JP2008061388A - Semiconductor device, step-down chopper regulator, electronic equipment - Google Patents

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淳 金森
Hirohisa Warita
浩久 和里田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for step-down chopper regulator which copes with high-speed oscillation without needing an expensive process, and provides a stable step-down chopping action by widening an input voltage range and performing boot operation certainly even in a light load, and also to provide a step-down chopper regulator and electronic equipment each using it. <P>SOLUTION: The IC for boot-strap step-down chopper regulator substitutes an LDMOS transisfor N3 for a conventional boot diode, and it is equipped with a continuous pulse driving function (a continuous pulse part control circuit CTRL2, a continuous pulse drive circuit DRV2, and the second switching element N2 in Fig.1) including the second switching element N2, as a means for avoiding the boot nonconformity due to discontinuous mode in a light load. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力電圧を降圧して負荷へ供給する電源回路に関するものであり、特に、出力パワートランジスタのゲートに与えるドライブ電圧をブートストラップ方式により得る降圧チョッパレギュレータに関するものである。   The present invention relates to a power supply circuit that steps down an input voltage and supplies it to a load, and more particularly to a step-down chopper regulator that obtains a drive voltage applied to the gate of an output power transistor by a bootstrap system.

電力変換効率の向上は、省エネルギ化、バッテリーの長寿命化、発熱の低減などの効果があり、スイッチング電源の最重要課題である。また、近年の省エネルギ化の促進によって、スイッチング電源が電力を供給する機器の低電圧化が進み、2.5V系、1.5V系など、低い電圧のものが一般的となっている反面、機器に必要な電流は上昇する傾向にある。スイッチング電源において、機器の電流上昇と比例して増加する、スイッチング素子のオン抵抗による電力損失が電力変換効率を低減させる主な要因となっており、いかにスイッチング素子のオン抵抗を低減させるかが重要な課題となっている。   Improvement of the power conversion efficiency has the effects of energy saving, long battery life, and reduced heat generation, and is the most important issue for switching power supplies. In addition, due to the recent promotion of energy saving, the voltage of the equipment to which the switching power supply supplies power has progressed, and low voltage such as 2.5V system and 1.5V system are common, The current required for the equipment tends to increase. In switching power supplies, power loss due to switching element on-resistance, which increases in proportion to the increase in device current, is a major factor in reducing power conversion efficiency, and how to reduce the on-resistance of switching elements is important. It is a difficult issue.

なお、スイッチング素子のオン抵抗は、スイッチング素子のサイズを大きくすることで低減されるが、スイッチング素子のサイズ増大はコストアップにつながるため、必要最低限にしなければいけない。また、スイッチング素子としてNチャネル型MOSトランジスタ(またはNPN型バイポーラトランジスタ)とPチャネル型MOSトランジスタ(またはPNP型バイポーラトランジスタ)とを比較すると、Nチャネル型MOSトランジスタ(またはNPN型バイポーラトランジスタ)の方がその集積化に際してチップサイズを低減することができるので好ましい。しかしながら、Nチャネル型MOSトランジスタをドライブするためには、ブートストラップ方式のゲート電圧生成回路(以下、ブートストラップ回路と呼ぶ)が必要となるため、ブートストラップ回路を安価に構成することが求められている。   Note that the on-resistance of the switching element is reduced by increasing the size of the switching element. However, since the increase in the size of the switching element leads to an increase in cost, it must be minimized. Further, when comparing an N channel type MOS transistor (or NPN type bipolar transistor) and a P channel type MOS transistor (or PNP type bipolar transistor) as a switching element, the N channel type MOS transistor (or NPN type bipolar transistor) is better. This integration is preferable because the chip size can be reduced. However, in order to drive an N-channel type MOS transistor, a bootstrap type gate voltage generation circuit (hereinafter referred to as a bootstrap circuit) is required, so that the bootstrap circuit must be configured at low cost. Yes.

図12は、ブートストラップ回路を用いた降圧チョッパレギュレータの一従来例を示す回路図である。   FIG. 12 is a circuit diagram showing a conventional example of a step-down chopper regulator using a bootstrap circuit.

本図に示したブートストラップ回路は、降圧チョッパレギュレータの出力パワートランジスタ100(スイッチング素子)に対して、ブートダイオード106及びブートコンデンサ107を並列に接続して成り、出力パワートランジスタ100がオフしたときに、ブートダイオード106を介して入力電圧Vinをブートコンデンサ107に充電する構成とされている。従って、ドライブ回路102に印加されるブート電圧Vbootは、出力電圧Vout(出力パワートランジスタ100のソース電圧)に対して、ブートコンデンサ107の充電電圧分(Vin−Vf)(Vfはブートダイオード106の順方向降下電圧であり、約0.4[V])だけ高電位となる。   The bootstrap circuit shown in this figure is configured by connecting a boot diode 106 and a boot capacitor 107 in parallel to the output power transistor 100 (switching element) of the step-down chopper regulator, and when the output power transistor 100 is turned off. The boot capacitor 107 is charged with the input voltage Vin via the boot diode 106. Accordingly, the boot voltage Vboot applied to the drive circuit 102 is equal to the charge voltage of the boot capacitor 107 (Vin−Vf) (Vf is the order of the boot diode 106) with respect to the output voltage Vout (the source voltage of the output power transistor 100). This is a directional drop voltage, and becomes a high potential by about 0.4 [V]).

なお、出力パワートランジスタ100を1チップ内に取り込んだICの場合、出力パワートランジスタ100は、ドレイン耐圧が高く、かつ、単位面積当たりのオン抵抗を小さくすることが可能な横方向拡散MOSトランジスタ(以下では、LDMOS[Laterally Diffused MOS]と呼ぶ)で構成されていることが多い。   In the case of an IC in which the output power transistor 100 is incorporated in one chip, the output power transistor 100 has a high drain withstand voltage and a lateral diffusion MOS transistor (hereinafter referred to as “on resistance” per unit area). In many cases, it is composed of LDMOS [Laterally Diffused MOS].

上記に関連する従来技術としては、特許文献1、2などを挙げることができる。   As conventional techniques related to the above, Patent Documents 1 and 2 can be cited.

特許文献1には、スイッチング素子としてMOS−FETを用い、高い入力電圧Viを低い出力電圧Voに変換するとともに、出力電圧Voと基準電圧とをパルス幅制御用ICで比較してゲート駆動回路を介して前記スイッチング素子の開閉を制御するようにしたDC−DCコンバータにおいて、前記ゲート駆動回路と入力電源端子との間に、前記スイッチング素子のゲート駆動電圧を一定値とする定電圧回路を介在して成ることを特徴とするDC−DCコンバータが開示・提案されている。   Patent Document 1 uses a MOS-FET as a switching element, converts a high input voltage Vi to a low output voltage Vo, and compares the output voltage Vo and a reference voltage with a pulse width control IC to provide a gate drive circuit. In a DC-DC converter configured to control the opening and closing of the switching element via a constant voltage circuit for interposing a constant gate drive voltage of the switching element between the gate drive circuit and the input power supply terminal. A DC-DC converter characterized by the above is disclosed and proposed.

また、特許文献2には、第1の直流電源の正負極間に半導体スイッチング素子を複数直列に接続するとともに、第2の直流電源と並列に第1のコンデンサを、その第2の直流電源の正極側に第1のダイオードのアノードを、この第1のダイオードのカソードと前記第2の直流電源の負極間と並列に第2のダイオード,第2のコンデンサ,第1のトランジスタの直列回路および定電圧ダイオード,抵抗,第2のトランジスタの直列回路を、前記定電圧ダイオードと並列に第3のコンデンサを、前記第2のダイオードと第2のコンデンサとの接続点と前記定電圧ダイオードと抵抗との接続点間に第3のダイオードを、前記第2のコンデンサと第1のトランジスタとの接続点と前記定電圧ダイオードと抵抗との接続点間に第3のトランジスタを、前記抵抗と第2のトランジスタとの接続点に第3のトランジスタのゲート端子をそれぞれ接続し、前記第1,第2のトランジスタを発振回路により交互にオン,オフ駆動することにより、前記第3のコンデンサ電圧を正極側半導体スイッチング素子の駆動電力として用いることを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動電源回路が開示・提案されている。
特開平5−304768号公報 特開2000−92822号公報
In Patent Document 2, a plurality of semiconductor switching elements are connected in series between the positive and negative electrodes of a first DC power supply, and a first capacitor is connected in parallel with the second DC power supply. The anode of the first diode is connected to the positive electrode side, and the second diode, the second capacitor, the series circuit of the first transistor and the constant current are connected in parallel between the cathode of the first diode and the negative electrode of the second DC power supply. A series circuit of a voltage diode, a resistor, and a second transistor includes a third capacitor in parallel with the constant voltage diode, a connection point between the second diode and the second capacitor, and the constant voltage diode and the resistor. A third diode is connected between the connection points, and a third transistor is connected between the connection point of the second capacitor and the first transistor and the connection point of the constant voltage diode and the resistor. A gate terminal of a third transistor is connected to a connection point between the resistor and the second transistor, and the first and second transistors are alternately turned on and off by an oscillation circuit, whereby the third capacitor A drive power supply circuit for a semiconductor switching element is disclosed and proposed in which a voltage is used as drive power for the positive-side semiconductor switching element.
JP-A-5-304768 JP 2000-92822 A

確かに、図12に示したブートストラップ型の降圧チョッパレギュレータであれば、出力パワートランジスタ100としてNチャネル型MOSトランジスタを用いることができるので、Pチャネル型MOSトランジスタを用いる場合に比べて、これを集積化した際のチップサイズを低減することが可能となる。   Certainly, in the bootstrap type step-down chopper regulator shown in FIG. 12, an N channel MOS transistor can be used as the output power transistor 100, which is compared with the case where a P channel MOS transistor is used. It is possible to reduce the chip size when integrated.

しかしながら、昨今の低価格化に対応すべく、出力パワートランジスタ100を1チップ内に取り込んだブートストラップ型の降圧チョッパレギュレータICを提供するためには、バイポーラ技術(エピ工程を含む)を必要とするブートダイオード106と、出力パワートランジスタ100として用いられているLDMOSトランジスタと、その余の回路部(図12では、メインロジック生成回路101とドライブ回路102)を形成するCMOS[Complementary MOS]トランジスタと、を単一のウェハ内に生成するBiCDMOS[Bipolar Complementary Double-diffused MOS]プロセスが必要となり、出力パワートランジスタ100をディスクリート部品として用意せずに済む反面、降圧チョッパレギュレータ用ICのコストアップが招かれていた。また、高速発振に対応すべく、ブートダイオード106をショットキーバリアダイオードとするためには、さらに高価なプロセスが必要となっていた。   However, in order to provide a bootstrap type step-down chopper regulator IC in which the output power transistor 100 is incorporated in one chip in order to cope with the recent price reduction, bipolar technology (including an epi process) is required. A boot diode 106, an LDMOS transistor used as the output power transistor 100, and a CMOS [Complementary MOS] transistor forming the remaining circuit portion (in FIG. 12, the main logic generation circuit 101 and the drive circuit 102), A BiCDMOS (Bipolar Complementary Double-diffused MOS) process generated in a single wafer is required, and the output power transistor 100 does not have to be prepared as a discrete component, but the cost of the step-down chopper regulator IC has been increased. . Further, in order to make the boot diode 106 a Schottky barrier diode in order to cope with high-speed oscillation, a more expensive process is required.

また、図12に示した従来のブートストラップ回路では、ブート電圧Vbootが入力電圧Vinに依存して変動するため、入力電圧Vinが低い場合には、出力パワートランジスタ100のゲート電圧レベルが低くなり、逆に、入力電圧Vinが高い場合には、出力パワートランジスタ100のゲート電圧レベルが高くなっていた。そのため、上記従来のブートストラップ回路では、出力パワートランジスタ100のゲート耐圧を考慮して入力電圧Vinを設定しなければならず、上記のゲート耐圧を超えた設定は不可能となっていた。特に、出力パワートランジスタ100をLDMOSトランジスタで構成した場合、そのゲート耐圧は10[V]以下であることが多く、入力電圧範囲が狭くなっていた。   In the conventional bootstrap circuit shown in FIG. 12, the boot voltage Vboot varies depending on the input voltage Vin. Therefore, when the input voltage Vin is low, the gate voltage level of the output power transistor 100 is low. Conversely, when the input voltage Vin is high, the gate voltage level of the output power transistor 100 is high. Therefore, in the conventional bootstrap circuit, the input voltage Vin has to be set in consideration of the gate breakdown voltage of the output power transistor 100, and setting beyond the gate breakdown voltage has been impossible. In particular, when the output power transistor 100 is formed of an LDMOS transistor, the gate breakdown voltage is often 10 [V] or less, and the input voltage range is narrow.

なお、特許文献1に記載の従来技術では、ゲート駆動回路と入力電源端子との間にスイッチング素子のゲート駆動電圧を一定値とする定電圧回路が設けられており、入力電圧に関係なく、一定のゲート駆動電圧を与えることが提案されていた。しかしながら、上記従来の定電圧回路は、出力電圧(矩形波状のスイッチ電圧)を基準として定電圧を生成するものであり、定電圧回路が非常に複雑な構成となっていた。   In the prior art described in Patent Document 1, a constant voltage circuit is provided between the gate drive circuit and the input power supply terminal so that the gate drive voltage of the switching element is a constant value, which is constant regardless of the input voltage. It has been proposed to provide a gate drive voltage of. However, the conventional constant voltage circuit generates a constant voltage based on the output voltage (rectangular wave-like switch voltage), and the constant voltage circuit has a very complicated configuration.

また、ブートストラップ方式の降圧チョッパレギュレータにおいて、出力電圧Voutは矩形波となることが望まれるが、コイル電流Icが小さい場合、出力インダクタ103に流れるコイル電流Icが連続とならない不連続モードとなることがある。この場合、ブートコンデンサ107の充電が不十分になり、出力パワートランジスタ100のゲート・ソース電圧が十分に上昇せず、スイッチング動作しないおそれがあった。   In the bootstrap step-down chopper regulator, the output voltage Vout is desired to be a rectangular wave. However, when the coil current Ic is small, the coil current Ic flowing through the output inductor 103 is in a discontinuous mode. There is. In this case, the boot capacitor 107 is not sufficiently charged, the gate-source voltage of the output power transistor 100 is not sufficiently increased, and there is a possibility that the switching operation is not performed.

本発明は、上記の問題点に鑑み、高価なプロセスを要することなく、高速発振に対応することができ、入力電圧範囲が広く、かつ、軽負荷時でも確実にブート動作を行うことで安定した降圧チョッピング動作を実現することが可能な降圧チョッパレギュレータ用の半導体装置、並びに、これを用いた降圧チョッパレギュレータ及び電子機器を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention can support high-speed oscillation without requiring an expensive process, has a wide input voltage range, and is stable by reliably performing a boot operation even at light loads. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device for a step-down chopper regulator capable of realizing a step-down chopping operation, and a step-down chopper regulator and an electronic apparatus using the semiconductor device.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、入力電圧の印加端と出力電圧の引出端との間に直列接続されたスイッチング素子と、前記出力電圧の引出端と接地端との間に直列接続された第2スイッチング素子と、接地電圧を基準として前記入力電圧から所望の定電圧を生成する定電圧回路と、前記定電圧の入力を受けて前記出力電圧よりも高電位のブート電圧を生成するブートストラップ回路と、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行うための第1ロジック信号を生成する第1ロジック生成回路と、第1ロジック信号に基づいて前記ブート電圧を用いた前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う第1ドライブ回路と、第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行うための第2ロジック信号を生成する第2ロジック生成回路と、第2ロジック信号に基づいて第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行う第2ドライブ回路と、を有して成る降圧チョッパレギュレータ用の半導体装置であって、前記ブートストラップ回路は、ソースが前記定電圧回路の出力端に接続され、ドレインが前記ブート電圧の引出端に接続されたLDMOSトランジスタと、前記LDMOSトランジスタのオン/オフ制御を行うブートストラップ制御回路と、を有して成る構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a switching element connected in series between an input voltage application terminal and an output voltage extraction terminal, and an output voltage extraction terminal and a ground terminal. A second switching element connected in series therebetween, a constant voltage circuit for generating a desired constant voltage from the input voltage with reference to a ground voltage, and a boot having a higher potential than the output voltage upon receiving the input of the constant voltage A bootstrap circuit that generates a voltage; a first logic generation circuit that generates a first logic signal for performing on / off control of the switching element; and the switching that uses the boot voltage based on a first logic signal A first drive circuit that performs on / off control of the element and a second logic generation that generates a second logic signal for performing on / off control of the second switching element And a second drive circuit that performs on / off control of the second switching element based on the second logic signal, wherein the bootstrap circuit has a source Comprising: an LDMOS transistor having a drain connected to the output terminal of the constant voltage circuit and a drain connected to the boot voltage extracting terminal; and a bootstrap control circuit for performing on / off control of the LDMOS transistor. (First configuration).

なお、上記第1の構成から成る半導体装置にて、前記ブートストラップ制御回路は、前記LDMOSトランジスタのバックゲート・ソース間に接続された第1スイッチと、前記LDMOSトランジスタのバックゲート・ドレイン間に接続された第2スイッチと、第2ロジック信号に応じて第1、第2スイッチのオン/オフ制御を行うバックゲート制御回路と、を有して成る構成(第2の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the first configuration, the bootstrap control circuit is connected between the first switch connected between the back gate and the source of the LDMOS transistor and between the back gate and the drain of the LDMOS transistor. It is preferable to have a configuration (second configuration) including the second switch thus configured and a back gate control circuit that performs on / off control of the first and second switches in accordance with the second logic signal.

また、上記第2の構成から成る半導体装置において、第2ドライブ回路は、前記バックゲート制御回路の出力信号に基づいて第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行う構成(第3の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the second configuration, the second drive circuit is configured to perform on / off control of the second switching element based on the output signal of the back gate control circuit (third configuration). Good.

また、上記第1の構成から成る半導体装置にて、第2ロジック生成回路は、第1ドライブ回路の出力信号から第2ロジック信号を生成する構成(第4の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the first configuration, the second logic generation circuit may be configured to generate a second logic signal from the output signal of the first drive circuit (fourth configuration).

また、上記第1の構成から成る半導体装置において、第2ロジック生成回路は、第1ロジック信号から第2ロジック信号を生成する構成(第5の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the first configuration, the second logic generation circuit may be configured to generate a second logic signal from the first logic signal (fifth configuration).

また、上記第2の構成から成る半導体装置にて、前記バックゲート制御回路は、第2ロジック信号を所定の電圧レベルにシフトさせることで、第1、第2スイッチのオン/オフ信号を生成する第1、第2レベルシフト回路を有して成り、かつ、第1、第2レベルシフト回路は、第1、第2スイッチがいずれもオフ状態となる期間を持たせるように、各々を構成するトランジスタのサイズに差違を有して成る構成(第6の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the second configuration, the back gate control circuit generates on / off signals of the first and second switches by shifting the second logic signal to a predetermined voltage level. Each of the first and second level shift circuits is configured to have a period in which both the first and second switches are off. A structure having a difference in transistor size (sixth structure) may be used.

また、上記第1の構成から成る半導体装置は、第2スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路を有して成り、第2ロジック生成回路は、前記電流検出回路の出力信号に応じて第2ロジック信号を生成する構成(第7の構成)にするとよい。   In addition, the semiconductor device having the first configuration includes a current detection circuit that detects a current flowing through the second switching element, and the second logic generation circuit is configured to output a first signal according to an output signal of the current detection circuit. A configuration that generates two logic signals (seventh configuration) is preferable.

また、上記第1の構成から成る半導体装置において、第2ロジック生成回路は、前記出力電圧に応じて第2ロジック信号を生成する構成(第8の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the first configuration, the second logic generation circuit may be configured to generate a second logic signal in accordance with the output voltage (eighth configuration).

また、本発明に係る降圧チョッパレギュレータは、上記第1〜第8いずれかの構成から成る半導体装置と、前記出力電圧の引出端と前記ブート電圧の引出端との間に外部接続されたブートコンデンサと、前記出力電圧の引出端と負荷との間に外部接続された平滑回路と、を有して成り、前記入力電圧を降圧して前記負荷へ供給する構成(第9の構成)とされている。   The step-down chopper regulator according to the present invention includes a semiconductor device having any one of the first to eighth configurations, and a boot capacitor externally connected between the output voltage extraction end and the boot voltage extraction end. And a smoothing circuit externally connected between the output voltage lead-out end and the load, and the input voltage is stepped down and supplied to the load (the ninth configuration). Yes.

また、本発明に係る電子機器は、上記した第9の構成から成る降圧チョッパレギュレータと、該降圧チョッパレギュレータから駆動電圧の供給を受ける負荷と、を有して成る構成(第10の構成)とされている。   An electronic apparatus according to the present invention includes a step-down chopper regulator having the ninth configuration described above and a load that receives a drive voltage from the step-down chopper regulator (tenth configuration). Has been.

上記のように、本発明に係る降圧チョッパレギュレータ用の半導体装置であれば、従来のブートダイオードに代えてLDMOSトランジスタを用いたことにより、高価なBiCDMOSプロセスを要することなく、高速発振に対応することが可能となり、また、接地電圧を基準として入力電圧から所望の定電圧を生成する定電圧回路を設けたことによって入力電圧範囲を広げることが可能となる。さらに、第2スイッチング素子を含む連続パルス駆動機能を備えたことで、軽負荷時でも確実にブート動作を行うことが可能となる。   As described above, the semiconductor device for the step-down chopper regulator according to the present invention can cope with high-speed oscillation without using an expensive BiCDMOS process by using an LDMOS transistor instead of a conventional boot diode. In addition, the input voltage range can be expanded by providing a constant voltage circuit that generates a desired constant voltage from the input voltage with reference to the ground voltage. Furthermore, by providing the continuous pulse drive function including the second switching element, the boot operation can be surely performed even at a light load.

まず、本発明に係る降圧チョッパレギュレータ(降圧スイッチングレギュレータ)の第1実施形態について、詳細な説明を行う。   First, the first embodiment of the step-down chopper regulator (step-down switching regulator) according to the present invention will be described in detail.

図1は、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第1実施形態を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a step-down chopper regulator according to the present invention.

本図に示すように、本発明に係る降圧チョッパレギュレータは、半導体装置(降圧チョッパレギュレータ用IC)1と、出力インダクタL1と、出力コンデンサC1と、ショットキーバリアダイオードSBDと、ブートコンデンサC2と、抵抗R1及びR2と、を有して成り、入力電圧Vinを降圧して所望の平滑出力電圧Vout’を生成し、これを負荷(不図示)の駆動電圧として供給する構成とされている。   As shown in the figure, a step-down chopper regulator according to the present invention includes a semiconductor device (step-down chopper regulator IC) 1, an output inductor L1, an output capacitor C1, a Schottky barrier diode SBD, a boot capacitor C2, The resistors R1 and R2 are provided, and the input voltage Vin is stepped down to generate a desired smoothed output voltage Vout ′, which is supplied as a drive voltage for a load (not shown).

半導体装置1は、出力パワートランジスタ(N型LDMOSトランジスタ)N1と、連続パルス駆動用トランジスタ(N型LDMOSトランジスタ)N2と、従来のブートダイオード(図12を参照)の代替素子であるNチャネル型LDMOSトランジスタN3と、メインロジック生成回路(第1ロジック生成回路)CTRL1と、レベルシフト回路LSと、ドライブ回路(第1ドライブ回路)DRVと、連続パルス部制御回路(第2ロジック生成回路)CTRL2と、連続パルス部ドライブ回路(第2ドライブ回路)DRV2と、バックゲート制御回路CTRL3と、センス抵抗Rsと、センスアンプAMPと、定電圧回路REGと、第1スイッチS1と、第2スイッチS2と、を集積化して成る。   The semiconductor device 1 includes an output power transistor (N-type LDMOS transistor) N1, a continuous pulse driving transistor (N-type LDMOS transistor) N2, and an N-channel LDMOS which is an alternative element of a conventional boot diode (see FIG. 12). A transistor N3, a main logic generation circuit (first logic generation circuit) CTRL1, a level shift circuit LS, a drive circuit (first drive circuit) DRV, a continuous pulse section control circuit (second logic generation circuit) CTRL2, A continuous pulse section drive circuit (second drive circuit) DRV2, a back gate control circuit CTRL3, a sense resistor Rs, a sense amplifier AMP, a constant voltage circuit REG, a first switch S1, and a second switch S2. Integrated.

また、半導体装置1は、その外部端子として、入力電圧Vinが印加される入力端子T1と、出力電圧(スイッチ電圧)Voutが引き出される出力端子T2と、ブート電圧Vbootが引き出されるブート端子T3と、平滑出力電圧Vout’に応じて電位変動する帰還電圧Vadjが印加される帰還端子T4と、を有して成る。   The semiconductor device 1 includes, as its external terminals, an input terminal T1 to which an input voltage Vin is applied, an output terminal T2 from which an output voltage (switch voltage) Vout is extracted, a boot terminal T3 from which a boot voltage Vboot is extracted, And a feedback terminal T4 to which a feedback voltage Vadj whose potential varies according to the smoothed output voltage Vout ′ is applied.

出力パワートランジスタN1のドレインは、センス抵抗Rsを介して入力端子T1に接続されている。出力パワートランジスタN1のソース及びバックゲートは、出力端子T2に接続されている。出力パワートランジスタN1のゲートは、ドライブ回路DRVのゲート電圧出力端に接続されている。すなわち、出力パワートランジスタN1は、入力電圧Vinの印加端(入力端子T1)と出力電圧Voutの引出端(出力端子T2)との間に直列接続された第1スイッチング素子として機能する。   The drain of the output power transistor N1 is connected to the input terminal T1 via the sense resistor Rs. The source and back gate of the output power transistor N1 are connected to the output terminal T2. The gate of the output power transistor N1 is connected to the gate voltage output terminal of the drive circuit DRV. That is, the output power transistor N1 functions as a first switching element connected in series between the application terminal (input terminal T1) of the input voltage Vin and the extraction terminal (output terminal T2) of the output voltage Vout.

連続パルス駆動用トランジスタN2のドレインは、出力端子T2に接続されている。連続パルス駆動用トランジスタN2のソース及びバックゲートは接地端に接続されている。連続パルス駆動用トランジスタN2のゲートは、連続パルス部ドライブ回路DRV2のゲート電圧出力端に接続されている。すなわち、連続パルス駆動用トランジスタN2は、出力電圧Voutの引出端(出力端子T2)と接地端との間に直列接続された第2スイッチング素子として機能する。   The drain of the continuous pulse driving transistor N2 is connected to the output terminal T2. The source and back gate of the continuous pulse driving transistor N2 are connected to the ground terminal. The gate of the continuous pulse driving transistor N2 is connected to the gate voltage output terminal of the continuous pulse drive circuit DRV2. That is, the continuous pulse driving transistor N2 functions as a second switching element connected in series between the output terminal (output terminal T2) of the output voltage Vout and the ground terminal.

LDMOSトランジスタN3のソース及びゲートは、定電圧回路REGの出力端に接続されている。なお、定電圧回路REGは、接地電圧GNDを基準として入力電圧Vinから所望の定電圧Vs(例えば、5[V]程度)を生成する手段であり、簡易なシリーズレギュレータなどを用いて構成することができる。LDMOSトランジスタN3のドレインは、ブート端子T3に接続されている。なお、LDMOSトランジスタN3のバックゲートとソースとの間には、第1スイッチS1が接続されている。また、LDMOSトランジスタN3のバックゲートとドレインとの間には、第2スイッチS2が接続されている。第1、第2スイッチS1、S2は、バックゲート制御回路CTRL3からの制御信号に応じて開閉制御される。   The source and gate of the LDMOS transistor N3 are connected to the output terminal of the constant voltage circuit REG. The constant voltage circuit REG is means for generating a desired constant voltage Vs (for example, about 5 [V]) from the input voltage Vin with reference to the ground voltage GND, and is configured using a simple series regulator or the like. Can do. The drain of the LDMOS transistor N3 is connected to the boot terminal T3. A first switch S1 is connected between the back gate and the source of the LDMOS transistor N3. A second switch S2 is connected between the back gate and the drain of the LDMOS transistor N3. The first and second switches S1 and S2 are controlled to open and close according to a control signal from the back gate control circuit CTRL3.

センスアンプAMPの非反転入力端(+)は、センス抵抗Rsの高電位端(入力端子T1側)に接続されている。センスアンプAMPの反転入力端(−)は、センス抵抗Rsの低電位端(出力端子T2側)に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the sense amplifier AMP is connected to the high potential terminal (input terminal T1 side) of the sense resistor Rs. The inverting input terminal (−) of the sense amplifier AMP is connected to the low potential terminal (on the output terminal T2 side) of the sense resistor Rs.

メインロジック生成回路CTRL1は、誤差アンプERRと、コンパレータCMPと、発振器OSCと、インバータINVと、SRフリップフロップFFと、否定論理積演算器NANDと、を有して成る。   The main logic generation circuit CTRL1 includes an error amplifier ERR, a comparator CMP, an oscillator OSC, an inverter INV, an SR flip-flop FF, and a NAND operator NAND.

誤差アンプERRの非反転入力端(+)は、基準電圧Vrefの印加端に接続されている。誤差アンプERRの反転入力端(−)は、帰還端子T4に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the error amplifier ERR is connected to the application terminal for the reference voltage Vref. The inverting input terminal (−) of the error amplifier ERR is connected to the feedback terminal T4.

コンパレータCMPの非反転入力端(+)は、センスアンプAMPの出力端(検出電圧Vcsの出力端)に接続されている。コンパレータCMPの反転入力端(−)は、誤差アンプERRの出力端に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the comparator CMP is connected to the output terminal of the sense amplifier AMP (the output terminal of the detection voltage Vcs). The inverting input terminal (−) of the comparator CMP is connected to the output terminal of the error amplifier ERR.

発振器OSCの出力端(クロック信号の出力端)は、インバータINVを介して、SRフリップフロップFFのセット端(S)に接続される一方、否定論理積演算器NANDの一入力端にも接続されている。SRフリップフロップFFのリセット端(R)は、コンパレータCMPの出力端に接続されている。SRフリップフロップFFの出力端(Q)は、否定論理積演算器NANDの他入力端に接続されている。否定論理積演算器NANDの出力端は、メインロジック信号の出力端に相当する。   The output end of the oscillator OSC (the output end of the clock signal) is connected to the set end (S) of the SR flip-flop FF via the inverter INV, and is also connected to one input end of the NAND operator NAND. ing. The reset terminal (R) of the SR flip-flop FF is connected to the output terminal of the comparator CMP. The output terminal (Q) of the SR flip-flop FF is connected to the other input terminal of the NAND operator NAND. The output terminal of the NAND operator NAND corresponds to the output terminal of the main logic signal.

上記構成から成るメインロジック生成回路CTRL1では、帰還電圧Vadjと検出電圧Vcsに基づいて、平滑出力電圧Vout’が所望値となるように、出力パワートランジスタN1のオン/オフ制御を行うためのメインロジック信号が生成される。   In the main logic generation circuit CTRL1 having the above configuration, the main logic for performing on / off control of the output power transistor N1 based on the feedback voltage Vadj and the detection voltage Vcs so that the smoothed output voltage Vout ′ becomes a desired value. A signal is generated.

なお、否定論理積演算器NANDで生成されるメインロジック信号は、レベルシフト回路LSを介してドライブ回路DRVに供給される。   The main logic signal generated by the NAND operator NAND is supplied to the drive circuit DRV through the level shift circuit LS.

レベルシフト回路LSとドライブ回路DRVの高電源端は、いずれもブート端子T3に接続されており、低電源端はいずれも出力端子T2に接続されている。すなわち、レベルシフト回路LSでは、ブート電圧Vbootを用いてメインロジック信号のレベルシフトが行われ、ドライブ回路DRVでは、上記レベルシフトされたメインロジック信号に基づいて、ブート電圧Vbootを用いた出力パワートランジスタN1のオン/オフ制御(ゲート電圧生成制御)が行われる。   The high power supply terminals of the level shift circuit LS and the drive circuit DRV are both connected to the boot terminal T3, and the low power supply terminals are both connected to the output terminal T2. That is, the level shift circuit LS performs a level shift of the main logic signal using the boot voltage Vboot, and the drive circuit DRV outputs an output power transistor using the boot voltage Vboot based on the level-shifted main logic signal. On / off control (gate voltage generation control) of N1 is performed.

連続パルス部制御回路CTRL2は、ドライブ回路DRVの出力信号(出力パワートランジスタN1のゲート信号)から第2ロジック信号を生成するものであり、当該第2ロジック信号は、連続パルス部ドライブ回路DRV2に供給される一方、バックゲート制御回路CTRL3にも供給されている。すなわち、出力パワートランジスタN1を制御する信号と、連続パルス駆動用トランジスタN2を制御する信号と、LDMOSトランジスタN3のバックゲートを制御する信号とは、互いに同期してそのタイミング制御が行われる。   The continuous pulse section control circuit CTRL2 generates a second logic signal from the output signal of the drive circuit DRV (the gate signal of the output power transistor N1), and the second logic signal is supplied to the continuous pulse section drive circuit DRV2. On the other hand, it is also supplied to the back gate control circuit CTRL3. That is, the signal for controlling the output power transistor N1, the signal for controlling the continuous pulse driving transistor N2, and the signal for controlling the back gate of the LDMOS transistor N3 are controlled in synchronization with each other.

半導体装置1の外部において、出力端子T2とブート端子T3との間には、ブートコンデンサC2が外部接続されている。   Outside the semiconductor device 1, a boot capacitor C2 is externally connected between the output terminal T2 and the boot terminal T3.

また、半導体装置1の外部において、出力端子T2は、出力インダクタL1の一端に接続される一方、ショットキーバリアダイオードSBDのカソードにも接続されている。出力インダクタL1の他端は、負荷(不図示)に接続される一方、出力コンデンサC1を介して接地もされている。ショットキーバリアダイオードSBDのアノードは接地されている。このように、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、出力端子T2と負荷(不図示)との間に外部接続された平滑回路(L1、C1、SBD)を用いて、矩形波状の出力電圧Voutを平滑し、所望の平滑出力電圧Vout’を生成する構成とされている。   Further, outside the semiconductor device 1, the output terminal T2 is connected to one end of the output inductor L1, and is also connected to the cathode of the Schottky barrier diode SBD. The other end of the output inductor L1 is connected to a load (not shown), and is also grounded via an output capacitor C1. The anode of the Schottky barrier diode SBD is grounded. As described above, the step-down chopper regulator of the present embodiment uses the smoothing circuit (L1, C1, SBD) externally connected between the output terminal T2 and the load (not shown) to generate the rectangular wave output voltage Vout. Smoothing is performed to generate a desired smoothed output voltage Vout ′.

また、半導体装置1の外部において、帰還端子T4は、抵抗R1を介して出力コンデンサC1の高電位端(平滑出力電圧Vout’の出力端)に接続される一方、抵抗R2を介して接地もされている。すなわち、抵抗R1、R2は、その接続ノードから平滑出力電圧Vout’に応じて電位変動する帰還電圧Vadjを生成する分圧回路として機能する。   Further, outside the semiconductor device 1, the feedback terminal T4 is connected to the high potential end of the output capacitor C1 (the output end of the smoothed output voltage Vout ′) via the resistor R1, and is also grounded via the resistor R2. ing. That is, the resistors R1 and R2 function as a voltage dividing circuit that generates a feedback voltage Vadj that varies in potential according to the smoothed output voltage Vout ′ from the connection node.

なお、上記構成から成る降圧チョッパレギュレータでは、LDMOSトランジスタN3と、第1、第2スイッチS1、S2と、バックゲート制御回路CTRL3と、外部接続されたブートコンデンサC2により、定電圧Vsの入力を受けて出力電圧Voutよりも高電位のブート電圧Vbootを生成するブートストラップ回路が形成されている。   In the step-down chopper regulator configured as described above, the constant voltage Vs is input by the LDMOS transistor N3, the first and second switches S1, S2, the back gate control circuit CTRL3, and the externally connected boot capacitor C2. Thus, a bootstrap circuit for generating a boot voltage Vboot having a higher potential than the output voltage Vout is formed.

次に、LDMOSトランジスタの構造について、図2を参照しながら詳細に説明する。   Next, the structure of the LDMOS transistor will be described in detail with reference to FIG.

図2は、LDMOSトランジスタの構造を説明するための縦断面図である。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining the structure of the LDMOS transistor.

本図に示す通り、低濃度N型拡散領域10内には、低濃度P型拡散領域11が形成されている。低濃度P型拡散領域11内には、LDMOSトランジスタのバックゲートを取るための高濃度P型拡散領域12と、LDMOSトランジスタのソースに相当する高濃度N型拡散領域13と、が形成されている。また、低濃度N型拡散領域10内には、LDMOSトランジスタのドレインに相当する高濃度N型拡散領域14が形成されている。なお、低濃度P型半導体領域11と、高濃度N型半導体領域14とは、横方向に所定の間隔を隔てて形成されており、さらに両者の間には、LOCOS[local oxidation of silicon]層16が形成されている。また、低濃度N型半導体領域10の表面には、高濃度N型半導体領域13の端部から、低濃度P型半導体領域11、低濃度N型半導体領域10、及び、LOCOS層16の一部に跨る形で、ゲート電極15が形成されている。   As shown in this figure, a low concentration P-type diffusion region 11 is formed in the low concentration N-type diffusion region 10. In the low-concentration P-type diffusion region 11, a high-concentration P-type diffusion region 12 for taking a back gate of the LDMOS transistor and a high-concentration N-type diffusion region 13 corresponding to the source of the LDMOS transistor are formed. . A high concentration N type diffusion region 14 corresponding to the drain of the LDMOS transistor is formed in the low concentration N type diffusion region 10. The low-concentration P-type semiconductor region 11 and the high-concentration N-type semiconductor region 14 are formed at a predetermined interval in the lateral direction, and a LOCOS [local oxidation of silicon] layer is further formed between the two. 16 is formed. Further, on the surface of the low-concentration N-type semiconductor region 10, from the end of the high-concentration N-type semiconductor region 13, the low-concentration P-type semiconductor region 11, the low-concentration N-type semiconductor region 10, and a part of the LOCOS layer 16. A gate electrode 15 is formed so as to straddle.

LDMOSトランジスタは、ドレイン耐圧を高める必要のある素子に関して、オン抵抗の低減を目的として作成されたデバイスであり、上記したように、ドレイン・ゲート間の電界強度を緩和すべく、各電極を横方向に拡散させた構造とされている。従って、ドレインの耐圧は高いが、ゲートやソースの耐圧は低いのが一般的である(例えば、ドレインの耐圧が30〜60[V]程度であるのに対して、ゲートやソースの耐圧は7〜8[V]程度)。   An LDMOS transistor is a device created for the purpose of reducing on-resistance with respect to an element that needs to increase the drain breakdown voltage. As described above, each electrode is arranged in the lateral direction to reduce the electric field strength between the drain and the gate. It is a structure diffused in. Therefore, the breakdown voltage of the drain is high, but the breakdown voltage of the gate or source is generally low (for example, the breakdown voltage of the drain is about 30 to 60 [V], whereas the breakdown voltage of the gate or source is 7). ˜8 [V]).

一方、ブート端子T3には、後ほど詳述するように、Vin−Vds(N1)+Vs−Vsd(N3)+Vfまで電位がかかるため、ブート端子T3に接続される端子耐圧としては、高中耐圧が必要となる。なお、上記のVfは、ショットキーバリアダイオードSBDの順方向降下電圧を示しており、Vds(N1)は、出力パワートランジスタN1のドレイン・ソース間降下電圧を示しており、Vsは内部低電圧、Vsd(N3)はLDMOSトランジスタN3のソース・ドレイン間降下電圧を示している。   On the other hand, as will be described in detail later, the boot terminal T3 has a potential of Vin−Vds (N1) + Vs−Vsd (N3) + Vf, so that a high to medium breakdown voltage is required as a terminal breakdown voltage connected to the boot terminal T3. It becomes. Vf indicates the forward voltage drop of the Schottky barrier diode SBD, Vds (N1) indicates the drain-source voltage drop of the output power transistor N1, Vs is the internal low voltage, Vsd (N3) indicates the voltage drop between the source and drain of the LDMOS transistor N3.

そこで、LDMOSトランジスタN3については、より高耐圧のドレインがブート端子T3(ブートストラップ回路の高電位側)に接続され、より低耐圧のソース及びゲートが定電圧回路REGの出力端(ブートストラップ回路の低電位側)に接続されている。すなわち、LDMOSトランジスタN3は、定電圧回路REGの出力端とブート端子T3との間に逆方向接続(逆バイアス接続)されている。   Therefore, for the LDMOS transistor N3, the higher breakdown voltage drain is connected to the boot terminal T3 (the high potential side of the bootstrap circuit), and the lower breakdown voltage source and gate are the output terminals of the constant voltage circuit REG (of the bootstrap circuit). Connected to the low potential side). That is, the LDMOS transistor N3 is connected in the reverse direction (reverse bias connection) between the output terminal of the constant voltage circuit REG and the boot terminal T3.

このような構成とすることにより、出力パワートランジスタN1のオン時にはLDMOSトランジスタN3をオフし、出力パワートランジスタN1のオフ時にはLDMOSトランジスタN3をオンさせることで、従来のブートダイオード(図12を参照)に代えて、これと同様の機能を実現することが可能となる。従って、高価なBiCDMOSプロセスを要することなく、高速発振に対応することが可能となる。   With this configuration, when the output power transistor N1 is turned on, the LDMOS transistor N3 is turned off, and when the output power transistor N1 is turned off, the LDMOS transistor N3 is turned on, so that a conventional boot diode (see FIG. 12) is obtained. Instead, a function similar to this can be realized. Therefore, it is possible to cope with high-speed oscillation without requiring an expensive BiCDMOS process.

また、接地電圧GNDを基準として入力電圧Vinから所望の定電圧Vsを生成する定電圧回路REGを設けたことにより、入力電圧範囲の広い安定した降圧チョッピング動作を実現することが可能となる。   Further, by providing the constant voltage circuit REG that generates the desired constant voltage Vs from the input voltage Vin with reference to the ground voltage GND, it is possible to realize a stable step-down chopping operation with a wide input voltage range.

なお、ブートダイオードの代替素子として、上記した逆方向LDMOSトランジスタN3のほかに、バックゲートを基板と分離可能な高中耐圧系トランジスタを用いることも可能ではあるが、そのオン抵抗を低く設計する必要があるため、面積的には不利となる。   In addition to the reverse LDMOS transistor N3 described above, it is possible to use a high / medium voltage transistor capable of separating the back gate from the substrate as an alternative element for the boot diode, but it is necessary to design the on-resistance to be low. Therefore, it is disadvantageous in terms of area.

次に、上記構成から成る降圧チョッパレギュレータのブートストラップ動作について、図3を参照しながら詳細に説明する。   Next, the bootstrap operation of the step-down chopper regulator configured as described above will be described in detail with reference to FIG.

図3は、第1実施形態におけるブートストラップ動作を説明するためのタイミングチャートである。本図中の実線は出力電圧Voutの挙動を示しており、太い実線はブート電圧Vbootの挙動を示している。なお、本図では、電位関係を把握しやすいように、出力電圧Voutとブート電圧Vbootの論理変遷タイミングを互いにずらして描写しているが、実際には同一のタイミングで論理変遷される。また、符号S1、S2は、それぞれ、第1、第2スイッチS1、S2のオン/オフ状態を示している。なお、本図では、説明を簡単とするために、両者のオン/オフ状態が完全に反転している場合を示している。   FIG. 3 is a timing chart for explaining the bootstrap operation in the first embodiment. The solid line in this figure shows the behavior of the output voltage Vout, and the thick solid line shows the behavior of the boot voltage Vboot. In this figure, the logical transition timings of the output voltage Vout and the boot voltage Vboot are depicted as being shifted from each other so that the potential relationship can be easily understood, but in reality, the logical transition is performed at the same timing. Reference numerals S1 and S2 indicate the on / off states of the first and second switches S1 and S2, respectively. In this figure, for the sake of simplicity of explanation, the case where the both on / off states are completely reversed is shown.

出力パワートランジスタN1がオンからオフにスイッチング制御されると、これに同期して、第1スイッチS1がオフされ、第2スイッチS2がオンされる。その結果、LDMOSトランジスタN3のゲート及びソースには定電圧Vsが印加され、LDMOSトランジスタN3のドレイン及びバックゲートには、ブート電圧Vbootが印加される形となる。従って、LDMOSトランジスタN3は逆方向でオンされ、定電圧Vsを用いてブートコンデンサC2の充電が行われる。   When the output power transistor N1 is switched from on to off, the first switch S1 is turned off and the second switch S2 is turned on in synchronization therewith. As a result, the constant voltage Vs is applied to the gate and source of the LDMOS transistor N3, and the boot voltage Vboot is applied to the drain and back gate of the LDMOS transistor N3. Accordingly, the LDMOS transistor N3 is turned on in the reverse direction, and the boot capacitor C2 is charged using the constant voltage Vs.

このとき、ブートコンデンサC2の両端間には、定電圧VsからLDMOSトランジスタN3のソース・ドレイン間降下電圧Vsd(N3)を差し引いた電位差が生じることになる。そのため、ブート電圧Vbootは、出力電圧Vout(=−Vf)をブートコンデンサC2の充電電圧分(Vs−Vsd(N3)+Vf)だけ高めた電圧値(Vs−Vsd(N3))となる。   At this time, a potential difference is generated between both ends of the boot capacitor C2 by subtracting the source-drain voltage drop Vsd (N3) of the LDMOS transistor N3 from the constant voltage Vs. Therefore, the boot voltage Vboot is a voltage value (Vs−Vsd (N3)) obtained by increasing the output voltage Vout (= −Vf) by the charge voltage of the boot capacitor C2 (Vs−Vsd (N3) + Vf).

一方、出力パワートランジスタN1がオフからオンにスイッチング制御されると、これに同期して、第1スイッチS1がオンされ、第2スイッチS2がオフされる。その結果、LDMOSトランジスタN3のゲート、ソース、及び、バックゲートには定電圧Vsが印加され、LDMOSトランジスタN3はオフされる。   On the other hand, when the output power transistor N1 is controlled to be switched from off to on, the first switch S1 is turned on and the second switch S2 is turned off in synchronization therewith. As a result, the constant voltage Vs is applied to the gate, source, and back gate of the LDMOS transistor N3, and the LDMOS transistor N3 is turned off.

このとき、出力電圧Voutは、出力パワートランジスタN1のオンに伴って、入力電圧Vinから出力パワートランジスタN1のドレイン・ソース間降下電圧Vds(N1)を差し引いた電圧まで上昇されるが、ブートコンデンサC2の両端間には、先の充電によって生じた電位差(Vs−Vsd(N3)+Vf)が保持されている。従って、ブート電圧Vbootは、出力電圧Vout(=Vin−Vds(N1))をブートコンデンサC2の充電電圧分(Vs−Vsd(N3)+Vf)だけ高めた電圧値(Vin−Vds(N1)+Vs−Vsd(N3)+Vf)となる。   At this time, the output voltage Vout is raised to the voltage obtained by subtracting the drain-source drop voltage Vds (N1) of the output power transistor N1 from the input voltage Vin as the output power transistor N1 is turned on, but the boot capacitor C2 The potential difference (Vs−Vsd (N3) + Vf) generated by the previous charging is held between both ends of the. Therefore, the boot voltage Vboot is a voltage value (Vin−Vds (N1) + Vs−) obtained by increasing the output voltage Vout (= Vin−Vds (N1)) by the charge voltage of the boot capacitor C2 (Vs−Vsd (N3) + Vf). Vsd (N3) + Vf).

上記したように、本実施形態のブートストラップ回路は、LDMOSトランジスタN3のバックゲートを制御することでそのオン/オフ制御を行い、出力電圧Voutよりも常に高電位のブート電圧Vbootを生成する構成とされている。このような構成とすることにより、簡易な構成でLDMOSトランジスタN3のオン/オフ制御を行い、適切なブートストラップ動作を実現することが可能となる。   As described above, the bootstrap circuit according to the present embodiment performs on / off control by controlling the back gate of the LDMOS transistor N3, and generates a boot voltage Vboot that is always higher than the output voltage Vout. Has been. With such a configuration, it is possible to perform on / off control of the LDMOS transistor N3 with a simple configuration and realize an appropriate bootstrap operation.

続いて、ブートストラップ動作の連続モード及び不連続モードについて、図4を参照しながら説明する。   Next, the continuous mode and the discontinuous mode of the bootstrap operation will be described with reference to FIG.

図4は、ブートストラップ動作の連続モード及び不連続モードを説明するためのタイミングチャートである。なお、本図(a)は、連続モード時におけるタイミングチャートを示しており、本図(b)は、不連続モード時におけるタイミングチャートを示している。また、本図(a)、(b)中に示した符号N1、Vout、Ic、S1、S2は、それぞれ、出力パワートランジスタN1のオン/オフ状態、出力電圧Voutの挙動、コイル電流Icの挙動、第1、第2スイッチS1、S2のオン/オフ状態を示している。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the continuous mode and the discontinuous mode of the bootstrap operation. In addition, this figure (a) has shown the timing chart in the continuous mode, and this figure (b) has shown the timing chart in the discontinuous mode. Reference numerals N1, Vout, Ic, S1, and S2 shown in FIGS. 4A and 4B are the on / off state of the output power transistor N1, the behavior of the output voltage Vout, and the behavior of the coil current Ic, respectively. The ON / OFF states of the first and second switches S1 and S2 are shown.

図4(a)に示すように、ブートストラップ動作の連続モードでは、出力電圧Voutとして矩形波形状が連続的に現れる。このようなブートストラップ動作の連続モードを維持するために、LDMOSトランジスタN3のバックゲート電圧を切り替えるタイミングとして必要な条件は、出力電圧Voutの波形が高い電位(Hレベル)のときに第2スイッチS2がオンしていないこと(条件(1))、並びに、第1スイッチS1と第2スイッチS2が同時にオンしていないこと(条件(2))である。また、ブートストラップ動作を確実に行うために満たしていることが望ましい条件は、出力電圧Voutの波形が高い電位(Hレベル)となる前に第1スイッチS1がオンすること(条件(3))、並びに、第2スイッチS2のオン時間が上記条件(1)〜(3)を満たす範囲でできる限り長いこと(条件(4))である。   As shown in FIG. 4A, in the continuous mode of the bootstrap operation, a rectangular wave shape appears continuously as the output voltage Vout. In order to maintain such a continuous mode of the bootstrap operation, a condition necessary as a timing for switching the back gate voltage of the LDMOS transistor N3 is that the second switch S2 when the waveform of the output voltage Vout is a high potential (H level). Is not turned on (condition (1)), and the first switch S1 and the second switch S2 are not turned on simultaneously (condition (2)). Further, a condition that is preferably satisfied to perform the bootstrap operation reliably is that the first switch S1 is turned on before the waveform of the output voltage Vout becomes a high potential (H level) (condition (3)). In addition, the ON time of the second switch S2 is as long as possible within the range satisfying the above conditions (1) to (3) (condition (4)).

一方、軽負荷などによってコイル電流Icが全体的に引き下げられると、図4(b)に示すように、コイル電流Icがゼロになった時点で出力電圧Voutが平滑出力電圧Vout’の電位まで上昇するため、ブートストラップ動作が不連続モードに陥って、出力電圧Voutの波形に歪みを生じる。このとき、第2スイッチS2がオン状態であると、先述の条件(1)を満たすことができず、ブートコンデンサC2が放電されてその充電電圧(延いてはブート電圧Vboot)が減少してしまうため好ましくない。しかしながら、出力Voutの波形が高い電位(ハイレベル)に上昇するタイミング(すなわち、コイル電流Icが0となるタイミング)は、負荷条件などの外部的な要因によって決まるため、一意的に決めることができず、このタイミングを想定して第2スイッチS2をオフすることは困難である。   On the other hand, when the coil current Ic is reduced as a whole by a light load or the like, as shown in FIG. 4B, when the coil current Ic becomes zero, the output voltage Vout rises to the potential of the smoothed output voltage Vout ′. Therefore, the bootstrap operation falls into the discontinuous mode, and the waveform of the output voltage Vout is distorted. At this time, if the second switch S2 is in the ON state, the above-mentioned condition (1) cannot be satisfied, and the boot capacitor C2 is discharged and the charge voltage (and thus the boot voltage Vboot) decreases. Therefore, it is not preferable. However, the timing at which the waveform of the output Vout rises to a high potential (high level) (that is, the timing at which the coil current Ic becomes 0) is determined by an external factor such as a load condition and can be uniquely determined. However, it is difficult to turn off the second switch S2 assuming this timing.

そこで、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、不連続モードによるブートストラップ動作の不具合を回避する手段として、出力端子T2と接地端との間に直列接続された連続パルス駆動用トランジスタN2を備え、これを出力パワートランジスタN1と逆のタイミング(実際には、両トランジスタに同時オフの期間を持たせているので、完全に逆のタイミングではないが、本明細書中ではこれを含むものとして説明する)で駆動する構成とされている。   Therefore, the step-down chopper regulator according to the present embodiment includes a continuous pulse driving transistor N2 connected in series between the output terminal T2 and the ground terminal as a means for avoiding the trouble of the bootstrap operation due to the discontinuous mode. Is the timing opposite to that of the output power transistor N1 (actually, since both transistors have a simultaneous OFF period, it is not completely opposite timing, but will be described as including in this specification) It is set as the structure driven by.

図5は、連続パルス駆動用トランジスタN2のスイッチング動作を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the switching operation of the continuous pulse driving transistor N2.

本図に示すように、連続パルス駆動用トランジスタN2は、出力電圧Voutの波形が高い電位(Hレベル)となる前にオフするように(条件(5))、かつ、出力電圧Voutの波形が低い電位(Lレベル)となった後にオンするように(条件(6))、スイッチング制御される。   As shown in this figure, the continuous pulse driving transistor N2 is turned off before the waveform of the output voltage Vout becomes a high potential (H level) (condition (5)), and the waveform of the output voltage Vout is Switching control is performed so as to be turned on after a low potential (L level) (condition (6)).

このような連続パルス駆動用トランジスタN2のスイッチング制御により、本実施形態の降圧チョッパレギュレータでは、コイル電流Icとして負電流を流すことができるようになるので、連続的にコイル電流Icを流すことが可能となり、軽負荷時での不連続モードによるブート不具合を回避することが可能となる。   With such a switching control of the continuous pulse driving transistor N2, in the step-down chopper regulator of the present embodiment, a negative current can flow as the coil current Ic, so that the coil current Ic can flow continuously. Thus, it is possible to avoid a boot failure due to the discontinuous mode at a light load.

なお、先述したように、連続パルス部制御回路CTRL2は、ドライブ回路DRVの出力信号(出力パワートランジスタN1のゲート信号)から第2ロジック信号を生成する構成とされているので、先述の条件(6)を確実に満たすことが可能となる。   As described above, the continuous pulse unit control circuit CTRL2 is configured to generate the second logic signal from the output signal of the drive circuit DRV (the gate signal of the output power transistor N1). ) Can be reliably satisfied.

また、上記の連続パルス駆動制御と並行して、バックゲート制御回路CTRL3では、連続パルス駆動部制御回路CTRL2で生成される第2ロジック信号を用いて、第1スイッチをオンし、第2スイッチS2をオフするように、各々の制御信号が生成される。   In parallel with the continuous pulse drive control, the back gate control circuit CTRL3 turns on the first switch using the second logic signal generated by the continuous pulse drive unit control circuit CTRL2, and the second switch S2 Each control signal is generated so as to turn off.

図6は、バックゲート制御回路CTRL3の一構成例を示す回路図である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the back gate control circuit CTRL3.

メインロジック生成回路CTRL1や連続パルス部制御回路CTRL2は、低消費電流の観点から、低電圧(例えば、3[V])で動作するように構成されているが、第1、第2スイッチS1、S2は、高電圧(例えば、5[V]以上)で動作する必要があるため、第2ロジック信号に基づいて、第1、第2スイッチS1、S2のオン/オフ制御を行うためには、レベルシフト回路が必要となる。   The main logic generation circuit CTRL1 and the continuous pulse unit control circuit CTRL2 are configured to operate at a low voltage (for example, 3 [V]) from the viewpoint of low current consumption, but the first and second switches S1, Since S2 needs to operate at a high voltage (for example, 5 [V] or more), in order to perform on / off control of the first and second switches S1 and S2 based on the second logic signal, A level shift circuit is required.

そこで、本実施形態のバックゲート制御回路CTRL3は、連続パルス部制御回路CTRL2から入力される第2ロジック信号を所定の電圧レベル(入力電圧Vin−接地電圧GND)にシフトさせることで、第1、第2スイッチS1、S2(本図では、Pチャネル型MOSトランジスタ、及び、Nチャネル型MOSトランジスタ)のオン/オフ信号を生成する第1、第2レベルシフト回路LSa、LSbを有して成る。   Therefore, the back gate control circuit CTRL3 of the present embodiment shifts the second logic signal input from the continuous pulse unit control circuit CTRL2 to a predetermined voltage level (input voltage Vin−ground voltage GND), thereby the first, It has first and second level shift circuits LSa and LSb for generating on / off signals of the second switches S1 and S2 (P channel type MOS transistor and N channel type MOS transistor in this figure).

第1レベルシフト回路LSaは、Pチャネル型MOSトランジスタPa、Pbと、Nチャネル型MOSトランジスタNa、Nbと、インバータINVaと、を有して成る。   The first level shift circuit LSa includes P-channel MOS transistors Pa and Pb, N-channel MOS transistors Na and Nb, and an inverter INVa.

トランジスタPa、Pbのソースは、いずれも入力電圧Vinの印加端に接続されている。トランジスタPaのドレインは、トランジスタNaのドレインに接続される一方、トランジスタPbのゲートにも接続されている。トランジスタPbのドレインは、トランジスタNbのドレインに接続される一方、トランジスタPaのゲートにも接続されている。トランジスタNa、Nbのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタNaのゲートは、インバータINVaを介して、連続パルス部制御回路CTRL2の第2ロジック信号出力端に接続されている。トランジスタNbのゲートは、直接、連続パルス部制御回路CTRL2の第2ロジック信号出力端に接続されている。トランジスタPbのドレインは、第1スイッチS1を構成するPチャネル型MOSトランジスタのゲートに接続されている。   The sources of the transistors Pa and Pb are both connected to the application terminal for the input voltage Vin. The drain of the transistor Pa is connected to the drain of the transistor Na, and is also connected to the gate of the transistor Pb. The drain of the transistor Pb is connected to the drain of the transistor Nb, and is also connected to the gate of the transistor Pa. The sources of the transistors Na and Nb are both connected to the ground terminal. The gate of the transistor Na is connected to the second logic signal output terminal of the continuous pulse section control circuit CTRL2 via the inverter INVa. The gate of the transistor Nb is directly connected to the second logic signal output terminal of the continuous pulse section control circuit CTRL2. The drain of the transistor Pb is connected to the gate of a P-channel MOS transistor that constitutes the first switch S1.

第2レベルシフト回路LSbは、Pチャネル型MOSトランジスタPc、Pdと、Nチャネル型MOSトランジスタNc、Ndと、インバータINVbと、を有して成る。   The second level shift circuit LSb includes P-channel MOS transistors Pc and Pd, N-channel MOS transistors Nc and Nd, and an inverter INVb.

トランジスタPc、Pdのソースは、いずれも入力電圧Vinの印加端に接続されている。トランジスタPcのドレインは、トランジスタNcのドレインに接続される一方、トランジスタPdのゲートにも接続されている。トランジスタPdのドレインは、トランジスタNdのドレインに接続される一方、トランジスタPcのゲートにも接続されている。トランジスタNc、Ndのソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタNcのゲートは、インバータINVbを介して、連続パルス部制御回路CTRL2の第2ロジック信号出力端に接続されている。トランジスタNdのゲートは、直接、連続パルス部制御回路CTRL2の第2ロジック信号出力端に接続されている。トランジスタPdのドレインは、第2スイッチS2を構成するNチャネル型MOSトランジスタのゲートに接続されている。   The sources of the transistors Pc and Pd are both connected to the application terminal for the input voltage Vin. The drain of the transistor Pc is connected to the drain of the transistor Nc, and is also connected to the gate of the transistor Pd. The drain of the transistor Pd is connected to the drain of the transistor Nd, and is also connected to the gate of the transistor Pc. The sources of the transistors Nc and Nd are both connected to the ground terminal. The gate of the transistor Nc is connected to the second logic signal output terminal of the continuous pulse section control circuit CTRL2 via the inverter INVb. The gate of the transistor Nd is directly connected to the second logic signal output terminal of the continuous pulse section control circuit CTRL2. The drain of the transistor Pd is connected to the gate of an N-channel MOS transistor that constitutes the second switch S2.

このような構成から成るバックゲート制御回路CTRL3を用い、第2ロジック信号に基づいて、第1、第2スイッチS1、S2のオン/オフ制御を行うことにより、出力電圧Voutの波形が高い電位(Hレベル)となる前に第2スイッチS2をオフすることができるので、先述の条件(1)を満たすことが可能となり、また、出力電圧Voutの波形が高い電位(Hレベル)となる前に第1スイッチS1をオンすることができるので、先述の条件(3)を満たすことが可能となる。   By using the back gate control circuit CTRL3 having such a configuration and performing on / off control of the first and second switches S1 and S2 based on the second logic signal, the waveform of the output voltage Vout has a high potential ( Since the second switch S2 can be turned off before reaching the H level), the above condition (1) can be satisfied, and before the waveform of the output voltage Vout becomes a high potential (H level). Since the first switch S1 can be turned on, the above-mentioned condition (3) can be satisfied.

また、本実施形態の降圧チョッパレギュレータでは、連続パルス駆動用トランジスタN2の制御信号と、LDMOSトランジスタN3の制御信号と、が共通化されているので、LDMOSトランジスタN3のロジック生成回路を省略することが可能となる。従って、広い負荷範囲で安定であり、かつ、効率の優れた降圧チョッパレギュレータを安価に実現することが可能となる。   Further, in the step-down chopper regulator of this embodiment, the control signal for the continuous pulse driving transistor N2 and the control signal for the LDMOS transistor N3 are shared, so that the logic generation circuit of the LDMOS transistor N3 can be omitted. It becomes possible. Therefore, a step-down chopper regulator that is stable over a wide load range and excellent in efficiency can be realized at low cost.

また、本実施形態のバックゲート制御回路CTRL3において、第1、第2レベルシフト回路LSa、LSbは、第1、第2スイッチS1、S2がいずれもオフ状態となる期間を持たせるように、各々を構成するトランジスタのサイズに差違を有して成る。   Further, in the back gate control circuit CTRL3 of the present embodiment, the first and second level shift circuits LSa and LSb each have a period in which both the first and second switches S1 and S2 are off. There is a difference in the size of the transistors constituting the circuit.

入力される第2ロジック信号がハイレベルからローレベルに遷移されるとき、第1、第2スイッチS1、S2を構成するトランジスタのゲート電圧は、各々ローレベルからハイレベルとなる。従って、第1スイッチS1はオンからオフとなり、第2スイッチS2はオフからオンとなる。このとき、例えば、トランジスタPbのサイズをトランジスタPdのサイズよりも大きく設計しておくことで、第1スイッチS1がオンからオフとなるタイミングは、第2スイッチS2がオフからオンとなるタイミングよりも早くなる。従って、先述の条件(2)を満たすことが可能となる。   When the input second logic signal transitions from the high level to the low level, the gate voltages of the transistors constituting the first and second switches S1 and S2 change from the low level to the high level, respectively. Accordingly, the first switch S1 is turned from on to off, and the second switch S2 is turned from off to on. At this time, for example, by designing the size of the transistor Pb to be larger than the size of the transistor Pd, the timing at which the first switch S1 is turned off is turned on more than the timing at which the second switch S2 is turned on from off. Get faster. Therefore, the above-mentioned condition (2) can be satisfied.

逆に、入力される第2ロジック信号がローレベルからハイレベルに遷移されるとき、第1、第2スイッチS1、S2を構成するトランジスタのゲート電圧は、各々ハイレベルからローレベルとなる。従って、第1スイッチS1はオフからオンとなり、第2スイッチS2はオンからオフとなる。このとき、例えば、トランジスタNdのサイズをトランジスタNbのサイズよりも大きく設計しておくことで、第2スイッチS2がオンからオフとなるタイミングは、第1スイッチS1がオフからオンとなるタイミングよりも早くなる。従って、先述の条件(2)を満たすことが可能となる。   Conversely, when the input second logic signal is transitioned from the low level to the high level, the gate voltages of the transistors constituting the first and second switches S1 and S2 change from the high level to the low level, respectively. Accordingly, the first switch S1 is turned on from off, and the second switch S2 is turned off from on. At this time, for example, by designing the size of the transistor Nd to be larger than the size of the transistor Nb, the timing at which the second switch S2 is turned from on to off is higher than the timing at which the first switch S1 is turned from off to on. Get faster. Therefore, the above-mentioned condition (2) can be satisfied.

このように、本実施形態のバックゲート制御回路CTRL3であれば、特別な回路を付加することなく、先述の条件(2)を確実に満たすことが可能となる。   Thus, the back gate control circuit CTRL3 of the present embodiment can reliably satisfy the above-described condition (2) without adding a special circuit.

次に、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第2実施形態について、図7を参照しながら詳細に説明する。   Next, a second embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図7は、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第2実施形態を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention.

なお、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、先述の第1実施形態とほぼ同様の構成から成る。そこで、第1実施形態と同様の部分については、図1と同一の符号を付すことで説明を省略し、以下では、本実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行う。   Note that the step-down chopper regulator of this embodiment has a configuration substantially similar to that of the first embodiment described above. Therefore, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and the description thereof is omitted. Hereinafter, only the characteristic parts of the present embodiment will be described.

本図に示したように、本実施形態の降圧チョッパレギュレータにおいて、連続パルス部ドライブ回路DRV2は、連続パルス部制御回路CTRL2から第2ロジック信号を直接受けるのではなく、バックゲート制御回路CTRL3の出力信号に基づいて、連続パルス駆動用トランジスタN2のオン/オフ制御を行う構成とされている。より具体的に述べると、第2スイッチS2がオンのときに連続パルス駆動用トランジスタN2をオンする構成とされている。   As shown in this figure, in the step-down chopper regulator of this embodiment, the continuous pulse part drive circuit DRV2 does not directly receive the second logic signal from the continuous pulse part control circuit CTRL2, but the output of the back gate control circuit CTRL3. On / off control of the continuous pulse driving transistor N2 is performed based on the signal. More specifically, the continuous pulse driving transistor N2 is turned on when the second switch S2 is turned on.

軽負荷時にコイル電流Icが逆流する状態では、連続パルス駆動用トランジスタN2がオフすると出力電圧Voutが上昇してしまうため、第2スイッチS2のオフタイミングは、連続パルス駆動用トランジスタN2のオフタイミングよりも早くなければならないところ、本実施形態の構成を採用することで、先述の条件(1)を確実に満たすことが可能となる。すなわち、第2実施形態の構成については、第2スイッチS2のドライブが連続パルス駆動用トランジスタN2のドライブよりも遅いときに有効となると言える。なお、本実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同時に採用しても構わない。すなわち、連続パルス部制御回路CTRL2と連続パルス部ドライブ回路DRV2との間を結線する構成としても構わない。   In a state in which the coil current Ic flows backward at a light load, the output voltage Vout increases when the continuous pulse driving transistor N2 is turned off. Therefore, the off timing of the second switch S2 is less than the off timing of the continuous pulse driving transistor N2. However, by adopting the configuration of the present embodiment, it is possible to reliably satisfy the above condition (1). That is, it can be said that the configuration of the second embodiment is effective when the drive of the second switch S2 is slower than the drive of the continuous pulse driving transistor N2. Note that the configuration of the present embodiment may be adopted simultaneously with the configuration of the first embodiment. That is, the continuous pulse part control circuit CTRL2 and the continuous pulse part drive circuit DRV2 may be connected.

次に、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第3実施形態について、図8を参照しながら詳細に説明する。   Next, a third embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図8は、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第3実施形態を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention.

なお、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、先述の第1実施形態とほぼ同様の構成から成る。そこで、第1実施形態と同様の部分については、図1と同一の符号を付すことで説明を省略し、以下では、本実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行う。   Note that the step-down chopper regulator of this embodiment has a configuration substantially similar to that of the first embodiment described above. Therefore, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and the description thereof is omitted. Hereinafter, only the characteristic parts of the present embodiment will be described.

本図に示したように、本実施形態の降圧チョッパレギュレータにおいて、連続パルス部制御回路CTRL2は、第1ロジック信号から第2ロジック信号を生成する構成とされている。なお、第1ロジック信号によって出力パワートランジスタN1も駆動されるが、メインロジック生成回路CTRL1と出力パワートランジスタN1との間には、ロジック伝達時間の長いレベルシフト回路LSとドライブ回路DRVがあるため、連続パルス駆動用トランジスタN2の方がより早いタイミングでオン/オフ制御される形となる。従って、先述の条件(5)を確実に満たすことが可能となる。   As shown in this figure, in the step-down chopper regulator of this embodiment, the continuous pulse section control circuit CTRL2 is configured to generate a second logic signal from the first logic signal. Although the output power transistor N1 is also driven by the first logic signal, there is a level shift circuit LS and a drive circuit DRV having a long logic transmission time between the main logic generation circuit CTRL1 and the output power transistor N1. The continuous pulse driving transistor N2 is on / off controlled at an earlier timing. Therefore, it is possible to reliably satisfy the above condition (5).

なお、第1実施形態の構成では、先述の条件(6)を確実に満たすことができ、第3実施形態の構成では、先述の条件(5)を確実に満たすことができる。第1、第3実施形態については、一方のみを採用しても構わないし、両方を採用しても構わない。ただし、一方のみを採用する場合には、連続パルス部制御回路CTRL2にて、他方の条件を満たすべく、何らかの遅延回路(例えば、コンデンサと抵抗から成るCR時定数回路)が必要になると考えられる。   In the configuration of the first embodiment, the above-described condition (6) can be reliably satisfied, and in the configuration of the third embodiment, the above-described condition (5) can be reliably satisfied. About 1st, 3rd embodiment, you may employ | adopt only one or both. However, when only one is employed, it is considered that some delay circuit (for example, a CR time constant circuit composed of a capacitor and a resistor) is required in order to satisfy the other condition in the continuous pulse unit control circuit CTRL2.

次に、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第4実施形態について、図9を参照しながら詳細に説明する。   Next, a fourth embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図9は、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第4実施形態を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention.

なお、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、先述の第1実施形態とほぼ同様の構成から成る。そこで、第1実施形態と同様の部分については、図1と同一の符号を付すことで説明を省略し、以下では、本実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行う。   Note that the step-down chopper regulator of this embodiment has a configuration substantially similar to that of the first embodiment described above. Therefore, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and the description thereof is omitted. Hereinafter, only the characteristic parts of the present embodiment will be described.

本図に示したように、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、連続パルス駆動用トランジスタN2に流れる電流を検出する電流検出回路(センス抵抗Rs2、センスアンプAMP2)を有して成り、連続パルス部制御回路CTRL2は、前記電流検出回路の出力信号(検出電圧Vcs2)に応じて第2ロジック信号を生成する構成とされている。   As shown in the figure, the step-down chopper regulator of this embodiment includes a current detection circuit (sense resistor Rs2, sense amplifier AMP2) that detects a current flowing through the continuous pulse driving transistor N2, and includes a continuous pulse unit. The control circuit CTRL2 is configured to generate a second logic signal according to the output signal (detection voltage Vcs2) of the current detection circuit.

連続パルス駆動用トランジスタN2がオンのとき、出力インダクタL1から出力端子T2及び連続パルス駆動用トランジスタN2を介して接地端に電流が流れる。この電流が大きくなり過ぎる(例えば200[mA]以上)と、電源効率の低下が生じたり、連続パルス駆動用トランジスタN2の許容電流を超過するおそれがある。   When the continuous pulse driving transistor N2 is on, a current flows from the output inductor L1 to the ground terminal via the output terminal T2 and the continuous pulse driving transistor N2. If this current becomes too large (for example, 200 [mA] or more), the power supply efficiency may be lowered, or the allowable current of the continuous pulse driving transistor N2 may be exceeded.

そこで、本実施形態の降圧チョッパレギュレータでは、連続パルス駆動用トランジスタN2に流れる電流を検出し、これが所定の閾値に達した場合には、連続パルス駆動用トランジスタN2をオフするように、連続パルス部制御回路CTRL2にて、第2ロジック信号を生成する構成とされている。   Therefore, in the step-down chopper regulator of the present embodiment, the current flowing in the continuous pulse driving transistor N2 is detected, and when this reaches a predetermined threshold, the continuous pulse unit is turned off so as to turn off the continuous pulse driving transistor N2. The control circuit CTRL2 is configured to generate the second logic signal.

より具体的に述べると、通常、出力パワートランジスタN1と連続パルス駆動用トランジスタN2とは、逆ロジックとなるようにスイッチング制御されるが、検出電圧Vcs2と所定の閾値電圧とを比較して得られる過電流検出信号がハイレベル(過電流状態)となった場合には、出力パワートランジスタN1のオン/オフ状態(すなわち、出力パワートランジスタN1のゲート信号)に依ることなく、これに優先して連続パルス駆動用トランジスタN2がオフされる。   More specifically, the output power transistor N1 and the continuous pulse driving transistor N2 are normally switching-controlled so as to be in reverse logic, but are obtained by comparing the detection voltage Vcs2 with a predetermined threshold voltage. When the overcurrent detection signal is at a high level (overcurrent state), it is continuously prioritized without depending on the on / off state of the output power transistor N1 (that is, the gate signal of the output power transistor N1). The pulse driving transistor N2 is turned off.

すなわち、本実施形態の連続パルス部制御回路CTRL2は、出力パワートランジスタN1のゲート信号と上記過電流検出信号との否定論理和演算を行い、その演算結果を第2ロジック信号として送出する構成とされている。つまり、本実施形態の連続パルス部制御回路CTRL2で生成される第2ロジック信号は、出力パワートランジスタN1のゲート信号と上記過電流検出信号がいずれもローレベルである場合にのみハイレベルとなり、その余の場合はローレベルとなる。   That is, the continuous pulse part control circuit CTRL2 of the present embodiment is configured to perform a negative OR operation between the gate signal of the output power transistor N1 and the overcurrent detection signal and send the calculation result as a second logic signal. ing. That is, the second logic signal generated by the continuous pulse unit control circuit CTRL2 of the present embodiment is at a high level only when both the gate signal of the output power transistor N1 and the overcurrent detection signal are at a low level. In other cases, the level is low.

このような構成とすることにより、連続パルス駆動用トランジスタN2に流れる電流が過大となった場合には、連続パルス駆動用トランジスタN2が切り替わる本来のタイミングより前に、第1、第2スイッチS1、S2のオン/オフ状態が適切に設定されるので、万一、ブートストラップ動作が不連続モードとなっても、図10(過電流検出に基づく連続パルス駆動用トランジスタN2のスイッチング動作を説明するためのタイミングチャート)に示すように、先述の条件(1)を満たすことが可能となる。   With this configuration, when the current flowing through the continuous pulse driving transistor N2 becomes excessive, the first and second switches S1, Since the ON / OFF state of S2 is appropriately set, even if the bootstrap operation is in the discontinuous mode, FIG. 10 (for explaining the switching operation of the continuous pulse driving transistor N2 based on overcurrent detection). As shown in the timing chart), the above-mentioned condition (1) can be satisfied.

最後に、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第5実施形態について、図11を参照しながら詳細に説明する。   Finally, a fifth embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図11は、本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第5実施形態を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing a fifth embodiment of the step-down chopper regulator according to the present invention.

なお、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、先述の第1実施形態とほぼ同様の構成から成る。そこで、第1実施形態と同様の部分については、図1と同一の符号を付すことで説明を省略し、以下では、本実施形態の特徴部分についてのみ重点的な説明を行う。   Note that the step-down chopper regulator of this embodiment has a configuration substantially similar to that of the first embodiment described above. Therefore, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and the description thereof is omitted. Hereinafter, only the characteristic parts of the present embodiment will be described.

本図に示す通り、本実施形態の降圧チョッパレギュレータは、連続パルス部制御回路CTRL2は、出力電圧Voutに応じて第2ロジック信号を生成する構成とされている。   As shown in the figure, the step-down chopper regulator of this embodiment is configured such that the continuous pulse section control circuit CTRL2 generates the second logic signal in accordance with the output voltage Vout.

連続パルス駆動用トランジスタN2は、通常10[Ω]程度の高いオン抵抗を持ったトランジスタで構成される。そのため、連続パルス駆動用トランジスタN2に流れる電流が大きくなり過ぎると、出力電圧Voutが上昇して、先述の条件(1)を満たすことができなくなる。   The continuous pulse driving transistor N2 is generally composed of a transistor having a high on-resistance of about 10 [Ω]. Therefore, if the current flowing through the continuous pulse driving transistor N2 becomes too large, the output voltage Vout rises and the above-mentioned condition (1) cannot be satisfied.

そこで、本実施形態の降圧チョッパレギュレータでは、出力電圧Voutを検出し、先述の条件(1)を満たし得ない状態(過電流状態)となる前に、連続パルス駆動用トランジスタN2をオフするように、連続パルス部制御回路CTRL2にて、第2ロジック信号を生成する構成とされている。   Therefore, in the step-down chopper regulator of this embodiment, the output voltage Vout is detected so that the continuous pulse driving transistor N2 is turned off before the condition (1) cannot be satisfied (overcurrent state). In the continuous pulse section control circuit CTRL2, the second logic signal is generated.

より具体的に述べると、通常、出力パワートランジスタN1と連続パルス駆動用トランジスタN2とは、逆ロジックとなるようにスイッチング制御されるが、出力電圧Voutと所定の閾値電圧とを比較して得られる過電流検出信号がハイレベル(過電流状態)となった場合には、出力パワートランジスタN1のオン/オフ状態(すなわち、出力パワートランジスタN1のゲート信号)に依ることなく、これに優先して連続パルス駆動用トランジスタN2がオフされる。   More specifically, the output power transistor N1 and the continuous pulse driving transistor N2 are normally switching-controlled so as to be in reverse logic, but are obtained by comparing the output voltage Vout with a predetermined threshold voltage. When the overcurrent detection signal is at a high level (overcurrent state), it is continuously prioritized without depending on the on / off state of the output power transistor N1 (that is, the gate signal of the output power transistor N1). The pulse driving transistor N2 is turned off.

すなわち、本実施形態の連続パルス部制御回路CTRL2は、出力パワートランジスタN1のゲート信号と上記過電流検出信号との否定論理和演算を行い、その演算結果を第2ロジック信号として送出する構成とされている。つまり、本実施形態の連続パルス部制御回路CTRL2で生成される第2ロジック信号は、出力パワートランジスタN1のゲート信号と上記過電流検出信号がいずれもローレベルである場合にのみハイレベルとなり、その余の場合はローレベルとなる。   That is, the continuous pulse part control circuit CTRL2 of the present embodiment is configured to perform a negative OR operation between the gate signal of the output power transistor N1 and the overcurrent detection signal and send the calculation result as a second logic signal. ing. That is, the second logic signal generated by the continuous pulse unit control circuit CTRL2 of the present embodiment is at a high level only when both the gate signal of the output power transistor N1 and the overcurrent detection signal are at a low level. In other cases, the level is low.

このような構成とすることにより、連続パルス駆動用トランジスタN2に流れる電流の増大(延いては、出力電圧Voutの上昇)を抑えて、確実なブートストラップ動作を実現することが可能となる。   With such a configuration, it is possible to realize a reliable bootstrap operation while suppressing an increase in current flowing through the continuous pulse driving transistor N2 (and thus an increase in the output voltage Vout).

なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。   The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention.

例えば、上記実施形態では、出力パワートランジスタとして、Nチャネル型LDMOSトランジスタN1を用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、Nチャネル型MOSトランジスタを用いても構わないし、半導体装置1に外付けするのであれば、NPN型バイポーラトランジスタを用いても構わない。   For example, in the above-described embodiment, the configuration using the N-channel type LDMOS transistor N1 as an output power transistor has been described as an example. However, the configuration of the present invention is not limited to this, and the N-channel type transistor is not limited thereto. A MOS transistor may be used, and an NPN bipolar transistor may be used if it is externally attached to the semiconductor device 1.

また、上記実施形態では、ブートダイオードの代替素子として、Nチャネル型LDMOSトランジスタN3を用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、Pチャネル型LDMOSトランジスタを用いても構わない。   In the above-described embodiment, the configuration using the N-channel type LDMOS transistor N3 as an alternative element of the boot diode has been described as an example. However, the configuration of the present invention is not limited to this, and P A channel type LDMOS transistor may be used.

本発明は、降圧チョッパレギュレータを搭載する電子機器全般に有用な技術であるが、特に、高効率化が望まれる電子機器(例えば、カーオーディオなどの車載機器、液晶テレビジョンやDVDプレーヤなどのAV機器、光ストレージ装置(CD−ROMドライブ、CD−R/RWドライブ、DVD−ROMドライブ、DVD−R/RWドライブ)などのパソコン周辺機器など)に好適な技術である。   The present invention is a technique useful for all electronic devices equipped with a step-down chopper regulator. In particular, an electronic device for which high efficiency is desired (for example, an in-vehicle device such as a car audio, an AV such as a liquid crystal television or a DVD player). This is a technique suitable for devices and optical storage devices (peripherals of personal computers such as CD-ROM drives, CD-R / RW drives, DVD-ROM drives, DVD-R / RW drives).

本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第1実施形態を示す図である。1 is a diagram showing a first embodiment of a step-down chopper regulator according to the present invention. LDMOSトランジスタの構造を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the structure of a LDMOS transistor. 第1実施形態におけるブートストラップ動作を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining a bootstrap operation in the first embodiment. ブートストラップ動作の連続モード及び不連続モードを説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining a continuous mode and a discontinuous mode of a bootstrap operation. 連続パルス駆動用トランジスタN2のスイッチング動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining a switching operation of a continuous pulse driving transistor N2. バックゲート制御回路CTRL3の一構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a back gate control circuit CTRL3. 本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the pressure | voltage fall chopper regulator which concerns on this invention. 本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the pressure | voltage fall chopper regulator which concerns on this invention. 本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第4実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the pressure | voltage fall chopper regulator which concerns on this invention. 過電流検出に基づく連続パルス駆動用トランジスタN2のスイッチング動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining a switching operation of a continuous pulse driving transistor N2 based on overcurrent detection. 本発明に係る降圧チョッパレギュレータの第5実施形態を示す図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of the pressure | voltage fall chopper regulator which concerns on this invention. ブートストラップ回路を用いた降圧チョッパレギュレータの一従来例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional example of a step-down chopper regulator using a bootstrap circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置(降圧チョッパレギュレータ用IC)
N1 出力パワートランジスタ(Nチャネル型LDMOSトランジスタ)
N2 連続パルス駆動用トランジスタ(Nチャネル型LDMOSトランジスタ)
N3 Nチャネル型LDMOSトランジスタ
CTRL1 メインロジック生成回路(第1ロジック生成回路)
CTRL2 連続パルス部制御回路(第2ロジック生成回路)
CTRL3 バックゲート制御回路
LS レベルシフト回路
DRV ドライブ回路(第1ドライブ回路)
DRV2 連続パルス部ドライブ回路(第2ドライブ回路)
Rs、Rs2 センス抵抗
AMP、AMP2 センスアンプ
ERR 誤差アンプ
CMP コンパレータ
OSC 発振器
INV インバータ
FF SRフリップフロップ
NAND 否定論理積演算器
REG 定電圧回路
S1 第1スイッチ(Pチャネル型MOSトランジスタ;中高耐圧素子)
S2 第2スイッチ(Nチャネル型MOSトランジスタ;中高耐圧素子)
L1 出力インダクタ
C1 出力コンデンサ
C2 ブートコンデンサ
R1、R2 抵抗(帰還電圧生成回路)
SBD ショットキーバリアダイオード
T1 外部端子(入力端子)
T2 外部端子(出力端子)
T3 外部端子(ブート端子)
T4 外部端子(帰還端子)
10 低濃度N型半導体領域(N−)
11 低濃度P型半導体領域(P−)
12 高濃度P型半導体領域(P+)
13 高濃度N型半導体領域(N+)
14 高濃度N型半導体領域(N+)
15 ゲート電極
16 LOCOS層
LSa 第1レベルシフト回路
LSb 第2レベルシフト回路
Pa、Pb、Pc、Pd Pチャネル型MOSトランジスタ
Na、Nb、Nc、Nd Nチャネル型MOSトランジスタ
INVa、INVb インバータ
1 Semiconductor device (IC for step-down chopper regulator)
N1 output power transistor (N-channel LDMOS transistor)
N2 Continuous pulse drive transistor (N-channel LDMOS transistor)
N3 N-channel LDMOS transistor CTRL1 Main logic generation circuit (first logic generation circuit)
CTRL2 Continuous pulse part control circuit (second logic generation circuit)
CTRL3 Back gate control circuit LS Level shift circuit DRV Drive circuit (first drive circuit)
DRV2 continuous pulse drive circuit (second drive circuit)
Rs, Rs2 Sense resistor AMP, AMP2 Sense amplifier ERR Error amplifier CMP Comparator OSC Oscillator INV Inverter FF SR Flip-flop NAND NAND operator REG Constant voltage circuit S1 1st switch (P channel type MOS transistor; medium and high voltage element)
S2 Second switch (N-channel MOS transistor; medium and high voltage element)
L1 Output inductor C1 Output capacitor C2 Boot capacitor R1, R2 Resistance (feedback voltage generation circuit)
SBD Schottky barrier diode T1 External terminal (input terminal)
T2 External terminal (output terminal)
T3 External terminal (boot terminal)
T4 External terminal (feedback terminal)
10 Low-concentration N-type semiconductor region (N-)
11 Low-concentration P-type semiconductor region (P-)
12 High-concentration P-type semiconductor region (P +)
13 High-concentration N-type semiconductor region (N +)
14 High-concentration N-type semiconductor region (N +)
15 Gate electrode 16 LOCOS layer LSa First level shift circuit LSb Second level shift circuit Pa, Pb, Pc, Pd P channel type MOS transistor Na, Nb, Nc, Nd N channel type MOS transistor INVa, INVb Inverter

Claims (10)

入力電圧の印加端と出力電圧の引出端との間に直列接続されたスイッチング素子と、前記出力電圧の引出端と接地端との間に直列接続された第2スイッチング素子と、接地電圧を基準として前記入力電圧から所望の定電圧を生成する定電圧回路と、前記定電圧の入力を受けて前記出力電圧よりも高電位のブート電圧を生成するブートストラップ回路と、前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行うための第1ロジック信号を生成する第1ロジック生成回路と、第1ロジック信号に基づいて前記ブート電圧を用いた前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う第1ドライブ回路と、第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行うための第2ロジック信号を生成する第2ロジック生成回路と、第2ロジック信号に基づいて第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行う第2ドライブ回路と、を有して成る降圧チョッパレギュレータ用の半導体装置であって、前記ブートストラップ回路は、ソースが前記定電圧回路の出力端に接続され、ドレインが前記ブート電圧の引出端に接続されたLDMOSトランジスタと、前記LDMOSトランジスタのオン/オフ制御を行うブートストラップ制御回路と、を有して成ることを特徴とする半導体装置。   A switching element connected in series between an input voltage application terminal and an output voltage extraction terminal, a second switching element connected in series between the output voltage extraction terminal and a ground terminal, and a ground voltage as a reference A constant voltage circuit that generates a desired constant voltage from the input voltage, a bootstrap circuit that receives the input of the constant voltage and generates a boot voltage higher than the output voltage, and on / off of the switching element A first logic generation circuit that generates a first logic signal for performing control, a first drive circuit that performs on / off control of the switching element using the boot voltage based on the first logic signal, and a second A second logic generation circuit for generating a second logic signal for performing on / off control of the switching element; and a second switching element based on the second logic signal. A step-down chopper regulator semiconductor device having a second drive circuit that performs on / off control of the bootstrap circuit, wherein the bootstrap circuit has a source connected to an output terminal of the constant voltage circuit and a drain A semiconductor device comprising: an LDMOS transistor connected to a boot voltage extraction terminal; and a bootstrap control circuit for performing on / off control of the LDMOS transistor. 前記ブートストラップ制御回路は、前記LDMOSトランジスタのバックゲート・ソース間に接続された第1スイッチと、前記LDMOSトランジスタのバックゲート・ドレイン間に接続された第2スイッチと、第2ロジック信号に応じて第1、第2スイッチのオン/オフ制御を行うバックゲート制御回路と、を有して成ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The bootstrap control circuit includes a first switch connected between the back gate and the source of the LDMOS transistor, a second switch connected between the back gate and the drain of the LDMOS transistor, and a second logic signal. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a back gate control circuit that performs on / off control of the first and second switches. 第2ドライブ回路は、前記バックゲート制御回路の出力信号に基づいて第2スイッチング素子のオン/オフ制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the second drive circuit performs on / off control of the second switching element based on an output signal of the back gate control circuit. 第2ロジック生成回路は、第1ドライブ回路の出力信号から第2ロジック信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second logic generation circuit generates a second logic signal from an output signal of the first drive circuit. 第2ロジック生成回路は、第1ロジック信号から第2ロジック信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second logic generation circuit generates a second logic signal from the first logic signal. 前記バックゲート制御回路は、第2ロジック信号を所定の電圧レベルにシフトさせることで、第1、第2スイッチのオン/オフ信号を生成する第1、第2レベルシフト回路を有して成り、かつ、第1、第2レベルシフト回路は、第1、第2スイッチがいずれもオフ状態となる期間を持たせるように、各々を構成するトランジスタのサイズに差違を有して成ることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The back gate control circuit includes first and second level shift circuits that generate ON / OFF signals of the first and second switches by shifting the second logic signal to a predetermined voltage level. In addition, the first and second level shift circuits are characterized in that there is a difference in the size of the transistors constituting each of the first and second switches so that both the first and second switches are in the off state. The semiconductor device according to claim 2. 第2スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路を有して成り、第2ロジック生成回路は、前記電流検出回路の出力信号に応じて第2ロジック信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The current detection circuit configured to detect a current flowing through the second switching element, wherein the second logic generation circuit generates a second logic signal according to an output signal of the current detection circuit. 2. The semiconductor device according to 1. 第2ロジック生成回路は、前記出力電圧に応じて第2ロジック信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second logic generation circuit generates a second logic signal in accordance with the output voltage. 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の半導体装置と、前記出力電圧の引出端と前記ブート電圧の引出端との間に外部接続されたブートコンデンサと、前記出力電圧の引出端と負荷との間に外部接続された平滑回路と、を有して成り、前記入力電圧を降圧して前記負荷へ供給することを特徴とする降圧チョッパレギュレータ。   9. The semiconductor device according to claim 1, a boot capacitor externally connected between the output voltage extraction end and the boot voltage extraction end, and the output voltage extraction end and a load. A step-down chopper regulator comprising: a smoothing circuit externally connected between the input voltage and the input voltage; 請求項9に記載の降圧チョッパレギュレータと、該降圧チョッパレギュレータから駆動電圧の供給を受ける負荷と、を有して成ることを特徴とする電子機器。   10. An electronic apparatus comprising: the step-down chopper regulator according to claim 9; and a load that receives a drive voltage from the step-down chopper regulator.
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