(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタをそれぞれスイッチング制御するための第１および第２のスイッチ制御信号を出力するスイッチング制御手段と、
前記第１のスイッチ制御信号に応じて、前記ハイサイドトランジスタを駆動するための出力信号を前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するドライバ手段と、
前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとの接続点であるスイッチングノード上のリンギング電圧を検出する検出手段と、
前記検出されるリンギング電圧が閾値を超える場合に、前記ドライバ手段の前記出力信号のレベルが下がるように前記出力信号のレベルを調整する調整手段と
を具備するスイッチング電源。
【請求項２】
前記調整手段は、前記検出されたリンギング電圧と前記閾値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記ドライバ手段の駆動能力を調整する請求項１記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記ドライバ手段は、プッシュプル回路を備え、
前記調整手段は、前記検出されたリンギング電圧と前記閾値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記プッシュプル回路内のハイサイドトランジスタのオン抵抗を調整する請求項１記載のスイッチング電源。
【請求項４】
前記ドライバ手段は、プッシュプル回路を備え、
前記調整手段は、前記検出されたリンギング電圧と前記閾値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記プッシュプル回路の正電源端子に供給される電圧を調整する請求項１記載のスイッチング電源。
【請求項５】
負荷と、
前記負荷に電力を供給するスイッチング電源とを具備し、
前記スイッチング電源は、
ハイサイドトランジスタと、
ローサイドトランジスタと、
前記スイッチング電源の出力電圧に応じて、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタをそれぞれスイッチング制御するための第１および第２のスイッチ制御信号を出力するスイッチング制御手段と、
前記第１のスイッチ制御信号に応じて、前記ハイサイドトランジスタを駆動するための出力信号を前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するドライバ手段と、
前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとの接続点であるスイッチングノード上のリンギング電圧を検出する検出手段と、
前記検出されるリンギング電圧が閾値を超える場合に、前記ドライバ手段の前記出力信号のレベルが下がるように前記出力信号のレベルを調整する調整手段とを具備する電子機器。
【請求項６】
前記調整手段は、前記検出されたリンギング電圧と前記閾値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記ドライバ手段の駆動能力を調整する請求項５記載の電子機器。
【請求項７】
前記ドライバ手段は、プッシュプル回路を備え、
前記調整手段は、前記検出されたリンギング電圧と前記閾値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記プッシュプル回路内のハイサイドトランジスタのオン抵抗を調整する請求項５記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スイッチング電源及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、テレビジョン、等の電子機器においては、各コンポーネントの低消費電力化及び小型化が進められている。特に、ＣＰＵやメモリモジュール等は、半導体技術の進展により、従来と比べ、低電圧で動作することが可能になっている。そのため、電子機器に供給される電源電圧よりも低い電源電圧を各コンポーネントに供給するためにＤＣ−ＤＣコンバータが利用されている。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータには様々な種類があるが、ハイサイドＦＥＴとローサイドＦＥＴとを交互にスイッチング制御することによって、入力電圧を所望の出力電圧に変換し、出力電圧を各コンポーネントに電力として供給することができるスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。このスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータは、ハイサイドＦＥＴのオンデューティ比を制御することによって、所望の電圧を安定して供給することができる。また、ハイサイドＦＥＴの高性能化（プロセス進化）により、ハイサイドＦＥＴは高速でスイッチングすることが可能になり、スイッチングによるエネルギーの損失を低減することができ、電力効率を上げることが可能になりつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４２８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最近では、ＤＣ−ＤＣコンバータ内部のドライバ部の低オン抵抗化、およびハイサイドＦＥＴのスイッチングスピードの高速化により、従来と比較して、ハイサイドＦＥＴのターンオン時のリンギングノイズのレベルが大きくなることがある。この場合、スイッチングノイズがシステム制御信号等に伝搬し、各コンポーネントから構成されるシステムの動作が不安定になる場合がある。
【０００６】
本発明は、リンギングノイズを低減することができるスイッチング電源及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、スイッチング電源は、スイッチング制御手段と、ドライバ手段と、検出手段と、調整手段とを具備する。スイッチング制御手段は、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタをそれぞれスイッチング制御するための第１および第２のスイッチ制御信号を出力する。ドライバ手段は、前記第１のスイッチ制御信号に応じて、前記ハイサイドトランジスタを駆動するための出力信号を前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給する。検出手段は、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとの接続点であるスイッチングノード上のリンギング電圧を検出する。調整手段は、前記検出されるリンギング電圧が閾値を超える場合に、前記ドライバ手段の前記出力信号のレベルが下がるように前記出力信号のレベルを調整する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電子機器の外観を示す図。
【図２】同実施形態に係る電子機器のシステム構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態に係る電子機器内のスイッチング電源の構成例を示すブロック図。
【図４】図３のスイッチング電源内のスイッチングノードにおけるスイッチングノイズ（リンギングノイズ）の波形例を示す図。
【図５】図３のスイッチング電源内のハイサイドＦＥＴドライバ部の出力レベルを下げた場合におけるリンギングノイズの波形例を示す。
【図６】図３のスイッチング電源内のハイサイドＦＥＴドライバ部の出力レベルをさらに下げた場合におけるリンギングノイズの波形例を示す。
【図７】同実施形態のスイッチング電源内に設けられた制御ループによって実行されるリンギングノイズ低減処理の手順を説明するためのフローチャート。
【図８】図３のスイッチング電源内のハイサイドＦＥＴドライバ部の構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。  
まず、図１を参照して、本実施形態に係る電子機器の構成について説明する。この電子機器は、例えば、ＡＣアダプタ（外部電源）またはバッテリ１７によって駆動可能なノートブック型のパーソナルコンピュータ１０として実現されている。図１は、ディスプレイユニットを開いた状態におけるコンピュータ１０を正面側から見た斜視図である。本コンピュータ１０は、電源コネクタ２０を介してＡＣアダプタから、またはバッテリ１７から、電力を受けるように構成されている。
【００１０】
本コンピュータ１０は、外部電源またはバッテリ１７から供給される入力直流電圧を所定値の出力直流電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、例えば、降圧型のスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータである。スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子を高速でスイッチさせるため、リンギングノイズ等のスイッチングノイズが発生する。リンギングノイズは、本コンピュータ１０内のシステムの動作を不安定にさせる可能性がある。例えば、リンギングノイズがシステム内の制御信号に伝搬し、これによって、本コンピュータ１０のシステムの誤動作やＬＣＤ１６に表示される画面の乱れ等といった特定の現象が発生する可能性がある。本実施形態では、このリンギングノイズのレベルを抑えるための制御を行う。
【００１１】
本コンピュータ１０は、コンピュータ本体１１と、ディスプレイユニット１２とから構成される。ディスプレイユニット１２には、ＬＣＤ１６（Liquid Crystal Display）から構成される表示装置が組み込まれている。
【００１２】
ディスプレイユニット１２は、コンピュータ本体１１に支持され、そのコンピュータ本体１１に対してコンピュータ本体１１の上面が露出される開放位置とコンピュータ本体１１の上面がディスプレイユニット１２によって覆れる閉塞位置との間を回動自由に取り付けられている。コンピュータ本体１１は薄い箱形の筐体を有しており、その上面にはキーボード１３、本コンピュータ１０をパワーオン／オフするための電源スイッチ１４およびタッチパッド１５が配置されている。
【００１３】
また、コンピュータ本体１１には、電源コネクタ２０が設けられている。電源コネクタ２０はコンピュータ本体１１の側面、例えば左側面に設けられている。この電源コネクタ２０には、外部電源装置が取り外し自在に接続される。外部電源装置としては、ＡＣアダプタを用いることが出来る。ＡＣアダプタは商用電源（ＡＣ電力）をＤＣ電力に変換する電源装置である。
【００１４】
電源コネクタ２０は、ＡＣアダプタのような外部電源装置から導出される電源プラグが取り外し自在に接続可能なジャックから構成されている。バッテリ１７は、例えば、コンピュータ本体１１の後端部に取り外し自在に装着される。
【００１５】
本コンピュータ１０は、上述したように、外部電源装置からの電力、またはバッテリ１７からの電力によって駆動される。本コンピュータ１０の電源コネクタ２０に外部電源装置が接続されているならば、本コンピュータ１０は外部電源装置からの電力によって駆動される。また、外部電源装置からの電力は、バッテリ１７を充電するためにも用いられる。本コンピュータ１０の電源コネクタ２０に外部電源装置が接続されていない期間中は、本コンピュータ１０はバッテリ１７からの電力によって駆動される。
【００１６】
図２は、本コンピュータ１０のシステム構成を示している。本コンピュータ１０は、ＣＰＵ１１１、ノースブリッジ１１２、主メモリ１１３、グラフィクスコントローラ１１４、サウスブリッジ１１５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１６、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１１７、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１１８、エンベデッドコントローラ（ＥＣ）１１９、電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０、スイッチング電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１２１、ＡＣアダプタ１２２等を備えている。ＡＣアダプタ１２２は上述の外部電源装置として使用される。
【００１７】
ＣＰＵ１１１は、本コンピュータ１０の各コンポーネントの動作を制御するプロセッサである。このＣＰＵ１１１は、ＨＤＤ１１６から主メモリ１１３にロードされる各種ソフトウェア、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ）および各種アプリケーションプログラムを実行する。また、ＣＰＵ１１１は、不揮発性メモリであるＢＩＯＳ−ＲＯＭ１１８に格納されたＢＩＯＳ（基本入出力システム：Basic Input Output System）も実行する。ＢＩＯＳはハードウェア制御のためのシステムプログラムである。
【００１８】
ノースブリッジ１１２は、ＣＰＵ１１１のローカルバスとサウスブリッジ１１５との間を接続するブリッジデバイスである。また、ノースブリッジ１１２はグラフィクスコントローラ１１４との通信を実行する機能も有している。さらに、ノースブリッジ１１２には、主メモリ１１３を制御するメモリコントローラも内蔵されている。グラフィクスコントローラ１１４は、本コンピュータ１０のディスプレイモニタとして使用されるＬＣＤ１６を制御する表示コントローラである。
【００１９】
サウスブリッジ１１５はＰＣＩバス１に接続されており、ＰＣＩバス１上の各デバイスとの通信を実行する。また、サウスブリッジ１１５は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１６および光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１１７を制御するためのＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）コントローラやＳｅｒｉａｌ  ＡＴＡコントローラを内蔵している。
【００２０】
ＥＣ１１９、電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０、及びバッテリ１７は、シリアルバス２を介して相互接続されている。エンベデッドコントローラ（ＥＣ）１１９は本コンピュータ１０の電力管理を実行するための電源管理コントローラであり、例えば、キーボード（ＫＢ）１３およびタッチパッド１５などを制御するキーボードコントローラを内蔵した１チップマイクロコンピュータとして実現されている。ＥＣ１１９は、ユーザによる電源スイッチ１４の操作に応じて本コンピュータ１０をパワーオンおよびパワーオフする機能を有している。本コンピュータ１０のパワーオンおよびパワーオフの制御は、ＥＣ１１９と電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０との協働動作によって実行されてもよい。ＥＣ１１９から送信されるＯＮ信号を受けると、電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０はスイッチング電源１２１を制御して本コンピュータ１０をパワーオンする。また、ＥＣ１１９から送信されるＯＦＦ信号を受けると、電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０はスイッチング電源１２１を制御して本コンピュータ１０をパワーオフする。ＥＣ１１９、電源コントローラ（ＰＳＣ）１２０、およびスイッチング電源１２１は、本コンピュータ１０がパワーオフされている期間中も、ＡＣアダプタ１２２またはバッテリ１７から電力を受けることができる。
【００２１】
スイッチング電源１２１は、コンピュータ本体１１に装着されたバッテリ１７からの電力、またはコンピュータ本体１１に外部電源として接続されるＡＣアダプタ１２２からの電力を用いて、各コンポーネントへ供給すべき電力、換言すると、各コンポーネントを動作させるための電力（動作電源）、を生成する。また、コンピュータ本体１１にＡＣアダプタ１２２が接続されている場合には、スイッチング電源１２１は、ＡＣアダプタ１２２からの電力を用いて各コンポーネントへの動作電源を生成すると共にバッテリ１７を充電することもできる。
【００２２】
次に図３を参照し、本実施形態における、スイッチング電源１２１の構成について説明する。  
スイッチング電源１２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０、ハイサイドトランジスタ（ハイサイドＦＥＴ）３１、ローサイドトランジスタ（ローサイドＦＥＴ）３２、インダクタ３３、コンデンサ３４、及び出力コンデンサ３５等を備える。また、スイッチング電源１２１は、コンピュータ１０内の各コンポーネントが実装されるプリント回路基板上に実装されていてもよい。  本実施形態では、スイッチング電源１２１が、上述したように、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータである場合を想定している。スイッチング電源１２１は同期整流方式のＤＣ−ＤＣコンバータであり、ハイサイドＦＥＴ３１とローサイドＦＥＴ３２とを同期整流方式によってスイッチング制御する。ハイサイドＦＥＴ３１とローサイドＦＥＴ３２は、電源端子４５と基準電位（グラウンド）との間に直列に接続されている。電源端子４５には、ＡＣアダプタ１２２またはバッテリ１７から入力電圧ＶＩＮが供給される。この入力電圧ＶＩＮは、ハイサイドＦＥＴ３１とローサイドＦＥＴ３２とを同期整流方式によってスイッチング制御することによって、入力電圧ＶＩＮよりも低い出力電圧ＶＣＣに変換される。
【００２３】
ハイサイドＦＥＴ３１とローサイドＦＥＴ３２とを交互に一定の周期（スイッチング周期）でオンオフさせるために、例えばＰＷＭ制御方式を使用してもよい。ＰＷＭ制御方式の詳細については後述する。出力電圧ＶＣＣは、ＰＷＭ制御方式におけるデューティ比を変えることによって変化する。例えば、ハイサイドＦＥＴ３１のオンデューティ比を上げることによって出力電圧ＶＣＣを上げることができる。ハイサイドＦＥＴ３１のオンデューティ比は、スイッチング周期に対するハイサイドＦＥＴ３１のオン期間の割合を示す。
【００２４】
また、本実施形態では高速でスイッチングを行う場合を想定しているため、上述したように、スイッチングノード４６でスイッチングノイズであるリンギングノイズの発生が問題となる。スイッチングノード４６は、ハイサイドＦＥＴ３１とローサイドＦＥＴ３２との接続点である。上述したように、最近では、ハイサイドＦＥＴ３１のプロセスの進化により、スイッチングスピードの高速化が図られている。このため、特に、ハイサイドＦＥＴ３１のターンオン時に発生するリンギングノイズが大きくなる可能性がある。リンギングノイズの詳細については図４を参照して後述する。
【００２５】
ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０は、ハイサイドＦＥＴ３１、ローサイドＦＥＴ３２、及びＥＣ１１９またはＫＢＣ等と接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０は、ハイサイドＦＥＴ３１およびローサイドＦＥＴ３２をスイッチング制御するためのコントローラであり、出力電圧ＶＣＣの値が基準電圧Ｖｒｅｆにほぼ等しくなるように、出力電圧ＶＣＣに応じて、ハイサイドＦＥＴ３１およびローサイドＦＥＴ３２をスイッチング制御する。
【００２６】
このＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０は、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８、ローサイドＦＥＴドライバ部３９、スイッチ制御信号発生部４０、及びエラーアンプ４１を備える。スイッチ制御信号発生部４０及びエラーアンプ４１は、出力電圧ＶＣＣに応じて、ハイサイドＦＥＴ３１およびローサイドＦＥＴ３２をそれぞれスイッチング制御するための第１および第２のスイッチ制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力するスイッチング制御部として機能する。第１のスイッチ制御信号Ｓ１はハイサイドＦＥＴドライバ部３８に供給される。また第２のスイッチ制御信号Ｓ２はローサイドＦＥＴドライバ部３９に供給される。
【００２７】
エラーアンプ４１は基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧ＶＣＣとの差分に応じた出力電圧値を出力する。スイッチング制御信号発生部４０は、第１および第２のスイッチ制御信号Ｓ１，Ｓ２を発生する。これら第１および第２のスイッチ制御信号Ｓ１，Ｓ２の各々はＰＷＭ信号である。第１のスイッチ制御信号Ｓ１のオンデューティ比はエラーアンプ４１からの出力電圧値に応じて可変設定される。第２のスイッチ制御信号Ｓ２は、第１のスイッチ制御信号Ｓ１の反転信号であってもよい。
【００２８】
ハイサイドＦＥＴドライバ部３８は、第１のスイッチ制御信号Ｓ１に応じてハイサイドＦＥＴ３１をターンオンおよびターンオフする。より詳しくは、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８は、第１のスイッチ制御信号Ｓ１に応じて、ハイサイドＦＥＴ３１を駆動するための出力信号（ハイサイドゲート駆動信号）を出力する。ハイサイドゲート駆動信号は、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０のハイサイドゲート端子ＨＧを介して、ハイサイドＦＥＴ３１のゲートに供給される。
【００２９】
ローサイドＦＥＴドライバ部３９は、第２のスイッチ制御信号Ｓ２に応じてローサイドＦＥＴ３２をターンオンおよびターンオフする。より詳しくは、ローサイドＦＥＴドライバ部３９は、第２のスイッチ制御信号Ｓ２に応じて、ローサイドＦＥＴ３２を駆動するための出力信号（ローサイドゲート駆動信号）を出力する。ローサイドゲート駆動信号は、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０のローサイドゲート端子ＬＧを介して、ローサイドＦＥＴ３２のゲートに供給される。
【００３０】
ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０は、リンギングノイズを低減するために、さらに、スイッチングノイズ測定ブロック４２、およびスイッチングノイズ制御部４３を備える。スイッチングノイズ測定ブロック４２はスイッチングノイズを測定する。より詳しくは、スイッチングノイズ測定ブロック４２は、スイッチングノード４６上のリンギング電圧を、入力端子Ｌｘを介して検出する検出部として機能する。リンギング電圧は、例えば、スイッチングノード４６で発生するリンギングノイズの電圧値のピーク値である。スイッチングノイズ測定ブロック４２は、スイッチングノード４６上の電圧のピーク値を上述のリンギング電圧として検出してもよい。この場合、スイッチングノイズ測定ブロック４２は、バッファ回路によって実現してもよい。スイッチングノイズ測定ブロック４２は、測定したリンギングノイズの値つまりリンギング電圧、を示す信号をスイッチングノイズ制御部４３に送る（スイッチングノイズ通知）。
【００３１】
スイッチングノイズ制御部４３は、スイッチングノイズ測定ブロック４２、ＥＣ１１９、及びハイサイドＦＥＴドライバ部３８と接続されている。スイッチングノイズ制御部４３は、検出されるリンギング電圧が閾値を超える場合に、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８のハイサイドゲート駆動信号のレベルが下がるようにハイサイドゲート駆動信号のレベルを調整する調整部として機能する。このスイッチングノイズ制御部４３と上述のスイッチングノイズ測定ブロック４２とによって、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の出力信号（ハイサイドゲート駆動信号）のレベルを自動調整するための制御ループが構成される。
【００３２】
スイッチングノイズ制御部４３は、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８からハイサイドＦＥＴ３１に出力される出力レベル、つまりハイサイドゲート駆動信号のレベル（以下、ハイサイド出力レベルとも称す。）を決定するための制御をする。スイッチングノイズ制御部４３は、決定されたハイサイド出力レベルをドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１としてハイサイドＦＥＴドライバ部３８に通知する。
【００３３】
具体的には、スイッチングノイズ制御部４３は、スイッチングノイズ通知に基づき、リンギングノイズの値（リンギング電圧）と閾値ＶＴＨとを比較する。閾値ＶＴＨとは、例えば、ＥＣ１１９のファームウェアに予め設定された値である。所定の閾値ＴＨ（以下、ノイズレベル閾値とも称す。）は、ＥＣ１１９のファームウェアに予め設定された値がノイズレベル閾値設定信号として、ＥＣ１１９から閾値設定端子４４を介してスイッチングノイズ制御部４３に送信される。なお、ノイズレベル閾値設定信号は、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。
【００３４】
スイッチングノイズ制御部４３は、リンギングノイズの値とノイズレベル閾値との比較結果に基づき、リンギングノイズの値がノイズレベル閾値よりも大きいかどうか判定する。例えば、リンギングノイズの値がノイズレベル閾値よりも大きな値であった場合、スイッチングノイズ制御部４３は、ハイサイド出力レベルを下げるための信号（ドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１）をハイサイドＦＥＴドライバ部３８に通知する。リンギングノイズの値がノイズレベル閾値よりも大きな値でなかった場合、スイッチングノイズ制御部４３は、例えば、ハイサイド出力レベルを上げるための信号（ドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１）、または、ハイサイド出力レベルを変更しない信号（ドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１）をハイサイドＦＥＴドライバ部３８に通知する。また、スイッチングノイズ制御部４３は、具体的にはオペアンプ等を使用し、リンギングノイズの値とノイズレベル閾値とを比較することができる。
【００３５】
ハイサイドＦＥＴドライバ部３８のハイサイド出力レベルは、例えば、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の駆動能力を調整することによって可変制御することができる。ハイサイドＦＥＴドライバ部３８は、２つのＦＥＴを含むプッシュプル回路によって実現してもよい。この場合、プッシュプル回路内のプッシュ用ＦＥＴ（ハイサイドトランジスタまたはハイサイトドライバともいう）のオン抵抗を、ドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１に応じて可変制御してもよい。このように、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８を構成するプッシュプル回路内のハイサイドトランジスタのオン抵抗を調整することにより、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の駆動能力、つまりプッシュプル回路内のハイサイドトランジスタのソース・ドレイン間に流れる電流量を、制御することができる。
【００３６】
このように、本実施形態では、スイッチングノイズ（リンギングノイズ）を測定し、その測定値が予め設定された閾値を越えた場合、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の出力レベルを自動で調整可能な制御ループが構成されるため、リンギングノイズを自動で低減することができる。したがって、閾値を上述の特定の現象が発生しないような値に設定することにより、上述の特定の現象が発生しないようにハイサイドＦＥＴドライバ部３８の出力レベルを適正な範囲内に自動調整することができる。
【００３７】
次に、スイッチング電源１２１のＰＷＭ制御方式について説明する。なお、本実施形態では、スイッチングの制御方式の一例としてＰＷＭ制御方式を説明するが、スイッチングの制御方式はＰＷＭ制御方式以外の制御方式を用いてもよい。
【００３８】
上述したように、ＰＷＭ制御方式は、ＰＷＭ信号のデューティ比を変化させることによって、スイッチングを制御し、出力電圧値ＶＣＣを、例えば一定に保つための制御をする。具体的には、インダクタ３３とコンデンサ３４との間のノード（出力ノード）の電圧を一定に保つ場合を想定する。インダクタ３３とコンデンサ３４とによって構成されるＬＣフィルタ回路は平滑フィルタとして機能する。エラーアンプ４１は、出力ノードの電圧値を入力端子ＦＢを介して受信する。エラーアンプ４１は、受信された出力ノードの電圧値と基準電圧値（ＶＲＥＦ）とを比較する。エラーアンプ４１は、出力ノードの電圧値とＶＲＥＦとの差分に応じた出力電圧値を出力する。具体的には、出力ノードの電圧値が大きくなった場合、エラーアンプ４１からスイッチ制御信号発生部４０に出力される出力電圧値が低下するような反転増幅信号がエラーアンプ４１から出力される。
【００３９】
スイッチ制御信号発生部４０は、エラーアンプ４１から受信した反転増幅信号に基づき、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８及びローサイドＦＥＴドライバ部３９の各々に異なるＰＷＭ制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。例えば、入力端子ＦＢを介して受信される出力電圧値が低下した場合、スイッチ制御信号発生部４０は、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８に出力するＰＷＭ制御信号（ハイサイドＰＷＭ制御信号）Ｓ１のデューティ比を下げるための調整をする。また、スイッチ制御信号発生部４０は、ハイサイドＦＥＴ３１がオンの場合、ローサイドＦＥＴ３２がオフとなるように、例えば、調整されたハイサイドＰＷＭ制御信号Ｓ１を反転させた信号をローサイドＰＷＭ制御信号Ｓ２としてローサイドＦＥＴドライバ部３９に出力する。スイッチ制御信号発生部４０はＰＷＭ信号を生成するための固定周波数の基準信号を発生する発信器を有していてもよい。
【００４０】
このように、ＰＷＭ制御方式でスイッチングを制御することによって、ＰＷＭのデューティ比を調整することができ、出力ノードの電圧を一定に保つことが可能である。スイッチング電源１２１の出力電圧ＶＣＣは、例えば、ＣＰＵ１１、他の各デバイスといったシステム内の各負荷に動作電力として供給される。
【００４１】
次に、図４を参照し、ハイサイド出力レベルを調整する前に発生するリンギングノイズの時間変化の一例について説明する。図４は、ハイサイドＦＥＴ３１のターンオン時のスイッチングノード４６の電圧の変化を示す図である。
【００４２】
ハイサイドＦＥＴ３１が、時刻ｔ１で、ターンオンすることによって、スイッチングノード４６でスイッチングノイズであるリンギングノイズが発生する。リンギングノイズは、図４に示すように、スイッチングノード４６上の電圧の急須な立ち上がりにより発生する。図４に示すＴＨは、上述したように、予め設定された閾値である。また、図４に示すＰ１はハイサイド出力レベルを調整する前のリンギングノイズの電圧（リンギング電圧）のピーク値を示している。リンギングノイズの発生直後に、リンギング電圧のピーク値が所定の閾値を越えていることを示している。その後、リンギングノイズの電圧値は上下に振動しながら減衰する。本実施形態では、図４に示すようなピーク値を測定し、測定されたピーク値が所定の閾値よりも大きい値であるかどうかを比較する。なお、スイッチングノード４６上の電圧のピーク値そのものを、リンギング電圧のピーク値Ｐ１として測定するようにしてもよい。
【００４３】
次に、図５を参照し、ハイサイド出力レベルを調整した後に発生するリンギングノイズの時間変化の一例について説明する。図５は、ハイサイド出力レベルを下げた後、発生するリンギングノイズの電圧値の時間変化を示す図である。なお、図４と同様の内容を示す記号及び現象等については説明を省略する。
【００４４】
ハイサイドＦＥＴ３１が、時刻ｔ３で、ターンオンすることによって、スイッチングノード４６でリンギングノイズが発生する。Ｐ２は、ハイサイド出力レベルを調整した後のリンギング電圧のピーク値を示している。図５から分かるように、Ｐ２がＶＴＨと同じ値であることが分かる。図４と図５とを比較すると、ハイサイド出力レベルを下げることにより、リンギング電圧のピーク値が減少する。
【００４５】
次に、図６を参照し、ハイサイド出力レベルをさらに調整した後に発生するリンギングノイズの時間変化の一例について説明する。図６は、ハイサイド出力レベルをさらに下げた後、発生するリンギングノイズの電圧値の時間変化を示す図である。
【００４６】
ハイサイドＦＥＴ３１が、時刻ｔ５で、ターンオンすることによって、スイッチングノード４６でリンギングノイズが発生する。Ｐ３は、ハイサイド出力レベルをさらに調整した後のリンギング電圧のピーク値を示している。図６から分かるように、Ｐ３がＶＴＨよりも小さい値であることが分かる。図５と図６とを比較すると、ハイサイド出力レベルをさらに下げることにより、リンギング電圧のピーク値がさらに減少する。
【００４７】
次に、図７のフローチャートを参照し、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０内の制御ループによって実行されるリンギングノイズ低減処理の手順について説明する。  
始めに、スイッチング電源１２１が起動する（ステップＳ９０）。次に、スイッチングノイズ制御部４３に閾値ＶＴＨが設定される（ステップＳ９１）。スイッチングノイズ測定ブロック４２は、リンギングノイズ（ＶＮｏｉｓｅ）、つまりスイッチングノード４６上のリンギング電圧を測定する（ステップＳ９２）。次に、スイッチングノイズ制御部４３が、閾値ＶＴＨとリンギングノイズＶＮｏｉｓｅとを比較する（ステップＳ９３）。ＶＮｏｉｓｅの値がＶＴＨの値よりも大きかった場合（ステップＳ９３のＹＥＳ）、スイッチングノイズ制御部４３は、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８のハイサイド出力レベルを下げるための処理を行う（ステップＳ９４）。ハイサイド出力レベルを下げるとステップＳ９５に進み、スイッチング動作を継続する（ステップＳ９５）。再び、ステップＳ９２でリンギングノイズ（ＶＮｏｉｓｅ）を測定する。
【００４８】
以上の処理により、閾値ＶＴＨとリンギング電圧とがほぼ同じになるように、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８のハイサイド出力レベルが自動調整される。したがって、スイッチング電源を設計または製造した後に、ハイサイドＦＥＴのゲート端子に直列に抵抗を挿入する、あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの回路のレイアウトを変更といった作業を行うこと無く、自動的にリンギング電圧を低減することができる。
【００４９】
なお、ハイサイド出力レベルを下げること、つまりハイサイドＦＥＴドライバ部３８の駆動能力を下げることは、スイッチング電源１２１の電力効率を低下させる要因となる可能性がある。本実施形態では、閾値ＶＴＨとリンギング電圧とがほぼ同じになるようにハイサイド出力レベルが調整されるので、閾値ＶＴＨを適正な値にあらかじめ決めておくことにより、ハイサイド出力レベルを適正な範囲内に制御することができる。
【００５０】
次に、図８を参照し、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の構成例について述べる。  
ハイサイドＦＥＴドライバ部３８は、上述したように、スイッチングノイズ制御部４３から受信したドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１に基づき、ハイサイドＦＥＴ３１を駆動（スイッチング制御）するためのハイサイドゲート駆動信号を出力する。
【００５１】
このスイッチングノイズ制御部４３は、プッシュプル回路として動作するバッファ回路５０を備えている。プッシュプル回路は２つのトランジスタ（ＦＥＴ）６１，６２を備える。２つのＦＥＴ６１，６２は、バッファ回路５０の正電源入力端子５１と負電源入力端子ＶＬとの間に直列接続されている。上述したように、ハイサイドＦＥＴであるＦＥＴ６１のオン抵抗をドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１に応じて可変制御することにより、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の駆動能力を制御することができる。この場合、図８に示すように、可変抵抗素子または可変電圧降下素子のような素子５２を電源端子ＶＨと正電源入力端子５１との間に挿入してもよい。素子５２の抵抗値または電圧降下レベルをドライバ出力レベル指示信号ＣＯＮＴ１に応じて可変制御することにより、ハイサイドＦＥＴドライバ部３８の駆動能力、つまり、ＦＥＴ６１のオン抵抗を調整することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、スイッチングノード４６上のリンギング電圧を測定し、その測定値が閾値以下となるように、スイッチング電源１２１内部に設けられたハイサイドＦＥＴドライバブロック３８の出力信号のレベルを自動的に調整することによって、リンギングノイズを低減することができ、これによってスイッチングノイズに起因するシステムの不安定化を防ぐことができる。また、このスイッチングノイズを低減させるために、従来は、例えばハイサイドスイッチング素子のゲート端子に直列抵抗を挿入することによってスイッチングノイズを抑えていた。しかしながら、このような従来の方法では、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路を設計または製造した後、ゲート端子に直列抵抗を挿入する、あるいはＤＣ−ＤＣコンバータの回路のレイアウトを変更しなければならなかった。一方、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ３０に、スイッチングノイズのレベルを測定し、測定したレベルが予め設定された閾値よりも大きい場合、ハイサイド出力レベルを可変にするための機能を持たせることができるため、スイッチング電源１２１内のレイアウトを変更することや、ハイサイドＦＥＴ３１のゲートに直列に抵抗（ゲート直列抵抗）を挿入する等の作業を手動で行うことなく自動でスイッチングノイズを低減することができる。また、スイッチングノイズを低減することができるため、システム制御信号等にノイズが伝播することを防ぐことができ、システムが不安定になるような問題を解消することができる。また、ハイサイド出力レベルを下げることによって、ゲート直列抵抗を挿入した場合の効果と同等の効果を得ることができる。また、上述したように、制御ループによって、ハイサイド出力レベルが自動で調整されるため、例えば、スイッチングノイズを抑える必要がある場合、その都度、繰り返しハイサイド出力レベルを自動で調整するための制御を行うことができる。また、本実施形態では、ハイサイドＦＥＴのゲートに直列抵抗を挿入するのではなく、ハイサイド出力レベルを下げるという制御が行われる。したがって、ハイサイドＦＥＴのゲートに直列抵抗を挿入する場合に比べ、ハイサイドＦＥＴのスイッチングスピードの低下を少なくすることができる。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
３０…ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ、３１…ハイサイドＦＥＴ、３２…ローサイドＦＥＴ、３８…ハイサイドＦＥＴドライバ部、３９…ローサイドＦＥＴドライバ部、４０…スイッチ制御信号発生部、４２…スイッチングノイズ測定ブロック、４３…スイッチングノイズ制御部、４６…スイッチングノード、１２１…スイッチング電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）。
【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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