JP2010226892A - Switching regulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチングレギュレータに係り、特に同期整流方式のスイッチングレギュレータに関する。 The present invention relates to a switching regulator, and more particularly to a synchronous rectification switching regulator.
整流素子にスイッチングトランジスタを用いて、入力電圧を所定の目標電圧に変換する同期整流方式のスイッチングレギュレータが使用されている。同期整流方式のスイッチングレギュレータは、パルス幅変調(PWM)制御等によって1サイクル中のスイッチングトランジスタの導通(オン)状態の期間と非導通(オフ)状態の期間の割合を調整し、入力電圧を変換して定電圧を出力する。起動時等の、スイッチングレギュレータの出力電圧が低い状態では、導通状態のデューティ比は大きく、非導通状態のデューティ比は小さく設定される。 A synchronous rectification switching regulator is used that uses a switching transistor as a rectifying element and converts an input voltage into a predetermined target voltage. The synchronous rectification switching regulator converts the input voltage by adjusting the ratio of the conduction (on) and non-conduction (off) periods of the switching transistor in one cycle by pulse width modulation (PWM) control, etc. To output a constant voltage. When the output voltage of the switching regulator is low, such as during startup, the duty ratio in the conductive state is set high, and the duty ratio in the non-conductive state is set low.
デューティ比が小さい場合に、スイッチングレギュレータ内部で生成可能な最小パルス幅の制限によって、パルス幅の小さいパルス信号が生成されないサイクルが生じることがある。その結果、スイッチングレギュレータの動作周波数が本来動作させたい周波数より低い周波数になる。この場合、動作周波数が低下することで出力電圧に生じるリップルが大きくなる。 When the duty ratio is small, a cycle in which a pulse signal with a small pulse width is not generated may occur due to a restriction on the minimum pulse width that can be generated inside the switching regulator. As a result, the operating frequency of the switching regulator is lower than the frequency at which it is intended to operate. In this case, the ripple generated in the output voltage increases as the operating frequency decreases.
このため、整流素子として使用されるスイッチングトランジスタに直列接続された同期整流トランジスタを非導通状態にすることで、出力端子に接続する平滑インダクタに起因するリップル電流の増加を防ぎ、出力電圧に生じるリップルの増大を抑制する方法等が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, the synchronous rectification transistor connected in series with the switching transistor used as the rectifier element is made non-conductive to prevent an increase in ripple current due to the smoothing inductor connected to the output terminal, and the ripple generated in the output voltage. There has been proposed a method for suppressing the increase (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記に提案された方法は、起動時等の出力電圧が低い一定期間は同期整流トランジスタが常に非導通状態である。このため、同期整流トランジスタを常に非導通状態にする制御から通常の同期整流制御に切り換え時に、数サイクルにわたって非導通状態にあった同期整流トランジスタが急に導通して出力電圧が大きく変動する。その結果、出力電圧に大きなリップルが生じる等して動作が不安定になるという問題があった。 However, in the method proposed above, the synchronous rectification transistor is always in a non-conductive state for a certain period of time when the output voltage is low, such as at the time of startup. For this reason, at the time of switching from the control for always turning off the synchronous rectification transistor to the normal synchronous rectification control, the synchronous rectification transistor that has been in the non-conduction state for several cycles is suddenly turned on and the output voltage greatly fluctuates. As a result, there is a problem that the operation becomes unstable due to a large ripple in the output voltage.
上記問題点を鑑み、本発明は、デューティ比が小さい場合に出力電圧のリップルの発生が抑制され、安定に動作する同期整流方式のスイッチングレギュレータを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a synchronous rectification type switching regulator that can stably operate with a ripple ratio of an output voltage suppressed when a duty ratio is small.
本発明の一態様によれば、同期整流方式によって入力電圧を目標電圧に変換するスイッチングレギュレータであって、(イ)入力電圧が印加される入力端子と接地端子間に直列接続されたハイ側トランジスタ及びロー側トランジスタと、(ロ)ハイ側トランジスタとロー側トランジスタとの接続点のスイッチング電圧を平滑化して得られる出力電圧と目標電圧との差が小さくなるように、1サイクル中のハイ側トランジスタが導通状態である期間の長さを制御する制御回路と、(ハ)制御回路がハイ側トランジスタを導通状態に制御するタイミングにおいてハイ側トランジスタが非導通状態から導通状態に切り替わらないサイクル中は、ロー側トランジスタを非導通状態に維持する設定回路とを備えるスイッチングレギュレータが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a switching regulator that converts an input voltage to a target voltage by a synchronous rectification method, and (a) a high-side transistor connected in series between an input terminal to which the input voltage is applied and a ground terminal And (b) the high-side transistor in one cycle so that the difference between the output voltage obtained by smoothing the switching voltage at the connection point between the high-side transistor and the low-side transistor and the target voltage is small. And (c) during a cycle in which the high-side transistor does not switch from the non-conductive state to the conductive state at the timing when the control circuit controls the high-side transistor to the conductive state. A switching regulator is provided that includes a setting circuit that maintains the low-side transistor in a non-conductive state.
本発明によれば、デューティ比が小さい場合に出力電圧のリップルの発生が抑制され、安定に動作する同期整流方式のスイッチングレギュレータを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of the ripple of an output voltage is suppressed when a duty ratio is small, and the synchronous rectification system switching regulator which operate | moves stably can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、回路の構成、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. The embodiments of the present invention have the following circuit configuration, arrangement, etc. It is not something specific. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ1は、同期整流方式によって入力電圧を目標電圧に変換するスイッチングレギュレータである。図1に示すように、スイッチングレギュレータ1は、入力電圧が印加される入力端子(VIN)と接地端子(PGND)間に直列接続されたハイ側トランジスタ10及びロー側トランジスタ20と、ハイ側トランジスタ10とロー側トランジスタ20との接続点CPのスイッチング電圧VSWを平滑化して得られる出力電圧VOUTと目標電圧との差が小さくなるように、1サイクル中のハイ側トランジスタ10が導通状態である期間の長さを制御する制御回路30と、制御回路30がハイ側トランジスタ10を導通状態に制御するタイミングにおいてハイ側トランジスタ10が非導通状態から導通状態に切り替わらないサイクル中は、ロー側トランジスタ20を非導通状態に維持する設定回路40とを備える。
A
上記のように、同期整流方式のスイッチングレギュレータ1は、PWM制御によって1サイクル中のハイ側トランジスタ10の導通状態の期間と非導通状態の期間の割合を調整し、入力電圧を変換して出力電圧VOUTを出力する同期整流方式のスイッチングレギュレータである。図1に示したスイッチングレギュレータ1の入出力端子の端子番号、端子名、機能を図2に示す。
As described above, the synchronous
ハイ側トランジスタ10は整流素子として使用されるスイッチングトランジスタであり、ロー側トランジスタ20は、出力電圧に生じるリップルの増大を抑制する同期整流トランジスタである。通常の同期整流制御では、ハイ側トランジスタ10が導通状態の期間はロー側トランジスタ20は非導通状態である。既に説明したように、ロー側トランジスタ20を配置することにより、出力電圧VOUTに生じるリップルの増大が抑制される。
The high-
図1に示した例では、ハイ側トランジスタ10とロー側トランジスタ20はNチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)である。ハイ側トランジスタ10のソース端子はVIN端子に接続し、ドレイン端子は接続点CPに接続する。ハイ側トランジスタ10のゲート端子は、制御回路30が出力する切り替え信号Vg1を増幅するアンプ11の出力端子に接続する。ロー側トランジスタ20のソース端子は接続点CPに接続し、ドレイン端子はPGND端子に接続する。ロー側トランジスタ20のゲート端子は、設定回路40が出力する切り替え信号Vg2を増幅するアンプ21の出力端子に接続する。
In the example shown in FIG. 1, the high-
ハイ側トランジスタ10とロー側トランジスタ20との接続点CPに発生するスイッチング電圧VSWが、SW端子(3、4)に接続される平滑回路110によって平滑化され、出力電圧VOUTが出力される。平滑回路110は、平滑インダクタL1と平滑コンデンサC1を有する。平滑インダクタL1の一方の端子がSW端子に接続し、平滑インダクタL1の他方の端子とGND間に平滑コンデンサC1が接続される。
The switching voltage V SW generated at the connection point CP between the high-
図1に示す制御回路30は、リセット回路31、発振回路32及び切り換え回路33とを有する。リセット回路31は、スイッチング電圧VSWが、スイッチング電圧VSWを平滑化して得られる出力電圧VOUTと目標電圧との差から設定される誤差電圧VERRに達したときに、ハイ側トランジスタ10を非導通状態にするリセット信号RSTを出力する。目標電圧は、スイッチングレギュレータ1が出力しようとする出力電圧VOUTの目標値である。発振回路32は、ハイ側トランジスタ10を導通状態にするセット信号SETを一定の周期で出力する。PWM制御の1サイクルは、発振回路32がセット信号SETを出力する周期で規定される。切り換え回路33は、リセット信号RSTとセット信号SETが入力され、ハイ側トランジスタ10の導通状態と非導通状態を切り換える切り替え信号Vg1を出力する。
The
制御回路30は、リセット回路31にスロープ信号VSLを出力するスロープ生成回路34を更に有する。後述するように、ハイ側トランジスタ10が導通状態の間、スロープ生成回路34はスロープ信号VSLを出力する。
The
リセット回路31は、合波回路311とコンパレータ312を有する。合波回路311は、接続点CPに流れる電流ILを監視し、電流ILを電圧変換してスロープ生成回路34が生成するスロープ信号VSLと合波する。合波後の合波電圧VTは、コンパレータ312の非反転入力端子に入力される。コンパレータ312の反転入力端子には、エラーアンプ50の出力する誤差電圧VERRが入力される。誤差電圧VERRは、後述するように、出力電圧VOUTをフィードバックした電圧と、出力電圧VOUTが目標値になるように設定された基準となる電圧との差を増幅した電圧である。即ち、誤差電圧VERRは、実際に出力されている出力電圧VOUTの値と出力電圧VOUTの目標値との差に対応する。接続点CPに流れる電流ILを用いて得られる合波電圧VTが誤差電圧VERRより大きくなると、コンパレータ312の出力であるリセット信号RSTはハイレベルになる。
The
図1に示したリセット回路31の切り換え回路33はフリップフロップである。リセット回路31が出力するリセット信号RSTは、切り換え回路33のリセット端子に入力される。一方、切り換え回路33のセット端子には、発振回路32から出力されるセット信号SETが入力する。切り換え回路33の出力信号はアンプ11で増幅され、切り替え信号Vg1としてハイ側トランジスタ10の制御端子(ゲート端子)に入力される。このため、セット信号SETがハイレベルになるとハイ側トランジスタ10は導通(オン)状態になる。そして、セット信号SETがローレベルになった後にリセット信号RSTがハイレベルになると、ハイ側トランジスタ10は非導通(オフ)状態になる。
The
図3に制御回路30の動作を説明するタイミングチャートを示す。図3に示すように、発振回路32がセット信号SETを出力すると、切り替え信号Vg1はハイレベルになる。このとき、ハイ側トランジスタ10は導通状態になり、接続点CPに流れる電流ILは徐々に増大する。
FIG. 3 shows a timing chart for explaining the operation of the
また、スロープ生成回路34が出力するスロープ信号VSLは、セット信号SETがスロープ生成回路34に入力されてからハイ側トランジスタ10が導通状態である期間に、0Vから徐々に増加する。そして、合波電圧VTが増大し、誤差電圧VERRより大きくなると、リセット信号RSTがハイレベルになる。
Further, the slope signal V SL output from the
リセット信号RSTがハイレベルになると、切り替え信号Vg1はローレベルになる。このとき、ハイ側トランジスタ10は非導通状態になり、接続点CPに流れる電流ILは徐々に減少する。また、スロープ信号VSLは0Vになる。
When the reset signal RST becomes high level, the switching signal Vg1 becomes low level. At this time, the high-
上記のように、リセット回路31は最大電流を検出するピーク電流検出回路と同様に動作する。つまり、VIN端子からSW端子に流れる電流ILを監視し、電流ILが増大してピーク値が誤差電圧VERRに対応する基準値を超えると、リセット信号RSTがハイレベルになり、電流ILが減少する。このように、スイッチングレギュレータ1は、ピーク電流検出回路を使用した電流制御方式を採用している。また、電流ILから変換される電圧にスロープ信号VSLを重ねることにより、電流ILに発振が生じても電流ILのピークを的確に検知できる。
As described above, the
エラーアンプ50は、基準電圧VREFと、スイッチングレギュレータ1の出力電圧VOUTをフィードバックして抵抗分割したフィードバック電圧VFBとの差を増幅する。基準電圧VREFは、出力電圧VOUTの目標値に応じて設定される。例えば出力電圧VOUTの目標値が3.3Vのとき、基準電圧VREFを0.8Vに設定する。そして、出力電圧VOUTが3.3Vのときフィードバック電圧VFBが0.8Vになるように抵抗分割比を設定する。
The
ただし、スイッチングレギュレータ1の起動時においては、0Vから徐々に上昇するソフトスタート電圧VSSが基準電圧VREFに達するまで、エラーアンプ50は、フィードバック電圧VFBとソフトスタート電圧VSSとの差を増幅する。
However, when the
具体的には、出力電圧VOUTを抵抗RFB1と抵抗RFB2で分割して得られるフィードバック電圧VFBは、FB端子(11)からエラーアンプ50の反転入力端子に入力される。ソフトスタート回路60からエラーアンプ50に出力されるソフトスタート電圧VSSは、エラーアンプ50の一方の非反転入力端子に入力される。エラーアンプ50の他方の非反転入力端子に基準電圧VREFが入力される。そして、基準電圧VREFとソフトスタート電圧VSSの低い方の低入力電圧とフィードバック電圧VFBが比較され、エラーアンプ50の出力である誤差電圧VERRが決定される。フィードバック電圧VFBが低入力電圧より低い場合には、誤差電圧VERRがハイレベルになり、フィードバック電圧VFBが低入力電圧より高い場合には、誤差電圧VERRがローレベルになる。
Specifically, the feedback voltage V FB obtained by dividing the output voltage V OUT by the resistor R FB1 and the resistor R FB2 is input from the FB terminal (11) to the inverting input terminal of the
基準電圧VREFとソフトスタート電圧VSSから選択される低入力電圧とフィードバック電圧VFBとを比較してエラー電圧VERRが設定されるため、スイッチングレギュレータ1の起動時におけるハイ側トランジスタ10の導通状態の期間は徐々に長くなり、出力電圧VOUTが徐々に上昇するソフトスタートを実現できる。起動時においてハイ側トランジスタ10の導通状態が長くなることによってハイ側トランジスタ10や平滑インダクタL1に過大な突入電流が流れる場合があるが、ソフトスタートを行うことにより、過大な突入電流が流れることを防止できる。
Since the error voltage V ERR is set by comparing the low input voltage selected from the reference voltage V REF and the soft start voltage V SS and the feedback voltage V FB , the conduction of the high-
ソフトスタート回路60からエラーアンプ50に出力されるソフトスタート電圧VSSは、SS/DELAY端子(9)に接続されたソフトスタート調整コンデンサCSSの端子電圧によって与えられる。スイッチングレギュレータ1の起動時に、予め充電されていたソフトスタート調整コンデンサCSSの端子電圧は一定の傾きで徐々に上昇する。
The soft start voltage V SS output from the
図1に示したスイッチングレギュレータ1は、オフラッチ時間設定回路70とイネーブル回路80を更に備える。オフラッチ時間設定回路70は、スイッチングレギュレータ1の異常動作が一定時間以上続いた場合に、スイッチングレギュレータ1の動作を停止させる。例えば、スイッチングレギュレータ1内部で過電流や電圧異常が発生した場合、PSET端子(14)に接続するコンデンサCpが充電される。スイッチングレギュレータ1内部の異常が一定時間続いてコンデンサCpの端子電圧が一定値を超えた場合に、オフラッチ時間設定回路70はスイッチングレギュレータ1の動作を停止させる。イネーブル回路80は、EN端子(15)を介して外部から入力される制御信号により、スイッチングレギュレータ1の起動・停止を制御する。
The
以上に説明したように、図1に示したスイッチングレギュレータ1は、セット信号SET及びリセット信号RSTを用いたPWM制御によってハイ側トランジスタの導通状態と非導通状態を制御し、入力電圧を所望の目標値の出力電圧VOUTに変換する。しかし、デューティ比が小さい場合に、スイッチングレギュレータ1内部で生成可能な最小パルス幅の制限によって、パルス幅の小さいパルス信号が生成されないサイクルが生じることがある。
As described above, the
例えば、リセット回路31から出力されたリセット信号RSTがハイ側トランジスタ10に伝達されるまでの経路に含まれるインバータ回路等により信号遅延が生じ、その結果、この経路を伝搬するパルス信号のパルス幅が最小パルス幅の制限を受ける場合がある。例えば、100nsのパルス幅を出力したいのに、スイッチングレギュレータ1内部で生成可能な最小パルス幅が200nsである場合、パルス信号が出力されない。そして、次のサイクルで必要以上にパルス幅の長いパルス信号が出力されてしまう場合がある。特に、スイッチングレギュレータ1の起動時のデューティ比が小さい場合に、パルス信号が正常に出力されないという問題が生じやすい。
For example, a signal delay is caused by an inverter circuit or the like included in a path until the reset signal RST output from the
図4に、正常動作する場合のスイッチング電圧VSW、電流IL及び出力電圧VOUTの波形例を示す。図4に示すように、セット信号SETがハイレベルになるとスイッチング電圧VSWがハイレベルになり、リセット信号RSTがハイレベルになるとスイッチング電圧VSWがローレベルになる。スイッチング電圧VSWがハイレベルの間は電流ILが徐々に増大し、出力電圧VOUTは上昇する。そして、スイッチング電圧VSWがローレベルの間は電流ILが徐々に減少し、出力電圧VOUTは低下する。 FIG. 4 shows waveform examples of the switching voltage V SW , the current I L, and the output voltage V OUT when operating normally. As shown in FIG. 4, when the set signal SET becomes high level, the switching voltage V SW becomes high level, and when the reset signal RST becomes high level, the switching voltage V SW becomes low level. While the switching voltage V SW is at a high level, the current IL gradually increases and the output voltage V OUT rises. While the switching voltage V SW is at a low level, the current IL gradually decreases and the output voltage V OUT decreases.
一方、パルス幅が最小パルス幅より狭いためにパルス信号が正常に出力されない動作例を図5に示す。図5は、スイッチングレギュレータ1内部で正常動作に必要なパルス信号が生成されないために、サイクルt1においてハイレベルになったリセット信号RSTが、サイクルt1内ではローレベルに戻らず、サイクルt2においてローレベルになる例を示している。このため、サイクルt2においてセット信号SETがハイレベルになって制御回路30がハイ側トランジスタ10を導通状態にしようとしても、ハイ側トランジスタ10は導通状態にならない。
On the other hand, FIG. 5 shows an operation example in which the pulse signal is not normally output because the pulse width is narrower than the minimum pulse width. FIG. 5 shows that since the pulse signal necessary for normal operation is not generated inside the
このとき、図1に示したスイッチングレギュレータ1では、設定回路40が、セット信号SETとリセット信号RSTが共にハイレベルであることを検知すると、ロー側トランジスタ20をサイクルt2の間は非導通状態に維持する。このため、ハイ側トランジスタ10とロー側トランジスタ20の両方が非導通状態になり、スイッチング電圧VSWはハイレベルにならない。図5に破線で示したスイッチング電圧VSWのパルス波形は、正常にパルス信号が出力された場合のスイッチング電圧VSWの波形である。
At this time, in the
リセット信号RSTがローレベルに戻った後、サイクルt3においてはリセット信号RSTがハイレベルになるタイミングでセット信号SETはローレベルである。このため、サイクルt3では設定回路40がロー側トランジスタ20を非導通状態に維持せず、ハイ側トランジスタ10が非導通状態になると、ロー側トランジスタ20は導通状態になる。
After the reset signal RST returns to the low level, the set signal SET is at the low level at the timing when the reset signal RST becomes the high level in the cycle t3. For this reason, in the cycle t3, the setting
図5に示したように、スイッチング電圧VSWがハイレベルにならないサイクルt2ではハイ側トランジスタ10とロー側トランジスタ20の両方が非導通状態になり、接続点CPはハイインピーダンス状態になる。このため、サイクルt2では電流ILは減少せず、出力電圧VOUTは変動しない。したがって、次のサイクルt3において、合波電圧VTが誤差電圧VERRに達する時間が特別に長くなることはなく、ハイ側トランジスタ10が導通状態のデューティ比は他のサイクルの場合と同じである。
As shown in FIG. 5, both the high-
仮にサイクルt2においてロー側トランジスタ20が導通状態になった場合は、図5に破線で示したように、サイクルt2で電流ILが減少し続ける。このため、次のサイクルで合波電圧VTが誤差電圧VERRに達する時間が長くなり、ハイ側トランジスタ10が導通状態のデューティ比が長くなる。このため、デューティ比が長いサイクルと短いサイクルが交互に出現し、動作が安定しない。また、図5に破線で示したように出力電圧VOUTの変動量が大きくなり、出力電圧VOUTに大きなリップルが発生する。
If If the low-
上記動作を実現する設定回路40は、図1に示すように、リセット信号RSTとセット信号SETが入力されるNAND回路41と、NAND回路41の出力がセット端子に入力され、切り替え信号Vg1がリセット端子に入力される設定フリップフロップ42と、設定フリップフロップ42の出力と切り替え信号Vg1が入力され、切り替え信号Vg2をロー側トランジスタ20の制御端子に出力するNOR回路43を有する。
As shown in FIG. 1, the setting
セット信号SETが切り換え回路33に入力されている状態でリセット信号RSTが切り換え回路33に入力された場合は、入力が共にハイレベルになるNAND回路41の出力はローレベルである。このため、設定フリップフロップ42の出力はローレベルであり、NOR回路43から出力される切り替え信号Vg2はローレベルになる。切り替え信号Vg2はアンプ21によって増幅され、ロー側トランジスタ20の制御端子に入力される。以上のように、セット信号SETが切り換え回路33に入力されている状態でリセット信号RSTが切り換え回路33に入力された場合にロー側トランジスタ20は非導通状態になる。
When the reset signal RST is input to the switching
リセット信号RSTがローレベルになった後、新たなサイクルにおいて切り換え回路33にセット信号SETが入力された後にリセット信号が入力された場合にはロー側トランジスタ20を導通状態にできるように、ローレベルを出力していた設定フリップフロップ42の状態が解除される。
After the reset signal RST becomes low level, when the reset signal is input after the set signal SET is input to the switching
関連技術によれば、例えば起動時の一定期間にわたってロー側トランジスタ20を非導通状態にすることにより、出力電圧VOUTに生じるリップルの増大を抑制する方法がある。しかし、この方法では、ロー側トランジスタ20を一定期間にわたって非導通状態にする制御から通常の同期整流制御に切り替える時に、数サイクルにわたって非導通状態にあったロー側トランジスタ20が急に導通することにより出力電圧VOUTが大きく変化する。その結果、出力電圧VOUTに大きなリップルが発生する等して動作が不安定になるという問題がある。
According to the related art, for example, there is a method of suppressing an increase in ripple generated in the output voltage V OUT by setting the low-
一方、図1に示したスイッチングレギュレータ1では、制御回路30がハイ側トランジスタ10を導通状態に制御するタイミングにおいてハイ側トランジスタ10が非導通状態から導通状態に切り替わらないサイクルにおいてのみ、設定回路40がロー側トランジスタ20を非導通状態に維持する。そして、次のサイクルでパルス信号が正常に出力される場合は、通常のPWM制御に従ってロー側トランジスタ20の導通状態は制御される。具体的には、ハイ側トランジスタ10が導通状態から非導通状態に切り替わった後、ロー側トランジスタ20は導通状態になる。つまり、制御回路30がハイ側トランジスタ10を導通状態に制御するタイミングにおいてハイ側トランジスタ10が非導通状態から導通状態に切り替わるサイクルでは、設定回路40がロー側トランジスタ20を非導通状態に維持することはない。
On the other hand, in the
上記のように、スイッチングレギュレータ1では、出力電圧VOUTが上昇した後、急に制御方法が変更するわけではない。このため、一定期間はロー側トランジスタ20が常に非導通状態に維持される場合と異なり、スイッチングレギュレータ1の動作が不安定になるという問題は生じない。
As described above, in the
更に、スイッチングレギュレータ1は、ハイ側トランジスタ10を駆動するためにゲート電圧を確保するブート機能を図1に示した構成で実現する場合にも有効である。図1に示したブート機能は、SW端子の電位を基準電位としたブート電圧を電源電圧とするアンプ11によってハイ側トランジスタ10を駆動することで実現されている。このブート機能は、5Vのレギュレータ電圧と、SW端子とBOOT端子(7)間に接続されたブートコンデンサCBTを使用したチャージポンプにより、BOOT端子の電圧を上昇させることで実現している。ブートコンデンサCBTは、ハイ側トランジスタ10を導通状態にする際に放電され、ロー側トランジスタ20が導通状態の間に充電される。
Furthermore, the
このため、ロー側トランジスタ20を常に非導通状態にすると、ブートコンデンサCBTの充電が難しい。しかし、図1に示したスイッチングレギュレータ1では、ハイ側トランジスタ10が導通状態になったサイクルでは、必ずロー側トランジスタ20は導通状態になる。このため、ブートコンデンサCBTを十分に充電できる。
Therefore, when the low-
また、ハイ側トランジスタ10が非導通状態の場合に、平滑インダクタL1に生じる逆起電力によって、ロー側トランジスタ20が非導通状態であってもロー側トランジスタ20の寄生素子等を経由して電流が流れる。この場合、導通状態のロー側トランジスタ20を流れる電流による電圧降下よりも寄生素子に流れる電流による電圧降下の方が大きいため、電力損失や発熱量が増大する。更に、平滑インダクタL1が接続するSW端子の電位が負電位になって、スイッチングレギュレータ1内での寄生素子の発生や、接地レベルが安定しない等の現象が生じるおそれがある。その結果、スイッチングレギュレータの回路動作が不安定になったり、電圧変換効率が低下する等の問題が生じる。
Further, when the high-
しかし、図1に示したスイッチングレギュレータ1では、一定期間にわたって常にロー側トランジスタ20を非導通状態にするのではなく、パルス信号が正常に出力されなかったサイクルのみ、ロー側トランジスタ20を非導通状態にする。このため、発熱量の増大や寄生素子の発生は抑制され、回路動作が不安定になったり、電圧変換効率が低下する等の問題は生じない。
However, in the
なお、ロー側トランジスタ20を非導通状態にする設定回路40の動作は、スイッチングレギュレータ1の起動時のみ有効にしてもよい。或いは、スイッチングレギュレータ1が動作している間は常に有効にして、一次的に出力電圧VOUTが低下した後に、出力電圧VOUTを再度上昇させる場合にも設定回路40が動作するようにしてもよい。
Note that the operation of the setting
以上に説明したように、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ1によれば、ハイ側トランジスタ10を導通状態に制御するタイミングにおいてハイ側トランジスタ10が非導通状態から導通状態に切り替わらないサイクル中は、ロー側トランジスタ20を非導通状態にすることにより、デューティ比が小さい場合にも安定に動作する同期整流方式のスイッチングレギュレータを実現することができる。
As described above, according to the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
既に述べた実施の形態の説明においては、ハイ側トランジスタやロー側トランジスタがFETの場合を示したが、FET以外のスイッチング素子を使用してもよい。 In the description of the embodiment already described, the case where the high-side transistor and the low-side transistor are FETs is shown, but switching elements other than FETs may be used.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
本発明のスイッチングレギュレータは、AV家電やパーソナルコンピュータ等の機器に定電源電圧を供給する電子機器を製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。 The switching regulator of the present invention can be used in the electronic equipment industry including the manufacturing industry that manufactures electronic equipment that supplies constant power supply voltage to equipment such as AV home appliances and personal computers.
C1…平滑コンデンサ
CP…接続点
L1…平滑インダクタ
RST…リセット信号
SET…セット信号
1…スイッチングレギュレータ
10…ハイ側トランジスタ
11、21…アンプ
20…ロー側トランジスタ
30…制御回路
31…リセット回路
32…発振回路
33…切り換え回路
34…スロープ生成回路
40…設定回路
41…NAND回路
42…設定フリップフロップ
43…NOR回路
50…エラーアンプ
60…ソフトスタート回路
70…オフラッチ時間設定回路
80…イネーブル回路
110…平滑回路
311…合波回路
312…コンパレータ
C1 ... Smoothing capacitor CP ... Connection point L1 ... Smoothing inductor RST ... Reset signal SET ... Set
Claims (5)
前記入力電圧が印加される入力端子と接地端子間に直列接続されたハイ側トランジスタ及びロー側トランジスタと、
前記ハイ側トランジスタと前記ロー側トランジスタとの接続点のスイッチング電圧を平滑化して得られる出力電圧と前記目標電圧との差が小さくなるように、1サイクル中の前記ハイ側トランジスタが導通状態である期間の長さを制御する制御回路と、
前記制御回路が前記ハイ側トランジスタを導通状態に制御するタイミングにおいて前記ハイ側トランジスタが非導通状態から導通状態に切り替わらないサイクル中は、前記ロー側トランジスタを非導通状態に維持する設定回路と
を備えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 A switching regulator that converts an input voltage to a target voltage by a synchronous rectification method,
A high-side transistor and a low-side transistor connected in series between an input terminal to which the input voltage is applied and a ground terminal;
The high-side transistor in one cycle is conductive so that the difference between the target voltage and the output voltage obtained by smoothing the switching voltage at the connection point between the high-side transistor and the low-side transistor is small. A control circuit for controlling the length of the period;
A setting circuit for maintaining the low-side transistor in a non-conductive state during a cycle in which the high-side transistor is not switched from a non-conductive state to a conductive state at a timing when the control circuit controls the high-side transistor to a conductive state. A switching regulator characterized by that.
前記ハイ側トランジスタを導通状態にするセット信号を一定の周期で出力する発振回路と、
前記スイッチング電圧が前記出力電圧と前記目標電圧との差から設定される誤差電圧に達したときに、前記ハイ側トランジスタを非導通状態にするリセット信号を出力するリセット回路と、
前記リセット信号と前記セット信号が入力され、前記ハイ側トランジスタの導通状態と非導通状態を切り換える切り替え信号を出力する切り換え回路と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ。 The control circuit comprises:
An oscillation circuit that outputs a set signal for turning on the high-side transistor at a constant period;
A reset circuit that outputs a reset signal for turning off the high-side transistor when the switching voltage reaches an error voltage set from a difference between the output voltage and the target voltage;
2. The switching regulator according to claim 1, further comprising: a switching circuit that receives the reset signal and the set signal and outputs a switching signal that switches between a conductive state and a non-conductive state of the high-side transistor.
前記リセット信号と前記セット信号が入力されるNAND回路と、
前記NAND回路の出力がセット端子に入力され、前記切り替え信号がリセット端子に入力される設定フリップフロップと、
前記設定フリップフロップの出力と前記切り替え信号が入力され、出力が前記ロー側トランジスタの制御端子に入力されるNOR回路
とを備えることを特徴とする請求項4に記載のスイッチングレギュレータ。 The setting circuit is
A NAND circuit to which the reset signal and the set signal are input;
A setting flip-flop in which an output of the NAND circuit is input to a set terminal, and the switching signal is input to a reset terminal;
The switching regulator according to claim 4, further comprising: a NOR circuit to which an output of the setting flip-flop and the switching signal are input, and an output is input to a control terminal of the low-side transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009072541A JP2010226892A (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Switching regulator |
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| JP2009072541A Pending JP2010226892A (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Switching regulator |
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-
2009
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