JP5341356B2 - Power circuit - Google Patents
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Description
本発明は電源回路に係り、特に、入力電源の電圧を基準電圧に基づいて昇圧して出力電圧として出力端子から出力する電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit, and more particularly to a power supply circuit that boosts a voltage of an input power supply based on a reference voltage and outputs the boosted voltage as an output voltage from an output terminal.
入力電源の電圧を昇圧して出力電圧として出力する電源回路として、例えば、特許文献1には、チョッパ方式の昇圧型スイッチングレギュレータが開示されている。ここでは、基準電圧発生回路と、エラーアンプと、PWM回路と、ドライバ回路と、スイッチングトランジスタと、一端が電池の電源電圧に接続され他端がスイッチングトランジスタのドレインに接続されるとともにダイオードを介してコンデンサの一方端子に接続されるコイルと、を備え、電池から供給された電源電圧を、コンデンサの一方端子に接続される出力端子から所定の出力電圧に昇圧させて出力する構成が述べられている。そして、エラーアンプは、コンデンサの一方端子の出力電圧と、基準電圧発生回路から供給される基準電圧との差である誤差信号を出力し、その誤差信号の大きさに応じてPWM回路がPWM信号を出力し、PWM信号がドライバ回路によって増幅されてスイッチングトランジスタに供給されることが述べられている。
As a power supply circuit that boosts the voltage of an input power supply and outputs it as an output voltage, for example,
特許文献1に述べられているスイッチングレギュレータにおいては、上記のように、出力電圧Voutを基準電圧と比較してPWM信号を生成する。このときに、入力電源の電圧Vinと出力電圧Voutの関係によってはオン期間の非常に短いPWM信号となることがある。しかし、ドライバ回路の応答速度、スイッチングトランジスタの入力容量等によってPWM信号が誤差信号にリニアに変化せず、ある最小パルス幅を有する信号に止まり、それよりはオン期間が短くならないことが生じえる。
In the switching regulator described in
そのために、最小パルス幅の信号で昇圧すると所定電圧よりも高い出力電圧となり、誤差信号が大きくなり、昇圧を小さくするフィードバックが働くが、そのときに、最小パルス幅以下となるので、結局PWM信号が出力されないことが生じる。このような場合、昇圧が不十分となり、例えば負荷が重いと、出力電圧が所定電圧よりも下りすぎる。これを再びフィードバックして出力電圧を所定電圧に戻すことが行われるが、エラーアンプの時定数等でフィードバックが追いつかないと、出力電圧が揺れることが生じえる。 Therefore, when boosting with a signal with the minimum pulse width, the output voltage becomes higher than the predetermined voltage, the error signal becomes large, and feedback that reduces boosting works, but at that time, it becomes less than the minimum pulse width, so the PWM signal eventually May not be output. In such a case, boosting becomes insufficient. For example, when the load is heavy, the output voltage is too low than the predetermined voltage. This is fed back again to return the output voltage to a predetermined voltage. However, if the feedback cannot catch up with the time constant of the error amplifier or the like, the output voltage may fluctuate.
特に、入力電源の電圧Vinが出力電圧Voutよりも大きくなる場合にこのような出力電圧の揺れが生じえる。すなわち、上記の例で逆流防止ダイオードの順方向立上り電圧をVfとして、Vin−Vf>Voutでは昇圧が行われないが、それ以外のVin>Voutの範囲ではオン期間の非常に短いPWM信号によって昇圧が行われ、上記のようにエラーアンプの応答等が追いつかないと出力電圧が揺れることになる。 In particular, when the voltage Vin of the input power supply becomes larger than the output voltage Vout, such fluctuation of the output voltage can occur. That is, in the above example, assuming that the forward rising voltage of the backflow prevention diode is Vf, the voltage is not boosted when Vin−Vf> Vout, but in the other range Vin> Vout, the voltage is boosted by the PWM signal having a very short on period. If the error amplifier response cannot catch up as described above, the output voltage fluctuates.
本発明の目的は、入力電源を昇圧して出力電圧を得る場合に出力電圧の揺れを抑制できる電源回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power supply circuit that can suppress fluctuations in output voltage when boosting an input power supply to obtain an output voltage.
本発明に係る電源回路は、入力電源の電圧を基準電圧に基づいて昇圧して出力電圧として出力端子から出力する電源回路において、一方端子に入力される基準電圧と、他方端子に入力される出力電圧との間の誤差を誤差信号として生成するエラーアンプと、誤差信号に応じてデューティ比を可変したPWM信号を生成するPWM回路部と、PWM信号を処理するドライバ回路部と、ドライバ回路部の出力に応じて作動し、入力電源から昇圧素子に電流を供給するスイッチングトランジスタと、を備え、ドライバ回路部は、小さいドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限される第1ドライバと、大きなドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限されない第2ドライバと、PWM信号に基いて第1ドライバの駆動信号と第2ドライバの駆動信号を生成する駆動回路であって、第1ドライバが作動し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限された信号が出力されている第1作動期間において、第2ドライバの作動する期間を制限し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限されない信号が出力されないOFF所定期間を設け、OFF所定期間の長さの設定によってスイッチングトランジスタにおける出力振幅を可変する駆動回路と、を含み、ドライバ回路部の駆動回路は、入力電源の電圧と出力電圧との差である差電圧に応じて出力電圧の揺れが抑制されるように求められたOFF所定期間を設定することを特徴とする。 The power supply circuit according to the present invention boosts the voltage of the input power supply based on the reference voltage and outputs the output voltage from the output terminal as an output voltage. The reference voltage input to one terminal and the output input to the other terminal An error amplifier that generates an error between the voltage as an error signal, a PWM circuit unit that generates a PWM signal with a duty ratio varied according to the error signal, a driver circuit unit that processes the PWM signal, and a driver circuit unit A switching transistor that operates in accordance with the output and supplies current from the input power supply to the booster element, and the driver circuit unit has a small drive capability, and the output amplitude when the switching transistor is turned on is limited. 1 driver and a large drive capability, and the output amplitude when the switching transistor is turned on is not limited. A driver and a drive circuit that generates a drive signal for the first driver and a drive signal for the second driver based on the PWM signal, the first driver is activated, and a signal whose output amplitude is limited in the switching transistor is output In the first operating period, a period during which the second driver operates is limited, an OFF predetermined period in which a signal whose output amplitude is not limited in the switching transistor is not provided, and an output in the switching transistor is set by setting a length of the OFF predetermined period. seen including a drive circuit for varying the amplitude, the driving circuit of the driver circuit portion, the swing of the output voltage according to the difference voltage difference is between a voltage and an output voltage of the input power was asked to be inhibited An OFF predetermined period is set .
また、本発明に係る電源回路において、ドライバ回路部の駆動回路は、第1作動期間の立上り期間と立下り期間のそれぞれにOFF所定期間を設けることが好ましい。 Moreover, in the power supply circuit according to the present invention, it is preferable that the driver circuit of the driver circuit unit provides an OFF predetermined period for each of the rising period and the falling period of the first operation period.
また、本発明に係る電源回路において、ドライバ回路部の駆動回路は、入力電源の電圧が出力電圧よりも高いときにOFF所定期間を長く設定し、入力電源の電圧が出力電圧よりも低いときにOFF所定期間を短く設定することが好ましい。 In the power supply circuit according to the present invention, when the input power supply voltage is higher than the output voltage, the driver circuit of the driver circuit unit sets the OFF predetermined period to be long, and when the input power supply voltage is lower than the output voltage. It is preferable to set the OFF predetermined period short.
また、本発明に係る電源回路において、ドライバ回路部の駆動回路は、PWM信号に対し予め定めた第1遅延量で遅延させた第1遅延信号を生成し、これに基づいて第1駆動信号を生成し第1ドライバに供給する回路と、第1遅延信号に対し予め定めた第2遅延量で遅延させた第2遅延信号を生成する回路と、PWM信号と第2遅延信号とを用い、第1駆動信号に対しOFF所定期間を有する信号を生成し、これに基づいて第2駆動信号を生成し第2ドライバに供給する回路と、を有することが好ましい。 In the power supply circuit according to the present invention, the drive circuit of the driver circuit unit generates a first delay signal obtained by delaying the PWM signal by a predetermined first delay amount, and based on this, the first drive signal is generated. A circuit that generates and supplies the first delay signal to the first driver, a circuit that generates a second delay signal obtained by delaying the first delay signal by a predetermined second delay amount, a PWM signal, and a second delay signal; It is preferable to include a circuit that generates a signal having a predetermined OFF period for one drive signal, generates a second drive signal based on the signal, and supplies the second drive signal to the second driver.
また、本発明に係る電源回路において、入力電源とスイッチングトランジスタの出力端子との間に接続される昇圧素子であって、スイッチングトランジスタの作動に応じた電流が入力電源から供給される昇圧コイルと、スイッチングトランジスタの出力端子と昇圧コイルとの接続点と出力端子との間に設けられる逆流防止ダイオードと、昇圧コイルからの電圧を保持し、出力電圧として出力するコンデンサと、を備えることが好ましい。 Further, in the power supply circuit according to the present invention, a booster element connected between the input power supply and the output terminal of the switching transistor, wherein the booster coil is supplied with a current corresponding to the operation of the switching transistor from the input power supply, It is preferable to include a backflow prevention diode provided between a connection point between the output terminal of the switching transistor and the booster coil and the output terminal, and a capacitor that holds the voltage from the booster coil and outputs it as an output voltage.
上記構成により、電源回路は、PWM信号を処理するドライバ回路部として、小さいドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限される第1ドライバと、大きなドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限されない第2ドライバと、PWM信号に基いて第1ドライバの駆動信号と第2ドライバの駆動信号を生成する駆動回路とを有する。そして、駆動回路は、第1ドライバが作動し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限された信号が出力されている第1作動期間において、第2ドライバの作動する期間を制限し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限されない信号が出力されないOFF所定期間を設け、OFF所定期間の長さの設定によってスイッチングトランジスタにおける出力振幅を可変する。これにより、エラー信号が小さいときにスイッチングトランジスタの出力信号のパルス幅を小さくする他に、出力振幅を小さくできるので、出力信号がなくなることを回避できる。したがって、入力電源を昇圧して出力電圧を得る場合に出力電圧の揺れを抑制できる。例えば、入力電源電圧が所望の出力電圧より高くても安定した出力電圧を得ることができるので、入力電源について適用電圧範囲を拡大できる。 With the above configuration, the power supply circuit has a small drive capability as a driver circuit unit that processes the PWM signal, a first driver that limits the output amplitude when the switching transistor is turned on, and a large drive capability, A second driver whose output amplitude when the switching transistor is turned on is not limited, and a drive circuit that generates a drive signal for the first driver and a drive signal for the second driver based on the PWM signal. The drive circuit limits the period during which the second driver operates in the first operation period in which the first driver is operating and the signal whose output amplitude is limited in the switching transistor is output, and the output amplitude is output in the switching transistor. An OFF predetermined period during which no unrestricted signal is output is provided, and the output amplitude of the switching transistor is varied by setting the length of the OFF predetermined period. Thus, in addition to reducing the pulse width of the output signal of the switching transistor when the error signal is small, the output amplitude can be reduced, so that it is possible to avoid the absence of the output signal. Therefore, fluctuations in the output voltage can be suppressed when the output voltage is obtained by boosting the input power supply. For example, a stable output voltage can be obtained even when the input power supply voltage is higher than a desired output voltage, so that the applicable voltage range can be expanded for the input power supply.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、電源回路として、携帯電話に用いられるスイッチングレギュレータを説明するが、電池等の入力電源から昇圧して出力電圧を得る電源回路であれば、携帯電話以外の携帯機器、電子機器等に用いられるものであってもよい。入力電源としては4V程度のリチウム電池を説明するが、勿論これ以外の電池、あるいは電源であってもよい。また、スイッチングレギュレータの構成を、エラーアンプ−PWM回路部−ドライバ回路部−コイル−出力端子として説明するが、用途に応じてこれ以外の要素を付加する構成としてもよい。例えば、平滑コンデンサ等をスイッチングレギュレータの構成としてもよい。また、ドライバ回路部の駆動回路をnチャネルMOSトランジスタとpチャネルMOSトランジスタとで構成されるものとして説明するが、これ以外の駆動素子、例えばバイポーラトランジスタ等を用いて構成するものとしてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a switching regulator used in a mobile phone will be described as a power supply circuit. However, any power supply circuit that obtains an output voltage by boosting from an input power source such as a battery can be used in a mobile device other than a mobile phone, an electronic device, etc. May be used. As an input power source, a lithium battery of about 4V will be described, but of course, other batteries or power sources may be used. The configuration of the switching regulator will be described as error amplifier-PWM circuit unit-driver circuit unit-coil-output terminal. However, other components may be added depending on the application. For example, a smoothing capacitor or the like may be configured as a switching regulator. In addition, although the driver circuit of the driver circuit unit is described as being configured by an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor, it may be configured by using other driving elements such as bipolar transistors.
図1は、携帯電話に用いられる電源回路10の構成を示す図である。電源回路10は、公称電圧として約4Vの電圧を有するリチウム電池を入力電源12とし、スイッチングレギュレータ形式で約3.8Vの出力電圧を出力端子14に出力し、図示されていない携帯電話の制御回路、表示素子等の電源として利用するものである。電源回路10は、入力電源の電圧Vinが所望の出力電圧Voutよりも低いときは、Vinを昇圧してVoutにする機能を有するが、ここでは特に、VinがVoutより高い場合でも、所望の出力電圧を安定して出力する機能を有する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
電源回路10は、エラーアンプ18と、PWM回路部20と、ドライバ回路部30と、スイッチングトランジスタ22と、昇圧コイル24と、ダイオード26と、コンデンサ28を含んで構成される。ここで、エラーアンプ18と、PWM回路部20と、ドライバ回路部30と、スイッチングトランジスタ22とは、直列に接続され、スイッチングトランジスタ22と入力電源12との間に昇圧コイル24が設けられる。そして、スイッチングトランジスタ22と昇圧コイル24との接続点からダイオード26を介して出力電圧Voutが出力される出力端子14が引き出され、出力端子14と接地との間にコンデンサ28が接続される。なお、出力電圧Voutはフィードバックループ27によってエラーアンプ18に戻される。
The
エラーアンプ18は、一方端子に入力される基準電圧(Vref)16と、他方端子に入力される出力電圧Voutとの間の誤差を誤差信号として生成する機能を有する。誤差信号は、VoutとVrefとの差が大きいほど大きな値となる。ここで、基準電圧(Vref)16は、携帯電話の電源電圧として要求される所望の電圧に設定される。上記の例では、3.8VがVrefとされる。
The
PWM回路部20は、誤差信号に応じてデューティ比を可変したPWM信号21を生成する機能を有する回路である。例えば、VoutとVrefとの差が大きいほど、デューティ比が大きいパルス信号をPWM信号21として出力される。
The
ドライバ回路部30は、PWM信号21を適当に処理してドライバ信号31としてスイッチングトランジスタ22に供給する回路である。従来技術では、PWM信号21を適当に増幅しスイッチングトランジスタ22を十分にドライブできる信号とするドライブトランジスタ等で構成されているが、ここでは、VinがVoutよりも大きい場合でもスイッチングトランジスタの出力がなくならないような構成をとる。ドライバ回路部30の詳細な構成については後述する。
The
スイッチングトランジスタ22は、ドライバ回路部の出力に応じて作動する能動素子である。図1の例では、nチャネルMOSトランジスタが用いられ、そのゲート端子にドライバ信号31が供給され、ドレイン端子が出力端子として昇圧コイル24の一方端子に接続され、ソース端子が接地に接続される。
The switching
昇圧コイル24は、入力電源12とスイッチングトランジスタ22の出力端子との間に接続されるコイルである。すなわち、上記のように、一方端子はスイッチングトランジスタ22の出力端子であるドレイン端子に接続され、他方端子が入力電源12に接続される。昇圧コイル24は、スイッチングトランジスタ22がオンのときに出力電流33として入力電源12から電流が供給され、その出力電流33を電磁エネルギとして蓄積する機能を有する昇圧素子である。そして、スイッチングトランジスタ22がオフのときに、その蓄積された電磁エネルギは、ダイオード26を介してコンデンサ28に転送される。したがって、スイッチングトランジスタ22のオンオフを繰り返すことによって、入力電源12からコンデンサ28にエネルギが次々と供給され、コンデンサ28の電圧が上昇し、昇圧が行われることになる。
The step-up
ダイオード26は、スイッチングトランジスタ22の出力端子と昇圧コイル24との接続点と、出力端子14との間に設けられる逆流防止素子である。図1の例では、pnダイオードが用いられ、p側端子がスイッチングトランジスタ22のドレイン端子に接続され、n側端子が出力端子14に接続される。すなわち、ダイオード26の極性が、スイッチングトランジスタ22から出力端子14への方向には電流が流れることができ、出力端子14からスイッチングトランジスタ22への方向には電流が流れないように用いられている。したがって、ダイオード26の電流の順方向立上り電圧をVfとすると、ダイオード26のVoutは、スイッチングトランジスタ22の出力端子電圧よりもVfだけ低い電圧となる。
The
コンデンサ28は、上記のように、スイッチングトランジスタ22がオフのときに、昇圧コイル24からエネルギの供給を受けてこれを蓄積して保持し、保持される電圧を出力電圧Voutとして出力端子14に出力する容量素子である。
As described above, when the switching
フィードバックループ27は、出力端子14の電圧をエラーアンプ18の他方端子に戻す信号線である。上記のように、戻される出力電圧Voutは、スイッチングトランジスタ22の出力端子電圧よりもVfだけ低い電圧であり、エラーアンプ18においては、これが基準電圧(Vref)16と比較される。
The
図2は、ドライバ回路部30の構成を説明する図である。以下では、図1と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは、電源回路10においてドライバ回路部30より後段の構成が示されている。ドライバ回路部30は、pチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34とがVinと接地との間に直列に接続された第1ドライバと、pチャネルトランジスタ36とnチャネルトランジスタ38がVinと接地との間に直列に接続された第2ドライバと、PWM信号に基いて第1ドライバの駆動信号と第2ドライバの駆動信号を生成する駆動回路40とを含んで構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
ここで、第1ドライバを構成するpチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34を、第2ドライバを構成するpチャネルトランジスタ36とnチャネルトランジスタ38とを比較すると、前者の方が後者に比べ小型のトランジスタである。すなわち、前者のドライブ能力は、後者のドライブ能力よりも小さい。そして、第1ドライバにおいてpチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34との接続点が出力端子とされ、第2ドライバにおいてpチャネルトランジスタ36とnチャネルトランジスタ38との接続点が出力端子とされ、これらの出力端子は互いに接続されて、ドライバ回路部30の出力端子とされ、スイッチングトランジスタ22の制御端子であるゲート端子に接続される。
Here, when the p-
第1ドライバと第2ドライバのドライブ能力をスイッチングトランジスタ22について述べると、以下の通りである。すなわち、第1ドライバを構成するpチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34は、小さなドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタ22をオンさせるときの出力振幅が制限される。一方第2ドライバを構成するpチャネルトランジスタ36とnチャネルトランジスタ38は、第1ドライバに比べ大きなドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタ22をオンさせるときの出力振幅が制限されない。換言すれば、第2ドライバは、通常一般的なドライバ回路であって、スイッチングトランジスタ22を十分にドライブできるものであるが、第1ドライバは、通常一般的なドライバ回路よりもドライブ能力を小さくしたものが用いられる。
The drive capability of the first driver and the second driver will be described with respect to the switching
駆動回路40は、第1ドライバの駆動信号と第2ドライバの駆動信号を生成する回路である。具体的には、Vinと、Voutと、PWM信号とに基いて、第1駆動信号として信号Aを、第2駆動信号として信号Bと信号Cとを生成する。そして、第1ドライバを構成するpチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34にそれぞれ信号Aを供給し、第2ドライバを構成するpチャネルトランジスタ36に信号Bを、nチャネルトランジスタ38に信号Cをそれぞれ供給する。
The
駆動回路40の詳細構成を図3に示す。以下では、図1、図2と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。駆動回路は、VinとVoutの大小関係を比較する電圧比較部42と、PWM信号に対し予め定めた第1遅延量で遅延させた第1遅延信号を生成する第1遅延回路44と、第1遅延信号に対し予め定めた第2遅延量で遅延させた第2遅延信号を生成する第2遅延回路46と、PWM信号と第2遅延信号とを入力信号とするOR回路48と、PWM信号と第2遅延信号とを入力信号とするAND回路50とを含んで構成される。ここで、第1遅延信号の反転信号が信号Aであり、OR回路48の出力が信号Bであり、AND回路50の出力の反転信号が信号Cであり、第2遅延信号は信号Dとして示されている。
A detailed configuration of the
電圧比較部42は、VinとVoutの大小関係を比較し、その結果に応じた遅延制御信号を第1遅延回路44と第2遅延回路46に供給する。第1遅延回路44、第2遅延回路46はその遅延制御信号に応じてPWM信号に対する遅延量を設定する。例えば、一般的なPWM制御で見られるようなVout>Vinの関係のときには、第1遅延量、第2遅延量をともにゼロに設定し、VinがVoutよりも大きくなるときには、Vin−Voutの量に応じて、第1遅延量、第2遅延量を大きな値とする。
The
図4は、各信号のタイミング関係を説明する図で、図の上段側から下段側に向かって、PWM信号、信号Aの反転信号、信号D、信号Cの反転信号、信号Bの反転信号、スイッチングトランジスタ22の出力電流33の波形がそれぞれ示されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the timing relationship of each signal. From the upper side to the lower side of the figure, the PWM signal, the inverted signal of signal A, the signal D, the inverted signal of signal C, the inverted signal of signal B, The waveform of the
上記のように、信号Aは第1ドライバを構成するpチャネルトランジスタ32とnチャネルトランジスタ34にそれぞれ供給されるので、信号Aの反転信号がHレベルのとき、pチャネルトランジスタ32がオンして、小さなドライブ能力でスイッチングトランジスタ22を作動させることができる。また、第2ドライバを構成するpチャネルトランジスタ36には信号Bが供給され、nチャネルトランジスタ38には信号Cが供給されるので、信号Cの反転信号がHレベルで信号Bの反転信号がHレベルのときに、pチャネルトランジスタ36がオンし、nチャネルトランジスタ38がオフするので、大きなドライブ能力でスイッチングトランジスタ22を作動させることができる。
As described above, since the signal A is supplied to the p-
図4に示されるように、信号Aの反転信号は、PWM信号からd1だけ遅延し、信号Dは信号Aの反転信号からさらにd2だけ遅延している。ここで、d1が第1遅延回路44によって遅延された第1遅延量であり、d2が第2遅延回路46によって遅延された第2遅延量である。
As shown in FIG. 4, the inverted signal of the signal A is delayed by d 1 from the PWM signal, and the signal D is further delayed by d 2 from the inverted signal of the signal A. Here, d 1 is a first delay amount delayed by the
ここで、信号Aの反転信号がHレベルのとき、第1ドライバのpチャネルトランジスタ32がオンし、nチャネルトランジスタ34がオフするので、このHレベルの期間は、第1ドライバがスイッチングトランジスタ22を駆動できる期間である第1作動期間となる。
Here, when the inverted signal of the signal A is at the H level, the p-
そして、Cの反転信号がHレベルのとき、第2ドライバのnチャネルトランジスタ38がオフし、Bの反転信号がLレベルのとき第2ドライバのpチャネルトランジスタ36がオフするので、図4でΔXとして示された期間は、第2ドライバがスイッチングトランジスタを駆動できない。ΔXの長さは、第1遅延量d1と第2遅延量d2によって定まる。ΔXの期間においては、第2ドライバを構成するトランジスタがともにオフであるので、
これをOFF所定期間と呼ぶことができる。
When the inverted signal of C is at the H level, the n-
This can be called an OFF predetermined period.
第1作動期間の中で、OFF所定期間があると、その期間は、第2ドライバは作動せず、第1ドライバのみが作動するので、このときは、スイッチングトランジスタ22の出力振幅が制限されて大きくならない。図4に示されるように、OFF所定期間は、第1作動期間の立上り期間と立下り期間のそれぞれに設けられる。
If there is an OFF predetermined period in the first operation period, the second driver does not operate during that period, and only the first driver operates. At this time, the output amplitude of the switching
図4の左側には、第1遅延量d1、第2遅延量d2が比較的小さい場合が示され、右側には、第1遅延量d1、第2遅延量d2が比較的大きい場合が示されている。ここで示されるように、OFF所定期間であるΔXの長さは、第1遅延量d1、第2遅延量d2が小さいと短く、大きいと長い。上記のように、第1遅延量d1、第2遅延量d2は、VinとVoutとの差である差電圧に応じて設定されるので、差電圧が大きいほどΔXが大きくなるように、差電圧に応じてΔXの長さが設定される。 The left side of FIG. 4 shows a case where the first delay amount d 1 and the second delay amount d 2 are relatively small. On the right side, the first delay amount d 1 and the second delay amount d 2 are relatively large. The case is shown. As shown here, the length of ΔX that is the OFF predetermined period is short when the first delay amount d 1 and the second delay amount d 2 are small, and is long when the first delay amount d 1 is large. As described above, since the first delay amount d 1 and the second delay amount d 2 are set according to the difference voltage that is the difference between Vin and Vout, ΔX increases as the difference voltage increases. The length of ΔX is set according to the difference voltage.
図4のような各信号の状態変化に応じて、スイッチングトランジスタ22の出力電流は次のように変化する。PWM信号の立上り時刻t0から信号Aの反転信号の立上り時刻t1ではまだ出力電流は流れない。時刻t1から信号Bの反転信号の立上り時刻t2の間は、OFF所定期間であるので、ドライバ回路部30のドライブ能力が小さく、したがって緩やかに出力電流が流れる。時刻t2においては信号Bの反転信号がHレベルとなり、第2ドライバが作動し、ドライバ回路部30のドライブ能力が大きくなる。したがって、出力電流が所定値まで増加する。時刻t3で再びOFF所定期間になり、時刻t4で第1ドライバも作動しなくなるので、出力電流は次第に減少する。そして、時刻t5において信号Cの反転信号がLとなり、出力電流はゼロに戻る。
The output current of the switching
このように、ドライブ能力の大きな第2ドライブの作動をOFF所定期間で制限することで、その期間はドライブ能力の小さな第1ドライブのみが作動するものとでき、これによってスイッチングトランジスタ22の出力振幅を制限することができる。したがって、PWM制御によってパルス幅を増減できる他に、出力振幅を増減できることになる。例えば、図4の右側に示すように、第1遅延量d1と第2遅延量d2を大きくすることで、スイッチングトランジスタ22の出力電流波形について、PWM信号と同じパルス幅で、出力振幅を小さくする制御を行うことができる。
In this way, by restricting the operation of the second drive having a large drive capability to OFF for a predetermined period, only the first drive having a small drive capability can be operated during that period, thereby reducing the output amplitude of the switching
上記構成の作用について図5を用いて説明する。以下では図1から図4の符号を用いて説明する。図5は、横軸に時間を取り、上段にエラーアンプ18における基準電圧(Vref)16と、フィードバックループ27によって戻されたVoutの信号の関係が示され、下段にスイッチングトランジスタ22の出力電流33の波形が模式的に示されている。
The operation of the above configuration will be described with reference to FIG. Hereinafter, description will be made using the reference numerals in FIGS. In FIG. 5, time is taken on the horizontal axis, the relationship between the reference voltage (Vref) 16 in the
上記のように、エラーアンプ18において、基準電圧16とフィードバックループ27によって戻された信号の差が誤差信号として出力され、PWM回路部20によって誤差信号の大きさに応じてデューティ比を変えたPWM信号21が生成される。PWM信号21は、Vout通常の場合であるVout>Vinの関係のときは、ドライバ回路部30において遅延処理が行われず、PWM信号21のパルス幅のままでスイッチングトランジスタ22に供給される。そして、スイッチングトランジスタ22は、そのパルス幅の期間にオンして、そのパルス幅の期間に出力電流が流れる。したがって、通常の場合には、スイッチングトランジスタ22の出力電流33の波形は、PWM信号21とほぼ同じ波形である。
As described above, the
フィードバックループ27によって戻された信号が基準電圧(Vref)16を超えるときは、Voutを下げるように、PWM信号21のデューティが小さくなり、パルス幅が短くなる。そして、Vin>Voutのような場合には、従来技術においては、パルス幅がゼロとなり、出力電流33の波形が欠けることがある。その状況が生じる箇所を破線の円で示してある。従来技術では、この破線の円のところで、出力電流33の波形が欠け、これによりフィードバックが不十分となり、Voutが揺れることが生じる。図1から図4で説明した構成によれば、ドライバ回路部30において、VinとVoutの差である差電圧に応じて遅延量d1,d2が設定され、パルス幅を同じとして、出力振幅を小さくするので、フィードバックが十分に行われ、Voutの揺れを抑制できる。その様子が図5の破線の円の中に示されている。このように、上記構成によれば、入力電源を昇圧して出力電圧を得る場合に出力電圧の揺れを抑制することができる。
When the signal returned by the
10 電源回路、12 入力電源、14 出力端子、16 基準電圧、18 エラーアンプ、20 PWM回路部、21 PWM信号、22 スイッチングトランジスタ、24 昇圧コイル、26 ダイオード、27 フィードバックループ、28 コンデンサ、30 ドライバ回路部、31 ドライバ信号、32,36 pチャネルトランジスタ、33 出力電流、34,38 nチャネルトランジスタ、40 駆動回路、42 電圧比較部、44 第1遅延回路、46 第2遅延回路、48 OR回路、50 AND回路。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
一方端子に入力される基準電圧と、他方端子に入力される出力電圧との間の誤差を誤差信号として生成するエラーアンプと、
誤差信号に応じてデューティ比を可変したPWM信号を生成するPWM回路部と、
PWM信号を処理するドライバ回路部と、
ドライバ回路部の出力に応じて作動し、入力電源から昇圧素子に電流を供給するスイッチングトランジスタと、
を備え、
ドライバ回路部は、
小さいドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限される第1ドライバと、
大きなドライブ能力を有し、スイッチングトランジスタをオンさせるときの出力振幅が制限されない第2ドライバと、
PWM信号に基いて第1ドライバの駆動信号と第2ドライバの駆動信号を生成する駆動回路であって、第1ドライバが作動し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限された信号が出力されている第1作動期間において、第2ドライバの作動する期間を制限し、スイッチングトランジスタにおいて出力振幅が制限されない信号が出力されないOFF所定期間を設け、OFF所定期間の長さの設定によってスイッチングトランジスタにおける出力振幅を可変する駆動回路と、
を含み、
ドライバ回路部の駆動回路は、
入力電源の電圧と出力電圧との差である差電圧に応じて出力電圧の揺れが抑制されるように求められたOFF所定期間を設定することを特徴とする電源回路。 In the power supply circuit that boosts the voltage of the input power supply based on the reference voltage and outputs it as an output voltage from the output terminal,
An error amplifier that generates an error signal as an error signal between a reference voltage input to one terminal and an output voltage input to the other terminal;
A PWM circuit unit for generating a PWM signal with a variable duty ratio according to an error signal;
A driver circuit for processing the PWM signal;
A switching transistor that operates according to the output of the driver circuit unit and supplies current from the input power supply to the booster element;
With
The driver circuit section
A first driver having a small drive capability and having a limited output amplitude when turning on the switching transistor;
A second driver having a large driving capability and an output amplitude when the switching transistor is turned on is not limited;
A drive circuit for generating a drive signal for a first driver and a drive signal for a second driver based on a PWM signal, wherein the first driver is activated and a signal whose output amplitude is limited in the switching transistor is output. In one operation period, the operation period of the second driver is limited, a predetermined OFF period is provided in which a signal whose output amplitude is not limited in the switching transistor is output, and the output amplitude in the switching transistor is variable by setting the length of the OFF predetermined period A driving circuit to
Only including,
The driver circuit drive circuit is
A power supply circuit characterized in that an OFF predetermined period obtained so as to suppress fluctuation of an output voltage is set in accordance with a difference voltage which is a difference between an input power supply voltage and an output voltage .
ドライバ回路部の駆動回路は、
第1作動期間の立上り期間と立下り期間のそれぞれにOFF所定期間を設けることを特徴とする電源回路。 In the power supply circuit according to claim 1,
The driver circuit drive circuit is
A power supply circuit, wherein an OFF predetermined period is provided for each of a rising period and a falling period of the first operation period.
ドライバ回路部の駆動回路は、
入力電源の電圧が出力電圧よりも高いときにOFF所定期間を長く設定し、入力電源の電圧が出力電圧よりも低いときにOFF所定期間を短く設定することを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1 ,
The driver circuit drive circuit is
A power supply circuit characterized in that the OFF predetermined period is set longer when the input power supply voltage is higher than the output voltage, and the OFF predetermined period is set shorter when the input power supply voltage is lower than the output voltage.
ドライバ回路部の駆動回路は、
PWM信号に対し予め定めた第1遅延量で遅延させた第1遅延信号を生成し、これに基づいて第1駆動信号を生成し第1ドライバに供給する回路と、
第1遅延信号に対し予め定めた第2遅延量で遅延させた第2遅延信号を生成する回路と、
PWM信号と第2遅延信号とを用い、第1駆動信号に対しOFF所定期間を有する信号を生成し、これに基づいて第2駆動信号を生成し第2ドライバに供給する回路と、
を有することを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
The driver circuit drive circuit is
A circuit that generates a first delay signal obtained by delaying the PWM signal by a predetermined first delay amount, generates a first drive signal based on the first delay signal, and supplies the first drive signal to the first driver;
A circuit for generating a second delay signal obtained by delaying the first delay signal by a predetermined second delay amount;
A circuit that generates a signal having a predetermined OFF period with respect to the first drive signal using the PWM signal and the second delay signal, generates a second drive signal based on the signal, and supplies the second drive signal to the second driver;
A power supply circuit comprising:
入力電源とスイッチングトランジスタの出力端子との間に接続される昇圧素子であって、スイッチングトランジスタの作動に応じた電流が入力電源から供給される昇圧コイルと、
スイッチングトランジスタの出力端子と昇圧コイルとの接続点と出力端子との間に設けられる逆流防止ダイオードと、
昇圧コイルからの電圧を保持し、出力電圧として出力するコンデンサと、
を備えることを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
A step-up element connected between the input power source and the output terminal of the switching transistor, wherein the step-up coil is supplied with a current corresponding to the operation of the switching transistor from the input power source;
A backflow prevention diode provided between a connection point between the output terminal of the switching transistor and the step-up coil and the output terminal;
A capacitor that holds the voltage from the booster coil and outputs it as an output voltage;
A power supply circuit comprising:
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