JP2009136064A - Circuit and method for controlling switching regulator and switching regulator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチングレギュレータに関し、特に出力電圧の制御技術に関する。 The present invention relates to a switching regulator, and more particularly to an output voltage control technique.
近年の携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistance)などの情報端末は、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を備える。この場合、スイッチングレギュレータ(DC/DCコンバータ)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。 Information terminals such as mobile phone terminals and PDAs (Personal Digital Assistance) in recent years include devices that require a voltage higher or lower than the battery output voltage. In this case, an appropriate voltage to be supplied to each device is generated by boosting or lowering the battery voltage using a switching regulator (DC / DC converter).
スイッチングレギュレータは、出力インダクタ、出力キャパシタ、スイッチングトランジスタおよびスイッチングトランジスタ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、出力のインダクタ(もしくはスイッチングトランジスタ)に流れるコイル電流(リアクトル電流)をモニタし、このコイル電流にもとづいてスイッチング素子のオン、オフを制御する方式が知られている。 The switching regulator includes an output inductor, an output capacitor, a switching transistor, and a control circuit for controlling on / off of the switching transistor. As a method of controlling the switching element by this control circuit, there is known a method of monitoring the coil current (reactor current) flowing through the output inductor (or switching transistor) and controlling the switching element on / off based on the coil current. It has been.
スイッチングレギュレータの起動時には突入電流が発生するおそれがある。また、スイッチングレギュレータに接続される負荷に大電流が流れる場合もある。スイッチングレギュレータのコイル(インダクタ)に大電流が流れると損失が増加し、あるいは回路の信頼性を損なうおそれがある。 An inrush current may occur when the switching regulator is started. In addition, a large current may flow through a load connected to the switching regulator. If a large current flows through the coil (inductor) of the switching regulator, the loss may increase or the reliability of the circuit may be impaired.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その包括的な目的は、過電流保護機能を備えたスイッチングレギュレータの提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and a comprehensive object thereof is to provide a switching regulator having an overcurrent protection function.
本発明のある態様は、スイッチングレギュレータの制御回路に関する。この制御回路は、スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の基準電圧と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、スイッチングレギュレータの出力インダクタに流れるコイル電流に応じた検出信号を、誤差増幅器からの誤差信号と比較し、検出信号の値が誤差信号の値に達すると所定レベルとなるオフ信号を出力するコンパレータと、オフ信号が所定レベルとなると、スイッチングトランジスタをオフし、クロック信号が所定レベルに遷移すると、スイッチングトランジスタをオンする駆動部と、誤差増幅器から出力される誤差信号を、スイッチングレギュレータの出力電圧に応じたクランプ値にてクランプするクランプ回路と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a switching regulator. This control circuit compares the output voltage of the switching regulator with a predetermined reference voltage, generates an error signal according to the error between the two voltages, and a detection signal according to the coil current flowing through the output inductor of the switching regulator Is compared with the error signal from the error amplifier, the comparator that outputs an off signal that becomes a predetermined level when the value of the detection signal reaches the value of the error signal, and the switching transistor is turned off when the off signal becomes the predetermined level, When the clock signal transitions to a predetermined level, a drive unit that turns on the switching transistor and a clamp circuit that clamps the error signal output from the error amplifier with a clamp value corresponding to the output voltage of the switching regulator are provided.
この態様によると、出力電圧と目標値の誤差が大きくなると、その誤差信号がクランプされるため、スイッチングトランジスタのオフするタイミングは早められる。その結果、コイル電流に上限値が設定され、過電流を防止できる。クランプ値を出力電圧に応じて変化させ、出力電圧が増大するほどコイル電流の上限値を増大させることにより、起動時の過電流保護を好適に行うことができる。 According to this aspect, when the error between the output voltage and the target value increases, the error signal is clamped, so that the timing for turning off the switching transistor is advanced. As a result, an upper limit is set for the coil current, and overcurrent can be prevented. By changing the clamp value according to the output voltage and increasing the upper limit value of the coil current as the output voltage increases, it is possible to suitably perform overcurrent protection at the time of startup.
クランプ回路は、第1端子が接地され、第2端子が誤差増幅器の出力端子に接続されたクランプトランジスタと、出力端子がクランプトランジスタの制御端子に接続され、反転入力端子にクランプ値を設定する設定電圧が印加され、非反転入力端子が誤差増幅器の出力端子に接続された演算増幅器と、を含んでもよい。設定電圧を出力電圧に応じて設定してもよい。 The clamp circuit has a clamp transistor in which the first terminal is grounded, the second terminal is connected to the output terminal of the error amplifier, the output terminal is connected to the control terminal of the clamp transistor, and the clamp value is set to the inverting input terminal And an operational amplifier to which a voltage is applied and whose non-inverting input terminal is connected to the output terminal of the error amplifier. The set voltage may be set according to the output voltage.
本発明の別の態様は、スイッチングレギュレータである。このスイッチングレギュレータは、出力インダクタおよび出力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、出力インダクタに接続されるスイッチングトランジスタと、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する上述のいずれかの態様の制御回路と、を備える。 Another aspect of the present invention is a switching regulator. This switching regulator includes a switching regulator output circuit including an output inductor and an output capacitor, a switching transistor connected to the output inductor, and a control circuit according to any one of the above-described aspects for controlling on / off of the switching transistor. .
本発明の別の態様は、スイッチングレギュレータの制御方法に関する。この方法は、スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の基準電圧と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号を生成するステップと、誤差信号にもとづき、出力電圧が基準電圧と一致するようにデューティ比が制御されるパルス信号を生成するステップと、パルス信号にもとづき、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御するステップと、誤差信号を、スイッチングレギュレータの出力電圧に応じたクランプ値にてクランプするステップと、を備える。 Another aspect of the present invention relates to a method for controlling a switching regulator. In this method, the output voltage of the switching regulator is compared with a predetermined reference voltage, and an error signal corresponding to the error between the two voltages is generated. Based on the error signal, the duty is set so that the output voltage matches the reference voltage. A step of generating a pulse signal whose ratio is controlled; a step of controlling on / off of the switching transistor based on the pulse signal; and a step of clamping the error signal with a clamp value corresponding to the output voltage of the switching regulator; .
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。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by replacing constituent elements and expressions of the present invention with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as embodiments of the present invention.
本発明によれば、過電流保護を好適に行うことができる。 According to the present invention, overcurrent protection can be suitably performed.
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。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aと部材Bが接続」された状態とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Aと部材Bの間に部材Cが設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A and the member B are connected” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are in an electrically connected state. Including the case of being indirectly connected through other members that do not affect the above.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical connection. The case where it is indirectly connected through another member that does not affect the state is also included.
図1は、実施の形態に係るスイッチングレギュレータ200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レギュレータ200は、制御回路100と、スイッチングレギュレータ出力回路(以下、出力回路という)40と、を含む昇圧型DC/DCコンバータである。このスイッチングレギュレータ200は、入力端子202、出力端子204を備え、それぞれの端子に印加され、または現れる電圧を入力電圧Vin、出力電圧Voutという。スイッチングレギュレータ200は、出力電圧Voutが、目標値に一致するように入力電圧Vinを昇圧する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
図2は、図1のスイッチングレギュレータ200を搭載する電子機器300の構成を示すブロック図である。電子機器300は、たとえば携帯電話端末や、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器など電池駆動型の小型情報端末である。電子機器300は、スイッチングレギュレータ200、負荷210、電池220を含む。電池220は、リチウムイオン電池などであって、3V〜4V程度の電池電圧Vbatを出力し、スイッチングレギュレータ200の入力端子202へと出力する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an
負荷210は、電池電圧より高い電源電圧で動作する液晶ドライバをはじめとするアナログ、デジタル回路である。負荷210の電源端子は、スイッチングレギュレータ200の出力端子204に接続される。
The
スイッチングレギュレータ200は、入力端子202に入力された電池電圧Vbatを負荷210が要求する電圧に安定化し、出力電圧Voutとして出力する。以下、スイッチングレギュレータ200、特にその制御回路100の構成について詳細に説明する。
The
図1に戻る。出力回路40は、出力インダクタL1、出力キャパシタC1、整流ダイオードD1を含む。出力キャパシタC1は、出力端子204と接地端子間に設けられる。出力インダクタL1は、入力端子202と制御回路100のスイッチング端子104の間に設けられる。整流ダイオードD1は、出力端子204とスイッチング端子104の間に、カソードが出力端子204側の向きに設けられる。出力回路のトポロジーは、昇圧、降圧、昇降圧に応じて適宜変更すればよい。
Returning to FIG. The
制御回路100は、スイッチング端子104、帰還端子106を備える。帰還端子106には、スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutが帰還される。出力電圧Voutは、抵抗R10、R11によって分圧され、帰還電圧Vfbが生成される。
The
制御回路100は、スイッチングトランジスタM1、誤差増幅器10、コンパレータ14、検出電圧生成部16、RSフリップフロップ22、オシレータ24、ドライバ回路30、クランプ回路50、クランプ電圧設定部60を備える。
The
制御回路100は、出力インダクタL1もしくはスイッチングトランジスタM1に流れる電流をモニタし、検出した電流のピーク値にもとづいてスイッチングトランジスタM1のオン、オフを制御する。この方式はピークカレントモードと呼ばれる。
The
スイッチングトランジスタM1は、NチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。スイッチングトランジスタM1をバイポーラトランジスタで構成してもよい。また、整流ダイオードD1を整流用トランジスタで構成してもよい。この場合、整流用トランジスタはスイッチングトランジスタM1と逆相でスイッチングする。スイッチングトランジスタM1のドレインは、スイッチング端子104と接続され、ソースは検出電圧生成部16を介して接地される。
The switching transistor M1 is an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The switching transistor M1 may be a bipolar transistor. Further, the rectifier diode D1 may be composed of a rectifier transistor. In this case, the rectifying transistor switches in a phase opposite to that of the switching transistor M1. The drain of the switching transistor M1 is connected to the
誤差増幅器10は、スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutを、所定の基準電圧Vref1と比較し、2つの電圧の誤差信号(以下、誤差電圧Verrという)を生成する。誤差増幅器10は、gmアンプ12、第2抵抗R2、第2キャパシタC2を含む。
gmアンプ12の反転入力端子には、帰還電圧Vfbが入力され、非反転入力端子には基準電圧Vref1が入力される。帰還電圧Vfbは、出力電圧Voutであってもよいし、出力電圧Voutを分圧した電圧であってもよい。
The
The feedback voltage Vfb is input to the inverting input terminal of the
gmアンプ12は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vref1の差に応じた電流を出力する。第2抵抗R2および第2キャパシタC2は、gmアンプ12の出力端子と、接地端子間に直列に接続される。gmアンプ12の出力電流は、第2抵抗R2および第2キャパシタC2によって電圧に変換される。変換された電圧は、誤差電圧Verrとして出力される。
The
検出電圧生成部16は、出力インダクタL1に流れるコイル電流に応じた検出電圧Vdetを生成する。制御回路100は、コイル電流のピーク値をモニタするため、入力端子202から接地端子に至る経路上の電流のピーク値をモニタすればよい。
The detection voltage generation unit 16 generates a detection voltage Vdet corresponding to the coil current flowing through the output inductor L1. The
図1の検出電圧生成部16は、出力インダクタL1およびスイッチングトランジスタM1を経て接地に至る経路上に設けられた検出抵抗R3と、検出抵抗R3に生ずる電圧降下を増幅し、検出電圧Vdetを出力するアンプAMP1を含む。なお、検出電圧Vdetの生成方法は特に限定されるものではなく、その他の公知の技術を利用してもよい。 The detection voltage generator 16 in FIG. 1 amplifies the detection resistor R3 provided on the path to the ground through the output inductor L1 and the switching transistor M1, and the voltage drop generated in the detection resistor R3, and outputs the detection voltage Vdet. An amplifier AMP1 is included. The method for generating the detection voltage Vdet is not particularly limited, and other known techniques may be used.
オシレータ24は所定の周波数のクロック信号CKを生成する。また、オシレータ24は、クロック信号CKと同期したのこぎり波形(ランプ波形)の周期信号Voscを生成する。周期信号Voscの振幅は、検出電圧Vdetのレベルに対して小さく設定される。加算器26は、検出電圧Vdetに周期信号Voscを重畳する。周期信号Voscを重畳することによりサブハーモニック発振が抑制される。
The
コンパレータ14の反転入力端子には、誤差増幅器10からの誤差電圧Verrが入力され、非反転入力端子には、周期信号Voscが重畳された検出電圧Vdet’が入力される。コンパレータ14は、検出電圧Vdet’が誤差電圧Verrに達する(Vdet’>Verr)と所定レベル(ハイレベル)となるオフ信号Soffを出力する。
The error voltage Verr from the
RSフリップフロップ22、オシレータ24、加算器26、ドライバ回路30は、駆動部を構成する。駆動部は、コンパレータ14からのオフ信号Soffと、オシレータ24からのクロック信号CKを受ける。
The RS flip-
駆動部は、オフ信号Soffが所定レベル(ハイレベル)となると、スイッチングトランジスタM1をオフし、クロック信号CKが所定レベル(ハイレベル)に遷移すると、スイッチングトランジスタM1をオンする。つまり、クロック信号CKのポジティブエッジのタイミングから、コイル電流のピーク値に応じた検出電圧Vdet’が誤差電圧Verrに達するタイミングまでの期間が、スイッチングトランジスタM1のオン時間となる。 The drive unit turns off the switching transistor M1 when the off signal Soff reaches a predetermined level (high level), and turns on the switching transistor M1 when the clock signal CK transitions to a predetermined level (high level). That is, the period from the timing of the positive edge of the clock signal CK to the timing at which the detection voltage Vdet ′ corresponding to the peak value of the coil current reaches the error voltage Verr is the ON time of the switching transistor M1.
具体的には、クロック信号CKは、RSフリップフロップ22のセット端子に入力され、オフ信号Soffは、リセット端子に入力される。
RSフリップフロップ22の出力信号Qは、クロック信号CKがハイレベルとなるポジティブエッジのタイミングでハイレベルとなり、オフ信号Soffがハイレベルとなるポジティブエッジのタイミングで、ローレベルとなる。
Specifically, the clock signal CK is input to the set terminal of the RS flip-
The output signal Q of the RS flip-
ドライバ回路30は、RSフリップフロップ22の出力信号Qを反転して、スイッチングトランジスタM1のゲートに与える。
The
出力信号Qがハイレベルとなると、スイッチングトランジスタM1がオンとなり、出力信号Qがローレベルとなると、スイッチングトランジスタM1がオフする。 When the output signal Q becomes high level, the switching transistor M1 is turned on, and when the output signal Q becomes low level, the switching transistor M1 is turned off.
本実施の形態に係る制御回路100は、クランプ回路50、クランプ電圧設定部60を備える点を特徴とする。本実施の形態において、クランプ回路50は、誤差増幅器10から出力される誤差電圧Verrを、所定のクランプ値(以下、クランプ電圧Vclという)以下にクランプするリミッタ回路として機能する。クランプ電圧Vclは、スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutに応じて設定される。
The
本実施の形態において、クランプ電圧設定部60は、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbを受け、クランプ電圧Vclを設定するためのクランプ設定電圧Vsを生成する。
In the present embodiment, the clamp
クランプ電圧設定部60は、アンプAMP2、可変電流源62、抵抗R21、R22、R23を含む。
アンプAMP2は、帰還電圧Vfbを増幅する。可変電流源62は、アンプAMP2の出力に応じた電流Icを生成する。抵抗R21は一端の電位が固定され、他端に可変電流源62が接続される。したがって抵抗R21には、帰還電圧Vfbに応じた電圧降下が発生する。抵抗R22、R23は、抵抗R21の他端に生ずる電圧Vcを分圧し、クランプ設定電圧Vsとして出力する。
The clamp
The amplifier AMP2 amplifies the feedback voltage Vfb. The variable
クランプ回路50は、演算増幅器52、クランプトランジスタM3を含む。クランプトランジスタM3は、NチャンネルMOSFETであり、第1端子(ソース)が接地され、第2端子(ドレイン)が誤差増幅器10の出力端子に接続される。
演算増幅器52は、その出力端子がクランプトランジスタM3の制御端子(ゲート)に接続され、反転入力端子にクランプ設定電圧Vsが印加され、非反転入力端子が誤差増幅器10の出力端子に接続される。このクランプ回路50は、誤差電圧Verrを、クランプ設定電圧Vs以下にクランプする。
The
The
つまりコンパレータ14の反転入力端子には、Verr<Vsのとき、Verrが入力され、Verr>Vsとなると、Vsが入力される。
That is, Verr is input to the inverting input terminal of the
図3は、図1のクランプ回路50およびクランプ電圧設定部60の構成例を示す回路図である。アンプAMP2は、バイポーラトランジスタQ1、Q2を含む差動対と、差動対(Q1、Q2)に定電流を供給するテール電流源64と、差動対Q1、Q2の負荷として動作するトランジスタM10、M11を含む。差動対Q1、Q2のベースには、トランジスタM12、M13が接続され、入力電圧範囲が低く設定される。定電流源66、68は、トランジスタM12、M13をバイアスする。可変電流源62は、ゲートにアンプAMP2の出力電圧が印加されたNチャンネルMOSFETである。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the
演算増幅器52は、MOSトランジスタM20、M21を含む差動対と、トランジスタM22、M23を含むカレントミラー負荷と、テール電流源54を含む一般的な差動増幅器である。トランジスタM21のゲートは非反転入力端子(+)、トランジスタM20のゲートは反転入力端子(−)となる。
なお、クランプ回路50、クランプ電圧設定部60の構成は、図3のそれに限定されない。
The
Note that the configurations of the
以上が制御回路100の構成である。次に、制御回路100の動作について説明する。
図4は、図1の制御回路100の動作を示すタイムチャートである。なお、同図のILは、出力インダクタL1に流れるコイル電流を示す。
The above is the configuration of the
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the
まず、本実施の形態に係る制御回路100の効果をより明確とするために、クランプ回路50を設けない場合の動作について説明する。このときの波形は、一点鎖線のVerr’、破線のVout’、破線のIL’で示される。
時刻t0に、スイッチングレギュレータ200の起動が指示される。このとき、出力電圧Vout=0Vであり、基準電圧Vref1に応じた目標電圧Vref(=Vref1×(R10+R11)/R11)との差が大きいため、誤差電圧Verrが大きくなる。
First, in order to clarify the effect of the
At time t0, activation of switching
スイッチングトランジスタM1のオン時間は、検出電圧Vdet’(単にVdetと記す)が誤差電圧Verr’に達するまで持続するから、誤差電圧Verrが大きいほど、オン時間が長くなり、コイル電流IL’は増加する。その結果、起動直後に、出力インダクタL1に大電流が流れ、これが突入電流として問題となる。 Since the ON time of the switching transistor M1 continues until the detection voltage Vdet ′ (simply referred to as Vdet) reaches the error voltage Verr ′, the ON time becomes longer and the coil current IL ′ increases as the error voltage Verr increases. . As a result, a large current flows through the output inductor L1 immediately after startup, which becomes a problem as an inrush current.
次に、クランプ回路50を有する制御回路100の動作について説明する。
時刻t0に起動が指示されると、昇圧動作が開始し、出力電圧Voutが上昇し始める。起動直後において、出力電圧Voutは0Vであるから、クランプ設定電圧Vsは基準電圧Vref4で定まる最低値に設定される。
Next, the operation of the
When activation is instructed at time t0, the boosting operation starts and the output voltage Vout starts to rise. Immediately after startup, the output voltage Vout is 0 V, so the clamp setting voltage Vs is set to the lowest value determined by the reference voltage Vref4.
クランプ回路50は、誤差電圧Verrをクランプ設定電圧Vs以下に抑制する。出力電圧Voutの上昇にともないクランプ設定電圧Vs(クランプ電圧Vcl)が上昇し、誤差電圧Verrの上限値が増加していく。誤差電圧Verrは、クランプ設定電圧Vsに沿うようにして上昇する。
コイル電流ILに比例した検出電圧Vdet’が誤差電圧Verrに達すると、スイッチングトランジスタM1がオフするから、誤差電圧Verrが緩やかに上昇することにより、スイッチングトランジスタM1のオン時間が緩やかに増加していく。その結果、コイル電流ILは時間とともに緩やかに増加する。実施の形態に係る制御回路100によれば、突入電流の発生を抑制しながら、スイッチングレギュレータ200をソフトスタートさせることができる。
この回路では、基準電圧Vref1を変化させる必要がないため、回路が簡素化できるという利点もある。
The
When the detection voltage Vdet ′ proportional to the coil current IL reaches the error voltage Verr, the switching transistor M1 is turned off. Therefore, the error voltage Verr rises gently, and the on-time of the switching transistor M1 gradually increases. . As a result, the coil current IL gradually increases with time. According to the
This circuit has an advantage that the circuit can be simplified because it is not necessary to change the reference voltage Vref1.
図5は、図1のスイッチングレギュレータ200の電圧電流特性を示す図である。横軸は出力電流Ioutを、縦軸は出力電圧Voutを示す。実施の形態に係る制御回路100によれば、コイル電流を出力電圧Voutに応じて制限することができるため、いわゆる「フの字」を実現することができる。つまり、起動時におけるソフトスタート動作に加えて、通常動作時における好適な過電流保護を実現することができる。
また、過負荷時において出力インダクタL1に大電流が流れると、電力損失が増加してしまう。図1の制御回路100によれば、フの字特性を実現することにより、電力損失を低減することができる。
FIG. 5 is a diagram showing voltage-current characteristics of the
In addition, when a large current flows through the output inductor L1 during overload, power loss increases. According to the
上記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。 Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
第1、第2の実施の形態では、誤差増幅器10としてgmアンプ12を利用する場合を説明したが、電圧出力型の演算増幅器を利用してもよい。また、実施の形態では、昇圧型のスイッチングレギュレータについて説明したが、降圧型のスイッチングレギュレータにも本発明は適用可能である。この場合、スイッチングトランジスタM1および出力回路40のトポロジーを変更すればよい。
In the first and second embodiments, the case where the
実施の形態では、コイル電流を帰還して出力電圧Voutを安定化させるピークカレントモード(電流帰還型)のスイッチングレギュレータについて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、出力電圧Voutのみを帰還する電圧帰還型のスイッチングレギュレータにも適用可能である。図6は、実施の形態に係る電圧帰還型のスイッチングレギュレータの制御回路100a構成を示す回路図である。
In the embodiment, the peak current mode (current feedback type) switching regulator that feeds back the coil current and stabilizes the output voltage Vout has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a voltage feedback switching regulator that feeds back only the output voltage Vout. FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the
制御回路100aは、誤差増幅器10、オシレータ24、PWMコンパレータ70、ドライバ回路30、スイッチングトランジスタM1を備える。誤差増幅器10は、スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutを、所定の基準電圧Vref1と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号Verrを生成する。PWMコンパレータ70は、誤差電圧Verrを周期信号Voscとレベル比較し、交点ごとにレベルが遷移するパルス信号Spを生成する。ドライバ回路30は、パルス信号SpにもとづいてスイッチングトランジスタM1のオン、オフを切りかえる。クランプ電圧設定部60は、帰還電圧Vfbに応じたクランプ設定電圧Vsを生成する。クランプ回路50は、誤差電圧Verrを、クランプ設定電圧Vs以下にクランプする。
The
図6の制御回路100aによれば、図1の制御回路100と同様に過電流保護を実現できる。
According to the
実施の形態では、スイッチングトランジスタM1が制御回路100に内蔵される場合を説明したが、スイッチングトランジスタM1をディスクリート素子を利用して制御回路100の外部に設けてもよい。
Although the case where the switching transistor M1 is built in the
本実施の形態において、信号のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。 In the present embodiment, the setting of the logic value of the high level and low level of the signal is an example, and can be freely changed by appropriately inverting it with an inverter or the like.
C1…出力キャパシタ、D1…整流ダイオード、L1…出力インダクタ、10…誤差増幅器、12…gmアンプ、14…コンパレータ、16…検出電圧生成部、22…RSフリップフロップ、24…オシレータ、26…加算器、30…ドライバ回路、40…出力回路、50…クランプ回路、52…演算増幅器、60…クランプ電圧設定部、100…制御回路、104…スイッチング端子、106…帰還端子、200…スイッチングレギュレータ、204…出力端子、210…負荷、202…入力端子、R2…第2抵抗、C2…第2キャパシタ、M1…スイッチングトランジスタ、M3…クランプトランジスタ。
C1 ... Output capacitor, D1 ... Rectifier diode, L1 ... Output inductor, 10 ... Error amplifier, 12 ... gm amplifier, 14 ... Comparator, 16 ... Detection voltage generator, 22 ... RS flip-flop, 24 ... Oscillator, 26 ... Adder , 30 ... Driver circuit, 40 ... Output circuit, 50 ... Clamp circuit, 52 ... Operational amplifier, 60 ... Clamp voltage setting unit, 100 ... Control circuit, 104 ... Switching terminal, 106 ... Feedback terminal, 200 ... Switching regulator, 204 ...
Claims (5)
前記スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の基準電圧と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記スイッチングレギュレータの出力インダクタに流れるコイル電流に応じた検出信号を、前記誤差増幅器からの誤差信号と比較し、前記検出信号の値が前記誤差信号の値に達すると所定レベルとなるオフ信号を出力するコンパレータと、
前記オフ信号が所定レベルとなると、スイッチングトランジスタをオフし、クロック信号が所定レベルに遷移すると、前記スイッチングトランジスタをオンする駆動部と、
前記誤差増幅器から出力される前記誤差信号を、前記スイッチングレギュレータの出力電圧に応じたクランプ値にてクランプするクランプ回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit for a switching regulator,
An error amplifier that compares an output voltage of the switching regulator with a predetermined reference voltage and generates an error signal according to an error between the two voltages;
The detection signal corresponding to the coil current flowing through the output inductor of the switching regulator is compared with the error signal from the error amplifier, and an off signal that becomes a predetermined level is output when the value of the detection signal reaches the value of the error signal Comparator to
When the off signal reaches a predetermined level, the switching transistor is turned off, and when the clock signal transitions to the predetermined level, a driving unit that turns on the switching transistor;
A clamp circuit for clamping the error signal output from the error amplifier with a clamp value corresponding to an output voltage of the switching regulator;
A control circuit comprising:
第1端子が接地され、第2端子が前記誤差増幅器の出力端子に接続されたクランプトランジスタと、
出力端子が前記クランプトランジスタの制御端子に接続され、反転入力端子に前記クランプ値を設定する設定電圧が印加され、非反転入力端子が前記誤差増幅器の出力端子に接続された演算増幅器と、
を含み、
前記設定電圧を前記出力電圧に応じて設定することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 The clamp circuit is
A clamp transistor having a first terminal grounded and a second terminal connected to the output terminal of the error amplifier;
An operational amplifier in which an output terminal is connected to the control terminal of the clamp transistor, a setting voltage for setting the clamp value is applied to an inverting input terminal, and a non-inverting input terminal is connected to the output terminal of the error amplifier;
Including
The control circuit according to claim 1, wherein the set voltage is set according to the output voltage.
前記スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の基準電圧と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号を周期信号とレベル比較し、交点ごとにレベルが遷移するパルス信号を生成するパルス変調コンパレータと、
前記パルス信号にもとづいてスイッチングトランジスタのオン、オフを切りかえる駆動部と、
前記誤差増幅器から出力される前記誤差信号を、前記スイッチングレギュレータの出力電圧に応じたクランプ値にてクランプするクランプ回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit for a switching regulator,
An error amplifier that compares an output voltage of the switching regulator with a predetermined reference voltage and generates an error signal according to an error between the two voltages;
A pulse modulation comparator that compares the level of the error signal with a periodic signal and generates a pulse signal whose level transitions at each intersection;
A drive unit for switching on and off of the switching transistor based on the pulse signal;
A clamp circuit for clamping the error signal output from the error amplifier with a clamp value corresponding to an output voltage of the switching regulator;
A control circuit comprising:
前記スイッチングレギュレータの出力電圧を所定の基準電圧と比較し、2つの電圧の誤差に応じた誤差信号を生成するステップと、
前記誤差信号にもとづき、前記出力電圧が前記基準電圧と一致するようにデューティ比が制御されるパルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号にもとづき、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御するステップと、
前記誤差信号を、前記スイッチングレギュレータの出力電圧に応じたクランプ値にてクランプするステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 A switching regulator control method comprising:
Comparing the output voltage of the switching regulator with a predetermined reference voltage and generating an error signal corresponding to an error between the two voltages;
Generating a pulse signal based on the error signal, the duty ratio of which is controlled so that the output voltage matches the reference voltage;
Controlling on and off of the switching transistor based on the pulse signal;
Clamping the error signal with a clamp value corresponding to the output voltage of the switching regulator;
A control method comprising:
前記出力インダクタに接続されるスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する請求項1または3に記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 A switching regulator output circuit including an output inductor and an output capacitor;
A switching transistor connected to the output inductor;
The control circuit according to claim 1 or 3, which controls on and off of the switching transistor;
A switching regulator comprising:
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011182494A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fuji Electric Co Ltd | Switching power unit, and control circuit thereof |
CN102201731A (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-28 | 上海沙丘微电子有限公司 | Switching current limiting circuit of DC/DC converter |
JP2014075932A (en) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Rohm Co Ltd | Power supply device and electronic apparatus using the same |
JP2014150637A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Lapis Semiconductor Co Ltd | Step-up switching regulator and semiconductor device |
JP2015154564A (en) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | セイコーインスツル株式会社 | Dc/dc converter |
US9455627B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-09-27 | Lapis Semiconductor Co., Ltd | Boost-type switching regulator and semiconductor device for boost-type switching regulator |
JP2018153079A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | ローム株式会社 | Dc/dc converter |
US10756530B2 (en) | 2016-12-19 | 2020-08-25 | Seiko Epson Corporation | Overcurrent detection circuit, semiconductor apparatus, and power supply apparatus |
CN112994456A (en) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 无锡英迪芯微电子科技股份有限公司 | Clamp control circuit suitable for switching power supply chip |
JP7371175B2 (en) | 2017-03-10 | 2023-10-30 | ローム株式会社 | DC/DC converter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11252908A (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Hitachi Ltd | Voltage stabilizing device |
JP2004364393A (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Rohm Co Ltd | Switching regulator |
JP2005269838A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Dc-dc converter |
JP2007028732A (en) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Rohm Co Ltd | Switching circuit and switching power unit |
-
2007
- 2007-11-29 JP JP2007308961A patent/JP2009136064A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11252908A (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Hitachi Ltd | Voltage stabilizing device |
JP2004364393A (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Rohm Co Ltd | Switching regulator |
JP2005269838A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Dc-dc converter |
JP2007028732A (en) * | 2005-07-13 | 2007-02-01 | Rohm Co Ltd | Switching circuit and switching power unit |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011182494A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fuji Electric Co Ltd | Switching power unit, and control circuit thereof |
CN102201731A (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-28 | 上海沙丘微电子有限公司 | Switching current limiting circuit of DC/DC converter |
JP2014075932A (en) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Rohm Co Ltd | Power supply device and electronic apparatus using the same |
JP2014150637A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Lapis Semiconductor Co Ltd | Step-up switching regulator and semiconductor device |
US9455627B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-09-27 | Lapis Semiconductor Co., Ltd | Boost-type switching regulator and semiconductor device for boost-type switching regulator |
JP2015154564A (en) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | セイコーインスツル株式会社 | Dc/dc converter |
US10756530B2 (en) | 2016-12-19 | 2020-08-25 | Seiko Epson Corporation | Overcurrent detection circuit, semiconductor apparatus, and power supply apparatus |
JP2018153079A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | ローム株式会社 | Dc/dc converter |
JP7371175B2 (en) | 2017-03-10 | 2023-10-30 | ローム株式会社 | DC/DC converter |
CN112994456A (en) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 无锡英迪芯微电子科技股份有限公司 | Clamp control circuit suitable for switching power supply chip |
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