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JP2025010712A - Power supply control device, switching power supply - Google Patents

Power supply control device, switching power supply Download PDF

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JP2025010712A
JP2025010712A JP2023112849A JP2023112849A JP2025010712A JP 2025010712 A JP2025010712 A JP 2025010712A JP 2023112849 A JP2023112849 A JP 2023112849A JP 2023112849 A JP2023112849 A JP 2023112849A JP 2025010712 A JP2025010712 A JP 2025010712A
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JP
Japan
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voltage
time
power supply
output stage
output
Prior art date
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Application number
JP2023112849A
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Japanese (ja)
Inventor
健一 岡島
Kenichi Okajima
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To switch a control state in accordance with a load with high accuracy.SOLUTION: A power supply control device controls an output stage of a switching power supply for generating an output voltage from an input voltage. The power supply control device comprises: a first ON-time setting circuit that is constructed so as to set a first ON-time in accordance with a difference between a feedback voltage and a predetermined reference voltage in accordance with the output voltage; a second ON-time setting circuit that is constructed so as to set a second ON-time in accordance with an output duty of the output stage; a control driving circuit that is constructed so as to drive the output stage in a predetermined switching frequency by using longer one of the first ON-time and second ON-time as an ON-time of the output stage; and a zero cross detection circuit that detects a zero cross of an inductor current flowing in the output stage. The second ON-time setting circuit adjusts the second ON-time in accordance with a detection result of the zero cross detection circuit.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本開示は、電源制御装置、及び、これを用いるスイッチング電源に関する。 This disclosure relates to a power supply control device and a switching power supply using the same.

従来、負荷の重さに応じてスイッチング電源の出力段を連続駆動するか間欠駆動するかを切り替えるように構成された電源制御装置が提案されている。 Conventionally, a power supply control device has been proposed that is configured to switch between continuous and intermittent operation of the output stage of a switching power supply depending on the weight of the load.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 An example of related prior art is Patent Document 1.

特開2021-045046号公報JP 2021-045046 A

[概要]
しかしながら、従来の電源制御装置では、駆動切替制御について検討の余地があった。
[overview]
However, in the conventional power supply control device, there is room for improvement in terms of drive switching control.

例えば、本開示に係る電源制御装置は、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の出力段を制御するように構成されるものであって、前記出力電圧に応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じて第1オン時間を設定するように構成される第1オン時間設定回路と、前記出力段の出力デューティに応じて第2オン時間を設定するように構成される第2オン時間設定回路と、前記第1オン時間及び前記第2オン時間の長い方を前記出力段のオン時間として所定のスイッチング周波数で前記出力段を駆動するように構成される制御駆動回路と、前記出力段に流れるインダクタ電流のゼロクロスを検出するように構成されるゼロクロス検出回路と、を備え、前記第2オン時間設定回路は、前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて前記第2オン時間を調整する。 For example, the power supply control device according to the present disclosure is configured to control the output stage of a switching power supply that generates an output voltage from an input voltage, and includes a first on-time setting circuit configured to set a first on-time according to the difference between a feedback voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage, a second on-time setting circuit configured to set a second on-time according to the output duty of the output stage, a control drive circuit configured to drive the output stage at a predetermined switching frequency with the longer of the first on-time and the second on-time as the on-time of the output stage, and a zero-cross detection circuit configured to detect zero-crossing of an inductor current flowing through the output stage, and the second on-time setting circuit adjusts the second on-time according to the detection result of the zero-cross detection circuit.

図1は、スイッチング電源の第1実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a switching power supply. 図2は、第1実施形態での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) in the first embodiment. 図3は、間欠駆動の制御フローを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a control flow of the intermittent drive. 図4は、第1実施形態での軽負荷制御波形(連続)を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a light load control waveform (continuous) in the first embodiment. 図5は、第1実施形態での重負荷制御波形(連続)を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a heavy load control waveform (continuous) in the first embodiment. 図6は、第1条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the first condition. 図7は、第1条件下での制御切替負荷波形を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a control switching load waveform under the first condition. 図8は、第2条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the second condition. 図9は、第2条件下での制御切替負荷波形を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a control switching load waveform under the second condition. 図10は、第3条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the third condition. 図11は、第4条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the fourth condition. 図12は、スイッチング電源の第2実施形態を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a second embodiment of the switching power supply. 図13は、参照電圧生成回路の一構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the reference voltage generating circuit. 図14は、第2実施形態での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) in the second embodiment. 図15は、第2実施形態での制御切替負荷波形を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a control switching load waveform in the second embodiment. 図16は、第2オン時間設定回路の変形例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a modified example of the second on-time setting circuit.

[詳細な説明]
<スイッチング電源(第1実施形態)>
図1は、スイッチング電源の第1実施形態(=後出の第2実施形態と対比される比較例に相当)を示す図である。本実施形態のスイッチング電源Aは、入力電圧Viから所望の出力電圧Voを生成して不図示の負荷に供給する。本図に即して述べると、スイッチング電源Aは、電源制御装置1と、出力段2と、を備える。
Detailed Description
<Switching power supply (first embodiment)>
1 is a diagram showing a first embodiment of a switching power supply (corresponding to a comparative example to be compared with a second embodiment described later). A switching power supply A of this embodiment generates a desired output voltage Vo from an input voltage Vi and supplies the output voltage Vo to a load (not shown). With reference to this figure, the switching power supply A includes a power supply control device 1 and an output stage 2.

電源制御装置1は、スイッチング電源Aの制御主体として出力段2を制御する半導体装置(いわゆる電源制御IC[integrated circuit])である。 The power supply control device 1 is a semiconductor device (a so-called power supply control IC [integrated circuit]) that controls the output stage 2 as the main controller of the switching power supply A.

出力段2は、電源制御装置1により制御される。出力段2は、入力電圧Viから矩形波状のスイッチ電圧SWを生成する。出力段2は、スイッチ電圧SWを整流及び平滑して出力電圧Voを生成する。 The output stage 2 is controlled by the power supply control device 1. The output stage 2 generates a square-wave switch voltage SW from the input voltage Vi. The output stage 2 rectifies and smoothes the switch voltage SW to generate the output voltage Vo.

出力段2は、電源制御装置1に集積化又は外付けされる複数の素子により形成される。本図に即して述べると、出力段2は、出力トランジスタM1(例えばPMOSFET[P-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、同期整流トランジスタM2(例えばNMOSFET[N-channel type MOSFET])と、キャパシタC1と、インダクタL1と、抵抗R1及びR2と、を含む。 The output stage 2 is formed by a plurality of elements that are integrated into or externally attached to the power supply control device 1. In accordance with this diagram, the output stage 2 includes an output transistor M1 (e.g., a PMOSFET [P-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor]), a synchronous rectification transistor M2 (e.g., an NMOSFET [N-channel type MOSFET]), a capacitor C1, an inductor L1, and resistors R1 and R2.

インダクタL1の第1端は、スイッチ電圧SWの印加端に接続される。インダクタL1の第2端と、キャパシタC1及び抵抗R1それぞれの第1端は、いずれも出力電圧Voの印加端に接続される。抵抗R1の第2端と抵抗R2の第1端は、いずれも帰還電圧FBの印加端に接続される。キャパシタC1及び抵抗R2それぞれの第2端は、いずれも接地端(=接地電圧GNDの印加端)に接続される。 The first end of the inductor L1 is connected to the application end of the switch voltage SW. The second end of the inductor L1 and the first ends of the capacitor C1 and resistor R1 are all connected to the application end of the output voltage Vo. The second end of the resistor R1 and the first end of the resistor R2 are all connected to the application end of the feedback voltage FB. The second ends of the capacitor C1 and resistor R2 are all connected to the ground end (= the application end of the ground voltage GND).

出力トランジスタM1は、出力段2の上側スイッチに相当する。出力トランジスタM1のソースは、入力電圧Viの印加端に接続される。出力トランジスタM1のドレインは、スイッチ電圧SWの印加端に接続される。出力トランジスタM1のゲートは、上側ゲート信号HGの印加端に接続される。出力トランジスタM1は、上側ゲート信号HGがローレベルであるときにオン状態となり、上側ゲート信号HGがハイレベルであるときにオフ状態となる。 The output transistor M1 corresponds to the upper switch of the output stage 2. The source of the output transistor M1 is connected to the application terminal of the input voltage Vi. The drain of the output transistor M1 is connected to the application terminal of the switch voltage SW. The gate of the output transistor M1 is connected to the application terminal of the upper gate signal HG. The output transistor M1 is in the on state when the upper gate signal HG is at a low level, and in the off state when the upper gate signal HG is at a high level.

同期整流トランジスタM2は、出力段2の下側スイッチに相当する。同期整流トランジスタM2のソースは、接地端に接続される。同期整流トランジスタM2のドレインは、スイッチ電圧SWの印加端に接続される。同期整流トランジスタM2のゲートは、下側ゲート信号LGの印加端に接続される。同期整流トランジスタM2は、下側ゲート信号LGがハイレベルであるときにオン状態となり、下側ゲート信号LGがローレベルであるときにオフ状態となる。 The synchronous rectifier transistor M2 corresponds to the lower switch of the output stage 2. The source of the synchronous rectifier transistor M2 is connected to the ground terminal. The drain of the synchronous rectifier transistor M2 is connected to the application terminal of the switch voltage SW. The gate of the synchronous rectifier transistor M2 is connected to the application terminal of the lower gate signal LG. The synchronous rectifier transistor M2 is in the ON state when the lower gate signal LG is at a high level, and in the OFF state when the lower gate signal LG is at a low level.

出力トランジスタM1と同期整流トランジスタM2は、上側ゲート信号HGと下側ゲート信号LGに応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、インダクタL1の第1端には、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧SWが生成される。上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタM1と同期整流トランジスタM2のオン/オフ状態が完全に逆転している場合のほか、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。 The output transistor M1 and the synchronous rectifier transistor M2 are turned on/off in a complementary manner in response to the upper gate signal HG and the lower gate signal LG. This on/off operation generates a square-wave switch voltage SW at the first end of the inductor L1, which is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND. The term "complementary" above includes cases where the on/off states of the output transistor M1 and the synchronous rectifier transistor M2 are completely reversed, as well as cases where a period during which both transistors are simultaneously off (dead time) is provided.

このように、出力段2は、同期整流方式の降圧型であってもよい。ただし、出力段2の整流方式としては、上記の同期整流方式に限らず、下側スイッチとして整流ダイオードを用いたダイオード整流方式が採用されてもよい。なお、同期整流方式が採用される場合には、同期整流トランジスタM2に流れるインダクタ電流ILの電流情報として、同期整流トランジスタM2のドレイン・ソース間電圧(=Ron(M2)×IL、ただし、Ron(M2)は同期整流トランジスタM2のオン抵抗)が利用され得る。一方、ダイオード整流方式が採用される場合には、電流情報を検出する手段が別途必要となる。また、出力トランジスタM1は、NMOSFETに置換されてもよい。ただし、その場合には、上側ゲート信号HGのハイレベルを入力電圧Viよりも高い電圧レベルまで引き上げるための回路(ブートストラップ回路又はチャージポンプ回路など)が必要となる。 In this way, the output stage 2 may be a step-down type with a synchronous rectification method. However, the rectification method of the output stage 2 is not limited to the above synchronous rectification method, and a diode rectification method using a rectifier diode as a lower switch may be adopted. When the synchronous rectification method is adopted, the drain-source voltage of the synchronous rectification transistor M2 (=Ron(M2)×IL, where Ron(M2) is the on-resistance of the synchronous rectification transistor M2) may be used as the current information of the inductor current IL flowing through the synchronous rectification transistor M2. On the other hand, when the diode rectification method is adopted, a means for detecting the current information is separately required. Also, the output transistor M1 may be replaced with an NMOSFET. However, in that case, a circuit (such as a bootstrap circuit or a charge pump circuit) for raising the high level of the upper gate signal HG to a voltage level higher than the input voltage Vi is required.

特に、入力電圧Viとして高電圧が印加される場合には、出力トランジスタM1及び同期整流トランジスタM2として、それぞれ、パワーMOSFET、IGBT[insulated gate bipolar transistor]、及び、SiCトランジスタなどの高耐圧素子が用いられるとよい。また、出力トランジスタM1及び同期整流トランジスタM2として、それぞれ、GaNデバイスが用いられてもよい。 In particular, when a high voltage is applied as the input voltage Vi, it is preferable to use high-voltage elements such as a power MOSFET, an IGBT [insulated gate bipolar transistor], and a SiC transistor as the output transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2, respectively. Also, GaN devices may be used as the output transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2, respectively.

<電源制御装置>
引き続き、図1を参照しながら、電源制御装置1の構成及び動作について説明される。電源制御装置1は、第1オン時間設定回路10と、第2オン時間設定回路20と、オシレータ30と、ORゲート40と、制御駆動回路50と、ゼロクロス検出回路60と、帰還電圧検出回路70と、を備える。
<Power supply control device>
Continuing with reference to Fig. 1, the configuration and operation of the power supply control device 1 will be described. The power supply control device 1 includes a first on-time setting circuit 10, a second on-time setting circuit 20, an oscillator 30, an OR gate 40, a control drive circuit 50, a zero-cross detection circuit 60, and a feedback voltage detection circuit 70.

第1オン時間設定回路10は、出力電圧Voに応じた帰還電圧FBと所定の基準電圧VREFとの差分に応じて第1オン時間Ton1を設定する。なお、第1オン時間Ton1は、重負荷制御状態(連続駆動時)における出力トランジスタM1のオン時間Tonに相当する。この点については後ほど詳述される。 The first on-time setting circuit 10 sets the first on-time Ton1 according to the difference between the feedback voltage FB, which corresponds to the output voltage Vo, and a predetermined reference voltage VREF. The first on-time Ton1 corresponds to the on-time Ton of the output transistor M1 in a heavy load control state (during continuous driving). This will be described in detail later.

本図に即して述べると、第1オン時間設定回路10は、誤差電圧生成回路11と、第1ランプ電圧生成回路12と、加算回路13と、コンパレータ14と、を含む。 With reference to this diagram, the first on-time setting circuit 10 includes an error voltage generating circuit 11, a first ramp voltage generating circuit 12, an adder circuit 13, and a comparator 14.

誤差電圧生成回路11は、反転入力端(-)に印加される帰還電圧FBと、非反転入力端(+)に印加される基準電圧VREFとの差分に応じて誤差電圧AMPOUTを生成するエラーアンプであってもよい。誤差電圧AMPOUTは、出力電圧Voに応じた電圧帰還情報に相当する。例えば、誤差電圧AMPOUTは、帰還電圧FBが基準電圧VREFよりも低いときに上昇する。一方、誤差電圧AMPOUTは、帰還電圧FBが基準電圧VREFよりも高いときに低下する。誤差電圧生成回路11として用いられるエラーアンプは、位相補償キャパシタ(不図示)の充放電電流を生成する電流出力型アンプでもよい。 The error voltage generating circuit 11 may be an error amplifier that generates an error voltage AMPOUT according to the difference between a feedback voltage FB applied to the inverting input terminal (-) and a reference voltage VREF applied to the non-inverting input terminal (+). The error voltage AMPOUT corresponds to voltage feedback information according to the output voltage Vo. For example, the error voltage AMPOUT rises when the feedback voltage FB is lower than the reference voltage VREF. On the other hand, the error voltage AMPOUT falls when the feedback voltage FB is higher than the reference voltage VREF. The error amplifier used as the error voltage generating circuit 11 may be a current output type amplifier that generates a charge/discharge current for a phase compensation capacitor (not shown).

帰還電圧FBは、例えば、出力電圧Voの分圧電圧であってもよい。出力電圧Voが誤差電圧生成回路11の入力ダイナミックレンジ内に収まっている場合には、出力電圧Voが帰還電圧FBとして誤差電圧生成回路11に直接入力されてもよい。また、基準電圧VREFは、例えば、温度特性が比較的フラットなバンドギャップ電圧であってもよい。 The feedback voltage FB may be, for example, a divided voltage of the output voltage Vo. When the output voltage Vo is within the input dynamic range of the error voltage generating circuit 11, the output voltage Vo may be directly input to the error voltage generating circuit 11 as the feedback voltage FB. The reference voltage VREF may be, for example, a bandgap voltage with a relatively flat temperature characteristic.

第1ランプ電圧生成回路12は、出力トランジスタM1のオン時間Tonに上昇する第1ランプ電圧VRAMPPWMを生成する。本図に即して述べると、第1ランプ電圧生成回路12は、電流源121と、キャパシタ122と、トランジスタ123(例えばNMOSFET)と、を含む。電流源121は、キャパシタ122の充電電流を生成する。キャパシタ122の充電電圧(=両端間電圧)は、第1ランプ電圧VRAMPPWMに相当する。トランジスタ123は、キャパシタ122の放電スイッチとして機能する。第1ランプ電圧VRAMPPWMは、例えば、出力トランジスタM1のオンタイミングでゼロ値から上昇を開始し、出力トランジスタM1のオフタイミングでゼロ値にリセットされる。 The first ramp voltage generating circuit 12 generates a first ramp voltage VRAMPPWM that rises during the on-time Ton of the output transistor M1. With reference to this figure, the first ramp voltage generating circuit 12 includes a current source 121, a capacitor 122, and a transistor 123 (e.g., an NMOSFET). The current source 121 generates a charging current for the capacitor 122. The charging voltage (= voltage between both ends) of the capacitor 122 corresponds to the first ramp voltage VRAMPPWM. The transistor 123 functions as a discharge switch for the capacitor 122. For example, the first ramp voltage VRAMPPWM starts to rise from a zero value when the output transistor M1 is turned on, and is reset to a zero value when the output transistor M1 is turned off.

加算回路13は、例えば、出力トランジスタM1のオン時間Tonに検出されるスイッチ電圧SW(=インダクタ電流ILに応じた電流帰還情報に相当)を誤差電圧AMPOUTに足し合わせる。なお、加算回路13は、出力トランジスタM1のオン時間Tonに検出されるスイッチ電圧SWを第1ランプ電圧VRAMPPWMから差し引いてもよい。また、インダクタ電流ILの検出手法は任意である。例えば、出力トランジスタM1に直列接続されたセンス抵抗の両端間電圧が検出されてもよい。或いは、出力トランジスタM1に並列接続された電流検出トランジスタのドレイン・ソース間電圧が検出されてもよい。 The adder circuit 13, for example, adds the switch voltage SW (corresponding to current feedback information according to the inductor current IL) detected during the on-time Ton of the output transistor M1 to the error voltage AMPOUT. The adder circuit 13 may also subtract the switch voltage SW detected during the on-time Ton of the output transistor M1 from the first ramp voltage VRAMPPWM. The inductor current IL may be detected by any method. For example, the voltage across a sense resistor connected in series to the output transistor M1 may be detected. Alternatively, the drain-source voltage of a current detection transistor connected in parallel to the output transistor M1 may be detected.

コンパレータ14は、非反転入力端(+)に入力される誤差電圧AMPOUT、より正確にはスイッチ電圧SWが足し合わされたオフセット済みの誤差電圧(AMPOUT+SW)と、反転入力端(-)に入力される第1ランプ電圧VRAMPPWMとを比較することにより、第1リセット信号XRSTPWMを生成する。 The comparator 14 generates the first reset signal XRSTPWM by comparing the error voltage AMPOUT input to the non-inverting input terminal (+), or more precisely, the offset error voltage (AMPOUT+SW) to which the switch voltage SW is added, with the first ramp voltage VRAMPPWM input to the inverting input terminal (-).

第1リセット信号XRSTPWMは、VRAMPPWM<AMPOUTであるときにハイレベルとなり、VRAMPPWM>AMPOUTであるときにローレベルとなる。従って、第1リセット信号XRSTPWMの立下りタイミングは、誤差電圧AMPOUTが高いほど遅くなり、誤差電圧AMPOUTが低いほど早くなる。 The first reset signal XRSTPWM is at a high level when VRAMPPWM<AMPOUT, and is at a low level when VRAMPPWM>AMPOUT. Therefore, the falling timing of the first reset signal XRSTPWM becomes slower the higher the error voltage AMPOUT is, and becomes earlier the lower the error voltage AMPOUT is.

第1オン時間設定回路10は、上記の比較処理により、誤差電圧AMPOUTと第1ランプ電圧VRAMPPWMとの交差タイミングを第1オン時間Ton1の終了タイミングとして設定する。 By the above comparison process, the first on-time setting circuit 10 sets the intersection timing of the error voltage AMPOUT and the first ramp voltage VRAMPPWM as the end timing of the first on-time Ton1.

第2オン時間設定回路20は、出力段2の出力デューティDonに応じて第2オン時間Ton2を設定する。出力デューティDonは、スイッチング周期Tswに占める出力トランジスタM1のオン時間Tonの比率(=Ton/Tsw)として定義される。なお、第2オン時間Ton2は、軽負荷制御状態(連続駆動時又は間欠駆動時)における出力トランジスタM1のオン時間Tonに相当する。この点については後ほど詳述される。 The second on-time setting circuit 20 sets the second on-time Ton2 according to the output duty Don of the output stage 2. The output duty Don is defined as the ratio of the on-time Ton of the output transistor M1 to the switching period Tsw (=Ton/Tsw). The second on-time Ton2 corresponds to the on-time Ton of the output transistor M1 in a light load control state (during continuous driving or intermittent driving). This point will be described in detail later.

本図に即して述べると、第2オン時間設定回路20は、参照電圧生成回路21と、第2ランプ電圧生成回路22と、コンパレータ23と、を含む。 With reference to this diagram, the second on-time setting circuit 20 includes a reference voltage generating circuit 21, a second ramp voltage generating circuit 22, and a comparator 23.

参照電圧生成回路21は、出力段2の出力デューティDonに応じた参照電圧VTONLLMを生成する。すなわち、参照電圧VTONLLMは、出力デューティDonが大きいほど高くなり、出力デューティDonが小さいほど低くなる。また、参照電圧VTONLLMには、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じたオフセットΔVofsが付与されてもよい。 The reference voltage generating circuit 21 generates a reference voltage VTONLLM according to the output duty Don of the output stage 2. That is, the reference voltage VTONLLM becomes higher as the output duty Don increases, and becomes lower as the output duty Don decreases. In addition, an offset ΔVofs according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL may be added to the reference voltage VTONLLM.

第2ランプ電圧生成回路22は、出力トランジスタM1のオン時間Tonに上昇する第2ランプ電圧VRAMPLLMを生成する。本図に即して述べると、第2ランプ電圧生成回路22は、電流源221と、キャパシタ222と、トランジスタ223(例えばNMOSFET)と、を含む。電流源221は、キャパシタ222の充電電流を生成する。キャパシタ222の充電電圧(=両端間電圧)は、第2ランプ電圧VRAMPLLMに相当する。トランジスタ223は、キャパシタ222の放電スイッチとして機能する。第2ランプ電圧VRAMPLLMは、例えば、出力トランジスタM1のオンタイミングでゼロ値から上昇を開始し、出力トランジスタM1のオフタイミングでゼロ値にリセットされる。 The second ramp voltage generating circuit 22 generates a second ramp voltage VRAMPLLM that rises during the on-time Ton of the output transistor M1. With reference to this figure, the second ramp voltage generating circuit 22 includes a current source 221, a capacitor 222, and a transistor 223 (e.g., an NMOSFET). The current source 221 generates a charging current for the capacitor 222. The charging voltage (= voltage between both ends) of the capacitor 222 corresponds to the second ramp voltage VRAMPLLM. The transistor 223 functions as a discharge switch for the capacitor 222. For example, the second ramp voltage VRAMPLLM starts to rise from a zero value when the output transistor M1 is turned on, and is reset to a zero value when the output transistor M1 is turned off.

コンパレータ23は、非反転入力端(+)に入力される参照電圧VTONLLMと、反転入力端(-)に入力される第2ランプ電圧VRAMPLLMとを比較することにより、第2リセット信号XRSTLLMを生成する。 The comparator 23 generates a second reset signal XRSTLLM by comparing the reference voltage VTONLLM input to the non-inverting input terminal (+) with the second ramp voltage VRAMPLLM input to the inverting input terminal (-).

第2リセット信号XRSTLLMは、VRAMPLLM<VTONLLMであるときにハイレベルとなり、VRAMPLLM>VTONLLMであるときにローレベルとなる。従って、第2リセット信号XRSTLLMの立下りタイミングは、参照電圧VTONLLMが高いほど遅くなり、参照電圧VTONLLMが低いほど早くなる。 The second reset signal XRSTLLM is at a high level when VRAMPLLM<VTONLLM, and is at a low level when VRAMPLLM>VTONLLM. Therefore, the falling timing of the second reset signal XRSTLLM becomes slower as the reference voltage VTONLLM is higher, and becomes earlier as the reference voltage VTONLLM is lower.

第2オン時間設定回路20は、上記の比較処理により、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミングを第2オン時間Ton2の終了タイミングとして設定する。 By the above comparison process, the second on-time setting circuit 20 sets the intersection timing of the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM as the end timing of the second on-time Ton2.

オシレータ30は、所定のスイッチング周波数Fsw(=1/Tsw)でパルス駆動されるセット信号SET(=オン信号に相当)を生成する。なお、セット信号SETのパルス生成タイミング(例えば立下りタイミング)は、先に説明された第1オン時間Ton1及び第2オン時間Ton2それぞれの開始タイミング、延いては、オン時間Tonの開始タイミングに相当する。 The oscillator 30 generates a set signal SET (corresponding to an on signal) that is pulse-driven at a predetermined switching frequency Fsw (=1/Tsw). The pulse generation timing (e.g., falling edge timing) of the set signal SET corresponds to the start timing of each of the first on time Ton1 and the second on time Ton2 described above, and further corresponds to the start timing of the on time Ton.

ORゲート40は、第1リセット信号XRSTPWMと第2リセット信号XRSTLLMとの論理和演算によりリセット信号XRST(=オフ信号に相当)を生成する。リセット信号XRSTは、第1リセット信号XRSTPWM及び第2リセット信号XRSTLLMの少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。また、リセット信号XRSTは、第1リセット信号XRSTPWM及び第2リセット信号XRSTLLMの双方がローレベルであるときにローレベルとなる。 The OR gate 40 generates a reset signal XRST (corresponding to an off signal) by performing a logical OR operation on the first reset signal XRSTPWM and the second reset signal XRSTLLM. The reset signal XRST becomes high level when at least one of the first reset signal XRSTPWM and the second reset signal XRSTLLM is at a high level. The reset signal XRST becomes low level when both the first reset signal XRSTPWM and the second reset signal XRSTLLM are at a low level.

制御駆動回路50は、セット信号SETとリセット信号XRSTに応じて上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGを生成する。例えば、制御駆動回路50は、セット信号SETの立下りタイミングで上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGをいずれもローレベルにセットする。その結果、出力トランジスタM1がオン状態となり、同期整流トランジスタM2がオフ状態となる。一方、制御駆動回路50は、リセット信号XRSTの立下りタイミングで上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGをいずれもハイレベルにリセットする。その結果、出力トランジスタM1がオフ状態となり、同期整流トランジスタM2がオン状態となる。 The control drive circuit 50 generates the upper gate signal HG and the lower gate signal LG in response to the set signal SET and the reset signal XRST. For example, the control drive circuit 50 sets both the upper gate signal HG and the lower gate signal LG to a low level at the falling edge of the set signal SET. As a result, the output transistor M1 is turned on and the synchronous rectification transistor M2 is turned off. On the other hand, the control drive circuit 50 resets both the upper gate signal HG and the lower gate signal LG to a high level at the falling edge of the reset signal XRST. As a result, the output transistor M1 is turned off and the synchronous rectification transistor M2 is turned on.

従って、出力トランジスタM1のオン時間Ton(=スイッチ電圧SWのハイレベル期間)は、リセット信号XRSTの立下りタイミングが遅いほど長くなり、逆に、リセット信号XRSTの立下りタイミングが早いほど短くなる。 Therefore, the on-time Ton of the output transistor M1 (= the high-level period of the switch voltage SW) becomes longer as the falling timing of the reset signal XRST becomes later, and conversely, becomes shorter as the falling timing of the reset signal XRST becomes earlier.

なお、先にも述べられているように、リセット信号XRSTは、第1リセット信号XRSTPWMと第2リセット信号XRSTLLMとの論理和信号である。従って、制御駆動回路50は、第1リセット信号XRSTPWMの立下りタイミングに応じて決定される第1オン時間Ton1と、第2リセット信号XRSTLLMの立下りタイミングに応じて決定される第2オン時間Ton2のうち、より長い方を出力段2のオン時間Tonとするように、所定のスイッチング周波数Fswで出力段2を駆動する。 As mentioned above, the reset signal XRST is a logical OR signal of the first reset signal XRSTPWM and the second reset signal XRSTLLM. Therefore, the control drive circuit 50 drives the output stage 2 at a predetermined switching frequency Fsw so that the on time Ton of the output stage 2 is the longer of the first on time Ton1 determined according to the falling timing of the first reset signal XRSTPWM and the second on time Ton2 determined according to the falling timing of the second reset signal XRSTLLM.

ゼロクロス検出回路60は、出力段2に流れるインダクタ電流ILのゼロクロスを検出してゼロクロス検出信号ZXを生成する。例えば、ゼロクロス検出回路60は、非反転入力端(+)に入力されるスイッチ電圧SWと、反転入力端(-)に入力される接地電圧GNDとを比較してゼロクロス検出信号ZXを生成するコンパレータであってもよい。この場合、ゼロクロス検出信号ZXは、スイッチ電圧SWが正(>GND)であるときにハイレベルとなり、スイッチ電圧SWが負(<GND)であるときにローレベルとなる。 The zero-cross detection circuit 60 detects the zero crossing of the inductor current IL flowing through the output stage 2 and generates the zero-cross detection signal ZX. For example, the zero-cross detection circuit 60 may be a comparator that compares the switch voltage SW input to the non-inverting input terminal (+) with the ground voltage GND input to the inverting input terminal (-) to generate the zero-cross detection signal ZX. In this case, the zero-cross detection signal ZX is at a high level when the switch voltage SW is positive (>GND) and at a low level when the switch voltage SW is negative (<GND).

すなわち、ゼロクロス検出信号ZXは、インダクタ電流ILが接地端から同期整流トランジスタM2を介してインダクタL1に向かう方向に流れているときにローレベル(=ゼロクロス未検出時の論理レベル)となる。一方、ゼロクロス検出信号ZXは、インダクタ電流ILがインダクタL1から同期整流トランジスタM2を介して接地端に向かう方向に流れているときにハイレベル(=ゼロクロス検出時の論理レベル)となる。 That is, the zero-cross detection signal ZX is at a low level (= the logic level when a zero cross is not detected) when the inductor current IL flows from the ground terminal through the synchronous rectification transistor M2 toward the inductor L1. On the other hand, the zero-cross detection signal ZX is at a high level (= the logic level when a zero cross is detected) when the inductor current IL flows from the inductor L1 toward the ground terminal through the synchronous rectification transistor M2.

帰還電圧検出回路70は、軽負荷制御状態における帰還電圧FBの上昇及び低下を検出する。例えば、帰還電圧検出回路70は、コンパレータ71とセレクタ72を含む。 The feedback voltage detection circuit 70 detects increases and decreases in the feedback voltage FB in a light load control state. For example, the feedback voltage detection circuit 70 includes a comparator 71 and a selector 72.

コンパレータ71は、例えば、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧FBと、反転入力端(-)に入力される閾値電圧LLMREFとを比較することにより、帰還電圧検出信号FBDETを生成する。 The comparator 71 generates a feedback voltage detection signal FBDET, for example, by comparing the feedback voltage FB input to the non-inverting input terminal (+) with the threshold voltage LLMREF input to the inverting input terminal (-).

セレクタ72は、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルであるときに下側閾値電圧LLMREFLを閾値電圧LLMREFとして選択する。一方、セレクタ72は、帰還電圧検出信号FBDETがローレベルであるときに上側閾値電圧LLMREFHを閾値電圧LLMREFとして選択する。 When the feedback voltage detection signal FBDET is at a high level, the selector 72 selects the lower threshold voltage LLMREFL as the threshold voltage LLMREF. On the other hand, when the feedback voltage detection signal FBDET is at a low level, the selector 72 selects the upper threshold voltage LLMREFH as the threshold voltage LLMREF.

従って、帰還電圧検出信号FBDETがローレベルであるときには、帰還電圧FBが上側閾値電圧LLMREFHを上回ると、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルに立ち上がる。一方、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルであるときには、帰還電圧FBが下側閾値電圧LLMREFLを下回ると、帰還電圧検出信号FBDDETがローレベルに立ち下がる。 Therefore, when the feedback voltage detection signal FBDET is at a low level, if the feedback voltage FB exceeds the upper threshold voltage LLMREFH, the feedback voltage detection signal FBDET rises to a high level. On the other hand, when the feedback voltage detection signal FBDET is at a high level, if the feedback voltage FB falls below the lower threshold voltage LLMREFL, the feedback voltage detection signal FBDDET falls to a low level.

なお、ゼロクロス検出信号ZX及び帰還電圧検出信号FBDETは、制御駆動回路50に入力されており、軽負荷制御状態での間欠駆動制御に用いられる(詳細は後述)。 The zero-cross detection signal ZX and the feedback voltage detection signal FBDET are input to the control drive circuit 50 and are used for intermittent drive control in a light load control state (details will be described later).

図2は、第1実施形態での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。本図では、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 Figure 2 is a diagram showing light load control waveforms (intermittent) in the first embodiment. From the top, the diagram shows the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, and control state signal PWMCTL.

なお、制御状態信号PWMCTLは、制御駆動回路50の内部信号として理解される。制御状態信号PWMCTLは、例えば、第1オン時間Ton1が第2オン時間Ton2よりも長いときにハイレベルとなる。一方、制御状態信号PWMCTLは、第2オン時間Ton2が第1オン時間Ton1よりも長いときにローレベルとなる。 The control state signal PWMCTL is understood to be an internal signal of the control drive circuit 50. For example, the control state signal PWMCTL is at a high level when the first on-time Ton1 is longer than the second on-time Ton2. On the other hand, the control state signal PWMCTL is at a low level when the second on-time Ton2 is longer than the first on-time Ton1.

すなわち、出力トランジスタM1のオン時間Tonが第1オン時間Ton1により決定される状態(重負荷制御状態)では、制御状態信号PWMCTLがハイレベルとなる。一方、出力トランジスタM1のオン時間Tonが第2オン時間Ton2により決定される状態(軽負荷制御状態)では、制御状態信号PWMCTLがローレベルとなる。 That is, in a state where the on-time Ton of the output transistor M1 is determined by the first on-time Ton1 (heavy load control state), the control state signal PWMCTL is at a high level. On the other hand, in a state where the on-time Ton of the output transistor M1 is determined by the second on-time Ton2 (light load control state), the control state signal PWMCTL is at a low level.

本図では、第2オン時間Ton2が第1オン時間Ton1よりも長い。従って、第2リセット信号XRSTLLMがリセット信号XRSTとして出力される。その結果、出力トランジスタM1のオン時間Tonが第2オン時間Ton2により決定される。 In this diagram, the second on-time Ton2 is longer than the first on-time Ton1. Therefore, the second reset signal XRSTLLM is output as the reset signal XRST. As a result, the on-time Ton of the output transistor M1 is determined by the second on-time Ton2.

すなわち、制御駆動回路50は、軽負荷制御状態(XRSTLLM=XRST、PWMCTL=L)となる。軽負荷制御状態では、ゼロクロス検出信号ZX及び帰還電圧検出信号FBDETに応じて出力段2の間欠駆動制御が実施される。 That is, the control drive circuit 50 is in a light load control state (XRSTLLM = XRST, PWMCTL = L). In the light load control state, intermittent drive control of the output stage 2 is performed in response to the zero cross detection signal ZX and the feedback voltage detection signal FBDET.

本図に即して述べると、制御駆動回路50は、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルに立ち上がってからゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がったときに、出力トランジスタM1をオフ状態としたまま、同期整流トランジスタM2もオフ状態とする。すなわち、制御駆動回路50は、帰還電圧FBが上側閾値電圧LLMREFHを上回ってからインダクタ電流ILのゼロクロスが検出されたときに、出力段2の駆動を停止する。 In accordance with this diagram, when the feedback voltage detection signal FBDET rises to a high level and then the zero-cross detection signal ZX rises to a high level, the control drive circuit 50 keeps the output transistor M1 in the off state and also turns off the synchronous rectification transistor M2. In other words, the control drive circuit 50 stops driving the output stage 2 when the feedback voltage FB exceeds the upper threshold voltage LLMREFH and then a zero crossing of the inductor current IL is detected.

なお、出力段2の駆動が停止された状態では、出力トランジスタM1及び同期整流トランジスタM2の双方がオフ状態とされる。その結果、スイッチ電圧SWは、出力電圧Voとほぼ同値となる。また、出力段2の駆動が停止された状態では、セット信号SETの生成動作も停止される。 When the drive of the output stage 2 is stopped, both the output transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 are turned off. As a result, the switch voltage SW is approximately equal to the output voltage Vo. When the drive of the output stage 2 is stopped, the generation of the set signal SET is also stopped.

一方、制御駆動回路50は、帰還電圧検出信号FBDETがローレベルに立ち上がったときにセット信号SETの生成動作を再開させて出力トランジスタM1を再びオン状態とする。すなわち、制御駆動回路50は、出力段2の駆動が停止されている状態で帰還電圧FBが下側閾値電圧LLMREFLを下回ったときに、出力段2の駆動を再開する。 On the other hand, when the feedback voltage detection signal FBDET rises to a low level, the control drive circuit 50 resumes the generation of the set signal SET and turns on the output transistor M1 again. In other words, the control drive circuit 50 resumes driving the output stage 2 when the feedback voltage FB falls below the lower threshold voltage LLMREFL while the driving of the output stage 2 is stopped.

上記一連の制御により、軽負荷制御状態では出力段2の間欠駆動が実施される。その結果、帰還電圧FBは、基準電圧VREFよりも高い電圧範囲で上昇及び低下を繰り返す。 By the above series of controls, intermittent driving of the output stage 2 is performed in the light load control state. As a result, the feedback voltage FB repeatedly rises and falls in a voltage range higher than the reference voltage VREF.

図3は、先述の軽負荷制御状態(XRSTLLM=XRST、PWMCTL=L)における間欠駆動の制御フローを示す図である。まず、ステップS1では、出力段2が駆動状態とされる。続くステップS2では、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルに立ち上げられたか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS3に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS1に戻されて出力段2が駆動状態に維持される。 Figure 3 is a diagram showing the control flow of intermittent drive in the light load control state (XRSTLLM = XRST, PWMCTL = L) described above. First, in step S1, the output stage 2 is put into a drive state. In the following step S2, it is determined whether the feedback voltage detection signal FBDET has been raised to a high level. If the determination is yes here, the flow proceeds to step S3. On the other hand, if the determination is no, the flow returns to step S1 and the output stage 2 is maintained in a drive state.

ステップS2でイエス判定が下された場合、ステップS3では、ゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上げられたか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS4に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS3に戻されて、ゼロクロス検出信号ZXの監視が継続される。 If the answer is yes in step S2, then in step S3 it is determined whether the zero-cross detection signal ZX has been raised to a high level. If the answer is yes, the flow proceeds to step S4. On the other hand, if the answer is no, the flow returns to step S3, and monitoring of the zero-cross detection signal ZX continues.

ステップS3でイエス判定が下された場合、ステップS4では、出力段2が停止状態とされる。続くステップS5では、帰還電圧検出信号FBDETがローレベルに立ち下げられたか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS1に戻されて出力段2の駆動が再開される。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS4に戻されて出力段2が停止状態に維持される。 If the answer is yes in step S3, the output stage 2 is stopped in step S4. In the following step S5, it is determined whether the feedback voltage detection signal FBDET has been lowered to a low level. If the answer is yes, the flow returns to step S1 and driving of the output stage 2 is resumed. On the other hand, if the answer is no, the flow returns to step S4 and the output stage 2 is maintained in a stopped state.

図4は、第1実施形態での軽負荷制御波形(連続)を示す図である。本図では、先出の図2と同様、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 Figure 4 is a diagram showing light load control waveforms (continuous) in the first embodiment. In this figure, similar to the above-mentioned Figure 2, from the top, the output voltage Vo, the feedback voltage FB, the switch voltage SW, the inductor current IL, the zero-cross detection signal ZX, the feedback voltage detection signal FBDET, the set signal SET, the second ramp voltage VRAMPLLM, the second reset signal XRSTLLM, the first ramp voltage VRAMPPWM, the first reset signal XRSTPWM, the reset signal XRST, and the control state signal PWMCTL are depicted.

本図でも、先出の図2と同様、第2オン時間Ton2が第1オン時間Ton1よりも長いので、軽負荷制御状態(PWMCTL=L、XRSTLLM=XRST)となる。ただし、本図では、出力電流Ioの増大に伴い、帰還電圧FBが上側閾値電圧LLMREFHを上回らなくなっている。従って、帰還電圧検出信号FBDETがハイレベルに立ち上がらないので、出力段2が駆動状態に維持される。すなわち、出力段2は、間欠駆動に移行せず連続的に駆動され続ける。この状態は、先出の図3において、ステップS2でノー判定が下されて、ステップS1とステップS2が何度もループされている状態に相当する。 In this diagram, as in FIG. 2, the second on-time Ton2 is longer than the first on-time Ton1, resulting in a light load control state (PWMCTL=L, XRSTLLM=XRST). However, in this diagram, as the output current Io increases, the feedback voltage FB does not exceed the upper threshold voltage LLMREFH. Therefore, the feedback voltage detection signal FBDET does not rise to a high level, and the output stage 2 is maintained in a driving state. In other words, the output stage 2 continues to be driven continuously without switching to intermittent driving. This state corresponds to the state in FIG. 3 where a NO decision is made in step S2 and steps S1 and S2 are looped over and over again.

図5は、第1実施形態での重負荷制御波形(連続)を示す図である。本図では、先出の図2及び図4と同様、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 Figure 5 is a diagram showing heavy load control waveforms (continuous) in the first embodiment. In this figure, similar to the above-mentioned Figures 2 and 4, from the top, the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero-cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, and control state signal PWMCTL are depicted.

本図では、軽負荷制御状態(連続)から重負荷制御状態(連続)への切り替わり条件について説明される。先にも述べられているように、第2オン時間Ton2を決定するための参照電圧VTONLLMには、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じたオフセットΔVofsが付与される。 This diagram explains the conditions for switching from the light load control state (continuous) to the heavy load control state (continuous). As described above, the reference voltage VTONLLM for determining the second on-time Ton2 is given an offset ΔVofs according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL.

具体的に述べると、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが正値(>0)であるときには、参照電圧VTONLLMに負のオフセットΔVofs(-)が付与される。一方、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが負値(<0)であるときには、参照電圧VTONLLMに正のオフセットΔVofs(+)が付与される。なお、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが0であるときには、参照電圧VTONLLMに付与されるオフセットΔVofsも0となる。 Specifically, when the bottom value IL_btm of the inductor current IL is a positive value (>0), a negative offset ΔVofs(-) is applied to the reference voltage VTONLLM. On the other hand, when the bottom value IL_btm of the inductor current IL is a negative value (<0), a positive offset ΔVofs(+) is applied to the reference voltage VTONLLM. Note that when the bottom value IL_btm of the inductor current IL is 0, the offset ΔVofs applied to the reference voltage VTONLLM is also 0.

本図で示されるように、出力電流Ioの増大に伴い、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが正値になると、負のオフセットΔVofs(-)だけ参照電圧VTONLLMが引き下げられる。従って、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミング、延いては、第2リセット信号XRSTLLMの立下りタイミングが早まる。その結果、第2オン時間Ton2が短縮される。 As shown in this figure, when the bottom value IL_btm of the inductor current IL becomes positive as the output current Io increases, the reference voltage VTONLLM is lowered by the negative offset ΔVofs(-). Therefore, the intersection timing of the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM, and therefore the falling timing of the second reset signal XRSTLLM, are advanced. As a result, the second on-time Ton2 is shortened.

そして、第1オン時間Ton1が第2オン時間Ton2よりも長くなると、第1リセット信号XRSTPWMがリセット信号XRSTとして出力される。従って、出力トランジスタM1のオン時間Tonが第1オン時間Ton1により決定されるようになる。また、制御状態信号PWMCTLは、ローレベルからハイレベルに立ち上げられる。 When the first on-time Ton1 becomes longer than the second on-time Ton2, the first reset signal XRSTPWM is output as the reset signal XRST. Therefore, the on-time Ton of the output transistor M1 is determined by the first on-time Ton1. In addition, the control status signal PWMCTL is raised from low level to high level.

このように、制御駆動回路50は、出力電流Io(延いてはインダクタ電流ILのボトム値IL_btm)の増大に伴い、軽負荷制御状態から重負荷制御状態(XRSTPWM=XRST、PWMCTL=H)に切り替わる。 In this way, the control drive circuit 50 switches from a light load control state to a heavy load control state (XRSTPWM=XRST, PWMCTL=H) as the output current Io (and thus the bottom value IL_btm of the inductor current IL) increases.

<切り替わり電流のばらつきに関する考察>
ただし、第1実施形態の電源制御装置1では、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流を決めるパラメータ要素が多い。そのため、切り替わり電流がばらつき易い。
<Considerations regarding variation in switching current>
However, in the power supply control device 1 of the first embodiment, there are many parameter elements that determine the switching current between the light load control state and the heavy load control state, so the switching current is prone to variation.

なお、上記の切り替わり電流は、軽負荷制御状態と重負荷制御状態が切り替わるインダクタ電流ILの平均値IL_ave(延いては出力電流Io)、又は、ボトム値IL_btmとして理解され得る。 The above switching current can be understood as the average value IL_ave (and therefore the output current Io) of the inductor current IL at which the light load control state and the heavy load control state switch, or the bottom value IL_btm.

以下では、パラメータ要素の一例として、参照電圧VTONLLM、第2ランプ電圧VRAMPLLMの傾き、インダクタ電流ILのフィードバック量、及び、スイッチング周波数Fswがばらついたときの挙動が考察される。 In the following, as examples of parameter elements, the behavior of the reference voltage VTONLLM, the slope of the second ramp voltage VRAMPLLM, the feedback amount of the inductor current IL, and the switching frequency Fsw when they vary will be considered.

図6及び図7は、それぞれ、第1条件下における軽負荷制御波形(間欠)及び制御切替負荷波形を示す図である。各図では、それぞれ、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 6 and 7 are diagrams showing a light load control waveform (intermittent) and a control switching load waveform under the first condition, respectively. In each diagram, from top to bottom, the output voltage Vo, the feedback voltage FB, the switch voltage SW, the inductor current IL, the zero cross detection signal ZX, the feedback voltage detection signal FBDET, the set signal SET, the second ramp voltage VRAMPLLM, the second reset signal XRSTLLM, the first ramp voltage VRAMPPWM, the first reset signal XRSTPWM, the reset signal XRST, and the control state signal PWMCTL are depicted.

なお、第1条件下では、参照電圧VTONLLMが理想値(=本来の狙い値)よりも低い状態、第2ランプ電圧VRAMPLLMの傾きが理想値よりも大きい状態、又は、スイッチング周波数Fswが理想値よりも低い状態であるものとする。一方、インダクタ電流ILのフィードバック量は、理想値であるものとする。 Under the first condition, the reference voltage VTONLLM is lower than the ideal value (= the original target value), the slope of the second ramp voltage VRAMPLLM is greater than the ideal value, or the switching frequency Fsw is lower than the ideal value. On the other hand, the feedback amount of the inductor current IL is the ideal value.

このような第1条件下では、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流が理想値よりも小さめにばらつく。 Under this first condition, the switching current between the light load control state and the heavy load control state varies less than the ideal value.

図8及び図9は、それぞれ、第2条件下における軽負荷制御波形(間欠)及び制御切替負荷波形を示す図である。各図では、それぞれ、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 8 and 9 are diagrams showing the light load control waveform (intermittent) and the control switching load waveform under the second condition, respectively. In each diagram, from top to bottom, the output voltage Vo, the feedback voltage FB, the switch voltage SW, the inductor current IL, the zero cross detection signal ZX, the feedback voltage detection signal FBDET, the set signal SET, the second ramp voltage VRAMPLLM, the second reset signal XRSTLLM, the first ramp voltage VRAMPPWM, the first reset signal XRSTPWM, the reset signal XRST, and the control state signal PWMCTL are depicted.

なお、第2条件下では、参照電圧VTONLLMが理想値よりも高い状態、第2ランプ電圧VRAMPLLMの傾きが理想値よりも小さい状態、又は、スイッチング周波数Fswが理想値よりも高い状態であるものとする。一方、インダクタ電流ILのフィードバック量は、理想値であるものとする。 Under the second condition, the reference voltage VTONLLM is higher than the ideal value, the slope of the second ramp voltage VRAMPLLM is smaller than the ideal value, or the switching frequency Fsw is higher than the ideal value. On the other hand, the feedback amount of the inductor current IL is the ideal value.

このような第2条件下では、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流が理想値よりも大きめにばらつく。 Under this second condition, the switching current between the light load control state and the heavy load control state varies more than the ideal value.

図10は、第3条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。本図では、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 Figure 10 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the third condition. From the top, the diagram shows the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, and control state signal PWMCTL.

なお、第3条件下では、参照電圧VTONLLMが理想値よりも低く、かつ、インダクタ電流ILのフィードバック量が理想値よりも大きい状態であるものとする。 Under the third condition, the reference voltage VTONLLM is lower than the ideal value, and the feedback amount of the inductor current IL is greater than the ideal value.

このような第3条件下では、出力段2がスイッチングする毎にインダクタ電流ILのボトム値IL_btmが変動する。このような状況に陥ると、インダクタ電流ILの平均値IL_ave(延いては出力電流Io)は一定値に近づくが、出力デューティDonが不安定となる。 Under this third condition, the bottom value IL_btm of the inductor current IL fluctuates every time the output stage 2 switches. When this happens, the average value IL_ave of the inductor current IL (and therefore the output current Io) approaches a constant value, but the output duty Don becomes unstable.

図11は、第4条件下での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。本図では、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、及び、制御状態信号PWMCTLが描写されている。 Figure 11 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) under the fourth condition. From the top, the diagram shows the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, and control state signal PWMCTL.

なお、第4条件下では、参照電圧VTONLLMが理想値よりも低く、かつ、インダクタ電流ILのフィードバック量が理想値よりも小さい状態であるものとする。 Under the fourth condition, the reference voltage VTONLLM is lower than the ideal value, and the feedback amount of the inductor current IL is smaller than the ideal value.

このような第4条件下では、出力段2がスイッチングする毎にインダクタ電流ILのボトム値IL_btmが低下していく。このような状況に陥ると、インダクタ電流ILの平均値IL_ave(延いては出力電流Io)が低下していく。その結果、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流が理想値よりも小さくなる。 Under this fourth condition, the bottom value IL_btm of the inductor current IL decreases every time the output stage 2 switches. When this situation occurs, the average value IL_ave of the inductor current IL (and therefore the output current Io) decreases. As a result, the switching current between the light load control state and the heavy load control state becomes smaller than the ideal value.

以下では、上記の考察に鑑み、切り替わり電流のばらつきを低減することのできる第2実施形態が提案される。 In the following, in consideration of the above considerations, a second embodiment is proposed that can reduce the variation in switching current.

<第2実施形態>
図12は、スイッチング電源Aの第2実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源Aでは、先出の第1実施形態(図1)を基本としつつ、電源制御装置1の第2オン時間設定回路20に変更が加えられている。
Second Embodiment
Fig. 12 is a diagram showing a second embodiment of the switching power supply A. The switching power supply A of this embodiment is based on the above-mentioned first embodiment (Fig. 1), but a change is made to the second on-time setting circuit 20 of the power supply control device 1.

第2オン時間設定回路20は、ゼロクロス検出回路60の検出結果に応じて軽負荷制御状態におけるインダクタ電流ILのボトム値IL_btmが0となるように第2オン時間Ton2を調整する。このような調整処理により、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流は、インダクタ電流ILが持つリップル成分のほぼ1/2となる。 The second on-time setting circuit 20 adjusts the second on-time Ton2 so that the bottom value IL_btm of the inductor current IL in the light load control state becomes 0 according to the detection result of the zero-cross detection circuit 60. By this adjustment process, the switching current between the light load control state and the heavy load control state becomes approximately 1/2 the ripple component of the inductor current IL.

なお、第2オン時間Ton2の調整処理は、参照電圧VTONLLMのアップ/ダウン制御により実現される。具体的に述べると、参照電圧生成回路21は、第2オン時間Ton2を短縮するときに参照電圧VTONLLMを引き下げる。一方、参照電圧生成回路21は、第2オン時間Ton2を延長するときに参照電圧VTONLLMを引き上げる。 The adjustment process of the second on-time Ton2 is realized by controlling the reference voltage VTONLLM up and down. Specifically, the reference voltage generating circuit 21 lowers the reference voltage VTONLLM when shortening the second on-time Ton2. On the other hand, the reference voltage generating circuit 21 raises the reference voltage VTONLLM when extending the second on-time Ton2.

上記の調整処理を実現するために、参照電圧生成回路21には、ゼロクロス検出信号ZX、制御状態信号PWMCTL及び上側制御信号HGCTLが入力されている。上側制御信号HGCTLは、制御駆動回路50の内部信号である。上側制御信号HGCTLは、上側ゲート信号HGと基本的に同一の論理レベルを持つ。 To achieve the above adjustment process, the zero-cross detection signal ZX, the control state signal PWMCTL, and the upper control signal HGCTL are input to the reference voltage generation circuit 21. The upper control signal HGCTL is an internal signal of the control drive circuit 50. The upper control signal HGCTL has basically the same logical level as the upper gate signal HG.

図13は、参照電圧生成回路21の一構成例を示す図である。本構成例の参照電圧生成回路21は、第1内部電圧生成回路211と、第1抵抗212(抵抗値:Rx)と、カレントミラー213と、第2抵抗214(抵抗値:Ry)と、サンプル/ホールド回路215と、調整回路216と、を含む。 Figure 13 is a diagram showing an example of the configuration of the reference voltage generation circuit 21. The reference voltage generation circuit 21 of this example configuration includes a first internal voltage generation circuit 211, a first resistor 212 (resistance value: Rx), a current mirror 213, a second resistor 214 (resistance value: Ry), a sample/hold circuit 215, and an adjustment circuit 216.

第1内部電圧生成回路211は、スイッチ電圧SWの入力を受けて出力段2の出力デューティDonに応じた第1内部電圧V1を生成する。本図に即して述べると、第1内部電圧生成回路211は、分圧/平滑回路211aと、オペアンプ211bと、トランジスタ211c(例えばNMOSFET)と、を含む。 The first internal voltage generating circuit 211 receives the switch voltage SW as an input and generates a first internal voltage V1 according to the output duty Don of the output stage 2. In accordance with this diagram, the first internal voltage generating circuit 211 includes a voltage dividing/smoothing circuit 211a, an operational amplifier 211b, and a transistor 211c (e.g., an NMOSFET).

分圧/平滑回路211aは、スイッチ電圧SWを分圧及び平滑して基準内部電圧V0を生成する。基準内部電圧V0は、出力デューティDonが大きいほど高くなり、出力デューティDonが小さいほど低くなる。分圧/平滑回路211aは、本図で示されているように、抵抗分圧ラダーとRCローパスフィルタを含んでもよい。 The voltage dividing/smoothing circuit 211a divides and smooths the switch voltage SW to generate a reference internal voltage V0. The reference internal voltage V0 increases as the output duty Don increases, and decreases as the output duty Don decreases. The voltage dividing/smoothing circuit 211a may include a resistive voltage dividing ladder and an RC low-pass filter, as shown in this figure.

オペアンプ211bは、非反転入力端(+)に入力される基準内部電圧V0と、反転入力端(-)に入力される第1内部電圧V1がイマジナリショートするように、トランジスタ211cのゲート制御を行う。 Operational amplifier 211b controls the gate of transistor 211c so that the reference internal voltage V0 input to the non-inverting input terminal (+) and the first internal voltage V1 input to the inverting input terminal (-) are imaginarily shorted.

トランジスタ211cのドレインは、カレントミラー213の入力端に接続される。トランジスタ211cのソースは、第1内部電圧V1の印加端に接続される。トランジスタ211cのゲートは、オペアンプ211bの出力端に接続される。 The drain of transistor 211c is connected to the input terminal of current mirror 213. The source of transistor 211c is connected to the application terminal of first internal voltage V1. The gate of transistor 211c is connected to the output terminal of operational amplifier 211b.

第1抵抗212の第1端は、第1内部電圧V1の印加端に接続される。第1抵抗212の第2端は、接地端に接続される。このように接続される第1抵抗212は、第1端に印加される第1内部電圧V1を第1内部電流I1(=V1/Rx)に変換する電圧/電流変換素子として機能する。 The first end of the first resistor 212 is connected to the application end of the first internal voltage V1. The second end of the first resistor 212 is connected to the ground end. The first resistor 212 connected in this manner functions as a voltage/current conversion element that converts the first internal voltage V1 applied to the first end into a first internal current I1 (=V1/Rx).

カレントミラー213は、トランジスタ213a及び213b(例えばいずれもPMOSFET)を含む。トランジスタ213a及び213bそれぞれのソースは、いずれも電源端に接続される。トランジスタ213a及び213bそれぞれのゲートは、いずれもトランジスタ213aのドレインに接続される。トランジスタ213aのドレインは、カレントミラー213の入力端として、トランジスタ211cのドレインに接続される。トランジスタ213bのドレインは、カレントミラー213の出力端として、第2内部電圧V2の印加端に接続される。このように構成されるカレントミラー213は、入力端に流れる第1内部電流I1を出力端にミラーする。 The current mirror 213 includes transistors 213a and 213b (both are PMOSFETs, for example). The sources of the transistors 213a and 213b are both connected to a power supply terminal. The gates of the transistors 213a and 213b are both connected to the drain of the transistor 213a. The drain of the transistor 213a is connected to the drain of the transistor 211c as the input terminal of the current mirror 213. The drain of the transistor 213b is connected to the application terminal of the second internal voltage V2 as the output terminal of the current mirror 213. The current mirror 213 configured in this manner mirrors the first internal current I1 flowing through the input terminal to the output terminal.

第2抵抗214の第1端は、第2内部電圧V2の印加端に接続される。第2抵抗214の第2端は、スイッチ電圧SWの印加端(より正確には、スイッチ電圧SWのローレベル成分)の印加端に接続される。このように接続される第2抵抗214は、自身に流れる第1内部電流I1を第2内部電圧V2(=I1×Ry+SW)に変換する電流/電圧変換素子として機能する。従って、第2内部電圧V2は、出力デューティDonが大きいほど高くなり、出力デューティDonが小さいほど低くなる。 The first end of the second resistor 214 is connected to the application end of the second internal voltage V2. The second end of the second resistor 214 is connected to the application end of the switch voltage SW (more precisely, the low-level component of the switch voltage SW). The second resistor 214 connected in this manner functions as a current/voltage conversion element that converts the first internal current I1 flowing through it into the second internal voltage V2 (=I1×Ry+SW). Therefore, the second internal voltage V2 becomes higher as the output duty Don increases, and becomes lower as the output duty Don decreases.

また、スイッチ電圧SWのローレベル成分は、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じて変動する。従って、スイッチ電圧SWのローレベル成分を含む第2内部電圧V2は、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じたオフセットΔVofsが付与されたものとなる。 The low-level component of the switch voltage SW varies according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL. Therefore, the second internal voltage V2, which includes the low-level component of the switch voltage SW, is given an offset ΔVofs according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL.

サンプル/ホールド回路215は、第2内部電圧V2を参照電圧VTONLLMとしてサンプル/ホールドする。従って、参照電圧VTONLLMは、出力デューティDonが大きいほど高くなり、出力デューティDonが小さいほど低くなる。また、参照電圧VTONLLMは、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じたオフセットΔVofsが付与されたものとなる。なお、サンプル/ホールド回路215は、例えば、セット信号SETに同期してサンプル/ホールド動作を実施してもよい。 The sample/hold circuit 215 samples/holds the second internal voltage V2 as a reference voltage VTONLLM. Therefore, the reference voltage VTONLLM becomes higher as the output duty Don increases, and becomes lower as the output duty Don decreases. The reference voltage VTONLLM is also given an offset ΔVofs according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL. The sample/hold circuit 215 may perform the sample/hold operation in synchronization with, for example, the set signal SET.

調整回路216は、ゼロクロス検出回路60の検出結果に応じて第1抵抗212の抵抗値Rxを調整する。本図に即して述べると、調整回路216は、ロジック216aと、アップダウンカウンタ216bと、を含む。 The adjustment circuit 216 adjusts the resistance value Rx of the first resistor 212 according to the detection result of the zero-cross detection circuit 60. In this figure, the adjustment circuit 216 includes logic 216a and an up-down counter 216b.

ロジック216aは、ゼロクロス検出信号ZX、制御状態信号PWMCTL及び上側制御信号HGCTLの入力を受けて、アップ信号UPCODEとカウンタクロック信号CNTCLKを出力する。アップ信号UPCODEは、第1抵抗212の抵抗値Rxをアップさせるときにハイレベルとなる。一方、アップ信号UPCODEは、第1抵抗212の抵抗値Rxをダウンさせるときにローレベルとなる。なお、ロジック216aの動作については、後ほど詳述する。 The logic 216a receives the zero-cross detection signal ZX, the control state signal PWMCTL, and the upper control signal HGCTL, and outputs the up signal UPCODE and the counter clock signal CNTCLK. The up signal UPCODE goes high when the resistance value Rx of the first resistor 212 is increased. On the other hand, the up signal UPCODE goes low when the resistance value Rx of the first resistor 212 is decreased. The operation of the logic 216a will be described in detail later.

アップダウンカウンタ216bは、アップ信号UPCODEとカウンタクロック信号CNTCLKの入力を受けて、調整コードVTONCODEを出力する。例えば、調整コードVTONCODEは、カウンタクロック信号CNTCLKの立上りタイミングでアップ信号UPCODEがハイレベルであるときに1つインクリメントされる。また、例えば、調整コードVTONCODEは、カウンタクロック信号CNTCLKの立ち上がりタイミングでアップ信号UPCODEがローレベルであるときに1つデクリメントされる。 Up/down counter 216b receives an up signal UPCODE and a counter clock signal CNTCLK, and outputs an adjustment code VTONCODE. For example, the adjustment code VTONCODE is incremented by one when the up signal UPCODE is at a high level at the rising edge of the counter clock signal CNTCLK. Also, for example, the adjustment code VTONCODE is decremented by one when the up signal UPCODE is at a low level at the rising edge of the counter clock signal CNTCLK.

第1抵抗212は、調整コードVTONCODEに応じて抵抗値Rxが調整される。例えば、抵抗値Rxは、調整コードVTONCODEが大きいほど高くなり、調整コードVTONCODEが小さいほど低くなる。 The resistance value Rx of the first resistor 212 is adjusted according to the adjustment code VTONCODE. For example, the resistance value Rx increases as the adjustment code VTONCODE increases, and decreases as the adjustment code VTONCODE decreases.

図14は、第2実施形態での軽負荷制御波形(間欠)を示す図である。本図では、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、制御状態信号PWMCTL、調整検出信号ILDET、アップ信号UPCODE、カウンタクロック信号CNTCLK及び調整コードVTONCODEが描写されている。 Figure 14 is a diagram showing a light load control waveform (intermittent) in the second embodiment. In this figure, from the top, the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, control state signal PWMCTL, adjustment detection signal ILDET, up signal UPCODE, counter clock signal CNTCLK, and adjustment code VTONCODE are depicted.

なお、調整検出信号ILDETは、ロジック216aの内部信号として理解される。調整検出信号ILDETは、自動調整検出区間T(詳細は後述)において、ゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がったときにハイレベルとなる。一方、調整検出信号ILDETは、自動調整検出区間Tにおいて、ゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がらなければローレベルとなる。 The adjustment detection signal ILDET is understood to be an internal signal of logic 216a. The adjustment detection signal ILDET becomes high level when the zero-cross detection signal ZX rises to a high level in the automatic adjustment detection section T (details will be described later). On the other hand, the adjustment detection signal ILDET becomes low level if the zero-cross detection signal ZX does not rise to a high level in the automatic adjustment detection section T.

自動調整検出区間Tは、軽負荷制御状態(PWMCTL=L、XRSTLLM=XRST)における間欠駆動の初回オン時に設定される。本図に即して述べると、自動調整検出区間Tの始点は、帰還電圧検出信号FBDETがローレベルに立ち下がるタイミングに設定され得る(時刻t1及びt4を参照)。また、自動調整検出区間Tの終点は、出力段2のスイッチング駆動が開始されてから最初の1周期が終了するタイミングに設定され得る(時刻t2及びt5を参照)。例えば、自動調整検出区間Tの終点は、上側制御信号HGCTLの2回目の立上りタイミングに設定されてもよい。 The automatic adjustment detection section T is set at the first on of intermittent drive in the light load control state (PWMCTL=L, XRSTLLM=XRST). In accordance with this diagram, the start point of the automatic adjustment detection section T can be set to the timing when the feedback voltage detection signal FBDET falls to a low level (see times t1 and t4). The end point of the automatic adjustment detection section T can be set to the timing when the first cycle ends after the switching drive of the output stage 2 is started (see times t2 and t5). For example, the end point of the automatic adjustment detection section T can be set to the timing of the second rising edge of the upper control signal HGCTL.

時刻t1~t2で示されるように、自動調整検出区間Tでゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がらなければ、調整検出信号ILDETがローレベルに維持される。なお、軽負荷制御状態では、調整検出信号ILDETがローレベルであるときにカウンタクロック信号CNTCLKのマスク(又は停止)が解除される。また、軽負荷制御状態では、アップ信号UPCODEがローレベルに固定される。 As shown from time t1 to t2, if the zero-cross detection signal ZX does not rise to a high level in the automatic adjustment detection section T, the adjustment detection signal ILDET is maintained at a low level. In the light load control state, when the adjustment detection signal ILDET is at a low level, the mask (or stop) of the counter clock signal CNTCLK is released. In the light load control state, the up signal UPCODE is fixed at a low level.

従って、時刻t3で示されるように、間欠駆動の終了タイミングに同期してカウンタクロック信号CNTCLKがハイレベルに立ち上げられると、アップ信号UPCODEがローレベルであることにより、調整コードVTONCODEが1つデクリメントされる(N→N-1)。すなわち、参照電圧VTONLLMが1段階引き下げられる。その結果、次に間欠駆動が再開されるときには、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミングが早まる。そのため、第2オン時間Ton2が短縮される。 Therefore, as shown at time t3, when the counter clock signal CNTCLK rises to high level in synchronization with the end timing of intermittent driving, the adjustment code VTONCODE is decremented by one (N → N-1) because the up signal UPCODE is at low level. In other words, the reference voltage VTONLLM is lowered by one step. As a result, the next time intermittent driving is resumed, the intersection timing between the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM is advanced. Therefore, the second on-time Ton2 is shortened.

一方、時刻t4~t5で示されているように、自動調整検出区間Tでゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がると、調整検出信号ILDETがハイレベルに立ち上げられる。その結果、カウンタクロック信号CNTCLKがマスク(又は停止)される。 On the other hand, as shown at times t4 to t5, when the zero-crossing detection signal ZX rises to a high level in the automatic adjustment detection section T, the adjustment detection signal ILDET is raised to a high level. As a result, the counter clock signal CNTCLK is masked (or stopped).

従って、時刻t6で示されるように、間欠駆動の終了タイミングではカウンタクロック信号CNTCLKがハイレベルに立ち上がらず、調整コードVTONCODEがそれまでの値に維持される(N→N)。すなわち、参照電圧VTONLLMが引き下げられない。その結果、次に間欠駆動が再開されるときにも、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミングが早まらない。そのため、第2オン時間Ton2が維持される。 Therefore, as shown at time t6, the counter clock signal CNTCLK does not rise to a high level at the end of intermittent driving, and the adjustment code VTONCODE is maintained at its previous value (N→N). In other words, the reference voltage VTONLLM is not lowered. As a result, the next time intermittent driving is resumed, the intersection timing between the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM is not advanced. Therefore, the second on-time Ton2 is maintained.

なお、参照電圧VTONLLMに着目すると、時刻t1~t3では、VTONLLM=[N]に設定される。一方、時刻t3~t6では、VTONLLM=[N-1]に設定される。[N]及び[N-1]は、それぞれ、VTONCODE=N及びN-1に対応する電圧値として理解され得る。 Note that, when we look at the reference voltage VTONLLM, VTONLLM is set to [N] from time t1 to t3. On the other hand, VTONLLM is set to [N-1] from time t3 to t6. [N] and [N-1] can be understood as voltage values corresponding to VTONCODE = N and N-1, respectively.

また、オフセットΔVofsに着目すると、時刻t2以前、時刻t3~t5、及び、時刻t6以降では、ΔVofs=0に設定される。一方、時刻t2~t3では、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが正であることに起因して、負のオフセットΔVofs(-)が付与される。また、時刻t5~t6では、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが負であることに起因して、正のオフセットΔVofs(+)が付与される。 Furthermore, looking at the offset ΔVofs, ΔVofs is set to 0 before time t2, from time t3 to t5, and from time t6 onwards. On the other hand, from time t2 to t3, a negative offset ΔVofs(-) is applied because the bottom value IL_btm of the inductor current IL is positive. Moreover, from time t5 to t6, a positive offset ΔVofs(+) is applied because the bottom value IL_btm of the inductor current IL is negative.

このように、軽負荷制御状態では、自動調整検出区間Tでインダクタ電流ILのゼロクロスが検出されなければ、第2オン時間Ton2が短縮される。一方、第2オン時間設定回路20は、自動調整検出区間Tでインダクタ電流ILのゼロクロスが検出されれば、第2オン時間Ton2が維持される。 In this way, in the light load control state, if the zero crossing of the inductor current IL is not detected in the automatic adjustment detection section T, the second on-time Ton2 is shortened. On the other hand, if the zero crossing of the inductor current IL is detected in the automatic adjustment detection section T, the second on-time setting circuit 20 maintains the second on-time Ton2.

図15は、第2実施形態での制御切替負荷波形を示す図である。本図では、先出の図14と同様、上から順に、出力電圧Vo、帰還電圧FB、スイッチ電圧SW、インダクタ電流IL、ゼロクロス検出信号ZX、帰還電圧検出信号FBDET、セット信号SET、第2ランプ電圧VRAMPLLM、第2リセット信号XRSTLLM、第1ランプ電圧VRAMPPWM、第1リセット信号XRSTPWM、リセット信号XRST、制御状態信号PWMCTL、調整検出信号ILDET、アップ信号UPCODE、カウンタクロック信号CNTCLK、及び、調整コードVTONCODEが描写されている。 Figure 15 is a diagram showing the control switching load waveform in the second embodiment. In this figure, similar to the above-mentioned Figure 14, from the top, the output voltage Vo, feedback voltage FB, switch voltage SW, inductor current IL, zero-cross detection signal ZX, feedback voltage detection signal FBDET, set signal SET, second ramp voltage VRAMPLLM, second reset signal XRSTLLM, first ramp voltage VRAMPPWM, first reset signal XRSTPWM, reset signal XRST, control state signal PWMCTL, adjustment detection signal ILDET, up signal UPCODE, counter clock signal CNTCLK, and adjustment code VTONCODE are depicted.

本図で示されるように、時刻t11~t15の重負荷制御状態(PWMCTL=H、XRSTPWM=XRST)において、時刻t12でゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がると、調整検出信号ILDETがハイレベルに立ち上げられる。また、時刻t13では、アップ信号UPCODEがハイレベルに立ち上げられる。なお、重負荷制御状態では、先出の軽負荷制御状態と異なり、調整検出信号ILDETがハイレベルであるときに、カウンタクロック信号CNTCLKが生成される。 As shown in this diagram, in the heavy load control state from time t11 to t15 (PWMCTL = H, XRSTPWM = XRST), when the zero-cross detection signal ZX rises to a high level at time t12, the adjustment detection signal ILDET is raised to a high level. Also, at time t13, the up signal UPCODE is raised to a high level. Note that in the heavy load control state, unlike the light load control state described above, the counter clock signal CNTCLK is generated when the adjustment detection signal ILDET is at a high level.

従って、時刻t14でカウンタクロック信号CNTCLKがハイレベルに立ち上げられると、アップ信号UPCODEがハイレベルであることにより、調整コードVTONCODEが1つインリメントされる(N→N+1)。すなわち、参照電圧VTONLLMが1段階引き上げられる。その結果、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミングが遅れる。そのため、第2オン時間Ton2が延長される。 Therefore, when the counter clock signal CNTCLK is raised to a high level at time t14, the adjustment code VTONCODE is incremented by one (N → N + 1) because the up signal UPCODE is at a high level. In other words, the reference voltage VTONLLM is raised by one step. As a result, the timing at which the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM intersect is delayed. Therefore, the second on-time Ton2 is extended.

一方、重負荷制御状態でゼロクロス検出信号ZXがハイレベルに立ち上がらなければ、カウンタクロック信号CNTCLKが生成されない。従って、調整コードVTONCODEがそれまでの値に維持される。つまり、参照電圧VTONLLMが引き上げられない。その結果、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの交差タイミングが遅れない。そのため、第2オン時間Ton2が維持される。 On the other hand, if the zero-cross detection signal ZX does not rise to a high level in a heavy load control state, the counter clock signal CNTCLK is not generated. Therefore, the adjustment code VTONCODE is maintained at its previous value. In other words, the reference voltage VTONLLM is not raised. As a result, the timing of the intersection of the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM is not delayed. Therefore, the second on-time Ton2 is maintained.

このように、重負荷制御状態では、インダクタ電流ILのゼロクロスが検出されれば、第2オン時間Ton2が延長される。一方、インダクタ電流ILのゼロクロスが検出されなければ、第2オン時間Ton2が維持される。 In this way, in the heavy load control state, if a zero crossing of the inductor current IL is detected, the second on-time Ton2 is extended. On the other hand, if a zero crossing of the inductor current IL is not detected, the second on-time Ton2 is maintained.

図14及び図15で示される一連の制御によれば、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmが0となるように参照電圧VTONLLMが自動調整される。従って、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流を決めるパラメータ要素が多いとしても、切り替わり電流のばらつきが低減され得る。 According to the series of controls shown in Figures 14 and 15, the reference voltage VTONLLM is automatically adjusted so that the bottom value IL_btm of the inductor current IL becomes 0. Therefore, even if there are many parameter elements that determine the switching current between the light load control state and the heavy load control state, the variation in the switching current can be reduced.

なお、ゼロクロス検出回路60(特にこれに用いられるコンパレータ)は、製造上のオフセット電圧をキャンセルすることのできる構成であってもよい。また、ゼロクロス検出回路60には、それ自身及び出力段2の回路遅延が相殺されるように適切なオフセット電圧が付与されてもよい。また、ゼロクロス検出回路60のオフセット電圧は、軽負荷制御状態と重負荷制御状態の切り替わり電流がヒステリシスを持つように、意図的に切り替えられる構成とされてもよい。 The zero-cross detection circuit 60 (particularly the comparator used therein) may be configured to be able to cancel offset voltages due to manufacturing. An appropriate offset voltage may be applied to the zero-cross detection circuit 60 so that the circuit delays of the zero-cross detection circuit 60 itself and the output stage 2 are offset. The offset voltage of the zero-cross detection circuit 60 may be configured to be intentionally switched so that the switching current between the light load control state and the heavy load control state has hysteresis.

図16は、第2オン時間設定回路20の変形例を示す図である。本変形例の第2オン時間設定回路20は、2入力型のコンパレータ23に代えて4入力型のコンパレータ23’を含む。また、本変形例の第2オン時間設定回路20において、スイッチ電圧SWは、参照電圧生成回路21に入力されるのではなく、別途新たに設けられるサンプル/ホールド回路24に入力される。すなわち、先出の図13で示される第2抵抗214の第2端は、スイッチ電圧SWの印加端ではなく接地端に接続されるとよい。 Figure 16 is a diagram showing a modified example of the second on-time setting circuit 20. The second on-time setting circuit 20 of this modified example includes a four-input comparator 23' instead of the two-input comparator 23. In addition, in the second on-time setting circuit 20 of this modified example, the switch voltage SW is not input to the reference voltage generating circuit 21, but is input to a newly provided sample/hold circuit 24. In other words, the second end of the second resistor 214 shown in Figure 13 above may be connected to the ground end instead of the application end of the switch voltage SW.

コンパレータ23’は、2つの非反転入力端(+)にそれぞれ入力される参照電圧VTONLLM及び保持スイッチ電圧SWHLDを足し合わせた第1加算信号(=VTONLLM+SWHLD)と、2つの反転入力端(-)にそれぞれ入力される第2ランプ電圧VRAMPLLM及び保持接地電圧GNDHLDを足し合わせた第2加算信号(=VRAMPLLM+GNDHLD)とを比較して、第2リセット信号XRSTLLMを生成する。 The comparator 23' compares a first sum signal (=VTONLLM+SWHLD) obtained by adding together the reference voltage VTONLLM and the holding switch voltage SWHLD input to the two non-inverting input terminals (+) with a second sum signal (=VRAMPLLM+GNDHLD) obtained by adding together the second ramp voltage VRAMPLLM and the holding ground voltage GNDHLD input to the two inverting input terminals (-) to generate a second reset signal XRSTLLM.

サンプル/ホールド回路24は、同期整流トランジスタM2がオン状態であるときのスイッチ電圧SW(=ローレベル成分)をサンプル/ホールドすることにより保持スイッチ電圧SWHLD及び保持接地電圧GNDHLD(=接地電圧GND)を出力する。なお、スイッチ電圧SWのローレベル成分は、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じた電流帰還情報を含む。 The sample/hold circuit 24 outputs a held switch voltage SWHLD and a held ground voltage GNDHLD (=ground voltage GND) by sampling and holding the switch voltage SW (=low-level component) when the synchronous rectifier transistor M2 is in the on state. The low-level component of the switch voltage SW includes current feedback information corresponding to the bottom value IL_btm of the inductor current IL.

すなわち、本変形例の第2オン時間設定回路20では、4入力型のコンパレータ23’を介して、参照電圧VTONLLMと第2ランプ電圧VRAMPLLMとの差分情報に電流帰還情報が加算される。言い換えると、本変形例の第2オン時間設定回路20は、インダクタ電流ILのボトム値IL_btmに応じてコンパレータ23’の入力信号(=VTONLLM-VRAMLLM)にオフセットΔVofsを付与する。 That is, in the second on-time setting circuit 20 of this modified example, current feedback information is added to the difference information between the reference voltage VTONLLM and the second ramp voltage VRAMPLLM via the four-input comparator 23'. In other words, the second on-time setting circuit 20 of this modified example applies an offset ΔVofs to the input signal (=VTONLLM-VRAMLLM) of the comparator 23' according to the bottom value IL_btm of the inductor current IL.

本構成によれば、コンパレータ23’の入力ゲインに応じて電流帰還量が任意に調整され得る。例えば、同期整流トランジスタM2のオン抵抗値が小さく、スイッチ電圧SWのローレベル成分に含まれる電流帰還情報が小さいときには、コンパレータ23’の入力ゲインが増大されるとよい。 According to this configuration, the amount of current feedback can be arbitrarily adjusted according to the input gain of the comparator 23'. For example, when the on-resistance value of the synchronous rectifier transistor M2 is small and the current feedback information contained in the low-level component of the switch voltage SW is small, the input gain of the comparator 23' can be increased.

なお、本図で示されるように、電流源221により生成されるキャパシタ222の充電電流IONLLMは、入力電圧Viに比例してもよい。 As shown in this figure, the charging current IONLLM of the capacitor 222 generated by the current source 221 may be proportional to the input voltage Vi.

<付記>
以下では、上記開示について総括的に述べる。
<Additional Notes>
The above disclosure will be summarized below.

本開示に係る電源制御装置は、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の出力段を制御するように構成されるものであって、前記出力電圧に応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じて第1オン時間を設定するように構成される第1オン時間設定回路と、前記出力段の出力デューティに応じて第2オン時間を設定するように構成される第2オン時間設定回路と、前記第1オン時間及び前記第2オン時間の長い方を前記出力段のオン時間として所定のスイッチング周波数で前記出力段を駆動するように構成される制御駆動回路と、前記出力段に流れるインダクタ電流のゼロクロスを検出するように構成されるゼロクロス検出回路と、を備え、前記第2オン時間設定回路は、前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて前記第2オン時間を調整する構成(第1の構成)とされている。 The power supply control device according to the present disclosure is configured to control the output stage of a switching power supply that generates an output voltage from an input voltage, and includes a first on-time setting circuit configured to set a first on-time according to the difference between a feedback voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage, a second on-time setting circuit configured to set a second on-time according to the output duty of the output stage, a control drive circuit configured to drive the output stage at a predetermined switching frequency with the longer of the first on-time and the second on-time as the on-time of the output stage, and a zero-cross detection circuit configured to detect zero-crossing of an inductor current flowing through the output stage, and the second on-time setting circuit is configured to adjust the second on-time according to the detection result of the zero-cross detection circuit (first configuration).

なお、上記第1の構成による電源制御装置において、前記第2オン時間設定回路は、前記インダクタ電流のボトム値が0となるように前記第2オン時間を調整する構成(第2の構成)とされてもよい。 In addition, in the power supply control device according to the first configuration, the second on-time setting circuit may be configured (second configuration) to adjust the second on-time so that the bottom value of the inductor current becomes zero.

上記第2の構成による電源制御装置において、前記制御駆動回路は、前記帰還電圧が上側閾値電圧を上回ってから前記インダクタ電流のゼロクロスが検出されたときに前記出力段の駆動を停止し、前記帰還電圧が下側閾値電圧を下回ったときに前記出力段の駆動を再開するように、前記出力段の間欠駆動を行う構成(第3の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the second configuration, the control drive circuit may be configured to perform intermittent drive of the output stage (third configuration) so as to stop driving the output stage when a zero crossing of the inductor current is detected after the feedback voltage exceeds the upper threshold voltage, and resume driving the output stage when the feedback voltage falls below the lower threshold voltage.

上記第3の構成による電源制御装置において、前記第2オン時間設定回路は、前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも長いときには、前記間欠駆動の初回オン時に設定される検出区間で前記ゼロクロスが検出されれば前記第2オン時間を維持し、前記検出区間で前記ゼロクロスが検出されなければ前記第2オン時間を短縮する構成(第4の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the third configuration, the second on-time setting circuit may be configured (fourth configuration) to maintain the second on-time if the zero cross is detected in the detection section set when the intermittent drive is initially turned on when the second on-time is longer than the first on-time, and to shorten the second on-time if the zero cross is not detected in the detection section.

上記第4の構成による電源制御装置において、前記第2オン時間設定回路は、前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも短いときには、前記ゼロクロスが検出されれば前記第2オン時間を延長し、前記ゼロクロスが検出されなければ前記第2オン時間を維持する構成(第5の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the fourth configuration, the second on-time setting circuit may be configured (fifth configuration) to extend the second on-time if the zero cross is detected when the second on-time is shorter than the first on-time, and to maintain the second on-time if the zero cross is not detected.

上記第5の構成による電源制御装置において、前記第2オン時間設定回路は、前記出力段の出力デューティに応じた参照電圧を生成するように構成される参照電圧生成回路と、ランプ電圧を生成するように構成されるランプ電圧生成回路と、前記参照電圧と前記ランプ電圧との交差タイミングを前記第2オン時間の終了タイミングとして設定するように構成されるコンパレータと、を含み、前記参照電圧生成回路は、前記第2オン時間を短縮するときに前記参照電圧を引き下げて、前記第2オン時間を延長するときに前記参照電圧を引き上げる構成(第6の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the fifth configuration, the second on-time setting circuit may include a reference voltage generating circuit configured to generate a reference voltage corresponding to the output duty of the output stage, a ramp voltage generating circuit configured to generate a ramp voltage, and a comparator configured to set the intersection timing of the reference voltage and the ramp voltage as the end timing of the second on-time, and the reference voltage generating circuit may be configured to lower the reference voltage when the second on-time is shortened and to raise the reference voltage when the second on-time is extended (sixth configuration).

上記第6の構成による電源制御装置において、前記参照電圧生成回路は、前記出力段の出力デューティに応じた第1内部電圧を生成するように構成される第1内部電圧生成回路と、前記第1内部電圧を第1内部電流に変換するように構成される第1抵抗と、前記第1内部電流を第2内部電圧に変換するように構成される第2抵抗と、前記第2内部電圧を前記参照電圧としてサンプル/ホールドするように構成されるサンプル/ホールド回路と、前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて前記第1抵抗の抵抗値を調整するように構成される調整回路と、を含む構成(第7の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the sixth configuration, the reference voltage generation circuit may be configured (seventh configuration) to include a first internal voltage generation circuit configured to generate a first internal voltage according to the output duty of the output stage, a first resistor configured to convert the first internal voltage into a first internal current, a second resistor configured to convert the first internal current into a second internal voltage, a sample/hold circuit configured to sample/hold the second internal voltage as the reference voltage, and an adjustment circuit configured to adjust the resistance value of the first resistor according to the detection result of the zero-cross detection circuit.

上記第7の構成による電源制御装置において、前記参照電圧生成回路は、前記インダクタ電流のボトム値に応じて前記第2内部電圧にオフセットを付与する構成(第8の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the seventh configuration, the reference voltage generating circuit may be configured (eighth configuration) to provide an offset to the second internal voltage depending on the bottom value of the inductor current.

上記第7の構成による電源制御装置において、前記第2オン時間設定回路は、前記インダクタ電流のボトム値に応じて前記コンパレータの入力信号にオフセットを付与する構成(第9の構成)とされてもよい。 In the power supply control device according to the seventh configuration, the second on-time setting circuit may be configured (ninth configuration) to apply an offset to the input signal of the comparator depending on the bottom value of the inductor current.

また、例えば、本開示に係るスイッチング電源は、上記第1~第9いずれかの構成による電源制御装置と、前記電源制御装置により制御される前記出力段と、を備える構成(第10の構成)とされている。 For example, the switching power supply according to the present disclosure has a configuration (tenth configuration) including a power supply control device having any one of the first to ninth configurations described above and the output stage controlled by the power supply control device.

本開示によれば、負荷に応じて高精度に制御状態を切り替えることが可能となる。 This disclosure makes it possible to switch control states with high precision depending on the load.

<その他>
なお、本開示に係る種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。また、本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲により規定されるものであって、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other>
In addition to the above-mentioned embodiment, various technical features of the present disclosure can be modified in various ways without departing from the spirit of the technical creation. In other words, the above-mentioned embodiment should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. In addition, the technical scope of the present disclosure is defined by the claims, and should be understood to include all modifications that fall within the meaning and scope of the claims.

1 電源制御装置
2 出力段
10 第1オン時間設定回路
11 誤差電圧生成回路
12 ランプ電圧生成回路
121 電流源
122 キャパシタ
123 トランジスタ(NMOSFET)
13 加算回路
14 コンパレータ
20 第2オン時間設定回路
21 参照電圧生成回路
211 第1内部電圧生成回路
211a 分圧/平滑回路
211b オペアンプ
211c トランジスタ(NMOSFET)
212 第1抵抗
213 カレントミラー
213a、213b トランジスタ(PMOSFET)
214 第2抵抗
215 サンプル/ホールド回路
216 調整回路
216a ロジック
216b アップダウンカウンタ
22 ランプ電圧生成回路
221 電流源
222 キャパシタ
223 トランジスタ(NMOSFET)
23、23’ コンパレータ
24 サンプル/ホールド回路
30 オシレータ
40 ORゲート
50 制御駆動回路
60 ゼロクロス検出回路
70 帰還電圧検出回路
71 コンパレータ
72 セレクタ
A スイッチング電源
C1 キャパシタ
L1 インダクタ
M1 出力トランジスタ(PMOSFET)
M2 同期整流トランジスタ(NMOSFET)
R1、R2 抵抗
REFERENCE SIGNS LIST 1 Power supply control device 2 Output stage 10 First on-time setting circuit 11 Error voltage generating circuit 12 Ramp voltage generating circuit 121 Current source 122 Capacitor 123 Transistor (NMOSFET)
13 Adder circuit 14 Comparator 20 Second on-time setting circuit 21 Reference voltage generating circuit 211 First internal voltage generating circuit 211a Voltage dividing/smoothing circuit 211b Operational amplifier 211c Transistor (NMOSFET)
212 First resistor 213 Current mirror 213a, 213b Transistor (PMOSFET)
214 Second resistor 215 Sample/hold circuit 216 Adjustment circuit 216a Logic 216b Up/down counter 22 Ramp voltage generating circuit 221 Current source 222 Capacitor 223 Transistor (NMOSFET)
23, 23' Comparator 24 Sample/hold circuit 30 Oscillator 40 OR gate 50 Control drive circuit 60 Zero cross detection circuit 70 Feedback voltage detection circuit 71 Comparator 72 Selector A Switching power supply C1 Capacitor L1 Inductor M1 Output transistor (PMOSFET)
M2 Synchronous rectifier transistor (NMOSFET)
R1, R2 Resistor

Claims (10)

入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の出力段を制御するように構成される電源制御装置であって、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じて第1オン時間を設定するように構成される第1オン時間設定回路と、
前記出力段の出力デューティに応じて第2オン時間を設定するように構成される第2オン時間設定回路と、
前記第1オン時間及び前記第2オン時間の長い方を前記出力段のオン時間として所定のスイッチング周波数で前記出力段を駆動するように構成される制御駆動回路と、
前記出力段に流れるインダクタ電流のゼロクロスを検出するように構成されるゼロクロス検出回路と、
を備え、
前記第2オン時間設定回路は、前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて前記第2オン時間を調整する、電源制御装置。
A power supply control device configured to control an output stage of a switching power supply that generates an output voltage from an input voltage,
a first on-time setting circuit configured to set a first on-time in response to a difference between a feedback voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage;
a second on-time setting circuit configured to set a second on-time in response to an output duty of the output stage;
a control drive circuit configured to drive the output stage at a predetermined switching frequency, the control drive circuit setting the longer of the first on-time and the second on-time as an on-time of the output stage;
a zero-crossing detection circuit configured to detect a zero-crossing of an inductor current flowing through the output stage;
Equipped with
The second on-time setting circuit adjusts the second on-time in response to a detection result of the zero-cross detection circuit.
前記第2オン時間設定回路は、前記インダクタ電流のボトム値が0となるように前記第2オン時間を調整する、請求項1に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 1, wherein the second on-time setting circuit adjusts the second on-time so that the bottom value of the inductor current becomes zero. 前記制御駆動回路は、前記帰還電圧が上側閾値電圧を上回ってから前記インダクタ電流のゼロクロスが検出されたときに前記出力段の駆動を停止し、前記帰還電圧が下側閾値電圧を下回ったときに前記出力段の駆動を再開するように、前記出力段の間欠駆動を行う、請求項2に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 2, wherein the control drive circuit performs intermittent drive of the output stage such that the drive of the output stage is stopped when a zero cross of the inductor current is detected after the feedback voltage exceeds an upper threshold voltage, and the drive of the output stage is resumed when the feedback voltage falls below a lower threshold voltage. 前記第2オン時間設定回路は、前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも長いときには、前記間欠駆動の初回オン時に設定される検出区間で前記ゼロクロスが検出されれば前記第2オン時間を維持し、前記検出区間で前記ゼロクロスが検出されなければ前記第2オン時間を短縮する、請求項3に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 3, wherein, when the second on-time is longer than the first on-time, the second on-time setting circuit maintains the second on-time if the zero cross is detected in the detection section set at the first on-time of the intermittent drive, and shortens the second on-time if the zero cross is not detected in the detection section. 前記第2オン時間設定回路は、前記第2オン時間が前記第1オン時間よりも短いときには、前記ゼロクロスが検出されれば前記第2オン時間を延長し、前記ゼロクロスが検出されなければ前記第2オン時間を維持する、請求項4に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 4, wherein the second on-time setting circuit extends the second on-time if the zero crossing is detected when the second on-time is shorter than the first on-time, and maintains the second on-time if the zero crossing is not detected. 前記第2オン時間設定回路は、
前記出力段の出力デューティに応じた参照電圧を生成するように構成される参照電圧生成回路と、
ランプ電圧を生成するように構成されるランプ電圧生成回路と、
前記参照電圧と前記ランプ電圧との交差タイミングを前記第2オン時間の終了タイミングとして設定するように構成されるコンパレータと、
を含み、
前記参照電圧生成回路は、前記第2オン時間を短縮するときに前記参照電圧を引き下げて、前記第2オン時間を延長するときに前記参照電圧を引き上げる、請求項5に記載の電源制御装置。
The second on-time setting circuit includes:
a reference voltage generating circuit configured to generate a reference voltage according to an output duty of the output stage;
a ramp voltage generating circuit configured to generate a ramp voltage;
a comparator configured to set a crossing timing of the reference voltage and the ramp voltage as an end timing of the second on-time;
Including,
6. The power supply control device according to claim 5, wherein the reference voltage generating circuit reduces the reference voltage when the second on-time is shortened, and increases the reference voltage when the second on-time is extended.
前記参照電圧生成回路は、
前記出力段の出力デューティに応じた第1内部電圧を生成するように構成される第1内部電圧生成回路と、
前記第1内部電圧を第1内部電流に変換するように構成される第1抵抗と、
前記第1内部電流を第2内部電圧に変換するように構成される第2抵抗と、
前記第2内部電圧を前記参照電圧としてサンプル/ホールドするように構成されるサンプル/ホールド回路と、
前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて前記第1抵抗の抵抗値を調整するように構成される調整回路と、
を含む、請求項6に記載の電源制御装置。
The reference voltage generating circuit includes:
a first internal voltage generating circuit configured to generate a first internal voltage according to an output duty of the output stage;
a first resistor configured to convert the first internal voltage into a first internal current;
a second resistor configured to convert the first internal current to a second internal voltage;
a sample/hold circuit configured to sample/hold the second internal voltage as the reference voltage;
an adjustment circuit configured to adjust a resistance value of the first resistor in response to a detection result of the zero-crossing detection circuit;
The power control device of claim 6 .
前記参照電圧生成回路は、前記インダクタ電流のボトム値に応じて前記第2内部電圧にオフセットを付与する、請求項7に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 7, wherein the reference voltage generating circuit applies an offset to the second internal voltage according to the bottom value of the inductor current. 前記第2オン時間設定回路は、前記インダクタ電流のボトム値に応じて前記コンパレータの入力信号にオフセットを付与する、請求項7に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 7, wherein the second on-time setting circuit applies an offset to the input signal of the comparator according to the bottom value of the inductor current. 請求項1~9のいずれか一項に記載の電源制御装置と、
前記電源制御装置により制御される前記出力段と、
を備える、スイッチング電源。
A power supply control device according to any one of claims 1 to 9,
the output stage controlled by the power supply controller;
A switching power supply comprising:
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