JP5604596B2 - DC / DC converter - Google Patents
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Description
この発明は、直流電圧を別の直流電圧に変換するDC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC / DC converter that converts a DC voltage into another DC voltage.
DC/DCコンバータの制御方式としてフィードバック機能を活用したPWM(Pulse Width Modulation)方式が広く使われている。フィードバック機能を活用することで入力電圧の値に応じて自動的にスイッチング素子のオン時間とオフ時間の比を決定し、正確に出力電圧を期待値に一致させることができる。 As a DC / DC converter control system, a PWM (Pulse Width Modulation) system using a feedback function is widely used. By utilizing the feedback function, the ratio between the on time and the off time of the switching element is automatically determined according to the value of the input voltage, and the output voltage can be made to exactly match the expected value.
しかしながら、フィードバック制御では、ゲインの高いアンプを用いる必要があるので発振の可能性が出てくる。発振の条件は出力負荷電流や出力負荷容量などによって変化するので、使用状況に応じて注意深く発振防止回路を付加する必要がある。発振防止に不慣れなユーザにとって非常に使い難い。 However, in feedback control, it is necessary to use an amplifier with a high gain, so that oscillation may occur. Since the oscillation conditions vary depending on the output load current, output load capacity, etc., it is necessary to carefully add an oscillation prevention circuit according to the usage conditions. It is very difficult for users who are unfamiliar with oscillation prevention.
他の問題点として、フィードバックによって出力電圧を設定するため、オン時間とオフ時間の比が最適値になるまでに時間を要するという点がある。このため、入力電圧や出力電圧が変動したとき安定状態になるまでに時間がかかる。 As another problem, since the output voltage is set by feedback, it takes time until the ratio of the on time to the off time becomes an optimum value. For this reason, it takes time to become stable when the input voltage or the output voltage fluctuates.
反応性の向上のため、DC/DCコンバータをフィードフォワード制御する方式も広く使われている。たとえば、M. K. Kazimierczuk等は、PWM昇圧コンバータに適用されるフィードフォワード制御回路について開示している(特許文献1(米国特許第5982156号明細書)および非特許文献1(M. K. Kazimierczuk and A. Massarini, "Feedforward control of DC/DC PWM boost converter," IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I, vol. 44, no. 2, pp.143-148, February 1997)参照)。 In order to improve the reactivity, a method for feedforward control of a DC / DC converter is also widely used. For example, MK Kazimierczuk et al. Disclose a feedforward control circuit applied to a PWM boost converter (Patent Document 1 (US Pat. No. 5,982,156) and Non-Patent Document 1 (MK Kazimierczuk and A. Massarini, “ Feedforward control of DC / DC PWM boost converter, "IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I, vol. 44, no. 2, pp.143-148, February 1997)).
M. K. Kazimierczuk等によって提案されたフィードフォワード制御回路では、比較器の非反転入力端子にピーク電圧が一定でありかつ周期一定の三角波が入力される。比較器の反転入力端子に昇圧コンバータの入力電圧を分圧した分圧電圧が入力される。比較器の出力電圧は、スイッチング素子のゲートに入力される。このとき、比較器の出力電圧がハイレベルのときに、スイッチング素子はオンする。 In the feedforward control circuit proposed by M. K. Kazimierczuk et al., A triangular wave having a constant peak voltage and a constant period is input to the non-inverting input terminal of the comparator. A divided voltage obtained by dividing the input voltage of the boost converter is input to the inverting input terminal of the comparator. The output voltage of the comparator is input to the gate of the switching element. At this time, when the output voltage of the comparator is at a high level, the switching element is turned on.
M. K. Kazimierczuk等は、さらに、類似のフィードフォワード制御回路をPWM降圧コンバータに適用した場合についても開示している(非特許文献2(M. K. Kazimierczuk and A. J. Edstrom, “Open-loop peak voltage feedforward control of a PWM buck converter,” IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I, Vol. 47, pp.740-746, May 2000)参照)。非特許文献2に記載されたフィードフォワード制御回路では、比較器の非反転入力端子に定電圧が入力され、比較器の反転入力端子に、ピーク電圧が降圧コンバータの入力電圧に比例するとともに周期が一定の三角波が入力される。比較器の出力電圧は、スイッチング素子のゲートに入力される。このとき、比較器の出力電圧がハイレベルのときに、スイッチング素子はオンする。
MK Kazimierczuk et al. Also discloses a case where a similar feedforward control circuit is applied to a PWM step-down converter (Non-Patent Document 2 (MK Kazimierczuk and AJ Edstrom, “Open-loop peak voltage feedforward control of a PWM buck converter, ”IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I, Vol. 47, pp.740-746, May 2000)). In the feedforward control circuit described in
ところで、太陽電池や燃料電池の出力のような低電圧をDC/DCコンバータで昇圧する場合には、スイッチング素子のオン時間Tonとオフ時間Toffの比(以下、「Ton/Toff比」と称する)が大きくなる。このような場合に、上記の文献に記載されたPWM方式を用いると、オフ時間Toff自体が短くなるために、設定されたTon/Toff比のばらつきが大きくなるという問題がある。 By the way, when a low voltage such as the output of a solar cell or a fuel cell is boosted by a DC / DC converter, the ratio of the on time Ton and the off time Toff of the switching element (hereinafter referred to as “Ton / Toff ratio”). Becomes larger. In such a case, when the PWM method described in the above-mentioned document is used, the OFF time Toff itself is shortened, so that there is a problem that the variation of the set Ton / Toff ratio becomes large.
この発明の目的は、フィードフォワード制御を利用したDC/DCコンバータにおいて、Ton/Toff比の設定精度を高めることである。 An object of the present invention is to improve the setting accuracy of the Ton / Toff ratio in a DC / DC converter using feedforward control.
この発明の実施の一形態によるDC/DCコンバータは、変換回路と制御回路とを備える。変換回路は、スイッチング素子を含み、入力直流電圧を、スイッチング素子のオン時間とオフ時間との比に応じた大きさの直流電圧に変換して出力する。ここで、スイッチング素子は、オン信号が非活性化することによってオフ状態になり、オフ信号が非活性化することによってオン状態になる。制御回路は、スイッチング素子のオン・オフを制御する。具体的に制御回路は、オン信号を生成するオン信号生成部と、オフ信号を生成するオフ信号生成部とを含む。オン信号生成部は、オフ信号が非活性化したときから、入力直流電圧の大きさに応じて決定される上記のオン時間に対応する時間が経過するまでの間、オン信号を活性状態にする。オフ信号生成部は、オン信号が非活性化したときから、入力直流電圧の大きさに応じて決定される上記のオフ時間に対応する時間が経過するまでの間、オフ信号を活性状態にする。 A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a conversion circuit and a control circuit. The conversion circuit includes a switching element, and converts the input DC voltage into a DC voltage having a magnitude corresponding to the ratio between the ON time and the OFF time of the switching element and outputs the converted DC voltage. Here, the switching element is turned off when the on signal is deactivated, and is turned on when the off signal is deactivated. The control circuit controls on / off of the switching element. Specifically, the control circuit includes an on signal generation unit that generates an on signal and an off signal generation unit that generates an off signal. The on signal generation unit activates the on signal from the time when the off signal is deactivated until the time corresponding to the on time determined according to the magnitude of the input DC voltage elapses. . The off signal generation unit activates the off signal from when the on signal is deactivated until a time corresponding to the off time determined according to the magnitude of the input DC voltage elapses. .
上記の実施の形態によれば、オン時間とオフ時間とは、オン信号生成回路およびオフ信号生成回路によってそれぞれ個別に設定される。このため、入力電圧レベルに応じてオン時間およびオフ時間を調整することができるので、Ton/Toff比の設定精度を高めることができる。 According to the above embodiment, the on time and the off time are individually set by the on signal generation circuit and the off signal generation circuit. For this reason, since ON time and OFF time can be adjusted according to an input voltage level, the setting precision of Ton / Toff ratio can be raised.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
<実施の形態1>
[DC/DCコンバータ1の構成]
図1は、この発明の実施の形態1によるDC/DCコンバータ1の構成を示す回路図である。DC/DCコンバータ1は、入力ノード15に入力された電圧Vin(たとえば1V〜2V)を昇圧し、昇圧された電圧Vout(たとえば3V)を出力ノード16から出力する昇圧コンバータである。<
[Configuration of DC / DC Converter 1]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC /
図1に示すように、DC/DCコンバータ1は、変換回路(昇圧チョッパ)10と、制御回路20と、電流センサ30と、出力ノード16の電圧Voutを抵抗素子31A,31Bで分圧する分圧回路31とを含む。入力ノード15には太陽電池セルなどの直流電源9が接続され、出力ノード16はパワースイッチとしてのPMOS(Positive-channel Metal Oxide Semiconductor)トランジスタppsを介して負荷(負荷電流Iload)に接続される。制御回路20の電源電圧は出力ノード16(以下、「電源ノードVDD」とも称する)から供給される。
As shown in FIG. 1, the DC /
(変換回路10の構成および動作)
変換回路10は、インダクタ11と、ダイオード12と、スイッチング素子としてのNMOS(Negative-channel Metal Oxide Semiconductor)トランジスタn_drと、コンデンサ13とを含む。インダクタ11およびダイオード12は、入力ノード15と出力ノード16との間にこの順で直列に接続される。NMOSトランジスタn_drは、インダクタ11およびダイオード12の接続ノード14と、接地ノードGNDとの間に接続される。コンデンサ13は、出力ノード16と接地ノードGNDとの間に接続される。(Configuration and operation of conversion circuit 10)
The
出力電圧Voutを入力電圧Vinより高くするには、インダクタ11の電流を出力ノード16に供給する一方で、出力ノード16からインダクタ11への逆流を防止する必要がある。その整流方式に、ダイオード整流と同期整流の2方式がある。図1にはダイオード整流方式の構成例が示されている。ダイオード12は、接続ノード14から出力ノード16の方向が順方向となるように接続され、これによって電流の逆流が防止される。なお、同期整流方式については図11で説明する。
In order to make the output voltage Vout higher than the input voltage Vin, it is necessary to prevent the backflow from the
昇圧は以下のように行われる。NMOSトランジスタn_drをオンするとインダクタ11に電流が流れる。次にNMOSトランジスタn_drをオフにする。ダイオード整流方式では、ダイオード12を介してこのインダクタ電流が出力ノード16に供給される。NMOSトランジスタn_drのオン・オフは、繰返し行なわれる。
Boosting is performed as follows. When the NMOS transistor n_dr is turned on, a current flows through the
オン時間をTonとし、オフ時間をToffとし、インダクタ11のインダクタンスをLとすれば、NMOSトランジスタn_drがオンの期間にインダクタ11に流れる電流の増加分ΔIonは、
ΔIon=Vin・Ton/L …(1)
と表わされる。NMOSトランジスタn_drがオフの期間にインダクタ11に流れる電流の減少分ΔIoffは、
ΔIoff=(Vout−Vin)・Toff/L …(2)
と表わされる。ただし、上記の式(1)、(2)において、ダイオード12の順方向電圧降下および寄生抵抗による電圧降下を無視した。定常状態では、オン期間に増加したインダクタ電流△Ionはオフ期間の減少分△Ioffと相殺する。すなわち、△Ion=△Ioffとなるので、オン時間とオフ時間の比(Ton/Toff)は、
Ton/Toff=Vout/Vin −1 …(3)
の比率で安定する。When the on time is Ton, the off time is Toff, and the inductance of the
ΔIon = Vin ・ Ton / L… (1)
It is expressed as The decrease ΔIoff of the current flowing through the
ΔIoff = (Vout−Vin) ・ Toff / L… (2)
It is expressed as However, in the above formulas (1) and (2), the forward voltage drop of the
Ton / Toff = Vout / Vin −1 (3)
Stable at a ratio of.
(制御回路20の概略構成)
制御回路20は、上記のNMOSトランジスタn_drのオン時間およびオフ時間を制御するための回路であり、フィードフォワード制御によって、入力電圧VinからTon/Toff比を自動で設定する回路構成となっている。これによって、無駄な電流を発生させることなく、電力効率を向上させることができる。制御回路20は、さらに、インダクタ電流が過電流の場合と、出力電圧Voutがその期待値Vout*を超えた場合とにNMOSトランジスタn_drのスイッチングを停止させる機能を有している。(Schematic configuration of the control circuit 20)
The
具体的には図1に示すように、制御回路20は、パルス発生器PGと、比較器CMP1,CMP2と、過電流保護回路22と、ANDゲート21とを含む。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
パルス発生器PGは、出力電圧Voutがその期待値Vout*にほぼ等しくなるように、入力電圧Vinに基づいてオン時間Tonおよびオフ時間Toffを決定する。そして、パルス発生器PGは、決定したオン時間Tonおよびオフ時間Toffの間、ハイレベル(Hレベル)およびロウレベル(Lレベル)となるクロック信号clkを出力する。パルス発生器PGの詳細は、図2を参照して後述する。 The pulse generator PG determines the on time Ton and the off time Toff based on the input voltage Vin so that the output voltage Vout is substantially equal to the expected value Vout *. Then, the pulse generator PG outputs a clock signal clk that becomes a high level (H level) and a low level (L level) during the determined on time Ton and off time Toff. Details of the pulse generator PG will be described later with reference to FIG.
比較器CMP1は、参照電圧Vrefと、分圧回路31から出力された分圧電圧Vout2とを比較し、分圧電圧Vout2が参照電圧Vrefを超えているときLレベルとなる信号を出力する。分圧回路31の分圧比αと出力電圧の期待値Vout*とを用いて、参照電圧Vrefはα×Vout*で与えられる。
The comparator CMP1 compares the reference voltage Vref with the divided voltage Vout2 output from the
なお、分圧回路31の分圧比は、分圧回路31を構成する抵抗素子31A,31Bの抵抗値R1,R2を用いて表わされる。分圧比αは、R1/(R1+R2)に等しい。
Note that the voltage dividing ratio of the
過電流保護回路22は、電流検出回路23と、PMOSトランジスタ24,25と、抵抗素子26とを含む。電流検出回路23は、電流センサ30を用いてNMOSトランジスタn_drを流れる電流(インダクタ電流IL)を検出する。電流検出回路23の出力電流Idは、PMOSトランジスタ24,25によって構成されるカレントミラーによってコピーされて抵抗素子26に供給される。
The
比較器CMP2は、参照電圧Vrefと、過電流保護回路22の抵抗素子26にかかる電圧とを比較し、抵抗素子26の電圧が参照電圧Vrefを超えているときLレベルとなる信号を出力する。抵抗素子26にかかる電圧は、電流検出回路23の出力電流Idと抵抗素子26の抵抗値Rmxを用いて、Id×Rmxで与えられる。
The comparator CMP2 compares the reference voltage Vref with the voltage applied to the
なお、図1では、簡単のために比較器CMP1に入力される参照電圧Vrefと、比較器CMP2に入力される参照電圧Vrefとを同じにしているが、これらは異なっていても構わない。比較器CMP1に入力される参照電圧Vrefの値に応じて分圧回路31の分圧比α(すなわち、抵抗素子31A,31Bの抵抗値R1,R2の比)を調整する必要がある。同様に、比較器CMP2に入力される参照電圧Vrefの値に応じて抵抗素子26の抵抗値Rmxを調整する必要がある。
In FIG. 1, for the sake of simplicity, the reference voltage Vref input to the comparator CMP1 and the reference voltage Vref input to the comparator CMP2 are the same, but they may be different. It is necessary to adjust the voltage dividing ratio α of the voltage dividing circuit 31 (that is, the ratio between the resistance values R1 and R2 of the
ANDゲート21は、パルス発生器PGから出力されるクロック信号clk、比較器CMP1の出力、および比較器CMP2の出力の論理積を、クロック信号clk_drとしてNMOSトランジスタn_drのゲートに出力する。
The AND
[パルス発生器PGの詳細な構成]
図2は、図1のパルス発生器PGの構成を示す回路図である。図2を参照して、パルス発生器PGは、電圧・電流変換部60と、電流信号生成部70と、オン信号生成部40Aと、オフ信号生成部40Bと、インバータ91,92と、RSラッチ回路90とを含む。[Detailed configuration of pulse generator PG]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the pulse generator PG of FIG. Referring to FIG. 2, pulse generator PG includes voltage /
(電圧・電流変換部60の構成)
電圧・電流変換部60は、入力電圧Vinに比例した電流値を有する変換電流Iaを生成する。(Configuration of voltage / current converter 60)
The voltage /
具体的には図2に示すように、電圧・電流変換部60は、差動増幅器61と、NMOSトランジスタ62と、抵抗素子63とを含む。NMOSトランジスタ62および抵抗素子63は、この順で電圧・電流変換部60の出力ノード64と接地ノードGNDとの間に直列に接続される。差動増幅器61の非反転入力端子には入力電圧Vinが入力される。差動増幅器61の反転入力端子は、NMOSトランジスタ62と抵抗素子63の接続ノードに接続される。
Specifically, as shown in FIG. 2, the voltage /
上記の電圧・電流変換部60の構成によれば、抵抗素子63の抵抗値をRsとすると、変換電流Iaは、
Ia=Vin/Rs …(4)
で決まる。According to the configuration of the voltage /
Ia = Vin / Rs… (4)
Determined by.
(電流信号生成部70の構成)
電流信号生成部70は、電流値が一定の定電流Icsと変換電流Iaとに基づいて、入力電圧Vinが増加するほど電流値が増加する第1電流信号I1と、第1電流信号I1とは入力電圧Vinに対する依存性が異なる第2電流信号I2とを生成する。第1電流信号I1はオン信号生成部40Aに供給され、第2電流信号I2はオフ信号生成部40Bに供給される。(Configuration of current signal generator 70)
Based on the constant current Ics having a constant current value and the conversion current Ia, the current
昇圧コンバータ用の制御回路の場合、第1電流信号I1は、
I1=Ia …(5)
で与えられ、第2電流信号I2は、
I2=Ics−Ia …(6)
で与えられる。In the case of a control circuit for a boost converter, the first current signal I1 is
I1 = Ia (5)
The second current signal I2 is given by
I2 = Ics−Ia (6)
Given in.
具体的には図2に示すように、電流信号生成部70は、カレントミラーを構成するPMOSトランジスタ71,72,73と、カレントミラーを構成するNMOSトランジスタ74,75と、定電流生成部80とを含む。
Specifically, as shown in FIG. 2, the current
カレントミラー回路によって、電圧・電流変換部60の出力ノード64を流れる変換電流Iaは、PMOSトランジスタ72のドレイン電流である第1電流信号I1としてコピーされる。さらに、変換電流Iaは、定電流生成部80の出力ノード84に接続されたNMOSトランジスタ75のドレイン電流としてコピーされる。
The conversion current Ia flowing through the
定電流生成部80は、定電流Icsを生成する定電流源81と、PMOSトランジスタ82,83とを含む。定電流Icsは、PMOSトランジスタ82,83によって構成されるカレントミラー回路によってコピーされて、定電流生成部80から出力される。最終的に出力ノード84からオフ信号生成部40Bに供給される第2電流信号I2は、前述の式(6)で与えられる。
The constant
(オン信号生成部40Aおよびオフ信号生成部40Bの概略的な構成)
オン信号生成部40Aは、第1電流信号I1に基づいてオン信号Sonを生成する。オフ信号生成部40Bは、第2電流信号I2に基づいてオフ信号Soffを生成する。図1の場合、オン信号Sonおよびオフ信号Soffは、Lレベルのとき活性状態になるLアクティブの信号である。(Schematic configuration of the
The on
より詳細には、オン信号生成部40Aは、オフ信号Soffを受けて、オフ信号Soffが非活性化した(Hレベルに切替わった)ときから、入力電圧Vinの大きさに応じて決定される時間(オン時間Tonに対応する)が経過するまでの間、オン信号Sonを活性状態(Lレベル)にする。オフ信号生成部40Bは、オン信号Sonを受けて、オン信号Sonが非活性化した(Hレベルに切替わった)ときから、入力電圧Vinの大きさに応じて決定される時間(オフ時間Toffに対応する)が経過するまでの間、オフ信号Soffを活性状態(Lレベル)にする。図1の変換回路10を構成するNMOSトランジスタn_drは、オン信号Sonが非活性化する(Hレベルに切替わる)ことによってオフ状態になり、オフ信号Soffが非活性化する(Hレベルに切替わる)ことによってオン状態になる。
More specifically, the ON
(オン信号生成部40Aの詳細な構成)
具体的には図2に示すように、オン信号生成部40Aは、充電回路41Aと比較回路45Aとを含む。(Detailed configuration of ON
Specifically, as illustrated in FIG. 2, the ON
充電回路41Aは、第1電流信号I1によって充電され、オフ信号Soffが非活性化した(Hレベルに切替わった)とき充電電圧がリセットされる。より詳細には、充電回路41Aは、オフ信号Soffを受けるワンショットパルス(one shot pulse)発生器50Aと、第1電流信号I1によって充電されるコンデンサ44Aと、コンデンサ44Aと並列接続されたNMOSトランジスタn1とを含む。ワンショットパルス発生器50Aは、オフ信号SoffがHレベルに切替わったときに所定の時間Hレベルになるパルスを発生する。ワンショットパルス発生器50Aで発生したパルスは、NMOSトランジスタn1のゲートに入力され、NMOSトランジスタn1を所定時間オン状態にする。NMOSトランジスタn1がオン状態になることによって、コンデンサ44Aの電圧が放電(リセット)される。
The charging
比較回路45Aは、比較器42Aと、比較器42Aの出力を反転してオン信号Sonとして出力するインバータ43Aとを含む。比較器42Aは、参照電圧Vrefとコンデンサ44Aの充電電圧とを比較し、コンデンサ44Aの充電電圧が参照電圧Vrefを超えているときにLレベルの信号を出力する。比較回路45Aの出力がLレベルとなることによって、オン信号Sonが非活性化される(Hレベルになる)。
The
(オフ信号生成部40Bの詳細な構成)
オフ信号生成部40Bの構成は、オン信号生成部40Aの構成と同じである。すなわち、オフ信号生成部40Bは、充電回路41Bと比較回路45Bとを含む。(Detailed configuration of the off
The configuration of the off
充電回路41Bは、第2電流信号I2によって充電され、オン信号Sonが非活性化した(Hレベルに切替わった)とき充電電圧がリセットされる。より詳細には、充電回路41Bは、オン信号Sonを受けるワンショットパルス発生器50Bと、第2電流信号I2によって充電されるコンデンサ44Bと、コンデンサ44Bと並列接続されたNMOSトランジスタn2とを含む。ワンショットパルス発生器50Bは、オン信号SonがHレベルに切替わったときに所定の時間Hレベルになるパルスを発生する。ワンショットパルス発生器50Bで発生したパルスは、NMOSトランジスタn2のゲートに入力され、NMOSトランジスタn2を所定時間オン状態にする。NMOSトランジスタn2がオン状態になることによって、コンデンサ44Bの電圧が放電(リセット)される。
The charging
比較回路45Bは、比較器42Bと、比較器42Bの出力を反転してオフ信号Soffとして出力するインバータ43Bとを含む。比較器42Bは、参照電圧Vrefとコンデンサ44Bの充電電圧とを比較し、コンデンサ44Bの充電電圧が参照電圧Vrefを超えているときにLレベルの信号を出力する。比較回路45Bの出力がLレベルとなることによって、オフ信号Soffが非活性化される(Hレベルになる)。
The
なお、比較器42A,42Bに入力される参照電圧Vrefは、簡単のために、図1の比較器CMP1,CMP2に入力される参照電圧Vrefと同じにしているが異なっていても構わない。比較器42Aに入力される参照電圧Vrefと、比較器42Bに入力される参照電圧Vrefとは原理的には異なってもよいが、オン時間Tonおよびオフ時間Toffの設定精度を高めるためには等しく設定したほうが望ましい。
The reference voltage Vref input to the
(ワンショットパルス発生器50A,50Bの構成の一例)
図3は、図2のワンショットパルス発生器50A,50Bの構成の一例を示す回路図である。図3を参照して、ワンショットパルス発生器50A,50Bの各々は、遅延回路51と、インバータ52と、ANDゲート53とを含む。入力ノードIN1からの信号は、ANDゲート53の第1の入力端子に入力されるとともに、遅延回路51およびインバータ52を順に通過してANDゲート52の第2の入力端子に入力される。(Example of the configuration of the one-
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the one-
図4は、図3の遅延回路51の構成の一例を示す回路図である。図4を参照して、遅延回路51は、入力ノードIN2と出力ノードOUT2との間に直列接続されたインバータ54A,54B,54C,54Dと、これらのインバータの各接続ノードと接地ノードGNDとの間に接続されたコンデンサ55A,55B,55Cとを含む。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
図5は、図3の各部の電圧波形を示したタイミング図である。図5のタイミング図は、上から順に、ワンショットパルス発生器の入力ノードIN1の電圧波形、インバータ52の出力ノードIN_dの電圧波形、およびワンショットパルス発生器の出力ノードOUT1の電圧波形を示している。
FIG. 5 is a timing diagram showing voltage waveforms at various parts in FIG. The timing diagram of FIG. 5 shows, in order from the top, the voltage waveform of the input node IN1 of the one-shot pulse generator, the voltage waveform of the output node IN_d of the
図5に示すように、入力ノードIN1の電圧の立上がり時刻t1よりも遅延回路51の遅延時間の分遅れた時刻t2に、インバータ52の出力ノードIN_dの電圧が立下がる。入力ノードIN1の電圧の立下がり時刻t3よりも遅延回路51の遅延時間の分遅れた時刻t4に、インバータ52の出力ノードIN_dの電圧が立上がる。この結果、ワンショットパルス発生器の出力ノードOUT1には、時刻t1から時刻t2の間にHレベルとなるパルスが発生する。このように、ワンショットパルス発生器50A,50Bによって発生するパルスのパルス幅は遅延回路51の遅延値により決定できる。
As shown in FIG. 5, the voltage at the output node IN_d of the
(RSラッチ回路90について)
再び、図2を参照して、RSラッチ回路90のセット端子Sには、オン信号Sonがインバータ91によって反転されて入力され、RSラッチ回路90のリセット端子Rには、オフ信号がインバータ92によって反転されて入力される。この結果、RSラッチ回路の出力端子Qからは、オン信号Sonが活性状態(Lレベル)のときHレベルになり、オフ信号Soffが活性状態(Lレベル)のときLレベルになるクロック信号clkが出力される。(Regarding the RS latch circuit 90)
Referring again to FIG. 2, the ON signal Son is inverted and input to the set terminal S of the
[DC/DCコンバータ1の動作]
次に、上記の構成のDC/DCコンバータ1の動作について説明する。図2を参照して、オン信号SonがLレベルの期間がNMOSトランジスタn_drのオン期間となるので、オン時間Tonは、コンデンサ44Aの容量値をC1として、
Ton=C1・Vref/I1=C1・Vref/Ia=C1・Vref・Rs/Vin …(7)
と表わされる。一方、オフ信号SoffがLレベルの期間がNMOSトランジスタn_drのオフ期間となるので、オフ時間Toffは、コンデンサ44Bの容量値をC2として、
Toff=C2・Vref/I2=C2・Vref/(Ics−Ia)=C2・Vref・Rs/(Ics・Rs−Vin) …(8)
と表わせる。これらの式から
Ton/Toff=C1・(Ics・Rs/Vin −1)/C2 …(9)
が得られる。したがって、
C1=C2 …(10)
Ics・Rs=Vout*(期待値) …(11)
となるように、コンデンサ44A,44Bの容量値C1,C2、定電流源81から出力される定電流Ics、および抵抗素子63の抵抗値Rsを設定すれば、上式(9)の右辺が前述の式(3)の右辺に等しくなるので、所望のTon/Toff比が得られることになる。[Operation of DC / DC Converter 1]
Next, the operation of the DC /
Ton = C1 / Vref / I1 = C1 / Vref / Ia = C1 / Vref / Rs / Vin (7)
It is expressed as On the other hand, since the period during which the off signal Soff is at the L level is the off period of the NMOS transistor n_dr, the off time Toff is defined by the capacitance value of the
Toff = C2 / Vref / I2 = C2 / Vref / (Ics-Ia) = C2 / Vref / Rs / (Ics / Rs-Vin) (8)
It can be expressed as From these equations
Ton / Toff = C1 ・ (Ics ・ Rs / Vin −1) / C2 (9)
Is obtained. Therefore,
C1 = C2 (10)
Ics ・ Rs = Vout * (expected value)… (11)
If the capacitance values C1 and C2 of the
図6は、図2の各部の電圧波形を示したタイミング図である。図6のタイミング図は、上から順に、コンデンサ44Aの電圧Von、オン信号Son、トランジスタn2のゲート電圧VG(n2)、コンデンサ44Bの電圧Voff、オフ信号Soff、およびトランジスタn1のゲート電圧VG(n1)を示している。
FIG. 6 is a timing diagram showing voltage waveforms at various parts in FIG. The timing chart of FIG. 6 shows the voltage Von of the
図2、図6を参照して、コンデンサ44Aは、第1電流信号I1(=Ia)で充電される。時刻t1でコンデンサ44Aの電圧Vonが参照電圧Vrefに達すると、オン信号Sonはハイレベルに変化する。同時にワンショットパルス発生器50Bから発生するパルスによって、NMOSトランジスタn2のゲート電圧VG(n2)が時刻t2まで所定時間立上がる。この結果、コンデンサ44Bの電圧Voffが接地電圧レベルに放電される。
2 and 6, the
コンデンサ44Bは、第2電流信号I2(=Ics−Ia)で充電される。時刻t3でコンデンサ44Bの電圧Voffが参照電圧Vrefに達すると、オフ信号Soffはハイレベルに変化する。同時にワンショットパルス発生器50Aから発生するパルスによって、NMOSトランジスタn1のゲート電圧VG(n1)が時刻t4まで所定時間立上がる。この結果、コンデンサ44Aの電圧Vonが接地電圧レベルまで放電される。時刻t5以降は、時刻t1からの動作の繰返しになる。オン時間Tonはオン信号SonのLレベルの期間に対応し、オフ時間Toffはオフ信号SoffのLレベルの期間に対応する。
The
[実施の形態1の効果]
(1.発振の虞がないこと)
実施の形態1のDC/DCコンバータ1によれば、フィードバックなしに入力電圧VinからTon/Toff比を決めることができるため、発振の心配がない。発振防止用の容量や抵抗など外付け素子が不要となる。[Effect of Embodiment 1]
(1. No risk of oscillation)
According to the DC /
(2.高効率であること)
さらに、DC/DCコンバータ1によれば、入出力電圧の変化に対して安定状態への遷移時間を短くできるとともに入力電圧Vinに対応して最大の電力効率を得ることが可能となる。以下、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比を調整しないで固定した場合と対比して説明する。(2. High efficiency)
Furthermore, according to the DC /
Ton/Toff比を固定した場合には、入力電圧Vinが最も低い条件で昇圧が可能となるようにTon/Toff比を最も大きい値に設定する必要がある。入力電圧範囲が1V〜2V、出力電圧が3VのときTon/Toff比の最も大きい条件は、
Ton/Toff=3V/1V −1=2 …(12)
となる。クロック信号clkの周期が1μsのとき、Ton=0.67μs、Toff=0.33μsに設定される。When the Ton / Toff ratio is fixed, it is necessary to set the Ton / Toff ratio to the largest value so that the voltage can be boosted under the lowest input voltage Vin. When the input voltage range is 1V to 2V and the output voltage is 3V, the condition with the largest Ton / Toff ratio is
Ton / Toff = 3V / 1V-1 = 2 (12)
It becomes. When the cycle of the clock signal clk is 1 μs, Ton = 0.67 μs and Toff = 0.33 μs are set.
図7は、図1のDC/DCコンバータ1で、Ton/Toff比を固定した場合におけるクロック信号clkの波形図である。図7のグラフは、上から順にクロック信号clk_dr、DC/DCコンバータの出力電圧Voutおよびインダクタ電流ILを示している。
FIG. 7 is a waveform diagram of the clock signal clk when the Ton / Toff ratio is fixed in the DC /
図7を参照して、出力電圧Voutが所望の目標電圧Vout*に到達した場合、図1の比較器CMP1の出力によってクロック信号clk_drが停止するので、DC/DCコンバータの昇圧動作が停止する(図7の時刻t1)。Ton/Toff比を固定した場合には、Ton/Toff比を最も大きな値に設定する必要があるため、このクロック信号clk_drが停止する期間(図7の時刻t1から時刻t2まで)が長くなる。これに対して、この実施の形態の場合には、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比が設定されるので、クロック信号clk_drの停止期間が短くて済む。 Referring to FIG. 7, when output voltage Vout reaches desired target voltage Vout *, clock signal clk_dr is stopped by the output of comparator CMP1 in FIG. Time t1) in FIG. When the Ton / Toff ratio is fixed, it is necessary to set the Ton / Toff ratio to the largest value. Therefore, the period during which the clock signal clk_dr is stopped (from time t1 to time t2 in FIG. 7) becomes longer. On the other hand, in this embodiment, since the Ton / Toff ratio is set according to the input voltage Vin, the stop period of the clock signal clk_dr can be shortened.
インダクタ電流ILが規定値ILmaxを超えた場合も同様である。この場合、スイッチング素子の破壊を防止するため、図1の比較器CMP2の出力によって、クロック信号clk_drが停止する(図7の時刻t3)。Ton/Toff比を固定した場合には、Ton期間が長く設定されるため、インダクタに必要以上の電流が流れことになるので、この場合のクロック信号clk_drの停止期間(時刻t3から時刻t4まで)も長くなる。 The same applies when the inductor current IL exceeds the specified value ILmax. In this case, in order to prevent destruction of the switching element, the clock signal clk_dr is stopped by the output of the comparator CMP2 in FIG. 1 (time t3 in FIG. 7). When the Ton / Toff ratio is fixed, the Ton period is set to be long, so that more current than necessary flows through the inductor. Therefore, the stop period of the clock signal clk_dr in this case (from time t3 to time t4) Also gets longer.
次に、上記のクロック信号の停止期間の影響を定量的に説明する。
図8は、昇圧コンバータの場合のインダクタ電流について説明するための図である。図8を参照して、オン期間Tonにインダクタ電流がΔIon増加し、オフ期間Toffにインダクタ電流がΔIff減少する。これらの値は、前述の式(1),(2)で表わされる。平均的なインダクタ電流Iavは、平均出力電流Ioutを用いて、
Iav=(Ton/Toff +1)・Iout …(13)
によって与えられる。Next, the influence of the clock signal stop period will be quantitatively described.
FIG. 8 is a diagram for explaining the inductor current in the case of the boost converter. Referring to FIG. 8, the inductor current increases by ΔIon during the on period Ton, and the inductor current decreases by ΔIff during the off period Toff. These values are expressed by the aforementioned equations (1) and (2). The average inductor current Iav is obtained by using the average output current Iout.
Iav = (Ton / Toff +1) · Iout… (13)
Given by.
DC/DCコンバータ1への入力電圧Vinが2Vのときは、Ton/Toff比は、3V/2V −1=0.5でよいはずである。しかし、Ton/Toff比を入力電圧が最小である1Vの場合に対応して固定しているので、Ton/Toff比は2に設定されている。この場合、インダクタ11のインダクタンスLを20uH、出力電流Ioutを20mAとすると、Tonは0.67μsであるので、インダクタの最大電流ILmaxは、式(1)、(13)を用いて、
ILmax=(Ton/Toff +1)・Iout+ΔIon/2
=(Ton/Toff +1)・Iout+Vin・Ton/(2・L)
=3×20mA+2V×0.67μs/(2×20μH)=93mA …(14)
となる。When the input voltage Vin to the DC /
ILmax = (Ton / Toff + 1) · Iout + ΔIon / 2
= (Ton / Toff +1) · Iout + Vin · Ton / (2 · L)
= 3 × 20mA + 2V × 0.67μs / (2 × 20μH) = 93mA (14)
It becomes.
一方、本実施の形態の場合には、入力電圧Vinに対してTon/Toff比を最適化できるので、入力電圧Vinが2Vの場合には、Ton/Toff=0.5、オン時間Ton=0.33μs、オフ時間Toff=0.67μsとなる。したがって、インダクタの最大電流ILmaxは、
ILmax=(Ton/Toff +1)・Iout+Vin・Ton/(2・L)
=1.5×20mA+2V×0.33μs/(2×20μH)=46.5mA …(15)
となる。On the other hand, in the case of the present embodiment, the Ton / Toff ratio can be optimized with respect to the input voltage Vin. Therefore, when the input voltage Vin is 2 V, Ton / Toff = 0.5 and the on time Ton = 0. .33 μs, OFF time Toff = 0.67 μs. Therefore, the maximum current ILmax of the inductor is
ILmax = (Ton / Toff +1) · Iout + Vin · Ton / (2 · L)
= 1.5 × 20mA + 2V × 0.33μs / (2 × 20μH) = 46.5mA (15)
It becomes.
このように、Ton/Toff比を固定した場合には、本来必要な電流の2倍の電流が流れることになる。不要な電流が多いほど、寄生抵抗で消費される熱量も増加するため、電力変換効率が低下する。これに対して、実施の形態1によるDC/DCコンバータ1の場合には、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比が設定されるので、電力変換効率を向上させることができる。
In this way, when the Ton / Toff ratio is fixed, a current twice as much as the current necessary flows. As the unnecessary current increases, the amount of heat consumed by the parasitic resistance also increases, so that the power conversion efficiency decreases. On the other hand, in the case of the DC /
(3.Ton/Toff比の設定精度が高いこと)
実施の形態1による昇圧DC/DCコンバータ1は、前述の非特許文献1に記載された昇圧コンバータに比べて、Ton/Toff比の設定精度が高いという特徴がある。以下、具体的に説明する。(3. Ton / Toff ratio setting accuracy is high)
The step-up DC /
非特許文献1の場合、入力電圧VIからTon/Toff比を決めるフィードフォワード制御を用いている点はこの実施の形態の場合と同じであるが、Ton/Toffの決定方法はこの実施の形態の場合と大きく異なる。非特許文献1の場合には、三角波を用いてオン時間Tonおよびオフ時間Toffを決定するPWM制御である。
In the case of
図9は、三角波を用いてオン時間Tonおよびオフ時間Toffを決定する方法について説明するための図である。図9を参照して、非特許文献1の場合、入力電圧VIを抵抗値R1,R2の抵抗素子で分圧した判定電圧VREFが入力され、三角波電圧VTと比較される。そして、VT>VREFの期間がオン期間(Ton)、VT<VREFの期間がオフ期間(Toff)期間と設定される。三角波電圧の最大値をVTmとし、出力電圧をVOとすると、
VO=(R1/R2+1)・VTm …(16)
VREF=R2・VI/(R1+R2) …(17)
の関係がある。三角波は、通常、定電流源と容量で作られる。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of determining the on time Ton and the off time Toff using a triangular wave. Referring to FIG. 9, in the case of
VO = (R1 / R2 + 1) ・ VTm (16)
VREF = R2 ・ VI / (R1 + R2) (17)
There is a relationship. A triangular wave is usually made up of a constant current source and a capacitor.
図10は、一般的な三角波発生回路900の構成を示す回路図である。図10を参照して、三角波発生回路は、コンデンサ901と、NMOSトランジスタ902と、ワンショットパルス発生器903と、比較器904と、定電流源905とを含む。コンデンサ901は、定電流源905からの電流によって充電される。比較器904は、コンデンサ901の充電電圧が参照電圧VRを超えると出力をLレベルに切替える。ワンショットパルス発生器903は、比較器904の出力信号がHレベルからLレベルに切替わったときに、所定時間Hレベルとなるパルスを出力する。NMOSトランジスタ902は、ワンショットパルス発生器903からのパルス出力を受けて導通し、これによってコンデンサ901の電圧が放電される。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a general triangular
以上のような非特許文献1のTon/Toff比の設定方法には次のような問題がある。
The Ton / Toff ratio setting method of
第1に、入力電圧VIが低くなるにつれてTon/Toff比の精度が劣化する。入力電圧VIを0.5V、出力電圧VOを5V、三角波電圧の最大値VTmを1Vとすると、式(16)よりR1/R2=4となる。式(17)より、VREF=0.1Vとなる。したがって、PWM比較器の入力オフセットを△Vとすると、Ton/Toff比は
Ton/Toff=[(VTm−VREF)±ΔV]/(VREF±ΔV) …(18)
となる。△V=50mVの場合、Ton/Toff比は6.7〜19まで大きくばらつく。この理由は、判定電圧VREFが低くなるにつれてオフセット電圧が相対的に大きくなるためである。First, as the input voltage VI decreases, the accuracy of the Ton / Toff ratio deteriorates. When the input voltage VI is 0.5 V, the output voltage VO is 5 V, and the maximum value VTm of the triangular wave voltage is 1 V, R1 / R2 = 4 from Equation (16). From equation (17), VREF = 0.1V. Therefore, if the input offset of the PWM comparator is ΔV, the Ton / Toff ratio is
Ton / Toff = [(VTm−VREF) ± ΔV] / (VREF ± ΔV) (18)
It becomes. When ΔV = 50 mV, the Ton / Toff ratio varies greatly from 6.7 to 19. This is because the offset voltage increases relatively as the determination voltage VREF decreases.
さらに、図9に示す三角波をリセットする際の遅延時間△tの影響が、Ton/Toff比が大きくなる(すなわちVIが低くなる)につれて大きくなるという問題もある。 Further, there is a problem that the influence of the delay time Δt when resetting the triangular wave shown in FIG. 9 increases as the Ton / Toff ratio increases (that is, VI decreases).
第2に、非特許文献1の場合には、入力電圧VIの電圧レベルに応じてTon/Toff比を設定しなければならないので、図10に示すコンデンサ901は、ダブルポリキャパシタ(double-poly capacitor)などのように電圧依存のない素子が必須となる。このような素子は一般に面積が大きく、プロセス工数も増えるため、ローコストの半導体プロセスでは使用できない。
Second, in the case of
実施の形態1のDC/DCコンバータ1では上記の問題点が解消される。
第1の問題点に関して、この実施の形態の場合には、Ton時間の設定に入力電圧Vinそのものを用いない。入力電圧Vinに比例する変換電流Iaを生成し、その変換電流Iaでコンデンサ44Aを充電する。そして、コンデンサ44Aの端子電圧Vonが一定値Vrefに達したときをTon時間とする。変換電流Iaの大きさおよびコンデンサ44Aの容量を調整することによって、比較器42Aへの入力電圧を比較的高く設定することができるので、比較器42Aのオフセット電圧の影響を小さくする。In the DC /
Regarding the first problem, in this embodiment, the input voltage Vin itself is not used for setting the Ton time. A conversion current Ia proportional to the input voltage Vin is generated, and the
具体的に図2の各比較器42A,42Bへの入力電圧Von,Voffは0.5V以上であり、参照電圧Vrefは0.8V〜1.2Vである。非特許文献1の場合の判定電圧VREF=0.1Vに比べて、比較器の入力オフセットの影響が大幅に緩和される。
Specifically, the input voltages Von and Voff to the
さらに、この実施の形態の場合、図6の電圧Von,Voffのリセットに要する遅延時間は、オン時間Tonおよびオフ時間Toffがそれぞれ長くなるように影響する。これに対して、非特許文献の場合にはオン時間Tonのみ長くなるため、Ton/Toff比への影響が大きい。 Furthermore, in the case of this embodiment, the delay time required for resetting the voltages Von and Voff in FIG. 6 affects the on-time Ton and the off-time Toff longer. On the other hand, in the case of a non-patent document, only the on-time Ton becomes longer, so the influence on the Ton / Toff ratio is great.
さらに、この実施の形態の場合には、オン時間Tonは、入力電圧Vinに比例した変換電流Iaでコンデンサ44Aが充電される時間で設定される。オフ時間Toffは定電流Icsから変換電流Iaを差し引いた電流I2でコンデンサ44Bを充電する時間で設定される。このようにオン時間TonおよびToffを設定することによって、入力電圧Vinが低くなる(Ton/Toff比が大きくなる)につれて、周期Tcycle(=Ton+ Toff)が長くなる。このため、コンデンサ44A,44Bの充電電圧Von,Voffをリセットする際の遅延時間の影響を小さくできる。
Further, in the case of this embodiment, the on time Ton is set by the time during which the
第2の問題点に関して、この実施の形態のDC/DCコンバータ1の場合には、オン時間Tonおよびオフ時間Toffは、図2のコンデンサ44A,44Bの充電電圧VonおよびVoffが参照電圧Vrefに達するまでの時間として設定される。このため、コンデンサ44A,44Bの容量C1、C2は線型容量である必要がない。たとえば、ローコストのMOSトランジスタ・キャパシタを用いることができる。
Regarding the second problem, in the case of the DC /
その他のメリットとして、この実施の形態のDC/DCコンバータ1では、オン時間Tonおよびオフ時間Toffを個別に設定できるため、Ton/Toff比が設計値からずれた場合は、オン時間Tonおよびオフ時間Toffの長さを個別に調整することで容易に設計値に設定することが可能である。
As another advantage, in the DC /
[実施の形態1の変形例]
図11は、図1のDC/DCコンバータ1の変形例としてのDC/DCコンバータ2の構成を示す回路図である。図11の変換回路10Aは、ダイオード12がPMOSトランジスタp_swに置き換わっている点で、図1の変換回路10と異なる。[Modification of Embodiment 1]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a DC /
DC/DCコンバータ2による入力電圧Vinの昇圧動作は、図1のDC/DCコンバータ1と同様である。すなわち、NMOSトランジスタn_drをオンするとインダクタ11に電流が流れる。次にNMOSトランジスタn_drをオフにする。図11に示す同期整流方式では、PMOSトランジスタp_swをオンさせて出力に電流を供給する。
The boosting operation of the input voltage Vin by the DC /
ここで、NMOSトランジスタn_drがオフする前にPMOSトランジスタp_swがオンするオーバラップ期間があると、大きな貫通電流が流れる。NMOSトランジスタn_drのオン期間とPMOSトランジスタp_swのオン期間が重ならないよう、図12の制御回路20Aにはノン・オーバラップ回路100がさらに設けられている。ノン・オーバラップ回路100は、ANDゲート21から受けたクロック信号clk_drに基づいて、NMOSトランジスタn_drのゲートにクロック信号ncntを出力し、PMOSトランジスタp_swのゲートにクロック信号pcntを出力する。
Here, if there is an overlap period in which the PMOS transistor p_sw is turned on before the NMOS transistor n_dr is turned off, a large through current flows. A
図12は、図11のノン・オーバラップ回路100の構成の一例を示す回路図である。図12を参照して、ノン・オーバラップ回路100は、インバータ107,108A〜108C,109A〜109Cと、PMOSトランジスタ101〜103と、NMOSトランジスタ104〜106とを含む。
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
PMOSトランジスタ101およびNMOSトランジスタ104,105は、この順で電源ノードVDDと接地ノードGNDとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタ102,103およびNMOSトランジスタ106は、この順で電源ノードVDDと接地ノードGNDとの間に直列に接続される。クロック信号clk_drは、インバータ107を介して、トランジスタ101,105,102,106のゲートに入力される。トランジスタ101,104の接続ノード110の電圧は、クロック信号pcntとして出力されるとともに、インバータ109A〜109Cを介してトランジスタ103のゲートに入力される。トランジスタ103,106の接続ノード111の電圧は、クロック信号ncntとして出力されるとともに、インバータ108A〜108Cを介してトランジスタ104のゲートに入力される。
図13は、図12の回路の各部の電圧波形を示すタイミング図である。以下、図12、図13を参照して、ノン・オーバラップ回路100の動作について説明する。
FIG. 13 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts of the circuit of FIG. Hereinafter, the operation of the
図13の時刻t1で、クロック信号clk_drがHレベルからLレベルに切替わると、PMOSトランジスタ101,102がオフし、NMOSトランジスタ105,106がオンする。これによって、クロック信号ncntがHレベルからLレベルに切替わる。
When the clock signal clk_dr is switched from the H level to the L level at time t1 in FIG. 13, the
次に、直列接続されたインバータ108A〜108C,109A〜109Cに応じた遅延時間が経過した時刻t2に、NMOSトランジスタ104がオンし、PMOSトランジスタ103がオフする。これによって、クロック信号pcntがHレベルからLレベルに切替わる。
Next, the
次の時刻t3で、クロック信号clk_drがLレベルからHレベルに切替わると、PMOSトランジスタ101,102がオンし、NMOSトランジスタ105,106がオフする。これによって、クロック信号pcntがLレベルからHレベルに切替わる。
When the clock signal clk_dr is switched from the L level to the H level at the next time t3, the
次に、直列接続されたインバータ108A〜108C,109A〜109Cに応じた遅延時間が経過した時刻t4に、PMOSトランジスタ103がオンし、NMOSトランジスタ104がオフする。これによって、クロック信号ncntがLレベルからHレベルに切替わる。
Next, the
<実施の形態2>
実施の形態1の制御回路20では、Ton/Toff比の最適値が最初に設定され、その後はTon/Toff比の値に変更がない。このため、入力電圧Vinが出力電圧の期待値Vout*に比べてかなり小さい場合(Ton/Toff比の最適値が比較的大きい場合)には、出力電圧Voutが期待値Vout*に到達するまでに時間がかかるという問題がある。もし、出力電圧Voutが期待値Vout*より低い期間にTon/Toff比を最適値よりも大きく設定できれば、出力電圧Voutが期待値Vout*に到達するまでの時間を短縮できる。実施の形態2では、そのための回路構成が開示される。<
In the
図14は、この発明の実施の形態2によるDC/DCコンバータに適用されるパルス発生器PGAの構成を示す回路図である。図1のDC/DCコンバータ1において、パルス発生器PGが図14のパルス発生器PGAに置き換えられる。パルス発生器PGA以外の構成は、図1に示した実施の形態1の場合と同じである。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a pulse generator PGA applied to the DC / DC converter according to
図14を参照して、電流信号生成部70Aは、演算トランスコンダクタンス増幅器(OTA:Operational Transcondactance Amplifier)120をさらに含む点で、図2の電流信号生成部70と異なる。OTA120の非反転入力端子には参照電圧Vrefが入力され、OTA120の反転入力端子には図1の分圧回路31の出力電圧Vout2が入力される。参照電圧Vrefは、出力電圧Voutの期待値Vout*に応じて設定される。分圧回路31の分圧比をαとすれば、参照電圧Vrefはα×Vout*で与えられる。なお、OTA120に入力される参照電圧は、これまで説明した比較器CMP1,CMP2,42A,42Bに入力される参照電圧と同じにする必要はない。
Referring to FIG. 14, current
OTA120は、参照電圧Vrefと分圧回路31の出力電圧Vout2との電圧差に応じた補正電流Imdを定電流生成部80の出力ノード84に出力する。Vref>Vout2の場合には補正電流Imdは正になり、Vref<Vout2の場合には補正電流Imdは負になる。OTA120の伝達コンダクタンスをGとすれば、補正電流Imdは、
Imd=G・(Vref−Vout2) …(19)
と表わされる。図14のその他の構成は図2の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。The
Imd = G ・ (Vref−Vout2)… (19)
It is expressed as Other configurations in FIG. 14 are the same as those in FIG. 2, and therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is not repeated.
図14の場合、電流信号生成部70Aからオフ信号生成部40Bに出力される電流信号は、実施の形態1の第2電流信号I2に補正電流Imdを加算した値I2’に修正され、
I2'=I2+Imd=Ics+Imd−Ia …(20)
となる。したがって、オフ時間Toffは、
Toff=C2・Vref/I2'=C2・Vref/(Ics+Imd−Ia)
=C2・Vref・R/[(Ics+Imd)・R−Vin] …(21)
と表わされる。In the case of FIG. 14, the current signal output from the
I2 ′ = I2 + Imd = Ics + Imd−Ia (20)
It becomes. Therefore, the off time Toff is
Toff = C2 / Vref / I2 '= C2 / Vref / (Ics + Imd-Ia)
= C2 / Vref / R / [(Ics + Imd) / R-Vin] (21)
It is expressed as
出力Voutが期待値Vout*より低い場合はOTA120から補正電流Imdが供給される(Imd>0)ので、オフ期間Toffが短く設定される。すなわち、Ton/Toff比が大きく設定されるため、オン期間Tonのインダクタ電流増加分が大きくなり、それが出力電圧の上昇に用いられる。出力電圧Voutが期待値Vout*に到達すれば、OTA120から出力される補正電流Imdはゼロとなり、定常動作時のTon/Toff比に設定される。
When the output Vout is lower than the expected value Vout *, since the correction current Imd is supplied from the OTA 120 (Imd> 0), the off period Toff is set to be short. That is, since the Ton / Toff ratio is set to be large, the increase in the inductor current during the on-period Ton becomes large, which is used to increase the output voltage. When the output voltage Vout reaches the expected value Vout *, the correction current Imd output from the
一方、出力Voutが期待値Vout*より高い場合は、OTA120が補正電流Imdを引き抜くため(Imd<0)、オフ期間Toffが長く設定される。負荷で消費される電流Ioutよりもインダクタ11から供給される電流量が減少するため、より迅速に出力電圧Voutが期待値Vout*に近づく。
On the other hand, when the output Vout is higher than the expected value Vout *, the
図15は、図14のOTA120の構成の一例を示す回路図である。図15を参照して、OTA120は、PMOSトランジスタ121〜124と、NMOSトランジスタ125〜128と、電流源130とを含む。
FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
トランジスタ121,125は、この順で直列に電源ノードVDDおよび接地ノードGND間に接続され、トランジスタ122,128は、この順で直列に電源ノードVDDおよび接地ノードGND間に接続される。トランジスタ123,126は、この順で直列にノード129と接地ノードGNDとの間に接続され、トランジスタ124,127は、この順で直列にノード129と接地ノードGNDとの間に接続される。定電流源120は、電源ノードVDDとノード129との間に接続される。
PMOSトランジスタ121のゲートは、そのドレインに接続されるとともに、PMOSトランジスタ122のゲートに接続される。すなわち、PMOSトランジスタ121,122はカレントミラーを構成する。NMOSトランジスタ126のゲートは、そのドレインに接続されるとともに、NMOSトランジスタ125のゲートに接続される。すなわち、NMOSトランジスタ125,126はカレントミラーを構成する。NMOSトランジスタ127のゲートは、そのドレインに接続されるとともに、NMOSトランジスタ128のゲートに接続される。すなわち、NMOSトランジスタ127,128はカレントミラーを構成する。
The gate of the
上記構成のOTA120において、PMOSトランジスタ124のゲートがOTA120の非反転入力端子INpとして用いられ、PMOSトランジスタ123のゲートがOTA120の反転入力端子INnとして用いられる。トランジスタ122,128の接続ノード131が、OTA120の出力ノードOUT3として用いられる。したがって、非反転入力端子INpの電圧が反転入力端子INnの電圧よりも増加すれば、その増加量に応じてトランジスタ124,127,128を流れる電流が減少し、トランジスタ123,126,125,121,122を流れる電流が増加する。この結果、出力ノードからOUT3から外部に流出する電流が増加する。逆に、非反転入力端子INpの電圧が反転入力端子INnの電圧よりも減少すれば、その減少量に応じてトランジスタ124,127,128を流れる電流が増加し、トランジスタ123,126,125,121,122を流れる電流が減少する。この結果、外部から出力ノードOUT3に流入する電流が増加する。
In the
<実施の形態3>
入力が1系統、出力が複数系統あるDC/DCコンバータ200の昇圧制御に対して、実施の形態1で説明したパルス発生器PGを適用した例について説明する。<
An example in which the pulse generator PG described in the first embodiment is applied to the boost control of the DC /
図16は、この発明の実施の形態3によるDC/DCコンバータ200の構成を示す回路図である。図16のDC/DCコンバータ200は、同期整流方式で出力が2系統の場合の構成例である。DC/DCコンバータ200は、太陽光や屋内照明を利用した発電システムに適用でき、たとえば、ソーラセル201の電圧(0.5V〜3V)を4V〜5Vまで昇圧して出力する。DC/DCコンバータ200は、2系統の出力のうち第1の出力206から2次電池202を充電し、第2の出力207からマイコン203、RF送受信機204、およびセンサ205の電源を供給する。マイコン203、RF送受信機204、センサ205は、たとえば気温、気圧、太陽光や屋内照明の照度などを自動測定し、その結果を定期的に集計システムに自動送信するために準備される。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of DC /
具体的な回路構成について説明する。DC/DCコンバータ200は、変換回路210と、制御回路220と、分圧回路217,218と、パワースイッチ用のPMOSトランジスタpsx,psyを含む。
A specific circuit configuration will be described. The DC /
変換回路210は、図11の変換回路10Aの出力側を2系統にしたものであり、インダクタ211と、スイッチ素子としてのNMOSトランジスタn_drと、同期整流素子としてのPMOSトランジスタprx,pryと、コンデンサ212,213とを含む。
The
インダクタ211およびNMOSトランジスタn_drはこの順で入力ノード208と接地ノードGNDとの間に直列に接続される。入力ノード208には、たとえば、ソーラセル201が接続される。PMOSトランジスタprxは、インダクタ211およびNMOSトランジスタn_drの接続ノード214と、第1の出力ノード215との間に接続される。PMOSトランジスタpryは、接続ノード214と第2の出力ノード216との間に接続される。コンデンサ212は出力ノード215と接地ノードGNDとの間に接続され、コンデンサ213は出力ノード216と接地ノードGNDとの間に接続される。トランジスタn_dr,prx,pryの各ゲートには、制御回路220からクロック信号clk_dr,clkx,clkyがそれぞれ出力される。
分圧回路217は、出力ノード215の電圧dvoutxを抵抗素子(抵抗値Rx0,Rx1)によって分圧し、分圧電圧fbxを制御回路220に出力する。分圧回路218は、出力ノード216の電圧dvoutyを抵抗素子(抵抗値Ry0,Ry1)によって分圧し、分圧電圧fbyを制御回路220に出力する。
The
パワースイッチ用のPMOSトランジスタpsxは、変換回路210の出力ノード215とDC/DCコンバータ200の第1の出力206との間に設けられる。パワースイッチ用のPMOSトランジスタpsyは、変換回路210の出力ノード216とDC/DCコンバータ200の第2の出力207との間に設けられる。
The power switch PMOS transistor psx is provided between the
上記の構成のうち、制御回路220、NMOSトランジスタn_dr、PMOSトランジスタprx,pry,psx,psy、分圧回路217,218が、半導体基板上に集積された半導体装置209として構成される。
Among the above-described configurations, the
図17は、図16の制御回路220の構成を示す回路図である。図16、図17を参照して、制御回路220は、比較器CMPX,CMPYと、レベルシフタ231,232,233と、パルス発生器PGBと、ノン・オーバラップ回路230と、論理回路228とを含む。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of
制御回路220は、図16の出力ノード216の電圧dvoutyを電源電圧として用いる。以下では、出力ノード215の電圧dvoutxの期待値を5Vとし、出力ノード216の電圧dvoutyの期待値を3Vとする。パワースイッチ用のPMOSトランジスタpsxおよびpsyはともにオンしているとする。
The
比較器CMPXは、図16の分圧回路217の出力電圧fbxと参照電圧Vrefとを比較し、出力電圧fbxが参照電圧Vrefより高い場合にHレベルの信号を出力する。。比較器CMPYは、分圧回路218の出力電圧fbyと参照電圧Vrefとを比較し、出力電圧fbyが参照電圧Vrefより高い場合にHレベルの信号を出力する。
The comparator CMPX compares the output voltage fbx of the
参照電圧Vrefは、たとえば0.8Vに設定される。分圧回路217の出力電圧fbxは、出力ノード215の電圧dvoutxの電圧モニタ信号である。図16においてRx0:Rx1=5.25:1に設定すると、dvoutx=5Vのときfbx=0.8Vになる。すなわち、出力ノード215の電圧dvoutxが期待値(5V)より高ければ比較器CMPXはHレベルを出力し、そうでなければLレベルを出力する。
Reference voltage Vref is set to 0.8 V, for example. The output voltage fbx of the
出力ノード216の電圧dvoutyについても同様である。Ry0:Ry1=2.75:1に設定すると、電圧dvoutyが期待値(3V)より高ければ比較器CMPYはHレベルを出力し、そうでなければLレベルを出力する。
The same applies to the voltage dvouty at the
レベルシフタ(LS:Level Shifter)231,232,233は、入力信号の電圧レベルを出力ノード216の電圧dvoutyからvmaxに変換を行う。vmaxは、出力ノード215の電圧dvoutxと出力ノード216の電圧dvoutyのうち高い方の電圧である。電圧vmaxは、制御回路220に設けられた最大電圧選択回路によって決定される。
Level shifters (LS) 231, 232, and 233 convert the voltage level of the input signal from the voltage dvouty of the
図18は、最大電圧選択回路240の構成例を示す回路図である。図18を参照して、最大電圧選択回路240は、電圧dvoutyで動作する比較器241と、比較器241の出力信号の電圧レベルを電圧dvoutyからvmaxに変換するレベルシフタ242と、電圧vmaxで動作するインバータ243と、PMOSトランジスタ224,245とを含む。PMOSトランジスタ244のソースには電圧dvoutyが入力され、ドレインは最大電圧選択回路240の出力ノード246(電圧vmax)に接続される。PMOSトランジスタ244のゲートにはレベルシフタ242の出力信号が入力される。PMOSトランジスタ245のソースには電圧dvoutxが入力され、ドレインは最大電圧選択回路240の出力ノード246に接続される。PMOSトランジスタ245のゲートには、レベルシフタ242の出力信号をインバータ243によって反転した信号が入力される。
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration example of the maximum
再び図17を参照して、ノン・オーバラップ回路230は、パルス発生器PCBから出力されたクロック信号clkを受けて、PMOSトランジスタprx,pryを駆動するためのクロック信号pcntと、NMOSトランジスタn_drを駆動するためのクロック信号ncntとを生成する。ノン・オーバラップ回路230の構成は、図12に示したノン・オーバラップ回路100と同じである。ただし、図12において入力信号としてクロック信号clkが入力される。ノン・オーバラップ回路230は、クロック信号ncntがHレベルの期間にクロック信号pcntがLレベルになる期間があると貫通電流が流れるため、そのような期間を防止するために設けられている。クロック信号ncntは、レベルシフタ233によってレベル変換され、クロック信号clk_drとしてNMOSトランジスタn_drのゲートに入力される。クロック信号pcntは、ORゲート223,224に入力される。
Referring to FIG. 17 again, the
論理回路228は、ANDゲート221と、ORゲート222〜224と、インバータ225〜227とを含む。
比較器CMPXの出力信号は、ANDゲート221の第1の入力端子に与えられるとともに、ORゲート222の第1の入力端子に与えられる。比較器CMPYの出力信号は、ANDゲート221の第2の入力端子に与えられるとともに、インバータ225によって反転された後、ORゲート222の第2の入力端子に与えられる。ANDゲート221の出力信号はノン・オペレーション信号nopとして用いられる。ORゲート222の出力信号をインバータ226によって反転した信号は、選択信号sctxとして用いられる。比較器CMPYの出力信号をインバータ227によって反転した信号は、選択信号sctyとして用いられる。
The output signal of the comparator CMPX is supplied to the first input terminal of the AND
ORゲート223は、ORゲート222の出力信号とクロック信号pcntの論理和を演算する。ORゲート223の出力信号は、レベルシフタ231によってレベル変換され、クロック信号clkxとしてPMOSトランジスタprxのゲートに入力される。ORゲート224は、比較器CMPYの出力信号とクロック信号pcntの論理和を演算する。ORゲート224の出力信号は、レベルシフタ232によってレベル変換され、クロック信号clkyとしてPMOSトランジスタpryのゲートに入力される。
The OR
図19は、図17の制御回路の動作を説明するための図である。図19に示す表は、図17の比較器CMPX,CMPYの出力信号の論理レベルに応じて、選択信号sctx,sctyおよびノン・オペレーション信号nopの論理レベルがどのように変化するかを示している。さらに、図19に示す表は、比較器CMPX,CMPYの出力信号の論理レベルに応じて、各クロック信号clkx,clky,clk_drが有効になるか無効になるかを示している。クロック信号が無効の場合、クロック信号は一定の論理レベルの信号になる。 FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the control circuit of FIG. The table shown in FIG. 19 shows how the logic levels of the selection signals sctx and scty and the non-operation signal nop change according to the logic levels of the output signals of the comparators CMPX and CMPY in FIG. . Furthermore, the table shown in FIG. 19 indicates whether each clock signal clkx, clky, clk_dr is enabled or disabled according to the logic level of the output signals of the comparators CMPX, CMPY. When the clock signal is invalid, the clock signal becomes a signal of a certain logic level.
図17、図19を参照して、制御回路220は、出力ノード216の電圧dvoutyを駆動電圧として用いるため、出力ノード215の電圧dvoutxよりも出力ノード216の電圧dvoutyを優先して充電する。
Referring to FIGS. 17 and 19,
まず、出力ノード215,216の電圧dvoutxおよびdvoutyが、ともに期待値よりも低い場合、比較器CMPXおよびCMPYはともにLレベルを出力する。しかし、出力ノード216の電圧dvoutyの充電を優先するため、選択信号sctyはHレベルとなる。出力ノード215(電圧dvoutx)の充電は阻止され、選択信号sctxはLレベルになる。ノン・オペレーション信号nopはLレベルになる。NMOSトランジスタn_drを駆動するクロック信号clk_drと、同期整流用のPMOSトランジスタpryを駆動するクロック信号clkyとが有効になるので、出力ノード216の充電が行なわれる。
First, when voltages dvoutx and dvouty at
次に、出力ノード216の電圧dvoutyが期待値に達し、出力ノード215の電圧dvoutxが期待値に達していないときは、比較器CMPXがLレベルを出力し、比較器CMPYがHレベルを出力する。このとき、選択信号sctxがHレベルになり、選択信号sctyがLレベルになる。ノン・オペレーション信号nopはLレベルになる。NMOSトランジスタn_drを駆動するクロック信号clk_drと、同期整流用のPMOSトランジスタprxを駆動するクロック信号clkxとが有効になるので、出力ノード215の充電が行なわれる。同期整流用のPMOSトランジスタpryを駆動するクロック信号clkyは無効になる。
Next, when the voltage dvouty of the
次に、出力ノード215,216の電圧dvoutxおよびdvoutyが、ともに期待値に達した場合、比較器CMPXおよびCMPYはともにHレベルを出力する。このとき、選択信号sctx,sctyがともにLレベルになり、ノン・オペレーション信号nopがHレベルになる。この場合、パルス発生器PGBからの出力信号がLレベルに固定され、昇圧動作が行なわれない。
Next, when the voltages dvoutx and dvouty at the
図20は、図17のパルス発生器PGBの構成を示す回路図である。図20の電源ノードVDDは、図16の出力ノード216に相当する。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of the pulse generator PGB of FIG. The power supply node VDD in FIG. 20 corresponds to the
図20を参照して、パルス発生器PGBは、ANDゲート93とインバータ94とをさらに含む点で図2のパルス発生器PGと異なる。ANDゲート93の第1の入力端子には、RSラッチ回路90の出力信号が入力され、ANDゲート93の第2の入力端子には、ノン・オペレーション信号nopをインバータ94によって反転した信号が入力される。ノン・オペレーション信号がLレベルのときは、ANDゲート93は、有効なクロック信号clkを出力する。ノン・オペレーション信号がHレベルのときは、ANDゲート93は、Lレベルの信号を出力する。
Referring to FIG. 20, pulse generator PGB differs from pulse generator PG of FIG. 2 in that it further includes an AND
図20のパルス発生器PGBでは、さらに、電圧・電流変換部60Aの構成が図2の電圧・電流変換部60と異なる。電圧・電流変換部60Aは、図2の抵抗素子63に代えて抵抗素子63x,63yおよびNMOSトランジスタ65を含む。抵抗素子63x,63yは、この順で接地ノードGNDとNMOSトランジスタ62のソースとの間に接続される。NMOSトランジスタ65は、抵抗素子63xと並列に接続される。NMOSトランジスタ65のゲートには、選択信号sctyが入力される。
In the pulse generator PGB of FIG. 20, the configuration of the voltage /
図20において、パルス発生器PGBは、充電すべき電圧dvoutx、dvoutyの切り替えに伴って、遅延無く最適なTon/Toff比を決定する必要がある。このため、選択信号sctyに応じて、NMOSトランジスタ65のオン・オフを切替える。これによって、NMOSトランジスタ62のソースと接地ノードGNDとの間の抵抗値が切替わるので、変換電流Iaの大きさが変化する。
In FIG. 20, the pulse generator PGB needs to determine an optimal Ton / Toff ratio without delay in accordance with switching between the voltages dvoutx and dvouty to be charged. Therefore, the
図16の出力ノード215の電圧dvoutxを充電するときは、選択信号sctyはLのため、NMOSトランジスタ65がオフ状態になる。この場合のTon/Toff比は、式(9)および式(10)から、
Ton/Toff=Ics・(Rx+Ry)/Vin −1 …(22)
と設定される。ただし、抵抗素子63xの抵抗値をRxとし、抵抗素子63yの抵抗値をRyとした。一方、出力ノード216の電圧dvoutyを充電するときは、選択信号sctyはハイレベルのため、NMOSトランジスタ65がオン状態になる。この場合のTon/Toff比は、式(9)および式(10)から、
Ton/Toff=Ics・Ry/Vin −1 …(23)
となる。したがって、Ics×(Rx+Ry)=5V、Ics×Ry=3Vとなるように、Ics、Rx、およびRyを設定することで、DC/DCコンバータ200の第1および第2出力の充電切替え時に、入力電圧Vinから変換電流Iaへの変換率が切替わり、この結果、遅延なく最適なTon/Toff比が得られる。When charging the voltage dvoutx of the
Ton / Toff = Ics · (Rx + Ry) / Vin −1 (22)
Is set. However, the resistance value of the
Ton / Toff = Ics · Ry / Vin −1 (23)
It becomes. Therefore, by setting Ics, Rx, and Ry so that Ics × (Rx + Ry) = 5V and Ics × Ry = 3V, when charging is switched between the first and second outputs of the DC /
以上のとおり、上記のパルス発生器PGBの構成によれば、DC/DCコンバータの出力先が複数の場合において、充電すべき出力先が切替わるときに遅延に無く最適なTon/Toff比に切り替えることができる。したがって、出力電圧が安定して得られる。 As described above, according to the configuration of the pulse generator PGB described above, when there are a plurality of output destinations of the DC / DC converter, when the output destination to be charged is switched, the optimum Ton / Toff ratio is switched without delay. be able to. Therefore, the output voltage can be obtained stably.
図20のその他の点は図2の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。 The other points in FIG. 20 are the same as those in FIG. 2, and therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<実施の形態4>
[DC/DCコンバータ3の構成]
図21は、この発明の実施の形態4によるDC/DCコンバータ3の構成を示す回路図である。DC/DCコンバータ3は、入力ノード15に入力された電圧Vin(たとえば4V〜5V)を降圧し、降圧された電圧Vout(たとえば2V)に出力ノード16から出力する降圧コンバータである。<Embodiment 4>
[Configuration of DC / DC Converter 3]
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of DC /
図21に示すように、DC/DCコンバータ3は、変換回路(降圧チョッパ)10Bと、制御回路20Bと、出力ノード16の電圧を抵抗素子31A,31B(抵抗値R1,R2)で分圧する分圧回路31とを含む。入力ノード15には太陽電池セルなどの直流電源9が接続され、出力ノード16は負荷(負荷電流Iout)に接続される。制御回路20Bの電源電圧は出力ノード16(「電源ノードVDD」と称する)から供給される。
As shown in FIG. 21, the DC /
(変換回路10Bの構成および動作)
変換回路10Bは、インダクタ11と、スイッチング素子としてのPMOSトランジスタp_drと、同期整流素子としてNMOSトランジスタn_swと、コンデンサ13とを含む。PMOSトランジスタp_drおよびインダクタ11は、入力ノード15と出力ノード16との間にこの順で直列に接続される。NMOSトランジスタn_swは、PMOSトランジスタp_drおよびインダクタ11の接続ノード14と、接地ノードGNDとの間に接続される。コンデンサ13は出力ノード16と接地ノードGNDとの間に接続される。(Configuration and operation of
The
PMOSトランジスタp_drがオンしている期間をTon、オフしている期間をToffとする。Tonを長く設定すれば出力電圧Voutは上昇し、Toff期間を長く設定すれば出力電圧Voutは降下する。PMOSトランジスタp_drがオフする前にNMOSトランジスタn_swがオンするオーバラップ期間があると、大きな貫通電流が流れる。PMOSトランジスタp_drのオン期間とNMOSトランジスタn_swのオン期間が重ならないように、制御回路20Bに設けられたノン・オーバラップ回路29で制御する。
A period in which the PMOS transistor p_dr is on is Ton, and a period in which the PMOS transistor p_dr is off is Toff. If Ton is set longer, the output voltage Vout increases, and if the Toff period is set longer, the output voltage Vout decreases. If there is an overlap period in which the NMOS transistor n_sw is turned on before the PMOS transistor p_dr is turned off, a large through current flows. The
インダクタ11のインダクタンスをLとすれば、PMOSトランジスタp_drがオンの期間にインダクタ11に流れる電流の増加分ΔIonは、
ΔIon=(Vin−Vout)・Ton/L …(24)
と表わされる。PMOSトランジスタp_drがオフの期間にインダクタ11に流れる電流の減少分ΔIoffは、
ΔIoff=Vout・Toff/L …(25)
と表わされる。ただし、上記の式(24)、(25)において、寄生抵抗による電圧降下を無視した。定常状態では、オン期間に増加したインダクタ電流△Ionはオフ期間の減少分△Ioffと相殺する。すなわち、△Ion=△Ioffより、Ton/Toff比は、
Ton/Toff=Vout/(Vin−Vout) …(26)
の比率で安定する。If the inductance of the
ΔIon = (Vin−Vout) ・ Ton / L… (24)
It is expressed as The decrease ΔIoff of the current flowing through the
ΔIoff = Vout ・ Toff / L… (25)
It is expressed as However, in the above formulas (24) and (25), the voltage drop due to the parasitic resistance was ignored. In the steady state, the inductor current ΔIon increased during the ON period cancels out the decrease ΔIoff during the OFF period. That is, from ΔIon = ΔIoff, the Ton / Toff ratio is
Ton / Toff = Vout / (Vin−Vout) (26)
Stable at a ratio of.
(制御回路20Bの概略構成)
制御回路20Bは、上記のPMOSトランジスタp_drのオン時間およびオフ時間を制御するための回路であり、フィードフォワード制御によって、入力電圧VinからTon/Toff比を自動で設定する回路構成となっている。これによって、無駄な電流を発生させることなく、電力効率を向上させることができる。制御回路20Bは、さらに、出力電圧Voutが期待値Vout*を超えた場合にPMOSトランジスタp_drのスイッチングを停止させる機能を有している。(Schematic configuration of the
The
具体的には図21に示すように、制御回路20Bは、パルス発生器PGCと、比較器CMP1と、ANDゲート27と、インバータ28とを含む。
Specifically, as shown in FIG. 21, the
パルス発生器PGは、出力電圧Voutがその期待値Vout*にほぼ等しくなるように、入力電圧Vinに基づいてオン時間Tonおよびオフ時間Toffを決定する。そして、パルス発生器PGは、決定したオン時間Tonおよびオフ時間Toffの間、HレベルおよびLレベルとなるクロック信号clkを出力する。 The pulse generator PG determines the on time Ton and the off time Toff based on the input voltage Vin so that the output voltage Vout is substantially equal to the expected value Vout *. Then, the pulse generator PG outputs a clock signal clk that becomes H level and L level during the determined on time Ton and off time Toff.
比較器CMP1は、参照電圧Vrefと、分圧回路31から出力された分圧電圧Vout2とを比較し、分圧電圧Vout2が参照電圧Vrefを超えているときLレベルとなる信号を出力する。分圧回路31の分圧比α(=R1/(R1+R2))と出力電圧の期待値Vout*とを用いて、参照電圧Vrefはα×Vout*で与えられる。
The comparator CMP1 compares the reference voltage Vref with the divided voltage Vout2 output from the
ANDゲート21は、パルス発生器PGCから出力されるクロック信号clkと、比較器CMP1出力の論理積をインバータ28によって反転させた信号を、クロック信号clk_drとしてPMOSトランジスタp_drのゲートに出力する。
The AND
[パルス発生器PGの詳細な構成]
図22は、図21のパルス発生器PGCの構成を示す回路図である。図22を参照して、パルス発生器PGCは、電圧・電流変換部60と、電流信号生成部70Bと、オン信号生成部40Aと、オフ信号生成部40Bと、インバータ91,92と、RSラッチ回路90とを含む。[Detailed configuration of pulse generator PG]
FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration of the pulse generator PGC of FIG. Referring to FIG. 22, pulse generator PGC includes voltage /
図22のパルス発生器PGCでは、電流信号生成部70Bの構成が図2の電流信号生成部70と異なる。パルス発生器PGCのその他の構成要素は図2のパルス発生器PGと同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
In the pulse generator PGC of FIG. 22, the configuration of the
電流信号生成部70Bは、図2の電流信号生成部70の場合と同様に、電流値が一定の定電流Icsと変換電流Iaとに基づいて、入力電圧Vinが増加するほど電流値が増加する第1電流信号I1と、第1電流信号I1とは入力電圧Vinに対する依存性が異なる第2電流信号I2とを生成する。第1電流信号I1はオン信号生成部40Aに供給され、第2電流信号I2はオフ信号生成部40Bに供給される。
As in the case of the current
ただし、降圧コンバータ用の制御回路の場合、第1電流信号I1は、
I1=Ia−Ics …(27)
で与えられ、第2電流信号I2は、
I2=Ics …(28)
で与えられる。However, in the case of a control circuit for a step-down converter, the first current signal I1 is
I1 = Ia−Ics (27)
The second current signal I2 is given by
I2 = Ics (28)
Given in.
具体的には図22に示すように、電流信号生成部70Bは、カレントミラーを構成するPMOSトランジスタ71,72と、カレントミラーを構成するNMOSトランジスタ74,75と、定電流生成部80Aとを含む。
Specifically, as shown in FIG. 22, the current
カレントミラー回路によって、電圧・電流変換部60の出力ノード64を流れる変換電流Iaは、PMOSトランジスタ72のドレイン電流としてコピーされる。さらに、定電流生成部80Aの出力信号Icsが、NMOSトランジスタ75のドレイン電流としてコピーされる。電流信号生成部70Bからオン信号生成部40Aに供給される第1電流信号I1は、PMOSトランジスタ72のドレイン電流からNMOSトランジスタ75のドレイン電流を差し引いたものになるので、上式(27)で与えられる。
The conversion current Ia flowing through the
定電流生成部80は、定電流Icsを生成する定電流源81と、PMOSトランジスタ82,83,85とを含む。定電流Icsは、PMOSトランジスタ82,83によって構成されるカレントミラー回路によってコピーされて、定電流生成部80から第2電流信号I2として出力される(上式(28)参照)。さらに、定電流Icsは、PMOSトランジスタ82,85で構成されるカレントミラー回路によってコピーされてNMOSトランジスタ74に供給される。
The constant
[DC/DCコンバータ3の動作]
次に、上記の構成のDC/DCコンバータ3の動作について説明する。図22を参照して、オン信号SonがLレベルの期間がPMOSトランジスタp_drのオン期間となるので、オン時間Tonは、Ics=Vout/Rsとなるように決めると、
Ton=C1・Vref/(Ia−Ics)=C1・Vref・Rs/(Vin−Vout) …(29)
と表わされる。一方、信号SoffがLレベルの期間がPMOSトランジスタp_drのオフ期間となるので、オフ時間Toffは、
Toff=C2・Vref/Ics=C2・Vref・Rs/Vout …(30)
と表わせる。これらの式から
Ton/Toff=C1・Vin/[C2・(Vin−Vout)] …(31)
が得られる。したがって、C1=C2となるよう設定すれば、所望のTon/Toff比が得られる。[Operation of DC / DC converter 3]
Next, the operation of the DC /
Ton = C1 / Vref / (Ia-Ics) = C1 / Vref / Rs / (Vin-Vout) (29)
It is expressed as On the other hand, since the period during which the signal Soff is at the L level is the off period of the PMOS transistor p_dr, the off time Toff is:
Toff = C2 / Vref / Ics = C2 / Vref / Rs / Vout (30)
It can be expressed as From these equations
Ton / Toff = C1 / Vin / [C2- (Vin−Vout)] (31)
Is obtained. Therefore, when setting so that C1 = C2, a desired Ton / Toff ratio can be obtained.
[実施の形態4の効果]
実施の形態4のDC/DCコンバータ3によれば、フィードバックなしに入力電圧VinからTon/Toff比を決めることができるため、発振の心配がない。発振防止用の容量や抵抗など外付け素子が不要となる。[Effect of Embodiment 4]
According to the DC /
さらに、DC/DCコンバータ3によれば、入出力電圧の変化に対して安定状態への遷移時間を短くできるとともに入力電圧Vinに対応して最大の電力効率を得ることが可能となる。以下、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比を調整しないで固定した場合と対比して説明する。
Furthermore, according to the DC /
Ton/Toff比を固定した場合には、入力電圧が最も低い場合でも降圧が可能となるようにTon/Toff比を最も大きい値に設定する必要がある。入力電圧範囲が4V〜5V、出力電圧が2VのときTon/Toff比の最も大きい条件は、
Ton/Toff=Vout/(Vin−Vout)=2V/(4V−2V)=1 …(32)
となる。クロック信号clkの周期が1μsのとき、Ton=0.5μs、Toff=0.5μsに設定される。When the Ton / Toff ratio is fixed, it is necessary to set the Ton / Toff ratio to the largest value so that the voltage can be stepped down even when the input voltage is the lowest. When the input voltage range is 4V to 5V and the output voltage is 2V, the condition with the largest Ton / Toff ratio is
Ton / Toff = Vout / (Vin−Vout) = 2V / (4V−2V) = 1 (32)
It becomes. When the cycle of the clock signal clk is 1 μs, Ton = 0.5 μs and Toff = 0.5 μs are set.
図23は、図21のDC/DCコンバータ3で、Ton/Toff比を固定した場合におけるクロック信号の波形図である。図23のグラフは、上から順にクロック信号clk_drおよび出力電圧Voutを示している。
FIG. 23 is a waveform diagram of a clock signal when the Ton / Toff ratio is fixed in the DC /
図23を参照して、時刻t1でオン期間からオフ期間に切替わったあと、オフ時間Toffが経過する前に、出力電圧Voutが期待値Vout*を超えるため、比較器CMP1の出力によってクロック信号clk_drが停止する。時刻t2で、出力電圧Voutが期待値Vout*以下になるとクロック信号clk_drの出力が開始する。 Referring to FIG. 23, after switching from the ON period to the OFF period at time t1, before the OFF time Toff elapses, the output voltage Vout exceeds the expected value Vout *, so that the clock signal is output by the output of the comparator CMP1. clk_dr stops. When the output voltage Vout becomes equal to or lower than the expected value Vout * at time t2, the output of the clock signal clk_dr is started.
Ton/Toff比を固定した場合には、Ton/Toff比を最も大きな値に設定する必要があるため、このクロック信号clk_drが停止する期間(図23の時刻t1から時刻t2まで)が長くなる。これに対して、この実施の形態の場合には、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比が設定されるので、クロック信号clk_drの停止期間が短くて済む。以下、クロック信号の停止期間の電力変換効率への影響を定量的に説明する。 When the Ton / Toff ratio is fixed, it is necessary to set the Ton / Toff ratio to the largest value, so the period during which the clock signal clk_dr is stopped (from time t1 to time t2 in FIG. 23) becomes longer. On the other hand, in this embodiment, since the Ton / Toff ratio is set according to the input voltage Vin, the stop period of the clock signal clk_dr can be shortened. Hereinafter, the influence on the power conversion efficiency during the stop period of the clock signal will be quantitatively described.
図24は、降圧コンバータの場合のインダクタ電流について説明するための図である。図24を参照して、図21のインダクタ11を流れる平均電流について説明するための図である。オン期間Tonにインダクタ電流がΔIon増加し、オフ期間Toffにインダクタ電流がΔIff減少する。これらの値は、前述の式(24),(25)で表わされる。平均的なインダクタ電流Iavは、平均出力電流Ioutを用いて、
Iav=Iout …(33)
によって与えられる。FIG. 24 is a diagram for explaining the inductor current in the case of the step-down converter. FIG. 24 is a diagram for describing an average current flowing through
Iav = Iout… (33)
Given by.
DC/DCコンバータ3への入力電圧が5Vのときは、Ton/Toff比は2V/(5V−2V)=0.67でよいはずである。しかし、Ton/Toff比を入力電圧が最小である4Vの場合に固定しているので、Ton/Toff比は1に設定されている。この場合、インダクタ11のインダクタンスLを20μH、出力電流Ioutを20mAとすると、Tonは0.5μsであるので、インダクタの最大電流ILmaxは、式(24)、(33)を用いて、
ILmax=Iout+(Vin−Vout)・Ton/(2・L)
=20mA+3V×0.5μs/(2×20μH)=57.5mA …(34)
となる。When the input voltage to the DC /
ILmax = Iout + (Vin−Vout) ・ Ton / (2 ・ L)
= 20mA + 3V × 0.5μs / (2 × 20μH) = 57.5mA (34)
It becomes.
一方、本実施の形態の場合には、入力電圧の変化に対してTon/Toff比を最適化できるので、入力電圧Vinが5Vの場合には、Ton/Toff=0.67、Ton=0.33μs、Toff=0.67μsとなる。したがって、インダクタの最大電流ILmaxは、
ILmax=Iout+(Vin−Vout)・Ton/(2・L)
=20mA+3V×0.33μs/(2×20μH)=44.8mA …(35)
となる。On the other hand, in the case of the present embodiment, the Ton / Toff ratio can be optimized with respect to the change of the input voltage. Therefore, when the input voltage Vin is 5 V, Ton / Toff = 0.67, Ton = 0. 33 μs and Toff = 0.67 μs. Therefore, the maximum current ILmax of the inductor is
ILmax = Iout + (Vin−Vout) ・ Ton / (2 ・ L)
= 20mA + 3V × 0.33μs / (2 × 20μH) = 44.8mA (35)
It becomes.
このように、Ton/Toff比を固定した場合には、本来必要な電流より13mA多くの電流が流れることになる。余分な電流は寄生抵抗で熱として消費され、電力変換効率を低下させる。これに対して、この実施の形態のDC/DCコンバータ3の場合には、入力電圧Vinに応じてTon/Toff比が設定されるので、電力変換効率を向上させることができる。
In this way, when the Ton / Toff ratio is fixed, a current that is 13 mA more than the originally required current flows. Excess current is consumed as heat by the parasitic resistance, reducing power conversion efficiency. On the other hand, in the case of the DC /
<実施の形態5>
実施の形態4の制御回路20Bでは、Ton/Toff比の最適値が最初に設定され、その後はTon/Toff比の値に変更がない。もし、出力電圧Voutが期待値より低い期間にTon/Toff比を最適値よりも大きく設定できれば、期待値に到達するまでの時間を短縮できる。実施の形態5では、そのための回路構成が開示される。<Embodiment 5>
In the
図25は、この発明の実施の形態5によるDC/DCコンバータに適用されるパルス発生器PGDの構成を示す回路図である。図21のDC/DCコンバータ3において、パルス発生器PGCが図25のパルス発生器PGDに置き換えられる。パルス発生器PGD以外の構成は、図21に示した実施の形態4の場合と同じである。
FIG. 25 is a circuit diagram showing a configuration of a pulse generator PGD applied to a DC / DC converter according to Embodiment 5 of the present invention. In the DC /
図25を参照して、電流信号生成部70Cは、OTA120をさらに含む点で、図22の電流信号生成部70Bと異なる。OTA120の構成は、図14、図15で説明したものと同じである。OTA120の非反転入力端子には参照電圧Vrefが入力され、OTA120の反転入力端子には図21の分圧回路31の出力電圧Vout2が入力される。参照電圧Vrefは、出力電圧Voutの期待値Vout*に応じて設定される。分圧回路31の分圧比をαとすれば、参照電圧Vrefはα×Vout*で与えられる
OTA120は、参照電圧Vrefと分圧回路31の出力電圧Vout2との電圧差に応じた補正電流Imdを定電流生成部80Aの出力ノード84に出力する。OTA120の伝達コンダクタンスをGとすれば、補正電流Imdは、
Imd=G・(Vref−Vout2) …(36)
と表わされる。図25のその他の構成は図22の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。Referring to FIG. 25, current
Imd = G ・ (Vref−Vout2)… (36)
It is expressed as Other configurations in FIG. 25 are the same as those in FIG. 22, and therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is not repeated.
図25の場合、電流信号生成部70Cからオフ信号生成部40Bに出力される電流信号は、実施の形態4の第2電流信号I2に補正電流Imdを加算した値I2’に修正され、
I2'=I2+Imd=Ics+Imd …(37)
となる。したがって、オフ時間Toffは、
Toff=C2・Vref/I2'=C2・Vref/(Ics+Imd) …(38)
と表わされる。In the case of FIG. 25, the current signal output from the current signal generator 70C to the
I2 '= I2 + Imd = Ics + Imd (37)
It becomes. Therefore, the off time Toff is
Toff = C2 / Vref / I2 '= C2 / Vref / (Ics + Imd) (38)
It is expressed as
出力Voutが期待値Vout*より低い場合はOTA120から補正電流Imdが供給される(Imd>0)ので、オフ期間Toffが短く設定される。すなわち、Ton/Toff比が大きく設定されるため、オン期間Tonのインダクタ電流増加分が大きくなり、それが出力電圧の上昇に用いられる。出力電圧Voutが期待値Vout*に到達すれば、OTA120から出力される補正電流Imdはゼロとなり、定常動作時のTon/Toff比に設定される。
When the output Vout is lower than the expected value Vout *, since the correction current Imd is supplied from the OTA 120 (Imd> 0), the off period Toff is set to be short. That is, since the Ton / Toff ratio is set to be large, the increase in the inductor current during the on-period Ton becomes large, which is used to increase the output voltage. When the output voltage Vout reaches the expected value Vout *, the correction current Imd output from the
一方、出力Voutが期待値Vout*より高い場合は、OTA120が補正電流Imdを引き抜くため(Imd<0)、オフ期間Toffが長く設定される。負荷で消費される電流Ioutよりもインダクタ11から供給される電流量が減少するため、より迅速に出力電圧Voutが期待値Vout*に近づく。
On the other hand, when the output Vout is higher than the expected value Vout *, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1〜3,200 DC/DCコンバータ、9 直流電源、10,10A,10B,210 変換回路、11,211 インダクタ、12 ダイオード、20,20A,20B,220 制御回路、n_dr NMOSトランジスタ(スイッチング素子)、p_dr PMOSトランジスタ(スイッチング素子)、40A オン信号生成部、40B オフ信号生成部、41A,41B 充電回路、42A,42B 比較器、45A,45B 比較回路、50A ワンショットパルス発生器、60,60A 電圧・電流変換部、70,70A,70B,70C 電流信号生成部、80,80A 定電流生成部、90 RSラッチ回路、120 OTA、I1 第1電流信号、I2 第2電流信号、Ia 変換電流、Ics 定電流、Imd 補正電流、PG,PGA,PCB,PGC,PGD パルス発生器、Soff オフ信号、Son オン信号、Toff オフ時間、Ton オン時間、Vin 入力電圧。 1-3, 200 DC / DC converter, 9 DC power supply, 10, 10A, 10B, 210 conversion circuit, 11, 211 inductor, 12 diode, 20, 20A, 20B, 220 control circuit, n_dr NMOS transistor (switching element), p_dr PMOS transistor (switching element), 40A on signal generator, 40B off signal generator, 41A, 41B charging circuit, 42A, 42B comparator, 45A, 45B comparison circuit, 50A one-shot pulse generator, 60, 60A Current converter, 70, 70A, 70B, 70C Current signal generator, 80, 80A constant current generator, 90 RS latch circuit, 120 OTA, I1 first current signal, I2 second current signal, Ia conversion current, Ics constant Current, Imd correction current, PG, PG , PCB, PGC, PGD pulse generator, Soff off signal, Son-on signal, Toff off time, Ton on time, Vin input voltage.
Claims (9)
前記スイッチング素子は、オン信号が非活性化することによってオフ状態になり、オフ信号が非活性化することによってオン状態になり、
前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、
前記オン信号を生成するオン信号生成部と、
前記オフ信号を生成するオフ信号生成部とを含み、
前記オン信号生成部は、前記オフ信号が非活性化したときから、前記入力直流電圧の大きさに応じて決定される前記オン時間に対応する時間が経過するまでの間、前記オン信号を活性状態にし、
前記オフ信号生成部は、前記オン信号が非活性化したときから、前記入力直流電圧の大きさに応じて決定される前記オフ時間に対応する時間が経過するまでの間、前記オフ信号を活性状態にする、DC/DCコンバータ。Including a switching element, comprising a conversion circuit that converts an input DC voltage into a DC voltage having a magnitude corresponding to a ratio between an on time and an off time of the switching element and outputs the converted DC voltage;
The switching element is turned off when the on signal is deactivated, and is turned on when the off signal is deactivated,
A control circuit for controlling on / off of the switching element;
The control circuit includes:
An on signal generation unit for generating the on signal;
An off signal generation unit for generating the off signal,
The on signal generation unit activates the on signal from the time when the off signal is deactivated until the time corresponding to the on time determined according to the magnitude of the input DC voltage elapses. State
The off signal generation unit activates the off signal from the time when the on signal is deactivated until the time corresponding to the off time determined according to the magnitude of the input DC voltage elapses. DC / DC converter to put into a state.
前記入力直流電圧に比例した電流値の変換電流を生成する電圧・電流変換部と、
電流値が一定の定電流と前記変換電流とに基づいて、前記入力直流電圧が増加するほど電流値が増加する第1電流信号と、前記第1電流信号とは前記入力直流電圧に対する依存性が異なる第2電流信号とを生成する電流信号生成部とを含み、
前記オン信号生成部は、前記第1電流信号に基づいて前記オン信号を生成し、
前記オフ信号生成部は、前記第2電流信号に基づいて前記オフ信号を生成する、請求項1に記載のDC/DCコンバータ。The control circuit further includes:
A voltage / current converter for generating a conversion current having a current value proportional to the input DC voltage;
Based on the constant current having a constant current value and the conversion current, the first current signal whose current value increases as the input DC voltage increases, and the first current signal has dependency on the input DC voltage. A current signal generator that generates a different second current signal;
The on signal generation unit generates the on signal based on the first current signal,
The DC / DC converter according to claim 1, wherein the off signal generation unit generates the off signal based on the second current signal.
前記第1電流信号によって充電され、前記オフ信号が非活性化したとき充電電圧がリセットされる第1充電回路と、
前記第1充電回路の充電電圧と所定の第1参照電圧とを比較し、前記第1充電回路の充電電圧が前記第1参照電圧を超えたときに非活性化する前記オン信号を生成する第1の比較回路とを含み、
前記オフ信号生成部は、
前記第2電流信号によって充電され、前記オン信号が非活性化したとき充電電圧がリセットされる第2充電回路と、
前記第2充電回路の充電電圧と所定の第2参照電圧とを比較し、前記第2充電回路の充電電圧が前記第2参照電圧を超えたときに非活性化する前記オフ信号を生成する第2の比較回路とを含む、請求項2に記載のDC/DCコンバータ。The on-signal generator is
A first charging circuit that is charged by the first current signal and that resets a charging voltage when the off signal is deactivated;
The first charging circuit compares the charging voltage of the first charging circuit with a predetermined first reference voltage, and generates the on signal that is deactivated when the charging voltage of the first charging circuit exceeds the first reference voltage. 1 comparison circuit,
The off-signal generator is
A second charging circuit that is charged by the second current signal and whose charging voltage is reset when the ON signal is deactivated;
The second charging circuit compares a charging voltage of the second charging circuit with a predetermined second reference voltage, and generates the off signal that is deactivated when the charging voltage of the second charging circuit exceeds the second reference voltage. The DC / DC converter according to claim 2, comprising two comparison circuits.
前記電流信号生成部は、前記第2電流信号と前記第3電流信号とを加算した信号に基づいて、前記オフ信号を生成する請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 The current signal generation unit includes an operational transconductance amplifier that generates a third current signal proportional to a voltage obtained by subtracting a voltage proportional to the output voltage of the conversion circuit from a predetermined third reference voltage,
The DC / DC converter according to claim 2, wherein the current signal generation unit generates the off signal based on a signal obtained by adding the second current signal and the third current signal.
前記第1電流信号によって充電され、前記オフ信号が非活性化したとき充電電圧がリセットされる第1充電回路と、
前記第1充電回路の充電電圧と所定の第1参照電圧とを比較し、前記第1充電回路の充電電圧が前記第1参照電圧を超えたときに非活性化する前記オン信号を生成する第1の比較回路とを含み、
前記オフ信号生成部は、
前記第2電流信号および前記第3電流信号を加算した信号によって充電され、前記オン信号が非活性化したとき充電電圧がリセットされる第2充電回路と、
前記第2充電回路の充電電圧と所定の第2参照電圧とを比較し、前記第2充電回路の充電電圧が前記第2参照電圧を超えたときに非活性化する前記オフ信号を生成する第2の比較回路とを含む、請求項4に記載のDC/DCコンバータ。The on-signal generator is
A first charging circuit that is charged by the first current signal and that resets a charging voltage when the off signal is deactivated;
The first charging circuit compares the charging voltage of the first charging circuit with a predetermined first reference voltage, and generates the on signal that is deactivated when the charging voltage of the first charging circuit exceeds the first reference voltage. 1 comparison circuit,
The off-signal generator is
A second charging circuit that is charged by a signal obtained by adding the second current signal and the third current signal, and a charging voltage is reset when the ON signal is deactivated;
The second charging circuit compares a charging voltage of the second charging circuit with a predetermined second reference voltage, and generates the off signal that is deactivated when the charging voltage of the second charging circuit exceeds the second reference voltage. The DC / DC converter according to claim 4, comprising two comparison circuits.
前記電流信号生成部は、前記変換電流を前記第1電流信号として生成し、前記定電流から前記変換電流を減算することによって得られた電流を前記第2電流信号として生成する、請求項2〜5のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ。The DC / DC converter is a boost converter that boosts the input DC voltage.
The current signal generation unit generates the conversion current as the first current signal, and generates a current obtained by subtracting the conversion current from the constant current as the second current signal. The DC / DC converter according to any one of 5.
前記電流信号生成部は、前記変換電流から前記定電流を減算することによって得られた信号を前記第1電流信号として生成し、前記定電流を前記第2電流信号として生成する、請求項2〜5のいずれか1項に記載のDC/DCコンバータ。The DC / DC converter is a step-down converter that steps down the input DC voltage,
The current signal generation unit generates a signal obtained by subtracting the constant current from the converted current as the first current signal, and generates the constant current as the second current signal. The DC / DC converter according to any one of 5.
前記制御回路は、さらに、
前記出力電圧検出部によって検出された直流電圧と所定の第4参照電圧とを比較し、比較結果を出力する比較回路と、
前記オン信号が活性化されたときにセット状態になり、前記オフ信号が活性化されたときにリセット状態になるラッチ回路と、
前記比較回路による比較結果と前記ラッチ回路の出力信号とを受け、前記出力電圧検出部によって検出された直流電圧が前記第4参照電圧以下のときに前記ラッチ回路の出力信号を前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号として通過させるゲート回路とを含む、請求項1に記載のDC/DCコンバータ。An output voltage detector that detects a DC voltage output from the converter circuit;
The control circuit further includes:
A comparison circuit that compares the DC voltage detected by the output voltage detector with a predetermined fourth reference voltage and outputs a comparison result;
A latch circuit that is in a set state when the on signal is activated and is in a reset state when the off signal is activated;
The comparison result by the comparison circuit and the output signal of the latch circuit are received, and when the DC voltage detected by the output voltage detector is equal to or lower than the fourth reference voltage, the output signal of the latch circuit is turned on of the switching element. The DC / DC converter according to claim 1, further comprising a gate circuit that is passed as a control signal for controlling OFF.
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