JP6341423B2 - DC / DC converter - Google Patents

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Description

本発明は、DC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a DC / DC converter.

入力電圧より低い安定した電圧を生成する方法として、非絶縁型の降圧チョッパ回路が広く使用されている。しかし、待機時などのように軽負荷になった場合でもスイッチング動作を継続するため、軽負荷になるほど電源変換効率が低下する。   As a method for generating a stable voltage lower than the input voltage, a non-insulated step-down chopper circuit is widely used. However, since the switching operation is continued even when the load is light, such as during standby, the power conversion efficiency decreases as the load becomes light.

この問題点を解決するため、出力電圧と基準電圧とを比較して生成された誤差信号を所定の閾値と比較することで軽負荷を検出し、軽負荷状態になると、誤差信号の脈動に応じてスイッチングトランジスタをオンオフ制御することで間欠動作を繰り返す方法が提案されている。   In order to solve this problem, a light load is detected by comparing the error signal generated by comparing the output voltage and the reference voltage with a predetermined threshold value. Thus, a method has been proposed in which the intermittent operation is repeated by controlling on / off of the switching transistor.

この制御方式は、軽負荷になるほどスイッチング動作の頻度が低下することでスイッチングロスを低減でき、その上、スイッチングトランジスタのゲートドライブ電流も低減できるために、効率を改善することができる(特許文献1)。特許文献1に記載されたDC/DCコンバータを図10に示す。   This control method can reduce the switching loss by reducing the frequency of the switching operation as the load becomes lighter, and can also reduce the gate drive current of the switching transistor, thereby improving the efficiency (Patent Document 1). ). FIG. 10 shows a DC / DC converter described in Patent Document 1. In FIG.

図10に示すDC/DCコンバータは、発振器1、SRフリップフロップ2、アンド回路3、ハイサイドドライバ4、ドライブREG回路5、逆流防止ダイオード6、ブートストラップコンデンサ7、ハイサイドMOSFET8、インダクタ9、出力コンデンサ10、出力負荷11、フィードバック抵抗12、フィードバック抵抗13、エラーアンプ14、位相補償抵抗15、位相補償コンデンサ16、PWMコンパレータ17、インバータ18、ノア回路19、ローサイドドライバ20、ローサイドMOSFET21、ゼロクロス検出回路22、軽負荷検知コンパレータ23、定電流源Ibias1、定電流源Ibias2を備える。   The DC / DC converter shown in FIG. 10 includes an oscillator 1, an SR flip-flop 2, an AND circuit 3, a high side driver 4, a drive REG circuit 5, a backflow prevention diode 6, a bootstrap capacitor 7, a high side MOSFET 8, an inductor 9, and an output. Capacitor 10, output load 11, feedback resistor 12, feedback resistor 13, error amplifier 14, phase compensation resistor 15, phase compensation capacitor 16, PWM comparator 17, inverter 18, NOR circuit 19, low side driver 20, low side MOSFET 21, zero cross detection circuit 22, a light load detection comparator 23, a constant current source Ibias1, and a constant current source Ibias2.

次に、図11に示すタイミングチャートを参照しながら、まず、定常負荷時(Iout>Iskip)の領域の動作を説明する。   Next, referring to the timing chart shown in FIG. 11, first, the operation in the region at the time of steady load (Iout> Iskip) will be described.

出力電圧Voutをフィードバック抵抗12とフィードバック抵抗13で分圧して、フィードバック電圧FBを生成する。フィードバック電圧FBはエラーアンプ14の反転入力端子に入力され、非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力される。エラーアンプ14はフィードバック電圧FBと基準電圧Vrefとの誤差増幅信号COMPを生成し、誤差増幅信号COMPはPWMコンパレータ17の反転入力端子と、軽負荷検知コンパレータ23の反転入力端子に出力される。軽負荷検知コンパレータ23の非反転入力端子には軽負荷検知第1閾値Vsk_Loが入力され、出力負荷電流Ioutが十分大きい場合には、COMP>Vsk_Loとなる。このため、軽負荷検知コンパレータ23の出力信号SKIP2はローレベルとなり、インバータ回路18の入力に対してローレベルの信号を出力する。このために、間欠発振動作は禁止状態となる。   The output voltage Vout is divided by the feedback resistor 12 and the feedback resistor 13 to generate the feedback voltage FB. The feedback voltage FB is input to the inverting input terminal of the error amplifier 14, and the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal. The error amplifier 14 generates an error amplification signal COMP between the feedback voltage FB and the reference voltage Vref, and the error amplification signal COMP is output to the inverting input terminal of the PWM comparator 17 and the inverting input terminal of the light load detection comparator 23. The light load detection first threshold value Vsk_Lo is input to the non-inverting input terminal of the light load detection comparator 23. When the output load current Iout is sufficiently large, COMP> Vsk_Lo. For this reason, the output signal SKIP2 of the light load detection comparator 23 becomes low level, and a low level signal is output to the input of the inverter circuit 18. For this reason, the intermittent oscillation operation is prohibited.

発振器1には定電流源Ibias2が接続され、発振器1は定電流源Ibias2に基づきセットパルスを生成し、セットパルスをPWMラッチ2のセット端子Sに対して出力する。   A constant current source Ibias 2 is connected to the oscillator 1, and the oscillator 1 generates a set pulse based on the constant current source Ibias 2 and outputs the set pulse to the set terminal S of the PWM latch 2.

ドライブREG回路5には定電流源Ibias1が接続され、ドライブREG(レギューレータ)回路5は、ローサイドドライブ回路20、および、逆流防止ダイオード6を介してハイサイドドライブ回路4に駆動電圧を供給する。   A constant current source Ibias 1 is connected to the drive REG circuit 5, and the drive REG (regulator) circuit 5 supplies a drive voltage to the high side drive circuit 4 via the low side drive circuit 20 and the backflow prevention diode 6.

PWMラッチ2がセット状態となると、アンド回路3を介して、ハイサイドドライバ4を駆動することで、ハイサイドMOSFET8をオンさせる。この時にSW端子電圧は直流電源Vin近くの電圧まで上昇し、SW端子とVout端子の電圧差に応じた電流IDHがインダクタ9に流れることで、出力コンデンサ10と出力負荷11に対してエネルギー供給を行う。   When the PWM latch 2 is set, the high side MOSFET 8 is turned on by driving the high side driver 4 via the AND circuit 3. At this time, the SW terminal voltage rises to a voltage near the DC power supply Vin, and a current IDH corresponding to the voltage difference between the SW terminal and the Vout terminal flows through the inductor 9, thereby supplying energy to the output capacitor 10 and the output load 11. Do.

一方、PWMコンパレータ17の非反転入力には、ハイサイドMOSFET8のドレイン電流IDHに比例するハイサイド電流検出信号Vtripが入力される。ハイサイドMOSFET8のオン期間に、ハイサイド電流検出信号Vtripが誤差増幅信号COMP以上となると、PWMラッチ2に対してリセット信号RESETを出力する。PWMラッチ2がリセット状態となると、アンド回路3を介してハイサイドドライバ4をオフすると共に、ノア回路19を介して、ローサイドドライバ20をオンさせる。これにより、ハイサイドMOSFET8がオンからオフに切り替わり、ローサイドMOSFET21がオフからオンに切り替わることで、回生電流IDLがローサイドMOS21のソースからドレインを通ってインダクタ9へ供給される。   On the other hand, the high-side current detection signal Vtrip proportional to the drain current IDH of the high-side MOSFET 8 is input to the non-inverting input of the PWM comparator 17. When the high side current detection signal Vtrip becomes equal to or higher than the error amplification signal COMP during the ON period of the high side MOSFET 8, the reset signal RESET is output to the PWM latch 2. When the PWM latch 2 is in the reset state, the high side driver 4 is turned off via the AND circuit 3 and the low side driver 20 is turned on via the NOR circuit 19. As a result, the high-side MOSFET 8 is switched from on to off, and the low-side MOSFET 21 is switched from off to on, whereby the regenerative current IDL is supplied from the source of the low-side MOS 21 to the inductor 9 through the drain.

発振器1で決定する発振周期の間に、インダクタ9の回生が終了しない電流連続動作の場合、再び、PWMラッチ2がセット状態となり、ローサイドMOSFET21がオフし、ハイサイドMOSFET8がオンする。   In the case of the current continuous operation in which the regeneration of the inductor 9 is not completed during the oscillation period determined by the oscillator 1, the PWM latch 2 is set again, the low-side MOSFET 21 is turned off, and the high-side MOSFET 8 is turned on.

以上の動作を繰り返すことで、降圧チョッパ動作を行う。次に、図11を参照しながら、定常負荷から軽負荷に移行し、再び、定常負荷に復帰する時の動作を説明する。Ioutが低下すると、誤差増幅信号COMPが低下するために、ハイサイドMOSFET8のドレイン電流IDHのピーク値は小さくなるように制御される。軽負荷検知コンパレータ23は誤差増幅信号COMPと第1軽負荷検知閾値Vsk_Loを比較し、誤差増幅信号COMPが第1閾値Vsk_Lo未満となると第1閾値Vsk_Loが第2閾値Vsk_Hiに切り替わると同時に、軽負荷検知信号SKIPがローからハイに切り替わる。そして、インバータ18とアンド回路3とハイサイドドライバ4を介してハイサイドMOSFET8を強制的にオフする。その後、インダクタ9の回生期間が完了したことをゼロクロス検出回路22が検出し、ゼロクロス信号ZEROがローからハイに切り替わると、ノア回路19とローサイドドライバ20を介してローサイドMOSFET21をオフする。   The step-down chopper operation is performed by repeating the above operation. Next, referring to FIG. 11, the operation when shifting from a steady load to a light load and returning to the steady load again will be described. When Iout decreases, the error amplification signal COMP decreases, so that the peak value of the drain current IDH of the high-side MOSFET 8 is controlled to be small. The light load detection comparator 23 compares the error amplification signal COMP with the first light load detection threshold value Vsk_Lo, and when the error amplification signal COMP becomes less than the first threshold value Vsk_Lo, the first threshold value Vsk_Lo is switched to the second threshold value Vsk_Hi, and at the same time, the light load The detection signal SKIP switches from low to high. Then, the high-side MOSFET 8 is forcibly turned off via the inverter 18, the AND circuit 3, and the high-side driver 4. Thereafter, when the zero-cross detection circuit 22 detects that the regeneration period of the inductor 9 is completed and the zero-cross signal ZERO switches from low to high, the low-side MOSFET 21 is turned off via the NOR circuit 19 and the low-side driver 20.

その後、間欠発振のスイッチ動作停止期間中に出力コンデンサ10の電荷が出力電流Ioutによって放電されると出力電圧Voutが僅かに低下し、FB端子の電圧と電圧Vref間の電位差が広がると、誤差増幅電圧信号COMPが上昇する。   Thereafter, when the charge of the output capacitor 10 is discharged by the output current Iout during the intermittent oscillation switch operation stop period, the output voltage Vout decreases slightly, and when the potential difference between the voltage at the FB terminal and the voltage Vref widens, error amplification occurs. The voltage signal COMP rises.

誤差増幅信号COMPが、第2軽負荷閾値Vsk_Hi以上となると、軽負荷検知コンパレータ23は軽負荷検知信号SKIPをハイからローに切り替えることで、軽負荷検知閾値は第2閾値Vsk_Hiから第1閾値Vsk_Loに切り替わる。この時に、インバータ18の出力がローからハイに切り替わることでスイッチ動作を開始する。   When the error amplification signal COMP becomes equal to or higher than the second light load threshold Vsk_Hi, the light load detection comparator 23 switches the light load detection signal SKIP from high to low, so that the light load detection threshold is changed from the second threshold Vsk_Hi to the first threshold Vsk_Lo. Switch to At this time, the switching operation is started when the output of the inverter 18 is switched from low to high.

以上の一連の動作を繰り返すことで間欠発振動作を行い、出力電流Ioutが小さくなるほど、間欠発振周期を長くなるように制御することで、ハイサイドMOSFET8とローサイドMOSFET21で発生するスイッチング損失を低下させて軽負荷効率を向上させる。   An intermittent oscillation operation is performed by repeating the above series of operations, and the switching loss generated in the high-side MOSFET 8 and the low-side MOSFET 21 is reduced by controlling the intermittent oscillation period to be longer as the output current Iout decreases. Improve light load efficiency.

その後、Ioutが上昇すると、Ioutの上昇に従い、間欠発振オフ期間中のVoutの低下時間が短くなるために、間欠発振周期は短くなる。やがて、誤差増幅信号COMPは上昇し、軽負荷検知第1閾値Vsk_Lo未満にならなくなると、定常発振動作に移行する。   Thereafter, when Iout rises, the drop time of Vout during the intermittent oscillation off period is shortened as Iout rises, so that the intermittent oscillation period is shortened. Eventually, when the error amplification signal COMP rises and does not become less than the light load detection first threshold value Vsk_Lo, the operation shifts to a steady oscillation operation.

特許文献2には、軽負荷時にスイッチング回数を減らす提案として、出力電圧をヒステリシスコンパレータで検出し、検出された電圧が第1の閾値になるとスイッチング素子をオフし、第1の閾値より小さい第2の閾値になるとスイッチング素子をオンさせる降圧型チョッパにおいて、軽負荷時には第2の閾値を所定電圧幅だけ高電位側にシフトすることが提案されている。   In Patent Document 2, as a proposal to reduce the number of times of switching at a light load, the output voltage is detected by a hysteresis comparator, and when the detected voltage reaches the first threshold, the switching element is turned off, and the second smaller than the first threshold. In a step-down chopper that turns on a switching element when the threshold value is reached, it has been proposed to shift the second threshold value to the high potential side by a predetermined voltage width at light load.

米国特許5481178号公報US Pat. No. 5,481,178 特開2007−020352号公報JP 2007-020352 A

しかしながら、特許文献1では、第1の問題点として、PWMコンパレータ17に伝搬遅延があるため、電流検出信号Vtripが誤差増幅信号COMPに達しても、速やかにリセット信号をPWMラッチ2に出力し、ハイサイドMOSFET8をオフさせることができない。このため、誤差増幅信号COMPは、予め目標レベルよりも低い電圧で制御される。この伝搬遅延は一定であるため、図12(a)に示すように、Voutが比較的大きい条件(VinとVoutとの電圧差が小)では、ハイサイドMOSFET8のオン期間(図12(a)のVtripのオン期間に対応)が伝搬遅延ΔTに対して十分に長いために、特に問題とならない。   However, in Patent Document 1, as a first problem, since there is a propagation delay in the PWM comparator 17, even if the current detection signal Vtrip reaches the error amplification signal COMP, a reset signal is quickly output to the PWM latch 2, The high side MOSFET 8 cannot be turned off. For this reason, the error amplification signal COMP is controlled in advance at a voltage lower than the target level. Since this propagation delay is constant, as shown in FIG. 12A, under the condition where Vout is relatively large (the voltage difference between Vin and Vout is small), the ON period of the high-side MOSFET 8 (FIG. 12A). (Corresponding to the ON period of Vtrip) is sufficiently long with respect to the propagation delay ΔT, so that there is no particular problem.

しかし、Voutの設定が比較的に小さい条件(VinとVoutとの電圧差が大)では、ハイサイドMOSFET8のオン期間(図12(b)のVtripのオン期間に対応)が短くなり、伝搬遅延の影響が無視できなくなり、誤差増幅信号COMPは目標レベルよりもかなり小さい電圧で制御されることになる。軽負荷検知コンパレータ23は、この誤差増幅信号COMPと軽負荷検知第1閾値Vsk_Loを比較して軽負荷検知を行うため、図6に示したようにVoutが小さい条件程、軽負荷判定の電流レベル(軽負荷検知閾値)が大きくなってしまい、本来なら定常発振動作をさせたい重負荷の領域でも間欠発振動作をしてしまう問題があった。   However, under the condition where the setting of Vout is relatively small (the voltage difference between Vin and Vout is large), the ON period of the high-side MOSFET 8 (corresponding to the ON period of Vtrip in FIG. 12B) is shortened, and the propagation delay Thus, the error amplification signal COMP is controlled with a voltage much smaller than the target level. Since the light load detection comparator 23 performs light load detection by comparing the error amplification signal COMP and the light load detection first threshold value Vsk_Lo, as shown in FIG. (Light load detection threshold) becomes large, and there is a problem that intermittent oscillation operation is performed even in a heavy load region where steady oscillation operation is desired.

また、第2の問題点として、間欠発振期間にハイサイドMOSFET8がオンすると、Voutが上昇し、FB端子電圧と電圧Vref間の電圧差が増えるため、誤差増幅信号COMPが低下して、再び軽負荷検知信号SKIPがローからハイに切り替わり、ハイサイドMOSFET8、および、ローサイドMOSFET21の動作を停止させる。しかし、実際には誤差増幅信号COMPに応答遅れがあり、誤差増幅信号COMPが速やかに軽負荷検知第1閾値(Vsk_Lo)未満となることができないため、図11に示すように、1間欠発振周期中に複数回スイッチング動作をしてしまう。このため、Voutに重畳
するリップル電圧は大きくなり、これに伴い、間欠発振のオフ期間が必要以上に長くなってしまう。このため、間欠発振周波数が人間の可聴域(20kHz以下)よりも低くなり、出力コンデンサ10にセラミックコンデンサを用いた場合には、その圧電効果によって音鳴りが発生してしまう問題があった。
As a second problem, when the high-side MOSFET 8 is turned on during the intermittent oscillation period, Vout rises and the voltage difference between the FB terminal voltage and the voltage Vref increases, so that the error amplification signal COMP is lowered and lightened again. The load detection signal SKIP is switched from low to high, and the operations of the high side MOSFET 8 and the low side MOSFET 21 are stopped. However, since there is actually a response delay in the error amplification signal COMP and the error amplification signal COMP cannot quickly become less than the light load detection first threshold value (Vsk_Lo), as shown in FIG. Switching operation is performed several times during. For this reason, the ripple voltage superimposed on Vout increases, and accordingly, the intermittent oscillation off period becomes longer than necessary. For this reason, the intermittent oscillation frequency becomes lower than the human audible range (20 kHz or less), and when a ceramic capacitor is used as the output capacitor 10, there is a problem that sound is generated due to the piezoelectric effect.

また、第3の問題点として、間欠発振動作に入る負荷電流と、間欠発振動作から抜ける負荷電流との間に電流差が無いため、閾値近傍の負荷領域で、動作が不安定になる問題があった。特許文献2に対しては、上記第2の問題点を軽減できるが、第1および第3の問題点は解決されていない。   As a third problem, there is no current difference between the load current that enters the intermittent oscillation operation and the load current that exits the intermittent oscillation operation, and thus the operation becomes unstable in the load region near the threshold. there were. For Patent Document 2, the second problem can be reduced, but the first and third problems are not solved.

本発明は、出力電圧が小さい条件でも、発振周波数が可聴域よりも低くならず、軽負荷検知閾値を大きくせず、重負荷の領域で間欠発振動作を禁止することができるDC/DCコンバータを提供することにある。   The present invention provides a DC / DC converter capable of prohibiting intermittent oscillation operation in a heavy load region without causing the oscillation frequency to be lower than the audible range even when the output voltage is small, without increasing the light load detection threshold. It is to provide.

上記課題を解決するために、請求項1のDC/DCコンバータは、制御回路が生成する
駆動信号に応じてスイッチング素子がオンオフすることにより第1直流電圧を第2直流電
圧に変換するDC/DCコンバータであって、前記制御回路は、所定の周波数のパルスを
出力する発振器と、前記第2直流電圧と基準電圧との誤差を増幅して誤差増幅信号を出力
する誤差増幅器と、前記スイッチング素子と前記第2直流電圧の出力端子とに接続された
インダクタと、前記インダクタの回生期間が完了した時にゼロクロス信号を出力するゼロ
クロス検出回路と、前記誤差増幅器からの誤差増幅信号と閾値を比較して軽負荷信号を出
力する軽負荷検知回路と、前記軽負荷検回路からの前記軽負荷信号と前記ゼロクロス検
出回路からのゼロクロス信号とに基づき所定時間経過後に間欠動作許可信号を出力し前記
ゼロクロス信号の出力されない期間が所定期間継続した場合に間欠動作禁止信号を出力す
るタイマー回路と、前記タイマー回路が前記間欠動作許可信号を出力している期間に前記
誤差増幅信号が前記閾値未満となった時に前記スイッチング素子をオフさせ、前記タイマ
ー回路が前記間欠動作許可信号を出力している期間に前記誤差増幅信号が少なくとも前記
閾値以上となった時に前記スイッチング素子をオンさせるオンオフ制御部と、前記タイマ
ー回路が前記間欠動作許可信号を出力している期間の前記スイッチング素子のオフ期間を
検出し、検出した前記オフ期間に応じて前記閾値を変化させて間欠発振周期を所定の時間
内に制御する発振休止期間制限回路を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the DC / DC converter according to claim 1 is a DC / DC converter that converts a first DC voltage into a second DC voltage by turning on and off a switching element in accordance with a drive signal generated by a control circuit. A converter that outputs a pulse of a predetermined frequency; an error amplifier that amplifies an error between the second DC voltage and a reference voltage and outputs an error amplification signal; and the switching element; An inductor connected to the output terminal of the second DC voltage, a zero-cross detection circuit that outputs a zero-cross signal when the regeneration period of the inductor is completed, and an error amplification signal from the error amplifier are compared with a threshold value to reduce the threshold. a light-load detection circuit for outputting a load signal, the zero cross signal from the light load signal and the zero-cross detection circuit from the light load detection latch circuit and A timer circuit that outputs an intermittent operation permission signal after a predetermined period of time and outputs an intermittent operation prohibition signal when a period in which the zero cross signal is not output continues for a predetermined period, and the timer circuit outputs the intermittent operation permission signal. The switching element is turned off when the error amplification signal becomes less than the threshold during a period, and the error amplification signal becomes at least the threshold during the period when the timer circuit outputs the intermittent operation permission signal. An on / off control unit that turns on the switching element at times, detects an off period of the switching element during a period in which the timer circuit outputs the intermittent operation permission signal, and changes the threshold according to the detected off period And an oscillation pause period limiting circuit for controlling the intermittent oscillation period within a predetermined time. .

本発明によれば、タイマー回路は、軽負荷検回路からの軽負荷信号とゼロクロス検出
回路からのゼロクロス信号とに基づき所定時間経過後に間欠動作許可信号を出力しゼロク
ロス信号の出力されない期間が所定期間継続した場合に間欠動作禁止信号を出力する。即
ち、出力電圧が大きいときは、ゼロクロス検出回路によって決定される軽負荷閾値レベル
よりも、軽負荷検回路によって決定される軽負荷閾値レベルの方が低いために、軽負荷
回路が優先されて間欠動作許可信号を出力し、一方で、出力電圧が小さいときは、ゼ
ロクロス検出回路によって決定される軽負荷閾値レベルよりも、軽負荷検回路によって
決定される軽負荷閾値レベルの方が高いために、ゼロクロス検出回路が優先されて間欠動
作許可信号を出力する。このために、出力電圧が小さい条件でも、軽負荷検知閾値を大き
くせず、重負荷の領域で間欠発振動作を禁止することができる。さらに、間欠発振動作時
の発振休止期間をモニタリングし、発振休止期間に応じて軽負荷検出閾値の基準値を変化
させて間欠発振周期を制御することで、間欠発振周期を可聴域に入らせず、安定に制御さ
せることが可能になる。
According to the present invention, the timer circuit output is not a period of light load detection light load signal and the zero-crossing signal and outputs zero-crossing signal the intermittent operation permission signal after a predetermined time has elapsed based on the zero-crossing detection circuit from the latch circuit is predetermined When the period continues, an intermittent operation inhibition signal is output. That is, when the output voltage is larger than the light load threshold level determined by the zero cross detection circuit, for better light load threshold level determined by the light load detection known circuit is low, the light load <br/> test is priority known circuit outputs an intermittent operation permission signal, while the output when the voltage is low, than the light load threshold level determined by the zero crossing detecting circuit, a light load threshold determined by the light load detection known circuits Since the level is higher, the zero cross detection circuit is prioritized and the intermittent operation permission signal is output. For this reason, even if the output voltage is low, the light load detection threshold value is not increased, and the intermittent oscillation operation can be prohibited in the heavy load region. Furthermore, by monitoring the oscillation suspension period during intermittent oscillation operation and changing the reference value of the light load detection threshold according to the oscillation suspension period, the intermittent oscillation period is controlled so that the intermittent oscillation period does not enter the audible range. It becomes possible to control stably.

本発明の実施例のDC/DCコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the DC / DC converter of the Example of this invention. 本発明の実施例のDC/DCコンバータのゼロクロス検出回路の詳細な回路構成図である。It is a detailed circuit block diagram of the zero cross detection circuit of the DC / DC converter of the Example of this invention. 発明の実施例のDC/DCコンバータのタイマー回路の詳細な回路構成図である。It is a detailed circuit block diagram of the timer circuit of the DC / DC converter of the Example of invention. 本発明の実施例のDC/DCコンバータの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of each part of the DC / DC converter of the Example of this invention. 本発明の実施例のDC/DCコンバータの間欠発振動作時にリップル電圧を重畳する動作を説明するための各部のタイミングチャートである。It is a timing chart of each part for demonstrating the operation | movement which superimposes a ripple voltage at the time of the intermittent oscillation operation | movement of the DC / DC converter of the Example of this invention. 従来のDC/DCコンバータにおいて出力電圧に対して誤差増幅信号検出のみで決まる軽負荷検知閾値を示す図である。It is a figure which shows the light load detection threshold value determined only by an error amplification signal detection with respect to an output voltage in the conventional DC / DC converter. 本発明の実施例のDC/DCコンバータにおいて出力電圧に対して誤差増幅信号検出で決まる閾値とゼロクロス検出で決まる閾値とのアンドを取った軽負荷検知閾値を示す図である。It is a figure which shows the light load detection threshold value which took the AND of the threshold value determined by error amplification signal detection with respect to an output voltage, and the threshold value determined by zero cross detection with respect to the output voltage in the Example of this invention. 本発明の実施例のDC/DCコンバータの回路構成図に発振休止期間制限回路30の詳細を加えて示したものである。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention with details of an oscillation pause period limiting circuit 30 added. 図8に示す本発明の実施例のDC/DCコンバータの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。9 is a timing chart for explaining the operation of each part of the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 従来のDC/DCコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the conventional DC / DC converter. 従来のDC/DCコンバータの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of each part of the conventional DC / DC converter. 従来のDC/DCコンバータにおいて入力電圧と出力電圧との電圧差が大きい場合に軽負荷検知閾値が急上昇する問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem that a light load detection threshold rises rapidly when the voltage difference of an input voltage and an output voltage is large in the conventional DC / DC converter.

以下、本発明のDC/DCコンバータの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本発明の概要について説明する。   Hereinafter, embodiments of the DC / DC converter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an outline of the present invention will be described.

従来技術は、誤差増幅信号と閾値を比較することで軽負荷を検知したのに対して、本発明は、誤差増幅信号での検出と、インダクタ電流の不連続を検出するゼロクロス検知回路とを組み合わせて軽負荷を検知したことを特徴とする。   Whereas the prior art detects a light load by comparing the error amplification signal with a threshold value, the present invention combines detection with the error amplification signal and a zero-cross detection circuit that detects discontinuity in the inductor current. It is characterized by detecting a light load.

即ち、本発明は、誤差増幅信号と軽負荷検知閾値を比較することで軽負荷検出を行う軽負荷検知コンパレータと、インダクタの回生期間が終了したことを検知するゼロクロス検出回路を組み合わせることで、Vout値が比較的小さい条件ではゼロクロス検出による軽負荷検出を行い、Vout値が比較的大きい条件では、軽負荷検知コンパレータで軽負荷検出を行う。これにより、Voutが小さい時に軽負荷検知閾値が急上昇してしまう問題を解決でき、Vout依存性の少ない軽負荷検出を実現できる。   That is, the present invention combines a light load detection comparator that performs light load detection by comparing an error amplification signal and a light load detection threshold with a zero cross detection circuit that detects that the regeneration period of the inductor has ended, When the value is relatively small, light load detection by zero cross detection is performed, and when the Vout value is relatively large, a light load detection comparator performs light load detection. As a result, the problem that the light load detection threshold rapidly increases when Vout is small can be solved, and light load detection with less Vout dependency can be realized.

また、従来技術は、誤差増幅信号が軽負荷検知閾値未満となった時にスイッチング動作を停止させ、誤差増幅信号が軽負荷検知閾値以上となった時にスイッチング動作を再開させたのに対して、本発明は、間欠発振動作制御回路を追加し、1間欠発振動作期間中のスイッチ回数を1回に抑えることを特徴とする。   In contrast, the conventional technique stops the switching operation when the error amplification signal becomes less than the light load detection threshold, and restarts the switching operation when the error amplification signal exceeds the light load detection threshold. The invention is characterized in that an intermittent oscillation operation control circuit is added and the number of switches during one intermittent oscillation operation period is suppressed to one.

即ち、本発明は、間欠発振のオン期間終了時にFB電圧に一時的にリップルを重畳することで誤差増幅信号を瞬時に低下させ、ハイサイドMOSFETが連続してスイッチ動作するのを防ぐことで、1間欠周期当たりのスイッチ回数を1回に抑える。これにより、出力電圧Voutのリップルを低く抑えることができ、また、間欠発振周期が必要以上に低くならないため、出力コンデンサからの音鳴りを抑制することができる。   That is, the present invention reduces the error amplification signal instantaneously by temporarily superimposing a ripple on the FB voltage at the end of the intermittent oscillation on-period, thereby preventing the high-side MOSFET from continuously switching. Limit the number of switches per intermittent cycle to one. Thereby, the ripple of the output voltage Vout can be suppressed low, and since the intermittent oscillation period does not become lower than necessary, the noise from the output capacitor can be suppressed.

また、従来技術は、軽負荷を検知するために第1閾値と、第1閾値よりも大きい第2閾値でヒステリシスを設けているのに対して、本発明は、第1閾値と、第1閾値よりも大きい第2閾値と、第2閾値よりも大きい第3閾値でヒステリシスを設けることを特徴とする。   The prior art provides hysteresis with a first threshold and a second threshold larger than the first threshold in order to detect a light load, whereas the present invention provides the first threshold and the first threshold. The hysteresis is provided with a second threshold value greater than the second threshold value and a third threshold value greater than the second threshold value.

即ち、本発明は、軽負荷検知閾値を、第1閾値、第2閾値、第3閾値と三段階で切り替わる構成とし、定常発振動作から間欠動作に移行する際には、軽負荷検知コンパレータの軽負荷検知閾値は第1閾値を選択し、間欠発振動作から定常発振動作に移行する際には、軽負荷検知コンパレータの軽負荷検知閾値は第1閾値よりも電圧レベルの大きい第2閾値、又は第3閾値を選択してヒステリシスを発生させることで軽負荷検知閾値近傍の不安定動作を解消することができる。   That is, the present invention has a configuration in which the light load detection threshold is switched in three stages, the first threshold, the second threshold, and the third threshold, and the light load detection comparator has a light load when transitioning from the steady oscillation operation to the intermittent operation. As the load detection threshold, the first threshold is selected, and when shifting from the intermittent oscillation operation to the steady oscillation operation, the light load detection threshold of the light load detection comparator is the second threshold having a voltage level higher than the first threshold, or The unstable operation near the light load detection threshold can be eliminated by selecting three thresholds and generating hysteresis.

また、本発明は、間欠発振周期の発振休止期間をモニタリングし、発振休止期間に応じて軽負荷検出閾値の基準値を変化させて間欠発振周期を制御することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the oscillation oscillation period of the intermittent oscillation period is monitored, and the intermittent oscillation period is controlled by changing the reference value of the light load detection threshold according to the oscillation suspension period.

即ち、本発明は、間欠発振周期の発振休止期間をモニタリングし、発振休止期間が所定の期間より長い場合には、軽負荷検知コンパレータの軽負荷検知閾値を下げて間欠発振周期を短くしていき、発振休止期間が所定の期間より短く補正した場合には、軽負荷検知コンパレータの軽負荷検知閾値を上げて間欠発振周期を長くすることで、間欠発振周期を可聴域に入らせず、安定に制御させることが可能になる。 That is, the present invention monitors the oscillation suspension period of the intermittent oscillation cycle, and when the oscillation suspension period is longer than the predetermined period, the light load detection threshold of the light load detection comparator is lowered to shorten the intermittent oscillation cycle. When the oscillation pause period is corrected to be shorter than the predetermined period, the intermittent oscillation period is lengthened by raising the light load detection threshold of the light load detection comparator and making the intermittent oscillation period longer. It becomes possible to control.

次に、上述した特徴を有するDC/DCコンバータの具体的な実施例を例示して説明する。   Next, a specific example of the DC / DC converter having the above-described features will be described as an example.

図1は本発明の実施例のDC/DCコンバータの回路構成図である。図2は本発明の実施例のDC/DCコンバータのゼロクロス検出回路の詳細な回路構成図である。図3は発明の実施例のDC/DCコンバータのタイマー回路の詳細な回路構成図である。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed circuit configuration diagram of the zero-cross detection circuit of the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the timer circuit of the DC / DC converter of the embodiment of the invention.

実施例のDC/DCコンバータは、制御回路が生成する駆動信号に応じてスイッチング素子がオンオフすることにより第1直流電圧を第2直流電圧に変換するDC/DCコンバータである。   The DC / DC converter according to the embodiment is a DC / DC converter that converts a first DC voltage into a second DC voltage by turning on and off a switching element in accordance with a drive signal generated by a control circuit.

発振器1は、所定の周波数のパルスを出力する。エラーアンプ14は、第2直流電圧と基準電圧との誤差を増幅して誤差増幅信号を出力する。インダクタ9は、スイッチング素子からなるMOSFET8,21と第2直流電圧Voutの出力端子とに接続される。ゼロクロス検出回路22は、インダクタ9の回生期間が完了した時にゼロクロス信号を出力する。軽負荷検知コンパレータ23は、エラーアンプ14からの誤差増幅信号と閾値を比較して軽負荷信号を出力する。   The oscillator 1 outputs a pulse having a predetermined frequency. The error amplifier 14 amplifies the error between the second DC voltage and the reference voltage and outputs an error amplification signal. The inductor 9 is connected to MOSFETs 8 and 21 made of switching elements and an output terminal of the second DC voltage Vout. The zero-cross detection circuit 22 outputs a zero-cross signal when the regeneration period of the inductor 9 is completed. The light load detection comparator 23 compares the error amplification signal from the error amplifier 14 with a threshold value and outputs a light load signal.

実施例のDC/DCコンバータは、図10に示す従来のDC/DCコンバータの構成に対して、さらに、間欠発振動作を制御するための間欠発振動作制御回路27と間欠発振動作時の発振休止期間制限回路30を設けたことを特徴とする。   The DC / DC converter according to the embodiment has an intermittent oscillation operation control circuit 27 for controlling the intermittent oscillation operation and an oscillation pause period during the intermittent oscillation operation, in addition to the configuration of the conventional DC / DC converter shown in FIG. A limiting circuit 30 is provided.

まず、間欠発振動作制御回路27は、フィルタ抵抗2711とフィルタ容量2712とスイッチ2713とオア回路2715で構成されるローパスフィルタ回路271と、タイマー272、アンド回路273、アンド回路274、1ショット回路275、スイッチ276、電流源Irippleを有して構成される。   First, the intermittent oscillation operation control circuit 27 includes a low-pass filter circuit 271 including a filter resistor 2711, a filter capacitor 2712, a switch 2713, and an OR circuit 2715, a timer 272, an AND circuit 273, an AND circuit 274, a one-shot circuit 275, A switch 276 and a current source Iripple are included.

タイマー回路272は、軽負荷検コンパレータ23からの軽負荷信号とゼロクロス検
出回路22からのゼロクロス信号とに基づき所定時間経過後に間欠動作許可信号を出力し
ゼロクロス信号の出力されない期間が所定期間継続した場合に間欠動作禁止信号を出力す
る。
The timer circuit 272 is outputted without periods of light load signal and the zero-crossing signal and outputs zero-crossing signal the intermittent operation permission signal after a predetermined time has elapsed based on the zero-crossing detection circuit 22 from the light-load detection knowledge comparator 23 continues for a predetermined time period In this case, an intermittent operation prohibition signal is output.

アンド回路273、インバータ18、およびアンド回路3(オンオフ制御部)は、タイマー回路272が間欠動作許可信号を出力している期間に誤差増幅信号が閾値未満となっ
た時にMOSFET8をオフさせ、タイマー回路272が間欠動作許可信号を出力している期間に誤差増幅信号が少なくとも閾値以上となった時にMOSFET8をオンさせる。
The AND circuit 273, the inverter 18, and the AND circuit 3 (on / off control unit) turn off the MOSFET 8 when the error amplification signal becomes less than the threshold during the period in which the timer circuit 272 outputs the intermittent operation permission signal, and the timer circuit The MOSFET 8 is turned on when the error amplification signal becomes at least a threshold value or more during the period in which the 272 outputs the intermittent operation permission signal.

ローパスフィルタ回路271は、時定数を調整するための調整素子を備え、第1誤差増幅信号COMP1に基づき調整素子により第2誤差増幅信号COMP2を生成する。フィルタ抵抗2711とフィルタ容量2712とスイッチ2713とオア回路2715は、調整素子を構成する。   The low-pass filter circuit 271 includes an adjustment element for adjusting the time constant, and generates the second error amplification signal COMP2 by the adjustment element based on the first error amplification signal COMP1. The filter resistor 2711, the filter capacitor 2712, the switch 2713, and the OR circuit 2715 constitute an adjustment element.

PWMコンパレータ17(電流比較器)は、第2誤差増幅信号COMP2とMOSFET8に流れる電流信号を比較し比較出力に基づきMOSFET8をオフさせるためのリセット信号をアンド回路274に出力する。アンド回路274は、PWMコンパレータ17からのリセット信号とタイマー回路272からの信号とのアンドを取り、1ショット回路275に出力する。1ショット回路275は、アンド回路274からの出力により1ショットパルスを生成し、スイッチ276とオア回路2715を介してスイッチ2713に出力する。   The PWM comparator 17 (current comparator) compares the second error amplification signal COMP2 with the current signal flowing through the MOSFET 8, and outputs a reset signal for turning off the MOSFET 8 to the AND circuit 274 based on the comparison output. The AND circuit 274 takes an AND of the reset signal from the PWM comparator 17 and the signal from the timer circuit 272 and outputs the result to the one-shot circuit 275. The one-shot circuit 275 generates a one-shot pulse based on the output from the AND circuit 274 and outputs the one-shot pulse to the switch 2713 via the switch 276 and the OR circuit 2715.

電流源Iripple(電圧重畳回路)は、スイッチ276を介してエラーアンプ14の反転入力端子に接続されている。電流源Irippleは、タイマー回路272が間欠動作許可信号を出力している期間にPWMコンパレータ17からリセット信号が出力された時には、エラーアンプ14の反転入力端子に所定時間(1ショットパルス期間)、電圧信号を重畳する。   The current source Iripple (voltage superposition circuit) is connected to the inverting input terminal of the error amplifier 14 via the switch 276. When the reset signal is output from the PWM comparator 17 while the timer circuit 272 is outputting the intermittent operation permission signal, the current source Iripple is supplied to the inverting input terminal of the error amplifier 14 for a predetermined time (one shot pulse period). Superimpose the signal.

ローパスフィルタ回路271は、タイマー回路272から間欠動作許可信号SKIP−OKが出力されるとスイッチ2713をオフすることにより時定数を所定の時定数よりも大きくする。さらに、タイマー回路272が間欠動作許可信号を出力している期間にPWMコンパレータ17からリセット信号が出力された時には、1ショット回路275が出力する1ショットパルスの期間だけスイッチ2713をオンすることにより時定数を所定の時定数にする。   When the intermittent operation permission signal SKIP-OK is output from the timer circuit 272, the low-pass filter circuit 271 makes the time constant larger than a predetermined time constant by turning off the switch 2713. Further, when the reset signal is output from the PWM comparator 17 while the timer circuit 272 is outputting the intermittent operation permission signal, the switch 2713 is turned on only during the period of one shot pulse output by the one-shot circuit 275. The constant is set to a predetermined time constant.

電流源Irippleは、所定時間経過後に電圧信号の重畳を禁止する。ローパスフィルタ回路271は、所定時間経過後にスイッチ2713をオフすることにより時定数を所定の時定数よりも大きくする。   The current source Iripple prohibits the superposition of the voltage signal after a predetermined time has elapsed. The low-pass filter circuit 271 sets the time constant to be larger than the predetermined time constant by turning off the switch 2713 after a predetermined time has elapsed.

次に、図4のタイミングチャートを参照しながら、定常負荷時(Iout>Iskip_in)の領域動作を説明する。   Next, the region operation at the time of steady load (Iout> Iskip_in) will be described with reference to the timing chart of FIG.

出力電圧Voutをフィードバック抵抗12とフィードバック抵抗13で分圧して、フィードバック電圧FBを生成する。フィードバック電圧FBはエラーアンプ14の反転入力端子に入力され、非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力される。エラーアンプ14はフィードバック電圧FBと基準電圧Vrefとの第1誤差増幅信号COMP1を発生してローパスフィルタ271に出力する。   The output voltage Vout is divided by the feedback resistor 12 and the feedback resistor 13 to generate the feedback voltage FB. The feedback voltage FB is input to the inverting input terminal of the error amplifier 14, and the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal. The error amplifier 14 generates a first error amplification signal COMP1 of the feedback voltage FB and the reference voltage Vref and outputs it to the low-pass filter 271.

定常負荷の状態では、タイマー回路272の出力はローレベルなので、オア回路2715を介してスイッチ2713は閉じて、ローパスフィルタ271の減衰特性は弱くなっており、第2誤差増幅信号COMP2は、第1誤差増幅信号COMP1信号とほぼ等しい電圧となり、PWMコンパレータ17の反転入力端子と、軽負荷検知コンパレータ23の反転入力端子に入力される。軽負荷検知コンパレータ23の非反転入力には軽負荷検知閾値Vsk_Loが入力され、出力電流Ioutが十分大きい場合には、COMP2>Vsk_Loとなるため、軽負荷検知コンパレータ23の出力信号SKIP1はローレベルとなる。このため、アンド回路273を介して、インバータ回路18の入力に対してローレベルのSKIP2信号を出力する。このため、間欠発振動作は禁止状態となる。   In a steady load state, the output of the timer circuit 272 is at a low level, so the switch 2713 is closed via the OR circuit 2715, the attenuation characteristic of the low-pass filter 271 is weak, and the second error amplification signal COMP2 is The voltage is substantially equal to the error amplification signal COMP1 and is input to the inverting input terminal of the PWM comparator 17 and the inverting input terminal of the light load detection comparator 23. When the light load detection threshold value Vsk_Lo is input to the non-inverting input of the light load detection comparator 23 and the output current Iout is sufficiently large, COMP2> Vsk_Lo is satisfied, so that the output signal SKIP1 of the light load detection comparator 23 is low level. Become. Therefore, a low-level SKIP2 signal is output to the input of the inverter circuit 18 via the AND circuit 273. For this reason, the intermittent oscillation operation is prohibited.

発振器1には定電流源Ibias2が接続され、定電流源Ibias2を基にセットパルスを生成し、PWMラッチ2のセット端子に対して出力する。   A constant current source Ibias 2 is connected to the oscillator 1, a set pulse is generated based on the constant current source Ibias 2, and is output to the set terminal of the PWM latch 2.

ドライブREG回路5には定電流源Ibias1が接続され、ローサイドドライブ回路20、および、逆流防止ダイオード6を介してハイサイドドライブ回路4に駆動電圧を供給する。   A constant current source Ibias 1 is connected to the drive REG circuit 5 and supplies a drive voltage to the high side drive circuit 4 via the low side drive circuit 20 and the backflow prevention diode 6.

PWMラッチ2がセット状態となると、アンド回路3を介して、ハイサイドドライバ4を駆動することで、ハイサイドMOSFET8をオンさせる。この時にSW端子電圧はVin近くの電圧まで上昇し、SW端子とVout端子の電圧差に応じた電流IDHがインダクタ9に流れることで、出力コンデンサ10と出力負荷11に対してエネルギー供給を行う。   When the PWM latch 2 is set, the high side MOSFET 8 is turned on by driving the high side driver 4 via the AND circuit 3. At this time, the SW terminal voltage rises to a voltage close to Vin, and a current IDH corresponding to the voltage difference between the SW terminal and the Vout terminal flows through the inductor 9 to supply energy to the output capacitor 10 and the output load 11.

一方で、PWMコンパレータ17の非反転入力端子には、ハイサイドMOSFET8のドレイン電流IDHに比例するハイサイド電流検出信号Vtripが入力され、ハイサイドMOSFET8のオン期間に、ハイサイド電流検出信号Vtripが第2誤差増幅信号COMP2以上になると、PWMラッチ2に対してリセット信号RESETを出力する。PWMラッチ2がリセット状態となると、アンド回路3を介してハイサイドドライバ4をオフすると共に、ノアR回路19を介して、ローサイドドライバ20をオンさせる。これにより、ハイサイドMOSFET8がオンからオフに切り替わり、ローサイドMOSFET21がオフからオンに切り替わることで、回生電流IDLがローサイドMOS21のソースからドレインを通ってインダクタ9へ供給される。   On the other hand, a high-side current detection signal Vtrip that is proportional to the drain current IDH of the high-side MOSFET 8 is input to the non-inverting input terminal of the PWM comparator 17, and the high-side current detection signal Vtrip is supplied during the ON period of the high-side MOSFET 8. When the error amplification signal COMP2 is equal to or higher than 2, the reset signal RESET is output to the PWM latch 2. When the PWM latch 2 is in a reset state, the high side driver 4 is turned off via the AND circuit 3 and the low side driver 20 is turned on via the NOR circuit 19. As a result, the high-side MOSFET 8 is switched from on to off, and the low-side MOSFET 21 is switched from off to on, whereby the regenerative current IDL is supplied from the source of the low-side MOS 21 to the inductor 9 through the drain.

発振器1で決定する発振周期の間に、インダクタ9の回生が終了しない電流連続動作の場合は、再び、PWMラッチ2がセット状態となり、ローサイドMOSFET21がオフし、ハイサイドMOSFET8がオンする。   In the case of a continuous current operation in which regeneration of the inductor 9 is not completed during the oscillation period determined by the oscillator 1, the PWM latch 2 is set again, the low-side MOSFET 21 is turned off, and the high-side MOSFET 8 is turned on.

以上の一連の動作を繰り返すことで、降圧チョッパ動作を行う。   The step-down chopper operation is performed by repeating the above series of operations.

次に、定常負荷から軽負荷に移行(Iout=Iskip_in)する時の動作を図4、図5を参照しながら説明する。   Next, the operation when shifting from a steady load to a light load (Iout = Iskip_in) will be described with reference to FIGS.

Ioutが低下すると、第1誤差増幅信号COMP1および第2誤差増幅COMP2が低下するために、ハイサイドMOSFETのドレイン電流IDHのピーク値が小さくなるように制御される。軽負荷検知コンパレータ23は、第2誤差増幅信号COMP2と第1軽負荷検知閾値Vsk_Loを比較し、時刻t1において、第2誤差増幅信号COMP2が第1軽負荷検知閾値Vsk_Lo未満となると、第1軽負荷検知信号SKIP1がローからハイに切り替わり、アンド回路273と、タイマー回路272に対して軽負荷状態を示す信号を供給する。   When Iout decreases, the first error amplification signal COMP1 and the second error amplification COMP2 decrease, so that the peak value of the drain current IDH of the high-side MOSFET is controlled to be small. The light load detection comparator 23 compares the second error amplification signal COMP2 with the first light load detection threshold value Vsk_Lo, and when the second error amplification signal COMP2 becomes less than the first light load detection threshold value Vsk_Lo at time t1, the first light load detection threshold value Vsk_Lo. The load detection signal SKIP1 is switched from low to high, and a signal indicating a light load state is supplied to the AND circuit 273 and the timer circuit 272.

その後、更にIoutが低下し、インダクタ電流ILの谷電流がゼロアンペアに達すると電流不連続動作となる。この際に、SW端子電圧の極性はマイナスからプラスに切り替わる。ゼロクロス検出回路22は、図2に示すように、SW端子電圧の極性変化をコンパレータ221で検出し、SRフリップフロップ222をセット状態にする。これにより、ノア回路19とローサイドドライバ20を介して、ローサイドMOSFET21をオフさせると同時に、タイマー回路272に対してゼロクロス検出状態を示す信号を出力する。   Thereafter, when Iout further decreases and the valley current of the inductor current IL reaches zero ampere, the current discontinuous operation is performed. At this time, the polarity of the SW terminal voltage is switched from minus to plus. As shown in FIG. 2, the zero-cross detection circuit 22 detects a change in polarity of the SW terminal voltage by the comparator 221 and sets the SR flip-flop 222 in the set state. As a result, the low-side MOSFET 21 is turned off via the NOR circuit 19 and the low-side driver 20, and at the same time, a signal indicating a zero-cross detection state is output to the timer circuit 272.

タイマー回路272は、時刻t2において、第1軽負荷検知信号SKIP1とゼロクロス信号ZEROがともにハイとなると、図3に示すように、アンド回路2721を介して、SRフリップフロップ2722がセット状態となり、スイッチ2723をオンさせると共に、インバータ2724を介してスイッチ2725をオフさせることで、コンデンサ2726を定電流源Idisで放電する。   When the first light load detection signal SKIP1 and the zero-cross signal ZERO are both high at the time t2, the timer circuit 272 sets the SR flip-flop 2722 via the AND circuit 2721 as shown in FIG. The capacitor 2726 is discharged by the constant current source Idis by turning on the switch 2723 and turning off the switch 2725 through the inverter 2724.

コンパレータ2727は、コンデンサ2726の電位TMと間欠発振許可第1閾値Vtm_Loを比較し、時刻t3において、コンデンサ2726の電位TMが第1閾値Vtm_Loに達する。すると、間欠発振許可信号SKIP−OK信号がローからハイに切り替わると同時に、第1閾値Vtm_Loを、第1閾値Vtm_Loよりも電圧レベルの大きい第2閾値Vtm_Hiに切り替える。これにより、間欠発振動作を許可するモードに切り替わる。この時に、軽負荷検知コンパレータ23の軽負荷検知閾値を、第1閾値Vsk_Loよりも電圧レベルの大きい第3閾値Vsk_Hiに切り替える。   The comparator 2727 compares the potential TM of the capacitor 2726 with the intermittent oscillation permission first threshold value Vtm_Lo, and at time t3, the potential TM of the capacitor 2726 reaches the first threshold value Vtm_Lo. Then, the intermittent oscillation permission signal SKIP-OK signal switches from low to high, and at the same time, the first threshold value Vtm_Lo is switched to the second threshold value Vtm_Hi having a voltage level higher than the first threshold value Vtm_Lo. As a result, the mode is switched to allow the intermittent oscillation operation. At this time, the light load detection threshold value of the light load detection comparator 23 is switched to the third threshold value Vsk_Hi having a voltage level larger than the first threshold value Vsk_Lo.

また、SKIP−OK信号がローからハイに切り替わるとオア回路2715の一方の入力はローレベルになるので、スイッチ2713は開き、他方の入力Ripple_on信号でスイッチ2713は開閉する。   When the SKIP-OK signal is switched from low to high, one input of the OR circuit 2715 becomes low level, so that the switch 2713 is opened and the switch 2713 is opened and closed by the other input Ripple_on signal.

このように、アンド回路2721により軽負荷検知コンパレータ23からのSKIP1とゼロクロス検出回路22からのゼロクロス信号ZEROとのアンドをとることで軽負荷検出を行う。Vout値が比較的小さい条件では、軽負荷検知コンパレータ23で決まる軽負荷閾値レベルよりも、ゼロクロス検出回路22で決まる軽負荷閾値レベルの方が低いために、ゼロクロス検出回路22が優先して軽負荷検知閾値Iskip−inを決定することになる。この場合の軽負荷検知閾値Iskip−inは、インダクタ9のインダクタ値をL、定常発振周波数をFswとすると、
Iskip_in=Vout(Vin−Vout)/(2・L・Vin・Fsw)
で表わされ、Voutが比較的小さい条件では、Iskip−inを縦軸、Voutを横軸とした場合は、図7に示すように放物線状の特性となる。
In this way, the AND circuit 2721 ANDs the SKIP1 from the light load detection comparator 23 and the zero cross signal ZERO from the zero cross detection circuit 22 to perform light load detection. Under the condition that the Vout value is relatively small, the light load threshold level determined by the zero-cross detection circuit 22 is lower than the light load threshold level determined by the light-load detection comparator 23. The detection threshold value Iskip-in is determined. In this case, the light load detection threshold value Iskip-in is expressed as follows, assuming that the inductor value of the inductor 9 is L and the steady oscillation frequency is Fsw.
Iskip_in = Vout (Vin−Vout) / (2 · L · Vin · Fsw)
In the condition where Vout is relatively small, when Iskip-in is the vertical axis and Vout is the horizontal axis, a parabolic characteristic is obtained as shown in FIG.

一方、Voutが比較的大きい領域では、Iskip−inレベルは従来の軽負荷検知コンパレータ23が優先して決定する。この様子を図示すると図7に示すようになる。従って、図6に示したVoutが小さい領域でIskip−inが大きくなる従来の問題点を解決できる。また、Voutが大きい領域でも、Iskip−inが大きくなり過ぎるのを防ぐことができ、Vout依存性の少ない軽負荷検知動作を実現することができる。   On the other hand, in a region where Vout is relatively large, the Iskip-in level is determined with priority by the conventional light load detection comparator 23. This situation is illustrated in FIG. Therefore, the conventional problem that Iskip-in becomes large in the region where Vout is small shown in FIG. 6 can be solved. Even in a region where Vout is large, it is possible to prevent Iskip-in from becoming too large, and it is possible to realize a light load detection operation with little Vout dependency.

次に、軽負荷時の間欠発振期間(Iout<Iskip_in)の動作について図4と図5を参照しながら説明する。   Next, the operation in the intermittent oscillation period (Iout <Iskip_in) at light load will be described with reference to FIGS.

SKIP−OK信号がハイで間欠発振が許可の状態では、アンド回路273は、第1軽負荷検知信号SKIP1がハイの時に、第2軽負荷検知信号SKIP2にハイを出力することで、インバータ18とアンド回路3とハイサイドドライバ4を介してハイサイドMOSFET8を強制的にオフする。その後、時刻t3において、インダクタ9の回生期間が完了したことをゼロクロス検出回路22が検出し、ゼロクロス信号ZEROがローからハイに切り替わると、ノア回路19とローサイドドライバ20を介してローサイドMOSFET21をオフする。   In a state where the SKIP-OK signal is high and intermittent oscillation is permitted, the AND circuit 273 outputs a high to the second light load detection signal SKIP2 when the first light load detection signal SKIP1 is high, The high side MOSFET 8 is forcibly turned off via the AND circuit 3 and the high side driver 4. Thereafter, at time t3, when the zero cross detection circuit 22 detects that the regeneration period of the inductor 9 is completed and the zero cross signal ZERO switches from low to high, the low side MOSFET 21 is turned off via the NOR circuit 19 and the low side driver 20. .

その後、間欠発振のスイッチ動作停止期間中に出力コンデンサ10の電荷が出力電流Ioutにより放電されるとVoutが僅かに低下し、FB端子とVref間の電位差が広がると、第1誤差増幅電圧信号COMP1が上昇するため、第2誤差増幅信号COMP2も上昇する。   Thereafter, when the electric charge of the output capacitor 10 is discharged by the output current Iout during the intermittent oscillation switch operation stop period, the Vout slightly decreases, and when the potential difference between the FB terminal and Vref widens, the first error amplified voltage signal COMP1. Therefore, the second error amplification signal COMP2 also rises.

図5の時刻t4において、第2誤差増幅信号COMP2が、第3軽負荷閾値Vsk_Hi以上になると、軽負荷検知コンパレータ23は第1軽負荷検知信号SKIP1をハイからローに切り替えることで、第2軽負荷検知信号SKIP2もハイからローに切り替わり、軽負荷検知閾値はVsk_Hiよりも電圧レベルが小さく、Vsk_Loよりも大きい第2軽負荷閾値Vsk_Mdに切り替わる。この時に、インバータ18の出力がローからハイに切り替わることで、MOSFET8のスイッチ動作を開始する。   When the second error amplification signal COMP2 becomes equal to or higher than the third light load threshold Vsk_Hi at time t4 in FIG. 5, the light load detection comparator 23 switches the first light load detection signal SKIP1 from high to low, thereby The load detection signal SKIP2 is also switched from high to low, and the light load detection threshold is switched to the second light load threshold Vsk_Md having a voltage level smaller than Vsk_Hi and larger than Vsk_Lo. At this time, when the output of the inverter 18 is switched from low to high, the switching operation of the MOSFET 8 is started.

その後、ハイサイドMOSFET8のドレイン電流IDHが上昇し、時刻t5において電流検出信号Vtripが第2誤差増幅信号COMP2に達すると、PWMコンパレータ17はPWMラッチ2に対してリセット信号を出力することでハイサイドMOSFET8をオフさせる。この時に、アンド回路274を介して1ショット回路275にもリセット信号RESET2が供給される。   Thereafter, when the drain current IDH of the high-side MOSFET 8 rises and the current detection signal Vtrip reaches the second error amplification signal COMP2 at time t5, the PWM comparator 17 outputs a reset signal to the PWM latch 2 so that the high-side MOSFET The MOSFET 8 is turned off. At this time, the reset signal RESET2 is also supplied to the one-shot circuit 275 via the AND circuit 274.

1ショット回路275では、リセット信号RESET2を受けて所定の期間(時刻t6〜t7)だけRipple_ON信号をローからハイに切り替える。これにより、スイッチ276がオンするため、定電流IrippleはFB端子に供給され、FB端子電圧は瞬間的に上昇する。さらに、このタイミングでRipple_on信号によりオア回路2715を介してスイッチ2713をオンにすることで、ローパフフィルタ271の時定数を小さくさせて減衰効果を弱める。   In response to the reset signal RESET2, the one-shot circuit 275 switches the Ripple_ON signal from low to high only for a predetermined period (time t6 to t7). Thereby, since the switch 276 is turned on, the constant current Iripple is supplied to the FB terminal, and the FB terminal voltage rises instantaneously. Further, by turning on the switch 2713 via the OR circuit 2715 with the Ripple_on signal at this timing, the time constant of the low puff filter 271 is reduced and the attenuation effect is weakened.

FB端子電圧が急上昇すると、Vrefとの電圧差が広がるために、エラーアンプ14は、第1誤差増幅信号COMP1を瞬時に低下させ、第2誤差増幅信号COMP2もそれに追従して低下する(時刻t6〜t7)。   When the FB terminal voltage rises rapidly, the voltage difference from Vref widens, so that the error amplifier 14 instantaneously reduces the first error amplification signal COMP1, and the second error amplification signal COMP2 also decreases following that (time t6). ~ T7).

第2誤差増幅信号COMP2が低下し、軽負荷検知閾値Vsk_Mdに達すると、軽負荷検知回路23は第1軽負荷検知信号SKIP1を再びローからハイに切り替えて、ハイサイドMOSFET8のスイッチ動作を停止させると同時に、軽負荷検知閾値をVsk_Hiに切り替える。   When the second error amplification signal COMP2 decreases and reaches the light load detection threshold Vsk_Md, the light load detection circuit 23 switches the first light load detection signal SKIP1 from low to high again to stop the switching operation of the high side MOSFET 8. At the same time, the light load detection threshold is switched to Vsk_Hi.

1ショット回路275は、所定の期間(時刻t6〜t7)経過後に、Ripple_ON信号をハイからローに切り替え、スイッチ276をオフする。この際に、時刻t8〜t9において、第1誤差増幅信号COMP1にはオーバーシュートが発生して、軽負荷検知回路23が誤検出を起こす可能性がある。このため、スイッチ2713をオフにすることでローパスフィルタ271の時定数を増加させて減衰特性を高めて、第2誤差増幅信号COMP2にオーバーシュートが発生するのを防止することができる。   The one-shot circuit 275 switches the Ripple_ON signal from high to low after a predetermined period (time t6 to t7) has elapsed, and turns off the switch 276. At this time, at time t8 to t9, the first error amplification signal COMP1 may overshoot and the light load detection circuit 23 may cause erroneous detection. For this reason, by turning off the switch 2713, the time constant of the low-pass filter 271 can be increased to improve the attenuation characteristic, and the occurrence of overshoot in the second error amplification signal COMP2 can be prevented.

その後、インダクタ9の回生期間が終了した後に、ローサイドMOSFET21のスイッチ動作を停止させる。   Thereafter, after the regeneration period of the inductor 9 is completed, the switching operation of the low-side MOSFET 21 is stopped.

以上の一連の動作を繰り返すことで間欠発振動作を行い、出力電流Ioutが小さくなるほど、間欠発振周期を長くなるように制御することで、ハイサイドMOSFET8とローサイドMOSFET21で発生するスイッチング損失を低下させて軽負荷効率を向上させる。さらに、間欠発振のオン期間終了時にFB電圧に一時的にリップルを重畳することで第2誤差増幅信号を瞬時に低下させ、ハイサイドMOSFET8が連続してスイッチ動作するのを防ぐことで、1間欠周期当たりのスイッチ回数を1回に抑える。これにより、出力電圧Voutのリップルを低く抑えることができ、また、間欠発振周期が必要以上に低くならないため、出力コンデンサ10からの音鳴りを抑制することができる。   An intermittent oscillation operation is performed by repeating the above series of operations, and the switching loss generated in the high-side MOSFET 8 and the low-side MOSFET 21 is reduced by controlling the intermittent oscillation period to be longer as the output current Iout decreases. Improve light load efficiency. Further, by temporarily superimposing a ripple on the FB voltage at the end of the on-period of intermittent oscillation, the second error amplification signal is instantaneously reduced, and the high-side MOSFET 8 is prevented from continuously switching, thereby preventing one intermittent operation. Limit the number of switches per cycle to one. Thereby, the ripple of the output voltage Vout can be suppressed low, and since the intermittent oscillation period does not become lower than necessary, it is possible to suppress the sound from the output capacitor 10.

次に、軽負荷から定常負荷(Iout≧Iskip_out)に復帰する際の動作を、図4を参照しながら説明する。Ioutが上昇するに従い、間欠発振オフ期間中のVoutの低下時間が短くなるため、間欠発振周期は短くなる。やがて、インダクタ電流ILの谷電流値が0A以上の連続モードに移行すると、ゼロクロス信号ZEROがロー固定となるため、SRフリップフロップ2722はリセット状態となる。このため、スイッチ2725がオンし、スイッチ2723がオフとなり、コンデンサ2726の充電を開始する。コンデンサ2726の電位TMが、間欠発振許可第2閾値Vtm_Hiに達すると、コンパレータ2727が反転してSKIP−OK信号をハイからローへ切り替えると同時に、軽負荷検知閾値を第1閾値Vsk_Loに切り替える。   Next, an operation when returning from a light load to a steady load (Iout ≧ Iskip_out) will be described with reference to FIG. As Iout increases, the decrease time of Vout during the intermittent oscillation off period is shortened, so that the intermittent oscillation period is shortened. Eventually, when the valley current value of the inductor current IL shifts to a continuous mode of 0 A or more, the zero-cross signal ZERO is fixed to low, so that the SR flip-flop 2722 is reset. Accordingly, the switch 2725 is turned on, the switch 2723 is turned off, and charging of the capacitor 2726 is started. When the potential TM of the capacitor 2726 reaches the intermittent oscillation permission second threshold value Vtm_Hi, the comparator 2727 is inverted to switch the SKIP-OK signal from high to low and at the same time switch the light load detection threshold value to the first threshold value Vsk_Lo.

このように、軽負荷検知閾値を、第1閾値Vsk_Lo、第2閾値Vsk_Md、第3閾値Vsk_Hiと三段階で切り替わる構成とし、定常発振動作から間欠動作に移行する際には、軽負荷検知コンパレータ23の軽負荷検知閾値は第1閾値Vsk_Loが選択され、間欠発振動作から定常発振動作に移行する際には、軽負荷検知コンパレータ23の軽負荷検知閾値は第1閾値Vsk_Loよりも電圧レベルの大きい第2閾値Vsk_Md又は第3閾値Vsk_Hiが選択され、ヒステリシスを発生させることにより、軽負荷検知閾値近傍の不安定動作を解消することができる。   As described above, the light load detection threshold is configured to switch between the first threshold value Vsk_Lo, the second threshold value Vsk_Md, and the third threshold value Vsk_Hi in three stages, and when shifting from the steady oscillation operation to the intermittent operation, the light load detection comparator 23 As the light load detection threshold value, the first threshold value Vsk_Lo is selected, and when shifting from the intermittent oscillation operation to the steady oscillation operation, the light load detection threshold value of the light load detection comparator 23 is the first voltage level that is larger than the first threshold value Vsk_Lo. By selecting the second threshold value Vsk_Md or the third threshold value Vsk_Hi and generating hysteresis, the unstable operation near the light load detection threshold value can be eliminated.

このように、タイマー回路272は、軽負荷検知コンパレータ23からの軽負荷信号と
ゼロクロス検出回路22からのゼロクロス信号とに基づき所定時間経過後に間欠動作許可
信号を出力しゼロクロス信号の出力されない期間が所定期間継続した場合に間欠動作禁止
信号を出力する。即ち、出力電圧が大きいときは、軽負荷検知コンパレータ23が優先さ
れて間欠動作許可信号を出力し、出力電圧が小さいときは、ゼロクロス検出回路が優先さ
れて間欠動作許可信号を出力する。このために、出力電圧が小さい条件でも、軽負荷検知
閾値を大きくせず、重負荷の領域で間欠発振動作を禁止することができる。
Thus, the timer circuit 272, the output is not a period of zero cross signal and outputs the zero-crossing signal the intermittent operation permission signal after a predetermined time has elapsed based on from the light load signal and the zero-cross detection circuit 22 from the light-load detection knowledge comparator 23 When the operation continues for a predetermined period, an intermittent operation inhibition signal is output. That is, when the output voltage is large, is preferentially light-load detection knowledge comparator 23 outputs an intermittent operation permission signal when the output voltage is small, the zero-crossing detection circuit is preferentially outputs the intermittent operation permission signal. For this reason, even if the output voltage is low, the light load detection threshold value is not increased, and the intermittent oscillation operation can be prohibited in the heavy load region.

また、電流源Irippleは、タイマー回路272が間欠動作許可信号を出力している期間にPWMコンパレータ17からリセット信号が出力された時には、エラーアンプ14の反転入力端子に所定時間、リップルを重畳するので、誤差増幅信号を瞬時に低下させ、ハイサイドMOSFET8が連続してスイッチ動作するのを防ぐことで、1間欠周期当たりのスイッチ回数を1回に抑える。これにより、出力電圧Voutのリップルを低く抑えることができる。   Further, the current source Iripple superimposes a ripple on the inverting input terminal of the error amplifier 14 for a predetermined time when the reset signal is output from the PWM comparator 17 while the timer circuit 272 outputs the intermittent operation permission signal. The error amplification signal is reduced instantaneously to prevent the high-side MOSFET 8 from continuously switching, thereby reducing the number of switches per intermittent cycle to one. Thereby, the ripple of the output voltage Vout can be suppressed low.

また、タイマー回路272は、定常発振動作から間欠発振動作に移行する際に第1閾値を選択し、間欠発振動作から定常発振動作に移行する際に第2閾値又は第3閾値を選択することで、間欠発振動作に入る負荷電流と、間欠発振動作から抜ける負荷電流との間に意図的に電流差を設け、軽負荷検知閾値近傍の不安定動作を解消することができる。   The timer circuit 272 selects the first threshold when shifting from the steady oscillation operation to the intermittent oscillation operation, and selects the second threshold or the third threshold when shifting from the intermittent oscillation operation to the steady oscillation operation. A current difference is intentionally provided between the load current that enters the intermittent oscillation operation and the load current that exits the intermittent oscillation operation, and the unstable operation near the light load detection threshold can be eliminated.

ここで、間欠発振動作での間欠発振周期が可聴域に入らないように制限するための発振休止期間制限回路30の動作について説明する。
図8は本発明の実施例のDC/DCコンバータの回路構成図である。図9は本発明の実施例のDC/DCコンバータの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
Here, the operation of the oscillation pause period limiting circuit 30 for limiting the intermittent oscillation period in the intermittent oscillation operation so as not to enter the audible range will be described.
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of each part of the DC / DC converter of the embodiment of the present invention.

図8に示す実施例のDC/DCコンバータは、図1に示す実施例のDC/DCコンバータに対して、発振休止期間制限回路30の詳細を加えて示したものである。なお、図1に示す構成と同一構成については、その説明を省略する。   The DC / DC converter of the embodiment shown in FIG. 8 shows the details of the oscillation pause period limiting circuit 30 in addition to the DC / DC converter of the embodiment shown in FIG. The description of the same configuration as that shown in FIG. 1 is omitted.

発振休止期間制限回路30は、DAコンバータ回路308と、DAコンバータ回路308に電圧変更の信号を出力するアップダウンカウンタ回路307と、アップダウンカウンタ回路307の入力となる信号を発生するラッチ回路306と、電流源Iclampと、基準電圧clampREFと、間欠発振周期の発振休止期間をモニタリングするコンデンサ304及びコンデンサ304の充電電流を制御するスイッチ302及びコンデンサ304の放電を制御するスイッチ303及びインバータ301と、間欠発振周期の発振休止期間をモニタリングし、発生された電圧clampと基準電圧clampREFを比較するコンパレータ305で構成されている。
なお、前述した軽負荷検知コンパレータ23の基準電圧Skip_REFは、DAコンバータ回路308で生成される出力電圧である。
The oscillation pause period limiting circuit 30 includes a DA converter circuit 308, an up / down counter circuit 307 that outputs a voltage change signal to the DA converter circuit 308, and a latch circuit 306 that generates a signal to be input to the up / down counter circuit 307. , The current source Iclamp, the reference voltage clampREF, the capacitor 304 for monitoring the oscillation suspension period of the intermittent oscillation period, the switch 302 for controlling the charging current of the capacitor 304, the switch 303 for controlling the discharge of the capacitor 304, and the inverter 301, intermittently It comprises a comparator 305 that monitors the oscillation pause period of the oscillation period and compares the generated voltage clamp with the reference voltage clampREF.
Note that the reference voltage Skip_REF of the light load detection comparator 23 described above is an output voltage generated by the DA converter circuit 308.

次に、図9に示すタイミングチャートを参照しながら、発振休止期間制限回路30の動作を説明する。負荷電流Ioutが低下し、時刻t0以降に、第3軽負荷閾値Vsk_Hiになる。さらに負荷電流が低下し、時刻t1以降に間欠発振動作になると軽負荷検知コンパレータ23は第1軽負荷検知信号SKIP1をハイに切り替え、第2軽負荷検知信号SKIP2もハイに切り替わる。ここで、アップダウンカウンタ回路307は定常負荷時のカウント出力をし、DAコンバータ308に入力している。DAコンバータ308は、軽負荷検知コンパレータ23の非反転端子に定常動作時の基準電圧を基にした軽負荷検知閾値Vsk_Hiを出力している。   Next, the operation of the oscillation pause period limiting circuit 30 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The load current Iout decreases and becomes the third light load threshold Vsk_Hi after time t0. When the load current further decreases and the intermittent oscillation operation starts after time t1, the light load detection comparator 23 switches the first light load detection signal SKIP1 to high, and the second light load detection signal SKIP2 also switches to high. Here, the up / down counter circuit 307 outputs a count at the time of a steady load and inputs it to the DA converter 308. The DA converter 308 outputs the light load detection threshold Vsk_Hi based on the reference voltage during steady operation to the non-inverting terminal of the light load detection comparator 23.

次に、時刻t2にて第2軽負荷検知信号SKIP2がハイに切り替わると、スイッチ30
2がオンして電流源Iclampからコンデンサ304へ充電電流が流れる。また、同時
刻にインバータ301を介してスイッチ303はオフするのでコンデンサ304の放電経
路は無くなり、コンデンサ304は定電流Iclampで充電されていく。ここで、負荷
電流が低下した状態が続き、間欠発振動作の発振休止期間が長くなると、コンデンサ30
4への充電時間も長くなる。時刻t3にて、コンデンサ304のclamp電圧がcla
mpREF電圧を超えると、コンパレータ305の出力は反転し、ローからハイの信号を
出力し、ラッチ回路306のリセット端子にリセット信号を入力する。これにより、ラッ
チ回路306の出力電圧cinはハイレベルからローレベルへ反転し、時刻t4において
もローレベルの信号を保持している。時刻t4において軽負荷検知コンパレータ23の非
反転端子電圧Vsk_Hiに対して、反転端子電圧COMP2が越えるので、ハイサイド
MOSFET8はターンオンする。と同時に時刻t4〜時刻t5にかけて、軽負荷検知コ
ンパレータ23の軽負荷検知閾値は電圧レベルの最も大きい第3閾値Vsk_Hiから第
2閾値Vsk_Mdが選択される。
Next, when the second light load detection signal SKIP2 switches to high at time t2, the switch 30
2 is turned on and a charging current flows from the current source Iclamp to the capacitor 304. At the same time, the switch 303 is turned off via the inverter 301, so that the discharge path of the capacitor 304 is eliminated, and the capacitor 304 is charged with the constant current Iclamp. Here, when the state in which the load current decreases continues and the oscillation suspension period of the intermittent oscillation operation becomes longer, the capacitor 30
The charging time to 4 also becomes longer. At time t3, the clamp voltage of the capacitor 304 becomes cla.
When the voltage exceeds the mpREF voltage, the output of the comparator 305 is inverted, a low to high signal is output, and a reset signal is input to the reset terminal of the latch circuit 306. As a result, the output voltage cin of the latch circuit 306 is inverted from the high level to the low level, and the low level signal is held even at time t4. At time t4, since the inverting terminal voltage COMP2 exceeds the non-inverting terminal voltage Vsk_Hi of the light load detection comparator 23, the high side MOSFET 8 is turned on. At the same time, from time t4 to time t5, the light load detection threshold value of the light load detection comparator 23 is selected from the third threshold value Vsk_Hi having the largest voltage level to the second threshold value Vsk_Md.

次に、cin電圧がハイレベルの時にカウントアップ、cin電圧がローレベルの時にカウントダウンする回路で構成されたアップダウンカウンタ回路307の出力coutは、クロック信号となるRESET信号のハイレベルになるタイミング時刻t5ではカウントダウンを行う。これにより、次の周期となる時刻t5〜t7にかけて、DAコンバータ308の出力電圧であるskipREFを1ビット分低下させる。また、時刻t5〜t6間の軽負荷検知コンパレータ23の軽負荷検知閾値は第2閾値Vsk_Mdから第3閾値Vsk_Hiが選択される。図9に図示したskipREFでは、時刻t4〜t5の第2閾値Vsk_Mdよりわずかに時刻t5〜t6の第3閾値Vsk_Hiが高く設定されている。 Next, the output time cout of the up / down counter circuit 307 constituted by a circuit that counts up when the cin voltage is high level and counts down when the cin voltage is low level is the timing when the RESET signal that becomes the clock signal becomes high level At t5, the countdown is performed. Thereby, skipREF which is the output voltage of the DA converter 308 is reduced by 1 bit from time t5 to t7 which is the next cycle. The light load detection threshold of the light load detection comparator 23 between time t5 and time t6 is selected from the second threshold value Vsk_Md to the third threshold value Vsk_Hi. In skipREF shown in FIG. 9, the third threshold value Vsk_Hi at times t5 to t6 is set slightly higher than the second threshold value Vsk_Md at times t4 to t5.

このように、軽負荷検知閾値skipREFの絶対値は低下させられるので、COMP2信号の上限値が狭められてハイサイドMOSFET8のターンオンのタイミングが早まるので、間欠発振周期の発振休止期間を制限することができる。
また、軽負荷検知閾値skipREFの絶対値を低下させることで、ハイサイドMOSFET8のオン期間は短くなり、出力電圧Voutへのエネルギー供給能力が低下する。これにより、オフ期間のみ短く制限するのではないので制御系が安定しやすい利点がある。
Thus, since the absolute value of the light load detection threshold skipREF is lowered, the upper limit value of the COMP2 signal is narrowed and the turn-on timing of the high-side MOSFET 8 is advanced, so that the oscillation suspension period of the intermittent oscillation period can be limited. it can.
Further, by reducing the absolute value of the light load detection threshold skipREF, the ON period of the high side MOSFET 8 is shortened, and the energy supply capability to the output voltage Vout is reduced. As a result, there is an advantage that the control system is likely to be stable because it is not limited only to the off period.

次に、時刻t8のタイミングにおいても、cin電圧がローレベルを出力しているので、アップダウンカウンタ回路307の出力coutは、時刻t8〜t10にかけて、軽負荷検知閾値skipREFを1ビット分さらに低下させる。 Next, since the cin voltage is also output at the timing of time t8, the output cout of the up / down counter circuit 307 further reduces the light load detection threshold skipREF by one bit from time t8 to t10. .

次に、時刻t10のタイミングにおいては、cin電圧がハイレベルを出力しているので、アップダウンカウンタ回路307の出力coutは軽負荷検知閾値skipREFを1ビット分上昇させる。 Next, at the timing of time t10, since the cin voltage is output at a high level, the output cout of the up / down counter circuit 307 increases the light load detection threshold skipREF by one bit.

以降、次の第2軽負荷検知信号SKIP2がローからハイに切り替わる度に、前述の動作が繰り返され、間欠発振周期の発振休止期間の上限を制限させながら軽負荷検知閾値の絶対値を収束することが出来る。 Thereafter, each time the next second light load detection signal SKIP2 switches from low to high, the above-described operation is repeated, and the absolute value of the light load detection threshold is converged while limiting the upper limit of the oscillation suspension period of the intermittent oscillation period. I can do it.

このように実施例のDC/DCコンバータによれば、間欠発振周期の発振休止期間をモニ
タリングし、発振休止期間に応じて軽負荷検閾値の基準値を変化させて間欠発振周期を
制御することで、間欠発振周期を可聴域に入らせず、安定に制御させることが可能になる
According to DC / DC converter of this embodiment as described above, to monitor the oscillation stop period of the intermittent oscillation period, it controls the intermittent oscillation cycle by changing the reference value of the light load detection knowledge threshold according to the oscillation stop period Thus, the intermittent oscillation period can be stably controlled without entering the audible range.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための例示であって、個々の構成、組合せ等を上記のものに特定するものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment is an example for embodying the technical idea of the present invention, and does not specify individual configurations, combinations, and the like as described above. Absent. The present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

本発明は、スイッチング電源装置に利用可能である。   The present invention is applicable to a switching power supply device.

1 発振器
2 SRフリップフロップ
3,24,273,274 アンド回路
4 ハイサイドドライバ
5 ドライブREG回路
6 逆流防止ダイオード
7 ブートストラップコンデンサ
8 ハイサイドMOSFET
9 インダクタ
10 出力コンデンサ
11 出力負荷
12,13 フィードバック抵抗
14 エラーアンプ
15 位相補償抵抗
16 位相補償コンデンサ
17 PWMコンパレータ
18 インバータ
19 ノア回路
20 ローサイドドライバ
21 ローサイドMOSFET
22 ゼロクロス検出回路
23 軽負荷検知コンパレータ
25,26,302,303 スイッチ
27 間欠発振動作制御回路
271 ローパスフィルタ回路
272 タイマー回路
275 1ショット回路
276,277,2713 スイッチ
2711 フィルタ抵抗
2712 フィルタ容量
2715 オア回路
30 発振休止期間制限回路
301 インバータ
304 コンデンサ
305 コンパレータ
306 ラッチ回路
307 アップダウンカウンタ回路
308 DAコンバータ回路
Iripple,Iclamp 電流源
Ibias1,Ibias2 定電流源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2 SR flip-flop 3,24,273,274 AND circuit 4 High side driver 5 Drive REG circuit 6 Backflow prevention diode 7 Bootstrap capacitor 8 High side MOSFET
9 Inductor 10 Output capacitor 11 Output load 12, 13 Feedback resistor 14 Error amplifier 15 Phase compensation resistor 16 Phase compensation capacitor 17 PWM comparator 18 Inverter 19 NOR circuit 20 Low side driver 21 Low side MOSFET
22 Zero cross detection circuit 23 Light load detection comparator 25, 26, 302, 303 Switch 27 Intermittent oscillation operation control circuit 271 Low-pass filter circuit 272 Timer circuit 275 One shot circuit 276, 277, 2713 Switch 2711 Filter resistance 2712 Filter capacity 2715 OR circuit 30 Oscillation pause period limiting circuit 301 Inverter 304 Capacitor 305 Comparator 306 Latch circuit 307 Up / down counter circuit 308 DA converter circuit Iripple, Iclamp Current source Ibias1, Ibias2 Constant current source

Claims (6)

制御回路が生成する駆動信号に応じてスイッチング素子がオンオフすることにより第1
直流電圧を第2直流電圧に変換するDC/DCコンバータであって、
前記制御回路は、
所定の周波数のパルスを出力する発振器と、
前記第2直流電圧と基準電圧との誤差を増幅して誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と

前記スイッチング素子と前記第2直流電圧の出力端子とに接続されたインダクタと、
前記インダクタの回生期間が完了した時にゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回
路と、
前記誤差増幅器からの誤差増幅信号と閾値を比較して軽負荷信号を出力する軽負荷検知
回路と、
前記軽負荷検回路からの前記軽負荷信号と前記ゼロクロス検出回路からのゼロクロス
信号とに基づき前記スイッチング素子を間欠動作させ、間欠動作している期間に前記誤差
増幅信号が前記閾値未満となった時に前記スイッチング素子をオフさせ、前記間欠動作し
ている期間に前記誤差増幅信号が少なくとも前記閾値以上となった時に前記スイッチング
素子をオンさせるオンオフ制御部と、
前記間欠動作時の前記スイッチング素子のオフ期間を検出し、検出した前記オフ期間に
応じて前記閾値を変化させて間欠発振周期を所定の時間内に制御する発振休止期間制限回
路を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
The switching element is turned on / off according to the drive signal generated by the control circuit, so that the first
A DC / DC converter for converting a DC voltage into a second DC voltage,
The control circuit includes:
An oscillator that outputs a pulse of a predetermined frequency;
An error amplifier that amplifies an error between the second DC voltage and a reference voltage and outputs an error amplification signal;
An inductor connected to the switching element and an output terminal of the second DC voltage;
A zero-cross detection circuit that outputs a zero-cross signal when the regeneration period of the inductor is completed;
A light load detection circuit that compares the error amplification signal from the error amplifier with a threshold value and outputs a light load signal;
Wherein by intermittently operating the switching element based on the zero cross signal from the light load signal and the zero-cross detection circuit from the light load detection known circuit, the error amplified signal during a period in which intermittent operation is less than the threshold value An on / off controller that turns off the switching element when the error amplification signal is at least equal to or greater than the threshold value during the intermittent operation period.
An oscillation pause period limiting circuit that detects an off period of the switching element during the intermittent operation and controls the intermittent oscillation period within a predetermined time by changing the threshold according to the detected off period. DC / DC converter.
制御回路が生成する駆動信号に応じてスイッチング素子がオンオフすることにより第1
直流電圧を第2直流電圧に変換するDC/DCコンバータであって、
前記制御回路は、
所定の周波数のパルスを出力する発振器と、
前記第2直流電圧と基準電圧との誤差を増幅して誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と

前記スイッチング素子と前記第2直流電圧の出力端子とに接続されたインダクタと、
前記インダクタの回生期間が完了した時にゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回
路と、
前記誤差増幅器からの誤差増幅信号と閾値を比較して軽負荷信号を出力する軽負荷検知
回路と、
前記軽負荷検回路からの前記軽負荷信号と前記ゼロクロス検出回路からのゼロクロス
信号とに基づき所定時間経過後に間欠動作許可信号を出力し前記ゼロクロス信号の出力さ
れない期間が所定期間継続した場合に間欠動作禁止信号を出力するタイマー回路と、
前記タイマー回路が前記間欠動作許可信号を出力している期間に前記誤差増幅信号が前
記閾値未満となった時に前記スイッチング素子をオフさせ、前記タイマー回路が前記間欠
動作許可信号を出力している期間に前記誤差増幅信号が少なくとも前記閾値以上となった
時に前記スイッチング素子をオンさせるオンオフ制御部と、
前記タイマー回路が前記間欠動作許可信号を出力している期間の前記スイッチング素子
のオフ期間を検出し、検出した前記オフ期間に応じて前記閾値を変化させて間欠発振周期
を所定の時間内に制御する発振休止期間制限回路を備えることを特徴とするDC/DCコ
ンバータ。
The switching element is turned on / off according to the drive signal generated by the control circuit, so that the first
A DC / DC converter for converting a DC voltage into a second DC voltage,
The control circuit includes:
An oscillator that outputs a pulse of a predetermined frequency;
An error amplifier that amplifies an error between the second DC voltage and a reference voltage and outputs an error amplification signal;
An inductor connected to the switching element and an output terminal of the second DC voltage;
A zero-cross detection circuit that outputs a zero-cross signal when the regeneration period of the inductor is completed;
A light load detection circuit that compares the error amplification signal from the error amplifier with a threshold value and outputs a light load signal;
Intermittent if Nonprinting period of the zero-cross signal and outputs an intermittent operation permission signal after a predetermined time has elapsed based on the zero cross signal from the light load signal the zero-cross detection circuit from the light load detection known circuits continues for a predetermined time period A timer circuit for outputting an operation prohibition signal;
A period during which the timer circuit outputs the intermittent operation permission signal when the error amplification signal becomes less than the threshold value during a period when the timer circuit outputs the intermittent operation permission signal. An on / off controller that turns on the switching element when the error amplification signal is at least equal to or greater than the threshold;
The timer circuit detects an off period of the switching element during which the intermittent operation permission signal is output, and controls the intermittent oscillation period within a predetermined time by changing the threshold value according to the detected off period. A DC / DC converter comprising an oscillation pause period limiting circuit.
前記閾値は第1閾値と第1閾値より大きい第2閾値と第2閾値より大きい第3閾値を備
え、
前記タイマー回路は、定常発振動作から間欠発振動作に移行する際に前記第1閾値を選
択し、前記間欠発振動作から前記定常発振動作に移行する際に前記第2閾値又は前記第3
閾値を選択することを特徴とする請求項2に記載のDC/DCコンバータ。
The threshold comprises a first threshold, a second threshold greater than the first threshold, and a third threshold greater than the second threshold;
The timer circuit selects the first threshold value when shifting from the steady oscillation operation to the intermittent oscillation operation, and the second threshold value or the third threshold value when shifting from the intermittent oscillation operation to the steady oscillation operation.
The DC / DC converter according to claim 2, wherein a threshold value is selected.
前記タイマー回路は、前記誤差増幅信号が前記第1閾値未満となった時に、前記第1閾
値を前記第2閾値又は前記第3閾値に切り替え、
前記オンオフ制御部は、前記誤差増幅信号が前記第2閾値未満となった時に前記スイッ
チング素子をオフさせ、前記誤差増幅信号が前記第3閾値以上となった時に前記スイッチ
ング素子をオンさせることを特徴とする請求項3に記載のDC/DCコンバータ。
The timer circuit switches the first threshold to the second threshold or the third threshold when the error amplification signal becomes less than the first threshold,
The on / off control unit turns off the switching element when the error amplification signal becomes less than the second threshold value, and turns on the switching element when the error amplification signal becomes equal to or more than the third threshold value. The DC / DC converter according to claim 3.
前記発振休止期間制限回路は、前記スイッチング素子のオフ期間が所定の時間より長い場
合には前記閾値を下げ、前記スイッチング素子のオフ期間が所定の時間より短い場合には
前記閾値を上昇させることを特徴とする請求項2記載のDC/DCコンバータ。
The oscillation pause period limiting circuit lowers the threshold when the off-period of the switching element is longer than a predetermined time, and increases the threshold when the off-period of the switching element is shorter than the predetermined time. The DC / DC converter according to claim 2, wherein:
前記発振休止期間制限回路は、アップダウンカウンタ回路と前記アップダウンカウンタ回
路のカウント出力を入力するDAコンバータ回路を備え、
前記DAコンバータ回路は前記閾値を生成し、
前記スイッチング素子のオフ期間に応じて、前記アップダウンカウンタ回路のカウント値
を変化させることを特徴とする請求項5記載のDC/DCコンバータ。
The oscillation pause period limiting circuit includes an up / down counter circuit and a DA converter circuit for inputting a count output of the up / down counter circuit,
The DA converter circuit generates the threshold;
6. The DC / DC converter according to claim 5, wherein a count value of the up / down counter circuit is changed in accordance with an off period of the switching element.
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