JP6009742B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、スイッチング電源装置の全体構成例を示す図である。本構成例のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ここではボトム検出オン時間固定方式)によって入力電圧INから出力電圧OUTを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされる種々のディスクリート部品(インダクタL1、キャパシタC1、抵抗R1及びR2)と、を有する。
[第1構成例]
図3は、リップルインジェクション部17の第1構成例を示す図である。第1構成例のリップルインジェクション部17は、充放電部171と、キャパシタ172と、gmアンプ173と、を含む。
図5は、リップルインジェクション部17の第2構成例を示す図である。第2構成例は第1構成例とほぼ同様の構成であり、エラーアンプ174を追加した点に特徴を有している。そこで、第1構成例と同一の構成要素については、図3と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。
図8は、充放電部171に含まれる電流源171a及び171bの一構成例を示す図である。
図9は、オン時間設定部15の一構成例を示す図である。本構成例のオン時間設定部15は、電圧/電流変換部151と、キャパシタ152と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ153と、コンパレータ154と、抵抗155及び156と、インバータ157と、を含む。
なお、上記実施形態では、同期整流方式のスイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、スイッチング駆動方式として非同期整流方式を採用しても構わない。
10 半導体装置(スイッチング電源IC)
11 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
13 ドライバ
14 Dフリップフロップ
15 オン時間設定部
151 電圧/電流変換部
152 キャパシタ
153 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
154 コンパレータ
155、156 抵抗
157 インバータ
16 コンパレータ
17 リップルインジェクション部
171 充放電部
171a、171b 電流源
171c スイッチ
172 キャパシタ
173 gmアンプ
174 エラーアンプ
18 基準電圧生成部
L1 インダクタ
R1、R2 抵抗
C1 キャパシタ
T1〜T3 外部端子
a1〜a3、b1〜b3 抵抗
a4、b4 オペアンプ
a5、b5 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
a6、b6、b7 カレントミラー
Claims (11)
- そのオン/オフ制御によって入力電圧から出力電圧を生成する出力トランジスタと、
基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記基準電圧にリップル成分を注入してリップル基準電圧を生成するリップルインジェクション部と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と前記リップル基準電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
前記比較信号に基づいて前記出力トランジスタのオン/オフ制御を行うスイッチング制御部と、
を有し、
前記リップルインジェクション部は、
前記出力トランジスタのオン/オフ制御に応じて充放電電流を生成する充放電部と、
前記充放電電流を用いて充放電されるキャパシタと、
前記基準電圧を用いて前記キャパシタの充放電される一端をバイアスするgmアンプと、
を含み、前記キャパシタの前記充放電される一端から前記リップル基準電圧を出力し、
前記充放電部は、
前記出力電圧に応じて第1電流を生成する第1電流源と、
前記入力電圧に応じて前記第1電流よりも大きい第2電流を生成する第2電流源と、
前記出力トランジスタのオン/オフ制御に応じて前記第2電流の電流経路を導通/遮断するスイッチと、
を含み、前記キャパシタの充電期間には前記スイッチをオフとして前記第1電流を前記キャパシタに流し込み、前記キャパシタの放電期間には前記スイッチをオンとして前記第1電流と前記第2電流との差分電流を前記キャパシタから引き抜く、
ことを特徴とすることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記gmアンプは、前記出力トランジスタのオン期間よりも短い周期の出力変動には応答しないことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記リップルインジェクション部は、前記基準電圧と前記帰還電圧との差分を増幅して誤差電圧を生成するエラーアンプをさらに含み、
前記gmアンプは、前記誤差電圧を用いて前記キャパシタの前記充放電される一端をバイアスすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - そのオン/オフ制御によって入力電圧から出力電圧を生成する出力トランジスタと、
基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記基準電圧にリップル成分を注入してリップル基準電圧を生成するリップルインジェクション部と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と前記リップル基準電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
前記比較信号に基づいて前記出力トランジスタのオン/オフ制御を行うスイッチング制御部と、
を有し、
前記リップルインジェクション部は、
前記出力トランジスタのオン/オフ制御に応じて充放電電流を生成する充放電部と、
前記充放電電流を用いて充放電されるキャパシタと、
前記基準電圧を用いて前記キャパシタの一端をバイアスするgmアンプと、
を含み、前記キャパシタの一端から前記リップル基準電圧を出力し、
前記充放電部は、
前記出力電圧に応じて第1電流を生成する第1電流源と、
前記入力電圧に応じて前記第1電流よりも大きい第2電流を生成する第2電流源と、
前記出力トランジスタのオン/オフ制御に応じて前記第2電流の電流経路を導通/遮断するスイッチと、
を含み、前記キャパシタの充電期間には前記スイッチをオフとして前記第1電流を前記キャパシタに流し込み、前記キャパシタの放電期間には前記スイッチをオンとして前記第1電流と前記第2電流との差分電流を前記キャパシタから引き抜く、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記gmアンプは、前記出力トランジスタのオン期間よりも短い周期の出力変動には応答しないことを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。
- 前記リップルインジェクション部は、前記基準電圧と前記帰還電圧との差分を増幅して誤差電圧を生成するエラーアンプをさらに含み、
前記gmアンプは、前記誤差電圧を用いて前記キャパシタの一端をバイアスすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング制御部は、
クロック入力端に前記比較信号が入力されるDフリップフロップと、
前記Dフリップフロップの出力信号に応じて前記出力トランジスタのオン/オフ制御を行うドライバと、
前記出力トランジスタのオン時間を設定するために前記Dフリップフロップのリセット信号を生成するオン時間設定部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記オン時間設定部は、前記入力電圧が高いほど前記出力トランジスタのオン時間を短くし、前記入力電圧が低いほど前記出力トランジスタのオン時間を長くすることを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源装置。
- 前記オン時間設定部は、前記出力電圧が低いほど前記出力トランジスタのオン時間を短くし、前記出力電圧が高いほど前記出力トランジスタのオン時間を長くすることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のスイッチング電源装置。
- 前記オン時間設定部は、
前記入力電圧に応じた三角波電圧を生成する三角波電圧生成回路と、
前記出力電圧に応じた分圧出力電圧を生成する分圧出力電圧生成回路と、
前記三角波電圧と前記分圧出力電圧とを比較して前記リセット信号を生成する第2コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記三角波電圧生成回路は、
前記入力電圧に応じた充電電流を生成する電圧/電流変換部と、
前記電圧/電流変換部に接続された第2キャパシタと、
前記出力トランジスタのオン/オフ制御に応じて前記第2キャパシタの充放電を切り替える第2スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項10に記載のスイッチング電源装置。
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