JP6610522B2 - Switching regulator - Google Patents
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Description
本発明は、降圧動作、昇降圧動作および昇圧動作を切り替えて実行することにより所望する出力電圧を得る電流モード制御方式のスイッチングレギュレータに関する。 The present invention relates to a current mode control type switching regulator that obtains a desired output voltage by switching and executing a step-down operation, a step-up / step-down operation, and a step-up operation.
従来、降圧および昇圧の双方の動作を実行可能なスイッチングレギュレータにおいて、入力電圧をモニタし、そのモニタ結果に応じて、降圧動作が行われる降圧モードと昇圧動作が行われる昇圧モードとを切り替えることが行われている。ただし、この場合、動作モードが切り替えられる際、動作可能な限界値までデューティを変化させる必要があり、そのために、不安定な動作となって、出力電圧の制御ができなくなるおそれがある。 Conventionally, in a switching regulator capable of performing both step-down and step-up operations, the input voltage is monitored, and the step-down mode in which the step-down operation is performed and the step-up mode in which the step-up operation is performed are switched according to the monitoring result. Has been done. However, in this case, when the operation mode is switched, it is necessary to change the duty to an operable limit value. For this reason, the operation may be unstable and the output voltage may not be controlled.
このような問題の対策として、例えば降圧モードから昇圧モードへの切り替わり時、デューティを100%としてトランジスタなどのスイッチング素子をフルオンすることが考えられる。しかし、このようにすると、トランジスタをデューティ制御している状態からフルオン状態に移行した際、出力電圧が急峻に持ち上がり、出力電圧が仕様として要求される電圧範囲から外れるおそれがある。このような点を改善するため、昇降圧動作が行われる昇降圧モードを設け、降圧モードと昇圧モードの切り替え時における出力電圧の変動を抑制することも考えられている(例えば、特許文献1参照)。 As a countermeasure against such a problem, for example, when switching from the step-down mode to the step-up mode, it is conceivable to fully turn on a switching element such as a transistor with a duty of 100%. However, in this case, when the transistor is shifted from the duty controlled state to the full-on state, the output voltage sharply rises and the output voltage may be out of the voltage range required for the specification. In order to improve such a point, it is also considered that a step-up / step-down mode in which a step-up / step-down operation is performed is provided to suppress fluctuations in output voltage when switching between the step-down mode and the step-up mode (for example, see Patent Document 1). ).
昇降圧モードは、他の動作モードに比べ、消費電流が大きくなる傾向がある。そのため、昇降圧モードでの動作は、降圧モードから昇圧モードまたは昇圧モードから降圧モードへと遷移する比較的短い期間だけにとどめることが望ましい。また、近年、スイッチングレギュレータの動作として、高レギュレーション特性で電圧モード制御より優れている電流モード制御が採用される傾向にある。 In the step-up / step-down mode, current consumption tends to be larger than in other operation modes. Therefore, it is desirable that the operation in the step-up / step-down mode is limited to a relatively short period during which the step-down mode is changed to the step-up mode or from the step-up mode to the step-down mode. In recent years, current mode control, which has high regulation characteristics and is superior to voltage mode control, tends to be employed as the operation of the switching regulator.
しかし、電流モード制御において、昇降圧モードを設けると、モードの切り替えがうまくいかない場合がある。そのため、入力電圧に応じた適切な動作モードに切り替えられず、その結果、出力電圧の変動が抑制されないことや、損失が増えることなどの不具合が生じるおそれがある。 However, if the buck-boost mode is provided in current mode control, the mode switching may not be successful. Therefore, it is not possible to switch to an appropriate operation mode according to the input voltage, and as a result, there is a possibility that problems such as fluctuations in the output voltage not being suppressed and an increase in loss may occur.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力電圧の変動および損失の増加を抑制することができるスイッチングレギュレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a switching regulator that can suppress fluctuations in output voltage and increase in loss.
請求項1に記載のスイッチングレギュレータ(1、41、51、71)は、入力電圧を降圧する降圧動作と、入力電圧を昇降圧する昇降圧動作と、入力電圧を昇圧する昇圧動作と、を切り替えて実行することにより所望する出力電圧を得る電流モード制御方式のスイッチングレギュレータである。スイッチングレギュレータは、降圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの降圧側スイッチング素子(Q1、Q2)、昇圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの昇圧側スイッチング素子(Q3、Q4)、2つの降圧側スイッチング素子の相互接続ノード(Nd)と2つの降圧側スイッチング素子の各相互接続ノード(Nu)との間に接続されるインダクタ(L1)、電流検出部(2)、出力電圧検出部(3)、誤差増幅部(4)、降圧側コンパレータ(5)、降圧側駆動部(9)、昇圧側コンパレータ(6)および昇圧側駆動部(11)を備えている。 The switching regulator (1, 41, 51, 71) according to claim 1 switches between a step-down operation for stepping down the input voltage, a step-up / step-down operation for stepping up / down the input voltage, and a step-up operation for stepping up the input voltage. It is a current mode control type switching regulator that obtains a desired output voltage by executing. The switching regulator includes two step-down switching elements (Q1, Q2) that are switched when executing a step-down operation, two step-up switching elements (Q3, Q4) that are switched when executing a step-up operation, An inductor (L1), a current detection unit (2), and an output voltage detection unit (N) connected between the interconnection node (Nd) of the step-down switching element and each interconnection node (Nu) of the two step-down switching elements. 3), an error amplifying unit (4), a step-down side comparator (5), a step-down side driving unit (9), a step-up side comparator (6), and a step-up side driving unit (11).
電流検出部は、インダクタに流れる電流に対応した電流検出信号を出力する。出力電圧検出部は、出力電圧に対応した出力検出電圧を出力する。誤差増幅部は、出力電圧の目標値に対応した基準電圧と出力検出電圧との差に応じた誤差信号を出力する。降圧側コンパレータは、電流検出信号と誤差信号とを比較する。降圧側駆動部は、降圧側コンパレータの出力信号および降圧側クロック信号に基づいて降圧側スイッチング素子を駆動する。昇圧側コンパレータは、電流検出信号と誤差信号から所定のオフセットを減じた信号とを比較する。昇圧側駆動部は、昇圧側コンパレータの出力信号および昇圧側クロック信号に基づいて昇圧側スイッチング素子を駆動する。 The current detection unit outputs a current detection signal corresponding to the current flowing through the inductor. The output voltage detector outputs an output detection voltage corresponding to the output voltage. The error amplifier outputs an error signal corresponding to the difference between the reference voltage corresponding to the target value of the output voltage and the output detection voltage. The step-down comparator compares the current detection signal with the error signal. The step-down side drive unit drives the step-down side switching element based on the output signal of the step-down side comparator and the step-down side clock signal. The boost side comparator compares the current detection signal with a signal obtained by subtracting a predetermined offset from the error signal. The step-up side drive unit drives the step-up side switching element based on the output signal of the step-up side comparator and the step-up side clock signal.
上記構成では、一般的な昇降圧型且つ電流モード制御方式のスイッチングレギュレータの構成に対し、電流検出信号と誤差信号を比較するコンパレータの構成が異なっている。すなわち、一般的な構成では、このようなコンパレータは1つであるのに対し、上記構成では、降圧側と昇圧側とで別々のコンパレータを設けている。また、上記構成では、それら2つのコンパレータに入力される誤差信号について、オフセットを設けている。このような構成により、昇降圧動作と昇圧動作との切り替えがスムーズに行われることになる。したがって、上記構成によれば、入力電圧に応じた適切な動作への切り替えを行うことが可能となるため、出力電圧の変動および損失の増加を抑制することができるという優れた効果が得られる。 In the above configuration, the configuration of the comparator that compares the current detection signal and the error signal is different from the configuration of a general buck-boost type and current mode control switching regulator. That is, in a general configuration, there is one such comparator, whereas in the above configuration, separate comparators are provided on the step-down side and the step-up side. Further, in the above configuration, an offset is provided for the error signal input to the two comparators. With such a configuration, switching between the step-up / step-down operation and the step-up operation is performed smoothly. Therefore, according to the above configuration, it is possible to perform switching to an appropriate operation according to the input voltage, so that an excellent effect of suppressing fluctuations in output voltage and an increase in loss can be obtained.
請求項1に記載のスイッチングレギュレータは、さらに、入力電圧が所定の閾値電圧以上である期間、昇圧側駆動部による昇圧側スイッチング素子の駆動を無効化する第1昇圧動作制限部(10)を備える。このような構成によれば、降圧動作と昇降圧動作との切り替えがスムーズに行われることになるため、出力電圧の変動および損失の増加を抑制する効果が一層高まることになる。
The switching regulator according to
請求項2に記載のスイッチングレギュレータは、さらに、遅延回路(42、53)および第2昇圧動作制限部(43)を備えている。遅延回路は、昇圧側クロック信号を降圧側クロック信号に対して所定の遅延時間だけ遅延させる。第2昇圧動作制限部は、遅延時間に基づいて決定される期間、昇圧側駆動部による昇圧側スイッチング素子の駆動を無効化する。このような構成によれば、降圧動作と昇降圧動作との切り替えがスムーズに行われることになるため、出力電圧の変動および損失の増加を抑制する効果が一層高まることになる。 According to a second aspect of the present invention , the switching regulator further includes a delay circuit (42, 53) and a second boosting operation limiting unit (43). The delay circuit delays the step-up clock signal by a predetermined delay time with respect to the step-down clock signal. The second boosting operation limiting unit invalidates the driving of the boosting side switching element by the boosting side driving unit for a period determined based on the delay time. According to such a configuration, switching between the step-down operation and the step-up / step-down operation is performed smoothly, so that the effect of suppressing fluctuations in output voltage and an increase in loss is further enhanced.
以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図6を参照して説明する。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すスイッチングレギュレータ1は、電流モード制御方式の昇降圧型スイッチングレギュレータである。スイッチングレギュレータ1は、電源端子Pdを通じて入力される電源電圧VDD(以下、入力電圧VDDと呼ぶ)を降圧する降圧動作と、入力電圧VDDを昇降圧する昇降圧動作と、入力電圧VDDを昇圧する昇圧動作と、を切り替えて実行することにより所望する出力電圧Voutを得るように構成されている。
A
入力電圧VDDは、例えば車載のバッテリ(図示略)から供給されるものであり、その変動幅は比較的大きい。具体的には、入力電圧VDDは、出力電圧Voutの目標値(例えば6V)よりも高い電圧値から出力電圧Voutの目標値よりも低い電圧値までの範囲にわたって変動する。 The input voltage VDD is supplied from, for example, an in-vehicle battery (not shown), and its fluctuation range is relatively large. Specifically, the input voltage VDD varies over a range from a voltage value higher than a target value (for example, 6 V) of the output voltage Vout to a voltage value lower than the target value of the output voltage Vout.
スイッチングレギュレータ1の出力電圧Voutは、出力端子Poを通じて例えば車載機器(図示略)に供給される。スイッチングレギュレータ1は、コンデンサCo、トランジスタQ1〜Q4、インダクタL1、電流検出部2、出力電圧検出部3、誤差アンプ4、コンパレータ5、6、フリップフロップ7、8、降圧側駆動部9、第1昇圧動作制限部10、昇圧側駆動部11などを備えている。
The output voltage Vout of the
スイッチングレギュレータ1は、半導体集積回路(IC)として構成されている。なお、スイッチングレギュレータ1を構成する全ての回路素子をICの内部に設けてもよいし、一部の回路素子(例えばコンデンサCo、トランジスタQ1〜Q4など)をICの外部に設けてもよい。コンデンサCoは、出力電圧Voutを平滑するためのものであり、出力端子Poと回路の基準電位GNDが与えられるグランド端子Pgの間に接続されている。
The
トランジスタQ1〜Q4は、いずれもNチャネル型のMOSトランジスタである。トランジスタQ1、Q2は、降圧動作が実行される際にスイッチングされるものであり、降圧側スイッチング素子に相当する。トランジスタQ3、Q4は、昇圧動作が実行される際にスイッチングされるものであり、昇圧側スイッチング素子に相当する。なお、昇降圧動作が実行される際には、トランジスタQ1〜Q4の全てがスイッチングされることになる。 Transistors Q1-Q4 are all N-channel type MOS transistors. The transistors Q1 and Q2 are switched when the step-down operation is executed, and correspond to step-down switching elements. The transistors Q3 and Q4 are switched when the boosting operation is performed, and correspond to boosting side switching elements. When the step-up / step-down operation is performed, all of the transistors Q1 to Q4 are switched.
トランジスタQ1のドレインは、電流検出部2を構成するシャント抵抗Rsを介して電源端子Pdに接続され、そのソースはトランジスタQ2のドレインに接続されている。トランジスタQ2のソースは、グランド端子Pgに接続されている。トランジスタQ3のドレインは、出力端子Poに接続され、そのソースはトランジスタQ4のドレインに接続されている。トランジスタQ4のソースは、グランド端子Pgに接続されている。インダクタL1は、トランジスタQ1、Q2の相互接続ノードNdと、トランジスタQ3、Q4の相互接続ノードNuとの間に接続されている。
The drain of the transistor Q1 is connected to the power supply terminal Pd via the shunt resistor Rs constituting the
電流検出部2は、インダクタL1に流れる電流を検出するものであり、その電流に対応した電流検出信号Saを出力する。電流検出部2は、前述したシャント抵抗Rsおよび電流検出アンプ12を備えている。電流検出アンプ12の非反転入力端子には、シャント抵抗Rsの一方の端子の電圧、つまり入力電圧VDDが与えられている。電流検出アンプ12の反転入力端子には、シャント抵抗Rsの他方の端子の電圧、つまりトランジスタQ1のドレイン電圧が与えられている。このような構成により、電流検出アンプ12の出力端子から、インダクタL1に流れる電流に対応した電流検出信号Saが出力される。
The
出力電圧検出部3は、出力電圧Voutを検出するものであり、出力電圧Voutに対応した出力検出電圧Vdを出力する。出力電圧検出部3は、出力端子Poおよびグランド端子Pgの間に直列に接続された抵抗R1、R2を備えている。このような構成において、抵抗R1、R2の相互接続ノードN1の電圧、つまり出力電圧Voutを抵抗R1、R2からなる分圧回路により分圧して得られる分圧電圧が出力検出電圧Vdとして出力される。
The
誤差アンプ4は、誤差増幅部に相当するものであり、その非反転入力端子には出力電圧Voutの目標値に対応した基準電圧Vrが入力されている。基準電圧Vrは、例えばバンドギャップリファレンス回路からなる基準電圧生成部13により生成される。誤差アンプ4の反転入力端子には、出力検出電圧Vdが入力されている。誤差アンプ4は、基準電圧Vrおよび出力検出電圧Vdの差を増幅した誤差信号Sbを出力する。
The
コンパレータ5は、降圧側コンパレータに相当するものであり、その反転入力端子には電流検出信号Saが入力され、その非反転入力端子には誤差信号Sbが入力されている。コンパレータ6は、昇圧側コンパレータに相当するものであり、その反転入力端子には電流検出信号Saが入力されている。コンパレータ6の非反転入力端子には、誤差信号Sbから所定のオフセットを減じた信号である誤差信号Scが入力されている。このようなオフセットは、誤差アンプ4の出力端子とコンパレータ6の非反転入力端子との間に設けられたオフセット用電圧源14により実現されている。
The
フリップフロップ7は、RS型であり、そのリセット端子Rバーにはコンパレータ5の出力信号が入力され、そのセット端子Sにはクロック信号CLKが入力されている。なお、図では、端子Rバーは、Rの上に「−」を付して示している。クロック信号CLKは、スイッチングレギュレータ1におけるスイッチング周期に応じた周波数(例えば2MHz)を持つものであり、クロック生成回路15により生成される。この場合、クロック信号CLKは、降圧側クロック信号および昇圧側クロック信号の双方に相当する。フリップフロップ7の出力端子Qから出力される信号は、降圧側駆動部9に与えられている。
The flip-
降圧側駆動部9は、AND回路16、OR回路17および反転バッファ18〜23を備えている。フリップフロップ7の出力信号は、AND回路16の一方の入力端子およびOR回路17の一方の入力端子に入力されている。AND回路16の出力信号は、反転バッファ18、19を介してトランジスタQ1のゲートに与えられている。この場合、反転バッファ19の出力信号は、トランジスタQ1のゲートを駆動する駆動信号Sg1となる。
The step-down
駆動信号Sg1は、反転バッファ20、21を介してOR回路17の他方の入力端子に入力されている。OR回路17の出力信号は、反転バッファ22を介してトランジスタQ2のゲートに与えられている。この場合、反転バッファ22の出力信号は、トランジスタQ2のゲートを駆動する駆動信号Sg2となる。駆動信号Sg2は、反転バッファ23を介してAND回路16の他方の入力端子に入力されている。
The drive signal Sg1 is input to the other input terminal of the
フリップフロップ8は、RS型であり、そのリセット端子Rバーにはコンパレータ6の出力信号が入力され、そのセット端子Sにはクロック信号CLKが入力されている。フリップフロップ8の出力端子Qから出力される信号は、第1昇圧動作制限部10に与えられている。
The flip-
第1昇圧動作制限部10は、入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上である期間、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動を無効化するものであり、VDDモニタ24、AND回路25および反転バッファ26を備えている。VDDモニタ24には、入力電圧VDDおよび閾値電圧Vthが入力されている。なお、閾値電圧Vthは、出力電圧Voutの目標値よりも高い所定の電圧値に設定されている。
The first boosting
VDDモニタ24は、抵抗による分圧回路およびコンパレータなどから構成されており、入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上である期間、例えば0Vであるロウレベル(以下、Lレベルと呼ぶ)の信号を出力する。VDDモニタ24は、入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満である期間、例えば5Vであるハイレベル(以下、Hレベルと呼ぶ)の信号を出力する。AND回路25の各入力端子には、フリップフロップ8の出力信号およびVDDモニタ24の出力信号がそれぞれ入力されている。AND回路25の出力信号は、反転バッファ26を介して昇圧側駆動部11に与えられている。
The VDD monitor 24 includes a voltage dividing circuit using a resistor, a comparator, and the like, and outputs a low level signal (hereinafter referred to as L level) that is 0 V, for example, during a period when the input voltage VDD is equal to or higher than the threshold voltage Vth. The VDD monitor 24 outputs a high level (hereinafter, referred to as H level) signal that is 5 V, for example, during a period when the input voltage VDD is less than the threshold voltage Vth. The output signal of the flip-
昇圧側駆動部11は、AND回路27、OR回路28および反転バッファ29〜34を備えている。第1昇圧動作制限部10の反転バッファ26の出力信号は、AND回路27の一方の入力端子およびOR回路28の一方の入力端子に入力されている。AND回路27の出力信号は、反転バッファ29、30を介してトランジスタQ3のゲートに与えられている。この場合、反転バッファ30の出力信号は、トランジスタQ3のゲートを駆動する駆動信号Sg3となる。
The step-up
駆動信号Sg3は、反転バッファ31、32を介してOR回路28の他方の入力端子に入力されている。OR回路28の出力信号は、反転バッファ33を介してトランジスタQ4のゲートに与えられている。この場合、反転バッファ33の出力信号は、トランジスタQ4のゲートを駆動する駆動信号Sg4となる。駆動信号Sg4は、反転バッファ34を介してAND回路27の他方の入力端子に入力されている。
The drive signal Sg3 is input to the other input terminal of the
次に、上記構成の作用について図2〜図6も参照して説明する。
[1]降圧動作
入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上である場合、スイッチングレギュレータ1では、降圧動作だけが実行される。降圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図3に示す「状態A」および「状態B」が交互に繰り返されることになる。
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
[1] Step-down operation When the input voltage VDD is equal to or higher than the threshold voltage Vth, the
つまり、トランジスタQ3がオン固定であるとともにトランジスタQ4がオフ固定となっている状態で、トランジスタQ1、Q2が相補的にオンオフされることにより、入力電圧VDDを降圧する降圧動作が行われる。このような動作は、具体的には、次のようにして実現されるようになっている。 That is, when the transistor Q3 is fixed on and the transistor Q4 is fixed off, the transistors Q1 and Q2 are complementarily turned on and off to perform a step-down operation for stepping down the input voltage VDD. Specifically, such an operation is realized as follows.
すなわち、この場合、入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上であるため、VDDモニタ24の出力信号がLレベルとなる。そのため、フリップフロップ8の出力信号のレベルに関係なく、駆動信号Sg3がHレベルになるとともに、駆動信号Sg4がLレベルになる。つまり、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が無効化される。その結果、トランジスタQ3がオン固定になるとともに、トランジスタQ4がオフ固定となる。これにより、図2に示すように、ノードNuの電圧は、出力電圧Voutに略等しい電圧で固定となる。
That is, in this case, since the input voltage VDD is equal to or higher than the threshold voltage Vth, the output signal of the VDD monitor 24 becomes L level. Therefore, regardless of the level of the output signal of the flip-
一方、トランジスタQ1、Q2については、降圧側駆動部9により次のように駆動される。すなわち、クロック信号CLKがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7がセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。したがって、図3に示す「状態A」のように、トランジスタQ1がオンされるとともに、トランジスタQ2がオフされる。
On the other hand, the transistors Q1 and Q2 are driven by the step-down
このような状態Aでは、図2に示すように、ノードNdの電圧は、入力電圧VDDに略等しい電圧となる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介して出力端子Poへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Sbに達すると、コンパレータ5からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ7がリセットされる。
In such a state A, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd is substantially equal to the input voltage VDD. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the output terminal Po through the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sb, an L level signal is output from the
これにより、駆動信号Sg1がLレベルになるとともに、駆動信号Sg2がHレベルになる。したがって、図3に示す「状態B」のように、トランジスタQ1がオフされるとともに、トランジスタQ2がオンされる。このような状態Bでは、図2に示すように、ノードNdの電圧は、基準電位GND(0V)に略等しい電圧となる。状態Bでは、グランド端子PgからインダクタL1を介して出力端子Poへと還流電流が流れる。つまり、状態Bでは、シャント抵抗Rsを介して電流が流れないため、電流検出信号SaはLレベル(0V)となる。 As a result, the drive signal Sg1 becomes L level and the drive signal Sg2 becomes H level. Therefore, as in “state B” shown in FIG. 3, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on. In such a state B, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd is substantially equal to the reference potential GND (0 V). In the state B, a reflux current flows from the ground terminal Pg to the output terminal Po through the inductor L1. That is, in the state B, since no current flows through the shunt resistor Rs, the current detection signal Sa becomes L level (0 V).
このように、入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上である場合、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が無効化された状態で、降圧側駆動部9によりトランジスタQ1、Q2がスイッチングされることにより、降圧動作だけが実行されることになる。
As described above, when the input voltage VDD is equal to or higher than the threshold voltage Vth, the transistors Q1 and Q2 are switched by the step-down
[2]昇降圧動作
入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満であり且つ出力電圧Voutより高い場合、スイッチングレギュレータ1では、昇圧動作および降圧動作の双方、つまり昇降圧動作が実行される。昇降圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図4に示す「状態A」、「状態B」および「状態C」が図示したような順で繰り返されることになる。
[2] Step-up / step-down operation When the input voltage VDD is less than the threshold voltage Vth and higher than the output voltage Vout, the
この場合、状態A→状態B→状態Aと遷移する際、トランジスタQ3がオン固定であるとともにトランジスタQ4がオフ固定となっている状態で、トランジスタQ1、Q2が相補的にオンオフされることにより、入力電圧VDDを降圧する降圧動作が行われる。また、この場合、状態A→状態C→状態Aと遷移する際、トランジスタQ1がオン固定であるとともにトランジスタQ2がオフ固定となっている状態で、トランジスタQ3、Q4が相補的にオンオフされることにより、入力電圧VDDを昇圧する昇圧動作が行われる。このような動作は、具体的には、次のようにして実現されるようになっている。 In this case, when the state A → the state B → the state A transits, the transistors Q1 and Q2 are complementarily turned on and off while the transistor Q3 is fixed on and the transistor Q4 is fixed off. A step-down operation for stepping down the input voltage VDD is performed. In this case, when the state A → the state C → the state A is transited, the transistors Q3 and Q4 are complementarily turned on / off in a state where the transistor Q1 is fixed on and the transistor Q2 is fixed off. Thus, a boosting operation for boosting the input voltage VDD is performed. Specifically, such an operation is realized as follows.
すなわち、この場合、入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満であるため、VDDモニタ24の出力信号がHレベルとなる。そのため、フリップフロップ8の出力信号に応じて駆動信号Sg3、Sg4が変化する。つまり、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が有効化される。
That is, in this case, since the input voltage VDD is less than the threshold voltage Vth, the output signal of the VDD monitor 24 becomes H level. Therefore, the drive signals Sg3 and Sg4 change according to the output signal of the flip-
この場合、トランジスタQ1〜Q4は、次のようにスイッチング動作が行われる。すなわち、クロック信号CLKがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7、8がいずれもセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。また、駆動信号Sg3がLレベルになるとともに、駆動信号Sg4がHレベルになる。したがって、図4に示す「状態C」のように、トランジスタQ1、Q4がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオフされる。
In this case, the transistors Q1 to Q4 are switched as follows. That is, when the clock signal CLK changes from the L level to the H level, both the flip-
このような状態Cでは、図2に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDに略等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が0Vに略等しい電圧になる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介してグランド端子Pgへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Scに達すると、コンパレータ6からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ8がリセットされる。
In such a state C, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to 0V. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the ground terminal Pg via the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sc, an L level signal is output from the comparator 6 and the flip-
これにより、駆動信号Sg3がHレベルになるとともに、駆動信号Sg4がLレベルになる。したがって、図4に示す「状態A」のように、トランジスタQ1、Q3がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q4がオフされる。このような状態Aでは、図2に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDにほぼ等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が出力電圧Voutに略等しい電圧になる。 As a result, the drive signal Sg3 becomes H level and the drive signal Sg4 becomes L level. Therefore, as in "state A" shown in FIG. 4, the transistors Q1 and Q3 are turned on and the transistors Q2 and Q4 are turned off. In such a state A, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to the output voltage Vout.
そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介して出力端子Poへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。なお、この状態Aでの電流検出信号Saの上昇の傾きは、状態Cでの電流検出信号Saの上昇の傾きより小さくなる。 Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the output terminal Po through the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. Note that the rising slope of the current detection signal Sa in the state A is smaller than the rising slope of the current detection signal Sa in the state C.
電流検出信号Saが上昇して誤差信号Sbに達すると、コンパレータ5からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ7がリセットされる。これにより、駆動信号Sg1がLレベルになるとともに、駆動信号Sg2がHレベルになる。したがって、図4に示す「状態B」のように、トランジスタQ1、Q4がオフされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオンされる。このような状態Bでは、図2に示すように、ノードNdの電圧は、0Vに略等しい電圧となる。状態Bでは、グランド端子PgからインダクタL1を介して出力端子Poへと還流電流が流れる。つまり、状態Bではシャント抵抗Rsを介して電流が流れないため、電流検出信号SaはLレベルとなる。
When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sb, an L level signal is output from the
このように、入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満であり且つ出力電圧Voutより高い場合、降圧側駆動部9によりトランジスタQ1、Q2がスイッチングされることにより降圧動作が実行されるとともに、昇圧側駆動部11によりトランジスタQ3、Q4がスイッチングされることにより降圧動作が実行される。
Thus, when the input voltage VDD is less than the threshold voltage Vth and higher than the output voltage Vout, the step-down operation is performed by switching the transistors Q1 and Q2 by the step-down
[3]昇圧動作
入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、スイッチングレギュレータ1では、昇圧動作だけが実行される。昇圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図5に示す「状態A」および「状態C」が交互に繰り返されることになる。
[3] Boosting Operation When the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout, the
つまり、トランジスタQ1がオン固定であるとともにトランジスタQ2がオフ固定となっている状態で、トランジスタQ3、Q4が相補的にオンオフされることにより、入力電圧VDDを昇圧する昇圧動作が行われる。このような動作は、具体的には、次のようにして実現されるようになっている。 That is, in the state where the transistor Q1 is fixed on and the transistor Q2 is fixed off, the transistors Q3 and Q4 are complementarily turned on and off to perform a boosting operation for boosting the input voltage VDD. Specifically, such an operation is realized as follows.
すなわち、この場合、入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満であるため、VDDモニタ24の出力信号がHレベルとなる。そのため、フリップフロップ8の出力信号に応じて駆動信号Sg3、Sg4が変化する。つまり、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が有効化される。
That is, in this case, since the input voltage VDD is less than the threshold voltage Vth, the output signal of the VDD monitor 24 becomes H level. Therefore, the drive signals Sg3 and Sg4 change according to the output signal of the flip-
この場合、トランジスタQ1〜Q4は次のように駆動される。すなわち、クロック信号CLKがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7、8がいずれもセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。また、駆動信号Sg3がLレベルになるとともに、駆動信号Sg4がHレベルになる。したがって、図5に示す「状態C」のように、トランジスタQ1、Q4がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオフされる。
In this case, the transistors Q1 to Q4 are driven as follows. That is, when the clock signal CLK changes from the L level to the H level, both the flip-
このような状態Cでは、図2に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDに略等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が0Vに略等しい電圧になる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介してグランド端子Pgへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Scに達すると、コンパレータ6からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ8がリセットされる。
In such a state C, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to 0V. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the ground terminal Pg via the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sc, an L level signal is output from the comparator 6 and the flip-
これにより、駆動信号Sg3がHレベルになるとともに、駆動信号Sg4がLレベルになる。したがって、図5に示す「状態A」のように、トランジスタQ1、Q3がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q4がオフされる。この場合、入力電圧VDDは出力電圧Vout以下である。そのため、状態Aでは、インダクタL1に流れる電流は上昇から低下に転じることになる。 As a result, the drive signal Sg3 becomes H level and the drive signal Sg4 becomes L level. Therefore, as in “state A” shown in FIG. 5, the transistors Q1 and Q3 are turned on, and the transistors Q2 and Q4 are turned off. In this case, the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout. Therefore, in the state A, the current flowing through the inductor L1 changes from rising to lowering.
このようなことから、状態Aにおいてフリップフロップ7がリセットされることがなくなり、駆動信号Sg1がHレベルに固定されるとともに、駆動信号Sg2がLレベルに固定される。その結果、トランジスタQ1がオン固定になるとともに、トランジスタQ2がオフ固定となる。これにより、図2に示すように、ノードNdの電圧は、入力電圧VDDに略等しい電圧で固定となる。
For this reason, the flip-
このように、入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、トランジスタQ1がオンに固定されるとともにトランジスタQ2がオフに固定された状態で、昇圧側駆動部11によりトランジスタQ3、Q4がスイッチングされることにより、昇圧動作だけが実行されることになる。
As described above, when the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout, the transistors Q3 and Q4 are switched by the
[4]オフセットの決定手法
本実施形態では、昇降圧動作と昇圧動作の切り替えを確実に行い得るため、次のようにしてオフセット用電圧源14により生成するオフセットを決定している。すなわち、前述したように、「状態C」のとき、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介してグランド端子Pgへと電流が流れることにより電流検出信号Saが上昇して誤差信号Scに達すると、トランジスタQ3がオフからオンに転じるとともにトランジスタQ4がオンからオフに転じることで、「状態A」へと移行する。
[4] Offset Determination Method In this embodiment, since the switching between the step-up / step-down operation and the step-up operation can be performed reliably, the offset generated by the offset
しかし、図6に示すように、電流検出信号Saが誤差信号Scに達した時点taから、実際にトランジスタQ3、Q4のオンオフが切り替わって電流検出信号Saが低下に転じる時点tbまでには、コンパレータ5、6、降圧側駆動部9および昇圧側駆動部11などの回路動作による回路遅延時間ΔTが存在する。このような回路遅延時間ΔTの間に電流検出信号Saが誤差信号Sbに達してしまうと、昇降圧動作に切り替わってはいけない場合でも、誤って昇降圧動作に切り替えられてしまう。そこで、本実施形態では、回路遅延時間ΔTの間に電流検出信号Saが誤差信号Sbに達することがないような値に上記オフセットを設定している。
However, as shown in FIG. 6, from the time ta when the current detection signal Sa reaches the error signal Sc to the time tb when the transistors Q3 and Q4 are actually switched on and off and the current detection signal Sa starts to decrease, the
具体的には、次のようにオフセットVofを決定する。すなわち、昇降圧動作から昇圧動作に切り替わるのは、入力電圧VDDが出力電圧Voutに等しくなるときである。また、電流検出信号Saが誤差信号Scに達した時点taからの電流検出信号Saの持ち上がり分ΔVsenは、下記(1)式により表される。ただし、シャント抵抗Rsの抵抗値をRsとし、インダクタL1のインダクタンス値をLとする。
ΔVsen=Rs×L×Vout×ΔT …(1)
Specifically, the offset Vof is determined as follows. That is, the step-up / step-down operation is switched to the step-up operation when the input voltage VDD becomes equal to the output voltage Vout. Further, the increment ΔVsen of the current detection signal Sa from the time ta when the current detection signal Sa reaches the error signal Sc is expressed by the following equation (1). However, the resistance value of the shunt resistor Rs is Rs, and the inductance value of the inductor L1 is L.
ΔVsen = Rs × L × Vout × ΔT (1)
オフセットVofが電流検出信号Saの持ち上がり分ΔVsenよりも小さいと、上述したように誤って動作が切り替えられるおそれがある。そこで、本実施形態では、オフセットVofをΔVsen以上の値、つまり下記(2)式を満たす値に設定するようにしている。
Vof≧ΔVsen=Rs×L×Vout×ΔT …(2)
If the offset Vof is smaller than the increment ΔVsen of the current detection signal Sa, the operation may be erroneously switched as described above. Therefore, in this embodiment, the offset Vof is set to a value equal to or larger than ΔVsen, that is, a value satisfying the following expression (2).
Vof ≧ ΔVsen = Rs × L × Vout × ΔT (2)
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のスイッチングレギュレータ1では、一般的な昇降圧型且つ電流モード制御方式のスイッチングレギュレータの構成とは異なり、降圧側と昇圧側とで別々のコンパレータ5、6が設けられている。また、降圧側のコンパレータ5に入力される誤差信号Sbよりも、昇圧側のコンパレータ6に入力される誤差信号Scが低くなるようにオフセットが設けられている。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
In the
このような構成によれば、入力電圧VDDが出力電圧Voutより高い場合、つまり昇降圧動作するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇降圧動作が実行され、入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、つまり昇圧動作するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇圧動作が実行される。 According to such a configuration, when the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout, that is, when the input voltage VDD to be step-up / step-down operation is given, the step-up / step-down operation is performed, and the input voltage VDD is changed to the output voltage Vout. In the following cases, that is, when the input voltage VDD to be boosted is given, the boosting operation is executed.
また、スイッチングレギュレータ1は、入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高い値に設定された閾値電圧Vth以上である期間、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動を無効化する第1昇圧動作制限部10を備えている。このような構成によれば、入力電圧VDDが閾値電圧Vth以上である場合、つまり降圧動作を実行するべき入力電圧VDDが与えられている場合には降圧動作が実行され、入力電圧VDDが閾値電圧Vth未満である場合、つまり昇降圧動作を実行するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇降圧動作が実行される。
In addition, the
このように、スイッチングレギュレータ1は、降圧側と昇圧側とで別々のコンパレータ5、6を設けるとともに上記オフセットを設けることにより、入力電圧VDDに応じて昇降圧動作と昇圧動作が適切に切り替えられるようになっている。また、スイッチングレギュレータ1は、第1昇圧動作制限部10を設けることにより、入力電圧VDDに応じて降圧動作と昇降圧動作が適切に切り替えられるようになっている。したがって、本実施形態によれば、入力電圧VDDに応じた適切な動作への切り替えを行うことが可能となるため、出力電圧Voutの変動および損失の増加を抑制することができるという優れた効果が得られる。
As described above, the
また、上記オフセットは、コンパレータ5、6、降圧側駆動部9および昇圧側駆動部11の回路動作に伴う回路遅延時間ΔTに基づいて決定されている。具体的には、本実施形態では、回路遅延時間ΔTの間に電流検出信号Saが誤差信号Sbに達することがないような値に上記オフセットを設定している。このようにすれば、入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合に、誤って昇降圧動作に切り替えられることがなくなるため、入力電圧VDDに応じた適切な動作への切り替えを一層確実に行うことができる。
The offset is determined based on the circuit delay time ΔT accompanying the circuit operations of the
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図7および図8を参照して説明する。
図7に示すように、本実施形態のスイッチングレギュレータ41は、第1実施形態のスイッチングレギュレータ1に対し、第1昇圧動作制限部10に代えて遅延回路42および第2昇圧動作制限部43を備えている点が異なる。遅延回路42は、クロック生成回路15により生成されたクロック信号CLKを入力し、そのクロック信号CLKに対して所定の遅延時間だけ遅延させた遅延クロック信号を出力する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
As shown in FIG. 7, the switching
本実施形態では、クロック信号CLKが降圧側クロック信号に相当し、遅延回路42から出力される遅延クロック信号が昇圧側クロック信号に相当する。そこで、以下の説明では、クロック信号CLKのことを「降圧側クロック信号CLKD」と称するとともに、遅延クロック信号のことを「昇圧側クロック信号CLKU」と称することとする。降圧側クロック信号CLKDは、降圧側のフリップフロップ7のセット端子Sに入力されている。昇圧側クロック信号CLKUは、第2昇圧動作制限部43に与えられている。
In the present embodiment, the clock signal CLK corresponds to the step-down clock signal, and the delayed clock signal output from the
第2昇圧動作制限部43は、遅延回路42における遅延時間に基づいて決定される期間、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動を無効化するものであり、AND回路44および反転バッファ45を備えている。AND回路44の各入力端子には、昇圧側クロック信号CLKUおよびフリップフロップ7の出力信号がそれぞれ入力されている。
The second boosting
AND回路44の出力信号は、昇圧側のフリップフロップ8のセット端子Sに入力されている。反転バッファ45には、フリップフロップ8の出力信号が入力されている。反転バッファ45の出力信号は、昇圧側駆動部11のAND回路27の一方の入力端子およびOR回路28の一方の入力端子に入力されている。
The output signal of the AND
遅延回路42における遅延時間は、降圧動作と昇降圧動作の切り替えを確実に行い得るため、次のように決定されている。すなわち、降圧動作時のデューティDuty_dは、下記(3)式により表される。
Duty_d=Vout/VDD …(3)
The delay time in the
Duty_d = Vout / VDD (3)
降圧動作時の1周期中のオン時間Tonは、下記(4)式により表される。なお、オン時間Tonは、降圧動作時の1周期中にトランジスタQ1がオンされるとともにトランジスタQ2がオフされる時間である。ただし、降圧側クロック信号CLKDおよび昇圧側クロック信号CLKUの周波数をfclkとし、周期(サイクル時間)をTclkとする。
Ton=Duty_d/fclk=Duty_d×Tclk
=(Vout/VDD)×Tclk …(4)
The on time Ton in one cycle during the step-down operation is expressed by the following equation (4). The on-time Ton is a time during which the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off during one cycle during the step-down operation. However, the frequency of the step-down clock signal CLKD and the step-up clock signal CLKU is fclk, and the cycle (cycle time) is Tclk.
Ton = Duty_d / fclk = Duty_d × Tclk
= (Vout / VDD) × Tclk (4)
降圧動作から昇降圧動作に切り替わるときの入力電圧VDDの閾値をVDDthとすると、遅延時間Tdは、下記(5)式により表される。
Td=(Vout/VDDth)×Tclk …(5)
When the threshold value of the input voltage VDD when switching from the step-down operation to the step-up / step-down operation is VDDth, the delay time Td is expressed by the following equation (5).
Td = (Vout / VDDth) × Tclk (5)
スイッチングレギュレータ1は、1周期の開始時点から遅延時間Tdが経過する時点までの期間は降圧動作だけを行うことができる状態となっており、遅延時間Tdが経過した後は昇降圧動作を行い得る状態に切り替わることになる。
The
なお、遅延時間Tdは、出力電圧Voutに基づいて決定するとよい。具体的には、遅延時間Tdは、出力電圧Voutの目標値が低いほど長くなるように設定するとよい。その理由は、次の通りである。すなわち、出力電圧Voutの目標値が比較的低い場合、昇圧能力は低くても問題が生じ難い。そのため、この場合、昇圧側に割り当てる時間を相対的に短くするとともに降圧側に割り当てる時間を相対的に長くするため、遅延時間を長くするとよい。一方、出力電圧Voutの目標値が比較的高い場合、昇圧能力を高くする必要がある。そのため、この場合、昇圧側に割り当てる時間を相対的に長くするとともに降圧側に割り当てる時間を相対的に短くするため、遅延時間を短くするとよい。 The delay time Td may be determined based on the output voltage Vout. Specifically, the delay time Td is preferably set to be longer as the target value of the output voltage Vout is lower. The reason is as follows. That is, when the target value of the output voltage Vout is relatively low, it is difficult to cause a problem even if the boosting capability is low. Therefore, in this case, it is preferable to lengthen the delay time in order to relatively shorten the time allocated to the booster side and relatively increase the time allocated to the booster side. On the other hand, when the target value of the output voltage Vout is relatively high, it is necessary to increase the boosting capability. Therefore, in this case, it is preferable to shorten the delay time in order to relatively lengthen the time allocated to the booster side and relatively shorten the time allocated to the booster side.
次に、上記構成の作用について図8も参照して説明する。なお、降圧動作時、昇降圧動作時および昇圧動作時におけるトランジスタQ1〜Q4の動作状態は、第1実施形態と同じ態様となるため、以下の説明では、図3〜図5も適宜参照することとする。 Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIG. Note that the operating states of the transistors Q1 to Q4 during the step-down operation, the step-up / step-down operation, and the step-up operation are the same as those in the first embodiment. Therefore, in the following description, also refer to FIGS. 3 to 5 as appropriate. And
[1]降圧動作
入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td未満である場合、スイッチングレギュレータ1では、降圧動作だけが実行される。降圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図3に示した「状態A」および「状態B」が交互に繰り返されることになる。
[1] Step-down operation When the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on time Ton is less than the delay time Td, the
この場合、降圧側クロック信号CLKDがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7がセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。したがって、図3に示した「状態A」のように、トランジスタQ1がオンされるとともに、トランジスタQ2がオフされる。
In this case, when the step-down clock signal CLKD changes from the L level to the H level, the flip-
このような状態Aでは、図8に示すように、ノードNdの電圧は、入力電圧VDDに略等しい電圧となる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介して出力端子Poへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Sbに達すると、コンパレータ5からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ7がリセットされる。
In such a state A, as shown in FIG. 8, the voltage at the node Nd is substantially equal to the input voltage VDD. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the output terminal Po through the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sb, an L level signal is output from the
これにより、駆動信号Sg1がLレベルになるとともに、駆動信号Sg2がHレベルになる。したがって、図3に示す「状態B」のように、トランジスタQ1がオフされるとともに、トランジスタQ2がオンされる。このような状態Bでは、図2に示すように、ノードNdの電圧は、基準電位GND(0V)に略等しい電圧となる。状態Bでは、グランド端子PgからインダクタL1を介して出力端子Poへと還流電流が流れる。つまり、状態Bでは、シャント抵抗Rsを介して電流が流れないため、電流検出信号SaはLレベル(0V)となる。 As a result, the drive signal Sg1 becomes L level and the drive signal Sg2 becomes H level. Therefore, as in “state B” shown in FIG. 3, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on. In such a state B, as shown in FIG. 2, the voltage at the node Nd is substantially equal to the reference potential GND (0 V). In the state B, a reflux current flows from the ground terminal Pg to the output terminal Po through the inductor L1. That is, in the state B, since no current flows through the shunt resistor Rs, the current detection signal Sa becomes L level (0 V).
降圧側クロック信号CLKDが立ち上がった時点から遅延時間Tdの経過後、昇圧側クロック信号CLKUがLレベルからHレベルに転じる。しかし、このとき、フリップフロップ7がリセットされているため、その出力信号はLレベルとなっている。そのため、フリップフロップ8がセットされることはなく、駆動信号Sg3がHレベルであるとともに、駆動信号Sg4がLレベルである状態が維持される。つまり、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が無効化される。その結果、トランジスタQ3がオン固定になるとともに、トランジスタQ4がオフ固定となる。これにより、図8に示すように、ノードNuの電圧は、出力電圧Voutに略等しい電圧で固定となる。
After the elapse of the delay time Td from the time when the step-down clock signal CLKD rises, the step-up clock signal CLKU changes from the L level to the H level. However, since the flip-
このように、入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td未満である場合、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動が無効化された状態で、降圧側駆動部9によりトランジスタQ1、Q2がスイッチングされることにより、降圧動作だけが実行されることになる。
As described above, when the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on-time Ton is less than the delay time Td, the step-down driving is performed while the driving of the transistors Q3 and Q4 by the step-up driving
[2]昇降圧動作
入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td以上である場合、スイッチングレギュレータ1では、昇圧動作および降圧動作の双方、つまり昇降圧動作が実行される。昇降圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図4に示した「状態A」、「状態B」および「状態C」が図示したような順で繰り返されることになる。
[2] Buck-Boost Operation When the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on-time Ton is equal to or longer than the delay time Td, the
この場合、降圧側クロック信号CLKDがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7がセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。したがって、図3に示した「状態A」のように、トランジスタQ1がオンされるとともに、トランジスタQ2がオフされる。
In this case, when the step-down clock signal CLKD changes from the L level to the H level, the flip-
このような状態Aでは、図8に示すように、ノードNdの電圧は、入力電圧VDDに略等しい電圧となる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介して出力端子Poへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。 In such a state A, as shown in FIG. 8, the voltage at the node Nd is substantially equal to the input voltage VDD. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the output terminal Po through the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current.
降圧側クロック信号CLKDが立ち上がった時点から遅延時間Tdの経過後、昇圧側クロック信号CLKUがLレベルからHレベルに転じる。このとき、電流検出信号Saは未だ誤差信号Sbに達しておらず、フリップフロップ7がリセットされていない。そのため、降圧側クロック信号CLKDの立ち上がり時点にて、フリップフロップ8がセットされる。これにより、駆動信号Sg3がLレベルになるとともに、駆動信号Sg4がHレベルになる。したがって、図4に示した「状態C」のように、トランジスタQ1、Q4がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオフされる。
After the elapse of the delay time Td from the time when the step-down clock signal CLKD rises, the step-up clock signal CLKU changes from the L level to the H level. At this time, the current detection signal Sa has not yet reached the error signal Sb, and the flip-
このような状態Cでは、図8に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDに略等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が0Vに略等しい電圧になる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介してグランド端子Pgへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Scに達すると、コンパレータ6からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ8がリセットされる。
In such a state C, as shown in FIG. 8, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to 0V. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the ground terminal Pg via the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sc, an L level signal is output from the comparator 6 and the flip-
これにより、駆動信号Sg3がHレベルになるとともに、駆動信号Sg4がLレベルになる。したがって、図4に示した「状態A」のように、トランジスタQ1、Q3がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q4がオフされる。このような状態Aでは、図8に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDにほぼ等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が出力電圧Voutに略等しい電圧になる。 As a result, the drive signal Sg3 becomes H level and the drive signal Sg4 becomes L level. Therefore, as in the “state A” shown in FIG. 4, the transistors Q1 and Q3 are turned on and the transistors Q2 and Q4 are turned off. In such a state A, as shown in FIG. 8, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to the output voltage Vout.
そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介して出力端子Poへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Sbに達すると、コンパレータ5からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ7がリセットされる。これにより、駆動信号Sg1がLレベルになるとともに、駆動信号Sg2がHレベルになる。したがって、図4に示した「状態B」のように、トランジスタQ1、Q4がオフされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオンされる。このような状態Bでは、図8に示すように、ノードNdの電圧は、0Vに略等しい電圧となる。状態Bでは、グランド端子PgからインダクタL1を介して出力端子Poへと還流電流が流れる。つまり、状態Bではシャント抵抗Rsを介して電流が流れないため、電流検出信号SaはLレベルとなる。
Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the output terminal Po through the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sb, an L level signal is output from the
このように、入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td以上である場合、降圧側駆動部9によりトランジスタQ1、Q2がスイッチングされることにより降圧動作が実行されるとともに、昇圧側駆動部11によりトランジスタQ3、Q4がスイッチングされることにより降圧動作が実行される。
As described above, when the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on time Ton is equal to or longer than the delay time Td, the step-down operation is performed by switching the transistors Q1 and Q2 by the step-down
[3]昇圧動作
入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、スイッチングレギュレータ1では、昇圧動作だけが実行される。昇圧動作時、トランジスタQ1〜Q4の動作状態としては、図5に示した「状態A」および「状態C」が交互に繰り返されることになる。
[3] Boosting Operation When the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout, the
この場合、降圧側クロック信号CLKDがLレベルからHレベルに転じると、フリップフロップ7がセットされる。これにより、駆動信号Sg1がHレベルになるとともに、駆動信号Sg2がLレベルになる。このように降圧側クロック信号CLKDが立ち上がった時点から遅延時間Tdの経過後、昇圧側クロック信号CLKUがLレベルからHレベルに転じる。これにより、また、駆動信号Sg3がLレベルになるとともに、駆動信号Sg4がHレベルになる。したがって、図5に示した「状態C」のように、トランジスタQ1、Q4がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q3がオフされる。
In this case, when the step-down clock signal CLKD changes from the L level to the H level, the flip-
このような状態Cでは、図8に示すように、ノードNdの電圧が入力電圧VDDに略等しい電圧になるとともに、ノードNuの電圧が0Vに略等しい電圧になる。そのため、電源端子Pdからシャント抵抗RsおよびインダクタL1を介してグランド端子Pgへと電流が流れる。電流検出信号Saは、このような電流に応じて上昇する。電流検出信号Saが上昇して誤差信号Scに達すると、コンパレータ6からLレベルの信号が出力され、フリップフロップ8がリセットされる。
In such a state C, as shown in FIG. 8, the voltage at the node Nd becomes substantially equal to the input voltage VDD, and the voltage at the node Nu becomes substantially equal to 0V. Therefore, a current flows from the power supply terminal Pd to the ground terminal Pg via the shunt resistor Rs and the inductor L1. The current detection signal Sa rises according to such a current. When the current detection signal Sa rises and reaches the error signal Sc, an L level signal is output from the comparator 6 and the flip-
これにより、駆動信号Sg3がHレベルになるとともに、駆動信号Sg4がLレベルになる。したがって、図5に示した「状態A」のように、トランジスタQ1、Q3がオンされるとともに、トランジスタQ2、Q4がオフされる。この場合、入力電圧VDDは出力電圧Vout以下である。そのため、状態Aでは、インダクタL1に流れる電流は上昇から低下に転じることになる。 As a result, the drive signal Sg3 becomes H level and the drive signal Sg4 becomes L level. Therefore, as in “state A” shown in FIG. 5, the transistors Q1 and Q3 are turned on, and the transistors Q2 and Q4 are turned off. In this case, the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout. Therefore, in the state A, the current flowing through the inductor L1 changes from rising to lowering.
このようなことから、状態Aにおいてフリップフロップ7がリセットされることがなくなり、駆動信号Sg1がHレベルに固定されるとともに、駆動信号Sg2がLレベルに固定される。その結果、トランジスタQ1がオン固定になるとともに、トランジスタQ2がオフ固定となる。これにより、図8に示すように、ノードNdの電圧は、入力電圧VDDに略等しい電圧で固定となる。
For this reason, the flip-
このように、入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、トランジスタQ1がオンに固定されるとともにトランジスタQ2がオフに固定された状態で、昇圧側駆動部11によりトランジスタQ3、Q4がスイッチングされることにより、昇圧動作だけが実行されることになる。
As described above, when the input voltage VDD is equal to or lower than the output voltage Vout, the transistors Q3 and Q4 are switched by the
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のスイッチングレギュレータ41は、第1実施形態のスイッチングレギュレータ1と同様、降圧側と昇圧側とで別々のコンパレータ5、6が設けられているとともに、誤差信号Sbよりも誤差信号Scが低くなるようにオフセットが設けられている。このような構成によれば、第1実施形態と同様、入力電圧VDDが出力電圧Voutより高い場合、つまり昇降圧動作するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇降圧動作が実行され、入力電圧VDDが出力電圧Vout以下である場合、つまり昇圧動作するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇圧動作が実行される。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
As with the
また、スイッチングレギュレータ41は、昇圧側クロック信号CLKUを降圧側クロック信号CLKDに対して遅延時間Tdだけ遅延させる遅延回路42および遅延時間Tdに基づいて決定される期間、昇圧側駆動部11によるトランジスタQ3、Q4の駆動を無効化する第2昇圧動作制限部43を備えている。
The switching
オン時間Tonが短いということは、降圧動作時におけるデューティが比較的小さい、つまり入力電圧VDDが出力電圧Voutに対して十分に高くなっていることを意味する。したがって、オン時間Tonが遅延時間Td未満である場合、入力電圧VDDが出力電圧Voutに対して十分に高くなっているため、降圧動作を実行するべき状態であると言える。上記構成によれば、入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td未満である場合、つまり降圧動作を実行するべき入力電圧VDDが与えられている場合には降圧動作が実行される。 The short on-time Ton means that the duty during the step-down operation is relatively small, that is, the input voltage VDD is sufficiently higher than the output voltage Vout. Therefore, when the on-time Ton is less than the delay time Td, the input voltage VDD is sufficiently higher than the output voltage Vout, and it can be said that the step-down operation is to be executed. According to the above configuration, when the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on-time Ton is less than the delay time Td, that is, when the input voltage VDD for performing the step-down operation is given, the step-down operation is performed. Executed.
また、オン時間Tonが長いということは、降圧動作時におけるデューティが比較的大きい、つまり入力電圧VDDが出力電圧Voutに対して十分には高くないことを意味する。したがって、オン時間Tonが遅延時間Td以上である場合、入力電圧VDDが出力電圧Voutに対して十分には高くないため、昇降圧動作を実行するべき状態であると言える。上記構成によれば、入力電圧VDDが出力電圧Voutよりも高く且つオン時間Tonが遅延時間Td以上である場合、つまり昇降圧動作を実行するべき入力電圧VDDが与えられている場合には昇降圧動作が実行される。 Further, the long on-time Ton means that the duty during the step-down operation is relatively large, that is, the input voltage VDD is not sufficiently high with respect to the output voltage Vout. Therefore, when the on time Ton is equal to or longer than the delay time Td, it can be said that the step-up / step-down operation is to be performed because the input voltage VDD is not sufficiently higher than the output voltage Vout. According to the above configuration, when the input voltage VDD is higher than the output voltage Vout and the on time Ton is equal to or longer than the delay time Td, that is, when the input voltage VDD for performing the step-up / step-down operation is given, the step-up / step-down operation is performed. The action is executed.
このように、スイッチングレギュレータ41は、降圧側と昇圧側とで別々のコンパレータ5、6を設けるとともに上記オフセットを設けることにより、入力電圧VDDに応じて昇降圧動作と昇圧動作が適切に切り替えられるようになっている。また、スイッチングレギュレータ1は、遅延回路42および第2昇圧動作制限部43を設けることにより、入力電圧VDDに応じて降圧動作と昇降圧動作が適切に切り替えられるようになっている。したがって、本実施形態によれば、第1実施形態と同様、入力電圧VDDに応じた適切な動作への切り替えを行うことが可能となるため、出力電圧Voutの変動および損失の増加を抑制することができるという優れた効果が得られる。
As described above, the switching
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について図9および図10を参照して説明する。
図9に示すように、本実施形態のスイッチングレギュレータ51は、第2実施形態のスイッチングレギュレータ41に対し、クロック生成回路15および遅延回路42に代えてクロック生成回路52および遅延回路53を備えているとともに、さらにOPアンプ54を備えている点が異なる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
As shown in FIG. 9, the switching
クロック生成回路52は、スイッチングレギュレータ51におけるスイッチング周波数(例えば2MHz)の2倍の周波数(例えば4MHz)の周波数を持つクロック信号CLKを生成する。OPアンプ54は、ボルテージフォロアの接続形態となっており、その非反転入力端子には出力電圧Voutが与えられている。OPアンプ54から出力される出力電圧Voutに応じた出力信号Sdは、遅延回路53に与えられている。
The
遅延回路53は、入力されたクロック信号CLKを分周することにより、クロック信号CLKの1/2の周波数(2MHz)の周波数を持つ降圧側クロック信号CLKDを出力する。また、遅延回路53は、降圧側クロック信号CLKDに対して所定の遅延時間Tdだけ遅延させた昇圧側クロック信号CLKUを出力する。遅延回路53は、出力電圧Voutに応じて遅延時間Tdを可変する遅延時間可変部55を備えている。
The
前述したように、遅延時間Tdは、出力電圧Voutが低いほど長くなるように設定するとよい。そのため、本実施形態の遅延時間可変部55は、出力電圧Voutが低いほど遅延時間Tdを長くするとともに、出力電圧Voutが高いほど遅延時間Tdを短くするようになっている。このような遅延時間可変部55を有する遅延回路53の具体的な構成としては、例えば図10に示すような構成を採用することができる。
As described above, the delay time Td is preferably set to be longer as the output voltage Vout is lower. For this reason, the delay
図10に示すように、遅延回路53は、D型のフリップフロップ56、反転バッファ57、NOR回路58、シュミットトリガタイプのバッファ59、60、トランジスタQ51〜Q54、抵抗R51およびコンデンサC51を備えている。クロック信号CLKは、フリップフロップ56のクロック端子CKに入力されるとともに、反転バッファ57を介してNOR回路58の一方の入力端子に入力されている。
As shown in FIG. 10, the
フリップフロップ56の出力端子Qバー(図10では、Qの上に「−」を付して示す)は、入力端子Dに接続されている。フリップフロップ56の出力端子Qから出力される信号は、NOR回路58の他方の入力端子に入力されるとともに、バッファ59に入力されている。
The output terminal Q bar of the flip-flop 56 (shown with “−” on Q in FIG. 10) is connected to the input terminal D. A signal output from the output terminal Q of the flip-
トランジスタQ51、Q52は、Pチャネル型のMOSトランジスタであり、トランジスタQ53、Q53は、Nチャネル型のMOSトランジスタである。トランジスタQ51、Q52は、ソース同士が接続されるとともにゲート同士が接続されており、カレントミラー回路を構成している。トランジスタQ51、Q52の共通のソースは、例えば5Vの電源電圧Vddが与えられる電源線61に接続されている。トランジスタQ51、Q52の共通のゲートは、トランジスタQ51のドレインに接続されている。
The transistors Q51 and Q52 are P-channel MOS transistors, and the transistors Q53 and Q53 are N-channel MOS transistors. Transistors Q51 and Q52 have sources connected to each other and gates connected to each other to form a current mirror circuit. A common source of the transistors Q51 and Q52 is connected to a
トランジスタQ51のドレインは、トランジスタQ53のドレインに接続されている。トランジスタQ53のソースは、抵抗R61を介してグランド線62に接続されている。トランジスタQ52のドレインは、コンデンサC51を介して回路の基準電位(0V)が与えられるグランド線62に接続されるとともに、バッファ60の入力端子に接続されている。
The drain of the transistor Q51 is connected to the drain of the transistor Q53. The source of the transistor Q53 is connected to the
バッファ60の入力端子は、トランジスタQ54のドレインに接続されている。トランジスタQ54のソースは、グランド線62に接続されている。トランジスタQ54のゲートには、NOR回路58の出力信号が与えられている。
The input terminal of the
このような構成において、バッファ59の出力信号は、クロック信号CLKの1/2の周波数(2MHz)を持つ降圧側クロック信号CLKDとなる。また、コンデンサC51の端子に現れる信号をバッファ60により波形整形した信号が、降圧側クロック信号CLKDに対して遅延時間Tdだけ遅延した昇圧側クロック信号CLKUとなる。
In such a configuration, the output signal of the
この場合、遅延時間Tdは、出力電圧Voutに対応する出力信号Sdに応じて可変される。すなわち、出力信号Sdのレベルに応じて、トランジスタQ52のドレイン電流、つまりコンデンサC51への充電電流の電流値が変化する。そのため、昇圧側クロック信号CLKUの遅延時間Tdは、出力電圧Voutに応じて変化する。 In this case, the delay time Td is varied according to the output signal Sd corresponding to the output voltage Vout. That is, according to the level of the output signal Sd, the drain current of the transistor Q52, that is, the current value of the charging current to the capacitor C51 changes. Therefore, the delay time Td of the boost side clock signal CLKU changes according to the output voltage Vout.
以上説明した本実施形態によっても、第2実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、遅延回路53は、出力電圧Voutに応じて遅延時間Tdを可変する遅延時間可変部55を備えている。そして、遅延時間可変部55は、出力電圧Voutが低いほど遅延時間Tdを長くするとともに、出力電圧Voutが高いほど遅延時間Tdを短くするようになっている。このようにすれば、昇圧能力が低くても問題が生じ難い出力電圧Voutの目標値が比較的低い場合には、遅延時間Tdが長くなり、降圧側に割り当てる時間を相対的に長くすることができる。また、昇圧能力を高める必要がある出力電圧Voutの目標値が比較的高い場合には、遅延時間Tdが短くなり、昇圧側に割り当てる時間を相対的に長くすることができる。
Also by this embodiment described above, the same effect as that of the second embodiment can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について図11を参照して説明する。
降圧動作および昇降圧動作の切り替えを実現するための構成として、第1実施形態ではVDDモニタ24および第1昇圧動作制限部10を設け、第2実施形態では遅延回路42および第2昇圧動作制限部43を設けるようにしていたが、図11に示す本実施形態のスイッチングレギュレータ71のように、これらの構成を組み合わせてもよい。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
As a configuration for realizing switching between the step-down operation and the step-up / step-down operation, the VDD monitor 24 and the first boosting
図11に示すスイッチングレギュレータ71は、第1実施形態のスイッチングレギュレータ1に対し、遅延回路42が追加されている点が異なる。遅延回路42から出力される昇圧側クロック信号CLKUは、フリップフロップ8のセット端子Sに入力されている。このような構成によっても、第1実施形態と同様の効果、つまり入力電圧VDDに応じた適切な動作への切り替えを行うことが可能となるため、出力電圧Voutの変動および損失の増加を抑制することができるという優れた効果が得られる。
A switching
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
昇圧側スイッチング素子としては、Pチャネル型のMOSトランジスタを用いてもよい。また、降圧側スイッチング素子および昇圧側スイッチング素子としては、MOSトランジスタに限らず、例えばバイポーラトランジスタやIGBTなど、種々のスイッチング素子を用いることができる。なお、各スイッチング素子を変更する場合、その変更に対応するように降圧側駆動部9および昇圧側駆動部11の構成も変更すればよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to each embodiment described above and described in drawing, In the range which does not deviate from the summary, it can change, combine or expand arbitrarily.
A P-channel MOS transistor may be used as the boost side switching element. The step-down switching element and the step-up switching element are not limited to MOS transistors, and various switching elements such as bipolar transistors and IGBTs can be used. When each switching element is changed, the configurations of the step-down
オフセットVofの決定手法は、上述した決定手法に限らずともよく、昇降圧動作と昇圧動作の切り替えを確実に行うことができるオフセットVofの値を決定できるものであれば適宜変更可能である。遅延時間Tdの決定手法は、上述した決定手法に限らずともよく、降圧動作と昇降圧動作の切り替えを確実に行うことができる遅延時間Tdの値を決定できるものであれば適宜変更可能である。 The determination method of the offset Vof is not limited to the determination method described above, and can be appropriately changed as long as it can determine the value of the offset Vof that can surely switch between the step-up / step-down operation and the step-up operation. The determination method of the delay time Td is not limited to the determination method described above, and can be appropriately changed as long as it can determine the value of the delay time Td that can surely switch between the step-down operation and the step-up / step-down operation. .
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described with reference to the embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiments and structures. The present disclosure includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more or less, are within the scope and spirit of the present disclosure.
1、41、51、71…スイッチングレギュレータ、2…電流検出部、3…出力電圧検出部、4…誤差増幅部、5、6…コンパレータ、9…降圧側駆動部、10…第1昇圧動作制限部、11…昇圧側駆動部、42、53…遅延回路、43…第2昇圧動作制限部、55…遅延時間可変部、L1…インダクタ、Nd、Nu…相互接続ノード、Q1〜Q4…トランジスタ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記降圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの降圧側スイッチング素子(Q1、Q2)と、
前記昇圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの昇圧側スイッチング素子(Q3、Q4)と、
前記2つの降圧側スイッチング素子の相互接続ノード(Nd)と、前記2つの昇圧側スイッチング素子の相互接続ノード(Nu)と、の間に接続されるインダクタ(L1)と、
前記インダクタに流れる電流に対応した電流検出信号を出力する電流検出部(2)と、
前記出力電圧に対応した出力検出電圧を出力する出力電圧検出部(3)と、
前記出力電圧の目標値に対応した基準電圧と前記出力検出電圧との差に応じた誤差信号を出力する誤差増幅部(4)と、
前記電流検出信号と前記誤差信号とを比較する降圧側コンパレータ(5)と、
前記降圧側コンパレータの出力信号および降圧側クロック信号に基づいて前記降圧側スイッチング素子を駆動する降圧側駆動部(9)と、
前記電流検出信号と前記誤差信号から所定のオフセットを減じた信号とを比較する昇圧側コンパレータ(6)と、
前記昇圧側コンパレータの出力信号および昇圧側クロック信号に基づいて前記昇圧側スイッチング素子を駆動する昇圧側駆動部(11)と、
を備え、
さらに、前記入力電圧が所定の閾値電圧以上である期間、前記昇圧側駆動部による前記昇圧側スイッチング素子の駆動を無効化する第1昇圧動作制限部(10)を備えるスイッチングレギュレータ。 A switching regulator of a current mode control system that obtains a desired output voltage by switching between a step-down operation for stepping down the input voltage, a step-up / step-down operation for stepping up / down the input voltage, and a step-up operation for stepping up the input voltage (1, 41, 51, 71),
Two step-down switching elements (Q1, Q2) that are switched when performing the step-down operation;
Two boost side switching elements (Q3, Q4) that are switched when performing the boost operation;
An inductor (L1) connected between the interconnection node (Nd) of the two step-down switching elements and the interconnection node (Nu) of the two step-up switching elements;
A current detector (2) for outputting a current detection signal corresponding to the current flowing through the inductor;
An output voltage detector (3) for outputting an output detection voltage corresponding to the output voltage;
An error amplifying unit (4) for outputting an error signal corresponding to a difference between a reference voltage corresponding to a target value of the output voltage and the output detection voltage;
A step-down comparator (5) for comparing the current detection signal and the error signal;
A step-down side drive unit (9) for driving the step-down side switching element based on an output signal of the step-down side comparator and a step-down side clock signal;
A boost side comparator (6) for comparing the current detection signal with a signal obtained by subtracting a predetermined offset from the error signal;
A boost side drive section (11) for driving the boost side switching element based on an output signal of the boost side comparator and a boost side clock signal;
Equipped with a,
The switching regulator further includes a first boosting operation limiting unit (10) that invalidates driving of the boosting side switching element by the boosting side driving unit during a period in which the input voltage is equal to or higher than a predetermined threshold voltage .
前記降圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの降圧側スイッチング素子(Q1、Q2)と、
前記昇圧動作を実行する際にスイッチングされる2つの昇圧側スイッチング素子(Q3、Q4)と、
前記2つの降圧側スイッチング素子の相互接続ノード(Nd)と、前記2つの昇圧側スイッチング素子の相互接続ノード(Nu)と、の間に接続されるインダクタ(L1)と、
前記インダクタに流れる電流に対応した電流検出信号を出力する電流検出部(2)と、
前記出力電圧に対応した出力検出電圧を出力する出力電圧検出部(3)と、
前記出力電圧の目標値に対応した基準電圧と前記出力検出電圧との差に応じた誤差信号を出力する誤差増幅部(4)と、
前記電流検出信号と前記誤差信号とを比較する降圧側コンパレータ(5)と、
前記降圧側コンパレータの出力信号および降圧側クロック信号に基づいて前記降圧側スイッチング素子を駆動する降圧側駆動部(9)と、
前記電流検出信号と前記誤差信号から所定のオフセットを減じた信号とを比較する昇圧側コンパレータ(6)と、
前記昇圧側コンパレータの出力信号および昇圧側クロック信号に基づいて前記昇圧側スイッチング素子を駆動する昇圧側駆動部(11)と、
を備え、
さらに、
前記昇圧側クロック信号を前記降圧側クロック信号に対して所定の遅延時間だけ遅延させる遅延回路(42、53)と、
前記遅延時間に基づいて決定される期間、前記昇圧側駆動部による前記昇圧側スイッチング素子の駆動を無効化する第2昇圧動作制限部(43)と、
を備えるスイッチングレギュレータ。 A switching regulator of a current mode control system that obtains a desired output voltage by switching between a step-down operation for stepping down the input voltage, a step-up / step-down operation for stepping up / down the input voltage, and a step-up operation for stepping up the input voltage (1, 41, 51, 71),
Two step-down switching elements (Q1, Q2) that are switched when performing the step-down operation;
Two boost side switching elements (Q3, Q4) that are switched when performing the boost operation;
An inductor (L1) connected between the interconnection node (Nd) of the two step-down switching elements and the interconnection node (Nu) of the two step-up switching elements;
A current detector (2) for outputting a current detection signal corresponding to the current flowing through the inductor;
An output voltage detector (3) for outputting an output detection voltage corresponding to the output voltage;
An error amplifying unit (4) for outputting an error signal corresponding to a difference between a reference voltage corresponding to a target value of the output voltage and the output detection voltage;
A step-down comparator (5) for comparing the current detection signal and the error signal;
A step-down side drive unit (9) for driving the step-down side switching element based on an output signal of the step-down side comparator and a step-down side clock signal;
A boost side comparator (6) for comparing the current detection signal and a signal obtained by subtracting a predetermined offset from the error signal;
A boost side drive section (11) for driving the boost side switching element based on an output signal of the boost side comparator and a boost side clock signal;
Equipped with a,
further,
A delay circuit (42, 53) for delaying the step-up clock signal by a predetermined delay time with respect to the step-down clock signal;
A second boosting operation limiting unit (43) for invalidating driving of the boosting side switching element by the boosting side driving unit during a period determined based on the delay time;
A switching regulator comprising:
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