JP2001086740A - Dc-dc converter device - Google Patents

Dc-dc converter device

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JP2001086740A
JP2001086740A JP26269699A JP26269699A JP2001086740A JP 2001086740 A JP2001086740 A JP 2001086740A JP 26269699 A JP26269699 A JP 26269699A JP 26269699 A JP26269699 A JP 26269699A JP 2001086740 A JP2001086740 A JP 2001086740A
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JP
Japan
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control signal
circuit
voltage
signal
output voltage
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JP26269699A
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Japanese (ja)
Inventor
Fusakatsu Saito
総克 齊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set a control signal to a high frequency for miniaturizing parts, without reducing the voltage conversion efficiency, and to minimize a circuit. SOLUTION: As a switching element for stepping-down/stepping-up, an NMOS transistor is used. When an input voltage is higher than a prescribed output voltage by the error signal of an error amplifier, a control signal is outputted from a PWM comparator 5, a drive signal is generated from a gate drive circuit 8, and an NMOS 10 for step-down is switched. At this time by the error signal whose level is shifted by a level shift circuit, the drive signal of a gate drive circuit 9 is set to a low level, and an NMOS 11 is turned off, thus lowering an output voltage Vout to a prescribed voltage. When an input voltage is lower than the prescribed output voltage by the error signal whose level is shifted by the level shift circuit, the control signal is outputted from a PWM comparator 6, and the NMOS 11 for step-up is switched. At this time, the NMOS 11 is turned on, thus raising the output voltage Vout until it reaches a prescribed voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、入力直流電圧を昇
圧又は降圧して出力する昇降圧型のDC−DCコンバー
タ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step-up / step-down DC-DC converter that steps up or steps down an input DC voltage and outputs the resulting voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、昇降圧型のDC−DCコンバ
ータ(装置)には、大別して、(1)昇圧型のスイッチ
ングレギュレータと降圧型のスイッチングレギュレータ
をシリーズに接続して成るSEPIC方式、(2)昇圧
型のスイッチングレギュレータにリニアレギュレータを
接続した方式、(3)スイッチドキャパシタ(チャージ
ポンプ)方式、(4)降圧型DC−DCコンバータと昇
圧型DC−DCコンバータをひとつの回路として接続し
た昇降圧型のDC−DCコンバータ方式の4つの回路方
式がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, step-up / step-down DC-DC converters (devices) are roughly classified into (1) a SEPIC system in which a step-up switching regulator and a step-down switching regulator are connected in series; ) A system in which a linear regulator is connected to a step-up switching regulator, (3) a switched capacitor (charge pump) system, (4) a step-up / down converter in which a step-down DC-DC converter and a step-up DC-DC converter are connected as one circuit. There are four circuit types of a pressure type DC-DC converter type.

【0003】しかし、(3)スイッチドキャパシタ(チ
ャージポンプ)方式では、回路のサイズ(面積)は小さ
いが、出力電流が200mA程しか取れず、出力が大き
いものには向かない。(2)昇圧型のスイッチングレギ
ュレータにリニアレギュレータを接続した方式では、リ
ニアレギュレータによる降圧動作の効率が悪く、電圧変
換効率が悪い。(1)SEPIC方式は、(2)の方式
よりも電圧変換効率はよいが、昇圧型のスイッチングレ
ギュレータと降圧型のスイッチングレギュレータを同時
に動作させているため、昇圧用のスイッチングレギュレ
ータと降圧用のスイッチングレギュレータのいずれか一
方しか動作させない(4)の昇降圧型のDC−DCコン
バータ方式に比べて効率が悪い。
However, in the (3) switched capacitor (charge pump) system, although the size (area) of the circuit is small, the output current is only about 200 mA, which is not suitable for a large output. (2) In a system in which a linear regulator is connected to a step-up switching regulator, the efficiency of the step-down operation by the linear regulator is low, and the voltage conversion efficiency is low. (1) The SEPIC method has higher voltage conversion efficiency than the method (2), but since the step-up switching regulator and the step-down switching regulator are operated simultaneously, the step-up switching regulator and the step-down switching regulator are operated. The efficiency is lower than that of the step-up / step-down DC-DC converter system (4) in which only one of the regulators is operated.

【0004】従って、(4)の方式は他の3方式に比べ
て電圧変換効率に優れ、しかも、大きな出力電流を取れ
る割りには回路のサイズも比較的小さいため、最もポピ
ュラーに使用されいる。
[0004] Therefore, the method (4) is more popular than the other three methods because it has a higher voltage conversion efficiency and has a relatively small circuit size for a large output current.

【0005】図5は従来の昇降圧DC−DCコンバータ
の構成例を示した回路図(例えば実公平7−2783
1)である。本例では、降圧用スイッチング素子として
PNP型トランジスタを使用し、昇圧用スイッチング素
子としてNPN型トランジスタを使用している。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional step-up / step-down DC-DC converter (for example, Japanese Utility Model Publication No. 7-2783).
1). In this example, a PNP transistor is used as a step-down switching element, and an NPN transistor is used as a step-up switching element.

【0006】本回路の出力電圧Voutは抵抗26、2
7により分圧されて、誤差アンプ24に入力される。誤
差アンプ24は前記分圧電圧Vdと制御入力電圧Voと
を比較し、制御入力電圧Voとの誤差信号を直接コンパ
レータ21に出力すると共に、同誤差信号をレベルシフ
ト29で所定電圧シフトしてからコンパレータ22に出
力している。一方、コンパレータ21、22の別の入力
端子には発振器23により発振された三角波信号が入力
されている。
The output voltage Vout of this circuit is equal to the resistances 26 and 2
7, and is input to the error amplifier 24. The error amplifier 24 compares the divided voltage Vd with the control input voltage Vo, outputs an error signal of the control input voltage Vo directly to the comparator 21, and shifts the error signal by a predetermined voltage with the level shift 29, It is output to the comparator 22. On the other hand, a triangular wave signal oscillated by the oscillator 23 is input to other input terminals of the comparators 21 and 22.

【0007】ここで、出力電圧Voutが所定電圧より
も高い場合、コンパレータ21は、誤差信号によって三
角波信号をPWM変調して生成した制御信号をPNP型
トランジスタ12に出力する。
Here, when the output voltage Vout is higher than a predetermined voltage, the comparator 21 outputs to the PNP transistor 12 a control signal generated by PWM-modulating the triangular wave signal by the error signal.

【0008】この時、レベルシフトされた誤差信号によ
りコンパレータ22の出力はローレベルで、NPN型ト
ランジスタ28をオフさせている。これにより、PNP
型トランジスタ25は前記制御信号によりスイッチング
して、出力電圧Voutを所定電圧まで降圧させ、維持
する。
At this time, the output of the comparator 22 is at a low level due to the error signal having undergone the level shift, and the NPN transistor 28 is turned off. With this, PNP
The type transistor 25 is switched by the control signal to reduce and maintain the output voltage Vout to a predetermined voltage.

【0009】一方、出力電圧Voutが所定電圧よりも
低い場合、コンパレータ22は、レベルシフトされた誤
差信号により前記三角波信号をPWM変調して生成した
制御信号をNPN型トランジスタ28に出力する。この
時、レベルシフトされた誤差信号によりコンパレータ2
1の出力はローレベルで、PNP型トランジスタ25を
オンさせている。これにより、NPN型トランジスタ2
8は前記制御信号によりスイッチングして、出力電圧V
outを所定電圧まで昇圧させ、維持する。
On the other hand, when the output voltage Vout is lower than the predetermined voltage, the comparator 22 outputs to the NPN transistor 28 a control signal generated by PWM-modulating the triangular wave signal based on the level-shifted error signal. At this time, the level of the error signal is shifted by the comparator 2.
The output of 1 is at a low level, turning on the PNP transistor 25. Thereby, the NPN transistor 2
8 is switched by the control signal to output voltage V
out is raised to a predetermined voltage and maintained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の昇降圧型のDC−DCコンバータ等では、回路サイ
ズ(面積)の一層の小型化を図るために、スイッチング
素子を駆動する制御信号の周波数の高周波化が図られて
いる。その理由は、前記制御信号を高周波化すると、イ
ンダクタ14を流れる電流の振幅を小さくでき、スイッ
チング素子、インダクタ、平滑コンデンサなどの部品を
小型化することができるためである。
In the above-described conventional step-up / step-down DC-DC converter, the frequency of the control signal for driving the switching element is reduced in order to further reduce the circuit size (area). Higher frequencies have been achieved. The reason is that when the control signal is increased in frequency, the amplitude of the current flowing through the inductor 14 can be reduced, and components such as a switching element, an inductor, and a smoothing capacitor can be reduced in size.

【0011】しかし、単純に制御信号を高周波化する
と、スイッチング素子で発生するスイッチング損失が制
御信号の周波数に比例して増大するため、DC−DCコ
ンバータの動作が不安定になったり、著しい場合にはス
イッチング素子が破壊したりする。
However, if the control signal is simply made higher in frequency, the switching loss generated in the switching element increases in proportion to the frequency of the control signal. Causes the switching element to be destroyed.

【0012】スイッチング素子にバイポーラトランジス
タが使用されている図5に示した従来の回路も高周波化
すると、例えば制御信号を1MHzにした場合、発熱が
大きくなり、電力変換効率は50%程度になって、動作
が安定しなくなってしまう。
When the frequency of the conventional circuit shown in FIG. 5 in which a bipolar transistor is used as a switching element is increased, for example, when a control signal is set to 1 MHz, heat generation is increased and power conversion efficiency is reduced to about 50%. , The operation becomes unstable.

【0013】これにより、図5に示した従来の昇降圧D
C−DCコンバータでは、制御信号の高周波化を図って
回路サイズを思うように小さくすることができないとい
う問題があった。
Thus, the conventional buck-boost D shown in FIG.
The C-DC converter has a problem that the circuit size cannot be reduced as desired by increasing the frequency of the control signal.

【0014】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、電圧変換効率を
落とすことなく、制御信号の高周波化を図って部品を小
型にすることにより、回路サイズを小さくすることがで
きる昇降圧用のDC−DCコンバータ装置を提供するこ
とである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to reduce the size of parts by increasing the frequency of a control signal without lowering the voltage conversion efficiency. Another object of the present invention is to provide a DC-DC converter for step-up / step-down which can reduce the circuit size.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明の特徴は、昇圧用スイッチング素子
と、降圧用スイッチング素子とを備え、前記昇圧用スイ
ッチング素子と降圧用スイッチング素子のいずれか一方
をスイッチングして出力電圧を昇圧させ、又は降圧させ
る制御を行うDC−DCコンバータ装置において、発振
信号を発生する発振回路と、前記出力電圧と基準電圧と
の差に対応する誤差信号を発生する差分回路と、前記誤
差信号の値により前記発振信号のパルス幅を変調して生
成する第1の制御信号を発生すると共に、前記誤差信号
の値によっては前記第1の制御信号を一定レベルとする
第1のパルス幅変調用比較回路と、前記誤差信号のレベ
ルをシフトさせるレベルシフト回路と、前記レベルシフ
トされた前記発振信号によりパルス幅を変調して生成す
る第2の制御信号を発生すると共に、前記誤差信号の値
によっては前記第2の制御信号を一定レベルとする第2
のパルス幅変調用比較回路と、前記第1の制御信号によ
りスイッチングされる降圧用の第1のMOSトランジス
タと、前記第2の制御信号によりスイッチングされる昇
圧用の第2のMOSトランジスタと、前記第1又は、第
2のMOSトランジスタをスイッチングさせた時にスイ
ッチング電流が流れるインダクタと、このインダクタに
流れるスイッチング電流を整流平滑する整流平滑回路と
を具備することにある。
To achieve the above object, a feature of the present invention is to provide a boosting switching element and a step-down switching element, wherein the step-up switching element and the step-down switching element are provided. A DC-DC converter device that performs control to increase or decrease an output voltage by switching any one of an oscillation circuit that generates an oscillation signal, and an error signal corresponding to a difference between the output voltage and a reference voltage. And a first control signal generated by modulating the pulse width of the oscillation signal based on the value of the error signal, and maintaining the first control signal constant depending on the value of the error signal. A first pulse width modulation comparison circuit for setting a level, a level shift circuit for shifting the level of the error signal, and the level-shifted oscillation Together to generate a second control signal generated by modulating the pulse width by item, the value of the error signal and the second to a constant level of the second control signal
A pulse width modulation comparison circuit, a step-down first MOS transistor switched by the first control signal, a step-up second MOS transistor switched by the second control signal, It is provided with an inductor through which a switching current flows when the first or second MOS transistor is switched, and a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the switching current flowing through the inductor.

【0016】請求項2の発明の特徴は、前記第1、第2
のMOSトランジスタを両方ともN型のMOSトランジ
スタとすることにある。
The feature of the invention of claim 2 is that the first and second features are as follows.
Are both N-type MOS transistors.

【0017】請求項3の発明の特徴は、前記第2のN型
のMOSトランジスタをスイッチングさせる前記第2の
制御信号のピーク電圧を高電圧化するための高電圧電源
回路を設けたことにある。
A feature of the invention according to claim 3 is that a high voltage power supply circuit for increasing a peak voltage of the second control signal for switching the second N-type MOS transistor is provided. .

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明のDC−DCコン
バータ装置の一実施の形態を示した回路図である。DC
−DCコンバータ装置は、出力電圧Vout(実際はV
outの分圧値Vd)と基準電圧Vrefとを比較して
誤差信号100を生成する誤差アンプ1、基準電圧Vr
efを発生する基準電圧回路2、誤差信号100のレベ
ルを所定電圧ΔEシフトするレベルシフト回路3、制御
用の三角波信号200を発振する発振器4、三角波信号
200を誤差信号100でPWM変調して生成した制御
信号300を発生するPWMコンパレータ5、三角波信
号200を誤差信号101でPWM変調して生成した制
御信号301を発生するPWMコンパレータ6、高圧の
電圧を発生する電源回路7、電源回路7から発生した高
圧の電圧を用いて制御信号300から駆動信号400を
発生するゲート駆動回路8、制御信号301から駆動信
号401を発生するゲート駆動回路9、駆動信号400
により駆動されてスイッチングする降圧用NMOSトラ
ンジスタ10、駆動信号401により駆動されてスイッ
チングする昇圧用NMOSトランジスタ11、スイッチ
ング電流が流れるインダクタ12、入力電圧Vinを入
力する入力端子13、出力電圧Voutを出力する出力
端子14、平滑用コンデンサC、スイッチング電流を整
流するダイオードD1、D2、出力電圧Voutを分圧
する抵抗R1、R2を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the DC-DC converter device of the present invention. DC
The DC converter device outputs the output voltage Vout (actually V
The error amplifier 1 that generates the error signal 100 by comparing the divided voltage value Vd of the out signal with the reference voltage Vref, the reference voltage Vr
a reference voltage circuit 2 for generating ef, a level shift circuit 3 for shifting the level of the error signal 100 by a predetermined voltage ΔE, an oscillator 4 for oscillating a triangular wave signal 200 for control, and generating the triangular wave signal 200 by PWM modulation with the error signal 100. A PWM comparator 5 for generating a control signal 300, a PWM comparator 6 for generating a control signal 301 generated by PWM-modulating the triangular wave signal 200 with an error signal 101, a power supply circuit 7 for generating a high voltage, and a power supply circuit 7. A gate drive circuit 8 that generates a drive signal 400 from the control signal 300 using the high voltage thus obtained, a gate drive circuit 9 that generates a drive signal 401 from the control signal 301, and a drive signal 400
NMOS transistor 10 which is driven and switched by a booster, NMOS transistor 11 which is boosted and driven by a drive signal 401, an inductor 12 through which a switching current flows, an input terminal 13 for inputting an input voltage Vin, and outputs an output voltage Vout. It has an output terminal 14, a smoothing capacitor C, diodes D1 and D2 for rectifying the switching current, and resistors R1 and R2 for dividing the output voltage Vout.

【0019】図2は図1に示した電源回路7としてチャ
ージポンプを用いた場合の構成例を示した回路図であ
る。チャージポンプは、電圧Eの矩形波を発生する発振
器(OSC)71、矩形波電圧Eを昇圧(2E)するダ
イオードD3、D4、D5及びコンデンサC1、C2、
C3から成っている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example when a charge pump is used as the power supply circuit 7 shown in FIG. The charge pump includes an oscillator (OSC) 71 that generates a square wave of the voltage E, diodes D3, D4, and D5 that boost (2E) the square wave voltage E, and capacitors C1, C2,
Consists of C3.

【0020】図3は図1に示したゲート駆動回路8の構
成例を示した回路図である。ゲート駆動回路8は、イン
バータ81、82を直列に接続した回路で、インバータ
81、82に電源回路7からの高電圧(2E)が供給さ
れている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the gate drive circuit 8 shown in FIG. The gate drive circuit 8 is a circuit in which inverters 81 and 82 are connected in series, and a high voltage (2E) from the power supply circuit 7 is supplied to the inverters 81 and 82.

【0021】図4は図1に示したレベルシフト回路3の
構成例を示した回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the level shift circuit 3 shown in FIG.

【0022】レベルシフト回路3は、抵抗R3と定電流
源31およびこの定電流源に流れる電流と等しい電流を
抵抗R3に供給するカレントミラーから成り、R3の両
端から取り出される誤差信号100と101の間には、
R3と定電流iの積に等しいシフト電圧ΔEが生じる。
このシフト電圧ΔEは、昇圧用NMOSトランジスタと
降圧用NMOSトランジスタが同時にスイッチング動作
することを避けるために設けたもので、その値は三角波
信号200の電圧振幅と等しいか、またはより大きく設
定する。
The level shift circuit 3 comprises a resistor R3, a constant current source 31, and a current mirror for supplying a current equal to the current flowing through the constant current source to the resistor R3. In the meantime,
A shift voltage ΔE equal to the product of R3 and the constant current i occurs.
This shift voltage ΔE is provided in order to avoid simultaneous switching operation of the step-up NMOS transistor and the step-down NMOS transistor, and its value is set to be equal to or larger than the voltage amplitude of the triangular wave signal 200.

【0023】次に本実施の形態の動作について説明す
る。入力端子13から入力電圧Vinが入力され、出力
端子14から所定電圧の出力電圧Voutが出力され
る。
Next, the operation of this embodiment will be described. Input voltage Vin is input from input terminal 13, and output voltage Vout of a predetermined voltage is output from output terminal 14.

【0024】出力電圧Voutは抵抗R1、R2により
分圧され、誤差アンプ1に入力される。誤差アンプ1は
前記分圧電圧Vdと基準電圧Vrefとを比較し、基準
電圧Vrefとの誤差信号100を発生して、これを直
接PWMコンパレータ5に入力すると共に、同誤差信号
100をレベルシフト回路3で所定電圧ΔEシフトした
誤差信号101をPWMコンパレータ6に入力する。一
方、PWMコンパレータ5、6の別の入力端子には発振
器4より発振された三角波信号200が入力されてい
る。
The output voltage Vout is divided by the resistors R1 and R2 and input to the error amplifier 1. The error amplifier 1 compares the divided voltage Vd with the reference voltage Vref, generates an error signal 100 with the reference voltage Vref, inputs the error signal directly to the PWM comparator 5, and converts the error signal 100 into a level shift circuit. The error signal 101 shifted by the predetermined voltage ΔE in step 3 is input to the PWM comparator 6. On the other hand, the triangular wave signal 200 oscillated from the oscillator 4 is input to other input terminals of the PWM comparators 5 and 6.

【0025】ここで、入力電圧Vinが設定出力電圧よ
りも高い場合、PWMコンパレータ5は、誤差信号10
0でパルス幅変調された制御信号300を生成して、出
力電圧Voutが設定出力電圧に等しくなるようゲート
駆動回路8を介して、降圧用NMOSトランジスタ10
をスイッチング制御する。この時、レベルシフトされた
誤差信号101のレベルは三角波信号200のレベルよ
りも低くなるので、ゲート駆動回路9の駆動信号401
はローレベルで一定値となり、昇圧用NMOSトランジ
スタ11は常時オフ状態となる。MOSトランジスタの
ゲートは容量性負荷なので、制御信号がローレベルから
ハイレベルへ、またはハイレベルからローレベルへ切り
替わる瞬間にしか電流は流れない。したがって、スイッ
チング時間を短縮してスイッチング損失を低減するため
にゲート充電電流を増大させても、制御回路の消費電流
増加は僅かで済む。
Here, when the input voltage Vin is higher than the set output voltage, the PWM comparator 5 outputs the error signal 10
A control signal 300 pulse-width-modulated with 0 is generated, and the NMOS transistor 10 for step-down is output via the gate drive circuit 8 so that the output voltage Vout becomes equal to the set output voltage.
For switching control. At this time, since the level of the level-shifted error signal 101 is lower than the level of the triangular wave signal 200, the drive signal 401 of the gate drive circuit 9
Becomes a constant value at the low level, and the boosting NMOS transistor 11 is always off. Since the gate of the MOS transistor is a capacitive load, current flows only at the moment when the control signal switches from low level to high level or from high level to low level. Therefore, even if the gate charging current is increased to shorten the switching time and reduce the switching loss, the current consumption of the control circuit is only slightly increased.

【0026】制御信号300のオンデューティーは、出
力電圧Voutの前記設定出力電圧からのずれに連動し
て変化する。即ち、出力電圧Voutが設定出力電圧よ
りも大きくなると誤差信号100のレベルが低下し、三
角波信号200との交差点は低電圧側へ移動する。この
結果オンデューティーが減少し、出力電圧Voutも減
少する方向に変化する。逆に、出力電圧が設定出力電圧
よりも小さくなると、誤差信号と三角波信号との交差点
は高電圧側へ移動し、この結果、オンデューティーが増
加して、出力電圧も増加する方向に変化する。
The on-duty of the control signal 300 changes in conjunction with the deviation of the output voltage Vout from the set output voltage. That is, when the output voltage Vout becomes higher than the set output voltage, the level of the error signal 100 decreases, and the intersection with the triangular wave signal 200 moves to the lower voltage side. As a result, the on-duty decreases, and the output voltage Vout also changes in a decreasing direction. Conversely, when the output voltage becomes lower than the set output voltage, the intersection of the error signal and the triangular wave signal moves to the high voltage side, and as a result, the on-duty increases and the output voltage also changes in the increasing direction.

【0027】ゲート駆動回路8は制御信号300より高
電圧の駆動信号(電圧振巾7〜8V)400を発生し、
これをNMOSトランジスタ10のゲートに出力するこ
とにより、NMOSトランジスタ10をスイッチングさ
せる。このNMOSトランジスタ10のスイッチングに
より、インダクタ12にスイッチング電流が流れ、その
スイッチング電流がダイオードD1、D2により整流さ
れ、更にコンデンサCにより平滑されて出力電圧Vou
tになる。
The gate drive circuit 8 generates a drive signal (voltage amplitude 7 to 8 V) 400 higher in voltage than the control signal 300,
By outputting this to the gate of the NMOS transistor 10, the NMOS transistor 10 is switched. By the switching of the NMOS transistor 10, a switching current flows through the inductor 12, and the switching current is rectified by the diodes D1 and D2, further smoothed by the capacitor C, and output voltage Vou.
t.

【0028】一方、入力電圧Vinが設定出力電圧より
も低い場合、PWMコンパレータ6は、誤差信号101
でパルス幅変調された制御信号301を生成して、出力
電圧Voutが設定出力電圧に等しくなるようゲート駆
動回路9を介して、昇圧用NMOSトランジスタ11を
スイッチング制御する。この時、誤差信号100のレベ
ルは三角波信号200のレベルよりも高くなるので、ゲ
ート駆動回路8の駆動信号400はハイレベルで一定値
となり、降圧用NMOSトランジスタ10は常時オン状
態となる。
On the other hand, when the input voltage Vin is lower than the set output voltage, the PWM comparator 6 outputs the error signal 101
Generates a control signal 301 subjected to pulse width modulation, and controls the switching of the boosting NMOS transistor 11 via the gate drive circuit 9 so that the output voltage Vout becomes equal to the set output voltage. At this time, since the level of the error signal 100 is higher than the level of the triangular wave signal 200, the drive signal 400 of the gate drive circuit 8 has a high level and a constant value, and the step-down NMOS transistor 10 is always on.

【0029】制御信号301のオンデューティーは、出
力電圧Voutの前記設定出力電圧からのずれに連動し
て変化する。即ち、出力電圧Voutが設定出力電圧よ
りも大きくなると誤差信号101のレベルが低下し、三
角波信号200との交差点は低電圧側へ移動する。この
結果オンデューティーが減少し、出力電圧Voutは減
少する方向に変化する。逆に、出力電圧が設定出力電圧
よりも小さくなると、誤差信号と三角波信号との交差点
は高電圧側へ移動し、この結果、オンデューティーが増
加して、出力電圧も増加する方向に変化する。
The on-duty of the control signal 301 changes in conjunction with the deviation of the output voltage Vout from the set output voltage. That is, when the output voltage Vout becomes higher than the set output voltage, the level of the error signal 101 decreases, and the intersection with the triangular wave signal 200 moves to the lower voltage side. As a result, the on-duty decreases, and the output voltage Vout changes in a decreasing direction. Conversely, when the output voltage becomes lower than the set output voltage, the intersection of the error signal and the triangular wave signal moves to the high voltage side, and as a result, the on-duty increases and the output voltage also changes in the increasing direction.

【0030】このNMOSトランジスタ11のスイッチ
ングにより、インダクタ12にスイッチング電流が流
れ、そのスイッチング電流がダイオードD2により整流
され、更にコンデンサCにより平滑されて出力電圧Vo
utになる。
By the switching of the NMOS transistor 11, a switching current flows through the inductor 12, and the switching current is rectified by the diode D2, further smoothed by the capacitor C, and output voltage Vo.
ut.

【0031】ここで、NMOSトランジスタ10の高電
圧駆動について説明する。本例では、降圧用スイッチン
グ素子として、NMOSトランジスタ10を用いている
ため、NMOSトランジスタ10を駆動する駆動信号4
00としては、直流入力電圧+FETのしきい値電圧V
thを超える高い電圧が必要で、7〜8V程の高電圧が
必要となる。 このため、電源回路7を図2で示すよう
なチャージポンプとして高電圧を発生させ、これをゲー
ト駆動回路8に供給して、制御信号300から高電圧の
駆動信号400を作成している。尚、電源回路7とし
て、昇圧スイッチングレギュレータを使用することもで
きる。
Here, the high voltage driving of the NMOS transistor 10 will be described. In this example, since the NMOS transistor 10 is used as the step-down switching element, the driving signal 4 for driving the NMOS transistor 10 is used.
00: DC input voltage + FET threshold voltage V
A high voltage exceeding th is required, and a high voltage of about 7 to 8 V is required. Therefore, a high voltage is generated by using the power supply circuit 7 as a charge pump as shown in FIG. 2 and supplied to the gate drive circuit 8 to generate a high voltage drive signal 400 from the control signal 300. Note that a boost switching regulator can be used as the power supply circuit 7.

【0032】本実施の形態によれば、昇降圧用のDC−
DCコンバータ装置のスイッチング素子として、NMO
Sトランジスタ10、11を用いているため、スイッチ
ング素子のスイッチング効率を落とすことなく、制御信
号300の高周波化(3MHz〜5MHz)を図ること
ができ、例えば3MHz、入力電圧2.5〜6.0V、
出力電圧3.3V、出力電流400mAでは85%の電
圧変換効率を得ることができる。
According to the present embodiment, the DC-
NMO as a switching element of a DC converter device
Since the S transistors 10 and 11 are used, the frequency of the control signal 300 can be increased (3 MHz to 5 MHz) without lowering the switching efficiency of the switching element, for example, 3 MHz and the input voltage is 2.5 to 6.0 V. ,
With an output voltage of 3.3 V and an output current of 400 mA, a voltage conversion efficiency of 85% can be obtained.

【0033】従って、電圧変換効率を落とすことなく、
NMOSトランジスタ10、11、インダクタ12、平
滑コンデンサC等の昇降圧DC−DCコンバータの構成
部品の小型化を達成し、しいては、回路のサイズ(面
積)を従来の半分程度まで小さくすることができる。
Therefore, without lowering the voltage conversion efficiency,
It is possible to reduce the size of the components of the buck-boost DC-DC converter such as the NMOS transistors 10 and 11, the inductor 12, and the smoothing capacitor C, thereby reducing the size (area) of the circuit to about half of the conventional size. it can.

【0034】尚、上記実施の形態によれば、降圧用MO
Sトランジスタ10として、N型のMOSトランジスタ
を用いたが、これをP型のMOSトランジスタとしても
よい。この場合、P型のMOSトランジスタをスイッチ
ングする駆動信号は高電圧である必要がないため、高電
圧を生成する電源回路7を必要としないが、同一の直流
オン抵抗とするには、P型のMOSトランジスタのサイ
ズはN型のMOSトランジスタを用いた場合よりも3倍
ほど大きくなり、またこれに伴ってゲート容量も約3倍
となるため、制御信号を高周波化した場合に、変換効率
も落ちることになる。
According to the above embodiment, the step-down MO
Although an N-type MOS transistor is used as the S transistor 10, it may be a P-type MOS transistor. In this case, since the drive signal for switching the P-type MOS transistor does not need to be a high voltage, the power supply circuit 7 for generating the high voltage is not required. The size of the MOS transistor is about three times as large as that in the case of using an N-type MOS transistor, and the gate capacitance is also about three times. Accordingly, when the frequency of the control signal is increased, the conversion efficiency decreases. Will be.

【0035】しかし、それでも、従来のバイポーラのト
ランジスタを用いた場合に比べれば、高い変換効率を維
持することができるため、回路サイズをそれなりに小さ
くすることもできる。
Nevertheless, higher conversion efficiency can be maintained than in the case of using a conventional bipolar transistor, so that the circuit size can be reduced accordingly.

【0036】又、P型のMOSトランジスタを用いた場
合は、制御回路系とスイッチング素子の全てをモノリシ
ックにして一体とすることができる。
When a P-type MOS transistor is used, all of the control circuit and the switching element can be monolithically integrated.

【0037】また、誤差信号100、およびレベルシフ
トされた誤差信号101と三角波信号200が入力され
るPWMコンパレータ5,6の入力端子の極性は、ゲー
ト駆動回路の構成に対応して変えることが可能である。
即ち本実施例の場合、ゲート駆動回路は入力信号の論理
レベルをそのまま出力する構成となっているが、入出力
を反転する構成とした場合には、誤差信号およびレベル
シフトされた誤差信号をPWMコンパレータのマイナス
端子に入力し、三角波信号200をプラス端子に入力す
ることで、本実施例と同様の効果を得ることが可能であ
る。
The polarity of the input terminals of the PWM comparators 5 and 6 to which the error signal 100, the level-shifted error signal 101 and the triangular wave signal 200 are input can be changed according to the configuration of the gate drive circuit. It is.
That is, in the case of the present embodiment, the gate drive circuit is configured to output the logic level of the input signal as it is, but when the input / output is inverted, the error signal and the level-shifted error signal are converted into PWM signals. By inputting the signal to the minus terminal of the comparator and inputting the triangular wave signal 200 to the positive terminal, it is possible to obtain the same effect as in the present embodiment.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のD
C−DCコンバータ装置によれば、電圧変換効率を落と
すことなく制御信号の高周波化を図って部品を小型にす
ることができ、回路サイズを小さくすることが容易にで
きる。
As described in detail above, the D of the present invention
According to the C-DC converter device, the frequency of the control signal can be increased without lowering the voltage conversion efficiency, the components can be reduced in size, and the circuit size can be easily reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のDC−DCコンバータ装置の一実施の
形態を示した回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a DC-DC converter device of the present invention.

【図2】図1に示した電源回路の構成例を示した回路図
である。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a power supply circuit illustrated in FIG. 1;

【図3】図1に示したゲート駆動回路の構成例を示した
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a gate drive circuit shown in FIG. 1;

【図4】図1に示したレベルシフト回路の構成例を示し
た回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a level shift circuit illustrated in FIG. 1;

【図5】従来の昇降圧DC−DCコンバータの構成例を
示した回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional buck-boost DC-DC converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 誤差アンプ 2 基準電圧回路 3 レベルシフト回路 4 発振器 5、6 PWMコンパレータ 7 電源回路 8、9 ゲート駆動回路 10 降圧用NMOSトランジスタ 11 昇圧用NMOSトランジスタ 12 インダクタ 13 入力端子 14 出力端子 C コンデンサ D1、D2 ダイオード R1、R2 抵抗 REFERENCE SIGNS LIST 1 error amplifier 2 reference voltage circuit 3 level shift circuit 4 oscillator 5, 6 PWM comparator 7 power supply circuit 8, 9 gate drive circuit 10 step-down NMOS transistor 11 step-up NMOS transistor 12 inductor 13 input terminal 14 output terminal C capacitor D1, D2 Diode R1, R2 Resistance

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 昇圧用スイッチング素子と、 降圧用スイッチング素子とを備え、 前記昇圧用スイッチング素子と降圧用スイッチング素子
のいずれか一方をスイッチングして出力電圧を上昇さ
せ、又は下降させる制御を行うDC−DCコンバータ装
置において、 発振信号を発生する発振回路と、 前記出力電圧と基準電圧との差に対応する誤差信号を発
生する差分回路と、 前記誤差信号の値により前記発振信号のパルス幅を変調
して生成する第1の制御信号を発生すると共に、前記誤
差信号の値によっては前記第1の制御信号を一定レベル
とする第1のパルス幅変調用比較回路と、 前記誤差信号のレベルをシフトさせるレベルシフト回路
と、 前記レベルシフトされた前記発振信号によりパルス幅を
変調して生成する第2の制御信号を発生すると共に、前
記誤差信号の値によっては前記第2の制御信号を一定レ
ベルとする第2のパルス幅変調用比較回路と、 前記第1の制御信号によりスイッチングされる降圧用の
第1のMOSトランジスタと、 前記第2の制御信号によりスイッチングされる昇圧用の
第2のMOSトランジスタと、 前記第1又は、第2のMOSトランジスタをスイッチン
グさせた時にスイッチング電流が流れるインダクタと、 このインダクタに流れるスイッチング電流を整流平滑す
る整流平滑回路と、 を具備することを特徴とするDC−DCコンバータ装
置。
1. A DC comprising a boosting switching element and a step-down switching element, and performing a control of switching one of the step-up switching element and the step-down switching element to raise or lower an output voltage. An oscillator circuit for generating an oscillation signal, a difference circuit for generating an error signal corresponding to a difference between the output voltage and a reference voltage, and a pulse width of the oscillation signal modulated by the value of the error signal. A first pulse width modulation comparison circuit for generating a first control signal to generate the first control signal and for setting the first control signal to a constant level depending on the value of the error signal; and shifting the level of the error signal. A level shift circuit for generating a second control signal for modulating a pulse width with the oscillation signal subjected to the level shift. In both cases, a second pulse width modulation comparison circuit for setting the second control signal to a constant level depending on the value of the error signal; a first step-down MOS transistor switched by the first control signal; A second MOS transistor for boosting which is switched by the second control signal, an inductor through which a switching current flows when the first or second MOS transistor is switched, and a switching current flowing through the inductor. And a rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing.
【請求項2】 前記第1、第2のMOSトランジスタを
両方ともN型のMOSトランジスタとすることを特徴と
する請求項1記載のDC−DCコンバータ装置。
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein both the first and second MOS transistors are N-type MOS transistors.
【請求項3】 前記第2のN型のMOSトランジスタを
スイッチングさせる前記第2の制御信号のピーク電圧を
高電圧化するための高電圧電源回路を設けたことを特徴
とする請求項2記載のDC−DCコンバータ装置。
3. A high-voltage power supply circuit for increasing a peak voltage of the second control signal for switching the second N-type MOS transistor. DC-DC converter device.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004098034A1 (en) * 2003-04-28 2004-11-11 Ricoh Company, Ltd. Step-up/down dc-dc converter
JP2006271182A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Rohm Co Ltd Voltage regulator circuit and liquid crystal display using the same
JP2006333595A (en) * 2005-05-25 2006-12-07 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Terminal protection circuit
KR100671370B1 (en) 2004-06-29 2007-01-19 산요덴키가부시키가이샤 Boosting and stepdown circuit
CN1329990C (en) * 2003-04-04 2007-08-01 罗姆股份有限公司 Semiconductor integrated circuit device
US7417414B2 (en) 2005-01-21 2008-08-26 Renesas Technology Corp. Semiconductor device provided with feedback circuit including resistive element and capacitive element
JP2009201254A (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Mitsumi Electric Co Ltd Control circuit, semiconductor integrated circuit for power supply control, and dc-dc converter
JP5177805B2 (en) * 2008-12-24 2013-04-10 国立大学法人 大分大学 Power supply
JP2014068486A (en) * 2012-09-26 2014-04-17 Panasonic Corp Drive control circuit and power tool
KR101441275B1 (en) 2014-02-10 2014-09-17 조대권 Control Device for Generating a High Voltage Pulse Wave and Low Voltage Pulse Wave to complex and Drive Method of the Same

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1329990C (en) * 2003-04-04 2007-08-01 罗姆股份有限公司 Semiconductor integrated circuit device
US7570034B2 (en) 2003-04-28 2009-08-04 Ricoh Company, Ltd. Step-up/down DC-DC converter
KR100713797B1 (en) 2003-04-28 2007-05-04 가부시키가이샤 리코 Step-up/down dc-dc converter
US7391189B2 (en) 2003-04-28 2008-06-24 Ricoh Company, Ltd. Step-up/down DC-DC converter
CN100409553C (en) * 2003-04-28 2008-08-06 株式会社理光 Step-up/down DC-DC converter
WO2004098034A1 (en) * 2003-04-28 2004-11-11 Ricoh Company, Ltd. Step-up/down dc-dc converter
KR100671370B1 (en) 2004-06-29 2007-01-19 산요덴키가부시키가이샤 Boosting and stepdown circuit
US7417414B2 (en) 2005-01-21 2008-08-26 Renesas Technology Corp. Semiconductor device provided with feedback circuit including resistive element and capacitive element
JP2006271182A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Rohm Co Ltd Voltage regulator circuit and liquid crystal display using the same
JP2006333595A (en) * 2005-05-25 2006-12-07 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Terminal protection circuit
JP2009201254A (en) * 2008-02-21 2009-09-03 Mitsumi Electric Co Ltd Control circuit, semiconductor integrated circuit for power supply control, and dc-dc converter
JP5177805B2 (en) * 2008-12-24 2013-04-10 国立大学法人 大分大学 Power supply
JP2014068486A (en) * 2012-09-26 2014-04-17 Panasonic Corp Drive control circuit and power tool
KR101441275B1 (en) 2014-02-10 2014-09-17 조대권 Control Device for Generating a High Voltage Pulse Wave and Low Voltage Pulse Wave to complex and Drive Method of the Same

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