JP2008011585A - スイッチングレギュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 スイッチングレギュレータにおける出力段のスイッチング素子の突入電流をより防止する。
【解決手段】 ソフトスタート制御回路１１６が、出力段のスイッチング素子であるＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流を検出する。その電流がＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流を制限する電流制限値以上になった場合、ソフトスタート制御回路１１６が、ＰＭＯＳトランジスタ１０４をオフに制御する。よって、ＰＭＯＳトランジスタ１０４の突入電流を防止できる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ソフトスタート制御回路１１６が、出力段のスイッチング素子であるＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流を検出する。その電流がＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流を制限する電流制限値以上になった場合、ソフトスタート制御回路１１６が、ＰＭＯＳトランジスタ１０４をオフに制御する。よって、ＰＭＯＳトランジスタ１０４の突入電流を防止できる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ソフトスタート機能を有するスイッチングレギュレータに関する。
電源電圧源から安定した定電圧を供給する電源装置として、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータが広く知られている。このスイッチングレギュレータは、電源電圧源からの入力と外部への出力との間にシリーズ接続されたスイッチング素子をスイッチングパルスに基づいて所定の制御のもとに断続させ、電源電圧源からの入力電圧をスイッチングし、必要な電力のみを出力している。
スイッチングレギュレータは、スイッチングレギュレータコントロールＩＣによって制御されている。このスイッチングレギュレータコントロールＩＣには、電源投入時におけるスイッチングレギュレータコントロールＩＣの出力電圧のオーバーシュート及びスイッチング素子に流れる突入電流を防止するために、ソフトスタート機能が設けられている。このソフトスタート機能は、電源投入時におけるスイッチング素子に対するスイッチングパルスのデューティを徐々に大きくするものであり、電源電圧源からの入力と外部への出力との間のエネルギ伝達時間を制限している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２９７９８５号公報
しかし、電源電圧源からの入力と外部への出力との間の電流値がセンスされていないので、スイッチング素子の突入電流を完全に防止できないことがある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の突入電流をより防止できるスイッチングレギュレータを提供することを目的とする。
本発明では、上記課題を解決するために、ソフトスタート機能を有するスイッチングレギュレータにおいて、出力段のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の電流を検出する検出回路と、前記スイッチング素子の電流が前記スイッチング素子の電流を制限する電流制限値以上になった場合、前記スイッチング素子をオフに制御する制御回路と、を備えていることを特徴とするスイッチングレギュレータを提供する。
本発明は、検出回路が出力段のスイッチング素子の電流を検出し、その電流がスイッチング素子の電流を制限する電流制限値以上になると制御回路がスイッチング素子をオフに制御するので、スイッチング素子の突入電流を防止できる。
本発明におけるソフトスタート機能を有するスイッチングレギュレータについて説明する。図１は、スイッチングレギュレータの概略を示す回路図である。
スイッチングレギュレータは、電源電圧源１０１、スイッチングレギュレータを制御するスイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２、平滑回路用のコイル１０９及び平滑回路用の出力容量１１１を備えている。スイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２の電源端子１０３に電源電圧源１０１が接続され、コント端子１０８にコイル１０９の一端が接続され、出力電圧端子１１０にコイル１０９の他端が接続され、グランド端子１１３が接地されている。また、出力電圧端子１１０は、出力容量１１１を介して接地されている。
このようなスイッチングレギュレータによると、電源電圧源１０１から電源端子１０３を介して入力された入力電圧は、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２よってパルス状の出力電圧に変換される。このパルス状の出力電圧は、コイル１０９及び出力容量１１１からなる平滑回路に印可され、この平滑回路によって平均化される。
また、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２は、スイッチング素子である出力段のＮＭＯＳトランジスタ１１２、出力段のＰＭＯＳトランジスタ１０４、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２の出力電圧を分圧するブリーダ抵抗１０７、分圧された出力電圧と基準電圧とを比較して増幅するトランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器１０６、比較結果を電圧として取り出すためのトランスコンダクタンスアンプ出力抵抗１１５、三角波発生回路１０５、トランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器１０６の出力電圧と三角波発生回路１０５の出力電圧とを比較してＰＷＭ波形を出力するＰＷＭコンパレータ１１７、ソフトスタート制御回路１１６、及び、バッファ１１８を有している。
このようなスイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２によると、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ１０２の出力電圧はフィードバックされてさらに分圧されてトランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器１０６に入力され、基準電圧もトランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器１０６に入力される。これらの分圧された出力電圧と基準電圧とは、比較されて増幅される。その増幅結果と三角波発生回路１０５の出力電圧とは、ＰＷＭコンパレータ１１７に入力されて比較される。比較結果として、ＰＷＭ波形が、出力される。このＰＷＭ波形及びソフトスタート制御回路１１６の出力電圧は、バッファ１１８に入力される。バッファ１１８を介したＰＷＭ波形は、ソフトスタート制御回路１１６の制御下で、ＮＭＯＳトランジスタ１１２及びＰＭＯＳトランジスタ１０４のゲート電極にそれぞれ入力される。この時のゲート電極の電圧値に基づき、電源端子１０３からの入力電圧は、スイッチングされた後に出力電圧端子１１０に出力される。
次に、ソフトスタート制御回路１１６について説明する。図２は、ソフトスタート制御回路の概略を示す図である。
ソフトスタート制御回路１１６は、ソフトスタート機能を実現するための信号を出力するソフトスタート信号出力回路２０１、抵抗２１８、その出力された信号と抵抗２１８の電圧とを比較して増幅するオペアンプ２０２、ＮＭＯＳトランジスタ２１９、カレントミラー回路になっているＰＭＯＳトランジスタ２０３及びＰＭＯＳトランジスタ２０４、カレントミラー回路になっているＮＭＯＳトランジスタ２１５とＮＭＯＳトランジスタ２１６とＮＭＯＳトランジスタ２１７と、抵抗２０５、抵抗２０６、抵抗２０８、２つの所定の電圧を比較してＰＭＯＳトランジスタ１０４を制御する信号を出力するコンパレータ２１４、及び、ＰＭＯＳトランジスタ１０４とカレントミラー回路になっているＰＭＯＳトランジスタ２１０を有している。
なお、ここでは、ＰＭＯＳトランジスタ２０３とＰＭＯＳトランジスタ２０４とのミラー比は１：１であり、ＮＭＯＳトランジスタ２１５とＮＭＯＳトランジスタ２１６とＮＭＯＳトランジスタ２１７とのミラー比は１：１：１であり、ＰＭＯＳトランジスタ２１０とＰＭＯＳトランジスタ１０４とのミラー比は１：Ｍとする。
このようなソフトスタート制御回路１１６によると、ソフトスタート信号出力回路２０１から電圧が出力され、その電圧及び抵抗２１８によって生じた電圧がオペアンプ２０２に入力される。次いで、これらの電圧は、比較増幅されて出力され、ＮＭＯＳトランジスタ２１９のゲート電極に入力される。よって、ＮＭＯＳトランジスタ２１９は電流Ｉｒｅｆを出力し、この電流Ｉｒｅｆは抵抗２１８を流れる。この時の電流Ｉｒｅｆは、ソフトスタート信号出力回路２０１の出力電圧をＶ１とし、抵抗２１８の抵抗値をＲ１とすると、
Ｉｒｅｆ＝Ｖ１／Ｒ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
によって算出される。この電流Ｉｒｅｆは、カレントミラー回路により、抵抗２０５及び抵抗２０６にも流れる。
Ｉｒｅｆ＝Ｖ１／Ｒ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
によって算出される。この電流Ｉｒｅｆは、カレントミラー回路により、抵抗２０５及び抵抗２０６にも流れる。
また、ＰＭＯＳトランジスタ２１０とＰＭＯＳトランジスタ１０４とのミラー比は１：Ｍなので、ＰＭＯＳトランジスタ２１０の電流とＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流Ｉｄｒｖとの電流値の比も１：Ｍになっていて、電流Ｉｄｒｖの１／Ｍの電流が、抵抗２０８に流れる。
よって、コンパレータ２１４のプラス端子の電圧Ｖｐは、電源電圧をＶとし、抵抗２０５の抵抗値をＲ２とすると、
Ｖｐ＝Ｖ−Ｉｒｅｆ×Ｒ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
によって算出される。また、マイナス端子の電圧Ｖｎは、抵抗２０６の抵抗値をＲ３とし、抵抗２０８の抵抗値をＲ４とすると、
Ｖｎ＝Ｖ−（Ｉｒｅｆ×Ｒ３＋（Ｉｄｒｖ／Ｍ）×Ｒ４）・・・・・・（３）
によって算出される。この時、ＰＭＯＳトランジスタ２１０を用いたコンパレータ２１４により、ＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流が検出されることになる。
Ｖｐ＝Ｖ−Ｉｒｅｆ×Ｒ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
によって算出される。また、マイナス端子の電圧Ｖｎは、抵抗２０６の抵抗値をＲ３とし、抵抗２０８の抵抗値をＲ４とすると、
Ｖｎ＝Ｖ−（Ｉｒｅｆ×Ｒ３＋（Ｉｄｒｖ／Ｍ）×Ｒ４）・・・・・・（３）
によって算出される。この時、ＰＭＯＳトランジスタ２１０を用いたコンパレータ２１４により、ＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流が検出されることになる。
ＰＭＯＳトランジスタ１０４の電流Ｉｄｒｖが電流制限値Ｉｄｒｖｌｉｍ未満の場合、コンパレータ２１４がローの信号を出力するように抵抗２０５、抵抗２０６及び抵抗２０８の抵抗値は設定されていて、電流Ｉｄｒｖが電流制限値Ｉｄｒｖｌｉｍ以上になった場合、コンパレータ２１４はハイの信号（過電流検出信号）を出力する。この時の電流制限値Ｉｄｒｖｌｉｍは、
Ｖｐ＝Ｖｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
の条件から算出され、
Ｉｄｒｖｌｉｍ＝（Ｒ２−Ｒ３）×Ｍ×Ｉｒｅｆ／Ｒ４・・・・・・（５）
によって算出される。
Ｖｐ＝Ｖｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
の条件から算出され、
Ｉｄｒｖｌｉｍ＝（Ｒ２−Ｒ３）×Ｍ×Ｉｒｅｆ／Ｒ４・・・・・・（５）
によって算出される。
電流Ｉｄｒｖが電流制限値Ｉｄｒｖｌｉｍ以上になった場合、コンパレータ２１４からハイの信号が出力される。この信号は、バッファ１１８を介してＰＭＯＳトランジスタ１０４のゲート電極に入力される。ＰＭＯＳトランジスタ１０４は、この信号により、オフしていく。
次に、ソフトスタート信号出力回路２０１について説明する。図３は、第１のソフトスタート信号出力回路の概略を示す図である。
ソフトスタート信号出力回路２０１は、基準電圧源３０１、ＮＭＯＳトランジスタ３０６、及び、抵抗３０３と容量３０５とからなるローパスフィルタを有している。基準電圧源３０１は、ＮＭＯＳトランジスタ３０６のチャネル及びローパスフィルタを介してソフトスタート信号出力端子３０４に接続されている。
このようなソフトスタート信号出力回路２０１によると、電源投入後にＮＭＯＳトランジスタ３０６がオンされることにより、ローパスフィルタの時定数に基づいた時間でソフトスタート信号出力端子３０４の出力電圧が徐々に基準電圧源３０１の電圧になる。よって、式（１）及び式（５）から、電流Ｉｒｅｆ及び電流制限値Ｉｄｒｖｌｉｍも徐々に変化するようになる。この時間に、ソフトスタート機能が動作していることになる。
なお、ソフトスタート信号出力回路２０１について、図３で説明した構成だけでなく、以下に説明する構成でもよい。図４は、第２のソフトスタート信号出力回路の概略を示す図である。
ソフトスタート信号出力回路２０１ａは、基準電圧源４０１、ＮＭＯＳトランジスタ４０８、電流源４０２、容量４０７及びＮＭＯＳトランジスタ４０４を有している。基準電圧源４０１は、ＮＭＯＳトランジスタ４０８のチャネルを介してソフトスタート信号出力端子４０６に接続されている。また、電流源４０２の出力は、ＮＭＯＳトランジスタ４０８のゲート電極、一端が接地された容量４０７の他端、及び、ソース電極が接地されたＮＭＯＳトランジスタ４０４のドレイン電極に接続されている。
このようなソフトスタート信号出力回路２０１ａによると、電源投入後にＮＭＯＳトランジスタ４０４がオフされることにより、容量４０７が電流源４０２によって充電され、ＮＭＯＳトランジスタ４０８のゲート電圧が上昇する。ゲート電圧の上昇に基づき、ＮＭＯＳトランジスタ４０８は徐々にオンされていき、電流源４０２及び容量４０７に基づいた時間でソフトスタート信号出力端子４０６の出力電圧が徐々に基準電圧源４０１の電圧になる。
１０１ 電源電圧源
１０２ スイッチングレギュレータコントロールＩＣ
１０３ 電源端子
１０４ ＰＭＯＳトランジスタ
１０５ 三角波発生回路
１０６ トランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器
１０７ ブリーダ抵抗
１０８ コント端子
１０９ コイル
１１０ 出力電圧端子
１１１ 出力容量
１１２ ＮＭＯＳトランジスタ
１１３ グランド端子
１１５ トランスコンダクタンスアンプ出力抵抗
１１６ ソフトスタート制御回路
１１７ ＰＷＭコンパレータ
１１８ バッファ
１０２ スイッチングレギュレータコントロールＩＣ
１０３ 電源端子
１０４ ＰＭＯＳトランジスタ
１０５ 三角波発生回路
１０６ トランスコンダクタンスアンプ誤差増幅器
１０７ ブリーダ抵抗
１０８ コント端子
１０９ コイル
１１０ 出力電圧端子
１１１ 出力容量
１１２ ＮＭＯＳトランジスタ
１１３ グランド端子
１１５ トランスコンダクタンスアンプ出力抵抗
１１６ ソフトスタート制御回路
１１７ ＰＷＭコンパレータ
１１８ バッファ
Claims (2)
- ソフトスタート機能を有するスイッチングレギュレータにおいて、
出力段のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の電流を検出する検出回路と、
前記スイッチング素子の電流が前記スイッチング素子の電流を制限する電流制限値以上になった場合、前記スイッチング素子をオフに制御する制御回路と、
を備えていることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 電源投入時に徐々に前記電流制限値を上昇させる電流制限値制御回路、
をさらに備えてい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。
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