【手続補正書】
【提出日】平成27年12月17日(2015.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に入力された入力電圧を所定の出力電圧に変換して出力端子から負荷電流を出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電圧に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタのオフ時に整流を行う整流素子と、該スイッチングトランジスタのオン時に前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、該インダクタの励起エネルギーを示す信号と該インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する基準電圧との電圧比較を行って該比較結果として状態検出信号を二値信号として出力する第１の電圧比較回路と、第１の定電圧を生成する第１の定電圧回路と、該第１の定電圧よりも高い第２の定電圧を生成する第２の定電圧回路と、前記出力端子の出力電圧を帰還電圧に変換する帰還抵抗からなる帰還回路部と、前記帰還電圧と前記参照電圧との電圧比較を行って該比較結果を示す二値の信号を生成して出力する第２の電圧比較回路と、前記帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路部と、前記第１の電圧比較回路が前記インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する信号を検出すると前記第１の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第１状態からスイッチング動作を停止する第２状態に遷移させかつ前記第２の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が低くなったことを検出すると前記第２状態から前記第２の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第３状態に遷移させしかも前記第２の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを検出すると前記第３状態から前記第１状態に遷移させる状態遷移制御回路と、を有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】
前記帰還回路部は、前記出力電圧を前記帰還電圧に変換する帰還抵抗と、前記出力電圧の高周波数成分を前記帰還電圧としてスルーするスピードアップコンデンサからなる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】
前記第２の電圧比較回路は前記帰還電圧と前記参照電圧の差を収束させるように動作する誤差増幅器を含み、前記誤差増幅器の誤差信号を前記第２の状態において一定に保つことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項４】
前記誤差増幅器の出力端子は、位相補償回路に接続され、該位相補償回路はコンデンサを含み、前記状態２において、該コンデンサの電圧を一定に保つために、該コンデンサが前記誤差増幅器から切り離されることを特徴とする請求項３に記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項５】
前記第２の状態において、少なくとも前記制御回路部がスリープモードとされることを特徴とする請求項１ないし請求項４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６】
前記第２の電圧比較回路はオフセット電圧を有し、前記第３の状態において前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを該オフセット電圧だけ低い電圧で検出することを特徴とする請求項１ないし請求項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】
前記整流素子は逆流電流を防止する制御を行うMOSFETであることを特徴とする請求項１ないし請求項６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８】
前記整流素子はダイオードであり、前記第１の電圧比較回路は該ダイオードのカソード電圧が正の電圧となることを検出することにより励起エネルギーがゼロまたは軽くなったことを示す信号を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項６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９】
カレントモードで制御される請求項１ないし請求項８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１０】
出力電圧の帰還電圧と比較される参照電圧を第１の定電圧と該第１の定電圧よりも高い第２の定電圧との間で切り替えて前記帰還電圧を前記第１の定電圧と比較してインダクタに流れるインダクタ電流をスイッチング制御する制御回路部を第１状態に設定する第１ステップと、
前記制御回路部が第１状態のときに前記インダクタに流れるインダクタ電流がゼロ又は小さくなったことを検出して前記制御回路部をスリープ状態である第２状態に設定する第２ステップと、
前記制御回路部が前記第２状態のときに前記帰還電圧を前記第１の定電圧と比較して該帰還電圧が前記第１の定電圧よりも低くなったときに前記参照電圧を前記第１の定電圧から前記第２の定電圧に切り替えて前記インダクタ電流をスイッチング制御する制御回路部を第３状態に設定しかつ前記帰還電圧が第２の定電圧よりも高くなったときに前記参照電圧を前記第２の定電圧から前記第１の定電圧に切り替えて前記制御回路部を前記第１状態に設定する第３ステップと、を繰り返すことを特徴とするスイッチングレギュレータの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１０は、ＰＷＭ制御モードとＶＦＭ制御モードとの制御切り換えが可能な電圧モード制御型のスイッチングレギュレータの回路図である。その図１０において、R1、R２は帰還抵抗、１１１は誤差増幅器（AMP）、１１２、１１３はコンパレータ（CMP）、１３０は発振回路、１３１は発振制御回路、１４０はRSフリップフロップ回路、１５０は制御回路、M１０１はスイッチングトランジスタ、M１０２は同期整流トランジスタ、L1はインダクタ、Coは出力コンデンサ、１２０は負荷、１８０は電圧生成回路、INは入力端子、OUTは出力端子、Vｒeｆは第１基準電圧（参照電圧）、Vｒeｆｍは第２基準電圧、LXは接続点である。なお、電圧生成回路１８０は三角波電圧を含むランプ電圧Vｃを生成する機能を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明に係るスイッチングレギュレータは、制御電圧に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタのオフ時に整流を行う整流素子と、該スイッチングトランジスタのオン時に入力電圧による充電が行われるインダクタと、該インダクタの励起エネルギーを示す信号と該インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する基準電圧との電圧比較を行って該比較結果として状態検出信号を二値信号として出力する第１の電圧比較回路と、第１の定電圧を生成する第１の定電圧回路と、該第１の定電圧よりも高い第２の定電圧を生成する第２の定電圧回路と、前記出力端子の出力電圧を帰還電圧に変換する帰還抵抗部とからなる帰還回路部と、前記帰還電圧と前記参照電圧との電圧比較を行って該比較結果を示す二値の信号を生成して出力する第２の電圧比較回路と、前記帰還電圧と前記参照電圧とが一致するように前記スイッチングトランジスタを制御する制御回路部と、前記第１の電圧比較回路が前記インダクタの励起エネルギーがゼロまたは小さくなったことを意味する信号を検出すると前記第１の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第１状態からスイッチング動作を停止する第２状態に遷移させ、前記第２電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が低くなったことを検出すると前記第２状態から前記第２の定電圧を前記帰還電圧の参照電圧として動作する第３状態に遷移させ、前記第２の電圧比較回路が前記参照電圧よりも前記帰還電圧が高くなったことを検出すると前記第３状態から前記第１状態に遷移させる状態遷移制御回路と、を有することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
比較器１１の非反転入力端子＋には帰還電圧FBが入力され、比較器１１の反転入力端子−にはリプル電圧の変動を制御するのに用いる参照電圧Vrefが入力される。その参照電圧Vrefには第１の定電圧Vref1と第２の定電圧Vref2とが用いられる。第１の定電圧Vref1は定電圧回路E1により生成され、その定電圧回路E1もＩＣ内部の定電圧源により構成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
誤差増幅器１２の非反転入力端子＋には参照電圧Vrefが入力され、誤差増幅器１２の反転入力端子−には帰還電圧FBが入力される。参照電圧Vrefは、スイッチSW3によって第１の定電圧Vref1と第２の定電圧Vref2との間で切り替えられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
そのスイッチSW3は後述する機能を有する状態遷移回路１４により切り替えられる。すなわち、そのスイッチSW3は、その状態１のときには比較器１１の反転入力端子−と誤差増幅器１２の非反転入力端子＋とに第１の定電圧Vref1が印加され、状態３のときには第２の定電圧Vref2が印加されるように、状態遷移回路１４から出力される状態３遷移信号によって切り替えられる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
（状態１）
状態１においては、スイッチSW２は閉成され、スイッチSW3は参照電圧Vrefとしての第１の定電圧Vref１を比較器１１の反転入力端子−に印加しかつ誤差増幅器１２の非反転入力端子＋に印加する側に接続されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
これにより、スイッチSW3は、参照電圧Vrefとしての第２の定電圧Vref２を比較器１１の反転入力端子−に印加し、誤差増幅器１２の非反転入力端子＋に印加する側に接続される。また、スイッチSW2が閉成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
Ｎ−チャネルトランジスタＮ６は製造で許容される最小のゲート長で構成されており、閾値電圧でオン・オフするスイッチとみなすことができる。一般に、トランジスタの閾値電圧は製造誤差を持っているため、誤差増幅器１２の出力は差動オフセット電圧を持っている。その原因として最も大きいのは、差動対PチャンネルトランジスタＰ４，Ｐ５の閾値電圧のオフセットであり、閾値電圧のオフセット分、反転電圧端子−に差動オフセット電圧が発生する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
状態遷移回路１４が状態３遷移信号を出力している状態にあるとき、差動オフセット電圧を最小にしても問題が発生する可能性があることを図６を参照しつつ説明する。図６は、比較器１１の比較出力電圧ｃｍpoutを反転させる反転入力端子−に印加される電圧が誤差増幅器１２の反転入力端子−の電圧より僅かに高い状態を想定して描かれている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
この図６においては、第１の定電圧Ｖｒｅｆ１に対して比較器１１の反転入力端子−に印加される電圧１が第１の定電圧Ｖｒｅｆ１よりも高く、かつ、第２の定電圧Ｖｒｅｆ２に対して比較器１１の反転入力端子−に印加される電圧２が第２の定電圧Ｖｒｅｆ２よりも高い。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
状態１のときには、電圧１よりも帰還電圧FBが小さくなると、比較器１１の比較出力電圧ｃｍpoutが反転する。しかし、状態３のときには、誤差増幅器１２の誤差電圧opoutにより帰還電圧ＦＢが参照電圧Ｖｒｅｆとしての第２の定電圧Vref2に収束していくが、比較器１１の反転入力端子−の電圧２が第２の定電圧Vref2である参照電圧Ｖｒｅｆよりも高い。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
その結果、状態１、状態２のときには、第１の定電圧Ｖｒｅｆ１に対して比較器１１の反転入力端子−に印加される電圧１が第１の定電圧Ｖｒｅｆ１よりも高い。また、状態３のときには、図７に示すように、第２の定電圧Ｖｒｅｆ２に対して比較器１１の反転入力端子−に印加される電圧２が第２の定電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなる。