JP2014138523A - Switching power supply device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply device that implements improved output accuracy.SOLUTION: A ripple generation circuit 20 includes: a correction voltage generation section 210 for generating Vduty depending on Don of HG; an addition section 220 for pulling up Ref in accordance with Vduty; an integral voltage generation section 310 for generating Vins depending on Don×Doff; a subtraction section 320 for pulling down Ref in accordance with Vins; and a ripple injection section 230 for injecting a ripple component into (Ref+Vduty-Vins). The correction voltage generation section 210 and the addition section 220 have individual circuit constants set such that a variation component of a ripple average depending on Don and a variation component of an output voltage Vout due to a circuit delay are both canceled, and the integral voltage generation section 310 and the subtraction section 320 have individual circuit constants set such that a variation component of a ripple amplitude depending on Don×Doff is canceled.

Description

本発明は、非線形制御方式のスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a non-linear control type switching power supply apparatus.

図28A〜図28Cは、いずれも、非線形制御方式を採用したスイッチング電源装置の従来例を示す回路ブロック図及び動作波形図であり、図28Aではヒステリシス・ウィンドウ方式、図28Bではボトム検出オン時間固定方式、そして、図28Cではアッパー検出オフ時間固定方式を採用したスイッチング電源装置がそれぞれ描写されている。なお、図28A〜図28Cに各々描写されているスイッチング電源装置は、いずれも入力電圧Vinを降圧して所望の出力電圧Voutを生成する降圧型DC/DCコンバータである。   28A to 28C are a circuit block diagram and an operation waveform diagram showing a conventional example of a switching power supply device adopting a non-linear control method, in which a hysteresis window method is shown in FIG. 28A and a bottom detection on time is fixed in FIG. 28B. In FIG. 28C, the switching power supply apparatus employing the upper detection off-time fixed method is depicted. Each of the switching power supply devices depicted in FIGS. 28A to 28C is a step-down DC / DC converter that steps down the input voltage Vin to generate a desired output voltage Vout.

非線形制御方式のスイッチング電源装置は、線形制御方式(例えば電圧モード制御方式や電流モード制御方式)のスイッチング電源装置に比べて、簡単な回路構成で、高い負荷応答特性を得られるという特長を有している。   Nonlinear control switching power supply devices have the advantage that high load response characteristics can be obtained with a simple circuit configuration compared to switching power supply devices of linear control methods (for example, voltage mode control method and current mode control method). ing.

一方、非線形制御方式のスイッチング電源装置は、出力リップル電圧(=出力電圧Voutのリップル成分)を利用してコンパレータを駆動することにより、出力トランジスタのスイッチング制御を行うという構成上、出力リップル電圧を正しく検出するために、ある程度大きな振幅(波高値)の出力リップル電圧が必要であった。そのため、従来では、等価直列抵抗(ESR[Equivalent Series Resistance])が比較的大きい出力コンデンサ(例えば導電性高分子タイプ)を用いなければならず、部品選定の制約やコストアップが招かれていた。   On the other hand, the switching power supply device of the non-linear control method uses the output ripple voltage (= ripple component of the output voltage Vout) to drive the comparator to control the switching of the output transistor. In order to detect, an output ripple voltage having a certain large amplitude (peak value) was required. For this reason, conventionally, an output capacitor (for example, a conductive polymer type) having a relatively large equivalent series resistance (ESR [Equivalent Series Resistance]) has to be used, resulting in restrictions on component selection and cost increase.

また、従来より、コンパレータに入力される基準電圧Vrefに対してリップル成分を外部から強制的に注入することにより、コンパレータを安定して駆動させる技術(いわゆるリップルインジェクション技術)も提案されている。このリップルインジェクション技術を導入すれば、出力リップル電圧の振幅がそれほど大きくなくても、安定したスイッチング制御を行うことができるので、ESRの小さい積層セラミックコンデンサを出力コンデンサとして用いることが可能となる。   Conventionally, a technique (so-called ripple injection technique) for driving the comparator stably by forcibly injecting a ripple component from the outside to the reference voltage Vref input to the comparator has been proposed. If this ripple injection technique is introduced, stable switching control can be performed even if the amplitude of the output ripple voltage is not so large, so that a multilayer ceramic capacitor having a small ESR can be used as the output capacitor.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、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 can be cited.

特開2010−35316号公報JP 2010-35316 A

しかしながら、リップル成分を注入された基準電圧の振幅(リップル成分のピークトゥピーク値)は、その生成に利用されるスイッチ電圧Vsw(出力トランジスタの一端に現れるパルス電圧)のデューティに応じて変動する。   However, the amplitude of the reference voltage into which the ripple component is injected (peak-to-peak value of the ripple component) varies depending on the duty of the switch voltage Vsw (pulse voltage appearing at one end of the output transistor) used for generating the reference voltage.

そのため、従来のスイッチング電源装置では、スイッチ電圧Vswのデューティが変化することにより、リップル成分を注入された基準電圧のDCレベルが変動してしまい、ラインレギュレーションの悪化が招かれる、という問題があった。   For this reason, the conventional switching power supply device has a problem in that the DC level of the reference voltage into which the ripple component is injected fluctuates due to a change in the duty of the switch voltage Vsw, leading to deterioration of line regulation. .

また、従来のスイッチング電源装置では、特にその高周波動作時において、回路遅延に起因する出力ドロップが生じるという問題もあった。   Further, the conventional switching power supply device has a problem that an output drop due to a circuit delay occurs particularly during the high frequency operation.

本発明は、本願の発明者によって見い出された上記の問題点に鑑み、出力精度の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a switching power supply device with high output accuracy in view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application.

上記の目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、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電源装置であって、基準電圧にリップル成分を注入するリップル生成回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧とリップル注入後の基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、前記比較信号に基づいてスイッチ素子のオン/オフ制御を行うスイッチング制御部と、を有し、前記リップル生成回路は、前記スイッチ素子のオン/オフ状態を示すパルス電圧のオンデューティに応じた補正用電圧を生成する補正用電圧生成部と、リップル注入前の基準電圧を前記補正用電圧に応じて引き上げる加算部と、前記パルス電圧のオンデューティとオフデューティとの積算値に応じた積算電圧を生成する積算電圧生成部と、前記リップル注入前の基準電圧を前記積算電圧に応じて引き下げる減算部と、前記パルス電圧を利用して前記リップル成分を生成し、これを補正後の基準電圧に注入するリップルインジェクション部と、を含み、前記補正用電圧生成部及び前記加算部は、前記パルス電圧のオンデューティに応じたリップル平均値の変動成分と回路遅延による前記出力電圧の変動成分がいずれもキャンセルされるように各々の回路定数が設定されており、前記積算電圧生成部及び前記減算部は、前記パルス電圧のオンデューティとオフデューティとの積算値に応じたリップル振幅の変動成分がキャンセルされるように各々の回路定数が設定されている構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, a switching power supply according to the present invention is a non-linear control switching power supply that generates an output voltage from an input voltage, a ripple generation circuit that injects a ripple component into a reference voltage, and A main comparator that generates a comparison signal by comparing a feedback voltage corresponding to the output voltage and a reference voltage after ripple injection; and a switching control unit that performs on / off control of a switch element based on the comparison signal. The ripple generation circuit includes a correction voltage generation unit configured to generate a correction voltage corresponding to an on-duty of a pulse voltage indicating an on / off state of the switch element, and a reference voltage before ripple injection for the correction An adder that increases according to the voltage, and generates an integrated voltage according to the integrated value of the on-duty and off-duty of the pulse voltage An integrated voltage generating unit, a subtracting unit that lowers the reference voltage before ripple injection according to the integrated voltage, and generating the ripple component using the pulse voltage, and injecting the ripple component into the corrected reference voltage The correction voltage generation unit and the addition unit cancel both the fluctuation component of the ripple average value according to the on-duty of the pulse voltage and the fluctuation component of the output voltage due to circuit delay. Each circuit constant is set so that the integrated voltage generating unit and the subtracting unit cancel the fluctuation component of the ripple amplitude according to the integrated value of the on-duty and off-duty of the pulse voltage. Each circuit constant is set to a configuration (first configuration).

なお、第1の構成から成るスイッチング電源装置において、前記リップルインジェクション部は、非反転入力端に前記補正後の基準電圧が入力され、出力端から前記リップル注入後の基準電圧を出力するリップルアンプと、前記リップルアンプの反転入力端と出力端との間に接続された第1抵抗と、前記リップルアンプの反転入力端と前記パルス電圧の印加端との間に接続された第2抵抗と、前記リップルアンプの反転入力端と出力端との間に接続されたコンデンサと、を含む構成(第2の構成)にするとよい。   In the switching power supply device having the first configuration, the ripple injection unit includes a ripple amplifier that receives the corrected reference voltage at a non-inverting input terminal and outputs the reference voltage after ripple injection from an output terminal. A first resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the ripple amplifier, a second resistor connected between the inverting input terminal of the ripple amplifier and the pulse voltage application terminal, A configuration including a capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the ripple amplifier (second configuration) is preferable.

また、第2の構成から成るスイッチング電源装置において、前記補正用電圧生成部は、前記パルス電圧を平滑化して前記補正用電圧を生成する第1CRフィルタと、前記第1CRフィルタに含まれる第3抵抗と共に分圧回路を形成する第4抵抗と、を含む構成(第3の構成)にするとよい。   Further, in the switching power supply device having the second configuration, the correction voltage generation unit includes a first CR filter that generates the correction voltage by smoothing the pulse voltage, and a third resistor included in the first CR filter. And a fourth resistor that forms a voltage dividing circuit (third configuration).

また、第3の構成から成るスイッチング電源装置において、前記積算電圧生成部は、前記補正用電圧の供給を受けて動作し、前記パルス電圧を論理反転させた反転パルス電圧を生成するインバータと、前記反転パルス電圧を平滑化して前記積算電圧を生成する第2CRフィルタと、前記第2CRフィルタに含まれる第5抵抗と共に分圧回路を形成する第6抵抗と、を含む構成(第4の構成)にするとよい。   Further, in the switching power supply device having the third configuration, the integrated voltage generation unit operates by receiving the supply of the correction voltage, and generates an inverted pulse voltage obtained by logically inverting the pulse voltage; A configuration (fourth configuration) including a second CR filter that smoothes an inverted pulse voltage to generate the integrated voltage, and a sixth resistor that forms a voltage dividing circuit together with a fifth resistor included in the second CR filter. Good.

また、第4の構成から成るスイッチング電源装置において、前記減算部は、前記リップル注入前の基準電圧が入力されるバッファと、第1端が前記バッファの出力端に接続されて、第2端が前記リップルアンプの非反転入力端に接続された第7抵抗と、第8抵抗に前記積算電圧を印加することにより、前記バッファの出力端から前記第7抵抗に向けて流れる減算電流を生成する減算電流生成回路と、を含む構成(第5の構成)にするとよい。   In the switching power supply device having the fourth configuration, the subtracting unit includes a buffer to which the reference voltage before the ripple injection is input, a first end connected to the output end of the buffer, and a second end Subtraction that generates a subtracting current that flows from the output terminal of the buffer toward the seventh resistor by applying the integrated voltage to the seventh resistor and the eighth resistor connected to the non-inverting input terminal of the ripple amplifier A configuration including a current generation circuit (fifth configuration) is preferable.

また、第5の構成から成るスイッチング電源装置において、前記加算部は、第9抵抗に前記補正用電圧を印加することにより、前記第7抵抗から前記バッファの出力端に向けて流れる加算電流を生成する加算電流生成回路を含む構成(第6の構成)にするとよい。   Further, in the switching power supply device having the fifth configuration, the adding unit generates an adding current flowing from the seventh resistor toward the output terminal of the buffer by applying the correction voltage to the ninth resistor. It is preferable to adopt a configuration (sixth configuration) including the added current generation circuit.

また、第6の構成から成るスイッチング電源装置は、前記第1〜第9抵抗の抵抗値R1〜R9、前記コンデンサの容量値C1、前記パルス電圧のハイレベル電圧Vreg、前記パルス電圧のオンデューティDon、前記スイッチ素子の駆動周波数F、及び、前記リップル注入後の基準電圧と前記帰還電圧が交差してから前記リップル注入後の基準電圧が折り返すまでの回路遅延時間Tdには、次の式(a1)及び式(a2)が成立する構成(第7の構成)にするとよい。   Further, the switching power supply device having the sixth configuration includes resistance values R1 to R9 of the first to ninth resistors, a capacitance value C1 of the capacitor, a high level voltage Vreg of the pulse voltage, and an on-duty Don of the pulse voltage. The circuit delay time Td from when the driving frequency F of the switching element and the reference voltage after ripple injection intersects with the feedback voltage until the reference voltage after ripple injection returns is expressed by the following equation (a1): ) And formula (a2) are satisfied (seventh configuration).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

また、第7の構成から成るスイッチング電源装置において、前記コンデンサと前記第9抵抗は、前記スイッチ素子の駆動周波数を切り替えるための周波数切替信号に応じて、その容量値及び抵抗値が可変制御される構成(第8の構成)にするとよい。   Further, in the switching power supply device having the seventh configuration, the capacitance value and the resistance value of the capacitor and the ninth resistor are variably controlled according to a frequency switching signal for switching the driving frequency of the switch element. A configuration (eighth configuration) is preferable.

また、本発明に係るテレビは、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、第1〜第8いずれかの構成から成るスイッチング電源装置を含む構成(第9の構成)とされている。   The television according to the present invention includes a tuner unit that selects a broadcast signal of a desired channel from a received signal, a decoder unit that generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner, and the video signal. A display unit that outputs the image as a video, a speaker unit that outputs the audio signal as audio, an operation unit that receives a user operation, an interface unit that receives an external input signal, and a control that comprehensively controls the operation of each unit. And a power supply unit that supplies power to each of the above-described units, and the power supply unit includes a switching power supply device having any one of the first to eighth configurations (ninth configuration). .

本発明によれば、出力精度の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device with high output accuracy.

スイッチング電源装置の全体構成を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing the overall configuration of the switching power supply リップル生成回路20の第1構成例を示す回路図Circuit diagram showing a first configuration example of the ripple generation circuit 20 加算部220の一構成例を示す回路図The circuit diagram which shows the example of 1 structure of the addition part 220 リップル生成回路20の第2構成例を示す回路図Circuit diagram showing a second configuration example of the ripple generation circuit 20 スイッチング動作の一例を示すタイミングチャートTiming chart showing an example of switching operation 基準電圧RefA’のデューティ依存性を示す波形図Waveform diagram showing duty dependency of reference voltage RefA ' 補正用電圧が加算されたリップル注入後の基準電圧を示す波形図Waveform diagram showing the reference voltage after ripple injection with the correction voltage added 本発明の入出力電圧とフィードバック電圧との関係を示した模式図Schematic diagram showing the relationship between input / output voltage and feedback voltage of the present invention 補正用電圧が加算されていないリップル注入後の基準電圧を示す波形図Waveform diagram showing the reference voltage after ripple injection with no correction voltage added 従来の入出力電圧とフィードバック電圧との関係を示した模式図Schematic diagram showing the relationship between conventional input / output voltage and feedback voltage 従来のリップル生成回路を示す回路図Circuit diagram showing a conventional ripple generator 従来の基準電圧とリップル注入後の基準電圧との関係を示した波形図Waveform diagram showing the relationship between the conventional reference voltage and the reference voltage after ripple injection 従来の入力電圧と出力電圧を示した模式図Schematic diagram showing conventional input voltage and output voltage リップル電圧の振幅とデューティとの関係を示した模式図Schematic showing the relationship between ripple voltage amplitude and duty リップル生成回路の第3構成例を示すブロック図Block diagram showing a third configuration example of the ripple generation circuit リップル生成回路の第3構成例を示す回路図Circuit diagram showing a third configuration example of the ripple generation circuit 加算部及び減算部の一構成例を示す回路図The circuit diagram which shows one structural example of an addition part and a subtraction part 本発明の基準電圧とリップル注入後の基準電圧との関係を示した波形図Waveform diagram showing the relationship between the reference voltage of the present invention and the reference voltage after ripple injection 本発明の入力電圧と出力電圧を示した模式図Schematic diagram showing the input voltage and output voltage of the present invention リップル生成回路の第4構成例を示すブロック図Block diagram showing a fourth configuration example of the ripple generation circuit リップル振幅及び補正後の定電圧とデューティとの関係を示した模式図Schematic showing the relationship between ripple amplitude and corrected constant voltage and duty 回路遅延によって出力ドロップが生じる様子を示すタイミングチャートTiming chart showing how output drops occur due to circuit delay リップル生成回路の第5構成例を示すブロック図Block diagram showing a fifth configuration example of the ripple generation circuit 周波数切替時にDCずれが発生する様子を示すタイミングチャートTiming chart showing how a DC shift occurs during frequency switching 周波数切替時のDCずれが抑制される様子を示すタイミングチャートTiming chart showing how DC deviation during frequency switching is suppressed 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Block diagram showing a configuration example of a television equipped with a switching power supply device スイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図Front view of a TV equipped with a switching power supply スイッチング電源装置を搭載したテレビの側面図Side view of a TV equipped with a switching power supply スイッチング電源装置を搭載したテレビの背面図Rear view of a TV with a switching power supply 非線形制御方式を採用したスイッチング電源装置の第1従来例(ヒステリシス・ウィンドウ方式)を示す回路ブロック図及び動作波形図Circuit block diagram and operation waveform diagram showing a first conventional example (hysteresis window method) of a switching power supply employing a non-linear control method 非線形制御方式を採用したスイッチング電源装置の第2従来例(ボトム検出オン時間固定方式)を示す回路ブロック図及び動作波形図Circuit block diagram and operation waveform diagram showing second conventional example (bottom detection on-time fixed method) of the switching power supply device adopting the non-linear control method 非線形制御方式を採用したスイッチング電源装置の第3従来例(アッパー検出オフ時間固定方式)を示す回路ブロック図及び動作波形図Circuit block diagram and operation waveform diagram showing a third conventional example (upper detection OFF time fixed method) of a switching power supply device adopting a non-linear control method

<スイッチング電源装置>
以下では、COT[constant on time]方式の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、詳細な説明を行う。
<Switching power supply>
In the following, a detailed description will be given by taking as an example a configuration in which the present invention is applied to a COT [constant on time] switching power supply device.

図1は、スイッチング電源装置の全体構成を示す回路ブロック図である。本構成例のスイッチング電源装置Aは、スイッチング電源IC100と、これに外付けされるディスクリート部品(インダクタL1、ダイオードD1、抵抗R1〜R3、及び、コンデンサC1〜C4)と、を有して成り、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutを生成する降圧型のスイッチング電源装置である。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing the overall configuration of the switching power supply apparatus. The switching power supply device A of this configuration example includes a switching power supply IC100 and discrete components (inductors L1, diodes D1, resistors R1 to R3, and capacitors C1 to C4) attached to the switching power supply IC100. This is a step-down switching power supply that generates a desired output voltage Vout from an input voltage Vin.

スイッチング電源IC100は、Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタ1a及び1bと、ドライバ2a及び2bと、レベルシフタ3と、駆動制御回路4と、メインコンパレータ5と、ソフトスタート制御回路6と、オン時間設定回路7と、タイマ8と、基準電圧生成回路11と、抵抗12a及び12bと、定電圧生成回路13と、ダイオード14と、低電圧ロックアウト回路15と、サーマルシャットダウン回路16と、入力バイアス電流生成回路17と、過電流保護回路18と、過電圧保護回路19と、リップル生成回路20と、を有する。   The switching power supply IC 100 includes N-channel MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistors 1a and 1b, drivers 2a and 2b, a level shifter 3, a drive control circuit 4, a main comparator 5, a soft start control circuit 6, ON time setting circuit 7, timer 8, reference voltage generation circuit 11, resistors 12a and 12b, constant voltage generation circuit 13, diode 14, low voltage lockout circuit 15, thermal shutdown circuit 16, and input A bias current generation circuit 17, an overcurrent protection circuit 18, an overvoltage protection circuit 19, and a ripple generation circuit 20 are included.

また、スイッチング電源IC100は、外部との電気的な接続手段として、イネーブル端子ENと、帰還端子FBと、オン時間設定端子RTと、ソフトスタート端子SSと、ブートストラップ端子BSTと、入力端子VINと、スイッチ端子SWと、グランド端子GNDと、を有する。   In addition, the switching power supply IC 100 includes an enable terminal EN, a feedback terminal FB, an on-time setting terminal RT, a soft start terminal SS, a bootstrap terminal BST, and an input terminal VIN as electrical connection means to the outside. , A switch terminal SW, and a ground terminal GND.

スイッチング電源IC100の外部において、入力端子VINは、入力電圧Vin(例えば12V)の印加端に接続される一方、コンデンサC1を介して接地端にも接続されている。スイッチ端子SWは、ダイオードD1のカソードとインダクタL1の第1端にそれぞれ接続されている。ダイオードD1のアノードは、接地端に接続されている。インダクタL1の第2端は、出力電圧Voutの印加端に接続される一方、コンデンサC3の第1端と抵抗R1の第1端にもそれぞれ接続されている。コンデンサC3の第2端は、接地端に接続されている。抵抗R1の第2端は、抵抗R2を介して接地端に接続されている。抵抗R1と抵抗R2との接続ノードは、帰還電圧Vfbの印加端として、帰還端子FBに接続されている。スイッチ端子SWとブートストラップ端子BSTとの間には、コンデンサC2が接続されている。イネーブル端子ENは、スイッチング電源IC100の駆動可否を制御するためのイネーブル信号が印加される端子である。オン時間設定端子RTは、抵抗R3を介して接地端に接続されている。ソフトスタート端子SSは、コンデンサC4を介して接地端に接続されている。   Outside the switching power supply IC100, the input terminal VIN is connected to an application terminal for an input voltage Vin (for example, 12V), and is also connected to a ground terminal through a capacitor C1. The switch terminal SW is connected to the cathode of the diode D1 and the first end of the inductor L1. The anode of the diode D1 is connected to the ground terminal. The second end of the inductor L1 is connected to the application end of the output voltage Vout, and is also connected to the first end of the capacitor C3 and the first end of the resistor R1. The second end of the capacitor C3 is connected to the ground end. The second end of the resistor R1 is connected to the ground terminal via the resistor R2. A connection node between the resistor R1 and the resistor R2 is connected to the feedback terminal FB as an application terminal of the feedback voltage Vfb. A capacitor C2 is connected between the switch terminal SW and the bootstrap terminal BST. The enable terminal EN is a terminal to which an enable signal for controlling whether or not the switching power supply IC 100 can be driven is applied. The on-time setting terminal RT is connected to the ground terminal via the resistor R3. The soft start terminal SS is connected to the ground terminal via the capacitor C4.

なお、上記のインダクタL1、ダイオードD1、及び、コンデンサC3は、スイッチ端子SWから引き出されるスイッチ電圧Vswを整流・平滑して所望の出力電圧Voutを生成する整流・平滑回路として機能する。また、上記の抵抗R1及びR2は、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbを生成する帰還電圧生成回路(抵抗分圧回路)として機能する。また、上記のコンデンサC2は、スイッチング電源IC100に内蔵される後述のダイオード14とともに、ブートストラップ回路を形成する。   The inductor L1, the diode D1, and the capacitor C3 function as a rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the switch voltage Vsw drawn from the switch terminal SW to generate a desired output voltage Vout. The resistors R1 and R2 function as a feedback voltage generation circuit (resistance voltage dividing circuit) that generates a feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage Vout. The capacitor C2 forms a bootstrap circuit together with a diode 14 described later built in the switching power supply IC100.

次に、スイッチング電源IC100の内部構成について説明する。   Next, the internal configuration of the switching power supply IC 100 will be described.

トランジスタ1a及び1bは、入力端子VIN(入力電圧Vinの印加端)と接地端との間に直列接続された一対のスイッチ素子であり、これらを相補的にスイッチング駆動することにより、入力電圧Vinからパルス状のスイッチ電圧Vswが生成される。両素子の接続関係についてより具体的に述べると、トランジスタ1aのドレインは、入力端子VINに接続されている。トランジスタ1aのソース及びバックゲートは、スイッチ端子SWに接続されている。トランジスタ1bのドレインは、スイッチ端子SWに接続されている。トランジスタ1bのソース及びバックゲートは、接地端に接続されている。   The transistors 1a and 1b are a pair of switch elements connected in series between an input terminal VIN (applied end of the input voltage Vin) and a ground end. By switching these complementarily, the transistors 1a and 1b are driven from the input voltage Vin. A pulsed switch voltage Vsw is generated. The connection relationship between the two elements will be described more specifically. The drain of the transistor 1a is connected to the input terminal VIN. The source and back gate of the transistor 1a are connected to the switch terminal SW. The drain of the transistor 1b is connected to the switch terminal SW. The source and back gate of the transistor 1b are connected to the ground terminal.

なお、本明細書中で用いられている「相補的」という文言は、トランジスタ1a及び1bのオン/オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点からトランジスタ1a及び1bのオン/オフ遷移タイミングに所定の遅延が与えられている場合も含む。   As used herein, the term “complementary” means that the transistors 1a and 1b are turned on and off from the viewpoint of preventing through current, as well as when the transistors 1a and 1b are turned on / off completely. This includes the case where a predetermined delay is given to the / off transition timing.

ドライバ2aは、駆動制御回路4からレベルシフタ3を介して入力される第1開閉制御信号(レベルシフト済みの出力信号HG)に基づいて、トランジスタ1aのゲート電圧Gaを生成する。また、ドライバ2bは、駆動制御回路4から入力される第2開閉制御信号(出力信号LG)に基づいて、トランジスタ1bのゲート電圧Gbを生成する。なお、ドライバ2aの上側電源端は、ブートストラップ端子BST(駆動電圧Vbstの印加端)に接続されている。また、ドライバ2aの下側電源端は、スイッチ端子SW(スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。従って、トランジスタ1aに与えられるゲート電圧Gaは、そのハイレベルが駆動電圧Vbstとなり、そのローレベルがスイッチ電圧Vswとなる。一方、ドライバ2bの上側電源端は、定電圧Vregの印加端に接続されている。また、ドライバ2bの下側電源端は、接地端に接続されている。従って、トランジスタ1bに与えられるゲート電圧Gbは、そのハイレベルが定電圧Vregとなり、そのローレベルが接地電圧となる。   The driver 2a generates the gate voltage Ga of the transistor 1a based on the first opening / closing control signal (level-shifted output signal HG) input from the drive control circuit 4 via the level shifter 3. The driver 2b generates the gate voltage Gb of the transistor 1b based on the second opening / closing control signal (output signal LG) input from the drive control circuit 4. Note that the upper power supply terminal of the driver 2a is connected to the bootstrap terminal BST (application terminal of the drive voltage Vbst). The lower power supply terminal of the driver 2a is connected to the switch terminal SW (application terminal of the switch voltage Vsw). Therefore, the high level of the gate voltage Ga applied to the transistor 1a is the drive voltage Vbst, and the low level is the switch voltage Vsw. On the other hand, the upper power supply terminal of the driver 2b is connected to the application terminal of the constant voltage Vreg. The lower power supply terminal of the driver 2b is connected to the ground terminal. Therefore, the high level of the gate voltage Gb applied to the transistor 1b is the constant voltage Vreg, and the low level is the ground voltage.

レベルシフタ3は、駆動制御回路4から入力される開閉制御信号(出力信号HG)の電圧レベルを引き上げてドライバ2aに供給する。なお、レベルシフタ3の上側電源端は、ブートストラップ端子BST(駆動電圧Vbstの印加端)に接続されている。また、レベルシフタ3の下側電源端は、スイッチ端子SW(スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。   The level shifter 3 raises the voltage level of the open / close control signal (output signal HG) input from the drive control circuit 4 and supplies it to the driver 2a. Note that the upper power supply terminal of the level shifter 3 is connected to the bootstrap terminal BST (application terminal of the drive voltage Vbst). The lower power supply terminal of the level shifter 3 is connected to the switch terminal SW (application terminal of the switch voltage Vsw).

駆動制御回路4は、比較信号CMPとオン時間設定信号ONに基づいて、トランジスタ1a及び1bの開閉制御信号(出力信号HG及びLG)を生成するロジック回路である。例えば、駆動制御回路4は、セット端(S)に入力される比較信号CMPの立上りエッジで、出力端(Q)の出力信号HGをハイレベルにセットし、反転出力端(Qバー)の出力信号LGをローレベルにセットする。一方、駆動制御回路4は、リセット端(R)に入力されるオン時間設定信号ONの立上りエッジで出力信号HGをローレベルにリセットし、出力信号LGをハイレベルにリセットする(図5の上から3段目〜5段目を参照)。   The drive control circuit 4 is a logic circuit that generates opening / closing control signals (output signals HG and LG) of the transistors 1a and 1b based on the comparison signal CMP and the ON time setting signal ON. For example, the drive control circuit 4 sets the output signal HG of the output terminal (Q) to a high level at the rising edge of the comparison signal CMP input to the set terminal (S), and outputs the inverted output terminal (Q bar). The signal LG is set to a low level. On the other hand, the drive control circuit 4 resets the output signal HG to a low level and resets the output signal LG to a high level at the rising edge of the ON time setting signal ON input to the reset terminal (R) (upper part of FIG. 5). To 3rd to 5th stage).

メインコンパレータ5は、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfb(出力電圧Voutの分圧電圧)と、リップル生成回路20から第1非反転入力端(+)に入力されるリップル注入後の基準電圧RefA(詳細は後述)及びソフトスタート制御回路6から第2非反転入力端(+)に入力されるソフトスタート電圧Vssのいずれか低い方とを比較して比較信号CMPを生成し、駆動制御回路4及びオン時間設定回路7へ出力する。   The main comparator 5 has a feedback voltage Vfb (divided voltage of the output voltage Vout) input to the inverting input terminal (−) and a ripple voltage input from the ripple generation circuit 20 to the first non-inverting input terminal (+). Of the reference voltage RefA (which will be described in detail later) and the soft start voltage Vss input from the soft start control circuit 6 to the second non-inverting input terminal (+), whichever is lower, to generate a comparison signal CMP. Output to the drive control circuit 4 and the on-time setting circuit 7.

すなわち、帰還電圧Vfbがリップル注入後の基準電圧RefAよりも高ければ、比較信号CMPはローレベルとなり、逆に、帰還電圧Vfbがリップル注入後の基準電圧RefAよりも低ければ、比較信号CMPはハイレベルとなる(図5の上から2段目及び3段目を参照)。   That is, if the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage RefA after ripple injection, the comparison signal CMP is at a low level. Conversely, if the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage RefA after ripple injection, the comparison signal CMP is high. (See the second and third steps from the top in FIG. 5).

ソフトスタート制御回路6は、スイッチング電源装置の起動と共に、ソフトスタート端子SSに接続されるコンデンサC4の充電を開始し、その充電電圧をソフトスタート電圧Vssとしてメインコンパレータ5に出力する。このようなソフトスタート制御により、スイッチング電源装置の起動時には、緩やかに上昇するソフトスタート電圧Vssと帰還電圧Vfbとが一致するように出力帰還制御が行われるので、出力電圧Voutのオーバーシュートや負荷及びコンデンサC3への突入電流を未然に防止することが可能となる。   The soft start control circuit 6 starts charging the capacitor C4 connected to the soft start terminal SS along with the activation of the switching power supply device, and outputs the charged voltage to the main comparator 5 as the soft start voltage Vss. By such soft start control, when the switching power supply device is started, the output feedback control is performed so that the soft start voltage Vss that gradually increases and the feedback voltage Vfb coincide with each other. It is possible to prevent inrush current to the capacitor C3.

オン時間設定回路7は、駆動制御回路4の出力信号HGがハイレベルに立ち上げられてから、所定のオン時間Tonが経過した後に、オン時間設定信号ONにハイレベルのトリガパルスを発生させる(図5の上から4段目及び5段目を参照)。   The on-time setting circuit 7 generates a high-level trigger pulse in the on-time setting signal ON after a predetermined on-time Ton has elapsed after the output signal HG of the drive control circuit 4 has been raised to a high level ( (Refer to the fourth and fifth stages from the top of FIG. 5).

なお、上記したドライバ2a及び2b、レベルシフタ3、駆動制御回路4、並びに、オン時間設定部7は、メインコンパレータ5から出力される比較信号CMPに基づいてトランジスタ1a、1bのオン/オフ制御を行うスイッチング制御部として機能する。   The drivers 2 a and 2 b, the level shifter 3, the drive control circuit 4, and the on time setting unit 7 perform on / off control of the transistors 1 a and 1 b based on the comparison signal CMP output from the main comparator 5. Functions as a switching control unit.

タイマ8は、ソフトスタート制御回路6の動作を制御するためのタイマ信号を生成し、これをソフトスタート制御回路6へ送出する。具体的に述べると、タイマ8は、過電流検出信号OCP及び過電圧検出信号OVPが所定時間に亘って異常時の論理レベルに維持されたときに、ソフトスタート制御回路6をリセットしてコンデンサC4を放電させる。   The timer 8 generates a timer signal for controlling the operation of the soft start control circuit 6 and sends it to the soft start control circuit 6. Specifically, the timer 8 resets the soft start control circuit 6 and sets the capacitor C4 when the overcurrent detection signal OCP and the overvoltage detection signal OVP are maintained at the abnormal logic level for a predetermined time. Discharge.

基準電圧生成回路11は、入力電圧Vinから基準電圧Vref(例えば4.1V)を生成し、内部駆動電圧としてスイッチング電源IC100の各部に供給する。   The reference voltage generation circuit 11 generates a reference voltage Vref (for example, 4.1 V) from the input voltage Vin and supplies it as an internal drive voltage to each part of the switching power supply IC100.

抵抗12a及び12bは、基準電圧Vrefを分圧することで、所望の基準電圧Refを生成し、これをリップル生成回路20(詳細は後述)に印加する。接続関係について具体的に述べると、抵抗12a及び12bは、基準電圧生成回路11の出力端(基準電圧Vrefの印加端)と接地端との間に直列接続されており、互いの接続ノードがリップル生成回路20に接続されている。   The resistors 12a and 12b divide the reference voltage Vref to generate a desired reference voltage Ref and apply it to the ripple generation circuit 20 (details will be described later). The connection relationship will be described in detail. The resistors 12a and 12b are connected in series between the output terminal (application terminal of the reference voltage Vref) of the reference voltage generation circuit 11 and the ground terminal. It is connected to the generation circuit 20.

定電圧生成回路13は、入力電圧Vinから所定の定電圧Vreg(例えば5V)を生成する。   The constant voltage generation circuit 13 generates a predetermined constant voltage Vreg (for example, 5 V) from the input voltage Vin.

ダイオード14は、定電圧生成回路13の出力端(定電圧Vregの出力端)とブートストラップ端子BSTとの間に接続され、コンデンサC2とともにブートストラップ回路を構成する素子であり、そのカソードからは、ドライバ2a及びレベルシフタ3の駆動電圧Vbstが引き出される。   The diode 14 is connected between the output terminal of the constant voltage generation circuit 13 (the output terminal of the constant voltage Vreg) and the bootstrap terminal BST, and constitutes a bootstrap circuit together with the capacitor C2, and from its cathode, The drive voltage Vbst of the driver 2a and the level shifter 3 is extracted.

低電圧ロックアウト回路15は、基準電圧Vrefの供給を受けて動作し、入力電圧Vinの異常な低下を検出したときに、スイッチング電源IC100をシャットダウンする異常保護手段である。   The undervoltage lockout circuit 15 is an abnormality protection unit that operates by receiving the supply of the reference voltage Vref and shuts down the switching power supply IC 100 when an abnormal decrease in the input voltage Vin is detected.

サーマルシャットダウン回路16は、基準電圧Vrefの供給を受けて動作し、監視対象温度(スイッチング電源IC100のジャンクション温度)が所定の閾値(例えば、175℃)に達したときに、スイッチング電源IC100をシャットダウンする異常保護手段である。   The thermal shutdown circuit 16 operates in response to the supply of the reference voltage Vref, and shuts down the switching power supply IC 100 when the monitoring target temperature (junction temperature of the switching power supply IC100) reaches a predetermined threshold (for example, 175 ° C.). It is an abnormality protection measure.

入力バイアス電流生成回路17は、基準電圧Vrefの供給を受けて動作し、スイッチング電源IC100各部、例えばリップル生成回路20の入力バイアス電流を生成する。   The input bias current generation circuit 17 operates in response to the supply of the reference voltage Vref, and generates an input bias current of each part of the switching power supply IC 100, for example, the ripple generation circuit 20.

過電流保護回路18は、入力電圧Vinの供給を受けて動作し、出力トランジスタ1aのオン時に流れるスイッチ電流Iswを監視して、過電流検出信号OCPを生成する。なお、過電流検出信号OCPは、駆動制御回路4及びソフトスタート制御回路6をリセットするために用いられる。   The overcurrent protection circuit 18 operates in response to the supply of the input voltage Vin, monitors the switch current Isw that flows when the output transistor 1a is turned on, and generates the overcurrent detection signal OCP. The overcurrent detection signal OCP is used for resetting the drive control circuit 4 and the soft start control circuit 6.

過電圧保護回路19は、帰還端子FBに印加される帰還電圧Vfbを監視して、過電圧検出信号OVPを生成する。なお、過電圧検出信号OVPは、ソフトスタート制御回路6をリセットするために用いられる。   The overvoltage protection circuit 19 monitors the feedback voltage Vfb applied to the feedback terminal FB and generates an overvoltage detection signal OVP. The overvoltage detection signal OVP is used for resetting the soft start control circuit 6.

リップル生成回路20は、駆動制御回路4の出力信号HGを利用してリップル成分を生成し、これを基準電圧Refに注入することにより、リップル注入後の基準電圧RefAを生成する(図5の上から2段目を参照)。   The ripple generation circuit 20 generates a ripple component using the output signal HG of the drive control circuit 4 and injects it into the reference voltage Ref, thereby generating a reference voltage RefA after ripple injection (upper part of FIG. 5). To the second row).

<リップル生成回路(第1構成例)>
次に、リップル生成回路20の詳細について説明する。図2は、リップル生成回路20の第1構成例を示す回路図である。第1構成例のリップル生成回路20は、補正用電圧生成部210と、加算部220と、リップルインジェクション部230と、を有する。
<Ripple generation circuit (first configuration example)>
Next, details of the ripple generation circuit 20 will be described. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a first configuration example of the ripple generation circuit 20. The ripple generation circuit 20 of the first configuration example includes a correction voltage generation unit 210, an addition unit 220, and a ripple injection unit 230.

補正用電圧生成部210は、駆動制御回路4の出力信号HGを一段または複数段のCRフィルタで平滑化して補正用電圧Vdutyを生成し、これを加算部220へ出力する。   The correction voltage generation unit 210 generates a correction voltage Vduty by smoothing the output signal HG of the drive control circuit 4 with one or a plurality of stages of CR filters, and outputs this to the addition unit 220.

加算部220は、リップル注入前の基準電圧Refを補正用電圧Vdutyに応じて引き上げることにより、補正後の基準電圧(Ref+Vduty)を生成し、これをリップルインジェクション部230へ出力する。   The adding unit 220 generates a corrected reference voltage (Ref + Vduty) by raising the reference voltage Ref before ripple injection according to the correction voltage Vduty, and outputs this to the ripple injection unit 230.

リップルインジェクション部230は、出力信号HGを用いて補正後の基準電圧(Ref+Vduty)にリップル成分を注入する。   The ripple injection unit 230 injects a ripple component into the corrected reference voltage (Ref + Vduty) using the output signal HG.

次に、各回路の構成要素及びその接続形態について説明する。   Next, components of each circuit and their connection forms will be described.

補正用電圧生成部210は、抵抗211〜213と、コンデンサ214と、コンデンサ215と、を有する。   The correction voltage generation unit 210 includes resistors 211 to 213, a capacitor 214, and a capacitor 215.

抵抗211の第1端は、加算部220の第1入力端に接続されている。抵抗211の第2端は、抵抗212の第1端に接続されている。抵抗212の第2端は、出力信号HGの入力端に接続されている。抵抗213の第1端は、加算部220と抵抗211との接続ノードに接続されている。抵抗213の第2端は、接地端に接続されている。   A first end of the resistor 211 is connected to a first input end of the adding unit 220. A second end of the resistor 211 is connected to a first end of the resistor 212. A second end of the resistor 212 is connected to an input end of the output signal HG. A first end of the resistor 213 is connected to a connection node between the adder 220 and the resistor 211. A second end of the resistor 213 is connected to the ground end.

コンデンサ214の第1端は、加算部220と抵抗211との接続ノードに接続されている。コンデンサ214の第2端は、接地端に接続されている。コンデンサ215の第1端は、抵抗211と抵抗212との接続ノードに接続されている。コンデンサ215の第2端は、接地端に接続されている。   A first end of the capacitor 214 is connected to a connection node between the adder 220 and the resistor 211. The second end of the capacitor 214 is connected to the ground end. A first end of the capacitor 215 is connected to a connection node between the resistor 211 and the resistor 212. The second end of the capacitor 215 is connected to the ground end.

次に、加算部220の構成要素及びその接続形態について、図3を用いつつ説明する。図3は、加算部220の一構成例を示す回路図である。図3に示すように、本構成例の加算部220は、オペアンプ221と、抵抗222と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ223及び224と、オペアンプ225と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ226と、抵抗227と、を有する。   Next, components of the adding unit 220 and its connection form will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the adding unit 220. As shown in FIG. 3, the adder 220 of this configuration example includes an operational amplifier 221, a resistor 222, P-channel MOS field effect transistors 223 and 224, an operational amplifier 225, an N-channel MOS field effect transistor 226, And a resistor 227.

オペアンプ221の非反転入力端(+)は基準電圧Refの印加端に接続されている。オペアンプ221の出力端は、抵抗222の第1端に接続されている。オペアンプ221の反転入力端(−)は、その出力端と抵抗222との接続ノードに接続されている。すなわち、オペアンプ221はバッファとして機能する。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 221 is connected to the application terminal for the reference voltage Ref. The output terminal of the operational amplifier 221 is connected to the first terminal of the resistor 222. An inverting input terminal (−) of the operational amplifier 221 is connected to a connection node between the output terminal and the resistor 222. That is, the operational amplifier 221 functions as a buffer.

抵抗222の第2端は、加算部220の出力端に接続されている。トランジスタ223のドレインは、抵抗222の第2端と加算部220の出力端との接続ノードに接続されている。トランジスタ223のソースは、定電圧Vregの印加端及びトランジスタ224のソースに接続されている。トランジスタ223のゲートは、トランジスタ224のゲート及びドレインに接続されている。トランジスタ224のソースは、定電圧Vregの印加端に接続されている。トランジスタ224のドレインは、トランジスタ226のドレインに接続されている。   A second end of the resistor 222 is connected to an output end of the adding unit 220. The drain of the transistor 223 is connected to a connection node between the second end of the resistor 222 and the output end of the adder 220. The source of the transistor 223 is connected to the application terminal of the constant voltage Vreg and the source of the transistor 224. The gate of the transistor 223 is connected to the gate and drain of the transistor 224. The source of the transistor 224 is connected to the application terminal for the constant voltage Vreg. The drain of the transistor 224 is connected to the drain of the transistor 226.

オペアンプ225の非反転入力端(+)は、補正用電圧Vdutyの印加端に接続されている。オペアンプ225の出力端は、トランジスタ226のゲートに接続されている。オペアンプ225の反転入力端(−)は、トランジスタ226のソースと抵抗227の第1端との接続ノードに接続されている。抵抗227の第2端は接地端に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 225 is connected to the application terminal for the correction voltage Vduty. The output terminal of the operational amplifier 225 is connected to the gate of the transistor 226. An inverting input terminal (−) of the operational amplifier 225 is connected to a connection node between the source of the transistor 226 and the first terminal of the resistor 227. A second terminal of the resistor 227 is connected to the ground terminal.

次に、リップルインジェクション部230の構成要素及びその接続形態について、図2を用いつつ説明する。リップルインジェクション部230は、オペアンプ231(リップルアンプ)と、抵抗232と、抵抗233と、コンデンサ234と、を有する。   Next, components of the ripple injection unit 230 and the connection form thereof will be described with reference to FIG. The ripple injection unit 230 includes an operational amplifier 231 (ripple amplifier), a resistor 232, a resistor 233, and a capacitor 234.

オペアンプ231の非反転入力端(+)は、加算部220の出力端(補正後の基準電圧Ref+Vdutyの印加端に相当)に接続されている。オペアンプ231の反転入力端(−)は、抵抗232と抵抗233との接続ノードに接続されている。オペアンプ231の出力端は、メインコンパレータ5の非反転入力端(+)に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 231 is connected to the output terminal of the adder 220 (corresponding to the application terminal of the corrected reference voltage Ref + Vduty). An inverting input terminal (−) of the operational amplifier 231 is connected to a connection node between the resistor 232 and the resistor 233. The output terminal of the operational amplifier 231 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the main comparator 5.

抵抗232の第1端は、オペアンプ231とメインコンパレータ5との接続ノードに接続されている。抵抗232の第2端は、抵抗233の第1端に接続されている。抵抗233の第2端は、出力信号HGの入力端に接続されている。コンデンサ234の第1端は、オペアンプ231とメインコンパレータ5との接続ノードに接続されている。コンデンサ234の第2端は、抵抗232と抵抗233との接続ノードに接続されている。   A first end of the resistor 232 is connected to a connection node between the operational amplifier 231 and the main comparator 5. A second end of the resistor 232 is connected to a first end of the resistor 233. The second end of the resistor 233 is connected to the input end of the output signal HG. A first end of the capacitor 234 is connected to a connection node between the operational amplifier 231 and the main comparator 5. A second end of the capacitor 234 is connected to a connection node between the resistor 232 and the resistor 233.

次に、リップル生成回路20の動作について説明する。   Next, the operation of the ripple generation circuit 20 will be described.

補正用電圧生成部210に含まれる抵抗211、抵抗212、コンデンサ214、及びコンデンサ215は、2段構成のCRフィルタであり、駆動制御回路4から出力される出力信号HGを平滑して所望の補正用電圧Vdutyを生成する平滑回路として機能する。なお、本構成例では、CRフィルタを2段構成としているが、この段数は設計要求に応じて適宜変更が可能である。   A resistor 211, a resistor 212, a capacitor 214, and a capacitor 215 included in the correction voltage generation unit 210 are two-stage CR filters, and smooth the output signal HG output from the drive control circuit 4 to perform a desired correction. It functions as a smoothing circuit that generates the voltage Vduty for use. In this configuration example, the CR filter has a two-stage configuration, but the number of stages can be changed as appropriate according to design requirements.

抵抗213は、このCRフィルタに含まれる抵抗とともに分圧回路を形成する。なお、本構成例では、図2に示すように、抵抗211の第1端に抵抗213を接続することにより分圧回路を形成しているが、これ以外の接続形態により分圧回路を形成する形態でもよい。例えば、出力信号HGの入力端と抵抗212との接続ノードに抵抗213の第1端を接続することにより、分圧回路を形成する形態でもよい。   The resistor 213 forms a voltage dividing circuit together with the resistor included in the CR filter. In this configuration example, as shown in FIG. 2, the voltage dividing circuit is formed by connecting the resistor 213 to the first end of the resistor 211. However, the voltage dividing circuit is formed by other connection forms. Form may be sufficient. For example, the voltage dividing circuit may be formed by connecting the first end of the resistor 213 to the connection node between the input end of the output signal HG and the resistor 212.

加算部220に含まれるオペアンプ225、トランジスタ226、及び抵抗227は、補正用電圧Vdutyの電圧/電流変換回路として機能する。これにより、補正用電圧Vdutyの大きさに応じた加算電流I22が生成される。また、トランジスタ223、及び、トランジスタ224は、加算電流I22を複製するためのカレントミラー回路として機能する。すなわち、上記の電圧/電流変換回路とカレントミラー回路を合わせて、加算電流生成回路が形成されている。これにより、トランジスタ223から抵抗222を介してオペアンプ221の出力端に向けた加算電流I22が流れるので、抵抗222の両端間には、加算電流I22の大きさに応じた電位差が生じる。この結果、補正用電圧Vdutyが反映された補正後の基準電圧(Ref+Vduty)が生成され、これがリップルインジェクション部230へ出力される。   The operational amplifier 225, the transistor 226, and the resistor 227 included in the adding unit 220 function as a voltage / current conversion circuit for the correction voltage Vduty. Thereby, an addition current I22 corresponding to the magnitude of the correction voltage Vduty is generated. Further, the transistor 223 and the transistor 224 function as a current mirror circuit for replicating the addition current I22. That is, an addition current generation circuit is formed by combining the voltage / current conversion circuit and the current mirror circuit. As a result, the addition current I22 flows from the transistor 223 to the output terminal of the operational amplifier 221 via the resistor 222. Therefore, a potential difference corresponding to the magnitude of the addition current I22 is generated between both ends of the resistor 222. As a result, a corrected reference voltage (Ref + Vduty) that reflects the correction voltage Vduty is generated and output to the ripple injection unit 230.

リップルインジェクション部230に含まれる抵抗232、抵抗233、及び、コンデンサ234は、出力信号HGに応じてオペアンプ231の負帰還ループをパルス駆動するパルス駆動部として機能する。このような構成とすることにより、オペアンプ231から出力されるリップル注入後の基準電圧RefAは、補正後の基準電圧(Ref+Vduty)を基準として電圧値が変動する波形、すなわち、補正後の基準電圧(Ref+Vduty)にリップル成分が注入された波形となる(図5の上から2段目を参照)。   The resistor 232, the resistor 233, and the capacitor 234 included in the ripple injection unit 230 function as a pulse driving unit that drives the negative feedback loop of the operational amplifier 231 in accordance with the output signal HG. With this configuration, the reference voltage RefA after ripple injection output from the operational amplifier 231 has a waveform in which the voltage value fluctuates with reference to the corrected reference voltage (Ref + Vduty), that is, the corrected reference voltage ( (Ref + Vduty) is a waveform in which a ripple component is injected (see the second stage from the top in FIG. 5).

なお、上述した補正用電圧生成部210に含まれる抵抗の抵抗値は、補正用電圧Vdutyによってキャンセルすべき帰還電圧Vfbの変動範囲に基づいて、設計要求に応じて定められる。例えば、次に説明する数式を用いた方法により、定められる。   Note that the resistance value of the resistor included in the correction voltage generation unit 210 described above is determined according to the design request based on the fluctuation range of the feedback voltage Vfb to be canceled by the correction voltage Vduty. For example, it is determined by a method using mathematical expressions described below.

図2及び図3に示す構成では、帰還電圧Vfbは以下の数式により表される。なお、以下では、抵抗232の抵抗値をR1、抵抗233の抵抗値をR2、抵抗211及び212の合成抵抗値をR3、抵抗213の抵抗値をR4、抵抗222の抵抗値をR7、抵抗227の抵抗値をR9として表すものとする。また、出力信号HGのオンデューティをDonとして表すものとする。   In the configuration shown in FIGS. 2 and 3, the feedback voltage Vfb is expressed by the following mathematical formula. In the following, the resistance value of the resistor 232 is R1, the resistance value of the resistor 233 is R2, the combined resistance value of the resistors 211 and 212 is R3, the resistance value of the resistor 213 is R4, the resistance value of the resistor 222 is R7, and the resistor 227 This resistance value is represented as R9. The on-duty of the output signal HG is represented as Don.

まず、出力信号HGがオンである場合のRefA(以下、「RefAon」という)は次の式(1)で表される。   First, RefA (hereinafter referred to as “RefAon”) when the output signal HG is ON is expressed by the following equation (1).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

また、出力信号HGがオフである場合のRefA(以下、「RefAoff」という)は次の式(2)で表される。   Further, RefA (hereinafter referred to as “RefAoff”) when the output signal HG is OFF is expressed by the following equation (2).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

帰還電圧Vfbは、RefAonにオンデューティDonを掛け合わせた項と、RefAoffにオフデューティDoff(=1−Don)を掛け合わせた項とを加算したものとなるため、次の式(3)で表される。   The feedback voltage Vfb is obtained by adding a term obtained by multiplying RefAon by on-duty Don and a term obtained by multiplying RefAoff by off-duty Doff (= 1-Don). Is done.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

上記の式(3)にRefAon、RefAoffを代入して整理すると、Vfbは次の式(4a)のように表される。また、帰還電圧Vfbと基準電圧Refとのずれ量Vfb_err(=Vfb−Ref)は、次の式(4b)のように表される。   By substituting RefAon and RefAoff into the above equation (3), Vfb is expressed as the following equation (4a). Further, a deviation amount Vfb_err (= Vfb−Ref) between the feedback voltage Vfb and the reference voltage Ref is expressed by the following equation (4b).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

式(4b)で示した通り、帰還電圧Vfbと基準電圧Refとのずれ量Vfb_errは、右辺第2項に(Vreg×Don)を含んでおり、Donの影響を受けて変化する。   As shown in the equation (4b), the deviation amount Vfb_err between the feedback voltage Vfb and the reference voltage Ref includes (Vreg × Don) in the second term on the right side, and changes under the influence of Don.

そこで、本発明では、右辺第1項に含まれる基準電圧Refを、補正用電圧Vdutyが加算された補正後の基準電圧(Ref+Vduty)に置き換える。補正後の基準電圧(Ref+Vduty)は、次の式(5)のように表される。   Therefore, in the present invention, the reference voltage Ref included in the first term on the right side is replaced with a corrected reference voltage (Ref + Vduty) to which the correction voltage Vduty is added. The corrected reference voltage (Ref + Vduty) is expressed by the following equation (5).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

このように、補正後の基準電圧(Ref+Vduty)もDonの影響を受けて変動するため、式(4b)の右辺第2項の増減に応じて右辺第1項を増減させることができる。これによりオンデューティDonの影響をキャンセルすることができる。なお、キャンセルすべき電圧値は、右辺第2項に含まれるVregに応じて変化するため、補正用電圧生成部210の回路定数(例えば、抵抗213の抵抗値)をこのVregに応じて設定すればよい。これにより、RefAのピーク値を所望のターゲット値に設定することが可能となる。   Thus, since the corrected reference voltage (Ref + Vduty) also varies under the influence of Don, the first term on the right side can be increased or decreased according to the increase or decrease in the second term on the right side of Equation (4b). Thereby, the influence of on-duty Don can be canceled. Since the voltage value to be canceled changes according to Vreg included in the second term on the right side, the circuit constant of the correction voltage generator 210 (for example, the resistance value of the resistor 213) is set according to this Vreg. That's fine. Thereby, the peak value of RefA can be set to a desired target value.

以上に説明した本発明の構成により得られる作用効果について一例を示して説明する。   An example of the effects obtained by the configuration of the present invention described above will be described.

図6は、従来のスイッチング電源装置において、補正用電圧Vdutyが加算されていない基準電圧Refに対してリップル注入を行うことにより生成されたリップル注入後の基準電圧RefA’(特にそのデューティ依存性)を示す波形図である。本図に示したように、基準電圧RefA’のDC値は、スイッチ電圧Vswのデューティに応じて変動する。より具体的に述べると、デューティが大きいほど基準電圧RefA’のDC値は低下し、デューティが小さいほど基準電圧RefA’のDC値は上昇する。   FIG. 6 shows a reference voltage RefA ′ after ripple injection generated by performing ripple injection on a reference voltage Ref to which a correction voltage Vduty is not added in a conventional switching power supply device (particularly, its duty dependency). FIG. As shown in the figure, the DC value of the reference voltage RefA 'varies according to the duty of the switch voltage Vsw. More specifically, the DC value of the reference voltage RefA 'decreases as the duty increases, and the DC value of the reference voltage RefA' increases as the duty decreases.

図9は、従来のスイッチング電源装置における、リップル注入後の基準電圧RefA’のDC値をスイッチ電圧Vswのデューティ毎に比較した模式図である。図10は、従来のスイッチング電源装置における、入力電圧Vin、出力電圧Vout、及び、帰還電圧Vfbの関係を示した模式図である。なお、図10では、縦軸が電圧、横軸が経過時間を示している。   FIG. 9 is a schematic diagram comparing the DC value of the reference voltage RefA ′ after ripple injection for each duty of the switch voltage Vsw in the conventional switching power supply device. FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship among the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the feedback voltage Vfb in a conventional switching power supply device. In FIG. 10, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents elapsed time.

図9及び図10に示すように、従来のスイッチング電源装置は、入力電圧Vinの変動に起因してデューティが変化すると、この影響により、リップル注入後の基準電圧RefA’のDC値が変動し、結果として帰還電圧Vfbが変動していた。このため、帰還電圧Vfbにズレが生じ、ラインレギュレーションが悪化するという問題があった。   As shown in FIG. 9 and FIG. 10, in the conventional switching power supply device, when the duty changes due to the fluctuation of the input voltage Vin, the DC value of the reference voltage RefA ′ after ripple injection fluctuates due to this influence. As a result, the feedback voltage Vfb fluctuated. For this reason, there is a problem that the feedback voltage Vfb is deviated and the line regulation is deteriorated.

これに対して、本発明の構成によれば、デューティに応じた補正用電圧Vdutyを基準電圧Refに付加することにより、上記のズレを補正することができる。図7は、本発明のスイッチング電源装置における、リップル注入後の基準電圧RefAのDC値をスイッチ電圧Vswのデューティ毎に比較した模式図である。また、図8は、本発明のスイッチング電源装置における、入力電圧Vin、出力電圧Vout、及び、帰還電圧Vfbの関係を示した模式図である。   On the other hand, according to the configuration of the present invention, the above-described deviation can be corrected by adding the correction voltage Vduty corresponding to the duty to the reference voltage Ref. FIG. 7 is a schematic diagram comparing the DC value of the reference voltage RefA after ripple injection for each duty of the switch voltage Vsw in the switching power supply device of the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship among the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the feedback voltage Vfb in the switching power supply device of the present invention.

図7に示すように、補正後の基準電圧(Ref+Vduty)により生成されたリップル注入後の基準電圧RefAのピーク値は、いずれのデューティであっても、ほぼ同じ値となる。このため、図8に示すように、帰還電圧Vfbにズレが生じず、ほぼ一定に保つことができる。これにより、ラインレギュレーションを向上させることが可能である。   As shown in FIG. 7, the peak value of the reference voltage RefA after ripple injection generated by the corrected reference voltage (Ref + Vduty) is almost the same value regardless of the duty. For this reason, as shown in FIG. 8, the feedback voltage Vfb does not shift and can be kept substantially constant. As a result, line regulation can be improved.

<リップル生成回路(第2構成例)>
図4は、リップル生成回路20の第2構成例を示す回路ブロック図である。第2構成例は、先出の第1構成例と基本的には同一の構成から成るが、出力信号HGではなくスイッチ電圧Vswを用いて補正用電圧Vdutyを生成する点に特徴を有している。そこで、第1構成例と同様の構成要素については、図2と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Ripple generation circuit (second configuration example)>
FIG. 4 is a circuit block diagram illustrating a second configuration example of the ripple generation circuit 20. The second configuration example has basically the same configuration as the first configuration example, but is characterized in that the correction voltage Vduty is generated using the switch voltage Vsw instead of the output signal HG. Yes. Therefore, the same components as those in the first configuration example are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

第2構成例のリップル生成回路20は、先に説明した補正用電圧生成部210、加算部220、及び、リップルインジェクション部230に加えて、バッファ240を有する。   The ripple generation circuit 20 of the second configuration example includes a buffer 240 in addition to the correction voltage generation unit 210, the addition unit 220, and the ripple injection unit 230 described above.

バッファ240の入力端は、スイッチ電圧Vswの印加端に接続されている。バッファ240の出力端は、抵抗212の第2端及び抵抗233の第2端に接続されている。   The input end of the buffer 240 is connected to the application end of the switch voltage Vsw. The output end of the buffer 240 is connected to the second end of the resistor 212 and the second end of the resistor 233.

バッファ240の上側電源端は、定電圧Vregの印加端に接続されている。バッファ240の下側電源端は、接地端に接続されている。これにより、バッファ240から出力されるパルス電圧Vsw’は、そのハイレベルが定電圧Vregとなり、そのローレベルが接地電圧となる。このように、バッファ240は、スイッチ電圧Vswの波高値を一定としたパルス電圧Vsw’を生成して後段に出力する。   The upper power supply terminal of the buffer 240 is connected to the application terminal for the constant voltage Vreg. The lower power supply terminal of the buffer 240 is connected to the ground terminal. As a result, the pulse voltage Vsw ′ output from the buffer 240 has a high level as the constant voltage Vreg and a low level as the ground voltage. As described above, the buffer 240 generates the pulse voltage Vsw ′ in which the peak value of the switch voltage Vsw is constant, and outputs it to the subsequent stage.

このような構成とすることにより、先出の第1構成例と同様の作用・効果を奏することが可能となる。また、出力信号HGの波形が変化するタイミングとスイッチ電圧Vswの波形が変化するタイミングとでは、後者がより実際のスイッチングタイミングに近い。これは、MOS電界効果トランジスタのスイッチング動作に要する時間の影響で、出力信号HGの波形が変化するタイミングと実際のスイッチングタイミングとの間に、タイムラグが生じるためである。このため、第2構成例によれば、先の第1構成例と比較して、より精度の高いデューティ情報に基づいて、補正用電圧Vdutyを生成できるという作用・効果を奏することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to achieve the same operations and effects as the first configuration example described above. Further, the timing at which the waveform of the output signal HG changes and the timing at which the waveform of the switch voltage Vsw changes are closer to the actual switching timing. This is because a time lag occurs between the timing at which the waveform of the output signal HG changes and the actual switching timing due to the influence of the time required for the switching operation of the MOS field effect transistor. For this reason, according to the second configuration example, it is possible to achieve the operation and effect that the correction voltage Vduty can be generated based on the duty information with higher accuracy than the first configuration example. .

<リップル生成回路(第3構成例)>
ところで、上述した第1構成例(図2)及び第2構成例(図4)では、スイッチ電圧Vswのデューティに応じて、基準電圧Refに注入されるリップル電圧の振幅(以下では「リップル振幅」という)が変動する。より具体的には、デューティが50%の時にリップル振幅は最大となり、0%または100%に近づくにつれ、リップル振幅は減少していく。このため、リップル注入後の基準電圧RefAに応じて生成される出力電圧Voutも、スイッチ電圧Vswのデューティに応じて変動するという課題があった。
<Ripple generation circuit (third configuration example)>
By the way, in the first configuration example (FIG. 2) and the second configuration example (FIG. 4) described above, the amplitude of the ripple voltage injected into the reference voltage Ref according to the duty of the switch voltage Vsw (hereinafter referred to as “ripple amplitude”). ) Will fluctuate. More specifically, the ripple amplitude becomes maximum when the duty is 50%, and the ripple amplitude decreases as it approaches 0% or 100%. For this reason, the output voltage Vout generated according to the reference voltage RefA after ripple injection also has a problem that it fluctuates according to the duty of the switch voltage Vsw.

上記の課題について、図11〜図14を用いつつ説明する。図11は、リップルインジェクション部230のみを用いたリップル生成回路20の構成(従来構成に相当)を示す回路図である。図12は、基準電圧Refとリップル注入後の基準電圧RefB’との関係を示した波形図である。図13は、図11のリップル生成回路20を有するスイッチング電源IC100の入力電圧Vin及び出力電圧Voutを示した模式図である。図14は、スイッチ電圧Vswのデューティとリップル振幅との関係を示した模式図である。   The above problem will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration (corresponding to a conventional configuration) of the ripple generation circuit 20 using only the ripple injection unit 230. FIG. 12 is a waveform diagram showing the relationship between the reference voltage Ref and the reference voltage RefB ′ after ripple injection. FIG. 13 is a schematic diagram showing the input voltage Vin and the output voltage Vout of the switching power supply IC 100 having the ripple generation circuit 20 of FIG. FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between the duty of the switch voltage Vsw and the ripple amplitude.

図11のリップル生成回路20は、第1構成例(図2)で示した構成要素のうち、リップルインジェクション部230のみを有する構成である。なお、リップルインジェクション部230の詳細については、第1構成例と同様であるため、ここでは説明を省略する。   The ripple generation circuit 20 in FIG. 11 has a configuration including only the ripple injection unit 230 among the components shown in the first configuration example (FIG. 2). Note that the details of the ripple injection unit 230 are the same as those in the first configuration example, and thus the description thereof is omitted here.

上記の構成のリップル生成回路20によって生成されるリップル電圧の振幅は、次の式(6)により表される。なお、式(6)では、リップル振幅をVpp、抵抗233の抵抗値をR2、出力信号HGのハイレベル電圧をVreg、コンデンサ234の容量をC1、出力信号HGの駆動周波数をF、出力信号HGのオンデューティをDon、出力信号HGのオフデューティをDoffとして表すものとする。   The amplitude of the ripple voltage generated by the ripple generation circuit 20 having the above configuration is expressed by the following equation (6). In equation (6), the ripple amplitude is Vpp, the resistance value of the resistor 233 is R2, the high level voltage of the output signal HG is Vreg, the capacitance of the capacitor 234 is C1, the drive frequency of the output signal HG is F, and the output signal HG Is represented as Don, and the off-duty of the output signal HG as Doff.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

上記の式(6)のうち、Vreg/(R2×C1×F)の部分は定数となるため、これを定数αとして表すと、Vppは、次の式(7)により表される。   In the above formula (6), the portion of Vreg / (R2 × C1 × F) is a constant. When this portion is expressed as a constant α, Vpp is expressed by the following formula (7).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

このように、リップル振幅Vppは、オンデューティDonとオフデューティDoffとの積算値に応じて変動する。図12は、図11のリップル生成回路20により生成される、リップル注入後の基準電圧RefB’の電圧波形を異なるデューティで3パターン示した模式図である。なお、図12では、実線がオンデューティ25%の場合の電圧波形、小破線がオンデューティ50%の場合の電圧波形、大破線がオンデューティ75%の場合の電圧波形を示している。図12に示すように、基準電圧RefB’のピーク値は不均一になっている。この不均一が、出力電圧Voutに影響を与える。   As described above, the ripple amplitude Vpp varies according to the integrated value of the on-duty Don and the off-duty Doff. FIG. 12 is a schematic diagram showing three patterns of voltage waveforms of the reference voltage RefB ′ after ripple injection generated by the ripple generation circuit 20 of FIG. 11 with different duties. In FIG. 12, the solid line indicates the voltage waveform when the on-duty is 25%, the small broken line indicates the voltage waveform when the on-duty is 50%, and the large broken line indicates the voltage waveform when the on-duty is 75%. As shown in FIG. 12, the peak value of the reference voltage RefB ′ is not uniform. This non-uniformity affects the output voltage Vout.

図13は、図11のリップル生成回路20を有するスイッチング電源IC100の入力電圧Vinと出力電圧Voutとの関係を示した模式図である。なお、図13の横軸は、経過時間tを示している。また、図中のDif1〜Dif5は、所定の電圧と、ほぼ定常状態にある出力電圧Voutとの差分を示している。   FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout of the switching power supply IC 100 having the ripple generation circuit 20 of FIG. Note that the horizontal axis in FIG. 13 indicates the elapsed time t. Further, Dif1 to Dif5 in the figure indicate the difference between the predetermined voltage and the output voltage Vout in a substantially steady state.

図13で示すように、入力電圧Vinが時間経過と共に上昇して出力信号HGのデューティが変化すると、リップル注入後の基準電圧RefB’が変動するため、Dif1〜Dif5にばらつきが生じている。   As shown in FIG. 13, when the input voltage Vin rises with time and the duty of the output signal HG changes, the reference voltage RefB 'after ripple injection changes, and thus Dif1 to Dif5 vary.

図14は、上記ばらつきの原因であるリップル振幅の変動を模式的に表した図である。図14の縦軸はリップル振幅Vppを示しており、横軸は出力信号HGのデューティを示している。   FIG. 14 is a diagram schematically showing the fluctuation of the ripple amplitude that is the cause of the variation. The vertical axis in FIG. 14 indicates the ripple amplitude Vpp, and the horizontal axis indicates the duty of the output signal HG.

例えばデューティが50%である場合、オンデューティDonとオフデューティDoffとの積算値は0.5×0.5=0.25となる。また、例えばデューティが10%である場合、オンデューティDonとオフデューティDoffとの積算値は0.1×0.9=0.09となる。従って、式(7)を鑑みると、リップル振幅Vppは、デューティ50%の場合に最大となり、デューティ50%から遠ざかるにつれ減少していく。   For example, when the duty is 50%, the integrated value of the on-duty Don and the off-duty Doff is 0.5 × 0.5 = 0.25. For example, when the duty is 10%, the integrated value of the on-duty Don and the off-duty Doff is 0.1 × 0.9 = 0.09. Therefore, in view of the equation (7), the ripple amplitude Vpp becomes maximum when the duty is 50%, and decreases as the distance from the duty is 50%.

そこで、次に説明する第3構成例のリップル生成回路20は、上記の問題点に鑑み、デューティ変化に起因するリップル振幅Vppの変動をキャンセルすることにより、出力電圧Voutの変動を低減することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the ripple generation circuit 20 of the third configuration example described below reduces the fluctuation of the output voltage Vout by canceling the fluctuation of the ripple amplitude Vpp caused by the duty change. Objective.

上記の課題を解決するために、第3構成例のリップル生成回路20は、図15〜図17に示す構成をとるものとする。   In order to solve the above-described problem, the ripple generation circuit 20 of the third configuration example has a configuration illustrated in FIGS. 15 to 17.

図15は、リップル生成回路20の第3構成例を示すブロック図である。第3構成例のリップル生成回路20は、図11の構成に積算電圧生成部310と減算部320を追加した構成である。積算電圧生成部310は、出力信号HGのオンデューティDonと、出力信号HGのオフデューティDoffと、所定の定数α’とを積算することにより、積算電圧Vinsを生成して減算部320へ供給する。減算部320は、基準電圧Refを積算電圧Vinsに応じて引き下げる。   FIG. 15 is a block diagram illustrating a third configuration example of the ripple generation circuit 20. The ripple generation circuit 20 of the third configuration example has a configuration in which an integrated voltage generation unit 310 and a subtraction unit 320 are added to the configuration of FIG. The integrated voltage generator 310 generates an integrated voltage Vins by integrating the on-duty Don of the output signal HG, the off-duty Doff of the output signal HG, and a predetermined constant α ′, and supplies the integrated voltage Vins to the subtractor 320. . The subtraction unit 320 reduces the reference voltage Ref according to the integrated voltage Vins.

積算電圧生成部310及び減算部320の詳細な構成について、図16及び図17を用いつつ説明する。図16は、第1構成例(図2)に積算電圧生成部310と減算部320を適用した場合の構成を示す回路図である。図16に示すリップル生成回路20は、先出の第1構成例と基本的には同一の構成から成るが、出力信号HG及び補正用電圧Vdutyを用いて積算電圧Vinsを生成することに特徴を有している。そこで、第1構成例と同様の構成要素については、図2と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。   Detailed configurations of the integrated voltage generation unit 310 and the subtraction unit 320 will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration when the integrated voltage generation unit 310 and the subtraction unit 320 are applied to the first configuration example (FIG. 2). The ripple generation circuit 20 shown in FIG. 16 has basically the same configuration as the first configuration example described above, but is characterized in that the integrated voltage Vins is generated using the output signal HG and the correction voltage Vduty. Have. Therefore, the same components as those in the first configuration example are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2, and redundant descriptions are omitted. In the following, feature portions of the third configuration example are mainly described.

図16に示すように、積算電圧生成部310は、オペアンプ311と、インバータ312と、抵抗313〜315と、コンデンサ316及び317と、を有する。   As illustrated in FIG. 16, the integrated voltage generation unit 310 includes an operational amplifier 311, an inverter 312, resistors 313 to 315, and capacitors 316 and 317.

オペアンプ311の非反転入力端(+)は、補正用電圧生成部210の出力端(補正用電圧Vdutyの印加端)に接続されている。オペアンプ311の反転入力端(−)は、オペアンプ311の出力端に接続されている。オペアンプ311の出力端は、インバータ312の上側電源端に接続されている。インバータ312の下側電源端は、接地端に接続されている。インバータ312の入力端は、出力信号HGの印加端に接続されている。インバータ312の出力端は、抵抗313の第1端に接続されている。抵抗313の第2端は、抵抗314の第1端に接続されている。抵抗314の第2端は、減算部320に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 311 is connected to the output terminal (application terminal for the correction voltage Vduty) of the correction voltage generator 210. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier 311 is connected to the output terminal of the operational amplifier 311. The output terminal of the operational amplifier 311 is connected to the upper power supply terminal of the inverter 312. The lower power supply terminal of the inverter 312 is connected to the ground terminal. The input end of the inverter 312 is connected to the output end of the output signal HG. The output terminal of the inverter 312 is connected to the first terminal of the resistor 313. A second end of the resistor 313 is connected to a first end of the resistor 314. A second end of the resistor 314 is connected to the subtraction unit 320.

抵抗315の第1端は、抵抗313と抵抗314との接続ノードに接続されている。抵抗315の第2端は、接地端に接続されている。コンデンサ316の第1端は、抵抗313と抵抗314との接続ノードに接続されている。コンデンサ316の第2端は、接地端に接続されている。コンデンサ317の第1端は、抵抗314と減算部320との接続ノードに接続されている。コンデンサ317の第2端は、接地端に接続されている。   A first end of the resistor 315 is connected to a connection node between the resistor 313 and the resistor 314. A second terminal of the resistor 315 is connected to the ground terminal. A first end of the capacitor 316 is connected to a connection node between the resistor 313 and the resistor 314. The second end of the capacitor 316 is connected to the ground terminal. A first end of the capacitor 317 is connected to a connection node between the resistor 314 and the subtraction unit 320. A second terminal of the capacitor 317 is connected to the ground terminal.

次に、減算部320の詳細な構成について、図17を用いつつ説明する。図17は、加算部220(図3)の一部を共有する形で減算部320を構成した場合の回路図である。図17に示すように、本構成例の減算部320は、オペアンプ321と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ322と、抵抗323とを有する。   Next, a detailed configuration of the subtraction unit 320 will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a circuit diagram in the case where the subtracting unit 320 is configured so as to share a part of the adding unit 220 (FIG. 3). As shown in FIG. 17, the subtraction unit 320 of this configuration example includes an operational amplifier 321, an N-channel MOS field effect transistor 322, and a resistor 323.

オペアンプ321の非反転入力端(+)は、積算電圧Vinsの印加端に接続されている。オペアンプ321の反転入力端(−)は、トランジスタ322と抵抗323との接続ノードに接続されている。オペアンプ321の出力端は、トランジスタ322のゲートに接続されている。トランジスタ322のドレインは、抵抗222の第2端と加算部220の出力端との接続ノードに接続されている。トランジスタ322のソースは、抵抗323の第1端に接続されている。抵抗323の第2端は、接地端に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 321 is connected to the application terminal for the integrated voltage Vins. An inverting input terminal (−) of the operational amplifier 321 is connected to a connection node between the transistor 322 and the resistor 323. The output terminal of the operational amplifier 321 is connected to the gate of the transistor 322. The drain of the transistor 322 is connected to a connection node between the second end of the resistor 222 and the output end of the adder 220. The source of the transistor 322 is connected to the first end of the resistor 323. A second end of the resistor 323 is connected to the ground end.

次に、本構成例のリップル生成回路20の動作について説明する。   Next, the operation of the ripple generation circuit 20 of this configuration example will be described.

積算電圧生成部310に含まれるオペアンプ311は、補正用電圧生成部210より供給される補正用電圧Vdutyを、インバータ312の電源電圧として出力する。補正用電圧Vdutyは出力信号HGのオンデューティDonに応じて変化するため、オペアンプ311の出力電圧は、β×Donと表すことができる。なお、定数βは補正用電圧生成部210に含まれる抵抗の抵抗値等により定まる定数である。   The operational amplifier 311 included in the integrated voltage generation unit 310 outputs the correction voltage Vduty supplied from the correction voltage generation unit 210 as the power supply voltage of the inverter 312. Since the correction voltage Vduty changes according to the on-duty Don of the output signal HG, the output voltage of the operational amplifier 311 can be expressed as β × Don. The constant β is a constant determined by the resistance value of the resistor included in the correction voltage generation unit 210.

インバータ312は、上記の出力電圧(β×Don)を電源電圧として、出力信号HGを反転させた反転信号を生成する。抵抗313、抵抗314、コンデンサ316、及び、コンデンサ317は、2段構成のCRフィルタであり、インバータ312から出力される反転信号を平滑して所望の積算電圧Vinsを生成する平滑回路として機能する。なお、図16では2段構成としているが、この段数は設計要求に応じて適宜変更が可能である。   The inverter 312 generates an inverted signal obtained by inverting the output signal HG using the output voltage (β × Don) as a power supply voltage. The resistor 313, the resistor 314, the capacitor 316, and the capacitor 317 are two-stage CR filters, and function as a smoothing circuit that smoothes the inverted signal output from the inverter 312 and generates a desired integrated voltage Vins. In FIG. 16, a two-stage configuration is used, but the number of stages can be changed as appropriate according to design requirements.

インバータ312は、出力信号HGを論理反転して出力する。従って、仮にインバータ312の電源電圧が一定である場合、CRフィルタの出力はγ×Doffと表すことができる。なお、定数γはCRフィルタに含まれる抵抗の抵抗値等により定まる定数である。一方、本構成例では、インバータ312の電源電圧として補正用電圧Vduty(=β×Don)が入力されている。従って、積算電圧Vinsは、(β×γ)×Don×Doffとなる。   The inverter 312 logically inverts the output signal HG and outputs it. Therefore, if the power supply voltage of the inverter 312 is constant, the output of the CR filter can be expressed as γ × Doff. The constant γ is a constant determined by the resistance value of the resistor included in the CR filter. On the other hand, in this configuration example, the correction voltage Vduty (= β × Don) is input as the power supply voltage of the inverter 312. Therefore, the integrated voltage Vins is (β × γ) × Don × Doff.

このように、積算電圧生成部310では、出力信号HGのオンデューティDonと、出力信号HGのオフデューティDoffと、所定の定数α’(=β×γ)とを積算することにより、積算電圧Vinsが生成される。   As described above, the integrated voltage generator 310 integrates the on-duty Don of the output signal HG, the off-duty Doff of the output signal HG, and the predetermined constant α ′ (= β × γ), thereby integrating the integrated voltage Vins. Is generated.

抵抗315は、このCRフィルタに含まれる抵抗313とともに分圧回路を形成する。なお、図16では、抵抗313と抵抗314との接続ノードに抵抗315を接続することにより分圧回路を形成しているが、これ以外の接続形態により分圧回路を形成する形態でもよい。例えば、抵抗314の第2端に抵抗315の第1端を接続することにより、分圧回路を形成する形態でもよい。   Resistor 315 forms a voltage dividing circuit together with resistor 313 included in the CR filter. In FIG. 16, the voltage dividing circuit is formed by connecting the resistor 315 to the connection node between the resistor 313 and the resistor 314, but the voltage dividing circuit may be formed by another connection form. For example, the voltage dividing circuit may be formed by connecting the first end of the resistor 315 to the second end of the resistor 314.

減算部320に含まれるオペアンプ321、トランジスタ322、及び抵抗323は、積算電圧Vinsに応じた減算電流I32を生成する減算電流生成回路(電圧/電流変換回路)として機能する。これにより、積算電圧Vinsの電圧値に応じた減算電流I32が生成される。この減算電流I32は、オペアンプ221の出力端から、抵抗222、トランジスタ322、及び、抵抗323を介して接地端に向けて流れる。従って、抵抗222の両端間には、減算電流I32の電流値に応じた電位差が生じる。   The operational amplifier 321, the transistor 322, and the resistor 323 included in the subtraction unit 320 function as a subtraction current generation circuit (voltage / current conversion circuit) that generates a subtraction current I32 corresponding to the integrated voltage Vins. Thereby, the subtraction current I32 according to the voltage value of the integrated voltage Vins is generated. The subtraction current I32 flows from the output terminal of the operational amplifier 221 toward the ground terminal via the resistor 222, the transistor 322, and the resistor 323. Therefore, a potential difference corresponding to the current value of the subtraction current I32 occurs between both ends of the resistor 222.

また、抵抗222の両端間には、加算部220により生成される加算電流I22の電流値に応じた電位差も生じる。その結果、基準電圧Refが積算電圧Vinsに応じて引き下げられ、さらに補正用電圧Vdutyに応じて引き上げられた、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)が生成される。なお、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)は、リップルインジェクション部230へ出力される。   In addition, a potential difference corresponding to the current value of the addition current I22 generated by the addition unit 220 is also generated between both ends of the resistor 222. As a result, the corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins) is generated in which the reference voltage Ref is lowered according to the integrated voltage Vins and further raised according to the correction voltage Vduty. The corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins) is output to the ripple injection unit 230.

リップルインジェクション部230に含まれるオペアンプ231の非反転入力端(+)には、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)が印加される。従って、リップルインジェクション部230から出力されるリップル注入後の基準電圧RefBは、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)を基準として電圧値が変動する波形、すなわち、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)にリップル成分が注入された波形となる。   The corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins) is applied to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 231 included in the ripple injection unit 230. Therefore, the ripple injected reference voltage RefB output from the ripple injection unit 230 has a waveform in which the voltage value fluctuates with reference to the corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins), that is, the corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins). ) In which a ripple component is injected.

なお、上述した積算電圧生成部310に含まれる抵抗の抵抗値は、積算電圧Vinsによってキャンセルすべきリップル振幅Vppの変動範囲に基づき、設計要求に応じて定められる。例えば、次に説明する数式を用いた方法により、定められる。   Note that the resistance value of the resistor included in the integrated voltage generation unit 310 described above is determined according to the design request based on the fluctuation range of the ripple amplitude Vpp to be canceled by the integrated voltage Vins. For example, it is determined by a method using mathematical expressions described below.

図16及び図17に示す積算電圧生成部310により生成される積算電圧Vinsは、式(8)により表される。なお、式(8)では、抵抗211及び212の合成抵抗値をR1、抵抗213の抵抗値をR2、抵抗313及び314の合成抵抗値をR5、抵抗315の抵抗値をR6、抵抗222の抵抗値をR7、抵抗323の抵抗値をR8、出力信号HGのハイレベル電圧をVreg、出力信号HGのオンデューティをDon、出力信号HGのオフデューティをDoffとして表すものとする。   The integrated voltage Vins generated by the integrated voltage generator 310 shown in FIGS. 16 and 17 is expressed by Expression (8). In Equation (8), the combined resistance value of the resistors 211 and 212 is R1, the resistance value of the resistor 213 is R2, the combined resistance value of the resistors 313 and 314 is R5, the resistance value of the resistor 315 is R6, and the resistance of the resistor 222 is It is assumed that the value is R7, the resistance value of the resistor 323 is R8, the high level voltage of the output signal HG is Vreg, the on duty of the output signal HG is Don, and the off duty of the output signal HG is Doff.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

上記の式(8)において、(R7/R8)×{R6/(R5+R6)}×{R4/(R3+R4)}×Vregの部分は定数となるため、これを定数α’として表すと、積算電圧Vinsは、次の式(9)により表される。   In the above formula (8), the portion of (R7 / R8) × {R6 / (R5 + R6)} × {R4 / (R3 + R4)} × Vreg is a constant. Vins is expressed by the following equation (9).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

このように、積算電圧Vinsは、出力信号HGのオンデューティDonとオフデューティDoffとの積算値に応じて変動する。   Thus, the integrated voltage Vins varies according to the integrated value of the on-duty Don and the off-duty Doff of the output signal HG.

リップル振幅Vppは、先出の式(6)及び式(7)により表される。積算電圧Vinsによって補正すべき電圧は、リップル振幅Vppの1/2であるため、定数α’が定数αの1/2となるように各抵抗値を設定すればよい。すなわち、次の式(10)が満たされるように各抵抗値を設定すればよい。なお、式(10)では、左辺が定数αの1/2を示しており、右辺が定数α’を示している。   The ripple amplitude Vpp is expressed by the above formulas (6) and (7). Since the voltage to be corrected by the integrated voltage Vins is ½ of the ripple amplitude Vpp, each resistance value may be set so that the constant α ′ is ½ of the constant α. That is, each resistance value may be set so that the following expression (10) is satisfied. In equation (10), the left side represents 1/2 of the constant α, and the right side represents the constant α ′.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

以上に説明した本発明の構成により得られる作用効果について一例を示して説明する。   An example of the effects obtained by the configuration of the present invention described above will be described.

図18は、第3構成例のリップル生成回路20により生成される、リップル注入後の基準電圧RefBの電圧波形を異なるデューティで3パターン示した模式図である。なお、図18では、実線がオンデューティ25%の場合の電圧波形、小破線がオンデューティ50%の場合の電圧波形、大破線がオンデューティ75%の場合の電圧波形を示している。図19は、第3構成例のリップル生成回路20を有するスイッチング電源IC100の入力電圧Vin及び出力電圧Voutを示した模式図である。   FIG. 18 is a schematic diagram showing three patterns of voltage waveforms of the reference voltage RefB after ripple injection generated by the ripple generation circuit 20 of the third configuration example with different duties. In FIG. 18, the solid line indicates the voltage waveform when the on-duty is 25%, the small broken line indicates the voltage waveform when the on-duty is 50%, and the large broken line indicates the voltage waveform when the on-duty is 75%. FIG. 19 is a schematic diagram showing the input voltage Vin and the output voltage Vout of the switching power supply IC 100 having the ripple generation circuit 20 of the third configuration example.

図18に示すように、補正後の基準電圧(Ref+Vduty−Vins)により生成されたリップル注入後の基準電圧RefBのピーク値は、リップル振幅Vppの影響がキャンセルされているため、ほぼ均一となる。このため、図19に示すように、入力電圧Vinが時間経過と共に増加して出力信号HGのデューティが変化したとしても、リップル注入後の基準電圧RefBが変動しない。このため、Dif1〜Dif5にばらつきが生じていない。   As shown in FIG. 18, the peak value of the reference voltage RefB after ripple injection generated by the corrected reference voltage (Ref + Vduty−Vins) is almost uniform because the influence of the ripple amplitude Vpp is cancelled. Therefore, as shown in FIG. 19, even if the input voltage Vin increases with time and the duty of the output signal HG changes, the reference voltage RefB after ripple injection does not change. For this reason, there is no variation in Dif1 to Dif5.

以上に説明した第3構成例によれば、第1構成例の補正用電圧Vdutyに加え、さらに積算電圧Vinsも用いて基準電圧Refの補正を行っているため、第1構成例と比較してより高い精度で補正を行い、ラインレギュレーションをより向上できるという作用・効果を奏することが可能となる。   According to the third configuration example described above, since the reference voltage Ref is corrected using the integrated voltage Vins in addition to the correction voltage Vduty of the first configuration example, compared with the first configuration example. It is possible to perform an operation and effect that correction can be performed with higher accuracy and line regulation can be further improved.

<リップル生成回路(第4構成例)>
なお、上述した第3構成例は、第1構成例(図2)に積算電圧生成部310及び減算部320を適応した構成例として説明したが、図20に示すように、図2の構成に加えて、出力信号HGの印加端と抵抗233及び補正用電圧生成部210との間にバッファ240を設け、このバッファ240の電源電圧としてデューティ変化をキャンセルするための補正後の電源電圧REG’を適応し、バッファ240より補正後の出力信号HG’を出力することにより、上記と同様の作用、効果を得ることが可能である。
<Ripple generation circuit (fourth configuration example)>
The third configuration example described above has been described as a configuration example in which the integrated voltage generation unit 310 and the subtraction unit 320 are applied to the first configuration example (FIG. 2). However, as illustrated in FIG. 20, the configuration illustrated in FIG. In addition, a buffer 240 is provided between the application terminal of the output signal HG, the resistor 233, and the correction voltage generator 210, and the corrected power supply voltage REG ′ for canceling the duty change is used as the power supply voltage of the buffer 240. By adapting and outputting the corrected output signal HG ′ from the buffer 240, it is possible to obtain the same operation and effect as described above.

先述した式(6)に示すように、リップル振幅Vppは、DonとDoffの積算値に応じて変動する。また、式(6)に示すように、Don及びDoffの積算値には電源電圧Vreg(=出力信号HGのハイレベル電圧)が積算される。そこでVregがDon及びDoffの積算値の変化を打ち消すように変化すれば、リップル振幅を一定とすることができる。   As shown in Equation (6) described above, the ripple amplitude Vpp varies according to the integrated value of Don and Doff. Further, as shown in Expression (6), the integrated value of Don and Doff is integrated with the power supply voltage Vreg (= high level voltage of the output signal HG). Therefore, if Vreg changes so as to cancel the change in the integrated values of Don and Doff, the ripple amplitude can be made constant.

上記の考察に鑑み、第4構成例のリップル生成回路20は、図20に示す構成をとるものとする。積算電圧生成部310及び補正用電圧生成部330は、出力信号HGのオンデューティDonと、出力信号HGのオフデューティDoffと、所定の定数α’とを積算することにより、積算電圧Vinsを生成して減算部320へ供給する。   In view of the above consideration, the ripple generation circuit 20 of the fourth configuration example is assumed to have the configuration shown in FIG. The integrated voltage generation unit 310 and the correction voltage generation unit 330 generate the integrated voltage Vins by integrating the on-duty Don of the output signal HG, the off-duty Doff of the output signal HG, and a predetermined constant α ′. To the subtractor 320.

減算部320は、電源電圧Vregを積算電圧Vinsだけ引き下げる。これにより、Don及びDoffの積算値の変化を打ち消すために必要な、補正後の電源電圧REG’を生成し、バッファ240の上側電源端に印加する。なお、積算電圧生成部310及び減算部320の詳細な構成については、第3構成例と同じであるため、ここでは説明を省略する。また、補正用電圧生成部330の詳細な構成については、補正用電圧生成部210と同じであるため、ここでは説明を省略する。   The subtraction unit 320 reduces the power supply voltage Vreg by the integrated voltage Vins. As a result, a corrected power supply voltage REG ′ necessary for canceling the change in the integrated values of Don and Doff is generated and applied to the upper power supply terminal of the buffer 240. Note that the detailed configurations of the integrated voltage generation unit 310 and the subtraction unit 320 are the same as those in the third configuration example, and thus description thereof is omitted here. Further, the detailed configuration of the correction voltage generation unit 330 is the same as that of the correction voltage generation unit 210, and thus the description thereof is omitted here.

上記の構成により生成される補正後の電源電圧REG’の一例を、図21を用いて説明する。図21の縦軸は、Don及びDoffの積算値と、補正後の電源電圧REG’を各々示している。図21Bの横軸は、出力信号HGのデューティ(Don)を示している。   An example of the corrected power supply voltage REG ′ generated by the above configuration will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 21 represents the integrated value of Don and Doff and the corrected power supply voltage REG '. The horizontal axis of FIG. 21B indicates the duty (Don) of the output signal HG.

図21に示すように、Don及びDoffの積算値は、デューティが50%の時に最大となり、0%または100%に近づくにつれ減少していく。一方、補正後の電源電圧REG’は、デューティが50%の時に最小となり、0%または100%に近づくにつれ増加していく。このため、積算電圧生成部310の定数α’を、キャンセルすべきデューティ変化に応じて設定することにより、REG’×Don×Doffを、デューティ変化に依存しない一定の値とすることができる。   As shown in FIG. 21, the integrated values of Don and Doff become maximum when the duty is 50%, and decrease as the value approaches 0% or 100%. On the other hand, the corrected power supply voltage REG 'is minimized when the duty is 50%, and increases as it approaches 0% or 100%. Therefore, by setting the constant α ′ of the integrated voltage generation unit 310 according to the duty change to be canceled, REG ′ × Don × Doff can be set to a constant value that does not depend on the duty change.

このように、第4構成例では、式(6)に示すVreg×Don×Doffの部分を、上述したREG’×Don×Doffに変更することにより、非線形方式の応答性を一定に保つことができるとともに、ノイズの影響も一定に保つことができる。   As described above, in the fourth configuration example, by changing the Vreg × Don × Doff portion shown in the equation (6) to the above-described REG ′ × Don × Doff, it is possible to keep the responsiveness of the nonlinear method constant. In addition, the influence of noise can be kept constant.

<回路遅延に伴う出力ドロップ対策>
第3構成例(ないしは第4構成例)のリップル生成回路20は、基準電圧RefBの最高値(三角波のトップ位置)が持つ2つの変動要因、すなわち、(1)リップル平均値の変動成分(式(4b)の右辺第2項参照)と、(2)リップル振幅Vppの変動成分(式(10)の左辺参照))をいずれもキャンセルして、基準電圧RefBの最高値が所望の電圧値となるように、基準電圧Refに補正を掛ける構成とされている。
<Countermeasures against output drops due to circuit delay>
The ripple generation circuit 20 of the third configuration example (or the fourth configuration example) has two fluctuation factors that the highest value of the reference voltage RefB (the top position of the triangular wave) has, that is, (1) the fluctuation component of the ripple average value (formula (See the second term on the right side of (4b)) and (2) the fluctuation component of the ripple amplitude Vpp (see the left side of equation (10))), and the maximum value of the reference voltage RefB becomes the desired voltage value. In this way, the reference voltage Ref is corrected.

しかしながら、スイッチング電源装置Aの駆動周波数F(=1/T)を高めていくと、基準電圧RefBと帰還電圧Vfbが交差してから基準電圧RefBが折り返すまでの回路遅延時間Td(主として、メインコンパレータ5、オペアンプ231、及び、ドライバ2a及び2bの各回路遅延時間の合計))が相対的に大きくなる。そのため、図22で示すように、帰還電圧Vfbが基準電圧RefBの最高値よりも遅延降下電圧Verrだけ低くなってしまい、延いては、出力電圧Voutが所望値からずれてしまう。   However, as the drive frequency F (= 1 / T) of the switching power supply device A is increased, the circuit delay time Td (mainly the main comparator) from when the reference voltage RefB and the feedback voltage Vfb intersect until the reference voltage RefB turns back. 5, the sum of the circuit delay times of the operational amplifier 231 and the drivers 2a and 2b)) becomes relatively large. Therefore, as shown in FIG. 22, the feedback voltage Vfb becomes lower than the maximum value of the reference voltage RefB by the delay drop voltage Verr, and the output voltage Vout deviates from a desired value.

なお、メインコンパレータ5などを高速化すれば上記の問題は解消されるが、そのためには、回路の消費電流を増大する必要がある。すなわち、スイッチング電源装置Aの高周波化と低消費電力化は、トレードオフの関係にあった。   Although the above problem can be solved by increasing the speed of the main comparator 5 or the like, it is necessary to increase the current consumption of the circuit. That is, the switching power supply A has a trade-off relationship between high frequency and low power consumption.

ここで、回路遅延時間Tdと遅延降下電圧Verrとの間には、次の式(11)が成立する。   Here, the following equation (11) is established between the circuit delay time Td and the delay drop voltage Verr.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

また、リップル振幅Vppは、先出の式(6)によって表される。従って、式(11)に式(6)を代入して整理すると、遅延降下電圧Verrは、次の(12)式で算出することができる。   The ripple amplitude Vpp is expressed by the above equation (6). Accordingly, when formula (6) is substituted into formula (11) and rearranged, the delayed drop voltage Verr can be calculated by the following formula (12).

Figure 2014138523
Figure 2014138523

このように、遅延降下電圧Verrは、リップル平均値(基準電圧RefBのDC値)と同じく、オンデューティDonに応じて変動することが分かる。   Thus, it can be seen that the delay drop voltage Verr varies according to the on-duty Don, like the ripple average value (the DC value of the reference voltage RefB).

従って、次の(13)式を満たすように、リップル生成回路20の回路定数(特に、抵抗値R1〜R4、抵抗値R7、抵抗値R9、及び、容量値C1)を選べば、オンデューティDonに応じたリップル平均値の変動成分だけでなく、回路遅延による出力電圧Voutの変動成分(遅延降下電圧Verr)をキャンセルすることができる。従って、入出力条件に依ることなく、スイッチング電源装置Aの高周波化と低消費電力化を両立することが可能となる。   Therefore, if the circuit constants (in particular, the resistance values R1 to R4, the resistance value R7, the resistance value R9, and the capacitance value C1) of the ripple generation circuit 20 are selected so as to satisfy the following expression (13), the on-duty Don It is possible to cancel not only the fluctuation component of the ripple average value depending on the frequency fluctuation component but also the fluctuation component (delayed drop voltage Verr) of the output voltage Vout due to the circuit delay. Accordingly, it is possible to achieve both high frequency and low power consumption of the switching power supply device A without depending on input / output conditions.

Figure 2014138523
Figure 2014138523

<リップル生成回路(第5構成例)>
図23は、リップル生成回路20の第5構成例を示すブロック図である。第5構成例のリップル生成回路20は、先出の第3構成例(図16及び図17)とほぼ同様の構成であり、周波数切替信号FCTRLを用いた駆動周波数Fの切替制御に対応した点に特徴を有している。そこで、第3構成例と同様の構成要素については、図16及び図17と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Ripple generation circuit (fifth configuration example)>
FIG. 23 is a block diagram illustrating a fifth configuration example of the ripple generation circuit 20. The ripple generation circuit 20 of the fifth configuration example has substantially the same configuration as the third configuration example (FIGS. 16 and 17), and corresponds to the switching control of the drive frequency F using the frequency switching signal FCTRL. It has the characteristics. Therefore, the same components as those in the third configuration example are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 16 and 17, and redundant description is omitted. Do.

周波数切替信号FCTRLは、オン時間設定部7(図1を参照)に入力される制御信号であり、出力信号HGのオン時間Tonを切り替えて駆動周波数Fを変化させるために用いられる。また、駆動周波数Fを切り替えるときには、先出の(10)式を満足するために、リップルインジェクション部230に含まれるコンデンサ234の容量値C1も周波数切替信号FCTRLに応じて可変制御する必要がある。例えば、駆動周波数Fを2倍に切り替える場合には、コンデンサ234の容量値C1が1/2に切り替えられる。   The frequency switching signal FCTRL is a control signal input to the on-time setting unit 7 (see FIG. 1) and is used to change the driving frequency F by switching the on-time Ton of the output signal HG. Further, when the drive frequency F is switched, the capacitance value C1 of the capacitor 234 included in the ripple injection unit 230 needs to be variably controlled in accordance with the frequency switching signal FCTRL in order to satisfy the above equation (10). For example, when the drive frequency F is switched to twice, the capacitance value C1 of the capacitor 234 is switched to ½.

このように、容量値C1が切り替えられると、今度は先出の(13)式を満足するために、抵抗値R1〜R4、抵抗値R7、及び、抵抗値R9のうち、少なくとも一つを調整する必要が生じる。ただし、抵抗値R1〜R4、ないし、抵抗値R7を調整すると、先出の(10)式の関係が再び崩れてしまい、さらに別の回路定数を調整する必要が生じてしまう。一方、抵抗値R9を容量値C1と同様の挙動で可変制御すれば、他の回路定数の調整を要することなく、先出の(10)式と(13)式をいずれも満足することができる。   As described above, when the capacitance value C1 is switched, at least one of the resistance values R1 to R4, the resistance value R7, and the resistance value R9 is adjusted in order to satisfy the above equation (13). Need to do. However, when the resistance values R1 to R4 or the resistance value R7 are adjusted, the relationship of the above equation (10) is broken again, and it becomes necessary to adjust another circuit constant. On the other hand, if the resistance value R9 is variably controlled with the same behavior as the capacitance value C1, the above-described equations (10) and (13) can be satisfied without adjusting other circuit constants. .

そこで、第5構成例のリップル生成回路20において、コンデンサ234と抵抗227は、周波数切替信号FCTRLに応じて、その容量値C1と抵抗値R9が可変制御される構成とされている。例えば、容量値C1が1/2に切り替えられたときには、抵抗値R9も1/2に切り替えられる。このような構成とすることにより、回路定数の調整を最小限に抑えつつ、駆動周波数Fの切替制御に対応することが可能となる。   Therefore, in the ripple generation circuit 20 of the fifth configuration example, the capacitor 234 and the resistor 227 are configured such that the capacitance value C1 and the resistance value R9 are variably controlled according to the frequency switching signal FCTRL. For example, when the capacitance value C1 is switched to 1/2, the resistance value R9 is also switched to 1/2. With such a configuration, it is possible to cope with the switching control of the driving frequency F while minimizing the adjustment of the circuit constant.

図24及び図25は、それぞれ、駆動周波数Fの切替時に、帰還電圧Vfb(延いては出力電圧Vout)のDCずれが発生する様子と、そのDCずれが抑制される様子を示すタイミングチャートである。   FIG. 24 and FIG. 25 are timing charts showing how the DC deviation of the feedback voltage Vfb (and thus the output voltage Vout) occurs when the drive frequency F is switched and how the DC deviation is suppressed. .

仮に、回路遅延による出力電圧Voutの変動成分(遅延降下電圧Verr)を考慮せずにリップル生成回路20の回路定数を設定すると、駆動周波数Fが高いほど遅延降下電圧Verrは大きくなるので、駆動周波数Fの切替前後で帰還電圧VfbのDCずれが生じる(図24を参照)。   If the circuit constant of the ripple generation circuit 20 is set without considering the fluctuation component (delay drop voltage Verr) of the output voltage Vout due to circuit delay, the delay drop voltage Verr increases as the drive frequency F increases. A DC shift of the feedback voltage Vfb occurs before and after switching of F (see FIG. 24).

一方、回路遅延による出力電圧Voutの変動成分を鑑み、先出の(13)式を満足するようにリップル生成回路20の回路定数を設定すると、駆動周波数Fに応じて基準電圧RefBが上下にシフトされるので、帰還電圧VfbのDCずれやこれに伴うオーバー/アンダーシュートを抑制することが可能となる(図25を参照)。   On the other hand, in consideration of the fluctuation component of the output voltage Vout due to circuit delay, if the circuit constant of the ripple generation circuit 20 is set so as to satisfy the above expression (13), the reference voltage RefB is shifted up and down according to the drive frequency F. Therefore, it is possible to suppress the DC deviation of the feedback voltage Vfb and the accompanying over / undershoot (see FIG. 25).

<テレビへの適用>
図26は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27A〜図27Cは、それぞれ、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Xは、チューナ部X1と、デコーダ部X2と、表示部X3と、スピーカ部X4と、操作部X5と、インタフェイス部X6と、制御部X7と、電源部X8と、を有する。
<Application to TV>
FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of a television equipped with a switching power supply device. 27A to 27C are a front view, a side view, and a rear view, respectively, of a television on which a switching power supply device is mounted. The television X of this configuration example includes a tuner unit X1, a decoder unit X2, a display unit X3, a speaker unit X4, an operation unit X5, an interface unit X6, a control unit X7, and a power supply unit X8. Have.

チューナ部X1は、テレビXに外部接続されるアンテナX0で受信された受信信号から所望チャネルの放送信号を選局する。   The tuner unit X1 selects a broadcast signal of a desired channel from a reception signal received by an antenna X0 externally connected to the television X.

デコーダ部X2は、チューナX1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。また、デコーダ部X2は、インタフェイス部X6からの外部入力信号に基づいて、映像信号と音声信号を生成する機能も備えている。   The decoder unit X2 generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner X1. The decoder unit X2 also has a function of generating a video signal and an audio signal based on an external input signal from the interface unit X6.

表示部X3は、デコーダ部X2で生成された映像信号を映像として出力する。   The display unit X3 outputs the video signal generated by the decoder unit X2 as a video.

スピーカ部X4は、デコーダ部で生成された音声信号を音声として出力する。   The speaker unit X4 outputs the audio signal generated by the decoder unit as audio.

操作部X5は、ユーザ操作を受け付けるヒューマンインタフェイスの一つである。操作部X5としては、ボタン、スイッチ、リモートコントローラなどを用いることができる。   The operation unit X5 is one of human interfaces that accept user operations. As the operation unit X5, a button, a switch, a remote controller, or the like can be used.

インタフェイス部X6は、外部デバイス(光ディスクプレーヤやハードディスクドライブなど)から外部入力信号を受け付けるフロントエンドである。   The interface unit X6 is a front end that receives an external input signal from an external device (such as an optical disk player or a hard disk drive).

制御部X7は、上記各部X1〜X6の動作を統括的に制御する。制御部X7としては、CPU(central processing unit)などを用いることができる。   The control unit X7 comprehensively controls the operations of the respective units X1 to X6. As the control unit X7, a CPU (central processing unit) or the like can be used.

電源部X8は、上記各部X1〜X7に電力供給を行う。電源部X8としては、先述のスイッチング電源装置Aを好適に用いることができる。   The power supply unit X8 supplies power to the units X1 to X7. As the power supply unit X8, the above-described switching power supply device A can be suitably used.

<その他の変形例>
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。
<Other variations>
The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment. 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.

本発明に係るスイッチング電源装置は、パーソナルコンピュータ(ノート型/デスクトップ型)、LCD[liquid crystal display]テレビ、PDP[plasma display panel]テレビ、DVD[digital versatile disc]レコーダ、BD[blu-ray disc]レコーダなどに好適に利用することが可能である。   The switching power supply according to the present invention includes a personal computer (notebook / desktop type), LCD [liquid crystal display] television, PDP [plasma display panel] television, DVD [digital versatile disc] recorder, and BD [blu-ray disc]. It can be suitably used for a recorder or the like.

A スイッチング電源装置
100 スイッチング電源IC
1a、1b Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
2a、2b ドライバ
3 レベルシフタ
4 駆動制御回路
5 メインコンパレータ
6 ソフトスタート制御回路
7 オン時間設定回路
8 タイマ
11 基準電圧生成回路
12a、12b 抵抗
13 定電圧生成回路
14 ダイオード
15 低電圧ロックアウト回路
16 サーマルシャットダウン回路
17 入力バイアス電流生成回路
18 過電流保護回路
19 過電圧保護回路
20 リップル生成回路
210 補正用電圧生成部
211、212、213 抵抗
214、215 コンデンサ
220 加算部
221、225 オペアンプ
222、227 抵抗
223、224 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
226 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
230 リップルインジェクション部
231 オペアンプ(リップルアンプ)
232、233 抵抗
234 コンデンサ
240 バッファ
310 積算電圧生成部
311 オペアンプ
312 インバータ
313、314、315 抵抗
316、317 コンデンサ
320 減算部
321 オペアンプ
322 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
323 抵抗
330 補正用電圧生成部
L1 インダクタ
D1 ダイオード
R1〜R3 抵抗
C1〜C4 コンデンサ
EN イネーブル端子
FB 帰還端子
RT オンタイム設定端子
SS ソフトスタート端子
BST ブートストラップ端子
VIN 入力端子
SW スイッチ端子
GND グランド端子
X テレビ
X0 アンテナ
X1 チューナ部
X2 デコーダ部
X3 表示部
X4 スピーカ部
X5 操作部
X6 インタフェイス部
X7 制御部
X8 電源部
A Switching power supply device 100 Switching power supply IC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b N channel type MOS field effect transistor 2a, 2b Driver 3 Level shifter 4 Drive control circuit 5 Main comparator 6 Soft start control circuit 7 On time setting circuit 8 Timer 11 Reference voltage generation circuit 12a, 12b Resistance 13 Constant voltage generation circuit 14 Diode 15 Undervoltage lockout circuit 16 Thermal shutdown circuit 17 Input bias current generation circuit 18 Overcurrent protection circuit 19 Overvoltage protection circuit 20 Ripple generation circuit 210 Correction voltage generation unit 211, 212, 213 Resistor 214, 215 Capacitor 220 Addition unit 221 225 Operational amplifier 222, 227 Resistance 223, 224 P-channel MOS field effect transistor 226 N-channel MOS field effect transistor 230 Ripple injection unit 2 First operational amplifier (ripple amplifier)
232, 233 Resistor 234 Capacitor 240 Buffer 310 Integrated voltage generator 311 Operational amplifier 312 Inverter 313, 314, 315 Resistor 316, 317 Capacitor 320 Subtractor 321 Operational amplifier 322 N-channel MOS field effect transistor 323 Resistor 330 Correction voltage generator L1 Inductor D1 Diode R1 to R3 Resistor C1 to C4 Capacitor EN Enable terminal FB Feedback terminal RT On-time setting terminal SS Soft start terminal BST Bootstrap terminal VIN Input terminal SW Switch terminal GND Ground terminal X Television X0 Antenna X1 Tuner part X2 Decoder part X3 Display Part X4 Speaker part X5 Operation part X6 Interface part X7 Control part X8 Power supply part

Claims (9)

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電源装置であって、
基準電圧にリップル成分を注入するリップル生成回路と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧とリップル注入後の基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、
前記比較信号に基づいてスイッチ素子のオン/オフ制御を行うスイッチング制御部と、
を有し、
前記リップル生成回路は、
前記スイッチ素子のオン/オフ状態を示すパルス電圧のオンデューティに応じた補正用電圧を生成する補正用電圧生成部と、
リップル注入前の基準電圧を前記補正用電圧に応じて引き上げる加算部と、
前記パルス電圧のオンデューティとオフデューティとの積算値に応じた積算電圧を生成する積算電圧生成部と、
前記リップル注入前の基準電圧を前記積算電圧に応じて引き下げる減算部と、
前記パルス電圧を利用して前記リップル成分を生成し、これを補正後の基準電圧に注入するリップルインジェクション部と、
を含み、
前記補正用電圧生成部及び前記加算部は、前記パルス電圧のオンデューティに応じたリップル平均値の変動成分と回路遅延による前記出力電圧の変動成分がいずれもキャンセルされるように各々の回路定数が設定されており、
前記積算電圧生成部及び前記減算部は、前記パルス電圧のオンデューティとオフデューティとの積算値に応じたリップル振幅の変動成分がキャンセルされるように各々の回路定数が設定されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
A non-linear control switching power supply that generates an output voltage from an input voltage,
A ripple generation circuit that injects a ripple component into the reference voltage;
A main comparator that compares the feedback voltage according to the output voltage and a reference voltage after ripple injection to generate a comparison signal;
A switching control unit that performs on / off control of the switch element based on the comparison signal;
Have
The ripple generation circuit is
A correction voltage generation unit that generates a correction voltage according to an on-duty of a pulse voltage indicating an on / off state of the switch element;
An adder that raises the reference voltage before ripple injection according to the correction voltage;
An integrated voltage generator that generates an integrated voltage according to an integrated value of the on-duty and off-duty of the pulse voltage;
A subtractor that lowers the reference voltage before the ripple injection according to the integrated voltage;
A ripple injection unit that generates the ripple component using the pulse voltage and injects it into the corrected reference voltage;
Including
The correction voltage generation unit and the addition unit have circuit constants such that both the fluctuation component of the ripple average value corresponding to the on-duty of the pulse voltage and the fluctuation component of the output voltage due to circuit delay are canceled. Is set,
The integrated voltage generating unit and the subtracting unit are set with respective circuit constants such that a fluctuation component of a ripple amplitude corresponding to an integrated value of on-duty and off-duty of the pulse voltage is canceled. Switching power supply device.
前記リップルインジェクション部は、
非反転入力端に前記補正後の基準電圧が入力され、出力端から前記リップル注入後の基準電圧を出力するリップルアンプと、
前記リップルアンプの反転入力端と出力端との間に接続された第1抵抗と、
前記リップルアンプの反転入力端と前記パルス電圧の印加端との間に接続された第2抵抗と、
前記リップルアンプの反転入力端と出力端との間に接続されたコンデンサと、
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。
The ripple injection part is
A ripple amplifier that inputs the corrected reference voltage to the non-inverting input terminal and outputs the reference voltage after the ripple injection from the output terminal;
A first resistor connected between an inverting input terminal and an output terminal of the ripple amplifier;
A second resistor connected between an inverting input terminal of the ripple amplifier and an application terminal of the pulse voltage;
A capacitor connected between an inverting input terminal and an output terminal of the ripple amplifier;
The switching power supply device according to claim 1, comprising:
前記補正用電圧生成部は、
前記パルス電圧を平滑化して前記補正用電圧を生成する第1CRフィルタと、
前記第1CRフィルタに含まれる第3抵抗と共に分圧回路を形成する第4抵抗と、
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。
The correction voltage generator is
A first CR filter that smoothes the pulse voltage to generate the correction voltage;
A fourth resistor forming a voltage dividing circuit together with a third resistor included in the first CR filter;
The switching power supply device according to claim 2, comprising:
前記積算電圧生成部は、
前記補正用電圧の供給を受けて動作し、前記パルス電圧を論理反転させた反転パルス電圧を生成するインバータと、
前記反転パルス電圧を平滑化して前記積算電圧を生成する第2CRフィルタと、
前記第2CRフィルタに含まれる第5抵抗と共に分圧回路を形成する第6抵抗と、
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。
The integrated voltage generator is
An inverter that operates by receiving the supply of the correction voltage and generates an inverted pulse voltage obtained by logically inverting the pulse voltage;
A second CR filter that smoothes the inverted pulse voltage to generate the integrated voltage;
A sixth resistor forming a voltage dividing circuit together with a fifth resistor included in the second CR filter;
The switching power supply device according to claim 3, comprising:
前記減算部は、
前記リップル注入前の基準電圧が入力されるバッファと、
第1端が前記バッファの出力端に接続され、第2端が前記リップルアンプの非反転入力端に接続された第7抵抗と、
第8抵抗に前記積算電圧を印加することにより、前記バッファの出力端から前記第7抵抗に向けて流れる減算電流を生成する減算電流生成回路と、
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。
The subtraction unit
A buffer to which a reference voltage before ripple injection is input;
A seventh resistor having a first end connected to the output end of the buffer and a second end connected to a non-inverting input end of the ripple amplifier;
A subtracting current generating circuit that generates a subtracting current flowing from the output terminal of the buffer toward the seventh resistor by applying the integrated voltage to the eighth resistor;
The switching power supply device according to claim 4, comprising:
前記加算部は、第9抵抗に前記補正用電圧を印加することにより、前記第7抵抗から前記バッファの出力端に向けて流れる加算電流を生成する加算電流生成回路を含む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。   The addition unit includes an addition current generation circuit that generates an addition current that flows from the seventh resistor toward an output terminal of the buffer by applying the correction voltage to a ninth resistor. Item 6. The switching power supply device according to Item 5. 前記第1〜第9抵抗の抵抗値R1〜R9、前記コンデンサの容量値C1、前記パルス電圧のハイレベル電圧Vreg、前記パルス電圧のオンデューティDon、前記スイッチ素子の駆動周波数F、及び、前記リップル注入後の基準電圧と前記帰還電圧が交差してから前記リップル注入後の基準電圧が折り返すまでの回路遅延時間Tdには、次の式(a1)及び式(a2)が成立することを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源装置。
Figure 2014138523
Resistance values R1 to R9 of the first to ninth resistors, a capacitance value C1 of the capacitor, a high level voltage Vreg of the pulse voltage, an on-duty Don of the pulse voltage, a driving frequency F of the switch element, and the ripple The following equations (a1) and (a2) are established for the circuit delay time Td from when the reference voltage after injection intersects with the feedback voltage until the reference voltage after ripple injection returns. The switching power supply device according to claim 6.
Figure 2014138523
前記コンデンサと前記第9抵抗は、前記スイッチ素子の駆動周波数を切り替えるための周波数切替信号に応じて、その容量値及び抵抗値が可変制御される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。   8. The switching power supply according to claim 7, wherein the capacitance value and the resistance value of the capacitor and the ninth resistor are variably controlled in accordance with a frequency switching signal for switching a driving frequency of the switch element. apparatus. 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1〜8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。
A tuner unit that selects a broadcast signal of a desired channel from a received signal;
A decoder for generating a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner;
A display unit for outputting the video signal as a video;
A speaker unit for outputting the audio signal as audio;
An operation unit for accepting user operations;
An interface for receiving external input signals;
A control unit that comprehensively controls the operation of each of the above units;
A power supply unit for supplying power to each of the above-mentioned units;
Have
The said power supply part is a television characterized by including the switching power supply device as described in any one of Claims 1-8.
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