JPH11178328A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

スイッチングレギュレータ

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JPH11178328A
JPH11178328A JP9351957A JP35195797A JPH11178328A JP H11178328 A JPH11178328 A JP H11178328A JP 9351957 A JP9351957 A JP 9351957A JP 35195797 A JP35195797 A JP 35195797A JP H11178328 A JPH11178328 A JP H11178328A
Authority
JP
Japan
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voltage
output
transistor
switching
output voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9351957A
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English (en)
Inventor
Hideki Fukuda
秀樹 福田
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チョッパ型スイッチングレギュレータのLC
型平滑回路を小型化すること。 【解決手段】 トランジスタMP1から出力するパスル
信号をLC平滑回路5で平滑して出力電圧Voutとし、そ
の出力電圧Voutが基準電圧Vrefより低いときリング発振
回路10からパルスを出力してトランジスタMP1をス
イッチングさせ、高いときリング発振回路10の出力を
「H」に固定してトランジスタMP1をオフにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部から入力する
直流電圧をチョッピングして電圧変換を行いそれを平滑
して出力するスイッチングレギュレータに係り、特にリ
ップル成分の少ない出力電圧を簡単な構成で得ることが
できるようにしたスイッチングレギュレータに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】直流電圧を入力して別の電圧に変換する
電圧レギュレータとして、図4に示すようなシリーズレ
ギュレータが多く使用されてきた。このレギュレータ
は、入力端子1と出力端子2の間にpMOSトランジス
タMP1をシリーズに接続し、出力端子2に得られる出
力電圧Voutを電圧比較器3によって基準電圧Vref1と比
較し、その比較結果によってトランジスタMP1のオン
抵抗を直流的に制御して、基準電圧Vref1に対応した出
力電圧Voutを得るようにしたものである。4は負荷であ
る。
【0003】しかし、この電圧レギュレータでは、例え
ば入力電圧Vinが5Vで出力電圧が3Vの場合、トラン
ジスタMP1によって約2Vの電圧降下が定常的に生じ
るため、60%以上の変換効率を得ることは困難であっ
た。
【0004】一方、別の従来例として、図5に示すよう
なチョッパ式のスイッチングレギュレータがある。この
レギュレータは、トランジスタMP1の出力側に、LC
型の平滑回路5を構成するダイオードD1、チョークコ
イルL1、コンデンサC1を接続し、出力端子2に得ら
れる出力電圧Voutを演算増幅器6によって基準電圧Vref
2と比較し、その比較結果の電圧V61を次段の電圧比較器
7に入力して、発振器8から入力する三角波信号V81と
比較してその電圧比較器7からパルス幅変調された信号
V71を取り出し、このパルス幅変調信号V71によりトラン
ジスタMP1を制御するようにしたものである。図6は
その動作説明用の波形を示す図である。
【0005】このレギュレータでは、出力電圧Voutは、
LC型の平滑回路5を通して得られるため、その電圧Vo
utの平均値はほぼ「Vin×ton/T」となる。Tは三角波
信号V81の周期、tonはコイルL1に電流が連続して流れ
る時間(トランジスタMP1のオン時間)である。従っ
て、三角波信号V81の周期T、つまり発振周波数は、to
n、Vout、Vinに応じて決定する必要があり、制約を受け
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このレギュ
レータでは入力電圧Vinをチョッパしているので、出力
電圧Voutにリップル成分が現れるが、上記のように三角
波信号V81の周波数に制約があるので、このリップル成
分を十分小さく抑えるには、コイルL1やコンデンサC
1に大きな値のものが必要であり、レギュレータを構成
する部品の形状が大きくなる欠点がある。
【0007】すなわち、LC型の平滑回路5のリップル
電圧Vrippleは、 Vripple=(Vin−Vout)/(2πf)2・L1・C1 ・・・(1) で表されることが知られているが、従来のチョッパ式の
スイッチングレギュレータでは、前記制約から三角波発
振信号V81の周波数を20KHzとしたとき、上記リップル
電圧Vrippleを抑えるために、L1=200μH、C1=20
0μF程度の大きな値に設定せざるを得ず、これらコイ
ルやコンデンサの個別部品をLSIチップに内蔵した
り、LSIパッケージに一体化することは、困難であっ
た。
【0008】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、LC型の平滑回路部分のコイ
ルやコンデンサに小さい値のものを選択してもリップル
成分を小さく抑えることができ、また低消費電力化も図
ることができるようにしたスイッチングレギュレータを
提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、入力電圧をチョッピングするスイッチ
ング素子と、該スイッチング素子の出力電圧を平滑する
LC平滑回路と、該LC平滑回路の出力電圧を基準電圧
と比較する比較手段とを有し、該比較手段の比較結果に
応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御
するスイッチングレギュレータにおいて、前記比較手段
により前記出力電圧が前記基準電圧より低いときパルス
を出力して前記トランジスタのスイッチング動作を行わ
せ、高いとき該パルスの出力を停止して前記トランジス
タを遮断させる発振手段を設けて構成した。第2の発明
は第1の発明において、前記スイッチング素子を複数個
設け、前記発振手段からパルスを出力するときに互いに
異なった位相のパルスで前記各スイッチング素子のスイ
ッチング動作を行わせるよう構成した。
【0010】
【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]図1は本発
明の第1の実施の形態のスイッチングレギュレータの構
成を示す図である。図5に示したものと同じものには同
じ符号を付した。ここでは、出力端子2に得られる出力
電圧Voutを電圧比較器9に入力してここで基準電圧Vref
3と比較し、その比較結果によりリング発振器10の発
振/停止を制御する。そして、このリング発振器10の
発振パルスによって、トランジスタMP1のオン/オフ
を制御する。
【0011】リング発振器10は電圧比較器9の出力信
号が「H」(高レベル電圧)になると発振を停止して出
力電圧を「H」に固定し、「L」(低レベル電圧)にな
ると発振して所定の周波数のパルスを出力する。
【0012】従って、図2に示すように、出力電圧Vout
が基準電圧Vref3よりも大きいときは、電圧比較器9の
出力電圧V91が「H」となってリング発振器10の発振
が停止してその出力p1が「H」となるので、トランジス
タMP1がオフし出力電圧Voutが減少傾向を示す。逆
に、出力電圧Voutが基準電圧Vref3よりも小さいとき
は、電圧比較器9の出力電圧V91が「L」となり、リン
グ発振器10が発振動作を行ってその出力p1がパルスと
なる。よって、トランジスタMP1が入力電圧Vinをチ
ョッピングし、出力電圧Voutが増加傾向を示す。以上に
より、出力電圧Voutは、基準電圧Vref3を目標値として
制御される。
【0013】本実施の形態では、従来のスイッチングレ
ギュレータと異なり、出力電圧の変動に伴ってパルスの
パルス幅を変調するのではなく、リング発振器の動作/
停止を制御するものであるため、LC型平滑回路5の素
子の定数を変更することなく、リング発振器10の発振
周波数を調整することで、入力電圧や出力電圧を所望の
値に設定/変更できる。つまり、例えば、その発振周波
数を高く設定すれば入力電圧Vinが低くても高い出力電
圧Voutを設定する(設定そのものは、基準電圧Vref3で
行うが、その設定限界を高くする)ことができる。
【0014】また、出力電圧Voutに含まれるリップル成
分Vrippleは、前記した式(1)で表されるが、リング
発振器10はその発振周波数を高い周波数に設定でき、
しかも本回路ではレギュレータ動作がトランジスタMP
1のチョッピングの周波数の制約を受けない。
【0015】そこで、その発振周周波数を例えば、200
MHz程度に設定すると、従来と同程度にまでリップル成
分を抑えるためには、コイルL1やコンデンサC1の値
は、L1= 0.2μF、C1= 200pF程度の小さい値で
済むようになる。従って、これらコンデンサC1やコイ
ルL1をLSIパッケージ内に一体化実装したり、LS
Iパッケージに内蔵させることが可能となる。
【0016】[第2の実施の形態]図3は別の例の実施
の形態を示す図である。ここでは、位相の異なるパルス
信号p1,p2を発振するリング発振器11を使用す
る。そして、チョッパ用のトランジスタとして2個のp
MOSトランジスタMP1、MP2を使用する。そし
て、LC型平滑回路12は、一方のトランジスタMP1
の出力を受けるダイオードD1、コイルL1、他方のト
ランジスタMP2の出力を受けるダイオードD2、コイ
ルL2、および共通のコンデンサC1から構成されてい
る。コイルL1,L2の値は同一である。
【0017】この実施の形態では、リング発振器11か
ら出力するパルスp1,p2は同時に出力し、また同時
に停止するが、トランジスタMP1によってチョッピン
グされる電圧波形と、トランジスタMP2によってチョ
ッピングされる電圧波形の位相が異なるので、その位相
差を適宜設定することにより、コイルL1側から供給さ
れるリップル成分とコイルL2側から供給されるリップ
ル成分の一部を相殺させることができる。従って、負荷
4に伝達されるリップル成分をより削減することができ
る。
【0018】[その他の実施の形態]なお、前記したリ
ング発振器10,11はこれに限られるものではなく、
別の形式の発振器を使用することもできる。また、これ
らリング発振器10,11は電圧比較器9の出力信号に
よって動作/停止を制御したので低消費電力化の観点か
ら好ましいが、動作の立ち上がりに難点のある場合に
は、発振器にゲートを内蔵させて常時発振動作を行わせ
ておき、そのゲートを電圧比較器9の出力信号によって
制御して、その出力パルスを通過させたり、あるいは出
力信号を「H」に固定してもよい。さらに、前記第1,
第2の実施の形態はチョッピング用のトランジスタとし
てpMOSを使用したが、nMOSを使用することも勿
論可能であり、このときはリング発振器10,11の停
止時にその出力p1、p2を「L」に固定させればよ
い。
【0019】
【発明の効果】以上から本発明によれば、発振手段で得
られるパルスでスイッチング素子をチョッピングするの
で、そのパルス周波数を高くすることで平滑回路のコイ
ルやコンデンサを小型化することができ、また同様にそ
のパルス周波数を高くすることで、出力電圧の可変範囲
を広くすることができる。
【0020】また、レギュレータの構成も簡単であり、
発振器を動作/停止制御する場合には、その動作が停止
している間は電力を消費しないので、低消費電力化を実
現できる。特に、CMOSで構成したリング発振器を使
用する場合は、できるだけ動作を停止させることが低消
費電力化に有効であるので、このような発振器の使用に
好適である。
【0021】以上のような利点を有するので、本発明
は、変換電圧で動作するプロセッサ等のLSIのコア部
と同一チップに搭載するオンチップ電源回路に適してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態のスイッチングレ
ギュレータの回路図である。
【図2】 図1の回路の動作説明用の波形図である。
【図3】 第2の実施の形態のスイッチングレギュレー
タの回路図である。
【図4】 従来の電圧レギュレータの回路図である。
【図5】 従来のチョッパ型のスイッチングレギュレー
タの回路図である。
【図6】 図5の回路の動作説明用の波形図である。
【符号の説明】
MP1、MP2:pMOSトランジスタ、C1:コンデ
ンサ、L1,L2:チョークコイル、D1,D2:ダイ
オード、1:入力端子、2:出力端子、3:電圧比較
器、4:負荷、5:LC型平滑回路、6:演算増幅器、
7:電圧比較器、8:三角波信号発振器、9:電圧比較
器、10,11:リング発振回路、12:LC型平滑回
路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電圧をチョッピングするスイッチング
    素子と、該スイッチング素子の出力電圧を平滑するLC
    平滑回路と、該LC平滑回路の出力電圧を基準電圧と比
    較する比較手段とを有し、該比較手段の比較結果に応じ
    て前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する
    スイッチングレギュレータにおいて、 前記比較手段により前記出力電圧が前記基準電圧より低
    いときパルスを出力して前記トランジスタのスイッチン
    グ動作を行わせ、高いとき該パルスの出力を停止して前
    記トランジスタを遮断させる発振手段を設けたことを特
    徴とするスイッチングレギュレータ。
  2. 【請求項2】前記スイッチング素子を複数個設け、前記
    発振手段からパルスを出力するときに互いに異なった位
    相のパルスで前記各スイッチング素子のスイッチング動
    作を行わせる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。
JP9351957A 1997-12-08 1997-12-08 スイッチングレギュレータ Withdrawn JPH11178328A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006141124A (ja) * 2004-11-11 2006-06-01 Canon Inc チョッパ電源装置
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Effective date: 20050301