JP2946091B2 - スイッチング・レギュレーター - Google Patents
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Description
レギュレータ(以下SWレギュレータと記載する)の入
力電源電圧の値に応じて、低入力電源電圧時でも負荷に
大電流を供給することが可能で、かつ高入力電源電圧時
でも、リップル電圧の小さい、PFM(Pulse Frequenc
y Modulation)方式のSWレギュレータ制御回路、及
び、SWレギュレータに関する。
路としては、図5の回路図に示されるようなSWレギュ
レータの制御回路が知られていた。即ち、第一の基準電
圧回路10の基準電圧値Vrefと、SWレギュレータの出
力端子5の出力電圧Voutを分圧するブリーダ抵抗11、
12の接続点の電圧とを比較するコンパレータ13があ
る。コンパレータ13の出力Vcompは、基準電圧回路1
0の出力電圧をVref、ブリーダ抵抗11、12の接続点
の電圧をVaとすれば、Vref>Vaならば、出力Vcompはハイ
・レベルになり、逆にVref<Vaならば、出力Vcompはロー
・レベルになる。コンパレータ13の出力Vcompは、AND
ゲート17の一つの入力端子に入り、ANDゲート17の
他の入力端子には、コンパレータ16の出力Voscが入力
される。コンパレータ16の出力Voscは、発振回路14
からの出力である三角波Vosと、第二の基準電圧回路1
5の基準電圧値Vref2を比較して、あるデューティー比
(以下、DUTY比と記載する)の矩形波を作り出す。この
発振周期に対する、SWレギュレータで用いられるスイ
ッチ素子がONする割合がPFM−DUTY比である。すなわ
ち、出力電圧が規定の電圧よりも、低いときは、コンパ
レータ13の出力Vcompがハイ・レベルとなり、コンパレ
ータ16の出力VoscとANDゲート17の出力Vandが等し
くなり、出力VoscでSWレギュレータで用いられるスイ
ッチ素子をON/OFFし、逆に、出力電圧が規定の電圧より
も、高いときは、コンパレータ13の出力がロー・レベ
ルとなり、ANDゲート17の出力Vandは必ずロー・レベ
ルとなり、SWレギュレータで用いられるスイッチ素子
をOFF状態に保つ。
の電圧波形を横軸を時間として示す。
ONにする時間が長い方が、負荷に電力を供給する能力が
高くなる。従って、ある程度重い負荷であっても、十分
にエネルギーを供給できるようにPFM方式のSWレギ
ュレータの場合、PFM−DUTY比としては、50%〜90%程
度のある値に設定される。このPFM−DUTY比は、電源
電圧によらず常に一定の値をとる。
方式のSWレギュレータでは、PFM−DUTY比が電源電
圧によらず一定であるため、PFM−DUTY比を小さく設
定すると電源電圧の低い時、スイッチングによるコイル
のエネルギーが小さく、大きな負荷電流を供給できず、
また、PFM−DUTYを大きくすると、電源電圧の高いと
きに、スイッチングによるコイルのエネルギーが大きい
ため、出力電圧に大きなリップル電圧が発生するという
問題点があった。
な問題点を解決するために、PFM方式のSWレギュレ
ータのPFM−DUTY比に、電源電圧依存性をもたせ、電
源電圧が低いときはPFM−DUTY比を大きくし、電源電
圧の高い時はPFM−DUTY比を小さくすることで、低い
電源電圧でも、負荷に十分にエネルギーを供給すること
ができ、かつ、電源電圧の高いときには、リップル電圧
を抑えることを目的としている。
めに、この発明ではPFM方式のSWレギュレータの制
御回路において、PFM−DUTY比に電源電圧依存性をつ
けることで、電源電圧の高い時のリップル電圧を抑える
ことが可能となった。
をつけ、高い電源電圧の時にはPFM−DUTY比を小さく
することで、電源電圧の高い時のリップル電圧を抑え
る。
図1は本発明の実施例を示すSWレギュレータの制御回
路図である。基準電圧回路10、ブリーダ抵抗11、1
2、コンパレータ13、16、発振回路14及び、AND
ゲート17は従来と同様である。コンパレータ16のプ
ラス入力端子には、基準電圧としての一定電圧ではな
く、電圧発生回路100の出力電圧値Vref100が入力さ
れている。
には、電源電圧依存性があり、電源電圧が高くなると低
下し、逆に電源電圧が低くなると高くなる。コンパレー
タ16の出力VcompのDUTY比は、前述のように、コンパ
レータ16のマイナス入力の発振回路14の出力である
三角波Vosとプラス入力のVref100のレベルによって決定
されるので、Vref100の電圧が高くなれば、DUTY比は、
大きくなり、Vref100の電圧が低くなれば、DUTY比は小
さくなる。
ータ16の出力VcompのDUTY比が小さくなり、
電源電圧の低いときはDUTY比が大きくなる。これを
図2に示す。実線aはコンパレータ16の出力Vosc
のDUTY比を示し、実線bは電圧発生回路100の出
力電圧値Vref100を示す。図2の横軸は電源電圧
であり、電源電圧が高くなると、電圧発生回路100の
出力電圧値であるVref100の値が下がり、コンパ
レータ16の出力VoscのDUTY比が小さくなる。
DUTY比は、電源電圧によらず50〜90%程度の間のある一
定値であるが、本発明の場合、電源電圧の低い時は80〜
90%の大きなDUTY比となるが、電源電圧の高い時は60%以
下のDUTY比となる。このようにすることで、電源電圧の
低い時には、負荷に十分にエネルギーを与えられ、電源
電圧の高いときには、小さいDUTY比でリップル電圧を小
さく抑えることが可能である。
電圧の電源電圧依存性を、従来の場合と、本発明あわせ
て図3に示す。横軸は電源電圧、縦軸はリップル電圧を
示している。実線cは、従来のSWレギュレータのリッ
プル電圧の特性を示し、実線dは、本発明のSWレギュ
レータのリップル電圧の特性を示す。従来の場合、DUTY
比が電源電圧に対して一定であったので、電源電圧を高
くすると、一回のスイッチングによるエネルギーが高く
なり、リップル電圧が増大したが、本発明の場合それを
抑えることが可能である。
の具体的構成については割愛したが、オペレーショナル
・アンプリファイア等を用いて簡単に構成できることは
明白である。図4に本発明の昇圧型SWレギュレータの
構成図を示す。入力電源20には、コイル21と、図1
に示すSWレギュレータ制御回路30が接続されてい
る。コイル21と出力容量24の間には、整流素子23
が接続されている。負荷25は出力の容量と並列に接続
される。
のPFM−DUTY比は、電源電圧(入力電源20の電圧
値)によって、変化する。
比に電源電圧依存性をつけることで、低電源電圧時の負
荷へのエネルギー供給能力を高く、かつ、高い電源電圧
時はリップル電圧を抑えることができるという効果があ
る。
路の説明図である。
回路の動作説明図である。
のPFM方式のSWレギュレータのリップル電圧の電源
電圧依存性の説明図である。
図である。
の説明図である。
の動作説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 スイッチング素子を備え、前記スイッチ
ング素子のスイッチングによりレギュレータ動作を行う
PFM方式のスイッチング・レギュレーターにおいて、
電源電圧値により出力電圧を変化させる電圧発生回路
と、パルス幅を設定する信号を出力する発振回路と、前
記発振回路の出力と前記電圧発生回路の出力電圧を入力
し、前記電圧発生回路の出力電圧に応じて出力信号のパ
ルス幅を変化させるコンパレータと、スイッチング・レ
ギュレータの出力電圧に応じて前記コンパレータの出力
を前記スイッチング素子に出力する手段を設け、前記電
源電圧の電圧値が高いときには前記スイッチング素子を
オンさせる時間を短く、前記電源電圧の電圧値が低いと
きには前記スイッチング素子をオンさせる時間を長くす
ることを特徴とするスイッチング・レギュレータ。
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