JP4672443B2 - Step-down switching regulator, its control circuit, and electronic equipment using the same - Google Patents

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Description

本発明は、降圧型スイッチングレギュレータに関し、特に同期整流方式のスイッチングレギュレータの制御技術に関する。   The present invention relates to a step-down switching regulator, and more particularly to a control technology for a synchronous rectification switching regulator.

近年の携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パーソナルコンピュータなどのさまざまな電子機器に、デジタル信号処理を行うマイコンが搭載されている。こうしたマイコンの駆動に必要とされる電源電圧は、半導体製造プロセスの微細化に伴って低下しており、1.5V以下の低電圧で動作するものがある。
一方、こうした電子機器にはリチウムイオン電池などの電池が電源として搭載される。リチウムイオン電池から出力される電圧は、3V〜4V程度であるため、この電圧をそのままマイコンに供給したのでは、無駄な電力消費が発生するため、降圧型のスイッチングレギュレータや、シリーズレギュレータなどを用いて電池電圧を降圧し、定電圧化してマイコンに供給するのが一般的である。
Various electronic devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), and notebook personal computers in recent years are equipped with microcomputers that perform digital signal processing. The power supply voltage required for driving such a microcomputer has been reduced with the miniaturization of the semiconductor manufacturing process, and there is one that operates at a low voltage of 1.5 V or less.
On the other hand, a battery such as a lithium ion battery is mounted on such an electronic device as a power source. Since the voltage output from the lithium ion battery is about 3 V to 4 V, if this voltage is supplied to the microcomputer as it is, useless power consumption occurs. Therefore, a step-down switching regulator or a series regulator is used. In general, the battery voltage is stepped down to a constant voltage and supplied to a microcomputer.

降圧型のスイッチングレギュレータは、整流用のダイオードを用いる方式(以下、ダイオード整流方式という)と、ダイオードの代わりに、整流用トランジスタを用いる方式(以下、同期整流方式という)が存在する。前者の場合、負荷に流れる負荷電流が低いときに高効率が得られるという利点を有するが、制御回路の外部に、インダクタ、キャパシタに加えてダイオードが必要となるため、回路面積が大きくなる。後者の場合、負荷に供給する電流が小さいときの効率は、前者に比べて劣るが、ダイオードの代わりにトランジスタを用いるため、LSIの内部に集積化することができ、周辺部品を含めた回路面積としては小型化が可能となる。携帯電話などの電子機器において、小型化が要求される場合には、整流用トランジスタを用いたスイッチングレギュレータ(以下、同期整流方式スイッチングレギュレータという)が用いられることが多い。
たとえば、特許文献1、2には、同期整流方式、ダイオード整流方式のスイッチングレギュレータが開示されている。
As a step-down switching regulator, there are a method using a rectifying diode (hereinafter referred to as a diode rectifying method) and a method using a rectifying transistor instead of a diode (hereinafter referred to as a synchronous rectifying method). In the former case, there is an advantage that high efficiency can be obtained when the load current flowing through the load is low. However, since a diode is required in addition to the inductor and the capacitor outside the control circuit, the circuit area becomes large. In the latter case, the efficiency when the current supplied to the load is small is inferior to the former, but since a transistor is used instead of a diode, it can be integrated inside the LSI, and the circuit area including peripheral components As a result, downsizing is possible. When an electronic device such as a cellular phone is required to be downsized, a switching regulator using a rectifying transistor (hereinafter referred to as a synchronous rectification switching regulator) is often used.
For example, Patent Documents 1 and 2 disclose synchronous rectification type and diode rectification type switching regulators.

特開2004−32875号公報JP 2004-32875 A 特開2002−252971号公報JP 2002-252971 A

ここで、降圧型スイッチングレギュレータに接続される負荷が一時的に短絡された場合などには、過電流が流れることになる。この過電流は、インダクタを介して負荷に供給される。インダクタに大電流が流れると、インダクタが磁束をそれ以上保持できない状態、すなわち、飽和状態になる。インダクタが飽和状態となると、インダクタンス成分は減少し、単なる導線に近づく。このとき、インダクタに流れる電流はスイッチングトランジスタを介して流れることになり、所定のしきい値電流を超えると、スイッチングトランジスタや負荷の信頼性に影響を及ぼすことになる。   Here, when a load connected to the step-down switching regulator is temporarily short-circuited, an overcurrent flows. This overcurrent is supplied to the load via the inductor. When a large current flows through the inductor, the inductor cannot hold any more magnetic flux, that is, becomes saturated. When the inductor is saturated, the inductance component decreases and approaches a simple conductor. At this time, the current flowing through the inductor flows through the switching transistor, and if the predetermined threshold current is exceeded, the reliability of the switching transistor and the load is affected.

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流状態を検出して保護可能な降圧型スイッチングレギュレータの制御回路の提供にある。また、本発明の別の目的は、過電流保護回路の動作状態を簡易に検査可能な降圧型スイッチングレギュレータの制御回路の提供にある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a control circuit for a step-down switching regulator capable of detecting and protecting an overcurrent state. Another object of the present invention is to provide a control circuit for a step-down switching regulator that can easily check the operating state of an overcurrent protection circuit.

本発明のある態様は、降圧型スイッチングレギュレータの制御回路に関する。この制御回路は、入力端子と接地間に直列に接続されたスイッチングトランジスタと同期整流用トランジスタを含み、2つのトランジスタの接続点の電圧をスイッチング電圧としてスイッチングレギュレータ出力回路に出力する出力段と、スイッチングレギュレータ出力回路の出力電圧が所定の基準電圧に近づくように、そのデューティ比が制御されるパルス幅変調信号にもとづき、スイッチングトランジスタおよび同期整流用トランジスタのゲートに印加すべき第1、第2ゲート電圧を生成するドライバ回路と、スイッチングトランジスタの両端の電圧と所定のしきい値電圧を比較し、スイッチングトランジスタの両端の電圧が所定のしきい値電圧を上回ると、所定レベルの比較信号を出力する比較部と、比較部から出力される比較信号をラッチして出力するラッチ回路と、を備える。ドライバ回路は、ラッチ回路において比較信号が所定レベルにラッチされる期間、スイッチングトランジスタを強制的にオフする。   One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a step-down switching regulator. The control circuit includes a switching transistor and a synchronous rectification transistor connected in series between the input terminal and the ground, an output stage that outputs the voltage at the connection point of the two transistors to the switching regulator output circuit as a switching voltage, and switching First and second gate voltages to be applied to the gates of the switching transistor and the synchronous rectification transistor based on a pulse width modulation signal whose duty ratio is controlled so that the output voltage of the regulator output circuit approaches a predetermined reference voltage Compares the voltage across the switching transistor with a predetermined threshold voltage and outputs a comparison signal of a predetermined level when the voltage across the switching transistor exceeds the predetermined threshold voltage And the comparison signal output from the comparator Pitch to and a latch circuit for outputting. The driver circuit forcibly turns off the switching transistor while the comparison signal is latched at a predetermined level in the latch circuit.

「スイッチングトランジスタの両端の電圧と所定のしきい値電圧を比較し」とは、スイッチングトランジスタの両端の電圧を直接しきい値電圧と比較する場合の他、スイッチングトランジスタの両端の電圧を間接的にしきい値電圧と比較する場合も含む。
制御回路は、スイッチングトランジスタの両端の電圧をモニタすることにより、スイッチングトランジスタに流れる電流を検出する。スイッチングトランジスタの両端の電圧がしきい値電圧を超えた状態を過電流状態と判定し、スイッチングトランジスタのスイッチングを強制的にオフすることにより、回路を保護することができる。この態様によると、検出信号をラッチすることにより、スイッチングトランジスタがパルス幅変調信号の1周期内で何度もオンオフするのを防止することができる。
“Compare the voltage at both ends of the switching transistor with a predetermined threshold voltage” means that the voltage at both ends of the switching transistor is indirectly compared with the case where the voltage at both ends of the switching transistor is directly compared with the threshold voltage. This includes the case of comparison with threshold voltage.
The control circuit detects the current flowing through the switching transistor by monitoring the voltage across the switching transistor. The circuit can be protected by determining that the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage as an overcurrent state and forcibly turning off the switching of the switching transistor. According to this aspect, by latching the detection signal, the switching transistor can be prevented from being turned on and off many times within one period of the pulse width modulation signal.

比較部は、スイッチングトランジスタのドレインソース間に、スイッチングトランジスタと並列の経路を構成するよう直列に接続された、ゲートに第1ゲート電圧が入力される検出トランジスタおよび検出抵抗と、検出抵抗の両端の電圧としきい値電圧を比較する電圧比較器と、を含んでもよい。比較部は、電圧比較器の出力を比較信号として出力してもよい。
スイッチングトランジスタと並列に検出トランジスタおよび検出抵抗を設け、検出抵抗での電圧降下をモニタすることにより、スイッチングトランジスタに流れる電流を間接的にモニタすることができ、過電流状態を好適に検出することができる。
The comparison unit is connected in series between the drain and source of the switching transistor so as to form a path parallel to the switching transistor, the detection transistor and the detection resistor having the first gate voltage input to the gate, and both ends of the detection resistor. A voltage comparator for comparing the voltage and the threshold voltage. The comparison unit may output the output of the voltage comparator as a comparison signal.
By providing a detection transistor and a detection resistor in parallel with the switching transistor, and monitoring the voltage drop at the detection resistor, the current flowing through the switching transistor can be indirectly monitored, and an overcurrent state can be suitably detected. it can.

検出トランジスタのオン抵抗は、スイッチングトランジスタのオン抵抗より高く設定されてもよい。検出トランジスタのオン抵抗を高く設定することにより、検出トランジスタ側に流れる電流をスイッチングトランジスタに流れる電流よりも低く設定することができる。   The on-resistance of the detection transistor may be set higher than the on-resistance of the switching transistor. By setting the on-resistance of the detection transistor high, the current flowing to the detection transistor can be set lower than the current flowing to the switching transistor.

検出抵抗の抵抗値は、検出トランジスタのオン抵抗より高く設定されてもよい。この場合、検出抵抗の抵抗値がばらついた場合においても、正確に過電流状態を検出することができる。   The resistance value of the detection resistor may be set higher than the on-resistance of the detection transistor. In this case, the overcurrent state can be accurately detected even when the resistance value of the detection resistor varies.

ラッチ回路は、パルス幅変調信号の1周期ごとにリセットされてもよい。パルス幅変調信号の1周期ごとにラッチ回路をリセットすることにより、スイッチングトランジスタの強制的なオフが1周期内に限り実行されるため、過電流状態から通常の電流状態への復帰を短時間で行うことができる。   The latch circuit may be reset for each cycle of the pulse width modulation signal. By resetting the latch circuit for each cycle of the pulse width modulation signal, the switching transistor is forcibly turned off only within one cycle. Therefore, it is possible to quickly return from the overcurrent state to the normal current state. It can be carried out.

ラッチ回路は、比較部から出力される比較信号によりセットされ、パルス幅変調信号の生成に用いられる発振器の出力信号によりリセットされるフリップフロップを含んでもよい。   The latch circuit may include a flip-flop that is set by a comparison signal output from the comparison unit and is reset by an output signal of an oscillator used to generate a pulse width modulation signal.

制御回路は、スイッチングトランジスタおよび検出トランジスタのオンオフを独立に制御可能なスイッチ素子をさらに備えてもよい。
制御回路は、スイッチングトランジスタの両端の電圧がしきい値電圧を超えたとき、比較部から出力される比較信号が所定レベルとなるかを検査するときには、スイッチ素子によりスイッチングトランジスタをオフし、検出トランジスタをオンする一方、降圧動作を行う通常動作時において、スイッチ素子によりスイッチングトランジスタおよび検出トランジスタを第1ゲート電圧にもとづいてスイッチングしてもよい。
この態様によれば、検査時において、スイッチングトランジスタをオフし、検出トランジスタのみをオンすることにより、大電流を流さなくても過電流保護機能が正常に機能するかを検査することができる。
The control circuit may further include a switch element capable of independently controlling on / off of the switching transistor and the detection transistor.
When the control circuit checks whether the comparison signal output from the comparison unit is at a predetermined level when the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage, the switching circuit turns off the switching transistor by the switch element, and the detection transistor In the normal operation in which the step-down operation is performed, the switching transistor and the detection transistor may be switched based on the first gate voltage by the switch element.
According to this aspect, at the time of inspection, it is possible to inspect whether the overcurrent protection function functions normally without passing a large current by turning off the switching transistor and turning on only the detection transistor.

保護回路は、パルス幅変調信号の論理値を変化させることによりスイッチングトランジスタをオフしてもよい。パルス幅変調信号の論理値、すなわちハイ、ローレベルを変化させることにより、このパルス幅変調信号にもとづき生成される第1ゲート電圧を変化させ、スイッチングトランジスタをオフすることができる。   The protection circuit may turn off the switching transistor by changing the logic value of the pulse width modulation signal. By changing the logic value of the pulse width modulation signal, that is, the high and low levels, the first gate voltage generated based on the pulse width modulation signal can be changed, and the switching transistor can be turned off.

制御回路は、1つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。   The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.

本発明の別の態様は、降圧型スイッチングレギュレータである。この降圧型スイッチングレギュレータは、一端が接地されたキャパシタと、キャパシタの他端にその一端が接続されたインダクタと、インダクタの他端に、スイッチング電圧を供給する上述の制御回路と、を備え、キャパシタの他端の電圧を出力する。
この態様によると、降圧型スイッチングレギュレータに接続される負荷が短絡された場合などにおいて、過電流が定常的に流れるのを防止することができる。
Another aspect of the present invention is a step-down switching regulator. This step-down switching regulator includes a capacitor having one end grounded, an inductor having one end connected to the other end of the capacitor, and the above-described control circuit that supplies a switching voltage to the other end of the inductor. The voltage at the other end is output.
According to this aspect, when the load connected to the step-down switching regulator is short-circuited, it is possible to prevent the overcurrent from constantly flowing.

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、電池の電圧を降圧して出力する上述の降圧型スイッチングレギュレータと、を備える。
この態様によると、降圧型スイッチングレギュレータを過電流から保護できるとともに、電子機器全体の発熱などを抑制することができる。
Yet another embodiment of the present invention is an electronic device. This electronic device includes a battery and the above-described step-down switching regulator that steps down and outputs the voltage of the battery.
According to this aspect, the step-down switching regulator can be protected from overcurrent, and heat generation of the entire electronic device can be suppressed.

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明に係る降圧型スイッチングレギュレータの制御回路によれば、過電流保護が実現できる。   According to the step-down switching regulator control circuit of the present invention, overcurrent protection can be realized.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る降圧型スイッチングレギュレータを搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。電子機器300は、たとえば携帯電話端末であり、電池310、電源装置320、アナログ回路330、デジタル回路340、マイコン350、LED360を含む。
電池310は、たとえばリチウムイオン電池であり、電池電圧Vbatとして3〜4V程度を出力する。
アナログ回路330は、パワーアンプや、アンテナスイッチ、LNA(Low Noise Amplifier)、ミキサやPLL(Phase Locked Loop)などの高周波回路を含み、電源電圧Vcc=3.4V程度で安定動作する回路ブロックを含む。また、デジタル回路340は、各種DSP(Digital Signal Processor)などを含み、電源電圧Vdd=3.4V程度で安定動作する回路ブロックを含む。
マイコン350は、電子機器300全体を統括的に制御するブロックであり、電源電圧1.5Vで動作する。
LED360は、RGB3色のLED(Light Emitting Diode)を含み、液晶のバックライトや、照明として用いられ、その駆動には、4V以上の駆動電圧が要求される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic device equipped with the step-down switching regulator according to the first embodiment. The electronic device 300 is, for example, a mobile phone terminal, and includes a battery 310, a power supply device 320, an analog circuit 330, a digital circuit 340, a microcomputer 350, and an LED 360.
The battery 310 is a lithium ion battery, for example, and outputs about 3 to 4 V as the battery voltage Vbat.
The analog circuit 330 includes high-frequency circuits such as a power amplifier, an antenna switch, an LNA (Low Noise Amplifier), a mixer, and a PLL (Phase Locked Loop), and includes a circuit block that stably operates at a power supply voltage Vcc = 3.4V. . The digital circuit 340 includes various DSPs (Digital Signal Processors) and the like, and includes a circuit block that stably operates at a power supply voltage Vdd = 3.4V.
The microcomputer 350 is a block that comprehensively controls the entire electronic device 300 and operates with a power supply voltage of 1.5V.
The LED 360 includes RGB three-color LEDs (Light Emitting Diodes) and is used as a liquid crystal backlight or illumination, and a driving voltage of 4 V or more is required for driving.

電源装置320は、多チャンネルのスイッチング電源であり、各チャンネルごとに、電池電圧Vbatを必要に応じて降圧、または昇圧するスイッチングレギュレータを備え、アナログ回路330、デジタル回路340、マイコン350、LED360に対して適切な電源電圧を供給する。
本実施形態に係る降圧型スイッチングレギュレータは、このような電源装置320に好適に用いることができる。以下、本実施の形態に係る降圧型スイッチングレギュレータの構成について詳細に説明する。
The power supply device 320 is a multi-channel switching power supply, and includes a switching regulator for stepping down or stepping up the battery voltage Vbat as necessary for each channel. For the analog circuit 330, digital circuit 340, microcomputer 350, and LED 360, Supply an appropriate power supply voltage.
The step-down switching regulator according to this embodiment can be suitably used for such a power supply device 320. Hereinafter, the configuration of the step-down switching regulator according to the present embodiment will be described in detail.

図2は、第1の実施の形態に係る降圧型スイッチングレギュレータ200の構成を示す回路図である。降圧型スイッチングレギュレータ200は、同期整流方式の降圧型スイッチングレギュレータであり、制御回路100、スイッチングレギュレータ出力回路110を含む。制御回路100は、ひとつの半導体基板に集積化されたLSIチップであり、スイッチング素子として機能するスイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2は、この制御回路100に内蔵される。
スイッチングレギュレータ出力回路110は、出力キャパシタC1、インダクタL1を含む。出力キャパシタC1は一端が接地され、他端が負荷RLおよびインダクタL1に接続される。インダクタL1は、制御回路100と接続され、スイッチング電圧Vswが印加される。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the step-down switching regulator 200 according to the first embodiment. The step-down switching regulator 200 is a synchronous rectification step-down switching regulator, and includes a control circuit 100 and a switching regulator output circuit 110. The control circuit 100 is an LSI chip integrated on a single semiconductor substrate, and a switching transistor M1 functioning as a switching element and a synchronous rectification transistor M2 are incorporated in the control circuit 100.
The switching regulator output circuit 110 includes an output capacitor C1 and an inductor L1. One end of the output capacitor C1 is grounded, and the other end is connected to the load RL and the inductor L1. The inductor L1 is connected to the control circuit 100 and applied with the switching voltage Vsw.

この降圧型スイッチングレギュレータ200は、制御回路100によってインダクタL1に流れる電流を制御し、出力キャパシタC1に電荷を充電することにより電池電圧Vbatを降圧し、出力キャパシタC1に現れる電圧を負荷RLに供給する。
以下、負荷RLに供給される電圧を出力電圧Vout、負荷RLに流れる電流を負荷電流ILという。
The step-down switching regulator 200 controls the current flowing through the inductor L1 by the control circuit 100, steps down the battery voltage Vbat by charging the output capacitor C1, and supplies the voltage appearing at the output capacitor C1 to the load RL. .
Hereinafter, the voltage supplied to the load RL is referred to as an output voltage Vout, and the current flowing through the load RL is referred to as a load current IL.

制御回路100は、入力・出力端子として、入力端子102、スイッチング端子104、電圧帰還端子106を備える。入力端子102には電池310が接続され、入力電圧として電池電圧Vbatが入力される。また、スイッチング端子104は、インダクタL1に接続され、制御回路100の内部で生成したスイッチング電圧Vswを出力する。また、電圧帰還端子106は、負荷RLに印加される出力電圧Voutが帰還される端子である。   The control circuit 100 includes an input terminal 102, a switching terminal 104, and a voltage feedback terminal 106 as input / output terminals. A battery 310 is connected to the input terminal 102, and a battery voltage Vbat is input as an input voltage. The switching terminal 104 is connected to the inductor L1 and outputs a switching voltage Vsw generated inside the control circuit 100. The voltage feedback terminal 106 is a terminal to which the output voltage Vout applied to the load RL is fed back.

制御回路100は、ドライバ回路10、PWM制御部20、比較部30、ラッチ回路40、保護回路である強制オフトランジスタ42、スイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2を含む。   The control circuit 100 includes a driver circuit 10, a PWM control unit 20, a comparison unit 30, a latch circuit 40, a forced off transistor 42 that is a protection circuit, a switching transistor M1, and a synchronous rectification transistor M2.

スイッチングトランジスタM1は、PチャンネルMOSトランジスタであって、ソースは入力端子102に接続され、ドレインはスイッチング端子104に接続される。同期整流用トランジスタM2は、NチャンネルMOSトランジスタであって、ソースは接地され、ドレインはスイッチングトランジスタM1のドレインおよびスイッチング端子104と接続される。また、同期整流用トランジスタM2のバックゲートは接地されている。
スイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2は、電池電圧Vbatが印加される入力端子102と接地間に直列に接続されており、2つのトランジスタの接続点の電圧を、スイッチング電圧Vswとして本制御回路100の外部にスイッチング端子104を介して接続されるインダクタL1の一端に印加する。
The switching transistor M1 is a P-channel MOS transistor, and has a source connected to the input terminal 102 and a drain connected to the switching terminal 104. The synchronous rectification transistor M2 is an N-channel MOS transistor, the source is grounded, and the drain is connected to the drain of the switching transistor M1 and the switching terminal 104. The back gate of the synchronous rectification transistor M2 is grounded.
The switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 are connected in series between the input terminal 102 to which the battery voltage Vbat is applied and the ground, and the control circuit 100 uses the voltage at the connection point of the two transistors as the switching voltage Vsw. Is applied to one end of an inductor L1 connected to the outside via a switching terminal 104.

PWM制御部20は、降圧型スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutが所定の基準電圧に近づくように、スイッチングトランジスタM1および同期整流用トランジスタM2のオン期間のデューティ比を規定するパルス幅変調信号(以下、PWM信号Vpwmという)を生成する。PWM制御部20には、降圧型スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutが、電圧帰還端子106を介して入力される。
抵抗R1、R2は、この出力電圧Voutを分圧し、R2/(R1+R2)倍した出力電圧Vout’を誤差増幅器22の反転入力端子へと出力する。誤差増幅器22の非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力されており、出力電圧Vout’および基準電圧Vrefの誤差を増幅し、誤差電圧Verrとして出力する。
The PWM control unit 20 controls a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as “duty ratio”) that defines the duty ratio of the ON period of the switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 so that the output voltage Vout of the step-down switching regulator 200 approaches a predetermined reference voltage. PWM signal Vpwm). The output voltage Vout of the step-down switching regulator 200 is input to the PWM control unit 20 via the voltage feedback terminal 106.
The resistors R1 and R2 divide the output voltage Vout, and output the output voltage Vout ′ multiplied by R2 / (R1 + R2) to the inverting input terminal of the error amplifier 22. The reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 22, and an error between the output voltage Vout ′ and the reference voltage Vref is amplified and output as an error voltage Verr.

発振器26は、所定の周波数で発振し、三角波またはのこぎり波状の周期電圧Voscを出力する。第1コンパレータ24は、周期電圧Voscと誤差電圧Verrとを比較し、Vosc>Verrのときローレベルを、Vosc<VerrのときハイレベルとなるPWM信号Vpwmを出力する。このPWM信号Vpwmは、周期時間が一定で、出力電圧Vout’に応じてハイレベルとローレベルの期間が変化するパルス幅変調された信号となる。   The oscillator 26 oscillates at a predetermined frequency and outputs a periodic voltage Vosc having a triangular wave shape or a sawtooth wave shape. The first comparator 24 compares the periodic voltage Vosc and the error voltage Verr, and outputs a PWM signal Vpwm that is at a low level when Vosc> Verr and at a high level when Vosc <Verr. This PWM signal Vpwm is a pulse width modulated signal having a constant cycle time and a period of high level and low level changing according to the output voltage Vout ′.

ドライバ回路10は、PWM制御部20から出力されるPWM信号Vpwmにもとづき、スイッチングトランジスタM1のゲートに印加すべき第1ゲート電圧Vg1と、同期整流用トランジスタM2のゲートに印加すべき第2ゲート電圧Vg2と、を生成する。本実施の形態において、第1ゲート電圧Vg1および第2ゲート電圧Vg2は、PWM信号Vpwmの論理値を反転して生成される。
スイッチングトランジスタM1は、第1ゲート電圧Vg1がローレベルのときがオンし、ハイレベルのときオフする。同期整流用トランジスタM2は、第2ゲート電圧Vg2がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。
このように、ドライバ回路10は、スイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2がそれぞれオンする時間の比を、PWM信号Vpwmのハイレベルとローレベルのデューティ比にもとづいて設定し、2つのトランジスタを交互にオンオフさせる。スイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2が同時にオンして貫通電流が流れるのを防止するため、ドライバ回路10は、スイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2が同時にオフとなる期間(デッドタイム)を各周期ごとに設けてもよい。
Based on the PWM signal Vpwm output from the PWM control unit 20, the driver circuit 10 includes a first gate voltage Vg1 to be applied to the gate of the switching transistor M1 and a second gate voltage to be applied to the gate of the synchronous rectification transistor M2. Vg2 is generated. In the present embodiment, the first gate voltage Vg1 and the second gate voltage Vg2 are generated by inverting the logic value of the PWM signal Vpwm.
The switching transistor M1 is turned on when the first gate voltage Vg1 is at a low level and turned off when the first gate voltage Vg1 is at a high level. The synchronous rectification transistor M2 is turned on when the second gate voltage Vg2 is at a high level, and turned off when the second gate voltage Vg2 is at a low level.
As described above, the driver circuit 10 sets the ratio of the time during which the switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 are turned on based on the high-level and low-level duty ratios of the PWM signal Vpwm, and alternates the two transistors. Turn on and off. In order to prevent the switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 from being turned on at the same time and causing a through current to flow, the driver circuit 10 sets a period (dead time) during which the switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 are simultaneously turned off. You may provide for every period.

比較部30には、スイッチング電圧Vswおよび電池電圧Vbatが入力される。比較部30は、第2コンパレータ32、電圧源34を含む。電圧源34は所定のしきい値電圧Vthを生成する。第2コンパレータ32の+入力端子には電圧(Vbat−Vth)が入力される。また、第2コンパレータ32の−入力端子にはスイッチング電圧Vswが入力される。比較部30は、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧(以下、監視電圧という)ΔV=(Vbat−Vsw)としきい値電圧Vthを比較し、監視電圧ΔVがしきい値電圧Vthを上回ると、ハイレベルの比較信号Vcmpを出力する。
監視電圧ΔVは、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1とスイッチングトランジスタM1に流れる電流Ipeakの積で与えられる。すなわち、ΔV=Ron1×Ipeakが成り立っている。Ipeak=ΔV/Ron1であるから、この比較部30により、スイッチングトランジスタM1に流れる電流Ipeakが、Ith=Vth/Ron1で与えられるしきい値電流を上回る状態を検出することができる。しきい値電流Ithは、スイッチングトランジスタM1の許容電流に応じて設定する。たとえば、通常の動作時にスイッチングトランジスタM1に流れる電流の最大値がIpeak=500mA程度の場合、しきい値電流Ithは、1A程度に設定する。
The comparison unit 30 receives the switching voltage Vsw and the battery voltage Vbat. The comparison unit 30 includes a second comparator 32 and a voltage source 34. The voltage source 34 generates a predetermined threshold voltage Vth. A voltage (Vbat−Vth) is input to the + input terminal of the second comparator 32. The switching voltage Vsw is input to the negative input terminal of the second comparator 32. The comparison unit 30 compares the voltage across the switching transistor M1 (hereinafter referred to as the monitoring voltage) ΔV = (Vbat−Vsw) with the threshold voltage Vth. When the monitoring voltage ΔV exceeds the threshold voltage Vth, the comparison unit 30 The comparison signal Vcmp is output.
The monitoring voltage ΔV is given by the product of the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1 and the current Ipeak flowing through the switching transistor M1. That is, ΔV = Ron1 × Ipeak is established. Since Ipeak = ΔV / Ron1, the comparison unit 30 can detect a state where the current Ipeak flowing through the switching transistor M1 exceeds the threshold current given by Ith = Vth / Ron1. The threshold current Ith is set according to the allowable current of the switching transistor M1. For example, when the maximum value of the current flowing through the switching transistor M1 during normal operation is about Ipeak = 500 mA, the threshold current Ith is set to about 1A.

ラッチ回路40は、Dフリップフロップであって、データ端子に第2コンパレータ32から出力される比較信号Vcmpが入力され、クロック端子には発振器26から出力される周期電圧Voscが入力される。ラッチ回路40は、比較部30から出力される比較信号Vcmpをラッチし、PWM信号Vpwmの生成に用いられる発振器26の出力信号である周期電圧Voscによりリセットされ、再度比較信号Vcmpをラッチする。ラッチ回路40は、RSフリップフロップなどを用いても構成することができる。ラッチ回路40の出力信号SIG1は、強制オフトランジスタ42のゲートに入力される。   The latch circuit 40 is a D flip-flop, and the comparison signal Vcmp output from the second comparator 32 is input to the data terminal, and the periodic voltage Vosc output from the oscillator 26 is input to the clock terminal. The latch circuit 40 latches the comparison signal Vcmp output from the comparison unit 30, is reset by the periodic voltage Vosc that is an output signal of the oscillator 26 used for generating the PWM signal Vpwm, and latches the comparison signal Vcmp again. The latch circuit 40 can also be configured using an RS flip-flop or the like. The output signal SIG1 of the latch circuit 40 is input to the gate of the forced off transistor 42.

強制オフトランジスタ42は、ドレインが誤差増幅器22の出力に接続され、ソースが接地されたNチャンネルMOSトランジスタである。ラッチ回路40の出力信号SIG1がハイレベルのとき、強制オフトランジスタ42はオンし、このとき誤差増幅器22の出力電圧、すなわち誤差電圧Verrは0Vとなる。誤差電圧Verrが0Vとなると、第1コンパレータ24から出力されるPWM信号Vpwmはローレベルとなる。
ドライバ回路10は、上述のように、PWM信号Vpwmのデューティ比にもとづいて第1ゲート電圧Vg1、第2ゲート電圧Vg2を生成し、PWM信号Vpwmがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタM1がオンする。したがって、ドライバ回路10は、ラッチ回路40において比較信号Vcmpがハイレベルにラッチされる期間、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフすることになる。
The forced off transistor 42 is an N-channel MOS transistor whose drain is connected to the output of the error amplifier 22 and whose source is grounded. When the output signal SIG1 of the latch circuit 40 is at a high level, the forced off transistor 42 is turned on, and at this time, the output voltage of the error amplifier 22, that is, the error voltage Verr becomes 0V. When the error voltage Verr becomes 0V, the PWM signal Vpwm output from the first comparator 24 becomes a low level.
As described above, the driver circuit 10 generates the first gate voltage Vg1 and the second gate voltage Vg2 based on the duty ratio of the PWM signal Vpwm. When the PWM signal Vpwm is at a high level, the switching transistor M1 is turned on. Therefore, the driver circuit 10 forcibly turns off the switching transistor M1 while the comparison signal Vcmp is latched at a high level in the latch circuit 40.

以下、本実施の形態に係る制御回路100の動作を図3をもとに説明する。図3は、本実施の形態に係る制御回路100の動作状態を示すタイムチャートである。図3のタイムチャートは、負荷電流ILが非常に大きな過電流状態の動作を説明するものである。図3は、上から順に、誤差電圧Verrおよび周期電圧Vosc、PWM信号Vpwm、監視電圧ΔV、比較信号Vcmp、ラッチ回路40の出力信号SIG1、第1ゲート電圧Vg1を示している。
スイッチングトランジスタM1は、第1ゲート電圧Vg1がハイレベルのときオフ、ローレベルのときオンする。すなわち、図中、Ton1で示されるのは、スイッチングトランジスタM1がオンの期間である。
Hereinafter, the operation of the control circuit 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a time chart showing an operation state of the control circuit 100 according to the present embodiment. The time chart of FIG. 3 explains the operation in an overcurrent state where the load current IL is very large. FIG. 3 shows, in order from the top, the error voltage Verr and the periodic voltage Vosc, the PWM signal Vpwm, the monitoring voltage ΔV, the comparison signal Vcmp, the output signal SIG1 of the latch circuit 40, and the first gate voltage Vg1.
The switching transistor M1 is turned off when the first gate voltage Vg1 is at a high level, and turned on when the first gate voltage Vg1 is at a low level. That is, in the figure, Ton1 indicates a period during which the switching transistor M1 is on.

PWM信号Vpwmは、降圧型スイッチングレギュレータ200の出力電圧Voutが所定の電圧に近づくようにそのデューティ比が制御され、Verr>Voscのときハイレベル、Verr<Voscのときローレベルとなる。第1ゲート電圧Vg1は、このPWM信号Vpwmにもとづいて生成される。第1ゲート電圧Vg1により、スイッチングトランジスタM1のオンオフが制御され、スイッチング電圧Vswはハイレベルとローレベルを繰り返す。時刻T0〜T1の期間、ドライバ回路10はPWM信号VpwmにもとづいてスイッチングトランジスタM1、同期整流用トランジスタM2を駆動している。   The duty ratio of the PWM signal Vpwm is controlled so that the output voltage Vout of the step-down switching regulator 200 approaches a predetermined voltage, and becomes a high level when Verr> Vosc, and a low level when Verr <Vosc. The first gate voltage Vg1 is generated based on the PWM signal Vpwm. The on / off state of the switching transistor M1 is controlled by the first gate voltage Vg1, and the switching voltage Vsw repeats a high level and a low level. During the period from time T0 to time T1, the driver circuit 10 drives the switching transistor M1 and the synchronous rectification transistor M2 based on the PWM signal Vpwm.

時刻T1に、負荷RLが短絡し、負荷電流ILが増加する。これに伴って、監視電圧Δが増加する。時刻T2に監視電圧ΔVがしきい値電圧Vthを上回ると、比較部30から出力される比較信号Vcmpはハイレベルとなる。比較信号Vcmpがハイレベルとなると、ラッチ回路40はセットされ、その出力信号SIG1はハイレベルとなる。ラッチ回路40の出力信号SIG1がハイレベルになり強制オフトランジスタ42がオンすると、誤差電圧Verrが0V付近に固定され、PWM信号Vpwmが強制的にローレベルとなる。すなわち、パルス幅信号Vpwmのハイ時間THは、破線で示す誤差電圧Verr’にもとづいて生成された場合のオン時間TH’に比べて短くなる。これは、スイッチングトランジスタM1のオン時間Ton1が短くなり、同期整流用トランジスタM2のオン時間が長くなることを意味する。時刻T2にスイッチングトランジスタM1がオフとなり、同期整流用トランジスタM2がオンとなると、監視電圧ΔVが下がり始める。   At time T1, the load RL is short-circuited and the load current IL increases. Along with this, the monitoring voltage Δ increases. When the monitoring voltage ΔV exceeds the threshold voltage Vth at time T2, the comparison signal Vcmp output from the comparison unit 30 becomes high level. When the comparison signal Vcmp becomes high level, the latch circuit 40 is set and its output signal SIG1 becomes high level. When the output signal SIG1 of the latch circuit 40 becomes a high level and the forced-off transistor 42 is turned on, the error voltage Verr is fixed near 0V, and the PWM signal Vpwm is forced to a low level. That is, the high time TH of the pulse width signal Vpwm is shorter than the on-time TH ′ when it is generated based on the error voltage Verr ′ indicated by the broken line. This means that the ON time Ton1 of the switching transistor M1 is shortened and the ON time of the synchronous rectification transistor M2 is increased. When the switching transistor M1 is turned off and the synchronous rectification transistor M2 is turned on at time T2, the monitoring voltage ΔV starts to drop.

時刻T3に、監視電圧ΔVがしきい値電圧Vthより低くなると、比較信号Vcmpはローレベルとなる。時刻T4に、発振器26の出力である周期電圧Voscが上昇してあるレベルVxに達すると、ラッチ回路40がリセットされ、その出力信号SIG1はローレベルとなる。ラッチ回路40の出力信号SIG1がローレベルとなると、強制オフトランジスタ42がオフし、誤差電圧Verrが0Vの固定状態から解放される。その後、時刻T5にVerr<Voscとなると、PWM信号Vpwmがハイレベルとなり、ドライバ回路10は、第1ゲート電圧Vg1をローレベルとし、スイッチングトランジスタM1をオンする。   When the monitoring voltage ΔV becomes lower than the threshold voltage Vth at time T3, the comparison signal Vcmp becomes low level. When the periodic voltage Vosc, which is the output of the oscillator 26, rises to the level Vx at time T4, the latch circuit 40 is reset, and the output signal SIG1 becomes a low level. When the output signal SIG1 of the latch circuit 40 becomes a low level, the forced-off transistor 42 is turned off, and the error voltage Verr is released from the fixed state of 0V. Thereafter, when Verr <Vosc at time T5, the PWM signal Vpwm becomes high level, and the driver circuit 10 sets the first gate voltage Vg1 to low level and turns on the switching transistor M1.

このように、本実施の形態に係る制御回路100は、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧である監視電圧ΔVをモニタする。監視電圧ΔVは、スイッチングトランジスタM1に流れる電流に比例するため、しきい値電圧Vthとの比較を行うことにより過電流状態を検出することができる。この際、ΔV>Vthとなって過電流状態を検出すると、スイッチングトランジスタM1が強制的にオフされ、電流の供給経路が遮断されるため、スイッチングトランジスタM1自身、インダクタL1あるいは負荷RLを好適に保護することができる。
また、過電流状態におけるスイッチングトランジスタM1の強制的なオフ状態は、発振器26から出力される周期電圧Voscにより、1周期毎に解除される。そのため負荷が瞬間的に短絡して大電流が流れるような場合にも、1周期毎に過電流検出および過電流保護を行うため、負荷が短絡状態から解放されると、直ちに通常のスイッチング動作に復帰することができる。
Thus, the control circuit 100 according to the present embodiment monitors the monitoring voltage ΔV that is the voltage across the switching transistor M1. Since the monitoring voltage ΔV is proportional to the current flowing through the switching transistor M1, an overcurrent state can be detected by comparing with the threshold voltage Vth. At this time, if ΔV> Vth and an overcurrent state is detected, the switching transistor M1 is forcibly turned off and the current supply path is cut off, so that the switching transistor M1 itself, the inductor L1 or the load RL is suitably protected. can do.
Further, the forced off state of the switching transistor M1 in the overcurrent state is canceled for each cycle by the periodic voltage Vosc output from the oscillator 26. For this reason, even when the load is short-circuited momentarily and a large current flows, overcurrent detection and overcurrent protection are performed every cycle. Can return.

(第2の実施の形態)
図4は、第2の実施の形態に係る制御回路100の構成を示す回路図である。以降の図において、既出の構成要素と同一または同等の構成要素には同一の符号を付すものとし、適宜説明を省略する。
上述した第1の実施の形態では、監視電圧ΔVとしてスイッチングトランジスタM1の両端の電圧を直接モニタしたが、第2の実施の形態では、スイッチングトランジスタM1と並列に、検出トランジスタM3および検出抵抗R3により形成される経路を設け、この経路に流れる電流をモニタする。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the control circuit 100 according to the second embodiment. In the subsequent drawings, the same or equivalent components as those already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
In the first embodiment described above, the voltage across the switching transistor M1 is directly monitored as the monitoring voltage ΔV. However, in the second embodiment, the detection transistor M3 and the detection resistor R3 are used in parallel with the switching transistor M1. A path to be formed is provided, and a current flowing through this path is monitored.

比較部30は、第2コンパレータ32、電圧源34に加えて、検出抵抗R3、検出トランジスタM3を含む。スイッチングトランジスタM1のドレインソース間には、検出トランジスタM3、検出抵抗R3が直列に接続されている。検出トランジスタM3は、スイッチングトランジスタM1と同様にPNP型のMOSトランジスタであって、ドレインおよびゲートがスイッチングトランジスタM1と共通に接続されている。検出トランジスタM3のトランジスタサイズはスイッチングトランジスタM1に比べて小さく設定され、検出トランジスタM3のオン抵抗Ron3は、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1に比べて十分に高く設定されている。また、検出抵抗R3の抵抗値は、検出トランジスタM3のオン抵抗Ron3に対して十分に高く設定される。すなわち、検出トランジスタM3および検出抵抗R3を含む経路のインピーダンスは、スイッチングトランジスタM1のインピーダンスに対して十分に高く設定されており、Ron3+R3≫Ron1が成り立っている。
第2コンパレータ32は、検出抵抗R3の両端の電圧を監視電圧ΔV’としてモニタすることにより、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧ΔV’を間接的にモニタし、過電流状態を検出する。
The comparison unit 30 includes a detection resistor R3 and a detection transistor M3 in addition to the second comparator 32 and the voltage source 34. A detection transistor M3 and a detection resistor R3 are connected in series between the drain and source of the switching transistor M1. The detection transistor M3 is a PNP-type MOS transistor like the switching transistor M1, and has a drain and a gate commonly connected to the switching transistor M1. The transistor size of the detection transistor M3 is set smaller than that of the switching transistor M1, and the on-resistance Ron3 of the detection transistor M3 is set sufficiently higher than the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1. The resistance value of the detection resistor R3 is set sufficiently higher than the on-resistance Ron3 of the detection transistor M3. That is, the impedance of the path including the detection transistor M3 and the detection resistor R3 is set sufficiently higher than the impedance of the switching transistor M1, and Ron3 + R3 >> Ron1 is established.
The second comparator 32 indirectly monitors the voltage ΔV ′ across the switching transistor M1 by monitoring the voltage across the detection resistor R3 as the monitoring voltage ΔV ′, and detects an overcurrent state.

以上のように構成された制御回路100の動作について説明する。スイッチングトランジスタM1に流れる電流をIm1、検出トランジスタM3に流れる電流をIm3とすると、上述した2つの経路のインピーダンスの関係からIm1≫Im3となる。スイッチングトランジスタM1の両端の電圧ΔVは、Im1×Ron1で与えられ、この電圧は、検出抵抗R3および検出トランジスタM3に印加される。したがって、検出抵抗R3の両端の電圧、すなわち監視電圧ΔV’は、ΔV’=Im1×Ron1×R3/(R3+Ron3)となる。すなわち、監視電圧ΔV’は、スイッチングトランジスタM1に流れる電流Im1に比例する。   The operation of the control circuit 100 configured as described above will be described. If the current flowing through the switching transistor M1 is Im1, and the current flowing through the detection transistor M3 is Im3, then Im1 >> Im3 because of the impedance relationship of the two paths described above. The voltage ΔV across the switching transistor M1 is given by Im1 × Ron1, and this voltage is applied to the detection resistor R3 and the detection transistor M3. Therefore, the voltage across the detection resistor R3, that is, the monitoring voltage ΔV ′ is ΔV ′ = Im1 × Ron1 × R3 / (R3 + Ron3). That is, the monitoring voltage ΔV ′ is proportional to the current Im1 flowing through the switching transistor M1.

負荷RLが短絡状態になり、スイッチングトランジスタM1に過電流が流れると、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧ΔVが上昇し、これにともない、検出抵抗R3の両端の電圧ΔV’が増大する。この監視電圧ΔV’がしきい値電圧Vthを超えると、第2コンパレータ32から出力される比較信号Vcmpがハイレベルとなり、ラッチ回路40がセットされ、ドライバ回路10から出力される第1ゲート電圧Vg1がハイレベルとなり、スイッチングトランジスタM1および検出トランジスタM3が強制的にオフ状態となる。
このように、本実施の形態に係る制御回路100では、検出抵抗R3の両端の電圧ΔV’をモニタすることにより、間接的にスイッチングトランジスタM1の両端の電圧ΔVをモニタすることができ、過電流状態を検出して回路保護を行うことができる。
When the load RL is short-circuited and an overcurrent flows through the switching transistor M1, the voltage ΔV across the switching transistor M1 increases, and accordingly, the voltage ΔV ′ across the detection resistor R3 increases. When the monitoring voltage ΔV ′ exceeds the threshold voltage Vth, the comparison signal Vcmp output from the second comparator 32 becomes high level, the latch circuit 40 is set, and the first gate voltage Vg1 output from the driver circuit 10 is set. Becomes high level, and the switching transistor M1 and the detection transistor M3 are forcibly turned off.
Thus, in the control circuit 100 according to the present embodiment, by monitoring the voltage ΔV ′ across the detection resistor R3, it is possible to indirectly monitor the voltage ΔV across the switching transistor M1, thereby overcurrent. The circuit can be protected by detecting the state.

本実施の形態に係る制御回路100は、さらに以下の利点を有する。
図5は、本実施の形態に係る制御回路100の検査時の回路状態を示す図である。図5において、図4の回路図の一部は、簡略化あるいは省略されている。この検査は、過電流保護が所定のしきい値電流で有効に機能するかを判定するために行われる。
スイッチングトランジスタM1および検出トランジスタM3のゲートとドライバ回路10の間には、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3がそれぞれ設けられる。第1スイッチSW1および第3スイッチSW3は、スイッチングトランジスタM1および検出トランジスタM3のオンオフ状態を、独立に制御するために設けられる。
検査時において、スイッチング端子104には、定電流源400が接続される。また、入力端子102にはテスト電圧Vtestが印加される。テスト電圧Vtestは、バッテリ電圧Vbatと近い値に設定される。
The control circuit 100 according to the present embodiment further has the following advantages.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit state when the control circuit 100 according to the present embodiment is inspected. In FIG. 5, a part of the circuit diagram of FIG. 4 is simplified or omitted. This check is performed to determine whether overcurrent protection functions effectively at a predetermined threshold current.
A first switch SW1 and a third switch SW3 are provided between the gates of the switching transistor M1 and the detection transistor M3 and the driver circuit 10, respectively. The first switch SW1 and the third switch SW3 are provided for independently controlling the on / off states of the switching transistor M1 and the detection transistor M3.
At the time of inspection, the constant current source 400 is connected to the switching terminal 104. A test voltage Vtest is applied to the input terminal 102. The test voltage Vtest is set to a value close to the battery voltage Vbat.

以下、制御回路100の検査時の動作について説明する。検査時において、第1スイッチSW1によってスイッチングトランジスタM1のゲート電圧はハイレベルに固定され、オフ状態となる。また、検出トランジスタM3のゲート電圧はローレベルに固定され、オン状態となる。この状態で、スイッチング端子104に接続された定電流源400によって定電流Itestを生成する。スイッチングトランジスタM1はオフされているため、この定電流Itestは、検出トランジスタM3および検出抵抗R3を介して流れる。
検査時において、検出抵抗R3の両端の電圧、すなわち監視電圧ΔV’は、Itest×R3となる。したがって、Itest>Vth/R3のときに、第2コンパレータ32の出力がハイレベルとなれば、過電流保護が正常に動作していることを確認することができる。第2コンパレータ32の出力をモニタするため、制御回路100は図5に示すように、テスト回路50を備えていてもよい。
Hereinafter, the operation at the time of inspection of the control circuit 100 will be described. At the time of inspection, the gate voltage of the switching transistor M1 is fixed to a high level by the first switch SW1 and is turned off. In addition, the gate voltage of the detection transistor M3 is fixed at a low level and is turned on. In this state, a constant current Itest is generated by the constant current source 400 connected to the switching terminal 104. Since the switching transistor M1 is turned off, the constant current Itest flows through the detection transistor M3 and the detection resistor R3.
At the time of inspection, the voltage across the detection resistor R3, that is, the monitoring voltage ΔV ′ is Itest × R3. Therefore, when Itest> Vth / R3, if the output of the second comparator 32 becomes high level, it can be confirmed that the overcurrent protection is operating normally. In order to monitor the output of the second comparator 32, the control circuit 100 may include a test circuit 50 as shown in FIG.

上述したように、R3+Ron3≫Ron1となるため、本実施の形態に係る制御回路100により図3の降圧型スイッチングレギュレータ200を構成した場合、降圧動作状態において、検出抵抗R3および検出トランジスタM3を含む経路に流れる電流Im3は、スイッチングトランジスタM1に流れる電流Im1に比べて非常に小さい。したがって、検査時において、過電流保護が正常に機能するかを判定する際には、定電流源400によって生成すべき電流Itestは、実際にスイッチングトランジスタM1に流れる電流に比べて非常に小さく設定することができる。
もし、検出抵抗R3および検出トランジスタM3を設けずに過電流状態の検出を行う場合、過電流保護の検査時に、スイッチングトランジスタM1に1A近い電流を流す必要があるが、一般的な半導体テスタによりそのような大電流を供給するのは現実的ではない。これに対して、本実施の形態に係る制御回路100では、検査時において、定電流源400によってわずかに数mAの電流Itestを流せば検出トランジスタM3および検出抵抗R3による実際の動作時の状態を再現することができ、過電流検出が正常に行われるかを判定することができる。
As described above, since R3 + Ron3 >> Ron1, when the step-down switching regulator 200 of FIG. 3 is configured by the control circuit 100 according to the present embodiment, the path including the detection resistor R3 and the detection transistor M3 in the step-down operation state. The current Im3 flowing through the switching transistor M1 is much smaller than the current Im1 flowing through the switching transistor M1. Therefore, when determining whether or not the overcurrent protection functions normally at the time of inspection, the current Itest to be generated by the constant current source 400 is set to be very small compared to the current that actually flows through the switching transistor M1. be able to.
If an overcurrent state is detected without providing the detection resistor R3 and the detection transistor M3, it is necessary to pass a current close to 1 A to the switching transistor M1 during the overcurrent protection test. It is not realistic to supply such a large current. On the other hand, in the control circuit 100 according to the present embodiment, at the time of inspection, if a current Itest of only a few mA is caused to flow by the constant current source 400, the state of actual operation by the detection transistor M3 and the detection resistor R3 is changed. It can be reproduced, and it can be determined whether overcurrent detection is normally performed.

さらに、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を設けない場合、スイッチングトランジスタM1および検出トランジスタM3を独立にオンオフできないため、検査時において、スイッチングトランジスタM1をオフすると、検出トランジスタM3もオフとなってしまう。この場合、検出抵抗R3にのみ定電流Itestを流すためには、検出抵抗R3と検出トランジスタM3の接続点にテスト用パッドを設け、このテスト用パッドに定電流源400を接続する必要があるため、回路面積が大きくなってしまう。
一方、本実施の形態に係る制御回路100では、検査時において、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を用いてスイッチングトランジスタM1をオフしつつ、検出トランジスタM3をオンするため、定電流源400を接続するテスト用パッドとしてスイッチング端子104をそのまま利用することができ、回路面積の増加を抑えることもできる。
Further, when the first switch SW1 and the third switch SW3 are not provided, the switching transistor M1 and the detection transistor M3 cannot be turned on and off independently. Therefore, when the switching transistor M1 is turned off at the time of inspection, the detection transistor M3 is also turned off. . In this case, in order to pass the constant current Itest only to the detection resistor R3, it is necessary to provide a test pad at the connection point between the detection resistor R3 and the detection transistor M3, and to connect the constant current source 400 to the test pad. The circuit area becomes large.
On the other hand, in the control circuit 100 according to the present embodiment, at the time of inspection, the constant current source 400 is used to turn on the detection transistor M3 while turning off the switching transistor M1 using the first switch SW1 and the third switch SW3. The switching terminal 104 can be used as it is as a test pad to be connected, and an increase in circuit area can be suppressed.

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

実施の形態では、過電流状態を検出した際に、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフするために、誤差電圧Verrを制御したが、これには限定されない。たとえば、ラッチ回路40の出力信号SIG1をドライバ回路10へと入力し、ドライバ回路10の内部で、出力信号SIG1およびPWM信号Vpwmを論理演算することによって、第1ゲート電圧Vg1を制御し、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフしてもよい。   In the embodiment, the error voltage Verr is controlled to forcibly turn off the switching transistor M1 when an overcurrent state is detected. However, the present invention is not limited to this. For example, the output signal SIG1 of the latch circuit 40 is input to the driver circuit 10, and the output signal SIG1 and the PWM signal Vpwm are logically operated inside the driver circuit 10, thereby controlling the first gate voltage Vg1 and the switching transistor. M1 may be forcibly turned off.

実施の形態では、制御回路100がひとつのLSIに一体集積化される場合について説明したが、これには限定されず、一部の構成要素がLSIの外部にディスクリート素子あるいはチップ部品として設けられ、あるいは複数のLSIにより構成されてもよい。どの部分をどの程度集積化するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。   In the embodiment, the case where the control circuit 100 is integrated in one LSI has been described. However, the present invention is not limited to this, and some components are provided as discrete elements or chip components outside the LSI. Or you may comprise by several LSI. What part and how much to integrate can be determined by cost, occupied area, and the like.

また、本実施の形態において、ハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。   Further, in the present embodiment, the setting of high level and low level logical values is merely an example, and can be freely changed by appropriately inverting it with an inverter or the like.

第1の実施の形態に係る降圧型スイッチングレギュレータを搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electronic device carrying the pressure | voltage fall type switching regulator which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る降圧型スイッチングレギュレータの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a step-down switching regulator according to a first embodiment. 図2の制御回路の動作状態を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation state of the control circuit of FIG. 第2の実施の形態に係る制御回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control circuit which concerns on 2nd Embodiment. 図4の制御回路の検査時の回路状態を示す図である。It is a figure which shows the circuit state at the time of the test | inspection of the control circuit of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100 制御回路、 102 入力端子、 104 スイッチング端子、 106 電圧帰還端子、 110 スイッチングレギュレータ出力回路、 200 降圧型スイッチングレギュレータ、 10 ドライバ回路、 20 PWM制御部、 26 発振器、 30 比較部、 40 ラッチ回路、 L1 インダクタ、 Vg1 第1ゲート電圧、 Vg2 第2ゲート電圧、 M1 スイッチングトランジスタ、 M2 同期整流用トランジスタ、 M3 検出トランジスタ、 R3 検出抵抗、 SW1 第1スイッチ、 SW3 第3スイッチ、 300 電子機器、 310 電池。   100 control circuit, 102 input terminal, 104 switching terminal, 106 voltage feedback terminal, 110 switching regulator output circuit, 200 step-down switching regulator, 10 driver circuit, 20 PWM control unit, 26 oscillator, 30 comparison unit, 40 latch circuit, L1 Inductor, Vg1 first gate voltage, Vg2 second gate voltage, M1 switching transistor, M2 synchronous rectification transistor, M3 detection transistor, R3 detection resistor, SW1 first switch, SW3 third switch, 300 electronic device, 310 battery.

Claims (10)

降圧型スイッチングレギュレータの制御回路であって、
入力端子と接地間に直列に接続されたスイッチングトランジスタと同期整流用トランジスタを含み、2つのトランジスタの接続点の電圧をスイッチング電圧としてスイッチングレギュレータ出力回路に出力する出力段と、
前記スイッチングレギュレータ出力回路の出力電圧が所定の基準電圧に近づくように、そのデューティ比が制御されるパルス幅変調信号にもとづき、前記スイッチングトランジスタおよび前記同期整流用トランジスタのゲートに印加すべき第1、第2ゲート電圧を生成するドライバ回路と、
前記スイッチングトランジスタの両端の電圧と所定のしきい値電圧を比較し、前記スイッチングトランジスタの両端の電圧が前記しきい値電圧を上回ると、所定レベルの比較信号を出力する比較部であって、前記スイッチングトランジスタのドレインソース間に、前記スイッチングトランジスタと並列の経路を構成するよう直列に接続された、ゲートに前記第1ゲート電圧が入力される検出トランジスタおよび検出抵抗と、前記検出抵抗の両端の電圧としきい値電圧を比較する電圧比較器と、を含み、前記電圧比較器の出力を前記比較信号として出力する比較部と、
前記比較部から出力される比較信号をラッチして出力するラッチ回路と、
前記ラッチ回路において前記比較信号が前記所定レベルにラッチされる期間、前記スイッチングトランジスタを強制的にオフする保護回路と、
前記スイッチングトランジスタおよび前記検出トランジスタのオンオフを独立に制御可能なスイッチ回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。
A step-down switching regulator control circuit,
An output stage including a switching transistor and a synchronous rectifying transistor connected in series between the input terminal and the ground, and outputting a voltage at a connection point of the two transistors as a switching voltage to the switching regulator output circuit;
Based on a pulse width modulation signal whose duty ratio is controlled so that the output voltage of the switching regulator output circuit approaches a predetermined reference voltage, the first to be applied to the gates of the switching transistor and the synchronous rectification transistor, A driver circuit for generating a second gate voltage;
A comparison unit that compares a voltage across the switching transistor with a predetermined threshold voltage, and outputs a comparison signal of a predetermined level when the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage , A detection transistor and a detection resistor connected in series so as to form a path parallel to the switching transistor between a drain and a source of the switching transistor, and a voltage across the detection resistor And a voltage comparator that compares the threshold voltage, and a comparator that outputs the output of the voltage comparator as the comparison signal ;
A latch circuit that latches and outputs a comparison signal output from the comparison unit;
A protection circuit for forcibly turning off the switching transistor during a period in which the comparison signal is latched at the predetermined level in the latch circuit;
A switch circuit capable of independently controlling on / off of the switching transistor and the detection transistor;
A control circuit comprising:
前記検出トランジスタのオン抵抗は、前記スイッチングトランジスタのオン抵抗より高く設定されることを特徴とする請求項に記載の制御回路。 The control circuit of claim 1 wherein the on resistance of the sensing transistor, characterized in that it is set higher than the on-resistance of the switching transistor. 前記検出抵抗の抵抗値は、前記検出トランジスタのオン抵抗より高く設定されることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。 Wherein the resistance value of the sense resistor, the control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that it is set higher than the on-resistance of the detection transistor. 前記ラッチ回路は、前記パルス幅変調信号の1周期ごとにリセットされることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the latch circuit is reset for each period of the pulse width modulation signal. 前記ラッチ回路は、
前記比較部から出力される比較信号によりセットされ、前記パルス幅変調信号の生成に用いられる発振器の出力信号によりリセットされるフリップフロップを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。
The latch circuit is
3. The control circuit according to claim 1, further comprising a flip-flop that is set by a comparison signal output from the comparison unit and reset by an output signal of an oscillator used to generate the pulse width modulation signal. .
前記スイッチングトランジスタの両端の電圧が前記しきい値電圧を超えたとき、前記比較部から出力される前記比較信号が前記所定レベルとなるかを検査するときには、前記スイッチ回路により前記スイッチングトランジスタをオフし、前記検出トランジスタをオンする一方、
降圧動作を行う通常動作時において、前記スイッチ回路により前記スイッチングトランジスタおよび前記検出トランジスタを前記第1ゲート電圧にもとづいてスイッチングすることを特徴とする請求項に記載の制御回路。
When the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage, the switch circuit turns off the switching transistor to check whether the comparison signal output from the comparison unit is at the predetermined level. While turning on the detection transistor,
The control circuit according to claim 1 , wherein the switching transistor and the detection transistor are switched based on the first gate voltage by the switch circuit during a normal operation in which a step-down operation is performed.
前記保護回路は、前記パルス幅変調信号の論理値を変化させることにより前記スイッチングトランジスタをオフすることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の制御回路。 The protection circuit includes a control circuit according to any one of claims 1 to 6, characterized by turning off the switching transistor by changing the logical value of the pulse width modulation signal. 前記制御回路は、1つの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の制御回路。 Wherein the control circuit, the control circuit according to claim 1, wherein 7 to be integrated on a single semiconductor substrate. 一端が接地されたキャパシタと、
前記キャパシタの他端にその一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端に、スイッチング電圧を供給する請求項1からのいずれかに記載の制御回路と、
を備え、前記キャパシタの他端の電圧を出力することを特徴とする降圧型スイッチングレギュレータ。
A capacitor with one end grounded;
An inductor having one end connected to the other end of the capacitor;
The control circuit according to any one of claims 1 to 8 , wherein a switching voltage is supplied to the other end of the inductor;
And a voltage at the other end of the capacitor is output.
電池と、
前記電池の電圧を降圧して出力する請求項に記載の降圧型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。
Battery,
The step-down switching regulator according to claim 9 , wherein the voltage of the battery is stepped down and output.
An electronic device comprising:
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