【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に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、各種電子機器において、直流電源としてスイッチングレギュレータが使用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
スイッチングレギュレータの一方式であるPWM(Pulse Width Modulation)方式のスイッチングレギュレータは、出力と基準信号の関係が所定の関係になるようにスイッチをオン/オフ制御して前記スイッチのデュティ比を制御し、これによって所定の出力を得る方式である。ノイズ成分は、前記スイッチのオン/オフ駆動周波数のノイズのみであるためは、ノイズスペクトルが狭く、ノイズ特性に優れているという利点がある。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−229672号公報
【特許文献2】
特開2000−139072号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のPWM方式のスイッチングレギュレータでは、負荷に流れる負荷電流が変化した場合でも、前記スイッチの駆動周波数は一定であり、スイッチングレギュレータの消費電力は一定となる。
したがって、負荷電流が小さい場合でも、スイッチングレギュレータの消費電力は低下せずに大きいままであるため、効率が悪いという問題がある。
【0005】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたもので、ノイズ特性の劣化を極力抑えると共に消費電力を小さくすることを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、出力に関連する信号と出力設定用基準信号とに基づいて制御手段によりスイッチング手段を開閉制御することによって、前記出力設定用基準信号に応じた出力を負荷に供給するスイッチングレギュレータにおいて、前記制御手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスを発生する制御パルス発生手段と、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号を発生する間引き制御信号発生手段と、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た駆動パルスで前記スイッチング手段を開閉制御する間引き手段とを備えて成ることを特徴とするスイッチングレギュレータが提供される。
【0007】
制御パルス発生手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスを発生する。間引き制御信号発生手段は、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号を発生する。間引き手段は、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た駆動パルスで前記スイッチング手段を開閉制御する。
【0008】
ここで、前記間引き手段は、前記負荷の負荷電流が所定値よりも小さいときに、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た制御パルスで前記スイッチング手段を開閉制御するように構成してもよい。
また、前記間引き手段は、所定の分周比で前記制御パルスを分周して出力する分周回路と、前記分周回路の出力と前記間引き制御信号との論理ORをとるOR回路と、前記OR回路の出力と前記制御パルスとの論理ANDをとって前記駆動パルスを出力するAND回路とを備えて成るように構成してもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの回路構成図である。
図1において、スイッチングレギュレータは、エラーアンプ101、第1の比較回路102、三角波発生回路103、間引き回路104、ドライバ105、スイッチング手段としてのスイッチ106、コイル107、ダイオード108、コンデンサ109、直列接続した抵抗110、111、間引き制御信号発生手段としての第2の比較回路112を備えている。スイッチングレギュレータの出力部には負荷113が接続される。
【0010】
エラーアンプ101は抵抗110と抵抗111の接続点の電圧信号(出力に関連する信号)と所定の第1の基準信号(出力設定用基準信号)Vrefとの差を所定倍率で増幅して、誤差信号aとして出力する。三角波発生回路103は所定周波数の三角波を発生する。比較回路102は、誤差信号aと三角波発生回路103からの三角波信号dとを比較して、比較結果に応じた信号(制御パルス)bを出力する。比較回路102からは、誤差信号aと三角波信号dとの比較結果に応じたデューティ比の制御パルスbが出力される。
【0011】
間引き回路104は、比較回路112からの間引き制御信号eに応答して、制御パルスbを間引いて、駆動パルスfとして出力する。ドライバ105は、駆動パルスfを受けて、駆動に適した形態の駆動パルスeを出力する。
電界効果トランジスタ(FET)によって構成されたスイッチ106は、駆動パルスeが高(H)レベルの時は閉状態となり、駆動パルスeが低(L)レベルの時は開状態となる。
スイッチ106が閉状態の時は、直流電源Vddからコイル107、スイッチ106へ電流が流れる。スイッチ106が開状態の時は、コイル107、ダイオード108、コンデンサ109へ電流が流れる。これにより、出力部に接続された負荷113には直流の負荷電流ILが供給される。
【0012】
出力部に接続された検出用抵抗110、111の接続点には出力に関連する電圧の信号が生じており、比較回路112は、前記出力に関連する信号と所定の第2の基準信号(消費電力設定用基準信号)Vref1とを比較して、比較結果に応じた信号(間引き制御信号)eを出力する。
尚、エラーアンプ101、比較回路102、三角波発生回路103、間引き回路104、ドライバ105、抵抗110、111、比較回路112は制御手段を構成している。エラーアンプ101、比較回路102、三角波発生回路103は制御パルス発生手段を構成している。また、間引き回路104、ドライバ105は間引き手段を構成している。
【0013】
図2は、間引き回路104の詳細を示す回路構成図であり、図1と同一部分には同一符号を付している。
図2において、間引き回路104は、所定の分周比1/nで制御パルスbを分周して出力する分周回路201と、分周回路201の出力と間引き制御信号eとの論理ORをとるOR回路202と、OR回路202の出力と制御パルスbとの論理ANDをとって駆動パルスfを出力するAND回路203とを備えている。尚、分周回路201の分周比1/nは図示しない設定手段によって種々の値に設定することができるようになっており、分周比1/nを適時設定することによって間引きを行う制御パルス数(間引き率)を変更することが可能である。
図3は、本発明の実施の形態に係る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ミング図であり、図1及び図2と同一部分には同一符号を付している。
【0014】
以下、図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの動作を詳細に説明する。
エラーアンプ101は、抵抗110と抵抗111の接続点の信号(出力に関連する信号であり、出力電圧Voutを抵抗110と抵抗111で分圧した信号)と出力設定用基準信号Vrefとの差を所定倍率で増幅し、誤差信号aとして出力する。
比較回路102は、誤差信号aと三角波発生回路103からの三角波信号dとを比較して、三角波信号dが誤差信号a以上のときに高レベルで三角波信号dが誤差信号a未満のときに低レベルの制御パルスbを出力する。
【0015】
間引き回路104は、比較回路112からの間引き制御信号eに応答して、間引き制御信号eが低レベルのときは、制御パルスbを所定数間引いて、駆動パルスf(図3のe=L)として出力する。また、間引き回路104は、比較回路112からの間引き制御信号eに応答して、間引き制御信号eが高レベルのときは、制御パルスbを間引くことなくそのまま、駆動パルスf(図3のe=H)として出力する。
【0016】
間引き回路104の動作を、図2を参照して更に詳述すると、分周回路201は、予め設定した所定の分周比(本実施の形態では分周比が1/2)で制御パルスbを分周して、信号gとして出力する。OR回路202は、分周回路201の出力信号gと間引き制御信号eとの論理ORをとって出力する。AND回路203は、OR回路202の出力と制御パルスbとの論理ANDをとり、駆動パルスfとしてドライバ105へ出力する。これにより、間引き回路104からは、間引き制御信号eのレベルに応じた周波数の駆動パルスfが出力される。尚、本実施の形態では、分周回路201の分周比を1/2としているため、間引き回路104から出力される駆動パルスfの周波数は、三角波と同一周波数の駆動パルスf(e=H)と、三角波の1/2の周波数の駆動パルスf(e=L)の2種類となっている。
【0017】
ドライバ105は、間引き回路104から駆動パルスfを受けて、駆動に適した形態の駆動パルスcを出力する。
スイッチ106は駆動パルスcが高レベルの時に閉状態となり、このとき、直流電源Vddからコイル107、スイッチ106へ電流が流れ、コイル107にエネルギがチャージされる。次に、スイッチ106は駆動パルスcが低レベルになると開状態となり、このとき、直流電源Vdd、コイル107、ダイオード108、コンデンサ109の順で電流が流れ、コイル107にチャージされていたエネルギがコンデンサ109にチャージされる。これにより、出力部には直流の出力電圧Voutが出力され、出力部に接続された負荷113には直流の負荷電流ILが供給される。
【0018】
出力Voutは、抵抗110、111から成る検出回路によって出力電圧が検出され、検出回路の出力信号である出力に関連する信号がエラーアンプ101に出力される。エラーアンプ101は、前記出力に関連する信号と基準信号Vrefとに対して前述した処理を行う。
前記出力に関連する信号は、比較回路112にも入力されており、比較回路112は、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号Vref1とを比較して、比較結果に応じた間引き制御信号eを間引き回路104に出力する。具体的には、比較回路112は、前記出力に関連する信号が消費電力設定用基準信号Vref1以上のときは高レベルで、前記出力に関連する信号が消費電力設定用基準信号Vref1未満のときは低レベルの間引き制御信号eを間引き回路104に出力する。
【0019】
即ち、スイッチングレギュレータの出力インピーダンスが存在する関係から、負荷電流ILが小さいときは負荷電流ILが大きいときに比べて、前記出力に関連する信号が大きな電圧値の信号となる。比較回路112は、負荷113の負荷電流ILが所定値よりも小さいときに、間引き回路104が制御パルスbを所定数間引くような低レベルの間引き制御信号eを出力し、負荷113の負荷電流ILが所定値よりも大きいときに、間引き回路104が制御パルスbを間引かないような高レベルの間引き制御信号eを出力する。間引き回路104は、間引き制御信号eのレベルに応じて前述した処理を行う。これにより、負荷電流ILが小さいときには、スイッチングレギュレータ自体の消費電力を抑制することができる。
【0020】
以上述べたように、本実施の形態に係るスイッチングレギュレータは、出力に関連する信号と出力設定用基準信号とに基づいて制御手段によりスイッチング手段を開閉制御することによって、前記出力設定用基準信号に応じた出力を負荷に供給するPWM方式のスイッチングレギュレータにおいて、前記制御手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号Vrefとを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスbを発生する制御パルス発生手段(エラーアンプ101、比較回路102、三角波発生回路103)と、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号Vref1とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号eを発生する比較回路112と、間引き制御信号eに応じて制御パルスbを間引き、制御パルスbを間引くことによって得た駆動パルスf、cでスイッチ106を開閉制御する間引き回路104とを備えている。
【0021】
したがって、負荷電流が小さい場合には消費電力が小さくなり、装置全体としての消費電力を抑制することが可能になる。また、ノイズの周波数スペクトルが、三角波の周波数に加えて、制御パルスbを間引いた後の駆動パルスfの周波数成分が増加するにすぎず、ノイズ特性の劣化を極力抑えることが可能になる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、ノイズの増加を抑制しつつ消費電力を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの回路構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの部分詳細回路図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータのタイミング図である。
【符号の説明】
101・・・制御手段を構成するエラーアンプ
102・・・制御手段を構成する比較回路
103・・・制御手段を構成する三角波発生回路
104・・・制御手段を構成する間引き回路
105・・・制御手段を構成するドライバ
106・・・スイッチ手段としてのスイッチ
107・・・コイル
108・・・ダイオード
109・・・コンデンサ
110、111・・・制御手段を構成する抵抗
112・・・制御手段を構成する間引き制御信号発生手段としての比較回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching regulator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a switching regulator has been used as a DC power supply in various electronic devices (for example, see Patent Documents 1 and 2).
A PWM (Pulse Width Modulation) type switching regulator, which is one type of a switching regulator, controls on / off of a switch so that a relationship between an output and a reference signal has a predetermined relationship, and controls a duty ratio of the switch. In this manner, a predetermined output is obtained. Since the noise component is only the noise at the ON / OFF drive frequency of the switch, there is an advantage that the noise spectrum is narrow and the noise characteristics are excellent.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-229672 [Patent Document 2]
JP 2000-139072 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional PWM type switching regulator, even when the load current flowing through the load changes, the drive frequency of the switch is constant, and the power consumption of the switching regulator is constant.
Therefore, even when the load current is small, the power consumption of the switching regulator does not decrease and remains large.
[0005]
The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to suppress deterioration of noise characteristics as much as possible and to reduce power consumption.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a switching regulator that supplies an output corresponding to the output setting reference signal to a load by controlling the switching means to open and close based on a signal related to the output and an output setting reference signal. A control pulse generator that compares a signal related to the output with the output setting reference signal and generates a control pulse having a duty ratio according to a comparison result; and a signal related to the output. A thinning control signal generating unit that generates a thinning control signal according to a comparison result by comparing the control pulse with the power consumption setting reference signal, thinning out the control pulse according to the thinning control signal, and thinning out the control pulse. Switching means for controlling opening and closing of the switching means with the obtained drive pulse. Regulator is provided.
[0007]
The control pulse generating means compares the signal related to the output with the output setting reference signal and generates a control pulse having a duty ratio according to the comparison result. The thinning control signal generating means compares a signal related to the output with a power consumption setting reference signal and generates a thinning control signal according to the comparison result. The thinning means thins out the control pulse in accordance with the thinning control signal, and controls the switching means to open and close with a drive pulse obtained by thinning out the control pulse.
[0008]
Here, when the load current of the load is smaller than a predetermined value, the thinning means thins out the control pulse in accordance with the thinning control signal, and uses the control pulse obtained by thinning out the control pulse. May be configured to control opening and closing.
Further, the thinning means includes a frequency dividing circuit for dividing and outputting the control pulse at a predetermined frequency dividing ratio; an OR circuit for performing a logical OR of an output of the frequency dividing circuit and the thinning control signal; The control circuit may be configured to include an AND circuit that outputs a drive pulse by taking a logical AND of an output of an OR circuit and the control pulse.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention.
1, the switching regulator includes an error amplifier 101, a first comparison circuit 102, a triangular wave generation circuit 103, a thinning circuit 104, a driver 105, a switch 106 as a switching means, a coil 107, a diode 108, a capacitor 109, and a series connection. The circuit includes resistors 110 and 111 and a second comparison circuit 112 as a thinning control signal generating unit. A load 113 is connected to the output of the switching regulator.
[0010]
The error amplifier 101 amplifies a difference between a voltage signal (a signal related to an output) at a connection point of the resistors 110 and 111 and a predetermined first reference signal (output setting reference signal) Vref by a predetermined magnification, and generates an error. Output as signal a. The triangular wave generating circuit 103 generates a triangular wave having a predetermined frequency. The comparison circuit 102 compares the error signal a with the triangular wave signal d from the triangular wave generation circuit 103, and outputs a signal (control pulse) b according to the comparison result. The comparison circuit 102 outputs a control pulse b having a duty ratio according to the result of comparison between the error signal a and the triangular wave signal d.
[0011]
The decimation circuit 104 decimates the control pulse b in response to the decimation control signal e from the comparison circuit 112, and outputs it as a drive pulse f. The driver 105 receives the drive pulse f and outputs a drive pulse e in a form suitable for driving.
The switch 106 constituted by a field effect transistor (FET) is closed when the drive pulse e is at a high (H) level, and is open when the drive pulse e is at a low (L) level.
When the switch 106 is closed, a current flows from the DC power supply Vdd to the coil 107 and the switch 106. When the switch 106 is open, current flows to the coil 107, the diode 108, and the capacitor 109. Thus, the load 113 connected to the output unit is supplied with the DC load current IL.
[0012]
At the connection point between the detection resistors 110 and 111 connected to the output unit, a signal of a voltage related to the output is generated, and the comparison circuit 112 compares the signal related to the output with a predetermined second reference signal (consumption signal). The signal e is compared with the power setting reference signal Vref1 and a signal (thinning control signal) e corresponding to the comparison result is output.
Note that the error amplifier 101, the comparison circuit 102, the triangular wave generation circuit 103, the thinning circuit 104, the driver 105, the resistors 110 and 111, and the comparison circuit 112 constitute control means. The error amplifier 101, the comparison circuit 102, and the triangular wave generation circuit 103 constitute control pulse generation means. Further, the thinning circuit 104 and the driver 105 constitute a thinning means.
[0013]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the details of the thinning circuit 104, and the same parts as those in FIG.
In FIG. 2, a thinning circuit 104 divides a control pulse b by a predetermined frequency division ratio 1 / n and outputs the divided signal, and a logical OR of an output of the frequency dividing circuit 201 and a thinning control signal e. An OR circuit 202 that takes a logical AND of an output of the OR circuit 202 and the control pulse b to output a drive pulse f. The dividing ratio 1 / n of the dividing circuit 201 can be set to various values by setting means (not shown), and the control for thinning out by appropriately setting the dividing ratio 1 / n. It is possible to change the number of pulses (thinning rate).
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the switching regulator according to the embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0014]
Hereinafter, the operation of the switching regulator according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The error amplifier 101 calculates a difference between a signal at a connection point of the resistors 110 and 111 (a signal related to an output, a signal obtained by dividing the output voltage Vout by the resistors 110 and 111) and an output setting reference signal Vref. The signal is amplified at a predetermined magnification and output as an error signal a.
The comparing circuit 102 compares the error signal a with the triangular wave signal d from the triangular wave generating circuit 103, and when the triangular wave signal d is higher than the error signal a, the level is high and when the triangular wave signal d is lower than the error signal a, the level is low. A level control pulse b is output.
[0015]
In response to the thinning control signal e from the comparing circuit 112, when the thinning control signal e is at a low level, the thinning circuit 104 thins out the control pulse b by a predetermined number and drives the drive pulse f (e = L in FIG. 3). Is output as Further, in response to the thinning control signal e from the comparing circuit 112, the thinning circuit 104 does not thin out the control pulse b and directly drives the driving pulse f (e = e in FIG. 3) when the thinning control signal e is at a high level. H).
[0016]
The operation of the thinning circuit 104 will be described in further detail with reference to FIG. 2. The frequency dividing circuit 201 generates a control pulse b at a predetermined frequency dividing ratio (the frequency dividing ratio is 1/2 in the present embodiment). Is divided and output as a signal g. The OR circuit 202 outputs a logical OR of the output signal g of the frequency dividing circuit 201 and the thinning control signal e. The AND circuit 203 performs a logical AND operation between the output of the OR circuit 202 and the control pulse b, and outputs the result to the driver 105 as a drive pulse f. As a result, the drive pulse f having a frequency corresponding to the level of the thinning control signal e is output from the thinning circuit 104. In the present embodiment, the frequency of the driving pulse f output from the thinning circuit 104 is equal to the frequency of the driving pulse f (e = H ) And a drive pulse f (e = L) having a half frequency of the triangular wave.
[0017]
The driver 105 receives the driving pulse f from the thinning circuit 104 and outputs a driving pulse c in a form suitable for driving.
The switch 106 is closed when the drive pulse c is at a high level. At this time, a current flows from the DC power supply Vdd to the coil 107 and the switch 106, and the coil 107 is charged with energy. Next, the switch 106 is opened when the driving pulse c becomes low level. At this time, a current flows in the order of the DC power supply Vdd, the coil 107, the diode 108, and the capacitor 109, and the energy charged in the coil 107 is 109 is charged. As a result, the DC output voltage Vout is output to the output unit, and the DC load current IL is supplied to the load 113 connected to the output unit.
[0018]
The output voltage of the output Vout is detected by a detection circuit including resistors 110 and 111, and a signal related to the output, which is an output signal of the detection circuit, is output to the error amplifier 101. The error amplifier 101 performs the above-described processing on the signal related to the output and the reference signal Vref.
The signal related to the output is also input to the comparison circuit 112. The comparison circuit 112 compares the signal related to the output with the power consumption setting reference signal Vref1, and performs the thinning control according to the comparison result. The signal e is output to the thinning circuit 104. Specifically, the comparison circuit 112 is at a high level when the signal related to the output is equal to or more than the power consumption setting reference signal Vref1, and when the signal related to the output is less than the power consumption setting reference signal Vref1. A low level thinning control signal e is output to the thinning circuit 104.
[0019]
That is, due to the presence of the output impedance of the switching regulator, the signal related to the output has a larger voltage value when the load current IL is small than when the load current IL is large. When the load current IL of the load 113 is smaller than a predetermined value, the comparison circuit 112 outputs a low-level decimation control signal e such that the decimation circuit 104 decimates the control pulse b by a predetermined number. Is larger than a predetermined value, the thinning circuit 104 outputs a high-level thinning control signal e so that the control pulse b is not thinned. The thinning circuit 104 performs the above-described processing according to the level of the thinning control signal e. Thus, when the load current IL is small, the power consumption of the switching regulator itself can be suppressed.
[0020]
As described above, the switching regulator according to the present embodiment controls the opening / closing of the switching unit by the control unit based on the signal related to the output and the output setting reference signal, so that the output setting reference signal In a PWM type switching regulator for supplying a corresponding output to a load, the control means compares a signal related to the output with the output setting reference signal Vref and generates a control pulse b having a duty ratio according to a comparison result. (Error amplifier 101, comparison circuit 102, triangular wave generation circuit 103) that compares the signal related to the output with a power consumption setting reference signal Vref1, and performs a thinning control signal according to the comparison result. e, and the control pulse b is thinned out according to the thinning control signal e, Drive pulse f obtained by thinning out the b, and a thinning circuit 104 for controlling opening and closing of the switch 106 c. In
[0021]
Therefore, when the load current is small, the power consumption is small, and the power consumption of the entire device can be suppressed. Further, in addition to the frequency spectrum of the noise, the frequency component of the drive pulse f after the control pulse b is thinned out in addition to the frequency of the triangular wave, the frequency component only increases, and deterioration of the noise characteristics can be suppressed as much as possible.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to suppress power consumption while suppressing an increase in noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial detailed circuit diagram of the switching regulator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart of the switching regulator according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 101: an error amplifier constituting the control means 102: a comparison circuit 103 constituting the control means ... a triangular wave generation circuit 104 constituting the control means ... a thinning circuit 105 constituting the control means 105: control Driver 106 which constitutes means ... Switch 107 as switch means ... Coil 108 ... Diode 109 ... Capacitors 110 and 111 ... Resistance 112 which constitutes control means ... It constitutes control means Comparison circuit as thinning control signal generating means