JP2017143599A - Switching power source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.
従来から様々なスイッチング電源装置が開発されており、特に昇圧コンバータにおいてはCRM(CRitical current Mode;臨界モード)制御と呼ばれる制御を行うものがある。 Conventionally, various switching power supply devices have been developed. In particular, some boost converters perform control called CRM (CRitical Current Mode) control.
例えば昇圧コンバータが、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが接続され、その接続点に入力電圧が一端に印加されるコイルの他端が接続される構成である場合、下側スイッチング素子をオンとすることによりコイルに流れるコイル電流が上昇し、励磁エネルギーが蓄積される。そして、下側スイッチング素子をオフとして、上側スイッチング素子をオンとすることで励磁エネルギーは開放され、コイル電流は減少する。 For example, when the boost converter has a configuration in which an upper switching element and a lower switching element are connected and the other end of a coil to which an input voltage is applied to one end is connected to the connection point, the lower switching element is turned on. As a result, the coil current flowing through the coil increases, and the excitation energy is accumulated. When the lower switching element is turned off and the upper switching element is turned on, the excitation energy is released and the coil current is reduced.
上記CRM制御においては、コイル電流が減少して上側スイッチング素子のオンから下側スイッチング素子のオンへ切替えられるタイミングにおけるコイル電流がゼロとなるように制御される。負荷が重負荷の場合、通常の電流モード制御に比べて、CRM制御ではスイッチング周期は長くなり、スイッチングの回数が減少するので、スイッチング損失を低減させることができる。 In the CRM control, the coil current is controlled to be zero at the timing when the coil current decreases and the upper switching element is switched on to the lower switching element. When the load is a heavy load, compared with the normal current mode control, the switching period is longer in the CRM control and the number of times of switching is reduced, so that the switching loss can be reduced.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。
As an example of the related art related to the above,
CRM制御を行う昇圧コンバータは、出力電圧を一定とするために出力電圧を帰還させる帰還制御を行う。より具体的には、出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧に基づいてエラーアンプにより誤差電圧を生成し、スロープ電圧と誤差電圧との比較によりスロープ電圧が上昇して誤算電圧に達したことが検知されると、オンとされていた下側スイッチング素子がオフに切替えられる。これにより、下側スイッチング素子のオン期間が調整される。 The boost converter that performs CRM control performs feedback control that feeds back the output voltage in order to keep the output voltage constant. More specifically, the error amplifier generates an error voltage based on the feedback voltage based on the output voltage and the reference voltage, and detects that the slope voltage has increased and reached the miscalculation voltage by comparing the slope voltage with the error voltage. Then, the lower switching element that was turned on is switched off. Thereby, the ON period of the lower switching element is adjusted.
ここで、負荷が急激に重くなる負荷変動(負荷電流の増大)の場合、CRM制御によりスイッチング周期は長く調整される。このとき、帰還制御によりデューティ(下側スイッチング素子のオン期間のスイッチング周期に対する比率)を維持するために誤差電圧は上昇する。更に、負荷変動による出力電圧の減少に対応して誤算電圧は上昇する。従って、両方の要因によって誤差電圧は共に上昇する方向となるので、所望のデューティとなるための応答が遅れ、出力電圧のアンダーシュートが大きくなる。 Here, in the case of load fluctuation (increase in load current) in which the load suddenly becomes heavy, the switching cycle is adjusted to be long by CRM control. At this time, the error voltage increases in order to maintain the duty (ratio of the ON period of the lower switching element to the switching period) by feedback control. Further, the miscalculation voltage increases corresponding to the decrease of the output voltage due to the load fluctuation. Therefore, both factors cause the error voltage to increase, so that the response for achieving the desired duty is delayed, and the output voltage undershoot increases.
上記状況に鑑み、本発明は、CRM制御を行うスイッチング電源装置において負荷変動への応答性を改善することのできるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a switching power supply capable of improving the response to load fluctuations in a switching power supply that performs CRM control.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係るスイッチング電源装置は、
インダクタと、
前記インダクタに接続されるスイッチング素子と、
出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とから誤差電圧を生成する誤差電圧生成部と、
スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、
前記誤差電圧と前記スロープ電圧とを比較して比較信号を生成する比較部と、
前記比較信号に基づいて前記スイッチング素子をオンからオフへ切替えるための駆動信号を生成する駆動部と、
前記スイッチング素子がオフからオンへ切替わるときの前記インダクタに流れる電流がゼロとなるように前記スイッチング素子のスイッチング周期を可変制御するCRM(臨界モード)制御部と、を備え、
前記CRM制御部は、負荷変動を検知する検知部を有し、前記検知部の検知によりCRM制御において前記スイッチング周期を変化させる方向とは逆に前記スイッチング周期を変化させる構成としている(第1の構成)。
In order to achieve the above object, a switching power supply according to an aspect of the present invention is provided.
An inductor;
A switching element connected to the inductor;
An error voltage generator that generates an error voltage from a feedback voltage based on the output voltage and a reference voltage;
A slope voltage generator for generating a slope voltage;
A comparison unit that compares the error voltage with the slope voltage to generate a comparison signal;
A drive unit that generates a drive signal for switching the switching element from on to off based on the comparison signal;
A CRM (critical mode) control unit that variably controls the switching period of the switching element so that a current flowing through the inductor becomes zero when the switching element is switched from OFF to ON,
The CRM control unit includes a detection unit that detects a load variation, and is configured to change the switching cycle in a direction opposite to a direction in which the switching cycle is changed in CRM control by detection of the detection unit (first Constitution).
また、上記第1の構成において、前記検知部により負荷が重くなることを検知されると、前記CRM制御部は前記スイッチング周期を短くすることとしてもよい(第2の構成)。 In the first configuration, when the load is detected by the detection unit, the CRM control unit may shorten the switching cycle (second configuration).
また、上記第1または第2の構成において、前記検知部は、前記出力電圧が閾値電圧を超えたことを検知することで前記負荷変動を検知することとしてもよい(第3の構成)。 In the first or second configuration, the detection unit may detect the load variation by detecting that the output voltage exceeds a threshold voltage (third configuration).
また、上記第1または第2の構成において、前記検知部は、負荷変動を示す外部信号を受けることにより前記負荷変動を検知することとしてもよい(第4の構成)。 In the first or second configuration, the detection unit may detect the load variation by receiving an external signal indicating the load variation (fourth configuration).
また、上記第1または第2の構成において、前記検知部は、負荷電流の変化率が閾値を超えたことを検知することで前記負荷変動を検知することとしてもよい(第5の構成)。 In the first or second configuration, the detection unit may detect the load fluctuation by detecting that the rate of change of the load current exceeds a threshold value (fifth configuration).
また、上記第1〜第5のいずれかの構成において、前記負荷変動の検知の後、前記CRM制御部はCRM制御を再開させることとしてもよい(第6の構成)。 In any one of the first to fifth configurations, the CRM control unit may restart CRM control after detecting the load fluctuation (sixth configuration).
また、上記第6の構成において、前記検知部は、前記出力電圧が第1閾値電圧を超えたことを検知することで前記負荷変動を検知し、
前記CRM制御部は、前記出力電圧が第2閾値電圧を超えたことを検知することでCRM制御を再開させることとしてもよい(第7の構成)。
Further, in the sixth configuration, the detection unit detects the load variation by detecting that the output voltage exceeds a first threshold voltage,
The CRM control unit may resume CRM control by detecting that the output voltage exceeds a second threshold voltage (seventh configuration).
また、上記第7の構成において、前記第2閾値電圧は、前記第1閾値電圧と異なる値に設定されることとしてもよい(第8の構成)。 In the seventh configuration, the second threshold voltage may be set to a value different from the first threshold voltage (eighth configuration).
また、本発明の別態様に係る表示装置は、上記第1〜第8のいずれかの構成のスイッチング電源装置と、前記スイッチング電源装置から電源が供給される表示部と、を備えることとしている(第9の構成)。 A display device according to another aspect of the present invention includes the switching power supply device having any one of the first to eighth configurations, and a display unit to which power is supplied from the switching power supply device ( Ninth configuration).
また、上記第9の構成において、前記スイッチング電源装置が備える前記検知部は、ブランキング期間と表示期間との切り換えを示す外部信号を受けることとしてもよい。 In the ninth configuration, the detection unit included in the switching power supply device may receive an external signal indicating switching between a blanking period and a display period.
本発明によると、CRM制御を行うスイッチング電源装置において負荷変動への応答性を改善することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve responsiveness to load fluctuations in a switching power supply device that performs CRM control.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<スイッチング電源装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図である。図1に示すスイッチング電源装置1は、入力電圧Vinを昇圧して出力電圧Voutを生成し、不図示の負荷へ供給する昇圧コンバータである。
<Configuration of switching power supply device>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. A switching
スイッチング電源装置1は、スイッチングドライバ10と、その外部に設けられる各々ディスクリートな素子であるコイルL1(インダクタ)、上側スイッチング素子Q1、下側スイッチング素子Q2、ブートストラップコンデンサCb、コンデンサC1、C2、抵抗R1、R2と、から構成される。
The switching
コイルL1の一端には入力電圧Vinが印加される。NチャネルMOSFET(MOS電界効果トランジスタ)で構成される上側スイッチング素子Q1のソースと、NチャネルMOSFETで構成される下側スイッチング素子Q2のドレインとが接続される接続点Pに、コイルL1の他端が接続される。下側スイッチング素子Q2のソースは、抵抗R1を介して接地端に接続される。スイッチング素子Q1のドレインは、コンデンサC1の一端と共に出力端子Toに接続される。コンデンサC1の他端は接地端に接続される。 An input voltage Vin is applied to one end of the coil L1. The other end of the coil L1 is connected to a connection point P where the source of the upper switching element Q1 composed of an N channel MOSFET (MOS field effect transistor) and the drain of the lower switching element Q2 composed of an N channel MOSFET are connected. Is connected. The source of the lower switching element Q2 is connected to the ground terminal via the resistor R1. The drain of the switching element Q1 is connected to the output terminal To together with one end of the capacitor C1. The other end of the capacitor C1 is connected to the ground terminal.
スイッチングドライバ10は、CRM制御部2、ドライブロジック部3、スロープ電圧生成部4、上側ドライバ5、下側ドライバ6、エラーアンプ7、コンパレータ8、抵抗R3、および抵抗R4を有し、これらの各構成要素を集積化した半導体装置(IC)である。また、スイッチングドライバ10は、外部との接続を確立するための外部端子T1〜T7も有する。
The
出力電圧Voutが生じる出力端子Toと接地端との間で、抵抗R3と抵抗R4は直列に接続される。出力電圧Voutを抵抗R3、R4によって分圧して生成される帰還電圧Vfbがエラーアンプ7の反転入力端(−)に印加される。エラーアンプ7の非反転入力端(+)には、基準電圧Vrefが印加される。 The resistor R3 and the resistor R4 are connected in series between the output terminal To where the output voltage Vout is generated and the ground terminal. A feedback voltage Vfb generated by dividing the output voltage Vout by the resistors R 3 and R 4 is applied to the inverting input terminal (−) of the error amplifier 7. A reference voltage Vref is applied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier 7.
エラーアンプ7(誤差電圧生成部)は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの差分を増幅して誤差電圧SEを生成する。エラーアンプ7の出力端は、コンパレータ8の反転入力端に接続されると共に、外部端子T6を介して抵抗R2とコンデンサC2との直列接続構成に接続される。即ち、誤差電圧SEは、コンパレータ8の反転入力端に印加される。
The error amplifier 7 (error voltage generator) generates an error voltage SE by amplifying the difference between the feedback voltage Vfb and the reference voltage Vref. The output terminal of the error amplifier 7 is connected to the inverting input terminal of the
下側スイッチング素子Q2と抵抗R1との接続点は、外部端子T5を介してスロープ電圧生成部4に接続される。スロープ電圧生成部4は、上記接続点に生じる下側スイッチング素子Q2を流れる電流の検知電圧Vdと、所定のスロープ電圧(鋸歯状波または三角波)とを加算して、スロープ電圧SLPを生成・出力する。これにより、電流モード制御の機能が奏される。スロープ電圧SLPは、コンパレータ8の非反転入力端に印加される。
A connection point between the lower switching element Q2 and the resistor R1 is connected to the slope voltage generation unit 4 via the external terminal T5. The slope voltage generation unit 4 adds the detection voltage Vd of the current flowing through the lower switching element Q2 generated at the connection point and a predetermined slope voltage (sawtooth wave or triangular wave) to generate and output the slope voltage SLP. To do. Thereby, the function of current mode control is achieved. The slope voltage SLP is applied to the non-inverting input terminal of the
コンパレータ8(比較部)は、誤差電圧SEとスロープ電圧SLPとを比較し、比較結果である比較信号SCをドライブロジック部3に出力する。ドライブロジック部3(駆動部)は、コンパレータ8から出力される比較信号SCと、CRM制御部2から出力される制御信号S1とに基づいてパルス状のドライブ信号SDを生成する。上側ドライバ5は、ドライブ信号SDに基づいてゲート信号G1を生成し、ゲート信号G1を上側スイッチング素子Q1のゲートに印加する。なお、NチャネルMOSFETである上側スイッチング素子Q1を駆動するために、上側ドライバ5に接続される外部端子T1と、上側スイッチング素子Q1のソースとの間にブートストラップコンデンサCbが挿入される。
The comparator 8 (comparison unit) compares the error voltage SE with the slope voltage SLP and outputs a comparison signal SC as a comparison result to the drive logic unit 3. The drive logic unit 3 (drive unit) generates a pulsed drive signal SD based on the comparison signal SC output from the
下側ドライバ6は、ドライブ信号SDに基づいてゲート信号G2を生成し、ゲート信号G2を下側スイッチング素子Q2のゲートに印加する。 The lower driver 6 generates a gate signal G2 based on the drive signal SD, and applies the gate signal G2 to the gate of the lower switching element Q2.
<CRM制御部の構成>
次に、図2を用いてCRM制御部2の構成について述べる。CRM制御部2は、ロジック制御部21と、ゼロクロス検出部22と、ヒステリシスコンパレータ23と、抵抗24と、抵抗25と、入力端子T21〜T23と、出力端子T24と、を有する。
<Configuration of CRM control unit>
Next, the configuration of the CRM control unit 2 will be described with reference to FIG. The CRM control unit 2 includes a
ゼロクロス検出部22は、スイッチング電圧SWが生じる接続点P(図1)と接続される入力端子T21と接続される。これにより、ゼロクロス検出部22は、上側スイッチング素子Q1がオンのときにコイルL1に流れるコイル電流Icoilがゼロと交わるゼロクロスを検出することができる。ゼロクロス検出部22は、検出信号DTをロジック制御部21に出力する。
The zero
入力端子T22と接地端との間に、抵抗24と抵抗25は直列に接続される。入力端子T22は出力端子To(図1)に接続されるので、抵抗24と抵抗25によって出力電圧Voutが分圧されて分圧電圧Vdvが生じる。ヒステリシスコンパレータ23は、分圧電圧Vdvを閾値電圧VT1およびVT2と比較し、比較結果として比較信号CPをロジック制御部21に出力する。ヒステリシスコンパレータ23と、抵抗24と、抵抗25とから負荷変動を検知する検知部が構成される。
The
また、ロジック制御部21には、不図示のオシレータから所定周波数(例えばスイッチング周波数が750kHzの場合にその32倍である24MHzなど)のクロック信号CLKが入力端子T23を介して入力される。ロジック制御部21は、クロック信号CLKをカウントすることにより制御信号S1を生成して出力端子T24を介してドライブロジック部3(図1)に出力する。
In addition, a clock signal CLK having a predetermined frequency (for example, 24 MHz that is 32 times that when the switching frequency is 750 kHz) is input to the
<CRM制御について>
次に、図3に示すタイミングチャートを用いてCRM制御の動作について説明する。図3において、上段から順に、クロック信号CLK、制御信号S1、スイッチング電圧SW、コイル電流Icoil、誤差電圧SE、およびスロープ電圧SLPの各波形例が示される。
<About CRM control>
Next, the operation of CRM control will be described using the timing chart shown in FIG. In FIG. 3, waveform examples of the clock signal CLK, the control signal S1, the switching voltage SW, the coil current Icoil, the error voltage SE, and the slope voltage SLP are shown in order from the top.
タイミングt1において、クロック信号CLKのパルスの立下りに応じてロジック制御部21が制御信号S1をHighレベルに立ち上げると、ドライブロジック部3によるドライブ信号SDに基づき、下側スイッチング素子Q2がオン、上側スイッチング素子Q1がオフにそれぞれ切替えられる。これにより、スイッチング電圧SWはグランドレベルとなり、コイルL1および下側スイッチング素子Q2を流れるコイル電流Icoilは上昇を開始し、スロープ電圧SLPも上昇を開始する。またこのとき、ロジック制御部21は、クロック信号CLKのカウントを開始する。
At timing t1, when the
その後、タイミングt2において、スロープ電圧SLPが誤差電圧SEに達すると、比較信号SCおよびドライブ信号SDに基づき、下側スイッチング素子Q2はオフ、上側スイッチング素子Q1はオンにそれぞれ切替えられる。即ち、タイミングt1からt2までの下側スイッチング素子Q2のオン期間Tonは、誤差電圧SEに応じて調整される。 Thereafter, when the slope voltage SLP reaches the error voltage SE at timing t2, the lower switching element Q2 is switched off and the upper switching element Q1 is switched on based on the comparison signal SC and the drive signal SD. That is, the on period Ton of the lower switching element Q2 from timing t1 to t2 is adjusted according to the error voltage SE.
下側スイッチング素子Q2がオフにされると、スイッチング電圧SWはHighレベルとなり、コイルL1および上側スイッチング素子Q1を流れるコイル電流Icoilは減少を開始する。そして、ロジック制御部21がクロック信号CLKを所定の目標カウント数までカウントしたときのクロック信号CLKの立下りに応じて、ロジック制御部21は制御信号S1を立上げる(タイミングt3)。これにより、上側スイッチング素子Q1はオフ、下側スイッチング素子Q2はオンにそれぞれ切替えられる。
When the lower switching element Q2 is turned off, the switching voltage SW becomes High level, and the coil current Icoil flowing through the coil L1 and the upper switching element Q1 starts to decrease. Then, in response to the fall of the clock signal CLK when the
このとき、ロジック制御部21は、ゼロクロス検出部22が出力する検出信号DTに応じて、目標カウント数を調整する。より具体的には、検出信号DTがコイル電流Icoilがプラス側であることを示している場合は目標カウント数を増加し、マイナス側であることを示している場合は目標カウント数を減少する。これにより、下側スイッチング素子Q2がオフからオンへ切替えられるときのコイル電流Icoilがゼロに維持されるよう制御される。目標カウント数の調整によって、スイッチング周期Tsw(=下側スイッチング素子Q2のオン期間Ton+オフ期間Toff)が可変に調整される。
At this time, the
ここで、図3に示すCRM制御のタイミングチャートとの比較例として、CRM制御を行わずに仮に通常の電流モード制御を行った場合のタイミングチャートを図4に示す。この場合、スイッチング周期Tswは固定となる。負荷が重負荷の場合、図4との比較で分かるように、CRM制御を行う図3ではスイッチング周期Tswが長くなり、スイッチング回数が減少するので、スイッチング損失を低減させることが可能となる。 Here, as a comparative example with the timing chart of the CRM control shown in FIG. 3, FIG. 4 shows a timing chart when the normal current mode control is performed without performing the CRM control. In this case, the switching period Tsw is fixed. When the load is a heavy load, as can be seen from comparison with FIG. 4, in FIG. 3 in which CRM control is performed, the switching cycle Tsw becomes longer and the number of times of switching decreases, so that it becomes possible to reduce the switching loss.
<負荷変動が生じた場合の動作>
次に、負荷変動が生じた場合の動作について説明する。図5は、負荷が急激に重くなった場合の各信号の挙動例を示すタイミングチャートである。但し、図5は、常にCRM制御を行った場合の動作を示す。図5の上段から順に、出力電圧Vout、負荷電流ILOAD、およびスイッチング周期Tswを示す。
<Operation when load fluctuation occurs>
Next, an operation when a load change occurs will be described. FIG. 5 is a timing chart showing an example of the behavior of each signal when the load suddenly increases. However, FIG. 5 shows the operation when the CRM control is always performed. The output voltage Vout, the load current ILOAD, and the switching cycle Tsw are shown in order from the top of FIG.
図5に示すように負荷が急激に重くなると、負荷電流ILOADがI1からI2へ急上昇する。このとき、図7に概略を示すように、コイル電流Icoilは一旦プラス側へ上昇するが、徐々にスイッチング周期Tswが長く調整されることにより、最終的に下側スイッチング素子Q2がオフからオンへ切替わるタイミングでのコイル電流Icoilがゼロとなってスイッチング周期Tswは安定化する。図5に示すように、負荷電流ILOADがI2に到達してから遅れてスイッチング周期Tswは安定化する。 As shown in FIG. 5, when the load suddenly increases, the load current ILOAD suddenly increases from I1 to I2. At this time, as schematically shown in FIG. 7, the coil current Icoil once rises to the plus side, but the lower switching element Q2 is finally turned from OFF to ON by gradually adjusting the switching cycle Tsw to be longer. The coil current Icoil at the switching timing becomes zero and the switching cycle Tsw is stabilized. As shown in FIG. 5, the switching period Tsw is stabilized after the load current ILOAD reaches I2.
しかしながら、このようにスイッチング周期Tswが増加するように調整されると、帰還制御によりデューティ(オン期間Tonのスイッチング周期Tswに対する比率)を維持するように誤差電圧SEが上昇する。更に、負荷の増大による出力電圧Voutの減少に対応して帰還制御により誤差電圧SEは上昇する。即ち、両方の要因によって誤差電圧SEは共に上昇する方向となるので、所望のデューティとなる応答が遅れ、出力電圧Voutのアンダーシュートが図5に示すように大きくなってしまう。 However, when the switching cycle Tsw is adjusted to increase in this way, the error voltage SE rises so as to maintain the duty (ratio of the ON period Ton to the switching cycle Tsw) by feedback control. Further, the error voltage SE rises by feedback control in response to a decrease in the output voltage Vout due to an increase in load. That is, the error voltage SE increases in both directions due to both factors, so that the response with a desired duty is delayed, and the undershoot of the output voltage Vout increases as shown in FIG.
そこで、本実施形態では、次のような制御を行うこととしている。図6に示すように、負荷電流ILOADが上昇することで出力電圧Voutが低下し、出力電圧Voutが閾値電圧Vth1をプラス側からマイナス側へ横切ったことがヒステリシスコンパレータ23により検出され、その比較信号CPがロジック制御部21に出力される(タイミングt11)。すると、ロジック制御部21は、CRM制御モードを解除し、クロック信号CLKをカウントする目標カウント数を減少させることでスイッチング周期Tswを短くする。より具体的には、スイッチング周期Tswをリニアに低下させてから一定値を維持させる。なお、リニアに低下させずに、非線形で低下させてもよい。
Therefore, in the present embodiment, the following control is performed. As shown in FIG. 6, when the load current ILOAD increases, the output voltage Vout decreases, and the
このようにスイッチング周期Tswを短くすることにより、帰還制御によりデューティを維持するように誤差電圧SEは減少する。対して、負荷の増大による出力電圧Voutの減少に対応して帰還制御により誤差電圧SEは上昇する。従って、誤差電圧SEの変化方向は各要因で逆となるので、所望のデューティとなる応答は速くなり、出力電圧Voutのアンダーシュートは抑えられる。比較のために図6に破線で図5の出力電圧Voutを重ねて表示したように、本実施形態の制御方法では出力電圧Voutのアンダーシュートが低減できることが分かる。 By shortening the switching cycle Tsw in this way, the error voltage SE decreases so as to maintain the duty by feedback control. On the other hand, the error voltage SE rises by feedback control corresponding to the decrease in the output voltage Vout due to the increase in load. Therefore, since the change direction of the error voltage SE is reversed for each factor, the response with a desired duty is fast, and the undershoot of the output voltage Vout is suppressed. For comparison, it can be seen that the undershoot of the output voltage Vout can be reduced with the control method of the present embodiment, as the output voltage Vout of FIG.
そして、本実施形態では、出力電圧Voutが閾値電圧Vth2をマイナス側からプラス側へ横切ったことがヒステリシスコンパレータ23により検出され、その比較信号CPがロジック制御部21に出力される(タイミングt12)。すると、ロジック制御部21は、CRM制御を再開させる。これにより、スイッチング周期Tswは徐々に長くなるように調整された後、一定値に安定化される。なお、閾値電圧Vth2は、閾値電圧Vth1より高く設定して異ならせており、チャタリングの防止を図っている。
In this embodiment, the
上記実施形態では負荷が重くなるように急変した場合に対応する制御機能としたが、更に下記のように負荷が軽くなるよう急変した場合に対応する機能を備えてもよい。その場合、CRM制御部2(図2)の構成において、ヒステリシスコンパレータ23に関する構成と同様の構成を更に備えることとすればよい。
In the above embodiment, the control function corresponds to a case where the load suddenly changes so that the load becomes heavy. However, a function corresponding to a case where the load changes suddenly so that the load becomes light as described below may be provided. In that case, the configuration of the CRM control unit 2 (FIG. 2) may be further provided with a configuration similar to the configuration related to the
図8のタイミングチャートに示すように負荷電流ILOADが急低下したとする。このとき、出力電圧Voutが上昇して閾値電圧Vth3をマイナス側からプラス側へ横切ったことを上記追加したヒステリシスコンパレータにより検知されると、ロジック制御部21は、CRM制御モードを解除し、目標カウント数の増加によってスイッチング周期Tswを長くする。
Assume that the load current ILOAD suddenly drops as shown in the timing chart of FIG. At this time, when the added hysteresis comparator detects that the output voltage Vout has risen and crossed the threshold voltage Vth3 from the minus side to the plus side, the
これにより、帰還制御によりデューティを維持するように誤差電圧SEは上昇する。対して、負荷の減少による出力電圧Voutの上昇に対応して帰還制御により誤差電圧SEは減少する。従って、誤差電圧SEの変化方向は各要因で逆となるので、所望のデューティとなる応答は速くなり、出力電圧Voutのオーバーシュートは抑えられる。図8に破線で示す常にCRM制御を行った場合の出力電圧Voutの挙動との比較でその効果が分かる。 As a result, the error voltage SE rises so as to maintain the duty by feedback control. On the other hand, the error voltage SE decreases by feedback control in response to the increase of the output voltage Vout due to the decrease of the load. Therefore, since the change direction of the error voltage SE is reversed for each factor, the response with a desired duty is quickened, and the overshoot of the output voltage Vout is suppressed. The effect can be seen by comparing with the behavior of the output voltage Vout in the case where the CRM control is always performed as indicated by the broken line in FIG.
そして、出力電圧Voutが閾値電圧Vth4(<Vth3)をプラス側からマイナス側へ横切ったことが上記追加されたヒステリシスコンパレータにより検出されると、ロジック制御部21は、CRM制御を再開させる。これにより、スイッチング周期Tswは徐々に短くなるように調整された後、一定値に安定化される。
When the added hysteresis comparator detects that the output voltage Vout has crossed the threshold voltage Vth4 (<Vth3) from the plus side to the minus side, the
<テレビへの適用>
図9は、本実施形態のスイッチング電源装置を搭載したテレビ(表示装置)の一構成例を示すブロック図である。また、図10は、スイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図である。本構成例のテレビXは、チューナ部X1と、デコーダ部X2と、表示部X3と、スピーカ部X4と、操作部X5と、インタフェイス部X6と、制御部X7と、電源部X8と、を有する。
<Application to TV>
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of a television (display device) on which the switching power supply device of the present embodiment is mounted. FIG. 10 is a front view of a television equipped with a switching power supply device. The television X of this configuration example includes a tuner unit X1, a decoder unit X2, a display unit X3, a speaker unit X4, an operation unit X5, an interface unit X6, a control unit X7, and a power supply unit X8. Have.
チューナ部X1は、テレビXに外部接続されるアンテナX0で受信された受信信号から所望チャネルの放送信号を選局する。 The tuner unit X1 selects a broadcast signal of a desired channel from a reception signal received by an antenna X0 externally connected to the television X.
デコーダ部X2は、チューナX1で選局された放送信号から映像信号と音声信号を生成する。また、デコーダ部X2は、インタフェイス部X6からの外部入力信号に基づいて、映像信号と音声信号を生成する機能も備えている。 The decoder unit X2 generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner X1. The decoder unit X2 also has a function of generating a video signal and an audio signal based on an external input signal from the interface unit X6.
表示部X3は、デコーダ部X2で生成された映像信号を映像として出力する。表示部X3としては、液晶表示部やプラズマ表示部などを用いることができる。表示部X3が液晶表示部である場合は、表示部X3は、液晶パネル、ソースドライバ、ゲートドライバ等を含んでいる。 The display unit X3 outputs the video signal generated by the decoder unit X2 as a video. As the display unit X3, a liquid crystal display unit, a plasma display unit, or the like can be used. When the display unit X3 is a liquid crystal display unit, the display unit X3 includes a liquid crystal panel, a source driver, a gate driver, and the like.
スピーカ部X4は、デコーダ部X2で生成された音声信号を音声として出力する。 The speaker unit X4 outputs the audio signal generated by the decoder unit X2 as audio.
操作部X5は、ユーザ操作を受け付けるヒューマンインタフェイスの一つである。操作部X5としては、ボタン、スイッチ、リモートコントローラなどを用いることができる。 The operation unit X5 is one of human interfaces that accept user operations. As the operation unit X5, a button, a switch, a remote controller, or the like can be used.
インタフェイス部X6は、外部デバイス(光ディスクプレーヤやハードディスクドライブなど)から外部入力信号を受け付けるフロントエンドである。 The interface unit X6 is a front end that receives an external input signal from an external device (such as an optical disk player or a hard disk drive).
制御部X7は、上記各部X1〜X6の動作を統括的に制御する。制御部X7としては、CPU(central processing unit)などを用いることができる。 The control unit X7 comprehensively controls the operations of the respective units X1 to X6. As the control unit X7, a CPU (central processing unit) or the like can be used.
電源部X8は、上記各部X1〜X7に電力供給を行う。本実施形態のスイッチング電源装置は、電源部X8に含めることができる。そのとき、スイッチング電源装置は表示部3に電源を供給するものであることが好ましい。負荷としての表示部X3は、非表示期間であるブランキング期間と、表示期間との切り換え時において消費電流が急激に(ほぼパルス状に)変動するので、本実施形態に係るスイッチング電源装置が有効となる。 The power supply unit X8 supplies power to the units X1 to X7. The switching power supply device of this embodiment can be included in the power supply unit X8. At this time, the switching power supply device preferably supplies power to the display unit 3. In the display unit X3 as a load, the current consumption fluctuates abruptly (substantially in a pulse shape) when switching between the blanking period, which is a non-display period, and the display period. Therefore, the switching power supply according to this embodiment is effective. It becomes.
<その他の変形例>
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。即ち、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および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
例えば、上記実施形態では、CRM制御モードを解除するタイミングとして出力電圧Voutが閾値電圧を超えたことを検知していたが、CRM制御部2がスイッチング電源装置1の外部から、負荷が変動することを示す外部信号を受けて、CRM制御モードを解除してもよい。上記テレビXに適用した例であれば、ブランキング期間と表示期間との切り換えを示す外部信号を制御部X7からCRM制御部2が受信するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, it is detected that the output voltage Vout has exceeded the threshold voltage as the timing for releasing the CRM control mode. However, the CRM control unit 2 causes the load to fluctuate from the outside of the switching
また、例えば、CRM制御部2が負荷電流ILOADの変化率が閾値を超えたことを検知して、CRM制御モードを解除してもよい。 Further, for example, the CRM control unit 2 may detect that the rate of change of the load current ILOAD exceeds a threshold value and cancel the CRM control mode.
また、例えば、上側スイッチング素子Q1をダイオードに置き換えた構成としてもよい。 For example, the upper switching element Q1 may be replaced with a diode.
本発明は、例えば表示装置に適用されるスイッチング電源装置に利用することができる。 The present invention can be used for a switching power supply device applied to a display device, for example.
1 スイッチング電源装置
2 CRM制御部
3 ドライブロジック部
4 スロープ電圧生成部
5 上側ドライバ
6 下側ドライバ
7 エラーアンプ
8 コンパレータ
10 スイッチングドライバ
L1 コイル
Cb ブートストラップコンデンサ
Q1 上側スイッチング素子
Q2 下側スイッチング素子
C1、C2 コンデンサ
R1〜R4 抵抗
T1〜T7 外部端子
To 出力端子
21 ロジック制御部
22 ゼロクロス検出部
23 ヒステリシスコンパレータ
24、25 抵抗
T21〜T23 入力端子
T24 出力端子
X テレビ
X0 アンテナ
X1 チューナ部
X2 デコーダ部
X3 表示部
X4 スピーカ部
X5 操作部
X6 インタフェイス部
X7 制御部
X8 電源部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記インダクタに接続されるスイッチング素子と、
出力電圧に基づく帰還電圧と基準電圧とから誤差電圧を生成する誤差電圧生成部と、
スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、
前記誤差電圧と前記スロープ電圧とを比較して比較信号を生成する比較部と、
前記比較信号に基づいて前記スイッチング素子をオンからオフへ切替えるための駆動信号を生成する駆動部と、
前記スイッチング素子がオフからオンへ切替わるときの前記インダクタに流れる電流がゼロとなるように前記スイッチング素子のスイッチング周期を可変制御するCRM(臨界モード)制御部と、を備え、
前記CRM制御部は、負荷変動を検知する検知部を有し、前記検知部の検知によりCRM制御において前記スイッチング周期を変化させる方向とは逆に前記スイッチング周期を変化させる、ことを特徴とするスイッチング電源装置。 An inductor;
A switching element connected to the inductor;
An error voltage generator that generates an error voltage from a feedback voltage based on the output voltage and a reference voltage;
A slope voltage generator for generating a slope voltage;
A comparison unit that compares the error voltage with the slope voltage to generate a comparison signal;
A drive unit that generates a drive signal for switching the switching element from on to off based on the comparison signal;
A CRM (critical mode) control unit that variably controls the switching period of the switching element so that a current flowing through the inductor becomes zero when the switching element is switched from OFF to ON,
The CRM control unit includes a detection unit that detects a load variation, and the switching cycle is changed in a direction opposite to a direction in which the switching cycle is changed in CRM control by detection of the detection unit. Power supply.
前記CRM制御部は、前記出力電圧が第2閾値電圧を超えたことを検知することでCRM制御を再開させることを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源装置。 The detection unit detects the load variation by detecting that the output voltage exceeds a first threshold voltage,
The switching power supply according to claim 6, wherein the CRM control unit restarts CRM control by detecting that the output voltage exceeds a second threshold voltage.
前記スイッチング電源装置から電源が供給される表示部と、を備えることを特徴とする表示装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 8,
And a display unit to which power is supplied from the switching power supply device.
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