JP6295397B1 - Switching power supply circuit - Google Patents

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Abstract

【課題】 昇降圧動作により出力電圧を高精度に一定に保持するスイッチング電源回路を提供する。【解決手段】所定のタイミングでスイッチング素子SW1〜SW4が切替えられるスイッチング回路8と、基準電圧Vrefと出力端子VOからのフィードバック電圧との差である誤差電圧を生成する誤差増幅回路1と、コイル電流ILと相似な出力電圧VCを検出するコイル電流エミュレーション回路4と、出力電圧VCを前記誤差電圧に加算する加算回路3と、基準電圧Vrefと加算回路3の加算出力電圧とを比較してコイル電流ILが最大となるピークを検出するピーク検出用の比較回路5と、比較回路5が出力するピーク検出信号に基づきスイッチング素子SW1〜SW4の切替制御することによりスイッチング回路8を介して所定の昇降圧動作を行わせるスイッチ制御部6とを有するとともに、コイルLに流れるコイル電流ILと相似な出力電圧VCを生成するコイル電流エミュレーション回路4を有する。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply circuit for holding an output voltage constant with high accuracy by a step-up / step-down operation. A switching circuit 8 in which switching elements SW1 to SW4 are switched at a predetermined timing, an error amplifying circuit 1 that generates an error voltage that is a difference between a reference voltage Vref and a feedback voltage from an output terminal VO, and a coil current The coil current emulation circuit 4 for detecting the output voltage VC similar to IL, the adder circuit 3 for adding the output voltage VC to the error voltage, the reference voltage Vref and the added output voltage of the adder circuit 3 are compared, and the coil current is compared. Comparison circuit 5 for detecting a peak for detecting the peak at which IL becomes maximum, and switching control of switching elements SW1 to SW4 based on a peak detection signal output from comparison circuit 5 allows predetermined step-up / step-down voltage via switching circuit 8 And an output voltage VC similar to the coil current IL flowing through the coil L. Having a coil current emulation circuit 4 that. [Selection] Figure 1

Description

本発明はスイッチング電源回路に関し、特に昇降圧のDC/DCコンバータ回路に適用して有用なものである。   The present invention relates to a switching power supply circuit, and is particularly useful when applied to a step-up / step-down DC / DC converter circuit.

ピーク検出トポロジのスイッチングレギュレータで、セラミックコンデンサ等の低ESRのコンデンサを負荷容量に利用でき、しかも数MHz以上の発振周波数においても安定動作が可能で、かつ高い負荷安定度が得られ、レイアウト面積も小さくすることができるスイッチング電源回路として特許文献1が公知である。   A switching regulator with a peak detection topology, which can use a low ESR capacitor such as a ceramic capacitor for the load capacity, can operate stably even at oscillation frequencies of several MHz or higher, and can provide high load stability and a large layout area. Patent Document 1 is known as a switching power supply circuit that can be made small.

しかしながら特許文献1に開示するスイッチング電源回路は、降圧変換専用のため、出力電圧より入力電圧が高くなったり低くなったりする条件下では使用できないといった課題がある。   However, since the switching power supply circuit disclosed in Patent Document 1 is dedicated to step-down conversion, there is a problem that it cannot be used under conditions where the input voltage is higher or lower than the output voltage.

これに対し昇降圧のスイッチング電源回路でもセラミックコンデンサ等の低ESRのコンデンサを負荷容量に利用でき、しかも数MHz以上の発振周波数においても安定動作が可能なスイッチング電源回路として特許文献2が公知となっている。   On the other hand, Patent Document 2 is publicly known as a switching power supply circuit that can use a low ESR capacitor such as a ceramic capacitor as a load capacity in a step-up / step-down switching power supply circuit and that can stably operate even at an oscillation frequency of several MHz or more. ing.

ところで、特許文献2に係るスイッチング電源回路は、コイル電流を検出してこれに基づきスイッチング動作を制御する、いわゆる電流モード制御方式のものである。そこで、この種のスイッチング電源回路においては、コイル電流を検出する必要がある。   By the way, the switching power supply circuit according to Patent Document 2 is of a so-called current mode control system that detects a coil current and controls a switching operation based on the detected coil current. Therefore, in this type of switching power supply circuit, it is necessary to detect the coil current.

特許文献2を含め従来技術では、コイル電流を検出する場合、コイル電流センス回路を使用するものが汎用されている。これは、例えばコイルと直列にセンス抵抗を挿入し、その両端を電流アンプで増幅し、電流アンプの出力を誤差増幅器の出力にカップリングコンデンサを介して接続するというものである。   In the prior art including Patent Document 2, when a coil current is detected, one using a coil current sense circuit is widely used. For example, a sense resistor is inserted in series with a coil, both ends thereof are amplified by a current amplifier, and the output of the current amplifier is connected to the output of the error amplifier via a coupling capacitor.

特許5997348号公報Japanese Patent No. 5997348

特開2014−39472号公報JP 2014-39472 A

ところで、上述の如きコイル電流検出回路では、出力電圧変換効率への影響を低減するためにセンス抵抗は値の小さなものを選択しなければならない。その結果、電流アンプは小さな入力電圧に対応したオフセット電圧の小さなアンプを使用しなければならず、入力差動対のトランジスタを大きくしたり、複数個配置したり、トリミングなどで調整が必要になるため、レイアウトパターンへの影響が大きいという問題を生起する。このため、コイル電流検出回路の回路規模が大きくなり、同時に高速なコンパレータを駆動するため消費電流も増える。さらには、この種のスイッチング電源回路におけるスイッチング周波数の高速化を阻害する要因ともなる。   Incidentally, in the coil current detection circuit as described above, a sense resistor having a small value must be selected in order to reduce the influence on the output voltage conversion efficiency. As a result, the current amplifier must use an amplifier with a small offset voltage corresponding to a small input voltage, and it is necessary to make adjustments by increasing the number of transistors of the input differential pair, arranging a plurality of transistors, or trimming. Therefore, the problem that the influence on the layout pattern is large arises. For this reason, the circuit scale of the coil current detection circuit is increased, and at the same time, a high-speed comparator is driven, so that current consumption increases. Furthermore, it becomes a factor that hinders the speeding up of the switching frequency in this type of switching power supply circuit.

本発明は、上記従来技術に鑑み、低ESRのコンデンサを負荷容量に利用でき、しかも数MHz以上の発振周波数においても安定動作が可能で、かつ高い負荷安定度が得られ、昇圧降圧動作により出力電圧を高精度に一定に保持することができるスイッチング電源回路を提供することを目的とする。   In view of the above prior art, the present invention can use a low ESR capacitor as a load capacity, can operate stably even at an oscillation frequency of several MHz or more, and can obtain a high load stability, and can be output by step-up / step-down operation. An object of the present invention is to provide a switching power supply circuit capable of holding a voltage constant with high accuracy.

上記目的を達成する本発明の第1の態様は、
入力電圧が印加される入力端子とコイルの一方の端子との間に接続された第1のスイッチング素子と、接地電位と前記一方の端子との間に接続された第2のスイッチング素子または第1のダイオードと、前記接地電位と前記コイルの他方の端子との間に接続された第3のスイッチング素子と、出力端子と前記他方の端子との間に接続された第4のスイッチング素子または第2のダイオードとを有するスイッチング回路と、
前記コイルに流れるコイル電流と相似な出力電圧を生成するコイル電流エミュレーション回路と、
前記出力端子の電圧である出力電圧を表わすフィードバック電圧と前記コイル電流エミュレーション回路の出力電圧とに基づき、前記スイッチング回路の前記出力端子に生成される出力電圧が所定の設定電圧となるように前記スイッチング回路をオン・オフ制御して所定の昇降圧動作を行わせる制御回路とを有するとともに、
前記コイル電流エミュレーション回路は、
CR積分回路を有するとともに、前記CR積分回路を構成するコンデンサおよび抵抗の間を、前記コイル電流に相似な出力電圧を出力する出力端子とし、
さらに前記CR積分回路の一方の端子には、スイッチ手段のオン/オフ動作に伴う選択により3種類の電圧の一つが印加され、前記CR積分回路の他方の端子には前記出力電圧に比例する電圧が印加されるとともに、
前記3種類の電圧は、入力電圧に比例する電圧、接地電圧、入力電圧と出力電圧と和に比例する電圧であり、前記スイッチ手段のオン/オフ制御は、前記コイルの前記一方の端子および前記他方の端子の状態に応じて前記制御回路が出力する制御信号により行うことを特徴とする。
The first aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
A first switching element connected between an input terminal to which an input voltage is applied and one terminal of the coil, and a second switching element connected between a ground potential and the one terminal or the first switching element , A third switching element connected between the ground potential and the other terminal of the coil, and a fourth switching element or second connected between the output terminal and the other terminal. A switching circuit having a diode;
A coil current emulation circuit that generates an output voltage similar to the coil current flowing through the coil;
The switching is performed so that an output voltage generated at the output terminal of the switching circuit becomes a predetermined set voltage based on a feedback voltage representing an output voltage which is a voltage of the output terminal and an output voltage of the coil current emulation circuit. And a control circuit for performing a predetermined step-up / step-down operation by controlling on / off of the circuit,
The coil current emulation circuit is:
A CR integration circuit and an output terminal that outputs an output voltage similar to the coil current between the capacitor and the resistor constituting the CR integration circuit,
Further, one of the three voltages is applied to one terminal of the CR integrating circuit according to the selection associated with the on / off operation of the switch means, and a voltage proportional to the output voltage is applied to the other terminal of the CR integrating circuit. Is applied,
The three kinds of voltages are a voltage proportional to an input voltage, a ground voltage, and a voltage proportional to a sum of the input voltage and the output voltage. On / off control of the switch means is performed by the one terminal of the coil and the voltage This is performed by a control signal output from the control circuit in accordance with the state of the other terminal.

第2の態様は、
第1の態様に記載するスイッチング電源回路において、
前記制御回路は、
所定の基準電圧と、前記フィードバック電圧とを比較して両者の差を表わす誤差を増幅して誤差電圧を生成する誤差増幅回路と、
前記コイル電流と相似な出力電圧、前記誤差電圧および前記基準電圧に基づき前記コイル電流が最大となるピークを検出するピーク検出回路と、
前記ピーク検出回路が出力するピーク検出信号と、あらかじめ設定しておいたタイミングで前記スイッチング素子の切替制御を行うためのスイッチング信号を、制御周期を規定するクロック信号に基づき生成して前記スイッチング回路を介して所定の昇降圧動作を行わせるとともに、前記スイッチ手段のオン/オフ制御を前記制御信号を介して行わせるスイッチ制御部とを有することを特徴とする。
The second aspect is
In the switching power supply circuit described in the first aspect,
The control circuit includes:
An error amplifying circuit for amplifying an error representing a difference between the predetermined reference voltage and the feedback voltage to generate an error voltage;
A peak detection circuit for detecting a peak at which the coil current becomes maximum based on an output voltage similar to the coil current, the error voltage, and the reference voltage;
A peak detection signal output from the peak detection circuit and a switching signal for performing switching control of the switching element at a preset timing are generated based on a clock signal defining a control cycle, and the switching circuit is generated. And a switch control unit that performs a predetermined step-up / step-down operation via the control signal .

第3の態様は、
第2の態様に記載するスイッチング電源回路において、
前記ピーク検出回路が、
前記コイル電流に相似な出力電圧を前記誤差電圧に加算して加算出力電圧を生成する加算回路と、
前記加算出力電圧と前記基準電圧とを比較して前記ピークを検出するピーク検出用の比較回路、または前記コイル電流に基づく電圧を前記基準電圧に加算して加算出力電圧を生成する加算回路と、前記加算出力電圧と前記誤差電圧とを比較して前記ピークを検出するピーク検出用の比較回路とを有することを特徴とする。
The third aspect is
In the switching power supply circuit described in the second aspect,
The peak detection circuit is
An adder circuit that adds an output voltage similar to the coil current to the error voltage to generate an added output voltage;
A comparison circuit for peak detection for comparing the added output voltage and the reference voltage to detect the peak, or an adder circuit for adding a voltage based on the coil current to the reference voltage to generate an added output voltage; A comparison circuit for detecting a peak for detecting the peak by comparing the added output voltage and the error voltage.

第4の態様は、
第2または第3の態様に記載するスイッチング電源回路において、
前記タイミングは、前記出力電圧、前記入力電圧または前記基準電圧のいずれかに基づき規定することを特徴とする。
The fourth aspect is
In the switching power supply circuit described in the second or third aspect,
The timing is defined based on any of the output voltage, the input voltage, and the reference voltage.

本発明によればコイル電流をコイル電流に相似な出力電圧に基づき検出するようにしたので、コイル電流検出のためのセンス抵抗等を設ける必要がなくコイル電流検出のための構成を簡潔にすることができるので、スイッチング周波数が高くなってもコイル電流の検出を適切に行うことができる。この結果、昇降圧モードのいずれにおいても低ESRのコンデンサを負荷容量に利用でき、数MHz以上の発振周波数においても安定動作が可能となる。   According to the present invention, since the coil current is detected based on the output voltage similar to the coil current, it is not necessary to provide a sense resistor for detecting the coil current, and the configuration for detecting the coil current is simplified. Therefore, the coil current can be detected properly even when the switching frequency is increased. As a result, a low ESR capacitor can be used as a load capacity in any of the step-up / step-down modes, and stable operation is possible even at an oscillation frequency of several MHz or more.

本発明の実施の形態に係るスイッチング電源回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the switching power supply circuit which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すスイッチング電源回路における降圧動作のタイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating timing of a step-down operation in the switching power supply circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating timing of a step-up / step-down operation in the switching power supply circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating timing of a step-up / step-down operation in the switching power supply circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating timing of a step-up / step-down operation in the switching power supply circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示すスイッチング電源回路における昇圧動作のタイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating timing of a boost operation in the switching power supply circuit illustrated in FIG. 1. コイル電流エミュレーション回路の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of a coil current emulation circuit. コイル電流エミュレーション部回路を含むスイッチング電源回路における降圧動作のタイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing of the pressure | voltage fall operation | movement in the switching power supply circuit containing a coil current emulation part circuit. コイル電流エミュレーション部回路を含むスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing of the pressure | voltage rise / fall operation | movement in the switching power supply circuit containing a coil current emulation part circuit. コイル電流エミュレーション部回路を含むスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing of the pressure | voltage rise / fall operation | movement in the switching power supply circuit containing a coil current emulation part circuit. コイル電流エミュレーション部回路を含むスイッチング電源回路における昇降圧動作のタイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing of the pressure | voltage rise / fall operation | movement in the switching power supply circuit containing a coil current emulation part circuit. コイル電流エミュレーション回路を含むスイッチング電源回路における昇圧動作のタイミングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing of the pressure | voltage rise operation in the switching power supply circuit containing a coil current emulation circuit. 図1に示すスイッチング電源回路におけるフルブリッジ動作時の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aspect at the time of full bridge operation | movement in the switching power supply circuit shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態に係るスイッチング電源回路を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係るスイッチング電源回路は、制御回路I、コイル電流エミュレーション回路4およびスイッチング回路8を有している。さらに、
制御回路Iは出力端子OUTの電圧である出力電圧VOを表わすフィードバック電圧とコイル電流エミュレーション回路4の出力電圧VCとに基づき、スイッチング回路8の出力端子OUTに生成される出力電圧VOが所定の設定電圧となるようにスイッチング回路8をON/OFF制御して所定の昇降圧動作を行わせる。このため本形態に係る制御回路Iは、誤差増幅回路1、基準電圧発生回路2、加算回路3および比較回路5からなるピーク検出回路II、スイッチ制御部6および発振回路7を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching power supply circuit according to this embodiment includes a control circuit I, a coil current emulation circuit 4 and a switching circuit 8. further,
The control circuit I sets the output voltage VO generated at the output terminal OUT of the switching circuit 8 to a predetermined setting based on the feedback voltage representing the output voltage VO that is the voltage of the output terminal OUT and the output voltage VC of the coil current emulation circuit 4. The switching circuit 8 is ON / OFF controlled so as to have a voltage, and a predetermined step-up / step-down operation is performed. Therefore, the control circuit I according to this embodiment includes a peak detection circuit II including an error amplification circuit 1, a reference voltage generation circuit 2, an addition circuit 3, and a comparison circuit 5, a switch control unit 6, and an oscillation circuit 7.

ここで、出力電圧VOは帰還抵抗FR1,FR2で分圧して誤差増幅回路1の反転入力端子に入力される。一方、誤差増幅回路1の非反転入力端子には、基準電圧発生回路2で生成され、あらかじめ設定した基準電圧Vrefが入力される。かくして誤差増幅回路1では基準電圧Vrefと、帰還抵抗FR1,FR2で分圧した出力電圧VOとを比較して両者の差である誤差を増幅し、誤差電圧Verrとして出力する。   Here, the output voltage VO is divided by the feedback resistors FR 1 and FR 2 and input to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 1. On the other hand, the reference voltage Vref generated by the reference voltage generation circuit 2 and set in advance is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 1. Thus, the error amplifying circuit 1 compares the reference voltage Vref and the output voltage VO divided by the feedback resistors FR1 and FR2, amplifies the error that is the difference between the two, and outputs the error voltage Verr.

ピーク検出回路Iには、コイルLを流れるコイル電流ILに相似なコイル電流エミュレーション回路4の出力電圧VC、誤差電圧Verrおよび基準電圧Vrefが供給される。そして、これら出力電圧VC、誤差電圧Verrおよび基準電圧Vrefに基づきコイル電流ILが最大となるピークを検出してピーク検出信号Comp_outを生成する。   The peak detection circuit I is supplied with the output voltage VC, error voltage Verr, and reference voltage Vref of the coil current emulation circuit 4 similar to the coil current IL flowing through the coil L. Based on the output voltage VC, the error voltage Verr, and the reference voltage Vref, the peak at which the coil current IL is maximized is detected to generate the peak detection signal Comp_out.

本形態におけるピーク検出回路IIは、加算回路3と比較回路5からなる。加算回路3では、コイル電流ILに相似な出力電圧VCを誤差増幅回路1の出力である誤差電圧Verrに加算して加算出力電圧Vaddを生成する。また、出力電圧VCはコイル電流エミュレーション回路4で生成されるが、その構成は後に詳述する。   The peak detection circuit II in this embodiment includes an addition circuit 3 and a comparison circuit 5. In the adder circuit 3, an output voltage VC similar to the coil current IL is added to the error voltage Verr that is the output of the error amplifier circuit 1 to generate an added output voltage Vadd. The output voltage VC is generated by the coil current emulation circuit 4, and the configuration will be described in detail later.

比較回路5の反転入力端子には基準電圧発生回路2の出力である基準電圧Vrefが入力されるとともに、その非反転入力端子には加算回路3の出力である加算出力電圧Vaddが入力される。この結果、比較回路5では、加算回路3の加算出力電圧Vaddが基準電圧Vrefを上回った時点、すなわちコイル電流ILが最も大きな値となる時点を表すピーク検出信号Comp_outを生成し、このピーク検出信号Comp_outをスイッチ制御部6に出力する。ピーク検出信号Comp_outは、HiおよびLoの二つの状態を表す状態信号である。   The reference voltage Vref, which is the output of the reference voltage generation circuit 2, is input to the inverting input terminal of the comparison circuit 5, and the addition output voltage Vadd, which is the output of the addition circuit 3, is input to the non-inverting input terminal. As a result, the comparison circuit 5 generates a peak detection signal Comp_out that represents the time when the added output voltage Vadd of the adder circuit 3 exceeds the reference voltage Vref, that is, the time when the coil current IL becomes the largest value. Comp_out is output to the switch control unit 6. The peak detection signal Comp_out is a state signal representing two states, Hi and Lo.

なお、上述の如く本形態では、上記ピーク検出回路IIを、加算回路3と比較回路5との組み合わせにより形成したが、これに限るものではない。コイル電流ILに相似な出力電圧VCと、誤差電圧Verrと、基準電圧Vrefに基づいてコイル電流ILが最大となるピークを検出するようになっていれば、それ以上の特別な限定はない。また、本形態では、加算回路3で、誤差電圧Verrに出力電圧VCを加算するとともに、加算回路3の加算出力電圧Vaddと基準電圧Vrefとを比較するように形成したが、これに限定するものではない。加算回路3で、基準電圧Vrefに出力電圧VCを加算するとともに、加算回路3の加算出力電圧Vaddと誤差電圧Verrとを比較するようにしても良い。   As described above, in the present embodiment, the peak detection circuit II is formed by the combination of the addition circuit 3 and the comparison circuit 5, but the present invention is not limited to this. As long as the peak at which the coil current IL is maximized is detected based on the output voltage VC similar to the coil current IL, the error voltage Verr, and the reference voltage Vref, there is no further special limitation. In this embodiment, the adder circuit 3 is configured to add the output voltage VC to the error voltage Verr and to compare the added output voltage Vadd of the adder circuit 3 with the reference voltage Vref. However, the present invention is not limited to this. is not. The adder circuit 3 may add the output voltage VC to the reference voltage Vref, and may compare the added output voltage Vadd of the adder circuit 3 with the error voltage Verr.

スイッチ制御部6は、発振回路7が生成する一定周波数のクロック信号CLKに基づきあらかじめ設定された経過時間(後に詳述する)の経過を表すタイミングおよびピーク検出信号Comp_outの状態変化によりスイッチング回路8のスイッチング素子SW1,SW2,SW3,SW4のON/OFFを制御する。このことにより適宜降圧モード、昇降圧モードおよび昇圧モードが切替わり、出力電圧VOが一定になるように制御する。ここで、スイッチ制御部6は、コイル電流エミュレーション回路4に対する所定のスイッチング制御を行う。かかるスイッチング制御の具体的な内容は後に詳述する。なお、比較回路5の出力であるピーク検出信号Comp_outは、通常Loであり、ピークポイントの検出によりHiとなる。
The switch control unit 6 controls the switching circuit 8 based on the timing indicating the elapsed time (which will be described later in detail) set in advance based on the clock signal CLK having a constant frequency generated by the oscillation circuit 7 and the state change of the peak detection signal Comp_out. Controls ON / OFF of the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4. As a result, the step-down mode, the step-up / step-down mode, and the step-up mode are appropriately switched, and the output voltage VO is controlled to be constant. Here, the switch control unit 6 performs predetermined switching control on the coil current emulation circuit 4. The specific contents of such switching control will be described in detail later. Note that the peak detection signal Comp_out that is the output of the comparison circuit 5 is normally Lo, and becomes Hi when the peak point is detected.

スイッチング回路8は、4個のスイッチング素子SW1〜SW4とコイルLとをH型に組み合わせて形成してある。さらに詳言すると、スイッチング素子SW1は電源電圧である入力電圧VINが印加される入力端子INとコイルLの一方の端子LX1との間に接続され、スイッチング素子SW2は接地電位と一方の端子LX1との間に接続され、スイッチング素子SW3は接地電位とコイルLの他方の端子LX2との間に接続され、スイッチング素子SW4は出力端子OUTと他方の端子LX2との間に接続されている。ここで、出力端子OUTには平滑用のコンデンサCが接続されている。本形態ではコンデンサCとしてセラミックコンデンサ等の低ESRのコンデンサを利用できる。   The switching circuit 8 is formed by combining four switching elements SW1 to SW4 and a coil L in an H shape. More specifically, the switching element SW1 is connected between an input terminal IN to which an input voltage VIN, which is a power supply voltage, is applied and one terminal LX1 of the coil L, and the switching element SW2 is connected to the ground potential and one terminal LX1. The switching element SW3 is connected between the ground potential and the other terminal LX2 of the coil L, and the switching element SW4 is connected between the output terminal OUT and the other terminal LX2. Here, a smoothing capacitor C is connected to the output terminal OUT. In this embodiment, a low ESR capacitor such as a ceramic capacitor can be used as the capacitor C.

図2〜図6の波形図に基づき降圧モード、昇降圧モードおよび昇圧モードの各モードにおけるスイッチ制御部6の制御動作を説明する。なお、図2〜図6において、(a)はクロック信号、(b)はピーク検出信号Comp_out、(c)は一方の端子LX1の電圧、(d)は他方の端子LX2の電圧、(e)はコイル電流ILの波形をそれぞれ示す。   A control operation of the switch control unit 6 in each of the step-down mode, the step-up / step-down mode, and the step-up mode will be described based on the waveform diagrams of FIGS. 2 to 6, (a) is a clock signal, (b) is a peak detection signal Comp_out, (c) is a voltage at one terminal LX1, (d) is a voltage at the other terminal LX2, (e) Indicates the waveform of the coil current IL.

<降圧モード>
図2は、降圧モードにおける波形図である。同図に示すように、まず発振回路7のクロック信号CLKによりピーク検出用の比較回路5の出力であるピーク検出信号Comp_outをリセットする。この結果ピーク検出信号Comp_outはLoとなる。
<Step-down mode>
FIG. 2 is a waveform diagram in the step-down mode. As shown in the figure, first, the peak detection signal Comp_out which is the output of the comparison circuit 5 for peak detection is reset by the clock signal CLK of the oscillation circuit 7. As a result, the peak detection signal Comp_out becomes Lo.

次に、スイッチ制御部6の内部で入力電圧VIN、出力電圧VOまたは基準電圧Vrefに応じてあらかじめ設定された2つのタイミングの内、第1のタイミングt1よりも先にピーク検出信号Comp_outがHiに変化するとコイルLの一方の端子LX1をHiレベルからLoレベルに切り替える(スイッチング素子SW1をOFFする)。この期間では端子LX1がLoレベルになったことでコイル電流ILが徐々に減少するオフ期間となる。   Next, the peak detection signal Comp_out is set to Hi before the first timing t1 out of two timings set in advance in the switch control unit 6 according to the input voltage VIN, the output voltage VO, or the reference voltage Vref. When changed, one terminal LX1 of the coil L is switched from Hi level to Lo level (switching element SW1 is turned OFF). This period is an off period in which the coil current IL gradually decreases due to the terminal LX1 being at the Lo level.

次に、第2のタイミングt2で端子LX1をHiレベルに切替え、オン期間としている。ここで、第1のタイミングt1はピーク検出信号Comp_outの切替わりより遅いため、無効となる。また、かかる一連の動作中、端子LX2はHiに固定されている。この動作を繰り返すことで降圧コンバータとして動作し、出力電圧VOを安定化する。   Next, the terminal LX1 is switched to the Hi level at the second timing t2, and the on period is set. Here, since the first timing t1 is later than the switching of the peak detection signal Comp_out, it becomes invalid. Further, during such a series of operations, the terminal LX2 is fixed to Hi. By repeating this operation, it operates as a step-down converter and stabilizes the output voltage VO.

図3〜図5は、昇降圧モードにおけるタイミング図である。いずれも昇降圧モードではあるが、図3は入力電圧VINが出力電圧VOよりも高い状態を、図4は入力電圧VINと出力電圧VOとが等しい状態を、図5は入力電圧VINが出力電圧VOよりも低い状態をそれぞれ示している。   3 to 5 are timing charts in the step-up / step-down mode. In either step-up / step-down mode, FIG. 3 shows a state where the input voltage VIN is higher than the output voltage VO, FIG. 4 shows a state where the input voltage VIN is equal to the output voltage VO, and FIG. Each state is lower than VO.

<昇降圧モード>
図3〜図5に示すように、昇降圧モードでは、降圧モードと同様に、クロック信号CLKによりピーク検出信号Comp_outがリセットされ、第1のタイミングt1で端子LX2をHiレベルからLoレベルに切替えてオン期間とする。この結果、コイル電流ILは増加する動作となる。
<Buck-boost mode>
As shown in FIGS. 3 to 5, in the step-up / step-down mode, as in the step-down mode, the peak detection signal Comp_out is reset by the clock signal CLK, and the terminal LX2 is switched from the Hi level to the Lo level at the first timing t1. The on period. As a result, the coil current IL increases.

当該昇降圧モードでは、降圧モードとは異なり、第2のタイミングt2より先にピーク検出回路Iがピークポイントを検出すると端子LX1をLoレベルに、端子Lx2をHiレベルに切り替える。   In the step-up / step-down mode, unlike the step-down mode, when the peak detection circuit I detects a peak point prior to the second timing t2, the terminal LX1 is switched to Lo level and the terminal Lx2 is switched to Hi level.

次に、第2のタイミングt2で端子LX1をHiレベルに戻す動作をする。この動作を繰り返し、昇降圧コンバータとして動作し、出力電圧VOを安定化する。   Next, the terminal LX1 is returned to the Hi level at the second timing t2. This operation is repeated to operate as a buck-boost converter and stabilize the output voltage VO.

本形態では、一方の端子LX1がスイッチングする降圧動作と、他方の端子LX2がスイッチングする昇圧動作とを組み合わせて昇降圧動作を実現しているが、一方の端子LX1と他方の端子LX2が共にHiレベルになる期間を設けることで、フルブリッジ動作によるコイル電流ILの変化より小さく抑えることができる。このため当該スイッチンング電源回路の変換効率の改善に寄与できている。また、降圧モードと昇降圧モードの境界では他方の端子LX2において極細かいパルスの有無により動作モードが移行するため、モード差によるコイル電流の大きな変化は発生せず連続性を維持できる。したがって、安定動作に寄与できる。この点を図13に基づき詳細に説明する。図13(a)には本形態と同様のスイッチング回路8(図1参照;以下同じ)を示す。スイッチング回路8において、スイッチング素子SW1,SW3のON状態とスイッチング素子SW2,SW4のON状態とが交互に繰り返すフルブリッジ動作で駆動した場合、コイル電流ILは図13(b)に示すように大きくなり、その分損出も大きくなる。そこで、本形態では、図13(c)に示すように、スイッチング素子SW2,SW4のON状態において、コイル電流ILが所定の出力電流IOを下回った後の所定のタイミングから、スイッチング素子SW1,SW3のON状態において、コイル電流ILが出力電流IOを上回る前の所定のタイミングまでの間、スイッチング素子SW1,SW4をON状態とする期間を設けている。すなわち、スイッチング素子SW2,SW4をON状態とする期間と、スイッチング素子SW1,SW3をON状態とする期間の間にスイッチング素子SW1,SW4をON状態とする期間を設けている。このことによりフルブリッジ期間におけるコイル電流ILを一定の小さな値に抑制することができる。この結果、損失を大幅に減少させることができる。   In this embodiment, the step-up / step-down operation is realized by combining the step-down operation in which one terminal LX1 is switched and the step-up operation in which the other terminal LX2 is switched. However, both the one terminal LX1 and the other terminal LX2 are Hi. By providing the level period, it is possible to suppress the change smaller than the change in the coil current IL due to the full bridge operation. For this reason, it has contributed to the improvement of the conversion efficiency of the said switching power supply circuit. In addition, since the operation mode shifts depending on the presence or absence of a fine pulse at the other terminal LX2 at the boundary between the step-down mode and the step-up / step-down mode, a large change in coil current due to the mode difference does not occur and continuity can be maintained. Therefore, it can contribute to stable operation. This point will be described in detail with reference to FIG. FIG. 13A shows a switching circuit 8 (see FIG. 1; the same applies hereinafter) similar to that of the present embodiment. When the switching circuit 8 is driven by a full bridge operation in which the ON state of the switching elements SW1 and SW3 and the ON state of the switching elements SW2 and SW4 are alternately repeated, the coil current IL becomes large as shown in FIG. The amount of loss is also increased. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13C, the switching elements SW1 and SW3 are turned on at a predetermined timing after the coil current IL is lower than the predetermined output current IO in the ON state of the switching elements SW2 and SW4. In the ON state, there is a period during which the switching elements SW1 and SW4 are in the ON state until a predetermined timing before the coil current IL exceeds the output current IO. That is, a period in which the switching elements SW1, SW4 are turned on is provided between a period in which the switching elements SW2, SW4 are turned on and a period in which the switching elements SW1, SW3 are turned on. As a result, the coil current IL in the full bridge period can be suppressed to a constant small value. As a result, the loss can be greatly reduced.

<昇圧モード>
図6は昇圧モードにおける波形図である。同図に示すように、本モードでは発振回路7の出力であるクロック信号CLKによりピーク検出回路Iのピーク検出信号Comp_outをリセットする。クロック信号CLKによるリセット後、第1のタイミングt1で端子LX2をHiレベルからLoレベルに切り替える。このとき端子LX1はHiレベルのままである。端子LX1がLoレベルになったことでコイル電流ILが徐々に増加するオン期間となる。
<Boosting mode>
FIG. 6 is a waveform diagram in the boost mode. As shown in the figure, in this mode, the peak detection signal Comp_out of the peak detection circuit I is reset by the clock signal CLK that is the output of the oscillation circuit 7. After the reset by the clock signal CLK, the terminal LX2 is switched from the Hi level to the Lo level at the first timing t1. At this time, the terminal LX1 remains at the Hi level. Since the terminal LX1 becomes the Lo level, the on-period in which the coil current IL gradually increases is entered.

ピーク検出回路Iがピークポイントを検出し、ピーク検出信号Comp_outの出力レベルをHiに切り替えてラッチし、端子LX2をHiレベルに切り替える。このことによりコイル電流ILが徐々に減少するオフ期間になる。   The peak detection circuit I detects the peak point, switches the output level of the peak detection signal Comp_out to Hi and latches it, and switches the terminal LX2 to the Hi level. As a result, an off period in which the coil current IL gradually decreases is obtained.

次にクロック信号CLKによりピーク検出信号Comp_outがリセットされ新たな周期となる。ここで、第2のタイミングt2は、ピーク検出信号Comp_outの切り替わりより早いため無効となる。この動作を繰り返し、降圧コンバータとして動作し、出力電圧VOを安定化する。   Next, the peak detection signal Comp_out is reset by the clock signal CLK, and a new cycle starts. Here, the second timing t2 becomes invalid because it is earlier than the switching of the peak detection signal Comp_out. This operation is repeated to operate as a step-down converter and stabilize the output voltage VO.

以上説明してきた動作により、本形態に係るスイッチング電源回路は、昇降圧スイッチングレギュレータとして動作する。   With the operation described above, the switching power supply circuit according to this embodiment operates as a step-up / step-down switching regulator.

次に、コイル電流ILの検出について説明する。コイル電流ILをセンス抵抗を用いて検出する場合には前述の段落[0009]に記載するような問題を生起する。そこで、本形態では、コイル電流エミュレーション回路4によりコイル電流ILと相似な出力電圧VCを生成し、この出力電圧VCを利用することにより所定のコイル電流ILに関する情報を得ている。   Next, detection of the coil current IL will be described. When the coil current IL is detected using a sense resistor, the problem described in the above paragraph [0009] occurs. Therefore, in this embodiment, the coil current emulation circuit 4 generates an output voltage VC similar to the coil current IL, and information on the predetermined coil current IL is obtained by using the output voltage VC.

ただ、本形態に係るスイッチング電源回路はH型のブリッジを構成するスイッチング回路8に所定のスイッチング動作を行わせ、昇降圧のすべてのモードにおいて動作させるものである。したがって、スイッチング回路8の一方の端子LX1と他方の端子LX2との間に単に積分回路を接続した場合には、端子LX1,LX2が両方共にスイッチングするノードのため、このままでは得られる波形がコイル電流ILとは相似ではなくなる。   However, the switching power supply circuit according to the present embodiment causes the switching circuit 8 constituting the H-type bridge to perform a predetermined switching operation and operate in all modes of the buck-boost. Therefore, when an integrating circuit is simply connected between one terminal LX1 and the other terminal LX2 of the switching circuit 8, since both of the terminals LX1 and LX2 are switched nodes, the waveform obtained as it is is the coil current. It is no longer similar to IL.

このため本形態においては、CR積分回路の一端を固定し、両端の電位差としてコイルLの両端電位差と比例の関係にある電圧を印加することが必要となる。この点を考慮して本形態ではそのコイル電流エミュレーション回路4を構成している。具体的には、次の通りである。   For this reason, in this embodiment, it is necessary to fix one end of the CR integration circuit and apply a voltage proportional to the potential difference between both ends of the coil L as the potential difference between both ends. In consideration of this point, the coil current emulation circuit 4 is configured in this embodiment. Specifically, it is as follows.

図7に示すように、本形態におけるコイル電流エミュレーション回路4は、コンデンサC1および抵抗R1を直列に接続したCR積分回路9を有するとともに、コンデンサC1および抵抗R1の間を、コイル電流ILと相似な出力電圧VCが生成される出力端子とする。   As shown in FIG. 7, the coil current emulation circuit 4 in the present embodiment has a CR integration circuit 9 in which a capacitor C1 and a resistor R1 are connected in series, and is similar to the coil current IL between the capacitor C1 and the resistor R1. Assume that the output terminal generates an output voltage VC.

ここで、CR積分回路9の一方の端子V1には3種類の電圧の一つがスイッチ手段S1,S2,S3の選択により印加され、CR積分回路の他方の端子V2には出力電圧VO(図1参照:以下同じ)に比例する電圧(A×VO)が印加される。また、3種類の電圧は、入力電圧VINに比例する電圧(A×VIN)、接地電圧、入力電圧VIN(図1参照:以下同じ)と出力電圧VOと和に比例する電圧(A×(VIN+VO))である。   Here, one of three kinds of voltages is applied to one terminal V1 of the CR integration circuit 9 by selection of the switch means S1, S2, S3, and the output voltage VO (FIG. 1) is applied to the other terminal V2 of the CR integration circuit. A voltage (A × VO) proportional to reference (hereinafter the same) is applied. The three types of voltages are the voltage proportional to the input voltage VIN (A x VIN), the ground voltage, the voltage proportional to the sum of the input voltage VIN (refer to Fig. 1 below) and the output voltage VO (A x (VIN + VO )).

コイル電流エミュレーション回路4において、スイッチング回路8(図1参照:以下同じ)の一方の端子LX1(図1参照:以下同じ)および他方の端子LX2(図1参照:以下同じ)の両方がHiレベル時にはスイッチ手段S1をONして積分回路9の一端には入力電圧VINに比例した電圧(A×VIN)を印加する。一方の端子LX1がLoレベルで他方の端子Lx2がHiレベルの時にはスイッチ手段S2をONして積分回路9の一端にはGND電圧を印加する。さらに、一方の端部LX1がHiレベルで、他方の端部LX2がLOレベルの時にはスイッチ手段S3をONして積分回路9の一端には入力電圧VINおよび出力電圧VOの和に比例した電圧(A×(VIN+VO))を印加する。ここで、それぞれの比例係数Aは同じ値に設定する。   In the coil current emulation circuit 4, when both the one terminal LX1 (see FIG. 1: same below) and the other terminal LX2 (see FIG. 1: same below) of the switching circuit 8 (see FIG. 1 below) are at the Hi level. The switch means S1 is turned on and a voltage (A × VIN) proportional to the input voltage VIN is applied to one end of the integrating circuit 9. When one terminal LX1 is at Lo level and the other terminal Lx2 is at Hi level, the switch means S2 is turned on to apply the GND voltage to one end of the integrating circuit 9. Further, when one end LX1 is at the Hi level and the other end LX2 is at the LO level, the switch means S3 is turned on and a voltage proportional to the sum of the input voltage VIN and the output voltage VO is applied to one end of the integrating circuit 9. A × (VIN + VO)) is applied. Here, each proportional coefficient A is set to the same value.

コイル電流エミュレーション回路4の各スイッチ手段S1〜S3は、コイル1の一方の端子LX1および他方の端子LX2の状態に応じてスイッチ制御部6(図1参照:以下同じ)からの制御信号によりON/OFF制御される。   Each of the switch means S1 to S3 of the coil current emulation circuit 4 is turned on / off by a control signal from the switch control unit 6 (see FIG. 1, the same applies hereinafter) according to the state of one terminal LX1 and the other terminal LX2 of the coil 1. OFF controlled.

ここで、抵抗R1の一端の電圧をV1、コンデンサC1の他端の電圧をV2とし、CR積分回路9の時定数よりスイッチング周期が十分に短い場合、コンデンサC1の両端の電位差ΔVCは次式(1)で表される。   Here, when the voltage at one end of the resistor R1 is V1, the voltage at the other end of the capacitor C1 is V2, and the switching cycle is sufficiently shorter than the time constant of the CR integrating circuit 9, the potential difference ΔVC across the capacitor C1 is expressed by the following equation ( 1).

Figure 0006295397
同様にコイル電流ΔiLは次式(2)で表される。
Figure 0006295397
Similarly, the coil current ΔiL is expressed by the following equation (2).

Figure 0006295397
Figure 0006295397

具体的に、一方の端子LX1および他方の端子LX2の両方がHiレベルとなった時はスイッチ手段S1がONするので、電位差ΔVCは次式(3)で、コイル電流ΔiLは次式(4)でそれぞれ表される。   Specifically, when both the one terminal LX1 and the other terminal LX2 are at the Hi level, the switch means S1 is turned on. Therefore, the potential difference ΔVC is expressed by the following equation (3), and the coil current ΔiL is expressed by the following equation (4). Respectively.

Figure 0006295397
Figure 0006295397

次に、一方の端子LX1がLoレベルで、他方の端子LX2がHiレベルとなった時はスイッチ手段S2がONするので、Loレベルを0Vとすると、電位差ΔVCは次式(5)で、コイル電流ΔiLは次式(6)でそれぞれ表される。   Next, when one terminal LX1 is at the Lo level and the other terminal LX2 is at the Hi level, the switch means S2 is turned on. Therefore, when the Lo level is set to 0 V, the potential difference ΔVC is expressed by the following equation (5): The current ΔiL is represented by the following equation (6).

Figure 0006295397
Figure 0006295397

次に、一方の端子LX1がHiレベルで、他方の端子LX2がLoレベルとなった時はスイッチ手段S3がONするので、Loレベルを0Vとすると、電位差ΔVCは次式(7)で、コイル電流ΔiLは次式(8)でそれぞれ表される。   Next, when one terminal LX1 is at the Hi level and the other terminal LX2 is at the Lo level, the switch means S3 is turned on. Therefore, when the Lo level is set to 0 V, the potential difference ΔVC is expressed by the following equation (7): The current ΔiL is expressed by the following equation (8).

Figure 0006295397
Figure 0006295397

上述のコイル電流エミュレーション回路4において、一方の端子LX1のHiレベルは入力電圧VINとほぼ等しく、他方の端子LX2のHiレベルは出力電圧VOとほぼ等しい。また、比例係数A、抵抗R1の抵抗値、コンデンサC1の容量、コイルLのインダクタンスは定数である。したがって、コイル電流エミュレーション回路4の出力端子VCからはコイル電流ΔiLと相似な電位差ΔVCが得られることがわかる。   In the above-described coil current emulation circuit 4, the Hi level of one terminal LX1 is substantially equal to the input voltage VIN, and the Hi level of the other terminal LX2 is substantially equal to the output voltage VO. Further, the proportionality coefficient A, the resistance value of the resistor R1, the capacitance of the capacitor C1, and the inductance of the coil L are constants. Therefore, it can be seen that a potential difference ΔVC similar to the coil current ΔiL is obtained from the output terminal VC of the coil current emulation circuit 4.

図8〜図12に、本形態に係るスイッチング電源回路のコイル電流エミュレーション回路4を含む降圧、昇降圧、昇圧動作の波形図を示す。これらの図は図8〜図12の各図が図2〜図6にそれぞれ対応している。また、各図の(f)は一方の端子V1(図7参照)の電圧、(g)は他方の端子V2(図7参照)の電圧、(h)は出力電圧VC(図7参照)の波形を示す波形図である。   8 to 12 are waveform diagrams of step-down, step-up / step-down, and step-up operations including the coil current emulation circuit 4 of the switching power supply circuit according to this embodiment. In these figures, FIGS. 8 to 12 correspond to FIGS. 2 to 6, respectively. Moreover, (f) of each figure is the voltage of one terminal V1 (refer FIG. 7), (g) is the voltage of the other terminal V2 (refer FIG. 7), (h) is output voltage VC (refer FIG. 7). It is a wave form diagram which shows a waveform.

なお、上記実施の形態に係るスイッチング電源回路は、コイル電流ILに基づきスイッチング素子SW1〜SW4のスイッチング動作を制御する、いわゆる電流モード制御方式のものであるが、これに限定するものではない。スイッチング回路8とコイル電流エミュレーション回路4とを、スイッチング回路8のON/OFF制御を行う制御部と組み合わせたものであれば、それ以上の限定は必要ない。したがって、いわゆる電圧モード制御方式のスイッチング電源回路や、ヒステリシス制御方式のスイッチング電源回路にも適用し得る。電圧モード制御方式では、基本的にフィードバック電圧と基準電圧とを比較し、両者の誤差に応じてスイッチングを行うPWM信号を生成しているので、これに適合するような制御回路を構築すれば良い。
また、ヒステリシス制御方式では、基本的に出力リップルを検出してスイッチングを行う制御信号を生成するものであるので、これに適合するような制御回路を構築すれば良い。
The switching power supply circuit according to the above-described embodiment is a so-called current mode control system that controls the switching operation of the switching elements SW1 to SW4 based on the coil current IL, but is not limited thereto. If the switching circuit 8 and the coil current emulation circuit 4 are combined with a control unit that performs ON / OFF control of the switching circuit 8, no further limitation is required. Therefore, the present invention can also be applied to a so-called voltage mode control type switching power supply circuit and a hysteresis control type switching power supply circuit. In the voltage mode control method, basically, a feedback voltage and a reference voltage are compared, and a PWM signal that performs switching according to an error between the two is generated. Therefore, a control circuit that conforms to this can be constructed. .
In the hysteresis control method, the output ripple is basically detected and a control signal for switching is generated, so that a control circuit suitable for this can be constructed.

1 誤差増幅回路
2 基準電圧発生回路
3 加算回路
4 コイル電流エミュレーション回路
4A コイル電流エミュレーション回路
5 比較回路
6 スイッチ制御部
7 発振回路
8 スイッチング回路
9 積分回路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Error amplification circuit 2 Reference voltage generation circuit 3 Addition circuit 4 Coil current emulation circuit 4A Coil current emulation circuit 5 Comparison circuit 6 Switch control part 7 Oscillation circuit 8 Switching circuit 9 Integration circuit

Claims (4)

入力電圧が印加される入力端子とコイルの一方の端子との間に接続された第1のスイッチング素子と、接地電位と前記一方の端子との間に接続された第2のスイッチング素子または第1のダイオードと、前記接地電位と前記コイルの他方の端子との間に接続された第3のスイッチング素子と、出力端子と前記他方の端子との間に接続された第4のスイッチング素子または第2のダイオードとを有するスイッチング回路と、
前記コイルに流れるコイル電流と相似な出力電圧を生成するコイル電流エミュレーション回路と、
前記出力端子の電圧である出力電圧を表わすフィードバック電圧と前記コイル電流エミュレーション回路の出力電圧とに基づき、前記スイッチング回路の前記出力端子に生成される出力電圧が所定の設定電圧となるように前記スイッチング回路をオン・オフ制御して所定の昇降圧動作を行わせる制御回路とを有するとともに、
前記コイル電流エミュレーション回路は、
CR積分回路を有するとともに、前記CR積分回路を構成するコンデンサおよび抵抗の間を、前記コイル電流に相似な出力電圧を出力する出力端子とし、
さらに前記CR積分回路の一方の端子には、スイッチ手段のオン/オフ動作に伴う選択により3種類の電圧の一つが印加され、前記CR積分回路の他方の端子には前記出力電圧に比例する電圧が印加されるとともに、
前記3種類の電圧は、入力電圧に比例する電圧、接地電圧、入力電圧と出力電圧と和に比例する電圧であり、前記スイッチ手段のオン/オフ制御は、前記コイルの前記一方の端子および前記他方の端子の状態に応じて前記制御回路が出力する制御信号により行うことを特徴とするスイッチング電源回路。
A first switching element connected between an input terminal to which an input voltage is applied and one terminal of the coil, and a second switching element connected between a ground potential and the one terminal or the first switching element , A third switching element connected between the ground potential and the other terminal of the coil, and a fourth switching element or second connected between the output terminal and the other terminal. A switching circuit having a diode;
A coil current emulation circuit that generates an output voltage similar to the coil current flowing through the coil;
The switching is performed so that an output voltage generated at the output terminal of the switching circuit becomes a predetermined set voltage based on a feedback voltage representing an output voltage which is a voltage of the output terminal and an output voltage of the coil current emulation circuit. And a control circuit for performing a predetermined step-up / step-down operation by controlling on / off of the circuit,
The coil current emulation circuit is:
A CR integration circuit and an output terminal that outputs an output voltage similar to the coil current between the capacitor and the resistor constituting the CR integration circuit,
Further, one of the three voltages is applied to one terminal of the CR integrating circuit according to the selection associated with the on / off operation of the switch means, and a voltage proportional to the output voltage is applied to the other terminal of the CR integrating circuit. Is applied,
The three kinds of voltages are a voltage proportional to an input voltage, a ground voltage, and a voltage proportional to a sum of the input voltage and the output voltage. On / off control of the switch means is performed by the one terminal of the coil and the voltage A switching power supply circuit comprising: a control signal output from the control circuit according to a state of the other terminal.
請求項1に記載するスイッチング電源回路において、
前記制御回路は、
所定の基準電圧と、前記フィードバック電圧とを比較して両者の差を表わす誤差を増幅して誤差電圧を生成する誤差増幅回路と、
前記コイル電流と相似な出力電圧、前記誤差電圧および前記基準電圧に基づき前記コイル電流が最大となるピークを検出するピーク検出回路と、
前記ピーク検出回路が出力するピーク検出信号と、あらかじめ設定しておいたタイミングで前記スイッチング素子の切替制御を行うためのスイッチング信号を、制御周期を規定するクロック信号に基づき生成して前記スイッチング回路を介して所定の昇降圧動作を行わせるとともに、前記スイッチ手段のオン/オフ制御を前記制御信号を介して行わせるスイッチ制御部とを有することを特徴とするスイッチング電源回路。
In the switching power supply circuit according to claim 1,
The control circuit includes:
An error amplifying circuit for amplifying an error representing a difference between the predetermined reference voltage and the feedback voltage to generate an error voltage;
A peak detection circuit for detecting a peak at which the coil current becomes maximum based on an output voltage similar to the coil current, the error voltage, and the reference voltage;
A peak detection signal output from the peak detection circuit and a switching signal for performing switching control of the switching element at a preset timing are generated based on a clock signal defining a control cycle, and the switching circuit is generated. And a switch control unit for performing a predetermined step-up / step-down operation via the control signal .
請求項2に記載するスイッチング電源回路において、
前記ピーク検出回路は、
前記コイル電流に相似な出力電圧を前記誤差電圧に加算して加算出力電圧を生成する加算回路と、
前記加算出力電圧と前記基準電圧とを比較して前記ピークを検出するピーク検出用の比較回路、または前記コイル電流に基づく電圧を前記基準電圧に加算して加算出力電圧を生成する加算回路と、前記加算出力電圧と前記誤差電圧とを比較して前記ピークを検出するピーク検出用の比較回路とを有することを特徴とするスイッチング電源回路。
In the switching power supply circuit according to claim 2,
The peak detection circuit includes:
An adder circuit that adds an output voltage similar to the coil current to the error voltage to generate an added output voltage;
A comparison circuit for peak detection for comparing the added output voltage and the reference voltage to detect the peak, or an adder circuit for adding a voltage based on the coil current to the reference voltage to generate an added output voltage; A switching power supply circuit comprising: a peak detection comparison circuit that detects the peak by comparing the added output voltage with the error voltage.
請求項2または請求項3に記載するスイッチング電源回路において、
前記タイミングは、前記出力電圧、前記入力電圧または前記基準電圧のいずれかに基づき規定することを特徴とするスイッチング電源回路。
In the switching power supply circuit according to claim 2 or 3,
The switching power supply circuit characterized in that the timing is defined based on any one of the output voltage, the input voltage, and the reference voltage.
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