KR20170106216A

KR20170106216A - 스위칭 레귤레이터

Info

Publication number: KR20170106216A
Application number: KR1020170029409A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 가와노; 가츠야 고토
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2017-09-20
Also published as: JP2017163741A; US20170264092A1; US10333292B2; TWI716554B; CN107181236B; CN107181236A; TW201806274A

Abstract

[과제] 소비 전류가 적은 과열 보호 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터를 제공한다.
[해결 수단] 출력 제어 회로가 출력하는 스위칭 소자를 온하는 신호에 기초한 소정의 기간만 과열 보호 회로를 간헐적으로 동작시키는 구성으로 하였다.

Description

스위칭 레귤레이터{SWITCHING REGULATOR}

본 발명은, 정전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 온도를 검출하여 스위칭 동작을 정지하는 과열 보호 회로를 구비하는 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.

최근, 전지를 탑재하는 전자기기에 있어서는, 저소비 전력화가 진행되고 있다. 특히 스마트 폰, 휴대 기기, 웨어러블 기기 등에 있어서는, 배터리 구동 시간을 보다 길게 하기 위하여, 전자기기의 저소비 전력화는, 한층 더 강하게 요구되게 되었다. 그 때문에 그 전자기기에 내장되는 반도체 집적 회로에 있어서도 소비 전력의 삭감 요구가 현저하다.

한편, 상기의 사람이 직접 취급하는 전자기기는, 폭발·감전 등 인체에 악영향을 미치지 않는 안전성이 특히 요구된다. 예를 들어 배터리 구동의 전자기기에 내장되고, 전지 전압을 입력 전압으로 하는 스위칭 레귤레이터는, 반도체 집적 회로 내의 칩 온도가 상승하여 소정 온도 이상의 온도에 도달한 경우, 동작을 멈추는 과열 보호 회로를 구비하는 것이 알려져 있다.

일본 공개특허공보 평6-244414호

그러나, 안전성을 확보하기 위한 보호 회로를 추가하면, 그 보호 회로를 동작시키기 위한 전력이 필요해져, 전자기기에 요구되는 저소비 전력화가 저해된다. 예를 들어, 과열 보호 회로를 부가하는 종래의 스위칭 레귤레이터에 있어서는, 온도를 감시하기 위하여 온도 검출 회로가 항상 동작하고 있다. 그 때문에, 스위칭 레귤레이터에 흐르는 전류가 작아, 발열될 가능성이 낮은 동작 상태에 있어서도 소정의 전력을 계속 소비하여, 전력 효율을 악화시킨다는 과제가 있었다.

본 발명에 있어서는, 상기의 종래 기술의 과제에 대해, 과열 보호 회로를 간헐적으로 동작시킴으로써, 소비 전력의 저감을 실현하는 것과 동시에, 확실하게 스위칭 레귤레이터를 보호하는 방법을 제안한다.

종래의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스위칭 레귤레이터는 이하와 같은 구성으로 하였다.

출력 전압을 감시하는 에러 콤퍼레이터와, 에러 콤퍼레이터의 출력 신호에 기초하여, 스위칭 소자의 게이트에 제어 신호를 출력하는 출력 제어 회로와, 소정의 온도 이상이 되면 출력 제어 회로에 신호를 출력하여 스위칭 소자를 오프시키는 과열 보호 회로를 구비하고, 과열 보호 회로는, 출력 제어 회로의 출력 신호에 기초한 신호가 입력되고, 소정의 기간만 동작하는 간헐 동작을 실시하는 구성으로 하였다.

본 발명의 스위칭 레귤레이터는, 출력 제어 회로가 출력하는 스위칭 소자를 온하는 신호에 기초한 소정의 기간만 과열 보호 회로를 간헐적으로 동작시키는 구성으로 하였기 때문에, 과열 보호 회로의 특히 경부하시의 소비 전류를 삭감할 수 있다는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타낸 회로도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 타이머 회로의 회로예를 나타낸 도면이다.
도 3 은 제 1 실시형태의 타이머 회로의 동작예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4 는 제 1 실시형태의 과열 보호 회로의 회로예를 나타낸 도면이다.
도 5(a) 는 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 1 동작예에 있어서의 연속 모드 동작 상태를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 5(b) 는 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 1 동작예에 있어서의 불연속 모드 동작 상태를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 6(a) 는 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 3 동작예에 있어서의 연속 모드 동작 상태를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 6(b) 는 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 3 동작예에 있어서의 불연속 모드 동작 상태를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 7 은 제 1 실시형태의 타이머 회로의 제 3 동작예를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타낸 회로도이다.
도 9 는 본 발명의 제 3 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타낸 회로도이다.

도 1 은, 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타낸 회로도이다. 도 1 의 회로는, 전원 단자 (1) 에 입력된 입력 전압 (Vin) 을 정전압으로 변환하고, 출력 전압 (Vout) 으로서 출력 단자 (7) 로 출력하는 비동기 정류형의 스위칭 레귤레이터 (100) 이다.

본 실시형태의 스위칭 레귤레이터 (100) 는, 스위칭 소자인 PMOS 트랜지스터 (3) 와, 다이오드 (4) 와, 인덕터 (5) 와, 출력 콘덴서 (6) 와, 에러 콤퍼레이터 (10) 와, 온 시간 제어 회로 (11) 와, 기준 전압 회로 (12) 와, RS-FF 회로 (13) 와, 타이머 회로 (14) 와, 출력 제어 회로 (15) 와, 버퍼 회로 (16) 와, 분압 저항 (17 및 18) 과, 과열 보호 회로 (20) 를 구비한다.

분압 저항 (17 및 18) 은, 출력 전압 (Vout) 에 따른 피드백 전압 (VFB) 을 피드백 단자 (19) 로부터 출력한다. 기준 전압 회로 (12) 는, 기준 전압 (VREF) 을 출력한다. 에러 콤퍼레이터 (10) 는, 피드백 전압 (VFB) 을 기준 전압 (VREF) 과 비교하여, 피드백 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 이하로 저하되면, RS-FF 회로 (13) 에 세트 신호를 출력한다. 온 시간 제어 회로 (11) 는, RS-FF 회로 (13) 의 출력 단자 (Q) 의 출력 신호에 기초하여 RS-FF 회로 (13) 에 리셋 신호를 출력한다. RS-FF 회로 (13) 는, 세트 단자 (S) 에 공급되는 세트 신호와 리셋 단자 (R) 에 공급되는 리셋 신호에 따라 출력 단자 (Q) 로부터 출력 신호가 출력된다. 출력 제어 회로 (15) 는, RS-FF 회로 (13) 의 신호를 받아, 버퍼 회로 (16) 를 통하여, PMOS 트랜지스터 (3) 를 제어하고, 출력 전압 (Vout) 을 발생시킨다.

과열 보호 회로 (20) 는, 스위칭 레귤레이터의 온도를 감시하고, 스위칭 레귤레이터가 발열되어, 과열 상태인 것으로 판정되면 출력 제어 회로 (15) 에 신호를 출력한다. 스위칭 레귤레이터에 있어서, 가장 온도가 높아지는 것은, 출력 단자 (7) 에 출력 전압 및 출력 전류를 공급하는 PMOS 트랜지스터 (3) 이다. 그래서 과열 보호 회로 (20) 의 신호를 받은 출력 제어 회로 (15) 는, 버퍼 회로 (16) 를 통하여 PMOS 트랜지스터 (3) 를 오프시킴으로써, 스위칭 레귤레이터를 과열로부터 보호한다.

타이머 회로 (14) 는, 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 신호를 받아 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되면 과열 보호 회로 (20) 의 동작을 개시하고, 일정 시간 경과 후 (카운트 시간으로 칭한다) 에, 과열 보호 회로 (20) 의 소비 전류를 제로로 하거나, 혹은 저감시키는 신호를 출력한다.

도 2 는, 제 1 실시형태의 타이머 회로 (14) 의 일례를 나타낸 회로도이다.

펄스 발생 회로 (41) 는, IN 단자에 입력되는 출력 제어 회로 (15) 의 신호가 L 레벨이 되었을 때에, 소정의 기간의 L 신호를 출력한다. RS-FF 회로 (61) 는, 펄스 발생 회로 (41) 의 신호가 H 레벨이 되었을 때에 출력 단자 (Q) 로부터 H 신호를 출력한다. 바이어스 회로 (42, 43, 44, 45) 는, RS-FF 회로 (61) 의 H 신호를 받아 온된다. 콘덴서 (46) 는, 바이어스 회로 (42) 의 출력에 접속되고, 바이어스 회로 (42) 의 전류에 의해 충전된다. 콘덴서 (48) 는, 바이어스 회로 (44) 의 출력에 접속되고, 바이어스 회로 (44) 의 전류에 의해 충전된다.

여기서 예를 들어, 콘덴서 (48) 는, 콘덴서 (46) 보다 큰 용량으로 되어 있고, 소정의 전압까지의 충전 시간이 콘덴서 (46) 보다 길어지도록 설정되어 있다. NMOS 트랜지스터 (50) 는, 콘덴서 (46) 의 충전 전압이 임계값 전압 이상이 되었을 때에 온된다. NMOS 트랜지스터 (51) 는, 콘덴서 (48) 의 충전 전압이 임계값 전압 이상이 되었을 때에 온된다.

인버터 (56) 는, NMOS 트랜지스터 (50) 의 출력의 H/L 신호를 반전시킨 신호를, RS-FF 회로 (60) 세트 단자 (S) 와 NMOS 트랜지스터 (53) 의 게이트로 출력한다. 인버터 (57) 는 NMOS 트랜지스터 (51) 의 출력의 H/L 신호를 반전시킨 신호를 RS-FF 회로 (60) 의 리셋 단자 (R) 와, NMOS 트랜지스터 (52, 54) 의 게이트로 출력한다.

NMOS 트랜지스터 (52, 53) 는, 콘덴서 (46) 와 병렬로 접속되고, 게이트에 H 신호가 입력되면 온되어, 콘덴서 (46) 의 전하를 방전한다. NMOS 트랜지스터 (54) 는, 콘덴서 (48) 와 병렬로 접속되고, 게이트에 H 신호가 입력되면 온되어, 콘덴서 (48) 의 전하를 방전한다. 스위치 (47, 49) 는, RS-FF 회로 (61) 가 출력하는 Q 신호를 받아 오프되고, 콘덴서 (46) 와 콘덴서 (48) 가 충전되도록 제어한다.

RS-FF 회로 (60) 는, 이상의 세트 단자 (S) 와 리셋 단자 (R) 에 입력되는 신호에 기초하여, Q 단자로부터 신호를 출력하고, 클록 신호 (CLK) 를 생성한다. RS-FF 회로 (61) 는, 세트 단자 (S) 에 펄스 발생 회로 (41) 의 출력 신호가 입력되고, 리셋 단자 (R) 에 RS-FF 회로 (60) 로부터 출력하는 클록 신호 (CLK) 가 입력되고, 출력 단자 (Q) 로부터 신호를 출력한다.

다음으로, 도 3 의 제 1 실시형태의 타이머 회로 (14) 의 동작예를 나타낸 타이밍 차트를 바탕으로, 타이머 회로 (14) 의 동작을 설명한다.

시각 (t0) 에, 타이머 회로 (14) 의 IN 단자에 입력되는 출력 제어 회로 (15) 의 출력 신호가 L 레벨이 되면, 펄스 발생 회로 (41) 가 내부의 지연 회로에서 결정되는 소정의 짧은 기간에 L 신호 펄스를 출력한다. 이 때에는, 콘덴서 (46, 48) 는 방전되어 충전 전압이 L 로 되어 있다.

시각 (t1) 에, 펄스 발생 회로 (41) 의 신호가 H 레벨이 되기 때문에, RS-FF 회로 (61) 의 출력 단자 (Q) 로부터 H 신호가 출력된다. 스위치 (47, 49) 가 오프되고, 바이어스 회로 (42, 43, 44, 45) 가 온되기 때문에, 콘덴서 (46, 48) 는 충전을 개시한다.

시각 (t2) 에, 바이어스 회로 (42) 로부터 공급되는 전류에 의해 콘덴서 (46) 의 충전 전압이 상승하여, NMOS 트랜지스터 (50) 의 임계값 전압 (Vth1) 에 도달하면, NMOS 트랜지스터 (50) 가 온된다. 따라서, RS-FF 회로 (60) 는, 세트 단자 (S) 에 인버터 (56) 가 출력하는 H 신호가 입력되기 때문에, 출력 단자 (Q) 로부터 H 신호를 출력한다. 인버터 (56) 로부터 출력되는 H 신호는, NMOS 트랜지스터 (53) 를 온하고, 콘덴서 (46) 를 방전한다. 이 때, 콘덴서 (46) 보다 용량치가 큰 콘덴서 (48) 는, 충전 전압이 NMOS 트랜지스터 (51) 의 임계값 전압 (Vth2) 에 도달하지 않고, 충전이 계속되고 있다.

시각 (t3) 에, 콘덴서 (48) 의 충전 전압이 NMOS 트랜지스터 (51) 의 임계값 전압 (Vth2) 에 도달하면, NMOS 트랜지스터 (51) 가 온된다. 따라서, RS-FF 회로 (60) 는, 리셋 단자 (R) 에 인버터 (57) 가 출력하는 H 신호가 입력되기 때문에, 출력 단자 (Q) 로부터 L 신호를 출력한다. 인버터 (57) 로부터 출력되는 H 신호는, NMOS 트랜지스터 (52, 54) 를 온하고, 콘덴서 (46, 48) 를 방전한다. 이 때, NMOS 트랜지스터 (50) 는 오프이기 때문에, RS-FF 회로 (60) 는, 세트 단자 (S) 에 인버터 (56) 를 통하여 L 신호가 입력되고 있기 때문에, 출력 단자 (Q) 로부터 L 신호를 출력한다. 따라서, RS-FF 회로 (61) 는 리셋 단자 (R) 에 L 신호가 입력되기 때문에, 출력 단자 (Q) 로부터 L 신호를 출력한다.

이상 설명한 바와 같은 동작을 반복하여, 타이머 회로 (14) 는, 과열 보호 회로 (20) 를 간헐 동작시킨다.

또한, 타이머 회로 (14) 는, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되는 것을 트리거로 하여 H 신호를 출력함과 동시에 타임 카운트를 시작하고, 소정의 시간 후에 L 신호를 출력하는 구성이면 되고, 이 회로예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인버터 (54) 의 신호를 받아 원샷 펄스를 발생하는 펄스 발생 회로를 구비하고 있어도 된다.

또, 카운트 시간과 스위칭 주기의 관계를 조정함으로써, 상황에 따라 간헐 출력 혹은 일정 출력을 선택할 수 있다.

도 4 는, 본 발명의 과열 보호 회로의 일례를 나타낸 회로도이다. 과열 보호 회로 (20) 는, 감온 소자 (21) 와, 기준 전압 회로 (22) 와, 감온 소자 (21) 의 전압과 기준 전압 회로 (22) 의 출력 전압을 비교함으로써 온도 검출을 실시하는 콤퍼레이터 (23) 와, 감온 소자 (21) 에 전류를 공급하는 바이어스 회로 (24) 와, 콤퍼레이터 (23) 에 전류를 공급하는 바이어스 회로 (25) 와, 바이어스 회로 (24) 로부터 감온 소자 (21) 로의 전류 공급을 제어하는 스위치 (26) 와, 바이어스 회로 (25) 로부터 콤퍼레이터 (23) 로의 전류 공급을 제어하는 스위치 (27) 를 구비한다. 스위치 (26) 는, 감온 소자 (21) 와 바이어스 회로 (24) 사이에 형성된다. 스위치 (27) 는, 콤퍼레이터 (23) 와 바이어스 회로 (25) 사이에 형성된다.

출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 신호를 받아, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되면, 동시에, 동일한 신호를 바탕으로 타이머 회로 (14) 로부터 H 신호를 받아 스위치 (26) 와 스위치 (27) 는 온이 되고, 감온 소자 (21) 및 콤퍼레이터 (23) 에 전류가 공급된다. 전류가 공급되고, 감온 소자 (21) 의 전압 및 콤퍼레이터 (23) 가 비교 가능한 상태로 안정된 후에, 콤퍼레이터 (23) 가 기준 전압 회로 (22) 의 출력 전압과 감온 소자 (21) 의 전압을 비교함으로써 온도 판정을 실시한다. 과열 상태인 것으로 판정되는 경우에는, 감온 소자 (21) 와 콤퍼레이터 (23) 에 전류 공급을 계속하고, 온도 검출을 계속한다. 과열 상태가 아닌 것으로 판정되는 경우에는, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되고 나서 일정 시간 후에, 스위치 (26) 및 스위치 (27) 가 오프가 되고, 감온 소자 (21) 와 콤퍼레이터 (23) 로의 전류 공급이 정지된다.

감온 소자로는, 밴드 갭 레퍼런스 회로에 사용하는 바이폴러 소자를 사용하는 것도 가능하다. 밴드 갭 레퍼런스 회로에 사용하는 바이폴러 소자의 순방향 전압 (Vf) 는 온도에 의해 변화되기 때문에, 온도에 의해 변화되지 않도록 조정한 기준 전압 회로 (22) 의 기준 전압과 콤퍼레이터 (23) 로 비교함으로써, 온도 검출을 실시할 수 있다.

도 5 는, 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 1 동작예를 나타낸 타이밍 차트이다. 그리고 도 5(a) 는 출력 단자 (7) 에 중부하가 접속된 경우, 도 5(b) 는 경부하가 접속된 경우의, PMOS 트랜지스터 (3), 타이머 회로 (14), 과열 보호 회로 (20) 의 각각의 동작 상태의 타이밍 차트를 나타내고 있다. 도 5 의 제 1 동작예에 있어서는, 타이머 회로 (14) 의 카운트 시간을 스위칭 주기보다 길게 설정하고 있다.

도 5(a) 에 있어서는, 출력 단자 (7) 에 접속되는 부하가 무겁고, PMOS 트랜지스터 (3) 가 소정의 스위칭 주기로 발진 동작을 실시하는 연속 모드 동작 상태로 되어 있다.

먼저 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온이 되는 시각 (t0) 에, 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 신호를 받아, 타이머 회로 (14) 가 온되고, 타임 카운트를 시작한다. 그것과 함께 과열 보호 회로 (20) 의 동작을 온시킨다.

시각 (t0) 으로부터 스위칭 주기 후의 시각 (t1) 에 있어서는, 소정의 카운트 시간에 도달하지 않았기 때문에, 타이머 회로 (14) 는 계속 온되고, 과열 보호 회로 (20) 의 온 동작을 계속시킨다. 다만, 시각 (t1) 에서 다시 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 신호를 받아, 여기에서부터 다시 타임 카운트가 시작된다.

시각 (t0) 으로부터 카운트 시간 후의 시각 (tc) 에 도달하더라도, 시각 (t1) 으로부터 시작되는 타임 카운트가 계속되고 있기 때문에, 타이머 회로 (14) 는 계속 온되고, 과열 보호 회로 (20) 의 온 동작을 계속시킨다.

이상과 같이 타이머 회로 (14) 의 카운트 시간을 스위칭 주기보다 길게 설정한 제 1 동작예에 있어서는, 타이머 회로 (14) 가 계속 온되기 때문에, 과열 보호 회로 (20) 는 간헐 동작 상태로는 되지 않고, 항상 동작을 계속한다.

과열 보호 회로 (20) 는, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온됨과 함께 스위치 (26, 27) 가 온됨으로써 온도 검출 동작을 개시하고, 스위칭 레귤레이터가 발열되어, 과열 상태인 것으로 판정되면 출력 제어 회로 (15) 에 신호를 출력한다. 그리고 출력 제어 회로 (15) 는 과열 보호 회로 (20) 의 신호를 받아 신호를 출력하고, 버퍼 회로 (16) 를 통하여 PMOS 트랜지스터 (3) 를 정지시켜, 발열을 억제한다.

부하가 가벼워지는 도 5(b) 에 있어서는, 출력 전압 (Vout) 의 변동이 작아지고, PMOS 트랜지스터 (3) 의 동작이 소정의 주기의 발진 동작이 되지 않는 불연속 모드 동작 상태로 이행되어, 스위칭 주파수가 감소한다. 이 때 고정 시간 온하는 신호를 출력하는 COT (Constant On Time) 제어의 스위칭 레귤레이터에 있어서는, 온 시간이 고정이기 때문에, 스위칭 주파수의 감소에 의해 오프 시간이 길어진다.

스위칭 주기가 길어져 타이머 회로 (14) 의 카운트 시간을 상회하면, 도 5(b) 와 같이, 시각 (t0) 으로부터 스위칭 주기분의 시간을 경과한 시각 (t1) 보다, 카운트 시간에 도달하는 시각 (tc) 이 빨리 찾아오기 때문에, 타이머 회로 (14) 는 과열 보호 회로 (20) 를 오프시키는 신호를 출력한다. 그 신호를 받아 과열 보호 회로 (20) 는 오프되고, 다음의 시각 (t1) 에 있어서 다시 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온됨과 함께 온이 된다. 즉 과열 보호 회로 (20) 는 간헐적으로 동작한다. 따라서, 부하가 가벼워져, 스위칭 주파수가 어느 일정치 이하가 되면, 과열 보호 회로 (20) 가 간헐적으로 동작을 하게 되어, 과열 보호 회로 (20) 의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 제 1 동작예에서는, 가장 온도 상승이 우려되는 연속 모드 동작 상태에 있어서 과열 보호 회로 (20) 를 항상 동작시킴으로써 반도체 집적 회로의 안전성을 높이면서, 온도 상승 빈도가 낮은 불연속 모드 동작 상태에 있어서 과열 보호 회로 (20) 를 간헐 동작시켜, 소비 전력 저감을 겸비하는 효과를 기대할 수 있다.

제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 2 동작예는 타이머 회로 (14) 의 카운트 시간을 스위칭 주기보다 짧게 설정한 경우이다. 제 2 동작예에서는, 출력 단자 (7) 에 중부하가 접속되고, 소정의 스위칭 주기로 발진 동작을 실시하는 연속 모드 동작 상태가 된 경우에 있어서도, 제 1 동작예와 달리 타이머 회로 (14) 가 카운트 시간마다 과열 보호 회로 (20) 에 정지 신호를 반복하여 계속 보내기 때문에, 과열 보호 회로 (20) 는 간헐 동작 상태가 되고, 제 1 동작예에 비하여, 과열 보호 회로 (20) 의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

한편, 출력 단자 (7) 에 경부하가 접속되고, 출력 전압 (Vout) 의 변동이 작아지고, PMOS 트랜지스터 (3) 의 동작이 소정의 주기의 발진 동작이 되지 않는 불연속 모드 동작 상태로 이행되어, 스위칭 주파수가 감소한 경우에도, 제 1 동작예와 마찬가지로 과열 보호 회로 (20) 는 간헐적으로 동작한다.

제 1 실시형태의 제 2 동작예에서는, 연속 모드 동작 상태·불연속 모드 동작 상태에 있어서 과열 보호 회로 (20) 를 간헐 동작시킴으로써, 제 1 동작예보다 높은 소비 전력 저감 효과를 기대할 수 있다. 그 때문에, 연속 동작 모드에 있어서 대전류를 필요로 하지 않아 과열 상태가 그다지 우려되지 않는 스위칭 레귤레이터에 있어서 바람직한 동작예라고 할 수 있다.

도 6 은, 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 3 동작예를 나타낸 타이밍 차트이다. 이 예에서는, 타이머 회로 (14) 의 타임 카운트의 개시를, PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프됨과 동시에 시작한다. 그리고 도 6(a) 는 출력 단자 (7) 에 중부하가 접속된 경우, 도 6(b) 는 경부하가 접속된 경우의, PMOS 트랜지스터 (3), 타이머 회로 (14), 과열 보호 회로 (20) 의 각각의 동작 상태의 타이밍 차트를 나타내고 있다.

도 6(a) 에 있어서는, 출력 단자 (7) 에 접속되는 부하가 무겁고, PMOS 트랜지스터 (3) 가 소정의 스위칭 주기로 발진 동작을 실시하는 연속 모드 동작 상태로 되어 있다.

먼저 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온이 되는 시각 (t0) 에, 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 신호가 타이머 회로 (14) 에 입력된다. 단, 여기서는 타이머 회로 (14) 는 타임 카운트를 개시하지 않고, 과열 보호 회로 (20) 도 기동되지 않는다.

PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프되는 시각 (t1) 에, 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 PMOS 트랜지스터 (3) 를 오프시키는 제어 신호가 타이머 회로 (14) 에 동시에 입력된다. 그 신호를 받아 타이머 회로 (14) 가 온되어 타임 카운트를 시작한다. 이 때 타이머 회로 (14) 는 과열 보호 회로 (20) 에 제어 신호를 출력하고, 과열 보호 회로 (20) 를 온시킨다.

시각 (t1) 으로부터 카운트 시간 후의 시각 (tc) 에 도달하면, 타이머 회로 (14) 는 과열 보호 회로 (20) 에 신호를 출력하고, 과열 보호 회로 (20) 를 오프시킨다.

시각 (t0) 으로부터 스위칭 주기 후의 시각 (t2) 에 도달하면, 출력 제어 회로 (15) 로부터 출력되는 제어 신호에 의해 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되지만, 타이머 회로 (14) 는 타임 카운트를 개시하지 않고, 과열 보호 회로 (20) 도 기동되지 않는다.

이상과 같이 제 3 동작예에 있어서는, 제 2 동작예와 마찬가지로 타이머 회로 (14) 가 온과 오프를 계속 반복하기 때문에, 과열 보호 회로 (20) 는 간헐 동작 상태가 되고, 제 1 동작예에 비하여, 과열 보호 회로 (20) 의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

부하가 가벼워지는 도 6(b) 에 있어서는, 출력 전압 (Vout) 의 변동이 작아져, PMOS 트랜지스터 (3) 의 동작이 소정의 주기의 발진 동작이 되지 않는 불연속 모드 동작 상태로 이행되어, 스위칭 주파수가 감소된다.

이 동작 상태에 있어서도, 연속 모드 동작 상태와 마찬가지로, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되는 시각 (t0) 에는 타이머 회로 (14) 는 타임 카운트를 개시하지 않고, 과열 보호 회로 (20) 도 기동되지 않는다. PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프되는 시각 (t1) 에서 타이머 회로 (14) 가 타임 카운트를 시작하여 과열 보호 회로 (20) 를 온시킨다. 타이머 시간 후의 시각 (tc) 에 과열 보호 회로 (20) 를 오프시킨다. 이와 같이 하여, 과열 보호 회로 (20) 는 간헐적으로 동작한다.

제 1 실시형태의 제 3 동작예에서는, 제 2 동작예와 마찬가지로, 연속 모드 동작 상태·불연속 모드 동작 상태 중 어느 것에 있어서도 과열 보호 회로 (20) 를 간헐 동작시킴으로써, 제 1 동작예보다 높은 소비 전력 저감 효과를 기대할 수 있다. 그 때문에, 연속 동작 모드에 있어서 대전류를 필요로 하지 않아 과열 상태가 그다지 우려되지 않는 스위칭 레귤레이터에 있어서 바람직한 동작예라고 할 수 있다.

도 7 은, 제 1 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 제 3 동작예를 실현하기 위한 타이머 회로 (14) 의 타이밍 차트이다.

펄스 발생 회로 (41) 는, PMOS 트랜지스터 (3) 의 오프 동작을 트리거로 하여 L 펄스를 발생시킨다. 이렇게 함으로써, PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프되는 시각 (t0) 에 콘덴서 (46, 48) 를 방전하고, 거기에서부터 타임 카운트를 시작하는 것이 가능해진다.

도 8 은, 제 2 실시형태의 스위칭 레귤레이터의 회로예를 나타낸 도면이다. 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태에 대해 타이머 회로 (14) 를 사용하지 않고, 과열 보호 회로 (20) 의 동작을 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되는 타이밍에 동기시키고 있다. 이 예에서는, 스위칭 소자인 PMOS 트랜지스터 (3) 를 동작시키는 L 신호를 출력 제어 회로 (15) 가 출력한 경우, 그 L 신호를 인버터 (59) 로 반전시켜 H 신호로서 과열 보호 회로 (20) 에 입력하고 있다.

PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프되어 있을 때에 과열 보호 회로 (20) 를 동작시키고, 온되어 있을 때에 정지시키는 간헐 동작을 실시하는 경우에는, 인버터 (59) 를 제거함으로써 실현할 수 있다.

또, PMOS 트랜지스터 (3) 가 오프되어 있는 시간 중의 한정된 시간에 있어서, 과열 보호 회로 (20) 를 동작시키는 경우도 생각할 수 있다.

제 2 실시형태의 스위칭 레귤레이터는, 이상과 같이 연속 모드 동작 상태·불연속 모드 동작 상태 중 어느 것에 있어서도, 항상 PMOS 트랜지스터 (3) 가 온 상태일 때만, 혹은 오프 상태일 때만 과열 보호 회로 (20) 가 작용하고 있기 때문에, 지금까지 서술해 온 실시형태·동작예보다 소비 전력 저감 효과를 높이는 것이 가능하다. 또, 타이머 회로가 불필요하기 때문에, 회로 면적을 축소할 수 있고, 비용 저감 효과도 얻을 수 있다.

한편, 제 1 실시형태에 있어서는, 타이머 회로 (14) 를 이용함으로써 스위칭 소자 동작이 온·오프 상태에 의존하지 않을 때의 과열 상태도 판정하는 것이 가능하다. 그 때문에, 큰 발열원인 스위칭 소자와 과열 보호 회로 (20) 의 거리가 레이아웃의 제약 등으로 떨어져, 여러 가지 상태일 때의 반도체 집적 회로의 온도 상승을 감지할 수 있다는 자유도가 높으며, 안전성이 높은 스위칭 레귤레이터를 제공하는 데에 적합하다. 어느 시점을 트리거로 하고, 어느 타이밍까지 과열 보호 회로 (20) 를 동작시킬지는, 펄스 발생 회로로부터 펄스를 출력하는 트리거나, 펄스폭으로 조정을 할 수 있다. 또 타이머 회로 (14) 의 카운트 시간은, 콘덴서나 Vth, 바이어스 회로의 전류치를 변경함으로써 임의로 설정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

도 9 는, 제 3 실시형태의 동기 정류 스위칭 레귤레이터의 회로예를 나타낸 도면이다. PMOS 트랜지스터 (3) 의 오프시에 인덕터 (5) 에 전류를 흘리는 다이오드 (4) 대신에, PMOS 트랜지스터 (3) 와 상반되는 스위칭 동작을 실시하는 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터 (31) 를 사용하고, NMOS 트랜지스터 (31) 를 구동하는 버퍼 회로 (33) 를 구비한다.

또 출력 제어 회로 (15) 는, 버퍼 회로 (16) 를 통하여 PMOS 트랜지스터 (3) 를 제어하기 위한 출력 단자 외에, 버퍼 회로 (33) 를 통하여 NMOS 트랜지스터 (31) 를 제어하기 위한 출력 단자를 구비한다.

또한, 출력 단자 (7) 로부터 NMOS 트랜지스터 (31) 의 방향으로 흐르는 역전류의 발생, 또는 역전류가 발생하는 징조를 검출하면, 출력 제어 회로 (15) 에 대해, NMOS 트랜지스터 (31) 를 강제적으로 오프하는 신호를 출력하는 역류 검출 회로 (32) 를 구비한다. 이 역류 검출 회로 (32) 는 NMOS 트랜지스터 (31) 가 온되어 있는 기간만 온되어 검출 동작을 개시하고, NMOS 트랜지스터 (31) 가 오프되어 있을 때에는 동기하여 오프되어 검출을 정지한다. 이와 같은 일련의 동작을 실현하기 위하여, 출력 제어 회로 (15) 의 NMOS 트랜지스터 (31) 측의 출력 신호가 역류 검출 회로 (32) 에 입력되는 구성으로 하고, 그 출력 신호에 기초하여 역류 검출 회로 (32) 의 온과 오프를 전환하고 있다.

RS-FF 회로 (62) 는, 세트 단자 (S) 에 출력 제어 회로 (15) 의 PMOS 트랜지스터 (3) 측이 온되는 L 신호를 인버터 (63) 로 반전시킨 H 신호가 입력될 때에 H 신호를 출력한다. 또 리셋 단자 (R) 에 역류 검출 회로 (32) 의 H 신호가 입력될 때에 L 신호를 출력한다.

과열 보호 회로 (20) 는, 상기와 같은 RS-FF 회로 (62) 의 출력 신호를 받음으로써, PMOS 트랜지스터 (3) 및 PMOS 트랜지스터 (31) 중 어느 쪽이 온되어 있는 경우, 혹은, PMOS 트랜지스터 (3) 가 온되고, PMOS 트랜지스터 (31) 가 오프될 때까지의 시간에 있어서 동작하고, PMOS 트랜지스터 (3) 및 PMOS 트랜지스터 (31) 가 어느 쪽도 오프되어 있을 때에 정지된다. 물론, 과열 보호 회로 (20) 는, RS-FF 회로 (62) 의 세트 단자 (S) 와 리셋 단자의 입력에 접속하는 인버터를 적절히 변경함으로써, 여러 가지 타이밍에서의 동작을 설정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

10 : 에러 콤퍼레이터
11 : 온 시간 제어 회로
12, 22 : 기준 전압 회로
13, 60, 61, 62 : RS-FF 회로
14 : 타이머 회로
15 : 출력 제어 회로
16, 33 : 버퍼 회로
20 : 과열 보호 회로
21 : 감온 소자
23 : 콤퍼레이터
24, 25, 42, 43, 44, 45 : 바이어스 회로
32 : 역류 검출 회로
41 : 펄스 발생 회로

Claims

입력 단자에 입력되는 전원 전압으로부터 스위칭 소자에 의해 출력 단자에 원하는 출력 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터로서,
상기 출력 전압을 감시하는 에러 콤퍼레이터와,
상기 에러 콤퍼레이터의 출력 신호에 기초하여, 상기 스위칭 소자의 게이트에 제어 신호를 출력하는 출력 제어 회로와,
소정의 온도 이상이 되면 상기 출력 제어 회로에 신호를 출력하고, 상기 스위칭 소자를 오프시키는 과열 보호 회로를 구비하고,
상기 과열 보호 회로는, 상기 출력 제어 회로의 출력 신호에 기초한 신호가 입력되고, 소정의 기간만 동작하는 간헐 동작을 실시하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 소정의 기간은, 적어도 상기 스위칭 소자가 온되어 있는 기간인 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 출력 제어 회로의 출력 신호에 기초하여 상기 과열 보호 회로를 간헐 동작시키기 위한 신호를 출력하는 타이머 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.