JP2016032322A - Switching power source device - Google Patents

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Kazuhiro Murakami
和宏 村上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high efficiency in light load and malfunction prevention at the time of operation mode switching.SOLUTION: A power supply control IC comprises: a reverse current detection circuit 18 for detecting a reverse current to a synchronous rectification transistor; and an overcurrent protection circuit 40 for performing an overcurrent protection operation when an output current exceeds a threshold value. The over current protection circuit 40 is turned ON/OFF depending of the detection result of the reverse current. The power supply control IC further includes: a sleep object circuit with an operation mode being switched to either one of a normal mode or a sleep mode according to a mode switching signal; and a mode switching control circuit for performing output mask on a sleep object circuit without delay at the time of shifting from the normal mode to the sleep mode, and releasing the output mask on the sleep object circuit with a predetermined delay at the time of returning from the sleep mode to the normal mode.SELECTED DRAWING: Figure 29

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41は、スイッチング電源装置の一従来例を示す回路ブロック図である。非線形制御方式(例えば、オン時間固定方式、オフ時間固定方式、または、ヒステリシス・ウィンドウ方式)のスイッチング電源装置100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と比べて、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。   FIG. 41 is a circuit block diagram showing a conventional example of a switching power supply apparatus. A switching power supply 100 of a non-linear control method (for example, a fixed on-time method, a fixed off-time method, or a hysteresis window method) is a switching power supply device of a linear control method (for example, a voltage mode control method or a current mode control method). Compared to the above, it has a feature that a high load response characteristic can be obtained with a simple circuit configuration.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、本願出願人による特許文献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 by the applicant of the present application can be cited.

特許文献1には、スイッチング電源装置のオン時間設定回路や逆流検出回路を必要に応じてオン/オフさせるスリープモードを備えたスイッチング電源装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a switching power supply device having a sleep mode in which an on-time setting circuit and a backflow detection circuit of the switching power supply device are turned on / off as necessary.

特開2014−87159号公報JP 2014-87159 A

確かに、特許文献1に開示されたスイッチング電源装置であれば、軽負荷時にスリープモードへ移行することにより、オン時間設定回路や逆流検出回路の消費電力を削減することができるので、軽負荷時の効率を向上することが可能となる。   Certainly, with the switching power supply device disclosed in Patent Document 1, the power consumption of the on-time setting circuit and the backflow detection circuit can be reduced by shifting to the sleep mode at the time of light load. It is possible to improve the efficiency.

ただし、従来のスイッチング電源装置では、出力地絡時などの安全性確保を最優先として、軽負荷時でも過電流保護回路を常時オンしており、少なからず駆動電流が消費されていた。そのため、軽負荷時の高効率化については、さらなる改善の余地を残していた。   However, in the conventional switching power supply device, the safety priority is always given to the safety at the time of output ground fault, and the overcurrent protection circuit is always turned on even at light load, and the drive current is consumed not a little. For this reason, there remains room for further improvement in improving efficiency at light loads.

また、動作モード切替時(通常モードからスリープモードへの移行時、ないしは、スリープモードから通常モードへの復帰時)には、スリープ対象回路の駆動電流が大きく変動する。そのため、従来のスイッチング電源装置では、上記の電流変動に起因して意図しないスイッチング動作が生じてしまい、出力リップルを増大するおそれがあった。   In addition, when the operation mode is switched (when shifting from the normal mode to the sleep mode or when returning from the sleep mode to the normal mode), the drive current of the sleep target circuit varies greatly. For this reason, in the conventional switching power supply device, an unintended switching operation occurs due to the above-described current fluctuation, and there is a possibility that the output ripple is increased.

本発明は、本願の発明者により見出された上記の課題に鑑み、軽負荷時の高効率化と動作モード切替時の誤動作防止を実現することのできる電源制御IC、並びに、これを用いたスイッチング電源装置及び電子機器を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems found by the inventors of the present application, the present invention uses a power supply control IC capable of realizing high efficiency at light load and prevention of malfunction during operation mode switching, and the same. An object of the present invention is to provide a switching power supply device and an electronic device.

本明細書中に開示されている電源制御ICは、出力トランジスタ及び同期整流トランジスタを駆動するゲートドライバ回路と、前記同期整流トランジスタへの逆流電流を検出する逆流電流検出回路と、出力電流が閾値よりも大きくなったときに過電流保護動作を行う過電流保護回路と、を有し、前記過電流保護回路は、前記逆流電流の検出結果に応じてオン/オフされる構成(第1の構成)とされている。   A power supply control IC disclosed in the present specification includes a gate driver circuit that drives an output transistor and a synchronous rectification transistor, a reverse current detection circuit that detects a reverse current to the synchronous rectification transistor, and an output current that exceeds a threshold value. An overcurrent protection circuit that performs an overcurrent protection operation when the current becomes larger, the overcurrent protection circuit being turned on / off according to the detection result of the backflow current (first configuration) It is said that.

なお、上記第1の構成から成る電源制御ICにおいて、前記過電流保護回路は、前記逆流電流が検出されたことを受けてオフとなり、前記逆流電流が検出されなかったことを受けてオンとなる構成(第2の構成)にするとよい。   In the power supply control IC having the first configuration, the overcurrent protection circuit is turned off when the reverse current is detected, and is turned on when the reverse current is not detected. A configuration (second configuration) is preferable.

また、上記第1または第2の構成から成る電源制御ICにおいて、前記過電流保護回路は、スイッチング周期毎に前記逆流電流の検出結果をラッチし、そのラッチ出力に応じてオン/オフされる構成(第3の構成)にするとよい。   In the power supply control IC having the first or second configuration, the overcurrent protection circuit latches the detection result of the backflow current every switching period and is turned on / off according to the latch output. (Third configuration) is preferable.

また、本明細書中に開示されている電源制御ICは、モード切替信号に応じてその動作モードが通常モードとスリープモードのいずれか一方に切り替えられるスリープ対象回路と;前記通常モードから前記スリープモードへの移行時には、遅滞なく前記スリープ対象回路の出力マスクを行い、前記スリープモードから前記通常モードへの復帰時には、所定の遅延を持って前記スリープ対象回路の出力マスクを解除するモード切替制御回路と;を有する構成(第4の構成)とされている。   The power supply control IC disclosed in the present specification includes a sleep target circuit whose operation mode is switched to one of a normal mode and a sleep mode in response to a mode switching signal; and from the normal mode to the sleep mode. A mode switching control circuit that performs output masking of the sleep target circuit without delay at the time of transition to, and cancels the output mask of the sleep target circuit with a predetermined delay when returning from the sleep mode to the normal mode; ; (Fourth configuration).

なお、上記第4の構成から成る電源制御ICは、出力トランジスタ及び同期整流トランジスタを駆動するゲートドライバ回路を有し、前記モード切替制御回路は、前記モード切替信号を前記同期整流トランジスタのオフタイミングでラッチし、そのラッチ出力を用いて前記スリープ対象回路の出力マスクを解除する構成(第5の構成)にするとよい。   The power supply control IC having the fourth configuration includes a gate driver circuit that drives the output transistor and the synchronous rectification transistor, and the mode switching control circuit sends the mode switching signal to the off timing of the synchronous rectification transistor. A configuration (fifth configuration) may be employed in which latching is performed and the output mask of the sleep target circuit is canceled using the latch output.

また、上記第5の構成から成る電源制御ICは、非線形制御方式の出力帰還ループを形成するメインコンパレータが前記スリープモードとされているときにその代替動作を行うサブコンパレータをさらに有する構成(第6の構成)にするとよい。   The power supply control IC having the fifth configuration further includes a sub-comparator that performs an alternative operation when the main comparator forming the output feedback loop of the non-linear control system is in the sleep mode (sixth (6th). (Configuration).

また、上記第6の構成から成る電源制御ICにおいて、前記サブコンパレータは、前記出力トランジスタの最大オン時間を設定するための手段として、前記メインコンパレータが前記通常モードとされているときも動作を継続する構成(第7の構成)にするとよい。   In the power supply control IC having the sixth configuration, the sub-comparator continues to operate even when the main comparator is in the normal mode as means for setting the maximum on-time of the output transistor. It is preferable to adopt a configuration (seventh configuration).

また、上記第6または第7の構成から成る電源制御ICは、前記通常モードから前記スリープモードへの移行時に前記サブコンパレータの出力ノイズをマスクするノイズマスク回路をさらに有する構成(第8の構成)にするとよい。   The power control IC having the sixth or seventh configuration further includes a noise mask circuit that masks output noise of the sub-comparator when the normal mode is shifted to the sleep mode (eighth configuration). It is good to.

また、本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、第1〜第8いずれかの構成から成る電源制御ICと、前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、を有する構成(第9の構成)とされている。   The switching power supply disclosed in this specification includes a power supply control IC having any one of the first to eighth configurations, and a part or all of the power supply control IC is externally attached to output from an input voltage. And a switch output stage for generating a voltage (a ninth configuration).

また、本明細書中に開示されている電子機器は、第9の構成から成るスイッチング電源装置を有する構成(第10の構成)とされている。   Further, the electronic device disclosed in the present specification has a configuration (tenth configuration) including a switching power supply device having the ninth configuration.

本発明によれば、軽負荷時の高効率化と動作モード切替時の誤動作防止を実現することのできる電源制御IC、並びに、これを用いたスイッチング電源装置及び電子機器を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a power supply control IC capable of realizing high efficiency at light load and prevention of malfunction during operation mode switching, and a switching power supply device and electronic equipment using the same. Become.

スイッチング電源装置の第1実施形態を示すブロック図The block diagram which shows 1st Embodiment of a switching power supply device オン時間設定回路の第1構成例を示す図The figure which shows the 1st structural example of an ON time setting circuit. 第1構成例のオン時間設定動作を説明するためのタイムチャートTime chart for explaining the on-time setting operation of the first configuration example オン時間設定回路の第2構成例を示す図The figure which shows the 2nd structural example of an ON time setting circuit. 第2構成例のオン時間設定回路の一変形例を示す図The figure which shows the modification of the ON time setting circuit of a 2nd structural example. 軽負荷時の省電力動作(逆流遮断動作)を説明するためのタイムチャートTime chart for explaining power saving operation (backflow blocking operation) at light load リップルインジェクション回路の一構成例(帰還電圧側)を示す図Diagram showing one configuration example (feedback voltage side) of a ripple injection circuit 基準電圧生成回路の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of a reference voltage generation circuit 放電制御部の第1構成例を示す図The figure which shows the 1st structural example of a discharge control part. 放電制御部の第2構成例を示す図The figure which shows the 2nd structural example of a discharge control part. リップルインジェクション動作の一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of ripple injection operation 入力変動時における出力挙動の新旧対比図Comparison of old and new output behavior during input fluctuation 負荷変動時における出力挙動の新旧対比図Comparison of old and new output behavior during load fluctuation 軽負荷から重負荷に至る遷移挙動の新旧対比図Old and new contrast diagram of transition behavior from light load to heavy load スイッチング電源装置の第2実施形態を示すブロック図The block diagram which shows 2nd Embodiment of a switching power supply device 静音化回路及びオン時間設定回路の一構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of a silencer circuit and an on-time setting circuit 静音動作の一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of silent operation 負荷漸増時における静音動作の一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of silent operation when load is gradually increased 破線領域αの拡大図Enlarged view of broken line area α 破線領域βの拡大図Enlarged view of broken line area β 静音動作の停止解除例を示すタイムチャートTime chart showing an example of quiet operation stop cancellation オーバーシュートの発生原理を説明するためのタイムチャートTime chart for explaining the principle of overshoot オーバーシュート抑制回路の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of an overshoot suppression circuit オーバーシュートの第1抑制動作を説明するためのタイムチャートTime chart for explaining the first overshoot suppression operation 逆流検出回路の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of a backflow detection circuit オーバーシュートの第2抑制動作を説明するためのタイムチャートTime chart for explaining the overshoot second suppression operation スイッチング電源装置の第3実施形態を示すブロック図The block diagram which shows 3rd Embodiment of a switching power supply device オン時間設定回路及び逆流検出回路のスリープ動作を示すタイムチャートTime chart showing sleep operation of ON time setting circuit and backflow detection circuit 過電流保護回路の一構成例を示す図The figure which shows one structural example of an overcurrent protection circuit 過電流保護回路のスリープ動作を示すタイムチャートTime chart showing sleep operation of overcurrent protection circuit モード切替制御回路を備えた半導体装置の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the semiconductor device provided with the mode switching control circuit モード切替制御動作の一例を示すタイムチャートTime chart showing an example of mode switching control operation 破線領域γの拡大図Enlarged view of broken line area γ 破線領域δの拡大図Enlarged view of broken line area δ スイッチング電源装置の第4実施形態を示すブロック図The block diagram which shows 4th Embodiment of a switching power supply device リップルインジェクション回路の一構成例(基準電圧側)を示す図Diagram showing one configuration example (reference voltage side) of a ripple injection circuit リップルインジェクション動作の第1例を示すタイムチャートTime chart showing the first example of ripple injection operation リップルインジェクション動作の第2例を示すタイムチャートTime chart showing a second example of ripple injection operation 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 スイッチング電源装置の一従来例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing a conventional example of a switching power supply device

<スイッチング電源装置>
図1は、スイッチング電源装置の第1実施形態を示すブロック図である。第1実施形態のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ボトム検出オン時間固定方式)によって入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされた種々のディスクリート部品(Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN1及びN2、コイルL1、コンデンサC1、並びに、抵抗R1及びR2)によって形成されるスイッチ出力段20と、を有する。
<Switching power supply>
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a switching power supply device. The switching power supply device 1 of the first embodiment is a step-down DC / DC converter that generates an output voltage Vout from an input voltage Vin by a non-linear control method (bottom detection on-time fixed method). The switching power supply device 1 includes a semiconductor device 10 and various discrete components externally attached to the semiconductor device 10 (N-channel MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistors N1 and N2, a coil L1, a capacitor C1, and a resistor R1. And a switch output stage 20 formed by R2).

半導体装置10は、スイッチング電源装置1の全体動作を統括的に制御する主体(いわゆる電源制御IC)である。半導体装置10は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1〜T7(上側ゲート端子T1、下側ゲート端子T2、スイッチ端子T3、帰還端子T4、入力電圧端子T5、出力電圧端子T6、及び、接地端子T7)を備えている。外部端子T1は、トランジスタN1のゲートに接続されている。外部端子T2は、トランジスタN2のゲートに接続されている。外部端子T3は、スイッチ電圧Vswの印加端(トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインとの接続ノード)に接続されている。外部端子T4は、分圧電圧Vdivの印加端(抵抗R1と抵抗R2との接続ノード)に接続されている。外部端子T5は、入力電圧Vinの印加端に接続されている。外部端子T6は、出力電圧Voutの印加端に接続されている。外部端子T7は、接地端に接続されている。   The semiconductor device 10 is a main body (so-called power supply control IC) that comprehensively controls the entire operation of the switching power supply device 1. The semiconductor device 10 has external terminals T1 to T7 (upper gate terminal T1, lower gate terminal T2, switch terminal T3, feedback terminal T4, input voltage terminal T5 as means for establishing electrical connection with the outside of the device. , Output voltage terminal T6 and ground terminal T7). The external terminal T1 is connected to the gate of the transistor N1. The external terminal T2 is connected to the gate of the transistor N2. The external terminal T3 is connected to the application terminal of the switch voltage Vsw (a connection node between the source of the transistor N1 and the drain of the transistor N2). The external terminal T4 is connected to an application end (a connection node between the resistor R1 and the resistor R2) of the divided voltage Vdiv. The external terminal T5 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The external terminal T6 is connected to the application terminal for the output voltage Vout. The external terminal T7 is connected to the ground terminal.

次に、半導体装置10に外付けされるディスクリート部品の接続関係について述べる。トランジスタN1のドレインは、入力電圧Vinの印加端に接続されている。トランジスタN2のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインは、いずれもコイルL1の第1端に接続されている。コイルL1の第2端とコンデンサC1の第1端は、いずれも出力電圧Voutの印加端に接続されている。コンデンサC1の第2端は、接地端に接続されている。抵抗R1と抵抗R2は、出力電圧Voutの印加端と接地端との間に直列に接続されている。   Next, the connection relationship of discrete components attached to the semiconductor device 10 will be described. The drain of the transistor N1 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The source of the transistor N2 is connected to the ground terminal. The source of the transistor N1 and the drain of the transistor N2 are both connected to the first end of the coil L1. The second end of the coil L1 and the first end of the capacitor C1 are both connected to the application terminal for the output voltage Vout. The second end of the capacitor C1 is connected to the ground end. The resistors R1 and R2 are connected in series between the application terminal of the output voltage Vout and the ground terminal.

トランジスタN1は、外部端子T1から入力されるゲート信号G1に応じてオン/オフ制御される出力トランジスタである。トランジスタN2は、外部端子T2から入力されるゲート信号G2に応じてオン/オフ制御される同期整流トランジスタである。なお、整流素子としては、トランジスタN2に代えてダイオードを用いても構わない。また、トランジスタN1およびN2は、半導体装置10に内蔵することも可能である。コイルL1とコンデンサC1は、外部端子T3に現れる矩形波状のスイッチ電圧Vswを整流平滑して出力電圧Voutを生成する整流平滑部として機能する。抵抗R1及びR2は、出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vdivを生成する分圧電圧生成部として機能する。   The transistor N1 is an output transistor that is on / off controlled according to the gate signal G1 input from the external terminal T1. The transistor N2 is a synchronous rectification transistor that is on / off controlled in accordance with the gate signal G2 input from the external terminal T2. As the rectifying element, a diode may be used instead of the transistor N2. The transistors N1 and N2 can also be built in the semiconductor device 10. The coil L1 and the capacitor C1 function as a rectifying / smoothing unit that rectifies and smoothes the rectangular-wave switch voltage Vsw appearing at the external terminal T3 to generate the output voltage Vout. The resistors R1 and R2 function as a divided voltage generation unit that divides the output voltage Vout to generate a divided voltage Vdiv.

次に、半導体装置10の内部構成について述べる。半導体装置10には、リップルインジェクション回路11と、基準電圧生成回路12と、メインコンパレータ13と、ワンショットパルス生成回路14と、RSフリップフロップ15と、オン時間設定回路16と、ゲートドライバ回路17と、逆流検出回路18と、が集積化されている。   Next, the internal configuration of the semiconductor device 10 will be described. The semiconductor device 10 includes a ripple injection circuit 11, a reference voltage generation circuit 12, a main comparator 13, a one-shot pulse generation circuit 14, an RS flip-flop 15, an on time setting circuit 16, and a gate driver circuit 17. The backflow detection circuit 18 is integrated.

リップルインジェクション回路11は、分圧電圧Vdivにリップル電圧Vrpl(コイルL1に流れるコイル電流ILを模擬した疑似リップル成分)を加算して帰還電圧Vfb(=Vdiv+Vrpl)を生成する。このようなリップルインジェクション技術を導入すれば、出力電圧Vout(延いては分圧電圧Vdiv)のリップル成分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、コンデンサC1としてESRの小さい積層セラミックコンデンサなどを用いることが可能となる。   The ripple injection circuit 11 adds a ripple voltage Vrpl (a pseudo ripple component simulating a coil current IL flowing through the coil L1) to the divided voltage Vdiv to generate a feedback voltage Vfb (= Vdiv + Vrpl). If such a ripple injection technique is introduced, stable switching control can be performed even if the ripple component of the output voltage Vout (and thus the divided voltage Vdiv) is not so large. A ceramic capacitor or the like can be used.

基準電圧生成回路12は、所定の基準電圧Vrefを生成する。   The reference voltage generation circuit 12 generates a predetermined reference voltage Vref.

メインコンパレータ13は、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfbと、非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vrefとを比較して比較信号S1を生成する。比較信号S1は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときにローレベルとなり、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときにハイレベルとなる。   The main comparator 13 compares the feedback voltage Vfb input to the inverting input terminal (−) and the reference voltage Vref input to the non-inverting input terminal (+) to generate the comparison signal S1. The comparison signal S1 is at a low level when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref, and is at a high level when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref.

ワンショットパルス生成回路14は、比較信号S1の立上りエッジをトリガとしてセット信号S2にワンショットパルスを生成する。   The one-shot pulse generation circuit 14 generates a one-shot pulse for the set signal S2 using the rising edge of the comparison signal S1 as a trigger.

RSフリップフロップ15は、セット端(S)に入力されるセット信号S2の立上りエッジで出力信号S4をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力されるリセット信号S3の立上りエッジで出力信号S4をローレベルにリセットする。   The RS flip-flop 15 sets the output signal S4 to a high level at the rising edge of the set signal S2 input to the set end (S), and the output signal at the rising edge of the reset signal S3 input to the reset end (R). S4 is reset to low level.

オン時間設定回路16は、RSフリップフロップ15の反転出力信号S4B(出力信号S4の論理反転信号)がローレベルに立ち下げられてから、所定のオン時間Tonが経過した後、リセット信号S3にワンショットパルスを生成する。   The on-time setting circuit 16 sets the reset signal S3 to one after a predetermined on-time Ton has elapsed after the inverted output signal S4B of the RS flip-flop 15 (the logic inverted signal of the output signal S4) has fallen to a low level. Generate a shot pulse.

ゲートドライバ回路17は、RSフリップフロップ15の出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、トランジスタN1及びN2を相補的(排他的)にスイッチング制御する。なお、本明細書中で用いられる「相補的(排他的)」という文言は、トランジスタN1及びN2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N1及びN2のオン/オフ遷移タイミングに遅延が与えられている場合(同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合)も含む。   The gate driver circuit 17 generates gate signals G1 and G2 according to the output signal S4 of the RS flip-flop 15, and performs switching control of the transistors N1 and N2 in a complementary (exclusive) manner. Note that the term “complementary (exclusive)” used in this specification refers to the transistors N1 and N2 from the viewpoint of preventing through-current in addition to the case where the on / off states of the transistors N1 and N2 are completely reversed. This includes a case where a delay is given to the on / off transition timing (when a simultaneous off period (dead time) is provided).

逆流検出回路18は、トランジスタN2への逆流電流(コイルL1からトランジスタN2を介して接地端に逆流するコイル電流IL)を監視して逆流検出信号S5を生成する。逆流検出信号S5は、トランジスタN2への逆流電流が検出された時点でハイレベル(逆流検出時の論理レベル)にラッチされ、次周期におけるゲート信号G1の立上りエッジでローレベル(逆流未検出時の論理レベル)にリセットされる。なお、逆流電流を監視する手法としては、例えば、トランジスタN2のオン期間中にスイッチ電圧Vswが負から正に切り替わるゼロクロスポイントを検出すればよい。ゲートドライバ回路17は、逆流検出信号S5がハイレベルであるときには、出力信号S4に依ることなくトランジスタN2を強制的にオフするようにゲート信号G2を生成する。   The backflow detection circuit 18 monitors a backflow current to the transistor N2 (coil current IL flowing back from the coil L1 to the ground terminal via the transistor N2) and generates a backflow detection signal S5. The backflow detection signal S5 is latched at a high level (logic level at the time of backflow detection) when a backflow current to the transistor N2 is detected, and is at a low level (when no backflow is detected) at the rising edge of the gate signal G1 in the next cycle. (Logical level). As a method for monitoring the reverse current, for example, a zero cross point at which the switch voltage Vsw switches from negative to positive during the ON period of the transistor N2 may be detected. When the backflow detection signal S5 is at a high level, the gate driver circuit 17 generates the gate signal G2 so as to forcibly turn off the transistor N2 without depending on the output signal S4.

なお、上記した基準電圧生成部12、メインコンパレータ13、ワンショットパルス姿勢回路14、RSフリップフロップ15、オン時間設定回路16、ゲートドライバ回路17、及び、逆流検出回路18は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの比較結果に応じてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行うことにより、入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する非線形制御方式(本構成例ではボトム検出オン時間固定方式)のスイッチング制御回路として機能する。   The reference voltage generator 12, the main comparator 13, the one-shot pulse attitude circuit 14, the RS flip-flop 15, the on-time setting circuit 16, the gate driver circuit 17, and the backflow detection circuit 18 described above are connected to the feedback voltage Vfb and the reference voltage. Switching of the non-linear control method (in this configuration example, the bottom detection on-time fixed method) that generates the output voltage Vout from the input voltage Vin by performing on / off control of the transistors N1 and N2 according to the comparison result with the voltage Vref Functions as a control circuit.

<オン時間設定回路(第1構成例)>
図2は、オン時間設定回路16の第1構成例を示す図である。第1構成例のオン時間設定回路16Xは、電圧/電流変換部X1と、コンデンサX2と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタX3と、コンパレータX4と、抵抗X5及びX6と、を含む。
<On-time setting circuit (first configuration example)>
FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the on-time setting circuit 16. The on-time setting circuit 16X of the first configuration example includes a voltage / current conversion unit X1, a capacitor X2, an N-channel MOS field effect transistor X3, a comparator X4, and resistors X5 and X6.

電圧/電流変換部X1は、外部端子T5に印加される入力電圧Vinを電圧/電流変換することにより充電電流IX(=a×Vin)を生成する。充電電流IXの電流値は、入力電圧Vinの電圧値に応じて変動する。具体的には、入力電圧Vinが高いほど充電電流IXは大きくなり、入力電圧Vinが低いほど充電電流IXは小さくなる。   The voltage / current conversion unit X1 generates a charging current IX (= a × Vin) by performing voltage / current conversion on the input voltage Vin applied to the external terminal T5. The current value of the charging current IX varies according to the voltage value of the input voltage Vin. Specifically, the charging current IX increases as the input voltage Vin increases, and the charging current IX decreases as the input voltage Vin decreases.

コンデンサX2の第1端は、電圧/電流変換部X1に接続されている。コンデンサX2の第2端は接地端に接続されている。トランジスタX3がオフされているときには、コンデンサX2が充電電流IXによって充電され、コンデンサX2の第1端に現れる第1電圧VX1が上昇する。一方、トランジスタX3がオンされているときには、コンデンサX2がトランジスタX3を介して放電され、第1電圧VX1が低下する。   The 1st end of the capacitor | condenser X2 is connected to the voltage / current conversion part X1. The second end of the capacitor X2 is connected to the ground terminal. When the transistor X3 is off, the capacitor X2 is charged by the charging current IX, and the first voltage VX1 appearing at the first end of the capacitor X2 rises. On the other hand, when the transistor X3 is turned on, the capacitor X2 is discharged through the transistor X3, and the first voltage VX1 decreases.

トランジスタX3は、トランジスタN1及びN2のオン/オフ制御に応じてコンデンサX2の充放電を切り替える充放電スイッチである。トランジスタX3のドレインは、コンデンサX2の第1端に接続されている。トランジスタX3のソースは、接地端に接続されている。トランジスタX3のゲートは、反転出力信号S4Bの印加端に接続されている。   The transistor X3 is a charge / discharge switch that switches charge / discharge of the capacitor X2 in accordance with on / off control of the transistors N1 and N2. The drain of the transistor X3 is connected to the first end of the capacitor X2. The source of the transistor X3 is connected to the ground terminal. The gate of the transistor X3 is connected to the application terminal of the inverted output signal S4B.

上記した電圧/電流変換部X1、コンデンサX2、及び、トランジスタX3は、コンデンサX2の充放電動作に応じた第1電圧VX1を生成する第1電圧生成回路に相当する。   The voltage / current conversion unit X1, the capacitor X2, and the transistor X3 described above correspond to a first voltage generation circuit that generates the first voltage VX1 according to the charge / discharge operation of the capacitor X2.

コンパレータX4は、非反転入力端(+)に入力される第1電圧VX1と、反転入力端(−)に入力される第2電圧VX2を比較してリセット信号S3を生成する。リセット信号S3は、第1電圧VX1が第2電圧VX2よりも高いときにハイレベルとなり、第1電圧VX1が第2電圧VX2よりも低いときにローレベルとなる。   The comparator X4 generates the reset signal S3 by comparing the first voltage VX1 input to the non-inverting input terminal (+) and the second voltage VX2 input to the inverting input terminal (−). The reset signal S3 is at a high level when the first voltage VX1 is higher than the second voltage VX2, and is at a low level when the first voltage VX1 is lower than the second voltage VX2.

抵抗X5の第1端は、出力電圧Voutが印加される外部端子T6に接続されている。抵抗X5の第2端は、抵抗X6の第1端に接続されている。抵抗X6の第2端は、接地端に接続されている。抵抗X5及びX6は、互いの接続ノードから出力電圧Voutを分圧した第2電圧VX2を出力する第2電圧生成回路に相当する。   A first end of the resistor X5 is connected to an external terminal T6 to which the output voltage Vout is applied. The second end of the resistor X5 is connected to the first end of the resistor X6. A second terminal of the resistor X6 is connected to the ground terminal. The resistors X5 and X6 correspond to a second voltage generation circuit that outputs a second voltage VX2 obtained by dividing the output voltage Vout from the connection node.

図3は、第1構成例のオン時間設定動作を説明するためのタイムチャートである。図3では、上から順に、帰還電圧Vfb、セット信号S2、反転出力信号S4B、第1電圧VX1、リセット信号S3、及び、出力信号S4が描写されている。   FIG. 3 is a time chart for explaining the on-time setting operation of the first configuration example. In FIG. 3, the feedback voltage Vfb, the set signal S2, the inverted output signal S4B, the first voltage VX1, the reset signal S3, and the output signal S4 are depicted in order from the top.

トランジスタN1のオフ期間に、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefまで低下すると、セット信号S2がハイレベルに立ち上がり、出力信号S4がハイレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオンとなり、帰還電圧Vfbが上昇に転ずる。このとき、トランジスタX3は、反転出力信号S4Bのローレベル遷移に伴ってオフとなるので、充電電流IXによるコンデンサX2の充電が開始される。先にも述べたように、充電電流IXの電流値は、入力電圧Vinの電圧値に応じて変動する。従って、第1電圧VX1は、入力電圧Vinに応じた上昇度(傾き)を持って上昇する。   When the feedback voltage Vfb decreases to the reference voltage Vref during the off period of the transistor N1, the set signal S2 rises to a high level and the output signal S4 changes to a high level. Accordingly, the transistor N1 is turned on, and the feedback voltage Vfb starts to rise. At this time, the transistor X3 is turned off with the low level transition of the inverted output signal S4B, so that charging of the capacitor X2 with the charging current IX is started. As described above, the current value of the charging current IX varies according to the voltage value of the input voltage Vin. Therefore, the first voltage VX1 rises with a degree of increase (slope) corresponding to the input voltage Vin.

その後、第1電圧VX1が第2電圧VX2(出力電圧Voutの分圧電圧)まで上昇すると、リセット信号S3がハイレベルに立ち上がり、出力信号S4がローレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオフとなって、帰還電圧Vfbが再び下降に転ずる。このとき、トランジスタX3は、反転出力信号S4Bのハイレベル遷移に伴ってオンとなる。従って、コンデンサX2がトランジスタX3を介して速やかに放電され、第1電圧VX1がローレベルに引き下げられる。   Thereafter, when the first voltage VX1 rises to the second voltage VX2 (a divided voltage of the output voltage Vout), the reset signal S3 rises to a high level, and the output signal S4 changes to a low level. Therefore, the transistor N1 is turned off, and the feedback voltage Vfb starts to fall again. At this time, the transistor X3 is turned on with the high level transition of the inverted output signal S4B. Therefore, the capacitor X2 is quickly discharged through the transistor X3, and the first voltage VX1 is lowered to the low level.

ゲートドライバ回路17は、出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、これを用いてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行う。その結果、外部端子T3には矩形波形状のスイッチ電圧Vswが現れる。スイッチ電圧Vswは、コイルL1とコンデンサC1によって整流平滑され、出力電圧Voutが生成される。なお、出力電圧Voutは、抵抗R1及びR2により分圧され、分圧電圧Vdiv(延いては帰還電圧Vfb)が生成される。このような出力帰還制御により、スイッチング電源装置1では、極めて簡易な構成によって、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutが生成される。   The gate driver circuit 17 generates gate signals G1 and G2 in accordance with the output signal S4, and performs on / off control of the transistors N1 and N2 using this. As a result, a rectangular waveform switch voltage Vsw appears at the external terminal T3. The switch voltage Vsw is rectified and smoothed by the coil L1 and the capacitor C1, and the output voltage Vout is generated. The output voltage Vout is divided by the resistors R1 and R2, and the divided voltage Vdiv (and thus the feedback voltage Vfb) is generated. With such output feedback control, the switching power supply device 1 generates the desired output voltage Vout from the input voltage Vin with a very simple configuration.

ここで、オン時間設定回路16Xは、オン時間Tonを固定値として設定するのではなく、入力電圧Vinと出力電圧Voutに応じた変動値として設定する。具体的に述べると、オン時間設定回路16Xは、入力電圧Vinが高いほど第1電圧VX1の上昇度(傾き)を大きくしてオン時間Tonを短くし、入力電圧Vinが低いほど第1電圧VX1の上昇度(傾き)を小さくしてオン時間Tonを長くする。また、オン時間設定回路16Xは、出力電圧Voutが低いほど第2電圧VX2を引き下げてオン時間Tonを短くし、出力電圧Voutが高いほど第2電圧VX2を引き上げてオン時間Tonを長くする。言い換えれば、オン時間設定回路16Xは、入力電圧Vinに反比例して出力電圧Voutに比例する変動値としてオン時間Tonを設定する。   Here, the on-time setting circuit 16X does not set the on-time Ton as a fixed value, but sets it as a fluctuation value according to the input voltage Vin and the output voltage Vout. Specifically, the on-time setting circuit 16X increases the degree of increase (slope) of the first voltage VX1 to shorten the on-time Ton as the input voltage Vin increases, and the first voltage VX1 as the input voltage Vin decreases. The on-time Ton is lengthened by reducing the degree of increase (inclination). The on-time setting circuit 16X decreases the second voltage VX2 to shorten the on-time Ton as the output voltage Vout decreases, and increases the second voltage VX2 to increase the on-time Ton as the output voltage Vout increases. In other words, the on-time setting circuit 16X sets the on-time Ton as a variation value that is inversely proportional to the input voltage Vin and proportional to the output voltage Vout.

このような構成とすることにより、非線形制御方式の長所を損なうことなく、スイッチング周波数の変動を抑制することができる。従って、出力電圧精度やロードレギュレーション特性の向上、ないし、セット設計におけるEMI[electromagnetic interference]対策やノイズ対策の容易化を実現することが可能となる。また、入力電圧変動の大きいアプリケーションや、様々な出力電圧を必要とあるアプリケーションの電源手段として、スイッチング電源装置1を支障なく適用することも可能となる。   By adopting such a configuration, fluctuations in the switching frequency can be suppressed without impairing the advantages of the nonlinear control method. Accordingly, it is possible to improve output voltage accuracy and load regulation characteristics, or to facilitate measures against EMI (electromagnetic interference) and noise in set design. Further, the switching power supply device 1 can be applied without any problem as a power supply means for an application having a large input voltage fluctuation or an application that requires various output voltages.

<オン時間設定回路(第2構成例)>
図4は、オン時間設定回路16の第2構成例を示す図である。第2構成例のオン時間設定回路16Yは、電圧/電流変換部Y1と、コンデンサY2(容量値CY2)と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY3と、コンパレータY4と、レベルシフタY5と、セレクタY6と、フィルタY7を含む。第2構成例の特徴は、第1構成例の抵抗X5及びX6に代えてレベルシフタY5、セレクタY6、及び、フィルタY7を有する点である。
<On-time setting circuit (second configuration example)>
FIG. 4 is a diagram illustrating a second configuration example of the on-time setting circuit 16. The on-time setting circuit 16Y of the second configuration example includes a voltage / current converter Y1, a capacitor Y2 (capacitance value CY2), an N-channel MOS field effect transistor Y3, a comparator Y4, a level shifter Y5, and a selector Y6. , Including a filter Y7. A feature of the second configuration example is that a level shifter Y5, a selector Y6, and a filter Y7 are provided instead of the resistors X5 and X6 of the first configuration example.

電圧/電流変換部Y1は、外部端子T5に印加される入力電圧Vinを電圧/電流変換することにより充電電流IY(=a×Vin)を生成する回路ブロックであり、抵抗Y11〜Y13(抵抗値:RY11〜RY13)と、オペアンプY14と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY15と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタY16及びY17と、を含む。   The voltage / current conversion unit Y1 is a circuit block that generates a charging current IY (= a × Vin) by performing voltage / current conversion on the input voltage Vin applied to the external terminal T5, and includes resistors Y11 to Y13 (resistance values). : RY11-RY13), an operational amplifier Y14, an N-channel MOS field effect transistor Y15, and P-channel MOS field effect transistors Y16 and Y17.

抵抗Y11の第1端は、外部端子T5に接続されている。抵抗Y11の第2端と抵抗Y12の第1端は、いずれもオペアンプY14の非反転入力端(+)に接続されている。抵抗Y12の第2端は、接地端に接続されている。オペアンプY14の反転入力端(−)はトランジスタY15のソースと抵抗Y13の第1端に接続されている。抵抗Y13の第2端は、接地端に接続されている。オペアンプY14の出力端は、トランジスタY15のゲートに接続されている。トランジスタY15のドレインは、トランジスタY16のドレインに接続されている。トランジスタY16及びY17のソースは、いずれも電源端に接続されている。トランジスタY16及びY17のゲートは、いずれもトランジスタY16のドレインに接続されている。トランジスタY17のドレインは、充電電流IYの出力端としてコンデンサY2の第1端に接続されている。   A first end of the resistor Y11 is connected to the external terminal T5. The second end of the resistor Y11 and the first end of the resistor Y12 are both connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier Y14. The second end of the resistor Y12 is connected to the ground end. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier Y14 is connected to the source of the transistor Y15 and the first terminal of the resistor Y13. A second end of the resistor Y13 is connected to the ground end. The output terminal of the operational amplifier Y14 is connected to the gate of the transistor Y15. The drain of the transistor Y15 is connected to the drain of the transistor Y16. The sources of the transistors Y16 and Y17 are both connected to the power supply terminal. The gates of the transistors Y16 and Y17 are both connected to the drain of the transistor Y16. The drain of the transistor Y17 is connected to the first terminal of the capacitor Y2 as the output terminal of the charging current IY.

充電電流IYは、次の(1)式で表されるように、入力電圧Vinが高いほど大きくなり入力電圧Vinが低いほど小さくなる。   The charging current IY increases as the input voltage Vin increases and decreases as the input voltage Vin decreases, as represented by the following equation (1).

コンデンサY2の第1端は、電圧/電流変換部Y1に接続されている。コンデンサY2の第2端は接地端に接続されている。トランジスタY3がオフされているときには、コンデンサY2が充電電流IYによって充電され、コンデンサY2の第1端に現れる第1電圧VY1が上昇する。一方、トランジスタY3がオンされているときには、コンデンサY2がトランジスタY3を介して放電され、第1電圧VY1が低下する。   A first end of the capacitor Y2 is connected to the voltage / current converter Y1. The second end of the capacitor Y2 is connected to the ground terminal. When the transistor Y3 is off, the capacitor Y2 is charged by the charging current IY, and the first voltage VY1 appearing at the first end of the capacitor Y2 rises. On the other hand, when the transistor Y3 is on, the capacitor Y2 is discharged through the transistor Y3, and the first voltage VY1 decreases.

トランジスタY3は、トランジスタN1及びN2のオン/オフ制御に応じてコンデンサY2の充放電を切り替える充放電スイッチである。トランジスタY3のドレインは、コンデンサY2の第1端に接続されている。トランジスタY3のソースは、接地端に接続されている。トランジスタY3のゲートは、反転出力信号S4Bの印加端に接続されている。   The transistor Y3 is a charge / discharge switch that switches charging / discharging of the capacitor Y2 in accordance with on / off control of the transistors N1 and N2. The drain of the transistor Y3 is connected to the first end of the capacitor Y2. The source of the transistor Y3 is connected to the ground terminal. The gate of the transistor Y3 is connected to the application terminal of the inverted output signal S4B.

上記した電圧/電流変換部Y1、コンデンサY2、及び、トランジスタY3は、コンデンサY2の充放電動作に応じた第1電圧VY1を生成する第1電圧生成回路に相当する。   The voltage / current conversion unit Y1, the capacitor Y2, and the transistor Y3 described above correspond to a first voltage generation circuit that generates the first voltage VY1 according to the charge / discharge operation of the capacitor Y2.

コンパレータY4は、非反転入力端(+)に入力される第1電圧VY1と、反転入力端(−)に入力される第2電圧VY2を比較してリセット信号S3を生成する。リセット信号S3は、第1電圧VY1が第2電圧VY2よりも高いときにハイレベルとなり、第1電圧VY1が第2電圧VY2よりも低いときにローレベルとなる。なお、トランジスタN1のオンと同時にコンデンサY2の充電動作が開始され、リセット信号S3の立上りエッジをトリガとしてトランジスタN1がオフされることを鑑みると、オン時間Tonは、次の(2)式で算出される。   The comparator Y4 compares the first voltage VY1 input to the non-inverting input terminal (+) and the second voltage VY2 input to the inverting input terminal (−) to generate the reset signal S3. The reset signal S3 is at a high level when the first voltage VY1 is higher than the second voltage VY2, and is at a low level when the first voltage VY1 is lower than the second voltage VY2. Considering that the charging operation of the capacitor Y2 is started simultaneously with the turning on of the transistor N1 and the transistor N1 is turned off with the rising edge of the reset signal S3 as a trigger, the on time Ton is calculated by the following equation (2) Is done.

レベルシフタY5は、入力電圧Vinの供給を受けて動作し、ゲート信号G1のレベルシフト処理を行う。具体的に述べると、レベルシフタY5は、ゲート信号G1の入力を受けて、入力電圧Vinと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される電圧信号を出力する。レベルシフタY5を形成する素子の耐圧は、入力電圧Vinと接地電圧GNDとの電圧差に応じて適宜設定すればよい。   The level shifter Y5 operates in response to the supply of the input voltage Vin and performs level shift processing of the gate signal G1. More specifically, the level shifter Y5 receives the gate signal G1 and outputs a voltage signal that is pulse-driven between the input voltage Vin and the ground voltage GND. The withstand voltage of the element forming the level shifter Y5 may be set as appropriate according to the voltage difference between the input voltage Vin and the ground voltage GND.

セレクタY6は、逆流検出信号S5に応じて、逆流電流の未検出時にはレベルシフト済みのゲート信号G1を選択出力する一方、逆流電流の検出時にはスイッチ電圧Vswを選択出力する回路ブロックであり、スイッチY61及びY62を含む。なお、逆流電流の検出時には、後述する軽負荷時の省電力動作(逆流遮断動作)によってトランジスタN1及びN2がいずれもオフされるので、スイッチ電圧Vswは出力電圧Voutと一致する。   The selector Y6 is a circuit block that selects and outputs the level-shifted gate signal G1 when no backflow current is detected according to the backflow detection signal S5, and selectively outputs the switch voltage Vsw when a backflow current is detected. And Y62. Note that at the time of detecting the reverse current, the transistors N1 and N2 are both turned off by a power saving operation (reverse current cut-off operation) at a light load described later, so that the switch voltage Vsw matches the output voltage Vout.

スイッチY61は、逆流検出信号S5に応じてレベルシフタY5の出力端とフィルタY7の入力端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチY61は、逆流検出信号S5がローレベル(逆流未検出時の論理レベル)であるときにオンとなり、逆流検出信号S5がハイレベル(逆流検出時の論理レベル)であるときにオフとなる。   The switch Y61 conducts / cuts off between the output terminal of the level shifter Y5 and the input terminal of the filter Y7 in accordance with the backflow detection signal S5. More specifically, the switch Y61 is turned on when the backflow detection signal S5 is at a low level (logic level when no backflow is detected), and the backflow detection signal S5 is at a high level (logic level when backflow is detected). It turns off when there is.

一方、スイッチY62は、逆流検出信号S5に応じて外部端子T3とフィルタY7の入力端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチY62は、逆流検出信号S5がローレベルであるときにオフとなり、逆流検出信号S5がハイレベルであるときにオンとなる。   On the other hand, the switch Y62 conducts / cuts off between the external terminal T3 and the input end of the filter Y7 in accordance with the backflow detection signal S5. More specifically, the switch Y62 is turned off when the backflow detection signal S5 is at a low level, and is turned on when the backflow detection signal S5 is at a high level.

なお、スイッチ電圧VswをフィルタY7経由でコンパレータY4に供給する構成であれば、スイッチ電圧Vswに重畳するリンギングノイズをフィルタY7で除去することが可能となる。ただし、オン時間設定回路16Yの構成はこれに限定されるものではなく、例えば、逆流電流の検出時にスイッチ電圧VswをコンパレータY4の反転入力端(−)に直接供給する構成としても構わない。   Note that if the switch voltage Vsw is supplied to the comparator Y4 via the filter Y7, ringing noise superimposed on the switch voltage Vsw can be removed by the filter Y7. However, the configuration of the on-time setting circuit 16Y is not limited to this. For example, the switch voltage Vsw may be directly supplied to the inverting input terminal (−) of the comparator Y4 when detecting the reverse current.

フィルタY7は、セレクタY6の出力を平滑して第2電圧VY2を生成する回路ブロックであり、抵抗Y71〜Y73と、コンデンサY74及びY75と、を含む。抵抗Y71の第1端は、セレクタY6の出力端に接続されている。抵抗Y71の第2端は、抵抗Y72の第1端とコンデンサY74の第1端に接続されている。コンデンサY74の第2端は接地端に接続されている。抵抗Y72の第2端は、コンパレータY4の反転入力端(−)と、抵抗Y73の第1端と、コンデンサY75の第1端に各々接続されている。抵抗Y73の第2端とコンデンサY75の第2端は、いずれも接地端に接続されている。   The filter Y7 is a circuit block that generates the second voltage VY2 by smoothing the output of the selector Y6, and includes resistors Y71 to Y73 and capacitors Y74 and Y75. The first end of the resistor Y71 is connected to the output end of the selector Y6. The second end of the resistor Y71 is connected to the first end of the resistor Y72 and the first end of the capacitor Y74. The second end of the capacitor Y74 is connected to the ground terminal. The second end of the resistor Y72 is connected to the inverting input terminal (−) of the comparator Y4, the first end of the resistor Y73, and the first end of the capacitor Y75. The second end of the resistor Y73 and the second end of the capacitor Y75 are both connected to the ground terminal.

このように、フィルタY7は、抵抗Y71及びY72とコンデンサY74及びY75から成るCRフィルタ回路を含む。なお、CRフィルタ回路の段数(図4では2段)については任意に増減が可能である。   Thus, the filter Y7 includes a CR filter circuit composed of resistors Y71 and Y72 and capacitors Y74 and Y75. Note that the number of stages of the CR filter circuit (two stages in FIG. 4) can be arbitrarily increased or decreased.

また、フィルタY7は、CRフィルタ回路を形成する抵抗Y71及びY72と共に分圧回路を形成する抵抗Y73を含む。なお、図4では、抵抗Y72と抵抗Y73との接続ノードをフィルタY7の出力端とする構成を例に挙げたが、フィルタY7の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、抵抗Y71の第1端と接地端との間に抵抗Y73を設けることにより、抵抗Y71と抵抗Y73との接続ノードをフィルタY7の入力端とする構成としても構わない。   The filter Y7 includes a resistor Y73 that forms a voltage dividing circuit together with resistors Y71 and Y72 that form a CR filter circuit. 4 exemplifies a configuration in which the connection node between the resistor Y72 and the resistor Y73 is the output end of the filter Y7, the configuration of the filter Y7 is not limited to this. For example, the configuration of the resistor Y71 By providing the resistor Y73 between the first end and the ground end, a connection node between the resistor Y71 and the resistor Y73 may be used as the input end of the filter Y7.

上記したレベルシフタY5、セレクタY6、及び、フィルタY7は、逆流電流の未検出時にはトランジスタN1のオンデューティに応じた第2電圧VY2を生成する一方、逆流電流の検出時にはスイッチ電圧Vsw(延いては出力電圧Vout)に応じた第2電圧VY2を生成する第2電圧生成回路に相当する。   The level shifter Y5, the selector Y6, and the filter Y7 generate the second voltage VY2 corresponding to the on-duty of the transistor N1 when the reverse current is not detected, while the switch voltage Vsw (and thus the output) when the reverse current is detected This corresponds to a second voltage generation circuit that generates the second voltage VY2 corresponding to the voltage Vout).

上記構成から成るオン時間設定回路16Yの動作について、逆流電流の未検出時(電流連続モード時)と、逆流電流の検出時(電流不連続モード時)とに場合を分けて詳細に説明する。   The operation of the on-time setting circuit 16Y having the above-described configuration will be described in detail separately for a case in which no backflow current is detected (in current continuous mode) and a time in which backflow current is detected (in current discontinuous mode).

まず、逆流電流の未検出時(電流連続モード時)について詳細に説明する。逆流電流の未検出時(電流連続モード時)には、逆流検出信号S5がローレベルとなるので、セレクタY6はレベルシフト済みのゲート信号G1をフィルタY7に選択出力する。このときに生成される第2電圧VY2は、次の(3)式で表される。なお、(3)式において、DUTYはスイッチ電圧Vswのデューティを示しており、RONはトランジスタN1のオン抵抗値を示している。   First, a detailed description will be given of the case where no backflow current is detected (in the continuous current mode). When the backflow current is not detected (in the continuous current mode), the backflow detection signal S5 is at a low level, so the selector Y6 selectively outputs the level-shifted gate signal G1 to the filter Y7. The second voltage VY2 generated at this time is expressed by the following equation (3). In Equation (3), DUTY indicates the duty of the switch voltage Vsw, and RON indicates the on-resistance value of the transistor N1.

従って、先出の(2)式に(1)式と(3)式を代入することより、オン時間Tonは次の(4)式で算出することができる。   Therefore, the on-time Ton can be calculated by the following equation (4) by substituting the equations (1) and (3) into the above equation (2).

つまり、逆流電流の未検出時(電流連続モード時)には、オン時間TonがトランジスタN1のオンデューティ(=(Vout+Iout×RON)/Vin)に応じた変動値として設定される。   That is, when the backflow current is not detected (in the continuous current mode), the on-time Ton is set as a variation value corresponding to the on-duty (= (Vout + Iout × RON) / Vin) of the transistor N1.

次に、逆流電流の検出時(電流不連続モード時)について詳細に説明する。逆流電流の検出時(電流不連続モード時)には、逆流検出信号S5がハイレベルとなるので、セレクタY6はスイッチ電圧Vsw(延いては出力電圧Vout)をフィルタY7に選択出力する。従って、第2電圧VY2は、スイッチ電圧Vsw(延いては出力電圧Vout)そのものとなり、オン時間Tonは次の(5)式で算出される。   Next, a detailed description will be given of the detection of the backflow current (in the current discontinuous mode). At the time of detecting the reverse current (in the current discontinuous mode), the reverse current detection signal S5 is at the high level, so the selector Y6 selectively outputs the switch voltage Vsw (and thus the output voltage Vout) to the filter Y7. Therefore, the second voltage VY2 becomes the switch voltage Vsw (and thus the output voltage Vout) itself, and the on-time Ton is calculated by the following equation (5).

つまり、逆流電流の検出時(軽負荷モード時)には、オン時間Tonが入力電圧Vinと出力電圧Voutに応じた変動値として設定される。このようなオン時間Tonの設定動作は、先の第1構成例と同様である。   That is, when the backflow current is detected (in the light load mode), the on-time Ton is set as a variation value corresponding to the input voltage Vin and the output voltage Vout. Such an on-time Ton setting operation is the same as in the first configuration example.

上記で説明したように、第2構成例のオン時間設定回路16Yは、逆流電流の未検出時にはトランジスタN1のオンデューティに応じた第2電圧VY2を生成する一方、逆流電流の検出時にはスイッチ電圧Vsw(延いては出力電圧Vout)に応じた第2電圧VY2を生成する構成とされている。   As described above, the on-time setting circuit 16Y of the second configuration example generates the second voltage VY2 corresponding to the on-duty of the transistor N1 when the backflow current is not detected, while the switch voltage Vsw is detected when the backflow current is detected. The second voltage VY <b> 2 is generated according to (and thus the output voltage Vout).

このような構成とすることにより、軽負荷時における省電力動作(逆流遮断動作)の影響を受けることなく、先出の第1構成例と同様のメリット(スイッチング周波数の変動抑制、出力電圧精度やロードレギュレーション特性の向上、ないしは、セット設計におけるEMI対策やノイズ対策の容易化)を享受することが可能となる。   By adopting such a configuration, the same advantages as the first configuration example (switching frequency fluctuation suppression, output voltage accuracy, etc.) without being affected by the power saving operation (backflow blocking operation) at light load. It is possible to enjoy improved load regulation characteristics or ease of EMI countermeasures and noise countermeasures in set design.

また、第2構成例のオン時間設定回路16Yは、スイッチ電圧Vswを監視してオン時間Tonを設定する。従って、先の第1構成例と異なり、出力電圧Voutを監視するための外部端子T6を半導体装置10に別途設ける必要がなくなる。   The on-time setting circuit 16Y of the second configuration example sets the on-time Ton by monitoring the switch voltage Vsw. Therefore, unlike the first configuration example, it is not necessary to separately provide the semiconductor device 10 with the external terminal T6 for monitoring the output voltage Vout.

なお、図4では、レベルシフタY5にゲート信号G1を入力する構成を例に挙げたが、オン時間設定回路16Yの構成はこれに限定されるものではなく、例えば、図5で示すように、レベルシフタY5にスイッチ電圧Vswを入力する構成としても構わない。   In FIG. 4, the configuration in which the gate signal G1 is input to the level shifter Y5 is taken as an example. However, the configuration of the on-time setting circuit 16Y is not limited to this. For example, as shown in FIG. The switch voltage Vsw may be input to Y5.

<逆流検出回路>
図6は、逆流検出回路18による軽負荷時の省電力動作(逆流遮断動作)を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、ゲート信号G1及びG2、逆流検出信号S5、コイル電流IL、並びに、スイッチ電圧Vswが描写されている。
<Backflow detection circuit>
FIG. 6 is a time chart for explaining the power saving operation (backflow cut-off operation) at the time of light load by the backflow detection circuit 18, and in order from the top, the gate signals G1 and G2, the backflow detection signal S5, the coil current IL, In addition, the switch voltage Vsw is depicted.

時刻t1〜t2では、ゲート信号G1がハイレベルとされており、ゲート信号G2がローレベルとされているので、トランジスタN1がオンとなり、トランジスタN2がオフとなる。従って、時刻t1〜t2では、スイッチ電圧Vswがほぼ入力電圧Vinまで上昇し、コイル電流ILが増大していく。   From time t1 to t2, since the gate signal G1 is at a high level and the gate signal G2 is at a low level, the transistor N1 is turned on and the transistor N2 is turned off. Accordingly, at time t1 to t2, the switch voltage Vsw rises to substantially the input voltage Vin, and the coil current IL increases.

時刻t2において、ゲート信号G1がローレベルに立ち下げられ、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上げられると、トランジスタN1がオフとなり、トランジスタN2がオンとなる。従って、スイッチ電圧Vswが負電圧(=GND−IL×RON)まで低下し、コイル電流ILが減少に転じる。   At time t2, when the gate signal G1 falls to the low level and the gate signal G2 rises to the high level, the transistor N1 is turned off and the transistor N2 is turned on. Therefore, the switch voltage Vsw decreases to a negative voltage (= GND−IL × RON), and the coil current IL starts to decrease.

ここで、負荷に流れる出力電流Ioutが十分に大きい重負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが大きいので、ゲート信号G1が再びハイレベルに立ち上げられる時刻t4まで、コイル電流ILはゼロ値を下回ることなく負荷に向けて流れ続け、スイッチ電圧Vswは負電圧に維持される。一方、負荷に流れる出力電流Ioutが小さい軽負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが少ないので、時刻t3において、コイル電流ILがゼロ値を下回り、トランジスタN2への逆流電流が発生して、スイッチ電圧Vswの極性が負から正に切り替わる。このような状態では、コンデンサC1に蓄えられた電荷を接地端に捨てていることになるので、軽負荷時における効率低下の原因となる。   Here, when the output current Iout flowing through the load is a sufficiently large load, the energy stored in the coil L1 is large, so that the coil current IL has a zero value until time t4 when the gate signal G1 is raised to the high level again. The switch voltage Vsw is maintained at a negative voltage while continuing to flow toward the load without falling below. On the other hand, at the time of light load when the output current Iout flowing through the load is small, the energy stored in the coil L1 is small. Therefore, at time t3, the coil current IL falls below a zero value, and a backflow current to the transistor N2 is generated. The polarity of the switch voltage Vsw switches from negative to positive. In such a state, the electric charge stored in the capacitor C1 is thrown away to the ground terminal, which causes a reduction in efficiency at light loads.

そこで、スイッチング電源装置1は、逆流電流検出回路18を用いてトランジスタN2への逆流電流(スイッチ電圧Vswの極性反転)を検出し、逆流検出信号S5のハイレベル期間(時刻t3〜t4)において、トランジスタN2を強制的にオフさせる構成とされている。このような構成とすることにより、トランジスタN2への逆流電流を速やかに遮断することができるので、軽負荷時における効率低下を解消することが可能となる。   Therefore, the switching power supply device 1 uses the reverse current detection circuit 18 to detect the reverse current to the transistor N2 (polarity inversion of the switch voltage Vsw), and during the high level period (time t3 to t4) of the reverse current detection signal S5. The transistor N2 is forcibly turned off. With such a configuration, the backflow current to the transistor N2 can be promptly interrupted, so that it is possible to eliminate a decrease in efficiency at light loads.

<リップルインジェクション回路(帰還電圧側)>
図7は、リップルインジェクション回路11の一構成例を示す図である。本構成例のリップルインジェクション回路11は、電流源111及び112と、充放電切替スイッチ113と、コンデンサ114と、端子電圧印加部115と、放電スイッチ116と、放電制御部117と、を含む。
<Ripple injection circuit (feedback voltage side)>
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the ripple injection circuit 11. The ripple injection circuit 11 of this configuration example includes current sources 111 and 112, a charge / discharge switch 113, a capacitor 114, a terminal voltage application unit 115, a discharge switch 116, and a discharge control unit 117.

電流源111は、入力電圧Vinに応じた第1電流I1(=α×Vin、ただしαは比例定数)を生成する第1電流源である。電流源111の第1端は、電源端に接続されている。電流源111の第2端は、充放電切替スイッチ113を介して、コンデンサ114の第1端(帰還電圧Vfbの出力端)に接続されている。   The current source 111 is a first current source that generates a first current I1 (= α × Vin, where α is a proportional constant) corresponding to the input voltage Vin. The first end of the current source 111 is connected to the power supply end. The second end of the current source 111 is connected to the first end of the capacitor 114 (the output end of the feedback voltage Vfb) via the charge / discharge changeover switch 113.

電流源112は、出力電圧Voutに応じた第2電流I2(=α×Vout)を生成する第2電流源である。電流源112の第1端は、コンデンサ114の第1端(帰還電圧Vfbの出力端)に接続されている。電流源112の第2端は、接地端に接続されている。なお、降圧型(Vin>Vout)のスイッチング電源装置1において、電流源111と電流源112が同一の比例定数αを持つ場合には、I1>I2となる。また、電流源112は、トランジスタN1のオンデューティに相当する電圧(例えば、図4の第2電圧VY2)に応じて第2電流I2を生成する構成としても構わない。   The current source 112 is a second current source that generates a second current I2 (= α × Vout) corresponding to the output voltage Vout. A first end of the current source 112 is connected to a first end of the capacitor 114 (an output end of the feedback voltage Vfb). The second end of the current source 112 is connected to the ground end. In the step-down type (Vin> Vout) switching power supply device 1, when the current source 111 and the current source 112 have the same proportionality constant α, I1> I2. Further, the current source 112 may be configured to generate the second current I2 in accordance with a voltage corresponding to the on-duty of the transistor N1 (for example, the second voltage VY2 in FIG. 4).

充放電切替スイッチ113は、ゲート信号G1に応じてオン/オフされることにより、電流源111の第2端とコンデンサの第1端(帰還電圧Vfbの出力端)との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、充放電切替スイッチ113は、ゲート信号G1のハイレベル期間(トランジスタN1のオン期間)にオンとなり、ゲート信号G1のローレベル期間(トランジスタN1のオフ期間)にオフとなる。   The charge / discharge switching switch 113 is turned on / off according to the gate signal G1, thereby conducting / blocking between the second end of the current source 111 and the first end of the capacitor (output end of the feedback voltage Vfb). . More specifically, the charge / discharge switch 113 is turned on during the high level period of the gate signal G1 (the on period of the transistor N1) and turned off during the low level period of the gate signal G1 (the off period of the transistor N1). .

コンデンサ114の第1端は、帰還電圧Vfbの出力端に接続されている。コンデンサ114の第2端は、端子電圧印加部115に接続されている。充放電切替スイッチ113のオン期間(トランジスタN1のオン期間)には、第1電流I1から第2電流I2を差し引いた差分電流(=I1−I2>0)がコンデンサ114に向けて流れ込む状態となるので、コンデンサ114が充電される(コンデンサ114の両端間電圧が高くなる)。一方、充放電切替スイッチ113のオフ期間(トランジスタN1のオフ期間)には、第1電流I1が遮断されることにより、コンデンサ114から第2電流I2が引き抜かれる状態となるので、コンデンサ114が放電される(コンデンサ114の両端間電圧が低くなる)。   The first end of the capacitor 114 is connected to the output end of the feedback voltage Vfb. A second end of the capacitor 114 is connected to the terminal voltage application unit 115. During the on period of the charge / discharge switch 113 (the on period of the transistor N1), the differential current (= I1-I2> 0) obtained by subtracting the second current I2 from the first current I1 flows into the capacitor 114. Therefore, the capacitor 114 is charged (the voltage across the capacitor 114 increases). On the other hand, since the first current I1 is cut off during the off period of the charge / discharge switch 113 (the transistor N1 is off), the second current I2 is drawn from the capacitor 114, so that the capacitor 114 is discharged. (The voltage across the capacitor 114 is lowered).

端子電圧印加部115は、コンデンサ114の両端間電圧がリップル電圧Vrplとして分圧電圧Vdivに加算されるようにコンデンサ114の端子電圧(本図ではソース電圧Vs)を印加する回路ブロックであり、電流源115aと、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ115bと、を含む。電流源115aは、電源端とトランジスタ115bのソースとの間に接続されており、所定の第3電流I3(トランジスタ115bの動作電流)を生成する。トランジスタ115bのゲートは、分圧電圧Vdivの印加端に接続されている。トランジスタ115bのドレインは、接地端に接続されている。トランジスタ115bのソースは、コンデンサ114の第2端に接続されている。上記構成から成る端子電圧印加部115は、分圧電圧Vdivよりもトランジスタ115bのオンスレッショルド電圧Vthだけ高いソース電圧Vs(=Vdiv+Vth)をコンデンサ114の第2端に印加するソースフォロワとして機能する。従って、コンデンサ114の第1端から出力される帰還電圧Vfbは、第2端に印加されるソース電圧Vsにリップル電圧Vrplを足し合わせた電圧値(=Vdiv+Vth+Vrpl)となる。   The terminal voltage application unit 115 is a circuit block that applies the terminal voltage (source voltage Vs in this figure) of the capacitor 114 so that the voltage across the capacitor 114 is added to the divided voltage Vdiv as the ripple voltage Vrpl. Source 115a and P-channel MOS field effect transistor 115b. The current source 115a is connected between the power supply terminal and the source of the transistor 115b, and generates a predetermined third current I3 (operation current of the transistor 115b). The gate of the transistor 115b is connected to the application terminal of the divided voltage Vdiv. The drain of the transistor 115b is connected to the ground terminal. The source of the transistor 115 b is connected to the second end of the capacitor 114. The terminal voltage application unit 115 configured as described above functions as a source follower that applies a source voltage Vs (= Vdiv + Vth) higher than the divided voltage Vdiv by the on-threshold voltage Vth of the transistor 115 b to the second end of the capacitor 114. Accordingly, the feedback voltage Vfb output from the first end of the capacitor 114 has a voltage value (= Vdiv + Vth + Vrpl) obtained by adding the ripple voltage Vrpl to the source voltage Vs applied to the second end.

放電スイッチ116は、コンデンサ114と並列に接続されており、放電制御部117から入力される放電制御信号Sxに応じてオン/オフ制御される。具体的に述べると、放電スイッチ116は、放電制御信号Sxがハイレベルであるときにオンとなり、放電制御信号Sxがローレベルであるときにオフとなる。放電スイッチ116がオンされると、コンデンサ114の両端間がショートされるので、コンデンサ114が急速に放電されて、リップル電圧Vrplがゼロ値にリセットされる。   The discharge switch 116 is connected in parallel with the capacitor 114 and is controlled to be turned on / off according to the discharge control signal Sx input from the discharge control unit 117. More specifically, the discharge switch 116 is turned on when the discharge control signal Sx is at a high level, and is turned off when the discharge control signal Sx is at a low level. When the discharge switch 116 is turned on, both ends of the capacitor 114 are short-circuited, so that the capacitor 114 is rapidly discharged and the ripple voltage Vrpl is reset to a zero value.

放電制御部117は、コンデンサ114の充電開始前毎に放電スイッチ116をオンさせるように、放電制御信号Sxを生成する。すなわち、リップル電圧Vrplは、コンデンサ114の充電開始前毎にリセットされる。   The discharge control unit 117 generates the discharge control signal Sx so that the discharge switch 116 is turned on every time before the capacitor 114 starts to be charged. That is, the ripple voltage Vrpl is reset every time before charging of the capacitor 114 starts.

上記構成から成るリップルインジェクション回路11は、入力電圧Vinに比例する第1電流I1と出力電流Voutに比例する第2電流I2とを用いてコンデンサ114の充放電を行うことによりコイル電流ILを模擬したリップル電圧Vrplを生成し、これを分圧電圧Vdivに加算することにより帰還電圧Vfbを生成する。   The ripple injection circuit 11 having the above configuration simulates the coil current IL by charging and discharging the capacitor 114 using the first current I1 proportional to the input voltage Vin and the second current I2 proportional to the output current Vout. A ripple voltage Vrpl is generated and added to the divided voltage Vdiv to generate a feedback voltage Vfb.

<基準電圧生成回路>
図8は、基準電圧生成回路12の一構成例を示す図である。本構成例の基準電圧生成回路12は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ121と、電流源122及び123と、を含む。
<Reference voltage generation circuit>
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the reference voltage generation circuit 12. The reference voltage generation circuit 12 of this configuration example includes a P-channel MOS field effect transistor 121 and current sources 122 and 123.

電流源122は、電源端とトランジスタ121のソースとの間に接続されており、所定の第3電流I3(トランジスタ121の動作電流であり、先に説明したトランジスタ115bの動作電流と同一値)を生成する。トランジスタ121のゲートは、基準電圧Vref0の印加端に接続されている。トランジスタ121のドレインは、接地端に接続されている。トランジスタ121のソースは、基準電圧Vrefの出力端に接続されている。   The current source 122 is connected between the power supply terminal and the source of the transistor 121, and generates a predetermined third current I3 (the operating current of the transistor 121, which is the same value as the operating current of the transistor 115b described above). Generate. The gate of the transistor 121 is connected to the application end of the reference voltage Vref0. The drain of the transistor 121 is connected to the ground terminal. The source of the transistor 121 is connected to the output terminal of the reference voltage Vref.

本構成例の基準電圧生成回路12は、基準電圧Vref0よりもトランジスタ121のオンスレッショルド電圧Vthだけ高い基準電圧Vref(=Vref0+Vth)を出力するソースフォロワとして機能する。このように、基準電圧生成回路12を端子電圧印加部115と同様のソースフォロワ型とすることにより、帰還電圧Vfbに含まれるトランジスタ115bのオンスレッショルド電圧Vthをキャンセルすることが可能となる。   The reference voltage generation circuit 12 of this configuration example functions as a source follower that outputs a reference voltage Vref (= Vref0 + Vth) that is higher than the reference voltage Vref0 by the on-threshold voltage Vth of the transistor 121. Thus, by making the reference voltage generation circuit 12 the same source follower type as the terminal voltage application unit 115, the on-threshold voltage Vth of the transistor 115b included in the feedback voltage Vfb can be canceled.

また、本構成例の基準電圧生成回路12は、基準電圧Vrefの出力端と接地端との間に、出力電圧Voutまたは第2電圧VY2に応じた第2電流I2(リップルインジェクション回路11のそれと同一値)を生成する電流源123を含んでいる。このような構成とすることにより、帰還電圧Vfbに影響を及ぼす電流源112の温度依存性や電源依存性をキャンセルすることが可能となる。   Further, the reference voltage generation circuit 12 of this configuration example has a second current I2 (same as that of the ripple injection circuit 11) corresponding to the output voltage Vout or the second voltage VY2 between the output terminal of the reference voltage Vref and the ground terminal. A current source 123 for generating a value). By adopting such a configuration, it becomes possible to cancel the temperature dependency and power supply dependency of the current source 112 that affect the feedback voltage Vfb.

<放電制御部(第1構成例)>
図9は、放電制御部117の第1構成例を示す図である。第1構成例の放電制御部117は、ワンショットパルス生成部117aと、RSフリップフロップ117bとを含む。
<Discharge Control Unit (First Configuration Example)>
FIG. 9 is a diagram illustrating a first configuration example of the discharge control unit 117. The discharge control unit 117 of the first configuration example includes a one-shot pulse generation unit 117a and an RS flip-flop 117b.

ワンショットパルス生成部117aは、ゲート信号G2の立下りエッジをトリガとしてフォール検出信号Sfにワンショットパルスを生成する。   The one-shot pulse generator 117a generates a one-shot pulse for the fall detection signal Sf using the falling edge of the gate signal G2 as a trigger.

RSフリップフロップ117bは、セット端(S)に入力されるフォール検出信号Sfの立上りエッジで放電制御信号Sxをハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力されるゲート信号G1の立上りエッジで放電制御信号Sxをローレベルにリセットする。   The RS flip-flop 117b sets the discharge control signal Sx to a high level at the rising edge of the fall detection signal Sf input to the set end (S), and at the rising edge of the gate signal G1 input to the reset end (R). The discharge control signal Sx is reset to a low level.

すなわち、第1構成例の放電制御部117は、トランジスタN2がオフされる毎に放電スイッチ116をオンさせる。このような構成とすることにより、コンデンサ114の充電開始前毎にリップル電圧Vrplをゼロ値にリセットすることが可能となる。   That is, the discharge controller 117 of the first configuration example turns on the discharge switch 116 every time the transistor N2 is turned off. With such a configuration, it is possible to reset the ripple voltage Vrpl to a zero value every time before charging of the capacitor 114 starts.

また、第1構成例の放電制御部117は、トランジスタN2がオフされてからトランジスタN1がオンされるまで放電スイッチ116をオンさせておく。すなわち、スイッチング駆動のデッドタイム(トランジスタN1及びN2の同時オフ期間)には、リップル電圧Vrplのリセット状態が維持される。このような構成であれば、フォール検出信号Sfに生成されるワンショットパルスのハイレベル期間を不必要に延ばすことなく、コンデンサ114の放電期間を稼ぐことができるので、より確実にリップル電圧Vrplをゼロ値にリセットすることが可能となる。また、本構成によれば、軽負荷時の省電力動作(逆流遮断動作)によるトランジスタN1及びN2の同時オフ期間においても、リップル電圧Vrplのリセット状態を維持することが可能となる。   Further, the discharge control unit 117 of the first configuration example keeps the discharge switch 116 turned on until the transistor N1 is turned on after the transistor N2 is turned off. That is, the reset state of the ripple voltage Vrpl is maintained during the switching drive dead time (the transistors N1 and N2 are simultaneously turned off). With such a configuration, the discharge period of the capacitor 114 can be earned without unnecessarily extending the high-level period of the one-shot pulse generated in the fall detection signal Sf, so the ripple voltage Vrpl can be more reliably reduced. It becomes possible to reset to zero value. Further, according to this configuration, it is possible to maintain the reset state of the ripple voltage Vrpl even in the simultaneous off period of the transistors N1 and N2 due to the power saving operation (backflow cut-off operation) at light load.

<放電制御部(第2構成例)>
図10は、放電制御部117の第2構成例を示す図である。第2構成例では、第1構成例のRSフリップフロップ117bに代えて、ORゲート117cが用いられている。ORゲート117cは、フォール検出信号Sfと逆流検出信号S5との論理和信号を放電制御信号Sxとして出力する。このような構成とすることにより、先の第1構成例とほぼ同様の動作を実現することが可能である。ただし、本構成例を採用する場合には、フォール検出信号Sfに生成されるワンショットパルスのハイレベル期間を十分に長く設定することが望ましい。
<Discharge control unit (second configuration example)>
FIG. 10 is a diagram illustrating a second configuration example of the discharge control unit 117. In the second configuration example, an OR gate 117c is used instead of the RS flip-flop 117b in the first configuration example. The OR gate 117c outputs a logical sum signal of the fall detection signal Sf and the backflow detection signal S5 as the discharge control signal Sx. By adopting such a configuration, it is possible to realize substantially the same operation as in the first configuration example. However, when this configuration example is employed, it is desirable to set the high level period of the one-shot pulse generated in the fall detection signal Sf sufficiently long.

<リップルインジェクション動作>
図11は、リップルインジェクション動作の一例(定常負荷時の電流連続モード)を示すタイムチャートであり、上から順番に、ゲート信号G1及びG2、帰還電圧Vfb、及び、スイッチ電圧Vswの挙動が描写されている。
<Ripple injection operation>
FIG. 11 is a time chart showing an example of ripple injection operation (current continuous mode at steady load), in which the behaviors of the gate signals G1 and G2, the feedback voltage Vfb, and the switch voltage Vsw are depicted in order from the top. ing.

時刻t11において、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefを下回り、ゲート信号G2がローレベルに立ち下げられると、放電スイッチ116がオンされてコンデンサ114が放電される。その結果、リップル電圧Vrplがゼロ値にリセットされるので、帰還電圧Vfbが分圧電圧Vdivと同一値になるまで低下する。   At time t11, when the feedback voltage Vfb falls below the reference voltage Vref and the gate signal G2 falls to the low level, the discharge switch 116 is turned on and the capacitor 114 is discharged. As a result, the ripple voltage Vrpl is reset to a zero value, and thus the feedback voltage Vfb is lowered until it becomes the same value as the divided voltage Vdiv.

時刻t12において、ゲート信号G1がハイレベルに立ち上げられると、先述の差分電流(I1−I2)によるコンデンサ114の充電が開始される。その結果、リップル電圧Vrplが上昇し始めるので、これに伴って帰還電圧Vfbも上昇していく。   When the gate signal G1 rises to a high level at time t12, charging of the capacitor 114 by the above-described differential current (I1-I2) is started. As a result, the ripple voltage Vrpl starts to increase, and accordingly, the feedback voltage Vfb also increases.

時刻t12から所定のオン時間Tonが経過し、時刻t13において、ゲート信号G1がローレベルに立ち下げられると、先述の第2電流I2によるコンデンサ114の放電が開始される。その結果、リップル電圧Vrplが低下し始めるので、これに伴って帰還電圧Vfbも低下していく。   When a predetermined on-time Ton elapses from time t12 and the gate signal G1 falls to the low level at time t13, the discharge of the capacitor 114 by the second current I2 described above is started. As a result, the ripple voltage Vrpl starts to decrease, and accordingly, the feedback voltage Vfb also decreases.

時刻t14において、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上げられた後、時刻t15において、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefを下回り、ゲート信号G2がローレベルに立ち下げられると、放電スイッチ116がオンされてコンデンサ114が放電される。この動作は時刻t11と全く同一であり、時刻t15以降も上記一連の動作が繰り返される。   After the gate signal G2 is raised to the high level at time t14, when the feedback voltage Vfb falls below the reference voltage Vref and the gate signal G2 is lowered to the low level at time t15, the discharge switch 116 is turned on. The capacitor 114 is discharged. This operation is exactly the same as time t11, and the series of operations are repeated after time t15.

このように、本構成例のリップルインジェクション回路11を用いれば、電源制御IC10に外付けされるディスクリート部品を用いることなく、スイッチング駆動の1サイクル毎にリセットされるリップル電圧Vrplを帰還電圧Vfbに加算することができる。   As described above, when the ripple injection circuit 11 of this configuration example is used, the ripple voltage Vrpl that is reset for each cycle of the switching drive is added to the feedback voltage Vfb without using discrete components externally attached to the power supply control IC 10. can do.

<入力変動時における出力挙動の新旧対比>
図12は、入力変動時における出力挙動の新旧対比図である。(A)欄には、図7のリップルインジェクション回路11を用いた場合の挙動が示されており、(B)欄には、図41のリップルインジェクション回路RPLを用いた場合の挙動が示されている。
<Contrast of old and new output behavior during input fluctuations>
FIG. 12 is an old and new comparison diagram of output behavior at the time of input fluctuation. The column (A) shows the behavior when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is used, and the column (B) shows the behavior when the ripple injection circuit RPL of FIG. 41 is used. Yes.

図41のリップルインジェクション回路RPLを用いた場合、出力電圧OUTは、帰還電圧FBの中点電圧FVOUT(疑似リップル成分の振幅電圧の1/2に相当)に追従して変動する。また、帰還電圧FBに重畳される疑似リップル成分は、入力電圧INに対する依存性を持って増減する。従って、出力電圧OUTも入力電圧INに対する依存性を持って目標値Vtargetから乖離してしまう。このような出力精度の低下を防ぐためには、オペアンプなどを用いて複雑な補正処理を行う必要がある。また、抵抗RaとコンデンサCa及びCbを用いて生成される疑似リップル成分は、どうしても波形が鈍るので、帰還電圧FBと基準電圧REFとの交差角度が浅くなり、ジッタ特性が悪化する。   When the ripple injection circuit RPL of FIG. 41 is used, the output voltage OUT varies following the midpoint voltage FVOUT of the feedback voltage FB (corresponding to 1/2 of the amplitude voltage of the pseudo ripple component). Further, the pseudo ripple component superimposed on the feedback voltage FB increases and decreases depending on the input voltage IN. Accordingly, the output voltage OUT also deviates from the target value Vtarget with dependence on the input voltage IN. In order to prevent such a decrease in output accuracy, it is necessary to perform complicated correction processing using an operational amplifier or the like. Further, since the pseudo ripple component generated using the resistor Ra and the capacitors Ca and Cb inevitably has a dull waveform, the crossing angle between the feedback voltage FB and the reference voltage REF becomes shallow, and the jitter characteristics deteriorate.

一方、図7のリップルインジェクション回路11を用いた場合、帰還電圧Vfbは、分圧電圧Vdivに対してリップル電圧Vrplを単純に足し合わせた電圧となるので、帰還電圧Vfbのボトム値に相当する分圧電圧Vdivが基準電圧Vrefと一致するように出力帰還制御が掛かる。すなわち、出力電圧Voutは、疑似リップル成分の大きさに依ることなく、常に所望の目標値Vtargetに合わせ込まれるので、複雑な補正処理は一切不要となる。また、第1電流I1と第2電流I2を用いて生成されるリップル電圧Vrplは、波形が鈍りにくいので、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの交差角度が深くなり、ジッタ特性を向上することが可能となる。   On the other hand, when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is used, the feedback voltage Vfb is a voltage obtained by simply adding the ripple voltage Vrpl to the divided voltage Vdiv, and therefore, the amount corresponding to the bottom value of the feedback voltage Vfb. Output feedback control is performed so that the voltage Vdiv matches the reference voltage Vref. That is, the output voltage Vout is always adjusted to the desired target value Vtarget without depending on the magnitude of the pseudo ripple component, so that no complicated correction processing is required. In addition, since the ripple voltage Vrpl generated using the first current I1 and the second current I2 is difficult to dull, the crossing angle between the feedback voltage Vfb and the reference voltage Vref becomes deep, and the jitter characteristics can be improved. It becomes possible.

<負荷変動時における出力挙動の新旧対比>
図13は、負荷変動時における出力挙動の新旧対比図である。図41のリップルインジェクション回路RPLを用いた場合には、負荷が軽いほど出力電圧OUTが低下する(図中の破線を参照)。従って、目標値Vtargetの設定によっては、軽負荷時に出力電圧OUTが不足するという事態が生じ得る。
<Contrast between old and new output behavior during load fluctuations>
FIG. 13 is an old and new comparison diagram of output behavior at the time of load fluctuation. When the ripple injection circuit RPL of FIG. 41 is used, the output voltage OUT decreases as the load is lighter (see the broken line in the figure). Therefore, depending on the setting of the target value Vtarget, there may occur a situation where the output voltage OUT is insufficient at a light load.

一方、図7のリップルインジェクション回路11を用いた場合、出力電圧Voutは、負荷変動に依ることなく、常に所望の目標値Vtargetに合わせ込まれるので、軽負荷時に出力電圧Voutの不足が生じる心配はない。   On the other hand, when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is used, the output voltage Vout is always adjusted to the desired target value Vtarget without depending on the load fluctuation. Absent.

<軽負荷から重負荷に至る遷移挙動の新旧対比>
図14は、軽負荷から重負荷に至る遷移挙動の新旧対比図である。(A)欄には、図7のリップルインジェクション回路11を用いた場合の挙動が示されており、(B)欄には図41のリップルインジェクション回路RPLを用いた場合の挙動が示されている。
<Contrast of transition behavior from light load to heavy load>
FIG. 14 is an old and new comparison diagram of transition behavior from a light load to a heavy load. The column (A) shows the behavior when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is used, and the column (B) shows the behavior when the ripple injection circuit RPL of FIG. 41 is used. .

図41のリップルインジェクション回路RPLを用いた場合、軽負荷から重負荷への遷移時に電流連続モードと電流不連続モードが不規則に繰り返されるので、出力電圧OUTのリップル成分が増大して波形が乱れる。例えば、図14の(B)欄では、電流連続モードのパルス生成が2サイクルないしは3サイクル連続で行われた後、比較的長い電流不連続モード(逆流検出によるトランジスタN1及びN2の同時オフ)が1サイクルだけ生じる、といった挙動が繰り返されている。このような挙動は、リップルインジェクション動作が不要な軽負荷時においても、帰還電圧FBに疑似リップル成分が重畳されており、帰還電圧FBが出力電圧OUTを正確に表わせていないために発生する。   When the ripple injection circuit RPL of FIG. 41 is used, the current continuous mode and the current discontinuous mode are irregularly repeated at the transition from the light load to the heavy load, so that the ripple component of the output voltage OUT increases and the waveform is disturbed. . For example, in the column (B) of FIG. 14, a relatively long current discontinuous mode (simultaneous off of the transistors N1 and N2 by backflow detection) is performed after pulse generation in the continuous current mode is performed for two or three consecutive cycles. The behavior that only one cycle occurs is repeated. Such a behavior occurs because a pseudo ripple component is superimposed on the feedback voltage FB and the feedback voltage FB does not accurately represent the output voltage OUT even at a light load that does not require a ripple injection operation.

一方、図7のリップルインジェクション回路11を用いた場合、電流不連続モードではリップル電圧Vrplがゼロ値にリセットされるので、リップルインジェクション動作が自動的に停止される。その結果、軽負荷から重負荷への遷移時において、電流連続モードと電流不連続モードが不規則に繰り返されることがなくなる。例えば、図14の(A)欄では、(B)欄の電流不連続モードと比べて1/2〜1/3の長さを持つ電流不連続モードが1サイクル毎に生じている。すなわち、図14の(A)欄では、2〜3サイクルに1回の割合で生じていた(B)欄の電流不連続モードが各サイクルに均一分散されている。なお、(A)欄の電流不連続モードは負荷が重くなるほど短くなっていき、負荷が十分に重くなると、全てのサイクルで電流連続モードに切り替わる。このような動作により、軽負荷から重負荷へのスムーズな遷移を実現することが可能となる。   On the other hand, when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is used, the ripple injection operation is automatically stopped because the ripple voltage Vrpl is reset to zero in the current discontinuous mode. As a result, the current continuous mode and the current discontinuous mode are not repeated irregularly during the transition from the light load to the heavy load. For example, in the column (A) of FIG. 14, a current discontinuous mode having a length of ½ to 3 is generated every cycle as compared with the current discontinuous mode in the column (B). That is, in the column (A) in FIG. 14, the current discontinuous mode in the column (B), which occurred once every two to three cycles, is uniformly dispersed in each cycle. Note that the current discontinuous mode in the column (A) becomes shorter as the load becomes heavier, and switches to the current continuous mode in every cycle when the load becomes heavier. Such an operation makes it possible to realize a smooth transition from a light load to a heavy load.

<静音化機能>
図15は、スイッチング電源装置の第2実施形態(静音化機能を備えた半導体装置10の一構成例)を示すブロック図である。本構成例の半導体装置10は、図1で示した回路ブロック11〜18に加えて、静音化回路19を有する。そこで、先と同様の構成については、図1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、静音化回路19の構成や動作について重点的に説明する。
<Silent function>
FIG. 15 is a block diagram showing a second embodiment (one configuration example of the semiconductor device 10 having a noise reduction function) of the switching power supply device. The semiconductor device 10 of this configuration example includes a noise reduction circuit 19 in addition to the circuit blocks 11 to 18 illustrated in FIG. Therefore, with respect to the same configuration as the above, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to omit redundant description, and hereinafter, the configuration and operation of the silencer circuit 19 will be described mainly.

静音化回路19は、軽負荷時のスイッチング周波数Fswを人間の可聴域以上(例えば30kHz)に保つことにより可聴ノイズの発生を抑制するための回路ブロックであり、ゲート信号G1及びG2を監視して静音化信号S6を生成する。静音化信号S6は、基本的に、トランジスタN1のオンタイミング(ゲート信号G1の立上りエッジ)が到来してから次のオンタイミングが到来しないままで所定の閾値時間Tth(例えば33μs)が経過したときにハイレベルとなり、トランジスタN2のオフタイミング(ゲート信号G2の立下りエッジ)が到来したときにローレベルとなる。   The silencer circuit 19 is a circuit block for suppressing the generation of audible noise by keeping the switching frequency Fsw at light load above a human audible range (for example, 30 kHz), and monitors the gate signals G1 and G2. A silence signal S6 is generated. The silence signal S6 is basically generated when a predetermined threshold time Tth (for example, 33 μs) elapses without the next on-timing from the on-timing of the transistor N1 (rising edge of the gate signal G1). When the transistor N2 is turned off (falling edge of the gate signal G2), the signal becomes low.

ワンショットパルス生成回路14は、比較信号S1と静音化信号S6の入力を各々受け付けており、一方の立上りエッジをトリガとしてセット信号S2にワンショットパルスを生成する。従って、比較信号S1がハイレベルに立ち上がらなくても、静音化信号S6がハイレベルに立ち上がれば、出力信号S4がハイレベルにセットされるので、トランジスタN1がオンとなる。すなわち、静音化信号S6は、比較信号S1を無視してトランジスタN1を強制的にオンさせるための強制オン信号として機能する。   The one-shot pulse generation circuit 14 receives inputs of the comparison signal S1 and the silence signal S6, and generates a one-shot pulse in the set signal S2 using one rising edge as a trigger. Therefore, even if the comparison signal S1 does not rise to the high level, if the silence signal S6 rises to the high level, the output signal S4 is set to the high level, so that the transistor N1 is turned on. That is, the silence signal S6 functions as a forced on signal for ignoring the comparison signal S1 and forcibly turning on the transistor N1.

このような構成とすることにより、コンデンサC1を不必要に放電することなく、軽負荷時のスイッチング周波数Fswを人間の可聴域以上に保つことができるので、従来よりも静音動作時の効率を向上することが可能となる。   By adopting such a configuration, the switching frequency Fsw at the time of light load can be kept above the human audible range without unnecessarily discharging the capacitor C1, so that the efficiency during silent operation is improved compared to the conventional case. It becomes possible to do.

ただし、比較信号S1が未だハイレベルに立ち上がっていない状態(帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefを未だ下回っていない状態)で、トランジスタN1を強制的にオンさせると、出力電圧Voutが不必要に上昇してしまうおそれがある。   However, if the transistor N1 is forcibly turned on when the comparison signal S1 has not yet risen to the high level (the feedback voltage Vfb has not yet fallen below the reference voltage Vref), the output voltage Vout rises unnecessarily. There is a risk that.

そこで、オン時間設定回路16は、静音化信号S6の入力を受け付けており、静音化回路19によってトランジスタN1が強制的にオンされたとき、出力電圧Voutが高いほどトランジスタN1のオン時間Tonを短縮して出力電圧Voutの上昇を抑制する機能を備えている。   Therefore, the on-time setting circuit 16 receives the input of the silence signal S6, and when the transistor N1 is forcibly turned on by the silence circuit 19, the on-time Ton of the transistor N1 is shortened as the output voltage Vout is higher. Thus, it has a function of suppressing an increase in output voltage Vout.

このような構成とすることにより、出力電圧Voutを目標値Vtargetの+1〜2%程度で安定させて、それ以上の過電圧状態とならないように制御することができる。   With such a configuration, the output voltage Vout can be stabilized at about +1 to 2% of the target value Vtarget, and can be controlled so as not to become an overvoltage state beyond that.

図16は、静音化回路19の一構成例、及び、オン時間設定回路16の第3構成例を示す回路図である。本構成例の静音化回路19は、ワンショットパルス生成部191及び192と、タイマ部193と、RSフリップフロップ194と、コンパレータ195と、NORゲート196と、を含む。   FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration example of the silencer circuit 19 and a third configuration example of the on-time setting circuit 16. The noise reduction circuit 19 of this configuration example includes one-shot pulse generation units 191 and 192, a timer unit 193, an RS flip-flop 194, a comparator 195, and a NOR gate 196.

ワンショットパルス生成部191は、ゲート信号G1の立上りエッジをトリガとして信号Saにワンショットパルスを生成する。   The one-shot pulse generator 191 generates a one-shot pulse for the signal Sa using the rising edge of the gate signal G1 as a trigger.

ワンショットパルス生成部192は、ゲート信号G2の立下りエッジをトリガとして信号Scにワンショットパルスを生成する。   The one-shot pulse generator 192 generates a one-shot pulse for the signal Sc using the falling edge of the gate signal G2 as a trigger.

タイマ部193は、信号Saのワンショットパルスを受けて閾値時間Tthのカウント動作を開始し、閾値時間Tthのカウント動作を完了した時点で信号Sbにワンショットパルスを生成する。すなわち、タイマ部193は、信号Saを閾値時間Tthだけ遅延させた信号Sbを生成する。ただし、閾値時間Tthのカウント動作は、信号Saのワンショットパルスが入力される毎にリセットされる。従って、信号Saのワンショットパルス生成間隔(トランジスタN1のスイッチング周期に相当)が閾値時間Tthよりも短ければ、信号Sbにワンショットパルスが生成されることはない。なお、タイマ部193としては、アナログタイマ及びデジタルタイマのいずれを用いても構わない。   Upon receiving the one-shot pulse of the signal Sa, the timer unit 193 starts a counting operation for the threshold time Tth, and generates a one-shot pulse for the signal Sb when the counting operation for the threshold time Tth is completed. That is, the timer unit 193 generates the signal Sb obtained by delaying the signal Sa by the threshold time Tth. However, the count operation of the threshold time Tth is reset every time a one-shot pulse of the signal Sa is input. Therefore, if the one-shot pulse generation interval of the signal Sa (corresponding to the switching period of the transistor N1) is shorter than the threshold time Tth, no one-shot pulse is generated in the signal Sb. Note that either an analog timer or a digital timer may be used as the timer unit 193.

RSフリップフロップ194は、セット端(S)に入力される信号Sbの立上りエッジで信号Sd(反転出力信号)をローレベルにセットし、リセット端(R)に入力される信号Scの立上りエッジで信号Sdをハイレベルにリセットする。従って、信号Sdは、トランジスタN1のオンタイミング(ゲート信号G1の立上りエッジ)が到来してから次のオンタイミングが到来しないままで閾値時間Tthが経過したときにローレベルとなり、トランジスタN2のオフタイミング(ゲート信号G2の立下りエッジ)が到来したときにハイレベルとなる。   The RS flip-flop 194 sets the signal Sd (inverted output signal) to a low level at the rising edge of the signal Sb input to the set end (S), and at the rising edge of the signal Sc input to the reset end (R). The signal Sd is reset to high level. Therefore, the signal Sd becomes a low level when the threshold time Tth elapses without the next on-timing from the on-timing of the transistor N1 (rising edge of the gate signal G1), and the off-timing of the transistor N2 It becomes high level when (falling edge of the gate signal G2) arrives.

コンパレータ195は、非反転入力端(+)に入力される分圧電圧Vdivと反転入力端(−)に入力される閾値電圧V1(出力電圧Voutの上限値に相当)とを比較して信号Seを生成する。信号Seは、分圧電圧Vdivが閾値電圧V1よりも高いときにハイレベルとなり、分圧電圧Vdivが閾値電圧V1よりも低いときにローレベルとなる。   The comparator 195 compares the divided voltage Vdiv input to the non-inverting input terminal (+) with the threshold voltage V1 (corresponding to the upper limit value of the output voltage Vout) input to the inverting input terminal (−) to generate the signal Se. Is generated. The signal Se is at a high level when the divided voltage Vdiv is higher than the threshold voltage V1, and is at a low level when the divided voltage Vdiv is lower than the threshold voltage V1.

NORゲート196は、信号Sdと信号Seとの否定論理和演算により静音化信号S6を生成する。静音化信号S6は、信号Sd及びSeの少なくとも一方がハイレベルであるときにローレベルとなり、信号Sd及びSeの両方がローレベルであるときにハイレベルとなる。すなわち、信号Seがローレベル(過電圧未検出時の論理レベル)であるときには、信号Sdの論理反転信号が静音化信号S6として出力される。一方、信号Seがハイレベル(過電圧検出時の論理レベル)であるときには、信号Sdの論理レベルに依ることなく、静音化信号S6がローレベルに固定される。従って、分圧電圧Vdivが閾値電圧V1を上回っている間、トランジスタN1の強制オン動作が停止される。   The NOR gate 196 generates the silence signal S6 by performing a negative OR operation on the signal Sd and the signal Se. The silence signal S6 is at a low level when at least one of the signals Sd and Se is at a high level, and is at a high level when both the signals Sd and Se are at a low level. That is, when the signal Se is at a low level (logic level when no overvoltage is detected), a logic inversion signal of the signal Sd is output as the silence signal S6. On the other hand, when the signal Se is at a high level (logic level when an overvoltage is detected), the silence signal S6 is fixed at a low level without depending on the logic level of the signal Sd. Therefore, while the divided voltage Vdiv exceeds the threshold voltage V1, the forced on operation of the transistor N1 is stopped.

例えば、完全な無負荷状態(Iout=0A)では、トランジスタN1のオン時間Tonをいくら短縮しても、トランジスタN1の強制オン動作を繰り返すことによって出力電圧Voutが過電圧状態に至り、分圧電圧Vdivが閾値電圧V1を上回る。このような場合には、ハイレベルの信号Seによって信号Sdがマスクされ、トランジスタN1の強制オン動作が停止されるので、出力電圧Voutの過電圧状態を解消することができる。   For example, in a complete no-load state (Iout = 0A), the output voltage Vout reaches an overvoltage state by repeating the forced on operation of the transistor N1, no matter how much the on time Ton of the transistor N1 is shortened, and the divided voltage Vdiv Exceeds the threshold voltage V1. In such a case, the signal Sd is masked by the high-level signal Se, and the forced on operation of the transistor N1 is stopped, so that the overvoltage state of the output voltage Vout can be eliminated.

なお、静音化信号S6は、比較信号S1とともにワンショットパルス生成回路14に入力される。ワンショットパルス生成回路14は、その入力段にORゲート141を含み、比較信号S1と静音化信号S6のうち、いずれか一方の立上りエッジをトリガとしてセット信号S2にワンショットパルスを生成するように構成しておけばよい。   The silence signal S6 is input to the one-shot pulse generation circuit 14 together with the comparison signal S1. The one-shot pulse generation circuit 14 includes an OR gate 141 at its input stage, and generates a one-shot pulse for the set signal S2 using one of the rising edges of the comparison signal S1 and the silence signal S6 as a trigger. Configure it.

第3構成例のオン時間設定回路16Zは、第1構成例のオン時間設定回路16X(図2を参照)をベースとしつつ、第2電圧生成回路の構成要素として、抵抗X5及びX6以外に、電流出力アンプZ1と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタZ2及びZ3と、コンデンサZ4と、抵抗Z5及びZ6と、インバータZ7と、スイッチZ8及びZ9とを新たに含む。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、新たに追加された構成要素Z1〜Z9を中心に第2電圧生成回路の詳細な説明を行う。   The on-time setting circuit 16Z of the third configuration example is based on the on-time setting circuit 16X (see FIG. 2) of the first configuration example, and as a component of the second voltage generation circuit, in addition to the resistors X5 and X6, A current output amplifier Z1, N-channel MOS field effect transistors Z2 and Z3, a capacitor Z4, resistors Z5 and Z6, an inverter Z7, and switches Z8 and Z9 are newly included. 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 description is omitted. In the following description, the second voltage is centered on the newly added components Z1 to Z9. The generation circuit will be described in detail.

抵抗X5の第1端は、出力電圧Voutが印加される外部端子T6に接続されている。抵抗X5の第2端は、抵抗X6の第1端に接続されている。抵抗X6の第2端は、接地端に接続されている。このように接続された抵抗X5及びX6は、互いの接続ノードから出力電圧Voutを分圧した第1分圧電圧VX2aを出力する第1抵抗ラダーとして機能する。従って、出力電圧Voutが高いほど第1分圧電圧VX2aも高くなる。   A first end of the resistor X5 is connected to an external terminal T6 to which the output voltage Vout is applied. The second end of the resistor X5 is connected to the first end of the resistor X6. A second terminal of the resistor X6 is connected to the ground terminal. The resistors X5 and X6 connected in this manner function as a first resistor ladder that outputs a first divided voltage VX2a obtained by dividing the output voltage Vout from the connection node. Therefore, the higher the output voltage Vout, the higher the first divided voltage VX2a.

抵抗Z5の第1端は、出力電圧Voutが印加される外部端子T6に接続されている。抵抗Z5の第2端は、抵抗Z6及びコンデンサZ4の第1端に各々接続されている。抵抗Z6及びコンデンサZ4の第2端は、いずれも接地端に接続されている。このように接続された抵抗Z5及びZ6は、互いの接続ノードから出力電圧Voutを分圧した第2分圧電圧VX2bを出力する第2抵抗ラダーとして機能する。   The first end of the resistor Z5 is connected to the external terminal T6 to which the output voltage Vout is applied. The second end of the resistor Z5 is connected to the resistor Z6 and the first end of the capacitor Z4. The second ends of the resistor Z6 and the capacitor Z4 are both connected to the ground end. The resistors Z5 and Z6 connected in this way function as a second resistor ladder that outputs a second divided voltage VX2b obtained by dividing the output voltage Vout from the connection node.

電流出力アンプZ1(gmアンプないしトランスコンダクタンスアンプ)は、非反転入力端(+)に入力される分圧電圧Vdivと反転入力端(−)に入力される基準電圧V2(<V1)との差分に応じたオフセット電流IZを生成する。従って、オフセット電流IZは、分圧電圧Vdiv(延いては出力電圧Vout)が高いほど大きくなる。   The current output amplifier Z1 (gm amplifier or transconductance amplifier) has a difference between the divided voltage Vdiv input to the non-inverting input terminal (+) and the reference voltage V2 (<V1) input to the inverting input terminal (−). An offset current IZ according to the above is generated. Therefore, the offset current IZ increases as the divided voltage Vdiv (and thus the output voltage Vout) increases.

トランジスタZ2のドレインは、電流出力アンプZ1の出力端に接続されている。トランジスタZ2及びZ3のゲートは、いずれもトランジスタZ2のドレインに接続されている。トランジスタZ2及びZ3のソースは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタZ3のドレインは、抵抗Z5と抵抗Z6との接続ノード(第2分圧電圧VX2bの出力端)に接続されている。このように接続されたトランジスタZ2及びZ3は、第2抵抗ラダーを形成する抵抗Z5にオフセット電流IZを流すことにより、抵抗Z5での電圧降下分(=IZ×Z5)だけ第2分圧電圧VX2bを引き下げるカレントミラーとして機能する。従って、第2分圧電圧VX2bは、オフセット電流IZが大きいほど(延いては出力電圧Voutが高いほど)引き下げられる。   The drain of the transistor Z2 is connected to the output terminal of the current output amplifier Z1. The gates of the transistors Z2 and Z3 are both connected to the drain of the transistor Z2. The sources of the transistors Z2 and Z3 are both connected to the ground terminal. The drain of the transistor Z3 is connected to a connection node (the output terminal of the second divided voltage VX2b) between the resistor Z5 and the resistor Z6. The transistors Z2 and Z3 connected in this way cause the second divided voltage VX2b by a voltage drop (= IZ × Z5) at the resistor Z5 by causing the offset current IZ to flow through the resistor Z5 forming the second resistor ladder. It functions as a current mirror that pulls down. Accordingly, the second divided voltage VX2b is lowered as the offset current IZ increases (and as the output voltage Vout increases).

スイッチZ8は、第1分圧電圧VX2aの印加端とコンパレータX4の反転入力端(第2電圧VX2の印加端)との間に接続されており、インバータZ7を介して入力される反転静音化信号S6B(静音化信号S6の論理反転信号)に応じてオン/オフされる。スイッチZ8は、静音化回路19の非動作時(S6B=H)にオンとなり、静音化回路19の動作時(S6B=L)にオフとなる。一方、スイッチZ9は、第2分圧電圧VX2bの印加端とコンパレータX4の反転入力端(第2電圧VX2の印加端)との間に接続されており、静音化信号S6に応じてオン/オフされる。スイッチZ9は、静音化回路19の非動作時(S6=L)にオフとなり、静音化回路19の動作時(S6=H)にオンとなる。このように接続されたインバータZ7、並びに、スイッチZ8及びZ9は、静音化回路19の非動作時(S6=L、S6B=H)には、第1分圧電圧VX2aを第2電圧VX2として選択し、静音化回路19の動作時(S6=H、S6B=L)には、第2分圧電圧VX2bを第2電圧VX2として選択するセレクタとして機能する。   The switch Z8 is connected between the application terminal of the first divided voltage VX2a and the inverting input terminal (application terminal of the second voltage VX2) of the comparator X4, and is an inverted silencing signal input via the inverter Z7. It is turned on / off in response to S6B (logically inverted signal of the silence signal S6). The switch Z8 is turned on when the silencer circuit 19 is not operating (S6B = H), and is turned off when the silencer circuit 19 is operated (S6B = L). On the other hand, the switch Z9 is connected between the application terminal of the second divided voltage VX2b and the inverting input terminal (application terminal of the second voltage VX2) of the comparator X4, and is turned on / off according to the silence signal S6. Is done. The switch Z9 is turned off when the silencer circuit 19 is not operating (S6 = L), and turned on when the silencer circuit 19 is operated (S6 = H). The inverter Z7 and the switches Z8 and Z9 thus connected select the first divided voltage VX2a as the second voltage VX2 when the silencer circuit 19 is not operating (S6 = L, S6B = H). During the operation of the silencer circuit 19 (S6 = H, S6B = L), it functions as a selector that selects the second divided voltage VX2b as the second voltage VX2.

以上より、第2電圧生成回路は、静音化回路19の非動作時(S6=L、S6B=H)には、第1分圧電圧VX2aを選択出力することにより、先の第1構成例(図2)と同様の第2電圧VX2を生成するように動作し、静音化回路19の動作時(S6=H、S6B=L)には、第2分圧電圧VX2bを選択出力することにより、出力電圧Voutが高いほど第2電圧VX2を引き下げるように動作する。   As described above, the second voltage generation circuit selectively outputs the first divided voltage VX2a when the silencer circuit 19 is not in operation (S6 = L, S6B = H), so that the first configuration example ( As shown in FIG. 2), the second voltage VX2 is generated. When the silencer circuit 19 is in operation (S6 = H, S6B = L), the second divided voltage VX2b is selectively output by As the output voltage Vout is higher, the second voltage VX2 is lowered.

図17は、静音動作の一例を示すタイムチャートであり、上から順に、出力信号S4、ゲート信号G1及びG2、スイッチ電圧Vsw、コイル電流IL、信号Sa〜Sd、静音化信号S6、並びに、オン時間設定回路16Zの内部電圧(第1電圧VX1、第2電圧VX2、第1分圧電圧VX2a、及び、第2分圧電圧VX2b)が描写されている。なお、本図の前提条件として、比較信号S1及び信号Seは、いずれも常にローレベルとする。   FIG. 17 is a time chart showing an example of the silent operation. In order from the top, the output signal S4, the gate signals G1 and G2, the switch voltage Vsw, the coil current IL, the signals Sa to Sd, the silenced signal S6, and the on-state. The internal voltages of the time setting circuit 16Z (the first voltage VX1, the second voltage VX2, the first divided voltage VX2a, and the second divided voltage VX2b) are depicted. Note that, as a precondition in this figure, both the comparison signal S1 and the signal Se are always at a low level.

時刻t20以前には、軽負荷時の省電力動作(逆流遮断動作)によってゲート信号G1及びG2がいずれもローレベルとされており、トランジスタN1及びN2が同時オフ状態となっている。   Prior to time t20, the gate signals G1 and G2 are both set to the low level by the power saving operation (backflow blocking operation) at the time of light load, and the transistors N1 and N2 are simultaneously turned off.

時刻t20において、信号Sbにワンショットパルスが生成され、信号Sdがローレベルにセットされると、静音化信号S6がハイレベルに立ち上がる。その結果、セット信号S2(不図示)にワンショットパルスが生成されるので、出力信号S4がハイレベルにセットされる。なお、出力信号S4がハイレベルに立ち上がると、第1電圧VX1が上昇し始める。また、静音化信号S6がハイレベルに立ち上がると、第2電圧VX2が第1分圧電圧VX2aから第2分圧電圧VX2bに切り替わる。   At time t20, when a one-shot pulse is generated in the signal Sb and the signal Sd is set to a low level, the silence signal S6 rises to a high level. As a result, since a one-shot pulse is generated in the set signal S2 (not shown), the output signal S4 is set to a high level. Note that when the output signal S4 rises to a high level, the first voltage VX1 starts to rise. Further, when the silence signal S6 rises to a high level, the second voltage VX2 is switched from the first divided voltage VX2a to the second divided voltage VX2b.

時刻t20から所定の同時オフ時間Tdが経過すると、時刻t21において、ゲート信号G1がハイレベルに立ち上がる。その結果、トランジスタN1がオンとなるので、スイッチ電圧Vswがほぼ入力電圧Vinまで上昇して、コイル電流ILが増大し始める。このとき、第2電圧VX2(=VX2b)は、出力電圧Vout(不図示)の上昇に伴って低下していく。また、ゲート信号G1がハイレベルに立ち上がると、信号Saにワンショットパルスが生成されるので、閾値時間Tthのカウント動作が開始される。   When a predetermined simultaneous OFF time Td elapses from time t20, the gate signal G1 rises to a high level at time t21. As a result, since the transistor N1 is turned on, the switch voltage Vsw rises to almost the input voltage Vin, and the coil current IL starts to increase. At this time, the second voltage VX2 (= VX2b) decreases as the output voltage Vout (not shown) increases. Further, when the gate signal G1 rises to a high level, a one-shot pulse is generated in the signal Sa, so that the counting operation of the threshold time Tth is started.

時刻t22において、第1電圧VX1が第2電圧VX2(=VX2b)よりも高くなると、リセット信号S3(不図示)がハイレベルに立ち上がるので、出力信号S4がローレベルにリセットされて、ゲート信号G1がローレベルに立ち下がる。その結果、トランジスタN1及びN2が同時オフ状態となるので、スイッチ電圧Vswが負電圧(=GND−Vf、ただし、VfはトランジスタN2に付随する寄生ダイオードの順方向降下電圧)まで低下し、コイル電流ILが減少に転じる。   At time t22, when the first voltage VX1 becomes higher than the second voltage VX2 (= VX2b), the reset signal S3 (not shown) rises to a high level, so that the output signal S4 is reset to a low level and the gate signal G1 Falls to a low level. As a result, since the transistors N1 and N2 are simultaneously turned off, the switch voltage Vsw decreases to a negative voltage (= GND−Vf, where Vf is a forward voltage drop of a parasitic diode associated with the transistor N2), and the coil current IL starts to decrease.

なお、時刻t21〜t22は、トランジスタN1のオン時間Tonに相当する。先にも述べたように、出力電圧Voutが高いほど、第2電圧VX2(=VX2b)が引き下げられて、第1電圧VX1と第2電圧VX2(=VX2b)との交差タイミングが早められる。すなわち、出力電圧Voutが高いほど、トランジスタN1のオン時間Tonが短縮される。従って、トランジスタN1の強制オン動作に伴う出力電圧Voutの上昇を適切に抑制することが可能となる。   Note that the times t21 to t22 correspond to the on-time Ton of the transistor N1. As described above, the higher the output voltage Vout, the lower the second voltage VX2 (= VX2b), and the crossing timing between the first voltage VX1 and the second voltage VX2 (= VX2b) is advanced. That is, the higher the output voltage Vout, the shorter the on time Ton of the transistor N1. Accordingly, it is possible to appropriately suppress an increase in the output voltage Vout accompanying the forced on operation of the transistor N1.

時刻t22から所定の同時オフ時間Tdが経過すると、時刻t23において、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上がる。その結果、トランジスタN2がオンとなるので、スイッチング出力段20がダイオード整流動作から同期整流動作に切り替わり、スイッチ電圧Vswがほぼ0V(=GND−IL×RON)まで上昇する。   When a predetermined simultaneous OFF time Td elapses from time t22, the gate signal G2 rises to a high level at time t23. As a result, since the transistor N2 is turned on, the switching output stage 20 is switched from the diode rectification operation to the synchronous rectification operation, and the switch voltage Vsw rises to almost 0 V (= GND−IL × RON).

時刻t24において、コイル電流ILがゼロ値を下回り、トランジスタN2への逆流電流が生じてスイッチ電圧Vswの極性が負から正に切り替わると、逆流検出信号S5(不図示)がハイレベルに立ち上がるので、ゲート信号G2がローレベルに立ち下がる。その結果、トランジスタN1及びN2が同時オフ状態となるので、スイッチ電圧Vswは、共振状態を経てほぼ出力電圧Voutに落ち着く。また、ゲート信号G2がローレベルに立ち下がると、信号Scにワンショットパルスが生成されるので、信号Sdがハイレベルにリセットされて、静音化信号S6がローレベルに立ち下がる。その結果、第2電圧VX2が第2分圧電圧VX2bから第1分圧電圧VX2aに切り替わる。   At time t24, when the coil current IL falls below the zero value, a backflow current to the transistor N2 occurs, and the polarity of the switch voltage Vsw switches from negative to positive, the backflow detection signal S5 (not shown) rises to a high level. The gate signal G2 falls to the low level. As a result, the transistors N1 and N2 are turned off at the same time, so that the switch voltage Vsw settles to the output voltage Vout through the resonance state. Further, when the gate signal G2 falls to the low level, a one-shot pulse is generated in the signal Sc, so that the signal Sd is reset to the high level, and the silence signal S6 falls to the low level. As a result, the second voltage VX2 is switched from the second divided voltage VX2b to the first divided voltage VX2a.

その後、ゲート信号G1のハイレベルタイミングが到来しないまま、閾値時間Tthのカウント動作が完了すると、時刻t25において、信号Sbにワンショットパルスが生成される。この状況は、先の時刻t20と同様であるり、時刻t25以降についても、軽負荷状態が継続する限り、上記の静音動作が繰り返されることになる。   Thereafter, when the count operation of the threshold time Tth is completed without the high level timing of the gate signal G1 coming, a one-shot pulse is generated in the signal Sb at time t25. This situation is similar to the previous time t20, and the silent operation described above is repeated as long as the light load state continues after time t25.

上記の静音動作によれば、コンデンサC1を不必要に放電することなく、出力電圧Voutを目標値Vtarget付近に維持しながら、軽負荷時のスイッチング周波数Fswを人間の可聴域以上に保つことができるので、従来よりも静音動作時の効率を向上することが可能となる。また、トランジスタN2を強制的にオンさせていた従来手法と異なり、トランジスタN1を複数周期に亘って連続的にオンしてしまうこともないので、さらなる効率の向上を期待することができる。   According to the silent operation described above, the switching frequency Fsw at light load can be kept above the human audible range while maintaining the output voltage Vout near the target value Vtarget without unnecessarily discharging the capacitor C1. Therefore, it is possible to improve the efficiency during the silent operation as compared with the conventional case. Further, unlike the conventional method in which the transistor N2 is forcibly turned on, the transistor N1 is not continuously turned on over a plurality of periods, so that further improvement in efficiency can be expected.

図18は、負荷漸増時における静音動作の一例を示すタイムチャートであり、上から順に、第1電圧VX1及び第2分圧電圧VX2b、スイッチ電圧Vsw、コイル電流IL、並びに、出力電圧Voutが描写されている。また、図19及び図20は、それぞれ図18における破線領域α及びβの拡大図である。   FIG. 18 is a time chart showing an example of the silent operation when the load is gradually increased. From the top, the first voltage VX1 and the second divided voltage VX2b, the switch voltage Vsw, the coil current IL, and the output voltage Vout are depicted. Has been. FIGS. 19 and 20 are enlarged views of broken line areas α and β in FIG. 18, respectively.

出力電流Ioutの小さい軽負荷時には、出力電圧Voutの上昇を抑制するために、第2分圧電圧VX2bが大きく引き下げられてオン時間Tonが短縮される。一方、出力電流Ioutが増大して出力電圧Voutの上昇量が小さくなるに連れて、第2分圧電圧VX2bの引き下げ量も小さくなり、オン時間Tonが通常時の長さに近付いていく。   At a light load with a small output current Iout, the second divided voltage VX2b is greatly reduced to reduce the on-time Ton in order to suppress an increase in the output voltage Vout. On the other hand, as the output current Iout increases and the increase amount of the output voltage Vout decreases, the decrease amount of the second divided voltage VX2b also decreases, and the on-time Ton approaches the normal length.

なお、出力電流Ioutの増大に伴ってトランジスタN1のスイッチング周期が閾値時間Tthよりも短くなるタイミング(メインコンパレータ13が通常通りに反応し始めるタイミング)と、出力電圧Voutの過電圧状態が緩和されてオン時間Tonが通常状態に戻るタイミング(第2分圧電圧VX2bの引き下げが終了されるタイミング)については、双方が同一であるか、或いは、後者がより早いことが望ましい。   It should be noted that the timing at which the switching period of the transistor N1 becomes shorter than the threshold time Tth as the output current Iout increases (the timing at which the main comparator 13 starts to react normally), and the overvoltage state of the output voltage Vout is relaxed and turned on. As for the timing at which the time Ton returns to the normal state (the timing at which the lowering of the second divided voltage VX2b is finished), it is desirable that both are the same or the latter is earlier.

図21は、静音動作の停止解除例を示すタイムチャートであり、上から順に、出力電流Iout、出力電圧Vout、スイッチング周波数Fsw、及び、スイッチ電圧Vswが描写されている。   FIG. 21 is a time chart showing an example of canceling the stop of the silent operation, in which the output current Iout, the output voltage Vout, the switching frequency Fsw, and the switch voltage Vsw are depicted in order from the top.

先にも述べたように、例えば、完全な無負荷状態(Iout=0A)では、トランジスタN1のオン時間Tonをいくら短縮しても、トランジスタN1の強制オン動作を繰り返すことによって出力電圧Voutが過電圧状態に至るので、コンパレータ195で生成される信号Se(不図示)がハイレベルに立ち上がり、先述の静音動作(トランジスタN1の強制オン動作)が停止される。   As described above, for example, in a complete no-load state (Iout = 0A), the output voltage Vout becomes an overvoltage by repeating the forced on operation of the transistor N1 even if the on time Ton of the transistor N1 is shortened. Since this state is reached, the signal Se (not shown) generated by the comparator 195 rises to a high level, and the above-described silent operation (forced ON operation of the transistor N1) is stopped.

ただし、出力電流Ioutが増大し始めて、出力電圧Voutの過電圧状態が解消されると、静音動作の停止状態が遅滞なく解除されて、スイッチング周波数Fswが人間の可聴域以上に維持される。   However, when the output current Iout begins to increase and the overvoltage state of the output voltage Vout is resolved, the silent operation stop state is released without delay, and the switching frequency Fsw is maintained above the human audible range.

<負荷急減時のオーバーシュート>
図22は、負荷急減時(例えば−7A@2.5A/μs)に出力電圧Voutのオーバーシュートが発生する原理を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、比較信号S1、帰還電圧Vfb、ソース電圧Vs、基準電圧Vref、出力電圧Vout、スイッチ電圧Vsw、出力電流Iout、及び、コイル電流ILが描写されている。
<Overshoot during sudden load reduction>
FIG. 22 is a time chart for explaining the principle that an overshoot of the output voltage Vout occurs when the load suddenly decreases (for example, −7 A@2.5 A / μs), and in order from the top, the comparison signal S1 and the feedback voltage Vfb , Source voltage Vs, reference voltage Vref, output voltage Vout, switch voltage Vsw, output current Iout, and coil current IL are depicted.

出力電流Ioutが急激に減少すると、余剰となるコイル電流ILにより出力電圧Voutが上昇する。特に、図7のリップルインジェクション回路11を採用していた場合には、そのリップル生成動作に起因して、出力電圧Voutのオーバーシュートを助長してしまうおそれがある。以下では、図7を適宜参照しながらその理由について説明する。   When the output current Iout decreases rapidly, the output voltage Vout increases due to the excessive coil current IL. In particular, when the ripple injection circuit 11 of FIG. 7 is employed, overshoot of the output voltage Vout may be promoted due to the ripple generation operation. The reason will be described below with reference to FIG. 7 as appropriate.

定常負荷時には、トランジスタN1のオフ期間Toff(ゲート信号G1のローレベル期間)が十分に短いので、リップル電圧Vrplが負になるまで第2電流I2によるコンデンサ114の放電動作が継続されることはない。従って、トランジスタN1がオンされてリップル電圧Vrplがゼロ値にリセットされた後、次の周期でトランジスタN1が再びオンされるまでの間、リップル電圧Vrplは常に正に維持されるので、帰還電圧Vfbはソース電圧Vs(リップルインジェクション前の分圧電圧Vdivに相当)よりも常に高い状態に維持される。   During steady load, the off period Toff of the transistor N1 (the low level period of the gate signal G1) is sufficiently short, so that the discharging operation of the capacitor 114 by the second current I2 is not continued until the ripple voltage Vrpl becomes negative. . Therefore, after the transistor N1 is turned on and the ripple voltage Vrpl is reset to the zero value, the ripple voltage Vrpl is always maintained positive until the transistor N1 is turned on again in the next cycle, so that the feedback voltage Vfb Is always kept higher than the source voltage Vs (corresponding to the divided voltage Vdiv before the ripple injection).

一方、負荷急減時には、トランジスタN1のオフ期間Toffが長くなるので、リップル電圧Vrplが負になるまで第2電流I2によるコンデンサ114の放電動作が継続される場合がある。このような状況に陥ると、帰還電圧Vfbがソース電圧Vsよりも低くなるので、帰還電圧Vfbが本来よりも早いタイミングで基準電圧Vrefを下回り、比較信号S1がハイレベルに立ち上がる。その結果、トランジスタN1が不必要にオンされてしまい(図中の破線楕円を参照)、コイルL1にエネルギが再チャージされるので、出力電圧Voutのオーバーシュートが助長される。   On the other hand, when the load suddenly decreases, the off period Toff of the transistor N1 becomes longer, and thus the discharging operation of the capacitor 114 by the second current I2 may be continued until the ripple voltage Vrpl becomes negative. In such a situation, since the feedback voltage Vfb becomes lower than the source voltage Vs, the feedback voltage Vfb falls below the reference voltage Vref at a timing earlier than the original, and the comparison signal S1 rises to a high level. As a result, the transistor N1 is turned on unnecessarily (see the broken-line ellipse in the figure), and energy is recharged in the coil L1, so that overshoot of the output voltage Vout is promoted.

<オーバーシュート抑制回路>
図23は、オーバーシュート抑制回路30の一構成例を示す図である。本構成例のオーバーシュート抑制回路30は、クロスコンパレータ31を含み、リップル電圧Vrplの極性反転タイミング(正負反転タイミング)を監視して出力電圧Voutのオーバーシュートを抑制する。
<Overshoot suppression circuit>
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration example of the overshoot suppression circuit 30. The overshoot suppressing circuit 30 of this configuration example includes a cross comparator 31 and monitors the polarity inversion timing (positive / negative inversion timing) of the ripple voltage Vrpl to suppress overshoot of the output voltage Vout.

クロスコンパレータ31は、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfb(コンデンサ114の正極電圧に相当)と、非反転入力端(+)に入力されるソース電圧Vs(コンデンサ114の負極電圧に相当)とを比較して極性反転検出信号S30を生成する。極性反転検出信号S30は、帰還電圧Vfbがソース電圧Vsよりも高いときにローレベルとなり、帰還電圧Vfbがソース電圧Vsよりも低いときにハイレベルとなる。すなわち、極性反転検出信号S30は、リップル電圧Vrplが正であるときにローレベルとなり、リップル電圧Vrplが負であるときにハイレベルとなる。   The cross comparator 31 has a feedback voltage Vfb (corresponding to the positive voltage of the capacitor 114) input to the inverting input terminal (−) and a source voltage Vs (corresponding to the negative voltage of the capacitor 114) input to the non-inverting input terminal (+). The polarity inversion detection signal S30 is generated. The polarity inversion detection signal S30 is at a low level when the feedback voltage Vfb is higher than the source voltage Vs, and is at a high level when the feedback voltage Vfb is lower than the source voltage Vs. That is, the polarity reversal detection signal S30 is at a low level when the ripple voltage Vrpl is positive, and is at a high level when the ripple voltage Vrpl is negative.

このように、本構成例のオーバーシュート抑制回路30は、リップル電圧Vrplの極性反転タイミングが到来するまでにトランジスタN1のスイッチング周期が満了しない場合、言い換えれば、リップル電圧Vrplが正から負に切り替わった時点で次周期におけるトランジスタN1のオンタイミングが到来していない場合に、オーバーシュート抑制機能を働かせるべく、極性反転検出信号S30をハイレベルに立ち上げる。   As described above, the overshoot suppression circuit 30 of this configuration example has the ripple voltage Vrpl switched from positive to negative when the switching period of the transistor N1 does not expire before the polarity inversion timing of the ripple voltage Vrpl arrives. When the ON timing of the transistor N1 in the next cycle has not arrived at the time, the polarity inversion detection signal S30 is raised to a high level in order to activate the overshoot suppression function.

放電制御部117は、図9の構成要素に加えて、ORゲート117dをさらに含む。ORゲート117dは、ワンショットパルス生成部117aから入力されるフォール検出信号Sfと、オーバーシュート抑制回路30から入力される極性反転検出信号S30との論理和信号Sf2を生成してRSフリップフロップ117のセット端(S)に出力する。   Discharge control unit 117 further includes an OR gate 117d in addition to the components shown in FIG. The OR gate 117d generates a logical sum signal Sf2 of the fall detection signal Sf input from the one-shot pulse generation unit 117a and the polarity inversion detection signal S30 input from the overshoot suppression circuit 30, and the RS flip-flop 117 Output to the set end (S).

論理和信号Sf2は、フォール検出信号Sfと極性反転検出信号S30の少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、フォール検出信号Sfと極性反転検出信号S30の両方がローレベルであるときにローレベルとなる。   The logical sum signal Sf2 is high when at least one of the fall detection signal Sf and the polarity inversion detection signal S30 is at a high level, and low when both the fall detection signal Sf and the polarity inversion detection signal S30 are at a low level. Become a level.

従って、負荷急減時にコンデンサ114の放電動作が続いてリップル電圧Vrplが正から負へ切り替わり、極性反転検出信号S30がハイレベルに立ち上がると、論理和信号Sf2がハイレベルに立ち上がる。その結果、フォール検出信号Sfのワンショットパルスを待つことなく、放電制御信号Sxがハイレベルにセットされるので、放電スイッチ116がオンされてリップル電圧Vrplがリセットされる。   Therefore, when the load is suddenly decreased, the discharging operation of the capacitor 114 continues, and the ripple voltage Vrpl is switched from positive to negative, and when the polarity inversion detection signal S30 rises to a high level, the logical sum signal Sf2 rises to a high level. As a result, the discharge control signal Sx is set to the high level without waiting for the one-shot pulse of the fall detection signal Sf, so that the discharge switch 116 is turned on and the ripple voltage Vrpl is reset.

このように、放電制御部117は、極性反転検出信号S30の入力を受け付けており、トランジスタN2のオフタイミングだけでなく、リップル電圧Vrplが正から負へ切り替わったときにも、放電スイッチ116をオンさせてリップル電圧Vrplをゼロ値にリセットする。   As described above, the discharge control unit 117 receives the input of the polarity inversion detection signal S30, and turns on the discharge switch 116 not only when the transistor N2 is turned off but also when the ripple voltage Vrpl is switched from positive to negative. The ripple voltage Vrpl is reset to zero.

上記の構成を採用することにより、負荷急減時でもリップル電圧Vrplが負とならないので、帰還電圧Vfbが本来よりも早いタイミングで基準電圧Vrefを下回ることはない。従って、トランジスタN1が不必要にオンされなくなるので、出力電圧Voutのオーバーシュートを抑制することが可能となり、延いては、コンデンサC1のさらなる低容量化を実現することが可能となる。   By adopting the above configuration, the ripple voltage Vrpl does not become negative even when the load is suddenly reduced, so that the feedback voltage Vfb does not fall below the reference voltage Vref at an earlier timing than the original. Accordingly, since the transistor N1 is not turned on unnecessarily, it is possible to suppress overshoot of the output voltage Vout, and thus, further reduction in the capacitance of the capacitor C1 can be realized.

なお、リップル電圧Vrplの極性反転タイミングを正確に検出するためには、クロスコンパレータ31のオフセットをトリミングにより削減しておくことが望ましい。また、リップル電圧Vrplのリセット時に発生するスパイクノイズが帰還電圧Vfbに重畳しないように、コンデンサ114の両端間をショートするためのスイッチ116としては、スイッチドキャパシタなどで用いられるアナログスイッチを活用することが望ましい。   Note that in order to accurately detect the polarity inversion timing of the ripple voltage Vrpl, it is desirable to reduce the offset of the cross comparator 31 by trimming. In addition, an analog switch used in a switched capacitor or the like should be used as the switch 116 for short-circuiting both ends of the capacitor 114 so that spike noise generated when the ripple voltage Vrpl is reset is not superimposed on the feedback voltage Vfb. Is desirable.

図24は、オーバーシュートの第1抑制動作(リップル電圧Vrplのリセット動作)を具体的に説明するためのタイムチャートであり、上から順に、比較信号S1、極性反転検出信号S30、帰還電圧Vfb、ソース電圧Vs、基準電圧Vref、出力電圧Vout、スイッチ電圧Vsw、出力電流Iout、及び、コイル電流ILが描写されている。   FIG. 24 is a time chart for specifically explaining the first overshoot suppression operation (reset operation of the ripple voltage Vrpl). In order from the top, the comparison signal S1, the polarity inversion detection signal S30, the feedback voltage Vfb, Source voltage Vs, reference voltage Vref, output voltage Vout, switch voltage Vsw, output current Iout, and coil current IL are depicted.

先にも述べたように、出力電流Ioutが急激に減少すると、余剰となるコイル電流ILにより出力電圧Voutが上昇するので、ソース電圧Vs(リップルインジェクション前の分圧電圧Vdivに相当)が基準電圧Vrefよりも高くなる。   As described above, when the output current Iout rapidly decreases, the output voltage Vout increases due to the surplus coil current IL, so that the source voltage Vs (corresponding to the divided voltage Vdiv before ripple injection) is the reference voltage. It becomes higher than Vref.

従って、負荷急減時に第2電流I2によるコンデンサ114の放電動作が続くと、帰還電圧Vfbは、基準電圧Vrefを下回るよりも先にソース電圧Vsを下回る(図中の小丸印を参照)。このとき、クロスコンパレータ31で生成される極性反転検出信号S30がハイレベルに立ち上がるので、コンデンサ114の両端間がショートされて帰還電圧Vfbとソース電圧Vsとが一致される。   Therefore, when the discharging operation of the capacitor 114 by the second current I2 continues when the load is suddenly reduced, the feedback voltage Vfb is lower than the source voltage Vs before being lower than the reference voltage Vref (see the small circle mark in the figure). At this time, since the polarity inversion detection signal S30 generated by the cross comparator 31 rises to a high level, both ends of the capacitor 114 are short-circuited so that the feedback voltage Vfb and the source voltage Vs are matched.

その結果、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefを下回るタイミングを遅らせることができるので、トランジスタN1の不必要なオンを防止して、出力電圧Voutのオーバーシュートを抑制することが可能となる。   As a result, since the timing when the feedback voltage Vfb falls below the reference voltage Vref can be delayed, the transistor N1 can be prevented from being turned on unnecessarily, and the overshoot of the output voltage Vout can be suppressed.

図25は、逆流検出回路18の一構成例を示す図である。本構成例の逆流検出回路18は、コンパレータ181と、ANDゲート182と、RSフリップフロップ183と、ORゲート184と、を含む。   FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of the backflow detection circuit 18. The backflow detection circuit 18 of this configuration example includes a comparator 181, an AND gate 182, an RS flip-flop 183, and an OR gate 184.

コンパレータ181は、非反転入力端(+)に入力されるスイッチ電圧Vswと、反転入力端(−)に入力される閾値電圧VZ(例えば−0.001V)とを比較してゼロクロス検出信号SAを生成する。ゼロクロス検出信号SAは、スイッチ電圧Vswが閾値電圧VZよりも低いときにローレベルとなり、スイッチ電圧Vswが閾値電圧VZよりも高いときにハイレベルとなる。すなわち、ゼロクロス検出信号SAは、コイル電流ILが正方向(接地端からトランジスタN2を介してコイルL1に向かう方向)へ流れているときにローレベルとなり、コイル電流ILが負方向(コイルL1からトランジスタN2を介して接地端に向かう方向)へ流れているとき(すなわち、トランジスタN2に逆流電流が流れているとき)にハイレベルとなる。   The comparator 181 compares the switch voltage Vsw input to the non-inverting input terminal (+) with the threshold voltage VZ (for example, −0.001 V) input to the inverting input terminal (−), and generates the zero-cross detection signal SA. Generate. The zero-cross detection signal SA is at a low level when the switch voltage Vsw is lower than the threshold voltage VZ, and is at a high level when the switch voltage Vsw is higher than the threshold voltage VZ. That is, the zero cross detection signal SA becomes low level when the coil current IL is flowing in the positive direction (the direction from the ground terminal to the coil L1 via the transistor N2), and the coil current IL is in the negative direction (from the coil L1 to the transistor). It goes high when the current flows in the direction toward the ground terminal via N2 (that is, when a backflow current flows in the transistor N2).

ANDゲート182は、ゼロクロス検出信号SAとゲート信号G2の論理積信号SBを生成してRSフリップフロップ183のセット端(S)に出力する。論理積信号SBは、ゼロクロス検出信号SAとゲート信号G2のいずれか一方がローレベルであるときにローレベルとなり、ゼロクロス検出信号SAとゲート信号G2の両方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。すなわち、ゲート信号G2のハイレベル期間(トランジスタN2のオン期間)にのみゼロクロス検出信号SAが有効とされ、ゲート信号G2のローレベル期間(トランジスタN2のオフ期間)にはゼロクロス検出信号SAが無効とされる。   The AND gate 182 generates a logical product signal SB of the zero cross detection signal SA and the gate signal G2, and outputs the logical product signal SB to the set end (S) of the RS flip-flop 183. The logical product signal SB becomes low level when either the zero cross detection signal SA or the gate signal G2 is low level, and becomes high level when both the zero cross detection signal SA and the gate signal G2 are high level. . That is, the zero cross detection signal SA is valid only during the high level period of the gate signal G2 (the on period of the transistor N2), and the zero cross detection signal SA is invalid during the low level period of the gate signal G2 (the off period of the transistor N2). Is done.

RSフリップフロップ183は、セット端(S)に入力される論理積信号SBの立上りエッジで逆流検出信号SC(図1の逆流検出信号S5に相当)をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力されるゲート信号G1の立上りエッジで逆流検出信号SCをローレベルにリセットする。すなわち、逆流検出信号SCは、トランジスタN2のオン期間中に逆流電流が検出された時点でハイレベル(逆流検出時の論理レベル)にラッチされ、次周期におけるトランジスタN1のオンタイミングでローレベル(逆流未検出時の論理レベル)にリセットされる。   The RS flip-flop 183 sets the backflow detection signal SC (corresponding to the backflow detection signal S5 in FIG. 1) to a high level at the rising edge of the logical product signal SB input to the set end (S), and the reset end (R). The backflow detection signal SC is reset to a low level at the rising edge of the gate signal G1 input to. That is, the backflow detection signal SC is latched at a high level (logic level at the time of backflow detection) when a backflow current is detected during the ON period of the transistor N2, and at a low level (backflow) at the ON timing of the transistor N1 in the next cycle. (Logic level when not detected).

ORゲート184は、RSフリップフロップ183から入力される逆流検出信号SCとオーバーシュート抑制回路30から入力される極性反転検出信号S30との論理和演算を行うことにより、同期整流停止信号S5’を生成する。同期整流停止信号S5’は、逆流検出信号SCと極性反転検出信号S30の少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、逆流検出信号S5と極性反転検出信号S30の両方がローレベルであるときにローレベルとなる。   The OR gate 184 generates a synchronous rectification stop signal S5 ′ by performing a logical sum operation between the backflow detection signal SC input from the RS flip-flop 183 and the polarity inversion detection signal S30 input from the overshoot suppression circuit 30. To do. The synchronous rectification stop signal S5 ′ is at a high level when at least one of the backflow detection signal SC and the polarity inversion detection signal S30 is at a high level, and when both the backflow detection signal S5 and the polarity inversion detection signal S30 are at a low level. It becomes low level.

ゲートドライバ回路17は、先出の逆流検出信号S5に代えて同期整流停止信号S5’の入力を受け付けており、同期整流停止信号S5’がハイレベルであるときには、出力信号S4に依ることなくトランジスタN2を強制的にオフするようにゲート信号G2を生成する。すなわち、ゲートドライバ回路17は、トランジスタN2への逆流電流が検出されたときだけでなく、負荷急減時にリップル電圧Vrplが正から負へ切り替わったときにもトランジスタN2を強制的にオフさせる。   The gate driver circuit 17 accepts the input of the synchronous rectification stop signal S5 ′ instead of the preceding backflow detection signal S5. When the synchronous rectification stop signal S5 ′ is at the high level, the transistor does not depend on the output signal S4. A gate signal G2 is generated so as to forcibly turn off N2. That is, the gate driver circuit 17 forcibly turns off the transistor N2 not only when the backflow current to the transistor N2 is detected but also when the ripple voltage Vrpl switches from positive to negative when the load suddenly decreases.

図26は、オーバーシュートの第2抑制動作(トランジスタN2の強制オフ動作)を具体的に説明するためのタイムチャートであり、上から順に、比較信号S1、極性反転検出信号S30、帰還電圧Vfb、ソース電圧Vs、基準電圧Vref、出力電圧Vout、スイッチ電圧Vsw、出力電流Iout、及び、コイル電流ILが描写されている。   FIG. 26 is a time chart for specifically explaining the second overshoot suppression operation (forced off operation of the transistor N2). In order from the top, the comparison signal S1, the polarity inversion detection signal S30, the feedback voltage Vfb, Source voltage Vs, reference voltage Vref, output voltage Vout, switch voltage Vsw, output current Iout, and coil current IL are depicted.

負荷電流Ioutが急激に減少した結果、時刻t30において、極性反転検出信号S30がハイレベルに立ち上がると、トランジスタN2が強制的にオフされるので、トランジスタN1及びN2が同時オフ状態となる。すなわち、負荷急減時には、スイッチング電源装置1が同期整流状態からダイオード整流状態に切り替わり、スイッチ電圧Vswが負に引き下げられる。   As a result of the sudden decrease in the load current Iout, when the polarity inversion detection signal S30 rises to a high level at time t30, the transistor N2 is forcibly turned off, so that the transistors N1 and N2 are simultaneously turned off. That is, when the load suddenly decreases, the switching power supply device 1 is switched from the synchronous rectification state to the diode rectification state, and the switch voltage Vsw is reduced to a negative value.

その結果、時刻t30以降、コイルL1の両端に掛かる電圧が大きくなり、コイル電流ILの消費を促すことができるので、出力電圧Voutのオーバーシュートを抑制することが可能となる。   As a result, after time t30, the voltage applied to both ends of the coil L1 increases and the consumption of the coil current IL can be promoted, so that overshoot of the output voltage Vout can be suppressed.

<スリープ機能>
図27は、スイッチング電源装置の第3実施形態(スリープ機能を備えた半導体装置10の一構成例)を示すブロック図である。本構成例の半導体装置10は、図1で示した外部端子T1〜T7に加えて、モード切替信号S7の外部入力を受け付けるための外部端子T8を有する。そこで、先と同様の構成については、図1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、スリープ機能について重点的に説明する。
<Sleep function>
FIG. 27 is a block diagram showing a third embodiment (one configuration example of the semiconductor device 10 having a sleep function) of the switching power supply device. The semiconductor device 10 of this configuration example includes an external terminal T8 for receiving an external input of the mode switching signal S7 in addition to the external terminals T1 to T7 shown in FIG. Therefore, with respect to the same configuration as above, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to omit redundant description, and the sleep function will be mainly described below.

半導体装置10には、スリープ対象回路(本図の例では、オン時間設定回路16と逆流検出回路18)の動作モードを切り替えるためのモード切替信号S7が外部入力されている。例えば、モード切替信号S7がローレベルであるときには、スリープ対象回路が通常モードに切り替えられる。一方、モード切替信号S7がハイレベルであるときには、スリープ対象回路がより省電力のスリープモード(必要最低限の回路ブロックのみに電力供給を行うことで半導体装置10の消費電力を低減する動作モード)に切り替えられる。   The semiconductor device 10 is externally input with a mode switching signal S7 for switching the operation mode of the sleep target circuit (in the example of this figure, the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18). For example, when the mode switching signal S7 is at a low level, the sleep target circuit is switched to the normal mode. On the other hand, when the mode switching signal S7 is at a high level, the sleep target circuit has a more power saving sleep mode (an operation mode in which power consumption of the semiconductor device 10 is reduced by supplying power only to the minimum necessary circuit blocks). Can be switched to.

モード切替信号S7は、オン時間設定回路16と逆流検出回路18に入力されている。モード切替信号S7がローレベルとされている場合には、出力帰還制御の安定性向上を優先すべく、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18が常時オンとされる。一方、モード切替信号S7がハイレベルとされている場合には、軽負荷時の効率向上を優先すべく、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18が必要に応じてオン/オフ制御される。   The mode switching signal S7 is input to the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18. When the mode switching signal S7 is at a low level, the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 are always turned on in order to give priority to improving the stability of the output feedback control. On the other hand, when the mode switching signal S7 is at a high level, the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 are on / off controlled as necessary in order to prioritize the improvement in efficiency at light load.

図28は、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18のスリープ動作(モード切替信号S7がハイレベルである場合の動作)を示すタイムチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、基準電圧Vref、セット信号S2、リセット信号S3、ゲート信号G1及びG2、コイル電流IL、スイッチ電圧Vsw、逆流検出信号S5、並びに、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18のオン/オフ状態が描写されている。   FIG. 28 is a time chart showing the sleep operation (operation when the mode switching signal S7 is at a high level) of the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18, and in order from the top, the feedback voltage Vfb, the reference voltage Vref, The set signal S2, the reset signal S3, the gate signals G1 and G2, the coil current IL, the switch voltage Vsw, the backflow detection signal S5, and the on / off states of the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 are depicted.

時刻t41において、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefを下回り、セット信号S2にワンショットパルスが生成されると、ゲート信号G1がハイレベルに立ち上げられてトランジスタN1がオンされる。一方、時刻t41〜t42では、ゲート信号G2がローレベルに維持されており、トランジスタN2はオフされたままとなる。その結果、時刻t41〜t42では、スイッチ電圧Vswがほぼ入力電圧Vinまで上昇して、コイル電流ILが増大していく。   At time t41, when the feedback voltage Vfb falls below the reference voltage Vref and a one-shot pulse is generated in the set signal S2, the gate signal G1 is raised to a high level and the transistor N1 is turned on. On the other hand, from time t41 to t42, the gate signal G2 is maintained at the low level, and the transistor N2 remains off. As a result, at times t41 to t42, the switch voltage Vsw rises substantially to the input voltage Vin, and the coil current IL increases.

また、時刻t41では、セット信号S2のワンショットパルス(または比較信号S1の立上りエッジ)をトリガとして、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18がそれぞれオンされる。従って、オン時間設定回路16は、トランジスタN1のオン直後からオン時間Tonの計時を開始することができる。   At time t41, the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 are turned on, triggered by the one-shot pulse of the set signal S2 (or the rising edge of the comparison signal S1). Therefore, the on-time setting circuit 16 can start measuring the on-time Ton immediately after the transistor N1 is turned on.

時刻t42において、オン時間設定回路16によるオン時間Tonの計時が完了し、リセット信号S3にワンショットパルスが生成されると、ゲート信号G1がローレベルに立ち下げられ、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上げられる。その結果、トランジスタN1がオフとなり、トランジスタN2がオンとなる。このとき、コイルL1には、それまでと同一の方向にコイル電流ILを流し続けようとする誘起電力が生じるので、コイル電流ILは、接地端からトランジスタN2を介してコイルL1に流れ込む。従って、スイッチ電圧Vswは、接地電圧GNDよりもトランジスタN2での電圧降下分だけ低い負の電圧値まで低下する。   At time t42, when the on-time setting circuit 16 counts the on-time Ton and a one-shot pulse is generated in the reset signal S3, the gate signal G1 falls to the low level and the gate signal G2 goes to the high level. Launched. As a result, the transistor N1 is turned off and the transistor N2 is turned on. At this time, an induced electric power is generated in the coil L1 so as to keep the coil current IL flowing in the same direction as before, so that the coil current IL flows into the coil L1 from the ground terminal via the transistor N2. Therefore, the switch voltage Vsw drops to a negative voltage value that is lower than the ground voltage GND by a voltage drop at the transistor N2.

なお、図28では、トランジスタN1及びN2のオン/オフ遷移タイミングが完全に一致しているが、貫通電流防止の観点から、トランジスタN1及びN2のオン/オフ遷移タイミングに遅延を与えてトランジスタN1及びN2の同時オフ期間を設けても構わない。   In FIG. 28, the on / off transition timings of the transistors N1 and N2 are completely the same. However, from the viewpoint of preventing through current, the transistors N1 and N2 are delayed by delaying the on / off transition timings of the transistors N1 and N2. N2 simultaneous off periods may be provided.

また、オン時間設定回路16は、オン時間Tonの計時が完了した時点で遅滞なくオフとなる。より具体的に述べると、オン時間設定回路16は、リセット信号S3にワンショットパルスを生成した後、自身への電力供給経路を遮断する。このようなオン/オフ制御を行うことにより、オン時間設定回路16の消費電力を削減して、軽負荷時の効率向上を実現することが可能となる。   Further, the on-time setting circuit 16 is turned off without delay when the counting of the on-time Ton is completed. More specifically, the on-time setting circuit 16 generates a one-shot pulse for the reset signal S3 and then shuts off the power supply path to itself. By performing such on / off control, it is possible to reduce the power consumption of the on-time setting circuit 16 and improve the efficiency at light load.

ここで、負荷に流れる出力電流Ioutが大きい重負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが大きいので、ゲート信号G1が再びハイレベルに立ち上げられる時刻t44まで、コイル電流ILはゼロ値を下回ることなく負荷に向けて流れ続け、スイッチ電圧Vswは負の電圧値に維持される。一方、負荷に流れる出力電流Ioutが小さい軽負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが少ないので、時刻t43において、コイル電流ILがゼロ値を下回り、トランジスタN2への逆流電流が生じて、スイッチ電圧Vswの極性が負から正に切り替わる。このような状態では、コンデンサC1に蓄えられた電荷を接地端に捨てていることになるので、軽負荷時における効率低下の原因となる。   Here, at the time of heavy load when the output current Iout flowing through the load is large, the energy stored in the coil L1 is large, so that the coil current IL is below the zero value until time t44 when the gate signal G1 is raised to the high level again. The switch voltage Vsw is kept at a negative voltage value while continuing to flow toward the load. On the other hand, when the output current Iout flowing through the load is small and the load is small, the energy stored in the coil L1 is small. Therefore, at time t43, the coil current IL falls below the zero value, and a reverse current flows to the transistor N2. The polarity of the voltage Vsw switches from negative to positive. In such a state, the electric charge stored in the capacitor C1 is thrown away to the ground terminal, which causes a reduction in efficiency at light loads.

そこで、半導体装置10は、逆流検出回路18を用いて逆流電流(スイッチ電圧Vswの極性反転)の有無に応じた逆流検出信号S5を生成し、そのハイレベル期間(時刻t43〜t44)において、トランジスタN2を強制的にオフさせる構成とされている。このような構成とすることにより、トランジスタN2への逆流電流を速やかに遮断することができるので、軽負荷時における効率低下を解消することが可能となる。   Therefore, the semiconductor device 10 generates a backflow detection signal S5 according to the presence or absence of a backflow current (polarity inversion of the switch voltage Vsw) using the backflow detection circuit 18, and the transistor N2 is forcibly turned off. With such a configuration, the backflow current to the transistor N2 can be promptly interrupted, so that it is possible to eliminate a decrease in efficiency at light loads.

なお、逆流検出回路18は、逆流検出動作が完了した時点で遅滞なくオフとなる。具体的に述べると、逆流検出回路18は、逆流検出信号S5をハイレベルに立ち上げた後、自身への電力供給経路を遮断する。このようなオン/オフ制御を行うことにより、逆流検出回路16の消費電力を削減して、軽負荷時の効率向上を実現することが可能となる。   The backflow detection circuit 18 is turned off without delay when the backflow detection operation is completed. More specifically, the backflow detection circuit 18 cuts off the power supply path to itself after raising the backflow detection signal S5 to a high level. By performing such on / off control, it is possible to reduce the power consumption of the backflow detection circuit 16 and improve the efficiency at light load.

時刻t45以降も、上記と同様に、逆流検出時のスイッチング停止処理と、オン時間設定回路16及び逆流検出回路18のオン/オフ制御が繰り返される。すなわち、スリープモードの半導体装置10は、出力電圧Voutが基準電圧Vrefを上回っている間、トランジスタN1及びN2のスイッチング動作を停止した上で、メインコンパレータ13以外の回路ブロックをオフすることにより、自己消費電流をできる限り低減する。その後、メインコンパレータ13で出力電圧Voutの低下が検知されると、オフしていた回路ブロックを復帰してトランジスタN1及びN2のスイッチング動作を再開する。このような構成とすることにより、半導体装置10の平均消費電流を引き下げることができるので、軽負荷時の効率向上を実現することが可能となる。   After time t45, similarly to the above, switching stop processing at the time of backflow detection and on / off control of the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 are repeated. That is, the semiconductor device 10 in the sleep mode stops the switching operation of the transistors N1 and N2 while the output voltage Vout exceeds the reference voltage Vref, and then turns off the circuit blocks other than the main comparator 13 to Reduce current consumption as much as possible. Thereafter, when the main comparator 13 detects a decrease in the output voltage Vout, the circuit block that has been turned off is restored and the switching operation of the transistors N1 and N2 is resumed. With such a configuration, the average current consumption of the semiconductor device 10 can be reduced, so that it is possible to improve the efficiency at light loads.

<過電流保護回路>
次に、スリープ機能を備えた過電流保護回路について説明する。図29は、過電流保護回路の一構成例を示す図である。本構成例の過電流保護回路40は、Dフリップフロップ41と過電流保護部42とを含む。
<Overcurrent protection circuit>
Next, an overcurrent protection circuit having a sleep function will be described. FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example of an overcurrent protection circuit. The overcurrent protection circuit 40 of this configuration example includes a D flip-flop 41 and an overcurrent protection unit 42.

Dフリップフロップ41は、クロック端に入力される出力信号S4の立上りエッジをトリガとして、データ端(D)に入力される逆流検出信号S5をラッチし、そのラッチ出力を出力端(Q)からスリープ信号SLPとして出力する。   The D flip-flop 41 uses the rising edge of the output signal S4 input to the clock end as a trigger to latch the backflow detection signal S5 input to the data end (D), and sleeps the latch output from the output end (Q). Output as signal SLP.

過電流保護部42は、負荷に流れる出力電流Iout、または、コイルL1に流れるコイル電流IL、若しくは、トランジスタN1ないしN2に流れるスイッチ電流を監視して過電流保護信号S8を生成する。過電流保護信号S8は、監視対象電流が閾値よりも大きいとき(過電流検出時)にハイレベルとなり、監視対象電流が閾値よりも小さいとき(過電流未検出時)にローレベルとなる。   The overcurrent protection unit 42 monitors the output current Iout flowing through the load, the coil current IL flowing through the coil L1, or the switch current flowing through the transistors N1 and N2, and generates an overcurrent protection signal S8. The overcurrent protection signal S8 is at a high level when the monitoring target current is larger than the threshold (when overcurrent is detected), and is at a low level when the monitoring target current is smaller than the threshold (when no overcurrent is detected).

また、過電流保護部42は、スリープ信号SLPに応じてオン/オフされる。より具体的に述べると、スリープ信号SLPがハイレベルであるときには、過電流保護部42がオフされて駆動電流の消費量が削減される。一方、スリープ信号SLPがローレベルであるときには、過電流保護部42がオンされて過電流保護機能が有効化される。   The overcurrent protection unit 42 is turned on / off according to the sleep signal SLP. More specifically, when the sleep signal SLP is at a high level, the overcurrent protection unit 42 is turned off, and the amount of drive current consumed is reduced. On the other hand, when the sleep signal SLP is at a low level, the overcurrent protection unit 42 is turned on and the overcurrent protection function is validated.

ゲートドライバ回路17は、過電流保護信号S8の入力を受け付けており、過電流保護信号S8がハイレベルであるときには、過電流保護動作としてトランジスタN1及びN2のスイッチング動作が強制的に停止される。   The gate driver circuit 17 receives the input of the overcurrent protection signal S8, and when the overcurrent protection signal S8 is at a high level, the switching operation of the transistors N1 and N2 is forcibly stopped as the overcurrent protection operation.

図30は、過電流保護回路40のスリープ動作を示すタイムチャートであり、上から順に、スイッチ電圧Vsw、出力電圧Vout、コイル電流IL、出力電流Iout、逆流検出信号S5、スリープ信号SLP、及び、過電流保護信号S8が描写されている。   FIG. 30 is a time chart showing the sleep operation of the overcurrent protection circuit 40. In order from the top, the switch voltage Vsw, the output voltage Vout, the coil current IL, the output current Iout, the backflow detection signal S5, the sleep signal SLP, and An overcurrent protection signal S8 is depicted.

出力電流Ioutの小さい軽負荷時(時刻t52以前)には、トランジスタN1をオンしてもコイルL1に十分なエネルギが蓄えられないので、各周期毎にコイル電流ILがゼロ値を下回る(時刻t51を参照)。従って、過電流を伴うような異常(負荷短絡など)が生じない限り、軽負荷時には、Dフリップフロップ41でのラッチタイミングよりも前に逆流検出信号S5がハイレベルとなるので、スリープ信号SLPは常にハイレベルに維持される。その結果、軽負荷時には基本的に過電流保護部42がオフされて駆動電流の消費量が削減される。   At the time of a light load with a small output current Iout (before time t52), sufficient energy is not stored in the coil L1 even if the transistor N1 is turned on, so the coil current IL falls below the zero value every time (time t51). See). Therefore, the backflow detection signal S5 becomes high before the latch timing in the D flip-flop 41 at a light load unless an abnormality (such as a load short-circuit) that causes an overcurrent occurs. Always maintained at a high level. As a result, at the time of light load, the overcurrent protection unit 42 is basically turned off, and the amount of drive current consumed is reduced.

なお、スリープ信号SLPがハイレベルであるという状態は、すなわち、出力電流Ioutが小さく過電流保護動作の必要性に乏しい状態であるということができるので、過電流保護部42をオフしておいてもスイッチング電源装置1の安全性を損なうことはない。   The state in which the sleep signal SLP is at the high level, that is, the state in which the output current Iout is small and the necessity for the overcurrent protection operation is poor, so the overcurrent protection unit 42 is turned off. However, the safety of the switching power supply device 1 is not impaired.

一方、時刻t52において、出力電流Ioutの増大(スリープモードから通常モードへの復帰、或いは、負荷短絡などに起因する過電流の発生)が生じると、コイル電流ILがゼロ値を下回らなくなり、逆流検出信号S5がハイレベルに立ち上がらなくなるので、スリープ信号SLPがローレベルに立ち下げられる。   On the other hand, when the output current Iout increases (return from the sleep mode to the normal mode or the occurrence of an overcurrent due to a load short-circuit) at time t52, the coil current IL does not fall below the zero value, and the reverse current is detected. Since the signal S5 does not rise to the high level, the sleep signal SLP falls to the low level.

本図の例に即して具体的に説明する。時刻t52で出力電流Ioutが急増して以降、最初に到来するDフリップフロップ41のラッチタイミング(時刻t53)では、直前のスイッチング周期で逆流電流が検出されていたことに伴い、逆流検出信号S5がハイレベルとなっているので、これをラッチしたスリープ信号SLPもハイレベルのままとなる。   A specific description will be given with reference to the example of FIG. At the latch timing (time t53) of the D flip-flop 41 that first arrives after the output current Iout suddenly increases at time t52, the backflow detection signal S5 is generated as the backflow current is detected in the immediately preceding switching cycle. Since it is at the high level, the sleep signal SLP latched is also kept at the high level.

一方、時刻t53で逆流検出信号S5がローレベルにリセットされた後、次に到来する2回目のラッチタイミング(時刻t54)では、もはやコイル電流ILがゼロ値を下回っらず、逆流検出信号S6がローレベルに維持されているので、これをラッチしたスリープ信号SLPはハイレベルからローレベルに立ち下がる。その結果、過電流保護部42がオンされて過電流保護動作が実施されるので、出力電流Ioutの上昇が抑えられる。   On the other hand, after the backflow detection signal S5 is reset to the low level at time t53, the coil current IL is no longer below the zero value at the second latch timing (time t54) that comes next, and the backflow detection signal S6 is Since it is maintained at the low level, the sleep signal SLP that latches it falls from the high level to the low level. As a result, the overcurrent protection unit 42 is turned on and the overcurrent protection operation is performed, so that an increase in the output current Iout can be suppressed.

なお、出力電流Ioutが急増してもコイルL1にエネルギがチャージされるまでには相応の時間を要する。従って、上記のタイミングで過電流保護部42を復帰させることができれば、十分に有効な過電流保護動作を掛けることが可能である。   Even if the output current Iout increases rapidly, it takes a certain time until the coil L1 is charged with energy. Therefore, if the overcurrent protection unit 42 can be restored at the above timing, a sufficiently effective overcurrent protection operation can be performed.

また、以上では、出力電流Ioutの増大に伴うスリープ解除動作を例に挙げて説明を行ったが、これとは逆に、出力電流Ioutの減少に伴うスリープ移行動作についても、上記の説明に倣って理解することができる。すなわち、負荷が軽くなりコイル電流ILが連続モードから不連続モードに遷移した場合には、不連続モード遷移後に到来する2回目のラッチタイミングでスリープ信号SLPがローレベルからハイレベルに立ち上がり、過電流保護部42がオフされることになる。   In the above description, the sleep release operation associated with the increase in the output current Iout has been described as an example. On the contrary, the sleep transition operation associated with the decrease in the output current Iout also follows the above description. Can be understood. That is, when the load becomes light and the coil current IL transitions from the continuous mode to the discontinuous mode, the sleep signal SLP rises from the low level to the high level at the second latch timing that arrives after the transition to the discontinuous mode. The protection unit 42 is turned off.

上記したように、本構成例の過電流保護回路40は、スイッチング周期毎に逆流検出信号S5(逆流電流の検出結果)をラッチし、そのラッチ出力であるスリープ信号SLPに応じて過電流保護部40のオン/オフ制御を行う。具体的に述べると、過電流保護回路40は、直前のスイッチング周期で逆流電流が検出されていたことを受けてオフとなり、直前のスイッチング周期で逆流電流が検出されていなかったことを受けてオンとなる。   As described above, the overcurrent protection circuit 40 of this configuration example latches the backflow detection signal S5 (backflow current detection result) at each switching period, and the overcurrent protection unit according to the sleep signal SLP that is the latch output. 40 on / off control is performed. More specifically, the overcurrent protection circuit 40 is turned off in response to the fact that a reverse current has been detected in the immediately preceding switching cycle, and is turned on in response to the fact that no reverse current has been detected in the immediately preceding switching cycle. It becomes.

このような構成とすることにより、電流連続モードであるか電流不連続モードであるかに応じて、過電流保護回路40をオン/オフさせることができるので、過電流保護機能の有効性を損なうことなく、軽負荷時の高効率化を実現することが可能となる。   By adopting such a configuration, the overcurrent protection circuit 40 can be turned on / off depending on whether the current continuous mode or the current discontinuous mode is selected, thereby impairing the effectiveness of the overcurrent protection function. Therefore, it is possible to achieve high efficiency at light loads.

また、先のオン時間設定回路16や逆流検出回路18と同じく、モード切替信号S7の入力を受け付けるスリープ対象回路として、過電流保護回路40を含めることも可能である。その場合、例えば、モード切替信号S7がローレベルとされているときには、過電流保護回路40を常時オンとし、モード切替信号S7がハイレベルとされているときには、過電流保護回路40を逆流検出信号S5に応じてオン/オフ制御すればよい。   Further, as with the previous on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18, the overcurrent protection circuit 40 can be included as a sleep target circuit that receives the input of the mode switching signal S7. In this case, for example, when the mode switching signal S7 is at the low level, the overcurrent protection circuit 40 is always turned on, and when the mode switching signal S7 is at the high level, the overcurrent protection circuit 40 is set to the reverse current detection signal. The on / off control may be performed in accordance with S5.

<モード切替制御回路>
図31は、モード切替制御回路60(及びその周辺回路)を備えた半導体装置10の一構成例を示す図である。本構成例の半導体装置10は、スリープ対象回路50と、モード切替制御回路60と、スリープ対象外回路70と、ノイズマスク回路80と、を有する。
<Mode switching control circuit>
FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor device 10 including the mode switching control circuit 60 (and its peripheral circuits). The semiconductor device 10 of this configuration example includes a sleep target circuit 50, a mode switching control circuit 60, a sleep non-target circuit 70, and a noise mask circuit 80.

スリープ対象回路50は、モード切替信号S7に応じてその動作モードが通常モードとスリープモードのいずれか一方に切り替えられる回路ブロックである。なお、本構成例の半導体装置10では、先述のオン時間設定回路16や逆流検出回路18に加えて、メインコンパレータ13やバイアス電流生成回路51がスリープ対象回路50に含まれている。例えば、メインコンパレータ13は、モード切替信号S7がハイレベルであるときにスリープモードとなり、その駆動電流がゼロ(ないしはほぼゼロ)とされる。   The sleep target circuit 50 is a circuit block whose operation mode is switched between the normal mode and the sleep mode in accordance with the mode switching signal S7. In the semiconductor device 10 of this configuration example, the main circuit 13 and the bias current generation circuit 51 are included in the sleep target circuit 50 in addition to the on-time setting circuit 16 and the backflow detection circuit 18 described above. For example, the main comparator 13 enters a sleep mode when the mode switching signal S7 is at a high level, and its drive current is zero (or almost zero).

モード切替制御回路60は、動作モード切替時(通常モードからスリープモードへの移行時、ないしは、スリープモードから通常モードへの復帰時)に、メインコンパレータ13の出力マスク制御や出力帰還ループの切替制御を行う回路ブロックであり、Dフリップフロップ61及び62と、ORゲート63と、インバータ64及び65と、ANDゲート66と、ORゲート67と、を含む。   The mode switching control circuit 60 controls the output mask of the main comparator 13 and the switching control of the output feedback loop when the operation mode is switched (from the normal mode to the sleep mode or when the sleep mode returns to the normal mode). And includes D flip-flops 61 and 62, an OR gate 63, inverters 64 and 65, an AND gate 66, and an OR gate 67.

Dフリップフロップ61は、反転クロック端に入力されるゲート信号G2の立下りエッジをトリガとして、データ端(D)に入力されるモード切替信号S7をラッチし、そのラッチ出力を出力端(Q)から第1ラッチ信号S61として出力する。   The D flip-flop 61 uses the falling edge of the gate signal G2 input to the inverted clock terminal as a trigger to latch the mode switching signal S7 input to the data terminal (D), and outputs the latch output to the output terminal (Q). To the first latch signal S61.

Dフリップフロップ62は、反転クロック端に入力されるゲート信号G2の立下りエッジをトリガとして、データ端(D)に入力される第1ラッチ信号S61をラッチし、そのラッチ出力を出力端(Q)から第2ラッチ信号S62として出力する。   The D flip-flop 62 uses the falling edge of the gate signal G2 input to the inverted clock terminal as a trigger to latch the first latch signal S61 input to the data terminal (D), and outputs the latch output to the output terminal (Q To the second latch signal S62.

従って、モード切替信号S7の論理レベルが切り替わると、その後にゲート信号G2の立下りエッジが2回到来した時点で、第2ラッチ信号S62の論理レベルが切り替わる。なお、本構成例のモード切替制御回路60では、2段のDフリップフロップ61及び62が用いられているが、Dフリップフロップの段数は1段であってもよいし、3段以上であってもよい。   Therefore, when the logic level of the mode switching signal S7 is switched, the logic level of the second latch signal S62 is switched when the falling edge of the gate signal G2 arrives twice thereafter. In the mode switching control circuit 60 of this configuration example, two stages of D flip-flops 61 and 62 are used. However, the number of D flip-flops may be one, or three or more. Also good.

ORゲート63は、モード切替信号S7と第2ラッチ信号S62との論理和信号S63を生成する。論理和信号S63は、モード切替信号S7と第2ラッチ信号S62の少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、モード切替信号S7と第2ラッチ信号S62の双方がローレベルであるときにローレベルとなる。従って、論理和信号S63の立上りタイミングは、モード切替信号S7の立上りタイミングと一致しているが、論理和信号S63の立下りタイミングは、モード切替信号S7の立下りタイミングではなく第2ラッチ信号S62の立下りタイミングまで遅延される。   The OR gate 63 generates a logical sum signal S63 of the mode switching signal S7 and the second latch signal S62. The logical sum signal S63 is at a high level when at least one of the mode switching signal S7 and the second latch signal S62 is at a high level, and is at a low level when both the mode switching signal S7 and the second latch signal S62 are at a low level. Become a level. Therefore, the rising timing of the logical sum signal S63 coincides with the rising timing of the mode switching signal S7, but the falling timing of the logical sum signal S63 is not the falling timing of the mode switching signal S7 but the second latch signal S62. Is delayed until the fall timing of.

インバータ64は、論理和信号S63を論理反転させることにより、出力ゲート信号S64を生成する。   The inverter 64 generates the output gate signal S64 by logically inverting the logical sum signal S63.

インバータ65は、論理和信号S63を論理反転させることにより、ノイズマスク制御信号S65を生成する。   The inverter 65 generates a noise mask control signal S65 by logically inverting the logical sum signal S63.

ANDゲート66は、比較信号S1と出力ゲート信号S64との論理積信号S66を生成する。出力ゲート信号S66は、比較信号S1と出力ゲート信号S64の少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなり、比較信号S1と出力ゲート信号S64の双方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。従って、出力ゲート信号S64がハイレベルであるときには、比較信号S1が論理積信号S66としてスルー出力されるが、出力ゲート信号S64がローレベルであるときには、比較信号S1の論理レベルに依ることなく、論理積信号S66がローレベルに固定される。すなわち、出力ゲート信号S64がローレベルであるときには、メインコンパレータ13の出力マスクが行われる。   The AND gate 66 generates a logical product signal S66 of the comparison signal S1 and the output gate signal S64. The output gate signal S66 becomes a low level when at least one of the comparison signal S1 and the output gate signal S64 is at a low level, and becomes a high level when both the comparison signal S1 and the output gate signal S64 are at a high level. Therefore, when the output gate signal S64 is at a high level, the comparison signal S1 is through-output as the logical product signal S66. However, when the output gate signal S64 is at a low level, it does not depend on the logical level of the comparison signal S1. The logical product signal S66 is fixed at a low level. That is, when the output gate signal S64 is at a low level, the output mask of the main comparator 13 is performed.

ORゲート67は、論理積信号S66とサブ比較信号S71との論理和信号S67を生成する。論理和信号S67は、論理積信号S66とサブ比較信号S71の少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、論理積信号S66とサブ比較信号S71の双方がローレベルであるときにローレベルとなる。すなわち、メインコンパレータ13の出力マスク時(S66=L固定)には、サブ比較信号S71が論理積信号S67としてスルー出力されることになる。   The OR gate 67 generates a logical sum signal S67 of the logical product signal S66 and the sub comparison signal S71. The logical sum signal S67 is at a high level when at least one of the logical product signal S66 and the sub comparison signal S71 is at a high level, and is at a low level when both the logical product signal S66 and the sub comparison signal S71 are at a low level. Become. That is, when the output of the main comparator 13 is masked (S66 = L fixed), the sub comparison signal S71 is output through as the logical product signal S67.

上記構成から成るモード切替制御回路60は、通常モードからスリープモードへの移行時(S7=L→H)には、遅滞なくスリープ対象回路50の出力マスクを行い、スリープモードから通常モードへの復帰時(S7=H→L)には、所定の遅延を持ってスリープ対象回路50の出力マスクを解除する。その際、モード切替制御回路60は、モード切替信号S7をゲート信号G2の立下りエッジ(トランジスタN2のオフタイミング)でラッチし、そのラッチ出力を用いてスリープ対象回路50の出力マスクを解除する。   The mode switching control circuit 60 having the above configuration masks the output of the sleep target circuit 50 without delay when shifting from the normal mode to the sleep mode (S7 = L → H), and returns from the sleep mode to the normal mode. At the time (S7 = H → L), the output mask of the sleep target circuit 50 is canceled with a predetermined delay. At that time, the mode switching control circuit 60 latches the mode switching signal S7 at the falling edge of the gate signal G2 (off timing of the transistor N2), and cancels the output mask of the sleep target circuit 50 using the latch output.

スリープ対象外回路70は、モード切替信号S7に依ることなく、常に駆動電流の供給を受けて動作し続ける回路ブロックであり、サブコンパレータ71とスイッチ72及び73を含む。また、本図には明示されていないが、出力帰還ループを形成する回路ブロックのうち、基準電圧生成回路12、ワンショットパルス生成回路14、RSフリップフロップ15、及び、ゲートドライバ回路17などもスリープ対象外回路70に含まれている。   The sleep-excluded circuit 70 is a circuit block that always operates by receiving a supply of drive current without depending on the mode switching signal S7, and includes a sub-comparator 71 and switches 72 and 73. Although not explicitly shown in this figure, among the circuit blocks forming the output feedback loop, the reference voltage generation circuit 12, the one-shot pulse generation circuit 14, the RS flip-flop 15, the gate driver circuit 17, and the like also sleep. It is included in the non-target circuit 70.

サブコンパレータ71は、反転入力端(−)に入力されるリップルインジェクション前の分圧電圧Vdivと、非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vref1またはVref2を比較してサブ比較信号S71を生成する。サブ比較信号S71は、分圧電圧Vdivが基準電圧Vref1またはVref2よりも高いときにローレベルとなり、分圧電圧Vdivが基準電圧Vref1またはVref2よりも低いときにハイレベルとなる。   The sub-comparator 71 compares the divided voltage Vdiv before ripple injection input to the inverting input terminal (−) with the reference voltage Vref1 or Vref2 input to the non-inverting input terminal (+) to generate the sub comparison signal S71. Generate. The sub comparison signal S71 is at a low level when the divided voltage Vdiv is higher than the reference voltage Vref1 or Vref2, and is at a high level when the divided voltage Vdiv is lower than the reference voltage Vref1 or Vref2.

サブコンパレータ71は、メインコンパレータ13がスリープモードとされているときにその代替動作を行うことにより、出力帰還ループの形成を維持する。なお、出力電圧Voutが下がり過ぎたときにトランジスタN1の最大オン時間を設定するためのマックスオンコンパレータが半導体装置10に搭載されている場合には、これをサブコンパレータ71として流用することが望ましい。このような流用を行うことにより、回路規模の不要な増大を招くことなく、軽負荷時の省電力化を実現することが可能となる。   The sub-comparator 71 maintains the formation of the output feedback loop by performing an alternative operation when the main comparator 13 is in the sleep mode. If the semiconductor device 10 is equipped with a max-on comparator for setting the maximum on-time of the transistor N1 when the output voltage Vout is too low, it is desirable to use this as the sub-comparator 71. By using such diversion, it is possible to realize power saving at light load without causing an unnecessary increase in circuit scale.

なお、上記の流用により、サブコンパレータ71は、メインコンパレータ13がスリープモードとされているときだけでなく、メインコンパレータ13が通常モードとされているときにもマックスオンコンパレータとして動作を継続する。   Note that the sub-comparator 71 continues to operate as a max-on comparator not only when the main comparator 13 is in the sleep mode but also when the main comparator 13 is in the normal mode.

スイッチ72は、基準電圧Vref1(例えばVref1=Vref)の印加端とサブコンパレータ71の非反転入力端(+)との間に接続されており、論理和信号S63に応じてオン/オフされる。具体的に述べると、スイッチ72は、論理和信号S63がハイレベルであるときにオンとなり、論理和信号S63がローレベルであるときにオフとなる。   The switch 72 is connected between the application terminal of the reference voltage Vref1 (for example, Vref1 = Vref) and the non-inverting input terminal (+) of the sub-comparator 71, and is turned on / off according to the logical sum signal S63. Specifically, the switch 72 is turned on when the logical sum signal S63 is at a high level, and turned off when the logical sum signal S63 is at a low level.

スイッチ73は、基準電圧Vref2(例えばVref2=Vref×0.99)の印加端とサブコンパレータ71の非反転入力端(+)との間に接続されており、出力ゲート信号S64(論理和信号S63の論理反転信号)に応じてオン/オフされる。具体的に述べると、スイッチ73は、出力ゲート信号S64がハイレベルであるときにオンとなり、出力ゲート信号S64がローレベルであるときにオフとなる。   The switch 73 is connected between the application terminal of the reference voltage Vref2 (for example, Vref2 = Vref × 0.99) and the non-inverting input terminal (+) of the sub-comparator 71, and the output gate signal S64 (logical sum signal S63). On / off in accordance with the logic inversion signal). More specifically, the switch 73 is turned on when the output gate signal S64 is at a high level, and turned off when the output gate signal S64 is at a low level.

すなわち、スイッチ72及び73は、メインコンパレータ13の出力マスクが行われているか否かに応じて、サブコンパレータ71の非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vref1及びVref2を切り替えるセレクタとして機能する。   That is, the switches 72 and 73 function as selectors that switch the reference voltages Vref1 and Vref2 input to the non-inverting input terminal (+) of the sub-comparator 71 depending on whether or not the output mask of the main comparator 13 is performed. To do.

より具体的に述べると、メインコンパレータ13の出力マスク時には、サブコンパレータ71をメインコンパレータ13の代替手段として機能させるべく、基準電圧Vrefと等しい基準電圧Vref1が選択される。一方、メインコンパレータ13の出力マスク解除時には、サブコンパレータ71をマックスオンコンパレータとして機能させるべく、基準電圧Vrefよりも低い基準電圧Vref2が選択される。   More specifically, when the output of the main comparator 13 is masked, the reference voltage Vref1 equal to the reference voltage Vref is selected so that the sub-comparator 71 functions as an alternative to the main comparator 13. On the other hand, when the output mask of the main comparator 13 is released, the reference voltage Vref2 lower than the reference voltage Vref is selected so that the sub-comparator 71 functions as a max-on comparator.

ノイズマスク回路80は、通常モードからスリープモードへの移行時(S7=L→H)にサブコンパレータ71の出力ノイズをマスクする回路ブロックであり、ORゲート81と、信号遅延部82と、ANDゲート83と、を含む。   The noise mask circuit 80 is a circuit block that masks the output noise of the sub-comparator 71 during the transition from the normal mode to the sleep mode (S7 = L → H), and includes an OR gate 81, a signal delay unit 82, and an AND gate. 83.

ORゲート81は、ノイズマスク制御信号S65と論理和信号S67との論理和信号S81を生成する。論理和信号S81は、ノイズマスク制御信号S65と論理和信号S67の少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、ノイズマスク制御信号S65と論理和信号S67の双方がローレベルであるときにローレベルとなる。すなわち、メインコンパレータ13の出力マスク時(S65=L)には、論理和信号S67が論理和信号S81としてスルー出力されるが、メインコンパレータ13の出力マスク解除時(S65=H)には、論理和信号S67の論理レベルに依ることなく、論理和信号S81がハイレベルに固定される。   The OR gate 81 generates a logical sum signal S81 of the noise mask control signal S65 and the logical sum signal S67. The logical sum signal S81 is high when at least one of the noise mask control signal S65 and the logical sum signal S67 is at a high level, and low when both the noise mask control signal S65 and the logical sum signal S67 are at a low level. Become a level. That is, when the output of the main comparator 13 is masked (S65 = L), the logical sum signal S67 is output through as the logical sum signal S81, but when the output mask of the main comparator 13 is released (S65 = H), The logical sum signal S81 is fixed at the high level without depending on the logical level of the sum signal S67.

信号遅延部82は、論理和信号S81を所定の遅延時間(例えば1μs)だけ遅らせて遅延信号S82を生成する。   The signal delay unit 82 delays the logical sum signal S81 by a predetermined delay time (for example, 1 μs) to generate a delay signal S82.

ANDゲート83は、論理和信号S67と遅延信号S82との論理積信号S1’を生成し、これを比較信号S1の代替信号としてワンショットパルス生成回路14に出力する。論理積信号S1’は、論理和信号S67と遅延信号S82の少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなり、論理和信号S67と遅延信号S82の双方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。   The AND gate 83 generates a logical product signal S1 'of the logical sum signal S67 and the delay signal S82, and outputs this to the one-shot pulse generation circuit 14 as a substitute signal for the comparison signal S1. The logical product signal S1 ′ becomes a low level when at least one of the logical sum signal S67 and the delay signal S82 is at a low level, and becomes a high level when both the logical sum signal S67 and the delay signal S82 are at a high level. .

従って、通常モードからスリープモードへの移行時(S7=L→H)にサブコンパレータ71の出力ノイズが生じた場合であっても、所定の遅延時間以内(1μs以内)に出力ノイズが収束すれば、論理積信号S1’に出力ノイズが重畳することはないので、誤動作を防止することができる。   Therefore, even when the output noise of the sub-comparator 71 occurs during the transition from the normal mode to the sleep mode (S7 = L → H), if the output noise converges within a predetermined delay time (within 1 μs). Since no output noise is superimposed on the logical product signal S1 ′, malfunction can be prevented.

なお、先に述べたように、メインコンパレータ13の出力マスク解除時(S65=H)には、論理和信号S81がハイレベルに固定されるので、延いては、遅延信号S82がハイレベルに固定される。従って、ANDゲート83は、論理和信号S67(比較信号S1に相当)を論理積信号S1’としてスルー出力する状態となるので、比較信号S1を不必要に遅延させずに済む。   As described above, when the output mask of the main comparator 13 is released (S65 = H), the logical sum signal S81 is fixed to the high level, and hence the delay signal S82 is fixed to the high level. Is done. Therefore, the AND gate 83 is in a state of through-outputting the logical sum signal S67 (corresponding to the comparison signal S1) as the logical product signal S1 ', so that it is not necessary to delay the comparison signal S1 unnecessarily.

図32は、モード切替制御動作の一例を示すタイムチャートであり、上から順に、スイッチ電圧Vsw、出力電圧Vout、モード切替信号S7、論理和信号S63、比較信号S1、及び、サブ比較信号S71が描写されている。また、図33及び図34は、それぞれ、図32における破線領域γ及びδの拡大図である。   FIG. 32 is a time chart showing an example of the mode switching control operation. From the top, the switch voltage Vsw, the output voltage Vout, the mode switching signal S7, the logical sum signal S63, the comparison signal S1, and the sub comparison signal S71 are sequentially displayed. It is depicted. 33 and 34 are enlarged views of broken line regions γ and δ in FIG. 32, respectively.

まず、通常モードからスリープモードへの切替動作について説明する。図33の時刻t61において、モード切替信号S7がハイレベルに立ち上げられると、スリープ対象回路50は、スリープモードに即時移行する。このとき、モード切替制御回路60は、モード切替信号S7がハイレベルに立ち上げられたことを受けて論理和信号S63を遅滞なくハイレベルに立ち上げ、メインコンパレータ13の出力マスク処理、及び、サブコンパレータ71を用いた出力帰還動作への切替処理を行う。すなわち、時刻t61を境として、比較信号S1に応じたスイッチング動作からサブ比較信号S71に応じたスイッチング動作に切り替わる。   First, switching operation from the normal mode to the sleep mode will be described. When the mode switching signal S7 is raised to a high level at time t61 in FIG. 33, the sleep target circuit 50 immediately shifts to the sleep mode. At this time, the mode switching control circuit 60 raises the logical sum signal S63 to the high level without delay in response to the mode switching signal S7 being raised to the high level, A switching process to the output feedback operation using the comparator 71 is performed. That is, at time t61, the switching operation according to the comparison signal S1 is switched to the switching operation according to the sub comparison signal S71.

このように、スリープ対象回路50のスリープモード時には、メインコンパレータ13を用いることなく、サブコンパレータ71を用いてスイッチング動作を行うことにより、通常モードで使用する回路の大部分(メインコンパレータ13を含む)をオフすることができるので、軽負荷時の高効率化を実現することが可能となる。   As described above, when the sleep target circuit 50 is in the sleep mode, the switching operation is performed using the sub-comparator 71 without using the main comparator 13, so that most of the circuits used in the normal mode (including the main comparator 13) are used. Since it is possible to turn off, it is possible to achieve high efficiency at light loads.

次に、スリープモードから通常モードへの切替動作について説明する。図34の時刻t71において、モード切替信号S7がローレベルに立ち下げられると、スリープ対象回路50は、通常モードに即時復帰する。ただし、通常モードへの復帰直後(駆動電流の供給再開直後)には、メインコンパレータ13が正しく動作せず、比較信号S1に誤パルスを生じるおそれがある(時刻t71〜t72の比較信号S1を参照)。   Next, the switching operation from the sleep mode to the normal mode will be described. When the mode switching signal S7 falls to the low level at time t71 in FIG. 34, the sleep target circuit 50 immediately returns to the normal mode. However, immediately after returning to the normal mode (immediately after resuming the supply of drive current), the main comparator 13 does not operate correctly, and an erroneous pulse may be generated in the comparison signal S1 (see the comparison signal S1 at times t71 to t72). ).

そこで、モード切替制御回路60は、モード切替信号S7がローレベルに立ち下げられた後も論理和信号S63を所定の電流復帰期間(時刻t71〜t72)に亘ってハイレベルに維持し、メインコンパレータ13の出力マスク処理と、サブコンパレータ71を用いた出力帰還動作を継続する。すなわち、時刻t71では、スリープ対象回路50への電流供給が復帰される一方、出力帰還動作はスリープモードのままとなる。   Therefore, the mode switching control circuit 60 maintains the logical sum signal S63 at the high level for a predetermined current recovery period (time t71 to t72) even after the mode switching signal S7 falls to the low level. 13 output mask processing and the output feedback operation using the sub-comparator 71 are continued. That is, at time t71, the current supply to the sleep target circuit 50 is restored, while the output feedback operation remains in the sleep mode.

モード切替信号S7がローレベルに立ち下がった後、時刻t72において、ゲート信号G2に2回目の立下りエッジが到来すると、モード切替制御回路60は、論理和信号S63をローレベルに立ち下げてメインコンパレータ13の出力マスク処理を解除する。つまり、時刻t72を境として、サブ比較信号S71に応じたスイッチング動作から比較信号S1に応じたスイッチング動作に切り替わる。なお、メインコンパレータ13を用いた出力帰還動作への復帰タイミングは、常にトランジスタN2のオフタイミングと一致する。   When the second falling edge arrives at the gate signal G2 at time t72 after the mode switching signal S7 falls to the low level, the mode switching control circuit 60 lowers the logical sum signal S63 to the low level. The output mask process of the comparator 13 is canceled. That is, the switching operation corresponding to the sub comparison signal S71 is switched to the switching operation corresponding to the comparison signal S1 with the time t72 as a boundary. Note that the return timing to the output feedback operation using the main comparator 13 always coincides with the off timing of the transistor N2.

このようなモード切替制御を行うことにより、スリープモードから通常モードへの復帰に際して、比較信号S1の誤パルスに起因する意図しないスイッチング動作が生じなくなるので、出力リップルの増大を解消することが可能となる。   By performing such mode switching control, an unintended switching operation caused by an erroneous pulse of the comparison signal S1 does not occur when returning from the sleep mode to the normal mode, so that an increase in output ripple can be eliminated. Become.

<リップルインジェクション回路(基準電圧側)>
図35は、スイッチング電源装置の第4実施形態(基準電圧側にリップルインジェクション回路を備えた半導体装置10の一構成例)を示すブロック図である。本構成例の半導体装置10は、基本的に図1とほぼ同様の構成であり、図1のリップルインジェクション回路11に代えて、所定の定電圧Vref0(図1の基準電圧Vrefに相当)からコイル電流ILを模擬したリップル電圧Vrplを減算して基準電圧Vrefを生成するリップルインジェクション回路90を有する。
<Ripple injection circuit (reference voltage side)>
FIG. 35 is a block diagram showing a fourth embodiment of the switching power supply device (one configuration example of the semiconductor device 10 including a ripple injection circuit on the reference voltage side). The semiconductor device 10 of this configuration example has basically the same configuration as that of FIG. 1, and instead of the ripple injection circuit 11 of FIG. 1, a coil is generated from a predetermined constant voltage Vref 0 (corresponding to the reference voltage Vref of FIG. 1). A ripple injection circuit 90 that generates a reference voltage Vref by subtracting a ripple voltage Vrpl simulating the current IL is provided.

図36は、リップルインジェクション回路90の一構成例を示す図である。本構成例のリップルインジェクション回路90は、電流源91a及び91bと、電流源92a及び92bと、充放電切替スイッチ93a及び93bと、コンデンサ94と、端子電圧印加部95と、放電スイッチ96と、放電制御部97と、を含む。   FIG. 36 is a diagram illustrating a configuration example of the ripple injection circuit 90. The ripple injection circuit 90 of this configuration example includes current sources 91a and 91b, current sources 92a and 92b, charge / discharge changeover switches 93a and 93b, a capacitor 94, a terminal voltage application unit 95, a discharge switch 96, a discharge switch 96, and a discharge switch 96. And a control unit 97.

電流源91aは、出力電圧Vout(またはトランジスタN1のオンデューティに相当する第2電圧VY2)に応じた電流I91a(=α×Vout)を生成する。電流源91aの第1端は、電源端に接続されている。電流源91bの第2端は、コンデンサ94の第1端(基準電圧Vrefの出力端)に接続されている。   The current source 91a generates a current I91a (= α × Vout) corresponding to the output voltage Vout (or the second voltage VY2 corresponding to the on-duty of the transistor N1). The first end of the current source 91a is connected to the power supply end. The second end of the current source 91b is connected to the first end of the capacitor 94 (the output end of the reference voltage Vref).

電流源92aは、入力電圧Vinに応じた電流I92a(=α×Vin)を生成する。電流源92aの第1端は、充放電スイッチ93aを介して、コンデンサ94の第1端(基準電圧Vrefの出力端)に接続されている。電流源92aの第2端は、接地端に接続されている。なお、降圧型(Vin>Vout)のスイッチング電源装置1において、電流源91aと電流源92aが同一の比例定数αを持つ場合は、I91a<I92aとなる。   The current source 92a generates a current I92a (= α × Vin) corresponding to the input voltage Vin. The first end of the current source 92a is connected to the first end of the capacitor 94 (the output end of the reference voltage Vref) via the charge / discharge switch 93a. The second end of the current source 92a is connected to the ground end. In the step-down type (Vin> Vout) switching power supply 1, when the current source 91a and the current source 92a have the same proportionality constant α, I91a <I92a.

充放電切替スイッチ93aは、ゲート信号G1に応じてオン/オフされることにより、電流源92aの第1端とコンデンサの第1端(基準電圧Vrefの出力端)との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、充放電切替スイッチ93aは、ゲート信号G1のハイレベル期間(トランジスタN1のオン期間)にオンとなり、ゲート信号G1のローレベル期間(トランジスタN1のオフ期間)にオフとなる。   The charge / discharge changeover switch 93a is turned on / off according to the gate signal G1, thereby conducting / blocking between the first end of the current source 92a and the first end of the capacitor (the output end of the reference voltage Vref). . More specifically, the charge / discharge switch 93a is turned on during the high level period of the gate signal G1 (the on period of the transistor N1) and turned off during the low level period of the gate signal G1 (the off period of the transistor N1). .

電流源91bは、入力電圧Vinに応じた電流I91b(=α×Vin)を生成する。電流源91bの第1端は、電源端に接続されている。電流源91bの第2端は、充放電切替スイッチ93bを介して、コンデンサ94の第2端(バッファ電圧Vbufの印加端)に接続されている。   The current source 91b generates a current I91b (= α × Vin) corresponding to the input voltage Vin. The first end of the current source 91b is connected to the power supply end. The second end of the current source 91b is connected to the second end of the capacitor 94 (the application end of the buffer voltage Vbuf) via the charge / discharge switch 93b.

電流源92bは、出力電圧Vout(またはトランジスタN1のオンデューティに相当する第2電圧VY2)に応じた電流I92b(=α×Vout)を生成する。電流源92bの第1端は、コンデンサ94の第2端(バッファ電圧Vbufの印加端)に接続されている。電流源92bの第2端は、接地端に接続されている。なお、降圧型(Vin>Vout)のスイッチング電源装置1において、電流源91bと電流源92bが同一の比例定数αを持つ場合には、I91b>I92bとなる。   The current source 92b generates a current I92b (= α × Vout) corresponding to the output voltage Vout (or the second voltage VY2 corresponding to the on-duty of the transistor N1). The first end of the current source 92b is connected to the second end of the capacitor 94 (the application end of the buffer voltage Vbuf). The second end of the current source 92b is connected to the ground end. In the step-down type (Vin> Vout) switching power supply 1, when the current source 91b and the current source 92b have the same proportionality constant α, I91b> I92b.

充放電切替スイッチ93bは、ゲート信号G1に応じてオン/オフされることにより、電流源91bの第2端とコンデンサの第2端(バッファ電圧Vbufの印加端)との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、充放電切替スイッチ93bは、ゲート信号G1のハイレベル期間(トランジスタN1のオン期間)にオンとなり、ゲート信号G1のローレベル期間(トランジスタN1のオフ期間)にオフとなる。   The charge / discharge changeover switch 93b is turned on / off according to the gate signal G1, thereby conducting / blocking between the second end of the current source 91b and the second end of the capacitor (application end of the buffer voltage Vbuf). . More specifically, the charge / discharge switch 93b is turned on during the high level period of the gate signal G1 (the on period of the transistor N1) and turned off during the low level period of the gate signal G1 (the off period of the transistor N1). .

コンデンサ94の第1端は、基準電圧Vrefの出力端に接続されている。コンデンサ94の第2端は、端子電圧印加部95に接続されている。充放電切替スイッチ93a及び93bのオン期間(トランジスタN1のオン期間)には、電流I92aから電流I91aを差し引いた差分電流(=I92a−I91a>0)がコンデンサ94の第1端から引き抜かれるとともに、電流I91bから電流I92bを差し引いた差分電流(=I91b−I92b>0)がコンデンサ94の第2端に向けて流れ込む状態となるので、コンデンサ94が充電される(コンデンサ94の両端間電圧が高くなる)。一方、充放電切替スイッチ93a及び93bのオフ期間(トランジスタN1のオフ期間)には、電流I92a及びI91bが各々遮断されることにより、コンデンサ94の第1端に向けて電流I91aが流れ込むとともに、コンデンサ94の第2端から電流I92bが引き抜かれる状態となるので、コンデンサ94が放電される(コンデンサ94の両端間電圧が低くなる)。   The first end of the capacitor 94 is connected to the output end of the reference voltage Vref. The second end of the capacitor 94 is connected to the terminal voltage application unit 95. During the on period of the charge / discharge switching switches 93a and 93b (the on period of the transistor N1), a differential current (= I92a−I91a> 0) obtained by subtracting the current I91a from the current I92a is extracted from the first end of the capacitor 94. Since the differential current (= I91b−I92b> 0) obtained by subtracting the current I92b from the current I91b flows into the second end of the capacitor 94, the capacitor 94 is charged (the voltage across the capacitor 94 increases). ). On the other hand, during the off period of the charge / discharge switch 93a and 93b (the off period of the transistor N1), the currents I92a and I91b are cut off, whereby the current I91a flows toward the first end of the capacitor 94 and the capacitor Since the current I92b is drawn from the second end of the capacitor 94, the capacitor 94 is discharged (the voltage across the capacitor 94 is lowered).

端子電圧印加部95は、コンデンサ94の両端間電圧がリップル電圧Vrplとして定電圧Vref0から減算されるようにコンデンサ94の端子電圧(本図ではバッファ電圧Vbuf)を印加する回路ブロックであり、エラーアンプ951と、バッファアンプ952と、抵抗953a及び953bと、コンデンサ954と、スイッチ955a及び955bと、インバータ956、を含む。   The terminal voltage application unit 95 is a circuit block that applies the terminal voltage of the capacitor 94 (the buffer voltage Vbuf in this figure) so that the voltage across the capacitor 94 is subtracted from the constant voltage Vref0 as the ripple voltage Vrpl. 951, a buffer amplifier 952, resistors 953a and 953b, a capacitor 954, switches 955a and 955b, and an inverter 956.

エラーアンプ951の非反転入力端(+)は、定電圧Vref0の印加端に接続されている。エラーアンプ951の反転入力端(−)は、スイッチ955aを介して帰還電圧Vfbの印加端に接続されると共に、抵抗953a及び955bから成る負帰還ループを介してエラーアンプ951の出力端にも接続されている。エラーアンプ951の出力端は、バッファアンプ952の入力端に接続されている。エラーアンプ951の出力端と接地端との間には、位相補償用の抵抗953bとコンデンサ954が直列接続されている。バッファアンプ952の出力端は、コンデンサ94の第2端に接続されている。スイッチ955aの制御端は、インバータ956の出力端に接続されている。スイッチ955bの制御端とインバータ956の入力端は、逆流検出信号S5の印加端に接続されている。   The non-inverting input terminal (+) of the error amplifier 951 is connected to the application terminal for the constant voltage Vref0. The inverting input terminal (−) of the error amplifier 951 is connected to the application terminal of the feedback voltage Vfb through the switch 955a, and is also connected to the output terminal of the error amplifier 951 through a negative feedback loop composed of the resistors 953a and 955b. Has been. The output terminal of the error amplifier 951 is connected to the input terminal of the buffer amplifier 952. A phase compensation resistor 953b and a capacitor 954 are connected in series between the output terminal of the error amplifier 951 and the ground terminal. The output terminal of the buffer amplifier 952 is connected to the second terminal of the capacitor 94. The control terminal of the switch 955a is connected to the output terminal of the inverter 956. The control end of the switch 955b and the input end of the inverter 956 are connected to the application end of the backflow detection signal S5.

スイッチ955a及び955bは、逆流検出信号S5に応じて相補的にオン/オフされる。具体的に述べると、逆流検出信号S5がローレベル(逆流未検出時の論理レベル)であるときには、スイッチ955aがオンとなりスイッチ955bがオフとなる。従って、電流連続モードでは、定電圧Vref0と帰還電圧Vfbとを一致させるように誤差電圧Verrの生成動作が行われる。一方、逆流検出信号S5がハイレベル(逆流検出時の論理レベル)であるときには、スイッチ955aがオフとなりスイッチ955bがオンとなる。従って、電流不連続モードでは、エラーアンプ951がバッファとして機能し、誤差電圧Verrが帰還電圧Vfbに依らない一定値に固定される。   The switches 955a and 955b are turned on / off complementarily in response to the backflow detection signal S5. Specifically, when the backflow detection signal S5 is at a low level (logic level when no backflow is detected), the switch 955a is turned on and the switch 955b is turned off. Therefore, in the current continuous mode, the generation operation of the error voltage Verr is performed so that the constant voltage Vref0 and the feedback voltage Vfb are matched. On the other hand, when the backflow detection signal S5 is at a high level (logic level at the time of backflow detection), the switch 955a is turned off and the switch 955b is turned on. Therefore, in the current discontinuous mode, the error amplifier 951 functions as a buffer, and the error voltage Verr is fixed to a constant value that does not depend on the feedback voltage Vfb.

放電スイッチ96は、コンデンサ94と並列に接続されており、放電制御部97から入力される放電制御信号Sxに応じてオン/オフ制御される。具体的に述べると、放電スイッチ96は、放電制御信号Sxがハイレベルであるときにオンとなり、放電制御信号Sxがローレベルであるときにオフとなる。放電スイッチ96がオンされると、コンデンサ94の両端間がショートされるので、コンデンサ94が急速に放電されて、リップル電圧Vrplがゼロ値にリセットされる。   The discharge switch 96 is connected in parallel with the capacitor 94 and is on / off controlled in accordance with a discharge control signal Sx input from the discharge control unit 97. Specifically, the discharge switch 96 is turned on when the discharge control signal Sx is at a high level, and is turned off when the discharge control signal Sx is at a low level. When the discharge switch 96 is turned on, both ends of the capacitor 94 are short-circuited, so that the capacitor 94 is rapidly discharged and the ripple voltage Vrpl is reset to a zero value.

放電制御部97は、先の放電制御部117と同様の回路構成から成り、コンデンサ94の充電開始前毎に放電スイッチ96をオンさせるように、放電制御信号Sxを生成する。すなわち、リップル電圧Vrplは、コンデンサ94の充電開始前毎にリセットされる。また、本図では明示されていないが、先出のオーバーシュート抑制回路30(図23を参照)を導入し、リップル電圧Vrplの極性反転時にもリセットを行うことが望ましい。   The discharge control unit 97 has a circuit configuration similar to that of the previous discharge control unit 117, and generates a discharge control signal Sx so that the discharge switch 96 is turned on every time before the capacitor 94 starts to be charged. That is, the ripple voltage Vrpl is reset every time before the capacitor 94 starts to be charged. Further, although not explicitly shown in the figure, it is desirable to introduce the above-described overshoot suppression circuit 30 (see FIG. 23) and perform resetting even when the polarity of the ripple voltage Vrpl is inverted.

上記構成から成るリップルインジェクション回路90は、電流I91a及びI91bと電流I92a及び92bを用いてコンデンサ94の充放電を行うことでコイル電流ILを模擬したリップル電圧Vrplを生成し、これをバッファ電圧Vbuf(=誤差電圧Verr)から減算することにより基準電圧Vref(=Verr−Vrpl)を生成する。   The ripple injection circuit 90 having the above-described configuration generates a ripple voltage Vrpl that simulates the coil current IL by charging and discharging the capacitor 94 using the currents I91a and I91b and the currents I92a and 92b, and this is used as the buffer voltage Vbuf ( = The reference voltage Vref (= Verr−Vrpl) is generated by subtracting from the error voltage Verr).

図37及び図38は、それぞれ、リップルインジェクション動作の第1例(C1:導電性高分子コンデンサ)及び第2例(C1:セラミックコンデンサ)を示すタイムチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、誤差電圧Verr、基準電圧Vref、比較信号S1、放電制御信号Sx、及び、スイッチ電圧Vswが描写されている。   FIGS. 37 and 38 are time charts showing a first example (C1: conductive polymer capacitor) and a second example (C1: ceramic capacitor) of the ripple injection operation, respectively, and the feedback voltage Vfb, The error voltage Verr, the reference voltage Vref, the comparison signal S1, the discharge control signal Sx, and the switch voltage Vsw are depicted.

両図で示すように、コンデンサC1として導電性高分子コンデンサとセラミックコンデンサのいずれを用いた場合であっても、基準電圧Vrefには十分な大きさの疑似リップル成分(リップル電圧Vrpl)を注入することが可能である。   As shown in both figures, a sufficiently large pseudo-ripple component (ripple voltage Vrpl) is injected into the reference voltage Vref regardless of whether a conductive polymer capacitor or a ceramic capacitor is used as the capacitor C1. It is possible.

<テレビへの適用>
図39は、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの一構成例を示すブロック図である。また、図40A〜図40Cは、それぞれ、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図、側面図、及び、背面図である。本構成例のテレビAは、チューナ部A1と、デコーダ部A2と、表示部A3と、スピーカ部A4と、操作部A5と、インタフェイス部A6と、制御部A7と、電源部A8と、を有する。
<Application to TV>
FIG. 39 is a block diagram illustrating a configuration example of a television equipped with the above switching power supply device. 40A to 40C are a front view, a side view, and a rear view of a television on which the above-described switching power supply device is mounted, respectively. The TV A in this configuration example includes a tuner unit A1, a decoder unit A2, a display unit A3, a speaker unit A4, an operation unit A5, an interface unit A6, a control unit A7, and a power supply unit A8. Have.

チューナ部A1は、テレビAに外部接続されるアンテナA0で受信された受信信号から所望チャンネルの放送信号を選局する。   The tuner unit A1 selects a broadcast signal of a desired channel from a reception signal received by an antenna A0 externally connected to the television A.

デコーダ部A2は、チューナA1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A2は、インタフェイス部A6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 A2 generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner A1. The decoder unit A2 also has a function of generating a video signal and an audio signal based on an external input signal from the interface unit A6.

表示部A3は、デコーダ部A2で生成された映像信号を映像として出力する。   The display unit A3 outputs the video signal generated by the decoder unit A2 as a video.

スピーカ部A4は、デコーダ部A2で生成された音声信号を音声として出力する。   The speaker unit A4 outputs the audio signal generated by the decoder unit A2 as audio.

操作部A5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A5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 A5 is one of human interfaces that accept user operations. As the operation unit A5, a button, a switch, a remote controller, or the like can be used.

インタフェイス部A6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 A6 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A7は、上記各部A1〜A6の動作を統括的に制御する。制御部A7としては、CPU[central processing unit]などを用いることができる。   The control unit A7 comprehensively controls the operations of the units A1 to A6. As the control unit A7, a CPU [central processing unit] or the like can be used.

電源部A8は、上記各部A1〜A7に電力供給を行う。電源部A8としては、先述のスイッチング電源装置1を好適に用いることができる。   The power supply unit A8 supplies power to the units A1 to A7. As the power supply unit A8, the above-described switching power supply device 1 can be suitably used.

<その他の変形例>
なお、上記実施形態では、同期整流方式の降圧型スイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、スイッチング駆動方式として非同期整流方式を採用してもよいし、また、スイッチング電源装置の出力段を昇圧型や昇降圧型としても構わない。
<Other variations>
In the above-described embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the synchronous rectification step-down switching power supply apparatus has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited thereto, and switching As the drive method, an asynchronous rectification method may be employed, and the output stage of the switching power supply device may be a boost type or a step-up / down type.

このように、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。   As described above, the configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above-described 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、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、BDレコーダ/プレーヤ、セットトップボックス、並びに、パーソナルコンピュータなど、種々の電子機器に搭載される電源(例えば、高速な応答を必要とするSOC[system-on-chip]用あるいは周辺機器用の電源)として利用することが可能である。   The switching power supply according to the present invention is a power supply (for example, an SOC requiring a high-speed response) mounted in various electronic devices such as a liquid crystal display, a plasma display, a BD recorder / player, a set top box, and a personal computer. It can be used as a power source for [system-on-chip] or peripheral equipment.

1 スイッチング電源装置
10 半導体装置(電源制御IC)
11 リップルインジェクション回路
111、112 電流源
113 充放電切替スイッチ
114 コンデンサ
115 端子電圧印加部
115a 電流源
115b Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
116 放電スイッチ
117 放電制御部
117a ワンショットパルス生成部
117b RSフリップフロップ
117c ORゲート
117d ORゲート
12 基準電圧生成回路
121 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
122、123 電流源
13 メインコンパレータ
14 ワンショットパルス生成回路
141 ORゲート
15 RSフリップフロップ
16、16X、16Y、16Z オン時間設定回路
17 ゲートドライバ回路
18 逆流検出回路
181 コンパレータ
182 ANDゲート
183 RSフリップフロップ
184 ORゲート
19 静音化回路
191、192 ワンショットパルス生成部
193 タイマ部
194 RSフリップフロップ
195 コンパレータ
196 NORゲート
20 スイッチ出力段
30 オーバーシュート抑制回路
31 クロスコンパレータ
40 過電流保護回路
41 Dフリップフロップ
42 過電流保護部
50 スリープ対象回路
51 バイアス電流生成回路
60 モード切替制御回路
61、62 Dフリップフロップ
63 ORゲート
64、65 インバータ
66 ANDゲート
67 ORゲート
70 スリープ対象外回路
71 サブコンパレータ
72、73 スイッチ
80 ノイズマスク回路
81 ORゲート
82 信号遅延部
83 ANDゲート
90 リップルインジェクション回路
91a、91b、92a、92b 電流源
93a、93b 充放電切替スイッチ
94 コンデンサ
95 端子電圧印加部
951 エラーアンプ
952 バッファアンプ
953a、953b 抵抗
954 コンデンサ
955a、955b スイッチ
956 インバータ
96 放電スイッチ
97 放電制御部
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
N2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
L1 コイル
R1、R2 抵抗
C1 コンデンサ
T1〜T8 外部端子
X1、Y1 電圧/電流変換部
X2、Y2 コンデンサ
X3、Y3 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X4、Y4 コンパレータ
X5、X6 抵抗
Y5 レベルシフタ
Y6 セレクタ
Y7 フィルタ(CRフィルタ)
Y11〜Z13 抵抗
Y14 オペアンプ
Y15 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y16、Y17 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y61、Y62 スイッチ
Y71〜Y73 抵抗
Y74、Y75 コンデンサ
Z1 電流出力アンプ
Z2、Z3 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Z4 コンデンサ
Z5、Z6 抵抗
Z7 インバータ
Z8、Z9 スイッチ
A テレビ
A0 アンテナ
A1 チューナ部
A2 デコーダ部
A3 表示部
A4 スピーカ部
A5 操作部
A6 インタフェイス部
A7 制御部
A8 電源部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching power supply device 10 Semiconductor device (power supply control IC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Ripple injection circuit 111,112 Current source 113 Charge / discharge switching switch 114 Capacitor 115 Terminal voltage application part 115a Current source 115b P channel type MOS field effect transistor 116 Discharge switch 117 Discharge control part 117a One-shot pulse generation part 117b RS flip-flop 117c OR gate 117d OR gate 12 reference voltage generation circuit 121 P-channel MOS field effect transistor 122, 123 current source 13 main comparator 14 one-shot pulse generation circuit 141 OR gate 15 RS flip-flop 16, 16X, 16Y, 16Z on-time setting circuit 17 Gate driver circuit 18 Backflow detection circuit 181 Comparator 182 AND gate 183 RS flip-flop 184 O Gate 19 Silencer 191, 192 One-shot pulse generator 193 Timer 194 RS flip-flop 195 Comparator 196 NOR gate 20 Switch output stage 30 Overshoot suppression circuit 31 Cross comparator 40 Overcurrent protection circuit 41 D flip-flop 42 Overcurrent protection Unit 50 Sleep target circuit 51 Bias current generation circuit 60 Mode switching control circuit 61, 62 D flip-flop 63 OR gate 64, 65 Inverter 66 AND gate 67 OR gate 70 Non-sleep target circuit 71 Sub-comparator 72, 73 Switch 80 Noise mask circuit 81 OR gate 82 Signal delay part 83 AND gate 90 Ripple injection circuit 91a, 91b, 92a, 92b Current source 93a, 93b Charge / Release Electric switch 94 Capacitor 95 Terminal voltage application unit 951 Error amplifier 952 Buffer amplifier 953a, 953b Resistor 954 Capacitor 955a, 955b Switch 956 Inverter 96 Discharge switch 97 Discharge controller N1 N-channel MOS field effect transistor (output transistor)
N2 N-channel MOS field effect transistor (synchronous rectification transistor)
L1 Coil R1, R2 Resistor C1 Capacitor T1-T8 External Terminal X1, Y1 Voltage / Current Converter X2, Y2 Capacitor X3, Y3 N-channel MOS Field Effect Transistor X4, Y4 Comparator X5, X6 Resistor Y5 Level Shifter Y6 Selector Y7 Filter ( CR filter)
Y11 to Z13 Resistor Y14 Operational Amplifier Y15 N-channel MOS Field Effect Transistor Y16, Y17 P-Channel MOS Field Effect Transistor Y61, Y62 Switch Y71-Y73 Resistor Y74, Y75 Capacitor Z1 Current Output Amplifier Z2, Z3 N-Channel MOS Field Effect Transistor Z4 Capacitor Z5, Z6 Resistance Z7 Inverter Z8, Z9 Switch A Television A0 Antenna A1 Tuner A2 Decoder A3 Display A4 Speaker A5 Operation A6 A6 Interface A7 Control A8 Power Supply

Claims (10)

出力トランジスタ及び同期整流トランジスタを駆動するゲートドライバ回路と、
前記同期整流トランジスタへの逆流電流を検出する逆流電流検出回路と、
出力電流が閾値よりも大きくなったときに過電流保護動作を行う過電流保護回路と、
を有し、
前記過電流保護回路は、前記逆流電流の検出結果に応じてオン/オフされることを特徴とする電源制御IC。
A gate driver circuit for driving the output transistor and the synchronous rectification transistor;
A reverse current detection circuit for detecting a reverse current to the synchronous rectification transistor;
An overcurrent protection circuit that performs an overcurrent protection operation when the output current becomes larger than a threshold;
Have
The power supply control IC, wherein the overcurrent protection circuit is turned on / off according to a detection result of the backflow current.
前記過電流保護回路は、前記逆流電流が検出されたことを受けてオフとなり、前記逆流電流が検出されなかったことを受けてオンとなることを特徴とする請求項1に記載の電源制御IC。   2. The power supply control IC according to claim 1, wherein the overcurrent protection circuit is turned off when the reverse current is detected, and is turned on when the reverse current is not detected. . 前記過電流保護回路は、スイッチング周期毎に前記逆流電流の検出結果をラッチし、そのラッチ出力に応じてオン/オフされることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源制御IC。   3. The power supply control IC according to claim 1, wherein the overcurrent protection circuit latches the detection result of the backflow current for each switching period, and is turned on / off according to the latch output. . モード切替信号に応じてその動作モードが通常モードとスリープモードのいずれか一方に切り替えられるスリープ対象回路と;
前記通常モードから前記スリープモードへの移行時には、遅滞なく前記スリープ対象回路の出力マスクを行い、前記スリープモードから前記通常モードへの復帰時には、所定の遅延を持って前記スリープ対象回路の出力マスクを解除するモード切替制御回路と;
を有することを特徴とする電源制御IC。
A sleep target circuit whose operation mode is switched between a normal mode and a sleep mode in response to a mode switching signal;
When shifting from the normal mode to the sleep mode, the output of the sleep target circuit is masked without delay, and when returning from the sleep mode to the normal mode, the output mask of the sleep target circuit is set with a predetermined delay. A mode switching control circuit to be released;
A power supply control IC comprising:
出力トランジスタ及び同期整流トランジスタを駆動するゲートドライバ回路を有し、
前記モード切替制御回路は、前記モード切替信号を前記同期整流トランジスタのオフタイミングでラッチし、そのラッチ出力を用いて前記スリープ対象回路の出力マスクを解除することを特徴とする請求項4に記載の電源制御IC。
A gate driver circuit for driving the output transistor and the synchronous rectification transistor;
5. The mode switching control circuit according to claim 4, wherein the mode switching control circuit latches the mode switching signal at an off timing of the synchronous rectification transistor, and cancels the output mask of the sleep target circuit using the latch output. Power control IC.
非線形制御方式の出力帰還ループを形成するメインコンパレータが前記スリープモードとされているときにその代替動作を行うサブコンパレータをさらに有することを特徴とする請求項5に記載の電源制御IC。   6. The power supply control IC according to claim 5, further comprising a sub-comparator that performs an alternative operation when a main comparator forming an output feedback loop of a nonlinear control system is in the sleep mode. 前記サブコンパレータは、前記出力トランジスタの最大オン時間を設定するための手段として、前記メインコンパレータが前記通常モードとされているときにも動作を継続することを特徴とする請求項6に記載の電源制御IC。   The power supply according to claim 6, wherein the sub-comparator continues to operate even when the main comparator is in the normal mode as means for setting a maximum on-time of the output transistor. Control IC. 前記通常モードから前記スリープモードへの移行時に前記サブコンパレータの出力ノイズをマスクするノイズマスク回路をさらに有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電源制御IC。   8. The power supply control IC according to claim 6, further comprising a noise mask circuit that masks output noise of the sub-comparator during transition from the normal mode to the sleep mode. 9. 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の電源制御ICと、
前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
The power supply control IC according to any one of claims 1 to 8,
A switch output stage that is externally or partially attached to the power supply control IC and generates an output voltage from an input voltage;
A switching power supply device comprising:
請求項9に記載のスイッチング電源装置を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the switching power supply device according to claim 9.
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