JP2013247694A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置1は、帰還電圧FBと基準電圧REFの比較結果に応じてスイッチ素子(11及び12)のオン/オフ制御を行うことにより入力電圧INから出力電圧OUTを生成する非線形制御方式のスイッチング制御部(13、14、16〜18)と、スイッチ素子への逆流電流を検出してスイッチ素子を強制的にオフさせる逆流電流検出部19と、逆流電流の未検出時にはスイッチ素子のデューティに応じてスイッチ素子のオン時間を設定する一方、逆流電流の検出時にはスイッチ素子の一端に現れるスイッチ電圧SW(または出力電圧OUT)に応じてスイッチ素子のオン時間を設定するオン時間設定部15と、を有する。
【選択図】図6
Description
[全体構成]
図1は、スイッチング電源装置の第1実施形態を示すブロック図である。第1実施形態のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ここではボトム検出オン時間固定方式)により入力電圧INから出力電圧OUTを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされる種々のディスクリート部品(インダクタL1、キャパシタC1、抵抗R1及びR2)とを有する。
図2は、オン時間設定部15の第1構成例を示す図である。第1構成例のオン時間設定部15Xは、電圧/電流変換部X1と、キャパシタX2と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタX3と、コンパレータX4と、抵抗X5及びX6と、を含む。
先に説明した第1構成例のオン時間設定部15Xは、スイッチング周波数の変動を抑制するために、入力電圧INと出力電圧OUTを監視してオン時間Tonを設定する。従って、第1構成例のオン時間設定部15Xでは、出力電圧OUTを監視するための外部端子T4を半導体装置10に別途設ける必要がある。
[全体構成]
図6は、スイッチング電源装置の第2実施形態を示すブロック図である。第2実施形態のスイッチング電源装置1は、先に説明した第1実施形態をベースとして、リップルインジェクション部18と逆流検出部19を追加した点に特徴を有している。
図8は、オン時間設定部の第3構成例を示す図である。第3構成例のオン時間設定部15Zは、電圧/電流変換部Z1と、キャパシタZ2(容量値CZ2)と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタZ3と、コンパレータZ4と、レベルシフタZ5と、フィルタZ7と、セレクタZ8を含む。第3構成例の特徴は、第1構成例の第1電圧生成回路(X1、X2、X3)と、第2構成例の第2電圧生成回路(Y5、(Y6)、Y7))とを組み合わせた上で、さらに、セレクタZ8を有する点である。
図10及び図11は、それぞれ、負荷増大時のロードトランジェント特性を示すタイムチャートであり、上から順番に、出力電流IOUT及びコイル電流IL、帰還電圧FB及び基準電圧REF2、スイッチ電圧SW、並びに、出力電圧OUTが描写されている。なお、図10は、第2構成例のオン時間設定部15Yを用いたときにロードトランジェント特性が低下する様子を示しており、図11は、第3構成例のオン時間設定部15Zを用いたときにロードトランジェント特性が向上する様子を示している。
図12及び図13は、それぞれ、軽負荷モード時のスイッチング動作を示すタイムチャートであり、上から順に、出力電流IOUT及びコイル電流IL、帰還電圧FB及び基準電圧REF2、スイッチ電圧SW、並びに、出力電圧OUTが描写されている。なお、図12は、第2構成例のオン時間設定部15Yを用いたときに効率が低下する様子を示しており、図13は、第3構成例のオン時間設定部15Zを用いたときに効率が向上する様子を示している。
図14及び図15は、それぞれ、入力急変時のライントランジェント特性を示すタイムチャートであり、上から順に、入力電圧IN、スイッチ電圧SW、及び、出力電圧OUTが描写されている。なお、図14は、第2構成例のオン時間設定部15Yを用いたときにライントランジェント特性が低下する様子を示しており、図15は、第3構成例のオン時間設定部15Zを用いたときにライントランジェント特性が向上する様子を示している。
図16は、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの一構成例を示すブロック図である。また、図17A〜図17Cは、それぞれ、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図、側面図、及び、背面図である。本構成例のテレビAは、チューナ部A1と、デコーダ部A2と、表示部A3と、スピーカ部A4と、操作部A5と、インタフェイス部A6と、制御部A7と、電源部A8と、を有する。
なお、上記実施形態では、同期整流方式の降圧型スイッチング電源装置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、スイッチング駆動方式として非同期整流方式を採用してもよいし、また、スイッチング電源装置の出力段を昇圧型や昇降圧型としても構わない。
10 半導体装置(スイッチング電源IC)
11 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)
12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
13 ドライバ
14 SRフリップフロップ
15(15X、15Y、15Z) オン時間設定部
16 コンパレータ
17 基準電圧生成部
18 リップルインジェクション部
19 逆流検出部
L1 インダクタ
R1、R2 抵抗
C1 キャパシタ
T1〜T3 外部端子
X1、Z1 電圧/電流変換部
Y1 定電流源
X2、Y2、Z2 キャパシタ
X3、Y3、Z3 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X4、Y4、Z4 コンパレータ
X5、X6 抵抗
Y5、Z5 レベルシフタ
Y6 バッファ
Y7、Z7 フィルタ(CRフィルタ)
Z8 セレクタ
Z11〜Z13 抵抗
Z14 オペアンプ
Z15 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Z16、Z17 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Z71〜Z73 抵抗
Z74、Z75 キャパシタ
Z81、Z82 スイッチ
A テレビ
A0 アンテナ
A1 チューナ部
A2 デコーダ部
A3 表示部
A4 スピーカ部
A5 操作部
A6 インタフェイス部
A7 制御部
A8 電源部
Claims (9)
- 帰還電圧と基準電圧の比較結果に応じてスイッチ素子のオン/オフ制御を行うことにより入力電圧から出力電圧を生成する非線形制御方式のスイッチング制御部と、
前記スイッチ素子への逆流電流を検出して前記スイッチ素子を強制的にオフさせる逆流電流検出部と、
前記逆流電流の未検出時には前記スイッチ素子のデューティに応じて前記スイッチ素子のオン時間を設定する一方、前記逆流電流の検出時には前記スイッチ素子の一端に現れるスイッチ電圧または前記出力電圧に応じて前記スイッチ素子のオン時間を設定するオン時間設定部と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記オン時間設定部は、
キャパシタの充放電動作に応じた第1電圧を生成する第1電圧生成回路と、
前記逆流電流の未検出時には前記スイッチ素子のデューティに応じた第2電圧を生成する一方、前記逆流電流の検出時には前記スイッチ電圧または前記出力電圧に応じた第2電圧を生成する第2電圧生成回路と、
前記第1電圧と前記第2電圧を比較して第1制御信号を生成する第1コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1電圧生成回路は、
前記入力電圧に応じた充電電流を生成する電流/電圧変換部と、
前記電流/電圧変換部に接続されたキャパシタと、
前記スイッチ素子のオン/オフ制御に応じて前記キャパシタの充放電を切り替える充放電スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第2電圧生成回路は、
前記入力電圧の供給を受けて前記スイッチ素子をオン/オフするためのスイッチ制御信号または前記スイッチ素子の一端に現れるスイッチ電圧をレベルシフトするレベルシフタと、
前記逆流電流の未検出時にはレベルシフト済みの前記スイッチ制御信号または前記スイッチ電圧を選択出力する一方、前記逆流電流の検出時には前記スイッチ電圧または前記出力電圧を選択出力するセレクタと、
前記セレクタの出力を平滑して前記第2電圧を生成するフィルタと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源装置。 - 前記フィルタは、抵抗とキャパシタから成るCRフィルタ回路を含むことを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。
- 前記フィルタは、前記CRフィルタ回路を形成する第1抵抗と共に分圧回路を形成する第2抵抗を含み、前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続ノードを入力端または出力端とすることを特徴とする請求項5に記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング制御部は、
前記出力電圧を分圧して前記帰還電圧を生成する帰還電圧生成部と、
前記基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記帰還電圧と前記基準電圧を比較して第2制御信号を生成する第2コンパレータと、
前記第1制御信号と前記第2制御信号に応じて出力信号の論理レベルが切り替わるフリップフロップと、
前記フリップフロップの出力信号に応じて前記スイッチ素子のオン/オフ制御を行うドライバと、
を含むことを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング制御部は、前記基準電圧にリップル成分を注入するリップルインジェクション部をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源装置。
- 受信信号から所望チャンネルの放送信号を選局するチューナ部と、
前記チューナで選局された放送信号から映像信号と音声信号を生成するデコーダ部と、
前記映像信号を映像として出力する表示部と、
前記音声信号を音声として出力するスピーカ部と、
ユーザ操作を受け付ける操作部と、
外部入力信号を受け付けるインタフェイス部と、
上記各部の動作を統括的に制御する制御部と、
上記各部に電力供給を行う電源部と、
を有し、
前記電源部は、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置を含むことを特徴とするテレビ。
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