JP4337060B2 - Switching power supply device and its control device - Google Patents

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Description

本発明はスイッチング電源装置とその制御装置に係り、特に、PFM(pulse frequency modulation)方式によって出力電圧の制御を行うDC−DC型のスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a switching power supply device and a control device therefor, and more particularly to a DC-DC type switching power supply device that controls an output voltage by a PFM (pulse frequency modulation) method.

一般に携帯型の電子機器は、電池に発生する電圧を電子回路の所望の電源電圧に変換するためにDC−DCコンバータを備えている。
電池の電圧はその残量に応じて変化し、例えばリチウムイオン電池では4.2Vから3Vの範囲で変化する。また、内蔵電池を用いずにACアダプタ等の外部電源を用いる場合、電池の電圧の代わりとして5V程度の電圧が入力されることがある。DC−DCコンバータは、このような入力電圧の変化が生じても一定の出力電圧を発生できるように構成される。
In general, a portable electronic device includes a DC-DC converter for converting a voltage generated in a battery into a desired power supply voltage of an electronic circuit.
The voltage of the battery changes according to the remaining amount, and for example, changes in the range of 4.2V to 3V in a lithium ion battery. When an external power source such as an AC adapter is used without using the built-in battery, a voltage of about 5 V may be input instead of the battery voltage. The DC-DC converter is configured to generate a constant output voltage even when such a change in input voltage occurs.

DC−DCコンバータは、一般に降圧型、昇圧型、昇降圧型の3つに分類される。入力電圧の下限値が出力電圧の目標値より高い場合は降圧型、入力電圧の上限値が出力電圧の目標値より低い場合は昇圧型、出力電圧に対して入力電圧が高い場合と低い場合の両方が存在する場合には昇降圧型が選択される。   DC-DC converters are generally classified into three types: a step-down type, a step-up type, and a step-up / down type. When the lower limit value of the input voltage is higher than the target value of the output voltage, it is a step-down type, when the upper limit value of the input voltage is lower than the target value of the output voltage, the boost type, and when the input voltage is higher or lower than the output voltage When both are present, the buck-boost type is selected.

他方、携帯型の電子機器では電池の消費を極力減らすため、未使用時に回路の動作の一部を停止させる待機モードが一般に設けられている。待機モードではDC−DCコンバータの負荷が非常に軽くなるため、常に一定の周期でスイッチングを行うPWM(pulse width modulation)方式よりPFM(pulse frequency modulation)方式のほうが省電力の観点で有利である。   On the other hand, in order to reduce battery consumption as much as possible in portable electronic devices, a standby mode is generally provided in which a part of the circuit operation is stopped when not in use. In the standby mode, the load of the DC-DC converter becomes very light. Therefore, the PFM (pulse frequency modulation) method is more advantageous in terms of power saving than the PWM (pulse width modulation) method in which switching is always performed at a constant period.

PFM方式のスイッチング電源装置の関しては、下記の特許文献1がある。
特許文献1には、PFMのデューティー比に電源電圧依存性を設けることによって電源電圧が高いときのリップル電圧の低減を図る技術が記載されている。
特開平11−235023号公報
Regarding the PFM type switching power supply, there is the following Patent Document 1.
Patent Document 1 describes a technique for reducing the ripple voltage when the power supply voltage is high by providing power supply voltage dependency to the duty ratio of the PFM.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-235023

ところで、一般にDC−DCコンバータにおいてエネルギー変換動作を担うインダクタには、入力電圧と出力電圧との差に応じた電圧が印加される。PFM方式では、スイッチング動作の1サイクルにおいてインダクタに電圧を印加する期間を固定とし、この固定期間の繰り返し周期を変化させることによって出力電圧を制御している。   By the way, generally, a voltage corresponding to the difference between the input voltage and the output voltage is applied to an inductor responsible for an energy conversion operation in a DC-DC converter. In the PFM method, the period during which the voltage is applied to the inductor in one cycle of the switching operation is fixed, and the output voltage is controlled by changing the repetition period of this fixed period.

ところが、出力電圧を一定に制御している状態で入力電圧が変動すると、入出力間の電位差が変化し、インダクタに加わる電圧が変化する。PFM方式の場合、インダクタに電圧を印加する時間が固定されているため、その電圧値が変化すると、インダクタに流れる電流の時間的な変化率が変化し、出力電圧のリップルの振幅が変化する。例えば、入出力の電圧差が大きくなると、インダクタに印加される電圧が高くなり、インダクタに流れる電流の時間的な変化率が大きくなる。そのため、インダクタに電圧を印加する時間が固定されている場合、入出力電圧差が大きくなると、出力電圧のリップルが大きくなる。すなわち、PFM方式のDC−DCコンバータでは、入力電圧に応じて出力電圧のリップルが大きく変動するという問題が生じる。
近年、電子回路の電源電圧は益々低下する傾向にあり、電源電圧のリップルが装置の信頼性に大きな影響を与えるようになってきているため、リップル電圧のより厳密な制御が要望されている。
However, if the input voltage fluctuates while the output voltage is controlled to be constant, the potential difference between the input and output changes, and the voltage applied to the inductor changes. In the case of the PFM method, since the time for applying a voltage to the inductor is fixed, when the voltage value changes, the temporal change rate of the current flowing through the inductor changes, and the amplitude of the ripple of the output voltage changes. For example, when the voltage difference between the input and output increases, the voltage applied to the inductor increases, and the temporal change rate of the current flowing through the inductor increases. Therefore, when the time for applying the voltage to the inductor is fixed, the ripple of the output voltage increases as the input / output voltage difference increases. That is, the PFM type DC-DC converter has a problem that the ripple of the output voltage varies greatly according to the input voltage.
In recent years, the power supply voltage of electronic circuits has been steadily decreasing, and the ripple of the power supply voltage has come to have a great influence on the reliability of the device. Therefore, stricter control of the ripple voltage has been demanded.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力電圧の変動に応じた出力電圧のリップルの変動を抑制できるスイッチング電源装置とその制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching power supply apparatus and a control apparatus for the switching power supply apparatus that can suppress fluctuations in output voltage ripples in response to fluctuations in input voltage.

本発明の第1の観点に係るスイッチング電源装置は、スイッチングコンバータ回路と、制御回路と、しきい値調節回路とを有する。
上記スイッチングコンバータ回路は、少なくとも1つのインダクタを含み、入力端子より入力される電力を上記インダクタに蓄積する第1の状態と上記インダクタに蓄積される電力を出力端子から放出する第2の状態とを交互に反復し、上記入力端子に印加される直流電圧を当該反復動作により昇圧又は降圧して上記出力端子から出力する。
上記制御回路は、上記出力端子の電圧が目標値より高いときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定し、上記出力端子の電圧が目標値より低下したときは上記スイッチングコンバータ回路を所定の時間だけ上記第1の状態に設定してから上記第2の状態に戻し、上記インダクタの電流がしきい値より大きいときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定する。
上記しきい値調節回路は、上記入力端子の電圧と上記出力端子の電圧との比又は差に応じて、当該比又は差の変化に伴う上記出力端子のリップル電圧の変化が小さくなるように上記しきい値を調節する。
The switching power supply according to the first aspect of the present invention includes a switching converter circuit, a control circuit, and a threshold adjustment circuit.
The switching converter circuit includes at least one inductor, and has a first state in which electric power input from an input terminal is accumulated in the inductor and a second state in which electric power accumulated in the inductor is discharged from an output terminal. It repeats alternately, and the DC voltage applied to the input terminal is boosted or lowered by the repetitive operation and output from the output terminal.
The control circuit sets the switching converter circuit to the second state when the voltage at the output terminal is higher than a target value, and sets the switching converter circuit to a predetermined value when the voltage at the output terminal falls below the target value. Is set to the first state for the period of time, and then returned to the second state. When the current of the inductor is larger than the threshold value, the switching converter circuit is set to the second state.
The threshold adjustment circuit is configured to reduce a change in the ripple voltage of the output terminal accompanying a change in the ratio or difference according to a ratio or difference between the voltage of the input terminal and the voltage of the output terminal. Adjust the threshold.

本発明の第2の観点は、上記スイッチングコンバータ回路の制御装置に関するものであり、上記制御回路と上記しきい値調節回路を有する。   A second aspect of the present invention relates to a control device for the switching converter circuit, and includes the control circuit and the threshold adjustment circuit.

上記第1の観点に係るスイッチング電源装置並びに上記第2の観点に係る制御装置は、上記インダクタの電流が、入力されるしきい値信号に応じたしきい値より大きいか否かを判定する第1判定回路を有してよい。
また、上記しきい値調節回路は、上記入力端子の電圧を複数の分圧比により分圧する第1分圧回路と、上記第1分圧回路において分圧された複数の電圧それぞれと上記出力端子の電圧若しく所定の電圧とを比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づいて上記しきい値信号を生成する信号生成回路とを含んでよい。
The switching power supply device according to the first aspect and the control device according to the second aspect determine whether or not the current of the inductor is larger than a threshold value corresponding to an input threshold signal. One determination circuit may be included.
The threshold adjustment circuit includes: a first voltage dividing circuit that divides the voltage at the input terminal by a plurality of voltage dividing ratios; a plurality of voltages divided by the first voltage dividing circuit; A comparison circuit that compares a voltage or a predetermined voltage and a signal generation circuit that generates the threshold signal based on a comparison result of the comparison circuit may be included.

また、上記第1の観点に係るスイッチング電源装置並びに上記第2の観点に係る制御装置は、上記出力端子の電圧が上記目標値より低いか否かを判定する第2判定回路を有してよい。
上記制御回路は、上記出力端子の電圧が上記目標値より低いと上記第1判定回路が判定した場合に第1の値の信号を保持し、入力されるクロック信号に同期して当該信号を周期的に第2の値にリセットする信号保持回路と、上記信号保持回路が第1の値の信号を保持する場合、上記スイッチングコンバータ回路を上記第1の状態に設定し、上記信号保持回路が第2の値の信号を保持する場合、上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定する制御信号を生成する制御信号生成回路とを含んでよい。
更に、上記信号保持回路は、上記インダクタの電流が上記しきい値より大きいと上記第1判定回路が判定した場合、上記リセット動作を少なくとも1回行うまでの間、上記第2の値の信号を保持してよい。
In addition, the switching power supply device according to the first aspect and the control device according to the second aspect may include a second determination circuit that determines whether or not the voltage at the output terminal is lower than the target value. .
The control circuit holds a signal having a first value when the first determination circuit determines that the voltage at the output terminal is lower than the target value, and cycles the signal in synchronization with an input clock signal. When the signal holding circuit resets to the second value and the signal holding circuit holds the signal of the first value, the switching converter circuit is set to the first state, and the signal holding circuit When a signal having a value of 2 is held, a control signal generation circuit that generates a control signal for setting the switching converter circuit to the second state may be included.
Furthermore, when the first determination circuit determines that the current of the inductor is larger than the threshold value, the signal holding circuit outputs the signal having the second value until the reset operation is performed at least once. May be held.

本発明によれば、スイッチングコンバータ回路のインダクタに流れる電流が増大した場合にインダクタに蓄積された電力を放出する制御を行うとともに、当該制御のために設定されるインダクタ電流のしきい値を入力電圧と出力電圧との比又は差に応じて調節することによって、入力電圧の変動に応じた出力電圧のリップルの変動を抑制できる。   According to the present invention, when the current flowing through the inductor of the switching converter circuit increases, control is performed to release the power stored in the inductor, and the threshold value of the inductor current set for the control is set as the input voltage. By adjusting according to the ratio or difference between the output voltage and the output voltage, fluctuations in the ripple of the output voltage according to fluctuations in the input voltage can be suppressed.

まず図1〜図3を参照して、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を説明する。   First, the configuration of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。
図1に示すスイッチング電源装置は、スイッチングコンバータ回路10と、動作モード判定回路20と、電圧判定回路(第2判定回路)30と、電流判定回路(第1判定回路)40と、しきい値調節回路50と、制御回路60とを有する。
図2は、これらの構成要素のうち、電圧判定回路30、電流判定回路40及び制御回路60の構成の一例を示す。また図3は、しきい値調節回路50の構成の一例を示す。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a switching power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 includes a switching converter circuit 10, an operation mode determination circuit 20, a voltage determination circuit (second determination circuit) 30, a current determination circuit (first determination circuit) 40, and a threshold adjustment. A circuit 50 and a control circuit 60 are included.
FIG. 2 shows an example of the configuration of the voltage determination circuit 30, the current determination circuit 40, and the control circuit 60 among these components. FIG. 3 shows an example of the configuration of the threshold adjustment circuit 50.

[スイッチングコンバータ回路10]
スイッチングコンバータ回路10は、端子Tiに入力される電圧Vinをスイッチング動作によって昇圧又は降圧し、電圧Voutとして端子Toから出力する。スイッチングコンバータ回路10は、少なくとも1つのインダクタを含んでおり、端子Tiより入力される電力をインダクタに蓄積する状態(第1の状態)とインダクタに蓄積された電力を端子Toから放出する状態(第2の状態)とを交互に反復することによって、電圧Vinの昇圧又は降圧を行う。
[Switching converter circuit 10]
The switching converter circuit 10 boosts or steps down the voltage Vin input to the terminal Ti by a switching operation and outputs the voltage Vin from the terminal To as the voltage Vout. The switching converter circuit 10 includes at least one inductor, a state in which power input from the terminal Ti is stored in the inductor (first state), and a state in which the power stored in the inductor is discharged from the terminal To (first state). 2), the voltage Vin is stepped up or stepped down alternately.

スイッチングコンバータ回路10は、例えば図1に示すように、インダクタL1と、p型のMOSMOSトランジスタQ1と、n型のMOSMOSトランジスタQ2,Q4と、ダイオードD1と、出力平滑用のキャパシタC1とを有する。   For example, as shown in FIG. 1, the switching converter circuit 10 includes an inductor L1, a p-type MOS MOS transistor Q1, n-type MOS MOS transistors Q2 and Q4, a diode D1, and an output smoothing capacitor C1.

MOSトランジスタQ1のソースは端子Tiに接続され、そのドレインはインダクタL1の一方の端子に接続される。
MOSトランジスタQ2のソースは基準電位VSSに接続され、そのドレインはインダクタL1の一方の端子及びMOSトランジスタQ1のドレインに接続される。
ダイオードD1のカソードは端子Toに接続され、そのアノードはインダクタL1の他方の端子に接続される。
MOSトランジスタQ4のソースは基準電位VSSに接続され、そのドレインはインダクタL1の他方の端子及びMOSトランジスタQ3のドレインに接続される。
The source of the MOS transistor Q1 is connected to the terminal Ti, and the drain thereof is connected to one terminal of the inductor L1.
The source of the MOS transistor Q2 is connected to the reference potential VSS, and the drain thereof is connected to one terminal of the inductor L1 and the drain of the MOS transistor Q1.
The cathode of the diode D1 is connected to the terminal To, and its anode is connected to the other terminal of the inductor L1.
The source of the MOS transistor Q4 is connected to the reference potential VSS, and the drain thereof is connected to the other terminal of the inductor L1 and the drain of the MOS transistor Q3.

キャパシタC1は、出力端子Toと基準電位VSSとの間に接続される。   The capacitor C1 is connected between the output terminal To and the reference potential VSS.

図1に示すスイッチングコンバータ回路10は、昇降圧動作が可能である。降圧を行う場合、MOSトランジスタQ4を常時オフとし、MOSトランジスタQ1,Q2を相補的にオンオフ制御する(図4)。昇圧を行う場合は、MOSトランジスタQ1を常時オン、MOSトランジスタQ2を常時オフとし、MOSトランジスタQ4をオンオフ制御する(図5)。   The switching converter circuit 10 shown in FIG. 1 can perform a step-up / step-down operation. When stepping down, the MOS transistor Q4 is always turned off, and the MOS transistors Q1 and Q2 are complementarily controlled on and off (FIG. 4). When boosting, the MOS transistor Q1 is always on, the MOS transistor Q2 is always off, and the MOS transistor Q4 is on / off controlled (FIG. 5).

[動作モード判定回路20]
動作モード判定回路20は、入力電圧Vinと出力電圧Voutに基づいて、スイッチングコンバータ回路10が動作すべきモード(昇圧、降圧)を判定する。すなわち、入力電圧Vinが出力電圧Voutより高い場合は降圧動作のモードであると判定し、入力電圧Vinが出力電圧Voutより低い場合は昇圧動作のモードであると判定する。
[Operation Mode Determination Circuit 20]
The operation mode determination circuit 20 determines a mode (step-up / step-down) in which the switching converter circuit 10 should operate based on the input voltage Vin and the output voltage Vout. That is, when the input voltage Vin is higher than the output voltage Vout, it is determined that the mode is a step-down operation, and when the input voltage Vin is lower than the output voltage Vout, it is determined that the mode is a step-up operation.

[電圧判定回路30]
電圧判定回路30は、出力端子Toの電圧が所定の目標値より低いか否かを判定する。例えば、出力端子Toの電圧Voutを検出して目標値と比較し、電圧Voutが目標値より低い場合はハイレベルとなり、目標値より高い場合はローレベルとなる信号SAを出力する。
[Voltage determination circuit 30]
The voltage determination circuit 30 determines whether or not the voltage at the output terminal To is lower than a predetermined target value. For example, the voltage Vout at the output terminal To is detected and compared with a target value, and a signal SA that is at a high level when the voltage Vout is lower than the target value and at a low level when the voltage Vout is higher than the target value is output.

電圧判定回路30は、例えば図2に示すように、コンパレータ31と、抵抗R1,R2とを有する。
抵抗R1及びR2は、端子Toと基準電位VSSとの間に直列に接続されており、出力電圧Voutを分圧する。
コンパレータ31は、抵抗R1及びR2の接続点に生じる電圧と参照電圧Vrefとを比較し、その比較結果を信号SAとして出力する。すなわち、接続点の電圧が参照電圧Vrefより低い場合はハイレベルの信号SAを出力し、参照電圧Vrefより高い場合はローレベルの信号SAを出力する。
For example, as shown in FIG. 2, the voltage determination circuit 30 includes a comparator 31 and resistors R1 and R2.
The resistors R1 and R2 are connected in series between the terminal To and the reference potential VSS, and divide the output voltage Vout.
The comparator 31 compares the voltage generated at the connection point of the resistors R1 and R2 with the reference voltage Vref, and outputs the comparison result as a signal SA. That is, when the voltage at the connection point is lower than the reference voltage Vref, a high level signal SA is output, and when it is higher than the reference voltage Vref, a low level signal SA is output.

[電流判定回路40]
電流判定回路40は、スイッチングコンバータ回路10のインダクタL1に流れる電流がしきい値信号Sthに応じた所定のしきい値より大きいか否かを判定する。例えば、MOSトランジスタQ1とインダクタL1の一方の端子との接続点の電圧を検出して、当該検出電圧をしきい値信号Sthと比較する。上記接続点の電圧は、MOSトランジスタQ1に電流が流れると下がる。結果として、この比較結果に応じて、インダクタL1に流れる電流が所定のしきい値より高い場合にハイレベルとなり、当該所定のしきい値より低い場合にローレベルとなる信号SCが出力される。
[Current determination circuit 40]
Current determination circuit 40 determines whether or not the current flowing through inductor L1 of switching converter circuit 10 is greater than a predetermined threshold value corresponding to threshold signal Sth. For example, the voltage at the connection point between the MOS transistor Q1 and one terminal of the inductor L1 is detected, and the detected voltage is compared with the threshold signal Sth. The voltage at the connection point decreases when a current flows through the MOS transistor Q1. As a result, according to this comparison result, a signal SC that is high when the current flowing through the inductor L1 is higher than a predetermined threshold and low when it is lower than the predetermined threshold is output.

電流判定回路40は、例えば図2に示すように、コンパレータ41を有する。
コンパレータ41は、MOSトランジスタQ1とインダクタL1の一方の端子との接続点の電圧としきい値信号Sthとを比較し、その比較結果を信号SCとして出力する。すなわち、コンパレータ41の出力信号がしきい値信号Sthより低い場合はハイレベルの信号SCを出力し、しきい値信号Sthより高い場合はローレベルの信号SCを出力する。
The current determination circuit 40 includes a comparator 41 as shown in FIG.
Comparator 41 compares the voltage at the connection point between MOS transistor Q1 and one terminal of inductor L1 with threshold signal Sth, and outputs the comparison result as signal SC. That is, when the output signal of the comparator 41 is lower than the threshold signal Sth, a high level signal SC is output, and when it is higher than the threshold signal Sth, a low level signal SC is output.

[制御回路60]
制御回路60は、スイッチングコンバータ回路10のスイッチング動作を制御する。
例えば制御部60は、動作モード判定回路20の判定結果に基づいて動作モード(昇圧、降圧)を決定し、当該決定したモードにおける所定の制御シーケンスに従ってスイッチングコンバータ回路10を制御する。すなわち、出力電圧Voutが所定の目標値に近づくように、動作モードごとに定められた制御シーケンスに従ってMOSトランジスタQ1〜Q4のゲートを駆動する。
[Control circuit 60]
The control circuit 60 controls the switching operation of the switching converter circuit 10.
For example, the control unit 60 determines an operation mode (step-up or step-down) based on the determination result of the operation mode determination circuit 20, and controls the switching converter circuit 10 according to a predetermined control sequence in the determined mode. That is, the gates of the MOS transistors Q1 to Q4 are driven according to a control sequence determined for each operation mode so that the output voltage Vout approaches a predetermined target value.

制御部60は、端子Toの電圧Voutが目標値より高いと電圧判定回路30において判定された場合、インダクタL1に蓄積される電力が端子Toから放出される状態(第2の状態)となるようにスイッチングコンバータ回路10を制御する。他方、端子Toの電圧Voutが目標値より低下したと電圧判定回路30において判定された場合は、端子Tiより入力される電力がインダクタL1に蓄積される状態(第1の状態)となるようにスイッチングコンバータ回路10を制御し、この状態を所定の時間保持した後、スイッチングコンバータ回路10を第2の状態に戻す。
上記の制御によれば、端子Toの電圧Voutが目標値より低くなると、インダクタL1に所定の時間だけ電圧が印加され、当該所定の時間が経過した後、インダクタL1に蓄積された電力が端子Toから放出される。すなわち、インダクタL1における電力の蓄積と放出の繰り返し周期が電圧Voutの目標値からの誤差に応じて変化するPFM方式のスイッチング動作が実現される。
When the voltage determination circuit 30 determines that the voltage Vout at the terminal To is higher than the target value, the control unit 60 enters a state where the power accumulated in the inductor L1 is discharged from the terminal To (second state). The switching converter circuit 10 is controlled. On the other hand, when the voltage determination circuit 30 determines that the voltage Vout at the terminal To has decreased below the target value, the power input from the terminal Ti is stored in the inductor L1 (first state). After switching converter circuit 10 is controlled and this state is maintained for a predetermined time, switching converter circuit 10 is returned to the second state.
According to the above control, when the voltage Vout of the terminal To becomes lower than the target value, a voltage is applied to the inductor L1 for a predetermined time, and after the predetermined time has elapsed, the power accumulated in the inductor L1 is changed to the terminal To. Released from. In other words, a PFM switching operation in which the repetition period of power storage and discharge in the inductor L1 changes according to the error from the target value of the voltage Vout is realized.

更に制御部60は、インダクタL1の電流がしきい値信号Sthで設定されたしきい値より大きいと電流判定回路40において判定された場合、スイッチングコンバータ回路10を上述した第2の状態に設定して、インダクタL1に蓄積される電力を端子Toに放出する。   Further, when the current determination circuit 40 determines that the current of the inductor L1 is larger than the threshold value set by the threshold signal Sth, the control unit 60 sets the switching converter circuit 10 to the second state described above. Thus, the electric power stored in the inductor L1 is discharged to the terminal To.

制御部60は、例えば図2に示すように、ラッチ回路61,62と、インバータ回路63と、AND回路64と、制御信号生成回路65とを有する。   As shown in FIG. 2, for example, the control unit 60 includes latch circuits 61 and 62, an inverter circuit 63, an AND circuit 64, and a control signal generation circuit 65.

ラッチ回路61は、クロック信号CKがローレベルの状態で電圧判定回路30の信号SAがローレベルからハイレベルに立ち上がると、出力信号SBをハイレベルに保持する。クロック信号CKがハイレベルになると、出力信号SBをローレベルにリセットする。
ラッチ回路62は、クロック信号CKがローレベルの状態で電流判定回路40の信号SCがローレベルからハイレベルに立ち上がると、出力信号SDをハイレベルに保持する。クロック信号CKがハイレベルになると、出力信号SDをローレベルにリセットする。
インバータ回路63は、ラッチ回路62の出力信号SDを論理反転する。
AND回路64は、ラッチ回路61の出力信号SBとインバータ回路63の出力信号との論理積を信号SEとして出力する。
The latch circuit 61 holds the output signal SB at a high level when the signal SA of the voltage determination circuit 30 rises from a low level to a high level while the clock signal CK is at a low level. When the clock signal CK becomes high level, the output signal SB is reset to low level.
The latch circuit 62 holds the output signal SD at a high level when the signal SC of the current determination circuit 40 rises from a low level to a high level while the clock signal CK is at a low level. When the clock signal CK becomes high level, the output signal SD is reset to low level.
The inverter circuit 63 logically inverts the output signal SD of the latch circuit 62.
The AND circuit 64 outputs a logical product of the output signal SB of the latch circuit 61 and the output signal of the inverter circuit 63 as a signal SE.

上記のラッチ回路61,62、インバータ回路63及びAND回路64は、電圧判定回路30と電流判定回路40の判定結果に応じた信号SEを保持する回路(信号保持回路)を構成している。
すなわちこの信号保持回路は、端子Toの電圧Voutが目標値より低いと電圧判定回路30が判定した場合、信号SEをハイレベルに保持する。また、クロック信号CKに同期して、信号SEを周期的にローレベルにリセットする。更に、インダクタL1の電流がしきい値より大きいと電流判定回路40が判定した場合、上記の周期的なリセット動作を少なくとも1回行うまでの間は、信号SEをローレベルに保持する。
The latch circuits 61 and 62, the inverter circuit 63, and the AND circuit 64 constitute a circuit (signal holding circuit) that holds the signal SE corresponding to the determination results of the voltage determination circuit 30 and the current determination circuit 40.
That is, this signal holding circuit holds the signal SE at a high level when the voltage determination circuit 30 determines that the voltage Vout at the terminal To is lower than the target value. Further, the signal SE is periodically reset to a low level in synchronization with the clock signal CK. Further, when the current determination circuit 40 determines that the current of the inductor L1 is larger than the threshold value, the signal SE is held at the low level until the above-described periodic reset operation is performed at least once.

制御信号生成回路65は、信号SEがハイレベルの場合、スイッチングコンバータ回路10を第1の状態(端子TiからインダクタL1へ電力が入力される状態)に設定し、信号SEがローレベルの場合は、スイッチングコンバータ回路10を第2の状態(インダクタL1に蓄積された電力を端子Toに放出する状態)に設定する制御信号を生成する。   The control signal generation circuit 65 sets the switching converter circuit 10 to the first state (a state in which power is input from the terminal Ti to the inductor L1) when the signal SE is at a high level, and when the signal SE is at a low level. Then, a control signal for setting the switching converter circuit 10 to the second state (a state in which the electric power stored in the inductor L1 is discharged to the terminal To) is generated.

例えば、制御信号生成回路65は、動作モード判定回路20の判定結果が降圧動作モードである場合、MOSトランジスタQ4のゲートに供給する信号SD2をローレベルに設定してMOSトランジスタQ4をオフさせる。この場合、信号SEがハイレベルであれば、MOSトランジスタQ1及びQ2のゲートに供給する信号SD1をローレベルに設定してMOSトランジスタQ1をオン、MOSトランジスタQ2をオフさせ、信号SEがローレベルであれば、信号SD1をハイレベルに設定してMOSトランジスタQ1をオフ、MOSトランジスタQ2をオンさせる。
他方、制御信号生成回路65は、動作モード判定回路20の判定結果が昇圧動作モードである場合、信号SD1をローレベルに設定してMOSトランジスタQ1をオン、MOSトランジスタQ2をオフさせる。この場合、信号SEがハイレベルであれば、信号SD2をハイレベルに設定してMOSトランジスタQ4をオンさせ、信号SEがローレベルであれば、信号SD2をローレベルに設定してMOSトランジスタQ4をオフさせる。
For example, when the determination result of the operation mode determination circuit 20 is the step-down operation mode, the control signal generation circuit 65 sets the signal SD2 supplied to the gate of the MOS transistor Q4 to a low level and turns off the MOS transistor Q4. In this case, if the signal SE is at a high level, the signal SD1 supplied to the gates of the MOS transistors Q1 and Q2 is set at a low level, the MOS transistor Q1 is turned on, the MOS transistor Q2 is turned off, and the signal SE is at a low level. If so, the signal SD1 is set to a high level to turn off the MOS transistor Q1 and turn on the MOS transistor Q2.
On the other hand, when the determination result of the operation mode determination circuit 20 is the step-up operation mode, the control signal generation circuit 65 sets the signal SD1 to a low level to turn on the MOS transistor Q1 and turn off the MOS transistor Q2. In this case, if the signal SE is at a high level, the signal SD2 is set to a high level to turn on the MOS transistor Q4. If the signal SE is at a low level, the signal SD2 is set to a low level and the MOS transistor Q4 is turned on. Turn off.

[しきい値調節回路50]
しきい値調節回路50は、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの比に応じて、当該電圧比の変化に伴う端子Toのリップル電圧の変化が小さくなるようにしきい値信号Sthを調節する。
入力電圧Vinと出力電圧Voutとの差が大きくなる(電圧比が「1」から離れる)場合、スイッチングコンバータ回路10のインダクタL1に加わる電圧が高くなり、インダクタL1に流れる電流の時間的な変化率が大きくなる。この場合は、例えば電流判定回路40のしきい値を高くすることによって、スイッチングコンバータ回路10を第1の状態に保持する時間が極端に短くならないようにする。他方、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの差が小さくなる(電圧比が「1」に近づく)場合、インダクタL1に流れる電流の時間的な変化率が小さくなるため、この場合は、例えば電流判定回路40のしきい値を低くすることによって、スイッチングコンバータ回路10を第1の状態に保持する時間があまり長くならないようにする。
しきい値調節回路50は、例えばこのように入力電圧Vinと出力電圧Voutとの電圧比に応じてしきい値信号Sthを調節することによって、端子Toのリップル電圧の変化を抑制する。
[Threshold adjustment circuit 50]
The threshold adjustment circuit 50 adjusts the threshold signal Sth according to the ratio between the input voltage Vin and the output voltage Vout so that the change in the ripple voltage at the terminal To accompanying the change in the voltage ratio becomes small.
When the difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout increases (the voltage ratio deviates from “1”), the voltage applied to the inductor L1 of the switching converter circuit 10 increases, and the temporal change rate of the current flowing through the inductor L1 Becomes larger. In this case, for example, by increasing the threshold value of the current determination circuit 40, the time for which the switching converter circuit 10 is held in the first state is prevented from becoming extremely short. On the other hand, when the difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout is small (the voltage ratio approaches “1”), the temporal change rate of the current flowing through the inductor L1 is small. By lowering the threshold value of the circuit 40, the time for holding the switching converter circuit 10 in the first state is prevented from becoming too long.
The threshold adjustment circuit 50 suppresses a change in the ripple voltage at the terminal To by adjusting the threshold signal Sth according to the voltage ratio between the input voltage Vin and the output voltage Vout, for example.

しきい値調節回路50は、例えば図3に示すように、分圧回路51,53と、選択回路52と、コンパレータ54と、信号生成回路55とを有する。   As shown in FIG. 3, for example, the threshold adjustment circuit 50 includes voltage dividing circuits 51 and 53, a selection circuit 52, a comparator 54, and a signal generation circuit 55.

分圧回路51は、入力電圧Vinを5つの分圧比K1〜K5により分圧する。例えば図3に示すように、端子Tiと基準電位VSSとの間に直列接続された6つの(R11,…,R16)によって構成される。分圧された電圧(「K1・Vin」,…,「K5・Vin」)は、抵抗R11〜R16の各接続点に発生する。
分圧回路53は、出力電圧Voutを分圧比αにより分圧する。例えば図3に示すように、端子Toと基準電位VSSとの間に直列接続された2つの抵抗(R22,R23)により構成される。分圧された電圧(α・Vin)は、抵抗R22及びR23の接続点に発生する。
The voltage dividing circuit 51 divides the input voltage Vin by five voltage dividing ratios K1 to K5. For example, as shown in FIG. 3, it is constituted by six (R11,..., R16) connected in series between the terminal Ti and the reference potential VSS. The divided voltages (“K1 · Vin”,..., “K5 · Vin”) are generated at the connection points of the resistors R11 to R16.
The voltage dividing circuit 53 divides the output voltage Vout by the voltage dividing ratio α. For example, as shown in FIG. 3, it is configured by two resistors (R22, R23) connected in series between the terminal To and the reference potential VSS. The divided voltage (α · Vin) is generated at the connection point of the resistors R22 and R23.

選択回路52は、分圧回路51において分圧された電圧(K1・Vin,…,K5・Vin)から順番に1つの電圧を選択して出力する。   The selection circuit 52 selects and outputs one voltage in order from the voltages (K1 · Vin,..., K5 · Vin) divided by the voltage dividing circuit 51.

コンパレータ54は、選択回路52において選択された分圧回路51の出力電圧と分圧回路53の出力電圧(α・Vout)とを順次に比較する。   The comparator 54 sequentially compares the output voltage of the voltage dividing circuit 51 selected by the selection circuit 52 and the output voltage (α · Vout) of the voltage dividing circuit 53.

信号生成回路55は、分圧回路51において分圧された電圧(K1・Vin,…,K5・Vin)のそれぞれに対応するコンパレータ54の比較結果に基づいて、しきい値信号Sthを生成する。
すなわち信号生成回路55は、分圧回路53より出力される電圧「α・Vout」と、選択回路52より出力される電圧「K1・Vin」,…,「K5・Vin」との各比較結果をコンパレータ54から取得し、この5つの比較結果に基づいてしきい値信号Sthを生成する。
The signal generation circuit 55 generates the threshold signal Sth based on the comparison result of the comparator 54 corresponding to each of the voltages (K1 · Vin,..., K5 · Vin) divided by the voltage dividing circuit 51.
That is, the signal generation circuit 55 compares each comparison result between the voltage “α · Vout” output from the voltage dividing circuit 53 and the voltages “K1 · Vin”,..., “K5 · Vin” output from the selection circuit 52. The threshold value signal Sth is generated from the comparator 54 and based on the five comparison results.

例えば、分圧回路53の出力電圧「α・Vout」が「K1・Vin」,「K2・Vin」より大きく「K3・Vin」,「K4・Vin」,「K5・Vin」より小さいという比較結果が得られた場合、入出力の電圧比「Vout/Vin」は「K2/α」から「K3/α」の範囲に含まれることが分かる。したがって信号生成回路55は、この電圧比の範囲に対応する所定のしきい値信号Sthを生成する。   For example, the comparison result that the output voltage “α · Vout” of the voltage dividing circuit 53 is larger than “K1 · Vin” and “K2 · Vin” and smaller than “K3 · Vin”, “K4 · Vin”, and “K5 · Vin”. Is obtained, the input / output voltage ratio “Vout / Vin” falls within the range of “K2 / α” to “K3 / α”. Therefore, the signal generation circuit 55 generates a predetermined threshold signal Sth corresponding to this voltage ratio range.

信号生成回路55は、例えば、コンパレータ54から出力される上述した5つの比較結果をバイナリコードとして保持するラッチ回路と、ラッチ回路に保持されたバイナリコードを2進のしきい値データに変換するデータ変換回路と、データ変換回路から出力されるしきい値データをアナログのしきい値信号Sthへ変換するアナログ/デジタル変換器とを用いて構成することが可能である。   The signal generation circuit 55 is, for example, a latch circuit that holds the above five comparison results output from the comparator 54 as a binary code, and data that converts the binary code held in the latch circuit into binary threshold data. A conversion circuit and an analog / digital converter that converts threshold data output from the data conversion circuit into an analog threshold signal Sth can be used.

次に、上述した構成を有する本実施形態に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。   Next, the operation of the switching power supply device according to this embodiment having the above-described configuration will be described.

まず、スイッチングコンバータ回路10の昇降圧動作について説明する。   First, the step-up / step-down operation of the switching converter circuit 10 will be described.

図4は、降圧動作時におけるスイッチングコンバータ回路10の各トランジスタの状態を示す。
図4に示すように、MOSトランジスタQ4が常にオフする。MOSトランジスタQ1とQ2は、相補的にオンオフする。
MOSトランジスタQ1がオンしMOSトランジスタQ2がオフすると(図4(A))、端子TiはインダクタL1を介して端子Toに接続される。降圧動作において端子Tiは端子Toより高電位であるため、ダイオードD1が順方向にバイアスされてオンする。ダイオードD1がオンすると、インダクタL1には入力電圧Vinと出力電圧Voutとの差に応じた電圧が印加され、端子Tiから入力される電力が蓄積される(第1の状態)。
他方、MOSトランジスタQ2がオンし、MOSトランジスタQ1がオフすると(図4(B))、インダクタL1は端子Tiから切り離されて基準電位VSSに接続される。これにより、インダクタL1に蓄積された電力がダイオードD1を介してキャパシタC1に放出される(第2の状態)。
FIG. 4 shows the state of each transistor of the switching converter circuit 10 during the step-down operation.
As shown in FIG. 4, the MOS transistor Q4 is always turned off. MOS transistors Q1 and Q2 are turned on and off in a complementary manner.
When the MOS transistor Q1 is turned on and the MOS transistor Q2 is turned off (FIG. 4A), the terminal Ti is connected to the terminal To via the inductor L1. In the step-down operation, since the terminal Ti is at a higher potential than the terminal To, the diode D1 is biased forward and turned on. When the diode D1 is turned on, a voltage corresponding to the difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout is applied to the inductor L1, and the power input from the terminal Ti is accumulated (first state).
On the other hand, when the MOS transistor Q2 is turned on and the MOS transistor Q1 is turned off (FIG. 4B), the inductor L1 is disconnected from the terminal Ti and connected to the reference potential VSS. Thereby, the electric power stored in the inductor L1 is discharged to the capacitor C1 via the diode D1 (second state).

図5は、昇圧動作時におけるスイッチングコンバータ回路10の各トランジスタの状態を示す。
図5に示すように、昇圧動作ではMOSトランジスタQ1が常にオンし、MOSトランジスタQ2が常にオフする。
MOSトランジスタQ4がオンすると(図5(B))、インダクタL1は端子Tiと基準電位VSSとの間に接続される。これによりインダクタL1には入力電圧Vinが印加され、端子Tiから入力される電力が蓄積される(第1の状態)。
他方、MOSトランジスタQ4がオフすると(図5(C))、インダクタL1は基準電位VSSから切り離されて端子ToにダイオードD1を介して接続される。これにより、インダクタL1に蓄積された電力はダイオードD1を介してキャパシタC1に放出される(第2の状態)。
FIG. 5 shows the state of each transistor of the switching converter circuit 10 during the boosting operation.
As shown in FIG. 5, in the step-up operation, the MOS transistor Q1 is always on and the MOS transistor Q2 is always off.
When the MOS transistor Q4 is turned on (FIG. 5B), the inductor L1 is connected between the terminal Ti and the reference potential VSS. As a result, the input voltage Vin is applied to the inductor L1, and the power input from the terminal Ti is accumulated (first state).
On the other hand, when the MOS transistor Q4 is turned off (FIG. 5C), the inductor L1 is disconnected from the reference potential VSS and connected to the terminal To via the diode D1. Thereby, the electric power stored in the inductor L1 is discharged to the capacitor C1 via the diode D1 (second state).

次に、制御回路60によるスイッチングコンバータ回路10の制御について説明する。   Next, control of the switching converter circuit 10 by the control circuit 60 will be described.

図6は、制御回路60における各信号のタイミング関係の一例を示す図である。
クロック信号CK(図6(A))は、一定の周期Tcでハイレベル(時間T1)とローレベル(時間T2)を繰り返す。
時刻t1において出力電圧Voutが目標値より低くなり、電圧判定回路30の出力信号SA(図6(B))がハイレベルになると、ラッチ回路61にはハイレベルの信号SB(図6(C))が保持される。このとき、ラッチ回路62にはローレベルの信号SD(図6(E))が保持されており、AND回路64の出力信号SE(図6(F))はハイレベルになる。信号SEがハイレベルになると、制御信号生成回路65によってスイッチングコンバータ回路10が第1の状態に設定されて、端子Tiから入力される電力がインダクタL1に蓄積される。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the timing relationship of each signal in the control circuit 60.
The clock signal CK (FIG. 6A) repeats a high level (time T1) and a low level (time T2) at a constant period Tc.
When the output voltage Vout becomes lower than the target value at time t1 and the output signal SA (FIG. 6B) of the voltage determination circuit 30 becomes high level, the latch circuit 61 receives a high level signal SB (FIG. 6C). ) Is held. At this time, the low level signal SD (FIG. 6E) is held in the latch circuit 62, and the output signal SE (FIG. 6F) of the AND circuit 64 becomes high level. When the signal SE becomes high level, the switching converter circuit 10 is set to the first state by the control signal generation circuit 65, and the power input from the terminal Ti is accumulated in the inductor L1.

次いで、時刻t2において、しきい値信号Sthにより設定されたしきい値に比べてインダクタL1の一方の端子の電圧が低くなると、電流判定回路40の出力信号SC(図6(D))がハイレベルになり、ラッチ回路62においてハイレベルの信号SDが保持される。これにより、AND回路64の出力信号SEがローレベルとなり、スイッチングコンバータ回路10が第2の状態に設定される。
スイッチングコンバータ回路10が第2の状態になると、インダクタL1に蓄積される電力が放出されるため、インダクタL1の電流は減少し、インダクタL1の一方の端子の電圧が高くなり、当該電圧がしきい値信号Sthより高くなる。したがって、時刻t2の直後(t3)に電流判定回路40の出力信号SCはローレベルになる。しかしながら、信号SCがローレベルになっても、ラッチ回路62の信号SDはハイレベルに保持されるため、スイッチングコンバータ回路10は第2の状態に保たれる。
Next, when the voltage at one terminal of the inductor L1 becomes lower than the threshold set by the threshold signal Sth at time t2, the output signal SC (FIG. 6D) of the current determination circuit 40 becomes high. The latch circuit 62 holds the high level signal SD. As a result, the output signal SE of the AND circuit 64 becomes low level, and the switching converter circuit 10 is set to the second state.
When the switching converter circuit 10 enters the second state, the power stored in the inductor L1 is released, so the current in the inductor L1 decreases, the voltage at one terminal of the inductor L1 increases, and the voltage becomes the threshold. It becomes higher than the value signal Sth. Therefore, immediately after time t2 (t3), the output signal SC of the current determination circuit 40 becomes low level. However, even if the signal SC becomes low level, the signal SD of the latch circuit 62 is held at high level, so that the switching converter circuit 10 is kept in the second state.

この状態でクロック信号CKがハイレベルになると、ラッチ回路62の信号SDはローレベルにリセットされる。以降は、上述の動作が繰り返されることになる。   When the clock signal CK becomes high level in this state, the signal SD of the latch circuit 62 is reset to low level. Thereafter, the above operation is repeated.

このように本実施形態によれば、端子Toの電圧Voutが目標値より高いとき、スイッチングコンバータ回路10は第2の状態(インダクタL1に蓄積される電力が端子Toへ放出される状態)に設定され、端子Toの電圧Voutが目標値より低下すると、スイッチングコンバータ回路10は所定の時間だけ第1の状態(端子Tiから入力される電力がインダクタL1において蓄積される状態)に設定されてから第2の状態に戻される。また、インダクタL1の電流が所定のしきい値を超えると、スイッチングコンバータ回路10は第2の状態に設定される。
更に、インダクタL1の電流に対する上記のしきい値は、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの比に応じて、当該比の変動に伴う出力電圧Voutのリップルの変動が抑制されるように調節される。
Thus, according to the present embodiment, when the voltage Vout at the terminal To is higher than the target value, the switching converter circuit 10 is set to the second state (a state in which the electric power accumulated in the inductor L1 is discharged to the terminal To). When the voltage Vout at the terminal To drops below the target value, the switching converter circuit 10 is set to the first state (a state in which the power input from the terminal Ti is accumulated in the inductor L1) for a predetermined time and then the first time. The state is returned to 2. When the current of inductor L1 exceeds a predetermined threshold value, switching converter circuit 10 is set to the second state.
Further, the threshold value for the current of the inductor L1 is adjusted according to the ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vout so that the fluctuation of the ripple of the output voltage Vout accompanying the fluctuation of the ratio is suppressed. .

したがって、PFM方式により出力電圧の制御が行われるスイッチングコンバータ回路において入力電圧の変動(例えば電池の電圧低下など)が生じても、これに伴う出力電圧のリップルの変動を微小に抑えることができる。
またこれにより、入力電圧の変動が避けられない機器(電池で動作する携帯型電子機器など)に搭載されるスイッチング電源装置において、出力電圧の精度を一定に保つことが可能になり、機器の信頼性の向上を図ることができる。
Therefore, even if an input voltage fluctuation (for example, a battery voltage drop) occurs in the switching converter circuit in which the output voltage is controlled by the PFM method, fluctuations in the output voltage ripple associated therewith can be suppressed to a minimum.
This also makes it possible to keep the output voltage accuracy constant in a switching power supply installed in equipment that cannot avoid fluctuations in the input voltage (such as portable electronic equipment that operates on batteries). It is possible to improve the performance.

次に、しきい値調節回路の変形例について説明する。   Next, a modification of the threshold adjustment circuit will be described.

図7は、しきい値調節回路の第1の変形例を示す図である。
図3に示すしきい値調節回路50では、分圧回路51から出力される電圧「K1・Vin」,…,「K5・Vin」から順番に1つの電圧を選択してコンパレータ54に入力しているが、例えば図7に示すように、この電圧「K1・Vin」,…,「K5・Vin」のそれぞれに対応するコンパレータ54−1,…,54−5を設けてもよい。
FIG. 7 is a diagram illustrating a first modification of the threshold adjustment circuit.
In the threshold adjustment circuit 50 shown in FIG. 3, one voltage is selected in order from the voltages “K1 · Vin”,..., “K5 · Vin” output from the voltage dividing circuit 51 and input to the comparator 54. However, as shown in FIG. 7, for example, comparators 54-1,..., 54-5 corresponding to the voltages “K1 · Vin”,.

図7に示すしきい値調節回路50Aは、分圧回路51,53と、コンパレータ54−1,…,54−5と、信号生成回路55Aとを有する。
分圧回路51,53は、図3における同一符号と同じ構成要素である。
コンパレータ54−1,…,54−5は、それぞれ、分圧回路51から出力される電圧「K1・Vin」,…,「K5・Vin」と分圧回路52から出力される電圧「α・Vout」とを比較する。
信号生成回路55Aは、コンパレータ54−1,…,54−5の比較結果に基づいてしきい値信号Sthを生成する。
7 includes voltage dividing circuits 51 and 53, comparators 54-1,..., 54-5, and a signal generation circuit 55A.
The voltage dividing circuits 51 and 53 are the same components as the same reference numerals in FIG.
The comparators 54-1,..., 54-5 are respectively supplied with voltages “K1 · Vin”,..., “K5 · Vin” output from the voltage dividing circuit 51 and voltages “α · Vout” output from the voltage dividing circuit 52. ".
The signal generation circuit 55A generates a threshold signal Sth based on the comparison results of the comparators 54-1,..., 54-5.

図7に示すしきい値調節回路50Aでは、電圧「K1・Vin」,…,「K5・Vin」と電圧「α・Vout」との比較結果を同時に取得できるため、図3に示すしきい値調節回路50より高速にしきい値信号Sthを生成することができる。   Since the threshold adjustment circuit 50A shown in FIG. 7 can simultaneously obtain the comparison result between the voltages “K1 · Vin”,..., “K5 · Vin” and the voltage “α · Vout”, the threshold shown in FIG. The threshold signal Sth can be generated faster than the adjustment circuit 50.

図8は、しきい値調節回路の第2の変形例を示す図である。
図3,図7に示すしきい値調節回路50,50Aでは、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの比に応じてしきい値信号Sthを生成しているが、例えば図8に示すように、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの差に応じてしきい値信号Sthを生成してもよい。
FIG. 8 is a diagram illustrating a second modification of the threshold adjustment circuit.
In the threshold adjustment circuits 50 and 50A shown in FIGS. 3 and 7, the threshold signal Sth is generated according to the ratio between the input voltage Vin and the output voltage Vout. For example, as shown in FIG. The threshold signal Sth may be generated according to the difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout.

図8に示すしきい値調節回路50Bは、増幅回路56と、アナログ/デジタル変換器57と、データ変換回路58と、デジタル/アナログ変換回路59とを有する。
増幅回路56は、入力電圧Vinと出力電圧Voutとの差を増幅する。
アナログ/デジタル変換器57は、増幅回路56の出力信号をデジタル信号に変換する。
データ変換回路58は、アナログ/デジタル変換器57から出力されるデジタル信号をしきい値データに変換する。例えば、アナログ/デジタル変換器57の出力信号の値に応じたしきい値データを格納するメモリなどによって構成される。
デジタル/アナログ変換回路59は、データ変換回路58から出力されるしきい値データをアナログのしきい値信号Sthへ変換する。
The threshold adjustment circuit 50B shown in FIG. 8 includes an amplifier circuit 56, an analog / digital converter 57, a data conversion circuit 58, and a digital / analog conversion circuit 59.
The amplifier circuit 56 amplifies the difference between the input voltage Vin and the output voltage Vout.
The analog / digital converter 57 converts the output signal of the amplifier circuit 56 into a digital signal.
The data conversion circuit 58 converts the digital signal output from the analog / digital converter 57 into threshold data. For example, it is constituted by a memory for storing threshold data corresponding to the value of the output signal of the analog / digital converter 57.
The digital / analog conversion circuit 59 converts the threshold data output from the data conversion circuit 58 into an analog threshold signal Sth.

以上、本発明の一実施形態とその変形例について説明したが、本発明は上記の形態のみに限定されるものではなく、更に種々のバリエーションを含んでいる。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention and its modification were demonstrated, this invention is not limited only to said form, Furthermore, various variations are included.

上述の実施形態では、スイッチングコンバータ回路10の一例として昇降圧型の回路を挙げているが、本実施形態においてスイッチングコンバータ回路10の構成は任意である。したがって、入力電圧の下限値が出力電圧の目標値より高い場合には昇圧型のコンバータ回路でよいし、逆に入力電圧の上限値が目標値より低い場合には昇圧型のコンバータ回路でよい。   In the above-described embodiment, a step-up / step-down circuit is cited as an example of the switching converter circuit 10, but the configuration of the switching converter circuit 10 is arbitrary in this embodiment. Therefore, when the lower limit value of the input voltage is higher than the target value of the output voltage, a boost converter circuit may be used. Conversely, when the upper limit value of the input voltage is lower than the target value, a boost converter circuit may be used.

図2に示す電流判定回路40ではMOSトランジスタQ1のオン電圧によってインダクタL1の電流を検出しているが、これに限らず、例えばダイオードD1に流れる電流を検出してもよい。また、インダクタL1の電流が流れる経路に微小な抵抗値の素子を設けて、その両端の電圧に生じる電圧に基づいてインダクタL1の電流を検出してもよい。   In the current determination circuit 40 shown in FIG. 2, the current of the inductor L1 is detected based on the ON voltage of the MOS transistor Q1, but the present invention is not limited to this. For example, the current flowing through the diode D1 may be detected. Further, an element having a minute resistance value may be provided in a path through which the current of the inductor L1 flows, and the current of the inductor L1 may be detected based on the voltage generated at the voltage at both ends thereof.

上述の実施形態では、出力電圧Voutと入力電圧Vinをそれぞれ分圧して比較しているが、本発明はこれに限定されない。例えば降圧動作のみの場合には、出力電圧Voutを分圧せずにそのまま分圧回路51で分圧された電圧との比較に用いてもよい。
また、定常状態において出力電圧Voutは一定になるため、出力電圧Voutを分圧した電圧の代わりに、出力電圧Voutの目標値に応じた一定の参照電圧を用いてもよい。
また、本発明においては、ダイオードD1に代えて、制御信号生成回路65によってオンオフが制御されるMOSトランジスタを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the output voltage Vout and the input voltage Vin are divided and compared, but the present invention is not limited to this. For example, in the case of only the step-down operation, the output voltage Vout may be used for comparison with the voltage divided by the voltage dividing circuit 51 without being divided.
Further, since the output voltage Vout is constant in the steady state, a constant reference voltage corresponding to the target value of the output voltage Vout may be used instead of the voltage obtained by dividing the output voltage Vout.
In the present invention, a MOS transistor whose on / off is controlled by the control signal generation circuit 65 may be used in place of the diode D1.

本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching power supply device which concerns on embodiment of this invention. 電圧判定回路、電流判定回路及び制御回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a voltage determination circuit, a current determination circuit, and a control circuit. しきい値調節回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a threshold value adjustment circuit. スイッチングコンバータ回路の降圧動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pressure | voltage fall operation | movement of a switching converter circuit. スイッチングコンバータ回路の昇圧動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pressure | voltage rise operation of a switching converter circuit. 制御回路における各信号のタイミング関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the timing relationship of each signal in a control circuit. しきい値調節回路の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of a threshold value adjustment circuit. しきい値調節回路の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of a threshold value adjustment circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10…スイッチングコンバータ回路、20…動作モード判定回路、30…電圧判定回路、40…電流判定回路、50,50A,50B…しきい値調節回路、Q1…p型MOSトランジスタ、Q2,Q4…n型MOSトランジスタ、D1…ダイオード、C1,C2…キャパシタ、R1,R2,R11〜R15,R21,R22…抵抗、56…増幅回路、31,41,42,54,54−1〜54−5…コンパレータ、51,53…分圧回路、52…選択回路、55,55A…信号生成回路、57…アナログ/デジタル変換器、58…データ変換回路、59…デジタル/アナログ変換器、61,62…ラッチ回路、63…インバータ回路、64…AND回路、65…制御信号生成回路、T1,T2…端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Switching converter circuit, 20 ... Operation mode determination circuit, 30 ... Voltage determination circuit, 40 ... Current determination circuit, 50, 50A, 50B ... Threshold adjustment circuit, Q1 ... p-type MOS transistor, Q2, Q4 ... n-type MOS transistor, D1 ... diode, C1, C2 ... capacitor, R1, R2, R11 to R15, R21, R22 ... resistor, 56 ... amplifier circuit, 31, 41, 42, 54, 54-1 to 54-5 ... comparator, 51, 53 ... Voltage divider circuit, 52 ... Selection circuit, 55, 55A ... Signal generation circuit, 57 ... Analog / digital converter, 58 ... Data conversion circuit, 59 ... Digital / analog converter, 61, 62 ... Latch circuit, 63 ... Inverter circuit, 64 ... AND circuit, 65 ... Control signal generation circuit, T1, T2 ... Terminal

Claims (8)

少なくとも1つのインダクタを含み、入力端子より入力される電力を上記インダクタに蓄積する第1の状態と上記インダクタに蓄積される電力を出力端子から放出する第2の状態とを交互に反復し、上記入力端子に印加される直流電圧を当該反復動作により昇圧又は降圧して上記出力端子から出力するスイッチングコンバータ回路と、
上記出力端子の電圧が目標値より高いときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定し、上記出力端子の電圧が目標値より低下したときは上記スイッチングコンバータ回路を所定の時間だけ上記第1の状態に設定してから上記第2の状態に戻し、上記インダクタの電流がしきい値より大きいときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定する制御回路と、
上記入力端子の電圧と上記出力端子の電圧との比又は差に応じて、当該比又は差の変化に伴う上記出力端子のリップル電圧の変化が小さくなるように上記しきい値を調節するしきい値調節回路と
を有するスイッチング電源装置。
Including at least one inductor, alternately repeating a first state in which power input from an input terminal is stored in the inductor and a second state in which power stored in the inductor is discharged from an output terminal, A switching converter circuit that boosts or lowers the DC voltage applied to the input terminal by the repetitive operation and outputs the DC voltage from the output terminal;
When the voltage at the output terminal is higher than a target value, the switching converter circuit is set to the second state, and when the voltage at the output terminal is lower than the target value, the switching converter circuit is set for the predetermined time. A control circuit which sets the switching converter circuit to the second state when the current of the inductor is larger than a threshold value after returning to the second state after setting the state to 1.
The threshold is adjusted according to the ratio or difference between the voltage at the input terminal and the voltage at the output terminal so that the change in the ripple voltage at the output terminal due to the change in the ratio or difference is reduced. A switching power supply device having a value adjustment circuit.
上記インダクタの電流が、入力されるしきい値信号に応じたしきい値より大きいか否かを判定する第1判定回路を有し、
上記しきい値調節回路は、
上記入力端子の電圧を複数の分圧比により分圧する第1分圧回路と、
上記第1分圧回路において分圧された複数の電圧それぞれと上記出力端子の電圧若しく所定の電圧とを比較する比較回路と、
上記比較回路の比較結果に基づいて上記しきい値信号を生成する信号生成回路とを含む、
請求項1に記載のスイッチング電源装置。
A first determination circuit for determining whether or not the current of the inductor is larger than a threshold corresponding to an input threshold signal;
The threshold adjustment circuit is
A first voltage dividing circuit for dividing the voltage of the input terminal by a plurality of voltage dividing ratios;
A comparison circuit that compares each of the plurality of voltages divided in the first voltage dividing circuit with the voltage of the output terminal or a predetermined voltage;
Including a signal generation circuit that generates the threshold signal based on a comparison result of the comparison circuit,
The switching power supply device according to claim 1.
上記第1分圧回路において分圧された複数の電圧から順番に1の電圧を選択する選択回路を有し、
上記比較回路は、上記選択回路において選択された電圧と上記出力端子の電圧若しく所定の電圧とを順次に比較し、
上記信号生成回路は、上記第1分圧回路において分圧された複数の電圧に対応する前記比較回路の複数の比較結果に基づいて上記しきい値信号を生成する、
請求項2に記載のスイッチング電源装置。
A selection circuit that sequentially selects one voltage from the plurality of voltages divided in the first voltage dividing circuit;
The comparison circuit sequentially compares the voltage selected in the selection circuit with the voltage of the output terminal or a predetermined voltage,
The signal generation circuit generates the threshold signal based on a plurality of comparison results of the comparison circuit corresponding to the plurality of voltages divided in the first voltage dividing circuit;
The switching power supply device according to claim 2.
上記しきい値調節回路は、上記出力端子の電圧を分圧する第2分圧回路を更に有し、
上記比較回路は、上記第1分圧回路において分圧された複数の電圧それぞれと上記第2分圧回路において分圧された電圧とを比較する、
請求項2又は3に記載のスイッチング電源装置。
The threshold adjustment circuit further includes a second voltage dividing circuit that divides the voltage of the output terminal,
The comparison circuit compares each of the plurality of voltages divided in the first voltage dividing circuit with the voltage divided in the second voltage dividing circuit;
The switching power supply device according to claim 2 or 3.
上記出力端子の電圧が上記目標値より低いか否かを判定する第2判定回路を有し、
上記制御回路は、
上記出力端子の電圧が上記目標値より低いと上記第1判定回路が判定した場合に第1の値の信号を保持し、入力されるクロック信号に同期して当該信号を周期的に第2の値にリセットする信号保持回路と、
上記信号保持回路が第1の値の信号を保持する場合、上記スイッチングコンバータ回路を上記第1の状態に設定し、上記信号保持回路が第2の値の信号を保持する場合、上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定する制御信号を生成する制御信号生成回路とを含む、
請求項1、2、3又は4に記載のスイッチング電源装置。
A second determination circuit for determining whether or not the voltage at the output terminal is lower than the target value;
The control circuit is
When the first determination circuit determines that the voltage at the output terminal is lower than the target value, the first value signal is held, and the signal is periodically output in synchronization with the input clock signal. A signal holding circuit that resets to a value;
When the signal holding circuit holds a signal having a first value, the switching converter circuit is set to the first state, and when the signal holding circuit holds a signal having a second value, the switching converter circuit A control signal generation circuit for generating a control signal for setting the second state to the second state,
The switching power supply device according to claim 1, 2, 3, or 4.
上記インダクタの電流が上記しきい値より大きいか否かを判定する第1判定回路を有し、
上記信号保持回路は、上記インダクタの電流が上記しきい値より大きいと上記第1判定回路が判定した場合、上記リセット動作を少なくとも1回行うまでの間、上記第2の値の信号を保持する、
請求項5に記載のスイッチング電源装置。
A first determination circuit for determining whether or not the current of the inductor is greater than the threshold;
The signal holding circuit holds the signal having the second value until the reset operation is performed at least once when the first determination circuit determines that the current of the inductor is larger than the threshold value. ,
The switching power supply device according to claim 5.
上記スイッチングコンバータ回路は、
上記インダクタの一方の端子と上記入力端子との間に接続される第1スイッチング素子と、
上記インダクタの上記一方の端子と基準電位との間に接続される第2スイッチング素子と、
上記インダクタの他方の端子と上記出力端子との間に接続される第3スイッチング素子と、
上記インダクタの上記他方の端子と上記基準電位との間に接続される第4スイッチング素子とを含み、
上記制御回路は、
上記入力端子の電圧が上記出力端子の電圧より高い場合、上記第1の状態において上記第1スイッチング素子及び上記第3スイッチング素子をオン、上記第2スイッチング素子及び上記第4スイッチング素子をオフに設定し、上記第2の状態において上記第2スイッチング素子及び上記第3スイッチング素子をオン、上記第1スイッチング素子及び上記第4スイッチング素子をオフに設定し、
上記入力端子の電圧が上記出力端子の電圧より低い場合、上記第1の状態において上記第1スイッチング素子及び上記第4スイッチング素子をオン、上記第2スイッチング素子及び上記第3スイッチング素子をオフに設定し、上記第2の状態において上記第1スイッチング素子及び上記第3スイッチング素子をオン、上記第2スイッチング素子及び上記第4スイッチング素子をオフに設定する、
請求項1、2、3、4、5又は6に記載のスイッチング電源装置
The switching converter circuit is
A first switching element connected between one terminal of the inductor and the input terminal;
A second switching element connected between the one terminal of the inductor and a reference potential;
A third switching element connected between the other terminal of the inductor and the output terminal;
A fourth switching element connected between the other terminal of the inductor and the reference potential;
The control circuit is
When the voltage at the input terminal is higher than the voltage at the output terminal, the first switching element and the third switching element are turned on, and the second switching element and the fourth switching element are turned off in the first state. In the second state, the second switching element and the third switching element are turned on, the first switching element and the fourth switching element are turned off,
When the voltage at the input terminal is lower than the voltage at the output terminal, the first switching element and the fourth switching element are turned on and the second switching element and the third switching element are turned off in the first state. In the second state, the first switching element and the third switching element are turned on, and the second switching element and the fourth switching element are turned off.
The switching power supply device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
少なくとも1つのインダクタを含み、入力端子より入力される電力を上記インダクタに蓄積する第1の状態と上記インダクタに蓄積される電力を出力端子から放出する第2の状態とを交互に反復し、上記入力端子に印加される直流電圧を当該反復動作により昇圧又は降圧して上記出力端子から出力するスイッチングコンバータ回路の制御装置であって、
上記出力端子の電圧が目標値より高いときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定し、上記出力端子の電圧が目標値より低下したときは上記スイッチングコンバータ回路を所定の時間だけ上記第1の状態に設定してから上記第2の状態に戻し、上記インダクタの電流がしきい値より大きいときは上記スイッチングコンバータ回路を上記第2の状態に設定する制御回路と、
上記入力端子の電圧と上記出力端子の電圧との比又は差に応じて、当該比又は差の変化に伴う上記出力端子のリップル電圧の変化が小さくなるように上記しきい値を調節するしきい値調節回路と
を有する制御装置。
Including at least one inductor, alternately repeating a first state in which power input from an input terminal is stored in the inductor and a second state in which power stored in the inductor is discharged from an output terminal, A control device for a switching converter circuit that boosts or lowers a DC voltage applied to an input terminal by the repetitive operation and outputs the DC voltage from the output terminal,
When the voltage at the output terminal is higher than a target value, the switching converter circuit is set to the second state, and when the voltage at the output terminal is lower than the target value, the switching converter circuit is set for the predetermined time. A control circuit which sets the switching converter circuit to the second state when the current of the inductor is larger than a threshold value after returning to the second state after setting the state to 1.
The threshold is adjusted according to the ratio or difference between the voltage at the input terminal and the voltage at the output terminal so that the change in the ripple voltage at the output terminal due to the change in the ratio or difference is reduced. A control device having a value adjustment circuit.
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