JP2002017081A

JP2002017081A - スイッチングレギュレータ

Info

Publication number: JP2002017081A
Application number: JP2000197722A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Tateishi; 哲夫立石; Yuichi Tsujimoto; 裕一辻本
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】不安定な動作を回避しながら、スイッチング
レギュレータの小型化、低コスト化、低消費電力化を図
る。【解決手段】コンパレータ１２は、コイル電流および
出力電圧Ｖout に従ってスイッチＭ１およびＭ２を制御
するための信号を生成する。フリップフロップ１３は、
コンパレータ１２の出力に従ってスイッチＭ１およびＭ
２を駆動する。パルス生成回路２０は、フリップフロッ
プ１３のＱ出力が変化すると、その後一定期間、スイッ
チＭ１およびＭ２のスイッチングを禁止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、供給される入力電
圧から予め決められた一定の出力電圧を生成するスイッ
チングレギュレータに係わる。

【０００２】

【従来の技術】スイッチングレギュレータ（ここでは、
ＤＣ／ＤＣコンバータ）は、供給される入力電圧から予
め決められた出力電圧を生成する装置であり、様々な電
気機器に搭載されている。特に、近年では、携帯型の電
子機器の普及に伴って、膨大な数のスイッチングレギュ
レータが生産および販売されている。

【０００３】図８は、既知のスイッチングレギュレータ
の一例の回路図である。このスイッチングレギュレータ
は、１組のスイッチＭ１、Ｍ２を交互にＯＮ／ＯＦＦす
ることにより、入力電圧Ｖinから一定の電圧を生成して
出力する。ここで、スイッチＭ１およびＭ２は、出力電
圧Ｖout が一定の値に保持されるように、コイル電流お
よび出力電圧Ｖout に基づいて制御される。なお、コイ
ル電流は、センス抵抗Ｒs の両端の電位（ＲＳ+ 、ＲＳ
- ）により検出される。また、出力電圧Ｖoutは、その
出力電圧Ｖout を抵抗ネットワークを用いて分圧するこ
とによって得られるフィードバック信号Ｖfbにより検出
される。

【０００４】図８において、誤差アンプ１１は、出力電
圧Ｖout を表すフィードバック信号Ｖfbと参照電圧Ｖre
f との誤差を増幅して出力する。ここで、参照電圧Ｖre
f はこのスイッチングレギュレータが保持すべき出力電
圧を指定する値である。そして、この誤差アンプ１１の
出力は、コイル電流の上限値を指定する。以下では、こ
の誤差アンプ１１の出力のことを「制御信号Ｖcnt 」と
呼ぶことにする。尚、制御信号Ｖcnt は、出力電圧Ｖou
t が低下すると大きくなり、出力電圧Ｖout が上昇して
フィードバック信号Ｖfbが参照電圧Ｖref に近づくと小
さくなる。

【０００５】コンパレータ１２は、センス抵抗Ｒs の両
端の電位（ＲＳ+ およびＲＳ- ）に基づいてコイル電流
を検出し、このコイル電流と制御信号Ｖcnt により指定
される上限値とを比較する。そして、コンパレータ１２
は、制御信号Ｖcnt により指定される上限値よりもコイ
ル電流が小さいときは「Ｌ」を出力し、また、コイル電
流がその上限値を越えると「Ｈ」を出力する。なお、こ
の実施例では、コンパレータ１２は、上記動作を実現す
るために、複数の「正入力端子」および「負入力端子」
を備え、各正入力端子に与えられる電位の和と各負入力
端子に与えられる電位の和とを比較する。ここで、コン
パレータ１２の第１の正入力端子には電位ＲＳ+ が与え
られ、第１の負入力端子には電位ＲＳ- が与えらてい
る。また、第２の正入力端子はＧＮＤに接続され、第２
の負入力端子には制御信号Ｖcnt が与えられる。そし
て、コンパレータ１２は、第１および第２の正入力端子
に与えられる電位の和（「ＲＳ+ 」＋「０」）が、第１
および第２の負入力端子に与えられる電位の和（「ＲＳ
- 」＋「Ｖcnt 」）よりも大きくなったときに「Ｈ」を
出力し、そうでないときは「Ｌ」を出力する。

【０００６】フリップフロップ１３は、発振器により生
成される周期波の立上りエッジを検出すると、そのタイ
ミングにおいてＤ端子に与えられている信号を出力す
る。また、フリップフロップ１３は、コンパレータ１２
から「Ｈ」が与えられるとリセットされ、「Ｌ」を出力
する。そして、このフリップフロップ１３の出力はスイ
ッチＭ１に与えられ、その反転信号がスイッチＭ２に与
えられる。

【０００７】上記構成のスイッチングレギュレータにお
いて、スイッチＭ１がＯＮ状態に制御され、スイッチＭ
２がＯＦＦ状態に制御されているものとする。この場
合、コイル電流が増加してゆき、出力コンデンサＣout
が充電されてゆくので、出力電圧Ｖout は上昇してゆ
く。そして、コイル電流が、制御信号Ｖcnt により指定
される上限値を越えると、コンパレータ１２は「Ｈ」を
出力する。

【０００８】コンパレータ１２が「Ｈ」を出力すると、
フリップフロップ１３がリセットされ、スイッチＭ１が
ターンオフされると共にスイッチＭ２はターンオンされ
る。これにより、入力電圧Ｖinの供給が停止されるの
で、コイル電流が減少してゆくと共に、出力電圧Ｖout
も減少してゆく。そして、コイル電流が減少すると、コ
ンパレータ１２の出力は「Ｈ」から「Ｌ」に戻る。

【０００９】この後、発振器により生成される周期波の
次の立上りエッジを検出すると、フリップフロップ１３
は、Ｄ端子に与えられている信号を出力する。このと
き、コンパレータ１２の出力は「Ｌ」になっており、フ
リップフロップ１３のＤ端子には「Ｈ」が与えられてい
る。したがって、フリップフロップ１３は、「Ｈ」を出
力するようになる。この結果、スイッチＭ１がターンオ
ンされると共に、スイッチＭ２はターンオフされる。そ
して、以降、上述の動作が繰り返される。これにより、
出力電圧Ｖout は、参照電圧Ｖref により規定される一
定の電圧に保持される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スイッチＭ
１およびＭ２は、通常、半導体スイッチング素子により
実現される。ここで、半導体スイッチング素子として
は、一般に、(1) サイズが小さいこと、(2) 安価である
こと、(3) オン抵抗が低いこと等が望ましいと考えられ
ている。したがって、これらの条件を考慮すると、スイ
ッチＭ１、Ｍ２としては、ｎ型のスイッチング素子（例
えば、ｎＭＯＳトランジスタ）を使用することが望まし
い。ところが、スイッチＭ１としてｎ型の半導体スイッ
チング素子を使用する場合には、その駆動時に電源電圧
Ｖinよりも高い電圧を必要とする。

【００１１】図９は、ｎ型の半導体スイッチング素子に
入力電圧Ｖinよりも高い電圧を印加する回路を説明する
図である。ここでは、図８に示したスイッチＭ１および
Ｍ２とその周辺の回路を例に採り上げ、スイッチＭ１、
Ｍ２がｎＭＯＳトランジスタであるものとして説明す
る。

【００１２】スイッチＭ１がＯＮ状態（閉状態）のとき
は、そのドレイン・ソース間は実質的に短絡される。従
って、この場合、スイッチＭ１のソースの電位は、Ｖin
にまで上昇しているものと考えられる。一方、スイッチ
Ｍ１をターンオンするためには、ゲート・ソース間に所
定の閾値よりも大きな電圧を印加する必要がある。すな
わち、スイッチＭ１をターンオンするためには、入力電
圧Ｖinよりも高い電圧をが必要となる。

【００１３】図９に示す構成では、入力電圧Ｖinよりも
高い電圧を生成するために、ブースト用コンデンサＣB
が設けられている。このブースト用コンデンサＣB は、
スイッチＭ１がＯＦＦ状態に制御されており、且つスイ
ッチＭ２がＯＮ状態に制御されている期間に充電され
る。そして、そのブースト用コンデンサＣB に充電され
た電荷を利用して入力電圧Ｖinよりも高い電圧が生成さ
れ、その電圧によりスイッチＭ１が駆動される。

【００１４】このように、スイッチＭ１としてｎＭＯＳ
トランジスタを使用するためには、図９に示すようなブ
ースト用コンデンサＣB が必要である。そして、そのブ
ースト用コンデンサＣB を十分に充電するためには、ス
イッチＭ２を一定時間以上ＯＮ状態に制御することによ
りノードＡの電圧を十分に低下させる必要がある。

【００１５】しかし、図８に示した既存のスイッチング
レギュレータにおいては、スイッチＭ１、Ｍ２またはそ
れらを制御するための回路の動作遅延により、スイッチ
Ｍ２を十分にＯＮ状態に制御できない場合がある。この
場合、ブースト用コンデンサＣB が十分に充電されず、
スイッチＭ１をターンオンできなくなってしまう可能性
がある。

【００１６】図１０は、上記問題を説明するための図で
ある。ここでは、時刻Ｔ1 以前は、スイッチＭ１がＯＮ
状態、スイッチＭ２がＯＦＦ状態に制御されているもの
とする。また、フリップフロップ１３は、セット状態で
あるものとする。上記状況の下で、コイル電流が増加
し、時刻Ｔ1 においてコンパレータ１２の出力が「Ｌ」
から「Ｈ」に変化すると、フリップフロップ１３がリセ
ットされ、スイッチＭ１がターンオフされると共に、ス
イッチＭ２がターンオンされる。これによりコイル電流
が減少すると、コンパレータ１２の出力は「Ｌ」に戻
る。

【００１７】この後、時刻Ｔ2 において、発振器により
生成される周期波の立上りエッジを検出すると、フリッ
プフロップ１３は、そのときＤ端子に与えられている信
号を出力する。時刻Ｔ2 においては、コンパレータ１２
の出力は「Ｌ」であり、フリップフロップのＤ端子には
「Ｈ」が与えられているので、フリップフロップ１３は
「Ｈ」を出力する。これにより、スイッチＭ１がターン
オンされると共に、スイッチＭ２がターンオフされる。

【００１８】ところが、コンパレータ１２の出力が変化
するタイミングと、上記周期波の立上りエッジが発生す
るタイミングとは、互いに非同期である。このため、こ
れらのタイミングが互いに近接するようなケースはしば
しば生じる。例えば、時刻Ｔ3 においてコンパレータ１
２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化した直後に、上記周
期波の立上りエッジが検出された場合を考える。この場
合、フリップフロップ１３がリセットされることによ
り、スイッチＭ１をターンオフすると共にスイッチＭ２
をターンオンための信号が生成される。そして、その直
後に上記立上りエッジが検出されると、フリップフロッ
プ１３は、スイッチＭ１をターンオンすると共にスイッ
チＭ２をターンオフための信号を生成する。この時、ス
イッチＭ１、Ｍ２は、動作遅延等により適切にスイッチ
ング出来ない。

【００１９】すなわち、時刻Ｔ3 においては、スイッチ
Ｍ１が適切にターンオフされないだけでなく、スイッチ
Ｍ２が適切にターンオンされない。そして、スイッチＭ
２が適切にターンオンされないと、図９を参照しながら
説明したように、スイッチＭ１を駆動するためのブース
ト用コンデンサＣB が十分に充電されない。そして、そ
の結果、スイッチＭ１を適切に駆動できなくなるおそれ
が生じる。

【００２０】また、逆の場合も同様である。例えば、時
刻Ｔ4 において、上記周期波の立上りエッジを検出する
と、この時のコンパレータ１２の出力は「Ｌ」であり、
フリップフロップ１３のＤ端子には「Ｈ」が与えられて
いるので、フリップフロップ１３は「Ｈ」を出力する。
これにより、スイッチＭ１がターンオンされるととも
に、スイッチＭ２がターンオフされる。そして、この直
後にコンパレータ１２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」へ変化
すると、フリップフロップ１３がリセットされ、スイッ
チＭ１がターンオフされると共に、スイッチＭ２がター
ンオンされる。この場合も、スイッチＭ１、Ｍ２が動作
遅延等により適切にスイッチングできない場合があり、
スイッチングレギュレータとしての所望の動作を行わな
い可能性がある。

【００２１】このように、既存のスイッチングレギュレ
ータにおいては、小型化、低コスト化、低消費電力化を
図ろうとすると、動作が不安定になるおそれがあった。
なお、この問題を解決するための一手法として、所定間
隔毎にスイッチＭ２を一定時間強制的にＯＮ状態にする
方法が提案（例えば、特開平８−３３１８３８号公報参
照）されている。ここで、スイッチＭ２を強制的にＯＮ
状態にする時間は、上述のブースト用コンデンサＣB が
十分に充電される程度の時間である。

【００２２】しかし、この方法では、スイッチＭ２を強
制的にＯＮ状態にする間隔を長くすると、スイッチＭ１
をＯＮ状態するための時間比率を十分に大きくすること
が出来ない。この場合、もし入力電圧Ｖinと保持すべき
出力電圧との差が小さいと、所望の出力電圧が得られな
くなってしまう。一方、上記間隔を短くすると、結局
は、図１０に示した問題が発生することになる。このよ
うに、提案されている方法においても、図１０に示した
問題が十分に解決されているとは言えない。

【００２３】本発明の課題は、不安定な動作を回避しな
がら、スイッチングレギュレータの小型化、低コスト
化、低消費電力化を図ることである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチングレ
ギュレータは、スイッチおよびそのスイッチに接続され
るコイルを有し、上記スイッチを制御することにより入
力電圧から所定の出力電圧を生成する構成を前提とす
る。そして、コイル電流および出力電圧の少なくとも一
方に基づいて上記スイッチを制御するための制御信号を
生成する生成手段と、上記生成手段により生成された制
御信号に従って上記スイッチを駆動する駆動手段と、上
記スイッチがスイッチングされたときから一定期間上記
生成手段により生成される制御信号を阻止する阻止手段
とを備える。

【００２５】上記構成のスイッチングレギュレータにお
いては、上記スイッチを制御するための制御信号が短時
間に複数生成された場合には、最初の制御信号によりス
イッチが駆動されると、後続のスイッチ信号は阻止手段
により阻止される。例えば、上記スイッチをターンオフ
するための制御信号が生成され、その直後にそのスイッ
チをターンオンするための制御信号が生成されると、上
記スイッチは、第１番目の制御信号によりターンオフさ
れるが、その後の一定期間内に生成された制御信号は阻
止されるので、上記スイッチは、第２番目の制御信号に
よりターンオンされることはない。これにより、スイッ
チが不安定な動作をすることが回避される。

【００２６】上記阻止手段は、例えば、上記駆動手段の
出力が変化したときに所定のパルス幅のパルスを生成す
るワンショット回路、及びそのワンショット回路および
上記生成手段の出力が入力されるゲート回路から構成し
てもよい。この場合、そのゲート回路の出力が上記駆動
手段に与えられる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のス
イッチングレギュレータの回路図である。図１におい
て、図８で使用した符号は、同じものを表す。即ち、図
１に示すスイッチＭ１、Ｍ２、コイルＬ、センス抵抗Ｒ
s 、出力コンデンサＣout 、誤差アンプ１１、コンパレ
ータ１２、フリップフロップ１３などは、図８に示した
従来のスイッチングレギュレータで使用しているものと
基本的に同じである。

【００２８】なお、スイッチＭ１およびＭ２は、それそ
れ半導体スイッチング素子であり、ここでは、ｎＭＯＳ
トランジスタを使用する。ｎ型の半導体素子は、ｐ型の
半導体素子と比べて、オン抵抗が小さく、且つ安価であ
る。また、図１においては示していないが、スイッチＭ
１及びＭ２にはそれぞれドライバが設けられており、さ
らに、スイッチＭ１のためのドライバには、ブースト用
コンデンサＣB が設けられている。これらのドライバ、
およびブースト用コンデンサＣB は、図９に示した通り
である。

【００２９】本実施形態のスイッチングレギュレータ
は、図８に示した既存のスイッチングレギュレータに対
してパルス生成回路２０を設けることにより実現可能で
ある。したがって、まず、パルス生成回路２０について
説明する。パルス生成回路２０は、ワンショット回路２
１、及びゲート回路から構成されている。ここで、ワン
ショット回路２１は、フリップフロップ１３の出力が変
化したときに一定幅のパルスを生成する。

【００３０】ワンショット回路２１は、例えば、図２
(a) に示すように、遅延回路３１および排他的ＯＲ回路
３２から構成される。そして、遅延回路３１は、例えば
抵抗およびコンデンサにより構成され、その遅延時間
は、その抵抗の抵抗値およびコンデンサの容量により設
定される。なお、この遅延時間は、図９に示すブースト
用コンデンサＣB を十分に充電するために必要な時間と
同程度、またはそれよりも長い時間とする。また、ワン
ショット回路２１は、図２(b) に示すように、入力信号
（Ａ）の立上りエッジおよび立下りエッジが検出された
ときに、それぞれパルスを生成する。このとき生成され
るパルスの幅は、遅延回路３１による遅延時間と一致す
る。

【００３１】ＡＮＤゲート２２には、フリップフロップ
１３のＱ出力、およびワンショット回路２１の出力が与
えられる。一方、ＡＮＤゲート２３は、コンパレータ１
２の出力の反転信号、およびワンショット回路２１の出
力の反転信号が与えられる。なお、コンパレータ１２の
出力は、インバート回路２５により反転され、ワンショ
ット回路２１の出力は、インバート回路２４により反転
される。そして、ＯＲゲート２６は、ＡＮＤゲート２２
およびＡＮＤゲート２３の出力の論理和を出力する。こ
のＯＲゲート２６は、フリップフロップ１３のＤ端子に
与えられる。

【００３２】図３は、パルス生成回路２０の動作を説明
するタイミングチャートである。ここでは、時刻Ｔ1 以
前において、フリップフロップ１３のＱ出力が「Ｈ」で
あるものとする。時刻Ｔ1 において、コイル電流が上昇
してコンパレータ１２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化
すると、インバート回路２５の出力は「Ｈ」から「Ｌ」
に変化する。そして、これによりＡＮＤゲート２３の出
力が「Ｈ」から「Ｌ」に変化すると、ＯＲゲート２６の
出力も「Ｈ」から「Ｌ」に変化し、フリップフロップ１
３がリセットされる。

【００３３】フリップフロップ１３がリセットされる
と、そのＱ出力が「Ｈ」から「Ｌ」に変化する。そし
て、この立下りエッジを検出すると、ワンショット回路
２１は、所定の幅のパルスを出力する。ここでは、ワン
ショット回路２１の出力は、時刻Ｔ1 〜Ｔ2 の期間、
「Ｈ」に保持されるものとする。

【００３４】時刻Ｔ1 〜Ｔ2 の期間は、ＡＮＤゲート２
２は上記パルスにより開かれる。したがって、ＡＮＤゲ
ート２２は、フリップフロップ１３のＱ出力から与えら
れる信号をそのままＯＲゲート２６へ出力する。このと
き、フリップフロップ１３のＱ出力は「Ｌ」である。し
たがって、ＡＮＤゲート２２は、「Ｌ」を出力する。一
方、ＡＮＤゲート２３は、この期間は、ワンショット回
路２１の出力の反転信号により閉じられる。よって、Ａ
ＮＤゲート２３も、「Ｌ」を出力する。この結果、ＯＲ
ゲート２６の出力は、時刻Ｔ1 〜Ｔ2 の期間は、「Ｌ」
に保持される。すなわち、フリップフロップ１３は、リ
セット状態のままであり、フリップフロップ１３は
「Ｌ」を出力し続ける。

【００３５】なお、フリップフロップ１３のＱ出力が
「Ｌ」になると、スイッチＭ１がＯＦＦ状態に制御され
るので、コイル電流が減少することによってコンパレー
タ１２の出力は「Ｈ」から「Ｌ」に戻る。続いて、時刻
Ｔ2 において、ワンショット回路２１により生成される
パルスが終了するものとする。すなわち、時刻Ｔ2 にお
いて、ワンショット回路２１の出力が「Ｈ」から「Ｌ」
に戻る。そして、ワンショット回路２１が「Ｌ」を出力
すると、ＡＮＤゲート２２も「Ｌ」を出力する。一方、
ＡＮＤゲート２３は、インバート回路２４およびインバ
ート回路２５を介してそれぞれ「Ｈ」が与えられるの
で、「Ｈ」を出力する。したがって、時刻Ｔ2 において
ＯＲ回路２６の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化し、これ
によりフリップフロップ１３のリセット状態は解除され
る。

【００３６】この後、フリップフロップ１３は、発振器
により生成される周期波の立上りエッジを待つ。そし
て、時刻Ｔ3 において、その立上りエッジを検出する
と、フリップフロップ１３は、そのときＤ端子に与えら
れている信号をＱ端子から出力する。ここで、時刻Ｔ3
においては、ＯＲ回路２６は「Ｈ」を出力している。し
たがって、フリップフロップ１３の出力は、「Ｌ」から
「Ｈ」に変化する。

【００３７】フリップフロップ１３のＱ出力が「Ｈ」に
なると、ワンショット回路２１は、再びパルスを生成す
る。これにより、時刻Ｔ3 〜Ｔ4 の期間、ＡＮＤゲート
２２の出力が「Ｈ」になる。そして、この期間、ＯＲゲ
ート２６の出力も「Ｈ」になる。したがって、フリップ
フロップ１３の状態は変化しない。また、上記パルスが
終了すると、ＡＮＤゲート２３の出力が「Ｈ」になるの
で、この場合もＯＲゲート２６の出力が「Ｈ」になる。
したがって、フリップフロップ１３の状態は変わらな
い。

【００３８】なお、図３に示す例では、ワンショット回
路２１により生成されたパルスが終了した後の時刻Ｔ3
においてフリップフロップ１３に周期波の立上りエッジ
が与えられているが、時刻Ｔ1 〜Ｔ2 の期間にその立上
りエッジがフリップフロップ１３に与えられたとして
も、フリップフロップ１３の状態は変化しない。なぜな
らば、時刻Ｔ1 〜Ｔ2 の期間は、ワンショット回路２１
が「Ｈ」を出力しているため、ＯＲゲート２６の出力が
「Ｌ」となり、フリップフロップ１３のリセット状態が
継続されるからである。

【００３９】同様に、時刻Ｔ3 〜Ｔ4 の期間にコンパレ
ータ１２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化したとして
も、フリップフロップ１３の状態は変化しない。なぜな
らば、時刻Ｔ3 〜Ｔ4 の期間は、ワンショット回路２１
が「Ｈ」を出力しているため、ＡＮＤゲート２３が閉じ
ており、コンパレータ１２から出力される信号がそのＡ
ＮＤゲート２３を通過できないからである。

【００４０】以上説明したように、パルス生成回路２０
は、フリップフロップ１３の出力が「Ｈ」から「Ｌ」に
変化すると、フリップフロップ１３を一定期間継続的に
リセットしておくための信号を出力する。またフリップ
フロップ１３の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化した場合
には、フリップフロップ１３の出力を一定期間継続的に
「Ｈ」に保持する。

【００４１】次に、図４を参照しながら本実施形態のス
イッチングレギュレータの動作を説明する。ここでは、
時刻Ｔ1 以前は、スイッチＭ１がＯＮ状態、スイッチＭ
２がＯＦＦ状態に制御されているものとする。また、フ
リップフロップ１３は、セット状態であるものとする。

【００４２】上記状況の下で、コイル電流が増加し、時
刻Ｔ1 においてコンパレータ１２の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に変化すると、図３を参照しながら説明したよう
に、ワンショット回路２１がパルスを出力する。そし
て、ワンショット回路２１の出力が「Ｈ」である期間
は、フリップフロップ１３はリセット状態となり、
「Ｌ」を出力し続ける。したがって、コンパレータ１２
の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化したときから一定の時
間が経過するまでの期間、スイッチＭ１は確実にＯＦＦ
状態に制御され、スイッチＭ２は確実にＯＮ状態に制御
される。この後、図３を参照しながら説明した通り、上
記パルスの終了に伴ってフリップフロップ１３のリセッ
ト状態が解除される。

【００４３】続いて、時刻Ｔ2 においてコンパレータ１
２の出力が再び「Ｌ」から「Ｈ」に変化すると、時刻Ｔ
1 における場合と同様に、フリップフロップ１３は一定
期間強制的にリセット状態となる。このため、この期間
は、発振器により生成される周期波の立上りエッジが与
えられたとしても、フリップフロップ１３の状態は変化
しない。図４に示す例では、時刻Ｔ2 の直後に周期波の
立上りエッジが与えられているが、スイッチＭ１に与え
られる信号（フリップフロップ１３のＱ出力）は「Ｌ」
のままであり、また、スイッチＭ２に与えられる信号
（フリップフロップ１３のＱ出力の反転信号）は「Ｈ」
のままである。すなわち、本実施形態のスイッチングレ
ギュレータにおいては、コイル電流が増加してコンパレ
ータ１２の出力が変化した直後に上記周期波の立上りエ
ッジが与えられた場合であっても、スイッチＭ１は少な
くとも一定期間は確実にＯＦＦ状態に制御され、また、
スイッチＭ２は少なくとも一定期間は確実にＯＮ状態に
制御される。

【００４４】このように、本実施形態のスイッチングレ
ギュレータにおいては、コイル電流が増加してコンパレ
ータ１２の出力が変化すると、スイッチＭ１が確実にＯ
ＦＦ状態に制御されると共にスイッチＭ２が確実にＯＮ
状態に制御されるので、図９に示したブースト用コンデ
ンサＣB が十分に充電されることになる。従って、以降
の動作において、スイッチＭ１をターンオンできなくな
る状況は生じない。

【００４５】時刻Ｔ2 においてスイッチＭ１がターンオ
フされると共にスイッチＭ２がターンオンされた後は、
上記周期波の次の立上りエッジが与えられるまでスイッ
チＭ１およびＭ２の状態は変化しない。そして、時刻Ｔ
3 において上記周期波の立上りエッジが与えられると、
フリップフロップ１３のＱ出力は「Ｌ」から「Ｈ」に変
化する。なお、ここでは、時刻Ｔ3 において、フリップ
フロップ１３のＤ端子に「Ｈ」が与えられていたものと
する。

【００４６】この場合、スイッチＭ１がターンオンされ
ると共にスイッチＭ２がターンオフされ、以降コイル電
流が増加してゆく。そして、この実施例では、時刻Ｔ3
の直後にコンパレータ１２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に
変化している。この信号は、フリップフロップ１３をリ
セットするための信号である。ところが、時刻Ｔ3 にお
いてフリップフロップ１３のＱ出力が変化すると、ワン
ショット回路２１がパルスを出力する。このため、時刻
Ｔ3 から一定の期間は、ＡＮＤゲート２３が閉じられて
おり、コンパレータ１２の出力は無視されることにな
る。

【００４７】このように、本実施形態のスイッチングレ
ギュレータにおいては、スイッチＭ１がターンオンされ
た直後にフリップフロップ１３をリセットするための信
号が生成された場合には、そのリセットのための信号は
無視される。従って、スイッチＭ１、Ｍ２が不安定な動
作（チャタリング等）を起こすことが回避される。

【００４８】次に、本発明の他の効果を説明する。ここ
では、図５および図６を参照しながら、本実施形態のス
イッチングレギュレータと、所定間隔毎にスイッチＭ２
を強制的にＯＮ状態にする機能を持った既存のスイッチ
ングレギュレータ（例えば、特開平８−３３１８３８号
公報参照）とを比較する。

【００４９】図５は、所定間隔毎にスイッチＭ１を強制
的にＯＦＦ状態にする機能を持った既存のスイッチング
レギュレータの動作を説明する図である。尚、一般に、
スイッチＭ１およびＭ２が同時にＯＮ状態に制御される
ことは禁止されているので、このスイッチングレギュレ
ータにおいては、スイッチＭ１が強制的にＯＦＦ状態に
制御されるときは、スイッチＭ２は所定間隔ごとに強制
的にＯＮ状態に制御されている。すなわち、このスイッ
チングレギュレータにおいては、コイル電流が制御信号
Ｖcnt により指定される上限値を越えたか否かにかかわ
らず、発振器により生成される周期波に従って、スイッ
チング動作が実行される。

【００５０】この結果、このスイッチングレギュレータ
では、スイッチＭ１、Ｍ２のスイッチング回数が必要以
上に多くなり、消費電流を低く抑えることが難しい。ま
た、コイル電流が制御信号Ｖcnt により指定される上限
値に達しない場合であってもスイッチＭ１が強制的にタ
ーンオフされてしまうので、十分な出力電圧が得られな
いことも考えられる。この問題は、入力電圧Ｖinが低下
して、入力電圧Ｖinと保持すべき出力電圧との差が小さ
くなったときに顕著となる。

【００５１】一方、本実施形態のスイッチングレギュレ
ータでは、図６に示すように、コイル電流が制御信号Ｖ
cnt により指定される上限値を越えたことに起因してリ
セット信号（フリップフロップ１３をリセットするため
の信号）が生成され、これによりスイッチＭ１がターン
オフされると共にスイッチＭ２がターンオンされる。こ
のとき、フリップフロップ１３がリセット状態に保持さ
れる時間は、図９に示したブースト用コンデンサＣB が
十分に充電されるような時間であり、ワンショット回路
２１が生成するパルスのパルス幅で規定されている。

【００５２】このように、本実施形態のスイッチングレ
ギュレータでは、スイッチＭ１、Ｍ２のスイッチング回
数が必要最小限に抑えられるので、消費電流（スイッチ
Ｍ１およびＭ２としてのＭＯＳトランジスタのゲートド
ライブ電流を含む）を低く抑えることができる。また、
コイル電流が制御信号Ｖcnt により指定される上限値に
達するまでの期間はスイッチＭ１が継続的にＯＮ状態に
制御されるので、入力電圧Ｖinと保持すべき出力電圧と
の差が小さい場合であっても、出力電圧Ｖoutが確実に
一定の値に保持される。

【００５３】ところで、１組のスイッチを備えたスイッ
チングレギュレータ（しばしば、同期整流型スイッチン
グレギュレータと呼ばれている）では、一般に、それら
１組のスイッチが同時にＯＮ状態になることが禁止され
ている。このため、そのような１組のスイッチを制御す
る際には、一般に、図７(a) に示すようなデッドタイム
が設けられている。

【００５４】しかし、デッドタイムを設けている場合で
あっても、もし、一方のスイッチが極めて短時間にＯＮ
→ＯＦＦ→ＯＮと制御されたとすると、１組のスイッチ
が同時にＯＮ状態になってしまうことがある。例えば、
図７(b) に示すように、スイッチＭ１がターンオフされ
た直後にターンオンされると、スイッチＭ２は、スイッ
チＭ１がターンオフされてからデッドタイムが経過した
時点でターンオンされるので、スイッチＭ１、Ｍ２が同
時にＯＮ状態となってしまう。

【００５５】この問題に対処する方法としては、幾つか
考えられるが、本実施形態の構成を導入すればこの問題
は必然的に解決される。すなわち、本実施形態のスイッ
チングレギュレータにおいては、パルス生成回路２０が
設けられているので、スイッチＭ１、Ｍ２の制御信号で
あるフリップフロップ１３のＱ出力が変化すると、その
後一定期間、スイッチＭ１、Ｍ２のスイッチングが禁止
される。換言すれば、本実施形態のスイッチングレギュ
レータでは、スイッチＭ１、Ｍ２が短時間にＯＮ→ＯＦ
Ｆ→ＯＮと制御されることがないので、図７(b) に示す
ような問題は発生しない。

【００５６】なお、上述の実施例では、パルス生成回路
２０は、フリップフロップ１３のＱ出力が変化したとき
にパルスを生成する構成であるが、本発明はこれに限定
されるものではなく、スイッチＭ１、Ｍ２の制御信号を
生成するための信号（たとえば、コンパレータ１２の出
力など）が変化したときにパルスを生成する構成であっ
てもよい。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、スイッチングレギュレ
ータの小型化、低コスト化、低消費電力化を図りなが
ら、不安定な動作を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のスイッチングレギュレータの回路
図である。

【図２】(a) は、ワンショット回路の回路図、(b) は、
ワンショット回路の動作を説明する図である。

【図３】パルス生成回路の動作を説明するタイミング図
である。

【図４】本実施形態のスイッチングレギュレータの動作
を説明する図である。

【図５】所定間隔毎にスイッチを強制的にＯＦＦ状態に
する機能を持った既存のスイッチングレギュレータの動
作例である。

【図６】本実施形態のスイッチングレギュレータの動作
例である。

【図７】(a) は、デッドタイムを説明する図、(b) は、
既存技術における問題点を説明する図である。

【図８】既存のスイッチングレギュレータの基本構成図
である。

【図９】ｎ型の半導体スイッチング素子に入力電圧より
も高い電圧を印加する回路を説明する図である。

【図１０】既存のスイッチングレギュレータの問題を説
明する図である。

【符号の説明】

１１誤差アンプ１２コンパレータ１３フリップフロップ２０パルス生成回路２１ワンショット回路２２、２３ＡＮＤゲート２４、２５インバート回路２６ＯＲゲート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチおよびそのスイッチに接続され
るコイルを有し、上記スイッチを制御することにより入
力電圧から所定の出力電圧を生成するスイッチングレギ
ュレータであって、コイル電流および出力電圧の少なくとも一方に基づいて
上記スイッチを制御するための制御信号を生成する生成
手段と、上記生成手段により生成された制御信号に従って上記ス
イッチを駆動する駆動手段と、上記スイッチがスイッチングされたときから一定期間、
上記生成手段により生成される制御信号を阻止する阻止
手段と、を有するスイッチングレギュレータ。
【請求項２】請求項１に記載のスイッチングレギュレ
ータであって、上記阻止手段は、上記駆動手段の出力が変化したときに所定のパルス幅の
パルスを生成するワンショット回路と、そのワンショット回路および上記生成手段の出力が入力
されるゲート回路とを備え、そのゲート回路の出力が上記駆動手段に与えられる。