JP6656956B2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチングレギュレータに関し、特にスイッチングレギュレータの保護回路に関する。
スイッチングレギュレータは、様々な電子機器の電圧供給源として用いられている。従って、電子機器の安全性を確保するため、各種の保護機能は重要な機能になっている。
図２は、従来のスイッチングレギュレータの回路図の一例を示す。従来のスイッチングレギュレータ２００は、フィードバック抵抗６と、基準電圧回路１２と、比較回路１０と、Ｒ−Ｓフリップフロップ回路１３と、オン時間制御回路１１と、出力制御回路１５と、ドライバー回路１６及び１７と、パワーＦＥＴ２及び４と、インダクタ３と、ショットキーダイオード４と、コンデンサ５を備えている。また、保護回路として、電源電圧監視回路３０と、過熱保護回路４０と、制御回路１４と、を備えている。
従来のスイッチングレギュレータ２００は、各種の保護回路、例えば、電源電圧監視回路３０や過熱保護回路４０を備え、夫々の出力する検出信号は制御回路１４に入力される。制御回路１４は、各種保護回路の検出信号を受けて、比較回路１０や出力制御回路１５を制御して、異常状態から回路を保護する。
電源電圧監視回路３０は、電源電圧を検出する比較回路３１を備えている（例えば、特許文献１参照）。過熱保護回路４０は、温度を検出する比較回路４１を備えている。
特開２００９−２９６７１４号公報
電源電圧や温度など監視すべき対象が多い場合、それと同数の比較回路が必要となり、半導体装置の面積が増えてしまう。更に、比較回路の個数分の電力を消費するので、消費電流が多くなってしまう。たとえ、各比較回路を時分割で動作させたとしても、比較回路の起動した際に、比較回路の動作が安定するまでの時間が必要になり、不要な電流を消費してしまうことになる。
従来の課題を解決するために、本発明のスイッチングレギュレータは以下のような構成とした。
比較回路２０とスイッチ回路２１〜２３とスイッチ制御回路２８を備え、スイッチ制御回路２８の制御信号Ｓ１〜Ｓ３でスイッチ回路２１〜２３を切替え、１つの比較回路２０で複数の異常検出機能を実現する構成としたスイッチングレギュレータ。
本発明のスイッチングレギュレータによれば、比較回路を１つだけ設け、その比較回路の入力をスイッチ回路により切替えることによって、複数の検出機能を得る構成としたので、半導体装置の占有面積が減少し、ローコストで製造する事が出来る。また、時分割で比較回路の入力を切り替える事により、複数の比較回路を時分割で交互に動作させる場合に比べて、起動時間に要する消費電流を削減することが出来る。
本実施形態のスイッチングレギュレータの一例を示す回路図である。 従来のスイッチングレギュレータを示す回路図である。
図１は、本実施形態のスイッチングレギュレータの一例を示す回路図である。
本実施形態のスイッチングレギュレータ１００は、パワーＦＥＴ２及び４と、インダクタ３と、コンデンサ５と、フィードバック抵抗６と、比較回路１０と、オン時間制御回路１１と、基準電圧回路１２と、Ｒ−Ｓフリップフロップ回路１３と、出力制御回路１５と、ドライバー回路１６及び１７と、比較回路２０と、スイッチ回路２１〜２３と、分圧回路２４と、温度センサー２５と、基準電圧回路２６及び２７と、スイッチ制御回路２８と、を備えている。
フィードバック抵抗６は、出力端子ＯＵＴとＧＮＤ端子の間に接続されている。比較回路１０は、入力端子がフィードバック抵抗６の出力端子と基準電圧回路１２の出力端子に接続されている。Ｒ−Ｓフリップフロップ回路１３は、セット端子Ｓが比較回路１０の出力端子に接続され、リセット端子Ｒがオン時間制御回路１１の出力端子に接続され、出力端子Ｑがオン時間制御回路１１の入力端子と出力制御回路１５の入力端子に接続されている。ドライバー回路１６は、入力端子が出力制御回路１５の第一の出力端子に接続され、出力端子がパワーＦＥＴ２のゲートに接続されている。ドライバー回路１７は、入力端子が出力制御回路１５の第二の出力端子に接続され、出力端子がパワーＦＥＴ４のゲートに接続されている。パワーＦＥＴ２は、ソースが入力端子ＩＮに接続され、ドレインがインダクタ３の一方の端子とパワーＦＥＴ４のドレインに接続されている。出力端子ＯＵＴは、インダクタ３の他方の端子とコンデンサ５の一方の端子に接続されている。パワーＦＥＴ４のソースは、ＧＮＤ端子に接続されている。コンデンサ５の他方の端子は、ＧＮＤ端子に接続されている。
比較回路２０は、第一の入力端子がスイッチ回路２１に接続され、第二の入力端子がスイッチ回路２２に接続され、出力端子がスイッチ回路２３に接続されている。スイッチ回路２１は、入力端子が保護回路の数だけあり、例えば、電源電圧検出用の分圧回路２４や、過熱保護用の温度センサー２５が接続されている。スイッチ回路２２は、入力端子が保護回路の数だけあり、例えば、電圧検出用の基準電圧ＶＲＥＦ１を出力する基準電圧回路２６や、過熱保護用の基準電圧ＶＲＥＦ２を出力する基準電圧回路２７が接続されている。スイッチ回路２３は、出力端子が複数あり、例えば、比較回路１０や出力制御回路１５に接続されている。スイッチ制御回路２８は、制御信号Ｓ１〜Ｓ３を夫々スイッチ回路２１〜２３に出力し、制御信号ＳＳを比較回路２０に出力する。
上述したスイッチングレギュレータ１００は、以下のように動作して回路を異常状態から保護している。
スイッチ制御回路２８は、出力制御回路１５がドライバー回路１６に出力したパワーＦＥＴ２をオンする信号を動機として、保護回路を時分割動作させる制御信号Ｓ１〜Ｓ３をスイッチ回路２１〜２３に出力し、制御信号ＳＳを比較回路２０に出力する。
比較回路２０は、制御信号ＳＳを受けると、例えば、スイッチがオンすることによって、動作電流が供給され動作を開始する。
先ず、制御信号Ｓ１はスイッチ回路２１を分圧回路２４と接続させ、制御信号Ｓ２はスイッチ回路２２を基準電圧回路２６と接続させる。従って、比較回路２０は、分圧回路２４の出力する電圧と基準電圧ＶＲＥＦ１とを比較し、電源電圧の低下を検出する電源電圧検出動作を実行する。このとき、制御信号Ｓ３はスイッチ回路２３を出力制御回路１５と接続させ、電源電圧の低下を検出したときに、出力制御回路１５に制御して、パワーＦＥＴ２をオフさせる。
この後、スイッチ制御回路２８は、順次スイッチ回路２１及び２２を切替える制御信号Ｓ１及びＳ２を出力して、異常検出機能を切替える。最後に、制御信号Ｓ１はスイッチ回路２１を温度センサー２５と接続させ、制御信号Ｓ２はスイッチ回路２２を基準電圧回路２７と接続させる。従って、比較回路２０は、温度センサー２５の出力する電圧と基準電圧ＶＲＥＦ２とを比較し、回路の過熱を検出する過熱検出動作を実行する。このとき、制御信号Ｓ３はスイッチ回路２３を出力制御回路１５と接続させ、回路の過熱を検出したときに、出力制御回路１５に制御して、パワーＦＥＴ２をオフさせる。
ここで、スイッチ制御回路２８は、制御信号ＳＳによって比較回路２０の動作を停止するように制御する。
以上説明したように、本実施形態のスイッチングレギュレータ１００は、比較回路２０と、スイッチ回路２１〜２３と、スイッチ制御回路２８と、を備え、スイッチ制御回路２８の制御信号Ｓ１〜Ｓ３でスイッチ回路２１〜２３を切替え、１つの比較回路２０で複数の異常検出機能を実現したので、半導体装置の占有面積が減少し、ローコストで製造する事が出来る。また、１つの比較回路２０を時分割駆動して複数の異常検出機能を実現したので、半導体装置を低消費を低減する事が出来る。
なお、本発明は、ＣＯＴ制御の同期整流型の回路で説明したが、この方式のスイッチングレギュレータに限定されるものではない。
また、保護機能を実現するための回路や監視項目や監視を開始するタイミングや順序は一例であり、これに限限定されるものではない。
１０、２０ 比較回路
１１ オン時間制御回路
１２、２６、２７ 基準電圧回路
１３ Ｒ−Ｓフリップフロップ
１５ 出力制御回路
２５ 温度センサー
２８ スイッチ制御回路

Claims (2)

  1. 第一の基準電圧とフィードバック電圧とを比較する第一の比較器と、
    前記第一の比較器の出力信号に応じてオンオフ制御信号を出力する出力制御回路と、
    前記オンオフ制御信号で制御されるパワーＦＥＴと、
    複数の保護機能を実現するための複数の監視回路と、
    第二の比較回路と、
    前記複数の監視回路と前記第二の比較回路の第一及び第二の入力端子との接続を切替える第一及び第二のスイッチ回路と、
    前記第二の比較回路の出力端子と前記第一の比較器や前記出力制御回路の制御端子との接続を切替える第三のスイッチ回路と、
    前記第一及び第二及び第三のスイッチ回路へ第一及び第二及び第三の制御信号を出力するスイッチ制御回路と、を備え、
    前記スイッチ制御回路は、前記第一及び第二及び第三のスイッチ回路を切替えることによって、前記第二の比較回路に時分割で複数の異常を検出させるようにした、
    ことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
  2. 前記スイッチ制御回路は、前記第二の比較回路へ制御信号を出力することによって、前記第二の比較回路に前記複数の異常を検出しているときのみ動作させるようにした、
    ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングレギュレータ。
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