JP2006211760A - 電源用電子部品並びに電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 インダクタンス素子(コイル)に逆向きの電流が流れる状態を検出可能な逆流検出回路(130)と逆流防止機能を備えた同期整流型のスイッチングレギュレータにおいて、同期整流用スイッチング素子(SW2)を複数の並列トランジスタで構成して、軽負荷時には一部のトランジスタを動作させないようにした。
【選択図】 図1
Description
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。
すなわち、インダクタンス素子(コイル)に逆向きの電流が流れる状態を検出可能な逆流検出回路とその逆流を防止する機能を備えた同期整流型のスイッチングレギュレータにおいて、同期整流用スイッチング素子(ロウ側のスイッチング素子)を複数の並列トランジスタで構成して、軽負荷時には並列トランジスタのうち常時オフ状態のものを多くするようにしたものである。
すなわち、コンパレータを用いて軽負荷時にコイル(インダクタンス素子)に流れる逆流を正確に検出して逆流を防止することが可能であるとともに、軽負荷時における電力損失が少ない同期整流型のスイッチングレギュレータを実現することができ、その結果、電源装置の変換効率を向上させて電池消耗を減らし、スリープモードのような軽負荷状態を有する携帯用電子機器を電池により長時間駆動可能な電源装置を提供することができるようになる。
図1は本発明を適用した電源用電子部品とそれを用いた同期整流型DC−DCコンバータとしての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、破線100で囲まれた回路部分は、駆動用半導体集積回路(ドライバIC)で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ている。SW1,SW2はパワーMOSFETなどの半導体素子からなるスイッチング素子で、このスイッチング素子SW1,SW2と上記駆動用IC100とが1個のパッケージ内に実装されて電源ドライバモジュール(一点鎖線Aで囲まれた部分)として構成されている。L1,CLはコイルや容量などディスクリートの電子部品で、上記モジュールに外付け素子として接続される。
図5は、実施例を適用したスイッチングレギュレータと、従来タイプのレギュレータについてシミュレーションを行なって得られた電力効率を、横軸に出力電流Ioutをとって示したものである。なお、シミュレーションでは、入力電圧Vinを12V、出力電圧Voutを1.3V、PWM制御パルスの周波数を500kHz、コイルLのインダクタンスを0.45μHとした。
図7の電源装置は、1つのスイッチングレギュレータの電流供給能力よりも大きい電流を必要とする負荷や非常に安定した電源電圧を必要とする負荷に適したシステムである。図7において、符号100A,100B……100Nが付されているのは、それぞれが図1に示されているような構成を有する駆動用ICであり、これらの駆動用ICとスイッチング素子SW1,SW2を有する複数の電源ドライバモジュールが1つのPWMコントロールIC300によってPWM駆動制御される。図示しないが、ロウ側のスイッチング素子SW2は2個の並列MOSFET Q2a,Q2bによって構成されている。
110 スイッチング制御回路
120 インプットロジック回路
130 逆流検出回路
SW1 ハイ側のスイッチング素子
SW2 ロウ側のスイッチング素子
Q2a,Q2b 並列トランジスタ
L1 インダクタンス素子(コイル)
CL 平滑容量
Claims (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のスイッチング素子および第2のスイッチング素子を相補的にオン、オフ制御して、前記第1および第2のスイッチング素子の接続ノード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変換した電圧を出力させるとともに、前記第2のスイッチング素子の逆流状態を検出する逆流検出回路を備え、該逆流検出回路が逆流状態を検出した場合には、前記第2のスイッチング素子がオンされるべき期間に該第2のスイッチング素子をオンさせないようにする逆流防止機能を有し、
前記第2のスイッチング素子は、並列接続された複数のトランジスタにより構成され、これらのトランジスタは負荷が軽いほどの常時オフ状態のトランジスタが多くなるように制御されることを特徴とする電源制御装置。 - 前記第2のスイッチング素子は、並列接続された2個のトランジスタにより構成され、軽負荷時には前記2個のトランジスタのうちサイズの大きなトランジスタが常時オフ状態にされることを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
- 前記逆流検出回路は、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の接続ノードの電位と所定の電位とを比較して逆流状態を検出するコンパレータを有することを特徴とする請求項1または2に記載の電源制御装置。
- 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のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を相補的にオン、オフ制御する駆動用半導体集積回路とが1つのパッケージに実装されてなり、前記第1および第2のスイッチング素子の接続ノード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変換した電圧を出力させる電源用電子部品であって、
前記第2のスイッチング素子は、並列接続された2個のトランジスタにより構成され、
前記駆動用半導体集積回路は、前記第2のスイッチング素子の逆流状態を検出する逆流検出回路を備え、該逆流検出回路が逆流状態を検出した場合には、前記第2のスイッチング素子がオンされるべき期間に該第2のスイッチング素子をオンさせないようにする逆流防止機能を有し、負荷が軽いほどの前記並列接続された2個のトランジスタのうち一方を常時オフ状態させることを特徴とする電源用電子部品。 - 前記逆流検出回路は、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の接続ノードの電位と所定の電位とを比較して逆流状態を検出するコンパレータを有することを特徴とする請求項4に記載の電源用電子部品。
- 前記駆動用半導体集積回路は、外部から供給される負荷の軽重を示す制御信号を受ける端子を備え、前記制御信号が軽負荷状態に相当する状態にあることを示している場合に前記2個のトランジスタのうちいずれか一方のトランジスタを常時オフ状態にさせることを特徴とする請求項4または5に記載の電源用電子部品。
- 請求項4〜6のいずれかに記載の電源用電子部品と、出力電圧に応じてデューティを調整したPWM制御パルスを生成して前記駆動用半導体集積回路に供給する制御用集積回路と、前記電源用電子部品の出力端子に接続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に接続された平滑容量とを備えてなることを特徴とする電源装置。
- 請求項6に記載の電源用電子部品と、出力電圧に応じてデューティを調整したPWM制御パルスを生成して前記駆動用半導体集積回路に供給する制御用集積回路と、前記電源用電子部品の出力端子に接続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に接続された平滑容量とを備え、前記制御信号は前記制御用集積回路から前記駆動用半導体集積回路に供給されるように構成されていることを特徴とする電源装置。
- 前記制御用集積回路1つに対して前記電源用電子部品が複数個接続され、前記制御用集積回路から前記複数の電源用電子部品に対して互いに位相の異なるPWM制御パルスが供給されることを特徴とする請求項8に記載の電源装置。
- 出力電圧は入力電圧よりも低いことを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の電源装置。
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