JP2005261102A

JP2005261102A - スイッチングレギュレータ

Info

Publication number: JP2005261102A
Application number: JP2004070092A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kai; 寿甲斐
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】コイル電流を監視する抵抗と、過電流を保護するセンス抵抗とを併用することができ、外付け部品を少なくして、回路規模を小さくする。
【解決手段】コイル２１に流れる電流ＩＬに基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータにおいて、コイル２１に流れる電流ＩＬを監視するセンス抵抗Ｒｓを、スイッチングトランジスタＱ１に並列に付加したトランジスタＱ２のソースと電源ＶＩＮの間に付加し、また、そのセンス抵抗Ｒｓを過電流保護として、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２に流れる電流を監視する抵抗として併用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル電流に基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータに関し、特にその電流監視制御機能と過電流保護機能を併用したスイッチングレギュレータに関する。

例えば、特開２００１−１５７４４２号公報（電流制限回路および過電流保護機能を備えるスイッチングレギュレータ）（特許文献１参照）では、図２に示すように、入力電圧Ｖｉｎを与えるスイッチングトランジスタＭ１と出力端子Ｖｏｕｔとの間にインダクタＬが設けられ、このインダクタ電流を検出するためにセンス抵抗ＲｓをインダクタＬに直列に接続している。制御回路１０１は、出力電圧およびインダクタ電流に基づいてスイッチＭ１に与えるべき制御信号を生成する。可変オフセット電圧源１は、入力電圧と出力電圧との差に比例するオフセット電圧をＯＣＬ値に与えることにより過電流検出設定値を生成する。コンパレータ１０２は、インダクタ電流が過電流検出設定値を越えると、リセット信号を生成する。制御回路１０１は、リセット信号を受け取ると、スイッチＭ１を強制的にターンオフする。

また、特開２００１−２４５４６９号公報（電流−電圧変換回路およびそれを利用したＤＣ−ＤＣコンバータ）（特許文献２参照）では、図３に示すように、スイッチングトランジスタ４１と出力端子４５との間にインダクタ４３が設けられ、スイッチングトランジスタ４１のソースと電源Ｖｃｃの間に抵抗３２を接続している。出力電流が流れる抵抗３２の両端の電圧差を電圧−電流変換部３３で一度電流に変換し、電流を電流−電圧変換部としての増幅器（オペアンプ）３４で電圧に再変換している。増幅器３４のバイアス電圧として鋸歯状波を供給することにより、出力電圧に鋸歯状波が加算される。

このように、従来、コイル電流に基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータにおいては、コイル電流を監視する方法として、上記特許文献１では、コイルと出力容量との間に直列に抵抗を付加していた。また、コイル電流を監視する方法として、上記特許文献２では、スイッチングトランジスタのソースと電源の間に抵抗を付加していた。
その他、過電流を保護する機能としては、その過電流を監視するセンス抵抗を利用する場合、出力電圧端子に直列にその抵抗を付加していた。一方、センス抵抗を利用しない場合には、スイッチング出力波形のＯＮ状態を監視する方法もあった。

特開２００１−１５７４４２号公報特開２００１−２４５４６９号公報

前述の特許文献１および特許文献２に示した回路構成では、構成が簡単になってはいるが、未だ構成が複雑で回路規模が過大であり、ＩＣ化に際して種々の問題が生じることがあった。すなわち、従来の回路構成では、スイッチングレギュレータのコイル電流を監視する抵抗と、過電流を保護するセンス抵抗とは別個に独立して設けているため、回路規模が大きくなっていた。

（目的）
本発明の目的は、このような従来の問題を解消し、コイル電流を監視する抵抗と、過電流を保護するセンス抵抗とを併用することができ、外付け部品を少なくして、回路規模を小さくすることが可能なスイッチングレギュレータを提供することにある。

本発明によるスイッチングレギュレータは、コイル電流に基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータにおいて、その電流を監視するセンス抵抗を、スイッチングトランジスタに並列に付加したトランジスタのソースと電源の間に付加し、また、そのセンス抵抗を過電流保護として、スイッチングトランジスタに流れる電流を監視する抵抗として併用する。

本発明によれば、スイッチングトランジスタのＯＮ抵抗に影響を与えることなく高効率を維持することができ、また、過電流保護のためのスイッチングトランジスタのＯＮ状態時のレベルを利用する場合の制御においても、そのスイッチングトランジスタがＯＦＦ状態時、マスクするような面倒な制御を行うことなく制御することができる。
また、一つのセンス抵抗で上記二つの機能を併用することにより、外付け部品を増加することなく、回路規模を小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るスイッチングレギュレータの構成図である。
図１において、１１，１９はエラーアンプ、１２，１５はＳＲ−Ｌａｔｃｈ２，１、１３はＮＡＮＤ回路、１４は発振回路、１６は加算器、１７はスロープ補償回路、１８はコンパレータ、２０は負荷（ＬＯＡＤ）、２１はコイル、２２は出力容量、Ｑ１，Ｑ２はスイッチングトランジスタである。
エラーアンプ１９は、出力電圧ＶＯＵＴを分圧した信号ＶＦＢと予め設定された定電圧ＶＲＥＦとの差を増幅する。スロープ補償回路１７は、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮするタイミングに同期してスロープ補償信号を発生する。加算器１６において、そのスロープ補償信号をセンス信号に加算することにより、主にコイル電流のバラツキによる発振を抑止する。

発振回路１４は、予め決められた周波数を持ち、発振した周波数によりラッチ回路（２）１５がセットされ、それによりスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２がＯＮする。この場合、ラッチ回路（１）１２もセットされている。
エラーアンプ１９により増幅された制御信号１と、センス信号にスロープ補償信号が加算された制御信号２をコンパレータ１８で比較する。スイッチングトランジスタＱ２のソースと電源ＶＩＮの間にセンス抵抗Ｒｓを接続して、コイル２１を流れる電流を検出し、そのセンス信号とスロープ補償信号を加算した制御信号２とエラーアンプ１９からの制御信号１をコンパレータ１８で比較している。

コンパレータ１８で比較した結果、制御信号１より制御信号２が大きくなった時、上記ラッチ回路（１）１５をリセットする。このことにより、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮ，ＯＦＦする期間の比率を可変させて、出力電圧を一定に維持する。ＮＡＮＤ回路１３の出力は、図１に示すように、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２がＰＭＯＳＦＥＴである場合には、ラッチ回路（２）１２とラッチ回路（１）１５のいずれか一方がセットされ、他方がリセットされている期間に１が出力されて、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＦＦし、ラッチ回路（２）１２とラッチ回路（１）１５の両方がセットされている期間、および両方がリセットされている期間には、０が出力されてスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮする。

過電流保護機能は、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２がＯＮして、コイル電流ＩＬが流れると、センス信号はスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のＯＮ抵抗とセンス抵抗Ｒｓで電圧降下する。エラーアンプ１１は、そのセンス信号と予め設定された定電圧ＶＲＥＦＦ１とを比較し、センス信号がＶＲＥＦＦ１より小さくなったならば、ラッチ回路（２）１２をセットし、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＦＦさせる。この場合、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２がＰＭＯＳＦＥＴであって、ラッチ回路（１）１５はリセットされている。
また、センス信号のノイズによる誤動作があった場合には、それを解除するため、クロック毎にラッチ回路（１）１５およびラッチ回路（２）１２をリセットさせる。

このように、本実施例においては、コイル電流ＩＬに基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータで、その電流ＩＬを監視するセンス抵抗ＲｓをスイッチングトランジスタＱ１に並列に付加したトランジスタＱ２のソースと電源ＶＩＮの間に付加し、また、そのセンス抵抗Ｒｓを過電流保護として、スイッチングトランジスタＱ１に流れる電流を監視する抵抗として併用しているので、外付け部品が少なくて済み、また回路規模が小さくて済む。なお、並列に付加したトランジスタＱ２も、スイッチングトランジスタＱ１とともにスイッチングトランジスタの機能を果すため、両方をスイッチングトランジスタと呼ぶ。

また、コイル電流ＩＬを監視するための抵抗Ｒｓを図１に示すように接続すると、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のＯＮ抵抗は効率に影響を及ぼすことは周知の事実であるが、本実施例のように、スイッチングトランジスタＱ１に並列に付加したトランジスタＱ２のソースと電源ＶＩＮの間にセンス抵抗Ｒｓを接続することにより、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のＯＮ抵抗に影響を及ぼすことなく高効率を維持することができる。
また、過電流保護のため、スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のＯＮ状態時のレベルを利用する場合の制御においても、そのスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２がＯＦＦ状態時に、マスクするような面倒な制御を行わなくても良い。
そして、一つのセンス抵抗Ｒｓで上記二つの機能（コイル電流の検出と過電流保護）を併用することにより、外付け部品を増やすことなく、回路規模を小さくし、ＩＣ化を容易にすることが可能である。

本発明の一実施例に係るスイッチングレギュレータの構成図である。従来例（１）に係るスイッチングレギュレータの構成図である。従来例（２）に係るＤＣ−ＤＣコンバータの構成図である。

符号の説明

１１，１９…エラーアンプ、１２…ラッチ回路（２）、１３…ＮＡＮＤ回路、
１４…発振回路、１５…ラッチ回路（１）、１６…加算器、１７…スロープ補償回路、
１８…コンパレータ、２０…負荷（ＬＯＡＤ）、２１…コイル、２２…出力容量、
Ｑ１，Ｑ２…スイッチングトランジスタ、Ｒｓ…センス抵抗、Ｒ１，Ｒ２…分割抵抗、
ＶＥＲＦ，ＶＲＦＦ１…基準電圧、ＳＤ…ダイオード。

Claims

コイル電流に基づいて一定の出力電圧を維持するスイッチングレギュレータにおいて、
前記コイルの電流を監視するセンス抵抗を、制御信号に従って制御されるスイッチングＭＯＳトランジスタに並列に付加した第２のＭＯＳトランジスタのソースと電源の間に付加し、
前記センス抵抗を、前記スイッチングＭＯＳトランジスタに流れる電流を監視する過電流保護用抵抗としても用いることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
ソースが直流電圧源であるスイッチングＭＯＳトランジスタおよび該スイッチングＭＯＳトランジスタのドレインに接続されたコイルを備え、該スイッチングＭＯＳトランジスタがＯＮ状態の時、該コイルを介して流れるコイル電流に基づいて、出力電圧を一定に維持するスイッチングレギュレータであって、
前記スイッチングＭＯＳトランジスタのゲートおよびドレインが同じ向きになるように並列に第２のＭＯＳトランジスタを付加し、
該付加した第２のＭＯＳトランジスタのソースと電源の間にコイル電流を監視するセンス抵抗を付加し、
該センス抵抗に流れる電流に基づいて出力電圧を予め定めた値に維持するように制御し、
過電流保護のため、該センス抵抗に流れる電流が予め定めた基準値より大きくなった場合、前記スイッチングＭＯＳトランジスタおよび該トランジスタに並列に付加した第２のＭＯＳトランジスタをＯＦＦするように構成したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
請求項１または２に記載のスイッチングレギュレータにおいて、
前記スイッチングＭＯＳトランジスタは、予め決められた周波数を持つ発振回路の周波数により第１のラッチ回路がセットされてＯＮし、エラーアンプにより増幅された第１の制御信号と、センス信号にスロープ補償信号が加算された第２の制御信号をコンパレータで比較し、前記第１の制御信号より前記第２の制御信号が大きい場合、前記第１のラッチ回路をリセットして、前記スイッチングＭＯＳトランジスタのＯＮとＯＦＦの期間の比率を可変にし、出力電圧を一定にすることを特徴としたスイッチングレギュレータ。
請求項３に記載のスイッチングレギュレータにおいて、
前記過電流保護のため、前記スイッチングＭＯＳトランジスタがＯＮしてコイル電流が流れることで、前記センス抵抗によりセンス信号が検出され、コンパレータにより該センス信号と予め設定された定電圧とが比較され、該センス信号が該定電圧よりも小さい場合、前記第１のラッチ回路とは別の第２のラッチ回路をセットし、前記スイッチングＭＯＳトランジスタをＯＦＦさせることを特徴とするスイッチングレギュレータ。