JPH10313572A - スイッチングレギュレータ制御方式 - Google Patents

スイッチングレギュレータ制御方式

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JPH10313572A
JPH10313572A JP9119185A JP11918597A JPH10313572A JP H10313572 A JPH10313572 A JP H10313572A JP 9119185 A JP9119185 A JP 9119185A JP 11918597 A JP11918597 A JP 11918597A JP H10313572 A JPH10313572 A JP H10313572A
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voltage
output
flip
circuit
signal
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JP9119185A
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Takashi Aoyama
孝志 青山
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ＤＣ／ＤＣコンバータ等に使用されるスイッ
チング手段の制御を行い、特にロードレギュレーション
を改善するスイッチング制御回路を提供する。 【解決手段】 直流電圧出力回路に軽負荷が接続されて
いる時、増幅器２０を介してコンパレータ２１に出力さ
れる制御電圧は低くなり、直流電圧出力回路の出力電圧
は高くなる。そこで、この制御電圧が入力するコンパレ
ータ２３にスレッショルド電圧をもたせ、制御電圧がス
レッショルド電圧以上でなければフリップフロップ回路
２７のセット端子（Ｓ）にセットパルス信号を出力しな
い構成とすることにより、スレッショルド電圧分だけ制
御電圧の平均値を上げ、直流電圧出力回路の電圧上昇を
抑えることができ、ロードレギュレーションの改善を図
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチングレギュ
レータに係り、特に軽負荷時においても効率低下、及び
直流電圧出力回路の出力電圧上昇の少ない制御方式に関
する。
【０００２】
【従来の技術】スイッチングレギュレータとしてのＤＣ
／ＤＣコンバータでは、例えばスイッチング手段にバイ
ポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴを使用し、所望の電
圧出力を得るため、スイッチング手段のオン、オフのデ
ューティ比を制御している。
【０００３】図４は上述のようなスイッチング手段のオ
ン、オフのデューティ比を制御するスイッチング制御回
路の図である。入力端子１には、例えば直流電圧出力回
路の出力電圧が入力し、分割抵抗Ｒ１、Ｒ２により上記
出力電圧を分圧した電圧Ｖfbが増幅器２の一方の入力端
子に入力される。また、増幅器２の他方の入力端子には
基準電圧Ｖref が入力、増幅器２は両入力に基づいた制
御電圧をコンパレータ３の反転入力（−）に出力する。
ここで、コンパレータ３は、非反転入力端子（＋）に入
力されるセンス抵抗の両端間の電圧と上述の制御電圧を
比較し、リセット信号を生成する。尚、センス抵抗の両
端間の電圧とは、不図示のＤＣ／ＤＣコンバータに設け
られた電流検出用センス抵抗間の電圧である。
【０００４】重負荷時はセンス抵抗両端間の電圧が軽負
荷用ピーク電流設定電圧より高く、コンパレータ７はハ
イレベル信号を出力するので、コンパレータ３から出力
されたリセット信号はアンドゲート４、オアゲート５を
介してフリップフロップ回路６のリセット端子（Ｒ）に
そのまま入力される。また、フリップフロップ回路６の
リセット端子（Ｒ）にはリセットパルス発生回路１０か
ら所定周期毎に出力されるリセット信号もオアゲート５
を介して入力される。
【０００５】軽負荷時はセンス抵抗両端間の電圧が軽負
荷用ピーク電流設定電圧を越えるまでコンパレータ７は
ローレベル信号を出力するので、コンパレータ３から出
力されたリセット信号は、フリップフロップ回路６のリ
セット端子（Ｒ）には入力されない。しかし、リセット
パルス発生回路１０から所定周期毎に出力されるリセッ
ト信号はオアゲート５を介して入力される。また、一
旦、フリップフロップ回路６のリセット端子（Ｒ）にリ
セット信号が入力されると、フリップフロップ回路６の
出力端子（Ｑ）はローレベル信号を出力し、インバータ
１１によって反転されてアンドゲート９の一方の端子に
入力されるので、コンパレータ３のリセット信号が解除
されるまでコンパレータ３のリセット信号は、アンドゲ
ート９、オアゲート５を介してフリップフロップ回路６
のリセット端子（Ｒ）に入力される状態を維持する。
【０００６】図５（ａ）〜（ｅ）は、上述の状態の時の
スイッチング制御回路の各部の波形を説明するタイムチ
ャートである。尚、同図の（ａ）は、センス抵抗の両端
間の電圧を実線で示し、制御電圧を点線で示し、ピーク
電流設定値を２点鎖線で示す。また、同図の（ｂ）はフ
リップフロップ回路６のセット端子（Ｓ）に入力される
セットパルス信号を示し、同図の（ｃ）はリセットパル
ス発生回路１０から出力されるリセット信号の出力タイ
ミングを示し、同図の（ｄ）はフリップフロップ回路６
のリセット端子（Ｒ）に入力されるリセット信号を示
し、同図の（ｅ）はフリップフロップ回路６の出力
（Ｑ）を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、このス
イッチング制御回路は、フリップフロップ回路６の出力
（Ｑ）の出力信号デューティ比をフリップフロップ回路
６のリセット端子（Ｒ）に入力するリセット信号によっ
て制御しており、そのリセット信号はセンス抵抗両端間
の電圧と増幅器２の出力である制御電圧を比較して作ら
れる。
【０００８】重負荷時はセンス抵抗両端間電圧が制御電
圧に等しくなるように制御されるが、軽負荷時は効率低
下防止用にスイッチング手段のオン回数を減らす目的で
軽負荷用ピーク電流設定電圧とセンス抵抗両端間電圧を
比較するコンパレータ７があり、１回のスイッチング手
段のオンでセンス抵抗両端間電圧を軽負荷用ピーク電流
設定電圧まで上昇させる。このため、制御電圧は低くな
り、直流電圧出力回路の出力電圧上昇を増大させる。ゆ
えに、負荷の軽重による直流電圧出力回路の出力電圧の
変動であるロードレギュレーションが、従来の軽負荷時
の効率低下を防ぐ制御方式では悪いものとなっていた。
【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、ロードレギュレーションを改善するスイッチン
グレギュレータ制御方式を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は上
記課題を解決するため、セット端子とリセット端子を有
し、リセット優先のフリップフロップ回路と、該フリッ
プフロップ回路の出力信号のデューティ比を可変するこ
とによって所望の直流電圧出力を得る直流電圧出力回路
の出力電圧が入力し、該出力電圧に従って制御電圧を作
成する制御電圧作成手段と、該制御電圧作成手段の制御
電圧を予め定められたスレッショルド電圧と比較して、
その比較結果に基づいて、セットパルス信号を前記フリ
ップフロップ回路のセット端子に出力するセットパルス
信号出力手段と、前記フリップフロップ回路のリセット
端子にリセット信号を出力し、前記フリップフロップ回
路の出力を制御するリセット信号出力手段とを有するス
イッチングレギュレータ制御方式を提供することで達成
できる。
【００１１】このように構成することにより、例えば制
御電圧がスレッショルド電圧を越えなければセットパル
ス信号がフリップフロップ回路のセット端子に入力され
ないとすることができ、この場合フリップフロップ回路
から前記直流電圧出力回路の、例えばＭＯＳＦＥＴ等で
構成するスイッチング手段にオン信号が出力されないの
で、従来と比較すると、軽負荷時の制御電圧平均値がス
レッショルド電圧だけ上昇し、ロードレギュレーション
が改善される。
【００１２】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明を具体化するものであり、前記セットパルス信号
出力手段は、例えば比較手段とアンドゲートより成り、
前記制御信号がスレッショルド電圧を越える時、前記比
較手段から前記アンドゲートに信号を出力し、該アンド
ゲートを介してセットパルス信号を前記フリップフロッ
プ回路のセット端子に出力する構成である。
【００１３】このように構成することにより、制御電圧
がスレッショルド電圧を越えなければ上記比較手段はロ
ーレベル信号をアンドゲートの一方に出力するのでセッ
トパルス信号がフリップフロップ回路のセット端子に出
力されず、フリップフロップ回路から前記直流電圧出力
回路のスイッチング手段にオン信号が出力されないの
で、従来と比較すると、軽負荷時の制御電圧平均値がス
レッショルド電圧分だけ上昇し、ロードレギュレーショ
ンが改善される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実
施形態例のスイッチング制御回路を含む直流電圧出力回
路の回路図である。同図において、１２は後述するスイ
ッチング制御回路であり、スイッチング制御回路１２の
出力端子（Ｑ）から出力される制御信号に従ってスイッ
チング手段１３をオン、オフ駆動する。尚、スイッチン
グ手段１３はスイッチであり、例えばＭＯＳＦＥＴやバ
イポーラトランジスタで構成され、このスイッチング手
段１３は直流電源（電圧ＶIN）と接地間にダイオード１
４を介して直列接続されている。
【００１５】また、スイッチング手段１３とダイオード
１４との接続点Ａと直流電圧出力回路の出力端子Ｂ間に
は、コイルで構成されるインダクタンス１５、及びセン
ス抵抗１６とコンデンサ１７が接続されている。また、
センス抵抗１６の両端の電圧は、接続線１６ａ、１６ｂ
を介してスイッチング制御回路１２に出力される。尚、
図示しないが直流電圧出力回路の出力も負荷に接続され
ると共に、接続線１８を介してスイッチング制御回路１
２にフィードバックされる。
【００１６】この直流電圧出力回路は、スイッチング制
御回路１２の出力（Ｑ）からスイッチング手段１３に対
して制御信号を出力することにより、接続点Ａの電圧振
動を上述のインダクタンス１５とコンデンサ１７で平滑
し、出力端子Ｂから所望の出力電圧を得る。また、この
時得られる出力電圧は、スイッチング制御回路１２から
出力する制御信号に従った電圧であり、制御信号のデュ
ーティ比を可変することで所望の出力電圧を得ることが
できる。
【００１７】図２は上述の構成のＤＣ／ＤＣコンバータ
直流電圧出力回路に制御信号を出力するスイッチング制
御回路１２を示すものである。同図において、スイッチ
ング制御回路１２は増幅器２０、コンパレータ２１〜２
３、アンドゲート２４、２５、オアゲート２６、フリッ
プフロップ回路２７、リセットパルス発生回路２８、セ
ットパルス発生回路２９、スレッショルド電圧源３０で
構成されている。尚、フリップフロップ回路２７はリセ
ット優先のフリップフロップ回路であり、この出力
（Ｑ）は、図１のスイッチング制御回路１２の出力
（Ｑ）に対応する。
【００１８】ここで、増幅器２０とコンパレータ２１、
２２は、前述の図４に示した増幅器２とコンパレータ
３、７と同じ構成である。すなわち、増幅器２０とコン
パレータ２１は、上述の直流電圧出力回路の出力電圧を
分割抵抗Ｒ３、Ｒ４により分割し、増幅器２０によって
電圧Ｖfbと基準電圧Ｖref に基づいてその差分を増幅
し、制御電圧を作成する。さらに、コンパレータ２１に
よって、図１のセンス抵抗１６の両端間の電圧と上述の
制御電圧を比較し、前者が後者より大きい時リセット信
号を作成する回路である。また、上述のようにして作成
したリセット信号はアンドゲート２５、オアゲート２６
を介してフリップフロップ回路２７のリセット端子
（Ｒ）に出力される。
【００１９】但し、軽負荷時には、コンパレータ２２
は、センス抵抗１６の両端間の電圧が軽負荷用ピーク電
流設定電圧を越えるまで、コンパレータ２２からロー信
号をアンドゲート２５に出力している。したがって、コ
ンパレータ２１から出力されるリセット信号は、その間
フリップフロップ回路２７のリセット端子（Ｒ）には入
力されない。一方、リセットパルス発生回路２８からは
一定周期の短いリセットパルスがリセット端子（Ｒ）に
出力されるため、毎周期フリップフロップ回路２７はリ
セットされる。軽負荷時にリセット信号が入力するタイ
ミングは、センス抵抗両端電圧が設定電圧を越えるか、
若しくはリセットパルス発生回路からパルスが入力され
る時のみである。
【００２０】一方、フリップフロップ回路２７のセット
端子（Ｓ）には、セットパルス信号出力手段の一部を構
成するアンドゲート２４が接続され、アンドゲート２４
の一方の入力にはセットパルス発生回路２９からセット
パルス信号が入力する。このセットパルス信号はセット
パルス発生回路２９により作成される一定周期のパルス
信号である。また、アンドゲート２４の他方の入力には
セットパルス信号出力手段を構成するコンパレータ２３
が接続されている。このコンパレータ２３の反転入力
（−）にはスレッショルド電圧源３０が接地され、非反
転入力（＋）には増幅器２０が接続されている。
【００２１】次に、本実施形態例の回路動作を説明す
る。図３は本実施形態例の軽負荷時の回路動作を説明す
るタイムチャートである。先ず、同図に示すｃ1 のタイ
ミングでセットパルス信号がアンドゲート２４に入力さ
れ、制御電圧もスレッショルド電圧以上であることから
コンパレータ２３の出力もハイレベルであり、フリップ
フロップ回路２７のセット端子（Ｓ）にはパルス信号
（ａ１）が入力される。また、フリップフロップ回路２
７の出力は、上述のパルス信号が入力した後、リセット
信号が入力するまでハイレベル信号を出力（Ｑ）として
直流電圧出力回路のスイッチング手段１３に出力する
（図３に示す出力ｂ1 ）。
【００２２】次に、センス抵抗１６の両端間の電圧が軽
負荷用ピーク電流設定電圧を越えると、コンパレータ２
２、及び２１からハイレベル信号が出力され（図３に示
すリセット信号ｒ1 が出力され）、フリップフロップ回
路２７をリセット状態とする。したがって、フリップフ
ロップ回路２７はオン出力信号を停止する。尚、このオ
ン出力信号の停止により、センス抵抗両端電圧が下降を
始め、一方、制御電圧は徐々に上昇を始める。
【００２３】その後、セットパルス信号がアンドゲート
２４に入力されるが、制御電圧がスレッショルド電圧以
下であるので、コンパレータ２３の出力はローレベルで
あり、フリップフロップ回路２７のセット端子（Ｓ）に
セットパルス信号は入力されない。尚、この間にもリセ
ットパルス発生回路２８からリセット信号が出力される
（図３に示すリセット信号r2、ｒ3 、r4）。
【００２４】次に、制御電圧が再度スレッショルド電圧
を越えると、コンパレータ２３の出力がハイレベルとな
り、この時セットパルス信号（図３のｃ2 ）が入力され
るので、セット端子（Ｓ）にはパルス信号（図３のパル
ス信号ａ2 ）が入力され、センス抵抗１６の両端間の電
圧がピーク電圧を越え、コンパレータ２２からハイレベ
ル信号が出力されるまで（図３に示すリセット信号ｒ5
が出力されるまで）、フリップフロップ回路２７からオ
ン信号を出力する（図３に示すゲート信号ｂ２）。
【００２５】以下同様にして、次に制御電圧が再度スレ
ッショルド電圧を越え、且つセットパルス信号（図３の
ｃ3 ）が入力供給されると、セット端子（Ｓ）にパルス
信号（図３のパルス信号ａ3 ）が入力し、次のリセット
信号が入力するまでフリップフロップ回路２７からオン
信号をスイッチング手段１３に出力する（図３に示すゲ
ート信号ｂ3 ）。
【００２６】上記したように、軽負荷時には、制御電圧
がスレッショルド電圧を越えるまでフリップフロップ回
路２７にセットパルスを入力しないようにしたので、制
御電圧の平均値をスレッショルド電圧分高くすることが
できる。従って、軽負荷時の出力電圧上昇を抑えること
ができ、負荷の軽重に伴うロードレギュレーションを改
善することができる。
【００２７】尚、上述の実施形態例では、動作説明の簡
略化のためコイル電流発振防止用のランプ波を省略した
が、上記実施形態例の図２に示したスイッチング制御回
路中にあるコンパレータ２１を３入力として上記ランプ
波を加算した回路構成にしても良い。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の制
御方式によれば軽負荷時に制御電圧の平均値をスレッシ
ョルド電圧分だけ高くすることが可能であり、直流電圧
出力回路の出力電圧上昇を抑えることができるので、ロ
ードレギュレーションが改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のスイッチング制御回路を含む直流
電圧出力回路の回路図である。
【図２】実施形態例のスイッチング制御回路の回路図で
ある。
【図３】実施形態例のスイッチング制御回路の動作を説
明するタイムチャートである。
【図４】従来例のスイッチング制御回路の回路図であ
る。
【図５】従来のスイッチング制御回路の動作を説明する
タイムチャートである。
【符号の説明】
１２ スイッチング制御回路 １３ スイッチング手段 １４ ダイオード １５ インダクタンス １６ センス抵抗 １６ａ、１６ｂ 接続線 １７ コンデンサ １８ 接続線 ２０ 増幅器 ２１〜２３ コンパレータ ２４、２５ アンドゲート ２６ オアゲート ２７ フリップフロップ回路 ２８ リセットパルス発生回路 ２９ セットパルス発生回路 ３０ スレッショルド電圧源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セット端子とリセット端子を有し、リセ
    ット優先のフリップフロップ回路と、 該フリップフロップ回路の出力信号のデューティを可変
    することで所望の直流電圧出力を得る直流電圧出力回路
    の出力電圧が入力し、該出力電圧に従って制御電圧を作
    成する制御電圧作成手段と、 該制御電圧作成手段の制御電圧を予め定められたスレッ
    ショルド電圧と比較して、その比較結果に基づいて、セ
    ットパルス信号を前記フリップフロップ回路のセット端
    子に出力するセットパルス信号出力手段と、 前記フリップフロップ回路のリセット端子にリセット信
    号を出力し、前記フリップフロップ回路の出力を制御す
    るリセット信号出力手段と、 を有することを特徴とするスイッチングレギュレータ制
    御方式。
  2. 【請求項２】 前記セットパルス信号出力手段は、前記
    制御電圧をスレッショルド電圧と比較する比較手段とア
    ンドゲートより成り、前記制御電圧がスレッショルド電
    圧を越える時、前記比較手段から前記アンドゲートに信
    号を出力し、該アンドゲートを介してセットパルス信号
    を前記フリップフロップ回路のセット端子に出力可能に
    する請求項１記載のスイッチングレギュレータ制御方
    式。
JP9119185A 1997-05-09 1997-05-09 スイッチングレギュレータ制御方式 Withdrawn JPH10313572A (ja)

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US09/074,502 US6130528A (en) 1997-05-09 1998-05-08 Switching regulator controlling system having a light load mode of operation based on a voltage feedback signal

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