JP3474095B2 - スイッチング・レギュレータ - Google Patents

スイッチング・レギュレータ

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JP3474095B2
JP3474095B2 JP03618498A JP3618498A JP3474095B2 JP 3474095 B2 JP3474095 B2 JP 3474095B2 JP 03618498 A JP03618498 A JP 03618498A JP 3618498 A JP3618498 A JP 3618498A JP 3474095 B2 JP3474095 B2 JP 3474095B2
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稔 須藤
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチング・
レギュレータ(以下SWレギュレータと記載する)の起
動時(SWレギュレータに入力電圧を印可する状態を言
う)に、電源に大電流が流れることを防止することが可
能な、SWレギュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のSWレギュレータ制御回路として
は、図6の回路図に示されるようなSWレギュレータの
制御回路が知られていた。即ち、基準電圧回路10の基
準電圧Vrefと、SWレギュレータの出力端子5に出力さ
れる出力電圧Voutを分圧するブリーダ抵抗11、12の
接続点の電圧Vaとの差電圧を、増幅するエラー・アンプ
13がある。エラー・アンプ13の出力電圧をVerr、基
準電圧回路10の出力電圧をVref、ブリーダ抵抗11、
12の接続点の電圧をVaとすれば、Vref>Vaならば、Ver
rは高くなり、逆にVref<Vaならば、Verrは低くなる。
【0003】PWM(Pulse Width Modulation)コンパレー
タ15は、発振回路14の出力Vos、例えば三角波と、
エラー・アンプ13の出力Verrを比較して、信号を出
す。図7にこれを示す。つまり、エラー・アンプ13の
出力Verrが上下することで、PWMコンパレータ15の出
力Vcompのパルスの幅がコントロールされる。このパル
ス幅の時間のみ、SWレギュレータのスイッチ素子をON
または、OFFに制御する。これが、いわゆるSWレギュ
レータのPWM動作である。
【0004】一般に、SWレギュレータの場合、 SW
レギュレータに用いられるスイッチ素子をONにする時間
が長い方が、負荷に電力を供給する能力が高くなる。例
えば、負荷が重くなると、すなわち出力負荷電流値が大
きくなると、SWレギュレータの出力電圧Voutが下が
り、ブリーダ抵抗の分圧された電圧Vaが下がる。これに
よって、エラー・アンプ13の出力Verrは上がるので、
結果として、PWMコンパレータ15の出力Vcompのパルス
幅が広がり、出力電圧Voutを一定に保つようにパルス幅
が制御される。
【0005】逆に、負荷が軽くなると、すなわち出力負
荷電流値が小さくなると、SWレギュレータの出力電圧
Voutが上がり、ブリーダ抵抗の分圧された電圧Vaが上が
る。これによって、エラー・アンプ13の出力Verrは下
がるので、結果として、PWMコンパレータ15の出力Vco
mpのパルス幅が狭くなり、出力電圧Voutを一定に保つよ
うにパルス幅が制御される。
【0006】すなわち、エラー・アンプ13の出力Verr
は、負荷電流値に応じてパルス幅を変化し、SWレギュ
レータに用いられるスイッチ素子のON時間をコントロー
ルする。SWレギュレータの起動時には、出力電圧Vout
がSWレギュレータの所望の出力電圧よりも低いので、
エラー・アンプ13の出力Verrは上がり、大きなパルス
幅でスイッチ素子をONするようにコントロールする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のSWレ
ギュレータでは、起動時に電源に大電流が流れ、電源や
スイッチ素子にダメージを与えるという問題点があっ
た。そこで、この発明の目的は従来のこのような問題点
を解決するために、SWレギュレータの起動時に、エラ
ー・アンプの出力電圧をクランプすることで、大きなパ
ルス幅でスイッチ素子をONすることを禁止して、起動時
の電源電流及びスイッチ素子に流れる電流を抑えること
目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、この発明ではSWレギュレータの制御回路におい
て、起動時にエラー・アンプ出力をクランプすること
で、起動時の電源電流及びスイッチ素子に流れる電流を
抑えることをが可能となった。
【0009】
【発明の実施の形態】SWレギュレータの起動時に、エ
ラー・アンプ出力をクランプして、大きなパルス幅でス
イッチ素子がONすることを禁止することで、起動時の電
源電流とスイッチ素子の電流を抑える。
【0010】
【実施例】以下に、本発明を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示すSWレギュレータの
制御回路図である。基準電圧回路10、ブリーダ抵抗1
1、12、エラー・アンプ13、発振回路14及び、PW
Mコンパレータ15は従来と同様である。
【0011】エラー・アンプ13の出力には、クランプ
回路120が付加されている。クランプ回路120は、
定電流回路121、コンデンサ122、スイッチ12
3、及び、ツェナー・ダイオード124から構成されて
いる。ツェナー・ダイオード124のツェナー電圧Vz
は、発振回路の発振波形(三角波)Vosの低電圧から高
電圧の間の任意のある電圧を出力する。例えば、発振回
路の発振の振幅を0.2V〜1.2Vとすれば、その間
の0.5Vとする。起動時に、定電流回路121の電流
によって、コンデンサ122への充電が開始され、ある
一定電圧に充電されるまでは、スイッチ123をONにす
る。
【0012】スイッチ123がONの間は、エラー・アン
プ13の出力Verrは、ツェナー電圧Vzより高くなろうと
しても、ツェナー電圧Vzにクランプされる。つまり、エ
ラー・アンプ13の出力Verrは、SWレギュレータの起
動時に、スイッチ123がONになっている、ある一定期
間は、ツェナー電圧Vzにクランプされる為、その時のS
Wレギュレータのデューティー比(発振周期に対する、
スイッチ素子がONする時間の割合:以下DUTY比と記載す
る)は小さくなる。これを図2に示す。スイッチ123
がONするある一定期間は、定電流回路121の定電流値
や、コンデンサ122の値によって任意に設定すること
が可能であるが通常数百μSEC〜数百mSEC程度である。
【0013】仮に、ツェナー電圧Vzを、DUTY比30%にな
るように設定すると、SWレギュレータ起動時にDUTY比
30%にて、SWレギュレータに用いられているスイッチ
素子をONすることになる。もしも、従来のように、エラ
ー・アンプのクランプ回路120がない場合は、大きな
DUTY比(通常80%〜100%程度)でSWレギュレータに用
いられているスイッチ素子をONすることになり、その時
のスイッチング電流(スイッチ素子を流れる電流)は大
きな値となる。
【0014】一般に、SWレギュレータのスイッチング
電流のピーク電流値は、SWレギュレータが電流非連続
モードでは、 SWレギュレータに用いられているスイ
ッチ素子のON時間に比例するので、最大DUTY比が90%の
時と30%の時では、およそ1/3に抑えることが可能で
ある。SWレギュレータ起動時のスイッチング電流を、
従来の場合と、本発明とをあわせて図3に示す。図3
(a)は、従来のSWレギュレータの起動時のスイッチング
電流Isw1を示し、図3(b)は、本発明のSWレギュレータ
の起動時のスイッチング電流Isw2を示している。また、
横軸は時間、縦軸はスイッチング電流を示している。S
Wレギュレータ起動時に、DUTY比を小さな値に制限する
ことで、スイッチング電流値を小さく抑えることが可能
である。
【0015】クランプ電圧を任意に設定することで、S
Wレギュレータ起動時に、任意のDUTY比で、スイッチン
グさせることが可能である。以上の説明では、エラー・
アンプをクランプする手段としてツェナー・ダイオード
にて説明したが、ツェナー・ダイオード以外でも、例え
ば、PN接合ダイオードや、ゲート・ドレインを接続した
MOSトランジスタ(の複数段の接続)、あるい別の回路
構成によるクランプ回路を用いても同様な効果があるこ
とは明白である。
【0016】図4は本発明の第2の実施例を示すSWレ
ギュレータの制御回路図である。基準電圧回路10、ブ
リーダ抵抗11、12、エラー・アンプ13、発振回路
14及び、PWMコンパレータ15は従来と同様である。
実施例1との相違点は、エラー・アンプ13のクランプ
回路のクランプ電圧Vcpが、時間とともにアナログ的に
変化することである。エラー・アンプ13のクランプ回
路130は、定電流回路131、コンデンサ132及
び、ボルテージ・フォロア回路133から構成されてい
る。
【0017】SWレギュレータ起動時に、定電流回路1
31によって、コンデンサ132が充電され、徐々にボ
ルテージ・フォロア回路133のプラス端子の電圧Vp
が上昇する。ボルテージ・フォロア回路133の出力
は、ソースする能力はなく、シンクする能力のみあると
すると、エラー・アンプ13の出力Verrは、SWレギュ
レータ起動時に、ボルテージ・フォロア回路133の出
力によって、クランプされながら低い電圧から徐々に上
昇していく。
【0018】すなわち、SWレギュレータの起動時に、
大きなDUTY比でスイッチングすることがないので、その
時のSWレギュレータのスイッチング電流の最大値を抑
えることが可能である。図5に、図4に示す、SWレギ
ュレータ起動時の各部の波形を示す。ボルテージ・フォ
ロア回路133の出力は、そのプラス端子の電圧Vpと
共に上昇する。この間、エラー・アンプ13の出力Verr
は、ボルテージ・フォロア回路133によってクランプ
されるのでSWレギュレータのDUTY比は小さく抑えられ
る。やがてボルテージ・フォロア回路133のプラス端
子の電圧Vpの電圧が、本来のエラー・アンプ13の出
力電圧よりも上昇すると、ボルテージ・フォロア回路1
33の出力にソース能力がないので、クランプ回路がな
い場合と同じ動作をする。
【0019】本発明の実施例では、SWレギュレータ起
動時にエラー・アンプ13の出力Verrを、クランプさせ
ているが、電源ONに限らず、チップ・イネーブル端子
(チップON/OFF端子)のある場合その制御信号によって
エラー・アンプの出力を、クランプさせても同様の効果
があることは明白である。
【0020】
【発明の効果】本発明のSWレギュレータは、SWレギ
ュレータ起動時に、エラー・アンプの出力をクランプす
ることで、起動時の電源電流及びスイッチング電流を抑
えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のSWレギュレータ制御
回路の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例のSWレギュレータ制御
回路の動作説明図である。
【図3】(a)は従来のSWレギュレータのスイッチン
グ電流Isw1の特性図であり、(b)は本発明のSWレギ
ュレータのスイッチング電流Isw2の特性図をである。
【図4】本発明の第2の実施例のSWレギュレータ制御
回路の説明図である。
【図5】図4に示すSWレギュレータ制御回路の動作説
明図である。
【図6】従来のSWレギュレータ制御回路の説明図であ
る。
【図7】図6に示すSWレギュレータ制御回路の動作説
明図である。
【符号の説明】
10 基準電圧回路 11、12 ブリーダ抵抗 13 エラー・アンプ 14、114 発振回路 15 PWMコンパレータ 120、130 エラー・アンプ・クランプ回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準電圧を発生する基準電圧回路と、 出力電圧を分圧する分圧回路と、 前記基準電圧回路の出力に基づいた信号と前記分圧回路
    の出力に基づいた信号を受けて信号を出力するエラー・
    アンプと、 電源に接続された定電流回路と、 前記定電流回路と接地電位の間に接続されたコンデンサ
    と、 前記コンデンサと前記定電流回路の間の電圧の信号を受
    けて前記エラー・アンプの出力をクランプする回路と、 三角波を出力する発振回路と、 前記エラー・アンプの出力に基づいた信号と前記発振回
    路の出力に基づいた信号を受けて、前記出力電圧を制御
    する為の信号を出力するPWMコンパレータと、を有す
    ることを特徴とするスイッチング・レギュレータ。
  2. 【請求項2】 前記回路は、アノードが接地電位側に接
    続されたツェナーダイオードと、 前記エラー・アンプの出力と前記ツェナーダイオードの
    カソードの間に接続されたスイッチと、を有し、 前記スイッチは、前記コンデンサが所定の電圧に充電さ
    れるまでONし、前記コンデンサが所定の電圧以上であ
    る場合にはOFFすることを特徴とする請求項1に記載
    のスイッチング・レギュレータ。
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