(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に入力電圧が入力され、他端が出力端子に接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端に一端が接続され、他端が接地点に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わる、第１スイッチング素子と、
前記出力端子に一端が接続され、他端が接地点に接続されたコンデンサと、を備え、
第１スイッチング素子のスイッチング動作により、前記インダクタに磁気エネルギーの蓄積と放出を行わせ、前記入力電圧を昇圧させて前記出力端子から出力するスイッチングレギュレータであって、
前記スイッチング動作を停止させて第１スイッチング素子をオフに保持する、スイッチ停止動作を行う制御部と、
前記入力電圧が入力される入力端子に一端が接続され、他端が前記インダクタの一端に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わる第２スイッチング素子と、
を備え、
前記制御部は、スイッチ停止動作を行う際、
前記スイッチング動作を停止させる時、第２スイッチング素子をオフとするとともに第１スイッチング素子をオンとし、第１スイッチング素子を所定の設定時間だけオンに維持した後にオフに保持することを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力端子から出力される電流についての過電流が検出されたときに、スイッチ停止動作を行うことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項３】
第２スイッチング素子をオンに維持し、第１スイッチング素子にスイッチング動作を行わせることにより、前記入力電圧を昇圧させて前記出力端子から出力する昇圧動作と、
第１スイッチング素子をオフに維持し、第２スイッチング素子にスイッチング動作を行わせることにより、前記入力電圧を降圧させて前記出力端子から出力する降圧動作と、
を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項４】
第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項５】
第２スイッチング素子を制御する制御信号の伝送ラインに設けられたドライバと、
前記ドライバの第１電源端子の電圧と第２電源端子の電圧との差を略一定に保つ、電圧調整回路と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項６】
前記設定時間は、
前記コイルのインダクタンスの値Ｌ、前記スイッチング動作を停止させた時点で前記コイルを流れることとなる電流の値ＩLS、および、前記スイッチング動作を停止させた時点で前記コイルの前段側に生じることとなる電圧の値Ｖｆ、に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項７】
前記設定時間は、ＩLS×Ｌ／Ｖｆで求められる時間に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項８】
車載用の電源装置に適用されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のスイッチングレギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換を行うスイッチングレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧変換を行う各種のスイッチングレギュレータが広く利用されている。ここでスイッチングレギュレータの一例を挙げ、その構成や動作について簡潔に説明する。
【０００３】
図４は、当該スイッチングレギュレータの構成を模式的に示している。当該スイッチングレギュレータは、制御信号Ｓ１に応じてオン／オフするスイッチング素子ＳＷ１、制御信号Ｓ２に応じてオン／オフするスイッチング素子ＳＷ２、磁気エネルギーの蓄積と放出を行うコイルＬ１、各ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）、およびコンデンサＣ３を有し、直流電源ＶCCの電圧を昇圧または降圧させ、出力端子Ｖoutから出力するように形成されている。
【０００４】
つまり昇圧動作時には、スイッチング素子ＳＷ２が定常的にオンとなり、スイッチング素子ＳＷ１が、オン／オフを繰返し切替えるスイッチング動作を行う。これにより直流電源ＶCCの電圧が昇圧され、出力端子Ｖoutから出力される。
【０００５】
一方、降圧動作時には、スイッチング素子ＳＷ１が定常的にオフとなり、スイッチング素子ＳＷ２がスイッチング動作を行う。これにより直流電源ＶCCの電圧が降圧され、出力端子Ｖoutから出力される。なお図４において、コイル電流ＩLはコイルＬ１を流れる電流を、出力電流ＩOは出力端子Ｖoutを流れる電流を、出力電圧ＶOは出力端子Ｖoutにおける電圧を、それぞれ表している。
【０００６】
またスイッチングレギュレータにおいては、過電流による不具合の発生を防止するため、過電流保護機能が設けられることがある。この機能によれば、例えば、過電流が検出されたときにスイッチング動作を停止させ、各スイッチング素子をオフにする動作（過電流保護動作）が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１８５６３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７１１８２号公報
【特許文献３】特開２００５−０３３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した過電流保護動作によれば、過電流の状態を直ちに解消させて、不具合を極力防ぐことが可能である。しかしながら、昇圧動作時に過電流保護動作が行われると、出力電圧が一時的に高くなる（持ち上がる）という現象が生じ得る。このような出力のオーバーシュートが生じる現象について、図５を参照しながら簡潔に説明する。
【０００９】
図５は、先述したスイッチングレギュレータにおいて昇圧動作時に過電流保護動作が行われる際の、制御信号等の波形を表している。図５においては、（Ａ）制御信号Ｓ１、（Ｂ）制御信号Ｓ２、（Ｃ）コイル電流ＩLと出力電流ＩO、および（Ｄ）出力電圧ＶOの波形が、それぞれ表されている。
【００１０】
過電流が検出されると、図５の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、各制御信号（Ｓ１、Ｓ２）は、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフにさせる状態となる。その結果、図５の（Ｃ）に示すように、コイル電流ＩLや出力電流ＩOは減少し、過電流の状態が解消されることとなる。
【００１１】
但し各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）がオフにされるまでは、スイッチング素子ＳＷ１がスイッチング動作を行っているため、コイル電流ＩLが出力電流ＩOより大きくなっている。この状況下で各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）がオフにされると、コイル電流ＩLと出力電流ＩOの差に応じた過電荷がコンデンサＣ３に溜まり、図５の（Ｄ）に示すように出力電圧ＶOの持ち上がりが発生する。
【００１２】
このような出力電圧の持ち上がりが発生すると、後段側の回路に悪影響（過剰な電圧入力による破損など）を及ぼすおそれがある。なおこの問題は、過電流保護動作が行われる場合に限られず、他の目的（例えば過電圧保護や過熱防止）のために各スイッチング素子をオフにする場合も該当し得る。
【００１３】
本発明は上述した問題に鑑み、過電流保護動作などに伴う出力電圧の持ち上がりを抑えることが可能となる、スイッチングレギュレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係るスイッチングレギュレータは、一端に入力電圧が入力され、他端が出力端子に接続されたインダクタと、前記インダクタの他端に一端が接続され、他端が接地点に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わる、第１スイッチング素子と、前記出力端子に一端が接続され、他端が接地点に接続されたコンデンサと、を備え、第１スイッチング素子のスイッチング動作により、前記インダクタに磁気エネルギーの蓄積と放出を行わせ、前記入力電圧を昇圧させて前記出力端子から出力するスイッチングレギュレータであって、前記スイッチング動作を停止させて第１スイッチング素子をオフに保持する、スイッチ停止動作を行う制御部を備え、前記制御部は、スイッチ停止動作を行う際、前記スイッチング動作を停止させる時、第１スイッチング素子を、所定の設定時間だけオンに維持した後にオフに保持する構成とする。
【００１５】
本構成によれば、過電流保護動作などに伴う出力電圧の持ち上がりを抑えることが可能となる。
【００１６】
また上記構成としてより具体的には、前記制御部は、前記出力端子から出力される電流についての過電流が検出されたときに、スイッチ停止動作を行う構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記入力電圧が入力される入力端子に一端が接続され、他端が前記インダクタの一端に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わる、第２スイッチング素子を備えている構成としてもよい。
【００１７】
また上記構成としてより具体的には、第２スイッチング素子をオンに維持し、第１スイッチング素子にスイッチング動作を行わせることにより、前記入力電圧を昇圧させて前記出力端子から出力する昇圧動作と、第１スイッチング素子をオフに維持し、第２スイッチング素子にスイッチング動作を行わせることにより、前記入力電圧を降圧させて前記出力端子から出力する降圧動作と、を行う構成としてもよい。
【００１８】
また上記構成としてより具体的には、前記制御部は、スイッチ停止動作を行う際、第２スイッチング素子をオフに保持する構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタである構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、第２スイッチング素子を制御する制御信号の伝送ラインに設けられたドライバと、前記ドライバの第１電源端子の電圧と第２電源端子の電圧との差を略一定に保つ、電圧調整回路と、を備えた構成としてもよい。
【００１９】
また上記構成としてより具体的には、前記設定時間は、前記コイルのインダクタンスの値Ｌ、前記スイッチング動作を停止させた時点で前記コイルを流れることとなる電流の値ＩLS、および、前記スイッチング動作を停止させた時点で前記コイルの前段側に生じることとなる電圧の値Ｖｆ、に基づいて設定されている構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記設定時間は、ＩLS×Ｌ／Ｖｆで求められる時間に設定されている構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、車載用の電源装置に適用される構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
上述した通り、本発明に係るスイッチングレギュレータによれば、過電流保護動作などに伴う出力電圧の持ち上がりを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチングレギュレータの構成図である。
【図２】ＶＬ電圧生成回路の構成例を示す説明図である。
【図３】過電流保護動作時の制御信号等の波形に関する説明図である。
【図４】従来のスイッチングレギュレータに関する説明図である。
【図５】従来のスイッチングレギュレータに関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、各図面を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
［スイッチングレギュレータの全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るスイッチングレギュレータ（昇降圧スイッチングレギュレータ）１の構成図である。本図に示すようにスイッチングレギュレータ１は、レギュレータ用ＩＣ１０、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）、コイル（インダクタ）Ｌ１、各ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）、各コンデンサ（Ｃ１〜Ｃ５）、各抵抗（Ｒ１、Ｒ２）、電源入力端子Ｖin、および電圧出力端子Ｖoutなどを有している。
【００２４】
なお各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）は、入力される制御信号に応じて、オン／オフ（両端間の導通／非導通）を切替えるスイッチング動作を行う。一例としてＭＯＳトランジスタの場合、スイッチング動作は、ゲートに入力される制御信号に応じて、ソース‐ドレイン間の導通／非導通を切替える動作となる。本実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１はＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング素子ＳＷ２はＰチャネルＭＯＳＦＥＴであるとするが、これに限定されるものではない。
【００２５】
またレギュレータ用ＩＣ１０は、内部電源生成回路２１、バンドギャップ電圧生成回路２２、低電圧誤動作防止回路２３、サーマルシャットダウン回路２４、発振回路３１、スロープ回路３２、ソフトスタート回路３３、誤差増幅器３４、オペアンプ３５、各比較器（３６、３７）、各抵抗（３８ａ、３８ｂ）、ショート回路保護用比較器４１、過電圧保護用比較器４２、制御回路５１、過電流検出回路５２、ドライバ５３、ＶＬ電圧生成回路５４、およびドライバ５５などを有している。
【００２６】
レギュレータ用ＩＣ１０は、これらを集積化した半導体集積回路装置（半導体装置）である。またレギュレータ用ＩＣ１０は、接地点に接続される接地用端子ＴGNDの他、外部との接続に用いられる各端子（Ｔ1〜Ｔ13）を有している。
【００２７】
端子Ｔ1は、電源入力端子Ｖinに接続されている。なお電源入力端子Ｖinは、外部のバッテリ等から直流電源ＶCC（例えば４〜４０Ｖの電源）が入力されるようになっている。また端子Ｔ1と電源入力端子Ｖinの間には、コンデンサＣ１の一端、コンデンサＣ２の一端、および抵抗Ｒ１の一端が接続されている。
【００２８】
コンデンサＣ１の他端は接地されており、コンデンサＣ２の他端は端子Ｔ5に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、スイッチング素子ＳＷ２のソースに接続されている。なお抵抗Ｒ１の両端は、それぞれ端子Ｔ2および端子Ｔ3にも接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のドレインは、ダイオードＤ１のカソードおよびコイルＬ１の一端に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは接地されている。
【００２９】
またコイルＬ１の他端は、ダイオードＤ２のアノードおよびスイッチング素子ＳＷ１のドレインに接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のソースは接地されている。ダイオードＤ２のカソードはコンデンサＣ３の一端および電圧出力端子Ｖoutに接続されている。なお電圧出力端子Ｖoutからは、スイッチングレギュレータ１の出力電圧ＶOが出力される。またコンデンサＣ３の他端は接地されている。
【００３０】
またスイッチング素子ＳＷ２のゲートは端子Ｔ4に接続されており、スイッチング素子ＳＷ１のゲートは端子Ｔ7に接続されている。抵抗Ｒ２は、発振回路３１が生成する矩形波の周波数調整に用いられる抵抗であり、一端が端子Ｔ11に接続され他端が接地されている。コンデンサＣ４は、主に後述する内部電源ＶREGの位相補償に用いられるコンデンサであり、一端が端子Ｔ12に接続され他端が接地されている。また端子Ｔ9には、出力電圧ＶOに応じた電圧ＶFBが入力される。また端子Ｔ9と端子Ｔ10は、外部のコンデンサ等を介して接続されている。
【００３１】
内部電源生成回路２１は、端子Ｔ12およびイネーブル信号が入力される端子Ｔ13に接続されており、直流電源ＶCCを用いて、レギュレータ用ＩＣ１０において使用される直流の内部電源ＶREGを生成する。内部電源ＶREGは、直流電源ＶCCに比べて電圧値等の精度が高くなるように生成される。内部電源ＶREGは、サーマルシャットダウン回路２４やドライバ５５の駆動電源等として用いられる。
【００３２】
また内部電源生成回路２１は、生成した内部電源ＶREGを、端子Ｔ12に接続された外部ライン（レギュレータ用ＩＣ１０の外部に設けられた伝送ライン）を介してレギュレータ用ＩＣ１０の外部に一旦送出した後、レギュレータ用ＩＣ１０内に引き込む。例えば外部ラインに送出された内部電源ＶREGは、端子Ｔ6を介してレギュレータ用ＩＣ１０内に戻り、ドライバ５５の電源端子に入力される。なおこの外部ラインには、位相補償用のコンデンサＣ４が接続されている。
【００３３】
このようにレギュレータ用ＩＣ１０では、内部電源ＶREGの伝送ラインの少なくとも一部をレギュレータ用ＩＣ１０の外側に設け、位相補償用のコンデンサＣ４を外付けとすることにより、レギュレータ用ＩＣ１０の省スペース化等が容易となっている。
【００３４】
バンドギャップ電圧生成回路２２は、内部電源生成回路２１から内部電源ＶREGの供給を受け、これを用いてバンドギャップ電圧を生成する。バンドギャップ電圧は、半導体のバンドギャップを利用して内部電源ＶREGの電圧より更に安定するよう生成され、レギュレータ用ＩＣ１０内の各部において利用される。
【００３５】
低電圧誤動作防止回路２３は、レギュレータ用ＩＣ１０においてＵＶＬＯ［Under Voltage Lock Out］機能を発揮させる回路である。低電圧誤動作防止回路２３は、入力電圧が低過ぎることに起因する誤動作を防ぐため、例えば、一定電圧以上の直流電源ＶCCが入力されないとレギュレータ用ＩＣ１０がオンしないようにする。
【００３６】
サーマルシャットダウン回路２４は、過熱（過度な温度上昇）によるスイッチングレギュレータ１の熱暴走等を防止する回路である。サーマルシャットダウン回路２４は、例えば、温度センサを用いて温度を継続的に検知し、検知温度が上限値を超えた場合に、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）のスイッチング動作が停止されるようにする。なおサーマルシャットダウン回路２４の動作精度等の観点から、サーマルシャットダウン回路２４を駆動させる電源としては、直流電源ＶCCではなく、より電圧値等の精度が高い内部電源ＶREGが用いられる。
【００３７】
発振回路３１は、一定周波数の矩形波の電圧を生成して後段側に送出する。なお当該矩形波の周波数は、抵抗Ｒ２を用いて調整可能となっている。またスロープ回路３２は、発振回路３１が生成した矩形波の電圧に対して、立上り（或いは立下り）に傾斜を付ける処理を施し、処理済みの電圧（鋸波或いはこれに準じた波形の電圧）を各比較器（３６、３７）の非反転入力端子に出力する。
【００３８】
ソフトスタート回路３３は、出力電圧ＶOのオーバーシュートや突入電流の発生等を防ぐため、ソフトスタート機能を発揮する回路である。ソフトスタート回路３３は、スイッチングレギュレータ１の起動時に誤差増幅器３４へ適切な電圧を供給し、出力電圧ＶOが緩やかに立ち上がるようにする。なおソフトスタート回路３３は、例えば、過電流検出回路５２から受取る信号ＳＳに基づいて動作する。またソフトスタート回路３３には、ソフトスタート時間設定用のコンデンサＣ５が接続されている。コンデンサＣ５は、一端が端子Ｔ8を介してソフトスタート回路３３に接続されており、他端が接地されている。
【００３９】
誤差増幅器３４は、反転入力端子に電圧ＶFBが、非反転入力端子に所定電圧Ｖ1がそれぞれ入力され、各入力端子の電圧値の差に応じた電圧を出力する。なおスイッチングレギュレータ１の起動時には、誤差増幅器３４の非反転入力端子に入力される電圧として、ソフトスタート回路３３の出力電圧が優先される。誤差増幅器３４の出力側は、抵抗３８ａを介してオペアンプ３５の反転入力端子に接続されているとともに、比較器３７の反転入力端子および端子Ｔ10に接続されている。
【００４０】
オペアンプ３５は、非反転入力端子に所定電圧Ｖ2が入力され、各入力端子の電圧値の差に応じた電圧を出力する。なおオペアンプ３５の出力側は、比較器３６の反転入力端子に接続されているとともに、抵抗３８ｂを介して、抵抗３８ａとオペアンプ３５の反転入力端子の間に接続されている。抵抗３８ａ、抵抗３８ｂ、およびオペアンプ３５は、反転増幅器を形成していると見ることができる。また各比較器（３６、３７）は、各入力端子の電圧値の比較結果に応じた電圧を、制御回路５１に出力する。
【００４１】
ショート回路保護用比較器４１は、非反転入力端子に電圧ＶFBが、反転入力端子に所定電圧Ｖ3がそれぞれ入力され、これらの電圧の比較結果をショート回路保護用の信号ＳＣＰとして出力する。また過電圧保護用比較器４２は、非反転入力端子に電圧ＶFBが、反転入力端子に所定電圧Ｖ4がそれぞれ入力され、これらの電圧の比較結果を過電圧保護用の信号ＯＶＰとして出力する。
【００４２】
制御回路５１は、各比較器（３６、３７）から受ける信号に基づいて、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）のＰＷＭ制御を行う。より具体的には、制御回路５１は、比較器３６の出力信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作を制御するための制御信号Ｓ１を出力する。制御信号Ｓ１は、ドライバ５５および端子Ｔ7を介して、スイッチング素子ＳＷ１に入力される。
【００４３】
制御信号Ｓ１がＨ（High）レベルのとき、スイッチング素子ＳＷ１はオンとなり、制御信号Ｓ１がＬ（Low）レベルのとき、スイッチング素子ＳＷ１はオフとなる。これにより比較器３６の出力信号のデューティに応じて、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作が行われる。
【００４４】
また制御回路５１は、比較器３７の出力信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作を制御するための制御信号Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ２は、ドライバ５３および端子Ｔ4を介して、スイッチング素子ＳＷ２に入力される。このようにドライバ５３は、制御回路５１とスイッチング素子ＳＷ２を結んでいる、制御信号Ｓ２の伝送ラインに設けられている。
【００４５】
制御信号Ｓ２がＨレベルのとき、スイッチング素子ＳＷ２はオフとなり、制御信号Ｓ２がＬレベルのとき、スイッチング素子ＳＷ２はオンとなる。これにより比較器３７の出力信号のデューティに応じて、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング動作が行われる。
【００４６】
過電流検出回路５２は、端子Ｔ2および端子Ｔ3の電圧に基づいて抵抗Ｒ１を流れる電流の値を検出する。そして過電流検出回路５２は、当該検出値が所定の上限値を超えたとき（つまり端子Ｖoutから出力される電流についての過電流を検出したとき）に、過電流検出信号を制御回路５１に出力する。なお制御回路５１は、過電流検出信号に応じて過電流に起因する不具合を防止するための動作（過電流保護動作）を行う。過電流保護動作の内容については、改めて詳細に説明する。
【００４７】
またドライバ５３の第１電源端子は、端子Ｔ1に接続されており、直流電源ＶCCが入力される。ＶＬ電圧生成回路５４は、ドライバ５３の第２電源端子および端子Ｔ5に接続されており、直流電源ＶCCの電圧を一定電圧Ｖｓだけ減少させた電圧ＶＬを生成し、ドライバ５３の第２電源端子に供給する。なおこの電圧Ｖｓは、ドライバ５３の駆動電圧（第１電源端子の電圧と第２電源端子の電圧との差）として適正な大きさの電圧である。
【００４８】
図２は、ＶＬ電圧生成回路５４の構成を示している。ＶＬ電圧生成回路５４では、直流電源ＶCCの入力端と接地点の間において、各ツェナーダイオード（５４ａ、５４ｂ）および定電流源５４ｃが直列に接続された形態で設けられている。なお、各ツェナーダイオード（５４ａ、５４ｂ）のツェナー電圧の和は電圧Ｖｓに設定されており、定電流源５４ｃは、電圧ＶＬの生成に必要な電流Ｉを流すように設定されている。
【００４９】
ＶＬ電圧生成回路５４によれば、各ツェナーダイオード（５４ａ、５４ｂ）と定電流源５４ｃの間にて電圧ＶＬ（＝ＶCC−Ｖｓ）が生成され、ドライバ５３の第２電源端子に供給される。なお、ＶＬ電圧生成回路５４の構成は上述した形態に限られることなく、他の形態となっていても構わない。
【００５０】
ＶＬ電圧生成回路５４によれば、直流電源ＶCCの電圧変動などに関わらずドライバ５３に適正な駆動電圧を供給し、ドライバ５３に過剰な電圧が加わることは防止される。このようにＶＬ電圧生成回路５４は、ドライバ５３の第１電源端子の電圧と第２電源端子の電圧との差を略一定に保つ、電圧調整回路としての役割を果たす。
【００５１】
［スイッチングレギュレータの基本動作］
次に、スイッチングレギュレータ１の基本動作について説明する。スイッチングレギュレータ１の動作形態は、基本的に、出力電圧ＶOが目標電圧より小さいときには昇圧動作が行われる昇圧モードとなり、逆に目標電圧より大きい場合には降圧動作が行われる降圧モードとなる。
【００５２】
昇圧モードにおいては、誤差増幅器３４の出力電圧が、スロープ回路３２の出力電圧より定常的に大きくなる。したがって、昇圧モードにおいては、比較器３７から出力される電圧が定常的にＬレベルになり、スイッチング素子ＳＷ２は定常的にオンになる。
【００５３】
そしてオペアンプ３５の出力電圧がスロープ回路３２の出力電圧より大きいときは、比較器３６の出力電圧はＬレベルとなり、逆にスロープ回路３２の出力電圧より小さいときは、比較器３６の出力電圧はＨレベルとなる。これにより、比較器３６の出力電圧はレベル変動を生じ、スイッチング素子ＳＷ１は、このレベル変動に応じてオン／オフが切替わる。
【００５４】
スイッチング素子ＳＷ１がオンになると、コイルＬ１に磁気エネルギーが蓄積され、逆にスイッチング素子ＳＷ１がオフになると、コイルＬ１に蓄積されていた磁気エネルギーが放出される。昇圧モードでは、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフの切替が繰り返されることにより、コイルＬ１における磁気エネルギーの蓄積と放出が繰り返される。このような昇圧動作がなされる結果、直流電源ＶCCの電圧は昇圧されて出力電圧ＶOとなり、電圧出力端子Ｖoutから出力される。
【００５５】
一方、降圧モードにおいては、オペアンプ３５の出力電圧が、スロープ回路３２の出力電圧より定常的に大きくなる。したがって、降圧モードにおいては、比較器３６から出力される電圧が定常的にＬレベルになり、スイッチング素子ＳＷ１は定常的にオフになる。
【００５６】
そして誤差増幅器３４の出力電圧がスロープ回路３２の出力電圧より大きいときは、比較器３７の出力電圧はＬレベルとなり、逆にスロープ回路３２の出力電圧より小さいときは、比較器３７の出力電圧はＨレベルとなる。これにより、比較器３７の出力電圧はレベル変動を生じ、スイッチング素子ＳＷ２は、このレベル変動に応じてオン／オフが切替わる。
【００５７】
スイッチング素子ＳＷ２がオンになると、コイルＬ１に磁気エネルギーが蓄積され、逆にスイッチング素子ＳＷ２がオフになると、コイルＬ１に蓄積されていた磁気エネルギーが放出される。降圧モードでは、スイッチング素子ＳＷ２のオン／オフの切替が繰り返されることにより、コイルＬ１における磁気エネルギーの蓄積と放出が繰り返される。このような降圧動作がなされる結果、直流電源ＶCCの電圧は降圧されて出力電圧ＶOとなり、電圧出力端子Ｖoutから出力される。なおスイッチングレギュレータ１は、昇圧動作と降圧動作が切替えられて行われる、昇降圧モードの動作形態ともなり得る。
【００５８】
［過電流保護動作について］
次に、スイッチングレギュレータ１において行われる過電流保護動作について、より詳細に説明する。
【００５９】
制御回路５１は、過電流検出回路５２から過電流検出信号を受けると、スイッチ停止動作が行われるように各制御信号（Ｓ１、Ｓ２）を生成して出力する。なおスイッチ停止動作は、現在行われているスイッチング動作を停止させ、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフに保持する動作である。
【００６０】
スイッチ停止動作が行われると、各比較器（３６、３７）の出力状態に関わらず、次に昇圧または降圧動作が再開されるまで、何れのスイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）もオフに維持されることとなる。これにより過電流の状態が解消され、過電流による不具合を防止することが可能である。なお何れのスイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）もオフに維持されるため、スイッチ停止動作の際に出力電圧ＶOの過剰な変動が回避されるとともに、次に昇圧または降圧動作を再開するとき、各スイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２）がオフである状態から再開することが可能である。
【００６１】
また制御回路５１は、昇圧モード或いは昇降圧モードにおいて、昇圧動作が行われているときに過電流検出信号を受けた場合には、スイッチ停止動作が行われるように、図３の（Ａ）および（Ｂ）に示すような波形の各制御信号（Ｓ１、Ｓ２）を生成して出力する。
【００６２】
すなわちこの場合のスイッチ停止動作は、スイッチング素子ＳＷ２については、スイッチング動作を停止させた後に直ちにオフに保持するが、スイッチング素子ＳＷ１については、スイッチング動作を停止させた後、所定の設定時間Ｔｓだけオンに維持した後にオフとする動作となっている。その結果、図３の（Ｃ）に示すように、コイル電流ＩL（コイルＬ１を流れる電流）や出力電流ＩO（出力端子Ｖoutを流れる電流）は減少し、過電流の状態が解消されることとなる。
【００６３】
なお昇圧動作がなされている状態（スイッチ停止動作が行われる前の状態）では、スイッチング素子ＳＷ１がスイッチング動作を行っており、コイル電流ＩLは出力電流ＩOより大きくなっている。そのため、仮にこの状態から直ちにスイッチング素子ＳＷ１がオフになるとすれば、過電荷がコンデンサＣ３に溜まり、出力電圧ＶOの持ち上がり（図５の（Ｄ）を参照）が生じるおそれがある。
【００６４】
しかし本実施形態のスイッチ停止動作によれば、スイッチング素子ＳＷ１がスイッチング動作の停止後に直ちにオフとされるのではなく、設定時間Ｔｓが経過するまではオンに維持される。これにより設定時間Ｔｓの間、コイルＬ１の一端がスイッチング素子ＳＷ１を介して接地されるため、接地点に電荷が放出され、過電荷がコンデンサＣ３に溜まることは抑制される。
【００６５】
その結果、図３の（Ｄ）に示すように、出力電圧ＶOの持ち上がりは抑えられるようになっている。そのためスイッチングレギュレータ１によれば、昇圧動作が行われているときにスイッチ停止動作が実行された場合でも、出力電圧ＶOの持ち上がりが後段側の回路に悪影響（過剰な電圧入力による破損など）を及ぼすことは、未然に防止される。
【００６６】
またスイッチング素子ＳＷ１をオンに維持する設定時間Ｔｓは、出来るだけ過不足のないように設定されることが望ましい。すなわち設定時間Ｔｓは、出力電圧ＶOの持ち上がりが十分に抑えられる範囲で、長くなり過ぎないように設定されることが望ましい。一例として設定時間Ｔｓは、次の（１）式で求められる値に予め設定される。
Ｔｓ＝ＩLS×Ｌ／Ｖｆ      ・・・（１）
【００６７】
ここでＬは、コイルＬ１のインダクタンスの値を表す。またＩLSは、スイッチ停止動作により各スイッチング素子のスイッチング動作を停止させた時点で、コイルＬを流れることとなる電流の値を表す。またＶｆは、スイッチ停止動作により各スイッチング素子のスイッチング動作を停止させた時点で、コイルＬ１の前段側（スイッチング素子ＳＷ２とコイルＬ１の間）に生じることとなる電圧の値を表す。
【００６８】
（１）式によれば、比較的良好な設定時間Ｔｓを求めることが可能である。なお制御回路５１は、設定時間Ｔｓをカウントするカウンタを備えている。制御回路５１は、このカウンタを用いて、図３の（Ａ）に示すような波形の制御信号Ｓ１を生成し、スイッチング素子ＳＷ１を設定時間Ｔｓだけオンに制御することが可能である。
【００６９】
［その他］
以上に説明した通り、スイッチングレギュレータ１は、一端に直流電源ＶCCの電圧が入力され、他端が電圧出力端子Ｖoutに接続されたコイルＬ１と、コイルＬ１の当該他端に一端が接続され、他端が接地点に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わるスイッチング素子ＳＷ１と、電圧出力端子Ｖoutに一端が接続され、他端が接地点に接続されたコンデンサＣ３と、を備えている。そしてスイッチングレギュレータ１は、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作により、コイルＬ１に磁気エネルギーの蓄積と放出を行わせ、直流電源ＶCCを昇圧させて電圧出力端子Ｖoutから出力する。
【００７０】
更にスイッチングレギュレータ１は、スイッチ停止動作を行う制御部（主に制御回路５１によって実現される）を備えている。なおスイッチ停止動作は、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作を停止させてスイッチング素子ＳＷ１をオフに保持する動作となっている。また制御部は、スイッチ停止動作を行う際、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング動作を停止させる時、スイッチング素子ＳＷ１を、設定時間Ｔｓだけオンに維持した後にオフに保持する。
【００７１】
そのためスイッチングレギュレータ１によれば、スイッチ停止動作に伴う出力電圧ＶOの持ち上がりを抑えることが可能となっている。なおスイッチ停止動作は、本実施形態のように過電流保護のための動作として行われる他、例えば、過電圧保護や過熱防止等のための動作として行われるようにしても良い。
【００７２】
またスイッチングレギュレータ１は、直流電源ＶCCの電圧が入力される電源入力端子Ｖinに一端が接続され、他端がコイルＬ１の一端に接続され、両端間を導通させるオンの状態と導通させないオフの状態が切替わるスイッチング素子ＳＷ２をも備えている。
【００７３】
そしてスイッチングレギュレータ１は、スイッチング素子ＳＷ２をオンに維持し、スイッチング素子ＳＷ１にスイッチング動作を行わせることにより、直流電源ＶCCの電圧を昇圧させて出力端子Ｖoutから出力する昇圧動作と、スイッチング素子ＳＷ１をオフに維持し、スイッチング素子ＳＷ２にスイッチング動作を行わせることにより、直流電源ＶCCの電圧を降圧させて出力端子Ｖoutから出力する降圧動作と、を行う。また制御部は、スイッチ停止動作を行う際、スイッチング素子ＳＷ１とともにスイッチング素子ＳＷ２をもオフに維持する。
【００７４】
なお本実施形態のスイッチングレギュレータ１は、このように昇降圧チョッパレギュレータとなっているが、本発明の適用範囲は昇降圧チョッパレギュレータに限られるものではなく、降圧動作を行わない昇圧チョッパレギュレータ等にも適用可能である。
【００７５】
またスイッチングレギュレータ１は、車載用の電源装置に好適であり、更に各種電気機器の電源装置などにも広く適用可能である。車載用の電源装置に適用される場合、スイッチングレギュレータ１は、例えば、電源入力端子Ｖinに車載のバッテリが接続され、電圧出力端子Ｖoutに車載の電気機器が接続された形態で用いられる。
【００７６】
なお本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明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。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、各種電気機器の電源装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１    スイッチングレギュレータ
１０    レギュレータ用ＩＣ
２１    内部電源生成回路
２２    バンドギャップ電圧生成回路
２３    低電圧誤動作防止回路
２４    サーマルシャットダウン回路
３１    発振回路
３２    スロープ回路
３３    ソフトスタート回路
３４    誤差増幅器
３５    オペアンプ
３６、３７        比較器
３８ａ、３８ｂ    抵抗
４１    ショート回路保護用比較器
４２    過電圧保護用比較器
５１    制御回路
５２    過電流検出回路
５３    ドライバ
５４    ＶＬ電圧生成回路
５５    ドライバ
Ｃ１〜Ｃ５    コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２    ダイオード
Ｌ１          コイル（インダクタ）
ＳＷ１          スイッチング素子（第１スイッチング素子）
ＳＷ２          スイッチング素子（第２スイッチング素子）
Ｒ１、Ｒ２    抵抗
Ｔ1〜Ｔ13      端子
ＴGND          接地用端子
Ｖin          電源入力端子
Ｖout         電圧出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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