特開 2024-125036 降圧コンバータならびにそのコントローラ回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125036

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】降圧コンバータならびにそのコントローラ回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033098

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】福本 洋祐

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AS05

5H730BB13

5H730BB57

5H730DD04

5H730DD16

5H730EE13

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD26

5H730FF02

5H730FG05

5H730FG07

5H730FG22

(57)【要約】

【課題】軽負荷モードからＰＷＭモードに速やかに復帰可能な降圧コンバータのコントローラを提供する。
【解決手段】エラーアンプ２１２は、降圧コンバータの出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じたフィードバック電圧Ｖ_ＦＢと目標電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲを生成する。パルス幅変調器２１０は、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲに応じたデューティサイクルを有するパルス幅変調信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。ローパスフィルタ２５０は、ハイサイドトランジスタＭ１とローサイドトランジスタＭ２の接続ノードＳＷに発生するスイッチング電圧Ｖ_ＳＷを平滑化する。軽負荷復帰回路２６０は、軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、フィルタ２５０の出力電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}に係数Ａを乗じた電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を、エラーアンプ２１２の出力ノードに印加する。
【選択図】図１

【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含む同期整流型の降圧コンバータのコントローラ回路であって、
前記降圧コンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧と目標電圧の誤差を増幅し、誤差電圧を生成するエラーアンプと、
前記誤差電圧に応じたデューティサイクルを有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス幅変調信号にもとづい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それぞれの制御パルスを生成するロジック回路と、
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の接続ノードに発生するスイッチング電圧を平滑化するフィルタと、
軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、前記フィルタの出力電圧に係数Ａを乗じた電圧を、前記エラーアンプの出力ノードに印加する軽負荷復帰回路と、
を備える、コントローラ回路。

【請求項2】

前記軽負荷復帰回路は、
前記接続ノードと接地の間に接続され、前記係数Ａに応じた容量比を有するキャパシタ分圧回路と、
前記キャパシタ分圧回路の出力ノードと前記エラーアンプの出力ノードの間に接続された抵抗と、
を含む、請求項１に記載のコントローラ回路。

【請求項3】

前記フィルタは、ＲＣフィルタを含む、請求項１または２に記載のコントローラ回路。

【請求項4】

前記フィルタは、前記ＲＣフィルタの出力電圧を受けるバッファをさらに含む、請求項３に記載のコントローラ回路。

【請求項5】

ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１または２のいずれかに記載のコントローラ回路。

【請求項6】

請求項１または２に記載のコントローラ回路を備える、降圧コンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、降圧コンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

スマートホンや、タブレットコンピュータ、車載機器やＯＡ機器等のさまざまな電子機器には、電池電圧や外部電源電圧よりも低い電源電圧を必要とする回路部品が搭載される。このような回路部品に適切な電源電圧を供給するために、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）が利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１１３６３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

負荷電流（出力電流）が大きい通常負荷状態（非軽負荷状態）では、ＤＣ／ＤＣコンバータはパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）モードで動作する。負荷電流が小さい軽負荷状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、１回あるいは複数回のスイッチングを含む動作期間と、スイッチングが停止する停止期間を交互に繰り返す軽負荷モードで動作する。

【0005】

軽負荷モードの間、フィードバックループは停止状態にあるため、エラーアンプの出力は、ＰＷＭモードにおける安定点から逸脱している。したがって、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際には、エラーアンプの出力を、短時間で、ＰＷＭモードにおける安定点に遷移させる必要がある。

【0006】

本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、軽負荷モードからＰＷＭモードに速やかに復帰可能な降圧コンバータのコントローラの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のある態様は、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含む同期整流型の降圧コンバータのコントローラ回路に関する。コントローラ回路は、降圧コンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧と目標電圧の誤差を増幅し、誤差電圧を生成するエラーアンプと、誤差電圧に応じたデューティサイクルを有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、パルス幅変調信号にもとづいて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それぞれの制御パルスを生成するロジック回路と、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの接続ノードに発生するスイッチング電圧を平滑化するフィルタと、軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、フィルタの出力電圧を係数Ａを乗じた電圧を、エラーアンプの出力ノードに印加する軽負荷復帰回路と、を備える。

【0008】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、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、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0009】

本開示のある態様によれば、軽負荷モードからＰＷＭモードに速やかに復帰できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係るコントローラＩＣ（Integrated Circuit）を備える降圧コンバータのブロック図である。

【図2】図２は、パルス幅変調器の動作を説明する図である。

【図3】図３は、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰するときの降圧コンバータの動作波形図である。

【図4】図４は、比較技術に係るコントローラＩＣの回路図である。

【図5】図５は、一実施例に係るコントローラＩＣを備える降圧コンバータの回路図である。

【図6】図６は、一実施例に係るコントローラＩＣを備える降圧コンバータの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0012】

（実施形態の概要）
本開示のある態様のコントローラ回路は、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含む同期整流型の降圧コンバータに使用される。コントローラ回路は、降圧コンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧と目標電圧の誤差を増幅し、誤差電圧を生成するエラーアンプと、誤差電圧に応じたデューティサイクルを有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、パルス幅変調信号にもとづいて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それぞれの制御パルスを生成するロジック回路と、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの接続ノードに発生するスイッチング電圧を平滑化するフィルタと、軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、フィルタの出力電圧に係数Ａを乗じた電圧を、エラーアンプの出力ノードに印加する軽負荷復帰回路と、を備える。

【0013】

ＰＷＭモードでは、定常状態において、エラーアンプの出力電圧は、入力電圧と出力電圧の比（降圧比）に応じた電圧レベルに保たれており、この電圧レベルは、出力電圧に比例する。上記構成によれば、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際に、エラーアンプの出力電圧を、ＰＷＭモードの定常状態における安定電圧レベルまで速やかに上昇させることができるため、高速な復帰が可能となる。さらに、出力電圧を直接モニターするのではなく、スイッチング端子のスイッチング電圧を平滑化した電圧を利用して間接的にモニターすることで、出力電圧を取り込むための追加のピンが不要となり、ピン数の増加を抑制できる。

【0014】

一実施形態において、軽負荷復帰回路は、接続ノードと接地の間に接続され、係数Ａに応じた容量比を有するキャパシタ分圧回路と、キャパシタ分圧回路の出力ノードとエラーアンプの出力ノードの間に接続された抵抗と、を含んでもよい。

【0015】

一実施形態において、フィルタは、ＲＣフィルタを含んでもよい。

【0016】

一実施形態において、フィルタは、ＲＣフィルタの出力電圧を受けるバッファをさらに含んでもよい。

【0017】

一実施形態において、コントローラ回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

【0018】

（実施形態）
以下、本開示を、好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明あるいは開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明あるいは開示の本質的なものであるとは限らない。

【0019】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0020】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0021】

図１は、実施形態に係るコントローラＩＣ（Integrated Circuit）２００を備える降圧コンバータ１００のブロック図である。降圧コンバータ１００は、同期整流型の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）であり、入力端子（入力ライン）１０２に直流の入力電圧Ｖ_ＩＮを受け、所定の目標値Ｖ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}に安定化された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成し、出力端子（出力ライン）１０４に接続される負荷に供給する。

【0022】

降圧コンバータ１００は、コントローラＩＣ２００とその周辺回路１１０を備える。周辺回路１１０は、インダクタＬ１、出力キャパシタＣ１、ブートストラップキャパシタＣ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２を含む。出力キャパシタＣ１は、出力ライン１０４と接地の間に接続される。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、出力ライン１０４と接地の間に直列に接続され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを分圧し、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢを生成する。フィードバック電圧Ｖ_ＦＢは、コントローラＩＣ２００のフィードバック端子ＦＢに入力される。インダクタＬ１は、コントローラＩＣ２００のスイッチング端子ＳＷと出力ライン１０４の間に接続される。

【0023】

コントローラＩＣ２００は、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２、パルス幅変調器２１０、ロジック回路２２０、ハイサイドドライバ２２２、ローサイドドライバ２２４、フィルタ２５０、軽負荷復帰回路２６０を備え、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣである。

【0024】

ハイサイドトランジスタＭ１は、入力端子ＶＩＮとスイッチング端子ＳＷの間に接続され、ローサイドトランジスタＭ２、スイッチング端子ＳＷと接地端子ＧＮＤの間に接続される。本実施形態では、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２はＮＭＯＳトランジスタである。ハイサイドトランジスタＭ１の駆動電圧を生成するために、降圧コンバータ１００には、ブートストラップ回路が組み込まれる。コントローラＩＣ２００のブートストラップ端子ＢＳＴとスイッチング端子ＳＷの間には、ブートストラップキャパシタＣ２が接続される。ブートストラップ端子ＢＳＴには、ダイオードＤ２を介して、電源電圧Ｖ_ＤＤが印加される。

【0025】

パルス幅変調器２１０は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢを受ける。パルス幅変調器２１０は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢが所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦに近づくように、言い換えると出力電圧Ｖ_ＯＵＴがその目標レベルＶ_{ＯＵＴ（ＲＥＦ）}に近づくように、パルス幅変調信号Ｓ_ＰＷＭのデューティサイクルを変化させる。

【0026】

パルス幅変調器２１０は、エラーアンプ２１２、スロープ発生回路２１４、ＰＷＭコンパレータ２１６を含む。エラーアンプ２１２は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢと基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅する。スロープ発生回路２１４は、入力電圧Ｖ_ＩＮを受け、入力電圧Ｖ_ＩＮに比例した傾きのスロープを有するランプ電圧Ｖ_ＲＡＭＰを生成する。ＰＷＭコンパレータ２１６は、ランプ電圧Ｖ_ＲＡＭＰを誤差電圧Ｖ_ＥＲＲと比較し、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。

【0027】

ロジック回路２２０は、パルス幅変調信号Ｓ_ＰＷＭにもとづいてハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２それぞれのオン、オフを指示するハイサイドパルスＳＨおよびローサイドパルスＳＬを生成する。ハイサイドドライバ２２２は、ハイサイドパルスＳＨにもとづいてハイサイドトランジスタＭ１を駆動し、ローサイドドライバ２２４は、ローサイドパルスＳＬにもとづいてローサイドトランジスタＭ２を駆動する。

【0028】

ローパスフィルタ２５０は、ハイサイドトランジスタＭ１とローサイドトランジスタＭ２の接続ノードであるスイッチング端子ＳＷに発生するスイッチング電圧Ｖ_ＳＷを平滑化する。スイッチング電圧Ｖ_ＳＷは、入力電圧Ｖ_ＩＮをハイレベル、接地電圧０Ｖをローレベルとするパルス信号であり、周期に対するハイレベルの時間比率（デューティサイクル）をｄとするとき、スイッチング電圧Ｖ_ＳＷの平均電圧は、Ｖ_ＩＮ×ｄとなり、これは定常状態における出力電圧Ｖ_ＯＵＴと等しい。したがってローパスフィルタ２５０の出力電圧（検出電圧という）Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを間接的に示している。

【0029】

コントローラＩＣ２００は、出力電流が小さい軽負荷状態において、軽負荷モードで動作する。具体的には、軽負荷モードでは、１回、あるいは複数回のスイッチングを含む短い動作期間と、それに続く長い休止期間と、を交互に繰り返す。

【0030】

軽負荷復帰回路２６０は、ローパスフィルタ２５０の出力である検出電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}を受ける。またロジック回路２２０から軽負荷復帰回路２６０には、軽負荷モードとＰＷＭモードを切り替えるモード制御信号ＭＯＤＥが供給されている。軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、ローパスフィルタ２５０の出力電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}に係数Ａを乗じた電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を、エラーアンプ２１２の出力ノードに印加する。

【0031】

以上がコントローラＩＣ２００の構成である。続いてその動作を説明する。

【0032】

図２は、パルス幅変調器２１０の動作を説明する図である。定常状態において、デューティサイクルｄは、降圧比Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮと等しい。
ｄ＝Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮ＝Ｔ_ＯＮ／Ｔ_Ｐ …（１）
Ｔ_ＯＮはオン時間、Ｔ_ＰはＰＷＭ周期である。式（１）を変形すると、式（２）を得る。
Ｔ_ＯＮ＝Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮ×Ｔ_Ｐ …（２）

【0033】

ランプ電圧Ｖ_ＲＡＭＰのスロープ部分は、入力電圧Ｖ_ＩＮに比例した傾きα＝ｋ×Ｖ_ＩＮを有し、式（３）で表される。
Ｖ_ＲＡＭＰ（ｔ）＝（ｋ×Ｖ_ＩＮ）ｔ …（３）

【0034】

オン時間Ｔ_ＯＮは、式（４）で表される。
Ｔ_ＯＮ＝Ｖ_ＥＲＲ／（ｋ×Ｖ_ＩＮ） …（４）

【0035】

式（４）と式（２）が等しいことを利用すると、式（５）を得る。
Ｔ_ＯＮ＝Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮ×Ｔ_Ｐ＝Ｖ_ＥＲＲ／（ｋ×Ｖ_ＩＮ） …（５）

【0036】

式（５）を整理すると、式（６）が得られる。
Ｖ_ＥＲＲ＝Ｖ_ＯＵＴ×ｋ／Ｔ_Ｐ …（７）

【0037】

式（７）において、ｋ，Ｔ_Ｐ，Ｖ_０は定数であるから、ランプ電圧Ｖ_ＲＡＭＰのスロープ部分の傾きが入力電圧Ｖ_ＩＮに比例するとき、Ｖ_ＥＲＲは、入力電圧Ｖ_ＩＮに依存せず、出力電圧Ｖ_ＯＵＴに比例する電圧レベルをとる。

【0038】

軽負荷復帰回路２６０の係数Ａは、Ａ≒ｋ／Ｔ_Ｐを満たすように定められ、軽負荷復帰回路２６０は、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際に、式（７）の電圧レベルを有する電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を、エラーアンプ２１２の出力ノードに印加する。

【0039】

図３は、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰するときの降圧コンバータ１００の動作波形図である。

【0040】

時刻ｔ_０より前はＰＷＭモードで動作しており、パルス幅変調器２１０によるフィードバックにより、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲは、式（５）の電圧レベルＶ_ＯＵＴ×ｋ／Ｔ_Ｐの付近に保たれている。

【0041】

時刻ｔ_０に軽負荷モードに移行すると、パルス幅変調器２１０がディセーブル状態となり、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲは０Ｖとなり、ランプ電圧Ｖ_ＲＡＭＰも停止する。

【0042】

時刻ｔ_１に、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する。このタイミングにおいて、軽負荷復帰回路２６０によって、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲが、電圧レベルＶ_{ＦＯＲＣＥ}（＝Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}×Ａ）まで引き上げられる。Ａ≒ｋ／Ｔ_Ｐが成り立つとき、電圧レベルＶ_{ＦＯＲＣＥ}（＝Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}×Ａ）は、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲのフィードバック制御中の安定点（Ｖ_ＯＵＴ×ｋ／Ｔ_Ｐ）とほぼ等しい。時刻ｔ_１以降は、パルス幅変調器２１０によって誤差電圧Ｖ_ＥＲＲは、式（５）の電圧レベルＶ_ＯＵＴ×ｋ／Ｔ_Ｐの近傍に保たれる。

【0043】

以上がコントローラＩＣ２００の動作である。このコントローラＩＣ２００によれば、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際に、エラーアンプ２１２の出力電圧Ｖ_ＥＲＲを、短時間で、ＰＷＭモードにおける安定点に遷移させることができ、ＰＷＭモードに速やかに復帰できる。

【0044】

コントローラＩＣ２００のさらに別の利点は比較技術との対比によって明確となる。

【0045】

図４は、比較技術に係るコントローラＩＣ２００Ｒの回路図である。コントローラＩＣ２００Ｒは、ＶＯＵＴピンを備える。ＶＯＵＴピンは出力ライン１０４と接続される。軽負荷復帰回路２６０Ｒは、ＶＯＵＴピンを介して、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを受ける。軽負荷復帰回路２６０Ｒは、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際に、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを分圧した電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を、エラーアンプ２１２の出力ノードに印加する。

【0046】

比較技術によっても、軽負荷モードからＰＷＭモードに復帰する際に、エラーアンプ２１２の出力電圧Ｖ_ＥＲＲを、短時間で、ＰＷＭモードにおける安定点に遷移させることができ、ＰＷＭモードに速やかに復帰できる。

【0047】

しかしながら、比較技術では、電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}の生成に、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを直接参照する必要があるため、ＶＯＵＴピンが必要であり、コントローラＩＣ２００Ｒのピン数が多い。

【0048】

これに対して実施形態では、スイッチング端子ＳＷに発生するスイッチング電圧Ｖ_ＳＷを利用して電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を生成するため、ＶＯＵＴピンが不要となり、ピン数を削減することができる。

【0049】

本開示は、図１のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

【0050】

図５は、一実施例に係るコントローラＩＣ２００Ａを備える降圧コンバータ１００Ａの回路図である。ローパスフィルタ２５０Ａは、ＲＣフィルタであり、抵抗Ｒ１１およびキャパシタＣ１１を含む。

【0051】

軽負荷復帰回路２６０Ａは、抵抗Ｒ２１、キャパシタＣ２１，Ｃ２２、スイッチＳＷ２１を含む。抵抗Ｒ２１の一端は、エラーアンプ２１２の出力ノードと接続されている。キャパシタＣ２１，Ｃ２２は、分圧回路を形成している。キャパシタＣ２１は、抵抗Ｒ２１の他端と接地の間に接続される。キャパシタＣ２２の一端は、抵抗Ｒ２１の他端と接続される。スイッチＳＷ２１は、接地電圧と、出力電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}のうち、モード制御信号ＭＯＤＥに応じた一方を、キャパシタＣ２２に印加する。具体的にはＰＷＭモードの間は、キャパシタＣ２２には、スイッチＳＷ２１を介して出力電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}が印加される。軽負荷モードの間は、キャパシタＣ２２には、スイッチＳＷ２１を介して接地電圧が印加される。

【0052】

以上がコントローラＩＣ２００Ａの構成である。この構成によれば、軽負荷モードの間、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２のスイッチングは実質的に停止しており、スイッチング端子ＳＷの電圧レベルは出力電圧Ｖ_ＯＵＴと等しい。したがって、軽負荷モードからＰＷＭモードに遷移するタイミングにおいて、ローパスフィルタ２５０の出力である検出電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}は出力電圧Ｖ_ＯＵＴと実質的に等しい。ＰＷＭモードに切り替わると、検出電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}がキャパシタＣ２１，Ｃ２２からなる分圧回路に印加され、キャパシタＣ２１とＣ２２の接続ノードｎ１には、
Ｖ_ｎ１＝Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}×Ｃ２２／Ｃ１１
の電圧Ｖ_ｎ１が発生する。この電圧Ｖ_ｎ１が抵抗Ｒ２１を介して、電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}としてエラーアンプ２１２の出力ノードに印加される。

【0053】

つまり、このコントローラＩＣ２００Ａでは、係数Ａを、キャパシタＣ２１，Ｃ２２の比率として設計することができる。

【0054】

図６は、一実施例に係るコントローラＩＣ２００Ｂを備える降圧コンバータ１００Ｂの回路図である。ローパスフィルタ２５０Ｂは、ＲＣフィルタに加えて、バッファ２５２を含む。その他は図５の実施例と同様である。

【0055】

軽負荷復帰回路２６０Ａからエラーアンプ２１２に対する電流供給能力を大きくするためには、キャパシタＣ２１，Ｃ２２の容量を大きくする必要がある。容量が大きなキャパシタＣ２１，Ｃ２２を短時間で充電するためには、ローパスフィルタ２５０Ａの出力インピーダンスを下げる必要がある。図６の実施例によれば、バッファ２５２によって、ローパスフィルタ２５０の出力インピーダンスが低くなるため、キャパシタＣ２１，Ｃ２２の容量が大きい場合に、キャパシタＣ２１，Ｃ２２を高速に充電できる。

【0056】

続いて、コントローラＩＣ２００の変形例を説明する。

【0057】

（変形例１）
実施形態において、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２は、コントローラＩＣ２００に集積化されていたが、それらはディスクリート部品として周辺回路１１０に含まれていてもよい。

【0058】

（変形例２）
図６の実施例において、ローパスフィルタ２５０Ｂのバッファ２５２に代えて、任意の利得ｇを有するアンプを利用してもよい。その場合、
Ａ＝ｇ×Ｃ２２／Ｃ１１
が成り立つように回路を設計すればよい。

【0059】

（変形例３）
変形例３では、ＰＷＭモードの間、スイッチング電圧Ｖ_ＳＷを平滑化することにより、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを示す検出電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}を生成し、この検出電圧Ｖ_{ＯＵＴＤＥＴ}を軽負荷モードの間、ホールドしておくことにより、次回のＰＷＭモードへの復帰に利用する電圧Ｖ_{ＦＯＲＣＥ}を生成することとしてもよい。

【0060】

具体的な用語を用いて説明される実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【0061】

（付記）
本明細書には以下の技術が開示される。

【0062】

（項目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含む同期整流型の降圧コンバータのコントローラ回路であって、
前記降圧コンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧と目標電圧の誤差を増幅し、誤差電圧を生成するエラーアンプと、
前記誤差電圧に応じたデューティサイクルを有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス幅変調信号にもとづい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それぞれの制御パルスを生成するロジック回路と、
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の接続ノードに発生するスイッチング電圧を平滑化するフィルタと、
軽負荷モードからＰＷＭモードに切り替わるときに、前記フィルタの出力電圧に係数Ａを乗じた電圧を、前記エラーアンプの出力ノードに印加する軽負荷復帰回路と、
を備える、コントローラ回路。

【0063】

（項目２）
前記軽負荷復帰回路は、
前記接続ノードと接地の間に接続され、前記係数Ａに応じた容量比を有するキャパシタ分圧回路と、
前記キャパシタ分圧回路の出力ノードと前記エラーアンプの出力ノードの間に接続された抵抗と、
を含む、項目１に記載のコントローラ回路。

【0064】

（項目３）
前記フィルタは、ＲＣフィルタを含む、項目１または２に記載のコントローラ回路。

【0065】

（項目４）
前記フィルタは、前記ＲＣフィルタの出力電圧を受けるバッファをさらに含む、項目３に記載のコントローラ回路。

【0066】

（項目５）
ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１から４のいずれかに記載のコントローラ回路。

【0067】

（項目６）
項目１から５のいずれかに記載のコントローラ回路を備える、降圧コンバータ。

【符号の説明】

【0068】

１００ 降圧コンバータ
１０２ 入力ライン
１０４ 出力ライン
１１０ 周辺回路
Ｌ１ インダクタ
Ｃ１ 出力キャパシタ
Ｍ１ ハイサイドトランジスタ
Ｍ２ ローサイドトランジスタ
２００ コントローラＩＣ
２１０ パルス幅変調器
２１２ エラーアンプ
２１４ スロープ発生回路
２１６ ＰＷＭコンパレータ
２２０ ロジック回路
２２２ ハイサイドドライバ
２２４ ローサイドドライバ
２５０ ローパスフィルタ
２６０ 軽負荷復帰回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】