JP2018014879A

JP2018014879A - スイッチング電源装置

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Publication number: JP2018014879A
Application number: JP2017138858A
Authority: JP
Inventors: ウォンスクジャン，; Won Suk Jang; ヨンジンウー，; Young Jin Woo; テキュウナム，; Tae Kyu Nam; ホンキュウチョイ，; Hong Kyu Choi
Original assignee: Silicon Works Co Ltd
Current assignee: LX Semicon Co Ltd
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP6894787B2; US20180019660A1; US10008922B2

Abstract

【課題】電源効率を向上させるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置は、入力電圧端子ＶＩＮに接続されたインダクタＬと、インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチＳＷ１と、インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチＳＷ２と、第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部１０と、過電流保護信号が生成されると、不連続伝導モードを活性化し、不連続伝導モードの活性化に対応して、第１スイッチをオフとし、不連続伝導モードの活性化が開始される第１時点からインダクタ電流がゼロに近接したと判断する第２時点まで第２スイッチをオンとする制御部３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、電源効率を向上させるスイッチング電源装置に関する。

一般的に、スイッチング電源装置は、スイッチ素子のオンオフ時間の比率を制御して出力を安定化させる電源装置であり、高効率、小型および軽量化が可能で、電子機器および装置などに広く用いられる。
スイッチング電源装置は、インダクタと、ハイサイドスイッチ（ｈｉｇｈｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）と、ローサイドスイッチ（ｌｏｗｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）と、ゼロ電流検知部（ｚｅｒｏｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｉｎｇ）とを備えている。

このようなスイッチング電源装置は、ブースト動作中にゼロ電流検知部を介してインダクタに流れる電流がゼロ（ｚｅｒｏ）と検知されると、ハイサイドスイッチをオフとすることにより、インダクタに流れるネガティブ電流を制御する不連続伝導モード（ＤＣＭ：ＤｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅ）として動作する。

ところが、上述したような従来のスイッチング電源装置は、不連続伝導モードでハイサイドスイッチがオフとされると、ハイサイドスイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるようになり、それによってスイッチ素子が損傷することがあり、電源効率が低下するという問題がある。

また、従来のスイッチング電源装置は、不連続伝導モード（ＤＣＭ）でハイサイドスイッチとローサイドスイッチとがすべてオフとされる場合、インダクタと寄生キャパシタとにより発生するＬＣ共振によってＥＭＩ特性が低下するという欠点がある。

一方、最近は、軽負荷（ｌｉｇｈｔｌｏａｄ）でも最大化された電源効率が求められている。

本発明は、電源効率を向上させ、素子を保護することができ、ＥＭＩ特性を改善することが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。

本発明の一態様は、入力電圧端子に接続されたインダクタと、前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、前記過電流保護信号が生成されると、不連続伝導モードを活性化し、前記不連続伝導モードの活性化に対応して、前記第１スイッチをオフとし、前記第２スイッチをオンとする制御部とを有するスイッチング電源装置である。

この態様において、前記制御部は、前記不連続伝導モードの活性化が開始される第１時点から前記インダクタ電流がゼロ（ｚｅｒｏ）に近接したと判断する第２時点まで前記第２スイッチをオンとしてもよい。

本発明の他の態様は、入力電圧端子に接続されたインダクタと、前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、前記インダクタの両端を電気的に接続する第３スイッチと、前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、前記過電流保護信号が生成されると、不連続伝導モードを活性化し、前記不連続伝導モードの活性化に対応して、前記第１および第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチをオンとする制御部とを有するスイッチング電源装置である。

この態様において、前記制御部は、前記不連続伝導モードの活性化区間の間、前記第３スイッチをオンとしてもよい。

本発明のさらなる他の態様は、入力電圧端子に接続されたインダクタと、前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、前記インダクタの両端を電気的に接続する第３スイッチと、前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、前記過電流保護信号が生成されると、前記第１スイッチをオフとし、前記インダクタ電流がゼロ電流に到達するまで前記第２スイッチをオンとし、前記インダクタ電流がゼロ電流に到達すると、前記第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチをオンとする制御部とを有するスイッチング電源装置である。

本発明によれば、予め設定された値以上のネガティブ電流が検知されると、ハイサイドスイッチ（第１スイッチ）をオフとし、インダクタ電流がゼロ（ｚｅｒｏ）に近接するまでローサイドスイッチ（第２スイッチ）をオンとすることにより、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができる。

また、本発明によれば、不連続伝導モードの活性化状態でインダクタの両端を電気的に接続させることにより、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができ、インダクタと寄生キャパシタとにより発生するＬＣ共振を防止してＥＭＩ特性を改善することができる。

本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。本発明のさらなる他の実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本明細書および特許請求の範囲に使われた用語は、通常的または辞書的意味に限定して解釈されず、本発明の技術的事項に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

本明細書に記載の実施形態および図面に示された構成は、本発明の好ましい実施形態であり、本発明の技術的思想のすべてを代弁するものではないので、本出願時点でこれらを代替できる多様な均等物に変形することができる。

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回路図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置は、インダクタＬと、ハイサイドスイッチ（ｈｉｇｈｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ１と、ローサイドスイッチ（ｌｏｗｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ２と、ネガティブ電流検知部１０と、ポジティブ電流検知部２０と、制御部３０と、抵抗ストリング４０と、演算増幅器５０とを備えている。

インダクタＬは、入力電圧端子ＶＩＮと電気的に接続される。

ハイサイドスイッチＳＷ１は、インダクタＬと出力電圧端子ＶＯＵＴとの間に電気的な経路を形成し、ローサイドスイッチＳＷ２は、インダクタＬと接地電圧端子との間に電気的な経路を形成する。

ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２は、Ｎチャネル電界効果トランジスタ、またはＰチャネル電界効果トランジスタで構成される。もちろん、これに限定されるものではない。

そして、出力電圧端子ＶＯＵＴと接地電圧端子との間に出力キャパシタが電気的に接続される。出力キャパシタは、ハイサイドスイッチＳＷ１がオンとされる場合、インダクタＬと出力電圧端子ＶＯＵＴとの間に形成される電気的な経路により充電され、ハイサイドスイッチＳＷ１がオフとされる場合、充電された電荷を出力電圧端子ＶＯＵＴに放電する。

スイッチング電源装置は、上述したようなローサイドスイッチＳＷ２およびハイサイドスイッチＳＷ１のオンオフによって形成される電流経路により、入力電圧ＶＩＮを昇圧（ｂｏｏｓｔ）した出力電圧ＶＯＵＴを生成する。

インダクタＬに流れる電流ＩＬは、ローサイドスイッチＳＷ２およびハイサイドスイッチＳＷ１のオンオフによって形成される電流経路により、線形的に増加するか、または減少する。

例えば、ローサイドスイッチＳＷ２がオンとされ、ハイサイドスイッチＳＷ１がオフとされる場合、入力電圧端子ＶＩＮと接地電圧端子との間に電気的な経路が形成され、インダクタ電流ＩＬは線形的に増加する。ローサイドスイッチＳＷ２がオフとされ、ハイサイドスイッチＳＷ１がオンとされる場合、入力電圧端子ＶＩＮと出力電圧端子ＶＯＵＴとの間に電気的な経路が形成され、インダクタ電流ＩＬは線形的に減少する。

このような方式により、ローサイドスイッチＳＷ２とハイサイドスイッチＳＷ１とは交互にオンオフされ、ローサイドスイッチＳＷ２およびハイサイドスイッチＳＷ１のオンオフによって形成される電流経路により、入力電圧ＶＩＮは出力電圧ＶＯＵＴに昇圧（ｂｏｏｓｔ）される。

ネガティブ電流検知部１０は、ハイサイドスイッチＳＷ１の両端の電圧を検知し、両端の電圧差を用いてネガティブ電流を検知する。このようなネガティブ電流検知部１０は、インダクタ電流ＩＬが予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成する。

制御部３０は、ネガティブ電流検知部１０からネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが受信されると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、不連続伝導モード（ＤＣＭ）に対応して、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、ローサイドスイッチＳＷ２をオンとする。

ここで、制御部３０は、不連続伝導モード（ＤＣＭ）が活性化される開始時点からインダクタ電流ＩＬがゼロ（ｚｅｒｏ）に近接すると判断される時点までローサイドスイッチＳＷ２をオンとするものとして構成することができる。例えば、制御部３０は、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成された時点から予め設定された時間をカウントしてローサイドスイッチＳＷ２のオフ時間を決定することができ、あるいはインダクタ電流ＩＬを検出してゼロに到達する時点でローサイドスイッチＳＷ２をオフとするものとして構成することができる。

制御部３０は、制御信号ＣＳ１をドライバＤＲ１に提供してハイサイドスイッチＳＷ１のオンオフを制御し、制御信号ＣＳ２をドライバＤＲ２に提供してローサイドスイッチＳＷ２のオンオフを制御する。

上述したように構成されたスイッチング電源装置は、予め設定された値以上のネガティブ電流が検知されると、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成し、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、インダクタ電流ＩＬがゼロに近接すると判断される時点までローサイドスイッチＳＷ２をオンとすることにより、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができる。

ポジティブ電流検知部２０は、ローサイドスイッチＳＷ２の両端の電圧差を用いてポジティブ電流を検知する。このようなポジティブ電流検知部２０は、予め設定された値以上のポジティブ電流が検知されると、ポジティブ過電流保護信号Ｐ＿ＯＣＰを生成することができる。

制御部３０は、ポジティブ過電流保護信号Ｐ＿ＯＣＰが受信されると、ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２を制御するための制御信号ＣＳ１、ＣＳ２を生成することができる。例えば、ポジティブ過電流保護信号Ｐ＿ＯＣＰが生成されると、ローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、ハイサイドスイッチＳＷ１をオンとするものとして構成することができる。

抵抗ストリング４０は、出力電圧ＶＯＵＴを電圧分配したフィードバック電圧ＶＦＢを出力し、演算増幅器５０は、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢとの差を増幅し、エラー電圧ＶＥＲを出力する。

制御部３０は、エラー電圧ＶＥＲのレベルに応じて、ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２のオンオフを制御する。例えば、制御部３０は、エラー電圧ＶＥＲが予め設定された電圧よりも低ければ、ハイサイドスイッチＳＷ１をオンとし、ローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、エラー電圧ＶＥＲが予め設定された電圧よりも高ければ、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、ローサイドスイッチＳＷ２をオンとする。

制御部３０は、連続伝導モード（ＣＣＭ：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅ）では、エラー電圧ＶＥＲのレベルに応じて、ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２のオンオフを制御し、不連続伝導モード（ＤＣＭ）では、エラー電圧ＶＥＲとは無関係にハイサイドスイッチＳＷ１がオフとされるように制御し、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化時点からインダクタ電流ＩＬがゼロに近接すると判断される時点までローサイドスイッチＳＷ２がオンとされるように制御する。

図２は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。

図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置は、エラー電圧ＶＥＲのレベルが予め設定された電圧よりも高く、ローサイドスイッチＳＷ２がオンとされ、ハイサイドスイッチＳＷ１がオフとされる場合、入力電圧端子ＶＩＮと接地電圧端子との間に電気的な経路が形成される。この時、インダクタ電流ＩＬは線形的に増加する。

そして、エラー電圧ＶＥＲのレベルが予め設定された電圧よりも低く、ローサイドスイッチＳＷ２がオフとされ、ハイサイドスイッチＳＷ１がオンとされる場合、入力電圧端子ＶＩＮと出力電圧端子ＶＯＵＴとの間に電気的な経路が形成される。この時、インダクタ電流ＩＬは線形的に減少し、ノードＬＸの電圧は昇圧される。

そして、スイッチング電源装置は、予め設定された値以上のネガティブ電流を検知すると、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成し、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰに応答して不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、不連続伝導モード（ＤＣＭ）に対応して、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化時点からインダクタ電流がゼロに近接すると判断される時点までローサイドスイッチＳＷ２をオンとする。

このように、スイッチング電源装置は、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、エラー電圧ＶＥＲとは無関係にハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化時点からインダクタ電流がゼロに近接すると判断される時点までローサイドスイッチＳＷ２をオンとすることにより、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができる。

そして、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化状態で、ハイサイドスイッチＳＷ１とローサイドスイッチＳＷ２とがすべてオフとされる場合、ノードＬＸの電圧がインダクタＬと寄生キャパシタとによりＬＣ共振することがある。そこで、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、ノードＬＸの電圧が共振するのを防止する、本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置を開示する。

図３は、本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。

図３を参照すると、本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置は、インダクタＬと、ハイサイドスイッチ（ｈｉｇｈｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ１と、ローサイドスイッチ（ｌｏｗｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ２と、フリーホイーリングスイッチ（ｆｒｅｅｗｈｅｅｌｉｎｇｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ３と、ネガティブ電流検知部１０と、ポジティブ電流検知部２０と、制御部３０と、抵抗ストリング４０と、演算増幅器５０とを備えている。

ハイサイドスイッチＳＷ１は、インダクタＬと出力電圧端子ＶＯＵＴとの間を電気的に接続し、ローサイドスイッチＳＷ２は、インダクタＬと接地電圧端子との間を電気的に接続する。

フリーホイーリングスイッチＳＷ３は、インダクタＬの両端を電気的に接続する。

ネガティブ電流検知部１０は、ハイサイドスイッチＳＷ１の両端の電圧差を用いてネガティブ電流を検知し、インダクタ電流ＩＬが予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成する。

制御部３０は、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、フリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。ここで、制御部３０は、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成される時点からローサイドスイッチＳＷ２がオンとされる時点までフリーホイーリングスイッチＳＷ３がオンとされるように制御する。

制御部３０は、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、制御信号ＣＳ１をドライバＤＲ１に提供してハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、制御信号ＣＳ２をドライバＤＲ２に提供してローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、制御信号ＣＳ３を提供してフリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。

上述したように、フリーホイーリングスイッチＳＷ３は、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、オンとされる。ところが、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、ハイサイドスイッチＳＷ１とローサイドスイッチＳＷ２とがすべてオフとされるので、ノードＬＸの電圧は、インダクタＬと寄生キャパシタとによりＬＣ共振することがある。

この時、フリーホイーリングスイッチＳＷ３は、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、インダクタＬの両端を電気的に接続させるので、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができ、インダクタＬと寄生キャパシタとによりノードＬＸの電圧が共振するのを防止することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。

図３および図４を参照すると、本発明の他の実施形態に係るスイッチング電源装置は、インダクタ電流ＩＬが予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成し、ネガティブ過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化する。

そして、スイッチング電源装置は、不連続伝導モードに対応して、ハイサイドスイッチＳＷ１およびローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化時点からローサイドスイッチＳＷ２がオンとされる時点までフリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。

図４に示すように、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、インダクタＬの両端が電気的に接続されるので、ノードＬＸの電圧が共振しない。

このように、本実施形態に係るスイッチング電源装置は、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、インダクタＬの両端を電気的に接続させるので、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができ、インダクタと寄生キャパシタとによりノードＬＸの電圧が共振するのを防止してＥＭＩ特性を改善することができる。

図５は、本発明のさらなる他の実施形態に係るスイッチング電源装置のタイミング図である。

図３および図５を参照すると、本実施形態に係るスイッチング電源装置は、インダクタＬと、ハイサイドスイッチ（ｈｉｇｈｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ１と、ローサイドスイッチ（ｌｏｗｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ２と、フリーホイーリングスイッチ（ｆｒｅｅｗｈｅｅｌｉｎｇｓｗｉｔｃｈ）ＳＷ３と、ネガティブ電流検知部１０と、ポジティブ電流検知部２０と、制御部３０と、抵抗ストリング４０と、演算増幅器５０とを備えている。

ネガティブ電流検知部１０は、ハイサイドスイッチＳＷ１の両端の電圧差を用いてネガティブ電流を検知し、インダクタ電流ＩＬが予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成する。

制御部３０は、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、ローサイドスイッチＳＷ２をオンとする。そして、制御部３０は、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達すると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、ローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、フリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。

ここで、制御部３０は、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成される時点から予め設定された時間をカウントしてインダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達する時点を判断し、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達する時点でローサイドスイッチＳＷ２をオフとする。

そして、制御部３０は、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流を維持する間に不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、不連続伝導モード（ＤＣＭ）区間の間、フリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。

このような制御部３０は、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成され、ローサイドスイッチＳＷ２のオンによってインダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達すると、フリーホイーリングスイッチＳＷ３を介してインダクタＬの両端を電気的に接続させることにより、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、インダクタと寄生キャパシタとによりノードＬＸの電圧が共振するのを防止する。

再度、図５を参照すると、本実施形態に係るスイッチング電源装置は、インダクタ電流ＩＬが予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰを生成する。

そして、スイッチング電源装置は、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰに対応して、ハイサイドスイッチＳＷ１をオフとし、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達するまでローサイドスイッチＳＷ２をオンさせる。

そして、スイッチング電源装置は、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達すると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、ローサイドスイッチＳＷ２をオフとし、フリーホイーリングスイッチＳＷ３をオンとする。

このように、本実施形態に係るスイッチング電源装置は、過電流保護信号Ｎ＿ＯＣＰが生成されると、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達するまでローサイドスイッチＳＷ２をオンとするので、スイッチのジャンクションダイオードにネガティブ電流が流れるのを防止してスイッチ素子を保護することができ、電源効率を向上させることができる。

また、本実施形態においては、インダクタ電流ＩＬがゼロ電流に到達すると、不連続伝導モード（ＤＣＭ）を活性化し、フリーホイーリングスイッチＳＷ３を介してインダクタＬの両端を電気的に接続させるので、不連続伝導モード（ＤＣＭ）の活性化区間の間、インダクタと寄生キャパシタとによりノードＬＸの電圧が共振するのを防止してＥＭＩ特性を改善することができる。

１０ネガティブ電流検知部
２０ポジティブ電流検知部
３０制御部
４０抵抗ストリング
５０演算増幅器
ＳＷ１ハイサイドスイッチ
ＳＷ２ローサイドスイッチ
ＳＷ３フリーホイーリングスイッチ

Claims

入力電圧端子に接続されたインダクタと、
前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、
前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、
前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、
前記過電流保護信号が生成されると、不連続伝導モードを活性化し、前記不連続伝導モードの活性化に対応して、前記第１スイッチをオフとし、前記第２スイッチをオンとする制御部と、を有するスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記不連続伝導モードの活性化が開始される第１時点から前記インダクタ電流がゼロ（ｚｅｒｏ）に近接したと判断する第２時点まで前記第２スイッチをオンとする、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記過電流保護信号が生成される第１時点から予め設定された時間をカウントして前記インダクタ電流がゼロ電流に到達する第２時点を判断し、前記第２時点で前記第２スイッチをオフとする、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記ネガティブ電流検知部は、前記第１スイッチの両端の電圧差を用いて前記ネガティブ電流を検知する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記出力電圧を分配したフィードバック電圧を出力する抵抗ストリングと、
予め設定された基準電圧と前記フィードバック電圧との差を増幅し、エラー電圧を出力する演算増幅器と、をさらに有し、
前記制御部は、前記エラー電圧の大きさに応じて、前記第１および第２スイッチのオンオフを制御する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記過電流保護信号が生成されると、前記エラー電圧とは無関係に前記第１スイッチをオフとし、前記不連続伝導モードの活性化が開始される第１時点から前記インダクタ電流がゼロに近接したと判断する第２時点まで前記第２スイッチをオンとする、請求項５に記載のスイッチング電源装置。
入力電圧端子に接続されたインダクタと、
前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、
前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、
前記インダクタの両端を電気的に接続する第３スイッチと、
前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、
前記過電流保護信号が生成されると、不連続伝導モードを活性化し、前記不連続伝導モードの活性化に対応して、前記第１および第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチをオンとする制御部と、を有するスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記過電流保護信号が生成される第１時点から前記第２スイッチがオンとされる第２時点まで前記第３スイッチをオンとする、請求項７に記載のスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記不連続伝導モードの活性化区間の間、前記第３スイッチをオンとする、請求項８に記載のスイッチング電源装置。
入力電圧端子に接続されたインダクタと、
前記インダクタと出力電圧端子との間に電気的な第１経路を形成する第１スイッチと、
前記インダクタと接地電圧端子との間に電気的な第２経路を形成する第２スイッチと、
前記インダクタの両端を電気的に接続する第３スイッチと、
前記第１経路に流れるインダクタ電流を検知し、前記インダクタ電流が予め設定された値以上のネガティブ電流として検知されると、過電流保護信号を生成するネガティブ電流検知部と、
前記過電流保護信号が生成されると、前記第１スイッチをオフとし、前記インダクタ電流がゼロ電流に到達するまで前記第２スイッチをオンとし、前記インダクタ電流がゼロ電流に到達すると、前記第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチをオンとする制御部と、を有するスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記第２スイッチのオンによって前記インダクタ電流がゼロ電流に到達すると、不連続伝導モードを活性化する、請求項１０に記載のスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記不連続伝導モードの活性化区間の間、前記第３スイッチをオンとする、請求項１１に記載のスイッチング電源装置。
前記制御部は、前記過電流保護信号が生成される第１時点から予め設定された時間をカウントして前記インダクタ電流がゼロ電流に到達する第２時点を判断し、前記第２時点で前記第２スイッチをオフとする、請求項１０に記載のスイッチング電源装置。