JP2017038518A - スイッチング電源装置、半導体装置、テレビ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置201は、互いに並列接続された複数の第1トランジスタ(Tr1、211)と、入力電圧Vinから所望の出力電圧Voutを生成して負荷Zに供給するように所定の周波数で複数の第1トランジスタ(Tr1、211)のオン/オフ制御信号を生成する制御部(217、218)を有する。制御部(217、218)は、負荷Zの重さに基づいて駆動対象の第1トランジスタを決定する。複数の第1トランジスタ(Tr1、211)は、半導体装置210に外付けされた第1メイントランジスタTr1と、半導体装置210に内蔵された第1サブトランジスタ211を含む。第1メイントランジスタTr1は第1サブトランジスタ211よりもオン抵抗値が小さく、第1サブトランジスタ211は第1メイントランジスタTr1よりもゲート容量値が小さい。
【選択図】図17
Description
スイッチングレギュレータ、モータドライバ、その他さまざまな電子回路において、パワートランジスタが利用される。図1は、パワートランジスタを有する昇圧型スイッチングレギュレータの構成例を示す回路図である。
従来より、重負荷領域ではPWM[pulse width modulation]方式のスイッチング制御を行い、軽負荷領域ではPFM[pulse frequency modulation]方式のスイッチング制御を行うスイッチング電源装置が開示・提案されている。
ドライバ回路20rは、ハイサイドトランジスタM2とローサイドトランジスタM3を有するインバータ形式で構成される。この構成では、ゲート信号VGがローレベルからハイレベルに立ち上がるときの遷移時間(ライズタイムTR)は、ハイサイドトランジスタM2の電流能力、すなわちサイズに依存し、ゲート信号VGがハイレベルからローレベルに立ち下がるときの遷移時間(フォールタイムTF)は、ローサイドトランジスタM3の電流能力に依存して決まる。
上記第2の背景技術によれば、重負荷領域から軽負荷領域に至る幅広い負荷領域でスイッチング電源装置の効率を高めることができる(図11を参照)。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
IREF=VBGR’/RADJ …(1)
基準電流源32は、第1バイポーラトランジスタQ1に流れる電流を、基準電流IREFとして出力する。
[第1実施形態]
図5は、スイッチング電源装置の第1実施形態を示す図である。第1実施形態のスイッチング電源装置101は、半導体集積回路装置110のほか、これに接続されるディスクリート素子として、コイルL1と、ショットキーバリアダイオードD1と、キャパシタC1と、抵抗R1及びR2と、を有する昇圧型スイッチングレギュレータである。
図10は、スイッチング電源装置の第2実施形態を示す図である。第2実施形態のスイッチング電源装置101は、第1実施形態とほぼ同様の構成であり、チャージポンプ回路120をさらに有する点に特徴を有している。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については図5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、第2実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
次に、スイッチング電源装置の効率に関連する回路特性として、出力トランジスタのスルーレートに着目する。図12は、出力トランジスタのスルーレートを説明するための図である。スイッチング電源装置の効率を高めるためには、出力トランジスタのスルーレートを大きく設定して、スイッチ電圧Vswの立上がり時間tr及び立下り時間tfを短縮する必要がある。ただし、出力トランジスタのスルーレートを大きく設定すると、電磁波ノイズ(EMI[electro-magnetic interference]ノイズ)の発生量が増大する。そのため、スイッチング電源装置の効率と電磁波ノイズの発生量とのトレードオフを考慮して出力トランジスタのスルーレートを最適値に調整することが重要である。
図17は、スイッチング電源装置の第4実施形態を示す図である。第4実施形態のスイッチング電源装置201は、半導体集積回路装置210のほか、これに外付けされるディスクリート素子として、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタTr1及びTr2(以下メイントランジスタTr1及びTr2と呼ぶ)と、コイルL2と、キャパシタC2と、抵抗R3及びR4と、を有する降圧型スイッチングレギュレータである。
図19は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20A〜図20Cは、それぞれ、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Xは、チューナ部X1と、デコーダ部X2と、表示部X3と、スピーカ部X4と、操作部X5と、インタフェイス部X6と、制御部X7と、電源部X8と、を有する。
上記の実施形態では、昇圧型や降圧型のスイッチング電源装置を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象は何らこれに限定されるものではなく、昇降圧型のスイッチング電源装置にも広く適用することが可能である。
110、210 半導体集積回路装置(スイッチング電源IC)
11、11a、11b、11c 出力トランジスタ(NMOSFET)
12、12a、12b、12c ドライバ
12x、12y、12z、12k 単位ドライバ
13 制御部
130 誤差増幅器
131 比較器
132 発振器
133 RSフリップフロップ
134、135 比較器
136、137 Dフリップフロップ
138 判定部
139 信号ゲート部
14 イネーブルロジック部
120 チャージポンプ回路
121、122 キャパシタ
123、124 ダイオード
211、212 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(サブ)
213、214 メインドライバ(上側/下側)
215、216 サブドライバ(上側/下側)
217 メインコントローラ
218 サブコントローラ
219 負荷検出部
L1、L2 コイル
C1、C2 キャパシタ
R1、R2、R3、R4 抵抗
D1 ショットキーバリアダイオード
Tr1、Tr2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(メイン)
Z 負荷
T1 スイッチ端子
T2 帰還端子
T3 スルーレート調整端子
T11〜T16 外部端子
K1、M11、N11 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
K2、M12、N12 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
K3 ORゲート
K4 ANDゲート
K5、K6 NOTゲート
X テレビ
X0 アンテナ
X1 チューナ部
X2 デコーダ部
X3 表示部
X4 スピーカ部
X5 操作部
X6 インタフェイス部
X7 制御部
X8 電源部
Claims (9)
- 互いに並列に接続された複数の第1トランジスタと、
入力電圧から所望の出力電圧を生成して負荷に供給するように所定の周波数で前記複数の第1トランジスタのオン/オフ制御信号を生成する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記負荷の重さに基づいて駆動対象の第1トランジスタを決定するものであり、
前記複数の第1トランジスタは、半導体装置に外付けされた第1メイントランジスタと、前記半導体装置に内蔵された第1サブトランジスタと、を含み、
前記第1メイントランジスタは前記第1サブトランジスタよりもオン抵抗値が小さく、前記第1サブトランジスタは前記第1メイントランジスタよりもゲート容量値が小さいことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 互いに並列接続された複数の第2トランジスタをさらに有し、
前記制御部は、前記複数の第1トランジスタと前記複数の第2トランジスタとを相補的にオン/オフする際、前記負荷の重さに基づいて駆動対象の第1トランジスタ及び第2トランジスタを決定することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記複数の第2トランジスタは、前記半導体装置に外付けされた第2メイントランジスタと、前記半導体装置に内蔵された第2サブトランジスタと、を含み、
前記第2メイントランジスタは前記第2サブトランジスタよりもオン抵抗値が小さく、前記第2サブトランジスタは前記第2メイントランジスタよりもゲート容量値が小さいことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1メイントランジスタ、前記第2メイントランジスタ、前記第1サブトランジスタ、及び、前記第2サブトランジスタは、いずれも、Nチャネル型であることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源装置。
- 前記半導体装置に内蔵され、前記複数の第1トランジスタと前記複数の第2トランジスタとの接続ノードに現れる電圧を監視することにより前記負荷の重さを検出する負荷検出部をさらに有することを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記制御部は、重負荷領域では前記第1メイントランジスタ及び前記第2メイントランジスタを駆動対象とし、軽負荷領域では前記第1サブトランジスタ及び前記第2メイントランジスタを駆動対象とすることを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記半導体装置に内蔵され、
前記第1メイントランジスタを駆動する第1メインドライバと、
前記第1サブトランジスタを駆動する第1サブドライバと、
前記第2メイントランジスタを駆動する第2メインドライバと、
前記第2サブトランジスタを駆動する第2サブドライバと、
をさらに有することを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 - 第1外部端子〜第5外部端子と、
前記第1外部端子と前記第3外部端子との間に接続された第1サブトランジスタと、
前記第3外部端子と前記第5外部端子との間に接続された第2サブトランジスタと、
第1サブ制御信号に応じた第1サブ駆動信号を生成して前記第1サブトランジスタに供給する第1サブドライバと、
第2サブ制御信号に応じた第2サブ駆動信号を生成して前記第2サブトランジスタに供給する第2サブドライバと、
第1メイン制御信号に応じた第1メイン駆動信号を生成して前記第2外部端子に供給する第1メインドライバと、
第2メイン制御信号に応じた第2メイン駆動信号を生成して前記第4外部端子に供給する第2メインドライバと、
重負荷モード時に前記第1メイン制御信号及び前記第2メイン制御信号を生成するメインコントローラと、
軽負荷モード時に前記第1サブ制御信号及び前記第2サブ制御信号を生成するサブコントローラと、
負荷の重さを検出して前記重負荷モードと前記軽負荷モードを切り替えるように前記メインコントローラ及び前記サブコントローラを制御する負荷検出部と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 受信信号から所望チャンネルの放送信号を選局するチューナ部と、
前記チューナ部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デコーダ部と、
前記映像信号を映像として出力する表示部と、
前記音声信号を音声として出力するスピーカ部と、
ユーザ操作を受け付ける操作部と、
外部入力信号を受け付けるインタフェイス部と、
上記各部の動作を統括的に制御する制御部と、
上記各部に電力供給を行う電源部と、
を有し、
前記電源部は、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置、または、請求項8に記載の半導体装置を含むことを特徴とするテレビ。
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