JP2002281743A - Semiconductor integrated circuit and portable electronic apparatus - Google Patents

Semiconductor integrated circuit and portable electronic apparatus

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JP2002281743A
JP2002281743A JP2001077575A JP2001077575A JP2002281743A JP 2002281743 A JP2002281743 A JP 2002281743A JP 2001077575 A JP2001077575 A JP 2001077575A JP 2001077575 A JP2001077575 A JP 2001077575A JP 2002281743 A JP2002281743 A JP 2002281743A
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Japan
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switch element
circuit
switch
potential
current
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Japanese (ja)
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Ryohei Saga
良平 嵯峨
Kiichi Tokunaga
紀一 徳永
Tamahiko Kanouda
玲彦 叶田
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a conventional common synchronous rectification type switching regulator, where a power loss is small when a load is relatively heavy but the power loss is large when the load is light. SOLUTION: In a synchronous rectification type switching regulator which has a pair of switches (SW1 and SW2) whose ON/OFF operations are complementarily controlled to supply a current to an inductor, a reverse current detection circuit (22) which detects a reverse direction current supplied to the voltage input terminal side switch (SW1) is provided and, when the reverse current is detected, the reference potential side switch (SW2) is turned off.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチングレギ
ュレータの変換効率向上技術さらには降圧型スイッチン
グレギュレータにおいて負荷の大小に応じてスイッチ素
子のオン、オフのタイミングを切り替えることで変換効
率を向上させる場合に適用して有効な技術に関し、例え
ば携帯用電子機器に搭載されるスイッチング電源回路に
利用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for improving the conversion efficiency of a switching regulator, and more particularly, to a case where the conversion efficiency is improved by switching the ON / OFF timing of a switch element according to the size of a load in a step-down switching regulator. The present invention relates to a technology which is effective when applied, for example, a technology which is effective when used in a switching power supply circuit mounted on a portable electronic device.

【0002】[0002]

【従来の技術】降圧型スイッチングレギュレータは、図
11に示すように、電池などから供給される電源電圧が
印加される電圧入力端子VINと基準電圧端子GNDとの
間に直列形態に接続されたスイッチ素子SW1および逆
方向ダイオードD1と、前記スイッチ素子SW1とダイ
オードD1との接続ノードn1と出力端子VOUTとの間
に接続されたインダクタンス素子L1とから構成され、
スイッチ素子SW1をオン、オフ動作させてインダクタ
ンス素子L1を介して容量性負荷CLおよび抵抗性負荷
RLに電流を供給することでスイッチ素子の制御パルス
Pcのデューティ比に応じた電圧を出力する。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 11, a step-down switching regulator has a switch connected in series between a voltage input terminal VIN to which a power supply voltage supplied from a battery or the like is applied and a reference voltage terminal GND. An element SW1 and a reverse diode D1, and an inductance element L1 connected between a connection node n1 between the switch element SW1 and the diode D1 and an output terminal VOUT;
The switch element SW1 is turned on and off to supply current to the capacitive load CL and the resistive load RL via the inductance element L1, thereby outputting a voltage corresponding to the duty ratio of the control pulse Pc of the switch element.

【0003】かかるスイッチングレギュレータにおいて
は、スイッチ素子SW1がオフ状態のときは基準電圧端
子GNDからダイオードD1を通してインダクタンス素
子L1へ電流が流れるが、このときダイオードD1の順
方向電圧VFで損失が発生する。そこで、図12に示す
ように、ダイオードD1をスイッチSW2に置き換えて
SW1と相補的にオン、オフ制御することで損失を低減
するようにした同期整流型スイッチングレギュレータが
開発された。
In such a switching regulator, when the switch element SW1 is in an off state, a current flows from the reference voltage terminal GND to the inductance element L1 through the diode D1, but at this time, a loss occurs in the forward voltage VF of the diode D1. Therefore, as shown in FIG. 12, a synchronous rectification type switching regulator has been developed in which the diode D1 is replaced with a switch SW2 and the loss is reduced by performing on / off control complementary to SW1.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図12に示す同期整流
型スイッチングレギュレータにあっては、負荷が比較的
重いとき(負荷抵抗RLが小さいとき)は電力損失が少
なくて済むが、負荷が軽くなる(負荷抵抗RLが大きく
なる)と電力損失が多くなるという問題点がある。これ
は、インダクタンス素子L1に流れる電流の向きを考え
ると、負荷が重いときは図13(B)に示すように、イ
ンダクタンス素子L1に流れる電流は常に出力端子VOU
Tへ向かう電流(正)方向であるが、負荷が軽くなると
図13(C)に示すように、インダクタンス素子Lに流
れる電流の向きが逆転しインダクタンス素子L1からス
イッチ素子SW2を通して基準電圧端子GNDへ向かっ
て流れる電流(負)が発生するようになり、ハッチング
aで示す部分が損失となるためである。なお、bで部分
が損失にならないのは、この部分の電流はスイッチSW
1の基体に寄生するダイオードを通して電圧入力端子V
INへ向かう電流であり、これは電池を充電させる電流と
なるためである。
In the synchronous rectification type switching regulator shown in FIG. 12, when the load is relatively heavy (when the load resistance RL is small), the power loss is small, but the load is light. When the load resistance RL increases, the power loss increases. Considering the direction of the current flowing through the inductance element L1, when the load is heavy, as shown in FIG. 13B, the current flowing through the inductance element L1 is always the output terminal VOU.
Although the direction is a current (positive) toward T, when the load is reduced, as shown in FIG. 13C, the direction of the current flowing through the inductance element L is reversed, and the current flows from the inductance element L1 to the reference voltage terminal GND through the switch element SW2. This is because a current (negative) flowing toward the portion is generated, and the portion indicated by hatching a becomes a loss. The reason that the portion does not cause a loss in b is that the current in this portion is the switch SW.
Voltage input terminal V through a parasitic diode on one substrate
This is a current flowing toward IN, which is a current for charging the battery.

【0005】上記のような損失を減らすため、インダク
タンス素子L1に逆方向の電流が流れる軽負荷状態にあ
ることを検出してグランド側のスイッチ素子SW2をオ
フさせるようにした発明が提案されている(特開200
0−92824号公報など)。ただし、前記先願発明は
グランド側へ流れる電流を検出してスイッチ素子SW2
をオフさせるようにしている。
In order to reduce the above-mentioned loss, there has been proposed an invention in which a light load state in which a reverse current flows through the inductance element L1 is detected to turn off the ground-side switch element SW2. (Japanese Patent Laid-Open No. 200
No. 0-92824). However, the prior invention detects the current flowing to the ground side and detects the switching element SW2.
Is turned off.

【0006】この発明の目的は、従来とは異なる方式で
インダクタンス素子に流れる逆流を検出して軽負荷時に
おける電力損失を低減可能な同期整流型のスイッチング
レギュレータを構成するための半導体集積回路およびそ
れを用いたスイッチング電源回路を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for forming a synchronous rectification type switching regulator capable of detecting a reverse flow flowing through an inductance element by a method different from the conventional one and reducing power loss at a light load. And a switching power supply circuit using the same.

【0007】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】同期整流型のスイッチン
グレギュレータにおいて、電圧入力端子側のスイッチ素
子と基準電位端子(グランド)側のスイッチ素子が共に
オフ状態にされる期間(デットタイム)に着目すると、
この期間では、負荷が重くインダクタンス素子の電流が
逆転を起こしていないときは上記スイッチ素子の中間ノ
ードの電位は基準電位よりも少し低くなり、負荷が軽く
インダクタンス素子の電流が逆転を起こしているときは
上記スイッチ素子の中間ノードの電位は入力電圧よりも
高くなる。つまり、逆流の有無によりデットタイムにお
けるスイッチ素子の中間ノードの電位に顕著な差異が生
じるので、この中間ノードの電位を検出することで極め
て容易かつ確実に逆流の有無を検出することができる。
In a synchronous rectification type switching regulator, attention is paid to a period (dead time) in which a switch element on a voltage input terminal side and a switch element on a reference potential terminal (ground) side are both turned off. ,
During this period, when the load is heavy and the current of the inductance element is not reversed, the potential of the intermediate node of the switch element is slightly lower than the reference potential, and when the load is light and the current of the inductance element is reversed. Is that the potential of the intermediate node of the switch element is higher than the input voltage. That is, a significant difference occurs in the potential of the intermediate node of the switch element during the dead time due to the presence or absence of the backflow. Therefore, the presence or absence of the backflow can be detected extremely easily and reliably by detecting the potential of the intermediate node.

【0009】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
ので、電圧入力端子と基準電位端子との間に直列に接続
された第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子を
相補的にオン、オフ制御して、前記第1および第2のス
イッチ素子の中間接続ノードと出力端子との間に接続さ
れるインダクタンス素子に対して電流を流して前記電圧
入力端子に印加されている電圧を降圧した電圧を出力さ
せるための半導体集積回路であって、前記第1および第
2のスイッチ素子のオン、オフ制御パルスを生成するパ
ルス生成回路と、該パルス生成回路におけるパルスの生
成に必要なクロック信号を生成するクロック生成回路
と、前記第1および第2のスイッチ素子が共にオフ状態
にされる期間における前記中間接続ノードの電位に基づ
いて前記中間接続ノードから前記電圧入力端子に向かっ
て流れる電流を検出するための検出回路を含み該検出回
路が上記電流を検出した場合には、少なくとも次に上記
第2のスイッチ素子がオンされるべき期間に該第2のス
イッチ素子をオンさせないようにするスイッチング制御
回路とを備えるようにしたものである。
The present invention has been made based on such knowledge, and has a first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal, which are turned on and off complementarily. A voltage that is controlled to cause a current to flow through an inductance element connected between an intermediate connection node of the first and second switch elements and an output terminal to reduce the voltage applied to the voltage input terminal. A pulse generation circuit for generating ON / OFF control pulses for the first and second switch elements, and a clock signal required for generating pulses in the pulse generation circuit. The intermediate connection node based on the potential of the intermediate connection node during a period in which both the first and second switch elements are turned off. A detection circuit for detecting a current flowing from the input terminal to the voltage input terminal, when the detection circuit detects the current, at least during a period in which the second switch element is to be turned on. A switching control circuit for preventing the second switch element from being turned on.

【0010】上記した手段によれば、逆電流(中間接続
ノードから前記電圧入力端子に向かって流れる電流)の
有無によりデットタイムにおけるスイッチ素子の中間ノ
ードの電位に顕著な差異が生じるので、極めて容易かつ
確実に逆電流の有無を検出することができる。ただし、
前記中間接続ノードの電位を検出する代わりに中間接続
ノードから前記電圧入力端子に向かう電流を検出する電
流検出回路を設けるようにしても良い。パルス生成回路
におけるパルスの生成に必要なクロック信号はチップ外
部から与えるようにしても良い。
According to the above-described means, the presence or absence of a reverse current (current flowing from the intermediate connection node toward the voltage input terminal) causes a remarkable difference in the potential of the intermediate node of the switch element during the dead time, so that it is extremely easy. In addition, the presence or absence of a reverse current can be reliably detected. However,
Instead of detecting the potential of the intermediate connection node, a current detection circuit for detecting a current flowing from the intermediate connection node to the voltage input terminal may be provided. A clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit may be supplied from outside the chip.

【0011】また、上記検出回路は、上記第1のスイッ
チ素子の両端子間の電位差を検出するコンパレータによ
り構成する。これにより、既存の簡単な回路で逆電流検
出回路を構成することができる。
Further, the detection circuit is constituted by a comparator for detecting a potential difference between both terminals of the first switch element. As a result, the reverse current detection circuit can be configured with an existing simple circuit.

【0012】さらに、上記検出回路は、上記電圧入力端
子と上記中間接続ノードとの間に上記第1のスイッチ素
子と直列に接続された抵抗素子と、該抵抗素子の両端子
間の電位差を検出するコンパレータとから構成する。ス
イッチ素子の両端子間の電位差は比較的小さく検出しず
らいが、スイッチ素子と直列に抵抗を接続しその両端子
間電圧を検出することにより、確実に逆電流を検出する
ことができる。
Further, the detection circuit detects a resistance element connected in series with the first switch element between the voltage input terminal and the intermediate connection node, and detects a potential difference between both terminals of the resistance element. And a comparator. Although the potential difference between both terminals of the switch element is relatively small and hard to detect, a reverse current can be reliably detected by connecting a resistor in series with the switch element and detecting the voltage between both terminals.

【0013】さらに、上記検出回路には、上記中間接続
ノード側の電位にオフセットを与えて上記コンパレータ
の入力端子に印加するオフセット手段を設ける。これに
より、逆電流が流れているときと流れていないときのい
ずれの場合においてもコンパレータの検出電位と比較電
位との差を大きくし、確実に逆電流を検出することがで
きるとともに、コンパレータの応答を早くすることがで
きる。
Further, the detection circuit is provided with offset means for applying an offset to the potential on the intermediate connection node side and applying the offset to the input terminal of the comparator. This makes it possible to increase the difference between the detection potential of the comparator and the comparison potential both when the reverse current flows and when the reverse current does not flow, to reliably detect the reverse current, Can be faster.

【0014】上記検出回路は、出力端子に向かって電流
が流れているときの上記中間接続ノードの電位と電圧入
力端子に向かって電流が流れているときの中間接続ノー
ドの電位との間の電位を発生する定電圧発生回路と、該
停電圧発生回路で発生された電圧と上記中間接続ノード
の電位とを比較して逆流を検出するコンパレータとから
構成する。このようにしても、逆流が流れているときと
流れていないときのいずれの場合においてもコンパレー
タの検出電位と比較電位との差を大きくし、確実に逆電
流を検出することができる。
[0014] The detection circuit is configured to determine a potential between the potential of the intermediate connection node when a current flows toward the output terminal and the potential of the intermediate connection node when a current flows toward the voltage input terminal. And a comparator for comparing the voltage generated by the stop voltage generating circuit with the potential of the intermediate connection node to detect a backflow. Even in this case, the difference between the detection potential of the comparator and the comparison potential is increased in both cases when the backflow is flowing and when the backflow is not flowing, and the reverse current can be reliably detected.

【0015】さらに望ましくは、上記クロック生成回路
は発振回路を有し、該発振回路は上記検出回路が逆流を
検出した場合に発振周波数を下げるように構成する。こ
れにより、インダクタンス素子に流れる電流を減らして
逆電流が流れる時間そのものを減らすことができる。
More preferably, the clock generation circuit has an oscillation circuit, and the oscillation circuit is configured to reduce the oscillation frequency when the detection circuit detects a backflow. As a result, the current flowing through the inductance element can be reduced, and the time itself during which the reverse current flows can be reduced.

【0016】本発明の携帯用電子機器は、上記のような
構成を有する半導体集積回路と、該半導体集積回路から
出力される制御パルスによってオン、オフ動作される上
記第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子と、こ
れらのスイッチ素子の中間接続ノードに一方の端子が結
合されるインダクタンス素子と、該インダクタンス素子
の他方の端子と定電位点との間に接続された容量素子と
を含み、上記スイッチ素子と上記インダクタンス素子と
上記容量素子が上記半導体集積回路に外付け素子として
接続されたスイッチング電源装置を設けたものである。
これにより、軽負荷時におけるスイッチング電源装置の
電力損失を低減し電池消耗を少なくすることができ、電
池により長時間駆動可能な携帯用電子機器が得られる。
A portable electronic device according to the present invention includes a semiconductor integrated circuit having the above-described configuration, and the first switch element and the second switch element that are turned on and off by a control pulse output from the semiconductor integrated circuit. A switching element, an inductance element having one terminal coupled to an intermediate connection node of these switching elements, and a capacitance element connected between the other terminal of the inductance element and a constant potential point. A switching power supply device is provided in which a switching element, the inductance element, and the capacitance element are connected as external elements to the semiconductor integrated circuit.
As a result, power loss of the switching power supply device at light load can be reduced, battery consumption can be reduced, and a portable electronic device that can be driven for a long time by a battery can be obtained.

【0017】また、本願の他の発明は、電圧入力端子と
基準電位端子との間に直列に接続された第1のスイッチ
素子および第2のスイッチ素子を相補的にオン、オフ制
御して、前記第1および第2のスイッチ素子の中間接続
ノードと出力端子との間に接続されるインダクタンス素
子に対して電流を流して前記電圧入力端子に印加されて
いる電圧を降圧した電圧を出力させるための半導体集積
回路であって、前記第1および第2のスイッチ素子と、
これらのスイッチ素子のオン、オフ制御パルスを生成す
るパルス生成回路と、該パルス生成回路におけるパルス
の生成に必要なクロック信号を生成するクロック生成回
路と、前記第1および第2のスイッチ素子が共にオフ状
態にされる期間における前記中間接続ノードの電位に基
づいて前記インダクタンス素子に流れる電流を検出する
ための検出回路を含み該検出回路が上記電流を検出した
場合には、少なくとも次に上記第2のスイッチ素子がオ
ンされるべき期間に該第2のスイッチ素子をオンさせな
いようにするスイッチング制御回路とを備えた半導体集
積回路である。
According to another aspect of the present invention, a first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off. A current flowing through an inductance element connected between an intermediate connection node of the first and second switch elements and an output terminal to output a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal; A semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said first and second switch elements;
A pulse generation circuit for generating ON / OFF control pulses for these switch elements, a clock generation circuit for generating a clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit, and the first and second switch elements are both A detection circuit for detecting a current flowing through the inductance element based on a potential of the intermediate connection node during a period in which the second connection node is turned off; and when the detection circuit detects the current, at least the second And a switching control circuit for preventing the second switch element from being turned on during a period when the switch element is to be turned on.

【0018】上記した手段によれば、逆電流の有無によ
りデットタイムにおけるスイッチ素子の中間ノードの電
位に顕著な差異が生じるので、極めて容易かつ確実に逆
電流の有無を検出することができる。しかも、第1の発
明と異なり、第1および第2のスイッチ素子がスイッチ
ング制御回路と同一の半導体チップ上に設けられている
ため、外付け素子数すなわち構成部品点数が少なくて済
み、実装密度を高めることができる。ただし、前記中間
接続ノードの電位を検出する代わりに中間接続ノードか
ら前記電圧入力端子に向かう電流を直接検出する電流検
出回路を設けるようにしても良い。パルス生成回路にお
けるパルスの生成に必要なクロック信号はチップ外部か
ら与えるようにしても良い。
According to the above-described means, a significant difference occurs in the potential of the intermediate node of the switch element during the dead time depending on the presence or absence of the reverse current, so that the presence or absence of the reverse current can be detected very easily and reliably. Moreover, unlike the first invention, the first and second switch elements are provided on the same semiconductor chip as the switching control circuit, so that the number of external elements, that is, the number of components is small, and the mounting density is low. Can be enhanced. However, instead of detecting the potential of the intermediate connection node, a current detection circuit for directly detecting a current flowing from the intermediate connection node to the voltage input terminal may be provided. A clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit may be supplied from outside the chip.

【0019】また、上記検出回路は、上記第1のスイッ
チ素子の両端子間の電位差を検出するコンパレータによ
り構成する。これにより、既存の簡単な回路で逆電流検
出回路を構成することができる。
Further, the detection circuit comprises a comparator for detecting a potential difference between both terminals of the first switch element. As a result, the reverse current detection circuit can be configured with an existing simple circuit.

【0020】さらに、上記検出回路は、上記電圧入力端
子と上記中間接続ノードとの間に上記第1のスイッチ素
子と直列に接続された抵抗素子と、該抵抗素子の両端子
間の電位差を検出するコンパレータとから構成する。ス
イッチ素子の両端子間の電位差は比較的小さく検出しず
らいが、スイッチ素子と直列に抵抗を接続しその両端子
間電圧を検出することにより、確実に逆電流を検出する
ことができる。
Further, the detection circuit detects a resistance element connected in series with the first switch element between the voltage input terminal and the intermediate connection node, and detects a potential difference between both terminals of the resistance element. And a comparator. Although the potential difference between both terminals of the switch element is relatively small and hard to detect, a reverse current can be reliably detected by connecting a resistor in series with the switch element and detecting the voltage between both terminals.

【0021】さらに、上記検出回路には、上記中間接続
ノード側の電位にオフセットを与えて上記コンパレータ
の一方の入力端子に印加するオフセット手段を設ける。
これにより、逆電流が流れているときと流れていないと
きのいずれの場合においてもコンパレータの検出電位と
比較電位との差を大きくし、確実に逆電流を検出するこ
とができる。
Further, the detection circuit is provided with offset means for giving an offset to the potential on the intermediate connection node side and applying the offset to one input terminal of the comparator.
Thus, the difference between the detection potential of the comparator and the comparison potential is increased in both cases when the reverse current flows and when the reverse current does not flow, and the reverse current can be reliably detected.

【0022】上記検出回路は、出力端子に向かって電流
が流れているときの上記中間接続ノードの電位と電圧入
力端子に向かって電流が流れているときの中間接続ノー
ドの電位との間の電位を発生する定電圧発生回路と、該
停電圧発生回路で発生された電圧と上記中間接続ノード
の電位とを比較して逆電流を検出するコンパレータとか
ら構成する。このようにしても、逆電流が流れていると
きと流れていないときのいずれの場合においてもコンパ
レータの検出電位と比較電位との差を大きくし、確実に
逆電流を検出することができる。
[0022] The detection circuit is configured to determine a potential between the potential of the intermediate connection node when a current flows toward the output terminal and the potential of the intermediate connection node when a current flows toward the voltage input terminal. , And a comparator that compares the voltage generated by the stop voltage generating circuit with the potential of the intermediate connection node to detect a reverse current. Even in this case, the difference between the detection potential of the comparator and the comparison potential is increased in both cases when the reverse current is flowing and when the reverse current is not flowing, and the reverse current can be reliably detected.

【0023】さらに望ましくは、上記クロック生成回路
は発振回路を有し、該発振回路は上記検出回路が電流を
検出した場合に発振周波数を下げるように構成する。こ
れにより、インダクタンス素子に流れる電流を減らして
逆電流が流れる時間そのものを減らすことができる。
More preferably, the clock generation circuit has an oscillation circuit, and the oscillation circuit is configured to lower the oscillation frequency when the detection circuit detects a current. As a result, the current flowing through the inductance element can be reduced, and the time itself during which the reverse current flows can be reduced.

【0024】本発明の携帯用電子機器は、上記のような
構成を有する半導体集積回路と、上記第1のスイッチ素
子および第2のスイッチ素子の中間接続ノードに一方の
端子が結合されたインダクタンス素子と、該インダクタ
ンス素子の他方の端子と定電位点との間に接続された容
量素子とを含み、上記インダクタンス素子と上記容量素
子が上記半導体集積回路に外付け素子として接続された
スイッチング電源装置を設けたものである。これによ
り、軽負荷時におけるスイッチング電源装置の電力損失
を低減し電池消耗を少なくすることができ、電池により
長時間駆動可能な携帯用電子機器が得られるとともに、
第1および第2のスイッチ素子がスイッチング制御回路
と同一の半導体チップ上に形成されているため、スイッ
チング電源装置を構成する部品点数が少なくて済み携帯
用電子機器の小型化が可能となる。
A portable electronic device according to the present invention is a semiconductor integrated circuit having the above configuration, and an inductance element having one terminal coupled to an intermediate connection node between the first switch element and the second switch element. And a capacitance element connected between the other terminal of the inductance element and the constant potential point, wherein the inductance element and the capacitance element are connected to the semiconductor integrated circuit as external elements. It is provided. Thereby, the power loss of the switching power supply device at the time of light load can be reduced, the battery consumption can be reduced, and a portable electronic device that can be driven for a long time by a battery can be obtained.
Since the first and second switch elements are formed on the same semiconductor chip as the switching control circuit, the number of components constituting the switching power supply device is small, and the size of the portable electronic device can be reduced.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1は本発明を適用した降圧型スイッチン
グレギュレータの一実施例を示す。図1において、一点
鎖線10で囲まれた回路部分は、単結晶シリコンのよう
な1個の半導体チップ上に形成される。回路10以外の
素子は、ディスクリートの電子部品で構成される。これ
らの素子のうち抵抗性負荷RLとして示されているの
は、本実施例のスイッチングレギュレータからの電圧の
供給を受けて動作する半導体集積回路(IC)のような
回路である。容量性負荷CLとして示されているのは、
出力電圧の変動を抑制する平滑容量である。なお、一点
鎖線10ではなく、破線11で囲まれた回路部分を1個
の半導体チップ上に半導体集積回路として形成するよう
にしても良い。
FIG. 1 shows an embodiment of a step-down switching regulator to which the present invention is applied. In FIG. 1, a circuit portion surrounded by a chain line 10 is formed on one semiconductor chip such as single crystal silicon. Elements other than the circuit 10 are configured by discrete electronic components. Among these elements, a circuit such as a semiconductor integrated circuit (IC) that operates by receiving a voltage from the switching regulator of the present embodiment is shown as a resistive load RL. What is indicated as the capacitive load CL is
This is a smoothing capacitor that suppresses fluctuations in the output voltage. The circuit portion surrounded by the broken line 11 instead of the dashed line 10 may be formed as a semiconductor integrated circuit on one semiconductor chip.

【0027】この実施例のスイッチングレギュレータ
は、上記制御用の半導体集積回路10と、電池などから
供給される直流電圧が入力される電圧入力端子VINと基
準電位端子GNDとの間に直列に接続されたMOSFE
TからなるスイッチSW1,SW2と、該スイッチSW
1とSW2の中間ノードn1と出力端子VOUTとの間に
接続されたインダクタンス素子L1と、出力端子VOUT
と接地点との間に接続された平滑容量CLと、上記スイ
ッチSW1,SW2のゲートに印加されてこれらをオ
ン、オフ制御する信号(制御パルス)を生成するスイッ
チング制御回路20と、制御パルスの生成に必要なクロ
ック信号(以下、単にクロックと称する)を生成するク
ロック生成回路30とから構成されている。
The switching regulator of this embodiment is connected in series between the control semiconductor integrated circuit 10, a voltage input terminal VIN to which a DC voltage supplied from a battery or the like is input, and a reference potential terminal GND. MOSFE
Switches SW1 and SW2 made of T
An inductance element L1 connected between the intermediate node n1 of the first and second switches SW1 and SW2 and the output terminal VOUT;
And a grounding point, a smoothing capacitor CL, a switching control circuit 20 that is applied to the gates of the switches SW1 and SW2 to generate a signal (control pulse) for turning on and off the switches SW1 and SW2, And a clock generation circuit 30 that generates a clock signal required for generation (hereinafter, simply referred to as a clock).

【0028】特に制限されるものでないが、この実施例
においては、スイッチSW1はpチャネル型MOSFE
Tで、またスイッチSW2はnチャネル型MOSFET
で構成されている。これらのスイッチMOSFET S
W1,SW2がスイッチング制御回路20を含む半導体
集積回路(破線11)とは別個の部品で構成される場
合、SW1とSW2は各々別個の部品(パワーMOSF
ET)で構成されていても良いが、pチャネル型MOS
FETとnチャネル型MOSFETとが1つのパッケー
ジに封入されたICも提供されているので、それを使用
するようにしても良い。
Although not particularly limited, in this embodiment, the switch SW1 is a p-channel type MOSFET.
T, and the switch SW2 is an n-channel MOSFET
It is composed of These switch MOSFETs S
When W1 and SW2 are composed of separate components from the semiconductor integrated circuit including the switching control circuit 20 (broken line 11), SW1 and SW2 are each composed of separate components (power MOSF).
ET), but p-channel type MOS
Since an IC in which the FET and the n-channel type MOSFET are enclosed in one package is also provided, it may be used.

【0029】上記スイッチング制御回路20は、基準と
なるクロックCLKを受けて、スイッチSW1を制御す
るためのクロック/CLK1と、スイッチSW2を制御
するためのクロック/CLK2とを生成する制御パルス
生成回路21と、インダクタンス素子L1から電圧入力
端子VINへ向かう逆電流を検出する逆電流検出回路22
と、該逆電流検出回路22の出力信号DTと上記クロッ
ク/CLK1との論理積をとるNANDゲート回路23
と、該NANDゲート回路23の出力をセット端子Sに
また上記クロック/CLK1をリセット端子Rに受けて
セット・リセット動作をするフリップフロップ24と、
該フリップフロップ24の反転出力/Qと上記クロック
/CLK2との論理積をとるNANDゲート回路25
と、該NANDゲート回路25の出力を反転してスイッ
チSW2のゲートに印加するインバータ26とから構成
されている。
The switching control circuit 20 receives a reference clock CLK and generates a control pulse generation circuit 21 for generating a clock / CLK1 for controlling the switch SW1 and a clock / CLK2 for controlling the switch SW2. And a reverse current detecting circuit 22 for detecting a reverse current flowing from the inductance element L1 to the voltage input terminal VIN.
And a NAND gate circuit 23 which takes the logical product of the output signal DT of the reverse current detection circuit 22 and the clock / CLK1
A flip-flop 24 that receives the output of the NAND gate circuit 23 at a set terminal S and receives the clock / CLK1 at a reset terminal R to perform a set / reset operation;
NAND gate circuit 25 which takes the logical product of inverted output / Q of flip-flop 24 and clock / CLK2
And an inverter 26 that inverts the output of the NAND gate circuit 25 and applies the inverted output to the gate of the switch SW2.

【0030】上記制御パルス生成回路21はスイッチS
W1とSW2が同時にオン状態にされて貫通電流が流れ
るのを防止するためのデットタイムを含む制御クロック
/CLK1,/CLK2を生成する。フリップフロップ
24は、上記逆電流検出回路22がデットタイムにおい
て逆電流を検出したときにセットされてNANDゲート
25を制御し、次のステージのときにクロックCLK2
がMOSFET SW2のゲートに供給されないように
してスイッチSW2をオフ状態とするように動作する。
特に制限されるものでないが、フリップフロップ24の
出力Qは軽負荷検出信号LLDとしてクロック生成回路
30へ出力される。
The control pulse generation circuit 21 includes a switch S
W1 and SW2 are simultaneously turned on to generate control clocks / CLK1 and / CLK2 including a dead time for preventing a through current from flowing. The flip-flop 24 is set when the reverse current detection circuit 22 detects the reverse current in the dead time, controls the NAND gate 25, and controls the clock CLK2 in the next stage.
Is not supplied to the gate of the MOSFET SW2 and the switch SW2 is turned off.
Although not particularly limited, the output Q of the flip-flop 24 is output to the clock generation circuit 30 as the light load detection signal LLD.

【0031】クロック生成回路30は、所定の周波数の
信号を出力する発振回路31と、発振回路31から出力
される信号(三角波)を整形して矩形パルスからなる基
準クロックCLKを生成し出力する波形整形用コンパレ
ータ32と、出力電圧VOUTが所定のレベル以下に下が
ったか否かを検出する出力レベル検出用のコンパレータ
33とから構成されている。そして、出力レベル検出用
コンパレータ33が出力電圧VOUTのレベル低下を検出
すると、その出力が変化することで波形整形用コンパレ
ータ32の比較電圧が変化する。これによって、発振回
路31の出力信号を弁別するレベルが変化され、生成さ
れるクロックCLKのパルス幅が切り替わる。つまり、
出力電圧VOUTのレベルに応じて生成クロックCLKの
デューティ比が切り替わる。
The clock generation circuit 30 generates an oscillation circuit 31 for outputting a signal of a predetermined frequency, and a waveform for shaping a signal (triangular wave) output from the oscillation circuit 31 to generate and output a reference clock CLK composed of a rectangular pulse. It comprises a shaping comparator 32 and an output level detecting comparator 33 for detecting whether or not the output voltage VOUT has dropped below a predetermined level. Then, when the output level detection comparator 33 detects a decrease in the level of the output voltage VOUT, the output changes, so that the comparison voltage of the waveform shaping comparator 32 changes. As a result, the level for discriminating the output signal of the oscillation circuit 31 is changed, and the pulse width of the generated clock CLK is switched. That is,
The duty ratio of the generated clock CLK switches according to the level of the output voltage VOUT.

【0032】また、発振回路31はスイッチング制御回
路20からの軽負荷検出信号LLDに基づいて周波数が
切り替えられるようにされており、負荷に応じて周波数
の異なるクロックを形成して出力する。具体的には、後
述のように負荷が軽いときは発振回路31の発振周波数
が下がり、クロック生成回路30において負荷が重いと
きよりも周波数の低い基準クロックCLKが生成されて
出力される。
The oscillation circuit 31 has a frequency switched based on the light load detection signal LLD from the switching control circuit 20, and forms and outputs a clock having a different frequency according to the load. Specifically, as described later, when the load is light, the oscillation frequency of the oscillation circuit 31 decreases, and the clock generation circuit 30 generates and outputs a reference clock CLK having a lower frequency than when the load is heavy.

【0033】次に、上記実施例のスイッチングレギュレ
ータの具体的な動作を、図2のタイミングチャートを用
いて説明する。
Next, the specific operation of the switching regulator of the above embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG.

【0034】パルス生成回路21は、基準クロックCL
Kに基づいて、図2(B),(C)のように基準クロッ
クCLKの立上りに応じてロウレベルに変化するクロッ
ク/CLK2と、/CLK2がロウレベルに変化した
後、所定遅延時間TDB経過したときにロウレベルに変化
するクロック/CLK1とを生成する。クロック/CL
K1がロウレベルに変化する前にクロック/CLK2が
ロウレベルに変化することで、スイッチSW1とSW2
が共にオフとなる状態が生じる。本明細書ではこの期間
TDBをデットタイムと呼んでいる。
The pulse generation circuit 21 receives the reference clock CL
2B and 2C, a clock / CLK2 that changes to a low level in response to the rise of the reference clock CLK, and when a predetermined delay time TDB elapses after the / CLK2 changes to a low level. And a clock / CLK1 that changes to a low level. Clock / CL
Since the clock / CLK2 changes to low level before K1 changes to low level, the switches SW1 and SW2 are changed.
Are both turned off. In this specification, this period TDB is called dead time.

【0035】デットタイムTDBにおいては、負荷が重い
場合には図2(D)のようにインダクタンス素子L1に
は常に出力端子VOUTに向かう電流IL(この明細書では
この向きの電流を正とする)が流れ、負荷が軽い場合に
は図2(F)のようにインダクタンス素子L1に流れる
電流ILが正と負に変化する。つまり、電流の向きが変
化する。そして、これに応じて、インダクタンス素子L
1が接続されている中間ノードn1の電位Vcに、図2
(E),(G)のように著しい差異が生じる。これは、
インダクタンス素子L1の性質として、そこに流れる電
流を連続的に維持しようとする作用を有するためであ
る。
In the dead time TDB, when the load is heavy, the current IL flowing toward the output terminal VOUT is always applied to the inductance element L1 as shown in FIG. 2D (the current in this direction is defined as positive in this specification). When the load is light, the current IL flowing through the inductance element L1 changes between positive and negative as shown in FIG. That is, the direction of the current changes. And, accordingly, the inductance element L
2 is connected to the potential Vc of the intermediate node n1 to which
Significant differences occur as shown in (E) and (G). this is,
This is because the nature of the inductance element L1 has an effect of continuously maintaining the current flowing therethrough.

【0036】すなわち、負荷が重くインダクタンス素子
L1に流れる電流の向きが図2(D)のように常に正の
ときは、タイミングt1でスイッチSW2がオフされる
と、スイッチSW2の基体に寄生するダイオードD2を
通してインダクタンス素子L1に流れる電流ILが供給
されるようになる。なお、電圧入力端子側のスイッチS
W1の基体にも寄生ダイオードD1が存在するが、この
ダイオードD1は出力端子に向かって逆向きであるの
で、インダクタンス素子L1に向かって流れようとする
電流を阻止するため、インダクタンス素子L1に流れる
電流ILはスイッチSW2の基体に寄生するダイオード
D2を通して供給される。
That is, when the load is heavy and the direction of the current flowing through the inductance element L1 is always positive as shown in FIG. 2D, when the switch SW2 is turned off at the timing t1, the diode parasitic on the base of the switch SW2. The current IL flowing to the inductance element L1 through D2 is supplied. The switch S on the voltage input terminal side
The parasitic diode D1 is also present on the substrate of W1, but since the diode D1 is oriented in the opposite direction toward the output terminal, the current flowing through the inductance element L1 is blocked in order to block the current flowing toward the inductance element L1. IL is supplied through a diode D2 which is parasitic on the base of the switch SW2.

【0037】そして、インダクタンス素子L1に流れる
電流がスイッチSW2の基体に寄生するダイオードD2
を通して出力端子VOUTに向かうように流れるために
は、中間ノードn1の電位はグランド端子GNDの電位
(例えば0V)よりも低くなくてはならない。そのた
め、負荷が重い場合には図2(E)のように中間ノード
n1の電位VcがデットタイムTDBの間、グランド電位
GNDよりもダイオードD2の順方向電圧VF分だけ低
い電位に維持されることとなる。
The current flowing through the inductance element L1 is changed to a diode D2 which is parasitic on the base of the switch SW2.
In order to flow toward the output terminal VOUT through the gate, the potential of the intermediate node n1 must be lower than the potential of the ground terminal GND (for example, 0 V). Therefore, when the load is heavy, the potential Vc of the intermediate node n1 is maintained at a potential lower than the ground potential GND by the forward voltage VF of the diode D2 during the dead time TDB as shown in FIG. Becomes

【0038】一方、負荷が軽い場合にはスイッチSW1
がオフされSW2がオンされている間にインダクタンス
素子L1に流れる電流ILの向きが図2(F)のように
正から負に切り替わる。そして、タイミングt1でスイ
ッチSW1とSW2がオフされると、スイッチSW2を
通してグランドに向かって流れていた電流が遮断される
が、インダクタンス素子L1はその向き(負)の電流を
流し続けようとするため、その電流に対して順方向とな
るスイッチSW1の基体に寄生するダイオードD1を通
して電圧入力端子VINに向かって流れることとなる。こ
のとき、グランド端子側のスイッチSW2の寄生ダイオ
ードD2は、出力端子から中間ノードn1に向かう電流
に対して逆向きであるので、グランド端子に向かって流
れようとする電流を阻止する。
On the other hand, when the load is light, the switch SW1
Is turned off and the direction of the current IL flowing through the inductance element L1 while the switch SW2 is turned on is switched from positive to negative as shown in FIG. Then, when the switches SW1 and SW2 are turned off at the timing t1, the current flowing toward the ground through the switch SW2 is cut off, but the inductance element L1 tries to continue to flow the current in that direction (negative). Then, the current flows toward the voltage input terminal VIN through the diode D1 parasitic on the base of the switch SW1 in the forward direction with respect to the current. At this time, the parasitic diode D2 of the switch SW2 on the ground terminal side has a direction opposite to that of the current flowing from the output terminal to the intermediate node n1, and thus blocks the current flowing toward the ground terminal.

【0039】そして、インダクタンス素子L1に流れる
電流がスイッチSW1の基体に寄生するダイオードD1
を通して電圧入力端子VINに向かうように流れるために
は、中間ノードn1の電位は電圧入力端子VINの電位よ
りも高くなくてはならない。そのため、負荷が軽い場合
には図2(G)のように中間ノードn1の電位Vcがデ
ットタイムTDBの間、電圧入力端子VINの電位よりもダ
イオードD1の順方向電圧VF分だけ高い電位に維持さ
れることとなる。図2において、デットタイムTDBの負
荷が重い場合の中間ノードn1の電位Vc(E)と、デ
ットタイムTDBの負荷が軽い場合の中間ノードn1の電
位Vc(G)とを比較すると明らかなように、両者は正
電圧と負電圧に分かれておりかつその電位差も大きいの
で、極めて顕著な相違を有する。
Then, a current flowing through the inductance element L1 is changed to a diode D1 which is parasitic on the base of the switch SW1.
In order to flow toward the voltage input terminal VIN through the gate, the potential of the intermediate node n1 must be higher than the potential of the voltage input terminal VIN. Therefore, when the load is light, the potential Vc of the intermediate node n1 is maintained at a potential higher than the potential of the voltage input terminal VIN by the forward voltage VF of the diode D1 during the dead time TDB as shown in FIG. Will be done. In FIG. 2, it is apparent from a comparison between potential Vc (E) of intermediate node n1 when the load of dead time TDB is heavy and potential Vc (G) of intermediate node n1 when the load of dead time TDB is light. Are very different because they are divided into a positive voltage and a negative voltage, and the potential difference is large.

【0040】本発明のスイッチングレギュレータにおい
ては、デットタイムTDBにおける逆電流もしくはそれに
よって生じる中間ノードn1の電位Vcの差異を逆流検
出回路22によって検出するようにしたものである。図
3には、この逆流検出回路22の出力DTと、それによ
ってラッチ動作されるフリップフロップ24の出力/Q
およびスイッチSW2のゲートに供給されるクロック/
CLK2’の波形が示されている。ただし、デットタイ
ムTDBは比較的短いので、図3においては省略されてい
る。
In the switching regulator of the present invention, the reverse current in the dead time TDB or the difference in the potential Vc of the intermediate node n1 caused by the reverse current is detected by the reverse current detection circuit 22. FIG. 3 shows the output DT of the backflow detection circuit 22 and the output / Q of the flip-flop 24 latched thereby.
And the clock / supplied to the gate of the switch SW2
The waveform of CLK2 'is shown. However, since the dead time TDB is relatively short, it is omitted in FIG.

【0041】図3に示されているように、インダクタン
ス素子L1に流れる電流に逆流(負電流)が発生する
と、逆流検出回路22によって検出されてその出力DT
がハイレベルに変化する(タイミングt2)。すると、
スイッチSW1のゲートを制御するクロック/CLK1
の立上がりタイミングt3でフリップフロップ24がセ
ットされ、その出力/Qがロウレベルに変化する。これ
によって、パルス生成回路21からNANDゲート2
5,インバータ26を経てスイッチSW2のゲートに供
給されるクロック/CLK2が遮断され、次のステージ
におけるスイッチSW2のオン状態への移行が行なわれ
なくなる。その結果、インダクタンス素子L1に流れる
逆方向電流がカットされる。
As shown in FIG. 3, when a backflow (negative current) occurs in the current flowing through the inductance element L1, the backflow is detected by the backflow detection circuit 22 and its output DT is detected.
Changes to a high level (timing t2). Then
Clock / CLK1 controlling gate of switch SW1
The flip-flop 24 is set at the rising timing t3, and its output / Q changes to low level. As a result, the pulse generation circuit 21 outputs the NAND gate 2
5, The clock / CLK2 supplied to the gate of the switch SW2 via the inverter 26 is cut off, and the transition of the switch SW2 to the ON state in the next stage is not performed. As a result, the reverse current flowing through the inductance element L1 is cut.

【0042】なお、逆方向電流がカットされたサイクル
では逆流検出回路22が逆方向電流を検出することはな
いのでその出力DTはロウレベルを保持し、次のサイク
ルの開始時にクロックCLKの立上がりタイミングt4
でフリップフロップ24がリセットされ、その出力/Q
がハイレベルに変化する。その結果、再びパルス生成回
路21からのクロック/CLK2がNANDゲート2
5,インバータ26を経てスイッチSW2のゲートに供
給されるようになり、スイッチSW2はオンされること
となる。
Since the reverse current detection circuit 22 does not detect the reverse current in the cycle in which the reverse current is cut, its output DT is kept at a low level, and the rising timing t4 of the clock CLK at the start of the next cycle.
Resets the flip-flop 24 and outputs / Q
Changes to a high level. As a result, the clock / CLK2 from the pulse generation circuit 21 is again applied to the NAND gate 2
(5) The power is supplied to the gate of the switch SW2 via the inverter 26, and the switch SW2 is turned on.

【0043】この実施例では、インダクタンス素子L1
に流れる電流の逆流が逆流検出回路22によって検出さ
れると、次のステージでグランド側のスイッチSW2を
オンさせるクロック/CLK2のパルスが1回だけカッ
トされるようにスイッチング制御回路20が構成されて
いるが、クロック/CLK2のパルスを2回あるいは3
回以上カットするように構成することも可能である。
In this embodiment, the inductance element L1
The switching control circuit 20 is configured such that when the backflow of the current flowing through the switch is detected by the backflow detection circuit 22, the pulse of the clock / CLK2 for turning on the switch SW2 on the ground side is cut only once in the next stage. However, the pulse of the clock / CLK2 is output twice or three times.
It is also possible to configure to cut more than once.

【0044】図4には、スイッチング制御回路20に設
けられた逆流検出回路22のより具体的な実施例が示さ
れている。この実施例は、電圧入力端子側のスイッチS
W1とインダクタンス素子L1が接続されている中間ノ
ードn1との間に、電流−電圧変換用の抵抗Rdを設け
るとともに、この抵抗Rdの両端子間の電圧を検出する
コンパレータCMPを設けたものである。他の構成は図
1の実施例のスイッチング制御回路と同一である。
FIG. 4 shows a more specific embodiment of the backflow detecting circuit 22 provided in the switching control circuit 20. In this embodiment, the switch S on the voltage input terminal side is used.
A resistor Rd for current-voltage conversion is provided between W1 and an intermediate node n1 to which the inductance element L1 is connected, and a comparator CMP for detecting a voltage between both terminals of the resistor Rd is provided. . Other configurations are the same as those of the switching control circuit of the embodiment of FIG.

【0045】抵抗RdのスイッチSW1側の端子電圧V
aは、インダクタンス素子L1に出力端子に向かう順方
向の電流が流れているときには中間ノードn1の電位V
cよりも高くなっているが、スイッチSW1とSW2が
共にオフ状態になる前記デットタイムTDBにおいては中
間ノードn1の電位Vcよりもダイオードの順方向電圧
VF分だけ低くなる。コンパレータCMPはこの電位の
逆転を検出してハイレベルの検出信号を出力する。
The terminal voltage V of the resistor Rd on the switch SW1 side
a indicates a potential V of the intermediate node n1 when a forward current flowing toward the output terminal is flowing through the inductance element L1.
However, in the dead time TDB when both the switches SW1 and SW2 are turned off, the potential becomes lower than the potential Vc of the intermediate node n1 by the forward voltage VF of the diode. The comparator CMP detects the reversal of the potential and outputs a high-level detection signal.

【0046】なお、電流逆流時に抵抗Rdを流れる電流
は順方向に電流が流れるときの電流よりも小さく、電位
が逆転しているときの抵抗Rdの両端子間の電位差は比
較的小さいので、中間ノードn1とコンパレータCMP
の非反転入力端子との間には、中間ノードn1の電位V
cをΔVだけ高くしてコンパレータCMPに供給するオ
フセット手段が設けられている。このオフセット手段に
よって付与されるオフセット量ΔVは、例えば抵抗Rd
の抵抗値をr、順方向の平均電流をiとすると、i・r
/2以下に設定するのが望ましい。また、上記抵抗Rd
を設ける位置は、スイッチSW1と中間ノードn1との
間でなく、電圧入力端子VINとスイッチSW1との間で
あっても良い。
The current flowing through the resistor Rd when the current flows backward is smaller than the current when the current flows in the forward direction, and the potential difference between the two terminals of the resistor Rd when the potential is reversed is relatively small. Node n1 and comparator CMP
Between the non-inverting input terminal and the potential V of the intermediate node n1.
Offset means for increasing c by ΔV and supplying it to the comparator CMP is provided. The offset amount ΔV given by the offset means is, for example, a resistance Rd
Let r be the resistance value of i and i be the average current in the forward direction.
/ 2 or less is desirable. Further, the resistance Rd
May be provided not between the switch SW1 and the intermediate node n1, but between the voltage input terminal VIN and the switch SW1.

【0047】図5には、スイッチング制御回路20に設
けられる逆流検出回路22の他の実施例が示されてい
る。この実施例は、電圧入力端子側のスイッチSW1の
ソース・ドレイン間の電圧を検出するコンパレータCM
Pを設けたものである。この実施例においても、コンパ
レータCMPによる検出を確実に行えるようにするた
め、中間ノードn1とコンパレータCMPの非反転入力
端子との間に、中間ノードn1の電位VcをΔVだけ高
くしてコンパレータCMPに供給するオフセット手段が
設けられている。この実施例におけるオフセット手段に
よって付与されるオフセット量ΔVは、例えば出力端子
に向かって電流が流れているときスイッチSW1のオン
抵抗によりソース・ドレイン間に生じる電位差の1/2
以下に設定するのが望ましい。オフセット手段は例えば
レベルシフタなどで構成することができる。
FIG. 5 shows another embodiment of the backflow detecting circuit 22 provided in the switching control circuit 20. In this embodiment, the comparator CM detects the voltage between the source and the drain of the switch SW1 on the voltage input terminal side.
P is provided. Also in this embodiment, the potential Vc of the intermediate node n1 is increased by ΔV between the intermediate node n1 and the non-inverting input terminal of the comparator CMP so that the detection by the comparator CMP can be reliably performed. An offset means for supplying is provided. The offset amount ΔV provided by the offset means in this embodiment is, for example, の of the potential difference generated between the source and the drain due to the ON resistance of the switch SW1 when a current flows toward the output terminal.
It is desirable to set the following. The offset means can be constituted by, for example, a level shifter.

【0048】図6には、スイッチング制御回路20に設
けられる逆流検出回路22のさらに他の実施例が示され
ている。この実施例は、基準電圧VTHを発生する基準電
圧回路と、インダクタンス素子L1が接続されている中
間ノードn1の電位Vcと基準電圧VTHとを比較して逆
流発生を検出するコンパレータCCMPを設けたもので
ある。このコンパレータCCMPの非反転力端子に印加
される基準電圧VTHは、出力端子に向かって電流が流れ
ているときの中間ノードn1の電位Vc1と、逆方向電
流が流れているときの中間ノードn1の電位Vc2との
中間の電位(Vc1+Vc2)/2に設定するのが望ま
しい。
FIG. 6 shows still another embodiment of the backflow detecting circuit 22 provided in the switching control circuit 20. This embodiment is provided with a reference voltage circuit for generating a reference voltage VTH, and a comparator CCMP for comparing the potential Vc of the intermediate node n1 to which the inductance element L1 is connected with the reference voltage VTH to detect occurrence of a backflow. It is. The reference voltage VTH applied to the non-inverting force terminal of the comparator CCMP is equal to the potential Vc1 of the intermediate node n1 when the current flows toward the output terminal and the potential of the intermediate node n1 when the reverse current flows. It is desirable to set the potential to an intermediate potential (Vc1 + Vc2) / 2 with respect to the potential Vc2.

【0049】なお、この実施例においては、コンパレー
タCCMPにより中間ノードn1の電位Vcを常時検出
していると、中間ノードn1の電位Vcは連続して変化
しているためデットタイムTDB以外にも検出信号が出力
される場合が考えられるので、コンパレータCCMPと
してクロックに同期して比較を行なうクロックド・コン
パレータを使用するとともに、基準クロックCLKに基
づいてクロックド・コンパレータCCMPに必要な位相
の揃った正相と逆相のクロックCLK’,/CLK’を
生成する位相揃え回路28を設けている。
In this embodiment, if the potential Vc of the intermediate node n1 is constantly detected by the comparator CCMP, the potential Vc of the intermediate node n1 changes continuously, so that it is detected in addition to the dead time TDB. Since a signal may be output, a clocked comparator that performs comparison in synchronization with a clock is used as the comparator CCMP, and a positive signal having a uniform phase required for the clocked comparator CCMP based on the reference clock CLK. A phase alignment circuit 28 for generating clocks CLK ′ and / CLK ′ having a phase opposite to that of the phase is provided.

【0050】また、この実施例においては、逆流検出回
路22の出力をラッチするフリップフロップ24を省略
するとともに、逆流検出信号によりスイッチSW2を制
御するクロック/CLK2を遮断するNANDゲート2
5の代わりにNORゲート25’を用い、クロック/C
LK2を反転するインバータ26をこのNORゲート2
5’の次段ではなく前段に設けている。ただし、図1の
実施例と同様に構成することも可能である。
In this embodiment, the flip-flop 24 for latching the output of the backflow detection circuit 22 is omitted, and the NAND gate 2 for shutting off the clock / CLK2 for controlling the switch SW2 by the backflow detection signal.
5, a NOR gate 25 'is used, and the clock / C
The inverter 26 for inverting LK2 is connected to the NOR gate 2
It is provided not in the next stage of 5 'but in the preceding stage. However, a configuration similar to the embodiment of FIG. 1 is also possible.

【0051】図7には、図6の実施例における位相揃え
回路28の具体例が示されている。図7に示されている
ように、位相揃え回路28は、入力クロックCLKを反
転するインバータ81と、NANDゲート82と83と
からなり、前記インバータ81で反転されたクロック/
CLKおよび反転する前のクロックCLKを入力信号と
するフリップフロップとから構成されている。このよう
な構成の回路を使用することで、正相側クロックCL
K’と逆相側のクロック/CLK’の位相を合わせるこ
とができ、正相と逆相のクロックCLK’,/CLK’
に同期して動作するクロックド・コンパレータCCMP
が、クロックの位相ずれで誤動作するのを防止すること
ができる。
FIG. 7 shows a specific example of the phase alignment circuit 28 in the embodiment of FIG. As shown in FIG. 7, the phase aligning circuit 28 includes an inverter 81 for inverting the input clock CLK, and NAND gates 82 and 83.
And a flip-flop using the clock CLK before inversion as an input signal. By using a circuit having such a configuration, the positive-phase clock CL
The phase of the clock / CLK ′ on the opposite phase to K ′ can be matched, and the clocks CLK ′ and / CLK ′ of the normal phase and the opposite phase
Comparator CCMP that operates in synchronization with
However, malfunction due to a clock phase shift can be prevented.

【0052】図8には、図6の実施例におけるクロック
ド・コンパレータCCMPの具体例が示されている。こ
のうち、図8(A)はスタティック動作に適した回路、
図8(B)は浮遊容量を利用したダイナミック動作に適
した回路である。図8(B)の回路は同図(A)の回路
に比べて素子数が少なく消費電力も少なくて済むが、コ
ンパレータの動作が頻繁に行われない場合には浮遊容量
の電荷がリークすることで精度が低下するおそれがある
ので、使用するシステムに応じて選択する必要がある。
FIG. 8 shows a specific example of the clocked comparator CCMP in the embodiment of FIG. 8A shows a circuit suitable for static operation,
FIG. 8B illustrates a circuit suitable for dynamic operation using stray capacitance. The circuit in FIG. 8B requires fewer elements and consumes less power than the circuit in FIG. 8A. However, when the operation of the comparator is not performed frequently, the charge of the stray capacitance leaks. Therefore, there is a possibility that the accuracy may be reduced, so that it is necessary to select the value according to the system to be used.

【0053】図8(A)の回路は、コンパレータCMP
の後段に伝送スイッチTS1を介してマスタフリップフ
ロップM−FFを接続し、さらにその後段に伝送スイッ
チTS2を介してスレーブフリップフロップS−FFを
接続したもので、伝送スイッチTS1がクロック/CL
K’により、またTS2がクロック/CLK’と逆相の
クロックCLK’によりオン、オフ制御されることによ
り、クロック/CLK’がハイレベルの期間におけるコ
ンパレータCMPの比較結果をラッチして出力すること
ができる。
The circuit shown in FIG. 8A includes a comparator CMP
The master flip-flop M-FF is connected to the subsequent stage via the transmission switch TS1, and the slave flip-flop S-FF is connected to the subsequent stage via the transmission switch TS2.
The comparison result of the comparator CMP during the period when the clock / CLK 'is at a high level is latched and output by controlling the ON / OFF of the clock / CLK' and the clock CLK 'having the opposite phase to the clock / CLK'. Can be.

【0054】図8(B)の回路は、コンパレータCMP
の後段に伝送スイッチTS1を介してインバータINV
1を接続し、さらにその後段に伝送スイッチTS2を介
してインバータINV2を接続したもので、伝送スイッ
チTS1がクロック/CLK’により、またTS2がク
ロック/CLK’と逆相のクロックCLK’によりオ
ン、オフ制御されることにより、クロック/CLK’が
ハイレベルの期間におけるコンパレータCMPの比較結
果を浮遊容量Csに保持して出力することができる。
The circuit shown in FIG. 8B is a comparator CMP
At the subsequent stage via the transmission switch TS1 and the inverter INV
1 and an inverter INV2 connected to the subsequent stage via a transmission switch TS2. The transmission switch TS1 is turned on by a clock / CLK ', and the transmission switch TS2 is turned on by a clock CLK' having an opposite phase to the clock / CLK '. By performing the off control, the comparison result of the comparator CMP during the period when the clock / CLK ′ is at the high level can be held in the stray capacitance Cs and output.

【0055】図9にはクロック生成回路30を構成する
発振回路31の具体例が示されている。この実施例の発
振回路は、コンデンサ311と、該コンデンサ311を
充電するための定電流源312と、コンデンサ311を
放電するため一対の並列形態の定電流源313a,31
3bと、コンデンサ311の充電電圧と基準電圧Vrと
を比較するコンパレータ314と、コンデンサ311の
充電側端子と前記定電流源313a,313bとの間に
接続され前記コンパレータ314の出力信号によってオ
ン、オフ制御されるスイッチ315と、定電流源313
bと直列に接続され前記スイッチング制御回路20から
の軽負荷検出信号LLDによってオン、オフ制御される
スイッチ316とから構成されている。上記コンパレー
タ314はヒステリシス特性を有するものが使用され
る。
FIG. 9 shows a specific example of the oscillation circuit 31 constituting the clock generation circuit 30. The oscillation circuit of this embodiment comprises a capacitor 311, a constant current source 312 for charging the capacitor 311, and a pair of parallel constant current sources 313 a and 31 for discharging the capacitor 311.
3b, a comparator 314 that compares the charging voltage of the capacitor 311 with the reference voltage Vr, and is connected between the charging side terminal of the capacitor 311 and the constant current sources 313a and 313b, and is turned on and off by an output signal of the comparator 314. A controlled switch 315 and a constant current source 313
b and a switch 316 that is connected in series and is turned on and off by a light load detection signal LLD from the switching control circuit 20. The comparator 314 having a hysteresis characteristic is used.

【0056】上記構成の発振回路31と波形整形用コン
パレータ32の動作を、図10を用いて説明する。先
ず、スイッチ315がオフ、スイッチ316がオンされ
ている状態を考える。この状態においては、コンデンサ
311が定電流源312の電流によって充電され、その
電圧Vbが図10(a)の期間Taのように徐々に上昇
し、基準電圧Vrに達するとコンパレータ314の出力
が反転してスイッチ316がオンされる。すると、定電
流源313a,313bの電流によってコンデンサ31
1の充電電荷が引き抜かれ、電圧Vbが図10(a)の
期間Tbのように急速に下がる。それによってコンパレ
ータ314の出力が反転し、スイッチ315がオフさ
れ、再びコンデンサ311が定電流源312の電流によ
って充電され、その電圧Vbが徐々に上昇する。これを
繰り返すことによって、発振回路31から図10(a)
のような三角波の発振信号が出力される。
The operation of the oscillation circuit 31 and the waveform shaping comparator 32 having the above configuration will be described with reference to FIG. First, consider a state in which the switch 315 is off and the switch 316 is on. In this state, the capacitor 311 is charged by the current of the constant current source 312, and the voltage Vb gradually increases as in a period Ta in FIG. 10A, and when the voltage reaches the reference voltage Vr, the output of the comparator 314 is inverted. Then, the switch 316 is turned on. Then, the current of the constant current sources 313a and 313b causes
1 is withdrawn, and the voltage Vb drops rapidly as in the period Tb in FIG. As a result, the output of the comparator 314 is inverted, the switch 315 is turned off, the capacitor 311 is charged again by the current of the constant current source 312, and the voltage Vb gradually increases. By repeating this, the oscillation circuit 31 outputs the signal shown in FIG.
An oscillation signal of a triangular wave is output.

【0057】図9の回路において、スイッチ316は軽
負荷が検出されたときに出力されるスイッチング制御回
路20からの軽負荷検出信号LLDによってオフ状態に
される。スイッチ316がオフされるとコンデンサ31
1の放電の際の引き抜き電流が定電流源313aのみと
されることで、図10(d)の期間Tcのように、電圧
Vbの変化が緩やかになる。これによって発振回路の出
力信号の周波数が低くされる。
In the circuit of FIG. 9, the switch 316 is turned off by a light load detection signal LLD from the switching control circuit 20 which is output when a light load is detected. When the switch 316 is turned off, the capacitor 31
Since only the constant current source 313a is used as the extraction current at the time of the discharge of 1, the change in the voltage Vb becomes gentle as in the period Tc in FIG. This lowers the frequency of the output signal of the oscillation circuit.

【0058】波形整形用コンパレータ32は、通常状態
では図10(a)に一点鎖線で示すようなレベルの弁別
電圧V1が供給されており、この電圧V1で発振回路3
1の発振出力Vbを弁別することで図10(b),
(e)のような矩形パルスを出力する。一方、図1に示
されているコンパレータ33が出力電圧VOUTの低下を
検出すると、コンパレータ32の弁別電圧V1がそれよ
りも低いV2のような電圧に切り替えられる。
In the normal state, the waveform shaping comparator 32 is supplied with a discrimination voltage V1 having a level as shown by a dashed line in FIG.
10 (b) by discriminating the oscillation output Vb of FIG.
A rectangular pulse as shown in (e) is output. On the other hand, when the comparator 33 shown in FIG. 1 detects a decrease in the output voltage VOUT, the discrimination voltage V1 of the comparator 32 is switched to a lower voltage such as V2.

【0059】これによって、コンパレータ32は、図1
0(c),(f)のように(b)のパルスに比べてパル
ス幅の広いつまりデューティ比の大きな矩形パルスを基
準クロックCLKとしてスイッチング制御回路20へ出
力する。その結果、スイッチSW1がオンされる期間が
長くなって出力電圧VOUTが上昇することとなる。
As a result, the comparator 32 operates as shown in FIG.
A rectangular pulse having a wider pulse width, that is, a larger duty ratio than the pulse of (b), such as 0 (c) and (f), is output to the switching control circuit 20 as the reference clock CLK. As a result, the period during which the switch SW1 is turned on becomes longer, and the output voltage VOUT rises.

【0060】なお、基準クロックCLKのハイレベルの
期間に対応してスイッチSW1がオンされるとすると、
出力電圧VOUTは入力電圧VINと基準クロックCLKの
デューティ比Duとから決まり、VOUT≒VIN・Duで
表わせる。ただし、スイッチSW1のオンデューティ
は、厳密にはスイッチSW1やインダクタンス素子L1
の内部抵抗や配線の抵抗などの負荷に依存するが、マク
ロ的には負荷に依存しないとみることができる。
If the switch SW1 is turned on in response to the high level period of the reference clock CLK,
The output voltage VOUT is determined by the input voltage VIN and the duty ratio Du of the reference clock CLK, and can be expressed by VOUT ≒ VIN ・ Du. However, strictly speaking, the on-duty of the switch SW1 depends on the switch SW1 and the inductance element L1.
It depends on the load such as the internal resistance and the resistance of the wiring, but it can be seen that it does not depend on the load macroscopically.

【0061】次に、同期整流型のスイッチングレギュレ
ータにおいて、インダクタンスに逆方向電流が流れるか
流れないかの条件すなわち本発明を適用するか否かの条
件について説明する。
Next, the condition of the synchronous rectification type switching regulator as to whether or not a reverse current flows through the inductance, that is, whether or not the present invention is applied will be described.

【0062】図11のスイッチングレギュレータにおい
て、インダクタンス素子L1のインダクタンスをL、L
1の両端子間電圧をVL、スイッチSW1のスイッチン
グ周波数をfswとおくと、 VL=L・di/dt ……(1) VL=VIN−VOUT ……(2) と表わせる。そして、上記式(2)に前述のVOUT≒VI
N・Duを代入すると、次式 VL=VIN(1−Du) ……(3) が得られる。
In the switching regulator of FIG. 11, the inductance of the inductance element L1 is L, L
Assuming that the voltage between both terminals of the switch 1 is VL and the switching frequency of the switch SW1 is fsw, VL = Ldi / dt (1) VL = VIN-VOUT (2) Then, the above equation (2) shows that VOUT ≒ VI
By substituting N · Du, the following equation is obtained: VL = VIN (1−Du) (3)

【0063】また、スイッチSW1のオン期間tonにイ
ンダクタンス素子L1に流れる電流は定電流(L1が非
飽和の場合)であるので、式(1)は次のように変形す
ることができる。すなわち、 VL・dt=L・di VL・ton=L・IL ……(4) である。ここで、式(4)に式(3)を代入すると、 VIN(1−Du)・ton=L・IL ……(5) となる。
Since the current flowing through the inductance element L1 during the ON period ton of the switch SW1 is a constant current (when L1 is not saturated), the equation (1) can be modified as follows. That is, VL · dt = L · di VL · ton = L · IL (4) Here, when the equation (3) is substituted into the equation (4), the following equation is obtained: VIN (1−Du) · ton = L · IL (5)

【0064】図11において、負荷容量CLが充分に大
きいと仮定すると、インダクタンス素子L1に流れる電
流ILは、マクロ的にはIL=VOUT/RLとおけるので、
上記式(5)は次のように展開することができる。すな
わち、 VIN(1−Du)・ton=L・VOUT/RL =L・VIN・DuT/RL である。よって、 L=VIN(1−Du)・ton・RL/VIN・Du =RL・ton(1/Du−1) ……(6) となる。
In FIG. 11, assuming that the load capacitance CL is sufficiently large, the current IL flowing through the inductance element L1 can be macroscopically expressed as IL = VOUT / RL.
Equation (5) can be expanded as follows. That is, VIN (1-Du)) ton = L ・ VOUT / RL = L ・ VIN ・ Dut / RL. Therefore, L = VIN (1−Du) · ton · RL / VIN · Du = RL · ton (1 / Du−1) (6)

【0065】上記式(6)に基づいてインダクタンスL
と負荷抵抗RLとの関係をグラフに示すと図14のよう
になる。なお、図14は、入力電圧VINを4V、出力電
圧VOUTを2V、インダクタンス素子に流れる平均電流
を0.1A、デューティを50%とした場合に、スイッ
チング周波数fswが500kHzのときと1MHzのと
きのLとRLの関係を示したものである。図14におい
て、特性αはfswが500kHzのときのもの、特性β
はfswが1MHzのときのものであり、各線の下側がイ
ンダクタンス素子で逆流が生じる転流領域である。
The inductance L is calculated based on the above equation (6).
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the load resistance RL and the load resistance RL. FIG. 14 shows the case where the switching frequency fsw is 500 kHz and 1 MHz when the input voltage VIN is 4 V, the output voltage VOUT is 2 V, the average current flowing through the inductance element is 0.1 A, and the duty is 50%. This shows the relationship between L and RL. In FIG. 14, the characteristic α is obtained when fsw is 500 kHz, and the characteristic β
Is a case where fsw is 1 MHz, and the lower side of each line is a commutation region where a backflow occurs in the inductance element.

【0066】図14より、負荷抵抗RLおよびデューテ
ィが一定の場合にインダクタンスLを小さくしても逆流
を起こさないようにするには、スイッチング周波数fsw
を高くすればよいことが分かる。しかし、スイッチング
周波数fswを高くしすぎるとスイッチSW1での損失が
大きくなる。スイッチSW1での損失を考慮すると、ス
イッチング周波数fswは1MHzでは高すぎるので1M
Hz以下望ましくは500kHz程度に抑えるのが良
い。
From FIG. 14, it can be seen that when the load resistance RL and the duty are constant, the backflow does not occur even if the inductance L is reduced, so that the switching frequency fsw
It can be seen that it is sufficient to increase However, if the switching frequency fsw is set too high, the loss at the switch SW1 increases. Considering the loss in the switch SW1, the switching frequency fsw is 1M because it is too high at 1MHz.
Hz or less, and preferably about 500 kHz.

【0067】ここで、スイッチング周波数fswが500
kHzの場合を考えると、図14より、負荷抵抗RLが
100Ωのときには50μHのインダクタンスでは逆流
を生じるので100μH以上のインダクタンスを、負荷
抵抗RLが20Ωのときには10μHのインダクタンス
では逆流を生じるので20μH以上のインダクタンス
を、また負荷抵抗RLが10Ωのときには5μHのイン
ダクタンスでは逆流を生じるので10μH以上のインダ
クタンスを使用しなければならないことが分かる。
Here, the switching frequency fsw is 500
Considering the case of kHz, from FIG. 14, it can be seen from FIG. 14 that when the load resistance RL is 100Ω, a reverse current is generated with an inductance of 50 μH, so that an inductance of 100 μH or more is generated. It can be seen that when the load resistance RL is 10Ω, an inductance of 5 μH causes a reverse current, so that an inductance of 10 μH or more must be used.

【0068】ところで、携帯電話のような小型化が要求
される電子機器においては、インダクタンス素子はでき
るだけ小さいものが望ましい。例えばスイッチングレギ
ュレータの電圧を受けて動作するICとして負荷抵抗R
Lが10Ω以上で、インダクタンス素子として5μHの
ものを使用せざるを得ない機器では、図14より逆流を
防止しようがないことが分かる。従ってこのような場合
には、インダクタンス素子の逆流を検出してスイッチS
W2をオフすることが可能な前記実施例の同期整流型の
スイッチングレギュレータを適用するのが望ましいこと
が分かる。
Incidentally, in an electronic device such as a mobile phone which requires a reduction in size, it is desirable that the inductance element be as small as possible. For example, as an IC that operates by receiving the voltage of a switching regulator, a load resistor R
It can be seen from FIG. 14 that in a device where L is 10Ω or more and a device of 5 μH must be used as an inductance element, it is impossible to prevent backflow from FIG. Therefore, in such a case, the switch S is detected by detecting the reverse flow of the inductance element.
It can be seen that it is desirable to apply the synchronous rectification type switching regulator of the above embodiment that can turn off W2.

【0069】そして、かかる手法を利用すれば、スイッ
チングレギュレータの設計あるいは選択に当たって、本
発明を適用すべきか否かあるいは本発明を適用したスイ
ッチングレギュレータを使用すべきか否かを比較的容易
に判別することが可能となる。なお、クロックのデュー
ティが50%以外のときや、入力電圧VIN、出力電圧V
OUT、インダクタンスに流れる電流が上記と異なる場合
には、式(6)を利用して図14と同様なグラフを作成
し、このグラフを参照して判断するようにすればよい。
By using such a technique, it is relatively easy to determine whether to apply the present invention or to use a switching regulator to which the present invention is applied in designing or selecting a switching regulator. Becomes possible. When the clock duty is other than 50%, or when the input voltage VIN and the output voltage V
If the current flowing through OUT and the inductance is different from the above, a graph similar to that shown in FIG. 14 may be created using equation (6), and the determination may be made with reference to this graph.

【0070】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前
記実施例においてはデットタイムTDBの長さについては
言及していないが、スイッチSW1−SW2間の貫通電
流を防止しかつ逆流を検出できる時間であれば短い方が
良い。また、この時間を負荷の大きさに応じて設定する
ようにしても良い。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say. For example, in the above embodiment, the length of the dead time TDB is not mentioned, but a shorter time is preferable as long as it prevents the through current between the switches SW1 and SW2 and detects the backflow. Further, this time may be set according to the magnitude of the load.

【0071】さらに、前記実施例においては、逆流検出
回路22が逆流を検出したときに制御パルス生成回路2
1からグランド側のスイッチ素子SW2のゲート端子に
供給されるクロック信号/CLK2をNANDゲートや
NORゲートなどで遮断することによりスイッチ素子S
W2がオンされないようにしているが、スイッチ素子S
W2のゲート端子と接地点との間にプルダウン用のスイ
ッチを設けてゲート電圧を強制的に接地電位に引き下げ
ることでスイッチ素子SW2をオフさせるように構成す
ることも可能である。
Further, in the above embodiment, when the backflow detecting circuit 22 detects the backflow, the control pulse generating circuit 2
The clock signal / CLK2 supplied from 1 to the gate terminal of the switch element SW2 on the ground side is cut off by a NAND gate, a NOR gate, etc.
Although W2 is not turned on, the switching element S
It is also possible to provide a switch for pull-down between the gate terminal of W2 and the ground point and forcibly reduce the gate voltage to the ground potential to turn off the switch element SW2.

【0072】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である携帯用
電子機器の電源装置として使用する独立したスイッチン
グレギュレータについて説明したが、半導体集積回路内
部におけるスイッチングレギュレータやDC−DCコン
バータなどにも広く利用することができる。
In the above description, an independent switching regulator which mainly uses the invention made by the present inventor as a power supply device of a portable electronic device, which is a background of application, has been described. It can be widely used for regulators and DC-DC converters.

【0073】[0073]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0074】すなわち、インダクタンス素子に流れる逆
流を検出して軽負荷時における電力損失を低減可能な同
期整流型のスイッチングレギュレータを構成することが
でき、その結果、電源装置の電力損失を低減し電池消耗
を減らし、電池により長時間駆動可能な携帯用電子機器
を実現することができるようになる。
That is, a synchronous rectification type switching regulator capable of detecting the reverse flow flowing through the inductance element and reducing the power loss at the time of light load can be constituted. As a result, the power loss of the power supply device can be reduced and the battery consumption can be reduced. And a portable electronic device that can be driven for a long time by a battery can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した降圧型スイッチングレギュレ
ータの一実施例を示す回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a step-down switching regulator to which the present invention is applied.

【図2】実施例のスイッチングレギュレータにおけるス
イッチをオン、オフするクロックおよび中間ノードの電
圧変化を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a clock for turning on / off a switch and a voltage change of an intermediate node in the switching regulator of the embodiment.

【図3】実施例のスイッチングレギュレータにおけるス
イッチング制御回路の信号のタイミングを示すタイミン
グチャートである。
FIG. 3 is a timing chart showing timings of signals of a switching control circuit in the switching regulator of the embodiment.

【図4】実施例のスイッチング制御回路に設けられた逆
流検出回路のより具体的な構成例を示す回路構成図であ
る。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a more specific configuration example of a backflow detection circuit provided in the switching control circuit of the embodiment.

【図5】実施例のスイッチング制御回路に設けられた逆
流検出回路の他の構成例を示す回路構成図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing another configuration example of the backflow detection circuit provided in the switching control circuit of the embodiment.

【図6】実施例のスイッチング制御回路に設けられた逆
流検出回路のさらに他の構成例を示す回路構成図であ
る。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing still another configuration example of the backflow detection circuit provided in the switching control circuit of the embodiment.

【図7】図6の実施例のスイッチング制御回路における
位相揃え回路の具体例を示す回路構成図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific example of a phase alignment circuit in the switching control circuit of the embodiment of FIG. 6;

【図8】図6の実施例のスイッチング制御回路における
クロックド・コンパレータの具体例を示す回路構成図で
ある。
8 is a circuit configuration diagram showing a specific example of a clocked comparator in the switching control circuit of the embodiment of FIG.

【図9】実施例のスイッチング制御回路に使用される発
振回路の一実施例を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing one embodiment of an oscillation circuit used in the switching control circuit of the embodiment.

【図10】図9の発振回路の動作タイミングチャートで
ある。
FIG. 10 is an operation timing chart of the oscillation circuit of FIG. 9;

【図11】従来の基本的な降圧型スイッチングレギュレ
ータの構成例を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional basic step-down switching regulator.

【図12】従来の降圧整流型スイッチングレギュレータ
の構成例を示す回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional step-down rectification type switching regulator.

【図13】従来の降圧整流型スイッチングレギュレータ
の動作タイミングチャートである。
FIG. 13 is an operation timing chart of a conventional step-down rectification type switching regulator.

【図14】図11のスイッチングレギュレータにおける
インダクタンスLと負荷抵抗RLとの関係をグラフであ
る。
14 is a graph showing a relationship between an inductance L and a load resistance RL in the switching regulator of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体チップ(半導体集積回路) 20 スイッチング制御回路 21 制御パルス生成回路 22 逆流検出回路 30 クロック生成回路 SW1,SW2 スイッチ素子 L1 インダクタンス素子 RL 抵抗性負荷 CL 容量性負荷 D1,D2 寄生ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor chip (semiconductor integrated circuit) 20 Switching control circuit 21 Control pulse generation circuit 22 Backflow detection circuit 30 Clock generation circuit SW1, SW2 Switch element L1 Inductance element RL Resistive load CL Capacitive load D1, D2 Parasitic diode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 紀一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 2G035 AA11 AA20 AB06 AB07 AC02 AC12 AC13 AC16 AD03 AD10 AD18 AD23 AD25 AD27 AD47 AD51 AD54 AD56 5H730 AA14 BB13 BB57 DD04 DD26 EE13 FD01 FD21 FD51 FF01 FF02 FG05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kiichi Tokunaga 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Reihiko Kanoda Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki 7-1-1 1-1 F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (Reference) 2G035 AA11 AA20 AB06 AB07 AC02 AC12 AC13 AC16 AD03 AD10 AD18 AD23 AD25 AD27 AD47 AD51 AD54 AD56 5H730 AA14 BB13 BB57 DD04 DD26 EE13 FD51 FD01 FD21 FD51 FD01 FG05

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電圧入力端子と基準電位端子との間に直
列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイッ
チ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1および
第2のスイッチ素子の中間接続ノードと出力端子との間
に接続されるインダクタンス素子に対して電流を流して
前記電圧入力端子に印加されている電圧を降圧した電圧
を出力させるための半導体集積回路であって、 前記第1および第2のスイッチ素子のオン、オフ制御パ
ルスを生成するパルス生成回路と、該パルス生成回路に
おけるパルスの生成に必要なクロック信号を生成するク
ロック生成回路と、前記中間接続ノードから前記電圧入
力端子に向かって流れる電流を検出するための検出回路
を含み、該検出回路が上記電流を検出した場合には、少
なくとも次に上記第2のスイッチ素子がオンされるべき
期間に該第2のスイッチ素子をオンさせないようにする
スイッチング制御回路とを備えたことを特徴とする半導
体集積回路。
A first switch element and a second switch element which are connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal, are controlled to turn on and off in a complementary manner, so that the first and second switch elements are turned on and off. A semiconductor integrated circuit for supplying a current to an inductance element connected between an intermediate connection node of a switch element and an output terminal to output a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. A pulse generation circuit for generating an on / off control pulse for the first and second switch elements, a clock generation circuit for generating a clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit, A detection circuit for detecting a current flowing toward the voltage input terminal, and when the detection circuit detects the current, at least the second switch The semiconductor integrated circuit characterized in that pitch elements and a switching control circuit so as not to turn on the second switching element during a period to be turned on.
【請求項2】 電圧入力端子と基準電位端子との間に直
列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイッ
チ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1および
第2のスイッチ素子の中間接続ノードと出力端子との間
に接続されるインダクタンス素子に対して電流を流して
前記電圧入力端子に印加されている電圧を降圧した電圧
を出力させるための半導体集積回路であって、 前記第1および第2のスイッチ素子のオン、オフ制御パ
ルスを生成するパルス生成回路と、該パルス生成回路に
おけるパルスの生成に必要なクロック信号を生成するク
ロック生成回路と、前記第1および第2のスイッチ素子
が共にオフ状態にされる期間における前記中間接続ノー
ドの電位に基づいて前記中間接続ノードから前記電圧入
力端子に向かって流れる電流を検出するための検出回路
を含み、該検出回路が上記電流を検出した場合には、少
なくとも次に上記第2のスイッチ素子がオンされるべき
期間に該第2のスイッチ素子をオンさせないようにする
スイッチング制御回路とを備えたことを特徴とする半導
体集積回路。
2. A first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off to control the first and second switch elements. A semiconductor integrated circuit for supplying a current to an inductance element connected between an intermediate connection node of a switch element and an output terminal to output a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. A pulse generation circuit for generating an on / off control pulse for the first and second switch elements, a clock generation circuit for generating a clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit; 2 based on the potential of the intermediate connection node during a period in which both switch elements are turned off. If the detection circuit detects the current, at least the second switch element should not be turned on at least during the next period when the second switch element should be turned on. And a switching control circuit.
【請求項3】 上記検出回路は、上記第1のスイッチ素
子の両端子間の電位差を検出するコンパレータにより構
成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体
集積回路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein said detection circuit comprises a comparator for detecting a potential difference between both terminals of said first switch element.
【請求項4】 上記検出回路は、上記電圧入力端子と上
記中間接続ノードとの間に上記第1のスイッチ素子と直
列に接続された抵抗素子と、該抵抗素子の両端子間の電
位差を検出するコンパレータとから構成されていること
を特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
4. The detection circuit detects a resistance element connected in series with the first switch element between the voltage input terminal and the intermediate connection node, and detects a potential difference between both terminals of the resistance element. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the semiconductor integrated circuit comprises:
【請求項5】 上記検出回路は、上記中間接続ノード側
の電位にオフセットを与えて上記コンパレータの一方の
入力端子に印加するオフセット手段を有することを特徴
とする請求項3または4に記載の半導体集積回路。
5. The semiconductor according to claim 3, wherein the detection circuit has offset means for applying an offset to the potential on the intermediate connection node side and applying the offset to one input terminal of the comparator. Integrated circuit.
【請求項6】 上記検出回路は、出力端子に向かって電
流が流れているときの上記中間接続ノードの電位と上記
電圧入力端子へ向かって電流が流れているときの中間接
続ノードの電位との間の電位を発生する定電圧発生回路
と、該停電圧発生回路で発生された電圧と上記中間接続
ノードの電位とを比較して電流を検出するコンパレータ
とから構成されていることを特徴とする請求項2に記載
の半導体集積回路。
6. The detecting circuit according to claim 1, wherein a potential of the intermediate connection node when a current flows toward the output terminal is equal to a potential of the intermediate connection node when a current flows toward the voltage input terminal. A constant voltage generating circuit for generating a potential between the two, and a comparator for detecting a current by comparing the voltage generated by the stop voltage generating circuit with the potential of the intermediate connection node. The semiconductor integrated circuit according to claim 2.
【請求項7】 上記クロック生成回路は発振回路を有
し、該発振回路は上記検出回路が電流を検出した場合に
発振周波数を下げるように構成されていることを特徴と
する請求項1〜6のいずれかに記載の半導体集積回路。
7. The clock generating circuit according to claim 1, wherein said clock generating circuit has an oscillating circuit, and said oscillating circuit is configured to reduce an oscillating frequency when said detecting circuit detects a current. A semiconductor integrated circuit according to any one of the above.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の半導体
集積回路と、該半導体集積回路から出力される制御パル
スによってオン、オフ動作される上記第1のスイッチ素
子および第2のスイッチ素子と、これらのスイッチ素子
の中間接続ノードに一方の端子が結合されたインダクタ
ンス素子と、該インダクタンス素子の他方の端子と定電
位点との間に接続された容量素子とを含み、上記スイッ
チ素子と上記インダクタンス素子と上記容量素子が上記
半導体集積回路に外付け素子として接続されているスイ
ッチング電源装置を備えたことを特徴とする携帯用電子
機器。
8. A semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said first switch element and said second switch element are turned on and off by a control pulse output from said semiconductor integrated circuit. And an inductance element having one terminal coupled to an intermediate connection node of these switch elements, and a capacitance element connected between the other terminal of the inductance element and a constant potential point. A portable electronic device comprising a switching power supply device in which the inductance element and the capacitance element are connected as external elements to the semiconductor integrated circuit.
【請求項9】 電圧入力端子と基準電位端子との間に直
列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイッ
チ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1および
第2のスイッチ素子の中間接続ノードと出力端子との間
に接続されるインダクタンス素子に対して電流を流して
前記電圧入力端子に印加されている電圧を降圧した電圧
を出力させるための半導体集積回路であって、 前記第1および第2のスイッチ素子と、これらのスイッ
チ素子のオン、オフ制御パルスを生成するパルス生成回
路と、該パルス生成回路におけるパルスの生成に必要な
クロック信号を生成するクロック生成回路と、前記中間
接続ノードから前記電圧出力端子に向かって流れる電流
を検出するための検出回路を含み該検出回路が上記電流
を検出した場合には、少なくとも次に上記第2のスイッ
チ素子がオンされるべき期間に該第2のスイッチ素子を
オンさせないようにするスイッチング制御回路とを備え
たことを特徴とする半導体集積回路。
9. A first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off to control the first and second switch elements. A semiconductor integrated circuit for supplying a current to an inductance element connected between an intermediate connection node of a switch element and an output terminal to output a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. A first and a second switch element, a pulse generation circuit for generating ON / OFF control pulses for these switch elements, and a clock generation circuit for generating a clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit. A detection circuit for detecting a current flowing from the intermediate connection node toward the voltage output terminal, and when the detection circuit detects the current, The semiconductor integrated circuit is characterized in that a switching control circuit so as not to turn on the second switching element to the next period to be turned on the second switching element is also.
【請求項10】 電圧入力端子と基準電位端子との間に
直列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイ
ッチ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1およ
び第2のスイッチ素子の中間接続ノードと出力端子との
間に接続されたインダクタンス素子に対して電流を流し
て前記電圧入力端子に印加されている電圧を降圧した電
圧を出力させるための半導体集積回路であって、 前記第1および第2のスイッチ素子と、これらのスイッ
チ素子のオン、オフ制御パルスを生成するパルス生成回
路と、該パルス生成回路におけるパルスの生成に必要な
クロック信号を生成するクロック生成回路と、前記第1
および第2のスイッチ素子が共にオフ状態にされる期間
における前記中間接続ノードの電位に基づいて前記中間
接続ノードから前記電圧入力端子に向かって流れる電流
を検出するための検出回路を含み該検出回路が上記電流
を検出した場合には、上記第2のスイッチ素子がオンさ
れるべき期間に該第2のスイッチ素子をオンさせないよ
うにするスイッチング制御回路とを備えたことを特徴と
する半導体集積回路。
10. A first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off to control the first and second switch elements. A semiconductor integrated circuit for supplying a current to an inductance element connected between an intermediate connection node of a switch element and an output terminal to output a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. A first and a second switch element, a pulse generation circuit for generating ON / OFF control pulses for these switch elements, and a clock generation circuit for generating a clock signal required for generating a pulse in the pulse generation circuit. , The first
And a detection circuit for detecting a current flowing from the intermediate connection node toward the voltage input terminal based on the potential of the intermediate connection node during a period in which the second switch element and the second switch element are both turned off. A switching control circuit for preventing the second switch element from being turned on during a period when the second switch element is to be turned on when the current is detected. .
【請求項11】 上記検出回路は、上記第1のスイッチ
素子の両端子間の電位差を検出するコンパレータにより
構成されていることを特徴とする請求項10に記載の半
導体集積回路。
11. The semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein said detection circuit comprises a comparator for detecting a potential difference between both terminals of said first switch element.
【請求項12】 上記検出回路は、上記電圧入力端子と
上記中間接続ノードとの間に上記第1のスイッチ素子と
直列に接続された抵抗素子と、該抵抗素子の両端子間の
電位差を検出するコンパレータとから構成されているこ
とを特徴とする請求項10に記載の半導体集積回路。
12. The detection circuit detects a resistance element connected in series with the first switch element between the voltage input terminal and the intermediate connection node, and detects a potential difference between both terminals of the resistance element. The semiconductor integrated circuit according to claim 10, further comprising:
【請求項13】 上記検出回路は、上記中間接続ノード
側の電位にオフセットを与えて上記コンパレータの一方
の入力端子に印加するオフセット手段を有することを特
徴とする請求項11または12に記載の半導体集積回
路。
13. The semiconductor according to claim 11, wherein the detection circuit has offset means for applying an offset to the potential of the intermediate connection node and applying the offset to one input terminal of the comparator. Integrated circuit.
【請求項14】 上記検出回路は、出力端子に向かって
電流が流れているときの上記中間接続ノードの電位と上
記電圧入力端子へ向かって電流が流れているときの中間
接続ノードの電位との間の電位を発生する定電圧発生回
路と、該停電圧発生回路で発生された電圧と上記中間接
続ノードの電位とを比較して電流を検出するコンパレー
タとから構成されていることを特徴とする請求項10に
記載の半導体集積回路。
14. The detection circuit according to claim 1, wherein a potential of the intermediate connection node when a current flows toward the output terminal is equal to a potential of the intermediate connection node when a current flows toward the voltage input terminal. A constant voltage generating circuit for generating a potential between the two, and a comparator for detecting a current by comparing the voltage generated by the stop voltage generating circuit with the potential of the intermediate connection node. A semiconductor integrated circuit according to claim 10.
【請求項15】 上記クロック生成回路は発振回路を有
し、該発振回路は上記検出回路が電流を検出した場合に
発振周波数を下げるように構成されていることを特徴と
する請求項9〜14のいずれかに記載の半導体集積回
路。
15. The clock generating circuit according to claim 9, wherein the clock generating circuit has an oscillating circuit, and the oscillating circuit is configured to lower the oscillating frequency when the detecting circuit detects a current. A semiconductor integrated circuit according to any one of the above.
【請求項16】 請求項9〜15のいずれかに記載の半
導体集積回路と、上記第1のスイッチ素子および第2の
スイッチ素子の中間接続ノードに一方の端子が結合され
たインダクタンス素子と、該インダクタンス素子の他方
の端子と定電位点との間に接続された容量素子とを含
み、上記インダクタンス素子と上記容量素子が上記半導
体集積回路に外付け素子として接続されているスイッチ
ング電源装置を備えたことを特徴とする携帯用電子機
器。
16. A semiconductor integrated circuit according to claim 9, further comprising: an inductance element having one terminal coupled to an intermediate connection node between said first switch element and said second switch element. A switching power supply including a capacitance element connected between the other terminal of the inductance element and the constant potential point, wherein the inductance element and the capacitance element are connected as external elements to the semiconductor integrated circuit; A portable electronic device characterized by the above-mentioned.
【請求項17】 電圧入力端子と基準電位端子との間に
直列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイ
ッチ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1のス
イッチ素子および前記第2のスイッチ素子との接続ノー
ドと出力端子との間に接続されるインダクタンス素子に
対して電流を流して前記電圧入力端子に印加されている
電圧を降圧した電圧を出力する半導体集積回路であっ
て、 前記第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子のオ
ン、オフを制御するパルスを発生するパルス発生回路
と、前記接続ノードから前記電圧入力端子に向かって流
れる電流を検出する検出回路を含み、該検出回路が上記
電流を検出した場合、少なくとも次に上記第2のスイッ
チ素子がオンされるべき期間に該第2のスイッチ素子を
オンさせないように上記パルス発生回路を制御するスイ
ッチング制御回路とを備えたことを特徴とする半導体集
積回路。
17. A first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off to control the first switch element and the second switch element. A semiconductor integrated circuit that supplies a current to an inductance element connected between a connection node with the second switch element and an output terminal and outputs a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. A pulse generating circuit for generating a pulse for controlling ON / OFF of the first switch element and the second switch element, and a detection circuit for detecting a current flowing from the connection node toward the voltage input terminal. In the case where the detection circuit detects the current, the second switch element is not turned on at least during a period when the second switch element is to be turned on next. The semiconductor integrated circuit is characterized in that a switching control circuit for controlling the pulse generator.
【請求項18】 電圧入力端子と基準電位端子との間に
直列に接続された第1のスイッチ素子および第2のスイ
ッチ素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1のス
イッチ素子および前記第2のスイッチ素子との接続ノー
ドと出力端子との間に接続されるインダクタンス素子に
対して電流を流して前記電圧入力端子に印加されている
電圧を降圧した電圧を出力する半導体集積回路であっ
て、 前記第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子のオ
ン、オフを制御するパルスを発生するパルス発生回路
と、前記第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子
が共にオフ状態にされる期間における前記接続ノードの
電位に基づいて前記接続ノードから前記電圧入力端子に
向かって流れる電流を検出する検出回路を含み、該検出
回路が上記電流を検出した場合、少なくとも次に上記第
2のスイッチ素子がオンされるべき期間に該第2のスイ
ッチ素子をオンさせないように上記パルス発生回路を制
御するスイッチング制御回路とを備えたことを特徴とす
る半導体集積回路。
18. A first switch element and a second switch element connected in series between a voltage input terminal and a reference potential terminal are complementarily turned on and off to control the first switch element and the second switch element. A semiconductor integrated circuit that supplies a current to an inductance element connected between a connection node with the second switch element and an output terminal and outputs a voltage obtained by stepping down a voltage applied to the voltage input terminal. And a pulse generation circuit for generating a pulse for controlling on / off of the first switch element and the second switch element, and both the first switch element and the second switch element are turned off. A detection circuit that detects a current flowing from the connection node toward the voltage input terminal based on a potential of the connection node during a period, wherein the detection circuit detects the current. And a switching control circuit for controlling the pulse generation circuit so as not to turn on the second switch element at least during a period when the second switch element is to be turned on next. Semiconductor integrated circuit.
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