KR20170107400A - 스위칭 레귤레이터 - Google Patents

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Abstract

(과제) 소비 전력이 적은 온 시간 제어 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터를 제공한다.
(해결 수단) 온 시간 제어 회로는, 스위칭 소자의 온 오프를 제어하는 신호에 의해 온 오프되는 스위치를 구비하고, 스위칭 소자의 오프 시간에 오프로 하는 구성으로 하였다.

Description

스위칭 레귤레이터{SWITCHING REGULATOR}
본 발명은 스위칭 레귤레이터에 관한 것이다.
스위칭 레귤레이터의 제어 방법의 하나로 COT (Constant On Time) 제어가 있다.
도 3 은, 종래의 COT 제어의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
스위칭 레귤레이터 (300) 는, 출력 전압 (VOUT) 에 기초한 귀환 전압 (VFB) 과 기준 전압 (VREF) 을 비교하는 에러 컴퍼레이터 (10) 가 출력하는 신호와, 온 시간 제어 회로 (31) 가 출력하는 신호에 의해, R-S 플립 플롭 (13) 이 스위칭 소자를 제어하는 신호를 출력한다. 온 시간 제어 회로 (31) 는 COT 제어에 있어서 필수 회로이다.
도 4 는, 종래의 온 시간 제어 회로의 회로도이다.
온 시간 제어 회로 (31) 는, 전류원 (33) 이 흘리는 입력 전원 전압 (VIN) 에 비례한 전류에 의해 콘덴서 (32) 를 차지하여, 전류원 (34) 이 흘리는 전류에 의해 구동되는 컴퍼레이터 (35) 가 콘덴서 (32) 의 전압을 출력 전압 (VOUT) 과 비교하여 온 시간을 결정한다. 따라서, 온 시간 제어 회로 (31) 는, 입력 전원 전압 (VIN) 에 반비례하고 출력 전압 (VOUT) 에 비례하는 온 시간을 결정한다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2015-188300호
그러나, 최근의 저소비 전력, 효율 개선이 요구되는 배터리 구동의 휴대 기기, 웨어러블 기기에서는, 스위칭 소자의 낮은 온 (on) 저항에 더하여, 아날로그 회로 블록의 저소비 전력화가 급무가 되고 있다.
온 시간 제어 회로 (31) 는, 전류원 (33) 이나 전류원 (34) 이 흘리는 전류에 의해, 스위칭 소자의 오프 시간에도 전력을 소비하고 있어, 특히 경부하시에 불필요한 전력 소비가 있다는 과제가 있었다.
본 발명에서는 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 소비 전력이 적은 온 시간 제어 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 온 시간 제어 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터는, 이하와 같은 구성으로 하였다.
전원 전압으로부터 스위칭 소자에 의해 출력 단자로 원하는 출력 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터로서, 상기 출력 전압을 감시하여 세트 신호를 출력하는 에러 컴퍼레이터와, 상기 스위칭 소자의 온 시간을 제어하는 리셋 신호를 출력하는 온 시간 제어 회로와, 상기 세트 신호와 상기 리셋 신호에 기초하여, 상기 스위칭 소자를 온시키는 기간을 결정하는 온 신호를 출력하는 R-S 플립 플롭과, 상기 R-S 플립 플롭의 온 신호에 기초하여 상기 스위칭 소자로 제어 신호를 출력하는 출력 제어 회로를 구비하고, 상기 온 시간 제어 회로는, 상기 R-S 플립 플롭이 출력하는 온 신호가 입력되는 제 1 입력 단자와, 상기 출력 제어 회로가 출력하는 제어 신호가 입력되는 제 2 입력 단자를 구비하고, 상기 제 2 입력 단자에 입력되는 상기 제어 신호에 기초하여 간헐 동작을 실시하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
본 발명의 온 시간 제어 회로를 구비한 스위칭 레귤레이터에 의하면, 온 시간 제어 회로를 스위칭 소자의 오프 시간에 오프로 하는 구성으로 하였기 때문에, 소비 전력을 저감시킬 수 있다는 효과가 있다. 특히, 경부하시에는 소비 전력의 저감 효과가 커진다.
도 1 은 본 발명의 COT 제어의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 본 실시형태의 온 시간 제어 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 종래의 COT 제어의 스위칭 레귤레이터의 회로도이다.
도 4 는 종래의 온 시간 제어 회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 COT 제어의 스위칭 레귤레이터의 일례를 나타내는 회로도이다.
스위칭 레귤레이터 (100) 는, 에러 컴퍼레이터 (10) 와, 온 시간 제어 회로 (11) 와, 기준 전압 회로 (12) 와, R-S 플립 플롭 (13) 과, 출력 제어 회로 (14) 와, 드라이버 (15 및 16) 와, 하이 사이드 스위칭 소자인 PMOS 트랜지스터 (17) 와, 로우 사이드 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터 (18) 와, 인덕터 (19) 와, 콘덴서 (20) 와, 분압 회로 (21) 와, 전원 전압 (VIN) 이 입력되는 전원 단자와, 출력 전압 (VOUT) 이 출력되는 출력 단자를 구비하고 있다.
COT 제어의 스위칭 레귤레이터 (100) 는 일반적인 구성이기 때문에 접속 관계의 설명은 생략한다.
도 2 는, 본 실시형태의 온 시간 제어 회로 (11) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
온 시간 제어 회로 (11) 는, 인버터 (1) 와, 콘덴서 (2) 와, 전류원 (3 및 4) 과, 컴퍼레이터 (5) 와, NMOS 트랜지스터 (6) 와, 스위치 (7 및 8) 와, 제 1 입력 단자 (IN1) 와, 제 2 입력 단자 (IN2) 와, 출력 단자 (OUT) 를 구비하고 있다.
제 1 입력 단자 (IN1) 는, R-S 플립 플롭 (13) 의 출력 단자 (Q) 가 접속된다. 제 2 입력 단자 (IN2) 는, 출력 제어 회로 (14) 의 제 1 출력 단자가 접속된다. 인버터 (1) 는, 입력 단자가 제 1 입력 단자 (IN1) 에 접속되고, 출력 단자가 NMOS 트랜지스터 (6) 의 게이트에 접속된다. 전류원 (3) 은, 일단이 전원 단자에 접속되고, 타단이 스위치 (7) 의 일단에 접속된다. 스위치 (7) 는, 타단이 NMOS 트랜지스터 (6) 의 드레인과 콘덴서 (2) 의 일단에 접속되고, 제어 단자는 제 2 입력 단자 (IN2) 에 접속된다. NMOS 트랜지스터 (6) 의 게이트와 콘덴서 (2) 의 타단은 GND 에 접속된다. 컴퍼레이터 (5) 는, 비반전 입력 단자가 콘덴서 (2) 의 일단에 접속되고, 반전 입력 단자에 출력 전압 (VOUT) 이 입력된다. 전류원 (4) 은, 일단이 전원 단자에 접속되고, 타단이 스위치 (8) 의 일단에 접속된다. 스위치 (8) 는, 타단이 컴퍼레이터 (5) 의 동작 전류가 공급되는 단자에 접속되고, 제어 단자는 제 2 입력 단자 (IN2) 에 접속된다.
분압 회로 (21) 는, 출력 전압 (VOUT) 에 기초하여 귀환 전압 (VFB) 을 출력한다. 기준 전압 회로 (12) 는, 기준 전압 (VREF) 을 출력한다. 에러 컴퍼레이터 (10) 는, 귀환 전압 (VFB) 과 기준 전압 (VREF) 을 비교하여, 귀환 전압 (VFB) 이 기준 전압 (VREF) 이하가 된 경우, 에러 컴퍼레이터 (10) 가 H 신호를 출력한다. R-S 플립 플롭 (13) 은, 그 H 신호가 세트 단자 (S) 에 입력되면, 출력 단자 (Q) 로부터 H 신호를 출력한다. 이 H 신호는, 온 시간 제어 회로 (11) 의 제 1 입력 단자 (IN1) 와 출력 제어 회로 (14) 의 입력 단자에 입력된다.
이 H 신호를 받고, 출력 제어 회로 (14) 는, 제 1 출력 단자로부터 PMOS 트랜지스터 (17) 를 온시키는 L 신호를 출력한다. 온 시간 제어 회로 (11) 는, 출력 단자 (Q) 로부터의 H 신호와 출력 제어 회로 (14) 의 제 1 출력 단자로부터의 L 신호를 받아 동작을 개시하고, 소정 시간이 경과되면 R-S 플립 플롭 (13) 의 리셋 단자 (R) 로 H 신호를 출력한다. 그리고, R-S 플립 플롭 (13) 은, 출력 단자 (Q) 로부터 온 시간 제어 회로 (11) 의 제 1 입력 단자 (IN1) 와 출력 제어 회로 (14) 의 입력 단자로 L 신호를 출력한다. 이 L 신호를 받고, 출력 제어 회로 (14) 는, 제 1 출력 단자로부터 PMOS 트랜지스터 (17) 를 오프시키는 H 신호를 출력한다.
이와 같이 하여, 스위칭 레귤레이터 (100) 는, 스위칭 동작을 하여 출력 단자로 원하는 출력 전압 (VOUT) 을 출력한다.
온 시간 제어 회로 (11) 는, 이하와 같이 동작을 하여 저소비 전력화를 실현하고 있다.
제 1 입력 단자 (IN1) 에 R-S 플립 플롭 (13) 의 출력 단자 (Q) 로부터 출력되는 H 신호가 입력되면, NMOS 트랜지스터 (6) 는 오프된다. 제 2 입력 단자 (IN2) 로 출력 제어 회로 (14) 의 제 1 출력 단자로부터 출력되는, PMOS 트랜지스터 (17) 를 온시키는 L 신호가 입력되면, 스위치 (7 및 8) 는 온된다. 컴퍼레이터 (5) 는, 전류원 (4) 의 전류가 공급되기 ?문에, 동작을 개시하여, 출력 단자 (OUT) 로부터 L 신호를 출력한다. 콘덴서 (2) 는, 전류원 (3) 의 전류에 의해 차지된다. 컴퍼레이터 (5) 는, 콘덴서 (2) 의 전압이 출력 전압 (VOUT) 이상이 되면, 출력 단자 (OUT) 로부터 H 신호를 출력한다.
온 시간 제어 회로 (11) 의 출력 단자 (OUT) 는, R-S 플립 플롭 (13) 의 리셋 단자 (R) 에 접속되어 있다. 따라서, 온 시간 제어 회로 (11) 가 H 신호를 출력하면, R-S 플립 플롭 (13) 은 리셋되기 때문에, 출력 제어 회로 (14) 는 제 1 출력 단자로부터 PMOS 트랜지스터 (17) 를 오프시키는 H 신호를 출력한다. 그리고, 온 시간 제어 회로 (11) 는, 제 1 입력 단자 (IN1) 에 L 신호, 제 2 입력 단자 (IN2) 에 H 신호가 입력되기 때문에, 콘덴서 (2) 를 방전시키고, 스위치 (7 및 8) 는 오프되어 동작을 정지시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 온 시간 제어 회로 (11) 는, 제 2 입력 단자 (IN2) 에 출력 제어 회로 (14) 의 제 1 출력 단자로부터 입력되는 신호에 의해 온 오프 제어되는 스위치 (7 및 8) 를 구비하고, PMOS 트랜지스터 (17) 가 온되어 있을 때에만 동작하는, 즉 간헐 동작하도록 구성하였기 때문에, 스위칭 레귤레이터의 소비 전력을 삭감시킬 수 있었다. 특히, 스위칭 레귤레이터의 경부하시에 있어서 소비 전력의 삭감 효과가 크다.
또한, 본 발명의 실시형태에 대하여 도 1 및 도 2 의 회로도를 사용하여 설명하였지만, 본 발명은 그 회로에 한정되지 않고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들어, 전류 공급을 정지시키는 스위치 (7, 8) 의 오프의 타이밍은, NMOS 트랜지스터 (18) 가 온되는 신호에 기초해도 된다.
1 : 인버터
5 : 컴퍼레이터
10 : 에러 컴퍼레이터
11 : 온 시간 제어 회로
12 : 기준 전압 회로
13 : R-S 플립 플롭
14 : 출력 제어 회로

Claims (2)

  1. 전원 전압으로부터 스위칭 소자에 의해 출력 단자로 원하는 출력 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터로서,
    상기 출력 전압을 감시하여 세트 신호를 출력하는 에러 컴퍼레이터와,
    상기 스위칭 소자의 온 시간을 제어하는 리셋 신호를 출력하는 온 시간 제어 회로와,
    상기 세트 신호와 상기 리셋 신호에 기초하여, 상기 스위칭 소자를 온시키는 기간을 결정하는 온 신호를 출력하는 R-S 플립 플롭과,
    상기 R-S 플립 플롭의 온 신호에 기초하여 상기 스위칭 소자로 제어 신호를 출력하는 출력 제어 회로를 구비하고,
    상기 온 시간 제어 회로는, 상기 R-S 플립 플롭이 출력하는 온 신호가 입력되는 제 1 입력 회로와, 상기 출력 제어 회로가 출력하는 제어 신호가 입력되는 제 2 입력 단자를 구비하고, 상기 제 2 입력 단자에 입력되는 상기 제어 신호에 기초하여 간헐 동작을 실시하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온 시간 제어 회로는, 상기 제 2 입력 단자에 입력되는 상기 제어 신호에 기초하여 온 오프가 제어되는 스위치와, 상기 스위치에 접속된 전류원을 구비하고,
    상기 스위치는, 상기 스위칭 소자를 오프시키는 기간에 오프되어, 상기 전류원으로부터 회로로의 전류 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 스위칭 레귤레이터.
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