JP2009189151A - スイッチングレギュレータおよび起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正常かつ安定的な起動を行うことができるスイッチングレギュレータおよび起動制御方法を提供する。
【解決手段】スイッチングレギュレータは、低電圧の１次電圧Ｖ１を昇圧させ、高電圧の２次電圧Ｖ２を出力するスイッチングレギュレータであって、ＰＷＭ信号生成部１が、スイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２の導通時間を制御するＰＷＭ信号を生成し、２次電圧検出部２が、２次電圧Ｖ２が予め設定された所定電圧を超えたかどうかを検出し、１次電圧Ｖ１を電源電圧とする起動制御部３が、２次電圧検出部２の出力に応じて、ＰＷＭ信号のデューティを切り替えるようＰＷＭ信号生成部１へ指示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチングレギュレータおよび起動制御方法に関する。

低電圧の電池を１次電源として使用するポータブル機器では、昇圧型のスイッチングレギュレータを用いて、内部回路へ供給する高電圧の２次電源電圧を生成する。近年、この昇圧型のスイッチングレギュレータにおいて、２次電源の電圧をデジタル回路で制御するデジタル制御方式が用いられるようになってきている。

このようなデジタル制御方式の昇圧型スイッチングレギュレータでは、２次電源の電圧と基準電圧を比較器で比較し、その出力によりデジタルＰＷＭ信号生成回路で生成されるＰＷＭ信号のパルス幅を制御し、このＰＷＭ信号によりスイッチングトランジスタのスイッチング期間を制御することにより、所望の２次電源電圧が得られる（例えば、特許文献１参照。）。

従来、このような制御用の回路の回路電圧としては、２次電源電圧が用いられている。これは、１次電源の電圧が低いためである。しかし、２次電源を回路電圧源とした場合、スイッチングレギュレータの起動時に２次電圧と基準電圧が同時に起動するため、制御用の回路が正常に起動しない状態が生じる恐れがあり、最悪の場合、スイッチングレギュレータが起動しない、という問題があった。
特開２００７−１６６８６５号公報 （第４−５ページ、図１）

そこで、本発明の目的は、正常かつ安定的な起動を行うことができるスイッチングレギュレータおよび起動制御方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、スイッチングトランジスタの導通を制御して１次電圧を昇圧させ、前記１次電圧より高い高電圧の２次電圧を出力するスイッチングレギュレータであって、前記スイッチングトランジスタの導通時間を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、前記２次電圧が予め設定された所定電圧を超えたかどうかを検出する２次電圧検出手段と、前記２次電圧検出手段の出力に応じて、前記ＰＷＭ信号のデューティを切り替えるよう前記ＰＷＭ信号生成手段へ指示する起動制御手段とを備え、前記起動制御手段が前記１次電圧を電源電圧とすることを特徴とするスイッチングレギュレータが提供される。

また、本発明の別の一態様によれば、スイッチングトランジスタの導通を制御して１次電圧を昇圧させ、前記１次電圧より高い高電圧の２次電圧を出力するスイッチングレギュレータの起動制御方法であって、前記スイッチングレギュレータの２次電圧と予め設定された所定電圧とを比較し、前記２次電圧が前記所定電圧を超えるまでは、前記スイッチングトランジスタの導通時間を制御するＰＷＭ信号のデューティを前記スイッチングトランジスタの導通時間を短くする値に固定することを特徴とする起動制御方法が提供される。

本発明によれば、デジタル制御方式の昇圧型スイッチングレギュレータを正常かつ安定的に起動させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係るスイッチングレギュレータの構成の例を示すブロック図である。

本実施例のスイッチングレギュレータは、相補的にスイッチング動作するスイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２の導通を制御して、スイッチングトランジスタＴ２のオン時に低電圧の電池ＢＡＴによりインダクタＬに充電される電荷をスイッチングトランジスタＴ１のオン時にコンデンサＣに蓄積し、電池ＢＡＴの低電圧の１次電圧Ｖ１よりも高い電圧の２次電圧Ｖ２を出力する昇圧型のスイッチングレギュレータである。

スイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２の導通は、ＰＷＭ信号生成部１により生成されるＰＷＭ信号により制御される。ＰＷＭ信号生成部１から出力されるＰＷＭ信号はプリドライバ部１０３を介してスイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２へ入力される。

ＰＷＭ信号生成部１は、通常動作時は、２次電圧Ｖ２を基準電圧生成部１０１により生成される基準電圧と比較する比較器１０２の出力に応じてＰＷＭ信号のデューティを調整する。すなわち、２次電圧Ｖ２が基準電圧より低いときはＰＷＭ信号のデューティを高くしてスイッチングトランジスタＴ２の導通時間を短くし、２次電圧Ｖ２が基準電圧より高いときはＰＷＭ信号のデューティを低くしてスイッチングトランジスタＴ２の導通時間を長くする。

このようなループ制御により、本実施例のスイッチングレギュレータでは、２次電圧Ｖ２が一定の電圧に保たれる。

ここで、ＰＷＭ信号生成部１の電源電圧には１次電圧Ｖ１を用いるが、基準電圧生成部１０１および比較器１０２の電源電圧としては２次電圧Ｖ２を用いる。そのため、スイッチングレギュレータの起動時には、基準電圧生成部１０１および比較器１０２の電源電圧が低く、動作が不安定となる。

そこで、本実施例では、スイッチングレギュレータの起動時には、基準電圧生成部１０１および比較器１０２によるループ制御を行わず、固定デューティのＰＷＭ信号を生成するようにＰＷＭ信号生成部１を制御する。

そのために、本実施例のスイッチングレギュレータは、２次電圧Ｖ２が予め設定された所定電圧を超えたかどうかを検出する２次電圧検出部２と、２次電圧検出部２の出力に応じた切り替え信号を出力して、ＰＷＭ信号のデューティ制御の切り替えをＰＷＭ信号生成部１へ指示する起動制御部３と、を備える。

起動制御部３は、２次電圧Ｖ２が所定値より低いときには、例えば、切り替え信号を‘０’として、ＰＷＭ信号のデューティを高デューティの固定値に切り替えるようＰＷＭ信号生成部１へ指示する。

一方、２次電圧Ｖ２が所定値より高いときには、切り替え信号を‘１’として、ＰＷＭ信号のデューティを比較器１０２の出力に応じて変化させるようＰＷＭ信号生成部１へ指示する。

この２次電圧検出部２および起動制御部３の電源電圧は、１次電圧Ｖ１とする。これにより、スイッチングレギュレータの起動時においても２次電圧検出部２および起動制御部３は安定的に動作し、ＰＷＭ信号生成部１から正常なＰＷＭ信号が出力される。

また、トランジスタＴ１の寄生ダイオードD１の順方向電圧をＶＦとすると、起動時の２次電圧Ｖ２は（Ｖ１−ＶＦ）となるので、ＰＷＭ信号生成部１から出力されるＰＷＭ信号は、起動時でもプリドライバ部１０３を通してスイッチングトランジスタに伝播される。

図２に、起動制御部３からの指示によりＰＷＭ信号のデューティを切り替えるＰＷＭ信号生成部１の内部構成の例を示す。

ＰＷＭ信号生成部１は、固定のデューティ値を生成する固定デューティ生成部１１と、比較器１０２からの出力に応じてデューティ値を調整するデューティ調整部１２と、起動制御部３から出力される切り替え信号により固定デューティ生成部１１の出力とデューティ調整部１２の出力のいずれかを選択する切り替え部１３と、切り替え部１３から出力されたデューティ値に応じてＰＷＭ波を生成するＰＷＭ波生成部１４と、を備える。

なお、ＰＷＭ波生成部１４には、従来同様、デジタルＰＷＭ信号生成回路を用い、固定デューティ生成部１１およびデューティ調整部１２から出力されるデューティ値はデジタルデータである。

ここで、固定デューティ生成部１１で生成する固定のデューティ値を高く設定しておけば、スイッチングレギュレータの起動時にスイッチングトランジスタＴ２の導通時間を短くすることができ、２次電圧Ｖ２を急速に昇圧させることができる。

次に、図３に示すフロー図を用いて、本実施例のスイッチングレギュレータの起動方法を説明する。

図３は、本実施例のスイッチングレギュレータの起動時の処理の手順を示すフロー図である。

スイッチングレギュレータが起動すると、２次電圧検出部２が、２次電圧Ｖ２の検出を行い（ステップＳ０１）、予め設定された所定の電圧を超えたかどうかを判定する（ステップＳ０２）。

起動直後は２次電圧Ｖ２が低いので、２次電圧Ｖ２が所定の電圧を超えていないと判定され（ＮＯ）、起動制御部３が、ＰＷＭ信号生成部１へ、固定デューティ生成部１１の出力を選択してＰＷＭ信号を生成するように指示する。これにより、ＰＷＭ信号生成部１からは、デューティが固定のＰＷＭ信号が生成される（ステップＳ０３）。

このデューティが固定されたＰＷＭ信号の出力により、２次電圧Ｖ２は上昇する。

電圧上昇後の２次電圧Ｖ２に対して、ステップＳ０１〜Ｓ０２の処理が繰り返し実行され、２次電圧Ｖ２が所定の電圧を超えるまでは、ＰＷＭ信号生成部１からデューティ固定のＰＷＭ信号が継続して出力される。

その後、さらに２次電圧Ｖ２が上昇し、ステップＳ０２で所定の電圧を超えたと判定されると（ＹＥＳ）、起動制御部３は、ＰＷＭ信号生成部１へ、デューティ調整部１２の出力に応じたＰＷＭ信号を生成するように指示する。これにより、ＰＷＭ信号生成部１からは、デューティがループ制御されたＰＷＭ信号が生成されるようになる（ステップＳ０４）。

その後も、２次電圧検出部２による２次電圧Ｖ２の監視が継続され、２次電圧Ｖ２が所定の電圧より低くなることがあれば、再び、ＰＷＭ信号生成部１からデューティ固定のＰＷＭ信号が出力されるようになる。

上述のフローにより、２次電圧Ｖ２が所定の電圧を超えるまでは、ＰＷＭ信号生成部１からデューティ固定のＰＷＭ信号が継続して出力されるので、スイッチングレギュレータはスムーズに起動する。

図４に、上述のフローにより起動される本実施例のスイッチングレギュレータの動作の様子を波形図で示す。図４では、ＰＷＭ信号生成部１から出力されるＰＷＭ信号と、スイッチングレギュレータの２次電圧Ｖ２の変化の様子を、起動直後と、一定時間経過後とに分けて示している。

スイッチングレギュレータの起動後、２次電圧Ｖ２が（Ｖ１−ＶＦ）から所定の電圧Ｖｓに達するまでは、ＰＷＭ信号生成部１からデューティ固定のＰＷＭ信号が出力される。このとき、デューティを高デューティで固定しておけば、２次電圧Ｖ２は急速に上昇する。

その後、２次電圧Ｖ２が所定の電圧Ｖｓを超えると、ＰＷＭ信号生成部１からループ制御によるデューティ調整がされたＰＷＭ信号が出力される。これにより、スイッチングレギュレータは、２次電圧Ｖ２が目標電圧を保持するように制御される。

このような本実施例によれば、スイッチングレギュレータの起動直後は、安定した電圧が供給される１次電圧を電源電圧とする回路により、スイッチングトランジスタの導通時間を制御するＰＷＭ信号のデューティを固定値とすることができる。これにより、スイッチングレギュレータを正常かつ安定的に起動させることができる。

また、デューティの固定値をスイッチングトランジスタの導通時間を短くする値に固定することにより、スイッチングレギュレータの２次電圧を急速に上昇させることができる。これにより、スイッチングレギュレータの起動時間を短くすることができる。

本発明の実施例に係るスイッチングレギュレータの構成の例を示すブロック図。 本発明の実施例のＰＷＭ信号生成部の構成の例を示すブロック図。 本発明の実施例に係るスイッチングレギュレータの起動制御方法の例を示すフロー図。 本発明の実施例のスイッチングレギュレータの動作の例を示す波形図。

符号の説明

１ ＰＷＭ信号生成部
２ ２次電圧検出部
３ 起動制御部
１１ 固定デューティ生成部
１２ デューティ調整部
１３ 切り替え部
１４ ＰＷＭ波生成部
１０１ 基準電圧生成部
１０２ 比較器
１０３ プリドライバ部
ＢＡＴ 電池
Ｃ コンデンサ
Ｌ インダクタ
Ｔ１、Ｔ２ スイッチングトランジスタ
Ｄ１、Ｄ２ 寄生ダイオード

Claims (5)

1. スイッチングトランジスタの導通を制御して１次電圧を昇圧させ、前記１次電圧より高い高電圧の２次電圧を出力するスイッチングレギュレータであって、
   前記スイッチングトランジスタの導通時間を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
   前記２次電圧が予め設定された所定電圧を超えたかどうかを検出する２次電圧検出手段と、
   前記２次電圧検出手段の出力に応じて、前記ＰＷＭ信号のデューティを切り替えるよう前記ＰＷＭ信号生成手段へ指示する起動制御手段と
   を備え、
   前記起動制御手段が前記１次電圧を電源電圧とすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
2. 前記起動制御手段が、
   前記２次電圧検出手段により前記２次電圧が予め設定された所定電圧を超えていないことが検出されたときは、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記スイッチングトランジスタの導通時間を短くする値に固定するよう前記ＰＷＭ信号生成手段へ指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングレギュレータ。
3. 前記起動制御手段が、
   前記２次電圧検出手段により前記２次電圧が予め設定された所定電圧を超えたことが検出されたときは、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記２次電圧の値に応じて変化させるよう前記ＰＷＭ信号生成手段へ指示する
   ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチングレギュレータ。
4. スイッチングトランジスタの導通を制御して１次電圧を昇圧させ、前記１次電圧より高い高電圧の２次電圧を出力するスイッチングレギュレータの起動制御方法であって、
   前記スイッチングレギュレータの２次電圧と予め設定された所定電圧とを比較し、前記２次電圧が前記所定電圧を超えるまでは、前記スイッチングトランジスタの導通時間を制御するＰＷＭ信号のデューティを前記スイッチングトランジスタの導通時間を短くする値に固定する
   ことを特徴とする起動制御方法。
5. 前記２次電圧が前記所定電圧を超えた後は、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記２次電圧の値に応じて変化させる
   ことを特徴とする請求項４に記載の起動制御方法。

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