JP2013247574A - Pwm signal generation circuit and semiconductor device - Google Patents

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Masahiko Kawase
雅彦 川瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PWM signal generation circuit capable of changing an oscillation frequency of a PWM signal and a semiconductor device therewith which implement a noise reduction.SOLUTION: For example, the PWM signal generation circuit includes a triangular wave generation circuit for generating a triangular wave (Vrmp), and a PWM comparison circuit for comparing the triangular wave (Vrmp) with a reference voltage (Vref) and generating a PWM signal having a duty depending on the level of the reference voltage (Vref). The triangular wave generation circuit changes an oscillation frequency of the triangular wave (Vrmp) by changing the slope of at least either of the rise and fall of the triangular wave (Vrmp) at a transition timing (TS1a-TS1d, TS2a-TS2c) of the rise or fall. This keeps a constant on duty of the PWM signal irrespective of the change in the oscillation frequency.

Description

本発明は、PWM信号生成回路および半導体装置に関し、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)信号の発振周波数を変更可能なPWM信号生成回路およびそれを備えた半導体装置に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a PWM signal generation circuit and a semiconductor device, for example, a technique effective when applied to a PWM signal generation circuit capable of changing an oscillation frequency of a PWM (Pulse Width Modulation) signal and a semiconductor device including the PWM signal generation circuit.

例えば、特許文献1には、PWM信号の変調度を検出し、変調度が大きい場合にはPWM信号の発振周波数を高くし、変調度が小さい場合にはPWM信号の発振周波数を低くするPWM増幅器が示されている。PWM信号は、容量に対して充放電動作を交互に繰り返す方式の三角波発生器を用いて生成され、PWM信号の発振周波数の変更は、当該充放電電流を変更することで行われる。   For example, Patent Document 1 discloses a PWM amplifier that detects the modulation degree of a PWM signal, raises the oscillation frequency of the PWM signal when the modulation degree is large, and lowers the oscillation frequency of the PWM signal when the modulation degree is small. It is shown. The PWM signal is generated by using a triangular wave generator of a type that alternately repeats charging / discharging operation with respect to the capacity, and the oscillation frequency of the PWM signal is changed by changing the charging / discharging current.

また、特許文献2には、PWM信号を入力として動作する電力増幅器の平均出力レベルを監視し、それが所定の範囲外である場合に当該PWM信号の発振周波数を変更し、外部の中央装置が当該発振周波数の変更を検知することで電力増幅器の故障有無を監視する装置が示されている。PWM信号は、容量に対して充放電動作を交互に繰り返す方式の三角波発生器を用いて生成され、PWM信号の発振周波数の変更は、当該容量の容量値をスイッチによって切り替えることで行われる。   Further, Patent Document 2 monitors the average output level of a power amplifier that operates using a PWM signal as an input, and changes the oscillation frequency of the PWM signal when the average output level is outside a predetermined range. An apparatus for monitoring whether or not a power amplifier has failed by detecting a change in the oscillation frequency is shown. The PWM signal is generated using a triangular wave generator that alternately repeats charging and discharging operations with respect to a capacitor, and the oscillation frequency of the PWM signal is changed by switching the capacitance value of the capacitor with a switch.

特開平6−303049号公報JP-A-6-303049 実開昭58−116317号公報Japanese Utility Model Publication No. 58-116317

例えば、PWM信号生成回路は、電源レギュレータ装置、D級アンプ装置、モータ駆動装置等を代表に、様々な分野の様々な装置で広く用いられている。このような装置では、近年の地球環境保全といった大きな社会潮流の中で、消費電力の低減が重要となっている。装置の消費電力を低減するためには、PWM信号の発振周波数を下げることが有効であるが、その一方で、装置の機能的な性能(例えば精度や分解能等)を向上させるためには通常、PWM信号の発振周波数は高い方が望ましい。このような相反する関係を解決するためには、例えば、装置内に、PWM信号の発振周波数を状況に応じて適宜切り替えるような機能を搭載することが有益となる。   For example, a PWM signal generation circuit is widely used in various devices in various fields such as a power supply regulator device, a class D amplifier device, and a motor driving device. In such a device, it is important to reduce power consumption in a large social trend such as global environmental conservation in recent years. In order to reduce the power consumption of the device, it is effective to lower the oscillation frequency of the PWM signal. On the other hand, in order to improve the functional performance of the device (such as accuracy and resolution), A higher oscillation frequency of the PWM signal is desirable. In order to solve such a conflicting relationship, for example, it is beneficial to install a function that appropriately switches the oscillation frequency of the PWM signal in accordance with the situation in the apparatus.

PWM信号の発振周波数を切り替える際には、例えば、特許文献1や特許文献2の技術を利用して、三角波発生器の発振周波数を変更することが考えられる。しかしながら、本発明者等の検討によって、三角波発生器の発振周波数を変更した場合、ノイズが問題となり得ることが見出された。前述したように、状況に応じてPWM信号の発振周波数を適宜切り替えることは有益であるが、この場合、切り替えに伴う発振周波数の可変範囲が広くなったり、あるいは、切り替え頻度が高くなったりすることが考えられる。そうすると、発振周波数の変更に伴うノイズが装置に大きな悪影響を及ぼす恐れがある。   When switching the oscillation frequency of the PWM signal, for example, it is conceivable to change the oscillation frequency of the triangular wave generator using the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2. However, as a result of studies by the present inventors, it has been found that noise can be a problem when the oscillation frequency of the triangular wave generator is changed. As described above, it is beneficial to switch the oscillation frequency of the PWM signal appropriately according to the situation, but in this case, the variable range of the oscillation frequency accompanying the switching may be widened or the switching frequency may be increased. Can be considered. In this case, there is a possibility that noise accompanying the change of the oscillation frequency has a great adverse effect on the apparatus.

後述する実施の形態は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、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。   Embodiments to be described later have been made in view of the above, and other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the means for solving the problems disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

一実施の形態によるPWM信号生成回路は、三角波を生成する波形生成回路と、三角波と入力信号を比較し、入力信号のレベルに応じたデューティを持つPWM信号を生成するPWM比較回路を備える。ここで、波形生成回路は、三角波における立ち上がりと立ち下がりの少なくともいずれか一方のスロープを、立ち上がりと立ち下がりの遷移タイミングを起点として変更することで三角波の発振周波数を変更する。   A PWM signal generation circuit according to an embodiment includes a waveform generation circuit that generates a triangular wave, and a PWM comparison circuit that compares the triangular wave with an input signal and generates a PWM signal having a duty corresponding to the level of the input signal. Here, the waveform generation circuit changes the oscillation frequency of the triangular wave by changing the slope of at least one of the rising edge and the falling edge of the triangular wave from the transition timing of the rising edge and the falling edge.

前記一つの実施の形態によれば、PWM信号の発振周波数を変更可能なPWM信号生成回路およびそれを備えた半導体装置において、ノイズの低減が実現可能になる。   According to the one embodiment, noise can be reduced in the PWM signal generation circuit capable of changing the oscillation frequency of the PWM signal and the semiconductor device including the PWM signal generation circuit.

(a)、(b)および(c)は、本発明の実施の形態1によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作原理の一例を示す説明図である。(A), (b) and (c) are explanatory diagrams showing an example of a schematic operation principle in the PWM signal generation circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1によるPWM信号生成回路において、その構成の一例を示す回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of a PWM signal generation circuit according to a first embodiment of the present invention. 図2のPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing a schematic operation example in the PWM signal generation circuit of FIG. 2. 図3を変形した概略的な動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the schematic operation example which deform | transformed FIG. 図2のPWM信号生成回路において、その可変電流源の詳細な構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the variable current source in the PWM signal generation circuit of FIG. 2. 本発明の実施の形態1による半導体装置において、その概略構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置において、その他の概略構成例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing another schematic configuration example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2によるPWM信号生成回路において、その構成の一例を示す回路ブロック図である。5 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of a PWM signal generation circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 図8のPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing a schematic operation example in the PWM signal generation circuit of FIG. 8. 本発明の実施の形態3によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。In the PWM signal generation circuit by Embodiment 4 of this invention, it is a wave form diagram which shows the schematic operation example. 本発明の実施の形態5によるPWM信号生成回路において、その三角波生成回路の構成例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a triangular wave generation circuit in a PWM signal generation circuit according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の前提として検討したPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing a schematic operation example of a PWM signal generation circuit studied as a premise of the present invention.

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.

また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。なお、実施の形態では、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の一例としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(MOSトランジスタと略す)を用いるが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。   The circuit elements constituting each functional block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (complementary MOS transistor). . In the embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) (abbreviated as a MOS transistor) is used as an example of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), but a non-oxide film is not excluded as a gate insulating film. Absent.

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)
《PWM信号生成回路(比較例)の動作》
図13は、本発明の前提として検討したPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。図13では、三角波(Vrmp’)と基準電圧Vrefを比較することでPWM信号(PWM’)が生成され、更に、Vrmp’の発振周波数を変更することでPWM’の周波数変更が行われている。ここで、PWM’は、実使用上、一般的にロウパスフィルタによって復調されるため、任意のタイミングで発振周波数を切り替えることができ、例えば、図13のように、PWMサイクルT3の期間内の任意のタイミングTS1’で切り替えることが可能である。具体的には、前述した特許文献1や特許文献2のように、三角波生成回路の容量値または充放電電流値の変更が行われる。
(Embodiment 1)
<< Operation of PWM signal generation circuit (comparative example) >>
FIG. 13 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit studied as a premise of the present invention. In FIG. 13, the PWM signal (PWM ′) is generated by comparing the triangular wave (Vrmp ′) and the reference voltage Vref, and the frequency of PWM ′ is changed by changing the oscillation frequency of Vrmp ′. . Here, since PWM ′ is generally demodulated by a low-pass filter in practical use, the oscillation frequency can be switched at an arbitrary timing. For example, as shown in FIG. It is possible to switch at an arbitrary timing TS1 ′. Specifically, as in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the capacitance value or charge / discharge current value of the triangular wave generation circuit is changed.

PWM信号(PWM’)は、図13に示すように、ロウパスフィルタを介することで、所定の平均電圧Vc’を中心として所定のリプル成分を備えた出力電圧信号Vo’に復調される。ここで、PWMサイクルT3とその後のPWMサイクルT4を比べると、PWM’のオン期間Tw2は同一であるが、周期は、T4における周期Tck3に比べてT3における周期Tck2の方が短くなる。その結果、PWMのオンデューティによって定められる平均電圧Vc’は、T4の場合(Tw2/Tck3)に比べてT3の場合(Tw2/Tck2)の方がΔVc’だけ高くなる。ただし、ロウパスフィルタの効果によって、T4以降のPWMサイクルでは、一定の平均電圧Vc’に収束する(あるいは一定の平均電圧Vc’に保たれる)ような動作となる。   As shown in FIG. 13, the PWM signal (PWM ′) is demodulated into an output voltage signal Vo ′ having a predetermined ripple component with a predetermined average voltage Vc ′ as a center through a low-pass filter. Here, when the PWM cycle T3 is compared with the subsequent PWM cycle T4, the ON period Tw2 of PWM ′ is the same, but the cycle is shorter in the cycle Tck2 in T3 than in the cycle Tck3 in T4. As a result, the average voltage Vc ′ determined by the PWM on-duty is higher by ΔVc ′ in the case of T3 (Tw2 / Tck2) than in the case of T4 (Tw2 / Tck3). However, due to the effect of the low-pass filter, in the PWM cycle after T4, the operation converges to the constant average voltage Vc '(or is maintained at the constant average voltage Vc').

しかしながら、このように、オンデューティが変動するPWMサイクルT3が存在すると、平均電圧Vc’がPWMサイクルT2からT3への遷移に伴い一旦変動したのち、次のPWMサイクルT4で再度元に戻るような動作となるため、このVc’の変動に伴い出力電圧信号Vo’に余分なノイズが生じ得る。特に、PWM信号の発振周波数の可変範囲が大きい場合(すなわちT2における周期Tck1とT4における周期Tck3の差が大きい場合)には、このVc’の変動幅(ΔVc’)が大きくなり、また、発振周波数の切り替え頻度が高い場合には、当該ノイズの発生頻度も高くなるため、当該ノイズが無視できないものとなる。そこで、後述する本実施の形態の方式を用いることが有益となる。   However, when there is a PWM cycle T3 in which the on-duty fluctuates in this way, the average voltage Vc ′ fluctuates once with the transition from the PWM cycle T2 to T3, and then returns to the original value in the next PWM cycle T4. Since this is an operation, extra noise may occur in the output voltage signal Vo ′ with the fluctuation of Vc ′. In particular, when the variable range of the oscillation frequency of the PWM signal is large (that is, when the difference between the period Tck1 at T2 and the period Tck3 at T4 is large), the fluctuation range (ΔVc ′) of Vc ′ becomes large, and the oscillation When the frequency switching frequency is high, the frequency of occurrence of the noise is high, so that the noise cannot be ignored. Therefore, it is beneficial to use the method of this embodiment described later.

《PWM信号生成回路の動作原理》
図1(a)、図1(b)および図1(c)は、本発明の実施の形態1によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作原理の一例を示す説明図である。図1(a)では、下限電圧Vlおよび上限電圧Vhの間で遷移する三角波(Vrmp)が示されており、その立ち上がり又は立ち下がりの傾き(スロープ)は任意に変更可能となっている。ただし、当該スロープの変更は、立ち下がりから立ち上がりに切り替わるタイミング(下限電圧Vlに達するタイミング)TS1a〜TS1dか、あるいは立ち上がりから立ち下がりに切り替わるタイミング(上限電圧Vhに達するタイミング)TS2a〜TS2cで行われ、立ち上がり又は立ち下がりの期間内では行われない。
<< Operation principle of PWM signal generation circuit >>
FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C are explanatory diagrams illustrating an example of a schematic operation principle in the PWM signal generation circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a triangular wave (Vrmp) that transitions between the lower limit voltage Vl and the upper limit voltage Vh, and the rising or falling slope (slope) can be arbitrarily changed. However, the slope is changed at the timing of switching from falling to rising (timing to reach the lower limit voltage Vl) TS1a to TS1d, or the timing switching from rising to falling (timing to reach the upper limit voltage Vh) TS2a to TS2c. , Not within the rising or falling period.

このような切り替えタイミングを用いると、例えば図1(b)および図1(c)に示すように、三角波に対する基準電圧の値が一定の範囲ではPWMのオンデューティを一定に保つことが可能になる。図1(b)の上図の例では、三角波(Vrmp_1)と基準電圧Vref_1が比較され、33%のオンデューティを持つPWM信号(PWM_1)が生成されている。ここで、図1(b)の下図に示すように、例えば当該三角波(Vrmp_1)に比べて立ち上がりスロープを大きくした三角波(Vrmp_2)を用いた場合、上図と同じ基準電圧Vref_1との比較に基づき、PMW信号(PWM_2)が生成される。ただし、当該PWM_2は、三角形の相似の関係から、立ち上がり期間では33%のオン期間を持ち、立ち下がり期間でも33%のオン期間を持つため、全体として上図と同じ33%のオンデューティを持つことになる。   When such a switching timing is used, for example, as shown in FIGS. 1B and 1C, it is possible to keep the PWM on-duty constant within a certain range of the reference voltage value with respect to the triangular wave. . In the upper example of FIG. 1B, the triangular wave (Vrmp_1) and the reference voltage Vref_1 are compared, and a PWM signal (PWM_1) having an on-duty of 33% is generated. Here, as shown in the lower diagram of FIG. 1B, for example, when a triangular wave (Vrmp_2) having a rising slope larger than that of the triangular wave (Vrmp_1) is used, based on the comparison with the same reference voltage Vref_1 as in the upper diagram. , A PMW signal (PWM_2) is generated. However, the PWM_2 has an on-period of 33% in the rising period and an on-period of 33% in the falling period because of the similar relationship of the triangles, and therefore has the same on-duty of 33% as in the above figure as a whole. It will be.

一方、図1(c)の上図の例では、三角波(Vrmp_1)と基準電圧Vref_2が比較され、50%のオンデューティを持つPWM信号(PWM_3)が生成されている。ここで、図1(c)の下図に示すように、例えば当該三角波(Vrmp_1)に比べて立ち上がりスロープを小さくした三角波(Vrmp_3)を用いた場合、上図と同じ基準電圧Vref_2との比較に基づき、PMW信号(PWM_4)が生成される。ただし、当該PWM_4は、三角形の相似の関係から、立ち上がり期間では50%のオン期間を持ち、立ち下がり期間でも50%のオン期間を持つため、全体として上図と同じ50%のオンデューティを持つことになる。このように、切り替えタイミングを図1(a)のように設定することで、立ち上がりスロープおよび/または立ち下がりスロープをどのように変更しても、基準電圧の値が一定の範囲ではPWMのオンデューティを一定に保つことが可能になる。   On the other hand, in the example of the upper diagram in FIG. 1C, the triangular wave (Vrmp_1) and the reference voltage Vref_2 are compared, and a PWM signal (PWM_3) having an on-duty of 50% is generated. Here, as shown in the lower diagram of FIG. 1C, for example, when a triangular wave (Vrmp_3) having a smaller rising slope than the triangular wave (Vrmp_1) is used, based on the comparison with the same reference voltage Vref_2 as in the upper diagram. , A PMW signal (PWM_4) is generated. However, since the PWM_4 has a 50% on-period in the rising period and a 50% on-period in the falling period because of the similar relation of the triangle, the entire PWM_4 has the same 50% on-duty as the above figure. It will be. In this way, by setting the switching timing as shown in FIG. 1A, the PWM on-duty is maintained within a certain range of the reference voltage value regardless of how the rising slope and / or the falling slope are changed. Can be kept constant.

《PWM信号生成回路の構成》
図2は、本発明の実施の形態1によるPWM信号生成回路において、その構成の一例を示す回路ブロック図である。図2に示すPWM信号生成回路PWMG1は、三角波生成回路TWG1と、バッファ回路BFと、PWM比較回路PWMCMPを備えている。TWG1は、容量Cw、可変電流源ISVc,ISVd、スイッチSWc,SWd、比較回路CMPh,CMPl、および制御回路CTL1を備える。Cwは、出力ノード(Vrmp1)と接地電源電圧GNDの間に結合される。ISVcおよびSWcは、電源電圧VDDと出力ノード(Vrmp1)の間に直列に結合され、SWcがオンの際にCwに対して充電動作を行う。SWdおよびISVdは、出力ノード(Vrmp1)とGNDの間に直列に結合され、SWdがオンの際にCwに対して放電動作を行う。
<< Configuration of PWM signal generation circuit >>
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of the PWM signal generation circuit according to the first embodiment of the present invention. The PWM signal generation circuit PWMG1 shown in FIG. 2 includes a triangular wave generation circuit TWG1, a buffer circuit BF, and a PWM comparison circuit PWMCMP. The TWG1 includes a capacitor Cw, variable current sources ISVc and ISVd, switches SWc and SWd, comparison circuits CMPh and CMPl, and a control circuit CTL1. Cw is coupled between the output node (Vrmp1) and the ground power supply voltage GND. ISVc and SWc are coupled in series between the power supply voltage VDD and the output node (Vrmp1), and perform charging operation on Cw when SWc is on. SWd and ISVd are coupled in series between the output node (Vrmp1) and GND, and perform a discharging operation on Cw when SWd is on.

比較回路CMPhは、容量Cwの出力電圧Vrmp1が上限電圧Vhに達したことを検出し、比較回路CMPlは、Vrmp1が下限電圧Vlに達したことを検出する。制御回路CTL1は、CMPh,CMPlの検出結果に応じてスイッチSWc,SWdのオン・オフを制御すると共に、電流値設定信号(周波数設定信号)ISETを受けて、それに応じた電流値を可変電流源ISVc,ISVdに対して設定する。Vrmp1は、例えばボルテージフォロワ回路等のバッファ回路BFを経たのちPWM比較回路PWMCMPにおける2入力の一方に入力される。PWMCMPは、当該BFの出力電圧(すなわちVrmp1)と基準電圧Vrefとの大小を比較し、その比較結果に基づいてPWM信号(PWM1)を出力する。なお、BFは、省略することも可能である。   The comparison circuit CMPh detects that the output voltage Vrmp1 of the capacitor Cw has reached the upper limit voltage Vh, and the comparison circuit CMPl detects that Vrmp1 has reached the lower limit voltage Vl. The control circuit CTL1 controls on / off of the switches SWc and SWd according to the detection results of CMPh and CMPl, receives a current value setting signal (frequency setting signal) ISET, and supplies a current value corresponding to the variable current source. Set for ISVc and ISVd. Vrmp1 is input to one of two inputs in the PWM comparison circuit PWMCMP after passing through a buffer circuit BF such as a voltage follower circuit. The PWM CMP compares the output voltage (that is, Vrmp1) of the BF with the reference voltage Vref, and outputs a PWM signal (PWM1) based on the comparison result. Note that BF can be omitted.

《PWM信号生成回路の動作[1]》
図3は、図2のPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。PWMサイクルT1において、制御回路CTL1は、可変電流源ISVcの電流値をI1に設定した状態でスイッチSWcをオンに、スイッチSWdをオフに制御する。これにより、容量Cwの出力電圧Vrmp1aがI1に応じたスロープで上昇する。続いて、比較回路CMPhによってVrmp1aが上限電圧Vhに達したことが検出されると、CTL1は、可変電流源ISVdの電流値をI1に設定した状態でSWcをオフに、SWdをオンに制御する。これにより、Vrmp1aがI1に応じたスロープで下降する。その後、比較回路CMPlによってVrmp1aが下限電圧Vlに達したことが検出されると、CTL1は、ISVcをI1に設定した状態でSWcをオンに、SWdをオフに制御し、T1の場合と同様にしてPWMサイクルT2が実行される。
<< Operation of PWM signal generation circuit [1] >>
FIG. 3 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit of FIG. In the PWM cycle T1, the control circuit CTL1 controls the switch SWc to be on and the switch SWd to be off with the current value of the variable current source ISVc set to I1. As a result, the output voltage Vrmp1a of the capacitor Cw rises with a slope corresponding to I1. Subsequently, when the comparison circuit CMPh detects that Vrmp1a has reached the upper limit voltage Vh, the CTL1 controls SWc to be turned off and SWd to be turned on while the current value of the variable current source ISVd is set to I1. . As a result, Vrmp1a falls with a slope corresponding to I1. Thereafter, when it is detected by the comparison circuit CMPl that Vrmp1a has reached the lower limit voltage Vl, the CTL1 controls the SWc to be on and the SWd to be off with the ISVc being set to I1, as in the case of T1. Thus, the PWM cycle T2 is executed.

ここで、PWMサイクルT3以降においては、当該出力電圧Vrmp1aからなる三角波の発振周波数が変更されるものとする。この場合、制御回路CTL1は、その前サイクルとなるPWMサイクルT2におけるVrmp1aの立ち下がりの期間の間に電流値設定信号(周波数設定信号)ISETに応じて可変電流源ISVcの電流値を予めI2に変更しておく。そして、T2において、CTL1は、比較回路CMPlによってVrmp1aが下限電圧Vlに達したことが検出されると、ISVcをI2に設定した状態でスイッチSWcをオンに、スイッチSWdをオフに制御する。これにより、当該設定変更が実際上有効となり、Vrmp1aがI2(ここではI2<I1)に応じたスロープで上昇し、PWMサイクルT3に移行する。   Here, after the PWM cycle T3, the oscillation frequency of the triangular wave composed of the output voltage Vrmp1a is changed. In this case, the control circuit CTL1 sets the current value of the variable current source ISVc to I2 in advance in accordance with the current value setting signal (frequency setting signal) ISET during the falling period of Vrmp1a in the PWM cycle T2, which is the previous cycle. Change it. At T2, when the comparison circuit CMPl detects that Vrmp1a has reached the lower limit voltage Vl, the CTL1 controls the switch SWc to be turned on and the switch SWd to be turned off with ISVc set to I2. Thus, the setting change is actually effective, and Vrmp1a rises with a slope corresponding to I2 (here, I2 <I1), and shifts to the PWM cycle T3.

続いて、このPWMサイクルT3において、制御回路CTL1は、電流値設定信号(周波数設定信号)ISETに応じて当該出力電圧Vrmp1aの立ち上がりの期間の間に可変電流源ISVdの電流値を予めI2に変更しておく。そして、比較回路CMPhによってVrmp1aが上限電圧Vhに達したことが検出されると、CTL1は、ISVdの電流値をI2に設定した状態でSWcをオフに、SWdをオンに制御する。これにより、当該設定変更が実際上有効となり、Vrmp1aがI2に応じたスロープで下降する。その後、比較回路CMPlによってVrmp1aが下限電圧Vlに達したことが検出されると、CTL1は、ISVc,ISVdの電流値を共にI2に保った状態でSWc,SWdのオン・オフを相補的に制御し、T3の場合と同様にしてPWMサイクルT4を実行する。   Subsequently, in the PWM cycle T3, the control circuit CTL1 changes the current value of the variable current source ISVd to I2 in advance during the rising period of the output voltage Vrmp1a according to the current value setting signal (frequency setting signal) ISET. Keep it. When the comparison circuit CMPh detects that Vrmp1a has reached the upper limit voltage Vh, the CTL1 controls SWc to be turned off and SWd to be turned on while the current value of ISVd is set to I2. Thereby, the setting change is actually effective, and Vrmp1a descends with a slope corresponding to I2. Thereafter, when it is detected by the comparison circuit CMPl that Vrmp1a has reached the lower limit voltage Vl, the CTL1 complementarily controls on / off of the SWc and SWd while maintaining the current values of the ISVc and ISVd at I2. Then, the PWM cycle T4 is executed as in the case of T3.

当該PWMサイクルT1〜T4において、PWM比較回路PWMCMPは、三角波生成回路TWG1からの三角波(Vrmp1a)を一定の基準電圧Vrefと比較することでPWM信号(PWM1a)を出力する。この際に、T3における三角波(Vrmp1a)の立ち下がりから立ち上がりの切り替えタイミングTS11とそれに続く立ち上がりから立ち下がりの切り替えタイミングTS21を始点としてスロープの変更が行われているため、当該PWM1aでは、図1(a)〜図1(c)で述べたようにオンデューティの値は一定に保たれる。すなわち、図3において、T1,T2における周期はTck1、オン期間はTw1であり、T3,T4における周期はTck3、オン期間はTw2であり、(Tw1/Tck1)=(Tw2/Tck3)となる。その結果、PWM1aをロウパスフィルタによって復調した場合、T1〜T4に渡ってその平均電圧Vc11は一定に保たれ、当該Vc11を中心として所定のリプル成分を持つ出力電圧信号Vo11が得られることになる。   In the PWM cycles T1 to T4, the PWM comparison circuit PWMCMP outputs a PWM signal (PWM1a) by comparing the triangular wave (Vrmp1a) from the triangular wave generation circuit TWG1 with a constant reference voltage Vref. At this time, since the slope is changed starting from the falling-to-rising switching timing TS11 of the triangular wave (Vrmp1a) at T3 and the subsequent rising-to-falling switching timing TS21, the PWM 1a in FIG. As described with reference to a) to FIG. 1C, the on-duty value is kept constant. That is, in FIG. 3, the period at T1 and T2 is Tck1, the on period is Tw1, the period at T3 and T4 is Tck3, the on period is Tw2, and (Tw1 / Tck1) = (Tw2 / Tck3). As a result, when the PWM 1a is demodulated by the low-pass filter, the average voltage Vc11 is kept constant over T1 to T4, and an output voltage signal Vo11 having a predetermined ripple component around the Vc11 is obtained. .

《PWM信号生成回路の動作[2]》
図4は、図3を変形した概略的な動作例を示す波形図である。図4においては、図3の場合と異なり、PWMサイクルT3における三角波(Vrmp1b)の立ち上がりから立ち下がりの切り替えタイミングTS22と、それに続くPWMサイクルT4における立ち下がりから立ち上がりの切り替えタイミングTS12を始点としてスロープの変更が行われている。これに応じて、可変電流源ISVdの電流値I1からI2への変更は、T3における三角波(Vrmp1b)の立ち上がり期間の間に行われ、可変電流源ISVcのI1からI2への変更は、T3における三角波(Vrmp1b)の立ち下がり期間の間に行われる。
<< Operation of PWM signal generation circuit [2] >>
FIG. 4 is a waveform diagram showing a schematic operation example obtained by modifying FIG. In FIG. 4, unlike the case of FIG. 3, the slope switching timing TS22 from the rising edge to the falling edge of the triangular wave (Vrmp1b) in the PWM cycle T3 and the switching timing TS12 from the falling edge to the rising edge in the subsequent PWM cycle T4 are set as starting points. Changes have been made. Accordingly, the change from the current value I1 to I2 of the variable current source ISVd is performed during the rising period of the triangular wave (Vrmp1b) at T3, and the change from I1 to I2 of the variable current source ISVc is performed at T3. This is performed during the falling period of the triangular wave (Vrmp1b).

この場合においても、当該三角波(Vrmp1b)を用いて生成したPWM信号(PWM1b)のオンデューティの値は、図1(a)〜図1(c)で述べたように一定に保たれる。すなわち、図4において、T1,T2における周期はTck1、オン期間はTw1であり、T3における周期はTck4、オン期間はTw3であり、T4における周期はTck3(>Tck4)、オン期間はTw2(>Tw3)であり、(Tw1/Tck1)=(Tw3/Tck4)=(Tw2/Tck3)となる。その結果、PWM1bをロウパスフィルタによって復調した場合、PWMサイクルT1〜T4に渡ってその平均電圧Vc12は一定に保たれ、当該Vc12を中心として所定のリプル成分を持つ出力電圧信号Vo12が得られることになる。   Even in this case, the on-duty value of the PWM signal (PWM1b) generated using the triangular wave (Vrmp1b) is kept constant as described in FIGS. 1 (a) to 1 (c). That is, in FIG. 4, the period at T1 and T2 is Tck1, the on period is Tw1, the period at T3 is Tck4, the on period is Tw3, the period at T4 is Tck3 (> Tck4), and the on period is Tw2 (> Tw3), and (Tw1 / Tck1) = (Tw3 / Tck4) = (Tw2 / Tck3). As a result, when the PWM 1b is demodulated by the low-pass filter, the average voltage Vc12 is kept constant over the PWM cycles T1 to T4, and an output voltage signal Vo12 having a predetermined ripple component around the Vc12 is obtained. become.

《可変電流源の詳細》
図5は、図2のPWM信号生成回路において、その可変電流源の詳細な構成例を示す回路図である。可変電流源ISVc,ISVdは、特に限定はされないが、例えば、図5に示すようなカレントミラー回路と、基準電流源IREFGを用いて実現することが可能である。図5の例では、IREFGからの基準電流がNMOSトランジスタMN1のソース・ドレイン間に入力され、MN1に流れる電流は、MN1との間でカレントミラー回路を構成するNMOSトランジスタMN2,MN3にそれぞれ転写される。また、MN2のソース・ドレイン間電流は、MN2に直列接続されたPMOSトランジスタMP1によって折り返される。そして、MP1に流れる電流は、MP1との間でカレントミラー回路を構成するPMOSトランジスタMP2に転写される。
<Details of variable current source>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the variable current source in the PWM signal generation circuit of FIG. The variable current sources ISVc and ISVd are not particularly limited. For example, the variable current sources ISVc and ISVd can be realized by using a current mirror circuit as shown in FIG. 5 and a reference current source IREFG. In the example of FIG. 5, the reference current from IREFG is input between the source and drain of the NMOS transistor MN1, and the current flowing through MN1 is transferred to the NMOS transistors MN2 and MN3 constituting the current mirror circuit with MN1, respectively. The The source-drain current of MN2 is turned back by the PMOS transistor MP1 connected in series to MN2. The current flowing through MP1 is transferred to the PMOS transistor MP2 that forms a current mirror circuit with MP1.

これにより、PMOSトランジスタMP2が可変電流源ISVcとして機能し、NMOSトランジスタMN3が可変電流源ISVdとして機能する。ここで、図3および図4に示したように、三角波の立ち上がりおよび立ち下がりスロープを変更する際には、例えば、MP2,MN3のトランジスタサイズを動的に可変設定可能なように構成すればよい。この場合、MN3が活性状態(電流を流している状態)の間に非活性状態(電流を流していない状態)のMP2のトランジスタサイズを変更でき、また、MP2が活性状態の間に非活性状態のMN3のトランジスタサイズを変更できる。   Thereby, the PMOS transistor MP2 functions as the variable current source ISVc, and the NMOS transistor MN3 functions as the variable current source ISVd. Here, as shown in FIGS. 3 and 4, when changing the rising and falling slopes of the triangular wave, for example, the transistor sizes of MP2 and MN3 may be configured to be dynamically variable. . In this case, the transistor size of MP2 in the inactive state (state in which no current flows) can be changed while MN3 is in the active state (state in which current is flowing), and inactive state while MP2 is in the active state The transistor size of MN3 can be changed.

《本実施の形態1の主要な効果等》
以上のように、本実施の形態1によるPWM信号生成回路を用いることで、PWM信号の発振周波数を変更しても、当該PWM信号に伴う平均電圧(Vc11,Vc12)は一定に保たれるため、図13で述べたような出力電圧信号(Vo11,Vo12)に生じる余分なノイズを低減できる。その結果、PWM信号生成回路を備えた各種装置において、PWM信号の発振周波数を状況に応じて広い可変範囲で、頻繁に切り替えることが可能となり、当該各種装置の低消費電力化ならびに高性能化(高精度化や高分解能化等)が図れる。
<< Main effects of the first embodiment >>
As described above, by using the PWM signal generation circuit according to the first embodiment, even if the oscillation frequency of the PWM signal is changed, the average voltage (Vc11, Vc12) accompanying the PWM signal is kept constant. , Excess noise generated in the output voltage signals (Vo11, Vo12) as described in FIG. 13 can be reduced. As a result, in various devices equipped with the PWM signal generation circuit, it is possible to frequently switch the oscillation frequency of the PWM signal in a wide variable range depending on the situation, and the power consumption and performance of the various devices can be reduced ( High accuracy and high resolution).

なお、図3および図4では、三角波の立ち上がりスロープと立ち下がりスロープの両方を変更したが、原理的には、いずれか一方のみを変更するように構成することも可能である。これにより、回路面積を低減できる場合がある。ただし、この場合、三角波の形状バランスが大きく変わり得るため、このバランスを保つ観点からは両方を変更するように構成する方が望ましい。また、図5では、可変電流源ISVc,ISVdの電流を1個の基準電流源IREFGを用いて生成したが、場合によっては、2個の基準電流源を用いてISVc,ISVdの電流を別個独立に設定できるように構成することも可能である。   In FIGS. 3 and 4, both the rising slope and falling slope of the triangular wave are changed, but in principle, it is also possible to change only one of them. Thereby, the circuit area may be reduced. However, in this case, since the shape balance of the triangular wave can change greatly, it is preferable to configure both to change the balance from the viewpoint of maintaining this balance. In FIG. 5, the currents of the variable current sources ISVc and ISVd are generated using one reference current source IREFG. However, in some cases, the currents of ISVc and ISVd are separately independent using two reference current sources. It is also possible to configure so that it can be set.

さらに、図5では、トランジスタサイズ(MP2,MN3)によって可変電流源ISVc,ISVdを実現したが、その代わりに基準電流源IREFGからの電流値の変更によってISVc,ISVdを実現することも可能である。これにより、回路面積を低減できる場合がある。また、例えば図2において、可変電流源ISVc,ISVdの代わりに容量Cwを可変容量とすることで三角波の発振周波数を変更することも可能である。ただし、これらの場合、図3〜図5で述べたように、例えば、実際にMP2を活性化させる前段階でMP2に対して変更後の電流値を予め設定しておくような動作が困難となり得る。   Further, in FIG. 5, the variable current sources ISVc and ISVd are realized by the transistor size (MP2, MN3), but it is also possible to realize ISVc and ISVd by changing the current value from the reference current source IREFG instead. . Thereby, the circuit area may be reduced. Further, for example, in FIG. 2, it is possible to change the oscillation frequency of the triangular wave by changing the capacitance Cw to a variable capacitance instead of the variable current sources ISVc and ISVd. However, in these cases, as described in FIGS. 3 to 5, for example, it is difficult to perform an operation in which a changed current value is set in advance for MP2 before MP2 is actually activated. obtain.

すなわち、前者の方式の場合、例えば図3の切り替えタイミングTS11の時点から基準電流源IREFGの電流値を変更し、即座に可変電流源ISVcに反映させることで当該設定変更を有効化するような動作となる。同様に、後者の方式の場合、例えば図3の切り替えタイミングTS11の時点から容量値の設定変更と有効化を同時に開始するような動作となる。これらの動作の場合、切り替えタイミングの時点から所望の設定変更が実際に有効となるまでに若干遅延が生じる場合があり、この遅延は、PWM信号におけるオンデューティの設定誤差に繋がる恐れがある。したがって、このような遅延が問題となるような場合には、図3〜図5で述べたような動作方式ならびに回路方式を用いることが望ましい。   That is, in the case of the former method, for example, an operation for changing the current value of the reference current source IREFG from the time of the switching timing TS11 in FIG. 3 and immediately reflecting the change in the variable current source ISVc to enable the setting change. It becomes. Similarly, in the case of the latter method, for example, the setting change and the activation of the capacitance value are started simultaneously from the time of the switching timing TS11 in FIG. In the case of these operations, there may be a slight delay from the time of the switching timing until the desired setting change is actually effective, and this delay may lead to an on-duty setting error in the PWM signal. Therefore, when such a delay becomes a problem, it is desirable to use the operation method and the circuit method as described in FIGS.

《半導体装置の全体構成および動作》
図6は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、その概略構成例を示すブロック図である。図6に示す半導体装置は、例えば降圧型のDC−DCコンバータDCDC等の電源レギュレータ装置である。DCDCは、スイッチ(ここではNMOSトランジスタ)Qh1,Ql1と、コイルL1および容量C1と、ドライバ回路ブロックDRVBK1と、PWM信号生成回路PWMG1と、エラーアンプ回路EAを備える。ハイサイド側スイッチQh1は、ソースがスイッチノードNsw1に、ドレインが電源電圧VCCに結合され、ロウサイド側スイッチQl1は、ソースが接地電源電圧GNDに、ドレインがNsw1に結合される。Qh1,Ql1のソース・ドレイン間にはソース側をアノードとするボディーダイオードDh,Dlがそれぞれ結合される。なお、Ql1は、ダイオードのみで実現される場合もある。
<< Overall Configuration and Operation of Semiconductor Device >>
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 6 is a power supply regulator device such as a step-down DC-DC converter DCDC. The DCDC includes switches (here, NMOS transistors) Qh1 and Ql1, a coil L1 and a capacitor C1, a driver circuit block DRVBK1, a PWM signal generation circuit PWMG1, and an error amplifier circuit EA. The high side switch Qh1 has a source coupled to the switch node Nsw1 and a drain coupled to the power supply voltage VCC, and the low side switch Ql1 has a source coupled to the ground power supply voltage GND and a drain coupled to Nsw1. Body diodes Dh and Dl having an anode on the source side are coupled between the source and drain of Qh1 and Ql1, respectively. Note that Ql1 may be realized only by a diode.

コイルL1の一端はスイッチノードNsw1に結合され、容量C1の一端は接地電源電圧GNDに結合され、L1とC1の他端は、共通に結合されると共に、外部の負荷回路LDに対する出力電源電圧Voutの供給ノードとなる。エラーアンプ回路EAは、Voutと予め定めた所定の設定電圧Vsetとの誤差を増幅し、その増幅結果を基準電圧Vrefとして出力する。PWM信号生成回路PWMG1には、図1〜図5で述べたようなPWM信号生成回路が適用され、当該PWMG1は、前述したように、電流値設定信号ISETに基づく周波数を持つ三角波と当該Vrefとを比較し、その比較結果に応じたPWM信号(PWM1)を出力する。ドライバ回路ブロックDRVBK1は、例えば、当該PWM1のオン期間でスイッチQh1をオン、スイッチQl1をオフに駆動し、当該PWM1のオフ期間でQl1をオン、Qh1をオフに駆動する。   One end of the coil L1 is coupled to the switch node Nsw1, one end of the capacitor C1 is coupled to the ground power supply voltage GND, and the other ends of L1 and C1 are coupled in common and the output power supply voltage Vout for the external load circuit LD. Supply node. The error amplifier circuit EA amplifies an error between Vout and a predetermined set voltage Vset, and outputs the amplification result as a reference voltage Vref. The PWM signal generation circuit as described with reference to FIGS. 1 to 5 is applied to the PWM signal generation circuit PWMG1, and as described above, the PWMG1 has a triangular wave having a frequency based on the current value setting signal ISET, the Vref, And a PWM signal (PWM1) corresponding to the comparison result is output. For example, the driver circuit block DRVBK1 drives the switch Qh1 on and the switch Ql1 off during the on period of the PWM1, and drives Ql1 on and Qh1 off during the off period of the PWM1.

スイッチQh1/Ql1がオン/オフの際には、コイルL1に電力が蓄積され、その後、Qh1/Ql1がオフ/オンとなると、L1を起電力として所謂還流動作が行われる。このようなスイッチング動作を繰り返すことで、電源電圧VCCがそれよりも低い出力電源電圧Voutに変換される。例えばVoutが設定電圧Vsetよりも高い場合には、基準電圧Vrefが上昇する結果、PWM信号(PWM1)のオンデューティが小さくなり、Voutを下げる方向の制御が行われる。ここで、コイルL1および容量C1は、図1等で述べたロウパスフィルタに対応し、例えば図3におけるPWM1a復調信号は、図6におけるVoutに対応する。   When the switch Qh1 / Ql1 is turned on / off, electric power is accumulated in the coil L1, and then when Qh1 / Ql1 is turned off / on, a so-called recirculation operation is performed using L1 as an electromotive force. By repeating such a switching operation, the power supply voltage VCC is converted to an output power supply voltage Vout lower than that. For example, when Vout is higher than the set voltage Vset, the reference voltage Vref increases. As a result, the on-duty of the PWM signal (PWM1) decreases, and control in the direction of decreasing Vout is performed. Here, the coil L1 and the capacitor C1 correspond to the low-pass filter described in FIG. 1 and the like. For example, the PWM1a demodulated signal in FIG. 3 corresponds to Vout in FIG.

このような電源レギュレータ装置では、PWM信号の発振周波数(スイッチング周波数)を高くすれば、出力電源電圧Voutにおけるリップル成分が低減できると共に、負荷回路LDに対して十分な電流を供給することができ、例えばLDの電流変動等に対する応答性を向上させることが可能になる。その一方で、スイッチング動作に伴う所謂スイッチング損失が増大し、消費電力の増大が生じ得る。逆に、スイッチング周波数を低くすれば、消費電力が低減できる代わりに、リップル成分の増大や、LDに対する応答性の低下等が生じ得る。そこで、例えば、負荷回路LDの動作状態に応じてスイッチング周波数を適宜切り替えることが望ましい。前述した本実施の形態1のPWM信号生成回路を用いると、このようなスイッチング周波数の切り替えに際して、Voutのノイズ成分(電源ノイズ)を抑制することができ、有益な効果が得られる。   In such a power supply regulator device, if the oscillation frequency (switching frequency) of the PWM signal is increased, the ripple component in the output power supply voltage Vout can be reduced, and a sufficient current can be supplied to the load circuit LD. For example, it becomes possible to improve the response to the current fluctuation of the LD. On the other hand, so-called switching loss associated with the switching operation increases, and power consumption can increase. On the other hand, if the switching frequency is lowered, power consumption can be reduced, but an increase in ripple components and a decrease in responsiveness to the LD can occur. Therefore, for example, it is desirable to switch the switching frequency appropriately according to the operating state of the load circuit LD. When the PWM signal generation circuit of the first embodiment described above is used, a noise component (power supply noise) of Vout can be suppressed when switching the switching frequency, and a beneficial effect is obtained.

図7は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、その他の概略構成例を示すブロック図である。図7に示す半導体装置は、例えばD級アンプ装置DAMPである。DAMPは、ハイサイド側スイッチ(ここではPMOSトランジスタ)Qh2と、ロウサイド側スイッチ(ここではNMOSトランジスタ)Ql2と、ロウパスフィルタLPFと、ドライバ回路ブロックDRVBK2と、PWM信号生成回路PWMG1を備える。Qh2は、ソースが電源電圧VCCに、ドレインがスイッチノードNsw2に結合され、Ql2は、ソースが電源電圧(例えば負の電源電圧)VEEに、ドレインがNsw2に結合される。   FIG. 7 is a block diagram showing another schematic configuration example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 7 is, for example, a class D amplifier device DAMP. The DAMP includes a high side switch (PMOS transistor here) Qh2, a low side switch (NMOS transistor here) Ql2, a low pass filter LPF, a driver circuit block DRVBK2, and a PWM signal generation circuit PWMG1. Qh2 has a source coupled to the power supply voltage VCC, a drain coupled to the switch node Nsw2, and Ql2 has a source coupled to the power supply voltage (eg, a negative power supply voltage) VEE and a drain coupled to Nsw2.

ロウパスフィルタLPFは、例えば図6に示したようなLC型の構成を備え、入力がスイッチノードNsw2に結合され、出力が外部の負荷回路LDに結合される。PWM信号生成回路PWMG1には、図1〜図5で述べたようなPWM信号生成回路が適用され、当該PWMG1は、前述したように、電流値設定信号ISETに基づく周波数を持つ三角波と基準電圧Vrefとを比較し、その比較結果に応じたPWM信号(/PWM1)を出力する。ここで、Vrefは、例えば外部の交流信号源VACによって入力され、PWM信号(/PWM1)は、例えば、図2においてPWM比較回路PWMCMPの入力極性を入れ替えることで生成した信号である。その結果、PWM信号(/PWM1)は、VACからの交流信号Vaciの電圧レベルが高くなるほど大きいオンデューティを持つ信号となる。   The low pass filter LPF has an LC type configuration as shown in FIG. 6, for example, and has an input coupled to the switch node Nsw2 and an output coupled to an external load circuit LD. The PWM signal generation circuit described with reference to FIGS. 1 to 5 is applied to the PWM signal generation circuit PWMG1, and as described above, the PWMG1 has a triangular wave having a frequency based on the current value setting signal ISET and the reference voltage Vref. And a PWM signal (/ PWM1) corresponding to the comparison result is output. Here, Vref is input by, for example, an external AC signal source VAC, and the PWM signal (/ PWM1) is, for example, a signal generated by switching the input polarity of the PWM comparison circuit PWMCMP in FIG. As a result, the PWM signal (/ PWM1) becomes a signal having a larger on-duty as the voltage level of the AC signal Vaci from the VAC increases.

ドライバ回路ブロックDRVBK2は、例えば、PWM信号(/PWM1)のオン期間でスイッチQh1をオン、スイッチQl1をオフに駆動し、PWM信号(/PWM1)のオフ期間でQl1をオン、Qh1をオフに駆動する。その結果、スイッチノードNsw2には、PWM信号(/PWM1)の‘H’レベル/‘L’レベル振幅を電源電圧VCCレベル/VEEレベルに増幅したような信号が生成される。ロウパスフィルタLPFは、このようなNsw2の信号を平均化し、その結果、負荷回路LDに向けて、交流信号源VACからの交流信号Vaciを増幅したような交流信号Vacoを出力する。ここで、例えば図3におけるPWM1a復調信号は、図7におけるVacoに対応する。   For example, the driver circuit block DRVBK2 drives the switch Qh1 to be on and the switch Ql1 to be off when the PWM signal (/ PWM1) is on, and drives Ql1 to be on and Qh1 to be off when the PWM signal (/ PWM1) is off. To do. As a result, a signal obtained by amplifying the “H” level / “L” level amplitude of the PWM signal (/ PWM1) to the power supply voltage VCC level / VEE level is generated at the switch node Nsw2. The low-pass filter LPF averages the Nsw2 signal, and as a result, outputs the AC signal Vaco that is obtained by amplifying the AC signal Vaci from the AC signal source VAC toward the load circuit LD. Here, for example, the PWM1a demodulated signal in FIG. 3 corresponds to Vaco in FIG.

このようなD級アンプ装置では、PWM信号の発振周波数(スイッチング周波数)を高くすれば、交流信号Vacoにおけるリップル成分が低減できると共に、その出力波形品質(VaciとVacoの間の線形増幅性等)を向上させることが可能になる。その一方で、スイッチング動作に伴う所謂スイッチング損失が増大し、消費電力の増大が生じ得る。逆に、スイッチング周波数を低くすれば、消費電力が低減できる代わりに、リップル成分の増大や、出力波形品質の低下等が生じ得る。そこで、例えば、負荷回路LDの動作状態(例えばどの程度の波形品質が要求される動作モードか)に応じてスイッチング周波数を適宜切り替えることが望ましい。前述した本実施の形態1のPWM信号生成回路を用いると、このようなスイッチング周波数の切り替えに際して、Vacoのノイズ成分を抑制することができ、有益な効果が得られる。例えば、当該D級アンプ装置をオーディオアンプとして適用した場合には、所謂ポップ音の低減等が可能となる。   In such a class D amplifier device, if the oscillation frequency (switching frequency) of the PWM signal is increased, the ripple component in the AC signal Vaco can be reduced and the output waveform quality (linear amplification between Vaci and Vaco, etc.) It becomes possible to improve. On the other hand, so-called switching loss associated with the switching operation increases, and power consumption can increase. On the other hand, if the switching frequency is lowered, power consumption can be reduced, but an increase in ripple components and a decrease in output waveform quality can occur. Therefore, for example, it is desirable to switch the switching frequency as appropriate in accordance with the operating state of the load circuit LD (for example, how much waveform quality is required). When the PWM signal generation circuit of the first embodiment described above is used, the noise component of Vaco can be suppressed when switching the switching frequency, and a beneficial effect can be obtained. For example, when the class D amplifier device is applied as an audio amplifier, so-called pop noise can be reduced.

以上、本実施の形態1のPWM信号生成回路および半導体装置を用いることで、代表的には、PWM信号の発振周波数が変更可能になると共に、これに伴うノイズを低減可能になる。   As described above, by using the PWM signal generation circuit and the semiconductor device according to the first embodiment, typically, the oscillation frequency of the PWM signal can be changed, and noise associated therewith can be reduced.

(実施の形態2)
《PWM信号生成回路の構成および動作(変形例)》
前述した実施の形態1では、三角波を用いてPWM信号を生成したが、本実施の形態2では、三角波の一形態となる所謂鋸波を用いてPWM信号を生成する。図8は、本発明の実施の形態2によるPWM信号生成回路において、その構成の一例を示す回路ブロック図である。図8に示すPWM信号生成回路PWMG2は、前述した図2のPWM信号生成回路PWMG1と比較して、図2の三角波生成回路TWG1が図8の三角波生成回路TWG2に変更されたものとなっている。図8のTWG2は、図2のTWG1と比較して、放電側の可変電流源ISVdと、下限電圧Vl側の比較回路CMPlが削除され、これに応じて制御回路CTL2の動作が若干変更されたものとなっている。これ以外の構成に関しては図2の場合と同様であるため詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
<< Configuration and Operation of PWM Signal Generation Circuit (Modification) >>
In the first embodiment described above, a PWM signal is generated using a triangular wave. In the second embodiment, a PWM signal is generated using a so-called sawtooth wave that is one form of a triangular wave. FIG. 8 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of the PWM signal generation circuit according to the second embodiment of the present invention. The PWM signal generation circuit PWMG2 shown in FIG. 8 is obtained by changing the triangular wave generation circuit TWG1 of FIG. 2 to the triangular wave generation circuit TWG2 of FIG. 8 as compared with the PWM signal generation circuit PWMG1 of FIG. . Compared with TWG1 in FIG. 2, the discharge side variable current source ISVd and the lower limit voltage Vl side comparison circuit CMPl are deleted, and the operation of the control circuit CTL2 is slightly changed in TWG2 in FIG. It has become a thing. Since the configuration other than this is the same as that in the case of FIG. 2, detailed description thereof is omitted.

図9は、図8のPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。図9に示すように、図8の制御回路CTL2は、各PWMサイクルT1〜T4において、スイッチSWcをオン、スイッチSWdをオフに制御した状態で可変電流源ISVcを用いて容量Cwに充電を行わせる。ただし、その後に、比較回路CMPhによって当該CWによる出力電圧Vrmp2が上限電圧Vhに達したことが検出されると、当該CTL2は、図3の場合と異なり、所定の短い期間でSWcをオフに、SWdをオンに制御し、Cwに対して急速に放電動作を行わせる。その結果、図9に示すような三角波(鋸派)(Vrmp2)が生成される。   FIG. 9 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit of FIG. As shown in FIG. 9, the control circuit CTL2 of FIG. 8 charges the capacitor Cw using the variable current source ISVc in a state where the switch SWc is turned on and the switch SWd is turned off in each PWM cycle T1 to T4. Make it. However, after that, when the comparison circuit CMPh detects that the output voltage Vrmp2 from the CW has reached the upper limit voltage Vh, the CTL2 turns off SWc in a predetermined short period, unlike the case of FIG. SWd is controlled to be on, and Cw is rapidly discharged. As a result, a triangular wave (saw faction) (Vrmp2) as shown in FIG. 9 is generated.

また、図9では、図3の場合と同様に、PWMサイクルT3において三角波(鋸派)(Vrmp2)の発振周波数の変更が行われている。この場合、制御回路CTL2は、図3の場合と同様に、その前のPWMサイクルT2において容量Cwの放電動作(スイッチSWcがオフ、スイッチSWdがオン)が行われている期間で可変電流源ISVcの電流値をI1からI2(ここではI2<I1)に変更する。そして、CTL2は、この電流値の変更が行われた状態で、放電動作後の切り替えタイミングTS13においてSWcをオン、SWdをオフに制御する。   In FIG. 9, as in the case of FIG. 3, the oscillation frequency of the triangular wave (saw group) (Vrmp2) is changed in the PWM cycle T3. In this case, as in the case of FIG. 3, the control circuit CTL2 controls the variable current source ISVc during the period in which the discharging operation of the capacitor Cw (the switch SWc is off and the switch SWd is on) in the previous PWM cycle T2. Is changed from I1 to I2 (here, I2 <I1). The CTL 2 controls the SWc to be on and the SWd to be off at the switching timing TS13 after the discharging operation in a state where the current value has been changed.

このような構成および動作を用いた場合でも、実施の形態1で述べた原理により、PWM信号(PWM2)のおけるオンデューティは、発振周波数の変更に関わらず一定に保つことが可能になる。その結果、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態1の場合と比較して、可変電流源や比較回路の削減が可能となるため、回路面積の低減が可能となる。   Even when such a configuration and operation are used, the on-duty of the PWM signal (PWM2) can be kept constant regardless of the change of the oscillation frequency according to the principle described in the first embodiment. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, since the variable current source and the comparison circuit can be reduced as compared with the case of the first embodiment, the circuit area can be reduced.

(実施の形態3)
《PWM信号生成回路の動作(応用例[1])》
図10は、本発明の実施の形態3によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。ここでは、例えば、図2のような回路構成を用いて図10のような動作を行う。図10では、PWM信号(PWM1c)の発振周波数が、図3等に示したように1回のPWMサイクルで急激に変更されずに、複数回のPWMサイクルT1〜T3を経て段階的に変更されている。
(Embodiment 3)
<< Operation of PWM signal generation circuit (application example [1]) >>
FIG. 10 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit according to the third embodiment of the present invention. Here, for example, the operation as shown in FIG. 10 is performed using the circuit configuration as shown in FIG. In FIG. 10, the oscillation frequency of the PWM signal (PWM1c) is not changed suddenly in one PWM cycle as shown in FIG. 3 or the like, but is changed in stages through a plurality of PWM cycles T1 to T3. ing.

具体的には、まず、可変電流源ISVcに対して電流値|I11|を設定した状態で容量Cwに充電が行われ、次に、可変電流源ISVdに対して|I11|よりも小さい電流値|I12|を設定した状態でCwから放電が行われ、続いて、ISVcに対して|I12|よりも小さい電流値|I13|を設定した状態でCwに充電が行われる。以降、電流値|I14|,|I15|,|I16|においても同様に、ISVc,ISVdに対して段階的に大きさが異なる電流値を交互に設定する動作が繰り返されることで、三角波(Vrmp1c)の発振周波数が目的の発振周波数に向けて段階的に変更される。この例では、PWMサイクルT1→T2→T3の遷移に伴って、発振周波数f1→f2(<f1)→f3(<f2)と段階的に変更されている。   Specifically, first, the capacitor Cw is charged with the current value | I11 | set for the variable current source ISVc, and then the current value smaller than | I11 | for the variable current source ISVd. In a state where | I12 | is set, discharging is performed from Cw, and subsequently, Cw is charged in a state where a current value | I13 | smaller than | I12 | is set for ISVc. Thereafter, in the current values | I14 |, | I15 |, and | I16 |, the operation of alternately setting the current values having different magnitudes in steps with respect to ISVc and ISVd is repeated, so that the triangular wave (Vrmp1c ) Is changed stepwise toward the target oscillation frequency. In this example, the oscillation frequency f1 → f2 (<f1) → f3 (<f2) is changed step by step with the transition of the PWM cycle T1 → T2 → T3.

このような動作においても、これまでの各実施の形態の場合と同様に、PWM信号(PWM1c)におけるオンデューティは、発振周波数の変更に関わらず一定に保つことが可能になる。その結果、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。さらに、ここでは、発振周波数を段階的に変更しているため、1回で変更する場合と比べてPWM信号(PWM1c)を復調することで得られる出力電圧信号Vo13のノイズ成分を低減することが可能になる。   Even in such an operation, the on-duty in the PWM signal (PWM1c) can be kept constant regardless of the change of the oscillation frequency, as in the case of each of the previous embodiments. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the oscillation frequency is changed stepwise here, the noise component of the output voltage signal Vo13 obtained by demodulating the PWM signal (PWM1c) can be reduced as compared with the case where the oscillation frequency is changed once. It becomes possible.

すなわち、出力電圧信号Vo13は、各PWMサイクルT1〜T3において、一定の平均電圧Vc13を中心として所定のリップル成分を持ち、当該リップル成分は、発振周波数が低下するほど大きくなる。ここで、発振周波数を段階的に変更した場合、T1とT2との間のリップル成分の変動量はΔV1であり、T2とT3の間のリップル成分の変動量はΔV2となるが、仮に1回でT1からT3に変更した場合、リップル成分の変動量は(ΔV1+ΔV2)となり得る。ノイズ成分は、リップル成分自体に加えて、その変動量によっても生成されるため、図10のような動作によって当該変動量を低減することが有益となる。   That is, the output voltage signal Vo13 has a predetermined ripple component around the constant average voltage Vc13 in each PWM cycle T1 to T3, and the ripple component increases as the oscillation frequency decreases. Here, when the oscillation frequency is changed stepwise, the fluctuation amount of the ripple component between T1 and T2 is ΔV1, and the fluctuation amount of the ripple component between T2 and T3 is ΔV2. When T1 is changed to T3, the fluctuation amount of the ripple component can be (ΔV1 + ΔV2). Since the noise component is generated by the fluctuation amount in addition to the ripple component itself, it is beneficial to reduce the fluctuation amount by the operation as shown in FIG.

なお、ここでは、三角波(Vrmp1c)の立ち上がりから立ち下り、および立ち下りから立ち上がりの遷移毎にスロープの変更を行ったが、例えば、各PWMサイクル毎にスロープの変更を行うことも可能である。また、各PMWサイクル毎ではなく、例えば、複数のPWMサイクル毎にスロープの変更を行うことも可能である。   Here, the slope is changed every time the triangular wave (Vrmp1c) rises and falls, and every transition from the fall to the rise. However, for example, the slope can be changed every PWM cycle. Further, it is possible to change the slope not for each PMW cycle but for each of a plurality of PWM cycles, for example.

(実施の形態4)
《PWM信号生成回路の動作(応用例[2])》
図11は、本発明の実施の形態4によるPWM信号生成回路において、その概略的な動作例を示す波形図である。ここでは、例えば、図2のような回路構成を用いて図11のような動作を行う。図11の動作は、前述した図3の動作とほぼ同様であるが、ここでは、当該PWM信号生成回路に入力される基準電圧Vrefの変動が大きい期間TT1と、変動が小さい期間TT2とでPWM信号(PWM1d)の発振周波数が切り替えられている。例えば、図6に示したような電源レギュレータを例とすると、期間TT1は、出力電源電圧Voutの生成動作を開始する際(電源立ち上げ期間)や終了する際(電源立ち下げ期間)、あるいはVoutの値(すなわち設定値(Vset))を変更する際(電圧変更期間)といった、Vrefの変動量が大きい期間に該当する。一方、期間TT2は、Voutが所定の目標値に到達した以降といった、Vrefの変動量が小さい期間に該当する。
(Embodiment 4)
<< Operation of PWM signal generation circuit (application example [2]) >>
FIG. 11 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the PWM signal generation circuit according to the fourth embodiment of the present invention. Here, for example, the operation as shown in FIG. 11 is performed using the circuit configuration as shown in FIG. The operation of FIG. 11 is substantially the same as the operation of FIG. 3 described above, but here, PWM is performed in a period TT1 in which the variation of the reference voltage Vref input to the PWM signal generation circuit is large and a period TT2 in which the variation is small. The oscillation frequency of the signal (PWM1d) is switched. For example, taking the power supply regulator as shown in FIG. 6 as an example, the period TT1 is generated when the generation operation of the output power supply voltage Vout is started (power supply startup period) or ended (power supply shutdown period), or Vout. This corresponds to a period in which the amount of change in Vref is large, such as when changing the value of V. On the other hand, the period TT2 corresponds to a period in which the amount of change in Vref is small, such as after Vout has reached a predetermined target value.

期間TT1では、可変電流源ISVc,ISVdの電流値が共に|I21|に設定され、この状態で三角波(Vrmp1d)の生成が行われる。その後、期間TT2に入ると、ISVc,ISVdの電流値が共に|I21|よりも小さい|I22|に設定され、この状態で三角波(Vrmp1d)の生成が行われる。その結果、期間TT1では、発振周波数f11でPWM信号(PWM1d)の生成が行われ、期間TT2では、f11よりも低い発振周波数f12でPWM信号(PWM1d)の生成が行われる。   In the period TT1, the current values of the variable current sources ISVc and ISVd are both set to | I21 |, and a triangular wave (Vrmp1d) is generated in this state. Thereafter, when the period TT2 is entered, the current values of ISVc and ISVd are both set to | I22 |, which is smaller than | I21 |, and a triangular wave (Vrmp1d) is generated in this state. As a result, the PWM signal (PWM1d) is generated at the oscillation frequency f11 in the period TT1, and the PWM signal (PWM1d) is generated at the oscillation frequency f12 lower than the f11 in the period TT2.

期間TT1では、例えば、その期間の長さを短縮することが求められるため、発振周波数f11を高く設定する。これにより、PWM信号(PWM1d)による制御の分解能や応答性を高めることができ、その結果、目標とする安定状態に早期に収束させることが可能になる。一方、期間TT2では、特に消費電力の低減が求められるため、発振周波数f12を低く設定する。これにより、所謂スイッチング損失の低減が可能となる。なお、このような動作においても、これまでの各実施の形態の場合と同様に、PWM信号(PWM1d)におけるオンデューティは、発振周波数の変更に関わらず一定に保つことが可能になる。その結果、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。   In the period TT1, for example, since it is required to shorten the length of the period, the oscillation frequency f11 is set high. As a result, the resolution and responsiveness of the control by the PWM signal (PWM1d) can be improved, and as a result, the target stable state can be quickly converged. On the other hand, in the period TT2, since the reduction of power consumption is particularly required, the oscillation frequency f12 is set low. As a result, so-called switching loss can be reduced. Even in such an operation, the on-duty in the PWM signal (PWM1d) can be kept constant regardless of the change of the oscillation frequency, as in the case of each of the previous embodiments. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(実施の形態5)
《三角波生成回路の構成(変形例)》
図12は、本発明の実施の形態5によるPWM信号生成回路において、その三角波生成回路の構成例を示す回路図である。図2に示した三角波生成回路TWG1は、必ずしも当該回路方式に限定されるものではなく、例えば図12に示すように、様々な回路方式を用いて実現することが可能である。図12に示す三角波生成回路TWG3は、比較回路CMP1および抵抗R1〜R3からなるシュミット回路と、抵抗R4および容量C2からなる積分回路とを組み合わせることで三角波を生成する回路方式となっている。
(Embodiment 5)
<< Configuration of Triangular Wave Generation Circuit (Modification) >>
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of the triangular wave generation circuit in the PWM signal generation circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The triangular wave generation circuit TWG1 shown in FIG. 2 is not necessarily limited to the circuit system, and can be realized by using various circuit systems as shown in FIG. 12, for example. A triangular wave generation circuit TWG3 shown in FIG. 12 has a circuit system that generates a triangular wave by combining a Schmitt circuit including a comparison circuit CMP1 and resistors R1 to R3 and an integration circuit including a resistor R4 and a capacitor C2.

図12において、例えば、比較回路CMP1の出力が電源電圧VDDのレベルの場合、抵抗R4により電流値が制限された状態で容量C2の充電動作が行われる。当該充電動作は、容量C2の出力電圧Vrmp3が、抵抗R1および抵抗R3からなる並列抵抗と、当該並列抵抗に直列接続された抵抗R2との抵抗分圧で定められる上限値に達するまで行われる。そして、上限値に達した場合、CMP1の出力が接地電源電圧GNDのレベルとなり、R4により電流値が制限された状態でC2の放電動作が行われる。当該放電動作は、Vrmp3が、R1と、R2およびR3からなる並列抵抗との抵抗分圧で定められる下限値(<上限値)に達するまで行われる。下限値に達した場合、CMP1の出力がVDDレベルとなり、以降同様の動作が繰り返される。なお、この場合、放電電流や充電電流の電流値がVrmp3の電圧値に応じて変わるため、図示は省略するが、例えばシュミット回路と所謂オペアンプによる積分回路を組み合わせた回路を用いてもよい。   In FIG. 12, for example, when the output of the comparison circuit CMP1 is at the level of the power supply voltage VDD, the charging operation of the capacitor C2 is performed in a state where the current value is limited by the resistor R4. The charging operation is performed until the output voltage Vrmp3 of the capacitor C2 reaches the upper limit value determined by the resistance voltage division between the parallel resistor including the resistor R1 and the resistor R3 and the resistor R2 connected in series to the parallel resistor. When the upper limit value is reached, the output of CMP1 becomes the level of the ground power supply voltage GND, and the discharging operation of C2 is performed in a state where the current value is limited by R4. The discharge operation is performed until Vrmp3 reaches a lower limit value (<upper limit value) determined by a resistance partial pressure between R1 and a parallel resistance composed of R2 and R3. When the lower limit is reached, the output of CMP1 becomes the VDD level, and thereafter the same operation is repeated. In this case, since the current value of the discharge current and the charging current changes according to the voltage value of Vrmp3, illustration is omitted. However, for example, a circuit combining a Schmitt circuit and an integration circuit using a so-called operational amplifier may be used.

このような三角波生成回路を用いた場合、抵抗R4と容量C2のいずれか一方あるいは両方を可変素子とすることで、三角波(Vrmp3)の発振周波数を変更することが可能となる。そこで、制御回路CTL3は、当該可変素子の設定値を電流値設定信号(周波数設定信号)ISETに応じて切り替える。なお、この場合、例えば前述した図3の切り替えタイミングTS11の時点から当該可変素子の設定値変更と有効化を同時に開始するような動作となる。したがって、この切り替えタイミングの時点からそれが実際に有効となるまでの遅延時間が問題となるような場合には、図3〜図5で述べたような動作方式ならびに回路方式を用いることが望ましい。   When such a triangular wave generation circuit is used, it is possible to change the oscillation frequency of the triangular wave (Vrmp3) by using one or both of the resistor R4 and the capacitor C2 as a variable element. Therefore, the control circuit CTL3 switches the set value of the variable element according to the current value setting signal (frequency setting signal) ISET. In this case, for example, the setting value change and validation of the variable element are started simultaneously from the time point of the switching timing TS11 in FIG. Therefore, when there is a problem with the delay time from the time of this switching timing until it is actually effective, it is desirable to use the operation method and circuit method as described in FIGS.

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。   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.

例えば、ここでは、PWM信号生成回路を備えた半導体装置の一例として、電源レギュレータ装置やD級アンプ装置を示したが、勿論、当該装置に限定されるものではなく、モータ駆動装置をはじめ、様々な装置に対して適用可能である。また、電源レギュレータ装置も、図6のような降圧型のDC−DCコンバータに限らず、昇圧型のDC−DCコンバータ、AC−DCコンバータ、DC−ACコンバータ(所謂インバータ)等であってもよい。同様に、D級アンプ装置も、図7のようなハーフブリッジ構成に限らず、フルブリッジ(Hブリッジ)構成等であってもよい。   For example, here, a power supply regulator device and a class D amplifier device are shown as an example of a semiconductor device provided with a PWM signal generation circuit. However, the device is of course not limited to the device, and includes various motor drive devices. This is applicable to various devices. Further, the power supply regulator device is not limited to the step-down DC-DC converter as shown in FIG. 6, but may be a step-up DC-DC converter, an AC-DC converter, a DC-AC converter (so-called inverter), or the like. . Similarly, the class D amplifier device is not limited to the half-bridge configuration as shown in FIG. 7, but may be a full-bridge (H-bridge) configuration or the like.

また、実施の形態3および4では、実施の形態1の三角波を用いた例で説明を行ったが、勿論、実施の形態2の三角波(所謂鋸波)を用いることも可能である。さらに、実施の形態3と4を組み合わせて用いることも勿論可能である。すなわち、実施の形態4のように電源の起動状態に応じて発振周波数を変更するにあたり、実施の形態3のように段階的に発振周波数の変更を行うことも有益である。   In the third and fourth embodiments, the example using the triangular wave according to the first embodiment has been described. Of course, the triangular wave according to the second embodiment (so-called sawtooth wave) can also be used. Furthermore, it is of course possible to use Embodiments 3 and 4 in combination. That is, when the oscillation frequency is changed according to the start-up state of the power supply as in the fourth embodiment, it is also beneficial to change the oscillation frequency step by step as in the third embodiment.

BF バッファ回路
C 容量
CMP 比較回路
CTL 制御回路
D ダイオード
DAMP D級アンプ装置
DCDC DC−DCコンバータ
DRVBK ドライバ回路ブロック
EA エラーアンプ回路
GND 接地電源電圧
IREFG 基準電流源
ISET 電流値設定信号(周波数設定信号)
ISV 可変電流源
L コイル
LD 負荷回路
LPF ロウパスフィルタ
MN NMOSトランジスタ
MP PMOSトランジスタ
PWM,PWM’ PWM信号
PWMCMP PWM比較回路
PWMG PWM信号生成回路
Q スイッチ
R 抵抗
SW スイッチ
TS 切り替えタイミング
TT 期間
TWG 三角波生成回路
VAC 交流信号源
VCC,VDD,VEE 電源電圧
Vaci,Vaco 交流信号
Vc,Vc’ 平均電圧
Vh 上限電圧
Vl 下限電圧
Vo,Vo’ 出力電圧信号
Vout 出力電源電圧
Vref 基準電圧
Vrmp 出力電圧
Vset 設定電圧
BF buffer circuit C capacitance CMP comparison circuit CTL control circuit D diode DAMP class D amplifier device DCDC DC-DC converter DRVBK driver circuit block EA error amplifier circuit GND ground power supply voltage IREFG reference current source ISET current value setting signal (frequency setting signal)
ISV variable current source L coil LD load circuit LPF low pass filter MN NMOS transistor MP PMOS transistor PWM, PWM 'PWM signal PWM CMP PWM comparison circuit PWMG PWM signal generation circuit Q switch R resistor SW switch TS switching timing TT period TWG triangular wave generation circuit VAC AC signal source VCC, VDD, VEE Power supply voltage Vaci, Vaco AC signal Vc, Vc 'Average voltage Vh Upper limit voltage Vl Lower limit voltage Vo, Vo' Output voltage signal Vout Output power supply voltage Vref Reference voltage Vrmp Output voltage Vset Setting voltage

Claims (12)

三角波を生成する波形生成回路と、
前記三角波の電圧レベルと入力信号の電圧レベルとを比較し、前記入力信号の電圧レベルに応じたデューティを持つPWM信号を生成するPWM比較回路とを備え、
前記波形生成回路は、前記三角波における立ち上がりと立ち下がりの少なくともいずれか一方のスロープを、前記三角波における立ち上がりと立ち下がりの遷移タイミングを起点として変更することで前記三角波の発振周波数を変更するPWM信号生成回路。
A waveform generation circuit for generating a triangular wave;
A PWM comparison circuit that compares the voltage level of the triangular wave with the voltage level of the input signal and generates a PWM signal having a duty according to the voltage level of the input signal;
The waveform generation circuit generates a PWM signal for changing an oscillation frequency of the triangular wave by changing a slope of at least one of a rising edge and a falling edge in the triangular wave with a transition timing of rising and falling edges in the triangular wave as a starting point circuit.
請求項1記載のPWM信号生成回路において、
前記波形生成回路は、
前記三角波における立ち上がりスロープを変更する場合には、前記三角波が立ち下がっている間に前記立ち上がりスロープの設定変更を行ったのち、当該設定変更を前記三角波における立ち下がりから立ち上がりへの遷移タイミングを起点として有効化し、
前記三角波における立ち下がりスロープを変更する場合には、前記三角波が立ち上がっている間に前記立ち下がりスロープの設定変更を行ったのち、当該設定変更を前記三角波における立ち上がりから立ち下がりへの遷移タイミングを起点として有効化するPWM信号生成回路。
The PWM signal generation circuit according to claim 1,
The waveform generation circuit includes:
When changing the rising slope in the triangular wave, after changing the setting of the rising slope while the triangular wave is falling, the setting change is started from the transition timing from falling to rising in the triangular wave. Enable,
When changing the falling slope in the triangular wave, after changing the setting of the falling slope while the triangular wave is rising, the setting change is started from the transition timing from rising to falling in the triangular wave. PWM signal generation circuit that validates as
請求項2記載のPWM信号生成回路において、
前記波形生成回路は、
第1電源電圧と第1ノードの間に直列に挿入される第1電流源および第1スイッチと、
前記第1電源電圧とは電圧レベルが異なる第2電源電圧と前記第1ノードの間に直列に挿入される第2電流源および第2スイッチと、
前記第1ノードに一端が結合される容量と、
前記第1ノードの電圧レベルが所定の第1設定電圧に到達した際に第1検出信号を出力する第1電圧検出回路と、
前記第1ノードの電圧レベルが前記第1設定電圧とは電圧レベルが異なる所定の第2設定電圧に到達した際に第2検出信号を出力する第2電圧検出回路と、
制御回路とを備え、
前記第1電流源は、可変電流源であり、
前記制御回路は、
(a)前記第1電流源を第1電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップと、
(b)前記(a)ステップの後、前記第1検出信号が出力された際に、前記第2電流源を第2電流に設定した状態で前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに制御すると共に前記第1電流源を前記第1電流とは電流値が異なる第3電流に設定するステップと、
(c)前記(b)ステップの後、前記第2検出信号が出力された際に、前記第1電流源を前記第3電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップとを実行するPWM信号生成回路。
The PWM signal generation circuit according to claim 2, wherein
The waveform generation circuit includes:
A first current source and a first switch inserted in series between the first power supply voltage and the first node;
A second current source and a second switch inserted in series between the second power supply voltage having a voltage level different from that of the first power supply voltage and the first node;
A capacitor having one end coupled to the first node;
A first voltage detection circuit that outputs a first detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined first set voltage;
A second voltage detection circuit that outputs a second detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined second setting voltage that is different from the first setting voltage;
A control circuit,
The first current source is a variable current source;
The control circuit includes:
(A) controlling the first switch on and the second switch off with the first current source set to the first current;
(B) After the step (a), when the first detection signal is output, the first switch is turned off with the second current source set to the second current, and the second switch is turned on. Setting the first current source to a third current having a current value different from that of the first current;
(C) After the step (b), when the second detection signal is output, the first switch is turned on with the first current source set to the third current, and the second switch A PWM signal generation circuit that executes a step of controlling the power off.
請求項3記載のPWM信号生成回路において、
さらに、前記第2電流源は、可変電流源であり、
前記制御回路は、前記(c)ステップの後に、前記第1検出信号が出力された際に、さらに(d)ステップを実行し、
前記(c)ステップにおいて、さらに、前記第2電流源を前記第2電流とは電流値が異なる第4電流に設定し、
前記(d)ステップにおいて、前記第2電流源を前記第4電流に設定した状態で前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに制御するPWM信号生成回路。
The PWM signal generation circuit according to claim 3.
Further, the second current source is a variable current source,
When the first detection signal is output after the step (c), the control circuit further executes a step (d),
In the step (c), the second current source is further set to a fourth current having a current value different from that of the second current,
In the step (d), a PWM signal generation circuit that controls the first switch to be turned off and the second switch to be turned on in a state where the second current source is set to the fourth current.
請求項2記載のPWM信号生成回路において、
前記波形生成回路は、
第1電源電圧と第1ノードの間に直列に挿入される第1電流源および第1スイッチと、
前記第1電源電圧とは電圧レベルが異なる第2電源電圧と前記第1ノードの間に挿入される第2スイッチと、
前記第1ノードに一端が結合される容量と、
前記第1ノードの電圧レベルが所定の第1設定電圧に到達した際に第1検出信号を出力する第1電圧検出回路と、
制御回路とを備え、
前記第1電流源は、可変電流源であり、
前記制御回路は、
(a)前記第1電流源を第1電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップと、
(b)前記(a)ステップの後、前記第1検出信号が出力された際に、予め定めた期間で前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに制御すると共に前記第1電流源を前記第1電流とは電流値が異なる第2電流に設定するステップと、
(c)前記(b)ステップの後、前記第1電流源を前記第2電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップとを実行するPWM信号生成回路。
The PWM signal generation circuit according to claim 2, wherein
The waveform generation circuit includes:
A first current source and a first switch inserted in series between the first power supply voltage and the first node;
A second switch inserted between a second power supply voltage having a voltage level different from that of the first power supply voltage and the first node;
A capacitor having one end coupled to the first node;
A first voltage detection circuit that outputs a first detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined first set voltage;
A control circuit,
The first current source is a variable current source;
The control circuit includes:
(A) controlling the first switch on and the second switch off with the first current source set to the first current;
(B) After the step (a), when the first detection signal is output, the first switch is turned off and the second switch is turned on in a predetermined period, and the first current is controlled. Setting the source to a second current having a current value different from the first current;
(C) After the step (b), a PWM signal for executing the step of controlling the first switch on and the second switch off with the first current source set to the second current Generation circuit.
請求項1記載のPWM信号生成回路において、
前記波形生成回路は、前記三角波の発振周波数を第1発振周波数から第2発振周波数に変更する際に、前記第1発振周波数と前記第2発振周波数の間の値となる第3発振周波数を用い、前記第3発振周波数を持つ前記三角波の出力サイクルを経由して、前記第1発振周波数から前記第2発振周波数への変更を行うPWM信号生成回路。
The PWM signal generation circuit according to claim 1,
The waveform generation circuit uses a third oscillation frequency that is a value between the first oscillation frequency and the second oscillation frequency when changing the oscillation frequency of the triangular wave from the first oscillation frequency to the second oscillation frequency. A PWM signal generation circuit for changing from the first oscillation frequency to the second oscillation frequency via the output cycle of the triangular wave having the third oscillation frequency.
高電位側電源電圧とスイッチノードの間に結合されるハイサイドスイッチと、
低電位側電源電圧と前記スイッチノードの間に結合されるロウサイドスイッチと、
三角波を生成する波形生成回路と、
前記三角波の電圧レベルと入力信号の電圧レベルとを比較し、前記入力信号の電圧レベルに応じたデューティを持つPWM信号を生成するPWM比較回路と、
前記PWM信号に基づいて前記ハイサイドスイッチと前記ロウサイドスイッチのオン・オフを相補的に制御する駆動回路とを備え、
前記波形生成回路は、前記三角波における立ち上がりと立ち下がりの少なくともいずれか一方のスロープを、前記三角波における立ち上がりと立ち下がりの遷移タイミングを起点として変更することで前記三角波の発振周波数を変更する半導体装置。
A high-side switch coupled between the high-side power supply voltage and the switch node;
A low-side switch coupled between a low-side power supply voltage and the switch node;
A waveform generation circuit for generating a triangular wave;
A PWM comparison circuit that compares the voltage level of the triangular wave with the voltage level of the input signal and generates a PWM signal having a duty according to the voltage level of the input signal;
A drive circuit that complementarily controls on / off of the high-side switch and the low-side switch based on the PWM signal;
The semiconductor device, wherein the waveform generation circuit changes an oscillation frequency of the triangular wave by changing a slope of at least one of rising and falling in the triangular wave with a transition timing of rising and falling in the triangular wave as a starting point.
請求項7記載の半導体装置において、
前記波形生成回路は、
前記三角波における立ち上がりスロープを変更する場合には、前記三角波が立ち下がっている間に前記立ち上がりスロープの設定変更を行ったのち、当該設定変更を前記三角波における立ち下がりから立ち上がりへの遷移タイミングを起点として有効化し、
前記三角波における立ち下がりスロープを変更する場合には、前記三角波が立ち上がっている間に前記立ち下がりスロープの設定変更を行ったのち、当該設定変更を前記三角波における立ち上がりから立ち下がりへの遷移タイミングを起点として有効化する半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7.
The waveform generation circuit includes:
When changing the rising slope in the triangular wave, after changing the setting of the rising slope while the triangular wave is falling, the setting change is started from the transition timing from falling to rising in the triangular wave. Enable,
When changing the falling slope in the triangular wave, after changing the setting of the falling slope while the triangular wave is rising, the setting change is started from the transition timing from rising to falling in the triangular wave. As a semiconductor device that validates as
請求項8記載の半導体装置において、
前記波形生成回路は、
第1電源電圧と第1ノードの間に直列に挿入される第1電流源および第1スイッチと、
前記第1電源電圧とは電圧レベルが異なる第2電源電圧と前記第1ノードの間に直列に挿入される第2電流源および第2スイッチと、
前記第1ノードに一端が結合される容量と、
前記第1ノードの電圧レベルが所定の第1設定電圧に到達した際に第1検出信号を出力する第1電圧検出回路と、
前記第1ノードの電圧レベルが前記第1設定電圧とは電圧レベルが異なる所定の第2設定電圧に到達した際に第2検出信号を出力する第2電圧検出回路と、
制御回路とを備え、
前記第1電流源は、可変電流源であり、
前記制御回路は、
(a)前記第1電流源を第1電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップと、
(b)前記(a)ステップの後、前記第1検出信号が出力された際に、前記第2電流源を第2電流に設定した状態で前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに制御すると共に前記第1電流源を前記第1電流とは電流値が異なる第3電流に設定するステップと、
(c)前記(b)ステップの後、前記第2検出信号が出力された際に、前記第1電流源を前記第3電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップとを実行する半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
The waveform generation circuit includes:
A first current source and a first switch inserted in series between the first power supply voltage and the first node;
A second current source and a second switch inserted in series between the second power supply voltage having a voltage level different from that of the first power supply voltage and the first node;
A capacitor having one end coupled to the first node;
A first voltage detection circuit that outputs a first detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined first set voltage;
A second voltage detection circuit that outputs a second detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined second setting voltage that is different from the first setting voltage;
A control circuit,
The first current source is a variable current source;
The control circuit includes:
(A) controlling the first switch on and the second switch off with the first current source set to the first current;
(B) After the step (a), when the first detection signal is output, the first switch is turned off with the second current source set to the second current, and the second switch is turned on. Setting the first current source to a third current having a current value different from that of the first current;
(C) After the step (b), when the second detection signal is output, the first switch is turned on with the first current source set to the third current, and the second switch And a step of controlling to turn off the semiconductor device.
請求項8記載の半導体装置において、
前記波形生成回路は、
第1電源電圧と第1ノードの間に直列に挿入される第1電流源および第1スイッチと、
前記第1電源電圧とは電圧レベルが異なる第2電源電圧と前記第1ノードの間に挿入される第2スイッチと、
前記第1ノードに一端が結合される容量と、
前記第1ノードの電圧レベルが所定の第1設定電圧に到達した際に第1検出信号を出力する第1電圧検出回路と、
制御回路とを備え、
前記第1電流源は、可変電流源であり、
前記制御回路は、
(a)前記第1電流源を第1電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップと、
(b)前記(a)ステップの後、前記第1検出信号が出力された際に、予め定めた期間で前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに制御すると共に前記第1電流源を前記第1電流とは電流値が異なる第2電流に設定するステップと、
(c)前記(b)ステップの後、前記第1電流源を前記第2電流に設定した状態で前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに制御するステップとを実行する半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
The waveform generation circuit includes:
A first current source and a first switch inserted in series between the first power supply voltage and the first node;
A second switch inserted between a second power supply voltage having a voltage level different from that of the first power supply voltage and the first node;
A capacitor having one end coupled to the first node;
A first voltage detection circuit that outputs a first detection signal when the voltage level of the first node reaches a predetermined first set voltage;
A control circuit,
The first current source is a variable current source;
The control circuit includes:
(A) controlling the first switch on and the second switch off with the first current source set to the first current;
(B) After the step (a), when the first detection signal is output, the first switch is turned off and the second switch is turned on in a predetermined period, and the first current is controlled. Setting the source to a second current having a current value different from the first current;
(C) After the step (b), a step of controlling the first switch to be turned on and the second switch to be turned off with the first current source set to the second current. .
請求項7記載の半導体装置において、
前記波形生成回路は、前記三角波の発振周波数を第1発振周波数から第2発振周波数に変更する際に、前記第1発振周波数と前記第2発振周波数の間の値となる第3発振周波数を用い、前記第3発振周波数を持つ前記三角波の出力サイクルを経由して、前記第1発振周波数から前記第2発振周波数への変更を行う半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7.
The waveform generation circuit uses a third oscillation frequency that is a value between the first oscillation frequency and the second oscillation frequency when changing the oscillation frequency of the triangular wave from the first oscillation frequency to the second oscillation frequency. A semiconductor device that changes from the first oscillation frequency to the second oscillation frequency via an output cycle of the triangular wave having the third oscillation frequency.
請求項7記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、電源レギュレータであり、
前記波形生成回路は、前記電源レギュレータの出力電圧を接地電源電圧のレベルから所定の目標値に向けて立ち上げている期間では、前記三角波の発振周波数を第4発振周波数に定め、前記電源レギュレータの出力電圧が前記目標値に到達した以降の期間では、前記三角波の発振周波数を第4発振周波数よりも低い第5発振周波数に定める半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7.
The semiconductor device is a power supply regulator,
The waveform generation circuit determines an oscillation frequency of the triangular wave as a fourth oscillation frequency during a period when the output voltage of the power supply regulator is raised from the level of the ground power supply voltage toward a predetermined target value, A semiconductor device that sets the oscillation frequency of the triangular wave to a fifth oscillation frequency lower than a fourth oscillation frequency in a period after the output voltage reaches the target value.
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