(57)【要約】【課題】過電流検出レベルを必要以上に大きくすることなく、過電流が発生しても出力電圧を立ち上げることができる昇降圧型の同期整流型スイッチングレギュレータ、同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路及び同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法を得る。【解決手段】過電流が検出された場合に、判定回路８の出力信号ＶＯＬＶに応じて、降圧動作時には、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３をそれぞれオフさせると共に降圧用同期整流トランジスタＭ２と昇圧用同期整流トランジスタＭ４をそれぞれオンさせ、昇圧動作時には、降圧用同期整流トランジスタＭ２と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３をそれぞれオフさせると共に、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用同期整流トランジスタＭ４をそれぞれオンさせるようにした。【選択図】図１
2008086143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子から入力された入力電圧を、インダクタを用いて昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータにおいて、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタと、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、該検出結果を出力する過電流検出回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記定電圧になるように、降圧用スイッチングトランジスタ、降圧用同期整流トランジスタ、昇圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタに対する動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にすることを特徴とする同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項２】
前記過電流検出回路部は、前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定することを特徴とする請求項１記載の同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項３】
前記過電流検出回路部は、前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定することを特徴とする請求項２記載の同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項４】
前記過電流検出回路部は、前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うことを特徴とする請求項２又は３記載の同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項５】
前記過電流検出回路部は、昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくすることを特徴とする請求項２、３又は４記載の同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項６】
前記制御回路部は、外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が設定されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の同期整流型スイッチングレギュレータ。
【請求項７】
降圧動作のためにスイッチングを行って、入力端子から入力された入力電圧によるインダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタの各トランジスタの動作制御を行って、前記インダクタを用いて前記入力電圧を昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路において、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、該検出結果を出力する過電流検出回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記定電圧になるように、降圧用スイッチングトランジスタ、降圧用同期整流トランジスタ、昇圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタに対する動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にすることを特徴とする同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項８】
前記過電流検出回路部は、前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定することを特徴とする請求項７記載の同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項９】
前記過電流検出回路部は、前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定することを特徴とする請求項８記載の同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項１０】
前記過電流検出回路部は、前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うことを特徴とする請求項８又は９記載の同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項１１】
前記過電流検出回路部は、昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくすることを特徴とする請求項８、９又は１０記載の同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項１２】
前記制御回路部は、外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が設定されることを特徴とする請求項７、８、９、１０又は１１記載の同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路。
【請求項１３】
降圧動作のためにスイッチングを行って入力端子に入力された入力電圧によるインダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタの各トランジスタの動作制御を行って、前記インダクタを用いて前記入力電圧を昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法において、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、
前記入力電圧よりも前記出力端子から出力される出力電圧の方が小さいときに前記過電流を検出すると、
前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、
前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流を検出すると、
前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にすることを特徴とする同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１４】
前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定することを特徴とする請求項１３記載の同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１５】
昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくすることを特徴とする請求項１４記載の同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１６】
前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定することを特徴とする請求項１４又は１５記載の同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１７】
前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うことを特徴とする請求項１６記載の同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１８】
外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が可変設定されることを特徴とする請求項１３、１４、１５、１６又は１７記載の同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護回路を有する昇降圧型の同期整流型スイッチングレギュレータに関し、特に、携帯電話等に使用される送信アンプの出力に応じて出力電圧を可変する昇降圧型の同期整流型スイッチングレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表されるような小型の携帯機器が広く普及している。このような携帯機器の電源には、通常、小型の２次電池が使用されており、小型の電池で使用時間をできるだけ長くするために、電池の高性能化と機器の省電力化が図られている。また、電池の体積を小さくしてより長時間使用できるようにするためには、正常に使用することができる電池電圧範囲を広げることが望ましく、このために入力電圧範囲の広い昇降圧型のスイッチングレギュレータが使用されるようになった。また、昇降圧型のスイッチングレギュレータは、入力電圧範囲が広いため、電池やＡＣアダプタ等のような各種入力電源に対応することができるというメリットも備えている。
【０００３】
また、昇降圧型のスイッチングレギュレータは、入力電圧よりも小さい電圧から大きい電圧まで出力することができるという特性を有していることから、出力電圧のダイナミックレンジの広い送信アンプ等の電源に使用すると効率を大幅に向上させることができる。例えば、携帯電話に使用される送信アンプの場合、基地局に近いと送信アンプへの電源電圧値を小さくし、基地局から遠いと送信アンプへの電源電圧値を大きくするというように、基地局との距離に応じて送信アンプに供給する電源電圧の電圧値を変えていた。また、インダクタを使用した昇降圧型のスイッチングレギュレータは、回路構成が簡単で、高効率であるため電池を電源とする機器に広く使用されている。
【０００４】
このような昇降圧型のスイッチングレギュレータの過電流保護回路としては、図４のようなものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
図４のスイッチングレギュレータでは、Ａ端子に入力された電圧を昇圧又は降圧してＢ端子より出力する。
図４において、Ｍ１０１は降圧用スイッチングトランジスタを、Ｍ１０２は降圧用同期整流トランジスタを、Ｍ１０３は昇圧用スイッチングトランジスタを、Ｍ１０４は昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれなしている。
【０００５】
抵抗Ｒ１３１及びＲ１３２は電流検出用の抵抗であり、各抵抗Ｒ１３１，Ｒ１３２のそれぞれの両端電圧は、対応する電圧センサ１３４及び１３５でそれぞれ検出されている。電圧センサ１３４及び１３５の各出力信号は、過電流検出回路１３３にそれぞれ入力され、過電流が検出されると過電流検出回路１３３からスイッチング制御回路１３２に信号が出力され、降圧用スイッチングトランジスタＭ１０１、降圧用同期整流トランジスタＭ１０２、昇圧用スイッチングトランジスタＭ１０３及び昇圧用同期整流トランジスタＭ１０４をそれぞれオフさせて遮断状態にしていた。
【特許文献１】特開２００４−２４８４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、携帯電話等に使用されている送信アンプは出力のダイナミックレンジが広いため、該送信アンプを効率よく駆動させるためには、該送信アンプの出力レベルに応じて送信アンプへの電源電圧を変えていた。このような場合、スイッチングレギュレータの出力電圧は、低電圧から高電圧、又は高電圧から低電圧に頻繁に変動する。図４のようなスイッチングレギュレータでは、電源投入時や、出力電圧が低電圧から急に高電圧に変化すると、出力端子Ｂに接続されているコンデンサ等（図示せず）を急速に充電するために大電流が流れて過電流制御が作動して降圧用スイッチングトランジスタＭ１０１、降圧用同期整流トランジスタＭ１０２、昇圧用スイッチングトランジスタＭ１０３及び昇圧用同期整流トランジスタＭ１０４をそれぞれオフさせてしまうと出力電圧が立ち上がらなくなるという問題があった。このようなことから、従来では、電源投入時は過電流保護回路の動作を禁止したり、過電流の検出レベルを必要以上に大きくしていた。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、過電流検出レベルを必要以上に大きくすることなく、過電流が発生しても出力電圧を立ち上げることができる昇降圧型の同期整流型スイッチングレギュレータ、同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路及び同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る同期整流型スイッチングレギュレータは、入力端子から入力された入力電圧を、インダクタを用いて昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータにおいて、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタと、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、該検出結果を出力する過電流検出回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記定電圧になるように、降圧用スイッチングトランジスタ、降圧用同期整流トランジスタ、昇圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタに対する動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にするものである。
【０００９】
また、前記過電流検出回路部は、前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定するようにした。
【００１０】
具体的には、前記過電流検出回路部は、前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定するようにした。
【００１１】
また、前記過電流検出回路部は、前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うようにした。
【００１２】
また、前記過電流検出回路部は、昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくするようにした。
【００１３】
また、前記制御回路部は、外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が設定されるようにした。
【００１４】
また、この発明に係る同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路は、降圧動作のためにスイッチングを行って、入力端子から入力された入力電圧によるインダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタの各トランジスタの動作制御を行って、前記インダクタを用いて前記入力電圧を昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路において、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、該検出結果を出力する過電流検出回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記定電圧になるように、降圧用スイッチングトランジスタ、降圧用同期整流トランジスタ、昇圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタに対する動作制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流検出回路部が過電流を検出すると、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にするものである。
【００１５】
また、前記過電流検出回路部は、前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定するようにした。
【００１６】
具体的には、前記過電流検出回路部は、前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定するようにした。
【００１７】
また、前記過電流検出回路部は、前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うようにした。
【００１８】
また、前記過電流検出回路部は、昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくするようにした。
【００１９】
また、前記制御回路部は、外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が設定されるようにした。
【００２０】
また、この発明に係る同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法は、降圧動作のためにスイッチングを行って入力端子に入力された入力電圧によるインダクタへの充電を行う降圧用スイッチングトランジスタと、
降圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う降圧用同期整流トランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記入力電圧による前記インダクタへの充電を行う昇圧用スイッチングトランジスタと、
昇圧動作のためにスイッチングを行って前記インダクタの放電を行う昇圧用同期整流トランジスタの各トランジスタの動作制御を行って、前記インダクタを用いて前記入力電圧を昇降圧することにより、設定された定電圧に変換して出力端子から出力する同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法において、
前記出力端子から出力される電流が所定の電流値以上になる過電流の検出を行い、
前記入力電圧よりも前記出力端子から出力される出力電圧の方が小さいときに前記過電流を検出すると、
前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、
前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに前記過電流を検出すると、
前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にするようにした。
【００２１】
また、前記入力端子から入力された電流が所定値以上になると前記過電流を検出したと判定するようにした。
【００２２】
また、昇圧動作時の前記所定値を降圧動作時よりも大きくするようにした。
【００２３】
また、前記入力端子からの電流が入力される前記インダクタの一端の電圧検出を行い、該検出した電圧から前記過電流の発生の有無を判定するようにした。
【００２４】
また、前記過電流が発生したと判定した後、所定の周波数のパルス信号に同期して該判定を解除して過電流検出を行うようにした。
【００２５】
また、外部から入力される信号によって、生成する前記定電圧値が可変設定されるようにした。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の同期整流型スイッチングレギュレータ、同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路及び同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法によれば、前記入力電圧よりも前記出力端子から出力される出力電圧の方が小さいときに過電流を検出すると、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にし、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときに過電流を検出すると、前記降圧用同期整流トランジスタ及び昇圧用スイッチングトランジスタをそれぞれオフさせて遮断状態にすると共に、前記降圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタをそれぞれオンさせて導通状態にするようにした。このことから、過電流検出レベルを必要以上に大きくすることなく、過電流が発生しても出力電圧を立ち上げることができ、外部信号に応じて出力電圧を高速に上昇又は低下させた場合でも確実に目標の出力電圧を出力することができる。
【００２７】
また、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が大きいときの過電流検出レベルを前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときの過電流検出レベルよりも大きくなるようにしたことから、前記入力電圧よりも前記出力電圧の方が小さいときと同じ出力電流において過電流保護動作を行うことができる。
また、降圧用スイッチングトランジスタ又は昇圧用同期整流トランジスタの電圧降下を検出して過電流の検出を行うようにしたことから、電流検出抵抗が不要になり、効率を向上させることができ、更に過電流を検出するための検出個所を１箇所にすることができ、回路規模を縮小させることができる。
【００２８】
更に、昇圧動作中に出力端子が短絡した場合でも、出力電圧が入力電圧よりも低下した時点で過電流を検出すると、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３を共にオフさせることから、入力端子からの入力電流をカットすることができ、短絡電流の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における昇降圧型のスイッチングレギュレータの回路例を示した図である。
図１において、スイッチングレギュレータ１は、入力端子ＩＮに入力された入力電圧Ｖｉｎを自動的に昇圧又は降圧して所定の定電圧に変換し、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから出力する、昇降圧型の同期整流型スイッチングレギュレータ（以下、スイッチングレギュレータと呼ぶ）である。
【００３０】
スイッチングレギュレータ１は、降圧動作時に入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うためのスイッチング動作を行うＰＭＯＳトランジスタからなる降圧用スイッチングトランジスタＭ１と、降圧動作時における同期整流用トランジスタをなすＮＭＯＳトランジスタからなる降圧用同期整流トランジスタＭ２と、昇圧動作時に入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うためのスイッチング動作を行うＮＭＯＳトランジスタからなる昇圧用スイッチングトランジスタＭ３と、昇圧動作時における同期整流用トランジスタをなすＰＭＯＳトランジスタからなる昇圧用同期整流トランジスタＭ４とを備えている。
【００３１】
更に、スイッチングレギュレータ１は、降圧用スイッチングトランジスタＭ１、降圧用同期整流トランジスタＭ２、昇圧用スイッチングトランジスタＭ３及び昇圧用同期整流トランジスタＭ４の動作制御を行う制御回路２と、発振回路３と、誤差増幅回路４と、昇圧用のＰＷＭコンパレータ５と、降圧用のＰＷＭコンパレータ６と、過電流検出回路７と、降圧動作と昇圧動作の切り換えを判定する判定回路８と、インバータ９と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、外部から入力された制御信号ＰＡＢＩＡＳに応じた電圧の可変基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する基準電圧発生回路１０と、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した分圧電圧Ｖｆｂを生成する出力電圧検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備えている。発振回路３は、昇圧制御用の所定の三角波信号ＴＷ１、降圧制御用の所定の三角波信号ＴＷ２及び所定の矩形波信号であるクロック信号ＣＬＫをそれぞれ生成して出力する。三角波信号ＴＷ１，ＴＷ２及びクロック信号ＣＬＫは、それぞれ周波数が同じで同期しており、三角波信号ＴＷ１とＴＷ２は振幅も同じであるが、三角波信号ＴＷ１は、三角波信号ＴＷ２よりも電圧が大きい。
【００３２】
なお、過電流検出回路７及びインバータ９は過電流検出回路部を、判定回路８は判定回路部をそれぞれなし、制御回路２、発振回路３、誤差増幅回路４，ＰＷＭコンパレータ５，６及び基準電圧発生回路１０は制御回路部をなす。
また、図１のスイッチングレギュレータ１において、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１を除く各回路を１つのＩＣに集積するようにしてもよく、場合によっては、各トランジスタＭ１〜Ｍ４の少なくとも１つ、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１を除く各回路を１つのＩＣに集積するようにしてもよい。また、図１のスイッチングレギュレータ１は、他の回路と共に１つのＩＣに集積されるようにしてもよく、この場合、制御信号ＰＡＢＩＡＳは該ＩＣ内の回路で生成されるようにしてもよい。
【００３３】
入力電圧Ｖｉｎと接地電圧との間には降圧用スイッチングトランジスタＭ１及び降圧用同期整流トランジスタＭ２が直列に接続され、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と降圧用同期整流トランジスタＭ２との接続部と出力端子ＯＵＴとの間には、インダクタＬ１と昇圧用同期整流トランジスタＭ４が直列に接続されている。インダクタＬ１と昇圧用同期整流トランジスタＭ４との接続部と接地電圧との間には昇圧用スイッチングトランジスタＭ３が接続されている。また、出力端子ＯＵＴと接地電圧との間には、コンデンサＣ１が接続されると共に抵抗Ｒ１及びＲ２が直列に接続され、抵抗Ｒ１とＲ２との接続部から分圧電圧Ｖｆｂが出力される。
【００３４】
誤差増幅回路４において、反転入力端には分圧電圧Ｖｆｂが入力され、非反転入力端には可変基準電圧Ｖｒ１が入力されている。誤差増幅回路４の出力端は、ＰＷＭコンパレータ５及び６の各非反転入力端にそれぞれ接続されている。ＰＷＭコンパレータ５の反転入力端には、発振回路３からの昇圧制御用の三角波信号ＴＷ１が、ＰＷＭコンパレータ６の反転入力端には、発振回路３からの降圧制御用の三角波信号ＴＷ２がそれぞれ入力されている。ＰＷＭコンパレータ５は、誤差増幅回路４の出力信号ＥＡｏと三角波信号ＴＷ１から昇圧動作時にＰＷＭ制御を行うためのパルス信号ＳＰ１を生成して制御回路２に出力する。また、ＰＷＭコンパレータ６は、誤差増幅回路４の出力信号ＥＡｏと三角波信号ＴＷ２から高圧動作時にＰＷＭ制御を行うためのパルス信号ＳＰ２を生成して制御回路２に出力する。
【００３５】
一方、判定回路８には、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔがそれぞれ入力されており、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの電圧比較を行い、例えば、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔよりも大きいと判定するとハイレベルの信号ＶＯＬＶを出力し、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎよりも大きいと判定するとローレベルの信号ＶＯＬＶを出力する。信号ＶＯＬＶは、制御回路２及び過電流検出回路７にそれぞれ出力される。
【００３６】
制御回路２は、ＰＷＭコンパレータ６からのパルス信号ＳＰ２に基づいて、降圧用スイッチングトランジスタＭ１及び降圧用同期整流トランジスタＭ２に対して相補的にオン／オフ動作を行うようにスイッチング制御を行うと共に、ＰＷＭコンパレータ５からのパルス信号ＳＰ１に基づいて、昇圧用スイッチングトランジスタＭ３及び昇圧用同期整流トランジスタＭ４に対して相補的にオン／オフ動作を行うようにスイッチング制御を行う。出力電圧Ｖｏｕｔは、可変基準電圧Ｖｒ１の電圧に応じて変化する。
【００３７】
過電流検出回路７には、発振回路３からのクロック信号ＣＬＫ、判定回路８からの信号ＶＯＬＶ、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と降圧用同期整流トランジスタＭ２との接続部の信号ＢＵＬＸ、及び降圧用スイッチングトランジスタＭ１のゲートに入力される制御信号をインバータ９で信号レベルを反転させた信号ＢＵＰＨＳｂがそれぞれ入力されている。過電流検出回路７は、信号ＢＵＬＸから降圧用スイッチングトランジスタＭ１の電圧降下を検出することによって、入力端子ＩＮから入力される入力電流の電流値が所定値以上になった否かを検出し、出力端子ＯＵＴから出力される出力電流ｉｏｕｔの過電流検出を行う。過電流検出回路７は、該過電流を検出すると、例えば出力信号ＬＩＭｂをハイレベルからローレベルに立ち下げる。
【００３８】
図２は、図１の過電流検出回路７の回路例を示した図である。
図２において、過電流検出回路７は、コンパレータ２１、インバータ２２〜２４、ＮＯＲ回路２５，２６、Ｄフリップフロップ２７、ＡＮＤ回路２８、遅延回路２９、定電流源３０、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１，Ｍ２２及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で構成されている。
入力電圧Ｖｉｎと接地電圧との間には、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２及び定電流源３０が直列に接続され、抵抗Ｒ２２と定電流源３０との接続部はコンパレータ２１の反転入力端に接続されている。また、抵抗Ｒ２１に並列にＰＭＯＳトランジスタＭ２２が接続され、ＰＭＯＳトランジスタＭ２２のゲートにはインバータ２４を介して判定回路８からの信号ＶＯＬＶが入力されている。
【００３９】
コンパレータ２１の非反転入力端には信号ＢＵＬＸが入力されており、コンパレータ２１の出力端はインバータ２２を介してＮＯＲ回路２５の一方の入力端に接続されている。また、入力電圧Ｖｉｎとコンパレータ２１の出力端との間には、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１が接続され、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１のゲートにはＡＮＤ回路２８の出力端が接続されている。ＡＮＤ回路２８の一方の入力端には信号ＢＵＰＨＳｂが入力され、信号ＢＵＰＨＳｂはコンパレータ２１の制御信号入力端にも入力されている。ＡＮＤ回路２８の他方の入力端には遅延回路２９で信号ＢＵＰＨＳｂを遅延させた信号が入力されている。
【００４０】
一方、Ｄフリップフロップ２７において、入力端Ｄには入力電圧Ｖｉｎが入力され、クロック入力端Ｃには発振回路３からのクロック信号ＣＬＫが入力され、出力端ＱはＮＯＲ回路２６の一方の入力端に接続されている。ＮＯＲ回路２５及び２６はＲＳフリップフロップを形成しており、ＮＯＲ回路２５の出力端は、過電流検出回路７の出力端をなしており、ＮＯＲ回路２６の他方の入力端に接続されると共に、インバータ２３を介してＤフリップフロップ２７のリセット入力端ＲＢに接続されている。また、ＮＯＲ回路２６の出力端はＮＯＲ回路２５の他方の入力端に接続されている。
【００４１】
入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が小さいときは、判定回路８からハイレベルの信号ＶＯＬＶが出力されることから、ＰＭＯＳトランジスタＭ２２がオンして導通状態になり、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が大きいときは、判定回路８からローレベルの信号ＶＯＬＶが出力されることから、ＰＭＯＳトランジスタＭ２２がオフして遮断状態になる。このため、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が大きいときには、コンパレータ２１の反転入力端に入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が小さいときよりも小さい電圧が入力されることから、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が大きいときの方が過電流検出の判断基準となる電流レベルが大きくなる。これは、定常状態において、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が大きいときには通常昇圧動作を、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が小さいときには降圧動作を行っていることから、同じ出力電流ｉｏｕｔであっても、入力端子ＩＮからはより大きな電流が入力されることから、昇圧動作時でも降圧動作時と同じ出力電流値で過電流保護動作を行うようにするためである。
【００４２】
また、降圧用スイッチングトランジスタＭ１がオフしているときは信号ＢＵＰＨＳｂはローレベルであるため、ＡＮＤ回路２８の出力端はローレベルになりＰＭＯＳトランジスタＭ２１はオンして、コンパレータ２１の出力端をハイレベルに固定する。逆に、降圧用スイッチングトランジスタＭ１がオンしているときは、ＰＭＯＳトランジスタＭ２１はオフして、コンパレータ２１の電圧比較結果を示す信号がインバータ２２を介してＮＯＲ回路２５の対応する入力端に入力される。すなわち、過電流検出回路７は、降圧用スイッチングトランジスタＭ１がオンしているときだけ作動する。なお、信号ＢＵＰＨＳｂがハイレベルになるとコンパレータ２１は作動するが、コンパレータ２１が作動開始してから動作が安定するまでの時間、遅延回路２９によってＰＭＯＳトランジスタＭ２１がオフして遮断状態になるのを遅延させている。
【００４３】
過電流が発生したと判断するまで信号ＢＵＬＸの電圧が低下すると、コンパレータ２１の出力端はローレベルになり、ＲＳフリップフロップのリセット端をなすＮＯＲ回路２５の入力端がハイレベルになることから、ＮＯＲ回路２５の出力端からローレベルの信号ＬＩＭｂが出力される。一方、Ｄフリップフロップ２７において、入力端Ｄに入力電圧Ｖｉｎが入力されていることから、クロック信号ＣＬＫがローレベルからハイレベルに立ち上がったとき出力端Ｑがハイレベルになる。このため、リセット端ＲＢにローレベルの信号が入力される、すなわち信号ＬＩＭｂがハイレベルになるまで出力端Ｑはハイレベルである。
【００４４】
降圧用スイッチングトランジスタＭ１を流れる電流が減少して信号ＢＵＬＸの電圧が上昇すると、コンパレータ２１の出力端はハイレベルになり、信号ＬＩＭｂはハイレベルになる。信号ＬＩＭｂがハイレベルである間はＤフリップフロップ２７はリセットがかかった状態になり、出力端Ｑはローレベルになる。このように、過電流を検出した後、該過電流が検出されなくなってコンパレータ２１の出力信号がハイレベルになると、クロック信号ＣＬＫに同期して信号ＬＩＭｂはローレベルからハイレベルに立ち上がる。
【００４５】
次に、図３は、図１の判定回路８の回路例を示した図である。
図３において、判定回路８は、コンパレータ３１、ＮＭＯＳトランジスタＭ３１及び抵抗Ｒ３１〜Ｒ３５で構成されている。出力電圧Ｖｏｕｔと接地電圧との間には、抵抗Ｒ３３〜Ｒ３５が直列に接続され、抵抗Ｒ３５に並列にＮＭＯＳトランジスタＭ３１が接続されている。抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４との接続部はコンパレータ３１の反転入力端に接続され、コンパレータ３１の出力端は、判定回路８の出力端をなすと共にＮＭＯＳトランジスタＭ３１のゲートに接続されている。また、入力電圧Ｖｉｎと接地電圧との間には、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２が直列に接続され、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２との接続部がコンパレータ３１の非反転入力端に接続されている。
【００４６】
コンパレータ３１の非反転入力端には、入力電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２で分圧した電圧が入力され、コンパレータ３１の反転入力端には、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４及びＲ３５と直列回路とで分圧した電圧が入力されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ３１は、コンパレータ３１の出力信号である信号ＶＯＬＶがハイレベルになるとオンして導通状態になり、コンパレータ３１の反転入力端の電圧を下げてヒステリシス電圧を生成している。
降圧用スイッチングトランジスタＭ１、降圧用同期整流トランジスタＭ２、昇圧用スイッチングトランジスタ及び昇圧用同期整流トランジスタＭ４等によるロスがない場合、降圧動作時は出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎよりも小さいことから、コンパレータ３１はハイレベルの信号ＶＯＬＶを出力する。また、昇圧動作時は出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎよりも大きくなることから、コンパレータ３１はローレベルの信号ＶＯＬＶを出力する。
【００４７】
制御回路２は、ＰＷＭコンパレータ６からのパルス信号ＳＰ２に基づいて、降圧用スイッチングトランジスタＭ１及び降圧用同期整流トランジスタＭ２に対して相補的にオン／オフ動作を行うようにスイッチング制御を行うと共に、ＰＷＭコンパレータ５からのパルス信号ＳＰ１に基づいて、昇圧用スイッチングトランジスタＭ３及び昇圧用同期整流トランジスタＭ４に対して相補的にオン／オフ動作を行うようにスイッチング制御を行う。
【００４８】
このような構成において、過電流検出時の動作について説明する。
出力電流ｉｏｕｔが増加すると、過電流検出回路７の出力信号ＬＩＭｂがローレベルになる。制御回路２は、過電流検出回路７の出力信号ＬＩＭｂがローレベルになると過電流保護動作を行う。このとき、判定回路８の出力信号ＶＯＬＶがハイレベルであれば、制御回路２は、前記したように降圧動作を行っていることから、降圧用スイッチングトランジスタＭ１をオフさせて遮断状態にすると共に降圧用同期整流トランジスタＭ２をオンさせて導通状態にし、更に昇圧用スイッチングトランジスタＭ３をオフさせて遮断状態にすると共に昇圧用同期整流トランジスタＭ４をオンさせて導通状態にする。逆に、判定回路８の出力信号ＶＯＬＶがローレベルであれば、制御回路２は、昇圧動作を行っていることから、降圧用スイッチングトランジスタＭ１をオンさせると共に降圧用同期整流トランジスタＭ２をオフさせ、更に昇圧用スイッチングトランジスタＭ３をオフさせると共に昇圧用同期整流トランジスタＭ４をオンさせる。
【００４９】
入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が小さいときに過電流を検出した場合、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３を共にオフさせることにより、入力端子ＩＮからの入力電流をカットすることができる。また、降圧用同期整流トランジスタＭ２と昇圧用同期整流トランジスタＭ４を共にオンさせることにより、インダクタＬ１に蓄積された電荷を速やかに出力電圧Ｖｏｕｔに放電することができるため、出力電圧Ｖｏｕｔの急速な低下を防止することができる。
【００５０】
また、入力電圧Ｖｉｎよりも出力電圧Ｖｏｕｔの方が大きいときに過電流を検出した場合、降圧用同期整流トランジスタＭ２と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３をそれぞれオフさせると共に、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用同期整流トランジスタＭ４をそれぞれオンさせることにより、インダクタＬ１に蓄積された電荷を速やかに出力電圧Ｖｏｕｔに放電することができるため、降圧動作時と同様に出力電圧Ｖｏｕｔの急速な低下を防止することができる。このようなことから、電源投入時や、出力電圧Ｖｏｕｔが低電圧から急に高電圧に変化するような場合に過電流保護機能が作動しても、所定の周波数ごとに過電流保護機能を解除することで、出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がらなくなるといった不具合の発生を防止することができる。
【００５１】
なお、昇圧動作中に出力端子ＯＵＴが接地電圧に短絡する等して、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎ以下まで低下した場合は、判定回路８からの信号ＶＯＬＶが反転してハイレベルになり、制御回路２は、降圧用スイッチングトランジスタＭ１と昇圧用スイッチングトランジスタＭ３を共にオフさせることから、入力端子ＩＮからの入力電流をカットすることができ、短絡電流の発生を防止することができる。
【００５２】
このように、本第１の実施の形態におけるスイッチングレギュレータは、過電流が検出された場合に、判定回路８の出力信号ＶＯＬＶに応じて、各トランジスタＭ１〜Ｍ４のオン／オフを適切に制御するようにしたことから、外部信号ＰＡＢＩＡＳに応じて出力電圧Ｖｏｕｔを高速に上げ下げしても確実に目標の出力電圧を出力することができ、出力のダイナミックレンジの広い送信アンプ等の電源として使用することができる。
なお、本第１の実施の形態では、過電流を検出するために降圧用スイッチングトランジスタＭ１の電圧降下を検出するようにした場合を例にして説明したが、昇圧用同期整流トランジスタＭ４の電圧降下を検出するようにしてもよい。また、従来例と同様に過電流を検出するために抵抗を使用してもよいが、この場合は電流検出用の抵抗で消費する電力分だけ効率が低下する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における昇降圧型のスイッチングレギュレータの回路例を示した図である。
【図２】図１の過電流検出回路７の回路例を示した図である。
【図３】図１の判定回路８の回路例を示した図である。
【図４】昇降圧型のスイッチングレギュレータの従来例を示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  スイッチングレギュレータ
２  制御回路
３  発振回路
４  誤差増幅回路
５，６  ＰＷＭコンパレータ
７  過電流検出回路
８  判定回路
９  インバータ
１０  基準電圧発生回路
Ｍ１  降圧用スイッチングトランジスタ
Ｍ２  降圧用同期整流トランジスタ
Ｍ３  昇圧用スイッチングトランジスタ
Ｍ４  昇圧用同期整流トランジスタ
Ｌ１  インダクタ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
Ｃ１  コンデンサ
【図１】
2008086143.tif 000003
【図２】
2008086143.tif 000004
【図３】
2008086143.tif 000005
【図４】
2008086143.tif 000006