JP6467539B2 - Comparison circuit, power supply control IC, switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、複数のコンパレータ間におけるオフセット自動補正技術を備えた比較回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a comparison circuit having an automatic offset correction technique between a plurality of comparators, and a power supply control IC and a switching power supply device using the comparison circuit.
従来より、特性の異なる複数のコンパレータを状況に応じて使い分けることのできる比較回路が知られている。 Conventionally, a comparison circuit is known in which a plurality of comparators having different characteristics can be used properly according to the situation.
しかしながら、従来の比較回路において、各コンパレータ毎の入力オフセットが乖離していた場合、同一の入力信号を同一の基準電圧と比較しても、比較信号の論理切替タイミングが異なってくるので、比較回路全体としての出力精度が低下してしまう、という課題があった。 However, in the conventional comparison circuit, when the input offset for each comparator is deviated, even if the same input signal is compared with the same reference voltage, the logic switching timing of the comparison signal differs. There was a problem that the output accuracy as a whole deteriorated.
上記の課題を解決するには、各コンパレータ毎の入力オフセットの乖離をなくす較正処理が有効である。しかしながら、比較回路の起動時に較正処理を行うだけの構成にした場合、較正処理後に外部環境(例えば電源電圧、温度など)の変化によって各コンパレータ毎の入力オフセットが乖離してしまう可能性がある、という問題が生じる。また、比較回路の起動時に較正処理を行うだけの構成にした場合、起動時の較正処理において誤った較正がなされると、各コンパレータ毎の入力オフセットが乖離したままになってしまう、という問題も生じる。 In order to solve the above problem, a calibration process that eliminates the deviation of the input offset for each comparator is effective. However, if the configuration is such that only the calibration process is performed when the comparison circuit is activated, the input offset for each comparator may deviate due to a change in the external environment (for example, power supply voltage, temperature, etc.) after the calibration process. The problem arises. In addition, when the configuration is such that only the calibration process is performed at the time of starting the comparison circuit, there is a problem that the input offset for each comparator remains deviated if an incorrect calibration is performed in the calibration process at the time of startup. Arise.
なお、特許文献1に開示されたオフセット調整手法は、第1コンパレータの出力と第2コンパレータの出力を比較し、その比較結果に応じて各コンパレータに逆極性のオフセット量を設定するものであり、本発明とはその本質的な構成を異にするものであった。
The offset adjustment method disclosed in
本発明は、本願の発明者により見出された上記の課題及び問題に鑑み、出力精度が低下しない設定から外れても出力精度が低下しない設定に復帰すること及び特性の異なる複数のコンパレータを使い分けることのできる比較回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems and problems found by the inventors of the present application, the present invention returns to a setting in which the output accuracy does not decrease even if the output accuracy is not reduced and uses a plurality of comparators having different characteristics. It is an object of the present invention to provide a comparison circuit that can be used, and a power supply control IC and a switching power supply device using the same.
本明細書中に開示された比較回路は、入力電圧から所望の出力電圧を生成する非線形制御方式のスイッチング電源装置に設けられ、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧を入力信号として受け付ける比較回路であって、前記入力信号と基準電圧を比較して第1比較信号を生成する第1コンパレータと、前記入力信号と可変基準電圧を比較して第2比較信号を生成する第2コンパレータと、前記可変基準電圧を生成する可変基準電圧生成部と、前記第1比較信号と前記第2比較信号の一方を比較信号として出力するロジック部と、を有し、前記ロジック部は、前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記スイッチング電源装置に設けられるコイルを流れる電流の逆流が検出された時点から前記スイッチング電源装置のスイッチング動作が停止した状態で第1所定時間が経過するまでの期間(ただし、前記逆流が検出された時点から前記第1所定時間より短い第2所定時間が経過するまでの期間を除く)において、前記可変基準電圧を前記基準電圧に近づくように調整する構成(第1の構成)とされている。 The comparison circuit disclosed in the present specification is provided in a non-linear control switching power supply device that generates a desired output voltage from an input voltage, and receives the output voltage or a feedback voltage corresponding to the output voltage as an input signal. A first comparator that compares the input signal with a reference voltage to generate a first comparison signal; a second comparator that compares the input signal with a variable reference voltage to generate a second comparison signal; A variable reference voltage generation unit that generates a variable reference voltage; and a logic unit that outputs one of the first comparison signal and the second comparison signal as a comparison signal. The logic unit includes the first comparison signal. Is output as the comparison signal, and the coil provided in the switching power supply device is turned on while the first comparator and the second comparator are in operation. A period from when the backflow of the detected current is detected to when the first predetermined time elapses in a state where the switching operation of the switching power supply is stopped (however, shorter than the first predetermined time from the time when the backflow is detected) The variable reference voltage is adjusted so as to approach the reference voltage (a first configuration) except for a period until the second predetermined time elapses).
上記第1の構成から成る比較回路において、前記ロジック部は、前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記第1比較信号のレベルが切り替わった時点の前記第2比較信号のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認し、前記大小関係に応じて前記可変基準電圧を調整する構成(第2の構成)としてもよい。 In the comparison circuit having the first configuration, the logic unit outputs the first comparison signal as the comparison signal while operating the first comparator and the second comparator. A configuration in which the magnitude relationship between the reference voltage and the variable reference voltage is confirmed based on the level of the second comparison signal at the time when the level of the comparison signal is switched, and the variable reference voltage is adjusted according to the magnitude relationship ( The second configuration may be adopted.
本明細書中に開示された他の比較回路は、入力電圧から所望の出力電圧を生成する非線形制御方式のスイッチング電源装置に設けられ、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧を入力信号として受け付ける比較回路であって、前記入力信号と基準電圧を比較して第1比較信号を生成する第1コンパレータと、前記入力信号と可変基準電圧を比較して第2比較信号を生成する第2コンパレータと、前記可変基準電圧を生成する可変基準電圧生成部と、前記第1比較信号と前記第2比較信号の一方を比較信号として出力するロジック部と、を有し、前記ロジック部は、前記第2比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータを停止させ前記第2コンパレータを動作させている状態から、前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態に移行すると、前記可変基準電圧を前記基準電圧に近づくように調整する構成(第3の構成)とされている。 Another comparison circuit disclosed in this specification is provided in a nonlinear control switching power supply device that generates a desired output voltage from an input voltage, and receives the output voltage or a feedback voltage corresponding to the output voltage as an input signal. A first comparator for comparing the input signal and a reference voltage to generate a first comparison signal; and a second comparator for comparing the input signal and a variable reference voltage to generate a second comparison signal; A variable reference voltage generation unit that generates the variable reference voltage; and a logic unit that outputs one of the first comparison signal and the second comparison signal as a comparison signal. From the state where the first comparator is stopped and the second comparator is operated while outputting the comparison signal as the comparison signal, the first comparison signal is used as the comparison signal. While output and shifts to a state in which by operating the first comparator and the second comparator, and is configured to adjust said variable reference voltage closer to the reference voltage (third configuration).
上記第3の構成から成る比較回路において、前記ロジック部は、前記第2比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータを停止させ前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記第2比較信号のレベルが切り替わった時点から所定の遅延時間が経過したときの前記第1比較信号のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認し、前記大小関係に応じて前記可変基準電圧を調整する構成(第4の構成)としてもよい。 In the comparison circuit having the third configuration, the logic unit outputs the second comparison signal as the comparison signal, stops the first comparator, and operates the second comparator. The magnitude relationship between the reference voltage and the variable reference voltage is confirmed based on the level of the first comparison signal when a predetermined delay time has elapsed from the time when the level of the second comparison signal is switched. Accordingly, the variable reference voltage may be adjusted (fourth configuration).
上記第4の構成から成る比較回路において、前記可変基準電圧の調整が完了してから前記スイッチング電源装置のスイッチング動作が再開する構成(第5の構成)としてもよい。 The comparison circuit having the fourth configuration may have a configuration (fifth configuration) in which the switching operation of the switching power supply device is resumed after the adjustment of the variable reference voltage is completed.
上記第1〜第5いずれかの構成から成る比較回路において、前記第1コンパレータの応答速度は、前記第2コンパレータの応答速度よりも速く、前記第2コンパレータの消費電力は、前記第1コンパレータの消費電力よりも小さい構成(第6の構成)としてもよい。 In the comparison circuit having any one of the first to fifth configurations, the response speed of the first comparator is faster than the response speed of the second comparator, and the power consumption of the second comparator is the same as that of the first comparator. It is good also as a structure (6th structure) smaller than power consumption.
上記第1〜第6いずれかの構成から成る比較回路において、前記可変基準電圧生成部は、アップダウンカウンタと、前記アップダウンカウンタのカウンタ値をアナログ電圧に変換するDAC[digital to analog convertor]と、を含み、前記アナログ電圧またはこれに応じた電圧を前記可変基準電圧として出力する構成(第7の構成)としてもよい。 In the comparison circuit having any one of the first to sixth configurations, the variable reference voltage generation unit includes an up / down counter, and a DAC (digital to analog converter) that converts the counter value of the up / down counter into an analog voltage. The analog voltage or a voltage corresponding to the analog voltage may be output as the variable reference voltage (seventh configuration).
上記第7の構成から成る比較回路において、前記可変基準電圧生成部は、前記基準電圧に対して前記アナログ電圧を加算することにより前記可変基準電圧を生成する加算部をさらに含む構成(第8の構成)としてもよい。 In the comparison circuit having the seventh configuration, the variable reference voltage generation unit further includes an addition unit that generates the variable reference voltage by adding the analog voltage to the reference voltage (eighth). Configuration).
また、本明細書中に開示されている電源制御ICは、出力電圧またはその分圧電圧にコイル電流を模擬したリップル電圧を重畳して帰還電圧を生成するリップルインジェクション回路と、所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてから所定のオン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成するオン時間設定回路と、前記出力信号に応じて出力トランジスタと同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、を集積化して成り、前記メインコンパレータとして、上記第1〜第8いずれかの構成から成る比較回路を備えた構成(第9の構成)とされている。 The power supply control IC disclosed in this specification includes a ripple injection circuit that generates a feedback voltage by superimposing a ripple voltage simulating a coil current on an output voltage or a divided voltage thereof, and a predetermined reference voltage. A reference voltage generation circuit for generating, a main comparator for generating a comparison signal by comparing the feedback voltage and the reference voltage, and a one-shot pulse generation circuit for generating a one-shot pulse for a set signal in accordance with the comparison signal; An RS flip-flop that sets the output signal to a first logic level in response to the set signal and resets the output signal to a second logic level in response to a reset signal; and the output signal is set to the first logic level. ON time setting circuit for generating a one-shot pulse for the reset signal when a predetermined ON time has elapsed since A gate driver circuit that generates a drive signal for the output transistor and the synchronous rectification transistor according to the output signal, and a reverse current detection circuit that detects the reverse current of the coil current and forcibly turns off the synchronous rectification transistor. The main comparator is configured to include a comparison circuit having any one of the first to eighth configurations (the ninth configuration).
また、本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、上記第9の構成から成る電源制御ICと、前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、を有する構成(第10の構成)とされている。 The switching power supply disclosed in this specification generates a power supply control IC having the ninth configuration and an output voltage from an input voltage by attaching a part or all of the power supply control IC to the power supply control IC. And a switch output stage (tenth configuration).
本明細書中に開示されている発明によれば、出力精度の低下を招かずに特性の異なる複数のコンパレータを使い分けることのできる比較回路、並びに、これを用いた電源制御IC及びスイッチング電源装置を提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in the present specification, a comparison circuit capable of properly using a plurality of comparators having different characteristics without causing a decrease in output accuracy, and a power supply control IC and a switching power supply device using the same are provided. It becomes possible to provide.
<スイッチング電源装置>
図1は、スイッチング電源装置の全体構成を示すブロック図である。本構成例のスイッチング電源装置1は、非線形制御方式(ボトム検出オン時間固定方式)によって入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する降圧型DC/DCコンバータである。スイッチング電源装置1は、半導体装置10と、半導体装置10に外付けされた種々のディスクリート部品(Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN1及びN2、コイルL1、コンデンサC1、並びに、抵抗R1及びR2)によって形成されるスイッチ出力段20と、を有する。
<Switching power supply>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the switching power supply apparatus. The switching
半導体装置10は、スイッチング電源装置1の全体動作を統括的に制御する主体(いわゆる電源制御IC)である。半導体装置10は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1〜T7(上側ゲート端子T1、下側ゲート端子T2、スイッチ端子T3、帰還端子T4、入力電圧端子T5、出力電圧端子T6、及び、接地端子T7)を備えている。
The
外部端子T1は、トランジスタN1のゲートに接続されている。外部端子T2は、トランジスタN2のゲートに接続されている。外部端子T3は、スイッチ電圧Vswの印加端(トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインとの接続ノード)に接続されている。外部端子T4は、分圧電圧Vdivの印加端(抵抗R1と抵抗R2との接続ノード)に接続されている。外部端子T5は、入力電圧Vinの印加端に接続されている。外部端子T6は、出力電圧Voutの印加端に接続されている。外部端子T7は、接地端に接続されている。 The external terminal T1 is connected to the gate of the transistor N1. The external terminal T2 is connected to the gate of the transistor N2. The external terminal T3 is connected to the application terminal of the switch voltage Vsw (a connection node between the source of the transistor N1 and the drain of the transistor N2). The external terminal T4 is connected to an application end (a connection node between the resistor R1 and the resistor R2) of the divided voltage Vdiv. The external terminal T5 is connected to the application terminal for the input voltage Vin. The external terminal T6 is connected to the application terminal for the output voltage Vout. The external terminal T7 is connected to the ground terminal.
次に、半導体装置10に外付けされるディスクリート部品の接続関係について述べる。トランジスタN1のドレインは、入力電圧Vinの印加端に接続されている。トランジスタN2のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN1のソースとトランジスタN2のドレインは、いずれもコイルL1の第1端に接続されている。コイルL1の第2端とコンデンサC1の第1端は、いずれも出力電圧Voutの印加端に接続されている。コンデンサC1の第2端は、接地端に接続されている。抵抗R1と抵抗R2は、出力電圧Voutの印加端と接地端との間に直列に接続されている。
Next, the connection relationship of discrete components attached to the
トランジスタN1は、外部端子T1から入力されるゲート信号G1に応じてオン/オフ制御される出力トランジスタである。トランジスタN2は、外部端子T2から入力されるゲート信号G2に応じてオン/オフ制御される同期整流トランジスタである。なお、整流素子としては、トランジスタN2に代えてダイオードを用いても構わない。また、トランジスタN1およびN2は、半導体装置10に内蔵することも可能である。コイルL1とコンデンサC1は、外部端子T3に現れる矩形波状のスイッチ電圧Vswを整流平滑して出力電圧Voutを生成する整流平滑部として機能する。抵抗R1及びR2は、出力電圧Voutを分圧して分圧電圧Vdivを生成する分圧電圧生成部として機能する。ただし、出力電圧Voutがリップルインジェクション回路11(ないしはメインコンパレータ13)の入力ダイナミックレンジ内である場合には、分圧電圧生成部を省略してもよい。
The transistor N1 is an output transistor that is on / off controlled according to the gate signal G1 input from the external terminal T1. The transistor N2 is a synchronous rectification transistor that is on / off controlled in accordance with the gate signal G2 input from the external terminal T2. As the rectifying element, a diode may be used instead of the transistor N2. The transistors N1 and N2 can also be built in the
次に、半導体装置10の内部構成について述べる。半導体装置10には、リップルインジェクション回路11と、基準電圧生成回路12と、メインコンパレータ13と、ワンショットパルス生成回路14と、RSフリップフロップ15と、オン時間設定回路16と、ゲートドライバ回路17と、逆流検出回路18と、が集積化されている。
Next, the internal configuration of the
リップルインジェクション回路11は、分圧電圧Vdivにリップル電圧Vrpl(コイルL1に流れるコイル電流ILを模擬した疑似リップル成分)を加算して帰還電圧Vfb(=Vdiv+Vrpl)を生成する。このようなリップルインジェクション技術を導入すれば、出力電圧Vout(延いては分圧電圧Vdiv)のリップル成分がそれほど大きくなくても安定したスイッチング制御を行うことができるので、コンデンサC1としてESRの小さい積層セラミックコンデンサなどを用いることが可能となる。ただし、出力電圧Voutのリップル成分が十分に大きい場合には、リップルインジェクション回路11を省略することも可能である。
The
基準電圧生成回路12は、所定の基準電圧Vrefを生成する。
The reference
メインコンパレータ13は、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧Vfbと、反転入力端(−)に入力される基準電圧Vrefとを比較して比較信号S1を生成する。比較信号S1は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときにハイレベルとなり、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときにローレベルとなる。
The
ワンショットパルス生成回路14は、比較信号S1の立下りエッジをトリガとしてセット信号S2にワンショットパルス(例:立下りパルス)を生成する。
The one-shot
RSフリップフロップ15は、セット端(S)に入力されるセット信号S2のパルスエッジ(例:立下りエッジ)で出力信号S4をハイレベルにセットし、リセット端(R)に入力されるリセット信号S3のパルスエッジ(例:立下りエッジ)で出力信号S4をローレベルにリセットする。
The RS flip-
オン時間設定回路16は、RSフリップフロップ15の反転出力信号S4B(=出力信号S4の論理反転信号)がローレベルに立ち下げられてから、所定のオン時間Tonが経過した後、リセット信号S3にワンショットパルス(例:立下りパルス)を生成する。
The on-
ゲートドライバ回路17は、RSフリップフロップ15の出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、トランジスタN1及びN2を相補的にスイッチングさせる。なお、本明細書中で用いられる「相補的」という文言の意味には、トランジスタN1及びN2のオン/オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点からトランジスタN1及びN2のオン/オフ遷移タイミングに遅延が与えられている場合(いわゆる同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合)も含む。
The
逆流検出回路18は、コイル電流ILの逆流(コイルL1からトランジスタN2を介して接地端に流れるコイル電流IL)を監視して逆流検出信号S5を生成する。逆流検出信号S5は、コイル電流ILの逆流が検出された時点でハイレベル(逆流検出時の論理レベル)にラッチされ、次周期におけるゲート信号G1の立上りエッジでローレベル(逆流未検出時の論理レベル)にリセットされる。なお、コイル電流ILの逆流を監視する手法としては、例えば、トランジスタN2のオン期間中にスイッチ電圧Vswが負から正に切り替わるゼロクロスポイントを検出すればよい。ゲートドライバ回路17は、逆流検出信号S5がハイレベルであるときには、出力信号S4に依ることなくトランジスタN2を強制的にオフするようにゲート信号G2を生成する。
The
なお、上記したリップルインジェクション回路11、基準電圧生成回路12、メインコンパレータ13、ワンショットパルス生成回路14、RSフリップフロップ15、オン時間設定回路16、ゲートドライバ回路17、及び、逆流検出回路18は、帰還電圧Vfbと基準電圧Vrefとの比較結果に応じてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行うことにより、入力電圧Vinから出力電圧Voutを生成する非線形制御方式(本構成例ではボトム検出オン時間固定方式)のスイッチング制御回路として機能する。
The
<スイッチング動作>
図2は、重負荷時(電流連続モード時)のスイッチング動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、セット信号S2、リセット信号S3、及び、出力信号S4が描写されている。
<Switching operation>
FIG. 2 is a timing chart showing the switching operation at the time of heavy load (current continuous mode), in which the feedback voltage Vfb, the set signal S2, the reset signal S3, and the output signal S4 are depicted in order from the top.
時刻t11において、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefまで低下すると、セット信号S2がローレベルに立ち下がり、出力信号S4がハイレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオンとなり、帰還電圧Vfbが上昇に転ずる。 When the feedback voltage Vfb decreases to the reference voltage Vref at time t11, the set signal S2 falls to the low level, and the output signal S4 changes to the high level. Accordingly, the transistor N1 is turned on, and the feedback voltage Vfb starts to rise.
その後、オン時間Tonの経過により、時刻t12において、リセット信号S3がローレベルに立ち下がると、出力信号S4がローレベルに遷移される。従って、トランジスタN1がオフとなって、帰還電圧Vfbが再び下降に転ずる。 Thereafter, when the reset signal S3 falls to the low level at the time t12 due to the elapse of the on time Ton, the output signal S4 transitions to the low level. Therefore, the transistor N1 is turned off, and the feedback voltage Vfb starts to fall again.
ゲートドライバ回路17は、出力信号S4に応じてゲート信号G1及びG2を生成し、これを用いてトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御を行う。具体的に述べると、出力信号S4がハイレベルであるときには、基本的に、ゲート信号G1がハイレベルとされてトランジスタN1がオンされるとともに、ゲート信号G2がローレベルとされてトランジスタN2がオフされる。逆に、出力信号S4がローレベルであるときには、基本的に、ゲート信号G1がローレベルとされてトランジスタN1がオフされるとともに、ゲート信号G2がハイレベルとされてトランジスタN2がオンされる。
The
上記したトランジスタN1及びN2のオン/オフ制御により、外部端子T3には矩形波形状のスイッチ電圧Vswが現れる。スイッチ電圧Vswは、コイルL1とコンデンサC1によって整流平滑され、出力電圧Voutが生成される。なお、出力電圧Voutは、抵抗R1及びR2により分圧され、分圧電圧Vdiv(延いては帰還電圧Vfb)が生成される。このような出力帰還制御により、スイッチング電源装置1では、極めて簡易な構成によって、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutが生成される。
Due to the on / off control of the transistors N1 and N2, the switch voltage Vsw having a rectangular waveform appears at the external terminal T3. The switch voltage Vsw is rectified and smoothed by the coil L1 and the capacitor C1, and the output voltage Vout is generated. The output voltage Vout is divided by the resistors R1 and R2, and the divided voltage Vdiv (and thus the feedback voltage Vfb) is generated. With such output feedback control, the switching
<逆流遮断動作>
図3は、軽負荷時(電流不連続モード時)の逆流遮断動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、ゲート信号G1及びG2、逆流検出信号S5、コイル電流IL、並びに、スイッチ電圧Vswが描写されている。
<Backflow blocking operation>
FIG. 3 is a timing chart showing the reverse current cut-off operation at the time of light load (in the current discontinuous mode). It is depicted.
時刻t21〜t22では、ゲート信号G1がハイレベルとされており、ゲート信号G2がローレベルとされているので、トランジスタN1がオンとなり、トランジスタN2がオフとなる。従って、時刻t21〜t22では、スイッチ電圧Vswがほぼ入力電圧Vinまで上昇し、コイル電流ILが増大していく。 At times t21 to t22, since the gate signal G1 is at a high level and the gate signal G2 is at a low level, the transistor N1 is turned on and the transistor N2 is turned off. Accordingly, at times t21 to t22, the switch voltage Vsw rises to substantially the input voltage Vin, and the coil current IL increases.
時刻t22において、ゲート信号G1がローレベルに立ち下げられ、ゲート信号G2がハイレベルに立ち上げられると、トランジスタN1がオフとなり、トランジスタN2がオンとなる。従って、スイッチ電圧Vswが負電圧(=GND−IL×RN2、ただし、RN2はトランジスタN2のオン抵抗値)まで低下し、コイル電流ILが減少に転じる。 At time t22, when the gate signal G1 falls to the low level and the gate signal G2 rises to the high level, the transistor N1 is turned off and the transistor N2 is turned on. Therefore, the switch voltage Vsw decreases to a negative voltage (= GND−IL × RN2, where RN2 is the on-resistance value of the transistor N2), and the coil current IL starts to decrease.
ここで、負荷に流れる出力電流Ioutが十分に大きい重負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが大きいので、ゲート信号G1が再びハイレベルに立ち上げられる時刻t24まで、コイル電流ILはゼロ値を下回ることなく負荷に向けて流れ続け、スイッチ電圧Vswは負電圧に維持される。一方、負荷に流れる出力電流Ioutが小さい軽負荷時には、コイルL1に蓄えられているエネルギが少ないので、時刻t23において、コイル電流ILがゼロ値を下回り、コイル電流ILの逆流が発生して、スイッチ電圧Vswの極性が負から正に切り替わる。このような状態では、コンデンサC1に蓄えられた電荷をコイルL1を介して入力側に戻していることになるので、軽負荷時における効率が低下する。 Here, when the output current Iout flowing through the load is sufficiently heavy, the energy stored in the coil L1 is large, so that the coil current IL has a zero value until time t24 when the gate signal G1 is raised to the high level again. The switch voltage Vsw is maintained at a negative voltage while continuing to flow toward the load without falling below. On the other hand, at the time of light load when the output current Iout flowing through the load is small, the energy stored in the coil L1 is small. Therefore, at time t23, the coil current IL falls below the zero value, and a reverse flow of the coil current IL occurs. The polarity of the voltage Vsw switches from negative to positive. In such a state, since the electric charge stored in the capacitor C1 is returned to the input side via the coil L1, the efficiency at a light load is lowered.
そこで、スイッチング電源装置1は、逆流検出回路18を用いてコイル電流ILの逆流(スイッチ電圧Vswの極性反転)を検出し、逆流検出信号S5のハイレベル期間(時刻t23〜t24)において、トランジスタN2を強制的にオフさせる構成とされている。このような構成とすることにより、コイル電流ILの逆流を速やかに遮断することができるので、軽負荷時における効率低下を解消することが可能となる。
Therefore, the switching
<メインコンパレータ>
図4は、メインコンパレータ13の構成例を示すブロック図である。本構成例のメインコンパレータ13は、帰還電圧Vfb(入力信号に相当)と基準電圧Vrefとを比較して比較信号S1を生成する比較回路であり、第1コンパレータ131と、第2コンパレータ132と、可変基準電圧生成部133と、ロジック部134と、を含む。
<Main comparator>
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the
第1コンパレータ131は、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧Vfbと、反転入力端(−)に入力される基準電圧Vrefとを比較して第1比較信号S131を生成する。第1比較信号S131は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときにハイレベルとなり、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときにローレベルとなる。
The
また、第1コンパレータ131は、ロジック部134から入力されるイネーブル信号EN131に応じてその動作可否が制御される。具体的に述べると、第1コンパレータ131は、イネーブル信号EN131が第1論理レベル(=イネーブル時の論理レベル)であるときに動作状態となり、イネーブル信号EN131が第2論理レベル(=ディセーブル時の論理レベル)であるときに停止状態となる。なお、第1コンパレータ131を停止状態とすることにより、その消費電力をほぼゼロとすることができる。
Further, whether or not the
第2コンパレータ132は、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧Vfbと、反転入力端(−)に入力される可変基準電圧Vref2を比較して第2比較信号S132を生成する。第2比較信号S132は、帰還電圧Vfbが可変基準電圧Vref2よりも高いときにハイレベルとなり、帰還電圧Vfbが可変基準電圧Vref2よりも低いときにローレベルとなる。なお、第2コンパレータ132は、第1コンパレータ131と異なり、半導体装置10の起動以降、常に動作し続ける。
The
なお、第1コンパレータ131の応答速度は、第2コンパレータ132の応答速度よりも速い。また、第2コンパレータ132の消費電力は、第1コンパレータ131の消費電力よりも極めて小さい。すなわち、第1コンパレータ131は、消費電力の低減よりも応答速度の向上を優先させた高速応答型であり、第2コンパレータ132は、応答速度の向上よりも消費電力の低減を優先させた超低消費電力型である。
Note that the response speed of the
可変基準電圧生成部133は、可変基準電圧Vref2を生成する回路部であり、アップダウンカウンタ133aとDAC133bを含む。
The variable reference
アップダウンカウンタ133aは、ロジック部134から入力される制御信号S6に応じて、カウンタ値Scntをインクリメントするカウントアップ動作、カウンタ値Scntをデクリメントするカウントダウン動作、カウンタ値Scntを保持するカウント停止動作のいずれを行う。そして、アップダウンカウンタ133aは、カウンタ値ScntをDAC133bに出力する。
The up / down
DAC133bは、デジタルのカウンタ値Scntをアナログ電圧Vdacに変換し、これを可変基準電圧Vref2として出力する。従って、可変基準電圧Vref2は、カウンタ値Scntのインクリメントに伴って段階的に上昇し、カウンタ値Scntのデクリメントに伴って段階的に下降する。
The
ロジック部134は、第1比較信号S131と第2比較信号S132の一方を比較信号S1として出力する。なお、ロジック部134は、第1比較信号S131を比較信号S1として出力している間、イネーブル信号EN131を第1論理レベル(=イネーブル時の論理レベル)とすることにより、第1コンパレータ131を動作させる。一方、ロジック部134は、第2比較信号S132を比較信号S1として出力している間、イネーブル信号EN131を第2論理レベル(=ディセーブル時の論理レベル)とすることにより、第1コンパレータ131を停止させる。
The
より具体的に述べると、ロジック部134は、逆流検出信号S5がローレベルである間、第1コンパレータ131を動作させ、第1比較信号S131を比較信号S1として出力する。また、ロジック部134は、逆流検出信号S5がローレベルからハイレベルに切り替わってから第1所定時間(例えば8μs)が経過するまでの間も、第1コンパレータ131を動作させ、第1比較信号S131を比較信号S1として出力する。一方、ロジック部134は、逆流検出信号S5がローレベルからハイレベルに切り替わってから第1所定時間(例えば8μs)を超えて逆流検出信号S5のハイレベルが続いていれば、その後逆流検出信号S5がハイレベルからローレベルに切り替わるまでの間、第1コンパレータ131を停止させ、第2比較信号S132を比較信号S1として出力する。すなわち、出力電圧Vоutが十分足りていてトランジスタN1及びN2の両方がオフ状態になっている期間が第1所定時間(例えば8μs)を超えると、その超えている期間だけ、第1コンパレータ131を停止させて、メインコンパレータ13の省電力化を図っている。このように、ロジック部134は、高速応答用の第1コンパレータ131と超低消費電力用の第2コンパレータ132を状況(負荷状態)に応じて使い分ける機能を備えている。
More specifically, the
ただし、第1コンパレータ131と第2コンパレータ132の入力オフセットが乖離していた場合には、第1コンパレータ131と第2コンパレータ132のいずれを用いているかにより、比較信号S1の論理切替タイミングが異なってくるので、メインコンパレータ13全体としての出力精度(延いては出力電圧Voutの精度)が低下してしまう。
However, when the input offsets of the
そのため、各コンパレータ間における入力オフセットのミスマッチを較正処理によって解消する必要がある。そこで、スイッチング電源装置1の起動時に次のような手順で起動時補正処理が実行される。
Therefore, it is necessary to eliminate the input offset mismatch between the comparators by the calibration process. Therefore, the startup correction process is executed in the following procedure when the switching
図7及び図8で図示されているトリガ信号AOC_trigは、基準電圧Vrefと可変基準電圧Vref2との大小関係を示す論理信号である。 The trigger signal AOC_trig illustrated in FIG. 7 and FIG. 8 is a logic signal indicating the magnitude relationship between the reference voltage Vref and the variable reference voltage Vref2.
スイッチング電源装置1の起動時に第2コンパレータ132よりも先に第1コンパレータ131が反応する場合には、起動時補正処理によって図7に示すようなカウントアップ動作が行われる。図7に示す通り、時刻t31以前で示すように、第2コンパレータ132よりも先に第1コンパレータ131が反応している間は、トリガ信号AOC_trigがローレベルに維持される。一方、時刻t31で示すように、可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも高くなり、第1コンパレータ131よりも先に第2コンパレータ132が反応した結果、第1比較信号S131がローレベルに立ち下がるよりも先に第2比較信号S132がローレベルに立ち下がると、トリガ信号AOC_trigがハイレベルに立ち上がる。
When the
この時点でカウンタ値Scntのインクリメントを完了することもできるが、本図の例では、トリガ信号AOC_trigがハイレベルに立ち上がった後、さらに、出力信号S4のnパルス分(nは2以上の整数)に亘り、カウンタ値Scntのインクリメントが継続されている。そして、時刻t32において、出力信号S4に(n+1)つ目のパルスが立ち上がった時点で、調整完了信号AOC_endがハイレベルに立ち上がる。 Although the increment of the counter value Scnt can be completed at this time, in the example of this figure, after the trigger signal AOC_trig rises to the high level, n pulses of the output signal S4 (n is an integer of 2 or more). The counter value Scnt continues to be incremented over a period of time. At time t32, when the (n + 1) -th pulse rises in the output signal S4, the adjustment completion signal AOC_end rises to a high level.
スイッチング電源装置1の起動時に第1コンパレータ131よりも先に第2コンパレータ132が反応する場合には、起動時補正処理によって図8に示すようなカウントダウン動作が行われる。図8に示す通り、時刻t30以前で示すように、第1コンパレータ131よりも先に第2コンパレータ132が反応している間は、トリガ信号AOC_trigがハイレベルに維持される。一方、時刻t30で示すように、可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも低くなり、第2コンパレータ132よりも先に第1コンパレータ131が反応した結果、第2比較信号S132がローレベルに立ち下がるよりも先に第1比較信号S131がローレベルに立ち下がると、トリガ信号AOC_trigがローレベルに立ち下がる。時刻t30より後の処理については図7の場合と同様であるため、説明を省略する。
When the
上述した起動時較正処理を行うだけでは、起動時較正処理後に外部環境(例えば電源電圧、温度など)の変化によって第1及び第2コンパレータ131及び132毎の入力オフセットが乖離してしまう可能性がある。また、起動時較正処理において誤った較正がなされると、第1及び第2コンパレータ131及び132毎の入力オフセットが乖離したままになってしまう。そこで、スイッチング電源装置1では、起動時補正処理の終了後、すなわち調整完了信号AOC_endがハイレベルになってから、第1の較正処理及び第2の較正処理が実行される。以下、第1の較正処理及び第2の較正処理を順に説明する。
If only the above-described start-up calibration process is performed, there is a possibility that the input offset for each of the first and
<第1の較正処理>
第1の較正処理は、第2コンパレータ132のみが動作している期間の前であって、まだ第1コンパレータ131と第2コンパレータ132の両方が動作しているときに実行される。つまり、ロジック部134がイネーブル信号EN131を第1論理レベル(=イネーブル時の論理レベル)にしている場合に第1の較正処理が実行される。第1の較正処理のためだけに第1コンパレータ131を動作させるのではなく、第1の較正処理とは無関係なスイッチング電源装置の本来の動作に基づいて第1コンパレータ131が動作している期間を利用して第1の較正処理が実行される。これにより、第1の較正処理の実行によって消費電流が増大することを防ぐことができる。
<First calibration process>
The first calibration process is executed before the period in which only the
ロジック部134は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefと同じ値まで減少した時すなわち第1コンパレータ131から出力される第1比較信号S131がハイレベルからローレベルに切り替わった時の第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132のレベルを確認する。
The
確認した第2比較信号S132がハイレベルであれば、図5に示すように可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも小さい状態になっている。一方、確認した第2比較信号S132がローレベルであれば、図6に示すように可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも大きい状態になっている。したがって、ロジック部134は、第2比較信号S132のレベルを確認することによって、第2比較信号S132のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認している。なお、図5及び図6において帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefより大きくなっても第1比較信号S131がローレベルからすぐにハイレベルに復帰しないのは、第1コンパレータ131の応答速度の影響によるものである。同様に、図6において帰還電圧Vfbが可変基準電圧Vref2より大きくなっても第2比較信号S132がローレベルからすぐにハイレベルに復帰しないのは、第2コンパレータ132の応答速度の影響によるものである。
If the confirmed second comparison signal S132 is at a high level, the variable reference voltage Vref2 is smaller than the reference voltage Vref as shown in FIG. On the other hand, if the confirmed second comparison signal S132 is at a low level, the variable reference voltage Vref2 is larger than the reference voltage Vref as shown in FIG. Therefore, the
そして、ロジック部134は、逆流検出信号S5がローレベルからハイレベルに切り替わってから第2所定時間(第1所定時間より短い時間。例えば4μs)逆流検出信号S5のハイレベルが続いていれば、第1の較正処理を開始し、逆流検出信号S5がローレベルからハイレベルに切り替わってから第1所定時間(例えば8μs)が経過する迄に第1の較正処理を終了する。
Then, the
第1の較正処理において、ロジック部134は、直近に確認した第2比較信号S132がハイレベルであれば、制御信号S6によってアップダウンカウンタ133aにカウンタ値Scntをインクリメントさせる。
In the first calibration process, the
一方、第1の較正処理において、ロジック部134は、直近に確認した第2比較信号S132がローレベルであれば、制御信号S6によってアップダウンカウンタ133aにカウンタ値Scntをデクリメントさせる。
On the other hand, in the first calibration process, the
<第2の較正処理>
第2の較正処理は、第2コンパレータ132のみが動作している状態から、第1コンパレータ131と第2コンパレータ132の両方が動作する状態に移行するときに実行される。つまり、ロジック部134がイネーブル信号EN131を第2論理レベル(=ディセーブル時の論理レベル)から第1論理レベル(=イネーブル時の論理レベル)に切り替える場合に第2の較正処理が実行される。第2の較正処理のためだけに第1コンパレータ131を動作させるのではなく、第2の較正処理とは無関係なスイッチング電源装置の本来の動作に基づいて第1コンパレータ131が動作している期間を利用して第2の較正処理が実行される。これにより、第2の較正処理の実行によって消費電流が増大することを防ぐことができる。
<Second calibration process>
The second calibration process is executed when shifting from a state where only the
ロジック部134は、第2コンパレータ132のみが動作している状態において帰還電圧Vfbが可変基準電圧Vref2と同じ値まで減少したこと、すなわち第2コンパレータ132のみが動作している状態において第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わったことを検出する。そして、ロジック部134は、当該検出があった場合、当該検出のタイミングから所定の遅延時間Dが経過したときの第1コンパレータ131から出力される第1比較信号S131のレベルを確認する。
The
第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わった時点では、第1コンパレータ131は停止している。第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わったことをトリガとして、ロジック部134が第1コンパレータ131を起動させるので、第1コンパレータ131の起動が完了するのに要する時間以上に、所定の遅延時間Dを設定する。
When the second comparison signal S132 output from the
確認した第1比較信号S131がローレベルであれば、図9に示すように可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも小さい状態になっている。一方、確認した第1比較信号S131がハイレベルであれば、図10に示すように可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefよりも大きい状態になっている。したがって、ロジック部134は、第1比較信号S131のレベルを確認することによって、第1比較信号S131のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認している。なお、図9及び図10において帰還電圧Vfbが可変基準電圧Vref2より大きくなっても第2比較信号S132がローレベルからすぐにハイレベルに復帰しないのは、第2コンパレータ132の応答速度の影響によるものである。
If the confirmed first comparison signal S131 is at a low level, the variable reference voltage Vref2 is smaller than the reference voltage Vref as shown in FIG. On the other hand, if the confirmed first comparison signal S131 is at a high level, the variable reference voltage Vref2 is larger than the reference voltage Vref as shown in FIG. Therefore, the
そして、ロジック部134は、上述した第1比較信号S131のレベル確認が終わると、第2の較正処理を実行する。
And the
第2の較正処理において、ロジック部134は、直近に確認した第1比較信号S131がローレベルであれば、制御信号S6によってアップダウンカウンタ133aにカウンタ値Scntをインクリメントさせる。
In the second calibration process, the
一方、第2の較正処理において、ロジック部134は、直近に確認した第1比較信号S131がハイレベルであれば、制御信号S6によってアップダウンカウンタ133aにカウンタ値Scntをデクリメントさせる。
On the other hand, in the second calibration process, the
なお、図9及び図10では、第2コンパレータ132のみが動作している状態において第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わったタイミングで、帰還電圧Vfbが上昇している。つまり、第2コンパレータ132のみが動作している状態において第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わったタイミングで、トランジスタN1及びN2のスイッチングを再開している。
9 and 10, the feedback voltage Vfb is at the timing when the second comparison signal S132 output from the
これに対して、第2コンパレータ132のみが動作している状態において第2コンパレータ132から出力される第2比較信号S132がハイレベルからローレベルに切り替わったタイミング以降もトランジスタN1及びN2のオフ状態を維持し、第2の較正処理が完了してからトランジスタN1及びN2のスイッチングを再開してもよい。これにより、第2の較正処理がトランジスタN1及びN2のスイッチングによって悪影響を受けることを回避することができる。
On the other hand, the transistors N1 and N2 are kept off after the timing when the second comparison signal S132 output from the
<メインコンパレータの変形例>
図11は、メインコンパレータ13の変形例を示す回路図である。本変形例のメインコンパレータ13は、先の構成例(図4)をベースとしつつ、さらに加算部133cを追加した構成とされている。そこで、先の構成例と同様の回路要素については、図4と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では変形例の特徴部分について重点的に説明する。
<Modification of main comparator>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a modification of the
加算部133cは、基準電圧Vrefに対してアナログ電圧Vdacを加算することにより、可変基準電圧Vref2(=Vref+Vdac)を生成し、これを第2コンパレータ132の反転入力端(−)に出力する。
The adding
つまり、アナログ電圧Vdacは、可変基準電圧Vref2そのものとしてではなく、基準電圧Vrefに足し合わされるオフセット電圧として用いられている。なお、アナログ電圧Vdacは、可変基準電圧Vref2が基準電圧Vrefに対して正負双方の電圧値を取り得るように、カウンタ値Scntに対するアナログ出力値が設定されている。 That is, the analog voltage Vdac is used not as the variable reference voltage Vref2 itself but as an offset voltage added to the reference voltage Vref. The analog voltage Vdac is set to an analog output value with respect to the counter value Scnt so that the variable reference voltage Vref2 can take both positive and negative voltage values with respect to the reference voltage Vref.
このような構成とすることにより、第1コンパレータ131に入力される基準電圧Vrefを中心値として第2コンパレータ132のオフセット調整を行うことが可能となる。
With such a configuration, the offset adjustment of the
<テレビへの適用>
図12は、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの一構成例を示すブロック図である。また、図13A〜図13Cは、それぞれ、上記のスイッチング電源装置を搭載したテレビの正面図、側面図、及び、背面図である。本構成例のテレビAは、チューナ部A1と、デコーダ部A2と、表示部A3と、スピーカ部A4と、操作部A5と、インタフェイス部A6と、制御部A7と、電源部A8と、を有する。
<Application to TV>
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a television equipped with the above switching power supply device. 13A to 13C are a front view, a side view, and a rear view, respectively, of a television on which the above switching power supply device is mounted. The TV A in this configuration example includes a tuner unit A1, a decoder unit A2, a display unit A3, a speaker unit A4, an operation unit A5, an interface unit A6, a control unit A7, and a power supply unit A8. Have.
チューナ部A1は、テレビAに外部接続されるアンテナA0で受信された受信信号から所望チャンネルの放送信号を選局する。 The tuner unit A1 selects a broadcast signal of a desired channel from a reception signal received by an antenna A0 externally connected to the television A.
デコーダ部A2は、チューナA1で選局された放送信号から映像信号と音声信号を生成する。また、デコーダ部A2は、インタフェイス部A6からの外部入力信号に基づいて、映像信号と音声信号を生成する機能も備えている。 The decoder unit A2 generates a video signal and an audio signal from the broadcast signal selected by the tuner A1. The decoder unit A2 also has a function of generating a video signal and an audio signal based on an external input signal from the interface unit A6.
表示部A3は、デコーダ部A2で生成された映像信号を映像として出力する。 The display unit A3 outputs the video signal generated by the decoder unit A2 as a video.
スピーカ部A4は、デコーダ部A2で生成された音声信号を音声として出力する。 The speaker unit A4 outputs the audio signal generated by the decoder unit A2 as audio.
操作部A5は、ユーザ操作を受け付けるヒューマンインタフェイスの一つである。操作部A5としては、ボタン、スイッチ、リモートコントローラなどを用いることができる。 The operation unit A5 is one of human interfaces that accept user operations. As the operation unit A5, a button, a switch, a remote controller, or the like can be used.
インタフェイス部A6は、外部デバイス(光ディスクプレーヤやハードディスクドライブなど)から外部入力信号を受け付けるフロントエンドである。 The interface unit A6 is a front end that receives an external input signal from an external device (such as an optical disk player or a hard disk drive).
制御部A7は、上記各部A1〜A6の動作を統括的に制御する。制御部A7としては、CPU[central processing unit]などを用いることができる。 The control unit A7 comprehensively controls the operations of the units A1 to A6. As the control unit A7, a CPU [central processing unit] or the like can be used.
電源部A8は、上記各部A1〜A7に電力供給を行う。電源部A8としては、先述のスイッチング電源装置1を好適に用いることができる。
The power supply unit A8 supplies power to the units A1 to A7. As the power supply unit A8, the above-described switching
<その他の変形例>
なお、上記実施形態では、降圧型のスイッチング電源装置に本発明を適用した構成を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば、スイッチング電源装置の出力段を昇圧型や昇降圧型、若しくは、反転型としても構わない。
<Other variations>
In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the step-down switching power supply apparatus has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and for example, the switching power supply apparatus The output stage may be a step-up type, a step-up / step-down type, or an inversion type.
また、上記実施形態では、オン時間固定方式のスイッチング電源装置(オン時間設定回路)を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、上記と同様の技術的思想に基づいて可変基準電圧Vref2の挙動を変更することにより、オフ時間固定方式のスイッチング電源装置にも適用することが可能である。 In the above embodiment, the fixed on-time switching power supply (on-time setting circuit) has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the same as described above. By changing the behavior of the variable reference voltage Vref2 based on the technical idea, it can be applied to a switching power supply device of a fixed off time type.
また、上記実施形態では、第1の較正処理及び第2の較正処理の両方を実施するスイッチング電源装置を例示して説明を行ったが、較正処理の実施頻度がやや劣ることにはなるものの第1の較正処理及び第2の較正処理の片方のみを実施するスイッチング電源装置であっても構わない。 In the above embodiment, the switching power supply device that performs both the first calibration process and the second calibration process has been described as an example. However, although the frequency of performing the calibration process is slightly inferior, It may be a switching power supply apparatus that performs only one of the first calibration process and the second calibration process.
このように、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 As described above, the configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above-described embodiment. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
本発明に係るスイッチング電源装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、BDレコーダ/プレーヤ、セットトップボックス、並びに、パーソナルコンピュータなど、種々の電子機器に搭載される電源(例えば、SOC[system-on-chip]用あるいは周辺機器用の電源)として利用することが可能である。 The switching power supply according to the present invention is a power supply (for example, SOC [system-on-chip]) mounted on various electronic devices such as a liquid crystal display, a plasma display, a BD recorder / player, a set top box, and a personal computer. Or power supply for peripheral devices).
1 スイッチング電源装置
10 半導体装置(電源制御IC)
11 リップルインジェクション回路
12 基準電圧生成回路
13 メインコンパレータ(比較回路)
131 第1コンパレータ
132 第2コンパレータ
133 可変基準電圧生成部
133a アップダウンカウンタ
133b DAC
133c 加算部
134 ロジック部
14 ワンショットパルス生成回路
15 RSフリップフロップ
16 オン時間設定回路
17 ゲートドライバ回路
18 逆流検出回路
20 スイッチ出力段
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力トランジスタ)
N2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(同期整流トランジスタ)
L1 コイル
R1、R2 抵抗
C1 コンデンサ
T1〜T8 外部端子
A テレビ
A0 アンテナ
A1 チューナ部
A2 デコーダ部
A3 表示部
A4 スピーカ部
A5 操作部
A6 インタフェイス部
A7 制御部
A8 電源部
1 Switching
11
131
133c Adding
N2 N-channel MOS field effect transistor (synchronous rectification transistor)
L1 Coil R1, R2 Resistor C1 Capacitor T1-T8 External terminal A TV A0 Antenna A1 Tuner A2 Decoder A3 Display A4 Speaker A5 Operation A6 A6 Interface A7 Control A8 Power supply
Claims (10)
前記入力信号と基準電圧を比較して第1比較信号を生成する第1コンパレータと、
前記入力信号と可変基準電圧を比較して第2比較信号を生成する第2コンパレータと、
前記可変基準電圧を生成する可変基準電圧生成部と、
前記第1比較信号と前記第2比較信号の一方を比較信号として出力するロジック部と、
を有し、
前記ロジック部は、前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記スイッチング電源装置に設けられるコイルを流れる電流の逆流が検出された時点から前記スイッチング電源装置のスイッチング動作が停止した状態で第1所定時間が経過するまでの期間(ただし、前記逆流が検出された時点から前記第1所定時間より短い第2所定時間が経過するまでの期間を除く)において、前記可変基準電圧を調整して前記第2比較信号の論理切替タイミングを前記第1比較信号の論理切替タイミングに近づけることを特徴とする比較回路。 A comparison circuit that is provided in a switching power supply device of a non-linear control system that generates a desired output voltage from an input voltage, and that receives the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto as an input signal,
A first comparator that compares the input signal with a reference voltage to generate a first comparison signal;
A second comparator that compares the input signal with a variable reference voltage to generate a second comparison signal;
A variable reference voltage generator for generating the variable reference voltage;
A logic unit that outputs one of the first comparison signal and the second comparison signal as a comparison signal;
Have
While the logic unit outputs the first comparison signal as the comparison signal and operates the first comparator and the second comparator, a reverse current of a current flowing through a coil provided in the switching power supply device is generated. A period from when the switching power supply apparatus is detected to when the first predetermined time elapses in a state where the switching operation of the switching power supply is stopped (however, a second predetermined time shorter than the first predetermined time from the time when the backflow is detected In the comparison circuit, the variable reference voltage is adjusted to bring the logic switching timing of the second comparison signal closer to the logic switching timing of the first comparison signal in a period excluding a period until the time elapses).
前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記第1比較信号のレベルが切り替わった時点の前記第2比較信号のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認し、
前記大小関係に応じて前記可変基準電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の比較回路。 The logic part is
The level of the second comparison signal at the time when the level of the first comparison signal is switched while the first comparator and the second comparator are operated while outputting the first comparison signal as the comparison signal. Confirming the magnitude relationship between the reference voltage and the variable reference voltage based on
The comparison circuit according to claim 1, wherein the variable reference voltage is adjusted according to the magnitude relationship.
前記入力信号と基準電圧を比較して第1比較信号を生成する第1コンパレータと、
前記入力信号と可変基準電圧を比較して第2比較信号を生成する第2コンパレータと、
前記可変基準電圧を生成する可変基準電圧生成部と、
前記第1比較信号と前記第2比較信号の一方を比較信号として出力するロジック部と、
を有し、
前記ロジック部は、前記第2比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータを停止させ前記第2コンパレータを動作させている状態から、前記第1比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータを動作させている状態に移行すると、前記可変基準電圧を調整して前記第2比較信号の論理切替タイミングを前記第1比較信号の論理切替タイミングに近づけることを特徴とする比較回路。 A comparison circuit that is provided in a switching power supply device of a non-linear control system that generates a desired output voltage from an input voltage, and that receives the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto as an input signal,
A first comparator that compares the input signal with a reference voltage to generate a first comparison signal;
A second comparator that compares the input signal with a variable reference voltage to generate a second comparison signal;
A variable reference voltage generator for generating the variable reference voltage;
A logic unit that outputs one of the first comparison signal and the second comparison signal as a comparison signal;
Have
The logic unit outputs the first comparison signal as the comparison signal from a state in which the first comparator is stopped and the second comparator is operated while outputting the second comparison signal as the comparison signal. However, when the first comparator and the second comparator are operated, the variable reference voltage is adjusted so that the logic switching timing of the second comparison signal approaches the logic switching timing of the first comparison signal. A comparison circuit characterized by that.
前記第2比較信号を前記比較信号として出力しつつ、前記第1コンパレータを停止させ前記第2コンパレータを動作させている状態で、前記第2比較信号のレベルが切り替わった時点から所定の遅延時間が経過したときの前記第1比較信号のレベルに基づいて前記基準電圧と前記可変基準電圧との大小関係を確認し、
前記大小関係に応じて前記可変基準電圧を調整することを特徴とする請求項3に記載の比較回路。 The logic part is
While outputting the second comparison signal as the comparison signal, a predetermined delay time from when the level of the second comparison signal is switched while the first comparator is stopped and the second comparator is operated. Check the magnitude relationship between the reference voltage and the variable reference voltage based on the level of the first comparison signal when it has passed,
The comparison circuit according to claim 3, wherein the variable reference voltage is adjusted according to the magnitude relationship.
前記第2コンパレータの消費電力は、前記第1コンパレータの消費電力よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の比較回路。 The response speed of the first comparator is faster than the response speed of the second comparator,
The power consumption of the second comparator is smaller than the power consumption of the first comparator.
The comparison circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the comparison circuit is characterized in that
アップダウンカウンタと、
前記アップダウンカウンタのカウンタ値をアナログ電圧に変換するDAC[digital to analog convertor]と、
を含み、
前記アナログ電圧またはこれに応じた電圧を前記可変基準電圧として出力することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の比較回路。 The variable reference voltage generator is
Up-down counter,
DAC (digital to analog converter) that converts the counter value of the up / down counter into an analog voltage;
Including
The comparison circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the analog voltage or a voltage corresponding to the analog voltage is output as the variable reference voltage.
所定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記帰還電圧と前記基準電圧とを比較して比較信号を生成するメインコンパレータと、
前記比較信号に応じてセット信号にワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成回路と、
前記セット信号に応じて出力信号を第1論理レベルにセットし、リセット信号に応じて前記出力信号を第2論理レベルにリセットするRSフリップフロップと、
前記出力信号が前記第1論理レベルにセットされてから所定のオン時間が経過した時点で前記リセット信号にワンショットパルスを生成するオン時間設定回路と、
前記出力信号に応じて出力トランジスタと同期整流トランジスタの駆動信号を生成するゲートドライバ回路と、
前記コイル電流の逆流を検出して前記同期整流トランジスタを強制的にオフさせる逆流検出回路と、
を集積化して成り、
前記メインコンパレータとして、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の比較回路を備えたことを特徴とする電源制御IC。 A ripple injection circuit that generates a feedback voltage by superimposing a ripple voltage simulating a coil current on the output voltage or its divided voltage; and
A reference voltage generation circuit for generating a predetermined reference voltage;
A main comparator that compares the feedback voltage with the reference voltage to generate a comparison signal;
A one-shot pulse generating circuit for generating a one-shot pulse in the set signal in accordance with the comparison signal;
An RS flip-flop that sets an output signal to a first logic level in response to the set signal and resets the output signal to a second logic level in response to a reset signal;
An on-time setting circuit for generating a one-shot pulse for the reset signal when a predetermined on-time has elapsed since the output signal was set to the first logic level;
A gate driver circuit that generates a drive signal for the output transistor and the synchronous rectification transistor according to the output signal;
A reverse current detection circuit for detecting the reverse current of the coil current and forcibly turning off the synchronous rectification transistor;
It is formed by integrating
A power supply control IC comprising the comparison circuit according to claim 1 as the main comparator.
前記電源制御ICに一部または全部が外付けされて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 A power supply control IC according to claim 9,
A switch output stage that is externally or partially attached to the power supply control IC and generates an output voltage from an input voltage;
A switching power supply device comprising:
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