JP2007318920A - スイッチング電源装置の制御方法、制御回路およびスイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路異常を正確に検出する。
【解決手段】帰還端子Ｐ１（Ｐ２）には、各チャンネルの出力電圧Ｖｏｕｔ１（Ｖｏｕｔ２）に応じた帰還電圧Ｖｆｂ１（Ｖｆｂ２）が入力される。誤差増幅器１０（２０）は、帰還端子Ｐ１（Ｐ２）の電圧Ｖｆｂ１（Ｖｆｂ２）と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）との誤差に応じた電圧Ｖｅｒｒ１（Ｖｅｒｒ２）を出力する。パルス幅変調器１１（２１）は、誤差電圧Ｖｅｒｒ１（Ｖｅｒｒ２）に応じてデューティ比が変化するパルス信号Ｖｐｗｍ１（Ｖｐｗｍ２）を出力する。ドライバ回路１６（２６）は、パルス信号にもとづき、スイッチング素子を駆動する。監視回路３０（４０）は、誤差電圧Ｖｅｒｒの少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関し、特にマルチチャンネルのスイッチング電源装置の異常検出技術に関する。

近年の携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の情報端末においては、電池の出力電圧よりも高い電圧、あるいは低い電圧を必要とするデバイスが使用される。このように、電池電圧よりも高い、もしくは低い電圧が必要とされる場合には、スイッチングレギュレータ等を用いたスイッチング電源装置を利用して電池電圧を昇圧、もしくは降圧し、各デバイスに供給すべき適切な電圧を生成している。

このような電源装置は、スイッチングレギュレータのスイッチング素子のオンオフを制御するための制御回路を備える。この制御回路がスイッチング素子を制御する方法としては、スイッチングレギュレータの出力電圧と目標値となる基準電圧を比較し、その誤差電圧が最小となるように駆動信号のパルス幅を変化させるパルス幅変調方式が広く用いられている（特許文献１）。

パルス幅変調方式によれば、スイッチング素子がオンするオン時間、すなわちデューティ比を変化させることにより、電池電圧に応じて昇圧率を変化させ、出力電圧を一定に保つことができる。

こうしたスイッチング電源装置には、ひとつの入力電圧から、安定化された複数の出力電圧を生成するもの（以下、マルチチャンネルスイッチング電源装置という）がある。この場合、各チャンネルごとにスイッチング素子およびインダクタおよびキャパシタを含むスイッチングレギュレータ出力回路が設けられ、それぞれのスイッチング素子を制御するために、複数の帰還経路が設けられる。そこで、マルチチャンネルスイッチング電源装置のために、複数の帰還経路が、一つの半導体基板上に集積化された制御回路が設計される場合がある。図１は、一般的な２チャンネルのスイッチング電源装置４００の構成を示す回路図である。

スイッチング電源装置４００は、入力端子４０２に入力電圧Ｖｉｎを受け、これを降圧して、第１出力端子４０４、第２出力端子４０６から、安定化された第１出力電圧Ｖｏｕｔ１、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。第１チャンネルは、制御回路３００の一部と、第１スイッチング回路３１０と、第１出力回路３１２と、を含む。同様に、第２チャンネルは、制御回路３００の一部と、第２スイッチング回路３２０と、第２出力回路３２２と、を含む。

第１チャンネルの構成および動作について簡単に説明する。第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２によって分圧され、第１帰還端子Ｐ１へと帰還される。帰還された電圧（以下、第１帰還電圧Ｖｆｂ１という）は、Ｖｆｂ１＝Ｖｏｕｔ１×Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）となり、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１に比例した電圧となる。第１誤差増幅器１０は、第１帰還電圧Ｖｆｂ１と所定の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差を増幅する。第１発振器１４は、所定の周期を有する三角波あるいはのこぎり波状の周期信号Ｖｏｓｃ１を生成する。第１ＰＷＭコンパレータ１２は、第１誤差増幅器１０から出力される第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１を、第１発振器１４から出力される周期信号Ｖｏｓｃ１の電圧と比較し、大小関係に応じてハイレベルとローレベルの期間が変化する第１パルス信号Ｖｐｗｍを出力する。

第１スイッチング回路３１０は、入力電圧Ｖｉｎが印加された入力端子４０２と、接地間に直列に接続されたハイサイドスイッチＳｗＨ１、ローサイドスイッチＳｗＬ１を含む。ローサイドスイッチＳｗＬ１は、整流用のダイオードであってもよい。第１ドライバ回路１６は、第１パルス信号Ｖｐｗｍ１にもとづいて、ハイサイドスイッチＳｗＨ１、ローサイドスイッチＳｗＬ１を交互にオンオフする。２つのスイッチの接続点には、電圧レベルが入力電圧Ｖｉｎと接地電圧（０Ｖ）とで切り替わるスイッチング電圧Ｖｓｗ１が現れる。

第１出力回路３１２は、第１インダクタＬ１、第１キャパシタＣｏ１を含む。第１インダクタＬ１の一端は、ハイサイドスイッチＳｗＨ１とローサイドスイッチＳｗＬ１の接続点に接続され、スイッチング電圧Ｖｓｗ１が印加される。第１インダクタＬ１の他端は、出力端子４０４に接続される。第１キャパシタＣｏ１は、第１出力端子４０４と接地間に設けられる。

このように構成された第１チャンネルからは、第１帰還電圧Ｖｆｂ１と第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が等しくなるように帰還がかかり、入力電圧Ｖｉｎが降圧されて、Ｖｏｕｔ１＝Ｖｒｅｆ１×（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２で与えられる電圧が出力される。第２チャンネルも同様にして、入力電圧Ｖｉｎが降圧され、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に応じた第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が出力される。
特開２００３−１８９５９７号公報 特開２００２−１７６７６８号公報

一般的に、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）は、動作に異常が発生した場合に、信頼性を損なわないよう回路保護機能が設けられる。たとえば、ＩＣの設計保証項目として、ＩＣに設けられた複数の端子のショートから回路を保護する機能が要求される場合がある。このために、図１の制御回路３００には、第１帰還端子Ｐ１、第２帰還端子Ｐ２の電圧をモニタする保護回路１８、２８が設けられている。帰還端子の電圧をモニタしてショートを検出する技術は、特許文献２に記載されている。
もし、第１帰還端子Ｐ１が短絡した場合、保護回路１８によって短絡が検出され、第２帰還端子Ｐ２が短絡した場合、保護回路２８によって、短絡が検出される。

ところが、図１の回路では、帰還端子Ｐ１、Ｐ２同士のショートを検出できない場合がある。図１には、帰還端子Ｐ１、Ｐ２間の短絡経路を破線Ｌ１で示す。帰還端子Ｐ１、Ｐ２がショートすると、第１、第２チャンネルのうち、いずれか一方の帰還経路が有効となり、他方の帰還が遮断される。第１チャンネルの帰還が有効となる場合、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、Ｖｏｕｔ１＝Ｖｒｅｆ１×（Ｒａ＋Ｒ１１）／Ｒａに安定化される。ここで、Ｒａは、短絡時に並列接続される抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ２１の合成抵抗である。

また、帰還が遮断される第２チャンネルに着目すると、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は、０Ｖとなる。なぜなら、第２帰還電圧Ｖｆｂ２は、第１帰還電圧Ｖｆｂ１と等しくなっており、Ｖｆｂ２≠Ｖｒｅｆ２となるため、第２誤差電圧Ｖｅｒｒ２が周期信号Ｖｏｓｃ２の電圧範囲を逸脱し、第２パルス信号Ｖｐｗｍ２が出力されず、第２スイッチング回路３２０のスイッチングが停止するためである。

ところが、この場合、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は、本来出力すべき電圧とは大きく異なっているにもかかわらず、帰還端子Ｐ１、Ｐ２の電圧値は、正常動作時とそれほど変わらない値となるため、第１保護回路１８、第２保護回路２８は、回路の異常を検出することができないという問題がある。図１では、降圧型のスイッチングレギュレータであるが、昇圧型のスイッチングレギュレータなどその他の電源装置でも同様の問題が発生しうる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路異常を正確に検出できるスイッチング電源装置の制御回路の提供にある。

本発明のある態様は、安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置の制御回路に関する。この制御回路は、各チャンネルごとに設けられた、当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、を備え、更に、各チャンネルの誤差増幅器から出力される誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路を備える。

この態様によると、異なるチャンネルの帰還端子同士が短絡した場合に、帰還端子の電圧のわずかな変動が、誤差増幅器から出力される誤差電圧では、大きな変動として現れる。したがって、監視回路により誤差電圧をモニタすることにより、回路異常を確実に検出することができる。

パルス変調器は、誤差増幅器からの誤差電圧を、所定の周期信号の電圧と比較し、２つの電圧の大小関係に応じてハイレベルとローレベルが変化するパルス信号を出力するコンパレータを含んでもよい。監視回路は、誤差電圧が、周期信号の電圧範囲に応じて定められた電圧範囲を逸脱したとき、スイッチング素子の駆動を停止してもよい。
異なるチャンネルの帰還端子同士が短絡するなどして回路異常が発生すると、誤差増幅器から出力される誤差電圧は、周期信号の電圧範囲から外れ、その結果、パルス信号の信号レベルは、ハイレベルまたはローレベルに固定される。そこで、誤差電圧と比較すべき電圧を、周期信号の電圧範囲に応じて設定することにより、回路異常を正確に検出することができる。

ある態様の制御回路は、各チャンネルの出力電圧を緩やかに立ち上げるソフトスタート回路をさらに備えてもよい。監視回路は、ソフトスタート期間において、無効化されてもよい。
各チャンネルの出力電圧が、所定の電圧値に達する以前に、ソフトスタートを実行するソフトスタート期間では、誤差電圧が所定の範囲から外れる場合がある。この態様の制御回路によれば、ソフトスタート期間において、回路異常を誤認識するのを防止することができる。

監視回路は、誤差電圧が、周期信号のピーク電圧より高く設定された第１しきい値電圧を上回ったとき、または、周期信号のボトム電圧より低く設定された第２しきい値電圧を下回ったとき、スイッチング素子の駆動を停止してもよい。
周期信号の最大値（ピーク電圧）もしくは最小値（ボトム電圧）に、所定の電位差を加味してしきい値電圧を設定することにより、正確な回路異常の検出が可能となる。

ある態様の監視回路は、誤差電圧を、所定のしきい値電圧と比較する異常検出コンパレータを含んでもよい。

ある態様の監視回路は、誤差増幅器の出力端子から電位の固定された端子に至る経路上に設けられたトランジスタおよび抵抗を含み、トランジスタの制御端子を、所定のしきい値電圧に応じた電圧に固定してバイアスするとともに、抵抗に発生する電圧降下に応じた信号を、電圧比較の結果として出力してもよい。
この場合、コンパレータを利用せずに、トランジスタと抵抗で回路異常を検出できるため、回路面積を縮小することができる。

本発明の別の態様は、安定化された第１、第２出力電圧を生成するスイッチング電源装置の制御回路に関する。この制御回路において、第１、第２出力電圧を帰還制御する第１、第２チャンネルは、それぞれ、当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、当該チャンネルの誤差増幅器の出力信号を監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも当該チャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、スイッチング電源装置である。この装置は、安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置であって、各チャンネルは、インダクタおよびキャパシタを含むスイッチングレギュレータ出力回路と、スイッチングレギュレータ出力回路にスイッチング電圧を供給するスイッチング素子と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、を備える。各チャンネルの制御回路は、当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、を含み、更に、制御回路は、各チャンネルの誤差増幅器から出力される誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路を含む。

本発明のさらに別の態様は、安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置の制御方法に関する。この制御方法は、各チャンネルの出力電圧に応じた電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた誤差電圧を出力するステップと、誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するステップと、パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するステップと、各チャンネルの誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止するステップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る制御回路によれば、回路異常を正確に検出することができる。

以下本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図２は、本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置２００の構成を示す。スイッチング電源装置２００は、安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置である。スイッチング電源装置２００は、入力端子２０２に入力された電圧（以下、入力電圧Ｖｉｎという）を降圧して、２チャンネルの出力電圧（以下、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２という）を生成し、出力端子２０４、２０６から出力する。

第１チャンネルは、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、第１誤差増幅器１０、第１ＰＷＭコンパレータ１２、第１ドライバ回路１６、第１監視回路３０、第１スイッチング回路３１０、第１出力回路３１２を含む。同様に、第２チャンネルは、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、第２誤差増幅器２０、第２ＰＷＭコンパレータ２２、第２発振器２４、第２ドライバ回路２６、第２監視回路４０、第２スイッチング回路３２０、第２出力回路３２２を含む。

本実施の形態では、第１誤差増幅器１０、第１パルス幅変調器１１、第１ドライバ回路１６、第１監視回路３０、第２誤差増幅器２０、第２パルス幅変調器２１、第２ドライバ回路２６、第２監視回路４０が、一つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化される。なお、制御回路１００には、第１スイッチング回路３１０、第２スイッチング回路３２０がさらに集積化されてもよい。

すなわち、制御回路１００は、チャンネルごとに、帰還端子Ｐ１（Ｐ２）、誤差増幅器１０（２０）、パルス幅変調器１１（２１）、ドライバ回路１６（２６）、監視回路３０（４０）を備える。ここで、括弧内の数字は、第２チャンネルの部材を示す。

第１帰還端子Ｐ１には、当該チャンネルから出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１に応じた第１帰還電圧Ｖｆｂ１が入力される。上述のように、第１帰還電圧Ｖｆｂ１は、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を分圧した電圧である。第１誤差増幅器１０は、第１帰還端子Ｐ１の電圧Ｖｆｂ１と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差に応じた電圧（第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１）を出力する。なお、第１誤差増幅器１０の出力端子と、反転入力端子の間には、直列接続された抵抗およびキャパシタが設けられるが、図では省略されている。

第１パルス幅変調器１１は、第１誤差増幅器１０から出力される第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１に応じてデューティ比が変化する第１パルス信号Ｖｐｗｍを出力する。本実施の形態において、第１パルス幅変調器１１は、第１ＰＷＭコンパレータ１２、第１発振器１４を含む。第１発振器１４は、三角波あるいはのこぎり波状の周期信号Ｖｏｓｃを出力する。この第１発振器１４は、第２チャンネルの第２発振器２４と共通に設けられてもよい。第１ＰＷＭコンパレータ１２は、第１誤差増幅器１０から出力される第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と、周期信号Ｖｏｓｃ１の電圧を比較する。第１ＰＷＭコンパレータ１２からは、２つの電圧の大小関係に応じてハイレベルとローレベルが変化する第１パルス信号Ｖｐｗｍが出力される。

第１ドライバ回路１６は、第１パルス幅変調器１１から出力される第１パルス信号Ｖｐｗｍにもとづき、当該チャンネルに設けられた第１スイッチング回路３１０のスイッチング素子、すなわちハイサイドスイッチＳｗＨ１およびローサイドスイッチＳｗＨ２を駆動する。

第１監視回路３０は、第１誤差増幅器１０から出力される第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１を監視し、その電圧値が所定の範囲を逸脱したとき、第１チャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する。スイッチング素子の停止は、第１ドライバ回路１６に停止信号を出力し、ハイサイドスイッチＳｗＨ１、ローサイドスイッチＳｗＨ２のゲートレベルを固定することにより実現できるが、その方式は特に限定されない。

第１監視回路３０において、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１は、周期信号Ｖｏｓｃの電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ１に応じて定められた比較電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ２と比較され、比較電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ２を逸脱したとき、スイッチング素子の駆動が停止される。
たとえば、周期信号Ｖｏｓｃのボトム電圧がＶＬ、ピーク電圧がＶＨであるとき、その電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ１は、ＶＬ〜ＶＨとなる。この場合、比較電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ２の下限値ＶＬ’および上限値ＶＨ’は、以下のように設定してもよい。
ＶＬ’＝ＶＬ−ΔＶ１
ＶＨ’＝ＶＨ＋ΔＶ２
すなわち、第１監視回路３０は、ＶＨ’を第１しきい値電圧として、ＶＬ’を第２しきい値電圧として、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１との電圧比較を実行し、Ｖｅｒｒ１＜ＶＬ’のとき、あるいは、Ｖｅｒｒ１＞ＶＨ’のときに、スイッチング素子の駆動を停止する。電圧差ΔＶ１、ΔＶ２の値は、０Ｖ〜数百ｍＶの範囲で設定するのが好ましく、たとえば１００ｍＶに設定してもよい。この電圧差ΔＶ１、ΔＶ２は、実験により、あるいはシミュレーションによって最適化することができる。

以下、第１監視回路３０の具体的な構成例について説明する。図３は、第１監視回路３０の構成例を示す回路図である。
第１監視回路３０は、異常検出コンパレータ３２、３４、オアゲート３６を含む。異常検出コンパレータ３２は、第１しきい値電圧ＶＨ’を第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と比較し、Ｖｅｒｒ１＞ＶＨ’のときハイレベルとなる第１異常信号Ｓ１を出力する。異常検出コンパレータ３４は、第２しきい値電圧ＶＬ’を第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と比較し、Ｖｅｒｒ１＜ＶＬ’のときハイレベルとなる第２異常信号Ｓ２を出力する。オアゲート３６は、第１異常信号Ｓ１と第２異常信号Ｓ２の論理和を、異常信号Ｓ３として、第１ドライバ回路１６へと出力する。異常信号Ｓ３は、Ｖｅｒｒ１＞ＶＨ’またはＶｅｒｒ１＜ＶＬ’が成り立つとき、すなわち、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が、所定の比較電圧範囲ＶＬ’〜ＶＨ’を逸脱したときに、ハイレベルとなる。第１ドライバ回路１６は、異常信号Ｓ３がハイレベルとなると、所定の信号処理を実行して、第１スイッチング回路３１０のスイッチング動作を停止する。

図４は、第１監視回路３０の別の構成例を示す回路図である。図４の第１監視回路３０’は、図３の第１異常検出コンパレータ３２に換えて、第１比較部５０を備え、第２異常検出コンパレータ３４に換えて、第２比較部５２を備える。
第１比較部５０は、第１誤差増幅器１０の出力端子から電位の固定された端子ＧＮＤに至る経路上に設けられたトランジスタＱ１および抵抗Ｒ３０を含む。トランジスタＱ１は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであって、制御端子であるベースは、第１しきい値電圧ＶＨ’に応じた電圧ＶＨに固定してバイアスされる。また、トランジスタＱ１のエミッタには、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が印加され、コレクタは、一端が接地された抵抗Ｒ３０と接続される。

第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が、ＶＨ’＝ＶＨ＋Ｖｆで与えられる第１しきい値電圧より高くなると、トランジスタＱ１がオンし、抵抗Ｒ３０に電流が流れて、電圧降下ΔＶが発生する。Ｖｆは、バイポーラトランジスタのベースエミッタ間ダイオードの順方向電圧である。電圧降下ΔＶが、エミッタ接地されたバイポーラトランジスタＱ２の順方向電圧Ｖｆを超えると、トランジスタＱ２がオンし、第１異常信号Ｓ１がローレベルとなる。すなわち、抵抗Ｒ３０に発生する電圧降下に応じた信号が、電圧比較の結果として出力される。

第２比較部５２は、第１誤差増幅器１０の出力端子から電位の固定された端子Ｖｃｃに至る経路上に設けられたトランジスタＱ３および抵抗Ｒ３１を含む。トランジスタＱ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであって、制御端子であるベースは、第２しきい値電圧ＶＬ’に応じた電圧ＶＬに固定してバイアスされる。また、トランジスタＱ３のエミッタには、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が印加され、コレクタは、一端が電源電圧に固定された抵抗Ｒ３１と接続される。

第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が、ＶＬ’＝ＶＬ−Ｖｆで与えられる第２しきい値電圧より低くなると、トランジスタＱ３がオンし、抵抗Ｒ３１に電流が流れて、電圧降下ΔＶが発生する。電圧降下ΔＶが、バイポーラトランジスタＱ４の順方向電圧Ｖｆを超えると、トランジスタＱ４がオンし、第２異常信号Ｓ２がハイレベルとなる。すなわち、抵抗Ｒ３１に発生する電圧降下に応じた信号が、電圧比較の結果として出力される。
なお、第１比較部５０、第２比較部５２は、オープンコレクタ出力となっている。

第１監視回路３０を図４のように構成することにより、回路素子数が多いコンパレータを用いなくても、電圧比較を行うことができ、回路面積を小さくすることができる。

また、第１監視回路３０は、図３の第１異常検出コンパレータ３２、第２異常検出コンパレータ３４、図４の第１比較部５０、第２比較部５２を組み合わせて構成してもよい。たとえば、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と第１しきい値電圧ＶＨ’との比較には、第２異常検出コンパレータ３４を用い、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と第２しきい値電圧ＶＬ’との比較には、第１比較部５０を用いてもよい。
また、第１監視回路３０は、上限値のみ、あるいは下限値のみを規定して、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１と比較してもよい。この場合、コンパレータ等の電圧比較手段がひとつ減らせるため、回路面積を削減することができる。

以上が、第１チャンネルの構成である。第２チャンネルについても同様に構成される。次に、このように構成された制御回路１００の動作について説明する。

図５は、回路異常が発生した場合の制御回路１００の状態を示すタイムチャートである。時刻ｔ１に、第１帰還端子Ｐ１と第２帰還端子Ｐ２がショートしたとする。その結果、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、所望の出力電圧とは若干異なる値に安定化される。このとき、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１は、帰還容量Ｃ１および帰還抵抗Ｒ１の作用によって、緩やかに変化する。
このとき、第２チャンネルに着目すると、第２帰還電圧Ｖｆｂ２と、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２の誤差が大きくなるため、第２誤差電圧Ｖｅｒｒ２は、周期信号Ｖｏｓｃ２の電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ１を逸脱することになる。その後、時刻ｔ２に、第２誤差電圧Ｖｅｒｒ２が第１しきい値電圧ＶＬ’を下回ると、第２異常検出コンパレータ３４からの第２異常信号Ｓ２がハイレベルとなり、第２ドライバ回路２６が停止され、第２チャンネルが遮断される。なお、第１監視回路３０、第２監視回路４０のいずれかにおいて、回路異常が検出された場合、全チャンネルのスイッチング動作を遮断しても良い。遮断処理は、異常信号のハイレベルが一定時間以上持続したときに実行されてもよい。

もし、図１の回路のように、第１帰還端子Ｐ１、第２帰還端子Ｐ２の電圧をモニタして、回路異常を検出しようとしても、第１帰還電圧Ｖｆｂ１、第２帰還電圧Ｖｆｂ２は、正常動作時に比べて、それほど大きく変化するわけではないため、検出できない場合があった。これに対して、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１、第２誤差電圧Ｖｅｒｒ２には、第１帰還電圧Ｖｆｂ１、第２帰還電圧Ｖｆｂ２のわずかな変動が反映されるため、本実施の形態に係る制御回路１００は、第１帰還端子Ｐ１と第２帰還端子Ｐ２間のショートを確実に検出することができる。

図６は、変形例にかかる制御回路１００ａの構成を示す回路図である。図６では、第１チャンネルのみの構成を示すが、第２チャンネルについても同様の構成を有している。図６の制御回路１００ａは、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を緩やかに立ち上げるソフトスタート機能を有する。
ソフトスタート回路６０は、回路の起動時、あるいは停止時に、緩やかに上昇あるいは低下するソフトスタート電圧Ｖｓｓを生成する。第１誤差増幅器１０ａは２つの非反転入力端子を備え、その一方に、ソフトスタート電圧Ｖｓｓが、他方に第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力されている。第１誤差増幅器１０ａは、ソフトスタート電圧Ｖｓｓと第１基準電圧Ｖｒｅｆ１のいずれか低い方の電圧と、第１帰還電圧Ｖｆｂ１の誤差を増幅し、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１として出力する。その結果、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、起動時あるいは停止時に、緩やかに立ち上がり、あるいは立ち下がる。なお、ソフトスタート機能の形式についてはこれに限定されるものではなく、他の形式であってもよい。

起動監視回路６２は、ソフトスタート期間の間、監視回路３０ａの機能を無効化させるために設けられている。本実施の形態において、起動監視回路６２はコンパレータであって、ソフトスタート電圧Ｖｓｓを所定のしきい値電圧Ｖｔｈ１と比較し、Ｖｓｓ＜Ｖｔｈ１を満たす期間をソフトスタート期間と判定する。起動監視回路６２は、Ｖｓｓ＜Ｖｔｈ１のときローレベルとなるイネーブル信号ＥＮ１を出力する。起動監視回路６２は、ソフトスタート期間が特定できればよいため、必ずしもソフトスタート電圧Ｖｓｓを監視する必要はなく、デジタル回路による時間管理などによってソフトスタート期間を特定してもよい。

第１監視回路３０ａは、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１をモニタするとともに、その監視動作のオンオフが切り替え可能に構成される。このために、第１監視回路３０ａは、イネーブル端子３８を備え、イネーブル端子３８に入力されたイネーブル信号ＥＮ１のレベルに応じて、監視結果、すなわち異常信号Ｓ３が、有効化あるいは無効化される。なお、監視結果を無効化する機能は、第１監視回路３０ではなく、第１ドライバ回路１６に設けられていてもよい。この場合、起動監視回路６２から出力されるイネーブル信号ＥＮ１は、第１ドライバ回路１６へと入力される。

第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が負荷を駆動するための正常な値に立ち上がる以前には、端子間のショートなどの回路異常が発生していなくても、第１誤差電圧Ｖｅｒｒ１が、比較電圧範囲ＶＲＡＮＧＥ２を逸脱する場合がある。図６の制御回路１００ａによれば、第１監視回路３０の機能が、ソフトスタート期間の間、無効化され、ある程度の電圧が出力された後に、第１監視回路３０が有効に機能するため、回路異常の誤検出を防止することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、第１帰還端子Ｐ１と第２帰還端子Ｐ２間のショートを回路異常として検出する場合について説明したが、実施の形態に係る制御回路１００によれば、各端子と接地間のショートや、その他の端子とのショートも検出することができることはいうまでもない。

また、制御回路１００は２チャンネルである必要はなく、３チャンネル以上で構成されていてもよい。また、実施の形態では、各チャンネルごとに、第１監視回路３０、第２監視回路４０が設けられる場合について説明したが、本発明はこれには限定されず、少なくとも一つのチャンネルの誤差電圧Ｖｅｒｒを監視する回路を備えればよい。

さらに、実施の形態では、スイッチング電源装置２００が降圧型のスイッチングレギュレータを備える場合について説明したが、本発明はこれには限定されず、昇圧型のスイッチングレギュレータ、昇降圧型のスイッチングレギュレータであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

一般的な２チャンネルのスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。 実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。 第１監視回路の構成例を示す回路図である。 第１監視回路の別の構成例を示す回路図である。 回路異常が発生した場合の制御回路の状態を示すタイムチャートである。 変形例にかかる制御回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１００ 制御回路、 ２００ スイッチング電源装置、 １０ 第１誤差増幅器、 １１ 第１パルス幅変調器、 １２ 第１ＰＷＭコンパレータ、 １４ 第１発振器、 １６ 第１ドライバ回路、 ２０ 第２誤差増幅器、 ２１ 第２パルス幅変調器、 ２２ 第２ＰＷＭコンパレータ、 ２４ 第２発振器、 ２６ 第２ドライバ回路、 ３０ 第１監視回路、 ３２ 第１異常検出コンパレータ、 ３４ 第２異常検出コンパレータ、 ４０ 第２監視回路、 ５０ 第１比較部、 ５２ 第２比較部、 ６０ ソフトスタート回路、 ６２ 起動監視回路、 Ｐ１ 第１帰還端子、 Ｐ２ 第２帰還端子、 ３１０ 第１スイッチング回路、 ３１２ 第１出力回路、 ３２０ 第２スイッチング回路、 ３２２ 第２出力回路、 Ｖｏｕｔ１ 第１出力電圧、 Ｖｏｕｔ２ 第２出力電圧。

Claims (10)

1. 安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置の制御回路であって、
   各チャンネルごとに設けられた、
   当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、
   前記帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、
   前記パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
   を備え、更に、
   各チャンネルの誤差増幅器から出力される誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路を備えることを特徴とする制御回路。
2. 前記パルス変調器は、前記誤差増幅器からの誤差電圧を、所定の周期信号の電圧と比較し、２つの電圧の大小関係に応じてハイレベルとローレベルが変化するパルス信号を出力するコンパレータを含み、
   前記監視回路は、
   前記誤差電圧が、前記周期信号の電圧範囲に応じて定められた電圧範囲を逸脱したとき、スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
3. 各チャンネルの出力電圧を緩やかに立ち上げるソフトスタート回路をさらに備え、
   前記監視回路は、ソフトスタート期間において、無効化されることを特徴とする請求項１または２に記載の制御回路。
4. 前記監視回路は、
   前記誤差電圧が、前記周期信号のピーク電圧より高く設定された第１しきい値電圧を上回ったとき、前記スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
5. 前記監視回路は、
   前記誤差電圧が、前記周期信号のボトム電圧より低く設定された第２しきい値電圧を下回ったとき、前記スイッチング素子の駆動を停止することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
6. 前記監視回路は、
   前記誤差電圧を、所定のしきい値電圧と比較する異常検出コンパレータを含むことを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
7. 前記監視回路は、
   前記誤差増幅器の出力端子から電位の固定された端子に至る経路上に設けられたトランジスタおよび抵抗を含み、
   前記トランジスタの制御端子を、所定のしきい値電圧に応じた電圧に固定してバイアスするとともに、前記抵抗に発生する電圧降下に応じた信号を、電圧比較の結果として出力することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
8. 安定化された第１、第２出力電圧を生成するスイッチング電源装置の制御回路であって、
   前記第１、第２出力電圧を帰還制御する第１、第２チャンネルは、それぞれ、
   当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、
   前記帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、
   前記パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
   当該チャンネルの誤差増幅器の出力信号を監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも当該チャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路と、
   を備えることを特徴とする制御回路。
9. 安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置であって、
   各チャンネルは、
   インダクタおよびキャパシ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ギュレータ出力回路にスイッチング電圧を供給するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、
   を備え、
   各チャンネルの制御回路は、
   当該チャンネルの出力電圧に応じた電圧が帰還される帰還端子と、
   前記帰還端子の電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するパルス変調器と、
   前記パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するドライバ回路と、
   を含み、更に、前記制御回路は、
   各チャンネルの誤差増幅器から出力される誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止する監視回路を含むことを特徴とするスイッチング電源装置。
10. 安定化された複数の出力電圧を生成するマルチチャンネルスイッチング電源装置の制御方法であって、
    各チャンネルの出力電圧に応じた電圧と、所定の基準電圧との誤差に応じた誤差電圧を出力するステップと、
    前記誤差電圧に応じてデューティ比が変化するパルス信号を出力するステップと、
    前記パルス信号にもとづき、当該チャンネルに設けられたスイッチング素子を駆動するステップと、
    各チャンネルの誤差電圧の少なくとも一つを監視し、その電圧値が、所定の範囲を逸脱したとき、少なくとも一つのチャンネルのスイッチング素子の駆動を停止するステップと、
    を備えることを特徴とする制御方法。

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