(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１出力回路に接続される第１スイッチング素子を駆動するための第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路と、
第２出力回路に接続される第２スイッチング素子を駆動するための第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路と、を備え、
前記第１スイッチング信号生成回路は、前記第１スイッチング信号のオン時間を所定の時間に固定しつつ、前記第１出力回路から出力される第１出力電圧が所定の第１基準電圧に近づくように、前記第１スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させる一方、
前記第２スイッチング信号生成回路は、前記第２スイッチング信号の周波数が前記第１スイッチング信号の周波数に近づくように、前記第２スイッチング信号のオン時間を変化させ、かつ前記第２出力回路から出力される第２出力電圧が所定の第２基準電圧に近づくように、前記第２スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させるものであって、
前記第２スイッチング信号生成回路は、前記第１スイッチング信号の立ち上がりからの時間の経過にもとづき、前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が所定の目標値に近づくように前記第２スイッチング信号のオン時間を変化させることを特徴とするスイッチングレギュレータ制御回路。
【請求項２】
前記第２スイッチング信号生成回路は、前記第２スイッチング信号のオン時間が前記第１スイッチング信号のオン時間と重ならないように前記所定の目標値を設定す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制御回路。
【請求項３】
前記第１スイッチング信号生成回路は、
前記第１出力電圧と前記第１基準電圧とを比較する第１電圧比較器と、
前記第１電圧比較器の出力によりセットされる第１フリップフロップと、
前記第１フリップフロップの出力の立ち上がりから前記第１スイッチング信号の所定のオン時間が経過すると前記第１フリップフロップをリセットする第１オン時間制御回路と、を含み、前記第１フリップフロップの出力を前記第１スイッチング信号として出力する一方、
前記第２スイッチング信号生成回路は、
前記第２出力電圧と前記第２基準電圧とを比較する第２電圧比較器と、
前記第２電圧比較器の出力によりセットされる第２フリップフロップと、
前記第２フリップフロップの出力の立ち上がりから前記第２スイッチング信号のオン時間が経過すると前記第２フリップフロップをリセットする第２オン時間制御回路と、を含み、前記第２フリップフロップの出力を前記第２スイッチング信号として出力し、前記第２オン時間制御回路は、前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が所定の目標値に近づくように前記第２スイッチング信号のオン時間を変化させ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制御回路。
【請求項４】
前記第２オン時間制御回路は、
定電流をコンデンサに流し、所定の電圧に達するまでの経過時間を前記第２スイッチング信号のオン時間として計測するタイマ回路と、
前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間にもとづいて前記タイマ回路における前記定電流の値を増減させるオン時間補正回路と、
を含む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制御回路。
【請求項５】
前記オン時間補正回路は、前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が短いとき、前記定電流を減少させ、前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が長いとき、前記定電流を増加させることを特徴とする請求項４に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
【請求項６】
前記オン時間補正回路は、前記第１スイッチング信号の立ち上がりから前記第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が、前記第１スイッチング信号の周期時間の略１／２のときに前記定電流の補正量を０とすることを特徴とする請求項５に記載のスイッチングレギュレータ制御回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ制御回路と、
前記スイッチングレギュレータ制御回路によってオンオフされるスイッチング素子と、
を備えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項８】
所定の直流電圧を生成する電圧源と、
前記直流電圧を昇圧または降圧して負荷に出力する請求項７に記載のスイッチングレギュレータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、特にスイッチングレギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な電子機器において、内部に使用される電子回路に適切な電圧を供給するため、スイッチングレギュレータ等の昇圧型、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータが広く用いられている。このようなスイッチングレギュレータは、スイッチング素子のオンオフを制御するためのスイッチング信号を生成するスイッチングレギュレータ制御回路を有している。【０００３】
このスイッチング信号としては、周波数が一定でそのパルス幅に応じてスイッチング素子をオンオフさせるＰＷＭ（パルス幅変調）信号が広く用いられている（特許文献１、２参照）。ところが、このようなＰＷＭ信号を利用した周波数固定方式では、一度スイッチング素子がオンされてから、次にオンされるまでの期間は、スイッチング周波数の逆数で与えられる周期時間に固定されているため、スイッチング周波数よりも高速な負荷変動や入力電圧の変動に対しては追従できず、出力が不安定になるという課題を有していた。【０００４】
これに対して、高速な負荷応答性が求められるようなアプリケーションに対応するために、スイッチング信号のパルス幅、すなわちオン時間Ｔｏｎを固定しておき、ハイレベルになるタイミング、すなわち周波数を変化させる方式（以下、オン時間固定方式という）が考えられる。このオン時間固定方式によれば、周波数固定方式に比べて負荷変動や入力電圧変動に対して高速に応答することができる。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１９６３８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなスイッチングレギュレータが搭載される電子機器においては、複数の異なる電圧が必要とされる場合があり、降圧型スイッチングレギュレータを複数チャンネル設け、同一の入力電圧を異なる降圧率で降圧して出力する場合がある。この際、複数チャンネルのスイッチング信号が同時にオンとなり、各チャンネルのスイッチング素子が同時にオンすると、入力電圧を供給する入力電源から供給される入力電流の瞬時値が急激に増加することになる。降圧型スイッチングレギュレータの入力電流の変動が大きくなると、入力電源の電流容量を大きくし、または平滑化用の入力コンデンサの容量を大きくする必要がある。さらに、入力電流が瞬間的に増大すると、スイッチングノイズが増加するため、周辺回路の誤動作や、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の増加が問題となる。【０００７】
ここで、上記の問題を異なる２つの方式のスイッチングレギュレータについて考えてみる。降圧型スイッチングレギュレータのデューティ比Ｄｕｔｙは、定常状態において、Ｄｕｔｙ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎで与えられる。ＰＷＭ信号を用いる周波数固定方式では、同一のオシレータから複数チャンネルのスイッチング信号を生成することができ、複数のスイッチング信号の周波数をデューティ比によらずに同一とすることができるため、複数チャンネル間の同期を容易にとることができ、スイッチング信号がオンとなるタイミングを容易にシフトさせることができる。一方、オン時間固定方式のスイッチングレギュレータの場合、各チャンネルにおけるスイッチング信号のオン時間Ｔｏｎを等しく設定した場合、デューティ比が変化するとスイッチング信号の周波数が変化することになり、各チャンネル間の同期をとることが困難となり、複数のスイッチング信号が同時にオンする可能性がある。このため、オン時間固定方式のスイッチングレギュレータを複数チャンネル化して使用する場合、入力電流の増加やＥＭＩの増加が発生するという問題がある。【０００８】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のチャンネル間で同期制御が可能なオン時間固定方式のスイッチングレギュレータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様はスイッチングレギュレータ制御回路に関する。このスイッチングレギュレータ制御回路は、第１出力回路に接続される第１スイッチング素子を駆動するための第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路と、第２出力回路に接続される第２スイッチング素子を駆動するための第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路と、を備える。第１スイッチング信号生成回路は、第１スイッチング信号のオン時間を所定の第１オン時間に固定しつつ、第１出力回路から出力される第１出力電圧が所定の第１基準電圧に近づくように、第１スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させる。一方、第２スイッチング信号生成回路は、第２スイッチング信号の周波数が第１スイッチング信号の周波数に近づくように、第２スイッチング信号のオン時間を変化させ、かつ第２出力回路から出力される第２出力電圧が所定の第２基準電圧に近づくように、第２スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させる。【００１０】
この態様によれば、第２スイッチング信号のオン時間を調節することによって第１、第２スイッチング信号生成回路により生成される各スイッチング信号間の同期をとることが可能となる。【００１１】
第２スイッチング信号生成回路は、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出し、その経過時間が所定の目標値に近づくように第２スイッチング信号のオン時間を変化させてもよい。第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を一定とすることにより、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号の周波数を近づけることができる。【００１２】
第２スイッチング信号生成回路は、第２スイッチング信号のオン時間を第１スイッチング信号のオン時間に対して時間的にシフトさせてもよい。各スイッチング信号のオン時間を時間的にシフトさせることによって第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が同時にオンするのを防止することができる。【００１３】
第２スイッチング信号生成回路は、第２スイッチング信号のオン時間が第１スイッチング信号のオン時間と重ならないように所定の目標値を設定してもよい。第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を調節することによって、２つのスイッチング信号が同時にオンするのを防止することができる。【００１４】
第１スイッチング信号生成回路は、第１出力電圧と第１基準電圧とを比較する第１電圧比較器と、第１電圧比較器の出力によりセットされる第１フリップフロップと、第１フリップフロップの出力の立ち上がりから第１オン時間が経過すると第１フリップフロップをリセットする第１オン時間制御回路と、を含み、第１フリップフロップの出力を第１スイッチング信号として出力してもよい。一方、第２スイッチング信号生成回路は、第２出力電圧と第２基準電圧とを比較する第２電圧比較器と、第２電圧比較器の出力によりセットされる第２フリップフロップと、第２フリップフロップの出力の立ち上がりから第２オン時間が経過すると第２フリップフロップをリセットする第２オン時間制御回路と、を含み、第２フリップフロップの出力を第２スイッチング信号として出力し、第２オン時間制御回路は、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出し、その経過時間が所定の目標値に近づくように第２オン時間を変化させてもよい。【００１５】
第２スイッチング信号生成回路において、第１スイッチング信号の立ち上がりと第２スイッチング信号の立ち上がりを検出し、この経過時間に応じて第２スイッチング信号のオン時間を増減させることによって、次に第２スイッチング信号がオンするタイミングを変化させ、周期時間すなわち周波数を調節して第１スイッチング信号に同期させることができる。
なお、第１スイッチング信号のオン時間は固定されているため、「第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出」することは、第１スイッチング信号の立ち下がりから、第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間を検出することと等価である。【００１６】
第２スイッチング信号生成回路において、第２オン時間制御回路は、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が短いとき第２スイッチング信号のオン時間を短くし、経過時間が長いとき第２スイッチング信号のオン時間を長くしてもよい。【００１７】
第２オン時間制御回路は、定電流をコンデンサに流し、所定の電圧に達するまでの経過時間を第２スイッチング信号のオン時間として計測するタイマ回路と、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間にもとづいてタイマ回路における定電流の値を増減させるオン時間補正回路と、を含んでもよい。
タイマ回路において容量を充電する定電流の値を変化させることによって、定電流を増加させた場合には第２スイッチング信号のオン時間を短くし、減少させた場合にはオン時間を長くすることができる。【００１８】
オン時間補正回路は、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が短いとき、定電流を減少させ、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が長いとき、定電流を増加させてもよい。【００１９】
オン時間補正回路は、第１スイッチング信号の立ち上がりから第２スイッチング信号の立ち上がりまでの経過時間が、第１スイッチング信号の周期時間の略１／２のときに定電流の補正量を０としてもよい。【００２０】
本発明の別の態様は、スイッチングレギュレータである。このスイッチングレギュレータは、スイッチングレギュレータ制御回路と、スイッチングレギュレータ制御回路によってオンオフされるスイッチング素子と、を備える。【００２１】
本発明のさらに別の態様は、スイッチング信号生成装置である。この装置は、第１スイッチング素子を駆動するための第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路と、第２スイッチング素子を駆動するための第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路と、を備える。第１スイッチング信号生成回路は、第１スイッチング信号のオン時間を所定の第１オン時間に固定しつつ、第１スイッチング素子のスイッチングの結果得られる制御対象となる第１電圧が所定の第１基準電圧に近づくように、第１スイッチング信号がオンとなるタイミングを変化させる一方、第２スイッチング信号生成回路は、第２スイッチング信号の周波数が第１スイッチング信号の周波数に近づくように、かつ第２スイッチング素子のスイッチングの結果得られる制御対象となる第２電圧が所定の第２基準電圧に近づくように、第２スイッチング信号のオン時間を変化させる。【００２２】
この態様によれば、パルス信号によって駆動される複数のスイッチング素子を同期制御することが可能となる。【００２３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るスイッチングレギュレータ制御回路およびスイッチングレギュレータによれば、多チャンネル化されたオン時間固定方式のスイッチングレギュレータにおいて複数のチャンネル間で同期制御を行うことができる。また、本発明に係るスイッチング信号生成装置によれば、オン時間固定方式のパルス信号によって駆動される複数のスイッチング素子を同期制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係るスイッチングレギュレータの構成を示す回路図である。
【図２】第１オン時間制御回路の構成を示す回路図である。
【図３】第１スイッチングレギュレータの信号波形を示すタイムチャートである。
【図４】第２オン時間制御回路の構成を示す回路図である。
【図５】第２オン時間制御回路の信号波形を示すタイムチャートである。
【図６】第２オン時間制御回路において、オン時間補正回路による第２オン時間の補正を行わない場合のスイッチングレギュレータの信号波形を示すタイムチャートである。
【図７】第２オン時間制御回路において、オン時間補正回路による第２オン時間の補正を行った場合のスイッチングレギュレータの信号波形を示すタイムチャートである。
【図８】図８は、図１のスイッチングレギュレータを搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
ＳＷ１  第１スイッチング信号、  ＳＷ２  第２スイッチング信号、  １０  第１スイッチング信号生成回路、  １２  第１スイッチング素子、  １４  第１出力回路、  ２０  第２スイッチング信号生成回路、  ２２  第２スイッチング素子、  ２４  第２出力回路、  ３０  第１電圧比較器、  ３２  第１フリップフロップ、  ３４  第１オン時間制御回路、  ４０  第２電圧比較器、  ４２  第２フリップフロップ、  ４４  第２オン時間制御回路、  ７０  オン時間補正回路、  ８０  タイマ回路、  １００  スイッチングレギュレータ、  １０００  スイッチングレギュレータ制御回路。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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１００の構成を示す。以降の図において、同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図８は、図１のスイッチングレギュレータ１００を搭載した電子機器４００の構成を示すブロック図である。電子機器４００は、たとえばパーソナルコンピュータやデジタル家電、あるいは携帯電話端末やＣＤプレイヤ、ＰＤＡなどの電池駆動型小型情報端末である。以下の実施の形態では、電子機器４００は携帯電話端末として説明する。【００２８】
電子機器４００は、電池３１０、電源装置３２０、アナログ回路３３０、デジタル回路３４０、マイクロプロセッサ３５０、ＬＥＤ３６０を含む。電池３１０は、たとえばリチウムイオン電池であり、直流電圧である電池電圧Ｖｂａｔとして３〜４Ｖ程度を出力する。アナログ回路３３０は、パワーアンプや、アンテナスイッチ、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサやＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）などの高周波回路を含み、電源電圧Ｖｃｃ＝３．４Ｖ程度で安定動作する回路ブロックを含む。また、デジタル回路３４０は、各種ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを含み、電源電圧Ｖｄｄ＝３．４Ｖ程度で安定動作する回路ブロックを含む。マイクロプロセッサ３５０は、電子機器４００全体を統括的に制御するブロックであり、電源電圧１．５Ｖで動作する。ＬＥＤ３６０は、ＲＧＢ３色のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を含み、液晶のバックライトや、照明として用いられ、その駆動には、４Ｖ以上の駆動電圧が要求される。【００２９】
電源装置３２０は、多チャンネルのスイッチング電源であり、各チャンネルごと必要に応じて、電池電圧Ｖｂａｔを降圧、または昇圧する複数のスイッチングレギュレータを備え、アナログ回路３３０、デジタル回路３４０、マイクロプロセッサ３５０、ＬＥＤ３６０に対して適切な電源電圧を供給する。このような電源装置３２０においては、各チャンネルごとにスイッチング動作を非同期で行った場合、各チャンネルのスイッチング素子が同時にオンする場合があるため、電池３１０からの入力電流が瞬時的に大きくなり、ＥＭＩが増加するという問題がある。【００３０】
本実施の形態に係る図１のスイッチングレギュレータ１００は、図８に示すような多チャンネル電源装置に用いて、チャンネル間のスイッチング動作を同期させることにより、ＥＭＩなどの問題を好適に解決することができる。以下、図１に戻り、実施の形態に係るスイッチングレギュレータ１００の構成について詳細に説明する。【００３１】
本実施の形態に係るスイッチングレギュレータ１００は、マスターチャンネルとスレーブチャンネルを備え、２つの出力電圧を出力する降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。このスイッチングレギュレータ１００は、マスターチャンネルに対応する第１スイッチングレギュレータ２００と、スレーブチャンネルに対応する第２スイッチングレギュレータ３００を含み、入力端子１０２、第１出力端子１０４、第２出力端子１０６を備える。第１スイッチングレギュレータ２００および第２スイッチングレギュレータ３００はぞれぞれ、入力端子１０２に入力された入力電圧Ｖｉｎを降圧し、第１出力端子１０４から第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を、第２出力端子１０６から第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。【００３２】
このスイッチングレギュレータ１００は、第１スイッチング素子１２、第２スイッチング素子２２、およびそれぞれに接続される第１出力回路１４、第２出力回路２４、スイッチング信号を生成するスイッチングレギュレータ制御回路１０００を含む。スイッチングレギュレータ制御回路１０００は、第１スイッチング素子１２を駆動するための第１スイッチング信号ＳＷ１を生成する第１スイッチング信号生成回路１０および第２スイッチング素子２２を駆動するための第２スイッチング信号ＳＷ２を生成する第２スイッチング信号生成回路２０を含み、これらが一体集積化されて構成される。【００３３】
また、第１スイッチングレギュレータ２００は、第１スイッチング信号生成回路１０、第１スイッチング素子１２、第１出力回路１４を含む。同様に第２スイッチングレギュレータ３００は、第２スイッチング信号生成回路２０、第２スイッチング素子２２、第２出力回路２４を含む。第１スイッチングレギュレータ２００、第２スイッチングレギュレータ３００の構成、動作は同様であるため、以下、第１スイッチングレギュレータ２００について説明する。【００３４】
第１出力回路１４は、第１インダクタＬ１、第１出力コンデンサＣｏ１を含み、第１スイッチング素子１２と接続されている。また、第１スイッチング素子１２は、入力端子１０２および接地電位間に直列に接続される第１メイントランジスタＴｒ１、第１同期整流トランジスタＴｒ２を含み、それぞれのゲート端子に入力される駆動信号によりオン、オフが制御される。【００３５】
これらの第１メイントランジスタＴｒ１、第１同期整流トランジスタＴｒ２が交互にオンオフすることによって、第１インダクタＬ１には第１メイントランジスタＴｒ１および第１同期整流トランジスタＴｒ２を介して交互に電流が供給され、入力電圧Ｖｉｎが降圧される。また、第１出力回路を構成する第１インダクタＬ１および第１出力コンデンサＣｏ１はローパスフィルタを構成し、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を平滑化し、第１出力端子１０４から出力する。【００３６】
第１スイッチング信号生成回路１０は、第１電圧比較器３０、第１フリップフロップ３２、第１オン時間制御回路３４、第１駆動回路３６を含む。
この第１スイッチング信号生成回路１０は、第１スイッチング素子１２を駆動するための第１スイッチング信号ＳＷ１を生成し、この第１スイッチング信号ＳＷ１にもとづいて第１スイッチング素子１２を駆動する。第１スイッチング信号生成回路１０において生成される第１スイッチング信号ＳＷ１は、オン時間Ｔｏｎが固定され、オンとなるタイミング、すなわち周波数が変化するパルス信号となっている。【００３７】
ここで、第１スイッチング信号生成回路１０においては、第１電圧比較器３０、第１フリップフロップ３２、第１オン時間制御回路３４によってオン時間の固定されたスイッチング信号が生成される。
第１電圧比較器３０は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１および第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の大小関係を比較し、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｏｕｔ１のときハイレベルを、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｏｕｔ１のときローレベルを出力する。この第１電圧比較器３０の出力ＶＳ１は、第１フリップフロップ３２のセット端子Ｓに入力されている。したがって、第１フリップフロップ３２は、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｏｕｔ１となってセットされてから、次にリセットされるまでの期間、その出力信号である第１スイッチング信号ＳＷ１をハイレベルとする。【００３８】
第１オン時間制御回路３４には第１フリップフロップ３２の反転出力ＶＱ１’が入力されており、第１フリップフロップ３２がセットされてから所定の時間経過した後に、第１フリップフロップ３２をリセットする。図２は、第１オン時間制御回路３４の構成を示す回路図である。【００３９】
第１オン時間制御回路３４は、定電流をコンデンサに流し、所定の電圧に達するまでの経過時間を計測するタイマ回路である。この第１オン時間制御回路３４は、第１トランジスタＭ１、第１コンデンサＣ１、第３電圧比較器５２、第１定電流源５０を含む。
第１トランジスタＭ１のゲートには、第１フリップフロップ３２の反転出力ＶＱ１’が入力される。第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなり第１フリップフロップ３２がセットされると、反転出力ＶＱ１’はローレベルとなって、第１トランジスタＭ１はオフする。【００４０】
第１定電流源５０によって生成される第１定電流Ｉｏｎ１は、第１トランジスタＭ１がオンのとき第１トランジスタＭ１を介して接地へと流れ、第１トランジスタＭ１がオフのとき、第１コンデンサＣ１を充電する。
すなわち、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなり第１フリップフロップ３２がセットされると、反転出力ＶＱ１’がハイレベルからローレベルに切り替えられ、第１定電流Ｉｏｎ１によって第１コンデンサＣ１の充電が開始される。【００４１】
第１コンデンサＣ１に現れる電圧Ｖｘは、充電開始からの経過時間、すなわち第１フリップフロップ３２がセットされてからの経過時間ｔを用いて、Ｖｘ＝Ｉｏｎ１／Ｃ１×ｔで与えられる。第３電圧比較器５２は、電圧Ｖｘと第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を比較し、Ｖｘ＜Ｖｒｅｆ３のときローレベルを出力し、Ｖｘ＞Ｖｒｅｆ３のときハイレベルを出力する。すなわち、第１オン時間制御回路３４は、第１フリップフロップ３２がセットされてからの時間を測定するタイマ回路として動作し、電圧Ｖｘが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３に達するまでの期間、すなわちＴｏｎ１＝Ｃ１×Ｖｒｅｆ３／Ｉｏｎ１で与えられる一定期間経過後にその出力をハイレベルとする。後述のように、期間Ｔｏｎ１は、第１スイッチング信号ＳＷ１のオン時間を与えることになる。以降、この所定期間Ｔｏｎ１を第１オン時間という。【００４２】
図１に戻る。第１オン時間制御回路３４の出力ＶＲ１は、第１フリップフロップ３２のリセット端子に入力されているため、第１フリップフロップ３２は、セットされてから第１オン時間Ｔｏｎ１経過後に再びリセットされることになる。その結果、第１フリップフロップ３２の出力ＳＷ１は、第１オン時間制御回路３４によってカウントされる第１オン時間Ｔｏｎ１の間ハイレベルとなる。【００４３】
次に、図２の第１オン時間制御回路３４における、第１オン時間Ｔｏｎ１の設定について説明する。
第１スイッチング信号ＳＷ１の第１オン時間Ｔｏｎ１は、第１オン時間制御回路３４において決定され、Ｔｏｎ１＝Ｃ１×Ｖｒｅｆ３／Ｉｏｎ１で与えられることをは上述の通りである。ここで、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の目標値である第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に等しく、もしくは比例するように設定する。さらに第１定電流Ｉｏｎ１の値を、入力電圧Ｖｉｎに比例するように設定する。その結果、Ｖｒｅｆ３＝Ｖｒｅｆ１×ｂ１、Ｉｏｎ１＝Ｖｉｎ×ａ１が成り立つことになる。これらを上記の第１オン時間Ｔｏｎ１に代入すると、Ｔｏｎ１＝Ｃ１×（Ｖｒｅｆ１×ｂ１）／（Ｖｉｎ×ａ１）が成り立つことがわかる。【００４４】
一方、第１スイッチング信号ＳＷ１の周期である第１周期時間Ｔｐ１とオン時間Ｔｏｎの間には、デューティ比Ｄ１を用いて、Ｔｏｎ１＝Ｄ１×Ｔｐ１が成り立ち、第１スイッチング信号ＳＷ１の定常状態におけるデューティ比Ｄ１は、Ｄ１＝Ｖｒｅｆ１／Ｖｉｎで与えられる。したがって、第１周期時間Ｔｐ１は結局、Ｔｐ１＝Ｔｏｎ１×Ｖｉｎ／Ｖｒｅｆ１となる。この第１周期時間Ｔｐ１に、上記オン時間Ｔｏｎ１を代入すると、Ｔｐ１＝Ｃ１×（Ｖｒｅｆ１×ｂ１）／（Ｖｉｎ×ａ１）×Ｖｉｎ／Ｖｒｅｆ１＝Ｃ１×ｂ１／ａ１が得られる。すなわち、第１定電流Ｉｏｎ１が入力電圧Ｖｉｎに比例し、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に比例するように設定した場合、第１周期時間Ｔｐ１、あるいはその逆数で与えられる周波数ｆｐ１は、入力電圧Ｖｉｎおよび第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の目標値によらずに一定とすることができる。【００４５】
図３は、第１スイッチングレギュレータ２００の各信号波形を示すタイムチャートである。なおこのタイムチャートは、理解の容易および見やすさのために、縦軸、横軸ともに実際のスケールとは異なって示されている。
第１スイッチング信号ＳＷ１がオフしている時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は徐々に低下する。時刻Ｔ１に、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が、その目標値である第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなると、第１電圧比較器３０の出力ＶＳ１がハイレベルとなって第１フリップフロップ３２がセットされる。【００４６】
第１オン時間制御回路３４は、第１フリップフロップ３２がセットされてからの経過時間を測定を測定する。第１オン時間制御回路３４において電圧Ｖｘが上昇し、時刻Ｔ１から第１オン時間Ｔｏｎ１経過後の時刻Ｔ２に第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなると、第３電圧比較器５２の出力ＶＲ１がハイレベルとなり、第１フリップフロップ３２がリセットされる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の第１スイッチング信号ＳＷ１のオン時間中、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は上昇する。その後、第１スイッチング信号ＳＷ１がオフすると、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は再び低下をはじめ、時刻Ｔ３にＶｏｕｔ１＜Ｖｒｅｆ１となって再度第１フリップフロップ３２がセットされ、第１スイッチング信号ＳＷ１がオンとなる。【００４７】
このようにして第１スイッチング信号生成回路１０は、オン時間を所定の第１オン時間Ｔｏｎ１に固定しつつ、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が所定の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に近づくように、オンとなるタイミングを変化させて第１スイッチング信号ＳＷ１を生成する。【００４８】
第１スイッチング信号ＳＷ１は、第１駆動回路３６へと入力されており、第１駆動回路３６は、第１スイッチング信号ＳＷ１にもとづいて第１スイッチング素子１２を駆動するための駆動信号を生成する。本実施の形態においては、第１スイッチング信号ＳＷ１のオン時間に第１メイントランジスタＴｒ１がオンし、オフ時間に第１同期整流トランジスタＴｒ２がオンするように駆動電圧は生成される。その結果、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に近づくように制御されることになる。【００４９】
つぎに、図１に戻り、スレーブチャンネルである第２スイッチングレギュレータ３００について説明する。第２スイッチングレギュレータ３００の基本的な構成および動作は上述の第１スイッチングレギュレータ２００と同様であるため、以下その相違点を中心に説明する。
第２スイッチングレギュレータ３００は、第２スイッチング信号生成回路２０、第２スイッチング素子２２、第２出力回路２４を含む。第２スイッチング素子２２および第２出力回路２４の構成、動作はそれぞれ第１スイッチング素子１２および第１出力回路１４と同様である。【００５０】
第２スイッチング信号生成回路２０は、第２電圧比較器４０、第２フリップフロップ４２、第２オン時間制御回路４４、第２駆動回路４６を含む。このうち、第２電圧比較器４０、第２フリップフロップ４２、第２駆動回路４６の構成および動作は第１スイッチング信号生成回路１０と同様であるため、以下、第２オン時間制御回路４４について説明する。【００５１】
第２オン時間制御回路４４は、第２フリップフロップ４２がセットされてから第２スイッチング信号ＳＷ２をオンすべき第２オン時間Ｔｏｎ２が経過した後に、第２フリップフロップ４２をリセットする。この第２オン時間制御回路４４には、第２フリップフロップ４２の反転出力ＶＱ２’に加えて、第１スイッチング信号ＳＷ１が入力されており、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりまでの経過時間にもとづいて第２スイッチング信号ＳＷ２のオン時間Ｔｏｎ２を変化させる。【００５２】
図４は、第２オン時間制御回路４４の構成を示す回路図である。第２オン時間制御回路４４は、タイマ回路８０と、オン時間補正回路７０を含む。
タイマ回路８０の構成、動作は、図２の第１オン時間制御回路３４と同様であり、図中、Ｉｃｈ２で示される充電電流によって第２コンデンサＣ２を充電し、第２コンデンサＣ２に現れる電圧Ｖｙが所定の第４基準電圧Ｖｒｅｆ４に達するまでの時間を測定する。したがって、このタイマ回路８０によって測定される時間は、Ｔｏｎ２＝Ｃ２×Ｖｒｅｆ４／Ｉｃｈ２で与えられる。【００５３】
オン時間補正回路７０は、同期補正電流Ｉｓｙｎｃを出力している。第２コンデンサＣ２を充電する充電電流Ｉｃｈ２は、第２定電流源６０から出力される第２定電流Ｉｏｎ２およびオン時間補正回路７０から出力される同期補正電流Ｉｓｙｎｃの和で与えられ、Ｉｃｈ２＝Ｉｏｎ２＋Ｉｓｙｎｃが成り立っている。したがって、同期補正電流Ｉｓｙｎｃが正の時、タイマ回路８０によって測定される第２オン時間Ｔｏｎ２は短くなり、同期補正電流Ｉｓｙｎｃが負の時、第２オン時間Ｔｏｎ２は長くなる。すなわち、オン時間補正回路７０はこの同期補正電流Ｉｓｙｎｃの値を変化させるすることによって、第２オン時間Ｔｏｎ２を調節することができる。以下、補正量Ｉｓｙｎｃ＝０のときの第２オン時間を基準第２オン時間Ｔｏｎ２とし、オン時間補正回路７０による補正後の第２オン時間を補正第２オン時間Ｔｏｎ２’として区別する。【００５４】
この第２オン時間制御回路４４においても、基準第２オン時間Ｔｏｎ２は上述の第１オン時間制御回路３４における第１オン時間Ｔｏｎ１と同様に、第２スイッチング信号ＳＷ２の周期である第２周期時間Ｔｐ２が、入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧の目標値である第２基準電圧によらずに一定となるように設定する。
すなわち、第２定電流Ｉｏｎ２が入力電圧Ｖｉｎに比例し、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４が第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の目標値である第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に比例するように設定する。第２定電流Ｉｏｎ２をＩｏｎ２＝Ｖｉｎ×ａ２、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４をＶｒｅｆ４＝ｂ２×Ｖｒｅｆ２とすれば、第２周期時間Ｔｐ２は、Ｔｐ２＝Ｃ２×ｂ２／ａ２となり、入力電圧Ｖｉｎおよび第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の目標値によらずに一定とすることができる。【００５５】
本実施の形態においては、第１オン時間制御回路３４および第２オン時間制御回路４４において、Ｃ１×ｂ１／ａ１＝Ｃ２×ｂ２／ａ２が成り立つように、各定数を決定する。この場合、第１出力回路１４、第２出力回路２４に使用されるインダクタやコンデンサや第１スイッチング素子１２、第２スイッチング素子２２における電力損失が無視できる理想的な回路においては、定常状態における第１スイッチング信号ＳＷ１の第１周期時間Ｔｐ１と、第２スイッチング信号ＳＷ２の第２周期時間Ｔｐ２を等しく、すなわち第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２の周波数を等しくすることができる。【００５６】
しかしながら実際の回路においては、これらの素子には抵抗成分が含まれ、各素子のばらつきも存在するため、Ｃ１×ｂ１／ａ１＝Ｃ２×ｂ２／ａ２とした場合においても、第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２の周波数ｆｐ１、ｆｐ２は若干ずれることになる。
オン時間補正回路７０は、第２スイッチング信号の周波数ｆｐ２が第１スイッチング信号の周波数ｆｐ１に近づくように、第２スイッチング信号ＳＷ２の基準第２オン時間Ｔｏｎ２の長さを調節する。このために、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりまでの経過時間にもとづいて同期補正電流Ｉｓｙｎｃを生成する。図４に示すように、オン時間補正回路７０は、ワンショット回路６８、第３トランジスタＭ３、第３定電流源６６、第３コンデンサＣ３、演算増幅器６４、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、第４定電流源７２を含む。【００５７】
第１スイッチング信号ＳＷ１は、ワンショット回路６８に入力される。このワンショット回路６８は第１スイッチング信号ＳＷ１がオンとなってから一定期間その出力をハイレベルに保持し続ける。ワンショット回路６８の出力はＮ型のＭＯＳＦＥＴトランジスタである第３トランジスタＭ３のゲートに接続されている。第３トランジスタＭ３は、ワンショット回路６８の出力がハイレベルとなるとオンし、第３コンデンサＣ３に蓄えられた電荷を放電し、第３コンデンサＣ３に現れる電圧Ｖｚを０Ｖまで低下させる。【００５８】
第３コンデンサＣ３には第３定電流源６６が接続されており、定電流Ｉｂが供給されている。第３コンデンサＣ３に現れる電圧Ｖｚは、定電流Ｉｂによる充電によって時間に比例して上昇し、充電開始からの経過時間ｔを用いてＶｚ＝Ｉｂ／Ｃ３×ｔで表される。第３コンデンサＣ３は、演算増幅器６４の非反転入力端子に接続される。【００５９】
演算増幅器６４の出力はトランジスタＱ３のベースと接続されており、反転入力端子はトランジスタＱ３のエミッタと接続される。トランジスタＱ３のエミッタと接地間には抵抗Ｒ１が設けられる。ここで、演算増幅器６４の非反転入力端子と反転入力端子の電圧は等しくなるように帰還されるため、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ３の接続点には電圧Ｖｚが現れる。この結果、抵抗Ｒ１には、Ｉｄ＝Ｖｚ／Ｒ１で与えられる電流Ｉｄが流れることになる。【００６０】
トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２はカレントミラー回路を構成しており、トランジスタＱ１のコレクタには、定電流Ｉｃを生成する第４定電流源７２が接続されている。その結果、オン時間補正回路７０からは、定電流Ｉｃと電流Ｉｄの差が同期補正電流Ｉｓｙｎｃとして出力されることになる。すなわち、同期補正電流Ｉｓｙｎｃは第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりからの経過時間ｔの関数となり、Ｉｓｙｎｃ（ｔ）＝Ｉｄ−Ｉｃ＝Ｖｚ／Ｒ１−Ｉｃ＝（Ｉｂ／Ｃ３／Ｒ１）×ｔ−Ｉｃで表される。【００６１】
同期補正電流Ｉｓｙｎｃは時間の関数となるため、充電電流Ｉｃｈ２も時間の関数として与えられ、Ｉｃｈ２（ｔ）＝Ｉｏｎ２＋Ｉｓｙｎｃ（ｔ）と表すことができる。
第２コンデンサＣ２の充電は第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりより開始される。第２スイッチング信号ＳＷ２が時刻ｔ１に立ち上がったとすると、時刻ｔ２における電圧Ｖｙは、充電電流Ｉｃｈ２を時刻ｔ１からｔ２まで積分した値に比例する。時刻ｔ２に電圧Ｖｙが第４基準電圧Ｖｒｅｆ４に達したとすると、補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は、Ｔｏｎ２’＝ｔ２−ｔ１で与えられる。
なお、第１スイッチング信号ＳＷ１が立ち上がる時刻がｔ＝０に相当するため、第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がる時刻ｔ１は、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がりまでの経過時間に相当する。【００６２】
補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は、上述の積分により得られる方程式を解くことによって得られ、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりまでの経過時間ｔ１によって変化し、経過時間ｔ１が長いときには補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は長く、逆に経過時間ｔ１が短いときには補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は短くなる。【００６３】
図５は、第２オン時間制御回路４４の電流、電圧波形を示すタイムチャートである。
時刻Ｔ１に第１スイッチング信号ＳＷ１がオンとなる。このとき、ワンショット回路６８が所定の期間オンするため、第３コンデンサＣ３に蓄えられた電荷が放電し、第３コンデンサＣ３に現れる電圧Ｖｚは０Ｖまで減少する。ワンショット回路６８がオフすると、第３コンデンサＣ３は、定電流Ｉｂによって充電され、電圧Ｖｚは傾きＩｂ／Ｃ３で上昇する。抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｄは、電圧Ｖｚに比例して時間とともに増加していく。【００６４】
同期補正電流Ｉｓｙｎｃに着目すると、Ｉｓｙｎｃ＝Ｉｄ−Ｉｃが成り立つから、Ｉｄ＝０となる時刻Ｔ１においてはＩｓｙｎｃ＝−Ｉｃとなり負の値をとり、その後、電流Ｉｄが増加するに従って同期補正電流Ｉｓｙｎｃは負から正に増加していく。ここで、同期補正電流Ｉｓｙｎｃは、時刻Ｔ１から第１スイッチング信号ＳＷ１の周期時間Ｔｐ１の半分となるＴｐ１／２が経過した時刻Ｔ３に０となるように調節しておく。【００６５】
電流Ｉｄは、傾きＩｂ／（Ｃ３×Ｒ１）で時間とともに増加し、同期補正電流Ｉｓｙｎｃの傾きもこれと等しくなる。同期補正電流Ｉｓｙｎｃは、第１スイッチング信号ＳＷ１の周期時間の１／２の時間Ｔｐ１／２でＩｃだけ増加させればよいため、Ｉｃ＝Ｉｂ／（Ｃ３×Ｒ１）×Ｔｐ１／２が成り立つように、電流値Ｉｂおよび抵抗Ｒ１、容量値Ｃ３を決定すればよい。【００６６】
オン時間補正回路７０において以上のように同期補正電流Ｉｓｙｎｃを生成した場合、タイマ回路８０における充電電流Ｉｃｈ２は、第２定電流源６０により生成される第２定電流Ｉｏｎ２に、時間とともに変化する同期補正電流Ｉｓｙｎｃが合成された電流となる。【００６７】
以上のように構成されたスイッチングレギュレータ１００の動作について説明する。以下の説明では、入力電圧Ｖｉｎ＝１０Ｖ、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１＝２Ｖ、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２＝２．５Ｖと仮定する。このときの定常状態における第１スイッチング信号ＳＷ１のデューティ比はＤ１＝２０％、第２スイッチング信号ＳＷ２のデューティ比はＤ２＝２５％となる。【００６８】
はじめに本発明の効果をより明確とするために、第２オン時間制御回路４４において、オン時間補正回路７０による第２オン時間の補正を行わない場合の動作について説明する。
図６は、第２オン時間制御回路４４において、オン時間補正回路７０による第２オン時間の補正を行わない場合のスイッチングレギュレータ１００の信号波形を示すタイムチャートである。【００６９】
上述のように第１オン時間制御回路３４および第２オン時間制御回路４４において、理想状態における第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２の周波数は等しくなるように設定されているが、実際の回路においては、回路の内の各素子には抵抗成分が含まれ、各素子のばらつきも存在するため、第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２の周期時間Ｔｐ１、Ｔｐ２にはずれが生じる。このとき、第２スイッチング信号ＳＷ２は、第１スイッチング信号ＳＷ１と全く独立にオンオフを繰り返すため、一周期ごとに第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２ａの立ち上がりまでの経過時間ｔｄ（以下、単に経過時間ｔｄという）がずれていき、図６に斜線で示すタイミングでオン時間が重なってしまい、ＥＭＩの増加などの問題が発生する。【００７０】
次に第２オン時間制御回路４４において、オン時間補正回路７０による第２オン時間の補正を行った場合の動作について説明する。
図７は、第２オン時間制御回路４４において、オン時間補正回路７０による第２オン時間の補正を行う場合のスイッチングレギュレータ１００の信号波形を示すタイムチャートである。【００７１】
マスターチャンネルである第１スイッチングレギュレータ２００は安定に第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力する定常状態となっており、オン時間とオフ時間がデューティ比２０％で繰り返し現れている。
時刻Ｔ１に第１スイッチング信号ＳＷ１がオンとなる。その後、時刻Ｔ２に第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２まで下がると第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなる。第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなると、第２スイッチング信号生成回路２０の第２オン時間制御回路４４において、第２スイッチング信号ＳＷ２の補正第２オン時間Ｔｏｎ２’が決定される。【００７２】
上述のように第２オン時間制御回路４４においては、タイマ回路８０の第２コンデンサＣ２を充電する充電電流Ｉｃｈ２は、第１スイッチング信号ＳＷ１が立ち上がると、徐々に増加し始める。第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がった時刻Ｔ２において、充電電流Ｉｃｈ２は、第２定電流Ｉｏｎ２よりも小さくなっている。その結果、第２コンデンサＣ２を第４基準電圧Ｖｒｅｆ４まで充電するのに要する時間、すなわち補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は、基準第２オン時間Ｔｏｎ２よりも長くなる。第２オン時間制御回路４４は第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなってから補正第２オン時間Ｔｏｎ２’経過後の時刻Ｔ３に第２フリップフロップ４２をリセットし、第２スイッチング信号ＳＷ２をオフとする。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２スイッチング信号ＳＷ２のオン時間中、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は上昇し、時刻Ｔ３に第２スイッチング信号ＳＷ２がオフとなると、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は下がり始める。【００７３】
次に時刻Ｔ４において再び第１スイッチング信号ＳＷ１がオンする。この間、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は徐々に低下しており、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２まで低下した時刻Ｔ５に第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなる。前回の補正第２オン時間Ｔｏｎ２’が基準第２オン時間Ｔｏｎ２よりも長く設定されていたため、第１スイッチング信号ＳＷ１が立ち上がってから第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がるまでの経過時間ｔｄ２は、前回の経過時間ｔｄ１よりも長くなり、第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりは遅れる。【００７４】
時刻Ｔ５に第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなると、再度第２オン時間制御回路４４によって第２オン時間Ｔｏｎ２が調節される。第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がる時刻Ｔ５における充電電流Ｉｃｈ２は、第２定電流Ｉｏｎ２よりも低いため、補正第２オン時間Ｔｏｎ２’は、基準第２オン時間Ｔｏｎ２よりも長くなり、時刻Ｔ６に第２スイッチング信号ＳＷ２がオフする。【００７５】
次に時刻Ｔ７において再び第１スイッチング信号ＳＷ１がオンし、時刻Ｔ８に第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなる。前回の補正第２オン時間Ｔｏｎ２’’の調節により、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりまでの経過時間ｔｄ３は、経過時間ｔｄ２よりも長くなる。【００７６】
第２オン時間Ｔｏｎ２の補正量は、同期補正電流Ｉｓｙｎｃによって決められており、この同期補正電流Ｉｓｙｎｃは、第１スイッチング信号ＳＷ１から第１周期時間Ｔｐ１の１／２の時間経過後に０となるように設定されている。したがって、第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりの時刻が徐々に調整されていき、第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がり時間は、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから、Ｔｐ１／２経過後の時刻に収束していくことになる。【００７７】
このようにして、本実施の形態に係るスイッチングレギュレータ１００では、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がりまでの経過時間に応じて、第２スイッチング信号ＳＷ２のオン時間Ｔｏｎ２を補正し、補正後のオン時間Ｔｏｎ２’によってスイッチング素子を駆動することによって、第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２の周期を近づけ、互いに同期をとることが可能となる。【００７８】
また、第２オン時間制御回路４４のオン時間補正回路７０において、充電電流Ｉｃｈ２の補正量を、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がりから、第１スイッチング信号ＳＷ１の周期時間の１／２遅れた時刻において０に設定することによって、第１スイッチング信号ＳＷ１と第２スイッチング信号ＳＷ２のオン時間が時間的にシフトして生成されることになり、互いに位相が１８０度ずれてオンオフを繰り返すことになる。【００７９】
この結果、第１スイッチング信号ＳＷ１および第２スイッチング信号ＳＷ２が同時にオンすることを防止することができ、入力端子１０２に流れる入力電流が瞬時的に増加するのを防止し、入力端子１０２に接続される電源の電流容量を抑えることができる。さらに入力端子１０２に接続される平滑化用の入力コンデンサの容量を小さく抑え、あるいは不要とすることができる。さらに、瞬時的な入力電流の増加を抑えることができるため、ＥＭＩによる回路への影響を低減することができ、回路を安定に動作させることができる。【００８０】
実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００８１】
たとえば、実施の形態における第１オン時間制御回路３４、第２オン時間制御回路４４においては、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３および第４基準電圧Ｖｒｅｆ４をそれぞれ第１基準電圧Ｖｒｅｆ１および第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に比例させ、第１定電流Ｉｏｎ１および第２定電流Ｉｏｎ２をそれぞれ第１基準電圧Ｖｒｅｆ１および第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に比例させて、理想状態における第１周期時間Ｔｐ１と第２周期時間Ｔｐ２が等しくなるように設定した。しかしながら、本発明は、必ずしも第１周期時間Ｔｐ１と第２周期時間Ｔｐ２を等しく設定しなくても、第２オン時間制御回路４４におけるオン時間補正回路７０において帰還により第２スイッチング信号ＳＷ２の第２オン時間Ｔｏｎ２が補正されるため、２つの周期時間は近づくことになり同期制御を行うことが可能となる。【００８２】
実施の形態において、同期補正電流Ｉｓｙｎｃが、第１スイッチング信号ＳＷ１の立ち上がり後、第１周期時間Ｔｐ１の１／２経過後に０となるように設定したが、必ずしも周期時間の１／２に設定する必要はない。すなわち、第２オン時間制御回路４４は、第１スイッチング信号の立ち上がり後、同期補正電流Ｉｓｙｎｃが０となる時刻に第２スイッチング信号ＳＷ２がオンとなるように帰還制御がかかるため、第２スイッチング信号ＳＷ２をオンさせたい時刻で同期補正電流Ｉｓｙｎｃが０となるように設定することで、オン時間を任意にシフトさせることができる。【００８３】
実施の形態では、図５に示したように、オン時間補正回路７０において生成される同期補正電流Ｉｓｙｎｃは、第１スイッチング信号の立ち上がりからの経過時間ｔｄに依存し、さらに充電電流Ｉｃｈ２も時間とともに変化する場合について説明したがこれにも限定されない。たとえば、同期補正電流Ｉｓｙｎｃを図５に示すように経過時間ｔｄの関数として規定しておき、第２スイッチング信号ＳＷ２が立ち上がった時刻における同期補正電流Ｉｓｙｎｃの値を同期補正電流値とし、第２定電流Ｉｏｎ２に合成して充電電流Ｉｃｈ２としてもよい。この場合でも、補正第２オン時間Ｔｏｎ２は、経過時間ｔｄに対して一意に決まり、帰還により第２スイッチング信号ＳＷ２の立ち上がり時刻を同期補正電流Ｉｓｙｎｃが０となる時刻に収束させることができ、第２スイッチング信号ＳＷ２を第１スイッチング信号と同期させることができる。【００８４】
実施の形態において、第１スイッチング信号ＳＷ１および第２スイッチング信号ＳＷ２のオン時間を設定する第１オン時間制御回路３４および第２オン時間制御回路４４をアナログ回路によって構成したが、他の形式のタイマー回路やデジタル回路によって構成しても良い。
第２オン時間制御回路４４をデジタル回路によって構成した場合にも、第２オン時間Ｔｏｎ２を、経過時間ｔｄの関数として決定すればよく、実施の形態に係る第２オン時間制御回路４４と同様の動作を行うことができる。【００８５】
実施の形態では、２チャンネルの出力を有するスイッチングレギュレータ１００を例に説明を行ったが、マスターチャンネル、第１スレーブチャンネル、第２スレーブチャンネルの３チャンネルを備えるスイッチングレギュレータにも適用することができる。
このとき、第１スレーブチャンネル、第２スレーブチャンネルそれぞれのオン時間制御回路にオン時間補正回路を設け、マスターチャンネルのスイッチング信号の立ち上がりから、その周期時間の１／３の時間経過後に、第１スレーブチャンネルのスイッチング信号を立ち上がるように制御し、その周期時間の２／３の時間経過後に、第２スレーブチャンネルのスイッチング信号が立ち上がるように制御すればよい。同様にして、さらにチャンネル数を増加させることも可能である。【００８６】
実施の形態において、スイッチングレギュレータ１００を構成する素子はすべてが、一体集積化、あるいは複数の集積回路に集積化されていてもよく、また、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。
たとえば、実施の形態に係るスイッチングレギュレータ制御回路１０００が、第１スイッチング素子１２および第２スイッチング素子２２と一体集積化されていてもよい。どの部分をどの程度集積化するかは、回路に要求される仕様、コストや占有面積などによって決めればよい。【００８７】
実施の形態では、降圧型のスイッチングレギュレータについて説明した。この降圧型のスイッチングレギュレータにおいて、第１同期整流トランジスタＴｒ２、第２同期整流トランジスタＴｒ４は整流ダイオードであってもよい。また、本発明は降圧型のスイッチングレギュレータに限定されず、昇圧型、あるいは昇降圧型のスイッチングレギュレータにも適用することができる。その他、スイッチドキャパシタ型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよく、広くパルス信号によりスイッチング素子がスイッチング制御される電源装置に適用することができる。【００８８】
本実施の形態での各ブロックの回路構成において、ＭＯＳＦＥＴとバイポーラトランジスタは自由に変更することができる。いずれのトランジスタを用いるかについては、回路に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどに応じて決めればよい。【００８９】
また、本発明はＨブリッジ回路などを構成するスイッチングトランジスタにパルス信号を供給しモータを駆動するような駆動回路にも適用することができ、広くパルス変調によって駆動されるスイッチング素子を駆動する制御回路に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るスイッチング信号生成装置によれば、オン時間固定方式のパルス信号によって駆動される複数のスイッチング素子を同期制御することが可能となる。
【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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