JP2005295754A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチングレギュレータにおいて、スイッチングトランジスタのスイッチングノイズがエラーアンプに影響を与えることによる出力の発振などの誤動作を防ぎ、安定かつ所望の出力電圧が得られるスイッチングレギュレータを提供する。
【解決手段】 スイッチングレギュレータの、分割抵抗の出力とエラーアンプの入力の間に、抵抗と容量で構成されるノイズ除去フィルタを挿入した。また、ノイズ除去フィルタを可変抵抗と可変容量で構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチングレギュレータに関し、特にスイッチングレギュレータコントロールＩＣのノイズによる誤動作を防止する手段に関する。

従来の昇圧型スイッチングレギュレータ及び、これに使われる昇圧型対応のスイッチングレギュレータコントロールＩＣ（例えば、特許文献1参照）を図７に示す。一般に昇圧型スイッチングレギュレータではスイッチングレギュレータコントロールＩＣ内の分割抵抗７１、７２によって負荷抵抗７３の両端の電位差をモニタし、これをエラーアンプ７４にて基準電圧７５の電圧値と比較する。制御回路７６はエラーアンプ７４の比較結果からＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７のゲート電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御するための発振波形を出力する。ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７の閾値電圧よりも高い電圧（以下、“Ｈ”とする）がＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７のゲートに入力されたときに、ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７はＯＮとなり、電流は電圧源７８、コイル７９、ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７、グランドレベルの電源端子７１０の経路を流れ、コイル７９に流れる電流は増加する。コイル７９に流れる電流は増加するので、コイル７９にはエネルギーが蓄えられる。このとき負荷抵抗７３に流れる電流は電圧源７８からは供給されないので、出力容量７１１から供給され出力電圧値は低下する。この動作を第一の動作モードとする。一方、グランドレベルの電圧（以下、“Ｌ”とする）がＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７のゲートに入力されたときは、ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７はＯＦＦとなり、電流は電圧源７８、コイル７９、ダイオード７１２の経路を流れる。第一の動作モードにてコイル７９に蓄えられたエネルギーが供給され、出力電圧値が上昇する。この動作を、第二の動作モードとする。第一の動作モードと第二の動作モードを交互の行うことにより、一定の出力電圧値となるように制御を行う。
特開２００３−２４４９４５号公報（第６頁、図９）（特願２００２−３６７４３（第１頁、図８））

しかしながら、現実問題としてスイッチングレギュレータではＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７、コイル７９、出力容量７１１など部品の配置、配線の引き回しによっては、ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７がＯＮ／ＯＦＦすることによるグランドレベルまたは電源電圧の揺れやスパイクノイズなどのノイズ情報が発生する。このときそのノイズ情報を含めて分割抵抗７１，７２でモニタされた信号がエラーアンプ７４に入力され、制御回路７６を介してＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ７７がＯＮ／ＯＦＦする。このため、ノイズ情報が出力に伝播され、スイッチングレギュレータの出力発振などの誤動作を生じる結果となる。

上記問題を解決するために、本発明のスイッチングレギュレータは、分割抵抗の出力とエラーアンプの入力の間に、抵抗と容量で構成されるノイズ除去フィルタを挿入した。また、ノイズ除去フィルタを可変抵抗と可変容量で構成した。

以上のように本発明によれば、スイッチングレギュレータにおいてエラーアンプの入力にノイズ防止策用のノイズ除去フィルタを設けることで、シミュレーションでは再現されないノイズを除去し、発振などの誤動作を防ぎ、安定かつ所望の出力電圧値となるように制御を行うことが可能となる。

図２は、本発明の第１の実施例である昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。図７のエラーアンプ７４の入力にノイズ防止策用のノイズ除去フィルタ１１３を設けたものである。ノイズ除去フィルタ１１３は、抵抗と容量で構成されたローパスフィルタで構成される。ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ２７がＯＮ／ＯＦＦすることによりグランドレベルまたは電源電圧の揺れやスパイクノイズなどが、グランドレベルに接続された分割抵抗２２に伝播される。これにより分割抵抗２１、２２でモニタする電源電圧より高い昇圧型スイッチングレギュレータの出力電圧はノイズ情報を含めてノイズ除去フィルタ１１３に入力されるが、先に接続されたノイズ除去フィルタ１１３により、特定パルス幅以下のパルスを除去し、ノイズ成分を除去した所望の電圧値のみがエラーアンプ２４に入力される。よって従来の技術で述べた第一の動作モードと第二の動作モードを交互の行うことにより、発振などの誤動作を防ぎ、安定かつ所望の出力電圧値となるように制御を行うことができる。昇圧型対応のスイッチングレギュレータコントロールＩＣの特徴としては、電源電圧より高い出力電圧を得るためコイル２９蓄積されたエネルギーを開放するための時間が必須である。このためＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ２７が常時ＯＮ状態ではなく、必ずＯＦＦ状態を設ける機構、つまり１００％デューティーにならないよう内部回路で調整していることである。

図３は、本発明の第２の実施例である昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。図２との相違点はノイズ除去フィルタ１１３内の抵抗と容量が可変できることである。第１の実施例記載のスイッチングレギュレータコントロールＩＣでは、ノイズ除去フィルタ１１３の抵抗を固定抵抗、容量を固定容量として考えているが、部品の配置、配線の引き回しによってノイズの大きさが異なることや、回路設計段階におけるシミュレーションではノイズの大きさは再現できなく適切な抵抗値、容量値を設定できないことを考慮すると、部品の配置配線やスイッチング周波数に適したノイズ除去フィルタ１１３の微調整が必要不可欠である。この場合、抵抗を可変抵抗、容量を可変容量にすることでノイズ除去フィルタ１１３を微調整することができ、固定抵抗、固定容量の場合と比べ、より高精度にノイズ除去をすることができる。前記ノイズ除去フィルタ１１３の微調整は、ＩＣに組み込まれた抵抗や容量をレーザトリミングなどにより実現することが可能である。

図４は、本発明の第３の実施例である昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。図３との相違点は分割抵抗４１、４２が外付けである点である。一般的に分割抵抗４１、４２が外付けの場合、図３のような内蔵タイプと比べてスイッチングレギュレータコントロールＩＣのグランドレベルと外付け部品のグランドレベルとに微小な電圧差異が発生し、それが原因でノイズの影響が大きくなる傾向がある。これを回避するため、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ内部にノイズ除去フィルタを接続することで、実施例１で示した同様の効果が得られることは明白である。

図５は、本発明の第４の実施例である降圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。図１との相違点は、降圧型スイッチングレギュレータである点である。昇圧型では電圧源よりも高い電圧を出力する機構であるのに対して、降圧型では電圧源以下の電圧を出力する機構を有している。降圧型対応のスイッチングレギュレータコントロールＩＣの特徴としては、電源電圧以下の出力電圧を得るため電源電圧５８、ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ５７、コイル５９の経路を通り、電源電圧と等しい出力電圧を得る必要がある。このためＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ５７が常時ＯＮ状態である機構、つまり１００％デューティーが存在するように内部回路で調整していることである。
降圧型スイッチングレギュレータも昇圧型スイッチングレギュレータと同様の理由によりノイズの影響を受けやすく、降圧型スイッチングレギュレータコントロールＩＣ内部にノイズ除去フィルタを接続することで、実施例１で示した同様の効果が得られることは明白である。

図６は、本発明の第５の実施例である反転型スイッチングレギュレータのブロック図である。図１との相違点は、反転型スイッチングレギュレータである点である。昇圧型では電圧源よりも高い電圧を出力する機構であるのに対して、反転型では電圧源と極性が異なる電圧（例えば電圧源が正の電圧に対して負の電圧を出力する）を出力する機構を有している。反転型対応のスイッチングレギュレータコントロールＩＣの特徴としては、分割抵抗６１、６２で分割された出力電圧とグランドレベルをエラーアンプで比較することである。また負電圧を出力するため１００％デューティーとならないよう内部回路で調整していることである。
反転型スイッチングレギュレータも昇圧型スイッチングレギュレータと同様の理由によりノイズの影響を受けやすく、反転型スイッチングレギュレータコントロールＩＣ内部にノイズ除去フィルタを接続することで、実施例１で示した同様の効果が得られることは明白である。

本発明の実施例を示す昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。 本発明の第１の実施例で示す昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。 本発明の第２の実施例を示す昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。 本発明の第３の実施例を示す昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。 本発明の第４の実施例を示す降圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。 本発明の第５の実施例を示す反転型スイッチングレギュレータのブロック図である。 従来の昇圧型スイッチングレギュレータのブロック図である。

符号の説明

１１ 分割抵抗
１３ 負荷抵抗
１４ エラーアンプ
１５ 基準電圧
１６ スイッチ制御回路
１７ ＮｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ
４７ ＰｃｈＭＯＳスイッチングトランジスタ
１８ 電圧源
１９ コイル
１１０ グランド
１１１ 出力容量
１１２ ダイオード
１１３ ノイズ除去フィルタ
１１４ 発振回路

Claims (8)

1. 出力端子の電圧を分圧する分割抵抗の出力と基準電圧との差をエラーアンプでモニタして前記出力電圧を制御するスイッチングレギュレータにおいて、前記分割抵抗の出力と前記エラーアンプの入力の間にノイズ除去フィルタを挿入することを特徴とするスイッチングレギュレータ。
2. 前記ノイズ除去フィルタは、抵抗と容量で構成されることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
3. 前記ノイズ除去フィルタは、可変抵抗と可変容量で構成されることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
4. 前記分割抵抗は、スイッチングレギュレータコントロールＩＣに内蔵されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
5. 前記分割抵抗は、スイッチングレギュレータコントロールＩＣの外に設けられていることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
6. 前記スイッチングレギュレータの出力電圧は、電池電圧より高電圧であることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
7. 前記スイッチングレギュレータの出力電圧は、電池電圧以下の電圧でかつ正電圧であることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
8. 前記スイッチングレギュレータの出力電圧は、負電圧であることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。

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