JP6138448B2 - Power supply device and electronic device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、電流モード制御型の電源装置に関する。   The present invention relates to a current mode control type power supply apparatus.

図15は、電源装置の第1従来例を示す図である。本従来例の電源装置100は、インダクタ103の一端に現れるスイッチ電圧Vswのハイレベル電位を電圧信号VswHとして監視して、上側トランジスタ101に流れるインダクタ電流ILの大きさを検出し、その検出結果に応じて上側トランジスタ101と下側トランジスタ102のスイッチング制御を行うことにより、入力電圧Viから出力電圧Voを生成する。   FIG. 15 is a diagram illustrating a first conventional example of a power supply device. The power supply apparatus 100 according to the conventional example monitors the high level potential of the switch voltage Vsw appearing at one end of the inductor 103 as the voltage signal VswH, detects the magnitude of the inductor current IL flowing through the upper transistor 101, and displays the detection result. Accordingly, by performing switching control of the upper transistor 101 and the lower transistor 102, the output voltage Vo is generated from the input voltage Vi.

図16は、電源装置の第2従来例を示す図である。本従来例の電源装置200は、センス抵抗208の両端電圧ΔVを監視して、センス抵抗208に流れるインダクタ電流ILの大きさを検出し、その検出結果に応じて上側トランジスタ101と下側トランジスタ102のスイッチング制御を行うことにより、入力電圧Viから出力電圧Voを生成する。   FIG. 16 is a diagram illustrating a second conventional example of a power supply device. The power supply apparatus 200 of the conventional example monitors the voltage ΔV across the sense resistor 208 to detect the magnitude of the inductor current IL flowing through the sense resistor 208, and the upper transistor 101 and the lower transistor 102 according to the detection result. In this way, the output voltage Vo is generated from the input voltage Vi.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。   As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 can be cited.

米国特許出願公開第2011/0148379号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0148379

しかしながら、第1従来例の電源装置100では、電源電圧Vccの供給を受けて動作する制御部107に対して、電源電圧Vccよりも高い入力電圧Viを基準とする電圧信号VswHを直接入力することができず、Vi基準の電圧信号VswHをVcc基準の電圧信号VswH’に変換するレベルシフタ110が必要であった(図17を参照)。   However, in the power supply device 100 of the first conventional example, the voltage signal VswH based on the input voltage Vi higher than the power supply voltage Vcc is directly input to the control unit 107 that operates by receiving the supply of the power supply voltage Vcc. Therefore, the level shifter 110 for converting the Vi-reference voltage signal VswH into the Vcc-reference voltage signal VswH ′ is necessary (see FIG. 17).

一方、第2従来例の電源装置200では、第1従来例の課題を解消し得るものの、微小な両端電圧ΔV(数mV)を増幅するために設けられたアンプ209の出力特性に応じてインダクタ電流ILの波形と増幅信号DETの波形が一致しなくなり、電流モード制御の安定性が低下するという問題があった(図18を参照)。   On the other hand, in the power supply device 200 of the second conventional example, although the problem of the first conventional example can be solved, the inductor according to the output characteristics of the amplifier 209 provided to amplify the minute voltage ΔV (several mV). There is a problem that the waveform of the current IL and the waveform of the amplified signal DET do not coincide with each other and the stability of the current mode control is lowered (see FIG. 18).

本発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、回路規模の増大を抑えつつ電流モード制御の安定性を高めることのできる電源装置、及び、これを用いた電子機器を提供することを目的とする。   In view of the above problems found by the inventor of the present application, the present invention provides a power supply device capable of improving the stability of current mode control while suppressing an increase in circuit scale, and an electronic apparatus using the same. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、インダクタ電流をスイッチング制御して入力電圧から出力電圧を生成する出力段と、前記出力電圧とその目標値との誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅回路と、前記誤差信号が小さくなるように前記出力段の駆動制御を行うスイッチ制御回路と、を有し、前記スイッチ制御回路は、前記インダクタ電流に応じた検出信号を増幅して増幅検出信号を生成するアンプと、前記増幅検出信号よりも振幅の大きいランプ信号を生成するランプ信号生成部と、前記増幅検出信号と前記ランプ信号とを足し合わせて基準信号を生成する加算部と、前記誤差信号と前記基準信号とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、クロック信号と前記比較信号に応じてスイッチ制御信号を生成するロジック部と、前記スイッチ制御信号に応じて前記出力段の駆動制御を行うドライバと、を含む構成(第1の構成)とされている。   In order to achieve the above object, a power supply device according to the present invention includes an output stage for switching an inductor current to generate an output voltage from an input voltage, and an error signal corresponding to an error between the output voltage and its target value. An error amplifier circuit for generating the output stage, and a switch control circuit for controlling the driving of the output stage so that the error signal is reduced. The switch control circuit amplifies the detection signal corresponding to the inductor current. An amplifier that generates an amplification detection signal, a ramp signal generation unit that generates a ramp signal having an amplitude larger than the amplification detection signal, and an addition unit that generates a reference signal by adding the amplification detection signal and the ramp signal together A comparator that generates a comparison signal by comparing the error signal and the reference signal, and a switch control signal that is generated according to the clock signal and the comparison signal A logic unit, which is a driver for controlling the driving of the output stage in response to said switch control signal, the arrangement comprising (a first configuration).

なお、第1の構成から成る電源装置において、前記ランプ信号生成部は、前記入力電圧が高いほど前記ランプ信号の上昇傾きを大きくする構成(第2の構成)にするとよい。   In the power supply device having the first configuration, the ramp signal generation unit may have a configuration (second configuration) in which the rising slope of the ramp signal is increased as the input voltage is higher.

また、第1または第2の構成から成る電源装置において、前記ランプ信号生成部は、前記ランプ信号をゼロよりも高い信号値にバイアスする構成(第3の構成)にするとよい。   In the power supply device having the first or second configuration, the ramp signal generation unit may be configured to bias the ramp signal to a signal value higher than zero (third configuration).

また、第1〜第3いずれかの構成から成る電源装置は、前記クロック信号を生成する発振回路をさらに有する構成(第4の構成)にするとよい。   Further, the power supply device having any one of the first to third configurations may be configured to further include an oscillation circuit that generates the clock signal (fourth configuration).

また、第4の構成から成る電源装置において、前記発振回路は、前記出力電圧の変動を抑制するように前記クロック信号の発振周波数を可変制御する構成(第5の構成)にするとよい。   In the power supply device having the fourth configuration, the oscillation circuit may be configured to variably control the oscillation frequency of the clock signal so as to suppress fluctuations in the output voltage (fifth configuration).

また、第1〜第5いずれかの構成から成る電源装置において、前記誤差増幅回路は、非反転入力端が参照電圧の印加端に接続されたオペアンプと、前記出力電圧の印加端と前記オペアンプの反転入力端との間に接続された抵抗と、前記オペアンプの反転入力端と出力端との間に接続されたキャパシタと、を含む構成(第6の構成)にするとよい。   In the power supply device having any one of the first to fifth configurations, the error amplification circuit includes an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference voltage application terminal, an output voltage application terminal, and the operational amplifier. A configuration including a resistor connected between the inverting input terminal and a capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier may be employed (sixth configuration).

また、第1〜第5いずれかの構成から成る電源装置において、前記誤差増幅回路は、非反転入力端が参照電圧の印加端に接続された電流アンプと、前記出力電圧を分圧して前記電流アンプの反転入力端に出力する分圧回路と、前記電流アンプの出力端と接地端との間に接続されたキャパシタと、を含む構成(第7の構成)としてもよい。   In the power supply device having any one of the first to fifth configurations, the error amplification circuit includes a current amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference voltage application terminal, and the output voltage divided by the current amplifier. A configuration (seventh configuration) including a voltage dividing circuit that outputs to the inverting input terminal of the amplifier and a capacitor connected between the output terminal of the current amplifier and the ground terminal may be employed.

また、第1〜第7いずれかの構成から成る電源装置において、前記検出信号は、センス抵抗またはインダクタ抵抗を利用して検出される構成(第8の構成)にするとよい。   In the power supply device having any one of the first to seventh configurations, the detection signal may be configured to be detected using a sense resistor or an inductor resistance (eighth configuration).

また、第1〜第8いずれかの構成から成る電源装置において、前記出力段は、降圧型、昇圧型、または、昇降圧型である構成(第9の構成)にするとよい。   In the power supply device having any one of the first to eighth configurations, the output stage may be configured to be a step-down type, a step-up type, or a step-up / step-down type (ninth configuration).

また、第1〜第9いずれかの構成から成る電源装置において、前記誤差増幅回路と前記スイッチ制御回路は、半導体装置に集積化されており、前記出力段は、前記半導体装置に外付けされている構成(第10の構成)にするとよい。   In the power supply device having any one of the first to ninth configurations, the error amplification circuit and the switch control circuit are integrated in a semiconductor device, and the output stage is externally attached to the semiconductor device. (10th configuration).

また、第1〜第10いずれかの構成から成る電源装置は、前記出力段と前記スイッチ制御回路を複数組有し、各組のスイッチ制御回路は、互いに異なる位相で、各々に対応する出力段の駆動制御を行う構成(第11の構成)にするとよい。   In addition, the power supply device having any one of the first to tenth configurations includes a plurality of sets of the output stage and the switch control circuit, and each set of switch control circuits has an output stage corresponding to each in a different phase. It is preferable to adopt a configuration (eleventh configuration) for performing the drive control.

また、第11の構成から成る電源装置は、各組の出力段に流れるインダクタ電流が互いに一致するように前記誤差信号を補正して各組毎の誤差信号を生成する電流平衡回路をさらに有する構成(第12の構成)にするとよい。   In addition, the power supply device having the eleventh configuration further includes a current balancing circuit that corrects the error signal so that the inductor currents flowing through the output stages of the sets coincide with each other to generate an error signal for each set. (Twelfth configuration) is preferable.

また、本発明に係る電子機器は、第1〜第12いずれかの構成から成る電源装置と、前記電源装置から出力電圧の供給を受けて動作する負荷と、を有する構成(第13の構成)とされている。   In addition, an electronic apparatus according to the present invention includes a power supply device having any one of the first to twelfth configurations and a load that operates upon receiving an output voltage from the power supply device (a thirteenth configuration). It is said that.

なお、第13の構成から成る電子機器において、前記負荷は、演算処理装置またはメモリである構成(第14の構成)にするとよい。   Note that in the electronic device having the thirteenth configuration, the load may be a calculation processing device or a memory (fourteenth configuration).

本発明によれば、回路規模の増大を抑えつつ電流モード制御の安定性を高めることのできる電源装置、及び、これを用いた電子機器を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the power supply device which can improve stability of electric current mode control, suppressing an increase in a circuit scale, and an electronic device using the same.

電源装置Xの第1実施形態を示す図The figure which shows 1st Embodiment of the power supply device X 電源装置Xの出力動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining output operation of power supply device X ランプ信号生成部15及び加算部16の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the ramp signal production | generation part 15 and the addition part 16. 基準信号V12の生成動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining generation operation of reference signal V12 入力急変時における出力安定化動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining output stabilization operation at the time of sudden change of input 電流アンプ14の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the current amplifier 14 誤差増幅回路30の第1構成例を示す図The figure which shows the 1st structural example of the error amplifier circuit 30. 誤差増幅回路30の第2構成例を示す図The figure which shows the 2nd structural example of the error amplifier circuit 30. 発振回路40の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the oscillation circuit 40 出力急変時における周波数可変動作を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining frequency variable operation during sudden output change 電流平衡回路50の一構成例を示す図The figure which shows the example of 1 structure of the current balance circuit 50 電源装置Xの第2実施形態を示す図The figure which shows 2nd Embodiment of the power supply device X 電源装置Xの第3実施形態を示す図The figure which shows 3rd Embodiment of the power supply device X デスクトップパソコンの一構成例を示す外観図External view showing a configuration example of a desktop PC 電源装置の第1従来例を示す図The figure which shows the 1st prior art example of a power supply device 電源装置の第2従来例を示す図The figure which shows the 2nd prior art example of a power supply device 第1の課題を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining the first problem 第2の課題を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining the second problem

<第1実施形態>
図1は、電源装置Xの第1実施形態を示す図である。本構成例の電源装置Xは、半導体装置1と、これに外付けされる種々のディスクリート部品(Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN11及びN12、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN21及びN22、インダクタL1及びL2、センス抵抗R1及びR2、並びに、キャパシタCo)と、を有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of a power supply device X. The power supply device X of this configuration example includes a semiconductor device 1 and various discrete components attached to the semiconductor device 1 (N-channel MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistors N11 and N12, N-channel MOS field effect transistors N21 and N21). N22, inductors L1 and L2, sense resistors R1 and R2, and a capacitor Co).

トランジスタN11のドレインは、入力電圧Viの印加端に接続されている。トランジスタN11のソースとトランジスタN12のドレインは、いずれもインダクタL1の第1端に接続されている。トランジスタN12のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN11及びN12のゲートは、それぞれ、ゲート信号G11及びG12の印加端に接続されている。インダクタL1の第2端は、センス抵抗R1を介して出力電圧Voの印加端に接続されている。これらのディスクリート部品(N11、N12、L1、及び、R1)は、インダクタ電流IL1をスイッチング制御して入力電圧Viから出力電圧Voを生成する降圧型の出力段OS1を形成している。   The drain of the transistor N11 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The source of the transistor N11 and the drain of the transistor N12 are both connected to the first end of the inductor L1. The source of the transistor N12 is connected to the ground terminal. The gates of the transistors N11 and N12 are connected to the application terminals of the gate signals G11 and G12, respectively. The second end of the inductor L1 is connected to the application end of the output voltage Vo via the sense resistor R1. These discrete components (N11, N12, L1, and R1) form a step-down output stage OS1 that switches the inductor current IL1 to generate the output voltage Vo from the input voltage Vi.

トランジスタN21のドレインは、入力電圧Viの印加端に接続されている。トランジスタN21のソースとトランジスタN22のドレインは、いずれもインダクタL2の第1端に接続されている。トランジスタN22のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN21及びN22のゲートは、それぞれ、ゲート信号G21及びG22の印加端に接続されている。インダクタL2の第2端は、センス抵抗R2を介して出力電圧Voの印加端に接続されている。これらのディスクリート部品(N21、N22、L2、及び、R2)は、インダクタ電流IL2をスイッチング制御して入力電圧Viから出力電圧Voを生成する降圧型の出力段OS2を形成している。   The drain of the transistor N21 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The source of the transistor N21 and the drain of the transistor N22 are both connected to the first end of the inductor L2. The source of the transistor N22 is connected to the ground terminal. The gates of the transistors N21 and N22 are connected to the application terminals of the gate signals G21 and G22, respectively. The second end of the inductor L2 is connected to the application end of the output voltage Vo via the sense resistor R2. These discrete components (N21, N22, L2, and R2) form a step-down output stage OS2 that switches the inductor current IL2 to generate the output voltage Vo from the input voltage Vi.

なお、出力電圧Voの印加端と接地端との間には、負荷Zと並列に、出力平滑用のキャパシタCoが接続されている。   An output smoothing capacitor Co is connected in parallel with the load Z between the application terminal of the output voltage Vo and the ground terminal.

半導体装置1は、スイッチ制御回路10及び20と、誤差増幅回路30と、発振回路40と、を集積化したモノリシック半導体集積回路装置(いわゆるマルチフェイズ型スイッチングレギュレータIC)である。   The semiconductor device 1 is a monolithic semiconductor integrated circuit device (so-called multi-phase type switching regulator IC) in which switch control circuits 10 and 20, an error amplifier circuit 30, and an oscillation circuit 40 are integrated.

スイッチ制御回路10は、出力電圧Voと内部基準電圧(目標値に相当)が等しくなるように生成された誤差信号Vcompに応じてゲート信号G11及びG12を生成することにより、出力段OS1の駆動制御を行う回路ブロックであって、ドライバ11と、RSフリップフロップ12と、コンパレータ13と、電流アンプ(gmアンプ)14と、ランプ信号生成部15と、加算部16と、を含む。   The switch control circuit 10 generates the gate signals G11 and G12 according to the error signal Vcomp generated so that the output voltage Vo and the internal reference voltage (corresponding to the target value) are equal, thereby controlling the drive of the output stage OS1. The circuit block includes a driver 11, an RS flip-flop 12, a comparator 13, a current amplifier (gm amplifier) 14, a ramp signal generation unit 15, and an addition unit 16.

ドライバ11は、スイッチ制御信号S12に応じてゲート信号G11及びG12を生成することにより、出力段OS1の駆動制御を行う。より具体的に述べると、ドライバ11は、スイッチ制御信号S12がハイレベルであるときには、上側のトランジスタN11をオンとして、下側のトランジスタN12をオフとするように、逆に、スイッチ制御信号S12がローレベルであるときには、上側のトランジスタN11をオフとして、下側のトランジスタN12をオフとするように、ゲート信号G11及びG12を生成する。   The driver 11 performs drive control of the output stage OS1 by generating gate signals G11 and G12 according to the switch control signal S12. More specifically, when the switch control signal S12 is at a high level, the driver 11 turns on the upper transistor N11 and turns off the lower transistor N12. When the level is low, the gate signals G11 and G12 are generated so that the upper transistor N11 is turned off and the lower transistor N12 is turned off.

RSフリップフロップ12は、クロック信号CLK1と比較信号S11に応じてスイッチ制御信号S12を生成するロジック部に相当する。より具体的に述べると、RSフリップフロップ12は、セット端(S)に入力されるクロック信号CLK1の立上りエッジをトリガとしてスイッチ制御信号S12をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力される比較信号S11の立上りエッジをトリガとしてスイッチ制御信号S12をローレベルにリセットする。   The RS flip-flop 12 corresponds to a logic unit that generates the switch control signal S12 according to the clock signal CLK1 and the comparison signal S11. More specifically, the RS flip-flop 12 sets the switch control signal S12 to a high level triggered by the rising edge of the clock signal CLK1 input to the set end (S), and is input to the reset end (R). The switch control signal S12 is reset to a low level using the rising edge of the comparison signal S11 as a trigger.

コンパレータ13は、反転入力端(−)に印加される誤差信号Vcompと非反転入力端(+)に印加される基準信号V12とを比較して比較信号S11を生成する。従って、比較信号S11は、基準信号V12が誤差信号Vcompよりも低いときにローレベルとなり、逆に、基準信号V12が誤差信号Vcompよりも高いときにハイレベルとなる。   The comparator 13 compares the error signal Vcomp applied to the inverting input terminal (−) and the reference signal V12 applied to the non-inverting input terminal (+) to generate a comparison signal S11. Therefore, the comparison signal S11 becomes a low level when the reference signal V12 is lower than the error signal Vcomp, and conversely, becomes a high level when the reference signal V12 is higher than the error signal Vcomp.

電流アンプ14は、センス抵抗R1の両端電圧ΔV1(インダクタ電流IL1に応じた検出信号に相当)を増幅して電流信号I1(増幅検出信号に相当)を生成する。このように、インダクタ電流IL1を検出するための手段として、センス抵抗R1を利用する構成であれば、トランジスタN11のオン抵抗を利用する構成(図15)と異なり、入力電圧Viと電源電圧Vccとが異なる場合でもレベルシフタが不要となる。   The current amplifier 14 amplifies the voltage ΔV1 across the sense resistor R1 (corresponding to a detection signal corresponding to the inductor current IL1) to generate a current signal I1 (corresponding to an amplified detection signal). Thus, if the configuration using the sense resistor R1 as a means for detecting the inductor current IL1, unlike the configuration using the on-resistance of the transistor N11 (FIG. 15), the input voltage Vi and the power supply voltage Vcc Even if they are different, a level shifter is not required.

ランプ信号生成部15は、スイッチ制御信号S12に応じて鋸波形のランプ信号V11を生成する。   The ramp signal generation unit 15 generates a ramp signal V11 having a sawtooth waveform according to the switch control signal S12.

加算部16は、電流信号I1(より正確には電流信号I1をI/V変換して得られる電圧信号V10)とランプ信号V11とを足し合わせて基準信号V12を生成する。   The adder 16 adds the current signal I1 (more precisely, the voltage signal V10 obtained by performing I / V conversion of the current signal I1) and the ramp signal V11 to generate the reference signal V12.

スイッチ制御回路20は、出力電圧Voと内部基準電圧(目標値に相当)が等しくなるように生成された誤差信号Vcompに応じてゲート信号G21及びG22を生成することにより、出力段OS2の駆動制御を行う回路ブロックであって、ドライバ21と、RSフリップフロップ22と、コンパレータ23と、電流アンプ(gmアンプ)24と、ランプ信号生成部25と、加算部26と、を含む。   The switch control circuit 20 generates the gate signals G21 and G22 according to the error signal Vcomp generated so that the output voltage Vo is equal to the internal reference voltage (corresponding to the target value), thereby controlling the drive of the output stage OS2. The circuit block includes a driver 21, an RS flip-flop 22, a comparator 23, a current amplifier (gm amplifier) 24, a ramp signal generation unit 25, and an addition unit 26.

ドライバ21は、スイッチ制御信号S22に応じてゲート信号G21及びG22を生成することにより、出力段OS2の駆動制御を行う。より具体的に述べると、ドライバ21は、スイッチ制御信号S22がハイレベルであるときには、上側のトランジスタN21をオンとして、下側のトランジスタN22をオフとするように、逆に、スイッチ制御信号S22がローレベルであるときには、上側のトランジスタN21をオフとして、下側のトランジスタN22をオフとするように、ゲート信号G21及びG22を生成する。   The driver 21 performs drive control of the output stage OS2 by generating gate signals G21 and G22 according to the switch control signal S22. More specifically, when the switch control signal S22 is at a high level, the driver 21 reversely switches the switch control signal S22 so that the upper transistor N21 is turned on and the lower transistor N22 is turned off. When the level is low, the gate signals G21 and G22 are generated so that the upper transistor N21 is turned off and the lower transistor N22 is turned off.

RSフリップフロップ22は、クロック信号CLK2と比較信号S21に応じてスイッチ制御信号S22を生成するロジック部に相当する。より具体的に述べると、RSフリップフロップ22は、セット端(S)に入力されるクロック信号CLK2の立上りエッジをトリガとしてスイッチ制御信号S22をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力される比較信号S21の立上りエッジをトリガとしてスイッチ制御信号S22をローレベルにリセットする。   The RS flip-flop 22 corresponds to a logic unit that generates the switch control signal S22 according to the clock signal CLK2 and the comparison signal S21. More specifically, the RS flip-flop 22 sets the switch control signal S22 to a high level triggered by the rising edge of the clock signal CLK2 input to the set end (S), and is input to the reset end (R). The switch control signal S22 is reset to a low level using the rising edge of the comparison signal S21 as a trigger.

コンパレータ23は、反転入力端(−)に印加される誤差信号Vcompと非反転入力端(+)に印加される基準信号V22とを比較して比較信号S21を生成する。従って、比較信号S21は、基準信号V22が誤差信号Vcompよりも低いときにローレベルとなり、逆に、基準信号V22が誤差信号Vcompよりも高いときにハイレベルとなる。   The comparator 23 compares the error signal Vcomp applied to the inverting input terminal (−) and the reference signal V22 applied to the non-inverting input terminal (+) to generate a comparison signal S21. Therefore, the comparison signal S21 is at a low level when the reference signal V22 is lower than the error signal Vcomp, and conversely, is at a high level when the reference signal V22 is higher than the error signal Vcomp.

電流アンプ24は、センス抵抗R2の両端電圧ΔV2(インダクタ電流IL2に応じた検出信号に相当)を増幅して電流信号I2(増幅検出信号に相当)を生成する。   The current amplifier 24 amplifies the voltage ΔV2 across the sense resistor R2 (corresponding to a detection signal corresponding to the inductor current IL2) to generate a current signal I2 (corresponding to an amplified detection signal).

ランプ信号生成部25は、スイッチ制御信号S22に応じて鋸波形のランプ信号V21を生成する。   The ramp signal generator 25 generates a ramp signal V21 having a sawtooth waveform in response to the switch control signal S22.

加算部26は、電流信号I2(より正確には電流信号I2をI/V変換して得られる電圧信号V20)とランプ信号V21とを足し合わせて基準信号V22を生成する。   The adder 26 adds the current signal I2 (more precisely, the voltage signal V20 obtained by performing I / V conversion of the current signal I2) and the ramp signal V21 to generate the reference signal V22.

誤差増幅回路30は、出力電圧Voとその目標値との誤差に応じた誤差信号Vcompを生成する。   The error amplifier circuit 30 generates an error signal Vcomp corresponding to the error between the output voltage Vo and its target value.

発振回路40は、互いに位相の異なるクロック信号CLK1及びCLK2を生成する。また、発振回路40は、出力電圧Voの変動を抑制するようにクロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数を可変制御する機能を備えている。   The oscillation circuit 40 generates clock signals CLK1 and CLK2 having different phases. The oscillation circuit 40 has a function of variably controlling the oscillation frequencies of the clock signals CLK1 and CLK2 so as to suppress fluctuations in the output voltage Vo.

図2は、電源装置Xの出力動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、出力電流Io、出力電圧Vo、クロック信号CLK1及びCLK2、誤差信号Vcomp、基準信号V12(実線)及びV22(破線)、並びに、スイッチ制御信号S12及びS22が描写されている。   FIG. 2 is a timing chart for explaining the output operation of the power supply device X. In order from the top, the output current Io, the output voltage Vo, the clock signals CLK1 and CLK2, the error signal Vcomp, the reference signal V12 (solid line), and V22. (Broken line) and switch control signals S12 and S22 are depicted.

第1実施形態の電源装置Xは、2組の出力段OS1及びOS2とスイッチ制御回路10及び20を有し、各組のスイッチ制御回路10及び20は、図2で示したように、互いに異なる位相で、各々に対応する出力段OS1及びOS2の駆動制御を行う。各組の出力段OS1及びOS2は、負荷Zに対して並列に接続されており、各々の出力を足し合わせることで、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutが生成される。   The power supply device X of the first embodiment has two sets of output stages OS1 and OS2 and switch control circuits 10 and 20, and the switch control circuits 10 and 20 of each set are different from each other as shown in FIG. The drive control of the output stages OS1 and OS2 corresponding to each is performed by the phase. The output stages OS1 and OS2 of each set are connected in parallel to the load Z, and a desired output voltage Vout is generated from the input voltage Vin by adding the outputs.

このように、マルチフェイズ型の電源装置Xであれば、負荷Zに大きな電流を出力することができるので、消費電流の大きい負荷Z(CPU[central processing unit]、GPU[graphics processing unit]、ないしは、メモリなど)の電源として好適に用いることができる。   Thus, since the multi-phase type power supply device X can output a large current to the load Z, the load Z (CPU [central processing unit], GPU [graphics processing unit], or a large current consumption) , Memory, etc.).

なお、図2では、出力電流Ioの急上昇に起因して出力電圧Voが急低下したとき、発振回路40によってクロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数が高められている。このような構成とすることにより、出力電圧Voの変動を抑制することが可能となる。   In FIG. 2, the oscillation frequency of the clock signals CLK1 and CLK2 is increased by the oscillation circuit 40 when the output voltage Vo suddenly decreases due to the sudden increase in the output current Io. With such a configuration, it is possible to suppress fluctuations in the output voltage Vo.

図3は、ランプ信号生成部15及び加算部16の一構成例を示す図である。本構成例のランプ信号生成部15は、充電電流生成回路151と、キャパシタ152と、定電圧源153と、スイッチ154及び155と、インバータ156と、を含む。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the ramp signal generation unit 15 and the addition unit 16. The ramp signal generation unit 15 of this configuration example includes a charging current generation circuit 151, a capacitor 152, a constant voltage source 153, switches 154 and 155, and an inverter 156.

充電電流生成回路151は、キャパシタ152の充電電流Iaを生成する回路ブロックであり、抵抗a1〜a3と、定電流源a4と、pnp型バイポーラトランジスタa5と、npn型バイポーラトランジスタa6と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタa7及びa8と、を含む。   The charging current generation circuit 151 is a circuit block that generates the charging current Ia of the capacitor 152, and includes resistors a1 to a3, a constant current source a4, a pnp bipolar transistor a5, an npn bipolar transistor a6, and a P channel type. MOS field effect transistors a7 and a8.

抵抗a1及びa2は、入力電圧Viの印加端と接地端との間に直列接続されている。トランジスタa5のエミッタは、トランジスタa6のベースに接続されている。トランジスタa5のコレクタは、接地端に接続されている。トランジスタa5のベースは、抵抗a1及びa2の接続ノード(分圧電圧Va(=α×Vi、ただしαは分圧比)の印加端)に接続されている。定電流源a4は、電源電圧Vccの印加端とトランジスタa6のベースとの間に接続されている。トランジスタa6のエミッタは、抵抗a3を介して接地端に接続されている。トランジスタa6のコレクタは、トランジスタa7のドレインに接続されている。トランジスタa7及びa8のソースは、いずれも電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタa7及びa8のゲートは、いずれもトランジスタa7のドレインに接続されている。トランジスタa8のドレインは、充電電流Iaの出力端に相当する。   The resistors a1 and a2 are connected in series between the application terminal of the input voltage Vi and the ground terminal. The emitter of the transistor a5 is connected to the base of the transistor a6. The collector of the transistor a5 is connected to the ground terminal. The base of the transistor a5 is connected to a connection node of the resistors a1 and a2 (an application end of the divided voltage Va (= α × Vi, where α is a voltage dividing ratio)). The constant current source a4 is connected between the application terminal of the power supply voltage Vcc and the base of the transistor a6. The emitter of the transistor a6 is connected to the ground terminal via the resistor a3. The collector of the transistor a6 is connected to the drain of the transistor a7. The sources of the transistors a7 and a8 are both connected to the application terminal for the power supply voltage Vcc. The gates of the transistors a7 and a8 are both connected to the drain of the transistor a7. The drain of the transistor a8 corresponds to the output terminal of the charging current Ia.

分圧回路(a1及びa2)で生成された分圧電圧Vaは、エミッタフォロワ(a4〜a6)を介して抵抗a3に印加される。その結果、抵抗a3(抵抗値:Ra3)には、分圧電圧Va(延いては入力電圧Vi)に応じた可変電流Ib(=Va/Ra3)が流れる。この可変電流Ibがカレントミラー(a7及びa8)でミラーされることにより、充電電流Ia(=β×Ib、ただしβはミラー比)が生成される。従って、充電電流Iaの電流値は、入力電圧Viに比例して変化する。言い換えれば、入力電圧Viが高いほどランプ信号V11の上昇傾きが大きくなる。   The divided voltage Va generated by the voltage dividing circuit (a1 and a2) is applied to the resistor a3 via the emitter followers (a4 to a6). As a result, a variable current Ib (= Va / Ra3) corresponding to the divided voltage Va (and thus the input voltage Vi) flows through the resistor a3 (resistance value: Ra3). The variable current Ib is mirrored by the current mirror (a7 and a8), thereby generating a charging current Ia (= β × Ib, where β is a mirror ratio). Therefore, the current value of the charging current Ia changes in proportion to the input voltage Vi. In other words, the rising slope of the ramp signal V11 increases as the input voltage Vi increases.

キャパシタ152は、充電電流Iaによって充電される容量性素子であり、その充電電圧が第1端からランプ信号V11として出力される。   The capacitor 152 is a capacitive element that is charged by the charging current Ia, and the charging voltage is output as the ramp signal V11 from the first end.

定電圧源153(起電圧:VB)は、キャパシタ152の第2端と接地端との間に接続されている。   The constant voltage source 153 (electromotive voltage: VB) is connected between the second end of the capacitor 152 and the ground end.

スイッチ154は、充電電流生成回路151の出力端とキャパシタ152の第1端との間に接続されており、スイッチ制御信号S12に応じてオン/オフされる。より具体的に述べると、スイッチ154は、スイッチ制御信号S12がハイレベルであるときにオンとなり、スイッチ制御信号S12がローレベルであるときにオフとなる。   The switch 154 is connected between the output terminal of the charging current generation circuit 151 and the first terminal of the capacitor 152, and is turned on / off according to the switch control signal S12. More specifically, the switch 154 is turned on when the switch control signal S12 is at a high level, and is turned off when the switch control signal S12 is at a low level.

スイッチ155は、キャパシタ152の両端間に接続されており、反転スイッチ制御信号S12Bに応じてオン/オフされる。より具体的に述べると、スイッチ155は、反転スイッチ制御信号S12Bがハイレベルであるときにオンとなり、反転スイッチ制御信号S12Bがローレベルであるときにオフとなる。   The switch 155 is connected between both ends of the capacitor 152, and is turned on / off according to the inverting switch control signal S12B. More specifically, the switch 155 is turned on when the inverting switch control signal S12B is at a high level, and turned off when the inverting switch control signal S12B is at a low level.

インバータ156は、スイッチ制御信号S12を論理反転させて反転スイッチ制御信号S12Bを生成する。   The inverter 156 logically inverts the switch control signal S12 to generate an inverting switch control signal S12B.

また、本構成例の加算部16は、バッファ161と、抵抗162と、を含む。バッファ161の入力端は、ランプ信号生成部15の出力端に接続されている。バッファ161の出力端は、抵抗162を介して電流アンプ14の出力端とコンパレータ13の非反転入力端(+)に接続されている。バッファ161の第1電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。バッファ161の第2電源端は、接地端に接続されている。   In addition, the adding unit 16 of this configuration example includes a buffer 161 and a resistor 162. The input end of the buffer 161 is connected to the output end of the ramp signal generation unit 15. The output terminal of the buffer 161 is connected to the output terminal of the current amplifier 14 and the non-inverting input terminal (+) of the comparator 13 through the resistor 162. The first power supply terminal of the buffer 161 is connected to the application terminal for the power supply voltage Vcc. The second power supply terminal of the buffer 161 is connected to the ground terminal.

電流アンプ14で生成される電流信号I1は、抵抗162を介してバッファ161の第2電源端に流れ込む。従って、抵抗162(抵抗値:R162)の両端間には、電流信号I1に応じた電圧信号V10(=I1×R162)が発生し、この電圧信号V10がランプ信号V11に足し合わされて基準信号V12が生成される。   The current signal I1 generated by the current amplifier 14 flows into the second power supply terminal of the buffer 161 via the resistor 162. Accordingly, a voltage signal V10 (= I1 × R162) corresponding to the current signal I1 is generated between both ends of the resistor 162 (resistance value: R162), and this voltage signal V10 is added to the ramp signal V11 to be the reference signal V12. Is generated.

図4は、基準信号V12の生成動作(電圧信号V10とランプ信号V11の加算動作)を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、スイッチ制御信号S12、インダクタ電流IL1、電圧信号V10、ランプ信号V11、及び、基準信号V12が描写されている。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the generation operation of the reference signal V12 (addition operation of the voltage signal V10 and the ramp signal V11). In order from the top, the switch control signal S12, the inductor current IL1, the voltage signal V10, the ramp The signal V11 and the reference signal V12 are depicted.

スイッチ制御信号S12がハイレベルに立ち上げられると、インダクタ電流IL1が徐々に大きくなり、これに伴って電圧信号V10も高くなる。このとき、ランプ信号生成部15では、スイッチ154がオンされて、スイッチ155がオフされる。その結果、充電電流Iaによるキャパシタ152の充電動作が開始されて、ランプ信号V11が上昇し始める。そして、加算部16では、電圧信号V10とランプ信号V11とが足し合わされて基準信号V12が生成される。   When the switch control signal S12 is raised to a high level, the inductor current IL1 gradually increases, and the voltage signal V10 also increases accordingly. At this time, in the ramp signal generation unit 15, the switch 154 is turned on and the switch 155 is turned off. As a result, the charging operation of the capacitor 152 by the charging current Ia is started, and the ramp signal V11 starts to rise. Then, in the adder 16, the voltage signal V10 and the ramp signal V11 are added to generate the reference signal V12.

なお、基準信号V12の生成動作に際しては、電圧信号V10よりもランプ信号V11の方が支配的となるように、ランプ信号V11の振幅Bが電圧信号V10の振幅Aよりも大きく設定されている。このような構成とすることにより、電流アンプ14の出力特性に起因してインダクタ電流IL1と電流信号I1(延いては電圧信号V10)に波形の不一致が生じたとしても、安定した電流モード制御を実現することが可能となる。また、電圧信号V10よりも振幅の大きいランプ信号V11が支配的になるので、ノイズの影響も受けにくくなる。   In the generation operation of the reference signal V12, the amplitude B of the ramp signal V11 is set larger than the amplitude A of the voltage signal V10 so that the ramp signal V11 is more dominant than the voltage signal V10. By adopting such a configuration, stable current mode control can be performed even if the waveform mismatch between the inductor current IL1 and the current signal I1 (and thus the voltage signal V10) occurs due to the output characteristics of the current amplifier 14. It can be realized. In addition, since the ramp signal V11 having a larger amplitude than the voltage signal V10 becomes dominant, it is less susceptible to noise.

一方、基準信号V12が誤差信号Vcompを上回り、スイッチ制御信号S12がローレベルに立ち下げられると、インダクタ電流IL1が徐々に小さくなり、これに伴って電圧信号V10も低くなる。このとき、ランプ信号生成部15では、スイッチ154がオフされて、スイッチ155がオンされる。その結果、キャパシタ152が放電されて、ランプ信号V11が所定のバイアス値VBまで急峻に低下する。このように、ランプ信号V11を常にゼロよりも高くバイアスしておくことにより、仮に電流信号I1が電流アンプ14に引き込まれる状況となっても、基準信号V12がゼロに張り付いてしまわないので、電流モード制御の安定性をさらに高めることが可能となる。   On the other hand, when the reference signal V12 exceeds the error signal Vcomp and the switch control signal S12 falls to the low level, the inductor current IL1 gradually decreases, and the voltage signal V10 also decreases accordingly. At this time, in the ramp signal generation unit 15, the switch 154 is turned off and the switch 155 is turned on. As a result, the capacitor 152 is discharged, and the ramp signal V11 sharply decreases to the predetermined bias value VB. As described above, since the ramp signal V11 is always biased higher than zero, even if the current signal I1 is drawn into the current amplifier 14, the reference signal V12 does not stick to zero. It becomes possible to further improve the stability of the current mode control.

なお、ランプ信号生成部25及び加算部26の構成は、上記と同様であるため、重複した説明を割愛する。   Note that the configurations of the ramp signal generation unit 25 and the addition unit 26 are the same as those described above, and a duplicate description is omitted.

図5は、入力電圧Viの急変時における出力電圧Voの安定化動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、入力電圧Vi、誤差信号Vcomp、基準信号V12(実線)及びV22(破線)、スイッチ制御信号S12及びS22、並びに、出力電圧Voが描写されている。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the stabilization operation of the output voltage Vo when the input voltage Vi is suddenly changed. From the top, the input voltage Vi, the error signal Vcomp, the reference signal V12 (solid line), and V22 (broken line) are shown. ), The switch control signals S12 and S22 and the output voltage Vo are depicted.

本図で示すように、基準信号V12及びV22の上昇傾き(すなわちランプ信号V11及びV21の上昇傾き)は、入力電圧Viに比例しているので、入力電圧Viが高くなると、基準信号V12及びV22がより早いタイミングで誤差信号Vcompを上回ることになる。例えば、入力電圧Viが高くなれば、スイッチ制御信号S12及びS22のハイレベル期間が短くなり、出力電圧Voが低く抑えられる。逆に、入力電圧Viが低くなれば、スイッチ制御信号S12及びS22のハイレベル期間が長くなり、出力電圧Voが十分に高められる。このように、ランプ信号V11及びV21の上昇傾きを入力電圧Viに比例させることにより、入力電圧Viの急変動が生じた場合であっても、出力電圧Voの変動を抑制することが可能となる。   As shown in this figure, the rising slopes of the reference signals V12 and V22 (that is, the rising slopes of the ramp signals V11 and V21) are proportional to the input voltage Vi. Therefore, when the input voltage Vi increases, the reference signals V12 and V22 are increased. Exceeds the error signal Vcomp at an earlier timing. For example, when the input voltage Vi increases, the high level period of the switch control signals S12 and S22 is shortened, and the output voltage Vo can be suppressed low. On the contrary, if the input voltage Vi decreases, the high level period of the switch control signals S12 and S22 becomes longer, and the output voltage Vo is sufficiently increased. In this way, by making the rising slopes of the ramp signals V11 and V21 proportional to the input voltage Vi, it is possible to suppress fluctuations in the output voltage Vo even when a sudden fluctuation in the input voltage Vi occurs. .

図6は、電流アンプ14の一構成例を示す図である。本構成例の電流アンプ14は、オペアンプ141と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ142と、抵抗143(抵抗値:Rx)と、カレントミラー144と、を含む。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the current amplifier 14. The current amplifier 14 of this configuration example includes an operational amplifier 141, an N-channel MOS field effect transistor 142, a resistor 143 (resistance value: Rx), and a current mirror 144.

オペアンプ141の非反転入力端(+)は、センス抵抗R1の第1端(インダクタL1側)に接続されている。オペアンプ141の反転入力端(−)は、トランジスタ142のソースと抵抗143の第1端に接続されている。抵抗143の第2端は、センス抵抗R1の第2端(負荷Z側)に接続されている。オペアンプ141の出力端は、トランジスタ142のゲートに接続されている。トランジスタ142のドレインは、カレントミラー144の入力端に接続されている。カレントミラー144の出力端は、電流信号I1の出力端に相当する。   The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 141 is connected to the first terminal (inductor L1 side) of the sense resistor R1. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier 141 is connected to the source of the transistor 142 and the first terminal of the resistor 143. The second end of the resistor 143 is connected to the second end (the load Z side) of the sense resistor R1. The output terminal of the operational amplifier 141 is connected to the gate of the transistor 142. The drain of the transistor 142 is connected to the input terminal of the current mirror 144. The output end of the current mirror 144 corresponds to the output end of the current signal I1.

オペアンプ141は、センス抵抗R1の両端電圧ΔV1(=IL1×R1)と、抵抗143の両端電圧Vx(=Ix×Rx)が一致するように、トランジスタ142の導通度を制御する。つまり、抵抗143に流れる電流Ixは、センス抵抗R1に流れるインダクタ電流IL1に応じた電流値(=IL1×(R1/Rx))となる。この電流Ixがカレントミラー144でミラーされることにより、電流信号I1(=γ×Ix、ただしγはミラー比)が生成される。   The operational amplifier 141 controls the conductivity of the transistor 142 so that the voltage ΔV1 across the sense resistor R1 (= IL1 × R1) matches the voltage Vx across the resistor 143 (= Ix × Rx). That is, the current Ix flowing through the resistor 143 has a current value (= IL1 × (R1 / Rx)) corresponding to the inductor current IL1 flowing through the sense resistor R1. The current Ix is mirrored by the current mirror 144 to generate a current signal I1 (= γ × Ix, where γ is a mirror ratio).

なお、電流アンプ24の構成は、上記と同様であるため、重複した説明を割愛する。   Since the configuration of the current amplifier 24 is the same as described above, a duplicate description is omitted.

図7は、誤差増幅回路30の第1構成例を示す図である。第1構成例の誤差増幅回路30は、オペアンプ31と、抵抗32と、キャパシタ33と、を含む。なお、オペアンプ31は、半導体装置1に集積化されており、抵抗32とキャパシタ33は、半導体装置1に外付けされている。   FIG. 7 is a diagram illustrating a first configuration example of the error amplifier circuit 30. The error amplifier circuit 30 of the first configuration example includes an operational amplifier 31, a resistor 32, and a capacitor 33. The operational amplifier 31 is integrated in the semiconductor device 1, and the resistor 32 and the capacitor 33 are externally attached to the semiconductor device 1.

オペアンプ31の非反転入力端(+)は、所定の参照電圧Vrefの印加端に接続されている。抵抗32は、出力電圧Voの印加端とオペアンプ31の反転入力端(−)との間に接続されている。キャパシタ33は、オペアンプ31の反転入力端(−)と出力端との間に接続されている。すなわち、オペアンプ31、抵抗32、及び、キャパシタ33は、積分回路を形成している。抵抗32及びキャパシタ33には、各々と並列に位相補償回路(抵抗とキャパシタの直列回路)を接続してもよい。   A non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 31 is connected to an application terminal for a predetermined reference voltage Vref. The resistor 32 is connected between the application terminal of the output voltage Vo and the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 31. The capacitor 33 is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 31. That is, the operational amplifier 31, the resistor 32, and the capacitor 33 form an integrating circuit. A phase compensation circuit (a series circuit of a resistor and a capacitor) may be connected to the resistor 32 and the capacitor 33 in parallel with each other.

第1構成例の誤差増幅回路30では、その出力特性に影響を与える要因として、オペアンプ31の製造ばらつき(±10%程度)よりも、外付けのディスクリート部品である抵抗32及びキャパシタ33の製造ばらつき(±1%程度)が支配的となる。従って、誤差増幅回路30であれば、その出力特性(周波数特性)がばらつきにくいので、精度の高い出力帰還制御を実現することが可能となる。   In the error amplifier circuit 30 of the first configuration example, as a factor affecting the output characteristics, the manufacturing variation of the resistor 32 and the capacitor 33 that are external discrete components is more than the manufacturing variation of the operational amplifier 31 (about ± 10%). (About ± 1%) is dominant. Therefore, in the case of the error amplifier circuit 30, the output characteristics (frequency characteristics) are unlikely to vary, so that highly accurate output feedback control can be realized.

図8は、誤差増幅回路30の第2構成例を示す図である。第2構成例の誤差増幅回路30は、電流アンプ(gmアンプ)34と、抵抗35及び36と、キャパシタ37と、位相補償回路38とを含む。なお、電流アンプ34は、半導体装置1に集積化されており、他の回路要素35〜38は、いずれも半導体装置1に外付けされている。   FIG. 8 is a diagram illustrating a second configuration example of the error amplifier circuit 30. The error amplifier circuit 30 of the second configuration example includes a current amplifier (gm amplifier) 34, resistors 35 and 36, a capacitor 37, and a phase compensation circuit 38. The current amplifier 34 is integrated in the semiconductor device 1, and the other circuit elements 35 to 38 are all externally attached to the semiconductor device 1.

電流アンプ34の非反転入力端(+)は、所定の参照電圧Vrefの印加端に接続されている。抵抗35は、出力電圧Voの印加端と電流アンプ34の反転入力端(−)との間に接続されている。抵抗36は、電流アンプ34の反転入力端(−)と接地端との間に接続されている。すなわち、抵抗35及び36は、出力電圧Voを分圧して電流アンプ34の反転入力端(−)に出力する分圧回路を形成している。なお、抵抗35には、これと並列にキャパシタを接続してもよい。キャパシタ37と位相補償回路38(抵抗とキャパシタの直列回路)は、いずれもオペアンプ31の出力端と接地端との間に接続されている。   A non-inverting input terminal (+) of the current amplifier 34 is connected to an application terminal for a predetermined reference voltage Vref. The resistor 35 is connected between the application terminal of the output voltage Vo and the inverting input terminal (−) of the current amplifier 34. The resistor 36 is connected between the inverting input terminal (−) of the current amplifier 34 and the ground terminal. That is, the resistors 35 and 36 form a voltage dividing circuit that divides the output voltage Vo and outputs the divided voltage to the inverting input terminal (−) of the current amplifier 34. A capacitor may be connected to the resistor 35 in parallel. Both the capacitor 37 and the phase compensation circuit 38 (series circuit of a resistor and a capacitor) are connected between the output terminal of the operational amplifier 31 and the ground terminal.

このように、誤差増幅回路30としては、図7の積分回路型だけでなく、より一般的なgmアンプ型を用いることもできる。   Thus, as the error amplifying circuit 30, not only the integrating circuit type of FIG. 7 but also a more general gm amplifier type can be used.

図9は、発振回路40の一構成例を示す図である。本構成例の発振回路40は、オシレータ41と、定電流源42と、ローパスフィルタ43と、定電圧源44と、電流アンプ45と、カレントミラー46と、を含む。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 40. The oscillation circuit 40 of this configuration example includes an oscillator 41, a constant current source 42, a low-pass filter 43, a constant voltage source 44, a current amplifier 45, and a current mirror 46.

オシレータ41は、バイアス電流IBに応じてクロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数を可変制御する。より具体的に述べると、オシレータ41は、バイアス電流IBが大きいほど、クロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数を高める。なお、バイアス電流IBは、固定バイアス電流IBxと可変バイアス電流IByとの合算電流である。   The oscillator 41 variably controls the oscillation frequency of the clock signals CLK1 and CLK2 according to the bias current IB. More specifically, the oscillator 41 increases the oscillation frequency of the clock signals CLK1 and CLK2 as the bias current IB increases. The bias current IB is a total current of the fixed bias current IBx and the variable bias current IBy.

定電流源42は、一定の基準バイアス電流IBxを生成する。   The constant current source 42 generates a constant reference bias current IBx.

ローパスフィルタ43は、出力電圧Voにローパスフィルタ処理(平滑化処理)を施して出力電圧Vo1を生成する。   The low-pass filter 43 performs low-pass filter processing (smoothing processing) on the output voltage Vo to generate the output voltage Vo1.

定電圧源44は、出力電圧Voに一定のオフセット電圧Vofsを足し合わせて出力電圧Vo2を生成する。   The constant voltage source 44 adds the constant offset voltage Vofs to the output voltage Vo to generate the output voltage Vo2.

電流アンプ45は、非反転入力端(+)に印加されている出力電圧Vo1と反転入力端(−)に印加されているVo2との差分に応じた可変バイアス電流IBzを生成する。より具体的に述べると、電流アンプ45は、出力電圧Vo1が出力電圧Vo2よりも高いほど、可変バイアス電流IBzを増大させる。   The current amplifier 45 generates a variable bias current IBz corresponding to the difference between the output voltage Vo1 applied to the non-inverting input terminal (+) and Vo2 applied to the inverting input terminal (−). More specifically, the current amplifier 45 increases the variable bias current IBz as the output voltage Vo1 is higher than the output voltage Vo2.

カレントミラー46は、可変バイアス電流IBzをミラーして可変バイアス電流IByを生成する。   The current mirror 46 mirrors the variable bias current IBz to generate the variable bias current IBy.

図10は、出力電圧Voの急変時における周波数可変動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、出力電圧Vo、出力電圧Vo1、出力電圧Vo2、バイアス電流IB、並びに、クロック信号CLK1及びCLK2が描写されている。   FIG. 10 is a timing chart for explaining the frequency variable operation when the output voltage Vo suddenly changes. From the top, the output voltage Vo, the output voltage Vo1, the output voltage Vo2, the bias current IB, and the clock signal CLK1 and CLK2 is depicted.

出力電圧Voが一定に維持されているときには、出力電圧Vo2が出力電圧Vo1を上回った状態に維持されるので、可変バイアス電流IByはゼロとなり、バイアス電流IBは、固定バイアス電流IBxと一致する。このとき、クロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数は通常値となる。   When the output voltage Vo is kept constant, the output voltage Vo2 is maintained in a state exceeding the output voltage Vo1, so that the variable bias current IBy becomes zero, and the bias current IB matches the fixed bias current IBx. At this time, the oscillation frequencies of the clock signals CLK1 and CLK2 are normal values.

一方、出力電圧Voが急低下したときには、出力電圧Vo2が一時的に出力電圧Vo1を下回るので、可変バイアス電流IByが生成されて、バイアス電流IBが増大される。その結果、クロック信号CLK1及びCLK2の発振周波数は、通常値よりも高められるので、出力電圧Voの変動を抑制することが可能となる。   On the other hand, when the output voltage Vo suddenly decreases, the output voltage Vo2 temporarily falls below the output voltage Vo1, so that the variable bias current IBy is generated and the bias current IB is increased. As a result, the oscillation frequency of the clock signals CLK1 and CLK2 can be increased from the normal value, so that fluctuations in the output voltage Vo can be suppressed.

次に、マルチフェイズ型の電源装置Xに追加することが望ましい電流平衡回路50について、図11を参照しながら詳細に説明する。   Next, the current balancing circuit 50 that is desirably added to the multi-phase power supply device X will be described in detail with reference to FIG.

図11は、電流平衡回路50の一構成例を示す図である。本構成例の電流平衡回路50は、各組の出力段OS1及びOS2に各々流れるインダクタ電流IL1及びIL2が互いに一致するように誤差信号Vcompを補正して、各組毎の誤差信号Vcomp1及びVcomp2を生成する回路ブロックであり、抵抗51及び52(抵抗値:R51及びR52)と、カレントミラー53〜56と、を含む。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the current balancing circuit 50. The current balancing circuit 50 of the present configuration example corrects the error signal Vcomp so that the inductor currents IL1 and IL2 flowing in the output stages OS1 and OS2 of each set coincide with each other, and generates the error signals Vcomp1 and Vcomp2 for each set. The circuit block to be generated includes resistors 51 and 52 (resistance values: R51 and R52) and current mirrors 53 to 56.

電流アンプ14は、加算部16に電流信号I1(∝IL1)を出力する経路とは別に、電流平衡回路50に電流信号I1を出力する経路を備えている。同様に、電流アンプ24は、加算部26に電流信号I2(∝IL2)を出力する経路とは別に、電流平衡回路50に電流信号I2を出力する経路を備えている。   The current amplifier 14 includes a path for outputting the current signal I1 to the current balancing circuit 50, in addition to the path for outputting the current signal I1 (∝IL1) to the adder 16. Similarly, the current amplifier 24 includes a path for outputting the current signal I2 to the current balancing circuit 50, in addition to the path for outputting the current signal I2 (∝IL2) to the adder 26.

抵抗51の第1端は、誤差信号Vcompの印加端に接続されている。抵抗51の第2端は、誤差信号Vcomp1の印加端として、コンパレータ13の反転入力端(−)に接続されている。誤差信号Vcomp1は、抵抗51に流れる平衡電流IBAL1に応じて誤差信号Vcompを補正した電圧信号となる。例えば、抵抗51の第1端から第2端に至る向きを平衡電流IBAL1の正方向として定義した場合、Vcomp1=Vcomp−IBAL1×R51という演算式を用いて算出することができる。   The first end of the resistor 51 is connected to the application end of the error signal Vcomp. The second end of the resistor 51 is connected to the inverting input terminal (−) of the comparator 13 as an application terminal for the error signal Vcomp1. The error signal Vcomp1 is a voltage signal obtained by correcting the error signal Vcomp in accordance with the balanced current IBAL1 flowing through the resistor 51. For example, when the direction from the first end to the second end of the resistor 51 is defined as the positive direction of the balanced current IBAL1, it can be calculated using an arithmetic expression Vcomp1 = Vcomp−IBAL1 × R51.

抵抗52の第1端は、誤差信号Vcompの印加端に接続されている。抵抗52の第2端は、誤差信号Vcomp2の印加端として、コンパレータ23の反転入力端(−)に接続されている。誤差信号Vcomp2は、抵抗52に流れる平衡電流IBAL2に応じて誤差信号Vcompを補正した電圧信号となる。例えば、抵抗52の第1端から第2端に至る向きを平衡電流IBAL2の正方向として定義した場合、Vcomp2=Vcomp−IBAL2×R52という演算式を用いて算出することができる。   The first end of the resistor 52 is connected to the application end of the error signal Vcomp. The second end of the resistor 52 is connected to the inverting input terminal (−) of the comparator 23 as an application terminal for the error signal Vcomp2. The error signal Vcomp2 is a voltage signal obtained by correcting the error signal Vcomp in accordance with the balanced current IBAL2 flowing through the resistor 52. For example, when the direction from the first end to the second end of the resistor 52 is defined as the positive direction of the balanced current IBAL2, it can be calculated using an arithmetic expression Vcomp2 = Vcomp−IBAL2 × R52.

カレントミラー53〜56は、電流信号I1と電流信号I2との差分演算を行って平衡電流IBAL1及びIBAL2を生成するように適宜組み合わされている。より具体的に述べると、ノードPから接地端に向けた電流信号I1を引き込むカレントミラー53と電源端からノードPに電流信号I2を流し込むカレントミラー54を組み合わせることにより、平衡電流IBAL1(=I1−I2)が生成されている。また、ノードQから接地端に向けた電流信号I2を引き込むカレントミラー56と電源端からノードQに電流信号I1を流し込むカレントミラー55を組み合わせることにより、平衡電流IBAL2(=I2−I1)が生成されている。   The current mirrors 53 to 56 are appropriately combined so as to generate a balanced current IBAL1 and IBAL2 by performing a difference calculation between the current signal I1 and the current signal I2. More specifically, by combining a current mirror 53 that draws the current signal I1 from the node P toward the ground terminal and a current mirror 54 that feeds the current signal I2 from the power supply terminal to the node P, the balanced current IBAL1 (= I1− I2) has been generated. Further, a balanced current IBAL2 (= I2−I1) is generated by combining the current mirror 56 that draws the current signal I2 from the node Q toward the ground terminal and the current mirror 55 that flows the current signal I1 from the power supply terminal to the node Q. ing.

ここで、I1>I2(IL1>IL2)である場合には、IBAL1>0、IBAL2<0となり、Vcomp>Vcomp1、Vcomp<Vcomp2となる。すなわち、相対的に大きいインダクタ電流IL1が流れているフェイズの誤差信号Vcomp1が引き下げられて、相対的に小さいインダクタ電流IL2が流れているフェイズの誤差信号Vcomp2が引き上げられる。その結果、インダクタ電流IL1を小さくしてインダクタ電流IL2を大きくするように帰還制御が働く。   Here, when I1> I2 (IL1> IL2), IBAL1> 0 and IBAL2 <0, and Vcomp> Vcomp1 and Vcomp <Vcomp2. That is, the phase error signal Vcomp1 in which a relatively large inductor current IL1 flows is pulled down, and the phase error signal Vcomp2 in which a relatively small inductor current IL2 flows is pulled up. As a result, feedback control operates so as to decrease the inductor current IL1 and increase the inductor current IL2.

逆に、I1<I2(IL1<IL2)である場合には、IBAL1<0、IBAL2>0となり、Vcomp<Vcomp1、Vcomp>Vcomp2となる。すなわち、相対的に大きいインダクタ電流IL2が流れているフェイズの誤差信号Vcomp2が引き下げられて、相対的に小さいインダクタ電流IL1が流れているフェイズの誤差信号Vcomp1が引き上げられる。その結果、インダクタ電流IL2を小さくしてインダクタ電流IL1を大きくするように帰還制御が働く。   Conversely, when I1 <I2 (IL1 <IL2), IBAL1 <0 and IBAL2> 0, and Vcomp <Vcomp1 and Vcomp> Vcomp2. That is, the phase error signal Vcomp2 in which the relatively large inductor current IL2 flows is lowered, and the phase error signal Vcomp1 in which the relatively small inductor current IL1 flows is increased. As a result, feedback control works so as to decrease the inductor current IL2 and increase the inductor current IL1.

従って、電源装置Xは、最終的に、インダクタ電流IL1及びIL2が互いに一致した電流平衡状態に至る。   Therefore, the power supply device X finally reaches a current equilibrium state in which the inductor currents IL1 and IL2 coincide with each other.

例えば、負荷Zに対して10Aの出力電流Ioを供給する場合、出力段OS1及びOS2に各々5Aのインダクタ電流IL1及びIL2が均等に流れるのであれば、出力段OS1及びOS2を形成するディスクリート部品として、それぞれ5Aの電流出力に対応した部品を選定すれば足りる。しかしながら、例えば、出力段OS1に8Aのインダクタ電流IL1が流れて、出力段OS2に2Aのインダクタ電流IL2しか流れない状態が生じ得るのであれば、このようなインダクタ電流IL1及びIL2の偏りを考慮に入れて、最大8Aの電流出力に対応した部品選定を行わねばならず、不要なコストアップが生じる。また、コストアップを避けるために5Aの電流出力にのみ対応した部品を選定していた場合には、重大な事故(ディスクリート部品の損傷や発煙・発火など)に繋がる恐れがある。   For example, when a 10 A output current Io is supplied to the load Z, if 5 A inductor currents IL1 and IL2 flow evenly through the output stages OS1 and OS2, respectively, discrete components that form the output stages OS1 and OS2 are used. It is sufficient to select parts corresponding to the current output of 5A. However, for example, if an inductor current IL1 of 8A flows through the output stage OS1 and only a 2A inductor current IL2 flows through the output stage OS2, a bias of the inductor currents IL1 and IL2 is taken into consideration. In addition, it is necessary to select parts corresponding to a current output of a maximum of 8 A, resulting in unnecessary cost increase. In addition, if a part that only supports a current output of 5 A is selected to avoid an increase in cost, there is a risk of serious accidents (such as damage to discrete parts, smoke or ignition).

これに対して、電流平衡回路50を備えた電源装置Xであれば、インダクタ電流IL1及びIL2を互いに一致させることができるので、上記の課題を解消することができる。特に、負荷ZとしてCPUやGPUなどの演算処理装置が接続される場合には、瞬間的に大電流(100A程度)が消費されるので、インダクタ電流IL1及びIL2の平衡制御は非常に重要となる。   On the other hand, in the power supply device X including the current balancing circuit 50, the inductor currents IL1 and IL2 can be made to coincide with each other, and thus the above-described problem can be solved. In particular, when an arithmetic processing unit such as a CPU or GPU is connected as the load Z, a large current (about 100 A) is instantaneously consumed, so that balanced control of the inductor currents IL1 and IL2 is very important. .

<第2実施形態>
図12は、電源装置Xの第2実施形態を示す図である。第2実施形態の電源装置Xは、インダクタ電流IL1及びIL2を検出するための手段として、インダクタ抵抗DCR1及びDCR2を利用する構成とされている。本構成を採用する場合には、インダクタL1及びL2と並列に、それぞれ、抵抗R11及びキャパシタC1、並びに、抵抗R21及びキャパシタC2を接続し、キャパシタC1及びC2の両端間電圧を電流アンプ14及び24にそれぞれ入力すればよい。また、インダクタL1及びL2の温度特性をキャンセルする手段として、キャパシタC1及びC2と並列に抵抗R12及びR22(例えばサーミスタ)を接続してもよい。
Second Embodiment
FIG. 12 is a diagram illustrating a second embodiment of the power supply device X. As illustrated in FIG. The power supply device X of the second embodiment is configured to use inductor resistances DCR1 and DCR2 as means for detecting the inductor currents IL1 and IL2. When this configuration is adopted, a resistor R11 and a capacitor C1, and a resistor R21 and a capacitor C2 are connected in parallel with the inductors L1 and L2, respectively, and the voltage across the capacitors C1 and C2 is changed to current amplifiers 14 and 24. You can enter them respectively. Further, as means for canceling the temperature characteristics of the inductors L1 and L2, resistors R12 and R22 (eg, a thermistor) may be connected in parallel with the capacitors C1 and C2.

<第3実施形態>
図13は、電源装置Xの第3実施形態を示す図である。第3構成例の電源装置Xは、出力段OS2とスイッチ制御回路20を省略したシングルフェイズ型とされている。このように、先に説明した種々の構成は、マルチフェイズ型だけでなく、シングルフェイズ型にも適用することが可能である。
<Third Embodiment>
FIG. 13 is a diagram illustrating a third embodiment of the power supply device X. As illustrated in FIG. The power supply device X of the third configuration example is a single phase type in which the output stage OS2 and the switch control circuit 20 are omitted. Thus, the various configurations described above can be applied not only to the multi-phase type but also to the single-phase type.

<デスクトップパソコンへの適用例>
図14は、電源装置Xを搭載したデスクトップパソコンYの一構成例を示す外観図である。本構成例のデスクトップパソコンYは、本体ケースY10と、液晶モニタY20と、キーボードY30と、マウスY40と、を有する。
<Application example to desktop PC>
FIG. 14 is an external view showing a configuration example of a desktop personal computer Y on which the power supply device X is mounted. The desktop personal computer Y of this configuration example includes a main body case Y10, a liquid crystal monitor Y20, a keyboard Y30, and a mouse Y40.

本体ケースY10は、中央演算処理装置Y11、メモリY12、光学ドライブY13、及び、ハードディスクドライブY14などを収納する。   The main body case Y10 houses a central processing unit Y11, a memory Y12, an optical drive Y13, a hard disk drive Y14, and the like.

中央演算処理装置Y11は、ハードディスクドライブY14に格納されたオペレーティングシステムや各種のアプリケーションプログラムを実行することにより、デスクトップパソコンYの動作を統括的に制御する。   The central processing unit Y11 comprehensively controls the operation of the desktop personal computer Y by executing an operating system and various application programs stored in the hard disk drive Y14.

メモリY12は、中央演算処理装置Y11の作業領域(例えばプログラムの実行に際してタスクデータを格納する領域)として利用される。   The memory Y12 is used as a work area of the central processing unit Y11 (for example, an area for storing task data when executing a program).

光学ドライブY13は、光ディスクのリード/ライトを行う。光ディスクとしては、CD[compact disc]、DVD[digital versatile disc]、及び、BD[Blu-ray disc]などを挙げることができる。   The optical drive Y13 reads / writes the optical disk. Examples of the optical disc include a CD [compact disc], a DVD [digital versatile disc], and a BD [Blu-ray disc].

ハードディスクドライブY14は、筐体内に密閉された磁気ディスクを用いてプログラムやデータを不揮発的に格納する大容量補助記憶装置の一つである。   The hard disk drive Y14 is one of large-capacity auxiliary storage devices that store programs and data in a nonvolatile manner using a magnetic disk sealed in a housing.

液晶モニタY20は、中央演算処理装置Y11からの指示に基づいて映像を出力する。   The liquid crystal monitor Y20 outputs an image based on an instruction from the central processing unit Y11.

キーボードY30及びマウスY40は、ユーザの操作を受け付けるヒューマンインタフェイスデバイスの一つである。   The keyboard Y30 and the mouse Y40 are one of human interface devices that accept user operations.

上記構成から成るデスクトップパソコンYにおいて、先述の電源装置Xは、消費電流の大きい負荷Z(中央演算処理装置Y11やメモリY12など)への電力供給手段として、好適に用いることが可能である。   In the desktop personal computer Y having the above-described configuration, the above-described power supply device X can be suitably used as power supply means to the load Z (central processing unit Y11, memory Y12, etc.) with large current consumption.

<その他の変形例>
なお、上記では、本発明の適用対象として、デスクトップパソコンYを例に挙げたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、様々な電子機器(ノートパソコンやゲーム機など)に広く適用することが可能である。
<Other variations>
In the above description, the desktop PC Y is given as an example of the application of the present invention. However, the application of the present invention is not limited to this, and can be applied to various electronic devices (notebook computers, game machines, etc.). It can be widely applied.

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。   Various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment.

例えば、上記実施形態では、出力段に含まれる上側トランジスタとして、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN11及びN21を用いた構成を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを用いても構わない。   For example, in the above-described embodiment, the configuration using the N-channel MOS field effect transistors N11 and N21 as the upper transistor included in the output stage has been described as an example. However, the configuration of the present invention is limited to this. A P channel type MOS field effect transistor may be used instead.

また、上記実施形態では、降圧型の出力段を用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、昇圧型の出力段や昇降圧型の出力段を用いても構わない。   In the above embodiment, the configuration using the step-down output stage has been described as an example. However, the configuration of the present invention is not limited to this, and the step-up output stage or the step-up / step-down output stage is not limited thereto. An output stage may be used.

このように、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。   As described above, the above embodiments are examples in all respects and should not be considered to be restrictive, and the technical scope of the present invention is not the description of the above embodiments, but the claims. It is to be understood that all changes that come within the scope of the claims, are equivalent in meaning to the claims, and fall within the scope of the claims.

本発明に係る電源装置は、シングルフェイズないしはマルチフェイズのDC/DCコンバータ(FET外付け型)として提供されるものであり、例えば、パーソナルコンピュータやゲーム機器に搭載されるCPU及びGPUなどの電源装置、ないしは、メモリ用の電源装置として利用することが可能である。   The power supply apparatus according to the present invention is provided as a single-phase or multi-phase DC / DC converter (external FET type), for example, a power supply apparatus such as a CPU and a GPU mounted in a personal computer or a game machine. Or, it can be used as a power supply device for a memory.

1 半導体装置(マルチフェイズ型スイッチングレギュレータIC)
10、20 スイッチ制御回路
11、21 ドライバ
12、22 RSフリップフロップ
13、23 コンパレータ
14、24 電流アンプ
15、25 ランプ信号生成部
16、26 加算部
30 誤差増幅回路
31 オペアンプ
32 抵抗
33 キャパシタ
34 電流アンプ
35、36 抵抗
37 キャパシタ
38 位相補償回路
40 発振回路
41 オシレータ
42 定電流源
43 ローパスフィルタ
44 定電圧源
45 電流アンプ
46 カレントミラー
50 電流平衡回路
51、52 抵抗
53〜56 カレントミラー
141 オペアンプ
142 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
143 抵抗
144 カレントミラー
151 充電電流生成回路
152 キャパシタ
153 定電圧源
154、155 スイッチ
156 インバータ
161 バッファ
162 抵抗
N11、N12、N21、N22 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
L1、L2 インダクタ
R1、R2 センス抵抗
R11、R12、R21、R22 抵抗
DCR1、DCR2 インダクタ抵抗
Co、C1、C2 キャパシタ
OS1、OS2 出力段
a1〜a3 抵抗
a4 定電流源
a5 pnp型バイポーラトランジスタ
a6 npn型バイポーラトランジスタ
a7、a8 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X 電源装置
Y デスクトップパソコン
Y10 本体ケース
Y11 中央演算処理装置
Y12 メモリ
Y13 光学ドライブ
Y14 ハードディスクドライブ
Y20 液晶モニタ
Y30 キーボード
Y40 マウス
Z 負荷
1 Semiconductor device (Multi-phase switching regulator IC)
10, 20 Switch control circuit 11, 21 Driver 12, 22 RS flip-flop 13, 23 Comparator 14, 24 Current amplifier 15, 25 Ramp signal generator 16, 26 Adder 30 Error amplifier 31 Operational amplifier 32 Resistor 33 Capacitor 34 Current amplifier 35, 36 Resistance 37 Capacitor 38 Phase compensation circuit 40 Oscillation circuit 41 Oscillator 42 Constant current source 43 Low pass filter 44 Constant voltage source 45 Current amplifier 46 Current mirror 50 Current balancing circuit 51, 52 Resistance 53 to 56 Current mirror 141 Operational amplifier 142 N channel Type MOS field effect transistor 143 resistance 144 current mirror 151 charging current generation circuit 152 capacitor 153 constant voltage source 154, 155 switch 156 inverter 161 buffer 1 62 resistor N11, N12, N21, N22 N-channel MOS field effect transistor L1, L2 inductor R1, R2 sense resistor R11, R12, R21, R22 resistor DCR1, DCR2 inductor resistor Co, C1, C2 capacitor OS1, OS2 output stage a1 A3 resistance a4 constant current source a5 pnp bipolar transistor a6 npn bipolar transistor a7, a8 P-channel MOS field effect transistor X power supply Y desktop PC Y10 main unit case Y11 central processing unit Y12 memory Y13 optical drive Y14 hard disk drive Y20 LCD monitor Y30 Keyboard Y40 Mouse Z Load

Claims (13)

インダクタ電流をスイッチング制御して入力電圧から出力電圧を生成する出力段と、
前記出力電圧とその目標値との誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅回路と、
前記誤差信号が小さくなるように前記出力段の駆動制御を行うスイッチ制御回路と、
クロック信号を生成する発振回路と、
を有する電源装置であって、
前記スイッチ制御回路は、
前記インダクタ電流に応じた検出信号を増幅して増幅検出信号を生成するアンプと、
前記増幅検出信号よりも振幅の大きいランプ信号を生成するランプ信号生成部と、
前記増幅検出信号と前記ランプ信号とを足し合わせて基準信号を生成する加算部と、
前記誤差信号と前記基準信号とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
前記クロック信号と前記比較信号に応じてスイッチ制御信号を生成するロジック部と、
前記スイッチ制御信号に応じて前記出力段の駆動制御を行うドライバと、
を含み、
前記発振回路は、前記出力電圧の変動を抑制するように前記クロック信号の発振周波数を可変制御することを特徴とする電源装置。
An output stage for switching the inductor current to generate an output voltage from the input voltage;
An error amplifying circuit that generates an error signal according to an error between the output voltage and the target value;
A switch control circuit for controlling the driving of the output stage so that the error signal is small;
An oscillation circuit for generating a clock signal;
A power supply device comprising:
The switch control circuit includes:
An amplifier for amplifying a detection signal corresponding to the inductor current to generate an amplified detection signal;
A ramp signal generator for generating a ramp signal having a larger amplitude than the amplified detection signal;
An adder for adding the amplified detection signal and the ramp signal to generate a reference signal;
A comparator that compares the error signal with the reference signal to generate a comparison signal;
A logic unit that generates a switch control signal according to the clock signal and the comparison signal;
A driver for controlling the driving of the output stage according to the switch control signal;
Including
The power supply device, wherein the oscillation circuit variably controls an oscillation frequency of the clock signal so as to suppress fluctuations in the output voltage.
前記出力段と前記スイッチ制御回路を複数組有し、
各組のスイッチ制御回路は、互いに異なる位相で、各々に対応する出力段の駆動制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
A plurality of sets of the output stage and the switch control circuit;
The power supply apparatus according to claim 1, wherein each set of switch control circuits performs drive control of an output stage corresponding to each of the phases in different phases.
各組の出力段に流れるインダクタ電流が互いに一致するように前記誤差信号を補正して各組毎の誤差信号を生成する電流平衡回路をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。   3. The power supply apparatus according to claim 2, further comprising a current balancing circuit that corrects the error signal so that inductor currents flowing through the output stages of the sets coincide with each other to generate an error signal for each set. . インダクタ電流をスイッチング制御して入力電圧から出力電圧を生成する出力段と、
前記出力電圧とその目標値との誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅回路と、
前記誤差信号が小さくなるように前記出力段の駆動制御を行うスイッチ制御回路と、
を有する電源装置であって、
前記スイッチ制御回路は、
前記インダクタ電流に応じた検出信号を増幅して増幅検出信号を生成するアンプと、
前記増幅検出信号よりも振幅の大きいランプ信号を生成するランプ信号生成部と、
前記増幅検出信号と前記ランプ信号とを足し合わせて基準信号を生成する加算部と、
前記誤差信号と前記基準信号とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
クロック信号と前記比較信号に応じてスイッチ制御信号を生成するロジック部と、
前記スイッチ制御信号に応じて前記出力段の駆動制御を行うドライバと、
を含み、
前記電源装置は、前記出力段と前記スイッチ制御回路を複数組有し、
各組のスイッチ制御回路は、互いに異なる位相で、各々に対応する出力段の駆動制御を行うものであり、
前記電源装置は、各組の出力段に流れるインダクタ電流が互いに一致するように前記誤差信号を補正して各組毎の誤差信号を生成する電流平衡回路をさらに有することを特徴とする電源装置。
An output stage for switching the inductor current to generate an output voltage from the input voltage;
An error amplifying circuit that generates an error signal according to an error between the output voltage and the target value;
A switch control circuit for controlling the driving of the output stage so that the error signal is small;
A power supply device comprising:
The switch control circuit includes:
An amplifier for amplifying a detection signal corresponding to the inductor current to generate an amplified detection signal;
A ramp signal generator for generating a ramp signal having a larger amplitude than the amplified detection signal;
An adder for adding the amplified detection signal and the ramp signal to generate a reference signal;
A comparator that compares the error signal with the reference signal to generate a comparison signal;
A logic unit for generating a switch control signal according to the clock signal and the comparison signal;
A driver for controlling the driving of the output stage according to the switch control signal;
Including
The power supply device has a plurality of sets of the output stage and the switch control circuit,
Each set of switch control circuits performs drive control of the output stage corresponding to each with different phases.
The power supply apparatus further includes a current balancing circuit that corrects the error signal so that inductor currents flowing through the output stages of the sets coincide with each other to generate an error signal for each set.
前記ランプ信号生成部は、前記入力電圧が高いほど前記ランプ信号の上昇傾きを大きくすることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電源装置。   5. The power supply device according to claim 1, wherein the ramp signal generation unit increases the ramp-up slope of the ramp signal as the input voltage increases. 前記ランプ信号生成部は、前記ランプ信号をゼロよりも高い信号値にバイアスすることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1, wherein the ramp signal generation unit biases the ramp signal to a signal value higher than zero. 前記誤差増幅回路は、
非反転入力端が参照電圧の印加端に接続されたオペアンプと、
前記出力電圧の印加端と前記オペアンプの反転入力端との間に接続された抵抗と、
前記オペアンプの反転入力端と出力端との間に接続されたキャパシタと、
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電源装置。
The error amplification circuit includes:
An operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference voltage application terminal;
A resistor connected between an application terminal of the output voltage and an inverting input terminal of the operational amplifier;
A capacitor connected between an inverting input terminal and an output terminal of the operational amplifier;
The power supply apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the power supply apparatus includes:
前記誤差増幅回路は、
非反転入力端が参照電圧の印加端に接続されたgmアンプと、
前記出力電圧を分圧して前記gmアンプの反転入力端に出力する分圧回路と、
前記gmアンプの出力端と接地端との間に接続されたキャパシタと、
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電源装置。
The error amplification circuit includes:
A gm amplifier having a non-inverting input terminal connected to a reference voltage application terminal;
A voltage dividing circuit that divides the output voltage and outputs the divided voltage to the inverting input terminal of the gm amplifier;
A capacitor connected between an output terminal and a ground terminal of the gm amplifier;
The power supply apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the power supply apparatus includes:
前記検出信号は、センス抵抗またはインダクタ抵抗を利用して検出されることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の電源装置。   The power supply device according to any one of claims 1 to 8, wherein the detection signal is detected using a sense resistor or an inductor resistor. 前記出力段は、降圧型、昇圧型、または、昇降圧型であることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の電源装置。   The power supply apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the output stage is a step-down type, a step-up type, or a step-up / step-down type. 前記誤差増幅回路と前記スイッチ制御回路は、半導体装置に集積化されており、前記出力段は、前記半導体装置に外付けされていることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の電源装置。   11. The error amplifier circuit and the switch control circuit are integrated in a semiconductor device, and the output stage is externally attached to the semiconductor device. The power supply device according to item. 請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置から出力電圧の供給を受けて動作する負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。
The power supply device according to any one of claims 1 to 11,
A load that operates by receiving supply of an output voltage from the power supply device;
An electronic device comprising:
前記負荷は、演算処理装置またはメモリであることを特徴とする請求項12に記載の電子機器。   The electronic device according to claim 12, wherein the load is an arithmetic processing unit or a memory.
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