(57)【要約】【課題】ノイズ特性の劣化を極力抑えると共に消費電力を小さくすること。【解決手段】エラーアンプ１０１、比較回路１０２及び三角波発生回路１０３は、出力に関連する信号と出力設定用基準信号Ｖｒｅｆとを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスｂを発生する。比較回路１１２は、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号Ｖｒｅｆ１とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号ｅを発生する。間引き回路１０４は、間引き制御信号ｅに応じて制御パルスｂを間引いて得た駆動パルスｆを発生し、ドライバ１０５は駆動パルスｃでスイッチ１０６を開閉制御する。これにより、出力レベルに応じて、スイッチ１０６の駆動周波数が制御され、ノイズスペクトルの劣化を抑えつつ、消費電力を抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力に関連する信号と出力設定用基準信号とに基づいて制御手段によりスイッチング手段を開閉制御することによって、前記出力設定用基準信号に応じた出力を負荷に供給するスイッチングレギュレータにおいて、
前記制御手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスを発生する制御パルス発生手段と、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号を発生する間引き制御信号発生手段と、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た駆動パルスで前記スイッチング手段を開閉制御する間引き手段とを備えて成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】
前記間引き手段は、前記負荷の負荷電流が所定値よりも小さいときに、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た制御パルスで前記スイッチング手段を開閉制御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】
前記間引き手段は、所定の分周比で前記制御パルスを分周して出力する分周回路と、前記分周回路の出力と前記間引き制御信号との論理ＯＲをとるＯＲ回路と、前記ＯＲ回路の出力と前記制御パルスとの論理ＡＮＤをとって前記駆動パルスを出力するＡＮＤ回路とを備えて成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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチングレギュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種電子機器において、直流電源としてスイッチングレギュレータが使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
スイッチングレギュレータの一方式であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式のスイッチングレギュレータは、出力と基準信号の関係が所定の関係になるようにスイッチをオン／オフ制御して前記スイッチのデュティ比を制御し、これによって所定の出力を得る方式である。ノイズ成分は、前記スイッチのオン／オフ駆動周波数のノイズのみであるためは、ノイズスペクトルが狭く、ノイズ特性に優れているという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２９６７２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３９０７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＰＷＭ方式のスイッチングレギュレータでは、負荷に流れる負荷電流が変化した場合でも、前記スイッチの駆動周波数は一定であり、スイッチングレギュレータの消費電力は一定となる。
したがって、負荷電流が小さい場合でも、スイッチングレギュレータの消費電力は低下せずに大きいままであるため、効率が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたもので、ノイズ特性の劣化を極力抑えると共に消費電力を小さくすることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、出力に関連する信号と出力設定用基準信号とに基づいて制御手段によりスイッチング手段を開閉制御することによって、前記出力設定用基準信号に応じた出力を負荷に供給するスイッチングレギュレータにおいて、前記制御手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスを発生する制御パルス発生手段と、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号を発生する間引き制御信号発生手段と、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た駆動パルスで前記スイッチング手段を開閉制御する間引き手段とを備えて成ることを特徴とするスイッチングレギュレータが提供される。
【０００７】
制御パルス発生手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスを発生する。間引き制御信号発生手段は、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号を発生する。間引き手段は、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た駆動パルスで前記スイッチング手段を開閉制御する。
【０００８】
ここで、前記間引き手段は、前記負荷の負荷電流が所定値よりも小さいときに、前記間引き制御信号に応じて前記制御パルスを間引き、前記制御パルスを間引くことによって得た制御パルスで前記スイッチング手段を開閉制御するように構成してもよい。
また、前記間引き手段は、所定の分周比で前記制御パルスを分周して出力する分周回路と、前記分周回路の出力と前記間引き制御信号との論理ＯＲをとるＯＲ回路と、前記ＯＲ回路の出力と前記制御パルスとの論理ＡＮＤをとって前記駆動パルスを出力するＡＮＤ回路とを備えて成るように構成してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの回路構成図である。
図１において、スイッチングレギュレータは、エラーアンプ１０１、第１の比較回路１０２、三角波発生回路１０３、間引き回路１０４、ドライバ１０５、スイッチング手段としてのスイッチ１０６、コイル１０７、ダイオード１０８、コンデンサ１０９、直列接続した抵抗１１０、１１１、間引き制御信号発生手段としての第２の比較回路１１２を備えている。スイッチングレギュレータの出力部には負荷１１３が接続される。
【００１０】
エラーアンプ１０１は抵抗１１０と抵抗１１１の接続点の電圧信号（出力に関連する信号）と所定の第１の基準信号（出力設定用基準信号）Ｖｒｅｆとの差を所定倍率で増幅して、誤差信号ａとして出力する。三角波発生回路１０３は所定周波数の三角波を発生する。比較回路１０２は、誤差信号ａと三角波発生回路１０３からの三角波信号ｄとを比較して、比較結果に応じた信号（制御パルス）ｂを出力する。比較回路１０２からは、誤差信号ａと三角波信号ｄとの比較結果に応じたデューティ比の制御パルスｂが出力される。
【００１１】
間引き回路１０４は、比較回路１１２からの間引き制御信号ｅに応答して、制御パルスｂを間引いて、駆動パルスｆとして出力する。ドライバ１０５は、駆動パルスｆを受けて、駆動に適した形態の駆動パルスｅを出力する。
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されたスイッチ１０６は、駆動パルスｅが高（Ｈ）レベルの時は閉状態となり、駆動パルスｅが低（Ｌ）レベルの時は開状態となる。
スイッチ１０６が閉状態の時は、直流電源Ｖｄｄからコイル１０７、スイッチ１０６へ電流が流れる。スイッチ１０６が開状態の時は、コイル１０７、ダイオード１０８、コンデンサ１０９へ電流が流れる。これにより、出力部に接続された負荷１１３には直流の負荷電流ＩＬが供給される。
【００１２】
出力部に接続された検出用抵抗１１０、１１１の接続点には出力に関連する電圧の信号が生じており、比較回路１１２は、前記出力に関連する信号と所定の第２の基準信号（消費電力設定用基準信号）Ｖｒｅｆ１とを比較して、比較結果に応じた信号（間引き制御信号）ｅを出力する。
尚、エラーアンプ１０１、比較回路１０２、三角波発生回路１０３、間引き回路１０４、ドライバ１０５、抵抗１１０、１１１、比較回路１１２は制御手段を構成している。エラーアンプ１０１、比較回路１０２、三角波発生回路１０３は制御パルス発生手段を構成している。また、間引き回路１０４、ドライバ１０５は間引き手段を構成している。
【００１３】
図２は、間引き回路１０４の詳細を示す回路構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。
図２において、間引き回路１０４は、所定の分周比１／ｎで制御パルスｂを分周して出力する分周回路２０１と、分周回路２０１の出力と間引き制御信号ｅとの論理ＯＲをとるＯＲ回路２０２と、ＯＲ回路２０２の出力と制御パルスｂとの論理ＡＮＤをとって駆動パルスｆを出力するＡＮＤ回路２０３とを備えている。尚、分周回路２０１の分周比１／ｎは図示しない設定手段によって種々の値に設定することができるようになっており、分周比１／ｎを適時設定することによって間引きを行う制御パルス数（間引き率）を変更することが可能である。
図３は、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの動作を説明するためのタイミング図であり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。
【００１４】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの動作を詳細に説明する。
エラーアンプ１０１は、抵抗１１０と抵抗１１１の接続点の信号（出力に関連する信号であり、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗１１０と抵抗１１１で分圧した信号）と出力設定用基準信号Ｖｒｅｆとの差を所定倍率で増幅し、誤差信号ａとして出力する。
比較回路１０２は、誤差信号ａと三角波発生回路１０３からの三角波信号ｄとを比較して、三角波信号ｄが誤差信号ａ以上のときに高レベルで三角波信号ｄが誤差信号ａ未満のときに低レベルの制御パルスｂを出力する。
【００１５】
間引き回路１０４は、比較回路１１２からの間引き制御信号ｅに応答して、間引き制御信号ｅが低レベルのときは、制御パルスｂを所定数間引いて、駆動パルスｆ（図３のｅ＝Ｌ）として出力する。また、間引き回路１０４は、比較回路１１２からの間引き制御信号ｅに応答して、間引き制御信号ｅが高レベルのときは、制御パルスｂを間引くことなくそのまま、駆動パルスｆ（図３のｅ＝Ｈ）として出力する。
【００１６】
間引き回路１０４の動作を、図２を参照して更に詳述すると、分周回路２０１は、予め設定した所定の分周比（本実施の形態では分周比が１／２）で制御パルスｂを分周して、信号ｇとして出力する。ＯＲ回路２０２は、分周回路２０１の出力信号ｇと間引き制御信号ｅとの論理ＯＲをとって出力する。ＡＮＤ回路２０３は、ＯＲ回路２０２の出力と制御パルスｂとの論理ＡＮＤをとり、駆動パルスｆとしてドライバ１０５へ出力する。これにより、間引き回路１０４からは、間引き制御信号ｅのレベルに応じた周波数の駆動パルスｆが出力される。尚、本実施の形態では、分周回路２０１の分周比を１／２としているため、間引き回路１０４から出力される駆動パルスｆの周波数は、三角波と同一周波数の駆動パルスｆ（ｅ＝Ｈ）と、三角波の１／２の周波数の駆動パルスｆ（ｅ＝Ｌ）の２種類となっている。
【００１７】
ドライバ１０５は、間引き回路１０４から駆動パルスｆを受けて、駆動に適した形態の駆動パルスｃを出力する。
スイッチ１０６は駆動パルスｃが高レベルの時に閉状態となり、このとき、直流電源Ｖｄｄからコイル１０７、スイッチ１０６へ電流が流れ、コイル１０７にエネルギがチャージされる。次に、スイッチ１０６は駆動パルスｃが低レベルになると開状態となり、このとき、直流電源Ｖｄｄ、コイル１０７、ダイオード１０８、コンデンサ１０９の順で電流が流れ、コイル１０７にチャージされていたエネルギがコンデンサ１０９にチャージされる。これにより、出力部には直流の出力電圧Ｖｏｕｔが出力され、出力部に接続された負荷１１３には直流の負荷電流ＩＬが供給される。
【００１８】
出力Ｖｏｕｔは、抵抗１１０、１１１から成る検出回路によって出力電圧が検出され、検出回路の出力信号である出力に関連する信号がエラーアンプ１０１に出力される。エラーアンプ１０１は、前記出力に関連する信号と基準信号Ｖｒｅｆとに対して前述した処理を行う。
前記出力に関連する信号は、比較回路１１２にも入力されており、比較回路１１２は、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号Ｖｒｅｆ１とを比較して、比較結果に応じた間引き制御信号ｅを間引き回路１０４に出力する。具体的には、比較回路１１２は、前記出力に関連する信号が消費電力設定用基準信号Ｖｒｅｆ１以上のときは高レベルで、前記出力に関連する信号が消費電力設定用基準信号Ｖｒｅｆ１未満のときは低レベルの間引き制御信号ｅを間引き回路１０４に出力する。
【００１９】
即ち、スイッチングレギュレータの出力インピーダンスが存在する関係から、負荷電流ＩＬが小さいときは負荷電流ＩＬが大きいときに比べて、前記出力に関連する信号が大きな電圧値の信号となる。比較回路１１２は、負荷１１３の負荷電流ＩＬが所定値よりも小さいときに、間引き回路１０４が制御パルスｂを所定数間引くような低レベルの間引き制御信号ｅを出力し、負荷１１３の負荷電流ＩＬが所定値よりも大きいときに、間引き回路１０４が制御パルスｂを間引かないような高レベルの間引き制御信号ｅを出力する。間引き回路１０４は、間引き制御信号ｅのレベルに応じて前述した処理を行う。これにより、負荷電流ＩＬが小さいときには、スイッチングレギュレータ自体の消費電力を抑制することができる。
【００２０】
以上述べたように、本実施の形態に係るスイッチングレギュレータは、出力に関連する信号と出力設定用基準信号とに基づいて制御手段によりスイッチング手段を開閉制御することによって、前記出力設定用基準信号に応じた出力を負荷に供給するＰＷＭ方式のスイッチングレギュレータにおいて、前記制御手段は、前記出力に関連する信号と前記出力設定用基準信号Ｖｒｅｆとを比較して比較結果に応じたデューティ比の制御パルスｂを発生する制御パルス発生手段（エラーアンプ１０１、比較回路１０２、三角波発生回路１０３）と、前記出力に関連する信号と消費電力設定用基準信号Ｖｒｅｆ１とを比較して比較結果に応じた間引き制御信号ｅを発生する比較回路１１２と、間引き制御信号ｅに応じて制御パルスｂを間引き、制御パルスｂを間引くことによって得た駆動パルスｆ、ｃでスイッチ１０６を開閉制御する間引き回路１０４とを備えている。
【００２１】
したがって、負荷電流が小さい場合には消費電力が小さくなり、装置全体としての消費電力を抑制することが可能になる。また、ノイズの周波数スペクトルが、三角波の周波数に加えて、制御パルスｂを間引いた後の駆動パルスｆの周波数成分が増加するにすぎず、ノイズ特性の劣化を極力抑えることが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、ノイズの増加を抑制しつつ消費電力を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの部分詳細回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータのタイミング図である。
【符号の説明】
１０１・・・制御手段を構成するエラーアンプ
１０２・・・制御手段を構成する比較回路
１０３・・・制御手段を構成する三角波発生回路
１０４・・・制御手段を構成する間引き回路
１０５・・・制御手段を構成するドライバ
１０６・・・スイッチ手段としてのスイッチ
１０７・・・コイル
１０８・・・ダイオード
１０９・・・コンデンサ
１１０、１１１・・・制御手段を構成する抵抗
１１２・・・制御手段を構成する間引き制御信号発生手段としての比較回路
【図１】
2004180380.tif 000003
【図２】
2004180380.tif 000004
【図３】
2004180380.tif 000005