KR20070042969A

KR20070042969A - 스위칭 레귤레이터의 제어 회로 및 이를 이용한 전원 장치및 전자 기기

Info

Publication number: KR20070042969A
Application number: KR1020077001109A
Authority: KR
Inventors: 쇼고 하치야
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-04-24
Also published as: JP4551155B2; CN1973421A; TW200620801A; US20070200541A1; CN100463345C; JP2006050843A; WO2006013737A1

Abstract

본 발명은 탑재되는 세트에 따라 최적의 제어 방식으로 교체 가능한 스위칭 레귤레이터를 제공하는 것으로서, 승압형 DC/DC 컨버터인 전원 장치(100)는 제어 회로(10)와, 스위칭 레귤레이터(30)의 2개의 블록으로 구성된다. 스위칭 레귤레이터(30)는 스위칭 트랜지스터(32), 정류 다이오드(34), 인덕터(L1), 캐패시터(C1)를 포함한다. 제어 회로(10)는 스위칭 트랜지스터(32)의 온 오프를 제어하는 구동 신호(Vdrv)를 생성한다. 제어 회로(10)는 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12), 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14), 드라이버 회로(16), 인버터(20)를 포함한다. 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)와 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)는 선택 단자(44)에 외부로부터 입력된 선택 신호(Vsel)에 따라 어느 한쪽이 동작하고, 다른 쪽이 정지된다.

Description

스위칭 레귤레이터의 제어 회로 및 이를 이용한 전원 장치 및 전자 기기{CONTROL CIRCUIT OF SWITCHING REGULATOR, AND POWER SOURCE DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE USING THE CONTROL CIRCUIT}

본 발명은, 전원 장치에 관한 것으로, 특히 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.

다양한 전자 기기에 있어서, 내부에 사용되는 전자 회로에 적절한 전압을 공급하기 위해, 스위칭 레귤레이터 등의 승압형, 강압형 DC/DC 컨버터가 널리 이용되고 있다. 이러한 스위칭 레귤레이터는, 스위칭 소자의 온 오프를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 가지고 있다.

이 스위칭 제어 신호로는, 주파수가 일정하고 그 펄스폭에 따라 스위칭 소자를 온 오프시키는 PWM 방식이 널리 이용되고, 다음 2개의 방식이 알려져 있다. 제1 방식은 출력 전압을 모니터하고, 출력 전압과 기준 전압의 비교에 의해, 스위칭 제어 신호의 온, 오프 기간을 결정하는 방식이다. 제2 방식은, 출력 전압과 출력 전류를 동시에 모니터하여, 기준 전압과 출력 전압의 비교에 의해 스위칭 제어 신호의 온, 오프의 기간을 결정하고, 또한 출력 전류의 변화를 그 온, 오프 기간에 반영시키는 방식(이하, 카운트 모드 제어라고 한다)이다. 이들 기술에 대해서는 예를 들면 특허문헌 1, 2에 기재되어 있다. 이하, 이러한 주파수가 일정한 스위칭 신호에 의한 제어 방식을 주파수 고정 방식이라고 한다.

그러나, 이러한 주파수 고정 방식에서는, 한번 스위칭 소자가 온되고 나서, 다음에 온되기까지의 기간은, 스위칭 주파수의 역수로 주어지는 주기 시간에 고정되어 있으므로, 스위칭 주파수보다도 고속인 부하 변동이나 입력 전압의 변동에 대해서는 추종할 수 없어, 출력이 불안정하게 된다는 과제를 가진다.

그래서, 고속의 부하 응답성이 요구되는 어플리케이션에 대응하기 위해서, 스위칭 제어 신호의 펄스폭, 즉 온 기간(Ton)을 고정해 두고, 하이 레벨이 되는 빈도를 변화시키는 방식(이하, 온 타임 고정 방식이라고 한다)을 생각할 수 있다. 이 온 타임 고정 방식에 의하면, 주파수 고정 방식에 비해서 부하 변동이나 입력 전압 변동에 대해 고속으로 응답할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2003-219638호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허공개 2003-319643호 공보

(발명이 해결하려는 과제)

그런데, 이러한 스위칭 레귤레이터에서는 전자파가 발생하고, 세트에 실장할 때는, EMI(ElectroMagnetic Interference, 전자 간섭)의 사양을 만족할 필요가 있다. 여기서 상술의 주파수 고정 방식과, 온 타임 고정 방식에 대해서 검토하면, 주파수 고정 방식에서는 일정한 주파수로 스위칭 제어 신호가 생성되는데 대해, 온 타임 고정 방식에서는, 주파수가 부하 변동이나 입력 전압 변동에 따라서 변화하므로, 보다 넓은 주파수 대역에 유의하여 EMI 대책을 행할 필요가 있다.

스위칭 레귤레이터를 사용하는 사용자, 즉 세트 메이커 등은, EMI의 사양이 만족되면, 고속의 응답성을 갖는 온 타임 고정 방식의 스위칭 레귤레이터의 사용을 원하는 경우가 많다. 그런데, EMI는 세트에 각 부품을 실장하고, 실제로 동작시켜 측정하지 않으면 사양을 만족하는지 여부를 알 수 없다는 문제가 있다. 따라서, 온 타임 고정 방식의 스위칭 레귤레이터용에 보드 설계를 행해 EMI 측정을 한 결과, 사양을 만족하지 않는 경우에는, 다시 실드를 실시하는 등의 고비용 대책을 행하거나, 주파수 고정 방식의 스위칭 레귤레이터로 치환하기 위해 다시 보드 설계를 행할 필요가 있어, 셋트의 설계 효율을 방해한다는 문제가 있다.

이러한 EMI 외, 전력 변환 효율 등의 관점에서도, 스위칭 제어 방식을 바꿀 수 있으면 사용자의 편의에 이바지하게 된다.

본 발명은 이러한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 탑재되는 세트에 따라 최적의 제어 방식으로 교환 가능한 스위칭 레귤레이터의 제공에 있다.

본 발명의 한 양태는 스위칭 레귤레이터의 제어 회로에 관한 것이다. 이 제어 회로는, 스위칭 레귤레이터의 스위칭 소자를, 외부로부터 교환 가능한 복수의 다른 제어 방식에 의해 제어한다.

이 양태에 의하면, 스위칭 레귤레이터에 요구되는 특성이나, 스위칭 레귤레이터가 탑재되는 전자 기기의 상태에 따라, 스위칭 레귤레이터의 제어방식을 적합한 모드로 바꿀 수 있다.

본 발명의 별도의 양태도 또한 스위칭 레귤레이터의 제어 회로이다. 이 제어 회로는, 스위칭 레귤레이터의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를, 다른 제어 방식에 의거해 생성하는 제1, 제2의 제어 신호 생성부와, 제1, 제2의 제어 신호 생성부의 출력 단자와 제어 대상인 스위칭 소자와의 사이에 접속되고, 제1, 제2의 제어 신호 생성부 중, 선택된 어느 한쪽에 의해 생성된 스위칭 제어 신호에 의거해 스위칭 소자를 구동하는 드라이버 회로를 구비한다.

이 양태에 의하면, 스위칭 레귤레이터에 요구되는 특성에 따라 적합한 제어 방식으로 바꿀 수 있다. 또한, 면적이 큰 트랜지스터에 의해 구성되는 드라이버 회로를, 제1, 제2의 제어 신호 생성부에서 공유함으로써, 제어 회로의 면적을 줄 일 수 있다.

제1, 제2의 제어 신호 생성부와 드라이버 회로는, 일체 집적화되어도 된다. 이들 회로 블록을 집적화함으로써, 각 회로 블록의 내부에서 사용되는 기준 전압원 등의 회로나, 입출력 핀을 공통화할 수 있어, 한층 더 면적을 줄일 수 있다.

제1의 제어 신호 생성부는, 주파수가 고정되고, 스위칭 소자의 온 오프 기간의 듀티비가 변화하는 스위칭 제어 신호를 생성하고, 제2의 제어 신호 생성부는, 온 기간을 고정하면서 주파수가 변화하는 스위칭 제어 신호를 생성해도 된다.

제1의 제어 신호 생성부에 의해 생성되는 스위칭 제어 신호를, EMI 대책이 비교적 용이한 신호로 하고, 제2의 제어 신호 생성부에 의해 생성되는 스위칭 제어 신호를, 부하 응답성이 뛰어난 신호로 함으로써, 탑재되는 전자 기기마다 적합하게 스위칭 레귤레이터에 요구되는 특성을 만족시킬 수 있다.

제어 회로는, 선택 단자를 더 구비하고, 제1, 제2의 제어 신호 생성부의 선택은, 외부로부터 선택 단자에 입력되는 선택 신호에 의해 행해져도 된다.

제어 회로에 의한 스위칭 제어 방식을 선택 단자에 탑재되는 전자 기기측에서 선택함으로써 전자 기기에 요구되는 특성에 맞추어 제어 방식을 적합하게 선택할 수 있다.

제어 회로는, 선택 단자에 입력된 선택 신호를 고정하는 래치 회로를 더 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭 동작이 정지되기까지의 기간, 제1 또는 제2의 제어 신호 생성부 중 어느 하나를 고정하여 사용해도 된다. 래치 회로에 의해, 스위칭 동작 중에 선택 상태를 고정함으로써, 선택 신호가 변동된 경우라도 안정된 스위칭 동작을 실현할 수 있다.

본 발명의 다른 별도의 양태는 전원 장치이다. 이 장치는, 스위칭 소자를 포함하여 입력 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는 스위칭 레귤레이터와, 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 상술의 제어 회로를 구비한다. 제어 회로에 의한 스위칭 저지의 제어 방식을 선택 가능하게 함으로써, 탑재되는 전자 기기에 알맞은 특성을 얻을 수 있다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성 요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

(발명의 효과)

본 발명에 관한 제어 회로 및 전원 장치에 의하면, 탑재되는 세트에 따라 최적의 제어 방식으로 바꿀 수 있는 스위칭 레귤레이터를 제공할 수 있다.

도 1은 실시의 형태에 관한 전원 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2는 주파수 고정형 제어 신호 생성부의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 3은 주파수 고정형 제어 신호 생성부의 전압, 전류의 시간 파형을 도시하는 도면이다.

도 4는 온 타임 고정형 제어 신호 생성부의 구성을 도시하는 회로도이다.

도 5는 온 타임 고정형 제어 신호 생성부의 전압의 시간 파형을 도시하는 도면이다.

도 6은 전원 장치가 실장되는 전자 계산기의 구성을 도시하는 도면이다.

<부호의 설명>

L1 : 인덕터 C1 : 캐패시터

10 : 제어 회로 12 : 주파수 고정형 제어 신호 생성부

14 : 온 타임 고정형 제어 신호 생성부

16 : 드라이버 회로 20 : 인버터

30 : 스위칭 레귤레이터 32 : 스위칭 트랜지스터

34 : 정류 다이오드 40 : 스위칭 단자

42 : 피드백 단자 44 : 선택 단자

100 : 전원 장치 102 : 입력 단자

104 : 출력 단자 Vin : 입력 전압

Vout : 출력 전압 Vsw : 스위칭 제어 신호

Vdrv : 구동 신호 Vsel : 선택 신호

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 전원 장치(100)의 구성을 도시한다. 이후의 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.

본 실시의 형태에 관한 전원 장치(100)는, 제어 회로(10)와, 스위칭 레귤레이터(30)의 2개의 블록으로 구성되는 DC/DC 컨버터이다. 이 전원 장치(100)는, 입력 단자(102), 출력 단자(104)를 구비하여, 각각의 단자에 인가되거나, 또는 나타나는 전압을 각각 입력 전압(Vin), 출력 전압(Vout)이라고 한다. 전원 장치(100)는, 입력 단자(102)에 입력된 입력 전압(Vin)을 강압하여 출력 단자(104)에 출력 전압(Vout)을 출력한다. 스위칭 레귤레이터(30)는, 스위칭 트랜지스터(32), 정류 다이오드(34), 인덕터(L1), 캐패시터(C1)를 포함한다.

스위칭 트랜지스터(32)는, N형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로서, 게이트 단자에 인가되는 전압에 의해 온, 오프되는 스위칭 소자로서 기능한다. 이 스위칭 트랜지스터(32)는, 드레인 단자가 입력 단자(102)에 접속되어 있고, 온 오프 동작에 의해서, 인덕터(L1)에는 스위칭 트랜지스터(32) 또는 정류 다이오드(34)로부터 전류가 공급되고, 입력 전압(Vin)이 강압된다. 또한, 인덕터(L1) 및 캐패시터(C1)는 로우 패스 필터를 구성하고, 출력 전압(Vout)이 평활화된다.

제어 회로(10)는, 스위칭 트랜지스터(32)의 게이트 단자에, 그 스위칭 동작을 제어하는 구동 신호(Vdrv)를 출력한다. 구동 신호(Vdrv)는, 하이 레벨과 로우 레벨이 번갈아 반복되는 신호이고, 하이 레벨의 기간과 로우 레벨의 기간에 따라 스위칭 트랜지스터(32)의 온, 오프의 시간이 제어되고, 스위칭 레귤레이터(30)가 구동된다.

제어 회로(10)는, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)와, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)와, 드라이버 회로(16), 인버터(20)를 포함한다. 또한, 제어 회로(10)는, 스위칭 단자(40), 피드백 단자(42), 선택 단자(44)를 구비한다.

제어 회로(10)의 피드백 단자(42)에는, 스위칭 레귤레이터(30)의 출력 전압(Vout)이 피드백되어 있다. 피드 백된 출력 전압(Vout)은, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12), 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)에 각각 입력되어 있다.

주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)와, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)는 각각 인에이블(enable) 단자(EN)를 구비하고, 각 제어 신호 생성부는, 하이 레벨이 입력되어 있을 때는 스위칭 제어 신호(Vsw)를 출력하고, 로우 레벨이 입력되어 있을 때는 스위칭 제어 신호(Vsw)의 출력을 정지한다. 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)의 인에이블 단자에는 선택 신호(Vsel)가 인버터(20)에 의해 반전되어 입력되어 있다. 이 때문에, 선택 단자(44)에 입력된 선택 신호(Vsel)에 따라서, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)와 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)중 어느 한쪽으로부터 스위칭 제어 신호(Vsw)가 출력된다.

주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)는, 하이 레벨의 기간 즉 온 기간(Ton) 이 변화하고, 주기 시간(Tp) 즉 스위칭 주파수(fsw)가 일정해지는 스위칭 제어 신호(Vsw)를 생성한다. 이 스위칭 제어 신호(Vsw)의 주기 시간(Tp)은, 온 기간(Ton) 및 오프 기간(Toff)을 이용해, Tp=Ton+Toff로 주어진다. 주파수 고정형에서는, 스위칭 제어 신호(Vsw)의 스위칭 주파수 fsw=1/Tp는 일정하게 유지된다.

한편, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)는, 하이 레벨의 기간, 즉 온 기간(Ton)이 일정하고, 스위칭 주파수(1/Tp)가 변화하는 스위칭 제어 신호(Vsw)를 생성한다. 후술의 도 3 및 도 5는, 각각 주파수 고정형의 스위칭 제어 신호, 온 타임 고정형의 스위칭 제어 신호의 시간 파형을 도시한다. 이들 시간 파형도는, 이해의 용이를 위해, 시간축, 전압·전류축 모두 실제의 값과는 다르게 표시되어 있다.

도 3에 도시하는 주파수 고정형의 스위칭 제어 신호(Vsw)는, 예를 들면, 도 2에 도시하는 전압 비교기(50), 톱니파 발진기(52), 오차 증폭기(54), 기준 전압원(56)을 포함하는 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)에 의해 생성된다.

오차 증폭기(54)는, 출력 전압(Vout)과 기준 전압원(56)에 의해 생성되는 기준 전압(Vref)을 비교하고, 그 오차를 증폭하여 오차 신호(Verr)를 출력한다. 또한, 오차 증폭기(54)에 있어서, 출력 전압(Vout)을 저항 분할하여 레벨 조정을 행하고 나서 기준 전압(Vref)과 비교해도 된다.

톱니파 발진기(52)는, 일정한 스위칭 주파수 fsw=1/Tp로 톱니파상의 전압(Vsaw)을 생성한다. 전압 비교기(50)는, 톱니파상의 전압(Vsaw)과 오차 증폭기(54)로부터 출력되는 오차 신호(Verr)를 비교하여, Verr>Vsaw일 때 하이 레벨을, Verr<Vsaw일 때 로우 레벨을 출력한다. 그 결과, 전압 비교기(50)의 출력, 즉 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)의 스위칭 제어 신호(Vsw)는, 도 3에 도시하는 바와같이 일정한 주기 시간(Tp) 중에서 온 기간(Ton)이 변화하는 펄스폭 변조된 신호가 된다. 또한, 전압 비교기(50)에는, 인에이블 단자(EN)로 부터의 신호가 입력되고, 이 신호가 하이 레벨일 때 스위칭 제어 신호(Vsw)를 출력하고, 로우 레벨일 때 스위칭 제어 신호(Vsw)의 출력을 정지하도록 구성되어 있다.

이렇게 하여, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)에서는, 스위칭 주파수가 톱니파 발진기(52)의 발진 주파수(fsw)에 고정되고, 온 기간(Ton)이 변화하는 신호가 생성된다. 이 스위칭 제어 신호(Vsw)의 온 기간(Ton)은, 오차 증폭기(54)의 출력인 오차 신호(Verr)가 0에 근접하도록 피드백되기 때문에, 출력 전압(Vout)은 기준 전압(Vref)에 근접하도록 조절되어, 안정화된다.

이 외에, 플립 플롭(flip flop)을 사용한 PWM 신호의 생성 회로 등에 의해서도, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)를 구성할 수 있다. 또한, 이 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)는, 전원 장치(100)의 출력 전류를 모니터하고, 전류 모드(current mode) 제어를 행해도 된다. 또한, 인에이블 단자(EN)에 입력되는 신호에 의한 스위칭 제어 신호의 출력 정지는, 스위치를 설치하는 등으로 하여 다양한 방법으로 행할 수 있다.

도 4는, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)의 구성을 도시한다. 또한, 도 5는, 이 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)의 각 부의 전압, 전류 파형을 표시한다.

온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)는, 플립 플롭(60), 제1 전압 비교기(62), 정전류원(64), 제2 전압 비교기(66), 기준 전압원(68), 임계치 전압원(70), 캐패시터(C2), 방전용 트랜지스터(M1), 스위치(SW)를 포함한다. 또한, 기준 전압원(68), 임계치 전압원(70)은, 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)의 기준 전압원(56)과, 1개의 밴드 갭 회로의 출력을 저항 분할에 의해 원하는 레벨로 변경함으로써 공유해도 된다.

스위치(SW)는, 인에이블 단자(EN)로부터 입력된 신호가 하이 레벨일 때 온, 로우 레벨일 때 오프함으로써, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)로부터 스위칭 제어 신호(Vsw)가 출력되거나, 또는 출력이 정지된다.

제1 전압 비교기(62)는 출력 전압(Vout)과, 기준 전압(Vref)과 비교하여, 그 비교 출력을 세트 신호(VS)로서 플립 플롭(60)의 세트 단자에 공급한다.

정전류원(64), 캐패시터(C2), 임계치 전압원(70), 제2 전압 비교기(66)는, 타이머 회로를 구성한다. 방전용 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에는 플립 플롭(60)의 반전 출력이 접속되어 있고, 이 반전 출력이 하이 레벨인 기간은, 정전류원(64)의 전류(Ic)는 방전용 트랜지스터(M1)를 흐르기 때문에, 캐패시터(C2)는 충전되지 않는다. 현재, 플립 플롭(60)의 반전 출력이 로우레벨이 되고, 방전용 트랜지스터(M1)가 오프되면, 정전류원(64)에 의해 캐패시터(C2)가 충전되고, 캐패시터(C2)의 전압(Vc)이 상승한다. 전압(Vc)이 임계치 전압원(70)에 의해 생성되는 임계치 전압(Vth)에 도달하면, 제2 전압 비교기(66)의 출력은 하이 레벨이 된다. 즉, 이 타이머 회로는 플립 플롭의 반전 출력이 로우 레벨이 된 시각으로부터, Ton=C2/Ic×Vref로 주어지는 온 기간(Ton)을 카운트한다. 또한, 이 온 기간(Ton)은, 전원 장치(100)의 입력 전압(Vin)과 원하는 출력 전압에 상당하는 Vref를 이용해, Vin/Vout=Ton/(Ton+Toff)가 성립하도록 C2, Ic, Vref의 값이 조정된다.

이 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)의 동작에 대해서 도 5를 바탕으로 설명한다. 도 5의 시각(T0) 이전에는, 플립 플롭(60)의 출력인 스위칭 제어 신호(Vsw)는 로우 레벨이므로, 타이머 회로는 동작하지 않고, 캐패시터(C2)의 전압 Vc=0V이다. 이 동안, 스위칭 제어 신호(Vsw)는 로우 레벨이므로, 전원 장치(100)의 스위칭 트랜지스터(32)는 오프되고, 출력 전압(Vout)은 서서히 작아진다.

시각(T0)에 Vout<Vref로 되면, 세트 단자에 하이 레벨이 입력되고, 플립 플롭(60)의 출력(Vsw)이 하이 레벨이 된다. 그 결과, 전원 장치(100)에 있어서 스위칭 트랜지스터(32)가 온되어 출력 전압(Vout)이 상승하기 시작한다. 시각(T0)에 플립 플롭의 반전 출력은 로우 레벨이 되고, 타이머 회로는 시각(T0)으로부터 시간 측정을 개시한다.

시각(T0)으로부터 고정 온 기간(Ton) 경과한 시각(T1)에, 타이머 회로는 플립 플롭(60)을 리셋하고, 스위칭 제어 신호(Vsw)가 로우 레벨로 떨어진다. 다시 스위칭 트랜지스터(32)가 오프로 되면, 출력 전압(Vout)은 하강하기 시작하고, 시각(T3)에는 다시 Vout<Vref로 되어 플립 플롭(60)의 세트 신호(VS)가 하이 레벨이 된다.

이러한 동작을 반복함으로써, 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)는 온 오프를 반복하는 스위칭 신호를 생성한다.

출력 전류(IL)가 일정한 경우, 스위칭 주파수는 일정값을 취하는데, 시각(T4)과 같이 출력 전류(IL)가 증가하고, 출력 전압(Vout)이 낮아지면, 다음에 Vout<Vref로 되는 시각(T5)까지의 주기 시간(Tp)이 짧아지므로, 온 기간(Ton)은 고정된 채로, 스위칭 주파수가 변화하게 된다.

이상과 같이 하여 생성되는 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)의 스위칭 제어 신호(Vsw)는, 온 기간(Ton)이 일정하고, 주기 시간(Tp)이 출력 전압(Vout)에 따라서 변화하는 신호가 된다. 이 때문에, 부하 전류의 변동에 의해, 출력 전압(Vout)이 낮아지면, 주기 시간(Tp)을 기다리지 않고서 곧장 스위칭 트랜지스터(32)를 온할 수 있으므로, 부하 응답이 뛰어난 스위칭 제어 신호가 된다.

주파수 고정형 제어 신호 생성부(12) 및 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)에 의해 생성된 스위칭 제어 신호(Vsw)는, 드라이버 회로(16)로 입력된다. 드라이버 회로(16)는, 어느 하나의 스위칭 제어 신호(Vsw)에 의거해 스위칭 트랜지스터(32)를 구동하기 위한 구동 신호(Vdrv)를 생성한다.

이 전원 장치(100)에 의하면, 1개의 제어 회로에 의해, 부하 응답이 뛰어난 스위칭 제어 방식과, EMI 대책이 용이한 스위칭 제어 신호의 2가지 제어를 전환해 사용할 수 있다.

또한, 선택 단자(44)에 래치 회로를 접속하고, 전원 장치(100)의 스위칭 동작이 개시되고나서 정지하기까지의 기간, 선택 단자(44)에 입력된 선택 신호(Vsel)를 래치 회로에 의해 고정하는 구성으로 해도 된다. 래치 회로를 설치함으로써, 스위칭 동작 중에 선택 신호(Vsel)가 변동한 경우라도, 도중에 제어 방식이 바뀌지 않게 되므로, 전원 장치(100)를 안정화할 수 있다.

다음에, 이렇게 하여 구성된 전원 장치(100)가 적합하게 사용되는 경우에 대해서 설명한다. 도 6은, 전원 장치(100)가 실장되는 전자 기기인 전자 계산기(200)의 구성을 도시한다. 전자 계산기(200)는, 전원 유닛(202), 입출력 인터페이스(204), 중앙 연산 장치(CPU206)를 포함한다.

전원 장치(100)는, 세트로부터 공급되는 20V의 전압이 입력 단자(102)에 인가되고, 그 출력 단자(104)는, CPU(206)에 접속되어 있는 것으로 한다. CPU(206) 등의 연산 처리 회로는, 그 전자 계산기(200)의 처리 내용에 따라 그 동작 전류가 변화한다. 예를 들면, 워드 프로세서의 어플리케이션을 실행할 때와, 계산량을 많이 필요로 하는 게임 소프트를 실행할 때는 CPU(206)의 소비 전류는 크게 변화한다. 이 CPU(206)에 전압을 공급하는 전원 장치(100)는, CPU(206)의 소비 전류, 즉 부하 전류가 급격히 변화한 경우에도, 그 출력이 안정되지 않으면 안된다. 이러한 경우, 전원 장치(100)로서, 부하 응답성이 뛰어난 온 타임 고정형의 스위칭 제어를 적용하는 것이 바람직하다.

그런데, 온 타임 고정형의 스위칭 제어를 행한 경우에, 전자 계산기(200)의 EMI로서 사양을 만족하지 않는 경우에는, EMI 대책으로서, 전원 장치(100)의 주위에 실드를 설치할 필요가 있다. 앞서 기술과 같이, 온 타임 고정형의 스위칭 제어를 행한 경우, 부하 전류에 따라 스위칭 주파수가 변화하므로, 이러한 EMI 대책이 용이하지 않고, 그 대책 비용은 높게 되는 경우가 있다. 또한 전원 장치(100)가 입출력 인터페이스(204)의 주변에 설치되어 있어, 물리적으로 실드를 설치하는 것 이 불가능한 경우도 있다.

이러한 경우에, 전자 계산기(200)의 기판 디자인을 변경하지 않아도, 선택 단자(44)에 입력되는 선택 신호(Vsel)에 의해 스위칭 제어 방식을 주파수 고정형으로 바꿈으로써, 스위칭 주파수가 고정되므로 EMI 대책이 용이해진다. 이 경우의 출력 전압(Vout)의 안정성은 스위칭 레귤레이터(30)의 캐패시터(C1)의 용량을 추가함으로써, 어느 정도의 개선을 도모할 수 있다.

즉, 본 실시의 형태에 관한 전원 장치(100)에 의하면, 세트를 디자인할 때에, 부하 응답성이 뛰어난 온 타임 고정 방식을 전제로서 설계를 하고, 특히 문제가 생기지 않으면, 그대로 사용할 수 있다. 또한, 세트의 시작(試作) 시의 시험에 있어서, EMI 등의 문제가 생긴 경우에는, 주파수 고정 방식으로 바꾸어 세트 기판을 재설계하지 않고, 선택 신호(Vsel)를 바꾸는 것만으로 EMI의 문제에 대처할 수 있다.

이와 같이, 다른 스위칭 제어 방식으로 스위칭 레귤레이터를 구동 가능한 제어 회로를 일체 집적화함으로써, 입출력의 단자를 공통화할 수 있으므로, 종래와 같이, 스위칭 제어 방식을 변경할 때의 프린트 기판의 풋 프린트를 변경할 필요가 없어진다.

또한, 인덕터(L1)나 캐패시터(C1)의 외부 부착 부품은, 어떠한 스위칭 제어 방식이라도 중심이 되는 스위칭 주파수는 거의 같기 때문에 공통화할 수 있다. 또한, 제어 회로(10)에 있어서, 큰 면적을 차지하는 드라이버 회로나 기준 전압원을 주파수 고정형 제어 신호 생성부(12)와 온 타임 고정형 제어 신호 생성부(14)로 공 유함으로써, 회로 면적은, 종래와 같이 하나의 제어 신호 생성부만 갖는 제어 회로나 전원 장치와 그다지 다르지 않은 크기로 할 수 있다. 또한, 출력 전압(Vout)의 피드백 단자 등도 공유화할 수 있으므로, 핀수의 증가도, 선택 단자(44)만으로 된다.

또한, 제품 개발의 단계에서는, 유사 제품의 설계 구성의 공유화를 도모할 수 있으므로, 개발 기간의 단축, 개발 비용의 저감을 도모할 수 있다.

실시의 형태는 예시이고, 이들 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.

본 실시의 형태에 있어서, 전원 장치(100)를 구성하는 소자는 전부 일체 집적화되어 있어도 되고, 그 일부가 분리 부품으로 구성되어 있어도 된다. 제어 회로(10)가 하나의 IC 회로로서 형성되고, 스위칭 트랜지스터(32)는 분리(discrete) 부품에 의해 구성되는 경우나, 제어 회로(10)와 스위칭 트랜지스터(32)가 일체 집적화되는 경우도 있어, 어떤 부분을 어느정도 집적화할지는, 비용이나 점유 면적 등에 의해서 정하면 된다.

또한, 제어 회로(10)에 내장되는, 다른 제어 신호 생성부에 의한 스위칭 신호 방식은 전류 모드 등 실시의 형태에서 설명한 이외의 방식이어도 된다. 다른 제어 방식은, 서로 트레이드 오프(trade off)가 있는 특성을 상보적으로 갖는 제어 방식인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시의 형태에서는, EMI와 부하 응답성이 트레이드 오프 관계에 있는데, 그 이외, 전력 변환 효율과 부하 응답성 등이어도 된다.

실시의 형태에서는, 전원 장치(100)를 탑재하는 전자 기기로서 전자 계산기를 예로 설명했는데, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 휴대 전화 단말이나 PDA, CD 플레이어 등, 스위칭 레귤레이터가 이용되는 전자 기기에 폭넓게 이용할 수 있다.

본 발명에 관한 스위칭 레귤레이터의 제어 회로 및 전원 장치에 의하면, 탑재되는 세트에 따라서 최적의 제어 방식으로 교체 가능한 스위칭 레귤레이터를 제공할 수 있다.

Claims

스위칭 레귤레이터의 스위칭 소자를, 외부로부터 교환 가능한 복수의 다른 제어 방식에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
스위칭 레귤레이터의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를, 다른 제어 방식에 의거해 생성하는 제1, 제2의 제어 신호 생성부와,

상기 제1, 제2의 제어 신호 생성부의 출력 단자와 제어 대상인 상기 스위칭 소자와의 사이에 접속되고, 상기 제1, 제2의 제어 신호 생성부 중, 선택된 어느 한쪽에 의해 생성된 스위칭 제어 신호에 의거해 상기 스위칭 소자를 구동하는 드라이버 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 2에 있어서, 상기 제1, 제2의 제어 신호 생성부와 상기 드라이버 회로는, 일체 집적화되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 2에 있어서, 상기 제1의 제어 신호 생성부는, 주파수가 고정되고, 상기 스위칭 소자의 온 오프 기간의 듀티비가 변화하는 스위칭 제어 신호를 생성하고, 상기 제2의 제어 신호 생성부는, 온 기간을 고정하면서 주파수가 변화하는 스위칭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 2에 있어서, 선택 단자를 더 구비하고, 상기 제1, 제2의 제어 신호 생성부의 선택은, 외부로부터 상기 선택 단자에 입력되는 선택 신호에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 5에 있어서, 상기 선택 단자에 입력된 선택 신호를 고정하는 래치 회로를 더 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작이 정지되기까지의 기간, 제1 또는 제2의 제어 신호 생성부 중 어느 것을 고정하여 사용하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
스위칭 소자를 포함하고, 입력 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는 스위칭 레귤레이터와,

상기 스위칭 소자를 제어하는 청구항 1에서 6중 어느 한 항 기재의 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
청구항 7에 기재의 전원 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.