JP4667836B2 - スイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法 - Google Patents
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Description
図5は、このようなスイッチングレギュレータの例を示した回路図である。
図5において、スイッチングレギュレータ100は、PWM制御回路101とPFM制御回路102を備え、更に、PWM制御回路101で駆動されるスイッチング素子103と、PFM制御回路102で駆動されるスイッチング素子104を備えている。
PWM制御時に用いるスイッチング素子103は、大電流が流れるため、素子サイズを大きくしてオン抵抗が小さくなるようにしているが、素子サイズが大きいためゲート容量が大きくなってしまう。
このため、PFM制御時に用いるスイッチング素子104は、素子サイズを小さくして、オン抵抗は大きいがゲート容量が小さくなるようにして、スイッチングレギュレータの効率を向上させていた。
しかし、このような軽負荷ドライブモードから、通常ドライブモードに移行する場合、スイッチングレギュレータの制御モードをPFM制御からPWM制御に切り換えると同時に、出力電圧を低い電圧から高い電圧に変更すると、前記したように出力電圧に大きなオーバーシュート電圧が発生し、CPUやその他の回路に不具合を発生させる恐れがあった。
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
該第1のスイッチング素子よりも制御電極の容量は大きいがオン抵抗が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
動作モードに応じて前記出力端子から出力される電圧が所定の電圧になるように、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う制御切換回路部と、
前記第1及び第2の各スイッチング素子から出力された電圧を平滑して前記出力端子に出力する平滑回路部と、
を備え、
前記制御切換回路部は、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧よりも大きい第2電圧になる第2動作モードに移行する際、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させるものである。
前記第1のスイッチング素子に対してPWM制御を行うPWM制御回路部と、
前記第2のスイッチング素子に対してPFM制御を行うPFM制御回路部と、
前記PWM制御回路部及び該PFM制御回路部からの各制御信号に対して前記第2のスイッチング素子の制御電極への出力制御を行う切換回路部と、
前記PWM制御回路部、PFM制御回路部及び切換回路部の動作制御をそれぞれ行う制御回路部と、
を備え、
制御回路部は、第1動作モード時には、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させ、第2動作モード時には、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させ、第1動作モードから第2動作モードに移行する際、PFM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させた状態で前記出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させるようにした。
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極の容量は大きいがオン抵抗が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
を備え、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う、入力端子に入力された前記入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力する出力電圧可変のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法において、
前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧よりも大きい第2電圧になる第2動作モードに移行する際、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させるようにした。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。
図1において、スイッチングレギュレータ1は、直流電源BATから入力端子であるVdd端子に入力された入力電圧Vddから所定の電圧を生成して出力電圧Voとして出力端子OUTから負荷20に出力する出力電圧可変のスイッチングレギュレータである。
なお、スイッチングレギュレータ1において、インダクタL1及びコンデンサC1を除く各部は、1つのICに集積されており、該ICは、Vdd、LX、ECO、FB及びGNDの各端子を備え、Vdd端子はスイッチングレギュレータ1の入力端子をなし、GND端子は接地電圧に接続されている。
まずステップS1では、軽負荷ドライブモードであることから、制御回路10は、基準電圧発生回路2に対して、出力電圧Voが所定の定電圧である第1電圧Vo1になるように電圧設定信号VSで基準電圧Vrefの電圧値を設定している。更に、制御回路10は、切換信号FWSでスイッチングレギュレータ1がPFM制御を行うようにしており、切換信号DLSで、第2のスイッチSW2をオフさせて遮断状態にしている。
基準電圧発生回路2は、制御回路10から入力される複数ビットで構成された電圧設定信号VSのビットの組み合わせに応じた電圧を生成して出力する。制御回路10は、スイッチングレギュレータ1がPWM制御を行うようにすると、出力電圧VoをαVだけ上昇させるように電圧設定信号VSを基準電圧発生回路2に出力する。なお、このとき、出力電圧Voにはオーバーシュート電圧が発生するが、出力電圧Voの変化、すなわちαVが小さいことから、オーバーシュート電圧も小さいため不具合が発生することはない。
ここで、ダミー負荷を接続する理由について説明する。
スイッチングレギュレータ1をPFM制御からPWM制御に切り換えたときには、負荷20はまだ通常ドライブ状態になっておらず、負荷20に流れる電流は軽負荷ドライブ状態と変わらないことから極めて小さい。このように、負荷20に流れる電流がほとんど0の状態でPFM制御からPWM制御に切り換えると、切り換え直後は、PWM回路11はバースト発振等の異常動作を行い、出力電圧Voが不安定になる。
次に、制御回路10は、ステップS6では、PWM制御が正常に行われるまでに要する時間よりも長い所定時間だけダミー負荷18を接続した状態にし、ステップS7では、所定時間が経過した後、切換信号DLSを用いて、第2のスイッチSW2をオフにして、本フローは終了し、軽負荷ドライブ状態から通常ドライブモードに移行する際の動作が終了する。
また、前記説明では、出力電圧Voを第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に上昇させる際、均等にαVずつ段階的に上昇させるようにしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、均等又は不均等にかかわらず、出力電圧Voを第1電圧Vo1から第2電圧Vo2に段階的に上昇させるようにすればよい。
2 基準電圧発生回路
3 誤差増幅回路
4 PWM制御回路
5 PFM制御回路
6 過電流保護回路
7 ダミー負荷
10 制御回路
11 PWM回路
12 ドライブ回路
20 負荷
M1 第1のスイッチング素子
M2 同期整流用のスイッチング素子
M3 第2のスイッチング素子
OSC 発振回路
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ
R1,R2 出力電圧検出用の抵抗
L1 インダクタ
C1 コンデンサ
D1 寄生ダイオード
D2 フライホイールダイオード
BAT 直流電源
Claims (13)
- 入力端子に入力された入力電圧を所定の電圧に変換して出力端子から負荷に出力する出力電圧可変のスイッチングレギュレータにおいて、
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、前記入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
該第1のスイッチング素子よりも制御電極の容量は大きいがオン抵抗が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
動作モードに応じて前記出力端子から出力される電圧が所定の電圧になるように、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う制御切換回路部と、
前記第1及び第2の各スイッチング素子から出力された電圧を平滑して前記出力端子に出力する平滑回路部と、
を備え、
前記制御切換回路部は、前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧よりも大きい第2電圧になる第2動作モードに移行する際、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 前記制御切換回路部は、前記第1動作モードから第2動作モードに移行する際、前記出力端子からの出力電圧が第1電圧の状態でPFM制御からPWM制御に切り換えることを特徴とする請求項1記載のスイッチングレギュレータ。
- 所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御切換回路部は、前記出力端子からの出力電圧が第2電圧になると、所定の時間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記制御切換回路部は、
前記第1のスイッチング素子に対してPWM制御を行うPWM制御回路部と、
前記第2のスイッチング素子に対してPFM制御を行うPFM制御回路部と、
前記PWM制御回路部及び該PFM制御回路部からの各制御信号に対して前記第2のスイッチング素子の制御電極への出力制御を行う切換回路部と、
前記PWM制御回路部、PFM制御回路部及び切換回路部の動作制御をそれぞれ行う制御回路部と、
を備え、
制御回路部は、第1動作モード時には、PWM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPFM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させ、第2動作モード時には、PWM制御回路部を作動させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させ、第1動作モードから第2動作モードに移行する際、PFM制御回路部の動作を停止させると共に切換回路部に対してPWM制御回路部からの制御信号を排他的に第2のスイッチング素子の制御電極に出力させた状態で前記出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させることを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチングレギュレータ。 - 所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記制御回路部は、前記出力端子からの出力電圧が第2電圧になると、所定の時間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項4記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記第1動作モードは、第2動作モードよりも前記負荷に流れる電流が小さい動作モードであることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記制御切換回路部は、第1電圧と第2電圧との電圧差が大きいほど前記出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させる段階数を多くすることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記平滑回路部は、前記第1のスイッチング素子と直列に接続され、前記制御切換回路部によってスイッチング制御される同期整流用のスイッチング素子を備え、前記第1及び第2の各スイッチング素子、制御切換回路部、同期整流用のスイッチング素子並びにダミー負荷は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項3記載のスイッチングレギュレータ。
- 制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし、入力電圧の出力制御を行う第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子よりも、制御電極の容量は大きいがオン抵抗が小さい、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングし前記入力電圧の出力制御を行う第2のスイッチング素子と、
を備え、
動作モードに応じて、前記第1及び第2の各スイッチング素子に対してそれぞれPWM制御を行うか、又は第2のスイッチング素子のみに対してPFM制御を行う、入力端子に入力された前記入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から負荷に出力する出力電圧可変のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法において、
前記PFM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が所定の第1電圧になる第1動作モードから、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧が第1電圧よりも大きい第2電圧になる第2動作モードに移行する際、前記PWM制御を行いかつ前記出力端子からの出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させることを特徴とするスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。 - 前記第1動作モードから第2動作モードに移行する際、前記出力端子からの出力電圧が第1電圧の状態でPFM制御からPWM制御に切り換えることを特徴とする請求項9記載のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
- 所定の電流が流れる擬似的な負荷であるダミー負荷を備え、前記出力端子からの出力電圧が第2電圧になると、所定の時間、前記出力端子に該ダミー負荷を接続することを特徴とする請求項9又は10記載のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
- 前記第1動作モードは、第2動作モードよりも前記負荷に流れる電流が小さい動作モードであることを特徴とする請求項9、10又は11記載のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
- 前記第1電圧と第2電圧との電圧差が大きいほど前記出力電圧を第1電圧から第2電圧に段階的に上昇させる段階数を多くすることを特徴とする請求項9、10、11又は12記載のスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法。
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