JP5895338B2 - Power supply control circuit, electronic device, and power supply control method - Google Patents
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Description
本願に開示の技術は、電流モードでスイッチング制御を行なう電源の制御回路、電子機器、および電源の制御方法に関するものである。 The technology disclosed in the present application relates to a power supply control circuit that performs switching control in a current mode, an electronic device, and a power supply control method.
高速応答が可能な電源装置として、フィードバック電圧のリップル成分と基準電圧との比較に基づいてスイッチング制御を行なうことにより出力電圧を制御する電源装置が知られている(特許文献1、2など)。いわゆる、コンパレータ方式の電源装置である。 As power supply devices capable of high-speed response, power supply devices that control output voltage by performing switching control based on a comparison between a ripple component of a feedback voltage and a reference voltage are known (Patent Documents 1 and 2, etc.). This is a so-called comparator type power supply device.
しかしながら、一般的な技術におけるコンパレータ方式の電源装置では、出力電圧の低下に伴いフィードバック電圧のリップル成分が基準電圧を下回る際にスイッチング動作が行なわれる。スイッチング動作のタイミングは、出力電圧の変動に応じて行なわれる非同期動作である。 However, in a comparator type power supply device in a general technique, a switching operation is performed when the ripple component of the feedback voltage falls below the reference voltage as the output voltage decreases. The timing of the switching operation is an asynchronous operation performed in accordance with the output voltage fluctuation.
したがって、複数の電源装置を機器に混載する場合、個々の電源装置は、他の電源装置との間でスイッチング動作のタイミングに関して調整などを行なわず互いに非同期にスイッチング動作を行なう。このため、各々の電源装置のスイッチング動作のタイミングは個々バラバラになり、スイッチング動作に起因するノイズは広い周波数帯域で発生するおそれがある。 Therefore, when a plurality of power supply devices are mixedly mounted on a device, each power supply device performs a switching operation asynchronously with respect to another power supply device without adjusting the timing of the switching operation. For this reason, the timing of the switching operation of each power supply device varies, and noise due to the switching operation may occur in a wide frequency band.
また、コンパレータ方式の電源装置は、フィードバック電圧のリップル成分のうちピーク値あるいはボトム値において基準電圧と比較することが一般的である。この場合、出力電圧のリップル成分のうちピーク値あるいはボトム値が基準電圧に対応する電圧値に制御されることとなる。一方、出力電圧のリップル成分は動作条件に応じて異なる値となる場合がある。コンパレータ方式の電源装置では、リップル成分を平均化して得られる出力電圧は、動作条件に応じて異なる電圧値に制御されてしまうおそれがある。出力電圧の精度を確保できない場合があり問題である。 In general, the comparator type power supply device compares the reference voltage with the peak value or the bottom value of the ripple component of the feedback voltage. In this case, the peak value or the bottom value of the ripple component of the output voltage is controlled to a voltage value corresponding to the reference voltage. On the other hand, the ripple component of the output voltage may be different depending on the operating conditions. In the comparator type power supply device, the output voltage obtained by averaging the ripple components may be controlled to a different voltage value depending on the operating conditions. This is a problem because the accuracy of the output voltage may not be ensured.
本願に開示される技術は、前記背景技術の課題に鑑みなされたものであり、電流モードでのスイッチング制御において高速応答性を改善した電源の制御回路、電子機器、および電源の制御方法を提供することを目的とする。 The technology disclosed in the present application has been made in view of the problems of the background art, and provides a power supply control circuit, an electronic device, and a power supply control method that have improved high-speed response in current mode switching control. For the purpose.
本願に開示される技術に係る電源の制御回路は、インダクタンス素子の一端から出力される電圧に対応するフィードバック電圧と基準電圧との差電圧に基づいて増幅信号を出力する増幅器と、増幅信号に基づいて第1制御信号を出力する信号生成回路と、インダクタンス素子の他端に接続されるトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力信号と増幅信号を比較し第2制御信号を出力する比較回路と、クロック信号の立ち上り遷移に応じてトランジスタをオン状態とし、第2制御信号に基づいてトランジスタをオフ状態とする第3制御信号を出力するフリップフロップ回路と、固定周期を有する第1クロック信号を出力する発振回路と、第1クロック信号により固定周期でトランジスタをオン状態とする動作における第3制御信号の立ち上り遷移から第1クロック信号の立ち上り遷移までの期間より、第3制御信号の立ち上り遷移からの経過期間が短い時点で立ち上り、かつ、第3制御信号の立ち上り遷移から固定の所定期間で立ち上る、立ち上り遷移を有する第2クロック信号を出力する計時回路と、第1制御信号に基づいて、第1クロック信号もしくは第2クロック信号のいずれか一方を選択してクロック信号としてフリップフロップ回路へ出力する選択回路と、を有し、信号生成回路は、所定の時定数に応じて増幅信号の電圧を微分した第1電圧値が第1規定値より高い場合、選択回路に第2クロック信号をクロック信号として選択させる第1制御信号を出力する。 A power supply control circuit according to a technique disclosed in the present application includes an amplifier that outputs an amplified signal based on a difference voltage between a feedback voltage corresponding to a voltage output from one end of an inductance element and a reference voltage, and an amplified signal. A signal generation circuit that outputs a first control signal, a current-voltage conversion circuit that detects a current flowing through a transistor connected to the other end of the inductance element, converts the detected current into a voltage, and an output of the current-voltage conversion circuit A comparison circuit that compares the signal and the amplified signal and outputs a second control signal; and a third control signal that turns on the transistor in response to a rising transition of the clock signal and turns off the transistor based on the second control signal. a flip-flop circuit for outputting an oscillation circuit for outputting a first clock signal having a fixed period, the fixed period the first clock signal Than the period from the third rising transition of the control signal in the operation of the transistor in the ON state until the rising transition of the first clock signal, rising at the elapsed period is short from the rising transition of the third control signal, and the third control A clock circuit that outputs a second clock signal having a rising transition that rises in a fixed predetermined period from the rising transition of the signal, and selects either the first clock signal or the second clock signal based on the first control signal And a selection circuit that outputs the clock signal to the flip-flop circuit, and the signal generation circuit has a first voltage value obtained by differentiating the voltage of the amplified signal according to a predetermined time constant higher than the first specified value. The first control signal for causing the selection circuit to select the second clock signal as the clock signal is output.
また、本願に開示される技術に係る電源の制御方法によれば、インダクタンス素子の一端から出力される電圧に対応するフィードバック電圧と基準電圧との差電圧に基づいて増幅信号を出力するステップと、増幅信号に基づいて第1制御信号を出力するステップと、インダクタンス素子の他端に接続されるトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換するステップと、検出した電流を電圧に変換した信号と増幅信号を比較し第2制御信号を出力するステップと、クロック信号の立ち上り遷移に応じてトランジスタをオン状態とし、第2制御信号に基づいてトランジスタをオフ状態とする第3制御信号を出力するステップと、固定周期を有する第1クロック信号を出力するステップと、第1クロック信号により固定周期でトランジスタをオン状態とする動作における第3制御信号の立ち上り遷移から第1クロック信号の立ち上り遷移までの期間より、第3制御信号の立ち上り遷移からの経過期間が短い時点で立ち上り、かつ、第3制御信号の立ち上り遷移から固定の所定期間で立ち上る、立ち上り遷移を有する第2クロック信号を出力するステップと、第1制御信号に基づいて、所定の時定数に応じて増幅信号の電圧を微分した第1電圧値が第1規定値以下の場合には、第1クロック信号をクロック信号として出力し、第1電圧値が第1規定値より高い場合には、第2クロック信号をクロック信号として出力するステップとを有する。 Further, according to the power supply control method according to the technique disclosed in the present application, the step of outputting the amplified signal based on the difference voltage between the feedback voltage corresponding to the voltage output from one end of the inductance element and the reference voltage; A step of outputting a first control signal based on the amplified signal, a step of detecting a current flowing through a transistor connected to the other end of the inductance element, a step of converting the detected current into a voltage, and a conversion of the detected current into a voltage Comparing the amplified signal with the amplified signal and outputting a second control signal; and a third control signal for turning on the transistor in response to the rising transition of the clock signal and for turning off the transistor based on the second control signal. and outputting, and outputting a first clock signal having a fixed period, preparative fixed period by the first clock signal Njisuta than a period of from rising transition of the third control signal at the operation of the ON state until the rising transition of the first clock signal, rising at the elapsed period is short from the rising transition of the third control signal, and the third control A step of outputting a second clock signal having a rising transition that rises in a fixed predetermined period from the rising transition of the signal, and a first that is obtained by differentiating the voltage of the amplified signal according to a predetermined time constant based on the first control signal Outputting the first clock signal as a clock signal if the voltage value is less than or equal to the first specified value; and outputting the second clock signal as a clock signal if the first voltage value is higher than the first specified value. And have.
本願に開示される技術に係る電源の制御回路、電子機器、および電源の制御方法によれば、インダクタンス素子を流れる電流に応じて固定周波数でのスイッチング制御により出力電圧の精度を確保しながら、過渡応答時の高速応答性を図ることが可能な電源の制御回路、電子機器、および電源の制御方法を提供することができる。 According to the power supply control circuit, the electronic device, and the power supply control method according to the technique disclosed in the present application, while ensuring the accuracy of the output voltage by switching control at a fixed frequency according to the current flowing through the inductance element, It is possible to provide a power supply control circuit, an electronic device, and a power supply control method capable of achieving high-speed response during response.
図1は、本願に係る実施形態として例示されるスイッチング電源1の回路図である。スイッチング電源1は、pMOSトランジスタQ1と、nMOSトランジスタQ2と、インダクタLと、コンデンサCと、スイッチSW1と、エラーアンプ11と、選択回路12と、位相補償回路13と、IV変換器14と、コンパレータ15と、発振回路16と、計時回路17と、アンド回路18と、Dフリップフロップ(以降、D−FF)回路19と、を備える。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply 1 exemplified as an embodiment according to the present application. The switching power supply 1 includes a pMOS transistor Q1, an nMOS transistor Q2, an inductor L, a capacitor C, a switch SW1, an
pMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2とは電源電圧Vccと接地電圧との間に接続され、pMOSトランジスタQ1のソース端子は電源電圧Vccが供給され、nMOSトランジスタQ2のソース端子は接地電圧が供給される。pMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2とのゲート端子には制御線PgLが接続される。制御線PgLには制御信号Pgが伝播する。pMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2とはドレイン端子が接続線LxLにより接続される。接続線LxLと出力線VoLとはインダクタLを介し接続される。出力線VoLには、一端が接地電圧に接続されたコンデンサCが接続される。出力線VoLより出力電圧Voが給電される。 The pMOS transistor Q1 and the nMOS transistor Q2 are connected between the power supply voltage Vcc and the ground voltage, the power supply voltage Vcc is supplied to the source terminal of the pMOS transistor Q1, and the ground voltage is supplied to the source terminal of the nMOS transistor Q2. A control line PgL is connected to the gate terminals of the pMOS transistor Q1 and the nMOS transistor Q2. A control signal Pg propagates to the control line PgL. The drain terminals of the pMOS transistor Q1 and the nMOS transistor Q2 are connected by a connection line LxL. The connection line LxL and the output line VoL are connected via an inductor L. A capacitor C having one end connected to the ground voltage is connected to the output line VoL. The output voltage Vo is supplied from the output line VoL.
抵抗R1と抵抗R2とは出力線VoLと接地電圧との間で直列に接続される。抵抗R1と抵抗R2とを接続する結線が参照線VfbLである。抵抗R1は出力線VoLと参照線VfbLとの間に接続され、抵抗R2は参照線VfbLと接地電圧との間に接続される。参照線VfbLより出力電圧Voを分圧した参照電圧Vfbが供給される。 The resistors R1 and R2 are connected in series between the output line VoL and the ground voltage. A connection for connecting the resistor R1 and the resistor R2 is a reference line VfbL. The resistor R1 is connected between the output line VoL and the reference line VfbL, and the resistor R2 is connected between the reference line VfbL and the ground voltage. A reference voltage Vfb obtained by dividing the output voltage Vo is supplied from the reference line VfbL.
エラーアンプ11の反転入力端子には参照線VfbLが接続され、非反転入力端子には基準電圧Vrが入力される。エラーアンプ11の出力端子には、誤差線VeaLが接続され誤差電圧Veaが出力される。誤差電圧Veaは、基準電圧Vrに対する参照電圧Vfbの差電圧を増幅した結果である。参照電圧Vfbが基準電圧Vrと比較し低いほど誤差電圧Veaは高くなり、参照電圧Vfbが基準電圧Vrと比較し高いほど誤差電圧Veaは低くなる。
The reference line VfbL is connected to the inverting input terminal of the
位相補償回路13はエラーアンプ11の反転入力端子に接続される参照線VfbLと、エラーアンプ11の出力端子に接続される誤差線VeaLとの間に接続される。位相補償回路13は、制御信号CMP3に応じて位相補償される周波数帯域が切り替えられる。
The
選択回路12は、誤差線VeaL、制御線CMP1L、制御線CMP2L、および制御線CMP3Lが接続される。誤差線VeaLより入力される誤差電圧Veaに応じて、制御線CMP1Lに制御信号CMP1が出力され、制御線CMP2Lに制御信号CMP2が出力され、制御線CMP3Lに制御信号CMP3が出力される。誤差電圧Veaの変動を検知し、変動の方向に応じて制御信号CMP1と、制御信号CMP2と、制御信号CMP3とを制御する。スイッチング電源1の出力線VoLに出力される出力電圧Voが過渡的な変動せず所定の電圧に維持されているか過渡的な変動しても規定の変動以下である場合、誤差電圧Veaは、変動しないか変動するとしても時間当たりの変動の割合(以下、スルーレートと称する。)が規定値以下である。この場合、制御信号CMP1はローレベルであり、制御信号CMP2はハイレベルであり、制御信号CMP3はハイレベルである。出力電圧Voが低下方向に規定以上過渡的に変動して誤差電圧Veaのスルーレートが正の規定値を越えると、制御信号CMP1がハイレベルに遷移し、制御信号CMP3がローレベルに遷移する。また制御信号CMP2はハイレベルである。出力電圧Voが増加方向に規定以上過渡的に変動して誤差電圧Veaのスルーレートが負の規定値を越えると、制御信号CMP2がローレベルに遷移し、同時に制御信号CMP3がローレベルに遷移する。また制御信号CMP1はローレベルである。
The
IV変換器14は、制御線CMP1Lと制御線CMP2Lとが接続され制御信号CMP1と制御信号CMP2とが入力される。変換線VseLに変換信号Vseが出力される。IV変換器14は、インダクタLに流れるインダクタ電流Ilを検出する。変換信号Vseは、インダクタ電流Ilに応じた電圧値に変換された信号である。インダクタ電流Ilが高いほど、変換信号Vseの電圧値は高くなる。インダクタ電流Ilが低いほど変換信号Vseの電圧値は低くなる。IV変換器14は、制御信号CMP1と制御信号CMP2とに応じて変換信号Vseの変換係数であるゲインが制御される。
The IV
コンパレータ15の反転入力端子には変換線VseLが接続され、非反転入力端子には誤差線VeaLが接続される。コンパレータ15の出力端子には、制御線PrLが接続され制御信号Prが出力される。コンパレータ15では、誤差電圧Veaと変換信号Vseとの電圧値を比較する。変換信号Vseが誤差電圧Vseの電圧値を越えると、制御信号Prはハイレベルからローレベルに遷移する。変換信号Vseはインダクタ電流Ilに比例するので、制御信号Prがローレベルに遷移するためには、誤差電圧Veaが高いほど変換信号Vseが大きくなる。すなわち、インダクタ電流Ilが大きくなる。
The inverting input terminal of the
発振回路16の出力端子にはクロック線CK1Lが接続されクロック信号CK1が出力される。クロック信号CK1は、所定周期のクロックサイクルT1で発振する。
The clock line CK1L is connected to the output terminal of the
計時回路17の入力端子には制御線PgLが接続される。出力端子にはクロック線CK2Lが接続されクロック信号CK2が出力される。クロック信号CK2は、制御信号Pgのハイレベル遷移から所定時間経過後にローレベルからハイレベルに遷移する。制御信号Pgのローレベル遷移によりローレベルに遷移する。
A control line PgL is connected to the input terminal of the
スイッチSW1は、制御信号CMP1によりクロック線CK1Lとクロック線CK2Lとの何れか一方を選択するように制御される。 The switch SW1 is controlled to select either the clock line CK1L or the clock line CK2L by the control signal CMP1.
アンド回路18の一方の入力端子にはスイッチSW1によりクロック線CK1L若しくはクロック線CK2Lの何れかが選択されて接続される、他方の入力端子には制御線CMP2Lが接続される。出力端子にはクロック線CKLが接続されクロック信号CKが出力される。アンド回路18は、制御信号CMP2により制御される。アンド回路18は、D−FF回路19のCK端子を、クロック線CK1L若しくはクロック線CK2Lに接続するか、もしくはローレベルに固定するかを制御する。制御信号CMP2がハイレベルの場合、スイッチSW1により選択されるクロック線CK1L若しくはクロック線CK2Lの何れかとクロック線CKLとを接続する。制御信号CMP2がローレベルの場合、D−FF回路19のCK端子はローレベルに固定される。
One of the input terminals of the AND
出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定以下である場合、制御信号CMP1はローレベルである。この場合、スイッチSW1は、クロック線CK1Lをアンド回路18に接続する。出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動である場合、制御信号CMP1はハイレベルとなる。この場合、スイッチSW1は、クロック線CK2Lをアンド回路18に接続する。制御信号CMP2はハイレベルであるため、スイッチSW1により選択されたクロック線CK2L信号がクロック線CKLに出力される。出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動である場合、制御信号CMP2がローレベルとなる。この場合、クロック線CKLはローレベルに固定される。
When the output voltage Vo is maintained at a predetermined voltage, or when the transient fluctuation is less than the specified value, the control signal CMP1 is at a low level. In this case, the switch SW1 connects the clock line CK1L to the AND
D−FF回路19の端子Dには接地電圧が接続され常にローレベルが入力される。端子CKにはクロック線CKLが接続される。端子PRBには制御線PrLが接続される。端子Qには制御線PgLが接続される。
A ground voltage is connected to the terminal D of the D-
制御信号Prがローレベルに遷移すると、D−FF回路19はプリセットされ、制御信号Pgはハイレベル遷移する。pMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2のゲート端子はハイレベルとされる。これにより、pMOSトランジスタQ1はオフし、nMOSトランジスタQ2はオンする。pMOSトランジスタQ1のオフにより電源電圧VccはインダクタLに供給が停止される。一方でnMOSトランジスタQ2はオンになり、インダクタLに蓄積されている電磁エネルギーが出力線VoLに向かって放出される。いわゆる回生状態である。制御信号Pgがローレベルに遷移するのは、変換信号Vseが誤差電圧Veaの電圧値を越えることによる。つまり、インダクタ電流Ilが出力電圧Voに応じて設定される誤差電圧Veaに対応する電流値を越えるとスイッチング電源1は回生状態になる。スイッチング電源1はピーク電流制御を行なう。
When the control signal Pr transitions to a low level, the D-
クロック信号CKがハイレベルに遷移すると、D−FF回路19の端子Dに接続されている接地電圧がローレベル信号として取り込まれ端子Qから出力される。D−FF回路19の端子Qに接続されている制御線PgLより出力される制御信号Pgはローレベルに遷移する。pMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2のゲート端子はローレベルとされる。これにより、pMOSトランジスタQ1はオンし、nMOSトランジスタQ2はオフする。pMOSトランジスタQ1のオンにより電源電圧VccがインダクタLに供給される。
When the clock signal CK transitions to a high level, the ground voltage connected to the terminal D of the D-
D−FF回路19の端子CKに入力される信号は、スイッチSW1により制御される。スイッチSW1により発振回路16から一定周期で出力されるクロック信号CK1が入力される場合、スイッチング電源1は固定周期でスイッチング動作を行なう。スイッチSW1により計時回路17からローレベルが所定時間継続するクロック信号CK2が入力される場合、スイッチング電源1は固定オフ時間でスイッチング動作を行なう。
A signal input to the terminal CK of the D-
図2は、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動する一例として負荷急増時の場合を示す。スイッチング電源1の動作波形図である。負荷急増の前、制御信号CMP1はローレベルであり、制御信号CMP2はハイレベルである。従って、クロック線CKLはクロック線CK1Lに接続されており、スイッチング電源1は、発振回路16から出力されるクロック信号CK1の固定周期であるクロックサイクルT1でスイッチング動作する。
FIG. 2 shows a case where the load suddenly increases as an example in which the transient fluctuation of the output voltage Vo fluctuates more than a specified value in the voltage drop direction. FIG. 4 is an operation waveform diagram of the switching power supply 1. Before the sudden increase in load, the control signal CMP1 is at a low level and the control signal CMP2 is at a high level. Therefore, the clock line CKL is connected to the clock line CK1L, and the switching power supply 1 performs a switching operation at a clock cycle T1, which is a fixed period of the clock signal CK1 output from the
負荷が急増した場合、出力電圧Voの低下に応じて誤差電圧Veaが規定以上のスルーレートで増加する。誤差電圧Veaはコンパレータ15の非反転入力端子に入力されているため、コンパレータ15から出力される制御信号Prがローレベルになる。変換信号Vseの電圧値は増加する。変換信号VseはIV変換器14によりインダクタ電流Ilに応じた電圧値に変換された信号である。したがって、インダクタ電流Ilのピーク電流は上昇する。
When the load increases rapidly, the error voltage Vea increases at a slew rate that exceeds a specified value as the output voltage Vo decreases. Since the error voltage Vea is input to the non-inverting input terminal of the
固定周波数でのスイッチング動作による一般的な回路では、オフ期間が終了し次のオン期間が始まるタイミングは、前回のオン期間開始からクロックサイクルT1後になる。発振回路16から出力されるクロック信号CK1のハイレベル遷移により再びオン期間が開始される(図2中、固定周波数と表記した波形)。出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に生じた際、誤差電圧Veaは位相補償回路13があるため、出力電圧Voの急変には追従できないおそれがある。出力電圧Voの急減が生じた当初では誤差電圧Veaは低い値に維持されている場合が考えられる。この場合、変換信号Vseは低い値の誤差電圧Veaと比較される。この結果、変換信号Vseが低い値で、コンパレータ15から出力される制御信号Prがローレベルに遷移する。すなわち、インダクタ電流Ilのピーク電流は十分に高電流にならない状態でスイッチング電源のオフ期間が開始され十分に大きなデューティによるスイッチング動作が得られないおそれがある。この間、負荷急増にスイッチング電源の応答が追従できない期間となる。誤差電圧Veaの値が増大して、クロックサイクルT1の間、オン期間が継続しても変換信号Vseの値が誤差電圧Veaの値を越えない状態になると、スイッチング電源は最大デューティーに達して電力供給が最大となる。
In a general circuit using a switching operation at a fixed frequency, the timing when the off period ends and the next on period starts is after the clock cycle T1 from the start of the previous on period. The on period is started again by the high-level transition of the clock signal CK1 output from the oscillation circuit 16 (a waveform denoted as a fixed frequency in FIG. 2). When the transient fluctuation of the output voltage Vo occurs in the voltage drop direction, the error voltage Vea may not follow the sudden change of the output voltage Vo because the
スイッチング電源1では、負荷急増等に伴う出力電圧Voの規定以上の過渡的な電圧低下に伴い誤差電圧Veaのスルーレートは正の規定以上になることが検出される。これにより、制御信号CMP1がローレベルからハイレベルに遷移する。スイッチSW1は切り替わり、クロック線CK2Lがクロック線CKLに接続される。クロック信号CKは、計時回路17から出力されるクロック信号CK2に切り替わる。スイッチング電源1は固定オフ時間でスイッチング動作する
In the switching power supply 1, it is detected that the slew rate of the error voltage Vea becomes more than a positive regulation with a transient voltage drop exceeding the regulation of the output voltage Vo due to a sudden increase in load or the like. As a result, the control signal CMP1 changes from the low level to the high level. The switch SW1 is switched, and the clock line CK2L is connected to the clock line CKL. The clock signal CK is switched to the clock signal CK2 output from the
図2では、クロック信号CK1とクロック信号CK2とが同時にハイレベルに遷移するタイミングで誤差電圧Veaの遷移が検出され、クロック信号CKがクロック信号CK1からクロック信号CK2に切り替わる場合を例示する。固定周波数で制御されるスイッチング電源ではクロック信号CK1のハイレベル遷移でオン期間が開始されるので、固定周波数で制御されるスイッチング電源にとって、電力供給が最も早く行なわれるタイミングである。 FIG. 2 illustrates a case where the transition of the error voltage Vea is detected at the timing when the clock signal CK1 and the clock signal CK2 simultaneously transition to the high level, and the clock signal CK switches from the clock signal CK1 to the clock signal CK2. In a switching power supply controlled at a fixed frequency, the ON period starts when the clock signal CK1 transitions to a high level, so that the power supply is the earliest timing for the switching power supply controlled at a fixed frequency.
計時回路17により生成されるオフ期間Toff2は固定周波数制御ときのスイッチングサイクルT1と比較し十分に短い時間であるとする。出力電圧Voの急減が生じた当初では、誤差電圧Veaは低い値に維持されている場合が考えられる。変換信号Vseは低い値の誤差電圧Veaと比較され、変換信号Vseが低い値で、コンパレータ15から出力される制御信号Prがローレベルに遷移する。しかしながら、スイッチング電源1では、オフ期間Toff2が短時間に設定されるため、短時間の経過後は再びオン期間が開始される。このときのスイッチング動作のデューティは、固定周波数制御の場合と比較して大きなデューティとなる。電源電圧VccからインダクタLへの給電停止の期間を短くでき、出力電圧Voの低下が抑えられる。
It is assumed that the off period Toff2 generated by the
固定オフ時間でスイッチング動作する際、オン期間は、誤差電圧Veaと変換信号Vseとの電圧差に応じて定まる。オフ期間Toff2は固定であるため、スイッチングサイクルは誤差電圧Veaと変換信号Vseとの電圧差に応じて調整される。出力電圧Voの電圧低下の初期段階では誤差電圧Veaが低く変換信号Vseとの電圧差が小さい場合は、オン期間が短くデューティは小さいがスイッチング周波数は高くなる。その後誤差電圧Veaが高くなり変換信号Vseとの電圧差が大きくなると、オン期間は長くなりスイッチング周波数が低くなるがデューティは大きくなる。このことにより、一般的な回路で用いられる固定周波数制御の場合と比較し、出力電圧Voの変動初期ではスイッチング周波数が短く、その後デューティが大きくなり、有効に負荷に電力を供給することができる。これによって、出力電圧Voの低下に対する応答特性を改善することができる。 When the switching operation is performed with the fixed off time, the on period is determined according to the voltage difference between the error voltage Vea and the conversion signal Vse. Since the off period Toff2 is fixed, the switching cycle is adjusted according to the voltage difference between the error voltage Vea and the conversion signal Vse. In the initial stage of voltage drop of the output voltage Vo, when the error voltage Vea is low and the voltage difference from the conversion signal Vse is small, the ON period is short and the duty is small, but the switching frequency is high. Thereafter, when the error voltage Vea increases and the voltage difference from the conversion signal Vse increases, the ON period becomes longer and the switching frequency becomes lower, but the duty increases. As a result, compared with the case of fixed frequency control used in a general circuit, the switching frequency is short at the initial stage of fluctuation of the output voltage Vo, the duty is then increased, and power can be effectively supplied to the load. As a result, it is possible to improve response characteristics with respect to a decrease in the output voltage Vo.
図3は、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧上昇方向に規定以上に変動する一例として負荷急減時の場合を示す。スイッチング電源1の動作波形図である。負荷急減の前、制御信号CMP1はローレベルであり、制御信号CMP2はハイレベルである。従って、クロック線CKLはクロック線CK1Lに接続されており、スイッチング電源1は、クロックサイクルT1でスイッチング動作する。 FIG. 3 shows a case where the load suddenly decreases as an example in which the transient fluctuation of the output voltage Vo fluctuates more than a specified value in the voltage rising direction. FIG. 4 is an operation waveform diagram of the switching power supply 1. Before the sudden decrease in load, the control signal CMP1 is at a low level and the control signal CMP2 is at a high level. Therefore, the clock line CKL is connected to the clock line CK1L, and the switching power supply 1 performs a switching operation at the clock cycle T1.
負荷が急減した場合、出力電圧Voの増加に応じて誤差電圧Veaが規定以上のスルーレートで減少する。誤差電圧Veaはコンパレータ15の非反転入力端子に入力されているため、コンパレータ15から出力される制御信号Prがローレベルになる変換信号Vseの電圧値は減少する。変換信号VseはIV変換器14によりインダクタ電流Ilに応じた電圧値に変換された信号である。したがって、インダクタ電流Ilのピーク電流は減少する。
When the load suddenly decreases, the error voltage Vea decreases at a slew rate that exceeds a specified value as the output voltage Vo increases. Since the error voltage Vea is input to the non-inverting input terminal of the
固定周波数でのスイッチング動作による一般的な回路では、クロックサイクルT1ごとにクロック信号CK1のハイレベル遷移が生じオン期間が発生する。つまり、出力電圧Voが規定値を越え上昇している期間中は、変換信号Vseの値が誤差電圧Veaの値に達する目での間がオン期間となる(図3中、固定周波数と表記した波形)。このスイッチング動作により、負荷急減にスイッチング電源の応答が追従せず、電源電圧VccからインダクタLへの給電がなされ出力電圧Voの上昇する期間がある。 In a general circuit using a switching operation at a fixed frequency, a high level transition of the clock signal CK1 occurs every clock cycle T1, and an on period occurs. In other words, during the period in which the output voltage Vo rises above the specified value, the on period is between the time when the value of the conversion signal Vse reaches the value of the error voltage Vea (indicated as a fixed frequency in FIG. 3). Waveform). Due to this switching operation, there is a period in which the response of the switching power supply does not follow the sudden decrease in load, and power is supplied from the power supply voltage Vcc to the inductor L and the output voltage Vo rises.
スイッチング電源1では、出力電圧Voの規定以上の過渡的な電圧の増大に伴い誤差電圧Veaのスルーレートが負の規定以上になることが検出される。このとき、制御信号CMP2がローレベルに遷移してクロック信号CKはマスクされる。アンド回路18から出力されるクロック信号CKはローレベルに固定される。これにより、スイッチング電源1はオフ状態に維持され出力電圧Voへの給電は停止される。スイッチング電源1はオフ状態は制御信号CMP2がハイレベルに遷移するまで継続される。従って、スイッチング電源1は負荷への給電を停止することができ、負荷急減に対する出力電圧Voの応答特性を改善することができる。
In the switching power supply 1, it is detected that the slew rate of the error voltage Vea becomes greater than a negative regulation as the transient voltage increases beyond the regulation of the output voltage Vo. At this time, the control signal CMP2 transits to a low level and the clock signal CK is masked. The clock signal CK output from the AND
また、位相補償回路13には制御信号CMP3が入力される。制御信号CMP3は、出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定以下である場合にハイレベルである。このとき、位相補償回路13の周波数帯域は、スイッチング電源1の定常状態での系の安定性を確保するために必要とされる所定値を取る。出力電圧Voの過渡的な変動が電圧の低下方向または増加方向に規定以上に変動する場合、制御信号CMP3はローレベルに遷移する。位相補償回路13の周波数帯域は高い周波数帯域に切り替えられる。誤差電圧Veaの応答が速くなることにより出力電圧Voの過渡的な変動に対して迅速に応答することができる。出力電圧Voの過渡的な変動に対して誤差電圧Veaのスルーレートが上昇し高速な応答が可能となる。これによって、出力電圧Voの負荷急変に対する応答特性を改善することができる。
Further, the control signal CMP3 is input to the
また、IV変換器14には制御信号CMP1が入力される。制御信号CMP1は、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧の低下方向に規定以上の変動である場合、制御信号CMP1はハイレベルに遷移する。これにより、IV変換器14により設定されるゲインは、出力電圧Voが所定の電圧に維持されているまたは過渡的な変動が規定の変動以下である場合に比較して、小さな値となる。ゲインが小さくなるため、インダクタ電流Ilの電流値に対して変換のうえ出力される変換信号Vseの値は小さくなる。コンパレータ15により誤差電圧Veaと比較される結果、インダクタ電流Ilのピーク電流値は大きな電流値に制御される。オン期間が長くなって負荷への給電能力が向上し、出力電圧Voの過渡的な低減に対する応答特性を改善することができる。
The
出力電圧Voの過渡的な変動が電圧の増加方向に規定以上の変動である場合、制御信号CMP1はローレベル、制御信号CMP2はローレベルに遷移する。IV変換器14により設定されるゲインは、出力電圧Voが所定の電圧に維持されているまたは過渡的な変動が規定の変動以下である場合に比較して、大きい値となる。ゲインが大きくなるため、インダクタ電流Ilの電流値に対して変換のうえ出力される変換信号Vseの値は大きくなる。コンパレータ15により誤差電圧Veaと比較される結果、インダクタ電流Ilのピーク電流値は小さな電流値に制御される。オン期間が短くなって出力電圧Voの過渡的な増加に対する応答特性を改善することができる。
When the transitional fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation exceeding the specified value in the voltage increasing direction, the control signal CMP1 transits to the low level and the control signal CMP2 transits to the low level. The gain set by the
図4は、選択回路12の具体例を例示する回路図である。選択回路12は、微分回路21と選択制御回路22とを備える。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a specific example of the
微分回路21は、キャパシタCsrと、抵抗Rsrと、を備え誤差線VeaLと基準電圧Vaとの間に接続される。キャパシタCsrは誤差線VeaLと微分線VsrLとの間に接続され、抵抗Rsrは微分線VsrLと基準電圧Vaとの間に接続される。ここで、微分線VsrLとは、キャパシタCsrと抵抗Rsrとの接続点である。出力電圧Voが定常状態のとき、微分回路21に入力される誤差電圧Veaに変動は生じないため、微分線VsrLに生じる微分信号Vsrは基準電圧Vaと等しい。また、誤差電圧Veaに変動が生ずる場合においても、その変動が規定以下であれば、微分線VsrLに生じる微分信号Vsrの変動は、後述する選択制御回路22によって状態変化が検出されることはない。
The
選択制御回路22はコンパレータCMP1、CMP2と、インバータ回路23と、NOR回路24とを備える。
The
コンパレータCMP1の反転入力端子には基準電圧Vbが入力され、非反転入力端子には微分線VsrLが接続され微分信号Vsrが入力される。基準電圧Vbは基準電圧Vaに加算するように結線されている。コンパレータCMP1の反転入力端子には基準電圧Vaに基準電圧Vbが加算された値が入力される。出力端子には、制御線CMP1Lが接続され制御信号CMP1が出力される。出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定の変動以下である場合、微分信号Vsrは、基準電圧Vaに基準電圧Vbを加算した電圧を越えることはなく、制御信号CMP1はローレベルである。 The reference voltage Vb is input to the inverting input terminal of the comparator CMP1, and the differential line VsrL is connected to the non-inverting input terminal and the differential signal Vsr is input. The reference voltage Vb is connected so as to be added to the reference voltage Va. A value obtained by adding the reference voltage Vb to the reference voltage Va is input to the inverting input terminal of the comparator CMP1. A control line CMP1L is connected to the output terminal to output a control signal CMP1. If the output voltage Vo is maintained at a predetermined voltage or if the transient fluctuation is equal to or less than the prescribed fluctuation, the differential signal Vsr does not exceed the voltage obtained by adding the reference voltage Vb to the reference voltage Va, and the control is performed. The signal CMP1 is at a low level.
コンパレータCMP2の反転入力端子には基準電圧Vcが入力され、非反転入力端子には微分線VsrLが接続され微分信号Vsrが入力される。基準電圧Vcは基準電圧Vaから減算されるように結線されている。コンパレータCMP2の反転入力端子には基準電圧Vaから基準電圧Vbを減算された値が入力される。出力端子には、制御線CMP2Lが接続され制御信号CMP2が出力される。出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定の変動以下である場合、微分信号Vsrは、基準電圧Vaから基準電圧Vbを減算した電圧を越えることはなく制御信号CMP2はハイレベルである。 The reference voltage Vc is input to the inverting input terminal of the comparator CMP2, and the differential line VsrL is connected to the non-inverting input terminal and the differential signal Vsr is input. The reference voltage Vc is wired so as to be subtracted from the reference voltage Va. A value obtained by subtracting the reference voltage Vb from the reference voltage Va is input to the inverting input terminal of the comparator CMP2. A control line CMP2L is connected to the output terminal to output a control signal CMP2. When the output voltage Vo is maintained at a predetermined voltage, or when the transient fluctuation is equal to or less than the prescribed fluctuation, the differential signal Vsr does not exceed the voltage obtained by subtracting the reference voltage Vb from the reference voltage Va, and the control signal CMP2 is at a high level.
NOR回路24の第一入力端子には制御線CMP1Lが接続され制御信号CMP1が入力される。第二入力端子にはインバータ回路23の出力端子が入力される。インバータ回路23の入力端子には制御線CMP2Lが接続され制御信号CMP2が入力される。第二入力端子には制御信号CMP2の反転信号が入力される。出力端子には制御線CMP3が接続され制御信号CMP3が出力される。
The control line CMP1L is connected to the first input terminal of the NOR
図5は、図4に例示された選択回路の動作波形図である。領域(I)では、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動である場合を例示する。このとき、誤差電圧Veaが増大する。微分信号Vsrは、誤差電圧Veaの変動が微分されて基準電圧Vaに基準電圧Vbを加算した電圧より高いパルス信号となる。これにより、制御信号CMP1がローレベルからハイレベルに遷移し、同時に制御信号CMP3はハイレベルからローレベルに遷移する。その後、微分信号Vsrの電圧は、微分回路21の時定数に応じて基準電圧Vaに向かって減少する。微分信号Vsrが基準電圧Vaに基準電圧Vbを加算した電圧を下回ると、制御信号CMP1はローレベルに遷移し、同時に制御信号CMP3はハイレベルに遷移する。
FIG. 5 is an operation waveform diagram of the selection circuit illustrated in FIG. In the region (I), a case where the transient fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation more than a specified value in the voltage drop direction is illustrated. At this time, the error voltage Vea increases. The differential signal Vsr is a pulse signal higher than the voltage obtained by differentiating the fluctuation of the error voltage Vea and adding the reference voltage Vb to the reference voltage Va. As a result, the control signal CMP1 changes from the low level to the high level, and at the same time, the control signal CMP3 changes from the high level to the low level. Thereafter, the voltage of the differential signal Vsr decreases toward the reference voltage Va according to the time constant of the differentiating
領域(II)では、出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動である場合を例示する。このとき、誤差電圧Veaが低下する。微分信号Vsrは、誤差電圧Veaの変動が微分されて基準電圧Vaから基準電圧Vcを減じたより低いパルス信号となる。これにより、制御信号CMP2はハイレベルからローレベルに遷移し、同時に制御信号CMP3はハイレベルからローレベルに遷移する。その後、微分信号Vsrの電圧は、微分回路21の時定数に応じて基準電圧Vaに向かって増加する。微分信号Vsrが基準電圧Vaから基準電圧Vcを減じた電圧を上回ると、制御信号CMP2はハイレベルに遷移し、同時に制御信号CMP3はハイレベルに遷移する。
In the region (II), a case where the transient fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation more than a specified value in the increasing direction is illustrated. At this time, the error voltage Vea decreases. The differential signal Vsr is a lower pulse signal obtained by differentiating the fluctuation of the error voltage Vea and subtracting the reference voltage Vc from the reference voltage Va. As a result, the control signal CMP2 changes from the high level to the low level, and at the same time, the control signal CMP3 changes from the high level to the low level. Thereafter, the voltage of the differential signal Vsr increases toward the reference voltage Va according to the time constant of the differentiating
出力電圧Voの過渡的な変動が電圧の低下方向または増加方向に規定以上の変動である場合、誤差電圧Veaは規定以上に変動する。微分回路21は、誤差電圧Veaの変動を微分結果として検出し、微分信号Vsrを選択制御回路22に出力する。選択制御回路22は、微分信号Vsrを基準電圧と比較することにより、出力電圧Voの変動方向を検知する。選択制御回路22は、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動し誤差電圧Veaが規定以上に増加する場合、制御信号CMP1をハイレベルに遷移する。出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動し誤差電圧Veaが規定以上に低下する場合、制御信号CMP2をローレベル遷移する。また、この両方向への変動の場合、制御信号CMP3をローレベル遷移する。
When the transitional fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation exceeding the specified value in the decreasing or increasing direction of the voltage, the error voltage Vea fluctuates beyond the specified value. The
図6は計時回路17の具体例を例示する回路図である。計時回路17は、インバータ回路31と、nMOSトランジスタQ3と、定電流I1を流す定電流源CS0と、キャパシタC1と、コンパレータ32を備える。インバータ回路31の入力端子には制御線PgLが接続され制御信号Pgが入力される。制御信号Pgの反転信号をnMOSトランジスタQ3のゲート端子に出力する。nMOSトランジスタQ3のソース端子には接地電圧が接続され、ドレイン端子には線CtLが接続される。ここで、線CtLに発生する電圧は端子電圧VCtとする。キャパシタC1は線CtLと基準電圧間に接続される。コンパレータ32の反転入力端子には基準電圧Vtが入力され、非反転入力端子には線CtLが接続され端子電圧VCtが入力される。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a specific example of the
計時回路17に入力される制御信号Pgがローレベルの場合、定電流I1はnMOSトランジスタQ3を介し接地電圧に流れるため、常にキャパシタC1は放電され、端子電圧VCtは基準電圧Vtと比較し電圧値が低い。よって、コンパレータ32の出力信号であるクロック信号CK2はローレベルである。制御信号Pgがローレベルからハイレベルに遷移すると、nMOSトランジスタQ3はオン状態からオフ状態に遷移する。定電流I1によりキャパシタC1の充電が開始され、端子電圧VCtが定電流I1に応じて上昇する。制御信号Pgのハイレベル遷移から所定の期間経過後、端子電圧VCtは基準電圧Vtと比較し電圧値が高くなる。コンパレータ32に入力される電圧差が反転し、クロック信号CK2はローレベルからハイレベルに遷移する。定電流源CS0から出力される定電流I1によりキャパシタC1が充電され、充電に応じて増大する端子電圧VCtを基準電圧Vtと比較することにより、クロック信号CK2はローレベル期間が計時される。定電流I1、キャパシタC1の容量値、および基準電圧Vtは固定されているので、クロック信号CK2のローレベル期間は一定の時間となる。これにより、一定のオフ期間が計時される。
When the control signal Pg input to the
図7は、位相補償回路13の具体例を図示する回路図である。位相補償回路13は、参照線VfbLと誤差線VeaLとの間に接続されるキャパシタC2、C3と、スイッチSW2とを備える。キャパシタC2とキャパシタC3とは、参照線VfbLと誤差線VeaLとの間に並列に接続される。キャパシタC2の一端はスイッチSW2を介し誤差線VeaLと接続される。スイッチSW2は、制御信号CMP3によって制御される。制御信号CMP3がハイレベルの場合、スイッチSW2は短絡し、キャパシタC2の一端と誤差線VeaLとは接続される。制御信号CMP3がローレベルの場合、スイッチSW2は開放し、キャパシタC2の一端と誤差線VeaLとは開放される。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a specific example of the
制御信号CMP3がローレベルの場合、スイッチSW2が開放してキャパシタC2は位相補償回路13から切り離される。位相補償回路13はキャパシタC3を備えることとなる。位相補償回路13の容量値は低くなる。従って、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧の低下方向もしくは増加方向に規定以上の変動である場合では、高い周波帯域に応答できるようになる。よって、負荷急変による出力電圧Voの変動に対してエラーアンプ11によるフィードバック動作の応答を速くすることが可能となる。
When the control signal CMP3 is at a low level, the switch SW2 is opened and the capacitor C2 is disconnected from the
図8は、IV変換器14の具体例を図示する回路図である。IV変換器14は、pMOSトランジスタQ4、Q5と、nMOSトランジスタQ6、Q7と、抵抗R3、R4、R5と、オペアンプ33とを備える。ソース端子が電源電圧Vccに接続されたpMOSトランジスタQ4のゲート端子は制御線PgLに接続される。ドレイン端子は、オペアンプ33の反転入力端子とpMOSトランジスタQ5のソース端子とに接続される。オペアンプ33の非反転入力端子は、接続線LxLに接続される。出力端子は、pMOSトランジスタQ5のゲート端子に接続される。pMOSトランジスタQ5のドレイン端子は、変換線VseLに接続される。オペアンプ33は、pMOSトランジスタQ4のドレイン電圧の電圧が接続線LxLの電圧に略等しくなるようにpMOSトランジスタQ5を制御する。これにより、pMOSトランジスタQ5とpMOSトランジスタQ1とは、ソース、ドレイン、ゲートの各端子が各々同じ電圧にバイアスされる。各々のトランジスタに流れる電流は、ゲート長が同じ場合、各々のトランジスタのゲート幅に比例する。したがって、pMOSトランジスタQ5に流れる検出電流Iseは、pMOSトランジスタQ1を経てインダクタLに流れるインダクタ電流Ilxに比例した電流となる。検出電流Iseによりインダクタ電流Ilxを検出することができる。インダクタ電流Ilxとは、制御信号Pgのローレベル遷移によりpMOSトランジスタQ1を介して電源電圧VccからインダクタLに流れる電流である。すなわち、インダクタ電流Ilxは、pMOSトランジスタQ1のオン時のインダクタ電流Ilである。制御信号Pgのハイレベル遷移によりpMOSトランジスタQ1はオフされ電流値は0Aとなる。クロック信号CKがハイレベルに遷移すると、制御信号Pgはローレベル遷移し、再びpMOSトランジスタQ1はオンされる。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a specific example of the
抵抗R3、R4、R5は変換線VseLと接地電圧との間で直列に接続される。一端を変換線VseLに接続された抵抗R3と抵抗R4とを接続する結線にnMOSトランジスタQ6のドレイン端子が接続される。nMOSトランジスタQ6のソース端子は接地電圧に接続され、ゲート端子は制御線CMP1Lが接続される。また、一端を抵抗R3に接続された抵抗R4と抵抗R5とを接続する結線にnMOSトランジスタQ7のドレイン端子は接続される。nMOSトランジスタQ7のソース端子は接地電圧が接続され、ゲート端子は制御線CMP2Lが接続される。一端を抵抗R4に接続された抵抗R5の他端は設置電圧に接続される。 The resistors R3, R4, and R5 are connected in series between the conversion line VseL and the ground voltage. The drain terminal of the nMOS transistor Q6 is connected to a connection connecting the resistor R3 and the resistor R4, one end of which is connected to the conversion line VseL. The source terminal of the nMOS transistor Q6 is connected to the ground voltage, and the control terminal CMP1L is connected to the gate terminal. Also, the drain terminal of the nMOS transistor Q7 is connected to the connection connecting the resistors R4 and R5, one end of which is connected to the resistor R3. The ground terminal is connected to the source terminal of the nMOS transistor Q7, and the control line CMP2L is connected to the gate terminal. The other end of the resistor R5 having one end connected to the resistor R4 is connected to the installation voltage.
図9は、IV変換器14におけるゲインの制御を示す図である。IV変換器14には、出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定の変動以下である場合、入力される制御信号CMP1はローレベル、制御信号CMP2はハイレベルである。このとき、nMOSトランジスタQ6はオフ状態となり、nMOSトランジスタQ7はオン状態となる。従って、検出電流Iseは抵抗R3と抵抗R4とnMOSトランジスタQ7を介し接地電圧に流れる。変換線VseLと接地電圧との間の抵抗値は、抵抗R3と抵抗R4とを加算した抵抗値と等しい(R3+R4)。これを基準ゲインとする(R3+R4)。
FIG. 9 is a diagram illustrating gain control in the
出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動である場合、入力される制御信号CMP1、CMP2は共にハイレベルである。このとき、nMOSトランジスタQ6、Q7は共にオン状態となる。検出電流Iseは抵抗R3とnMOSトランジスタQ6、Q7を介し接地電圧に流れる。変換線VseLと接地電圧との間の抵抗値は抵抗R3となり、これがゲインとなる(R3)。基準ゲイン(R3+R4)と比較してゲインは小さくなる。そして、インダクタ電流Ilxのピーク電流値は、誤差電圧Veaが同じ場合、基準ゲインの場合と比較して高くなる。インダクタ電流Ilxは、電源電圧VccからインダクタLに供給される時間に応じて上昇するため、ゲインが小さい場合にはオン期間が長くなる。負荷への電力供給能力を高めることができ、出力電圧Voの過渡的な低減に対する応答特性を改善することができる。 When the transitional fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation exceeding the specified value in the voltage lowering direction, the input control signals CMP1 and CMP2 are both at a high level. At this time, the nMOS transistors Q6 and Q7 are both turned on. The detection current Ise flows to the ground voltage via the resistor R3 and the nMOS transistors Q6 and Q7. The resistance value between the conversion line VseL and the ground voltage becomes a resistance R3, which becomes a gain (R3). The gain is smaller than the reference gain (R3 + R4). The peak current value of the inductor current Ilx is higher when the error voltage Vea is the same as compared with the case of the reference gain. Since the inductor current Ilx rises according to the time during which the power supply voltage Vcc is supplied to the inductor L, the on period becomes longer when the gain is small. The power supply capability to the load can be increased, and the response characteristics with respect to the transient reduction of the output voltage Vo can be improved.
出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動である場合、入力される制御信号CMP1、CMP2は共にローレベルである。このとき、nMOSトランジスタQ6、Q7は共にオフ状態となる。検出電流Iseは直列に接続された抵抗R3、R4、R5を介し接地電圧に流れる。変換線VseLと接地電圧との間の抵抗値は、抵抗R3、R4、R5を加算した抵抗値と等しい。これがゲインである(R3+R4+R5)。基準ゲイン(R3+R4)と比較してゲインは大きくなる。そして、インダクタ電流Ilxのピーク電流値は、誤差電圧Veaが同じ場合、基準ゲインの場合と比較して低くなる。この場合には、オン期間が短くなる。負荷への電力供給を制限して、出力電圧Voの過渡的な増加に対する応答特性を改善することができる。 When the transitional fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation exceeding the specified value in the increasing direction, the input control signals CMP1 and CMP2 are both at a low level. At this time, the nMOS transistors Q6 and Q7 are both turned off. The detection current Ise flows to the ground voltage via the resistors R3, R4, and R5 connected in series. The resistance value between the conversion line VseL and the ground voltage is equal to the resistance value obtained by adding the resistors R3, R4, and R5. This is the gain (R3 + R4 + R5). The gain is larger than the reference gain (R3 + R4). Then, when the error voltage Vea is the same, the peak current value of the inductor current Ilx is lower than that of the reference gain. In this case, the ON period is shortened. By limiting the power supply to the load, it is possible to improve the response characteristics against a transient increase in the output voltage Vo.
図10は、スイッチング電源1を搭載した電子機器100を示すブロック図である。電子機器100は、例えばポータブル機器システム、パソコン、携帯電話、デジタルカメラが挙げられる。電子機器100は、バッテリ200、スイッチング電源1、負荷回路300を備える。バッテリ200は、スイッチング電源1に電源電圧Vccを供給するものである。たとえばリチウムイオン電池であり、もしくは、複数のリチウムイオン電池ユニットを直列接続したものである。負荷回路300は、たとえば、アナログ回路、デジタル回路、マイクロプロセッサ、発光素子、表示素子、センサなどである。スイッチング電源1は、バッテリ200から出力される電源電圧Vccが入力され、所定電圧値の出力電圧Voに変換し負荷回路300に供給する。
FIG. 10 is a block diagram showing an
以上、詳細に説明したように、実施形態によれば、選択回路12は、スイッチSW1を制御することによりD−FF回路19の端子CKに入力される信号を制御する。これにより、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動である場合、アンド回路18には計時回路17が選択されクロック信号CKはオフ時間固定の信号となる。スイッチング電源1は固定オフ時間制御によりスイッチング動作を行う。固定周波数制御の場合と比較して、負荷急増等による出力電圧Voの過渡的な低下に対する応答特性が改善されて出力電圧Voの低下が抑えられる。
As described above in detail, according to the embodiment, the
一方、出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動である場合、アンド回路18から出力されるクロック信号CKはローレベルに固定される。スイッチング電源1はオフ状態が継続し、スイッチング電源1は負荷への給電を停止することができる。これによって、出力電圧Voの増加に対する応答特性を改善することができる。
On the other hand, when the transitional fluctuation of the output voltage Vo is more than a specified fluctuation in the increasing direction, the clock signal CK output from the AND
また、本発明の位相補償回路13によれば、出力電圧Voが所定の電圧に維持されているか、あるいは過渡的な変動が規定以下である場合、位相補償回路13の周波数帯域は所定値を取る。出力電圧Voが過渡的な変動が電圧の低下方向もしくは増加方向に規定以上の変動である場合、位相補償回路13の周波数帯域が切り替えられ、所定値と比較し高い周波数帯域に応答できるようになる。これによって、出力電圧Voの負荷急変に対する応答特性を改善することができる。
Further, according to the
また、本発明のIV変換器14によれば、出力電圧Voの過渡的な変動が電圧低下方向に規定以上の変動である場合、ゲインが基準ゲインの場合と比較して小さく設定される。これにより、同じ誤差電圧Veaに対してインダクタ電流Ilxのピーク電流は増加する。スイッチング電源1のオン期間が長くなり出力電圧Voの過渡的な減少に対する応答特性を改善することができる。
Further, according to the
一方、出力電圧Voの過渡的な変動が増加方向に規定以上の変動である場合、ゲインは基準ゲインと比較して大きく設定される。これにより、同じ誤差電圧Veaに対してインダクタ電流Ilxのピーク電流は減少する。スイッチング電源1のオン期間が短くなり出力電圧Voの過渡的な増加に対する応答特性を改善することができる。 On the other hand, when the transitional fluctuation of the output voltage Vo is a fluctuation exceeding the specified value in the increasing direction, the gain is set larger than the reference gain. As a result, the peak current of the inductor current Ilx decreases with respect to the same error voltage Vea. The ON period of the switching power supply 1 is shortened, and the response characteristics with respect to the transient increase of the output voltage Vo can be improved.
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、選択回路12は誤差電圧Veaの代わりに直接出力電圧Voを入力としてもよい。また、制御信号CMP1のハイレベル遷移と同時にスイッチSW1が計時回路17に接続される際、計時回路17はローレベルからハイレベルに遷移するように設定することも可能である。これにより、pMOSトランジスタQ1は切り替えと同時にオンさせることができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
インダクタLはインダクタンス素子の一例、参照電圧Vfbはフィードバック電圧の一例、誤差電圧Veaは差電圧の一例、エラーアンプ11は増幅器の一例、IV変換器14は検出器の一例、選択回路12は微分回路の一例、スイッチSW1は第1選択回路の一例、クロック信号CKはトリガ信号の一例、アンド回路18はマスク回路の一例、スイッチSW2は第2選択回路の一例である。
また、増幅器の一例であるエラーアンプ11、検出器の一例であるIV変換器14、微分回路の一例である選択回路12、発振回路の一例である発振回路16、計時回路の一例である計時回路17、および第1選択回路の一例であるスイッチSW1を、少なくとも備える回路が電源の制御回路の一例である。更に、マスク回路の一例であるアンド回路18を備えて電源の制御回路の一例を開示する。
The inductor L is an example of an inductance element, the reference voltage Vfb is an example of a feedback voltage, the error voltage Vea is an example of a difference voltage, the
Further, an
1 スイッチング電源
11 エラーアンプ
12 選択回路
13 位相補償回路
14 IV変換器
15 コンパレータ
16 発振回路
17 計時回路
18 アンド回路
19 D−FF回路
100 電子機器
200 バッテリ
300 負荷回路
Q1、Q2 トランジスタ
L インダクタ
Co コンデンサ
SW1 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
14
Claims (7)
前記増幅信号に基づいて第1制御信号を出力する信号生成回路と、
前記インダクタンス素子の他端に接続されるトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力信号と前記増幅信号を比較し第2制御信号を出力する比較回路と、
クロック信号の立ち上り遷移に応じて前記トランジスタをオン状態とし、前記第2制御信号に基づいて前記トランジスタをオフ状態とする第3制御信号を出力するフリップフロップ回路と、
固定周期を有する第1クロック信号を出力する発振回路と、
前記第1クロック信号により前記固定周期で前記トランジスタをオン状態とする動作における前記第3制御信号の立ち上り遷移から前記第1クロック信号の立ち上り遷移までの期間より、前記第3制御信号の立ち上り遷移からの経過期間が短い時点で立ち上り、かつ、前記第3制御信号の立ち上り遷移から固定の所定期間で立ち上る、立ち上り遷移を有する第2クロック信号を出力する計時回路と、
前記第1制御信号に基づいて、前記第1クロック信号もしくは前記第2クロック信号のいずれか一方を選択して前記クロック信号として前記フリップフロップ回路へ出力する選択回路と、
を有し、
前記信号生成回路は、所定の時定数に応じて前記増幅信号の電圧を微分した第1電圧値が第1規定値より高い場合、前記選択回路に前記第2クロック信号を前記クロック信号として選択させる前記第1制御信号を出力することを特徴とする電源の制御回路。 An amplifier that outputs an amplified signal based on a difference voltage between a feedback voltage corresponding to a voltage output from one end of the inductance element and a reference voltage;
A signal generation circuit that outputs a first control signal based on the amplified signal;
A current-voltage conversion circuit that detects a current flowing in a transistor connected to the other end of the inductance element and converts the detected current into a voltage;
A comparison circuit for comparing the output signal of the current-voltage conversion circuit with the amplified signal and outputting a second control signal;
A flip-flop circuit that outputs a third control signal that turns on the transistor in response to a rising transition of a clock signal and turns off the transistor based on the second control signal;
An oscillation circuit for outputting a first clock signal having a fixed period;
From the period from the rising transition of the third control signal to the rising transition of the first clock signal in the operation of turning on the transistor at the fixed period by the first clock signal, from the rising transition of the third control signal A timing circuit that outputs a second clock signal having a rising transition that rises at a short time when the elapsed time of the third control signal rises and rises in a fixed predetermined period from the rising transition of the third control signal;
A selection circuit that selects either the first clock signal or the second clock signal based on the first control signal and outputs the selected clock signal to the flip-flop circuit as the clock signal;
Have
The signal generation circuit causes the selection circuit to select the second clock signal as the clock signal when a first voltage value obtained by differentiating the voltage of the amplified signal according to a predetermined time constant is higher than a first specified value. A power supply control circuit that outputs the first control signal.
前記フリップフロップ回路は、前記第2制御信号の立ち下り遷移に応じて前記トランジスタをオフ状態とすることを特徴とする請求項1に記載の電源の制御回路。 The comparison circuit outputs the second control signal that falls when the voltage value of the output signal of the current-voltage conversion circuit becomes higher than the voltage value of the amplified signal,
The power supply control circuit according to claim 1, wherein the flip-flop circuit turns off the transistor in response to a falling transition of the second control signal.
前記増幅信号の位相を補償する位相補償回路を備え、
前記位相補償回路は、前記第1電圧値が前記第1規定値より高い場合または前記第2規定値より低い場合、前記第1電圧値が前記第1規定値以下かつ前記第2規定値以上の場合の周波数帯域より高い周波数帯域で前記増幅信号の位相を補償することを特徴とする請求項3に記載の電源の制御回路。 The amplifier is
A phase compensation circuit for compensating the phase of the amplified signal;
In the phase compensation circuit, when the first voltage value is higher than the first specified value or lower than the second specified value, the first voltage value is not more than the first specified value and not less than the second specified value. The power supply control circuit according to claim 3 , wherein the phase of the amplified signal is compensated in a frequency band higher than a case frequency band.
前記第1電圧値が前記第1規定値より高い場合、前記第1電圧値が前記第1規定値以下かつ前記第2規定値以上の場合の第1電流電圧変換係数より電流電圧変換係数が低く、前記第1電圧値が前記第2規定値より低い場合、前記第1電流電圧変換係数より電流電圧変換係数が高いことを特徴とする請求項3または4に記載の電源の制御回路。 The current-voltage conversion circuit is
When the first voltage value is higher than the first specified value, the current-voltage conversion coefficient is lower than the first current-voltage conversion coefficient when the first voltage value is equal to or lower than the first specified value and equal to or higher than the second specified value. 5. The power supply control circuit according to claim 3 , wherein when the first voltage value is lower than the second specified value, the current-voltage conversion coefficient is higher than the first current-voltage conversion coefficient. 6.
前記インダクタンス素子の他端から出力される電圧に対応するフィードバック電圧と基準電圧との差電圧に基づいて増幅信号を出力する増幅器と、
前記増幅信号に基づいて第1制御信号を出力する信号生成回路と、
前記電源電圧線から前記トランジスタのソース端子に流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力信号と前記増幅信号を比較し第2制御信号を出力する比較回路と、
クロック信号の立ち上り遷移に応じて前記トランジスタをオン状態とし、前記第2制御信号に基づいて前記トランジスタをオフ状態とする第3制御信号を出力するフリップフロップ回路と、
固定周期を有する第1クロック信号を出力する発振回路と、
前記第1クロック信号により前記固定周期で前記トランジスタをオン状態とする動作における前記第3制御信号の立ち上り遷移から前記第1クロック信号の立ち上り遷移までの期間より、前記第3制御信号の立ち上り遷移からの経過期間が短い時点で立ち上り、かつ、前記第3制御信号の立ち上り遷移から固定の所定期間で立ち上る、立ち上り遷移を有する第2クロック信号を出力する計時回路と、
前記第1制御信号に基づいて、前記第1クロック信号もしくは前記第2クロック信号のいずれか一方を選択して前記クロック信号として前記フリップフロップ回路へ出力する選択回路と、
を有し、
前記信号生成回路は、所定の時定数に応じて前記増幅信号の電圧を微分した第1電圧値が第1規定値より高い場合、前記選択回路に前記第2クロック信号を前記クロック信号として選択させる前記第1制御信号を出力することを特徴とする電子機器。 A transistor having a source terminal connected to the power supply voltage line and a drain terminal connected to one end of the inductance element;
An amplifier that outputs an amplified signal based on a voltage difference between a feedback voltage corresponding to a voltage output from the other end of the inductance element and a reference voltage;
A signal generation circuit that outputs a first control signal based on the amplified signal;
A current-voltage conversion circuit that detects a current flowing from the power supply voltage line to the source terminal of the transistor and converts the detected current into a voltage;
A comparison circuit for comparing the output signal of the current-voltage conversion circuit with the amplified signal and outputting a second control signal;
A flip-flop circuit that outputs a third control signal that turns on the transistor in response to a rising transition of a clock signal and turns off the transistor based on the second control signal;
An oscillation circuit for outputting a first clock signal having a fixed period;
From the period from the rising transition of the third control signal to the rising transition of the first clock signal in the operation of turning on the transistor at the fixed period by the first clock signal, from the rising transition of the third control signal A timing circuit that outputs a second clock signal having a rising transition that rises at a short time when the elapsed time of the third control signal rises and rises in a fixed predetermined period from the rising transition of the third control signal;
A selection circuit that selects either the first clock signal or the second clock signal based on the first control signal and outputs the selected clock signal to the flip-flop circuit as the clock signal;
Have
The signal generation circuit causes the selection circuit to select the second clock signal as the clock signal when a first voltage value obtained by differentiating the voltage of the amplified signal according to a predetermined time constant is higher than a first specified value. An electronic apparatus that outputs the first control signal.
前記増幅信号に基づいて第1制御信号を出力するステップと、
前記インダクタンス素子の他端に接続されるトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流を電圧に変換するステップと、
前記検出した電流を電圧に変換した信号と前記増幅信号を比較し第2制御信号を出力するステップと、
クロック信号の立ち上り遷移に応じて前記トランジスタをオン状態とし、前記第2制御信号に基づいて前記トランジスタをオフ状態とする第3制御信号を出力するステップと、
固定周期を有する第1クロック信号を出力するステップと、
前記第1クロック信号により前記固定周期で前記トランジスタをオン状態とする動作における前記第3制御信号の立ち上り遷移から前記第1クロック信号の立ち上り遷移までの期間より、前記第3制御信号の立ち上り遷移からの経過期間が短い時点で立ち上り、かつ、前記第3制御信号の立ち上り遷移から固定の所定期間で立ち上る、立ち上り遷移を有する第2クロック信号を出力するステップと、
前記第1制御信号に基づいて、所定の時定数に応じて前記増幅信号の電圧を微分した第1電圧値が第1規定値以下の場合には、前記第1クロック信号を前記クロック信号として出力し、前記第1電圧値が前記第1規定値より高い場合には、前記第2クロック信号を前記クロック信号として出力するステップとを有することを特徴とする電源の制御方法。 Outputting an amplified signal based on a difference voltage between a feedback voltage corresponding to a voltage output from one end of the inductance element and a reference voltage;
Outputting a first control signal based on the amplified signal;
Detecting a current flowing in a transistor connected to the other end of the inductance element, and converting the detected current into a voltage;
Comparing the amplified signal with a signal obtained by converting the detected current into a voltage, and outputting a second control signal;
Outputting a third control signal that turns on the transistor in response to a rising transition of a clock signal and turns off the transistor based on the second control signal;
Outputting a first clock signal having a fixed period;
From the period from the rising transition of the third control signal to the rising transition of the first clock signal in the operation of turning on the transistor at the fixed period by the first clock signal, from the rising transition of the third control signal Outputting a second clock signal having a rising transition that rises when the elapsed period of time is short and rises in a fixed predetermined period from the rising transition of the third control signal;
When the first voltage value obtained by differentiating the voltage of the amplified signal according to a predetermined time constant based on the first control signal is equal to or less than a first specified value, the first clock signal is output as the clock signal. And a step of outputting the second clock signal as the clock signal when the first voltage value is higher than the first prescribed value.
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