JP2020096408A - Power source control device - Google Patents

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Abstract

To prevent sounding of a switching power source.SOLUTION: A power source control device 200 is a main control part for a switching power source 100 that generates a desired output voltage OUT from an input voltage IN by driving a switch output stage 110, and supplies the output voltage OUT to a load Z. The power source control device includes a load resistance circuit 130 that is connected to the switch output stage 110 separately from the load Z, and a control circuit 140 that, during a light load, repeatedly halts and restarts driving of the switch output stage 110 within a range in which the output voltage OUT does not become less than a target value, and adjusts a load resistance value of the load resistance circuit 130 so as to prevent a switching frequency from becoming less than a lower limit value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書中に開示されている発明は、電源制御装置に関する。 The invention disclosed in this specification relates to a power supply control device.

従来のスイッチング電源には、軽負荷時にスイッチングパルスを間引いてスイッチング損失を低減する動作モード(いわゆる軽負荷モード)を備えた機種が存在する。このような軽負荷モードでは、負荷電流に応じてスイッチング周波数が変動するので、負荷電流の量によっては、スイッチング周波数がヒトの可聴帯域(一般に20kHz以下)まで低下してしまい、入力コンデンサや出力コンデンサなどから耳障りな音(いわゆるスイッチング電源の音鳴り)を生じるおそれがあった。 2. Description of the Related Art Conventional switching power supplies include a model having an operation mode (so-called light load mode) in which switching pulses are thinned out at a light load to reduce switching loss. In such a light load mode, the switching frequency fluctuates according to the load current, so that depending on the amount of the load current, the switching frequency drops to the human audible band (generally 20 kHz or less), and the input capacitor and the output capacitor. There is a possibility that an unpleasant sound (a so-called noise of a switching power supply) may be generated.

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, Patent Document 1 can be cited.

特開2015−177722号公報JP, 2005-177722, A

スイッチング電源の音鳴りを防止する手法としては、例えば、音鳴り防止機能をオンした場合に、電源制御ICの内部に設けた負荷抵抗をスイッチ出力段に繋ぐことにより、定常的に負荷電流を増やしてスイッチング周波数を意図的に引き上げることが考えられる。しかし、このような従来手法では、負荷抵抗を繋ぐ必要のない場合(=負荷抵抗を繋がなくてもスイッチング周波数がヒトの可聴帯域に入らない場合)であっても、定常的に負荷電流が増大されるので、不必要に効率が低下してしまう。また、外付け素子の定数によって必要な負荷電流が変わるので、外付け素子の定数設定の自由度が損なわれる。 As a method for preventing the ringing of the switching power supply, for example, when the ringing prevention function is turned on, the load resistance provided inside the power supply control IC is connected to the switch output stage to constantly increase the load current. It may be possible to intentionally increase the switching frequency. However, in such a conventional method, the load current constantly increases even when it is not necessary to connect the load resistance (=when the switching frequency does not fall within the human audible band even if the load resistance is not connected). Therefore, the efficiency is unnecessarily reduced. Moreover, since the required load current changes depending on the constant of the external element, the degree of freedom in setting the constant of the external element is impaired.

また、ヒステリシス制御方式のスイッチング電源では、音鳴り防止機能をオンした場合において、前回のスイッチングタイミングから一定時間が経過した時点でスイッチ出力段の下側トランジスタをオンし、出力コンデンサに蓄えられた電荷を強制的に放電することで、スイッチング周波数の低下を抑えることが考えられる。しかしながら、このような従来手法は、あくまでヒステリシス制御方式のスイッチング電源を適用対象とするものであり、軽負荷モードを備えた電圧モード制御方式ないし電流モード制御方式のスイッチング電源にそのまま適用することができなかった。 In addition, in the switching power supply of the hysteresis control system, when the noise suppression function is turned on, the lower transistor of the switch output stage is turned on when a certain time has elapsed from the previous switching timing, and the charge stored in the output capacitor is turned on. It is possible to suppress the decrease of the switching frequency by forcibly discharging the. However, such a conventional method is intended only for the switching power supply of the hysteresis control system, and can be directly applied to the switching power supply of the voltage mode control system or the current mode control system having the light load mode. There wasn't.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、スイッチング電源の音鳴りを防止することのできる電源制御装置を提供することを主たる目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems found by the inventor of the present application, the invention disclosed in the present specification has as its main object to provide a power supply control device capable of preventing noise of a switching power supply.

本明細書中に開示されている電源制御装置は、スイッチ出力段を駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成して負荷に供給するスイッチング電源の制御主体であって、前記負荷とは別に前記スイッチ出力段に接続された負荷抵抗回路と、軽負荷時には前記出力電圧が目標値を下回らない範囲で前記スイッチ出力段の駆動停止と駆動復帰を繰り返すとともにスイッチング周波数が下限値を下回らないように前記負荷抵抗回路の負荷抵抗値を調整する制御回路と、を有する構成(第1の構成)とされている。 The power supply control device disclosed in the present specification is a control body of a switching power supply that drives a switch output stage to generate a desired output voltage from an input voltage and supplies the output voltage to a load. Separately from the load resistance circuit connected to the switch output stage, and in the range where the output voltage does not fall below the target value when the load is light, the drive output of the switch output stage is repeatedly stopped and restored and the switching frequency does not fall below the lower limit. And a control circuit for adjusting the load resistance value of the load resistance circuit (first configuration).

なお、上記第1の構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、前記スイッチング周波数が前記下限値よりも低いときに前記負荷抵抗値を引き下げ、前記スイッチング周波数が前記下限値よりも高いときに前記負荷抵抗値を引き上げる構成(第2の構成)にするとよい。 In the power supply control device having the first configuration, the control circuit lowers the load resistance value when the switching frequency is lower than the lower limit value, and when the switching frequency is higher than the lower limit value. A configuration (second configuration) for increasing the load resistance value is preferable.

また、上記第2の構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、前記スイッチ出力段に供給されるスイッチングパルスの間隔を測定して、現サイクルで前記スイッチングパルスの間隔が上限値よりも大きければ次サイクルで前記負荷抵抗値を引き下げ、現サイクルで前記スイッチングパルスの間隔が前記上限値よりも小さければ次サイクルで前記負荷抵抗値を引き上げる構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the power supply control device having the second configuration, the control circuit measures an interval of switching pulses supplied to the switch output stage, and determines that the interval of the switching pulses is larger than an upper limit value in a current cycle. For example, the load resistance value may be lowered in the next cycle, and if the interval between the switching pulses is smaller than the upper limit value in the current cycle, the load resistance value may be raised in the next cycle (third configuration).

また、上記第3の構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、mビット(ただしm≧2)の負荷抵抗制御信号を用いて前記負荷抵抗値を調整する構成(第4の構成)にするとよい。 In the power supply control device having the third configuration, the control circuit is configured to adjust the load resistance value using an m-bit (m≧2) load resistance control signal (fourth configuration). Good to do.

また、上記第4の構成から成る電源制御装置において、前記負荷抵抗回路は、前記スイッチ出力段に対してm列並列に接続されており、それぞれ、前記負荷抵抗制御信号の第1ビット〜第mビットそれぞれの論理値に応じてオン/オフされる第1列〜第m列のスイッチと、第1列〜第m列のスイッチと接地端との間に接続されており、それぞれ、2m−kR(ただしk=1、2、…、m)の抵抗値を持つ第1列〜第m列の抵抗と、を含む構成(第5の構成)にするとよい。 In the power supply control device having the fourth configuration, the load resistance circuit is connected in parallel to the switch output stage in m columns, and each of the first to mth bits of the load resistance control signal is connected. The switches are connected between the switches in the first column to the m-th column and the switches in the first column to the m-th column and the ground terminal, which are turned on/off in accordance with the logical value of each bit, and are respectively 2 m−. It is preferable to have a configuration (fifth configuration) including the resistors in the first column to the m-th column having a resistance value of k R (where k=1, 2,..., M).

また、上記第4または第5の構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、前記負荷抵抗値を引き下げるときに前記負荷抵抗制御信号をx(ただしx≧1)インクリメントし、前記負荷抵抗値を引き上げるときに前記負荷抵抗制御信号を1デクリメントする構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the power supply control device having the fourth or fifth configuration, the control circuit increments the load resistance control signal by x (where x≧1) when lowering the load resistance value, and the load resistance value is increased. It is preferable that the load resistance control signal be decremented by 1 when the voltage is pulled up (sixth configuration).

また、上記第6の構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、前記スイッチ出力段の駆動復帰時にy発(ただし1<y≦x)の前記スイッチングパルスを出力する構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the power supply control device having the sixth configuration, the control circuit outputs the switching pulse of y generation (where 1<y≦x) when the switch output stage is returned to the drive state (seventh configuration). ) Is recommended.

また、上記の第1〜第7いずれかの構成から成る電源制御装置において、前記制御回路は、記憶部に格納されたイネーブル信号に基づいて前記負荷抵抗値の調整動作を行うか否かを決定する構成(第8の構成)にするとよい。 Further, in the power supply control device having any one of the above first to seventh configurations, the control circuit determines whether to perform the load resistance value adjusting operation based on an enable signal stored in a storage unit. The configuration (8th configuration) is preferable.

また、上記第1〜第8いずれかの構成から成る電源制御装置は、半導体装置に集積化されている構成(第9の構成)にするとよい。 Further, the power supply control device having any one of the first to eighth configurations may be integrated in a semiconductor device (ninth configuration).

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電源制御装置を有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the switching power supply disclosed in this specification is configured to have a power supply control device having any one of the above first to ninth configurations (tenth configuration).

本明細書中に開示されている発明によれば、スイッチング電源の音鳴りを防止することのできる電源制御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 power supply control device capable of preventing the switching power supply from ringing.

スイッチング電源の第1実施形態を示す図The figure which shows 1st Embodiment of a switching power supply. 制御回路の一構成例を示す図The figure which shows one structural example of the control circuit 負荷抵抗回路の一構成例を示す図The figure which shows one structural example of a load resistance circuit. 負荷抵抗制御信号とスイッチ状態及び負荷抵抗値との関係を示す図The figure which shows the relationship between a load resistance control signal, a switch state, and a load resistance value. 負荷抵抗制御信号と負荷抵抗値との関係を示す図Diagram showing the relationship between the load resistance control signal and the load resistance value ロジック回路の一構成例を示す図Diagram showing an example of the configuration of a logic circuit 負荷抵抗調整動作の第1例を示す図The figure which shows the 1st example of load resistance adjustment operation 負荷抵抗調整動作の第2例を示す図The figure which shows the 2nd example of load resistance adjustment operation. スイッチング電源の第2実施形態を示す図The figure which shows 2nd Embodiment of switching power supply.

<スイッチング電源(第1実施形態)>
図1は、スイッチング電源の第1実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源100は、入力電圧INから所望の出力電圧OUTを生成して負荷Zに供給するDC/DCコンバータであり、スイッチ出力段110と、帰還電圧生成回路120と、負荷抵抗回路130と、制御回路140と、を有する。
<Switching power supply (first embodiment)>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a switching power supply. The switching power supply 100 of this embodiment is a DC/DC converter that generates a desired output voltage OUT from an input voltage IN and supplies it to a load Z, and includes a switch output stage 110, a feedback voltage generation circuit 120, and a load resistance circuit. It has 130 and a control circuit 140.

上記の構成要素は、スイッチ出力段110に含まれる一部の構成要素(本図ではインダクタ113とコンデンサ114及び115)を除き、スイッチング電源100の制御主体となる半導体装置200(いわゆる電源制御IC)に集積化するとよい。なお、半導体装置200には、上記以外にも任意の構成要素(各種保護回路など)を適宜組み込むことが可能である。 The above-described constituent elements are the semiconductor device 200 (so-called power supply control IC) that is the main controlling body of the switching power supply 100, except for some constituent elements (the inductor 113 and the capacitors 114 and 115 in this figure) included in the switch output stage 110. Should be integrated into. In addition to the components described above, the semiconductor device 200 may include any constituent element (such as various protection circuits) as appropriate.

また、半導体装置200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T1〜T3を備えている。 Further, the semiconductor device 200 includes a plurality of external terminals T1 to T3 as means for establishing an electrical connection with the outside of the device.

スイッチ出力段110は、ハーフブリッジを形成するように接続された上側スイッチと下側スイッチをオン/オフすることによりインダクタ電流ILを駆動して入力電圧INから所望の出力電圧OUTを生成する降圧型のスイッチ出力段であり、出力トランジスタ111と、同期整流トランジスタ112と、インダクタ113と、コンデンサ114及び115を含む。 The switch output stage 110 is a step-down type that drives an inductor current IL by turning on/off an upper switch and a lower switch that are connected so as to form a half bridge to generate a desired output voltage OUT from an input voltage IN. The switch output stage includes an output transistor 111, a synchronous rectification transistor 112, an inductor 113, and capacitors 114 and 115.

出力トランジスタ111は、スイッチ出力段110の上側スイッチとして機能するNMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor]である。半導体装置200の内部において、出力トランジスタ111のドレインは、外部端子T1(=入力電圧INの印加端)に接続されている。出力トランジスタ111のソースは、外部端子T2(=スイッチ電圧SWの印加端)に接続されている。出力トランジスタ111のゲートは、上側ゲート信号G1の印加端に接続されている。出力トランジスタ111は、上側ゲート信号G1がハイレベルであるときにオンし、上側ゲート信号G1がローレベルであるときにオフする。出力トランジスタ111としてNMOSFETを用いる場合、上側ゲート信号G1のハイレベルを入力電圧INよりも高い電圧値まで引き上げるためのブートストラップ回路やチャージポンプ回路(本図では不図示)が必要となる。 The output transistor 111 is an NMOSFET [N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor] that functions as an upper switch of the switch output stage 110. Inside the semiconductor device 200, the drain of the output transistor 111 is connected to the external terminal T1 (=application terminal of the input voltage IN). The source of the output transistor 111 is connected to the external terminal T2 (=application end of the switch voltage SW). The gate of the output transistor 111 is connected to the application terminal of the upper gate signal G1. The output transistor 111 is turned on when the upper gate signal G1 is at high level, and is turned off when the upper gate signal G1 is at low level. When an NMOSFET is used as the output transistor 111, a bootstrap circuit or a charge pump circuit (not shown in the figure) for raising the high level of the upper gate signal G1 to a voltage value higher than the input voltage IN is required.

同期整流トランジスタ112は、スイッチ出力段110の下側スイッチとして機能するNMOSFETである。半導体装置200の内部において、同期整流トランジスタ112のドレインは、外部端子T2(=スイッチ電圧SWの印加端)に接続されている。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)に接続されている。同期整流トランジスタ112のゲートは、下側ゲート信号G2の印加端に接続されている。同期整流トランジスタ112は、下側ゲート信号G2がハイレベルであるときにオンし、下側ゲート信号G2がローレベルであるときにオフする。 The synchronous rectification transistor 112 is an NMOSFET that functions as a lower switch of the switch output stage 110. Inside the semiconductor device 200, the drain of the synchronous rectification transistor 112 is connected to the external terminal T2 (=application end of the switch voltage SW). The source of the synchronous rectification transistor 112 is connected to the ground terminal (=application terminal of the ground voltage GND). The gate of the synchronous rectification transistor 112 is connected to the application end of the lower gate signal G2. The synchronous rectification transistor 112 turns on when the lower gate signal G2 is at a high level, and turns off when the lower gate signal G2 is at a low level.

インダクタ113とコンデンサ114及び115は、半導体装置200に外付けされるディスクリート部品である。コンデンサ114の第1端は、半導体装置200の外部端子T1に接続されている。コンデンサ114の第2端は、接地端に接続されている。インダクタ113の第1端は、半導体装置200の外部端子T2に接続されている。インダクタ113の第2端とコンデンサ115の第1端は、出力電圧OUTの印加端と半導体装置200の外部端子T3に接続されている。コンデンサ115の第2端は、接地端に接続されている。なお、コンデンサ114は、入力電圧INを平滑するための入力コンデンサとして機能する。また、インダクタ113とコンデンサ115は、スイッチ電圧SWを整流及び平滑して出力電圧OUTを生成するLCフィルタとして機能する。 The inductor 113 and the capacitors 114 and 115 are discrete components externally attached to the semiconductor device 200. The first end of the capacitor 114 is connected to the external terminal T1 of the semiconductor device 200. The second end of the capacitor 114 is connected to the ground end. The first end of the inductor 113 is connected to the external terminal T2 of the semiconductor device 200. The second end of the inductor 113 and the first end of the capacitor 115 are connected to the application end of the output voltage OUT and the external terminal T3 of the semiconductor device 200. The second end of the capacitor 115 is connected to the ground end. The capacitor 114 functions as an input capacitor for smoothing the input voltage IN. Further, the inductor 113 and the capacitor 115 function as an LC filter that rectifies and smoothes the switch voltage SW to generate the output voltage OUT.

出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112は、基本的に、上側ゲート信号G1と下側ゲート信号G2に応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、インダクタ113の第1端には、入力電圧IN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SWが生成される。上記した「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ものとして理解すべきである。また、軽負荷時には、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てスイッチ出力段110の駆動が一時的に停止され得る(詳細は後述)。 The output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are basically turned on/off complementarily according to the upper gate signal G1 and the lower gate signal G2. By such an on/off operation, a rectangular wave switch voltage SW pulse-driven between the input voltage IN and the ground voltage GND is generated at the first end of the inductor 113. The word "complementary" described above is provided not only when the on/off states of the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are completely reversed, but also when the both transistors are simultaneously turned off (dead time). It should be understood as including cases. Further, when the load is light, both the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 may be turned off, and the driving of the switch output stage 110 may be temporarily stopped (details will be described later).

なお、スイッチ出力段110の出力形式については、上記の降圧型に限らず、昇圧型、昇降圧型、並びに、反転型のいずれであっても構わない。また、スイッチ出力段110の整流方式についても、上記の同期整流方式に限らず、下側スイッチとして整流ダイオードを用いたダイオード整流方式を採用してもよい。 The output format of the switch output stage 110 is not limited to the step-down type described above, but may be a step-up type, a step-up/down type, or an inversion type. Also, the rectification method of the switch output stage 110 is not limited to the synchronous rectification method described above, and a diode rectification method using a rectification diode as the lower switch may be adopted.

また、出力トランジスタ111をPMOSFETに置換することもできる。その場合には、先述のブートストラップ回路やチャージポンプ回路が不要となる。 Further, the output transistor 111 can be replaced with a PMOSFET. In that case, the above-mentioned bootstrap circuit and charge pump circuit are unnecessary.

また、出力トランジスタ111及び同期整流トランジスタ112を半導体装置200に外付けすることも可能である。その場合には、外部端子T2に代えて、上側ゲート信号G1と下側ゲート信号G2をそれぞれ装置外部に出力するための外部端子が必要となる。 Further, the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 can be externally attached to the semiconductor device 200. In that case, instead of the external terminal T2, an external terminal for outputting the upper gate signal G1 and the lower gate signal G2 to the outside of the device is required.

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]、及び、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。 When a high voltage is applied to the switch output stage 110, a high withstand voltage element such as a power MOSFET, an IGBT [insulated gate bipolar transistor], or a SiC transistor is used as the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112. Good.

帰還電圧生成回路120は、外部端子T3(=出力電圧OUTの印加端)と接地端との間に直列接続された抵抗121及び122を含み、両抵抗間の接続ノードから出力電圧OUTに応じた帰還電圧FB(=出力電圧OUTの分圧電圧)を出力する。 The feedback voltage generation circuit 120 includes resistors 121 and 122 connected in series between an external terminal T3 (=application end of the output voltage OUT) and a ground end, and responds to the output voltage OUT from a connection node between the both resistors. The feedback voltage FB (=the divided voltage of the output voltage OUT) is output.

なお、出力電圧OUTが制御回路140の入力ダイナミックレンジに収まっている場合には、帰還電圧生成回路120を省略し、出力電圧OUTそのものを帰還電圧FBとして制御回路140に直接入力してもよい。 If the output voltage OUT is within the input dynamic range of the control circuit 140, the feedback voltage generation circuit 120 may be omitted and the output voltage OUT itself may be directly input to the control circuit 140 as the feedback voltage FB.

負荷抵抗回路130は、静音軽負荷モード(QLLM[quiet light load mode]、詳細は後述)を実現するために導入された回路ブロックであり、負荷Zとは別にスイッチ出力段110に接続されている。具体的に述べると、負荷抵抗回路130は、半導体装置200の内部において、外部端子T3と接地端との間に接続されている。負荷抵抗回路130の負荷抵抗値Rtotalは、mビット(ただしm≧2)の負荷抵抗制御信号QLLMに応じて調整される。負荷抵抗値Rtotalが小さいほどコンデンサ115の放電電流IDが大きくなるので、出力電圧OUTの低下が急峻となる。逆に、負荷抵抗値Rtotalが大きいほど放電電流IDが小さくなるので、出力電圧OUTの低下が緩慢となる。 The load resistance circuit 130 is a circuit block introduced to realize a quiet light load mode (QLLM [quiet light load mode], details will be described later), and is connected to the switch output stage 110 separately from the load Z. .. Specifically, the load resistance circuit 130 is connected between the external terminal T3 and the ground terminal inside the semiconductor device 200. The load resistance value Rtotal of the load resistance circuit 130 is adjusted according to the m-bit (where m≧2) load resistance control signal QLLM. Since the discharge current ID of the capacitor 115 increases as the load resistance value Rtotal decreases, the output voltage OUT drops sharply. On the contrary, since the discharge current ID decreases as the load resistance value Rtotal increases, the output voltage OUT slows down.

制御回路140は、基本的な出力帰還制御として、帰還電圧FBが所定の目標値(後出の基準電圧REF)と一致するように、上側ゲート信号G1及び下側ゲート信号G2のパルス幅変調制御(PWM[pulse width modulation]制御)を行う。 As a basic output feedback control, the control circuit 140 performs pulse width modulation control of the upper gate signal G1 and the lower gate signal G2 so that the feedback voltage FB matches a predetermined target value (reference voltage REF described later). (PWM [pulse width modulation] control) is performed.

また、制御回路140は、軽負荷時には出力電圧OUTが目標値を下回らない範囲で、スイッチ出力段110の駆動停止と駆動復帰を繰り返すことにより、スイッチング損失を低減する軽負荷モード(PFM[pulse frequency modulation]モード)も備えている。 In addition, the control circuit 140 repeats driving stoppage and driving recovery of the switch output stage 110 within a range in which the output voltage OUT does not fall below the target value during light load, thereby reducing switching loss in a light load mode (PFM [pulse frequency]. modulation] mode).

さらに、制御回路140は、先述の静音軽負荷モードを実現するために、軽負荷モードでもスイッチング周波数Fswが下限値FswL(=スイッチング電源100の音鳴りを生じない周波数であり、例えば、ヒトの可聴帯域よりも高い21〜25kHz程度)を下回らないように、負荷抵抗制御信号QLLMを用いて負荷抵抗回路130の負荷抵抗値Rtotalを動的に調整する機能を備えている(詳細は後述)。 Further, in order to realize the silent light load mode described above, the control circuit 140 sets the switching frequency Fsw to the lower limit value FswL (=the frequency at which the switching power supply 100 does not make a noise even in the light load mode, for example, human audible). It has a function of dynamically adjusting the load resistance value Rtotal of the load resistance circuit 130 by using the load resistance control signal QLLM so as not to fall below 21 to 25 kHz (higher than the band) (details will be described later).

<制御回路>
図2は、制御回路140の一構成例を示す図である。本構成例の制御回路140は、基準電圧生成回路141と、エラーアンプ142と、ランプ信号生成回路143と、オシレータ144と、コンパレータ145と、ロジック回路146と、駆動回路147を含む。
<Control circuit>
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the control circuit 140. The control circuit 140 of this configuration example includes a reference voltage generation circuit 141, an error amplifier 142, a ramp signal generation circuit 143, an oscillator 144, a comparator 145, a logic circuit 146, and a drive circuit 147.

基準電圧生成回路141は、出力電圧OUTの目標値を設定するための基準電圧REFを生成する。なお、基準電圧生成回路141としては、デジタルの基準電圧設定信号をアナログの基準電圧REFに変換するDAC[digital-to-analog converter]を用いるとよい。このような構成であれば、上記の基準電圧設定信号を用いて、起動時のソフトスタート動作を実現したり、出力電圧OUTを調整したりすることが可能となる。 The reference voltage generation circuit 141 generates a reference voltage REF for setting the target value of the output voltage OUT. As the reference voltage generation circuit 141, a DAC [digital-to-analog converter] that converts a digital reference voltage setting signal into an analog reference voltage REF may be used. With such a configuration, it is possible to realize the soft start operation at the time of startup and adjust the output voltage OUT by using the reference voltage setting signal.

エラーアンプ142は、反転入力端(−)に印加される帰還電圧FBと、非反転入力端(+)に印加される基準電圧REFとの差分に応じた誤差信号ERRを生成する。誤差信号ERRは、帰還電圧FBが基準電圧REFよりも低いときに上昇し、帰還電圧FBが基準電圧REFよりも高いときに低下する。 The error amplifier 142 generates an error signal ERR according to the difference between the feedback voltage FB applied to the inverting input terminal (−) and the reference voltage REF applied to the non-inverting input terminal (+). The error signal ERR increases when the feedback voltage FB is lower than the reference voltage REF, and decreases when the feedback voltage FB is higher than the reference voltage REF.

ランプ信号生成回路143は、出力トランジスタ111のオン期間Tonに上昇する三角波状、鋸波状、若しくは、n次スロープ波状(例えばn=2)のランプ信号RAMPを生成する。なお、ランプ信号RAMPは、例えば、出力トランジスタ111のオンタイミングでゼロ値から上昇を開始し、出力トランジスタ111のオフタイミングでゼロ値にリセットされる。また、インダクタ電流ILに応じた電流センス信号をランプ信号RAMPに足し合わせることにより、電流モード制御方式の出力帰還制御を行うこともできる。 The ramp signal generation circuit 143 generates a ramp signal RAMP having a triangular waveform, a sawtooth waveform, or an nth-order slope waveform (for example, n=2) that rises during the ON period Ton of the output transistor 111. The ramp signal RAMP starts rising from a zero value when the output transistor 111 turns on, and is reset to a zero value when the output transistor 111 turns off. Further, by adding the current sense signal corresponding to the inductor current IL to the ramp signal RAMP, output feedback control of the current mode control method can be performed.

オシレータ144は、所定周波数でパルス駆動されるオン信号ON(=クロック信号)を生成する。 The oscillator 144 generates an ON signal ON (=clock signal) which is pulse-driven at a predetermined frequency.

コンパレータ145は、非反転入力端(+)に印加される誤差信号ERRと、反転入力端(−)に印加されるランプ信号RAMPを比較してオフ信号OFFを生成する。なお、オフ信号OFFは、ランプ信号RAMPが誤差信号ERRよりも低いときにハイレベルとなり、ランプ信号RAMPが誤差信号ERRよりも高いときにローレベルとなる。すなわち、オフ信号OFFのパルス生成タイミングは、誤差信号ERRが高いほど遅くなり、誤差信号ERRが低いほど早くなる。 The comparator 145 compares the error signal ERR applied to the non-inverting input terminal (+) with the ramp signal RAMP applied to the inverting input terminal (-) to generate an off signal OFF. The off signal OFF has a high level when the ramp signal RAMP is lower than the error signal ERR, and has a low level when the ramp signal RAMP is higher than the error signal ERR. That is, the pulse generation timing of the OFF signal OFF becomes slower as the error signal ERR becomes higher, and becomes earlier as the error signal ERR becomes lower.

ロジック回路146は、基本的に、オン信号ONとオフ信号OFFに応じて上側制御信号S1と下側制御信号S2を生成する。より具体的に述べると、ロジック回路146は、オン信号ONにパルスが生成されたときに、上側制御信号S1をハイレベルに立ち上げて下側制御信号S2をローレベルに立ち下げる。その結果、出力トランジスタ111がオンして同期整流トランジスタ112がオフするので、スイッチ電圧SWがハイレベル(≒VIN)に立ち上がる。一方、ロジック回路146は、オフ信号OFFにパルスが生成されたときに、上側制御信号S1をローレベルに立ち下げて、下側制御信号S2をハイレベルに立ち上げる。その結果、出力トランジスタ111がオフして同期整流トランジスタ112がオンするので、スイッチ電圧SWがローレベル(≒GND)に立ち下がる。 The logic circuit 146 basically generates the upper control signal S1 and the lower control signal S2 according to the ON signal ON and the OFF signal OFF. More specifically, the logic circuit 146 raises the upper control signal S1 to the high level and lowers the lower control signal S2 to the low level when a pulse is generated in the ON signal ON. As a result, the output transistor 111 is turned on and the synchronous rectification transistor 112 is turned off, so that the switch voltage SW rises to a high level (≈VIN). On the other hand, the logic circuit 146 lowers the upper control signal S1 to the low level and raises the lower control signal S2 to the high level when a pulse is generated in the off signal OFF. As a result, the output transistor 111 is turned off and the synchronous rectification transistor 112 is turned on, so that the switch voltage SW falls to a low level (≈GND).

従って、出力トランジスタ111のオン期間Ton(=スイッチ電圧SWのハイレベル期間)は、オフ信号OFFのパルス生成タイミングが遅いほど長くなり、オフ信号OFFのパルス生成タイミングが早いほど短くなるようにPWM制御される。すなわち、出力トランジスタ111のオンデューティD(=一周期に占めるオン期間Tonの割合)は、誤差信号ERRが高いほど大きくなり、誤差信号ERRが低いほど小さくなる。 Therefore, the ON control period Ton (=high level period of the switch voltage SW) of the output transistor 111 becomes longer as the OFF signal OFF pulse generation timing becomes longer, and becomes shorter as the OFF signal OFF pulse generation timing becomes shorter. To be done. That is, the on-duty D of the output transistor 111 (=the ratio of the on-period Ton in one cycle) increases as the error signal ERR increases, and decreases as the error signal ERR decreases.

また、ロジック回路146は、先述の軽負荷モード(PFMモード)において、スイッチ出力段110の駆動停止と駆動復帰を繰り返す際に、スイッチング周波数Fswが下限値FswL(例えば21〜25kHz)を下回らないように、負荷抵抗制御信号QLLMを生成する機能を備えている。 In the light load mode (PFM mode) described above, the logic circuit 146 prevents the switching frequency Fsw from falling below the lower limit value FswL (for example, 21 to 25 kHz) when the drive output of the switch output stage 110 is repeatedly stopped and restored. In addition, it has a function of generating the load resistance control signal QLLM.

より具体的に述べると、ロジック回路146は、スイッチング周波数Fswが下限値FswLよりも低いときに負荷抵抗値Rtotalを引き下げ、スイッチング周波数Fswが下限値FswLよりも高いときに負荷抵抗値Rtotalを引き上げるように、負荷抵抗制御信号QLLMのデジタル信号値を決定する(詳細は後述)。 More specifically, the logic circuit 146 lowers the load resistance value Rtotal when the switching frequency Fsw is lower than the lower limit value FswL, and raises the load resistance value Rtotal when the switching frequency Fsw is higher than the lower limit value FswL. First, the digital signal value of the load resistance control signal QLLM is determined (details will be described later).

駆動回路147は、上側制御信号S1の入力を受け付けて上側ゲート信号G1を生成する上側ドライバ147aと、下側制御信号S2の入力を受け付けて下側ゲート信号G2を生成する下側ドライバ147bを含む。なお、上側ドライバ147a及び下側ドライバ147bとしては、それぞれ、バッファやインバータを用いることができる。 The drive circuit 147 includes an upper driver 147a that receives an input of the upper control signal S1 and generates an upper gate signal G1, and a lower driver 147b that receives an input of the lower control signal S2 and generates a lower gate signal G2. .. A buffer or an inverter can be used as each of the upper driver 147a and the lower driver 147b.

<負荷抵抗回路>
図3は、負荷抵抗回路130の一構成例を示す図である。本図の負荷回路130は、スイッチ131(1)〜131(m)と、抵抗132(1)〜132(m)を含む。
<Load resistance circuit>
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the load resistance circuit 130. The load circuit 130 in this figure includes switches 131(1) to 131(m) and resistors 132(1) to 132(m).

スイッチ131(1)〜131(m)それぞれの第1端は、いずれも、外部端子T3に接続されている。スイッチ131(1)〜131(m)それぞれの第2端は、それぞれ、抵抗132(1)〜132(m)それぞれの第1端に接続されている。抵抗132(1)〜132(m)それぞれの第2端は、いずれも、接地端に接続されている。 The first ends of the switches 131(1) to 131(m) are all connected to the external terminal T3. The second ends of the switches 131(1) to 131(m) are connected to the first ends of the resistors 132(1) to 132(m), respectively. The second ends of the resistors 132(1) to 132(m) are all connected to the ground end.

なお、スイッチ131(1)〜131(m)は、外部端子T3(延いてはスイッチ出力段110の出力端)に対してm列並列に接続されており、それぞれ、負荷抵抗制御信号QLLMの第1ビット(LSB[least significant bit])〜第mビット(MSB[most significant bit])それぞれの論理値に応じてオン/オフされる第1列〜第m列のスイッチに相当する。 The switches 131(1) to 131(m) are connected in parallel to the external terminal T3 (and by extension, the output end of the switch output stage 110) in m columns, and each of them is connected to the load resistance control signal QLLM. The switches correspond to the switches in the first column to the m-th column that are turned on/off according to the respective logical values of 1 bit (LSB [least significant bit]) to m-th bit (MSB [most significant bit]).

また、抵抗132(1)〜132(m)は、スイッチ131(1)〜131(m)と接地端との間に接続されており、それぞれ、2m−kR(ただしk=1、2、…、m)の抵抗値を持つ第1列〜第m列の抵抗に相当する。例えば、4ビットの負荷抵抗制御信号QLLM[3:0]に対応して、抵抗132(1)〜132(4)を設ける場合、それぞれの抵抗値としては、8R(=24−1R)、4R(=24−2R)、2R(=24−3R)、及び、R(24−4R)に設定すればよい。 Further, the resistors 132(1) to 132(m) are connected between the switches 131(1) to 131(m) and the ground terminal, and are respectively 2 m−k R (where k=1 and 2). ,..., M) corresponding to the resistances of the first column to the m-th column. For example, when the resistors 132(1) to 132(4) are provided corresponding to the 4-bit load resistance control signal QLLM[3:0], the respective resistance values are 8R (=2 4-1 R). 4R(=2 4−2 R), 2R(=2 4−3 R), and R(2 4−4 R).

図4は、負荷抵抗制御信号QLLM[3:0]のデジタル信号値(0d〜15d)と、スイッチ131(1)〜(4)それぞれのオン/オフ状態及び負荷抵抗値Rtotalとの関係を示す図である。 FIG. 4 shows the relationship between the digital signal values (0d to 15d) of the load resistance control signal QLLM [3:0], the on/off states of the switches 131(1) to (4), and the load resistance value Rtotal. It is a figure.

QLLM=0d(0000b)である場合、スイッチ131(1)〜131(4)がいずれもオフする。従って、外部端子T3と接地端との間が遮断される。その結果、Rtotal=∞となる。 When QLLM=0d (0000b), all the switches 131(1) to 131(4) are turned off. Therefore, the connection between the external terminal T3 and the ground terminal is cut off. As a result, Rtotal=∞.

QLLM=1d(0001b)である場合、スイッチ131(1)がオンして、スイッチ131(2)、131(3)及び131(4)がいずれもオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)だけが接続される。その結果、Rtotal=8Rとなる。 When QLLM=1d (0001b), the switch 131(1) is turned on and all the switches 131(2), 131(3) and 131(4) are turned off. Therefore, only the resistor 132(1) is connected between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R.

QLLM=2d(0010b)である場合、スイッチ131(2)がオンして、スイッチ131(1)、131(3)及び131(4)がいずれもオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(2)だけが接続される。その結果、Rtotal=4Rとなる。 When QLLM=2d (0010b), the switch 131(2) is turned on and all the switches 131(1), 131(3) and 131(4) are turned off. Therefore, only the resistor 132(2) is connected between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=4R.

QLLM=3d(0011b)である場合、スイッチ131(1)及び131(2)がオンして、スイッチ131(3)及び131(4)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)及び132(2)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/3(≒2.7R)となる。 When QLLM=3d (0011b), the switches 131(1) and 131(2) are turned on and the switches 131(3) and 131(4) are turned off. Therefore, the resistors 132(1) and 132(2) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/3 (≈2.7R).

QLLM=4d(0100b)である場合、スイッチ131(3)がオンして、スイッチ131(1)、131(2)及び131(4)がいずれもオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(3)だけが接続される。その結果、Rtotal=2Rとなる。 When QLLM=4d (0100b), the switch 131(3) is turned on and all the switches 131(1), 131(2) and 131(4) are turned off. Therefore, only the resistor 132(3) is connected between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=2R.

QLLM=5d(0101b)である場合、スイッチ131(1)及び131(3)がオンして、スイッチ131(2)及び131(4)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)及び132(3)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/5(≒1.6R)となる。 When QLLM=5d (0101b), the switches 131(1) and 131(3) are turned on and the switches 131(2) and 131(4) are turned off. Therefore, the resistors 132(1) and 132(3) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/5 (≈1.6R).

QLLM=6d(0110b)である場合、スイッチ131(2)及び131(3)がオンして、スイッチ131(1)及び131(4)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(2)及び132(3)が並列接続される。その結果、Rtotal=4R/3(≒1.3R)となる。 When QLLM=6d (0110b), the switches 131(2) and 131(3) are turned on and the switches 131(1) and 131(4) are turned off. Therefore, the resistors 132(2) and 132(3) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=4R/3 (≈1.3R).

QLLM=7d(0111b)である場合、スイッチ131(1)、131(2)及び131(3)がオンして、スイッチ131(4)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)、132(2)及び132(3)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/7(≒1.1R)となる。 When QLLM=7d (0111b), the switches 131(1), 131(2) and 131(3) are turned on and the switch 131(4) is turned off. Therefore, the resistors 132(1), 132(2) and 132(3) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/7 (≈1.1R).

QLLM=8d(1000b)である場合、スイッチ131(4)がオンして、スイッチ131(1)、131(2)及び131(3)がいずれもオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(4)だけが接続される。その結果、Rtotal=Rとなる。 When QLLM=8d (1000b), the switch 131(4) is turned on and all the switches 131(1), 131(2) and 131(3) are turned off. Therefore, only the resistor 132(4) is connected between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=R.

QLLM=9d(1001b)である場合、スイッチ131(1)及び131(4)がオンして、スイッチ131(2)及び131(3)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)及び132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/9(≒0.9R)となる。 When QLLM=9d (1001b), the switches 131(1) and 131(4) are turned on and the switches 131(2) and 131(3) are turned off. Therefore, the resistors 132(1) and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/9 (≈0.9R).

QLLM=10d(1010b)である場合、スイッチ131(2)及び131(4)がオンして、スイッチ131(1)及び131(3)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(2)及び132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=4R/5(≒0.8R)となる。 When QLLM=10d (1010b), the switches 131(2) and 131(4) are turned on and the switches 131(1) and 131(3) are turned off. Therefore, the resistors 132(2) and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=4R/5 (≈0.8R).

QLLM=11d(1011b)である場合、スイッチ131(1)、131(2)及び131(4)がオンして、スイッチ131(3)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)、132(2)、及び、132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/11(≒0.7R)となる。 When QLLM=11d (1011b), the switches 131(1), 131(2) and 131(4) are turned on and the switch 131(3) is turned off. Therefore, the resistors 132(1), 132(2), and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/11 (≈0.7R).

QLLM=12d(1100b)である場合、スイッチ131(3)及び131(4)がオンして、スイッチ131(1)及び131(2)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(3)及び132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=2R/3(≒0.67R)となる。 When QLLM=12d (1100b), the switches 131(3) and 131(4) are turned on and the switches 131(1) and 131(2) are turned off. Therefore, the resistors 132(3) and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=2R/3 (≈0.67R).

QLLM=13d(1101b)である場合、スイッチ131(1)、131(3)及び131(4)がオンして、スイッチ131(2)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)、132(3)、及び、132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/13(≒0.61R)となる。 When QLLM=13d (1101b), the switches 131(1), 131(3) and 131(4) are turned on and the switch 131(2) is turned off. Therefore, the resistors 132(1), 132(3), and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/13 (≈0.61R).

QLLM=14d(1110b)である場合、スイッチ131(2)、131(3)及び131(4)がオンして、スイッチ131(1)がオフする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(2)、132(3)、及び、132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=4R/7(≒0.57R)となる。 When QLLM=14d (1110b), the switches 131(2), 131(3) and 131(4) are turned on and the switch 131(1) is turned off. Therefore, the resistors 132(2), 132(3), and 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=4R/7 (≈0.57R).

QLLM=15d(1111b)である場合、スイッチ131(1)〜131(4)がオンする。従って、外部端子T3と接地端との間には、抵抗132(1)〜132(4)が並列接続される。その結果、Rtotal=8R/15(≒0.53R)となる。 When QLLM=15d (1111b), the switches 131(1) to 131(4) are turned on. Therefore, the resistors 132(1) to 132(4) are connected in parallel between the external terminal T3 and the ground terminal. As a result, Rtotal=8R/15 (≈0.53R).

図5は、負荷抵抗制御信号QLLM[3:0]のデジタル信号値(0d〜15d)と負荷抵抗値Rtotalとの関係を示す図である。本図で示すように、負荷抵抗値Rtotalは、負荷抵抗制御信号QLLMのデジタル信号値と反比例の関係にある(Rtotal=8R/QLLM)。すなわち、負荷抵抗制御信号QLLMをインクリメントすると負荷抵抗値Rtotalが小さくなり、逆に、負荷抵抗制御信号QLLMをデクリメントすると負荷抵抗値Rtotalが大きくなる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the digital signal value (0d to 15d) of the load resistance control signal QLLM [3:0] and the load resistance value Rtotal. As shown in the figure, the load resistance value Rtotal is in inverse proportion to the digital signal value of the load resistance control signal QLLM (Rtotal=8R/QLLM). That is, when the load resistance control signal QLLM is incremented, the load resistance value Rtotal becomes smaller, and conversely, when the load resistance control signal QLLM is decremented, the load resistance value Rtotal becomes larger.

<ロジック回路>
図6は、ロジック回路146の一構成例を示す図である。本構成例のロジック回路146は、パルス生成部146aと、カウンタ146bと、負荷抵抗調整部146cを含む。
<Logic circuit>
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the logic circuit 146. The logic circuit 146 of this configuration example includes a pulse generation unit 146a, a counter 146b, and a load resistance adjustment unit 146c.

パルス生成部146aは、基本的に、オン信号ONとオフ信号OFFに応じて上側制御信号S1と下側制御信号S2を生成することにより、出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112を相補的にオン/オフする。 The pulse generator 146a basically generates the upper control signal S1 and the lower control signal S2 in response to the ON signal ON and the OFF signal OFF, thereby complementarily turning on/off the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112. Turn off.

ただし、スイッチング電源100が軽負荷モードに移行すると、パルス生成部146aは、上側制御信号S1と下側制御信号S2をいずれもローレベルとする場合がある。この場合、出力トランジスタ111と同期整流トランジスタ112の双方がオフされるので、スイッチ出力段110が駆動停止状態(=外部端子T2がハイインピーダンスとされた状態)となる。 However, when the switching power supply 100 shifts to the light load mode, the pulse generation unit 146a may set both the upper control signal S1 and the lower control signal S2 to the low level. In this case, since both the output transistor 111 and the synchronous rectification transistor 112 are turned off, the switch output stage 110 is in the drive stopped state (=the state in which the external terminal T2 is in high impedance).

なお、軽負荷モードへの移行については、例えば、出力電圧OUTが目標値よりも高くなり、帰還電圧FBが軽負荷移行電圧(=α×VREF、ただしα>1)を上回ったときに、通常モード(PWMモード)から軽負荷モード(PFMモード)に移行するとよい。 Regarding the transition to the light load mode, for example, when the output voltage OUT becomes higher than the target value and the feedback voltage FB exceeds the light load transition voltage (=α×VREF, where α>1), It is advisable to shift from the mode (PWM mode) to the light load mode (PFM mode).

また、軽負荷モードからの復帰については、例えば、出力電圧OUTが目標値の近傍まで低下し、帰還電圧FBが軽負荷解除電圧(=β×VREF、ただし1<β<α)を下回ったときに、軽負荷モードから通常モードに復帰するとよい。 In addition, as for the recovery from the light load mode, for example, when the output voltage OUT drops near the target value and the feedback voltage FB falls below the light load release voltage (=β×VREF, where 1<β<α). Moreover, it is good to return from the light load mode to the normal mode.

もちろん、軽負荷モードの移行/復帰条件は、何ら上記に限定されるものではなく、例えば、誤差信号ERRがランプ信号RAMPのDCオフセット値を下回っているか否かを検出してもよいし、或いは、オフ信号OFFが所定期間に亘ってローレベルに固定されているか否かを検出してもよい。 Of course, the transition condition/return condition of the light load mode is not limited to the above. For example, it may be detected whether the error signal ERR is below the DC offset value of the ramp signal RAMP, or Alternatively, it may be detected whether or not the off signal OFF is fixed to the low level for a predetermined period.

カウンタ146bは、上側制御信号S1(=スイッチ出力段110に供給されるスイッチングパルスに相当)のパルス間隔を測定し、その測定結果をカウント出力値CNTOとして出力する。具体的に述べると、カウント出力値CNTOは、ロジッククロック信号CLKのパルスでインクリメントされ、上側制御信号S1のパルスでリセットされる。 The counter 146b measures the pulse interval of the upper control signal S1 (=corresponding to the switching pulse supplied to the switch output stage 110) and outputs the measurement result as the count output value CNTO. More specifically, the count output value CNTO is incremented by the pulse of the logic clock signal CLK and reset by the pulse of the upper control signal S1.

負荷抵抗調整部146cは、上側制御信号S1のパルス生成毎にカウント出力値CNTOと所定の閾値THとを比較し、その結果に応じて負荷抵抗制御信号QLLMのデジタル信号値を決定する。 The load resistance adjusting unit 146c compares the count output value CNTO with a predetermined threshold value TH each time a pulse of the upper control signal S1 is generated, and determines the digital signal value of the load resistance control signal QLLM according to the result.

より具体的に述べると、負荷抵抗調整部146cは、CNTO>THであれば、負荷抵抗値Rtotalを引き下げるように、負荷抵抗制御信号QLLMをインクリメントし、逆に、CNTO<THであれば、負荷抵抗値Rtotalを引き上げるように、負荷抵抗制御信号QLLMをデクリメントする(詳細は後述)。 More specifically, the load resistance adjusting unit 146c increments the load resistance control signal QLLM so as to lower the load resistance value Rtotal if CNTO>TH, and conversely, if CNTO<TH, the load resistance control signal QLLM is increased. The load resistance control signal QLLM is decremented so as to increase the resistance value Rtotal (details will be described later).

また、ロジック回路146(特にカウンタ146b及び負荷抵抗調整部146c)は、記憶部150に格納されたイネーブル信号EN(=静音軽負荷モードの有効/無効を切り替えるためのフラグ信号)に基づいて、軽負荷時に負荷抵抗値Rtotalの調整動作を行うか否かを決定する。 In addition, the logic circuit 146 (in particular, the counter 146b and the load resistance adjusting unit 146c) uses the enable signal EN (=a flag signal for switching enable/disable of the silent light load mode) stored in the storage unit 150, It is determined whether or not the adjusting operation of the load resistance value Rtotal is performed at the time of load.

静音軽負荷モードを有効とする場合(例えばEN=H)には、ロジッククロック信号CLKが生成され、カウンタ146bによるスイッチングパルス間隔の測定、並びに、負荷抵抗調整部146cによる負荷抵抗制御信号QLLMの生成が行われる。 When the silent light load mode is valid (for example, EN=H), the logic clock signal CLK is generated, the switching pulse interval is measured by the counter 146b, and the load resistance control signal QLLM is generated by the load resistance adjusting unit 146c. Is done.

一方、静音軽負荷モードを無効とする場合(例えばEN=L)には、ロジッククロック信号CLKの生成が停止され、カウンタ146b及び負荷抵抗調整部146cへの電力供給が遮断される。このとき、負荷抵抗制御信号QLLMのデジタル信号値は0dとなり、負荷抵抗回路130は、スイッチ出力段110から切り離される。 On the other hand, when the silent light load mode is disabled (for example, EN=L), the generation of the logic clock signal CLK is stopped, and the power supply to the counter 146b and the load resistance adjustment unit 146c is cut off. At this time, the digital signal value of the load resistance control signal QLLM becomes 0d, and the load resistance circuit 130 is disconnected from the switch output stage 110.

このような構成とすることにより、静音化と効率向上のいずれを優先するかに応じて、静音軽負荷モードの有効/無効を切り替えることが可能となる。 With such a configuration, it is possible to switch between enabling and disabling of the silent light load mode depending on whether to prioritize noise reduction or efficiency improvement.

なお、先出の記憶部150としては、例えば、OTPROM[one time programmable ROM]などの不揮発性メモリを用いることが望ましい。 As the storage unit 150, it is desirable to use a non-volatile memory such as an OTPROM [one time programmable ROM].

<負荷抵抗調整動作>
図7は、静音軽負荷モードにおける負荷抵抗調整動作の第1例を示す図であり、上から順番に、出力電圧OUT、上側制御信号S1、カウント出力値CNTO、負荷抵抗制御信号QLLM[7:0]、及び、負荷抵抗値Rtotalが描写されている。
<Load resistance adjustment operation>
FIG. 7 is a diagram showing a first example of the load resistance adjusting operation in the silent light load mode. The output voltage OUT, the upper control signal S1, the count output value CNTO, and the load resistance control signal QLLM[7: 0] and the load resistance value Rtotal are depicted.

静音軽負荷モードが有効とされている場合には、通常の軽負荷モード(PFMモード)と同じく、出力電圧OUTが目標値を下回らない範囲でスイッチ出力段110の駆動停止と駆動復帰が繰り返される一方、スイッチング周波数Fswが所定の下限値FswL(例えば21〜25kHz)を下回らないように、負荷抵抗制御信号QLLMを用いた負荷抵抗Rtotalの調整動作が行われる。以下では、本図に即して具体的に説明する。 When the silent light load mode is valid, the drive stop and drive recovery of the switch output stage 110 are repeated within a range in which the output voltage OUT does not fall below the target value, as in the normal light load mode (PFM mode). On the other hand, the adjustment operation of the load resistance Rtotal using the load resistance control signal QLLM is performed so that the switching frequency Fsw does not fall below the predetermined lower limit value FswL (for example, 21 to 25 kHz). Hereinafter, a specific description will be given with reference to this figure.

時刻t1では、出力電圧OUTが所定の下限値OUTL(>目標値)まで低下したことに伴い、上側制御信号S1にパルスが生成されている。その結果、出力電圧OUTは、一旦上昇した後、スイッチ出力段110の駆動停止により再び低下に転じる。なお、この時点では、QLLM=0dであり、Rtotal=∞であることから、出力電圧OUTは、負荷Zに流れる負荷電流に応じた傾きで緩やかに低下していく。また、カウント出力値CNTOは、上側制御信号S1のパルスでゼロ値にリセットされた後、ロジッククロック信号CLKのパルスでインクリメントされていく。 At time t1, a pulse is generated in the upper control signal S1 as the output voltage OUT decreases to a predetermined lower limit value OUTL (>target value). As a result, the output voltage OUT once rises and then starts to fall again due to the drive stop of the switch output stage 110. Since QLLM=0d and Rtotal=∞ at this point, the output voltage OUT gradually decreases with a slope according to the load current flowing through the load Z. Further, the count output value CNTO is reset to a zero value by the pulse of the upper control signal S1 and then incremented by the pulse of the logic clock signal CLK.

その後、時刻t2では、出力電圧OUTが下限値OUTLまで再低下したことに伴い、上側制御信号S1にパルスが生成されている。このとき、リセット直前のカウント出力値CNTOが閾値THを超えている。これは、上側制御信号S1のパルス間隔Tが上限値Tmax(=1/Fsw、例えば40〜48μs)よりも大きいこと、延いては、スイッチング周波数Fswが下限値FswLよりも低いことと等価である。この比較結果を受けて負荷抵抗制御信号QLLMがx(ただしx≧1であり、例えばx=5)だけインクリメントされる。従って、QLLM=5dとなり、Rtotal=128R/5となる。 After that, at time t2, a pulse is generated in the upper control signal S1 as the output voltage OUT is lowered again to the lower limit value OUTL. At this time, the count output value CNTO immediately before the reset exceeds the threshold value TH. This is equivalent to the pulse interval T of the upper control signal S1 being larger than the upper limit value Tmax (=1/Fsw, for example, 40 to 48 μs), and the switching frequency Fsw being lower than the lower limit value FswL. .. In response to this comparison result, the load resistance control signal QLLM is incremented by x (where x≧1 and, for example, x=5). Therefore, QLLM=5d and Rtotal=128R/5.

このように、現サイクル(=時刻t1〜t2)で上側制御信号S1のパルス間隔Tが上限値Tmaxよりも大きければ、次サイクル(=時刻t2〜t3)で負荷抵抗値Rtotalが引き下げられる。その結果、出力電圧OUTの低下が現サイクルよりも急峻となるので、次サイクルのスイッチング周波数Fswを引き上げることができる。 Thus, if the pulse interval T of the upper control signal S1 is greater than the upper limit value Tmax in the current cycle (=time t1 to t2), the load resistance value Rtotal is lowered in the next cycle (=time t2 to t3). As a result, the output voltage OUT decreases more rapidly than in the current cycle, and the switching frequency Fsw in the next cycle can be increased.

その後、時刻t3では、未だCNTO>THであることから、QLLMがさらに5インクリメントされる。その結果、QLLM=10dとなり、Rtotal=128R/10となるので、出力電圧OUTの低下がさらに急峻となる。 After that, at time t3, CNTO>TH is still satisfied, so QLLM is further incremented by 5. As a result, QLLM=10d and Rtotal=128R/10, so that the output voltage OUT drops more sharply.

一方、時刻t4では、リセット直前のカウント出力値CNTOが閾値THを超えていない。これは、上側制御信号S1のパルス間隔Tが上限値Tmaxよりも小さいこと、延いては、スイッチング周波数Fswが下限値FswLよりも高いことと等価である。この比較結果を受けて、負荷抵抗制御信号QLLMが1デクリメントされる。従って、QLLM=9dとなり、Rtotal=128R/9となる。 On the other hand, at time t4, the count output value CNTO immediately before the reset does not exceed the threshold value TH. This is equivalent to the pulse interval T of the upper control signal S1 being smaller than the upper limit value Tmax, and further, the switching frequency Fsw being higher than the lower limit value FswL. In response to this comparison result, load resistance control signal QLLM is decremented by 1. Therefore, QLLM=9d and Rtotal=128R/9.

このように、現サイクル(=時刻t3〜t4)で上側制御信号S1のパルス間隔Tが上限値Tmaxよりも小さければ、次サイクル(=時刻t4〜t5)で負荷抵抗値Rtotalが引き上げられる。その結果、出力電圧OUTの低下が現サイクルよりも緩慢となるので、次サイクルのスイッチング周波数Fswを引き下げることができる。 Thus, if the pulse interval T of the upper control signal S1 is smaller than the upper limit value Tmax in the current cycle (=time t3 to t4), the load resistance value Rtotal is increased in the next cycle (=time t4 to t5). As a result, the output voltage OUT decreases more slowly than in the current cycle, so that the switching frequency Fsw in the next cycle can be decreased.

時刻t5以降も、上記と同様の負荷抵抗調整動作を行うことにより、軽負荷モード(PFMモード)におけるスイッチング損失の低減効果をできる限り損なうことなく、スイッチング周波数Fswの低下を適切に抑制して、スイッチング電源100の音鳴りを防止することがが可能となる。 Even after time t5, by performing the same load resistance adjusting operation as described above, the reduction of the switching frequency Fsw is appropriately suppressed without impairing the effect of reducing the switching loss in the light load mode (PFM mode) as much as possible, It is possible to prevent noise of the switching power supply 100.

なお、本図では、負荷抵抗制御信号QLLMのインクリメント量を+5とし、デクリメント量を−1とした例を挙げたが、その理由については、以下の第2動作例(図8)を参照しながら詳細に説明する。 In this figure, the load resistance control signal QLLM is incremented by +5 and decremented by -1. For the reason, refer to the second operation example (FIG. 8) below. The details will be described.

図8は、静音軽負荷モードにおける負荷抵抗調整動作の第2例を示す図であり、上から順番に、出力電圧OUT、上側制御信号S1、負荷抵抗制御信号QLLM[7:0]、及び、負荷抵抗値Rtotalが描写されている。 FIG. 8 is a diagram showing a second example of the load resistance adjusting operation in the silent light load mode. The output voltage OUT, the upper control signal S1, the load resistance control signal QLLM[7:0], and The load resistance value Rtotal is depicted.

本図の動作例では、出力電圧OUTが下限値OUTLまで低下してスイッチ出力段110の駆動が復帰される際、上側制御信号S1にy発(ただし、1<y≦x、例えばy=x=5)のパルスが連続して生成されている(時刻t11〜t12、若しくは、時刻t13〜t14を参照)。 In the operation example of this figure, when the output voltage OUT decreases to the lower limit value OUTL and the drive of the switch output stage 110 is restored, y is output to the upper control signal S1 (where 1<y≦x, for example y=x. =5) pulses are continuously generated (see time t11 to t12 or time t13 to t14).

従って、上側制御信号S1に1発目のパルスが生成されたタイミングで、T>Tmaxという判定がなされていた場合、その結果を受けて負荷抵抗制御信号QLLMがxインクリメントされるが、その後、短いパルス間隔(T<Tmax)でさらに2発目〜y発目のパルスが生成されると、負荷抵抗制御信号QLLMが(y−1)デクリメントされることになる。その結果、最終的には、QLLM=(x−(y−1))dとなる。 Therefore, if it is determined that T>Tmax at the timing when the first pulse is generated in the upper control signal S1, the load resistance control signal QLLM is incremented by x in response to the determination, but thereafter, it is short. When the second pulse to the yth pulse are further generated at the pulse interval (T<Tmax), the load resistance control signal QLLM is decremented by (y-1). As a result, finally QLLM=(x-(y-1))d.

ここで、仮にx<yであると、負荷抵抗制御信号QLLMをxインクリメントしても、上側制御信号S1の連続パルスにより、常にゼロ値(0d)に戻されるので、負荷抵抗値Rtotalを引き下げて出力電圧OUTの低下を促すことが不可能となってしまう。 Here, if x<y, even if the load resistance control signal QLLM is incremented by x, it is always returned to a zero value (0d) by the continuous pulse of the upper control signal S1, so that the load resistance value Rtotal is lowered. It becomes impossible to promote the decrease of the output voltage OUT.

一方、x≧yであれば、上側制御信号S1にy発の連続パルスが生成されても、負荷抵抗制御信号QLLMを確実にインクリメントすることができる。従って、負荷抵抗値Rtotalを引き下げて出力電圧OUTの低下を促すことが可能となり、延いては、スイッチング周波数Fswの低下を抑えて、スイッチング電源100の音鳴りを防止することが可能となる。 On the other hand, if x≧y, the load resistance control signal QLLM can be reliably incremented even if y consecutive pulses are generated in the upper control signal S1. Therefore, it is possible to reduce the load resistance value Rtotal to promote a decrease in the output voltage OUT, and thus it is possible to suppress a decrease in the switching frequency Fsw and prevent the switching power supply 100 from ringing.

なお、負荷抵抗制御信号QLLMのインクリメント量xについては、x=+5に限定されるものではなく、先出の記憶部150を用いて任意の値xに調節可能としておくことが望ましい。例えば、スイッチング電源100でスキップモード(y=1)が採用されている場合には、x=+1に設定すればよい。一方、負荷抵抗制御信号QLLMのデクリメント量については、常に−1に固定しておけば足りる。 The increment amount x of the load resistance control signal QLLM is not limited to x=+5, and it is desirable that the increment value x can be adjusted to an arbitrary value x using the storage unit 150 described above. For example, when the skip mode (y=1) is adopted in the switching power supply 100, x=+1 may be set. On the other hand, the decrement amount of the load resistance control signal QLLM may be fixed at -1 at all times.

<スイッチング電源(第2実施形態)>
図9は、スイッチング電源の第2実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源100は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ幾つかの変更が加えられている。
<Switching power supply (second embodiment)>
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the switching power supply. The switching power supply 100 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIG. 1) and has some modifications.

まず、第1の変更点として、帰還電圧生成回路120が半導体装置200に外付けされている。この変更に伴い、出力電圧OUTの入力を受け付ける外部端子T3が廃止され、帰還電圧FBの入力を受け付ける外部端子T4が新たに設けられている。 First, as a first modification, the feedback voltage generation circuit 120 is externally attached to the semiconductor device 200. With this change, the external terminal T3 that receives the input of the output voltage OUT is abolished, and the external terminal T4 that receives the input of the feedback voltage FB is newly provided.

次に、第2の変更点として、外部端子T3の廃止に伴い、負荷抵抗回路130が外部端子T2(=スイッチ電圧SWの印加端)と接地端との間に設けられている。このような接続位置の変更により、第1実施形態(図1)と同様の効果を享受することが可能となる。 Next, as a second modification, the load resistance circuit 130 is provided between the external terminal T2 (=application end of the switch voltage SW) and the ground end with the elimination of the external terminal T3. By changing the connection position as described above, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment (FIG. 1).

<その他の変形例>
なお、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 modifications>
Various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways in addition to the above-described embodiment without departing from the spirit of the technical creation. For example, the mutual replacement of the bipolar transistor and the MOS field effect transistor and the logical level inversion of various signals are arbitrary. That is, the above-described embodiments are exemplifications in all respects and should be considered not to be restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, It is to be understood that the meaning equivalent to the range of and the range of all changes included in the range are included.

本明細書中に開示されている電源制御装置は、種々のアプリケーションに搭載されるスイッチング電源の制御主体として利用することが可能である。 The power supply control device disclosed in this specification can be used as a control body of a switching power supply mounted in various applications.

100 スイッチング電源
110 スイッチ出力段
111 出力トランジスタ
112 同期整流トランジスタ
113 インダクタ
114、115 コンデンサ
120 帰還電圧生成回路
130 負荷抵抗回路
131(1)〜131(m) スイッチ
132(1)〜132(m) 抵抗
140 制御回路
141 基準電圧生成回路
142 エラーアンプ
143 ランプ信号生成回路
144 オシレータ
145 コンパレータ
146 ロジック回路
146a パルス生成部
146b カウンタ
146c 負荷抵抗調整部
147 駆動回路
147a 上側ドライバ
147b 下側ドライバ
150 記憶部
200 半導体装置(電源制御IC)
T1、T2、T3、T4 外部端子
Z 負荷
100 Switching Power Supply 110 Switch Output Stage 111 Output Transistor 112 Synchronous Rectification Transistor 113 Inductors 114, 115 Capacitor 120 Feedback Voltage Generation Circuit 130 Load Resistor Circuit 131(1) to 131(m) Switch 132(1) to 132(m) Resistor 140 Control circuit 141 Reference voltage generation circuit 142 Error amplifier 143 Lamp signal generation circuit 144 Oscillator 145 Comparator 146 Logic circuit 146a Pulse generation unit 146b Counter 146c Load resistance adjustment unit 147 Drive circuit 147a Upper driver 147b Lower driver 150 Storage unit 200 Semiconductor device ( Power control IC)
T1, T2, T3, T4 External terminal Z load

Claims (10)

スイッチ出力段を駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成して負荷に供給するスイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
前記負荷とは別に前記スイッチ出力段に接続された負荷抵抗回路と、
軽負荷時には前記出力電圧が目標値を下回らない範囲で前記スイッチ出力段の駆動停止と駆動復帰を繰り返すとともにスイッチング周波数が下限値を下回らないように前記負荷抵抗回路の負荷抵抗値を調整する制御回路と、
を有することを特徴とする電源制御装置。
A power supply control device that is a main control unit of a switching power supply that generates a desired output voltage from an input voltage by driving a switch output stage and supplies the output to a load,
A load resistance circuit connected to the switch output stage separately from the load,
A control circuit that repeats drive stop and drive recovery of the switch output stage within a range where the output voltage does not fall below a target value at light load and adjusts the load resistance value of the load resistance circuit so that the switching frequency does not fall below a lower limit value. When,
A power supply control device comprising:
前記制御回路は、前記スイッチング周波数が前記下限値よりも低いときに前記負荷抵抗値を引き下げ、前記スイッチング周波数が前記下限値よりも高いときに前記負荷抵抗値を引き上げることを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。 The control circuit lowers the load resistance value when the switching frequency is lower than the lower limit value, and raises the load resistance value when the switching frequency is higher than the lower limit value. The power supply control device according to. 前記制御回路は、前記スイッチ出力段に供給されるスイッチングパルスの間隔を測定して、現サイクルで前記スイッチングパルスの間隔が上限値よりも大きければ次サイクルで前記負荷抵抗値を引き下げ、現サイクルで前記スイッチングパルスの間隔が前記上限値よりも小さければ次サイクルで前記負荷抵抗値を引き上げることを特徴とする請求項2に記載の電源制御装置。 The control circuit measures the interval of the switching pulses supplied to the switch output stage, and if the interval of the switching pulses is greater than the upper limit value in the current cycle, the load resistance value is reduced in the next cycle, and in the current cycle. The power supply control device according to claim 2, wherein the load resistance value is increased in the next cycle if the interval between the switching pulses is smaller than the upper limit value. 前記制御回路は、mビット(ただしm≧2)の負荷抵抗制御信号を用いて前記負荷抵抗値を調整することを特徴とする請求項3に記載の電源制御装置。 The power supply control device according to claim 3, wherein the control circuit adjusts the load resistance value using an m-bit (where m≧2) load resistance control signal. 前記負荷抵抗回路は、
前記スイッチ出力段に対してm列並列に接続されており、それぞれ、前記負荷抵抗制御信号の第1ビット〜第mビットそれぞれの論理値に応じてオン/オフされる第1列〜第m列のスイッチと、
第1列〜第m列のスイッチと接地端との間に接続されており、それぞれ、2m−kR(ただしk=1、2、…、m)の抵抗値を持つ第1列〜第m列の抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の電源制御装置。
The load resistance circuit is
The first column to the m-th column, which are connected in parallel to the switch output stage in m columns and are turned on/off in accordance with the respective logical values of the first bit to the m-th bit of the load resistance control signal. Switch of
The first column to the m-th column, which are connected between the switches in the first column to the m-th column and the ground terminal, and have resistance values of 2 m−k R (where k=1, 2,..., M), respectively. resistance of m rows,
The power supply control device according to claim 4, further comprising:
前記制御回路は、前記負荷抵抗値を引き下げるときに前記負荷抵抗制御信号をx(ただしx≧1)インクリメントし、前記負荷抵抗値を引き上げるときに前記負荷抵抗制御信号を1デクリメントすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電源制御装置。 The control circuit increments the load resistance control signal by x (where x≧1) when decreasing the load resistance value, and decrements the load resistance control signal by 1 when increasing the load resistance value. The power supply control device according to claim 4 or 5. 前記制御回路は、前記スイッチ出力段の駆動復帰時にy発(ただし1<y≦x)の前記スイッチングパルスを出力することを特徴とする請求項6に記載の電源制御装置。 7. The power supply control device according to claim 6, wherein the control circuit outputs the switching pulse of y emission (where 1<y≦x) when the switch output stage is returned to the driving state. 前記制御回路は、記憶部に格納されたイネーブル信号に基づいて前記負荷抵抗値の調整動作を行うか否かを決定することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の電源制御装置。 The control circuit determines whether to perform an adjustment operation of the load resistance value based on an enable signal stored in a storage unit. Power controller. 半導体装置に集積化されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の電源制御装置。 9. The power supply control device according to claim 1, wherein the power supply control device is integrated in a semiconductor device. 請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の電源制御装置を有するスイッチング電源。 A switching power supply comprising the power supply control device according to claim 1.
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