JP2017143657A - Switching power supply circuit, load driving device and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源回路、負荷駆動装置、及び、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit, a load driving device, and a liquid crystal display device.
従来より、様々なアプリケーションの電源手段として、スイッチング電源回路が広く一般に利用されている。 Conventionally, switching power supply circuits have been widely used as power supply means for various applications.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。
As an example of the related art related to the above,
しかしながら、従来のスイッチング電源回路では、そのスイッチングロスについて、更なる改善の余地があった。 However, the conventional switching power supply circuit has room for further improvement in the switching loss.
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者が見出した上記の課題に鑑み、スイッチングロスの少ないスイッチング電源回路、並びに、これを用いた負荷駆動装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the invention disclosed in the present specification provides a switching power supply circuit with little switching loss, and a load driving device and a liquid crystal display device using the same. With the goal.
本明細書中に開示されているスイッチング電源回路は、出力トランジスタを用いて入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング出力部と、前記出力トランジスタのオン/オフ制御を行うスイッチング制御部とを有し、前記スイッチング制御部は、前記出力トランジスタのゲート信号を生成するドライバを含み、前記ドライバは、前記出力トランジスタの一端に現れるスイッチ電圧の線形領域では、第1の電流能力で前記ゲート信号を生成し、前記スイッチ電圧の非線形領域の少なくとも一部では、前記第1の電流能力よりも高い第2の電流能力で前記ゲート信号を生成する構成(第1の構成)とされている。 The switching power supply circuit disclosed in the present specification includes a switching output unit that generates an output voltage from an input voltage using an output transistor, and a switching control unit that performs on / off control of the output transistor, The switching control unit includes a driver that generates a gate signal of the output transistor, and the driver generates the gate signal with a first current capability in a linear region of a switch voltage that appears at one end of the output transistor; In at least a part of the nonlinear region of the switch voltage, the gate signal is generated with a second current capability higher than the first current capability (first configuration).
第1の構成から成るスイッチング電源回路において、前記ドライバは、互いに並列接続された複数のバッファを用いて前記ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、各バッファのイネーブル制御を行うイネーブル制御部とを含む構成(第2の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having the first configuration, the driver includes: a gate signal generation unit that generates the gate signal using a plurality of buffers connected in parallel to each other; and an enable control unit that performs enable control of each buffer. It may be configured to include (second configuration).
第2の構成から成るスイッチング電源回路において、前記イネーブル制御部は、前記ゲート信号または前記スイッチ電圧と所定の閾値電圧とを比較して各バッファのイネーブル制御を行う構成(第3の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having the second configuration, the enable control unit compares the gate signal or the switch voltage with a predetermined threshold voltage to perform enable control of each buffer (third configuration). Good.
第1〜第3いずれかの構成から成るスイッチング電源回路において、前記ドライバは、前記第1の電流能力を周期的に変化させる構成(第4の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having any one of the first to third configurations, the driver may be configured to periodically change the first current capability (fourth configuration).
第1の構成から成るスイッチング電源回路において、前記出力トランジスタは、ソースが前記入力電圧の印加端に接続されたPMOSFETであり、前記ドライバは、ソースが前記入力電圧の印加端に接続されてドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続されてゲートがパルス信号の印加端に接続された第1PMOSFETと、ソースが前記入力電圧の印加端に接続されてゲートが前記パルス信号の印加端に接続された第2PMOSFETと、ソースが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてゲートとドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続された第3PMOSFETと、ドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続されてソースが接地端に接続されてゲートが前記パルス信号の印加端に接続されたNMOSFETと、を含む構成(第5の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having the first configuration, the output transistor is a PMOSFET having a source connected to the input voltage application terminal, and the driver has a source connected to the input voltage application terminal and a drain connected to the input voltage application terminal. A first PMOSFET connected to the gate of the output transistor and having a gate connected to a pulse signal application terminal; and a second PMOSFET having a source connected to the input voltage application terminal and a gate connected to the pulse signal application terminal. A third PMOSFET having a source connected to the drain of the second PMOSFET and a gate and drain connected to the gate of the output transistor; a drain connected to the gate of the output transistor and a source connected to the ground terminal; NMOSFE connected to the pulse signal application end When, better to configure comprising (fifth configuration).
第1〜第5の構成から成るスイッチング電源回路にて、前記スイッチング制御部は、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分値に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプと、スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、前記誤差電圧と前記スロープ電圧とを比較して前記出力トランジスタのオンデューティを決定するコンパレータと、所定のパルス周期でセット信号のパルス生成を行うセット信号生成部と、前記セット信号と前記コンパレータの比較結果に応じたリセット信号の入力を受け付けてパルス幅変調信号を出力するRSフリップフロップと、をさらに含み、前記ドライバは、前記パルス幅変調信号の入力を受け付けて前記ゲート信号を生成する構成(第6の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having the first to fifth configurations, the switching control unit generates an error voltage according to a difference value between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. A slope voltage generation unit that generates a slope voltage, a comparator that compares the error voltage and the slope voltage to determine an on-duty of the output transistor, and a set that generates a set signal pulse at a predetermined pulse period A signal generation unit; and an RS flip-flop that receives a reset signal according to a comparison result of the set signal and the comparator and outputs a pulse width modulation signal; and the driver is configured to output the pulse width modulation signal. A configuration (sixth configuration) may be employed that receives an input and generates the gate signal.
第6の構成から成るスイッチング電源回路において、前記スイッチング制御部は、前記セット信号にパルスが生成されてから最大オン時間が経過した時点で最大デューティ設定信号のパルス生成を行う最大デューティ設定部と、前記コンパレータの比較信号と前記最大デューティ設定信号を論理合成して前記リセット信号を生成する論理ゲートと、をさらに含む構成(第7の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having the sixth configuration, the switching control unit includes a maximum duty setting unit that generates a pulse of a maximum duty setting signal when a maximum on-time elapses after a pulse is generated in the set signal; A configuration (seventh configuration) may further include a logic gate that logically synthesizes the comparison signal of the comparator and the maximum duty setting signal to generate the reset signal.
第1〜第7いずれかの構成から成るスイッチング電源回路において、前記スイッチング出力部は、昇圧型、降圧型、または、昇降圧型である構成(第8の構成)にするとよい。 In the switching power supply circuit having any one of the first to seventh configurations, the switching output unit may be configured to be a step-up type, a step-down type, or a step-up / down type (eighth configuration).
また、本明細書中に開示されている負荷駆動装置は、上記第1〜第8いずれかの構成から成るスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路から電力供給を受けて負荷を駆動するドライバと、を有する構成(第9の構成)とされている。 Further, a load driving device disclosed in the present specification includes a switching power supply circuit having any one of the first to eighth configurations, a driver that receives power supply from the switching power supply circuit, and drives a load; It is set as the structure (9th structure) which has.
また、本明細書中に開示されている液晶表示装置は、上記第9の構成から成る負荷駆動装置と、前記負荷駆動装置の負荷として駆動される液晶表示パネルと、を有する構成(第10の構成)とされている。 In addition, a liquid crystal display device disclosed in the present specification includes a load driving device having the ninth configuration and a liquid crystal display panel driven as a load of the load driving device (a tenth configuration). Composition).
本明細書中に開示されている発明によれば、スイッチングロスの少ないスイッチング電源回路、並びに、これを用いた負荷駆動装置及び液晶表示装置を提供することができる。 According to the invention disclosed in this specification, it is possible to provide a switching power supply circuit with little switching loss, and a load driving device and a liquid crystal display device using the same.
<液晶表示装置>
図1は、液晶表示装置の一構成例を示すブロック図である。本構成例の液晶表示装置1は、液晶駆動装置10と液晶表示パネル20を有する。液晶駆動装置10は、不図示のホスト装置(マイコン等)から入力される映像信号Sinや各種コマンドに基づいて液晶表示パネル20の駆動制御を行う負荷駆動装置である。液晶表示パネル20は、液晶素子を画素として用いた映像出力手段であり、液晶駆動装置10の負荷として駆動される。
<Liquid crystal display device>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a liquid crystal display device. The liquid
<液晶駆動装置>
引き続き、図1を参照しながら液晶駆動装置10について詳述する。本構成例の液晶駆動装置10は、システム電源部11と、タイミング制御部12と、レベルシフタ13と、ゲートドライバ14と、ソースドライバ15と、ガンマ電圧生成部16と、コモン電圧生成部17と、を含む。
<Liquid crystal driving device>
The liquid
システム電源部11は、入力電圧VIN(例えば+12V)の供給を受けて動作し、アナログ系電源電圧AVDD(例えば+17V)、ロジック系電源電圧VDD(例えば+3.3V、+1.8V、+1.2V)、正電源電圧VGH(例えば+28V)、及び、負電源電圧VGL(例えば−12V)をそれぞれ生成して装置各部に供給する。
The system
タイミング制御部12は、ロジック系電源電圧VDDの供給を受けて動作し、ホスト装置から入力されるコマンドやデータに基づいて、液晶駆動装置10のタイミング制御(ゲートドライバ14の垂直同期制御やソースドライバ15の水平同期制御など)を行う。
The
レベルシフタ13は、正電源電圧VGHと負電源電圧VGLの供給を受けて動作し、タイミング制御部12から入力されるタイミング制御信号(垂直同期信号)をレベルシフトした上でゲートドライバ14に伝達する。
The
ゲートドライバ14は、正電源電圧VGHと負電源電圧VGLの供給を受けて動作し、レベルシフタ13から入力される垂直同期信号に基づいて、液晶表示パネル20のゲート信号G(1)〜G(y)を生成する。なお、ゲート信号G(1)〜G(y)は、液晶表示パネル20の液晶素子(液晶表示パネル20がアクティブマトリクス型である場合には、液晶素子にそれぞれ接続されたアクティブ素子のゲート端子)に供給される。
The
ソースドライバ15は、アナログ系電源電圧AVDDの供給を受けて動作し、不図示のホスト装置から入力されるデジタル(mビット)の映像信号Sinをアナログのソース信号S(1)〜S(x)に変換して、液晶ディスプレイパネル20の液晶素子(液晶表示パネル20がアクティブマトリクス型である場合には、液晶素子にそれぞれ接続されたアクティブ素子のソース端子)に供給する。
The
ガンマ電圧生成部16は、アナログ系電源電圧AVDDの供給を受けて動作し、n通り(ただしn=2m−1)の階調電圧V(0)〜V(n)を生成してソースドライバ15に供給する。なお、階調電圧V(0)〜V(n)は、それぞれ、映像信号Sinのデータ値「0」〜「2m−1」に一対一で対応している。
The gamma
コモン電圧生成部17は、所定のコモン電圧VCを生成して液晶表示パネル20の液晶素子(液晶表示パネル20がアクティブマトリクス型である場合には、液晶素子にそれぞれ接続されたアクティブ素子のドレイン端子)に供給する。
The common
<スイッチング電源回路(第1実施形態)>
図2は、システム電源部11に内蔵されるスイッチング電源回路の第1実施形態を示す回路図である。本実施形態のスイッチング電源回路100は、入力電圧Vi(例えば、入力電圧VINに相当)から所望の出力電圧Vo(例えば、アナログ系電源電圧AVDDに相当)を生成する回路部であり、スイッチング出力部110と、スイッチング制御部120を含む。
<Switching power supply circuit (first embodiment)>
FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the switching power supply circuit built in the system
スイッチング出力部110は、出力トランジスタN1をオン/オフさせてコイル電流ILを駆動することにより入力電圧Viを昇圧して出力電圧Voを生成する昇圧型スイッチング出力段であり、出力トランジスタN1(本図の例では、Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタ)と、コイルL1と、整流ダイオードD1と、出力キャパシタCo1と、センス抵抗Rsと、を含む。
The
コイルL1の第1端は、入力電圧Viの入力端に接続されている。コイルL1の第2端は、出力トランジスタN1のドレイン及び整流ダイオードD1のアノードに接続されている。出力トランジスタN1のソースは、センス抵抗Rsの第1端に接続されている。センス抵抗Rsの第2端は、接地端に接続されている。センス抵抗Rsは、これに流れるスイッチ電流Is(=出力トランジスタN1のオン期間中に流れるコイル電流ILに相当)をセンス電圧V2(=Is×Rs)として取り出すための電流/電圧変換素子である。出力トランジスタN1のゲートは、スイッチング制御部120の出力端(=ゲート信号S4の出力端)に接続されている。整流ダイオードD1のカソードは、出力電圧Voの出力端と出力キャパシタCo1の第1端に接続されている。出力キャパシタCo1の第2端は、接地端に接続されている。
The first end of the coil L1 is connected to the input end of the input voltage Vi. The second end of the coil L1 is connected to the drain of the output transistor N1 and the anode of the rectifier diode D1. The source of the output transistor N1 is connected to the first end of the sense resistor Rs. The second end of the sense resistor Rs is connected to the ground terminal. The sense resistor Rs is a current / voltage conversion element for taking out the switch current Is flowing therethrough (= corresponding to the coil current IL flowing during the ON period of the output transistor N1) as the sense voltage V2 (= Is × Rs). The gate of the output transistor N1 is connected to the output terminal (= the output terminal of the gate signal S4) of the
ただし、スイッチング出力部110の整流方式については、ダイオード整流方式に代えて同期整流方式を採用することもできる。その場合には、整流ダイオードD1を同期整流トランジスタに置換し、これを出力トランジスタN1と相補的にオン/オフすればよい。
However, the rectification method of the
スイッチング制御部120は、出力電圧Voに応じた帰還電圧Vfbと所定の基準電圧Vrefとが一致するように出力トランジスタN1のオン/オフ制御を行う出力帰還回路部であり、デジタル/アナログ変換部121と、帰還電圧生成部122と、エラーアンプ123と、位相補償部124と、クロック信号生成部125と、セット信号生成部126と、最大デューティ設定部127と、基準スロープ電圧生成部128と、電圧加算部129と、コンパレータ12Aと、ORゲート12Bと、RSフリップフロップ12Cと、ドライバ12Dと、を含む。
The
デジタル/アナログ変換部121は、デジタルの基準電圧設定信号REFからアナログの基準電圧Vrefを生成する。
The digital /
帰還電圧生成部122は、出力電圧Voの出力端と接地端の間に直列に接続された抵抗R1及びR2を含み、抵抗R1と抵抗R2との接続ノードから出漁電圧Voを分圧した帰還電圧Vfb(={R2/(R1+R2)}×Vo)を出力する。ただし、出力電圧Voがスイッチング制御部120(特に、エラーアンプ123)の入力ダイナミックレンジに収まっている場合には、帰還電圧生成部122を省略し、帰還電圧Vfbとして出力電圧Voを直接受け付けても構わない。
The
エラーアンプ123は、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)である。エラーアンプ123は、反転入力端(−)に入力される帰還電圧Vfbと非反転入力端(+)に入力される基準電圧Vrefとの差分値に応じて、位相補償部124を形成するキャパシタC1の充放電を行うことにより、誤差電圧Verrを生成する。なお、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときには、エラーアンプ123からキャパシタC1に向けて電流が流し込まれるので、誤差電圧Verrが上昇する。逆に、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときには、キャパシタC1からエラーアンプ123に向けて電流が引き抜かれるので、誤差電圧Verrが低下する。
The
位相補償部124は、エラーアンプ123の出力端と接地端との間に直列接続された抵抗R3とキャパシタC1を含む時定数回路であり、誤差電圧Verrの位相補償を行う。
The
クロック信号生成部125は、所定の基準周波数f0(=1/T0)でクロック信号CLKを生成する。
The
セット信号生成部126は、クロック信号CLKに同期してセット信号S1のパルス生成を行う。例えば、セット信号生成部126は、クロック信号CLKのmパルス毎にセット信号S1のパルス生成を行う。従って、セット信号S1のパルス周期T(=出力トランジスタN1のスイッチング周期T)は、m×T0となる。
The set
最大デューティ設定部127は、クロック信号CLKに同期して最大デューティ設定信号S2bのパルス生成を行う。例えば、最大デューティ設定部127は、セット信号S1のパルス生成タイミングから起算してクロック信号CLKのnパルス目(ただしn<m)で最大デューティ設定信号S2bのパルス生成を行う。すなわち、最大デューティ設定部127は、セット信号S1にパルスが生成されてから最大オン時間Ton(max)(=n×T0)が経過した時点で、最大デューティ設定信号S2bにパルスを生成する。
The maximum
基準スロープ電圧生成部128は、クロック信号CLKに同期して基準スロープ電圧V1を生成する。基準スロープ電圧V1は、例えば、セット信号S1のパルス生成タイミング(=クロック信号CLKの1パルス目)で上昇し始め、最大デューティ設定信号S2bのパルス生成タイミング(=クロック信号CLKのnパルス目)でゼロ値にリセットされる鋸波状のアナログ電圧である。ただし、基準スロープ電圧生成部128の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、セット信号S1とパルス幅変調信号S3の双方に同期して基準スロープ電圧V1を生成するように構成してもよい。
The reference
電圧加算部129は、基準スロープ電圧V1とセンス電圧V2とを足し合わせてスロープ電圧Vslpを生成する。このように、基準スロープ電圧V1とセンス電圧V2とを足し合わせてスロープ電圧Vslpを生成し、これを用いて出力トランジスタN1のオンデューティを決定することにより、出力電圧Voとコイル電流ILの双方に応じた電流モード制御を実現することが可能となる。
The
コンパレータ12Aは、反転入力端(−)に入力される誤差電圧Verrと非反転入力端(+)に入力されるスロープ電圧Vslpとを比較して比較信号S2aを生成する。比較信号S2aは、誤差電圧Verrがスロープ電圧Vslpよりも高いときにローレベルとなり、誤差電圧Verrがスロープ電圧Vslpよりも低いときにハイレベルとなる。
The
ORゲート12Bは、比較信号S2aと最大デューティ設定信号S2bとの論理和信号をリセット信号S2として出力する。従って、リセット信号S2は、比較信号S2aと最大デューティ設定信号S2bの少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、比較信号S2aと最大デューティ設定信号S2bの双方がローレベルであるときにローレベルとなる。
The
RSフリップフロップ12Cは、セット端(S)に入力されるセット信号S1とリセット端(R)に入力されるリセット信号S2に応じて出力端(Q)からパルス幅変調信号S3を出力する。パルス幅変調信号S3は、例えば、セット信号S1の立上りエッジでハイレベルにセットされ、リセット信号S2の立上りエッジでローレベルにリセットされる。
The RS flip-
ドライバ12Dは、パルス幅変調信号S3の入力を受け付け、その電流能力を増強することにより出力トランジスタN1のゲート信号S4(出力トランジスタN1のオン/オフ制御信号に相当)を生成し、これを出力トランジスタN1のゲートに出力する。出力トランジスタN1は、ゲート信号S4がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号S4がローレベルであるときにオフする。
The
<基本動作(昇圧動作)>
まず、スイッチング電源回路100の基本動作(昇圧動作)について説明する。出力トランジスタN1がオンされると、コイルL1には出力トランジスタN1を介して接地端に向けたコイル電流IL(=スイッチ電流Is)が流れ、その電気エネルギが蓄えられる。このとき、整流ダイオードD1のアノードに現れるスイッチ電圧Vswは、出力トランジスタN1を介してほぼ接地電圧まで低下する。従って、整流ダイオードD1が逆バイアス状態となるので、出力キャパシタCo1から出力トランジスタN1に向けて電流が流れ込むことはない。
<Basic operation (step-up operation)>
First, the basic operation (boost operation) of the switching
一方、出力トランジスタN1がオフされると、コイルL1に生じた逆起電力により、そこに蓄積されていた電気エネルギが電流として放出される。このとき、整流ダイオードD1は順バイアス状態となるため、整流ダイオードD1を介して流れるコイル電流ILは、出力電流Ioutとして出力電圧Voの出力端から負荷(ソースドライバ15やガンマ電圧生成部16)に流れ込むと共に、出力キャパシタCo1を介して接地端にも流れ込み、出力キャパシタCo1が充電される。上記の動作が繰り返されることにより、負荷には、入力電圧Viを昇圧した出力電圧Voが供給される。
On the other hand, when the output transistor N1 is turned off, the electric energy accumulated therein is released as a current by the back electromotive force generated in the coil L1. At this time, since the rectifier diode D1 is in a forward bias state, the coil current IL flowing through the rectifier diode D1 is output from the output terminal of the output voltage Vo to the load (
<デューティ制御>
図3は、誤差電圧Verrに応じたデューティ制御の一例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CLK、セット信号S1、誤差電圧Verr及びスロープ電圧Vslp、比較信号S2a、最大デューティ設定信号S2b、リセット信号S2、及び、パルス幅変調信号S3が描写されている。
<Duty control>
FIG. 3 is a timing chart showing an example of duty control according to the error voltage Verr. In order from the top, the clock signal CLK, the set signal S1, the error voltage Verr and the slope voltage Vslp, the comparison signal S2a, and the maximum duty setting signal S2b. , The reset signal S2 and the pulse width modulation signal S3 are depicted.
本図の例では、クロック信号CLKの16パルス毎に、セット信号S1のパルスが生成されている。セット信号S1がハイレベルに立ち上がると、パルス幅変調信号S3がハイレベルにセットされるので、出力トランジスタN1がオンとなる。また、このとき、スロープ電圧Vslpは、所定の傾きを持って上昇し始める。 In the example of this figure, a pulse of the set signal S1 is generated every 16 pulses of the clock signal CLK. When the set signal S1 rises to a high level, the pulse width modulation signal S3 is set to a high level, so that the output transistor N1 is turned on. At this time, the slope voltage Vslp starts to rise with a predetermined slope.
その後、スロープ電圧Vslpが誤差電圧Verrよりも高くなると、比較信号S2aがハイレベルに立ち上がり、延いては、リセット信号S2がハイレベルに立ち上がる。その結果、パルス幅変調信号S3がローレベルにリセットされるので、出力トランジスタN1がオフとなる。 Thereafter, when the slope voltage Vslp becomes higher than the error voltage Verr, the comparison signal S2a rises to a high level, and then the reset signal S2 rises to a high level. As a result, since the pulse width modulation signal S3 is reset to a low level, the output transistor N1 is turned off.
なお、誤差電圧Verrが高いほどスロープ電圧Vslpとの交差タイミングが遅くなる。従って、パルス幅変調信号S3のハイレベル期間(=出力トランジスタN1のオン期間Ton)が長くなり、延いては、出力トランジスタN1のオンデューティDon(=スイッチング周期Tに占めるオン期間Tonの割合、Don=Ton/T)が大きくなる。 Note that the higher the error voltage Verr, the later the crossing timing with the slope voltage Vslp. Accordingly, the high level period of the pulse width modulation signal S3 (= the ON period Ton of the output transistor N1) becomes longer, and consequently, the ON duty Don of the output transistor N1 (= the ratio of the ON period Ton to the switching period T, Don = Ton / T) increases.
逆に、誤差電圧Verrが低いほどスロープ電圧Vslpとの交差タイミングが早くなる。従って、パルス幅変調信号S3のハイレベル期間が短くなり、延いては、出力トランジスタN1のオンデューティDonが小さくなる。 Conversely, the lower the error voltage Verr, the earlier the timing of crossing with the slope voltage Vslp. Therefore, the high level period of the pulse width modulation signal S3 is shortened, and consequently the on-duty Don of the output transistor N1 is decreased.
このように、スイッチング電源回路100では、誤差電圧Verrとスロープ電圧Vslpとの比較結果に応じて出力トランジスタN1のオンデューティDonを決定することにより、入力電圧Viから所望の出力電圧Voが生成される。
Thus, in the switching
ただし、誤差電圧Verrが高くなり過ぎた結果、比較信号S2aがハイレベルに立ち上がるよりも先に、最大デューティ設定信号S2bのパルス生成が行われた場合には、その時点でリセット信号S2がハイレベルに立ち上がり、出力トランジスタN1がオフとなる。すなわち、出力トランジスタN1のオン期間Tonには、所定の上限値(=最大オン時間Ton(max))が設定されている。 However, if the maximum duty setting signal S2b is generated before the comparison signal S2a rises to the high level as a result of the error voltage Verr becoming too high, the reset signal S2 is at the high level at that time. The output transistor N1 is turned off. That is, a predetermined upper limit value (= maximum on-time Ton (max)) is set in the on-period Ton of the output transistor N1.
<スイッチングロス>
図4は、出力トランジスタN1のスイッチング特性図である。本図の上段には、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧Vgsとオン抵抗Ronとの関係が描写されている。なお、本図の上段において、実線は一般的なRon特性を示しており、破線は理想的なRon特性を示している。また、本図の下段には、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧Vgsとゲート電荷Qg(=ゲート・ドレイン間容量Cgdとゲート・ソース間容量Cgsにそれぞれ蓄えられている電荷の総和量)との関係が描写されている。
<Switching loss>
FIG. 4 is a switching characteristic diagram of the output transistor N1. In the upper part of the figure, the relationship between the gate-source voltage Vgs of the output transistor N1 and the on-resistance Ron is depicted. In the upper part of the figure, a solid line indicates a general Ron characteristic, and a broken line indicates an ideal Ron characteristic. In the lower part of the figure, the gate-source voltage Vgs and gate charge Qg of the output transistor N1 (= total amount of charges stored in the gate-drain capacitance Cgd and the gate-source capacitance Cgs, respectively) and The relationship is depicted.
本図の下段で示したように、ゲート・ソース間電圧Vgsが0Vから上昇していくと、入力容量(Cgd+Cgs)が充電されていく。そして、ゲート・ソース間電圧Vgsがx0に到達すると、出力トランジスタN1のミラー効果により、入力容量(Cgd+Cgs)が等価的に増大した状態となる。その結果、ゲート・ソース間電圧Vgsが殆ど上昇しないまま、入力容量(Cgs+Cgd)が充電されていく。その後、入力容量(Cgd+Cgs)が十分に充電されると、ゲート・ソース間電圧Vgsが再び上昇し始める。 As shown in the lower part of the figure, when the gate-source voltage Vgs rises from 0 V, the input capacitance (Cgd + Cgs) is charged. When the gate-source voltage Vgs reaches x0, the input capacitance (Cgd + Cgs) is equivalently increased due to the mirror effect of the output transistor N1. As a result, the input capacitance (Cgs + Cgd) is charged while the gate-source voltage Vgs hardly increases. Thereafter, when the input capacitance (Cgd + Cgs) is sufficiently charged, the gate-source voltage Vgs starts to rise again.
ここで、本図の上段で示したように、出力トランジスタN1の一般的なRon特性(実線)は、理想的なRon特性(破線)よりも鈍ったものとなる。すなわち、Vgs=x1(>x0)であるときのオン抵抗Ron1と、Vgs=x2(>x1)であるときのオン抵抗Ron2との差が大きく、この差がスイッチングロスに繋がる。以下では、その理由について説明する。 Here, as shown in the upper part of the figure, the general Ron characteristic (solid line) of the output transistor N1 is duller than the ideal Ron characteristic (broken line). That is, the difference between the on-resistance Ron1 when Vgs = x1 (> x0) and the on-resistance Ron2 when Vgs = x2 (> x1) is large, and this difference leads to switching loss. Hereinafter, the reason will be described.
図5は、ゲート信号S4とスイッチ電圧Vswの波形図である。時刻t1において、ゲート信号S4がローレベル(≒接地電圧GND)からハイレベル(≒入力電圧Vi)に立ち上げられると、出力トランジスタN1がオンする。従って、スイッチ電圧Vswは、ハイレベル(≒出力電圧Vo)からローレベル(≒接地電圧GND)に立ち下がる。 FIG. 5 is a waveform diagram of the gate signal S4 and the switch voltage Vsw. When the gate signal S4 is raised from the low level (≈ground voltage GND) to the high level (≈input voltage Vi) at time t1, the output transistor N1 is turned on. Therefore, the switch voltage Vsw falls from the high level (≈output voltage Vo) to the low level (≈ground voltage GND).
一方、時刻t2において、ゲート信号S4がハイレベル(≒入力電圧Vi)からローレベル(≒接地電圧GND)に立ち下げられると、出力トランジスタN1がオフする。従って、スイッチ電圧Vswは、ローレベル(≒接地電圧GND)からハイレベル(≒出力電圧Vo)に立ち上がる。 On the other hand, when the gate signal S4 falls from the high level (≈input voltage Vi) to the low level (≈ground voltage GND) at time t2, the output transistor N1 is turned off. Accordingly, the switch voltage Vsw rises from a low level (≈ground voltage GND) to a high level (≈output voltage Vo).
このように、スイッチ電圧Vswは、出力トランジスタN1のオン/オフに応じて、矩形波状に駆動される。なお、出力トランジスタN1のスイッチングロスは、そのオン遷移時(時刻t1)とオフ遷移時(時刻t2)の双方で生じる。 In this way, the switch voltage Vsw is driven in a rectangular wave shape in accordance with the on / off of the output transistor N1. Note that the switching loss of the output transistor N1 occurs both during the on transition (time t1) and during the off transition (time t2).
図6は、出力トランジスタN1のオン遷移時におけるスイッチングロスを示すタイミングチャート(図5の時刻t1近傍を拡大した図に相当)であり、ゲート信号S4(実線)とスイッチ電圧Vsw(破線)が描写されている。 FIG. 6 is a timing chart (corresponding to an enlarged view of the vicinity of time t1 in FIG. 5) showing the switching loss at the time of ON transition of the output transistor N1, and depicts the gate signal S4 (solid line) and the switch voltage Vsw (broken line). Has been.
ゲート信号S4は、出力トランジスタN1のオン遷移に際して、ローレベル(≒接地電圧GND)からハイレベル(≒入力電圧Vi)まで一様に上昇していくのではなく、出力トランジスタN1のミラー効果により、一時的にその上昇が停滞するオン遷移期間TT1(=時刻t11〜t12)を呈する。 The gate signal S4 does not rise uniformly from the low level (≈ground voltage GND) to the high level (≈input voltage Vi) when the output transistor N1 is turned on, but by the mirror effect of the output transistor N1. An on transition period TT1 (= time t11 to t12) in which the rise temporarily stagnates is exhibited.
スイッチ電圧Vswは、上記のオン遷移期間TT1には線形的に低下していくが、それ以外の期間(=時刻t11以前及び時刻t12以降)には、その線形性が崩れてしまい、この期間にスイッチングロスが生じる(図中のハッチング領域を参照)。 The switch voltage Vsw decreases linearly during the on-transition period TT1, but the linearity is lost in other periods (= before time t11 and after time t12). Switching loss occurs (see hatched area in the figure).
例えば、時刻t12以降では、上記のオン遷移期間TT1を経てゲート信号S4が再び上昇し始めても、出力トランジスタN1のオン抵抗Ronがなかなか低下せず、スイッチ電圧Vswがローレベル(≒接地電圧GND)に下がり切らない様子が描写されている。このような状況では、出力トランジスタN1での電圧降下量が大きくなるので、これがスイッチングロスとなる。このようなスイッチングロスは、出力トランジスタN1のRon特性(既に説明した図4の上段を参照)が鈍っているほど顕著となる。 For example, after time t12, even if the gate signal S4 starts to rise again after the on-transition period TT1, the on-resistance Ron of the output transistor N1 does not fall easily, and the switch voltage Vsw is low (≈ground voltage GND). The state of not falling down is depicted. In such a situation, the amount of voltage drop at the output transistor N1 becomes large, which becomes a switching loss. Such switching loss becomes more prominent as the Ron characteristic of the output transistor N1 (see the upper stage of FIG. 4 described above) becomes dull.
図7は、出力トランジスタN1のオフ遷移時におけるスイッチングロスを示すタイミングチャート(図5の時刻t2近傍を拡大した図に相当)であり、ゲート信号S4(実線)とスイッチ電圧Vsw(破線)が描写されている。 FIG. 7 is a timing chart (corresponding to an enlarged view of the vicinity of time t2 in FIG. 5) showing the switching loss at the time of the output transistor N1 being turned off. Has been.
ゲート信号S4は、出力トランジスタN1のオフ遷移に際して、ハイレベル(≒入力電圧Vi)からローレベル(≒接地電圧GND)まで一様に低下していくのではなく、出力トランジスタN1のミラー効果により、一時的にその低下が停滞するオフ遷移期間TT2(=時刻t21〜t22)を示す。 The gate signal S4 does not decrease uniformly from the high level (≈input voltage Vi) to the low level (≈ground voltage GND) when the output transistor N1 is turned off, but by the mirror effect of the output transistor N1, An off transition period TT2 (= time t21 to t22) in which the decrease temporarily stagnates is shown.
スイッチ電圧Vswは、上記のオフ遷移期間TT2には線形的に上昇していくが、それ以外の期間(=時刻t21以前及び時刻t22以降)には、その線形性が崩れてしまい、この期間にスイッチングロスが生じる(図中のハッチング領域を参照)。 The switch voltage Vsw increases linearly during the off-transition period TT2, but the linearity is lost in other periods (= before time t21 and after time t22). Switching loss occurs (see hatched area in the figure).
例えば、時刻t21以前では、ゲート信号S4の低下に伴って上記のオフ遷移期間TT2に至る前から出力トランジスタN1のオン抵抗Ronが上昇した結果、スイッチ電圧Vswがローレベル(≒接地電圧GND)から浮き上がってしまう様子が描写されている。このような状況では、出力トランジスタN1での電圧降下量が大きくなるので、これがスイッチングロスとなる。このようなスイッチングロスは、出力トランジスタN1のRon特性(既に説明した図4の上段を参照)が鈍っているほど顕著となる。 For example, before time t21, as a result of the on-resistance Ron of the output transistor N1 increasing before reaching the off-transition period TT2 with the decrease of the gate signal S4, the switch voltage Vsw is changed from the low level (≈ground voltage GND). The state of rising is depicted. In such a situation, the amount of voltage drop at the output transistor N1 becomes large, which becomes a switching loss. Such switching loss becomes more prominent as the Ron characteristic of the output transistor N1 (see the upper stage of FIG. 4 described above) becomes dull.
なお、上記したスイッチングロスを低減する手法の一つとしては、ドライバ12Dの電流能力を高めて、ゲート信号S4(延いてはスイッチ電圧Vsw)をより急峻に変化させることが考えられる。しかしながら、スイッチ電圧Vswをあまり急峻に変化させると、意図しないリンギングを生じたりノイズが大きくなったりする。このように、スイッチングロスの低減と、リンギングないしノイズの低減とは、トレードオフの関係にあるため、ドライバ12Dの電流能力を常に高めておくことはできない。以下では、上記のトレードオフを解消することのできる第2実施形態を提案する。
One method for reducing the switching loss is to increase the current capability of the
<スイッチング電源回路(第2実施形態)>
図8は、スイッチング電源回路100の第2実施形態を示す回路図である。本実施形態のスイッチング電源回路100は、先の第1実施形態(図2)をベースとしつつ、ドライバ12Dに新規な工夫を施した点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図2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、本実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Switching power supply circuit (second embodiment)>
FIG. 8 is a circuit diagram showing a second embodiment of the switching
ドライバ12Dは、ゲート信号S4(またはスイッチ電圧Vsw)を監視して自身の電流能力を変化させる機能を備えている。より具体的に述べると、ドライバ12Dは、スイッチ電圧Vswの線形領域では、第1の電流能力でゲート信号S4を生成し、スイッチ電圧Vswの非線形領域の少なくとも一部では、第1の電流能力よりも高い第2の電流能力でゲート信号S4を生成する。以下では、本機能を実現するための具体的な回路構成と、本機能を実装することの技術的意義について詳細に説明する。
The
<ドライバ(第1実施例)>
図9は、ドライバ12Dの第1実施例を示す回路図である。本実施例のドライバ12Dは、ゲート信号生成部A10と、イネーブル制御部A20と、を含む。
<Driver (first embodiment)>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a first embodiment of the
ゲート信号生成部A10は、パルス幅変調信号S3の入力端とゲート信号S4の出力端との間に互いに並列接続されたバッファA11及びA12を含み、これらを用いてパルス幅変調信号S3からゲート信号S4を生成する。 The gate signal generation unit A10 includes buffers A11 and A12 connected in parallel to each other between the input terminal of the pulse width modulation signal S3 and the output terminal of the gate signal S4, and using these, the gate signal is generated from the pulse width modulation signal S3. S4 is generated.
バッファA11は、常に出力動作を行うものである。なお、スイッチ電圧Vswのスルーレートは、バッファA11の電流能力に応じて適宜調整することができる。 The buffer A11 always performs an output operation. Note that the slew rate of the switch voltage Vsw can be appropriately adjusted according to the current capability of the buffer A11.
バッファA12は、制御信号SA10に応じて出力動作のイネーブル/ディセーブルが切り替わる3ステートバッファである。例えば、バッファA12は、制御信号SA10がローレベルであるときにイネーブルとなり、制御信号SA10がハイレベルであるときにディセーブルとなる。 The buffer A12 is a 3-state buffer in which output operation is enabled / disabled according to the control signal SA10. For example, the buffer A12 is enabled when the control signal SA10 is at a low level, and disabled when the control signal SA10 is at a high level.
従って、バッファA12のディセーブル時には、バッファA11の電流能力のみ(=第1の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。一方、バッファA12のイネーブル時には、バッファA11及びA12双方の電流能力を足し合わせた電流能力(=第2の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。なお、バッファA11及びA12それぞれの電流能力は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。 Accordingly, when the buffer A12 is disabled, the gate signal S4 is generated only with the current capability of the buffer A11 (= corresponding to the first current capability). On the other hand, when the buffer A12 is enabled, the gate signal S4 is generated with the current capability (= corresponding to the second current capability) obtained by adding the current capabilities of both the buffers A11 and A12. The current capabilities of the buffers A11 and A12 may be the same or different.
イネーブル制御部A20は、ゲート信号S4(またはスイッチ電圧Vsw)を監視して制御信号SA10を生成することにより、バッファA12のイネーブル制御を行う。 The enable control unit A20 controls the buffer A12 by monitoring the gate signal S4 (or the switch voltage Vsw) and generating the control signal SA10.
図10は、出力トランジスタN1のオン遷移時におけるスイッチングロス低減を示すタイミングチャート(図5の時刻t1近傍を拡大した図に相当)であり、紙面の上方から順に、ゲート信号S4(実線)及びスイッチ電圧Vsw(破線)と、制御信号SA10が描写されている。 FIG. 10 is a timing chart (corresponding to an enlarged view of the vicinity of time t1 in FIG. 5) showing the switching loss reduction at the time of ON transition of the output transistor N1. The voltage Vsw (broken line) and the control signal SA10 are depicted.
先にも述べたように、ゲート信号S4は、出力トランジスタN1のオン遷移に際して、ローレベル(≒接地電圧GND)からハイレベル(≒入力電圧Vi)まで一様に上昇していくのではなく、出力トランジスタN1のミラー効果により、一時的にその上昇が停滞するオン遷移期間TT1(=時刻t31〜t32)を呈する。 As described above, the gate signal S4 does not increase uniformly from the low level (≈ground voltage GND) to the high level (≈input voltage Vi) when the output transistor N1 is turned on. Due to the mirror effect of the output transistor N1, an on-transition period TT1 (= time t31 to t32) in which the rise temporarily stagnates is exhibited.
スイッチ電圧Vswは、上記のオン遷移期間TT1には線形的に低下していくが、それ以外の期間(=時刻t31以前及び時刻t32以降)には、その線形性が崩れる。本図の例では、時刻t31以前がスイッチ電圧Vswの非線形領域(11)に相当し、時刻t31〜t32がスイッチ電圧Vswの線形領域(12)に相当し、時刻t32以降がスイッチ電圧Vswの非線形領域(13)に相当する。 The switch voltage Vsw decreases linearly during the on-transition period TT1, but the linearity is lost during other periods (= before time t31 and after time t32). In the example of this figure, the time before time t31 corresponds to the nonlinear region (11) of the switch voltage Vsw, the times t31 to t32 correspond to the linear region (12) of the switch voltage Vsw, and the nonlinearity of the switch voltage Vsw after time t32. Corresponds to region (13).
ここで、イネーブル制御部A20は、ゲート信号S4またはスイッチ電圧Vswと所定の閾値電圧とを比較し、その比較結果に応じて制御信号SA10を生成することにより、バッファA12のイネーブル制御を行う。 Here, the enable control unit A20 performs the enable control of the buffer A12 by comparing the gate signal S4 or the switch voltage Vsw with a predetermined threshold voltage and generating the control signal SA10 according to the comparison result.
例えば、イネーブル制御部A20は、ゲート信号S4と閾値電圧Vth1L及びVth1Hとを比較し、S4<Vth1Lであるとき、または、Vth1H≦S4であるときに制御信号SA10をローレベルとし、Vth1L≦S4<Vth1Hであるときに制御信号SA10をハイレベルとするように構成すればよい。 For example, the enable control unit A20 compares the gate signal S4 with the threshold voltages Vth1L and Vth1H. When S4 <Vth1L, or when Vth1H ≦ S4, the control signal SA10 is set to the low level, and Vth1L ≦ S4 < What is necessary is just to comprise so that control-signal SA10 may be made into a high level when it is Vth1H.
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth1Lは、ゲート信号S4の上昇が停滞し始める電圧値(=オン遷移期間TT1が始まる電圧値)に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth1Hは、ゲート信号S4の停滞が解消して再び上昇し始める電圧値(=オン遷移期間TT1が終わる電圧値)に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth1L may be appropriately set to a voltage value at which the rise of the gate signal S4 starts to stagnate (= voltage value at which the on-transition period TT1 starts). The threshold voltage Vth1H may be set as appropriate to a voltage value at which the stagnation of the gate signal S4 is resolved and starts to rise again (= voltage value at which the on-transition period TT1 ends).
或いは、イネーブル制御部A20は、スイッチ電圧Vswと閾値電圧Vth2L及びVth2Hとを比較し、Vsw<Vth2Lであるとき、または、Vth2H≦Vswであるときに制御信号SA10をローレベルとし、Vth2L≦Vsw<Vth2Hであるときに制御信号SA10をハイレベルとするように構成してもよい。 Alternatively, the enable control unit A20 compares the switch voltage Vsw with the threshold voltages Vth2L and Vth2H, and when Vsw <Vth2L, or when Vth2H ≦ Vsw, sets the control signal SA10 to the low level, and Vth2L ≦ Vsw < The control signal SA10 may be set to a high level when Vth2H.
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth2Hは、スイッチ電圧Vswが非線形領域(11)から線形領域(12)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth2Lは、スイッチ電圧Vswが線形領域(12)から非線形領域(13)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth2H may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the nonlinear region (11) to the linear region (12). The threshold voltage Vth2L may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the linear region (12) to the nonlinear region (13).
上記いずれかの構成を採用することにより、スイッチ電圧Vswの非線形領域(11)及び(13)では、バッファA12がイネーブルとなるので、バッファA11及びA12双方の電流能力を足し合わせた電流能力(=第2の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswの非線形領域(11)及び(13)では、先出の第1実施形態(図6)と比べて、ゲート信号S4の立ち上がりが急峻となる。 By adopting any one of the above configurations, the buffer A12 is enabled in the nonlinear regions (11) and (13) of the switch voltage Vsw, so that the current capability (= The gate signal S4 is generated in the second current capability. Therefore, in the nonlinear regions (11) and (13) of the switch voltage Vsw, the rise of the gate signal S4 is steeper than in the first embodiment (FIG. 6).
その結果、スイッチ電圧Vswの非線形領域(11)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にハイレベル(≒出力電圧Vo)から引き下げることができる。また、スイッチ電圧Vswの非線形領域(13)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にローレベル(≒接地電圧GND)まで引き下げることができる。従って、先出の第1実施形態(図6)と比べて、スイッチ電圧Vswの非線形領域(11)及び(13)で発生するスイッチングロスを低減することが可能となる。また、出力トランジスタN1がフルオンするタイミングが早まるので、スイッチ電流Isの検出を開始するタイミングも早めることができる。 As a result, in the non-linear region (11) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be lowered more quickly from the high level (≈output voltage Vo). Further, in the non-linear region (13) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be pulled down to the low level (≈ground voltage GND) more quickly. Therefore, it is possible to reduce the switching loss that occurs in the nonlinear regions (11) and (13) of the switch voltage Vsw as compared with the first embodiment (FIG. 6). Further, since the timing at which the output transistor N1 is fully turned on is advanced, the timing at which the detection of the switch current Is is started can also be advanced.
一方、スイッチ電圧Vswの線形領域(12)では、バッファA12がディセーブルとなるので、バッファA11の電流能力のみ(=第1の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswの線形領域(12)では、先出の第1実施形態(図6)と同一のオン遷移期間TT1をかけて、スイッチ電圧Vswが比較的緩やかに低下していくので、意図しないリンギングの発生やノイズの増大を招かずに済む。 On the other hand, since the buffer A12 is disabled in the linear region (12) of the switch voltage Vsw, the gate signal S4 is generated only with the current capability of the buffer A11 (= corresponding to the first current capability). Therefore, in the linear region (12) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw decreases relatively slowly over the same ON transition period TT1 as in the first embodiment (FIG. 6). No ringing or noise increases.
図11は、出力トランジスタN1のオフ遷移時におけるスイッチングロス低減を示すタイミングチャート(図5の時刻t2近傍を拡大した図に相当)であり、紙面の上方から順に、ゲート信号S4(実線)及びスイッチ電圧Vsw(破線)と、制御信号SA10が描写されている。 FIG. 11 is a timing chart (corresponding to an enlarged view of the vicinity of time t2 in FIG. 5) showing switching loss reduction when the output transistor N1 is turned off. The gate signal S4 (solid line) and the switch are sequentially displayed from the top of the drawing. The voltage Vsw (broken line) and the control signal SA10 are depicted.
先にも述べたように、ゲート信号S4は、出力トランジスタN1のオフ遷移に際して、ハイレベル(≒入力電圧Vi)からローレベル(≒接地電圧GND)まで一様に低下していくのではなく、出力トランジスタN1のミラー効果により、一時的にその低下が停滞するオフ遷移期間TT2(=時刻t41〜t42)を呈する。 As described above, the gate signal S4 does not uniformly decrease from the high level (≈input voltage Vi) to the low level (≈ground voltage GND) when the output transistor N1 is turned off. Due to the mirror effect of the output transistor N1, an off-transition period TT2 (= time t41 to t42) in which the decrease temporarily stagnates is exhibited.
スイッチ電圧Vswは、上記のオフ遷移期間TT2には線形的に上昇していくが、それ以外の期間(=時刻t41以前及び時刻t42以降)には、その線形性が崩れる。本図の例では、時刻t41以前がスイッチ電圧Vswの非線形領域(21)に相当し、時刻t41〜t42がスイッチ電圧Vswの線形領域(22)に相当し、時刻t42以降がスイッチ電圧Vswの非線形領域(23)に相当する。 The switch voltage Vsw increases linearly during the off-transition period TT2, but the linearity is lost during other periods (= before time t41 and after time t42). In the example of this figure, the time before time t41 corresponds to the non-linear region (21) of the switch voltage Vsw, the times t41 to t42 correspond to the linear region (22) of the switch voltage Vsw, and the non-linearity of the switch voltage Vsw after time t42. This corresponds to the region (23).
ここで、イネーブル制御部A20は、ゲート信号S4またはスイッチ電圧Vswと所定の閾値電圧とを比較し、その比較結果に応じて制御信号SA10を生成することにより、バッファA12のイネーブル制御を行う。 Here, the enable control unit A20 performs the enable control of the buffer A12 by comparing the gate signal S4 or the switch voltage Vsw with a predetermined threshold voltage and generating the control signal SA10 according to the comparison result.
例えば、イネーブル制御部A20は、ゲート信号S4と閾値電圧Vth3L及びVth3Hとを比較し、S4<Vth3Lであるとき、または、Vth3H≦S4であるときに制御信号SA10をローレベルとし、Vth3L≦S4<Vth3Hであるときに制御信号SA10をハイレベルとするように構成すればよい。 For example, the enable control unit A20 compares the gate signal S4 with the threshold voltages Vth3L and Vth3H. When S4 <Vth3L or when Vth3H ≦ S4, the enable control unit A20 sets the control signal SA10 to the low level, and Vth3L ≦ S4 < What is necessary is just to comprise so that control-signal SA10 may be made into a high level when it is Vth3H.
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth3Hは、ゲート信号S4の低下が停滞し始める電圧値(=オフ遷移期間TT2が始まる電圧値)に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth3Lは、ゲート信号S4の停滞が解消して再び低下し始める電圧値(=オフ遷移期間TT2が終わる電圧値)に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth3H may be appropriately set to a voltage value at which the decrease in the gate signal S4 starts to stagnate (= voltage value at which the off transition period TT2 starts). The threshold voltage Vth3L may be set as appropriate to a voltage value at which the stagnation of the gate signal S4 is resolved and starts to decrease again (= voltage value at which the off transition period TT2 ends).
或いは、イネーブル制御部A20は、スイッチ電圧Vswと閾値電圧Vth4L及びVth4Hとを比較し、Vsw<Vth4Lであるとき、または、Vth4H≦Vswであるときに制御信号SA10をローレベルとし、Vth4L≦Vsw<Vth4Hであるときに制御信号SA10をハイレベルとするように構成してもよい。 Alternatively, the enable control unit A20 compares the switch voltage Vsw with the threshold voltages Vth4L and Vth4H, and when Vsw <Vth4L, or when Vth4H ≦ Vsw, sets the control signal SA10 to the low level, and Vth4L ≦ Vsw < The control signal SA10 may be set to a high level when Vth4H.
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth4Lは、スイッチ電圧Vswが非線形領域(21)から線形領域(22)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth4Hは、スイッチ電圧Vswが線形領域(22)から非線形領域(23)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。 Note that when the above configuration is adopted, the threshold voltage Vth4L may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the nonlinear region (21) to the linear region (22). Further, the threshold voltage Vth4H may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the linear region (22) to the nonlinear region (23).
上記いずれかの構成を採用することにより、スイッチ電圧Vswの非線形領域(21)及び(23)では、バッファA12がイネーブルとなるので、バッファA11及びA12双方の電流能力を足し合わせた電流能力(=第2の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswの非線形領域(21)及び(23)では、先出の第1実施形態(図7)と比べて、ゲート信号S4の立ち下がりが急峻となる。 By adopting any one of the above configurations, the buffer A12 is enabled in the nonlinear regions (21) and (23) of the switch voltage Vsw, so that the current capability (= The gate signal S4 is generated in the second current capability. Therefore, in the nonlinear regions (21) and (23) of the switch voltage Vsw, the falling of the gate signal S4 is steeper than in the first embodiment (FIG. 7).
その結果、スイッチ電圧Vswの非線形領域(21)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にローレベル(≒接地電圧GND)から引き上げることができる。また、スイッチ電圧Vswの非線形領域(23)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にハイレベル(≒出力電圧Vo)まで引き上げることができる。従って、先出の第1実施形態(図7)と比べて、スイッチ電圧Vswの非線形領域(21)及び(23)で発生するスイッチングロスを低減することが可能となる。 As a result, in the non-linear region (21) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be pulled up from the low level (≈ground voltage GND) more quickly. Further, in the nonlinear region (23) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be raised to a high level (≈output voltage Vo) more quickly. Therefore, it is possible to reduce the switching loss that occurs in the nonlinear regions (21) and (23) of the switch voltage Vsw as compared with the first embodiment (FIG. 7).
一方、スイッチ電圧Vswの線形領域(22)では、バッファA12がディセーブルとなるので、バッファA11の電流能力のみ(=第1の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswの線形領域(22)では、先出の第1実施形態(図7)と同一のオフ遷移期間TT2をかけて、スイッチ電圧Vswが比較的緩やかに上昇していくので、意図しないリンギングの発生やノイズの増大を招かずに済む。 On the other hand, since the buffer A12 is disabled in the linear region (22) of the switch voltage Vsw, the gate signal S4 is generated only with the current capability of the buffer A11 (= corresponding to the first current capability). Therefore, in the linear region (22) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw rises relatively slowly over the same off transition period TT2 as in the first embodiment (FIG. 7). No ringing or noise increases.
なお、図10及び図11では、出力トランジスタN1のオン遷移時におけるスイッチ電圧Vswの非線形領域(11)及び(13)、並びに、出力トランジスタN1のオフ遷移時におけるスイッチ電圧Vswの非線形領域(21)及び(23)のそれぞれにおいて、ドライバ12Dの電流能力を高めているが、必ずしも全ての非線形領域でドライバ12Dの電流能力を高めなくてもよく、スイッチングロスを低減しておきたい非線形領域でドライバ12Dの電流能力を高めれば足りる。
10 and 11, the nonlinear region (11) and (13) of the switch voltage Vsw when the output transistor N1 is turned on, and the nonlinear region (21) of the switch voltage Vsw when the output transistor N1 is turned off. In each of (23) and (23), the current capability of the
図12は、イネーブル制御部A20の一構成例を示す回路図である。本構成例のイネーブル制御部A20は、コンパレータA21と、抵抗A22〜A25(抵抗値:RA22〜RA25)と、を含む。 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the enable control unit A20. The enable control unit A20 of this configuration example includes a comparator A21 and resistors A22 to A25 (resistance values: RA22 to RA25).
抵抗A22及びA23は、入力電圧Viの印加端と接地端との間に直列に接続されており、相互間の接続ノードから閾値電圧Va(={RA23/(RA22+RA23)}×Vi)を出力する。 The resistors A22 and A23 are connected in series between the application end of the input voltage Vi and the ground end, and output a threshold voltage Va (= {RA23 / (RA22 + RA23)} × Vi) from a connection node between them. .
抵抗A24及びA25は、ゲート信号S4の印加端と接地端との間に直列に接続されており、相互間の接続ノードから分圧ゲート信号Vb(={RA25/(RA24+RA25)}×S4)を出力する。 The resistors A24 and A25 are connected in series between the application terminal of the gate signal S4 and the ground terminal, and the divided gate signal Vb (= {RA25 / (RA24 + RA25)} × S4) is obtained from the connection node between them. Output.
コンパレータA21は、非反転入力端(+)に入力される閾値電圧Vaと、反転入力端(−)に入力される分圧ゲート信号Vbを比較して制御信号SA10を生成する。制御信号SA10は、分圧ゲート信号Vbが閾値電圧Vaよりも高いときにローレベルとなり、分圧ゲート信号Vbが閾値電圧Vaよりも低いときにハイレベルとなる。 The comparator A21 compares the threshold voltage Va input to the non-inverting input terminal (+) and the divided gate signal Vb input to the inverting input terminal (−) to generate the control signal SA10. The control signal SA10 is at a low level when the divided gate signal Vb is higher than the threshold voltage Va, and is at a high level when the divided gate signal Vb is lower than the threshold voltage Va.
例えば、図10に即して述べると、S4<Vth1HであるときにVb<Vaとなり、S4≧Vth1HであるときにVb≧Vaとなるように、抵抗A22〜A25それぞれの抵抗値を適宜調整しておくことにより、線形領域(12)と非線形領域(13)との間で制御信号SA10の論理レベルを適切に切り替えることができる。 For example, referring to FIG. 10, the resistance values of the resistors A22 to A25 are appropriately adjusted so that Vb <Va when S4 <Vth1H and Vb ≧ Va when S4 ≧ Vth1H. Thus, the logic level of the control signal SA10 can be appropriately switched between the linear region (12) and the nonlinear region (13).
また、例えば、図11に即して述べると、S4<Vth3HであるときにVb<Vaとなり、S4≧Vth3HであるときにVb≧Vaとなるように、抵抗A22〜A25それぞれの抵抗値を適宜調整しておくことにより、非線形領域(21)と線形領域(22)との間で制御信号SA10の論理レベルを適切に切り替えることができる。 Further, for example, referring to FIG. 11, the resistance values of the resistors A22 to A25 are appropriately set so that Vb <Va when S4 <Vth3H and Vb ≧ Va when S4 ≧ Vth3H. By adjusting, the logic level of the control signal SA10 can be appropriately switched between the non-linear region (21) and the linear region (22).
なお、非線形領域(11)と線形領域(12)との間、ないしは、線形領域(22)と非線形領域(23)との間で、制御信号SA10の論理レベルを適切に切り替えるためには、コンパレータA21の入力極性を逆にした上で、抵抗A22〜A25それぞれの抵抗値を適宜調整すればよい。 In order to appropriately switch the logic level of the control signal SA10 between the nonlinear region (11) and the linear region (12) or between the linear region (22) and the nonlinear region (23), a comparator is used. The resistance values of the resistors A22 to A25 may be adjusted as appropriate after reversing the input polarity of A21.
図13は、ドライバ12Dの一具体例を示す回路図である。本具体例のドライバ12Dは、先述のゲート信号生成部A10及びイネーブル制御部A20のほかに、ブートストラップ部BSを含む。また、回路の具体化に伴い、ゲート信号生成部A10及びイネーブル制御部A20の構成についても、先出の図9及び図12に対して一部変更が加えられている。以下、それぞれについて詳細に説明する。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a specific example of the
ブートストラップ部BSは、ダイオードBS1とキャパシタBS2を含む。ダイオードBS1のアノードは、入力電圧Viの印加端に接続されている。ダイオードBS1のカソードとキャパシタBS2の第1端は、ブートストラップ電圧VBの出力端に接続されている。キャパシタBS2の第2端は、スイッチ電圧Vswの印加端に接続されている。このような構成とすることにより、スイッチ電圧VswにキャパシタBS2の両端間電圧(=Vi−Vf、ただし、VfはダイオードBS1の順方向降下電圧)を足し合わせたブートストラップ電圧VBが生成される。なお、ブートストラップ部BSは、スイッチング出力部110と同じく、ディスクリート部品を用いて形成すればよい。
Bootstrap unit BS includes a diode BS1 and a capacitor BS2. The anode of the diode BS1 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The cathode of the diode BS1 and the first terminal of the capacitor BS2 are connected to the output terminal of the bootstrap voltage VB. The second end of the capacitor BS2 is connected to the application end of the switch voltage Vsw. With this configuration, the bootstrap voltage VB is generated by adding the switch voltage Vsw to the voltage across the capacitor BS2 (= Vi−Vf, where Vf is the forward voltage drop of the diode BS1). Note that the bootstrap unit BS may be formed using discrete components in the same manner as the switching
ゲート信号生成部A10は、インバータA13及びA14と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタA15と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタA16とを含む。 The gate signal generation unit A10 includes inverters A13 and A14, a P-channel MOS field effect transistor A15, and an N-channel MOS field effect transistor A16.
インバータA13及びA14は、パルス幅変調信号S3の入力端とトランジスタA15及びA16それぞれのゲートとの間に互いに並列接続されている。トランジスタA15のソースは、入力電圧Viの印加端に接続されている。トランジスタA15及びA16それぞれのドレインは、出力トランジスタN1のゲートに接続されている。トランジスタA16のソースは、接地端に接続されている。 The inverters A13 and A14 are connected in parallel to each other between the input terminal of the pulse width modulation signal S3 and the gates of the transistors A15 and A16. The source of the transistor A15 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The drains of the transistors A15 and A16 are connected to the gate of the output transistor N1. The source of the transistor A16 is connected to the ground terminal.
インバータA13は、常に出力動作を行うものである。一方、インバータA14は、制御信号SA10に応じて出力動作のイネーブル/ディセーブルが切り替わる3ステートインバータである。例えば、インバータA14は、制御信号SA10がローレベルのときにイネーブルとなり、制御信号SA10がハイレベルのときにディセーブルとなる。 The inverter A13 always performs an output operation. On the other hand, the inverter A14 is a three-state inverter in which output operation is enabled / disabled according to the control signal SA10. For example, the inverter A14 is enabled when the control signal SA10 is at a low level, and disabled when the control signal SA10 is at a high level.
イネーブル制御部A20は、コンパレータA21と、抵抗A22〜A25のほかに、抵抗A26と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタA27を含む。また、各構成要素間の接続関係についても、先の図12とは若干異なっている。以下、具体的に説明する。 The enable control unit A20 includes a resistor A26 and a P-channel MOS field effect transistor A27 in addition to the comparator A21 and the resistors A22 to A25. Also, the connection relationship between the components is slightly different from that of FIG. This will be specifically described below.
抵抗A26、抵抗A22、及び、抵抗A23は、入力電圧Viの印加端と内部電源との間に直列に接続されており、抵抗A22と抵抗A23との接続ノードから閾値電圧Vcを出力する。 The resistor A26, the resistor A22, and the resistor A23 are connected in series between the application terminal of the input voltage Vi and the internal power supply, and output the threshold voltage Vc from a connection node between the resistor A22 and the resistor A23.
抵抗A24及びA25は、ブートストラップ電圧VBの印加端と内部電源との間に直列に接続されており、相互間の接続ノードから分圧ブートストラップ電圧Vdを出力する。なお、ブートストラップ電圧VBは、スイッチ電圧Vswに応じて変動する。従って、分圧ブートストラップ電圧Vdも、スイッチ電圧Vswに応じて変動する。 The resistors A24 and A25 are connected in series between the application end of the bootstrap voltage VB and the internal power supply, and output the divided bootstrap voltage Vd from the connection node between them. Note that the bootstrap voltage VB varies according to the switch voltage Vsw. Therefore, the divided bootstrap voltage Vd also varies according to the switch voltage Vsw.
コンパレータA21は、反転入力端(−)に入力される閾値電圧Vcと、非反転入力端(+)に入力される分圧ブートストラップ電圧Vdとを比較して、制御信号SA10を生成する。制御信号SA10は、分圧ブートストラップ電圧Vdが閾値電圧Vcよりも高いときにハイレベルとなり、分圧ブートストラップ電圧Vdが閾値電圧Vcよりも低いときにローレベルとなる。 The comparator A21 compares the threshold voltage Vc input to the inverting input terminal (−) and the divided bootstrap voltage Vd input to the non-inverting input terminal (+) to generate the control signal SA10. The control signal SA10 is at a high level when the divided bootstrap voltage Vd is higher than the threshold voltage Vc, and is at a low level when the divided bootstrap voltage Vd is lower than the threshold voltage Vc.
例えば、図10に即して説明すると、Vsw<Vth2LであるときにVd<Vcとなり、Vsw≧Vth2LであるときにVd≧Vcとなるように、抵抗A22〜A26それぞれの抵抗値を適宜調整しておくことにより、線形領域(12)と非線形領域(13)との間で制御信号SA10の論理レベルを適切に切り替えることができる。 For example, referring to FIG. 10, the resistance values of the resistors A22 to A26 are appropriately adjusted so that Vd <Vc when Vsw <Vth2L and Vd ≧ Vc when Vsw ≧ Vth2L. Thus, the logic level of the control signal SA10 can be appropriately switched between the linear region (12) and the nonlinear region (13).
なお、トランジスタA27は、抵抗A26に対して並列に接続されており、そのゲートに制御信号SA10が入力されている。従って、制御信号SA10がハイレベルであるときにはトランジスタA27がオフし、制御信号SA10がローレベルであるときにはトランジスタA27がオンする。トランジスタA27がオフしているときには、抵抗A26が分圧回路の一部として機能するようになるので、分圧比が下がり、閾値電圧Vcが引き下げられる。逆に、トランジスタA27がオンしているときには、抵抗A26が分圧回路の一部として機能しなくなるので、分圧比が上がり、閾値電圧Vcが引き上げられる。このように、抵抗A26とトランジスタA27を追加したことにより、閾値電圧Vcにヒステリシス特性を付与することができる。 The transistor A27 is connected in parallel to the resistor A26, and the control signal SA10 is input to the gate thereof. Accordingly, the transistor A27 is turned off when the control signal SA10 is at a high level, and the transistor A27 is turned on when the control signal SA10 is at a low level. When the transistor A27 is off, the resistor A26 functions as a part of the voltage dividing circuit, so that the voltage dividing ratio is lowered and the threshold voltage Vc is lowered. On the contrary, when the transistor A27 is on, the resistor A26 does not function as a part of the voltage dividing circuit, so that the voltage dividing ratio is increased and the threshold voltage Vc is raised. Thus, by adding the resistor A26 and the transistor A27, it is possible to impart hysteresis characteristics to the threshold voltage Vc.
<ドライバ(第2実施例)>
図14は、ドライバ12Dの第2実施例を示す回路図である。本実施例のドライバ12Dは、ゲート信号生成部A30と、イネーブル制御部A40と、を含む。
<Driver (second embodiment)>
FIG. 14 is a circuit diagram showing a second embodiment of the
ゲート信号生成部A30は、パルス幅変調信号S3の入力端とゲート信号S4の出力端との間に互いに並列接続されたi個(i≧3)のバッファA31〜A3iを含み、これらを用いてパルス幅変調信号S3からゲート信号S4を生成する。 The gate signal generation unit A30 includes i (i ≧ 3) buffers A31 to A3i connected in parallel to each other between the input end of the pulse width modulation signal S3 and the output end of the gate signal S4. A gate signal S4 is generated from the pulse width modulation signal S3.
バッファA3*(ただし、*=1〜i、以下も同様)は、制御信号SA30(*)に応じて出力動作のイネーブル/ディセーブルが切り替わる3ステートバッファである。例えば、バッファA3*は、制御信号SA30(*)がローレベルであるときにイネーブルとなり、制御信号SA30(*)がハイレベルであるときにディセーブルとなる。 Buffer A3 * (where * = 1 to i, and so on) is a three-state buffer in which output operation is enabled / disabled in response to control signal SA30 (*). For example, the buffer A3 * is enabled when the control signal SA30 (*) is at a low level, and disabled when the control signal SA30 (*) is at a high level.
従って、バッファA31〜A3iのうち、j個(ただし1≦j<i)のバッファがイネーブルとされて、その余のバッファがディセーブルとされている場合には、j個分の電流能力(=第1の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。また、バッファA31〜A3iのうち、k個(ただしj<k≦1)のバッファがイネーブルとされて、その余のバッファがディセーブルとされている場合には、k個分の電流能力(=第2の電流能力に相当)でゲート信号S4が生成される。なお、バッファA31〜A3iそれぞれの電流能力は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。 Accordingly, among j buffers A31 to A3i, if j buffers (where 1 ≦ j <i) are enabled and the remaining buffers are disabled, j current capacity (= The gate signal S4 is generated at the first current capability). When k (where j <k ≦ 1) buffers are enabled and the remaining buffers are disabled among the buffers A31 to A3i, the k current capacity (= The gate signal S4 is generated in the second current capability. The current capabilities of the buffers A31 to A3i may be the same or different.
イネーブル制御部A40は、ゲート信号S4(またはスイッチ電圧Vsw)を監視して制御信号SA30(1)〜SA30(i)をそれぞれ生成することにより、バッファA31〜A3iのイネーブル制御を個別に行う。例えば、イネーブル制御部A40は、スイッチ電圧Vswの線形領域ではj個のバッファをイネーブルとし、スイッチ電圧Vswの非線形領域ではk個のバッファをイネーブルとするように、制御信号SA30(1)〜SA30(i)をそれぞれ生成する。 The enable control unit A40 individually performs enable control of the buffers A31 to A3i by monitoring the gate signal S4 (or switch voltage Vsw) and generating control signals SA30 (1) to SA30 (i), respectively. For example, the enable control unit A40 enables the j buffers in the linear region of the switch voltage Vsw and enables the k buffers in the non-linear region of the switch voltage Vsw (control signals SA30 (1) to SA30 ( i) is generated respectively.
本実施例のドライバ12Dであれば、先の第1実施例(図9または図13)と比べて、第1の電流能力と第2の電流能力をより任意に調整することが可能となる。なお、バッファA31〜A3iのイネーブル個数j及びkについては、例えば、レジスタ設定等によってユーザが任意に調整できるようにしておくことが望ましい。
With the
また、本実施例のドライバ12Dであれば、スイッチ電圧Vswの線形領域における第1の電流能力を周期的に変化させることもできる。このような機能を持たせたい場合、イネーブル制御部A40は、イネーブル個数jを基準値としながら所定の変動幅±xを持つように、スイッチ電圧Vswの線形領域におけるイネーブル個数(j±x)を周期的に変化させる構成とすればよい。
In the
例えば、j=2、x=1の場合、スイッチ電圧Vswの線形領域におけるバッファA31〜A3iのイネーブル個数(j±x)は、スイッチング周期毎に、1個→2個→3個→2個→1個→2個→3個、若しくは、1個→2個→3個→1個→2個→3個という具合で周期的に変化する。 For example, when j = 2 and x = 1, the number of buffers A31 to A3i enabled (j ± x) in the linear region of the switch voltage Vsw is 1 → 2 → 3 → 2 → for each switching period → It changes periodically such as 1 → 2 → 3, or 1 → 2 → 3 → 1 → 2 → 3.
このように、スイッチ電圧Vswの線形領域において、第1の電流能力を周期的に変化させることにより、スイッチングノイズの周波数を分散することができるので、周辺回路に対する悪影響を低減することが可能となる。 Thus, since the frequency of the switching noise can be dispersed by periodically changing the first current capability in the linear region of the switch voltage Vsw, it is possible to reduce adverse effects on the peripheral circuits. .
なお、上記の第2実施形態では、出力トランジスタN1を駆動するドライバ12Dに電流能力可変機能を設けたが、スイッチング出力部110を同期整流方式とする場合には、同期整流トランジスタを駆動するドライバにも、必要に応じて同様の機能を持たせることが可能である。
In the second embodiment, the
<スイッチング電源回路(第3実施形態)>
図15は、スイッチング電源回路100の第3実施形態を示す回路図である。本実施形態は、先の第2実施形態(図8)をベースとしつつ、スイッチング出力部110の出力形式を降圧型に変更し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8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、本実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Switching Power Supply Circuit (Third Embodiment)>
FIG. 15 is a circuit diagram showing a third embodiment of the switching
スイッチング出力部110は、出力トランジスタP1を用いてコイル電流ILを駆動することにより入力電圧Vi(例えば、入力電圧VIに相当)から所望の出力電圧Vo(例えば、ロジック系電源電圧VDDに相当)を生成する降圧型スイッチング出力段であり、出力トランジスタP1(本図の例では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ)と、コイルL2と、整流ダイオードD2と、出力キャパシタCo2を含む。
The switching
出力トランジスタP1のソースは、入力電圧Viの印加端に接続されている。出力トランジスタP1のドレインは、コイルL2の第1端と整流ダイオードD2のカソードにそれぞれ接続されている。出力トランジスタP1のゲートは、スイッチング制御部120の出力端(ゲート信号S4の出力端)に接続されている。整流ダイオードD2のアノードは、接地端に接続されている。コイルL2の第2端は、出力電圧Voの出力端と出力キャパシタCo2の第1端にそれぞれ接続されている。出力キャパシタCo2の第2端は、接地端に接続されている。 The source of the output transistor P1 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The drain of the output transistor P1 is connected to the first end of the coil L2 and the cathode of the rectifier diode D2. The gate of the output transistor P1 is connected to the output terminal of the switching control unit 120 (the output terminal of the gate signal S4). The anode of the rectifier diode D2 is connected to the ground terminal. The second end of the coil L2 is connected to the output end of the output voltage Vo and the first end of the output capacitor Co2. The second end of the output capacitor Co2 is connected to the ground end.
なお、スイッチング出力部110の整流方式については、ダイオード整流方式に代えて同期整流方式を採用することもできる。その場合には、整流ダイオードD2を同期整流トランジスタに置換し、これを出力トランジスタP1と相補的にオン/オフすればよい。
As a rectification method for the switching
このように、スイッチング出力部110の出力形式については、第1実施形態(図2)の昇圧型に限らず、降圧型を採用することも可能である。また、図示は割愛するが、スイッチング出力部110の出力形式を昇降圧型とすることについても任意である。
As described above, the output format of the switching
図16は、出力トランジスタP1のオン遷移時におけるスイッチングロス低減を示すタイミングチャートであり、ゲート信号S4(実線)とスイッチ電圧Vsw(破線)が描写されている。 FIG. 16 is a timing chart showing switching loss reduction at the time of ON transition of the output transistor P1, in which the gate signal S4 (solid line) and the switch voltage Vsw (broken line) are depicted.
ゲート信号S4は、出力トランジスタP1のオン遷移に際して、ハイレベル(≒入力電圧Vi)からローレベル(≒接地電圧GND)まで一様に低下していくのではなく、出力トランジスタP1のミラー効果により、一時的にその低下が停滞するオン遷移期間TT3(=時刻t51〜t52)を呈する。 The gate signal S4 does not decrease uniformly from the high level (≈input voltage Vi) to the low level (≈ground voltage GND) when the output transistor P1 is turned on, but by the mirror effect of the output transistor P1. An ON transition period TT3 (= time t51 to t52) in which the decrease temporarily stagnates is exhibited.
スイッチ電圧Vswは、上記のオン遷移期間TT3には線形的に上昇していくが、それ以外の期間(=時刻t51以前及び時刻t52以降)には、その線形性が崩れる。本図の例では、時刻t51以前がスイッチ電圧Vswの非線形領域(31)に相当し、時刻t51〜t52がスイッチ電圧Vswの線形領域(32)に相当し、時刻t52以降がスイッチ電圧Vswの非線形領域(33)に相当する。 The switch voltage Vsw rises linearly during the on-transition period TT3, but the linearity is lost during other periods (= before time t51 and after time t52). In the example of this figure, the time before time t51 corresponds to the nonlinear region (31) of the switch voltage Vsw, the times t51 to t52 correspond to the linear region (32) of the switch voltage Vsw, and the nonlinearity of the switch voltage Vsw after time t52. This corresponds to the region (33).
ここで、ドライバ12Dは、ゲート信号S4と閾値電圧Vth5L及びVth5Hとを比較し、Vth5L≦S4<Vth5Hであるときに、第1の電流能力でゲート信号S4を生成し、S4<Vth5LまたはVth5H≦S4であるときに、第1の電流能力よりも大きい第2の電流能力でゲート信号S4を生成するように構成すればよい。
Here, the
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth5Hは、ゲート信号S4の低下が停滞し始める電圧値(=オン遷移期間TT3が始まる電圧値)に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth5Lは、ゲート信号S4の停滞が解消して再び低下し始める電圧値(=オン遷移期間TT3が終わる電圧値)に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth5H may be appropriately set to a voltage value at which the decrease of the gate signal S4 starts to stagnate (= voltage value at which the on-transition period TT3 starts). Further, the threshold voltage Vth5L may be appropriately set to a voltage value at which the stagnation of the gate signal S4 is resolved and starts to decrease again (= voltage value at which the on-transition period TT3 ends).
或いは、ドライバ12Dは、スイッチ電圧Vswと閾値電圧Vth6L及びVth6Hとを比較し、Vth6L≦Vsw<Vth6Hであるときに、第1の電流能力でゲート信号S4を生成し、Vsw<Vth6LまたはVth4H≦Vswであるときに、第1の電流能力よりも大きい第2の電流能力でゲート信号S4を生成するように構成してもよい。
Alternatively, the
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth6Lは、スイッチ電圧Vswが非線形領域(31)から線形領域(32)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth6Hは、スイッチ電圧Vswが線形領域(32)から非線形領域(33)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。 Note that when the above configuration is adopted, the threshold voltage Vth6L may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the nonlinear region (31) to the linear region (32). The threshold voltage Vth6H may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the linear region (32) to the nonlinear region (33).
上記いずれかの構成を採用することにより、スイッチ電圧Vswの非線形領域(31)及び(33)では、ゲート信号S4の立ち下がりが急峻となる。その結果、スイッチ電圧Vswの非線形領域(31)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にローレベル(≒接地電圧GND)から引き上げることができる。また、スイッチ電圧Vswの非線形領域(33)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にハイレベル(≒入力電圧Vi)まで引き上げることができる。従って、スイッチ電圧Vswの非線形領域(31)及び(33)で発生するスイッチングロスを低減することが可能となる。また、出力トランジスタP1がフルオンするタイミングが早まるので、スイッチ電流Isの検出を開始するタイミングも早めることができる。 By adopting any one of the above configurations, the fall of the gate signal S4 becomes steep in the nonlinear regions (31) and (33) of the switch voltage Vsw. As a result, in the non-linear region (31) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be pulled up from the low level (≈ground voltage GND) more quickly. In the non-linear region (33) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be raised to the high level (≈input voltage Vi) more quickly. Accordingly, it is possible to reduce the switching loss that occurs in the nonlinear regions (31) and (33) of the switch voltage Vsw. Further, since the timing at which the output transistor P1 is fully turned on is advanced, the timing at which the detection of the switch current Is is started can also be advanced.
一方、スイッチ電圧Vswの線形領域(32)では、第2の電流能力よりも小さい第1の電流能力でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswが比較的緩やかに上昇していくので、意図しないリンギングの発生やノイズの増大を招かずに済む。 On the other hand, in the linear region (32) of the switch voltage Vsw, the gate signal S4 is generated with the first current capability smaller than the second current capability. Therefore, since the switch voltage Vsw rises relatively slowly, unintended ringing and noise increase can be avoided.
図17は、出力トランジスタP1のオフ遷移時におけるスイッチングロス低減を示すタイミングチャートであり、ゲート信号S4(実線)とスイッチ電圧Vsw(破線)が描写されている。 FIG. 17 is a timing chart showing the switching loss reduction when the output transistor P1 is turned off, in which the gate signal S4 (solid line) and the switch voltage Vsw (broken line) are depicted.
ゲート信号S4は、出力トランジスタP1のオフ遷移に際して、ローレベル(≒接地電圧GND)からハイレベル(≒入力電圧Vi)まで一様に上昇していくのではなく、出力トランジスタP1のミラー効果により、一時的にその上昇が停滞するオフ遷移期間TT4(=時刻t61〜t62)を呈する。 The gate signal S4 does not rise uniformly from the low level (≈ground voltage GND) to the high level (≈input voltage Vi) when the output transistor P1 is turned off, but by the mirror effect of the output transistor P1, It presents an off-transition period TT4 (= time t61 to t62) in which the rise temporarily stagnates.
スイッチ電圧Vswは、上記のオフ遷移期間TT4には線形的に低下していくが、それ以外の期間(=時刻t61以前及び時刻t62以降)には、その線形性が崩れる。本図の例では、時刻t61以前がスイッチ電圧Vswの非線形領域(41)に相当し、時刻t61〜t62がスイッチ電圧Vswの線形領域(42)に相当し、時刻t62以降がスイッチ電圧Vswの非線形領域(43)に相当する。 The switch voltage Vsw decreases linearly during the off-transition period TT4, but the linearity is lost during other periods (= before time t61 and after time t62). In the example of this figure, the time before time t61 corresponds to the non-linear region (41) of the switch voltage Vsw, the time t61 to t62 corresponds to the linear region (42) of the switch voltage Vsw, and the time after t62 is the non-linearity of the switch voltage Vsw. This corresponds to the region (43).
ここで、ドライバ12Dは、ゲート信号S4と閾値電圧Vth7L及びVth7Hとを比較し、Vth7L≦S4<Vth7Hであるときに、第1の電流能力でゲート信号S4を生成し、S4<Vth7LまたはVth7H≦S4であるときに、第1の電流能力よりも大きい第2の電流能力でゲート信号S4を生成するように構成すればよい。
Here, the
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth7Lは、ゲート信号S4の上昇が停滞し始める電圧値(=オフ遷移期間TT4が始まる電圧値)に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth7Hは、ゲート信号S4の停滞が解消して再び上昇し始める電圧値(=オフ遷移期間TT4が終わる電圧値)に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth7L may be appropriately set to a voltage value at which the rise of the gate signal S4 starts to stagnate (= voltage value at which the off transition period TT4 starts). The threshold voltage Vth7H may be set as appropriate to a voltage value at which the stagnation of the gate signal S4 is resolved and starts to rise again (= voltage value at which the off transition period TT4 ends).
或いは、ドライバ12Dは、スイッチ電圧Vswと閾値電圧Vth8L及びVth8Hとを比較し、Vth8L≦Vsw<Vth8Hであるときに、第1の電流能力でゲート信号S4を生成し、Vsw<Vth8LまたはVth8H≦Vswであるときに、第1の電流能力よりも大きい第2の電流能力でゲート信号S4を生成するように構成してもよい。
Alternatively, the
なお、上記構成を採用する場合、閾値電圧Vth8Hは、スイッチ電圧Vswが非線形領域(41)から線形領域(42)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。また、閾値電圧Vth8Lは、スイッチ電圧Vswが線形領域(42)から非線形領域(43)に移行する電圧値に適宜設定すればよい。 In the case of adopting the above configuration, the threshold voltage Vth8H may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the nonlinear region (41) to the linear region (42). The threshold voltage Vth8L may be appropriately set to a voltage value at which the switch voltage Vsw shifts from the linear region (42) to the nonlinear region (43).
上記いずれかの構成を採用することにより、スイッチ電圧Vswの非線形領域(41)及び(43)では、ゲート信号S4の立下がりが急峻となる。その結果、スイッチ電圧Vswの非線形領域(41)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にハイレベル(≒入力電圧Vi)から引き下げることができる。また、スイッチ電圧Vswの非線形領域(43)では、スイッチ電圧Vswをより迅速にローレベル(≒接地電圧GND)まで引き下げることができる。従って、スイッチ電圧Vswの非線形領域(41)及び(43)で発生するスイッチングロスを低減することが可能となる。 By adopting any of the above configurations, the fall of the gate signal S4 becomes steep in the nonlinear regions (41) and (43) of the switch voltage Vsw. As a result, in the non-linear region (41) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be lowered from the high level (≈input voltage Vi) more quickly. Further, in the non-linear region (43) of the switch voltage Vsw, the switch voltage Vsw can be lowered more quickly to the low level (≈ground voltage GND). Therefore, it is possible to reduce the switching loss that occurs in the nonlinear regions (41) and (43) of the switch voltage Vsw.
一方、スイッチ電圧Vswの線形領域(42)では、第2の電流能力よりも小さい第1の電流能力でゲート信号S4が生成される。従って、スイッチ電圧Vswが比較的緩やかに低下していくので、意図しないリンギングの発生やノイズの増大を招かずに済む。 On the other hand, in the linear region (42) of the switch voltage Vsw, the gate signal S4 is generated with the first current capability smaller than the second current capability. Therefore, since the switch voltage Vsw decreases relatively slowly, unintended ringing and noise increase can be avoided.
なお、図16及び図17では、出力トランジスタP1のオン遷移時におけるスイッチ電圧Vswの非線形領域(31)及び(33)、並びに、出力トランジスタP1のオフ遷移時におけるスイッチ電圧Vswの非線形領域(41)及び(43)のそれぞれにおいて、ドライバ12Dの電流能力を高めているが、必ずしも全ての非線形領域でドライバ12Dの電流能力を高めなくてもよく、スイッチングロスを低減しておきたい非線形領域でドライバ12Dの電流能力を高めれば足りる。
16 and 17, the non-linear regions (31) and (33) of the switch voltage Vsw when the output transistor P1 is on, and the non-linear region (41) of the switch voltage Vsw when the output transistor P1 is off. In each of (43) and (43), the current capability of the
<ドライバ(第3実施例)>
図18は、ドライバ12Dの第3実施例を示す回路図である。本実施例のドライバ12Dは、バッファB11及びB12と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタB13〜B15と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタB16と、を含む。
<Driver (third embodiment)>
FIG. 18 is a circuit diagram showing a third embodiment of the
バッファB11の入力端とバッファB12の入力端は、いずれもパルス幅変調信号S3の入力端に接続されている。 Both the input end of the buffer B11 and the input end of the buffer B12 are connected to the input end of the pulse width modulation signal S3.
トランジスタB13のソース及びバックゲートは、入力電圧Viの印加端に接続されている。トランジスタB13のドレインは、出力トランジスタP1のゲートに接続されている。トランジスタB13のゲートは、バッファB11の出力端(=パルス幅変調信号S3の印加端に相当)に接続されている。 The source and back gate of the transistor B13 are connected to the application terminal for the input voltage Vi. The drain of the transistor B13 is connected to the gate of the output transistor P1. The gate of the transistor B13 is connected to the output terminal of the buffer B11 (= corresponding to the application terminal of the pulse width modulation signal S3).
トランジスタB14のソース及びバックゲートは、入力電圧Viの印加端に接続されている。トランジスタB14のゲートは、バッファB11の出力端に接続されている。 The source and back gate of the transistor B14 are connected to the application terminal for the input voltage Vi. The gate of the transistor B14 is connected to the output terminal of the buffer B11.
トランジスタB15のソースは、トランジスタB14のドレインに接続されている。トランジスタB15のゲート及びドレインは、出力トランジスタP1のゲートに接続されている。トランジスタB15のバックゲートは、入力電圧Viの印加端に接続されている。 The source of the transistor B15 is connected to the drain of the transistor B14. The gate and drain of the transistor B15 are connected to the gate of the output transistor P1. The back gate of the transistor B15 is connected to the application terminal for the input voltage Vi.
トランジスタB16のドレインは、出力トランジスタP1のゲートに接続されている。トランジスタB16のソースとバックゲートは、接地端に接続されている。トランジスタB16のゲートは、バッファB12の出力端(=パルス幅変調信号P3の印加端に相当)に接続されている。 The drain of the transistor B16 is connected to the gate of the output transistor P1. The source and back gate of the transistor B16 are connected to the ground terminal. The gate of the transistor B16 is connected to the output terminal of the buffer B12 (= corresponding to the application terminal of the pulse width modulation signal P3).
本構成例のドライバ12Dにおいて、パルス幅変調信号S3がハイレベルであるときには、トランジスタB13がオフしてトランジスタB16がオンする。従って、ゲート信号S4がローレベルとなり、出力トランジスタP1がオンする。また、このとき、トランジスタB14はオフするので、入力電圧Viの印加端からトランジスタB14及びB15を介して出力トランジスタP1のゲートに至る電流経路は遮断された状態となる。この状態は、ドライバ12Dの電流能力が「第1の電流能力」に設定されている状態に相当する。
In the
その後、パルス幅変調信号S3がハイレベルからローレベルに立ち下げられると、トランジスタB13がオンしてトランジスタB16がオフする。従って、ゲート信号S4がローレベルからハイレベルに立ち上げられて、出力トランジスタP1がオフする。 Thereafter, when the pulse width modulation signal S3 falls from the high level to the low level, the transistor B13 is turned on and the transistor B16 is turned off. Accordingly, the gate signal S4 is raised from the low level to the high level, and the output transistor P1 is turned off.
また、このとき、トランジスタB14がオンするので、トランジスタB15のソースには、入力電圧Viが印加された状態となる。一方、トランジスタB15のゲート及びドレインには、出力トランジスタP1のゲート信号S4が印加されている。従って、トランジスタB15のゲート・ソース間電圧は、入力電圧Viからゲート信号S4を差し引いた電圧値(=Vi−S4)と一致し、これがトランジスタB15のオンスレッショルド電圧Vth(B15)よりも高いときにトランジスタB15がオンとなる。 At this time, since the transistor B14 is turned on, the input voltage Vi is applied to the source of the transistor B15. On the other hand, the gate signal S4 of the output transistor P1 is applied to the gate and drain of the transistor B15. Therefore, the gate-source voltage of the transistor B15 matches the voltage value (= Vi−S4) obtained by subtracting the gate signal S4 from the input voltage Vi, and is higher than the on-threshold voltage Vth (B15) of the transistor B15. Transistor B15 is turned on.
すなわち、ゲート信号S4がローレベルからハイレベルに立ち上がっていく中、S4<Vi−Vth(B15)である間は、入力電圧Viの印加端からトランジスタB13を介して出力トランジスタP1のゲートに至る電流経路だけでなく、入力電圧Viの印加端からトランジスタB14及びB15を介して出力トランジスタP1のゲートに至る電流経路が導通された状態となる。この状態は、ドライバ12Dの電流能力が「第2の電流能力」に高められている状態に相当する。
That is, while the gate signal S4 rises from the low level to the high level, the current from the application end of the input voltage Vi to the gate of the output transistor P1 through the transistor B13 while S4 <Vi−Vth (B15). In addition to the path, the current path from the application end of the input voltage Vi to the gate of the output transistor P1 through the transistors B14 and B15 is brought into conduction. This state corresponds to a state in which the current capability of the
このように、本構成例のドライバ12Dは、ゲート信号S4と閾値電圧(Vi−Vth(B15))とを比較して、その電流能力を切り替える構成であると言える。例えば、図17に即して述べると、閾値電圧(Vi−Vth(B15))は、閾値電圧Vth7Lに相当する。
Thus, it can be said that the
一方、出力トランジスタP1のオフ遷移時において、ゲート信号S4の停滞が解消して再び上昇し始める電圧値(=オフ遷移期間TT4が終わる電圧値)は、入力電圧Viから出力トランジスタP1のオンスレッショルド電圧Vth(P1)を差し引いた電圧値(=Vi−Vth(P1))として求めることができる。 On the other hand, when the output transistor P1 is turned off, the voltage value at which the stagnation of the gate signal S4 is resolved and starts to rise again (= the voltage value at which the off transition period TT4 ends) is from the input voltage Vi to the on threshold voltage of the output transistor P1. It can be obtained as a voltage value obtained by subtracting Vth (P1) (= Vi−Vth (P1)).
従って、Vth(P1)=Vth(B15)となるように、出力トランジスタP1とトランジスタB15のペア性を取っておくことにより、非線形領域(41)と線形領域(42)との間で、ドライバ12Dの電流能力を適切に切り替えることが可能となる。
Therefore, the
<タブレット端末への適用>
図19は、タブレット端末の外観図である。タブレット端末Xは、タッチパネル機能を備えた液晶ディスプレイX1を有する。液晶ディスプレイX1は、これまでに説明してきた液晶表示装置1の一例であり、その電源手段として、先述のスイッチング電源回路100を好適に用いることが可能である。ただし、液晶表示装置1の搭載対象は、タブレット端末に限定されるものではなく、種々の電子機器(ノートパソコンなど)に搭載することが可能である。
<Application to tablet devices>
FIG. 19 is an external view of a tablet terminal. The tablet terminal X has a liquid crystal display X1 having a touch panel function. The liquid crystal display X1 is an example of the liquid
<その他の変形例>
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。
<Other variations>
The various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment. That is, the above-described embodiment is to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the technical scope of the present invention is indicated not by the description of the above-described embodiment but by the scope of the claims. It should be understood that all modifications that fall within the meaning and range equivalent to the terms of the claims are included.
本明細書中に開示されているスイッチング電源回路は、省電力化が求められるアプリケーション(バッテリ駆動の電子機器など)の電源手段として利用することが可能である。 The switching power supply circuit disclosed in this specification can be used as a power supply means for an application (such as a battery-driven electronic device) that requires power saving.
1 液晶表示装置
10 液晶駆動装置
11 システム電源部
12 タイミング制御部
13 レベルシフタ
14 ゲートドライバ
15 ソースドライバ
16 ガンマ電圧生成部
17 コモン電圧生成部
20 液晶表示パネル
100 スイッチング電源回路
110 スイッチング出力部
120 スイッチング制御部
121 デジタル/アナログ変換部
122 帰還電圧生成部
123 エラーアンプ
124 位相補償部
125 クロック信号生成部
126 セット信号生成部
127 最大デューティ設定部
128 基準スロープ電圧生成部
129 電圧加算部
12A コンパレータ
12B ORゲート
12C RSフリップフロップ
12D ドライバ
N1 出力トランジスタ(Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ)
P1 出力トランジスタ(Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ)
L1、L2 コイル
D1、D2 整流ダイオード
Co1、Co2 出力キャパシタ
Rs センス抵抗
R1〜R3 抵抗
C1 キャパシタ
A10、A30 ゲート信号生成部
A11、A12、A31〜A3i バッファ
A13、A14 インバータ
A15 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
A16 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
A20、A40 イネーブル制御部
A21 コンパレータ
A22〜A26 抵抗
A27 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
BS ブートストラップ部
BS1 ダイオード
BS2 キャパシタ
B11、B12 バッファ
B13〜B15 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
B16 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
X タブレット端末
X1 液晶ディスプレイ
DESCRIPTION OF
P1 output transistor (P-channel MOS field effect transistor)
L1, L2 Coil D1, D2 Rectifier diode Co1, Co2 Output capacitor Rs Sense resistor R1-R3 Resistor C1 Capacitor A10, A30 Gate signal generator A11, A12, A31-A3i Buffer A13, A14 Inverter A15 P-channel MOS field effect transistor A16 N channel type MOS field effect transistor A20, A40 Enable control part A21 Comparator A22-A26 Resistance A27 P channel type MOS field effect transistor BS Bootstrap part BS1 Diode BS2 Capacitor B11, B12 Buffer B13-B15 P channel type MOS field effect transistor B16 N-channel MOS field effect transistor X Tablet terminal X1 Liquid crystal display
Claims (10)
前記出力トランジスタのオン/オフ制御を行うスイッチング制御部と、
を有し、
前記スイッチング制御部は、前記出力トランジスタのゲート信号を生成するドライバを含み、
前記ドライバは、前記出力トランジスタの一端に現れるスイッチ電圧の線形領域では、第1の電流能力で前記ゲート信号を生成し、前記スイッチ電圧の非線形領域の少なくとも一部では、前記第1の電流能力よりも高い第2の電流能力で前記ゲート信号を生成する、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。 A switching output unit that generates an output voltage from an input voltage using an output transistor;
A switching control unit for performing on / off control of the output transistor;
Have
The switching control unit includes a driver that generates a gate signal of the output transistor,
The driver generates the gate signal with a first current capability in a linear region of the switch voltage appearing at one end of the output transistor, and generates at least a part of the nonlinear region of the switch voltage from the first current capability. Generating the gate signal with a higher second current capability,
A switching power supply circuit.
互いに並列接続された複数のバッファを用いて前記ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
各バッファのイネーブル制御を行うイネーブル制御部と、
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回路。 The driver is
A gate signal generation unit that generates the gate signal using a plurality of buffers connected in parallel to each other;
An enable control unit for enabling control of each buffer;
The switching power supply circuit according to claim 1, comprising:
前記ドライバは、
ソースが前記入力電圧の印加端に接続されてドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続されてゲートがパルス信号の印加端に接続された第1PMOSFETと、
ソースが前記入力電圧の印加端に接続されてゲートが前記パルス信号の印加端に接続された第2PMOSFETと、
ソースが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてゲートとドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続された第3PMOSFETと、
ドレインが前記出力トランジスタのゲートに接続されてソースが接地端に接続されてゲートが前記パルス信号の印加端に接続されたNMOSFET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回路。 The output transistor is a PMOSFET having a source connected to an input voltage application terminal,
The driver is
A first PMOSFET having a source connected to the input voltage application end, a drain connected to the gate of the output transistor, and a gate connected to the pulse signal application end;
A second PMOSFET having a source connected to the input voltage application end and a gate connected to the pulse signal application end;
A third PMOSFET having a source connected to the drain of the second PMOSFET and a gate and drain connected to the gate of the output transistor;
An NMOSFET having a drain connected to the gate of the output transistor, a source connected to the ground terminal, and a gate connected to the application terminal of the pulse signal;
The switching power supply circuit according to claim 1, comprising:
前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分値に応じた誤差電圧を生成するエラーアンプと、
スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、
前記誤差電圧と前記スロープ電圧とを比較して前記出力トランジスタのオンデューティを決定するコンパレータと、
所定のパルス周期でセット信号のパルス生成を行うセット信号生成部と、
前記セット信号と前記コンパレータの比較結果に応じたリセット信号の入力を受け付けてパルス幅変調信号を出力するRSフリップフロップと、
をさらに含み、
前記ドライバは、前記パルス幅変調信号の入力を受け付けて前記ゲート信号を生成する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スイッチング電源回路。 The switching controller is
An error amplifier that generates an error voltage according to a difference value between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage;
A slope voltage generator for generating a slope voltage;
A comparator that determines the on-duty of the output transistor by comparing the error voltage and the slope voltage;
A set signal generator for generating a set signal pulse at a predetermined pulse period;
An RS flip-flop that receives an input of a reset signal according to a comparison result of the set signal and the comparator and outputs a pulse width modulation signal;
Further including
The switching power supply circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the driver receives the input of the pulse width modulation signal and generates the gate signal.
前記セット信号にパルスが生成されてから最大オン時間が経過した時点で最大デューティ設定信号のパルス生成を行う最大デューティ設定部と、
前記コンパレータの比較信号と前記最大デューティ設定信号を論理合成して前記リセット信号を生成する論理ゲートと、
をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源回路。 The switching controller is
A maximum duty setting unit for generating a pulse of a maximum duty setting signal when a maximum on-time has elapsed since a pulse was generated in the set signal;
A logic gate for logically synthesizing the comparison signal of the comparator and the maximum duty setting signal to generate the reset signal;
The switching power supply circuit according to claim 6, further comprising:
前記スイッチング電源回路から電力供給を受けて負荷を駆動するドライバと、
を有することを特徴とする負荷駆動装置。 The switching power supply circuit according to any one of claims 1 to 8,
A driver for receiving a power supply from the switching power supply circuit and driving a load;
A load driving device comprising:
前記負荷駆動装置の負荷として駆動される液晶表示パネルと、
を有することを特徴とする液晶表示装置。 A load driving device according to claim 9,
A liquid crystal display panel driven as a load of the load driving device;
A liquid crystal display device comprising:
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020202669A (en) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 富士電機株式会社 | Integrated circuit and power source circuit |
CN115664206A (en) * | 2022-12-29 | 2023-01-31 | 安华数据(东莞)有限公司 | Energy-saving scheduling device for data center |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05276004A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Output circuit |
JP2002223562A (en) * | 2000-11-21 | 2002-08-09 | Rohm Co Ltd | Dc-to-dc converter |
JP2005080394A (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Rohm Co Ltd | Power supply device |
JP2005114952A (en) * | 2003-10-07 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device, power supply circuit, and method for controlling liquid crystal display device |
JP2008017620A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device |
JP2008029155A (en) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Sanken Electric Co Ltd | Drive circuit of voltage-drive element |
JP2008086068A (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Nissan Motor Co Ltd | Gate drive circuit of voltage-driven element |
JP2011142815A (en) * | 2011-04-18 | 2011-07-21 | Toshiba Corp | Converter control circuit |
JP2011182494A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fuji Electric Co Ltd | Switching power unit, and control circuit thereof |
JP2012147084A (en) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Denso Corp | Output circuit |
JP2012196092A (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Ricoh Co Ltd | Power supply circuit and operation control method thereof |
JP2012239101A (en) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Sanken Electric Co Ltd | Switching circuit |
US20130107584A1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-02 | Iwatt, Inc. | Dynamic Mosfet Gate Drivers |
JP2014233043A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | ローム株式会社 | Switch control circuit, switching power supply device and electronic apparatus |
-
2016
- 2016-02-10 JP JP2016023557A patent/JP6712868B2/en active Active
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05276004A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Output circuit |
JP2002223562A (en) * | 2000-11-21 | 2002-08-09 | Rohm Co Ltd | Dc-to-dc converter |
JP2005080394A (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Rohm Co Ltd | Power supply device |
JP2005114952A (en) * | 2003-10-07 | 2005-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device, power supply circuit, and method for controlling liquid crystal display device |
JP2008017620A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device |
JP2008029155A (en) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Sanken Electric Co Ltd | Drive circuit of voltage-drive element |
JP2008086068A (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Nissan Motor Co Ltd | Gate drive circuit of voltage-driven element |
JP2011182494A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fuji Electric Co Ltd | Switching power unit, and control circuit thereof |
JP2012147084A (en) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Denso Corp | Output circuit |
JP2012196092A (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Ricoh Co Ltd | Power supply circuit and operation control method thereof |
JP2011142815A (en) * | 2011-04-18 | 2011-07-21 | Toshiba Corp | Converter control circuit |
JP2012239101A (en) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Sanken Electric Co Ltd | Switching circuit |
US20130107584A1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-02 | Iwatt, Inc. | Dynamic Mosfet Gate Drivers |
JP2014233043A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | ローム株式会社 | Switch control circuit, switching power supply device and electronic apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020202669A (en) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 富士電機株式会社 | Integrated circuit and power source circuit |
JP7404666B2 (en) | 2019-06-11 | 2023-12-26 | 富士電機株式会社 | Integrated circuits, power supply circuits |
CN115664206A (en) * | 2022-12-29 | 2023-01-31 | 安华数据(东莞)有限公司 | Energy-saving scheduling device for data center |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6712868B2 (en) | 2020-06-24 |
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