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JP5131321B2 - Switching power supply - Google Patents

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JP5131321B2 JP2010150745A JP2010150745A JP5131321B2 JP 5131321 B2 JP5131321 B2 JP 5131321B2 JP 2010150745 A JP2010150745 A JP 2010150745A JP 2010150745 A JP2010150745 A JP 2010150745A JP 5131321 B2 JP5131321 B2 JP 5131321B2
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孝博 宮崎
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Description

本発明は、高効率で応答が高速なスイッチング電源装置に係り、例えば出力のリップル成分としきい値との比較に基づいて出力制御を行うリップルモード方式のスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply device that is highly efficient and has a high response speed. For example, the present invention relates to a ripple mode switching power supply device that performs output control based on a comparison between an output ripple component and a threshold value.

携帯電話機に代表されるモバイル機器の急速な普及を背景として、モバイル機器向けのスイッチング電源装置に求められる性能はますます厳しくなっている。低電圧で動作し、高効率で応答が速く、しかも部品点数の少ないスイッチング電源装置の技術開発が活発に行われている。   With the rapid spread of mobile devices typified by mobile phones, the performance required for switching power supply devices for mobile devices is becoming increasingly severe. Technological development of a switching power supply device that operates at a low voltage, is highly efficient, has a quick response, and has a small number of components is being actively carried out.

図17は、一般的な電圧モード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。
図17の例において、MOSトランジスタMH,ML、インダクタLo及びキャパシタCoは降圧型コンバータを構成する。降圧型コンバータは、ハイサイドのMOSトランジスタMHとローサイドのMOSトランジスタMLを交互にオンさせることで、入力電圧Vinより低い出力電圧Voを発生する。インダクタLoにおいて連続的に電流が流れる場合、ハイサイドのMOSトランジスタMHのデューティ比(スイッチング周期に対するオン時間の比)にほぼ比例した出力電圧Voが得られる。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of a general voltage mode switching power supply device.
In the example of FIG. 17, the MOS transistors MH and ML, the inductor Lo, and the capacitor Co constitute a step-down converter. The step-down converter generates an output voltage Vo lower than the input voltage Vin by alternately turning on the high-side MOS transistor MH and the low-side MOS transistor ML. When a current flows continuously in the inductor Lo, an output voltage Vo that is substantially proportional to the duty ratio of the high-side MOS transistor MH (ratio of on-time to switching period) is obtained.

抵抗R31〜R34,キャパシタC31〜C33及び演算増幅器101は誤差増幅回路を構成する。誤差増幅回路は、参照電圧Vrefと出力電圧Voutに対応するVFBとの誤差を増幅する。コンパレータ102は、この誤差増幅回路から出力される誤差信号と三角波発生器103より出力される三角波信号とを比較し、この比較結果に応じたPWM信号を生成する。PWM信号は、誤差信号のレベルに応じてパルス幅が変化する。ゲート駆動回路105は、MOSトランジスタMLのゲートを駆動するローサイド・ドライバと、MOSトランジスタMHのゲートを駆動するハイサイド・ドライバを有する。ローサイド・ドライバはPWM信号に応じてゲート駆動電圧を発生し、ハイサイド・ドライバはPWM信号をインバータ104により反転した信号に応じて駆動電圧を発生する。
上記の構成により、出力電圧Voutと参照電圧Vrefとの誤差が増大すると、その誤差を減少させるようにMOSトランジスタMHのデューティ比が調節される。
Resistors R31 to R34, capacitors C31 to C33, and operational amplifier 101 constitute an error amplification circuit. The error amplification circuit amplifies an error between the reference voltage Vref and VFB corresponding to the output voltage Vout. The comparator 102 compares the error signal output from the error amplifier circuit with the triangular wave signal output from the triangular wave generator 103, and generates a PWM signal corresponding to the comparison result. The pulse width of the PWM signal changes according to the level of the error signal. The gate drive circuit 105 has a low side driver that drives the gate of the MOS transistor ML and a high side driver that drives the gate of the MOS transistor MH. The low-side driver generates a gate drive voltage according to the PWM signal, and the high-side driver generates a drive voltage according to a signal obtained by inverting the PWM signal by the inverter 104.
With the above configuration, when the error between the output voltage Vout and the reference voltage Vref increases, the duty ratio of the MOS transistor MH is adjusted so as to reduce the error.

電圧モード方式のスイッチング電源装置は、インダクタLoとキャパシタCoの共振周波数で生じる位相の遅れによりフィードバック制御系が不安定になることを防止するため、高域でのループ・ゲインが比較的低く設定されることから、一般に応答速度が遅い。近年、消費電力を低減するために、機器の動作状態に応じて電源電圧をダイナミックに変化させる手法が広く採用されるようになってきており、スイッチング電源装置には高速な応答が要求されている。しかしながら、電圧モード方式では上記のような事情があることから、この高速化要求に対して十分に応えることができない。また、位相補償のために単体部品(ディスクリート部品)として抵抗R33〜R34やキャパシタC31〜C33を設けなければならないため基板面積の増大や実装コストの上昇を招くという不利益や、それらの適切な素子値を評価するために多くの工数を要するという不利益もある。   In the voltage mode switching power supply, the loop gain in the high band is set to be relatively low in order to prevent the feedback control system from becoming unstable due to the phase delay caused by the resonance frequency of the inductor Lo and the capacitor Co. Therefore, the response speed is generally slow. In recent years, in order to reduce power consumption, a method of dynamically changing a power supply voltage according to an operation state of a device has been widely adopted, and a high-speed response is required for a switching power supply device. . However, since the voltage mode method has the above-described circumstances, it is not possible to sufficiently meet the demand for high speed. Further, since the resistors R33 to R34 and the capacitors C31 to C33 must be provided as single components (discrete components) for phase compensation, there is a disadvantage that the substrate area is increased and the mounting cost is increased, and appropriate elements thereof. There is also the disadvantage that it takes a lot of man-hours to evaluate the value.

上述した電圧モード方式の欠点を克服するものとして、リップルモード方式が知られている(非特許文献1を参照)。リップルモード方式は、Bang−Bang制御やヒステリシスPWM制御、D−capモードなどとも呼ばれている。   As a method for overcoming the above-described drawbacks of the voltage mode method, a ripple mode method is known (see Non-Patent Document 1). The ripple mode method is also called Bang-Bang control, hysteresis PWM control, D-cap mode, or the like.

図18は、一般的なリップルモード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。
抵抗R31及びR32の直列回路は出力電圧Voutを分圧し、出力フィードバック電圧VFBとしてコンパレータ102に入力する。コンパレータ102は、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとを比較し、出力フィードバック電圧VFBが参照電圧Vrefより低くなると「1」、参照電圧Vrefより高くなると「0」を出力する。制御回路106は、コンパレータ102の出力が「0」から「1」へ変化したときに一定時間だけMOSトランジスタMHをオン、MOSトランジスタMLをオフさせる制御信号を生成する。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of a general ripple mode switching power supply device.
The series circuit of the resistors R31 and R32 divides the output voltage Vout and inputs it to the comparator 102 as the output feedback voltage VFB. The comparator 102 compares the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref, and outputs “1” when the output feedback voltage VFB becomes lower than the reference voltage Vref, and outputs “0” when the output feedback voltage Vref becomes higher than the reference voltage Vref. The control circuit 106 generates a control signal for turning on the MOS transistor MH and turning off the MOS transistor ML for a predetermined time when the output of the comparator 102 changes from “0” to “1”.

MOSトランジスタMHがオン、MOSトランジスタMLがオフするとき、インダクタLoには電圧(Vin−Vout)が印加されるため、インダクタLoに流れる電流は直線的に増大する。他方、MOSトランジスタMHがオフ、MOSトランジスタMLがオンするとき、インダクタLoには上記と逆極性の出力電圧Voutが印加されるため、インダクタLoに流れる電流は直線的に減少する。すなわち、インダクタLoには三角波状のリップル電流が流れる。このリップル電流がキャパシタCoの等価直列抵抗ESR(equivalent series resistance)に流れることにより、出力電圧Voにはリップル電流と相似なリップル電圧が重畳する。図18に示すリップルモード方式のスイッチング電源装置においては、出力フィードバック電圧VFBに重畳するリップル成分のボトムと参照電圧Vrefとが定常状態においてほぼ等しくなるように帰還制御が働く。リップルモード方式は、電圧モード方式のような位相補償が不要であり、高速な負荷応答を実現できる。   When the MOS transistor MH is turned on and the MOS transistor ML is turned off, a voltage (Vin−Vout) is applied to the inductor Lo, so that the current flowing through the inductor Lo increases linearly. On the other hand, when the MOS transistor MH is turned off and the MOS transistor ML is turned on, the output voltage Vout having the opposite polarity to the above is applied to the inductor Lo, so that the current flowing through the inductor Lo decreases linearly. That is, a triangular wave ripple current flows through the inductor Lo. When this ripple current flows through an equivalent series resistance ESR (equivalent series resistance) of the capacitor Co, a ripple voltage similar to the ripple current is superimposed on the output voltage Vo. In the ripple mode type switching power supply device shown in FIG. 18, feedback control works so that the bottom of the ripple component superimposed on the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref are substantially equal in a steady state. The ripple mode method does not require phase compensation like the voltage mode method, and can realize a high-speed load response.

しかしながら、リップルモード方式において制御系を安定に動作させるためには、出力フィードバック電圧VFBに適切な振幅のリップル成分が含まれていなければならない。出力電圧Voutのリップル成分を「Vorp」、抵抗R31,R32の抵抗値をそれぞれ「r31」,「r32」とすると、出力フィードバック電圧VFBのリップル成分Vfrpは次式で表わされる。   However, in order to stably operate the control system in the ripple mode method, the output feedback voltage VFB must include a ripple component having an appropriate amplitude. When the ripple component of the output voltage Vout is “Vorp” and the resistance values of the resistors R31 and R32 are “r31” and “r32”, respectively, the ripple component Vfrp of the output feedback voltage VFB is expressed by the following equation.

(数1)
Vfrp=Vorp×(r31/(r31+r32))…(1)
(Equation 1)
Vfrp = Vorp × (r31 / (r31 + r32)) (1)

図18に示すリップルモード方式において出力フィードバック電圧VFBのリップル成分Vfrpを大きくするには、例えば、抵抗R31,R32の抵抗比を変更したり、抵抗R32と並列にキャパシタを接続するなどの方法が考えられる。しかし、それでも限界がある場合には、出力電圧Voutのリップル成分Vorpそのものを大きくしなければならない。
メモリやCPU等のLSIの動作電圧は低消費電力化のために年々低くなっており、電源システムに要求される出力電圧は1Vを下回るまでになりつつある。そのような状況で、電源電圧のリップル成分を大きくすることはLSIの動作マージンを減少させることに繋がるので、システムの信頼性の観点から好ましくない。
鍋島隆他3名、「CR積分回路を用いたヒステリシスPWM制御による降圧形コンバータの制御特性」、電子情報通信学会論文誌、社団法人電子情報通信学会、2006年5月、Vol.J89−B、No.5、p.664−672
In order to increase the ripple component Vfrp of the output feedback voltage VFB in the ripple mode system shown in FIG. 18, for example, a method of changing the resistance ratio of the resistors R31 and R32 or connecting a capacitor in parallel with the resistor R32 is considered. It is done. However, if there is still a limit, the ripple component Vorp itself of the output voltage Vout must be increased.
The operating voltage of LSIs such as memories and CPUs has been decreasing year by year in order to reduce power consumption, and the output voltage required for the power supply system is becoming less than 1V. In such a situation, increasing the ripple component of the power supply voltage leads to a reduction in the operating margin of the LSI, which is not preferable from the viewpoint of system reliability.
Takashi Nabeshima et al., “Control characteristics of step-down converter by hysteresis PWM control using CR integration circuit”, IEICE Transactions, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 2006, Vol. J89-B, no. 5, p. 664-672

リップルモード方式において出力電圧のリップル成分そのものを大きくすることなく安定な帰還制御を実現する方法として、例えば非特許文献1に記載されるようにCR積分回路を用いる手法が知られている。この手法では、インダクタLoと並列に接続したCR積分回路によってインダクタLoに流れるリップル電流と相似な信号を取り出し、これを出力フィードバック電圧に重畳する。   As a method for realizing stable feedback control without increasing the ripple component itself of the output voltage in the ripple mode method, for example, a method using a CR integration circuit as described in Non-Patent Document 1 is known. In this method, a signal similar to the ripple current flowing in the inductor Lo is extracted by a CR integration circuit connected in parallel with the inductor Lo, and this signal is superimposed on the output feedback voltage.

図19は、CR積分回路により取り出したリップル信号を用いるリップルモード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。
図19に示すスイッチング電源装置では、抵抗R35とキャパシタC35の直列回路によるCR積分回路がインダクタLoと並列に接続されている。キャパシタC35には、インダクタLoに流れるリップル電流と相似なリップル電圧が生じる。抵抗R35とキャパシタC35の接続ノードがキャパシタC34を介して抵抗R31及びR32の接続ノードと接続されるため、キャパシタC35に生じるリップル電圧が出力フィードバック電圧VFBに重畳される。
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of a ripple mode type switching power supply apparatus using a ripple signal extracted by a CR integration circuit.
In the switching power supply device shown in FIG. 19, a CR integration circuit including a series circuit of a resistor R35 and a capacitor C35 is connected in parallel with the inductor Lo. A ripple voltage similar to the ripple current flowing through the inductor Lo is generated in the capacitor C35. Since the connection node between the resistor R35 and the capacitor C35 is connected to the connection node between the resistors R31 and R32 via the capacitor C34, the ripple voltage generated in the capacitor C35 is superimposed on the output feedback voltage VFB.

図20は、図19に示すスイッチング電源装置における各部の信号波形を例示する図である。
出力電圧Voutのリップル電圧が比較的小さい場合でも(図20(B))、出力フィードバック電圧VFBにおいて十分な振幅のリップル電圧Vrpが得られる(図20(C))。出力フィードバック電圧VFBのボトムが参照電圧Vrefより低くなると、MOSトランジスタMHのゲート−ソース電圧Vgsが一定時間ハイレベルになる(図20(A))。
FIG. 20 is a diagram illustrating signal waveforms at various parts in the switching power supply device shown in FIG.
Even when the ripple voltage of the output voltage Vout is relatively small (FIG. 20B), a ripple voltage Vrp having a sufficient amplitude can be obtained in the output feedback voltage VFB (FIG. 20C). When the bottom of the output feedback voltage VFB becomes lower than the reference voltage Vref, the gate-source voltage Vgs of the MOS transistor MH becomes high level for a certain time (FIG. 20A).

図19に示すスイッチング電源装置は、出力フィードバック電圧VFBに適切な振幅のリップル電圧Vrpを重畳させることにより、出力電圧Voutのリップル電圧が比較的小さい場合でも、制御系の動作を安定させることができるという利点を有する。   The switching power supply device shown in FIG. 19 can stabilize the operation of the control system even when the ripple voltage of the output voltage Vout is relatively small by superimposing the ripple voltage Vrp having an appropriate amplitude on the output feedback voltage VFB. Has the advantage.

ところで、リップルモード方式では、リップル成分のピークやボトムを参照電圧Vrefと一致させるように制御を行うため、リップル電圧Vrpの振幅をあまり大きくできない。リップル電圧Vrpの振幅が大き過ぎると、参照電圧Vrefによって規定される直流レベルと実際の出力電圧Voutの直流レベルとのズレが大きくなってしまい、出力電圧Voutの直流精度を確保する上で不利になるからである。従って、リップル電圧Vrpの振幅は、出力電圧Voutに要求される精度等を勘案して適切な範囲内に設定しなくてはならない。ところが、そうすると、スイッチング周波数との兼ね合いによって、CR積分回路(R35,C35)の時定数を比較的大きくしなくてはならない場合がある。キャパシタの容量が例えば数千pF程度になると、これを半導体チップ上に形成するのは困難であり、ディスクリート部品として基板に実装する必要が生じる。
一般に、図19に示すスイッチング電源装置では、抵抗R35やキャパシタC34,C35をディスクリート部品として基板に実装しなくてはならないため、基板面積の増大や部品実装コストの上昇といった不利益がある。
By the way, in the ripple mode method, since the control is performed so that the peak and bottom of the ripple component coincide with the reference voltage Vref, the amplitude of the ripple voltage Vrp cannot be increased so much. If the amplitude of the ripple voltage Vrp is too large, the difference between the DC level specified by the reference voltage Vref and the DC level of the actual output voltage Vout becomes large, which is disadvantageous in ensuring the DC accuracy of the output voltage Vout. Because it becomes. Therefore, the amplitude of the ripple voltage Vrp must be set within an appropriate range in consideration of the accuracy required for the output voltage Vout. However, in this case, the time constant of the CR integration circuit (R35, C35) may have to be made relatively large due to the balance with the switching frequency. When the capacitance of the capacitor is, for example, about several thousand pF, it is difficult to form the capacitor on the semiconductor chip, and it is necessary to mount it on the substrate as a discrete component.
In general, the switching power supply device shown in FIG. 19 has disadvantages such as an increase in substrate area and an increase in component mounting cost because the resistor R35 and capacitors C34 and C35 must be mounted on the substrate as discrete components.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディスクリート部品を用いることなく必要な振幅のリップル成分を得ることができるリップルモード方式のスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a ripple mode type switching power supply device capable of obtaining a ripple component having a required amplitude without using discrete components.

本発明に係るスイッチング電源装置は、入力電圧を受ける入力端子と、出力電圧を出力する出力端子と、上記入力端子と第1のノードとの間に接続される第1のスイッチングトランジスタと、上記第1のノードと基準電位との間に接続され、上記第1のスイッチングトランジスタと相補的に動作する第2のスイッチングトランジスタと、上記第1のノードと上記出力端子との間に接続されるインダクタンス素子と、上記出力端子と基準電位との間に接続される出力キャパシタンス素子と、上記出力端子に接続され、上記出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成する分圧回路と、上記出力電圧に含まれており、上記スイッチングトランジスタのスイッチング動作に対応するリップル電圧を検出するリップル電圧検出回路と、上記フィードバック電圧と上記リップル電圧との加算電圧を基準電圧と比較して比較結果を出力する比較回路と、上記比較結果に応じて上記第1及び第2のスイッチングトランジスタをオン・オフ制御する制御回路とを含む。上記リップル電圧検出回路が上記インダクタンス素子に接続される積分回路を含み、上記第1のスイッチングトランジスタのオン時間が、上記出力電圧と上記入力電圧との比と、上記第1及び第2のスイッチングトランジスタのスイッチング周期との積で定義されるThe switching power supply according to the present invention includes an input terminal that receives an input voltage, an output terminal that outputs an output voltage, a first switching transistor connected between the input terminal and a first node, and the first A second switching transistor connected between the first node and a reference potential and operating in a complementary manner with the first switching transistor; and an inductance element connected between the first node and the output terminal. An output capacitance element connected between the output terminal and a reference potential, a voltage dividing circuit connected to the output terminal and generating a feedback voltage according to the output voltage, and included in the output voltage. A ripple voltage detection circuit for detecting a ripple voltage corresponding to the switching operation of the switching transistor, and the feedback A comparison circuit that compares the sum voltage of the voltage and the ripple voltage with a reference voltage and outputs a comparison result; and a control circuit that controls on and off of the first and second switching transistors according to the comparison result; including. The ripple voltage detection circuit includes an integration circuit connected to the inductance element, and the on-time of the first switching transistor is a ratio between the output voltage and the input voltage, and the first and second switching transistors. Defined by the product of the switching period .

好適には、上記積分回路が、上記第1のノードと上記出力端子との間に直列に接続される抵抗素子とキャパシタンス素子とを含んでよい。Preferably, the integration circuit may include a resistance element and a capacitance element connected in series between the first node and the output terminal.
また、上記リップル電圧を入力して当該リップル電圧に応じた電流信号を出力する電圧電流変換回路を更に含み、上記比較回路が、上記電流信号を電圧信号に変換するための第1の抵抗素子と、上記フィードバック電圧と上記電圧信号との加算電圧を上記基準電圧と比較するための差動回路とを含んでもよい。The circuit further includes a voltage-current conversion circuit that inputs the ripple voltage and outputs a current signal corresponding to the ripple voltage, and the comparison circuit includes a first resistance element for converting the current signal into a voltage signal; And a differential circuit for comparing a sum voltage of the feedback voltage and the voltage signal with the reference voltage.

更には、上記比較回路が、上記フィードバック電圧を入力する第1のバッファ回路と、上記基準電圧を入力する第2のバッファ回路と、上記第2のバッファ回路の出力に結合された第2の抵抗素子とを更に含み、上記フィードバック電圧が、上記第1のバッファ回路と上記第1の抵抗素子とを介して上記差動回路の第1の入力に供給され、上記基準電圧が、上記第2のバッファ回路と上記第2の抵抗素子とを介して上記差動回路の第2の入力に供給され、上記差動回路の第1の入力と上記第1の抵抗素子との接続中点に上記電圧電流変換回路から第1の電流が供給され、上記第2のバッファ回路の出力と上記第2の抵抗素子との接続中点に上記電圧電流変換回路から第2の電流が供給される構成としてもよい。Further, the comparison circuit includes a first buffer circuit for inputting the feedback voltage, a second buffer circuit for inputting the reference voltage, and a second resistor coupled to the output of the second buffer circuit. The feedback voltage is supplied to the first input of the differential circuit via the first buffer circuit and the first resistance element, and the reference voltage is the second voltage. The voltage is supplied to the second input of the differential circuit via the buffer circuit and the second resistance element, and the voltage is applied to the connection midpoint between the first input of the differential circuit and the first resistance element. The first current is supplied from the current conversion circuit, and the second current is supplied from the voltage-current conversion circuit to the midpoint of connection between the output of the second buffer circuit and the second resistance element. Good.

好適に、上記キャパシタンス素子の一方の端子の電圧を入力する第1のトランジスタと、上記キャパシタンス素子の他方の端子の電圧を入力する第2のトランジスタとを含む差動増幅回路と、上記第1のトランジスタに流れる電流に対応する上記第1の電流を出力する第1の電流源回路と、上記第2のトランジスタに流れる電流に対応する上記第2の電流を出力する第2の電流源回路とを含んでよい。Preferably, a differential amplifier circuit including a first transistor that inputs a voltage of one terminal of the capacitance element, and a second transistor that inputs a voltage of the other terminal of the capacitance element, and the first transistor A first current source circuit that outputs the first current corresponding to the current flowing through the transistor; and a second current source circuit that outputs the second current corresponding to the current flowing through the second transistor. May include.

本発明によれば、上記積分回路のキャパシタに生じるリップル電圧の振幅を変換してリップル信号を生成することにより、ディスクリート部品を用いることなく必要な振幅のリップル成分を得ることができるリップルモード方式のスイッチング電源装置を提供できる。   According to the present invention, by converting the amplitude of the ripple voltage generated in the capacitor of the integration circuit to generate a ripple signal, a ripple mode method capable of obtaining a ripple component having a required amplitude without using discrete components. A switching power supply device can be provided.

第1の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 1st Embodiment. 電圧電流変換回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a voltage current conversion circuit. 図1に示すスイッチング電源装置におけるコンパレータの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the comparator in the switching power supply device shown in FIG. CR積分回路に生じる電圧と電圧電流変換回路の電流の波形を例示する図である。It is a figure which illustrates the waveform of the voltage which arises in CR integration circuit, and the electric current of a voltage current conversion circuit. 図3に示すコンパレータの各部の信号波形を例示する図である。It is a figure which illustrates the signal waveform of each part of the comparator shown in FIG. 第2の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 4th Embodiment. 図8に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the ripple signal generation circuit in the switching power supply device shown in FIG. 図8に示すスイッチング電源装置における合成信号と参照電圧の関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the synthesized signal and reference voltage in the switching power supply device shown in FIG. 第5の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 5th Embodiment. 図11に示すスイッチング電源装置における、コンパレータの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the comparator in the switching power supply device shown in FIG. 第6の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on 6th Embodiment 図13に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the ripple signal generation circuit in the switching power supply device shown in FIG. 図13に示すスイッチング電源装置における合成信号と出力フィードバック電圧の関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the synthetic | combination signal and output feedback voltage in the switching power supply device shown in FIG. 図13に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the ripple signal generation circuit in the switching power supply device shown in FIG. 一般的な電圧モード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the switching power supply device of a general voltage mode system. 一般的なリップルモード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the switching power supply device of a general ripple mode system. CR積分回路により取り出したリップル信号を用いるリップルモード方式のスイッチング電源装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the switching power supply device of the ripple mode system which uses the ripple signal taken out by CR integration circuit. 図19に示すスイッチング電源装置における各部の信号波形を例示する図である。It is a figure which illustrates the signal waveform of each part in the switching power supply device shown in FIG.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。
図1に示すスイッチング電源装置は、リップル信号生成回路1と、コンパレータ2と、制御回路3と、駆動回路4と、電圧フィードバック用の抵抗Rf1,Rf2と、n型のMOSトランジスタML及びMHと、インダクタLoと、キャパシタCoを有する。リップル信号生成回路1は、キャパシタCi及び抵抗Riの直列回路からなるCR積分回路11と、電圧電流変換回路12を有する。
キャパシタCoは、本発明における第1キャパシタの一実施形態である。
インダクタLoは、本発明におけるインダクタの一実施形態である。
MOSトランジスタML及びMHは、本発明におけるスイッチング回路の一実施形態である。
リップル信号生成回路1は、本発明におけるリップル信号生成回路の一実施形態である。
コンパレータ2は、本発明における比較回路の一実施形態である。
制御回路3は、本発明における制御回路の一実施形態である。
CR積分回路11は、本発明における積分回路の一実施形態である。
キャパシタCiは、本発明における第2キャパシタの一実施形態である。
電圧電流変換回路12は、本発明における電圧電流変換回路の一実施形態である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention.
The switching power supply device shown in FIG. 1 includes a ripple signal generation circuit 1, a comparator 2, a control circuit 3, a drive circuit 4, resistors Rf1 and Rf2 for voltage feedback, n-type MOS transistors ML and MH, It has an inductor Lo and a capacitor Co. The ripple signal generation circuit 1 includes a CR integration circuit 11 composed of a series circuit of a capacitor Ci and a resistor Ri, and a voltage / current conversion circuit 12.
Capacitor Co is an embodiment of the first capacitor in the present invention.
The inductor Lo is an embodiment of the inductor in the present invention.
MOS transistors ML and MH are an embodiment of the switching circuit in the present invention.
The ripple signal generation circuit 1 is an embodiment of the ripple signal generation circuit in the present invention.
The comparator 2 is an embodiment of the comparison circuit in the present invention.
The control circuit 3 is an embodiment of the control circuit in the present invention.
The CR integration circuit 11 is an embodiment of the integration circuit in the present invention.
The capacitor Ci is an embodiment of the second capacitor in the present invention.
The voltage-current conversion circuit 12 is an embodiment of the voltage-current conversion circuit in the present invention.

MOSトランジスタMLはノードNswと基準電位Gの間に接続され、MOSトランジスタMHは入力電圧Vinの供給ラインとノードNswの間に接続される。駆動回路4は、制御信号SLに応じてMOSトランジスタMLのゲートを駆動するとともに、制御信号SHに応じてMOSトランジスタMHのゲートを駆動する。   The MOS transistor ML is connected between the node Nsw and the reference potential G, and the MOS transistor MH is connected between the supply line of the input voltage Vin and the node Nsw. The drive circuit 4 drives the gate of the MOS transistor ML according to the control signal SL, and drives the gate of the MOS transistor MH according to the control signal SH.

インダクタLoは、ノードNswとノードNoutとの間に接続される。キャパシタCoは、ノードNoutと基準電位Gとの間に接続される。キャパシタCoは、等価直列抵抗ESRを有する。
ノードNoutには、負荷RLが接続される。負荷RLは、例えば、ノードNoutに発生する電圧Voutを受けて動作するLSI等の電子回路を表す。
The inductor Lo is connected between the node Nsw and the node Nout. The capacitor Co is connected between the node Nout and the reference potential G. The capacitor Co has an equivalent series resistance ESR.
A load RL is connected to the node Nout. The load RL represents an electronic circuit such as an LSI that operates by receiving the voltage Vout generated at the node Nout, for example.

抵抗Rf1,Rf2は、ノードNoutと基準電位Gの間に直列に接続される。抵抗Rf1はノードNfbと基準電位Gの間に接続され、抵抗Rf2はノードNoutとノードNfbの間に接続される。ノードNfbには、出力電圧Voutを抵抗Rf1及びRf2の直列回路により分圧した出力フィードバック電圧VFBが発生する。   The resistors Rf1 and Rf2 are connected in series between the node Nout and the reference potential G. The resistor Rf1 is connected between the node Nfb and the reference potential G, and the resistor Rf2 is connected between the node Nout and the node Nfb. At node Nfb, output feedback voltage VFB is generated by dividing output voltage Vout by a series circuit of resistors Rf1 and Rf2.

CR積分回路11は、抵抗Ri及びキャパシタCiの直列回路により構成されており、インダクタLoと並列に接続される。抵抗RiはノードNswとノードNciの間に接続され、キャパシタCiはノードNciとノードNoutの間に接続される。
MOSトランジスタML及びMHによるスイッチングの1サイクル期間がCR積分回路11の時定数に比べて十分に短い場合、この1サイクル期間におけるキャパシタCiの電圧の変化(すなわちキャパシタCiのリップル電圧の振幅)はインダクタLoに印加される方形波状の電圧の振幅に比べて十分に小さく無視できる。この場合、抵抗Riに流れる電流は、インダクタLoに印加される電圧にほぼ比例する。キャパシタCiは、抵抗Riに流れる電流によって充放電されるため、キャパシタCiに発生する電圧は、インダクタLoに印加される電圧の積分値にほぼ比例する。ここで、インダクタLoに流れる電流はインダクタLoに印加される電圧の積分値に比例することから、キャパシタCiに生じるリップル電圧の波形は、インダクタLoに流れるリップル電流の波形と相似になる。
The CR integration circuit 11 is configured by a series circuit of a resistor Ri and a capacitor Ci, and is connected in parallel with the inductor Lo. The resistor Ri is connected between the node Nsw and the node Nci, and the capacitor Ci is connected between the node Nci and the node Nout.
When one cycle period of switching by the MOS transistors ML and MH is sufficiently shorter than the time constant of the CR integration circuit 11, the change in the voltage of the capacitor Ci (that is, the amplitude of the ripple voltage of the capacitor Ci) in this one cycle period is an inductor. The amplitude of the square wave voltage applied to Lo is sufficiently small and can be ignored. In this case, the current flowing through the resistor Ri is substantially proportional to the voltage applied to the inductor Lo. Since the capacitor Ci is charged and discharged by the current flowing through the resistor Ri, the voltage generated in the capacitor Ci is substantially proportional to the integrated value of the voltage applied to the inductor Lo. Here, since the current flowing through the inductor Lo is proportional to the integral value of the voltage applied to the inductor Lo, the waveform of the ripple voltage generated in the capacitor Ci is similar to the waveform of the ripple current flowing through the inductor Lo.

電圧電流変換回路12は、キャパシタCiに生じる電圧を電流に変換する回路であり、例えば次式に示すように、キャパシタCiに生じる電圧と所定の相互コンダクタンスgmとの積に応じた電流Iqを生成する。   The voltage-current conversion circuit 12 is a circuit that converts a voltage generated in the capacitor Ci into a current, and generates a current Iq corresponding to a product of the voltage generated in the capacitor Ci and a predetermined mutual conductance gm, for example, as shown in the following equation. To do.

(数2)
Iq=(Vci−Vout)×gm=Vid×gm…(2)
(Equation 2)
Iq = (Vci−Vout) × gm = Vid × gm (2)

図2は、電圧電流変換回路12の構成の一例を示す図である。
図2に示す電圧電流変換回路12は、p型のMOSトランジスタM1〜M6と、n型のMOSトランジスタM7〜M10と、npnトランジスタQ1,Q2と、抵抗R1,R2と、電流源CS1を有する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the voltage / current conversion circuit 12.
The voltage-current conversion circuit 12 shown in FIG. 2 includes p-type MOS transistors M1 to M6, n-type MOS transistors M7 to M10, npn transistors Q1 and Q2, resistors R1 and R2, and a current source CS1.

npnトランジスタQ1のエミッタは抵抗R1を介してノードNmに接続され、そのコレクタはMOSトランジスタM1のドレインに接続され、そのベースはノードNoutに接続される。npnトランジスタQ2のエミッタは抵抗R2を介してノードNmに接続され、そのコレクタはMOSトランジスタM2のドレインに接続され、そのベースはノードNciに接続される。
電流源CS1は、ノードNmと基準電位Gの間に接続される。
MOSトランジスタM1〜M6の各ソースは、電源ラインVddに接続される。MOSトランジスタM1のゲートとドレインが共通に接続され、MOSトランジスタM3,M4のゲートがMOSトランジスタM1のゲートに接続される。MOSトランジスタM2のゲートとドレインが共通に接続され、MOSトランジスタM5,M6のゲートがMOSトランジスタM2のゲートに接続される。MOSトランジスタM3のドレインは、MOSトランジスタM7のドレインに接続される。MOSトランジスタM4のドレインは、MOSトランジスタM8のドレインに接続される。
MOSトランジスタM7〜M10の各ソースは、基準電位Gに接続される。MOSトランジスタM7のゲートとドレインが共通に接続され、MOSトランジスタM9のゲートがMOSトランジスタM7のゲートに接続される。MOSトランジスタM8のゲートとドレインが共通に接続され、MOSトランジスタM10のゲートがMOSトランジスタM8のゲートに接続される。MOSトランジスタM9のドレインとMOSトランジスタM5のドレインは、ノードN1に共通接続される。MOSトランジスタM10のドレインとMOSトランジスタM6のドレインは、ノードN4に共通接続される。
The emitter of npn transistor Q1 is connected to node Nm via resistor R1, its collector is connected to the drain of MOS transistor M1, and its base is connected to node Nout. The emitter of npn transistor Q2 is connected to node Nm via resistor R2, its collector is connected to the drain of MOS transistor M2, and its base is connected to node Nci.
The current source CS1 is connected between the node Nm and the reference potential G.
The sources of the MOS transistors M1 to M6 are connected to the power supply line Vdd. The gate and drain of the MOS transistor M1 are connected in common, and the gates of the MOS transistors M3 and M4 are connected to the gate of the MOS transistor M1. The gate and drain of the MOS transistor M2 are connected in common, and the gates of the MOS transistors M5 and M6 are connected to the gate of the MOS transistor M2. The drain of the MOS transistor M3 is connected to the drain of the MOS transistor M7. The drain of the MOS transistor M4 is connected to the drain of the MOS transistor M8.
The sources of the MOS transistors M7 to M10 are connected to the reference potential G. The gate and drain of the MOS transistor M7 are connected in common, and the gate of the MOS transistor M9 is connected to the gate of the MOS transistor M7. The gate and drain of the MOS transistor M8 are connected in common, and the gate of the MOS transistor M10 is connected to the gate of the MOS transistor M8. The drain of the MOS transistor M9 and the drain of the MOS transistor M5 are commonly connected to the node N1. The drain of the MOS transistor M10 and the drain of the MOS transistor M6 are commonly connected to the node N4.

npnトランジスタQ2のベースには電圧Vciが印加され、npnトランジスタQ1のベースには電圧Voutが印加される。対をなすnpnトランジスタQ1,Q2のコレクタ電流には、電圧差Vid(=Vci−Vout)に応じた電流差が生じる。   The voltage Vci is applied to the base of the npn transistor Q2, and the voltage Vout is applied to the base of the npn transistor Q1. A current difference corresponding to the voltage difference Vid (= Vci−Vout) is generated in the collector currents of the npn transistors Q1 and Q2 forming a pair.

MOSトランジスタM1,M3,M4,M7,M8,M9,M10はカレントミラー回路を構成しており、MOSトランジスタM9,M10のドレイン電流はMOSトランジスタM1のドレイン電流に比例する。他方、MOSトランジスタM2,M5,M6はカレントミラー回路を構成しており、MOSトランジスタM5,M6のドレイン電流はMOSトランジスタM2のドレイン電流に比例する。
ここで、MOSトランジスタM9,M10のドレイン電流とMOSトランジスタM1のドレイン電流が等しく、かつ、MOSトランジスタM5,M6のドレイン電流とMOSトランジスタM2のドレイン電流が等しいとすると、ノードN1,N2からそれぞれ電圧差Vidに応じた電流Iqが出力される。
図2に示す電圧電流変換回路12の相互コンダクタンスgmは概ね次式で表わされる。
The MOS transistors M1, M3, M4, M7, M8, M9, and M10 constitute a current mirror circuit, and the drain currents of the MOS transistors M9 and M10 are proportional to the drain current of the MOS transistor M1. On the other hand, the MOS transistors M2, M5, and M6 constitute a current mirror circuit, and the drain currents of the MOS transistors M5 and M6 are proportional to the drain current of the MOS transistor M2.
Here, if the drain currents of the MOS transistors M9 and M10 and the drain current of the MOS transistor M1 are equal, and the drain currents of the MOS transistors M5 and M6 and the drain current of the MOS transistor M2 are equal, the voltages from the nodes N1 and N2 respectively. A current Iq corresponding to the difference Vid is output.
The mutual conductance gm of the voltage-current conversion circuit 12 shown in FIG.

(数3)
gm=1/[r1+(0.026×2/Ics2)]…(3)
(Equation 3)
gm = 1 / [r1 + (0.026 × 2 / Ics2)] (3)

式(3)において、「r1」は抵抗R1,R2の抵抗値を示し、「Ics2」は電流源CS2の電流値を示す。
以上が、電圧電流変換回路12の説明である。
In Expression (3), “r1” indicates the resistance values of the resistors R1 and R2, and “Ics2” indicates the current value of the current source CS2.
The above is the description of the voltage-current conversion circuit 12.

コンパレータ2は、電圧電流変換回路12により取り出されたキャパシタCiのリップル信号と出力電圧Voutに応じた出力フィードバック電圧VFBとの合成信号を参照電圧Vrefと比較し、この比較結果に応じた信号Scpを出力する。コンパレータ2は、出力フィードバック電圧VFBの伝達経路に設けられた抵抗に対して電圧電流変換回路12の電流Iqを注入されており、これにより発生する出力フィードバック電圧VFBとリップル信号との合成信号を参照電圧Vrefと比較する。   The comparator 2 compares the combined signal of the ripple signal of the capacitor Ci taken out by the voltage-current conversion circuit 12 and the output feedback voltage VFB corresponding to the output voltage Vout with the reference voltage Vref, and generates a signal Scp corresponding to the comparison result. Output. In the comparator 2, the current Iq of the voltage-current conversion circuit 12 is injected into a resistor provided in the transmission path of the output feedback voltage VFB, and a synthesized signal of the output feedback voltage VFB and the ripple signal generated thereby is referred to Compare with voltage Vref.

図3は、コンパレータ2の構成の一例を示す図である。
図1に示すコンパレータ2は、pnpトランジスタQ3,Q4と、npnトランジスタQ5,Q6と、抵抗R3,R4と、電流源CS2〜CS6と、出力増幅回路21とを有する。
pnpトランジスタQ3及び電流源CS3を含む回路は、本発明における第1バッファ回路の一実施形態である。
pnpトランジスタQ4及び電流源CS4を含む回路は、本発明における第2バッファ回路の一実施形態である。
npnトランジスタQ5,Q6及び電流源CS2,CS5,CS6を含む回路は、本発明における増幅段の一実施形態である。
抵抗R3は、本発明における第1抵抗の一実施形態である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the comparator 2.
The comparator 2 shown in FIG. 1 includes pnp transistors Q3 and Q4, npn transistors Q5 and Q6, resistors R3 and R4, current sources CS2 to CS6, and an output amplifier circuit 21.
The circuit including the pnp transistor Q3 and the current source CS3 is an embodiment of the first buffer circuit in the present invention.
The circuit including the pnp transistor Q4 and the current source CS4 is an embodiment of the second buffer circuit in the present invention.
A circuit including npn transistors Q5 and Q6 and current sources CS2, CS5 and CS6 is an embodiment of the amplification stage in the present invention.
The resistor R3 is an embodiment of the first resistor in the present invention.

pnpトランジスタQ3,Q4の各コレクタは基準電位Gに接続される。pnpトランジスタQ3のエミッタは電流源CS3を介して電源ラインVddに接続され、そのベースはノードNfbに接続される。pnpトランジスタQ4のエミッタは電流源CS4を介して電源ラインVddに接続され、そのベースには参照電圧Vrefが入力される。
npnトランジスタQ5,Q6のエミッタは共通に接続されており、そのエミッタと基準電位Gの間に電流源CS2が接続される。npnトランジスタQ5のコレクタは電流源CS5を介して電源ラインVddに接続され、そのベースは抵抗R3を介してpnpトランジスタQ3のエミッタに接続される。npnトランジスタQ6のコレクタは電流源CS6を介して電源ラインVddに接続され、そのベースは抵抗R4を介してpnpトランジスタQ4のエミッタに接続される。
なお図3において、ノードN1はpnpトランジスタQ3のエミッタを示し、ノードN2はpnpトランジスタQ4のエミッタを示し、ノードN3はnpnトランジスタQ5のベースを示し、ノードN4はnpnトランジスタQ6のベースを示す。
The collectors of the pnp transistors Q3 and Q4 are connected to the reference potential G. The emitter of the pnp transistor Q3 is connected to the power supply line Vdd via the current source CS3, and its base is connected to the node Nfb. The emitter of the pnp transistor Q4 is connected to the power supply line Vdd via the current source CS4, and the reference voltage Vref is input to its base.
The emitters of npn transistors Q5 and Q6 are connected in common, and current source CS2 is connected between the emitter and reference potential G. The collector of npn transistor Q5 is connected to power supply line Vdd via current source CS5, and its base is connected to the emitter of pnp transistor Q3 via resistor R3. The collector of npn transistor Q6 is connected to power supply line Vdd via current source CS6, and its base is connected to the emitter of pnp transistor Q4 via resistor R4.
In FIG. 3, node N1 represents the emitter of pnp transistor Q3, node N2 represents the emitter of pnp transistor Q4, node N3 represents the base of npn transistor Q5, and node N4 represents the base of npn transistor Q6.

出力増幅回路21は、npnトランジスタQ5,Q6のコレクタ電圧の差を増幅し、ハイレベル又はローレベルを有する信号Scpを生成する。   The output amplifier circuit 21 amplifies the difference between the collector voltages of the npn transistors Q5 and Q6 and generates a signal Scp having a high level or a low level.

pnpトランジスタQ3と電流源CS3は、高入力インピーダンスかつ低出力インピーダンスのバッファ回路(エミッタフォロワ回路)を構成する。pnpトランジスタQ3のエミッタ(ノードN1)には、出力フィードバック電圧VFBをほぼ一定のベース−エミッタ電圧だけレベルシフトした電圧Vn1が発生する。pnpトランジスタQ4と電流源CS4も同様なバッファ回路(エミッタフォロワ回路)を構成しており、pnpトランジスタQ4のエミッタ(ノードN2)には、参照電圧Vrefをレベルシフトした電圧Vn2が発生する。   The pnp transistor Q3 and the current source CS3 constitute a buffer circuit (emitter follower circuit) having a high input impedance and a low output impedance. At the emitter (node N1) of the pnp transistor Q3, a voltage Vn1 obtained by level shifting the output feedback voltage VFB by a substantially constant base-emitter voltage is generated. The pnp transistor Q4 and the current source CS4 also form a similar buffer circuit (emitter follower circuit), and a voltage Vn2 obtained by level shifting the reference voltage Vref is generated at the emitter (node N2) of the pnp transistor Q4.

上述した2つのバッファ回路の出力電圧Vn1,Vn2は、npnトランジスタQ5,Q6及び電流源CS2,CS5,CS6により構成される差動増幅回路に入力される。差動増幅回路は、npnトランジスタQ5,Q6のベースに入力される電圧の差を増幅し、コレクタ電圧の差として出力する。
電流Iqの注入を考慮しない場合、この差動増幅回路では、電圧Vn1及びVn2の電圧差、すなわち出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの電圧差が増幅される。
Output voltages Vn1 and Vn2 of the two buffer circuits described above are input to a differential amplifier circuit composed of npn transistors Q5 and Q6 and current sources CS2, CS5 and CS6. The differential amplifier circuit amplifies the difference between the voltages input to the bases of the npn transistors Q5 and Q6, and outputs the amplified difference as the collector voltage difference.
When the injection of the current Iq is not considered, in this differential amplifier circuit, the voltage difference between the voltages Vn1 and Vn2, that is, the voltage difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref is amplified.

さて、図3に示すコンパレータ2においては、上述したバッファ回路(Q3,CS3)から差動増幅回路へ電圧Vn1を伝達する経路上に抵抗R3が設けられており、この抵抗R3に対してトランジスタQ5のベース側(ノードN3側)から電流Iqが注入される。npnトランジスタQ5のベース抵抗が十分に大きい場合、電流Iqの大半が抵抗R3を介してバッファ回路(Q3,CS3)に流れるため、抵抗R3の両端には電流Iqに応じた電圧が発生する。この抵抗R3に発生する電圧とノードN1の電圧Vn1とを加算した電圧Vn3が、npnトランジスタQ5のベースに入力される。   In the comparator 2 shown in FIG. 3, a resistor R3 is provided on the path for transmitting the voltage Vn1 from the buffer circuit (Q3, CS3) to the differential amplifier circuit. A transistor Q5 is connected to the resistor R3. Current Iq is injected from the base side (node N3 side). When the base resistance of the npn transistor Q5 is sufficiently large, most of the current Iq flows to the buffer circuit (Q3, CS3) via the resistor R3, so that a voltage corresponding to the current Iq is generated at both ends of the resistor R3. A voltage Vn3 obtained by adding the voltage generated at the resistor R3 and the voltage Vn1 at the node N1 is input to the base of the npn transistor Q5.

一方、バッファ回路(Q4,CS4)から差動増幅回路へ電圧Vn2を伝達する経路にも抵抗R4が設けられているが、この経路においては、バッファ回路の出力側、すなわちpnpトランジスタQ4のエミッタ(ノードN2)に対して電流Iqが注入される。
ノードN2に電流Iqを注入することで、上述した2つのバッファ回路には等価な電流Iqが注入される。これにより、pnpトランジスタQ3,Q4のエミッタ電流の直流的なバランスが向上し、両者のベース−エミッタ電圧のアンバランスが小さくなるので、入力オフセット電圧が低減するという効果が得られる。
On the other hand, a resistor R4 is also provided in a path for transmitting the voltage Vn2 from the buffer circuit (Q4, CS4) to the differential amplifier circuit. In this path, the output side of the buffer circuit, that is, the emitter of the pnp transistor Q4 ( Current Iq is injected into node N2).
By injecting the current Iq into the node N2, the equivalent current Iq is injected into the two buffer circuits described above. As a result, the direct current balance of the emitter currents of the pnp transistors Q3 and Q4 is improved, and the unbalance between the base-emitter voltages of both is reduced, so that the effect of reducing the input offset voltage is obtained.

バッファ回路(Q4,CS4)の出力インピーダンスは、npnトランジスタQ6のベースに比べてインピーダンスが十分小さいため、ノードN2に注入された電流Iqの大半は抵抗R4へ流れずバッファ回路(Q4,CS4)に流れる。npnトランジスタQ6のベース電流を無視すると、npnトランジスタQ6のベースに入力される電圧Vn4は、ノードN2の電圧Vn2とほぼ等しくなる。すなわち、npnトランジスタQ6のベースには、電流Iqによるリップル信号が重畳されていない電圧Vn4が入力される。   Since the output impedance of the buffer circuit (Q4, CS4) is sufficiently smaller than the base of the npn transistor Q6, most of the current Iq injected into the node N2 does not flow to the resistor R4 but to the buffer circuit (Q4, CS4). Flowing. When the base current of npn transistor Q6 is ignored, voltage Vn4 input to the base of npn transistor Q6 is substantially equal to voltage Vn2 of node N2. That is, the voltage Vn4 on which the ripple signal due to the current Iq is not superimposed is input to the base of the npn transistor Q6.

このように、npnトランジスタQ5及びQ6による差動増幅回路では、電流Iqによるリップル信号が重畳された電圧Vn3と、リップル信号が重畳されていない電圧Vn4との差が増幅される。この増幅結果が更に出力増幅回路21において増幅されることにより、ロジック信号Scpが生成される。
以上が、コンパレータ2の説明である。
As described above, in the differential amplifier circuit including the npn transistors Q5 and Q6, the difference between the voltage Vn3 on which the ripple signal due to the current Iq is superimposed and the voltage Vn4 on which the ripple signal is not superimposed is amplified. The amplification result is further amplified in the output amplifier circuit 21, thereby generating a logic signal Scp.
The above is the description of the comparator 2.

制御回路3は、コンパレータ2から出力される信号Spに応じてMOSトランジスタML,MHのオン又はオフを制御する制御信号SL,SHを生成する。例えば制御回路3は、リップル信号を重畳された電圧Vn3が電圧Vn4より低くなったことを示すコンパレータ2の信号Spを入力すると、一定の時間MOSトランジスタMHをオンさせるとともにMOSトランジスタMLをオフさせる制御信号SL,SHを生成する。これにより、定常状態においては、電圧Vn3のボトムが電圧Vn4とほぼ等しくなるように出力電圧Voutが制御される。例えば、スイッチングの周期をT、入力電圧をVin、出力電圧をVout、トランジスタMHのオン期間(トランジスタHLのオフ期間)をTonとすると、Ton=T・(Vout/Vin)の関係式が成立する。   The control circuit 3 generates control signals SL and SH for controlling on / off of the MOS transistors ML and MH according to the signal Sp output from the comparator 2. For example, when the control circuit 3 receives the signal Sp of the comparator 2 indicating that the voltage Vn3 on which the ripple signal is superimposed is lower than the voltage Vn4, the control circuit 3 turns on the MOS transistor MH and turns off the MOS transistor ML for a certain time. Signals SL and SH are generated. Thereby, in a steady state, the output voltage Vout is controlled so that the bottom of the voltage Vn3 is substantially equal to the voltage Vn4. For example, assuming that the switching cycle is T, the input voltage is Vin, the output voltage is Vout, and the on period of the transistor MH (the off period of the transistor HL) is Ton, the relational expression Ton = T · (Vout / Vin) holds. .

ここで、上述した構成を有するスイッチング電源装置の動作を説明する。   Here, the operation of the switching power supply device having the above-described configuration will be described.

図4は、CR積分回路11に生じる電圧Vciと電圧電流変換回路12の電流Iqの波形を例示する図である。
MOSトランジスタMHは、例えば図4(A)に示すようなゲート−ソース電圧Vgsを受けて周期的にオンし、MOSトランジスタMLはMOSトランジスタMHのオンの期間に同期してオフする。MOSトランジスタML及びMHが交互にオンすることにより、インダクタLoの電圧波形は方形波状になる。
FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms of the voltage Vci generated in the CR integration circuit 11 and the current Iq of the voltage / current conversion circuit 12.
For example, the MOS transistor MH is periodically turned on in response to a gate-source voltage Vgs as shown in FIG. 4A, and the MOS transistor ML is turned off in synchronization with the ON period of the MOS transistor MH. When the MOS transistors ML and MH are alternately turned on, the voltage waveform of the inductor Lo becomes a square wave.

MOSトランジスタML及びMHによるスイッチングの周期がCR積分回路11の時定数に比べて十分に短い場合、抵抗Riを介してキャパシタCiを充放電する電流はインダクタLoの方形波状の電圧と相似になる。この場合、キャパシタCiには、インダクタLoに流れるリップル電流と相似なリップル電圧Vrcが生じる。
リップル電圧Vrcは概ね次式で表わされる。
When the switching cycle of the MOS transistors ML and MH is sufficiently shorter than the time constant of the CR integration circuit 11, the current charging / discharging the capacitor Ci through the resistor Ri is similar to the square wave voltage of the inductor Lo. In this case, a ripple voltage Vrc similar to the ripple current flowing through the inductor Lo is generated in the capacitor Ci.
Ripple voltage Vrc is generally expressed by the following equation.

(数4)
Vrc=(VL/r3)×(1/c2)×(Vout/Vin)×(1/fs)…(4)
(Equation 4)
Vrc = (VL / r3) × (1 / c2) × (Vout / Vin) × (1 / fs) (4)

式(4)において、「VL」はインダクタLoの電圧(Vin−Vout)を示し、「fs」はスイッチング周波数を示す。   In Expression (4), “VL” represents the voltage (Vin−Vout) of the inductor Lo, and “fs” represents the switching frequency.

図4(B)に示すように、出力電圧VoutにもインダクタLoのリップル電流に相似なリップル電圧が生じているが、その振幅は電圧Vciに含まれるリップル電圧の振幅に比べて小さい。キャパシタCoに例えばセラミックコンデンサなどESRの小さい素子を用いることで、出力電圧Voutのリップル電圧は非常に小さくなる。   As shown in FIG. 4B, the output voltage Vout also has a ripple voltage similar to the ripple current of the inductor Lo, but its amplitude is smaller than the amplitude of the ripple voltage included in the voltage Vci. By using an element having a small ESR such as a ceramic capacitor for the capacitor Co, the ripple voltage of the output voltage Vout becomes very small.

キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)は、電圧電流変換回路12において電流Iqに変換される。例えば図4(B)に示すように、ノードNciの電圧Vciは出力電圧Voutを中心に振動する。この場合、キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)は正負に振動しているため、電圧電流変換回路12より出力される電流Iqも正負に振動する(図4(C))。   The voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci is converted into a current Iq in the voltage / current conversion circuit 12. For example, as shown in FIG. 4B, the voltage Vci of the node Nci oscillates around the output voltage Vout. In this case, since the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci vibrates positively and negatively, the current Iq output from the voltage-current conversion circuit 12 also vibrates positively and negatively (FIG. 4C).

図5は、図3に示すコンパレータ2の各部の信号波形を例示する図である。
図5(A),(B)に示すように、出力フィードバック電圧VFBは、バッファ回路(Q3,CS3)の出力において、pnpトランジスタQ3のベース−エミッタ電圧Vbeだけ高電位側にレベルシフトされた電圧Vn1となる。また参照電圧Vrefは、バッファ回路(Q4,CS4)の出力において、pnpトランジスタQ4のベース−エミッタ電圧Vbeだけ高電位側にレベルシフトされた電圧Vn2となる。
pnpトランジスタQ3及びQ4のベース−エミッタ電圧が等しい場合(Vbe)、電圧Vn1とVn2の電位差は、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefの電位差と等しくなる。電圧Vn1,Vn2は、抵抗R3,R4を介して差動増幅回路(Q5,Q6,CS2,CS5,CS6)に入力される。
FIG. 5 is a diagram illustrating signal waveforms at various parts of the comparator 2 shown in FIG.
As shown in FIGS. 5A and 5B, the output feedback voltage VFB is a voltage level-shifted to the high potential side by the base-emitter voltage Vbe of the pnp transistor Q3 at the output of the buffer circuit (Q3, CS3). Vn1. The reference voltage Vref becomes a voltage Vn2 level-shifted to the high potential side by the base-emitter voltage Vbe of the pnp transistor Q4 at the output of the buffer circuit (Q4, CS4).
When the base-emitter voltages of the pnp transistors Q3 and Q4 are equal (Vbe), the potential difference between the voltages Vn1 and Vn2 is equal to the potential difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref. The voltages Vn1, Vn2 are input to the differential amplifier circuits (Q5, Q6, CS2, CS5, CS6) via the resistors R3, R4.

コンパレータ2のノードN3に注入される電流Iqは、インピーダンスの大きいnpnトランジスタQ5のベースには流れず、その大半が抵抗R3を介してバッファ回路(Q3,CS3)に流れる。そのため、ノードN3の電圧Vn3は、図5(C)の鎖線の波形に示すように、電流Iqによって抵抗R3(抵抗値r3)に生じるリップル電圧(Iq×r3)とノードN1の電圧Vn1とを加算した電圧にほぼ等しくなる。   The current Iq injected into the node N3 of the comparator 2 does not flow to the base of the npn transistor Q5 having a large impedance, but most of it flows to the buffer circuit (Q3, CS3) via the resistor R3. Therefore, the voltage Vn3 of the node N3 is, as shown in the waveform of the chain line in FIG. 5C, a ripple voltage (Iq × r3) generated in the resistor R3 (resistance value r3) by the current Iq and the voltage Vn1 of the node N1. It becomes almost equal to the added voltage.

一方、コンパレータ2のノードN4に注入される電流Iqの大半は、低インピーダンスのバッファ回路(Q4,CS4)に流れる。そのため、抵抗R4に流れる電流は微小となり、ノードN4の電圧Vn4はノードN2の電圧Vn2とほぼ等しくなる。
従って、差動増幅回路(Q5,Q6,CS2,CS5,CS6)には、電流Iqによるリップル信号を重畳された電圧Vn3と、リップル信号を重畳されていない電圧Vn4とが入力される。
On the other hand, most of the current Iq injected into the node N4 of the comparator 2 flows through the low impedance buffer circuit (Q4, CS4). Therefore, the current flowing through the resistor R4 is very small, and the voltage Vn4 at the node N4 is almost equal to the voltage Vn2 at the node N2.
Accordingly, the differential amplifier circuit (Q5, Q6, CS2, CS5, CS6) receives the voltage Vn3 on which the ripple signal due to the current Iq is superimposed and the voltage Vn4 on which the ripple signal is not superimposed.

差動増幅回路(Q5,Q6,CS2,CS5,CS6)において電圧Vn3,Vn4の電圧差が増幅され、その増幅結果が更に出力増幅回路21で増幅されることにより、電圧Vn3及びVn4の大小関係に応じたハイレベル又はローレベルのロジック信号Scpが生成される。   In the differential amplifier circuit (Q5, Q6, CS2, CS5, CS6), the voltage difference between the voltages Vn3 and Vn4 is amplified, and the amplification result is further amplified by the output amplifier circuit 21, whereby the magnitude relationship between the voltages Vn3 and Vn4. A high level or low level logic signal Scp is generated according to the above.

電圧Vn3が電圧Vn4より低くなったことを示す信号Scpがコンパレータ2において生成されると、制御回路3によって一定の時間MOSトランジスタMHがオンに設定されるとともにMOSトランジスタMLがオフに設定される。MOSトランジスタMHがオンすると、ノードNswの電圧がノードNoutの電圧より高くなるので、キャパシタCiの電圧が直線的に上昇し、これに応じて電圧Vn3も直線的に上昇する。一定時間後にMOSトランジスタMHがオフしMOSトランジスタMLがオンすると、ノードNswの電圧がノードNoutの電圧より低くなるので、キャパシタCiの電圧が直線的に低下し、これに応じて電圧Vn3も直線的に低下する。従って、定常状態においては、電圧Vn3が低下から上昇へ転じるボトム付近のレベルと電圧Vn4とが等しくなる。   When the signal Scp indicating that the voltage Vn3 is lower than the voltage Vn4 is generated in the comparator 2, the control circuit 3 sets the MOS transistor MH on for a certain period of time and the MOS transistor ML off. When the MOS transistor MH is turned on, the voltage of the node Nsw becomes higher than the voltage of the node Nout, so that the voltage of the capacitor Ci rises linearly, and the voltage Vn3 rises linearly accordingly. When the MOS transistor MH is turned off and the MOS transistor ML is turned on after a certain time, the voltage at the node Nsw becomes lower than the voltage at the node Nout, so that the voltage at the capacitor Ci decreases linearly, and the voltage Vn3 also varies linearly accordingly To drop. Therefore, in the steady state, the level near the bottom at which the voltage Vn3 turns from rising to rising is equal to the voltage Vn4.

以上述べたように、図1に示すスイッチング電源装置では、CR積分回路11のキャパシタCiにおいて、インダクタLoに印加される電圧の積分値に応じた電圧が発生する。キャパシタCiに生じるリップル電圧は、インダクタLoに流れるリップル電流と相似な波形を持つ。このキャパシタCiの電圧が電圧電流変換回路12において電流Iqに変換され、コンパレータ2における出力フィードバック電圧VFBの伝達経路上に設けられた抵抗R3に注入される。抵抗R3(抵抗値r3)には、インダクタLoに流れるリップル電流に応じたリップル電圧(Iq×r3)が生じる。その結果、コンパレータ2においては、インダクタLoのリップル電流に応じたリップル電圧(Iq×r3)と出力フィードバック電圧VFBに応じた電圧Vn1との合成信号である電圧Vn3が生成され、この電圧Vn3と参照電圧Vrefに応じた電圧Vn4とが比較される。コンパレータ2の出力信号Scpに応じて、電圧Vn3のボトム(若しくはピーク)と電圧Vn4とが等しくなるように、MOSトランジスタML及びMHのスイッチングが制御回路3により制御される。   As described above, in the switching power supply device shown in FIG. 1, a voltage corresponding to the integrated value of the voltage applied to the inductor Lo is generated in the capacitor Ci of the CR integration circuit 11. The ripple voltage generated in the capacitor Ci has a waveform similar to the ripple current flowing in the inductor Lo. The voltage of the capacitor Ci is converted into a current Iq in the voltage-current conversion circuit 12 and injected into a resistor R3 provided on the transmission path of the output feedback voltage VFB in the comparator 2. A ripple voltage (Iq × r3) corresponding to the ripple current flowing through the inductor Lo is generated in the resistor R3 (resistance value r3). As a result, the comparator 2 generates a voltage Vn3 that is a combined signal of the ripple voltage (Iq × r3) corresponding to the ripple current of the inductor Lo and the voltage Vn1 corresponding to the output feedback voltage VFB, and this voltage Vn3 is referred to The voltage Vn4 corresponding to the voltage Vref is compared. The control circuit 3 controls the switching of the MOS transistors ML and MH so that the bottom (or peak) of the voltage Vn3 is equal to the voltage Vn4 according to the output signal Scp of the comparator 2.

ところで、コンパレータ2の抵抗R3(抵抗値r3)に生じるリップル電圧(Iq×r3)の振幅は、電圧電流変換回路12の相互インダクタンスgmと抵抗値r3に応じて任意に設定可能である。CR積分回路11の時定数が小さい場合、キャパシタCiに生じるリップル電圧Vrcの振幅が必要以上に大きくなる可能性があるが、その場合でも、相互インダクタンスgmと抵抗値r3を適切に設定することによって、抵抗R3に生じるリップル電圧(Iq×r3)の振幅を適当に小さくなるように変換できる。すなわち、キャパシタCiに生じるリップル電圧と相似な信号であって、当該リップル電圧より振幅が小さいリップル信号を生成して、出力フィードバック電圧VFBに合成させることができる。
従って、図1に示すスイッチング電源装置によれば、キャパシタCi及び抵抗Riの素子値が半導体チップ上に形成可能な値となるように、CR積分回路11の時定数を小さく設定することが可能である。これにより、キャパシタCiと抵抗Riを半導体チップ上に集積することが可能となり、ディスクリート部品を削減することができる。
ディスクリート部品を削減できるので、従来に比べて回路面積を小さくすることが可能になるとともに、部品実装に係るコストを削減できる。また、部品の実装設計が容易になり、設計工数を短縮できる。
Meanwhile, the amplitude of the ripple voltage (Iq × r3) generated in the resistor R3 (resistance value r3) of the comparator 2 can be arbitrarily set according to the mutual inductance gm and the resistance value r3 of the voltage-current conversion circuit 12. When the time constant of the CR integration circuit 11 is small, the amplitude of the ripple voltage Vrc generated in the capacitor Ci may become larger than necessary. Even in this case, by setting the mutual inductance gm and the resistance value r3 appropriately. The amplitude of the ripple voltage (Iq × r3) generated in the resistor R3 can be converted to be appropriately reduced. That is, it is possible to generate a ripple signal that is similar to the ripple voltage generated in the capacitor Ci and has an amplitude smaller than that of the ripple voltage and synthesize it with the output feedback voltage VFB.
Therefore, according to the switching power supply device shown in FIG. 1, the time constant of the CR integration circuit 11 can be set small so that the element values of the capacitor Ci and the resistor Ri become values that can be formed on the semiconductor chip. is there. Thereby, the capacitor Ci and the resistor Ri can be integrated on the semiconductor chip, and the number of discrete components can be reduced.
Since discrete components can be reduced, the circuit area can be reduced as compared with the prior art, and the costs associated with component mounting can be reduced. Moreover, the mounting design of the parts becomes easy, and the design man-hour can be shortened.

また、図1に示すスイッチング電源装置によれば、図4(B)に示すように出力電圧Voutのリップル電圧が微小な場合であっても、十分な振幅のリップル信号を取り出して出力フィードバック電圧VFBに重畳できるので、キャパシタCoには低ESRタイプのキャパシタを使用できる。   Further, according to the switching power supply device shown in FIG. 1, even if the ripple voltage of the output voltage Vout is very small as shown in FIG. 4B, a ripple signal having a sufficient amplitude is extracted and the output feedback voltage VFB is obtained. Therefore, a low ESR type capacitor can be used as the capacitor Co.

従来、リップルモード方式のスイッチング電源装置では、出力電圧において適当な振幅のリップル電圧を得るために、例えば機能性高分子アルミニウム電解コンデンサや導電性高分子アルミニウム固体コンデンサなど、比較的ESRの大きいキャパシタが使用されていた。セラミックコンデンサは、これらのキャパシタに比べて安価であり、占有面積が小さいという利点があるものの、ESRが非常に小さいため、リップルモード方式においては一般に使用されていなかった。
図1に示すスイッチング電源装置によれば、キャパシタCoにESRの小さいセラミックコンデンサを使用できるので、アルミニウム電解コンデンサ等を使用する場合に比べて部品コストを削減できるとともに回路面積を小さくすることができる。
また、セラミックコンデンサは故障時において一般にオープン状態となるので、キャパシタCoにセラミックコンデンサを用いれば、故障時にショート状態となるタイプのキャパシタを用いる場合に比べて信頼性を向上できる。
Conventionally, in a ripple mode type switching power supply, in order to obtain a ripple voltage having an appropriate amplitude in the output voltage, a capacitor having a relatively large ESR, such as a functional polymer aluminum electrolytic capacitor or a conductive polymer aluminum solid capacitor, is used. It was used. Ceramic capacitors are less expensive than these capacitors and have the advantage of a small occupied area. However, since the ESR is very small, they have not been generally used in the ripple mode system.
According to the switching power supply device shown in FIG. 1, since a ceramic capacitor having a small ESR can be used for the capacitor Co, the component cost can be reduced and the circuit area can be reduced as compared with the case where an aluminum electrolytic capacitor or the like is used.
Further, since a ceramic capacitor is generally in an open state at the time of a failure, the use of a ceramic capacitor for the capacitor Co can improve the reliability as compared with the case of using a capacitor that is in a short state at the time of a failure.

更に、図1に示すスイッチング電源装置によれば、出力のキャパシタCoにセラミックコンデンサ等の低ESRタイプのキャパシタを用いることができるので、出力電圧Voutのリップル電圧を小さくできる。これにより、電圧Voutを電源電圧として使用する場合に電子回路の動作マージンを拡大することができ、信頼性を向上できる。   Furthermore, according to the switching power supply device shown in FIG. 1, since a low ESR type capacitor such as a ceramic capacitor can be used as the output capacitor Co, the ripple voltage of the output voltage Vout can be reduced. Thereby, when the voltage Vout is used as the power supply voltage, the operation margin of the electronic circuit can be expanded, and the reliability can be improved.

また、図1に示すスイッチング電源装置においては、出力フィードバック電圧VFBを入力するバッファ回路(Q3,CS3)と参照電圧Vrefを入力するバッファ回路(Q4,CS4)がそれぞれ設けられており、前者のバッファ回路(Q3,CS3)の出力に接続された抵抗R3へ注入される電流Iqと等価な電流が後者のバッファ回路(Q3,CS3)の出力にも注入される。これにより、2つのバッファ回路に流れる電流のバランスが向上するので、当該2つのバッファ回路の入力オフセット電圧を低減できる。   Further, the switching power supply device shown in FIG. 1 is provided with a buffer circuit (Q3, CS3) for inputting the output feedback voltage VFB and a buffer circuit (Q4, CS4) for inputting the reference voltage Vref, respectively. A current equivalent to the current Iq injected into the resistor R3 connected to the output of the circuit (Q3, CS3) is also injected into the output of the latter buffer circuit (Q3, CS3). As a result, the balance of the currents flowing through the two buffer circuits is improved, so that the input offset voltage of the two buffer circuits can be reduced.

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図6は、第2の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。
図6に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路1を次に述べるリップル信号生成回路1Aに置き換えたものであり、他の構成要素については図1に示すスイッチング電源装置と同じである。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply according to the second embodiment.
The switching power supply device shown in FIG. 6 is obtained by replacing the ripple signal generation circuit 1 in the switching power supply device shown in FIG. 1 with a ripple signal generation circuit 1A described below. The other components are the switching power supply shown in FIG. Same as the device.

リップル信号生成回路1Aは、図1におけるリップル信号生成回路1と同様な構成(CR積分回路11,電圧電流変換回路12)に加えて、キャパシタCiに生じる電圧を分圧する分圧回路13を有する。
分圧回路13は、本発明における分圧回路の一実施形態である。
The ripple signal generation circuit 1A includes a voltage dividing circuit 13 that divides the voltage generated in the capacitor Ci in addition to the same configuration (CR integration circuit 11 and voltage-current conversion circuit 12) as the ripple signal generation circuit 1 in FIG.
The voltage dividing circuit 13 is an embodiment of the voltage dividing circuit in the present invention.

分圧回路13は、直列に接続された抵抗R5及びR6を含んでおり、抵抗R6の一方の端子がノードNciに接続され、他方の端子が抵抗R5を介してノードNoutに接続される。電圧電流変換回路12は、この分圧回路13により分圧された電圧、すなわち、抵抗R5の両端の電圧を電流Iqに変換する。   The voltage dividing circuit 13 includes resistors R5 and R6 connected in series. One terminal of the resistor R6 is connected to the node Nci, and the other terminal is connected to the node Nout through the resistor R5. The voltage-current conversion circuit 12 converts the voltage divided by the voltage dividing circuit 13, that is, the voltage at both ends of the resistor R5, into a current Iq.

キャパシタCi及び抵抗Riの素子値を半導体チップに集積可能な値に設定した場合、CR積分回路11の時定数が小さくなり、キャパシタCiに生じるリップル電圧の振幅が必要以上に大きくなってしまうことが考えられる。この振幅があまり大きいと、電圧電流変換回路12の入力レンジが不足してしまう可能性がある。本実施形態では、キャパシタCiに生じるリップル電圧の振幅を分圧回路13により分圧して電圧電流変換回路12に入力することにより、電圧電流変換回路12に入力されるリップル電圧を適切な範囲に設定することができる。   When the element values of the capacitor Ci and the resistor Ri are set to values that can be integrated in the semiconductor chip, the time constant of the CR integration circuit 11 becomes small, and the amplitude of the ripple voltage generated in the capacitor Ci becomes larger than necessary. Conceivable. If the amplitude is too large, the input range of the voltage / current conversion circuit 12 may be insufficient. In the present embodiment, the amplitude of the ripple voltage generated in the capacitor Ci is divided by the voltage dividing circuit 13 and input to the voltage / current conversion circuit 12, thereby setting the ripple voltage input to the voltage / current conversion circuit 12 within an appropriate range. can do.

<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図7は、第3の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。
図7に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路1を次に述べるリップル信号生成回路1Bに置き換えたものであり、他の構成要素については図1に示すスイッチング電源装置と同じである。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply according to the third embodiment.
The switching power supply device shown in FIG. 7 is obtained by replacing the ripple signal generation circuit 1 in the switching power supply device shown in FIG. 1 with a ripple signal generation circuit 1B described below. The other components are the switching power supply shown in FIG. Same as the device.

リップル信号生成回路1Bは、CR積分回路11Bと、電圧電流変換回路12と、分圧回路13B及び14を有する。
分圧回路13Bは、本発明における第1分圧回路の一実施形態である。
分圧回路14は、本発明における第2分圧回路の一実施形態である。
The ripple signal generation circuit 1B includes a CR integration circuit 11B, a voltage / current conversion circuit 12, and voltage dividing circuits 13B and 14.
The voltage dividing circuit 13B is an embodiment of the first voltage dividing circuit in the present invention.
The voltage dividing circuit 14 is an embodiment of the second voltage dividing circuit in the present invention.

CR積分回路11Bは、直列接続された抵抗Ri及びキャパシタCiを含んでおり、インダクタLo及びキャパシタCoの直列回路と並列に接続される。抵抗Riの一方の端子がノードNswに接続され、他方の端子がキャパシタCiを介して基準電位Gに接続される。   The CR integration circuit 11B includes a resistor Ri and a capacitor Ci connected in series, and is connected in parallel with a series circuit of an inductor Lo and a capacitor Co. One terminal of the resistor Ri is connected to the node Nsw, and the other terminal is connected to the reference potential G through the capacitor Ci.

分圧回路13Bは、キャパシタCiに生じる電圧を分圧する。分圧回路13Bは、直列接続された抵抗R5及びR6を含んでおり、抵抗R6の一方の端子が抵抗RiとキャパシタCiの接続ノード(ノードNci)に接続され、他方の端子が抵抗R5を介して基準電位Gに接続される。   The voltage dividing circuit 13B divides the voltage generated in the capacitor Ci. The voltage dividing circuit 13B includes resistors R5 and R6 connected in series. One terminal of the resistor R6 is connected to a connection node (node Nci) of the resistor Ri and the capacitor Ci, and the other terminal is connected via the resistor R5. To the reference potential G.

分圧回路14は、キャパシタCoに生じる電圧を分圧回路13Bと等価な分圧比により分圧する。分圧回路14は、直列接続された抵抗R7及びR8を含んでおり、抵抗R8の一方の端子がノードNoutに接続され、他方の端子が抵抗R7を介して基準電位Gに接続される。   The voltage dividing circuit 14 divides the voltage generated in the capacitor Co by a voltage dividing ratio equivalent to that of the voltage dividing circuit 13B. The voltage dividing circuit 14 includes resistors R7 and R8 connected in series. One terminal of the resistor R8 is connected to the node Nout, and the other terminal is connected to the reference potential G via the resistor R7.

電圧電流変換回路12は、分圧回路13B及び14において分圧された電圧の差を電流Iqに変換する。図7の例では、抵抗R5及びR6の中間接続ノードと抵抗R7及びR8の中間接続ノードとの電圧差(Vdp−Vdn)を電流に変換する。電圧電流変換回路12は、例えば図2に示す構成を有する。   The voltage-current conversion circuit 12 converts the difference between the voltages divided by the voltage dividing circuits 13B and 14 into a current Iq. In the example of FIG. 7, the voltage difference (Vdp−Vdn) between the intermediate connection node of the resistors R5 and R6 and the intermediate connection node of the resistors R7 and R8 is converted into a current. The voltage-current conversion circuit 12 has a configuration shown in FIG. 2, for example.

図7に示すスイッチング電源装置においては、インダクタLo及びキャパシタCoの直列回路と並列にCR積分回路11Bが接続される。このCR積分回路11Bに印加される電圧は、インダクタLoのみに並列接続されたCR積分回路11(図1)に印加される電圧と比較して、キャパシタCoの電圧Voutだけ高くなる。従って、もし、CR積分回路11BのキャパシタCoに生じる電圧から電圧Voutを減算すれば、CR積分回路11(図1)のキャパシタCoに生じる電圧と等価な電圧が得られる。
ここで、分圧回路13B,14の分圧比を「γ」とすると、CR積分回路11BのキャパシタCoの電圧を分圧回路13Bによって分圧した電圧Vpnは、インダクタLoのみに並列接続されたCR積分回路11(図6)の電圧を分圧比γにより分圧した電圧に比べて「γ×Vout」だけ高くなる。従って、図7に示すように、分圧回路14によって得られる電圧「γ×Vout」と分圧回路13Bによって得られる電圧Vpnとの差(Vdp−Vdn)は、CR積分回路11の電圧を分圧比γにより分圧した電圧(図6参照)と等価になる。
In the switching power supply device shown in FIG. 7, a CR integration circuit 11B is connected in parallel with a series circuit of an inductor Lo and a capacitor Co. The voltage applied to the CR integration circuit 11B is higher by the voltage Vout of the capacitor Co than the voltage applied to the CR integration circuit 11 (FIG. 1) connected in parallel only to the inductor Lo. Therefore, if the voltage Vout is subtracted from the voltage generated in the capacitor Co of the CR integration circuit 11B, a voltage equivalent to the voltage generated in the capacitor Co of the CR integration circuit 11 (FIG. 1) can be obtained.
Here, if the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuits 13B and 14 is “γ”, the voltage Vpn obtained by dividing the voltage of the capacitor Co of the CR integrating circuit 11B by the voltage dividing circuit 13B is CR connected in parallel only to the inductor Lo. The voltage of the integrating circuit 11 (FIG. 6) becomes higher by “γ × Vout” than the voltage obtained by dividing the voltage by the voltage dividing ratio γ. Therefore, as shown in FIG. 7, the difference (Vdp−Vdn) between the voltage “γ × Vout” obtained by the voltage dividing circuit 14 and the voltage Vpn obtained by the voltage dividing circuit 13B is obtained by dividing the voltage of the CR integrating circuit 11. This is equivalent to the voltage divided by the pressure ratio γ (see FIG. 6).

図7に示すスイッチング電源装置によれば、図6に示すスイッチング電源装置と同様に、キャパシタCiに生じるリップル電圧の振幅を電圧電流変換回路12の入力レンジに合わせて適切に低減できる。
また、図7に示すスイッチング電源装置では、電圧電流変換回路12の入力同相電圧がほぼ「γ×Vout」になっており、図6に示すスイッチング電源装置における電流電圧変換回路12の入力同相電圧「Vout」に比べて低くなる。これにより、電圧電流変換回路12の動作に使用する電源電圧を「Vout」より低くすることが可能となり、昨今の低電圧化したICに集積する上で有利である。
According to the switching power supply device shown in FIG. 7, the amplitude of the ripple voltage generated in the capacitor Ci can be appropriately reduced according to the input range of the voltage-current conversion circuit 12, as in the switching power supply device shown in FIG. 6.
In the switching power supply device shown in FIG. 7, the input common-mode voltage of the voltage-current conversion circuit 12 is substantially “γ × Vout”, and the input common-mode voltage “of the current-voltage conversion circuit 12 in the switching power supply device shown in FIG. It becomes lower than “Vout”. As a result, the power supply voltage used for the operation of the voltage-current conversion circuit 12 can be made lower than “Vout”, which is advantageous for integration in a recent low-voltage IC.

<第4の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

図8は、第4の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。
図8に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路1を次に述べるリップル信号生成回路1Cに置き換えたものであり、他の構成要素については図1に示すスイッチング電源装置と同じである。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply according to the fourth embodiment.
The switching power supply device shown in FIG. 8 is obtained by replacing the ripple signal generation circuit 1 in the switching power supply device shown in FIG. 1 with a ripple signal generation circuit 1C described below. The other components are the switching power supply shown in FIG. Same as the device.

リップル信号生成回路1Cは、リップル信号生成回路1と同じCR積分回路11を有するとともに、キャパシタCiに生じるリップル電圧と出力フィードバック電圧VFBとを合成した合成信号Vci_fbを出力する信号合成回路15を有する。
信号合成回路15は、本発明における第1信号合成回路の一実施形態である。
The ripple signal generation circuit 1C includes the same CR integration circuit 11 as the ripple signal generation circuit 1, and also includes a signal synthesis circuit 15 that outputs a synthesized signal Vci_fb obtained by synthesizing the ripple voltage generated in the capacitor Ci and the output feedback voltage VFB.
The signal synthesis circuit 15 is an embodiment of the first signal synthesis circuit in the present invention.

図9は、リップル信号生成回路1Cの構成の一例を示す図である。
図9に示すリップル信号生成回路1Cは、増幅器151〜153と抵抗R9〜R14を有する。
増幅器151の非反転入力端子はノードNciに接続され、その出力端子は反転入力端子に接続される。増幅器152の非反転入力端子はノードNfbに接続され、その出力端子は反転入力端子に接続される。増幅器153の反転入力端子は、抵抗R9を介して増幅器151の出力端子に接続されるとともに、抵抗R10を介して増幅器152の出力端子に接続される。増幅器153の出力端子は、抵抗R11を介してその反転入力端子に接続される。増幅器153の非反転入力端子は、抵抗R12を介してノードNoutに接続されるとともに、抵抗R13及びR14の並列回路を介して参照電圧Vrefに接続される。増幅器153において合成信号Vci_fbが出力される。
コンパレータ2は、この合成信号Vci_fbと参照電圧Vrefとを比較し、その比較結果に応じて信号Scpを生成する。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the ripple signal generation circuit 1C.
A ripple signal generation circuit 1C illustrated in FIG. 9 includes amplifiers 151 to 153 and resistors R9 to R14.
The non-inverting input terminal of the amplifier 151 is connected to the node Nci, and its output terminal is connected to the inverting input terminal. The non-inverting input terminal of the amplifier 152 is connected to the node Nfb, and its output terminal is connected to the inverting input terminal. The inverting input terminal of the amplifier 153 is connected to the output terminal of the amplifier 151 through the resistor R9, and is connected to the output terminal of the amplifier 152 through the resistor R10. The output terminal of the amplifier 153 is connected to its inverting input terminal via the resistor R11. The non-inverting input terminal of the amplifier 153 is connected to the node Nout through the resistor R12 and is connected to the reference voltage Vref through a parallel circuit of the resistors R13 and R14. The synthesized signal Vci_fb is output from the amplifier 153.
The comparator 2 compares the synthesized signal Vci_fb with the reference voltage Vref, and generates a signal Scp according to the comparison result.

図9に示す信号合成回路15において、増幅器151及び152はバッファ回路を構成しており、高インピーダンスで入力した電圧Vci,VFBを低インピーダンスで出力する。また、抵抗R9〜R11及び増幅器153は反転増幅回路を構成しており、増幅器151及び152で入力された電圧Vci,VFBにそれぞれ所定のゲインを乗じて加算する。反転増幅回路のゲインは負であり、各入力信号は反転増幅回路によって位相を反転される。   In the signal synthesis circuit 15 shown in FIG. 9, the amplifiers 151 and 152 constitute a buffer circuit, and outputs the voltages Vci and VFB input with high impedance with low impedance. The resistors R9 to R11 and the amplifier 153 constitute an inverting amplifier circuit, and multiply the voltages Vci and VFB input by the amplifiers 151 and 152 by respective predetermined gains and add them. The gain of the inverting amplifier circuit is negative, and the phase of each input signal is inverted by the inverting amplifier circuit.

増幅器153の非反転入力端子には、出力電圧Voutと参照電圧Vrefとを所定の割合で合成した合成電圧Vbが入力される。合成電圧Vbは、例えば次式で表わされる。 A combined voltage Vb obtained by combining the output voltage Vout and the reference voltage Vref at a predetermined ratio is input to the non-inverting input terminal of the amplifier 153. The combined voltage Vb is expressed by the following equation, for example.

(数5)
Vb=α・Vout+β・Vref…(5)
(Equation 5)
Vb = α · Vout + β · Vref (5)

合成電圧Vbにおける出力電圧Voutの成分(α・Vout)は、増幅器151に入力される電圧Vciの成分とともに、キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)に比例した成分を生成する。割合αは、合成信号Vci_fbにおいてキャパシタCiの電圧(Vci−Vout)に比例した成分が生成されるように設定される。   The component (α · Vout) of the output voltage Vout in the combined voltage Vb generates a component proportional to the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci together with the component of the voltage Vci input to the amplifier 151. The ratio α is set so that a component proportional to the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci is generated in the combined signal Vci_fb.

他方、合成電圧Vbにおける参照電圧Vrefの成分(β・Vref)は、合成信号Vci_fbにおける直流オフセット成分を生成する。割合βは、増幅器151において電圧Vciの代わりに出力電圧Voutを入力し(すなわちキャパシタCiの電圧をゼロとし)、かつ、増幅器152において出力フィードバック電圧VFBの代わりに参照電圧Vrefを入力した場合に生成される合成信号Vci_fbが参照電圧Vrefと等しくなるように設定される。   On the other hand, the component (β · Vref) of the reference voltage Vref in the combined voltage Vb generates a DC offset component in the combined signal Vci_fb. The ratio β is generated when the output voltage Vout is input instead of the voltage Vci in the amplifier 151 (that is, the voltage of the capacitor Ci is set to zero), and the reference voltage Vref is input instead of the output feedback voltage VFB in the amplifier 152. The synthesized signal Vci_fb is set to be equal to the reference voltage Vref.

ここで、図8に示すスイッチング電源装置の定常状態における動作について、図10を参照して説明する。図10は、合成信号Vci_fbと参照電圧Vrefの関係を例示する図である。   Here, the operation in the steady state of the switching power supply device shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the composite signal Vci_fb and the reference voltage Vref.

合成信号Vci_fbに含まれる出力フィードバック電圧VFBの成分及びキャパシタCiの電圧(Vci−Vout)の成分は、共に位相が反転している。すなわち、出力フィードバック電圧VFBやキャパシタCiの電圧(Vci−Vout)が上昇すると合成信号Vci_fbのレベルは低下し、逆に、これらの電圧が低下すると合成信号Vci_fbのレベルは上昇する。
他方、本実施形態において、制御回路3は、合成信号Vci_fbが参照電圧Vrefより大きいことを示す信号Scpをコンパレータ2から入力すると、MOSトランジスタMHを一定時間オンさせる(図10(A))。MOSトランジスタMHがオンすると、インダクタLoに流れる電流が増大し、これに合わせてキャパシタCiの電圧(Vci−Vout)が上昇するため、合成信号Vci_fbは低下する(図10(B))。上記一定時間の後に制御回路3がMOSトランジスタMHをオフさせると(図10(A))、インダクタLoに流れる電流が減少し、キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)も低下するため、合成信号Vci_fbは上昇する(図10(B))。従って、定常状態では、図10(B)に示すように、合成信号Vci_fbのピークと参照電圧Vrefとがほぼ等しくなる。
The components of the output feedback voltage VFB and the voltage of the capacitor Ci (Vci−Vout) included in the combined signal Vci_fb are both inverted in phase. That is, when the output feedback voltage VFB or the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci increases, the level of the combined signal Vci_fb decreases. Conversely, when these voltages decrease, the level of the combined signal Vci_fb increases.
On the other hand, in this embodiment, when the signal Scp indicating that the combined signal Vci_fb is larger than the reference voltage Vref is input from the comparator 2, the control circuit 3 turns on the MOS transistor MH for a certain period of time (FIG. 10A). When the MOS transistor MH is turned on, the current flowing through the inductor Lo increases, and the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci increases accordingly, so that the composite signal Vci_fb decreases (FIG. 10B). When the control circuit 3 turns off the MOS transistor MH after the predetermined time (FIG. 10A), the current flowing through the inductor Lo is decreased and the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci is also decreased. Therefore, the combined signal Vci_fb Rises (FIG. 10B). Therefore, in the steady state, as shown in FIG. 10B, the peak of the composite signal Vci_fb and the reference voltage Vref are substantially equal.

さて、図9に示す信号合成回路15において、合成信号Vci_fbの直流オフセット成分は、キャパシタCiの電圧をゼロとし、かつ、出力フィードバック電圧VFBの代わりに参照電圧Vrefを入力した場合において、合成信号Vci_fbと参照電圧Vrefとが等しくなるように設定されている。従って、合成信号Vci_fbのピークと参照電圧Vrefとがほぼ等しくなる場合(図10(B))、キャパシタCiの微小なリップル電圧を無視すると、出力フィードバック電圧VFBは参照電圧Vrefに近似する。すなわち、定常状態の出力電圧Voutは、参照電圧Vrefと抵抗Rf1,Rf2の分圧比によって定められた目標電圧に近似する。   In the signal combining circuit 15 shown in FIG. 9, the DC offset component of the combined signal Vci_fb is the combined signal Vci_fb when the voltage of the capacitor Ci is zero and the reference voltage Vref is input instead of the output feedback voltage VFB. And the reference voltage Vref are set to be equal. Therefore, when the peak of the composite signal Vci_fb and the reference voltage Vref are substantially equal (FIG. 10B), the output feedback voltage VFB approximates the reference voltage Vref if the minute ripple voltage of the capacitor Ci is ignored. That is, the steady-state output voltage Vout approximates the target voltage determined by the voltage division ratio between the reference voltage Vref and the resistors Rf1 and Rf2.

図8に示すスイッチング電源装置によれば、信号合成回路15における電圧(Vci−Vout)のゲインを任意に設定できる。そのため、CR積分回路11の時定数を小さくしてキャパシタCiの電圧振幅を大きくした場合でも、合成信号Vci_fbに含まれるキャパシタCiの電圧成分の振幅を適当に小さくなるように変換することが可能である。従って、図8に示すスイッチング電源装置においても、CR積分回路11を半導体チップに集積化することが可能であり、図1に示すスイッチング電源装置と同様の効果を奏することができる。   According to the switching power supply device shown in FIG. 8, the gain of the voltage (Vci−Vout) in the signal synthesis circuit 15 can be arbitrarily set. For this reason, even when the time constant of the CR integration circuit 11 is reduced and the voltage amplitude of the capacitor Ci is increased, the amplitude of the voltage component of the capacitor Ci included in the composite signal Vci_fb can be converted to be appropriately reduced. is there. Therefore, also in the switching power supply device shown in FIG. 8, the CR integration circuit 11 can be integrated on the semiconductor chip, and the same effect as the switching power supply device shown in FIG. 1 can be obtained.

<第5の実施形態>
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

図11は、第5の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。図11に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路1を次に述べるリップル信号生成回路1Dに置き換え、更にコンパレータ2をコンパレータ2Dに置き換えたものであり、他の構成要素については図1に示すスイッチング電源装置と同じである。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply according to the fifth embodiment. The switching power supply device shown in FIG. 11 is obtained by replacing the ripple signal generation circuit 1 in the switching power supply device shown in FIG. 1 with a ripple signal generation circuit 1D described below, and further replacing the comparator 2 with a comparator 2D. The elements are the same as those of the switching power supply device shown in FIG.

リップル信号生成回路1Dは、リップル信号生成回路1と同じCR積分回路11を有するともに、キャパシタCiの電圧振幅を変換する振幅変換回路16を有する。   The ripple signal generation circuit 1D includes the same CR integration circuit 11 as the ripple signal generation circuit 1, and also includes an amplitude conversion circuit 16 that converts the voltage amplitude of the capacitor Ci.

振幅変換回路16は、キャパシタCiに生じるリップル電圧と相似な信号であって、当該リップル電圧より振幅が小さいリップル信号Vci_Xを生成する。図11の例において、リップル信号Vci_Xは出力電圧Voutを基準とする信号である。   The amplitude conversion circuit 16 generates a ripple signal Vci_X that is similar to the ripple voltage generated in the capacitor Ci and has a smaller amplitude than the ripple voltage. In the example of FIG. 11, the ripple signal Vci_X is a signal based on the output voltage Vout.

コンパレータ2Dは、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの差を増幅するとともにリップル信号Vci_Xを増幅し、これらの増幅結果を合成して更に増幅することにより、ロジック信号Scpを生成する。   The comparator 2D amplifies the difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref, amplifies the ripple signal Vci_X, combines these amplification results, and further amplifies them to generate the logic signal Scp.

図12は、コンパレータ2Dの構成の一例を示す図である。
図12に示すコンパレータ2Dは、npnトランジスタQ7〜Q10と電流源CS7〜CS10と、抵抗R15〜R18と、出力増幅回路21を有する。
npnトランジスタQ7,Q8、抵抗R15,R16及び電流源CS9を含む回路は、本発明の第1増幅段の一実施形態である。
npnトランジスタQ9,Q10、抵抗R17,R18及び電流源CS10を含む回路は、本発明の第2増幅段の一実施形態である。
電流源CS7は、本発明の第1負荷回路の一実施形態である。
電流源CS8は、本発明の第2負荷回路の一実施形態である。
出力増幅回路21は、本発明の第3増幅段の一実施形態である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the comparator 2D.
The comparator 2D illustrated in FIG. 12 includes npn transistors Q7 to Q10, current sources CS7 to CS10, resistors R15 to R18, and an output amplifier circuit 21.
A circuit including npn transistors Q7 and Q8, resistors R15 and R16, and a current source CS9 is an embodiment of the first amplification stage of the present invention.
A circuit including npn transistors Q9 and Q10, resistors R17 and R18, and a current source CS10 is an embodiment of the second amplification stage of the present invention.
The current source CS7 is an embodiment of the first load circuit of the present invention.
The current source CS8 is an embodiment of the second load circuit of the present invention.
The output amplifier circuit 21 is an embodiment of the third amplifier stage of the present invention.

npnトランジスタQ7のエミッタは抵抗R15を介してノードNm1に接続され、そのコレクタは電流合成ノードNS1(第1電流合成ノード)に接続され、そのベースには参照電圧Vrefが入力される。npnトランジスタQ8のエミッタは抵抗R16を介してノードNm1に接続され、そのコレクタは電流合成ノードNS2(第2電流合成ノード)に接続され、そのベースはノードNfbに接続される。電流源CS9は、ノードNm1と基準電位Gの間に接続される。
npnトランジスタQ9のエミッタは抵抗R17を介してノードNm2に接続され、そのコレクタは電流合成ノードNS1に接続され、そのベースはノードNoutに接続される。npnトランジスタQ10のエミッタは抵抗R18を介してノードNm2に接続され、そのコレクタは電流合成ノードNS2に接続され、そのベースにはリップル信号Vci_xが入力される。電流源CS10は、ノードNm2と基準電位Gの間に接続される。
電流源CS7は電流合成ノードNS1と電源ラインVddの間に接続され、電流源SC8は電流合成ノードNS2と電源ラインVddの間に接続される。
The emitter of npn transistor Q7 is connected to node Nm1 via resistor R15, its collector is connected to current combining node NS1 (first current combining node), and reference voltage Vref is input to its base. The emitter of npn transistor Q8 is connected to node Nm1 via resistor R16, the collector thereof is connected to current synthesis node NS2 (second current synthesis node), and the base thereof is connected to node Nfb. The current source CS9 is connected between the node Nm1 and the reference potential G.
Npn transistor Q9 has an emitter connected to node Nm2 via resistor R17, a collector connected to current combining node NS1, and a base connected to node Nout. The emitter of npn transistor Q10 is connected to node Nm2 via resistor R18, its collector is connected to current combining node NS2, and ripple signal Vci_x is input to its base. The current source CS10 is connected between the node Nm2 and the reference potential G.
The current source CS7 is connected between the current synthesis node NS1 and the power supply line Vdd, and the current source SC8 is connected between the current synthesis node NS2 and the power supply line Vdd.

npnトランジスタQ7,Q8、抵抗R15,R16及び電流源CS9は差動電圧を差動電流に変換する差動増幅回路を構成しており、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの差に応じて、npnトランジスタQ7及びQ8のコレクタ電流の差(Iq8−Iq7)を発生する。
また、npnトランジスタQ9,Q10、抵抗R17,R18及び電流源CS10も差動電圧を差動電流に変換する差動増幅回路を構成しており、リップル信号Vci_Xと出力電圧Voutとの差(すなわちキャパシタCiの電圧)に応じて、npnトランジスタQ9及びQ10のコレクタ電流の差(Iq10−Iq9)を発生する。
そして、電流Iq7と電流Iq9が電流合成ノードNS1において合成されて電流源CS7に流れ、電流Iq8と電流Iq10が電流合成ノードNS2において合成されて電流源CS8に流れる。
従って、電流源CS7及びCS8に生じる電圧の差(すなわち電流合成ノードNS1及びNS2の電圧)は、差動電流(Iq8−Iq7)によって生じる成分と、差動電流(Iq10−Iq9)によって生じる成分とを合成したものになる。例えば、出力フィードバック電圧VFBが参照電圧Vrefに対して上昇する場合や、リップル信号Vci_Xが出力電圧Voutに対して上昇する場合には、電流合成ノードNS2の電流(Iq8+Iq10)が増大するため、電流合成ノードNS2の電圧が電流合成ノードNS1の電圧に対して低下する。逆に、出力フィードバック電圧VFBが参照電圧Vrefに対して低下する場合や、リップル信号Vci_Xが出力電圧Voutに対して低下する場合には、電流合成ノードNS2の電流(Iq8+Iq10)が減少するため、電流合成ノードNS2の電圧が電流合成ノードNS1の電圧に対して上昇する。
この電流合成ノードNS1及びNS2の電圧を、更に出力増幅回路21において増幅することにより、ハイレベル又はローレベルを有するロジック信号Scpが生成される。
The npn transistors Q7 and Q8, the resistors R15 and R16, and the current source CS9 constitute a differential amplifier circuit that converts a differential voltage into a differential current. According to the difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref, A difference (Iq8−Iq7) between collector currents of npn transistors Q7 and Q8 is generated.
The npn transistors Q9 and Q10, the resistors R17 and R18, and the current source CS10 also form a differential amplifier circuit that converts the differential voltage into a differential current, and the difference between the ripple signal Vci_X and the output voltage Vout (ie, the capacitor) In accordance with (Ci voltage), a difference (Iq10-Iq9) between collector currents of npn transistors Q9 and Q10 is generated.
Current Iq7 and current Iq9 are combined at current combining node NS1 and flow to current source CS7, and current Iq8 and current Iq10 are combined at current combining node NS2 and flow to current source CS8.
Accordingly, the difference between the voltages generated in the current sources CS7 and CS8 (that is, the voltages at the current combining nodes NS1 and NS2) is a component generated by the differential current (Iq8-Iq7) and a component generated by the differential current (Iq10-Iq9). Is a composite of For example, when the output feedback voltage VFB rises with respect to the reference voltage Vref or when the ripple signal Vci_X rises with respect to the output voltage Vout, the current (Iq8 + Iq10) of the current synthesis node NS2 increases, so that current synthesis The voltage at the node NS2 decreases with respect to the voltage at the current synthesis node NS1. Conversely, when the output feedback voltage VFB decreases with respect to the reference voltage Vref, or when the ripple signal Vci_X decreases with respect to the output voltage Vout, the current (Iq8 + Iq10) of the current synthesis node NS2 decreases, so that the current The voltage at the synthesis node NS2 rises with respect to the voltage at the current synthesis node NS1.
By further amplifying the voltages of the current combining nodes NS1 and NS2 in the output amplifier circuit 21, a logic signal Scp having a high level or a low level is generated.

このように、図11にスイッチング電源装置では、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの差を増幅した信号に対してリップル信号Vci_Xを合成し、その合成結果を更に増幅することにより、コンパレータ2Dのロジック信号Scpを生成している。そのため、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの差が大きい段階では、ロジック信号Scpがハイレベル又はローレベルで一定となり、出力フィードバック電圧VFBと参照電圧Vrefとの差が十分小さくなると、リップル信号Vci_Xのピーク若しくはボトムを示すようにロジック信号Scpがハイレベル又はローレベルに切り替わる。
従って、図11に示すスイッチング電源装置においてもリップルモード方式の動作が可能である。
As described above, in the switching power supply device shown in FIG. 11, the ripple signal Vci_X is synthesized with the signal obtained by amplifying the difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref, and the synthesized result is further amplified, whereby the comparator 2D A logic signal Scp is generated. Therefore, when the difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref is large, the logic signal Scp becomes constant at a high level or a low level, and when the difference between the output feedback voltage VFB and the reference voltage Vref becomes sufficiently small, the ripple signal Vci_X The logic signal Scp is switched to a high level or a low level so as to indicate the peak or the bottom.
Therefore, the switching power supply device shown in FIG. 11 can also operate in a ripple mode system.

また、図11に示すスイッチング電源装置によれば、振幅変換回路16においてキャパシタCiの電圧振幅を任意に変換できるため、CR積分回路11を半導体チップに集積化することが可能であり、図1に示すスイッチング電源装置と同様の効果を奏することができる。   Further, according to the switching power supply device shown in FIG. 11, since the voltage amplitude of the capacitor Ci can be arbitrarily converted in the amplitude conversion circuit 16, the CR integration circuit 11 can be integrated on the semiconductor chip. The same effect as the switching power supply device shown can be obtained.

<第6の実施形態>
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.

図13は、第6の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。図13に示すスイッチング電源装置は、図1に示すスイッチング電源装置におけるリップル信号生成回路1を次に述べるリップル信号生成回路1Eに置き換えたものであり、他の構成要素については図1に示すスイッチング電源装置と同じである。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply according to the sixth embodiment. The switching power supply device shown in FIG. 13 is obtained by replacing the ripple signal generation circuit 1 in the switching power supply device shown in FIG. 1 with a ripple signal generation circuit 1E described below, and the other components are the switching power supply shown in FIG. Same as the device.

リップル信号生成回路1Eは、リップル信号生成回路1と同じCR積分回路11を有するとともに、キャパシタCiに生じるリップル電圧と参照電圧Vrefとを合成した合成信号Vref_ciを出力する信号合成回路17を有する。
信号合成回路17は、本発明における第2信号合成回路の一実施形態である。
The ripple signal generation circuit 1E includes the same CR integration circuit 11 as the ripple signal generation circuit 1, and also includes a signal synthesis circuit 17 that outputs a synthesized signal Vref_ci obtained by synthesizing the ripple voltage generated in the capacitor Ci and the reference voltage Vref.
The signal synthesis circuit 17 is an embodiment of the second signal synthesis circuit in the present invention.

図14は、リップル信号生成回路1Eの一構成例を示す図である。
図14に示すリップル信号生成回路1Eは、電圧電流変換回路171と抵抗R19を有する。
電圧電流変換回路171は、キャパシタCiに生じる電圧(Vci−Vout)を電流Irpに変換する。電圧Vciが電圧Voutより低い場合に正の電流(吐き出し電流)を発生し、電圧Vciが電圧Voutより高い場合に負の電流(引き込み電流)を発生する。電圧電流変換回路171は、例えば図2に示す電圧電流変換回路12と同様な構成を有する。
抵抗R19は、一方の端子が電圧電流変換回路171の電流出力端子に接続され、他方の端子に参照電圧Vrefが印加される。電圧電流変換回路171の電流出力端子と抵抗R19との接続ノードにおいて合成信号Vref_ciが発生する。
コンパレータ2は、この合成信号Vref_ciと出力フィードバック電圧VFBとの比較結果に応じてロジック信号Scpを生成する。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of the ripple signal generation circuit 1E.
A ripple signal generation circuit 1E shown in FIG. 14 includes a voltage / current conversion circuit 171 and a resistor R19.
The voltage-current conversion circuit 171 converts the voltage (Vci−Vout) generated in the capacitor Ci into a current Irp. A positive current (discharge current) is generated when the voltage Vci is lower than the voltage Vout, and a negative current (drawn current) is generated when the voltage Vci is higher than the voltage Vout. The voltage-current conversion circuit 171 has the same configuration as the voltage-current conversion circuit 12 shown in FIG. 2, for example.
One terminal of the resistor R19 is connected to the current output terminal of the voltage-current conversion circuit 171, and the reference voltage Vref is applied to the other terminal. A composite signal Vref_ci is generated at a connection node between the current output terminal of the voltage-current conversion circuit 171 and the resistor R19.
The comparator 2 generates a logic signal Scp according to the comparison result between the synthesized signal Vref_ci and the output feedback voltage VFB.

ここで、図13に示すスイッチング電源装置の定常状態における動作について、図15を参照して説明する。図15は、合成信号Vref_ciと出力フィードバック電圧VFBの関係を例示する図である。   Here, the operation in the steady state of the switching power supply device shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the composite signal Vref_ci and the output feedback voltage VFB.

コンパレータ2の入力インピーダンスが十分に高い場合、電圧電流変換回路171から出力される電流の大半は抵抗R19に流れる。従って、抵抗R19の抵抗値を「r19」とすると、合成信号Vref_ciは次式で表わされる。   When the input impedance of the comparator 2 is sufficiently high, most of the current output from the voltage-current conversion circuit 171 flows through the resistor R19. Therefore, when the resistance value of the resistor R19 is “r19”, the combined signal Vref_ci is expressed by the following equation.

(数6)
Vci_fb=r19×Irp+Vref…(6)
(Equation 6)
Vci_fb = r19 × Irp + Vref (6)

制御回路3は、合成信号Vref_ciが出力フィードバック電圧VFBより高くなったことを示すコンパレータ2の信号Scpに応じて、MOSトランジスタMHを一定時間オンに設定する。MOSトランジスタMHがオンすると、インダクタLoの電流が増大し、キャパシタCiの電圧が上昇する。電流Irpは、「Vci<Vout」の場合に正となり、「Vci>Vout」の場合に負となるため、キャパシタCiの電圧が上昇すると合成信号Vci_fbは低下する。一定時間後、制御回路3がMOSトランジスタMHをオフに設定すると、インダクタLoの電流が減少し、キャパシタCiの電圧が低下するため、合成信号Vci_fbは上昇する。そして、合成信号Vref_ciが出力フィードバック電圧VFBより高くなると、再びMOSトランジスタMHがオンする。
このようにして、図15(B)に示すように、出力フィードバック電圧VFBは合成信号Vref_ciのピークとほぼ等しくなる。
The control circuit 3 sets the MOS transistor MH on for a certain period of time in response to the signal Scp of the comparator 2 indicating that the composite signal Vref_ci has become higher than the output feedback voltage VFB. When the MOS transistor MH is turned on, the current of the inductor Lo increases and the voltage of the capacitor Ci increases. Since the current Irp is positive when “Vci <Vout” and negative when “Vci> Vout”, the composite signal Vci_fb decreases when the voltage of the capacitor Ci increases. When the control circuit 3 turns off the MOS transistor MH after a certain time, the current of the inductor Lo decreases and the voltage of the capacitor Ci decreases, so that the composite signal Vci_fb increases. When the composite signal Vref_ci becomes higher than the output feedback voltage VFB, the MOS transistor MH is turned on again.
In this way, as shown in FIG. 15B, the output feedback voltage VFB is substantially equal to the peak of the composite signal Vref_ci.

以上述べたように、図13に示すスイッチング電源装置によれば、電圧電流変換回路171の相互コンダクタンスや抵抗R19の抵抗値などを調整することによって、信号合成回路17における電圧(Vci−Vout)のゲインを任意に設定できるため、CR積分回路11の時定数を小さくしてキャパシタCiの電圧振幅を大きくした場合でも、合成信号Vci_fbに含まれるキャパシタCiの電圧成分の振幅を適当に小さくすることが可能である。従って、図13に示すスイッチング電源装置においても、CR積分回路11を半導体チップに集積化することが可能であり、図1に示すスイッチング電源装置と同様の効果を奏することができる。   As described above, according to the switching power supply device shown in FIG. 13, the voltage (Vci−Vout) of the signal synthesis circuit 17 is adjusted by adjusting the mutual conductance of the voltage-current conversion circuit 171 and the resistance value of the resistor R19. Since the gain can be set arbitrarily, even when the time constant of the CR integration circuit 11 is reduced to increase the voltage amplitude of the capacitor Ci, the amplitude of the voltage component of the capacitor Ci included in the composite signal Vci_fb can be appropriately reduced. Is possible. Therefore, also in the switching power supply device shown in FIG. 13, the CR integration circuit 11 can be integrated on the semiconductor chip, and the same effect as the switching power supply device shown in FIG. 1 can be obtained.

図16は、リップル信号生成回路1Eの他の構成例を示す図である。
図16に示すリップル信号生成回路1Eは、増幅器172〜174と抵抗R20〜R24を有する。
増幅器172の反転入力端子は、抵抗R20を介してノードNoutに接続される。増幅器172の出力端子は、抵抗R21を介してその反転入力端子に接続される。増幅器174の非反転入力端子は、ノードNciに接続される。増幅器174の反転入力端子は、その出力端子に接続される。増幅器173の反転入力端子は、抵抗R22を介して増幅器172の出力端子に接続されるとともに、抵抗R23を介して増幅器174の出力端子に接続される。増幅器173の出力端子は、抵抗R24を介してその反転入力端子に接続される。増幅器172及び173の非反転入力端子には参照電圧Vrefが印加される。
FIG. 16 is a diagram illustrating another configuration example of the ripple signal generation circuit 1E.
A ripple signal generation circuit 1E illustrated in FIG. 16 includes amplifiers 172 to 174 and resistors R20 to R24.
The inverting input terminal of the amplifier 172 is connected to the node Nout through the resistor R20. The output terminal of the amplifier 172 is connected to its inverting input terminal via a resistor R21. The non-inverting input terminal of the amplifier 174 is connected to the node Nci. The inverting input terminal of the amplifier 174 is connected to its output terminal. The inverting input terminal of the amplifier 173 is connected to the output terminal of the amplifier 172 via the resistor R22, and is connected to the output terminal of the amplifier 174 via the resistor R23. The output terminal of the amplifier 173 is connected to its inverting input terminal via a resistor R24. A reference voltage Vref is applied to the non-inverting input terminals of the amplifiers 172 and 173.

増幅器174は、ノードNciの電圧Vciを高インピーダンスで入力し、これとほぼ等しい電圧を低インピーダンスで出力するバッファ回路を構成する。
増幅器172及び抵抗R20,R21は、電圧Voutを所定のゲインで位相を反転させて増幅する反転増幅回路を構成する。
また、増幅器173及び抵抗R22〜R24は、前段の反転増幅回路(172,R20,R21)の出力電圧及びバッファ回路(174)の出力電圧Vciをそれぞれ所定のゲインで位相を反転させて増幅し、加算する反転増幅回路を構成する。それぞれの反転増幅回路のゲインを適切に設定することにより、増幅器173から出力される合成信号Vci_fbには、キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)に比例した成分が生じる。また、2つの反転増幅回路は何れも参照電圧Vrefを基準に増幅を行うため、キャパシタCiの電圧(Vci−Vout)がゼロの場合、合成信号Vci_fbは参照電圧Vrefと等しくなる。
従って、図16に示す回路構成でも、図14に示すリップル信号生成回路1Eと同等な合成信号Vci_fbを生成することができる。
The amplifier 174 constitutes a buffer circuit that inputs the voltage Vci of the node Nci with a high impedance and outputs a voltage substantially equal to this with a low impedance.
The amplifier 172 and the resistors R20 and R21 constitute an inverting amplifier circuit that amplifies the voltage Vout by inverting the phase with a predetermined gain.
The amplifier 173 and the resistors R22 to R24 amplify the output voltage of the preceding inverting amplifier circuit (172, R20, R21) and the output voltage Vci of the buffer circuit (174) by inverting the phase with a predetermined gain, An inverting amplifier circuit to be added is configured. By appropriately setting the gain of each inverting amplifier circuit, a component proportional to the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci is generated in the composite signal Vci_fb output from the amplifier 173. Further, since the two inverting amplifier circuits both perform amplification based on the reference voltage Vref, when the voltage (Vci−Vout) of the capacitor Ci is zero, the combined signal Vci_fb becomes equal to the reference voltage Vref.
Therefore, even with the circuit configuration shown in FIG. 16, it is possible to generate the composite signal Vci_fb equivalent to the ripple signal generation circuit 1E shown in FIG.

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。   As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, Various modifications are included.

上述した実施形態では、インダクタLoに流れるリップル電流のボトム若しくはピークにおいてMOSトランジスタMHを一定時間オンさせ、これによりインダクタLoの電流を増大させる方式(固定オン時間方式)を例として挙げているが、本発明はこれに限定されない。例えば、インダクタLoに流れるリップル電流のボトム若しくはピークにおいてMOSトランジスタMHを一定時間オフさせ、これによりインダクタLoの電流を減少させる方式(固定オフ時間方式)にも本発明は適用可能である。また、入力電圧Vinや出力電圧Voutに応じて上記のオン時間やオフ時間を適応的に変化させることにより、スイッチング周波数の変動を抑える方式にも本発明は適用可能である。
あるいは、リップル成分と参照電圧を比較するコンパレータにヒステリシス特性を持たせてPWM信号を生成するヒステリシスPWM制御方式にも本発明は適用可能である。
すなわち、本発明は、様々なリップルモード方式のスイッチング電源装置に広く適用可能である。
In the embodiment described above, a method (fixed on-time method) in which the MOS transistor MH is turned on for a certain time at the bottom or peak of the ripple current flowing in the inductor Lo and thereby increases the current in the inductor Lo is exemplified. The present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a method (fixed off time method) in which the MOS transistor MH is turned off for a certain time at the bottom or peak of the ripple current flowing through the inductor Lo, thereby reducing the current in the inductor Lo. The present invention can also be applied to a method of suppressing fluctuations in the switching frequency by adaptively changing the on time and the off time according to the input voltage Vin and the output voltage Vout.
Alternatively, the present invention can also be applied to a hysteresis PWM control method in which a comparator that compares a ripple component and a reference voltage has hysteresis characteristics to generate a PWM signal.
That is, the present invention is widely applicable to various ripple mode type switching power supply devices.

上述した第2、第3の実施形態は、その他の実施形態にも適用可能である。
例えば、図9に示すスイッチング電源装置では、キャパシタCiと並列に分圧回路13(図6)を設けて、その分圧回路13の出力電圧を信号合成回路15に入力してもよい。あるいは、CR積分回路11をCR積分回路11B(図7)に置換し、そのキャパシタCiと並列に分圧回路13B(図7)を設けて、分圧回路13Bの出力電圧を信号合成回路15に入力してもよい。
図11に示すスイッチング電源装置では、キャパシタCiと並列に分圧回路13(図6)を設けて、その分圧回路13の出力電圧を振幅変換回路16に入力してもよい。あるいは、CR積分回路11をCR積分回路11B(図7)に置換し、そのキャパシタCiと並列に分圧回路13B(図7)を設けるとともに、出力フィードバック電圧VFBを分圧する分圧回路14を設けて、分圧回路13B及び14の出力電圧の差を振幅変換回路16に入力してもよい。
図13に示すスイッチング電源装置では、キャパシタCiと並列に分圧回路13(図6)を設けて、その分圧回路13の出力電圧を信号合成回路17に入力してもよい。あるいは、CR積分回路11をCR積分回路11B(図7)に置換し、そのキャパシタCiと並列に分圧回路13B(図7)を設けるとともに、出力フィードバック電圧VFBを分圧する分圧回路14を設けて、分圧回路13B及び14の出力電圧の差を信号合成回路17に入力してもよい。
The second and third embodiments described above can be applied to other embodiments.
For example, in the switching power supply device shown in FIG. 9, the voltage dividing circuit 13 (FIG. 6) may be provided in parallel with the capacitor Ci, and the output voltage of the voltage dividing circuit 13 may be input to the signal synthesis circuit 15. Alternatively, the CR integration circuit 11 is replaced with a CR integration circuit 11B (FIG. 7), and a voltage dividing circuit 13B (FIG. 7) is provided in parallel with the capacitor Ci, and the output voltage of the voltage dividing circuit 13B is supplied to the signal synthesis circuit 15. You may enter.
In the switching power supply device shown in FIG. 11, the voltage dividing circuit 13 (FIG. 6) may be provided in parallel with the capacitor Ci, and the output voltage of the voltage dividing circuit 13 may be input to the amplitude conversion circuit 16. Alternatively, the CR integrating circuit 11 is replaced with a CR integrating circuit 11B (FIG. 7), a voltage dividing circuit 13B (FIG. 7) is provided in parallel with the capacitor Ci, and a voltage dividing circuit 14 for dividing the output feedback voltage VFB is provided. Thus, the difference between the output voltages of the voltage dividing circuits 13B and 14 may be input to the amplitude conversion circuit 16.
In the switching power supply device shown in FIG. 13, the voltage dividing circuit 13 (FIG. 6) may be provided in parallel with the capacitor Ci, and the output voltage of the voltage dividing circuit 13 may be input to the signal synthesis circuit 17. Alternatively, the CR integrating circuit 11 is replaced with a CR integrating circuit 11B (FIG. 7), a voltage dividing circuit 13B (FIG. 7) is provided in parallel with the capacitor Ci, and a voltage dividing circuit 14 for dividing the output feedback voltage VFB is provided. Thus, the difference between the output voltages of the voltage dividing circuits 13B and 14 may be input to the signal synthesis circuit 17.

上述した第1の実施形態では、出力フィードバック電圧VFBの伝達経路に設けられた抵抗R3に対して電流Iqを注入しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記とは逆に、参照電圧Vrefが伝達される経路の抵抗R4に対して電流Iqを注入してもよい。すなわち、参照電圧Vrefとリップル信号との合成信号を生成してもよい。この場合、ノードN1にも同じ電流Iqを注入することで、pnpトランジスタQ3,Q4に流れる電流の直流バランスを向上させて、入力オフセット電圧誤差を低減させることができる。   In the first embodiment described above, the current Iq is injected into the resistor R3 provided in the transmission path of the output feedback voltage VFB, but the present invention is not limited to this. For example, contrary to the above, the current Iq may be injected into the resistor R4 in the path through which the reference voltage Vref is transmitted. That is, a combined signal of the reference voltage Vref and the ripple signal may be generated. In this case, by injecting the same current Iq into the node N1, the DC balance of the current flowing through the pnp transistors Q3 and Q4 can be improved, and the input offset voltage error can be reduced.

1,1A〜1E…リップル信号生成回路、
2,2D…コンパレータ、
3…制御回路、
4…駆動回路、
11,11B…CR積分回路、
12,171…電圧電流変換回路、
13,13B,14…分圧回路、
15,17…信号合成回路、
16…振幅変換回路、
21…出力増幅回路、
151〜153,172,173…増幅器、
Lo…インダクタ、
Ci,Co…キャパシタ、
CS1〜CS10…電流源、
MH,ML…MOSトランジスタ、
M1〜M10…MOSトランジスタ、
Q1,Q2,Q5〜Q10…npnトランジスタ、
Q3,Q4…pnpトランジスタ、
R1〜R24…抵抗、
Rf1,Rf2…抵抗、
Vref…参照電圧、
VFB…出力フィードバック電圧
1, 1A to 1E ... ripple signal generation circuit,
2,2D ... Comparator,
3 ... Control circuit,
4 ... Drive circuit,
11, 11B ... CR integration circuit,
12, 171 ... voltage-current conversion circuit,
13, 13B, 14 ... voltage dividing circuit,
15, 17 ... signal synthesis circuit,
16: Amplitude conversion circuit,
21 ... Output amplifier circuit,
151-153, 172, 173 ... amplifiers,
Lo ... Inductor,
Ci, Co ... capacitors
CS1 to CS10 ... current source,
MH, ML ... MOS transistors,
M1 to M10: MOS transistors,
Q1, Q2, Q5-Q10 ... npn transistors,
Q3, Q4 ... pnp transistors,
R1-R24 ... resistance,
Rf1, Rf2 ... resistance,
Vref: reference voltage,
VFB ... Output feedback voltage

Claims (4)

入力電圧を受ける入力端子と、
出力電圧を出力する出力端子と、
上記入力端子と第1のノードとの間に接続される第1のスイッチングトランジスタと、
上記第1のノードと基準電位との間に接続され、上記第1のスイッチングトランジスタと相補的に動作する第2のスイッチングトランジスタと、
上記第1のノードと上記出力端子との間に接続されるインダクタンス素子と、
上記出力端子と基準電位との間に接続される出力キャパシタンス素子と、
上記出力端子に接続され、上記出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成する分圧回路と、
上記出力電圧に含まれており、上記スイッチングトランジスタのスイッチング動作に対応するリップル電圧を検出するリップル電圧検出回路であって、上記インダクタンス素子に接続される積分回路を含む、上記リップル電圧検出回路と、
上記リップル電圧を入力して当該リップル電圧に応じた電流信号を出力する電圧電流変換回路と、
上記フィードバック電圧と上記リップル電圧との加算電圧を基準電圧と比較して比較結果を出力する比較回路であって、上記電流信号を電圧信号に変換するための第1の抵抗素子と、上記フィードバック電圧と上記電圧信号との加算電圧を上記基準電圧と比較するための差動回路とを含む、上記比較回路と、
上記比較結果に応じて上記第1及び第2のスイッチングトランジスタをオン・オフ制御する制御回路と、
を含み、
上記第1のスイッチングトランジスタのオン時間が、上記出力電圧と上記入力電圧との比と、上記第1及び第2のスイッチングトランジスタのスイッチング周期との積で定義される、
スイッチング電源装置。
An input terminal for receiving an input voltage;
An output terminal for outputting an output voltage;
A first switching transistor connected between the input terminal and a first node;
A second switching transistor connected between the first node and a reference potential and operating complementarily to the first switching transistor;
An inductance element connected between the first node and the output terminal;
An output capacitance element connected between the output terminal and a reference potential;
A voltage dividing circuit connected to the output terminal and generating a feedback voltage according to the output voltage;
A ripple voltage detection circuit that is included in the output voltage and detects a ripple voltage corresponding to a switching operation of the switching transistor, the ripple voltage detection circuit including an integration circuit connected to the inductance element ;
A voltage-current conversion circuit that inputs the ripple voltage and outputs a current signal corresponding to the ripple voltage;
A comparison circuit that compares the sum voltage of the feedback voltage and the ripple voltage with a reference voltage and outputs a comparison result , the first resistance element for converting the current signal into a voltage signal, and the feedback voltage And a differential circuit for comparing a sum voltage of the voltage signal with the reference voltage ;
A control circuit for controlling on / off of the first and second switching transistors according to the comparison result;
Including
The on-time of the first switching transistor is defined by the product of the ratio of the output voltage to the input voltage and the switching period of the first and second switching transistors;
Switching power supply.
請求項1に記載のスイッチング電源装置であって、
上記積分回路が、上記第1のノードと上記出力端子との間に直列に接続される抵抗素子とキャパシタンス素子とを含む、
スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1,
The integrating circuit includes a resistance element and a capacitance element connected in series between the first node and the output terminal.
Switching power supply.
請求項1又は2に記載のスイッチング電源装置であって、
上記比較回路が、上記フィードバック電圧を入力する第1のバッファ回路と、上記基準電圧を入力する第2のバッファ回路と、上記第2のバッファ回路の出力に結合された第2の抵抗素子とを更に含み、
上記フィードバック電圧が、上記第1のバッファ回路と上記第1の抵抗素子とを介して上記差動回路の第1の入力に供給され、上記基準電圧が、上記第2のバッファ回路と上記第2の抵抗素子とを介して上記差動回路の第2の入力に供給され、
上記差動回路の第1の入力と上記第1の抵抗素子との接続中点に上記電圧電流変換回路から第1の電流が供給され、上記第2のバッファ回路の出力と上記第2の抵抗素子との接続中点に上記電圧電流変換回路から第2の電流が供給される、
スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1 or 2 ,
The comparison circuit includes a first buffer circuit for inputting the feedback voltage, a second buffer circuit for inputting the reference voltage, and a second resistance element coupled to the output of the second buffer circuit. In addition,
The feedback voltage is supplied to a first input of the differential circuit via the first buffer circuit and the first resistance element, and the reference voltage is supplied to the second buffer circuit and the second buffer circuit. Is supplied to the second input of the differential circuit via a resistance element of
A first current is supplied from the voltage-current conversion circuit to a midpoint of connection between the first input of the differential circuit and the first resistance element, and the output of the second buffer circuit and the second resistance are supplied. A second current is supplied from the voltage-current conversion circuit to a midpoint of connection with the element.
Switching power supply.
請求項に記載のスイッチング電源装置であって、
上記電圧電流変換回路が、
上記キャパシタンス素子の一方の端子の電圧を入力する第1のトランジスタと、上記キャパシタンス素子の他方の端子の電圧を入力する第2のトランジスタとを含む差動増幅回路と、
上記第1のトランジスタに流れる電流に対応する上記第1の電流を出力する第1の電流源回路と、
上記第2のトランジスタに流れる電流に対応する上記第2の電流を出力する第2の電流源回路と、
を含む、
スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 3 ,
The voltage-current converter circuit is
A differential amplifier circuit including a first transistor that inputs a voltage of one terminal of the capacitance element, and a second transistor that inputs a voltage of the other terminal of the capacitance element;
A first current source circuit that outputs the first current corresponding to the current flowing through the first transistor;
A second current source circuit for outputting the second current corresponding to the current flowing through the second transistor;
including,
Switching power supply.
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