JP2017118769A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源装置100は、入力電圧Viから出力電圧Voを生成するスイッチング出力回路110と、クロック信号S0を生成する発振回路150と、クロック信号S0に同期してスイッチング出力回路110の駆動制御を行う制御回路180と、スイッチング出力回路110に流れる過電流を検出してスイッチング出力回路110のスイッチング動作を強制的に停止させるための過電流保護信号SXを生成するパルスバイパルス形式の過電流保護回路Xと、過電流保護信号SXに応じてクロック信号S0のパルススキップ動作を行うパルススキップ回路Yと、を有する。
【選択図】図1
Description
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100は、入力電圧Viから出力電圧Voを生成して不図示の負荷(CPU[central processing unit]など)に供給するPWM[pulse width modulation]駆動方式のDC/DCコンバータであり、スイッチング出力回路110と、帰還電圧生成回路120と、エラーアンプ130と、位相補償フィルタ140と、クロック信号生成回路150と、スロープ電圧生成回路160と、PWMコンパレータ170と、制御回路180と、スイッチ駆動回路190と、過電流保護回路Xと、パルススキップ回路Yとを有する。なお、スイッチング電源装置100には、上記した回路要素のほか、その他の保護回路(低入力誤動作防止回路や温度保護回路など)を適宜組み込んでも構わない。
図2は、パルス幅変調制御の基本動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号S0(=オン信号S1)、誤差電圧V1及びスロープ電圧V2、オフ信号S2、並びに、PWM信号S3が描写されている。なお、本図では、過電流未検出状態(=クロック信号S0のパルススキップ動作が行われない状態)での挙動が描写されている。
図3は、過電流保護回路Xの一構成例を示す回路図である。本構成例の過電流保護回路Xは、OCPコンパレータX1と、電圧源X2と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタX3と、抵抗X4と、を含む。
以下では、パルススキップ回路Yの導入意義を明示すべく、まず、図4及び図5を参照しながらパルススキップ回路Yを導入していない場合(=クロック信号S0をオン信号S1として制御回路180に直接入力する場合)の過電流保護動作について説明を行う。
図6は、パルススキップ回路Yの第1実施形態を示す回路図である。本実施形態のパルススキップ回路Yは、分周部Y10と、RSフリップフロップY20と、ANDゲートY30と、を含む。
図10は、パルススキップ回路Yの第2実施形態を示す回路図である。本実施形態のパルススキップ回路Yは、第1実施形態(図6)をベースとしつつ、分周部Y10に代えてタイマ部Y40を含む点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図6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。
図17は、パルススキップ回路Yの第3実施形態を示す回路図である。本実施形態のパルススキップ回路Yは、第2実施形態(図10)をベースとしつつ、DフリップフロップY50の追加とこれに伴う各部の接続変更を行った点に特徴を有する。そこで、第2実施形態と同様の構成要素については、図10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3実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
図20は、タブレット端末の外観図である。タブレット端末Aは、これまでに説明してきたスイッチング電源装置100が搭載される電子機器の一例である。ただし、スイッチング電源装置100の搭載対象はこれに限定されるものではなく、その他の電子機器にも好適に搭載することが可能である。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作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。
110 スイッチング出力回路
111 出力トランジスタ
112 同期整流トランジスタ
113 出力インダクタ
114 出力キャパシタ
120 帰還電圧生成回路
121、122 抵抗
130 エラーアンプ
140 位相補償フィルタ
141 抵抗
142 キャパシタ
150 クロック信号生成回路
160 スロープ電圧生成回路
170 PWMコンパレータ
180 制御回路
190 スイッチ駆動回路
X 過電流保護回路
X1 OCPコンパレータ
X2 電圧源
X3 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X4 抵抗
Y パルススキップ回路
Y10 分周部
Y11〜Y13 Dフリップフロップ
Y20 RSフリップフロップ
Y30 ANDゲート
Y40 タイマ部
Y41 電流源
Y42 キャパシタ
Y43 充放電スイッチ
Y44 電圧源
Y45 コンパレータ
Y50 Dフリップフロップ
A タブレット端末(電子機器)
Claims (10)
- 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング出力回路と、
クロック信号を生成する発振回路と、
前記クロック信号に同期して前記スイッチング出力回路の駆動制御を行う制御回路と、
前記スイッチング出力回路に流れる過電流を検出して前記スイッチング出力回路のスイッチング動作を強制的に停止させるための過電流保護信号を生成するパルスバイパルス形式の過電流保護回路と、
前記過電流保護信号に応じて前記クロック信号のパルススキップ動作を行うパルススキップ回路と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記パルススキップ回路は、
前記過電流保護信号に応じて前記クロック信号の分周動作を開始することによりマスク期間満了信号を生成する分周部と、
前記過電流保護信号により第1論理レベルにセットされて前記マスク期間満了信号により第2論理レベルにリセットされるマスク信号を生成するRSフリップフロップと、
前記マスク信号が前記第1論理レベルにセットされているマスク期間に亘って前記クロック信号を遮断する論理ゲートと、
を含む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。 - 前記パルススキップ回路は、
前記過電流保護信号に応じてカウント動作を開始することによりマスク期間満了信号を生成するタイマ部と、
前記過電流保護信号により第1論理レベルにセットされて前記マスク期間満了信号により第2論理レベルにリセットされるマスク信号を生成するRSフリップフロップと、
前記マスク信号が前記第1論理レベルにセットされているマスク期間に亘って前記クロック信号を遮断する論理ゲートと、
を含む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。 - 前記パルススキップ回路は、
前記クロック信号に応じてカウント動作を開始することによりマスク期間満了信号を生成するタイマ部と、
前記クロック信号により第1論理レベルにセットされて前記マスク期間満了信号により第2論理レベルにリセットされるマスク信号を生成するRSフリップフロップと、
前記過電流保護信号に応じて前記マスク信号をラッチすることにより第2マスク信号を生成するDフリップフロップと、
前記第2マスク信号が前記第1論理レベルにセットされているマスク期間に亘って前記クロック信号を遮断する論理ゲートと、
を含む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。 - 前記第2マスク信号は、前記マスク期間満了信号により前記第2論理レベルにリセットされることを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。
- 前記タイマ部は、前記出力電圧が低いほど前記マスク期間を延長することを特徴とする請求項3または請求項4に記載のスイッチング電源装置。
- 前記タイマ部は、
充電電流を生成する電流源と、
前記充電電流により充電されるキャパシタと、
前記マスク信号に応じて前記キャパシタの両端間を導通/遮断する充放電スイッチと、
閾値電圧を生成する電圧源と、
前記キャパシタの充電電圧と前記閾値電圧とを比較して前記満了タイミング信号を生成するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のスイッチング電源装置。 - 前記電流源は、前記出力電圧が低くなるほど前記充電電流を小さくすることを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源装置。
- 前記電圧源は、前記出力電圧が低くなるほど前記閾値電圧を高くすることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のスイッチング電源装置。
- 請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置を有することを特徴とする電子機器。
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