JP2007110845A - Switched mode power supply and semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Shinichi Yoshida
信一 吉田
Katsumi Honda
勝己 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switched mode power supply capable of improving efficiency and obtaining new functions. <P>SOLUTION: In this switched mode power supply, a capacitor is provided between the output side of an inductor generating an output voltage and ground potential. A first switching element supplies a current from an input voltage to the input side of the inductor and a second element which is brought into an on-state when the first switching element is brought into an off-state, controls the input side of the inductor to its predetermined electric potential. When a control circuit is determined to be a light load by a load current detection circuit, the control circuit lengthens a dead time from a time when either of the first and the second switching element is changed to the off-state to a time when the other is changed to the on-state. On the other hand, when determined to be a heavy load, the dead time is shortened. Further, when the control circuit is determined to be the light load and an output voltage is low, the second switching element is changed to the off-state. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、スイッチング電源と半導体集積回路装置に関し、例えば、高電圧を低電圧に変換するスイッチング電源とそれに用いられる半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply and a semiconductor integrated circuit device. For example, the present invention relates to a switching power supply that converts a high voltage to a low voltage and a technology that is effective when applied to a semiconductor integrated circuit device used therefor.

スイッチング電源では,低価格・小型・高効率・低電圧・大電流が求められる。そのため,スイッチ素子には安価で低オン抵抗(低Ron)・低Qgd(低ゲートチャージ電荷量)のNチャネル型のパワーMOSFET(以下、NMOSと略す)が使用される場合が多い。図12に、本願発明に先立って検討された降圧型スイッチング電源のブロック図が示されている。同図のスイッチング電源では、PWM信号によりスイッチ制御される高電位側スイッチMOSFETM1を通してインダクタLOの入力側に電流を供給し、インダクタLOの出力側と回路の接地電位との間にキャパシタCOを設けて、出力電圧Vout を得る。上記インダクタLOと接地電位との間には、低電位側スイッチMOSFETM2が設けられる。このMOSFETM2は、上記MOSFETM1がオフ状態にされたときのインダクタLOの入力側を回路の接地電位に電圧クランプさせる。   Switching power supplies require low price, small size, high efficiency, low voltage, and large current. Therefore, an inexpensive, low on-resistance (low Ron) and low Qgd (low gate charge charge) N-channel power MOSFET (hereinafter abbreviated as NMOS) is often used as the switch element. FIG. 12 shows a block diagram of a step-down switching power supply studied prior to the present invention. In the switching power supply shown in the figure, a current is supplied to the input side of the inductor LO through a high potential side switch MOSFET M1 that is switch-controlled by a PWM signal, and a capacitor CO is provided between the output side of the inductor LO and the ground potential of the circuit. The output voltage Vout is obtained. A low potential side switch MOSFET M2 is provided between the inductor LO and the ground potential. This MOSFET M2 clamps the input side of the inductor LO when the MOSFET M1 is turned off to the ground potential of the circuit.

上記高電位側スイッチMOSFETM1にNチャネルMOSFETを用いるために、ブートストラップ容量CBとダイオードDからなる昇圧回路とレベルシフト回路LSが設けられる。上記昇圧回路では、上記MOSFETM1のソース電位に対して、電源電圧VCCよりダイオードDの順方向電圧Vf 分低い電圧(VDD−Vf)だけ高い電圧を形成し、これを動作電圧とするレベルシフト回路LSにより高電位側スイッチMOSFETM1のゲート電圧GHが形成される。これにより、MOSFETM1のゲート,ソース間にはVDD−Vf)のように閾値電圧よりも大きな電圧が供給されて、そのソースから入力電圧Vinに対応した電圧を出力させることができる。   In order to use an N-channel MOSFET for the high-potential side switch MOSFET M1, a booster circuit including a bootstrap capacitor CB and a diode D and a level shift circuit LS are provided. In the booster circuit, a level shift circuit LS that forms a voltage (VDD-Vf) higher than the source potential of the MOSFET M1 by a voltage (VDD−Vf) lower than the power supply voltage VCC by the forward voltage Vf of the diode D, and uses this as an operating voltage. As a result, the gate voltage GH of the high potential side switch MOSFET M1 is formed. As a result, a voltage larger than the threshold voltage is supplied between the gate and the source of the MOSFET M1, such as VDD−Vf, and a voltage corresponding to the input voltage Vin can be output from the source.

遅延回路DL1とDL2は、入力信号がロウレベルからハイレベルに立ち上がるときにのみ信号遅延時間td1とtd2を生じさせる。したがって、図13のタイミング図に示すように、PWM信号のハイレベルにより高電位側スイッチMOSFETM1をオン状態にさせるときには、/PWM信号のロウレベルにより低電位側スイッチMOSFETM2をオフ状態にさせ、遅延回路DL1での信号遅延時間td1の後に高電位側スイッチMOSFETM1をオン状態にさせる。PWM信号のロウレベルにより高電位側スイッチMOSFETM1をオフ状態にさせるときには、PWM信号のロウレベルにより高電位側スイッチMOSFETM1をオフ状態にさせ、遅延回路DL2での信号遅延時間td2の後に低電位側スイッチMOSFETM2をオン状態にさせる。このようにして、上記信号遅延時間td1とtd2に対応してMOSFETM2及びM1が共にオフ状態となるデッドタイムが設けられる。   Delay circuits DL1 and DL2 generate signal delay times td1 and td2 only when the input signal rises from a low level to a high level. Therefore, as shown in the timing chart of FIG. 13, when the high potential side switch MOSFET M1 is turned on by the high level of the PWM signal, the low potential side switch MOSFET M2 is turned off by the low level of the / PWM signal, and the delay circuit DL1 After the signal delay time td1, the high potential side switch MOSFET M1 is turned on. When the high potential side switch MOSFET M1 is turned off by the low level of the PWM signal, the high potential side switch MOSFET M1 is turned off by the low level of the PWM signal, and the low potential side switch MOSFET M2 is turned on after the signal delay time td2 in the delay circuit DL2. Turn it on. In this way, a dead time during which the MOSFETs M2 and M1 are both turned off is provided corresponding to the signal delay times td1 and td2.

なお、トランス式同期整流コンバータの例としては、特開2000−358365、特開2001−286135がある。
特開2000−358365 特開2001−286135
Examples of the transformer type synchronous rectification converter include Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-358365 and 2001-286135.
JP 2000-358365 A JP2001-286135

本願発明者においては、前記図12のようなスイッチング電源において、上記デッドタイムの設定が効率に大きな影響を及ぼすことを見出した。つまり、デットタイムを短くすると、負荷電流が大きい重負荷時に効率が良く、負荷電流が小さな軽負荷時での効率が悪くなる。逆に、デットタイムを長くすると、負荷電流が大きい重負荷時に効率が悪く、負荷電流が小さな軽負荷時での効率が良くなる。そこで、本願発明者は、デッドタイムを負荷電流に応じて変更させることを考えた。また、上記軽負荷検出機能を利用した新規な機能をスイッチング電源に付加することを考えた。   The inventor of the present application has found that the setting of the dead time greatly affects the efficiency in the switching power supply as shown in FIG. That is, if the dead time is shortened, the efficiency is improved at a heavy load with a large load current, and the efficiency at a light load with a small load current is deteriorated. On the contrary, if the dead time is lengthened, the efficiency is poor at a heavy load with a large load current, and the efficiency at a light load with a small load current is improved. Therefore, the present inventor considered changing the dead time in accordance with the load current. In addition, we considered adding a new function using the light load detection function to the switching power supply.

本発明の目的は、効率向上と新機能を実現したスイッチング電源及び半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   An object of the present invention is to provide a switching power supply and a semiconductor integrated circuit device that achieves improved efficiency and new functions. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、出力電圧が形成されるインダクタの出力側と接地電位との間にキャパシタを設ける。上記第1スイッチ素子により入力電圧から上記インダクタの入力側に電流を供給し、上記第1スイッチ素子がオフ状態のときにオン状態となる時間を有する第2スイッチ素子により上記インダクタの入力側を所定電位にする。制御回路により、負荷電流検出回路により軽負荷と判定されたときに第1又は第2のスイッチ素子のうち一方がオフ状態にされてから他方がオン状態にされるまでのデッドタイムを長くし、重負荷と判定されたときには上記デッドタイムを短くする。   The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a capacitor is provided between the output side of the inductor where the output voltage is formed and the ground potential. A current is supplied from the input voltage to the input side of the inductor by the first switch element, and the input side of the inductor is predetermined by the second switch element having a time for turning on when the first switch element is off. Set to potential. By the control circuit, when the load current detection circuit determines that the load is light, the dead time from when one of the first or second switch elements is turned off to when the other is turned on is lengthened. When it is determined that the load is heavy, the dead time is shortened.

第1及び第2スイッチ素子での損失が低減されて高効率化を図ることができる。並列運転が実現できる。   Loss in the first and second switch elements is reduced, and high efficiency can be achieved. Parallel operation can be realized.

図1には、この発明に係るスイッチング電源の一実施例の概略回路図が示されている。この実施例は、入力電圧Vinを降圧した出力電圧Vout を形成する、いわゆる降圧型スイッチング電源に向けられている。特に制限されないが、入力電圧Vinは、約12Vのような比較的高い電圧とされ、出力電圧Vout は約3V程度の低い電圧とされる。   FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a switching power supply according to the present invention. This embodiment is directed to a so-called step-down switching power supply that forms an output voltage Vout obtained by stepping down an input voltage Vin. Although not particularly limited, the input voltage Vin is a relatively high voltage such as about 12V, and the output voltage Vout is a low voltage of about 3V.

上記入力電圧Vinは、高電位側スイッチMOSFETM1を介してインダクタLOの入力側から電流の供給を行う。インダクタLOの出力側と回路の接地電位VSSとの間にはキャパシタCOが設けられ、かかるキャパシタCOにより平滑された出力電圧Vout が形成される。上記インダクタLOの入力側と回路の接地電位VSSとの間には、スイッチMOSFETM2が設けられる。このMOSFETM2は、上記スイッチMOSFETM1がオフ状態のときにオン状態となって中点LXを回路の接地電位にして上記インダクタLOに発生する逆起電圧をクランプする。上記スイッチMOSFETM2とM1は、Nチャネル型のパワーMOSFETにより構成される。上記のようにスイッチMOSFETM2とM1の接続点は、いわゆるインバーティッドプッシュプル出力回路の中点LXとされ、上記インダクタLOの入力側に接続される。   The input voltage Vin is supplied with current from the input side of the inductor LO via the high potential side switch MOSFET M1. A capacitor CO is provided between the output side of the inductor LO and the ground potential VSS of the circuit, and an output voltage Vout smoothed by the capacitor CO is formed. A switch MOSFET M2 is provided between the input side of the inductor LO and the circuit ground potential VSS. The MOSFET M2 is in an on state when the switch MOSFET M1 is in an off state, and clamps a counter electromotive voltage generated in the inductor LO with the midpoint LX as a ground potential of the circuit. The switch MOSFETs M2 and M1 are N-channel power MOSFETs. As described above, the connection point of the switch MOSFETs M2 and M1 is the midpoint LX of the so-called inverted push-pull output circuit, and is connected to the input side of the inductor LO.

上記出力電圧Vout を約3Vのような設定された電圧に制御するようPWM信号が入力される。このPWM信号は、一方において遅延回路DL1を通してスイッチSW1の一方の入力に供給される。また、このPWM信号は、他方において遅延回路DL3を通してオアゲート回路G1の一方の入力aに供給される。このオアゲート回路G1の他方の入力には、電圧比較回路VC1の出力信号が供給される。この電圧比較回路VC1は、上記中点LXの電位をモニタするものであり、基準電圧Vref1との比較出力信号を形成する。上記オアゲート回路G1の出力信号は、上記スイッチSW1の他方の入力bに供給される。このスイッチSW1により選択された信号が高電位側スイッチMOSFETM1のスイッチ制御信号とされる。   A PWM signal is input so as to control the output voltage Vout to a set voltage such as about 3V. On the one hand, this PWM signal is supplied to one input of the switch SW1 through the delay circuit DL1. On the other hand, this PWM signal is supplied to one input a of the OR gate circuit G1 through the delay circuit DL3. The output signal of the voltage comparison circuit VC1 is supplied to the other input of the OR gate circuit G1. The voltage comparison circuit VC1 monitors the potential at the midpoint LX and forms a comparison output signal with the reference voltage Vref1. The output signal of the OR gate circuit G1 is supplied to the other input b of the switch SW1. The signal selected by the switch SW1 is used as a switch control signal for the high potential side switch MOSFET M1.

上記PWM信号は、インバータ回路NV1により反転され、一方において遅延回路DL2を通してスイッチSW2の一方の入力aに供給される。また、このPWM信号の反転信号は、アンドゲート回路G2の一方の入力に供給される。このアンドゲート回路G2の他方の入力には、電圧比較回路VC2の出力信号が供給される。この電圧比較回路VC2は、上記中点LXの電位をモニタするものであり、基準電圧Vref2との比較出力信号を形成する。上記アンドゲート回路G2の出力信号は、上記スイッチSW2の他方の入力bに供給される。このスイッチSW2により選択された信号が低電位側スイッチMOSFETM2のスイッチ制御信号とされる。   The PWM signal is inverted by the inverter circuit NV1, and is supplied to one input a of the switch SW2 through the delay circuit DL2. The inverted signal of the PWM signal is supplied to one input of the AND gate circuit G2. The output signal of the voltage comparison circuit VC2 is supplied to the other input of the AND gate circuit G2. The voltage comparison circuit VC2 monitors the potential at the midpoint LX and forms a comparison output signal with the reference voltage Vref2. The output signal of the AND gate circuit G2 is supplied to the other input b of the switch SW2. The signal selected by the switch SW2 is used as a switch control signal for the low potential side switch MOSFET M2.

スイッチング電源としては、上記PWM信号を形成する制御回路及び上記高電位側スイッチMOSFETM1のゲートに供給される駆動信号を上記入力電圧VinよりもスイッチMOSFETM1のしきい値電圧以上の高電圧とするレベルシフト回路が設けられるが、同図では省略されている。   As the switching power supply, a level shift is performed such that the control signal for forming the PWM signal and the drive signal supplied to the gate of the high-potential side switch MOSFET M1 are higher than the input voltage Vin by the threshold voltage of the switch MOSFET M1. Although a circuit is provided, it is omitted in the figure.

この実施例では、負荷電流検出回路が設けられ、軽負荷状態か重負荷状態かの判別を行い、上記スイッチSW1とSW2のスイッチ制御を行う。例えば、軽負荷状態と判定されたなら、スイッチSW1とSW2が入力b側を選択し、重負荷状態と判定されたなら、スイッチSW1とSW2を入力a側を選択するように切り替える。   In this embodiment, a load current detection circuit is provided to determine whether the load is light or heavy and to perform switch control of the switches SW1 and SW2. For example, if it is determined that the load is light, the switches SW1 and SW2 select the input b side. If it is determined that the load is heavy, the switches SW1 and SW2 are switched to select the input a.

上記遅延回路DL1は、重負荷時に適合した最小のデッドタイムを設定するように短い遅延時間を持つようにされる。上記遅延回路DL2は、重負荷時に適合した最小のデッドタイムを設定するように短い遅延時間を持つようにされて、上記低電圧側MOSFETM2をオン状態にさせる。遅延回路DL3は、軽負荷時に適合した長い遅延時間を持つようにされる。   The delay circuit DL1 is configured to have a short delay time so as to set a minimum dead time suitable for heavy loads. The delay circuit DL2 is set to have a short delay time so as to set a minimum dead time suitable for heavy loads, and turns on the low-voltage side MOSFET M2. The delay circuit DL3 is configured to have a long delay time adapted to light load.

上記電圧比較回路VC1とVC2は、それぞれがスイッチMOSFETM1及びM2のソース,ドレイン間電圧が、ボディダイオードよりも小さな電圧になったことを検出し、それぞれに対応したスイッチMOSFETM1及びM2をオン状態にさせる制御信号を形成する。つまり、後述するような軽負荷時には、中点LXの電位変化が遅いので中点電位LXの電位が上記のような電位に到達するまで待って上記スイッチMOSFETM1及びM2をオン状態にして高効率化を図るようにするものである。   The voltage comparison circuits VC1 and VC2 detect that the voltage between the source and drain of the switch MOSFETs M1 and M2 is smaller than that of the body diode, respectively, and turn on the corresponding switch MOSFETs M1 and M2. Form a control signal. That is, at the time of a light load as will be described later, since the potential change at the midpoint LX is slow, the switch MOSFETs M1 and M2 are turned on after the potential of the midpoint potential LX reaches the potential as described above to increase efficiency. It is intended to plan.

図2には、この発明に係るスイッチング電源の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記図1のより詳細な回路図であり、昇圧回路、制御回路及び負荷電流検出回路の具体的構成が例示的に示されている。この実施例の制御回路は、以下の回路で形成される。一例として上記出力電圧Vout は、抵抗R1とR2からなる分圧回路により分圧されて、エラーエンプEAの一方の入力(−)に供給される。このエラーアンプEAの他方の入力(+)には、基準電圧Vref4が供給される。上記分圧電圧と上記基準電圧Vref4との差電圧が電圧比較回路VC4の一方の入力(+)に供給される。上記電圧比較回路VC4の他方の入力(−)には、三角波発生回路で形成された三角波が供給される。電圧比較回路VC4の出力信号がPWM信号とされる。尚PWM信号でなくても、PFM(パルス振幅変調)信号、PDM(パルス密度変調)信号等パワーMOSFETのスイッチングを制御して出力電圧Vout が所望の電圧となるように制御するものであれば特に制限されない。   FIG. 2 shows a circuit diagram of an embodiment of the switching power supply according to the present invention. This embodiment is a more detailed circuit diagram of FIG. 1 and specifically shows specific configurations of the booster circuit, the control circuit, and the load current detection circuit. The control circuit of this embodiment is formed by the following circuit. As an example, the output voltage Vout is divided by a voltage dividing circuit composed of resistors R1 and R2, and supplied to one input (−) of the error amplifier EA. A reference voltage Vref4 is supplied to the other input (+) of the error amplifier EA. A difference voltage between the divided voltage and the reference voltage Vref4 is supplied to one input (+) of the voltage comparison circuit VC4. The other input (−) of the voltage comparison circuit VC4 is supplied with a triangular wave formed by a triangular wave generating circuit. The output signal of the voltage comparison circuit VC4 is a PWM signal. Even if it is not a PWM signal, a PFM (Pulse Amplitude Modulation) signal, a PDM (Pulse Density Modulation) signal or the like can be used as long as it controls the switching of the power MOSFET so that the output voltage Vout becomes a desired voltage. Not limited.

特に制限されないが、電圧比較回路VC4には、ソフトスタート回路SSからのランプ波形も入力される。ソフトスタート回路SSは、例えば定電流源とそれによりチャージアップされるキャパシタからなる。電源電圧VCC投入時にソフトスタート回路SSは、上記定電流によりチャージアップされるキャパシタによりランプ波形を形成し、それに従って出力電圧Vout が所望電圧に到達するように制御する。   Although not particularly limited, the ramp waveform from the soft start circuit SS is also input to the voltage comparison circuit VC4. The soft start circuit SS includes, for example, a constant current source and a capacitor charged up by the constant current source. When the power supply voltage VCC is turned on, the soft start circuit SS forms a ramp waveform with the capacitor charged up by the constant current, and controls the output voltage Vout to reach a desired voltage accordingly.

この実施例では、低オン抵抗・低QgdのNチャネル型のパワーMOSFETを上記スイッチ素子M1として用ており、ソースフォロワ出力回路として動作させる。そのため、上記中点LXの電位を上記入力電圧Vinに対応した高電圧まで得るようにするために、言い換えるならば、MOSFETM1のしきい値電圧分だけ中点LXの電位が低下して損失が生じてしまうのを防ぐために昇圧回路が設けられる。つまり、昇圧回路は、上記MOSFETM1がオン状態のときのゲート電圧を上記入力電圧Vinに対してそのしきい値電圧分以上の高電圧にするという動作を行う。   In this embodiment, an N-channel power MOSFET having a low on-resistance and low Qgd is used as the switch element M1 and is operated as a source follower output circuit. Therefore, in order to obtain the potential at the midpoint LX up to a high voltage corresponding to the input voltage Vin, in other words, the potential at the midpoint LX is lowered by the threshold voltage of the MOSFET M1 to cause a loss. In order to prevent this, a booster circuit is provided. That is, the booster circuit performs an operation of setting the gate voltage when the MOSFET M1 is in an on state to a high voltage equal to or higher than the threshold voltage with respect to the input voltage Vin.

上記中点LXは、ブートストラップ容量CBの一端に接続される。このブートストラップ容量CBの他端には、ダイオードDを介して電源電圧VCCが供給される。上記電源電圧VCCは、約5Vのような低い電圧であり、上記制御回路を構成するエラーアンプEA、電圧比較回路VC4及び三角波発生回路及び後述するレベルシフト回路LSの低電圧側回路の動作電圧としても用いられる。上記スイッチMOSFETM2がオン状態で中点LXが回路の接地電位のときに、ブートストラップ容量CBにはダイオートDを通してプリチャージされる。そして、MOSFETM2がオフ状態で、MOSFETM1がオン状態になると、MOSFETM1のオン状態による中点LXの上昇に伴い上記ブートストラップ容量CBのプリチャージ電圧分だけ高い昇圧電圧を形成する。レベルシフト回路LSは、上記昇圧電圧で動作してMOSFETM1のゲート電圧を上記中点LX(ソース電位)に対して上記ブートストラップ容量CBのプリチャージ電圧分だけ高し、上記入力電圧Vinをレベル損失なくインダクタLOの入力側に伝えることができる。   The midpoint LX is connected to one end of the bootstrap capacitor CB. A power supply voltage VCC is supplied to the other end of the bootstrap capacitor CB through a diode D. The power supply voltage VCC is a low voltage such as about 5V, and is used as an operating voltage of the low voltage side circuit of the error amplifier EA, the voltage comparison circuit VC4, the triangular wave generation circuit, and the level shift circuit LS, which will be described later. Is also used. The bootstrap capacitor CB is precharged through the die auto D when the switch MOSFET M2 is on and the midpoint LX is the circuit ground potential. When the MOSFET M2 is turned off and the MOSFET M1 is turned on, a boosted voltage that is higher by the precharge voltage of the bootstrap capacitor CB is formed as the midpoint LX rises due to the MOSFET M1 being turned on. The level shift circuit LS operates at the boosted voltage to increase the gate voltage of the MOSFET M1 by the precharge voltage of the bootstrap capacitor CB with respect to the midpoint LX (source potential), and to reduce the level of the input voltage Vin. Can be transmitted to the input side of the inductor LO.

負荷電流検出回路は、次の各回路により構成される。上記MOSFETM2のゲートに供給される駆動信号は、インバータ回路NV2を通して反転されてオアゲート回路G4の一方の入力に供給される。このオアゲート回路G4の他方の入力には、上記MOSFETM2のゲートに供給される駆動信号が遅延回路DL4により遅延された信号が供給される。このオアゲート回路G4の出力信号は、フリップフロップ回路FFのリセット入力Rに供給される。上記中点LXの電圧は、電圧比較回路VC3の入力(+)に供給される。この電圧比較回路VC3の他方の入力(−)には、基準電圧Vref3が供給される。この電圧比較回路VC3の出力信号は、アンドゲート回路G3の一方の入力に供給される。このアンドゲート回路G3の他方の入力には、上記遅延回路DL4の遅延信号が供給される。このアンドゲート回路G3の出力信号は、上記フリップフロップ回路FFのセット入力Sに供給される。そして、フリップフロップ回路FFの出力信号Qは、上記スイッチSW1とSW2の制御信号とされる。   The load current detection circuit includes the following circuits. The drive signal supplied to the gate of the MOSFET M2 is inverted through the inverter circuit NV2 and supplied to one input of the OR gate circuit G4. A signal obtained by delaying the drive signal supplied to the gate of the MOSFET M2 by the delay circuit DL4 is supplied to the other input of the OR gate circuit G4. The output signal of the OR gate circuit G4 is supplied to the reset input R of the flip-flop circuit FF. The voltage at the midpoint LX is supplied to the input (+) of the voltage comparison circuit VC3. The reference voltage Vref3 is supplied to the other input (−) of the voltage comparison circuit VC3. The output signal of the voltage comparison circuit VC3 is supplied to one input of the AND gate circuit G3. The delay signal of the delay circuit DL4 is supplied to the other input of the AND gate circuit G3. The output signal of the AND gate circuit G3 is supplied to the set input S of the flip-flop circuit FF. The output signal Q of the flip-flop circuit FF is used as a control signal for the switches SW1 and SW2.

上記負荷電流検出回路は、MOSFETM2のゲート電圧がハイレベルとなってオン状態のときに、中点LXの電圧Vref3より高いときに軽負荷と判定される。遅延回路DL4は、MOSFETM1をオフ状態にし、MOSFETM2をオン状態に切り替えた際に中点LXに発生するノイズをマスクするものである。上記ノイズ発生期間を除いて上記MOSFETM2がオン状態のときに、電圧比較回路VC3の出力信号がハイレベルになると、軽負荷と判定されてフリップフロップ回路FFがセットされる。それ以外は、上記遅延回路DL4の遅延信号によってフリップフロップ回路FFがリセットされる。したがって、フリップフロップ回路FFがセット状態のとき、つまりは軽負荷と判定されたときに出力信号Qがハイレベルにされる。また、フリップフロップ回路FFがリセット状態のとき、つまりは重負荷と判定されたときに出力信号Qがロウレベルにされる。   The load current detection circuit is determined as a light load when the gate voltage of the MOSFET M2 is at a high level and is on, and is higher than the voltage Vref3 at the midpoint LX. The delay circuit DL4 masks noise generated at the midpoint LX when the MOSFET M1 is turned off and the MOSFET M2 is turned on. If the output signal of the voltage comparison circuit VC3 becomes high level when the MOSFET M2 is in the on state except for the noise generation period, it is determined that the load is light and the flip-flop circuit FF is set. Otherwise, the flip-flop circuit FF is reset by the delay signal of the delay circuit DL4. Therefore, when the flip-flop circuit FF is in the set state, that is, when it is determined that the load is light, the output signal Q is set to the high level. Further, when the flip-flop circuit FF is in the reset state, that is, when it is determined that the load is heavy, the output signal Q is set to the low level.

上記フリップフロップ回路FFの出力信号Qがロウレベルのときに、上記スイッチSW1とスイッチSW2は、それぞれが入力a側を選択するので重負荷時に対応した短い遅延時間によるデッドタイムが設定される。そして、上記フリップフロップ回路FFの出力信号Qがハイレベルのときに、上記スイッチSW1とスイッチSW2は、それぞれ入力b側を選択するので軽負荷時に対応した長い遅延時間によるデッドタイムが設定される。   When the output signal Q of the flip-flop circuit FF is at a low level, the switch SW1 and the switch SW2 each select the input a side, so that a dead time due to a short delay time corresponding to a heavy load is set. When the output signal Q of the flip-flop circuit FF is at a high level, the switch SW1 and the switch SW2 select the input b side, so that a dead time due to a long delay time corresponding to a light load is set.

上記軽負荷時においては、上記スイッチMOSFETM1及びM2のそれぞれのドレイン−ソース間電圧が、それぞれのボディダイオードの順方向電圧よりも小さな電位となったことをモニタ出力によりデッドタイムが設定される。例えば、高電位側MOSFETM1にあっては、中点LXの電圧が基準電圧Vref1より大きくなったときにMOSFETM1がオン状態となるようデッドタイムが設定される。低電圧側MOSFETM2にあっては、中点LXの電位が基準電圧Vref2より小さくなったときにMOSFETM2をオン状態にさせるようデッドタイムが設定される。後述するように、軽負荷時においてインダクタLOに流れる電流が小さい、上記中点LXが上記基準電圧Vref1に到達しない場合があるので、最大遅延時間が遅延回路DL3により設定されており、オアゲート回路G1によりかかる遅延回路DL3の遅延時間td3によって上記高電位側MOSFETM1のオンタイミングが設定される。   At the time of the light load, the dead time is set by the monitor output that the drain-source voltages of the switch MOSFETs M1 and M2 are lower than the forward voltages of the body diodes. For example, in the high potential side MOSFET M1, the dead time is set so that the MOSFET M1 is turned on when the voltage at the midpoint LX becomes larger than the reference voltage Vref1. In the low voltage side MOSFET M2, the dead time is set so that the MOSFET M2 is turned on when the potential at the midpoint LX becomes lower than the reference voltage Vref2. As will be described later, since the current flowing through the inductor LO at a light load is small and the midpoint LX may not reach the reference voltage Vref1, the maximum delay time is set by the delay circuit DL3, and the OR gate circuit G1 Therefore, the on-timing of the high potential side MOSFET M1 is set by the delay time td3 of the delay circuit DL3.

上記フリップフロップ回路FFによるスイッチSW1,SW2の切り替え後の次のサイクルから上記軽負荷又は重負荷に対応したデッドタイムで動作することになる。上記PWM信号の周期は、特に制限されないが、1MHzのように高い周波数にされる。これに対して、負荷電流の変化は、上記のような高い周波数からみれば極めてゆっくりであるので、上記のような負荷電流の判定とデッドタイムの設定とがPWM信号の1サイクルのずれがあっても実質的には問題にはならない。   From the next cycle after the switching of the switches SW1 and SW2 by the flip-flop circuit FF, the operation is performed with a dead time corresponding to the light load or heavy load. The period of the PWM signal is not particularly limited, but is set to a high frequency such as 1 MHz. On the other hand, the load current change is extremely slow when viewed from the high frequency as described above. Therefore, the determination of the load current and the setting of the dead time as described above are shifted by one cycle of the PWM signal. But it doesn't really matter.

図3、図4及び図5には、この発明に係るスイッチング電源の動作を説明するための波形図が説明されている。図3は、軽負荷時の波形図の一例が示され、図4は重負荷時の波形図の一例が示され、図5には軽負荷時の波形図の他の一例が示されている。これら図において、スイッチMOSFETM2とM1の駆動波形GLとGHは、相互の関係の理解を容易にするために前記図13と同様に0Vをずらして示されている。   3, 4 and 5 are waveform diagrams for explaining the operation of the switching power supply according to the present invention. FIG. 3 shows an example of a waveform diagram at light load, FIG. 4 shows an example of a waveform diagram at heavy load, and FIG. 5 shows another example of a waveform diagram at light load. . In these figures, the drive waveforms GL and GH of the switch MOSFETs M2 and M1 are shown by shifting 0 V in the same manner as in FIG. 13 in order to facilitate understanding of the mutual relationship.

図3において、軽負荷時には中点LXの電位が基準電圧Vref3よりも大きくなったときに軽負荷検出が行われる。このように軽負荷/重負荷の判別は、駆動波形GLのハイレベルによりMOSFETM2がオン状態であるときに中点LXの電圧がVref3よりも大きいか否かで行われる。   In FIG. 3, light load detection is performed when the potential at the midpoint LX becomes greater than the reference voltage Vref3 during light load. In this way, the light load / heavy load determination is performed based on whether or not the voltage at the midpoint LX is higher than Vref3 when the MOSFET M2 is in the ON state due to the high level of the drive waveform GL.

上記基準電圧Vref3は、回路の接地電位0Vに相当する電圧であり、電圧比較回路VC3を電源電圧VCCのような電源電圧で動作させたときに0Vを検出することができないので、電圧比較回路VC3の動作範囲に対応した基準電圧Vref3までレベルシフトした電圧を検出するようにされる。電圧比較回路VC3の入力(+)には、レベルシフト手段が設けられている。このことは、電圧比較回路VC1、VC2においても同様である。つまり、電圧比較回路VC1では、中点LXの電圧をレベルダウンさせる。電圧比較回路VC2では、上記電圧比較回路VC3と同様に中点LXの電圧をレベルアップさせる。もっとも、電圧比較回路VC2とVC3は、高電圧と負電圧で動作するものを用いれば上記レベルシフトは不要となる。電圧比較回路VC1も昇圧した電圧で動作させれば、レベルシフトは不要となる。   The reference voltage Vref3 is a voltage corresponding to the ground potential 0V of the circuit, and 0V cannot be detected when the voltage comparison circuit VC3 is operated with a power supply voltage such as the power supply voltage VCC. The voltage level-shifted to the reference voltage Vref3 corresponding to the operation range is detected. A level shift means is provided at the input (+) of the voltage comparison circuit VC3. The same applies to the voltage comparison circuits VC1 and VC2. That is, in the voltage comparison circuit VC1, the voltage at the midpoint LX is lowered. In the voltage comparison circuit VC2, the voltage at the midpoint LX is raised as in the voltage comparison circuit VC3. However, if the voltage comparison circuits VC2 and VC3 are operated with a high voltage and a negative voltage, the level shift is not necessary. If the voltage comparison circuit VC1 is also operated with a boosted voltage, the level shift becomes unnecessary.

図4の波形図に示すように高電圧側MOSFETM1がオフ状態のとき、インダクタLOの逆起電力により発生した電圧により負荷電流を形成している。重負荷時には上記MOSFETM1によって大きな負荷電流ILを供給しているので、それがオフ状態にされたときにはインダクタLOにおいては同じ大きな電流ILを維持させるように逆起電力を発生する。それ故、中点LXの電位は、低電位側MOSFETM2のボディダイオード又はMOSFETM2のオン抵抗での電圧降下分だけ接地電位0Vに対して常に負電圧にされている。しかしながら、軽負荷時には負荷側に消費される電流ILが小さく、上記逆起電力が小さいので負荷側からインダクタLOを通して上記中点LX側に逆電流が流れて中点電位LXを正電位にする。図3の軽負荷検出では、上記のような状態を検出する。遅延回路DL4での遅延時間td4は、高電位側MOSFETM1をオフ状態にし、MOSFETM2をオン状態にした際に発生するリンギングの影響を排除するためのものである。   As shown in the waveform diagram of FIG. 4, when the high voltage side MOSFET M1 is in the OFF state, a load current is formed by the voltage generated by the counter electromotive force of the inductor LO. Since a large load current IL is supplied by the MOSFET M1 at the time of heavy load, a counter electromotive force is generated so that the same large current IL is maintained in the inductor LO when it is turned off. Therefore, the potential at the midpoint LX is always negative with respect to the ground potential of 0 V by the voltage drop at the body diode of the low potential side MOSFET M2 or the on-resistance of the MOSFET M2. However, when the load is light, the current IL consumed on the load side is small and the back electromotive force is small. Therefore, a reverse current flows from the load side through the inductor LO to the middle point LX side to make the midpoint potential LX positive. In the light load detection of FIG. 3, the above state is detected. The delay time td4 in the delay circuit DL4 is for eliminating the influence of ringing that occurs when the high-potential side MOSFET M1 is turned off and the MOSFET M2 is turned on.

上記図3の軽負荷検出により、フリップフロップ回路FFの出力信号FF−Qがハイレベルに変化し、スイッチSW1とSW2がb側に切り替えられる。したがって、次サイクルのデッドタイムが図5で説明するような軽負荷時のデッドタイムに切り替えられる。図5には、軽負荷時の波形図が示されている。軽負荷時には、中点LXに存在するMOSFETM2、M1のソース、ドレイン等の寄生容量が存在する。したがって、高電位側MOSFETM2がオン状態のときには、かかる寄生容量には入力電圧Vinに対応した高電圧がチャージされている。上記高電位側MOSFETM1をオフ状態にしても、上記寄生容量からの電荷によって負荷電流の供給が行われ、中点LXの電位は負荷電流ILの大小に対応して低下する。つまり、負荷電流Iが小のときにはその立ち下がりも遅れる。   By the light load detection of FIG. 3, the output signal FF-Q of the flip-flop circuit FF changes to high level, and the switches SW1 and SW2 are switched to the b side. Therefore, the dead time of the next cycle is switched to a dead time at a light load as described in FIG. FIG. 5 shows a waveform diagram at a light load. When the load is light, parasitic capacitances such as the sources and drains of the MOSFETs M2 and M1 existing at the midpoint LX exist. Therefore, when the high potential side MOSFET M2 is in the ON state, the parasitic capacitance is charged with a high voltage corresponding to the input voltage Vin. Even when the high potential side MOSFET M1 is turned off, the load current is supplied by the charge from the parasitic capacitance, and the potential at the midpoint LX decreases corresponding to the magnitude of the load current IL. That is, when the load current I is small, the fall thereof is delayed.

この実施例では、上記中点LXの電位が基準電圧Vref2よりも低下したとき、低電位側MOSFETM2をオン状態にする。上記基準電圧Vref2は、低電位側MOSFETM2のソース,ドレイン間電圧よりも小さい電圧にされる。このようにMOSFETM2のオンタイミングを遅らせることにより、寄生容量からの電荷を有効利用して負荷電流ILの供給を続けることができので、高効率を図ることができる。つまり、上記中点LXが十分高いときにMOSFETM2をオンさせてしまうと、上記寄生容量の電荷を放電させる電力がMOSFETM2によって消費されることになるので効率を悪化させる。   In this embodiment, when the potential at the midpoint LX is lower than the reference voltage Vref2, the low potential side MOSFET M2 is turned on. The reference voltage Vref2 is set to a voltage smaller than the voltage between the source and drain of the low potential side MOSFET M2. By delaying the on-timing of the MOSFET M2 in this way, the supply of the load current IL can be continued by effectively using the charge from the parasitic capacitance, so that high efficiency can be achieved. That is, if the MOSFET M2 is turned on when the midpoint LX is sufficiently high, the power for discharging the parasitic capacitance is consumed by the MOSFET M2, so that the efficiency is deteriorated.

重負荷時には、上記寄生容量の電荷は、重負荷時の大きな負荷電流ILによって直ちに放電されてしまい、低電位側MOSFETM2のボディダイオードによってインダクタLOの入力側(LX)が電圧クランプされてしまう。したがって、重負荷時にデッドタイムを長くすると、その間はボディダイオードによる大きな電圧損失が発生して効率が悪くなる。この実施例では、図4のようにデッドタイムdt2を小さく設定し、上記のようなボディダイオードでの大きな電力ロス時間を最小にするものである。つまり、極力MOSFETM2のオンタイミングを速くし、そのドレイン,ソース間の小さなオン抵抗によって上記インダクタLOの入力側(LX)のクランプ電圧を小さくすることにより、高効率化を図るものである。   At the time of heavy load, the charge of the parasitic capacitance is immediately discharged by the large load current IL at the time of heavy load, and the input side (LX) of the inductor LO is voltage clamped by the body diode of the low potential side MOSFET M2. Therefore, if the dead time is lengthened at the time of heavy load, a large voltage loss due to the body diode occurs during that time, resulting in poor efficiency. In this embodiment, the dead time dt2 is set small as shown in FIG. 4, and the large power loss time in the body diode as described above is minimized. That is, the MOSFET M2 is turned on as quickly as possible, and the clamp voltage on the input side (LX) of the inductor LO is reduced by a small on-resistance between the drain and the source, thereby improving the efficiency.

低電位側MOSFETM2をオフ状態にして、高電位側MOSFETM1をオン状態にまでのデッドタイムも、上記MOSFETM2のボディダイオードで電圧クランプが行われるので、デッドタイムtd1も前記同様に短く設定し、極力早いタイミングでMOSFETM2をオン状態にさせるものである。このように、重負荷時には、MOSFETM2でのボディダイオードによる電圧クランプ時間を必要最小に設定することにより、高効率化を実現することができる。   The dead time until the low-potential side MOSFET M2 is turned off and the high-potential side MOSFET M1 is turned on is also clamped by the body diode of the MOSFET M2, so the dead time td1 is set to be as short as above and is as fast as possible. The MOSFET M2 is turned on at timing. Thus, at the time of heavy load, high efficiency can be realized by setting the voltage clamping time by the body diode in the MOSFET M2 to the minimum necessary.

軽負荷時での低電位側MOSFETM2をオン状態にさせるタイミングは、図5のように負荷電流ILの大小に応じて寄生容量の放電時間デッドタイムt1、t2のように異なるように制御して、寄生容量の電荷を最大に有効利用することによって高効率化を図るようにすることができる。つまり、中点LXの電位が低電位側MOSFETM2のソース,ドレイン間電圧以下になったときにかかるMOSFETM2をオン状態にさせれば寄生容量の電荷を最大に有効利用し、MOSFETM2でのスイッチング損失を実質的に無くすことができる。   The timing for turning on the low potential side MOSFET M2 at the time of light load is controlled to be different as in the discharge time dead time t1, t2 of the parasitic capacitance according to the magnitude of the load current IL as shown in FIG. High efficiency can be achieved by maximally effectively using the charge of the parasitic capacitance. In other words, if the MOSFET M2 is turned on when the potential at the midpoint LX becomes equal to or lower than the voltage between the source and drain of the low potential side MOSFET M2, the charge of the parasitic capacitance is effectively utilized, and the switching loss in the MOSFET M2 is reduced. It can be virtually eliminated.

軽負荷時での高電位側MOSFETM1をオン状態にさせるタイミングも、負荷側からの逆流電流による寄生容量のチャージアップを基準電圧Vref1を用いた電圧比較回路VC1の出力により行われる。これにより、MOSFETM1でのスイッチング損失を実質的に無くすことができる。図5のように負荷電流ILの大小に応じて中点LXの立ち上がりが変化し、負荷電流IL小のものでは上記基準電圧Vref1に到達しない場合があるので、遅延回路DL3の遅延時間td3によりMOSFETM1のオンタイミングが制御される。このMOSFETM1のオンタイミングも、上記インダクタLOを介して出力側のキャパシタCOからの逆流電流を利用して立ち上げること、つまりは前記寄生容量へのチャージアップを任せることにより、高効率化を実現することができる。このようにして、負荷電流の軽重に対応してデッドタイムを適切に制御することによりスイッチング電源の効率化を実現することができる。   The timing of turning on the high potential side MOSFET M1 at the time of light load is also performed by the output of the voltage comparison circuit VC1 using the reference voltage Vref1 to charge up the parasitic capacitance due to the backflow current from the load side. Thereby, the switching loss in MOSFET M1 can be substantially eliminated. As shown in FIG. 5, the rise of the midpoint LX changes depending on the magnitude of the load current IL, and the reference voltage Vref1 may not be reached when the load current IL is small. Therefore, the MOSFET M1 is caused by the delay time td3 of the delay circuit DL3. The ON timing of is controlled. The MOSFET M1 is turned on by using the reverse current from the output-side capacitor CO via the inductor LO, that is, by entrusting charge-up to the parasitic capacitance, thereby realizing high efficiency. be able to. In this way, the efficiency of the switching power supply can be realized by appropriately controlling the dead time corresponding to the load current.

上記中点LXの寄生容量を充放電するMOSFETM1及びM2でのスイッチング損失は、全体の損失に比べて無視できないばかりかスイッチング周波数が1MHzのように大きいものでは大きな割合を占めるものとなる。同様に、前記MOSFETM2でのボディダイオードで消費される無駄な電力もスイッチング周波数が1MHzのように大きいものでは、その期間が短くとも決して無視できないもとなる。この実施例のように負荷電流の軽重に対応してデッドタイムを切り替える発想は、高周波数でスイッチングされる同期整流型DC−DCコンバータにおいては極めて有益なものとなる。   The switching loss in the MOSFETs M1 and M2 that charge and discharge the parasitic capacitance at the midpoint LX is not negligible as compared with the overall loss, and if the switching frequency is as high as 1 MHz, it occupies a large proportion. Similarly, wasteful power consumed by the body diode in the MOSFET M2 cannot be ignored even if the period is short if the switching frequency is as high as 1 MHz. The idea of switching the dead time corresponding to the load current as in this embodiment is extremely useful in a synchronous rectification type DC-DC converter that is switched at a high frequency.

図6には、この発明に係るスイッチング電源の他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、前記負荷電流検出回路の検出信号を利用して、スイッチング電源の並列運転に好適な新たな機能が付加される。電圧比較回路VC5が新たに設けられる。この電圧比較回路VC5は、基準電圧Vref4を抵抗R3とR4で分圧した電圧と、上記抵抗R1,R2で分圧された出力電圧Voutとを比較する。上記電圧比較回路VC4は、上記出力電圧Voutの分圧電圧が上記分圧された基準電圧よりも小さきときには、ロウレベル(論理0)を出力する。この出力信号と前記負荷電流検出回路の出力信号とは、アンド(AND)ゲート回路G5に入力される。このアンドゲート回路G5の出力信号は、インバータ回路NV3により反転されてアンドゲート回路G6に伝えられる。前記スイッチSW2を通して伝えられた駆動信号は、上記アンドゲート回路G6を介して前記MOSFETM2のゲートに伝えられる。   FIG. 6 shows a circuit diagram of another embodiment of the switching power supply according to the present invention. In this embodiment, a new function suitable for parallel operation of switching power supplies is added using the detection signal of the load current detection circuit. A voltage comparison circuit VC5 is newly provided. This voltage comparison circuit VC5 compares the voltage obtained by dividing the reference voltage Vref4 by the resistors R3 and R4 with the output voltage Vout divided by the resistors R1 and R2. The voltage comparison circuit VC4 outputs a low level (logic 0) when the divided voltage of the output voltage Vout is smaller than the divided reference voltage. This output signal and the output signal of the load current detection circuit are input to an AND gate circuit G5. The output signal of the AND gate circuit G5 is inverted by the inverter circuit NV3 and transmitted to the AND gate circuit G6. The drive signal transmitted through the switch SW2 is transmitted to the gate of the MOSFET M2 through the AND gate circuit G6.

前記電圧比較回路VC1の出力信号は、PWM信号とともにアンドゲート回路G8に供給される。このアンドゲート回路G8の出力信号が前記オアゲート回路G1の他方の入力に供給される。また、スイッチング電源の動作を制御する制御端子ENが設けられ、かかる制御端子ENを通した動作制御信号は、アンドゲート回路G7及び前記アンドゲート回路G6に入力される。上記アンドゲート回路G7は、レベルシフト回路LSを通した駆動信号を選択的にMOSFETM1のゲートに伝える動作を行う。言い換えると、制御端子ENによりMOSFETM1を強制的にオフ状態にして動作停止状態にさせる。上記アンドゲート回路G6も、上記制御端子ENによりMOSFETM2を強制的にオフ状態にして動作停止状態にさせる。   The output signal of the voltage comparison circuit VC1 is supplied to the AND gate circuit G8 together with the PWM signal. The output signal of the AND gate circuit G8 is supplied to the other input of the OR gate circuit G1. A control terminal EN for controlling the operation of the switching power supply is provided, and an operation control signal that passes through the control terminal EN is input to the AND gate circuit G7 and the AND gate circuit G6. The AND gate circuit G7 performs an operation of selectively transmitting the drive signal passed through the level shift circuit LS to the gate of the MOSFET M1. In other words, the MOSFET M1 is forcibly turned off by the control terminal EN to stop the operation. The AND gate circuit G6 also forcibly turns off the MOSFET M2 by the control terminal EN to stop the operation.

図7には、前記図6のスイッチング電源の動作の一例を説明するための波形図である。図7において、前記図3と同様に軽負荷時には中点LXの電位が基準電圧Vref3よりも大きくなったときに軽負荷検出が行われる。この軽負荷検出信号が形成され、出力電圧Voutが所望の電圧に到達していなく、前記電圧比較回路VC5の出力信号がハイレベルであるなら、アンドゲート回路G5の出力信号をハイレベルにし、インバータ回路NV3を通してアンドゲート回路G6の入力をロウレベルにする。これにより、MOSFETM2をオフ状態にさせる。なお、このことは、制御端子ENがハイレベルにされており、スイッチング電源を動作状態にしていることを前提としている。   FIG. 7 is a waveform diagram for explaining an example of the operation of the switching power supply of FIG. In FIG. 7, light load detection is performed when the potential at the midpoint LX becomes larger than the reference voltage Vref3 during light load as in FIG. If this light load detection signal is formed, the output voltage Vout has not reached the desired voltage, and the output signal of the voltage comparison circuit VC5 is at the high level, the output signal of the AND gate circuit G5 is set to the high level, and the inverter The input of the AND gate circuit G6 is set to low level through the circuit NV3. As a result, the MOSFET M2 is turned off. This is based on the premise that the control terminal EN is at a high level and the switching power supply is in an operating state.

この実施例のスイッチング電源に設けられた新たな機能の1つは、出力電圧Voutが所望の電圧に到達していなく、しかも軽負荷と判定されたならMOSFETM2をオフ状態にすることである。このことは、後述するスイッチング電源の並列運転に不可欠のものとなる。このように軽負荷状態と判定されたタイミングでMOSFETM2をオフ状態にすると、MOSFETM2を通して流れていた電流が遮断されて、中点LXがフローティング状態となり、インダクタLOの逆起電圧等によるリンギングが発生する。この電圧が点線で示したように入力電圧Vinに近く、正確には前記基準電圧Vref1よりも高くなると、電圧比較回路VC1がハイレベルの検出信号を形成し、MOSFETM1をオン状態にさせるという誤った駆動信号を形成してしまう。   One of the new functions provided in the switching power supply of this embodiment is to turn off the MOSFET M2 if the output voltage Vout has not reached the desired voltage and it is determined that the load is light. This is indispensable for the parallel operation of the switching power supply described later. When the MOSFET M2 is turned off at the timing determined as the light load state in this way, the current flowing through the MOSFET M2 is cut off, the midpoint LX enters the floating state, and ringing due to the counter electromotive voltage of the inductor LO occurs. . When this voltage is close to the input voltage Vin as indicated by the dotted line and, more precisely, becomes higher than the reference voltage Vref1, the voltage comparison circuit VC1 generates a high-level detection signal and turns on the MOSFET M1. A drive signal is formed.

このような誤動作を防止するために、前記アンドゲート回路G8が設けられている。アンドゲート回路G8は、PWM信号がハイレベルであるときにゲートを開くので、上記のようなノイズに応答して電圧比較回路VC1が駆動信号をハイレベルにしても、その伝達を禁止するように動作する。また、図8の動作波形図のように、前記軽負荷検出のタイミングでMOSFETM2をオフ状態にすると、逆流電流が大きいときには中点LXがPWM信号がハイレベルになる前に基準電圧Vref1よりも高くなることがある。このときにも、上記アンドゲート回路G8によってMOSFETM1が誤ってオン状態にされることが防止できる。つまり、PWM信号がハイレベルであること及び中点LXの電位が基準電圧Vref1により高くなった時点でMOSFETM1をオン状態にするものである。点線で示すように逆流電流が小のときには、遅延回路DL3の遅延時間td3を待ってMOSFETM1がオン状態にさせられる。他は、前記図5で説明したのと同様である。   In order to prevent such a malfunction, the AND gate circuit G8 is provided. Since the AND gate circuit G8 opens the gate when the PWM signal is at a high level, even if the voltage comparison circuit VC1 sets the drive signal to a high level in response to the noise as described above, the transmission is prohibited. Operate. Further, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 8, when the MOSFET M2 is turned off at the light load detection timing, when the backflow current is large, the midpoint LX becomes higher than the reference voltage Vref1 before the PWM signal becomes high level. May be. Also at this time, it is possible to prevent the MOSFET M1 from being erroneously turned on by the AND gate circuit G8. That is, the MOSFET M1 is turned on when the PWM signal is at a high level and the potential at the midpoint LX becomes higher by the reference voltage Vref1. When the reverse current is small as indicated by the dotted line, the MOSFET M1 is turned on after waiting for the delay time td3 of the delay circuit DL3. Others are the same as described in FIG.

制御端子ENは、スイッチング電源の動作制御信号を入力するために用いられる。1つのスイッチング電源のみで負荷回路に供給される電源電圧を形成する場合には、上記制御端子ENは、例えば入力電圧Vinのような電源電圧に供給されている。ゲート回路G6を電源電圧VCCで動作させるものでは、VinをVCCにレベルシフトするレベルシフト回路が設けられて、ゲート回路G6に動作制御信号が供給される。   The control terminal EN is used to input an operation control signal for the switching power supply. When the power supply voltage supplied to the load circuit is formed with only one switching power supply, the control terminal EN is supplied with a power supply voltage such as the input voltage Vin, for example. In the case of operating the gate circuit G6 with the power supply voltage VCC, a level shift circuit for level shifting Vin to VCC is provided, and an operation control signal is supplied to the gate circuit G6.

図9には、この発明の他の一実施例の説明図が示されている。この実施例では、図9(A)のように前記のようなスイッチング電源SW−REG1とSW−REG2が並列動作させられる。つまり、2つのスイッチング電源SW−REG1とSW−REG2の出力端子が接続されて、1つの負荷回路に対して動作電圧及び負荷電流を形成する。上記2つのスイッチング電源SW−REG1とSW−REG2を同時に動作開始時に、図8(B)のように出力電圧Vout1とVout2の立ち上がりは、前記ソフトスタート回路SSで形成されたキャパシタのチャージアップ電圧に依存する。上記キャパシタの容量値のバラツキは、30%〜40%と大きいために出力電圧Vout1とVout2の立ち上がり差電圧が存在する。   FIG. 9 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the switching power supplies SW-REG1 and SW-REG2 are operated in parallel as shown in FIG. That is, the output terminals of the two switching power supplies SW-REG1 and SW-REG2 are connected to form an operating voltage and a load current for one load circuit. When the operation of the two switching power supplies SW-REG1 and SW-REG2 starts simultaneously, the rising of the output voltages Vout1 and Vout2 is the charge-up voltage of the capacitor formed by the soft start circuit SS as shown in FIG. 8B. Dependent. Since the variation in the capacitance value of the capacitor is as large as 30% to 40%, there is a rising difference voltage between the output voltages Vout1 and Vout2.

出力電圧Vout1とVout2の立ち上がりに差電圧が存在すると、同図で実線で示した立ち上がりの遅い出力電圧Vout2を形成するスイッチング電源SW−REG2に向かって、同図で点線で示した立ち上がりの速い出力電圧Vout1を形成するスイッチング電源SW−REG1から逆流電流isが流れることなる。このとき、立ち上がりの速いスイッチング電源SW−REG1は、負荷回路に向けた負荷電流Ioutと、立ち上がりの遅いスイッチング電源SW−REG2に向けて流れる電流isを負担するととなり、過大な電流が流れて素子破壊ないし、保護回路が動作して上記のような並列運転を不可能にする。   When there is a difference voltage at the rise of the output voltages Vout1 and Vout2, the output with a fast rise indicated by the dotted line in the figure toward the switching power supply SW-REG2 forming the slow rise output voltage Vout2 indicated by the solid line in the figure. The backflow current is flows from the switching power supply SW-REG1 that forms the voltage Vout1. At this time, the rapidly rising switching power supply SW-REG1 bears the load current Iout toward the load circuit and the current is flowing toward the slowly rising switching power supply SW-REG2, and an excessive current flows and the element is destroyed. In addition, the protection circuit operates to disable the parallel operation as described above.

更には、2つの電源SW−REG1とSW−REG2を設けておいて、1つの電源SW−REG1を常時動作状態にして図9(B)のように実線で示した出力電圧Voutを形成しておいて、負荷回路の負荷電流が大きくなったときに、制御端子ENを利用してSW−REG2が動作させようとすると、2つの電源SW−REG1とSW−REG2に出力電圧Voutのような大きな差電圧が発生した状態で、SW−REG2を起動させることになる。このときには、電源SW−REG1は、上記大きくなった負荷電流の他に上記SW−REG2に逆流する電流も負担するととなり、過大な電流が流れて素子破壊ないし、保護回路が動作して上記のような並列運転を不可能にする可能性が大きくなる。   Furthermore, two power supplies SW-REG1 and SW-REG2 are provided, and one power supply SW-REG1 is always in an operating state to form an output voltage Vout indicated by a solid line as shown in FIG. 9B. When the load current of the load circuit increases, if the SW-REG2 is operated using the control terminal EN, the two power supplies SW-REG1 and SW-REG2 have a large output voltage Vout. SW-REG2 is started in a state where the differential voltage is generated. At this time, the power supply SW-REG1 also bears a current that flows back to the SW-REG2 in addition to the increased load current, and an excessive current flows to break the element or operate the protection circuit as described above. The possibility of making difficult parallel operation impossible increases.

しかしながら、前記図6に示したようなスイッチング電源を上記スイッチング電源SW−REG1とSW−REG2として用いた場合には、上記SW−REG2において軽負荷モードであること、出力電圧Voutが同図に点線で示した出力電圧Vout’に到達していないことを電圧比較回路VC5が検出し、MOSFETM1をオフ状態にするものである。これにより、上記のような逆流電流isの発生が禁止される。したがって、前記軽負荷検出信号及び電圧比較回路による出力電圧検出結果を用いてMOSFETM2をオフ状態にするという機能を付加することにより、上記スイッチング電源SW−REG1とSW−REG2のような並列運転を実現可能にすることができる。このような並列運転においては、小さな負荷電流のときには1つのスイッチング電源での動作が停止させられるから、1つのスイッチング電源で小さな負荷電流から大きな負荷電流までを形成する場合に比べて、高効率化を図ることができる。   However, when the switching power supply as shown in FIG. 6 is used as the switching power supplies SW-REG1 and SW-REG2, the SW-REG2 is in the light load mode, and the output voltage Vout is shown by a dotted line in FIG. The voltage comparison circuit VC5 detects that the output voltage Vout ′ shown in FIG. 1 has not been reached, and the MOSFET M1 is turned off. As a result, the generation of the backflow current is as described above is prohibited. Therefore, a parallel operation such as the switching power supplies SW-REG1 and SW-REG2 is realized by adding a function of turning off the MOSFET M2 using the light load detection signal and the output voltage detection result by the voltage comparison circuit. Can be possible. In such parallel operation, since the operation with one switching power supply is stopped when the load current is small, the efficiency is improved as compared with the case where a single switching power supply forms a small load current to a large load current. Can be achieved.

図10には、この発明に係るスイッチング電源の一実施例の構成図が示されている。この実施例のスイッチング電源は、太線枠で囲まれた部分が1つの半導体集積回路(IC)で構成される。この実施例では、前記ダイオードDに代えてPチャネルMOSFETM3が昇圧回路を構成するスイッチ素子M3として用いられる。半導体集積回路装置には、高電位側MOSFETM1、低電圧側MOSFETM2及び上記MOSFETM3の他に、レベルシフト回路LS1,LS2、エラーアンプEA、電圧比較回路CMP、三角波発生回路TWGと制御回路CONT等が形成される。インダクタLO、ブートストラップ容量CB及びキャパシタCOと、前記分圧回路を構成する抵抗R1とR2もそれぞれ外部の単体素子で構成される。なお、上記MOSFETM2、M1は、同図で点線で示したようにそれぞれを半導体チップに形成し、それを上記制御回路CONT等が形成される半導体チップとともに一体的にパッケージに内蔵させて、みかけ上1つの半導体集積回路装置(マルチチップモジュール)と見做せるようなものとしてもよい。   FIG. 10 shows a block diagram of an embodiment of a switching power supply according to the present invention. In the switching power supply of this embodiment, a portion surrounded by a thick frame is constituted by one semiconductor integrated circuit (IC). In this embodiment, instead of the diode D, a P-channel MOSFET M3 is used as the switch element M3 constituting the booster circuit. In the semiconductor integrated circuit device, in addition to the high potential side MOSFET M1, the low voltage side MOSFET M2, and the MOSFET M3, level shift circuits LS1 and LS2, an error amplifier EA, a voltage comparison circuit CMP, a triangular wave generation circuit TWG, a control circuit CONT, and the like are formed. Is done. The inductor LO, the bootstrap capacitor CB and the capacitor CO, and the resistors R1 and R2 constituting the voltage dividing circuit are also constituted by external single elements. The MOSFETs M2 and M1 are formed on a semiconductor chip as indicated by dotted lines in the figure, and are integrated into a package together with the semiconductor chip on which the control circuit CONT and the like are formed. It may be considered as one semiconductor integrated circuit device (multi-chip module).

上記レベルシフト回路LS1は、上記PチャネルMOSFETM3をオフ状態にさせる出力信号を形成する。レベルシフト回路LS2は、前記MOSFETM1の駆動信号を形成する。この実施例では、制御部分を半導体集積回路化し、ブートストラップ用スイッチ素子M3も内蔵することで、電源の部品数低減、小型化を実現できる。   The level shift circuit LS1 generates an output signal that turns off the P-channel MOSFET M3. The level shift circuit LS2 forms a drive signal for the MOSFET M1. In this embodiment, the control part is formed as a semiconductor integrated circuit and the bootstrap switch element M3 is also incorporated, so that the number of power supply components can be reduced and the size can be reduced.

図11には、この発明に係るスイッチング電源の更に他の一実施例の構成図が示されている。同図においては、制御用ICとドライバ用ICの2つの半導体集積回路装置が用いられる。制御ICとドライバICには、例えば共通の動作電圧VCCが与えられる。この実施例のドライバICは、入力電圧Vinに対応した高電圧であってもよい。このため、ドライバICには、降圧電源回路Regが設けられて、前記VCCに対応した内部電圧が形成される。他の構成は、前記図10の実施例と同様である。上記ドライバICにおいても、MOSFETM2、M1は、同図で点線で示したようにそれぞれを半導体チップに形成し、それを制御回路DCT等が形成される半導体チップとともに一体的にパッケージに内蔵させて、みかけ上1つの半導体集積回路装置(マルチチップモジュール)と見做せるようなものとしてもよい。   FIG. 11 is a block diagram showing still another embodiment of the switching power supply according to the present invention. In the figure, two semiconductor integrated circuit devices, a control IC and a driver IC, are used. For example, a common operating voltage VCC is applied to the control IC and the driver IC. The driver IC of this embodiment may be a high voltage corresponding to the input voltage Vin. For this reason, the driver IC is provided with a step-down power supply circuit Reg, and an internal voltage corresponding to the VCC is formed. Other configurations are the same as those of the embodiment of FIG. Also in the driver IC, MOSFETs M2 and M1 are each formed in a semiconductor chip as indicated by a dotted line in the figure, and are integrated into a package together with a semiconductor chip on which a control circuit DCT and the like are formed, It may be seen as one semiconductor integrated circuit device (multichip module).

図10及び図11の実施例において、上記スイッチMOSFETM1とM2の駆動信号を形成する半導体集積回路において、前記図1及び図6に示したような前記デッドタイムを制御するための負荷電流検出回路等が設けられる。そして、前記のようにスイッチング電源の並列運転に向けた制御端子ENも設けられる。   10 and 11, in the semiconductor integrated circuit for generating the drive signals for the switch MOSFETs M1 and M2, a load current detection circuit for controlling the dead time as shown in FIGS. Is provided. As described above, the control terminal EN for parallel operation of the switching power supply is also provided.

以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、スイッチSW1,SW2は、MOSFETを用いたトランスファゲートのようなアナログスイッチの他、論理ゲート回路により何れかの信号を伝達するもの等種々の実施形態を採ることができる。また、軽負荷のとき中点LXの電位をモニタして前記スイッチMOSFETM2、M1のオンタイミングを設定してデッドタイムを設定するもの他、予め決められた軽負荷時の平均的なデッドタイムで制御するようにしてもよい。上記各回路ブロックの具体的な構成は、種々の実施形態を採ることができるものである。この発明は、降圧型のようなスイッチング電源及びそれに用いられる半導体集積回路装置に広く利用できる。   Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the switches SW1 and SW2 can take various embodiments such as an analog switch such as a transfer gate using MOSFETs, or a circuit that transmits any signal by a logic gate circuit. In addition to monitoring the potential at the midpoint LX when the load is light, and setting the dead time by setting the on-timing of the switch MOSFETs M2 and M1, the control is performed with a predetermined average dead time at the light load. You may make it do. The specific configuration of each circuit block can take various embodiments. The present invention can be widely used for a switching power supply such as a step-down type and a semiconductor integrated circuit device used therefor.

この発明に係るスイッチング電源の一実施例を示す概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention. この発明に係るスイッチング電源の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of the switching power supply which concerns on this invention. 図2のスイッチング電源の動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the switching power supply of FIG. 図2のスイッチング電源の動作を説明するための他の波形図である。FIG. 6 is another waveform diagram for explaining the operation of the switching power supply of FIG. 2. 図2のスイッチング電源の動作を説明するための他の波形図である。FIG. 6 is another waveform diagram for explaining the operation of the switching power supply of FIG. 2. この発明に係るスイッチング電源の他の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another Example of the switching power supply which concerns on this invention. 図6のスイッチング電源の動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the switching power supply of FIG. 図6のスイッチング電源の動作を説明するための他の波形図である。FIG. 7 is another waveform diagram for explaining the operation of the switching power supply of FIG. 6. この発明の他の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of other one Example of this invention. この発明に係るスイッチング電源の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example of the switching power supply which concerns on this invention. この発明に係るスイッチング電源の更に他の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Example of the switching power supply which concerns on this invention. この発明に先立って検討されたスイッチング電源のブロック図である。It is a block diagram of the switching power supply examined prior to this invention. 図9のスイッチング電源を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the switching power supply of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

M1〜M3…MOSFET、LO…インダクタ、CO…キャパシタ、CB…ブートストラップ容量、SW1,SW2…スイッチ、G1〜G8…ゲート回路、FF…フリップフロップ回路、DL1〜DL4…遅延回路、VC1〜VC5…電圧比較回路、NV1〜NV3…インバータ回路、D…ダイオード、EA…エラーアンプ、TWG…三角波発生回路、CONT…制御回路、R1〜R4…抵抗、Reg…電源回路、LS,LS1,2…レベルシフト回路。   M1-M3 ... MOSFET, LO ... inductor, CO ... capacitor, CB ... bootstrap capacitance, SW1, SW2 ... switch, G1-G8 ... gate circuit, FF ... flip-flop circuit, DL1-DL4 ... delay circuit, VC1-VC5 ... Voltage comparison circuit, NV1 to NV3 ... inverter circuit, D ... diode, EA ... error amplifier, TWG ... triangular wave generation circuit, CONT ... control circuit, R1-R4 ... resistance, Reg ... power supply circuit, LS, LS1, 2 ... level shift circuit.

Claims (14)

インダクタと、
出力電圧が形成される上記インダクタの出力側と接地電位との間に設けられたキャパシタと、
入力電圧から上記インダクタの入力側に電流を供給する第1スイッチ素子と、
上記第1スイッチ素子がオフ状態のときにオン状態となる時間を有する第2スイッチ素子と、
上記出力電圧が所望の電圧となるように上記第1及び第2スイッチ素子に供給する制御信号を形成する制御回路と、
負荷電流検出回路とを備え、
上記制御回路は、上記負荷電流検出回路により軽負荷と判定されたときに上記第1又は第2のスイッチ素子のうち一方がオフ状態にされてから他方がオン状態にされるまでのデッドタイムよりも、重負荷と判定されたときの上記デッドタイムを短する上記制御信号を形成してなることを特徴とするスイッチング電源。
An inductor;
A capacitor provided between the output side of the inductor where the output voltage is formed and the ground potential;
A first switch element for supplying a current from an input voltage to the input side of the inductor;
A second switch element having a time to turn on when the first switch element is off;
A control circuit for forming a control signal to be supplied to the first and second switch elements so that the output voltage becomes a desired voltage;
A load current detection circuit,
The control circuit has a dead time from when one of the first or second switch elements is turned off to when the other is turned on when the load current detection circuit determines that the load is light. A switching power supply comprising the control signal for shortening the dead time when it is determined that the load is heavy.
請求項1において、
上記制御回路は、
上記重負荷に適合したデッドタイムに対応した第1と第2遅延回路を有し
上記重負荷時と判定されたときには上記第2スイッチ素子をオフ状態にしてから上記第1遅延回路により設定されたデッドタイムにより上記第1スイッチ素子をオン状態にし、上記第1スイッチ素子をオフ状態にしてから上記第2遅延回路により設定されたデッドタイムにより上記第2スイッチ素子をオン状態にしてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 1,
The control circuit is
The first and second delay circuits corresponding to the dead time suitable for the heavy load are provided, and when the heavy load is determined, the second switch element is turned off and set by the first delay circuit. The first switch element is turned on by a dead time, and the second switch element is turned on by a dead time set by the second delay circuit after the first switch element is turned off. Switching power supply.
請求項2において、
上記制御回路は、
上記インダクタの入力側の電圧と第1及び第2基準電圧とを比較する第1及び第2電圧比較回路を更に備え、
上記第1電圧比較回路は、上記第2スイッチ素子の両端電圧差が所定電位以下となることを検出し、
上記第2電圧比較回路は、上記第1スイッチ素子の両端電圧が所定電位以下になることを検出し、
上記軽負荷時と判定されたときには上記第1スイッチ素子をオフ状態にしてから上記第1電圧検出回路の検出出力に従って上記第2スイッチ素子をオン状態にし、上記第2スイッチ素子をオフ状態にしてから上記第2電圧検出回路の検出出力に従って上記第1スイッチ素子をオン状態にしてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 2,
The control circuit is
A first and second voltage comparison circuit for comparing the voltage on the input side of the inductor with the first and second reference voltages;
The first voltage comparison circuit detects that a voltage difference between both ends of the second switch element is a predetermined potential or less,
The second voltage comparison circuit detects that the voltage across the first switch element is equal to or lower than a predetermined potential;
When it is determined that the load is light, the first switch element is turned off, the second switch element is turned on according to the detection output of the first voltage detection circuit, and the second switch element is turned off. The switching power supply, wherein the first switch element is turned on according to the detection output of the second voltage detection circuit.
請求項3において、
上記制御回路は、
上記軽負荷に適合したデッドタイムに対応した第3遅延回路を更に有し
上記軽負荷時と判定されたときには上記第1電圧検出回路の検出出力又は上記第3遅延回路の出力信号のうちいずれか早いタイミングで上記第2スイッチ素子をオン状態にしてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 3,
The control circuit is
A third delay circuit corresponding to the dead time suitable for the light load, and when the light load is determined, either the detection output of the first voltage detection circuit or the output signal of the third delay circuit; A switching power supply, wherein the second switch element is turned on at an early timing.
請求項4において、
上記負荷電流検出回路は、
第3電圧比較回路により、上記第2スイッチ素子がオン状態のとに上記インダクタの入力側電位が接地電位に対して正電圧なら軽負荷と判定し、負電圧なら重負荷として判定することを特徴とするスイッチング電源。
In claim 4,
The load current detection circuit is
The third voltage comparator circuit determines that the load is light if the input-side potential of the inductor is positive with respect to the ground potential while the second switch element is on, and determines that the load is heavy if the negative voltage is negative. Switching power supply.
請求項5において、
上記第3電圧比較回路の出力信号は、第1スイッチ素子がオフし、第2スイッチ素子がオンするときのノイズ発生期間に対応した遅延信号によってマクスされて、上記判定を行うことを特徴とするスイッチング電源。
In claim 5,
The output signal of the third voltage comparison circuit is subjected to the determination by being multiplexed by a delay signal corresponding to a noise generation period when the first switch element is turned off and the second switch element is turned on. Switching power supply.
請求項6において、
上記制御回路は、上記判定結果に対応してセット/リセットされるフリップフロップ回路を更に備え、
上記フリップフロップ回路のセット/リセット出力により次サイクルの上記デッドタイムの設定が行われることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 6,
The control circuit further includes a flip-flop circuit that is set / reset according to the determination result,
A switching power supply wherein the dead time of the next cycle is set by a set / reset output of the flip-flop circuit.
請求項7において、
上記制御信号は、1MHzを越えるような高い周波数のPWM信号であることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 7,
A switching power supply characterized in that the control signal is a PWM signal having a high frequency exceeding 1 MHz.
請求項8において、
上記第1スイッチ素子と第2スイッチ素子は、NチャネルのMOSFETであり、
上記第1スイッチ素子を構成するNチャネルMOSFETのソースに一端が接続されたブートストラップ容量を含む昇圧回路と、
上記第1スイッチ素子を構成するNチャネルMOSFETのゲートには、上記昇圧回路で形成された昇圧電圧に対応した駆動信号を形成するレベルシフト回路とを更に備えてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 8,
The first switch element and the second switch element are N-channel MOSFETs,
A booster circuit including a bootstrap capacitor having one end connected to a source of an N-channel MOSFET constituting the first switch element;
A switching power supply further comprising a level shift circuit for forming a drive signal corresponding to a boosted voltage formed by the booster circuit at a gate of an N-channel MOSFET constituting the first switch element.
インダクタと、
出力電圧が形成される上記インダクタの出力側と接地電位との間に設けられたキャパシタと、
入力電圧から上記インダクタの入力側に電流を供給する第1スイッチ素子と、
上記第1スイッチ素子がオフ状態のときにオン状態となる時間を有する第2スイッチ素子と、
上記出力電圧が所望の電圧となるように上記第1及び第2スイッチ素子に供給する制御信号を形成する制御回路と、
上記出力電圧を検出する比較部と、
負荷電流検出回路とを備え、
上記制御回路は、上記負荷電流検出回路により軽負荷と判定されたときに第1又は第2のスイッチ素子のうち一方がオフ状態にされてから他方がオン状態にされるまでのデッドタイムよりも、重負荷と判定されたときの上記デッドタイムを短くしてなる上記制御信号を形成し、
上記比較部は、上記出力電圧と所定電圧とを比較し、上記出力電圧が所定の電圧よりも低いときに上記第2スイッチ素子をオフ状態にし、上記出力電圧が所定の電圧よりも高いときに上記制御信号に従って上記第2スイッチ素子のスイッチ動作を可能にしてなることを特徴とするスイッチング電源。
An inductor;
A capacitor provided between the output side of the inductor where the output voltage is formed and the ground potential;
A first switch element for supplying a current from an input voltage to the input side of the inductor;
A second switch element having a time to turn on when the first switch element is off;
A control circuit for forming a control signal to be supplied to the first and second switch elements so that the output voltage becomes a desired voltage;
A comparator for detecting the output voltage;
A load current detection circuit,
The control circuit has a dead time from when one of the first or second switch elements is turned off to when the other is turned on when the load current detection circuit determines that the load is light. Forming the control signal that shortens the dead time when it is determined that the load is heavy,
The comparison unit compares the output voltage with a predetermined voltage, turns off the second switch element when the output voltage is lower than the predetermined voltage, and when the output voltage is higher than the predetermined voltage. A switching power supply, wherein the switching operation of the second switch element is enabled in accordance with the control signal.
請求項10において、
動作制御端子を更に備え、
上記動作制御端子に一方のレベルの制御信号が供給された状態では、上記制御信号が有効とされて上記第1及び第2スイッチ素子のスイッチ制御が行われ、
上記動作制御端子に他方のレベルの制御信号が供給された状態では、上記第1及び第2スイッチ素子がオフ状態にされてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 10,
An operation control terminal;
In a state where a control signal of one level is supplied to the operation control terminal, the control signal is validated and switch control of the first and second switch elements is performed,
The switching power supply, wherein the first and second switch elements are turned off when a control signal of the other level is supplied to the operation control terminal.
請求項11において、
上記スイッチング電源は、第1回路と第2回路からなり、
上記第1回路と第2回路の出力端子が共通に接続され、
上記第1回路の動作制御端子には一方のレベルの制御信号が定常的に供給され、
上記第2回路の動作制御端子には、一方と他方のレベルの制御信号が切り替えられて入力されてなることを特徴とするスイッチング電源。
In claim 11,
The switching power supply includes a first circuit and a second circuit,
The output terminals of the first circuit and the second circuit are connected in common,
A control signal of one level is constantly supplied to the operation control terminal of the first circuit,
A switching power supply comprising: the operation control terminal of the second circuit, wherein control signals of one level and the other are switched and input.
入力電圧からインダクタの入力側に電流を供給する第1スイッチ素子の駆動信号を出力する第1端子と、
上記第1スイッチ素子がオフ状態のときにオン状態となる時間を有する第2スイッチ素子の駆動信号を出力する第2端子と、
上記インダクタの出力側と接地電位キャパシタが設けられて出力電圧が形成され、かかる出力電圧が所望の電圧となるように上記第1及び第2スイッチ素子の駆動信号を形成する制御回路と、
上記インダクタを通して流れる負荷電流検出回路とを備え、
上記制御回路は、上記負荷電流検出回路により軽負荷と判定されたときに上記第1又は第2のスイッチ素子のうち一方がオフ状態にされてから他方がオン状態にされるまでのデッドタイムよりも、重負荷と判定されたときの上記デッドタイムを短する上記駆動信号を形成してなることを特徴とする半導体集積回路装置。
A first terminal that outputs a drive signal of a first switch element that supplies current from the input voltage to the input side of the inductor;
A second terminal for outputting a drive signal of the second switch element having a time for which the first switch element is turned on when the first switch element is turned off;
A control circuit for forming an output voltage by providing an output side of the inductor and a ground potential capacitor, and forming drive signals for the first and second switch elements so that the output voltage becomes a desired voltage;
A load current detection circuit flowing through the inductor,
The control circuit has a dead time from when one of the first or second switch elements is turned off to when the other is turned on when the load current detection circuit determines that the load is light. A semiconductor integrated circuit device characterized by forming the drive signal for shortening the dead time when it is determined that the load is heavy.
請求項13において、
上記制御回路及び負荷電流検出回路は、第1半導体チップに形成され、
上記第1及び第2スイッチ素子は、第2及第3半導体チップに形成され、
上記第1ないし第3半導体チップは、1つのパッケージに内蔵されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 13,
The control circuit and the load current detection circuit are formed in the first semiconductor chip,
The first and second switch elements are formed in second and third semiconductor chips,
A semiconductor integrated circuit device, wherein the first to third semiconductor chips are built in one package.
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