JP6198461B2 - Power supply device, control circuit, and control method - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置、制御回路及び制御方法に関するものである。   The present invention relates to a power supply device, a control circuit, and a control method.

パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子機器は、信号処理を行う内部回路に駆動電圧を供給するスイッチング電源回路(DC−DCコンバータ)を内蔵している。スイッチング電源回路は、例えばACアダプタやバッテリから供給される直流電圧を、内部回路の動作に適した駆動電圧に変換する。例えばスイッチング電源回路は、主スイッチをオン・オフ制御して直流入力電圧を昇圧・降圧して直流出力電圧を生成するとともに、負荷に供給する上記直流出力電圧を一定の目標電圧に保つようにフィードバック制御を行っている。   Electronic devices such as personal computers and mobile phones have a built-in switching power supply circuit (DC-DC converter) that supplies a drive voltage to an internal circuit that performs signal processing. The switching power supply circuit converts a DC voltage supplied from, for example, an AC adapter or a battery into a driving voltage suitable for the operation of the internal circuit. For example, the switching power supply circuit controls on / off of the main switch to boost and step down the DC input voltage to generate a DC output voltage, and feed back the DC output voltage supplied to the load to a constant target voltage. Control is in progress.

ところで、近年、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型電子機器の普及に伴って、上記スイッチング電源回路に対する小型化の要求が高まっている。そこで、このような要求に応えるべく、1つのインダクタ(コイル)で複数の出力を得ることができる単一インダクタ多出力型(Single Inductor Multiple Output:SIMO)DC−DCコンバータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。例えば、リーク電流の低減のためにMOSトランジスタのバックゲート用の電源を必要とする電源では、1つのコイルで降圧出力と反転出力を得ることができる単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータを利用することが検討されている。この種のDC−DCコンバータを利用できれば、複数の出力で単一のコイルが共用されるため、出力数の増加に伴う部品点数の増加及び回路面積の増大を抑えることができる。   Incidentally, in recent years, with the widespread use of portable electronic devices such as notebook personal computers and mobile phones, there is an increasing demand for miniaturization of the switching power supply circuit. Therefore, in order to meet such a demand, a single inductor multiple output (SIMO) DC-DC converter capable of obtaining a plurality of outputs with one inductor (coil) has been proposed (for example, , See Patent Document 1). For example, in a power supply that requires a power supply for the back gate of a MOS transistor to reduce leakage current, a single inductor multi-output type DC-DC converter that can obtain a step-down output and an inverted output with one coil is used. To be considered. If this type of DC-DC converter can be used, since a single coil is shared by a plurality of outputs, an increase in the number of parts and an increase in circuit area due to an increase in the number of outputs can be suppressed.

図10は、1つのコイルで降圧出力と反転出力を得ることのできる単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータ100の出力部の一例を示している。
スイッチ回路SW11は、入力電圧Vinが供給される入力端子Piと接続される第1端子と、コイルL11の第1端子と接続される第2端子とを有している。これらスイッチ回路SW11とコイルL11とが接続されるノードN11には、ダイオードD11のカソードが接続されている。このダイオードD11のアノードは、入力電圧Vinを反転した出力電圧Vout2が生成される出力端子Po12に接続されている。また、上記ノードN11にはダイオードD12のカソードが接続され、そのダイオードD12のアノードがスイッチ回路SW12の第1端子に接続されている。このスイッチ回路SW12の第2端子はグランドGNDに接続されている。一方、コイルL11の第2端子にはスイッチ回路SW13の第1端子が接続され、そのスイッチ回路SW13の第2端子がグランドGNDに接続されている。また、コイルL11の第2端子にはダイオードD13のアノードが接続されている。このダイオードD13のカソードは、入力電圧Vinよりも低い出力電圧Vout1が生成される出力端子Po11に接続されている。そして、出力端子Po11から、コンデンサC11の両端電圧である出力電圧Vout1及び出力電流Iout1が負荷2Aに供給される。また、上記出力端子Po12から、コンデンサC12の両端電圧である出力電圧Vout2及び出力電流Iout2が負荷3Aに供給される。
FIG. 10 shows an example of an output unit of a single inductor multi-output DC-DC converter 100 that can obtain a step-down output and an inverted output with one coil.
The switch circuit SW11 has a first terminal connected to the input terminal Pi to which the input voltage Vin is supplied, and a second terminal connected to the first terminal of the coil L11. A cathode of a diode D11 is connected to a node N11 to which the switch circuit SW11 and the coil L11 are connected. The anode of the diode D11 is connected to an output terminal Po12 that generates an output voltage Vout2 obtained by inverting the input voltage Vin. The node N11 is connected to the cathode of a diode D12, and the anode of the diode D12 is connected to the first terminal of the switch circuit SW12. A second terminal of the switch circuit SW12 is connected to the ground GND. On the other hand, the first terminal of the switch circuit SW13 is connected to the second terminal of the coil L11, and the second terminal of the switch circuit SW13 is connected to the ground GND. The anode of the diode D13 is connected to the second terminal of the coil L11. The cathode of the diode D13 is connected to an output terminal Po11 that generates an output voltage Vout1 lower than the input voltage Vin. Then, an output voltage Vout1 and an output current Iout1 that are voltages across the capacitor C11 are supplied from the output terminal Po11 to the load 2A. Further, an output voltage Vout2 and an output current Iout2 that are voltages across the capacitor C12 are supplied from the output terminal Po12 to the load 3A.

このようなDC−DCコンバータ100は、昇降圧モードと反転モードとを切り替えるスイッチ回路SW12がオン状態のときに、スイッチ回路SW11,SW13がオン・オフ制御されることにより昇降圧コンバータとして動作する。一方、DC−DCコンバータ100は、スイッチ回路SW12がオフ状態のときに、スイッチ回路SW11,SW13がオン・オフ制御されることにより反転コンバータとして動作する。   Such a DC-DC converter 100 operates as a step-up / step-down converter by switching on / off the switch circuits SW11 and SW13 when the switch circuit SW12 for switching between the step-up / step-down mode and the inversion mode is in an on state. On the other hand, the DC-DC converter 100 operates as an inverting converter when the switch circuits SW11 and SW13 are controlled on and off when the switch circuit SW12 is in the off state.

特開2003−319647号公報JP 2003-319647 A

ところが、上記DC−DCコンバータ100では、コイルL11の第2端子(出力側端子)に接続されたスイッチ回路SW13のオン抵抗やダイオードD13によって損失が生じるため、電力変換効率が劣化する。   However, in the DC-DC converter 100, a loss occurs due to the on-resistance of the switch circuit SW13 connected to the second terminal (output side terminal) of the coil L11 and the diode D13, so that the power conversion efficiency deteriorates.

本発明の一観点によれば、第1端子と、入力電圧よりも低い第1出力電圧が出力される第1出力端子と接続される第2端子とを有するコイルと、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧よりも低電位の電源線との間に設けられた第2スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧を反転した第2出力電圧が出力される第2出力端子との間に設けられた第3スイッチ回路と、前記第1出力電圧に基づいて第1制御信号を生成し、前記第2出力電圧に基づいて第2制御信号を生成する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1制御信号と前記第2制御信号に基づいて、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路と前記第3スイッチ回路とをオン・オフ制御する。   According to one aspect of the present invention, a coil having a first terminal and a second terminal connected to a first output terminal that outputs a first output voltage lower than the input voltage, and the first terminal of the coil And a first switch circuit provided between the input terminal to which the input voltage is supplied, a first switch circuit provided between the first terminal of the coil and a power supply line having a potential lower than the input voltage. A second switch circuit, a third switch circuit provided between a first terminal of the coil and a second output terminal from which a second output voltage obtained by inverting the input voltage is output; and the first output voltage A control unit that generates a first control signal based on the second output voltage and generates a second control signal based on the second output voltage, and the control unit includes the first control signal and the second control signal. Based on the first switch circuit, the second switch circuit, and the third switch circuit. Tsu to control on and off the switch circuit.

本発明の一観点によれば、電力変換効率を向上させることができるという効果を奏する。   According to one aspect of the present invention, there is an effect that power conversion efficiency can be improved.

第1実施形態のDC−DCコンバータを示す回路図。The circuit diagram which shows the DC-DC converter of 1st Embodiment. 第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。The wave form diagram which shows the operation | movement of the DC-DC converter of 1st Embodiment. (a)〜(c)は、第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す説明図。(A)-(c) is explanatory drawing which shows operation | movement of the DC-DC converter of 1st Embodiment. (a)、(b)は、第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。(A), (b) is a wave form diagram which shows operation | movement of the DC-DC converter of 1st Embodiment. 第2実施形態のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the DC-DC converter of 2nd Embodiment. 検出回路の内部構成例を示す回路図。The circuit diagram which shows the example of an internal structure of a detection circuit. 第2実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す説明図。Explanatory drawing which shows operation | movement of the DC-DC converter of 2nd Embodiment. 第2実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す説明図。Explanatory drawing which shows operation | movement of the DC-DC converter of 2nd Embodiment. 検出回路の動作を示す波形図。The wave form diagram which shows the operation | movement of a detection circuit. 従来のDC−DCコンバータの出力部を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the output part of the conventional DC-DC converter.

(第1実施形態)
以下、図1〜図4に従って第1実施形態を説明する。
図1に示すように、DC−DCコンバータ1は、1つのインダクタ(コイル)L1で多数の出力電圧Vo1,Vo2を生成する単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータである。また、DC−DCコンバータ1は、入力端子Piに供給される入力電圧Vinに基づいて、その入力電圧Vinよりも低い出力電圧Vo1と、入力電圧Vinの反転電圧である出力電圧Vo2とを生成するDC−DCコンバータである。すなわち、出力電圧Vo1は降圧出力であり、出力電圧Vo2は反転出力である。出力電圧Vo1は、出力端子Po1に接続される負荷2に供給され、出力電圧Vo2は、出力端子Po2に接続される負荷3に供給される。なお、負荷2,3は、入力電圧Vinよりも低い電位の電源線(ここでは、グランドGND)に接続されている。ここで、負荷2,3の例としては、携帯型電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯電話、ゲーム機器、デジタルカメラ等)及びその他の電子機器の内部回路や、ノート型のパーソナルコンピュータに内蔵されているリチウム電池等の充電池などが挙げられる。本例における入力電圧Vin、グランドGND電位及び出力電圧Vo1,Vo2の大小関係は、Vo2<GND<Vo1<Vinとなる。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the DC-DC converter 1 is a single inductor multi-output type DC-DC converter that generates a large number of output voltages Vo1, Vo2 with one inductor (coil) L1. The DC-DC converter 1 generates an output voltage Vo1 lower than the input voltage Vin and an output voltage Vo2 that is an inverted voltage of the input voltage Vin based on the input voltage Vin supplied to the input terminal Pi. It is a DC-DC converter. That is, the output voltage Vo1 is a step-down output, and the output voltage Vo2 is an inverted output. The output voltage Vo1 is supplied to the load 2 connected to the output terminal Po1, and the output voltage Vo2 is supplied to the load 3 connected to the output terminal Po2. The loads 2 and 3 are connected to a power supply line (here, ground GND) having a potential lower than the input voltage Vin. Here, examples of the loads 2 and 3 are built in an internal circuit of a portable electronic device (personal computer, mobile phone, game device, digital camera, etc.) and other electronic devices, or a notebook personal computer. Examples include rechargeable batteries such as lithium batteries. The magnitude relationship among the input voltage Vin, the ground GND potential, and the output voltages Vo1 and Vo2 in this example is Vo2 <GND <Vo1 <Vin.

DC−DCコンバータ1は、スイッチ回路群10と、コイルL1と、コンデンサC1と、コンデンサC2とを含む出力部と、その出力部を制御する制御部11とを有している。
スイッチ回路群10は、3つのスイッチ回路SW1,SW2,SW3を有している。例えばスイッチ回路SW1はPチャネルMOSトランジスタであり、スイッチ回路SW2,SW3はNチャネルMOSトランジスタである。
The DC-DC converter 1 includes an output unit including a switch circuit group 10, a coil L1, a capacitor C1, and a capacitor C2, and a control unit 11 that controls the output unit.
The switch circuit group 10 includes three switch circuits SW1, SW2, and SW3. For example, the switch circuit SW1 is a P-channel MOS transistor, and the switch circuits SW2 and SW3 are N-channel MOS transistors.

スイッチ回路SW1の第1端子(例えば、ソース端子)は、入力電圧Vinの供給される入力端子Piに接続されている。スイッチ回路SW1の第2端子(例えば、ドレイン端子)はスイッチ回路SW2の第1端子(例えば、ドレイン端子)に接続され、そのスイッチ回路SW2の第2端子(例えば、ソース端子)はグランドGNDに接続されている。   A first terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW1 is connected to an input terminal Pi to which an input voltage Vin is supplied. The second terminal (for example, drain terminal) of the switch circuit SW1 is connected to the first terminal (for example, drain terminal) of the switch circuit SW2, and the second terminal (for example, source terminal) of the switch circuit SW2 is connected to the ground GND. Has been.

スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2との間のノードN1は、スイッチ回路SW3の第1端子(例えば、ドレイン端子)に接続されている。スイッチ回路SW3の第2端子(例えば、ソース端子)は出力端子Po2に接続されている。この出力端子Po2はコンデンサC2の第1端子に接続され、そのコンデンサC2の第2端子はグランドGNDに接続されている。そして、出力端子Po2からコンデンサC2の両端電圧である出力電圧Vo2が負荷3に供給される。なお、コンデンサC2は、出力電圧Vo2を平滑化する平滑化回路に含まれる。   A node N1 between the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 is connected to a first terminal (for example, a drain terminal) of the switch circuit SW3. A second terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW3 is connected to the output terminal Po2. The output terminal Po2 is connected to the first terminal of the capacitor C2, and the second terminal of the capacitor C2 is connected to the ground GND. Then, an output voltage Vo2 that is a voltage across the capacitor C2 is supplied to the load 3 from the output terminal Po2. The capacitor C2 is included in a smoothing circuit that smoothes the output voltage Vo2.

スイッチ回路SW1の第2端子及びスイッチ回路SW2,SW3の第1端子が接続される上記ノードN1はコイルL1の第1端子に接続されている。コイルL1の第2端子は出力端子Po1に接続されている。この出力端子Po1はコンデンサC1の第1端子に接続され、そのコンデンサC1の第2端子はグランドGNDに接続されている。そして、出力端子Po1からコンデンサC1の両端電圧である出力電圧Vo1が負荷2に供給される。なお、コンデンサC1は、出力電圧Vo1を平滑化する平滑化回路に含まれる。   The node N1 to which the second terminal of the switch circuit SW1 and the first terminals of the switch circuits SW2 and SW3 are connected is connected to the first terminal of the coil L1. The second terminal of the coil L1 is connected to the output terminal Po1. The output terminal Po1 is connected to the first terminal of the capacitor C1, and the second terminal of the capacitor C1 is connected to the ground GND. Then, an output voltage Vo1 that is a voltage across the capacitor C1 is supplied to the load 2 from the output terminal Po1. The capacitor C1 is included in a smoothing circuit that smoothes the output voltage Vo1.

スイッチ回路SW1の制御端子(例えば、ゲート端子)には、制御部11から制御信号SG1が供給される。スイッチ回路SW2の制御端子(例えば、ゲート端子)には、制御部11から制御信号SG2が供給される。スイッチ回路SW3の制御端子(例えば、ゲート端子)には、制御部11から制御信号SG3が供給される。スイッチ回路SW1,SW2,SW3は、制御信号SG1,SG2,SG3にそれぞれ応答してオン・オフする。そして、スイッチ回路SW1又はスイッチ回路SW2とコイルL1を介して出力端子Po1から出力電圧Vo1及び出力電流Io1が出力され、スイッチ回路SW3を介して出力端子Po2から出力電圧Vo2及び出力電流Io2が出力される。これら出力端子Po1,Po2は、制御部11に接続されている。   A control signal SG1 is supplied from the control unit 11 to a control terminal (for example, a gate terminal) of the switch circuit SW1. A control signal SG2 is supplied from the control unit 11 to a control terminal (for example, a gate terminal) of the switch circuit SW2. A control signal SG3 is supplied from the control unit 11 to a control terminal (for example, a gate terminal) of the switch circuit SW3. The switch circuits SW1, SW2, SW3 are turned on / off in response to the control signals SG1, SG2, SG3, respectively. Then, the output voltage Vo1 and the output current Io1 are output from the output terminal Po1 via the switch circuit SW1 or the switch circuit SW2 and the coil L1, and the output voltage Vo2 and the output current Io2 are output from the output terminal Po2 via the switch circuit SW3. The These output terminals Po1 and Po2 are connected to the control unit 11.

制御部11は、第1制御部20と、第2制御部30と、発振器40と、ロジック回路50と、駆動回路60とを有している。
第1制御部20には、出力端子Po1が接続されており、その出力端子Po1に生成される出力電圧Vo1が供給される。第1制御部20は、出力電圧Vo1に基づいて、PWM信号S2を生成する。第1制御部20は、出力電圧Vo1を目標値に近づけるように、スイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御するPWM信号S2を生成する。例えば、第1制御部20は、出力電圧Vo1に基づいて、負荷2に所望の電力が供給されるように、スイッチ回路SW1のオン時間を調整する。具体的には、第1制御部20は、周波数(周期)が一定で、負荷2へ供給する電力に応じてパルス幅が変動するPWM信号S2を生成する。
The control unit 11 includes a first control unit 20, a second control unit 30, an oscillator 40, a logic circuit 50, and a drive circuit 60.
The first control unit 20 is connected to an output terminal Po1, and is supplied with an output voltage Vo1 generated at the output terminal Po1. The first control unit 20 generates the PWM signal S2 based on the output voltage Vo1. The first control unit 20 generates a PWM signal S2 that performs on / off control of the switch circuits SW1 to SW3 so that the output voltage Vo1 approaches the target value. For example, the first control unit 20 adjusts the ON time of the switch circuit SW1 so that desired power is supplied to the load 2 based on the output voltage Vo1. Specifically, the first control unit 20 generates a PWM signal S <b> 2 having a constant frequency (period) and a pulse width that varies according to the power supplied to the load 2.

第1制御部20は、帰還電圧生成回路21と、誤差増幅回路22と、PWM比較回路23とを有している。
帰還電圧生成回路21は、出力電圧Vo1に応じた帰還電圧VFB1を生成する。この帰還電圧生成回路21は、抵抗R1,R2を有している。具体的には、出力端子Po1が抵抗R1の第1端子に接続され、その抵抗R1の第2端子が抵抗R2の第1端子に接続されている。また、抵抗R2の第2端子がグランドGNDに接続されている。そして、これら抵抗R1,R2間のノードN2が誤差増幅回路22の反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗R1,R2は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vo1を分圧した帰還電圧VFB1をノードN2に生成する。この帰還電圧VFB1の値は、抵抗R1,R2の抵抗値の比と、出力電圧Vo1とグランドGNDとの電位差に対応する。このため、抵抗R1,R2は、出力電圧Vo1に比例した帰還電圧VFB1を生成することになる。そして、この帰還電圧VFB1が誤差増幅回路22の反転入力端子に供給される。
The first control unit 20 includes a feedback voltage generation circuit 21, an error amplification circuit 22, and a PWM comparison circuit 23.
The feedback voltage generation circuit 21 generates a feedback voltage VFB1 corresponding to the output voltage Vo1. The feedback voltage generation circuit 21 has resistors R1 and R2. Specifically, the output terminal Po1 is connected to the first terminal of the resistor R1, and the second terminal of the resistor R1 is connected to the first terminal of the resistor R2. The second terminal of the resistor R2 is connected to the ground GND. A node N2 between the resistors R1 and R2 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 22. Here, the resistors R1 and R2 generate a feedback voltage VFB1 obtained by dividing the output voltage Vo1 at the node N2 according to the respective resistance values. The value of the feedback voltage VFB1 corresponds to the ratio of the resistance values of the resistors R1 and R2 and the potential difference between the output voltage Vo1 and the ground GND. Therefore, the resistors R1 and R2 generate a feedback voltage VFB1 that is proportional to the output voltage Vo1. The feedback voltage VFB1 is supplied to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 22.

誤差増幅回路22の非反転入力端子には、基準電源E1にて生成される基準電圧Vrが供給される。この誤差増幅回路22は、帰還電圧VFB1と基準電圧Vrとを比較し、両電圧の差電圧を増幅した誤差信号S1をPWM比較回路23に出力する。   A reference voltage Vr generated by the reference power supply E1 is supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 22. The error amplifier circuit 22 compares the feedback voltage VFB1 with the reference voltage Vr, and outputs an error signal S1 obtained by amplifying the difference voltage between the two voltages to the PWM comparator circuit 23.

PWM比較回路23の非反転入力端子には、誤差増幅回路22から誤差信号S1が供給される。PWM比較回路23の反転入力端子には、発振器40から所定の周期T(第1周期)を有する周期信号CKが供給される。この周期信号CKは、例えば鋸歯状波信号(基準値から所定の立ち上がり特性で上昇し、リセットにより基準値に急速低下する鋸歯状波形の信号)である。   The error signal S <b> 1 is supplied from the error amplifier circuit 22 to the non-inverting input terminal of the PWM comparison circuit 23. A periodic signal CK having a predetermined period T (first period) is supplied from the oscillator 40 to the inverting input terminal of the PWM comparison circuit 23. The periodic signal CK is, for example, a sawtooth wave signal (a sawtooth waveform signal that rises from a reference value with a predetermined rising characteristic and rapidly drops to a reference value upon reset).

PWM比較回路23は、誤差信号S1と周期信号CKとを比較する。そして、PWM比較回路23は、誤差信号S1よりも周期信号CKのレベルが高くなるときにはLレベル(例えば、グランドGNDレベル)のPWM信号S2を生成し、誤差信号S1よりも周期信号CKのレベルが低くなるときにはHレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)のPWM信号S2を生成する。このPWM信号S2は、上記周期Tと同一の周期を有する。そして、PWM信号S2は、ロジック回路50に供給される。   The PWM comparison circuit 23 compares the error signal S1 with the periodic signal CK. When the level of the periodic signal CK is higher than that of the error signal S1, the PWM comparison circuit 23 generates the PWM signal S2 of L level (for example, the ground GND level), and the level of the periodic signal CK is higher than that of the error signal S1. When it becomes low, a PWM signal S2 of H level (for example, input voltage Vin level) is generated. The PWM signal S2 has the same cycle as the cycle T. Then, the PWM signal S <b> 2 is supplied to the logic circuit 50.

第2制御部30には、出力端子Po2が接続されており、その出力端子Po2に生成される出力電圧Vo2が供給される。第2制御部30は、出力電圧Vo2に基づいて、PWM信号S4を生成する。第2制御部30は、出力電圧Vo2を目標値に近づけるように、スイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御するPWM信号S4を生成する。例えば、第2制御部30は、出力電圧Vo2に基づいて、負荷3に所望の電力が供給されるように、スイッチ回路SW3のオン時間を調整する。具体的には、第2制御部30は、周波数(周期)が一定で、負荷3へ供給する電力に応じてパルス幅が変動するPWM信号S4を生成する。   An output terminal Po2 is connected to the second control unit 30, and an output voltage Vo2 generated at the output terminal Po2 is supplied. The second control unit 30 generates the PWM signal S4 based on the output voltage Vo2. The second control unit 30 generates a PWM signal S4 that performs on / off control of the switch circuits SW1 to SW3 so that the output voltage Vo2 approaches the target value. For example, the second control unit 30 adjusts the ON time of the switch circuit SW3 so that desired power is supplied to the load 3 based on the output voltage Vo2. Specifically, the second control unit 30 generates a PWM signal S4 having a constant frequency (period) and a pulse width that varies according to the power supplied to the load 3.

第2制御部30は、帰還電圧生成回路31と、誤差増幅回路32と、PWM比較回路33とを有している。
帰還電圧生成回路31は、出力電圧Vo2に応じた帰還電圧VFB2を生成する。この帰還電圧生成回路31は、抵抗R3,R4を有している。具体的には、出力端子Po2が抵抗R3の第1端子に接続され、その抵抗R3の第2端子が抵抗R4の第1端子に接続されている。また、抵抗R4の第2端子が基準電源E1のプラス側端子に接続されている。そして、これら抵抗R3,R4間のノードN3が誤差増幅回路32の反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗R3,R4は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vo2を分圧した帰還電圧VFB2をノードN3に生成する。この帰還電圧VFB2の値は、抵抗R3,R4の抵抗値の比と、出力電圧Vo2と基準電源E1にて生成される基準電圧Vrとの電位差に対応する。そして、この帰還電圧VFB2が誤差増幅回路22の非反転入力端子に供給される。
The second control unit 30 includes a feedback voltage generation circuit 31, an error amplification circuit 32, and a PWM comparison circuit 33.
The feedback voltage generation circuit 31 generates a feedback voltage VFB2 corresponding to the output voltage Vo2. The feedback voltage generation circuit 31 has resistors R3 and R4. Specifically, the output terminal Po2 is connected to the first terminal of the resistor R3, and the second terminal of the resistor R3 is connected to the first terminal of the resistor R4. The second terminal of the resistor R4 is connected to the plus side terminal of the reference power supply E1. A node N3 between the resistors R3 and R4 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 32. Here, the resistors R3 and R4 generate a feedback voltage VFB2 obtained by dividing the output voltage Vo2 at the node N3 according to the respective resistance values. The value of the feedback voltage VFB2 corresponds to the ratio between the resistance values of the resistors R3 and R4 and the potential difference between the output voltage Vo2 and the reference voltage Vr generated by the reference power supply E1. The feedback voltage VFB2 is supplied to the non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 22.

誤差増幅回路32の非反転入力端子には、グランドGNDが接続されている。この誤差増幅回路32は、帰還電圧VFB2とグランド電位とを比較し、両電圧の差電圧を増幅した誤差信号S3をPWM比較回路33に出力する。   The ground GND is connected to the non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 32. The error amplification circuit 32 compares the feedback voltage VFB2 with the ground potential, and outputs an error signal S3 obtained by amplifying the difference voltage between the two voltages to the PWM comparison circuit 33.

PWM比較回路33の非反転入力端子には、誤差増幅回路32から誤差信号S3が供給される。PWM比較回路33の反転入力端子には、発振器40から周期信号CKが供給される。   The error signal S3 is supplied from the error amplification circuit 32 to the non-inverting input terminal of the PWM comparison circuit 33. The periodic signal CK is supplied from the oscillator 40 to the inverting input terminal of the PWM comparison circuit 33.

PWM比較回路33は、誤差信号S3と周期信号CKとを比較する。そして、PWM比較回路33は、誤差信号S3よりも周期信号CKのレベルが高くなるときにはLレベルのPWM信号S4を生成し、誤差信号S3よりも周期信号CKのレベルが低くなるときにはHレベルのPWM信号S4を生成する。このPWM信号S4は、PWM信号S2と同一の周期(周波数)を有する。すなわち、PWM信号S4は、上記周期Tと同一の周期を有する。さらに、PWM信号S4は、PWM信号S2に同期した信号である。そして、PWM信号S4は、ロジック回路50に供給される。   The PWM comparison circuit 33 compares the error signal S3 with the periodic signal CK. The PWM comparison circuit 33 generates an L level PWM signal S4 when the level of the periodic signal CK is higher than the error signal S3, and when the level of the periodic signal CK is lower than the error signal S3, A signal S4 is generated. The PWM signal S4 has the same cycle (frequency) as the PWM signal S2. That is, the PWM signal S4 has the same cycle as the cycle T. Furthermore, the PWM signal S4 is a signal synchronized with the PWM signal S2. Then, the PWM signal S4 is supplied to the logic circuit 50.

ロジック回路50は、インバータ回路51,52と、ノア回路53,54とを有している。また、駆動回路60は、オア回路61と、インバータ回路62,63と、アンド回路64,65と、ドライバ回路66〜68とを有している。なお、オア回路61と、インバータ回路62,63と、アンド回路64,65とは、貫通防止回路(Anti-shoot through:AST)として機能する。   The logic circuit 50 includes inverter circuits 51 and 52 and NOR circuits 53 and 54. The drive circuit 60 includes an OR circuit 61, inverter circuits 62 and 63, AND circuits 64 and 65, and driver circuits 66 to 68. The OR circuit 61, the inverter circuits 62 and 63, and the AND circuits 64 and 65 function as an anti-shoot-through circuit (AST).

PWM信号S2は、インバータ回路51とノア回路53,54とに供給される。インバータ回路51は、PWM信号S2を論理反転した出力信号S5を駆動回路60内のオア回路61に出力する。ノア回路53は、PWM信号S2とPWM信号S4とを否定論理和演算した結果を持つ出力信号S6を駆動回路60内のアンド回路64に出力する。   The PWM signal S2 is supplied to the inverter circuit 51 and the NOR circuits 53 and 54. The inverter circuit 51 outputs an output signal S5 obtained by logically inverting the PWM signal S2 to the OR circuit 61 in the drive circuit 60. The NOR circuit 53 outputs an output signal S6 having a result obtained by performing a NOR operation on the PWM signal S2 and the PWM signal S4 to the AND circuit 64 in the drive circuit 60.

インバータ回路52は、PWM信号S4を論理反転した出力信号をノア回路54に出力する。ノア回路54は、PWM信号S2とインバータ回路52の出力信号とを否定論理和演算した結果を持つ出力信号S7を駆動回路60内のアンド回路65に出力する。   The inverter circuit 52 outputs an output signal obtained by logically inverting the PWM signal S4 to the NOR circuit 54. The NOR circuit 54 outputs to the AND circuit 65 in the drive circuit 60 an output signal S7 having a result obtained by performing a negative OR operation on the PWM signal S2 and the output signal of the inverter circuit 52.

このようなロジック回路50では、HレベルのPWM信号S2に応答して、PWM信号S4の信号レベルに関わらず、Lレベルの出力信号S5〜S7が生成される。また、ロジック回路50では、LレベルのPWM信号S2が入力されると、そのPWM信号S2に応答してHレベルの出力信号S5が生成されるとともに、PWM信号S4の反転レベルとなる出力信号S6が生成され、PWM信号S4と同等の信号レベルとなる出力信号S7が生成される。例えば、LレベルのPWM信号S2が入力されるロジック回路50では、HレベルのPWM信号S4に応答してLレベルの出力信号S6及びHレベルの出力信号S7が生成され、LレベルのPWM信号S4に応答してHレベルの出力信号S6及びLレベルの出力信号S7が生成される。   In such a logic circuit 50, L level output signals S5 to S7 are generated in response to the H level PWM signal S2, regardless of the signal level of the PWM signal S4. Further, in the logic circuit 50, when an L level PWM signal S2 is input, an H level output signal S5 is generated in response to the PWM signal S2, and an output signal S6 which is an inverted level of the PWM signal S4. Is generated, and an output signal S7 having a signal level equivalent to that of the PWM signal S4 is generated. For example, in the logic circuit 50 to which the L level PWM signal S2 is input, the L level output signal S6 and the H level output signal S7 are generated in response to the H level PWM signal S4, and the L level PWM signal S4 is generated. In response to this, an H level output signal S6 and an L level output signal S7 are generated.

上記駆動回路60内のドライバ回路66,67,68はそれぞれ制御信号SG1,SG2,SG3を出力する。オア回路61には、上記インバータ回路51の出力信号S5と、制御信号SG2と、制御信号SG3とが供給される。オア回路61は、出力信号S5と制御信号SG2と制御信号SG3とを論理和演算した結果を持つ出力信号S8をドライバ回路66に出力する。   The driver circuits 66, 67, 68 in the drive circuit 60 output control signals SG1, SG2, SG3, respectively. The OR circuit 61 is supplied with the output signal S5 of the inverter circuit 51, the control signal SG2, and the control signal SG3. The OR circuit 61 outputs to the driver circuit 66 an output signal S8 having a result obtained by performing an OR operation on the output signal S5, the control signal SG2, and the control signal SG3.

ドライバ回路66の出力端子は、スイッチ回路SW1の制御端子に接続されている。例えば、ドライバ回路66は、Hレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の出力信号S8に応答してHレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の制御信号SG1をスイッチ回路SW1に出力する。また、ドライバ回路66は、Lレベル(例えば、グランドGNDレベル)の出力信号S8に応答してLレベル(例えば、グランドGNDレベル)の制御信号SG1をスイッチ回路SW1に出力する。なお、スイッチ回路SW1は、Lレベルの制御信号SG1に応答してオンし、Hレベルの制御信号SG1に応答してオフする。   The output terminal of the driver circuit 66 is connected to the control terminal of the switch circuit SW1. For example, the driver circuit 66 outputs a control signal SG1 of H level (for example, input voltage Vin level) to the switch circuit SW1 in response to the output signal S8 of H level (for example, input voltage Vin level). The driver circuit 66 outputs a control signal SG1 of L level (for example, ground GND level) to the switch circuit SW1 in response to the output signal S8 of L level (for example, ground GND level). The switch circuit SW1 is turned on in response to the L level control signal SG1, and turned off in response to the H level control signal SG1.

アンド回路64には、上記ノア回路53の出力信号S6と制御信号SG1とが供給されるとともに、制御信号SG3がインバータ回路62を介して供給される。アンド回路64は、出力信号S6と制御信号SG1とインバータ回路62の出力信号(制御信号SG1の反転信号)とを論理積演算した結果を持つ出力信号S9をドライバ回路67に出力する。   The AND circuit 64 is supplied with the output signal S6 of the NOR circuit 53 and the control signal SG1, and is also supplied with the control signal SG3 via the inverter circuit 62. The AND circuit 64 outputs to the driver circuit 67 an output signal S9 having a result obtained by ANDing the output signal S6, the control signal SG1, and the output signal of the inverter circuit 62 (inverted signal of the control signal SG1).

ドライバ回路67の出力端子は、スイッチ回路SW2の制御端子に接続されている。例えば、ドライバ回路67は、Hレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の出力信号S9に応答してHレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の制御信号SG2をスイッチ回路SW2に出力する。また、ドライバ回路67は、Lレベル(例えば、グランドGNDレベル)の出力信号S9に応答してLレベル(例えば、グランドGNDレベル)の制御信号SG2をスイッチ回路SW2に出力する。なお、スイッチ回路SW2は、Hレベルの制御信号SG2に応答してオンし、Lレベルの制御信号SG2に応答してオフする。   The output terminal of the driver circuit 67 is connected to the control terminal of the switch circuit SW2. For example, the driver circuit 67 outputs a control signal SG2 of H level (for example, input voltage Vin level) to the switch circuit SW2 in response to the output signal S9 of H level (for example, input voltage Vin level). In addition, the driver circuit 67 outputs an L level (for example, ground GND level) control signal SG2 to the switch circuit SW2 in response to an L level (for example, ground GND level) output signal S9. The switch circuit SW2 is turned on in response to the H level control signal SG2, and turned off in response to the L level control signal SG2.

アンド回路65には、上記ノア回路54の出力信号S7と制御信号SG1とが供給されるとともに、制御信号SG2がインバータ回路63を介して供給される。アンド回路65は、出力信号S7と制御信号SG1とインバータ回路63の出力信号(制御信号SG2の反転信号)とを論理積演算した結果を持つ出力信号S10をドライバ回路68に出力する。   The AND circuit 65 is supplied with the output signal S7 of the NOR circuit 54 and the control signal SG1, and also supplied with the control signal SG2 via the inverter circuit 63. The AND circuit 65 outputs to the driver circuit 68 an output signal S10 having a result obtained by ANDing the output signal S7, the control signal SG1, and the output signal of the inverter circuit 63 (inverted signal of the control signal SG2).

ドライバ回路68の出力端子は、スイッチ回路SW3の制御端子に接続されている。例えば、ドライバ回路68は、Hレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の出力信号S10に応答してHレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の制御信号SG3をスイッチ回路SW3に出力する。また、ドライバ回路68は、Lレベル(例えば、グランドGNDレベル)の出力信号S10に応答してLレベル(例えば、グランドGNDレベル)の制御信号SG3をスイッチ回路SW3に出力する。なお、スイッチ回路SW3は、Hレベルの制御信号SG3に応答してオンし、Lレベルの制御信号SG3に応答してオフする。   The output terminal of the driver circuit 68 is connected to the control terminal of the switch circuit SW3. For example, the driver circuit 68 outputs a control signal SG3 of H level (for example, input voltage Vin level) to the switch circuit SW3 in response to an output signal S10 of H level (for example, input voltage Vin level). Further, the driver circuit 68 outputs an L level (for example, ground GND level) control signal SG3 to the switch circuit SW3 in response to an L level (for example, ground GND level) output signal S10. The switch circuit SW3 is turned on in response to the H level control signal SG3 and turned off in response to the L level control signal SG3.

このような駆動回路60では、Lレベルの出力信号S5に応答してスイッチ回路SW1をオンするLレベルの制御信号SG1が生成され、Hレベルの出力信号S5に応答してスイッチ回路SW1をオフするHレベルの制御信号SG1が生成される。また、駆動回路60では、Hレベルの出力信号S6に応答してスイッチ回路SW2をオンするHレベルの制御信号SG2が生成され、Lレベルの出力信号S6に応答してスイッチ回路SW2をオフするLレベルの制御信号SG2が生成される。また、駆動回路60では、Hレベルの出力信号S7に応答してスイッチ回路SW3をオンするHレベルの制御信号SG3が生成され、Lレベルの出力信号S7に応答してスイッチ回路SW3をオフするLレベルの制御信号SG3が生成される。但し、駆動回路60は、制御信号SG2,SG3のいずれか一方がHレベルである場合、つまりスイッチ回路SW2,SW3のいずれか一方がオン状態である場合には、出力信号S5がLレベルであっても、スイッチ回路SW1をオフするHレベルの制御信号SG1を生成する。また、駆動回路60は、制御信号SG1がLレベル又は制御信号SG3がHレベルである場合、つまりスイッチ回路SW1,SW3のいずれか一方がオン状態である場合には、出力信号S6がHレベルであっても、スイッチ回路SW2をオフするLレベルの制御信号SG2を生成する。また、駆動回路60は、制御信号SG1がLレベル又は制御信号SG2がHレベルである場合、つまりスイッチ回路SW1,SW2のいずれか一方がオン状態である場合には、出力信号S7がHレベルであっても、スイッチ回路SW3をオフするLレベルの制御信号SG3を生成する。このように、駆動回路60は、スイッチ回路SW1〜SW3のうち2つ以上のスイッチ回路が同時にオンしないように、制御信号SG1〜SG3を生成する。   In such a drive circuit 60, an L level control signal SG1 for turning on the switch circuit SW1 is generated in response to the L level output signal S5, and the switch circuit SW1 is turned off in response to the H level output signal S5. An H level control signal SG1 is generated. The drive circuit 60 generates an H level control signal SG2 that turns on the switch circuit SW2 in response to the H level output signal S6, and turns off the switch circuit SW2 in response to the L level output signal S6. A level control signal SG2 is generated. In the drive circuit 60, an H level control signal SG3 for turning on the switch circuit SW3 is generated in response to the H level output signal S7, and an L level for turning off the switch circuit SW3 in response to the L level output signal S7. A level control signal SG3 is generated. However, when either one of the control signals SG2 and SG3 is at the H level, that is, when one of the switch circuits SW2 and SW3 is in the ON state, the drive circuit 60 has the output signal S5 at the L level. However, the control signal SG1 at H level for turning off the switch circuit SW1 is generated. Further, when the control signal SG1 is at the L level or the control signal SG3 is at the H level, that is, when one of the switch circuits SW1 and SW3 is in the ON state, the drive circuit 60 has the output signal S6 at the H level. Even if it exists, the L level control signal SG2 for turning off the switch circuit SW2 is generated. Further, when the control signal SG1 is at the L level or the control signal SG2 is at the H level, that is, when one of the switch circuits SW1 and SW2 is in the ON state, the drive circuit 60 has the output signal S7 at the H level. Even if it exists, the L-level control signal SG3 for turning off the switch circuit SW3 is generated. As described above, the drive circuit 60 generates the control signals SG1 to SG3 so that two or more of the switch circuits SW1 to SW3 are not turned on at the same time.

なお、本実施形態において、DC−DCコンバータ1が電源装置及び電源の一例、制御部11が制御部及び制御回路の一例、スイッチ回路SW1が第1スイッチ回路の一例、スイッチ回路SW2が第2スイッチ回路の一例、スイッチ回路SW3が第3スイッチ回路の一例である。出力端子Po1が第1出力端子の一例、出力端子Po2が第2出力端子の一例、グランドGNDが電源線の一例、PWM信号S2が第1制御信号の一例、PWM信号S4が第2制御信号の一例、出力電圧Vo1が第1出力電圧の一例、出力電圧Vo2が第2出力電圧の一例である。   In this embodiment, the DC-DC converter 1 is an example of a power supply device and a power supply, the control unit 11 is an example of a control unit and a control circuit, the switch circuit SW1 is an example of a first switch circuit, and the switch circuit SW2 is a second switch. An example of the circuit, the switch circuit SW3, is an example of the third switch circuit. The output terminal Po1 is an example of the first output terminal, the output terminal Po2 is an example of the second output terminal, the ground GND is an example of the power supply line, the PWM signal S2 is an example of the first control signal, and the PWM signal S4 is the second control signal. For example, the output voltage Vo1 is an example of a first output voltage, and the output voltage Vo2 is an example of a second output voltage.

次に、図2〜図4を参照して上記DC−DCコンバータ1の動作を説明する。なお、図2及び図4において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。   Next, the operation of the DC-DC converter 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 4, the vertical axis and the horizontal axis are enlarged or reduced as appropriate for the sake of brevity.

図2に示した時刻t1において、周期信号CKが一定の周期Tで基準値にリセットされると、その周期信号CKのレベルが誤差信号S1,S3よりも低くなる。すると、PWM比較回路23からHレベルのPWM信号S2が出力され、PWM比較回路33からHレベルのPWM信号S4が出力される。HレベルのPWM信号S2に応答して、Lレベルの出力信号S5〜S7が生成され、Lレベルの制御信号SG1〜SG3が生成される。これらLレベルの制御信号SG1〜SG3に応答して、スイッチ回路SW1がオンされ、スイッチ回路SW2,SW3がオフされる。   When the periodic signal CK is reset to the reference value at a constant period T at time t1 shown in FIG. 2, the level of the periodic signal CK becomes lower than the error signals S1 and S3. Then, the PWM comparison circuit 23 outputs an H level PWM signal S2, and the PWM comparison circuit 33 outputs an H level PWM signal S4. In response to the H level PWM signal S2, L level output signals S5 to S7 are generated, and L level control signals SG1 to SG3 are generated. In response to these L level control signals SG1 to SG3, the switch circuit SW1 is turned on and the switch circuits SW2 and SW3 are turned off.

すると、図3(a)に示すように、コイルL1の第1端子がスイッチ回路SW1を通じて入力端子Piに接続され、コイルL1の第2端子が出力端子Po1に接続される。すなわち、コイルL1を介して入力端子Piと出力端子Po1とが接続される。このため、入力端子PiからコイルL1を通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2の時刻t1から時刻t2までの第1の期間P1では、入力電圧Vinと出力電圧Vo1との電位差に応じたコイル電流ILがコイルL1に流れ、コイルL1にエネルギーが蓄積される。この第1の期間P1では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで増加する。具体的には、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加傾きm1は、入力電圧Vin及び出力電圧Vo1の電圧値をそれぞれVin,Vo1とし、コイルL1のインダクタンス値をL1とすると、   Then, as shown in FIG. 3A, the first terminal of the coil L1 is connected to the input terminal Pi through the switch circuit SW1, and the second terminal of the coil L1 is connected to the output terminal Po1. That is, the input terminal Pi and the output terminal Po1 are connected via the coil L1. For this reason, a current path from the input terminal Pi to the output terminal Po1 through the coil L1 is formed. During this connection state, specifically, in the first period P1 from time t1 to time t2 in FIG. 2, the coil current IL corresponding to the potential difference between the input voltage Vin and the output voltage Vo1 flows to the coil L1, and the coil Energy is stored in L1. In the first period P1, the coil current IL increases with a predetermined slope as time passes. Specifically, the increasing slope m1 of the coil current IL in the first period P1 is that the voltage values of the input voltage Vin and the output voltage Vo1 are Vin and Vo1, respectively, and the inductance value of the coil L1 is L1.

となる。すなわち、第1の期間P1におけるコイル電流ILは、入力電圧Vinと出力電圧Vo1との電位差に比例して増加する。 It becomes. That is, the coil current IL in the first period P1 increases in proportion to the potential difference between the input voltage Vin and the output voltage Vo1.

次に、時刻t1から所定の立ち上がり特性で徐々に上昇する周期信号CKのレベルが誤差信号S1よりも高くなると(時刻t2参照)、PWM比較回路23から出力されるPWM信号S2がHレベルからLレベルに遷移する。このLレベルのPWM信号S2及び上記HレベルのPWM信号S4に応答して、Hレベルの出力信号S5、Lレベルの出力信号S6及びHレベルの出力信号S7が生成される。これら出力信号S5〜S7に応答して、Hレベルの制御信号SG1、Lレベルの制御信号SG2及びHレベルの制御信号SG3が生成される。そして、Hレベルの制御信号SG1及びLレベルの制御信号SG2にそれぞれ応答してスイッチ回路SW1,SW2がオフされ、Hレベルの制御信号SG3に応答してスイッチ回路SW3がオンされる。   Next, when the level of the periodic signal CK that gradually increases with a predetermined rising characteristic from time t1 becomes higher than the error signal S1 (see time t2), the PWM signal S2 output from the PWM comparison circuit 23 changes from H level to L. Transition to level. In response to the L level PWM signal S2 and the H level PWM signal S4, an H level output signal S5, an L level output signal S6, and an H level output signal S7 are generated. In response to these output signals S5 to S7, an H level control signal SG1, an L level control signal SG2, and an H level control signal SG3 are generated. Then, the switch circuits SW1 and SW2 are turned off in response to the H level control signal SG1 and the L level control signal SG2, respectively, and the switch circuit SW3 is turned on in response to the H level control signal SG3.

すると、図3(b)に示すように、コイルL1の第1端子がスイッチ回路SW3を通じて出力端子Po2に接続され、コイルL1の第2端子が出力端子Po1に接続される。すなわち、コイルL1を介して出力端子Po2と出力端子Po1とが接続される。このため、出力端子Po2からコイルL1を通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2の時刻t2から時刻t3までの第2の期間P2では、出力電圧Vo1と出力電圧Vo2との電位差に応じたコイル電流ILが2つの出力端子Po1,Po2に供給される。このとき、コンデンサC2からコンデンサC1に向かってコイル電流ILが流れるため、出力電圧Vo2がマイナス電源になる。また、この第2の期間P2では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第2の期間P2におけるコイル電流ILの減少傾きm2は、出力電圧Vo2の電圧値をVo2とすると、   Then, as shown in FIG. 3B, the first terminal of the coil L1 is connected to the output terminal Po2 through the switch circuit SW3, and the second terminal of the coil L1 is connected to the output terminal Po1. That is, the output terminal Po2 and the output terminal Po1 are connected via the coil L1. For this reason, a current path from the output terminal Po2 to the output terminal Po1 through the coil L1 is formed. During this connection state, specifically, in the second period P2 from time t2 to time t3 in FIG. 2, the coil current IL corresponding to the potential difference between the output voltage Vo1 and the output voltage Vo2 is applied to the two output terminals Po1, Supplied to Po2. At this time, since the coil current IL flows from the capacitor C2 toward the capacitor C1, the output voltage Vo2 becomes a negative power source. In the second period P2, the coil current IL decreases with a predetermined slope as time passes. Specifically, the decrease slope m2 of the coil current IL in the second period P2 is expressed as follows when the voltage value of the output voltage Vo2 is Vo2.

となる。すなわち、第2の期間P2におけるコイル電流ILは、出力電圧Vo1と出力電圧Vo2との電位差に比例して減少する。 It becomes. That is, the coil current IL in the second period P2 decreases in proportion to the potential difference between the output voltage Vo1 and the output voltage Vo2.

続いて、上記周期信号CKのレベルが誤差信号S3よりも高くなると(時刻t3参照)、PWM比較回路33から出力されるPWM信号S4がHレベルからLレベルに遷移する。このLレベルのPWM信号S4及び上記LレベルのPWM信号S2に応答して、Hレベルの出力信号S5、Hレベルの出力信号S6及びLレベルの出力信号S7が生成される。これら出力信号S5〜S7に応答して、Hレベルの制御信号SG1、Hレベルの制御信号SG2及びLレベルの制御信号SG3が生成される。そして、Hレベルの制御信号SG1及びLレベルの制御信号SG3にそれぞれ応答してスイッチ回路SW1,SW3がオフされ、Hレベルの制御信号SG2に応答してスイッチ回路SW2がオンされる。   Subsequently, when the level of the periodic signal CK becomes higher than the error signal S3 (see time t3), the PWM signal S4 output from the PWM comparison circuit 33 changes from the H level to the L level. In response to the L level PWM signal S4 and the L level PWM signal S2, an H level output signal S5, an H level output signal S6, and an L level output signal S7 are generated. In response to these output signals S5 to S7, an H level control signal SG1, an H level control signal SG2, and an L level control signal SG3 are generated. The switch circuits SW1 and SW3 are turned off in response to the H level control signal SG1 and the L level control signal SG3, respectively, and the switch circuit SW2 is turned on in response to the H level control signal SG2.

すると、図3(c)に示すように、コイルL1の第1端子がスイッチ回路SW2を通じてグランドGNDに接続され、コイルL1の第2端子が出力端子Po1に接続される。すなわち、コイルL1を介してグランドGNDと出力端子Po1とが接続される。このため、グランドGNDからコイルL1を通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2の時刻t3から時刻t4までの第3の期間P3では、上記第1の期間P1でコイルL1に蓄えられたエネルギーが出力端子Po1に向けて放出され、コイルL1に誘導電流が流れる。この第3の期間P3では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少傾きm3は、   Then, as shown in FIG. 3C, the first terminal of the coil L1 is connected to the ground GND through the switch circuit SW2, and the second terminal of the coil L1 is connected to the output terminal Po1. That is, the ground GND and the output terminal Po1 are connected via the coil L1. For this reason, a current path from the ground GND to the output terminal Po1 through the coil L1 is formed. During this connection state, specifically, in the third period P3 from time t3 to time t4 in FIG. 2, the energy stored in the coil L1 in the first period P1 is released toward the output terminal Po1. An induced current flows through the coil L1. In the third period P3, the coil current IL decreases with a predetermined slope as time passes. Specifically, the decreasing slope m3 of the coil current IL in the third period P3 is

となる。すなわち、第3の期間P3におけるコイル電流ILは、出力電圧Vo1に比例して減少する。 It becomes. That is, the coil current IL in the third period P3 decreases in proportion to the output voltage Vo1.

その後、周期信号CKが一定の周期Tで基準値に再度リセットされると(時刻t4参照)、スイッチ回路SW1がオンされるとともに、スイッチ回路SW2,SW3がオフされる。これにより、次の周期Tが開始され、その周期Tにおいて、第1の期間P1、第2の期間P2及び第3の期間P3がこの順番で実行される。   Thereafter, when the periodic signal CK is reset to the reference value again at a constant period T (see time t4), the switch circuit SW1 is turned on and the switch circuits SW2 and SW3 are turned off. Thereby, the next period T is started, and in the period T, the first period P1, the second period P2, and the third period P3 are executed in this order.

ここで、各周期T(第1の期間P1〜第3の期間P3)におけるコイル電流ILの平均値が負荷2に供給される出力電流Io1となる。また、スイッチ回路SW3がオンしている期間(第2の期間P2)におけるコイル電流ILの電流量の総量を周期Tで平均した平均値が負荷3に供給される出力電流Io2となる。   Here, the average value of the coil current IL in each cycle T (the first period P1 to the third period P3) is the output current Io1 supplied to the load 2. Further, an average value obtained by averaging the total amount of the coil current IL in the period T during which the switch circuit SW3 is on (second period P2) is the output current Io2 supplied to the load 3.

次に、第1制御部20及び第2制御部30によるフィードバック制御について詳述する。まず、第1制御部20によるフィードバック制御について説明する。
上述した各周期Tにおける一連の動作において、出力電圧Vo1が目標電圧よりも高くなると、つまり帰還電圧VFB1が基準電圧Vrよりも高くなると、誤差増幅回路22から出力される誤差信号S1が低下する。すると、PWM信号S2のHレベルのパルス幅が短くなり、制御信号SG1のLレベルのパルス幅が短くなる。このため、スイッチ回路SW1のオン時間、つまりコイルL1にエネルギーを蓄積する第1の期間P1の時間幅が短くなる。これにより、第1の期間P1においてコイルL1に流れるコイル電流ILの電流量が減少し、コイルL1に蓄積されるエネルギーが減少する。これに伴って、第2の期間P2及び第3の期間P3においてコイルL1から出力端子Po1に向けて放出されるエネルギーが減少する。したがって、コンデンサC1に供給されるコイル電流ILの電流量が減少するため、出力電圧Vo1が低くなる。
Next, feedback control by the first control unit 20 and the second control unit 30 will be described in detail. First, feedback control by the first control unit 20 will be described.
In the series of operations in each cycle T described above, when the output voltage Vo1 becomes higher than the target voltage, that is, when the feedback voltage VFB1 becomes higher than the reference voltage Vr, the error signal S1 output from the error amplifier circuit 22 decreases. Then, the H-level pulse width of the PWM signal S2 is shortened, and the L-level pulse width of the control signal SG1 is shortened. For this reason, the ON time of the switch circuit SW1, that is, the time width of the first period P1 in which energy is stored in the coil L1 is shortened. As a result, the amount of coil current IL flowing through the coil L1 in the first period P1 decreases, and the energy accumulated in the coil L1 decreases. Accordingly, the energy released from the coil L1 toward the output terminal Po1 in the second period P2 and the third period P3 decreases. Therefore, the amount of coil current IL supplied to the capacitor C1 decreases, and the output voltage Vo1 becomes low.

反対に、出力電圧Vo1が目標電圧よりも低くなると、つまり帰還電圧VFB1が基準電圧Vrよりも低くなると、誤差増幅回路22から出力される誤差信号S1が上昇する。すると、PWM信号S2のHレベルのパルス幅が長くなり、コイルL1にエネルギーを蓄積する第1の期間P1の時間幅が長くなる。これにより、第1の期間P1においてコイルL1に流れるコイル電流ILの電流量が増加し、コイルL1に蓄積されるエネルギーが増加する。これに伴って、第2の期間P2及び第3の期間P3においてコイルL1から出力端子Po1に向けて放出されるエネルギーが増加する。したがって、コンデンサC1に供給されるコイル電流ILの電流量が増加するため、出力電圧Vo1が高くなる。このような動作により、出力電圧Vo1が基準電圧Vr及び抵抗R1,R2に基づく目標電圧(一定値)に維持される。   On the other hand, when the output voltage Vo1 becomes lower than the target voltage, that is, when the feedback voltage VFB1 becomes lower than the reference voltage Vr, the error signal S1 output from the error amplifier circuit 22 increases. Then, the H-level pulse width of the PWM signal S2 becomes longer, and the time width of the first period P1 in which energy is stored in the coil L1 becomes longer. As a result, the amount of coil current IL flowing through the coil L1 in the first period P1 increases, and the energy accumulated in the coil L1 increases. Along with this, energy released from the coil L1 toward the output terminal Po1 in the second period P2 and the third period P3 increases. Therefore, since the amount of coil current IL supplied to the capacitor C1 increases, the output voltage Vo1 increases. By such an operation, the output voltage Vo1 is maintained at a target voltage (a constant value) based on the reference voltage Vr and the resistors R1 and R2.

このように、第1制御部20では、出力電圧Vo1に基づいて、出力電圧Vo1が基準電圧Vr及び抵抗R1,R2に基づく目標電圧に近づくように、スイッチ回路SW1のオン時間が制御される。換言すると、第1制御部20では、出力電圧Vo1に基づいて、第2の期間P2及び第3の期間P3で負荷2に供給する所望の電流、つまり出力電流Io1が流れるように、各周期Tにおけるコイル電流ILの電流量の総量が制御される。   As described above, in the first control unit 20, the ON time of the switch circuit SW1 is controlled based on the output voltage Vo1 so that the output voltage Vo1 approaches the target voltage based on the reference voltage Vr and the resistors R1 and R2. In other words, in the first control unit 20, each cycle T is set so that a desired current supplied to the load 2 in the second period P2 and the third period P3, that is, the output current Io1, flows based on the output voltage Vo1. The total amount of coil current IL at is controlled.

次に、第2制御部30によるフィードバック制御について説明する。
上記各周期Tにおける一連の動作において、出力電圧Vo2が目標電圧よりも低くなると、つまり帰還電圧VFB2がグランドGND電位よりも低くなると、誤差増幅回路32から出力される誤差信号S3が低下する。すると、PWM信号S4のHレベルのパルス幅が短くなり、制御信号SG3のHレベルのパルス幅が短くなるため、スイッチ回路SW3がオンする時間(第2の期間P2の時間幅)が短くなる。すなわち、出力端子Po2(コンデンサC2)がコイルL1を通じて出力端子Po1(コンデンサC1)に接続され、出力端子Po2(コンデンサC2)からコイル電流ILが出力端子Po1に供給される時間が短くなる。換言すると、コンデンサC2から電荷が放電される時間が短くなる。これにより、入力電圧Vinの反転電圧である出力電圧Vo2(グランドGNDよりも低い電圧)が高くなる。
Next, feedback control by the second control unit 30 will be described.
In a series of operations in each cycle T, when the output voltage Vo2 becomes lower than the target voltage, that is, when the feedback voltage VFB2 becomes lower than the ground GND potential, the error signal S3 output from the error amplifier circuit 32 decreases. Then, the H-level pulse width of the PWM signal S4 is shortened, and the H-level pulse width of the control signal SG3 is shortened. Therefore, the time during which the switch circuit SW3 is turned on (the time width of the second period P2) is shortened. That is, the output terminal Po2 (capacitor C2) is connected to the output terminal Po1 (capacitor C1) through the coil L1, and the time during which the coil current IL is supplied from the output terminal Po2 (capacitor C2) to the output terminal Po1 is shortened. In other words, the time for discharging the charge from the capacitor C2 is shortened. As a result, the output voltage Vo2 (voltage lower than the ground GND), which is an inverted voltage of the input voltage Vin, increases.

反対に、出力電圧Vo2が目標電圧よりも高くなると、つまり帰還電圧VFB2がグランドGND電位よりも高くなると、誤差増幅回路32から出力される誤差信号S3が上昇する。すると、PWM信号S4のHレベルのパルス幅が長くなり、制御信号SG3のHレベルのパルス幅が長くなるため、スイッチ回路SW3がオンする時間が長くなる。すなわち、コイルL1を介して出力端子Po2,Po1(コンデンサC2,C1)が接続され、コンデンサC2からコイル電流ILがコンデンサC1に供給される時間が長くなる。換言すると、コンデンサC2から電荷が放電される時間が長くなる。これにより、入力電圧Vinの反転電圧である出力電圧Vo2が低くなる。このような動作により、出力電圧Vo2がグランドGND電位及び抵抗R3,R4に基づく目標電圧(一定値)に維持される。   On the contrary, when the output voltage Vo2 becomes higher than the target voltage, that is, when the feedback voltage VFB2 becomes higher than the ground GND potential, the error signal S3 output from the error amplifier circuit 32 increases. Then, the H-level pulse width of the PWM signal S4 becomes longer, and the H-level pulse width of the control signal SG3 becomes longer. Therefore, the time for which the switch circuit SW3 is turned on becomes longer. That is, the output terminals Po2 and Po1 (capacitors C2 and C1) are connected via the coil L1, and the time during which the coil current IL is supplied from the capacitor C2 to the capacitor C1 becomes longer. In other words, it takes a long time for the electric charge to be discharged from the capacitor C2. As a result, the output voltage Vo2 that is the inverted voltage of the input voltage Vin is lowered. By such an operation, the output voltage Vo2 is maintained at a target voltage (a constant value) based on the ground GND potential and the resistors R3 and R4.

このように、第2制御部30では、出力電圧Vo2に基づいて、出力電圧Vo2がグランドGND電位及び抵抗R3,R4に基づく目標電圧に近づくように、スイッチ回路SW3のオン時間が制御される。換言すると、第2制御部30では、出力電圧Vo2に基づいて、第2の期間P2で負荷3に供給する所望の電流、つまり出力電流Io2が流れるように、コンデンサC2にコイル電流ILを供給するために必要な時間幅が制御される。   Thus, in the second control unit 30, the ON time of the switch circuit SW3 is controlled based on the output voltage Vo2 so that the output voltage Vo2 approaches the target voltage based on the ground GND potential and the resistors R3 and R4. In other words, the second control unit 30 supplies the coil current IL to the capacitor C2 so that a desired current to be supplied to the load 3 in the second period P2, that is, the output current Io2, flows based on the output voltage Vo2. The time width required for this is controlled.

以上のように、DC−DCコンバータ1では、第1の期間P1、第2の期間P2及び第3の期間P3が、同一の周波数を有するPWM信号S2,S4によって制御される。具体的には、PWM信号S2によって、第1の期間P1の時間幅と、第2の期間P2及び第3の期間P3の合計の時間幅とが制御(決定)される。詳述すると、PWM信号S2によって、コイルL1にエネルギーを蓄積する時間(第1の期間P1の時間幅)が決定される。そして、周期Tから上記決定された第1の期間P1の時間幅を除いた残りの時間は、コイルL1に蓄積されたエネルギーを出力端子Po1に向けて放出する時間(第2の期間P2及び第3の期間P3)に利用される。さらに、上記残りの時間、つまりコンデンサC1にコイル電流ILを供給する時間の一部が、コンデンサC2にコイル電流ILを供給する時間(つまり、コンデンサC2から電荷を引き抜く時間)としても利用される。そして、このコンデンサC2から電荷を引き抜く時間幅がPWM信号S4によって制御(決定)される。これにより、PWM信号S2によってコイル電流ILをコンデンサC1に供給する第2の期間P2及び第3の期間P3の時間幅が決定され、PWM信号S4によってコンデンサC2から電荷を引き抜く第2の期間P2の時間幅が決定される。   As described above, in the DC-DC converter 1, the first period P1, the second period P2, and the third period P3 are controlled by the PWM signals S2 and S4 having the same frequency. Specifically, the PWM signal S2 controls (determines) the time width of the first period P1 and the total time width of the second period P2 and the third period P3. More specifically, the PWM signal S2 determines the time for storing energy in the coil L1 (the time width of the first period P1). The remaining time obtained by removing the time width of the first period P1 determined from the period T is a time for releasing the energy accumulated in the coil L1 toward the output terminal Po1 (the second period P2 and the second period P1). 3 period P3). Further, the remaining time, that is, a part of the time for supplying the coil current IL to the capacitor C1, is also used as the time for supplying the coil current IL to the capacitor C2 (that is, the time for extracting the charge from the capacitor C2). The time width for extracting charges from the capacitor C2 is controlled (determined) by the PWM signal S4. As a result, the time widths of the second period P2 and the third period P3 in which the coil current IL is supplied to the capacitor C1 by the PWM signal S2 are determined, and the second period P2 in which charges are extracted from the capacitor C2 by the PWM signal S4. A time span is determined.

このため、図4(a)に示すように負荷2,3の重さが大きく異なる場合、例えば出力電流Io1が出力電流Io2よりも大きい場合には、上記残り時間における第2の期間P2の時間幅が短くなるように調整され、出力電圧Vo1,Vo2が安定して生成される。また、図4(b)に示すように負荷2,3の重さが略等しい場合、つまり出力電流Io1,Io2が略等しい場合には、上記残り時間における第2の期間P2の時間幅が長くなるように調整され、出力電圧Vo1,Vo2が安定して生成される。このように、負荷2,3の軽重に応じて上記残り時間における第2の期間P2の時間幅が自動的に調整され、出力電圧Vo1,Vo2が安定して生成される。   Therefore, as shown in FIG. 4A, when the weights of the loads 2 and 3 are greatly different, for example, when the output current Io1 is larger than the output current Io2, the time of the second period P2 in the remaining time. The width is adjusted to be short, and the output voltages Vo1 and Vo2 are stably generated. 4B, when the weights of the loads 2 and 3 are substantially equal, that is, when the output currents Io1 and Io2 are substantially equal, the time width of the second period P2 in the remaining time is long. Thus, the output voltages Vo1 and Vo2 are stably generated. Thus, the time width of the second period P2 in the remaining time is automatically adjusted according to the weight of the loads 2 and 3, and the output voltages Vo1 and Vo2 are stably generated.

また、周期信号CKの周期Tと同一の周期(同一の周波数)を持つPWM信号S2,S4によりスイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御するようにした。このため、スイッチ回路SW1〜SW3がPWM信号S2,S4(周期信号CK)と同一の周波数でオン・オフされる。これにより、PWM信号S2,S4の周波数とスイッチ回路SW1〜SW3のスイッチング周波数fswとが異なることに起因してコイル電流ILに周波数成分が現われるという問題の発生を未然に防止することができる。したがって、上記周波数成分に起因してコイル電流ILのピーク電流が増大してしまうことを抑制することができる。このため、コイル電流ILに周波数成分が現われる場合に比べて、損失を低減することができ、変換効率を向上することができる。   The switch circuits SW1 to SW3 are controlled to be turned on / off by PWM signals S2 and S4 having the same cycle (same frequency) as the cycle T of the periodic signal CK. Therefore, the switch circuits SW1 to SW3 are turned on / off at the same frequency as the PWM signals S2 and S4 (periodic signal CK). Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a problem that a frequency component appears in the coil current IL due to the difference between the frequency of the PWM signals S2 and S4 and the switching frequency fsw of the switch circuits SW1 to SW3. Therefore, an increase in the peak current of the coil current IL due to the frequency component can be suppressed. For this reason, compared with the case where a frequency component appears in the coil current IL, loss can be reduced and conversion efficiency can be improved.

また、スイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御する制御信号SG1〜SG3が全て同一周期(同一周波数)の信号であるため、スイッチ回路SW1〜SW3が全て同一のスイッチング周波数fswでオン・オフされる。これにより、制御信号SG1〜SG3の周波数が異なることに起因してコイル電流ILに周波数成分が現われるという問題の発生を未然に防止することができる。したがって、上記周波数成分に起因してコイル電流ILのピーク電流が増大してしまうことを抑制することができる。このため、コイル電流ILに周波数成分が現われる場合に比べて、損失を低減することができ、変換効率を向上することができる。   Further, since the control signals SG1 to SG3 for controlling on / off of the switch circuits SW1 to SW3 are all signals having the same period (same frequency), the switch circuits SW1 to SW3 are all turned on / off at the same switching frequency fsw. . As a result, it is possible to prevent the occurrence of a problem that a frequency component appears in the coil current IL due to the different frequencies of the control signals SG1 to SG3. Therefore, an increase in the peak current of the coil current IL due to the frequency component can be suppressed. For this reason, compared with the case where a frequency component appears in the coil current IL, loss can be reduced and conversion efficiency can be improved.

さらに、上述したようにスイッチ回路SW1〜SW3が全て同一のスイッチング周波数fswでオン・オフされるため、各周期Tにおいてコイル電流ILが連続的に変化する電流連続モード(CCM)で当該DC−DCコンバータ1を動作させる場合であっても、出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。すなわち、制御信号SG1〜SG3の周波数が異なることに起因して出力電圧Vo1,Vo2に低周波成分が現われるという問題の発生を未然に防止することができるため、CCM領域でDC−DCコンバータ1を動作させる場合であっても出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。   Further, since the switch circuits SW1 to SW3 are all turned on / off at the same switching frequency fsw as described above, the DC-DC in the current continuous mode (CCM) in which the coil current IL continuously changes in each cycle T. Even when the converter 1 is operated, the output voltages Vo1 and Vo2 can be stably generated. That is, since it is possible to prevent the occurrence of a problem that low frequency components appear in the output voltages Vo1 and Vo2 due to the different frequencies of the control signals SG1 to SG3, the DC-DC converter 1 is controlled in the CCM region. Even in the case of operation, the output voltages Vo1 and Vo2 can be stably generated.

また、別の見方をすれば、出力電圧Vo1,Vo2が定常状態では、第1制御部20及び第2制御部30によるフィードバック制御によって、各周期Tの開始時刻(時刻t1参照)におけるコイル電流ILの電流値と、各周期Tの終了時刻(時刻t4参照)におけるコイル電流ILの電流値とが一致するように制御される。詳述すると、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加分と、第2の期間P2及び第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少分とが等しくなるように制御される。これらコイル電流ILの増加分と減少分との関係は、第1〜第3の期間P1,P2,P3の時間をそれぞれP1,P2,P3とすると、上記式1〜式3より、   From another viewpoint, when the output voltages Vo1 and Vo2 are in a steady state, the coil current IL at the start time of each cycle T (see time t1) is controlled by feedback control by the first control unit 20 and the second control unit 30. And the current value of the coil current IL at the end time of each cycle T (see time t4) are controlled. More specifically, the increase in the coil current IL in the first period P1 is controlled to be equal to the decrease in the coil current IL in the second period P2 and the third period P3. The relationship between the increase and decrease of the coil current IL is as follows. When the times of the first to third periods P1, P2, and P3 are P1, P2, and P3, respectively,

となる。また、周期Tと第1〜第3の期間P1,P2,P3の時間との関係は、 It becomes. Further, the relationship between the period T and the times of the first to third periods P1, P2, and P3 is as follows:

となる。そして、制御部11によるフィードバック制御によって、これら式4及び式5の関係が満たされるように、第1〜第3の期間P1〜P3の時間幅が制御される。すなわち、第1制御部20によるフィードバック制御によって、式4及び式5の関係が満たされるように、第1の期間P1の時間幅が制御される。また、第2制御部30によるフィードバック制御によって、式4及び式5の関係が満たされるように、第2の期間P2及び第3の期間P3の時間幅が制御される。 It becomes. And the time width of the 1st-3rd period P1-P3 is controlled by feedback control by the control part 11 so that the relationship of these Formula 4 and Formula 5 may be satisfy | filled. That is, the time width of the first period P1 is controlled by the feedback control by the first control unit 20 so that the relationship of Expression 4 and Expression 5 is satisfied. Further, the time widths of the second period P2 and the third period P3 are controlled by the feedback control by the second control unit 30 so that the relations of Expression 4 and Expression 5 are satisfied.

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)コイルL1の第1端子と入力端子Piとの間にスイッチ回路SW1を設け、コイルL1の第1端子とグランドGNDとの間にスイッチ回路SW2を設け、コイルL1の第1端子と出力端子Po2との間にスイッチ回路SW3を設けるようにした。そして、出力電圧Vo1に基づいて生成したPWM信号S2と出力電圧Vo2に基づいて生成したPWM信号S4に基づいて、スイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御するようにした。これにより、コイルL1の第2端子(出力側端子)に、従来技術のようなダイオードD13やスイッチ回路SW13(図10参照)を設けることを省略することができるため、それらダイオードD13やスイッチ回路SW13のオン抵抗によって発生する損失を無くすことができる。このため、従来技術に比べて電力変換効率を向上させることができる。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The switch circuit SW1 is provided between the first terminal of the coil L1 and the input terminal Pi, the switch circuit SW2 is provided between the first terminal of the coil L1 and the ground GND, and the first terminal of the coil L1 and the output The switch circuit SW3 is provided between the terminal Po2. Then, on / off control of the switch circuits SW1 to SW3 is performed based on the PWM signal S2 generated based on the output voltage Vo1 and the PWM signal S4 generated based on the output voltage Vo2. Accordingly, it is possible to omit providing the diode D13 and the switch circuit SW13 (see FIG. 10) as in the conventional technique at the second terminal (output side terminal) of the coil L1, and therefore the diode D13 and the switch circuit SW13. Loss caused by the on-resistance can be eliminated. For this reason, power conversion efficiency can be improved compared with a prior art.

(2)コイルL1を介して入力端子Piと出力端子Po1とを接続する第1の期間P1と、コイルL1を介して出力端子Po1,Po2を接続する第2の期間P2と、コイルL1を介して出力端子Po1とグランドGNDとを接続する第3の期間P3とを、PWM信号S2,S4に基づいて、周期信号CKの1周期内で連続制御するようにした。これにより、コイルL1の第2端子(出力側端子)に、従来技術のようなダイオードD13やスイッチ回路SW13(図10参照)を設けることなく、降圧出力である出力電圧Vo1と反転出力である出力電圧Vo2とを好適に生成することができる。したがって、上記ダイオードD13やスイッチ回路SW13のオン抵抗によって発生する損失を無くすことができる。このため、従来技術に比べて電力変換効率をより向上させることができる。   (2) A first period P1 in which the input terminal Pi and the output terminal Po1 are connected via the coil L1, a second period P2 in which the output terminals Po1 and Po2 are connected via the coil L1, and a coil L1. Thus, the third period P3 for connecting the output terminal Po1 and the ground GND is continuously controlled within one period of the periodic signal CK based on the PWM signals S2 and S4. As a result, the output voltage Vo1 which is a step-down output and the output which is an inverted output can be provided without providing the diode D13 and the switch circuit SW13 (see FIG. 10) as in the prior art at the second terminal (output side terminal) of the coil L1. The voltage Vo2 can be suitably generated. Therefore, it is possible to eliminate the loss caused by the on-resistance of the diode D13 and the switch circuit SW13. For this reason, it is possible to further improve the power conversion efficiency as compared with the prior art.

(3)コイルL1等の接続状態を、第1の期間P1→第2の期間P2→第3の期間P3の順番で変更するようにした。これにより、例えばコイルL1等の接続状態を第1の期間P1→第3の期間P3→第2の期間P2の順番で変更する場合に比べて、コイル電流ILのリップルを小さくすることができる。この結果、コイルL1等の接続状態を第1の期間P1→第3の期間P3→第2の期間P2の順番で変更する場合に比べて、損失を低減することができ、電力変換効率を向上させることができる。   (3) The connection state of the coil L1 and the like is changed in the order of the first period P1, the second period P2, and the third period P3. Thereby, for example, the ripple of the coil current IL can be reduced as compared with the case where the connection state of the coil L1 or the like is changed in the order of the first period P1 → the third period P3 → the second period P2. As a result, the loss can be reduced and the power conversion efficiency can be improved as compared with the case where the connection state of the coil L1 and the like is changed in the order of the first period P1 → the third period P3 → the second period P2. Can be made.

詳述すると、コイルL1を介して出力端子Po1,Po2が接続される第2の期間P2におけるコイル電流ILの電流量の総量を周期Tで平均した平均値が出力電流Io2となる。また、コイルL1に蓄積されたエネルギーが放出され始めてから徐々にコイル電流ILが減少する。このため、エネルギー放出期間において第2の期間P2を第3の期間P3よりも先に実行すると、第2の期間P2を第3の期間P3の後に実行する場合に比べて、第2の期間P2の時間幅を短くすることができる。ここで、第2の期間P2におけるコイル電流ILの減少傾きm2は−(Vo1−Vo2)/Lであり(上記式2参照)、第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少傾きm3は−Vo1/Lである(上記式3参照)。このため、第2の期間P2におけるコイル電流ILの減少度合は、第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少度合よりも大きい。したがって、エネルギー放出期間において第2の期間P2を第3の期間P3よりも先に実行すると、第2の期間P2を第3の期間P3の後に実行する場合に比べて、上記エネルギー放出期間におけるコイル電流ILの減少量を小さくすることができる。ここで、上述したように各周期Tの開始時と終了時のコイル電流ILが一致すると考えると、第2の期間P2及び第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少量(振幅)がコイル電流ILのリップルΔILに相当する。したがって、エネルギー放出期間において第2の期間P2を第3の期間P3よりも先に実行することにより、第2の期間P2を第3の期間P3の後に実行する場合に比べて、コイル電流ILのリップルΔILを小さくすることができる。この結果、電力変換効率を向上させることができる。   More specifically, an average value obtained by averaging the total amount of the coil current IL in the second period P2 in which the output terminals Po1 and Po2 are connected via the coil L1 in the period T is the output current Io2. Further, the coil current IL gradually decreases after the energy accumulated in the coil L1 starts to be released. For this reason, when the second period P2 is executed prior to the third period P3 in the energy release period, the second period P2 is compared to the case where the second period P2 is executed after the third period P3. Can be shortened. Here, the decrease slope m2 of the coil current IL in the second period P2 is − (Vo1−Vo2) / L (see Equation 2 above), and the decrease slope m3 of the coil current IL in the third period P3 is −Vo1. / L (see Equation 3 above). For this reason, the degree of decrease in the coil current IL in the second period P2 is greater than the degree of decrease in the coil current IL in the third period P3. Therefore, when the second period P2 is executed before the third period P3 in the energy release period, the coil in the energy release period is compared to the case where the second period P2 is executed after the third period P3. The amount of decrease in current IL can be reduced. Here, as described above, when it is considered that the coil current IL at the start and end of each cycle T coincides, the amount of decrease (amplitude) of the coil current IL in the second period P2 and the third period P3 is the coil current. This corresponds to the ripple ΔIL of IL. Therefore, by executing the second period P2 prior to the third period P3 in the energy release period, the coil current IL is reduced as compared with the case where the second period P2 is executed after the third period P3. The ripple ΔIL can be reduced. As a result, power conversion efficiency can be improved.

(4)周期信号CKの周期Tと同一の周期(同一の周波数)を持つPWM信号S2,S4(制御信号SG1〜SG3)によりスイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御するようにした。このため、スイッチ回路SW1〜SW3がPWM信号S2,S4(周期信号CK)と同一の周波数でオン・オフされる。これにより、PWM信号S2,S4の周波数とスイッチ回路SW1〜SW3のスイッチング周波数fswとが異なることに起因してコイル電流ILに周波数成分が現われるという問題の発生を未然に防止することができる。したがって、上記周波数成分に起因してコイル電流ILのピーク電流が増大してしまうことを抑制することができる。このため、従来技術に比べて、損失を低減することができ、変換効率を向上することができる。   (4) The switch circuits SW1 to SW3 are controlled to be turned on / off by PWM signals S2 and S4 (control signals SG1 to SG3) having the same period (same frequency) as the period T of the periodic signal CK. Therefore, the switch circuits SW1 to SW3 are turned on / off at the same frequency as the PWM signals S2 and S4 (periodic signal CK). Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a problem that a frequency component appears in the coil current IL due to the difference between the frequency of the PWM signals S2 and S4 and the switching frequency fsw of the switch circuits SW1 to SW3. Therefore, an increase in the peak current of the coil current IL due to the frequency component can be suppressed. For this reason, compared with a prior art, a loss can be reduced and conversion efficiency can be improved.

(5)スイッチ回路SW1〜SW3が全て同一のスイッチング周波数fswでオン・オフされるため、各周期Tにおいてコイル電流ILが連続的に変化する電流連続モードで当該DC−DCコンバータ1を動作させる場合であっても、出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。すなわち、制御信号SG1〜SG3の周波数が異なることに起因して出力電圧Vo1,Vo2に低周波成分が現われるという問題の発生を未然に防止することができるため、CCM領域でDC−DCコンバータ1を動作させる場合であっても出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。   (5) Since the switch circuits SW1 to SW3 are all turned on / off at the same switching frequency fsw, the DC-DC converter 1 is operated in the current continuous mode in which the coil current IL continuously changes in each cycle T. Even so, the output voltages Vo1 and Vo2 can be stably generated. That is, since it is possible to prevent the occurrence of a problem that low frequency components appear in the output voltages Vo1 and Vo2 due to the different frequencies of the control signals SG1 to SG3, the DC-DC converter 1 is controlled in the CCM region. Even in the case of operation, the output voltages Vo1 and Vo2 can be stably generated.

(第2実施形態)
以下、第2実施形態について説明する。この実施形態のDC−DCコンバータ1Aは、検出回路70及びスイッチ回路SW4等を追加した点が上記第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。先の図1〜図4に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment will be described. The DC-DC converter 1A of this embodiment is different from the first embodiment in that a detection circuit 70, a switch circuit SW4, and the like are added. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described. The same members as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of these elements is omitted.

図5に示すように、スイッチ回路群10Aは、4つのスイッチ回路SW1,SW2,SW3,SW4を有している。例えばスイッチ回路SW1はPチャネルMOSトランジスタであり、スイッチ回路SW2〜SW4はNチャネルMOSトランジスタである。   As shown in FIG. 5, the switch circuit group 10A includes four switch circuits SW1, SW2, SW3, SW4. For example, the switch circuit SW1 is a P-channel MOS transistor, and the switch circuits SW2 to SW4 are N-channel MOS transistors.

スイッチ回路SW1の第1端子(例えば、ソース端子)は入力端子Piに接続されている。スイッチ回路SW1の第2端子(例えば、ドレイン端子)はスイッチ回路SW4の第1端子(例えば、ドレイン端子)に接続されている。また、スイッチ回路SW1のバックゲートは、同スイッチ回路SW1の第1端子(ソース端子)に接続されている。このような接続によって、スイッチ回路SW1のドレイン端子からソース端子(コイルL1から入力端子Pi)に向かう方向が順方向になるボディダイオードD1が形成される。すなわち、ボディダイオードD1は、そのアノードがコイルL1の第1端子に接続され、カソードが入力端子Piに接続される。   A first terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW1 is connected to the input terminal Pi. The second terminal (for example, drain terminal) of the switch circuit SW1 is connected to the first terminal (for example, drain terminal) of the switch circuit SW4. The back gate of the switch circuit SW1 is connected to the first terminal (source terminal) of the switch circuit SW1. Such a connection forms a body diode D1 in which the direction from the drain terminal of the switch circuit SW1 to the source terminal (from the coil L1 to the input terminal Pi) is the forward direction. That is, the body diode D1 has an anode connected to the first terminal of the coil L1 and a cathode connected to the input terminal Pi.

スイッチ回路SW4の第2端子(例えば、ソース端子)は、スイッチ回路SW2の第1端子(例えば、ドレイン端子)に接続されている。また、スイッチ回路SW4のバックゲートは、同スイッチ回路SW4の第1端子(ドレイン端子)に接続されている。このような接続によって、スイッチ回路SW4のドレイン端子からソース端子(コイルL1からスイッチ回路SW2)に向かう方向が順方向になるボディダイオードD4が形成される。すなわち、ボディダイオードD4は、そのアノードがコイルL1の第1端子に接続され、カソードがスイッチ回路SW2の第1端子に接続される。   A second terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW4 is connected to a first terminal (for example, a drain terminal) of the switch circuit SW2. The back gate of the switch circuit SW4 is connected to the first terminal (drain terminal) of the switch circuit SW4. Such a connection forms a body diode D4 in which the direction from the drain terminal of the switch circuit SW4 to the source terminal (from the coil L1 to the switch circuit SW2) is the forward direction. That is, the body diode D4 has an anode connected to the first terminal of the coil L1 and a cathode connected to the first terminal of the switch circuit SW2.

スイッチ回路SW2の第2端子(例えば、ソース端子)はグランドGNDに接続されている。また、スイッチ回路SW2のバックゲートは、同スイッチ回路SW2の第2端子(ソース端子)に接続されている。このような接続によって、スイッチ回路SW2のソース端子からドレイン端子(グランドGNDからスイッチ回路SW4)に向かう方向が順方向になるボディダイオードD2が形成される。すなわち、ボディダイオードD2は、そのアノードがグランドGNDに接続され、カソードがスイッチ回路SW4の第2端子に接続される。   A second terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW2 is connected to the ground GND. The back gate of the switch circuit SW2 is connected to the second terminal (source terminal) of the switch circuit SW2. Such a connection forms a body diode D2 in which the direction from the source terminal to the drain terminal (from ground GND to the switch circuit SW4) of the switch circuit SW2 is the forward direction. That is, the body diode D2 has an anode connected to the ground GND and a cathode connected to the second terminal of the switch circuit SW4.

スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW4との間のノードN1は、スイッチ回路SW3の第1端子(例えば、ドレイン端子)に接続されている。スイッチ回路SW3の第2端子(例えば、ソース端子)は出力端子Po2に接続されている。また、スイッチ回路SW3のバックゲートは、同スイッチ回路SW3の第2端子に接続されている。このような接続によって、スイッチ回路SW4のソース端子からドレイン端子(出力端子Po2からコイルL1)に向かう方向が順方向になるボディダイオードD3が形成される。すなわち、ボディダイオードD3は、そのアノードが出力端子Po2に接続され、カソードがコイルL1の第1端子に接続される。   A node N1 between the switch circuit SW1 and the switch circuit SW4 is connected to a first terminal (for example, a drain terminal) of the switch circuit SW3. A second terminal (for example, a source terminal) of the switch circuit SW3 is connected to the output terminal Po2. The back gate of the switch circuit SW3 is connected to the second terminal of the switch circuit SW3. By such connection, a body diode D3 is formed in which the direction from the source terminal of the switch circuit SW4 to the drain terminal (from the output terminal Po2 to the coil L1) is the forward direction. That is, the body diode D3 has an anode connected to the output terminal Po2 and a cathode connected to the first terminal of the coil L1.

ところで、図8に示すようにスイッチ回路SW4が設けられていない場合には、反転出力である出力電圧Vo2の絶対値がスイッチ回路SW2のボディダイオードD2の順方向電圧Vfよりも高くなると、第2の期間P2のときに以下の問題が生じる。すなわち、スイッチ回路SW1,SW2がオフされスイッチ回路SW3がオンされる第2の期間P2において、|Vo2|>Vfであると、グランドGNDからボディダイオードD2及びオンしたスイッチ回路SW2を介して出力端子Po2に向かってリーク電流が流れてしまう。   By the way, when the switch circuit SW4 is not provided as shown in FIG. 8, when the absolute value of the output voltage Vo2 that is the inverted output becomes higher than the forward voltage Vf of the body diode D2 of the switch circuit SW2, The following problem occurs during the period P2. That is, in the second period P2 in which the switch circuits SW1 and SW2 are turned off and the switch circuit SW3 is turned on, if | Vo2 |> Vf, the output terminal from the ground GND through the body diode D2 and the turned on switch circuit SW2 Leakage current flows toward Po2.

これに対し、図7に示すように、本実施形態のDC−DCコンバータ1Aでは、上述したようにコイルL1とスイッチ回路SW2との間に、コイルL1からスイッチ回路SW2に向かう方向が順方向になるボディダイオードD4(つまり、ボディダイオードD2とは逆方向に接続されたボディダイオードD4)を形成するようにした。このボディダイオードD4により、仮に出力電圧Vo2の絶対値がスイッチ回路SW2の順方向電圧Vfよりも高くなった場合であっても、第2の期間P2において、グランドGNDから出力端子Po2に向かってリーク電流が流れることを好適に抑制することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 7, in the DC-DC converter 1A of the present embodiment, the direction from the coil L1 to the switch circuit SW2 is the forward direction between the coil L1 and the switch circuit SW2, as described above. The body diode D4 (that is, the body diode D4 connected in the opposite direction to the body diode D2) is formed. Even if the absolute value of the output voltage Vo2 becomes higher than the forward voltage Vf of the switch circuit SW2 due to the body diode D4, leakage occurs from the ground GND toward the output terminal Po2 in the second period P2. It can suppress suitably that an electric current flows.

制御部11は、第1制御部20と、第2制御部30と、発振器40と、ロジック回路50と、駆動回路60と、検出回路70と、オア回路81と、ドライバ回路82とを有している。   The control unit 11 includes a first control unit 20, a second control unit 30, an oscillator 40, a logic circuit 50, a drive circuit 60, a detection circuit 70, an OR circuit 81, and a driver circuit 82. ing.

検出回路70には、ロジック回路50内のインバータ回路51から出力信号S5が供給されるとともに、ロジック回路50内のノア回路54から出力信号S7が供給される。検出回路70は、出力信号S5,S7に基づいて、第2の期間P2の時間幅が0sであるか否かを検出する。検出回路70は、上記検出結果に応じた信号レベルを持つ検出信号VS1を生成する。例えば検出回路70は、第2の期間P2の時間幅が0sであることを検出したときに、Hレベルの検出信号VS1を生成する。ここで、第2の期間P2の時間幅が0sのときには、一つの周期T内で第1の期間P1及び第3の期間P3のみが実行され、一つの周期T内でスイッチ回路SW3が常にオフしている状態である。このため、検出回路70は、出力信号S5,S7の一周期(PWM信号S2,S4や制御信号SG1,SG2の一周期)内でスイッチ回路SW3がオンしないことを検出したときに、Hレベルの検出信号VS1を生成していると言える。   The detection circuit 70 is supplied with the output signal S5 from the inverter circuit 51 in the logic circuit 50 and the output signal S7 from the NOR circuit 54 in the logic circuit 50. Based on the output signals S5 and S7, the detection circuit 70 detects whether or not the time width of the second period P2 is 0 s. The detection circuit 70 generates a detection signal VS1 having a signal level corresponding to the detection result. For example, when the detection circuit 70 detects that the time width of the second period P2 is 0 s, the detection circuit 70 generates the detection signal VS1 at the H level. Here, when the time width of the second period P2 is 0 s, only the first period P1 and the third period P3 are executed within one period T, and the switch circuit SW3 is always turned off within one period T. It is in a state of being. Therefore, when the detection circuit 70 detects that the switch circuit SW3 is not turned on within one cycle of the output signals S5 and S7 (one cycle of the PWM signals S2 and S4 and the control signals SG1 and SG2), It can be said that the detection signal VS1 is generated.

そして、検出信号VS1は、オア回路81に供給される。このオア回路81には、検出信号VS1と併せて、駆動回路60内のアンド回路64から出力信号S9が供給される。オア回路81は、検出信号VS1と出力信号S9とを論理和演算した結果を持つ出力信号S11をドライバ回路82に出力する。例えば、オア回路81は、Hレベルの検出信号VS1に応答して、出力信号S9の信号レベルに関わらずHレベルの出力信号S11を生成する。また、オア回路81は、Lレベルの検出信号VS1に応答して、出力信号S9と同等の信号レベルを持つ出力信号S11を生成する。   The detection signal VS1 is supplied to the OR circuit 81. The OR circuit 81 is supplied with the output signal S9 from the AND circuit 64 in the drive circuit 60 together with the detection signal VS1. The OR circuit 81 outputs to the driver circuit 82 an output signal S11 having a result obtained by performing a logical OR operation on the detection signal VS1 and the output signal S9. For example, the OR circuit 81 generates an H level output signal S11 in response to the H level detection signal VS1, regardless of the signal level of the output signal S9. The OR circuit 81 generates an output signal S11 having a signal level equivalent to that of the output signal S9 in response to the L level detection signal VS1.

ドライバ回路82の出力端子は、スイッチ回路SW4の制御端子に接続されている。例えば、ドライバ回路82は、Hレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の出力信号S11に応答してHレベル(例えば、入力電圧Vinレベル)の制御信号SG4をスイッチ回路SW4に出力する。また、ドライバ回路82は、Lレベル(例えば、グランドGNDレベル)の出力信号S11に応答してLレベル(例えば、グランドGNDレベル)の制御信号SG4をスイッチ回路SW4に出力する。なお、スイッチ回路SW4は、Hレベルの制御信号SG4に応答してオンし、Lレベルの制御信号SG4に応答してオフする。   The output terminal of the driver circuit 82 is connected to the control terminal of the switch circuit SW4. For example, the driver circuit 82 outputs a control signal SG4 of H level (for example, input voltage Vin level) to the switch circuit SW4 in response to the output signal S11 of H level (for example, input voltage Vin level). The driver circuit 82 outputs a control signal SG4 of L level (for example, ground GND level) to the switch circuit SW4 in response to the output signal S11 of L level (for example, ground GND level). The switch circuit SW4 is turned on in response to the H level control signal SG4 and turned off in response to the L level control signal SG4.

次に、上記検出回路70の内部構成例について説明する。
図6に示すように、検出回路70は、インバータ回路71,72と、D−フリップフロップ回路(D−FF回路)73,74とを有している。
Next, an example of the internal configuration of the detection circuit 70 will be described.
As shown in FIG. 6, the detection circuit 70 includes inverter circuits 71 and 72 and D-flip flop circuits (D-FF circuits) 73 and 74.

インバータ回路71は、出力信号S5を論理反転した信号をD−FF回路73,74のクロック端子に供給する。インバータ回路72は、出力信号S7を論理反転した信号をD−FF回路73,74のリセット端子Rに供給する。   The inverter circuit 71 supplies a signal obtained by logically inverting the output signal S5 to the clock terminals of the D-FF circuits 73 and 74. The inverter circuit 72 supplies a signal obtained by logically inverting the output signal S7 to the reset terminals R of the D-FF circuits 73 and 74.

D−FF回路73の入力端子Dには、図示しない電源回路により生成された高電位電源電圧VDDが供給される。D−FF回路73の出力端子Qから出力信号Q1が次段のD−FF回路74の入力端子Dに出力される。そして、D−FF回路74の出力端子Qから上記検出信号VS1が出力される。   A high potential power supply voltage VDD generated by a power supply circuit (not shown) is supplied to the input terminal D of the D-FF circuit 73. The output signal Q1 is output from the output terminal Q of the D-FF circuit 73 to the input terminal D of the D-FF circuit 74 at the next stage. The detection signal VS1 is output from the output terminal Q of the D-FF circuit 74.

次に、上記検出回路70の動作を説明する。
図9に示す期間Taでは、PWM信号S2,S4の一つの周期T内にHレベルの出力信号S7が発生する。具体的には、期間Taでは、出力信号S5の立ち下がりエッジから次の出力信号S5の立ち下がりエッジまでの間にHレベルの出力信号S7が発生する。この場合には、そのHレベルの出力信号S7によってD−FF回路73,74がリセットされる。これにより、出力信号Q1がLレベルになるため、D−FF回路74から出力される検出信号VS1がLレベルに維持される。そして、このLレベルの検出信号VS1に応答して、出力信号S6と同等の信号レベルを持つ制御信号SG4がスイッチ回路SW4に供給される。このため、スイッチ回路SW4がスイッチ回路SW2に連動してオン・オフされる。
Next, the operation of the detection circuit 70 will be described.
In the period Ta shown in FIG. 9, the H level output signal S7 is generated within one period T of the PWM signals S2 and S4. Specifically, in the period Ta, the H-level output signal S7 is generated between the falling edge of the output signal S5 and the falling edge of the next output signal S5. In this case, the D-FF circuits 73 and 74 are reset by the H level output signal S7. Thereby, since the output signal Q1 becomes L level, the detection signal VS1 output from the D-FF circuit 74 is maintained at L level. In response to the L level detection signal VS1, a control signal SG4 having a signal level equivalent to that of the output signal S6 is supplied to the switch circuit SW4. For this reason, the switch circuit SW4 is turned on / off in conjunction with the switch circuit SW2.

一方、期間Tbのように、PWM信号S2,S4の一つの周期T内に出力信号S7がHレベルとなる期間が発生しない場合、つまり第2の期間P2の時間幅が0sとなった場合には、上記周期T内においてD−FF回路73,74がリセットされない。詳述すると、出力信号S5の立ち下がりエッジに応答してD−FF回路73の出力信号Q1がHレベルになる(時刻t11参照)。その後、出力信号S7がHレベルに遷移しないため、上記Hレベルとなった出力信号Q1がLレベルに遷移せずに、次の周期TでもHレベルの出力信号Q1がD−FF回路74の入力端子Dに供給される。続いて、次の周期Tの出力信号S5の立ち下がりエッジに応答して、D−FF回路74からHレベルの検出信号VS1が出力される(時刻t12参照)。そして、このHレベルの検出信号VS1に応答して、Hレベル固定の制御信号SG4がスイッチ回路SW4に供給される。これにより、スイッチ回路SW4がオン状態に維持される。   On the other hand, when the period during which the output signal S7 is at the H level does not occur within one cycle T of the PWM signals S2 and S4 as in the period Tb, that is, when the time width of the second period P2 becomes 0 s. In the period T, the D-FF circuits 73 and 74 are not reset. More specifically, the output signal Q1 of the D-FF circuit 73 becomes H level in response to the falling edge of the output signal S5 (see time t11). After that, since the output signal S7 does not transit to the H level, the output signal Q1 that has become the H level does not transit to the L level, and the H level output signal Q1 is input to the D-FF circuit 74 in the next cycle T. Supplied to terminal D. Subsequently, in response to the falling edge of the output signal S5 of the next period T, the D-FF circuit 74 outputs the H level detection signal VS1 (see time t12). In response to the H level detection signal VS1, a control signal SG4 having a fixed H level is supplied to the switch circuit SW4. As a result, the switch circuit SW4 is maintained in the on state.

このように、スイッチ回路SW4は、第2の期間P2の時間幅が0sでない場合にはスイッチ回路SW2と連動してオン・オフ制御される。すなわち、第2の期間P2の時間幅が0sでない場合のスイッチ回路SW4は、第1の期間P1及び第2の期間P2においてスイッチ回路SW2と共にオフされ、第3の期間P3においてスイッチ回路SW3と共にオンされる。また、スイッチ回路SW4は、第2の期間P2の時間幅が0sである場合にはオン状態に維持される。   In this manner, the switch circuit SW4 is controlled to be turned on / off in conjunction with the switch circuit SW2 when the time width of the second period P2 is not 0 s. That is, the switch circuit SW4 when the time width of the second period P2 is not 0 s is turned off together with the switch circuit SW2 in the first period P1 and the second period P2, and is turned on together with the switch circuit SW3 in the third period P3. Is done. Further, the switch circuit SW4 is maintained in the ON state when the time width of the second period P2 is 0 s.

ところで、上記DC−DCコンバータ1Aでは、駆動回路60内のオア回路61、インバータ回路62,63及びアンド回路64,65(AST回路)による制御によって、スイッチ回路SW1〜SW3が同時にオフする期間が生じる。このとき、スイッチ回路SW4が常にスイッチ回路SW2と連動してオン・オフ制御される場合には、負荷3が無負荷であるときに以下のような問題が生じる。詳述すると、負荷3が無負荷であるときに、全てのスイッチ回路SW1〜SW4が同時にオフすると、出力端子Po2からボディダイオードD3及びコイルL1を通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成されてしまう(つまり、第2の期間P2になってしまう)。これにより、出力端子Po2(コンデンサC2)にコイル電流ILが供給されるため、出力電圧Vo2が目標電圧から外れてしまう。   By the way, in the DC-DC converter 1A, a period in which the switch circuits SW1 to SW3 are simultaneously turned off is generated by the control by the OR circuit 61, the inverter circuits 62 and 63, and the AND circuits 64 and 65 (AST circuit) in the drive circuit 60. . At this time, when the switch circuit SW4 is always on / off controlled in conjunction with the switch circuit SW2, the following problem occurs when the load 3 is unloaded. More specifically, when all the switch circuits SW1 to SW4 are simultaneously turned off when the load 3 is unloaded, a current path from the output terminal Po2 to the output terminal Po1 through the body diode D3 and the coil L1 is formed ( That is, the second period P2 is reached). As a result, the coil current IL is supplied to the output terminal Po2 (capacitor C2), so that the output voltage Vo2 deviates from the target voltage.

これに対し、本実施形態のDC−DCコンバータ1Aでは、検出回路70によって第2の期間P2の時間幅が0sであることが検出された場合、つまり負荷3が無負荷である場合に、スイッチ回路SW4をオン状態に維持するようにした。これにより、負荷3が無負荷であるときに、スイッチ回路SW1〜SW3が同時にオフした場合であっても、グランドGNDからボディダイオードD2、オンしたスイッチ回路SW4及びコイルL1を通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される(つまり、第3の期間P3となる)。このため、出力端子Po2(コンデンサC2)にコイル電流ILが供給されることを好適に抑制することができ、出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。   On the other hand, in the DC-DC converter 1A of the present embodiment, when the detection circuit 70 detects that the time width of the second period P2 is 0 s, that is, when the load 3 is unloaded, The circuit SW4 is kept on. Thereby, even when the switch circuit SW1 to SW3 is simultaneously turned off when the load 3 is unloaded, the current from the ground GND to the output terminal Po1 through the body diode D2, the turned on switch circuit SW4, and the coil L1. A path is formed (that is, the third period P3). For this reason, it can suppress suitably that coil current IL is supplied to output terminal Po2 (capacitor C2), and can generate output voltage Vo1, Vo2 stably.

以上説明した実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(5)の効果に加えて以下の効果を奏する。
(6)コイルL1とスイッチ回路SW2との間に、コイルL1からスイッチ回路SW2グランドGNDからスイッチ回路SW4に向かう方向が順方向になるボディダイオードD4(つまり、ボディダイオードD2とは逆方向に接続されたボディダイオードD4)を形成するようにした。このボディダイオードD4により、仮に出力電圧Vo2の絶対値がスイッチ回路SW2の順方向電圧Vfよりも高くなった場合であっても、第2の期間P2において、グランドGNDから出力端子Po2に向かってリーク電流が流れることを好適に抑制することができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (5) of the first embodiment.
(6) Between the coil L1 and the switch circuit SW2, the body diode D4 is connected in the direction opposite to the body diode D2 from the coil L1 to the switch circuit SW2 ground GND to the switch circuit SW4. Body diode D4). Even if the absolute value of the output voltage Vo2 becomes higher than the forward voltage Vf of the switch circuit SW2 due to the body diode D4, leakage occurs from the ground GND toward the output terminal Po2 in the second period P2. It can suppress suitably that an electric current flows.

(7)検出回路70によって第2の期間P2の時間幅が0sであることが検出された場合、つまり負荷3が無負荷である場合に、スイッチ回路SW4をオン状態に維持するようにした。これにより、負荷3が無負荷になった場合であっても、出力電圧Vo1,Vo2を安定して生成することができる。   (7) When the detection circuit 70 detects that the time width of the second period P2 is 0 s, that is, when the load 3 is unloaded, the switch circuit SW4 is maintained in the on state. Thereby, even when the load 3 becomes no load, the output voltages Vo1 and Vo2 can be stably generated.

(他の実施形態)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、各周期Tにおいて、コイルL1等の接続状態を、第1の期間P1、第2の期間P2及び第3の期間P3の順番で変更するようにした。これに限らず、例えば各周期Tにおいて、コイルL1等の接続状態を、第1の期間P1、第3の期間P3及び第2の期間P2の順番で変更するようにしてもよい。
(Other embodiments)
In addition, the said embodiment can also be implemented in the following aspects which changed this suitably.
In each of the above embodiments, in each cycle T, the connection state of the coil L1 and the like is changed in the order of the first period P1, the second period P2, and the third period P3. For example, in each cycle T, the connection state of the coil L1 and the like may be changed in the order of the first period P1, the third period P3, and the second period P2.

・上記第2実施形態におけるボディダイオードD1〜D4の代わりに、スイッチ回路SW1〜SW4に上記ボディダイオードに相当するダイオードを並列に接続するようにしてもよい。   In place of the body diodes D1 to D4 in the second embodiment, diodes corresponding to the body diodes may be connected in parallel to the switch circuits SW1 to SW4.

・上記各実施形態では、スイッチ回路SW1の一例としてPチャネルMOSトランジスタを開示したが、NチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、スイッチ回路SW1としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、スイッチ回路SW1として複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。   In each of the above embodiments, a P-channel MOS transistor is disclosed as an example of the switch circuit SW1, but an N-channel MOS transistor may be used. Further, a bipolar transistor may be used as the switch circuit SW1. Alternatively, a switch circuit including a plurality of transistors may be used as the switch circuit SW1.

・上記各実施形態では、スイッチ回路SW2,SW3,SW4の一例としてNチャネルMOSトランジスタを開示したが、PチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、スイッチ回路SW2,SW3,SW4としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、スイッチ回路SW2,SW3,SW4として複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。   In each of the above embodiments, an N-channel MOS transistor is disclosed as an example of the switch circuits SW2, SW3, SW4, but a P-channel MOS transistor may be used. Bipolar transistors may be used as the switch circuits SW2, SW3, SW4. Alternatively, a switch circuit including a plurality of transistors may be used as the switch circuits SW2, SW3, SW4.

・上記各実施形態における制御部11(第1制御部20、第2制御部30、ロジック回路50及び駆動回路60)の内部構成は特に限定されない。
・上記各実施形態における発振器40は、鋸歯状波信号である周期信号CKを生成するようにした。これに限らず、発振器40が三角波信号を生成するようにしてもよい。
-The internal structure of the control part 11 (1st control part 20, the 2nd control part 30, the logic circuit 50, and the drive circuit 60) in each said embodiment is not specifically limited.
The oscillator 40 in each of the above embodiments generates the periodic signal CK that is a sawtooth wave signal. Not limited to this, the oscillator 40 may generate a triangular wave signal.

・上記各実施形態では、電圧制御モードのDC−DCコンバータに具体化したが、電流制御モードのDC−DCコンバータに具体化してもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例では、PWM制御方式のDC−DCコンバータに具体化したが、PFM(Pulse Frequency Modulation)制御方式のDC−DCコンバータやPSM(Pulse Skipping Modulation)制御方式のDC−DCコンバータに具体化してもよい。但し、この場合であっても、スイッチ回路SW1〜SW3をオン・オフ制御する制御信号は全て同一の周波数を持つ信号であることが好ましい。
In each of the above embodiments, the voltage control mode DC-DC converter is embodied. However, the current control mode DC-DC converter may be embodied.
In each of the above embodiments and each of the modifications, the PWM control type DC-DC converter is embodied. However, a PFM (Pulse Frequency Modulation) control type DC-DC converter or a PSM (Pulse Skipping Modulation) control type DC is used. -It may be embodied in a DC converter. However, even in this case, it is preferable that all the control signals for on / off control of the switch circuits SW1 to SW3 are signals having the same frequency.

1,1A DC−DCコンバータ
10,10A スイッチ回路群
11 制御部(制御回路)
20 第1制御部
30 第2制御部
40 発振器
50 ロジック回路
60 駆動回路
70 検出回路
L1 コイル
SW1 スイッチ回路(第1スイッチ回路)
SW2 スイッチ回路(第2スイッチ回路)
SW3 スイッチ回路(第3スイッチ回路)
SW4 スイッチ回路(MOSトランジスタ)
D4 ボディダイオード(ダイオード)
IL コイル電流
S2 PWM信号
S4 PWM信号
SG1〜SG4 制御信号
VS1 検出信号
CK 周期信号
P1 第1の期間
P2 第2の期間
P3 第3の期間
1, 1A DC-DC converter 10, 10A Switch circuit group 11 Control unit (control circuit)
20 First Control Unit 30 Second Control Unit 40 Oscillator 50 Logic Circuit 60 Drive Circuit 70 Detection Circuit L1 Coil SW1 Switch Circuit (First Switch Circuit)
SW2 switch circuit (second switch circuit)
SW3 switch circuit (third switch circuit)
SW4 Switch circuit (MOS transistor)
D4 Body diode (diode)
IL coil current S2 PWM signal S4 PWM signal SG1 to SG4 control signal VS1 detection signal CK periodic signal P1 first period P2 second period P3 third period

Claims (8)

第1端子と、入力電圧よりも低い第1出力電圧が出力される第1出力端子と接続される第2端子とを有するコイルと、
前記コイルの第1端子と、前記入力電圧が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチ回路と、
前記コイルの第1端子と、前記入力電圧よりも低電位の電源線との間に設けられた第2スイッチ回路と、
前記コイルの第1端子と、前記入力電圧を反転した第2出力電圧が出力される第2出力端子との間に設けられた第3スイッチ回路と、
前記第1出力電圧に基づいて第1制御信号を生成し、前記第2出力電圧に基づいて第2制御信号を生成する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第1制御信号と前記第2制御信号に基づいて、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路と前記第3スイッチ回路とを同一周波数でオン・オフ制御することを特徴とする電源装置。
A coil having a first terminal and a second terminal connected to a first output terminal from which a first output voltage lower than the input voltage is output;
A first switch circuit provided between a first terminal of the coil and an input terminal to which the input voltage is supplied;
A second switch circuit provided between a first terminal of the coil and a power supply line having a potential lower than the input voltage;
A third switch circuit provided between a first terminal of the coil and a second output terminal from which a second output voltage obtained by inverting the input voltage is output;
A control unit that generates a first control signal based on the first output voltage and generates a second control signal based on the second output voltage;
The control unit performs on / off control of the first switch circuit, the second switch circuit, and the third switch circuit at the same frequency based on the first control signal and the second control signal. Power supply.
前記制御部は、
第1周期を有する周期信号を生成する発振器を有し、
前記第1スイッチ回路をオンし前記第2スイッチ回路及び前記第3スイッチ回路をオフする第1の期間と、前記第3スイッチ回路をオンし前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路をオフする第2の期間と、前記第2スイッチ回路をオンし前記第1スイッチ回路及び前記第3スイッチ回路をオフする第3の期間とを、前記第1制御信号と前記第2制御信号に基づいて、前記周期信号の1周期内で連続制御することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The controller is
An oscillator that generates a periodic signal having a first period;
A first period in which the first switch circuit is turned on and the second switch circuit and the third switch circuit are turned off; and the third switch circuit is turned on and the first switch circuit and the second switch circuit are turned off. Based on the first control signal and the second control signal, a second period and a third period in which the second switch circuit is turned on and the first switch circuit and the third switch circuit are turned off, The power supply apparatus according to claim 1, wherein continuous control is performed within one period of the periodic signal.
前記制御部は、前記コイルの接続期間を、前記第1の期間、前記第2の期間及び前記第3の期間の順番で変更するように、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路と前記第3スイッチ回路とをオン・オフ制御することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。   The control unit is configured to change the connection period of the coil in the order of the first period, the second period, and the third period, the first switch circuit, the second switch circuit, and the The power supply device according to claim 2, wherein the third switch circuit is on / off controlled. 前記コイルと、前記第2スイッチ回路との間には、アノードが前記コイルの第1端子に接続され、カソードが前記第2スイッチ回路に接続されたダイオードが形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の電源装置。   A diode having an anode connected to a first terminal of the coil and a cathode connected to the second switch circuit is formed between the coil and the second switch circuit. Item 4. The power supply device according to any one of Items 1 to 3. 前記コイルと前記第2スイッチ回路との間にはMOSトランジスタが設けられ、
前記ダイオードは、前記MOSトランジスタの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
A MOS transistor is provided between the coil and the second switch circuit,
The power supply device according to claim 4, wherein the diode is a parasitic diode of the MOS transistor.
前記第1制御信号の一周期内で前記第3スイッチ回路がオンしないことを検出したときに、前記MOSトランジスタをオンする検出信号を生成する検出回路を有することを特徴とする請求項5に記載の電源装置。   6. The detection circuit according to claim 5, further comprising a detection circuit that generates a detection signal for turning on the MOS transistor when it is detected that the third switch circuit is not turned on within one cycle of the first control signal. Power supply. 第1端子と入力電圧よりも低い第1出力電圧が出力される第1出力端子と接続される第2端子とを有するコイルと、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧よりも低電位の電源線との間に設けられた第2スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧を反転した第2出力電圧が出力される第2出力端子との間に設けられた第3スイッチ回路と、を有する電源を制御する制御回路であって、
前記第1出力電圧に基づいて第1制御信号を生成し、前記第2出力電圧に基づいて第2制御信号を生成し、前記第1制御信号と前記第2制御信号に基づいて、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路と前記第3スイッチ回路とを同一周波数でオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
A coil having a first terminal and a second terminal connected to a first output terminal from which a first output voltage lower than the input voltage is output; a first terminal of the coil; and an input to which the input voltage is supplied A first switch circuit provided between the first terminal of the coil, a second switch circuit provided between a first terminal of the coil and a power supply line having a potential lower than the input voltage, and a first of the coil A control circuit for controlling a power supply, comprising: a third switch circuit provided between the terminal and a second output terminal from which a second output voltage obtained by inverting the input voltage is output;
A first control signal is generated based on the first output voltage, a second control signal is generated based on the second output voltage, and the first control signal is generated based on the first control signal and the second control signal. A control circuit that performs on / off control of the switch circuit, the second switch circuit, and the third switch circuit at the same frequency .
第1端子と入力電圧よりも低い第1出力電圧が出力される第1出力端子と接続される第2端子とを有するコイルと、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧が供給される入力端子との間に設けられた第1スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧よりも低電位の電源線との間に設けられた第2スイッチ回路と、前記コイルの第1端子と、前記入力電圧を反転した第2出力電圧が出力される第2出力端子との間に設けられた第3スイッチ回路と、を有する電源を制御する制御方法であって、
前記第1出力電圧に基づいて第1制御信号を生成し、
前記第2出力電圧に基づいて第2制御信号を生成し、
前記第1制御信号と前記第2制御信号に基づいて、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路と前記第3スイッチ回路とを同一周波数でオン・オフ制御することを特徴とする制御方法。

A coil having a first terminal and a second terminal connected to a first output terminal from which a first output voltage lower than the input voltage is output; a first terminal of the coil; and an input to which the input voltage is supplied A first switch circuit provided between the first terminal of the coil, a second switch circuit provided between a first terminal of the coil and a power supply line having a potential lower than the input voltage, and a first of the coil A third switching circuit provided between a terminal and a second output terminal from which a second output voltage obtained by inverting the input voltage is output.
Generating a first control signal based on the first output voltage;
Generating a second control signal based on the second output voltage;
A control method comprising: turning on / off the first switch circuit, the second switch circuit, and the third switch circuit at the same frequency based on the first control signal and the second control signal.

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