JP2006333616A - スイッチングレギュレータの制御回路、制御方法およびそれを利用した電源装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタM1を駆動する制御回路100において、パルス幅変調器10は、スイッチングレギュレータの出力電圧とその目標値となる基準電圧Vrefとの誤差電圧Verrにもとづくデューティ比を有し、その最小値が固定されたPWM信号Vpwmを生成する。ドライバ回路30は、パルス幅変調信号Vpmwにもとづき、スイッチングトランジスタM1を駆動する。ドライバ回路30は、誤差電圧Verrと所定のしきい値電圧Vminとを比較して軽負荷状態を検出し、軽負荷状態において、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフする。
【選択図】 図1
Description
また、スイッチングトランジスタのオン時間は、最小オン時間以上となるように制限されているため、軽負荷状態において、最小オン時間を有するパルスによりスイッチングトランジスタがオンすると、出力電圧は上昇し、誤差電圧は下降(あるいは上昇)する。誤差電圧がしきい値電圧を下回り、スイッチングトランジスタが強制的にオフされると、出力キャパシタへの充電が遮断されるため、出力電圧は低下し、誤差電圧は上昇して、しきい値電圧を上回り、再度最小オン時間を有するパルスによってスイッチングトランジスタがオンされる。
軽負荷検出用コンパレータの出力信号を用いて、パルス幅変調信号の論理値を強制的に切り替えることにより、軽負荷状態において、スイッチングトランジスタを強制的にオフすることができる。
フリップフロップ回路を設けることにより、誤差電圧が最小基準電圧を下回った後、最小オン時間またはそれより長い期間、スイッチングトランジスタが確実に1回オンされる。その結果、出力電圧は上昇し、誤差電圧は最小基準電圧よりもさらに低下するため、スイッチングトランジスタを所定期間、確実にオフすることができる。
Dラッチ回路を設けることにより、軽負荷検出用コンパレータを設けずとも、軽負荷状態においてスイッチングトランジスタを強制的にオフすることができ、回路面積を削減することができる。
この態様によれば、電子機器の状態に応じてマイクロプロセッサの消費電流が減少し、軽負荷状態となった場合にも、効率よく駆動電圧を供給することができる。
この態様によれば、軽負荷状態を好適に検出し、効率を向上することができる。
マイクロプロセッサ210は、電子機器300全体を統合的に制御するCPUなどのLSIであって、1.5V程度の低電源電圧で動作する。マイクロプロセッサ210の電源端子は、電源装置200の出力端子204に負荷として接続され、電源電圧が供給される。
スイッチングトランジスタM1がオフすると、出力インダクタL1はスイッチングトランジスタM1がオンの期間に流れていた電流を流し続けようとするため、整流ダイオードD1を介して電流が流れることになる。このとき、整流ダイオードD1を介して流れる電流(以下、インダクタ電流ILという)により出力キャパシタC1が充電される。
ドライバ回路30は、PWM信号Vpwmにもとづき、スイッチングレギュレータ出力回路40のスイッチングトランジスタM1を駆動する。スイッチングレギュレータ出力回路40のスイッチングトランジスタM1は、PWM信号Vpwmがローレベルのときオン、ハイレベルときオフとなる。
誤差増幅器12は、電源装置200の出力電圧Voutと、設定電圧Vsetとの誤差電圧Verrを生成する。誤差増幅器12の反転入力端子には、出力電圧Voutが第1抵抗R1、第2抵抗R2によって分圧された出力電圧Vout’=R2/(R1+R2)×Voutが帰還入力され、非反転入力端子には、所定の基準電圧Vrefが入力される。誤差増幅器12は、分圧された出力電圧Vout’(以下、単に出力電圧Vout’ともいう)と基準電圧Vrefを比較し、その誤差を増幅して誤差電圧Verrを出力する。この誤差増幅器12によって、出力電圧Vout’と基準電圧Vrefの誤差が0Vとなるように帰還がかかり誤差電圧Verrが生成される。出力電圧Voutの目標値である設定電圧Vsetは、Vset=(R1+R2)/R2×Vrefである。
図5のパルス幅変調器10は、第1抵抗R1、第2抵抗R2、誤差増幅器12、PWM用コンパレータ14、発振器16、最小デューティ比設定用コンパレータ18を含む。
Claims (9)
- スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタを駆動する制御回路であって、
前記スイッチングトランジスタのオン時間を規定するパルス幅変調信号を、前記スイッチングレギュレータの出力電圧とその目標値となる設定電圧との誤差電圧が最小となるように、かつ前記スイッチングトランジスタのオン時間が所定の最小オン時間より長くなるように生成するパルス幅変調器と、
前記パルス幅変調信号にもとづき、前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバ回路と、
を備え、前記ドライバ回路は、前記誤差電圧と所定のしきい値電圧とを比較して軽負荷状態を検出し、軽負荷状態において、前記スイッチングトランジスタを強制的にオフすることを特徴とする制御回路。 - 前記ドライバ回路は、
前記誤差電圧と前記しきい値電圧とを比較する軽負荷検出用コンパレータを含み、当該軽負荷検出用コンパレータの出力信号と前記パルス幅変調信号との論理演算結果にもとづき、前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記パルス幅変調器は、
前記誤差電圧と周期電圧とを比較するパルス幅変調用コンパレータと、
所定の最小基準電圧と前記周期電圧とを比較する最小デューティ比設定用コンパレータと、
を含み、前記パルス幅変調用コンパレータの出力信号と前記最小デューティ比設定用コンパレータの出力信号との論理演算により前記パルス幅変調信号を生成し、
前記軽負荷検出用コンパレータは、前記最小基準電圧を前記しきい値電圧として、軽負荷状態を検出することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記ドライバ回路は、
データ端子に前記軽負荷検出用コンパレータの出力信号が入力され、クロック端子に前記最小デューティ比設定用コンパレータの出力信号が入力されたフリップフロップ回路をさらに含み、
前記フリップフロップ回路の出力信号と、前記パルス幅変調器の出力信号との論理演算結果にもとづき、前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記パルス幅変調器は、
前記誤差電圧と周期電圧とを比較するパルス幅変調用コンパレータと、
所定の最小基準電圧と前記周期電圧とを比較する最小デューティ比設定用コンパレータと、
を含み、
前記ドライバ回路は、
前記パルス幅変調用コンパレータの出力信号がデータ端子に入力され、前記最小デューティ比設定用コンパレータの出力信号がゲート端子に入力されるDラッチ回路を含み、前記Dラッチ回路の出力信号にもとづき、前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 1つの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御回路。
- スイッチングトランジスタを含むスイッチングレギュレータ出力回路と、
前記スイッチングレトランジスタを駆動する請求項1から5のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする電源装置。 - マイクロプロセッサと、
電池電圧を降圧して前記マイクロプロセッサに供給する請求項7に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - スイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタの制御方法であって、
前記スイッチングトランジスタのオン時間を規定するパルス幅変調信号を、前記スイッチングレギュレータの出力電圧とその目標値となる設定電圧との誤差電圧が最小となるように、かつ前記スイッチングトランジスタのオン時間が所定の最小オン時間より長くなるように生成し、
前記誤差電圧と所定のしきい値電圧とを比較して軽負荷状態を検出し、軽負荷状態において、前記スイッチングトランジスタを強制的にオフすることを特徴とする制御方法。
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