JP2006101663A - スイッチングレギュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 クロックパルス検出回路7によって、TCLK端子にクロック信号CLKが入力されているか否かを検出し、クロック信号CLKが入力されていない場合、スタンバイ信号STBをアサートして低消費電力動作を行うスタンバイ動作を行い、クロック信号CLKが入力されると、スタンバイ信号STBをネゲートして通常動作を行うようにし、外部からのクロック信号CLKの有無に応じてスイッチングレギュレータ内部でスタンバイ信号STBを生成するようにした。
【選択図】 図1
Description
このような小型携帯機器に使用される電源回路は、効率向上を図るため主にスイッチングレギュレータが採用され、機器が待機状態になった場合は、該電源回路においても消費電力の小さいスタンバイ動作に移行する等して、機器の消費電力の低減を図ってきた。
図10におけるスイッチングレギュレータ100は、直流電源110からの電源電圧Vddから所定の定電圧を生成して負荷111に出力する。
スイッチングレギュレータ100は、電源電圧Vddの出力制御を行うスイッチングトランジスタMaと、同期整流用トランジスタMbと、平滑用のインダクタLa及びコンデンサCaと、負荷111に出力される電圧Voを分圧して分圧電圧Vdaを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗Ra,Rbとを備えている。
図11は、このようにしたスイッチングレギュレータの例を示した図である(例えば、特許文献1参照。)。
図11において、スイッチングレギュレータ用IC120のVc端子は、外付けの抵抗R10とコンデンサC10とを介して接地されている。また、エミッタが接地されたNPNトランジスタQ1のコレクタが、抵抗R10とコンデンサC10との接続部に接続されている。
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行うスイッチングトランジスタと、
該スイッチングトランジスタから出力された電圧を平滑して前記出力端に出力する平滑回路部と、
前記出力端の電圧が所定の電圧になるように、外部から入力されたクロック信号に同期して前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行う制御回路部と、
前記クロック信号が入力されているか否かの検出を行うクロック信号検出回路部と、
を備え、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止したことを検出すると、前記制御回路部に対して、動作を停止させて消費電力を低減させるスタンバイ動作を行わせ、前記スイッチングトランジスタをオフさせるものである。
前記クロック信号の信号レベルの立ち下がりエッジ及び/又は立ち上がりエッジを検出し、該検出したエッジごとに所定のパルス幅のパルスを生成して出力するエッジ検出回路と、
あらかじめ設定された時定数でコンデンサへの充電が行われる積分回路と、
該エッジ検出回路からパルスが出力されると該コンデンサに充電された電荷の放電を行うスイッチング素子と、
前記コンデンサの端子電圧を2値の信号に変換して前記制御回路部の動作制御を行う制御信号を生成して出力する2値化回路と、
を備えるようにした。
所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧発生回路と、
前記出力端の電圧を検出し、該検出した電圧に比例した電圧を生成して出力する出力電圧検出回路と、
前記基準電圧と該比例電圧との電圧比較を行い、該電圧差を増幅して出力する誤差増幅回路と、
前記クロック信号に同期した所定の三角波信号を生成して出力する三角波発生回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧と該三角波発生回路から出力された三角波信号との電圧比較を行い、該誤差増幅回路の出力電圧に応じたパルス幅を有するPWM制御を行うためのパルス信号を生成して出力するPWM回路と、
該PWM回路からのパルス信号に応じて、前記スイッチングトランジスタのスイッチング制御を行うドライブ回路と、
を備え、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止すると、前記誤差増幅回路、三角波発生回路、PWM回路及びドライブ回路に対して、各動作を停止させて消費電力を低減させるスタンバイ動作をそれぞれ行わせ前記スイッチングトランジスタをオフさせるようにした。
前記三角波信号の波形整形を行って矩形波に変換し出力する波形整形回路と、
前記クロック信号と該波形整形回路の出力信号との位相を比較し、該比較結果に応じた電圧を出力する位相比較器と、
該位相比較器の出力電圧を平滑して出力するフィルタ回路と、
該フィルタ回路から出力された電圧に応じた周波数の前記三角波信号を生成して出力する三角波発振器と、
を備えたPLL回路で構成され、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止すると、前記波形整形回路、位相比較器及び三角波発振器に対して各動作を停止させるようにする。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。
図1において、スイッチングレギュレータ1は、直流電源10から入力された電源電圧Vddを所定の定電圧に変換して出力端OUTに接続された負荷11に出力する。
図2において、クロックパルス検出回路7は、クロック信号CLKの立ち上がりエッジを検出するエッジ検出回路20と、NMOSトランジスタM3と、コンデンサC2と、電流i1の供給を行う電流源21と、インバータ22とで構成されている。また、エッジ検出回路20は、インバータ23〜26及びNAND回路27で構成されている。なお、電流源21及びコンデンサC2は積分回路をなし、NMOSトランジスタM3はスイッチング素子を、インバータ22は2値化回路をそれぞれなす。NAND回路27の一方の入力端はTCLK端子に接続され、TCLK端子とNAND回路27の他方の入力端との間にはインバータ23〜25が直列に接続されている。
A点の波形は、クロック信号CLKの信号レベルが反転した波形であり、インバータ23〜25による遅延が生じている。このため、クロック信号CLKが立ち上がるときだけ、NAND回路27の両入力端はインバータ23〜25による遅延時間だけ共にハイレベルになる。このことから、B点の波形、すなわちNAND回路27の出力信号は、クロック信号CLKの立ち上がり時にインバータ23〜25による遅延時間に相当する時間ローレベルになる。NAND回路27の出力信号は、インバータ26で信号レベルが反転され、NMOSトランジスタM3のゲートに入力される。
また、クロック信号CLKの立ち下がりのエッジを検出するには、図5で示すように、図2のエッジ検出回路20におけるインバータ26とNAND回路27をNOR回路31に置き換えればよく、クロック信号CLKの立ち上がりと立ち下がりの両エッジを検出するには、図6で示すように、図2のエッジ検出回路20におけるNAND回路27をExOR(エクスクルーシブオア)回路32に置き換えればよい。なお、図2において、電流源21を抵抗に置き換えてもよく、インバータ22を、一方の入力端に基準電圧が入力されたコンパレータに置き換えてもよい。
図7において、三角波発生回路4は、入力された2つの信号の位相及び周波数をそれぞれ比較し、該比較結果に応じて出力する電圧を上昇又は低下させる位相周波数比較器41と、該位相周波数比較器41の出力電圧を平滑して出力するループフィルタ42と、ループフィルタ42から入力される電圧に応じた周波数の三角波信号TWを生成して出力する三角波発振器43と、三角波発振器43から出力された三角波信号TWの波形整形を行って矩形波に変換し位相周波数比較器41に出力する波形整形回路44とを備えている。
前記第1の実施の形態では、クロックパルス検出回路7は、TCLK端子から入力されるクロック信号CLKの有無に応じてスタンバイ信号STBを生成するようにしたが、三角波発生回路4から所定の三角波信号TWが出力されているか否かに応じてスタンバイ信号STBをアサートするようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
図9は、本発明の第2の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。なお、図9では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
また、クロックパルス検出回路51は、三角波発生回路4から所定範囲の周波数の三角波信号TWが出力されなくなると、誤差増幅回路3、三角波発生回路4、PWM回路5及びドライブ回路6にそれぞれ出力しているスタンバイ信号STBをアサートする。
なお、前記説明では、クロックパルス検出回路51は、三角波発生回路4の出力信号からクロック信号CLKの入力が停止したことを検出するようにしたが、三角波発生回路4を構成する位相周波数比較器41の出力電圧、又はループフィルタ42の出力電圧からクロック信号CLKの入力が停止したことを検出するようにしてもよい。
2 基準電圧発生回路
3 誤差増幅回路
4 三角波発生回路
5 PWM回路
6 ドライブ回路
7,51 クロックパルス検出回路
10 直流電源
11 負荷
12 制御回路
13,52 IC
20 エッジ検出回路
21 電流源
22 インバータ
41 位相周波数比較器
42 ループフィルタ
43 三角波発振器
44 波形整形回路
M1 スイッチングトランジスタ
M2 同期整流用トランジスタ
M3 NMOSトランジスタ
L1 インダクタ
C1,C2 コンデンサ
R1,R2 抵抗
D1 ダイオード
Claims (11)
- 入力された電圧を所定の定電圧に変換して出力端から出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行うスイッチングトランジスタと、
該スイッチングトランジスタから出力された電圧を平滑して前記出力端に出力する平滑回路部と、
前記出力端の電圧が所定の電圧になるように、外部から入力されたクロック信号に同期して前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行う制御回路部と、
前記クロック信号が入力されているか否かの検出を行うクロック信号検出回路部と、
を備え、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止したことを検出すると、前記制御回路部に対して、動作を停止させて消費電力を低減させるスタンバイ動作を行わせ前記スイッチングトランジスタをオフさせることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号が入力されていることを検出すると、前記制御回路部に対して、動作を開始させて通常動作を行わせ前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング動作を行わせ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。
- 前記クロック信号検出回路部は、
前記クロック信号の信号レベルの立ち下がりエッジ及び/又は立ち上がりエッジを検出し、該検出したエッジごとに所定のパルス幅のパルスを生成して出力するエッジ検出回路と、
あらかじめ設定された時定数でコンデンサへの充電が行われる積分回路と、
該エッジ検出回路からパルスが出力されると該コンデンサに充電された電荷の放電を行うスイッチング素子と、
前記コンデンサの端子電圧を2値の信号に変換して前記制御回路部の動作制御を行う制御信号を生成して出力する2値化回路と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチングレギュレータ。 - 前記積分回路は、前記スイッチング素子が前記コンデンサに充電された電荷の放電を停止してから、該コンデンサが所定の電圧まで充電されるまでの時間が、前記エッジ検出回路から出力されるパルスの間隔よりも長くなるように前記時定数が設定されることを特徴とする請求項3記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記制御回路部は、
所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧発生回路と、
前記出力端の電圧を検出し、該検出した電圧に比例した電圧を生成して出力する出力電圧検出回路と、
前記基準電圧と該比例電圧との電圧比較を行い、該電圧差を増幅して出力する誤差増幅回路と、
前記クロック信号に同期した所定の三角波信号を生成して出力する三角波発生回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧と該三角波発生回路から出力された三角波信号との電圧比較を行い、該誤差増幅回路の出力電圧に応じたパルス幅を有するPWM制御を行うためのパルス信号を生成して出力するPWM回路と、
該PWM回路からのパルス信号に応じて、前記スイッチングトランジスタのスイッチング制御を行うドライブ回路と、
を備え、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止すると、前記誤差増幅回路、三角波発生回路、PWM回路及びドライブ回路に対して、各動作を停止させて消費電力を低減させるスタンバイ動作をそれぞれ行わせ前記スイッチングトランジスタをオフさせることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のスイッチングレギュレータ。 - 前記クロック信号検出回路部は、前記三角波発生回路から出力された信号が所定の周波数範囲の三角波信号でない場合、前記クロック信号の入力が停止したと判定することを特徴とする請求項5記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記クロック信号検出回路部は、三角波発生回路へ前記クロック信号が入力された否かの検出を行い、前記クロック信号の入力が停止したと判定した後、三角波発生回路への前記クロック信号の入力を検出すると、前記制御回路に対して、動作を開始させて通常動作を行わせ前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング動作を行わせることを特徴とする請求項6記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記三角波発生回路は、
前記三角波信号の波形整形を行って矩形波に変換し出力する波形整形回路と、
前記クロック信号と該波形整形回路の出力信号との位相を比較し、該比較結果に応じた電圧を出力する位相比較器と、
該位相比較器の出力電圧を平滑して出力するフィルタ回路と、
該フィルタ回路から出力された電圧に応じた周波数の前記三角波信号を生成して出力する三角波発振器と、
を備えたPLL回路で構成され、
前記クロック信号検出回路部は、前記クロック信号の入力が停止すると前記波形整形回路、位相比較器及び三角波発振器に対して各動作を停止させることを特徴とする請求項5、6又は7記載のスイッチングレギュレータ。 - 前記平滑回路部は、前記スイッチングトランジスタと直列に接続され、前記制御回路部によってスイッチング制御される同期整流用トランジスタを備え、前記スイッチングトランジスタ、該同期整流用トランジスタ、制御回路部及びクロック信号検出回路部は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記スイッチングトランジスタ、制御回路部及びクロック信号検出回路部は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記ICは、前記所定の定電圧に変換するための前記入力電圧をなす正側電源電圧が印加される第1電源端子と、負側電源電圧が印加される第2電源端子と、前記スイッチングトランジスタからパルス信号が出力されるパルス出力端子と、前記出力端から出力された電圧が入力される出力電圧入力端子と、前記クロック信号が入力されるクロック信号入力端子とを備えることを特徴とする請求項9又は10記載のスイッチングレギュレータ。
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