JP4974653B2 - Step-up switching regulator control circuit, step-up switching regulator using the same, and electronic equipment using them - Google Patents

Step-up switching regulator control circuit, step-up switching regulator using the same, and electronic equipment using them Download PDF

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Description

本発明は、スイッチング電源に関し、特に電流検出技術に関する。   The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a current detection technique.

近年の携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance)、デジタルスチルカメラや、オーディオプレイヤ等の小型情報端末には、例えば液晶のバックライトに用いられる発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下LEDという)などのように、電池の出力電圧よりも高い電圧を必要とするデバイスが存在する。電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合、昇圧型スイッチングレギュレータなどのスイッチング電源を用いて電池電圧を昇圧し、LEDなどの負荷回路を駆動するために必要な電圧を得ている。また、マイコンなどの電池電圧より低い電圧で動作するデバイスに対し、適切な駆動電圧を供給するために降圧型スイッチングレギュレータが利用される場合もある。   In recent mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistance), digital still cameras, and small information terminals such as audio players, for example, light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) used for liquid crystal backlights. There are devices that require a voltage higher than the output voltage of the battery. When a voltage higher than the battery voltage is required, the battery voltage is boosted using a switching power supply such as a boost switching regulator to obtain a voltage necessary for driving a load circuit such as an LED. In some cases, a step-down switching regulator is used to supply an appropriate drive voltage to a device that operates at a voltage lower than the battery voltage, such as a microcomputer.

昇圧型スイッチングレギュレータは、一端が接地されたスイッチングトランジスタを備える。このスイッチングトランジスタの他端にはインダクタが接続され、スイッチングトランジスタが間欠的にオン、オフすることにより、インダクタにエネルギが蓄えられ、整流ダイオードを介して出力キャパシタを充電することにより、昇圧された電圧が生成される。特許文献1には関連する技術が記載される。
特開2004−70827号公報
The step-up switching regulator includes a switching transistor having one end grounded. An inductor is connected to the other end of the switching transistor. When the switching transistor is intermittently turned on and off, energy is stored in the inductor, and the output capacitor is charged via the rectifier diode, thereby boosting the voltage. Is generated. Patent Document 1 describes a related technique.
JP 2004-70827 A

ここで、インダクタに過電流が流れると、インダクタが飽和して昇圧動作に支障をきたすおそれがある。また、スイッチングトランジスタに過電流が流れると、素子の信頼性に影響を及ぼすおそれもある。そこで、スイッチングトランジスタやインダクタに流れる電流をモニタし、所定の電流を超えた場合には、スイッチングトランジスタをオフするなどの、保護処理を実行する必要がある。昇圧型スイッチングレギュレータに限らず、降圧型スイッチングレギュレータやその他のスイッチング電源においても、過電流保護回路が設けられる。したがって、電流を高精度に検出するための技術が要求される。また、スイッチングトランジスタに流れる電流をモニタして、このスイッチングトランジスタのオンオフを切り替えるスイッチング電源においても、スイッチングトランジスタに流れる電流を高精度に検出する技術が要求される。   Here, if an overcurrent flows through the inductor, the inductor may be saturated and the boosting operation may be hindered. Further, if an overcurrent flows through the switching transistor, the reliability of the element may be affected. Therefore, it is necessary to monitor the current flowing through the switching transistor and the inductor and perform a protection process such as turning off the switching transistor when a predetermined current is exceeded. The overcurrent protection circuit is provided not only in the step-up switching regulator but also in the step-down switching regulator and other switching power supplies. Therefore, a technique for detecting the current with high accuracy is required. Further, a technique for detecting the current flowing through the switching transistor with high accuracy is also required in a switching power supply that monitors the current flowing through the switching transistor and switches the switching transistor on and off.

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、高精度な電流検出が可能なスイッチング電源の制御回路の提供にある。   The present invention has been made in view of such a problem, and one of its purposes is to provide a control circuit for a switching power supply capable of highly accurate current detection.

本発明のある態様によれば、スイッチング電源の制御回路が提供される。この制御回路は、第1端子に所定の固定電圧が印加され、第1端子の他端である第2端子に生ずるスイッチング電圧を、本制御回路に外付けされる出力回路に対して供給するスイッチングトランジスタと、出力回路の出力電圧が所定の目標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変調信号にもとづき、スイッチングトランジスタの制御端子に供給すべき駆動信号を生成するドライバ回路と、所定のしきい値電圧を生成する電圧源と、スイッチングトランジスタの両端の電圧をしきい値電圧と比較し、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上回ると、所定レベルの比較信号を出力するコンパレータと、比較信号が所定レベルとなると、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、を備える。電圧源は、スイッチングトランジスタと同型であって、第1端子に固定電圧が印加される基準トランジスタと、基準トランジスタの第1端子の他端である第2端子に接続され、基準トランジスタに所定の定電流を供給する定電流源と、を含み、基準トランジスタと定電流源の接続点の電圧を、しきい値電圧として出力する。   According to an aspect of the present invention, a switching power supply control circuit is provided. In this control circuit, a predetermined fixed voltage is applied to the first terminal, and a switching voltage generated at the second terminal which is the other end of the first terminal is supplied to an output circuit externally attached to the control circuit. A driver circuit for generating a drive signal to be supplied to the control terminal of the switching transistor based on a pulse modulation signal whose duty ratio is controlled so that the output voltage of the output circuit approaches a predetermined target voltage; The voltage source that generates the threshold voltage of the switching transistor and the voltage across the switching transistor are compared with the threshold voltage. When the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage, a comparison signal of a predetermined level is output. A comparator, and a protection circuit that forcibly turns off the switching transistor when the comparison signal reaches a predetermined level.The voltage source is the same type as the switching transistor, and is connected to a reference transistor to which a fixed voltage is applied to the first terminal and a second terminal which is the other end of the first terminal of the reference transistor, and a predetermined constant is applied to the reference transistor. A constant current source for supplying current, and outputs a voltage at a connection point between the reference transistor and the constant current source as a threshold voltage.

スイッチングトランジスタの両端には、スイッチングトランジスタに流れる電流(以下、スイッチング電流ともいう)と、スイッチングトランジスタのオン抵抗の積が電圧降下として発生する。また、基準トランジスタの両端には、基準トランジスタのオン抵抗と定電流の積が電圧降下として発生し、しきい値電圧として利用される。コンパレータによって、スイッチングトランジスタと基準トランジスタの電圧降下を比較することにより、スイッチング電流と、定電流(しきい値電流)が電圧に変換されて間接的に比較され、過電流状態が検出される。この態様によれば、スイッチングトランジスタと基準トランジスタは同型のトランジスタであるため、それぞれのオン抵抗は、温度や固定電圧が変動した場合に、互いに追従して変動する。その結果、スイッチング電流を、安定したしきい値電流と比較することができ、過電流検出の精度を高めることができる。   At both ends of the switching transistor, a product of the current flowing through the switching transistor (hereinafter also referred to as switching current) and the on-resistance of the switching transistor is generated as a voltage drop. Further, the product of the on-resistance of the reference transistor and the constant current is generated as a voltage drop at both ends of the reference transistor, and is used as a threshold voltage. By comparing the voltage drop between the switching transistor and the reference transistor by the comparator, the switching current and the constant current (threshold current) are converted into a voltage and indirectly compared, and an overcurrent state is detected. According to this aspect, since the switching transistor and the reference transistor are the same type of transistor, the on-resistances of the switching transistor and the reference transistor fluctuate following each other when the temperature and the fixed voltage fluctuate. As a result, the switching current can be compared with a stable threshold current, and the accuracy of overcurrent detection can be increased.

スイッチングトランジスタと基準トランジスタは、ペアリングして形成されてもよい。2つのトランジスタをペアリングして形成することにより、それぞれのオン抵抗の相関性を高めることができ、過電流検出の精度をさらに高めることができる。   The switching transistor and the reference transistor may be formed by pairing. By pairing and forming the two transistors, the correlation between the respective on-resistances can be increased, and the accuracy of overcurrent detection can be further increased.

基準トランジスタの制御端子には所定のバイアス電圧が印加され、所定のバイアス電圧は、スイッチングトランジスタがオンすべき期間に、スイッチングトランジスタの制御端子に供給すべき電圧と等しい。
この場合、基準トランジスタとスイッチングトランジスタのバイアス状態がマッチするため、さらにオン抵抗の相関性を高めることができる。
A predetermined bias voltage is applied to the control terminal of the reference transistor, and the predetermined bias voltage is equal to the voltage to be supplied to the control terminal of the switching transistor during the period in which the switching transistor is to be turned on.
In this case, since the bias states of the reference transistor and the switching transistor match, the correlation of the on-resistance can be further increased.

ある態様において、スイッチング電源は、昇圧型スイッチングレギュレータであってもよい。出力回路は、一端に入力電圧が印加されるインダクタを含んでもよい。スイッチングトランジスタの第1端子に、固定電圧として接地電圧が印加され、スイッチングトランジスタの第2端子は、インダクタの他端と接続されてもよい。   In one aspect, the switching power supply may be a step-up switching regulator. The output circuit may include an inductor to which an input voltage is applied at one end. A ground voltage may be applied as a fixed voltage to the first terminal of the switching transistor, and the second terminal of the switching transistor may be connected to the other end of the inductor.

スイッチングトランジスタと基準トランジスタは、NチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよい。   The switching transistor and the reference transistor may be an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

ある態様において、スイッチング電源は、降圧型スイッチングレギュレータであってもよい。出力回路は、一端が降圧型スイッチングレギュレータの出力端子に接続されたインダクタを含んでもよい。スイッチングトランジスタの第1端子に、固定電圧として降圧型スイッチングレギュレータの入力電圧が印加され、スイッチングトランジスタの第2端子は、インダクタの他端と接続されてもよい。   In one aspect, the switching power supply may be a step-down switching regulator. The output circuit may include an inductor having one end connected to the output terminal of the step-down switching regulator. The input voltage of the step-down switching regulator may be applied as a fixed voltage to the first terminal of the switching transistor, and the second terminal of the switching transistor may be connected to the other end of the inductor.

スイッチングトランジスタと基準トランジスタは、PチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよい。   The switching transistor and the reference transistor may be a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

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。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。制御回路を1つのLSIとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。   The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the control circuit as one LSI, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

本発明の別の態様は、昇圧型スイッチングレギュレータである。この昇圧型スイッチングレギュレータは、出力回路と、上述の制御回路を備える。出力回路は、一端が接地される出力キャパシタと、一端に入力電圧が印加されるインダクタと、出力キャパシタの他端およびインダクタの他端の間に設けられた整流素子と、を含む。制御回路は、インダクタの他端に、スイッチング電圧を供給する。スイッチングレギュレータは、出力キャパシタの他端の電圧を出力電圧として出力する。   Another aspect of the present invention is a step-up switching regulator. This step-up switching regulator includes an output circuit and the control circuit described above. The output circuit includes an output capacitor having one end grounded, an inductor having an input voltage applied to one end, and a rectifying element provided between the other end of the output capacitor and the other end of the inductor. The control circuit supplies a switching voltage to the other end of the inductor. The switching regulator outputs the voltage at the other end of the output capacitor as an output voltage.

本発明のさらに別の態様は、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、出力回路と、上述の制御回路を備える。出力回路は、一端が接地された出力キャパシタと、出力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、を含む。制御回路は、インダクタの他端に、スイッチング電圧を供給する。スイッチングは、出力キャパシタの他端の電圧を出力電圧として出力する。   Yet another embodiment of the present invention is a step-down switching regulator. This step-down switching regulator includes an output circuit and the control circuit described above. The output circuit includes an output capacitor having one end grounded, and an inductor having one end connected to the other end of the output capacitor. The control circuit supplies a switching voltage to the other end of the inductor. Switching outputs the voltage at the other end of the output capacitor as an output voltage.

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、電池の電圧を昇圧または降圧する上述のいずれかの態様の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、負荷が短絡した場合などにおいて、スイッチングレギュレータの過電流状態を抑制できるため、機器の安定性を高めることができる。
Yet another embodiment of the present invention is an electronic device. This electronic device includes a battery and the switching regulator according to any one of the above-described aspects that increases or decreases the voltage of the battery.
According to this aspect, when the load is short-circuited, the overcurrent state of the switching regulator can be suppressed, so that the stability of the device can be improved.

本発明のさらに別の態様によれば、監視対象となる監視電流が、所定のしきい値電流を超えたことを検出する電流検出回路が提供される。この電流検出回路は、監視電流の経路上に設けられ、第1端子に所定の固定電圧が供給された第1トランジスタと、第1トランジスタと同型であって、第1端子に固定電圧が供給された第2トランジスタと、第2トランジスタの第1端子の他端である第2端子に接続され、第2トランジスタに所定の定電流を供給する定電流源と、第2トランジスタの第2端子の電圧と、第1トランジスタの第2端子の電圧を比較するコンパレータと、を備える。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a current detection circuit that detects that a monitoring current to be monitored exceeds a predetermined threshold current. The current detection circuit is provided on the monitoring current path, and is the same type as the first transistor having a predetermined fixed voltage supplied to the first terminal, and the fixed voltage is supplied to the first terminal. The second transistor, a constant current source connected to the second terminal which is the other end of the first terminal of the second transistor and supplying a predetermined constant current to the second transistor, and a voltage at the second terminal of the second transistor And a comparator that compares the voltage of the second terminal of the first transistor.

第1、第2トランジスタは、ペアリングして形成されてもよい。また、第1、第2トランジスタの制御端子には、同一のバイアス電圧が供給されてもよい。   The first and second transistors may be formed by pairing. Further, the same bias voltage may be supplied to the control terminals of the first and second transistors.

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.

本発明に係るスイッチング電源の制御回路によれば、高精度な電流検出が実現できる。   According to the switching power supply control circuit of the present invention, highly accurate current detection can be realized.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
また、本明細書において、「部材Aと部材Bが接続」された状態とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
In this specification, “the state where the member A and the member B are connected” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るスイッチング電源200の構成を示す回路図である。スイッチング電源200は、昇圧型の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(以下、単に出力回路という)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はこの制御回路100に内蔵される。スイッチング電源200は、入力端子202に印加された入力電圧Vinを昇圧し、所定の目標電圧に安定化して、出力端子204から出力電圧Voutを出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply 200 according to the first embodiment. The switching power supply 200 is a step-up type switching regulator, and includes a control circuit 100 and a switching regulator output circuit (hereinafter simply referred to as an 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 is built in the control circuit 100. The switching power supply 200 boosts the input voltage Vin applied to the input terminal 202, stabilizes the input voltage Vin to a predetermined target voltage, and outputs the output voltage Vout from the output terminal 204.

出力回路110は、出力キャパシタC1、インダクタL1、整流素子であるダイオードD1を含む。出力キャパシタC1は、一端が接地され、他端が出力端子204と接続される。インダクタL1の一端は、入力端子202に接続され、入力電圧Vinが印加される。ダイオードD1は、インダクタL1の他端と出力端子204との間に設けられ、アノードがインダクタL1の他端に、カソードが出力端子204に接続される。インダクタL1の他端は、制御回路100のスイッチング端子104と接続される。なお、同期整流方式の場合、ダイオードD1はトランジスタであってもよい。   The output circuit 110 includes an output capacitor C1, an inductor L1, and a diode D1 that is a rectifying element. The output capacitor C1 has one end grounded and the other end connected to the output terminal 204. One end of the inductor L1 is connected to the input terminal 202, and the input voltage Vin is applied thereto. The diode D1 is provided between the other end of the inductor L1 and the output terminal 204, the anode is connected to the other end of the inductor L1, and the cathode is connected to the output terminal 204. The other end of the inductor L1 is connected to the switching terminal 104 of the control circuit 100. In the case of the synchronous rectification method, the diode D1 may be a transistor.

このスイッチング電源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入力電圧Vinを昇圧し、出力キャパシタC1に現れる電圧を出力端子204に接続される負荷(不図示)に供給する。制御回路100は、入力・出力端子として、帰還端子102、スイッチング端子104を備える。帰還端子102には、負荷に供給される出力電圧Voutが帰還される。   The switching power supply 200 controls the current flowing through the inductor L1 by the control circuit 100, boosts the input voltage Vin by charging the output capacitor C1, and the voltage appearing at the output capacitor C1 is connected to the output terminal 204. Supply to a load (not shown). The control circuit 100 includes a feedback terminal 102 and a switching terminal 104 as input / output terminals. An output voltage Vout supplied to the load is fed back to the feedback terminal 102.

制御回路100は、スイッチングトランジスタM1、ドライバ回路10、パルス変調部12、電流検出回路20、を備える。本実施の形態において、スイッチングトランジスタM1は、NチャンネルMOSトランジスタであって、第1端子であるソースには、所定の固定電圧として接地電圧GNDが印加される。また、スイッチングトランジスタM1の第1端子の他端の第2端子、すなわちドレインはスイッチング端子104と接続される。スイッチングトランジスタM1は、ドレインに現れるスイッチング電圧Vsw1をスイッチング端子104を介して制御回路100に外付けされる出力回路110に対して供給する。   The control circuit 100 includes a switching transistor M1, a driver circuit 10, a pulse modulation unit 12, and a current detection circuit 20. In the present embodiment, the switching transistor M1 is an N-channel MOS transistor, and a ground voltage GND is applied as a predetermined fixed voltage to the source which is the first terminal. The second terminal at the other end of the first terminal of the switching transistor M 1, that is, the drain is connected to the switching terminal 104. The switching transistor M1 supplies the switching voltage Vsw1 appearing at the drain to the output circuit 110 externally attached to the control circuit 100 via the switching terminal 104.

パルス変調部12は、出力回路110から出力されるスイッチング電源200の出力電圧Voutが所定の目標電圧Vrefに近づくように、そのデューティ比が制御されるパルス変調信号Spを生成する。パルス変調部12によるパルス変調の方式は、パルス幅変調方式、パルス周波数変調方式など、任意の方式を適用することができる。パルス変調部12としては公知の技術を利用すればよい。具体的な構成を例示すれば、たとえばパルス変調部12は、エラーアンプと、三角波発生器、PWMコンパレータを含んで構成することができる。エラーアンプは、出力電圧Voutに応じた電圧と、基準電圧Vrefの誤差を増幅し、誤差電圧を生成する。三角波発生器は、三角波状もしくはのこぎり波状の周期電圧を生成する。PWMコンパレータは、周期電圧と誤差電圧を比較し、大小関係に応じてハイレベルとローレベルが切り替わるパルス信号を生成してもよい。   The pulse modulation unit 12 generates a pulse modulation signal Sp whose duty ratio is controlled so that the output voltage Vout of the switching power supply 200 output from the output circuit 110 approaches a predetermined target voltage Vref. As a pulse modulation method by the pulse modulation unit 12, any method such as a pulse width modulation method and a pulse frequency modulation method can be applied. A known technique may be used as the pulse modulation unit 12. For example, the pulse modulator 12 can be configured to include an error amplifier, a triangular wave generator, and a PWM comparator. The error amplifier amplifies an error between the voltage corresponding to the output voltage Vout and the reference voltage Vref, and generates an error voltage. The triangular wave generator generates a periodic voltage having a triangular wave shape or a sawtooth wave shape. The PWM comparator may compare the periodic voltage with the error voltage and generate a pulse signal that switches between a high level and a low level according to the magnitude relationship.

ドライバ回路10は、パルス変調部12から出力されるパルス信号Spにもとづき、スイッチングトランジスタM1の制御端子であるゲートに供給すべき駆動信号Sdを生成する。ドライバ回路10はスイッチングトランジスタM1を駆動するために十分な駆動能力を有するインバータを含んでもよい。本実施の形態において、ドライバ回路10には電源電圧Vddが供給されており、ドライバ回路10は、駆動信号Sdの電圧レベルを、電源電圧Vddと接地電圧GNDの間でスイングさせる。   The driver circuit 10 generates a drive signal Sd to be supplied to the gate, which is a control terminal of the switching transistor M1, based on the pulse signal Sp output from the pulse modulation unit 12. The driver circuit 10 may include an inverter having a sufficient driving capability for driving the switching transistor M1. In this embodiment, the driver circuit 10 is supplied with the power supply voltage Vdd, and the driver circuit 10 swings the voltage level of the drive signal Sd between the power supply voltage Vdd and the ground voltage GND.

駆動信号Sdが電源電圧Vdd、すなわちハイレベルとなると、スイッチングトランジスタM1がオンとなり、駆動信号Sdが接地電圧GND、すなわちローレベルとなると、スイッチングトランジスタM1がオフする。スイッチングトランジスタM1がオンすると、入力端子202からインダクタL1、スイッチングトランジスタM1を介してスイッチング電流Iswが流れ、インダクタL1にエネルギが蓄えられる。スイッチングトランジスタM1がオフすると、入力端子202からインダクタL1、ダイオードD1を介して出力キャパシタC1に電流が供給される。スイッチングトランジスタM1がオンオフを繰り返すことにより、出力電圧Voutは基準電圧Vrefに安定化される。   When the drive signal Sd becomes the power supply voltage Vdd, that is, the high level, the switching transistor M1 is turned on. When the drive signal Sd becomes the ground voltage GND, that is, the low level, the switching transistor M1 is turned off. When the switching transistor M1 is turned on, the switching current Isw flows from the input terminal 202 via the inductor L1 and the switching transistor M1, and energy is stored in the inductor L1. When the switching transistor M1 is turned off, a current is supplied from the input terminal 202 to the output capacitor C1 via the inductor L1 and the diode D1. As the switching transistor M1 is repeatedly turned on and off, the output voltage Vout is stabilized at the reference voltage Vref.

電流検出回路20は、スイッチングトランジスタM1がオンの期間に流れるスイッチング電流Iswをモニタし、所定のしきい値電流Ithと比較する。保護回路30は、電流検出回路20がIsw>Ithとなる過電流状態を検出すると、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフさせて回路保護を実行する。   The current detection circuit 20 monitors the switching current Isw that flows while the switching transistor M1 is on, and compares it with a predetermined threshold current Ith. When the current detection circuit 20 detects an overcurrent state where Isw> Ith, the protection circuit 30 forcibly turns off the switching transistor M1 to perform circuit protection.

電流検出回路20は、しきい値電圧源22、コンパレータ24を含む。
しきい値電圧源22は、所定のしきい値電圧Vth1を生成する。コンパレータ24は、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧、すなわち電圧降下に相当するスイッチング電圧Vsw1を、しきい値電圧Vth1と比較する。コンパレータ24は、スイッチングトランジスタM1の両端の電圧Vsw1がしきい値電圧Vth1を上回ると、所定レベル(以下、ハイレベルとする)の比較信号Scmpを出力する。
保護回路30は、比較信号Scmpがハイレベルとなると、スイッチングトランジスタM1を強制的にオフする。保護回路30は、比較信号Scmpがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタM1のゲート電圧、すなわち駆動信号Sdのレベルをローレベルに固定する回路であればよく、ドライバ回路10と一体に構成されてもよいし、パルス変調部12と一体に構成されてもよい。
The current detection circuit 20 includes a threshold voltage source 22 and a comparator 24.
The threshold voltage source 22 generates a predetermined threshold voltage Vth1. The comparator 24 compares the voltage across the switching transistor M1, that is, the switching voltage Vsw1 corresponding to the voltage drop, with the threshold voltage Vth1. When the voltage Vsw1 across the switching transistor M1 exceeds the threshold voltage Vth1, the comparator 24 outputs a comparison signal Scmp of a predetermined level (hereinafter referred to as high level).
The protection circuit 30 forcibly turns off the switching transistor M1 when the comparison signal Scmp becomes high level. The protection circuit 30 may be a circuit that fixes the gate voltage of the switching transistor M1, that is, the level of the drive signal Sd to a low level when the comparison signal Scmp is at a high level, and may be configured integrally with the driver circuit 10. However, it may be configured integrally with the pulse modulator 12.

スイッチング電圧Vsw1は、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1と、スイッチング電流Iswを用いて、式(1)で与えられる。
Vsw1=Isw×Ron1 …(1)
電流検出回路20は、Vsw1>Vth1のときを過電流状態と判定するから、
Isw×Ron1>Vth1 …(2)
を満たすときが過電流状態と判定される。したがって、しきい値電流Ithは、
Ith=Vth1/Ron1 …(3)
で与えられる。
The switching voltage Vsw1 is given by Expression (1) using the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1 and the switching current Isw.
Vsw1 = Isw × Ron1 (1)
The current detection circuit 20 determines that an overcurrent state occurs when Vsw1> Vth1.
Isw × Ron1> Vth1 (2)
When it satisfies, it is determined as an overcurrent state. Therefore, the threshold current Ith is
Ith = Vth1 / Ron1 (3)
Given in.

オン抵抗Ron1およびしきい値電圧Vth1がともに一定値であれば、しきい値電流Ithは一定に保たれることになる。ところが現実的には、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1は、温度に依存して変動する。また、オン抵抗Ron1はゲート電圧によっても変動する。上述のように、スイッチングトランジスタM1のゲートに供給される駆動電圧Sdは、電源電圧Vddであり、この電源電圧Vddは電池などから供給される場合が多い。したがって、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1は、電源電圧Vddに依存して変動してしまう。さらに、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1は、プロセスばらつきにも影響を受けてしまう。したがって、しきい値電圧Vth1をバンドギャップリファレンス回路などを利用して生成した場合、Vth1とRon1が無関係に変動することになるため、しきい値電流Ithがばらついてしまう。   If both the on-resistance Ron1 and the threshold voltage Vth1 are constant values, the threshold current Ith is kept constant. However, in reality, the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1 varies depending on the temperature. Further, the on-resistance Ron1 varies depending on the gate voltage. As described above, the drive voltage Sd supplied to the gate of the switching transistor M1 is the power supply voltage Vdd, and this power supply voltage Vdd is often supplied from a battery or the like. Therefore, the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1 varies depending on the power supply voltage Vdd. Furthermore, the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1 is also affected by process variations. Therefore, when the threshold voltage Vth1 is generated using a band gap reference circuit or the like, the threshold current Ith varies because Vth1 and Ron1 vary independently.

これに対して、本実施の形態に係る制御回路100において、しきい値電圧源22は、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗Ron1の変動に追従して変化するしきい値電圧Vth1を生成する。しきい値電圧源22は、基準トランジスタM2、定電流源26を含む。基準トランジスタM2は、スイッチングトランジスタM1と同型、すなわちNチャンネルMOSFETで構成される。基準トランジスタM2の第1端子であるソースは、スイッチングトランジスタM1のソースと同じ固定電圧、すなわち接地電圧GNDが印加される。基準トランジスタM2は、スイッチングトランジスタM1とペアリングして構成することが望ましい。基準トランジスタM2の制御端子、すなわちゲートには、所定のバイアス電圧を印加する。このバイアス電圧は、スイッチングトランジスタM1がオンすべき期間に、スイッチングトランジスタM1のゲートに供給すべき電圧、すなわち電源電圧Vddと等しいことが望ましい。   On the other hand, in the control circuit 100 according to the present embodiment, the threshold voltage source 22 generates the threshold voltage Vth1 that changes following the change in the on-resistance Ron1 of the switching transistor M1. The threshold voltage source 22 includes a reference transistor M2 and a constant current source 26. The reference transistor M2 is of the same type as the switching transistor M1, that is, an N-channel MOSFET. The same fixed voltage as the source of the switching transistor M1, that is, the ground voltage GND is applied to the source which is the first terminal of the reference transistor M2. The reference transistor M2 is preferably configured by pairing with the switching transistor M1. A predetermined bias voltage is applied to the control terminal, that is, the gate of the reference transistor M2. This bias voltage is preferably equal to the voltage to be supplied to the gate of the switching transistor M1, that is, the power supply voltage Vdd during the period in which the switching transistor M1 is to be turned on.

定電流源26は、基準トランジスタM2のソースの他端である第2端子、すなわちドレインに接続され、基準トランジスタM2に所定の定電流Ic1を供給する。しきい値電圧源22は、基準トランジスタM2と定電流源26の接続点の電圧を、しきい値電圧Vth1として出力する。すなわち、しきい値電圧Vth1は、基準トランジスタM2の両端の電圧、すなわち電圧降下である。したがって本実施の形態において、しきい値電圧Vth1は基準トランジスタM2のオン抵抗Ron2を用いて、
Vth1=Ron2×Ic1 …(4)
で与えられる。
The constant current source 26 is connected to a second terminal that is the other end of the source of the reference transistor M2, that is, a drain, and supplies a predetermined constant current Ic1 to the reference transistor M2. The threshold voltage source 22 outputs the voltage at the connection point between the reference transistor M2 and the constant current source 26 as the threshold voltage Vth1. That is, the threshold voltage Vth1 is a voltage across the reference transistor M2, that is, a voltage drop. Therefore, in the present embodiment, the threshold voltage Vth1 is determined by using the on-resistance Ron2 of the reference transistor M2.
Vth1 = Ron2 × Ic1 (4)
Given in.

式(3)に、式(4)を代入すると、本実施の形態におけるしきい値電流Ithとして、式(5)を得ることができる。
Ith=Ic1×Ron2/Ron1 …(5)
By substituting equation (4) into equation (3), equation (5) can be obtained as threshold current Ith in the present embodiment.
Ith = Ic1 × Ron2 / Ron1 (5)

ここで、スイッチングトランジスタM1と基準トランジスタM2のオン抵抗Ron1、Ron2について検討する。上述のように、スイッチングトランジスタM1と基準トランジスタM2は同型のトランジスタで構成されるため、オン抵抗の温度に対する依存性は揃っている。また、2つのトランジスタをペアリングして形成した場合、オン抵抗のマッチングはさらに改善される。さらに、スイッチングトランジスタM1と基準トランジスタM2のゲートには、等しいバイアス電圧、つまり電源電圧Vddが印加されるため、バイアス状態もマッチする。   Here, the on-resistances Ron1 and Ron2 of the switching transistor M1 and the reference transistor M2 will be considered. As described above, since the switching transistor M1 and the reference transistor M2 are composed of the same type of transistors, the on-resistance depends on temperature. In addition, when two transistors are formed by pairing, the matching of on-resistance is further improved. Furthermore, since the same bias voltage, that is, the power supply voltage Vdd is applied to the gates of the switching transistor M1 and the reference transistor M2, the bias state also matches.

したがって、オン抵抗Ron1、Ron2は、温度変動、電源電圧変動、プロセスばらつきが生じても、互いに追従して変動することになる。すなわち、オン抵抗Ron1、Ron2それぞれの値は変動することになるが、その比は一定に保たれると考えてよく、式(5)における、Ron2/Ron1は一定値となる。   Therefore, the on-resistances Ron1 and Ron2 follow each other even when temperature fluctuations, power supply voltage fluctuations, and process variations occur. That is, although the values of the on-resistances Ron1 and Ron2 vary, it can be considered that the ratio is kept constant, and Ron2 / Ron1 in the equation (5) is a constant value.

定電流Ic1を、バンドギャップ回路から得られる基準電圧を利用して温度、電源電圧に依存しない電流として生成すれば、式(5)のしきい値電流Ithは一定値となる。定電流Ic1はプロセスばらつきによって変動するが、これはトリミングなどを利用して調節すればよい。   If the constant current Ic1 is generated as a current independent of temperature and power supply voltage using a reference voltage obtained from a bandgap circuit, the threshold current Ith in Expression (5) becomes a constant value. The constant current Ic1 varies depending on process variations, but this may be adjusted using trimming or the like.

本実施の形態に係る制御回路100によれば、Ic1、Ron2/Ron1は、いずれも一定値に保たれるため、スイッチング電流Iswと比較されるしきい値電流Ithを、温度や電源電圧、プロセスばらつきによらずに一定に保つことができ、高精度な過電流検出が実現できる。   According to the control circuit 100 according to the present embodiment, since Ic1 and Ron2 / Ron1 are both maintained at a constant value, the threshold current Ith compared with the switching current Isw is set to the temperature, power supply voltage, process It can be kept constant regardless of variations, and highly accurate overcurrent detection can be realized.

(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、スイッチング電源200が昇圧型スイッチングレギュレータの場合について説明した。第2の実施の形態は、電流検出技術を、降圧型スイッチングレギュレータに適用する場合について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the case where the switching power supply 200 is a step-up switching regulator has been described. In the second embodiment, a case where the current detection technique is applied to a step-down switching regulator will be described.

図2は、第2の実施の形態に係るスイッチング電源200aの構成を示す回路図である。以降の説明において、図1の構成要素と同一または同等の構成要素については図示せず、また適宜説明を省略する。スイッチング電源200a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る。スイッチング電源200aは、制御回路100aと、出力回路110aを備える。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply 200a according to the second embodiment. In the following description, components that are the same as or equivalent to the components in FIG. 1 are not shown, and description thereof is omitted as appropriate. The switching power supply 200a is a synchronous rectification step-down switching regulator. The switching power supply 200a includes a control circuit 100a and an output circuit 110a.

出力回路110aは、インダクタL2、出力キャパシタC2を含む。出力キャパシタC2は、一端が接地され、他端が出力端子204に接続される。インダクタL2は、一端が出力端子204に接続され、他端が制御回路100aのスイッチング端子104に接続される。制御回路100aは、スイッチング端子104に接続されたインダクタL2に対して、スイッチング電圧Vsw2を供給する。   The output circuit 110a includes an inductor L2 and an output capacitor C2. The output capacitor C2 has one end grounded and the other end connected to the output terminal 204. The inductor L2 has one end connected to the output terminal 204 and the other end connected to the switching terminal 104 of the control circuit 100a. The control circuit 100a supplies the switching voltage Vsw2 to the inductor L2 connected to the switching terminal 104.

制御回路100aは、スイッチングトランジスタM3、同期整流トランジスタM4、ドライバ回路10a、パルス変調部(不図示)、電流検出回路20a、保護回路30aを備える。
スイッチングトランジスタM3は、PチャンネルMOSFETであり、第1端子であるソースが、入力端子106と接続され、固定電圧として入力電圧Vinが印加される。スイッチングトランジスタM3の第2端子であるドレインは、スイッチング端子104を介してインダクタL2と接続される。スイッチングトランジスタM3は、図1のスイッチングトランジスタM1に対応するスイッチであり、その両端に発生する電圧降下が、しきい値電圧Vth2と比較される。
The control circuit 100a includes a switching transistor M3, a synchronous rectification transistor M4, a driver circuit 10a, a pulse modulation unit (not shown), a current detection circuit 20a, and a protection circuit 30a.
The switching transistor M3 is a P-channel MOSFET, a source which is a first terminal is connected to the input terminal 106, and the input voltage Vin is applied as a fixed voltage. The drain which is the second terminal of the switching transistor M3 is connected to the inductor L2 via the switching terminal 104. The switching transistor M3 is a switch corresponding to the switching transistor M1 in FIG. 1, and a voltage drop generated at both ends thereof is compared with the threshold voltage Vth2.

同期整流トランジスタM4は、NチャンネルMOSFETであり、ソースが接地され、ドレインがスイッチング端子104およびスイッチングトランジスタM3のドレインに接続される。なお、同期整流トランジスタM4はダイオードで置換されてもよい。
ドライバ回路10aは、パルス変調部から出力されるパルス信号Spにもとづき、スイッチングトランジスタM3および同期整流トランジスタM4のゲートに供給する駆動信号SdH、SdLを生成する。駆動信号SdH、SdLは、相補的にハイレベルとローレベルが切り替えられる。各駆動信号SdH、SdLは、ハイレベルにおいて、電源電圧Vdd、ローレベルにおいて接地電圧GNDとなる。スイッチングトランジスタM3は、駆動信号SdHがローレベルのときオンとなり、ハイレベルのときオフとなる。同期整流トランジスタM4は、駆動信号SdLがハイレベルのときオンとなり、ローレベルのときオフとなる。スイッチングトランジスタM3と同期整流トランジスタM4が交互にオン、オフすることにより、入力電圧Vinが降圧され、安定化された出力電圧Voutが生成される。
The synchronous rectification transistor M4 is an N-channel MOSFET, the source is grounded, and the drain is connected to the switching terminal 104 and the drain of the switching transistor M3. The synchronous rectification transistor M4 may be replaced with a diode.
The driver circuit 10a generates drive signals SdH and SdL to be supplied to the gates of the switching transistor M3 and the synchronous rectification transistor M4 based on the pulse signal Sp output from the pulse modulation unit. The drive signals SdH and SdL are switched between a high level and a low level in a complementary manner. Each drive signal SdH, SdL becomes the power supply voltage Vdd at the high level and the ground voltage GND at the low level. The switching transistor M3 is turned on when the drive signal SdH is at a low level, and turned off when the drive signal SdH is at a high level. The synchronous rectification transistor M4 is turned on when the drive signal SdL is at a high level and turned off when the drive signal SdL is at a low level. When the switching transistor M3 and the synchronous rectification transistor M4 are alternately turned on and off, the input voltage Vin is stepped down and a stabilized output voltage Vout is generated.

電流検出回路20aは、スイッチングトランジスタM3のドレインに現れるスイッチング電圧Vsw2を、しきい値電圧Vth2と比較し、過電流状態を検出する。電流検出回路20aは、しきい値電圧源22a、コンパレータ24aを含む。
しきい値電圧源22aは、所定のしきい値電圧Vth2を生成する。コンパレータ24aは、スイッチング電圧Vsw2をしきい値電圧Vth2と比較する。コンパレータ24aは、スイッチング電圧Vsw2がしきい値電圧Vth2を下回ると、所定レベル(ハイレベル)となる比較信号Scmpを出力する。
The current detection circuit 20a detects the overcurrent state by comparing the switching voltage Vsw2 appearing at the drain of the switching transistor M3 with the threshold voltage Vth2. The current detection circuit 20a includes a threshold voltage source 22a and a comparator 24a.
The threshold voltage source 22a generates a predetermined threshold voltage Vth2. The comparator 24a compares the switching voltage Vsw2 with the threshold voltage Vth2. The comparator 24a outputs a comparison signal Scmp that becomes a predetermined level (high level) when the switching voltage Vsw2 falls below the threshold voltage Vth2.

保護回路30aは、比較信号Scmpがハイレベルとなると、スイッチングトランジスタM3および同期整流トランジスタM4を強制的にオフする。保護回路30aは、比較信号Scmpがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタM3のゲート電圧、すなわち駆動信号SdHのレベルをハイレベルに固定し、同期整流トランジスタM4のゲート電圧、すなわち駆動信号SdLのレベルをローレベルに固定する回路であればよく、ドライバ回路10aと一体に構成されてもよいし、図示しないパルス変調部と一体に構成されてもよい。   The protection circuit 30a forcibly turns off the switching transistor M3 and the synchronous rectification transistor M4 when the comparison signal Scmp becomes a high level. When the comparison signal Scmp is at a high level, the protection circuit 30a fixes the gate voltage of the switching transistor M3, that is, the level of the drive signal SdH at a high level, and sets the gate voltage of the synchronous rectification transistor M4, that is, the level of the drive signal SdL at a low level. Any circuit may be used as long as it is fixed to the level, and may be integrated with the driver circuit 10a or may be integrated with a pulse modulation unit (not shown).

スイッチング電圧Vsw2は、スイッチングトランジスタM3のオン抵抗Ron3と、スイッチングトランジスタM3に流れるスイッチング電流Iswを用いて、
Vsw2=Vin−Isw×Ron3 …(6)
で表される。
The switching voltage Vsw2 is obtained by using the on-resistance Ron3 of the switching transistor M3 and the switching current Isw flowing through the switching transistor M3.
Vsw2 = Vin−Isw × Ron3 (6)
It is represented by

しきい値電圧源22aは、基準トランジスタM5、定電流源26aを含む。基準トランジスタM5は、スイッチングトランジスタM3と同型のPチャンネルMOSFETで構成される。基準トランジスタM5の第1端子であるソースには、スイッチングトランジスタM3のソースと同じ固定電圧、すなわち入力電圧Vinが印加される。基準トランジスタM5は、スイッチングトランジスタM3とペアリングして構成することが望ましい。
基準トランジスタM5のゲートには、所定のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、スイッチングトランジスタM3がオンすべき期間に、スイッチングトランジスタM3のゲートに供給すべき電圧、すなわち接地電圧GNDとすることが望ましい。
The threshold voltage source 22a includes a reference transistor M5 and a constant current source 26a. The reference transistor M5 is composed of the same type of P-channel MOSFET as the switching transistor M3. The same fixed voltage as the source of the switching transistor M3, that is, the input voltage Vin is applied to the source which is the first terminal of the reference transistor M5. The reference transistor M5 is preferably configured by pairing with the switching transistor M3.
A predetermined bias voltage is applied to the gate of the reference transistor M5. This bias voltage is preferably the voltage to be supplied to the gate of the switching transistor M3, that is, the ground voltage GND during the period in which the switching transistor M3 is to be turned on.

定電流源26aは、基準トランジスタM5の第1端子(ソース)の他端である第2端子(ドレイン)に接続され、基準トランジスタM5に所定の定電流Ic2を供給する。しきい値電圧源22aは、基準トランジスタM5と定電流源26aの接続点の電圧を、しきい値電圧Vth2として出力する。したがって本実施の形態において、しきい値電圧Vth2は基準トランジスタM5のオン抵抗Ron4を用いて、
Vth2=Vin−Ron4×Ic2 …(7)
で与えられる。
The constant current source 26a is connected to a second terminal (drain) which is the other end of the first terminal (source) of the reference transistor M5, and supplies a predetermined constant current Ic2 to the reference transistor M5. The threshold voltage source 22a outputs the voltage at the connection point between the reference transistor M5 and the constant current source 26a as the threshold voltage Vth2. Therefore, in the present embodiment, the threshold voltage Vth2 is determined by using the on-resistance Ron4 of the reference transistor M5.
Vth2 = Vin−Ron4 × Ic2 (7)
Given in.

電流検出回路20aは、Vsw2<Vth2のときを過電流状態と判定するから、過電流状態においては、
Vin−Isw×Ron3<Vin−Ron4×Ic2 …(8)
が成り立つ。したがって、しきい値電流Ith2は、
Ith2=Ic2×Ron4/Ron3 …(9)
で与えられる。
Since the current detection circuit 20a determines that Vsw2 <Vth2 is an overcurrent state, in the overcurrent state,
Vin-Isw × Ron3 <Vin-Ron4 × Ic2 (8)
Holds. Therefore, the threshold current Ith2 is
Ith2 = Ic2 × Ron4 / Ron3 (9)
Given in.

第1の実施の形態で説明したのと同様の理由によって、スイッチングトランジスタM3および基準トランジスタM5のオン抵抗Ron3、Ron4は、互いに連動して変動する。したがって、本実施の形態においても、しきい値電流Ith2も、電源電圧や温度の変動、プロセスばらつきによらずにほぼ一定値に保たれ、高精度な過電流検出が実現できる。   For the same reason as described in the first embodiment, the on-resistances Ron3 and Ron4 of the switching transistor M3 and the reference transistor M5 vary in conjunction with each other. Therefore, also in the present embodiment, the threshold current Ith2 is maintained at a substantially constant value regardless of fluctuations in the power supply voltage, temperature, and process variations, and highly accurate overcurrent detection can be realized.

第2の実施の形態ではその変形例として、過電流の検出に同期整流トランジスタM4を利用してもよい。電流検出回路20aは、スイッチング電圧Vsw2と比較すべきしきい値電圧Vth2を、図1のしきい値電圧源22によって生成すればよい。   In the second embodiment, as a modification thereof, the synchronous rectification transistor M4 may be used for overcurrent detection. The current detection circuit 20a may generate the threshold voltage Vth2 to be compared with the switching voltage Vsw2 by the threshold voltage source 22 of FIG.

図3は、第1、第2の実施の形態に係る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、ポータブルオーディオプレイヤ、PDAなどの小型情報端末であり、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。
携帯電話端末を例とすれば、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。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an electronic device equipped with the switching regulator according to the first and second embodiments. The electronic device 300 is a small information terminal such as a mobile phone terminal, portable audio player, or PDA, 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.
Taking a mobile phone terminal as an example, the battery 310 is, for example, a lithium ion battery, 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。第1、第2の実施の形態に係るスイッチング電源200は、このような電源装置320に好適に用いることができ、電子機器300の信頼性を高めることができる。   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, the digital circuit 340, the microcomputer 350, and the LED 360, Supply an appropriate power supply voltage. The switching power supply 200 according to the first and second embodiments can be suitably used for such a power supply apparatus 320, and the reliability of the electronic device 300 can be improved.

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、昇圧型、あるいは降圧型のスイッチングレギュレータを例に、本発明に係る電流検出技術について説明したが、本発明の用途はこれに限定されるものではない。たとえば、図1のスイッチング電源200において、インダクタL1の代わりにトランスを用いたDC/DCコンバータ、DC/ACコンバータ、インバータ、あるいはキャパシタ充電回路、電池の充電回路など、その他のスイッチング電源にも、本発明は適用可能である。
たとえば、ストロボ発光用のキャパシタ充電回路や、電池の充電回路においては、スイッチングトランジスタに流れる電流をモニタして、この電流をしきい値と比較してスイッチングトランジスタのオンオフ状態を切り替える場合がある。このような用途においても、本発明の電流検出技術を好適に利用することができ、本発明の技術範囲に含まれる。
In the embodiment, the current detection technique according to the present invention has been described using a step-up or step-down switching regulator as an example, but the application of the present invention is not limited to this. For example, in the switching power supply 200 of FIG. 1, the present invention can be applied to other switching power supplies such as a DC / DC converter, a DC / AC converter, an inverter, a capacitor charging circuit, a battery charging circuit, etc. The invention is applicable.
For example, in a capacitor charging circuit for strobe light emission or a battery charging circuit, the current flowing through the switching transistor may be monitored, and this current may be compared with a threshold value to switch the on / off state of the switching transistor. Even in such applications, the current detection technique of the present invention can be suitably used, and is included in the technical scope of the present invention.

実施の形態では、スイッチングトランジスタとしてMOSFETを用いる場合について説明したが、バイポーラトランジスタを利用してもよい。この場合、しきい値電圧源22に使用する基準トランジスタも、同型のバイポーラトランジスタで構成すればよい。   In the embodiment, the case where a MOSFET is used as a switching transistor has been described. However, a bipolar transistor may be used. In this case, the reference transistor used for the threshold voltage source 22 may also be composed of the same type of bipolar transistor.

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、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。   In the embodiment, the setting of the logical values of the high level and the low level is an example, and can be freely changed by appropriately inverting it with an inverter or the like.

さらに、第1、第2の実施の形態に係る電流検出技術は、別の観点から以下のように把握することができる。なお、括弧内には、第1の実施の形態との対応関係を例示している。
ある実施の形態に係る電流検出回路は、監視対象となる監視電流(Isw)が、所定のしきい値電流(Ith)を超えたことを検出する回路である。
この電流検出回路は、
監視電流Iswの経路上に設けられ、第1端子(ソース)に所定の固定電圧(Vdd)が供給された第1トランジスタ(M1)と、
第1トランジスタ(M1)と同型であって、第1端子(ソース)に固定電圧が供給された第2トランジスタ(M2)と、
第2トランジスタ(M2)の第1端子(ソース)の他端である第2端子(ドレイン)に接続され、第2トランジスタ(M2)に所定の定電流(Ic1)を供給する定電流源(26)と、
第2トランジスタ(M2)の第2端子(ドレイン)の電圧(Vth1)と、第1トランジスタ(M1)の第2端子(ドレイン)の電圧(Vsw1)を比較するコンパレータ(24)と、を備える。
Furthermore, the current detection techniques according to the first and second embodiments can be grasped as follows from another viewpoint. In the parentheses, the correspondence with the first embodiment is illustrated.
A current detection circuit according to an embodiment is a circuit that detects that a monitoring current (Isw) to be monitored exceeds a predetermined threshold current (Ith).
This current detection circuit
A first transistor (M1) provided on a path of the monitoring current Isw and supplied with a predetermined fixed voltage (Vdd) to a first terminal (source);
A second transistor (M2) having the same type as the first transistor (M1) and having a fixed voltage supplied to the first terminal (source);
A constant current source (26) connected to a second terminal (drain) which is the other end of the first terminal (source) of the second transistor (M2) and supplying a predetermined constant current (Ic1) to the second transistor (M2). )When,
A comparator (24) for comparing the voltage (Vth1) of the second terminal (drain) of the second transistor (M2) with the voltage (Vsw1) of the second terminal (drain) of the first transistor (M1).

この観点からみると、本発明に係る電流検出技術の用途は、スイッチング電源に限定されるものではなく、オン、オフを繰り返すスイッチングトランジスタを利用したさまざまな回路に好適に利用することができる。こうした回路としては、Hブリッジ回路、ハーフブリッジ回路が例示され、モータドライバなどにも適用可能である。   From this point of view, the application of the current detection technique according to the present invention is not limited to a switching power supply, and can be suitably used for various circuits using switching transistors that repeatedly turn on and off. Examples of such a circuit include an H-bridge circuit and a half-bridge circuit, which can be applied to a motor driver or the like.

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。   Although the present invention has been described based on the embodiments, the embodiments merely illustrate the principle and application of the present invention, and the embodiments are intended to include the idea of the present invention defined in the claims. Many modifications and changes in arrangement are possible within the range not leaving.

第1の実施の形態に係るスイッチング電源の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係るスイッチング電源の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply which concerns on 2nd Embodiment. 第1、第2の実施の形態に係る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 switching regulator which concerns on 1st, 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 制御回路、 102 帰還端子、 104 スイッチング端子、 106 入力端子、 110 出力回路、 200 スイッチング電源、 202 入力端子、 204 出力端子、 10 ドライバ回路、 12 パルス変調部、 20 電流検出回路、 22 しきい値電圧源、 24 コンパレータ、 26 定電流源、 30 保護回路、 M1 スイッチングトランジスタ、 M2 基準トランジスタ、 M3 スイッチングトランジスタ、 M4 同期整流トランジスタ、 M5 基準トランジスタ、 C1 出力キャパシタ、 C2 出力キャパシタ、 L1 インダクタ、 L2 インダクタ、 D1 ダイオード、 300 電子機器、 310 電池、 320 電源装置、 330 アナログ回路、 340 デジタル回路、 350 マイコン、 360 LED。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Control circuit, 102 Feedback terminal, 104 Switching terminal, 106 Input terminal, 110 Output circuit, 200 Switching power supply, 202 Input terminal, 204 Output terminal, 10 Driver circuit, 12 Pulse modulation part, 20 Current detection circuit, 22 Threshold value Voltage source, 24 comparator, 26 constant current source, 30 protection circuit, M1 switching transistor, M2 reference transistor, M3 switching transistor, M4 synchronous rectification transistor, M5 reference transistor, C1 output capacitor, C2 output capacitor, L1 inductor, L2 inductor, D1 diode, 300 electronic device, 310 battery, 320 power supply device, 330 analog circuit, 340 digital circuit, 350 microcomputer, 3 60 LEDs.

Claims (5)

その一端にインダクタに入力電圧が印加されたインダクタを有する昇圧型スイッチングレギュレータの制御回路であって、
そのソースが接地され、そのドレインに生ずるスイッチング電圧を、本制御回路に外付けされる前記インダクタの他端に供給するNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であるスイッチングトランジスタと、
前記昇圧型スイッチングレギュレータの出力電圧が所定の目標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変調信号を生成するパルス変調器と、
その上側電源端子に電池から供給される電源電圧が印加され、その下側電源端子に接地電圧が印加されており、前記パルス変調信号に応じて、前記電源電圧と前記接地電圧をとる駆動信号を、前記スイッチングトランジスタのゲートに出力するドライバ回路と、
所定のしきい値電圧を生成する電圧源と、
前記スイッチングトランジスタの両端の電圧を前記しきい値電圧と比較し、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コンパレータと、
前記比較信号が前記所定レベルとなると、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、
を備え、
前記電圧源は、
そのソースが接地され、そのゲートに前記電源電圧が印加されたNチャンネルMOSFETである基準トランジスタと、
前記基準トランジスタのドレインに接続され、前記基準トランジスタに所定の定電流を供給する定電流源と、
を含み、前記基準トランジスタと前記定電流源の接続点の電圧を、前記しきい値電圧として出力することを特徴とする制御回路。
A control circuit for a step-up switching regulator having an inductor with an input voltage applied to the inductor at one end ,
A switching transistor which is an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) for supplying a switching voltage generated at the drain to the other end of the inductor externally attached to the control circuit;
A pulse modulator that generates a pulse modulation signal whose duty ratio is controlled such that the output voltage of the step-up switching regulator approaches a predetermined target voltage ;
A power supply voltage supplied from the battery is applied to the upper power supply terminal, a ground voltage is applied to the lower power supply terminal, and a drive signal that takes the power supply voltage and the ground voltage in accordance with the pulse modulation signal a driver circuit for outputting to the gate of the switching transistor,
A voltage source for generating a predetermined threshold voltage;
Comparing the voltage across the switching transistor with the threshold voltage, and when the voltage across the switching transistor exceeds the threshold voltage, a comparator that outputs a comparison signal of a predetermined level;
A protection circuit for forcibly turning off the switching transistor when the comparison signal reaches the predetermined level;
With
The voltage source is
A reference transistor, which is an N-channel MOSFET, the source of which is grounded and the power supply voltage applied to the gate ;
A constant current source connected to the drain of the reference transistor and supplying a predetermined constant current to the reference transistor;
And a voltage at a connection point between the reference transistor and the constant current source is output as the threshold voltage.
前記スイッチングトランジスタと前記基準トランジスタは、ペアリングして形成されることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the switching transistor and the reference transistor are formed by pairing. 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または2に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1 or 2, wherein the control circuit is integrated on a single semiconductor substrate. 一端が接地される出力キャパシタと、一端に入力電圧が印加されるインダクタと、前記出力キャパシタの他端および前記インダクタの他端の間に設けられた整流素子と、を含む出力回路と、
前記インダクタの他端に、前記スイッチング電圧を供給する請求項1から3のいずれかに記載の制御回路と、
を備え、前記出力キャパシタの他端の電圧を前記出力電圧として出力することを特徴とする昇圧型スイッチングレギュレータ。
An output circuit including: an output capacitor having one end grounded; an inductor having an input voltage applied to one end; and a rectifier provided between the other end of the output capacitor and the other end of the inductor;
The control circuit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the switching voltage is supplied to the other end of the inductor;
And a voltage at the other end of the output capacitor is output as the output voltage.
電池と、
前記電池の電圧を昇圧する請求項に記載の昇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-up switching regulator according to claim 4 that boosts the voltage of the battery;
An electronic device comprising:
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