KR20170099367A - 스위칭 레귤레이터 - Google Patents

스위칭 레귤레이터 Download PDF

Info

Publication number
KR20170099367A
KR20170099367A KR1020170020601A KR20170020601A KR20170099367A KR 20170099367 A KR20170099367 A KR 20170099367A KR 1020170020601 A KR1020170020601 A KR 1020170020601A KR 20170020601 A KR20170020601 A KR 20170020601A KR 20170099367 A KR20170099367 A KR 20170099367A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
output
circuit
control circuit
voltage
Prior art date
Application number
KR1020170020601A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102576886B1 (ko
Inventor
아키히로 가와노
가츠야 고토
Original Assignee
에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤 filed Critical 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Publication of KR20170099367A publication Critical patent/KR20170099367A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102576886B1 publication Critical patent/KR102576886B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

(과제) 출력 단자에 경부하가 접속되어 있어도, 출력 전압이 원하는 전압을 과잉으로 상회하는 것을 방지할 수 있는 COT 제어의 스위칭 레귤레이터를 제공하는 것.
(해결 수단) 본 발명의 스위칭 레귤레이터는, 하이 사이드 스위칭 소자가 소정 시간 이상 온 상태가 계속되는 100 ％ DUTY 를 검출하여, 검출 신호를 출력 제어 회로로 출력하는 100 ％ DUTY 검출 회로를 구비하고, 출력 제어 회로는 검출 신호를 받으면 하이 사이드 스위칭 소자를 오프시키는 구성으로 하였다.

Description

스위칭 레귤레이터{SWITCHING REGULATOR}
본 발명은 출력 단자로부터 원하는 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.
도 6 은 종래의 스위칭 레귤레이터를 나타내는 회로도이다.
출력 단자 (6) 의 전압이 소정의 전압보다 낮아져 피드백 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 보다 저하된 경우, 에러 컴퍼레이터 (610) 는 H 신호를 출력한다. R-S 플립 플롭 회로 (609) 는, 입력 단자 (S) 에 H 신호가 입력되면, 출력 단자 (Q) 로부터 H 신호를 출력한다. 출력 제어 회로 (615) 는, 드라이버 (607 및 608) 를 통하여 PMOS 트랜지스터 (602) 를 온시키고, NMOS 트랜지스터 (604) 를 오프시킨다. 그 상태에서는 노드 (N1) 로부터 H 신호가 출력되어, 인덕터 (603) 와 출력 용량 (605) 을 개재하여 출력 단자 (6) 의 전압을 상승시킨다.
한편, 온 시간 제어 회로 (620) 는, 노드 (N1) 의 H 신호가 입력되고, 소정 시간 경과 후에 R-S 플립 플롭 회로 (609) 의 입력 단자 (R) 로 H 신호를 출력한다. 그리고, R-S 플립 플롭 회로 (609) 는, 드라이버 (607) 를 통하여 PMOS 트랜지스터 (602) 를 오프시킨다.
최소 오프 시간 생성 회로 (611) 는, 드라이버 (607) 의 입력 신호를 감시하여, 그 상태에 기초한 신호를 출력 제어 회로 (615) 로 출력한다. 즉, 최소 오프 시간 생성 회로 (611) 는, PMOS 트랜지스터 (602) 가 오프된 것을 트리거로 하여, PMOS 트랜지스터 (602) 의 오프 시간이 일정 시간 이상이 되도록 제어한다.
이 제어는 피드백 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 을 하회한 경우에, PMOS 트랜지스터 (602) 를 고정 시간 온시키는 신호를 출력하기 때문에 COT (Constant On Time) 제어라 불린다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
미국 특허 제8476887호 명세서
도 7 은, 종래의 스위칭 레귤레이터의 경부하시에 있어서의 전원 전압 (Vin) 과 출력 전압 (Vout) 의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다.
전원 전압 (Vin) 이 저하되고, 출력 전압 (Vout) 이 소정 전압 이하가 되어도, Vin ＞ Vout 의 관계를 유지한 상태에서 양자의 전압이 저하되어 간다 (T1 이전).
그러나, 출력 단자 (6) 에 접속되는 부하가 경부하인 상태에 있어서는, 출력 전압 (Vout) 의 저하 속도보다 전원 전압 (Vin) 의 저하 속도쪽이 상회하여, Vin ＜ Vout 이 된다 (T1 이후). 이 상태가 되면, 온 시간 제어 회로 (620) 는 전원 전압 (Vin) 보다 높은 전압값을 삽입할 필요가 발생하기 때문에, 리셋 신호를 출력할 수 없는 상태가 되어, PMOS 트랜지스터 (602) 는 온 상태를 계속하게 된다. 최소 오프 시간 생성 회로 (611) 는, PMOS 트랜지스터 (602) 가 온 상태를 계속하면, 그 기능을 발휘할 수는 없다.
이와 같은 PMOS 트랜지스터 (602) 가 계속 온인 상태에서 전원 전압 (Vin) 이 상승하면, 피드백 기능이 작용하지 않아, 출력 전압 (Vout) 이 전원 전압 (Vin) 의 상승과 함께 상승된 결과, 출력 단자 (6) 에 접속되어 있는 부하를 과대 전압에 의해 파괴할 위험성이 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어져, 출력 단자에 접속된 부하가 경부하가 되어도, 과대한 출력 전압 (Vout) 이 발생하지 않는 스위칭 레귤레이터를 제공한다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 스위칭 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.
하이 사이드 스위칭 소자의 출력 신호를 감시하여 하이 사이드 스위칭 소자의 온 시간을 제어하는 신호를 출력하는 온 시간 제어 회로와, 에러 컴퍼레이터의 신호와 온 시간 제어 회로의 신호에 기초한 신호를 생성하는 플립 플롭 회로와, 플립 플롭 회로가 출력하는 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 출력 제어 회로와, 하이 사이드 스위칭 소자가 소정 시간 이상 온 상태가 계속되는 100 ％ DUTY 를 검출하여 검출 신호를 출력 제어 회로로 출력하는 100 ％ DUTY 검출 회로를 구비하고, 상기 출력 제어 회로는 검출 신호를 받으면 하이 사이드 스위칭 소자를 오프시키는 제어 신호를 출력하는 구성으로 하였다.
본 발명의 COT 제어의 스위칭 레귤레이터에 의하면, 출력 단자에 접속된 부하가 경부하가 되어도, 하이 사이드 스위칭 소자가 계속 온이 되지 않도록 제어한다. 따라서, 출력 전압이 원하는 전압을 상회하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2 는 본 실시형태의 온 시간 제어 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 본 실시형태의 100 ％ DUTY 검출 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4 는 본 실시형태의 100 ％ DUTY 검출 회로의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5 는 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 경부하시에 있어서의 전원 전압과 출력 전압의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6 은 종래의 스위칭 레귤레이터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7 은 종래의 스위칭 레귤레이터의 경부하시에 있어서의 전원 전압과 출력 전압의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
본 실시형태의 스위칭 레귤레이터 (100) 는, 피드백 저항 (17) 과, 기준 전압 회로 (12) 와, 에러 컴퍼레이터 (10) 와, R-S 플립 플롭 회로 (9) 와, 출력 제어 회로 (15) 와, 드라이버 (7 및 8) 와, 하이 사이드 스위칭 소자인 PMOS 트랜지스터 (2) 와, 로우 사이드 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터 (4) 와, 온 시간 제어 회로 (20) 와, 최소 오프 시간 생성 회로 (11) 와, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 와, 인덕터 (3) 와, 출력 용량 (5) 을 구비하고 있다.
피드백 저항 (17) 은, 출력 단자 (6) 로부터 출력되는 출력 전압 (Vout) 을 분압하여, 피드백 전압 (VFB) 을 생성한다. 기준 전압 회로 (12) 는 기준 전압 (VREF) 을 생성한다. 에러 컴퍼레이터 (10) 는, 반전 입력 단자에 입력되는 피드백 전압 (VFB) 과, 비반전 입력 단자에 입력되는 기준 전압 (VREF) 을 비교하여, 비교 결과에 기초한 신호를 출력한다. R-S 플립 플롭 회로 (9) 는, 입력 단자 (S) 에 입력된 에러 컴퍼레이터 (10) 의 신호와, 입력 단자 (R) 에 입력된 온 시간 제어 회로 (20) 의 신호에 기초하여, 출력 신호를 출력 단자 (Q) 로 출력한다. 출력 제어 회로 (15) 는, R-S 플립 플롭 회로 (9) 의 출력 신호에 기초하여, 출력 신호를 드라이버 (7) 및 드라이버 (8) 로 출력한다. 드라이버 (7) 는, 출력 제어 회로 (15) 의 출력 신호에 기초한 신호를 PMOS 트랜지스터 (2) 의 게이트로 출력하여, PMOS 트랜지스터 (2) 의 온·오프를 제어한다. 드라이버 (8) 는, 출력 제어 회로 (15) 의 출력 신호에 기초한 신호를 NMOS 트랜지스터 (4) 의 게이트로 출력하여, NMOS 트랜지스터 (4) 의 온·오프를 제어한다. 온 시간 제어 회로 (20) 는, 노드 (N1) 의 H/L 신호를 감시하여, 그 상태에 기초한 신호를 R-S 플립 플롭 회로 (9) 의 입력 단자 (R) 로 출력한다. 최소 오프 시간 생성 회로 (11) 는, 드라이버 (7) 의 입력 신호를 감시하여, 그 상태에 기초한 신호를 출력 제어 회로 (15) 로 출력한다. 100 ％ Duty 검출 회로 (30) 는, 드라이버 (7) 의 입력 신호를 감시하여, 그 상태에 기초한 신호를 출력 제어 회로 (15) 로 출력한다.
PMOS 트랜지스터 (2) 는, 소스가 전원 전압 (Vin) 이 공급되는 입력 단자 (1) 에 접속되고, 드레인이 NMOS 트랜지스터 (4) 의 드레인에 접속되고, 게이트가 드라이버 (7) 의 출력에 접속된다. PMOS 트랜지스터 (2) 는, 드라이버 (7) 의 출력 신호에 의해 온 상태가 되면, 노드 (N1) 에 전원 전압 (Vin) 이 되는 H 신호를 전달한다. NMOS 트랜지스터 (4) 는, 소스가 접지 단자에 접속되고, 드레인이 PMOS 트랜지스터 (2) 의 드레인에 접속되고, 게이트가 드라이버 (8) 의 출력에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (4) 는, 드라이버 (8) 의 출력 신호에 의해 온 상태가 되면, 노드 (N1) 에 접지 전위가 되는 L 신호를 전달한다. 인덕터 (3) 는 일방의 단자가 노드 (N1) 에 접속되고, 타방의 단자가 출력 단자 (6) 와 출력 용량 (5) 의 일방의 단자에 접속된다. 출력 용량 (5) 은 타방의 단자가 접지 단자에 접속된다.
상기 서술한 바와 같은 스위칭 레귤레이터 (100) 는, 이하와 같이 동작하여 전원 전압 (Vin) 으로부터, 소정의 출력 전압 (Vout) 을 출력 단자 (6) 로부터 출력한다.
출력 단자 (6) 로부터 출력되는 출력 전압 (Vout) 이 소정의 전압보다 낮아지면, 피드백 전압 (VFB) 이 저하된다. 에러 컴퍼레이터 (10) 는 피드백 전압 (VFB) 과 기준 전압 (VREF) 을 비교한다. 피드백 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 보다 낮아지면, 에러 컴퍼레이터 (10) 는 H 신호를 R-S 플립 플롭 회로 (9) 의 입력 단자 (S) 로 출력한다.
R-S 플립 플롭 회로 (9) 는, 입력 단자 (S) 에 H 신호가 입력되면, H 신호를 출력 단자 (Q) 로부터 출력 제어 회로 (15) 로 출력한다. R-S 플립 플롭 회로 (9) 의 출력 신호가 입력되는 출력 제어 회로 (15) 는, H 신호가 입력된 경우, 드라이버 (7, 8) 로 L 신호를 출력한다. 한편, 출력 제어 회로 (15) 에 L 신호가 입력된 경우, H 신호를 출력한다. 출력 제어 회로 (15) 로부터의 L 신호가 입력된 드라이버 (7) 와 드라이버 (8) 는 L 신호를, 각각 PMOS 트랜지스터 (2) 와 NMOS 트랜지스터 (4) 의 게이트로 출력한다.
PMOS 트랜지스터 (2) 는 게이트에 L 신호가 입력되면 온 상태가 되고, NMOS 트랜지스터 (4) 는 게이트에 L 신호가 입력되면 오프 상태가 된다. 그 결과, 노드 (N1) 에는 H 신호가 출력된다. 이 H 신호가, 인덕터 (3) 와 출력 용량 (5) 으로 이루어지는 평활 회로에서 평활화되어, 소정의 전압보다 낮아진 출력 단자 (6) 의 출력 전압 (Vout) 을 상승시킨다. 출력 전압 (Vout) 이 소정의 전압보다 높아진 경우에는, 이상과는 반대의 피드백 기구가, 출력 전압 (Vout) 을 저하시킨다.
한편, 출력 전압 (Vout) 이 소정의 전압보다 낮아졌을 때의 노드 (N1) 의 H 신호는 온 시간 제어 회로 (20) 로도 보내진다. 온 시간 제어 회로 (20) 는, H 신호가 입력된 소정 시간 후에 H 신호를 출력한다. R-S 플립 플롭 회로 (9) 는, 입력 단자 (R) 에 온 시간 제어 회로 (20) 로부터의 H 신호가 입력되면, 출력 단자 (Q) 로부터 L 신호를 출력한다. 출력 제어 회로 (15) 는, R-S 플립 플롭 회로 (9) 로부터 L 신호가 입력되면, 드라이버 (7, 8) 로 H 신호를 출력한다. 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력된 H 신호를 받으면, 드라이버 (7) 는 H 신호를 출력하여 PMOS 트랜지스터 (2) 를 오프시키고, 드라이버 (8) 는 H 신호를 출력하여 NMOS 트랜지스터 (4) 를 온시킨다. 이 때 노드 (N1) 에는 L 신호가 출력된다. 노드 (N1) 의 신호가 H 에서 L 로 바뀔 때까지의 시간이 PMOS 트랜지스터 (2) 를 온시키는 온 시간이 된다. 노드 (N1) 에 L 신호가 출력되면, 출력 단자 (6) 로부터 출력되는 전압이 저하되기 시작한다.
이와 같이 하여, 노드 (N1) 에 H/L 의 발진 신호가 출력 전압 (Vout) 에 따른 Duty 비로 출력되어, 스위칭 레귤레이터 (100) 는 원하는 출력 전압 (Vout) 을 출력한다. 여기서, 출력 전압을 Vout, 입력 단자로부터 입력되는 전압을 Vin, PMOS 트랜지스터 (2) 의 온 시간을 Ton, 발진 신호의 주기를 Tcycle 로 하면 식 1 이 성립된다.
Vout/Vin = Ton/Tcycle …·(1)
도 2 는, 온 시간 제어 회로 (20) 의 일례를 나타내는 회로도이다. 노드 (N1) 로부터 온 시간 제어 회로 (20) 에 입력된 발진 신호는, 저항 (24, 26) 과 용량 (25, 27) 으로 구성되는 필터 회로에서 평활되고, 즉, 출력 전압 (Vout) 과 동등한 일정 전압으로 변환되어, 컴퍼레이터 (21) 의 반전 입력 단자에 입력된다. 한편, 컴퍼레이터 (21) 의 비반전 입력 단자에는, 정전류원 (23) 에 의해 충전되는 용량 (22) 의 전압이 입력된다.
정전류원 (23) 은 노드 (N1) 로부터 입력되는 H 신호에 의해 기동된다. 또, 정전류원 (23) 은 전원 전압 (Vin) 의 크기에 비례한 전류를 출력한다. 그 때문에 용량 (22) 의 충전 시간은 전원 전압 (Vin) 에 반비례한다.
컴퍼레이터 (21) 는 용량 (22) 의 전압이 반전 입력 단자의 전압을 초과하면, 출력 단자로부터 H 신호를 출력한다. 반전 입력 단자의 전압은 출력 전압 (Vout) 과 동등하기 때문에, 용량 (22) 의 정전 용량값을 C, 정전류원 (23) 의 전류를 I 로 하면, 식 2 의 관계가 성립된다.
C × Vout = I × Ton … (2)
식 1 과 식 2 로부터 식 3 과 같이 되어, COT 제어를 이용한 스위칭 레귤레이터에 있어서는, 노드 (N1) 의 발진 신호의 주기 (Tcycle) 는 전원 전압 (Vin) 이나 출력 전압 (Vout) 에 의존하지 않는 값이 된다. 발진 신호의 주기에 의해 결정되는 발진 주파수도 마찬가지로, 전원 전압 (Vin) 과 출력 전압 (Vout) 에 의존하지 않는 일정값이 된다.
Tcycle ∝ C … (3)
여기서, 전원 전압 (Vin) 이 저하되어 출력 전압 (Vout) 과 가까워지면, 온 시간 (Ton) 은 발진 신호 주기 (Tcycle) 와 동일한 값이 된다. 즉, 발진 신호의 Duty 비는 100 ％ 가 되고, 그 결과 PMOS 트랜지스터 (2) 는 계속 온이 되어, 전원 전압 (Vin) 이 출력 단자 (6) 로 그대로 공급되게 된다.
도 3 은, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 는, 드라이버 (7) 의 입력 단자의 전압을 입력 신호로 하고 있다.
통상 동작시의 입력 신호가 입력되어 있으면, 용량 (32) 은 충방전을 반복하여, 그 전압은 NMOS 트랜지스터 (34) 의 임계값 전압을 초과하지 않는다.
PMOS 트랜지스터 (2) 가 온이 될 때에는, 드라이버 (7) 는 입력 단자에 L 신호가 입력된다. 그 L 신호가 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 에 입력되면, NMOS 트랜지스터 (31) 는 오프된다. NMOS 트랜지스터 (31) 가 오프되면, 용량 (32) 은 전류원 (33) 의 전류에 의해 충전된다. 그리고, PMOS 트랜지스터 (2) 가 계속 온이 되는 100 ％ DUTY 상태가 되면, 용량 (32) 은 방전되지 않게 되기 때문에, 그 전압은 NMOS 트랜지스터 (34) 의 임계값 전압을 초과한다.
따라서, 인버터 (36) 는, 용량 (32) 의 전압이 NMOS 트랜지스터 (34) 의 임계값 전압 이하인 경우에는 L 신호를 출력하고, 용량 (32) 의 전압이 NMOS 트랜지스터 (34) 의 임계값 전압을 초과하면 H 신호를 출력한다.
이상과 같이, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 는, 드라이버 (7) 의 입력 단자로부터 100 ％ DUTY 를 검출하면, 출력 제어 회로 (15) 로 H 신호를 출력한다. 그리고, 출력 제어 회로 (15) 는 드라이버 (7) 로 H 신호를 출력하여, PMOS 트랜지스터 (2) 를 온 상태에서 오프 상태로 전환한다.
도 4 는, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 시각 (t0) 이후, PMOS 트랜지스터 (2) 가 계속 온이 되면, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 는 소정 시간 후의 시각 (t1) 에 100 ％ DUTY 상태를 검출하여, 검출 신호를 출력한다. 출력 제어 회로 (15) 는, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 가 출력하는 검출 신호를 받아, 드라이버 (7) 로 H 신호를 출력하여, PMOS 트랜지스터 (2) 를 오프 상태로 한다. 그리고, 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 는, 드라이버 (7) 의 입력 단자의 H 신호를 받아, NMOS 트랜지스터 (31) 가 온이 되어 용량 (32) 을 방전하기 때문에 L 신호를 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 100 ％ DUTY 검출 회로 (30) 를 구비한 스위칭 레귤레이터는, 100 ％ DUTY 여도 PMOS 트랜지스터 (2) 를 오프 상태로 제어할 수 있다. 그리고, PMOS 트랜지스터 (2) 가 오프 상태가 되면, 최소 오프 시간 생성 회로 (11) 에 의해 PMOS 트랜지스터 (2) 의 오프 시간이 확보되기 때문에, 출력 전압 (Vout) 은 전원 전압 (Vin) 의 저하에 추종할 수 있다.
도 5 는, 본 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 경부하시에 있어서의 전원 전압과 출력 전압의 관계를 나타내는 타이밍 차트이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스위칭 레귤레이터를 구성하는 것에 의해 출력 단자에 경부하가 접속되어, 전원 전압 (Vin) ＜ 출력 전압 (Vout) 이라는 상태에 빠졌다고 해도, PMOS 트랜지스터 (2) 에는 오프 시간이 형성되기 때문에, 전원 전압 (Vin) ＞ 출력 전압 (Vout) 이라는 통상 상태로 복귀할 수 있다. 그 때문에, 전원 전압 (Vin) 의 상승에 수반하여 출력 전압 (Vout) 이 상승하여, 접속 기기가 파괴되는 것을 방지할 수 있게 되어, 안전성이 높은 스위칭 레귤레이터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 스위칭 레귤레이터에 있어서는, 하이 사이드 스위칭 소자로서 PMOS 트랜지스터를 예로 들어 설명하였지만, 하이 사이드 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터나, NPN 혹은 PNP 의 바이폴러 트랜지스터라도 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 로우 사이드 스위칭 소자도 바이폴러 트랜지스터나 다이오드 등, 그 밖의 소자여도 동일하다.
9 : R-S 플립 플롭 회로
10 : 에러 컴퍼레이터
11 : 최소 오프 시간 생성 회로
12 : 기준 전압 회로
15 : 출력 제어 회로
20 : 온 시간 제어 회로
30 : 100 ％ DUTY 검출 회로

Claims (3)

  1. 전원 단자에 접속되고, 게이트에 입력되는 제어 신호에 기초하여 단속적인 출력 신호를 출력하는 하이 사이드 스위칭 소자와,
    상기 출력 신호를 평활한 출력 전압을 출력 단자로 출력하는 평활 회로와,
    상기 출력 전압을 감시하는 에러 컴퍼레이터와,
    상기 출력 신호를 감시하여, 상기 하이 사이드 스위칭 소자의 온 시간을 제어하는 신호를 출력하는 온 시간 제어 회로와,
    상기 에러 컴퍼레이터의 신호와 상기 온 시간 제어 회로의 신호에 기초한 신호를 생성하는 플립 플롭 회로와,
    상기 플립 플롭 회로가 출력하는 신호에 기초하여, 상기 제어 신호를 생성하는 출력 제어 회로와,
    상기 하이 사이드 스위칭 소자가 소정 시간 이상 온 상태가 계속되는 100 ％ DUTY 를 검출하여, 검출 신호를 상기 출력 제어 회로로 출력하는 100 ％ DUTY 검출 회로를 구비하고,
    상기 출력 제어 회로는, 상기 검출 신호를 받으면 상기 하이 사이드 스위칭 소자를 오프시키는 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 100 ％ DUTY 검출 회로는, 상기 제어 신호를 감시하여, 상기 100 ％ DUTY 를 검출하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하이 사이드 스위칭 소자의 오프 상태를 검출하면, 소정 시간동안, 오프 상태를 유지하기 위한 신호를 상기 출력 제어 회로로 출력하는 최소 오프 시간 생성 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
KR1020170020601A 2016-02-23 2017-02-15 스위칭 레귤레이터 KR102576886B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016032102A JP6592374B2 (ja) 2016-02-23 2016-02-23 スイッチングレギュレータ
JPJP-P-2016-032102 2016-02-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170099367A true KR20170099367A (ko) 2017-08-31
KR102576886B1 KR102576886B1 (ko) 2023-09-08

Family

ID=59630223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170020601A KR102576886B1 (ko) 2016-02-23 2017-02-15 스위칭 레귤레이터

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9912237B2 (ko)
JP (1) JP6592374B2 (ko)
KR (1) KR102576886B1 (ko)
CN (1) CN107104594A (ko)
TW (1) TWI710205B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105896942B (zh) * 2016-05-18 2018-12-25 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 开关型调节器的控制电路、控制方法及开关型调节器
US10790746B2 (en) * 2017-08-04 2020-09-29 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power dissipation regulated buck architecture
CN112751483A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 成都锐成芯微科技股份有限公司 一种恒压控制电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090140708A1 (en) * 2004-12-03 2009-06-04 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter with Pseudo Constant Switching Frequency
US20110025282A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Stmicroelectronics S.R.L. Driving circuit for an electric load and electric system comprising the circuit
US20140062434A1 (en) * 2012-08-29 2014-03-06 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Switch mode power supply, control circuit and associated control method
KR20150075034A (ko) * 2013-12-24 2015-07-02 세이코 인스트루 가부시키가이샤 스위칭 레귤레이터 및 전자 기기

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6812782B2 (en) * 2002-10-25 2004-11-02 Texas Instruments Incorporated Switch mode converter that allows 100% duty cycle on gate driver
JP4868750B2 (ja) * 2004-03-16 2012-02-01 ローム株式会社 スイッチングレギュレータ
JP4890940B2 (ja) * 2006-05-23 2012-03-07 株式会社リコー 昇降圧スイッチングレギュレータ及びその制御方法
US7443148B2 (en) * 2006-09-11 2008-10-28 Micrel, Inc. Constant on-time regulator with increased maximum duty cycle
JP2011055692A (ja) * 2009-09-04 2011-03-17 Rohm Co Ltd スイッチングレギュレータ
US9625932B2 (en) * 2012-09-05 2017-04-18 Silicon Works Co., Ltd. Switching mode converter having 100% duty cycle mode and method for controlling thereof
US9201441B2 (en) * 2012-12-18 2015-12-01 Fairchild Semiconductor Corporation DC/DC converter with shunt circuitry
CN103199703B (zh) * 2013-04-03 2015-08-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种电压型调节器的控制电路及其控制方法
JP6581757B2 (ja) * 2014-05-12 2019-09-25 新日本無線株式会社 スイッチング電源装置
JP6393169B2 (ja) * 2014-11-27 2018-09-19 エイブリック株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090140708A1 (en) * 2004-12-03 2009-06-04 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter with Pseudo Constant Switching Frequency
US8476887B2 (en) 2004-12-03 2013-07-02 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter with pseudo constant switching frequency
US20110025282A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Stmicroelectronics S.R.L. Driving circuit for an electric load and electric system comprising the circuit
US20140062434A1 (en) * 2012-08-29 2014-03-06 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Switch mode power supply, control circuit and associated control method
KR20150075034A (ko) * 2013-12-24 2015-07-02 세이코 인스트루 가부시키가이샤 스위칭 레귤레이터 및 전자 기기

Also Published As

Publication number Publication date
US20170244320A1 (en) 2017-08-24
JP6592374B2 (ja) 2019-10-16
TWI710205B (zh) 2020-11-11
JP2017153209A (ja) 2017-08-31
KR102576886B1 (ko) 2023-09-08
TW201803260A (zh) 2018-01-16
US9912237B2 (en) 2018-03-06
CN107104594A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102110109B1 (ko) 스위칭 레귤레이터 및 전자 기기
US20220158542A1 (en) Overvoltage protection circuit, integrated circuit and switching converter with the same
KR102145165B1 (ko) 스위칭 레귤레이터 및 전자 기기
US9529373B2 (en) Switching regulator and control circuit and control method therefor
US7714556B2 (en) Quick response switching regulator and control method thereof
US9467045B2 (en) SMPS with adaptive COT control and method thereof
US20160156271A1 (en) Switching power supply device
US20130176004A1 (en) Switching mode power supply
JP6393169B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP5890814B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ、および、半導体集積回路
KR20110095771A (ko) 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치 및 스위치 제어방법
US9407149B2 (en) Buck converting controller for reduction of output voltage overshoot
KR102576886B1 (ko) 스위칭 레귤레이터
JP2015041571A (ja) Ｌｅｄ電源装置及びｌｅｄ照明装置
KR101981287B1 (ko) 스위칭 레귤레이터
KR20150081107A (ko) 전원 공급 장치
KR20170107906A (ko) 스위칭 레귤레이터
JP2005312105A (ja) 降圧コンバータ
JP5974733B2 (ja) スイッチング電源装置
TWI511427B (zh) 降壓轉換控制器
JP2005333710A (ja) スイッチング電源装置
TW201500882A (zh) 開關電源電壓調節器
JP2020150605A (ja) パルス信号発生回路

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant