JP2000193687A - 電流検出回路、およびその電流検出回路を備えたｄｃ／ｄｃコンバ―タ - Google Patents

電流検出回路、およびその電流検出回路を備えたｄｃ／ｄｃコンバ―タ

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JP2000193687A
JP2000193687A JP10370738A JP37073898A JP2000193687A JP 2000193687 A JP2000193687 A JP 2000193687A JP 10370738 A JP10370738 A JP 10370738A JP 37073898 A JP37073898 A JP 37073898A JP 2000193687 A JP2000193687 A JP 2000193687A
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circuit
voltage
capacitor
resistor
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Tetsuo Tateishi
哲夫 立石
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さな損失でインダクタに流れる電流を検出
する回路を提供する。 【解決手段】 インダクタＬに対して、ＲＣ直列経路１
１を並列に設ける。ＲＣ直列回路１１は、互いに直列に
接続された抵抗Ｒa 及びコンデンサＣa から構成され
る。検出回路１２は、コンデンサＣa の両端に発生する
電圧が与えられ、その電圧に基づいてインダクタＬを介
して流れるインダクタ電流を検出する。インダクタのイ
ンダクタンスをＬ、インダクタの寄生抵抗値をＲL 、コ
ンデンサＣaの容量をＣa 、抵抗Ｒa の抵抗値をＲa と
した場合、ＲＣ直列回路１１は、実質的に「Ｌ／ＲL ＝
Ｃa ・Ｒa 」が満たされるように設計される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インダクタを介し
て流れる電流を検出する回路に係わる。
【０００２】
【従来の技術】インダクタは、電気回路を構成する基本
素子の１つとして様々な用途に利用されている。たとえ
ば、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギ
ュレータ）においては、スイッチング素子と出力端子と
の間にインダクタが設けられており、エネルギーを蓄積
・放出する用途に用いられている。
【０００３】図１２は、一般的な降圧型電流モードＤＣ
／ＤＣコンバータの構成図である。このＤＣ／ＤＣコン
バータは、入力電圧Ｖinから出力電圧Ｖout を生成して
保持する。
【０００４】スイッチＭ１は、入力電圧Ｖinが印加され
ており、制御回路１から与えられる制御信号に従ってタ
ーンオンまたはターンオフされる。ダイオードＤ1 は、
そのカソードがスイッチＭ１に接続されており、整流素
子として動作する。スイッチＭ１と出力端子との間には
インダクタＬが設けられている。センス抵抗Ｒs は、イ
ンダクタＬに直列に接続されており、シャント抵抗とし
て使用される。出力コンデンサＣout は、負荷に供給す
べき電流を平滑化する。分圧回路２は、出力電圧Ｖout
を所定の比率に分圧する。
【０００５】制御回路１は、電圧フィードバック信号及
び電流フィードバック信号に基づいて、出力電圧Ｖout
が一定の値に保持されるようにスイッチＭ１を制御する
ための制御信号を生成する。ここで、電圧フィードバッ
ク信号は、出力電圧Ｖout を表す信号であり、分圧回路
２から得られる。また、電流フィードバック信号は、イ
ンダクタＬを介して流れる電流（以下、「インダクタ電
流」という。）を表す信号であり、センス抵抗Ｒs の両
端の電圧が使用される。
【０００６】このように、インダクタを備えるＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータは、通常、出力電圧およびインダクタ電流
を検出し、それらの検出値に基づいてスイッチを制御す
る。そして、インダクタ電流は、図１２に示すように、
インダクタに直列に電流検出用の抵抗（センス抵抗Ｒs
）を設け、その抵抗の両端電圧に基づいて検出する方
法が一般的であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、インダクタ
に直列にセンス抵抗を設けると、そこで電圧降下が発生
し、電力の損失が発生する。すなわち、センス抵抗を設
けると、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率が悪くなる。特
に、近年、負荷（たとえば、パーソナルコンピュータの
ＣＰＵ）が要求する電圧が低下してきていることに伴っ
て、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧も低くなってきて
いるので、出力電圧に対するセンス抵抗における電圧降
下の割合が相対的に大きくなってきている。このため、
センス抵抗における損失が、ＤＣ／ＤＣコンバータの効
率を向上を妨げる大きな要因となっている。
【０００８】また、センス抵抗としては、抵抗値が小さ
く、使用温度領域が広く、且つ抵抗値の精度のよいもの
を用いる必要がある。このため、センス抵抗のコストは
比較的高いものになってしまう。
【０００９】なお、この問題は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
のみにおいて発生するのではなく、一般に、インダクタ
に流れる電流を検出する際に発生し得る。
【００１０】本発明の課題は、小さな損失でインダクタ
に流れる電流を検出できる回路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の電流検出回路
は、インダクタを介して流れる電流を検出する回路であ
って、第１および第２の回路を有する。第１の回路は、
互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを含
み、上記インダクタに対して並列に設けられる。第２の
回路は、上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記イン
ダクタを介して流れる電流を検出する。上記構成におい
て、コンデンサの容量と抵抗体の抵抗値との乗算値は、
インダクタのインダクタンスとそのインダクタの寄生抵
抗値との比率に基づいて決定される。たとえば、上記イ
ンダクタのインダクタンスをＬ、上記インダクタの寄生
抵抗値をＲL 、上記コンデンサの容量をＣa 、上記抵抗
体の抵抗値をＲa とした場合、実質的に「Ｌ／ＲL ＝Ｃ
a ・Ｒa 」が満たされるように設計する。あるいは、イ
ンダクタを流れる電流に対する電圧の伝達関数と、上記
第１の回路を流れる電流に対するコンデンサ電圧の伝達
関数とが実質的に等しくなるように当該第１の回路の回
路定数を決定する。
【００１２】上記構成において、コンデンサの両端に発
生する電圧は、インダクタの寄生抵抗の両端電圧と等し
い。ここで、インダクタの寄生抵抗の両端電圧は、イン
ダクタを介して流れる電流によって発生する電圧降下で
ある。したがって、インダクタの寄生抵抗値が既知であ
れば、コンデンサの両端に発生する電圧をモニタするこ
とによりインダクタを介して流れる電流を検出できる。
特に、実質的に「Ｌ／ＲL ＝Ｃa ・Ｒa 」が満たされる
条件下では、インダクタの寄生抵抗の両端電圧に係わる
微分方程式と、コンデンサの両端に発生する電圧に係わ
る微分方程式とが互いに等しくなるので、コンデンサの
両端に発生する電圧は、常に、インダクタ電流を表す。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電流検
出回路の構成図である。本発明の電流検出回路は、ＲＣ
直列回路１１および検出回路１２を含み、インダクタＬ
を介して流れる電流（以下、「インダクタ電流」とい
う。）を検出する。
【００１４】ＲＣ直列回路１１は、互いに直列に接続さ
れた抵抗Ｒa 及びコンデンサＣa から構成されている。
このＲＣ直列回路１１は、インダクタＬに対して並列に
接続されている。検出回路１２は、コンデンサＣa の両
端電圧が与えられ、その電圧に基づいてインダクタ電流
を検出する。以下、図２を参照しながら、コンデンサＣ
a の両端電圧に基づいてインダクタ電流が正しく検出さ
れる理由について説明する。
【００１５】図２は、本発明の原理を説明する図であ
る。ここで、抵抗ＲL は、インダクタの抵抗成分であ
り、例えば、インダクタの直流抵抗を測定することによ
り得られる。なお、以下では、この抵抗成分のことを
「寄生抵抗」と呼ぶことがある。
【００１６】このように、インダクタは、抵抗値＝０の
インダクタＬと、抵抗値＝ＲL の抵抗体とが直列に接続
された回路として表される。この場合、図２に示す回路
において、下記(1) 〜(4) 式が得られる。
【００１７】
【数１】
【００１８】(1) 式は、抵抗ＲL の両端電圧（すなわ
ち、抵抗ＲL における電圧降下）を表す。ＩL は、イン
ダクタ電流である。(2) 式は、点ａと点ｂとの電位差を
表す。ここで、Ｖ1 およびＶ2 は、それぞれ点ａおよび
点ｂの電位である。(3) 式は、抵抗Ｒa を介して流れる
電流を表す。(4) 式は、ＲＣ直列回路１１に印加される
電圧を表す。
【００１９】ここで、上記(1) 式および(2) 式により下
記(5) 式が得られ、また、上記(3)式および(4) 式によ
り下記(6) 式が得られる。
【００２０】
【数２】
【００２１】さらに、上記(5) 式および(6) 式におい
て、下記(7) 式が成立するものとすると、電圧Ｖs1に関
する微分方程式と電圧Ｖs2に関する微分方程式とが互い
に等しくなる。
【００２２】
【数３】
【００２３】電圧Ｖs1に関する微分方程式と電圧Ｖs2に
関する微分方程式とが互いに等しいときは、これらの初
期値が互いに等しいとすると、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2とは
常に互いに等しくなる。すなわち、図２に示す回路にお
いて、抵抗ＲL の両端電圧の初期状態と、コンデンサＣ
a の初期状態が互いに同じであったとすると、コンデン
サＣa の両端に発生する電圧は、常に、抵抗ＲL の両端
電圧に追随することになる。従って、コンデンサＣa の
両端に発生する電圧を検出することにより、抵抗ＲL の
両端電圧を検出することができる。
【００２４】ここで、抵抗ＲL の抵抗値が既知であると
すると、抵抗ＲL の両端電圧はインダクタ電流によって
発生する電圧降下なので、抵抗ＲL の両端電圧を検出す
ることにより、インダクタ電流を知ることができる。す
なわち、図２に示す回路においては、コンデンサＣa の
両端に発生する電圧を検出することにより、インダクタ
電流を知ることができる。
【００２５】なお、たとえば、図３に示すように、本発
明の電流検出回路をＤＣ／ＤＣコンバータに適用した場
合、図２に示した電圧Ｖs1および電圧Ｖs2は、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの初期状態（すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの停止状態）において共に０である。したがって、
上記(7) 式の関係を満たすように抵抗Ｒa の抵抗値およ
びコンデンサＣa の容量を決定すれば、制御回路１は、
コンデンサＣa の両端に発生する電圧を検出することに
より、インダクタ電流を検出できる。
【００２６】ところで、上述の説明では、電圧Ｖs1およ
び電圧Ｖs2の初期値が互いに等しいと仮定していたが、
実際には、それらが互いに一致していない場合もあり得
る。また、電圧Ｖs1および電圧Ｖs2の初期値が互いに等
しければ、以降、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2とは常に互いに等
しくなることを数学的に証明したが、実際には、電圧Ｖ
s1および電圧Ｖs2の初期値が互いに等しかったとして
も、何らかの外的要因によりそれらが等しくなくなるこ
ともある。たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて
は、スイッチングノイズ等により、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2
とが瞬間的に等しくなくなることもあり得る。
【００２７】以下、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2とが一時的に等
しくなくなった後の電圧Ｖs1と電圧Ｖs2との間の誤差に
ついて考察する。この誤差は、時間の経過に伴って変化
するものと考えられるため、下記(8) 式で表される。
【００２８】 Ｅ(t) ＝Ｖs1(t) −Ｖs2(t) ・・・(8) この(8) 式を時間で微分すると、下記(9) 式が得られ
る。
【００２９】
【数４】
【００３０】ここで、上記(5) (6) (7) 式を上記(9) 式
に代入すると、下記(10)式が得られる。
【００３１】
【数５】
【００３２】さらに、上記(8) および(10)式により、下
記(11)式が得られる。
【００３３】
【数６】
【００３４】したがって、(11)式に表される微分方程式
を解くことにより、下記(12)式が得られる。なお、Ｃ1
は、積分常数である。
【００３５】
【数７】
【００３６】(12)式は、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2との間の差
（誤差Ｅ(t) ）が、時定数ｋに従って時間の経過ととも
に減衰していくことを示している。すなわち、(12)式
は、何らかの外的要因により電圧Ｖs1と電圧Ｖs2とが一
時的に等しくなくなったとしても、電圧Ｖs1と電圧Ｖs2
との間の差は時間の経過に従って小さくなり、やがては
電圧Ｖs2が電圧Ｖs1に一致することを示している。換言
すれば、コンデンサＣaの両端に発生する電圧を用いて
インダクタの寄生抵抗の両端電圧を推定する系は安定し
ているといえる。このため、インダクタの寄生抵抗に発
生する電圧と同じ電圧がコンデンサＣa に発生すること
になり、コンデンサＣa の両端に発生する電圧を検出す
ることによりインダクタ電流を検出することができる。
【００３７】本発明において、上記(7) 式の関係を満た
すことは重要である。以下、このことについて説明す
る。
【００３８】本発明の電流検出回路は、図１および図２
に示したように、インダクタに対してＲＣ直列回路１１
を並列に設け、そのＲＣ直列回路１１のコンデンサＣa
の両端に発生する電圧を検出することによりインダクタ
電流を検出する。ここで、ＲＣ直列回路１１は、インダ
クタの両端電圧を平均化（積分）する。従って、本発明
の電流検出回路は、上記(7) 式の関係を満たしていなか
ったとしても、インダクタ電流の平均値（または、直流
成分）を検出することは可能である。
【００３９】ところが、インダクタ電流の平均値ではな
く、時々刻々と変化するインダクタ電流をそのまま検出
したいという要求がある。たとえば、電流モード型のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいては、時々刻々と変化するイ
ンダクタ電流に基づいてスイッチが制御される。
【００４０】本発明は、上記要求に答えるために、ＲＣ
直列回路１１を構成する抵抗Ｒa の抵抗値およびコンデ
ンサＣa の容量を決定する際、上記(7) 式の関係が満た
されることを条件としている。ここで、上記(5) および
(6) 式において、「Ｖ1(t)」および「Ｖ2(t)」は、数学
的には、それぞれ特定の関数に限定されるものではな
い。このため、上記(5) および(6) は、「Ｖ1(t)」およ
び「Ｖ2(t)」がいかなる関数であったとしても成立す
る。したがって、上記(7) 式の関係を満たすようにＲＣ
直列回路１１を設計すれば、電圧Ｖs1（インダクタの寄
生抵抗の両端電圧）に関する微分方程式と電圧Ｖs2（コ
ンデンサＣa の両端に発生する電圧）に関する微分方程
式とが互いに等しくなるので、インダクタの両端電圧
（Ｖ1(t)およびＶ2(t)）がどのように変化しようとも、
コンデンサＣa の両端に発生する電圧は常に、そのイン
ダクタの寄生抵抗の両端電圧に追随することになる。す
なわち、インダクタ電流がどのように変化しようとも、
そのインダクタ電流は、コンデンサＣa の両端電圧とし
て検出可能である。
【００４１】このように、本発明の電流検出回路では、
上記(7) 式の関係を満たすようにＲＣ直列回路１１が設
計されるので、インダクタに対して直列のセンス抵抗を
設けることなく、インダクタ電流の平均値だけでなく、
時々刻々と変化するインダクタ電流がそのまま検出され
る。本願特許発明の出願人は、インダクタ電流が直流で
あった場合においても交流成分を含んでいた場合におい
ても、実験により、コンデンサＣa の両端電圧を用いて
そのコイル電流を正確に検出できることを確認してい
る。
【００４２】なお、本発明において、上記(7) 式の関係
は、厳密に満たされる必要はなく、実質的に満たされて
いれば十分である。ここで、「上記(7) 式の関係が実質
的に満たされる」とは、たとえば、抵抗値、容量、イン
ダクタンスの製造ばらつきや測定誤差を許容することを
含む。
【００４３】このように、本発明の電流検出回路によれ
ば、インダクタに対して直列にセンス抵抗を設けること
なく、インダクタ電流を検出できるので、消費電力の低
下が図れる。また、ＲＣ直列回路を構成する抵抗および
コンデンサは、安価なものを用いることができるので、
電流検出回路の低コスト化に寄与する。
【００４４】ところで、インダクタの寄生抵抗が小さい
と、その寄生抵抗の両端電圧（図２の電圧Ｖs1）が小さ
くなるので、それに伴ってコンデンサＣa の両端に発生
する電圧（図２の電圧Ｖs2）も小さくなる。そして、コ
ンデンサＣa の両端に発生する電圧が小さいと、ノイズ
の影響を受けやすくなるので、必然的に、その値を正確
に検出することが困難になる。従って、本発明の電流検
出回路においては、インダクタの寄生抵抗が小さい場合
には、インダクタ電流を正確に検出できないおそれがあ
る。
【００４５】図４(a) は、本発明の他の実施形態の電流
検出回路の構成図である。この構成では、インダクタの
寄生抵抗が小さい場合であってもコンデンサＣa の両端
に発生する電圧が十分に大きくなるように、インダクタ
に対して直列に補助抵抗Ｒbが接続されており、ＲＣ直
列回路１１は、それら互いに直列に接続されたインダク
タと補助抵抗Ｒb に対して並列に設けられている。ここ
で、インダクタは、上述したように、寄生抵抗ＲL を持
っている。従って、互いに直列に接続されたインダクタ
および補助抵抗Ｒb の直流抵抗成分は、図４(b) に示す
ように、「ＲL＋Ｒb 」となる。
【００４６】抵抗Ｒa の抵抗値およびコンデンサＣa の
容量は、インダクタのインダクタンスＬ、およびこの直
流抵抗成分に基づいて決められる。具体的には、たとえ
ば、下記(13)式の関係を満たすように決定される。
【００４７】
【数８】
【００４８】図５(a) は、本発明のさらに他の実施形態
の電流検出回路の構成図である。この構成では、ＲＣ直
列回路１３は、図１に示したＲＣ直列回路１１と比べ
て、補助抵抗Ｒp が設けられている。すなわち、ＲＣ直
列回路１３は、互いに直列に接続された抵抗Ｒa 、コン
デンサＣa 、及び補助抵抗Ｒp から構成され、インダク
タＬに対して並列に設けられる。そして、検出経路１２
には、互いに直列に接続されたコンデンサＣa 及び補助
抵抗Ｒp の両端に発生する電圧が与えられる。
【００４９】この場合、出回路１２には、インダクタ電
流を正確に表す電圧が入力されるのではなく、インダク
タ電流を表す電圧に対して検補助抵抗Ｒp において発生
する電圧降下に相当するオフセット電圧が印加された電
圧が与えられる。
【００５０】図５(a) に示す電流検出回路は、例えば、
図３に示したような電流モード型のＤＣ／ＤＣコンバー
タに適用される。このＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイ
ッチＭ１およびＭ２は、基本的に、制御回路１からの制
御信号に従って交互にターンオン／ターンオフされる。
そして、図６に示すように、スイッチＭ１がオン状態お
よびスイッチＭ２がオフ状態の期間は、インダクタ電流
は直線的に増加してゆき、スイッチＭ１がオフ状態およ
びスイッチＭ２がオン状態の期間は、インダクタ電流は
直線的に減少してゆく。このとき、補助抵抗Ｒp が設け
られていなければ、制御回路１に与えられる電圧は、イ
ンダクタ電流の波形と同じになる。
【００５１】制御回路１は、この与えられた電圧と閾値
とを比較し、この電圧が閾値よりも大きければスイッチ
Ｍ１およびＭ２の状態を変化させる。なお、この閾値
は、例えば、出力電圧Ｖout に基づいて生成される。と
ころが、現実のインダクタには寄生コンデンサが存在す
るため、スイッチングコンバータ等で生じるスイッチの
切替えの際のスパイクノイズ等のノイズが発生し、図６
に示すように制御回路１に与えられる電圧信号にノイズ
が加えられると、制御回路１に与えられる電圧が不適切
なタイミングで閾値を越えてしまうおそれがある。この
場合、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチＭ１およびＭ２
はが誤動作することになる。
【００５２】一方、図５(a) に示すように、補助抵抗Ｒ
p が設けられると、制御回路１に与えられる電圧にはオ
フセット電圧が印加される。このため、図６に示すよう
に、制御回路１に与えられる電圧信号にノイズが加えら
れたとしても、制御回路１に与えられる電圧が不適切な
タイミングで閾値を越えてしまうことが回避され、スイ
ッチＭ１およびＭ２の誤動作がなくなる。なお、オフセ
ット電圧は、例えば、補助抵抗Ｒp の抵抗値により調整
可能である。
【００５３】図５(b) は、補助抵抗Ｒp の代わりに補助
容量Ｃp を用いてＲＣ回路を構成した例である。すなわ
ち、コンデンサＣp によってコンデンサＣa との間で分
圧され、コンデンサＣp をある程度小さくすることで、
相当量のオフセット電圧を作り出すことができ、図５
(a) に示した構成と同様の効果が得られる。
【００５４】上述の実施例では、基本的に、上記(7) 式
の関係が満たされることを前提としていたが、用途によ
っては、上記(7) 式の関係を満たすことなく電流検出回
路を設計してもよい。以下、これらの例を説明する。
【００５５】本発明の電流検出回路は、ＲＣ直列回路１
１を構成するコンデンサＣa の両端に発生する電圧に基
づいてインダクタ電流を検出する。ここで、コンデンサ
Ｃaの両端電圧は、図７に示すように、時定数ｋ（ｋ＝
Ｒa ・Ｃa ）に従って変化する関数で表される。すなわ
ち、時定数ｋが大きければ、コンデンサＣa の両端電圧
は緩やかに変化し、一方、時定数ｋが小さければ、コン
デンサＣa の両端電圧は速く変化する。
【００５６】ここで、インダクタ電流が過電流となった
ことを検出する場合を考える。この場合、インダクタ電
流を表すコンデンサＣa の両端電圧と過電流閾値とが比
較される。このとき、上記(7) 式の関係が満たされるよ
うにＲＣ直列回路１１が設計されると、時刻ｔ1 におい
てコンデンサＣa の両端電圧が閾値を超える。一方、時
定数ｋを大きすると、コンデンサＣa の両端電圧は、時
刻ｔ1 よりも遅い時刻（時刻ｔ2 ）において閾値に達す
ることになる。
【００５７】時定数ｋを用いて、たとえば、過電流保護
機能を備えたＤＣ／ＤＣコンバータの過渡応答特性を調
整することができる。過電流保護機能とは、「過電流」
が検出されたときに、例えば、電流を強制的に停止また
は低下させる機能である。
【００５８】この場合、過電流検出機能を備えたＤＣ／
ＤＣコンバータに本発明の電流検出回路を設け、コンデ
ンサＣa の両端電圧に基づいてインダクタ電流を検出す
る際に、ＲＣ直列回路１１の時定数ｋを大きくすると、
インダクタ電流が瞬間的に閾値を超えた場合には、コン
デンサＣa の両端電圧は緩やかに変化するので、この場
合は「過電流」は検出されない。
【００５９】ＤＣ／ＤＣコンバータは、一概にはいえな
いが、瞬間的な過電流によっては破壊されず、過電流状
態が所定時間以上継続した際の熱により破壊されること
が知られている。したがって、時定数ｋが大きくなるよ
うにＲＣ直列回路１１を設計すれば、瞬間的に大きな電
流が発生したときには、制御回路は「過電流」を検出し
ない。すなわち、時定数ｋを大きくすると、ＤＣ／ＤＣ
コンバータの破壊を引き起こさないような瞬間的な過電
流は無視される。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの破
壊を引き起こさないような瞬間的な過電流によって電流
が強制的に停止されるような事態や出力電圧の低下が回
避される。
【００６０】なお、時定数ｋを変化させた場合であって
も、ある程度以上の時間が経過した後には、図７に示す
ように、コンデンサＣa の両端電圧は同じ値（図７に示
す例では、ｖ(t) ＝Ｅ）になる。したがって、過電流状
態が継続的に発生した場合にあっては、時定数ｋの値に
係わらず、「過電流」が検出される。
【００６１】ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて上述のよう
にして過渡応答特性を調整する場合には、たとえば、下
記(14)式を満たすようにＲＣ直列回路を設計する。
【００６２】
【数９】
【００６３】一方、時定数ｋを小さくすると、図７に示
すように、コンデンサＣa の両端電圧は、実際のインダ
クタ電流の変化よりも急峻に変化する。このため、時定
数ｋを小さく設定した状態でコンデンサＣa の両端電圧
を用いて過電流制御を実行すると、インダクタ電流の過
渡期間において、インダクタ電流が実際には閾値にまで
達していないにも係わらず、コンデンサＣa の両端電圧
はその閾値に達することがある。すなわち、過渡応答期
間において、見かけ上、閾値が低くなったのと同じ状況
が得られる。したがって、このことにより、インダクタ
電流の変化の割合を所定値以下に制限することができ
る。
【００６４】ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて上述のよう
にして過渡応答特性を調整する場合には、たとえば、下
記(15)式を満たすようにＲＣ直列回路を設計する。
【００６５】
【数１０】
【００６６】本発明は、基本的に、上記(7) 式の関係が
満たされるようにＲＣ直列回路を設計することにより、
インダクタ電流が直流である場合だけでなく、インダク
タ電流が時間経過に伴って任意に変化する場合であって
もその電流を検出きるようにしたものである。しかしな
がら、インダクタ電流の交流成分のみを検出したい場合
には、必ずしも上記(7) 式の関係が満たされる必要はな
い。
【００６７】たとえば、図８に示すように、インダクタ
Ｌに対して仮想的な抵抗（仮想抵抗Ｒv ）が直列に接続
されているものとしてＲＣ直列回路を設計する。ここ
で、インダクタの寄生抵抗は０であるものとする。この
場合、ＲＣ直列回路は、「Ｌ／Ｒv ＝Ｃa ・Ｒa 」を満
たすように設計される。
【００６８】このようにして設計されたＲＣ直列回路を
用いてインダクタ電流をモニタすると、直流成分は正確
には検出されないが、交流成分は正しく検出される。こ
の交流成分を用いて、電流モードのＤＣ／ＤＣコンバー
タを構成することができる。なお、仮想抵抗Ｒv の抵抗
値としては、コンデンサＣa の出力電圧がノイズの影響
を受けないような値とする。
【００６９】図９は、図１に示した電流検出回路の変形
例である。この回路では、抵抗ＲaとＲb とで分圧器を
構成し、抵抗Ｒa の抵抗値を適当な値に設定することで
所望の出力電圧を得ることができる。これにより、イン
ダクタの寄生抵抗が用途によって比較的大きい場合に
は、図９に示すような回路を用いて検出電圧を調整する
ことができる。なお、図９に示す回路においては、下記
(16)式の条件を満たすこととすれば、下記(17)式の結果
が得られる。したがって、この検出電圧に基づいてイン
ダクタ電流を検出できる。
【００７０】
【数１１】
【００７１】上記実施例では、本発明の検出回路を降圧
型のＤＣ／ＤＣコンバータに適用した場合を示したが、
他にも様々な用途がある。図１０および図１１は、それ
ぞれ昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、および反転型のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータに本発明の電流検出回路を適用した
例である。
【００７２】
【発明の効果】本発明によれば、インダクタを介して流
れる電流を検出する際、そのインダクタに直列にセンス
抵抗を設ける必要がないので、電流検出のために消費さ
れる電力が低下する。
【００７３】また、スイッチングコンバータでは、現実
のインダクタに存在する寄生コンデンサによりスイッチ
の切替えの際にスパイクノイズが発生するが、本発明の
電流検出回路においては、インダクタに並列に設けられ
たコンデンサと抵抗体とからなる検出回路がフィルタと
しても機能するため、このようなノイズの検出による回
路の誤動作を防止でき、より安定した動作に寄与するこ
とが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流検出回路の構成図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の電流検出回路を備えるＤＣ／ＤＣコン
バータの構成図である。
【図４】(a) は、本発明の他の実施形態の電流検出回路
の構成図であり、(b) は、(a)に示す回路の動作を説明
する図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態の電流検出回路の
構成図である。
【図６】図５に示した回路が適用されたＤＣ／ＤＣコン
バータの動作を説明する図である。
【図７】過渡応答特性を説明する図である。
【図８】ＲＣ直列回路の設計方法の変形例を説明する図
である。
【図９】図１に示す電流検出回路の変形例である。
【図１０】本発明の電流検出回路を昇圧型ＤＣ／ＤＣコ
ンバータに適用した例である。
【図１１】本発明の電流検出回路を反転型ＤＣ／ＤＣコ
ンバータに適用した例である。
【図１２】一般的な降圧型電流モードＤＣ／ＤＣコンバ
ータの構成図である。
【符号の説明】
１ 制御回路 １１、１３ ＲＣ直列回路 １２ 検出回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インダクタを介して流れる電流を検出す
    る回路であって、 互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを含
    み、上記インダクタに対して並列に設けられる第１の回
    路と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記インダクタを
    介して流れる電流を検出する第２の回路とを有し、 上記コンデンサの容量と上記抵抗体の抵抗値との乗算値
    が、上記インダクタのインダクタンスと上記インダクタ
    の寄生抵抗値との比率に基づいて決定される電流検出回
    路。
  2. 【請求項２】 インダクタを介して流れる電流を検出す
    る回路であって、 互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを含
    み、上記インダクタに対して並列に設けられる第１の回
    路と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記インダクタを
    介して流れる電流を検出する第２の回路とを有し、 上記インダクタのインダクタンスをＬ、上記インダクタ
    の寄生抵抗値をＲL 、上記コンデンサの容量をＣa 、上
    記抵抗体の抵抗値をＲa とした場合、実質的に下式の関
    係が満たされる電流検出回路。 Ｌ／ＲL ＝Ｃa ・Ｒa
  3. 【請求項３】 インダクタを介して流れる電流を検出す
    る回路であって、 互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを有
    し、上記インダクタに対して並列に設けられる第１の回
    路と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記インダクタを
    介して流れる電流を検出する第２の回路とを有し、 上記インダクタを流れる電流に対する電圧の伝達関数
    と、上記第１の回路を流れる電流に対するコンデンサ電
    圧の伝達関数とが実質的に等しくなるように当該第１の
    回路の回路定数が決定されていることを特徴とする電流
    検出回路。
  4. 【請求項４】 インダクタを介して流れる電流を検出す
    る回路であって、 上記インダクタに直列に接続された第１の抵抗体と、 互いに直列に接続された第２の抵抗体およびコンデンサ
    を含み、上記互いに直列に接続されたインダクタおよび
    第１の抵抗体に対して並列に設けられる第１の回路と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記インダクタを
    介して流れる電流を検出する第２の回路とを有する電流
    検出回路。
  5. 【請求項５】 ＤＣ入力が与えられ、制御信号に従って
    ターンオンまたはターンオフされるスイッチと、 上記スイッチに接続されたインダクタと、 互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを含
    み、上記インダクタに対して並列に設けられる検出回路
    と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記スイッチに与
    えられる制御信号を生成する制御手段と、 を有するＤＣ／ＤＣコンバータ。
  6. 【請求項６】 上記検出回路の抵抗体に対してさらにコ
    ンデンサを並列に設けた請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコ
    ンバータ。
  7. 【請求項７】 ＤＣ入力が与えられ、制御信号に従って
    ターンオンまたはターンオフされるスイッチと、 上記スイッチに接続されたインダクタと、 互いに直列に接続された第１の抵抗体、コンデンサ、お
    よび第２の抵抗体を含み、上記インダクタに対して並列
    に設けられる回路と、 上記互いに直列に接続されたコンデンサおよび第２の抵
    抗体の両端電圧に基づいて上記スイッチに与えられる制
    御信号を生成する制御手段と、 を有するＤＣ／ＤＣコンバータ。
  8. 【請求項８】 ＤＣ入力が与えられ且つ制御信号に従っ
    てターンオンまたはターンオフされるスイッチと、その
    スイッチに接続されたインダクタとを含むＤＣ／ＤＣコ
    ンバータを制御する回路であって、 互いに直列に接続された抵抗体およびコンデンサを含
    み、上記インダクタに対して並列に設けられる検出回路
    と、 上記コンデンサの両端電圧に基づいて上記スイッチに与
    えられる制御信号を生成する手段と、 を有するＤＣ／ＤＣコンバータを制御する回路。
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