JP2002078321A - スイッチングレギュレータ - Google Patents
スイッチングレギュレータInfo
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- JP2002078321A JP2002078321A JP2000260834A JP2000260834A JP2002078321A JP 2002078321 A JP2002078321 A JP 2002078321A JP 2000260834 A JP2000260834 A JP 2000260834A JP 2000260834 A JP2000260834 A JP 2000260834A JP 2002078321 A JP2002078321 A JP 2002078321A
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- switch
- state
- coil current
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い効率を維持しながら安定した直流電圧を
生成するスイッチングレギュレータを提供する。 【解決手段】 スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態であれ
ばコイル電流が増加して出力電圧が上昇し、ＯＦＦ状態
であればコイル電流が減少して出力電圧が低下する。ス
イッチング素子Ｑ１は、フリップフロップ１０１の状態
に従って駆動される。フリップフロップ１０１は、発振
器１０２の出力によりセットされ、コイル電流に基づい
てリセットされる。コイル電流が最小値信号Ｖmin に対
応する電流値よりも小さい期間は、スイッチング素子Ｑ
１はＯＮ状態を継続する。最小値信号Ｖmin のレベル
は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されている
期間は時間の経過とともに減少していく。
生成するスイッチングレギュレータを提供する。 【解決手段】 スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態であれ
ばコイル電流が増加して出力電圧が上昇し、ＯＦＦ状態
であればコイル電流が減少して出力電圧が低下する。ス
イッチング素子Ｑ１は、フリップフロップ１０１の状態
に従って駆動される。フリップフロップ１０１は、発振
器１０２の出力によりセットされ、コイル電流に基づい
てリセットされる。コイル電流が最小値信号Ｖmin に対
応する電流値よりも小さい期間は、スイッチング素子Ｑ
１はＯＮ状態を継続する。最小値信号Ｖmin のレベル
は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されている
期間は時間の経過とともに減少していく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、与えられた直流電
圧から所定の直流電圧を生成するスイッチングレギュレ
ータに係わる。
圧から所定の直流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】与えられた直流電圧から所定の直流電圧
を生成するスイッチングレギュレータは、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータとも呼ばれ、様々な分野において利用されてい
る。以下、既存のスイッチングレギュレータについて図
面を参照しながら説明する。
を生成するスイッチングレギュレータは、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータとも呼ばれ、様々な分野において利用されてい
る。以下、既存のスイッチングレギュレータについて図
面を参照しながら説明する。
【０００３】図５は、既存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、一組のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を適切に駆
動することによりコイルＬを介して流れる電流（コイル
電流ＩL ）を制御し、これにより出力電圧Ｖout を一定
の値に保持する構成である。
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、一組のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を適切に駆
動することによりコイルＬを介して流れる電流（コイル
電流ＩL ）を制御し、これにより出力電圧Ｖout を一定
の値に保持する構成である。
【０００４】一組のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２
は、基本的には、フリップフロップ１０１の状態に従っ
て駆動される。具体的には、フリップフロップ１０１が
セット状態であれば、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２
はそれぞれＯＮ状態およびＯＦＦ状態に制御され、一
方、フリップフロップ１０１がリセット状態であれば、
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２はそれぞれＯＦＦ状態
およびＯＮ状態に制御される。
は、基本的には、フリップフロップ１０１の状態に従っ
て駆動される。具体的には、フリップフロップ１０１が
セット状態であれば、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２
はそれぞれＯＮ状態およびＯＦＦ状態に制御され、一
方、フリップフロップ１０１がリセット状態であれば、
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２はそれぞれＯＦＦ状態
およびＯＮ状態に制御される。
【０００５】フリップフロップ１０１をセット状態にす
るための信号（セット信号）は、発振器（ＯＳＣ）１０
２により生成される。一方、フリップフロップ１０１を
リセットするための信号（リセット信号）は、出力電圧
Ｖout およびコイル電流ＩLに基づいて生成される。こ
こで、リセット信号は、第１の制御信号および第２の制
御信号の論理和により生成される。
るための信号（セット信号）は、発振器（ＯＳＣ）１０
２により生成される。一方、フリップフロップ１０１を
リセットするための信号（リセット信号）は、出力電圧
Ｖout およびコイル電流ＩLに基づいて生成される。こ
こで、リセット信号は、第１の制御信号および第２の制
御信号の論理和により生成される。
【０００６】第１の制御信号は、コンパレータ１０３を
用いてコイル電流ＩL を表すコイル電流信号Ｖs とコイ
ル電流ＩL の最小値を規定する最小値信号Ｖmin とを比
較することにより得られる。具体的には、コンパレータ
１０３は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号Ｖ
s が最小値信号Ｖmin よりも大きくなると、第１の制御
信号として「Ｈ」を出力する。なお、最小値信号Ｖmin
は、固定値である。一方、第２の制御信号は、コンパレ
ータ１０４を用いて上記コイル電流信号Ｖs と出力電圧
Ｖout に基づいて生成される指令値信号Ｖcnt とを比較
することにより得られる。具体的には、コンパレータ１
０４は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号Ｖs
が指令値信号Ｖcnt よりも大きくなると、第２の制御信
号として「Ｈ」を出力する。
用いてコイル電流ＩL を表すコイル電流信号Ｖs とコイ
ル電流ＩL の最小値を規定する最小値信号Ｖmin とを比
較することにより得られる。具体的には、コンパレータ
１０３は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号Ｖ
s が最小値信号Ｖmin よりも大きくなると、第１の制御
信号として「Ｈ」を出力する。なお、最小値信号Ｖmin
は、固定値である。一方、第２の制御信号は、コンパレ
ータ１０４を用いて上記コイル電流信号Ｖs と出力電圧
Ｖout に基づいて生成される指令値信号Ｖcnt とを比較
することにより得られる。具体的には、コンパレータ１
０４は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号Ｖs
が指令値信号Ｖcnt よりも大きくなると、第２の制御信
号として「Ｈ」を出力する。
【０００７】上記構成のスイッチングレギュレータの動
作は、以下の通りである。まず、発振器１０２から与え
られるセット信号によりフリップフロップ１０１がセッ
ト状態になると、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制
御されると共に、スイッチング素子Ｑ２はＯＦＦ状態に
制御される。これにより、コイル電流ＩL が増加してゆ
き、それに伴って出力電圧Ｖout は上昇する。そして、
コイル電流ＩL が増加することにより、コイル電流信号
Ｖs が最小値信号Ｖmin よりも大きくなり、且つ、その
コイル電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcnt よりも大きくな
ると、リセット信号が「Ｈ」になり、フリップフロップ
１０１がリセットされる。
作は、以下の通りである。まず、発振器１０２から与え
られるセット信号によりフリップフロップ１０１がセッ
ト状態になると、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制
御されると共に、スイッチング素子Ｑ２はＯＦＦ状態に
制御される。これにより、コイル電流ＩL が増加してゆ
き、それに伴って出力電圧Ｖout は上昇する。そして、
コイル電流ＩL が増加することにより、コイル電流信号
Ｖs が最小値信号Ｖmin よりも大きくなり、且つ、その
コイル電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcnt よりも大きくな
ると、リセット信号が「Ｈ」になり、フリップフロップ
１０１がリセットされる。
【０００８】フリップフロップ１０１がリセットされる
と、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御されると
共に、スイッチング素子Ｑ２はＯＮ状態に制御される。
これにより、コイル電流ＩL が減少してゆき、それに伴
って出力電圧Ｖout は低下する。そして、上記動作を繰
り返すことにより、出力電圧Ｖout が一定の値に保持さ
れる。
と、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御されると
共に、スイッチング素子Ｑ２はＯＮ状態に制御される。
これにより、コイル電流ＩL が減少してゆき、それに伴
って出力電圧Ｖout は低下する。そして、上記動作を繰
り返すことにより、出力電圧Ｖout が一定の値に保持さ
れる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記構成において、コ
イル電流ＩL の最小値を規定する最小値信号Ｖmin は、
負荷が要求する電流（負荷電流）が減少したときであっ
てもこのスイッチングレギュレータが高い効率を維持で
きるようにするために設けられている。ここで、この効
果は、以下の理由により得られる。
イル電流ＩL の最小値を規定する最小値信号Ｖmin は、
負荷が要求する電流（負荷電流）が減少したときであっ
てもこのスイッチングレギュレータが高い効率を維持で
きるようにするために設けられている。ここで、この効
果は、以下の理由により得られる。
【００１０】上記構成のスイッチングレギュレータにお
いては、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されて
いる期間は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号
Ｖsが最小値信号Ｖmin よりも大きくなるまではフリッ
プフロップ１０１がリセットされることはない。すなわ
ち、スイッチング素子Ｑ１がいったんターンオンされる
と、コイル電流ＩL が一定値以上に上昇するまではター
ンオフされることはない。このとき、コイル電流は負荷
電流に対してやや過剰になり、その結果、出力電圧Ｖou
t は、目標電圧（このスイッチングレギュレータが保持
すべき電圧）よりも若干高い値にまで上昇する。
いては、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されて
いる期間は、コイル電流ＩL が増加してコイル電流信号
Ｖsが最小値信号Ｖmin よりも大きくなるまではフリッ
プフロップ１０１がリセットされることはない。すなわ
ち、スイッチング素子Ｑ１がいったんターンオンされる
と、コイル電流ＩL が一定値以上に上昇するまではター
ンオフされることはない。このとき、コイル電流は負荷
電流に対してやや過剰になり、その結果、出力電圧Ｖou
t は、目標電圧（このスイッチングレギュレータが保持
すべき電圧）よりも若干高い値にまで上昇する。
【００１１】ここで、出力電圧Ｖout が目標電圧よりも
高くなっている期間は、コイル電流を流す必要がない。
このため、この期間は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状
態にならないように制御される。そして、これにより、
フリップフロップ１０１はリセット状態を保持すること
になり、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のスイッチン
グ動作は停止する。この結果、スイッチング素子Ｑ１お
よびＱ２のスイッチング回数が減少し、その損失が減少
する。なお、この制御を実施するためには、例えば、発
振器１０２により生成されるセット信号を阻止するため
のゲート回路を設け、出力電圧Ｖout が目標電圧よりも
高くなったときにそのゲート回路を閉じるようにすれば
よい。
高くなっている期間は、コイル電流を流す必要がない。
このため、この期間は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状
態にならないように制御される。そして、これにより、
フリップフロップ１０１はリセット状態を保持すること
になり、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のスイッチン
グ動作は停止する。この結果、スイッチング素子Ｑ１お
よびＱ２のスイッチング回数が減少し、その損失が減少
する。なお、この制御を実施するためには、例えば、発
振器１０２により生成されるセット信号を阻止するため
のゲート回路を設け、出力電圧Ｖout が目標電圧よりも
高くなったときにそのゲート回路を閉じるようにすれば
よい。
【００１２】しかし、この方式では、入力電圧Ｖinと出
力電圧Ｖout との差が小さい場合には、以下の問題が発
生する。すなわち、コイル電流ＩL は、よく知られてい
るように、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態の期間は、
「Ｖin−Ｖout 」に比例して増加するので、この差が小
さいと、コイル電流ＩL が最小値信号Ｖmin に対応する
電流値にまで増加するために長い時間を要する。換言す
れば、上記差が小さいと、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ
状態を保持する期間、すなわちコイル電流ＩLが流れ続
ける時間が長くなる。この結果、出力電圧Ｖout が目標
電圧に対して過度に上昇し、そのリップルも大きくなっ
てしまう。
力電圧Ｖout との差が小さい場合には、以下の問題が発
生する。すなわち、コイル電流ＩL は、よく知られてい
るように、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態の期間は、
「Ｖin−Ｖout 」に比例して増加するので、この差が小
さいと、コイル電流ＩL が最小値信号Ｖmin に対応する
電流値にまで増加するために長い時間を要する。換言す
れば、上記差が小さいと、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ
状態を保持する期間、すなわちコイル電流ＩLが流れ続
ける時間が長くなる。この結果、出力電圧Ｖout が目標
電圧に対して過度に上昇し、そのリップルも大きくなっ
てしまう。
【００１３】本発明の課題は、高い効率を維持しながら
安定した直流電圧を生成するスイッチングレギュレータ
を提供することである。
安定した直流電圧を生成するスイッチングレギュレータ
を提供することである。
【００１４】
【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、スイッチ及びそのスイッチに接続するコ
イルを有し、そのコイルを介して流れるコイル電流に基
づいて上記スイッチを制御することにより出力電圧が一
定の値に保持される構成であり、上記スイッチがＯＮ状
態に制御されている期間、時間の経過とともにそのレベ
ルが低下していく最小値信号を生成する生成手段と、上
記コイル電流が上記最小値信号よりも小さい期間、上記
スイッチがＯＦＦ状態に制御されることを阻止する阻止
手段とを有する。
ギュレータは、スイッチ及びそのスイッチに接続するコ
イルを有し、そのコイルを介して流れるコイル電流に基
づいて上記スイッチを制御することにより出力電圧が一
定の値に保持される構成であり、上記スイッチがＯＮ状
態に制御されている期間、時間の経過とともにそのレベ
ルが低下していく最小値信号を生成する生成手段と、上
記コイル電流が上記最小値信号よりも小さい期間、上記
スイッチがＯＦＦ状態に制御されることを阻止する阻止
手段とを有する。
【００１５】上記構成において、コイル電流が最小値信
号よりも小さい期間は、上記スイッチは、ＯＦＦ状態に
制御されることを阻止されるので、ＯＮ状態を保持す
る。これにより、そのコイル電流は少なくとも最小値信
号により規定される電流値まで増加することになるの
で、出力電圧は十分に上昇する。ここで、出力電圧が十
分に高い期間は、負荷に対してコイル電流を供給する必
要がなくなるので、上記スイッチを駆動する必要がなく
なる。この結果、スイッチにおける損失が少なくなる。
号よりも小さい期間は、上記スイッチは、ＯＦＦ状態に
制御されることを阻止されるので、ＯＮ状態を保持す
る。これにより、そのコイル電流は少なくとも最小値信
号により規定される電流値まで増加することになるの
で、出力電圧は十分に上昇する。ここで、出力電圧が十
分に高い期間は、負荷に対してコイル電流を供給する必
要がなくなるので、上記スイッチを駆動する必要がなく
なる。この結果、スイッチにおける損失が少なくなる。
【００１６】また、上記最小値信号は、時間の経過とと
もにそのレベルが低下していく。したがって、コイル電
流の上昇速度が遅い場合であっても、コイル電流は一定
時間内にその最小値信号よりも大きくなることができ
る。このため、スイッチは、一定時間内にＯＦＦ状態に
制御されることになり、負荷にコイル電流が供給され続
けることが回避される。この結果、出力電圧が必要以上
に上昇すること、およびそれに伴って出力電圧のリップ
ルが大きくなることが回避される。
もにそのレベルが低下していく。したがって、コイル電
流の上昇速度が遅い場合であっても、コイル電流は一定
時間内にその最小値信号よりも大きくなることができ
る。このため、スイッチは、一定時間内にＯＦＦ状態に
制御されることになり、負荷にコイル電流が供給され続
けることが回避される。この結果、出力電圧が必要以上
に上昇すること、およびそれに伴って出力電圧のリップ
ルが大きくなることが回避される。
【００１７】
【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、本発明の一実施
形態のスイッチングレギュレータの回路図である。この
スイッチングレギュレータは、図５に示した既存のスイ
ッチングレギュレータをベースにして構成されており、
最小値信号Ｖmin を生成するための最小値信号発生器１
を追加することにより実現される。なお、「最小値信号
Ｖmin 」はコイル電流ＩL の最小値を規定する値であ
る。ここで、この最小値信号Ｖmin により規定される最
小値は、コイル電流ＩL の増加を停止してもよいか否か
を判断するための基準として使用される。例えば、コイ
ル電流ＩL がその最小値よりも小さければ、リセット信
号の生成を阻止することによりフリップフロップ１０１
のセット状態を継続させ、これによりスイッチング素子
Ｑ１をＯＮ状態に保持してコイル電流ＩL の増加を継続
させる。
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施
形態のスイッチングレギュレータの回路図である。この
スイッチングレギュレータは、図５に示した既存のスイ
ッチングレギュレータをベースにして構成されており、
最小値信号Ｖmin を生成するための最小値信号発生器１
を追加することにより実現される。なお、「最小値信号
Ｖmin 」はコイル電流ＩL の最小値を規定する値であ
る。ここで、この最小値信号Ｖmin により規定される最
小値は、コイル電流ＩL の増加を停止してもよいか否か
を判断するための基準として使用される。例えば、コイ
ル電流ＩL がその最小値よりも小さければ、リセット信
号の生成を阻止することによりフリップフロップ１０１
のセット状態を継続させ、これによりスイッチング素子
Ｑ１をＯＮ状態に保持してコイル電流ＩL の増加を継続
させる。
【００１８】なお、最小値信号Ｖmin は、図５に示した
既存のスイッチングレギュレータにおいても同様の目的
で使用されていたが、それは固定値であった。一方、本
実施形態において使用する最小値信号Ｖmin は、スイッ
チング素子Ｑ１の状態に同期して変化する可変値であ
る。
既存のスイッチングレギュレータにおいても同様の目的
で使用されていたが、それは固定値であった。一方、本
実施形態において使用する最小値信号Ｖmin は、スイッ
チング素子Ｑ１の状態に同期して変化する可変値であ
る。
【００１９】図２は、最小値信号発生器１の回路図であ
る。この最小値信号発生器１は、フリップフロップ１０
１のＱ出力が与えられる。ここで、フリップフロップ１
０１のＱ出力は、スイッチング素子Ｑ１を駆動するため
の制御信号（以下、Ｑ信号）である。したがって、最小
値信号発生器１は、スイッチング素子Ｑ１と同期的に動
作する。なお、スイッチング素子Ｑ１は、Ｑ信号が
「Ｈ」であればＯＮ状態に制御され、Ｑ信号が「Ｌ」で
あればＯＦＦ状態に制御される。
る。この最小値信号発生器１は、フリップフロップ１０
１のＱ出力が与えられる。ここで、フリップフロップ１
０１のＱ出力は、スイッチング素子Ｑ１を駆動するため
の制御信号（以下、Ｑ信号）である。したがって、最小
値信号発生器１は、スイッチング素子Ｑ１と同期的に動
作する。なお、スイッチング素子Ｑ１は、Ｑ信号が
「Ｈ」であればＯＮ状態に制御され、Ｑ信号が「Ｌ」で
あればＯＦＦ状態に制御される。
【００２０】Ｑ信号は、インバータ１１により反転させ
られてスイッチ１２に与えられる。ここで、スイッチ１
２は、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、「Ｈ」が
与えられるとＯＮ状態に制御され、「Ｌ」が与えられる
とＯＦＦ状態に制御される。したがって、スイッチ１２
は、Ｑ信号が「Ｈ」であればＯＦＦ状態に制御され、Ｑ
信号が「Ｌ」であればＯＮ状態に制御される。
られてスイッチ１２に与えられる。ここで、スイッチ１
２は、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、「Ｈ」が
与えられるとＯＮ状態に制御され、「Ｌ」が与えられる
とＯＦＦ状態に制御される。したがって、スイッチ１２
は、Ｑ信号が「Ｈ」であればＯＦＦ状態に制御され、Ｑ
信号が「Ｌ」であればＯＮ状態に制御される。
【００２１】スイッチ１２がＯＮ状態のときは、コンデ
ンサ１３が放電され、ノードＡの電位は接地レベルに近
い一定の値に保持される。これにより、カレントミラー
回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタのゲートには
一定の低い電位が与えられ、一定の小さな電流がそのカ
レントミラー回路を介して流れることになる。したがっ
て、電流源１４により生成された電流の大部分が抵抗Ｒ
を介して流れることになる。この結果、抵抗Ｒにおける
電圧降下により出力端子に所定の電位が生成される。そ
して、この出力端子に生成される電位は、最小値信号Ｖ
min として出力される。
ンサ１３が放電され、ノードＡの電位は接地レベルに近
い一定の値に保持される。これにより、カレントミラー
回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタのゲートには
一定の低い電位が与えられ、一定の小さな電流がそのカ
レントミラー回路を介して流れることになる。したがっ
て、電流源１４により生成された電流の大部分が抵抗Ｒ
を介して流れることになる。この結果、抵抗Ｒにおける
電圧降下により出力端子に所定の電位が生成される。そ
して、この出力端子に生成される電位は、最小値信号Ｖ
min として出力される。
【００２２】一方、スイッチ１２がＯＦＦ状態の時は、
電流源１５によりコンデンサ１３が充電されてゆき、そ
れに伴ってノードＡの電位が徐々に上昇してゆく。そし
て、ノードＡの電位の上昇に伴って、カレントミラーを
構成する２つのＭＯＳトランジスタのゲート電位も上昇
し、カレントミラーに流れる電流が増大していく。した
がって、電流源１４により生成される電流のうち、カレ
ントミラー回路を介して引き抜かれる電流が増大してい
くので、抵抗Ｒを介して流れる電流は減少していく。こ
の結果、出力端子に生成される電位は、徐々に低下して
くことになる。すなわち、最小値信号Ｖmin のレベル
は、時間の経過とともに徐々に低下していくことにな
る。
電流源１５によりコンデンサ１３が充電されてゆき、そ
れに伴ってノードＡの電位が徐々に上昇してゆく。そし
て、ノードＡの電位の上昇に伴って、カレントミラーを
構成する２つのＭＯＳトランジスタのゲート電位も上昇
し、カレントミラーに流れる電流が増大していく。した
がって、電流源１４により生成される電流のうち、カレ
ントミラー回路を介して引き抜かれる電流が増大してい
くので、抵抗Ｒを介して流れる電流は減少していく。こ
の結果、出力端子に生成される電位は、徐々に低下して
くことになる。すなわち、最小値信号Ｖmin のレベル
は、時間の経過とともに徐々に低下していくことにな
る。
【００２３】図３は、最小値信号発生器１の動作を説明
する図である。図３において、時刻Ｔ1 以前はＱ信号が
「Ｌ」であるものとする。この場合、スイッチング素子
Ｑ１はＯＦＦ状態に制御され、また、最小値信号Ｖmin
は、一定のレベルに保持される。続いて、時刻Ｔ1 にお
いてＱ信号が「Ｌ」から「Ｈ」に変化すると、スイッチ
ング素子Ｑ１はＯＮ状態に制御され、また、最小値信号
Ｖmin は、時間の経過とともにそのレベルが低下してゆ
く。ここで、この最小値信号Ｖmin のレベルが低下する
速度は、電流源１６により生成される電流、コンデンサ
１３の容量、抵抗Ｒの抵抗値などにより決まる。
する図である。図３において、時刻Ｔ1 以前はＱ信号が
「Ｌ」であるものとする。この場合、スイッチング素子
Ｑ１はＯＦＦ状態に制御され、また、最小値信号Ｖmin
は、一定のレベルに保持される。続いて、時刻Ｔ1 にお
いてＱ信号が「Ｌ」から「Ｈ」に変化すると、スイッチ
ング素子Ｑ１はＯＮ状態に制御され、また、最小値信号
Ｖmin は、時間の経過とともにそのレベルが低下してゆ
く。ここで、この最小値信号Ｖmin のレベルが低下する
速度は、電流源１６により生成される電流、コンデンサ
１３の容量、抵抗Ｒの抵抗値などにより決まる。
【００２４】時刻Ｔ2 においてＱ信号が「Ｈ」から
「Ｌ」に変化すると、スイッチング素子Ｑ１は再びＯＦ
Ｆ状態に制御され、また、最小値信号Ｖmin は、時刻Ｔ
1 以前のレベルに戻る。以降、この動作が繰り返され
る。このように、最小値信号Ｖmin は、スイッチング素
子Ｑ１がＯＦＦ状態の期間は一定のレベルに保持され、
スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態の期間は、時間の経過
に伴って低下していく関数となる。
「Ｌ」に変化すると、スイッチング素子Ｑ１は再びＯＦ
Ｆ状態に制御され、また、最小値信号Ｖmin は、時刻Ｔ
1 以前のレベルに戻る。以降、この動作が繰り返され
る。このように、最小値信号Ｖmin は、スイッチング素
子Ｑ１がＯＦＦ状態の期間は一定のレベルに保持され、
スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態の期間は、時間の経過
に伴って低下していく関数となる。
【００２５】次に、本実施形態のスイッチングレギュレ
ータの全体構成を説明する。なお、図５を参照しながら
言及した回路部分については、その説明を省略する。誤
差アンプ１１１は、抵抗ネットワークを用いて出力電圧
Ｖout を分圧することにより得られるフィートバック信
号Ｖfbと、予め設定されている参照値信号Ｖref との差
を増幅する。ランプ信号発生器１１２は、スイッチング
素子Ｑ１およびＱ２のスイッチング動作に同期するラン
プ信号を生成する。ここで、ランプ信号は、そのレベル
が直線的に上昇する期間（ランプアップ）、またはその
レベルが直線的に低下する期間（ランプダウン）の少な
くとも一方を含む信号であり、フィードバック系の発振
を抑えること等を目的として利用される。加算器１１３
は、誤差アンプ１１１およびランプ信号発生器１１２の
出力を互いに加算することにより、コンパレータ１０４
に与えるべき指令値信号Ｖcnt が生成される。そして、
コンパレータ１０４は、この指令値信号Ｖcnt とコイル
電流ＩL を表すコイル電流信号Ｖs とを比較する。
ータの全体構成を説明する。なお、図５を参照しながら
言及した回路部分については、その説明を省略する。誤
差アンプ１１１は、抵抗ネットワークを用いて出力電圧
Ｖout を分圧することにより得られるフィートバック信
号Ｖfbと、予め設定されている参照値信号Ｖref との差
を増幅する。ランプ信号発生器１１２は、スイッチング
素子Ｑ１およびＱ２のスイッチング動作に同期するラン
プ信号を生成する。ここで、ランプ信号は、そのレベル
が直線的に上昇する期間（ランプアップ）、またはその
レベルが直線的に低下する期間（ランプダウン）の少な
くとも一方を含む信号であり、フィードバック系の発振
を抑えること等を目的として利用される。加算器１１３
は、誤差アンプ１１１およびランプ信号発生器１１２の
出力を互いに加算することにより、コンパレータ１０４
に与えるべき指令値信号Ｖcnt が生成される。そして、
コンパレータ１０４は、この指令値信号Ｖcnt とコイル
電流ＩL を表すコイル電流信号Ｖs とを比較する。
【００２６】コンパレータ１０３は、図２〜図３を参照
しながら説明した最小値信号Ｖminと上記コイル電流信
号Ｖs とを比較する。そして、ＡＮＤ回路１１４は、コ
ンパレータ１０３から出力される第１の制御信号、及び
コンパレータ１０４から出力される第２の制御信号の論
理和を求めることにより、リセット信号を生成する。な
お、フリップフロップ１０１は、リセット信号が「Ｈ」
のときにリセットされる。即ち、フリップフロップ１０
１は、コイル電流信号Ｖs が最小値信号Ｖminよりも大
きくなり、且つ、コイル電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcn
t よりも大きくなったときに、リセットされる。
しながら説明した最小値信号Ｖminと上記コイル電流信
号Ｖs とを比較する。そして、ＡＮＤ回路１１４は、コ
ンパレータ１０３から出力される第１の制御信号、及び
コンパレータ１０４から出力される第２の制御信号の論
理和を求めることにより、リセット信号を生成する。な
お、フリップフロップ１０１は、リセット信号が「Ｈ」
のときにリセットされる。即ち、フリップフロップ１０
１は、コイル電流信号Ｖs が最小値信号Ｖminよりも大
きくなり、且つ、コイル電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcn
t よりも大きくなったときに、リセットされる。
【００２７】コンパレータ１１５は、コイル電流ＩL の
逆流を検出すると、ＡＮＤ回路１１６を閉じる。これに
より、スイッチング素子Ｑ２がＯＮ状態に制御されるこ
とが阻止され、上記逆流が停止する。なお、「コイル電
流ＩL の逆流」とは、コイル電流が出力端子からスイッ
チング素子Ｑ１及びＱ２に向かう方向に流れること、ま
たは実質的にそれと同等のことをいう。
逆流を検出すると、ＡＮＤ回路１１６を閉じる。これに
より、スイッチング素子Ｑ２がＯＮ状態に制御されるこ
とが阻止され、上記逆流が停止する。なお、「コイル電
流ＩL の逆流」とは、コイル電流が出力端子からスイッ
チング素子Ｑ１及びＱ２に向かう方向に流れること、ま
たは実質的にそれと同等のことをいう。
【００２８】続いて、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。本実施形態のスイッチングレ
ギュレータの動作は、基本的には、図５を参照しながら
説明した既存のものと同じである。すなわち、本実施形
態のスイッチングレギュレータは、発振器１０２により
生成されるセット信号およびコイル電流ＩL に基づいて
生成されるリセット信号に従ってスイッチング素子Ｑ１
およびＱ２を制御し、その制御により出力電圧Ｖout を
一定の値に保持する。但し、図５に示した既存のスイッ
チングレギュレータでは最小値信号Ｖmin が固定値であ
ったのに対し、本実施形態では、最小値信号Ｖmin はス
イッチング素子Ｑ１の状態と同期して変化する。したが
って、以下では、この点を中心に、図５に示した既存の
スイッチングレギュレータと比較しながら本実施形態の
動作を説明する。
レータの動作を説明する。本実施形態のスイッチングレ
ギュレータの動作は、基本的には、図５を参照しながら
説明した既存のものと同じである。すなわち、本実施形
態のスイッチングレギュレータは、発振器１０２により
生成されるセット信号およびコイル電流ＩL に基づいて
生成されるリセット信号に従ってスイッチング素子Ｑ１
およびＱ２を制御し、その制御により出力電圧Ｖout を
一定の値に保持する。但し、図５に示した既存のスイッ
チングレギュレータでは最小値信号Ｖmin が固定値であ
ったのに対し、本実施形態では、最小値信号Ｖmin はス
イッチング素子Ｑ１の状態と同期して変化する。したが
って、以下では、この点を中心に、図５に示した既存の
スイッチングレギュレータと比較しながら本実施形態の
動作を説明する。
【００２９】図４(a) は、図５に示した既存のスイッチ
ングレギュレータの動作を説明する図である。ここで
は、時刻Ｔ1 以前はＱ信号が「Ｌ」であるものとする。
この場合、時刻Ｔ1 以前は、スイッチング素子Ｑ１がＯ
ＦＦ状態であり、コイル電流ＩL が減少していくと共
に、出力電圧Ｖout も低下していく。そして、出力電圧
Ｖout が目標値を下回った後、時刻Ｔ1 においてフリッ
プフロップ１０１のセット端子にセット信号が与えられ
ると、Ｑ信号は「Ｌ」から「Ｈ」へ変化する。このと
き、このＱ信号の変化によりスイッチング素子Ｑ１がＯ
Ｎ状態に制御され、以降、コイル電流ＩL は直線的に増
加してゆく。ここで、コイル電流ＩLの増加速度は、よ
く知られているように、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout
との差（Ｖin−Ｖout ）に比例する。したがって、も
し、入力電圧Ｖinが低下する等して上記差が小さくなる
と、図４(a) に示すように、コイル電流ＩL が最小値信
号Ｖmin に対応する電流値にまで増加するのには長い時
間を要する。換言すれば、上記差が小さいと、スイッチ
ング素子Ｑ１がＯＮ状態を保持する期間、即ちコイル電
流ＩL を負荷に供給し続ける時間が長くなる。これによ
り、出力電圧Ｖoutが目標電圧に対して過度に上昇し、
そのリップルの大きくなってしまう。
ングレギュレータの動作を説明する図である。ここで
は、時刻Ｔ1 以前はＱ信号が「Ｌ」であるものとする。
この場合、時刻Ｔ1 以前は、スイッチング素子Ｑ１がＯ
ＦＦ状態であり、コイル電流ＩL が減少していくと共
に、出力電圧Ｖout も低下していく。そして、出力電圧
Ｖout が目標値を下回った後、時刻Ｔ1 においてフリッ
プフロップ１０１のセット端子にセット信号が与えられ
ると、Ｑ信号は「Ｌ」から「Ｈ」へ変化する。このと
き、このＱ信号の変化によりスイッチング素子Ｑ１がＯ
Ｎ状態に制御され、以降、コイル電流ＩL は直線的に増
加してゆく。ここで、コイル電流ＩLの増加速度は、よ
く知られているように、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout
との差（Ｖin−Ｖout ）に比例する。したがって、も
し、入力電圧Ｖinが低下する等して上記差が小さくなる
と、図４(a) に示すように、コイル電流ＩL が最小値信
号Ｖmin に対応する電流値にまで増加するのには長い時
間を要する。換言すれば、上記差が小さいと、スイッチ
ング素子Ｑ１がＯＮ状態を保持する期間、即ちコイル電
流ＩL を負荷に供給し続ける時間が長くなる。これによ
り、出力電圧Ｖoutが目標電圧に対して過度に上昇し、
そのリップルの大きくなってしまう。
【００３０】図４(b) は、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。本実施形態にお
いて、時刻Ｔ1 においてＱ信号が「Ｌ」から「Ｈ」へ変
化すると、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御され
ることにより、以降、コイル電流ＩL は直線的に増加し
てゆく。この点は、図４(a) に示した既存のスイッチン
グレギュレータの動作と同じである。ただし、本実施形
態では、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されて
いる期間は、最小値信号Ｖmin のレベルが時間の経過と
共に低下していく。従って、図４(b) に示すように、コ
イルＩL の増加速度が遅かったとしても、そのコイル電
流ＩL は、長い時間が経過する前に最小値信号Ｖmin に
対応する電流値に達することになる。この実施例では、
時刻Ｔ2においてコイル電流ＩL が最小値信号Ｖmin に
対応する電流値よりも大きくなっている。
ギュレータの動作を説明する図である。本実施形態にお
いて、時刻Ｔ1 においてＱ信号が「Ｌ」から「Ｈ」へ変
化すると、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御され
ることにより、以降、コイル電流ＩL は直線的に増加し
てゆく。この点は、図４(a) に示した既存のスイッチン
グレギュレータの動作と同じである。ただし、本実施形
態では、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されて
いる期間は、最小値信号Ｖmin のレベルが時間の経過と
共に低下していく。従って、図４(b) に示すように、コ
イルＩL の増加速度が遅かったとしても、そのコイル電
流ＩL は、長い時間が経過する前に最小値信号Ｖmin に
対応する電流値に達することになる。この実施例では、
時刻Ｔ2においてコイル電流ＩL が最小値信号Ｖmin に
対応する電流値よりも大きくなっている。
【００３１】コイル電流ＩL が最小値信号Ｖmin に対応
する電流値よりも大きくなると、以降、コンパレータ１
０３の出力である第１の制御信号が「Ｈ」になる。した
がって、時刻Ｔ2 以降は、コンパレータ１０４の出力で
ある第２の制御信号が「Ｈ」になると、そのことによっ
てフリップフロップ１０１がリセットされる状態とな
る。そして、この実施例では、時刻Ｔ3 においてコイル
電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcnt よりも大きくなり、そ
れによりフリップフロップ１０１がリセットされてい
る。
する電流値よりも大きくなると、以降、コンパレータ１
０３の出力である第１の制御信号が「Ｈ」になる。した
がって、時刻Ｔ2 以降は、コンパレータ１０４の出力で
ある第２の制御信号が「Ｈ」になると、そのことによっ
てフリップフロップ１０１がリセットされる状態とな
る。そして、この実施例では、時刻Ｔ3 においてコイル
電流信号Ｖs が指令値信号Ｖcnt よりも大きくなり、そ
れによりフリップフロップ１０１がリセットされてい
る。
【００３２】フリップフロップ１０１がリセットされる
と、Ｑ信号が「Ｈ」から「Ｌ」に変化し、これによって
スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御されると共
に、最小値信号Ｖmin は時刻Ｔ1 以前のレベルに戻る。
ここで、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御され
ると、コイル電流ＩL が減少していくと共に出力電圧Ｖ
out も低下していく。そして、出力電圧Ｖout が目標値
を下回った後、時刻Ｔ4においてフリップフロップ１０
１のセット端子にセット信号が与えられると、Ｑ信号は
「Ｌ」から「Ｈ」へ変化する。この後、時刻Ｔ4 以降
は、時刻Ｔ1 〜時刻Ｔ4 における動作が繰り返される。
と、Ｑ信号が「Ｈ」から「Ｌ」に変化し、これによって
スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御されると共
に、最小値信号Ｖmin は時刻Ｔ1 以前のレベルに戻る。
ここで、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態に制御され
ると、コイル電流ＩL が減少していくと共に出力電圧Ｖ
out も低下していく。そして、出力電圧Ｖout が目標値
を下回った後、時刻Ｔ4においてフリップフロップ１０
１のセット端子にセット信号が与えられると、Ｑ信号は
「Ｌ」から「Ｈ」へ変化する。この後、時刻Ｔ4 以降
は、時刻Ｔ1 〜時刻Ｔ4 における動作が繰り返される。
【００３３】このように、本実施形態においては、スイ
ッチング素子Ｑ１が一定時間以上継続してＯＮ状態を保
持することが回避され、コイル電流ＩL が必要以上に流
れ続けることが回避される。これにより、出力電圧Ｖou
t が目標電圧に対して過度に上昇してしまうことが回避
され、出力電圧のリップルも大きくならない。
ッチング素子Ｑ１が一定時間以上継続してＯＮ状態を保
持することが回避され、コイル電流ＩL が必要以上に流
れ続けることが回避される。これにより、出力電圧Ｖou
t が目標電圧に対して過度に上昇してしまうことが回避
され、出力電圧のリップルも大きくならない。
【００３４】なお、上記構成のスイッチングレギュレー
タは、負荷電流に応じて使用すべき回路ユニットを切り
替える構成ではないので、好適なロードレギュレーショ
ン特性が得られる。また、上記実施例では、スイッチン
グ素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されている期間に最小値信
号Ｖmin のレベルが時間の経過とともに低下していく構
成を示したが、他の形態により同様の効果を得ることも
できる。例えば、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との差
に基づいて最小値信号Ｖmin のレベルを設定するように
してもよい。この場合、上記差が小さいときに最小値信
号Ｖmin のレベルを低くすればよい。
タは、負荷電流に応じて使用すべき回路ユニットを切り
替える構成ではないので、好適なロードレギュレーショ
ン特性が得られる。また、上記実施例では、スイッチン
グ素子Ｑ１がＯＮ状態に制御されている期間に最小値信
号Ｖmin のレベルが時間の経過とともに低下していく構
成を示したが、他の形態により同様の効果を得ることも
できる。例えば、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖout との差
に基づいて最小値信号Ｖmin のレベルを設定するように
してもよい。この場合、上記差が小さいときに最小値信
号Ｖmin のレベルを低くすればよい。
【００３５】さらに、上記実施例では、降圧型のスイッ
チングレギュレータを採り上げているが、昇圧型のスイ
ッチングレギュレータにも適用可能である。
チングレギュレータを採り上げているが、昇圧型のスイ
ッチングレギュレータにも適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、小さな負荷電流に対し
ても高い効率を維持できるスイッチングレギュレータに
おいて、リップルの小さい安定した直流電圧を生成でき
る。
ても高い効率を維持できるスイッチングレギュレータに
おいて、リップルの小さい安定した直流電圧を生成でき
る。
【図１】本発明の一実施形態のスイッチングレギュレー
タの回路図である。
タの回路図である。
【図２】最小値信号発生器の回路図である。
【図３】最小値信号発生器の動作を説明する図である。
【図４】(a) および(b) は、それぞれ、図５に示した既
存のスイッチングレギュレータおよび本実施形態のスイ
ッチングレギュレータの動作を説明する図である。
存のスイッチングレギュレータおよび本実施形態のスイ
ッチングレギュレータの動作を説明する図である。
【図５】既存のスイッチングレギュレータの一例の回路
図である。
図である。
１ 最小値信号発生器 １０１ フリップフロップ １０２ 発振器 １０３ コンパレータ １０４ コンパレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 スイッチ及びそのスイッチに接続するコ
イルを有し、そのコイルを介して流れるコイル電流に基
づいて上記スイッチを制御することにより出力電圧が一
定の値に保持されるスイッチングレギュレータであっ
て、 上記スイッチがＯＮ状態に制御されている期間、時間の
経過とともにそのレベルが低下していく最小値信号を生
成する生成手段と、 上記コイル電流が上記最小値信号よりも小さい期間、上
記スイッチがＯＦＦ状態に制御されることを阻止する阻
止手段と、 を有するスイッチングレギュレータ。 - 【請求項２】 スイッチ及びそのスイッチに接続するコ
イルを有し、そのコイルを介して流れるコイル電流に基
づいて上記スイッチを制御することにより出力電圧が一
定の値に保持されるスイッチングレギュレータであっ
て、 セット状態のときに上記スイッチをＯＮ状態に制御する
ための信号を出力し、リセット状態のときに上記スイッ
チをＯＦＦ状態に制御するための信号を出力するラッチ
回路と、 上記ラッチ回路をセット状態にするための周期信号を生
成する発振器と、 上記スイッチがＯＦＦ状態に制御されている期間は一定
のレベルであり且つ上記スイッチがＯＮ状態に制御され
ている期間は時間の経過とともにそのレベルが低下して
いく第１の閾値信号を生成する第１の生成手段と、 出力電圧に基づいて第２の閾値信号を生成する第２の生
成手段と、 上記コイル電流が上記第１および第２の閾値信号よりも
大きくなったときに、上記ラッチ回路をリセットするた
めの信号を生成するリセット回路と、 を有するスイッチングレギュレータ。 - 【請求項３】 スイッチ及びそのスイッチに接続するコ
イルを有し、そのコイルを介して流れるコイル電流に基
づいて上記スイッチを制御することにより出力電圧が一
定の値に保持されるスイッチングレギュレータであっ
て、 上記スイッチがＯＮ状態に制御されている期間、入力信
号と出力信号との差に基づいて最小値信号を生成する生
成手段と、 上記コイル電流が上記最小値信号よりも小さい期間、上
記スイッチがＯＦＦ状態に制御されることを阻止する阻
止手段と、 を有するスイッチングレギュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260834A JP2002078321A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | スイッチングレギュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260834A JP2002078321A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | スイッチングレギュレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002078321A true JP2002078321A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18748779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000260834A Withdrawn JP2002078321A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | スイッチングレギュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002078321A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088817A1 (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-22 | Rohm Co., Ltd | スイッチングレギュレータ |
| US7161337B2 (en) | 2005-01-19 | 2007-01-09 | Fujitsu Limited | Multiphase DC-DC converter |
| US7486061B2 (en) | 2003-04-16 | 2009-02-03 | Rohm Co., Ltd. | Power supply apparatus |
| US7595620B2 (en) | 2004-03-16 | 2009-09-29 | Rohm Co., Ltd. | Switching regulator |
| WO2024100430A1 (ja) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置及びその制御方法 |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260834A patent/JP2002078321A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7486061B2 (en) | 2003-04-16 | 2009-02-03 | Rohm Co., Ltd. | Power supply apparatus |
| US7663355B2 (en) | 2003-04-16 | 2010-02-16 | Rohm Co., Ltd. | Power supply apparatus |
| US8072201B2 (en) | 2003-04-16 | 2011-12-06 | Rohm Co., Ltd. | Power supply apparatus |
| WO2005088817A1 (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-22 | Rohm Co., Ltd | スイッチングレギュレータ |
| US7595620B2 (en) | 2004-03-16 | 2009-09-29 | Rohm Co., Ltd. | Switching regulator |
| US7161337B2 (en) | 2005-01-19 | 2007-01-09 | Fujitsu Limited | Multiphase DC-DC converter |
| CN100423424C (zh) * | 2005-01-19 | 2008-10-01 | 富士通株式会社 | 多相dc-dc变换器 |
| WO2024100430A1 (ja) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置及びその制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |