JP2002171749A - 過電流保護機能を有するスイッチングレギュレータおよびそれを用いた電子機器 - Google Patents

過電流保護機能を有するスイッチングレギュレータおよびそれを用いた電子機器

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JP2002171749A JP2000363196A JP2000363196A JP2002171749A JP 2002171749 A JP2002171749 A JP 2002171749A JP 2000363196 A JP2000363196 A JP 2000363196A JP 2000363196 A JP2000363196 A JP 2000363196A JP 2002171749 A JP2002171749 A JP 2002171749A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡に至る過電流の場合と、短絡には至らな
い過電流の場合を区別し、それぞれに最適な保護を行う
過電流保護機能を有するスイッチングレギュレータ、該
スイッチングレギュレータを組み込んだ電子機器を提供
すること。 【解決手段】 Pchドライバトランジスタ700がO
Nの時動作し、発振出力Lxのハイレベル時の電圧と第
1の基準電圧LMTREF1(過電流検出)および第1
の基準電圧LMTREF2(短絡検出)を比較する第1
および第2のコンパレータ回路100および300と、
第1および第2のコンパレータ回路100および200
の出力を保持する第1および第2のラッチ回路200お
よび400と、第1および第2のラッチ回路200およ
び400の出力に基づいて、PWMコントローラ500
からのPWM信号800をPchドライバトランジスタ
700のゲート電極に伝達するか否かを制御する出力制
御回路600からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力トランジスタ
を駆動するパルス信号のパルス幅を制御することにより
出力電圧および出力電流を制御するスイッチングレギュ
レータ技術に係り、特に、短絡に至る過電流の場合と、
短絡には至らない過電流の場合を区別し、それぞれに最
適な保護を行う過電流保護回路を内蔵したスイッチング
レギュレータ、ノイズなどによる一時的(瞬間的)な過
電流に対しては発振周期単位で対応する過電流保護回路
を内蔵したスイッチングレギュレータ、および該スイッ
チングレギュレータを組み込んだ携帯電話、PHS、P
DAやノートパソコンなどの各種携帯用電子機器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話,PHS(Personal Hand
yphone System),PDA(Personal Digital Assistant
s),ノートパソコンなど様々な携帯用電子機器が普及し
ている。これらの携帯用電子機器においては、内部回路
を駆動するために様々な電源電圧を必要としており、こ
れらの様々な電源電圧はバッテリー電圧を用いて電源回
路で生成している。
【0003】これらの携帯用電子機器に対しては、小型
軽量化および低コスト化が要望されている。そのため効
率のよいスイッチングレギュレータを用いた電源回路が
用いられ、これにより安定した様々な電源電圧を生成し
て、内部回路に安定した電源を供給している。
【0004】従来のスイッチングレギュレータの保護回
路としては、例えば、特開平9−182277号公報
「スイッチングレギュレータ」、および、特開平7−
327355号公報「スイッチングレギュレータの保護
回路」などがある。
【0005】図4は、特開平9−182277号公報に
記載されたスイッチングレギュレータを説明するための
図である。同図において、1は制御部、Tr1は出力ト
ランジスタ、Tr3はスイッチング素子、Lはコイルを
示している。
【0006】図4の回路において、制御部1は、出力ト
ランジスタTr1を一定周波数の制御信号OUTでスイ
ッチング駆動するとともに、出力端子Toutから出力さ
れる出力電圧Toutに基づいて制御信号OUTのデュー
ティを調整して、該出力電圧Voutを一定電圧に維持す
る。
【0007】制御部1は、出力電圧Voutが所定の電圧
以下となったとき、出力トランジスタTr1をカットオ
フさせる短絡保護回路2を備えている。コイルLと出力
端子Toutとの間には、制御信号OUTに基づいて出力
トランジスタTr1が動作するときにはオンしてダイオ
ードとして動作し、短絡保護回路2の出力信号に基づい
てコイルLと出力端子Toutとの接続を遮断するスイッ
チング素子Tr3が設けられている。
【0008】図5は、特開平7−327355号公報に
記載されたスイッチングレギュレータを説明するための
図である。同図において、5はドライブトランジスタ
6,ダイオード7,コイル8,コンデンサ9から構成さ
れるスイッチングレギュレータ、10はドライバトラン
ジスタ6を駆動するための駆動回路、11は出力トラン
ジスタ12〜15,地絡検出回路17および18,天絡
検出回路19および20からなるBTL(Balanced Tra
nsformerless)構成の出力増幅器、16は電源電圧が高
くなったことを検出する電圧検出回路、21は入力増幅
器、22は出力増幅器11と入力増幅器21にバイアス
を供給するバイアス回路、23は駆動回路10とバイア
ス回路22を停止するための停止回路を示している。
【0009】図5の回路において、停止回路23は、B
TL構成された出力トランジスタが地絡または天絡され
たことを示す地絡検出回路17,18または天絡検出回
路19,20の出力信号と電源電圧Vccの過電圧/サ
ージを検出したことを示す電圧検出回路16の出力信号
を入力し、駆動回路10とバイアス回路に停止信号を出
力する。
【0010】この構成により、出力増幅器11を構成す
る出力トランジスタの地絡または天絡が検出された場
合、バイアス回路の動作を停止して出力トランジスタ1
2〜15をオフにするとともにドライバトランジスタ6
をオフにしてこれらのトランジスタを電源電圧Vccの
過電圧/サージによる破壊から保護するようにしてい
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
平9−182277号公報に記載されたスイッチングレ
ギュレータにおいて、出力トランジスタTr1は、出力
電圧Toutが所定の電圧以下となったときにカットオフ
され保護されるようになっている。しかし、出力電圧T
outが、ノイズなどによって瞬間的(一時的)に所定の
電圧以下になった場合であっても保護回路が動作してし
まい、その後は、出力トランジスタTr1が継続してオ
フにされてしまい復帰できないという問題点がある。
【0012】また、特開平7−327355号公報に記
載された回路においては、出力トランジスタ12〜15
が短絡し、過電流が流れた場合にスイッチングレギュレ
ータ5のドライバトランジスタ6はオフされ保護され
る。しかしながら、このドライバトランジスタ6は、地
絡までには至らないまでも、電流が瞬間的に流れる場合
は壊れないが、電流が長時間流れると破壊に至る場合が
ある。
【0013】本発明の目的は、短絡に至る過電流の場合
と、短絡には至らない過電流の場合を区別し、それぞれ
に最適な保護を行う過電流保護機能を有するスイッチン
グレギュレータ、ノイズなどによる瞬間的な過電流に対
しては発振周期単位で対応する過電流保護機能を有する
スイッチングレギュレータ、および該スイッチングレギ
ュレータを組み込んだ携帯電話、PHS、PDAやノー
トパソコンなどの各種携帯用電子機器を提供することで
ある。
【0014】さらに具体的に述べると、 (1)請求項1〜3記載の発明は、短絡には至らない過
電流の場合に、ドライバトランジスタをオフにして保護
することが可能な過電流保護機能を有するスイッチング
レギュレータを提供すること、短絡には至らないノイズ
などの一時的(瞬間的、突発的)な過電流の場合に対処
するためにドライバトランジスタを周期的に回復させる
ことが可能な過電流保護機能を有するスイッチングレギ
ュレータを提供することを目的としている。
【0015】(2)請求項4〜5記載の発明は、短絡に
至る過電流の場合に、ドライバトランジスタをそれ以降
継続的にオフにして保護する(システムダウン)ことが
可能な過電流保護機能を有するスイッチングレギュレー
タを提供することを目的としている。
【0016】(3)請求項6〜7記載の発明は、請求項
1〜5記載の過電流保護機能を有するスイッチングレギ
ュレータを利用した応用機器を提案することを目的とし
ている。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次の手段を有する。すなわち、 a)請求項記載の過電流保護機能を有するスイッチング
レギュレータは、第1の電極(ソース)を第1の電源電
圧(Vdd)に接続するとともに、第2の電極(ドレイ
ン)を発振出力Lxとするドライバトランジスタ(Pc
hドライバトランジスタ700)と、該ドライバトラン
ジスタ(Pchドライバトランジスタ700)がONの
時のみ動作し、過電流によって変動する発振出力Lxの
ハイレベル時の電圧と第1の基準電圧(LMTREF
1)を比較する第1のコンパレータ回路(100)と、
該第1のコンパレータ回路(100)の出力が、前記発
振出力Lxのハイレベル時の電圧が前記第1の基準電圧
(LMTREF1)より小さいことを示す場合に、前記
第1のコンパレータ回路の出力を保持する第1のラッチ
回路(200)と、該第1のラッチ回路(200)の出
力に基づいて、PWMコントローラ(500)からの出
力信号(800)を前記ドライバトランジスタ(Pch
ドライバトランジスタ700)のオンオフを制御する制
御電極に伝達するか否かを制御する出力制御回路(60
0)を有することを特徴としている。
【0018】また、請求項2記載の過電流保護機能を有
するスイッチングレギュレータは、請求項1記載におい
て、第1のラッチ回路(200)を所定の周期でリセッ
トするようにしたことを特徴としている。
【0019】また、請求項3記載の過電流保護機能を有
するスイッチングレギュレータは、請求項1または2に
おいて、第1の基準電圧が、発振出力Lxのハイレベル
時の電圧が過電流状態であることを示す目安となる電圧
であることを特徴としている。
【0020】また、請求項4記載の過電流保護機能を有
するスイッチングレギュレータは、請求項1〜3の構成
に加えて、第1の基準電圧(LMTREF1)よりも低
い第2の基準電圧(LMTREF2)と発振出力Lxを
比較する第2のコンパレータ回路(300)と、該第2
のコンパレータ回路(300)の出力が、発振出力Lx
のハイレベル時の電圧が第2の基準電圧(LMTREF
2)より小さいことを示す場合に、第2のコンパレータ
回路(300)の出力を保持する第2のラッチ回路(4
00)と、該第2のラッチ回路(400)の出力を出力
制御回路(600)に入力し、PWMコントローラ(5
00)からの出力信号(800)をドライバトランジス
タ(Pchドライバトランジスタ700)のオンオフを
制御する制御電極に伝達するか否かを制御することを特
徴としている。
【0021】また、請求項5記載の過電流保護機能を有
するスイッチングレギュレータは、第2の基準電圧が、
発振出力Lxのハイレベル時の電圧が短絡状態であるこ
とを示す目安となる電圧であることを特徴としている。
【0022】また、請求項6記載の電子機器は、請求項
1〜5記載のスイッチングレギュレータを内蔵する電子
機器であり、請求項7記載の携帯用電子機器は、携帯電
話、PHS、PDA、またはノートパソコンのいずれか
であることを特徴としている。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図1は、本実施例に係るスイッチングレ
ギュレータの構成図である。同図に示すように、本実施
例に係るスイッチングレギュレータは、発振出力Lxと
定電圧LMTREF1とを比較するコンパレータ10
0、該コンパレータ100の出力を保持するSRラッチ
回路200、また、前記定電圧LMTREF1より低い
電圧LMTREF2と発振出力Lxとを比較するコンパ
レータ300、該コンパレータ300の出力を保持する
SRラッチ回路400、PWMコントローラ500、P
WMコントローラ500の出力800の通過をSRラッ
チ回路200またはSRラッチ回路400のセット出力
により抑止制御するための出力制御回路600、該出力
制御回路の出力によりオンオフが制御されるPchドラ
イバトランジスタ700で構成される。
【0024】出力制御回路600は、例えば、SRラッ
チ回路200のセット出力とSRラッチ回路400のセ
ット出力の論理和を取り、その論理和とPWMコントロ
ーラ500の出力800との論理積を取って出力する回
路構成を有する。また、コンパレータ100、300
は、Pchドライバトランジスタ700がオンのときに
のみ動作するように構成されている。コイルLおよび容
量Cは、図示しない外付け回路をスイッチングレギュレ
ータに接続するための接続用部品を示している。
【0025】図2および図3は、図1のスイッチングレ
ギュレータの動作を説明するための、発振出力Lx,過
電流,PWMコントローラ500からの出力800,P
WMコントローラ500からの出力900のタイムチャ
ートであり、図2はリミット動作1を、図3はリミット
動作2を説明するためのタイムチャートを示している。
【0026】以下、図1〜3を用いて、本実施例に係る
スイッチングレギュレータの動作を説明する。
【0027】(リミット動作1の説明)通常動作時は、
SRラッチ200はリセットされており、出力制御回路
600は、PWMコントローラ500からの出力800
(パルス幅変調されたパルス列)を通過させてPchド
ライバトランジスタ700のゲートに加え、スイッチン
グレギュレータを正常状態で動作させている。この正常
状態で動作している期間を、図2中の(イ)で示してい
る。
【0028】しかし、出力電圧Voutに過電流が流れ
ると(瞬間的であるか継続的であるかを問わない)、発
振出力Lxのオン期間のHレベルが電源電圧より低くな
っていく。発振出力Lxのオン期間のHレベルと定電圧
LMTREF1とをコンパレータ100で比較し、発振
出力Lxのオン期間のHレベルが定電圧LMTREF1
よりも低くなった場合(図2中の(a)のタイミン
グ)、コンパレータ100の出力によってSRラッチ2
00がセットされる。
【0029】出力制御回路600は、SRラッチ200
のセット出力により、PWMコントローラ500からの
出力800を通過させず、Pchドライバトランジスタ
700をオフにし、発振出力Lxを強制的に0レベルに
する。このSRラッチ200がセットされている期間を
(ロ)で示している(リミット動作1の区間)。この構
成により、出力電圧Voutに過電流が流れた場合に、
Pchドライバトランジスタ700を破壊せずに保護す
ることができる。
【0030】その後、SRラッチ200は、発振周期T
後に、PWMコントローラ500で作成された信号90
0によりリセットされる(図2の(b))。このリセッ
ト後、出力制御回路600は、PWMコントローラ50
0からの出力800を通過させてPchドライバトラン
ジスタ700のゲートに加え、これを再び通常動作させ
る。
【0031】従って、出力電圧Voutに流れる過電流
がノイズなどに起因する一時的(瞬間的)な過電流であ
れば、発振周期T以降は、通常のPWM動作に復帰し、
装置障害などによる継続的な過電流であればSRラッチ
回路200はコンパレータ100の出力により再度セッ
トされPchドライバトランジスタ700を保護する。
【0032】(リミット動作2の説明)上記リミット動
作1は、出力電圧Voutに流れる過電流がノイズなど
に起因する一時的な過電流の場合に、一時的にSRラッ
チ回路200をセットしてPchドライバトランジスタ
700を保護するものであるが、本リミット動作2は、
発振出力Lxのオン期間のHレベルが前記定電圧LMT
REF1より低い定電圧LMTREF2より低くなった
場合(出力電圧Voutが短絡(ショート)などの異常
が発生した可能性が大きい)、コンパレータ300の出
力によりSRラッチ回路400をセットして継続的にP
chドライバトランジスタ700をオフにして保護する
ようにしたものである。
【0033】さらに詳しく説明すると、図3のタイムチ
ャートに示すように、発振出力Lxのオン期間のHレベ
ルと前述の定電圧LMTREF1より低い定電圧LMT
REF2をコンパレータ300で比較し、発振出力Lx
のオン期間のHレベルが定電圧LMTREF2よりも低
くなった場合、コンパレータ300の出力によってSR
ラッチ400がセットされる。
【0034】出力制御回路600は、SRラッチ400
のセット出力により、PWMコントローラ500からの
出力800を通過させず、Pchドライバトランジスタ
700をオフにし、発振出力Lxを強制的に0レベルに
する。このSRラッチ400がセットされている期間
(リミット動作2の区間)を図中(ハ)で示している。
この構成により、出力電圧Voutが短絡(ショート)
などの異常によって過電流が流れた場合にはPchドラ
イバトランジスタ700を継続的にオフにして、Pch
ドライバトランジスタ700を破壊せずに保護すること
が可能になる。
【0035】なお、上記実施例では、リミット動作2を
行うために、発振出力Lxのオン期間のHレベルと定電
圧LMTREF2とをコンパレータ300で比較し、発
振出力Lxのオン期間のHレベルが定電圧LMTREF
2よりも低くなった場合、コンパレータ300の出力に
よってSRラッチ400を即座にセットする例を示した
が、別の例として、タイマーを設け、発振出力Lxのオ
ン期間のHレベルと定電圧LMTREF1とをコンパレ
ータ100で比較し、発振出力Lxのオン期間のHレベ
ルが定電圧LMTREF1よりも低くなった場合に、タ
イマーを起動し、所定時間経過した時点でSRラッチ回
路をセットし、該SRラッチ回路のセット出力により出
力制御回路600を抑止制御するようにしてもよい。
【0036】また、別の例として、発振出力Lxのオン
期間のHレベルと定電圧LMTREF1と定電圧LMT
REF2を比較し、発振出力Lxのオン期間のHレベル
が定電圧LMTREF1と定電圧LMTREF2の間に
なる回数をカウントし、所定の回数になった場合にSR
ラッチ回路をセットし、該SRラッチ回路のセット出力
により出力制御回路600を抑止制御するようにしても
よい。
【0037】本発明は、携帯電話、PHS、PDA、ノ
ートパソコンなどの携帯用電子機器の電源として特に有
用である。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、短絡に至る過電流の場
合と、短絡には至らない過電流の場合を区別し、それぞ
れに最適な保護を行う過電流保護機能を有するスイッチ
ングレギュレータ、ノイズなどによる瞬間的な過電流に
対しては発振周期単位で対応する過電流保護機能を有す
るスイッチングレギュレータ、および該過電流保護機能
を有するスイッチングレギュレータを内蔵した各種電子
機器を実現することが可能になる。
【0039】具体的には、 (1)請求項1〜3記載の発明によれば、短絡には至ら
ない過電流の場合に、ドライバトランジスタをオフにし
て保護することが可能な過電流保護機能を有するスイッ
チングレギュレータを提供すること、短絡には至らない
ノイズなどの一時的(瞬間的、突発的)な過電流の場合
に対処するためにドライバトランジスタを周期的に回復
させることが可能な過電流保護機能を有するスイッチン
グレギュレータを実現できる。
【0040】(2)請求項4〜5記載の発明によれば、
短絡に至る過電流の場合に、ドライバトランジスタをそ
れ以降継続的にオフにして保護する(システムダウン)
ことが可能な過電流保護機能を有するスイッチングレギ
ュレータを実現できる。
【0041】(3)請求項6〜7記載の発明によれば、
請求項1〜5記載の過電流保護機能を有するスイッチン
グレギュレータを利用し、ドライバトランジスタを保護
することが可能な各種電子機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るスイッチングレギュレータの構
成図である。
【図2】図1のスイッチングレギュレータの動作を説明
するためのタイムチャート図である(リミット動作
1)。
【図3】図1のスイッチングレギュレータの動作を説明
するためのタイムチャート図である(リミット動作
2)。
【図4】従来(特開平9−182277号公報)のスイ
ッチングレギュレータを説明するための図である。
【図5】従来(特開平9−182277号公報)のスイ
ッチングレギュレータを説明するための図である。
【符号の説明】 1:制御部、 Tr1:出力トランジスタ、 Tr3:スイッチング素子、 L:コイル、 5:スイッチングレギュレータ、 6:ドライブトランジスタ、 7:ダイオード、 8:コイル、 9:コンデンサ、 10:駆動回路、 11:BTL(Balanced Transformerless)構成の出力
増幅器、 12〜15:出力トランジスタ、 16:電圧検出回路、 17,18:地絡検出回路、 19,20:天絡検出回路、 21:入力増幅器、 22:バイアス回路、 23:停止回路、 Lx:発振出力、 LMTREF1:定電圧(第1の基準電圧)、 LMTREF2:定電圧(第2の基準電圧)、 100:コンパレータ(第1のコンパレータ)、 200:SRラッチ回路(第1のSRラッチ回路)、 300:コンパレータ(第2のコンパレータ)、 400:SRラッチ回路(第2のSRラッチ回路)、 500:PWMコントローラ、 600:出力制御回路、 700:ドライバトランジスタ(Pchドライバトラン
ジスタ)、 800:PWMコントローラからの出力(PWM信
号)、 900:PWMコントローラからの出力(リセット信
号)。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 過電流保護機能を有するスイッチングレ
    ギュレータであって、 第1の電極を第1の電源電圧に接続するとともに、第2
    の電極を発振出力Lxとするドライバトランジスタと、
    該ドライバトランジスタがONの時のみ動作し、過電流
    によって変動する発振出力Lxのハイレベル時の電圧と
    第1の基準電圧(LMTREF1)を比較する第1のコ
    ンパレータ回路と、該第1のコンパレータ回路の出力
    が、前記発振出力Lxのハイレベル時の電圧が前記第1
    の基準電圧(LMTREF1)より小さいことを示す場
    合に、前記第1のコンパレータ回路の出力を保持する第
    1のラッチ回路と、該第1のラッチ回路の出力に基づい
    て、PWMコントローラからの出力信号を前記ドライバ
    トランジスタのオンオフを制御する制御電極に伝達する
    か否かを制御する出力制御回路を有することを特徴とす
    る過電流保護機能を有するスイッチングレギュレータ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の過電流保護機能を有する
    スイッチングレギュレータにおいて、 前記第1のラッチ回路を所定の周期でリセットすること
    を特徴とする過電流保護機能を有するスイッチングレギ
    ュレータ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の過電流保護機能
    を有するスイッチングレギュレータにおいて、 前記第1の基準電圧は、前記発振出力Lxのハイレベル
    時の電圧が過電流状態であることを示す目安となる電圧
    であることを特徴とする過電流保護機能を有するスイッ
    チングレギュレータ。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の過
    電流保護機能を有するスイッチングレギュレータにおい
    て、 さらに、前記第1の基準電圧(LMTREF1)よりも
    低い第2の基準電圧(LMTREF2)と前記発振出力
    Lxを比較する第2のコンパレータ回路と、該第2のコ
    ンパレータ回路の出力が、前記発振出力Lxのハイレベ
    ル時の電圧が前記第2の基準電圧(LMTREF2)よ
    り小さいことを示す場合に、前記第2のコンパレータ回
    路の出力を保持する第2のラッチ回路と、該第2のラッ
    チ回路の出力を前記出力制御回路に入力し、前記PWM
    コントローラからの出力信号を前記ドライバトランジス
    タのオンオフを制御する制御電極に伝達するか否かを制
    御することを特徴とする請求項1過電流保護機能を有す
    るスイッチングレギュレータ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の過電流保護機能を有する
    スイッチングレギュレータにおいて、 前記第2の基準電圧は、前記発振出力Lxのハイレベル
    時の電圧が短絡状態であることを示す目安となる電圧で
    あることを特徴とする過電流保護機能を有するスイッチ
    ングレギュレータ。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の過
    電流保護機能を有するスイッチングレギュレータを内蔵
    することを特徴とする電子機器。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の電子機器は、携帯電話、
    PHS、PDA、またはノートパソコンのいずれかであ
    ることを特徴とする携帯用電子機器。
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