JP2020162360A - Switching control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に用いられるスイッチング制御回路に関する。 The present invention relates to a switching control circuit used in a switching power supply device.
スイッチング損失を低減することができるスイッチング電源装置として、出力電圧が上限値まで上昇するとスイッチング動作を休止する休止期間に入り、出力電圧が下限値まで低下するとスイッチング動作を行うスイッチング期間に入るPFM(pulse frequency modulation)方式のスイッチング電源装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 As a switching power supply that can reduce switching loss, PFM (pulse) enters a pause period in which switching operation is suspended when the output voltage rises to the upper limit, and enters a switching period in which switching operation is performed when the output voltage drops to the lower limit. A frequency modulation) type switching power supply device is known (see, for example, Patent Document 1).
PFM方式のスイッチング電源装置では、負荷が軽いほどスイッチング周期(単一のスイッチング期間とそれに続く単一の休止期間との合計期間)が長くなるので、スイッチング周期が可聴域に入り音鳴りが発生するおそれがある。 In a PFM type switching power supply, the lighter the load, the longer the switching cycle (the total period of a single switching period followed by a single pause period), so the switching cycle enters the audible range and noise is generated. There is a risk.
音鳴りの発生を防止するために、スイッチング周波数(上記スイッチング周期の逆数)の最小値を可聴域外(例えば20kHz以上)に設定する手法が知られている(例えば特許文献2参照)。しかしながら、スイッチング周波数の最小値を可聴域外に設定する場合、捨て電流をPFM方式のスイッチング電源装置の出力電流に含めることになり、捨て電流によって効率が悪化する。 In order to prevent the occurrence of sounding, a method of setting the minimum value of the switching frequency (the reciprocal of the switching cycle) outside the audible range (for example, 20 kHz or more) is known (see, for example, Patent Document 2). However, when the minimum value of the switching frequency is set outside the audible range, the discard current is included in the output current of the PFM type switching power supply device, and the discard current deteriorates the efficiency.
本発明は、上記の状況に鑑み、音鳴りを抑制することで効率が悪化することを抑制できるスイッチング制御回路を提供することを目的とする。 In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a switching control circuit capable of suppressing deterioration of efficiency by suppressing sounding.
本明細書中に開示されているスイッチング制御回路は、スイッチング電源装置の出力電圧が上限値まで上昇すると、前記スイッチング電源装置のスイッチング素子のスイッチング動作を休止する休止期間を開始し、前記出力電圧が下限値まで低下すると前記スイッチング動作を行うスイッチング期間を開始する間欠動作モードを有し、前記出力電圧が印加される負荷の状態に基づき前記上限値及び前記下限値の少なくとも一方を調整する出力電圧範囲調整部を備える構成(第1の構成)である。なお、前記スイッチング期間には、前記スイッチング素子のオンとオフとの切り替わりが繰り返される狭義のスイッチング期間のみならず、前記スイッチング素子が常時オンであって、前記スイッチング素子のオンとオフとの切り替わりがない期間も含まれる。 The switching control circuit disclosed in the present specification starts a pause period in which the switching operation of the switching element of the switching power supply device is suspended when the output voltage of the switching power supply device rises to the upper limit value, and the output voltage is increased. An output voltage range that has an intermittent operation mode that starts a switching period in which the switching operation is performed when the voltage drops to the lower limit, and adjusts at least one of the upper limit value and the lower limit value based on the state of the load to which the output voltage is applied. It is a configuration including an adjusting unit (first configuration). The switching period includes not only a switching period in a narrow sense in which switching of the switching element on and off is repeated, but also that the switching element is always on and the switching element is switched on and off. Includes no period.
上記第1の構成のスイッチング制御回路において、前記出力電圧範囲調整部は、前記スイッチング期間と前記休止期間を合わせた長さ又は前記休止期間の長さを監視する第1監視部を有し、前記第1監視部の監視結果に基づき前記上限値及び前記下限値の少なくとも一方を調整する構成(第2の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the first configuration, the output voltage range adjusting unit includes a first monitoring unit that monitors the total length of the switching period and the pause period or the length of the pause period. A configuration (second configuration) may be used in which at least one of the upper limit value and the lower limit value is adjusted based on the monitoring result of the first monitoring unit.
上記第1又は第2の構成のスイッチング制御回路において、前記出力電圧範囲調整部は、前記負荷が軽いほど前記上限値を小さくする構成(第3の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the first or second configuration, the output voltage range adjusting unit may have a configuration (third configuration) in which the upper limit value is reduced as the load is lighter.
上記第3の構成のスイッチング制御回路において、前記負荷の状態に基づかずに前記下限値を可変する可変部を備える構成(第4の構成)であってもよい。 The switching control circuit having the third configuration may have a configuration (fourth configuration) including a variable unit that changes the lower limit value without being based on the load state.
上記第1又は第2の構成のスイッチング制御回路において、前記出力電圧範囲調整部は、前記負荷が軽いほど前記下限値を大きくする構成(第5の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the first or second configuration, the output voltage range adjusting unit may have a configuration (fifth configuration) in which the lower limit value is increased as the load is lighter.
上記第5の構成のスイッチング制御回路において、前記負荷の状態に基づかずに前記上限値を可変する可変部を備える構成(第6の構成)であってもよい。 The switching control circuit having the fifth configuration may have a configuration (sixth configuration) including a variable unit that changes the upper limit value without being based on the load state.
上記第1又は第2の構成のスイッチング制御回路において、前記出力電圧範囲調整部は、前記負荷が軽いほど前記上限値を小さくし前記下限値を大きくする構成(第7の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the first or second configuration, even if the output voltage range adjusting unit has a configuration in which the upper limit value is decreased and the lower limit value is increased as the load is lighter (seventh configuration). Good.
上記第1〜第7いずれかの構成のスイッチング制御回路において、電流生成部をさらに備え、前記電流生成部は、前記出力電圧範囲調整部が前記上限値を前記上限値の調整範囲の最小値にし前記下限値を前記下限値の調整範囲の最大値にしているときに、前記休止期間における前記出力電圧の低下を促進させるブリーダ電流を生成する構成(第8の構成)であってもよい。なお、前記上限値が固定値である場合、その固定値は前記上限値の調整範囲の最大値且つ最小値である。同様に、前記下限値が固定値である場合、その固定値は前記下限値の調整範囲の最大値且つ最小値である。 In the switching control circuit having any of the first to seventh configurations, a current generating unit is further provided, and in the current generating unit, the output voltage range adjusting unit sets the upper limit value to the minimum value of the adjusting range of the upper limit value. When the lower limit value is set to the maximum value of the adjustment range of the lower limit value, a bleeder current that promotes a decrease in the output voltage during the rest period may be generated (eighth configuration). When the upper limit value is a fixed value, the fixed value is the maximum value and the minimum value of the adjustment range of the upper limit value. Similarly, when the lower limit value is a fixed value, the fixed value is the maximum value and the minimum value of the adjustment range of the lower limit value.
上記第8の構成のスイッチング制御回路において、電流調整部をさらに備え、前記電流調整部は、前記出力電圧が印加される負荷の状態に基づき前記ブリーダ電流の値を調整する構成(第9の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the eighth configuration, a current adjusting unit is further provided, and the current adjusting unit adjusts the value of the bleeder current based on the state of the load to which the output voltage is applied (the ninth configuration). ) May be.
上記第9の構成のスイッチング制御回路において、前記電流調整部は、前記スイッチング期間と前記休止期間を合わせた長さ又は前記休止期間の長さを監視する第2監視部を有し、前記第2監視部の監視結果に基づき前記ブリーダ電流の値を調整する構成(第10の構成)であってもよい。 In the switching control circuit having the ninth configuration, the current adjusting unit has a second monitoring unit that monitors the total length of the switching period and the pause period or the length of the pause period, and the second monitoring unit. The configuration may be such that the value of the bleeder current is adjusted based on the monitoring result of the monitoring unit (tenth configuration).
本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する上記第1〜第10いずれかの構成のスイッチング制御回路と、を備える構成(第11の構成)である。 The switching power supply device disclosed in the present specification includes a switching element and a switching control circuit having the above-mentioned first to tenth configurations for controlling switching of the switching element (11th configuration). ).
本明細書中に開示されている車両は、上記第11の構成のスイッチング電源装置と、前記スイッチング電源装置に電力を供給するバッテリと、を備える構成(第12の構成)である。 The vehicle disclosed in the present specification has a configuration (12th configuration) including a switching power supply device having the eleventh configuration and a battery for supplying electric power to the switching power supply device.
本明細書中に開示されているスイッチング制御回路によれば、音鳴りを抑制することで効率が悪化することを抑制できる。 According to the switching control circuit disclosed in the present specification, it is possible to suppress deterioration of efficiency by suppressing sounding.
<スイッチング電源装置の全体構成例>
図1は、スイッチング電源装置の全体構成例を示す図である。図1に示すスイッチング電源装置は、降圧型スイッチングレギュレータであって、スイッチング制御回路1と、電流生成部2と、スイッチング素子であるMOSトランジスタQ1及びQ2と、インダクタL1と、出力コンデンサC1と、分圧抵抗R1及びR2と、を備える。
<Overall configuration example of switching power supply device>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration example of a switching power supply device. The switching power supply device shown in FIG. 1 is a step-down switching regulator, and includes a
MOSトランジスタQ1は、Pチャネル型MOSトランジスタであって、入力電圧VINが印加されている入力端子とインダクタL1の一端とを電気的に導通/遮断するスイッチの一例である。MOSトランジスタQ1のソースは、入力電圧VINが印加されている入力端子に接続される。MOSトランジスタQ1のドレインは、インダクタL1の一端、MOSトランジスタQ2のドレイン、及び電流生成部2の一端に接続されている。電流生成部2の他端は、グランド電位に接続されている。
The MOS transistor Q1 is a P-channel type MOS transistor, and is an example of a switch that electrically conducts / cuts off an input terminal to which an input voltage VIN is applied and one end of an inductor L1. The source of the MOS transistor Q1 is connected to an input terminal to which an input voltage VIN is applied. The drain of the MOS transistor Q1 is connected to one end of the inductor L1, the drain of the MOS transistor Q2, and one end of the
MOSトランジスタQ2は、Nチャネル型MOSトランジスタであって、グランド電位とインダクタL1の一端とを電気的に導通/遮断するスイッチの一例である。MOSトランジスタQ2のドレインは、上述の通りインダクタL1の一端、MOSトランジスタQ1のドレイン、及び電流生成部2の一端に接続されている。MOSトランジスタQ2のソースは、グランド電位に接続されている。なお、MOSトランジスタQ2の代わりにダイオードを用いることもできる。
The MOS transistor Q2 is an N-channel type MOS transistor, and is an example of a switch that electrically conducts / cuts off the ground potential and one end of the inductor L1. As described above, the drain of the MOS transistor Q2 is connected to one end of the inductor L1, the drain of the MOS transistor Q1, and one end of the
インダクタL1の他端は、出力コンデンサC1の一端、分圧抵抗R1の一端、及び出力電圧VOUTを出力する出力端子に接続されている。出力電圧VOUTは負荷(不図示)に供給される。出力コンデンサC1の他端はグランド電位に接続されている。分圧抵抗R1の他端は分圧抵抗R2の一端に接続され、分圧抵抗R2の他端はグランド電位に接続されている。 The other end of the inductor L1 is connected to one end of the output capacitor C1, one end of the voltage dividing resistor R1, and an output terminal for outputting the output voltage VOUT. The output voltage VOUT is supplied to a load (not shown). The other end of the output capacitor C1 is connected to the ground potential. The other end of the voltage dividing resistor R1 is connected to one end of the voltage dividing resistor R2, and the other end of the voltage dividing resistor R2 is connected to the ground potential.
出力コンデンサC1は出力電圧VOUTのリップルを低減するための平滑コンデンサである。また、分圧抵抗R1及びR2は、出力電圧VOUTを分圧して帰還電圧VFBを生成し、帰還電圧VFBをスイッチング制御回路1に供給する。MOSトランジスタQ1のドレイン−ソース間電圧VDS1もスイッチング制御回路1に供給される。
The output capacitor C1 is a smoothing capacitor for reducing the ripple of the output voltage VOUT. Further, the voltage dividing resistors R1 and R2 divide the output voltage VOUT to generate a feedback voltage VFB, and supply the feedback voltage VFB to the
スイッチング制御回路1は、MOSトランジスタQ1のゲート信号G1及びMOSトランジスタQ2のゲート信号G2を生成し、ゲート信号G1及びG2をMOSトランジスタQ1及びQ2の各ゲートに供給する。スイッチング制御回路1は、デジタルデータD1によって電流生成部2を制御する。
The
電流生成部2は、ブリーダ電流IBを生成する。換言すると、電流生成部2は、MOSトランジスタQ1とMOSトランジスタQ2とインダクタL1との接続ノードからブリーダ電流IBを引き抜く。電流生成部2は、例えば図2に示すように、デジタルデータD1を入力するD/A変換器2Aと、オペアンプ2Bと、Nチャネル型MOSトランジスタ2Cと、抵抗2Dとによって構成することができる。
The
<スイッチング制御回路の構成例>
図3は、スイッチング制御回路1の一構成例を示す図である。図3に示す例においてスイッチング制御回路1は、エラーアンプ11と、基準電圧源12と、抵抗R3と、コンデンサC2と、発振器13と、スロープ回路14と、コンパレータ15と、タイミング制御回路16と、コンパレータ17と、定電圧源18と、D/A変換器19と、コンパレータ20と、コンパレータ21と、外部端子T1と、を備えている。
<Configuration example of switching control circuit>
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
エラーアンプ11は、帰還電圧VFBと、基準電圧源12から出力される基準電圧VREFの差分に応じた誤差信号VCを生成する。誤差信号VCは、抵抗R3とコンデンサC2によって構成される位相補償回路によって位相補償される。
The
発振器13は、クロック信号CLKを生成し、クロック信号CLKをスロープ回路14に出力し、クロック信号CLKをセット信号SETとしてタイミング制御回路16に出力する。
The
スロープ回路14は、クロック信号CLKに基づきスロープ電圧VSLPを生成し、スロープ電圧VSLPをコンパレータ15の非反転入力端子に出力する。スロープ電圧VSLPは、コンパレータ15から出力されるリセット信号RSTによってリセットされる。
The
コンパレータ15は、位相補償された誤差信号VCとスロープ電圧VSLPとを比較して比較信号であるリセット信号RSTを生成し、リセット信号RSTをタイミング制御回路16に出力する。
The
なお、図1に示すスイッチング電源装置は電圧モード制御型スイッチングレギュレータであるが、例えば、コンパレータ15がインダクタL1を流れる電流の情報を受け取り、スロープ電圧SLP及び位相補償された誤差信号VCのいずれか一方にインダクタL1を流れる電流に応じたオフセットをかける構成にすることで、電流モード制御型スイッチングレギュレータにしてもよい。
The switching power supply device shown in FIG. 1 is a voltage mode control type switching regulator. For example, the
タイミング制御回路16は、デジタル回路である。タイミング制御回路16は、モード切替部161と、出力電圧範囲調整部162と、電流調整部163と、を備えている。出力電圧範囲調整部162はカウンタ164を有しており、電流調整部163はカウンタ165を有している。
The
タイミング制御回路16は、間欠動作モード及び非間欠動作モードを有する。
The
コンパレータ17は、MOSトランジスタQ1のドレイン−ソース間電圧VDS1と、定電圧源18から出力される定電圧VRとを比較する。コンパレータ17の出力信号はモード切替部161に供給される。本実施例では、負荷電流が1A(アンペア)以上であれば、コンパレータ17の出力信号がハイレベルになり、負荷電流が1A(アンペア)未満であれば、コンパレータ17の出力信号がローレベルになるように、定電圧VRの値を設定している。ただし、上記の1A(アンペア)はあくまで一例であり、他の値であっても構わない。MOSトランジスタQ1には、負荷電流とブリーダ電流IBとを合わせた電流が流れるが、コンパレータ17の出力信号のレベル切り替わり付近では電流生成部2はブリーダ電流IBを零にしている。なお、本実施形態とは異なり、負荷電流のみを検出する電流検出器を用いてもよい。
The
コンパレータ17の出力信号がハイレベルであれば、モード切替部161は非間欠動作モードを選択する。非間欠動作モードは、MOSトランジスタQ1及びQ2をスイッチングし続けるモードである。非間欠動作モードにおいて、タイミング制御回路16は、セット信号SETのハイレベルからローレベルへの切り替わり時にゲート信号G1をローレベルからハイレベルに切り替え、リセット信号RSTのローレベルからハイレベルへの切り替わり時にゲート信号G1をハイレベルからローレベルに切り替える。非間欠動作モードにおいて、タイミング制御回路16は、MOSトランジスタQ1とMOSトランジスタQ2とは相補的にオンオフ制御する。したがって、非間欠動作モードにおいて、MOSトランジスタQ1及びQ2は、スロープ電圧VSLPの周波数と等しいPWM(pulse width modulation)周波数でPWM制御される。なお、MOSトランジスタQ1とMOSトランジスタQ2の双方がオフであるデッドタイムを設けることが望ましい。
If the output signal of the
一方、コンパレータ17の出力信号がローレベルであれば、モード切替部161は間欠動作モードを選択する。間欠動作モードは、出力電圧VOUTが上限値VMAXまで上昇すると、MOSトランジスタQ1及びQ2のスイッチング動作を休止してMOSトランジスタQ1及びQ2をハイインピーダンス状態(オフ状態)にする休止期間を開始し、出力電圧VOUTが下限値VMINまで低下するとMOSトランジスタQ1及びQ2のスイッチング動作を行うスイッチング期間を開始するモードである。間欠動作モードにおいて、タイミング制御回路16は、コンパレータ20及び21の各出力信号に基づき上記休止期間と上記スイッチング期間とを切り替える。上記スイッチング期間において、タイミング制御回路16は、MOSトランジスタQ1及びQ2を相補的にオンオフ制御する。より詳細には、上記スイッチング期間において、タイミング制御回路16は、例えばMOSトランジスタQ1及びQ2をPWM制御する。
On the other hand, if the output signal of the
出力電圧範囲調整部162は、出力電圧VOUTが印加される負荷の状態に基づき上限値VMAXを調整する。より詳細には、カウンタ164がスイッチング期間と休止期間を合わせた長さを監視し、出力電圧範囲調整部162がカウンタ164の監視結果(カウンタ値)に基づき上限値VMAXを調整する。
The output voltage
出力電圧範囲調整部162は、上限値VMAXの設定を示すデジタルデータD2をD/A変換器19に出力する。D/A変換器19は、デジタルデータD2をアナログ電圧である電圧VHに変換してコンパレータ20の反転入力端子に出力する。電圧VHの値は、上限値VMAXと、分圧抵抗R1及びR2によって構成される分圧回路の分圧比とを乗算して得られる値に等しい。
The output voltage
D/A変換器19は、例えば図4に示すように、定電流源19Aと、デジタルデータD2に応じて抵抗値が可変する可変抵抗19Bと、オペアンプ19Cと、定電圧源19Dとによって構成することができる。図4に示す例では、電圧VHの値は、基準電圧VREFと可変抵抗19Bの両端電位差とを加算して得られる値に等しい。なお、図4に示す例とは異なり、電圧VHの値を基準電圧VREFに依存しないようにしてもよい。
As shown in FIG. 4, the D /
コンパレータ20は、D/A変換器19から出力される電圧VHと、帰還電圧VFBとを比較する。コンパレータ21は、下限値VMINに応じた電圧VLと、帰還電圧VFBとを比較する。電圧VLの値は、下限値VMINと、分圧抵抗R1及びR2によって構成される分圧回路の分圧比とを乗算して得られる値に等しい。
The
電流調整部163は、出力電圧VOUTが印加される負荷の状態に基づきブリーダ電流IB(図1参照)の値を調整する。より詳細には、カウンタ165がスイッチング期間と休止期間を合わせた長さを監視し、電流調整部163がカウンタ165の監視結果(カウンタ値)に基づきブリーダ電流IB(図1参照)の値を調整する。
The
電流調整部163は、ブリーダ電流IB(図1参照)の値の設定を示すデジタルデータD1を電流生成部2(図1参照)に出力する。
The
外部端子T1は、タイミング制御回路16を含む半導体集積回路装置に設けられる。外部端子T1は、タイミング制御回路16を含む半導体集積回路装置が外部との接続を確立するための端子である。タイミング制御回路16を含む半導体集積回路装置としては、例えば、タイミング制御回路16のみを含む半導体集積回路装置、スイッチング制御回路1のみを含む半導体集積回路装置、スイッチング制御回路1並びにスイッチング素子Q1及びQ2を含む半導体集積回路装置等を挙げることができる。外部端子T1に接続される外付け素子の回路定数、外部から外部端子T1に供給されるレジスタ設定データ等によって、出力電圧範囲調整部162及び電流調整部163の各種設定(上限値VMAXのステップ数、上限値VMAXのステップ幅、カウンタ164の監視時間、ブリーダ電流IBのステップ数、ブリーダ電流IBのステップ幅、カウンタ165の監視時間等)を変更できることが望ましい。図1では、外部端子T1として単一の端子を図示しているが、外部端子T1は複数の外部端子によって構成されてもよい。
The external terminal T1 is provided in a semiconductor integrated circuit device including a
<間欠動作モード>
次に、間欠動作モードの詳細について、図5のタイムチャートを参照して説明する。なお、後述するステップの数、電圧VHの値、ブリーダ電流IBの値等は、単なる例示であるため、本実施形態と異なる値であってもよい。
<Intermittent operation mode>
Next, the details of the intermittent operation mode will be described with reference to the time chart of FIG. The number of steps, the value of the voltage VH, the value of the bleeder current IB, and the like, which will be described later, are merely examples and may be different from those of the present embodiment.
出力電圧範囲調整部162は、上限値VMAXの設定を4ステップで調整する。上限値VMAXが最も大きい設定において、電圧VHの値は基準電圧REFの1.030倍(REF+3.0%)である。上限値VMAXが2番目に大きい設定において、電圧VHの値は基準電圧REFの1.025倍(REF+2.5%)である。上限値VMAXが3番目に大きい設定において、電圧VHの値は基準電圧REFの1.020倍(REF+2.0%)である。上限値VMAXが最も小さい設定において、電圧VHの値は基準電圧REFの1.015倍(REF+1.5%)である。なお、上限値VMAXの初期設定は、上限値VMAXが最も大きい設定である。
The output voltage
カウンタ164のカウンタ値が「0」であれば、上限値VMAXは最も大きい設定になる。カウンタ164のカウンタ値が「1」であれば、上限値VMAXは2番目に大きい設定になる。カウンタ164のカウンタ値が「2」であれば、上限値VMAXは3番目に大きい設定になる。カウンタ164のカウンタ値が「3」であれば、上限値VMAXは最も小さい設定になる。
If the counter value of the
電圧VLの値は基準電圧REFの1.010倍(REF+1.0%)である。 The value of the voltage VL is 1.010 times (REF + 1.0%) the reference voltage REF.
非間欠動作モードから間欠動作モードに切り替わった時点t1では、上限値VMAXが初期設定であるため、電圧VHの値はREF+3.0%となる。 At the time t1 when the non-intermittent operation mode is switched to the intermittent operation mode, the upper limit value VMAX is the initial setting, so the value of the voltage VH is REF + 3.0%.
カウンタ164は、スイッチング期間の開始から休止期間の終了までを監視する。スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの間、出力電圧範囲調整部162は、スイッチング期間の開始時点から32μs経過する毎に上限値VMAXの設定を1ステップ下げる。従って、図5に示す例では、スイッチング期間の開始時点t1から32μs経過した時点t2で上限値VMAXの設定が1ステップ下がり、時点t2から32μs経過した時点t3で上限値VMAXの設定がさらに1ステップ下がり、時点t3から32μs経過した時点t4で上限値VMAXの設定がさらに1ステップ下がる。これにより、次回のスイッチング期間における出力電圧VOUTの上昇量を抑えることができる。
The
スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さが16μs以上32μs以下であれば、出力電圧範囲調整部162は上限値VMAXの設定を現状維持する。従って、図5に示す例では、時点t5から時点t6までの期間、時点t6から時点t7までの期間がそれぞれ16μs以上32μs以下であるので、上限値VMAXの設定が現状維持される。
If the length from the start of the switching period to the end of the pause period is 16 μs or more and 32 μs or less, the output voltage
スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さが16μs未満であれば、出力電圧範囲調整部162は上限値VMAXの設定を1ステップ上げる。従って、図5に示す例では、時点t7から時点t8までの期間が16μs未満であるので、時点t8で上限値VMAXの設定が1ステップ上がる。これにより、次回のスイッチング期間における出力電圧VOUTの上昇量を増加させることができる。
If the length from the start of the switching period to the end of the rest period is less than 16 μs, the output voltage
上記のように負荷の状態に基づき上限値VMAXの設定が調整されることで、スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さを32μs以下にすることができる。これにより、音鳴りを防止することができる。 By adjusting the setting of the upper limit value VMAX based on the load state as described above, the length from the start of the switching period to the end of the rest period can be set to 32 μs or less. This makes it possible to prevent noise.
また、上記のように負荷の状態に基づき上限値VMAXの設定が調整されることで、スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さを16μs以上にすることができる。これにより、効率を高くすることができる。 Further, by adjusting the setting of the upper limit value VMAX based on the load state as described above, the length from the start of the switching period to the end of the rest period can be set to 16 μs or more. This makes it possible to increase efficiency.
なお、本実施形態とは異なり、カウンタ164が、「スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さ」の代わりに「休止期間の長さ」を監視するようにしてもよい。
Note that, unlike the present embodiment, the
負荷が非常に軽い場合、たとえ上限値VMAXを最も小さい設定にしても、スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さを32μs以下にすることができないことがある。したがって、本実施形態では、上限値VMAXが最も小さい設定であるときに、ブリーダ電流IBを流すことができるようにしている。 When the load is very light, even if the upper limit value VMAX is set to the minimum value, the length from the start of the switching period to the end of the rest period may not be 32 μs or less. Therefore, in the present embodiment, the bleeder current IB can be passed when the upper limit value VMAX is the smallest setting.
そして、図6のタイムチャートのように電流調整部163によってブリーダ電流IBの値を調整することで、ブリーダ電流IBによって生じる損失を極力抑えている。
Then, by adjusting the value of the bleeder current IB by the
電流調整部163は、ブリーダ電流IBの値の設定を8ステップで調整する。8ステップは、0mA(ミリアンペア)、1mA(ミリアンペア)、2mA(ミリアンペア)、3mA(ミリアンペア)、4mA(ミリアンペア)、5mA(ミリアンペア)、6mA(ミリアンペア)、及び7mA(ミリアンペア)である。なお、ブリーダ電流IBの値の初期設定は、0mA(ミリアンペア)である。
The
カウンタ165のカウンタ値が「0」であれば、ブリーダ電流IBは0mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「1」であれば、ブリーダ電流IBは1mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「2」であれば、ブリーダ電流IBは2mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「3」であれば、ブリーダ電流IBは3mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「4」であれば、ブリーダ電流IBは4mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「5」であれば、ブリーダ電流IBは5mA(ミリアンペア)になる。カウンタ165のカウンタ値が「6」であれば、ブリーダ電流IBは6mA(ミリアンペア)になる。
If the counter value of the
上限値VMAXが最も小さい設定であるときに、カウンタ165は、スイッチング期間の開始から休止期間の終了までを監視する。スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの間、電流調整部163は、スイッチング期間の開始時点から32μs経過する毎にブリーダ電流IBの設定を1ステップ上げる。従って、図6に示す例では、上限値VMAXが最も小さい設定になった時点t11から32μs経過した時点t12でブリーダ電流IBの設定が1ステップ上がり、時点t12から32μs経過した時点t13でブリーダ電流IBの設定がさらに1ステップ上がる。これにより、休止期間における出力電圧VOUTの低下を促進することができる。
When the upper limit value VMAX is the smallest setting, the
スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さが16μs以上32μs以下であれば、電流調整部163はブリーダ電流IBの設定を現状維持する。従って、図6に示す例では、時点t14から時点t15までの期間、時点t16から時点t17までの期間がそれぞれ16μs以上32μs以下であるので、ブリーダ電流IBの設定が現状維持される。
If the length from the start of the switching period to the end of the rest period is 16 μs or more and 32 μs or less, the
スイッチング期間が開始してから休止期間が終了するまでの長さが16μs未満であれば、電流調整部163はブリーダ電流IBの設定を1ステップ下げる。従って、図6に示す例では、時点t15から時点t16までの期間が16μs未満であるので、時点t16でブリーダ電流IBの設定が1ステップ下がる。これにより、ブリーダ電流IBによって生じる損失を抑えることができる。
If the length from the start of the switching period to the end of the rest period is less than 16 μs, the
上記のように負荷の状態に基づきブリーダ電流IBの設定が調整されることで、ブリーダ電流IBによって生じる損失を極力抑えることができる。 By adjusting the setting of the bleeder current IB based on the load state as described above, the loss caused by the bleeder current IB can be suppressed as much as possible.
なお、負荷電流が1A(アンペア)付近である場合、間欠動作モードと非間欠動作モードとが頻繁に切り替わることがある。この場合、非間欠動作モードになる度に上限値VMAX及びブリーダ電流IBの設定が初期化されると、それまでの調整が十分に活用されないことになる。したがって、例えば、たとえ間欠動作モードから非間欠動作モードに切り替わっても、非間欠動作モードでのPWM制御がN(Nは2以上の自然数、例えばN=5)周期未満で間欠動作モードに復帰した場合には、上限値VMAX及びブリーダ電流IBの設定を初期化しないようにすればよい。 When the load current is in the vicinity of 1 A (ampere), the intermittent operation mode and the non-intermittent operation mode may be frequently switched. In this case, if the upper limit value VMAX and the bleeder current IB settings are initialized each time the non-intermittent operation mode is entered, the adjustments up to that point will not be fully utilized. Therefore, for example, even if the intermittent operation mode is switched to the non-intermittent operation mode, the PWM control in the non-intermittent operation mode returns to the intermittent operation mode in less than N (N is a natural number of 2 or more, for example, N = 5) cycle. In this case, the settings of the upper limit value VMAX and the bleeder current IB may not be initialized.
<用途>
次に、図1に示すスイッチング電源装置の用途例について説明する。図7は、車載機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(図7において不図示)と、図1に示すスイッチング電源装置(図7において不図示)と、車載機器X11〜X17と、を搭載している。
<Use>
Next, an application example of the switching power supply device shown in FIG. 1 will be described. FIG. 7 is an external view showing a configuration example of a vehicle equipped with an in-vehicle device. The vehicle X of this configuration example is equipped with a battery (not shown in FIG. 7), a switching power supply device shown in FIG. 1 (not shown in FIG. 7), and in-vehicle devices X11 to X17.
図1に示すスイッチング電源装置は、バッテリから直流電圧を入力して出力電圧を生成し、当該出力電圧を車載機器X11〜X17の少なくとも一つに供給する。 The switching power supply device shown in FIG. 1 inputs a DC voltage from a battery to generate an output voltage, and supplies the output voltage to at least one of the in-vehicle devices X11 to X17.
車載機器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 in-vehicle 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, etc.).
車載機器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 in-vehicle device X12 is a lamp control unit that controls turning on and off such as HID [high intensity discharged lamp] and DRL [daytime running lamp].
車載機器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 in-vehicle device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.
車載機器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)を行うボディコントロールユニットである。 The in-vehicle device X14 is a body control unit that performs controls related to the movement of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).
車載機器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 in-vehicle device X15 is a security control unit that controls drive such as a door lock and a security alarm.
車載機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、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 in-vehicle device X16 is an electronic device incorporated in the vehicle X at the factory shipment stage as a standard equipment or a manufacturer's option such as a wiper, an electric door mirror, a power window, an electric sunroof, an electric seat, and an air conditioner.
車載機器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、ユーザの任意で車両Xに装着される電子機器である。 The in-vehicle device X17 is an electronic device such as an in-vehicle A / V [audio / visual] device, a car navigation system, and an ETC [Electronic Toll Collection System] that is arbitrarily mounted on the vehicle X by the user.
<留意点>
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味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。
<Points to note>
In addition to the above-described embodiment, the configuration of the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the invention. It should be considered that the embodiments are exemplary in all respects and are not restrictive, and the technical scope of the invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments. It should be understood that it includes all modifications that are equivalent to and within the scope of the claims.
例えば、本実施形態では、タイミング制御回路16が間欠動作モード及び非間欠動作モードを有したが、間欠動作モードを有する第1制御回路と、非間欠動作モードを有する第2制御回路とに分けてもよい。第1制御回路は出力電圧範囲調整部162及び電流調整部163を有する回路であり、第2制御回路はセット信号SET及びリセット信号RSTに基づきゲート信号G1及びG2を生成する回路である。
For example, in the present embodiment, the
例えば、本実施形態と異なり、スイッチング制御回路は非間欠動作モードを有していなくてもよい。 For example, unlike the present embodiment, the switching control circuit does not have to have a non-intermittent operation mode.
例えば、タイミング制御回路1を図8に示す構成にしてもよい。図8に示す構成例のタイミング制御回路1は、図3に構成例のタイミング制御回路1にD/A変換器22を追加した構成である。図8に示す構成例では、出力電圧範囲調整部162が下限値VMINの設定を示すデジタルデータD3をD/A変換器22に出力する。D/A変換器22は、デジタルデータD3をアナログ電圧である電圧VLに変換してコンパレータ21の反転入力端子に出力する。出力電圧範囲調整部162は、負荷の状態に基づかずにデジタルデータD3を生成する。例えば、出力電圧範囲調整部162が、スイッチング電源装置の周辺温度データを取得し、スイッチング電源装置の周辺温度に基づくデジタルデータD3を生成する構成等が考えられる。
For example, the
例えば、本実施形態では、出力電圧範囲調整部162が負荷の状態に基づき上限値VMAXを調整したが、これとは逆に出力電圧範囲調整部162が負荷の状態に基づき下限値VMINを調整してもよい。すなわち、本実施形態では、出力電圧範囲調整部162は、負荷が軽いほど上限値VMAXを小さくしたが、負荷が軽いほど下限値VMINを大きくしてもよい。
For example, in the present embodiment, the output voltage
出力電圧範囲調整部162が負荷の状態に基づき下限値VMINを調整する場合、出力電圧範囲調整部162は負荷の状態に基づかずに上限値VMAXを調整してもよい。
When the output voltage
また、出力電圧範囲調整部162が負荷の状態に基づき上限値VMAXと下限値VMINの両方を調整してもよい。
Further, the output voltage
1 スイッチング制御回路
2 電流生成部
162 出力電圧範囲調整部
163 電流調整部
164、165 カウンタ
X 車両
1
Claims (12)
前記出力電圧が印加される負荷の状態に基づき前記上限値及び前記下限値の少なくとも一方を調整する出力電圧範囲調整部を備える、スイッチング制御回路。 When the output voltage of the switching power supply device rises to the upper limit value, a pause period for suspending the switching operation of the switching element of the switching power supply device is started, and when the output voltage drops to the lower limit value, the switching period for performing the switching operation is started. Has an intermittent operation mode to
A switching control circuit including an output voltage range adjusting unit that adjusts at least one of the upper limit value and the lower limit value based on the state of the load to which the output voltage is applied.
前記電流生成部は、前記出力電圧範囲調整部が前記上限値を前記上限値の調整範囲の最小値にし前記下限値を前記下限値の調整範囲の最大値にしているときに、前記休止期間における前記出力電圧の低下を促進させるブリーダ電流を生成する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路。 Further equipped with a current generator
The current generation unit is in the rest period when the output voltage range adjusting unit sets the upper limit value to the minimum value of the adjusting range of the upper limit value and the lower limit value to the maximum value of the adjusting range of the lower limit value. The switching control circuit according to any one of claims 1 to 7, which generates a bleeder current that promotes a decrease in the output voltage.
前記電流調整部は、前記出力電圧が印加される負荷の状態に基づき前記ブリーダ電流の値を調整する、請求項8に記載のスイッチング制御回路。 Equipped with a current regulator
The switching control circuit according to claim 8, wherein the current adjusting unit adjusts the value of the bleeder current based on the state of the load to which the output voltage is applied.
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する請求項1〜10のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路と、
を備える、スイッチング電源装置。 Switching element and
The switching control circuit according to any one of claims 1 to 10, which controls switching of the switching element.
A switching power supply.
前記スイッチング電源装置に電力を供給するバッテリと、
を備える、車両。 The switching power supply device according to claim 11 and
A battery that supplies power to the switching power supply and
A vehicle equipped with.
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