JP4416689B2 - Switching regulator and switching regulator output voltage switching method - Google Patents

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Description

本発明は、携帯機器等に使用される出力電圧を変えることができるスイッチングレギュレータに関し、特に出力電圧を上げる際に出力電圧に発生するオーバーシュートを軽減したスイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法に関する。   The present invention relates to a switching regulator capable of changing an output voltage used for a portable device or the like, and more particularly to a switching regulator that reduces an overshoot generated in the output voltage when raising the output voltage, and an output voltage switching method for the switching regulator. .

近年、環境対策上からも省エネルギー化が求められている。携帯電話やデジタルカメラ等の電池を使用する機器においては、電池寿命を伸ばすという観点からも、機器内で消費する電力の削減の重要度は増している。このため、電源回路としては、高効率でしかも小型化が可能な、インダクタを用いた非絶縁型の降圧型スイッチングレギュレータ(以下、スイッチングレギュレータと呼ぶ)が広く用いられている。しかし、スイッチングレギュレータは、定格負荷においては高効率であるが、スイッチングレギュレータ自体の消費電流が比較的大きいため、機器がスタンバイ状態又はスリープモード等の軽負荷ドライブモードの場合は、著しく効率を低下させる。   In recent years, energy saving has been demanded from the viewpoint of environmental measures. In devices using batteries such as mobile phones and digital cameras, the importance of reducing the power consumed in the devices is increasing from the viewpoint of extending the battery life. For this reason, non-insulated step-down switching regulators (hereinafter referred to as switching regulators) using inductors that are highly efficient and can be miniaturized are widely used as power supply circuits. However, although the switching regulator is highly efficient at the rated load, the current consumption of the switching regulator itself is relatively large, and therefore the efficiency is significantly reduced when the device is in a light load drive mode such as a standby state or a sleep mode. .

そこで、軽負荷ドライブモード時にも効率を向上させるため、軽負荷ドライブモードにおいてはPWM制御からPFM制御に切り換えて、スイッチング周波数を低下させ、スイッチングレギュレータで消費する電力を削減する方法が行われていた(例えば、特許文献1参照。)。
図4は、このようなスイッチングレギュレータの例を示した回路図である。
図4において、スイッチングレギュレータ100は、PWM制御回路101とPFM制御回路102を備え、更に、PWM制御回路101で駆動されるスイッチング素子103と、PFM制御回路102で駆動されるスイッチング素子104を備えている。
Therefore, in order to improve the efficiency even in the light load drive mode, a method of switching from PWM control to PFM control in the light load drive mode to lower the switching frequency and reduce the power consumed by the switching regulator has been performed. (For example, refer to Patent Document 1).
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of such a switching regulator.
In FIG. 4, the switching regulator 100 includes a PWM control circuit 101 and a PFM control circuit 102, and further includes a switching element 103 driven by the PWM control circuit 101 and a switching element 104 driven by the PFM control circuit 102. Yes.

通常動作時には、PFM制御回路102が動作を停止しPWM制御回路101が作動してスイッチング素子103をオン/オフ制御し、軽負荷ドライブモード時には、PWM制御回路101が動作を停止しPFM制御回路102が作動してスイッチング素子104をオン/オフ制御する。
PWM制御時に用いるスイッチング素子103は、大電流が流れるため、素子サイズを大きくしてオン抵抗が小さくなるようにしているが、素子サイズが大きいためゲート容量が大きくなってしまう。
During normal operation, the PFM control circuit 102 stops operating and the PWM control circuit 101 operates to turn on / off the switching element 103. In the light load drive mode, the PWM control circuit 101 stops operating and the PFM control circuit 102 Is activated to turn on / off the switching element 104.
Since a large current flows through the switching element 103 used in the PWM control, the element size is increased to reduce the on-resistance, but the gate capacity increases because the element size is large.

負荷に供給する電流(以下、負荷電流と呼ぶ)が大きい場合のスイッチングレギュレータの損失は、スイッチング素子のオン抵抗による損失が大半を占めるが、負荷電流が小さい場合は、スイッチング素子のゲート容量の充放電による損失が大半を占める。
このため、PFM制御時に用いるスイッチング素子104は、素子サイズを小さくして、オン抵抗は大きいがゲート容量が小さくなるようにして、スイッチングレギュレータの効率を向上させていた。
特開2002−300774号公報
When the current supplied to the load (hereinafter referred to as the load current) is large, the loss of the switching regulator is mostly due to the on-resistance of the switching element, but when the load current is small, the gate capacity of the switching element is charged. Most of the loss is due to discharge.
For this reason, the switching element 104 used at the time of PFM control has a reduced element size, a large on-resistance but a small gate capacitance, thereby improving the efficiency of the switching regulator.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-300774

しかし、スイッチングレギュレータの出力電圧を変更可能にして、電圧設定信号に応じて出力電圧を低い電圧から高い電圧に変更する場合は、図5に示すように出力電圧にオーバーシュート電圧が発生するという問題があった。該オーバーシュート電圧は、出力電圧を変更すると同時に、スイッチング素子をオン抵抗の大きいものから小さいものに変更した場合は更に大きくなるという問題があった。   However, when the output voltage of the switching regulator can be changed and the output voltage is changed from a low voltage to a high voltage according to the voltage setting signal, an overshoot voltage is generated in the output voltage as shown in FIG. was there. There is a problem that the overshoot voltage is further increased when the output voltage is changed and at the same time the switching element is changed from a large on-resistance to a small one.

また、負荷電流が小さい軽負荷ドライブモードとは、スイッチングレギュレータ100を動作用電源として使用するCPU等の負荷回路が動作を停止している状態、いわゆるスリープモード又はスタンバイ状態になっている場合が多い。このような軽負荷ドライブモードでは、負荷回路の動作電圧も通常ドライブモードの動作電圧よりも小さい電圧でよい場合が多く、スイッチングレギュレータの出力電圧を下げて、負荷電流を更に小さくするようにすることが一般的であった。
しかし、このような軽負荷ドライブモードから、通常ドライブモードに移行する場合、スイッチングレギュレータの制御モードをPFM制御からPWM制御に切り換えると同時に、出力電圧を低い電圧から高い電圧に変更すると、前記したように出力電圧に大きなオーバーシュートが発生し、CPUやその他の回路に不具合が発生する恐れがあった。
The light load drive mode with a small load current is often in a state in which a load circuit such as a CPU that uses the switching regulator 100 as an operation power supply has stopped operating, a so-called sleep mode or standby state. . In such a light load drive mode, the operating voltage of the load circuit may be a voltage smaller than the operating voltage of the normal drive mode in many cases, and the output current of the switching regulator is lowered to further reduce the load current. Was common.
However, when shifting from the light load drive mode to the normal drive mode, the switching regulator control mode is switched from PFM control to PWM control, and at the same time the output voltage is changed from a low voltage to a high voltage, as described above. In this case, a large overshoot occurs in the output voltage, which may cause a problem in the CPU and other circuits.

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、軽負荷ドライブモードから通常ドライブモードに移行する際に、出力電圧を上げてもオーバーシュートの発生しないスイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a switching regulator and a switching regulator in which overshoot does not occur even when the output voltage is increased when shifting from the light load drive mode to the normal drive mode. The output voltage switching method is intended to be obtained.

この発明に係るスイッチングレギュレータは、入力端子に入力された入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極のオン抵抗は大きいが容量が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う制御切換回路部と、
を備え、
前記制御切換回路部は、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧Vo1になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧Vo1よりも大きい第2電圧Vo2になる第2動作モードに移行する際、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に前記PFM制御から前記PWM制御に切り換えるものである。
In the switching regulator according to the present invention, the input voltage input to the input terminal is converted into a predetermined constant voltage and output from the output terminal to the load.
A first switching element that performs switching according to a control signal input to the control electrode and performs output control of the input voltage;
A second switching element that controls the output of the input voltage by switching according to a control signal input to the control electrode, the on-resistance of the control electrode being larger than that of the first switching element but having a small capacitance;
A control switching circuit unit that performs PWM control on each of the first and second switching elements or performs PFM control only on the second switching element according to an operation mode;
With
The control switching circuit unit performs the PWM control from the first operation mode in which the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is a predetermined first voltage Vo1, and the output voltage from the output terminal is the first. When shifting to the second operation mode in which the second voltage Vo2 is larger than the first voltage Vo1, the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is increased from the first voltage Vo1 to the second voltage Vo2, and the output The PFM control is switched to the PWM control after the elapse of a predetermined time T1 from the start of the voltage increase.

また、所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御切換回路部は、所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続するようにした。   In addition, a dummy load that is a pseudo load through which a predetermined current flows is provided, and the control switching circuit unit connects the dummy load to the output terminal for a predetermined time T2 after the predetermined time T1 has elapsed. .

具体的には、前記制御切換回路部は、
前記第1のスイッチング素子に対してPWM制御を行うPWM制御回路部と、
前記第2のスイッチング素子に対してPFM制御を行うPFM制御回路部と、
前記PWM制御回路部及び該PFM制御回路部からの各制御信号に対して前記第2のスイッチング素子の制御電極への出力制御を行う切換回路部と、
前記PWM制御回路部、PFM制御回路部及び切換回路部の動作制御をそれぞれ行う制御回路部と、
を備え、
制御回路部は、第1動作モード時には、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させ、第2動作モード時には、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させ、第1動作モードから第2動作モードに移行する際、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させた状態で出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させるようにした。
Specifically, the control switching circuit unit is
A PWM control circuit unit for performing PWM control on the first switching element;
A PFM control circuit unit for performing PFM control on the second switching element;
A switching circuit unit that performs output control to the control electrode of the second switching element for each control signal from the PWM control circuit unit and the PFM control circuit unit;
A control circuit unit for controlling operation of the PWM control circuit unit, the PFM control circuit unit, and the switching circuit unit,
With
In the first operation mode, the control circuit unit stops the operation of the PWM control circuit unit and causes the switching circuit unit to exclusively output a control signal from the PFM control circuit unit to the second switching element. In the operation mode, the PWM control circuit unit is operated, and the control signal from the PWM control circuit unit is exclusively output to the second switching element to the switching circuit unit, and the first operation mode is shifted to the second operation mode. In this case, the operation of the PWM control circuit unit is stopped and the output voltage is changed from the first voltage Vo1 in a state where the control signal from the PFM control circuit unit is exclusively output to the second switching element to the switching circuit unit. After a predetermined time T1 has elapsed since the output voltage was raised to the second voltage Vo2 and the output voltage started to rise, the PWM control circuit unit is activated and the switching circuit unit is PWMed And so as to output to the exclusive second switching element control signal from the control circuit unit.

また、所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御回路部は、所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続するようにした。   In addition, a dummy load that is a pseudo load through which a predetermined current flows is provided, and the control circuit unit connects the dummy load to the output terminal for a predetermined time T2 after the predetermined time T1 has elapsed.

前記第1動作モードは、第2動作モードよりも前記負荷に流れる電流が小さい動作モードであるようにしてもよい。   The first operation mode may be an operation mode in which a current flowing through the load is smaller than that in the second operation mode.

前記制御切換回路部は、第1電圧Vo1と第2電圧Vo2との電圧差が大きいほど前記所定時間T1を長くするようにしてもよい。   The control switching circuit unit may increase the predetermined time T1 as the voltage difference between the first voltage Vo1 and the second voltage Vo2 increases.

前記第1及び第2の各スイッチング素子、PFM制御回路部、PWM制御回路部、切換回路部及びダミー負荷は、1つのICに集積されるようにした。   Each of the first and second switching elements, the PFM control circuit unit, the PWM control circuit unit, the switching circuit unit, and the dummy load is integrated in one IC.

また、この発明に係るスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法は、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極のオン抵抗は大きいが容量が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
を備え、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う、入力端子に入力された入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力するスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法において、
前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧Vo1になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧Vo1よりも大きい第2電圧Vo2になる第2動作モードに移行する際、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に前記PFM制御から前記PWM制御に切り換えるようにした。
Further, the output voltage switching method of the switching regulator according to the present invention includes a first switching element that performs switching according to a control signal input to the control electrode and performs output control of the input voltage,
A second switching element that controls the output of the input voltage by switching according to a control signal input to the control electrode, the on-resistance of the control electrode being larger than that of the first switching element but having a small capacitance;
With
Depending on the operation mode, PWM control is performed for each of the first and second switching elements, or only PFM control is performed for only the second switching element. In the switching regulator output voltage switching method for converting to a predetermined constant voltage and outputting from the output terminal to the load,
From the first operation mode in which the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is a predetermined first voltage Vo1, the PWM control is performed and the output voltage from the output terminal is greater than the first voltage Vo1. When shifting to the second operation mode in which the voltage 2 is Vo2, the PFM control is performed, the output voltage from the output terminal is increased from the first voltage Vo1 to the second voltage Vo2, and the increase in the output voltage is started. After a predetermined time T1 has elapsed, the PFM control is switched to the PWM control.

また、所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続するようにした。   A dummy load, which is a pseudo load through which a predetermined current flows, is provided, and the dummy load is connected to the output terminal for a predetermined time T2 after the predetermined time T1 has elapsed.

本発明のスイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法によれば、PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧Vo1になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧Vo1よりも大きい第2電圧Vo2になる第2動作モードに移行する際、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後、すなわち出力電圧が第2電圧に到達してから前記PFM制御から前記PWM制御に切り換えるようにした。このことから、出力電圧のオーバーシュートの発生を防止することができる。   According to the switching regulator and the switching regulator output voltage switching method of the present invention, the PWM control is performed from the first operation mode in which the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is the predetermined first voltage Vo1. When shifting to the second operation mode in which the output voltage from the output terminal becomes the second voltage Vo2 that is larger than the first voltage Vo1, the PFM control is performed, and the output voltage from the output terminal is changed from the first voltage Vo1 to the first voltage Vo1. The voltage is increased to 2 voltage Vo2, and after the predetermined time T1 has elapsed since the output voltage started to increase, that is, after the output voltage reaches the second voltage, the PFM control is switched to the PWM control. Thus, the occurrence of output voltage overshoot can be prevented.

また、前記所定時間T1経過後、すなわちPFM制御からPWM制御に切り換えた直後から所定時間T2の間、出力端子にダミー負荷を接続するようにしたことから、PWM制御に切り換えた後、負荷に流れる電流が直ちに増えないような場合においても、PWM制御を安定して行うことができる。   In addition, since the dummy load is connected to the output terminal after the predetermined time T1 has elapsed, that is, immediately after switching from PFM control to PWM control for a predetermined time T2, the load flows after switching to PWM control. Even when the current does not increase immediately, the PWM control can be performed stably.

更に、PWM制御とPFM制御にそれぞれ適したスイッチング素子を採用したことから、PWM制御とPFM制御の各制御においてそれぞれ効率の向上を図ることができる。   Furthermore, since switching elements suitable for PWM control and PFM control are employed, efficiency can be improved in each control of PWM control and PFM control.

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。
図1において、スイッチングレギュレータ1は、直流電源BATから入力端子であるVdd端子に入力された入力電圧Vddから所定の定電圧を生成して出力電圧Voとして出力端子OUTから負荷20に出力する。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a switching regulator in the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a switching regulator 1 generates a predetermined constant voltage from an input voltage Vdd input from a DC power source BAT to a Vdd terminal that is an input terminal, and outputs it as an output voltage Vo from an output terminal OUT to a load 20.

スイッチングレギュレータ1は、入力電圧Vddの出力制御を行うためのスイッチング動作を行うPMOSトランジスタからなる第1のスイッチング素子M1と、NMOSトランジスタからなる同期整流用のスイッチング素子M2と、平滑回路を構成するインダクタL1及びコンデンサC1と、出力電圧Voを分圧して分圧電圧VFBを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗R1,R2とを備えている。   The switching regulator 1 includes a first switching element M1 composed of a PMOS transistor that performs a switching operation for performing output control of the input voltage Vdd, a switching element M2 for synchronous rectification composed of an NMOS transistor, and an inductor that constitutes a smoothing circuit. L1 and a capacitor C1, and output voltage detection resistors R1 and R2 that divide the output voltage Vo to generate and output a divided voltage VFB.

また、スイッチングレギュレータ1は、入力された電圧設定信号VSに応じた電圧の基準電圧Vrefを生成して出力する基準電圧発生回路2と、前記分圧電圧VFBと該基準電圧Vrefとの電圧比較を行い、該比較結果に応じた電圧の出力信号Errを出力する誤差増幅回路3と、該誤差増幅回路3の出力信号Errに応じて第1のスイッチング素子M1及び同期整流用のスイッチング素子M2に対してPWM制御を行って第1のスイッチング素子M1及び同期整流用のスイッチング素子M2のスイッチング制御を行うPWM制御回路4とを備えている。   Further, the switching regulator 1 generates a reference voltage Vref having a voltage corresponding to the input voltage setting signal VS and outputs the reference voltage Vref, and compares the divided voltage VFB with the reference voltage Vref. The error amplifying circuit 3 that outputs an output signal Err having a voltage according to the comparison result, and the first switching element M1 and the switching element M2 for synchronous rectification according to the output signal Err of the error amplifying circuit 3 And a PWM control circuit 4 for performing switching control of the first switching element M1 and the switching element M2 for synchronous rectification by performing PWM control.

更に、スイッチングレギュレータ1は、Vdd端子に入力された入力電圧Vddの出力制御を行う、第1のスイッチング素子M1よりもトランジスタサイズが小さいPMOSトランジスタからなる第2のスイッチング素子M3と、前記誤差増幅回路3の出力信号Errに応じて該第2のスイッチング素子M3に対してPFM制御を行うPFM制御回路5と、所定の周波数の三角波信号TWを生成してPWM制御回路4及びPFM制御回路5にそれぞれ出力する発振回路OSCとを備えている。第2のスイッチング素子M3は、第1のスイッチング素子M1よりもオン抵抗が大きく、第1のスイッチング素子M1よりもゲート容量が小さい。   Further, the switching regulator 1 controls the output of the input voltage Vdd inputted to the Vdd terminal, the second switching element M3 made of a PMOS transistor having a transistor size smaller than that of the first switching element M1, and the error amplification circuit. 3 generates a triangular wave signal TW having a predetermined frequency by performing PFM control on the second switching element M3 in response to the output signal Err of 3, and outputs the triangular wave signal TW to the PWM control circuit 4 and the PFM control circuit 5, respectively. And an oscillation circuit OSC for output. The second switching element M3 has a higher on-resistance than the first switching element M1, and a gate capacitance smaller than that of the first switching element M1.

また、スイッチングレギュレータ1は、動作モードの切り換えを指示する切換信号FWSに応じて、前記PWM制御回路4から第1のスイッチング素子M1のゲートに出力される信号PDとPFM制御回路4から出力された信号Spfのいずれか一方を第2のスイッチング素子M3のゲートに出力する第1のスイッチSW1を備えている。また、スイッチングレギュレータ1は、インダクタL1へ流れる電流を検出し、該検出した電流が所定値を超えて過電流となっているか否かを検出し、過電流であることを検出するとPWM制御回路4に対して第1のスイッチング素子M1及び同期整流用のスイッチング素子M2をそれぞれオフさせる過電流保護回路6を備えている。   Further, the switching regulator 1 outputs the signal PD output from the PWM control circuit 4 to the gate of the first switching element M1 and the PFM control circuit 4 in response to the switching signal FWS instructing switching of the operation mode. A first switch SW1 that outputs one of the signals Spf to the gate of the second switching element M3 is provided. Further, the switching regulator 1 detects the current flowing through the inductor L1, detects whether the detected current exceeds a predetermined value and becomes an overcurrent, and detects the overcurrent, the PWM control circuit 4 On the other hand, an overcurrent protection circuit 6 for turning off the first switching element M1 and the switching element M2 for synchronous rectification is provided.

更に、スイッチングレギュレータ1は、所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷7と、該ダミー負荷7の出力端子OUTへの接続制御を行う第2のスイッチSW2と、所定のシーケンスに従って電圧設定信号VS及び切換信号FWS,DLSをそれぞれ生成して出力する制御回路10とを備えている。なお、基準電圧発生回路2、誤差増幅回路3、PWM制御回路4、PFM制御回路5、発振回路OSC、抵抗R1,R2、第1及び第2の各スイッチSW1,SW2並びに制御回路10は制御切換回路部をなす。また、基準電圧発生回路2、誤差増幅回路3、PWM制御回路4、発振回路OSC及び抵抗R1,R2はPWM制御回路部を、基準電圧発生回路2、誤差増幅回路3、PFM制御回路5、発振回路OSC及び抵抗R1,R2はPFM制御回路部を、第1のスイッチSW1は切換回路部を、制御回路10及び第2のスイッチSW2が制御回路部をそれぞれなす。   Further, the switching regulator 1 includes a dummy load 7 that is a pseudo load through which a predetermined current flows, a second switch SW2 that controls connection to the output terminal OUT of the dummy load 7, and a voltage setting according to a predetermined sequence. And a control circuit 10 for generating and outputting the signal VS and the switching signals FWS and DLS, respectively. The reference voltage generation circuit 2, the error amplification circuit 3, the PWM control circuit 4, the PFM control circuit 5, the oscillation circuit OSC, the resistors R1 and R2, the first and second switches SW1 and SW2, and the control circuit 10 are controlled. Make the circuit part. Further, the reference voltage generation circuit 2, the error amplification circuit 3, the PWM control circuit 4, the oscillation circuit OSC, and the resistors R1 and R2 are replaced with the PWM control circuit unit, the reference voltage generation circuit 2, the error amplification circuit 3, the PFM control circuit 5, and the oscillation. The circuit OSC and the resistors R1 and R2 form a PFM control circuit unit, the first switch SW1 forms a switching circuit unit, and the control circuit 10 and the second switch SW2 form a control circuit unit.

一方、PWM制御回路4は、誤差増幅回路3の出力信号Errと発振回路OSCからの三角波信号TWからPWM制御を行うためのパルス信号Spwを生成して出力するPWM回路11と、該PWM回路11からのパルス信号Spwに応じて、第1のスイッチング素子M1のスイッチング制御を行うための制御信号PDと同期整流用のスイッチング素子M2のスイッチング制御を行うための制御信号NDをそれぞれ生成して駆動するドライブ回路12とを備えている。
なお、スイッチングレギュレータ1において、インダクタL1、コンデンサC1及び制御回路10を除く各部は、1つのICに集積されており、該ICは、Vdd、LX、ECO、FB及びGNDの各端子を備え、Vdd端子はスイッチングレギュレータ1の入力端子をなし、GND端子は接地電圧に接続されている。
On the other hand, the PWM control circuit 4 generates and outputs a pulse signal Spw for performing PWM control from the output signal Err of the error amplifier circuit 3 and the triangular wave signal TW from the oscillation circuit OSC, and the PWM circuit 11. The control signal PD for performing switching control of the first switching element M1 and the control signal ND for performing switching control of the synchronous rectification switching element M2 are respectively generated and driven in accordance with the pulse signal Spw from And a drive circuit 12.
In the switching regulator 1, each part except the inductor L1, the capacitor C1, and the control circuit 10 is integrated in one IC, and the IC includes terminals Vdd, LX, ECO, FB, and GND, and Vdd. The terminal is an input terminal of the switching regulator 1, and the GND terminal is connected to the ground voltage.

Vdd端子とGND端子との間には直流電源BATが接続され、該直流電源BATから入力電圧VddがVdd端子に入力されている。出力端子OUTと接地電圧との間には負荷20が接続されている。Vdd端子とLX端子との間には、第1のスイッチング素子M1と第2のスイッチング素子M3が並列に接続されており、LX端子と接地電圧との間に同期整流用のスイッチング素子M2が接続されている。また、LX端子と出力端子OUTとの間にはインダクタL1が接続され、出力端子OUTと接地電圧との間にはコンデンサC1が接続されている。インダクタL1とコンデンサC1の接続部、すなわち出力端子OUTは、FB端子に接続され、FB端子と接地電圧との間に抵抗R1と抵抗R2の直列回路が接続されている。   A DC power supply BAT is connected between the Vdd terminal and the GND terminal, and an input voltage Vdd is input from the DC power supply BAT to the Vdd terminal. A load 20 is connected between the output terminal OUT and the ground voltage. The first switching element M1 and the second switching element M3 are connected in parallel between the Vdd terminal and the LX terminal, and the synchronous rectification switching element M2 is connected between the LX terminal and the ground voltage. Has been. An inductor L1 is connected between the LX terminal and the output terminal OUT, and a capacitor C1 is connected between the output terminal OUT and the ground voltage. The connecting portion of the inductor L1 and the capacitor C1, that is, the output terminal OUT is connected to the FB terminal, and a series circuit of the resistor R1 and the resistor R2 is connected between the FB terminal and the ground voltage.

抵抗R1と抵抗R2との接続部は、誤差増幅回路3の反転入力端に接続され、誤差増幅回路3の非反転入力端には基準電圧Vrefが入力されている。誤差増幅回路3の出力信号Errは、PFM制御回路5とPWM回路11をなすコンパレータの反転入力端にそれぞれ出力され、発振回路OSCからの三角波信号TWは、PFM制御回路5とPWM回路11をなすコンパレータの非反転入力端にそれぞれ出力される。PWM回路11からのパルス信号Spwはドライブ回路12に出力され、PFM制御回路5から出力されたパルス信号Spfは、第1のスイッチSW1のPFM端子に出力される。   A connection portion between the resistor R1 and the resistor R2 is connected to an inverting input terminal of the error amplifier circuit 3, and a reference voltage Vref is input to a non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 3. The output signal Err of the error amplifier circuit 3 is output to the inverting input terminal of the comparator that forms the PFM control circuit 5 and the PWM circuit 11, and the triangular wave signal TW from the oscillation circuit OSC forms the PFM control circuit 5 and the PWM circuit 11. It is output to the non-inverting input terminal of the comparator. The pulse signal Spw from the PWM circuit 11 is output to the drive circuit 12, and the pulse signal Spf output from the PFM control circuit 5 is output to the PFM terminal of the first switch SW1.

ドライブ回路12は、第1のスイッチング素子M1のスイッチング制御を行うための制御信号PDを第1のスイッチング素子M1のゲート及び第1のスイッチSW1のPWM端子にそれぞれ出力し、同期整流用のスイッチング素子M2のスイッチング制御を行うための制御信号NDを同期整流用のスイッチング素子M2のゲートに出力する。第1のスイッチSW1のCOM端子は第2のスイッチング素子M3のゲートに接続され、過電流保護回路6はLX端子に流れる電流をモニタし、該モニタした結果をドライブ回路12に出力する。また、制御回路10からの切換信号FWSが、PFM制御回路5、過電流保護回路6、PWM回路11、ドライブ回路12及び第1のスイッチSW1にそれぞれ入力されている。更に、FB端子と接地電圧との間には、第2のスイッチSW2とダミー負荷7が直列に接続され、第2のスイッチSW2には制御回路10からの切換信号DLSが入力されている。第2のスイッチSW2は、切換信号DLSに応じてスイッチングを行う。   The drive circuit 12 outputs a control signal PD for performing switching control of the first switching element M1 to the gate of the first switching element M1 and the PWM terminal of the first switch SW1, respectively, and the switching element for synchronous rectification A control signal ND for performing switching control of M2 is output to the gate of the switching element M2 for synchronous rectification. The COM terminal of the first switch SW1 is connected to the gate of the second switching element M3, and the overcurrent protection circuit 6 monitors the current flowing through the LX terminal and outputs the monitored result to the drive circuit 12. A switching signal FWS from the control circuit 10 is input to the PFM control circuit 5, the overcurrent protection circuit 6, the PWM circuit 11, the drive circuit 12, and the first switch SW1. Further, the second switch SW2 and the dummy load 7 are connected in series between the FB terminal and the ground voltage, and the switching signal DLS from the control circuit 10 is input to the second switch SW2. The second switch SW2 performs switching according to the switching signal DLS.

このような構成において、切換信号FWSは、通常ドライブモードと通常ドライブモードよりも消費電流を小さくして作動する軽負荷ドライブモードとの切り換えを行う信号である。制御回路10は、負荷20に流れる電流を測定して該電流が所定の電流以下になった場合に、軽負荷ドライブモードに切り換えるように切換信号FWSを出力してもよいし、スイッチングレギュレータ1を内蔵した機器が待機状態に移行する際に切換信号FWSを出力するようにしてもよい。なお、軽負荷ドライブモードは第1動作モードを、通常ドライブモードは第2動作モードをそれぞれなす。   In such a configuration, the switching signal FWS is a signal for switching between the normal drive mode and the light load drive mode that operates with a smaller current consumption than the normal drive mode. The control circuit 10 may output a switching signal FWS so as to switch to the light load drive mode when the current flowing through the load 20 is measured and becomes equal to or less than a predetermined current, or the switching regulator 1 The switching signal FWS may be output when the built-in device shifts to the standby state. The light load drive mode is the first operation mode, and the normal drive mode is the second operation mode.

まず、切換信号FWSが通常ドライブモードを選択している場合について説明する。この場合、PFM制御回路5は、動作を停止すると共にPFM制御回路5で消費する電流をカット、又は最小になるようにする。同時に、PWM回路11、ドライブ回路12及び過電流保護回路6がそれぞれ作動し、スイッチングレギュレータ1は、同期整流方式のスイッチングレギュレータとして作動する。更に、第1のスイッチSW1は、COM端子がPWM端子に接続されるように切り換わり、第2のスイッチング素子M3のゲートにドライブ回路12からの制御信号PDが入力される。   First, the case where the switching signal FWS selects the normal drive mode will be described. In this case, the PFM control circuit 5 stops the operation and cuts or minimizes the current consumed by the PFM control circuit 5. At the same time, the PWM circuit 11, the drive circuit 12, and the overcurrent protection circuit 6 operate, and the switching regulator 1 operates as a synchronous rectification switching regulator. Further, the first switch SW1 is switched so that the COM terminal is connected to the PWM terminal, and the control signal PD from the drive circuit 12 is input to the gate of the second switching element M3.

このことから、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3がそれぞれスイッチング動作を行い、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3がオンしたときに、インダクタL1に電流が供給される。このとき、同期整流用のスイッチング素子M2はオフしている。第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3がそれぞれオフすると、同期整流用のスイッチング素子M2がオンし、インダクタL1に蓄えられていたエネルギーが同期整流用のスイッチング素子M2を通して放出される。このとき発生した電流は、コンデンサC1で平滑されて出力端子OUTから負荷20に出力される。   From this, the first and second switching elements M1 and M3 perform the switching operation, respectively, and when the first and second switching elements M1 and M3 are turned on, current is supplied to the inductor L1. At this time, the synchronous rectification switching element M2 is off. When each of the first and second switching elements M1 and M3 is turned off, the switching element M2 for synchronous rectification is turned on, and the energy stored in the inductor L1 is released through the switching element M2 for synchronous rectification. The current generated at this time is smoothed by the capacitor C1 and output from the output terminal OUT to the load 20.

また、出力端子OUTから出力される出力電圧Voは、出力電圧検出用の抵抗R1とR2で分圧され、該分圧電圧VFBが誤差増幅回路3の反転入力端に入力される。誤差増幅回路3の非反転入力端には基準電圧Vrefが入力されていることから、分圧電圧VFBと基準電圧Vrefの電圧差が誤差増幅回路3で増幅されてPWM回路11の反転入力端に出力される。PWM回路11の非反転入力端には、発振回路OSCからの三角波信号TWが入力され、PWM回路11は、PWM制御されたパルス信号Spwをドライブ回路12に出力する。   The output voltage Vo output from the output terminal OUT is divided by the output voltage detection resistors R1 and R2, and the divided voltage VFB is input to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 3. Since the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the error amplifying circuit 3, the voltage difference between the divided voltage VFB and the reference voltage Vref is amplified by the error amplifying circuit 3 and applied to the inverting input terminal of the PWM circuit 11. Is output. The triangular wave signal TW from the oscillation circuit OSC is input to the non-inverting input terminal of the PWM circuit 11, and the PWM circuit 11 outputs a PWM-controlled pulse signal Spw to the drive circuit 12.

スイッチングレギュレータ1の出力電圧Voが高くなると、誤差増幅回路3の出力信号Errの電圧が低下し、PWM回路11のパルス信号Spwのデューティサイクルは小さくなる。その結果、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3がオンする時間が短くなり、スイッチングレギュレータ1の出力電圧Voが低下するように制御される。スイッチングレギュレータ1の出力電圧Voが小さくなると、前記と逆の動作を行い、結果としてスイッチングレギュレータ1の出力電圧Voが一定になるように制御される。   When the output voltage Vo of the switching regulator 1 increases, the voltage of the output signal Err of the error amplifier circuit 3 decreases, and the duty cycle of the pulse signal Spw of the PWM circuit 11 decreases. As a result, the time during which the first and second switching elements M1 and M3 are turned on is shortened, and the output voltage Vo of the switching regulator 1 is controlled to decrease. When the output voltage Vo of the switching regulator 1 decreases, the operation reverse to the above is performed, and as a result, the output voltage Vo of the switching regulator 1 is controlled to be constant.

過電流保護回路6は、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3がオンしている間の各スイッチング素子M1,M3での電圧降下を所定の電圧と比較し、電圧降下が所定の電圧を超えた場合に所定の信号を出力し、ドライブ回路12の動作を停止させる。ドライブ回路12は動作を停止すると、制御信号PDをハイレベルにすると共に、制御信号NDをローレベルにして、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3並びに同期整流用のスイッチング素子M2をそれぞれオフにする。このため、出力端子OUTからの出力電流の供給が停止する。   The overcurrent protection circuit 6 compares the voltage drop at each of the switching elements M1 and M3 while the first and second switching elements M1 and M3 are on with a predetermined voltage, and the voltage drop is a predetermined voltage. Is exceeded, a predetermined signal is output, and the operation of the drive circuit 12 is stopped. When the drive circuit 12 stops operating, the control signal PD is set to the high level and the control signal ND is set to the low level so that the first and second switching elements M1 and M3 and the switching element M2 for synchronous rectification are respectively set. Turn off. For this reason, supply of the output current from the output terminal OUT is stopped.

次に、切換信号FWSが軽負荷ドライブモードを選択している場合について説明する。この場合、PFM制御回路5が作動し、PWM回路11、ドライブ回路12及び過電流保護回路6がそれぞれ動作を停止すると共に、それぞれの消費電流をカット、又は最小になるようにする。また、第1のスイッチSW1は、COM端子がPFM端子に接続されるように切り換わり、第2のスイッチング素子M3のゲートには、PFM制御回路5からのPFM制御されたパルス信号Spfが入力される。第2のスイッチング素子M3は、PFM制御回路5からのパルス信号Spfに応じてスイッチング動作を行う。このとき、ドライブ回路12は動作を停止していることから、同期整流用のスイッチング素子M2はオフしたままである。このため、インダクタL1に蓄えられたエネルギーは、同期整流用のスイッチング素子M2のソース‐ドレイン間に寄生しているダイオードD1を介して放出される。   Next, the case where the switching signal FWS selects the light load drive mode will be described. In this case, the PFM control circuit 5 operates, and the PWM circuit 11, the drive circuit 12, and the overcurrent protection circuit 6 stop their operations and cut or minimize the current consumption. The first switch SW1 is switched so that the COM terminal is connected to the PFM terminal, and the PFM-controlled pulse signal Spf from the PFM control circuit 5 is input to the gate of the second switching element M3. The The second switching element M3 performs a switching operation according to the pulse signal Spf from the PFM control circuit 5. At this time, since the drive circuit 12 stops operating, the switching element M2 for synchronous rectification remains off. For this reason, the energy stored in the inductor L1 is released through the diode D1 parasitic between the source and the drain of the synchronous rectification switching element M2.

ここで、軽負荷ドライブモードから通常ドライブモードに移行する際の動作について、図2のタイミングチャートと図3のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図2のS1〜S7は、図3のステップS1〜S7に対応している。
まずステップS1では、軽負荷ドライブモードであることから、制御回路10は、基準電圧発生回路2に対して、出力電圧Voが定電圧Vo1になるように電圧設定信号VSで基準電圧Vrefの電圧値を設定している。更に、制御回路10は、切換信号FWSでスイッチングレギュレータ1がPFM制御を行うようにしており、切換信号DLSで、第2のスイッチSW2をオフさせて遮断状態にしている。
Here, the operation when shifting from the light load drive mode to the normal drive mode will be described with reference to the timing chart of FIG. 2 and the flowchart of FIG. Note that S1 to S7 in FIG. 2 correspond to steps S1 to S7 in FIG.
First, in step S1, since the light load drive mode is set, the control circuit 10 supplies the reference voltage generation circuit 2 with the voltage value of the reference voltage Vref with the voltage setting signal VS so that the output voltage Vo becomes the constant voltage Vo1. Is set. Further, the control circuit 10 is configured so that the switching regulator 1 performs PFM control by the switching signal FWS, and the second switch SW2 is turned off by the switching signal DLS.

次に、ステップS2で、制御回路10は、軽負荷ドライブモードを解除するのに先立って、基準電圧発生回路2に対して、出力電圧Voが定電圧Vo1から定電圧Vo2に上昇するように電圧設定信号VSで基準電圧Vrefの電圧値を設定する。このため、図2で示すように、出力電圧Voは、定電圧Vo1から定電圧Vo2に上昇し始める。次に、ステップS3で、制御回路10は、出力電圧Voが確実に定電圧Vo2に上昇するまでの時間である所定時間T1の間待機する。該所定時間T1は固定値でもよいが、定電圧Vo1と定電圧Vo2との差電圧に応じて変えるようにしてもよい。   Next, in step S2, the control circuit 10 sets the voltage so that the output voltage Vo rises from the constant voltage Vo1 to the constant voltage Vo2 with respect to the reference voltage generation circuit 2 prior to releasing the light load drive mode. The voltage value of the reference voltage Vref is set by the setting signal VS. For this reason, as shown in FIG. 2, the output voltage Vo starts to rise from the constant voltage Vo1 to the constant voltage Vo2. Next, in step S3, the control circuit 10 stands by for a predetermined time T1, which is a time until the output voltage Vo reliably rises to the constant voltage Vo2. The predetermined time T1 may be a fixed value, but may be changed according to a difference voltage between the constant voltage Vo1 and the constant voltage Vo2.

所定時間T1が経過すると、制御回路10は、ステップS4で、スイッチングレギュレータ1がPFM制御からPWM制御に切り換わるように切換信号FWSを出力して、スイッチングレギュレータ1の動作モードをPWM制御に変更する。同時に、制御回路10は、第2のスイッチSW2をオンさせて導通状態になるように切換信号DLSを出力する。このため、第2のスイッチSW2はオンし、出力端子OUTと接地電圧との間にダミー負荷7が接続される。   When the predetermined time T1 elapses, the control circuit 10 outputs a switching signal FWS so that the switching regulator 1 switches from PFM control to PWM control in step S4, and changes the operation mode of the switching regulator 1 to PWM control. . At the same time, the control circuit 10 outputs the switching signal DLS so that the second switch SW2 is turned on and becomes conductive. For this reason, the second switch SW2 is turned on, and the dummy load 7 is connected between the output terminal OUT and the ground voltage.

ここで、ダミー負荷を接続する理由について説明する。
スイッチングレギュレータ1をPFM制御からPWM制御に切り換えた時は、負荷20がまだ通常ドライブモードの動作になっておらず、負荷20を流れる電流は軽負荷ドライブモードと変わらないため非常に小さい。また、同じ基準電圧Vrefであっても、PFM制御の場合とPWM制御の場合では出力電圧Voの電圧がわずかに変化する。仮に、PFM制御のときの出力電圧値がPWM制御時の出力電圧値よりも少しでも大きいと、PWM制御に切り換わった直後は、第1及び第2の各スイッチング素子M1,M3は共にオフする。
Here, the reason for connecting the dummy load will be described.
When the switching regulator 1 is switched from PFM control to PWM control, the load 20 is not yet in the normal drive mode, and the current flowing through the load 20 is very small because it does not change from the light load drive mode. Even with the same reference voltage Vref, the output voltage Vo slightly changes between PFM control and PWM control. If the output voltage value in the PFM control is slightly larger than the output voltage value in the PWM control, both the first and second switching elements M1 and M3 are turned off immediately after switching to the PWM control. .

更に、前記のように負荷20を流れる電流が極めて小さいため、出力電圧Voはなかなか低下しない。このため、PWM回路11はバースト発振等の異常動作を行い、出力電圧Voの電圧値が不安定になる。このような動作になるのを避けるために、制御回路10は、PWM制御に移行した直後はダミー負荷7を出力端子OUTに接続して、PFM制御の時の出力電圧VoがPWM制御の時の出力電圧Voよりもわずかに大きい場合においても、PWM回路11が正常に動作する電圧値Vo2まで出力電圧Voが直ちに下がるようにしている。   Furthermore, since the current flowing through the load 20 is extremely small as described above, the output voltage Vo does not easily decrease. For this reason, the PWM circuit 11 performs an abnormal operation such as burst oscillation, and the voltage value of the output voltage Vo becomes unstable. In order to avoid such an operation, the control circuit 10 connects the dummy load 7 to the output terminal OUT immediately after shifting to the PWM control, and the output voltage Vo at the PFM control is the same as that at the PWM control. Even when the output voltage Vo is slightly higher than the output voltage Vo, the output voltage Vo immediately decreases to the voltage value Vo2 at which the PWM circuit 11 operates normally.

次に、制御回路10は、ステップS5で、PWM制御が正常に行われるまでの時間より長い所定時間T2だけ第2のスイッチSW2をオンさせて、出力端子OUTにダミー負荷7を接続した状態にする。所定時間T2が経過すると、制御回路10は、ステップS6で、第2のスイッチSW2がオフして遮断状態になるように切換信号DLSを出力し、ダミー負荷7の出力端子OUTへの接続を遮断させる。このようにして、制御回路10は、軽負荷ドライブモードから通常ドライブモードに移行する工程を終了し、ステップS7で示すように、スイッチングレギュレータ1は、PWM制御を行って出力電圧Voは定電圧Vo2に切り換わる。   Next, in step S5, the control circuit 10 turns on the second switch SW2 for a predetermined time T2 longer than the time until the PWM control is normally performed, so that the dummy load 7 is connected to the output terminal OUT. To do. When the predetermined time T2 elapses, the control circuit 10 outputs a switching signal DLS so that the second switch SW2 is turned off and enters a cut-off state in step S6, and cuts off the connection of the dummy load 7 to the output terminal OUT. Let In this way, the control circuit 10 ends the process of shifting from the light load drive mode to the normal drive mode. As shown in step S7, the switching regulator 1 performs PWM control and the output voltage Vo is the constant voltage Vo2. Switch to.

以上のように、本第1の実施の形態のスイッチングレギュレータは、軽負荷ドライブモードから通常ドライブモードに移行する際に、PFM制御の状態のまま、出力電圧Voを所定の電圧Vo2まで上昇させ、出力電圧Voが所定の電圧Vo2に到達してからPWM制御に切り換えるようにしたことから、オーバーシュートのない出力電圧を得ることができる。   As described above, when switching from the light load drive mode to the normal drive mode, the switching regulator of the first embodiment increases the output voltage Vo to the predetermined voltage Vo2 while maintaining the PFM control state. Since switching to PWM control is performed after the output voltage Vo reaches the predetermined voltage Vo2, an output voltage without overshoot can be obtained.

本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the switching regulator in the 1st Embodiment of this invention. 軽負荷ドライブモードから通常ドライブモードに移行する際の動作例を示したタイミングチャートである。5 is a timing chart showing an operation example when shifting from a light load drive mode to a normal drive mode. 図1の制御回路10の動作例を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing an operation example of the control circuit 10 of FIG. 従来のスイッチングレギュレータの例を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the example of the conventional switching regulator. 図4の出力電圧の波形例を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform example of an output voltage in FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 スイッチングレギュレータ
2 基準電圧発生回路
3 誤差増幅回路
4 PWM制御回路
5 PFM制御回路
6 過電流保護回路
7 ダミー負荷
10 制御回路
11 PWM回路
12 ドライブ回路
20 負荷
M1 第1のスイッチング素子
M2 同期整流用のスイッチング素子
M3 第2のスイッチング素子
OSC 発振回路
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ
R1,R2 出力電圧検出用の抵抗
L1 インダクタ
C1 コンデンサ
D1 寄生ダイオード
BAT 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching regulator 2 Reference voltage generation circuit 3 Error amplifier circuit 4 PWM control circuit 5 PFM control circuit 6 Overcurrent protection circuit 7 Dummy load 10 Control circuit 11 PWM circuit 12 Drive circuit 20 Load M1 1st switching element M2 For synchronous rectification Switching element M3 Second switching element OSC Oscillation circuit SW1 First switch SW2 Second switch R1, R2 Output voltage detection resistance L1 Inductor C1 Capacitor D1 Parasitic diode BAT DC power supply

Claims (9)

入力端子に入力された入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極のオン抵抗は大きいが容量が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う制御切換回路部と、
を備え、
前記制御切換回路部は、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧Vo1になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧Vo1よりも大きい第2電圧Vo2になる第2動作モードに移行する際、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に前記PFM制御から前記PWM制御に切り換えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
In the switching regulator that converts the input voltage input to the input terminal to a predetermined constant voltage and outputs it from the output terminal to the load.
A first switching element that performs switching according to a control signal input to the control electrode and performs output control of the input voltage;
A second switching element that controls the output of the input voltage by switching according to a control signal input to the control electrode, the on-resistance of the control electrode being larger than that of the first switching element but having a small capacitance;
A control switching circuit unit that performs PWM control on each of the first and second switching elements or performs PFM control only on the second switching element according to an operation mode;
With
The control switching circuit unit performs the PWM control from the first operation mode in which the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is a predetermined first voltage Vo1, and the output voltage from the output terminal is the first. When shifting to the second operation mode in which the second voltage Vo2 is greater than the first voltage Vo1, the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is increased from the first voltage Vo1 to the second voltage Vo2, and the output A switching regulator, wherein the PFM control is switched to the PWM control after a predetermined time T1 has elapsed since the start of voltage increase.
所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御切換回路部は、所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項1記載のスイッチングレギュレータ。   A dummy load, which is a pseudo load through which a predetermined current flows, is provided, and the control switching circuit unit connects the dummy load to the output terminal for a predetermined time T2 after a predetermined time T1 has elapsed. The switching regulator according to claim 1. 前記制御切換回路部は、
前記第1のスイッチング素子に対してPWM制御を行うPWM制御回路部と、
前記第2のスイッチング素子に対してPFM制御を行うPFM制御回路部と、
前記PWM制御回路部及び該PFM制御回路部からの各制御信号に対して前記第2のスイッチング素子の制御電極への出力制御を行う切換回路部と、
前記PWM制御回路部、PFM制御回路部及び切換回路部の動作制御をそれぞれ行う制御回路部と、
を備え、
制御回路部は、第1動作モード時には、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させ、第2動作モード時には、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させ、第1動作モードから第2動作モードに移行する際、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させた状態で出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子に出力させることを特徴とする請求項1記載のスイッチングレギュレータ。
The control switching circuit unit is
A PWM control circuit unit for performing PWM control on the first switching element;
A PFM control circuit unit for performing PFM control on the second switching element;
A switching circuit unit that performs output control to the control electrode of the second switching element for each control signal from the PWM control circuit unit and the PFM control circuit unit;
A control circuit unit for controlling operation of the PWM control circuit unit, the PFM control circuit unit, and the switching circuit unit,
With
In the first operation mode, the control circuit unit stops the operation of the PWM control circuit unit and causes the switching circuit unit to exclusively output a control signal from the PFM control circuit unit to the second switching element. In the operation mode, the PWM control circuit unit is operated, and the control signal from the PWM control circuit unit is exclusively output to the second switching element to the switching circuit unit, and the first operation mode is shifted to the second operation mode. In this case, the operation of the PWM control circuit unit is stopped and the output voltage is changed from the first voltage Vo1 in a state where the control signal from the PFM control circuit unit is exclusively output to the second switching element to the switching circuit unit. After a predetermined time T1 has elapsed since the output voltage was raised to the second voltage Vo2 and the output voltage started to rise, the PWM control circuit unit is activated and the switching circuit unit is PWMed The switching regulator of claim 1, wherein the outputting the control signal from the control circuit unit to exclusively second switching element.
所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御回路部は、所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項3記載のスイッチングレギュレータ。   A dummy load, which is a pseudo load through which a predetermined current flows, is provided, and the control circuit unit connects the dummy load to the output terminal for a predetermined time T2 after a predetermined time T1 has elapsed. Item 4. A switching regulator according to Item 3. 前記第1動作モードは、第2動作モードよりも前記負荷に流れる電流が小さい動作モードであることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のスイッチングレギュレータ。   5. The switching regulator according to claim 1, wherein the first operation mode is an operation mode in which a current flowing through the load is smaller than that in the second operation mode. 前記制御切換回路部は、第1電圧Vo1と第2電圧Vo2との電圧差が大きいほど前記所定時間T1を長くすることを特徴とする請求1、2、3、4又は5記載のスイッチングレギュレータ。   6. The switching regulator according to claim 1, wherein the control switching circuit section lengthens the predetermined time T <b> 1 as the voltage difference between the first voltage Vo <b> 1 and the second voltage Vo <b> 2 increases. 前記第1及び第2の各スイッチング素子、PFM制御回路部、PWM制御回路部、切換回路部及びダミー負荷は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項4記載のスイッチングレギュレータ。   5. The switching regulator according to claim 4, wherein the first and second switching elements, the PFM control circuit unit, the PWM control circuit unit, the switching circuit unit, and the dummy load are integrated in one IC. 制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極のオン抵抗は大きいが容量が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
を備え、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う、入力端子に入力された入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力するスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法において、
前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧Vo1になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧Vo1よりも大きい第2電圧Vo2になる第2動作モードに移行する際、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させ、該出力電圧の上昇を開始させてから所定時間T1経過後に前記PFM制御から前記PWM制御に切り換えることを特徴とするスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
A first switching element that performs switching according to a control signal input to the control electrode and performs output control of the input voltage;
A second switching element that controls the output of the input voltage by switching according to a control signal input to the control electrode, the on-resistance of the control electrode being larger than that of the first switching element but having a small capacitance;
With
Depending on the operation mode, PWM control is performed for each of the first and second switching elements, or only PFM control is performed for only the second switching element. In the switching regulator output voltage switching method for converting to a predetermined constant voltage and outputting from the output terminal to the load,
From the first operation mode in which the PFM control is performed and the output voltage from the output terminal is a predetermined first voltage Vo1, the PWM control is performed and the output voltage from the output terminal is greater than the first voltage Vo1. When shifting to the second operation mode in which the voltage 2 is Vo2, the PFM control is performed, the output voltage from the output terminal is increased from the first voltage Vo1 to the second voltage Vo2, and the increase in the output voltage is started. The switching voltage of the switching regulator is switched from the PFM control to the PWM control after a predetermined time T1 has elapsed.
所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記所定時間T1経過後、所定時間T2の間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項8記載のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
9. The switching according to claim 8, further comprising a dummy load that is a pseudo load through which a predetermined current flows, and the dummy load is connected to the output terminal for a predetermined time T2 after the predetermined time T1 has elapsed. Regulator output voltage switching method.
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