JP2016116288A - スイッチング電源回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチング電源回路の消費電力を削減する。【解決手段】実施形態によれば、スイッチング電源回路は、パワースイッチ回路と、比較回路と、発振回路と、動作制御回路とを含む。パワースイッチ回路は、クロック信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成する。比較回路は、動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を示す比較結果信号を生成する。発振回路は、比較結果信号が第1のレベルであるならば、所定の周波数で発振することによってクロック信号を生成する。動作制御回路は、クロック信号および比較結果信号に基づいて、動作制御信号を生成する。動作制御回路は、比較結果信号が第1のレベルであるならば、クロック信号に同期した動作制御信号を生成する。【選択図】図1

Description

実施形態は、スイッチング電源回路に関する。
スイッチング電源回路は、典型的には、比較回路、発振回路および昇圧回路を含む。比較回路は、昇圧回路の出力電圧を基準電圧と比較し、当該出力電圧が当該基準電圧を下回ると発振回路を動作させる。発振回路は、発振信号を生成し、当該発振信号を昇圧回路へと供給する。昇圧回路は、内蔵スイッチのON/OFFを上記発振信号に応じて制御することにより、入力電圧よりも高い出力電圧を生成する。比較回路は、昇圧回路の出力電圧が基準電圧以上になると発振回路を停止させる。係る負帰還制御を通じて、昇圧回路の出力電圧は基準電圧に近づく。
上記比較回路を定常的に動作させる代わりに間欠動作させることによって、当該比較回路における消費電力を削減することが可能である。しかしながら、比較回路を間欠動作させるための動作制御信号を生成するために新たな信号源を追加すれば、当該信号源の追加による消費電力の増大が問題となる。
特開平09−288897号公報
実施形態は、スイッチング電源回路の消費電力を削減することを目的とする。
実施形態によれば、スイッチング電源回路は、パワースイッチ回路と、比較回路と、発振回路と、動作制御回路とを含む。パワースイッチ回路は、クロック信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成する。比較回路は、動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を示す比較結果信号を生成する。発振回路は、比較結果信号が第1のレベルであるならば、所定の周波数で発振することによってクロック信号を生成する。動作制御回路は、クロック信号および比較結果信号に基づいて、動作制御信号を生成する。動作制御回路は、比較結果信号が第1のレベルであるならば、クロック信号に同期した動作制御信号を生成する。
実施形態によれば、スイッチング電源回路は、発振回路と、動作制御回路と、パワースイッチ回路と、比較回路と、スイッチとを含む。発振回路は、所定の周波数で発振することによってクロック信号を生成する。動作制御回路は、クロック信号に同期した動作制御信号を生成する。パワースイッチ回路は、クロック信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成する。比較回路は、動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を示す比較結果信号を生成する。スイッチは、比較結果信号が第1のレベルであるならば発振回路からのクロック信号をパワースイッチ回路へと供給し、比較結果信号が第2のレベルであるならば発振回路からのクロック信号の供給を遮断する。
実施形態によれば、スイッチング電源回路は、パワースイッチ回路と、発振回路と、動作制御回路と、演算回路と、PWM(Pulse Width Modulation)制御回路とを含む。パワースイッチ回路は、スイッチング制御信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成する。発振回路は、所定の周波数で発振することによって三角波信号を生成する。動作制御回路は、三角波信号に同期した動作制御信号を生成する。演算回路は、動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを用いて演算を行い、演算結果を示す演算結果信号を生成する。PWM制御回路は、演算結果信号をアナログ制御電圧として用いて、三角波信号をパルス幅変調することによって、スイッチング制御信号を生成する。
第1の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 第1の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 図2のスイッチング電源回路の動作を例示するタイミングチャート。 第2の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 図4のスイッチング電源回路の動作を例示するタイミングチャート。 第3の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 第3の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 図7のスイッチング電源回路の動作を例示するタイミングチャート。 第4の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 第5の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 第5の実施形態に係るスイッチング電源回路を例示するブロック図。 図11のスイッチング電源回路の動作を例示するタイミングチャート。
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。なお、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
(第1の実施形態)
図1に例示されるように、第1の実施形態に係るスイッチング電源回路は、発振回路100と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路130とを含む。
発振回路100は、制御端子と出力端子とを備える。発振回路100の制御端子は、比較回路120の出力端子に接続される。発振回路100の出力端子は、パワースイッチ回路110の制御端子および動作制御回路130の第1の入力端子に共通に接続される。
発振回路100は、比較回路120から後述される比較結果信号14を受け取る。比較結果信号14が第1のレベル(例えばHighレベル)であるならば、発振回路100は、所定の周波数で発振することによってクロック信号11を生成し、当該クロック信号11をパワースイッチ回路110および動作制御回路130へと出力する。他方、比較結果信号14が第2のレベル(例えばLowレベル)であるならば、発振回路100は動作(クロック信号11の生成)を停止する。
パワースイッチ回路110は、例えば昇圧回路または降圧回路に相当する。パワースイッチ回路110は、少なくとも制御端子と出力端子とを備える。パワースイッチ回路110の制御端子は、発振回路100の出力端子に接続される。パワースイッチ回路110の出力端子は、比較回路120の第1の入力端子に接続される。
パワースイッチ回路110は、発振回路100からクロック信号11を受け取る。パワースイッチ回路110は、内蔵スイッチのON/OFFをクロック信号11に応じて制御することにより、図示されない入力電圧源によって印加される入力電圧を昇圧または降圧し、当該入力電圧とは異なるレベルの出力電圧12を生成する。パワースイッチ回路110は、出力電圧12を比較回路120の第1の入力端子に印加する。なお、パワースイッチ回路110は、上記入力電圧源を内蔵していてもよいし、外部の入力電圧源に入力端子を介して接続してもよい。
比較回路120は、第1の入力端子と第2の入力端子と制御端子と出力端子とを備える。比較回路120の第1の入力端子は、パワースイッチ回路110の出力端子に接続され、出力電圧12が印加される。比較回路120の第2の入力端子には、基準電圧13が印加される。比較回路120の制御端子は、動作制御回路130の出力端子に接続される。比較回路120の出力端子は、発振回路100の制御端子および動作制御回路130の第2の入力端子に共通に接続される。
比較回路120は、動作制御回路130から動作制御信号15を受け取る。比較回路120は、動作制御信号15に応じて間欠動作する。動作制御信号15が第1のレベルであるならば、比較回路120は出力電圧12に基づく帰還電圧と基準電圧13とを比較する。帰還電圧は、出力電圧12を分圧した電圧であってもよいし、当該出力電圧12そのものであってもよい。比較回路120は、帰還電圧が基準電圧13と一致するように、発振回路100を介してパワースイッチ回路110を負帰還制御する。故に、例えば帰還電圧が出力電圧12のa/b倍(aおよびbは任意の自然数)であるならば、当該出力電圧12は基準電圧13のb/a倍と一致するように負帰還制御される。
比較回路120は、帰還電圧が基準電圧13以上であれば第2のレベルの比較結果信号14を生成し、そうでなければ第1のレベルの比較結果信号14を生成する。比較回路120は、比較結果信号14を発振回路100および動作制御回路130へと出力する。なお、動作制御信号15が第2のレベルであるならば、比較回路120は、帰還電圧および基準電圧13の比較を停止し、最後(すなわち、動作制御信号15が第1のレベルから第2のレベルに遷移する直前)に生成された比較結果信号14の出力を継続する。
動作制御回路130は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子とを備える。動作制御回路130の第1の入力端子は、発振回路100の出力端子に接続される。動作制御回路130の第2の入力端子は、比較回路120の出力端子に接続される。動作制御回路130の出力端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
動作制御回路130は、発振回路100からクロック信号11を受け取り、比較回路120から比較結果信号14を受け取る。比較結果信号14が第1のレベルであるならば、動作制御回路130は、クロック信号11に同期した動作制御信号15を生成し、比較回路120へと出力する。前述のように、比較回路120は、帰還電圧および基準電圧13の比較をこの動作制御信号15に応じて間欠的に行う。動作制御回路130は、例えばクロック信号11を分周することによって動作制御信号15を生成してもよい。
なお、比較結果信号14が第2のレベルであるならばクロック信号11が生成されないので、動作制御回路130は、クロック信号11に同期しない動作制御信号15を生成し、比較回路120へと出力する。この動作制御信号15は比較結果信号14が第2のレベルである限りは第1のレベルに設定されるので、クロック信号11が生成されない期間にも比較回路120は帰還電圧および基準電圧13の比較を継続できる。
本実施形態に係るスイッチング電源回路のさらなる具体例が図2に示される。図2のスイッチング電源回路は、発振回路100と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路130とを含む。図2のスイッチング電源回路は、後述される負荷150に接続される。
図2の発振回路100は、コンスタントオンタイム制御回路101を含む。
コンスタントオンタイム制御回路101は、制御端子および出力端子を備える。コンスタントオンタイム制御回路101の制御端子および出力端子は、それぞれ発振回路100の制御端子および出力端子に接続される。
コンスタントオンタイム制御回路101は、制御端子を介して比較結果信号14(V)を受け取る。比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、コンスタントオンタイム制御回路101は、所定の周波数で発振することによってクロック信号11(VSW)を生成し、出力端子を介して当該クロック信号11(VSW)を出力する。このクロック信号11(VSW)は、例えば図3に示されるように、所定のオン期間およびオフ期間を持つパルス信号に相当する。具体的には、コンスタントオンタイム制御回路101は、第1のレベルの比較結果信号14(V)を受けると、一定時間に亘るオンパルスをクロック信号11(VSW)として生成して出力する。さらに、コンスタントオンタイム制御回路101は、オンパルスの出力後も比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、オンパルスをクロック信号11(VSW)として再び生成して出力する。他方、比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならば、コンスタントオンタイム制御回路101は動作(クロック信号11(VSW)の生成)を停止する。
図2のパワースイッチ回路110は、昇圧回路に相当し、インダクタ111と、スイッチ112と、ダイオード113と、キャパシタ114と、入力電圧源140とを含む。なお、説明の便宜のために、以降、パワースイッチ回路110は昇圧回路に相当するものとする。
インダクタ111は、第1の端子および第2の端子を備える。インダクタ111の第1の端子は、入力電圧源140の正極端子と接続される。インダクタ111の第2の端子は、スイッチ112の第1の端子およびダイオード113のアノードに共通に接続される。
インダクタ111は、スイッチ112がONである期間に、当該インダクタ111を流れる電流によって磁気エネルギーを蓄積する。他方、インダクタ111は、スイッチ112がOFFである期間に、蓄積していた磁気エネルギーを電気エネルギーとして放出する。
スイッチ112は、第1の端子と第2の端子と制御端子を備える。スイッチ112の第1の端子は、インダクタ111の第2の端子およびダイオード113のアノードに共通に接続される。スイッチ112の第2の端子は接地される。スイッチ112の制御端子は、パワースイッチ回路110の制御端子に接続される。
スイッチ112は、クロック信号11(VSW)を制御端子を介して受け取り、当該クロック信号11(VSW)に応じてON/OFF動作する。具体的には、スイッチ112は、クロック信号11(VSW)に応じて、インダクタ111の第2の端子およびダイオード113のアノードとグラウンドとの間を短絡または開放する。
ダイオード113は、アノードおよびカソードを備える。ダイオード113のアノードは、インダクタ111の第2の端子およびスイッチ112の第1の端子に共通に接続される。ダイオード113のカソードは、キャパシタ114の第1の端子に接続される。
ダイオード113は、スイッチ112がONからOFFに切り替わった後にインダクタ111から供給される電流をキャパシタ114へと流す。さらに、ダイオード113は、キャパシタ114から入力電圧源140への電流の逆流を防止する。
キャパシタ114は、第1の端子および第2の端子を備える。キャパシタ114の第1の端子は、パワースイッチ回路110の出力端子に接続され、ダイオード113のカソードと、比較回路120の入力端子と、負荷150とに共通に接続される。キャパシタ114の第2の端子は接地される。キャパシタ114は、スイッチ112がONからOFFに切り替わった後にダイオード113から供給される電流によって充電される。故に、キャパシタ114の第1の端子の電圧(Vout)は上昇する。他方、ダイオード113からの電流供給が停止すると、負荷150を流れる負荷電流によりキャパシタ114は放電することになる。故に、キャパシタ114の第1の端子の電圧(Vout)は下降する。
入力電圧源140は、正極端子および負極端子を持つ。入力電圧源140の正極端子は、インダクタ111の第1の端子に接続される。入力電圧源140の負極端子は接地される。入力電圧源140は、入力電圧(Vin)を発生し、当該入力電圧(Vin)をインダクタ111の第1の端子に印加する。入力電圧源140は、例えば電池であって、パワースイッチ回路110に内蔵されていてもよいし、パワースイッチ回路110の外部に設けられてもよい。
図2の比較回路120は、スイッチ121と、抵抗器122,123と、コンパレータ124と、スイッチ125と、保持回路126とを含む。
スイッチ121は、第1の端子と第2の端子と制御端子を備える。スイッチ121の第1の端子は、比較回路120の第1の入力端子に接続される。スイッチ121の第2の端子は、抵抗器122の第1の端子に接続される。スイッチ121の制御端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
スイッチ121は、制御端子を介して動作制御信号15(VON)を受け取り、当該動作制御信号15(VON)に応じてON/OFF動作する。すなわち、スイッチ121は、動作制御信号15(VON)に応じて、比較回路120の第1の入力端子と抵抗器122の第1の端子との間を短絡または開放する。
具体的には、動作制御信号15(VON)が第1のレベルであるならば、スイッチ121は出力電圧12(Vout)を抵抗器122へと供給する。他方、動作制御信号15(VON)が第2のレベルであるならば、スイッチ121は出力電圧12(Vout)の供給を遮断する。
概括すれば、抵抗器122および抵抗器123は分圧器として機能する。抵抗器122は第1の端子および第2の端子を備え、抵抗器122の第1の端子はスイッチ121の第2の端子に接続され、抵抗器122の第2の端子は抵抗器123の第1の端子およびコンパレータ124の第1の入力端子に共通に接続される。抵抗器123は第1の端子および第2の端子を備え、抵抗器123の第1の端子は抵抗器122の第2の端子およびコンパレータ124の第1の入力端子に共通に接続され、抵抗器123の第2の端子は接地される。
スイッチ121がONであるならば、抵抗器122の第1の端子には当該スイッチ121を介して出力電圧12(Vout)が印加される。出力電圧12(Vout)は、抵抗器122および抵抗器123の抵抗値比に従って分圧される。結果的に、抵抗器122の第2の端子および抵抗器123の第1の端子における電圧が、帰還電圧(VFB)としてコンパレータ124の第1の入力端子に印加される。例えば、抵抗器122の抵抗値がR、抵抗器123の抵抗値がRであるならば、VFB=R*VOUT/(R+R)が成立する。
コンパレータ124は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子と制御端子とを備える。コンパレータ124の第1の入力端子は、抵抗器122の第2の端子および抵抗器123の第1の端子に共通に接続される。コンパレータ124の第2の入力端子には、基準電圧13(VREF)が印加される。コンパレータ124の出力端子は、スイッチ125の第1の端子に接続される。コンパレータ124の制御端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
コンパレータ124は、第1の入力端子に印加される帰還電圧(VFB)と第2の入力端子に印加される基準電圧13(VREF)とを比較する。帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)以上であるならば、コンパレータ124は第2のレベルの比較結果信号14を出力端子を介して出力する。他方、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満であるならば、コンパレータ124は第1のレベルの比較結果信号14を出力端子を介して出力する。
コンパレータ124は、制御端子を介して動作制御信号15(VON)を受け取る。動作制御信号15(VON)が第1のレベルであるならば、コンパレータ124は前述の動作(すなわち、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)の比較)を行う。他方、動作制御信号15(VON)が第2のレベルであるならば、コンパレータ124は前述の動作を停止する。すなわち、コンパレータ124は、動作制御信号15(VON)に応じて間欠動作する。
スイッチ125は、第1の端子と第2の端子と制御端子を備える。スイッチ125の第1の端子は、コンパレータ124の出力端子に接続される。スイッチ125の第2の端子は、保持回路126の入力端子に接続される。スイッチ125の制御端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
スイッチ125は、制御端子を介して動作制御信号15(VON)を受け取り、当該動作制御信号15(VON)に応じてON/OFF動作する。すなわち、スイッチ125は、動作制御信号15(VON)に応じて、コンパレータ124の出力端子と保持回路126の入力端子との間を短絡または開放する。
具体的には、動作制御信号15(VON)が第1のレベルであるならば、スイッチ125はコンパレータ124からの比較結果信号14(V)を保持回路126へと供給する。他方、動作制御信号15(VON)が第2のレベルであるならば、スイッチ125はコンパレータ124からの比較結果信号14(V)の供給を遮断する。
保持回路126は、入力信号を保持し、保持している信号を出力する。保持回路126は、入力端子および出力端子を備える。保持回路126の入力端子は、スイッチ125の第2の端子に接続される。保持回路126の出力端子は、比較回路120の出力端子に接続される。保持回路126は、例えばラッチ回路である。
保持回路126は、スイッチ125のON期間に、入力端子を介して比較結果信号14(V)を受け取り、これを保持する。そして、保持回路126は、保持している比較結果信号14(V)を出力端子を介して出力する。なお、スイッチ125のOFF期間には、コンパレータ124は比較結果信号14(V)を生成しないが、保持回路126はスイッチ125がOFFとなる直前(すなわち、動作制御信号15(V)が第1のレベルから第2のレベルに遷移する直前)に入力した比較結果信号14(V)を保持している。故に、保持回路126は、スイッチ125のOFF期間であっても比較結果信号14(V)を出力できる。
図2の動作制御回路130は、分周回路131と論理回路132とを含む。
分周回路131は、入力端子と出力端子とを含む。分周回路131の入力端子は、動作制御回路130の第1の入力端子に接続される。分周回路131の出力端子は、論理回路132の第1の入力端子に接続される。
分周回路131は、入力端子を介してクロック信号11(VSW)を受け取る。分周回路131は、クロック信号11(VSW)を分周することによって分周信号を生成する。分周回路131は、出力端子を介して分周信号を出力する。分周回路131によって用いられる分周比が大きいほど、比較回路120の動作頻度は低くなる。なお、分周比は1であってもよく、この場合に分周回路131は省略可能である。
論理回路132は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子とを備える。論理回路132の第1の入力端子は、分周回路131の出力端子に接続される。論理回路132の第2の入力端子は、比較回路120の出力端子に接続される。論理回路132の出力端子は、動作制御回路130の出力端子に接続される。
論理回路132は、第1の入力端子を介して分周信号を受け取り、第2の入力端子を介して比較結果信号14(V)を受け取る。論理回路132は、分周信号の論理反転値と比較結果信号14(V)との論理積の論理反転値を演算することによって動作制御信号15(VON)を生成する。論理回路132は、出力端子を介して動作制御信号15(VON)を出力する。
すなわち、比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、動作制御信号15(VON)は分周信号に相当する。他方、比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならば、動作制御信号15(VON)は分周信号に関わらず第1のレベルを持つ信号に相当する。
図2の負荷150は、任意の負荷である。負荷150は、パワースイッチ回路110の出力端子に接続される。例えば、負荷150は、二次電池であってもよいし、電子機器であってもよい。
図2のスイッチング電源回路は、図3に例示されるように動作する。図3において、ILOADは負荷150を流れる負荷電流を表す。図3の例では、時刻tまでは帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満の状態であるので、比較回路120は、動作時にはHighレベルの比較結果信号14(V)を生成し続け、動作時および動作停止時に関わらずHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
そして、発振回路100は、Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、クロック信号11(VSW)を生成し続ける。パワースイッチ回路110は、クロック信号11(VSW)を用いて出力電圧12(Vout)を上昇させる。他方、比較回路120は、動作制御信号15(VON)としてのクロック信号11(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
時刻tに、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)に一致する。しかしながら、時刻tでは、動作制御信号15(VON)がLowレベルであるので、比較回路120は比較動作を停止しており、最後に生成したHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号15(VON)がHighレベルとなり、比較回路120は比較動作を再開する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)以上であることを検出し、Lowレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Lowレベルの比較結果信号14(V)に応じて、動作制御回路130はHighレベルの動作制御信号15(VON)を出力する。他方、Lowレベルの比較結果信号14(V)に応じて、発振回路100は動作を停止する。すなわち、比較結果信号14(V)がLowレベルである限り、比較回路120は比較動作を継続し、発振回路100は動作を停止し続ける。
時刻tから時刻tまで負荷150に負荷電流(ILOAD)が流れることにより、出力電圧12(Vout)は下降し、これに伴って帰還電圧(VFB)も下降する。
時刻tには、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)に一致する。時刻tでは、動作制御信号15(VON)がHighレベルであるので、比較回路120は比較動作をちょうど行っている。故に、比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満であることを即座に検出し、Highレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、発振回路100は動作を再開し、これに伴いパワースイッチ回路110も動作を再開する。故に、帰還電圧(VFB)は上昇に転じる。他方、比較回路120は、動作制御信号(VON)としてのクロック信号11(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
以上説明したように、第1の実施形態に係るスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作時には、当該パワースイッチ回路の駆動に用いられるクロック信号に同期した動作制御信号を生成し、比較回路を間欠動作させる。他方、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作停止時には、上記クロック信号に同期しない動作制御信号を生成し、比較回路を定常的に動作させる。従って、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作時には、比較回路を間欠動作させることにより消費電力を削減することができる。なお、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作時には、当該パワースイッチ回路の駆動信号源を用いて比較回路を間欠動作させるので、新たな信号源の追加を必要としない。
(第2の実施形態)
図4に例示されるように、第2の実施形態に係るスイッチング電源回路は、発振回路100と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路230とを含む。図4のスイッチング電源回路は負荷150に接続される。
図4の発振回路100は、クロック信号11を動作制御回路230へと出力する点で図2の発振回路100とは異なる。図4のパワースイッチ回路110および負荷150は、図2のパワースイッチ回路110および負荷150とそれぞれ同一または類似であってよい。図4の比較回路120は、動作制御回路230から動作制御信号25を受け取る点で図2の比較回路120とは異なる。
動作制御回路230は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子とを備える。動作制御回路230の第1の入力端子は、発振回路100の出力端子に接続される。動作制御回路230の第2の出力端子は、比較回路120の出力端子に接続される。動作制御回路230の出力端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
動作制御回路230は、発振回路100からクロック信号11(VSW)を受け取り、比較回路120から比較結果信号14(V)を受け取る。比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、動作制御回路230は、クロック信号11に同期した動作制御信号25(VON)を生成し、比較回路120へと出力する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)の比較をこの動作制御信号25(VON)に応じて間欠的に行う。動作制御回路230は、例えばクロック信号11を分周することによって動作制御信号25(VON)を生成してもよい。
なお、比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならばクロック信号11(VSW)が生成されないので、動作制御回路230は、クロック信号11(VSW)に同期しない動作制御信号25(VON)を内蔵の信号源によって生成し、比較回路120へと出力する。この動作制御信号25(VON)は、比較結果信号14(V)が第2のレベルである限りは第1のレベルと第2のレベルとの間を周期的に遷移する。故に、クロック信号11(VSW)が生成されない期間であっても、比較回路120は帰還電圧および基準電圧13の比較動作を間欠的に行うことができる。
動作制御回路230は、分周回路231と、セレクタ232と、発振回路233とを含む。
分周回路231は、入力端子と出力端子とを備える。分周回路231の入力端子は、動作制御回路230の第1の入力端子に接続される。分周回路231の出力端子は、セレクタ232の第1の入力端子に接続される。
分周回路231は、入力端子を介してクロック信号11(VSW)を受け取る。分周回路231は、クロック信号11(VSW)を分周することによって分周信号を生成する。分周回路231は、出力端子を介して分周信号を出力する。分周回路231によって用いられる分周比が大きいほど、比較結果信号14(V)が第1のレベルである期間における比較回路120の動作頻度は低くなる。なお、分周比は1であってもよく、この場合に分周回路231は省略可能である。
セレクタ232は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子と制御端子とを備える。セレクタ232の第1の入力端子は、分周回路231の出力端子に接続される。セレクタ232の第2の入力端子は、発振回路233の出力端子に接続される。セレクタ232の出力端子は、動作制御回路230の出力端子に接続される。セレクタ232の制御端子は、動作制御回路230の第2の入力端子に接続される
セレクタ232は、第1の入力端子を介して分周信号を受け取り、第2の入力端子を介して後述される発振信号を受け取り、制御端子を介して比較結果信号14(V)を受け取る。セレクタ232は、比較結果信号14(V)に応じて、分周信号および発振信号のいずれか一方を選択し、選択した信号を動作制御信号25(VON)として出力端子へ導く。
具体的には、比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、セレクタ232は分周信号を選択する。他方、比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならば、セレクタ232は発振信号を選択する。すなわち、比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、動作制御信号25(VON)は分周信号に相当する。他方、比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならば、動作制御信号25(VON)は発振信号に相当する。
発振回路233は、制御端子と出力端子とを備える。発振回路233の制御端子は、動作制御回路230の第2の入力端子に接続される。発振回路233の出力端子は、セレクタ232の第2の入力端子に接続される。
発振回路233は、制御端子を介して比較結果信号14(V)を受け取る。比較結果信号14(V)が第2のレベルであるならば、発振回路233は、所定の周波数で発振することによって発振信号を生成し、当該発振信号をセレクタ232へと出力する。この発振信号は、例えば、所定のオン期間およびオフ期間を持つパルス信号に相当する。他方、比較結果信号14(V)が第1のレベルであるならば、発振回路233は動作(発振信号の生成)を停止する。発振回路233は、例えばコンスタントオンタイム制御回路であってもよい。なお、発振回路233は、発振回路100との区別のために内部発振回路と呼ぶこともできる。
図4のスイッチング電源回路は、図5に例示されるように動作する。図5において、ILOADは負荷150を流れる負荷電流を表す。図5の例では、時刻tまでは帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満の状態であるので、比較回路120は、動作時にはHighレベルの比較結果信号14(V)を生成し続け、動作時および動作停止時に関わらずHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
そして、発振回路100は、Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、クロック信号11(VSW)を生成し続ける。パワースイッチ回路110は、クロック信号11(VSW)を用いて出力電圧12(Vout)を上昇させる。他方、比較回路120は、動作制御信号25(VON)としてのクロック信号11(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
時刻tに、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)に一致する。しかしながら、時刻tでは、動作制御信号25(VON)がLowレベルであるので、比較回路120は比較動作を停止しており、最後に生成したHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号25(VON)がHighレベルとなり、比較回路120は比較動作を再開する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)以上であることを検出し、Lowレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Lowレベルの比較結果信号14(V)に応じて、動作制御回路230は発振回路233によって生成された発振信号を動作制御信号25(VON)として出力する。他方、Lowレベルの比較結果信号14(V)に応じて、発振回路100は動作を停止する。すなわち、比較結果信号14(V)がLowレベルである限り、比較回路120は動作制御信号25(VON)としての発振信号に応じて間欠動作し、発振回路100は動作を停止し続ける。
時刻tから時刻tまで負荷150に負荷電流(ILOAD)が流れることにより、出力電圧12(Vout)は下降し、これに伴って帰還電圧(VFB)も下降する。
時刻tから時刻tまでの間に、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)を下回る。しかしながら、時刻tまでは、動作制御信号25(VON)がLowレベルであるので、比較回路120は比較動作を停止しており、最後に生成したLowレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号25(VON)がHighレベルとなり、比較回路120は比較動作を再開する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満であることを検出し、Highレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、発振回路100は動作を再開し、これに伴いパワースイッチ回路110も動作を再開する。故に、帰還電圧(VFB)は上昇に転じる。他方、比較回路120は、動作制御信号25(VON)としてのクロック信号11(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
以上説明したように、第2の実施形態に係るスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作時には、当該パワースイッチ回路の駆動に用いられるクロック信号に同期した動作制御信号を生成し、比較回路を間欠動作させる。他方、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作停止時には、上記クロック信号とは異なる発振信号を生成し、比較回路を間欠動作させる。従って、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、比較回路を間欠動作させることにより消費電力を削減することができる。
(第3の実施形態)
図6に例示されるように、第3の実施形態に係るスイッチング電源回路は、発振回路300と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路330と、スイッチ360を含む。
図6のパワースイッチ回路110は、スイッチ360を介してクロック信号31を受け取る点で図1のパワースイッチ回路110とは異なる。図6の比較回路120は、動作制御回路330から動作制御信号35を受け取る点、ならびに、スイッチ360へと比較結果信号14を出力する点で、図1の比較回路120とは異なる。
発振回路300は出力端子を備える。発振回路300の出力端子は、動作制御回路330の入力端子およびスイッチ360の入力端子に接続される。発振回路300は、所定の周波数で発振することによってクロック信号31を生成し、当該クロック信号31を動作制御回路330およびスイッチ360へと出力する。
動作制御回路330は、入力端子と出力端子とを備える。動作制御回路330の入力端子は、発振回路300の出力端子に接続される。動作制御回路330の出力端子は、比較回路120の制御端子に接続される。
動作制御回路330は、発振回路300からクロック信号11を受け取る。動作制御回路330は、クロック信号11に同期した動作制御信号35を生成し、比較回路120へと出力する。比較回路120は、帰還電圧および基準電圧13の比較をこの動作制御信号35に応じて間欠的に行う。動作制御回路330は、例えばクロック信号11を分周することによって動作制御信号35を生成してもよい。
なお、前述の発振回路100とは異なり、発振回路300は、比較結果信号14が第2のレベルである場合であってもクロック信号11を生成する。故に、動作制御回路330は比較結果信号14が第2のレベルである場合であってもクロック信号11に同期した動作制御信号35を生成できる。
スイッチ360は、入力端子と出力端子と制御端子とを備える。スイッチ360の入力端子は、発振回路300の出力端子に接続される。スイッチ360の出力端子は、パワースイッチ回路110の制御端子に接続される。スイッチ360の制御端子は、比較回路120の出力端子に接続される。
スイッチ360は、動作制御回路330からの動作制御信号35を受け取り、当該動作制御信号35に応じてON/OFF動作する。すなわち、スイッチ360は、動作制御信号35に応じて、発振回路300の出力端子とパワースイッチ回路110の制御端子との間を短絡または開放する。
具体的には、動作制御信号35が第1のレベルであるならば、スイッチ360は発振回路300からのクロック信号31をパワースイッチ回路110へと供給する。他方、動作制御信号35が第2のレベルであるならば、スイッチ360は発振回路300からのクロック信号31の供給を遮断する。
本実施形態に係るスイッチング電源回路のさらなる具体例が図7に示される。図7のスイッチング電源回路は、発振回路300と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路330と、スイッチ360とを含む。図7のスイッチング電源回路は、負荷150に接続される。
図7のパワースイッチ回路110は、その制御端子がスイッチ360の出力端子に接続される点で図2のパワースイッチ回路110とは異なる。図7の比較回路120は、その出力端子がスイッチ360の制御端子に接続される点、ならびに、その制御端子が動作制御回路330の出力端子に接続される点で、図2の比較回路120とは異なる。
図7の発振回路300は、コンスタントオンタイム制御回路301を含む。
コンスタントオンタイム制御回路301は出力端子を備える。コンスタントオンタイム制御回路301の出力端子は、発振回路300の出力端子に接続される。コンスタントオンタイム制御回路301は、所定の周波数で発振することによってクロック信号31(VSW)を生成し、出力端子を介して当該クロック信号31(VSW)を出力する。このクロック信号31(VSW)は、例えば、所定のオン期間およびオフ期間を持つパルス信号に相当する。具体的には、コンスタントオンタイム制御回路301は、クロック信号31(VSW)として、一定時間に亘るオンパルスを繰り返し生成して出力する。
図7の動作制御回路330は、分周回路331を含む。
分周回路331は、入力端子と出力端子とを含む。分周回路331の入力端子は、動作制御回路330の入力端子に接続される。分周回路331の出力端子は、動作制御回路330の出力端子に接続される。
分周回路331は、入力端子を介してクロック信号31(VSW)を受け取る。分周回路331は、クロック信号31(VSW)を分周することによって分周信号を生成する。分周回路331は、分周信号を動作制御信号35(VON)として出力端子を介して出力する。すなわち、動作制御信号35(VON)は定常的に分周信号に相当する。分周回路331によって用いられる分周比が大きいほど、比較回路120の動作頻度は低くなる。なお、分周比は1であってもよく、この場合に分周回路331は省略可能である。
図7のスイッチング電源回路は、図8に例示されるように動作する。図8において、ILOADは負荷150を流れる負荷電流を表す。VSWは、スイッチ360の出力端子(または、パワースイッチ回路110の制御端子)における観測波形を表す。すなわち、比較結果信号(V)がLowレベルである期間では、クロック信号31(VSW)はスイッチ360を通過できないので、図8において描かれるVSWの波形は定常的にLowレベルとなる。
図8の例では、時刻tまでは帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満の状態であるので、比較回路120は、動作時にはHighレベルの比較結果信号14(V)を生成し続け、動作時および動作停止時に関わらずHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
そして、スイッチ360は、Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、クロック信号31(VSW)をパワースイッチ回路110へと供給し続ける。パワースイッチ回路110は、クロック信号31(VSW)を用いて出力電圧12(Vout)を上昇させる。他方、比較回路120は、動作制御信号35(VON)としてのクロック信号31(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
時刻tに、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)に一致する。しかしながら、時刻tでは、動作制御信号35(VON)がLowレベルであるので、比較回路120は比較動作を停止しており、最後に生成したHighレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号35(VON)がHighレベルとなり、比較回路120は比較動作を再開する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)以上であることを検出し、Lowレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Lowレベルの比較結果信号14(V)に応じて、スイッチ360は、クロック信号31(VSW)の供給を遮断する。他方、比較回路120は、動作制御信号35(VON)としてのクロック信号31(VSW)の分周信号に応じて引き続き間欠動作する。すなわち、比較結果信号14(V)がLowレベルである限り、パワースイッチ回路110は動作を停止し続け、比較回路120は間欠動作し続ける。
時刻tから時刻tまで負荷150に負荷電流(ILOAD)が流れることにより、出力電圧12(Vout)は下降し、これに伴って帰還電圧(VFB)も下降する。
時刻tから時刻tまでの間に、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)を下回る。しかしながら、時刻tまでは、動作制御信号35(VON)がLowレベルであるので、比較回路120は比較動作を停止しており、最後に生成したLowレベルの比較結果信号14(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号35(VON)がHighレベルとなり、比較回路120は比較動作を再開する。比較回路120は、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満であることを検出し、Highレベルの比較結果信号14(V)を生成して出力する。
Highレベルの比較結果信号14(V)に応じて、スイッチ360はクロック信号31(VSW)の供給を再開し、これに伴いパワースイッチ回路110も動作を再開する。故に、帰還電圧(VFB)は上昇に転じる。他方、比較回路120は、動作制御信号35(VON)としてのクロック信号31(VSW)の分周信号(分周比は3)に応じて引き続き間欠動作する。
以上説明したように、第3の実施形態に係るスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、当該パワースイッチ回路の駆動に用いられるクロック信号に同期した動作制御信号を生成し、比較回路を間欠動作させる。従って、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、比較回路を間欠動作させることにより消費電力を削減することができる。なお、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の駆動信号源を定常的に用いて比較回路を間欠動作させるので、新たな信号源の追加を必要としない。
(第4の実施形態)
図9に例示されるように、第4の実施形態に係るスイッチング電源回路は、発振回路400と、パワースイッチ回路110と、比較回路120と、動作制御回路330と、スイッチ360を含む。
図9のパワースイッチ回路110は、スイッチ360を介してクロック信号41を受け取る点で図6のパワースイッチ回路110とは異なる。図9の比較回路120は、発振回路400へと比較結果信号14を出力する点で図6の比較回路120とは異なる。図9の動作制御回路330は、発振回路400からクロック信号41を受け取る点で図6の動作制御回路330とは異なる。図9のスイッチ360は、発振回路400からクロック信号41を受け取る点で図6のスイッチ360とは異なる。
発振回路400は、制御端子と出力端子とを備える。発振回路400の制御端子は、比較回路120の出力端子に接続される。発振回路400の出力端子は、動作制御回路330の入力端子およびスイッチ360の入力端子に共通に接続される。
発振回路400は、比較回路120から後述される比較結果信号14を受け取る。発振回路400は、所定の周波数で発振することによってクロック信号41を生成し、当該クロック信号41を動作制御回路330およびスイッチ360へと出力する。
なお、発振回路400は、比較結果信号14が第1のレベルおよび第2のレベルのいずれであるかに依存して、クロック信号41の特性を切り替える。すなわち、比較結果信号14が第1のレベルにある場合に生成されるクロック信号41は、当該比較結果信号14が第2のレベルにある場合に生成されるクロック信号41とは異なる特性を持つ。例えば、2種類のクロック信号41は、周波数において異なっていてもよいし、デューティー比(すなわち、1周期に占めるHighレベル期間の割合)において異なっていてもよい。
例えば、比較結果信号14が第2のレベルにある場合に生成されるクロック信号41の周波数またはデューティー比を高く設計すれば、動作制御信号35の周波数またはデューティー比も高くなるので、比較回路120の各動作停止期間は短くなる。故に、比較回路120は、パワースイッチ回路110の動作を再開させるべき状況(例えば、帰還電圧が基準電圧13未満であること)を早期に検出できる。他方、比較結果信号14が第2のレベルにある場合に生成されるクロック信号41の周波数またはデューティー比を低く設計すれば、動作制御信号35の周波数またはデューティー比も低くなるので、比較回路120の各動作停止期間は長くなる。故に、比較回路120における消費電力をより効果的に削減できる。
以上説明したように、第4の実施形態に係るスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、当該パワースイッチ回路の駆動に用いられるクロック信号に同期した動作制御信号を生成し、比較回路を間欠動作させる。従って、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、比較回路を間欠動作させることにより消費電力を削減することができる。なお、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の駆動信号源を用いて比較回路を間欠動作させるので、新たな信号源の追加を必要としない。さらに、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作時と動作停止時とでクロック信号の特性を切り替えるので、これに伴って動作制御信号の特性も切り替わる。すなわち、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作停止時における比較回路の挙動をより自由に設計することが可能である。
(第5の実施形態)
図10に例示されるように、第5の実施形態に係るスイッチング電源回路は、発振回路500と、パワースイッチ回路110と、演算回路520と、動作制御回路530と、PWM(Pulse Width Modulation)制御回路を含む。図10のパワースイッチ回路110は、PWM制御回路570からスイッチング制御信号(これは、前述のクロック信号11に相当する)を受け取る点、ならびに、出力電圧12を演算回路520へと供給する点で、図1のパワースイッチ回路110とは異なる。
発振回路500は出力端子を備える。発振回路500の出力端子は、動作制御回路530の入力端子およびPWM制御回路570の入力端子に接続される。発振回路500は、所定の周波数で発振することによって三角波信号51を生成し、当該三角波信号51を動作制御回路530およびPWM制御回路570へと出力する。三角波信号51の波形は、例えばノコギリ波に相当してもよいし、その他の三角波に相当してもよい。
演算回路520は、第1の入力端子と第2の入力端子と制御端子と出力端子とを備える。演算回路520の第1の入力端子は、パワースイッチ回路110の出力端子に接続され、出力電圧12が印加される。演算回路520の第2の入力端子には、基準電圧13が印加される。演算回路520の制御端子は、動作制御回路530の出力端子に接続される。演算回路520の出力端子は、PWM制御回路570の制御端子に接続される。
演算回路520は、動作制御回路530から動作制御信号55を受け取る。演算回路520は、動作制御信号55に応じて間欠動作する。動作制御信号55が第1のレベルであるならば、演算回路520は出力電圧12に基づく帰還電圧と基準電圧13とを用いて演算を行い、演算結果を示す演算結果信号54を生成する。演算回路520は、帰還電圧が基準電圧13と一致するように、PWM制御回路570を介してパワースイッチ回路110を負帰還制御する。故に、例えば帰還電圧が出力電圧12のa/b倍であるならば、当該出力電圧12は基準電圧13のb/a倍と一致するように負帰還制御される。
演算回路520は、例えば、帰還電圧および基準電圧13の間の差動電圧を演算し、当該差動電圧を反転増幅した電圧を持つ演算結果信号54を生成する。或いは、演算回路520は、位相補償演算、PID(Proportional,Integrated,Derivative)演算などを行ってもよい。演算回路520は、演算結果信号54をPWM制御回路570へと出力する。
なお、動作制御信号55が第2のレベルであるならば、演算回路520は、動作(すなわち、帰還電圧および基準電圧13を用いた演算)を停止し、最後(すなわち、動作制御信号55が第1のレベルから第2のレベルに遷移する直前)に生成された演算結果信号54の出力を継続する。
動作制御回路530は、入力端子と出力端子とを備える。動作制御回路530の入力端子は、発振回路500の出力端子に接続される。動作制御回路530の出力端子は、演算回路520の制御端子に接続される。
動作制御回路530は、発振回路500から三角波信号51を受け取る。動作制御回路530は、三角波信号51に同期した動作制御信号55を生成し、演算回路520へと出力する。前述のように、演算回路520は、帰還電圧および基準電圧13を用いた演算をこの動作制御信号55に応じて間欠的に行う。動作制御回路530は、例えば三角波信号51を分周することによって動作制御信号55を生成してもよい。
PWM制御回路570は、入力端子と出力端子と制御端子とを備える。PWM制御回路570の入力端子は、発振回路500の出力端子に接続される。PWM制御回路570の出力端子は、パワースイッチ回路110の制御端子に接続される。PWM制御回路570の制御端子は、演算回路520の出力端子に接続される。
PWM制御回路570は、発振回路500から三角波信号51を受け取り、演算回路520から演算結果信号54を受け取る。PWM制御回路570は、演算結果信号54の電圧をアナログ制御電圧として利用し、三角波信号51をパルス幅変調することにより、スイッチング制御信号を生成する。PWM制御回路570は、種々のパルス幅変調を行ってよい。例えば、PWM制御回路570は、三角波信号51の電圧がアナログ制御電圧未満である期間に亘って、スイッチング制御信号としてオンパルスを繰り返し生成してもよい。PWM制御回路570は、スイッチング制御信号をパワースイッチ回路110へと出力する。
本実施形態に係るスイッチング電源回路のさらなる具体例が図11に示される。図11のスイッチング電源回路は、発振回路500と、パワースイッチ回路110と、演算回路520と、動作制御回路530と、PWM制御回路570とを含む。図11のスイッチング電源回路は、負荷150に接続される。図11のパワースイッチ回路110は、その制御端子がPWM制御回路570の出力端子に接続される点で図2のパワースイッチ回路110とは異なる。
図11の発振回路500は、三角波発生回路501を含む。
三角波発生回路501は出力端子を備える。三角波発生回路501の出力端子は、発振回路500の出力端子に接続される。三角波発生回路501は、所定の周波数で発振することによって三角波信号51(VSAW)を生成し、出力端子を介して当該三角波信号51(VSW)を出力する。この三角波信号51(VSAW)は、例えば図12に示されるように、ノコギリ波の波形を持つ。
図11の演算回路520は、スイッチ521と、抵抗器522,523と、増幅器524と、スイッチ525と、保持回路526とを含む。
スイッチ521は、第1の端子と第2の端子と制御端子を備える。スイッチ521の第1の端子は、演算回路520の第1の入力端子に接続される。スイッチ521の第2の端子は、抵抗器522の第1の端子に接続される。スイッチ521の制御端子は、演算回路520の制御端子に接続される。
スイッチ521は、制御端子を介して動作制御信号55(VON)を受け取り、当該動作制御信号55(VON)に応じてON/OFF動作する。すなわち、スイッチ521は、動作制御信号55(VON)に応じて、演算回路520の第1の入力端子と抵抗器522の第1の端子との間を短絡または開放する。
具体的には、動作制御信号55(VON)が第1のレベルであるならば、スイッチ521は出力電圧12(Vout)を抵抗器522へと供給する。他方、動作制御信号55(VON)が第2のレベルであるならば、スイッチ521は出力電圧12(Vout)の供給を遮断する。
概括すれば、抵抗器522および抵抗器523は分圧器として機能する。抵抗器522は第1の端子および第2の端子を備え、抵抗器522の第1の端子はスイッチ521の第2の端子に接続され、抵抗器522の第2の端子は抵抗器523の第1の端子および増幅器524の第1の入力端子に共通に接続される。抵抗器523は第1の端子および第2の端子を備え、抵抗器523の第1の端子は抵抗器522の第2の端子および増幅器524の第1の入力端子に共通に接続され、抵抗器523の第2の端子は接地される。
スイッチ521がONであるならば、抵抗器522の第1の端子には当該スイッチ521を介して出力電圧12(Vout)が印加される。出力電圧12(Vout)は、抵抗器522および抵抗器523の抵抗値比に従って分圧される。結果的に、抵抗器522の第2の端子および抵抗器523の第1の端子における電圧が、帰還電圧(VFB)として増幅器524の第1の入力端子に印加される。例えば、抵抗器522の抵抗値がR、抵抗器523の抵抗値がRであるならば、VFB=R*VOUT/(R+R)が成立する。
増幅器524は、第1の入力端子と第2の入力端子と出力端子と制御端子とを備える。増幅器524の第1の入力端子は、抵抗器522の第2の端子および抵抗器523の第1の端子に共通に接続される。増幅器524の第2の入力端子には、基準電圧13(VREF)が印加される。増幅器524の出力端子は、スイッチ525の第1の端子に接続される。増幅器524の制御端子は、演算回路520の制御端子に接続される。
増幅器524は、第1の入力端子に印加される帰還電圧(VFB)と第2の入力端子に印加される基準電圧13(VREF)とを用いて演算を行う。増幅器524は、例えば、帰還電圧(VFB)と基準電圧13(VREF)との間の差動電圧(VFB−VREF)を演算し、当該差動電圧を反転増幅した電圧を持つ演算結果信号54を生成する。増幅器524は、演算結果信号54を出力端子を介して出力する。
増幅器524は、制御端子を介して動作制御信号55(VON)を受け取る。動作制御信号55(VON)が第1のレベルであるならば、増幅器524は前述の動作(すなわち、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)を用いた演算)を行う。他方、動作制御信号55(VON)が第2のレベルであるならば、増幅器524は前述の動作を停止する。すなわち、増幅器524は、動作制御信号55(VON)に応じて間欠動作する。
スイッチ525は、第1の端子と第2の端子と制御端子を備える。スイッチ525の第1の端子は、増幅器524の出力端子に接続される。スイッチ525の第2の端子は、保持回路526の入力端子に接続される。スイッチ525の制御端子は、演算回路520の制御端子に接続される。
スイッチ525は、制御端子を介して動作制御信号55(VON)を受け取り、当該動作制御信号55(VON)に応じてON/OFF動作する。すなわち、スイッチ525は、動作制御信号55(VON)に応じて、増幅器524の出力端子と保持回路526の入力端子との間を短絡または開放する。
具体的には、動作制御信号55(VON)が第1のレベルであるならば、スイッチ525は増幅器524からの演算結果信号54(V)を保持回路526へと供給する。他方、動作制御信号55(VON)が第2のレベルであるならば、スイッチ525は増幅器524からの演算結果信号54(V)の供給を遮断する。
保持回路526は、入力信号を保持し、保持している信号を出力する。保持回路526は、入力端子および出力端子を備える。保持回路526の入力端子は、スイッチ525の第2の端子に接続される。保持回路526の出力端子は、演算回路520の出力端子に接続される。保持回路526は、例えばサンプル/ホールド回路である。
保持回路526は、スイッチ525のON期間に、入力端子を介して演算結果信号54(V)を受け取り、これを保持する。そして、保持回路526は、保持している演算結果信号54(V)を出力端子を介して出力する。なお、スイッチ525のOFF期間には、増幅器524は演算結果信号54(V)を生成しないが、保持回路526はスイッチ525がOFFとなる直前(すなわち、動作制御信号55(V)が第1のレベルから第2のレベルに遷移する直前)に入力した演算結果信号54(V)を保持している。故に、保持回路526は、スイッチ525のOFF期間であっても演算結果信号54(V)を出力できる。
図7の動作制御回路530は、分周回路531を含む。
分周回路531は、入力端子と出力端子とを含む。分周回路531の入力端子は、動作制御回路530の入力端子に接続される。分周回路531の出力端子は、動作制御回路530の出力端子に接続される。
分周回路531は、入力端子を介して三角波信号51(VSAW)を受け取る。分周回路531は、三角波信号51(VSAW)を分周することによって分周信号を生成する。分周回路531は、分周信号を動作制御信号35(VON)として出力端子を介して出力する。すなわち、動作制御信号55(VON)は定常的に分周信号に相当する。分周回路531によって用いられる分周比が大きいほど、演算回路520の動作頻度は低くなる。なお、分周比は1であってもよく、この場合に分周回路531は省略可能である。
図11のスイッチング電源回路は、図12に例示されるように動作する。図12において、ILOADは負荷150を流れる負荷電流を表す。VSWは、スイッチング制御信号の波形を表している。
図12の例では、時刻tまでは帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満の状態であるので、演算回路520は、動作時には、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)を用いた演算を行い、基準電圧13(VREF)に対する帰還電圧(VFB)の差動電圧(VFB−VREF)が低いほど高い電圧を持つ演算結果信号54(V)を生成し続け、動作時および動作停止時に関わらずこの演算結果信号54(V)を出力し続ける。
なお、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)未満である期間に演算回路520によって生成される演算結果信号54(V)の電圧は、三角波信号51(VSAW)の下限電圧よりも高く設計されている。故に、PWM制御回路570は、係る演算結果信号54(V)に応じて、オンパルスを含むスイッチング制御信号(VSW)を生成し続ける。そして、パワースイッチ回路110は、スイッチング制御信号(VSW)を用いて出力電圧12(Vout)を上昇させる。他方、演算回路520は、動作制御信号55(VON)としての三角波信号(VSAW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
時刻tに、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)に一致する。しかしながら、時刻tでは、動作制御信号55(VON)がLowレベルであるので、演算回路520は動作を停止しており、最後に生成した演算結果信号54(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号55(VON)がHighレベルとなり、演算回路520は動作を再開する。演算回路520は、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)を用いた演算を行い、基準電圧13(VREF)に対する帰還電圧(VFB)の差動電圧(VFB−VREF)が低いほど高い電圧を持つ演算結果信号54(V)を生成して出力する。
なお、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)以上である期間に演算回路520によって生成される演算結果信号54(V)の電圧は、三角波信号51(VSAW)の下限電圧以下に設計されている。故に、PWM制御回路570は、係る演算結果信号54(V)に応じて、オンパルスを含まないスイッチング制御信号(VSW)を生成する。そして、パワースイッチ回路110は動作を停止する。他方、演算回路520は、動作制御信号55(VON)としての三角波信号51(VSAW)の分周信号に応じて引き続き間欠動作する。すなわち、演算結果信号54(V)の電圧が三角波信号51(VSAW)の下限電圧以下である限り、パワースイッチ回路110は動作を停止し続け、演算回路520は間欠動作し続ける。
時刻tから時刻tまで負荷150に負荷電流(ILOAD)が流れることにより、出力電圧12(Vout)は下降し、これに伴って帰還電圧(VFB)も下降する。
時刻tから時刻tまでの間に、帰還電圧(VFB)が基準電圧13(VREF)を下回る。しかしながら、時刻tまでは、動作制御信号55(VON)がLowレベルであるので、演算回路520は動作を停止しており、最後に生成した演算結果信号54(V)を出力し続ける。
時刻tに、動作制御信号55(VON)がHighレベルとなり、演算回路520は動作を再開する。演算回路520は、帰還電圧(VFB)および基準電圧13(VREF)を用いた演算を行い、基準電圧13(VREF)に対する帰還電圧(VFB)の差動電圧(VFB−VREF)が低いほど高い電圧を持つ演算結果信号54(V)を生成して出力する。
PWM制御回路570は、係る演算結果信号54(V)に応じて、オンパルスを含むスイッチング制御信号(VSW)を再び生成し、これに伴いパワースイッチ回路110も動作を再開する。故に、帰還電圧(VFB)は上昇に転じる。他方、演算回路520は、動作制御信号55(VON)としての三角波信号51(VSAW)の分周信号(分周比は3)に応じて間欠動作する。
以上説明したように、第5の実施形態に係るスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、当該パワースイッチ回路の駆動に間接的に用いられる三角波信号に同期した動作制御信号を生成し、演算回路を間欠動作させる。従って、このスイッチング電源回路によれば、パワースイッチ回路の動作状態に関わらず、演算回路を間欠動作させることにより消費電力を削減することができる。なお、このスイッチング電源回路は、パワースイッチ回路の間接的な駆動信号源を用いて演算回路を間欠動作させるので、新たな信号源の追加を必要としない。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11,31,41・・・クロック信号
12・・・出力電圧
13・・・基準電圧
14・・・比較結果信号
15,25,35,55・・・動作制御信号
51・・・三角波信号
54・・・演算結果信号
100,233,300,400,500・・・発振回路
101,301・・・コンスタントオンタイム比較回路
110・・・パワースイッチ回路
111・・・インダクタ
112,121,125,360,521,525・・・スイッチ
113・・・ダイオード
114・・・キャパシタ
120・・・比較回路
122,123,522,523・・・抵抗器
124・・・コンパレータ
126,526・・・保持回路
130,230,330,530・・・動作制御回路
131,231,331,531・・・分周回路
132・・・論理回路
140・・・入力電圧源
150・・・負荷
232・・・セレクタ
501・・・三角波発生回路
520・・・演算回路
524・・・増幅器
570・・・PWM比較回路

Claims (9)

  1. クロック信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成するパワースイッチ回路と、
    動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には前記出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を示す比較結果信号を生成する比較回路と、
    前記比較結果信号が第1のレベルであるならば、所定の周波数で発振することによってクロック信号を生成する発振回路と、
    前記クロック信号および前記比較結果信号に基づいて、前記動作制御信号を生成する動作制御回路と
    を具備し、
    前記動作制御回路は、前記比較結果信号が第1のレベルであるならば、前記クロック信号に同期した動作制御信号を生成する、
    スイッチング電源回路。
  2. 前記動作制御回路は、前記クロック信号を分周することによって分周信号を生成する分周回路を含み、
    前記動作制御回路は、前記比較結果信号が第1のレベルであるならば、前記分周信号を前記動作制御信号として出力する、
    請求項1記載のスイッチング電源回路。
  3. 前記動作制御回路は、前記比較結果信号が第2のレベルであるならば、前記比較回路を定常的に動作させるための動作制御信号を生成する、請求項1記載のスイッチング電源回路。
  4. 前記動作制御回路は、前記比較結果信号が第2のレベルであるならば所定の周波数で発振することによって発振信号を生成する内部発振回路を含み、
    前記動作制御回路は、前記比較結果信号が第2のレベルであるならば、前記発振信号を動作制御信号として出力する、
    請求項1記載のスイッチング電源回路。
  5. 所定の周波数で発振することによってクロック信号を生成する発振回路と、
    前記クロック信号に同期した動作制御信号を生成する動作制御回路と
    前記クロック信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成するパワースイッチ回路と、
    前記動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には前記出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を示す比較結果信号を生成する比較回路と、
    前記比較結果信号が第1のレベルであるならば前記発振回路からのクロック信号を前記パワースイッチ回路へと供給し、前記比較結果信号が第2のレベルであるならば前記発振回路からのクロック信号の供給を遮断するスイッチと、
    を具備するスイッチング電源回路。
  6. 前記動作制御回路は、前記クロック信号を分周することによって前記動作制御信号を生成する、請求項5記載のスイッチング電源回路。
  7. 前記発振回路は、前記比較結果信号が第1のレベルおよび第2のレベルのいずれであるかに依存して前記クロック信号の特性を切り替える、請求項5記載のスイッチング電源回路。
  8. スイッチング制御信号を用いて、入力電圧とは異なるレベルの出力電圧を生成するパワースイッチ回路と、
    所定の周波数で発振することによって三角波信号を生成する発振回路と、
    前記三角波信号に同期した動作制御信号を生成する動作制御回路と
    前記動作制御信号に応じて間欠動作し、動作時には前記出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とを用いて演算を行い、演算結果を示す演算結果信号を生成する演算回路と、
    前記演算結果信号をアナログ制御電圧として用いて、前記三角波信号をパルス幅変調することによって、前記スイッチング制御信号を生成するPWM(Pulse Width Modulation)制御回路と
    を具備するスイッチング電源回路。
  9. 前記動作制御回路は、前記三角波信号を分周することによって前記動作制御信号を生成する、請求項8記載のスイッチング電源回路。
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