JP6328072B2 - オン時間設定回路、電源制御ic、スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、スイッチング電源装置の全体構成を示すブロック図である。本構成例のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ボトム検出オン時間固定方式)によって入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされた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N1及びN2、コイルL1、コンデンサC1、並びに、抵抗R1及びR2)によって形成されるスイッチ出力段20と、を有する。
図2は、重負荷時(電流連続モード時)のスイッチング動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、セット信号S2、リセット信号S3、及び、出力信号S4が描写されている。
図3は、軽負荷時(電流不連続モード時)の逆流遮断動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、ゲート信号G1及びG2、逆流検出信号S5、コイル電流IL、並びに、スイッチ電圧Vswが描写されている。
次に、図4及び図5を参照しながら、オン時間設定回路16の基本的な設計コンセプトについて説明する。
図8は、第2電圧生成部Yの第1変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の基本構成(図6)をベースとしつつ、さらに、コンデンサY6及びY7と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタY8〜Y10と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY11〜Y14と、インバータY15と、を含む。そこで、先の基本構成と同様の回路要素については、図6と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第1変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
図9は、第2電圧生成部Yの第2変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の第1変形例(図8)をベースとしつつ、さらに、プルアップ部の追加要素として、抵抗Y18と、コンデンサY16及びY17と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY19と、を含む。そこで、先の第1変形例と同様の回路要素については、図8と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
図11は、第2電圧生成部Yの第3変形例を示す回路図である。本変形例の第2電圧生成部Yは、先の第2変形例(図9)をベースとしつつ、さらに、コンデンサY20と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタY21と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタY22と、を含む。そこで、先の第2変形例と同様の回路要素については、図9と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3変形例の特徴部分について重点的な説明を行う。
図13は、オン時間Tonと出力電流Ioutとの相関図である。出力電流Ioutが閾値電流Ithよりも小さい電流不連続モード(DCM[discontinuous current mode]と表記)では、出力電流Ioutが小さいほどオン時間Tonが短縮される。このようなオン時間変調動作により、出力リップルの増大を防ぐことができる。
図14は、負荷増減に伴う出力挙動の一変遷例を示すタイミングチャートであり、上から順に、リセット信号S3、出力電圧Vout、スイッチ電圧Vsw、第2電圧VY、ゲート信号G1、動作モード判別信号SKIP、及び出力電流Ioutが描写されている。
図15は、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの一構成例を示すブロック図である。また、図16A〜図16Cは、それぞれ、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図、側面図、及び、背面図である。本構成例のテレビAは、チューナ部A1と、デコーダ部A2と、表示部A3と、スピーカ部A4と、操作部A5と、インタフェイス部A6と、制御部A7と、電源部A8と、を有する。
なお、上記実施形態では、降圧型のスイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば、スイッチング電源装置の出力段を昇圧型や昇降圧型、若しくは、反転型としても構わない。
10 半導体装置(電源制御IC)
11 リップルインジェクション回路
12 基準電圧生成回路
13 メインコンパレータ
14 ワンショットパルス生成回路
15 RSフリップフロップ
16 オン時間設定回路
17 ゲートドライバ回路
18 逆流検出回路
20 スイッチ出力段
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
N2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
L1 コイル
R1、R2 抵抗
C1 コンデンサ
T1〜T8 外部端子
X 第1電圧生成部
X1〜X5 抵抗
X6 コンデンサ
X7、X8 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X9〜X12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X13 オペアンプ
X14 放電制御部
Y 第2電圧生成部
Y1〜Y3、Y18 抵抗
Y4〜Y7、Y16、Y17、Y20 コンデンサ
Y8〜Y10、Y21 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y11〜Y14、Y19、Y22 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
Y15 インバータ
Z コンパレータ
A テレビ
A0 アンテナ
A1 チューナ部
A2 デコーダ部
A3 表示部
A4 スピーカ部
A5 操作部
A6 インタフェイス部
A7 制御部
A8 電源部
Claims (10)
- 出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられており、電流不連続モードでは負荷が軽いほどオン時間を短縮するオン時間設定回路であって、
前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧を生成する第1電圧生成部と、
所定の第2電圧を生成する第2電圧生成部と、
前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して前記オン時間を終了させるコンパレータと、
を有し、
前記第2電圧生成部は、電流不連続モードでは負荷が軽いほど前記第2電圧を引き下げることを特徴とするオン時間設定回路。 - 前記第2電圧生成部は、
前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタとの接続ノードに現れるスイッチ電圧またはその分圧電圧を積分して前記第2電圧を生成するRCフィルタと、
スイッチング停止時に前記スイッチ電圧の入力端から接地端に至る電流経路を遮断する電流経路遮断器と、
スイッチング再開時に前記出力電圧を容量分圧することにより前記第2電圧を所定の初期値まで瞬間的に引き上げるプルアップ部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のオン時間設定回路。 - 前記プルアップ部は、負荷が軽いほど前記初期値が低くなるように設計されていることを特徴とする請求項2に記載のオン時間設定回路。
- 前記プルアップ部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる直前の負荷領域において前記初期値が前記RCフィルタで得られる積分値よりも高くなるように設計されていることを特徴とする請求項3に記載のオン時間設定回路。
- 前記第2電圧生成部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記第2電圧を過渡的に引き下げるプルダウン部を含む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オン時間設定回路。
- 出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられており、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点でオン時間を過渡的に短縮するオン時間設定回路であって、
前記オン時間に亘って上昇するランプ波形の第1電圧を生成する第1電圧生成部と、
所定の第2電圧を生成する第2電圧生成部と、
前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して前記オン時間を終了させるコンパレータと、
を有し、
前記第2電圧生成部は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記第2電圧を過渡的に引き下げることを特徴とするオン時間設定回路。 - 前記出力電圧またはその分圧電圧にコイル電流を模擬したリップル電圧を重畳して帰還電圧を生成するリップルインジェクション回路と、
所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、
前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、
前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、
前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてから前記オン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成する請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のオン時間設定回路と、
前記出力信号に応じて前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、
前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、
を集積化して成ることを特徴とする電源制御IC。 - 出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられた電源制御ICであって、
前記出力電圧またはその分圧電圧にコイル電流を模擬したリップル電圧を重畳して帰還電圧を生成するリップルインジェクション回路と、
所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、
前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、
前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、
前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてからオン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成するオン時間設定回路と、
前記出力信号に応じて前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、
前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、
を集積化して成り、
前記オン時間設定回路は、電流不連続モードでは負荷が軽いほど前記オン時間を短縮することを特徴とする電源制御IC。 - 出力トランジスタと同期整流トランジスタをオン/オフさせてコイルを駆動することにより入力電圧から所望の出力電圧を生成するオン時間固定方式のスイッチング電源装置に設けられた電源制御ICであって、
前記出力電圧またはその分圧電圧にコイル電流を模擬したリップル電圧を重畳して帰還電圧を生成するリップルインジェクション回路と、
所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、
前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、
前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、
前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてからオン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成するオン時間設定回路と、
前記出力信号に応じて前記出力トランジスタと前記同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、
前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、
を集積化して成り、
前記オン時間設定回路は、電流不連続モードから電流連続モードに切り替わった時点で前記オン時間を過渡的に短縮することを特徴とする電源制御IC。 - 請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載の電源制御ICと、
前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて前記入力電圧から前記出力電圧を生成するスイッチ出力段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
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