JP2014140269A - Switching regulator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching regulator that improves power consumption efficiency in a light load condition by controlling a change in a ripple voltage of an output voltage.SOLUTION: An inductor current IL flowing through an inductor L1 is controllingly switched in response to control voltages of a PWM control circuit section 10. A first voltage comparison circuit 15 outputs a state detection signal LVLX when the inductor current IL becomes zero or decreases. A second voltage comparison circuit 11, 12 compares a first constant voltage Vref1 and a second constant voltage Vref2 as a reference voltage Vref with a feedback voltage FB. A state transition control circuit 14 stops the switching operation when the first voltage comparison circuit 15 detects that excitation energy of the inductor has become zero or decreased, and selects the second constant voltage Vref2 to serve as the reference voltage Vref for the feedback voltage FB when the second voltage comparison circuit 11, 12 detects that the feedback voltage VB has fallen below the first constant voltage Vref1 as the reference voltage Vref.

Description

本発明は、出力電圧のリプルを広範囲で制御可能とすることにより軽負荷時に自己消費電流を少なくすることが可能なスイッチングレギュレータ及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a switching regulator capable of reducing a self-current consumption at a light load by making it possible to control output voltage ripple over a wide range, and a control method thereof.

近年、環境問題に配慮して電子機器の省電力化が求められ、特に、電池駆動による電子機器においてその省電力化の要望が顕著である。
一般に、省電力化を図るためには、電子機器において消費する電力を削減すること、電源回路自体の電力使用効率を向上させ、無駄な電力消費を抑えることが重要である。
小型電子機器に使用される高効率の電源回路として、インダクタを使用した非絶縁型のスイッチングレギュレータが広く使用されている。
In recent years, power saving of electronic devices has been demanded in consideration of environmental problems, and the demand for power saving is particularly remarkable in battery-driven electronic devices.
In general, in order to save power, it is important to reduce power consumed in an electronic device, improve power use efficiency of the power supply circuit itself, and suppress wasteful power consumption.
Non-insulated switching regulators using inductors are widely used as high-efficiency power supply circuits used in small electronic devices.

スイッチングレギュレータの制御方法には、大別して2つの方法が知られている。その1つは、一定周波数のクロック信号のデューティサイクルを変化させる方法である。すなわち、スイッチングトランジスタのオン時間を変化させて、出力電圧が一定になるように制御するPWM(pulse width modulation)制御モード方法である。 There are roughly two known control methods for switching regulators. One of them is a method of changing the duty cycle of a clock signal having a constant frequency. In other words, this is a PWM (pulse width modulation) control mode method in which the on-time of the switching transistor is changed to control the output voltage to be constant.

もう1つは、パルス幅が一定でクロック信号の周期を変化させる方法である。すなわち、スイッチングトランジスタのオン時間を一定として、スイッチング周波数を変化させことにより、出力電圧が一定になるように制御するVFM(Variable Frequency Modulation)制御モード方法である。 The other is a method of changing the cycle of the clock signal with a constant pulse width. That is, this is a VFM (Variable Frequency Modulation) control mode method in which the output voltage is controlled to be constant by changing the switching frequency while keeping the ON time of the switching transistor constant.

そのVFM制御モードの方法には、周波数を無段階に変化させる方法と、PWM制御で使用している周波数のクロック信号を間引いて、擬似的に周波数を変化させる方法とがある。なお、VFMはPFM(Pulse Frequency Modulation)と表記される場合もある。 As a method of the VFM control mode, there are a method of changing the frequency steplessly and a method of changing the frequency in a pseudo manner by thinning out a clock signal having a frequency used in PWM control. VFM may be expressed as PFM (Pulse Frequency Modulation).

スイッチングレギュレータ自体の電力消費量は、スイッチング周波数に比例して増加する。PWM制御モードでは、軽負荷時でも一定周期でスイチングトランジスタのオン・オフ制御を行うので、軽負荷時における電力消費効率が悪化する。 The power consumption of the switching regulator itself increases in proportion to the switching frequency. In the PWM control mode, the ON / OFF control of the switching transistor is performed at a constant cycle even at light load, so that the power consumption efficiency at light load deteriorates.

これに対して、VFM制御モードでは、負荷電流(負荷に流れる電流)に応じてスイッチングトランジスタのスイッチング周波数が変化する。このため、機器に対してノイズやリプルの影響が大きくはなるが、軽負荷時のスイッチング回数が少なくなるので、PWM制御モードに較べて電力使用効率は良くなる。 On the other hand, in the VFM control mode, the switching frequency of the switching transistor changes according to the load current (current flowing through the load). For this reason, the influence of noise and ripple on the device is increased, but the number of switching times at light load is reduced, so that the power use efficiency is improved as compared with the PWM control mode.

そこで、負荷条件に応じて、PWM制御モードとVFM制御モードとの制御の切り換えを行うことにより、軽負荷から重負荷まで電力消費効率を高めたスイッチングレギュレータが開発されてきている。 Accordingly, switching regulators have been developed that increase power consumption efficiency from light loads to heavy loads by switching control between the PWM control mode and the VFM control mode according to the load conditions.

しかし、スイッチングレギュレータから発生するノイズは、周辺の電子機器への影響が大きいので、このノイズに対する配慮が必要である。
スイッチングレギュレータに起因するノイズ成分は、その中でも、スイッチングトランジスタのスイッチング周波数に起因するノイズ成分が最も大きい。
However, since the noise generated from the switching regulator has a great influence on surrounding electronic devices, it is necessary to consider this noise.
Among them, the noise component due to the switching regulator is the largest due to the switching frequency of the switching transistor.

VFM制御モードでは、負荷電流(出力電流ともいう)に応じて周波数が変動するため、この負荷電流に応じてスイッチングレギュレータから発生するノイズ成分も変動する。従って、このノイズ成分の変動について周辺の電子機器への影響を配慮しなければならない。 In the VFM control mode, the frequency varies according to the load current (also referred to as output current), so that the noise component generated from the switching regulator also varies according to the load current. Therefore, it is necessary to consider the influence on the surrounding electronic equipment regarding the fluctuation of the noise component.

また、一般的に、VFM制御モードで制御する場合には、PWM制御モードで制御する場合よりも、出力電圧のリプルが大きい。VFM制御モードでは、VFM制御モードにおける最大スイッチング周波数が定まっていないため、インダクタ電流(インダクタに流れる電流)がゼロになる前に、スイッチングトランジスタがオンして、インダクタにエネルギーが供給されてしまう場合には、更に出力電圧のリプルが大きくなるという問題がある。
以下、その理由を図10に示すスイッチングレギュレータを参照しつつ説明する。
In general, when the control is performed in the VFM control mode, the ripple of the output voltage is larger than when the control is performed in the PWM control mode. In the VFM control mode, since the maximum switching frequency in the VFM control mode is not fixed, the switching transistor is turned on and energy is supplied to the inductor before the inductor current (current flowing through the inductor) becomes zero. Has a problem that the ripple of the output voltage further increases.
Hereinafter, the reason will be described with reference to the switching regulator shown in FIG.

図10は、PWM制御モードとVFM制御モードとの制御切り換えが可能な電圧モード制御型のスイッチングレギュレータの回路図である。
その図10において、R1、R2は帰還抵抗、111は誤差増幅器(AMP)、112、113はコンパレータ(CMP)、130は発振回路、131は発振制御回路、140はRSフリップフロップ回路、150は制御回路、M101はスイッチングトランジスタ、M102は同期整流トランジスタ、L1はインダクタ、Coは出力コンデンサ、120は負荷、180は電圧生成回路、INは入力端子、OUTは出力端子、Vrefは第1基準電圧(参照電圧)、Vrefmは第2基準電圧()、LXは接続点である。なお、電圧生成回路180は三角波電圧を含むランプ電圧Vcを生成する機能を有する。
FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage mode control type switching regulator capable of switching between PWM control mode and VFM control mode.
In FIG. 10, R1 and R2 are feedback resistors, 111 is an error amplifier (AMP), 112 and 113 are comparators (CMP), 130 is an oscillation circuit, 131 is an oscillation control circuit, 140 is an RS flip-flop circuit, and 150 is a control Circuit, M101 is a switching transistor, M102 is a synchronous rectification transistor, L1 is an inductor, Co is an output capacitor, 120 is a load, 180 is a voltage generation circuit, IN is an input terminal, OUT is an output terminal, Vref is a first reference voltage (see Voltage), Vrefm is a second reference voltage (), and LX is a connection point. The voltage generation circuit 180 has a function of generating a ramp voltage Vc including a triangular wave voltage.

まず、出力コンデンサCoに電荷が蓄積されていて、この出力コンデンサCoに蓄積された電荷が出力端子OUTから負荷120に向かって放電されるものとして説明する。
出力コンデンサCoに蓄積されている電荷が出力端子OUTから負荷120に放電され、負荷電流Ioutが流れると、出力電圧Voutが次第に低下する。
誤差増幅器111は、第1基準電圧Vrefと出力電圧Voutの低下分との差に相当する電圧を増幅し、誤差電圧opoutを出力する。その誤差電圧opoutは出力電圧Voutの減少とは逆に上昇する。
First, it is assumed that charges are accumulated in the output capacitor Co, and the charges accumulated in the output capacitor Co are discharged from the output terminal OUT toward the load 120.
When the charge stored in the output capacitor Co is discharged from the output terminal OUT to the load 120 and the load current Iout flows, the output voltage Vout gradually decreases.
The error amplifier 111 amplifies a voltage corresponding to the difference between the first reference voltage Vref and the decrease in the output voltage Vout, and outputs an error voltage opout. The error voltage opout rises contrary to the decrease of the output voltage Vout.

コンパレータ112は、誤差電圧opoutが第2基準電圧Vrefmを超えると、状態検出信号CMPOUTを反転して、発信制御回路131に向けて出力する。これにより、発信制御回路131のイネーブル信号OSCENの信号レベルが反転して、ローレベルからハイレベルになる。 When the error voltage opout exceeds the second reference voltage Vrefm, the comparator 112 inverts the state detection signal CMPOUT and outputs the inverted signal to the transmission control circuit 131. As a result, the signal level of the enable signal OSCEN of the transmission control circuit 131 is inverted and changes from the low level to the high level.

イネーブル信号OSCENの信号レベルがハイレベルになると、発振回路130がハイレベルの1個のパルスを生成して、クロック信号CLKとしてRSフリップフロップ回路140に向けて出力する。 When the signal level of the enable signal OSCEN becomes a high level, the oscillation circuit 130 generates a high-level pulse and outputs it as a clock signal CLK to the RS flip-flop circuit 140.

このクロック信号CLKにより、RSフリップフロップ回路140がセットされ、その出力端子Qがハイレベルになる。これにより、制御回路150は制御電圧PHS、NLSをそれぞれローレベルにセットし、スイッチングトランジスタM101がオンされる一方、同期整流トランジスタM102がオフされる。 By this clock signal CLK, the RS flip-flop circuit 140 is set, and its output terminal Q becomes high level. As a result, the control circuit 150 sets the control voltages PHS and NLS to low level, turning on the switching transistor M101 and turning off the synchronous rectification transistor M102.

そのスイッチングトランジスタM101がオンすると、インダクタL1に入力電圧Vinが印加され、インダクタL1にインダクタ電流ILが流れる。そのインダクタ電流ILは、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの電圧差に比例した傾きで増加する。 When the switching transistor M101 is turned on, the input voltage Vin is applied to the inductor L1, and the inductor current IL flows through the inductor L1. The inductor current IL increases with a slope proportional to the voltage difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout.

そのインダクタ電流ILが出力電流Ioutを超えると、出力コンデンサCoが充電されるため、その出力電圧Voutが上昇し、その結果、誤差電圧opoutが低下する。
その誤差電圧opoutが第2基準電圧Vrefm未満に低下すると、コンパレータ112の状態出力信号CMPOUTが反転し、その結果、イネーブル信号OSCENの信号レベルが反転して、再びローレベルになる。
When the inductor current IL exceeds the output current Iout, the output capacitor Co is charged, so that the output voltage Vout increases, and as a result, the error voltage opout decreases.
When the error voltage opout falls below the second reference voltage Vrefm, the state output signal CMPOUT of the comparator 112 is inverted, and as a result, the signal level of the enable signal OSCEN is inverted and becomes low level again.

イネーブル信号OSCENの信号レベルがローレベルになると、発振回路130がローレベルの1個のパルスを生成して、クロック信号CLKとしてRSフリップフロップ140に向けて出力し、発振動作を停止する。 When the signal level of the enable signal OSCEN becomes low level, the oscillation circuit 130 generates one pulse at low level and outputs it as a clock signal CLK to the RS flip-flop 140 to stop the oscillation operation.

電圧生成回路180はランプ電圧Vcを出力し、コンパレータ113の非反転入力端子に入力される。ランプ電圧Vcは時間の経過とともに上昇し、ランプ電圧Vcが誤差電圧opoutを超えると、コンパレータ113の比較出力電圧PWMOUTの信号レベルが反転して、ローレベルからハイレベルになる。 The voltage generation circuit 180 outputs the ramp voltage Vc and is input to the non-inverting input terminal of the comparator 113. The ramp voltage Vc rises with time, and when the ramp voltage Vc exceeds the error voltage opout, the signal level of the comparison output voltage PWMOUT of the comparator 113 is inverted and changes from the low level to the high level.

比較出力電圧PWMOUTがハイレベルになると、RSフリップフロップ回路140がリセットされ、出力端子Qがローレベルになり、制御回路150は、制御電圧PHS、NLSをそれぞれハイレベルに設定する。 When the comparison output voltage PWMOUT becomes high level, the RS flip-flop circuit 140 is reset, the output terminal Q becomes low level, and the control circuit 150 sets the control voltages PHS and NLS to high level, respectively.

このため、スイッチングトランジスタM101がオフし、同期整流トランジスタM102がオンする。その結果、インダクタ電流ILは出力電圧Voutに比例した傾きで減少する。インダクタ電流ILの電流値が出力電流Iout以下にまで低下すると、出力電圧Voutは低下し始め、出力電圧Voutが低下すると誤差電圧opoutが上昇する。
誤差電圧opoutが第2基準電圧Vrefmを超えると、状態検出信号CMPOUTが反転して、イネーブル信号OSCENがローレベルからハイレベルになり、先に説明した通りの動作を繰り返す。
For this reason, the switching transistor M101 is turned off, and the synchronous rectification transistor M102 is turned on. As a result, the inductor current IL decreases with a slope proportional to the output voltage Vout. When the current value of the inductor current IL falls below the output current Iout, the output voltage Vout starts to fall, and when the output voltage Vout falls, the error voltage opout rises.
When the error voltage opout exceeds the second reference voltage Vrefm, the state detection signal CMPOUT is inverted, the enable signal OSCEN changes from low level to high level, and the operation as described above is repeated.

VFM制御モードでは、出力電流Ioutが小さいほど、出力電圧Voutの低下に時間がかかるため、誤差電圧opoutの上昇に時間がかかり、その結果、イネーブル信号OSCENがローレベルである間隔が長くなり、すなわち、スイッチング周波数が低くなる。その一方、出力電流Ioutが増加することにより、スイッチング周波数が高くなって、誤差電圧opoutが常に第2基準電圧Vrefm以上になると、自動的にPWM制御モードに切り換わる。 In the VFM control mode, the smaller the output current Iout, the longer it takes to lower the output voltage Vout, so that it takes time to increase the error voltage opout, and as a result, the interval at which the enable signal OSCEN is at a low level becomes longer. The switching frequency is lowered. On the other hand, when the output current Iout increases, the switching frequency increases, and when the error voltage opout is always equal to or higher than the second reference voltage Vrefm, the mode automatically switches to the PWM control mode.

そのPWM制御モードでは、誤差電圧opoutが常に第2基準電圧Vrefm以上になっているため、コンパレータ112の状態検出信号CMPOUTはローレベルを維持し、イネーブル信号OSCENはハイレベルになる。すると、発振回路130は所定の周波数で発振を行って、所定周波数のクロック信号CLKを生成して出力する。すなわち、PWM制御モードで制御される。 In the PWM control mode, since the error voltage opout is always equal to or higher than the second reference voltage Vrefm, the state detection signal CMPOUT of the comparator 112 is maintained at a low level, and the enable signal OSCEN is at a high level. Then, the oscillation circuit 130 oscillates at a predetermined frequency, and generates and outputs a clock signal CLK having a predetermined frequency. That is, it is controlled in the PWM control mode.

しかしながら、図10に示す従来のスイッチングレギュレータでは、VFM制御モード時のインダクタ電流ILのピークがほぼ第2基準電圧Vrefmの電圧値とランプ電圧Vcの傾きに依存して決定される。 However, in the conventional switching regulator shown in FIG. 10, the peak of the inductor current IL in the VFM control mode is determined substantially depending on the voltage value of the second reference voltage Vrefm and the slope of the ramp voltage Vc.

このような制御方法の場合、出力電圧Voutのリプル電圧が様々な要因により変動する。出力電圧Voutのリプル電圧が小さくなると、VFM制御モードのスイッチング周波数が高くなり、電力消費効率が向上しない。また、出力電圧Voutのリプル電圧が過大になると設定出力電圧範囲を大きく超えることとなり、負荷側の電子機器に深刻なダメージを与える可能性がある。 In the case of such a control method, the ripple voltage of the output voltage Vout varies due to various factors. When the ripple voltage of the output voltage Vout decreases, the switching frequency in the VFM control mode increases and the power consumption efficiency does not improve. Further, if the ripple voltage of the output voltage Vout becomes excessive, it will greatly exceed the set output voltage range, which may seriously damage the load-side electronic device.

図11は、図10に示すスイッチングレギュレータのある設定値における出力電圧Voutのリプル電圧波形RPとその出力電圧Voutに対応するインダクタ電流ILの波形ILPとの関係を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ripple voltage waveform RP of the output voltage Vout and the waveform ILP of the inductor current IL corresponding to the output voltage Vout at a certain setting value of the switching regulator shown in FIG.

また、図12は、図11に示す出力電圧Voutよりも小さい出力電圧Vout’のリプル電圧波形RP’とその出力電圧Vout’に対応するインダクタ電流IL’の波形ILP’を示している。
その図12において、点線で示す各波形は図11に示す各波形と同一の波形を示している。
FIG. 12 shows a ripple voltage waveform RP ′ of the output voltage Vout ′ smaller than the output voltage Vout shown in FIG. 11 and a waveform ILP ′ of the inductor current IL ′ corresponding to the output voltage Vout ′.
In FIG. 12, each waveform indicated by a dotted line indicates the same waveform as each waveform shown in FIG.

図12においては、出力電圧Vout’が低いため、インダクタ電流IL’の減少する傾きが実線で示すように小さくなり、出力コンデンサCoに供給される電荷量が大幅に増えている。
すなわち、図10に示すスイッチングレギュレータでは、出力電圧Voutが低くなると、そのリプル電圧が増加することになる。一般的に、低い電圧を要求する負荷側の電子機器は、電圧の許容範囲が狭いため、同じ制御方式では使うことができない可能性が高い。
In FIG. 12, since the output voltage Vout ′ is low, the decreasing slope of the inductor current IL ′ becomes small as shown by the solid line, and the amount of charge supplied to the output capacitor Co is greatly increased.
That is, in the switching regulator shown in FIG. 10, when the output voltage Vout decreases, the ripple voltage increases. In general, a load-side electronic device that requires a low voltage has a narrow voltage tolerance range, and thus is unlikely to be used with the same control method.

図13は、図10に示すインダクタL1のインダクタンスよりも小さいインダクタンスを有するインダクタL1を使用した場合の出力電圧Voutのリプル電圧波形RP’とインダクタ電流IL”の波形ILP”を示している。その図13において、点線で示す波形は図11に示す各波形と同一の各波形を示している。 FIG. 13 shows a ripple voltage waveform RP ′ of the output voltage Vout and a waveform ILP ″ of the inductor current IL ″ when the inductor L1 having an inductance smaller than the inductance of the inductor L1 shown in FIG. 10 is used. In FIG. 13, the waveform indicated by the dotted line shows the same waveform as that shown in FIG.

図13においては、インダクタL1のインダクタンスが小さいため、インダクタ電流IL”の傾きが実線で示すように大きくなり、出力コンデンサCoに供給される電荷量が大幅に減少している。
このように、図10に示すスイッチングレギュレータでは、インダクタL1のインダクタンスが小さくなると、出力電圧Voutのリプル電圧が低下する。すなわち、図10に示すスイッチングレギュレータでは、出力電圧Voutのリプル電圧が小さくなると、発振周波数が増加し、VFM制御モードの目的である軽負荷時の電力消費効率が劣化する。
このように出力電圧Voutの変動は、軽負荷時の電力消費効率、ノイズ、負荷側の電子機器へのダメージ等の原因となる。
In FIG. 13, since the inductance of the inductor L1 is small, the slope of the inductor current IL ″ increases as shown by the solid line, and the amount of charge supplied to the output capacitor Co is greatly reduced.
Thus, in the switching regulator shown in FIG. 10, when the inductance of the inductor L1 is reduced, the ripple voltage of the output voltage Vout is reduced. That is, in the switching regulator shown in FIG. 10, when the ripple voltage of the output voltage Vout decreases, the oscillation frequency increases and the power consumption efficiency at the time of light load, which is the purpose of the VFM control mode, is deteriorated.
Thus, fluctuations in the output voltage Vout cause power consumption efficiency at light loads, noise, damage to electronic devices on the load side, and the like.

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、出力電圧のリプル電圧の変動を制御することにより、軽負荷時の電力消費効率の向上をより一層図ることのできるスイッチングレギュレータ及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a switching regulator capable of further improving the power consumption efficiency at light loads by controlling fluctuations in the ripple voltage of the output voltage and its control It aims to provide a method.

本発明に係るスイッチングレギュレータは、制御電圧に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタのオフ時に整流を行う整流素子と、該スイッチングトランジスタのオン時に入力電圧による充電が行われるインダクタと、前記スイッチングトランジスタと該インダクタとの接続点の電圧と該インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する基準電圧との電圧比較を行って該比較結果として状態検出信号を二値信号として出力する第1の電圧比較回路と、第1の定電圧を生成する第1の定電圧回路と、該第1の定電圧よりも高い第2の定電圧を生成する第2の定電圧回路と、前記出力端子の出力電圧を帰還電圧に変換する帰還抵抗部とからなる帰還回路部と、前記帰還電圧と前記参照電圧との電圧比較を行って該比較結果を示す二値の信号を生成して出力する第2の電圧比較回路と、前記帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路部と、前記第1の電圧比較回路が前記インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する信号を検出すると前記第1の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第1状態からスイッチング動作を停止する第2状態に遷移させ、前記第2電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が低くなったことを検出すると前記第2状態から前記第2の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第3状態に遷移させ、前記第2の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを検出すると前記第3状態から前記第1状態に遷移させる状態遷移制御回路と、を有することを特徴とする。 A switching regulator according to the present invention includes a switching transistor that performs switching according to a control voltage, a rectifying element that performs rectification when the switching transistor is off, an inductor that is charged by an input voltage when the switching transistor is on, A voltage comparison is made between the voltage at the connection point between the switching transistor and the inductor and a reference voltage which means that the excitation energy of the inductor is zero or small, and a state detection signal is output as a binary signal as the comparison result A first voltage comparison circuit; a first constant voltage circuit that generates a first constant voltage; a second constant voltage circuit that generates a second constant voltage higher than the first constant voltage; A feedback circuit unit comprising a feedback resistor unit for converting the output voltage of the output terminal into a feedback voltage; A second voltage comparison circuit that performs voltage comparison with a reference voltage and generates and outputs a binary signal indicating the comparison result; and controls the switching transistor so that the feedback voltage and the reference voltage coincide with each other And when the first voltage comparison circuit detects a signal indicating that the excitation energy of the inductor has become zero or small, the first constant voltage operates as a reference voltage for the feedback voltage. When the second voltage comparison circuit detects that the feedback voltage is lower than the reference voltage, the second constant voltage is changed from the second state to the second state where the switching operation is stopped from the first state. When a transition is made to a third state that operates as a reference voltage for the feedback voltage, and the second voltage comparison circuit detects that the feedback voltage is higher than the reference voltage, A state transition control circuit for shifting to the first state from the third state, characterized by having a.

本発明によれば、第1の定電圧から第2の定電圧へ帰還電圧に対する参照電圧を切り替えることによって、その参照電圧に帰還電圧を追従させ、出力電圧のリプルを制御することにしたので、軽負荷時の電力消費効率の向上をより一層図ることができる。
また、出力電圧のリプルが過大になるのを防止できるので、リプルに起因するノイズを低減でき、ひいては、回路がダメージを受けるのを抑制できる。
According to the present invention, by switching the reference voltage for the feedback voltage from the first constant voltage to the second constant voltage, the feedback voltage is made to follow the reference voltage, and the ripple of the output voltage is controlled. The power consumption efficiency at light load can be further improved.
Further, since it is possible to prevent the ripple of the output voltage from becoming excessive, it is possible to reduce noise caused by the ripple, and thus suppress damage to the circuit.

図1は本発明の実施例1に係るスイッチングレギュレータの回路図である。1 is a circuit diagram of a switching regulator according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は図1に示すスイッチングレギュレータの軽負荷時の動作タイミングを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the operation timing of the switching regulator shown in FIG. 図3は本発明の実施例2に係るスイッチングレギュレータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a switching regulator according to Embodiment 2 of the present invention. 図4は帰還抵抗からなる帰還回路部の周波数特性図である。FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of a feedback circuit unit including a feedback resistor. 図5は図3に示す比較器と誤差増幅回路の詳細回路構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a detailed circuit configuration of the comparator and the error amplifier circuit shown in FIG. 図6は比較器11の反転入力端子―の電圧が第2の定電圧よりも高いときの不具合を説明するタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart for explaining a problem when the voltage at the inverting input terminal of the comparator 11 is higher than the second constant voltage. 図7は、状態遷移の確実化を図るために比較器11の反転入力端子―の電圧を第2の定電圧よりも低く設定した状態を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the voltage at the inverting input terminal of the comparator 11 is set lower than the second constant voltage in order to ensure the state transition. 図8は、本発明の実施例3に係るスイッチングレギュレータの回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of a switching regulator according to the third embodiment of the present invention. 図9は本発明の実施例4に係るスイッチングレギュレータの回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of a switching regulator according to Embodiment 4 of the present invention. 図10は従来のスイッチングレギュレータの一例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a conventional switching regulator. 図11は出力電圧のリプルとインダクタ電流との関係を模式的に示す波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram schematically showing the relationship between the ripple of the output voltage and the inductor current. 図12は図11に示す出力電圧よりも小さい出力電圧のリプルとインダクタ電流との関係を模式的に示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram schematically showing the relationship between the ripple of the output voltage smaller than the output voltage shown in FIG. 11 and the inductor current. 図13は図10に示すインダクタよりも小さいインダクタの出力電圧のリプルとインダクタ電流との関係を模式的に示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram schematically showing the relationship between the ripple of the output voltage of the inductor smaller than the inductor shown in FIG. 10 and the inductor current.

(実施例1)
図1は本発明の実施例1に係る降圧型カレントモードのスイッチングレギュレータの回路図を示している。
このスイッチングレギュレータは、スイッチングトランジスタM1と、整流素子M2と、インダクタL1と、出力コンデンサ(平滑コンデンサ)Coと、PWM制御回路10と、帰還抵抗R1、R2とからなる帰還回路部と、比較器11と、誤差増幅器12とを有する。
Example 1
FIG. 1 shows a circuit diagram of a step-down current mode switching regulator according to a first embodiment of the present invention.
The switching regulator includes a switching transistor M1, a rectifying element M2, an inductor L1, an output capacitor (smoothing capacitor) Co, a PWM control circuit 10, a feedback circuit unit including feedback resistors R1 and R2, and a comparator 11. And an error amplifier 12.

また、このスイッチングレギュレータは、抵抗R3とコンデンサC3との直列回路からなる位相補償回路13と、状態遷移回路14と、整流素子M2のドレン電圧LXVを監視してインダクタL1の電流ILが正となったことを検出する比較回路15と、状態2によって開成されるスイッチSW2と、状態3によって切り替わるスイッチSW3とを有する。 The switching regulator monitors the drain voltage LXV of the phase compensation circuit 13 including the series circuit of the resistor R3 and the capacitor C3, the state transition circuit 14, and the rectifier element M2, and the current IL of the inductor L1 becomes positive. A comparison circuit 15 for detecting this, a switch SW2 opened by the state 2, and a switch SW3 switched by the state 3.

更に、このスイッチングレギュレータは、電流源Iref1と、抵抗R4と、定電圧回路E1と、入力電圧Vinが印加される入力端子INと、出力電圧Voutに従って負荷120に向かって負荷電流Ioutを供給する出力端子OUTも有する。   Furthermore, this switching regulator outputs the load current Iout toward the load 120 according to the output voltage Vout, the current source Iref1, the resistor R4, the constant voltage circuit E1, the input terminal IN to which the input voltage Vin is applied, and the output voltage Vout. It also has a terminal OUT.

帰還回路部は、帰還抵抗R1、R2によって出力電圧Voutを分圧して帰還電圧FBに変換する。この帰還電圧FBは出力電圧をVout、抵抗値をR1、Rとすると、下記の式により求められる。
帰還電圧FB=Vout×R2/(R1+R2)
スイッチングトランジスタM1のゲートはPWM制御回路10のP端子に接続され、制御電圧PHSによりオン・オフされてスイッチング動作を行う。
The feedback circuit section divides the output voltage Vout by the feedback resistors R1 and R2 and converts it to the feedback voltage FB. The feedback voltage FB is obtained by the following equation, where the output voltage is Vout and the resistance values are R1 and R.
Feedback voltage FB = Vout × R2 / (R1 + R2)
The gate of the switching transistor M1 is connected to the P terminal of the PWM control circuit 10, and is turned on / off by the control voltage PHS to perform a switching operation.

整流素子M2は逆電流防止用の同期整流トランジスタ(MOSFET)により構成され、その同期整流トランジスタのゲートはPWM制御回路10のN端子に接続され、制御電圧NLSによりオン・オフされてスイッチング動作を行う。 The rectifying element M2 is constituted by a synchronous rectification transistor (MOSFET) for preventing reverse current, and the gate of the synchronous rectification transistor is connected to the N terminal of the PWM control circuit 10, and is switched on / off by a control voltage NLS to perform a switching operation. .

比較回路15は比較器15’とアンド回路15”とから構成され、比較器15’の非反転入力端子+にはスイッチングトランジスタM1と整流素子M2の接続点LXのドレン電圧LXVが入力され、比較器15’の反転入力端子−には定電圧回路E2の基準電圧Vref3が入力される。 The comparator circuit 15 is composed of a comparator 15 ′ and an AND circuit 15 ″, and the drain voltage LXV at the connection point LX of the switching transistor M1 and the rectifier M2 is input to the non-inverting input terminal + of the comparator 15 ′. The reference voltage Vref3 of the constant voltage circuit E2 is input to the inverting input terminal − of the device 15 ′.

比較器15’はドレン電圧LXVが基準電圧Vref3よりも大きいときに、ハイレベルの信号をアンド回路15”の一方の入力端子に出力する。アンド回路15”の他方の入力端子には制御電圧PHSが入力され、アンド回路15”はその両入力端子にハイレベルの信号が入力されたときに、状態遷移回路14に二値信号としてのハイレベルの状態検出信号LVLXを出力する。 When the drain voltage LXV is higher than the reference voltage Vref3, the comparator 15 ′ outputs a high level signal to one input terminal of the AND circuit 15 ″. The control voltage PHS is applied to the other input terminal of the AND circuit 15 ″. And the AND circuit 15 ″ outputs a high level state detection signal LVLX as a binary signal to the state transition circuit 14 when a high level signal is input to both of its input terminals.

また、アンド回路15”は制御電圧PHSがローレベルのとき、状態遷移回路14にローレベルの状態検出信号LVLXを出力する。
状態検出信号LVLXがハイレベルとなるときのインダクタL1のインダクタ電流ILは、整流素子M2のオン抵抗をRonm2とすると、インダクタ電流IL=Vref3/Ronm2となる。
The AND circuit 15 ″ outputs a low level state detection signal LVLX to the state transition circuit 14 when the control voltage PHS is low level.
The inductor current IL of the inductor L1 when the state detection signal LVLX is at the high level becomes the inductor current IL = Vref3 / Ronm2 when the on-resistance of the rectifying element M2 is Ronm2.

通常、比較器15は遅延時間をもっており、インダクタ電流ILが0以下にならないように(逆方向に流れないように)、基準電圧Vref3は0Vから僅かに低い電圧とされている。通常、オン抵抗Ronm2が非常に小さい為、基準電圧Vref3には高精度が要求される。基準電圧Vref3は、インダクタL1の励起エネルギーがゼロ又は小さくなったことを意味する。なお、その定電圧回路E2はIC内部の定電圧源により構成される。 Normally, the comparator 15 has a delay time, and the reference voltage Vref3 is set to a voltage slightly lower than 0V so that the inductor current IL does not become 0 or less (so as not to flow in the reverse direction). Usually, since the on-resistance Ronm2 is very small, the reference voltage Vref3 is required to have high accuracy. The reference voltage Vref3 means that the excitation energy of the inductor L1 is zero or small. The constant voltage circuit E2 is composed of a constant voltage source inside the IC.

その比較回路15は、スイッチングトランジスタM1とインダクタL1との接続点LXのドレン電圧LXVと基準電圧Vref3との比較を行って比較結果としての状態検出信号LVLXを状態遷移回路14に向かって出力する第1の電圧比較回路として機能する。 The comparison circuit 15 compares the drain voltage LXV at the connection point LX between the switching transistor M1 and the inductor L1 with the reference voltage Vref3 and outputs a state detection signal LVLX as a comparison result toward the state transition circuit 14. 1 functions as a voltage comparison circuit.

比較器11の非反転入力端子+には帰還電圧FBが入力され、比較器11の反転入力端子ーにはリプル電圧の変動を制御するのに用いる参照電圧Vrefが入力される。その参照電圧Vrefには第1の定電圧Vref1と第2の定電圧Vref2とが用いられる。第1の定電圧Vref1は定電圧回路E1により生成され、その定電圧回路E1もIC内部の定電圧源により構成される。 The feedback voltage FB is input to the non-inverting input terminal + of the comparator 11, and the reference voltage Vref used to control the fluctuation of the ripple voltage is input to the inverting input terminal of the comparator 11. As the reference voltage Vref, a first constant voltage Vref1 and a second constant voltage Vref2 are used. The first constant voltage Vref1 is generated by a constant voltage circuit E1, and the constant voltage circuit E1 is also composed of a constant voltage source inside the IC.

第2の定電圧Vref2は定電流源Iref1と抵抗R4と定電圧回路E1により生成される。その第2の定電圧Vref2は定電流源Iref1と抵抗R4とによって生成される電圧分だけ第1の定電圧Vref1よりも高い電圧とされている。 The second constant voltage Vref2 is generated by a constant current source Iref1, a resistor R4, and a constant voltage circuit E1. The second constant voltage Vref2 is higher than the first constant voltage Vref1 by a voltage generated by the constant current source Iref1 and the resistor R4.

誤差増幅器12の非反転入力端子+には参照電圧Vrefが入力され、誤差増幅器12の反転入力端子ーには帰還電圧FBが入力される。参照電圧Vrefは、スイッチSW3によって第1の定電圧Vref1と第2の定電圧Vref2との間で切り替えられる。 The reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal + of the error amplifier 12, and the feedback voltage FB is input to the inverting input terminal of the error amplifier 12. The reference voltage Vref is switched between the first constant voltage Vref1 and the second constant voltage Vref2 by the switch SW3.

そのスイッチSW3は後述する機能を有する状態遷移回路14により切り替えられる。すなわち、そのスイッチSW3は、その状態1のときには比較器11の反転入力端子ーと誤差増幅器12の非反転入力端子+とに第1の定電圧Vref1が印加され、状態3のときには第2の定電圧Vref2が印加されるように、状態遷移回路14から出力される状態3遷移信号によって切り替えられる。 The switch SW3 is switched by a state transition circuit 14 having a function described later. That is, when the switch SW3 is in the state 1, the first constant voltage Vref1 is applied to the inverting input terminal − of the comparator 11 and the non-inverting input terminal + of the error amplifier 12; Switching is performed by a state 3 transition signal output from the state transition circuit 14 so that the voltage Vref2 is applied.

比較器11は比較出力電圧cmpoutを状態遷移回路14に向かって出力し、誤差増幅器12はスイッチSW2を介して誤差電圧opoutを位相補償回路13とPWM制御回路10に向かって出力する。比較器11は誤差増幅器12と協働して、帰還電圧FBと参照電圧Vrefとの電圧比較を行って比較結果を示す二値の信号を生成して出力する第2の電圧比較回路として機能する。 The comparator 11 outputs the comparison output voltage cmpout toward the state transition circuit 14, and the error amplifier 12 outputs the error voltage opout toward the phase compensation circuit 13 and the PWM control circuit 10 via the switch SW2. The comparator 11 cooperates with the error amplifier 12 to function as a second voltage comparison circuit that performs voltage comparison between the feedback voltage FB and the reference voltage Vref to generate and output a binary signal indicating the comparison result. .

そのスイッチSW2は、状態1、状態3のときには、状態遷移回路14から出力される状態1遷移信号、状態3遷移信号によって閉成され、状態2のときには、状態遷移回路14から出力される状態2遷移信号によって開成される。 The switch SW2 is closed by the state 1 transition signal and the state 3 transition signal output from the state transition circuit 14 in the state 1 and state 3, and the state 2 output from the state transition circuit 14 in the state 2 Opened by a transition signal.

PWM制御回路10のP端子は、スイッチングトランジスタM1のゲートに接続されている。PWM制御回路10のN端子は、整流素子M2のゲートに接続されている。スイッチングトランジスタM1のゲートには制御電圧PHSが入力され、整流素子M2のゲートには制御電圧NLSが入力される。 The P terminal of the PWM control circuit 10 is connected to the gate of the switching transistor M1. The N terminal of the PWM control circuit 10 is connected to the gate of the rectifying element M2. The control voltage PHS is input to the gate of the switching transistor M1, and the control voltage NLS is input to the gate of the rectifying element M2.

そのスイッチングトランジスタM1はP−チャンネルトランジスタであり、制御電圧PHSがハイレベルのときオフし、ローレベルのときオンとされる。
その整流素子M2はN−チャンネルトランジスタであり、制御電圧NLSがハイレベルのときオンであり、ローレベルのときオフとされる。
The switching transistor M1 is a P-channel transistor, which is turned off when the control voltage PHS is at a high level and turned on when the control voltage PHS is at a low level.
The rectifying element M2 is an N-channel transistor, and is turned on when the control voltage NLS is at a high level and turned off when the control voltage NLS is at a low level.

状態遷移回路14は、比較出力電圧cmpoutがローレベルのとき、状態1遷移信号を出力し、比較回路15の状態検出信号LVLXがハイレベルのとき状態2遷移信号を出力し、比較出力電圧cmpoutがハイレベルのとき、状態3遷移信号を出力する。 The state transition circuit 14 outputs a state 1 transition signal when the comparison output voltage cmpout is at a low level, and outputs a state 2 transition signal when the state detection signal LVLX of the comparison circuit 15 is at a high level, so that the comparison output voltage cmpout is When the level is high, a state 3 transition signal is output.

比較器11は帰還電圧FBと参照電圧Vrefとしての第1の定電圧Vref1とを比較して帰還電圧FBが第1の定電圧Vref1よりも高いときにローレベルの比較出力電圧cmpoutを状態遷移回路14に出力し続け、帰還電圧FBが参照電圧Vrefよりも低いときにハイレベルの比較出力電圧cmpoutを状態遷移回路14に出力する。 The comparator 11 compares the feedback voltage FB with the first constant voltage Vref1 as the reference voltage Vref, and when the feedback voltage FB is higher than the first constant voltage Vref1, the low-level comparison output voltage cmpout is used as a state transition circuit. 14 and outputs a high-level comparison output voltage cmpout to the state transition circuit 14 when the feedback voltage FB is lower than the reference voltage Vref.

位相補償回路13は、状態1のときに参照電圧Vrefとしての第1の定電圧Vref1に追従してPWM制御回路10を制御し、状態2のときにハイインピーダンスとなって一定電圧を保持する。
この図1に示すスイッチングレギュレータの動作について、図2に示すタイミングチャートを参照しつつ説明する。
The phase compensation circuit 13 controls the PWM control circuit 10 following the first constant voltage Vref1 as the reference voltage Vref in the state 1, and becomes a high impedance in the state 2 and holds a constant voltage.
The operation of the switching regulator shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart shown in FIG.

図2は負荷120が小さくて(軽くて)、インダクタ電流ILが断続モードとなる程度の軽負荷状態におけるスイッチングレギュレータの動作を示している。
制御電圧PHSがローレベルかつ接続点LXのドレン電圧LXVが基準電圧以下の場合、又は、制御電圧PHSがハイレベルかつ接続点LXのドレン電圧LXVが基準電圧Vref3以下の場合、状態検出信号LVLXはローレベルである。
FIG. 2 shows the operation of the switching regulator in a light load state where the load 120 is small (light) and the inductor current IL is in the intermittent mode.
When the control voltage PHS is low level and the drain voltage LXV at the connection point LX is lower than the reference voltage, or when the control voltage PHS is high level and the drain voltage LXV at the connection point LX is lower than the reference voltage Vref3, the state detection signal LVLX is Low level.

また、制御電圧PHSがハイレベルであり、かつ、接続点LXのドレン電圧LXVが基準電圧Vref3以上の場合、インダクタL1に蓄えられた励起エネルギーが0、又は、小さくなったとして、状態検出信号LVLXはハイレベルとなる。 Further, when the control voltage PHS is at a high level and the drain voltage LXV at the connection point LX is equal to or higher than the reference voltage Vref3, the state detection signal LVLX is assumed that the excitation energy stored in the inductor L1 is zero or small. Becomes high level.

誤差増幅器12は、帰還電圧FBと参照電圧Vrefとの差分とを積分して、誤差電圧opoutにより、PWM制御回路10を制御するため、帰還電圧FBは参照電圧Vrefに収束される。よって、Vout={(R1+R2)/R2}×Vrefとなる。
状態遷移回路14は、以下に説明する条件に従って状態遷移制御を行う。
Since the error amplifier 12 integrates the difference between the feedback voltage FB and the reference voltage Vref and controls the PWM control circuit 10 with the error voltage opout, the feedback voltage FB is converged to the reference voltage Vref. Therefore, Vout = {(R1 + R2) / R2} × Vref.
The state transition circuit 14 performs state transition control according to the conditions described below.

(状態1)
状態1においては、スイッチSW2は閉成され、スイッチSW3は参照電圧Vrefとしての第1の定電圧Vref1を比較器11の反転入力端子ーに印加しかつ誤差増幅器12の非反転入力端子+に印加する側に接続されている。
(State 1)
In the state 1, the switch SW2 is closed, and the switch SW3 applies the first constant voltage Vref1 as the reference voltage Vref to the inverting input terminal − of the comparator 11 and to the non-inverting input terminal + of the error amplifier 12. Connected to the side.

この状態1においては、帰還電圧FBが第1の定電圧Vref1に収束されるように、PWM制御回路10は誤差電圧opout(図2(i)参照)に従って、制御電圧PHS、NLS(図2(a)、(b)参照)を制御する。 In this state 1, the PWM control circuit 10 controls the control voltages PHS, NLS (FIG. 2 (FIG. 2)) according to the error voltage opout (see FIG. 2 (i)) so that the feedback voltage FB converges to the first constant voltage Vref1. a) and (b) are controlled.

これにより、スイッチングトランジスタM1、整流子M2がオン・オフされ、出力電圧Vout(図2(f)参照)がその誤差電圧opoutに応じて変化し、負荷が重い状態として通常のPWM動作を行う。 As a result, the switching transistor M1 and the commutator M2 are turned on / off, the output voltage Vout (see FIG. 2 (f)) changes according to the error voltage opout, and a normal PWM operation is performed with a heavy load.

この状態1において、インダクタ電流ILが小さくなり(図2(e)の時点t1参照)、ドレン電圧LXVが基準電圧Vref3よりも大きくなると(図2(c)参照)、状態検出信号LVLXがハイレベルとなる。これにより、状態遷移回路14は、ハイレベルの状態2遷移信号(図2(k)参照)を出力する。 In this state 1, when the inductor current IL becomes small (see time t1 in FIG. 2 (e)) and the drain voltage LXV becomes larger than the reference voltage Vref3 (see FIG. 2 (c)), the state detection signal LVLX becomes high level. It becomes. Thereby, the state transition circuit 14 outputs a high-level state 2 transition signal (see FIG. 2 (k)).

状態検出信号LVLXがハイレベルとなるのは、インダクタ電流ILが十分小さくなった場合のみであるので、負荷が重い状態においては、状態1を維持し続ける。状態2においては、スイッチSW2が開成され、制御電圧PHSがハイレベル、制御電圧NLSがローレベルとなって、スイッチング動作が停止する。すなわち、スイッチングレギュレータはシャットダウンモード(スリープモード)となる。 Since the state detection signal LVLX becomes high level only when the inductor current IL becomes sufficiently small, the state 1 is continuously maintained in a heavy load state. In state 2, the switch SW2 is opened, the control voltage PHS is at a high level, the control voltage NLS is at a low level, and the switching operation is stopped. That is, the switching regulator is in a shutdown mode (sleep mode).

このとき、比較器11を構成する回路と誤差増幅器12を構成する以外の回路はシャットダウンすることができるので、スイッチングレギュレータの消費電流を大幅に低減させることができる。 At this time, since the circuits other than those constituting the comparator 11 and the error amplifier 12 can be shut down, the current consumption of the switching regulator can be greatly reduced.

その状態2において、帰還電圧FBが第1の定電圧Vref1である参照電圧Vref以下となると(図2(g)の時点t2参照)、比較出力電圧cmpoutがハイレベルとなる(図2(h)参照)。その結果、状態遷移回路14は、ハイレベルの状態3遷移信号を出力する(図2(l)参照)。 In the state 2, when the feedback voltage FB becomes equal to or lower than the reference voltage Vref which is the first constant voltage Vref1 (see time point t2 in FIG. 2G), the comparison output voltage compout becomes high level (FIG. 2H). reference). As a result, the state transition circuit 14 outputs a high-level state 3 transition signal (see FIG. 2 (l)).

これにより、スイッチSW3は、参照電圧Vrefとしての第2の定電圧Vref2を比較器11の反転入力端子ーに印加し、誤差増幅器12の非反転入力端子+に印加する側に接続される。また、スイッチSW2が閉成される。 Thereby, the switch SW3 is connected to the side of applying the second constant voltage Vref2 as the reference voltage Vref to the inverting input terminal − of the comparator 11 and applying it to the non-inverting input terminal + of the error amplifier 12. Further, the switch SW2 is closed.

第2の定電圧Vref2は第1の定電圧Vref1よりも高く設定されているので、帰還電圧FBは参照電圧Vrefよりも低くなるが、帰還電圧FBと参照電圧Vrefとの電圧差がなくなるように誤差増幅器12がPWM制御回路10を制御する。 Since the second constant voltage Vref2 is set higher than the first constant voltage Vref1, the feedback voltage FB is lower than the reference voltage Vref, but the voltage difference between the feedback voltage FB and the reference voltage Vref is eliminated. The error amplifier 12 controls the PWM control circuit 10.

その結果、出力電圧Voutが上昇してリプル電圧が発生する。帰還電圧Voutが第2の定電圧Vref2である参照電圧Vrefよりも高くなると(図2(g)の時点t3参照)、比較器11の比較出力電圧cmpoutが反転して、ローレベルとなる(図2(l)参照)。 As a result, the output voltage Vout rises and a ripple voltage is generated. When the feedback voltage Vout becomes higher than the reference voltage Vref, which is the second constant voltage Vref2 (see time t3 in FIG. 2G), the comparison output voltage mpout of the comparator 11 is inverted and becomes a low level (FIG. 2 (l)).

比較出力電圧cmpout電圧がローレベルになると、状態遷移回路14は状態1遷移信号を出力し、スイッチングレギュレータは、負荷が軽いときには、状態1→状態2→状態3というシーケンス動作を実行する。 When the comparison output voltage mpout voltage becomes low level, the state transition circuit 14 outputs a state 1 transition signal, and the switching regulator executes a sequence operation of state 1 → state 2 → state 3 when the load is light.

これにより、帰還電圧FBを参照電圧Vrefの変化に対応させて追従させ、安定した出力電圧Voutのリプル電圧が生成される。このとき、出力電圧Voutのリプル電圧は帰還回路部の抵抗値により、
ΔVout=(R1+R2)/R2×(Vref2−Vref1)
の式により表される。すなわち、参照電圧Vrefのリプル電圧を{(R1+R2)/R2}倍したリプル電圧となる。
As a result, the feedback voltage FB is caused to follow the change of the reference voltage Vref, and a stable ripple voltage of the output voltage Vout is generated. At this time, the ripple voltage of the output voltage Vout depends on the resistance value of the feedback circuit section.
ΔVout = (R1 + R2) / R2 × (Vref2−Vref1)
It is expressed by the following formula. That is, a ripple voltage obtained by multiplying the ripple voltage of the reference voltage Vref by {(R1 + R2) / R2}.

位相補償回路13は、状態1においては基準定電圧Vref1としての参照電圧Vrefに追従するようにPWM制御回路10を制御する。状態2においては、誤差増幅器12から切り離されて、ハイインピーダンス状態となるため、電圧を保持する。状態3においては基準定電圧Vref2としての参照電圧Vrefに追従するようにPWM制御回路10を制御する。 In the state 1, the phase compensation circuit 13 controls the PWM control circuit 10 so as to follow the reference voltage Vref as the reference constant voltage Vref1. In state 2, since it is disconnected from the error amplifier 12 and becomes a high impedance state, the voltage is held. In the state 3, the PWM control circuit 10 is controlled so as to follow the reference voltage Vref as the standard constant voltage Vref2.

このように、実施例1では、出力電圧Voutのリプル電圧を参照電圧Vrefに応じて制御させることができることになり、また、消費電流も大幅に低減させることができる。 Thus, in the first embodiment, the ripple voltage of the output voltage Vout can be controlled according to the reference voltage Vref, and the current consumption can be greatly reduced.

(実施例2)
図3は実施例2の降圧型スイッチングレギュレータの回路図を示している。
図3は図2に示すスイッチングレギュレータの帰還回路部の抵抗R1にスピードアップコンデンサCspdが並列に接続されている。
(Example 2)
FIG. 3 shows a circuit diagram of the step-down switching regulator of the second embodiment.
In FIG. 3, a speed-up capacitor Cspd is connected in parallel to the resistor R1 of the feedback circuit section of the switching regulator shown in FIG.

また、トランジスタからなる整流素子M2の代わりに、ダイオードD2からなる整流素子M2が用いられている。更に、誤差増幅器12の出力から比較器11の比較出力電圧cmpoutが生成される構成とされている。その誤差増幅器12の回路構成については後述する。 Further, instead of the rectifying element M2 made of a transistor, a rectifying element M2 made of a diode D2 is used. Further, the comparison output voltage cmpout of the comparator 11 is generated from the output of the error amplifier 12. The circuit configuration of the error amplifier 12 will be described later.

スピードアップコンデンサCspdは、帰還回路部の高域周波数成分をパススルーさせるのに用いる。図4はスピードアップコンデンサCspdによる帰還回路部の周波数特性を示している。なお、破線で示す曲線Q1は位相特性を示し、実線で示す曲線Q2はゲイン特性を示す。 The speed-up capacitor Cspd is used to pass through the high frequency component of the feedback circuit unit. FIG. 4 shows the frequency characteristics of the feedback circuit section using the speed-up capacitor Cspd. A curved line Q1 indicated by a broken line indicates a phase characteristic, and a curved line Q2 indicated by a solid line indicates a gain characteristic.

この周波数特性は、抵抗R1=5.25kΩ、抵抗R2=1.0kΩ、スピードアップコンデンサCspd=6.8nFのときのものであり、低域にゼロ点、高域にピークがあり、高域のピークの周波数以降のゲインは0DBとなっている。なお、((1.00E+0i);符号iは正の整数)は自然定数Eのi乗倍を意味する。 This frequency characteristic is when the resistance R1 = 5.25 kΩ, the resistance R2 = 1.0 kΩ, and the speed-up capacitor Cspd = 6.8 nF, with a zero point in the low band and a peak in the high band. The gain after the peak frequency is 0DB. Note that ((1.00E + 0i); sign i is a positive integer) means a natural constant E raised to the power of i.

すなわち、この周波数特性は、入力信号が1倍でスルーされることを示している。よって、高域のピークを出力電圧Voutのリプルが生成される周波数特性、すなわち、スイッチングレギュレータの周波数特性よりも低域に配置することにより、出力電圧Voutのリプル電圧ΔVoutを参照電圧Vrefの変化電圧ΔVref、すなわち、ΔVout=ΔVref=Vref2−Vref1とすることができる。 That is, this frequency characteristic indicates that the input signal is passed through by a factor of 1. Therefore, the ripple voltage ΔVout of the output voltage Vout is changed to the change voltage of the reference voltage Vref by arranging the peak of the high frequency in the frequency characteristic where the ripple of the output voltage Vout is generated, that is, the frequency characteristic of the switching regulator. ΔVref, that is, ΔVout = ΔVref = Vref2−Vref1.

整流素子M2はダイオードD2により構成されているので、電流不連続モードにおいてインダクタ電流ILが0となると、接続点LXのドレン電圧(カソード電圧)LXVは出力電圧Voutに追従する。 Since the rectifying element M2 is constituted by the diode D2, when the inductor current IL becomes 0 in the current discontinuous mode, the drain voltage (cathode voltage) LXV at the connection point LX follows the output voltage Vout.

従って、基準電圧Vref3を出力電圧Voutよりも低くかつグランド電圧GNDよりも高い電圧に設定しておけば、負荷電流Ioutが0となったことを検出することができ、整流素子M2としてトランジスタを使用したものに較べて基準電圧Vref3を比較的容易に生成できる。 Therefore, if the reference voltage Vref3 is set to a voltage lower than the output voltage Vout and higher than the ground voltage GND, it can be detected that the load current Iout becomes 0, and a transistor is used as the rectifying element M2. Compared to this, the reference voltage Vref3 can be generated relatively easily.

誤差増幅器12は、図5に示すように、P-チャネルトランジスタP1,P2,P3、差動対Pチャンネルトランジスタ、N−チャネルトランジスタN1,N2,N3,N4,N5,N7を有する。P-チャネルトランジスタP1,P2,P3は同じゲート長、ゲート幅であり、差動対P4,P5も同じゲート長、ゲート幅である。 As shown in FIG. 5, the error amplifier 12 includes P-channel transistors P1, P2, and P3, differential pair P-channel transistors, and N-channel transistors N1, N2, N3, N4, N5, and N7. The P-channel transistors P1, P2, and P3 have the same gate length and gate width, and the differential pair P4 and P5 have the same gate length and gate width.

N−チャネルトランジスタN1,N2,N3,N4,N5,N7は同じゲート長である。N−チャネルトランジスタN1、N2,N3,N4のゲート幅は同じである。N−チャネルトランジスタN5のゲート幅とN−チャネルトランジスタN7のゲート幅とを加えたゲート幅がN−チャネルトランジスタN1のゲート幅と同じになるように、N−チャネルトランジスタN5、N7のゲート幅が構成されている。 N-channel transistors N1, N2, N3, N4, N5 and N7 have the same gate length. The gate widths of the N-channel transistors N1, N2, N3, and N4 are the same. The gate widths of the N-channel transistors N5 and N7 are set so that the gate width of the N-channel transistor N5 and the gate width of the N-channel transistor N7 is equal to the gate width of the N-channel transistor N1. It is configured.

N−チャネルトランジスタN6は製造で許容される最小のゲート長で構成されており、閾値電圧でオン・オフするスイッチとみなすことができる。一般に、トランジスタの閾値電圧は製造誤差を持っているため、誤差増幅器12の出力は差動オフセット電圧を持っている。その原因として最も大きいのは、差動対PチャンネルトランジスタP4,P5の閾値電圧のオフセットであり、閾値電圧のオフセット分、反転電圧端子ーに差動オフセット電圧が発生する。 The N-channel transistor N6 is configured with a minimum gate length allowed in manufacturing, and can be regarded as a switch that is turned on / off by a threshold voltage. In general, since the threshold voltage of a transistor has a manufacturing error, the output of the error amplifier 12 has a differential offset voltage. The largest cause is the offset of the threshold voltage of the differential pair P-channel transistors P4 and P5, and a differential offset voltage is generated at the inverting voltage terminal by the offset of the threshold voltage.

P-チャネルトランジスタP1,P2,N−チャネルトランジスタN1,N2,N3,N4のオフセットも誤差増幅器12の出力の差動オフセット電圧に影響を及ぼすが、差動対PチャンネルトランジスタP4,P5に比較すると小さい。 The offsets of the P-channel transistors P1, P2, N-channel transistors N1, N2, N3, N4 also affect the differential offset voltage of the output of the error amplifier 12, but compared to the differential pair P-channel transistors P4, P5. small.

その結果、帰還電圧FBと参照電圧Vrefとには差分が発生するが、帰還電圧FBが所望の値となるように参照電圧Vrefが差動オフセット電圧を見込んでトリミングされることが一般的であるため、問題となることは少ない。 As a result, there is a difference between the feedback voltage FB and the reference voltage Vref, but the reference voltage Vref is generally trimmed in anticipation of the differential offset voltage so that the feedback voltage FB becomes a desired value. Therefore, it is rarely a problem.

また、図5に示す誤差増幅器12では同じ差動対PチャンネルトランジスタP4,P5により誤差増幅器12の出力と比較器11の出力とを生成しているため、差動オフセット電圧は発生するものの、PチャンネルトランジスタP2,P3,NチャンネルトランジスタN4,N5,N7のオフセットの影響を受けるだけであるため、誤差を最小に抑えることができる。 Further, in the error amplifier 12 shown in FIG. 5, since the output of the error amplifier 12 and the output of the comparator 11 are generated by the same differential pair P-channel transistors P4 and P5, a differential offset voltage is generated. Since it is only affected by the offset of the channel transistors P2, P3, N channel transistors N4, N5, N7, the error can be minimized.

これに対して、誤差増幅器12と比較器11とを別々に作った場合、帰還電圧FBが所望の値となるように参照電圧Vrefが差動オフセットを見込んでトリミングされるが、これには誤差増幅器12の差動オフセットのみが含まれているだけであり、比較器11の反転電圧が差動オフセットの差分だけずれることになる。 On the other hand, when the error amplifier 12 and the comparator 11 are made separately, the reference voltage Vref is trimmed in anticipation of the differential offset so that the feedback voltage FB becomes a desired value. Only the differential offset of the amplifier 12 is included, and the inverted voltage of the comparator 11 is shifted by the difference of the differential offset.

たとえば、誤差増幅器12の作動オフセット誤差電圧を±30mV、比較器11の誤差電圧を±50mVとすると、帰還電圧FBの所望の値から最大±80mVずれることになる。その場合、状態遷移回路14による出力電圧Voutのリプルが非常に大きなばらつきをもつことになる。 For example, if the operating offset error voltage of the error amplifier 12 is ± 30 mV and the error voltage of the comparator 11 is ± 50 mV, the error voltage will deviate by a maximum of ± 80 mV from the desired value of the feedback voltage FB. In that case, the ripple of the output voltage Vout by the state transition circuit 14 has a very large variation.

状態遷移回路14が状態3遷移信号を出力している状態にあるとき、差動オフセット電圧を最小にしても問題が発生する可能性があることを図6を参照しつつ説明する。図6は、比較器11の比較出力電圧cmpoutを反転させる反転入力端子ーに印加される電圧が誤差増幅器12のの反転入力端子ーの電圧より僅かに高い状態を想定して描かれている。 With reference to FIG. 6, it will be described that a problem may occur even when the differential offset voltage is minimized when the state transition circuit 14 is in a state of outputting a state 3 transition signal. FIG. 6 is drawn assuming that the voltage applied to the inverting input terminal − for inverting the comparison output voltage cmpout of the comparator 11 is slightly higher than the voltage at the inverting input terminal − of the error amplifier 12.

この図6においては、第1の定電圧Vref1に対して比較器11の反転入力端子ーに印加される電圧1が第1の定電圧Vref1よりも高く、かつ、第2の定電圧Vref2に対して比較器11の反転入力端子ーに印加される電圧2が第2の定電圧Vref2よりも高い。 In FIG. 6, the voltage 1 applied to the inverting input terminal of the comparator 11 with respect to the first constant voltage Vref1 is higher than the first constant voltage Vref1, and with respect to the second constant voltage Vref2. Thus, the voltage 2 applied to the inverting input terminal of the comparator 11 is higher than the second constant voltage Vref2.

状態1のときには、電圧1よりも帰還電圧FBが小さくなると、比較器11の比較出力電圧cmpoutが反転する。しかし、状態3のときには、誤差増幅器12の誤差電圧opoutにより帰還電圧FBが参照電圧Vrefとしての第2の定電圧Vref2に収束していくが、比較器11の反転入力端子ーの電圧2が第2の定電圧Vref2である参照電圧Vrefよりも高い。 In the state 1, when the feedback voltage FB becomes smaller than the voltage 1, the comparison output voltage cmpout of the comparator 11 is inverted. However, in the state 3, the feedback voltage FB converges to the second constant voltage Vref2 as the reference voltage Vref due to the error voltage opout of the error amplifier 12, but the voltage 2 at the inverting input terminal of the comparator 11 is the second voltage. 2 is higher than the reference voltage Vref which is a constant voltage Vref2.

このため、状態3のときには、帰還電圧FBが電圧2よりも高くなることができず、比較出力電圧cmpoutが反転せず、その結果、状態1遷移信号が出力されず、帰還電圧FBは第2の定電圧Vref2に収束したままとなる。 Therefore, in the state 3, the feedback voltage FB cannot be higher than the voltage 2, the comparison output voltage cmpout is not inverted, and as a result, the state 1 transition signal is not output, and the feedback voltage FB is the second voltage. The constant voltage Vref2 remains converged.

図5に示す比較器11、誤差増幅回路12では、比較器11の出力がハイレベルであるときには、スイッチング用のNチャンネルトランジスタN6がオン状態であるため、比較器11の出力がハイレベルからローレベルとなるときの比較器11の出力と誤差増幅器12の出力とがほぼ一致する。 In the comparator 11 and the error amplifying circuit 12 shown in FIG. 5, when the output of the comparator 11 is at a high level, the switching N-channel transistor N6 is in an on state, so that the output of the comparator 11 changes from a high level to a low level. The output of the comparator 11 when reaching the level and the output of the error amplifier 12 substantially coincide.

比較器11の出力がローレベルであるときにはスイッチング用のNチャンネルトランジスタN6がオフ状態であるため、NチャンネルトランジスタN4よりも小さいNチャンネルトランジスタN5から比較器11の比較出力電圧cmpoutが出力され、ローレベルからハイレベルに反転する帰還電圧FBが参照電圧Vrefよりも低くなるように設計している。 When the output of the comparator 11 is at a low level, the switching N-channel transistor N6 is in an OFF state, so that the comparison output voltage cmpout of the comparator 11 is output from the N-channel transistor N5 smaller than the N-channel transistor N4. The feedback voltage FB that is inverted from the level to the high level is designed to be lower than the reference voltage Vref.

その結果、状態1、状態2のときには、第1の定電圧Vref1に対して比較器11の反転入力端子ーに印加される電圧1が第1の定電圧Vref1よりも高い。また、状態3のときには、図7に示すように、第2の定電圧Vref2に対して比較器11の反転入力端子ーに印加される電圧2が第2の定電圧Vref2よりも低くなる。 As a result, in the state 1 and the state 2, the voltage 1 applied to the inverting input terminal of the comparator 11 with respect to the first constant voltage Vref1 is higher than the first constant voltage Vref1. In the state 3, as shown in FIG. 7, the voltage 2 applied to the inverting input terminal of the comparator 11 with respect to the second constant voltage Vref2 is lower than the second constant voltage Vref2.

従って、図7に示すように、帰還電圧FBが電圧2よりも高くなり、比較出力電圧cmpoutが反転し、必ず状態1遷移信号が出力される。
このように、この実施例2では、実施例1と同様に、軽負荷検出を容易に行うことができる。また、出力電圧Voutのリプル電圧の変動を参照電圧Vrefに応じて変化させることができる。更に、比較器11と誤差増幅器12の差動オフセットにより発生する不具合を回避できる。
Therefore, as shown in FIG. 7, the feedback voltage FB becomes higher than the voltage 2, the comparison output voltage cmpout is inverted, and the state 1 transition signal is always output.
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, light load detection can be easily performed. Further, the fluctuation of the ripple voltage of the output voltage Vout can be changed according to the reference voltage Vref. Further, it is possible to avoid problems caused by the differential offset between the comparator 11 and the error amplifier 12.

(実施例3)
図8は、本発明の実施例3に係る昇圧型スイッチングレギュレータの回路を示す図である。この図8に示すスイッチングレギュレータは、図3に示す降圧型スイッチングレギュレータの回路動作と同様の回路動作を昇圧型スイッチングレギュレータを用いて行わせることができるようにしたものである。
(Example 3)
FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit of the step-up switching regulator according to the third embodiment of the present invention. The switching regulator shown in FIG. 8 can perform the same circuit operation as that of the step-down switching regulator shown in FIG. 3 using the step-up switching regulator.

スイッチングトランジスタM1、インダクタL1、ダイオードD3の構成が図3に示す降圧型スイッチングレギュレータと異なるのみであるので、その結線関係を示すのみにとどめ、詳細な説明を割愛する。 Since the configuration of the switching transistor M1, the inductor L1, and the diode D3 is only different from that of the step-down switching regulator shown in FIG. 3, only the connection relationship is shown and a detailed description is omitted.

(実施例4)
図9は、本発明の実施例4に係る極性反転型スイッチングレギュレータの回路を示す図である。この図9に示すスイッチングレギュレータは、、図3に示す降圧型スイッチングレギュレータの回路動作と同様の回路動作を極性反転型スイッチングレギュレータを用いて行わせることができるようにしたものである。
(Example 4)
FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit of a polarity inversion switching regulator according to the fourth embodiment of the present invention. The switching regulator shown in FIG. 9 is configured such that a circuit operation similar to that of the step-down switching regulator shown in FIG. 3 can be performed using a polarity inversion switching regulator.

整流素子(ダイオードD2)とインダクタL1との結線関係のみが図3に示す降圧型スイッチングレギュレータと異なるのみであるので、その結線関係を示すのみにとどめ、詳細な説明を割愛する。 Since only the connection relationship between the rectifier element (diode D2) and the inductor L1 is different from that of the step-down switching regulator shown in FIG. 3, only the connection relationship is shown and detailed description is omitted.

(実施例の効果)
これらの実施例によれば、第1の定電圧Vref1から第2の定電圧Vref2へ帰還電圧FBの参照電圧Vrefを切り替える。これによって、帰還電圧FBが参照電圧Vrefに追従し、出力電圧Voutのリプル電圧が第1の定電圧Vref1と第2の定電圧Vref2の電圧差により制御される。このため、軽負荷時の電力消費効率を損なうことなく、出力電圧Voutのリプル変動を抑制でき、ノイズ対策等にも有効であるという効果を奏する。
(Effect of Example)
According to these embodiments, the reference voltage Vref of the feedback voltage FB is switched from the first constant voltage Vref1 to the second constant voltage Vref2. As a result, the feedback voltage FB follows the reference voltage Vref, and the ripple voltage of the output voltage Vout is controlled by the voltage difference between the first constant voltage Vref1 and the second constant voltage Vref2. For this reason, the ripple fluctuation of the output voltage Vout can be suppressed without impairing the power consumption efficiency at the time of light load, and it is effective for noise countermeasures and the like.

加えて、実施例2ないし実施例4によれば、 スピードアップコンデンサCspdを用いているので、帰還回路部の回路定数によらずに、出力電圧Voutを参照電圧Vrefに追従させることができる。
また、誤差増幅器12の出力端子に接続された位相補償回路13のコンデンサC3の電圧を第2状態において一定に保つことにより、第1状態における動作点を保存することになる。その結果、スイッチングレギュレータの第1状態の動作と第3状態の動作とを繋げた結果に収束させることができる。
In addition, according to the second to fourth embodiments, since the speed-up capacitor Cspd is used, the output voltage Vout can follow the reference voltage Vref regardless of the circuit constant of the feedback circuit section.
Further, by keeping the voltage of the capacitor C3 of the phase compensation circuit 13 connected to the output terminal of the error amplifier 12 constant in the second state, the operating point in the first state is preserved. As a result, it is possible to converge to the result of connecting the operation of the first state and the operation of the third state of the switching regulator.

位相補償回路13のコンデンサC3を回路から切り離すことにより誤差増幅器12の位相補償コンデンサの電圧を第2の状態において一定に保つことができる。
第2の状態において、不要な回路をスリープモードとすることにより、更にスイッチングレギュレータの自己消費を低減させ、電力消費効率を向上させることができる。
By disconnecting the capacitor C3 of the phase compensation circuit 13 from the circuit, the voltage of the phase compensation capacitor of the error amplifier 12 can be kept constant in the second state.
In the second state, by setting an unnecessary circuit to the sleep mode, the self-consumption of the switching regulator can be further reduced, and the power consumption efficiency can be improved.

第2の比較回路として誤差増幅器12の誤差電圧opoutを用いることにより、参照電圧Vrefの差によるリプル電圧を正確に生成することができる。
第2の電圧比較回路はオフセットを持ち、第3の状態において参照電圧Vrefよりも帰還電圧FBが高くなったことをオフセットだけ低い電圧で検出することにより、第3の状態から第1の状態へ必ず遷移させることができる。
By using the error voltage opout of the error amplifier 12 as the second comparison circuit, the ripple voltage due to the difference in the reference voltage Vref can be accurately generated.
The second voltage comparison circuit has an offset, and from the third state to the first state by detecting that the feedback voltage FB is higher than the reference voltage Vref in the third state by a voltage lower by the offset. You can always make a transition.

整流素子M2を逆流電流を防止する制御を行うMOSFETとすることにより重負荷での効率を向上させつつ軽負荷での効率も向上させることができる。
整流素子M2がダイオードD2である場合、ダイオードD2のカソード電圧が電流不連続モードにおいて出力端子OUTの出力電圧Voutに追従して正の電圧となることを検出することにより、励起エネルギーがゼロまたは軽くなったことを検出できる。
By using the rectifier element M2 as a MOSFET that performs control for preventing a reverse current, the efficiency at a heavy load can be improved while the efficiency at a heavy load is improved.
When the rectifying element M2 is the diode D2, the excitation energy is zero or light by detecting that the cathode voltage of the diode D2 becomes a positive voltage following the output voltage Vout of the output terminal OUT in the current discontinuous mode. It can be detected.

制御方式がカレントモードであるので、オーバーシュートなく第2の定電圧Vref2に帰還電圧FBを追従させることができる。 Since the control method is the current mode, the feedback voltage FB can follow the second constant voltage Vref2 without overshoot.

本発明は、PWM制御により駆動を行う電子回路に利用可能である。 The present invention is applicable to an electronic circuit that is driven by PWM control.

10…PWM制御回路(制御回路部)
11…比較器(第2の電圧比較回路)
12…誤差増幅回路(第2の電圧比較回路)
14…状態遷移回路
15…第1の電圧比較回路
L1…インダクタ
IL…インダクタ電流
Vref3…基準電圧
LVLX…状態検出信号
Vref1…第1の定電圧
Vref2…第2の定電圧
Vref…参照電圧
FB…帰還電圧
10 ... PWM control circuit (control circuit part)
11: Comparator (second voltage comparison circuit)
12: Error amplification circuit (second voltage comparison circuit)
14: State transition circuit 15: First voltage comparison circuit
L1… Inductor
IL: Inductor current
Vref3 ... reference voltage
LVLX ... Status detection signal
Vref1 ... First constant voltage
Vref2 ... Second constant voltage
Vref… Reference voltage
FB: Feedback voltage

特開2010-259257号公報JP 2010-259257 A

Claims (10)

入力端子に入力された入力電圧を所定の出力電圧に変換して出力端子から負荷電流を出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電圧に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタのオフ時に整流を行う整流素子と、該スイッチングトランジスタのオン時に前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、前記スイッチングトランジスタと該インダクタとの接続点の電圧と該インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する基準電圧との電圧比較を行って該比較結果として状態検出信号を二値信号として出力する第1の電圧比較回路と、第1の定電圧を生成する第1の定電圧回路と、該第1の定電圧よりも高い第2の定電圧を生成する第2の定電圧回路と、前記出力端子の出力電圧を帰還電圧に変換する帰還抵抗からなる帰還回路部と、前記帰還電圧と前記参照電圧との電圧比較を行って該比較結果を示す二値の信号を生成して出力する第2の電圧比較回路と、前記帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路部と、前記第1の電圧比較回路が前記インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する信号を検出すると前記第1の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第1状態からスイッチング動作を停止する第2状態に遷移させかつ前記第2の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が低くなったことを検出すると前記第2状態から前記第2の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第3状態に遷移させしかも前記第2の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを検出すると前記第3状態から前記第1状態に遷移させる状態遷移制御回路と、を有することを特徴とするスイッチングレギュレータ。
In the switching regulator that converts the input voltage input to the input terminal into a predetermined output voltage and outputs the load current from the output terminal.
A switching transistor that performs switching according to a control voltage, a rectifier that performs rectification when the switching transistor is turned off, an inductor that is charged by the input voltage when the switching transistor is turned on, and the switching transistor and the inductor A first voltage comparison circuit that compares the voltage at the connection point with a reference voltage that means that the excitation energy of the inductor is zero or small, and outputs a state detection signal as a binary signal as the comparison result; A first constant voltage circuit that generates a first constant voltage, a second constant voltage circuit that generates a second constant voltage higher than the first constant voltage, and an output voltage of the output terminal is fed back The comparison result obtained by performing a voltage comparison between the feedback circuit and the reference voltage, and a feedback circuit unit composed of a feedback resistor that converts the voltage into a voltage A second voltage comparison circuit that generates and outputs a binary signal, a control circuit unit that controls the switching transistor so that the feedback voltage and the reference voltage match, and the first voltage comparison circuit When a signal indicating that the excitation energy of the inductor is zero or small is detected, a transition is made from a first state in which the first constant voltage is used as a reference voltage for the feedback voltage to a second state in which the switching operation is stopped. And when the second voltage comparison circuit detects that the feedback voltage is lower than the reference voltage, the second state operates from the second state using the second constant voltage as the reference voltage of the feedback voltage. And when the second voltage comparison circuit detects that the feedback voltage is higher than the reference voltage, the state transitions from the third state to the first state. Switching regulator comprising: the state transition control circuit, the causing.
前記帰還回路部は、前記出力電圧を前記帰還電圧に変換する帰還抵抗と、前記出力電圧の高周波数成分を前記帰還電圧としてスルーするスピードアップコンデンサからなることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ。 2. The feedback circuit unit according to claim 1, wherein the feedback circuit unit includes a feedback resistor that converts the output voltage into the feedback voltage, and a speed-up capacitor that passes a high frequency component of the output voltage as the feedback voltage. Switching regulator. 前記第2の電圧比較回路は前記帰還電圧と前記参照電圧の差を収束させるように動作する誤差増幅器を含み、前記誤差増幅器の誤差信号を前記第2の状態において一定に保つことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスイッチングレギュレータ。 The second voltage comparison circuit includes an error amplifier that operates to converge a difference between the feedback voltage and the reference voltage, and maintains an error signal of the error amplifier constant in the second state. The switching regulator according to claim 1 or 2. 前記誤差増幅器の出力端子は、位相補償回路に接続され、該位相補償回路はコンデンサを含み、前記状態2において、該コンデンサの電圧を一定に保つために、該コンデンサが前記誤差増幅器から切り離されることを特徴とする請求項3に記載のスイッチングレギュレータ。 The output terminal of the error amplifier is connected to a phase compensation circuit, the phase compensation circuit including a capacitor, and in the state 2, the capacitor is disconnected from the error amplifier in order to keep the voltage of the capacitor constant. The switching regulator according to claim 3. 前記第2の状態において、少なくとも前記制御回路部がスリープモードとされることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のスイッチングレギュレータ。 5. The switching regulator according to claim 1, wherein at least the control circuit unit is set in a sleep mode in the second state. 6. 前記第2の電圧比較回路はオフセット電圧を有し、前記第3の状態において前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを該オフセット電圧だけ低い電圧で検出することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチングレギュレータ。 The second voltage comparison circuit has an offset voltage, and detects that the feedback voltage is higher than the reference voltage in the third state with a voltage lower by the offset voltage. The switching regulator according to any one of claims 1 to 5. 前記整流素子は逆流電流を防止する制御を行うMOSFETであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のスイッチングレギュレータ。 The switching regulator according to claim 1, wherein the rectifying element is a MOSFET that performs control for preventing a backflow current. 前記整流素子はダイオードであり、前記第1の電圧比較回路は該ダイオードのカソード電圧が正の電圧となることを検出することにより励起エネルギーがゼロまたは軽くなったことを示す信号を検出することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のスイッチングレギュレータ。 The rectifying element is a diode, and the first voltage comparison circuit detects a signal indicating that the excitation energy is zero or light by detecting that the cathode voltage of the diode becomes a positive voltage. The switching regulator according to any one of claims 1 to 6, wherein the switching regulator is characterized in that: カレントモードで制御される請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のスイッチングレギュレータ。 The switching regulator according to claim 1, wherein the switching regulator is controlled in a current mode. 出力電圧の帰還電圧と比較される参照電圧を第1の定電圧と該第1の定電圧よりも高い第2の定電圧との間で切り替えて前記帰還電圧を前記第1の定電圧と比較してインダクタに流れるインダクタ電流をスイッチング制御する制御回路部を第1状態に設定する第1ステップと、
前記制御回路部が第1状態のときに前記インダクタに流れるインダクタ電流がゼロ又は小さくなったことを検出して前記制御回路部をスリープ状態である第2状態に設定する第2ステップと、
前記制御回路部が前記第2状態のときに前記帰還電圧を前記第1の定電圧と比較して該帰還電圧が前記第1の定電圧よりも低くなったときに前記参照電圧を前記第1の定電圧から前記第2の定電圧に切り替えて前記インダクタ電流をスイッチング制御する制御回路部を第3状態に設定しかつ前記帰還電圧が第2の定電圧よりも高くなったときに前記参照電圧を前記第2の定電圧から前記第1の定電圧に切り替えて前記制御回路部を前記第1状態に設定する第3ステップと、を繰り返すことを特徴とするスイッチングレギュレータの制御方法。
The reference voltage to be compared with the feedback voltage of the output voltage is switched between the first constant voltage and the second constant voltage higher than the first constant voltage, and the feedback voltage is compared with the first constant voltage. A first step of setting the control circuit unit that performs switching control of the inductor current flowing through the inductor to the first state;
A second step of detecting that an inductor current flowing through the inductor is zero or small when the control circuit unit is in the first state and setting the control circuit unit to a second state which is a sleep state;
When the control circuit unit is in the second state, the feedback voltage is compared with the first constant voltage, and when the feedback voltage is lower than the first constant voltage, the reference voltage is set to the first constant voltage. The reference voltage is set when the control circuit unit for switching the inductor current by switching from the constant voltage to the second constant voltage is set to the third state and the feedback voltage becomes higher than the second constant voltage. And switching the second constant voltage to the first constant voltage to repeat the third step of setting the control circuit unit to the first state.
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