JP2011024345A - Switching regulator and electronic apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching regulator capable of properly responding to a sharp load variation without requiring a coil inductor value determined to be needlessly small by design and to provide an electric apparatus using the switching regulator. <P>SOLUTION: The switching regulator includes a PWM signal generating circuit 10 which generates a PWM signal G1 so that a first feedback voltage Vfb1 corresponding to an output voltage VOUT matches a first reference voltage Vref1, a PFM signal generating circuit 20 which generates a PFM signal G2 so that the first feedback voltage Vfb1 matches a second reference voltage Vref2, a load variation detecting circuit 30 which detects a load variation, and a pre-driver circuit 50 which when the load variation is not detected, arbitrarily selects and outputs either of the PWM signal G1 and the PFM signal G2 as a control signal G0 for controlling an output transistor M1, and when the load variation is detected, forcibly selects and outputs the PFM signal G2 as the control signal G0 for controlling the output transistor M1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、出力トランジスタをスイッチング駆動することにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成し、これを負荷に供給するスイッチングレギュレータ、及び、これを用いた電子機器に関するものである。   The present invention relates to a switching regulator that generates a desired output voltage from an input voltage by switching driving an output transistor and supplies the output voltage to a load, and an electronic device using the switching regulator.

図5は、スイッチングレギュレータの第1従来例を示す図である。スイッチングレギュレータ100は、出力トランジスタ101と、コイル102と、ダイオード103と、コンデンサ104と、抵抗105及び抵抗106と、PWM[Pulse Width Modulation]信号生成回路107と、プリドライバ回路108と、を有して成る。PWM信号生成回路107は、出力電圧VOUTに応じた帰還電圧Vfbが所定の基準電圧と一致するようにPWM信号G1を生成する。プリドライバ108は、PWM信号G1に応じて出力トランジスタ101の制御信号G0を生成し、出力トランジスタ101をスイッチング駆動する。このように、スイッチングレギュレータ100は、出力トランジスタ101をスイッチング駆動することにより、入力電圧VINを昇圧して所望の出力電圧VOUTを生成する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first conventional example of a switching regulator. The switching regulator 100 includes an output transistor 101, a coil 102, a diode 103, a capacitor 104, a resistor 105 and a resistor 106, a PWM [Pulse Width Modulation] signal generation circuit 107, and a pre-driver circuit 108. It consists of The PWM signal generation circuit 107 generates the PWM signal G1 so that the feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage VOUT matches a predetermined reference voltage. The pre-driver 108 generates a control signal G0 for the output transistor 101 according to the PWM signal G1, and drives the output transistor 101 for switching. As described above, the switching regulator 100 boosts the input voltage VIN to generate a desired output voltage VOUT by driving the output transistor 101 to be switched.

図6は、スイッチングレギュレータの第2従来例を示す図である。スイッチングレギュレータ200は、出力トランジスタ201と、コイル202と、ダイオード203と、コンデンサ204と、抵抗205及び抵抗206と、PWM信号生成回路207aと、PFM[Pulse Frequency Modulation]信号生成回路207bと、プリドライバ回路208と切替制御部209と、を有して成る。PWM信号生成回路207aは、出力電圧VOUTに応じた帰還電圧Vfbが第1基準電圧と一致するようにPWM信号G1を生成する。PFM信号生成回路207bは、帰還電圧Vfbが第2基準電圧と一致するようにPFM信号G2を生成する。プリドライバ208は、PWM信号G1とPFM信号G2のいずれか一に応じて出力トランジスタ201のゲート信号G0を生成し、出力トランジスタ201をスイッチング駆動する。切替制御部209は、PWM信号生成回路207aとPFM信号生成回路207bの一方のみを駆動するように切替信号SWを生成する。このように、スイッチングレギュレータ200は、出力トランジスタ201をスイッチング駆動することにより、入力電圧VINを昇圧して所望の出力電圧VOUTを生成する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a second conventional example of a switching regulator. The switching regulator 200 includes an output transistor 201, a coil 202, a diode 203, a capacitor 204, a resistor 205 and a resistor 206, a PWM signal generation circuit 207a, a PFM [Pulse Frequency Modulation] signal generation circuit 207b, and a pre-driver. The circuit 208 and the switching control unit 209 are provided. The PWM signal generation circuit 207a generates the PWM signal G1 so that the feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage VOUT matches the first reference voltage. The PFM signal generation circuit 207b generates the PFM signal G2 so that the feedback voltage Vfb matches the second reference voltage. The pre-driver 208 generates the gate signal G0 of the output transistor 201 according to any one of the PWM signal G1 and the PFM signal G2, and performs switching driving of the output transistor 201. The switching control unit 209 generates the switching signal SW so as to drive only one of the PWM signal generation circuit 207a and the PFM signal generation circuit 207b. Thus, the switching regulator 200 boosts the input voltage VIN to generate a desired output voltage VOUT by driving the output transistor 201 to be switched.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、本願出願人によって開示・提案された特許文献1を挙げることができる。   As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 disclosed and proposed by the applicant of the present application can be cited.

特開2009−55751号公報JP 2009-55751 A

図5に例示したPWM方式のスイッチングレギュレータ100では、負荷に流れる出力電流IOUTの変動(増大)によって出力電圧VOUTも変動(低下)する。これは、出力電流IOUTの変化スピードに対して、フィードバックループの応答速度が遅い場合に生じる。スイッチングレギュレータ100では、そのフィードバックループ中にコイル102とコンデンサ104が必要であるため、コイル102とコンデンサ104から成るLC回路の時定数よりも短い時間で出力電圧VOUTにフィードバックを掛けることはできない。すなわち、上記の時定数よりも短い時間内には、出力電圧VOUTの変動(低下)を抑えられるだけのパルス幅の大きいPWM信号を生成することができない。そのため、従来のスイッチングレギュレータ100では、急峻な出力電流IOUTの変動(増大)に対して、出力電圧VOUTの変動(低下)を小さく抑えきれないという問題があった。特に、電流不連続モードでは、電流連続モードに比べてフィードバックループの応答速度が非常に遅くなるため、上記の問題が顕在化しやすかった。   In the PWM switching regulator 100 illustrated in FIG. 5, the output voltage VOUT also varies (decreases) due to the variation (increase) in the output current IOUT flowing through the load. This occurs when the response speed of the feedback loop is slow with respect to the changing speed of the output current IOUT. Since the switching regulator 100 requires the coil 102 and the capacitor 104 in the feedback loop, the output voltage VOUT cannot be fed back in a time shorter than the time constant of the LC circuit composed of the coil 102 and the capacitor 104. That is, within a time shorter than the above time constant, it is not possible to generate a PWM signal having a pulse width large enough to suppress fluctuation (decrease) in the output voltage VOUT. Therefore, the conventional switching regulator 100 has a problem that the fluctuation (decrease) in the output voltage VOUT cannot be suppressed to a small value with respect to the sudden fluctuation (increase) in the output current IOUT. In particular, in the current discontinuous mode, the response speed of the feedback loop is much slower than in the current continuous mode, and thus the above-described problem is likely to be manifested.

なお、コイル102のインダクタ値を小さく設計すれば、フィードバックループの応答速度を高めることができるので、出力電流IOUTの急変に対応することが可能となる。しかしながら、このような解決策では、変換効率の低下、出力電圧VOUTや出力電流IOUTのリップル増大、さらには、出力電流IOUTのリップル増大に伴うノイズ発生など、様々な弊害が招かれるため、必ずしも最善の解決策とは言えなかった。   If the inductor value of the coil 102 is designed to be small, the response speed of the feedback loop can be increased, so that it is possible to cope with a sudden change in the output current IOUT. However, such a solution causes various adverse effects such as a decrease in conversion efficiency, an increase in the ripple of the output voltage VOUT and the output current IOUT, and noise generation due to an increase in the ripple of the output current IOUT. It was not a solution.

また、PWM方式のスイッチングレギュレータ100では、軽負荷時の効率が低いという問題があった。その解決策として、重負荷時にはPWM方式で出力トランジスタのスイッチング駆動を行い、軽負荷時にはPFM方式で出力トランジスタのスイッチング駆動を行うスイッチングレギュレータが存在する。特に、図6で例示したスイッチングレギュレータ200では、PWM信号生成回路207aとPFM信号生成回路207bとを分けて形成したことにより、これらを一体的に形成した構成と比べて、信号生成回路自体の消費電流を不要に増大させることなく、軽負荷時の消費電流を抑えることが可能となる。   Further, the PWM switching regulator 100 has a problem that efficiency at a light load is low. As a solution, there is a switching regulator that performs switching drive of the output transistor by the PWM method at a heavy load and performs switching drive of the output transistor by the PFM method at a light load. In particular, in the switching regulator 200 illustrated in FIG. 6, the PWM signal generation circuit 207a and the PFM signal generation circuit 207b are separately formed, so that the consumption of the signal generation circuit itself is reduced as compared with a configuration in which these are integrally formed. It is possible to suppress the current consumption at light load without unnecessarily increasing the current.

しかしながら、PWM信号生成回路207aとPFM信号生成回路207bとを分けて形成すると、PFM方式からPWM方式への切り替えに際して、PWM信号生成回路207aへの電力供給が開始されてから、そのフィードバックループが安定となるまでの間、PWM信号G1にパルスが立たない状態となるため、出力電圧VOUTが低下してしまうという問題があった。   However, if the PWM signal generation circuit 207a and the PFM signal generation circuit 207b are separately formed, the feedback loop becomes stable after the power supply to the PWM signal generation circuit 207a is started when switching from the PFM method to the PWM method. In the meantime, there is a problem that the output voltage VOUT decreases because no pulse is generated in the PWM signal G1.

なお、上記の問題を解決するためには、PFM方式からPWM方式への切り替えに際して、PWM信号生成回路207aへの電力供給が開始されてから、そのフィードバックループが安定となるまでの間、PWM方式への切り替えを行うことなく、PFM方式による出力トランジスタM1のスイッチング駆動を継続させる構成が考えられる。このような構成を実現するためには、PWM信号生成回路207aのフィードバックループが安定となったか否かを判定する回路が必要となる。従来では、図7に示す通り、PWM信号G1とPFM信号G2をそれぞれローパスフィルタ209a、209bで平滑化し、各々の平滑信号をコンパレータ209cで比較することにより、安定検出信号STBLを生成する構成とされていた。しかしながら、このような構成では、高次数のローパスフィルタ209a、209bが2つ必要となるため、回路規模の増大を避けることができなかった。   In order to solve the above problem, when switching from the PFM method to the PWM method, the PWM method is started after the power supply to the PWM signal generation circuit 207a is started until the feedback loop becomes stable. A configuration in which the switching drive of the output transistor M1 by the PFM method is continued without switching to is conceivable. In order to realize such a configuration, a circuit for determining whether or not the feedback loop of the PWM signal generation circuit 207a has become stable is necessary. Conventionally, as shown in FIG. 7, the PWM signal G1 and the PFM signal G2 are smoothed by the low-pass filters 209a and 209b, respectively, and the respective smoothed signals are compared by the comparator 209c, thereby generating the stability detection signal STBL. It was. However, in such a configuration, two high-order low-pass filters 209a and 209b are required, so an increase in circuit scale cannot be avoided.

また、上記の問題を解決するためには、図8に示すように、PFM駆動時の出力目標値をPWM駆動時の出力目標値よりも低く設定しておき、PFM方式からPWM方式への切り替えに際して、PWM駆動時の出力目標値をPFM駆動時の出力目標値から徐々に高めていくことにより、所定のソフトスタート期間中にPWM信号生成回路207aのフィードバックループを安定させる構成も考えられる。   Further, in order to solve the above problem, as shown in FIG. 8, the output target value at the time of PFM driving is set lower than the output target value at the time of PWM driving, and switching from the PFM method to the PWM method is performed. At this time, a configuration in which the feedback loop of the PWM signal generation circuit 207a is stabilized during a predetermined soft start period by gradually increasing the output target value during PWM driving from the output target value during PFM driving.

しかしながら、図6に示したように、1系統の帰還電圧VfbをPWM信号生成回路207aとPFM信号生成回路207bの各基準電圧と比較する構成では、外付けされている抵抗205と抵抗206の抵抗比を適宜変化させることによって、帰還電圧Vfbの電圧レベルが調整され、延いては、PWM駆動時の出力目標値とPFM駆動時の出力目標値が調整される。このように、図6に例示したスイッチングレギュレータ200では、抵抗205と抵抗206の抵抗比に応じて、PWM駆動時の出力目標値とPFM駆動時の出力目標値がいずれも同時に変化されるため、上記従来の解決策を採用すると、PWM駆動時の出力目標値とPFM駆動時の出力目標値の一方に制限が生じるという問題があった。   However, as shown in FIG. 6, in the configuration in which the feedback voltage Vfb of one system is compared with the reference voltages of the PWM signal generation circuit 207a and the PFM signal generation circuit 207b, the resistances of the external resistors 205 and 206 are attached. By appropriately changing the ratio, the voltage level of the feedback voltage Vfb is adjusted, and consequently, the output target value during PWM driving and the output target value during PFM driving are adjusted. As described above, in the switching regulator 200 illustrated in FIG. 6, the output target value at the time of PWM driving and the output target value at the time of PFM driving are simultaneously changed according to the resistance ratio of the resistors 205 and 206. When the above conventional solution is adopted, there is a problem in that one of the output target value during PWM driving and the output target value during PFM driving is limited.

例えば、PWM駆動時の出力目標値を下げる場合には、PFM駆動時の出力目標値が下がり過ぎないように、その設定値に下限が設けられてしまい、逆に、PFM駆動時の出力目標値を上げる場合には、PWM駆動時の出力目標値が上がり過ぎないように、その設定値に上限が設けられてしまうという問題があった。   For example, when the output target value at the time of PWM driving is lowered, a lower limit is set to the set value so that the output target value at the time of PFM driving is not lowered too much. Conversely, the output target value at the time of PFM driving is set. When raising the value, there is a problem that an upper limit is set for the set value so that the output target value during PWM driving does not rise too much.

また、上記従来の解決策では、そもそも、PWM駆動時の出力目標値とPWM駆動時の最終的な出力目標値を同一に設定することができないという問題もあった。   In addition, the conventional solution described above also has a problem that the output target value at the time of PWM driving and the final output target value at the time of PWM driving cannot be set to be the same.

本発明は、上記の問題点に鑑み、コイルのインダクタ値を不要に小さく設計することなく、急峻な負荷変動にも適切に応答することが可能なスイッチングレギュレータ、及び、これを用いた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 provides a switching regulator capable of appropriately responding to steep load fluctuations without designing the coil inductor value to be unnecessarily small, and an electronic device using the switching regulator. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチングレギュレータは、出力トランジスタをスイッチング駆動することにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成し、これを負荷に供給するものであって、前記出力電圧に応じた第1帰還電圧と所定の第1基準電圧とが一致するように、パルス幅変調方式の第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成回路と;前記第1帰還電圧と所定の第2基準電圧とが一致するように、パルス周波数変調方式の第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成回路と;負荷変動を検出する負荷変動検出回路と;前記負荷変動が検出されていないときには、前記出力トランジスタの制御信号として、前記第1駆動信号と前記第2駆動信号のいずれか一を任意に選択出力する一方、前記負荷変動が検出されたときには、前記出力トランジスタの制御信号として、前記第2駆動信号を強制的に選択出力するプリドライバ回路と;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 switching regulator according to the present invention generates a desired output voltage from an input voltage by switching driving an output transistor, and supplies the output voltage to a load. A first drive signal generating circuit that generates a first drive signal of a pulse width modulation system so that a first feedback voltage corresponding to the first reference voltage matches a predetermined first reference voltage; and the first feedback voltage and a predetermined first reference voltage A second drive signal generation circuit that generates a second drive signal of a pulse frequency modulation system so that the two reference voltages match; a load fluctuation detection circuit that detects a load fluctuation; and when the load fluctuation is not detected As the control signal for the output transistor, any one of the first drive signal and the second drive signal is arbitrarily selected and output while the load fluctuation is detected. As a control signal of the output transistor, and a pre-driver circuit for forcibly selects output the second driving signal; has a configuration comprising a (first configuration).

なお、上記第1の構成から成るスイッチングレギュレータにおいて、前記プリドライバ回路は、前記第1駆動信号と前記第2駆動信号のいずれか一を選択し、これを前記出力トランジスタの制御信号として出力するセレクタ部と;駆動方式切替信号の入力を受けて前記セレクタ部を制御するロジック部と;を有して成り、前記ロジック部は、前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されている間に、前記負荷変動が検出されたときには、前記駆動方式切替信号に依らず、所定のヘルプ期間だけ前記第2駆動信号を選択出力するように前記セレクタ部を制御する構成(第2の構成)にするとよい。   In the switching regulator having the first configuration, the pre-driver circuit selects one of the first drive signal and the second drive signal and outputs this as a control signal for the output transistor. And a logic unit that receives the input of the driving method switching signal and controls the selector unit. The logic unit is instructed to select and output the first driving signal by the driving method switching signal. In the meantime, when the load fluctuation is detected, the selector unit is controlled so as to selectively output the second drive signal only for a predetermined help period without depending on the drive method switching signal (second output). Configuration).

また、上記第2の構成から成るスイッチングレギュレータにて、前記ロジック部は、前記ヘルプ期間の開始時に前記第1駆動信号生成回路を一旦リセットし、所定のブースト期間だけ、前記第1基準電圧を前記第2基準電圧より高く設定する構成(第3の構成)にするとよい。   In the switching regulator having the second configuration, the logic unit temporarily resets the first drive signal generation circuit at the start of the help period, and the first reference voltage is applied to the first reference voltage only during a predetermined boost period. A configuration (third configuration) that is set higher than the second reference voltage may be used.

また、上記第1〜第3いずれかの構成から成るスイッチングレギュレータにおいて、前記負荷変動検出回路は、前記出力電圧、前記第1基準電圧、前記負荷に流れる出力電流、前記出力トランジスタに流れるスイッチング電流、前記出力トランジスタに接続されたコイルに流れるコイル電流、或いは、前記出力トランジスタの両端間電圧の少なくとも一を監視して前記負荷変動を検出する構成(第4の構成)にするとよい。   In the switching regulator having any one of the first to third configurations, the load fluctuation detection circuit includes the output voltage, the first reference voltage, an output current flowing through the load, a switching current flowing through the output transistor, A configuration (fourth configuration) may be adopted in which at least one of a coil current flowing in a coil connected to the output transistor or a voltage across the output transistor is monitored to detect the load variation.

また、上記第4の構成から成るスイッチングレギュレータにおいて、前記負荷変動検出回路は、前記第1基準電圧と所定の第1閾値電圧とを比較して前記負荷変動を検出する構成(第5の構成)にするとよい。   In the switching regulator having the fourth configuration, the load variation detection circuit compares the first reference voltage with a predetermined first threshold voltage to detect the load variation (fifth configuration). It is good to.

また、上記第2〜第5いずれかの構成から成るスイッチングレギュレータは、前記出力電圧或いはこれに応じた第2帰還電圧が所定の第2閾値電圧を下回っている間だけ、パルス幅とパルス周波数がいずれも固定された第3駆動信号を生成する第3駆動信号生成回路を有して成り、前記ロジック部は、前記第3駆動信号が生成されているときには、前記駆動方式切替信号に依らず、前記第3駆動信号を選択出力するように前記セレクタ部を制御する構成(第6の構成)にするとよい。   The switching regulator having any one of the second to fifth configurations has a pulse width and a pulse frequency only while the output voltage or the second feedback voltage corresponding to the output voltage is lower than a predetermined second threshold voltage. Both have a third drive signal generation circuit that generates a fixed third drive signal, and the logic unit does not depend on the drive method switching signal when the third drive signal is generated, A configuration (sixth configuration) may be employed in which the selector unit is controlled to selectively output the third drive signal.

また、上記第2〜第6いずれかの構成から成るスイッチングレギュレータは、前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されている間だけ、前記第1駆動信号生成回路への電力供給を行う内部電源回路を有して成り、前記ロジック部は、前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されたときには、前記内部電源回路の起動時から所定の移行期間だけ前記第2駆動信号の選択出力を行った後、前記第1駆動信号の選択出力を行うように前記セレクタ部を制御する構成(第7の構成)にするとよい。   Further, the switching regulator having any one of the second to sixth configurations provides power to the first drive signal generation circuit only while the selection output of the first drive signal is instructed by the drive method switching signal. The logic unit includes an internal power supply circuit that supplies power, and when the selection output of the first drive signal is instructed by the drive method switching signal, the logic unit is in a predetermined transition period from the start of the internal power supply circuit. A configuration (seventh configuration) may be employed in which the selector unit is controlled to perform the selective output of the first drive signal after performing the selective output of the second drive signal.

また、上記第7の構成から成るスイッチングレギュレータにて、前記ロジック部は、前記内部電源回路の起動時から所定のブースト期間だけ、前記第1基準電圧を前記第2基準電圧より高く設定する構成(第8の構成)にするとよい。   Further, in the switching regulator having the seventh configuration, the logic unit sets the first reference voltage higher than the second reference voltage for a predetermined boost period from the startup of the internal power supply circuit ( An eighth configuration is preferable.

また、上記第2〜第8いずれかの構成から成るスイッチングレギュレータにおいて、前記プリドライバ回路は、前記負荷変動の検出時または前記内部電源回路の起動時に、前記第1駆動信号のパルスカウントを開始するカウンタ部を有して成り、前記ロジック部は、前記カウンタ部のカウント値に基づいて、前記ヘルプ期間、前記ブースト期間、若しくは前記移行期間の経過判定を行う構成(第9の構成)にするとよい。   In the switching regulator having any one of the second to eighth configurations, the pre-driver circuit starts counting pulses of the first drive signal when the load fluctuation is detected or when the internal power supply circuit is activated. The logic unit may include a counter unit, and the logic unit may be configured to determine whether the help period, the boost period, or the transition period has elapsed based on the count value of the counter unit (ninth configuration). .

また、本発明に係る電子機器は、上記第1〜第9いずれかの構成から成るスイッチングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータに前記入力電圧を供給する電池と、前記スイッチングレギュレータで生成される前記出力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 switching regulator having any one of the first to ninth configurations, a battery that supplies the input voltage to the switching regulator, and the output voltage generated by the switching regulator. And a load to be supplied (a tenth configuration).

本発明に係るスイッチングレギュレータ、及び、これを用いた電子機器であれば、コイルのインダクタ値を不要に小さく設計することなく、急峻な負荷変動にも適切に応答することが可能となる。   With the switching regulator according to the present invention and an electronic device using the same, it is possible to appropriately respond to steep load fluctuations without designing the inductor value of the coil to be unnecessarily small.

本発明に係るスイッチングレギュレータの一実施形態を示す図The figure which shows one Embodiment of the switching regulator which concerns on this invention 駆動方式切替動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining drive system switching operation 出力低下抑制動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining output decrease suppression operation 出力下限維持動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining output lower limit maintaining operation スイッチングレギュレータの第1従来例を示す図The figure which shows the 1st prior art example of a switching regulator スイッチングレギュレータの第2従来例を示す図The figure which shows the 2nd prior art example of a switching regulator 安定状態判定部の一従来例を示す図The figure which shows one prior art example of the stable state determination part 駆動方式切替動作の一従来例を示すタイミングチャートTiming chart showing a conventional example of drive system switching operation

以下では、電池を電源とする携帯型の電子機器(携帯電話端末やデジタルスチルカメラなど)に搭載されるスイッチングレギュレータに本発明を適用した場合を例に挙げて、詳細な説明を行う。   Hereinafter, a detailed description will be given by taking as an example a case where the present invention is applied to a switching regulator mounted on a portable electronic device (such as a mobile phone terminal or a digital still camera) that uses a battery as a power source.

図1は、本発明に係るスイッチングレギュレータの一実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチングレギュレータは、半導体装置1と、これに外部接続される複数のディスクリート素子(Nチャネル型MOS[Metal Oxide Semiconductor]電界効果トランジスタM1、コイルL1、ツェナダイオードD1、コンデンサC1〜C3、並びに、抵抗R1及び抵抗R2)と、を有して成る。   FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a switching regulator according to the present invention. The switching regulator of this embodiment includes a semiconductor device 1 and a plurality of discrete elements (N-channel MOS [Metal Oxide Semiconductor] field effect transistor M1, a coil L1, a Zener diode D1, capacitors C1 to C3, externally connected to the semiconductor device 1). And a resistor R1 and a resistor R2).

なお、図1では明示されていないが、本発明に係る電子機器は、スイッチングレギュレータに入力電圧VINを供給する電池(リチウムイオン電池など)と、スイッチングレギュレータで生成される出力電圧VOUTの供給を受ける負荷(マイコンやレンズ駆動部など)と、を有して成る。   Although not explicitly shown in FIG. 1, an electronic device according to the present invention receives a battery (such as a lithium ion battery) that supplies an input voltage VIN to a switching regulator and an output voltage VOUT generated by the switching regulator. And a load (such as a microcomputer and a lens driving unit).

まず、半導体装置1の外部接続について説明する。入力電圧VINの印加端は、コイルL1の一端と、コンデンサC1の一端と、半導体装置1の外部端子P2(VIN端子)に各々接続されている。コンデンサC1の他端は接地されている。コイルL1の他端は、トランジスタM1のドレインとダイオードD1のアノードに各々接続されている。トランジスタM1のソース及びバックゲートは、接地端と半導体装置1の外部端子P4(PGND端子)に各々接続されている。トランジスタM1のゲートは、半導体装置1の外部端子P3(OUT端子)に接続されている。ダイオードD1のカソードは、負荷(不図示)と、コンデンサC2の一端と、半導体装置1の外部端子P1(PREV端子)に各々接続されている。コンデンサC2の他端は接地されている。抵抗R1の一端は、出力電圧VOUTの出力端(コンデンサC2の一端)に接続されている。抵抗R1の他端は、抵抗R2の一端と半導体装置1の外部端子P5(FB端子)に各々接続されている。抵抗R2の他端は接地されている。コンデンサC3は、抵抗R1の両端間に接続されている。半導体装置1の外部端子P6(PWM/PFM端子)は、駆動方式切替信号Saの出力回路(マイコンなど)に接続されている。   First, external connection of the semiconductor device 1 will be described. The application end of the input voltage VIN is connected to one end of the coil L1, one end of the capacitor C1, and the external terminal P2 (VIN terminal) of the semiconductor device 1. The other end of the capacitor C1 is grounded. The other end of the coil L1 is connected to the drain of the transistor M1 and the anode of the diode D1. The source and back gate of the transistor M1 are connected to the ground terminal and the external terminal P4 (PGND terminal) of the semiconductor device 1, respectively. The gate of the transistor M1 is connected to the external terminal P3 (OUT terminal) of the semiconductor device 1. The cathode of the diode D1 is connected to a load (not shown), one end of the capacitor C2, and the external terminal P1 (PREV terminal) of the semiconductor device 1. The other end of the capacitor C2 is grounded. One end of the resistor R1 is connected to the output end of the output voltage VOUT (one end of the capacitor C2). The other end of the resistor R1 is connected to one end of the resistor R2 and the external terminal P5 (FB terminal) of the semiconductor device 1. The other end of the resistor R2 is grounded. The capacitor C3 is connected between both ends of the resistor R1. An external terminal P6 (PWM / PFM terminal) of the semiconductor device 1 is connected to an output circuit (such as a microcomputer) of a driving method switching signal Sa.

なお、駆動方式切替信号Saとは、PWM信号G1の選択出力を指示するときにハイレベルとされ、PFM信号G2の選択出力を指示するときにローレベルとされるパルス信号であり、例えば、負荷の動作モード切替信号(スタンバイモードへの移行指示信号など)を流用することができる。   The drive system switching signal Sa is a pulse signal that is set to high level when instructing the selection output of the PWM signal G1, and is set to low level when instructing the selection output of the PFM signal G2. This operation mode switching signal (such as a standby mode transition instruction signal) can be used.

次に、半導体装置1の内部構成について説明する。半導体装置1は、いわゆるスイッチングレギュレータICであり、PWM信号生成回路10と、PFM信号生成回路20と、負荷変動検出回路30と、LV信号生成回路40と、プリドライバ回路50と、内部電源回路60と、UVLO[Under Voltage Locked-Out]回路70と、を集積化して成る。   Next, the internal configuration of the semiconductor device 1 will be described. The semiconductor device 1 is a so-called switching regulator IC, and includes a PWM signal generation circuit 10, a PFM signal generation circuit 20, a load variation detection circuit 30, an LV signal generation circuit 40, a predriver circuit 50, and an internal power supply circuit 60. And an UVLO [Under Voltage Locked-Out] circuit 70 are integrated.

PWM信号生成回路10は、出力電圧VOUTに応じた第1帰還電圧Vfb1と所定の第1基準電圧Vref1とが一致するように、パルス幅変調方式の第1駆動信号G1(以下では、PWM信号G1と呼ぶ)を生成する第1駆動信号生成回路であり、エラーアンプ11と、直流電圧源12と、抵抗13と、コンデンサ14と、コンパレータ15と、三角波生成部16と、論理積演算器17と、最大デューティ設定部18と、を有して成る。なお、PWM信号生成回路10は、内部電源電圧VREFを受けて駆動する。   The PWM signal generation circuit 10 uses a pulse width modulation type first drive signal G1 (hereinafter referred to as a PWM signal G1) so that the first feedback voltage Vfb1 corresponding to the output voltage VOUT matches the predetermined first reference voltage Vref1. An error amplifier 11, a DC voltage source 12, a resistor 13, a capacitor 14, a comparator 15, a triangular wave generator 16, and a logical product calculator 17. And a maximum duty setting unit 18. The PWM signal generation circuit 10 is driven by receiving the internal power supply voltage VREF.

エラーアンプ11は、外部端子P5から反転入力端(−)に入力される第1帰還電圧Vfb1と、直流電圧源12から非反転入力端(+)に入力される第1基準電圧Vref1との差分を増幅し、これを誤差電圧Verrとして出力する。すなわち、第1帰還電圧Vfb1が第1基準電圧Vref1よりも低いほど、誤差電圧Verrの電圧レベルは高くなり、第1帰還電圧Vfbが第1基準電圧Vref1に近付くにつれて、誤差電圧Verrの電圧レベルは低くなる。そして、第1帰還電圧Vfbが第1基準電圧Vref1よりも高ければ、誤差電圧Verrの電圧レベルはゼロ値(0V)となる。   The error amplifier 11 has a difference between the first feedback voltage Vfb1 input from the external terminal P5 to the inverting input terminal (−) and the first reference voltage Vref1 input from the DC voltage source 12 to the non-inverting input terminal (+). Is output as an error voltage Verr. That is, as the first feedback voltage Vfb1 is lower than the first reference voltage Vref1, the voltage level of the error voltage Verr becomes higher. As the first feedback voltage Vfb approaches the first reference voltage Vref1, the voltage level of the error voltage Verr becomes higher. Lower. If the first feedback voltage Vfb is higher than the first reference voltage Vref1, the voltage level of the error voltage Verr becomes a zero value (0V).

直流電圧源12は、第1基準電圧Vref1を生成し、これをエラーアンプ11の非反転入力端(+)に出力する。なお、直流電圧源12は、第1基準電圧Vref1の電圧レベル切替機能を備えているが、この機能については後ほど詳細に説明する。   The DC voltage source 12 generates the first reference voltage Vref1 and outputs it to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier 11. The DC voltage source 12 has a voltage level switching function of the first reference voltage Vref1, and this function will be described in detail later.

抵抗13及びコンデンサ14は、エラーアンプ11の出力端と接地端との間に直列接続され、位相補償回路を形成している。   The resistor 13 and the capacitor 14 are connected in series between the output terminal of the error amplifier 11 and the ground terminal to form a phase compensation circuit.

コンパレータ15は、エラーアンプ11から非反転入力端(+)に入力される誤差電圧Verrと、三角波生成部16から反転入力端(−)に入力される三角波電圧Vslpを比較し、その比較結果を比較電圧Vcmpとして出力する。すなわち、誤差電圧Verrが三角波電圧Vslpよりも高ければ、比較電圧Vcmpはハイレベルとなり、誤差電圧Verrが三角波電圧Vslpよりも低ければ、比較電圧Vcmpはローレベルとなる。   The comparator 15 compares the error voltage Verr input from the error amplifier 11 to the non-inverting input terminal (+) and the triangular wave voltage Vslp input from the triangular wave generation unit 16 to the inverting input terminal (−), and the comparison result is obtained. Output as a comparison voltage Vcmp. That is, if the error voltage Verr is higher than the triangular wave voltage Vslp, the comparison voltage Vcmp is at a high level, and if the error voltage Verr is lower than the triangular wave voltage Vslp, the comparison voltage Vcmp is at a low level.

三角波生成部16は、所定の周波数を有する三角波電圧Vslpを生成し、これをコンパレータ15の反転入力端(−)に出力する。なお、三角波電圧Vslpの波形は、三角波形状のほか、鋸波形状であってもよい。   The triangular wave generation unit 16 generates a triangular wave voltage Vslp having a predetermined frequency and outputs it to the inverting input terminal (−) of the comparator 15. The waveform of the triangular wave voltage Vslp may be a sawtooth waveform as well as a triangular wave shape.

論理積演算器17は、コンパレータ15から第1入力端に入力される比較電圧Vcmpと、最大デューティ設定部18から第2入力端に入力されるパルス電圧Vmaxとの論理積演算を行い、その演算結果をPWM信号G1としてプリドライバ回路50に出力する。すなわち、比較電圧Vcmpとパルス電圧Vmaxが共にハイレベルであるときにのみ、PWM信号G1はハイレベルとなり、比較電圧Vcmpとパルス電圧Vmaxのいずれか一方でもローレベルであれば、PWM信号G1はローレベルとなる。このような構成とすることにより、比較電圧Vcmpが常にハイレベルに維持された場合(すなわち、デューティ100%)であっても、PWM信号G1のデューティは、パルス電圧Vmaxのパルス幅によって定められる最大デューティ(例えば95%)に制限される。   The AND operator 17 performs an AND operation between the comparison voltage Vcmp input from the comparator 15 to the first input terminal and the pulse voltage Vmax input from the maximum duty setting unit 18 to the second input terminal, and the calculation is performed. The result is output to the pre-driver circuit 50 as a PWM signal G1. That is, the PWM signal G1 is at a high level only when both the comparison voltage Vcmp and the pulse voltage Vmax are at a high level, and if either the comparison voltage Vcmp or the pulse voltage Vmax is at a low level, the PWM signal G1 is at a low level. Become a level. With such a configuration, even when the comparison voltage Vcmp is always maintained at a high level (that is, the duty is 100%), the duty of the PWM signal G1 is the maximum determined by the pulse width of the pulse voltage Vmax. It is limited to a duty (for example, 95%).

最大デューティ設定部18は、PWM信号G1の最大デューティを設定するためのパルス電圧Vmaxを生成し、これを論理積演算器17の第2入力端に出力する。   The maximum duty setting unit 18 generates a pulse voltage Vmax for setting the maximum duty of the PWM signal G1 and outputs this to the second input terminal of the AND operator 17.

PFM信号生成回路20は、第1帰還電圧Vfb1と所定の第2基準電圧Vref2とが一致するように、パルス周波数変調方式の第2駆動信号G2(以下では、PFM信号G2と呼ぶ)を生成する第2駆動信号生成回路であり、コンパレータ21と、直流電圧源22と、を有して成る。なお、PFM信号生成回路20は、入力電圧VINまたは出力電圧VOUTを受けて駆動する。   The PFM signal generation circuit 20 generates a second drive signal G2 of a pulse frequency modulation method (hereinafter referred to as a PFM signal G2) so that the first feedback voltage Vfb1 matches a predetermined second reference voltage Vref2. The second drive signal generation circuit includes a comparator 21 and a DC voltage source 22. The PFM signal generation circuit 20 is driven by receiving the input voltage VIN or the output voltage VOUT.

コンパレータ21は、外部端子P5から反転入力端(−)に入力される第1帰還電圧Vfb1と、直流電圧源22から非反転入力端(+)に入力される第2基準電圧Vref2とを比較し、その比較結果をPFM信号G2としてプリドライバ回路50に出力する。すなわち、第1帰還電圧Vfb1が第2基準電圧Vref2よりも高ければ、PFM信号G2はローレベルとなり、逆に、第1帰還電圧Vfb1が第2基準電圧Vref2よりも低ければ、PFM信号G2はハイレベルとなる。   The comparator 21 compares the first feedback voltage Vfb1 input from the external terminal P5 to the inverting input terminal (−) and the second reference voltage Vref2 input from the DC voltage source 22 to the non-inverting input terminal (+). The comparison result is output to the pre-driver circuit 50 as the PFM signal G2. That is, if the first feedback voltage Vfb1 is higher than the second reference voltage Vref2, the PFM signal G2 is at a low level. Conversely, if the first feedback voltage Vfb1 is lower than the second reference voltage Vref2, the PFM signal G2 is high. Become a level.

直流電圧源22は、第2基準電圧Vref2を生成し、これをコンパレータ21の非反転入力端(+)に出力する。   The DC voltage source 22 generates the second reference voltage Vref2 and outputs it to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 21.

負荷変動検出回路30は、第1基準電圧Vref1と所定の第1閾値電圧Vth1とを比較して負荷変動を検出するものであり、コンパレータ31と、直流電圧源32と、エッジ検出部33と、を有して成る。なお、負荷変動検出回路30は、入力電圧VINまたは出力電圧VOUTを受けて駆動する。   The load fluctuation detection circuit 30 detects a load fluctuation by comparing the first reference voltage Vref1 and a predetermined first threshold voltage Vth1, and includes a comparator 31, a DC voltage source 32, an edge detection unit 33, It has. The load fluctuation detection circuit 30 is driven by receiving the input voltage VIN or the output voltage VOUT.

コンパレータ31は、外部端子P5から反転入力端(−)に入力される第1帰還電圧Vfb1と、直流電圧源32から非反転入力端(+)に入力される第1閾値電圧Vth1とを比較し、その比較結果をエッジ検出部33に出力する。すなわち、第1帰還電圧Vfb1が第1閾値電圧Vth1よりも高ければ、コンパレータ31の出力信号はローレベルとなり、逆に、第1帰還電圧Vfb1が第1閾値電圧Vth1よりも低ければ、コンパレータ31の出力信号はハイレベルとなる。   The comparator 31 compares the first feedback voltage Vfb1 input from the external terminal P5 to the inverting input terminal (−) and the first threshold voltage Vth1 input from the DC voltage source 32 to the non-inverting input terminal (+). The comparison result is output to the edge detection unit 33. That is, if the first feedback voltage Vfb1 is higher than the first threshold voltage Vth1, the output signal of the comparator 31 is low level. Conversely, if the first feedback voltage Vfb1 is lower than the first threshold voltage Vth1, the comparator 31 The output signal becomes high level.

直流電圧源32は、第1基準電圧Vth1を生成し、これをコンパレータ31の非反転入力端(+)に出力する。   The DC voltage source 32 generates the first reference voltage Vth1 and outputs it to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 31.

エッジ検出部33は、コンパレータ31の出力信号がハイレベルに立ち上がったとき、その立上がりエッジを検出して、PFMヘルプ信号Seをローレベルからハイレベルに立ち上げる。すなわち、PFMヘルプ信号Seは、第1帰還電圧Vfb1が第1閾値電圧Vth1を下回った時点でハイレベルに立ち上げられる。なお、PFMヘルプ信号Seは、プリドライバ回路50に出力される。   When the output signal of the comparator 31 rises to a high level, the edge detector 33 detects the rising edge and raises the PFM help signal Se from a low level to a high level. That is, the PFM help signal Se is raised to a high level when the first feedback voltage Vfb1 falls below the first threshold voltage Vth1. The PFM help signal Se is output to the pre-driver circuit 50.

LV信号生成回路40は、出力電圧VOUT(或いはこれに応じた第2帰還電圧Vfb2)が所定の第2閾値電圧Vth2を下回っている間だけ、パルス幅とパルス周波数がいずれも固定された第3駆動信号G3(以下、LV信号G3と呼ぶ)を生成する第3駆動信号生成回路であり、コンパレータ41と、直流電圧源42と、LVパルス発振器43と、を有して成る。なお、LV信号生成回路40は、入力電圧VINを受けて駆動する。   The LV signal generation circuit 40 has a third pulse width and pulse frequency that are fixed only while the output voltage VOUT (or the second feedback voltage Vfb2 corresponding thereto) is lower than the predetermined second threshold voltage Vth2. A third drive signal generation circuit that generates a drive signal G3 (hereinafter referred to as LV signal G3), and includes a comparator 41, a DC voltage source 42, and an LV pulse oscillator 43. The LV signal generation circuit 40 is driven by receiving the input voltage VIN.

コンパレータ41は、外部端子P1から反転入力端(−)に入力される出力電圧VOUTと、直流電圧源42から非反転入力端(+)に入力される第2閾値電圧Vth2とを比較し、その比較結果を出力下限検出信号SfとしてLVパルス発振器43及びプリドライバ回路50に出力する。すなわち、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2よりも高ければ、出力下限検出信号Sfはローレベルとなり、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2よりも低ければ、出力下限検出信号Sfはハイレベルとなる。   The comparator 41 compares the output voltage VOUT input from the external terminal P1 to the inverting input terminal (−) with the second threshold voltage Vth2 input from the DC voltage source 42 to the non-inverting input terminal (+), and The comparison result is output to the LV pulse oscillator 43 and the pre-driver circuit 50 as the output lower limit detection signal Sf. That is, if the output voltage VOUT is higher than the second threshold voltage Vth2, the output lower limit detection signal Sf is at a low level, and if the output voltage VOUT is lower than the second threshold voltage Vth2, the output lower limit detection signal Sf is at a high level. .

直流電圧源42は、第2基準電圧Vth2を生成し、これをコンパレータ41の非反転入力端(+)に出力する。   The DC voltage source 42 generates the second reference voltage Vth2 and outputs it to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 41.

LVパルス発振器43は、出力電圧VOUTが所定の第2閾値電圧Vth2を下回っている間、すなわち、出力下限検出信号Sfがハイレベルに立ち上げられている間だけ、パルス幅とパルス周波数がいずれも固定されたLV信号G3を生成し、これをプリドライバ回路50に出力する。なお、LV信号G3は、出力電圧VOUTの出力下限維持動作(詳細は後述)に用いられるほか、入力電圧VINを投入した直後における出力電圧VOUTの初期出力動作にも用いられる。   The LV pulse oscillator 43 has both the pulse width and the pulse frequency only while the output voltage VOUT is lower than the predetermined second threshold voltage Vth2, that is, while the output lower limit detection signal Sf is raised to the high level. A fixed LV signal G3 is generated and output to the pre-driver circuit 50. The LV signal G3 is used not only for the output lower limit maintaining operation (details will be described later) of the output voltage VOUT, but also for the initial output operation of the output voltage VOUT immediately after the input voltage VIN is input.

プリドライバ回路50は、負荷変動が検出されていないときには、出力トランジスタM1のゲート信号G0として、PWM信号G1とPFM駆動信号G2のいずれか一を任意に選択出力する一方、負荷変動が検出されたときには、出力トランジスタM1のゲート信号G0として、PFM信号G2を強制的に選択出力する機能を備えており、当該機能を実現するための回路構成要素として、カウンタ部51と、ロジック部52と、セレクタ部53と、を有して成る。なお、プリドライバ回路50は、基本的に入力電圧VINまたは出力電圧VOUTを受けて駆動する。ただし、プリドライバ回路50に含まれるカウンタ部51については、内部電源電圧VREFを受けて駆動する。   When no load fluctuation is detected, the pre-driver circuit 50 arbitrarily outputs any one of the PWM signal G1 and the PFM drive signal G2 as the gate signal G0 of the output transistor M1, while the load fluctuation is detected. Sometimes, it has a function of forcibly selecting and outputting the PFM signal G2 as the gate signal G0 of the output transistor M1, and as a circuit component for realizing the function, a counter unit 51, a logic unit 52, a selector Part 53. The pre-driver circuit 50 is basically driven by receiving the input voltage VIN or the output voltage VOUT. However, the counter unit 51 included in the pre-driver circuit 50 is driven by receiving the internal power supply voltage VREF.

カウンタ部51は、負荷変動の検出時または内部電源回路60の起動完了時に、PWM信号G1のパルスカウントを開始する。すなわち、カウンタ部51は、PFMヘルプ信号SeとUVLO信号Sbの立上がりエッジを各々トリガとして、PWM信号G1のパルスカウントを開始する。なお、カウンタ部51は、そのカウント値に基づいてPWM起動信号Scとブースト停止信号Sdを生成し、これらをロジック部52に出力する。   The counter unit 51 starts the pulse count of the PWM signal G1 at the time of detecting the load fluctuation or at the completion of the startup of the internal power supply circuit 60. That is, the counter unit 51 starts the pulse count of the PWM signal G1 using the rising edges of the PFM help signal Se and the UVLO signal Sb as triggers. The counter unit 51 generates a PWM start signal Sc and a boost stop signal Sd based on the count value and outputs them to the logic unit 52.

ロジック部52は、外部端子P6から駆動方式切替信号Saの入力を受けてセレクタ部53を制御する機能を備えている。   The logic unit 52 has a function of receiving the input of the driving method switching signal Sa from the external terminal P6 and controlling the selector unit 53.

また、ロジック部52は、駆動方式切替信号SaによってPWM信号G1の選択出力が指示されている間に、負荷変動検出回路30で負荷変動が検出されて、PFMヘルプ信号Seがローレベルからハイレベルに立ち上げられたときには、駆動方式切替信号Saに依らず、所定のヘルプ期間T3だけPFM信号G2を選択出力するようにセレクタ部53を制御する機能を備えている。   Further, the logic unit 52 detects the load fluctuation in the load fluctuation detection circuit 30 while the selection output of the PWM signal G1 is instructed by the driving method switching signal Sa, and the PFM help signal Se changes from the low level to the high level. When it is started, the function of controlling the selector unit 53 so as to selectively output the PFM signal G2 only for a predetermined help period T3 is provided regardless of the drive system switching signal Sa.

また、ロジック部52は、上記したヘルプ期間T3の開始時にPWM信号生成回路10を一旦リセットし、所定のブースト期間T2だけ、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2より高く設定する機能を備えている。   The logic unit 52 has a function of temporarily resetting the PWM signal generation circuit 10 at the start of the above-described help period T3 and setting the first reference voltage Vref1 higher than the second reference voltage Vref2 only during a predetermined boost period T2. ing.

また、ロジック部52は、LV信号生成回路40で出力電圧VOUTの低下が検出されて、出力下限検出信号Sfがローレベルからハイレベルに立ち上げられ、LV信号G3が生成されているときには、駆動方式切替信号Saに依らず、LV信号G3を選択出力するようにセレクタ部53を制御する機能を備えている。   The logic unit 52 is driven when the output voltage VOUT is detected to be lowered by the LV signal generation circuit 40, the output lower limit detection signal Sf is raised from the low level to the high level, and the LV signal G3 is generated. It has a function of controlling the selector unit 53 so as to selectively output the LV signal G3 regardless of the method switching signal Sa.

また、ロジック部52は、駆動方式切替信号SaによってPWM信号G1の選択出力が指示されたときには、内部電源回路60の起動時から所定の移行期間T1だけPFM信号G2の選択出力を行い、その後、PWM信号G1の選択出力を行うようにセレクタ部53を制御する機能を備えている。   Further, when the selection output of the PWM signal G1 is instructed by the drive method switching signal Sa, the logic unit 52 performs the selection output of the PFM signal G2 only for a predetermined transition period T1 from the time of starting the internal power supply circuit 60, and then A function of controlling the selector unit 53 so as to select and output the PWM signal G1 is provided.

また、ロジック部52は、内部電源回路60の起動完了時から所定のブースト期間T2だけ、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2よりも高く設定する機能を備えている。   Further, the logic unit 52 has a function of setting the first reference voltage Vref1 higher than the second reference voltage Vref2 for a predetermined boost period T2 from the completion of startup of the internal power supply circuit 60.

また、ロジック部52は、カウンタ部51から入力されるPWM起動信号Scとブースト停止信号Sdを監視することにより、カウンタ部51のカウント値に基づいて、上記のヘルプ期間T3、ブースト期間T2、若しくは、移行期間T1の経過判定を行う機能を備えている。   In addition, the logic unit 52 monitors the PWM start signal Sc and the boost stop signal Sd input from the counter unit 51, and based on the count value of the counter unit 51, the help period T3, the boost period T2, or In addition, a function for determining the progress of the transition period T1 is provided.

なお、上記では、ロジック部52の諸機能に関して、その概要だけを羅列的に説明したが、これらの機能については、後ほど図面を参照しながら、より詳細な説明を行う。   In the above description, only the outline of the various functions of the logic unit 52 has been described. However, these functions will be described in more detail later with reference to the drawings.

セレクタ部53は、ロジック部52から入力されるPWM選択信号Sx、PFM選択信号Sy、及び、LV選択信号Szに基づいて、PWM信号G1、PFM信号G2、及び、LV信号G3のいずれか一を選択し、これを出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力する。具体的に述べると、セレクタ部53は、PWM選択信号Sxがハイレベルとされ、その余がローレベルとされているときに、PWM信号G1を選択出力する。また、セレクタ部53は、PFM選択信号Syがハイレベルとされ、その余がローレベルとされているときに、PFM信号G2を選択出力する。また、セレクタ部53は、LV選択信号Szがハイレベルとされ、その余がローレベルとされているときに、LV信号G3を選択出力する。   The selector unit 53 receives one of the PWM signal G1, the PFM signal G2, and the LV signal G3 based on the PWM selection signal Sx, the PFM selection signal Sy, and the LV selection signal Sz input from the logic unit 52. This is selected and output as the gate signal G0 of the output transistor M1. More specifically, the selector 53 selectively outputs the PWM signal G1 when the PWM selection signal Sx is at a high level and the remainder is at a low level. The selector unit 53 selectively outputs the PFM signal G2 when the PFM selection signal Sy is at a high level and the remainder is at a low level. The selector unit 53 selectively outputs the LV signal G3 when the LV selection signal Sz is at a high level and the remainder is at a low level.

内部電源回路60は、駆動方式切替信号SaによってPWM信号G1の選択出力が指示されている間(駆動方式切替信号Saのハイレベル期間)だけ、内部電源電圧VREFを生成し、PWM信号生成回路10への電力供給を行う。   The internal power supply circuit 60 generates the internal power supply voltage VREF only while the selection output of the PWM signal G1 is instructed by the drive system switching signal Sa (high level period of the drive system switching signal Sa), and the PWM signal generation circuit 10 To supply power.

UVLO回路70は、内部電源電圧VREFを監視し、その電圧レベルが所定値を上回ったときに、UVLO信号Sbをローレベルからハイレベルに立ち上げる。すなわち、UVLO信号Sbがハイレベルに立ち上がっていれば、内部電源回路60の起動が完了されており、PWM信号生成回路10が動作可能状態となっていることが分かる。   The UVLO circuit 70 monitors the internal power supply voltage VREF, and raises the UVLO signal Sb from the low level to the high level when the voltage level exceeds a predetermined value. That is, if the UVLO signal Sb rises to a high level, it can be seen that the startup of the internal power supply circuit 60 has been completed and the PWM signal generation circuit 10 is in an operable state.

次に、上記構成から成るスイッチングレギュレータの基本動作(直流/直流変換動作)について、詳細な説明を行う。   Next, the basic operation (DC / DC conversion operation) of the switching regulator configured as described above will be described in detail.

トランジスタM1は、半導体装置1の外部端子P3から出力されるゲート信号G0(スイッチング駆動信号)に応じてスイッチング駆動される出力パワートランジスタである。   The transistor M1 is an output power transistor that is switched and driven in accordance with a gate signal G0 (switching drive signal) output from the external terminal P3 of the semiconductor device 1.

トランジスタM1がオン状態にされると、コイルL1にはトランジスタM1を介して接地端に向けたスイッチ電流が流れ、その電気エネルギが蓄えられる。なお、トランジスタM1のオン期間において、すでにコンデンサC2に電荷が蓄積されていた場合、負荷にはコンデンサC2からの電流が流れることになる。また、このとき、ダイオードD1のアノード電位は、トランジスタM1を介して、ほぼ接地電位まで低下するため、ダイオードD1は逆バイアス状態となり、コンデンサC2からトランジスタM1に向けて電流が流れ込むことはない。   When the transistor M1 is turned on, a switch current flows to the coil L1 toward the ground terminal via the transistor M1, and the electrical energy is stored. Note that if the charge has already been accumulated in the capacitor C2 during the ON period of the transistor M1, the current from the capacitor C2 flows through the load. At this time, since the anode potential of the diode D1 is lowered to almost the ground potential via the transistor M1, the diode D1 is in a reverse bias state, and no current flows from the capacitor C2 toward the transistor M1.

一方、トランジスタM1がオフ状態にされると、コイルL1に発生した逆起電圧によって、そこに蓄積されていた電気エネルギが放出される。このとき、ダイオードD1は順バイアス状態となるため、ダイオードD1を介して流れる電流は、出力電流IOUTとして負荷に流れ込むとともに、コンデンサC2を介して接地端にも流れ込み、コンデンサC2を充電することになる。上記した動作が繰り返されることによって、負荷には、コンデンサC2によって昇圧され、かつ、平滑された出力電圧VOUTが供給される。   On the other hand, when the transistor M1 is turned off, the electric energy stored therein is released by the counter electromotive voltage generated in the coil L1. At this time, since the diode D1 is in the forward bias state, the current flowing through the diode D1 flows into the load as the output current IOUT, and also flows into the ground terminal through the capacitor C2, thereby charging the capacitor C2. . By repeating the above operation, the load is supplied with the output voltage VOUT that has been boosted and smoothed by the capacitor C2.

このように、本実施形態のスイッチングレギュレータは、トランジスタM1のオン/オフ制御によってエネルギ貯蔵素子であるコイルL1を駆動することにより、入力電圧VINを昇圧して所望の出力電圧VOUTを生成するチョッパ型の昇圧回路として機能する。   As described above, the switching regulator of the present embodiment drives the coil L1 that is an energy storage element by on / off control of the transistor M1, thereby boosting the input voltage VIN and generating a desired output voltage VOUT. Functions as a booster circuit.

次に、上記構成から成るスイッチングレギュレータの駆動方式切替動作について、図2を参照しながら詳細に説明する。   Next, the driving method switching operation of the switching regulator configured as described above will be described in detail with reference to FIG.

図2は、駆動方式切替動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本図では、上から順に、駆動方式切替信号Sa、UVLO信号Sb、PWM起動信号Sc、ブースト停止信号Sd、第1基準電圧Vref1及び第2基準電圧Vref2、PWM信号G1、PFM信号G2、LV信号G3、出力電流IOUT、第1帰還電圧Vfb1、PFMヘルプ信号Se、出力電圧VOUT、出力下限検出信号Sf、PWM選択信号Sx、PFM選択信号Sy、LV選択信号Sz、半導体装置1の内部動作状態、並びに、半導体装置1の外部指示状態がそれぞれ示されている。   FIG. 2 is a timing chart for explaining the driving method switching operation. In this figure, in order from the top, the driving method switching signal Sa, UVLO signal Sb, PWM start signal Sc, boost stop signal Sd, first reference voltage Vref1, second reference voltage Vref2, PWM signal G1, PFM signal G2, LV signal G3, output current IOUT, first feedback voltage Vfb1, PFM help signal Se, output voltage VOUT, output lower limit detection signal Sf, PWM selection signal Sx, PFM selection signal Sy, LV selection signal Sz, internal operation of semiconductor device 1 The state and the external instruction state of the semiconductor device 1 are shown.

時刻t11までは、駆動方式切替信号Saがローレベルとされており、PFM信号G2の選択出力が指示されている。ロジック部52は、上記の駆動方式切替信号Saに基づいて、PFM選択信号Syをハイレベルとし、PWM選択信号SxとLV選択信号Szをローレベルとしている。セレクタ部53は、PFM選択信号Syがハイレベルであることを受けて、PFM信号G2を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力している。   Until time t11, the drive system switching signal Sa is kept at the low level, and the selection output of the PFM signal G2 is instructed. The logic unit 52 sets the PFM selection signal Sy to the high level and sets the PWM selection signal Sx and the LV selection signal Sz to the low level based on the driving method switching signal Sa. In response to the fact that the PFM selection signal Sy is at the high level, the selector unit 53 outputs the PFM signal G2 as the gate signal G0 of the output transistor M1.

なお、時刻t11までは、内部電源回路60による内部電源電圧VREFの生成動作が停止されており、PWM信号生成回路10への電力供給が行われないので、PWM信号G1にパルスが立ち上げられることはない。このように、PWM信号生成回路10の動作を停止させることにより、半導体装置1の消費電力を最小限に抑えることが可能となる。   Until time t11, the generation operation of the internal power supply voltage VREF by the internal power supply circuit 60 is stopped, and power is not supplied to the PWM signal generation circuit 10, so that a pulse is raised in the PWM signal G1. There is no. Thus, by stopping the operation of the PWM signal generation circuit 10, the power consumption of the semiconductor device 1 can be minimized.

時刻t11において、駆動方式切替信号Saがローレベルからハイレベルに立ち上げられると、内部電源回路60が起動されて、内部電源電圧VREFの生成が開始される。   When the driving method switching signal Sa rises from the low level to the high level at time t11, the internal power supply circuit 60 is activated and the generation of the internal power supply voltage VREF is started.

時刻t12において、内部電源電圧VREFが所定値を上回ると、UVLO信号Sbがローレベルからハイレベルに立ち上げられる。この立上がりエッジをトリガとして、カウンタ部51では、そのカウント値がリセットされるとともに、PWM信号G1のパルスカウントが開始される。   When the internal power supply voltage VREF exceeds a predetermined value at time t12, the UVLO signal Sb is raised from the low level to the high level. With this rising edge as a trigger, the counter unit 51 resets the count value and starts counting pulses of the PWM signal G1.

なお、時刻t12において、内部電源回路60の起動が完了されると、PWM信号生成回路10では、PWM信号G1の生成動作が開始されるものの、そのフィードバックループが安定となるまでの間(誤差電圧Verrが初期電位(0V)から三角波電圧Vslpの最低電位に達するまでの間)、PWM信号G1にはパルスが立たない状態となる。そのため、駆動方式切替信号Saがハイレベルに立ち上げられた時刻t11や、UVLO信号Sbがハイレベルに立ち上げられた時刻t12において、PWM信号G1を選択出力してしまうと、出力トランジスタM1をスイッチング駆動することができず、出力電圧VOUTが目標値から低下してしまうおそれがある(図中の破線を参照)。   At time t12, when the startup of the internal power supply circuit 60 is completed, the PWM signal generation circuit 10 starts generating the PWM signal G1, but until the feedback loop becomes stable (error voltage). Until Verr reaches the lowest potential of the triangular wave voltage Vslp from the initial potential (0 V), the PWM signal G1 is not pulsed. Therefore, if the PWM signal G1 is selectively output at the time t11 when the driving method switching signal Sa is raised to the high level or the time t12 when the UVLO signal Sb is raised to the high level, the output transistor M1 is switched. There is a possibility that the output voltage VOUT may be lowered from the target value because it cannot be driven (see the broken line in the figure).

そこで、ロジック部52は、駆動方式切替信号SaによってPWM信号G1の選択出力が指示されたときには、内部電源回路60の起動完了時(すなわち時刻t12)から所定の移行期間T1が経過するまでの間、PFM信号G2の選択出力を継続し、その後、移行期間T1が経過して、カウンタ部51から入力されるPWM起動信号Scがローレベルからハイレベルに立ち上げられた時点(すなわち時刻t13)で、PWM信号G1の選択出力を開始するように、セレクタ部53を制御する機能を備えている。   Therefore, when the selection output of the PWM signal G1 is instructed by the drive method switching signal Sa, the logic unit 52 is from the time when the internal power supply circuit 60 is started up (that is, from the time t12) until the predetermined transition period T1 elapses. Then, the selection output of the PFM signal G2 is continued, and at the time when the PWM start signal Sc input from the counter unit 51 is raised from the low level to the high level after the transition period T1 has elapsed (that is, at time t13). , A function of controlling the selector unit 53 so as to start the selection output of the PWM signal G1 is provided.

すなわち、ロジック部52は、時刻t11や時刻t12ではなく、時刻t13において初めてPWM選択信号Sxをハイレベルとし、PFM選択信号SyとLV選択信号Szをローレベルとする。セレクタ部53は、PWM選択信号Sxがハイレベルであることを受けて、PWM信号G1を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力する。   That is, the logic unit 52 sets the PWM selection signal Sx to the high level and sets the PFM selection signal Sy and the LV selection signal Sz to the low level for the first time not at time t11 or time t12 but at time t13. In response to the fact that the PWM selection signal Sx is at the high level, the selector unit 53 outputs the PWM signal G1 as the gate signal G0 of the output transistor M1.

このような構成とすることにより、PWM信号生成回路10がPWM信号G1を安定して出力できるようになるまでは、PFM信号G2の選択出力が継続されるので、出力電圧VOUTの意図しない低下を解消することが可能となり、PFM方式からPWM方式への移行をスムーズに実施することができる。   With such a configuration, until the PWM signal generation circuit 10 can stably output the PWM signal G1, the selection output of the PFM signal G2 is continued, so that the output voltage VOUT is unintentionally reduced. Therefore, the transition from the PFM method to the PWM method can be performed smoothly.

また、ロジック部52は、内部電源回路60の起動完了時(すなわち時刻t12)からブースト期間T2が経過するまでの間、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2(すなわち、その時点で帰還入力されている第1帰還電圧Vfb1とほぼ同値)よりも高い電圧レベルに設定し、その後、ブースト期間T2が経過して、カウンタ部51から入力されるブースト停止信号Sdがローレベルからハイレベルに立ち上げられた時点(すなわち時刻t14)で、第1基準電圧Vref1を通常値に復帰させる機能を備えている。   Further, the logic unit 52 supplies the first reference voltage Vref1 to the second reference voltage Vref2 (that is, feedback input at that time) until the boost period T2 elapses after the start-up of the internal power supply circuit 60 (that is, time t12). The boost stop signal Sd input from the counter unit 51 rises from the low level to the high level after the boost period T2 elapses. It has a function of returning the first reference voltage Vref1 to the normal value at the raised time point (that is, time t14).

このように、第1帰還電圧Vfb1が第1基準電圧Vref1よりも確実に低くなるように、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2よりも意図的に高めておく構成であれば、PFM方式からPWM方式への移行に際して、第1基準電圧Vref1が第1帰還電圧Vfb1と同値或いはそれよりも低い電圧レベルとなってエラーアンプ11の誤差電圧Verrがゼロ値(0V)に維持されてしまい、PWM信号G1にパルスが立ち上がらなくなる、といった事態を未然に回避することができるので、PFM方式からPWM方式への移行をより確実に実施することが可能となる。   In this way, if the first reference voltage Vref1 is intentionally higher than the second reference voltage Vref2 so that the first feedback voltage Vfb1 is surely lower than the first reference voltage Vref1, the PFM method is used. When shifting from the PWM method to the PWM method, the first reference voltage Vref1 becomes equal to or lower than the first feedback voltage Vfb1, and the error voltage Verr of the error amplifier 11 is maintained at a zero value (0V). Since a situation in which a pulse does not rise in the PWM signal G1 can be avoided in advance, it is possible to more reliably perform the transition from the PFM method to the PWM method.

なお、本実施形態のスイッチングレギュレータにおいて、第1基準電圧Vref1と第2基準電圧Vref2の通常値は、いずれも同値(例えば0.4V)に設定されている。このような設定により、PFM駆動時の出力目標値とPWM駆動時の出力目標値を互いに一致させることが可能となる。   In the switching regulator of this embodiment, the normal values of the first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 are both set to the same value (for example, 0.4V). With this setting, it is possible to make the output target value during PFM driving coincide with the output target value during PWM driving.

また、第1基準電圧Vref1のブースト値については、第1基準電圧Vref1や第2基準電圧Vref2のばらつきと、出力電圧VOUTの出力定格を考慮に入れた上で、駆動方式切替時点の第1帰還電圧Vfb1よりも確実に高いと考えられる必要最低限の電圧レベル(例えば0.44V)に設定されている。このような設定により、PFM方式からPWM方式への移行を安定して確実に実行することが可能となる。   The boost value of the first reference voltage Vref1 is determined based on the first feedback at the time of switching the driving method after taking into account variations in the first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 and the output rating of the output voltage VOUT. It is set to a minimum necessary voltage level (eg, 0.44 V) that is considered to be surely higher than the voltage Vfb1. Such a setting makes it possible to stably and reliably execute the transition from the PFM method to the PWM method.

なお、ロジック部52は、カウンタ部51から入力されるPWM起動信号Scとブースト停止信号Sdを監視することにより、カウンタ部51のカウント値に基づいて、上記した移行期間T1及びブースト期間T2の経過判定を行う機能を備えている。例えば、UVLO信号Sbの立上がりエッジをトリガとしてリセットされたカウンタ部51では、PWM信号G1のパルス数が所定値A(例えば8パルス)に達した時点で、PWM起動信号Scがローレベルからハイレベルに立ち上げられ、さらにPWM信号G1のパルス数が所定値B(例えば128パルス)に達した時点で、ブースト停止信号Sdがローレベルからハイレベルに立ち上げられる。従って、ロジック部52は、PWM起動信号Scの立上がりエッジをトリガとして、上記の移行期間T1が経過したことを認識し、PWM信号G1の選択出力を開始する。また、ロジック部52は、ブースト停止信号Sdの立上がりエッジをトリガとして、上記のブースト期間T2が経過したことを認識し、第1基準電圧Vref1のブースト動作を停止する。   The logic unit 52 monitors the PWM start signal Sc and the boost stop signal Sd input from the counter unit 51, so that the transition period T1 and the boost period T2 have elapsed based on the count value of the counter unit 51. It has a function to make a decision. For example, in the counter unit 51 that is reset with the rising edge of the UVLO signal Sb as a trigger, when the number of pulses of the PWM signal G1 reaches a predetermined value A (for example, 8 pulses), the PWM activation signal Sc changes from low level to high level. When the number of pulses of the PWM signal G1 reaches a predetermined value B (for example, 128 pulses), the boost stop signal Sd is raised from the low level to the high level. Therefore, the logic unit 52 recognizes that the transition period T1 has elapsed with the rising edge of the PWM activation signal Sc as a trigger, and starts selecting and outputting the PWM signal G1. Also, the logic unit 52 recognizes that the boost period T2 has elapsed with the rising edge of the boost stop signal Sd as a trigger, and stops the boost operation of the first reference voltage Vref1.

このような構成とすることにより、極めて簡易な回路を用いて、上記の移行期間T1やブースト期間T2の経過判定を行うことが可能となる。   With such a configuration, it is possible to determine the progress of the transition period T1 or the boost period T2 using a very simple circuit.

また、上記構成であれば、エラーアンプ11の出力端に接続された位相補償回路の時定数(すなわち、誤差電圧Verrの立上がり速度)が任意に調整可能な場合であっても、PWM信号生成回路10のフィードバックループが安定となったか否かについては、上記時定数の変動に依ることなく、PWM信号G1のパルス数に基づいて、これを確実に判定することが可能となる。   Further, with the above configuration, even if the time constant of the phase compensation circuit connected to the output terminal of the error amplifier 11 (that is, the rising speed of the error voltage Verr) can be arbitrarily adjusted, the PWM signal generation circuit Whether or not the 10 feedback loops are stable can be reliably determined on the basis of the number of pulses of the PWM signal G1 without depending on the fluctuation of the time constant.

また、上記構成であれば、図7の従来構成と異なり、高次数のローパスフィルタを要することなく、PWM信号生成回路10のフィードバックループが安定となったか否かを判定することができるので、回路規模の不要な増大を招かずに済む。   Also, with the above configuration, unlike the conventional configuration of FIG. 7, it is possible to determine whether the feedback loop of the PWM signal generation circuit 10 has become stable without requiring a high-order low-pass filter. This avoids an unnecessary increase in scale.

また、上記構成であれば、図8の従来構成と異なり、PFM駆動時の出力目標値とPWM駆動時の出力目標値を互いに一致させたまま、PFM方式からPWM方式への移行をスムーズに行うことが可能となる。   Further, with the above configuration, unlike the conventional configuration of FIG. 8, the transition from the PFM method to the PWM method is smoothly performed while the output target value at the time of PFM driving and the output target value at the time of PWM driving are made to coincide with each other. It becomes possible.

なお、時刻t14において、第1基準電圧Vref1のブースト動作が停止された後、PWM信号生成回路10は、第1帰還電圧Vfb1と第1基準電圧Vref1(通常値)を一致させるようにPWM信号G1を生成する。従って、PWM駆動時の出力目標値は、PFM駆動時の出力目標値と一致する。   Note that after the boost operation of the first reference voltage Vref1 is stopped at time t14, the PWM signal generation circuit 10 causes the PWM signal G1 to match the first feedback voltage Vfb1 and the first reference voltage Vref1 (normal value). Is generated. Therefore, the output target value during PWM driving matches the output target value during PFM driving.

その後、時刻t15において、駆動方式切替信号Saがハイレベルからローレベルに立ち下げられると、ロジック部52は、PFM選択信号Syをハイレベルとし、PWM選択信号SxとLV選択信号Szをローレベルとする。セレクタ部53は、PFM選択信号Syがハイレベルであることを受けて、PFM信号G2を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力する。このように、PWM方式からPFM方式への移行については、時刻t15において、駆動方式切替信号Saがハイレベルからローレベルに立ち下げられた時点で速やかに実施される。   Thereafter, when the driving method switching signal Sa falls from the high level to the low level at time t15, the logic unit 52 sets the PFM selection signal Sy to the high level, and sets the PWM selection signal Sx and the LV selection signal Sz to the low level. To do. In response to the fact that the PFM selection signal Sy is at the high level, the selector unit 53 outputs the PFM signal G2 as the gate signal G0 of the output transistor M1. As described above, the transition from the PWM method to the PFM method is promptly performed at the time when the drive method switching signal Sa falls from the high level to the low level at time t15.

また、時刻t15において、駆動方式切替信号Saがローレベルに立ち下げられた時点で、内部電源回路60は、その内部電源電圧VREFの生成動作を停止し、PWM信号生成回路10への電力供給が遮断される。これにより、PWM信号G1の生成は停止され、第1基準電圧Vref1はゼロ値(0V)となる。また、内部電源電圧VREFの生成停止に伴い、カウンタ部51のカウント値もクリアされるので、PWM起動信号Scやブースト停止信号Sdはローレベルに立ち下げられる。   At time t15, when the driving method switching signal Sa falls to the low level, the internal power supply circuit 60 stops generating the internal power supply voltage VREF, and power supply to the PWM signal generation circuit 10 is stopped. Blocked. Thereby, the generation of the PWM signal G1 is stopped, and the first reference voltage Vref1 becomes a zero value (0V). As the generation of the internal power supply voltage VREF is stopped, the count value of the counter unit 51 is also cleared, so that the PWM start signal Sc and the boost stop signal Sd are lowered to a low level.

次に、上記構成から成るスイッチングレギュレータの出力低下抑制動作について、図3を参照しながら詳細に説明する。   Next, the output reduction suppressing operation of the switching regulator having the above configuration will be described in detail with reference to FIG.

図3は、出力低下抑制動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本図に示した信号や電圧、及び、その並び順については、先出の図2と同様である。   FIG. 3 is a timing chart for explaining the output decrease suppressing operation. The signals and voltages shown in this figure and the arrangement order thereof are the same as those in FIG.

時刻t21までは、駆動方式切替信号Saがハイレベルとされており、PWM信号G1の選択出力が指示されている。ロジック部52は、上記の駆動方式切替信号Saに基づいて、PWM選択信号Sxをハイレベルとし、PFM選択信号SyとLV選択信号Szをローレベルとしている。セレクタ部53は、PWM選択信号Sxがハイレベルであることを受けて、PWM信号G1を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力している。なお、時刻t21以前の動作状態は、図2の時刻t14〜時刻t15で示されている動作状態に相当するため、重複した説明は割愛する。   Until time t21, the drive system switching signal Sa is at the high level, and the selection output of the PWM signal G1 is instructed. The logic unit 52 sets the PWM selection signal Sx to a high level and the PFM selection signal Sy and the LV selection signal Sz to a low level based on the driving method switching signal Sa. In response to the fact that the PWM selection signal Sx is at the high level, the selector unit 53 outputs the PWM signal G1 as the gate signal G0 of the output transistor M1. In addition, since the operation state before time t21 corresponds to the operation state indicated by time t14 to time t15 in FIG. 2, redundant description is omitted.

時刻t21において、負荷に流れる出力電流IOUTが急峻に増大した場合、PWM信号生成回路10を介したフィードバックループの応答速度が遅いと、図3に示すように、出力電圧VOUTの低下を抑えきれない事態が発生する。   When the output current IOUT flowing through the load sharply increases at time t21, if the response speed of the feedback loop via the PWM signal generation circuit 10 is slow, the decrease in the output voltage VOUT cannot be suppressed as shown in FIG. Things happen.

その後、出力電圧VOUTがさらに低下し、時刻t22において、第1帰還電圧Vfb1が所定の第1閾値電圧Vth1を下回った時点で、負荷変動検出回路30は、PFMヘルプ信号Seをローレベルからハイレベルに立ち上げる。この立上がりエッジをトリガとして、カウンタ部51では、そのカウント値がリセットされるとともに、PWM信号G1のパルスカウントが開始される。   Thereafter, when the output voltage VOUT further decreases and the first feedback voltage Vfb1 falls below the predetermined first threshold voltage Vth1 at time t22, the load fluctuation detection circuit 30 changes the PFM help signal Se from the low level to the high level. To launch. With this rising edge as a trigger, the counter unit 51 resets the count value and starts counting pulses of the PWM signal G1.

このように、駆動方式切替信号SaによってPWM信号G1の選択出力が指示されている間に、負荷変動検出回路30で負荷変動が検出されて、PFMヘルプ信号Seがローレベルからハイレベルに立ち上げられた場合、ロジック部52は、駆動方式切替信号Saに依らず、負荷変動が検出された時点(すなわち時刻t22)から所定のヘルプ期間T3が経過するまでの間、PFM信号G2を選択出力するようにセレクタ部53を制御し、その後、ヘルプ期間T3が経過して、カウンタ部51から入力されるPWM起動信号Scがハイレベルからローレベルに立ち上げられた時点(すなわち時刻t23)で、PWM信号G1の選択出力を再開するようにセレクタ部53を制御する機能を備えている。   In this way, while the selection output of the PWM signal G1 is instructed by the drive system switching signal Sa, the load fluctuation is detected by the load fluctuation detection circuit 30, and the PFM help signal Se rises from the low level to the high level. In this case, the logic unit 52 selectively outputs the PFM signal G2 from the time when the load fluctuation is detected (that is, time t22) until the predetermined help period T3 elapses without depending on the driving method switching signal Sa. After the help period T3 has elapsed and the PWM start signal Sc input from the counter unit 51 is raised from the high level to the low level (that is, at time t23), A function of controlling the selector unit 53 so as to resume the selective output of the signal G1 is provided.

すなわち、ロジック部52は、時刻t22において、駆動方式切替信号Saに依らず、PFM選択信号Syをハイレベルとし、PWM選択信号SxとLV選択信号Szをローレベルとする。セレクタ部53は、PFM選択信号Syがハイレベルであることを受けて、PFM信号G2を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力する。   That is, at time t22, the logic unit 52 sets the PFM selection signal Sy to the high level and sets the PWM selection signal Sx and the LV selection signal Sz to the low level regardless of the drive method switching signal Sa. In response to the fact that the PFM selection signal Sy is at the high level, the selector unit 53 outputs the PFM signal G2 as the gate signal G0 of the output transistor M1.

このような構成とすることにより、PWM信号G1の選択出力中に急峻な負荷変動が生じた場合であっても、フィードバックループの応答速度がより速いPFM信号G2を用いて出力トランジスタM1のスイッチング駆動を行うことにより、PWM信号G1の選択出力を継続した場合(図中の破線を参照)に比べて、出力電圧VOUTの低下を抑えることができ、出力電圧VOUTをその出力目標値に維持することが可能となる。従って、本実施形態のスイッチングレギュレータであれば、コイルL1のインダクタ値を不要に小さく設計することなく、急峻な負荷変動にも適切に応答することが可能となる。   By adopting such a configuration, even when a sudden load fluctuation occurs during the selective output of the PWM signal G1, the switching drive of the output transistor M1 is performed using the PFM signal G2 having a faster feedback loop response speed. As a result, the decrease in the output voltage VOUT can be suppressed and the output voltage VOUT can be maintained at its output target value as compared with the case where the selection output of the PWM signal G1 is continued (see the broken line in the figure). Is possible. Therefore, with the switching regulator of this embodiment, it is possible to appropriately respond to steep load fluctuations without designing the inductor value of the coil L1 to be unnecessarily small.

なお、時刻t22において、PWM方式からPFM方式への移行が行われる際、PWM信号生成回路10は、ロジック部52からの指示に基づいて、その初期状態(誤差電圧Verrが初期電位(0V)に戻された状態)にリセットされる。そのため、PWM信号生成回路10のフィードバックループが安定となるまでの間、PWM信号G1にはパルスが立たない状態となる。   Note that when the transition from the PWM method to the PFM method is performed at time t22, the PWM signal generation circuit 10 determines that the initial state (the error voltage Verr is set to the initial potential (0V)) based on an instruction from the logic unit 52. (Returned state) is reset. For this reason, the PWM signal G1 is not pulsed until the feedback loop of the PWM signal generation circuit 10 becomes stable.

そこで、ロジック部52は、上記したヘルプ期間T3の開始時(すなわち時刻t22)にPWM信号生成回路10を一旦リセットし、所定のブースト期間T2が経過するまでの間、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2より高く設定し、その後、ブースト期間T2が経過して、カウンタ部51から入力されるブースト停止信号Sdがローレベルからハイレベルに立ち上げられた時点(すなわち時刻t24)で、第1基準電圧Vref1を通常値に復帰させる機能を備えている。なお、第1基準電圧Vref1の通常値やブースト値については、先に述べた内容と同一であるため、重複した説明は割愛する。   Therefore, the logic unit 52 temporarily resets the PWM signal generation circuit 10 at the start of the above-described help period T3 (that is, at time t22) and sets the first reference voltage Vref1 to the first time until the predetermined boost period T2 elapses. 2 is set higher than the reference voltage Vref2, and then the boost stop signal Sd input from the counter unit 51 rises from the low level to the high level after the boost period T2 elapses (that is, at time t24). 1 has a function of returning the reference voltage Vref1 to a normal value. Note that the normal value and boost value of the first reference voltage Vref1 are the same as those described above, and thus a duplicate description is omitted.

このように、第1帰還電圧Vfb1が第1基準電圧Vref1よりも確実に低くなるように、第1基準電圧Vref1を第2基準電圧Vref2よりも意図的に高めておく構成であれば、PFM方式からPWM方式への移行に際して、第1基準電圧Vref1が第1帰還電圧Vfb1と同値或いはそれよりも低い電圧レベルとなってエラーアンプ11の誤差電圧Verrがゼロ値(0V)に維持されてしまい、PWM信号G1にパルスが立ち上がらなくなる、といった事態を未然に回避することができるので、PFM方式からPWM方式への移行をより確実に実施することが可能となる。   In this way, if the first reference voltage Vref1 is intentionally higher than the second reference voltage Vref2 so that the first feedback voltage Vfb1 is surely lower than the first reference voltage Vref1, the PFM method is used. When shifting from the PWM method to the PWM method, the first reference voltage Vref1 becomes equal to or lower than the first feedback voltage Vfb1, and the error voltage Verr of the error amplifier 11 is maintained at a zero value (0V). Since a situation in which a pulse does not rise in the PWM signal G1 can be avoided in advance, it is possible to more reliably perform the transition from the PFM method to the PWM method.

ただし、ヘルプ期間T3がPWM信号生成回路10のフィードバック応答時間よりも長い場合には、PWM信号生成回路10をリセットしなくても、動作に支障は生じない。   However, when the help period T3 is longer than the feedback response time of the PWM signal generation circuit 10, there is no problem in operation even if the PWM signal generation circuit 10 is not reset.

また、ロジック部52は、カウンタ部51から入力されるPWM起動信号Scとブースト停止信号Sdを監視することにより、カウンタ部51のカウント値に基づいて、上記したヘルプ期間T3及びブースト期間T2の経過判定を行う機能を備えている。例えば、PFMヘルプ信号Seの立上がりエッジによってリセットされたカウンタ部51では、PWM信号G1のパルス数が所定値C(例えば64パルス)に達した時点で、PWM起動信号Scがローレベルからハイレベルに立ち上げられ、さらにPWM信号G1のパルス数が所定値B(例えば128パルス)に達した時点で、ブースト停止信号Sdがローレベルからハイレベルに立ち上げられる。従って、ロジック部52は、PWM起動信号Scの立上がりエッジをトリガとして、上記のヘルプ期間T3が経過したことを認識し、PWM信号G1の選択出力を開始する。また、ロジック部52は、ブースト停止信号Sdの立上がりエッジをトリガとして、上記のブースト期間T2が経過したことを認識し、第1基準電圧Vref1のブースト動作を停止する。   In addition, the logic unit 52 monitors the PWM start signal Sc and the boost stop signal Sd input from the counter unit 51, so that the help period T3 and the boost period T2 have elapsed based on the count value of the counter unit 51. It has a function to make a decision. For example, in the counter unit 51 reset by the rising edge of the PFM help signal Se, when the number of pulses of the PWM signal G1 reaches a predetermined value C (for example, 64 pulses), the PWM activation signal Sc changes from low level to high level. Further, when the number of pulses of the PWM signal G1 reaches a predetermined value B (for example, 128 pulses), the boost stop signal Sd is raised from the low level to the high level. Therefore, the logic unit 52 recognizes that the help period T3 has elapsed with the rising edge of the PWM activation signal Sc as a trigger, and starts selecting and outputting the PWM signal G1. Also, the logic unit 52 recognizes that the boost period T2 has elapsed with the rising edge of the boost stop signal Sd as a trigger, and stops the boost operation of the first reference voltage Vref1.

このような構成とすることにより、極めて簡易な回路を用いて、上記のヘルプ期間T3やブースト期間T2の経過判定を行うことが可能となる。   With such a configuration, it is possible to perform the progress determination of the help period T3 and the boost period T2 using an extremely simple circuit.

なお、時刻t24において、第1基準電圧Vref1のブースト動作が停止された後、PWM信号生成回路10は、第1帰還電圧Vfb1と第1基準電圧Vref1(通常値)を一致させるようにPWM信号G1を生成する。従って、PWM駆動時の出力目標値は、PFM駆動時の出力目標値と一致する。   Note that after the boost operation of the first reference voltage Vref1 is stopped at time t24, the PWM signal generation circuit 10 causes the PWM signal G1 to match the first feedback voltage Vfb1 and the first reference voltage Vref1 (normal value). Is generated. Therefore, the output target value during PWM driving matches the output target value during PFM driving.

次に、上記構成から成るスイッチングレギュレータの出力下限維持動作について、図4を参照しながら詳細に説明する。   Next, the output lower limit maintaining operation of the switching regulator configured as described above will be described in detail with reference to FIG.

図4は、出力下限維持動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本図に示した信号や電圧、及び、その並び順については、先出の図2や図3と同様である。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the output lower limit maintaining operation. The signals and voltages shown in this figure and the arrangement order thereof are the same as those in FIGS.

時刻t31までは、駆動方式切替信号Saがハイレベルとされており、PWM信号G1の選択出力が指示されている。ロジック部52は、上記の駆動方式切替信号Saに基づいて、PWM選択信号Sxをハイレベルとし、PFM選択信号SyとLV選択信号Szをローレベルとしている。セレクタ部53は、PWM選択信号Sxがハイレベルであることを受けて、PWM信号G1を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力している。なお、時刻t31以前の動作状態は、図2の時刻t14〜時刻t15で示されている動作状態に相当するため、重複した説明は割愛する。   Until the time t31, the drive system switching signal Sa is at a high level, and the selection output of the PWM signal G1 is instructed. The logic unit 52 sets the PWM selection signal Sx to a high level and the PFM selection signal Sy and the LV selection signal Sz to a low level based on the driving method switching signal Sa. In response to the fact that the PWM selection signal Sx is at the high level, the selector unit 53 outputs the PWM signal G1 as the gate signal G0 of the output transistor M1. In addition, since the operation state before time t31 corresponds to the operation state indicated by time t14 to time t15 in FIG. 2, redundant description is omitted.

時刻t31において、負荷に流れる出力電流IOUTが急峻に増大した場合、PWM信号生成回路10を介したフィードバックループの応答速度が遅いと、図4に示すように、出力電圧VOUTの低下を抑えきれない事態が発生する。   When the output current IOUT flowing through the load sharply increases at time t31, if the response speed of the feedback loop through the PWM signal generation circuit 10 is slow, as shown in FIG. 4, the decrease in the output voltage VOUT cannot be suppressed. Things happen.

その後、出力電圧VOUTがさらに低下し、時刻t32において、第1帰還電圧Vfb1が所定の第1閾値電圧Vth1を下回った時点で、負荷変動検出回路30は、PFMヘルプ信号Seをローレベルからハイレベルに立ち上げる。この立上がりエッジをトリガとして、カウンタ部51では、そのカウント値がリセットされるとともに、PWM信号G1のパルスカウントが開始される。以後、図3を参照しながら説明したように、PFM信号G2を用いて出力トランジスタM1がスイッチング駆動され、出力電圧VOUTの低下抑制(出力目標値の維持)が試みられる。   Thereafter, the output voltage VOUT further decreases, and at time t32, when the first feedback voltage Vfb1 falls below the predetermined first threshold voltage Vth1, the load fluctuation detection circuit 30 changes the PFM help signal Se from the low level to the high level. To launch. With this rising edge as a trigger, the counter unit 51 resets the count value and starts counting pulses of the PWM signal G1. Thereafter, as described with reference to FIG. 3, the output transistor M1 is switching-driven using the PFM signal G2, and an attempt is made to suppress the decrease in the output voltage VOUT (maintain the output target value).

しかしながら、上記のPFMヘルプ動作を開始しても、出力電圧VOUTがさらに低下し、時刻t33において、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2を下回った場合、LV信号生成回路40は、出力下限検出信号Sfをローレベルからハイレベルに立ち上げてLV信号G3の生成を開始する。   However, even if the PFM help operation is started, if the output voltage VOUT further decreases and the output voltage VOUT falls below the second threshold voltage Vth2 at time t33, the LV signal generation circuit 40 outputs the output lower limit detection signal. Sf is raised from the low level to the high level, and generation of the LV signal G3 is started.

このとき、ロジック部52は、駆動方式切替信号Saに依ることなく、LV信号G3を選択出力するようにセレクタ部53を制御する。すなわち、ロジック部52は、時刻t33において、駆動方式切替信号Saに依らず、LV選択信号Szをハイレベルとし、PWM選択信号SxとPFM選択信号Syをローレベルとする。セレクタ部53は、LV選択信号Szがハイレベルであることを受けて、LV信号G3を出力トランジスタM1のゲート信号G0として出力する。   At this time, the logic unit 52 controls the selector unit 53 so as to selectively output the LV signal G3 without depending on the drive method switching signal Sa. That is, at time t33, the logic unit 52 sets the LV selection signal Sz to the high level and the PWM selection signal Sx and the PFM selection signal Sy to the low level regardless of the drive method switching signal Sa. In response to the LV selection signal Sz being at the high level, the selector unit 53 outputs the LV signal G3 as the gate signal G0 of the output transistor M1.

このような構成とすることにより、PFMヘルプ動作によって出力電圧VOUTの低下が抑え切れない場合には、出力電圧VOUTのフィードバック制御を中断し、パルス幅とパルス周波数がいずれも固定されたLV信号G3を用いて、強制的に一定のオンデューティで出力トランジスタM1のスイッチング駆動が行われるので、PFMヘルプ動作を継続した場合(図中の破線を参照)と異なり、出力電圧VOUTの下限値(すなわち、第2閾値電圧Vth2)を維持することが可能となる。従って、本実施形態のスイッチングレギュレータであれば、半導体装置1自体の電源不足を生じないように、出力電圧VOUTの出力下限維持動作が行われるので、いかなる場合でも負荷への電源供給を継続することが可能となる。   With such a configuration, when the decrease in the output voltage VOUT cannot be suppressed by the PFM help operation, the feedback control of the output voltage VOUT is interrupted, and the LV signal G3 in which both the pulse width and the pulse frequency are fixed. Since the switching driving of the output transistor M1 is forcibly performed with a constant on-duty, unlike the case where the PFM help operation is continued (see the broken line in the figure), the lower limit value of the output voltage VOUT (ie, The second threshold voltage Vth2) can be maintained. Therefore, in the switching regulator according to the present embodiment, the output lower limit maintaining operation of the output voltage VOUT is performed so as not to cause the power shortage of the semiconductor device 1 itself, so that the power supply to the load is continued in any case. Is possible.

なお、時刻t33以降、LV信号G3の割り込み出力動作によって出力下限維持動作が行われている間、出力電圧VOUTのフィードバック制御は一切行われず、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2を下回っているか否かに応じて、LV信号G3の選択出力とPWM信号G1の選択出力とが交互に繰り返される。その結果、出力電圧VOUTは、図4で示すように、第2基準電圧Vth2付近で大きく変動してしまうが、LV信号G3の割り込み出力動作は、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2を下回らないように維持することが最大の目的であるため、上記のリップル成分は度外視してもよい。   After the time t33, while the output lower limit maintaining operation is performed by the interrupt output operation of the LV signal G3, the feedback control of the output voltage VOUT is not performed at all, and whether or not the output voltage VOUT is lower than the second threshold voltage Vth2. Accordingly, the selection output of the LV signal G3 and the selection output of the PWM signal G1 are alternately repeated. As a result, as shown in FIG. 4, the output voltage VOUT largely fluctuates in the vicinity of the second reference voltage Vth2. However, in the interrupt output operation of the LV signal G3, the output voltage VOUT does not fall below the second threshold voltage Vth2. Therefore, the ripple component may be overlooked.

その後、出力電圧VOUTが第2閾値電圧Vth2を常に上回る状態まで回復すると、LV信号G3の選択出力が完全に停止されて、PWM信号G1が継続的に選択出力されるようになる。なお、時刻t35において、第1基準電圧Vref1のブースト動作が停止された後、PWM信号生成回路10は、第1帰還電圧Vfb1と第1基準電圧Vref1(通常値)を一致させるようにPWM信号G1を生成する。従って、PWM駆動時の出力目標値は、PFM駆動時の出力目標値と一致する。   Thereafter, when the output voltage VOUT recovers to a state where it always exceeds the second threshold voltage Vth2, the selection output of the LV signal G3 is completely stopped, and the PWM signal G1 is continuously selected and output. Note that after the boost operation of the first reference voltage Vref1 is stopped at time t35, the PWM signal generation circuit 10 causes the PWM signal G1 to match the first feedback voltage Vfb1 and the first reference voltage Vref1 (normal value). Is generated. Therefore, the output target value during PWM driving matches the output target value during PFM driving.

なお、上記の実施形態では、電池を電源とする携帯型の電子機器(携帯電話端末やデジタルスチルカメラなど)に搭載されるスイッチングレギュレータに本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の電子機器に搭載されるスイッチングレギュレータにも広く適用することが可能である。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a switching regulator mounted on a portable electronic device (such as a mobile phone terminal or a digital still camera) using a battery as a power source has been described as an example. The application target of the present invention is not limited to this, and can be widely applied to switching regulators mounted on other electronic devices.

また、上記実施形態では、昇圧型のスイッチングレギュレータに本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、本発明は、降圧型や昇降圧型のスイッチングレギュレータにも適用することが可能である。   In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the step-up switching regulator has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to the step-down switching regulator. The present invention can also be applied to a type or a step-up / step-down type switching regulator.

また、上記実施形態では、整流素子としてダイオードD1を用いた非同期整流型のスイッチングレギュレータに本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、本発明は、整流素子としてトランジスタを用いた同期整流型のスイッチングレギュレータにも適用することが可能である。   In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the asynchronous rectification type switching regulator using the diode D1 as the rectifying element has been described as an example. However, the application target of the present invention is limited to this. However, the present invention can also be applied to a synchronous rectification type switching regulator using a transistor as a rectifying element.

また、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。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。   The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above-described embodiment without departing from the spirit of the invention. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.

例えば、上記実施形態では、負荷変動検出回路30において、第1基準電圧Vref1と所定の第1閾値電圧Vth1とを比較して負荷変動を検出する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、出力電圧VOUT、負荷に流れる出力電流IOUT、出力トランジスタM1に流れるスイッチング電流ISW、コイルL1に流れるコイル電流IL、或いは、出力トランジスタM1のソース・ドレイン間電圧VM1の少なくとも一を監視して負荷変動を検出する構成としてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the load fluctuation detection circuit 30 has been described by taking as an example a configuration in which the load fluctuation is detected by comparing the first reference voltage Vref1 and the predetermined first threshold voltage Vth1, The configuration of the invention is not limited to this. The output voltage VOUT, the output current IOUT flowing through the load, the switching current ISW flowing through the output transistor M1, the coil current IL flowing through the coil L1, or the source / drain of the output transistor M1 A configuration may be adopted in which load fluctuation is detected by monitoring at least one of the inter-voltage VM1.

本発明は、例えば、電池を電源とする携帯型の電子機器(携帯電話端末やデジタルスチルカメラなど)に搭載されるDC/DCコンバータに好適な技術である。   The present invention is a technique suitable for a DC / DC converter mounted on, for example, a portable electronic device (such as a mobile phone terminal or a digital still camera) that uses a battery as a power source.

1 半導体装置(スイッチングレギュレータIC)
10 PWM信号生成回路(第1駆動信号生成回路)
11 エラーアンプ
12 直流電圧源(Vref1)
13 抵抗(位相補償用)
14 コンデンサ(位相補償用)
15 コンパレータ
16 三角波生成部
17 論理積演算器
18 最大デューティ設定部
20 PFM信号生成回路(第2駆動信号生成回路)
21 コンパレータ
22 直流電圧源(Vref2)
30 負荷変動検出回路
31 コンパレータ
32 直流電圧源(Vth1)
33 エッジ検出部
40 LV信号生成回路(第3駆動信号生成回路)
41 コンパレータ
42 直流電圧源(Vth2)
43 LVパルス発振器
50 プリドライバ回路
51 カウンタ部
52 ロジック部
53 セレクタ部
60 内部電源回路
70 UVLO回路
M1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
L1 コイル
D1 ダイオード(ツェナダイオード)
C1〜C3 コンデンサ
R1、R2 抵抗
Sa 駆動方式切替信号(PWM/PFM)
Sb UVLO信号
Sc PWM起動信号
Sd ブースト停止信号
Se PFMヘルプ信号
Sf 出力下限検出信号
Sx PWM選択信号
Sy PFM選択信号
Sz LV選択信号
G0 ゲート信号(スイッチング駆動信号)
G1 PWM信号
G2 PFM信号
G3 LV信号
1 Semiconductor device (switching regulator IC)
10 PWM signal generation circuit (first drive signal generation circuit)
11 Error amplifier 12 DC voltage source (Vref1)
13 Resistance (for phase compensation)
14 Capacitor (for phase compensation)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Comparator 16 Triangle wave generation part 17 AND operator 18 Maximum duty setting part 20 PFM signal generation circuit (2nd drive signal generation circuit)
21 Comparator 22 DC voltage source (Vref2)
30 Load Fluctuation Detection Circuit 31 Comparator 32 DC Voltage Source (Vth1)
33 edge detector 40 LV signal generation circuit (third drive signal generation circuit)
41 Comparator 42 DC voltage source (Vth2)
43 LV pulse oscillator 50 Pre-driver circuit 51 Counter unit 52 Logic unit 53 Selector unit 60 Internal power supply circuit 70 UVLO circuit M1 N-channel MOS field effect transistor (output transistor)
L1 Coil D1 Diode (Zener diode)
C1 to C3 Capacitors R1, R2 Resistor Sa Drive system switching signal (PWM / PFM)
Sb UVLO signal Sc PWM start signal Sd Boost stop signal Se PFM help signal Sf Output lower limit detection signal Sx PWM selection signal Sy PFM selection signal Sz LV selection signal G0 Gate signal (switching drive signal)
G1 PWM signal G2 PFM signal G3 LV signal

Claims (10)

出力トランジスタをスイッチング駆動することにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成し、これを負荷に供給するスイッチングレギュレータであって、
前記出力電圧に応じた第1帰還電圧と所定の第1基準電圧とが一致するように、パルス幅変調方式の第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成回路と;
前記第1帰還電圧と所定の第2基準電圧とが一致するように、パルス周波数変調方式の第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成回路と;
負荷変動を検出する負荷変動検出回路と;
前記負荷変動が検出されていないときには、前記出力トランジスタの制御信号として、前記第1駆動信号と前記第2駆動信号のいずれか一を任意に選択出力する一方、前記負荷変動が検出されたときには、前記出力トランジスタの制御信号として、前記第2駆動信号を強制的に選択出力するプリドライバ回路と;
を有して成ることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
A switching regulator that generates a desired output voltage from an input voltage by switching driving an output transistor and supplies the output voltage to a load.
A first drive signal generation circuit that generates a first drive signal of a pulse width modulation system so that a first feedback voltage corresponding to the output voltage matches a predetermined first reference voltage;
A second drive signal generation circuit for generating a second drive signal of a pulse frequency modulation method so that the first feedback voltage and a predetermined second reference voltage match;
A load fluctuation detection circuit for detecting the load fluctuation;
When the load fluctuation is not detected, any one of the first drive signal and the second drive signal is arbitrarily selected and output as a control signal of the output transistor, while when the load fluctuation is detected, A pre-driver circuit for forcibly selecting and outputting the second drive signal as a control signal for the output transistor;
A switching regulator comprising:
前記プリドライバ回路は、
前記第1駆動信号と前記第2駆動信号のいずれか一を選択し、これを前記出力トランジスタの制御信号として出力するセレクタ部と;
駆動方式切替信号の入力を受けて前記セレクタ部を制御するロジック部と;
を有して成り、
前記ロジック部は、前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されている間に、前記負荷変動が検出されたときには、前記駆動方式切替信号に依らず、所定のヘルプ期間だけ前記第2駆動信号を選択出力するように前記セレクタ部を制御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。
The pre-driver circuit is
A selector unit that selects one of the first drive signal and the second drive signal and outputs the selected signal as a control signal for the output transistor;
A logic unit that receives the input of a driving method switching signal and controls the selector unit;
Comprising
When the load variation is detected while the selection output of the first driving signal is instructed by the driving method switching signal, the logic unit does not depend on the driving method switching signal but only for a predetermined help period. The switching regulator according to claim 1, wherein the selector unit is controlled to selectively output the second drive signal.
前記ロジック部は、前記ヘルプ期間の開始時に前記第1駆動信号生成回路を一旦リセットし、所定のブースト期間だけ、前記第1基準電圧を前記第2基準電圧より高く設定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。   The logic unit temporarily resets the first drive signal generation circuit at the start of the help period, and sets the first reference voltage higher than the second reference voltage for a predetermined boost period. Item 3. A switching regulator according to Item 2. 前記負荷変動検出回路は、前記出力電圧、前記第1基準電圧、前記負荷に流れる出力電流、前記出力トランジスタに流れるスイッチング電流、前記出力トランジスタに接続されたコイルに流れるコイル電流、或いは、前記出力トランジスタの両端間電圧の少なくとも一を監視して前記負荷変動を検出することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ。   The load fluctuation detection circuit includes the output voltage, the first reference voltage, an output current flowing through the load, a switching current flowing through the output transistor, a coil current flowing through a coil connected to the output transistor, or the output transistor The switching regulator according to any one of claims 1 to 3, wherein the load variation is detected by monitoring at least one of the voltages across the two terminals. 前記負荷変動検出回路は、前記第1基準電圧と所定の第1閾値電圧とを比較して前記負荷変動を検出することを特徴とする請求項4に記載のスイッチングレギュレータ。   5. The switching regulator according to claim 4, wherein the load fluctuation detection circuit detects the load fluctuation by comparing the first reference voltage with a predetermined first threshold voltage. 6. 前記出力電圧或いはこれに応じた第2帰還電圧が所定の第2閾値電圧を下回っている間だけ、パルス幅とパルス周波数がいずれも固定された第3駆動信号を生成する第3駆動信号生成回路を有して成り、
前記ロジック部は、前記第3駆動信号が生成されているときには、前記駆動方式切替信号に依らず、前記第3駆動信号を選択出力するように前記セレクタ部を制御することを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ。
A third drive signal generation circuit that generates a third drive signal in which both the pulse width and the pulse frequency are fixed only while the output voltage or the second feedback voltage corresponding thereto is below a predetermined second threshold voltage. Comprising
The logic unit controls the selector unit to selectively output the third drive signal regardless of the drive method switching signal when the third drive signal is generated. The switching regulator in any one of Claims 2-5.
前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されている間だけ、前記第1駆動信号生成回路への電力供給を行う内部電源回路を有して成り、
前記ロジック部は、前記駆動方式切替信号によって前記第1駆動信号の選択出力が指示されたときには、前記内部電源回路の起動時から所定の移行期間だけ前記第2駆動信号の選択出力を行った後、前記第1駆動信号の選択出力を行うように前記セレクタ部を制御することを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ。
An internal power supply circuit that supplies power to the first drive signal generation circuit only while the selection output of the first drive signal is instructed by the drive method switching signal;
When the logic unit is instructed to select and output the first driving signal by the driving method switching signal, the logic unit performs the selecting and outputting of the second driving signal for a predetermined transition period from the start of the internal power supply circuit. The switching regulator according to claim 2, wherein the selector unit is controlled so as to perform selective output of the first drive signal.
前記ロジック部は、前記内部電源回路の起動時から所定のブースト期間だけ、前記第1基準電圧を前記第2基準電圧より高く設定することを特徴とする請求項7に記載のスイッチングレギュレータ。   The switching regulator according to claim 7, wherein the logic unit sets the first reference voltage higher than the second reference voltage for a predetermined boost period from when the internal power supply circuit is activated. 前記プリドライバ回路は、
前記負荷変動の検出時または前記内部電源回路の起動時に、前記第1駆動信号のパルスカウントを開始するカウンタ部を有して成り、
前記ロジック部は、前記カウンタ部のカウント値に基づいて、前記ヘルプ期間、前記ブースト期間、若しくは、前記移行期間の経過判定を行うことを特徴とする請求項2〜請求項8のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ。
The pre-driver circuit is
A counter unit that starts pulse counting of the first drive signal at the time of detecting the load fluctuation or starting up the internal power supply circuit;
The said logic part performs progress determination of the said help period, the said boost period, or the said transition period based on the count value of the said counter part. Switching regulator.
請求項1〜請求項9のいずれかに記載のスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに前記入力電圧を供給する電池と、
前記スイッチングレギュレータで生成される前記出力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。
A switching regulator according to any one of claims 1 to 9,
A battery for supplying the input voltage to the switching regulator;
A load that receives the output voltage generated by the switching regulator;
An electronic device characterized by comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012186916A (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Fuji Electric Co Ltd Circuit and method for controlling dc-dc converter
JP2014003804A (en) * 2012-06-19 2014-01-09 Renesas Electronics Corp Switching regulator control circuit
JP2014230359A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 旭化成エレクトロニクス株式会社 Power supply circuit
WO2019008873A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power supply device and electronic control device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007282443A (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Fuji Electric Systems Co Ltd Switching regulator
JP2009055751A (en) * 2007-08-29 2009-03-12 Rohm Co Ltd Dc/dc converter and electronic apparatus using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007282443A (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Fuji Electric Systems Co Ltd Switching regulator
JP2009055751A (en) * 2007-08-29 2009-03-12 Rohm Co Ltd Dc/dc converter and electronic apparatus using the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012186916A (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Fuji Electric Co Ltd Circuit and method for controlling dc-dc converter
JP2014003804A (en) * 2012-06-19 2014-01-09 Renesas Electronics Corp Switching regulator control circuit
US9760101B2 (en) 2012-06-19 2017-09-12 Renesas Electronics Corporation Switching regulator control circuit
JP2014230359A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 旭化成エレクトロニクス株式会社 Power supply circuit
WO2019008873A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power supply device and electronic control device
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