JP2019213317A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To prevent an increase in an output voltage even when an output feedback terminal is open.SOLUTION: A semiconductor device 100 includes: output feedback sections (120, 130, 140, 150) which drive a switch output stage 110 so that a feedback voltage Vfb corresponding to a terminal voltage of an output feedback terminal FB meets a predetermined reference voltage Vref to generate a desired output voltage Vout from an input voltage Vin; a switch voltage monitoring section 180 for forcibly stopping the switch output stage 110 through the output feedback section (especially, a control section 140) when an average value of a switch voltage Vsw generated by the switch output stage 110 is under an over-voltage state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書中に開示されている発明は、半導体装置に関する。   The invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

従来より、様々なアプリケーションの電源手段として、入力電圧から所望の出力電圧を生成するスイッチング電源が実用化されている。   Conventionally, a switching power supply that generates a desired output voltage from an input voltage has been put to practical use as a power supply means for various applications.

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や特許文献2を挙げることができる。   In addition, Patent Document 1 and Patent Document 2 can be cited as examples of related art related to the above.

特開2007−209072号公報JP 2007-209072 A 米国特許出願公開第2017/0079111号明細書US Patent Application Publication No. 2017/0079111

しかしながら、上記従来のスイッチング電源では、その制御主体である半導体装置の出力帰還端子がオープンとなった場合に出力電圧が異常に上昇してしまうおそれがあった。   However, in the above-described conventional switching power supply, there is a possibility that the output voltage may rise abnormally when the output feedback terminal of the semiconductor device that is the controlling body is opened.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、出力帰還端子がオープンとなっても出力電圧の上昇を防ぐことのできる半導体装置を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the invention disclosed in this specification provides a semiconductor device capable of preventing an increase in output voltage even when an output feedback terminal is open. The purpose is to do.

本明細書中に開示されている半導体装置は、出力帰還端子の端子電圧またはこれに応じた帰還電圧が所定の参照電圧と一致するようにスイッチ出力段を駆動して入力電圧から所望の出力電圧を生成する出力帰還部と、前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の平均値が過電圧状態であるときに前記出力帰還部を介して前記スイッチ出力段を強制停止させるスイッチ電圧監視部と、を有する構成(第1の構成)とされている。   A semiconductor device disclosed in the present specification drives a switch output stage so that a terminal voltage of an output feedback terminal or a feedback voltage corresponding to the terminal voltage matches a predetermined reference voltage, and a desired output voltage from the input voltage. An output feedback unit that generates the switch output stage, and a switch voltage monitoring unit that forcibly stops the switch output stage via the output feedback unit when an average value of the switch voltage generated in the switch output stage is an overvoltage state, It is set as the structure (1st structure) to have.

なお、上記第1の構成から成る半導体装置において、前記出力帰還部は、前記端子電圧または前記帰還電圧が所定値よりも低く、かつ、前記スイッチ電圧の平均値が過電圧状態であるときに前記スイッチ出力段を強制停止させる構成(第2の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the first configuration, the output feedback unit includes the switch when the terminal voltage or the feedback voltage is lower than a predetermined value and the average value of the switch voltages is in an overvoltage state. A configuration in which the output stage is forcibly stopped (second configuration) may be employed.

また、上記第1または第2の構成から成る半導体装置は、前記端子電圧または前記帰還電圧が前記所定値よりも低い状態が所定期間に亘って継続したときに装置全体をシャットダウンする機能を備えている構成(第3の構成)にするとよい。   The semiconductor device having the first or second configuration includes a function of shutting down the entire device when the terminal voltage or the feedback voltage is lower than the predetermined value for a predetermined period. (3rd configuration).

また、上記第1〜第3いずれかの構成から成る半導体装置において、前記スイッチ電圧監視部は、前記スイッチ電圧を平均化して平均スイッチ電圧を生成する平均化部と、前記平均スイッチ電圧と過電圧検出閾値との比較信号を生成して前記出力帰還部に出力するコンパレータと、を含む構成(第4の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having any one of the first to third configurations, the switch voltage monitoring unit averages the switch voltage to generate an average switch voltage, and the average switch voltage and overvoltage detection. It is preferable to have a configuration (fourth configuration) including a comparator that generates a comparison signal with a threshold value and outputs the comparison signal to the output feedback unit.

また、上記第4の構成から成る半導体装置において、前記平均化部は、抵抗とキャパシタを含むローパスフィルタである構成(第5の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the fourth configuration, the averaging unit may be a low-pass filter including a resistor and a capacitor (fifth configuration).

また、上記した第5の構成から成る半導体装置において、前記ローパスフィルタの時定数は、前記平均スイッチ電圧の挙動が前記出力電圧の挙動と一致するように設定されている構成(第6の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the fifth configuration described above, the time constant of the low-pass filter is set such that the behavior of the average switch voltage matches the behavior of the output voltage (sixth configuration). It is good to.

また、上記第1〜第6いずれかの構成から成る半導体装置は、前記スイッチ出力段を強制停止させるときに前記スイッチ電圧を放電する放電部を更に有する構成(第7の構成)にするとよい。   The semiconductor device having any one of the first to sixth configurations may further include a discharge unit (seventh configuration) that discharges the switch voltage when the switch output stage is forcibly stopped.

また、上記第7の構成から成る半導体装置において、前記放電部は、前記スイッチ電圧の出力端と基準電位端との間に直列接続された抵抗と放電スイッチを含む構成(第8の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having the seventh configuration, the discharge unit includes a resistor and a discharge switch connected in series between the output terminal of the switch voltage and a reference potential terminal (eighth configuration). Good.

また、上記した第1〜第8いずれかの構成から成る半導体装置において、前記出力帰還部は、前記端子電圧又は前記帰還電圧と前記参照電圧との差分に応じた誤差電圧を生成する誤差電圧生成部と、前記誤差電圧に応じて制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に応じて前記スイッチ出力段を駆動する駆動部を含む構成(第9の構成)にするとよい。   In the semiconductor device having any one of the first to eighth configurations, the output feedback unit generates an error voltage that generates an error voltage according to a difference between the terminal voltage or the feedback voltage and the reference voltage. And a controller (a ninth configuration) including a control unit that generates a control signal according to the error voltage, and a drive unit that drives the switch output stage according to the control signal.

また、本明細書中に開示されているスイッチング電源は、上記第1〜第9いずれかの構成から成る半導体装置と、前記入力電圧から前記出力電圧を生成する前記スイッチ出力段の一部または全部と、を有する構成(第10の構成)とされている。   A switching power supply disclosed in the present specification includes a semiconductor device having any one of the first to ninth configurations and a part or all of the switch output stage that generates the output voltage from the input voltage. And (a tenth configuration).

本明細書中に開示されている発明によれば、出力帰還端子がオープンとなっても出力電圧の上昇を防ぐことのできる半導体装置を提供することが可能となる。   According to the invention disclosed in this specification, it is possible to provide a semiconductor device that can prevent an increase in output voltage even when an output feedback terminal is open.

スイッチング電源の全体構成を示す図Diagram showing overall configuration of switching power supply スイッチ電圧監視部の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of a switch voltage monitoring part 平均化部の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of an averaging part 放電部の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of a discharge part FBオープン時における保護動作の一例を示すフローチャートFlow chart showing an example of protection operation at the time of FB opening FBオープン時における保護動作の一例を示すタイミングチャートTiming chart showing an example of protection operation when the FB is open 車両の一構成例を示す外観図External view showing a configuration example of a vehicle

<スイッチング電源(DC/DCコンバータ)>
図1は、スイッチング電源の全体構成を示す図である。本構成例のスイッチング電源1は、入力電圧Vinを所望の出力電圧Voutに変換する電力変換装置であり、その制御主体として、半導体装置100(いわゆる電源制御IC)を有する。
<Switching power supply (DC / DC converter)>
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a switching power supply. The switching power supply 1 of this configuration example is a power conversion device that converts an input voltage Vin into a desired output voltage Vout, and includes a semiconductor device 100 (so-called power supply control IC) as a control entity.

<半導体装置(電源制御IC)>
引き続き、図1を参照しながら、半導体装置100の構成及び動作について説明する。半導体装置100は、スイッチ出力段110と、帰還電圧生成部120と、誤差電圧生成部130と、制御部140と、駆動部150と、コンパレータ160及び170と、スイッチ電圧監視部180と、放電部190と、を集積化して成る。また、半導体装置100は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、複数の外部端子(本図では出力端子SWと出力帰還端子FBの2本のみを明示)を備えている。
<Semiconductor device (power supply control IC)>
Next, the configuration and operation of the semiconductor device 100 will be described with reference to FIG. The semiconductor device 100 includes a switch output stage 110, a feedback voltage generation unit 120, an error voltage generation unit 130, a control unit 140, a drive unit 150, comparators 160 and 170, a switch voltage monitoring unit 180, and a discharge unit. 190 is integrated. In addition, the semiconductor device 100 includes a plurality of external terminals (only two of the output terminal SW and the output feedback terminal FB are explicitly shown in the figure) as means for establishing electrical connection with the outside of the device. .

スイッチ出力段110は、入力電圧Vinを降圧して所望の出力電圧Voutを生成する降圧型であり、出力トランジスタ111(本図では、PMOSFET[P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、同期整流トランジスタ112(本図ではNMOSFET[N channel type MOSFET])と、インダクタ113と、キャパシタ114と、を含む。   The switch output stage 110 is a step-down type that steps down the input voltage Vin to generate a desired output voltage Vout, and is synchronized with the output transistor 111 (PMOSFET [P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor] in this figure). It includes a rectifying transistor 112 (NMOSFET [N channel type MOSFET] in this figure), an inductor 113, and a capacitor 114.

出力トランジスタ111のソースは、入力電圧Vinの印加端に接続されている。出力トランジスタ111のドレインは、出力端子SWに接続されている。出力トランジスタ111のゲートには、ゲート信号G1が入力されている。従って、出力トランジスタ111は、ゲート信号G1がハイレベルであるときにオフし、ゲート信号G1がローレベルであるときにオンする。   The source of the output transistor 111 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The drain of the output transistor 111 is connected to the output terminal SW. A gate signal G <b> 1 is input to the gate of the output transistor 111. Accordingly, the output transistor 111 is turned off when the gate signal G1 is at a high level, and turned on when the gate signal G1 is at a low level.

同期整流トランジスタ112のソースは、接地端(=接地電圧GNDの印加端であり、システムの基準電位端に相当)に接続されている。同期整流トランジスタ112のドレインは、出力端子SWに接続されている。同期整流トランジスタ112のゲートには、ゲート信号G2が入力されている。従って、同期整流トランジスタ112は、ゲート信号G2がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号G2がローレベルであるときにオフする。   The source of the synchronous rectification transistor 112 is connected to the ground terminal (= the application terminal of the ground voltage GND, which corresponds to the reference potential terminal of the system). The drain of the synchronous rectification transistor 112 is connected to the output terminal SW. A gate signal G <b> 2 is input to the gate of the synchronous rectification transistor 112. Therefore, the synchronous rectification transistor 112 is turned on when the gate signal G2 is at a high level and turned off when the gate signal G2 is at a low level.

出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112は、ゲート信号G1及びG2に応じて相補的にオン/オフされる。このようなスイッチング制御により、出力端子SWには、入力電圧Vinと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswが生成される。なお、上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112のオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。   The output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are complementarily turned on / off according to the gate signals G1 and G2. By such switching control, a rectangular wave switch voltage Vsw that is pulse-driven between the input voltage Vin and the ground voltage GND is generated at the output terminal SW. The term “complementary” is not limited to the case where the on / off states of the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are completely reversed, but also includes a simultaneous off period (dead time) of both transistors. This includes cases where

なお、出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112は、本図のように半導体装置100に内蔵してもよいし、或いは、半導体装置100に外付けしてもよい。すなわち、スイッチ出力段100の一部を半導体装置100に外付けしてもよいし、スイッチ出力段100の全部を半導体装置100に外付けしてもよい。   Note that the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 may be built in the semiconductor device 100 as shown in the figure, or may be externally attached to the semiconductor device 100. That is, a part of the switch output stage 100 may be externally attached to the semiconductor device 100, or the entire switch output stage 100 may be externally attached to the semiconductor device 100.

また、出力トランジスタ111をNMOSFETに置き換えることもできる。ただし、その場合には、ブートストラップ回路やチャージポンプ回路などを用いて、ゲート信号G1のハイレベルを入力電圧Vinよりも高めてやる必要がある。また、同期整流トランジスタ112に代えて、整流ダイオードを用いることも可能である。   Further, the output transistor 111 can be replaced with an NMOSFET. However, in that case, it is necessary to make the high level of the gate signal G1 higher than the input voltage Vin by using a bootstrap circuit, a charge pump circuit, or the like. Further, instead of the synchronous rectifying transistor 112, a rectifying diode may be used.

また、スイッチ出力段110に高電圧が印加される場合には、出力トランジスタ111や同期整流トランジスタ112として、パワーMOSFET、IGBT[insulated gate bipolar transistor]、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。   Further, when a high voltage is applied to the switch output stage 110, a high voltage element such as a power MOSFET, IGBT (insulated gate bipolar transistor), or SiC transistor may be used as the output transistor 111 or the synchronous rectification transistor 112.

インダクタ113とキャパシタ114は、半導体装置100の外付けされるディスクリート部品であり、スイッチ電圧Vswを整流及び平滑して出力電圧Voutを生成するLCフィルタを形成する。なお、インダクタ113の第1端は、出力端子SW(=スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。インダクタ113の第2端とキャパシタ114の第1端は、いずれも出力電圧Voutの出力端に接続されている。キャパシタ114の第2端は、接地端に接続されている。また、出力電圧Voutの出力端は、出力帰還端子FBにも接続されている。   The inductor 113 and the capacitor 114 are discrete components externally attached to the semiconductor device 100, and form an LC filter that rectifies and smoothes the switch voltage Vsw to generate the output voltage Vout. The first end of the inductor 113 is connected to the output terminal SW (= the application terminal of the switch voltage Vsw). The second end of the inductor 113 and the first end of the capacitor 114 are both connected to the output end of the output voltage Vout. The second end of the capacitor 114 is connected to the ground end. The output terminal of the output voltage Vout is also connected to the output feedback terminal FB.

帰還電圧生成部120は、出力帰還端子FBと接地端との間に直列接続された抵抗121及び122(抵抗値:R121及びR122)を含み、両抵抗間の接続ノードから出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfb(=出力電圧Voutの分圧電圧であり、Vfb=Vout×{R122/(R121+R122)})を出力する。なお、抵抗121及び122は、本図のように半導体装置100に内蔵してもよいし、或いは、半導体装置100に外付けしてもよい。また、出力電圧Voutが誤差電圧生成部130やコンパレータ160及び170の入力ダイナミックレンジに収まっている場合には、帰還電圧生成部120を省略しても構わない。   The feedback voltage generation unit 120 includes resistors 121 and 122 (resistance values: R121 and R122) connected in series between the output feedback terminal FB and the ground terminal, and corresponds to the output voltage Vout from a connection node between both resistors. The feedback voltage Vfb (= divided voltage of the output voltage Vout, Vfb = Vout × {R122 / (R121 + R122)}) is output. Note that the resistors 121 and 122 may be built in the semiconductor device 100 as shown in the figure, or may be externally attached to the semiconductor device 100. When the output voltage Vout is within the input dynamic range of the error voltage generator 130 and the comparators 160 and 170, the feedback voltage generator 120 may be omitted.

誤差電圧生成部130は、エラーアンプ131と、抵抗132と、キャパシタ133とを含み、帰還電圧Vfbと所定の参照電圧Vrefとの差分に応じた誤差電圧Verrを生成する。   The error voltage generation unit 130 includes an error amplifier 131, a resistor 132, and a capacitor 133, and generates an error voltage Verr corresponding to a difference between the feedback voltage Vfb and a predetermined reference voltage Vref.

エラーアンプ131は、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)であり、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfbと、非反転入力端(+)に入力される参照電圧Vref(=出力電圧Voutの目標設定値に相当)との差分に応じた誤差電流Ierrを生成する。なお、誤差電流Ierrは、帰還電圧Vfbが参照電圧Vrefよりも低いときには正方向(=エラーアンプ131からキャパシタ133に向かう方向)に流れ、帰還電圧Vfbが参照電圧Vrefよりも高いときには負方向(=キャパシタ133からエラーアンプ131に向かう方向)に流れる。   The error amplifier 131 is a current output type transconductance amplifier (so-called gm amplifier), and includes a feedback voltage Vfb input to the inverting input terminal (−) and a reference voltage Vref (input) input to the non-inverting input terminal (+). = Corresponding to the target set value of the output voltage Vout), an error current Ierr corresponding to the difference is generated. The error current Ierr flows in the positive direction (= direction from the error amplifier 131 toward the capacitor 133) when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref, and in the negative direction (=) when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref. In the direction from the capacitor 133 toward the error amplifier 131).

抵抗132とキャパシタ133は、エラーアンプ131の出力端と接地端との間に直列接続されており、誤差電流Ierrの入力を受けて誤差電圧Verrを生成する。なお、誤差電圧Verrは、誤差電流Ierrが正方向に流れるときに上昇し、誤差電流Ierrが負方向に流れるときに低下する。すなわち、Vfb<Vrefであるときに誤差電圧Verrが引き上げられ、Vfb>Vrefであるときに誤差電圧Verrが引き下げられる。なお、抵抗132の抵抗値とキャパシタ133の容量値を適切に設定することにより、誤差電圧信号Verrの位相を補償して出力帰還ループの発振を防ぐことができる。   The resistor 132 and the capacitor 133 are connected in series between the output terminal of the error amplifier 131 and the ground terminal, and receive an error current Ierr and generate an error voltage Verr. The error voltage Verr increases when the error current Ierr flows in the positive direction, and decreases when the error current Ierr flows in the negative direction. That is, the error voltage Verr is raised when Vfb <Vref, and the error voltage Verr is lowered when Vfb> Vref. Note that by appropriately setting the resistance value of the resistor 132 and the capacitance value of the capacitor 133, the phase of the error voltage signal Verr can be compensated to prevent oscillation of the output feedback loop.

制御部140は、誤差電圧Verrに応じて制御信号S1及びS2を生成する。具体的に述べると、制御部140は、誤差電圧Verrが高いほど制御信号S1及びS2のオンデューティDon(=所定のスイッチング周期Tに占める出力トランジスタ111のオン期間Tonの割合)を引き上げ、逆に、誤差電圧Verrが低いほどオンデューティDonを引き下げる。このようなPWM[pulse width modulation]制御により、出力電圧Voutを所望の目標値に合わせ込むことができる。なお、制御部140の内部構成については、周知の技術を適用すれば足りるので、詳細な説明は割愛する。   The control unit 140 generates control signals S1 and S2 according to the error voltage Verr. Specifically, the control unit 140 increases the on-duty Don of the control signals S1 and S2 (= the ratio of the on-period Ton of the output transistor 111 occupying the predetermined switching period T) as the error voltage Verr is higher. As the error voltage Verr is lower, the on-duty Don is lowered. By such PWM [pulse width modulation] control, the output voltage Vout can be adjusted to a desired target value. In addition, about the internal structure of the control part 140, since it is sufficient if a well-known technique is applied, detailed description is omitted.

また、本図では明示していないが、制御部140は、スイッチ出力段110に流れるインダクタ電流や負荷電流に応じた電流検出信号の帰還入力を受け付けて、電流モード方式の出力帰還制御を行う構成としてもよい。   Although not explicitly shown in the figure, the control unit 140 receives the feedback input of the current detection signal corresponding to the inductor current and the load current flowing through the switch output stage 110, and performs the output feedback control of the current mode method. It is good.

駆動部150は、ドライバ151及び152を含み、制御信号S1及びS2に応じて、スイッチ出力段110)を駆動する。より具体的に述べると、ドライバ151は、制御信号S1に応じてゲート信号G1を生成することにより、出力トランジスタ111を駆動する。また、ドライバ152は、制御信号S2に応じてゲート信号G2を生成することにより、同期整流トランジスタ112を駆動する。   The drive unit 150 includes drivers 151 and 152, and drives the switch output stage 110) according to the control signals S1 and S2. More specifically, the driver 151 drives the output transistor 111 by generating the gate signal G1 according to the control signal S1. The driver 152 drives the synchronous rectification transistor 112 by generating the gate signal G2 according to the control signal S2.

なお、上記した帰還電圧生成部120、誤差電圧生成部130、制御部140、及び、駆動部150は、それぞれ、出力帰還端子FBの端子電圧またはこれに応じた帰還電圧Vfbが所定の参照電圧Vrefと一致するようにスイッチ出力段110を駆動して入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutを生成する出力帰還部の構成要素に相当する。   The feedback voltage generation unit 120, the error voltage generation unit 130, the control unit 140, and the drive unit 150 described above each have a terminal voltage of the output feedback terminal FB or a feedback voltage Vfb corresponding thereto corresponding to a predetermined reference voltage Vref. It corresponds to the component of the output feedback section that drives the switch output stage 110 so as to coincide with the input voltage Vin and generates the desired output voltage Vout from the input voltage Vin.

コンパレータ160は、出力帰還端子FBが過電圧状態であるか否かを検出するための手段であり、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧Vfbと、反転入力端(−)に入力されるFB過電圧検出用の閾値電圧Vovpとを比較することにより、FB過電圧検出信号Saを生成する。FB過電圧検出信号Saは、Vfb>Vovpであるときにハイレベル(=FB過電圧検出時の論理レベル)となり、Vfb<Vovpであるときにローレベル(=FB過電圧未検出時の論理レベル)となる。なお、制御部140は、FB過電圧検出信号Saに応じて適切なFB過電圧保護動作を行う。   The comparator 160 is a means for detecting whether or not the output feedback terminal FB is in an overvoltage state, and is input to the feedback voltage Vfb input to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−). The FB overvoltage detection signal Sa is generated by comparing the FB overvoltage detection threshold voltage Vovp. The FB overvoltage detection signal Sa is at a high level (= logic level when FB overvoltage is detected) when Vfb> Vovp, and is at a low level (= logic level when FB overvoltage is not detected) when Vfb <Vovp. . The control unit 140 performs an appropriate FB overvoltage protection operation according to the FB overvoltage detection signal Sa.

コンパレータ170は、出力帰還端子FBがGNDショート(地絡)しているか否かを検出するための手段であり、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfbと、非反転入力端(+)に入力されるFBショート検出用の閾値電圧Vscpを比較することにより、FBショート検出信号Sbを生成する。FBショート検出信号Sbは、Vfb<Vscpであるときにハイレベル(=FBショート検出時の論理レベル)となり、Vfb>Vscpであるときにローレベル(=FBショート未検出時の論理レベル)となる。なお、制御部140は、FBショート検出信号Sbに応じて適切なFBショート保護動作を行う。   The comparator 170 is a means for detecting whether or not the output feedback terminal FB is shorted to GND (ground fault). The comparator 170 receives the feedback voltage Vfb input to the inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+ The FB short detection signal Sb is generated by comparing the FB short detection threshold voltage Vscp input to the FB short circuit. The FB short detection signal Sb is at a high level (= logic level when FB short is detected) when Vfb <Vscp, and is at a low level (= logic level when FB short is not detected) when Vfb> Vscp. . The control unit 140 performs an appropriate FB short protection operation according to the FB short detection signal Sb.

スイッチ電圧監視部180は、出力端子SWが過電圧状態であるか否かを検出するための手段であり、スイッチ出力段110で生成されるスイッチ電圧Vswを監視してSW過電圧検出信号Scを生成しこれを制御部140に出力する。SW過電圧検出信号Scは、スイッチ電圧Vswの平均値(=出力電圧Voutと同様の挙動で変化する疑似出力電圧に相当)が過電圧状態であるときにハイレベル(=SW過電圧検出時の論理レベル)となり、スイッチ電圧Vswの平均値が過電圧状態でないときにローレベル(=SW過電圧未検出時の論理レベル)となる。なお、制御部140は、SW過電圧検出信号Scに応じて適切なSW過電圧保護動作を行う。   The switch voltage monitoring unit 180 is a means for detecting whether or not the output terminal SW is in an overvoltage state. The switch voltage monitoring unit 180 monitors the switch voltage Vsw generated in the switch output stage 110 and generates the SW overvoltage detection signal Sc. This is output to the control unit 140. The SW overvoltage detection signal Sc is at a high level when the average value of the switch voltage Vsw (= corresponding to a pseudo output voltage that changes with the same behavior as the output voltage Vout) is in an overvoltage state (= logic level when SW overvoltage is detected). Thus, when the average value of the switch voltage Vsw is not an overvoltage state, it becomes a low level (= a logic level when no SW overvoltage is detected). The control unit 140 performs an appropriate SW overvoltage protection operation according to the SW overvoltage detection signal Sc.

放電部190は、出力端子SWと接地端との間に接続されており、制御部140から入力される放電制御信号Sdに応じてスイッチ電圧Vswを放電する。   The discharge unit 190 is connected between the output terminal SW and the ground terminal, and discharges the switch voltage Vsw according to the discharge control signal Sd input from the control unit 140.

<スイッチ電圧監視部>
図2は、スイッチ電圧監視部180の一構成例を示す図である。本構成例のスイッチ電圧監視部180は、平均化部181とコンパレータ182を含む。
<Switch voltage monitoring unit>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the switch voltage monitoring unit 180. The switch voltage monitoring unit 180 of this configuration example includes an averaging unit 181 and a comparator 182.

平均化部181は、出力端子SWから入力されるスイッチ電圧Vswを平均化して平均スイッチ電圧Vaveを生成する。   The averaging unit 181 generates an average switch voltage Vave by averaging the switch voltage Vsw input from the output terminal SW.

コンパレータ182は、非反転入力端(+)に入力される平均スイッチ電圧Vaveと反転入力端(−)に入力されるSW過電圧検出用の閾値電圧Vthを比較して比較信号を生成し、これをSW過電圧検出信号Scとして出力する。SW過電圧検出信号Scは、Vave>Vthであるときにハイレベル(=SW過電圧検出時の論理レベル)となり、Vave<Vthであるときにローレベル(=SW過電圧未検出時の論理レベル)となる。   The comparator 182 compares the average switch voltage Vave input to the non-inverting input terminal (+) with the SW overvoltage detection threshold voltage Vth input to the inverting input terminal (−) to generate a comparison signal. It outputs as SW overvoltage detection signal Sc. The SW overvoltage detection signal Sc is at a high level (= logic level when SW overvoltage is detected) when Vave> Vth, and is at a low level (= logic level when SW overvoltage is not detected) when Vave <Vth. .

<平均化部>
図3は、平均化部181の一構成例を示す図である。本構成例の平均化部181は、抵抗181a(抵抗値:R)とキャパシタ181b(容量値:C)を含む。
<Average section>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the averaging unit 181. The averaging unit 181 of this configuration example includes a resistor 181a (resistance value: R) and a capacitor 181b (capacitance value: C).

抵抗181aは、スイッチ電圧Vswの入力端と平均スイッチ電圧Vaveの出力端との間に接続されている。キャパシタ181bは、平均スイッチ電圧Vaveの出力端と接地端との間に接続されている。すなわち、平均化部181は、抵抗181aとキャパシタ181bを含むRCローパスフィルタとして構成されている。   The resistor 181a is connected between the input terminal of the switch voltage Vsw and the output terminal of the average switch voltage Vave. The capacitor 181b is connected between the output terminal of the average switch voltage Vave and the ground terminal. That is, the averaging unit 181 is configured as an RC low-pass filter including a resistor 181a and a capacitor 181b.

なお、RCローパスフィルタの時定数τ(=R×C)は、平均スイッチ電圧Vaveの挙動が出力電圧Voutの挙動と一致するように設定しておくことが望ましい。例えば、スイッチ出力段110を形成するキャパシタ114の容量値がμFオーダーである場合には、抵抗181aの抵抗値Rを数百kΩ〜数MΩに設定し、キャパシタ181bの容量値CをpFオーダーに設定するとよい。   Note that the time constant τ (= R × C) of the RC low-pass filter is desirably set so that the behavior of the average switch voltage Vave matches the behavior of the output voltage Vout. For example, when the capacitance value of the capacitor 114 forming the switch output stage 110 is on the order of μF, the resistance value R of the resistor 181a is set to several hundred kΩ to several MΩ, and the capacitance value C of the capacitor 181b is set to the pF order. It is good to set.

<放電部>
図4は、放電部190の一構成例を示す図である。本構成例の放電部190は、NMOSFET191と抵抗192を含む。
<Discharge part>
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the discharge unit 190. The discharge unit 190 of this configuration example includes an NMOSFET 191 and a resistor 192.

抵抗192の第1端は、スイッチ電圧Vswの出力端(=出力端子SW)に接続されている。抵抗192の第2端は、NMOSFET191のドレインに接続されている。NMOSFET191のソースは、接地端に接続されている。   The first end of the resistor 192 is connected to the output terminal (= output terminal SW) of the switch voltage Vsw. A second end of the resistor 192 is connected to the drain of the NMOSFET 191. The source of the NMOSFET 191 is connected to the ground terminal.

また、NMOSFET192のゲートには、放電制御信号Sdが入力されている。従って、放電制御信号Sdがハイレベルであるときには、NMOSFET192がオンするのでスイッチ電圧Vswの放電経路が導通される。一方、放電制御信号Sdがローレベルであるときには、NMOSFET192がオフするのでスイッチ電圧Vswの放電経路が遮断される。このように、NMOSFET192は、放電制御信号Sdに応じてオン/オフされる放電スイッチとして機能する。   A discharge control signal Sd is input to the gate of the NMOSFET 192. Therefore, when the discharge control signal Sd is at a high level, the NMOSFET 192 is turned on, so that the discharge path of the switch voltage Vsw is conducted. On the other hand, when the discharge control signal Sd is at a low level, the NMOSFET 192 is turned off, so that the discharge path of the switch voltage Vsw is interrupted. Thus, the NMOSFET 192 functions as a discharge switch that is turned on / off in response to the discharge control signal Sd.

<FBオープン時の保護動作>
図5は、FBオープン時における保護動作の一例を示すフローチャートである。フローがスタートすると、ステップ#1では、半導体装置100が通常動作状態(=誤差電圧Verrに応じたPWM制御により出力電圧Voutの生成動作が行われる状態)となる。
<Protection operation when FB is open>
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the protection operation when the FB is open. When the flow starts, in step # 1, the semiconductor device 100 enters a normal operation state (= state in which the output voltage Vout is generated by PWM control according to the error voltage Verr).

次に、ステップ#2において、FBオープンが生じていない場合(=ステップ#2がNO判定である場合)には、フローがステップ#2からステップ#1に戻され、上記の通常動作状態が継続される。   Next, in step # 2, if the FB open has not occurred (= NO in step # 2), the flow is returned from step # 2 to step # 1, and the normal operation state is continued. Is done.

一方、ステップ#2において、FBオープンが生じている場合(=ステップ#2がYES判定である場合)には、FBショートの発生時と同じく、帰還電圧Vfbが接地電圧GND(<Vscp)に低下する。従って、ステップ#3で示すように、FBショート検出信号Sbがハイレベルに立ち上がる。   On the other hand, when FB open has occurred in step # 2 (= YES in step # 2), the feedback voltage Vfb decreases to the ground voltage GND (<Vscp), as in the case of the FB short. To do. Therefore, as shown in step # 3, the FB short detection signal Sb rises to a high level.

続くステップ#4では、FBショート検出信号Sbのハイレベル期間が所定のマスク期間T1(例えば1ms)に亘って継続したか否かの判定が行われる。ここで、NO判定が下された場合には、フローがステップ#5に進められる。一方、YES判定が下された場合にはフローがステップ#12に進められる。   In the subsequent step # 4, it is determined whether or not the high level period of the FB short detection signal Sb has continued for a predetermined mask period T1 (for example, 1 ms). If the determination is NO, the flow proceeds to step # 5. On the other hand, if a YES determination is made, the flow proceeds to step # 12.

なお、ステップ#4でNO判定が下されている限り、FBショート保護動作(#12)は行われない。従って、FBオープンに伴う帰還電圧Vfbの低下により、誤差電圧Verrが出力電圧Voutとは無関係に上昇していく(ステップ#5)。   As long as the NO determination is made in step # 4, the FB short protection operation (# 12) is not performed. Therefore, the error voltage Verr increases regardless of the output voltage Vout due to the decrease of the feedback voltage Vfb accompanying the FB opening (step # 5).

その結果、ステップ#6で示すように、スイッチ出力段110がフルオン状態(=オンデューティDonが最大値まで振り切った状態)となるので、出力電圧Voutが目標値から外れて上昇する。また、このとき、スイッチ電圧Vswを平均化した平均スイッチ電圧Vaveも出力電圧Voutと同様の挙動で上昇する。   As a result, as shown in step # 6, the switch output stage 110 is in a full-on state (= a state in which the on-duty Don is swung out to the maximum value), so that the output voltage Vout increases from the target value. At this time, the average switch voltage Vave obtained by averaging the switch voltage Vsw also increases in the same manner as the output voltage Vout.

ただし、平均スイッチ電圧Vaveが閾値電圧Vthに達していない場合(ステップ#7がNO判定である場合)には、フローがステップ#2に戻される。従って、Vave>Vthとなるまで、ステップ#2〜#7が繰り返される。   However, when the average switch voltage Vave has not reached the threshold voltage Vth (when Step # 7 is NO), the flow is returned to Step # 2. Therefore, steps # 2 to # 7 are repeated until Vave> Vth.

一方、スイッチ出力段110のフルオン状態が続き、平均スイッチ電圧Vaveが閾値電圧Vthよりも高くなった場合(ステップ#7がYES判定である場合)には、ステップ#8で示すように、SW過電圧検出信号Scがハイレベルに立ち上がる。   On the other hand, when the switch output stage 110 continues to be fully on and the average switch voltage Vave is higher than the threshold voltage Vth (when step # 7 is YES), as shown in step # 8, the SW overvoltage The detection signal Sc rises to a high level.

このとき、制御部140では、ステップ#9で示したように、SW過電圧保護動作が行われる。具体的には、出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112がいずれもオフされると共に、放電部190によるスイッチ電圧Vswの放電が行われる。   At this time, the control unit 140 performs the SW overvoltage protection operation as shown in step # 9. Specifically, both the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are turned off, and the switch voltage Vsw is discharged by the discharge unit 190.

このように、制御部140は、Sc=H(すなわちVave>Vth)となったとき、SW過電圧保護動作としてスイッチ出力段110を強制停止させる。特に、本フローチャートでは、Sb=H(すなわちVfb<Vscp)、かつ、Sc=H(すなわちVave>Vth)であるときに、ステップ#9のSW過電圧保護動作に至り、スイッチ出力段110が強制停止される。   As described above, when Sc = H (that is, Vave> Vth), the control unit 140 forcibly stops the switch output stage 110 as the SW overvoltage protection operation. In particular, in this flowchart, when Sb = H (ie, Vfb <Vscp) and Sc = H (ie, Vave> Vth), the SW overvoltage protection operation of step # 9 is reached, and the switch output stage 110 is forcibly stopped. Is done.

その結果、ステップ#10で示したように、出力電圧Voutが低下に転じるので、スイッチング電源1の後段に接続される負荷を保護することが可能となる。また、平均スイッチ電圧Vaveも出力電圧Voutと同様の挙動で低下していく。   As a result, as shown in step # 10, the output voltage Vout starts to decrease, so that it is possible to protect the load connected to the subsequent stage of the switching power supply 1. Further, the average switch voltage Vave also decreases with the same behavior as the output voltage Vout.

そして、平均スイッチ電圧Vaveが閾値電圧Vthよりも低くなった場合(ステップ#11がYES判定である場合)には、フローがステップ#1に戻されて、半導体装置100が先述の通常動作状態に復帰される。ただし、FBオープンが解消されない限り、ステップ#1〜#11が繰り返されることになる。   When the average switch voltage Vave becomes lower than the threshold voltage Vth (when step # 11 is YES), the flow is returned to step # 1, and the semiconductor device 100 is brought into the normal operation state described above. Will be restored. However, steps # 1 to # 11 are repeated unless the FB open is resolved.

一方、先述のステップ#4において、YES判定が下された場合には、フローがステップ#12に進められ、FBショート保護動作が行われる。なお、ステップ#12のFBショート保護動作では、ステップ#9でのSW過電圧保護動作と異なり、半導体装置100全体(ステップ#13での自己復帰に必要な回路部を除く)がシャットダウンされる。すなわち、スイッチ出力段110だけを強制停止させるのではなく、半導体装置100全体がその動作を停止する。   On the other hand, if YES is determined in step # 4, the flow proceeds to step # 12, and the FB short protection operation is performed. Note that, in the FB short protection operation in step # 12, unlike the SW overvoltage protection operation in step # 9, the entire semiconductor device 100 (except for the circuit portion necessary for self-recovery in step # 13) is shut down. That is, instead of forcibly stopping only the switch output stage 110, the entire semiconductor device 100 stops its operation.

その後、ステップ#13では、半導体装置100全体のシャットダウンから所定のクールダウン期間T2(例えば14ms)が経過したか否かの判定が行われる。ここで、NO判定が下された場合には、フローがステップ#13に戻されて、クールダウン期間T2の計時が継続される。一方、YES判定が下された場合には、フローがステップ#1に戻されて、半導体装置100が通常動作状態に復帰される。その際、半導体装置100は、初回起動時と同じく、ソフトスタート動作を伴う起動シーケンスで立ち上がる。   Thereafter, in step # 13, it is determined whether or not a predetermined cool-down period T2 (for example, 14 ms) has elapsed since the entire semiconductor device 100 was shut down. Here, when the NO determination is made, the flow is returned to step # 13, and the time measurement of the cool-down period T2 is continued. On the other hand, if the determination is YES, the flow is returned to step # 1, and the semiconductor device 100 is returned to the normal operation state. At that time, the semiconductor device 100 starts up in a startup sequence with a soft start operation, as in the first startup.

このように、半導体装置100は、帰還電圧VfbがFBショート検出用の閾値電圧Vscpよりも低い状態(Sb=H)が所定のマスク期間T1に亘って継続したときに、半導体装置100全体をシャットダウンする機能(ステップ#3、#4、#12を参照)を備えている。従って、出力帰還端子FBにGNDショートが生じたときでも、半導体装置100やこれに繋がる負荷を適切に保護することが可能となる。   As described above, the semiconductor device 100 shuts down the entire semiconductor device 100 when the feedback voltage Vfb is lower than the threshold voltage Vscp for detecting the FB short (Sb = H) for a predetermined mask period T1. (See steps # 3, # 4, and # 12). Therefore, even when a GND short circuit occurs in the output feedback terminal FB, it is possible to appropriately protect the semiconductor device 100 and the load connected thereto.

図6は、FBオープン時における保護動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、イネーブル信号EN、スイッチ電圧Vsw、出力電圧Vout、帰還電圧Vfb、誤差電圧Verr、平均スイッチ電圧Vsw、FBショート検出信号Sb、並びに、SW過電圧検出信号Scが描写されている。   FIG. 6 is a timing chart showing an example of the protection operation when the FB is open. From the top, the enable signal EN, the switch voltage Vsw, the output voltage Vout, the feedback voltage Vfb, the error voltage Verr, the average switch voltage Vsw, and the FB short are illustrated. The detection signal Sb and the SW overvoltage detection signal Sc are depicted.

なお、イネーブル信号ENは、半導体装置100全体の動作可否を制御するための論理信号である。本図に即して具体的に述べると、半導体装置100は、EN=Hであるときに動作状態(=イネーブル状態)となり、EN=Lであるときに非動作状態(=ディセーブル状態)となる。   The enable signal EN is a logic signal for controlling whether or not the entire semiconductor device 100 can operate. Specifically, the semiconductor device 100 is in an operating state (= enabled state) when EN = H, and is in a non-operating state (= disabled state) when EN = L. Become.

また、スイッチ電圧Vsw及び出力電圧Voutにおいて、実線はSW過電圧保護動作が行われる場合の挙動を示しており、破線はSW過電圧保護動作が行われない場合の挙動を比較参照用に示している。   In the switch voltage Vsw and the output voltage Vout, the solid line indicates the behavior when the SW overvoltage protection operation is performed, and the broken line indicates the behavior when the SW overvoltage protection operation is not performed for comparison reference.

時刻t1以前には、FBオープンが生じておらず、出力帰還端子FBには、出力電圧Voutが正しく帰還入力されている。従って、半導体装置100では、帰還電圧Vfbが参照電圧Vrefと一致するように誤差電圧Verrが生成され、出力電圧Voutが所望の目標値に維持される。このとき、帰還電圧Vfbは、FBショート検出用の閾値電圧Vscpよりも高い電圧値に維持される。従って、FBショート検出信号Sbは、ローレベル(=FBショート未検出時の論理レベル)となる。また、このとき、スイッチ電圧Vswを平均化した平均スイッチ電圧Vaveは、SW過電圧検出用の閾値電圧Vthよりも低い電圧値に維持される。従って、SW過電圧検出信号Scもローレベル(=SW過電圧未検出時の論理レベル)となる。なお、時刻t1以前の動作状態は、図5のステップ#1〜#2が繰り返されている状態(#2=NO)に相当する。   Before the time t1, no FB open occurs, and the output voltage Vout is correctly fed back to the output feedback terminal FB. Therefore, in the semiconductor device 100, the error voltage Verr is generated so that the feedback voltage Vfb matches the reference voltage Vref, and the output voltage Vout is maintained at a desired target value. At this time, the feedback voltage Vfb is maintained at a voltage value higher than the threshold voltage Vscp for FB short detection. Accordingly, the FB short detection signal Sb is at a low level (= logic level when no FB short is detected). At this time, the average switch voltage Vave obtained by averaging the switch voltage Vsw is maintained at a voltage value lower than the SW overvoltage detection threshold voltage Vth. Therefore, the SW overvoltage detection signal Sc is also at a low level (= logic level when no SW overvoltage is detected). The operation state before time t1 corresponds to a state where steps # 1 to # 2 in FIG. 5 are repeated (# 2 = NO).

時刻t1において、FBオープンが生じると、帰還電圧Vfbが参照電圧Vrefを下回ったままとなる。従って、誤差電圧Verrが平衡値から上昇してしまい、スイッチ出力段110がフルオンし続けるので、出力電圧Voutが目標値を外れて上昇し始める。なお、FBオープン時には、Vfb<Vscpとなるので、FBショート検出信号Sbがハイレベルに立ち上がる。また、スイッチ出力段110におけるオンデューティDonの増大(=スイッチ電圧Vswのハイレベル期間伸長)に伴い、平均スイッチ電圧Vaveも出力電圧Voutと同様の挙動で上昇し始める。ただし、この時点では、Vave<Vthなので、SW過電圧検出信号Scは、ローレベルに維持される。なお、時刻t1〜t2の動作状態は、図5のステップ#2〜#7が繰り返されている状態(#2=YES、#7=NO)に相当する。   When the FB open occurs at time t1, the feedback voltage Vfb remains below the reference voltage Vref. Therefore, the error voltage Verr rises from the equilibrium value, and the switch output stage 110 continues to be fully turned on, so that the output voltage Vout begins to rise beyond the target value. Note that when the FB is open, Vfb <Vscp, so the FB short detection signal Sb rises to a high level. As the on-duty Don in the switch output stage 110 increases (= high level period extension of the switch voltage Vsw), the average switch voltage Vave also starts to rise with the same behavior as the output voltage Vout. However, at this time, since Vave <Vth, the SW overvoltage detection signal Sc is maintained at a low level. The operation state at time t1 to t2 corresponds to a state where steps # 2 to # 7 in FIG. 5 are repeated (# 2 = YES, # 7 = NO).

時刻t1以降、平均スイッチ電圧Vaveが上昇し続け、時刻t2において、Vave>Vthになると、SW過電圧検出信号Scがハイレベルに立ち上がる。その結果、SW過電圧保護動作により、スイッチ出力段110が強制停止されるので、出力電圧Voutが上昇から低下に転じる。また、スイッチ電圧Vswの放電に伴い、平均スイッチ電圧Vaveも出力電圧Voutと同様の挙動で低下していく。なお、時刻t2〜t3の動作状態は、図5のステップ#7〜#11によりスイッチ出力段110の強制停止が継続されている状態(#7=YES、#11=NO)に相当する。   After time t1, the average switch voltage Vave continues to rise, and when Vave> Vth at time t2, the SW overvoltage detection signal Sc rises to a high level. As a result, the switch output stage 110 is forcibly stopped by the SW overvoltage protection operation, so that the output voltage Vout changes from increasing to decreasing. As the switch voltage Vsw is discharged, the average switch voltage Vave also decreases with the same behavior as the output voltage Vout. Note that the operation state from time t2 to t3 corresponds to a state where the forced stop of the switch output stage 110 is continued by steps # 7 to # 11 in FIG. 5 (# 7 = YES, # 11 = NO).

時刻t2以降、平均スイッチ電圧Vaveが低下し続け、時刻t3において、Vave<Vthになると、SW過電圧検出信号Scがローレベルに立ち下がる。その結果、SW過電圧保護動作が解除されるので、スイッチ出力段110のスイッチング動作が復帰される。ただし、FBオープンが解消されない限り、スイッチ出力段110が再びフルオンするので、時刻t1〜t2と同様、平均スイッチ電圧Vaveが再上昇に転じて、先と同様のSW過電圧保護動作が繰り返される(時刻t4を参照)。   After time t2, the average switch voltage Vave continues to decrease, and when Vave <Vth at time t3, the SW overvoltage detection signal Sc falls to a low level. As a result, the SW overvoltage protection operation is canceled, and the switching operation of the switch output stage 110 is restored. However, as long as the FB open is not canceled, the switch output stage 110 is fully turned on again, so that the average switch voltage Vave starts to rise again like the times t1 to t2, and the same SW overvoltage protection operation as before is repeated (time). (See t4).

なお、本図では明示していないが、時刻t4以降もFBオープンが解消されずに、FBショート検出信号Sbのハイレベル期間が所定のマスク期間T1に亘って継続した場合には、FBショート保護動作(図5のステップ#12)により、半導体装置100全体がシャットダウンされる。   Although not explicitly shown in the figure, the FB short protection is performed when the high level period of the FB short detection signal Sb continues for a predetermined mask period T1 without the FB open being canceled after time t4. The entire semiconductor device 100 is shut down by the operation (step # 12 in FIG. 5).

<車両への適用>
図7は、車両Xの一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、不図示のバッテリから電源電圧の供給を受けて動作する種々の電子機器X11〜X18と、を搭載している。なお、図7における電子機器X11〜X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<Application to vehicles>
FIG. 7 is an external view showing a configuration example of the vehicle X. The vehicle X of this configuration example includes various electronic devices X11 to X18 that operate by receiving supply of power supply voltage from a battery (not shown). In addition, about the mounting position of the electronic devices X11-X18 in FIG. 7, it may differ from the actual for convenience of illustration.

電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。   The electronic device X11 is an engine control unit that performs control related to the engine (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto cruise control, and the like).

電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。   The electronic device X12 is a lamp control unit that performs on / off control such as HID [high intensity discharged lamp] and DRL [daytime running lamp].

電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。   The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.

電子機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行う制動ユニットである。   The electronic device X14 is a braking unit that performs control (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.) related to the motion of the vehicle X.

電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。   The electronic device X15 is a security control unit that performs drive control such as a door lock and a security alarm.

電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。   The electronic device X16 is an electronic device that is incorporated into the vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment and manufacturer's optional products such as wipers, electric door mirrors, power windows, dampers (shock absorbers), electric sunroofs, and electric seats. It is.

電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。   The electronic device X17 is an electronic device that is optionally mounted on the vehicle X as a user option product such as an in-vehicle A / V [audio / visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].

電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。   The electronic device X18 is an electronic device that includes a high-voltage motor such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.

なお、先に説明した半導体装置100(及びこれを用いたスイッチング電源1)は、電子機器X11〜X18のいずれにも組み込むことが可能である。   Note that the semiconductor device 100 (and the switching power supply 1 using the semiconductor device 100) described above can be incorporated in any of the electronic devices X11 to X18.

<その他の変形例>
また、上記実施形態では、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作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。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
In the above embodiment, various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above embodiment. . For example, mutual replacement of a bipolar transistor and a MOS field effect transistor and logic level inversion of various signals are arbitrary. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but is claimed. It should be understood that all changes that fall within the meaning and range equivalent to the scope of the above are included.

本明細書中に開示されている発明は、例えば、車載用の電源ICに適用することが可能である。ただし、その適用対象はこれに限定されるものではなく、他の用途に供される半導体装置にも広く適用することが可能である。   The invention disclosed in this specification can be applied to, for example, an in-vehicle power supply IC. However, the application object is not limited to this, and can be widely applied to semiconductor devices used for other purposes.

1 スイッチング電源
100 半導体装置(電源制御IC)
110 スイッチ出力段
111 出力トランジスタ(PMOSFET)
112 同期整流トランジスタ(NMOSFET)
113 インダクタ
114 キャパシタ
120 帰還電圧生成部
121、122 抵抗
130 誤差電圧生成部
131 エラーアンプ
132 抵抗
133 キャパシタ
140 制御部
150 駆動部
151、152 ドライバ
160 コンパレータ
170 コンパレータ
180 スイッチ電圧監視部
181 平均化部
181a 抵抗
181b キャパシタ
182 コンパレータ
190 放電部
191 NMOSFET
192 抵抗
X 車両
X11〜X18 電子機器
1 Switching power supply 100 Semiconductor device (power supply control IC)
110 Switch output stage 111 Output transistor (PMOSFET)
112 Synchronous Rectification Transistor (NMOSFET)
113 Inductor 114 Capacitor 120 Feedback Voltage Generating Unit 121, 122 Resistor 130 Error Voltage Generating Unit 131 Error Amplifier 132 Resistor 133 Capacitor 140 Control Unit 150 Drive Unit 151, 152 Driver 160 Comparator 170 Comparator 180 Switch Voltage Monitoring Unit 181 Averaging Unit 181a Resistance 181b Capacitor 182 Comparator 190 Discharge unit 191 NMOSFET
192 Resistance X Vehicle X11-X18 Electronic equipment

Claims (10)

出力帰還端子の端子電圧またはこれに応じた帰還電圧が所定の参照電圧と一致するようにスイッチ出力段を駆動して入力電圧から所望の出力電圧を生成する出力帰還部と、
前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の平均値が過電圧状態であるときに前記出力帰還部を介して前記スイッチ出力段を強制停止させるスイッチ電圧監視部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
An output feedback unit that generates a desired output voltage from the input voltage by driving the switch output stage so that the terminal voltage of the output feedback terminal or the feedback voltage corresponding thereto matches a predetermined reference voltage;
A switch voltage monitoring unit that forcibly stops the switch output stage via the output feedback unit when the average value of the switch voltage generated in the switch output stage is in an overvoltage state;
A semiconductor device comprising:
前記出力帰還部は、前記端子電圧または前記帰還電圧が所定値よりも低く、かつ、前記スイッチ電圧の平均値が過電圧状態であるときに、前記スイッチ出力段を強制停止させることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The output feedback unit forcibly stops the switch output stage when the terminal voltage or the feedback voltage is lower than a predetermined value and the average value of the switch voltages is in an overvoltage state. Item 14. The semiconductor device according to Item 1. 前記端子電圧または前記帰還電圧が前記所定値よりも低い状態が所定期間に亘って継続したときに装置全体をシャットダウンする機能を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。   3. The apparatus according to claim 1, further comprising a function of shutting down the entire apparatus when the terminal voltage or the feedback voltage is lower than the predetermined value for a predetermined period. Semiconductor device. 前記スイッチ電圧監視部は、
前記スイッチ電圧を平均化して平均スイッチ電圧を生成する平均化部と、
前記平均スイッチ電圧と過電圧検出閾値との比較信号を生成して前記出力帰還部に出力するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
The switch voltage monitoring unit
An averaging unit that averages the switch voltages to generate an average switch voltage;
A comparator that generates a comparison signal between the average switch voltage and the overvoltage detection threshold and outputs the comparison signal to the output feedback unit;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device includes:
前記平均化部は、抵抗とキャパシタを含むローパスフィルタであることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the averaging unit is a low-pass filter including a resistor and a capacitor. 前記ローパスフィルタの時定数は、前記平均スイッチ電圧の挙動が前記出力電圧の挙動と一致するように設定されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the time constant of the low-pass filter is set so that the behavior of the average switch voltage matches the behavior of the output voltage. 前記スイッチ出力段を強制停止させるときに前記スイッチ電圧を放電する放電部をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a discharge unit that discharges the switch voltage when the switch output stage is forcibly stopped. 前記放電部は、前記スイッチ電圧の出力端と基準電位端との間に直列接続された抵抗と放電スイッチを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the discharge unit includes a resistor and a discharge switch connected in series between an output terminal of the switch voltage and a reference potential terminal. 前記出力帰還部は、
前記端子電圧または前記帰還電圧と前記参照電圧との差分に応じた誤差電圧を生成する誤差電圧生成部と、
前記誤差電圧に応じて制御信号を生成する制御部と、
前記制御信号に応じて前記スイッチ出力段を駆動する駆動部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の半導体装置。
The output feedback unit is
An error voltage generator that generates an error voltage according to a difference between the terminal voltage or the feedback voltage and the reference voltage;
A control unit that generates a control signal according to the error voltage;
A drive unit for driving the switch output stage in response to the control signal;
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置と、
前記入力電圧から前記出力電圧を生成する前記スイッチ出力段の一部または全部と、
を有することを特徴とするスイッチング電源。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
A part or all of the switch output stage for generating the output voltage from the input voltage;
A switching power supply comprising:
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