JP2010051066A - Switching supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit.
出力電圧とリファレンス電圧の誤差信号に基づいてスイッチング素子のオンとオフとを制御して電圧を一定に保つスイッチング電源において、大きく分けて2種類のスイッチング方式が存在する。一つは、スイッチングの周波数を固定してオンデューティ比を変化させるPWM(パルス幅変調)方式である。もう一つは、スイッチングのオン時間を固定して周波数を変化させるPFM(パルス周波数変調)方式である。 There are roughly two types of switching systems in switching power supplies that maintain the voltage constant by controlling on and off of the switching element based on the error signal of the output voltage and the reference voltage. One is a PWM (Pulse Width Modulation) system that changes the on-duty ratio while fixing the switching frequency. The other is a PFM (pulse frequency modulation) system in which the switching ON time is fixed and the frequency is changed.
PWM方式は応答性やリップル電圧に優れ、PFM方式は軽負荷時の効率に優れるという特長がある。さらに、これらの方式の特長を生かし、動作条件に応じて動作中にPWM方式とPFM方式を切り替える方式が注目されている。例えば、通常はPWM方式で動作させるが、負荷電流がある閾値より小さくなった場合はPFM方式でスイッチングを行い効率の低下を防ぐという方式である(特許文献1及び2を参照)。
しかしながら、従前の提案技術ではPWM方式とPFM方式との切り替えを、負荷電流にのみに基づいて決定していた。この場合、動作条件によっては必ずしも切り替えポイントが軽負荷時の効率が最大の時とはならない。まず、効率特性は入力電圧によっても変わるため、入力電圧に応じた切り替えポイントが必要である。 However, in the conventional proposed technique, switching between the PWM method and the PFM method is determined based only on the load current. In this case, depending on the operating conditions, the switching point is not always at the maximum efficiency when the load is light. First, since the efficiency characteristics vary depending on the input voltage, a switching point corresponding to the input voltage is required.
提案技術でこれに対応するためには、入力電圧、負荷電流の両方の組み合わせに対して切り替えポイントを記憶する必要があるが、精度の高い切り替えポイントを実現するためには入力電圧の条件数を多くしなければならない。その結果、メモリ領域の拡大および制御ロジックの複雑化を招く。 To cope with this with the proposed technology, it is necessary to memorize switching points for both combinations of input voltage and load current. However, in order to realize a highly accurate switching point, the number of input voltage conditions must be set. I have to do more. As a result, the memory area is expanded and the control logic is complicated.
また、入力電圧の条件数を多くしても、基板の配線パターンのばらつきによる個体差には対応できず、同じ切り替えポイントでも効率が最大になるものとならないものが存在してしまうおそれがある。これに対応するには、出荷前の調整作業などによって基板ごとの切り替えポイントを記憶する必要があるが、それによる工数の拡大は避けられない。 Further, even if the number of input voltage conditions is increased, individual differences due to variations in the wiring pattern of the substrate cannot be handled, and there may be a case where the efficiency is not maximized even at the same switching point. In order to cope with this, it is necessary to store switching points for each substrate by adjustment work before shipment, etc., but the increase in man-hours due to this is inevitable.
上述の課題を解決するための本発明は、調整作業をせずとも入力電圧の変化や基板の個体差にかかわらず最適な切り替えポイントで動作し、軽負荷時に高い効率を得ることが可能なスイッチング電源回路を提供することを目的とする。 The present invention for solving the above-described problems is a switching that can operate at an optimum switching point regardless of a change in input voltage or an individual difference of boards without adjusting work, and can obtain high efficiency at a light load. An object is to provide a power supply circuit.
上記課題を解決するための本発明は、接続された負荷に対する出力電圧が基準電圧に一致するように、該負荷に対する電源供給を行うスイッチング電源回路であって、
電圧変換用のインダクタと、
該インダクタに流す電流をオンとオフとを切り替えるスイッチと、
前記出力電圧を計測する出力電圧計測手段と、
前記スイッチング電源回路への入力電圧を計測する入力電圧計測手段と、
前記負荷に流れる負荷電流を計測する負荷電流計測手段と、
前記スイッチング電源回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記出力電圧と前記基準電圧との誤差信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記誤差信号に基づいてパルス周波数変調信号を生成するパルス周波数変調信号生成手段と、
前記負荷電流計測手段で計測された負荷電流と、切り替え閾値とを比較して、前記負荷電流が切り替え閾値より小さい場合には前記パルス周波数変調信号生成手段を選択し、前記負荷電流が切り替え閾値より小さくない場合には前記パルス幅変調信号生成手段を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された信号生成手段から供給される変調信号に基づいて、前記スイッチのオンとオフとを制御する制御手段と
を備え、
前記スイッチング電源回路における電源供給効率が最大となる場合に前記負荷電流計測手段で計測された負荷電流として、前記切り替え閾値を設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。
The present invention for solving the above problems is a switching power supply circuit that supplies power to a load so that an output voltage to a connected load matches a reference voltage.
An inductor for voltage conversion;
A switch for switching on and off the current flowing through the inductor;
Output voltage measuring means for measuring the output voltage;
Input voltage measuring means for measuring an input voltage to the switching power supply circuit;
Load current measuring means for measuring a load current flowing through the load;
Input current detection means for detecting an input current to the switching power supply circuit;
Pulse width modulation signal generating means for generating a pulse width modulation signal based on an error signal between the output voltage and the reference voltage;
Pulse frequency modulation signal generating means for generating a pulse frequency modulation signal based on the error signal;
The load current measured by the load current measuring means is compared with a switching threshold, and when the load current is smaller than the switching threshold, the pulse frequency modulation signal generating means is selected, and the load current is smaller than the switching threshold. A selection means for selecting the pulse width modulation signal generation means if not small,
Control means for controlling on and off of the switch based on the modulation signal supplied from the signal generation means selected by the selection means,
The power supply efficiency in the switching power supply circuit further includes setting means for setting the switching threshold as a load current measured by the load current measuring means.
本発明によれば、調整作業をせずとも入力電圧の変化や基板の個体差にかかわらず最適な切り替えポイントで動作し、軽負荷時に高い効率を得ることが可能なスイッチング電源回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply circuit that can operate at an optimal switching point regardless of a change in input voltage or an individual difference of boards without performing an adjustment operation and can obtain high efficiency at a light load. Can do.
[第1の実施形態]
以下、本発明の第1の実施形態を情報処理装置の電圧モードスイッチング電源回路に適用した例を、図1乃至図3を用いて説明する。当該情報処理装置には、例えばデジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話等の電子機器が含まれる。以下では、本発明をデジタルカメラに適用した場合を例として説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, an example in which the first embodiment of the present invention is applied to a voltage mode switching power supply circuit of an information processing device will be described with reference to FIGS. The information processing apparatus includes electronic devices such as a digital camera, a digital video camera, and a mobile phone. Hereinafter, a case where the present invention is applied to a digital camera will be described as an example.
まず、図1のブロック図を参照して、発明の第1の実施形態に対応する電圧モードスイッチング電源回路を有する情報処理装置の構成例を説明する。本発明の情報処理装置は、電力を供給するバッテリ1、センサなどの負荷2、負荷2に電圧を供給する電源部3、システム制御や画像処理を行うCPU7、操作部8を有している。操作部8では、ユーザーからの電源オン・オフ操作や撮影モード切り替え操作などを受け付ける。
First, a configuration example of an information processing apparatus having a voltage mode switching power supply circuit corresponding to the first embodiment of the invention will be described with reference to the block diagram of FIG. The information processing apparatus of the present invention includes a
電源部3は、本発明の電圧モードスイッチング電源回路であり、接続された負荷2に対する出力電圧が基準電圧に一致するように、該負荷に対する電源供給を行う。電源部3は、安定した電圧を出力制御するためのコントローラIC4、電圧変換用のパワーインダクタ5、平滑コンデンサ6、入力電流を検出する入力電流検出抵抗12、負荷電流を検出する負荷電流検出抵抗13によって構成される。
The power supply unit 3 is a voltage mode switching power supply circuit of the present invention, and supplies power to the load so that the output voltage to the connected
コントローラIC4は、IC制御信号にしたがってコントローラIC4全体の動作の制御を行うロジック制御部9、出力電圧を一定に出力するための制御信号を生成する帰還制御部10を有する。また、該制御信号にしたがってパワーインダクタ5に流す電流をオン・オフするスイッチ部14、CPU7との通信を行って設定電圧などを設定データ記録部17に記録する通信I/F11を有する。
The controller IC 4 includes a logic control unit 9 that controls the operation of the entire controller IC 4 in accordance with the IC control signal, and a
さらに、入力電流検出抵抗12の両端の電圧をデジタルデータに変換する第一入力A/D24、第二入力A/D25、負荷電流検出抵抗13の両端の電圧をデジタルデータに変換して、出力電圧計測を行う第一出力A/D26、第二出力A/D27を有する。さらに、第一入力A/D24、第二入力A/D25、第一出力A/D26、第二出力A/D27を有する。第一入力A/D24、第二入力A/D25は、入力電流検出抵抗12の両端の電圧をデジタルデータに変換して、入力電圧計測を行うためのものである。また、第一出力A/D26、第二出力A/D27は、負荷電流検出抵抗13の両端の電圧をデジタルデータに変換して、出力電圧計測を行うためのものである。
Further, the voltage at both ends of the input
コントローラIC4は、本発明の特徴である効率算出部30、効率算出部30からの指令にしたがって疑似的に負荷に定電流を流す可変疑似負荷部29を有している。可変疑似負荷部29は、電源部3の出力側端子に接続され、負荷電流を変化させることができる。効率算出部30は、第一入力A/D24、第二入力A/D25、第一出力A/D26、第二出力A/D27からの電圧データから当該負荷電流における電源供給効率を算出する。
The controller IC 4 has an
帰還制御部10は、出力電圧の基準電圧であるリファレンスデータを一時的に保管するリファレンスデータレジスタ15、電源OFF時にリファレンスデータを保持しておく設定データ記録部17を有する。設定データ記録部17は、後述の切り替えポイント(切り替え閾値)も併せて保持する。また、出力電圧データとリファレンスデータとを比較する出力電圧比較部16、パルス幅変調信号生成部(PWM信号生成部)18、パルス周波数変調信号生成部(PFM信号生成部)21を有する。PWM信号生成部18、PFM信号生成部21は、出力電圧比較部16の出力からデジタルパルス幅変調(PWM)信号、デジタルパルス周波数変調(PFM)信号をそれぞれ生成する。
The
さらに、PWM信号生成部18とPFM信号生成部21の切り替えポイントを一時的に保存する切り替えポイントレジスタ22、第一出力A/D26と第二出力A/D27のデータから負荷電流を算出する負荷電流計測部28を有する。さらに、負荷電流計測部28で計測した負荷電流値と切り替えポイントレジスタ22の値とを比較して、PWM信号生成部18またはPFM信号生成部21のいずれかを選択してスイッチング信号を出力させるPWM/PFM切り替え部23を有する。
Further, a switching point register 22 that temporarily stores switching points of the PWM
スイッチ部14は、PWM/PFM切り替え部23による選択に応じて供給されるスイッチング信号に従い主スイッチ20への制御信号を生成する主スイッチドライバ19を有する。また、主スイッチドライバ19の制御信号に従い、パワーインダクタ5に流す電流のオン・オフ動作を行う主スイッチ20を有する。
The
本実施形態では、可変疑似負荷としてPWM信号をLPFで直流に変換した信号を、トランジスタ2石の定電流回路に接続し、PWMのデューティを変化させることで可変疑似負荷を実現している。 In the present embodiment, a variable pseudo load is realized by connecting a signal obtained by converting a PWM signal into a direct current by LPF as a variable pseudo load to a constant current circuit of two transistors and changing the duty of PWM.
次に、発明の第1の実施形態に対応する情報処理装置の動作の一例を図2および図3を参照して説明する。まず、装置の起動からの制御の流れを図2のフローチャートを参照して説明する。 Next, an example of the operation of the information processing apparatus corresponding to the first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. First, the flow of control from the start of the apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
ロジック制御部9が操作部8からの起動制御信号を受けると、該ロジック制御部9は、ステップST201において効率算出部30に切り替えポイントを計測する一連の動作(スキャンという)を開始する信号(スキャン開始信号という)を送信する。スキャンの詳細な動作の内容については、図3のフローチャートを参照して後述する。
When the logic control unit 9 receives the activation control signal from the
次に、ステップST202においてロジック制御部9は、設定データ記録部17からリファレンスデータVrefと切り替えポイントデータILmを読み出す。ステップST203において、読み出したデータをリファレンスデータレジスタ15と切り替えポイントレジスタ22とにそれぞれ展開する。
Next, in step ST202, the logic control unit 9 reads the reference data V ref and the switching point data I Lm from the setting
次に、ステップST204では、第二入力A/D25、第一出力A/D26および第二出力A/D27から電圧データVADi2、VADo1、VADo2を取得する。次に、ステップST205では、前回スキャン時のVADi2であるViと現在のVADi2を比較し、その差があらかじめ定められた閾値Vithより大きいかどうかを判定する。この判定結果が偽の場合(ステップST205において「NO」)、ステップST206に移行する。ステップST206では、出力電圧比較部16にて、リファレンスデータVrefとVADo2を用いて誤差信号Verrを式1に従い算出する。
Next, in step ST 204, and I acquire the second input A / D25, the first output A / D26 and second output A / D27 voltage data V ADI2 from, V ADo1, V ADo2. Next, in step ST205, V i which is V ADi2 at the time of the previous scan is compared with the current V ADi2, and it is determined whether or not the difference is larger than a predetermined threshold value V ith . When the determination result is false (“NO” in step ST205), the process proceeds to step ST206. In step ST206, the output voltage comparison unit 16 calculates the error signal V err according to
[式1]
Verr = f(VADo2 −VADo1)
ここで、f(x)はxに対してゲインやオフセットをかける関数であり、位相補償の機能を果たす。
[Formula 1]
V err = f (V ADo2 −V ADo1 )
Here, f (x) is a function for applying a gain or an offset to x and fulfills the function of phase compensation.
ステップST205での判定結果が真の場合(ステップS205において「YES」)、ステップST207に移行する。ステップST207では、再度スキャン開始信号を送信し、これにより切り替えポイントデータILmの再設定が行われる。続くステップST208では、再設定された切り替えポイントデータILmを設定データ記録部17から読み出す。続くステップST209では、切り替えポイントデータILmを切り替えポイントレジスタ22に展開し、ステップST206に移行する。ステップST206の処理の後、ステップST210に移行して、負荷電流ILを式2に従い算出する。
If the determination result in step ST205 is true (“YES” in step S205), the process proceeds to step ST207. In step ST207, a scan start signal is transmitted again, thereby resetting the switching point data I Lm . In the subsequent step ST208, the reset switching point data I Lm is read from the setting
[式2]
IL = (VADo2 −VADo1)/Ro
次に、ステップST211では、PWM/PFM切り替え部23にて、負荷電流ILと、切り替えポイントレジスタ22のILmとを比較する。もし、負荷電流値ILが切り替えポイント電流ILm以上の場合(ステップST211において「NO」)、ステップST212に移行する。ステップST212では、PWM/PFM切り替え部23がPWM信号生成部18を選択して、Verrに基づきPWM信号生成部18にてPWM信号を生成する。その後、ステップST214に移行する。
[Formula 2]
I L = (V ADo2 −V ADo1 ) / R o
Next, in step ST211, the PWM /
一方、負荷電流値ILが切り替えポイント電流ILmより小さい場合(ステップST211において「YES」)、ステップS213に移行する。ステップST213では、PWM/PFM切り替え部23がPFM信号生成部21を選択して、Verrに基づきPFM信号生成部21のPFM信号を生成する。その後、ステップST214に移行する。
On the other hand, if the load current value I L point current I Lm smaller switch ( "YES" at step ST 211), the process proceeds to step S213. In step ST 213, PWM /
次にステップST214では、ロジック制御部9にて保護機能やソフトスタート機能の状態を確認し、必要に応じてスイッチング信号のマスクや変更を行う。PWM信号またはPFM信号にしたがい、主スイッチドライバ19を介して主スイッチ20をオン・オフ制御する。その後、ステップST204に戻り、繰り返し一連の動作を行うことで出力電圧を一定に保つ。
In step ST214, the logic control unit 9 confirms the state of the protection function and the soft start function, and masks or changes the switching signal as necessary. The
次に、ステップST201やステップST207において実行されるスキャンの内容を図3のフローチャートを用いて説明する。 Next, the contents of the scan executed in step ST201 and step ST207 will be described using the flowchart of FIG.
ロジック制御部9からのスキャン開始信号を受け取ると、ステップST301において、効率算出部30は各変数を初期化する。変数には、VADi1、VADi2、VADo1、VADo2、Vi、η、ηm、n、ILmが含まれる。
When receiving the scan start signal from the logic control unit 9, the
次に、ステップST302において、効率算出部30はnポイント目の疑似負荷電流を可変疑似負荷部29に流す。効率算出部30は、ステップST303にて、そのときの第一入力A/D24、第二入力A/D25、第一出力A/D26、第二出力A/D27からの電圧データVADi1、VADi2、VADo1、VADo2を取得する。次に、ステップST304では、取得したVADi2をViに記憶する。
Next, in step ST <b> 302, the
ステップST305では、取得データから式3に従い効率ηを算出する。 In step ST305, the efficiency η is calculated from the acquired data according to Equation 3.
[式3]
η = {VADo2・Ri(VADo2 −VADo1}/{VADi2・Ro(VADi2 −VADi1}
ここで、Ri、Roはそれぞれ、入力電流検出抵抗12の抵抗値、負荷電流検出抵抗13の抵抗値である。次に、ステップST306では算出した効率ηと、最大効率ηmを比較する。η>ηmの場合は(ステップST306において「YES」)、ステップST307に移行する。η≦ηmの場合(ステップST306において「NO」)、ステップST311に進む。
[Formula 3]
η = {V ADo2 · R i (V ADo2 −V ADo1 } / {V ADi2 · R o (V ADi2 −V ADi1 })
Here, R i and R o are the resistance value of the input
ステップST307では、ηを新たなηmとする。また、ステップST308にて、この時点での切り替えポイントILmの値を算出する。ここでのILmの値は、その時点での負荷電流に対応するので式2に従って算出することができる。続くステップST309では、ST308で算出した切り替えポイントILmが予め定められた切り替え電流の上限ILmthを超えているかどうかを判定する。
In step ST307, η is set as a new ηm. In step ST308, the value of the switching point I Lm at this time is calculated. Since the value of I Lm here corresponds to the load current at that time, it can be calculated according to
もし、上限を超えている場合(ステップST309において「YES」)、ステップST310に移行する。ステップST310では、ILmthを切り替えポイントILmの値とし、続いてステップST311に移行する。もし、切り替えポイントILmの値が切り替え電流の上限値ILmthを超えていない場合(ステップST309において「NO」)、そのままST311に進む。 If it exceeds the upper limit (“YES” in step ST309), the process proceeds to step ST310. In step ST310, I Lmth is set to the value of the switching point I Lm , and then the process proceeds to step ST311. If the value of the switching point I Lm does not exceed the upper limit value I Lmth of the switching current (“NO” in step ST309), the process proceeds to ST311 as it is.
ステップST311では、nを1カウントアップし、nがあらかじめ定められた計測ポイント数nmに達したかをステップST312で判定する。nがnmに達していない場合(ステップST312において「NO」)、ステップST302に戻る。一方、nがnmに達した場合(ステップST312において「YES」)、ステップST313に移行する。ステップST313では、その時点で最新に算出されているILmの値を切り替えポイントILmの実際の値として、設定データ記録部17に記録する。
In step ST311, n is incremented by 1, and it is determined in step ST312 whether n has reached a predetermined number of measurement points nm. If n has not reached nm (“NO” in step ST312), the process returns to step ST302. On the other hand, when n reaches nm (“YES” in step ST312), the process proceeds to step ST313. In step ST313, the value of I Lm calculated most recently at that time is recorded in the setting
図3のフローチャートでは、効率ηを順次計算していって最大の効率ηをηmと設定していく。このとき、最大効率ηmが更新されている間においては、切り替えポイントILmの値が更新される。しかし、最大効率ηmが更新されなくなった場合には、切り替えポイントILmの値を更新しない。このようにして効率ηが最大となる切り替えポイントILmの値を決定することが可能となる。図2のフローチャートの処理では、このようにして決定された切り替えポイントを利用した制御を行っている。 In the flowchart of FIG. 3, the efficiency η is sequentially calculated, and the maximum efficiency η is set to ηm. At this time, the value of the switching point I Lm is updated while the maximum efficiency ηm is being updated. However, when the maximum efficiency ηm is not updated, the value of the switching point I Lm is not updated. In this way, it is possible to determine the value of the switching point I Lm that maximizes the efficiency η. In the process of the flowchart of FIG. 2, control using the switching point determined in this way is performed.
図7は、効率最大となる負荷電流ILにおいてPWM方式とPFM方式とを切り替える様子を説明する図である。横軸には負荷電流IL、縦軸には効率ηを取っている。 7, in the efficiency maximum load current I L is a diagram for explaining a state where switching between PWM method and PFM system. The horizontal axis represents the load current I L and the vertical axis represents the efficiency η.
本実施形態によれば、動作中に自律的に効率が最大となるポイントを切り替えポイントに設定することで、調整作業を行うことなく、入力電圧の変化や基板の個体差があっても常に最適な切り替えポイントで動作可能となる。これにより、軽負荷時に高い効率を得ることが可能なスイッチング電源回路を提供することができる。 According to the present embodiment, by setting the point at which efficiency is autonomously maximized during operation as a switching point, it is always optimal even if there is a change in input voltage or individual differences in the board without performing adjustment work. It becomes possible to operate at various switching points. Thereby, a switching power supply circuit capable of obtaining high efficiency at light load can be provided.
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を情報処理装置の電圧モードスイッチング電源回路に適用した例を、図4乃至図6を参照して説明する。当該情報処理装置には、例えばデジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話等の電子機器が含まれる。以下では、本発明をデジタルカメラに適用した場合を例として説明する。
[Second Embodiment]
Next, an example in which the second embodiment of the present invention is applied to a voltage mode switching power supply circuit of an information processing apparatus will be described with reference to FIGS. The information processing apparatus includes electronic devices such as a digital camera, a digital video camera, and a mobile phone. Hereinafter, a case where the present invention is applied to a digital camera will be described as an example.
まず、図4は、発明の第2の実施形態に対応する電圧モードスイッチング電源回路を有する情報処理装置の構成例を示す図である。図4は図1に示した第1の実施形態に対応する情報処理装置とほぼ同様の構成を有する。上述の第1の実施形態では、可変疑似負荷部29を設けて、これを積極的に使用することで効率の最大値を能動的に取得した構成を採用した。これに対して、本実施形態では可変疑似負荷部29を設けず、負荷の実際の動作によって効率の最大値を受動的に取得する構成を採用する点で相違する。
First, FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an information processing apparatus having a voltage mode switching power supply circuit corresponding to the second embodiment of the invention. 4 has substantially the same configuration as the information processing apparatus corresponding to the first embodiment shown in FIG. In the first embodiment described above, the variable
次に、発明の第2の実施形態に対応する情報処理装置の動作の一例を図5および図6を参照して説明する。まず、装置の起動からの制御の流れを図5のフローチャートを参照して説明する。 Next, an example of the operation of the information processing apparatus corresponding to the second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. First, the flow of control from the start of the apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
ロジック制御部9が操作部8からの起動制御信号を受けると、該ロジック制御部9は、ステップST501において、設定データ記録部17からリファレンスデータVrefと切り替えポイントデータILmを読み出す。続くステップST502において、読み出したデータを、リファレンスデータレジスタ15と切り替えポイントレジスタ22とにそれぞれ展開する。
When the logic control unit 9 receives the activation control signal from the
次に、ステップST503では、第一入力A/D24、第二入力A/D25、第一出力A/D26および第二出力A/D27から電圧データVADi1、VADi2、VADo1、VADo2を取得する。続くステップST504では、それらのデータを用いて現在の効率ηを算出する。効率η算出の詳細については図6のフローチャートを参照して後述する。次に、ステップST505では、出力電圧比較部16にて、リファレンスデータVrefとVADo2とを用いて誤差信号Verrを上述の式1に従って算出する。
Next, in step ST503, voltage data V ADi1 , V ADi2 , V ADo1 , V ADo2 are obtained from the first input A /
次に、ステップST506では、負荷電流ILを上述の式2に従い算出する。次に、ステップST507では、PWM/PFM切り替え部23にて、負荷電流ILと、切り替えポイントレジスタ22のILmとを比較する。もし、負荷電流値ILが切り替えポイント電流ILm以上の場合(ステップST507において「NO」)、ステップST508に移行する。ステップST508では、PWM/PFM切り替え部23がPWM信号生成部18を選択して、Verrに基づきPWM信号生成部18にてPWM信号を生成する。その後ステップST510に移行する。
Next, in step ST506, the load current I L is calculated according to the
一方、負荷電流値ILが切り替えポイント電流ILmより小さい場合(ステップST507において「YES」)、ステップST509に移行する。ステップST509では、PWM/PFM切り替え部23がPFM信号生成部21を選択して、Verrに基づきPFM信号生成部21にてPFM信号を生成する。その後ステップST510に移行する。
On the other hand, when the load current value I L point current I Lm smaller switch ( "YES" in step ST 507), the process proceeds to step ST 509. In step ST 509, PWM /
ステップST510では、次にロジック制御部9にて保護機能やソフトスタート機能の状態を確認し、必要に応じてスイッチング信号のマスクや変更を行う。ステップST511では、PWM信号またはPFM信号にしたがい、主スイッチドライバ19を介して主スイッチ20をオン・オフ制御する。その後、ステップST503に戻り、繰り返し一連の動作を行うことで出力電圧を一定に保つ。
In step ST510, next, the logic control unit 9 checks the state of the protection function and the soft start function, and masks or changes the switching signal as necessary. In step ST511, on / off control of the
次に、図5のステップST504における効率算出の処理の詳細を、図6のフローチャートを参照して説明する。 Next, details of the efficiency calculation process in step ST504 of FIG. 5 will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップST503の処理が終了すると、効率算出部30は、ステップST601において各変数η、ηm、ILmを初期化する。次に、ステップST602では、ステップST503で取得したVADi1、VADi2、VADo1、VADo2のデータから、上述の式3にしたがい効率ηを算出する。ここで、Ri、Roはそれぞれ入力電流検出抵抗12の抵抗値、負荷電流検出抵抗13の抵抗値である。
When the process of step ST503 is completed, the
次に、ステップST603では算出したηとその時点で設定されている最大効率ηmとを比較する。η>ηmの場合(ステップST603において「YES」)、ステップST604に移行する。一方、η≦ηmの場合(ステップST603において「NO」)、ST608に進む。 Next, in step ST603, the calculated η is compared with the maximum efficiency ηm set at that time. When η> ηm (“YES” in step ST603), the process proceeds to step ST604. On the other hand, if η ≦ ηm (“NO” in step ST603), the process proceeds to ST608.
ステップST604では、算出された効率ηを新たな最大効率ηmに設定する。また、ステップS605に移行して、この時点での切り替えポイントILmを算出する。ここでのILmの値は、その時点での負荷電流に対応するので、式2に従って算出することができる。続くステップST606では、算出したILがあらかじめ定められた切り替え電流の上限ILmthを超えているかどうかを判定する。もし、負荷電流が上限を超えている場合(ステップST606において「YES」)、ILmthを切り替えポイントILmの値とし、ステップST608に移行する。一方、上限を超えていない場合はそのままステップST608に進む。
In step ST604, the calculated efficiency η is set to a new maximum efficiency ηm. Also, the process proceeds to step S605, and the switching point I Lm at this time is calculated. Since the value of I Lm here corresponds to the load current at that time, it can be calculated according to
ステップST608では、その時点で最新に算出されているILmの値を切り替えポイントILmの実際の値として、設定データ記録部17に記録して、図5のステップST505へ移行する。
In step ST608, the value of I Lm calculated most recently at that time is recorded as the actual value of the switching point I Lm in the setting
図5及び図6のフローチャートでは、第一入力A/D24、第二入力A/D25、第一出力A/D26および第二出力A/D27から電圧データを取得するたびに効率ηを順次計算していく。この過程において、最大の効率ηをηmと設定し、最大効率ηmが更新されている間においては、切り替えポイントILmの値が更新される。しかし、最大効率ηmが更新されなくなった場合には、切り替えポイントILmは更新されない。このようにして効率ηが最大となる切り替えポイントILmの値を決定することが可能となる。図5のフローチャートのステップST507以降では、このようにして決定された切り替えポイントを利用した切り替え制御を行っている。
5 and 6, the efficiency η is sequentially calculated every time voltage data is acquired from the first input A /
本実施形態の制御方法でも、図7に示すように、効率最大となる負荷電流ILにおいてPWM方式とPFM方式とを切り替えることができる。 In the control method of this embodiment, as shown in FIG. 7, it is possible to switch the PWM method and the PFM system in the efficiency maximum load current I L.
以上、本発明を実施形態に基づき詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲でさまざまな変更が可能である。例えば、本実施形態では、電圧モードのスイッチング電源に適用した例を示したが、電流モード制御や他の制御方式での適用も可能である。電流モードの場合、電流制御ループのスイッチ電流計測部を本発明の負荷電流計測部として使用することも可能である。 Although the present invention has been described in detail based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope described in the claims. For example, in the present embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a voltage mode switching power supply, but application to current mode control and other control methods is also possible. In the current mode, the switch current measuring unit of the current control loop can be used as the load current measuring unit of the present invention.
また、本実施形態では、降圧電源回路に適用した例を示したが、昇圧、昇降圧、反転電源回路にも同様に適用可能である。また、本実施形態では、デジタル制御電源に適用した例を示したが、アナログ制御電源にも同様に適用可能である。また、本実施形態では効率算出をソフトウェア演算によって行った例を示したが、効率の代用値をハードウェア演算によって実施することも可能である。 In the present embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a step-down power supply circuit. In the present embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a digital control power supply. In this embodiment, an example is shown in which the efficiency calculation is performed by software calculation. However, an alternative value of efficiency can also be performed by hardware calculation.
また、本実施形態では、可変疑似負荷部をPWM信号とLPFとトランジスタによる定電流回路で実現したが、同等の機能が実現できれば他の手段でもよい。例えばPWM信号とLPFではなくDACなどによって直接アナログ制御してもよい。また、第1の実施形態では、起動時および前回スキャン時のViから所定値以上変化した場合にスキャンを行って切り替えポイントを計測する例を示したが、さらなる消費電力低減のためにスキャンを最初の1回だけしか行わないようにすることも可能である。 In this embodiment, the variable pseudo load unit is realized by a constant current circuit using a PWM signal, an LPF, and a transistor, but other means may be used as long as an equivalent function can be realized. For example, analog control may be directly performed by a PWM signal and a DAC instead of the LPF. In the first embodiment, an example of measuring the switching point scanning hard when vary by more than a predetermined value from V i during startup and previous scan, the scan for further reduction in power consumption It is also possible to perform only the first time.
1・・・バッテリ
2・・・負荷
3・・・電源部
4・・・コントローラIC
5・・・パワーインダクタ
6・・・平滑コンデンサ
7・・・CPU
8・・・操作部
9・・・ロジック制御部
10・・・帰還制御部
11・・・通信I/F
12・・・入力電流検出抵抗
13・・・負荷電流検出抵抗
14・・・スイッチ部
15・・・リファレンスデータレジスタ
16・・・出力電圧比較部
17・・・設定電圧記録部
18・・・PWM信号生成部
19・・・主スイッチドライバ
20・・・主スイッチ
21・・・PFM信号生成部
22・・・切り替えポイントレジスタ
23・・・PWM/PFM切り替え部
24・・・第一入力A/D
25・・・第二入力A/D
26・・・第一出力A/D
27・・・第二出力A/D
28・・・負荷電流計測部
29・・・可変疑似負荷部
30・・・効率算出部
DESCRIPTION OF
5 ...
8 ... Operation unit 9 ...
12 ... Input
25 ... Second input A / D
26: First output A / D
27 ... Second output A / D
28 ... Load
Claims (4)
電圧変換用のインダクタと、
該インダクタに流す電流をオンとオフとを切り替えるスイッチと、
前記出力電圧を計測する出力電圧計測手段と、
前記スイッチング電源回路への入力電圧を計測する入力電圧計測手段と、
前記負荷に流れる負荷電流を計測する負荷電流計測手段と、
前記スイッチング電源回路への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記出力電圧と前記基準電圧との誤差信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記誤差信号に基づいてパルス周波数変調信号を生成するパルス周波数変調信号生成手段と、
前記負荷電流計測手段で計測された負荷電流と、切り替え閾値とを比較して、前記負荷電流が切り替え閾値より小さい場合には前記パルス周波数変調信号生成手段を選択し、前記負荷電流が切り替え閾値より小さくない場合には前記パルス幅変調信号生成手段を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された信号生成手段から供給される変調信号に基づいて、前記スイッチのオンとオフとを制御する制御手段と
を備え、
前記スイッチング電源回路における電源供給効率が最大となる場合に前記負荷電流計測手段で計測された負荷電流として、前記切り替え閾値を設定する設定手段をさらに備えることを特徴とするスイッチング電源回路。 A switching power supply circuit that supplies power to a load so that an output voltage for a connected load matches a reference voltage,
An inductor for voltage conversion;
A switch for switching on and off the current flowing through the inductor;
Output voltage measuring means for measuring the output voltage;
Input voltage measuring means for measuring an input voltage to the switching power supply circuit;
Load current measuring means for measuring a load current flowing through the load;
Input current detection means for detecting an input current to the switching power supply circuit;
Pulse width modulation signal generating means for generating a pulse width modulation signal based on an error signal between the output voltage and the reference voltage;
Pulse frequency modulation signal generating means for generating a pulse frequency modulation signal based on the error signal;
The load current measured by the load current measuring means is compared with a switching threshold, and when the load current is smaller than the switching threshold, the pulse frequency modulation signal generating means is selected, and the load current is smaller than the switching threshold. A selection means for selecting the pulse width modulation signal generation means if not small,
Control means for controlling on and off of the switch based on the modulation signal supplied from the signal generation means selected by the selection means,
The switching power supply circuit further comprising setting means for setting the switching threshold as the load current measured by the load current measuring means when the power supply efficiency in the switching power supply circuit is maximized.
前記出力電圧計測手段が計測した前記出力電圧と、
前記負荷電流計測手段が計測した前記負荷電流と、
前記入力電圧計測手段が計測した前記入力電圧と、
前記入力電流検出手段が検出した前記入力電流
とを用いて算出されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。 The power supply efficiency is
The output voltage measured by the output voltage measuring means;
The load current measured by the load current measuring means;
The input voltage measured by the input voltage measuring means;
2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching power supply circuit is calculated using the input current detected by the input current detecting means.
前記切り替え閾値は、前記疑似負荷部により前記負荷電流を変化させた場合に、前記電源供給効率が最大となるときの該負荷電流として設定されることを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源回路。 A pseudo load unit connected to the output side terminal of the switching power supply circuit and capable of changing the load current;
The switching threshold is set as the load current when the power supply efficiency becomes maximum when the load current is changed by the pseudo load unit. Switching power supply circuit.
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