JP4467581B2 - スイッチングレギュレータ制御回路、それを用いたスイッチングレギュレータおよび電子機器 - Google Patents
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Description
なお、第1スイッチング信号のオン時間は固定されているため、「第1スイッチング信号の立ち上がりから第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出」することは、第1スイッチング信号の立ち下がりから、第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出することと等価である。
タイマ回路において容量を充電する定電流の値を変化させることによって、定電流を増加させた場合には第2スイッチング信号のオン時間を短くし、減少させた場合にはオン時間を長くすることができる。
この第1スイッチング信号生成回路10は、第1スイッチング素子12を駆動するための第1スイッチング信号SW1を生成し、この第1スイッチング信号SW1にもとづいて第1スイッチング素子12を駆動する。第1スイッチング信号生成回路10において生成される第1スイッチング信号SW1は、オン時間Tonが固定され、オンとなるタイミング、すなわち周波数が変化するパルス信号となっている。
第1電圧比較器30は、第1基準電圧Vref1および第1出力電圧Vout1の大小関係を比較し、Vref1>Vout1のときハイレベルを、Vref1<Vout1のときローレベルを出力する。この第1電圧比較器30の出力VS1は、第1フリップフロップ32のセット端子Sに入力されている。したがって、第1フリップフロップ32は、Vref1>Vout1となってセットされてから、次にリセットされるまでの期間、その出力信号である第1スイッチング信号SW1をハイレベルとする。
第1トランジスタM1のゲートには、第1フリップフロップ32の反転出力VQ1’が入力される。第1出力電圧Vout1が第1基準電圧Vref1より低くなり第1フリップフロップ32がセットされると、反転出力VQ1’はローレベルとなって、第1トランジスタM1はオフする。
すなわち、第1出力電圧Vout1が第1基準電圧Vref1より低くなり第1フリップフロップ32がセットされると、反転出力VQ1’がハイレベルからローレベルに切り替えられ、第1定電流Ion1によって第1コンデンサC1の充電が開始される。
第1スイッチング信号SW1の第1オン時間Ton1は、第1オン時間制御回路34において決定され、Ton1=C1×Vref3/Ion1で与えられることをは上述の通りである。ここで、第3基準電圧Vref3を、第1出力電圧Vout1の目標値である第1基準電圧Vref1に等しく、もしくは比例するように設定する。さらに第1定電流Ion1の値を、入力電圧Vinに比例するように設定する。その結果、Vref3=Vref1×b1、Ion1=Vin×a1が成り立つことになる。これらを上記の第1オン時間Ton1に代入すると、Ton1=C1×(Vref1×b1)/(Vin×a1)が成り立つことがわかる。
第1スイッチング信号SW1がオフしている時刻T0から時刻T1の間、第1出力電圧Vout1は徐々に低下する。時刻T1に、第1出力電圧Vout1が、その目標値である第1基準電圧Vref1より低くなると、第1電圧比較器30の出力VS1がハイレベルとなって第1フリップフロップ32がセットされる。
第2スイッチングレギュレータ300は、第2スイッチング信号生成回路20、第2スイッチング素子22、第2出力回路24を含む。第2スイッチング素子22および第2出力回路24の構成、動作はそれぞれ第1スイッチング素子12および第1出力回路14と同様である。
タイマ回路80の構成、動作は、図2の第1オン時間制御回路34と同様であり、図中、Ich2で示される充電電流によって第2コンデンサC2を充電し、第2コンデンサC2に現れる電圧Vyが所定の第4基準電圧Vref4に達するまでの時間を測定する。したがって、このタイマ回路80によって測定される時間は、Ton2=C2×Vref4/Ich2で与えられる。
すなわち、第2定電流Ion2が入力電圧Vinに比例し、第4基準電圧Vref4が第2出力電圧Vout2の目標値である第2基準電圧Vref2に比例するように設定する。第2定電流Ion2をIon2=Vin×a2、第4基準電圧Vref4をVref4=b2×Vref2とすれば、第2周期時間Tp2は、Tp2=C2×b2/a2となり、入力電圧Vinおよび第2出力電圧Vout2の目標値によらずに一定とすることができる。
オン時間補正回路70は、第2スイッチング信号の周波数fp2が第1スイッチング信号の周波数fp1に近づくように、第2スイッチング信号SW2の基準第2オン時間Ton2の長さを調節する。このために、第1スイッチング信号SW1の立ち上がりから第2スイッチング信号SW2の立ち上がりまでの経過時間にもとづいて同期補正電流Isyncを生成する。図4に示すように、オン時間補正回路70は、ワンショット回路68、第3トランジスタM3、第3定電流源66、第3コンデンサC3、演算増幅器64、トランジスタQ1、Q2、Q3、第4定電流源72を含む。
第2コンデンサC2の充電は第2スイッチング信号SW2の立ち上がりより開始される。第2スイッチング信号SW2が時刻t1に立ち上がったとすると、時刻t2における電圧Vyは、充電電流Ich2を時刻t1からt2まで積分した値に比例する。時刻t2に電圧Vyが第4基準電圧Vref4に達したとすると、補正第2オン時間Ton2’は、Ton2’=t2−t1で与えられる。
なお、第1スイッチング信号SW1が立ち上がる時刻がt=0に相当するため、第2スイッチング信号SW2が立ち上がる時刻t1は、第1スイッチング信号SW1の立ち上がりから第2スイッチング信号SW2が立ち上がりまでの経過時間に相当する。
時刻T1に第1スイッチング信号SW1がオンとなる。このとき、ワンショット回路68が所定の期間オンするため、第3コンデンサC3に蓄えられた電荷が放電し、第3コンデンサC3に現れる電圧Vzは0Vまで減少する。ワンショット回路68がオフすると、第3コンデンサC3は、定電流Ibによって充電され、電圧Vzは傾きIb/C3で上昇する。抵抗R1に流れる電流Idは、電圧Vzに比例して時間とともに増加していく。
図6は、第2オン時間制御回路44において、オン時間補正回路70による第2オン時間の補正を行わない場合のスイッチングレギュレータ100の信号波形を示すタイムチャートである。
図7は、第2オン時間制御回路44において、オン時間補正回路70による第2オン時間の補正を行う場合のスイッチングレギュレータ100の信号波形を示すタイムチャートである。
時刻T1に第1スイッチング信号SW1がオンとなる。その後、時刻T2に第2出力電圧Vout2が第2基準電圧Vref2まで下がると第2スイッチング信号SW2がオンとなる。第2スイッチング信号SW2がオンとなると、第2スイッチング信号生成回路20の第2オン時間制御回路44において、第2スイッチング信号SW2の補正第2オン時間Ton2’が決定される。
第2オン時間制御回路44をデジタル回路によって構成した場合にも、第2オン時間Ton2を、経過時間tdの関数として決定すればよく、実施の形態に係る第2オン時間制御回路44と同様の動作を行うことができる。
このとき、第1スレーブチャンネル、第2スレーブチャンネルそれぞれのオン時間制御回路にオン時間補正回路を設け、マスターチャンネルのスイッチング信号の立ち上がりから、その周期時間の1/3の時間経過後に、第1スレーブチャンネルのスイッチング信号を立ち上がるように制御し、その周期時間の2/3の時間経過後に、第2スレーブチャンネルのスイッチング信号が立ち上がるように制御すればよい。同様にして、さらにチャンネル数を増加させることも可能である。
たとえば、実施の形態に係るスイッチングレギュレータ制御回路1000が、第1スイッチング素子12および第2スイッチング素子22と一体集積化されていてもよい。どの部分をどの程度集積化するかは、回路に要求される仕様、コストや占有面積などによって決めればよい。
Claims (8)
- 第1出力回路に接続される第1スイッチング素子を駆動するための第1スイッチング信号を生成する第1スイッチング信号生成回路と、
第2出力回路に接続される第2スイッチング素子を駆動するための第2スイッチング信号を生成する第2スイッチング信号生成回路と、を備え、
前記第1スイッチング信号生成回路は、前記第1スイッチング信号のオン時間を所定の時間に固定しつつ、前記第1出力回路から出力される第1出力電圧が所定の第1基準電圧に近づくように、前記第1スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させる一方、
前記第2スイッチング信号生成回路は、前記第2スイッチング信号の周波数が前記第1スイッチング信号の周波数に近づくように、前記第2スイッチング信号のオン時間を変化させ、かつ前記第2出力回路から出力される第2出力電圧が所定の第2基準電圧に近づくように、前記第2スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させるものであって、
前記第2スイッチング信号生成回路は、前記第1スイッチング信号の立ち上がりからの時間の経過にもとづき、前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が所定の目標値に近づくように前記第2スイッチング信号のオン時間を変化させることを特徴とするスイッチングレギュレータ制御回路。 - 前記第2スイッチング信号生成回路は、前記第2スイッチング信号のオン時間が前記第1スイッチング信号のオン時間と重ならないように前記所定の目標値を設定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制御回路。
- 前記第1スイッチング信号生成回路は、
前記第1出力電圧と前記第1基準電圧とを比較する第1電圧比較器と、
前記第1電圧比較器の出力によりセットされる第1フリップフロップと、
前記第1フリップフロップの出力の立ち上がりから前記第1スイッチング信号の所定のオン時間が経過すると前記第1フリップフロップをリセットする第1オン時間制御回路と、を含み、前記第1フリップフロップの出力を前記第1スイッチング信号として出力する一方、
前記第2スイッチング信号生成回路は、
前記第2出力電圧と前記第2基準電圧とを比較する第2電圧比較器と、
前記第2電圧比較器の出力によりセットされる第2フリップフロップと、
前記第2フリップフロップの出力の立ち上がりから前記第2スイッチング信号のオン時間が経過すると前記第2フリップフロップをリセットする第2オン時間制御回路と、を含み、前記第2フリップフロップの出力を前記第2スイッチング信号として出力し、前記第2オン時間制御回路は、前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が所定の目標値に近づくように前記第2スイッチング信号のオン時間を変化させ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制御回路。 - 前記第2オン時間制御回路は、
定電流をコンデンサに流し、所定の電圧に達するまでの経過時間を前記第2スイッチング信号のオン時間として計測するタイマ回路と、
前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間にもとづいて前記タイマ回路における前記定電流の値を増減させるオン時間補正回路と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。 - 前記オン時間補正回路は、前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が短いとき、前記定電流を減少させ、前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が長いとき、前記定電流を増加させることを特徴とする請求項4に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
- 前記オン時間補正回路は、前記第1スイッチング信号の立ち上がりから前記第2スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が、前記第1スイッチング信号の周期時間の略1/2のときに前記定電流の補正量を0とすることを特徴とする請求項5に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
- 請求項1から6のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ制御回路と、
前記スイッチングレギュレータ制御回路によってオンオフされるスイッチング素子と、
を備えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 所定の直流電圧を生成する電圧源と、
前記直流電圧を昇圧または降圧して負荷に出力する請求項7に記載のスイッチングレギュレータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
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