JP6151564B2 - Regulator device - Google Patents
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Description
本発明は、レギュレータ装置に関し、特に、複数の出力を持つ同期整流型の降圧スイッチングレギュレータ装置に関する。 The present invention relates to a regulator device, and more particularly to a synchronous rectification step-down switching regulator device having a plurality of outputs.
特許文献1には、多出力であっても1つのインダクタしか必要とせず、実装容積を削減することができる昇圧スイッチングレギュレータが開示されている。特許文献2には、2つの独立調整した異極性の出力、すなわち1つのインダクタから接地電圧よりも高い1つの正の出力と、接地電圧よりも低い1つの負の出力とを生成できるスイッチングレギュレータが開示されている。
例えば、車両に搭載される電子制御装置では、一般的に、内部のアナログ回路(例えば、アナログ/デジタル変換器、以下、「ADC」)及びその周辺回路が5Vの電源電圧で動作し、マイクロコンピュータ(以下「MCU」)及びその周辺回路が3.3Vの電源電圧で動作するよう構成されている。ただし、近年では、MCUに要求される高性能化に伴い、より高速動作させるために、MCU内部のコア(例えば、CPUやメモリなど)を、より低い電源電圧(例えば、1.8V)で動作させるようになってきている。 For example, in an electronic control device mounted on a vehicle, generally, an internal analog circuit (for example, an analog / digital converter, hereinafter referred to as “ADC”) and its peripheral circuit operate with a power supply voltage of 5 V, and a microcomputer (Hereinafter “MCU”) and its peripheral circuits are configured to operate with a power supply voltage of 3.3V. However, in recent years, the core (eg, CPU or memory) inside the MCU is operated at a lower power supply voltage (eg, 1.8 V) in order to operate at a higher speed as performance is required of the MCU. It has come to let you.
そのため、内部のアナログ回路及びその周辺回路やMCU及びその周辺回路に電源電圧(5V、3.3V)を供給するとともに、MCU内部の各種コアに対して、それよりも低い電源電圧を供給するための、2種類以上の電源電圧を供給可能なレギュレータ装置が必要とされている。また、電源電圧の安定性(定常時と負荷急変時のリップルを指標とする)がADCのようなアナログ回路の精度に直接響くため、特に5Vの電源電圧の安定性が非常に高く要求されている。具体的には、例えば、リップル電圧を電源電圧の1/10以下に抑えること等が要求される。 Therefore, in order to supply the power voltage (5V, 3.3V) to the internal analog circuit and its peripheral circuit, MCU and its peripheral circuit, and to supply a lower power voltage to various cores in the MCU. Therefore, a regulator device capable of supplying two or more types of power supply voltages is required. In addition, since the stability of the power supply voltage (with the ripple during steady state and sudden load change as an index) directly affects the accuracy of an analog circuit such as an ADC, the stability of the power supply voltage of 5 V is particularly required to be very high. Yes. Specifically, for example, it is required to suppress the ripple voltage to 1/10 or less of the power supply voltage.
この種のレギュレータ装置として、一つのスイッチングレギュレータ部と複数なシリーズレギュレータ部を組み合わせて外部に複数種類の電源電圧を供給できるよう構成されたレギュレータ装置が考えられる。図12は、本発明の前提として検討したレギュレータ装置において、その概略的な構成例を示す回路図である。図12には、一つのスイッチングレギュレータ部と二つのシリーズレギュレータ部により二種類の電源電圧を生成可能な多出力レギュレータ装置が示されている。 As this type of regulator device, a regulator device configured to combine a single switching regulator unit and a plurality of series regulator units to supply a plurality of types of power supply voltages to the outside can be considered. FIG. 12 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the regulator device studied as a premise of the present invention. FIG. 12 shows a multi-output regulator device that can generate two types of power supply voltages by one switching regulator unit and two series regulator units.
図12に示す多出力レギュレータ装置は、降圧スイッチングレギュレータ部14と、第1シリーズレギュレータ部16と、第2シリーズレギュレータ部17とを備える。降圧スイッチングレギュレータ部14は、スイッチング素子1,2、電源制御部12及び出力平滑回路13を備え、入力電源電圧V1を中間出力電圧V2に変換(降圧)して出力する。第1シリーズレギュレータ部16は、パワー素子3、第1抵抗制御部(RCONT)15及び平滑用のコンデンサC19を備え、中間出力電圧V2を第1出力電圧V3に変換(降圧)して負荷(ADC)5に出力する。第2シリーズレギュレータ部17は、パワー素子4、第2抵抗制御部(RCONT)18及び平滑用のコンデンサC20を備え、中間出力電圧V2を第2出力電圧V4に変換(降圧)して負荷(MCU)6に出力する。
The multi-output regulator device shown in FIG. 12 includes a step-down
降圧スイッチングレギュレータ部14の概略動作について説明する。電源制御部12は制御信号V5,V6によりスイッチング素子1,2を交互にオン・オフし、出力平滑回路13は中間出力電圧V2を出力する。中間出力電圧V2は電源制御部12にフィードバックされ、電源制御部12は、中間出力電圧V2が必要とされる安定な電圧値となるように制御信号V5,V6を生成する。そしてこの安定な中間出力電圧V2が、第1シリーズレギュレータ部16と第2シリーズレギュレータ部17へ供給される。
A schematic operation of the step-down
各シリーズレギュレータ部16,17は、出力電圧値が異なるだけで内部動作は同じであるため、ここでは第1シリーズレギュレータ部16の概略動作について説明する。第1抵抗制御部(RCONT)15は、制御信号V7により中間出力電圧V2と必要な第1出力電圧V3との差を吸収するようにパワー素子3の抵抗を調整し、出力平滑コンデンサC19は、安定な第1出力電圧V3を出力する。そしてこの安定な出力電圧V3が、ADC5へ供給される。同様に、第2シリーズレギュレータ部17からの安定な第2出力電圧V4が、MCU6へ供給される。
The
一方、車両用の電子制御装置は年々の高機能化などによって、回路の消費電流が増える傾向にある。そこで、この傾向に対応するために、特許文献1や特許文献2に示されるように、図12のレギュレータ装置よりも低い電力損失で大きな電流を供給できる多出力のスイッチングレギュレータ装置を用いることが考えられる。
On the other hand, electronic control devices for vehicles tend to increase the current consumption of the circuit due to the increase in functionality year after year. In order to cope with this tendency, as shown in
しかしながら、特許文献1や特許文献2に示される多出力のスイッチングレギュレータ装置は、PWM制御方式(スイッチング周波数を固定で、パルス幅を調整する制御方式)を用いているため、多出力間に電圧の干渉が生じる。すなわち、一つの出力の負荷電流の急変時に生じる電圧変動を抑えるため、制御信号のパルス幅が調整されると、もう一つの出力の出力電圧に影響が生じる。これにより、リップル電圧が生じて、電圧の安定性が下がる。この問題により、車両に搭載される電子制御装置のアナログ回路(例えば、ADC)の精度が劣化する。この問題を解決するため、従来のPWM制御方式の場合、複雑な補償回路の追加が必要となる。しかし、車両に搭載される電子制御装置では、ノイズやコスト等の観点から部品点数削減の要求が年々高まっており、外付け部品が少ない簡単な多出力のスイッチングレギュレータ装置が望まれている。
However, since the multi-output switching regulator devices shown in
本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、複数の出力を持ち、安定性の要求が高い出力電圧を生成可能な小型のレギュレータ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and one of its purposes is to provide a small regulator device having a plurality of outputs and capable of generating an output voltage with high stability requirements. It is in.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 An outline of representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本実施の形態によるレギュレータ装置は、入力電源電圧が供給される入力ノードと、第1出力電圧が生成される第1出力ノードと、第2出力電圧が生成される第2出力ノードと、インダクタと、第1および第2コンデンサと、第1〜第4スイッチと、第1電源制御部とを備える。第1コンデンサは、第1出力ノードに一端が接続され、第2コンデンサは、第2出力ノードに一端が接続される。第1スイッチは、オンに制御された際にインダクタの一端に入力電源電圧を印加し、第2スイッチは、オンに制御された際にインダクタの一端に接地電圧を印加する。第3スイッチは、オンに制御された際にインダクタに流れる電流を第1出力ノードに向けて出力し、第4スイッチは、オンに制御された際にインダクタに流れる電流を第2出力ノードに向けて出力する。第1電源制御部は、予め制御閾値の第1の範囲が設定され、第1出力電圧を第1の範囲で推移させるように第3スイッチのオン・オフを制御し、第3スイッチのオフの期間で第4スイッチをオンに制御する。 The regulator device according to the present embodiment includes an input node to which an input power supply voltage is supplied, a first output node for generating a first output voltage, a second output node for generating a second output voltage, an inductor, , First and second capacitors, first to fourth switches, and a first power supply controller. One end of the first capacitor is connected to the first output node, and one end of the second capacitor is connected to the second output node. The first switch applies an input power supply voltage to one end of the inductor when controlled to be on, and the second switch applies a ground voltage to one end of the inductor when controlled to be on. The third switch outputs the current flowing through the inductor to the first output node when controlled to be turned on, and the fourth switch directs the current flowing through the inductor to the second output node when controlled to be turned on. Output. The first power supply control unit sets a first range of the control threshold in advance, controls on / off of the third switch so that the first output voltage changes in the first range, and turns off the third switch. The fourth switch is controlled to turn on in the period.
本実施の形態によれば、複数の出力を持つレギュレータ装置において、安定性の要求が高い出力電圧の生成と、小型化が実現可能になる。 According to the present embodiment, in a regulator device having a plurality of outputs, it is possible to realize generation of an output voltage with high stability requirement and miniaturization.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
《レギュレータ装置の概略》
図1は、本発明の実施の形態1によるレギュレータ装置において、その概略構成例を示す回路図である。図1には、複数の出力を持つ降圧型のスイッチングレギュレータ装置が示されており、当該レギュレータ装置は、例えば、車両用の電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)を構成する配線基板上等に実装される。図1に示すレギュレータ装置は、入力電源電圧VINが供給される入力ノードと、第1出力電圧VOUT1が生成される第1出力ノードと、第2出力電圧VOUT2が生成される第2出力ノードと、スイッチング部9と、第1電源生成部10aと、第2電源生成部10bと、電源制御部22とを備える。
(Embodiment 1)
<Outline of regulator device>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the regulator device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a step-down switching regulator device having a plurality of outputs. The regulator device is, for example, on a wiring board constituting an electronic control unit (ECU) for a vehicle. Implemented. The regulator device shown in FIG. 1 includes an input node to which an input power supply voltage VIN is supplied, a first output node for generating a first output voltage VOUT1, a second output node for generating a second output voltage VOUT2, A switching
スイッチング部9は、スイッチング素子25と、同期整流用のスイッチング素子26と、インダクタ23とを備える。スイッチング素子25は、入力ノード(入力電源電圧VIN)とインダクタ23の一端との間に接続され、同期整流用のスイッチング素子26は、インダクタ23の一端と接地電圧との間に接続される。入力電源電圧VINは、例えば12Vのような直流の電源電圧であり、バッテリ等から供給される。
The
第1電源生成部10aは、第1出力ノードに第1出力電圧VOUT1を生成し、第1出力ノード(VOUT1)とインダクタ23の他端との間に接続されるスイッチング素子27と、第1出力ノード(VOUT1)と接地電圧との間に接続される平滑用のコンデンサC24とを備える。同様に、第2電源生成部10bは、第2出力ノードに第2出力電圧VOUT2を生成し、第2出力ノード(VOUT2)とインダクタ23の他端との間に接続されるスイッチング素子28と、第2出力ノード(VOUT2)と接地電圧との間に接続される平滑用のコンデンサC29とを備える。第1出力電圧VOUT1は、例えばADC等の負荷5に供給され、第2出力電圧VOUT2は、例えばMCU等の負荷6に供給される。
The first
負荷5,6は、例えば、車両用の電子制御装置(ECU)を構成する配線基板上で、それぞれ個別のICパッケージ、または1個のICパッケージとして実装される。例えば、車両用の電子制御装置(ECU)等では、ノイズが多い環境下で安全性を求められることから、出力電圧の安定化が重要となる。その中でも、特に、ADC等を代表とするアナログ回路の負荷5に高精度な電圧を供給することが求められ、第1出力電圧VOUT1の安定性の要求は、第2出力電圧VOUT2よりも高くなる。特に限定はされないが、第1出力電圧VOUT1は5.0V等であり、第2出力電圧VOUT2は3.3V等である。
The
次に動作を説明する。スイッチング素子25がオンに制御され、同期整流用のスイッチング素子26がオフに制御されると、インダクタ23に入力電源電圧VINからの電流が流れ、インダクタ23にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子25がオフに制御され、同期整流用のスイッチング素子26がオンに制御されると、同期整流用のスイッチング素子26を介してインダクタ23に電流が流れ、インダクタ23に蓄積されたエネルギーが放電される。
Next, the operation will be described. When the switching
この際に、電源制御部22は、制御信号V23,V24を生成して、スイッチング素子25,26のオン・オフをそれぞれ制御する。制御信号V24は、制御信号V23の逆位相で生成される。制御信号V23,V24は、インダクタ23に流れる電流の平均電流値を、負荷(ADC)5に流れる所定の負荷電流Io1と負荷(例えばMCU)6に流れる所定の負荷電流Io2との合計電流値に一致させるようなパルス幅を持つ信号となる。
At this time, the power
スイッチング素子27がオンに制御され、スイッチング素子28がオフに制御される場合、平滑用のコンデンサC24が充電され、平滑用のコンデンサC29が放電される。スイッチング素子28がオンに制御され、スイッチング素子27がオフに制御される場合、平滑用のコンデンサC29が充電され、平滑用のコンデンサC24が放電される。この際に、電源制御部22は、制御信号V21,V22を生成して、スイッチング素子27,28をそれぞれ制御する。スイッチング素子27の制御信号V21は、第1出力電圧VOUT1からフィードバックされた電圧に基づいて、第1出力電圧VOUT1が所定の出力電圧になるように生成される。スイッチング素子28の制御信号V22は、制御信号V21の逆位相で生成される。
When the switching
図2は、図1のレギュレータ装置において、第1出力電圧を生成する際の概略的な動作例を説明する波形図である。安定性の要求が高い第1出力電圧VOUT1を実現するため、電源制御部22に、予め制御閾値の第1の範囲が設定される。ここでは、この第1の範囲は、二つの制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1で設定される。この二つの制御閾値は、第1出力電圧VOUT1が許容されるリップル電圧の目標値に基づいて設定される。
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a schematic operation example when the first output voltage is generated in the regulator device of FIG. 1. In order to realize the first output voltage VOUT <b> 1 having a high stability requirement, a first range of the control threshold is set in the power
電源制御部22は、第1出力電圧VOUT1からのフィードバック電圧を受け、それが上限の制御閾値VTH1+VREF1よりも大きくなったら(図2の時刻t2時)、スイッチング素子27をオフし、スイッチング素子28をオンするように制御信号V21,V22を生成する。一方、第1出力電圧VOUT1からのフィードバック電圧が下限の制御閾値VTH2+VREF1よりも小さくなったら(図2の時刻t1時)、スイッチング素子27をオンし、スイッチング素子28をオフするように制御信号V21,V22を生成する。すなわち、電源制御部22は、スイッチング素子27の逆位相でスイッチング素子28のオン・オフを制御する。
The power
以降、このような動作が繰り返される。このように、電源制御部22は、第1出力電圧VOUT1を二つの制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1に基づく第1の範囲で推移させるようにスイッチング素子27のオン・オフを制御する。その結果、第1出力電圧VOUT1のリップル電圧は、第1の範囲に抑えられる。一方、第2出力電圧VOUT2のリップル電圧は、制御信号V23,V24を生成する制御方式および負荷5,6の変化により決まる。制御信号V23,V24を生成する制御方式の一例は、図3〜図5を用いて説明する。
Thereafter, such an operation is repeated. As described above, the power
《レギュレータ装置の詳細構成》
図3は、図1のレギュレータ装置の詳細な構成例を示す回路図である。図3に示す降圧スイッチングレギュレータ装置は、図1の構成例と比較して、電流センサ43および電圧センサ44,45が追加された点と、電源制御部22が2個の電源制御部41,42で構成される点と、スイッチング素子25〜28がそれぞれトランジスタで構成される点とが異なっている。この例では、スイッチング素子25はPチャネルMOSトランジスタ46で構成され、同期整流用のスイッチング素子26はNチャネルMOSトランジスタ47で構成され、スイッチング素子27,28は、それぞれ、PチャネルMOSトランジスタ48,49で構成される。
<Detailed configuration of regulator device>
FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the regulator device of FIG. The step-down switching regulator device shown in FIG. 3 is different from the configuration example of FIG. 1 in that a
電源制御部(第2電源制御部)41は制御信号V23,V24を生成し、電源制御部(第1電源制御部)42は制御信号V21,V22を生成する。電流センサ43は、インダクタ23に流れる電流を直接的あるいは間接的に観測し、電源制御部41に入力できる電流電圧VIとなるように変換する回路である。電圧センサ44は、第1出力電圧VOUT1を観測し、電源制御部41と電源制御部42に入力できるフィードバック電圧VF1となるように変換する回路である。電圧センサ45は、第2出力電圧VOUT2を観測し、電源制御部41に入力できるフィードバック電圧VF2となるように変換する回路である。電圧センサ44,45は、具体的には抵抗分圧回路等であり、それぞれ、第1および第2出力電圧VOUT1,VOUT2に比例するフィードバック電圧VF1,VF2を出力する。
The power control unit (second power control unit) 41 generates control signals V23 and V24, and the power control unit (first power control unit) 42 generates control signals V21 and V22. The
図4は、図3における第1電源制御部の構成例を示す回路図であり、図5は、図3における第2電源制御部の構成例を示す回路図である。図4に示すように、電源制御部(第1電源制御部)42は、ヒステリシス機能を持つコンパレータ51、基準電圧VREF1、インバータ52a、トランジスタドライバ53、入力端子54で構成される。ヒステリシス機能を持つコンパレータ51は、二つの制御閾値VTH1+VREF1およびVTH2+VREF1が設定され、入力端子54に入力された図3の電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1とこの二つの制御閾値VTH1+VREF1およびVTH2+VREF1とを比較し、制御信号V19を生成する。
4 is a circuit diagram showing a configuration example of the first power supply control unit in FIG. 3, and FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the second power supply control unit in FIG. As shown in FIG. 4, the power control unit (first power control unit) 42 includes a
インバータ52aは、コンパレータ51からの制御信号V19を反転し、反転制御信号V20を生成する。トランジスタドライバ53は、図3のPチャネルMOSトランジスタ48,49を同時にオンしないように、入力された制御信号V19と反転制御信号V20の間のデッドオフタイムを調整し、PチャネルMOSトランジスタ48,49を駆動できる制御信号V21,V22に変換する。
The
図5に示すように、電源制御部(第2電源制御部)41は、ヒステリシス機能を持つコンパレータ61、基準電圧VREF1+VREF2、電圧加算回路62、トランジスタドライバ63、入力端子64,65,66で構成される。電圧加算回路62は、入力端子64,65に入力された図3の電圧センサ44,45からのフィードバック電圧VF1,VF2と、入力端子66に入力された電流センサ43からの電流電圧VIとを全て加算し、ヒステリシス機能を持つコンパレータ61に入力できる合計電圧VAに変換する。
As shown in FIG. 5, the power supply control unit (second power supply control unit) 41 includes a
コンパレータ61は、二つの制御閾値VTH3+VREF1+VREF2およびVTH4+VREF1+VREF2が設定され、電圧加算回路62からの合計電圧VAと、この二つの制御閾値とを比較し、制御信号V18を生成する。トランジスタドライバ63は、図3のPチャネルMOSトランジスタ46とNチャネルMOSトランジスタ47を同時にオンしないように、入力された制御信号V18のデッドオフタイムを調整し、PチャネルMOSトランジスタ46とNチャネルMOSトランジスタ47を駆動できる制御信号V23とV24に変換する。
The
《レギュレータ装置の詳細動作》
図6は、図3のレギュレータ装置の動作例を示す波形図である。図3のレギュレータ装置の動作は、定常期間(負荷が一定の期間)と負荷急変期間の2種類がある。まず、定常期間[1]の動作を説明する。図6では、便宜上、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1と第1出力電圧VOUT1は、1:1の比例関係としている。ただし、この比率は、例えば、第1出力電圧VOUT1の設定電圧値が大きい場合等で、各電源制御部41,42の動作電圧の範囲に整合するように、抵抗分圧比等によって適宜変更することが可能である。
<Detailed operation of regulator device>
FIG. 6 is a waveform diagram showing an operation example of the regulator device of FIG. The operation of the regulator device of FIG. 3 has two types, a steady period (period in which the load is constant) and a sudden load change period. First, the operation in the steady period [1] will be described. In FIG. 6, for convenience, the feedback voltage VF1 from the
定常期間[1]の第1および第2電源生成部10a,10b(PチャネルMOSトランジスタ48,49)の制御動作を説明する。電源制御部(第1電源制御部)42は、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1が上限の制御閾値VTH1+VREF1よりも大きくなったら(図6の時刻t4時)、PチャネルMOSトランジスタ48をオフし、PチャネルMOSトランジスタ49をオンするように制御信号V21,V22を生成する。また、電源制御部42は、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1が下限の制御閾値VTH2+VREF1よりも小さくなったら(図6の時刻t3(t5)時)、PチャネルMOSトランジスタ48をオンし、PチャネルMOSトランジスタ49をオフするように制御信号V21,V22を生成する。
The control operation of the first and second power
期間t3〜t4中、PチャネルMOSトランジスタ48のオンにより、インダクタ23に流れた電流ILがコンデンサC24に充電され、第1出力電圧VOUT1は上昇する。一方、PチャネルMOSトランジスタ49のオフにより、負荷6はコンデンサC29の放電により駆動されるため、第2出力電圧VOUT2は降下する。期間t4〜t5中、PチャネルMOSトランジスタ48のオフにより、負荷5はコンデンサC24の放電により駆動されるため、第1出力電圧VOUT1は降下する。一方、PチャネルMOSトランジスタ49のオンにより、インダクタ23に流れた電流ILがコンデンサC29に充電され、第2出力電圧VOUT2は上昇する。
During the period t3 to t4, the P-
以上の動作が繰り返されて、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1(=VOUT1)のリップルが式(1)のように二つの制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1の間に抑えられる。
The above operation is repeated, and the ripple of the feedback voltage VF1 (= VOUT1) from the
VTH2+VREF1≦VF1(=VOUT1)≦VTH1+VREF1 (1)
PチャネルMOSトランジスタ48,49のスイッチング周期(Ts1)は、従来のPWM制御方式と違って、負荷5に流れた所定の負荷電流Io1と負荷6に流れた所定の負荷電流Io2の大きさにより決まる。インダクタ電流ILの平均値(=合計負荷電流値Io1+Io2)が負荷5に流れた所定の負荷電流Io1よりも大きいほど、コンデンサC24の充電の速度は速くなるため、スイッチング周期(Ts1)は短くなる。すなわち、PチャネルMOSトランジスタ48がオンの場合、インダクタ電流ILの一部は負荷5に供給され、残りの電流はコンデンサC24の充電電流となるため、負荷電流Io1が変わらずにインダクタ電流ILが大きくなると、コンデンサC24の充電の速度は速くなる。
VTH2 + VREF1 ≦ VF1 (= VOUT1) ≦ VTH1 + VREF1 (1)
Unlike the conventional PWM control method, the switching period (T s1 ) of the P-
定常期間[1]中、制御信号V21のオンのデューティ(To/Ts1)比は、式(2)に示されるように、負荷5に流れた所定の負荷電流Io1と負荷6に流れた所定の負荷電流Io2との比例関係により決まる。
During the steady period [1], the on-duty (T o / T s1 ) ratio of the control signal V21 flows to the predetermined load current Io1 flowing to the
(To/Ts1)=Io1/(Io1+Io2) (2)
また、第2出力電圧VOUT2の制御信号V22は、制御信号V21の逆位相になっているため、第2出力電圧VOUT2のリップルは、スイッチング周期(Ts1)と、式(2)のデューティ(To/Ts1)比と、負荷6に流れた所定の負荷電流Io2と、コンデンサC29の容量値により決まる。
(T o / T s1 ) = Io1 / (Io1 + Io2) (2)
Further, since the control signal V22 of the second output voltage VOUT2 is in an opposite phase to the control signal V21, the ripple of the second output voltage VOUT2 has a switching period (T s1 ) and a duty (T o / T s1 ) ratio, a predetermined load current Io2 flowing through the
次に、定常期間[1]のスイッチング部9(PチャネルMOSトランジスタ46とNチャネルMOSトランジスタ47)の制御動作を説明する。電源制御部(第2電源制御部)41は、電圧加算回路62からの合計電圧VAが上限の制御閾値VTH3+VREF1+VREF2よりも大きくなったら(図6の時刻t7時)、NチャネルMOSトランジスタ47をオンし、PチャネルMOSトランジスタ46をオフするように制御信号V23,V24を生成する。また、電源制御部41は、合計電圧VAが下限の制御閾値VTH4+VREF1+VREF2よりも小さくなったら(図6の時刻t6(t8)時)、NチャネルMOSトランジスタ47をオフし、PチャネルMOSトランジスタ46をオンするように制御信号V23,V24を生成する。
Next, the control operation of the switching unit 9 (P
期間t6〜t7中、PチャネルMOSトランジスタ46のオンにより、インダクタ23の一端に入力電源電圧VINが印加されるため、インダクタ23に流れるインダクタ電流ILは上昇していく。ここで、インダクタ23の他端と接続されるPチャネルMOSトランジスタ48がオン(PチャネルMOSトランジスタ49がオフ)である場合、インダクタ電流ILの上昇率ΔIL/ΔTは式(3)で計算できる。なお、式(3)(および後述する各式)において、「L」はインダクタ23のインダクタンスである。
During the period t6 to t7, since the input power supply voltage VIN is applied to one end of the
(ΔIL/ΔT)=(VIN−VOUT1)/L (3)
一方、インダクタ23の他端と接続されるPチャネルMOSトランジスタ49がオン(PチャネルMOSトランジスタ48がオフ)である場合、インダクタ電流ILの上昇率ΔIL/ΔTは式(4)で計算できる。
(ΔIL / ΔT) = (VIN−VOUT1) / L (3)
On the other hand, when the P-
(ΔIL/ΔT)=(VIN−VOUT2)/L (4)
期間t7〜t8中、NチャネルMOSトランジスタ47のオンにより、インダクタ23の一端に接地電圧が印加されるため、インダクタ23に流れる電流ILは低下していく。ここで、インダクタ23の他端と接続されるPチャネルMOSトランジスタ48がオン(PチャネルMOSトランジスタ49がオフ)である場合、インダクタ電流ILの低下率ΔIL/ΔTは式(5)で計算できる。
(ΔIL / ΔT) = (VIN−VOUT2) / L (4)
During the period t7 to t8, since the ground voltage is applied to one end of the
(ΔIL/ΔT)=−VOUT1/L (5)
一方、インダクタ23の他端と接続されるPチャネルMOSトランジスタ49がオン(PチャネルMOSトランジスタ48がオフ)である場合、インダクタ電流ILの低下率ΔIL/ΔTは式(6)で計算できる。
(ΔIL / ΔT) = − VOUT1 / L (5)
On the other hand, when the P-
(ΔIL/ΔT)=−VOUT2/L (6)
以上の動作が繰り返されて、合計電圧VA(=VF1+VF2+VI)は、式(7)のように二つの制御閾値VTH3+VREF1+VREF2とVTH4+VREF1+VREF2に基づく第3の範囲内に抑えられる。
(ΔIL / ΔT) = − VOUT2 / L (6)
By repeating the above operation, the total voltage VA (= VF1 + VF2 + VI) is suppressed within the third range based on the two control threshold values VTH3 + VREF1 + VREF2 and VTH4 + VREF1 + VREF2 as shown in Expression (7).
(VTH4+VREF1+VREF2)≦VA≦(VTH3+VREF1+VREF2) (7)
定常時、電流センサ43で換算したインダクタ電流ILの電流電圧VIのリップルと比べ、両方の出力電圧(VOUT1,VOUT2)のリップルの和は無視するほど小さいため、スイッチング周期(Ts2)は、式(3)〜式(6)に示したインダクタ電流ILの上昇率、低下率、および測定感度(=VI/IL)により決まる。インダクタンス(L)が小さいほど、または入出力電圧の差(VIN−VOUT1,VIN−VOUT2)が大きいほど、あるいはインダクタ電流ILの測定感度(=VI/IL)が大きいほど、電流センサ43で換算した電流電圧VIのリップルの変化率が高くなるため、スイッチング周期(Ts2)は短くなる。
(VTH4 + VREF1 + VREF2) ≦ VA ≦ (VTH3 + VREF1 + VREF2) (7)
Since the sum of the ripples of both output voltages (VOUT1, VOUT2) is negligibly small compared to the ripple of the current voltage VI of the inductor current IL converted by the
定常期間[1]中、制御信号V23のオンのデューティ(Ti/Ts2)比は、制御信号V21のオンのデューティ(To/Ts1)比と、入力電源電圧VINと、第1および第2の出力電圧VOUT1,VOUT2とを用いて、式(8)により決まる。 During the steady period [1], the on-duty (T i / T s2 ) ratio of the control signal V23 is equal to the on-duty (T o / T s1 ) ratio of the control signal V21, the input power supply voltage VIN, Using the second output voltages VOUT1 and VOUT2, it is determined by equation (8).
次に、負荷急変時の制御動作を説明する。ここでは、負荷急増を一例として説明する。図6の時刻t9時に、負荷急増が生じている。これにより、一時的に、インダクタ電流ILが実際の負荷電流(Io1+Io2)よりも小さくなるため、出力電圧にリップル(低下)が生じる。仮に、PチャネルMOSトランジスタ48,49をPWM制御方式等で制御した場合、両方の出力電圧(VOUT1,VOUT2)にリップルが生じ得る。しかしながら、本実施の形態の制御方式では、第1出力電圧VOUT1のリップルは、式(1)に示したように、電源制御部(第1電源制御部)42によって二つの制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1の間に抑制される。このため、負荷電流Io1,Io2のいずれか又は両方が急増したような場合でも、第1出力電圧VOUT1の安定性は確保される。
Next, the control operation at the time of sudden load change will be described. Here, a rapid load increase will be described as an example. At time t9 in FIG. 6, the load suddenly increases. As a result, the inductor current IL temporarily becomes smaller than the actual load current (Io1 + Io2), so that a ripple (decrease) occurs in the output voltage. If the P-
出力電圧が低下すると、両方の出力電圧(VOUT1,VOUT2)と、電流センサ43で換算したインダクタ電流ILの電流電圧VIとの合計電圧VAも低下する。電源制御部(第2電源制御部)41は、この合計電圧VAが下限の制御閾値VTH4+VREF1+VREF2よりも小さくなったら(時刻t9)、NチャネルMOSトランジスタ47をオフし、PチャネルMOSトランジスタ46をオンするように制御信号V23,V24を生成する。その後、この合計電圧VAが上限の制御閾値VTH3+VREF1+VREF2よりも大きくなったら(時刻t11)、NチャネルMOSトランジスタ47をオンし、PチャネルMOSトランジスタ46をオフするように制御信号V23,V24を生成する。
When the output voltage decreases, the total voltage VA of both the output voltages (VOUT1, VOUT2) and the current voltage VI of the inductor current IL converted by the
図6に示すように、負荷変動が大きいほど、インダクタ電流ILが実際の負荷電流(Io1+Io2)と一致するまでに要する期間(時刻t9〜t10)が長くなる。ここでは、この期間(時刻t9〜t10)を含めた時刻t9〜t11の期間で、制御信号V23によりPチャネルMOSトランジスタ46がオンに駆動される。このため、負荷急変の過渡期では、制御信号V23のオンの期間(Ti)は定常時と比べて長くなり、スイッチング周期(Ts2)も定常時と比べて長くなる。
As shown in FIG. 6, the larger the load variation, the longer the period (time t9 to t10) required for the inductor current IL to coincide with the actual load current (Io1 + Io2). Here, in the period from time t9 to t11 including this period (time t9 to t10), the P-
ここで、スイッチング部9を制御する電源制御部(第2電源制御部)41の制御方式は、必ずしも、図5に示したようなヒステリシス制御方式に限定されるものではなく、場合によっては、スイッチング周期が固定のPWM制御方式等であってもよい。ただし、スイッチング周期(Ts2)が固定の場合には、具体的な制御方式や負荷急変の大きさにも依るが、負荷急変が生じてから再び定常状態に達するまでの期間が長くなる(すなわち負荷急変に対する応答性が低下する)場合がある。この観点からは、ヒステリシス制御方式等のようなスイッチング周期が可変の制御方式を用いることが有益となる。
Here, the control method of the power supply control unit (second power supply control unit) 41 that controls the
また、電源制御部41は、負荷電流(Io1+Io2)に応じたインダクタ電流ILを生成できるようにスイッチング部9を制御する構成であればよく、場合によっては、図3の電流センサ43および図5の入力端子66を設けないことも可能である。ただし、負荷電流の変動が生じてから出力電圧の変動が生じるまでに若干のタイムラグが生じる場合がある。したがって、負荷急変に対する応答性を更に向上させる観点からは、電流センサ43および入力端子66を設けることが望ましい。
Moreover, the power
負荷急変時、PチャネルMOSトランジスタ48,49の制御動作は定常時と同じである。すなわち、前述したように、PチャネルMOSトランジスタ48は、第1出力電圧VOUT1のリップルを抑制するように制御される。ただし、図6の時刻t9〜t11の期間に示すように、インダクタ電流ILは、負荷電流(Io1+Io2)との一致に向けて増加していくため、定常期間[2]に達するまで、制御信号V21のオンの期間(T0)は各周期毎に短くなり、スイッチング周期(Ts1)も各周期毎に短くなる。
When the load suddenly changes, the control operation of the P-
また、図6の時刻t9〜t11の期間に示すように、第1出力電圧VOUT1のリップルが抑制される一方で、第2出力電圧VOUT2には、一時的に、インダクタ電流ILと実際の負荷電流(Io1+Io2)との差分に応じたリップル(低下)が生じ得る。ただし、安定性の要求が低い第2出力電圧VOUT2のリップルに関しては、例えば、電源制御部41での応答性の確保や、平滑用のコンデンサC29の容量値の最適化等によって、実使用上問題が無いレベルに抑制することは十分に可能である。
Further, as shown in the period of time t9 to t11 in FIG. 6, while the ripple of the first output voltage VOUT1 is suppressed, the inductor current IL and the actual load current are temporarily included in the second output voltage VOUT2. A ripple (decrease) corresponding to the difference from (Io1 + Io2) may occur. However, regarding the ripple of the second output voltage VOUT2, which has a low stability requirement, there is a problem in practical use, for example, by ensuring the response in the power
定常期間[2]では、定常期間[1]と同様の動作が行われる。ただし、定常期間[2]では、定常期間[1]と比べて負荷電流(Io1+Io2)が大きいため、スイッチング周期(Ts1)は、定常期間[1]と比べて短くなる。 In the stationary period [2], an operation similar to that in the stationary period [1] is performed. However, since the load current (Io1 + Io2) is larger in the stationary period [2] than in the stationary period [1], the switching period (T s1 ) is shorter than in the stationary period [1].
以上のように、本実施の形態によるレギュレータ装置は、スイッチング部9の1個のインダクタ23で所望のインダクタ電流ILを生成し、当該インダクタ電流ILを複数のスイッチング素子27,28を介して時分割で振り分けることで複数の出力電圧(VOUT1,VOUT2)を生成する。この際に、安定性の要求が高い側の出力電圧(VOUT1)のリップル電圧が予め設定された所定の範囲内に収まるように、当該出力電圧(VOUT1)に対応するスイッチング素子27のオン・オフを制御することが主要な特徴の一つとなっている。安定性の要求が低い側の出力電圧(VOUT2)は、スイッチング素子27のオフ期間でインダクタ電流ILをスイッチング素子28を介して供給することで制御される。具体的には、レギュレータ装置は、時間平均で「Io1+Io2」となるインダクタ電流ILを生成し、時間平均でIo1となる負荷電流を負荷5に向けて供給し、時間平均でIo2となる残りの負荷電流を負荷6に向けて供給する。
As described above, the regulator device according to the present embodiment generates a desired inductor current IL with one
これにより、1個のインダクタ23で複数の出力電圧(VOUT1,VOUT2)を生成しつつ、安定性の要求が高い出力電圧(VOUT1)を生成可能になる。さらに、レギュレータ装置の小型化や低コスト化が可能になる。その結果、特に、車両用の電子制御装置(ECU)等で有益なレギュレータ装置が実現可能になる。
As a result, it is possible to generate an output voltage (VOUT1) with high stability requirements while generating a plurality of output voltages (VOUT1, VOUT2) with one
ここで、比較例として、例えば、特許文献1等に示されるようなPWM制御方式を用いることが考えられる。当該方式は、例えば図1において、スイッチング素子27と28がそれぞれオンとオフの状態でスイッチング部9をPWM制御するサイクルと、スイッチング素子27と28がそれぞれオフとオンの状態でスイッチング部9をPWM制御するサイクルとを交互に繰り返すような方式となる。言い換えれば、インダクタ23を時分割で使用する方式となる。
Here, as a comparative example, for example, it is conceivable to use a PWM control method as shown in
しかしながら、このようなPWM制御方式を用いた場合、例えば、第2出力電圧VOUT2が供給される負荷6に負荷急変が生じた際に、第1出力電圧VOUT1において比較的大きなリップルが生じる恐れがある。このような他出力からの干渉を低減するためには、複雑な補償回路が必要とされる。一方、本実施の形態の制御方式では、1個のインダクタ23を用いつつ、このような補償回路を設けることなく安定性の要求が高い出力電圧(VOUT1)を生成できる。
However, when such a PWM control method is used, for example, when a sudden load change occurs in the
(実施の形態2)
《レギュレータ装置の詳細構成(変形例)》
図7は、本発明の実施の形態2によるレギュレータ装置において、図1のレギュレータ装置の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図7において、図3と同一の構成部分には同一符号を付している。図7に示すレギュレータ装置は、図3における電源制御部41,42をデジタル制御を行うMCUで構成した点と、図3における電流センサ43の機能をMCUに組み込んだ点とが異なっている。
(Embodiment 2)
<< Detailed Configuration of Regulator Device (Modification) >>
FIG. 7 is a circuit block diagram showing a detailed configuration example of the regulator device of FIG. 1 in the regulator device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The regulator device shown in FIG. 7 is different in that the power
近年、MCUの発展とともに、スイッチングレギュレータの制御部のデジタル化が進んでいる。アナログ制御部を用いるスイッチングレギュレータと比べて、デジタル制御部を用いるスイッチングレギュレータでは、一部の外付け部品の機能をMCUに集約されることができるため、外付け部品点数の削減が可能となる。また、スイッチングレギュレータの制御部のデジタル化により、制御パラメータをプログラムで自由に調整でき、制御の柔軟性が向上する。 In recent years, with the development of MCUs, digitization of control units of switching regulators has been progressing. Compared with a switching regulator using an analog control unit, in a switching regulator using a digital control unit, functions of some external components can be integrated into the MCU, so that the number of external components can be reduced. In addition, by digitizing the control unit of the switching regulator, control parameters can be freely adjusted by a program, and control flexibility is improved.
図7に示す降圧スイッチングレギュレータは、図3の場合と同様のスイッチング部9、第1および第2電源生成部10a,10b、ならびに電圧センサ44,45に加えて、デジタル制御部81を備える。デジタル制御部81は、ADC82,83、I/O端子84、レジスタ制御回路(RCU)85、レジスタ(REG)96〜102、乗算器86〜88、加算器89、電流予測器90、予測制御器91,94、電流ヒステリシス制御器92、EMI制御器93、および電圧ヒステリシス制御器95を備える。
The step-down switching regulator shown in FIG. 7 includes a
ADC82とADC83は、それぞれ、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1と電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2をデジタル信号VDF1とデジタル信号VDF2に変換する回路である。I/O端子84は、外部の制御部と接続するための端子である。電圧ヒステリシス制御器95は、例えば図4の電源制御部(第1電源制御部)42と同じ役割を持つ制御器である。電流ヒステリシス制御器92は、例えば図5の電源制御部(第2電源制御部)41と同じ役割を持つ制御器である。
The ADC 82 and the
レジスタ制御回路(RCU)85は、I/O端子84から入力された外部制御信号により、制御に用いるパラメータを保存するレジスタ(REG)96〜102を制御するための回路である。REG96は、デジタル信号VDF1のゲインパラメータP1を保存する。REG97は、デジタル信号VDF2のゲインパラメータP2を保存する。REG98は、デジタル信号VDF1のゲインパラメータP3を保存する。REG99とREG100は、それぞれ、電圧ヒステリシス制御器95に設定する上限と下限の制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1を保存する。REG101とREG102は、それぞれ、電流ヒステリシス制御器92に設定する上限と下限の制御閾値VTH3+VREF1+VREF2とVTH4+VREF1+VREF2を保存する。
The register control circuit (RCU) 85 is a circuit for controlling the registers (REG) 96 to 102 that store parameters used for control by an external control signal input from the I /
乗算器86は、デジタル信号VDF1とREG96に保存されたゲインパラメータとを乗算する。乗算器87は、デジタル信号VDF2とREG97に保存されたゲインパラメータとを乗算する。乗算器88は、デジタル信号VDF1とREG98に保存されたゲインパラメータとを乗算する。加算器89は、例えば図5の電圧加算回路62と同じ役割を持つ加算器である。予測制御器91,94は、デジタル制御により生じる遅延をキャンセルするための微分制御器である。
The
EMI制御器93は、スイッチングレギュレータのスイッチングノイズを削減するため、電圧ヒステリシス制御器95と電流ヒステリシス制御器92の制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1,VTH3+VREF1+VREF2,VTH4+VREF1+VREF2を調整する。電流予測器90は、ADC82,83で変換したデジタル信号VDF1,VDF2と、電圧ヒステリシス制御器95からのPチャネルMOSトランジスタ48の制御信号V21とによりインダクタ23に流れるインダクタ電流ILを予測し、電流電圧信号VDIを出力する。
The
《レギュレータ装置の詳細動作(変形例)》
次に、デジタル制御部81のより詳細な動作を説明する。まず、各出力電圧VOUT1,VOUT2における所定の許容リップルの目標仕様に基づき、I/O端子84からRCU85を介して、各制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1,VTH3+VREF1+VREF2,VTH4+VREF1+VREF2と各ゲインパラメータP1,P2,P3が設定される。ADC82とADC83は、それぞれ、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1と電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2をデジタル信号VDF1とVDF2に変換する。乗算器86,87,88は、各自対応するデジタル信号VDF1,VDF2とゲインパラメータP1,P2,P3とを乗算し、それぞれ、増幅信号VP1,VP2,VP3を出力する。
<< Detailed operation of the regulator device (modification) >>
Next, a more detailed operation of the
加算器89は、増幅信号VP1,VP2と、電流予測器90で予測されたインダクタ電流の電流電圧信号VDIとを加算し、合計信号VDAを出力する。予測制御器91は、合計信号VDAを受けて、デジタル制御により生じる遅延をキャンセルした制御用信号VDAC1を生成する。電流ヒステリシス制御器92は、制御用信号VDAC1が制御閾値VTH3+VREF1+VREF2,VTH4+VREF1+VREF2に基づく第3の範囲内に収まるように、PチャネルMOSトランジスタ46とNチャネルMOSトランジスタ47を制御信号V23とV24でそれぞれ制御する。制御閾値VTH3+VREF1+VREF2,VTH4+VREF1+VREF2は、REG101,102に設定される。制御信号V23とV24により、インダクタ23に流れた電流の平均電流値は、負荷5に流れた所定の負荷電流Io1と負荷6に流れた所定の負荷電流Io2との合計電流値に一致する。
The
予測制御器94は、増幅信号VP3を受けて、デジタル制御により生じる遅延をキャンセルした制御用信号VDAC2を生成する。電圧ヒステリシス制御器95は、制御用信号VDAC2と、REG99,100に設定される制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1とに基づき、PチャネルMOSトランジスタ48,49を制御する制御信号V21,V22を生成する。これにより、実施の形態1の場合と同様に、第1出力電圧VOUT1は、制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1に基づく第1の範囲内に抑制される。また、第2出力電圧VOUT2のリップルも、特に問題が無いレベルに抑制することが十分に可能となる。
The
ここで、予測制御器91,94の動作について予測制御器94を代表例として補足する。デジタル制御では、クロック周期毎に制御が行われるが、このクロック周期の長さに応じて制御に遅延が生じる。例えば、ヒステリシス制御の場合、制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1の範囲を外れても、即座にPチャネルMOSトランジスタ48をスイッチングできず、リップルが増加する恐れがある。これを解決するため、予測制御器94は、制御閾値の範囲を外れる前の時点で、過去のデータ(ここでは増幅信号VP3)の時系列的な変化量に基づいて所定の時間を経過後に出力されるデータを予測し、この予測されたデータに基づいて制御用信号VDAC2を生成する。具体的には、例えば、増幅信号VP3の変化特性は、図6のフィードバック電圧VF1に示されるように、立ち上がりと立ち下がりをそれぞれ所定の関数(例えば一次関数等)で近似することで表せるため、時系列的な変化量に基づいて将来のデータを予測することができる。
Here, the operation of the
このように、予測制御器94は、その後に電圧センサ44からのフィードバックされることが見込まれるフィードバック電圧VF1を予測して、制御用信号VDAC2として出力する。電圧ヒステリシス制御器95は、この予測制御器94からの制御用信号VDAC2に基づいて制御する結果、実際に制御閾値の範囲を外れたことを受けてPチャネルMOSトランジスタ48のスイッチングを行うのではなく、外れる時点を予測してスイッチングを行うことになる。
In this way, the
図8は、図7におけるEMI制御器の動作例を示す説明図である。EMI制御器(制御閾値制御器)93の制御対象は、電流ヒステリシス制御器92のREG101,102と電圧ヒステリシス制御器95のREG99,100であるが、ここでは、電圧ヒステリシス制御器95を方を代表例として説明する。REG99,100に設定される制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1が固定の場合、定常時、図6に示したスイッチング周期(Ts2)は一定になり、スイッチング周波数が特定の周波数に集中することによるスイッチングノイズが問題となる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an operation example of the EMI controller in FIG. The control targets of the EMI controller (control threshold controller) 93 are the
この問題を解決するため、EMI制御器93は、例えば、REG99,100に設定される制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1(すなわち第1の範囲)を、図8に示されるように、リップル許容範囲103内で時系列的にランダムに変更する。電圧ヒステリシス制御器95は、制御用信号VDAC2がこのランダムに変更された制御閾値に達したことを受けて制御信号V21(V22)を生成する。その結果、定常時でも、スイッチング周期(Ts2)が一定にならず、スイッチング周波数が適宜分散されるため、スイッチングノイズを低減できる。
In order to solve this problem, for example, the
次に、電流予測器90の動作を説明する。ここでは、図7において、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1と第1出力電圧VOUT1は、1:1の比例関係であるものと仮定する。また、電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2と第2出力電圧VOUT2も、1:1の比例関係であるものと仮定する。
Next, the operation of the
1サイクル前のPチャネルMOSトランジスタ48の制御信号V21[n−1]がローの時、電流予測器90は、インダクタ電流IL[n]の予測値となる電流電圧信号VDI[n]を、式(9)に基づき計算する。一方、1サイクル前のPチャネルMOSトランジスタ48の制御信号V21[n−1]がハイの時、電流予測器90は、インダクタ電流IL[n]の予測値となる電流電圧信号VDI[n]を、式(10)に基づき計算する。
When the control signal V21 [n−1] of the P-
式(9)および式(10)において、「Ts」はADCのサンプリング周期であり、「K」は電流値を電圧値に変換するためのパラメータであり、「C24」および「C29」は、それぞれ、平滑用のコンデンサC24およびC29の容量値である。また、ここで説明した電流予測器90の動作は、一例として、コンデンサC24,C29に存在する寄生抵抗と寄生インダクタンスにより生じるノイズや、スイッチング素子のオン・オフ時のスパイクノイズなどを無視した場合の動作である。電流予測器90により、電流センサ43を設ける必要が無くなるため、外付け部品点数の削減が可能になる。
In Equation (9) and Equation (10), “T s ” is the ADC sampling period, “K” is a parameter for converting the current value to the voltage value, and “C 24 ” and “C 29 ”. Are the capacitance values of the smoothing capacitors C24 and C29, respectively. In addition, the operation of the
以上、本実施の形態2のレギュレータ装置を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、例えば、次ぎのような効果が得られる。まず、各種制御閾値やゲインパラメータをレジスタ(REG)によって容易に変更可能になるため、電圧仕様やリップル仕様等の様々な要求仕様に対して柔軟に対応することが可能になる。また、デジタル制御部81は、例えば、マイクロコンピュータ(MCU)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の一般的な部品によって構成でき、また、レギュレータ装置の一部の部品(ここでは電流センサ)を削減することができるため、レギュレータ装置の低コスト化等が実現可能になる。さらに、EMI制御器93によって、スイッチングノイズの低減が可能になる。
As described above, by using the regulator device according to the second embodiment, in addition to the various effects described in the first embodiment, for example, the following effects can be obtained. First, since various control threshold values and gain parameters can be easily changed by a register (REG), it is possible to flexibly cope with various required specifications such as voltage specifications and ripple specifications. In addition, the
(実施の形態3)
《レギュレータ装置の詳細構成(応用例)》
図9は、本発明の実施の形態3によるレギュレータ装置において、その詳細な構成例を示す回路図である。図9のレギュレータ装置は、実施の形態2の図3で述べた2出力の構成例を3出力に拡張した構成例となっている。図9において、図3と同一構成部分には同一符号を付している。図9の降圧スイッチングレギュレータは、図3の場合例と比較して、図3の電源制御部41,42がそれぞれ電源制御部32,33に置き換わった点と、第3出力電圧VOUT3が生成される第3出力ノード、第3電源生成部10c、および電圧センサ31が追加された点とが異なっている。
(Embodiment 3)
<< Detailed configuration of regulator device (application example) >>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the regulator device according to the third embodiment of the present invention. The regulator device of FIG. 9 is a configuration example in which the configuration example of the two outputs described in FIG. 3 of the second embodiment is expanded to three outputs. 9, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The step-down switching regulator of FIG. 9 generates the third output voltage VOUT3 and the point that the power
第3電源生成部10cは、第1および第2抵抗制御部10a,10bの場合と同様に、スイッチング素子となるPチャネルMOSトランジスタ50と、平滑用のコンデンサC30とを備える。電圧センサ31は、平滑用のコンデンサC30の一端で生成された第3出力電圧VOUT3を観測し、電源制御部32に入力できるフィードバック電圧VF3となるように変換する。第3出力電圧VOUT3は、負荷(例えばMCU)7に供給される。ここでは、第1出力電圧VOUT1の安定性の要求は第2出力電圧VOUT2よりも高く、第1出力電圧VOUT1と第2出力電圧VOUT2の安定性の要求は第3出力電圧VOUT3よりも高いものとする。
Similar to the first and second
図10は、図9における第1電源制御部の構成例を示す回路図であり、図11は、図9における第2電源制御部の構成例を示す回路図である。図10に示すように、電源制御部(第1電源制御部)33は、図4に示した入力端子54、ヒステリシス機能を持つコンパレータ51、基準電圧VREF1、およびインバータ52aに加えて、入力端子55、ヒステリシス機能を持つコンパレータ56、基準電圧VREF2、インバータ52b、トランジスタドライバ59、および論理回路57,58を備える。ヒステリシス機能を持つコンパレータ56は、二つの制御閾値VTH5+VREF2およびVTH6+VREF2が設定され、入力端子55に入力された電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2とこの二つの制御閾値VTH5+VREF2およびVTH6+VREF2とを比較し、制御信号V25を生成する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the first power supply control unit in FIG. 9, and FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of the second power supply control unit in FIG. As shown in FIG. 10, the power supply control unit (first power supply control unit) 33 includes an
論理回路57は、入力された制御信号V25とV20を用いて論理和(OR)の演算を行い、制御信号V26を生成する。インバータ52bは、論理回路57からの制御信号V26を反転し、反転制御信号V27を生成する。論理回路58は、入力された制御信号V27とV20を用いて論理和(OR)の演算を行い、制御信号V28を生成する。トランジスタドライバ59は、PチャネルMOSトランジスタ48,49,50の中の2個以上を同時にオンしないように、入力された制御信号V19,V26,V28のデッドオフタイムを調整し、PチャネルMOSトランジスタ48,49,50を駆動できる制御信号V21,V22,V29に変換する。
The
図11に示すように、電源制御部(第2電源制御部)32は、図5に示したトランジスタドライバ63に加えて、ヒステリシス機能を持つコンパレータ69と、基準電圧VREF1+VREF2+VREF3と、電圧加算回路68と、入力端子64,65,66,67とを備える。電圧加算回路68は、入力端子64,65,66から入力される電圧センサ44,45,31からのフィードバック電圧VF1,VF2,VF3と、入力端子67から入力される電流センサ43からの電流電圧VIとを全て加算し、ヒステリシス機能を持つコンパレータ69に入力できる合計電圧VAに変換する。
11, in addition to the
ヒステリシス機能を持つコンパレータ69は、二つの制御閾値VTH3+VREF1+VREF2+VREF3およびVTH4+VREF1+VREF2+VREF3が設定され、電圧加算回路68からの合計電圧VAとこの二つの制御閾値とを比較する。そして、コンパレータ69は、この比較結果に基づいて、スイッチング素子となるPチャネルMOSトランジスタ46と同期整流用のスイッチング素子となるNチャネルMOSトランジスタ47とを制御する制御信号V18を生成する。
The
次ぎに、本実施の形態3のレギュレータ装置の動作例について説明する。図9のスイッチング部9の動作に関しては、インダクタ電流ILにさらに負荷7の負荷電流Io3が加わるように電源制御部32による制御が行われることを除いて実施の形態1の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。図10を用いて、PチャネルMOSトランジスタ48,49,50の制御動作を説明する。
Next, an operation example of the regulator device according to the third embodiment will be described. The operation of the
電源制御部(第1電源制御部)33は、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1が上限の制御閾値VTH1+VREF1よりも大きくなったら、PチャネルMOSトランジスタ48をオフするように(ここではハイレベルの)制御信号V19を生成する。一方、電源制御部33は、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1が下限の制御閾値VTH2+VREF1よりも小さくなったら、PチャネルMOSトランジスタ48をオンするように(ここではロウレベルの)制御信号V19を生成する。トランジスタドライバ59は、この制御信号V19を基に、PチャネルMOSトランジスタ48のオン・オフを制御する制御信号V21を生成する。これにより、電圧センサ44からのフィードバック電圧VF1(=VOUT1)のリップルは、二つの制御閾値VTH1+VREF1とVTH2+VREF1の間に抑えられる。
The power supply control unit (first power supply control unit) 33 turns off the P-channel MOS transistor 48 (here, at a high level) when the feedback voltage VF1 from the
電源制御部33は、電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2が上限の制御閾値VTH5+VREF2よりも大きくなったら、ハイレベルの制御信号V25を生成する。一方、電源制御部33は、電圧センサ45からのフィードバック電圧VF2が下限の制御閾値VTH6+VREF2よりも小さくなったら、ローレベルの制御信号V25を生成する。論理回路57は、この制御信号V25と、インバータ52aからの反転制御信号V20と論理和(OR)の演算を行い、制御信号V26を生成する。トランジスタドライバ59は、この制御信号V26を基に、PチャネルMOSトランジスタ49のオン・オフを制御する制御信号V22を生成する。これにより、第1出力電圧VOUT1を制御するPチャネルMOSトランジスタ48がオフの期間中のみ、第2出力電圧VOUT2を制御するPチャネルMOSトランジスタ49はオンに制御される。その結果、第1出力電圧VOUT1の制御の優先度は、第2出力電圧VOUT2よりも高くなる。
The power
さらに、論理回路58は、インバータ52aからの反転制御信号V20と、インバータ52bからの反転制御信号V27との論理和(OR)の演算を行い、制御信号V28を生成する。トランジスタドライバ59は、この制御信号V28を基に、PチャネルMOSトランジスタ50のオン・オフを制御する制御信号V29を生成する。これにより、第1出力電圧VOUT1を制御するPチャネルMOSトランジスタ48がオフの期間中で、かつ第2出力電圧VOUT2を制御するPチャネルMOSトランジスタ49がオフの期間中のみ、第3出力電圧VOUT3を制御するPチャネルMOSトランジスタ50はオンに制御される。その結果、第1および第2出力電圧VOUT1,VOUT2の制御の優先度は、第3出力電圧VOUT3よりも高くなる。
Further, the
このような動作により、安定性の要求が1番目に高い第1出力電圧VOUT1は、所定の二つの制御閾値VTH1+VREF1,VTH2+VREF1に基づく第1の範囲内に抑えることができる。さらに、安定性の要求が2番目に高い第2出力電圧VOUT2も、所定の二つの制御閾値VTH5+VREF2,VTH6+VREF2に基づく第2の範囲内に抑えることができる。安定性の要求が低い第3出力電圧VOUT3のリップルに関しては、実施の形態1の場合と同様に、例えば、電源制御部32での応答性の確保や、平滑用のコンデンサC30の容量値の最適化等によって、実使用上問題が無いレベルに抑制することは十分に可能である。
By such an operation, the first output voltage VOUT1 with the highest stability requirement can be suppressed within a first range based on two predetermined control threshold values VTH1 + VREF1, VTH2 + VREF1. Furthermore, the second output voltage VOUT2 having the second highest requirement for stability can be suppressed within a second range based on two predetermined control threshold values VTH5 + VREF2 and VTH6 + VREF2. As for the ripple of the third output voltage VOUT3 whose stability requirement is low, as in the case of the first embodiment, for example, ensuring the responsiveness in the power
以上、本実施の形態3のレギュレータ装置を用いることで、実施の形態1の場合と同様に、1個のインダクタ23で複数の出力電圧(VOUT1〜VOUT3)を生成しつつ、安定性の要求が高い出力電圧(VOUT1,VOUT2)を生成可能になる。また、レギュレータ装置の小型化が実現可能になる。なお、本実施の形態3のレギュレータ装置では、3出力の場合の構成例を示したが、同様にして、出力の数に応じた電圧ヒステリシス制御部などを備えることにより、4出力以上に拡張することも可能である。
As described above, by using the regulator device according to the third embodiment, a plurality of output voltages (VOUT1 to VOUT3) are generated by a
この際には、出力の数が多くなるほど、インダクタ23に蓄えられる電力(インダクタ電流IL)は大きくなる。例えば、第1出力電圧VOUTに対応するスイッチング素子(48)がオンの場合、インダクタ電流ILの一部が負荷5に供給され、残りがコンデンサC24に蓄えられる。その結果、出力の数が多くなるほど、コンデンサC24の充電電流は多くなり、コンデンサC24の充電期間は短くなる。第1出力電圧VOUT1の除く他の出力電圧に対応するコンデンサC29,C30の充電は、第1出力電圧VOUTに対応するスイッチング素子(48)がオフの期間で順に行われるが、前述したように、出力の数が多くなるほどコンデンサC24の充電期間は短くなるため、他の出力電圧に対応するコンデンサC29,C30に対しても、充電期間を十分に確保することができる。
At this time, the power (inductor current IL) stored in the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、実施の形態3で述べたレギュレータ装置は、勿論、実施の形態2で述べたようなデジタル制御を適用することも可能である。また、ここでは、主に車両用の電子制御装置(ECU)に適用する場合を例として説明を行ったが、必ずしもこれに限定されるものではなく、多種の電源電圧が必要とされ、特に、その一部の電源電圧に対して高い安定性の要求があるシステムに対して広く適用することが可能である。
For example, the regulator apparatus described in
1,2 スイッチング素子
3,4 パワー素子
5,6,7 負荷
9 スイッチング部
10a 第1電源生成部
10b 第2電源生成部
10c 第3電源生成部
12,22 電源制御部
13 出力平滑回路
14 降圧スイッチングレギュレータ部
15 第1抵抗制御部
16 第1シリーズレギュレータ部
17 第2シリーズレギュレータ部
18 第2抵抗制御部
23 インダクタ
25〜28 スイッチング素子
31,44,45 電圧センサ
32,33,41,42 電源制御部
43 電流センサ
46 PチャネルMOSトランジスタ
47 NチャネルMOSトランジスタ
48 PチャネルMOSトランジスタ
49 PチャネルMOSトランジスタ
50 PチャネルMOSトランジスタ
51,56,61,69 コンパレータ
52a,52b インバータ
53,59,63 トランジスタドライバ
54,55,64〜67 入力端子
57,58 論理回路
62,68 電圧加算回路
81 デジタル制御部
82〜83 ADC
84 I/O端子
85 レジスタ制御回路
86〜88 乗算器
89 加算器
90 電流予測器
91,94 予測制御器
92 電流ヒステリシス制御器
93 EMI制御器
95 電圧ステリシス制御器
96〜102 レジスタ
103 リップル許容範囲
C19,C20,C24,C29,C30 コンデンサ
IL インダクタ電流
Io1〜Io3 負荷電流
V1,VIN 入力電源電圧
V5〜V7,V18〜V29 制御信号
V2 中間出力電圧
V3,VOUT1 第1出力電圧
V4,VOUT2 第2出力電圧
VA 合計電圧
VDA 合計信号
VDAC1,VDAC2 制御用信号
VDF1,VDF2 デジタル信号
VDI 電流電圧信号
VF1〜VF3 フィードバック電圧
VI 電流電圧
VOUT3 第3出力電圧
VP1〜VP3 増幅信号
VREF1〜VREF3 基準電圧
DESCRIPTION OF
84 I /
Claims (15)
第1出力電圧が生成される第1出力ノードと、
第2出力電圧が生成される第2出力ノードと、
インダクタと、
前記第1出力ノードに一端が接続される第1コンデンサと、
前記第2出力ノードに一端が接続される第2コンデンサと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に前記入力電源電圧を印加する第1スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に接地電圧を印加する第2スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第1出力ノードに向けて出力する第3スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第2出力ノードに向けて出力する第4スイッチと、
予め制御閾値の第1の範囲が設定され、前記第1出力電圧を前記第1の範囲で推移させるように前記第3スイッチのオン・オフを制御し、前記第3スイッチのオフの期間で前記第4スイッチをオンに制御する第1電源制御部と、を有する、レギュレータ装置。 An input node to which an input power supply voltage is supplied;
A first output node from which a first output voltage is generated;
A second output node from which a second output voltage is generated;
An inductor;
A first capacitor having one end connected to the first output node;
A second capacitor having one end connected to the second output node;
A first switch that applies the input power supply voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A second switch that applies a ground voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A third switch for outputting a current flowing through the inductor to the first output node when controlled to be turned on;
A fourth switch for outputting a current flowing through the inductor to the second output node when controlled to be turned on;
A first range of a control threshold is set in advance, and the on / off of the third switch is controlled so that the first output voltage changes in the first range, and the third switch is turned off during the off period of the third switch. And a first power supply controller that controls the fourth switch to turn on.
前記第1電源制御部は、
予め上限となる第1制御閾値と下限となる第2制御閾値とが設定され、前記第1および第2制御閾値に基づきヒステリシス制御を行う第1コンパレータ回路と、
前記第1コンパレータ回路の出力に基づき前記第3および第4スイッチのオン・オフを制御する第1ドライバ回路と、を備え、
前記第1コンパレータ回路は、前記第1出力電圧に比例する第1フィードバック電圧が入力され、前記第1フィードバック電圧が前記第2制御閾値に到達した際に前記第3スイッチをオフからオンに切り替えるための制御信号を出力し、前記第1フィードバック電圧が前記第1制御閾値に到達した際に前記第3スイッチをオンからオフに切り替えるための制御信号を出力し、
前記第1ドライバ回路は、前記第1コンパレータ回路からの制御信号に基づき前記第3スイッチのオン・オフを制御し、前記第3スイッチの逆位相で前記第4スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 1,
The first power supply control unit
A first comparator circuit that is preset with a first control threshold value that is an upper limit and a second control threshold value that is a lower limit, and performs hysteresis control based on the first and second control threshold values;
A first driver circuit for controlling on / off of the third and fourth switches based on an output of the first comparator circuit;
The first comparator circuit receives a first feedback voltage proportional to the first output voltage, and switches the third switch from OFF to ON when the first feedback voltage reaches the second control threshold. A control signal for switching the third switch from on to off when the first feedback voltage reaches the first control threshold,
The first driver circuit controls on / off of the third switch based on a control signal from the first comparator circuit, and controls on / off of the fourth switch with an opposite phase of the third switch. Regulator device.
前記インダクタに流れる電流を観測し、当該電流の電流値に応じた電圧値を持つ電流電圧を出力する電流センサと、
前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する第2電源制御部と、を備え、
前記第2電源制御部は、前記第2出力電圧に比例する第2フィードバック電圧と、前記第1フィードバック電圧と、前記電流電圧とを加算する電圧加算回路を備え、前記電圧加算回路から出力される合計電圧に基づいて前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 2, further comprising:
A current sensor that observes the current flowing through the inductor and outputs a current voltage having a voltage value corresponding to the current value of the current;
A second power supply controller for controlling on / off of the first and second switches,
The second power supply controller includes a voltage addition circuit that adds a second feedback voltage proportional to the second output voltage, the first feedback voltage, and the current voltage, and is output from the voltage addition circuit. A regulator device that controls on / off of the first and second switches based on a total voltage.
前記第2電源制御部は、
予め上限となる第3制御閾値と下限となる第4制御閾値とが設定され、前記第3および第4制御閾値に基づきヒステリシス制御を行う第2コンパレータ回路と、
前記第2コンパレータ回路の出力に基づき前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する第2ドライバ回路と、を備え、
前記第2コンパレータ回路は、前記電圧加算回路から出力される前記合計電圧が前記第4制御閾値に到達した際に前記第1スイッチをオフからオンに切り替えるための制御信号を出力し、前記合計電圧が前記第3制御閾値に到達した際に前記第1スイッチをオンからオフに切り替えるための制御信号を出力し、
前記第2ドライバ回路は、前記第2コンパレータ回路からの制御信号に基づき前記第1スイッチのオン・オフを制御し、前記第1スイッチの逆位相で前記第2スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 3, wherein
The second power supply control unit
A second comparator circuit that is preset with a third control threshold that is an upper limit and a fourth control threshold that is a lower limit, and performs hysteresis control based on the third and fourth control thresholds;
A second driver circuit for controlling on / off of the first and second switches based on an output of the second comparator circuit;
The second comparator circuit outputs a control signal for switching the first switch from OFF to ON when the total voltage output from the voltage addition circuit reaches the fourth control threshold, and the total voltage Outputs a control signal for switching the first switch from on to off when the third control threshold is reached,
The second driver circuit controls on / off of the first switch based on a control signal from the second comparator circuit, and controls on / off of the second switch in an opposite phase of the first switch; Regulator device.
前記レギュレータ装置は、車両用の電子制御装置に搭載される、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 4, wherein
The regulator device is a regulator device mounted on an electronic control device for a vehicle.
第1出力電圧が生成される第1出力ノードと、
第2出力電圧が生成される第2出力ノードと、
第3出力電圧が生成される第3出力ノードと、
インダクタと、
前記第1出力ノードに一端が接続される第1コンデンサと、
前記第2出力ノードに一端が接続される第2コンデンサと、
前記第3出力ノードに一端が接続される第3コンデンサと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に前記入力電源電圧を印加する第1スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に接地電圧を印加する第2スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第1出力ノードに向けて出力する第3スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第2出力ノードに向けて出力する第4スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第3出力ノードに向けて出力する第5スイッチと、
予め制御閾値の第1の範囲および第2の範囲が設定され、前記第1出力電圧を前記第1の範囲で推移させるように前記第3スイッチのオン・オフを制御し、前記第3スイッチのオフの期間で前記第2出力電圧を前記第2の範囲で推移させるように前記第4スイッチのオン・オフを制御し、前記第3および第4スイッチのオフの期間で前記第5スイッチをオンに制御する第1電源制御部と、を有する、レギュレータ装置。 An input node to which an input power supply voltage is supplied;
A first output node from which a first output voltage is generated;
A second output node from which a second output voltage is generated;
A third output node from which a third output voltage is generated;
An inductor;
A first capacitor having one end connected to the first output node;
A second capacitor having one end connected to the second output node;
A third capacitor having one end connected to the third output node;
A first switch that applies the input power supply voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A second switch that applies a ground voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A third switch for outputting a current flowing through the inductor to the first output node when controlled to be turned on;
A fourth switch for outputting a current flowing through the inductor to the second output node when controlled to be turned on;
A fifth switch for outputting a current flowing through the inductor to the third output node when controlled to be turned on;
A first range and a second range of control thresholds are set in advance, and the on / off of the third switch is controlled so that the first output voltage changes in the first range. The on / off of the fourth switch is controlled so that the second output voltage changes in the second range in the off period, and the fifth switch is turned on in the off period of the third and fourth switches. And a first power supply control unit that controls the regulator device.
前記インダクタに流れる電流を観測し、当該電流の電流値に応じた電圧値を持つ電流電圧を出力する電流センサと、
前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する第2電源制御部と、を備え、
前記第2電源制御部は、前記第1出力電圧に比例する第1フィードバック電圧と、前記第2出力電圧に比例する第2フィードバック電圧と、前記第3出力電圧に比例する第3フィードバック電圧と、前記電流電圧とを加算する電圧加算回路を備え、前記電圧加算回路から出力される合計電圧に基づいて前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 6, further comprising:
A current sensor that observes the current flowing through the inductor and outputs a current voltage having a voltage value corresponding to the current value of the current;
A second power supply controller for controlling on / off of the first and second switches,
The second power supply controller includes a first feedback voltage proportional to the first output voltage, a second feedback voltage proportional to the second output voltage, and a third feedback voltage proportional to the third output voltage; A regulator device comprising a voltage addition circuit for adding the current voltage, and controlling on / off of the first and second switches based on a total voltage output from the voltage addition circuit.
前記レギュレータ装置は、車両用の電子制御装置に搭載される、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 7, wherein
The regulator device is a regulator device mounted on an electronic control device for a vehicle.
第1出力電圧が生成される第1出力ノードと、
第2出力電圧が生成される第2出力ノードと、
インダクタと、
前記第1出力ノードに一端が接続される第1コンデンサと、
前記第2出力ノードに一端が接続される第2コンデンサと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に前記入力電源電圧を印加する第1スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタの一端に接地電圧を印加する第2スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第1出力ノードに向けて出力する第3スイッチと、
オンに制御された際に前記インダクタに流れる電流を前記第2出力ノードに向けて出力する第4スイッチと、
予め制御閾値の第1の範囲が設定され、前記第1出力電圧を前記第1の範囲で推移させるように前記第3スイッチのオン・オフを制御し、前記第3スイッチのオフの期間で前記第4スイッチをオンに制御するデジタル制御部と、を備え、
前記デジタル制御部は、
前記第1出力電圧に比例する第1フィードバック電圧を第1デジタル信号に変換する第1アナログ・デジタル変換器と、
前記第2出力電圧に比例する第2フィードバック電圧を第2デジタル信号に変換する第2アナログ・デジタル変換器と、
前記第1の範囲をデジタル設定値で保持し、外部からアクセス可能な第1レジスタと、
前記第1レジスタで保持されるデジタル設定値と、前記第1デジタル信号とを用いて前記第3スイッチのオン・オフを制御する電圧ヒステリシス制御器と、を有する、レギュレータ装置。 An input node to which an input power supply voltage is supplied;
A first output node from which a first output voltage is generated;
A second output node from which a second output voltage is generated;
An inductor;
A first capacitor having one end connected to the first output node;
A second capacitor having one end connected to the second output node;
A first switch that applies the input power supply voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A second switch that applies a ground voltage to one end of the inductor when controlled to be on;
A third switch for outputting a current flowing through the inductor to the first output node when controlled to be turned on;
A fourth switch for outputting a current flowing through the inductor to the second output node when controlled to be turned on;
A first range of a control threshold is set in advance, and the on / off of the third switch is controlled so that the first output voltage changes in the first range, and the third switch is turned off during the off period of the third switch. A digital control unit that controls the fourth switch to turn on,
The digital control unit
A first analog-to-digital converter that converts a first feedback voltage proportional to the first output voltage into a first digital signal;
A second analog-to-digital converter that converts a second feedback voltage proportional to the second output voltage into a second digital signal;
A first register that holds the first range as a digital set value and is accessible from the outside;
And a voltage hysteresis controller that controls on / off of the third switch using the digital set value held in the first register and the first digital signal.
前記デジタル制御部は、さらに、前記第1レジスタで保持される前記第1の範囲を時系列的にランダムに変更する制御閾値制御器を有する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 9, wherein
The digital control unit further includes a control threshold controller that randomly changes the first range held in the first register in a time-series manner.
前記デジタル制御部は、さらに、前記第3スイッチのオン・オフの情報と、前記第1および第2アナログ・デジタル変換器のサンプリング周期に基づく前記第1および第2デジタル信号のそれぞれの変化量と、前記第1および第2コンデンサのそれぞれの容量値とを用いて前記インダクタに流れる電流を予測する電流予測器を有する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 10, wherein
The digital control unit further includes on / off information of the third switch, and amounts of change of the first and second digital signals based on sampling periods of the first and second analog-digital converters. A regulator apparatus comprising: a current predictor that predicts a current flowing through the inductor using the capacitance values of the first and second capacitors.
前記デジタル制御部は、さらに、
前記第1デジタル信号と第1乗算係数とを乗算する第1乗算器と、
前記第2デジタル信号と第2乗算係数とを乗算する第2乗算器と、
前記第1および第2乗算係数をそれぞれデジタル設定値で保持し、外部からアクセス可能な第2レジスタと、
前記第1乗算器の出力と、前記第2乗算器の出力と、前記電流予測器の出力とを加算する加算器と、を備え、
前記デジタル制御部は、前記加算器の出力に基づいて前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 11, wherein
The digital control unit further includes:
A first multiplier for multiplying the first digital signal by a first multiplication coefficient;
A second multiplier for multiplying the second digital signal by a second multiplication coefficient;
A second register that holds the first and second multiplication coefficients as digital setting values and is accessible from the outside;
An adder for adding the output of the first multiplier, the output of the second multiplier, and the output of the current predictor;
The digital control unit is a regulator device that controls on / off of the first and second switches based on an output of the adder.
前記デジタル制御部は、さらに、
前記加算器の出力に基づいて前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する電流ヒステリシス制御器と、
予め設定された制御閾値の第3の範囲をデジタル設定値で保持し、外部からアクセス可能な第3レジスタと、を備え、
前記電流ヒステリシス制御器は、前記加算器の出力が前記第3レジスタで保持される前記第3の範囲内に収まるように前記第1および第2スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 12,
The digital control unit further includes:
A current hysteresis controller for controlling on and off of the first and second switches based on the output of the adder;
A third register that holds a third range of a preset control threshold as a digital set value and is accessible from the outside,
The current hysteresis controller controls the on / off of the first and second switches so that the output of the adder falls within the third range held by the third register.
前記制御閾値制御器は、さらに、前記第3レジスタで保持される前記第3の範囲を時系列的にランダムに変更する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 13, wherein
The control threshold controller further changes the third range held in the third register randomly in a time series.
前記デジタル制御部は、さらに、
前記第1デジタル信号と第3乗算係数とを乗算する第3乗算器と、
前記第3乗算係数をデジタル設定値で保持し、外部からアクセス可能な第4レジスタと、
前記第3乗算器から出力されるデジタル信号の時系列的な変化量に基づいて所定の時間を経過後に前記第3乗算器から出力されるデジタル信号を予測する予測制御器と、を備え、
前記電圧ヒステリシス制御器は、前記第1レジスタで保持されるデジタル設定値と、前記予測制御器で予測されたデジタル信号とを用いて前記第3スイッチのオン・オフを制御する、レギュレータ装置。 The regulator device according to claim 14, wherein
The digital control unit further includes:
A third multiplier for multiplying the first digital signal by a third multiplication coefficient;
A fourth register that holds the third multiplication coefficient as a digital set value and is accessible from the outside;
A prediction controller that predicts a digital signal output from the third multiplier after a predetermined time has elapsed based on a time-series change amount of the digital signal output from the third multiplier;
The voltage hysteresis controller is a regulator device that controls on / off of the third switch using a digital set value held in the first register and a digital signal predicted by the prediction controller.
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