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KR102145165B1 - 스위칭 레귤레이터 및 전자 기기 - Google Patents

스위칭 레귤레이터 및 전자 기기 Download PDF

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KR102145165B1 KR1020140184545A KR20140184545A KR102145165B1 KR 102145165 B1 KR102145165 B1 KR 102145165B1 KR 1020140184545 A KR1020140184545 A KR 1020140184545A KR 20140184545 A KR20140184545 A KR 20140184545A KR 102145165 B1 KR102145165 B1 KR 102145165B1
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Abstract

[과제] 전원 전압이 스위칭 레귤레이터의 원하는 출력 전압보다 낮은 전압으로부터 정상적인 전압으로 복귀했을 때에도, 출력 전압의 오버슈트를 방지할 수 있는 스위칭 레귤레이터를 제공하는 것.
[해결 수단] PWM 콤퍼레이터의 100 ％ DUTY 상태를 검출하는 100 ％ DUTY 검출 회로와, 오차 증폭기의 출력이 위상 보상 용량의 전압을 방전하는 것을 검출하여, 그 방전을 가속하는 방전 가속 회로를 구비하고, 100 ％ DUTY 검출 회로가 100 ％ DUTY 상태를 검출했을 때에 방전 가속 회로를 유효하게 하는 구성으로 하였다.

Description

스위칭 레귤레이터 및 전자 기기{SWITCHING REGULATOR AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 휴대 기기나 전자 기기의 전원 등으로서 형성되고, 정전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 출력 전압의 오버슈트를 방지하는 오버슈트 억제 회로에 관한 것이다.
도 5 에, 종래의 스위칭 레귤레이터의 회로도를 나타낸다.
종래의 스위칭 레귤레이터는, 전원 단자 (101) 와, 접지 단자 (102) 와, 기준 전압을 출력하는 기준 전압 회로 (111) 와, 출력 단자 (103) 의 출력 전압 (VOUT) 을 분압하는 분압 회로 (112) 와, 분압 전압과 기준 전압을 비교한 결과의 전압 (VERR) 을 출력하는 오차 증폭기 (110) 와, 램프파 (VRAMP) 를 발생시키는 램프파 발생 회로 (114) 와, 전압 (VERR) 과 램프파 (VRAMP) 를 비교하고 신호 (PWM) 를 출력하는 PWM 콤퍼레이터 (113) 와, 출력 버퍼 (115) 와, 출력 트랜지스터 (116) 와, 소프트 스타트 회로 (117) 로 이루어진다.
종래의 스위칭 레귤레이터의 동작에 대해서 설명한다.
전원 단자 (101) 에 전압 (VDD) 이 인가되면, 오차 증폭기 (110) 는 분압 회로 (112) 가 출력 전압 (VOUT) 을 분압한 분압 전압 (VFB) 과 기준 전압 회로 (111) 가 출력하는 기준 전압 (VREF) 을 비교하여, 전압 (VERR) 을 출력한다. PWM 콤퍼레이터 (113) 는, 전압 (VERR) 과 램프파 (VRAMP) 를 비교하고, 출력 버퍼 (115) 에 신호 (PWM) 를 출력한다. 출력 버퍼 (115) 는, 소프트 스타트 회로 (117) 의 출력 신호의 제어하에 있어서, 신호 (PWM) 를 출력 트랜지스터 (116) 에 출력한다. 소프트 스타트 회로 (117) 는, 전원 단자 (101) 에 전압 (VDD) 이 인가되면, 출력이 서서히 상승하는 기능을 갖는다. 따라서, 출력 버퍼 (115) 가 서서히 출력 트랜지스터 (116) 를 온시킴으로써, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압 (VOUT) 의 오버슈트는 억제된다.
일본 공개특허공보 2008-11585호
그러나, 상기 서술한 소프트 스타트 회로를 구비한 종래의 스위칭 레귤레이터는, 전원 전압 (VDD) 이 스위칭 레귤레이터의 출력 설정 전압보다 낮은 상태로부터 높아진 경우에는, 소프트 스타트 회로는 기능하지 않고, 출력 전압 (VOUT) 에 오버슈트가 발생한다.
전원 전압 (VDD) 이 스위칭 레귤레이터의 출력 설정 전압보다 낮은 경우, 오차 증폭기 (110) 의 출력 전압 (VERR) 은 전원 전압 (VDD) 에 가까운 값이 되어 있어, PWM 콤퍼레이터 (113) 는 100 ％ DUTY 상태, 즉 출력 트랜지스터 (116) 는 스위칭되지 않고 항상 온 상태로 되어 있다. 이 상태로부터 전원 전압 (VDD) 이 급격히 상승하면, 오차 증폭기 (110) 의 출력 전압 (VERR) 이 정상값으로 되돌아올 때까지의 시간에, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압 (VOUT) 이 오버슈트된다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여 고안된 것으로, PWM 콤퍼레이터 (113) 가 100 ％ DUTY 상태라 하더라도, 스위칭 레귤레이터의 출력 전압 (VOUT) 이 오버슈트를 방지할 수 있는 스위칭 레귤레이터를 제공하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 오버슈트 억제 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.
PWM 콤퍼레이터의 100 ％ DUTY 상태를 검출하는 100 ％ DUTY 검출 회로와, 오차 증폭기의 출력이 위상 보상 용량의 전압을 방전하는 것을 검출하여, 그 방전을 가속하는 방전 가속 회로를 구비하고, 100 ％ DUTY 검출 회로가 100 ％ DUTY 상태를 검출했을 때에 방전 가속 회로를 유효하게 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
본 발명의 오버슈트 억제 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터는, 상기 서술한 바와 같이 구성했기 때문에, 전원 전압 (VDD) 이 스위칭 레귤레이터의 원하는 출력 전압보다 낮은 전압으로부터, 즉 PWM 콤퍼레이터가 100 ％ DUTY 상태가 되어 있는 상태로부터, 정상적인 전압으로 복귀했을 때에도, 출력 전압 (VOUT) 의 오버슈트를 방지할 수 있다는 효과가 있다.
그리고, 스위칭 레귤레이터를 전원으로 하여 동작하는 휴대 기기나 전자 기기의 오동작이나 고장을 방지할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
도 2 는 100 ％ DUTY 검출 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 본 발명의 스위칭 레귤레이터의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 5 는 종래의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
도 1 은, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
본 실시형태의 스위칭 레귤레이터 (100) 는, 전원 단자 (101) 와, 접지 단자 (102) 와, 기준 전압 (VREF) 을 출력하는 기준 전압 회로 (111) 와, 출력 단자 (103) 의 출력 전압 (VOUT) 을 분압하는 분압 회로 (112) 와, 분압 전압 (VFB) 과 기준 전압 (VREF) 을 비교한 결과의 전압 (VERR) 을 출력하는 오차 증폭기 (110) 와, 램프파 (VRAMP) 를 발생시키는 램프파 발생 회로 (114) 와, 전압 (VERR) 과 램프파 (VRAMP) 를 비교하고 신호 (PWM) 를 출력하는 PWM 콤퍼레이터 (113) 와, 출력 버퍼 (115) 와, 출력 트랜지스터 (116) 와, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 와, 방전 가속 회로 (120) 와, 위상 보상 용량 (Cc) 과, 위상 보상 저항 (Rc) 을 구비하고 있다.
방전 가속 회로 (120) 는, 반전 입력 단자에 오프셋 전압 (Vos) 을 갖는 오차 증폭기 (121) 와, 정전류 회로 (122) 와, 스위치 (123) 를 구비하고 있다.
100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 는, 입력 단자를 PWM 콤퍼레이터 (113) 의 출력 단자에 접속하고, 출력 단자를 방전 가속 회로 (120) 의 스위치 (123) 의 제어 단자에 접속한다. 방전 가속 회로 (120) 의 오차 증폭기 (121) 는, 반전 입력 단자를 위상 보상 저항 (Rc) 의 일방의 단자와 오차 증폭기 (110) 의 출력 단자의 접속점과 접속하고, 비반전 입력 단자를 위상 보상 저항 (Rc) 의 타방의 단자와 접속하고, 출력 단자는 정전류 회로 (122) 의 제어 단자에 접속한다. 스위치 (123) 는, 위상 보상 용량 (Cc) 과 정전류 회로 (122) 의 일방의 단자 사이에 접속한다. 정전류 회로 (122) 의 타방의 단자는, 접지 단자 (102) 에 접속한다.
도 2 는, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 는, 용량 (301) 과, 정전류 회로 (302) 와, 스위치 (303) 를 구비하고 있다. 정전류 회로 (302) 는, 용량 (301) 을 충전하도록 접속된다. 스위치 (303) 는, 용량 (301) 을 방전하도록 접속된다.
100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 는, 정전류 회로 (302) 에 의해 용량 (301) 이 충전되고, 스위치 (303) 에 의해 용량 (301) 이 방전된다. 스위치 (303) 는, 신호 (PWM) 에 의해 제어된다. 따라서, 신호 (PWM) 가 Hi 와 Lo 를 반복하고 있는 통상적인 상태에서는, 용량 (301) 은 방전되고, 출력 단자는 Lo 상태를 유지한다. 그리고, 신호 (PWM) 가 100 ％ DUTY 가 되어, Hi 상태를 유지하면, 용량 (301) 은 방전되지 않기 때문에, 용량 (301) 의 전압이 반전 회로의 임계값을 초과했을 때에, 출력 단자는 Hi 를 출력한다. 즉, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 는, 100 ％ DUTY 검출 상태가 된다.
다음으로, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 동작을 설명한다.
도 3 은, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 동작을 나타내는 도면이다.
시각 (T1) 까지는, 전원 전압 (VDD) 은, 스위칭 레귤레이터의 원하는 출력 전압 (파선의 전압) 보다 낮은 전압으로 되어 있어, 분압 전압 (VFB) 은 기준 전압 (VREF) 보다 낮은 전압으로 되어 있다. 오차 증폭기 (110) 의 출력 전압 (VERR) 은 Hi 레벨이고, 램프파 (VRAMP) 와 교차되지 않기 때문에 신호 (PWM) 는 Hi 상태를 유지한다. 따라서, 출력 트랜지스터 (116) 는 온 상태이기 때문에, 출력 전압 (VOUT) 은 전원 전압 (VDD) 이다. 이 때, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 는, 신호 (PWM) 는 Hi 상태를 유지하기 때문에, 100 ％ DUTY 검출 상태이다. 따라서, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 의 출력은 Hi 레벨이고, 방전 가속 회로 (120) 의 스위치 (123) 는 온되어 있다.
시각 (T1) 에 있어서, 전원 전압 (VDD) 은 정상적인 전압으로 복귀하면, 출력 트랜지스터 (116) 는 온 상태이기 때문에, 출력 전압 (VOUT) 은 상승한다.
시각 (T2) 에 있어서, 분압 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 보다 높은 전압이 되면, 즉 출력 전압 (VOUT) 이 원하는 출력 전압 (파선의 전압) 이 되면, 오차 증폭기 (110) 는 출력 전압 (VERR) 을 Lo 레벨로 하여, 출력 전압 (VOUT) 이 낮아지도록 제어한다. 오차 증폭기 (110) 는 출력 단자에는 위상 보상 저항 (Rc), 위상 보상 용량 (Cc) 이 접속되어 있기 때문에, 전압 (VERR) 이 램프파 (VRAMP) 와 교차되는 정상적인 값이 될 때까지 어느 정도의 시간을 필요로 한다.
여기서, 오차 증폭기 (110) 는 출력 전압 (VERR) 이 낮아지면, 위상 보상 용량 (Cc) 으로부터 위상 보상 저항 (Rc) 을 개재하여 오차 증폭기 (110) 는 출력 단자에 전류가 흐른다. 방전 가속 회로 (120) 의 오차 증폭기 (121) 는, 위상 보상 저항 (Rc) 의 양단의 전압으로부터 그 전류를 검출하여, 정전류 회로 (122) 를 온시키도록 제어한다. 정전류 회로 (122) 가 온되면, 오차 증폭기 (110) 의 출력 전압 (VERR) 은 낮아져 (기간 T2 ∼ T3), 램프파 (VRAMP) 와 교차되는 정상적인 값이 될 때까지 빨리 저하된다.
시각 (T3) 에 있어서, 전압 (VERR) 이 램프파 (VRAMP) 와 교차되면, PWM 콤퍼레이터 (113) 가 출력하는 신호 (PWM) 는 사각형파가 된다. 따라서, 출력 전압 (VOUT) 은, 원하는 전압으로 제어되게 되기 때문에, 오버슈트는 억제된다. 그리고, 100 ％ DUTY 검출 회로 (118) 의 출력은 Lo 레벨이 되어, 방전 가속 회로 (120) 의 스위치 (123) 는 오프되기 때문에, 전압 (VERR) 은 오차 증폭기 (110) 의 출력 전압으로 제어되는 통상 상태가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터에 의하면, 전원 전압 (VDD) 이 스위칭 레귤레이터의 원하는 출력 전압보다 낮은 전압으로부터, 즉 PWM 콤퍼레이터 (113) 가 100 ％ DUTY 상태가 되어 있는 상태로부터, 정상적인 전압으로 복귀했을 때에도, 출력 전압 (VOUT) 의 오버슈트를 방지할 수 있다.
도 4 는, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 4 의 스위칭 레귤레이터의 방전 가속 회로 (120a) 는, 오차 증폭기 (110) 의 출력 단자와 PWM 콤퍼레이터 (113) 의 입력 단자 사이에, 전류 검출용 저항 (Ra) 을 구비하고 있다. 그리고, 오차 증폭기 (121) 는 전류 검출용 저항 (Ra) 의 양단의 전압을 검출하고 있다. 그 밖의 회로 구성은 도 1 의 스위칭 레귤레이터와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략하지만, 도 4 와 같이 구성해도 도 1 의 회로와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명은, 전압 모드의 스위칭 레귤레이터의 회로를 사용하여 설명했지만, 전류 모드의 회로라 하더라도 적용할 수 있고, 동일한 효과가 얻어진다. 이 경우, 도 3 의 동작 설명의 도면에 있어서 삼각파로 설명한 램프파 (VRAMP) 는, 전류 모드의 경우에는 출력 트랜지스터 (116) 의 전류를 귀환한 전압이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스위칭 레귤레이터에 의하면, 출력 전압 (VOUT) 의 오버슈트를 방지할 수 있기 때문에, 스위칭 레귤레이터를 전원으로 하여 동작하는 휴대 기기나 전자 기기의 오동작이나 고장을 방지할 수 있다.
110, 121 : 오차 증폭기
111 : 기준 전압 회로
112 : 분압 회로
113 : PWM 콤퍼레이터
114 : 램프파 발생 회로
115 : 출력 버퍼
118 : 100 ％ DUTY 검출 회로
120, 120a : 방전 가속 회로
122, 302 : 정전류 회로

Claims (4)

  1. 출력 트랜지스터가 출력하는 전압을 분압한 분압 전압과 기준 전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 오차 증폭기와,
    램프파를 발생시키는 램프파 발생 회로와,
    상기 오차 증폭기의 출력 전압과 상기 램프파를 비교하고, 신호 (PWM) 를 출력하는 PWM 콤퍼레이터와,
    상기 신호 (PWM) 가 100 ％ DUTY 가 된 것을 검출하는 100 ％ DUTY 검출 회로와,
    상기 오차 증폭기의 출력 단자에 형성된 위상 보상 용량 및 위상 보상 저항과,
    상기 신호 (PWM) 가 100 ％ DUTY 일 때에, 상기 오차 증폭기의 출력이 상기 위상 보상 용량의 전압을 방전하는 것을 검출하여, 그 방전을 가속하는 방전 가속 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 가속 회로는,
    상기 위상 보상 저항의 양단의 전압을 비교하는 제 2 오차 증폭기와,
    상기 위상 보상 용량에 접속되고, 상기 100 ％ DUTY 검출 회로의 검출 신호로 제어되는 스위치와,
    상기 스위치에 접속되고, 상기 제 2 오차 증폭기의 출력 전압으로 제어되는 정전류 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 가속 회로는,
    상기 오차 증폭기의 출력 단자와 상기 PWM 콤퍼레이터의 입력 단자 사이에 형성된 전류 검출용 저항과,
    상기 전류 검출용 저항의 양단의 전압을 비교하는 제 2 오차 증폭기와,
    상기 위상 보상 용량에 접속되고, 상기 100 ％ DUTY 검출 회로의 검출 신호로 제어되는 스위치와,
    상기 스위치에 접속되고, 상기 제 2 오차 증폭기의 출력 전압으로 제어되는 정전류 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스위칭 레귤레이터를 구비한, 전자 기기.
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