JP2019092305A - Current sense amplifier circuit and switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流検出トランジスタに流れる電流を検出する電流センスアンプ回路及びその電流センスアンプ回路を使用した電流モード制御型のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a current sense amplifier circuit that detects a current flowing in a current detection transistor and a switching power supply device of a current mode control type using the current sense amplifier circuit.
入力電圧を降圧して一定の電圧を出力する電流モード制御型のスイッチング電源装置は、例えば図5に示すように構成されている(類似の技術として特許文献1、2、3)。このスイッチング電源装置は、第1ノードLXと第1電源端子1の間に接続され駆動信号φ1によってON/OFFが制御されるPMOSの第1スイッチングトランジスタMP1と、第1ノードLXと第2電源端子(接地端子)2の間に接続され駆動信号φ1と同相の駆動信号φ2によってON/OFFが制御されるNMOSの同期整流用の第2スイッチングトランジスタMN1を備える。L1は第1ノードLXと出力端子3の間に接続されたインダクタ、C1は出力端子3と第2電源端子2の間に接続された出力キャパシタである。
A current mode control type switching power supply that steps down an input voltage and outputs a constant voltage is configured, for example, as shown in FIG. 5 (
MP2はドレインが第1ノードLXに接続され駆動信号φ1によって第1スイッチングトランジスタMP1と同期してON/OFFが制御されるPMOSの電流検出トランジスタ、R1はトランジスタMP2のソースと第1電源端子1との間に接続された電流検出用の抵抗、4CはインダクタL1に流れる電流Iswが分流することで抵抗R1に発生する電圧Vdを増幅して電流センス信号Voとして出力する電流センスアンプ回路である。
MP2 is a PMOS current detection transistor whose drain is connected to the first node LX and whose ON / OFF is controlled in synchronization with the first switching transistor MP1 by the drive signal φ1; R1 is the source of the transistor MP2 and the first
5はトランジスタMP1,MP2,MN1のON/OFFを制御する制御回路であり、駆動回路51を備える。この駆動回路51は、発振器52で発振される固定周期の信号の立上りエッジをSET端子に入力することによって駆動信号φ1、φ2を“L”レベルに設定し、RESET端子に入力する信号の立上りエッジによって駆動信号φ1、φ2を“H”レベルに設定する。53はエラーアンプとして働くオペアンプであり、出力端子3に出力する電圧Voutを抵抗Ra,Rbで分圧した帰還電圧Vfbを、出力電圧Voutの目標電圧を設定する基準電圧Vrefと比較することで、エラー電圧Verrを発生する。54はコンパレータであり、電流センスアンプ回路4Cから出力する電流センス信号Voとエラー電圧Verrを比較して、その比較結果を駆動回路51のRESET端子にリセット信号として出力する。
A
電流センスアンプ回路4Cは、反転入力端子が抵抗R2を介して第1電源端子1に接続され、非反転入力端子がトランジスタMP2のソースに接続されたオペアンプ41と、オペアンプ41の出力端子にゲートが接続されソースがオペアンプ41の反転入力端子に接続されドレインが抵抗R3を介して第2電源端子2に接続されたPMOSの制御トランジスタMP3とを備える。この電流センスアンプ回路4Cのゲインは、G=Vo/Vd=R3/R2となる。
The current sense amplifier circuit 4C has an inverting input terminal connected to the first
図6に図5のスイッチング電源装置の動作波形を示す。発振器52から出力するパルスが“H”に立ち上がると、駆動回路51によって駆動信号φ1が“H”から“L”に立ち下り、トランジスタMP1,MP2がONとなる。なお、駆動信号φ2はデッドタイムだけ早期に“H”から“L”に立ち下がっていて、このときはトランジスタMN1はOFFしている。そして、トランジスタMP1がONすることで、第1電源端子1から電流Iswが第1ノードLXを経由してインダクタL1に流れ、そこにエネルギーが蓄積されると共にキャパシタC1が充電され、また出力端子3から図示しない負荷に電力が供給される。この電流IswはインダクタL1のインダクタンスに応じて徐々に大きくなるので、電流センスアンプ回路4Cから出力する電流センス電圧Voはその電流Iswに応じて徐々に大きくなる。
FIG. 6 shows operation waveforms of the switching power supply device of FIG. When the pulse output from the
一方、出力電圧Voutに対応した帰還電圧Vfbがオペアンプ53において基準電圧Vrefと比較され、その比較結果であるエラー電圧Verr(=Vref−Vfb)がコンパレータ54に入力している。そして、このコンパレータ54において電流センスアンプ回路4Cから出力する電流センス電圧Voとエラー電圧Verrが比較されて、Vo>Verrになると、駆動回路51のRESET端子の電圧を“L”から“H”に立ち上げる。
On the other hand, the feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage Vout is compared with the reference voltage Vref in the
これによって、駆動回路51から出力している駆動信号φ1は“H”に立上り、トランジスタMP1,MP2がONからOFFに切り替わる。また、駆動信号φ2がデッドタイムだけ遅れて“L”から“H”に立ち上がり、トランジスタMN1がOFFからONに切り替わる。これによって、インダクタL1に蓄積されていたエネルギーによって、電流Iswが出力端子3の方向に流れ、負荷とトランジスタMN1を経由して第1ノードLXに戻る。以後、同様な動作が繰り返され、出力電圧Voutは基準電圧Vrefに対応した電圧に収束される。
As a result, the drive signal φ1 output from the
ところで、電流センスアンプ回路4Cで得られる電流センス電圧VoのゲインGは前記したようにR3/R2により設定されるので、抵抗R2又はR3の値を適宜設定することによりそのゲインGを決めることができるが、このゲインGが複数種要求される場合がある。 By the way, since the gain G of the current sense voltage Vo obtained by the current sense amplifier circuit 4C is set by R3 / R2 as described above, the gain G can be determined by appropriately setting the value of the resistor R2 or R3. Although this can be done, there are cases where multiple types of this gain G are required.
例えば、スイッチング電源装置を通常電流モードで動作させる場合は制御レンジを広くする必要からゲインGが小さく抑えられが、軽負荷モードで動作させる場合は制御レンジを狭くすることができるのでゲインGを大きくすることができる。ここで、通常電流モードと軽負荷電流モードを切り替え可能にするためには、電流センスアンプ回路4Cを2組用意すればよいが、チップ面積を増大を招く問題がある。 For example, when the switching power supply device is operated in the normal current mode, the gain G can be suppressed to be small because it is necessary to widen the control range, but when operating in the light load mode, the control range can be narrowed. can do. Here, in order to be able to switch between the normal current mode and the light load current mode, two sets of current sense amplifier circuits 4C may be prepared, but there is a problem of increasing the chip area.
そこで、ゲインの異なる複数の電流センス信号を取り出し可能に電流センスアンプ回路を構成して、複数の電流センス信号のうちから1つの電流センス信号を選択してコンパレータ54に入力できるようにすれば、上記問題を解決して通常電流モードと軽負荷モードの切り替えを実現することができる。
Therefore, if the current sense amplifier circuit is configured to be able to take out a plurality of current sense signals having different gains and one current sense signal can be selected from the plurality of current sense signals and input to the
図7はこの点を考慮した電流モード制御型のスイッチング電源装置を示す回路である。ここでは、電流センスアンプ回路4Dとして、ゲインの異なる3個の電流センス信号Vo1,Vo2,Vo3を取り出すように3個のゲイン設定回路を構成している。すなわち、オペアンプ41の出力信号で制御されるように制御トランジスタMP31,MP32,MP33を接続し、それら制御トランジスタMP31,MP32,MP33のソースと第1電源端子1との間に抵抗R21,R22,R23を接続し、ドレインに抵抗R31,R32,R33を接続し、それら抵抗R31,R32,R33と第2電源端子2との間に抵抗R41,R42,R43を接続している。
FIG. 7 is a circuit showing a current mode control type switching power supply in consideration of this point. Here, as the current
トランジスタMP31のドレインに得られる電流センス信号Vo1のゲインは「(R31+R41)/R21」、トランジスタMP32のドレインに得られる電流センス信号Vo2のゲインは「(R32+R42)/R22」、トランジスタMP33のドレインに得られる電流センス信号Vo3のゲインは「(R33+R43)/R23」となる。 The gain of the current sense signal Vo1 obtained at the drain of the transistor MP31 is "(R31 + R41) / R21", and the gain of the current sense signal Vo2 obtained at the drain of the transistor MP32 is "(R32 + R42) / R22". The gain of the current sense signal Vo3 to be output is "(R33 + R43) / R23".
しかしながら、オペアンプ41のオフセット電圧Vos1や故意に付加したオフセット電圧Vos2(抵抗Rosと電流源42の電流Iosによって生成される)があるときに、これらのオフセット電圧Vos1あるいはVos(=Vos1+Vos2)が、電流センス信号Vo1〜Vo3のゲイン分だけ増幅されてしまうので、それら電流センス信号Vo1〜Vo3ごとにオフセットの影響が異なってくる。これを回避するために、オフセット付加回路でオフセット電圧Vos2を調整することができるが、これはオペアンプ41の入力側で行われるので、電流センス信号Vo1〜Vo3に影響がでる。
However, when there is the offset voltage Vos1 of the
このため、電流源43A,43B,43Cを用いて抵抗R41〜R43にトリミング電流Ib4〜Ib6を出力してトリミングを行うことになるが、電流センス信号Vo1〜Vo3を取り出すゲイン設定回路ごとにそのトリミングを行う必要があり、その処理が煩雑となる。
Therefore, trimming is performed by outputting trimming currents Ib4 to Ib6 to resistors R41 to R43 using
本発明の目的は、N個のゲイン設定回路から異なるゲインの電流センス信号を取り出す際でも、入力側のオフセットが電流センス信号に与える影響を回避するためのトリミングを、トリミング回路の電流源の調整によって、N個のゲイン設定回路について一律に行うことができるようにした電流センスアンプ回路及びそれを利用したスイッチング電源装置を提供することである。 It is an object of the present invention to adjust a current source of a trimming circuit so as to prevent the influence of an offset on the input side on the current sense signal even when current sense signals of different gains are taken out from N gain setting circuits. It is an object of the present invention to provide a current sense amplifier circuit and a switching power supply device using the same, which can be uniformly performed on N gain setting circuits.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明の電流センスアンプ回路は、第1電源端子に一端が接続された第1抵抗を流れる電流を該第1抵抗に発生する電圧に基づいて検出する電流センスアンプ回路において、前記第1抵抗に発生する電圧を増幅するオペアンプと、前記第1抵抗に発生する電圧を元にゲインの異なる電流センス信号を取り出すように前記オペアンプで制御されるN個(N=1、2、・・・、N)のゲイン設定回路と、前記オペアンプの入力側のオフセットの影響をトリミングするトリミング回路とを備え、前記N個のゲイン設定回路のそれぞれは、前記第1電源端子に一端が接続された第2抵抗と、ゲートが前記オペアンプの出力端子に接続されソースが前記第2抵抗の他端に接続された制御トランジスタと、該制御トランジスタのドレインに一端が接続された第3抵抗と、該第3抵抗の他端と第2電源端子の間に接続された第4抵抗からなり、前記オペアンプは、反転入力端子が前記N個のゲイン設定回路の内の1つのゲイン設定回路の前記制御トランジスタのソースに接続され、非反転入力端子が第1抵抗の他端に接続され、前記トリミング回路は、電流調整可能な電流源の電流をミラーしてトリミング電流として前記N個のゲイン設定回路の前記第4抵抗に出力するカレントミラー回路からなり、前記第2抵抗、前記第3抵抗、前記第4抵抗、及び前記トリミング回路の前記電流源の電流に対する前記カレントミラー回路のミラー比が、前記N個のゲイン設定回路間で所定の同一の関係を保持するように設定されていることを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の電流センスアンプ回路おいて、前記第2抵抗をR2N、前記第3抵抗をR3N、前記第4抵抗をR4N、前記トリミング電流の前記電流源の電流に対する前記カレントミラー回路のミラー比をMNとしたときkを任意数として、
となるように、N個のゲイン設定回路のαNとβNを設定したことを特徴とする
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載の電流センスアンプ回路において、前記第2抵抗は前記N個のゲイン設定回路で同一値に設定され、前記制御トランジスタは前記N個のゲイン設定回路で同一導電型で同一サイズに設定されていることを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載の電流センスアンプ回路において、前記N個のゲイン設定回路の内の少なくとも1個のゲイン設定回路の前記第2抵抗と前記制御トランジスタの直列回路が2以上に分割され並列接続されていることを特徴とする。
請求項5にかかる発明は、請求項1、2、3又は4に記載の電流センスアンプ回路において、オフセットを付加するオフセット付加回路が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていることを特徴とする。
請求項6にかかる発明のスイッチング電源装置は、ドレインが第1ノードに接続されソースが第1電源端子に接続された第1スイッチングトランジスタと、ドレインが前記第1ノードに接続されソースが第1抵抗の他端に接続され前記第1スイッチングトランジスタと同期してON/OFFが制御される電流流検出トランジスタと、ドレインが前記第1ノードに接続されソースが第2電源端子に接続され、前記第1スイッチングトランジスタと相補的にON/OFFが制御される第2スイッチングトランジスタと、前記第1ノードと出力端子の間に接続されたインダクタと、前記出力端子と前記第2電源端子の間に接続された出力キャパシタと、請求項1乃至5のいずれか1つに記載の電流センスアンプ回路と、該電流センスアンプ回路のN個のゲイン設定回路で得られるN個の電流センス信号の内の1つと前記出力端子の出力電圧に応じて、前記電流検出トランジスタ、前記第1スイッチングトランジスタ、及び前記第2スイッチングトランジスタのON/OFFを制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the current sense amplifier circuit of the invention according to claim 1 detects a current flowing through a first resistor whose one end is connected to a first power supply terminal based on a voltage generated in the first resistor. In the current sense amplifier circuit, an operational amplifier for amplifying a voltage generated in the first resistor, and N pieces controlled by the operational amplifier to take out current sense signals having different gains based on the voltage generated in the first resistor. A gain setting circuit (N = 1, 2,..., N) and a trimming circuit for trimming an influence of an offset on the input side of the operational amplifier, each of the N gain setting circuits 1) a second resistor whose one end is connected to the power supply terminal; a control transistor whose gate is connected to the output terminal of the operational amplifier and whose source is connected to the other end of the second resistor; A third resistor has one end connected to the drain of the transistor, and a fourth resistor connected between the other end of the third resistor and the second power supply terminal, and the operational amplifier has the N inverting input terminals. The non-inverting input terminal of one of the gain setting circuits is connected to the source of the control transistor, the non-inverting input terminal is connected to the other end of the first resistor, and the trimming circuit controls the current of the adjustable current source. A current mirror circuit configured to mirror and output the fourth resistor of the N gain setting circuits as a trimming current, the second resistor, the third resistor, the fourth resistor, and the current source of the trimming circuit The mirror ratio of the current mirror circuit with respect to the current of (4) is set so as to maintain a predetermined identical relationship among the N gain setting circuits.
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the current sense amplifier circuit according to the first or second aspect of the present invention, α N and β N of N gain setting circuits are set so that The resistors are set to the same value by the N gain setting circuits, and the control transistors are set to the same conductivity type and the same size by the N gain setting circuits.
The invention according to claim 4 is the current sense amplifier circuit according to
The invention according to
In the switching power supply device according to the invention, the drain is connected to the first node and the source is connected to the first power supply terminal, the drain is connected to the first node, and the source is the first resistor A current flow detection transistor connected to the other end of the switch to control ON / OFF in synchronization with the first switching transistor; a drain connected to the first node; a source connected to the second power supply terminal; A second switching transistor controlled to be turned on / off complementarily to the switching transistor, an inductor connected between the first node and the output terminal, and connected between the output terminal and the second power supply terminal An output capacitor, the current sense amplifier circuit according to any one of
本発明によれば、ゲイン設定回路の第2抵抗、第3抵抗、第4抵抗、及びトリミング電流の電流源の電流に対する前記カレントミラー回路のミラー比が、N個のゲイン設定回路間で所定の同一の関係を保持するように設定されているので、入力側のオフセットが電流センス信号に与える影響を回避するためのトリミングを、トリミング回路の電流源の調整によって、N個のゲイン設定回路について一律に行うことができる。 According to the present invention, the mirror ratio of the current mirror circuit with respect to the current of the second resistor, the third resistor, the fourth resistor, and the trimming current of the gain setting circuit is predetermined among N gain setting circuits. Since the same relationship is set to be maintained, trimming for avoiding the influence of the offset on the input side on the current sense signal is made uniform for the N gain setting circuits by adjusting the current source of the trimming circuit. Can be done.
<第1の実施例>
図1に本発明のスイッチング電源装置の実施例を示す。本実施例では、電流センスアンプ回路4Aとして、抵抗R1に発生する電圧Vdを増幅するオペアンプ41と、抵抗R1に発生する電圧Vdを元にゲインの異なる3個の電流センス信号Vo1,Vo2,Vo3を取り出すようにそのオペアンプ41で制御される3個のゲイン設定回路と、3個のゲイン設定回路のオフセットをトリミングするトリミング回路と、を備えている。
First Embodiment
FIG. 1 shows an embodiment of a switching power supply according to the present invention. In this embodiment, as the current
第1ゲイン設定回路は、ゲートがオペアンプ41の出力端子に接続されソースが抵抗R21を介して第1電源端子1に接続されドレインが抵抗R31の一端に接続されたPMOSの制御トランジスタMP31、及び抵抗R31の他端と第2電源端子2の間に接続された抵抗R41からなる。トランジスタMP31のソースはオペアンプ41の反転入力端子に接続され、そのトランジスタMP31は負帰還制御トランジスタとして働く。
In the first gain setting circuit, a PMOS control transistor MP31 whose gate is connected to the output terminal of the
第2ゲイン設定回路は、ゲートがオペアンプ41の出力端子に接続されソースが抵抗R22を介して第1電源端子1に接続されドレインが抵抗R32の一端に接続されたPMOSの制御トランジスタMP32、及び抵抗R32の他端と第2電源端子2の間に接続された抵抗R42からなる。
In the second gain setting circuit, a PMOS control transistor MP32 whose gate is connected to the output terminal of the
第3ゲイン設定回路は、ゲートがオペアンプ41の出力端子に接続されソースが抵抗R23を介して第1電源端子1に接続されドレインが抵抗R33の一端に接続されたPMOSの制御トランジスタMP33、及び抵抗R33の他端と第2電源端子2の間に接続された抵抗R43からなる。
The third gain setting circuit is a PMOS control transistor MP33 whose gate is connected to the output terminal of the
43は電流Ib0が可変な電流源、MP40はその電流源43がドレインに接続されるPMOSトランジスタ、MP41〜MP43はトランジスタMP40に対してカレントミラー接続されたPMOSトランジスタであり、これらの電流源43とトランジスタMP40〜MP43によりトリミング電流発生回路が構成されている。そして、トランジスタMP41からは抵抗R41に対して電流Ib0のM1倍のトリミング電流Ib1が、トランジスタMP42からは抵抗R42に対して電流Ib0のM2倍のトリミング電流Ib2が、トランジスタMP43からは抵抗R43に対して電流Ib0のM3倍のトリミング電流Ib3が、それぞれ印加できるようになっている。
43 is a current source having a variable current Ib0, MP40 is a PMOS transistor whose
抵抗R21〜R23は同一抵抗値に設定され、トランジスタMP31〜MP33は同一サイズに設定されており、このためトランジスタMP31のドレイン電流IS1、トランジスタMP32のドレイン電流IS2、トランジスタMP33のドレイン電流IS3は、同一の電流(IS1=IS2=IS3)となっている。 The resistors R21 to R23 are set to the same resistance value, and the transistors MP31 to MP33 are set to the same size. Therefore, the drain current IS1 of the transistor MP31, the drain current IS2 of the transistor MP32, and the drain current IS3 of the transistor MP33 are the same. Current (IS1 = IS2 = IS3).
よって、抵抗値を(R31+R41)<(R32+R42)<(R33+R43)のように設定しておけば、トランジスタMP31のドレインに得られる電流センス信号Vo1、トランジスタMP32のドレインに得られる電流センス信号Vo2、トランジスタMP33のドレインに得られる電流センス信号Vo3は、図2(a)に示すゲイン特性となる。この図2(a)はオペアンプ41にオフセット電圧が無い場合のゲイン特性であり、検出できる電流Iswは0以上の正方向(入力端子1から第1ノードLXの方向)電流に限られる。また、オペアンプ41に負のオフセット電圧Vos1がある場合は、図2(b)に示すゲイン特性となる。図2(b)で検出できる電流IswはIsw1以上の正方向電流に限られる。
Therefore, if the resistance value is set as (R31 + R41) <(R32 + R42) <(R33 + R43), the current sense signal Vo1 obtained at the drain of the transistor MP31, the current sense signal Vo2 obtained at the drain of the transistor MP32, the transistor The current sense signal Vo3 obtained at the drain of the MP33 has gain characteristics shown in FIG. FIG. 2A shows gain characteristics when there is no offset voltage in the
ところで、第1ノードLXに流れる電流Iswは、上記した正方向に流れるばかりでなく、負荷が軽いときにはキャパシタC1に過度に電荷が蓄積されないように、第1ノードLXから第1電源端子1の方向(逆方向)に流れることがある。この逆流電流は第1電源端子1に回生する電流であるので回生電流とも呼ばれる。このような逆流電流を検出するにはオペアンプ41に大きな正のオフセット電圧を与えて、図2(c)に示すようなゲイン特性にする必要がある。この図2(c)では、Isw2で示す逆方向電流まで検出可能となっている。
By the way, the direction of the first
このような逆方向電流までも検出可能とするには、オペアンプ41の本来のオフセット電圧Vos1にさらに、抵抗Rosと電流源42の電流Iosによってオフセット電圧Vos2を付加したオフセット電圧Vos(=Vos1+Vos2)とすることが必要となる。この付加するオフセット電圧Vos2は、電流Iosをトリミングすることで実現可能であるが、温度ドリフトを招き好ましくない。また、電流センスアンプ回路4Aのバラツキによって電流Isw2が目標値から外れてしまうことがある。
In order to detect even such reverse current, an offset voltage Vos (= Vos1 + Vos2) obtained by adding an offset voltage Vos2 by the resistor Ros and the current Ios of the
そこで本実施例では、電流Iosによってオフセット電圧Vos(=Vos1+Vos2)を設定しながらも、電流Isw2が目標値から外れている場合に、電流センスアンプ回路4Aの出力側で、トリミング電流Ib1〜Ib3によりトリミングして、そのオフセット電圧Vosを目標値に合わせる。
Therefore, in the present embodiment, while the offset voltage Vos (= Vos1 + Vos2) is set by the current Ios, when the current Isw2 is out of the target value, the trimming currents Ib1 to Ib3 are used at the output side of the current
図3はそのトリミング処理の説明図である。検出目標の逆流電流がIsw2までであるとき、前記したオフセットVosによって逆流電流Isw3まで検出できるようにバラツキが発生している場合、トランジスタMP41,MP42,MP43から供給されるトリミング電流Ib1,Ib2,Ib3を抵抗R41,R42,R43に対して流すことで、電流センス信号Vo1,Vo2,Vo3の点線で示したゲイン特性を実線で示す目標のゲイン特性に合わせるように調整することができる。このトリミング電流Ib1,Ib2,Ib3は電流源43の電流Ib0を調整することによって一律に設定することができる。このようにトリミング電流の調整のみで各ゲイン設定回路のゲイン特性を一律調整するには、電流センスアンプ回路4Aの各抵抗R21〜R23,R31〜R33,R41〜R43、カレントミラー比M1,M2,M3を以下の式を満たすように選択すればよい。
FIG. 3 is an explanatory view of the trimming process. When the reverse current to be detected is up to
オペアンプ41に入力する入力電圧V1は、電源端子1の電圧をVin、電流検出トランジスタMP2のソース電圧をVdとし、第1スイッチングトランジスタMP1のON抵抗をRon、電流検出トランジスタMP2のON抵抗をRonsとすると、Ron<<Ronsであるので、
となる。この電圧V1は、
で表すことができる。a傾き、bは切片であり、
である。
The input voltage V1 input to the
It becomes. This voltage V1 is
Can be represented by a slope, b is an intercept,
It is.
一方、電流センスアンプ回路4Aの出力側の電流センス信号VoN(Nは1、2、3)は、
で求められる。αNはN番目の電流センス信号VoNを出力するゲイン設定回路のゲイン、βNは同ゲイン設定回路の切片であり、次の式で求まる。MNはトランジスタMP41〜MP44のカレントミラーの倍率(MN=M1,M2,M3)である。
On the other hand, the current sense signal VoN (N is 1, 2, 3) on the output side of the current
It is determined by α N is the gain of the gain setting circuit that outputs the N-th current sense signal Vo N , and β N is the intercept of the gain setting circuit, which is obtained by the following equation. MN is the magnification (MN = M1, M2, M3) of the current mirror of the transistors MP41 to MP44.
本実施例では、各ゲイン設定回路について、その抵抗R2N、R3N、R4N、カレントミラーの倍率MNを、
の関係が保持できるように設定することで、電流源43の電流I0bの調整のみで各ゲイン設定回路についてのトリミングを一律に行う。kは任意数である。以下、詳しく説明する。
In this embodiment, for each gain setting circuit, the resistances R2N, R3N, R4N, the magnification MN of the current mirror,
By setting so as to be able to hold the relationship of (1), trimming for each gain setting circuit is uniformly performed only by adjusting the current I0b of the
式(5)は式(2)から
となり、Isw=0のときは、
となる。
Equation (5) is derived from equation (2)
And if Isw = 0, then
It becomes.
回路のオフセットにバラツキがあってオフセットVos(=Vos1+Ros×Ios)による切片bがdbだけ変動しているとき、それに応じてバイアス電流Ib0をdIb0だけトリミングしたときの電流センス信号の変化分dVoNは、
となる。
When the offset of the circuit varies and the intercept b due to the offset Vos (= Vos1 + Ros × Ios) varies by db, the variation dVoN of the current sense signal when trimming the bias current Ib0 by dIb0 accordingly is
It becomes.
そこで、回路のバラツキを相殺するためには、上記式(11)を0にすればよく、この場合は、
となる。
である。
Therefore, in order to offset the circuit variation, it is sufficient to set the above equation (11) to 0. In this case,
It becomes.
It is.
式(13)のαN、βNはN番目のゲイン設定回路によって決まるが、そのαN、βNの関係が式(13)に示すkになるように、各ゲイン設定回路について予め設定しておけば、式(2)の切片bがdbだけ変動しているとき、電流源43のバイアス電流Ib0をdIb0だけトリミングするだけで、その変動を各ゲイン設定回路について一律に解消できる。よって、N番目のゲイン設定回路のIsw=0のときの電流センス信号VoNを測定し、そのVoNの現在値と目標値とのずれからトリミングよる変動量dIb0を決定すれば、残りのゲイン設定回路についても一律にトリミングを実現できる。
Although α N and β N in equation (13) are determined by the Nth gain setting circuit, each gain setting circuit is preset so that the relationship between α N and β N becomes k shown in equation (13). In this case, when the intercept b of the equation (2) fluctuates by db, the fluctuation can be eliminated uniformly for each gain setting circuit only by trimming the bias current Ib0 of the
ここで、図3に戻って、電流センス信号Vo1,Vo2,Vo3の検出電流が回路のオフセットのバラツキによってIsw3までとなっているときにおいて、目標電流Isw2まで検出できるようにするには、電流Ib0を調整すればよい。Ib1=Ib0×M1、Ib2=Ib0×M2、Ib3=Ib0×M3であり、Vo1についてはIb1×R41、Vo2についてはIb2×R42、Vo3についてはIb3×R43のトリミング量となる。 Here, referring back to FIG. 3, in order to detect up to the target current Isw2 when the detection currents of the current sense signals Vo1, Vo2 and Vo3 are up to Isw3 due to the offset of the circuit, the current Ib0 You can adjust the Ib1 = Ib0 × M1, Ib2 = Ib0 × M2, Ib3 = Ib0 × M3; trimming amounts are Ib1 × R41 for Vo1, Ib2 × R42 for Vo2, and Ib3 × R43 for Vo3.
<第2実施例>
図1の電流センスアンプ回路4Aでは、電流センス信号Vo1,Vo2,Vo3が得られるように3個のゲイン設定回路を構成したが、図4に示す例ではゲイン設定回路を2個とし、それらをさらに3系統に分割している。図1において電流センス信号Vo1を得ていたゲイン設定回路のトランジスタMP31が、トランジスタMP311,MP312,MP313に分割され、抵抗R21が抵抗R211,R212,R213に分割されて構成されている。また、図1において電流センス信号Vo2を得ていたゲイン設定回路のトランジスタMP32が、トランジスタMP321,MP322,MP323に分割され、抵抗R22が抵抗R221,R222,R223に分割されて構成されている。
Second Embodiment
In the current
このようにトランジスタMP31や抵抗R21を3系統に分割することで、電流IS1を増大させることができ、そのゲイン設定回路のゲインを高くすることができる。これによって抵抗R31,R41に大きな抵抗値が必要になることを回避できる。同様に、トランジスタMP32や抵抗R22を3系統に分割することで、電流IS2を増大させることができ、そのゲイン設定回路のゲインを高くすることができる。これによって抵抗R32,R42に大きな抵抗値が必要になることを回避できる。さらに、抵抗R211〜R213,R221〜R223をすべて同一の抵抗値に設定することで、制御トランジスタMP312,MP313,MP321,MP322,MP323のソース端のインピーダンスを、制御トランジスタMP311のソース端のインピーダンスと同じにすることができ、各ゲイン設定回路を容易にマッチングさせることができる。 By dividing the transistor MP31 and the resistor R21 into three lines as described above, the current IS1 can be increased, and the gain of the gain setting circuit can be increased. This can avoid the need for a large resistance value for the resistors R31 and R41. Similarly, by dividing the transistor MP32 and the resistor R22 into three systems, the current IS2 can be increased, and the gain of the gain setting circuit can be increased. This can avoid the need for a large resistance value for the resistors R32 and R42. Furthermore, by setting all the resistors R211 to R213 and R221 to R223 to the same resistance value, the impedance at the source end of the control transistors MP312, MP313, MP321, MP322, MP323 is the same as the impedance at the source end of the control transistor MP311. The gain setting circuits can be easily matched.
<その他の実施例>
なお、以上説明した電流センスアンプ回路4A、4Bは、スイッチングトランジスタMP1に流れる電流を検出する場合についてであったが、同期整流用のスイッチトランジスタMN1に流れる電流を検出する電流センスアンプ回路にも、反対の導電型のトランジスタを使用する等によって同様に適用することができる。また、これらの電流センスアンプ回路4A、4Bはスイッチング電源装置以外の電流検出用にも適用できる。
<Other Embodiments>
Although the current
1:電源端子、2:接地端子、3:出力端子、4A〜4D:電流センスアンプ回路、41:オペアンプ、42,43電流源、5:制御回路、51:駆動回路、52:発振器、53:オペアンプ、54:コンパレータ
1: power supply terminal 2: 2: ground terminal 3:
Claims (6)
前記第1抵抗に発生する電圧を増幅するオペアンプと、前記第1抵抗に発生する電圧を元にゲインの異なる電流センス信号を取り出すように前記オペアンプで制御されるN個(N=1、2、・・・、N)のゲイン設定回路と、前記オペアンプの入力側のオフセットの影響をトリミングするトリミング回路とを備え、
前記N個のゲイン設定回路のそれぞれは、前記第1電源端子に一端が接続された第2抵抗と、ゲートが前記オペアンプの出力端子に接続されソースが前記第2抵抗の他端に接続された制御トランジスタと、該制御トランジスタのドレインに一端が接続された第3抵抗と、該第3抵抗の他端と第2電源端子の間に接続された第4抵抗からなり、
前記オペアンプは、反転入力端子が前記N個のゲイン設定回路の内の1つのゲイン設定回路の前記制御トランジスタのソースに接続され、非反転入力端子が第1抵抗の他端に接続され、
前記トリミング回路は、電流調整可能な電流源の電流をミラーしてトリミング電流として前記N個のゲイン設定回路の前記第4抵抗に出力するカレントミラー回路からなり、
前記第2抵抗、前記第3抵抗、前記第4抵抗、及び前記トリミング回路の前記電流源の電流に対する前記カレントミラー回路のミラー比が、前記N個のゲイン設定回路間で所定の同一の関係を保持するように設定されていることを特徴とする電流センスアンプ回路。 In a current sense amplifier circuit that detects a current flowing through a first resistor whose one end is connected to a first power supply terminal based on a voltage generated in the first resistor,
N operational amplifiers controlled by the operational amplifier so as to take out current sense signals having different gains based on the voltages generated in the first resistor and the operational amplifiers that amplify the voltage generated in the first resistor (N = 1, 2, , N), and a trimming circuit for trimming the influence of the offset on the input side of the operational amplifier,
Each of the N gain setting circuits has a second resistor whose one end is connected to the first power supply terminal, a gate connected to the output terminal of the operational amplifier, and a source connected to the other end of the second resistor. A control transistor, a third resistor having one end connected to the drain of the control transistor, and a fourth resistor connected between the other end of the third resistor and the second power supply terminal,
The operational amplifier has an inverting input terminal connected to the source of the control transistor of one of the N gain setting circuits and a non-inverting input terminal connected to the other end of the first resistor.
The trimming circuit comprises a current mirror circuit that mirrors the current of the current adjustable current source and outputs the mirrored current to the fourth resistor of the N gain setting circuits.
The mirror ratio of the current mirror circuit to the current of the current source of the second resistor, the third resistor, the fourth resistor, and the trimming circuit has a predetermined same relationship among the N gain setting circuits. A current sense amplifier circuit which is set to be held.
前記第2抵抗をR2N、前記第3抵抗をR3N、前記第4抵抗をR4N、前記トリミング電流の前記電流源の電流に対する前記カレントミラー回路のミラー比をMNとしたときkを任意数として、
となるように、N個のゲイン設定回路のαNとβNを設定したことを特徴とする電流センスアンプ回路。 In the current sense amplifier circuit according to claim 1,
Assuming that the second resistor is R2N, the third resistor is R3N, the fourth resistor is R4N, and the mirror ratio of the trimming current to the current of the current source is MN, k is an arbitrary number.
A current sense amplifier circuit characterized by setting α N and β N of N gain setting circuits so that
前記第2抵抗は前記N個のゲイン設定回路で同一値に設定され、前記制御トランジスタは前記N個のゲイン設定回路で同一導電型で同一サイズに設定されていることを特徴とする電流センスアンプ回路。 In the current sense amplifier circuit according to claim 1 or 2,
The current sense amplifier is characterized in that the second resistor is set to the same value by the N gain setting circuits, and the control transistor is set to the same conductivity type and the same size by the N gain setting circuits. circuit.
前記N個のゲイン設定回路の内の少なくとも1個のゲイン設定回路の前記第2抵抗と前記制御トランジスタの直列回路が2以上に分割され並列接続されていることを特徴とする電流センスアンプ回路。 In the current sense amplifier circuit according to claim 1, 2 or 3
A series circuit of the second resistor of at least one of the N gain setting circuits and the control transistor is divided into two or more and connected in parallel.
オフセットを付加するオフセット付加回路が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていることを特徴とする電流センスアンプ回路。 In the current sense amplifier circuit according to claim 1, 2, 3 or 4
A current sense amplifier circuit characterized in that an offset addition circuit for adding an offset is connected to the non-inversion input terminal of the operational amplifier.
ドレインが前記第1ノードに接続されソースが第1抵抗の他端に接続され前記第1スイッチングトランジスタと同期してON/OFFが制御される電流流検出トランジスタと、
ドレインが前記第1ノードに接続されソースが第2電源端子に接続され、前記第1スイッチングトランジスタと相補的にON/OFFが制御される第2スイッチングトランジスタと、
前記第1ノードと出力端子の間に接続されたインダクタと、
前記出力端子と前記第2電源端子の間に接続された出力キャパシタと、
請求項1乃至5のいずれか1つに記載の電流センスアンプ回路と、
該電流センスアンプ回路のN個のゲイン設定回路で得られるN個の電流センス信号の内の1つと前記出力端子の出力電圧に応じて、前記電流検出トランジスタ、前記第1スイッチングトランジスタ、及び前記第2スイッチングトランジスタのON/OFFを制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。 A first switching transistor having a drain connected to the first node and a source connected to the first power supply terminal;
A current flow detection transistor whose drain is connected to the first node, whose source is connected to the other end of the first resistor, and whose ON / OFF is controlled in synchronization with the first switching transistor;
A second switching transistor having a drain connected to the first node, a source connected to the second power supply terminal, and ON / OFF controlled complementarily to the first switching transistor;
An inductor connected between the first node and the output terminal;
An output capacitor connected between the output terminal and the second power supply terminal;
A current sense amplifier circuit according to any one of claims 1 to 5;
The current detection transistor, the first switching transistor, and the first switching transistor according to one of N current sense signals obtained by the N gain setting circuits of the current sense amplifier circuit and the output voltage of the output terminal. 2) A control circuit which controls ON / OFF of the switching transistor,
The switching power supply device characterized by having.
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