないトランジスタについても同様である。MOSFETは、特に記述無き限り、エンハンスメント型のMOSFETであると解して良い。MOSFETは“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”の略称である。以下、オン状態、オフ状態を、単に、オン、オフと表現することもある。任意のトランジスタについて、オフ状態からオン状態への切り替わりをターンオンと表現し、オン状態からオフ状態への切り替わりをターンオフと表現する。
First, some terms used in the description of this embodiment will be described.
The ground refers to a conductive portion having a reference potential of 0 V (zero volt) or refers to the reference potential itself. In each embodiment, the voltage shown without any particular reference represents the potential seen from ground. Level refers to the level of potential, where a high level has a higher potential than a low level for any signal or voltage. For any signal or voltage, a signal or voltage at a high level means that the signal or voltage level is at a high level, and a signal or voltage at a low level means that the signal or voltage level is at a low level. Means that it is in. A level for a signal is sometimes referred to as a signal level, and a level for a voltage is sometimes referred to as a voltage level.
For any signal or voltage, switching from low level to high level is called up edge, and timing of switching from low level to high level is called up edge timing. Similarly, for any signal or voltage, switching from high level to low level is referred to as down edge, and timing of switching from high level to low level is referred to as down edge timing.
For any transistor configured as a FET (Field Effect Transistor) including a MOSFET, the on state means that the drain and source of the transistor are in a conductive state, and the off state means the drain of the transistor. And it means that there is a non-conduction state (interruption state) between the sources. The same applies to transistors that are not classified as FETs. Unless otherwise specified, the MOSFET may be understood as an enhancement type MOSFET. MOSFET is an abbreviation for "metal-oxide-semiconductor field-effect transistor". Hereinafter, the on state and the off state may be simply expressed as on and off. For any transistor, switching from the off state to the on state is expressed as turn-on, and switching from the on state to the off state is expressed as turn-off.
<<第1実施形態>>
本発明の第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態に係るスイッチング電源装置AAの全体構成図である。図1のスイッチング電源装置AAは、入力電圧VINから入力電圧VINよりも低い出力電圧VOUTを生成する降圧型DC/DCコンバータとして構成されている。入力電圧VIN及び出力電圧VOUTは正の直流電圧である。スイッチング電源装置AAは、スイッチング電源用回路としての電源IC1と、電源IC1の外部に設けられたインダクタL1、出力コンデンサC1、帰還抵抗R1及びR2を備える。
<< First Embodiment >>
The first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the switching power supply device AA according to the first embodiment. The switching power supply device AA of FIG. 1 is configured as a step-down DC / DC converter that generates an output voltage V OUT lower than the input voltage V IN from the input voltage V IN. The input voltage V IN and the output voltage V OUT are positive DC voltages. The switching power supply device AA includes a power supply IC1 as a switching power supply circuit, an inductor L1 provided outside the power supply IC1, an output capacitor C1, and feedback resistors R1 and R2.
図2に電源IC1の外観の例を示す。電源IC1は、半導体集積回路を樹脂にて構成された筐体(パッケージ)内に封入することで形成された電子部品(半導体装置)であり、電源IC1を構成する各回路が半導体にて集積化されている。電源IC1としての電子部品の筐体には、IC1の外部に対し筐体から露出した外部端子が複数設けられている。尚、図2に示される外部端子の数は例示に過ぎない。
FIG. 2 shows an example of the appearance of the
電源IC1に設けられる複数の外部端子の一部として、図1には外部端子TM1〜TM4が示されている。外部端子TM1には入力電圧VINが入力される。外部端子TM2は後述のノードND1に接続される。外部端子TM3はグランドに接続される。外部端子TM4には後述の帰還電圧VFBが加わる。 External terminals TM1 to TM4 are shown in FIG. 1 as a part of a plurality of external terminals provided on the power supply IC1. The input voltage VIN is input to the external terminal TM1. The external terminal TM2 is connected to the node ND1 described later. The external terminal TM3 is connected to the ground. A feedback voltage VFB, which will be described later, is applied to the external terminal TM4.
電源IC1には、出力トランジスタM1及び同期整流トランジスタM2と、制御部10と、内部電源回路30と、が設けられる。制御部10に属さず且つ内部電源回路30と異なるブロック(リセット回路、保護回路等)が更に電源IC1に含まれうるが、ここでは、必要の無い限り、当該ブロックの図示及び機能説明を省略する。トランジスタM1及びM2はNチャネル型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)として構成されている。但し、トランジスタM1をPチャネル型のMOSFETとして構成する変形も可能である。
The
スイッチング電源装置AAは、出力トランジスタM1及び同期整流トランジスタM2を用いて同期整流方式にて直流−直流変換を行う。但し、トランジスタM2をダイオードに置きかえることもでき、この場合、スイッチング電源装置AAは非同期整流方式にて直流−直流変換を行うことになる。尚、トランジスタM1及びM2を含む任意のトランジスタについて、当該トランジスタがオン状態となっている区間をオン区間と称することがあり、当該トランジスタがオフ状態となっている区間をオフ区間と称することがある。 The switching power supply device AA performs DC-DC conversion by a synchronous rectification method using the output transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2. However, the transistor M2 can be replaced with a diode, and in this case, the switching power supply device AA performs DC-DC conversion by an asynchronous rectification method. For any transistor including the transistors M1 and M2, the section in which the transistor is in the on state may be referred to as an on section, and the section in which the transistor is in the off state may be referred to as an off section. ..
トランジスタM1のドレインは外部端子TM1に接続され、従って入力電圧VINの入力を受ける。トランジスタM1のソースとトランジスタM2のドレインはノードND1にて共通接続される。トランジスタM2のソースは外部端子TM3に接続される、即ちグランドに接続される。ノードND1に生じる電圧をスイッチ電圧と称し、記号“VSW”にて表す。インダクタL1の一端は外部端子TM2に接続され、インダクタL1の他端はノードND2に接続される。ノードND2に出力電圧VOUTが生じる。ノードND2とグランドとの間に出力コンデンサC1が接続される。また、ノードND2とグランドとの間に帰還抵抗R1及びR2の直列回路が設けられる。従って、帰還抵抗R1及びR2間の接続ノードには出力電圧VOUTの分圧である帰還電圧VFBが生じる。帰還抵抗R1及びR2間の接続ノードが外部端子TM4に接続されることで、外部端子TM4に帰還電圧VFBが加わる。尚、トランジスタM1をPチャネル型のMOSFETとして構成する場合にあってはトランジスタM1のソース及びドレインの関係が逆になる(即ち、トランジスタM1のソース、ドレインが、夫々、外部端子TM1、ノードND1に接続されることになる)。 The drain of the transistor M1 is connected to the external terminal TM1 and therefore receives the input of the input voltage VIN. The source of the transistor M1 and the drain of the transistor M2 are commonly connected at the node ND1. The source of the transistor M2 is connected to the external terminal TM3, that is, connected to the ground. The voltage generated at the node ND1 is referred to as a switch voltage and is represented by the symbol “V SW”. One end of the inductor L1 is connected to the external terminal TM2, and the other end of the inductor L1 is connected to the node ND2. An output voltage V OUT is generated at the node ND2. The output capacitor C1 is connected between the node ND2 and the ground. Further, a series circuit of feedback resistors R1 and R2 is provided between the node ND2 and the ground. Therefore, a feedback voltage V FB, which is a voltage divider of the output voltage V OUT , is generated at the connection node between the feedback resistors R1 and R2. By connecting the connection node between the feedback resistors R1 and R2 to the external terminal TM4, the feedback voltage VFB is applied to the external terminal TM4. When the transistor M1 is configured as a P-channel MOSFET, the relationship between the source and drain of the transistor M1 is reversed (that is, the source and drain of the transistor M1 are connected to the external terminal TM1 and the node ND1, respectively. Will be connected).
図1において、“LD”は、ノードND2とグランドとの間に接続される負荷を表している。負荷LDは出力電圧VOUTに基づき駆動する任意の負荷(マイクロコンピュータ等)である。ノーND2から負荷LDに流れる、負荷LDの消費電流を負荷電流と称し、記号“ILD”にて表す。また、インダクタL1に流れる電流をインダクタ電流と称し、記号“IL”にて表す。 In FIG. 1, “LD” represents a load connected between node ND2 and ground. The load LD is an arbitrary load (microcomputer or the like) that is driven based on the output voltage V OUT. The current consumption of the load LD flowing from the no ND2 to the load LD is referred to as a load current and is represented by the symbol "ILD". Further, the current flowing through the inductor L1 is referred to as an inductor current and is represented by the symbol “IL”.
制御部10は、帰還電圧VFBと、出力トランジスタM1に流れる電流に応じた後述のスロープ電圧VSLPとに基づき、トランジスタM1及びM2のゲート電圧を制御することを通じてトランジスタM1及びM2のオン/オフを制御し、これによって出力電圧VOUTを所定の目標電圧VTG(例えば5V)に安定化させる。図1の制御部10では、所謂カレントモード制御方式にてトランジスタM1及びM2を駆動することが可能となっている。内部電源回路30は、入力電圧VINから所定の内部電源電圧VREGを生成する。制御部10内の各回路は内部電源電圧VREGに基づいて駆動する。
The
制御部10の内部構成を説明する。制御部10は、エラーアンプ11、基準電圧源12、抵抗13、コンデンサ14、スロープ電圧生成部15、メインコンパレータ16、セット信号生成部17、制御信号生成部18、ゲートドライバ19、逆流検出部20、スキップコンパレータ21、ワンショットパルス生成部22及びスキップ判定電圧生成部23を備える。説明の便宜上、まず、制御部10の内、スキップコンパレータ21、ワンショットパルス生成部22及びスキップ判定電圧生成部23の存在を無視し、他の部位の説明を行う。
The internal configuration of the
エラーアンプ11は電流出力型のトランスコンダクタンスアンプである。エラーアンプ11の反転入力端子には外部端子TM4に加わる帰還電圧VFBが供給される。基準電圧源12は所定の正の直流電圧である基準電圧VREFを生成する。基準電圧VREFはエラーアンプ11の非反転入力端子に入力される。エラーアンプ11の出力端子は電源IC1内の配線であるラインLN1に接続される。尚、電源IC1にソフトスタート機能が設けられる場合には、エラーアンプ11に対しソフトスタート電圧も入力されるが、当該機能については後述するものとし、ここでは当該機能を無視する。
The
エラーアンプ11は、負側対象電圧と正側対象電圧との差分に応じた誤差電圧VCMPを生成する。ソフトスタート機能を無視した場合、負側対象電圧、正側対象電圧は、夫々、帰還電圧VFB、基準電圧VREFである。エラーアンプ11は、負側対象電圧と正側対象電圧との差分に応じた誤差電流信号による電荷をラインLN1に対して入出力することで、ラインLN1に誤差電圧VCMPを生じさせる。具体的にはエラーアンプ11は、正側対象電圧が負側対象電圧よりも高いときには誤差電圧VCMPが高くなるようにラインLN1に向けて誤差電流信号による電流を出力し、負側対象電圧が正側対象電圧よりも高いときには誤差電圧VCMPが低くなるようにラインLN1からエラーアンプ11に向けて誤差電流信号による電流を引き込む。負側対象電圧と正側対象電圧との差分の絶対値が増大するにつれて、誤差電流信号による電流の大きさも増大する。
The
ラインLN1とグランドとの間には抵抗13及びコンデンサ14の直列回路が接続される。当該直列回路は位相補償部として機能し、エラーアンプ11と協働してラインLN1に誤差電圧VCMPを生じさせる。具体的には抵抗13の一端がラインLN1に接続され、抵抗13の他端がコンデンサ14を介してグランドに接続される。抵抗13の抵抗値及びコンデンサ14の静電容量値を適切に設定することにより誤差電圧VCMPの信号位相を補償して出力帰還ループの発振を防ぐことができる。尚、抵抗13及びコンデンサ14の双方又は一方は、電源IC1の外部に設けられて、電源IC1に対して外付け接続されるものであっても良い。
A series circuit of a
スロープ電圧生成部15は、出力トランジスタM1のオン区間(即ち、出力トランジスタM1がオン状態となっている区間)において出力トランジスタM1に流れる電流に応じたスロープ電圧VSLPを生成する。 The slope voltage generation unit 15 generates a slope voltage V SLP according to the current flowing through the output transistor M1 in the on section of the output transistor M1 (that is, the section in which the output transistor M1 is in the on state).
メインコンパレータ16は、スロープ電圧VSLPと誤差電圧VCMPとを比較して比較結果を示す信号RSTを出力する。メインコンパレータ16の出力信号RSTの内、ハイレベルの信号RSTのみがリセット信号として機能し、ローレベルの信号RSTはリセット信号に該当しない。以下、メインコンパレータ16からハイレベルの信号RSTが出力されることを、リセット信号の発行又は出力と表現することがある。メインコンパレータ16は、スロープ電圧VSLP及び誤差電圧VCMPに基づきリセット信号を発行するリセット信号生成部として機能する。
The
セット信号生成部17は、信号SETを制御信号生成部18に対して出力する。セット信号生成部17の出力信号SETの内、ハイレベルの信号SETのみがセット信号として機能し、ローレベルの信号SETはセット信号に該当しない。以下、セット信号生成部17からハイレベルの信号SETが出力されることを、セット信号の発行又は出力と表現することがある。セット信号生成部17は周期的にセット信号を発行できる他、後述の信号SKP及びOSHTに基づくセット信号の出力/非出力制御も可能であるが、詳細は後述される。
The set
制御信号生成部18は、フリップフリップなどのロジック回路にて構成され、セット信号生成部17からの信号SETとメインコンパレータ16からの信号RSTとに基づいて、トランジスタM1及びM2のオン/オフ状態を指定する制御信号CNTを生成及び出力する。ゲートドライバ19は、制御信号CNTに基づいてトランジスタM1のゲート信号G1及びトランジスタM2のゲート信号G2を制御する。
The control
図3に、信号SET、RST、CNT、G1及びG2の関係を示す。信号SET、RST、CNT、G1及びG2の夫々は、ハイレベル及びローレベルの何れかをとる二値信号である。 FIG. 3 shows the relationship between the signals SET, RST, CNT, G1 and G2. Each of the signals SET, RST, CNT, G1 and G2 is a binary signal having either a high level or a low level.
信号RSTがローレベルである状態でハイレベルの信号SETが制御信号生成部18に入力されたとき(即ちセット信号が発行されたとき)、制御信号CNTはハイレベルとなり、以後、ハイレベルの信号RSTが制御信号生成部18に入力されるまで(即ちリセット信号が発行されるまで)制御信号CNTはハイレベルに保持される。
信号SETがローレベルである状態でハイレベルの信号RSTが制御信号生成部18に入力されたとき(即ちリセット信号が発行されたとき)、制御信号CNTはローレベルとなり、以後、ハイレベルの信号SETが制御信号生成部18に入力されるまで(即ちセット信号が発行されるまで)制御信号CNTはローレベルに保持される。
信号SET及びRSTが共にローレベルである区間では、制御信号CNTは保持されたレベルにて維持される。制御部10において信号SET及びRSTが同時にハイレベルとなることは無い。
When a high-level signal SET is input to the control signal generator 18 (that is, when a set signal is issued) while the signal RST is low level, the control signal CNT becomes high level, and thereafter, the high level signal. The control signal CNT is held at a high level until the RST is input to the control signal generation unit 18 (that is, until the reset signal is issued).
When a high-level signal RST is input to the control signal generator 18 (that is, when a reset signal is issued) while the signal SET is low-level, the control signal CNT becomes low-level, and thereafter, a high-level signal. The control signal CNT is held at a low level until the SET is input to the control signal generation unit 18 (that is, until the set signal is issued).
In the section where both the signal SET and RST are at low level, the control signal CNT is maintained at the held level. The signals SET and RST do not become high level at the same time in the
トランジスタM1及びM2から成るブロックを、便宜上、出力段と称する。出力段の状態は、出力ハイ状態と、出力ロー状態と、Hi−Z状態の何れかとなる。出力ハイ状態では、トランジスタM1、M2が夫々、オン状態、オフ状態である。出力ロー状態では、トランジスタM1、M2が夫々、オフ状態、オン状態である。Hi−Z状態では、トランジスタM1及びM2が共にオフ状態である。ゲートドライバ19は、制御信号CNTがハイレベルである区間では、ゲート信号G1、G2を、夫々、ハイレベル、ローレベルとすることで、出力段を出力ハイ状態とし、制御信号CNTがローレベルである区間では、ゲート信号G1、G2を、夫々、ローレベル、ハイレベルとすることで、出力段を出力ロー状態とする。但し、制御信号CNTがローレベルとなっている区間においても、逆流検出部20からハイレベルの逆流検出信号ZXOUTが出力されると、ゲートドライバ19は出力段を出力ロー状態からHi−Z状態に切り替え、以後、制御信号CNTがハイレベルに切り替わるまで、出力段をHi−Z状態に維持する。
The block composed of the transistors M1 and M2 is referred to as an output stage for convenience. The state of the output stage is one of an output high state, an output low state, and a HiZ state. In the output high state, the transistors M1 and M2 are in the on state and the off state, respectively. In the low output state, the transistors M1 and M2 are in the off state and the on state, respectively. In the Hi-Z state, both the transistors M1 and M2 are in the off state. In the section where the control signal CNT is high level, the
逆流検出部20は、トランジスタM2のオン区間中にスイッチ電圧VSWをグランドの電位と比較することにより、トランジスタM2への逆流電流の有無を検出して、その検出結果を示す逆流検出信号ZXOUTを生成する。逆流検出信号ZXOUTはゲートドライバ19に供給される。逆流電流とは、ノードND1からトランジスタM2を介してグランドに流れ込む電流を指す。逆流検出信号ZXOUTのレベルは、スイッチ電圧VSWがグランドの電位よりも低いときにローレベルとなり、スイッチ電圧VSWがグランドの電位よりも高いときにハイレベルとなる。つまり、逆流検出信号ZXOUTのレベルは、インダクタ電流ILがグランドからトランジスタM2を介してインダクタL1に向けて流れているときにローレベルとなり、インダクタ電流ILがインダクタL1からトランジスタM2を介しグランドに逆流しているときにハイレベルとなる。逆流電流が検知されたときに出力段をHi−Z状態にして逆流電流を遮断することで、軽負荷時の効率を向上させることができる。
The
上述の如く構成された制御部10は、帰還電圧VFB及びスロープ電圧VSLPに基づき、トランジスタM1及びM2を交互にオン、オフとする(即ち、出力段を出力ハイ状態及び出力ロー状態間で切り替える)スイッチング動作を行うことで、基準電圧VREFに応じた目標電圧VTGに出力電圧VOUTを安定化させることができ、スロープ電圧VSLPによる電流情報を用いることで負荷応答性を高めることができる。出力電圧VOUTの情報に加えて(即ち帰還電圧VFBに加えて)電流情報を用いてトランジスタM1及びM2を制御する方式はカレントモード制御方式と称され、その制御はカレントモード制御と称される。
The
尚、スイッチング動作において、トランジスタM1及びM2を交互にオン、オフとする(即ち、出力段を出力ハイ状態及び出力ロー状態間で切り替える)とは、出力ロー状態から出力ハイ状態への遷移の間に逆流検出信号ZXOUTに基づくHi−Z状態が介在することをも含む概念である。また、出力段の状態を出力ハイ状態及び出力ロー状態間で切り替える際、トランジスタM1及びM2を通じた貫通電流の発生を抑止すべく、トランジスタM1及びM2が同時にオフとされるデッドタイムが挿入されても良い。 In the switching operation, turning the transistors M1 and M2 on and off alternately (that is, switching the output stage between the output high state and the output low state) means that the transition from the output low state to the output high state is performed. It is a concept including the intervention of a Hi-Z state based on the backflow detection signal ZXOUT. Further, when switching the state of the output stage between the output high state and the output low state, a dead time is inserted in which the transistors M1 and M2 are turned off at the same time in order to suppress the generation of a through current through the transistors M1 and M2. Is also good.
スイッチング動作により、実質的に入力電圧VINのレベルとグランドのレベルとでレベルが変動する矩形波状の電圧がスイッチ電圧VSWとして現れるが、当該スイッチ電圧VSWがインダクタL1及び出力コンデンサC1にて平滑化されることで直流の出力電圧VOUTが得られる。 Due to the switching operation, a rectangular wavy voltage whose level fluctuates substantially between the input voltage V IN level and the ground level appears as the switch voltage V SW , and the switch voltage V SW is generated by the inductor L1 and the output capacitor C1. By smoothing, a DC output voltage V OUT can be obtained.
スロープ電圧VSLPについて説明を補足する。出力トランジスタM1のオン区間中において出力トランジスタM1に流れる電流は、出力トランジスタM1のオン区間中におけるインダクタ電流ILに等しいため、スロープ電圧VSLPは出力トランジスタM1のオン区間中におけるインダクタ電流ILの情報を示している。即ち、スロープ電圧VSLPは、出力トランジスタM1のオン区間中における出力トランジスタM1又はインダクタL1の電流情報を含んでいる。当該電流情報を含むスロープ電圧VSLPの生成方法として公知の任意の方法を利用できる。 The explanation of the slope voltage V SLP is supplemented. Current flowing through the output transistor M1 during the on period of the output transistor M1, since equal to the inductor current I L during the ON period of the output transistor M1, the slope voltage V SLP is the inductor current I L during the ON period of the output transistor M1 Shows information. That is, the slope voltage V SLP includes the current information of the output transistor M1 or the inductor L1 during the on section of the output transistor M1. Any known method can be used as a method for generating the slope voltage VSLP including the current information.
図4(a)にスロープ電圧生成部15の構成の例を示し、図4(b)にスロープ電圧VSLPに関与する電流及び電圧の波形を示す。図4(a)のスロープ電圧生成部15は、IV変換部15aと、ランプ電圧生成部15bと、加算部15cと、備える。IV変換部15aは、出力トランジスタM1のオン区間中に出力トランジスタM1に流れる電流(即ち出力トランジスタM1のオン区間中におけるインダクタ電流IL)を電圧に変換することにより、当該電流に比例したセンス電圧VSNSを生成する。ランプ電圧生成部15bは、出力トランジスタM1のオン区間中において0Vを起点に徐々に増加する鋸波状のランプ電圧VRMPを生成する。加算部15cは、センス電圧VSNSとランプ電圧VRMPの和の電圧をスロープ電圧VSLPとして生成する。出力トランジスタM1のオン区間以外の区間においてスロープ電圧VSLPは0Vである(但し、所定のバイアス電圧値を有していても良い)。周知の如く、ランプ電圧VRMPの加算により、カレントモード制御における出力帰還ループの発振を抑制することができる。
FIG. 4A shows an example of the configuration of the slope
[基本スイッチング制御]
次に、負荷電流ILDが比較的大きい場合に制御部10にて実行可能な基本スイッチング制御について説明する。ここにおける負荷電流ILDが比較的大きい状態とは、スキップコンパレータ21の出力信号SKPがローレベルに維持される状態に対応し、この状態において、スキップコンパレータ21及びワンショットパルス生成部22は有意に機能しない。そこで、スキップコンパレータ21及びワンショットパルス生成部22の存在を無視して基本スイッチング制御を説明する。
[Basic switching control]
Next, the basic switching control that can be executed by the
図5(a)に示す如く、セット信号生成部17は、所定の基準周波数fCLKを有するクロック信号CLKを生成するクロック生成部17aを備え、基本スイッチング制御が実行される状態を含み、基本的にはクロック信号CLKに基づき信号SETを生成及び出力することができる。図5(b)に示す如く、クロック信号CLKは、基準周波数fCLKにてパルスが生じる信号であり、クロック信号CLKの周期ごとに微小時間だけハイレベルをとなるパルスがクロック信号CLKに生じる。クロック信号CLKにおいて、ハイレベルとなる区間の間隔は、クロック信号CLKの1周期分の時間TP1、即ち基準周波数fCLKの逆数と一致する。クロック信号CLKに基づき信号SETが生成される場合、クロック信号CLKのダウンエッジを契機にして信号SETが所定の微小時間だけハイレベルとなる。即ち、クロック信号CLKに基づき信号SETが生成される場合、信号SETはクロック信号CLKを上記微小時間だけ時間の遅れ方向にシフトした信号となる。
As shown in FIG. 5A, the set
パルス等について述べられる微小時間は、本発明において特に有意な長さを持たない。このため、以下の説明では、微小時間は十分に短い時間であるとして適宜ゼロとみなされる。また、ここでは、クロック信号CLKから信号SETが生成されているが、基本スイッチング制御においてクロック信号CLKそのものを信号SETとして制御信号生成部18に供給するようにしても良い。また、基本スイッチング制御において、クロック信号CLKのダウンエッジの発生がセット信号の発行に相当すると考えても良い。
The minute time described for pulses and the like does not have a particularly significant length in the present invention. Therefore, in the following description, the minute time is appropriately regarded as zero as it is a sufficiently short time. Further, although the signal SET is generated from the clock signal CLK here, the clock signal CLK itself may be supplied to the control
図6に基本スイッチング制御のタイミングチャートを示す。出力段が出力ロー状態であって且つクロック信号CLKがローレベルであるタイミングtA0を起点にして基本スイッチング制御を説明する。基本スイッチング制御において、タイミングtA0ではスロープ電圧VSLPは0Vであり、その後、タイミングtA1にてクロック信号CLKにパルスが生じるとクロック信号CLKのダウンエッジを契機として信号SETが微小時間だけハイレベルとなる、即ちセット信号が発行される。セット信号の発行を受けて制御信号CNTがローレベルからハイレベルに切り替わることで出力段は出力ロー状態から出力ハイ状態に切り替わる。出力段が出力ハイ状態である区間では、インダクタ電流ILが徐々に増大してゆき、これに連動してスロープ電圧VSLPも徐々に上昇してゆく。そして、誤差電圧VCMP未満であったスロープ電圧VSLPがタイミングtA2にて誤差電圧VCMPにまで達すると、メインコンパレータ16の出力信号RSTがローレベルからハイレベルに切り替わる、即ちリセット信号が発行される。リセット信号の発行を受けて制御信号CNTがハイレベルからローレベルに切り替わることで出力段は出力ハイ状態から出力ロー状態に切り替わる。出力段が出力ロー状態となると、速やかにスロープ電圧VSLPが0Vまで低下するため、信号RSTはローレベルに戻る。以後、同様の動作が繰り返される。
FIG. 6 shows a timing chart of basic switching control. The basic switching control will be described starting from the timing t A0 at which the output stage is in the output low state and the clock signal CLK is at the low level. In the basic switching control, the slope voltage V SLP is 0V at the timing t A0 , and then when a pulse is generated in the clock signal CLK at the timing t A1 , the signal SET is raised to a high level for a short time with the down edge of the clock signal CLK as a trigger. That is, a set signal is issued. When the control signal CNT is switched from the low level to the high level in response to the issuance of the set signal, the output stage is switched from the output low state to the output high state. The interval output stage is the output high state, the inductor current I L Yuki gradually increased, slide into rising slope voltage V SLP gradually in conjunction with this. When the slope voltage V SLP was less than the error voltage V CMP reaches at a timing t A2 to the error voltage V CMP, the output signal RST of the
このように、基本スイッチング制御では、基準周波数fCLKを有するクロック信号CLKのダウンエッジに応答してセット信号が発行されることになるため、トランジスタM1及びM2は基準周波数fCLKにてPWM制御されることになる。即ち、基本スイッチング制御では、入力電圧VINが基準周波数fCLKにてパルス幅変調されることで出力電圧VOUTが得られる。“PWM”はパルス幅変調の略語である。 As described above, in the basic switching control, the set signal is issued in response to the down edge of the clock signal CLK having the reference frequency f CLK , so that the transistors M1 and M2 are PWM controlled at the reference frequency f CLK. Will be. That is, in the basic switching control, the output voltage V OUT is obtained by pulse width modulation of the input voltage V IN at the reference frequency f CLK. "PWM" is an abbreviation for pulse width modulation.
図7は、基本スイッチング制御が実行されているときにおいて負荷電流ILDが低下したときの波形変化を表している。図7において、実線波形311、312、313は、夫々、負荷電流ILDの大きさが第1の大きさであるときのインダクタ電流IL、誤差電圧VCMP、スロープ電圧VSLPの波形を表し、破線波形314、315、316は、夫々、負荷電流ILDの大きさが第1の大きさから第2の大きさへと低下したときのインダクタ電流IL、誤差電圧VCMP、スロープ電圧VSLPの波形を表す。尚、図7において、スイッチ電圧VSWがローレベルとなる区間では、波形313と波形316が互いに重なり合っている。
FIG. 7 shows the waveform change when the load current ILD decreases while the basic switching control is being executed. 7, the
上述の回路構成から理解されるように、カレントモード制御の一種である基本スイッチング制御では負荷電流ILDに応じて誤差電圧VCMPが変動し、例えば図7に示す如く負荷電流ILDの大きさが第1の大きさから第2の大きさに減少すると、インダクタ電流ILの平均値が減少すると共に誤差電圧VCMPが低下する。負荷電流ILDの減少に対して誤差電圧VCMPに変化が無かったとしたならば、出力コンデンサC1への充電量が負荷電流ILDに対して過大となって出力電圧VOUTが上昇するため、誤差電圧VCMPが低下するように作用する。 As understood from the circuit configuration described above, the magnitude of the load current I LD as a basic switching control is a type of current mode control error voltage V CMP varies according to the load current I LD, shown in FIG. 7, for example There decreasing the second magnitude from the first magnitude, the error voltage V CMP with an average value of the inductor current I L decreases is reduced. If there is no change in the error voltage V CMP with respect to the decrease in the load current I LD, the amount of charge to the output capacitor C1 becomes excessive with respect to the load current I LD , and the output voltage V OUT rises. The error voltage V CMP acts to decrease.
[パルススキップ制御]
次に、負荷電流ILDが比較的に小さいときに実行可能なパルススキップ制御について説明する。パルススキップ制御の実現にはスキップコンパレータ21が利用される。スキップコンパレータ21の反転入力端子、非反転入力端子には、夫々、誤差電圧VCMP、スキップ判定電圧VTSKPが入力される。スキップ判定電圧VTSKPはスキップ判定電圧生成部23にて生成される。スキップ判定電圧生成部23は、スキップ判定電圧VTSKPを入力電圧VIN又は出力トランジスタM1のデューティに応じて変化させる機能、及び、電源IC1の起動時においてスキップ判定電圧VTSKPを徐々に上昇させる機能を有するが、それらの機能については後の第3実施形態で説明するものとし、ここでは、スキップ判定電圧VTSKPが所定の正の直流電圧にて固定されていることを想定する。スキップコンパレータ21は、誤差電圧VCMPとスキップ判定電圧VTSKPとを比較して比較結果に基づくスキップ信号SKPを出力する。具体的には、スキップコンパレータ21は、スキップ判定電圧VTSKPが誤差電圧VCMPより高ければハイレベルのスキップ信号SKPを出力し、誤差電圧VCMPがスキップ判定電圧VTSKPより高ければローレベルのスキップ信号SKPを出力する。誤差電圧VCMPとスキップ判定電圧VTSKPとが一致する場合、スキップ信号SKPのレベルはローレベル及びハイレベルの何れかとなる。セット信号生成部17はスキップ信号SKPがハイレベルであるときパルススキップ制御を行うことができる。
[Pulse skip control]
Next, the pulse skip control that can be executed when the load current ILD is relatively small will be described. The
図8を参照してパルススキップ制御を説明する。図8の動作例において、タイミングtA2の後のタイミングtA3の直前までは、“VCMP>VTSKP”であるが故にスキップ信号SKPがローレベルに維持されている。スキップ信号SKPがローレベルである区間(図8では、タイミングtA3の直前までの区間)では上述の基本スイッチング制御をできる。故に、図8の動作例において、タイミングtA0からtA2までの動作は上述した通りであって、タイミングtA3の直前までは基本スイッチング制御が実行されている。 The pulse skip control will be described with reference to FIG. In the operation example of FIG. 8, the skip signal SKP is maintained at a low level because “V CMP > V TSKP ” after the timing t A2 and immediately before the timing t A3. In the section where the skip signal SKP is at a low level (in FIG. 8, the section immediately before the timing t A3 ), the above-mentioned basic switching control can be performed. Therefore, in the operation example of FIG. 8, the operations from timing t A0 to t A2 are as described above, and the basic switching control is executed until immediately before timing t A3.
図8の動作例では、負荷電流ILDの低下に伴い、タイミングtA0からタイミングtA3以降に亘って誤差電圧VCMPが単調減少することが想定されており、タイミングtA2の後、クロック信号CLKに次のパルスが生じる前のタイミングtA3を境に誤差電圧VCMPがスキップ判定電圧VTSKPを下回り、結果、タイミングtA3にてスキップ信号SKPがローレベルからハイレベルに切り替わる。セット信号生成部17は、タイミングtA3にてスキップ信号SKPがハイレベルに切り替わると、スキップ信号SKPがハイレベルに維持されている区間においてパルススキップ制御を行う。
In the operation example of FIG. 8, with a decrease of the load current I LD, which it is assumed that the error voltage V CMP decreases monotonically from the timing t A0 after the timing t A3, after the timing t A2, the clock signal The error voltage V CMP falls below the skip determination voltage V TSKP at the timing t A3 before the next pulse is generated in CLK, and as a result, the skip signal SKP switches from the low level to the high level at the timing t A3. Set
パルススキップ制御では、クロック信号CLKに同期した基本スイッチング制御が停止される。具体的には、パルススキップ制御では、ハイレベルのスキップ信号SKPに基づき、セット信号生成部17内において、クロック信号CLKをマスクする信号が発行され、その結果、信号SETがローレベルに維持される。従って、タイミングtA3以降、スキップ信号SKPがハイレベルに維持されている限り、信号SETがローレベルに維持されることになるため、出力トランジスタM1はオフに維持される。図8において、破線パルス333はマスクされたクロック信号CLKのパルスを表し、破線パルス334及び335は、パルススキップ制御が行われなかったとしたならば信号SET及びRSTに生じていたであろうパルスを表し、破線波形331及び332はパルススキップ制御が行われなかったとしたならばスイッチ電圧VSW及びスロープ電圧VSLPに含まれていたであろう電圧の波形を表している。上述のパルススキップ制御によりスイッチング損失が低減されて軽負荷時の効率向上が図られる。
In the pulse skip control, the basic switching control synchronized with the clock signal CLK is stopped. Specifically, in the pulse skip control, a signal that masks the clock signal CLK is issued in the set
[参考復帰制御]
次に、パルススキップ制御から復帰するための制御として参考復帰制御を説明する。図9は参考復帰制御の説明図である。参考復帰制御では、スキップ信号SKPのハイレベルからローレベルへの切り替わりに応答して、クロック信号CLKのマスクを解除し、以後、単純に上述の基本スイッチング制御を再開する。
[Reference return control]
Next, the reference return control will be described as the control for returning from the pulse skip control. FIG. 9 is an explanatory diagram of the reference return control. In the reference return control, the mask of the clock signal CLK is released in response to the switching of the skip signal SKP from the high level to the low level, and thereafter, the above-mentioned basic switching control is simply restarted.
出力電圧VOUTの低下は誤差電圧VCMPの上昇をもたらすため、スキップ信号SKPのハイレベルからローレベルへの切り替わりは出力電圧VOUTの低下を意味している。目標電圧VTGからみて出力電圧VOUTが低下したとき、速やかに出力電圧VOUTを目標電圧VTGに戻すことが要求されるが、クロック信号CLKとスキップ信号SKPとは非同期であるため、参考復帰制御を用いた場合、スキップ信号SKPがローレベルに切り替わってから次にセット信号が発行されるまでに、比較的大きな時間が経過する場合が生じる。結果、参考復帰制御を用いた場合、クロック信号CLKのマスク解除後、セット信号が発行されるまでに出力電圧VOUTが目標電圧VTGに対して大きく低下することがある。 Since a decrease in the output voltage V OUT causes an increase in the error voltage V CMP , switching from the high level to the low level of the skip signal SKP means a decrease in the output voltage V OUT. When the target voltage V TG viewed from the output voltage V OUT drops, but can quickly return the output voltage V OUT to the target voltage V TG is required, since the clock signal CLK and the skip signal SKP is asynchronous, reference When the return control is used, a relatively large time may elapse between the time when the skip signal SKP is switched to the low level and the time when the next set signal is issued. As a result, when the reference return control is used, the output voltage V OUT may drop significantly with respect to the target voltage V TG after the mask of the clock signal CLK is released and before the set signal is issued.
出力電圧VOUTは目標電圧VTGにて安定化されるべきであるので、出力電圧VOUTが目標電圧VTGに対して大きく低下すること自体、好ましくないし、参考復帰制御を用いるとクロック信号CLKのマスク解除後の出力電圧VOUTの変動が大きくなることがある(即ち出力電圧VOUTのリプルが大きくなることがある)。クロック信号CLKのマスク解除後、出力電圧VOUTを目標電圧VTGにまで速やかに戻すためにセット信号を複数回連続的に発行するという方法も考えられるが、その方法を利用したとしても出力電圧VOUTのリプルが大きくなりうることに変わりは無い。 Since the output voltage V OUT should be stabilized at the target voltage V TG , it is not preferable that the output voltage V OUT drops significantly with respect to the target voltage V TG , and the clock signal CLK when the reference return control is used. The fluctuation of the output voltage V OUT after the mask is released may be large (that is, the ripple of the output voltage V OUT may be large). After unmasking the clock signal CLK, a method of continuously issuing a set signal multiple times in order to quickly return the output voltage V OUT to the target voltage V TG is also conceivable, but even if this method is used, the output voltage There is no change in the fact that the ripple of V OUT can be large.
[改良復帰制御]
そこで、パルススキップ制御から復帰するための制御として、制御部10は改良復帰制御を実行可能とされている。改良復帰制御には図1のワンショットパルス生成部22(以下、生成部22と略記され得る)が利用される。生成部22は、スキップ信号SKPにダウンエッジが生じたとき(即ちスキップ信号SKPのハイレベルからローレベルへの切り替わりがあったとき)、スキップ信号SKPのダウンエッジに応答してワンショットパルスを発生させ、ワンショットパルスを信号OSHTに含めてセット信号生成部17に出力する。尚、以下では、ワンショットパルスの生成(発生)をワンショットパルスの発行と表現することもある。
[Improved return control]
Therefore, as a control for returning from the pulse skip control, the
図10に、信号SKP、SKPIN及びOSHTに関係を示す。スキップ信号SKPを参照する回路(例えば生成部17及び22)には、スキップ信号SKPのノイズを除去するためのフィルタが設けられており、ノイズ除去後のスキップ信号SKPが信号SKPINに相当する。スキップ信号SKPを参照する回路(例えば生成部17及び22)は、信号SKPINに基づいて動作する。具体的には、上記フィルタは、原則として、スキップ信号SKPがローレベルであれば信号SKPINもローレベルとし且つスキップ信号SKPがハイレベルであれば信号SKPINもハイレベルとするが、スキップ信号SKPのダウンエッジに応答して信号SKPINにダウンエッジを発生させた後は、スキップ信号SKPのレベルに関係なく、所定のロー保持時間、信号SKPINをローレベルに維持する。スキップ信号SKPのダウンエッジに連動して信号SKPINのダウンエッジが生じるため、スキップ信号SKPのダウンエッジと信号SKPINのダウンエッジとは等価であると考えて良い。
FIG. 10 shows the relationship between the signals SKP, SKPIN and OSHT. The circuit that refers to the skip signal SKP (for example, the
生成部22は、信号OSHTを原則としてローレベルに維持し、スキップ信号SKPのダウンエッジが発生したときに限り、スキップ信号SKPのダウンエッジを契機として(実際には信号SKPINのダウンエッジを契機として)微小時間だけ信号OSHTをハイレベルとする。信号OSHTに含まれ得る、微小時間だけハイレベルとなるパルス信号がワンショットパルスである。
The
図11に、改良復帰制御のタイミングチャートを示す。上述のタイミングtA0からタイミングtA3までの流れにより基本スイッチング制御を経てパルススキップ制御が開始された後(図8参照)、スキップ判定電圧VTSKPを下回っていた誤差電圧VCMPが増加してきてタイミングtA4にてスキップ判定電圧VTSKPに達したとする。そうすると、タイミングtA4において、信号SKP及びSKPINにダウンエッジが生じ、信号SKP及びSKPINのダウンエッジを契機として信号OSHTにワンショットパルス(図11では“パルス351”に対応)が生じる。
FIG. 11 shows a timing chart of the improved return control. After the pulse skip control is started through the basic switching control by the flow from the timing t A0 to the timing t A3 described above (see FIG. 8), the error voltage V CMP, which is lower than the skip determination voltage V TSKP , increases and the timing It is assumed that the skip determination voltage V TSKP is reached at t A4. Then, at the timing t A4 , a down edge is generated in the signals SKP and SKPIN, and a one-shot pulse (corresponding to “
セット信号生成部17は、信号OSHTにワンショットパルスが生じたことに応答して信号SETを微小時間だけハイレベルとする、即ちセット信号を発行する。セット信号の発行を契機として制御信号CNTにアップエッジが生じるため、出力段の状態が出力ロー状態又はHi−Z状態から出力ハイ状態へと切り替えられる。実際には信号等に遅延があるが、ここでは、タイミングtA4における信号SKP及びSKPINにダウンエッジに伴い、タイミングtA4にて、ワンショットパルスの生成、セット信号の発行、及び、出力段の出力ハイ状態への切り替えが生じると考える。
The set
タイミングtA4の後、上昇してきたスロープ電圧VSLPがタイミングtA5にて誤差電圧VCMPに達すると、リセット信号(即ちハイレベルの信号RST)が発行されるので、制御信号CNTがハイレベルからローレベルに切り替えられ、出力段の状態は出力ハイ状態から出力ロー状態へと切り替えられる。特に図示しないが、タイミングtA5の後、ハイレベルの逆流検出信号ZXOUTが生じると、出力段がHi−Z状態に切り替えられる。 After the timing t A4 , when the rising slope voltage V SLP reaches the error voltage V CMP at the timing t A5 , a reset signal (that is, a high level signal RST) is issued, so that the control signal CNT is changed from the high level. It is switched to the low level, and the state of the output stage is switched from the output high state to the output low state. Although not shown, after the timing t A5, the reverse current detection signal ZXOUT high level occurs, the output stage is switched to the Hi-Z state.
また、セット信号生成部17は、ワンショットパルスの発生タイミング、即ちタイミングtA4を内部クロック信号の動作開始タイミングに設定する。タイミングtA4が動作開始タイミングに設定された内部クロック信号を、上述のクロック信号CLKと区別するために、クロック信号CLK2を称する。上述のクロック信号CLKはパルススキップ制御が行われる前の内部クロック信号に相当すると解して良い。クロック信号CLK2は所定の周波数fCLK2(例えば300kHz)を有する。クロック信号CLK2は、周波数fCLK2にてパルスが生じる信号であり、クロック信号CLK2の周期ごとに微小時間だけハイレベルをとなるパルスがクロック信号CLK2に生じる(後述の図13も参照)。クロック信号CLK2において、ハイレベルとなる区間の間隔は、クロック信号CLK2の1周期分の時間TP2、即ち周波数fCLK2の逆数と一致する。タイミングtA4から時間TP2が経過したタイミングにおいてクロック信号CLK2に1回目のパルスが発生し、以後、周波数fCLK2にて周期的にクロック信号CLK2にパルスが生じる。信号SKPINにおける上記のロー保持時間は、クロック信号CLK2に基づき決定されて良く、図11では、タイミングtA4から周波数fCLK2の逆数分の時間TP2が経過したタイミングtA6にてクロック信号CLK2にパルスが発生し、そのパルスを契機に信号SKPINのアップエッジが生じている(但し、ここでは、タイミングtA4の後、タイミングtA6よりも前に信号SKPにアップエッジが生じると仮定されている)。
Further, the set
このように、改良復帰制御では、スキップ信号SKPのハイレベルからローレベルへの遷移に応答して、基本スイッチング動作におけるクロック信号CLKとは非同期で、即時に出力トランジスタM1をターンオンする。これにより、出力電圧VOUTの低下に応答して素早く出力コンデンサC1に電荷を供給することができるため、参考復帰制御の採用時との比較において出力電圧VOUTのリプルを低く抑えることが可能となる。 As described above, in the improved return control, the output transistor M1 is immediately turned on in response to the transition from the high level to the low level of the skip signal SKP, asynchronously with the clock signal CLK in the basic switching operation. Accordingly, it is possible to supply charge to the to quickly output capacitor C1 in response to a decrease in the output voltage V OUT, can be suppressed to be low ripple of the output voltage V OUT in comparison to when adopting the reference return control Become.
制御部10等の動作について説明を加える。制御部10は、スキップ信号SKPが第1レベル(例えばローレベル)であるとき、クロック信号CLKに同期してスイッチング動作を実行する基本スイッチング制御を行うことが可能であり(図6及び図8参照)、基本スイッチング制御を行っているときにスキップ信号SKPが第2レベル(例えばハイレベル)に変化するとクロック信号CLKに同期したスイッチング動作を停止するパルススキップ制御を行うことができる(図8参照)。その後、スキップ信号SKPが第2レベル(例えばハイレベル)から第1レベル(例えばローレベル)に遷移したとき、制御部10は、基本スイッチング制御におけるクロック信号CLKとは非同期で出力トランジスタM1をターンオンする(図11参照)。
The operation of the
より具体的には、スイッチング電源装置AAでは、基本スイッチング制御において、負荷電流ILDが大きくなるほど誤差電圧VCMPが第1方向(例えば上昇方向)に向けて変化してゆき、且つ、負荷電流ILDが小さくなるほど誤差電圧VCMPが第1方向とは逆の第2方向(例えば低下方向)に向けて変化してゆくように帰還制御ループが形成されている。また、スキップコンパレータ21は、誤差電圧VCMPの第2方向(例えば低下方向)への変化により誤差電圧VCMP及びスキップ判定電圧VTSKP間の高低関係が逆転したとき、スキップ信号SKPを第1レベル(例えばローレベル)から第2レベル(例えばハイレベル)に変化させ、且つ、誤差電圧VCMPの第1方向(例えば上昇方向)への変化により誤差電圧VCMP及びスキップ判定電圧VTSKP間の高低関係が逆転したとき、スキップ信号SKPを第2レベル(例えばハイレベル)から第1レベル(例えばローレベル)に変化させるように構成されている。
More specifically, in the switching power supply device AA, in the basic switching control, the error voltage V CMP changes in the first direction (for example, the ascending direction) as the load current I LD increases, and the load current I The feedback control loop is formed so that the error voltage V CMP changes in the second direction (for example, the downward direction) opposite to the first direction as the LD becomes smaller. Further, the
加えて、エラーアンプ11は、出力電圧VOUTの低下に伴って誤差電圧VCMPが第1方向(例えば上昇方向)に変化するよう構成されている。このため、第2レベル(例えばハイレベル)のスキップ信号SKPに基づくパルススキップ制御の開始後、出力電圧VOUTの低下に伴って誤差電圧VCMPが第1方向(例えば上昇方向)に変化し、これによってスキップ信号SKPが第2レベル(例えばハイレベル)から第1レベル(例えばローレベル)に遷移したとき、制御部10は、基本スイッチング制御におけるクロック信号CLKとは非同期で出力トランジスタM1をターンオンすることになる(図11参照)。
In addition, the
スキップ信号SKPにおける第1レベル、第2レベルは、図1のスイッチング電源装置AAでは、夫々、ローレベル、ハイレベルであるが、第1、第2レベルが、夫々、ハイレベル、ローレベルとなるようにスイッチング電源装置AAを変形しても構わない(後述の他の任意の実施形態においても同様)。スキップ信号SKPが第1レベル、第2レベルであるとは、厳密には、スキップ信号のレベルが第1レベル、第2レベルであることを意味する(他の信号についても同様)。第1レベルのスキップ信号SKPは第1論理値を有するスキップ信号SKPであって且つ第2レベルのスキップ信号SKPは第1論理値とは異なる第2論理値を有するスキップ信号SKPである、と考えることもできる(他の信号についても同様)。また、誤差電圧VCMPの変化の方向としての第1方向、第2方向は、図1のスイッチング電源装置AAでは、夫々、上昇方向、低下方向であるが、第1方向、第2方向が、夫々、低下方向、上昇方向となるようにスイッチング電源装置AAを変形しても構わない(後述の他の任意の実施形態においても同様)。 The first level and the second level in the skip signal SKP are low level and high level, respectively, in the switching power supply device AA of FIG. 1, but the first and second levels are high level and low level, respectively. The switching power supply device AA may be modified as described above (the same applies to any other embodiment described later). Strictly speaking, the skip signal SKP being the first level and the second level means that the skip signal level is the first level and the second level (the same applies to other signals). It is considered that the first level skip signal SKP is a skip signal SKP having a first logical value, and the second level skip signal SKP is a skip signal SKP having a second logical value different from the first logical value. It can also be done (as well as for other signals). Further, in the switching power supply device AA of FIG. 1, the first direction and the second direction as the change direction of the error voltage V CMP are the ascending direction and the descending direction, respectively, but the first direction and the second direction are The switching power supply device AA may be modified so as to be in a downward direction and an upward direction, respectively (the same applies to any other embodiment described later).
制御部10は、スキップ信号SKPの第2レベル(例えばハイレベル)から第1レベル(例えばローレベル)への遷移に応答して特定信号を生成する特定信号生成部を有し、特定信号に基づき出力トランジスタM1をターンオンする。ワンショットパルス生成部22は特定信号生成部の例であり、ワンショットパルスは特定信号の例である。本発明において、特定信号の形態はパルス信号に限定されない。
The
そして、制御部10は、特定信号(ここではワンショットパルス)に基づき出力トランジスタM1をターンオンした後、メインコンパレータ16による誤差電圧VCMPとスロープ電圧VSLPとの比較結果に基づき出力トランジスタM1のターンオフタイミングを決定すると良い(図11のタイミングtA5参照)。
Then, the
図12に、負荷電流ILDが比較的小さく、スキップ制御と改良復帰制御が交互に繰り返されるケースでのタイミングチャートを示す。図12において、371、372及び373は、信号OSHTに発生する3つのワンショットパルスを表しており、381、382、383は、夫々、ワンショットパルス371、372、373に応答して発行されるセット信号を表す。図12のケースでは、スキップ信号SKPのダウンエッジに応答してワンショットパルス(例えば371)が発行され、出力電圧VOUTが持ち上がることでスキップ信号SKPがハイレベルに戻る。その後、出力電圧VOUTが徐々に低下してくるとスキップ信号SKPに再度ダウンエッジに応答してワンショットパルス(例えば372)が再度発行される。以下、同様の動作が繰り返される。図12のようなケースでは、誤差電圧VCMPがスキップ判定電圧VTSKP近辺にて安定化するような動作が実現され、また制御信号CNTがハイレベルであるときのスロープ電圧VSLPの傾きは一定であるので、ワンショットパルスの発行ごとの制御信号CNTのハイレベル区間は実質的に一定となる。故に、図12のケースでは、コンスタントオンタイム制御と実質的に等価な制御が行われると言える。
FIG. 12 shows a timing chart in a case where the load current ILD is relatively small and skip control and improved return control are alternately repeated. In FIG. 12, 371, 372 and 373 represent three one-shot pulses generated in the signal OSHT, and 381, 382 and 383 are issued in response to the one-
ワンショットパルスの発行間隔は負荷電流ILDに依存し、負荷電流ILDの増大につれてワンショットパルスの発行間隔は狭まる。その発行間隔が所定間隔にまで狭まると、以後は、クロック信号CLK2に同期してセット信号の発行を行うPWM制御に移行にしても良い。このPWM制御は、セット信号がクロック信号CLK2に同期して発行される点を除き、上述の基本スイッチング制御と同様である。 Issuance interval of the one-shot pulse depends on the load current I LD, issuance interval of the one-shot pulse with increasing load current I LD narrows. When the issuance interval is narrowed to a predetermined interval, the process may shift to PWM control in which a set signal is issued in synchronization with the clock signal CLK2. This PWM control is the same as the basic switching control described above, except that the set signal is issued in synchronization with the clock signal CLK2.
<<第2実施形態>>
本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態並びに後述の第3及び第4実施形態は第1実施形態を基礎とする実施形態であり、第2〜第4実施形態において特に述べない事項に関しては、矛盾の無い限り、第1実施形態の記載が第2〜第4実施形態にも適用される。第2実施形態の記載を解釈するにあたり、第1及び第2実施形態間で矛盾する事項については第2実施形態の記載が優先されて良い(後述の第3及び第4実施形態についても同様)。矛盾の無い限り、第1〜第4実施形態の内、任意の複数の実施形態を組み合わせても良い。
<< Second Embodiment >>
A second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment and the third and fourth embodiments described later are embodiments based on the first embodiment, and the matters not particularly described in the second to fourth embodiments are the first unless there is a contradiction. The description of the embodiment also applies to the second to fourth embodiments. In interpreting the description of the second embodiment, the description of the second embodiment may be prioritized for matters that conflict between the first and second embodiments (the same applies to the third and fourth embodiments described later). .. As long as there is no contradiction, any plurality of embodiments may be combined among the first to fourth embodiments.
図13に第2実施形態に係る制御のタイミングチャートを示す。図13におけるタイミングtB1は第1実施形態で述べたタイミングtA4(図11参照)に相当し、タイミングtB1よりも前の動作は第1実施形態で述べた通りであって良い。タイミングtB1において、信号SKP及びSKPINにダウンエッジが生じ、信号SKP及びSKPINのダウンエッジを契機として信号OSHTにワンショットパルス411が生じる。セット信号生成部17は、信号OSHTにワンショットパルス411が生じたことに応答して信号SETを微小時間だけハイレベルとする、即ちセット信号431を発行する。セット信号431の発行を契機として出力段が出力ハイ状態に切り替わること、及び、その後にスロープ電圧VSLPが誤差電圧VCMPに達したことを契機としてリセット信号の発行を介し出力段が出力ロー状態に切り替わることは、第1実施形態で述べた通りである(後述の他のセット信号についても同様)。
FIG. 13 shows a control timing chart according to the second embodiment. The timing t B1 in FIG. 13 corresponds to the timing t A4 (see FIG. 11) described in the first embodiment, and the operation before the timing t B1 may be as described in the first embodiment. At the timing t B1 , a down edge is generated in the signals SKP and SKPIN, and a one-
セット信号生成部17は、ワンショットパルス411の発生タイミング、即ちタイミングtB1を内部クロック信号の動作開始タイミングに設定する。図13の例においては、タイミングtB1が動作開始タイミングに設定された内部クロック信号がクロック信号CLK2と称される。第1実施形態でも述べたように、クロック信号CLK2は所定の周波数fCLK2(例えば300kHz)を有し、クロック信号CLK2の周期ごとにクロック信号CLK2にパルスが生じる。従って、タイミングtB1からクロック信号CLK2の1周期分の時間TP2が経過したタイミングtB2においてクロック信号CLK2にパルス422が生じ、その後、更に時間TP2が経過したタイミングtB3においてクロック信号CLK2にパルス423が生じる。
The set
図13に示す状況とは異なるが、スキップ信号SKPのダウンエッジに応答したワンショットパルス411の発生後、パルス422が生じるまでに、リセット信号の発行及びスキップ信号SKPのアップエッジを経てスキップ信号SKPに再度のダウンエッジが生じ、スキップ信号SKPに再度のダウンエッジに応答して再度のワンショットパルスが発生するケースを考える。当該ケースは、換言すれば、スキップ信号SKPのダウンエッジのタイミングtB1から所定時間内に(即ちクロック信号CLK2の1周期分の時間内に)スキップ信号SKPに再度のダウンエッジが生じるケースである。当該ケースでは、セット信号生成部17は、再度のワンショットパルス(スキップ信号SKPの再度のダウンエッジ)に応答してセット信号を発行すれば良く、これによって再度のワンショットパルスに応答して出力段が出力ハイ状態とされる。
Although different from the situation shown in FIG. 13, after the generation of the one-
上記ケースは図12のケースに対応している。図12のケースでは、ワンショットパルス371の発生後、クロック信号CLK2の1周期分の時間TP2が経過するまでに、リセット信号の発行及びスキップ信号SKPのアップエッジを経てスキップ信号SKPの再度のダウンエッジが生じることでワンショットパルス372が発生しており、故に、セット信号生成部17はワンショットパルス372に応答してセット信号382を発行している。図12に示すケースは、負荷電流ILDが比較的小さく、ワンショットパルスの1回の発行により出力コンデンサC1が十分に充電されるケース(即ち、出力電圧VOUTが目標電圧VTGにまで持ち上がるケース)に相当する。
The above case corresponds to the case of FIG. In the case of FIG. 12, after the generation of the one-
これに対し、図13に示すケースは、タイミングtB1近辺からの負荷電流ILDが比較的大きく、ワンショットパルスの1回の発行では出力コンデンサC1が十分に充電されないケースに相当し、タイミングtB1以降、タイミングtB2及びtB3を含めて、スキップ信号SKPがローレベルに維持されている。 In contrast, the case shown in FIG. 13, the timing t B1 load current I LD is relatively large from around, of once the issuance of a one-shot pulse corresponds to the case where the output capacitor C1 is not charged sufficiently, the timing t After B1 , the skip signal SKP is maintained at a low level including the timings t B2 and t B3.
図13のケースにおいて、セット信号生成部17は、タイミングtB2におけるクロック信号CLK2でのパルス422の発生を契機として、クロックマスク信号XCLKMSKをローレベルからハイレベルに切り替える。信号XCLKMSKは、クロック信号CLK2に基づきセット信号を発行するか否かを指定する信号であって、セット信号生成部17により生成される。スキップ信号SKPがハイレベルであるとき、信号XCLKMSKはローレベルとされる。スキップ信号SKPのダウンエッジのタイミングから所定時間内に(即ち、クロック信号CLK2の1周期分の時間内に)スキップ信号SKPに再度のダウンエッジが生じなかったとき、信号XCLKMSKにアップエッジが生じる。
In the case of FIG. 13, the set
信号XCLKMSKがハイレベルであるときに限り、クロック信号CLK2に基づきセット信号が発行される。故に、図13のケースでは、タイミングtB2にてクロック信号CLK2でのパルス422に同期してセット信号432が発行され、タイミングtB3にてクロック信号CLK2でのパルス423に同期してセット信号433が発行される。厳密には、信号XCLKMSKがハイレベルであるとき、クロック信号CLK2のダウンエッジに同期してセット信号が発行される。以後、同様の動作が繰り返される。
Only when the signal XCLKMSK is at a high level, a set signal is issued based on the clock signal CLK2. Therefore, in the case of FIG. 13, the
図12には特に示されていないが、図12のケースでは、信号XCLKMSKがローレベルに維持されていることが想定されている。信号XCLKMSKがローレベルであるときには、ワンショットパルスに基づきセット信号が発行される。信号XCLKMSKに応じ、ワンショットパルス及びクロック信号CLK2の何れかを選択的に用いてセット信号を発行するセレクタをセット信号生成部17に設けておくことができる。
Although not specifically shown in FIG. 12, in the case of FIG. 12, it is assumed that the signal XCLKMSK is maintained at a low level. When the signal XCLKMSK is low level, a set signal is issued based on the one-shot pulse. A selector for issuing a set signal by selectively using either a one-shot pulse or a clock signal CLK2 according to the signal XCLKMSK can be provided in the set
このように、制御部10は、スキップ信号SKPのダウンエッジのタイミングtB1から所定時間内に(即ち、クロック信号CLK2の1周期分の時間内に)スキップ信号SKPの再度のダウンエッジが生じなかったとき、負荷電流ILDが比較的大きいと判断して、タイミングtB1から上記所定時間が経過したタイミングtB2を起点に、クロック信号CLK2に同期した出力段のPWM制御を開始する。これにより、シームレスな制御の切り替えが可能となる。クロック信号CLK2に同期したPWM制御において、PWM周波数(パルス幅変調の周波数)は周波数fCLK2にて固定され、出力段の出力デューティは誤差電圧VCMP及びスロープ電圧VSLPに依存して定まる。即ち、タイミングtB2以降に行われるPWM制御は周波数fCLK2をPWM周波数としたカレントモードでのPWM制御である。出力段の出力デューティとは、PWM制御の1周期に占める、出力トランジスタM1のオン区間の割合を指す。
In this way, the
<<第3実施形態>>
本発明の第3実施形態を説明する。第3実施形態では、第1及び第2実施形態に対して適用可能な改良技術を説明する。尚、本実施形態で述べるPWM制御とは、クロック信号CLKに同期したPWM制御(即ち上述の基本スイッチング制御)又はクロック信号CLK2に同期したPWM制御に相当する。
<< Third Embodiment >>
A third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the improved technique applicable to the first and second embodiments will be described. The PWM control described in the present embodiment corresponds to PWM control synchronized with the clock signal CLK (that is, the above-mentioned basic switching control) or PWM control synchronized with the clock signal CLK2.
電源IC1における制御部10は、負荷LDが比較的重いときには(即ち負荷電流ILDが比較的大きいときには)、上述のPWM制御を実行可能であり、負荷LDが比較的軽いときには(即ち負荷電流ILDが比較的小さいときには)、軽負荷制御を実行することができる。軽負荷制御とは、図12に示す如く、スキップ信号SKPに応じて実行されるスイッチング制御を指す。
The
PWM制御の例である基本スイッチング制御が実行されている状態を起点にして、より具体的に説明する。制御部10は、スキップ信号SKPがローレベルに維持されているときにおいて基本スイッチング制御を実行し、スキップ信号SKPがローレベルからハイレベルに遷移すると基本スイッチング制御を停止してパルススキップ制御(図8参照)を含む軽負荷制御を実行する。
A more specific description will be given starting from a state in which basic switching control, which is an example of PWM control, is being executed. The
基本スイッチング制御では、クロック信号CLKに同期して出力段を出力ハイ状態とした後(即ち出力トランジスタM1をターンオンした後)、帰還電圧VFBとスロープ電圧VSLPとの比較結果に基づくタイミングで出力段を出力ロー状態とする(即ち出力トランジスタM1をターンオフする)。尚、出力段とは、上述したようにトランジスタM1及びM2から成るブロックを指す。 In the basic switching control, after the output stage is set to the output high state in synchronization with the clock signal CLK (that is, after the output transistor M1 is turned on), the output is performed at the timing based on the comparison result between the feedback voltage VFB and the slope voltage VSLP. The stage is set to the output low state (that is, the output transistor M1 is turned off). The output stage refers to a block composed of transistors M1 and M2 as described above.
一方、スキップ信号SKPがハイレベルに移行することで遷移する軽負荷制御では、パルススキップ制御により出力電圧VOUTの低下が見込まれる。但し、軽負荷制御では、図12に示す如く、出力電圧VOUTの低下に伴って誤差電圧VCMPが上昇することでスキップ信号SKPがハイレベルからローレベルに遷移すると、その遷移に応答して出力段を出力ハイ状態とし(即ち出力トランジスタM1をターンオンし)、その後、帰還電圧VFBとスロープ電圧VSLPとの比較結果に基づくタイミングで出力段を出力ロー状態とする(即ち出力トランジスタM1をターンオフする)。軽負荷制御が維持されるケースでは、スキップ信号SKPのダウンエッジを契機とした出力トランジスタM1のターンオンにより“VCMP<VTSKP”となるまで出力電圧VOUTが持ち上がり、結果、スキップ信号SKPがハイレベルに戻る(図12参照)。スキップ信号SKPがハイレベルに戻った後は、上述の動作が繰り返される。 On the other hand, in the light load control in which the skip signal SKP shifts to a high level, the output voltage V OUT is expected to decrease due to the pulse skip control. However, in the light load control, as shown in FIG. 12, when the skip signal SKP transitions from a high level to a low level due to an increase in the error voltage V CMP as the output voltage V OUT decreases, it responds to the transition. The output stage is set to the output high state (that is, the output transistor M1 is turned on), and then the output stage is set to the output low state (that is, the output transistor M1 is set to the output low state) at a timing based on the comparison result between the feedback voltage VFB and the slope voltage VSLP. Turn off). In the case where the light load control is maintained, the output voltage V OUT rises until “V CMP <V TSKP” is reached by the turn-on of the output transistor M1 triggered by the down edge of the skip signal SKP, and as a result, the skip signal SKP is high. Return to level (see Figure 12). After the skip signal SKP returns to the high level, the above operation is repeated.
このように、軽負荷制御では、スキップ信号SKPのレベル変化に応じて(誤差電圧VCMP及びスキップ判定電圧VTSKP間の高低関係の変化に応じて)スイッチング動作が行われることになる。より具体的には、軽負荷制御では、
動作a:スキップ信号SKPがハイレベルであるときにおける出力電圧VOUTの低下、
動作b:出力電圧VOUTの低下に伴う誤差電圧VCMPの上昇を通じ“VCMP>VTSKP”となることによるスキップ信号SKPのローレベルへの遷移、
動作c:スキップ信号SKPのローレベルへの遷移に伴う出力トランジスタM1のターンオン、
動作d:帰還電圧VFBとスロープ電圧VSLPとの比較結果に基づく出力トランジスタM1のターンオフ、
動作e:出力トランジスタM1のターンオンに伴う誤差電圧VCMPの低下を通じ“VCMP<VTSKP”となることによるスキップ信号SKPのハイレベルへの復帰、
が繰り返し実行されることになる。
As described above, in the light load control, the switching operation is performed according to the change in the level of the skip signal SKP (according to the change in the height relationship between the error voltage V CMP and the skip determination voltage V TSKP). More specifically, in light load control,
Operation a: Decrease in output voltage V OUT when the skip signal SKP is at a high level,
Operation b: Transition of the skip signal SKP to the low level due to "V CMP > V TSKP " due to the increase in the error voltage V CMP due to the decrease in the output voltage V OUT.
Operation c: Turn-on of the output transistor M1 accompanying the transition of the skip signal SKP to the low level,
Operation d: Turn-off of the output transistor M1 based on the comparison result between the feedback voltage V FB and the slope voltage V SLP,
Operation e: Return of the skip signal SKP to a high level by becoming "V CMP <V TSKP" through a decrease in the error voltage V CMP accompanying the turn-on of the output transistor M1.
Will be executed repeatedly.
軽負荷制御が継続的に実行されているとき、図12に示す如く、誤差電圧VCMPはスキップ判定電圧VTSKPを中心に上下することになり、誤差電圧VCMPはスキップ判定電圧VTSKPと概略的に等しいと考えることができる。 When the light load control is continuously executed, as shown in FIG. 12, the error voltage V CMP fluctuates around the skip judgment voltage V TSKP, and the error voltage V CMP is roughly referred to as the skip judgment voltage V TSKP. Can be considered equal.
ところで、ここまでは特に意識しなかったが、入力電圧VINは所定の電圧範囲内で変動しうる。入力電圧VINの変動範囲を、以下、入力電圧範囲と称することがある。例えば、入力電圧VINが所定の下限電圧VINLから所定の上限電圧VINHまでの入力電圧範囲内で変動することが許容されており、その入力電圧範囲内で安定して動作することが電源IC1に要求される。ここで、“0<VINL<VINH”であり、例えば、下限電圧VINL、上限電圧VINHは、夫々、12V、36Vである。 By the way, although I was not particularly conscious of it so far, the input voltage VIN can fluctuate within a predetermined voltage range. The variation range of the input voltage V IN, hereinafter sometimes referred to as the input voltage range. For example, the input voltage V IN is allowed to fluctuate within the input voltage range from the predetermined lower limit voltage V INL to the predetermined upper limit voltage V INH , and stable operation within the input voltage range is a power source. Required for IC1. Here, "0 <V INL <V INH ", for example, the lower limit voltage V INL and the upper limit voltage V INH are 12V and 36V, respectively.
基本スイッチング制御のようなPWM制御において、出力段の出力デューティ(PWM制御の1周期に占める、出力トランジスタM1のオン区間の割合)は入力電圧VINに依存し、故に、PWM制御の各周期における出力トランジスタM1のオン時間も入力電圧VINに依存する。PWM制御の各周期における出力トランジスタM1のオン時間を“TON_PWM”で表す。PWM制御におけるPWM周波数を“freq”で表すと、出力電圧VOUTが所望の目標電圧VTGが安定化されている状況において、“TON_PWM=(VOUT/VIN)(1/freq)”となる。図14に、入力電圧VINが相対的に低いときのオン時間TON_PWMと入力電圧VINが相対的に高いときのオン時間TON_PWMとの関係を概念的に示す。 In PWM control such as basic switching control, the output duty of the output stage (the ratio of the on section of the output transistor M1 to one cycle of PWM control) depends on the input voltage VIN , and therefore, in each cycle of PWM control. The on-time of the output transistor M1 also depends on the input voltage VIN. The ON time of the output transistor M1 in each period of PWM control is represented by "TON_PWM". Expressed in "freq" the PWM frequency in the PWM control, in a situation where the output voltage V OUT is desired target voltage V TG is stabilized, "T ON_PWM = (V OUT / V IN) (1 / freq)" It becomes. FIG. 14 conceptually shows the relationship between the on-time T ON_PWM when the input voltage V IN is relatively low and the on-time T ON_PWM when the input voltage V IN is relatively high.
他方、負荷電流ILDが一定であると仮定すれば、軽負荷制御でも、PWM制御に類似して出力トランジスタM1が周期的にターンオンされることになる。軽負荷制御における1回あたりの出力トランジスタM1のオン時間を“TON_LLM”で表す。軽負荷制御が継続的に実行されているとき、誤差電圧VCMPは概ねスキップ判定電圧VTSKPと等しくなり、スロープ電圧VSLPが誤差電圧VCMPに達した時点で出力トランジスタM1がターンオフされるのであるから、軽負荷制御でのオン時間TON_LLMはスキップ判定電圧VTSKPに略比例することになる(図15参照)。 On the other hand, assuming that the load current ILD is constant, the output transistor M1 is periodically turned on even in the light load control, similar to the PWM control. The ON time of the output transistor M1 per time in light load control is represented by "TON_LLM ". When the light load control is continuously executed, the error voltage V CMP is approximately equal to the skip determination voltage V TSKP, and the output transistor M1 is turned off when the slope voltage V SLP reaches the error voltage V CMP. Therefore , the ON time T ON_LLM in the light load control is substantially proportional to the skip determination voltage VTSKP (see FIG. 15).
電源IC1の設計段階において様々な条件下におけるオン時間TON_PWM及びTON_LLMが設定及び調整され、或る特定の条件下ではオン時間TON_PWM及びTON_LLMが概ね一致する。ここでは、特定の条件は“VIN=VINH”を含むものとする。即ち、負荷電流ILD及び目標電圧VTGに関する所定の条件下において、入力電圧VINが上限電圧VINHと一致するときにオン時間TON_PWM及びTON_LLMが概ね一致するよう電源IC1が設計されているものとする(但し、上記特定の条件は任意であって良い)。 In the design stage of the power supply IC1, the on-time T ON_PWM and T ON_LLM under various conditions are set and adjusted, and under certain conditions, the on-time T ON_PWM and T ON_LLM generally match. Here, it is assumed that the specific condition includes "V IN = V IN H ". That is, in certain conditions regarding the load current I LD and the target voltage V TG, the power IC1 to the on-time T ON_PWM and T ON_LLM is good agreement is designed when the input voltage V IN is consistent with the upper limit voltage V INH (However, the above specific conditions may be optional).
この場合において、入力電圧VINが上限電圧VINHから下限電圧VINLへと低下したときの挙動を考える。PWM制御において入力電圧VINの低下はオン時間TON_PWMの増大をもたらす。結果、図16に示す如く、スキップ判定電圧VTSKPが固定されていると仮定したならば、入力電圧VINが下限電圧VINLであるとき、オン時間TON_PWMは相対的にオン時間TON_LLMよりも長くなる。 In this case, consider the behavior when the input voltage V IN drops from the upper limit voltage V IN H to the lower limit voltage V INL. In PWM control, a decrease in the input voltage VIN results in an increase in the on-time T ON_PWM. As a result, as shown in FIG. 16, assuming that the skip determination voltage V TSKP is fixed, when the input voltage V IN is the lower limit voltage V INL , the on-time T ON_PWM is relatively larger than the on-time T ON_LLM. Will also be longer.
軽負荷制御からPWM制御への切り替え又はPWM制御から軽負荷制御への切り替えにおいて、オン時間が切り替え前後で同程度であることが安定的な又はシームレスな制御切り替えにとって理想的である。PWM制御用に位相補償定数が最適化されている状態において、オン時間TON_LLMがオン時間TON_PWMからかけ離れすぎていると、軽負荷制御において帰還ループに発振が生じることもあり得る。 In switching from light load control to PWM control or switching from PWM control to light load control, it is ideal for stable or seamless control switching that the on-time is about the same before and after the switching. In a state where the phase compensation constants for PWM control is optimized, the on-time T ON_LLM is too far from the on-time T ON_PWM, may be oscillated in the feedback loop in the light load control occurs.
[第1改良技術]
これを考慮した第1改良技術が第3実施形態に係る電源IC1に適用されている。第1改良技術では、入力電圧VINに応じてスキップ判定電圧VTSKPを可変とする。より具体的には、入力電圧VINの低下に伴ってスキップ判定電圧VTSKPを増加させる。これにより、入力電圧VINの低下に伴ってオン時間TON_LLMが増大方向に向かう。結果、スキップ判定電圧VTSKPが固定されている場合(図16)と比べて、図17に示す如く、入力電圧VINが比較的低いときにおけるオン時間TON_PWM及びTON_LLM間の差が小さくなり、安定したシームレスな制御切り替えが実現可能となる。
[First improved technology]
The first improved technique in consideration of this is applied to the power supply IC1 according to the third embodiment. In the first improved technique, the skip determination voltage V TSKP is made variable according to the input voltage V IN. More specifically, the skip determination voltage V TSKP is increased as the input voltage V IN decreases. As a result, the on-time TON_LLM tends to increase as the input voltage VIN decreases. As a result, as shown in FIG. 17, the difference between the on-time T ON_PWM and T ON_LLM when the input voltage V IN is relatively low is smaller than that when the skip determination voltage V TSKP is fixed (FIG. 16). , Stable and seamless control switching can be realized.
また、或る負荷条件において、オン時間TON_LLMが小さいことは軽負荷制御におけるスイッチングの周波数が相対的に高くなることを意味する。スイッチング周波数の増大はスイッチング損失を増加させ、スイッチング電源装置AAの効率低下に繋がる。第1改良技術によれば、スキップ判定電圧VTSKPが固定されている場合と比べて、入力電圧VINが比較的低いときにおけるオン時間TON_LLMが増大するため、軽負荷制御におけるスイッチング周波数の低下、ひいては効率の改善が見込める。尚、軽負荷制御では、厳密にはスイッチングが周期的に行われるとは限らず、故にスイッチング周波数を定義できないとも言えるが、ここでは、説明の便宜上、軽負荷制御においてスキップ信号SKPのダウンエッジが一定の周期で生じてスイッチングが周期的に行われると仮定している。 Further, under a certain load condition, a small on-time TON_LLM means that the switching frequency in the light load control becomes relatively high. An increase in the switching frequency increases the switching loss and leads to a decrease in the efficiency of the switching power supply device AA. According to the first improved technique, the on-time T ON_LLM when the input voltage V IN is relatively low increases as compared with the case where the skip determination voltage V TSKP is fixed, so that the switching frequency in light load control decreases. As a result, efficiency can be expected to improve. Strictly speaking, in light load control, switching is not always performed periodically, and therefore it can be said that the switching frequency cannot be defined. However, for convenience of explanation, the down edge of the skip signal SKP is present in light load control. It is assumed that it occurs at a constant cycle and switching is performed periodically.
スイッチング電源装置AAでは、帰還抵抗R1及びR2の抵抗値の比の調整により出力電圧VOUTの目標電圧VTGを調整することもできる。入力電圧VINの変動範囲及び目標電圧VTGの調整可能範囲の全体に亘って常にオン時間TON_PWM及びTON_LLMを一致させることは難しいが、第1改良技術による入力電圧VINに応じたスキップ判定電圧VTSKPの調整を通じて、様々な条件下でオン時間TON_PWM及びTON_LLM間の比を“1”に近づけることが可能である。 In the switching power supply device AA, the target voltage VTG of the output voltage V OUT can also be adjusted by adjusting the ratio of the resistance values of the feedback resistors R1 and R2. Skip always to match the on-time T ON_PWM and T ON_LLM hard throughout the adjustable range of the fluctuation range and the target voltage V TG of the input voltage V IN, corresponding to the input voltage V IN according to the first improved technology Through the adjustment of the determination voltage VTSKP , it is possible to bring the ratio between the on-time T ON_PWM and T ON_LLM close to "1" under various conditions.
図18に、第1改良技術にて実現可能なオン時間TON_PWM及びTON_LLM間の比のシミュレーション結果を示す。図18において、破線波形451〜453の夫々は、オン時間TON_PWMに対するオン時間TON_LLMの比と、入力電圧VINとの関係を示している。但し、破線波形451では、出力電圧VOUTの目標電圧VTGが5.0Vより高い電圧値を有することが想定されている。破線波形452では、出力電圧VOUTの目標電圧VTGが3.3V以上且つ5.0V以下の電圧値を有することが想定されている。破線波形453では、出力電圧VOUTの目標電圧VTGが1.0V以上且つ2.4V以下の電圧値を有することが想定されている。
Figure 18 shows a simulation of the ratio results between feasible on time T ON_PWM and T ON_LLM at first improved technology. In FIG. 18, each of the
入力電圧VINの変動範囲が12Vから36Vであるとすれば、3.3V以上且つ5.0V以下の目標電圧VTGに対し、比“TON_LLM/TON_PWM”を概ね80%〜100%の範囲内に収めるといった設計が可能である。5.0V超や1.0Vの目標電圧VTGに対しても、比“TON_LLM/TON_PWM”の100%からの乖離を40%程度までに抑えることが可能である。3.3Vや5.0Vは、多くの電子機器において、電源電圧等として採用及び重要視される電圧である。このため、3.3Vや5.0Vの目標電圧VTGに対して比“TON_LLM/TON_PWM”が1に近づくよう電源IC1を設計して良いが、それ以外の目標電圧VTGに対して比“TON_LLM/TON_PWM”が1に近づくよう電源IC1を設計することも可能である。 Assuming that the fluctuation range of the input voltage V IN is 12 V to 36 V, the ratio "T ON_LLM / T ON_PWM " is approximately 80% to 100% with respect to the target voltage V TG of 3.3 V or more and 5.0 V or less. It is possible to design it so that it fits within the range. Also the target voltage V TG of 5.0V greater and 1.0 V, the deviation from 100% the ratio "T ON_LLM / T ON_PWM" can be suppressed to up to about 40%. 3.3V and 5.0V are voltages that are adopted and regarded as important as power supply voltages and the like in many electronic devices. Therefore, although the ratio with respect to the target voltage V TG of 3.3V and 5.0V "T ON_LLM / T ON_PWM" may be designed to supply IC1 to close to 1, whereas the other target voltage V TG It is also possible to design the power supply IC1 so that the ratio "T ON_LLM / T ON_PWM" approaches 1.
[第2改良技術]
第3実施形態に係る電源IC1には、第1改良技術とは別に第2改良技術も適用されている。まず、第2改良技術の前提となるソフトスタート動作について説明する。電源IC1は、スイッチング電源装置AAの起動時において、出力電圧VOUTを0Vから目標電圧VTGに向けて緩やかに上昇させていくソフトスタート動作を実現する。尚、第1及び第2実施形態に示した動作は、後述の信号SSENDがハイレベルとなった後の動作であると解して良い。
[Second improved technology]
A second improved technique is also applied to the
ソフトスタート動作を実現するために、制御部10には、図19に示す如くソフトスタート電圧VSSを生成するソフトスタート電圧生成部51及び電圧VSSに応じた信号SSENDを生成する回路52が設けられ、且つ、エラーアンプ11には非反転入力端子として第1及び第2非反転入力端子が設けられる。エラーアンプ11の第1、第2非反転入力端子に対して、夫々、ソフトスタート電圧VSS、基準電圧VREFが印加される。エラーアンプ11の反転入力端子には上述の如く帰還電圧VFBが印加される。
To achieve the soft-start operation, the
エラーアンプ11は、上述の如く、負側対象電圧と正側対象電圧との差分に応じた誤差電圧VCMPを生成するが、ソフトスタート電圧VSS及び基準電圧VREFの内、低い方の電圧が正側対象電圧として用いられる。負側対象電圧は帰還電圧VFBである。故に、エラーアンプ11は、ソフトスタート電圧VSSが基準電圧VREFよりも低い区間では、帰還電圧VFBとソフトスタート電圧VSSとの差分に応じて誤差電圧VCMPを生成し、ソフトスタート電圧VSSが基準電圧VREFよりも高い区間では、帰還電圧VFBと基準電圧VREFとの差分に応じて誤差電圧VCMPを生成する。“VSS=VREF”であるときには、ソフトスタート電圧VSSと基準電圧VREFの何れかが正側対象電圧となる。
As described above, the error amplifier 11 generates an error voltage V CMP according to the difference between the negative side target voltage and the positive side target voltage, but the lower voltage of the soft start voltage VSS and the reference voltage V REF. Is used as the positive target voltage. The negative target voltage is the feedback voltage V FB . Therefore, in the section where the soft start voltage V SS is lower than the reference voltage V REF , the
図20はスイッチング電源装置AAの起動時におけるタイミングチャートである。タイミングtC1において、電源IC1に供給される入力電圧VINが0V(ゼロボルト)から所定の正の直流電圧へと上昇したとする。そうすると、タイミングtC1にて電源IC1が起動し、生成部51は、タイミングtC1を起点に、ソフトスタート電圧VSSを0Vから所定の正の所定電圧VSSMAXに向けて徐々に上昇させてゆく。例えば、定電流を生成する定電流回路と該定電流にて充電されるコンデンサにて電圧VSSを生成することができ、電圧VSSを生成するためのコンデンサは電源IC1に外付け接続されていても良い。タイミングtC1よりも後のタイミングtC3において、電圧VSSはちょうど所定電圧VSSMAXに達し、以後、電圧VSSは所定電圧VSSMAXに維持される。タイミングtC1及びtC3間のタイミングtC2において、ちょうど、電圧VSSは所定電圧VSSMAXよりも低い所定電圧VSSENDに達する。回路52は、電圧VSSが所定電圧VSSEND未満であるときにローレベルの信号SSENDを出力し、電圧VSSが所定電圧VSSEND以上であるときにハイレベルの信号SSENDを出力する。ハイレベルの信号SSENDはソフトスタート動作の完了を意味している。ここで、“0<VREF<VSSEND<VSSMAX”が成立する。但し“VREF=VSSEND”であっても構わない。 FIG. 20 is a timing chart at the time of starting the switching power supply device AA. It is assumed that the input voltage VIN supplied to the power supply IC1 rises from 0 V (zero volt) to a predetermined positive DC voltage at the timing t C1. Then, the power supply IC1 is activated at a timing t C1, generator 51, starting from the timing t C1, gradually increased toward the soft-start voltage V SS from 0V to a predetermined positive predetermined voltage V SSMAX .. For example, it is possible to generate a voltage V SS at capacitor charged at a constant current circuit and a constant current for generating a constant current, the capacitor for generating a voltage V SS is externally connected to the power supply IC1 You may. At the timing t C3 after the timing t C1 , the voltage V SS just reaches the predetermined voltage V SSMAX , and thereafter, the voltage V SS is maintained at the predetermined voltage V SSMAX. At timing t C2 between timing t C1 and t C3, just voltage V SS reaches a low predetermined voltage V SSEND than the predetermined voltage V SSMAX. Circuit 52, a voltage V SS to output a low level signal SSEND when less than the predetermined voltage V SSEND, outputs a high level signal SSEND when the voltage V SS to the predetermined voltage V SSEND more. The high level signal SSEND means the completion of the soft start operation. Here, "0 <V REF <V SSEND <V SSMAX " is established. However, it may be "V REF = V SSEND".
このように、生成部51は、スイッチング電源装置AAの起動時において(即ち電源IC1の起動時において)、基準電圧VREFより低い電位から基準電圧VREFより高い電位(VSSMAX)に向けて徐々に電位が上昇するソフトスタート電圧VSSを生成し、これによって出力電圧VOUTを0Vから目標電圧VTGに向けて緩やかに上昇させていくソフトスタート動作を実現する。
Thus,
出力電圧VOUTが0V近辺にあるときには、出力トランジスタM1のオン時間を短くして出力電圧VOUTを緩やかに上昇させることが要求される。タイミングtC1を起点にして、エラーアンプ11からラインLN1に供給される電流により誤差電圧VCMPが0V(ゼロボルト)から徐々に上昇してゆくことになるが、仮に、タイミングtC1直後からスキップ判定電圧VTSKPが大きな電圧値を有していたならば、誤差電圧VCMPがスキップ判定電圧VTSKPに達するまでパルスキップ制御が働いて出力トランジスタM1が長時間にわたりオンとならない。そして、誤差電圧VCMPがスキップ判定電圧VTSKPに達すると、大きなスキップ判定電圧VTSKPに対応する大きなオン時間分、出力トランジススタM1がオンとされて出力電圧VOUTが急激に上昇するおそれがある。このような動作は、出力電圧VOUTの上昇の滑らかさを損なうおそれがある。即ち、図21に示す如く、起動時における出力電圧VOUTの波形が、理想的な実線波形462から乖離した、破線波形461のようになるおそれがある。第1改良技術の適用により、入力電圧VINの低下に伴ってスキップ判定電圧VTSKPを増大させる場合にあっては、このようなおそれが特に顕在化しうる。
When the output voltage V OUT is in the vicinity of 0V, it is required to shorten the on-time of the output transistor M1 and gradually increase the output voltage V OUT. Starting from the timing t C1 , the error voltage V CMP gradually rises from 0V (zero volt) due to the current supplied from the
これを考慮し、第2改良技術では、スイッチング電源装置AAの起動時において(即ち電源IC1の起動時において)、スキップ判定電圧VTSKPの電位を初期電位から徐々に上昇させ、その後、最終電位にて固定する(換言すれば最終電位を持つ電圧をスキップ判定電圧VTSKPに設定する)。これにより、スイッチング電源装置AAの起動時において(即ち電源IC1の起動時において)、出力電圧VOUTを緩やかに上昇させることが可能となる。
In consideration of this, in the second improved technique, the potential of the skip determination voltage VTSKP is gradually increased from the initial potential at the time of starting the switching power supply device AA (that is, at the time of starting the power supply IC1), and then becomes the final potential. (In other words, the voltage with the final potential is set to the skip judgment voltage V TSKP). As a result, the output voltage V OUT can be gradually increased when the switching power supply device AA is started (that is, when the
スキップ判定電圧VTSKPの初期電位は0Vであっても良いし、0Vと異なっていても良い。スキップ判定電圧VTSKPの最終電位はスキップ判定電圧VTSKPの初期電位よりも高ければ任意である。スキップ判定電圧VTSKPの初期電位、最終電位は、夫々、第1所定電位(予め定められた第1固定電位)、第2所定電位(予め定められた第2固定電位)であっても良い。電源IC1に対し第1改良技術及び第2改良技術の双方が適用されても良く、この場合、少なくともスキップ判定電圧VTSKPの最終電位は入力電圧VINに応じた電位とされる(入力電圧VINが低いほどスキップ判定電圧VTSKPの最終電位は高く設定される)。スキップ判定電圧VTSKPの初期電位も入力電圧VINに応じた電位とされて良い(入力電圧VINが低いほどスキップ判定電圧VTSKPの初期電位は高く設定されて良い)。
The initial potential of the skip determination voltage V TSKP may be 0V or may be different from 0V. Final potential of the skip determination voltage V TSKP is arbitrary is higher than the initial potential of the skip determination voltage V TSKP. The initial potential and final potential of the skip determination voltage V TSKP may be a first predetermined potential (predetermined first fixed potential) and a second predetermined potential (predetermined second fixed potential), respectively. Both the first improved technique and the second improved technique may be applied to the
[スキップ判定電圧生成部]
図22に第1及び第2改良技術の双方を実現するスキップ判定電圧生成部23の回路構成例を示す。図22のスキップ判定電圧生成部23は、抵抗111〜117と、トランジスタ121〜133と、オペアンプ141と、コンデンサ142と、を備える。図22のスキップ判定電圧生成部23は、端子TM1(図1参照)を通じて入力電圧VINを受ける他、上述のソフトスタート電圧VSSと所定の正の直流電圧Vreg1〜Vreg3を受ける。直流電圧Vreg1〜Vreg3は、図1の内部電源回路30により生成される電圧であって良い、或いは、内部電源回路30にて生成された内部電源電圧VREGを元に電源IC1内で生成されて良い。例えば、直流電圧Vreg1〜Vreg3は、夫々、3.3V、1.1V、0.2Vである。直流電圧Vreg2よりも上述の所定電圧VSSMAX(図20参照)の方が高い。
[Skip judgment voltage generator]
FIG. 22 shows a circuit configuration example of the skip determination
トランジスタ121、127及び133はNチャネル型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)として構成されており、トランジスタ122〜126及び128〜132はPチャネル型のMOSFETとして構成されている。
抵抗111の一端には入力電圧VINが加わり、抵抗111の他端は抵抗112を介してグランドに接続される。抵抗111及び112間の接続ノードは、オペアンプ141の非反転入力端子に接続されると共にコンデンサ142を介してグランドに接続される。オペアンプ141の反転入力端子は、トランジスタ121のソースに接続されると共に抵抗113を介してグランドに接続される。トランジスタ121のゲートはオペアンプ141の出力端子に接続される。トランジスタ121のドレインは、トランジスタ122〜124の各ゲートとトランジスタ122のドレインに共通接続される。
An input voltage V IN is applied to one end of the resistor 111, and the other end of the resistor 111 is connected to the ground via the
トランジスタ122〜124及び129〜132の各ソースには共通して直流電圧Vreg1が印加される。トランジスタ123のドレインは、トランジスタ125及び126の各ソースとトランジスタ127のゲートに接続される。トランジスタ125及び126の各ドレインはグランドに接続される。トランジスタ125のゲートには直流電圧Vreg2が印加され、トランジスタ126のゲートにはソフトスタート電圧VSSが印加される。
A DC voltage Vreg1 is commonly applied to each source of the
トランジスタ124のドレインは、トランジスタ133のゲートに接続されると共に、抵抗114を介してトランジスタ128のソースに接続される。トランジスタ128のドレインはグランドに接続され、トランジスタ128のゲートには直流電圧Vreg3が印加される。
The drain of the
トランジスタ127のドレインと、トランジスタ129のドレイン及びゲートと、トランジスタ130のゲートと、トランジスタ131のドレインとは、互いに共通接続される。トランジスタ127のソースは抵抗115を介してグランドに接続される。トランジスタ130のドレインは抵抗117を介してグランドに接続される。トランジスタ133のドレインと、トランジスタ132のドレイン及びゲートと、トランジスタ131のゲートとは、互いに共通接続される。トランジスタ133のソースは抵抗116を介してグランドに接続される。
The drain of the
トランジスタ122〜124によりトランジスタ122を電流の入力側とし且つトランジスタ123及び124を電流の出力側とする第1カレントミラー回路が形成される。トランジスタ129及び130によりトランジスタ129を電流の入力側とし且つトランジスタ130を電流の出力側とする第2カレントミラー回路が形成される。トランジスタ131及び132によりトランジスタ132を電流の入力側とし且つトランジスタ131を電流の出力側とする第3カレントミラー回路が形成される。ここでは、第1〜第3カレントミラー回路の夫々において電流の入出力比が“1:1”に設定されているものとする。
The
トランジスタ121、124のドレイン電流(ドレイン−ソース間に流れる電流)を、夫々、“IS1” 、“IS2”にて表すと共に、トランジスタ127、132、130のドレイン電流を、夫々、“IA” 、“IB” 、“IO”にて表す。また、抵抗113、114の抵抗値を、夫々、“RS1” 、“RS2”にて表すと共に、抵抗115、116、117の抵抗値を、夫々、“RA” 、“RB”、“RO”にて表す。加えて、抵抗111及び112間の接続ノードの電圧を“VINS”で表すと共に、トランジスタ127のゲート電圧を“VP”で表す。電圧VINSは入力電圧VINの分圧である。トランジスタ130のドレインと抵抗117との接続ノードにおける電圧(即ち抵抗117の両端子間電圧)がスキップ判定電圧VTSKPとして利用される。
The drain current of the
図22の構成に関わる幾つか関係式について説明する。図22の構成において、下記式(1)が成立し、上述の如くトランジスタ122及び124から成るカレントミラー回路の電流の入出力比が“1:1”であるとすると下記式(2)が成立する。
IS1=VINS/RS1 ・・・(1)
IS1=IS2 ・・・(2)
Some relational expressions related to the configuration of FIG. 22 will be described. In the configuration of FIG. 22, the following equation (1) is established, and assuming that the current input / output ratio of the current mirror circuit composed of the
IS1 = V INS / R S1 ... (1)
IS1 = IS2 ... (2)
ここで、抵抗113、114の抵抗値が等しく設定されているものとする。即ち、下記式(3)が成立するものとする。そうすると、式(1)〜(3)より式(4)が成立する。更に、抵抗115、116の抵抗値が等しく設定されているものとする。即ち、下記式(5)が成立するものとする。ここでは、抵抗値RS1、RS2、RA及びRBは全て等しく例えば1500kΩに設定される。
RS1=RS2 ・・・(3)
IS2・RS2=VINS ・・・(4)
RA=RB ・・・(5)
Here, it is assumed that the resistance values of the
R S1 = R S2 ... (3)
IS2・ R S2 = V INS・ ・ ・ (4)
R A = R B ··· (5 )
図23に、図22のスキップ判定電圧生成部23を含むスイッチング電源装置AAの起動時におけるタイミングチャートを示す。タイミングtD1において、電源IC1に供給される入力電圧VINが0V(ゼロボルト)から所定の正の直流電圧へと上昇したとする。そうすると、タイミングtD1にて電源IC1が起動し、タイミングtD1を起点に、ソフトスタート電圧VSSが0Vから所定の正の所定電圧VSSMAXに向けて徐々に上昇してゆく。タイミングtD1よりも後のタイミングtD3において、電圧VSSはちょうど所定電圧VSSMAXに達し、以後、電圧VSSは所定電圧VSSMAXに維持される。
FIG. 23 shows a timing chart at the time of starting of the switching power supply device AA including the skip determination
ソフトスタート電圧VSSが0Vから上昇する過程において、電圧VPもソフトスタート電圧VSSの上昇に連動して上昇してゆく。但し、電圧VPの上昇はタイミングtD2にて終了し、タイミングtD2以降において、電圧VPは電圧Vreg2に応じた電圧(概ねVreg2に等しい)にて固定される。タイミングtD2は、タイミングtD1よりも後であって且つタイミングtD3よりも前のタイミングである。電圧VPの上昇過程において、電圧VPの上昇に伴って電流IAが増大し、電流IAの増大に伴い、電流IOの増大を通じてスキップ判定電圧VTSKPが上昇する。 In the process of the soft-start voltage V SS rises from 0V, the voltage V P slide into rise in conjunction with the rise of the soft-start voltage V SS. However, increase in the voltage V P is terminated at a timing t D2, in the subsequent timing t D2, the voltage V P is fixed by the voltage corresponding to the voltage Vreg2 (approximately equal to Vreg2). The timing t D2 is a timing after the timing t D1 and before the timing t D3. At elevated course of voltage V P, the current I A increases with increasing voltage V P, with an increase in the current I A, the skip determination voltage V TSKP through increase in current I O increases.
電流IS2は電圧VINSに依存するので電流IBも電圧VINSに依存し、トランジスタ131及び132から成るカレントミラー回路並びにトランジスタ129及び130から成るカレントミラー回路の働きを通じて電流IA及びIOも電圧VINSに依存することになる。故に、スキップ判定電圧VTSKPは、タイミングtD1及びtD2間において、入力電圧VINに依存しつつソフトスタート電圧VSSの上昇に伴って初期電位から最終電位に向けて徐々に上昇してゆき、タイミングtD2以降、入力電圧VINに依存する最終電位にて固定されることになる。
Current I S2 is also dependent on the voltage V INS current I B so depends on the voltage V INS, current through the action of the current mirror circuit composed of the current mirror circuit and the
タイミングtD2以降におけるスキップ判定電圧VTSKPは下記式(6)にて表される。式(2)の右辺第2項により、入力電圧VINの低下に伴うスキップ判定電圧VTSKPの上昇(第1改良技術)が実現される。タイミングtD1及びtD2間では、式(2)の右辺第1項の“Vreg2”が“VSS”に置き換わったようなスキップ判定電圧VTSKPが得られ(但しVTSKPが負になることはない)、第2改良技術が実現される。
VTSKP=(Vreg2−Vreg3)・RO/RA−VINS・RO/RA
・・・(6)
The skip determination voltage V TSKP after the timing t D2 is expressed by the following equation (6). According to the second term on the right side of the equation (2), an increase in the skip determination voltage V TSKP (first improved technique) is realized as the input voltage V IN decreases. In between time t D1 and t D2, skip decision voltage V TSKP such as hand side of first term "Vreg2" is replaced by "V SS" of the formula (2) is obtained (where the V TSKP is negative No), the second improved technology is realized.
V TSKP = (Vreg2-Vreg3) · R O / R A -V INS · R O / R A
... (6)
図24及び図25に、スイッチング電源装置AAに関わる第1及び第2シミュレーションの結果を示す。図24に対応する第1シミュレーションでは、入力電圧VINが12Vであって且つ出力電圧VOUTが5Vである(即ち目標電圧VTGが5Vである)ことが想定されている。図25に対応する第2シミュレーションでは、入力電圧VINが12Vであって且つ出力電圧VOUTが3.3Vである(即ち目標電圧VTGが3.3Vである)ことが想定されている。 24 and 25 show the results of the first and second simulations related to the switching power supply device AA. In the first simulation corresponding to FIG. 24, it is assumed that the input voltage V IN is 12 V and the output voltage V OUT is 5 V (that is, the target voltage V TG is 5 V). In the second simulation corresponding to FIG. 25, it is assumed that the input voltage V IN is 12 V and the output voltage V OUT is 3.3 V (that is, the target voltage V TG is 3.3 V).
図24の破線波形471及び実線波形472並びに図25の破線波形481及び実線波形482は、負荷電流ILDとスイッチング電源装置の効率との関係を表している。但し、破線波形471及び481は第1改良技術が適用されない仮想スイッチング電源装置における効率の負荷電流依存性を表し、実線波形472及び482は第1改良技術が適用されたスイッチング電源装置AA(具体的には図22のスキップ判定電圧生成部23を含むスイッチング電源装置AA)における効率の負荷電流依存性を表す。仮想スイッチング電源装置では、入力電圧VINが上限電圧VINH(ここでは36V)と一致するときに比“TON_LLM/TON_PWM”が概ね1となるよう設計された上で、入力電圧VINに対してスキップ判定電圧VTSKPが不変とされる。第1改良技術の適用有無を除き、第1シミュレーションの条件は仮想スイッチング電源装置及びスイッチング電源装置AA間で互いに同じであり、第2シミュレーションの条件も仮想スイッチング電源装置及びスイッチング電源装置AA間で互いに同じである。
The
図24の破線円473及び図24の破線円483は、仮想スイッチング電源装置における軽負荷制御及びPWM制御間の切り替えポイントを表し、図24の破線円474及び図24の破線円484は、第1改良技術が適用されたスイッチング電源装置AAにおける軽負荷制御及びPWM制御間の切り替えポイントを表す。図24及び図25から明らかではないが、これらの切り替えポイントより負荷電流ILDが大きい電流領域において、波形471及び472は部分的に重なり合っており、波形481及び482は部分的に重なり合っている。第1改良技術の適用により、軽負荷制御における効率の改善がみられる。
The
[第1改良技術の変形]
上述した第1改良技術、即ち、入力電圧VINに応じスキップ判定電圧VTSKPを可変とする第1改良技術を、便宜上、基本の第1改良技術と称する。第1改良技術において、出力トランジスタM1のデューティに応じてスキップ判定電圧VTSKPを可変するようにしても良い。以下、説明の便宜上、出力トランジスタM1のデューティに応じてスキップ判定電圧VTSKPを可変する技術を変形された第1改良技術と称し、出力トランジスタM1のデューティをデューティDTYと称する。
[Transformation of the first improved technology]
The above-mentioned first improved technique, that is, the first improved technique in which the skip determination voltage V TSKP is variable according to the input voltage V IN , is referred to as a basic first improved technique for convenience. In the first improved technique, the skip determination voltage V TSKP may be changed according to the duty of the output transistor M1. Hereinafter, for convenience of explanation, the technique of changing the skip determination voltage V TSKP according to the duty of the output transistor M1 is referred to as a modified first improved technique, and the duty of the output transistor M1 is referred to as a duty DTY.
変形された第1改良技術において、スキップ判定電圧生成部23は、図26(a)に示す如く、デューティDTYに応じてスキップ判定電圧VTSKPを可変設定することとなり、この際、デューティDTYを導出するデューティ導出部24が電源IC1に追加される。デューティ導出部24は、スキップ判定電圧生成部23の構成要素としてスキップ判定電圧生成部23に内蔵されるものであっても良い。
In the modified first improved technique, the skip determination
デューティDTYは、“出力トランジスタM1のオン時間及びオフ時間の和に対する出力トランジスタM1のオン時間の比率”を表す。
出力トランジスタM1のオン時間は出力トランジスタM1のオン区間の長さを表し、
出力トランジスタM1のオフ時間は出力トランジスタM1のオフ区間の長さを表す。
The duty DTY represents "the ratio of the on-time of the output transistor M1 to the sum of the on-time and the off-time of the output transistor M1".
The on-time of the output transistor M1 represents the length of the on-section of the output transistor M1.
The off time of the output transistor M1 represents the length of the off section of the output transistor M1.
PWM制御が行われているとき、“出力トランジスタM1のオン時間及びオフ時間の和に対する出力トランジスタM1のオン時間の比率”は、PWM制御の1周期に占める出力トランジスタM1のオン区間の比率(割合)と一致する。 When PWM control is performed, "the ratio of the on-time of the output transistor M1 to the sum of the on-time and off-time of the output transistor M1" is the ratio (ratio) of the on-section of the output transistor M1 to one cycle of PWM control. ).
軽負荷制御が行われているときにはスイッチングが周期的に行われるとは限らないのでスイッチングの周期は不定であるが、軽負荷制御が行われているときにおいても“出力トランジスタM1のオン時間及びオフ時間の和に対する出力トランジスタM1のオン時間の比率”は定義可能である(但し、負荷電流ILDがゼロであることに伴い出力トランジスタM1のスイッチングが停止される状況を除く)。 Since switching is not always performed periodically when light load control is performed, the switching cycle is indefinite, but even when light load control is performed, "on time and off of output transistor M1" The ratio of the on-time of the output transistor M1 to the sum of the times can be defined (except for the situation where the switching of the output transistor M1 is stopped due to the load current ILD being zero).
例えば、デューティ導出部24は、出力電圧VOUTと入力電圧VINとの比に基づいてデューティDTYを導出しても良い。スイッチング電源装置AAのような降圧型DC/DCコンバータでは、定常状態において、比(VOUT/VIN)は実質的にデューティDTYと一致すると考えられるからである。図26(b)に示す如く、比(VOUT/VIN)に基づいてデューティDTYを導出する方法を第1導出方法と称する。図26(b)には、第1導出方法を採用するデューティ導出部24がデューティ導出部24aとして示されている。第1導出方法にて導出されたデューティDTYを、便宜上、記号“DTY1”で表す。デューティDTY1は、“DTY1=VOUT/VIN”により表される。第1導出方法を採用する場合にあっては、ノードND2(図1参照)に接続されて出力電圧VOUTを受ける出力監視端子(不図示)を、電源IC1の外部端子として電源IC1に設けておけば良い。
For example, the
また例えば、デューティ導出部24は、スイッチ電圧VSWに基づいてデューティDTYを導出しても良い。上述したように、スイッチング動作により実質的に入力電圧VINのレベルとグランドのレベルとでレベルが変動する矩形波状の電圧がスイッチ電圧VSWとして現れることになるが、例えば、電圧(VIN/2)を基準にスイッチ電圧VSWを二値化する。この場合、スイッチ電圧VSWが電圧(VIN/2)以上となる区間の長さを出力トランジスタM1のオン時間とみなすと共にスイッチ電圧VSWが電圧(VIN/2)未満となる区間の長さを出力トランジスタM1のオフ時間とみなして、デューティDTYを導出すれば良い。
或いは例えば、デューティ導出部24は、ゲート信号G1又は制御信号CNTに基づいてデューティDTYを導出しても良い。この場合、ゲート信号G1のハイレベル区間の長さを出力トランジスタM1のオン時間とみなすと共にゲート信号G1のローレベル区間の長さを出力トランジスタM1のオフ時間とみなしてデューティDTYを導出するか、或いは、制御信号CNTのハイレベル区間の長さを出力トランジスタM1のオン時間とみなすと共に制御信号CNTのローレベル区間の長さを出力トランジスタM1のオフ時間とみなしてデューティDTYを導出すれば良い。
スイッチ電圧VSW、ゲート信号G1又は制御信号CNTに基づいてデューティDTYを導出する方法を第2導出方法と称し、第2導出方法にて導出されたデューティDTYを、便宜上、記号“DTY2”で表す。
Further, for example, the
Alternatively, for example, the
The method of deriving the duty DTY based on the switch voltage V SW , the gate signal G1 or the control signal CNT is called the second derivation method, and the duty DTY derived by the second derivation method is represented by the symbol "DTY 2 " for convenience. show.
第1導出方法を利用する場合にあっては、或るタイミングにおける比(VOUT/VIN)に基づいて、そのタイミングにおけるスキップ判定電圧VTSKPを決定及び制御すれば良い。これは、基本の第1改良方法でも同様であり、基本の第1改良方法では、或るタイミングにおける入力電圧VINに基づいて、そのタイミングにおけるスキップ判定電圧VTSKPを決定及び制御すれば良い。 When the first derivation method is used, the skip determination voltage V TSKP at that timing may be determined and controlled based on the ratio (V OUT / V IN) at a certain timing. This also applies to the basic first improvement method, and in the basic first improvement method, the skip determination voltage VTSKP at a certain timing may be determined and controlled based on the input voltage VIN at that timing.
第2導出方法を利用する場合にあっても、その時々のデューティDTY2に基づいてスキップ判定電圧VTSKPがリアルタイムで調整されることになるが、デューティDTY2の導出には出力トランジスタM1の1サイクル分以上のスイッチングが必要となるため、厳密には、過去のデューティDTY2に基づいて現在のスキップ判定電圧VTSKPが決定されることになる。即ち、第2導出方法を利用する場合、任意の第1区間中におけるスイッチ電圧VSW、ゲート信号G1又は制御信号CNTに基づいて第1区間中におけるデューティDTY2が導出され、導出された第1区間中のデューティDTY2に基づいて、第1区間よりも後の第2区間におけるスキップ判定電圧VTSKPが可変設定される。 Even when the second derivation method is used, the skip determination voltage V TSKP is adjusted in real time based on the duty DTY 2 at that time, but the derivation of the duty DTY 2 is performed by 1 of the output transistor M1. Strictly speaking, the current skip determination voltage VTSKP is determined based on the past duty DTY 2 because switching for a cycle or more is required. That is, when the second derivation method is used , the duty DTY 2 in the first section is derived and derived based on the switch voltage V SW , the gate signal G1 or the control signal CNT in an arbitrary first section. Based on the duty DTY 2 in the section, the skip determination voltage VTSKP in the second section after the first section is variably set.
スイッチ電圧VSWの平均電圧は出力電圧VOUTに相当するはずであるので、以下の第3導出方法も採用可能である。第3導出方法では、スイッチ電圧VSWの平均電圧(換言すればスイッチ電圧VSWの直流成分)と入力電圧VINとの比に基づいてデューティDTYを導出する。図26(c)に、第3導出方法を採用するデューティ導出部24の構成例をデューティ導出部24bとして示す。デューティ導出部24bは、スイッチ電圧VSWを平均化することでスイッチ電圧VSWの平均電圧に相当する電圧VOUT’を生成するフィルタブロック24b_1と、電圧VOUT’及びVINに基づいてデューティDTYを導出する導出ブロック24b_2と、を備える。フィルタブロック24b_1は、例えば、抵抗及びコンデンサから成るローパスフィルタを複数段直列接続することで形成されるが、スイッチ電圧VSWの平均電圧を導出できる構成を持つのであれば任意である。フィルタブロック24b_1は、スイッチ電圧VSWの交流成分を低減することでスイッチ電圧VSWの直流成分を電圧VOUT’として生成する回路であるとも言える。第3導出方法にて導出されたデューティDTYを、便宜上、記号“DTY3”で表す。デューティDTY3は、“DTY3=VOUT’/VIN”により表される。
Since the average voltage of the switch voltage V SW should correspond to the output voltage V OUT , the following third derivation method can also be adopted. In the third derivation method, the duty DTY is derived based on the ratio of the average voltage of the switch voltage V SW (in other words, the DC component of the switch voltage V SW ) and the input voltage V IN. FIG. 26C shows a configuration example of the duty out-
第3導出方法を利用する場合にあっては、第1導出方法と同様且つ第2導出方法と異なり、或るタイミングにおける比(VOUT’/VIN)に基づいて、そのタイミングにおけるスキップ判定電圧VTSKPを決定及び制御することができる。尚、負荷電流ILDが完全にゼロとなると出力トランジスタM1のスイッチングが行われなくなるため、出力トランジスタM1のオン時間の検出は不可能となる。但し、出力電圧VOUTを受ける出力監視端子(不図示)が電源IC1に設けられている場合には“ILD=0”であっても出力監視端子の電圧を検出することで出力電圧VOUTの情報を得ることが可能であり、また図26(c)のような構成によれば“ILD=0”であっても出力電圧VOUTの情報を得ることが可能である。 When the third derivation method is used, the skip determination voltage at a certain timing is based on the ratio (V OUT '/ V IN ) at a certain timing, which is the same as the first derivation method and different from the second derivation method. VTSKP can be determined and controlled. When the load current ILD becomes completely zero, the output transistor M1 is not switched, so that the on-time of the output transistor M1 cannot be detected. However, the output voltage V OUT by the output monitoring terminal receiving the output voltage V OUT (not shown) if provided in the power supply IC1 is for detecting the voltage of the "I LD = 0" is a also an output monitor terminal It is possible to obtain the information of the output voltage V OUT even when “ILD = 0” according to the configuration as shown in FIG. 26 (c).
基本の第1改良技術では、上述したように、入力電圧VINの低下に伴いスキップ判定電圧VTSKPを増加させる。入力電圧VINの低下はデューティDTYの増加をもたらすため、変形された第1改良技術を用いる場合、スキップ判定電圧生成部23は、デューティDTY(DTY1、DTY2又はDTY3)の増加に伴ってスキップ判定電圧VTSKPを増加させると良い。これにより、基本の第1改良技術と同等の効果が得られる。例えば、式“VTSKP=k1・DTY+k2”に基づいてスキップ判定電圧VTSKPが決定されて良い。この式において、DTYはDTY1、DTY2又はDTY3であり、k1は正の所定値を有する係数である。k2は正又は負の所定値を持つ。“k2=0”でも良い。
In the basic first improved technique, as described above, the skip determination voltage V TSKP is increased as the input voltage VIN decreases. Since a decrease in the input voltage V IN causes an increase in the duty DTY, when the modified first improved technique is used, the skip determination
デューティDTY(DTY1、DTY2又はDTY3)の増加に伴ってスキップ判定電圧VTSKPを増加させる制御は、ソフトスタート動作の完了後に行われる制御であって良く、ソフトスタート動作の実行中では、デューティDTYに関係なくスキップ判定電圧VTSKPを決定するようにしても良い。例えば、図22の回路構成を利用する場合(図19及び図20も参照)、信号SSENDのローレベル区間では抵抗117の両端子間電圧をスキップ判定電圧VTSKPに設定し、信号SSENDのハイレベル区間では式“VTSKP=k1・DTY+k2”に基づきスキップ判定電圧VTSKPが決定されて良い。何れにせよ、第2改良技術と変形された第1改良技術とが組み合わされる場合、スイッチング電源装置AAの起動時において(即ち電源IC1の起動時において)、スキップ判定電圧VTSKPの電位を初期電位から徐々に上昇させ、その後(例えば信号SSENDがハイレベルに切り替わった後に)、デューティDTY(DTY1、DTY2又はDTY3)に応じた電圧をスキップ判定電圧VTSKPに設定すれば良い。
The control for increasing the skip determination voltage VTSKP as the duty DTY (DTY 1 , DTY 2 or DTY 3 ) increases may be the control performed after the completion of the soft start operation, and during the execution of the soft start operation, the control may be performed. The skip determination voltage V TSKP may be determined regardless of the duty DTY. For example, when using the circuit configuration of FIG. 22 (see also FIGS. 19 and 20), in the low level section of the signal SSEND, the voltage between both terminals of the
<<第4実施形態>>
本発明の第4実施形態を説明する。第4実施形態では、上述の第1〜第3実施形態の内の任意の実施形態に適用可能な応用技術及び変形技術等を説明する。
<< Fourth Embodiment >>
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the applied technique, the modification technique, and the like applicable to any of the above-mentioned first to third embodiments will be described.
第3実施形態では、図22を参照して第1及び第2改良技術の双方を実施できるスキップ判定電圧生成部23の構成例を説明した。しかしながら、スキップ判定電圧生成部23において、第1改良技術のみを実施するようにしても良いし、第2改良技術のみを実施するようにしても良い。但し、第1及び第2改良技術の双方を実施することが好ましい。
In the third embodiment, a configuration example of the skip determination
スイッチング電源装置AAは、負荷LDを有する任意の電気機器に搭載されて良い。出力電圧VOUTのリプル低減及び軽負荷時における電力消費削減に対して要求の強い用途において、スイッチング電源装置AAは特に有益に機能するが、スイッチング電源装置AAの用途は任意である。スイッチング電源装置AAが搭載される電気機器の例として、PLC(Programmable Logic Controller)が挙げられる。この場合、PLCに設けられたマイクロコンピュータやASIC(Application Specific Integrated Circuit)が負荷LDとなりうる。 The switching power supply device AA may be mounted on any electric device having a load LD. The switching power supply AA functions particularly beneficially in applications where there is a strong demand for reduction of ripple of output voltage V OUT and reduction of power consumption under light load, but the application of switching power supply AA is arbitrary. An example of an electric device equipped with a switching power supply device AA is a PLC (Programmable Logic Controller). In this case, a microcomputer or ASIC (Application Specific Integrated Circuit) provided in the PLC can be the load LD.
スイッチング電源装置AAが搭載される電気機器の他の例として冷蔵庫や洗濯機などの家電機器も挙げられる。冷蔵庫の庫内を照らすための照明部が負荷LDとなり得る。冷蔵庫では、扉の閉鎖時において照明部が消灯される一方で扉の開放時において照明部が点灯される。このため、照明部がスイッチング電源装置AAの負荷LDとなる場合、負荷電流ILDが大きく変動し、この変動の過程において上述の各実施形態で述べたような制御の滑らかな切り替えが有効に機能する。 Other examples of electrical equipment equipped with a switching power supply AA include home appliances such as refrigerators and washing machines. The lighting unit for illuminating the inside of the refrigerator can be a load LD. In the refrigerator, the lighting unit is turned off when the door is closed, while the lighting unit is turned on when the door is opened. Therefore, when the lighting unit becomes the load LD of the switching power supply device AA, the load current ILD fluctuates greatly, and in the process of this fluctuation, smooth switching of control as described in each of the above-described embodiments effectively functions. do.
上述したように、電源IC1の各回路素子は半導体集積回路の形態で形成され、当該半導体集積回路を樹脂にて構成された筐体(パッケージ)内に封入することで半導体装置が構成される。但し、複数のディスクリート部品を用いて電源IC1内の回路と同等の回路を構成するようにしても良い。電源IC1内に含まれるものとして上述した幾つかの回路素子(例えばトランジスタM1及びM2)は、電源IC1外に設けられて電源IC1に外付け接続されても良い。逆に、電源IC1外に設けられるものとして上述した幾つかの回路素子を、電源IC1内に設けるようにしても良い。
As described above, each circuit element of the power supply IC1 is formed in the form of a semiconductor integrated circuit, and the semiconductor device is configured by enclosing the semiconductor integrated circuit in a housing (package) made of resin. However, a circuit equivalent to the circuit in the
スイッチング電源装置AAはスイッチング電源用回路を内包している。電源IC1がスイッチング電源用回路に相当すると考えることができる。上述の電源IC1から電源IC1の構成要素の一部を除いた回路がスイッチング電源用回路に相当すると考えても良いし、或いは、上述の電源IC1と電源IC1外の任意の要素とでスイッチング電源用回路が構成されると考えても良い。
The switching power supply device AA includes a circuit for a switching power supply. It can be considered that the
任意の信号又は電圧に関して、上述の主旨を損なわない形で、それらのハイレベルとローレベルの関係を逆にしても良い。 For any signal or voltage, the high-level and low-level relationships may be reversed in a manner that does not compromise the above-mentioned gist.
上述の各トランジスタは、任意の種類のトランジスタであって良い。例えば、MOSFETとして上述されたトランジスタを、接合型FET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はバイポーラトランジスタに置き換えることも可能である。任意のトランジスタは第1電極、第2電極及び制御電極を有する。FETにおいては、第1及び第2電極の内の一方がドレインで他方がソースであり且つ制御電極がゲートである。IGBTにおいては、第1及び第2電極の内の一方がコレクタで他方がエミッタであり且つ制御電極がゲートである。IGBTに属さないバイポーラトランジスタにおいては、第1及び第2電極の内の一方がコレクタで他方がエミッタであり且つ制御電極がベースである。 Each of the above-mentioned transistors may be any kind of transistor. For example, the transistor described above as a MOSFET can be replaced with a junction FET, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a bipolar transistor. Any transistor has a first electrode, a second electrode and a control electrode. In the FET, one of the first and second electrodes is a drain, the other is a source, and the control electrode is a gate. In the IGBT, one of the first and second electrodes is a collector, the other is an emitter, and the control electrode is a gate. In a bipolar transistor that does not belong to an IGBT, one of the first and second electrodes is a collector, the other is an emitter, and the control electrode is the base.
同期整流方式の降圧型スイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例に挙げたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、非同期整流方式のスイッチング電源装置に本発明を適用しても構わないし、昇圧型や昇降圧型のスイッチング電源装置に本発明を適用しても構わない。 Although the configuration in which the present invention is applied to a step-down switching power supply of a synchronous rectification type is given as an example, the application target of the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to a switching power supply of an asynchronous rectification type. The present invention may be applied to a step-up type or buck-boost type switching power supply device.
<<本発明の考察>>
上述の各実施形態(特に第3実施形態)にて具体化された本発明について考察する。
<< Consideration of the present invention >>
The present invention embodied in each of the above embodiments (particularly the third embodiment) will be considered.
本発明の一側面に係るスイッチング電源用回路は(図1、図22、図23参照)、出力トランジスタのスイッチング動作により入力電圧(VIN)から出力電圧(VOUT)を生成するスイッチング電源用回路であって、前記出力電圧に応じた帰還電圧(VFB)と基準電圧(VREF)との差分に応じた誤差電圧(VCMP)を生成するエラーアンプ(11)、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧(VSLP)を生成するスロープ電圧生成部(15)を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部(10)を備え、前記制御部は、前記誤差電圧(VCMP)とスキップ判定電圧(VTSKP)との比較結果に基づくスキップ信号(SKP)を生成するスキップコンパレータ(21)、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部(23)を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、前記スキップ判定電圧生成部は、前記入力電圧又は前記出力トランジスタのデューティに応じて前記スキップ判定電圧を可変とする構成(構成WA1)を有する。 The switching power supply circuit according to one aspect of the present invention (see FIGS. 1, 22, and 23) is a switching power supply circuit that generates an output voltage (V OUT ) from an input voltage (V IN) by a switching operation of an output transistor. The error amplifier (11) that generates an error voltage (V CMP ) according to the difference between the feedback voltage (V FB ) corresponding to the output voltage and the reference voltage (V REF), and the output transistor It has a slope voltage generator (15) that generates a slope voltage (V SLP ) according to the flowing current, and executes PWM control that performs the switching operation in synchronization with the clock signal based on the error voltage and the slope voltage. A skip comparator (21), comprising a possible control unit (10), which generates a skip signal (SKP) based on the result of comparison between the error voltage (V CMP ) and the skip determination voltage ( VTSKP). Further, the skip determination voltage generation unit (23) for generating the skip determination voltage is further provided, and the switching operation is performed according to the PWM control or the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage. The load control can be switched and executed based on the skip signal, and the skip determination voltage generation unit has a configuration (configuration WA1 ) in which the skip determination voltage is variable according to the input voltage or the duty of the output transistor. Have.
上記構成WA1により、負荷が或る程度重い場合などにはクロック信号に同期してスイッチング動作を行うPWM制御を実行し、軽負荷時には誤差電圧及びスキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じてスイッチング動作を行う軽負荷制御を実行する、といったことが可能となる。ここで、PWM制御及び軽負荷制御の双方を安定的に動作させうるスキップ判定電圧や、軽負荷制御の実行時の効率(電力変換効率)の向上に向けたスキップ判定電圧には、適正値が存在し、その適正値は入力電圧又は出力トランジスタのデューティに依存する。これを考慮し、入力電圧又は出力トランジスタのデューティに応じてスキップ判定電圧を可変とする。これにより、入力電圧又は出力トランジスタのデューティに応じてスキップ判定電圧が適正化され、制御の安定性及び軽負荷制御時の効率の向上が図られる。 According to the above configuration WA1 , when the load is heavy to some extent, PWM control which performs switching operation in synchronization with the clock signal is executed, and when the load is light, the error voltage and the skip determination voltage are changed according to the change in the height relationship. It is possible to execute light load control that performs switching operation. Here, appropriate values are set for the skip determination voltage that enables stable operation of both PWM control and light load control, and the skip determination voltage for improving the efficiency (power conversion efficiency) during execution of light load control. It exists and its proper value depends on the input voltage or the duty of the output transistor. In consideration of this, the skip determination voltage is made variable according to the input voltage or the duty of the output transistor. As a result, the skip determination voltage is optimized according to the input voltage or the duty of the output transistor, and the stability of control and the efficiency at the time of light load control are improved.
上記構成WA1に係るスイッチング電源用回路に関し、例えば、前記PWM制御において、前記出力電圧の供給を受ける負荷の電流が大きくなるほど前記誤差電圧が第1方向(例えば上昇方向)に向けて変化してゆき、且つ、前記負荷の電流が小さくなるほど前記誤差電圧が前記第1方向とは逆の第2方向(例えば低下方向)に向けて変化してゆき、
前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベル(例えば“VCMP>VTSKP”のときSKPをローレベル)とし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベル(例えば“VCMP<VTSKP”のときSKPをハイレベル)とし、前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベル(例えばローレベル)に維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベル(例えばハイレベル)に変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する構成(構成WA2)としても良い。
Relates to a switching power supply circuit according to the above configuration W A1, for example, in the above PWM control, the error voltage as the load current increases to receive a supply of the output voltage is changed toward the first direction (e.g., upward direction) As the current of the load becomes smaller, the error voltage changes in the second direction (for example, the downward direction) opposite to the first direction.
The skip comparator sets the skip signal to the first level (for example, SKP is low level when "V CMP > V TSKP") when the error voltage is on the first direction side of the skip determination voltage, and the error. When the voltage is on the second direction side of the skip determination voltage, the skip signal is set to the second level (for example, SKP is set to the high level when "V CMP <V TSKP "), and the control unit receives the skip signal. The PWM control is executed when the level is maintained at the first level (for example, low level), and the PWM control is stopped when the skip signal changes from the first level to the second level (for example, high level). The configuration (configuration WA2 ) that shifts to the light load control may be used.
これにより、負荷が或る程度重い場合などにはクロック信号に同期してスイッチング動作を行うPWM制御が実行され、軽負荷時には誤差電圧及びスキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じてスイッチング動作を行う軽負荷制御が実行されることとなる。このような構成において、入力電圧又は出力トランジスタのデューティに応じてスキップ判定電圧を可変とすることで、入力電圧又は出力トランジスタのデューティに応じてスキップ判定電圧が適正化され、制御の安定性及び軽負荷制御時の効率の向上が図られる。 As a result, when the load is heavy to some extent, PWM control is executed in which the switching operation is performed in synchronization with the clock signal, and when the load is light, the switching operation is performed according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage. The light load control to be performed will be executed. In such a configuration, by making the skip determination voltage variable according to the input voltage or the duty of the output transistor, the skip determination voltage is optimized according to the input voltage or the duty of the output transistor, and the control stability and lightness are reduced. Efficiency during load control can be improved.
上記構成WA2に係るスイッチング電源用回路において、例えば、前記スロープ電圧は、前記出力トランジスタに流れる電流の増加に伴って前記第1方向(例えば上昇方向)に向けて変化し、前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、前記軽負荷制御では(図12参照)、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向(例えば上昇方向)に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベル(例えばハイレベル)から前記第1レベル(例えばローレベル)へ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする構成(構成WA3)としても良い。 In the switching power supply circuit according to the configuration WA2 , for example, the slope voltage changes in the first direction (for example, an ascending direction) as the current flowing through the output transistor increases, and the error amplifier causes the error amplifier. The error voltage is configured to change in the first direction as the output voltage decreases, and in the PWM control, after the output transistor is turned on in synchronization with the clock signal, the error voltage and the error voltage are described. The output transistor is turned off based on the comparison result with the slope voltage, and in the light load control (see FIG. 12), the error voltage changes in the first direction (for example, the ascending direction) as the output voltage decreases. As a result, when the skip signal transitions from the second level (for example, high level) to the first level (for example, low level), the output transistor is turned on in response to the transition, and then the error voltage and the slope are used. The output transistor may be turned off based on the result of comparison with the voltage (configuration WA3 ).
構成WA3により、PWM制御では出力トランジスタのオン時間が入力電圧又は出力トランジスタのデューティに依存して変化することになる。この場合において、仮にスキップ判定電圧を入力電圧又は出力トランジスタのデューティに依存させることなく固定しておいたならば、入力電圧又は出力トランジスタのデューティによっては、PWM制御での出力トランジスタのオン時間と軽負荷制御での出力トランジスタのオン時間とが大きく乖離する。これは、制御方式のシームレスな切り替えを含む御御の安定性に悪影響をもたらしうる。また、軽負荷制御での出力トランジスタのオン時間が短くなりすぎると、軽負荷制御での効率が低下する。入力電圧又は出力トランジスタのデューティに応じてスキップ判定電圧を適切に調整することで、制御の安定性及び軽負荷制御時の効率の向上が図られる。 According to the configuration WA3 , in PWM control, the on-time of the output transistor changes depending on the input voltage or the duty of the output transistor. In this case, if the skip determination voltage is fixed without depending on the input voltage or the duty of the output transistor, the on-time of the output transistor in PWM control is light depending on the input voltage or the duty of the output transistor. There is a large deviation from the on-time of the output transistor in load control. This can adversely affect your stability, including seamless switching of control schemes. Further, if the on-time of the output transistor in the light load control becomes too short, the efficiency in the light load control decreases. By appropriately adjusting the skip determination voltage according to the input voltage or the duty of the output transistor, the stability of control and the efficiency at the time of light load control can be improved.
本発明の一側面に係るスイッチング電源用回路は(図1、図19、図20、図22、図23参照)、出力トランジスタのスイッチング動作により入力電圧(VIN)から出力電圧(VOUT)を生成するスイッチング電源用回路であって、前記出力電圧に応じた帰還電圧(VFB)と基準電圧(VREF)との差分に応じた誤差電圧(VCMP)を生成するエラーアンプ(11)、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧(VSLP)を生成するスロープ電圧生成部(15)を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部(10)を備え、前記制御部は、前記誤差電圧(VCMP)とスキップ判定電圧(VTSKP)との比較結果に基づくスキップ信号(SKP)を生成するスキップコンパレータ(21)、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部(23)を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、前記制御部は、ソフトスタート電圧(VSS)を生成するソフトスタート電圧生成部(51)を更に有し、前記ソフトスタート電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記基準電圧を跨いで前記ソフトスタート電圧を第1方向へと徐々に変化させ(例えば上昇させ)、前記エラーアンプは、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第1方向側にあるときには(例えば“VSS>VREF”のときには)、前記帰還電圧と前記基準電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも第2方向側にあるときには(例えば“VSS<VREF”のときには)、前記帰還電圧と前記ソフトスタート電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記第1方向及び前記第2方向は互いに逆であり、前記スキップ判定電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させる構成(構成WB1)を有する。 The switching power supply circuit according to one aspect of the present invention (see FIGS. 1, 19, 20, 22, and 23) converts the input voltage (V IN ) to the output voltage (V OUT ) by the switching operation of the output transistor. An error amplifier (11), which is a switching power supply circuit to generate, and generates an error voltage (V CMP ) according to the difference between the feedback voltage (V FB ) corresponding to the output voltage and the reference voltage (V REF). It also has a slope voltage generator (15) that generates a slope voltage (VSLP ) according to the current flowing through the output transistor, and has the switching operation in synchronization with the clock signal based on the error voltage and the slope voltage. A control unit (10) capable of executing PWM control is provided, and the control unit generates a skip signal (SKP) based on a comparison result between the error voltage (V CMP ) and the skip determination voltage ( VTSKP). It further has a skip comparator (21) and a skip determination voltage generation unit (23) that generates the skip determination voltage, and responds to the PWM control or the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage. the light load control for the switching operation, the a switchable executed based on the skip signal, the control unit may further include soft-start voltage generator for generating a soft-start voltage (V SS) to (51), wherein When the switching power supply circuit is started, the soft start voltage generator gradually changes (for example, raises) the soft start voltage in the first direction across the reference voltage, and the error amplifier uses the soft start voltage. when the start voltage is in the first direction side than the reference voltage (when, for example, "V SS> V REF") , and generates the error voltage according to a difference between the feedback voltage and the reference voltage, the soft start voltage than the reference voltage when in the second direction (when, for example, "V SS <V REF") , and generates the error voltage according to a difference between the feedback voltage and the soft-start voltage, The first direction and the second direction are opposite to each other, and the skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction when the switching power supply circuit is started. (Structure WB1 ).
上記構成WB1により、負荷が或る程度重い場合などにはクロック信号に同期してスイッチング動作を行うPWM制御を実行し、軽負荷時には誤差電圧及びスキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じてスイッチング動作を行う軽負荷制御を実行する、といったことが可能となる。ソフトスタート電圧を利用したエラーアンプの機能により出力電圧を徐々に所望電圧に向かわせるソフトスタート動作を実現可能となるが、仮にスキップ判定電圧が常時所定電圧(構成WB1において最終的にスキップ判定電圧が固定されるべき電圧であって、図23ではタイミングtD2以降のVTSKPに対応)にて固定されていると、常時固定されたスキップ判定電圧が理想的なソフトスタート動作を阻害することが懸念される。上記構成WB1により、このような懸念が解消される。 With the above configuration WB1 , when the load is heavy to some extent, PWM control which performs switching operation in synchronization with the clock signal is executed, and when the load is light, the error voltage and the skip determination voltage are changed according to the change in the height relationship. It is possible to execute light load control that performs switching operation. Soft start the voltage gradually becomes possible to realize a soft-start operation to direct the desired voltage the output voltage by the function of the error amplifier utilizing, eventually skipping determination voltage if the skip determination voltage at all times a predetermined voltage (Configuration W B1 Is the voltage to be fixed, and in FIG. 23, it corresponds to VTSKP after timing t D2 ), the skip judgment voltage that is always fixed may hinder the ideal soft start operation. I am concerned. The configuration WB1 eliminates such concerns.
上記構成WB1に係るスイッチング電源用回路に関し、例えば、前記PWM制御において、前記出力電圧の供給を受ける負荷の電流が大きくなるほど前記誤差電圧が前記第1方向(例えば上昇方向)に向けて変化してゆき、且つ、前記負荷の電流が小さくなるほど前記誤差電圧が前記第2方向(例えば低下方向)に向けて変化してゆき、前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベル(例えば“VCMP>VTSKP”のときSKPをローレベル)とし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベル(例えば“VCMP<VTSKP”のときSKPをハイレベル)とし、前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベル(例えばローレベル)に維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベル(例えばハイレベル)に変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する構成(構成WB2)としても良い。 Regarding the switching power supply circuit according to the configuration WB1 , for example, in the PWM control, the error voltage changes in the first direction (for example, ascending direction) as the current of the load receiving the output voltage increases. As the current of the load becomes smaller, the error voltage changes toward the second direction (for example, the lowering direction), and the skip comparator has the error voltage higher than the skip determination voltage. When the skip signal is on the one-way side, the skip signal is set to the first level (for example, SKP is set to the low level when "V CMP > V TSKP "), and when the error voltage is on the second-direction side of the skip determination voltage, the skip signal is set. The skip signal is set to the second level (for example, SKP is set to a high level when "V CMP <V TSKP "), and the control unit performs the PWM when the skip signal is maintained at the first level (for example, low level). The control may be executed, and when the skip signal changes from the first level to the second level (for example, high level), the PWM control may be stopped and the control may be shifted to the light load control (configuration WB2 ).
これにより、負荷が或る程度重い場合などにはクロック信号に同期してスイッチング動作を行うPWM制御が実行され、軽負荷時には誤差電圧及びスキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じてスイッチング動作を行う軽負荷制御が実行されることとなる。仮に、スキップ判定電圧が常時所定電圧(構成WB2において最終的にスキップ判定電圧が固定されるべき電圧であって、図23ではタイミングtD2以降のVTSKPに対応)にて固定されていると、スイッチング電源用回路の起動直後においてスキップ信号が第2レベルとなってPWM制御が停止され、理想的なソフトスタート動作が阻害されることが懸念される。上記構成WB2により、このような懸念が解消される。 As a result, when the load is heavy to some extent, PWM control is executed in which the switching operation is performed in synchronization with the clock signal, and when the load is light, the switching operation is performed according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage. The light load control to be performed will be executed. If, (a final voltage should skip decision voltage is fixed in the structure W B2, corresponding to the V TSKP after timing t D2 in FIG. 23) skip decision voltage is constantly predetermined voltage when being fixed at Immediately after the switching power supply circuit is started, the skip signal becomes the second level and the PWM control is stopped, which may hinder the ideal soft start operation. The configuration WB2 eliminates such concerns.
上記構成WB2に係るスイッチング電源用回路において、例えば、前記スロープ電圧は、前記出力トランジスタに流れる電流の増加に伴って前記第1方向(例えば上昇方向)に向けて変化し、前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、前記軽負荷制御では(図12参照)、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向(例えば上昇方向)に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベル(例えばハイレベル)から前記第1レベル(例えばローレベル)へ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする構成(構成WB3)としても良い。 In the switching power supply circuit according to the configuration WB2 , for example, the slope voltage changes in the first direction (for example, an ascending direction) as the current flowing through the output transistor increases, and the error amplifier causes the error amplifier. The error voltage is configured to change in the first direction as the output voltage decreases, and in the PWM control, after the output transistor is turned on in synchronization with the clock signal, the error voltage and the error voltage are described. The output transistor is turned off based on the comparison result with the slope voltage, and in the light load control (see FIG. 12), the error voltage changes in the first direction (for example, the ascending direction) as the output voltage decreases. As a result, when the skip signal transitions from the second level (for example, high level) to the first level (for example, low level), the output transistor is turned on in response to the transition, and then the error voltage and the slope are used. The output transistor may be turned off based on the result of comparison with the voltage (configuration WB3 ).
仮に、スキップ判定電圧が常時所定電圧(構成WB2において最終的にスキップ判定電圧が固定されるべき電圧であって、図23ではタイミングtD2以降のVTSKPに対応)にて固定されていると、スイッチング電源用回路の起動直後においてスキップ信号が第2レベルとなってPWM制御が停止され、理想的なソフトスタート動作が阻害されることが懸念される。上記構成WB3により、このような懸念が解消される。 If, (a final voltage should skip decision voltage is fixed in the structure W B2, corresponding to the V TSKP after timing t D2 in FIG. 23) skip decision voltage is constantly predetermined voltage when being fixed at Immediately after the switching power supply circuit is started, the skip signal becomes the second level and the PWM control is stopped, which may hinder the ideal soft start operation. The configuration WB3 eliminates such concerns.
スキップ信号における第1レベル、第2レベルは、図1のスイッチング電源装置AAでは、夫々、ローレベル、ハイレベルであるが、第1、第2レベルが、夫々、ハイレベル、ローレベルとなるようにスイッチング電源装置AAを変形しても構わない。即ち、構成WA1〜WA3及びWB1〜WB3に係るスイッチング電源用回路を含む本発明に係るスイッチング電源用回路において、第1レベル及び第2レベルの内、何れが高い電位を有していても構わない。スキップ信号が第1レベル、第2レベルであるとは、厳密には、スキップ信号のレベルが第1レベル、第2レベルであることを意味する(他の信号についても同様)。第1レベルのスキップ信号は第1論理値を有するスキップ信号であって且つ第2レベルのスキップ信号は第1論理値とは異なる第2論理値を有するスキップ信号である、と考えることもできる(他の信号についても同様)。また、上述の第1方向、第2方向は、図1のスイッチング電源装置AAでは、夫々、上昇方向、低下方向であるが、第1方向、第2方向が、夫々、低下方向、上昇方向となるようにスイッチング電源装置AAを変形しても構わない。即ち、構成WA1〜WA3及びWB1〜WB3に係るスイッチング電源用回路を含む本発明に係るスイッチング電源用回路において、第1方向が上昇方向且つ第2方向が低下方向であっても良いし、第1方向が低下方向且つ第2方向が上昇方向であっても良い。 In the switching power supply AA of FIG. 1, the first level and the second level in the skip signal are low level and high level, respectively, but the first and second levels are high level and low level, respectively. The switching power supply device AA may be modified. That is, in a switching power supply circuit according to the present invention including a switching power supply circuit according to the configuration W A1 to W-A3 and W B1 to W-B3, of the first level and a second level, one can have a higher potential It doesn't matter. Strictly speaking, the fact that the skip signal is the first level and the second level means that the level of the skip signal is the first level and the second level (the same applies to other signals). It can also be considered that the first level skip signal is a skip signal having a first logical value, and the second level skip signal is a skip signal having a second logical value different from the first logical value (). The same applies to other signals). Further, in the switching power supply device AA of FIG. 1, the above-mentioned first direction and the second direction are the ascending direction and the descending direction, respectively, but the first direction and the second direction are the descending direction and the ascending direction, respectively. The switching power supply device AA may be modified so as to be. That is, in a switching power supply circuit according to the present invention including a switching power supply circuit according to the configuration W A1 to W-A3 and W B1 to W-B3, the first direction is the increasing direction and the second direction may be a reduction direction However, the first direction may be the downward direction and the second direction may be the upward direction.
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。 The embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims. The above embodiments are merely examples of the embodiments of the present invention, and the meanings of the terms of the present invention and the constituent requirements are not limited to those described in the above embodiments. The specific numerical values shown in the above description are merely examples, and as a matter of course, they can be changed to various numerical values.
AA スイッチング電源装置
1 電源IC
10 制御部
11 エラーアンプ
15 スロープ電圧生成部
16 メインコンパレータ
17 セット信号生成部
18 制御信号生成部
21 スキップコンパレータ
22 ワンショットパルス生成部
23 スキップ判定電圧生成部
51 ソフトスタート電圧生成部
M1 出力トランジスタ
M2 同期整流トランジスタ
VIN 入力電圧
VOUT 出力電圧
VFB 帰還電圧
AA switching
10
Claims (12)
前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧との差分に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプ、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記誤差電圧とスキップ判定電圧との比較結果に基づくスキップ信号を生成するスキップコンパレータ、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、
前記スキップ判定電圧生成部は、前記入力電圧又は前記出力トランジスタのデューティに応じて前記スキップ判定電圧を可変とする
ことを特徴とするスイッチング電源用回路。 In a switching power supply circuit that generates an output voltage from an input voltage by the switching operation of an output transistor.
It has an error amplifier that generates an error voltage according to the difference between the feedback voltage corresponding to the output voltage and the reference voltage, and a slope voltage generator that generates a slope voltage corresponding to the current flowing through the output transistor. A control unit capable of executing PWM control for performing the switching operation in synchronization with a clock signal based on the error voltage and the slope voltage is provided.
The control unit further includes a skip comparator that generates a skip signal based on a comparison result between the error voltage and the skip determination voltage, and a skip determination voltage generation unit that generates the skip determination voltage. The light load control that performs the switching operation according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage can be switched and executed based on the skip signal.
The skip determination voltage generation unit is a switching power supply circuit characterized in that the skip determination voltage is variable according to the input voltage or the duty of the output transistor.
前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベルとし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベルとし、
前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベルに維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源用回路。 In the PWM control, the error voltage changes in the first direction as the current of the load receiving the output voltage becomes larger, and the error voltage becomes smaller in the first direction as the current of the load becomes smaller. It changes in the opposite direction to the second direction,
The skip comparator sets the skip signal as the first level when the error voltage is on the first direction side of the skip determination voltage, and when the error voltage is on the second direction side of the skip determination voltage. The skip signal is set as the second level.
The control unit executes the PWM control when the skip signal is maintained at the first level, and stops the PWM control when the skip signal changes from the first level to the second level. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the circuit shifts to light load control.
前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、
前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、
前記軽負荷制御では、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベルから前記第1レベルへ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源用回路。 The slope voltage changes in the first direction as the current flowing through the output transistor increases.
The error amplifier is configured such that the error voltage changes in the first direction as the output voltage decreases.
In the PWM control, after turning on the output transistor in synchronization with the clock signal, the output transistor is turned off based on the result of comparison between the error voltage and the slope voltage.
In the light load control, when the skip signal transitions from the second level to the first level by changing the error voltage in the first direction as the output voltage decreases, the skip signal responds to the transition. The switching power supply circuit according to claim 2, wherein the output transistor is turned on, and then the output transistor is turned off based on a comparison result between the error voltage and the slope voltage.
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のスイッチング電源用回路。 The switching according to claim 2 or 3, wherein the skip determination voltage generation unit changes the skip determination voltage in the first direction as the input voltage decreases or the duty of the output transistor increases. Power supply circuit.
前記ソフトスタート電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記基準電圧を跨いで前記ソフトスタート電圧を前記第1方向へと徐々に変化させ、
前記エラーアンプは、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第1方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記基準電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第2方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記ソフトスタート電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、
前記スキップ判定電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させ、その後、前記入力電圧に応じた電圧又は前記出力トランジスタのデューティに応じた電圧を前記スキップ判定電圧に設定する
ことを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載のスイッチング電源用回路。 The control unit further includes a soft start voltage generation unit that generates a soft start voltage.
At the time of starting the switching power supply circuit, the soft start voltage generation unit gradually changes the soft start voltage in the first direction across the reference voltage.
When the soft start voltage is on the first direction side of the reference voltage, the error amplifier generates the error voltage according to the difference between the feedback voltage and the reference voltage, and the soft start voltage is the soft start voltage. When it is on the second direction side of the reference voltage, the error voltage is generated according to the difference between the feedback voltage and the soft start voltage.
The skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction when the switching power supply circuit is started, and then the voltage corresponding to the input voltage or the duty of the output transistor. The switching power supply circuit according to any one of claims 2 to 4, wherein a voltage corresponding to the above is set to the skip determination voltage.
ことを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源用回路。 The switching power supply circuit according to claim 5, wherein the skip determination voltage generation unit uses the soft start voltage to gradually change the skip determination voltage toward the first direction.
ことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のスイッチング電源用回路。 The invention according to any one of claims 1 to 6, wherein when an inductor is connected in series to the output transistor and the output transistor is in the ON state, a current based on the input voltage flows through the output transistor and the inductor. Circuit for switching power supply.
前記出力電圧に応じた帰還電圧と基準電圧との差分に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプ、及び、前記出力トランジスタに流れる電流に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部を有して、前記誤差電圧及び前記スロープ電圧に基づきクロック信号に同期して前記スイッチング動作を行うPWM制御を実行可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記誤差電圧とスキップ判定電圧との比較結果に基づくスキップ信号を生成するスキップコンパレータ、及び、前記スキップ判定電圧を生成するスキップ判定電圧生成部を更に有して、前記PWM制御又は前記誤差電圧及び前記スキップ判定電圧間の高低関係の変化に応じて前記スイッチング動作を行う軽負荷制御を、前記スキップ信号に基づき切り替え実行可能であり、
前記制御部は、ソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部を更に有し、
前記ソフトスタート電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記基準電圧を跨いで前記ソフトスタート電圧を第1方向へと徐々に変化させ、
前記エラーアンプは、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも前記第1方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記基準電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、前記ソフトスタート電圧が前記基準電圧よりも第2方向側にあるときには、前記帰還電圧と前記ソフトスタート電圧との差分に応じて前記誤差電圧を生成し、
前記第1方向及び前記第2方向は互いに逆であり、
前記スキップ判定電圧生成部は、当該スイッチング電源用回路の起動時において、前記スキップ判定電圧を徐々に前記第1方向に向けて変化させる
ことを特徴とするスイッチング電源用回路。 In a switching power supply circuit that generates an output voltage from an input voltage by the switching operation of an output transistor.
It has an error amplifier that generates an error voltage according to the difference between the feedback voltage corresponding to the output voltage and the reference voltage, and a slope voltage generator that generates a slope voltage corresponding to the current flowing through the output transistor. A control unit capable of executing PWM control for performing the switching operation in synchronization with a clock signal based on the error voltage and the slope voltage is provided.
The control unit further includes a skip comparator that generates a skip signal based on a comparison result between the error voltage and the skip determination voltage, and a skip determination voltage generation unit that generates the skip determination voltage. The light load control that performs the switching operation according to the change in the height relationship between the error voltage and the skip determination voltage can be switched and executed based on the skip signal.
The control unit further includes a soft start voltage generation unit that generates a soft start voltage.
When the switching power supply circuit is started, the soft start voltage generator gradually changes the soft start voltage in the first direction across the reference voltage.
When the soft start voltage is on the first direction side of the reference voltage, the error amplifier generates the error voltage according to the difference between the feedback voltage and the reference voltage, and the soft start voltage is the soft start voltage. When it is on the second direction side of the reference voltage, the error voltage is generated according to the difference between the feedback voltage and the soft start voltage.
The first direction and the second direction are opposite to each other.
The skip determination voltage generation unit is a switching power supply circuit characterized in that the skip determination voltage is gradually changed toward the first direction when the switching power supply circuit is started.
前記スキップコンパレータは、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第1方向側にあるとき前記スキップ信号を第1レベルとし、前記誤差電圧が前記スキップ判定電圧よりも前記第2方向側にあるとき前記スキップ信号を第2レベルとし、
前記制御部は、前記スキップ信号が前記第1レベルに維持されているとき前記PWM制御を実行し、前記スキップ信号が前記第1レベルから前記第2レベルに変化すると前記PWM制御を停止して前記軽負荷制御に移行する
ことを特徴とする請求項8に記載のスイッチング電源用回路。 In the PWM control, the error voltage changes in the first direction as the current of the load receiving the output voltage becomes larger, and the error voltage becomes the second as the current of the load becomes smaller. Changing in the direction,
The skip comparator sets the skip signal as the first level when the error voltage is on the first direction side of the skip determination voltage, and when the error voltage is on the second direction side of the skip determination voltage. The skip signal is set as the second level.
The control unit executes the PWM control when the skip signal is maintained at the first level, and stops the PWM control when the skip signal changes from the first level to the second level. The switching power supply circuit according to claim 8, further comprising shifting to light load control.
前記エラーアンプは、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化するよう構成されており、
前記PWM制御では、前記クロック信号に同期して前記出力トランジスタをターンオンした後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフし、
前記軽負荷制御では、前記出力電圧の低下に伴って前記誤差電圧が前記第1方向に変化することで前記スキップ信号が前記第2レベルから前記第1レベルへ遷移すると、その遷移に応答して前記出力トランジスタをターンオンし、その後、前記誤差電圧と前記スロープ電圧との比較結果に基づき前記出力トランジスタをターンオフする
ことを特徴とする請求項9に記載のスイッチング電源用回路。 The slope voltage changes in the first direction as the current flowing through the output transistor increases.
The error amplifier is configured such that the error voltage changes in the first direction as the output voltage decreases.
In the PWM control, after turning on the output transistor in synchronization with the clock signal, the output transistor is turned off based on the result of comparison between the error voltage and the slope voltage.
In the light load control, when the skip signal transitions from the second level to the first level by changing the error voltage in the first direction as the output voltage decreases, the skip signal responds to the transition. The switching power supply circuit according to claim 9, wherein the output transistor is turned on, and then the output transistor is turned off based on a comparison result between the error voltage and the slope voltage.
ことを特徴とする請求項8〜10の何れかに記載のスイッチング電源用回路。 The switching power supply according to any one of claims 8 to 10, wherein the skip determination voltage generation unit gradually changes the skip determination voltage toward the first direction by using the soft start voltage. circuit.
ことを特徴とする請求項8〜11の何れかに記載のスイッチング電源用回路。 8. Circuit for switching power supply.
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