JPWO2018030230A1 - スイッチングレギュレータ及び集積回路パッケージ - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書中に開示されているスイッチングレギュレータのうち、第1の技術的特徴を備えたスイッチングレギュレータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチングレギュレータであって、第1端が前記入力電圧の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所定電圧の印加端に接続された第2スイッチと、第1端が前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続されたインダクタと、第1端が前記インダクタの第2端に接続されて第2端が前記所定電圧の印加端に接続された第3スイッチと、第1端が前記インダクタと前記第3スイッチの接続ノードに接続されて第2端が前記出力電圧の印加端に接続された第4スイッチと、前記出力電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、昇降圧モード時に前記第3スイッチのオンデューティD(0≦D≦1)を固定値D’(0<D’<1)に固定して前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを相補的にオン/オフさせるための昇圧用制御信号を生成する第2制御回路と、を有し、前記第1制御回路は、前記入力電圧に応じた傾きのランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、前記ランプ電圧に応じて前記降圧用制御信号を生成する構成(第1−1の構成)である。
本明細書中に開示されているスイッチングレギュレータのうち、第2の技術的特徴を備えたスイッチングレギュレータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチングレギュレータであって、第1端が前記入力電圧の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所定電圧の印加端に接続された第2スイッチと、第1端が前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続されたインダクタと、第1端が前記インダクタの第2端に接続されて第2端が前記所定電圧の印加端に接続された第3スイッチと、第1端が前記インダクタと前記第3スイッチの接続ノードに接続されて第2端が前記出力電圧の印加端に接続された第4スイッチと、前記出力電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、昇降圧モード時に前記第3スイッチのオンデューティD(0≦D≦1)を固定値D’(0<D’<1)に固定して前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを相補的にオン/オフさせるための昇圧用制御信号を生成する第2制御回路と、を有し、前記第1制御回路及び前記第2制御回路は、内部電源電圧に応じた傾きのランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、前記第1制御回路は、前記内部電源電圧の第1分圧と前記ランプ電圧とを比較する第1コンパレータを有し、前記第2制御回路は、前記内部電源電圧の第2分圧と前記ランプ電圧とを比較する第2コンパレータを有し、前記第1制御回路は、前記第1コンパレータの出力信号と同一周波数の前記降圧用制御信号を生成し、前記第2制御回路は、前記第2コンパレータの出力信号を前記昇圧用制御信号とする構成(第2−1の構成)である。
本明細書中に開示されている集積回路パッケージのうち、第3の技術的特徴を備えた集積回路パッケージは、入力電圧が印加される第1外部ピンと、前記入力電圧よりも低い所定電圧が印加される第2外部ピンと、帰還電圧が印加される第3外部ピンと、第1端が前記第1外部ピンに接続された第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端が前記第2外部ピンに接続された第2スイッチと、前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続される第4外部ピンと、前記帰還電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、昇降圧モード時にオンデューティD(0≦D≦1)が固定値D’(0<D’<1)に固定されているパルス信号を生成する第2制御回路と、前記昇降圧モード時に前記パルス信号を外部に出力する第5外部ピンと、前記第5外部ピンに接続される外部部品のインピーダンスを判定し、そのインピーダンス判定結果に基づいて前記外部部品が第3スイッチであるか否かを判定する判定部と、を有する構成(第3−1の構成)である。
本明細書中に開示されている集積回路パッケージのうち、第4の技術的特徴を備えた集積回路パッケージは、入力電圧が印加される第1外部ピンと、前記入力電圧よりも低い所定電圧が印加される第2外部ピンと、帰還電圧が印加される第3外部ピンと、第1端が前記第1外部ピンに接続された第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端が前記第2外部ピンに接続された第2スイッチと、前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続される第4外部ピンと、前記帰還電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、昇降圧モード時にオンデューティD(0≦D≦1)が固定値D’(0<D’<1)に固定されているパルス信号を生成する第2制御回路と、前記昇降圧モード時に前記パルス信号を外部に出力する第5外部ピンと、第6外部ピンと、前記パルス信号によって制御される第3スイッチ及び第4スイッチの少なくとも一つに関する付加機能を、前記第6外部ピンから外部に出力する信号又は外部から前記第6外部ピンに供給される信号を用いて実現する付加機能部と、を有する構成(第4−1の構成)である。
図1は、スイッチングレギュレータの第1実施形態の全体構成例を示す図である。図1に示すスイッチングレギュレータ101は、昇降圧型スイッチングレギュレータであって、降圧用制御回路1と、MOSトランジスタQ1〜Q4と、インダクタL1と、出力コンデンサC1と、出力抵抗R0と、分圧抵抗R1及びR2と、ANDゲート2と、固定デューティ回路3と、NOTゲート4と、を備える。メイン集積回路パッケージMP1は、外部ピンP1〜P5を有し、MOSトランジスタQ1〜Q2、降圧用制御回路1、ANDゲート2、及び固定デューティ回路3を格納する。サブ集積回路パッケージSP1は、外部ピンP11〜P14を有し、MOSトランジスタQ3〜Q4及びNOTゲート4を格納する。
図2は、降圧用制御回路1の一構成例を示す図である。図2に示す例において降圧用制御回路1は、エラーアンプ11と、基準電圧源12と、抵抗R3と、コンデンサC2と、ランプ回路13と、コンパレータ14と、発振器15と、タイミング制御回路16とによって構成される。
動作モードの切り替え例として、ここでは出力電圧VOUTに対する入力電圧VINの比が閾値TH以上であるときにモード指定信号S1をローレベルとし、出力電圧VOUTに対する入力電圧VINの比が閾値TH未満であるときにモード指定信号S1をハイレベルとする場合について説明する。
図4は、ランプ回路13の一構成例を示す図である。図4に示す例においてランプ回路13は、抵抗R4と、MOSトランジスタQ5〜Q9と、コンデンサC3及びC4と、充放電制御部(不図示)とによって構成される。入力電圧VINの印加端から接地端に向かって、抵抗R4、耐圧対策用NDMOS(N-channel Double-diffused MOS)トランジスタであるMOSトランジスタQ5、充電スイッチであるMOSトランジスタQ6、及びコンデンサC3が順に直列に接続される。放電スイッチであるMOSトランジスタQ7がコンデンサC3に並列接続される。また、MOSトランジスタQ6とコンデンサC3の接続ノードから接地端に向かって、充電スイッチであるMOSトランジスタQ8及びコンデンサC4が順に直列に接続される。放電スイッチであるMOSトランジスタQ9がコンデンサC4に並列接続される。
図9は、スイッチングレギュレータの第2実施形態の全体構成例を示す図である。以下、図9に示すスイッチングレギュレータ102について説明するが、上述したスイッチングレギュレータ101と同様の部分については適宜説明を省略する。
図10は、第2実施形態における降圧用制御回路1の一構成例を示す図である。発振器15は、外付け抵抗RCの抵抗値に応じた周波数のクロック信号CLK1を生成する。ランプ回路13は、クロック信号CLK1の周波数(クロック周波数)と同一周波数のランプ電圧VRを生成する。
第3実施形態に係るスイッチングレギュレータは、図1に示す第1実施形態に係るスイッチングレギュレータ101の一例である。第3実施形態に係るスイッチングレギュレータでは、固定デューティ回路3及び発振器15が図13に示す構成となる。
図15は、スイッチングレギュレータの第4実施形態の全体構成例を示す図である。図15に示すスイッチングレギュレータ103は、上述したスイッチングレギュレータ101に判定回路61を追加した構成である。
図18は、スイッチングレギュレータの第5実施形態の全体構成例を示す図である。図18に示すスイッチングレギュレータ104は、上述したスイッチングレギュレータ101に付加機能部81と、外部ピン82及び83と、信号処理部84とを追加した構成である。
次に、先に説明した各スイッチングレギュレータの用途例について説明する。図22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、バッテリ(不図示)と、バッテリから供給される直流電圧を入力するプライマリスイッチングレギュレータ(不図示)と、プライマリスイッチングレギュレータから出力される直流電圧を入力するセカンダリスイッチングレギュレータ(不図示)と、車載機器X11〜X17と、を搭載している。先に説明した各スイッチングレギュレータは例えばプライマリスイッチングレギュレータに適用することができる。
running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
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。例えば、第5実施形態では付加機能の例として、軽負荷モード時の省電力制御と過熱保護機能を挙げたが、他の機能であってもよい。このように、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
2 ANDゲート
3 固定デューティ回路
4、73 NOTゲート
11 エラーアンプ
12、71、72、81D 基準電圧源
13 ランプ回路
14、27、51〜54、69、70、81C コンパレータ
15 発振器
16 タイミング制御回路
21 分圧回路
22、34 電圧電流変換回路
23 カレントミラー回路
31 デューティ変換回路
32 レベルシフタ
33 ローパスフィルタ
36、37、81B スイッチ
38 カウンタ
61 判定回路
63 マスク信号生成回路
67、81B 定電流源
81 付加機能部
81A 軽負荷モード制御部
84 信号処理部
84A NOTゲート
84B ANDゲート
84C バイポーラトランジスタ
101〜104 スイッチングレギュレータ
C1 出力コンデンサ
C2〜C5、26、44 コンデンサ
L1 インダクタ
MP1 メイン集積回路パッケージ
P1〜P7、P11〜P14、82、83、85、86 外部ピン
Q1〜Q11、24、25、42、43、45、64〜66、2A、2B MOSトランジスタ
R0 出力抵抗
R1、R2 分圧抵抗
R3、R4、35、41、46〜50、68 抵抗
RC、62 外付け抵抗
SP1 サブ集積回路パッケージ
X 車両
X11〜X17 車載機器
Claims (15)
- 入力電圧が印加される第1外部ピンと、
前記入力電圧よりも低い所定電圧が印加される第2外部ピンと、
帰還電圧が印加される第3外部ピンと、
第1端が前記第1外部ピンに接続された第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端が前記第2外部ピンに接続された第2スイッチと、
前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続される第4外部ピンと、
前記帰還電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、
昇降圧モード時にオンデューティD(0≦D≦1)が固定値D’(0<D’<1)に固定されているパルス信号を生成する第2制御回路と、
前記昇降圧モード時に前記パルス信号を外部に出力する第5外部ピンと、
前記第5外部ピンに接続される外部部品のインピーダンスを判定し、そのインピーダンス判定結果に基づいて前記外部部品が第3スイッチであるか否かを判定する判定部と、
を有することを特徴とする集積回路パッケージ。 - 前記集積回路パッケージの起動時において、
前記外部部品が前記第3スイッチであるか否かを前記判定部が判定し、前記判定部が判定を終えた後に前記第1制御回路が前記降圧用制御信号の生成を開始する請求項1に記載の集積回路パッケージ。 - 前記第2制御回路は、前記外部部品が前記第3スイッチであると前記判定部が判定した場合に動作し、前記外部部品が前記第3スイッチでないと前記判定部が判定した場合に動作しない請求項1または請求項2に記載の集積回路パッケージ。
- 前記判定部は、前記第5外部ピンがプルアップされているか否かを判定し、
前記第2制御回路は、前記第5外部ピンがプルアップされていると前記判定部が判定した場合には前記外部部品が前記第3スイッチでないと前記判定部が判定しているにもかかわらず例外的に動作する請求項3に記載の集積回路パッケージ。 - 前記集積回路パッケージの起動時において、
前記外部部品が前記第3スイッチであると前記判定部が判定した場合に、
前記入力電圧が第1閾値未満であるときに前記第1制御回路の動作を禁止し、
前記入力電圧が前記第1閾値より大きい第2閾値未満であるときに前記第2制御回路の動作を禁止する請求項2〜4のいずれか一項に記載の集積回路パッケージ。 - 前記判定部は、前記外部部品が前記第3スイッチであるか否かを判定している期間、前記第2制御回路の出力レベルを不定にし、前記第2制御回路と前記第5外部ピンとの接続点に定電流を供給し、前記第2制御回路と前記第5外部ピンとの接続点の電位に基づいて前記外部部品のインピーダンスを判定する請求項1〜5のいずれか一項に記載の集積回路パッケージ。
- 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の集積回路パッケージと、
前記第4外部ピンに接続されるインダクタと、
を有することを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチングレギュレータであって、
第1端が前記入力電圧の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所定電圧の印加端に接続された第2スイッチと、
第1端が前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続されたインダクタと、
第1端が前記インダクタの第2端に接続されて第2端が前記所定電圧の印加端に接続された第3スイッチと、
第1端が前記インダクタと前記第3スイッチの接続ノードに接続されて第2端が前記出力電圧の印加端に接続された第4スイッチと、
前記出力電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、
昇降圧モード時に前記第3スイッチのオンデューティD(0≦D≦1)を固定値D’(0<D’<1)に固定して前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを相補的にオン/オフさせるための昇圧用制御信号を生成する第2制御回路と、
を有し、
前記第1制御回路及び前記第2制御回路は、内部電源電圧に応じた傾きのランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、
前記第1制御回路は、前記内部電源電圧の第1分圧と前記ランプ電圧とを比較する第1コンパレータを有し、
前記第2制御回路は、前記内部電源電圧の第2分圧と前記ランプ電圧とを比較する第2コンパレータを有し、
前記第1制御回路は、前記第1コンパレータの出力信号と同一周波数の前記降圧用制御信号を生成し、
前記第2制御回路は、前記第2コンパレータの出力信号を前記昇圧用制御信号とすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 前記第2コンパレータを複数有し、
複数の前記第2コンパレータそれぞれに供給される前記内部電源電圧の第2分圧の値がそれぞれ異なる請求項8に記載のスイッチングレギュレータ。 - 前記ランプ電圧生成部は、
前記内部電源電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、
前記電流生成部の出力電流を充電するコンデンサと、
を有する請求項8または請求項9に記載のスイッチングレギュレータ。 - 前記ランプ電圧生成部は、前記電流生成部の出力端から前記コンデンサに至る電流経路を導通/遮断する充電用スイッチをさらに有する請求項10に記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記ランプ電圧生成部は、前記コンデンサを放電させて前記コンデンサの充電電圧をリセットするリセット部を有する請求項10または請求項11に記載のスイッチングレギュレータ。
- 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチングレギュレータであって、
第1端が前記入力電圧の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所定電圧の印加端に接続された第2スイッチと、
第1端が前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続されたインダクタと、
第1端が前記インダクタの第2端に接続されて第2端が前記所定電圧の印加端に接続された第3スイッチと、
第1端が前記インダクタと前記第3スイッチの接続ノードに接続されて第2端が前記出力電圧の印加端に接続された第4スイッチと、
前記出力電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、
昇降圧モード時に前記第3スイッチのオンデューティを前記出力電圧及び前記入力電圧それぞれと独立して設定して前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを相補的にオン/オフさせるための昇圧用制御信号を生成する第2制御回路と、
を有し、
前記第1制御回路及び前記第2制御回路は、内部電源電圧に応じたランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、
前記第1制御回路及び前記第2制御回路は、内部電源電圧に応じた傾きのランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、
前記第1制御回路は、前記内部電源電圧の第1分圧と前記ランプ電圧とを比較する第1コンパレータを有し、
前記第2制御回路は、前記内部電源電圧の第2分圧と前記ランプ電圧とを比較する第2コンパレータを有し、
前記第1制御回路は、前記第1コンパレータの出力信号と同一周波数の前記降圧用制御信号を生成し、
前記第2制御回路は、前記第2コンパレータの出力信号を前記昇圧用制御信号とすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 入力電圧が印加される第1外部ピンと、
前記入力電圧よりも低い所定電圧が印加される第2外部ピンと、
帰還電圧が印加される第3外部ピンと、
第1端が前記第1外部ピンに接続された第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端が前記第2外部ピンに接続された第2スイッチと、
前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続ノードに接続される第4外部ピンと、
前記帰還電圧に応じて前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを相補的にオン/オフさせるための降圧用制御信号を生成する第1制御回路と、
昇降圧モード時にオンデューティD(0≦D≦1)が固定値D’(0<D’<1)に固定されているパルス信号を生成する第2制御回路と、
前記昇降圧モード時に前記パルス信号を外部に出力する第5外部ピンと、
を有し、
前記第1制御回路及び前記第2制御回路は、内部電源電圧に応じた傾きのランプ電圧を生成するランプ電圧生成部を有し、
前記第1制御回路は、前記内部電源電圧の第1分圧と前記ランプ電圧とを比較する第1コンパレータを有し、
前記第2制御回路は、前記内部電源電圧の第2分圧と前記ランプ電圧とを比較する第2コンパレータを有し、
前記第1制御回路は、前記第1コンパレータの出力信号と同一周波数の前記降圧用制御信号を生成し、
前記第2制御回路は、前記第2コンパレータの出力信号を前記パルス信号とすることを特徴とする集積回路パッケージ。 - 請求項7〜請求項13のいずれか一項に記載のスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに電力を供給するバッテリと、
を有することを特徴とする車両。
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