JP6826393B2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents
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Description
図1は、電流モード制御型スイッチング電源装置(電流モード制御型スイッチングレギュレータ)の全体構成例を示す図である。本構成例のスイッチング電源装置101は、入力電圧を降圧する降圧動作を行う電流モード制御型スイッチング電源装置であって、タイミング制御回路1と、上側MOSトランジスタQ1と、下側MOSトランジスタQ2と、インダクタL1と、出力コンデンサC1と、分圧抵抗R1及びR2と、エラーアンプ2と、基準電圧源3と、電流検出回路4と、スロープ回路5と、コンパレータ6と、オシレータ7と、過電流検出回路8と、を備える。
図5は、過電流保護の第1実施例に係るタイミング制御回路1の要部構成を示す図である。図5に示す構成のタイミング制御回路1は、ORゲート11と、NORゲート12と、Dフリップフロップ13と、アンプ14と、を備える。
上述した通り、過電流検出回路8は、下側MOSトランジスタQ2を流れる電流が閾値を超えているか否かを判定する回路である。したがって、上述した過電流保護の第1実施例では、負荷が短絡したときに起こる過電流状態に対して過電流保護動作を行うことはできるものの、上側MOSトランジスタQ1と下側MOSトランジスタQ2の接続ノードが接地電位に短絡したときに起こる過電流状態に対して過電流保護動作を行うことができない。
図15は、電圧モード制御型スイッチング電源装置(電圧モード制御型スイッチングレギュレータ)の全体構成例を示す図である。なお、図15において図1及び図8と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略する。本構成例のスイッチング電源装置102は、入力電圧を降圧する降圧動作を行う電圧モード制御型スイッチング電源装置であって、タイミング制御回路1と、上側MOSトランジスタQ1と、下側MOSトランジスタQ2と、インダクタL1と、出力コンデンサC1と、分圧抵抗R1及びR2と、エラーアンプ2と、基準電圧源3と、コンパレータ6と、オシレータ7と、ランプ回路9と、異常検出回路10と、アンプ14と、シャットダウン回路16と、を備える。
次に、先に説明したスイッチング電源装置101〜104の用途例について説明する。図10は、車載機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、車載機器X11〜X17と、これらの車載機器X11〜X17に電力を供給するバッテリ(不図示)と、を搭載している。
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
2 エラーアンプ
3 基準電圧源
4 電流検出回路
5 スロープ回路
6 コンパレータ
7 オシレータ
8 過電流検出回路
9 ランプ回路
10 異常検出回路
11 ORゲート
12 NORゲート
13 Dフリップフロップ
14 アンプ
15 連続パルス検出回路
16 シャットダウン回路
101〜104 スイッチング電源装置
C1 出力コンデンサ
C2、C3 コンデンサ
CS1 電流源
CS2 定電流源
L1 インダクタ
Q1 上側MOSトランジスタ
Q2 下側MOSトランジスタ
Q3〜Q10 トランジスタ
R1、R2 分圧抵抗
R3〜R6 抵抗
S1〜S4 スイッチ
X 車両
X11〜X17 車載機器
Claims (10)
- 第1端が入力電圧の印加される第1印加端に接続された第1スイッチと、第1端が前記第1スイッチの第2端に接続されて第2端が前記入力電圧よりも低い電圧の印加される第2印加端に接続された第2スイッチと、前記第2スイッチの第1端と第2端間の電位差に基づき前記第2スイッチを流れる過電流を検出する過電流検出部と、を備えるスイッチングレギュレータに用いられ、前記第1スイッチのオン/オフ動作を制御するためのスイッチング信号を生成するスイッチングレギュレータ制御回路であって、
前記スイッチング信号のデューティ比、又は、前記スイッチング信号を生成するために用いられる制御信号が有する前記デューティ比と相関のある変数に基づいて、前記デューティ比が正常な変調範囲外である異常状態を検出する異常状態検出部と、
前記異常状態が前記異常状態検出部によって検出されると、前記第1スイッチのスイッチングを停止させて前記第1スイッチをオフ状態にする異常保護部と、
を備え、
前記スイッチングレギュレータ制御回路は、前記スイッチング信号のパルス幅の上限を固定幅に制限し、
前記スイッチングレギュレータ制御回路は、前記過電流検出部によって過電流が検出されている期間中は前記スイッチング信号にパルスを発生させないようにし、
前記異常状態検出部は、前記過電流検出部によって過電流が検出されていない一の連続した期間において、前記スイッチング信号に前記固定幅のパルスが通常動作時のスイッチング周期がm周期以内でn回(ただしnはm以下の自然数)以上発生している場合に前記異常状態を検出する、
ことを特徴とするスイッチングレギュレータ制御回路。 - 前記デューティ比が正常な変調範囲とは、前記スイッチングレギュレータ制御回路を有するスイッチングレギュレータの動作時において想定されうる外乱に対する応答として表れる前記デューティ比の変調範囲を示している請求項1に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
- 前記固定幅の値が複数設定されており、複数設定の中から任意に選択することができる請求項1又は請求項2に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
- 前記固定幅の値が、前記スイッチングレギュレータ制御回路を有する前記スイッチングレギュレータの前記入力電圧及び出力電圧の少なくとも一つの関数である請求項1〜3のいずれか一項に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
- 第1端が入力電圧の印加される第1印加端に接続された第1スイッチと、
第1端が前記第1スイッチの第2端に接続されて第2端が前記入力電圧よりも低い電圧の印加される第2印加端に接続された第2スイッチと、
前記第2スイッチを流れる電流を検出する電流検出部と、
前記第2スイッチを流れる過電流を検出する過電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された電流に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを制御する制御部と、
第1端が前記第1スイッチの第2端及び前記第2スイッチの第1端に接続されたインダクタと、
を備え、
前記制御部は、前記第1スイッチがオフ状態である間の所定期間に前記電流検出部によって検出された電流の情報を蓄積して、蓄積された電流の情報に基づいたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部を有し、前記スロープ電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを制御し、
前記スロープ電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを制御したままでは前記第1スイッチ及び前記第2スイッチのオン/オフ動作を制御するためのスイッチング信号に発生するパルスのパルス幅が固定幅を超える場合には、前記スイッチング信号に発生するパルスのパルス幅を前記固定幅に制限し、
前記過電流検出部によって過電流が検出されている期間中は前記スイッチング信号にパルスを発生させないようにし、前記スイッチング信号に前記固定幅のパルスが通常動作時のスイッチング周波数で連続して発生している場合に前記第1スイッチのオン/オフ動作を停止させ前記第1スイッチをオフ状態にすることを特徴とする電流モード制御型スイッチング電源装置。 - 前記制御部は、
前記電流モード制御型スイッチング電源装置の出力電圧に応じた電圧と基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記スロープ電圧と前記誤差信号を比較して比較信号であるリセット信号を生成するコンパレータと、
所定周波数のクロック信号であるセット信号を生成するオシレータと、
前記セット信号と前記リセット信号に応じて前記第1スイッチのオン/オフ及び前記第2スイッチのオン/オフを制御するタイミング制御回路と、
を有する請求項5に記載の電流モード制御型スイッチング電源装置。 - 前記固定幅の値は、前記入力電圧及び前記電流モード制御型スイッチング電源装置の出力電圧の関数である請求項5または請求項6に記載の電流モード制御型スイッチング電源装置。
- 前記第2スイッチがMOSトランジスタであって、
前記電流検出部が前記MOSトランジスタのオン抵抗の両端電圧を用いて前記第2スイッチを流れる電流を検出し、
前記過電流検出部が前記MOSトランジスタのオン抵抗の両端電圧を用いて前記第2スイッチを流れる過電流を検出する請求項5〜請求項7のいずれか一項に記載の電流モード制御型スイッチング電源装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のスイッチングレギュレータ制御回路と、前記スイッチングレギュレータ制御回路から出力されるスイッチング信号によってオン/オフ制御されるスイッチング素子と、を備えるスイッチングレギュレータ、又は、
請求項5〜請求項8のいずれか一項に記載の電流モード制御型スイッチング電源装置
を備えることを特徴とする車載機器。 - 請求項9に記載の車載機器と、
前記車載機器に電力を供給するバッテリと、
を備えることを特徴とする車両。
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