JP4927420B2 - Switching regulator - Google Patents
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Description
本発明は、高効率増幅器を用いるのに好適なスイッチングレギュレータに関し、特にスイッチングレギュレータにおける過電流保護回路に関するものである。 The present invention relates to a switching regulator suitable for using a high efficiency amplifier, and more particularly to an overcurrent protection circuit in a switching regulator.
従来のスイッチングレギュレータにおいては、出力トランジスタを一定周波数の制御信号でスイッチングするとともに、出力端子から出力される出力電圧に基づいて制御信号のデューティを調整して、出力電圧を一定電圧に維持する。そして、出力電圧が所定の電圧以下となったときには、出力トランジスタをカットオフさせる短絡保護回路が備えられ、コイルと出力端子との間には、制御信号に基づいて出力トランジスタを動作するときにはオンし、ダイオードとして動作し、短絡保護回路の出力信号に基づいてコイルと出力端子との接続を遮断するスイッチング素子が設けられている。 In the conventional switching regulator, the output transistor is switched with a control signal having a constant frequency, and the duty of the control signal is adjusted based on the output voltage output from the output terminal, thereby maintaining the output voltage at a constant voltage. A short-circuit protection circuit that cuts off the output transistor is provided when the output voltage falls below a predetermined voltage, and is turned on when the output transistor is operated based on a control signal between the coil and the output terminal. A switching element that operates as a diode and cuts off the connection between the coil and the output terminal based on the output signal of the short circuit protection circuit is provided.
例えば、特開2002−171749号公報(特許文献1参照)に記載の「スイッチングレギュレータ」では、短絡に至る過電流の場合と、短絡には至らない過電流の場合とを区別し、それぞれに最適な保護を行う過電流保護回路を備えている。
すなわち、図2に示すように、上記スイッチングレギュレータは、発振出力Lxと定電圧LMTREE1とを比較するコンパレータ100、コンパレータ100の出力を保持するSRラッチ回路200、前記定電圧LMTREE1より低い電圧LMTREE2と発振出力Lxとを比較するコンパレータ300、コンパレータ300の出力を保持するSRラッチ回路400、PWMコントローラ500、PWMコントローラ500の出力800の通過をSRラッチ回路200または400のセット出力により抑止制御するための出力制御回路600、出力制御回路600の出力によりオンオフが制御されるPチャネルドライバトランジスタ700で構成されている。
For example, the “switching regulator” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-171749 (see Patent Document 1) distinguishes between an overcurrent that leads to a short circuit and an overcurrent that does not lead to a short circuit, and is optimal for each. An overcurrent protection circuit is provided to provide proper protection.
That is, as shown in FIG. 2, the switching regulator includes a
瞬間的あるは継続的に出力電圧Voutに過電流が流れると、発振出力Lxのオン期間のHレベルが電源電圧より低くなっていく。発振出力Lxのオン期間のHレベルと定電圧LMTREE1と、あるいはさらに低いLMTREE2とをコンパレータ100または300で比較し、発振出力Lxのオン期間のHレベルが定電圧よりも低くなった場合には、SRラッチ回路200または400がセットされる。出力制御回路600は、SRラッチ回路200または400のセット出力により、PWMコントローラ500からの出力800を通過させず、Pチャネルドライバトランジスタ700をオフにし、発振出力Lxを強制的に0レベルにする。これにより、出力電圧Voutに過電流が流れた場合に、Pチャネルドライバトランジスタ700を破壊せずに保護することができる。
When an overcurrent flows instantaneously or continuously in the output voltage Vout, the H level during the ON period of the oscillation output Lx becomes lower than the power supply voltage. When the
従来の過電流保護回路では、Pチャネルドライバトランジスタのオン抵抗に依存した発振出力Lxと基準電圧とを比較することにより、基準電圧より低くなった場合には、Pチャネルドライバトランジスタをオフにして、発振出力Lxを強制的に0にしていた。
しかし、オン抵抗に依存した発振出力Lxは、電源電圧の変動あるいは温度変化に大きく依存するため、従来の過電流保護回路の電源電圧変動あるいは温度変化に対する精度は悪かった。
In the conventional overcurrent protection circuit, by comparing the oscillation output Lx depending on the on-resistance of the P-channel driver transistor and the reference voltage, when the reference voltage is lower, the P-channel driver transistor is turned off. The oscillation output Lx was forced to zero.
However, since the oscillation output Lx depending on the ON resistance greatly depends on the fluctuation of the power supply voltage or the temperature change, the accuracy of the conventional overcurrent protection circuit with respect to the power supply voltage fluctuation or the temperature change is poor.
(目的)
本発明の目的は、このような従来の問題を解消し、電源電圧の変動あるいは温度変化に対する精度が良い過電流保護回路を内蔵するスイッチングレギュレータを提供することにある。
(the purpose)
An object of the present invention is to solve such a conventional problem and to provide a switching regulator having a built-in overcurrent protection circuit with high accuracy against fluctuations in power supply voltage or temperature changes.
本発明は、ソースが電源(Vdd)に、ドレインが発振出力(Lx)にそれぞれ接続されたPチャネルドライバトランジスタ(TR1)をスイッチングすることで、前記発振出力(Lx)に電源供給するスイッチングレギュレータにおいて、前記発振出力(Lx)と前記Pチャネルドライバトランジスタ(TR1)のドレイン間の電位に基づいて、該Pチャネルドライバトランジスタ(TR1)のドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路(アンプ10)および複数のトランジスタ(TR2,TR3)と、ミラーされた電流を電圧に変換する抵抗(R7)と、前記電圧に変換された第1の信号(11)と基準電流が電圧変換された第2の信号(12)とを比較するコンパレータ回路(9)と、過電流により、前記第1の信号(11)が前記第2の信号(12)より小さい時に、前記コンパレータ回路(9)の出力を保持する第1のラッチ回路(10)と、前記第1のラッチ回路(10)に基づき前記Pチャネルドライバトランジスタ(TR1)をオフにする出力制御回路(7)とを有することを特徴としている。 This onset Ming, the source power supply (Vdd), the drain is by switching each connected P-channel driver transistor in the oscillation output (Lx) (TR1), the oscillation output (Lx) to a power supply switching regulator The amplifier circuit (amplifier 10) mirrors the current flowing between the drain and source of the P-channel driver transistor (TR1) based on the potential between the oscillation output (Lx) and the drain of the P-channel driver transistor (TR1). ) And a plurality of transistors (TR2, TR3), a resistor (R7) for converting the mirrored current into a voltage, a first signal (11) converted into the voltage, and a second in which the reference current is converted into a voltage and the signal (12) comparator circuit (9) for comparing the, overcurrent, said first signal ( 1) when the second signal (12) less than a first latch circuit for holding the output of the previous SL comparator circuit (9) (10), said P based on the first latch circuit (10) It is characterized by an output control circuit (7) to turn off the channel driver transistor (TR1).
上記の回路において、温度依存が同等である抵抗、温度依存が小さい基準電流(8)を用いることにより、過電流を判断するレベルの温度依存を小さくすることも特徴としている。
また、上記の回路において、電源電圧依存が小さい基準電流を用いることにより、過電流と判断するレベルの電源電圧依存を小さくすることも特徴としている。
The above circuit is also characterized in that the temperature dependence of the level for determining overcurrent is reduced by using a resistor having the same temperature dependence and the reference current (8) having a small temperature dependence.
Further, the above circuit is characterized in that the dependency on the power supply voltage at a level determined to be an overcurrent is reduced by using a reference current that is less dependent on the power supply voltage.
本発明によれば、発振出力LxのHレベル電流を電圧変換した信号12と基準電流を電圧変換した信号11とを比較し、信号12が信号11より低くなれば、Pチャネルトランジスタをオフさせることにより、出力電圧に過電流が流れた場合に、Pチャネルトランジスタが破壊されずに保護できる。また、過電流保護回路の温度依存および電源電圧依存を小さくすることができる。さらに、発振出力LxのHレベルの電流を電圧変換した信号12と基準電流より電流値の低い第2基準電流の信号10とを第2コンパレータにより比較し、信号12が信号10より低くなれば、その状態が第2のSRラッチ回路に保持され、Pチャネルトランジスタがオフすることにより、出力電圧が短絡した場合の過電流に対して、Pチャネルトランジスタが破壊されずに保護することができる。これにより、短絡に至る過電流の場合と、短絡には至らない、例えばノイズなどによる瞬間的な過電流の場合に対しても、それぞれ過電流保護機能を具備させることができる。
According to the present invention, the
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
(実施例)
図1は、本発明の実施例1に係るスイッチングレギュレータの構成図である。
本実施例のスイッチングレギュレータは、図1に示すように、PチャネルトランジスタTR1のドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路10と、ミラー回路を構成するトランジスタTR2,3,4,5と、ミラーされた電流を電圧に変換する抵抗R7と、基準電流を電圧に変換する抵抗R8と、信号11と信号12とを比較するコンパレータ回路9と、過電流により、信号12が信号11より小さい時に、ある期間コンパレータ回路9の出力を保持するSRラッチ回路10と、上記PチャネルトランジスタTR1をオフにする出力制御回路7とで構成される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(Example)
1 is a configuration diagram of a switching regulator according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the switching regulator of the present embodiment includes an
図1において、出力電圧Voutの端子に電流が流れると、アンプ回路10およびトランジスタTR2,3,4,5によりミラー電流が出力される。出力されたミラー電流を抵抗R7により電圧変換することにより、信号12を出力する。基準電流8を抵抗R8により電圧変換し、基準信号11を出力する。信号12が信号11より小さくなれば、SRラッチ回路10がセットされ、出力制御回路7により、PチャネルトランジスタTR1がオフされ、出力電圧は0Vとなる。
なお、4は出力電圧に比例した電圧と比較するための基準電圧、5は出力電圧に比例した電圧と基準電圧とを比較するコンパレータ、6はPWMコントローラである。
In FIG. 1, when a current flows through the terminal of the output voltage Vout, a mirror current is output by the
このとき、温度依存が同等である抵抗R7,R8を用いれば、信号11、信号12の抵抗の温度変化による依存は小さくなる。また、基準電流の温度依存を小さくすれば、基準信号11の基準電流温度変化による影響が小さくなる。
その結果、過電流保護回路の温度依存は小さくなる。
また、基準電流の電源電圧変動が小さければ、基準信号11の電源電圧変動による影響が小さくなる。
At this time, if the resistors R7 and R8 having the same temperature dependence are used, the dependence of the resistances of the
As a result, the temperature dependence of the overcurrent protection circuit is reduced.
Further, if the power supply voltage fluctuation of the reference current is small, the influence of the power supply voltage fluctuation of the
このように、実施例1により、発振出力LxのHレベル電圧を電流変換した信号12と基準電流信号11とを比較し、信号12が信号11より低くなれば、Pチャネルトランジスタをオフさせることにより、出力電圧に過電流が流れた場合に、Pチャネルトランジスタが破壊されずに保護できる。また、本発明によれば、過電流保護回路の温度依存および電源電圧依存を小さくすることができる。
Thus, according to the first embodiment, the
(応用例)
以下、本発明の応用例を説明する。
図1における発振出力Lxのオン期間の電流を電圧変換した信号12と基準電流8の信号11とをコンパレータ9で比較する回路の他に、さらに、同じ信号12と基準電流8よりもさらに低い値の第2の基準電流による信号10とを第2のコンパレータで比較する回路を追加する。第2のコンパレータでの比較の結果、発振出力Lxのオン期間の信号12が第2の基準電流の信号電流よりも低くなった場合には、第2のSRラッチ回路をセットする。出力制御回路7は、SRラッチ回路7または第2のSRラッチ回路のセット出力により、PチャネルドライバトランジスタTR1をオフにし、発振出力Lxを強制的に0レベルにする。
これにより、出力電圧Voutに過電流が流れた場合に、PチャネルドライバトランジスタTR1を破壊せずに保護することができる。
(Application examples)
Hereinafter, application examples of the present invention will be described.
In addition to the circuit that compares the
As a result, when an overcurrent flows in the output voltage Vout, the P-channel driver transistor TR1 can be protected without being destroyed.
上記回路に本発明を応用するためには、上記実施例と同じように、PチャネルドライバトランジスタTR1のドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路10および複数のトランジスタTR2,TR3,TR4,TR5とを設ける。これにより、電源電圧依存および温度特性改善の機能を上記回路に持たせることが必要になる。
In order to apply the present invention to the above circuit, the
このように、発振出力LxのHレベルの電流を電圧変換した信号12と基準電流より電流値の低い第2基準電流による信号10とを第2コンパレータにより比較し、信号12が信号10より低くなれば、その状態が第2のSRラッチ回路に保持され、Pチャネルトランジスタがオフすることにより、出力電圧が短絡した場合の過電流に対して、Pチャネルトランジスタが破壊されずに保護することができる。
As described above, the
アンプ10:TR1のドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路
4:基準電圧
5:コンパレータ
6:PWMコントローラ
7:出力制御回路
8:基準電流
9:コンパレータ
10:SRラッチ回路
TR1,TR2,TR3,TR4,TR5:トランジスタ
Lx:発振出力
Vout:出力電圧
L:コイル
C:容量
R7,R8:抵抗
Amplifier 10: Amplifier circuit that mirrors the current flowing between the drain and source of TR1 4: Reference voltage 5: Comparator 6: PWM controller 7: Output control circuit 8: Reference current 9: Comparator 10: SR latch circuit TR1, TR2, TR3 , TR4, TR5: Transistor Lx: Oscillation output Vout: Output voltage L: Coil C: Capacitance R7, R8: Resistance
Claims (3)
前記発振出力と前記Pチャネルドライバトランジスタのドレイン間の電位に基づいて、該Pチャネルドライバトランジスタのドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路および複数のトランジスタと、
ミラーされた電流を電圧に変換する抵抗と、
前記電圧に変換された第1の信号と基準電流が電圧変換された第2の信号とを比較するコンパレータ回路と、
過電流により、前記第1の信号が前記第2の信号より小さい時に、前記コンパレータ回路の出力を保持する第1のラッチ回路と、
前記第1のラッチ回路に基づき前記Pチャネルドライバトランジスタをオフにする出力制御回路とを有することを特徴とするスイッチングレギュレータ。 In a switching regulator that supplies power to the oscillation output by switching a P-channel driver transistor having a source connected to the power supply and a drain connected to the oscillation output,
An amplifier circuit that mirrors the current flowing between the drain and source of the P-channel driver transistor based on the potential between the oscillation output and the drain of the P-channel driver transistor, and a plurality of transistors;
A resistor that converts the mirrored current into a voltage;
A comparator circuit for comparing the first signal converted into the voltage and the second signal in which the reference current is converted into a voltage;
Overcurrent, when said first signal is less than said second signal, a first latch circuit for holding the output of the previous SL comparator circuit,
Switching regulator and having an output control circuit for turning off the P-channel driver transistor based on the first latch circuit.
前記第1の信号と、前記基準電流よりもさらに低い値の第2の基準電流による第3の信号とを比較する第2のコンパレータと、
前記第2のコンパレータでの比較の結果、前記第1の信号が前記第2の基準電流の信号電流よりも低くなった場合には、第2のラッチ回路をセットし、
前記出力制御回路は、前記第1のラッチ回路と前記第2のラッチ回路のいずれかに基づき、前記Pチャネルドライバトランジスタをオフにすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 The switching regulator according to claim 1, wherein
A second comparator for comparing the first signal with a third signal with a second reference current having a value lower than the reference current;
When the first signal is lower than the signal current of the second reference current as a result of the comparison by the second comparator, the second latch circuit is set,
The output control circuit turns off the P-channel driver transistor based on one of the first latch circuit and the second latch circuit.
前記Pチャネルドライバトランジスタのドレイン・ソース間を流れる電流をミラーするアンプ回路および複数のトランジスタと、
ミラーされた電流を電圧に変換する第1の抵抗と、
前記電圧に変換された第1の信号と、基準電流と第2の抵抗によって電圧変換された第2の信号とを比較するコンパレータ回路と、
過電流により、前記第1の信号が第2の信号より小さい時に、ある期間、前記コンパレータ回路の出力を保持するラッチ回路と、
前記Pチャネルドライバトランジスタをオフにする出力制御回路とを有し、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗は温度依存が同等であることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 In a switching regulator that supplies power to the oscillation output by switching a P-channel driver transistor having a source connected to the power supply and a drain connected to the oscillation output Lx,
An amplifier circuit that mirrors the current flowing between the drain and source of the P-channel driver transistor and a plurality of transistors;
A first resistor that converts the mirrored current to a voltage;
A comparator circuit for comparing the first signal converted into the voltage and the second signal converted into a voltage by a reference current and a second resistor;
A latch circuit that holds the output of the comparator circuit for a period of time when the first signal is smaller than the second signal due to overcurrent;
An output control circuit for turning off the P-channel driver transistor,
A switching regulator characterized in that the first resistor and the second resistor have the same temperature dependence .
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