JP2005065447A - Dc−dcコンバータの電流検出方法及び電流検出装置 - Google Patents

Dc−dcコンバータの電流検出方法及び電流検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 高精度かつ少ない回路規模で平均電流検出を行うようにしたDC−DCコンバータの電流検出方法及び電流検出装置を提供する。
【解決手段】 DC−DCコンバータの電流検出装置は、直流入力電源Vddの一方電極に接続されたハイサイド・スイッチS1と、他方電極に接続されたローサイド・スイッチS2とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタLを介して負荷4に対して可変の直流電力を供給する際に、負荷4への電流変動を検出するものであって、各スイッチS1,S2とインダクタLとの接続点Mから引き出された信号線に接続されるローパスフィルタ5と、ローパスフィルタ5の出力電圧VmaとDC−DCコンバータの出力電圧Voとの差電圧を演算することでDC−DCコンバータからの出力電流Ioを検出する演算回路とを備えている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に対して可変の直流電力を供給する際に、負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出方法及び電流検出装置に関する。
降圧型の同期整流型スイッチングコンバータなどにおいては、例えば負荷に対する過電流保護を行う場合、あるいは出力電流が小さい軽負荷への切り替えを判断し、軽負荷モードへ自動的に移行する機能を実現する場合など、実際に負荷に対して供給されている平均電流を所定のスイッチング期間毎に検出する必要があった。
従来のDC−DCコンバータの電流検出方法では、出力電流経路に抵抗を挿入し、その抵抗両端の電位差を検出して、電流値に換算する方式が一般的であったが、抵抗挿入によりDC−DCコンバータの電力変換効率を悪化させてしまうという問題点があった。そこで、近年では出力段におけるトランジスタなどのスイッチング素子のオン抵抗を利用して、トランジスタがオンしている間のトランジスタ両端の電圧変化を検出することにより、電流変動を検出する方式が一般的となっている。
ところが、トランジスタのオン抵抗はプロセスのばらつきや、周囲温度の変動などに影響されやすいうえ、電力変換効率を重視したコンバータはオン抵抗の小さいトランジスタを使用しているために、微小な電圧変化を検出する必要があって、測定精度の面で問題があった。
そこで、オン抵抗と検出抵抗とをシリアルに接続して、電圧変化の測定精度を向上させる手法も提案されている。
特開2002−10627号公報(段落番号〔0011〕〜〔0026〕,第1図,第2図)
上述した特許文献1に記載された発明の場合、検出抵抗における電力損失は発生しているから、コンバータでの電力変換効率は悪化する。また、測定回路においてもトランジスタがオンしている間だけ測定しなければならず、特にスイッチングの周波数が高くなったとき、測定精度を確保するための検出回路の実現が難しくなるという問題があった。
この発明は上記問題を解決するものであって、少ない回路規模で高精度に平均電流検出を行うようにしたDC−DCコンバータの電流検出方法及び電流検出装置を提供することを目的とする。
この発明は、直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出方法であって、前記スイッチング期間毎に、前記第1,第2のスイッチング素子と前記インダクタとの接続点の電圧と前記負荷への出力電圧とを比較することによって、前記負荷に供給される出力電流を検出することを特徴とする。
また、DC−DCコンバータの電流検出装置は、直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するものであって、前記第1,第2のスイッチング素子と前記インダクタとの接続点から引き出された信号線に接続されるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力電圧と前記負荷への出力電圧との差電圧を演算することで前記DC−DCコンバータからの出力電流を検出する演算回路と、を備えたことを特徴とする。
この発明の電流検出装置は、単純なローパスフィルタと演算回路だけで構成でき、出力インダクタの寄生抵抗を利用することにより簡単に電流検出を実行できる。また、半導体スイッチのオン抵抗に比べ、インダクタの寄生抵抗はプロセス依存や温度依存性が少ないために、より高精度に電流値を検出できる。とくに、大電流を検出する過電流保護などに適している。
ここでは、電流検出装置の実施の形態として、出力段を構成するスイッチング回路のMOSトランジスタと制御回路とを内蔵したワンチップ型のスイッチング電源に適用したものについて説明する。
図1は、この発明の実施例1を示すDC−DCコンバータの電流検出装置である。図中、制御回路1はスイッチング回路2と接続され、直流入力電源Vddの電源電圧を降圧して所定の直流電圧に制御するものであって、出力段を構成するスイッチング回路2は、一端から直流入力電源Vddが供給されるハイサイド・スイッチS1(第1のスイッチング素子)の他端と、他端が接地されたローサイド・スイッチS2(第2のスイッチング素子)の一端とを接続して構成されている。スイッチング回路2には、インダクタLと出力コンデンサCoからなる平滑回路3を介して負荷4が接続され、制御回路1により一対のスイッチS1,S2が所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御されることによって、負荷4に所定の大きさの出力電圧Voを供給する同期整流型のDC−DCコンバータが構成されている。また、5はスイッチング回路2と平滑回路3との接続点Mから信号線を介して引き出された検出端子6との間に設けられたローパスフィルタであって、このローパスフィルタ5は、接続点Mに一端が接続され他端が検出端子6と接続されたフィルタレジスタRLPと、このフィルタレジスタRLPの他端側に接続され、一端が接地されたフィルタコンデンサCLPとから構成されている。
図1のスイッチング回路2では、一対のスイッチS1,S2がそれぞれMOSFETなどの寄生抵抗成分を含むスイッチングトランジスタにより構成され、図1では各スイッチS1,S2のオン抵抗成分をRhi,Rlowとして明示している。また、スイッチS1,S2には並列にダイオードD1,D2が接続されている。なお、これらのダイオードD1,D2は、スイッチングトランジスタにMOSトランジスタを使用した場合に生じる寄生ダイオードを使用できる。また、平滑回路3のインダクタLについても、その寄生抵抗成分をRindとして明示しているが、実際の回路ではこれらの抵抗成分Rhi,RlowやRindとして、抵抗器を意図的に設けているわけではない。
DC−DCコンバータの電流検出方法における検出動作の原理を説明するにあたって、最初に、負荷4に対して過電流保護を行う場合など、負荷4への出力電流Ioとして定格電流に近いかそれ以上の電流が生成しており、出力側(負荷4側)からスイッチング回路2側への電流(いわゆる逆流電流)が発生していない場合について説明をする。
図2は、インダクタLの接続点M側の電圧Vm、及びインダクタLに流れる電流Iindの変化を示す図である。
スイッチング回路2のスイッチング期間をTとして、最初のオン期間thiではハイサイド・スイッチS1だけがオンしている。つぎに、短いデッドタイムtdtを挟んで、オン期間tlowではローサイド・スイッチS2だけがオンしている。最後に再び短いデッドタイムtdtとなって1周期が終了し、つぎのスイッチング期間が始まる。ここで、デッドタイムtdtはどちらのスイッチS1,S2もオフしている期間であって、通常は数nsecから数十nsecの極めて短い期間が設定される。ここでは、図示する都合上、誇張して描いてあるが、実際にはスイッチS1,S2のオン期間thiやtlowと比べて、非常に短い。このデッドタイムtdtの間には、インダクタLの作用によりローサイド・スイッチS2に並列に接続してあるダイオードD2がオンして、大地(GND)から出力側に電流が流れる。
まず、負荷4への出力電圧Voを求める。ここでは、出力電流Ioの大きさ(インダクタ電流の平均値)をIo、インダクタLの寄生抵抗成分の抵抗値をRind、そのインダクタンスをL、各スイッチS1,S2を構成するトランジスタのオン抵抗成分の抵抗値をそれぞれRhi,Rlow、ダイオードD1,D2の順方向電圧をVf、直流入力電源Vddの電源電圧をVddとする。
ハイサイド・スイッチS1のオン期間thiには、
{(Vdd−Io・Rhi)−(Vo+Io・Rind)}・(1/L)・thi
の電流増加分が生じる。
続くデッドタイムtdt、ローサイド・スイッチS2のオン期間tlow、及びデッドタイムtdtでは電流が減少するが、その減少分の大きさは、
{(Vo+Io・Rind)−(−Vf)}・(1/L)・2tdt
と、
{(Vo+Io・Rind)−(−Io・Rlow)}・(1/L)・tlow
との和である。定常状態では、出力電流の大きさがインダクタ電流の平均値Ioに等しいと仮定して、1周期内での電流増加と電流減少が等しいことから、スイッチング期間Tを1に規格化して、出力電圧Voを計算すると、次の(1)式のように求まる。
Vo=thi(Vdd−Io・Rhi)
−tlow・Io・Rlow−2tdt・Vf−Io・Rind…(1)
さて、図1に示すDC−DCコンバータの電流検出装置には、インダクタLの入力側に抵抗と容量等によって構成されたローパスフィルタ5が接続されている。このローパスフィルタ5の出力電圧Vmaは、検出端子6から取り出すことができるが、前述した出力電圧Voの計算と同様に、スイッチング期間Tを1に規格化することにより、以下のように計算できる。
ハイサイド・スイッチS1のオン期間thiには、
{(Vdd−Io・Rhi)−Vma}・(1/RLP)・thi
の電荷の増加が生じる。
続くデッドタイムtdt、ローサイド・スイッチS2のオン期間tlow、及びデッドタイムtdtでは電流が減少するが、そのときの電荷の減少分は、
{Vma−(−Vf)}・(1/RLP)・2tdt
と、
{Vma−(−Io・Rlow)}・(1/RLP)・tlow
との和である。また、1周期内に流入する電荷と減少する電荷の量が等しいとして、出力電圧Vmaを計算すると、次の(2)式のように求まる。
Vma=thi(Vdd−Io・Rhi)
−tlow・Io・Rlow−2tdt・Vf…(2)
ここで、VoとVmaの電位差を計算すると、(1)(2)式より、
Vo−Vma=Io・Rind…(3)
となる。したがって、出力電流Ioの大きさはインダクタLの寄生抵抗成分Rindを利用して、負荷4への出力電圧Voと検出端子6から取り出した出力電圧Vmaとの差電圧とから簡単に演算できることがわかる。なお、この演算は制御回路1において行わせることが可能である。
実施例1では、インダクタLの寄生抵抗成分Rindを利用して、非常に単純なローパスフィルタ5と演算回路のみで電流検出装置を構成することができ、とくに、過電流保護などにおける大きな電流を検出する電流検出方法としても、簡単に実現できるものである。また、半導体スイッチのオン抵抗に比べて、インダクタLの寄生抵抗はプロセス依存性や温度依存性が少ないから、電流値を高精度に検出できる利点もある。
つぎに、図3に示す実施例2の電流検出装置について説明する。ここでも、実施例1の説明と同様に、出力側(負荷4側)からスイッチング回路2側への電流(いわゆる逆流電流)が発生していない場合について述べる。
実施例2の電流検出装置では、メインの出力段を構成するスイッチング回路2とは別に、第3,第4のスイッチング素子S3,S4からなるダミーのスイッチング回路を設けて、それぞれ第1,第2のスイッチング素子S1,S2と同期して交互にオンオフ制御することを特徴としている。図1と対応する部分には、同一符号を付けてそれらの説明を省略する。なお、ダミーのスイッチング回路を構成するスイッチング素子S3,S4は、メインの出力段と同じサイズで構成する必要はなく、消費電力やコストの面を考慮すれば、スイッチング素子S3,S4はともにスイッチング素子S1,S2と同じ構成、同じ比率であれば、できる限り小さく構成することが望ましい。
この実施例2では、ローパスフィルタ5をダミーのスイッチング回路に対して接続しており、ローパスフィルタ5の出力電圧Vmbとコンバータの出力電圧Voとを比較すれば、前述した実施例1と同様の原理から、高精度に電流値を検出できる。しかも、実施例2では、実施例1とは違って、ダミーのスイッチング回路にはインダクタが接続されておらず、定常的には出力電流が流れないから、デッドタイム期間のダイオードによる電圧降下や、スイッチング素子S3,S4のオン抵抗による電圧降下が発生しない。また、デッドタイム期間はダミーのスイッチング回路における寄生容量により、ローパスフィルタ5への入力電圧Vmが直前の電圧値を保持することができるから、ローパスフィルタ5の出力電圧Vmbは以下のように計算できる。
ハイサイド・スイッチS1のオン期間thiとそれに続くデッドタイムtdtに、ローパスフィルタ5のフィルタコンデンサCLPに電流が流れ込むため、
(Vdd−Vmb)・(1/RLP)・(thi+tdt)
だけ電荷の増加が生じる。また、ローサイド・スイッチS2のオン期間tlowとそれに続くデッドタイムtdtには、ローパスフィルタ5のフィルタコンデンサCLPからは電流が流れ出す。そのときの電荷の減少分は、
(Vmb/RLP)・(tlow+tdt)
となり、1周期内に流入する電荷と減少する電荷の量が等しいとして、出力電圧Vmbを計算すると、次の(4)式のように求まる。
Vmb=(thi+tdt)・Vdd…(4)
ここで、VmbとVoの電位差を計算すると、(1)式と(4)式とから
Vmb−Vo=thi・Io・Rhi
+tlow・Io・Rlow+2tdt・Vf+tdt・Vdd+Io・Rind…(5)
となる。(5)式はさらに、Ioを含む項と含まない項とに整理して、(6)式のように書き直すことができる。
Vmb−Vo=(thi・Rhi+tlow・Rlow+Rind)・Io
+tdt(2Vf+Vdd)…(6)
ここで、Ioにかかる係数(thi・Rhi+tlow・Rlow+Rind)には、各スイッチS1,S2を構成するトランジスタのオン抵抗、及びインダクタLの寄生抵抗どちらも含まれている。したがって、VmbとVoの電位差を検出するとき、実施例1の(3)式のようにインダクタLの寄生抵抗成分(Rind)のみを含む場合や、トランジスタのオン抵抗のみの場合などに比べて検出電圧が大きくなるから、より高精度な電流検出が可能になる。
また、ここではデッドタイムtdtに起因して、測定する電圧と電流にはオフセットがかかるが、通常、デッドタイムtdtはthi,tlowに比べて、無視できる程度に十分小さいから問題にはならない。また、たとえ電圧と電流のオフセット値が無視できない大きさであっても、デッドタイムtdtが固定であれば、単なるオフセットとして除去することもできる。
つぎに、出力電流Ioが小さい(軽負荷)ことを判断し、軽負荷モードへ自動的に移行する機能を実現するために使用する電流検出装置と、その検出動作の原理について説明する。出力電流Ioが小さい場合には、出力側(負荷4側)から入力側(直流入力電源Vdd側)、もしくは接地(GND)側に電流が流れる、いわゆる逆流電流が発生する可能性がある。
図4は、逆流電流が発生した場合に、インダクタLの接続点M側の電圧Vm、及びインダクタLに流れる電流Iindの変化を示す図である。コンバータの出力電流が小さく逆流電流が発生している場合、インダクタLに流れる電流が負になるため、インダクタLのスイッチング回路2との接続点Mの電圧Vmも図2の場合と異なってくる。
すなわち、ハイサイド・スイッチS1のオン期間thiには、実施例1の場合と同じで、
{(Vdd−Io・Rhi)−(Vo+Io・Rind)}・(1/L)・thi
の電流増加分が生じる。
続くデッドタイムtdt、及びローサイド・スイッチS2のオン期間tlowでは電流が減少して、その減少分の大きさは、
{(Vo+Io・Rind)−(−Vf)}・(1/L)・tdt
と、
{(Vo+Io・Rind)−(−Io・Rlow)}・(1/L)・tlow
との和である。しかし、ローサイド・スイッチS2のオン期間tlowの後半には、インダクタLに流れる電流Iindが出力側から入力側へ逆流する。よって、ローサイド・スイッチS2がオフした場合には、ハイサイド・スイッチS1と並列に接続されたダイオードD1(MOSトランジスタの場合は寄生ダイオードでもよい)により直流入力電源の電源電圧Vdd側に電流が流れ、その間に接続点Mの電圧Vmは(Vdd+Vf)となるから、
{(Vdd+Vf)−(Vo+Io・Rind)}・(1/L)・tdt
だけ増加することになり、1周期内に流入する電荷と減少する電荷の量が等しいとして、出力電圧Voを計算すると、次の(7)式のように求まる。
Vo=thi(Vdd−Io・Rhi)
+tdt(Vdd+Vf)−tlow・Io・Rlow−tdt・Vf−Io・Rind…(7)
図1のDC−DCコンバータの電流検出装置においては、逆流電流が発生した場合でもVoとVmaの電位差は(3)式で表される。したがって、ここでは、図3の電流検出装置におけるVoと出力電圧Vmbについて、逆流電流が発生した場合の変化を説明する。ローパスフィルタ5の出力電圧Vmbは実施例2で説明した(4)式と同じであって、変化はない。したがって、(4)式と(7)式とからVmbとVoの電圧差を求めると、
Vmb−Vo=(thi・Rhi+tlow・Rlow+Rind)・Io…(8)
となる。
ここでは、式(5)の場合とは異なり、デッドタイムtdtに起因したオフセットの項が発生しない。図5は、出力電流を横軸に、差電圧(Vmb−Vo)を縦軸にとってグラフを描いたものである。この図5に示すように、逆流電流が発生する領域では(8)式となり、発生しない領域では式(5)となるため、これらの領域の境目付近ではtdt(2Vf+Vdd)分の不連続な部分が発生する。
このグラフが不連続性を有するということは、電流変動に基づいて負荷4が軽負荷であると判断するような場合にはかえって都合がよい。なぜなら、コンバータの電力変換効率が悪くなる軽負荷のポイントは、通常、逆流電流が流れ始める時点だからである。すなわち、こうした不連続な境界部分が存在することで、かえって確実に逆流電流が流れる軽負荷時と、逆流電流が流れない通常負荷時とを容易に判別することができることになる。また、こうした不連続性を考慮しない場合でも、出力電流Ioにかかる係数項(thi・Rhi+tlow・Rlow+Rind)には、ハイサイド・スイッチS1やローサイド・スイッチS2を構成するトランジスタのオン抵抗とインダクタLの寄生抵抗とのいずれもが含まれているので、図5に示す差電圧(Vmb−Vo)の傾きはトランジスタのオン抵抗のみで検出する場合よりも急峻なものとなる。したがって、高精度に電流値を検出することが可能であるという特徴を備えている。
また、負荷4への出力電圧Voとローパスフィルタ5の出力電圧Vma,Vmbとを比較する場合、通常オペアンプのような演算器を用いているが、ここでは意図的に遅い演算器を用いたり、或いは設計したりすることによって、電流検出装置における演算回路自体がローパスフィルタ5の役目を兼ねることができる。したがって、図l,図2の電流検出装置に示されているローパスフィルタ5の性能はそれほど高い必要がないだけでなく、場合によっては省略することも可能である。
ワンチップ型のスイッチング電源に適用して、簡単に電流検出を実行できる。
この発明の実施例1を示すDC−DCコンバータの電流検出装置である。 インダクタLの接続点M側の電圧Vm、及びインダクタLに流れる電流Iindの変化を示す図である。 この発明の実施例2を示すDC−DCコンバータの電流検出装置である。 逆流電流が発生した場合に、インダクタLの接続点M側の電圧Vm、及びインダクタLに流れる電流Iindの変化を示す図である。 差電圧(Vmb−Vo)と出力電流Ioとの関係を示すグラフである。
符号の説明
1 制御回路
2 スイッチング回路
S1 ハイサイド・スイッチ(第1のスイッチング素子)
S2 ローサイド・スイッチ(第2のスイッチング素子)
S3,S4 スイッチング素子(第3、第4のスイッチング素子)
3 平滑回路
4 負荷
5 ローパスフィルタ
6 検出端子
LP フィルタレジスタ
LP フィルタコンデンサ
D1,D2 ダイオード
Co 出力コンデンサ
Io 出力電流

Claims (4)

  1. 直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に対して可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出方法において、
    前記スイッチング期間毎に、前記第1,第2のスイッチング素子と前記インダクタとの接続点の電圧と前記負荷への出力電圧とを比較することによって、前記DC−DCコンバータからの出力電流を検出することを特徴としたDC−DCコンバータの電流検出方法。
  2. 直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に対して可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出方法において、
    前記スイッチング期間毎に、前記第1,第2のスイッチング素子と同期して交互にオンオフ制御される第3,第4のスイッチング素子の接続点における電圧と、前記負荷への出力電圧とを比較することによって、前記DC−DCコンバータからの出力電流を検出することを特徴としたDC−DCコンバータの電流検出方法。
  3. 直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に対して可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出装置において、
    前記第1,第2のスイッチング素子と前記インダクタとの接続点から引き出された信号線に接続されるローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタの出力電圧と前記負荷への出力電圧との差電圧を演算することで前記DC−DCコンバータからの出力電流を検出する演算回路と、
    を備えたことを特徴としたDC−DCコンバータの電流検出装置。
  4. 直流入力電源の一方電極に接続された第1のスイッチング素子と、他方電極に接続された第2のスイッチング素子とを、所定のスイッチング期間内で交互にオンオフ制御する同期整流型のDC−DCコンバータから、インダクタを介して負荷に対して可変の直流電力を供給する際に、前記負荷への電流変動を検出するDC−DCコンバータの電流検出装置において、
    前記スイッチング期間毎に、それぞれ前記第1,第2のスイッチング素子と同期して交互にオンオフ制御される第3,第4のスイッチング素子と、
    前記第3,第4のスイッチング素子の接続点から引き出された信号線に接続されるローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタの出力電圧と前記負荷への出力電圧との差電圧を演算することで前記DC−DCコンバータからの出力電流を検出する演算回路と、
    を備えたことを特徴としたDC−DCコンバータの電流検出装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006322711A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 電圧検出回路および電流検出回路
WO2007007539A1 (ja) * 2005-07-08 2007-01-18 Rohm Co., Ltd. 降圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
JP2007053892A (ja) * 2005-07-20 2007-03-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dc−dcコンバータ
JP2009504128A (ja) * 2005-08-01 2009-01-29 エヌエックスピー ビー ヴィ 切換可能な推定器を有するdc−dcコンバータ
JP2010027709A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Toshiba Corp 半導体装置
JP2013084992A (ja) * 2013-01-21 2013-05-09 Toshiba Corp 半導体装置
CN103698578A (zh) * 2013-12-26 2014-04-02 浙江华立科技有限公司 电力集抄系统的功率输出控制方法及其电力集抄系统

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100435458C (zh) * 2005-04-21 2008-11-19 杭州华三通信技术有限公司 具有开关点噪音抑制功能的脉冲宽度调制开关电源电路
US7675276B2 (en) * 2005-05-20 2010-03-09 Torex Semiconductor Ltd. DC/DC converter
US8384363B2 (en) * 2005-11-11 2013-02-26 L&L Engineering, Llc Buck DC-to-DC converter and method
US8508205B2 (en) * 2005-11-11 2013-08-13 L&L Engineering, Llc Buck DC-to-DC converter and method
WO2007059450A2 (en) * 2005-11-11 2007-05-24 L & L Engineering Llc Buck dc to dc converter and method
EP2209204B1 (en) * 2007-10-23 2019-06-05 Daikin Industries, Ltd. Current detecting device, air conditioning apparatus, correction constant calculating system and correction constant calculating method
JP5460999B2 (ja) * 2008-11-05 2014-04-02 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 型締装置
US9203300B2 (en) 2009-05-20 2015-12-01 Alex Mevay Systems and methods for controlling power converters
JP5348020B2 (ja) * 2010-03-02 2013-11-20 株式会社デンソー 電圧制御回路及び電圧制御システム
US8493045B2 (en) * 2010-12-22 2013-07-23 Atmel Corporation Voltage regulator configuration
US9219416B2 (en) * 2013-11-30 2015-12-22 Ixys Corporation Buck converter having self-driven BJT synchronous rectifier
US9590506B2 (en) 2014-12-15 2017-03-07 Nxp Usa, Inc. Multiple mode power regulator
US10543828B2 (en) 2017-06-13 2020-01-28 Nissan North America, Inc. Structured multivariate contextual vehicle operation with integrated semiotic control

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6310953B1 (en) * 1997-07-24 2001-10-30 Fujitsu Limited Subscriber circuit
US6127814A (en) * 1998-11-23 2000-10-03 Switch Power, Inc. System to protect switch mode DC/DC converters against overload current
JP2002010627A (ja) 2000-06-15 2002-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dc−dcコンバータ
US6441597B1 (en) * 2001-10-31 2002-08-27 Semtech Corporation Method and apparatus for sensing output inductor current in a DC-to-DC power converter

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7408390B2 (en) 2005-05-17 2008-08-05 Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. DC to DC converter and voltage detecting circuit and current detecting circuit thereof
JP2006322711A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 電圧検出回路および電流検出回路
JP4689377B2 (ja) * 2005-07-08 2011-05-25 ローム株式会社 降圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
JP2007020315A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Rohm Co Ltd 降圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
US7576529B2 (en) 2005-07-08 2009-08-18 Rohm Co., Ltd. Step-down type switching regulator
US7888926B2 (en) 2005-07-08 2011-02-15 Rohm Co., Ltd. Step-down type switching regulator
WO2007007539A1 (ja) * 2005-07-08 2007-01-18 Rohm Co., Ltd. 降圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
JP2007053892A (ja) * 2005-07-20 2007-03-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dc−dcコンバータ
JP2009504128A (ja) * 2005-08-01 2009-01-29 エヌエックスピー ビー ヴィ 切換可能な推定器を有するdc−dcコンバータ
JP4702723B2 (ja) * 2005-08-01 2011-06-15 エスティー‐エリクソン、ソシエテ、アノニム 切換可能な推定器を有するdc−dcコンバータ
US8159203B2 (en) 2005-08-01 2012-04-17 St-Ericsson Sa DC-DC converter with switchable estimators
JP2010027709A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Toshiba Corp 半導体装置
US8253398B2 (en) 2008-07-16 2012-08-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2013084992A (ja) * 2013-01-21 2013-05-09 Toshiba Corp 半導体装置
CN103698578A (zh) * 2013-12-26 2014-04-02 浙江华立科技有限公司 电力集抄系统的功率输出控制方法及其电力集抄系统

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