(57)【要約】【課題】出力電圧に大きな歪みが生じることなく負荷条件に応じて制御方法を切り換え、軽負荷から重負荷まで電源効率を高めることができるスイッチングレギュレータ及びその動作制御方法を得る。【解決手段】ＶＦＭ制御時には、ＶＦＭコンパレータ６から、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ未満であることを示すローレベルの信号ＶＦＭＥｒｒが出力されている間は、ＶＦＭ制御回路７は、インダクタ電流ｉＬがゼロにならないようにあらかじめ設定されたオン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆになるパルス信号を繰り返し生成して制御信号Ｓｐｖとして出力するようにして、スイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２を相補的に繰り返しオン／オフさせるようにし、該オン／オフ動作が所定回連続して繰り返されるとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えるようにした。【選択図】図１
2008228514.tif 000002
【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、所定の定電圧に変換して出力端子から出力するスイッチングレギュレータにおいて、
入力された制御信号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スイッチングによって前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタと該インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、該検出したインダクタ電流に応じてＰＷＭ制御からＶＦＭ制御に切り換えることを示す切換信号を生成して出力する切換制御回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記所定の定電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対して、該切換制御回路部からの切換信号に応じてＰＷＭ制御又はＶＦＭ制御のいずれかを行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記スイッチングトランジスタに対して、所定のオン時間オンさせ所定のオフ時間オフさせるオン／オフ動作を繰り返し行うことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項２】
前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に前記オン／オフ動作を所定の回数連続して行うと所定の信号を前記切換制御回路部に出力し、該切換制御回路部は、該所定の信号が入力されるとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えることを示す切換信号を前記制御回路部に出力することを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項３】
前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記インダクタ電流が流れ続けるように前記オフ時間が設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項４】
前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出して、最初の前記オン／オフ動作で前記インダクタ電流がゼロになったときに前記比例電圧が前記所定の基準電圧未満であることを検出すると２回目のオン／オフ動作を開始することを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項５】
前記制御回路部は、前記入力電圧の電圧値に応じてＶＦＭ制御時の前記オフ時間を可変することを特徴とする請求項３又は４記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項６】
前記制御回路部は、前記入力電圧が所定値以上になると、前記入力電圧が所定値未満であることを検出しているときよりもＶＦＭ制御時の前記オフ時間を長くすることを特徴とする請求項５記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項７】
前記スイッチングトランジスタ、切換制御回路部及び制御回路部は１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のスイッチングレギュレータ。
【請求項８】
入力された制御信号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スイッチングによって入力端子に入力された入力電圧による充電が行われるインダクタと、
を備え、
前記入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から出力する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出力電圧が前記所定の定電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対して、ＰＷＭ制御又はＶＦＭ制御のいずれかを行い、
前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、
該検出したインダクタ電流に応じてＰＷＭ制御からＶＦＭ制御に切り換え、
ＶＦＭ制御時に、前記出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記スイッチングトランジスタに対して、所定のオン時間オンさせ所定のオフ時間オフさせるオン／オフ動作を繰り返し行うことを特徴とするスイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項９】
前記ＶＦＭ制御時に前記オン／オフ動作を所定の回数連続して行うとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えることを特徴とする請求項８記載のスイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１０】
前記ＶＦＭ制御時に、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記インダクタ電流が流れ続けるように前記オフ時間が設定されることを特徴とする請求項８又は９記載のスイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１１】
前記ＶＦＭ制御時に、前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出して、最初の前記オン／オフ動作で前記インダクタ電流がゼロになったときに前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出すると２回目のオン／オフ動作を開始することを特徴とする請求項８又は９記載のスイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１２】
前記入力電圧の電圧値に応じて前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を可変することを特徴とする請求項１０又は１１記載のスイッチングレギュレータの動作制御方法。
【請求項１３】
前記入力電圧が所定値以上になると、前記入力電圧が所定値未満であることを検出しているときよりも前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を長くすることを特徴とする請求項１２記載の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、ＰＷＭ制御とＶＦＭ制御とを、負荷の状態に応じて切り換えるようにしたスイッチングレギュレータ及びその動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する配慮から、電子機器の省電力化が求められており、特に電池駆動による電子機器においてその傾向が顕著である。一般に、省電力化を図るには、電子機器で消費する電力を削減することと、電源回路自体の効率を向上させ無駄な電力消費を抑えることが重要である。
小型の電子機器に使用される高効率の電源回路としては、インダクタを用いた非絶縁型のスイッチングレギュレータが広く用いられている。該スイッチングレギュレータの制御方法には、一定周波数のクロックパルスのデューティサイクルを変化させて出力電圧を一定に制御するＰＷＭ（pulse width modulation）制御と、パルス幅が一定でクロックの周期を変化させて出力電圧を一定に制御するＰＦＭ（pulse frequency modulation）制御があった。
【０００３】
ＰＷＭ制御は、軽負荷でも一定周期でスイチングトランジスタのオン／オフ制御を行うため、負荷へ出力する電流が小さい軽負荷での効率は悪化する。これに対して、ＰＦＭ制御は、接続された負荷に応じてスイッチングトランジスタをスイッチングさせる信号の周波数が変動するため、機器に対してノイズやリップルの影響が大きいが、軽負荷に対してはＰＷＭ制御よりも効率がよい。
このようなことから、従来は、負荷条件に応じて、ＰＷＭ制御とＰＦＭ制御を切り換えて制御することにより、軽負荷から重負荷まで電源効率を高めるようにしていた。
【０００４】
図７は、従来のスイッチングレギュレータにおけるＰＦＭ動作を示したタイミングチャートである（例えば、特許文献１参照。）。
ＰＦＭ動作時の制御は、スイッチングレギュレータの出力電圧と、所定の基準電圧との差分から生成されるエラー信号（ｂ）とＰＦＭ動作基準電圧（ｆ）との電圧比較結果からパワーＴｒＳＷ信号（ｄ）を生成し、パワーＴｒＳＷ信号（ｄ）は、所定のＰＦＭ基準クロック（ｅ）を元に、所定のパルス幅のパルス信号が生成されていた。
【０００５】
図８は、図７のスイッチングレギュレータにおけるＰＷＭ動作とＰＦＭ動作の切換タイミングを示したタイミングチャートである。
図８から分かるように、ＰＷＭ動作からＰＦＭ動作に切り換える際の前記エラー信号（ｂ）と、ＰＦＭ動作からＰＷＭ動作に切り換える際の前記エラー信号（ｂ）の電圧値が異なるように設定されており、ＰＦＭ動作時の前記パワーＴｒＳＷ信号（ｄ）が、あらかじめ定められたタイミングにおいて所定数連続して生成されると、ＰＦＭ動作からＰＷＭ動作に切り換えるようにしていた。
【特許文献１】特許第３６４７８１１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、ＰＦＭ基準クロック（ｅ）を元にしてパワーＴｒＳＷ信号（ｄ）を生成する制御方法では、負荷の変動のタイミングによっては次のＰＦＭ動作サイクルまではスイッチ動作ができないため、スイッチングレギュレータの出力電圧に大きな歪みが生じるという問題があった。
【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、出力電圧に大きな歪みが生じることなく負荷条件に応じて制御方法を切り換え、軽負荷から重負荷まで電源効率を高めることができるスイッチングレギュレータ及びそ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】
この発明に係るスイッチングレギュレータは、入力端子に入力された入力電圧を、所定の定電圧に変換して出力端子から出力するスイッチングレギュレータにおいて、
入力された制御信号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スイッチングによって前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタと該インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、該検出したインダクタ電流に応じてＰＷＭ制御からＶＦＭ制御に切り換えることを示す切換信号を生成して出力する切換制御回路部と、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記所定の定電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対して、該切換制御回路部からの切換信号に応じてＰＷＭ制御又はＶＦＭ制御のいずれかを行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記スイッチングトランジスタに対して、所定のオン時間オンさせ所定のオフ時間オフさせるオン／オフ動作を繰り返し行うものである。
【０００９】
また、前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に前記オン／オフ動作を所定の回数連続して行うと所定の信号を前記切換制御回路部に出力し、該切換制御回路部は、該所定の信号が入力されるとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えることを示す切換信号を前記制御回路部に出力するようにした。
【００１０】
また、前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記インダクタ電流が流れ続けるように前記オフ時間が設定されるようにした。
【００１１】
また、前記制御回路部は、ＶＦＭ制御時に、前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出して、最初の前記オン／オフ動作で前記インダクタ電流がゼロになったときに前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出すると２回目のオン／オフ動作を開始するようにしてもよい。
【００１２】
また、前記制御回路部は、前記入力電圧の電圧値に応じてＶＦＭ制御時の前記オフ時間を可変するようにしてもよい。
【００１３】
具体的には、前記制御回路部は、前記入力電圧が所定値以上になると、前記入力電圧が所定値未満であることを検出しているときよりもＶＦＭ制御時の前記オフ時間を長くするようにした。
【００１４】
また、前記スイッチングトランジスタ、切換制御回路部及び制御回路部は１つのＩＣに集積されるようにした。
【００１５】
また、この発明に係るスイッチングトランジスタの動作制御方法は、入力された制御信号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スイッチングによって入力端子に入力された入力電圧による充電が行われるインダクタと、
を備え、
前記出力端子から出力される出力電圧が前記所定の定電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対して、ＰＷＭ制御又はＶＦＭ制御のいずれかを行い、
前記入力電圧を所定の定電圧に変換して出力端子から出力するスイッチングレギュレータの動作制御方法において、
前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、
該検出したインダクタ電流に応じてＰＷＭ制御からＶＦＭ制御に切り換え、
ＶＦＭ制御時に、前記出力電圧に比例した比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記スイッチングトランジスタに対して、所定のオン時間オンさせ所定のオフ時間オフさせるオン／オフ動作を繰り返し行うようにした。
【００１６】
また、前記ＶＦＭ制御時に前記オン／オフ動作を所定の回数連続して行うとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えるようにした。
【００１７】
また、前記ＶＦＭ制御時に、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記インダクタ電流が流れ続けるように前記オフ時間が設定されるようにした。
【００１８】
また、前記ＶＦＭ制御時に、前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出して、最初の前記オン／オフ動作で前記インダクタ電流がゼロになったときに前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出すると２回目のオン／オフ動作を開始するようにしてもよい。
【００１９】
また、前記入力電圧の電圧値に応じて前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を可変するようにした。
【００２０】
具体的には、前記入力電圧が所定値以上になると、前記入力電圧が所定値未満であることを検出しているときよりも前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を長くするようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のスイッチングレギュレータ及びその動作制御方法によれば、ＶＦＭ制御時に、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出している間、前記スイッチングトランジスタに対して、所定のオン時間オンさせ所定のオフ時間オフさせるオン／オフ動作を繰り返し行うようにした。このことから、出力電圧に大きな歪みが生じることなく負荷条件に応じて制御方法を切り換え、軽負荷から重負荷まで電源効率を高めることができる。
【００２２】
また、前記ＶＦＭ制御時に、前記スイッチングトランジスタと前記インダクタとの接続部の電圧から、該インダクタに流れるインダクタ電流の検出を行い、前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出して、最初の前記オン／オフ動作で前記インダクタ電流がゼロになったときに前記比例電圧が所定の基準電圧未満であることを検出すると２回目のオン／オフ動作を開始するようにした。このことから、軽負荷時にインダクタ電流が流れ続けるために生じる電力ロスを低減させることができる。
【００２３】
また、前記入力電圧の電圧値に応じて前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を可変するようにし、例えば前記入力電圧が所定値以上になると、前記入力電圧が所定値未満であることを検出しているときよりも前記ＶＦＭ制御時の前記オフ時間を長くするようにしたことから、過剰にインダクタ電流が流れることを防止することができ、インダクタ電流が流れ続けることによる電力ロスの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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スイッチングレギュレータの構成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、直流電源２０から入力端子であるＶＤＤ端子に入力された入力電圧Ｖｉｎから所定の電圧を生成して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子ＯＵＴから負荷２１に出力する、インダクタを使用した降圧型のスイッチングレギュレータである。
【００２５】
スイッチングレギュレータ１は、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スイッチングトランジスタＭ１と、ＮＭＯＳトランジスタからなる同期整流用トランジスタＭ２と、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して分圧電圧Ｖｆｂを生成し出力する出力電圧検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成して出力する基準電圧発生回路２とを備えている。また、スイッチングレギュレータ１は、分圧電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧差を増幅して信号ＰＷＭＥｒｒとして出力する誤差増幅回路３と、所定の三角波信号ＴＷを生成して出力する発振回路４と、信号ＰＷＭＥｒｒと三角波信号ＴＷからＰＷＭ制御を行うためのパルス信号Ｓｐｗを生成して出力するＰＷＭコンパレータ５とを備えている。
【００２６】
また、スイッチングレギュレータ１は、分圧電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧比較を行い、該比較結果を示す２値の信号である信号ＶＦＭＥｒｒを生成して出力するＶＦＭコンパレータ６と、信号ＶＦＭＥｒｒに応じた制御信号Ｓｐｖを生成して出力するＶＦＭ制御回路７と、入力された信号ＰＷＭＥｒｒ及びＶＦＭＥｒｒに応じてスイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２のスイッチング制御をそれぞれ行うドライブ回路８とを備えている。更に、スイッチングレギュレータ１は、ＰＷＭコンパレータ５及びＶＦＭ制御回路７を排他的に選択して作動させる切換制御回路９と、インダクタＬ１と、平滑用の出力コンデンサＣ１とを備えている。また、スイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２にそれぞれ並列に接続されたダイオードはＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを示している。
【００２７】
なお、基準電圧発生回路２、誤差増幅回路３、発振回路４、ＰＷＭコンパレータ５、ＶＦＭコンパレータ６、ＶＦＭ制御回路７、ドライブ回路８及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は制御回路部をなし、切換制御回路９は切換制御回路部をなす。また、スイッチングレギュレータ１において、インダクタＬ１及び出力コンデンサＣ１を除く各部は、１つのＩＣに集積されており、該ＩＣは、ＶＤＤ、ＬＸ、ＦＢ及びＧＮＤの各端子を備え、ＶＤＤ端子はスイッチングレギュレータ１の入力端子をなし、ＧＮＤ端子は接地電圧に接続されている。
【００２８】
ＶＤＤ端子とＧＮＤ端子との間には直流電源２０が接続され、該直流電源２０から入力電圧ＶｉｎがＶＤＤ端子に入力されている。出力端子ＯＵＴと接地電圧との間には負荷２１が接続されている。ＶＤＤ端子とＬＸ端子との間にはスイッチングトランジスタＭ１が接続されており、ＬＸ端子と接地電圧との間に同期整流用トランジスタＭ２が接続されている。また、ＬＸ端子と出力端子ＯＵＴとの間にはインダクタＬ１が接続され、出力端子ＯＵＴと接地電圧との間には出力コンデンサＣ１が接続されている。インダクタＬ１と出力コンデンサＣ１の接続部、すなわち出力端子ＯＵＴは、ＦＢ端子に接続され、ＦＢ端子と接地電圧との間に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路が接続されている。
【００２９】
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部は、誤差増幅回路３及びＶＦＭコンパレータ６の各反転入力端にそれぞれ接続され、誤差増幅回路３及びＶＦＭコンパレータ６の各非反転入力端には基準電圧Ｖｒｅｆがそれぞれ入力されている。誤差増幅回路３の出力信号ＰＷＭＥｒｒは、ＰＷＭコンパレータ５の反転入力端に入力され、発振回路４からの三角波信号ＴＷは、ＰＷＭコンパレータ５の非反転入力端に入力される。また、ＶＦＭコンパレータ６の出力信号ＶＦＭＥｒｒはＶＦＭ制御回路７に入力され、ＶＦＭ制御回路７は、入力された信号ＶＦＭＥｒｒに基づいてパルス信号Ｓｐｖを生成して出力し、ＰＷＭコンパレータ５からのパルス信号Ｓｐｗ及びＶＦＭ制御回路７から出力された制御信号Ｓｐｖはそれぞれドライブ回路８に出力される。
【００３０】
ドライブ回路８は、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチング制御を行うための制御信号ＰＤをスイッチングトランジスタＭ１のゲートに出力し、同期整流用トランジスタＭ２のスイッチング制御を行うための制御信号ＮＤを同期整流用トランジスタＭ２のゲートに出力する。また、切換制御回路９からの切換信号Ｓｃが、ＰＷＭコンパレータ５及びＶＦＭ制御回路７にそれぞれ入力され、ＬＸ端子の電圧ＶＬｘがＶＦＭ制御回路７及び切換制御回路９にそれぞれ入力されている。
【００３１】
このような構成において、切換制御回路９は、出力端子ＯＵＴから出力される出力電流ｉｏｕｔが小さい軽負荷時には後述するＶＦＭ（variable frequency modulation）制御を行い、出力電流ｉｏｕｔが大きい重負荷時にはＰＷＭ制御を行うようにＰＷＭコンパレータ５及びＶＦＭ制御回路７の動作制御を行う。切換制御回路９は、電圧ＶＬｘに基づいてＶＦＭ制御からＰＷＭ制御への切換判定を行い、ＶＦＭ制御回路７から出力される制御信号Ｓｐｖの連続したパルス数に基づいてＰＷＭ制御からＶＦＭ制御への切換判定を行う。例えば、切換制御回路９は、電圧ＶＬｘがゼロになるとインダクタＬ１に流れるインダクタ電流ｉＬがゼロになったと判断してＰＷＭ制御からＶＦＭ制御へ切り換える判定を行う。
【００３２】
切換制御回路９は、ＰＷＭ制御からＶＦＭ制御へ切り換える判定を行うと、ＰＷＭコンパレータ５の動作を停止させると共にＶＦＭ制御回路７を作動させる。また、ＶＦＭ制御回路７は、スイッチングトランジスタＭ１をオンさせるためのパルス信号を所定の回数連続して制御信号Ｓｐｖとして出力すると切換制御回路９に所定の信号を出力する。切換制御回路９は、該所定の信号が入力されると、ＰＷＭコンパレータ５を作動させると共にＶＦＭ制御回路７の動作を停止させる。
【００３３】
ここで、ＰＷＭ制御時は、スイッチングレギュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが大きくなると、誤差増幅回路３の出力信号ＰＷＭＥｒｒの電圧が低下し、ＰＷＭコンパレータ３からのパルス信号Ｓｐｗのデューティサイクルは小さくなる。その結果、スイッチングトランジスタＭ１がオンする時間が短くなり、スイッチングレギュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するように制御される。スイッチングレギュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが小さくなると、前記と逆の動作を行い、結果としてスイッチングレギュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが一定になるように制御される。
【００３４】
次に、図２は、図１のスイッチングレギュレータ１におけるＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートであり、図２を用いてＶＦＭ制御時の動作について説明する。
ＶＦＭコンパレータ６は、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると、所定の遅延時間ΔＴｄ後に信号ＶＦＭＥｒｒをハイレベルに立ち上げる。ＶＦＭ制御回路７は、ハイレベルの信号ＶＦＭＥｒｒが入力されている間は、ハイレベルの制御信号Ｓｐｖを出力する。ドライバ回路８は、制御信号Ｓｐｖがハイレベルであるときは、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同期整流用トランジスタＭ２をオンさせて導通状態にする。このため、インダクタ電流ｉＬは次第に低下してゼロになる。
【００３５】
また、ＶＦＭコンパレータ６は、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ未満になると、所定の遅延時間ΔＴｄ後に信号ＶＦＭＥｒｒをローレベルに立ち下げる。ＶＦＭ制御回路７は、ローレベルの信号ＶＦＭＥｒｒが入力されている間は、ハイレベルとローレベルの各時間がそれぞれ設定されたパルス信号を生成して制御信号Ｓｐｖとして出力する。ドライバ回路８は、制御信号Ｓｐｖがハイレベルであるときは、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同期整流用トランジスタＭ２をオンさせて導通状態にし、制御信号Ｓｐｖがローレベルであるときは、スイッチングトランジスタＭ１をオンさせて導通状態にすると共に同期整流用トランジスタＭ２をオフさせて遮断状態にする。
【００３６】
ここで、ＶＦＭ制御時において、スイッチングトランジスタＭ１がオンする時間をＴｏｎとし、スイッチングトランジスタＭ１がオフする時間をＴｏｆｆとする。図２から分かるように、ＶＦＭ制御回路７は、信号ＶＦＭＥｒｒがローレベルである間、インダクタ電流ｉＬがゼロにならないようにあらかじめ設定されたオン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆになるパルス信号を繰り返し生成して制御信号Ｓｐｖとして出力する。また、ＶＦＭ制御回路７は、ローレベルの該パルス信号を出力した回数をカウントしており、該ローレベルのパルス信号を所定回数、例えば４回連続して出力すると、所定の信号を切換制御回路９に出力する。切換制御回路９は、ＶＦＭ制御回路７から該所定の信号が入力されると、ＰＷＭコンパレータ５を作動させると共にＶＦＭ制御回路７の動作を停止させ、ＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換える。ＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換える際のスイッチングレギュレータ１の各部の波形例を図３に示す。
【００３７】
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、ＶＦＭ制御時には、ＶＦＭコンパレータ６から、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ未満であることを示すローレベルの信号ＶＦＭＥｒｒが出力されている間は、ＶＦＭ制御回路７は、インダクタ電流ｉＬがゼロにならないようにあらかじめ設定されたオン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆになるパルス信号を繰り返し生成して制御信号Ｓｐｖとして出力するようにして、スイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２を相補的に繰り返しオン／オフさせるようにし、該オン／オフ動作が所定回連続して繰り返されるとＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換えるようにした。このことから、出力電圧に大きな歪みが生じることなく負荷条件に応じて制御方法を切り換え、軽負荷から重負荷まで電源効率を高めることができる。
【００３８】
第２の実施の形態．
前記第１の実施の形態において、ＶＦＭ制御時に、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ未満である間、インダクタ電流ｉＬがゼロにならないようにあらかじめ設定されたオン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆになるパルス信号を繰り返し生成して制御信号Ｓｐｖとして出力するようにしたが、分圧電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆ未満になって最初にスイッチングトランジスタＭ１をオンさせてからオフさせる際、インダクタ電流ｉＬがゼロになるまでスイッチングトランジスタをオフさせてから再びオンさせるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第２の実施の形態とする。
【００３９】
なお、本発明の第２の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図は、図１のＶＦＭ制御回路７をＶＦＭ制御回路７ａに、図１のスイッチングレギュレータ１をスイッチングレギュレータ１ａにする以外は図１と同じであるので省略し、図１との相違点のみ説明する。なお、基準電圧発生回路２、誤差増幅回路３、発振回路４、ＰＷＭコンパレータ５、ＶＦＭコンパレータ６、ＶＦＭ制御回路７ａ、ドライブ回路８及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は制御回路部をなす。
【００４０】
図４は、スイッチングレギュレータ１ａにおけるＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートであり、図４を用いてＶＦＭ制御時の動作について説明する。
ＶＦＭ制御回路７ａは、信号ＶＦＭＥｒｒがローレベルになると、所定時間スイッチングトランジスタＭ１がオンするように制御信号Ｓｐｖを出力し、該所定時間経過後にスイッチングトランジスタＭ１がオフするように制御信号Ｓｐｖを出力する。この後、ＶＦＭ制御回路７ａは、接続部ＬＸの電圧ＶＬｘからインダクタ電流ｉＬがゼロになったことを検出する、例えば電圧ＶＬｘがゼロになることによってインダクタ電流ｉＬがゼロになったことを検出すると、再びスイッチングトランジスタＭ１をオンさせ、この後は前記第１の実施の形態と同様にしてインダクタ電流ｉＬがゼロにならないようにスイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２を相補的にオン／オフさせる。
【００４１】
出力電流ｉｏｕｔが小さい場合にインダクタ電流ｉＬを流し続けるようにスイッチングトランジスタＭ１をオン／オフさせると、（インダクタ電流）×（スイッチングトランジスタのオン抵抗）の損失が増加すると共に、出力電圧Ｖｏｕｔに生じるリップル電圧も大きくなる。このため、２回目のスイッチサイクルは、インダクタ電流がゼロとなるのを検出してから開始することにより、インダクタ電流ｉＬが流れ続けることによる電力ロスを低減させている。
【００４２】
このように、本第２の実施の形態のスイッチングトランジスタでは、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、信号ＶＦＭＥｒｒがローレベルである間、インダクタ電流ｉＬを流し続けるようにスイッチングトランジスタをオン／オフさせるようにした前記第１の実施の形態よりも、軽負荷時にインダクタ電流が流れ続けるために生じる電力ロスを低減させることができる。
【００４３】
第３の実施の形態．
前記第１及び第２の各実施の形態では、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆは入力電圧Ｖｉｎの電圧に関係なく設定されていたが、入力電圧Ｖｉｎに応じてオフ時間Ｔｏｆｆを変えるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第３の実施の形態とする。
図５は、本発明の第３の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。なお、図５では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。
【００４４】
図５における図１との相違点は、図１のＶＦＭ制御回路７が入力電圧Ｖｉｎをモニタしており、入力電圧Ｖｉｎが所定値以下に低下するとオフ時間Ｔｏｆｆを短くするようにしたことにあり、これに伴って、図１のＶＦＭ制御回路７をＶＦＭ制御回路７ｂにし、図１のスイッチングレギュレータ１をスイッチングレギュレータ１ｂにした。なお、基準電圧発生回路２、誤差増幅回路３、発振回路４、ＰＷＭコンパレータ５、ＶＦＭコンパレータ６、ＶＦＭ制御回路７ｂ、ドライブ回路８及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は制御回路部をなす。
【００４５】
図６は、図５のスイッチングレギュレータ１ｂにおけるＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートであり、図６を用いてＶＦＭ制御時の動作について説明する。
入力電圧Ｖｉｎが変動すると、インダクタ電流ｉＬのピーク電流が変動するため、（インダクタ電流ｉＬ）×（スイッチングトランジスタＭ１のオン抵抗）の損失が増加し、出力電圧Ｖｏｕｔに生じるリップル電圧も大きくなる。図６から分かるように、ＶＦＭ制御回路７ｂは、入力電圧Ｖｉｎが所定値以上である場合は前記第１の実施の形態と同様の動作を行ってオフ時間Ｔｏｆｆが長くなるようにし、入力電圧Ｖｉｎが所定値よりも低下するとオフ時間Ｔｏｆｆが短くなるようにする。
【００４６】
このように、本第３の実施の形態におけるスイッチングレギュレータは、前記第１及び第２の各実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、入力電圧Ｖｉｎの変動に応じてオフ時間Ｔｏｆｆを変動させることにより、過剰にインダクタ電流ｉＬが流れることを防止することができ、インダクタ電流ｉＬが流れ続けることによる電力ロスの低減を図ることができる。
なお、本第３の実施の形態では、前記第１の実施の形態の場合を例にして説明したが、前記第２の実施の形態の場合にも適用することができ、この場合、ＶＦＭ制御回路７ｂは、入力電圧Ｖｉｎが所定値以上である場合は前記第２の実施の形態と同様の動作を行ってオフ時間Ｔｏｆｆが長くなるようにし、入力電圧Ｖｉｎが所定値よりも低下するとオフ時間Ｔｏｆｆが短くなるようにすればよい。
【００４７】
なお、前記第１から第３の各実施の形態では、降圧型のスイッチングレギュレータを例にして説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、昇圧型のスイッチングレギュレータにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。
【図２】図１のスイッチングレギュレータ１におけるＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートである。
【図３】ＶＦＭ制御からＰＷＭ制御に切り換える際のスイッチングレギュレータ１の各部の波形例を示したタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるスイッチングレギュレータのＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるスイッチングレギュレータの構成例を示した図である。
【図６】図５のスイッチングレギュレータ１ｂにおけるＶＦＭ制御時の各部の波形例を示したタイミングチャートである。
【図７】従来のスイッチングレギュレータにおけるＰＦＭ動作を示したタイミングチャートである。
【図８】図７のスイッチングレギュレータにおけるＰＷＭ動作とＰＦＭ動作の切換タイミングを示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ  スイッチングレギュレータ
２  基準電圧発生回路
３  誤差増幅回路
４  発振回路
５  ＰＷＭコンパレータ
６  ＶＦＭコンパレータ
７  ＶＦＭ制御回路
８  ドライブ回路
９  切換制御回路
２０  直流電源
２１  負荷
Ｍ１  スイッチングトランジスタ
Ｍ２  同期整流用トランジスタ
Ｌ１  インダクタ
Ｃ１  出力コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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