JP2005143179A - Multi-output dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シーケンスで起動が必要な多出力DC−DCコンバータにおいて、他のチャンネルの出力電圧に影響を与えることなく、昇圧出力チャンネルの起動開始を可能とする多出力DC−DCコンバータに関するものである。 The present invention relates to a multi-output DC-DC converter that enables start-up of a boost output channel without affecting the output voltage of other channels in a multi-output DC-DC converter that needs to be activated in a sequence. is there.
多出力DC−DCコンバータの先行技術としては、複数の昇圧コンバータが単一のインダクタを共用する構成のものがある。その多出力DC−DCコンバータには、図6に示すような昇圧チャンネルのみ複数持つ構成のものがあった(例えば、特許文献1参照)。 As a prior art of the multi-output DC-DC converter, there is a configuration in which a plurality of boost converters share a single inductor. The multi-output DC-DC converter has a configuration having a plurality of boosting channels as shown in FIG. 6 (see, for example, Patent Document 1).
この多出力DC−DCコンバータは、図6に示すように、入力直流電源1から入力直流電圧Eiが入力されており、インダクタ2と、主スイッチSW1と、補助スイッチSW2,SW3と、補助スイッチSW2と直列回路を形成するダイオード31と、第1の出力コンデンサ41と、補助スイッチSW3と直列回路を形成するダイオード32と、第2の出力コンデンサ42と、主スイッチSW1と補助スイッチSW2と補助スイッチSW3とをそれぞれ所定のオン期間とオフ期間で駆動する制御回路60とが設けられている。負荷51,52はそれぞれ抵抗で示している。
As shown in FIG. 6, the multi-output DC-DC converter receives an input DC voltage Ei from an input
この多出力DC−DCコンバータは、第1の出力コンデンサ41から第1の出力電圧VO1を第1の負荷51へ出力し、第2の出力コンデンサ52から第2の出力電圧VO2を第2の負荷52へ出力する。入出力条件はVO1>Eiおよび、VO2>Eiである。補助スイッチSW2がONで補助スイッチSW3がOFFの状態の場合は、インダクタ2と主スイッチSW1とダイオード31とコンデンサ41とが昇圧コンバータを構成する。一方、補助スイッチSW2がOFFで補助スイッチSW3がONの状態の場合は、インダクタ2と主スイッチSW1とダイオード32とコンデンサ42とが昇圧コンバータを構成する。
The multi-output DC-DC converter outputs a first output voltage VO1 from a
制御回路60において、出力検出回路61は、第1の出力電圧VO1と第2の出力電圧VO2を検出し、それぞれと内部基準電圧とを比較して、それぞれ所望値(内部基準電圧)との誤差が増幅された誤差電圧Ve1及び誤差電圧Ve2を出力する。
In the
発振回路63は、所定の周期Tを有する鋸波電圧Vtとクロック信号Vt1とを出力する。
The
パルス幅変調回路62は、誤差電圧Ve1と鋸波電圧Vtとの比較結果である信号V1と、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtを比較との比較結果である信号V2とを出力する。
The pulse
分周回路65は、信号Vt1が入力され、分周信号Vt2を出力する。
The frequency dividing
駆動回路64は、信号V1と信号V2と分周信号Vt2が入力され、主スイッチSW1の駆動信号Vg1と補助スイッチSW2の駆動信号Vg2と補助スイッチSW3の駆動信号Vg3とを出力する。
The
駆動信号Vg2は分周信号Vt2と同じ信号であり、駆動信号Vg3は分周信号Vt2の論理反転した信号であるため、補助スイッチSW2と補助スイッチSW3は常に交互にON/OFFを繰り返す。そのため、主スイッチSW1の駆動信号Vg1は、分周信号Vt2がハイレベルの場合は信号V1が選択出力され、分周信号Vt2がローレベルの場合は信号V2が選択出力される。 Since the drive signal Vg2 is the same signal as the frequency-divided signal Vt2, and the drive signal Vg3 is a signal obtained by logically inverting the frequency-divided signal Vt2, the auxiliary switch SW2 and the auxiliary switch SW3 always repeat ON / OFF alternately. Therefore, the drive signal Vg1 of the main switch SW1 is selectively output when the frequency-divided signal Vt2 is high, and is selectively output when the frequency-divided signal Vt2 is low.
図7は以上の各信号及びインダクタ2を流れる電流ILを示す波形図である。以下に図6と図7とを用いて、多出力DC−DCコンバータの先行技術の通常時の動作を説明する。
FIG. 7 is a waveform diagram showing the above signals and the current IL flowing through the
まず、図7の時刻t0において、クロック信号Vt1によって分周信号Vt2がハイレベルになり、鋸波信号Vtが上昇を開始するものとする。この時、分周信号Vt2即ち駆動信号Vg2のハイレベルにより補助スイッチSW2はON状態となり、分周信号Vt2の反転である駆動信号Vg3はローレベルにより補助スイッチSW3はOFF状態となる。 First, at time t0 in FIG. 7, the frequency-divided signal Vt2 becomes high level by the clock signal Vt1, and the sawtooth signal Vt starts to rise. At this time, the auxiliary switch SW2 is turned on by the high level of the divided signal Vt2, that is, the drive signal Vg2, and the auxiliary switch SW3 is turned off by the low level of the drive signal Vg3 that is the inversion of the divided signal Vt2.
一方、鋸波信号Vtと誤差電圧Ve1との比較結果である信号V1はハイレベルとなり、これが駆動信号Vg1として出力される。即ち、主スイッチSW1はON状態となり、インダクタ2には入力直流電圧Eiが印加され、磁気エネルギーが蓄えられていく。
On the other hand, the signal V1, which is a comparison result between the sawtooth signal Vt and the error voltage Ve1, becomes high level, and is output as the drive signal Vg1. That is, the main switch SW1 is turned on, the input DC voltage Ei is applied to the
時刻t1において、信号V1がローレベルとなると、駆動信号Vg1はローレベルとなり、主スイッチSW1はOFF状態となる。この時、補助スイッチSW2がON、補助スイッチSW3がOFF状態であるので、インダクタ2に蓄えられた磁気エネルギーは、ダイオード31を介してコンデンサ41を充電する電流として放出される。この電流は減少していき、やがてゼロとなる。
When the signal V1 becomes low level at time t1, the drive signal Vg1 becomes low level, and the main switch SW1 is turned off. At this time, since the auxiliary switch SW2 is ON and the auxiliary switch SW3 is OFF, the magnetic energy stored in the
時刻t2において、クロック信号Vt1によって分周信号Vt2がローレベルになり、鋸波信号Vtは急減後再び上昇を開始する。この時、駆動信号Vg2のローレベルにより、補助スイッチSW2はOFF状態となり、補助スイッチSW3はON状態となる。一方、鋸波信号Vtと誤差電圧Ve2との比較結果である信号V2はハイレベルとなり、これが駆動信号Vg1として出力される。即ち、主スイッチSW1はオン状態となる。この時、インダクタ2には入力直流電圧Eiが印加され、磁気エネルギーが蓄えられていく。
At time t2, the frequency-divided signal Vt2 becomes low level by the clock signal Vt1, and the sawtooth wave signal Vt starts to rise again after sudden decrease. At this time, the auxiliary switch SW2 is turned off and the auxiliary switch SW3 is turned on by the low level of the drive signal Vg2. On the other hand, the signal V2, which is a comparison result between the sawtooth signal Vt and the error voltage Ve2, is at a high level and is output as the drive signal Vg1. That is, the main switch SW1 is turned on. At this time, the input DC voltage Ei is applied to the
時刻t3において、信号V2がローレベルとなると、駆動信号Vg1はローレベルとなり、主スイッチSW1はオフ状態となる。この時、インダクタ2に蓄えられた磁気エネルギーは、補助スイッチSW3がON状態であるので、ダイオード32を介してコンデンサ42を充電する電流として放出される。この電流は減少していき、やがてゼロとなる。
When the signal V2 becomes low level at time t3, the drive signal Vg1 becomes low level, and the main switch SW1 is turned off. At this time, the magnetic energy stored in the
時刻t4において、駆動信号Vg2はハイレベルとなり、時刻t0からt4までを一周期とする動作を繰り返す。主スイッチSW1のオン期間は、第1および第2の出力電圧VO1,VO2が所望の電圧になるように増減して調整され、出力電圧VO1,VO2は安定化される。すなわち、主スイッチSW1とインダクタ2を共有する昇圧コンバータが2つ構成されており、出力電圧VO1の昇圧期間と出力電圧VO2の昇圧期間で交互に動作させることにより、発振器63の発振周波数の1/2の頻度で時分割制御され、第1および第2の出力電圧をそれぞれ所望の電圧に安定化する。
At time t4, the drive signal Vg2 becomes high level, and the operation with one cycle from time t0 to t4 is repeated. The ON period of the main switch SW1 is adjusted by increasing / decreasing the first and second output voltages VO1, VO2 to be desired voltages, and the output voltages VO1, VO2 are stabilized. That is, two boost converters that share the main switch SW1 and the
ただしこの時、主スイッチSW1のON期間が長くなり過ぎると、前記主スイッチのOFF期間にインダクタ2を流れる電流ILがゼロまで減少することができなくなるため、インダクタ2に残った磁気エネルギーにより制御が不能となってしまう。主スイッチSW1のON時間の上限を制限する等をして、常に制御をかけてやることが必要となる。
However, at this time, if the ON period of the main switch SW1 becomes too long, the current IL flowing through the
次に、他の多出力DC−DCコンバータとして、図8(a),(b)に示すように、各出力の起動開始のタイミング信号を入力する起動開始信号入力端子90と、主スイッチSW1、補助スイッチSW2,SW3のON/OFFを制御する制御回路60とを備えることで、各出力電圧VO1,VO2を任意の順序で昇圧を開始することの可能な単一インダクタの多出力DC−DCコンバータがある。
Next, as other multi-output DC-DC converters, as shown in FIGS. 8A and 8B, a start
この構成では、目的の昇圧出力が起動を開始するまでの間、主スイッチSW1と補助スイッチSW2,SW3のON、OFFを制御することで任意のタイミングで独立した出力端子の出力電圧VO1,VO2を起動/停止することを可能としている。
多出力DC−DCコンバータの起動時において、全出力チャンネルを同時に昇圧を開始する場合では、起動開始の際、全ての出力チャンネルにおいて昇圧エネルギーを必要としているため、インダクタに磁気エネルギーが残ったまま次の昇圧コンバータ状態に遷移するという連続モード状態が一時的に発生しても問題になることはなかった。 When boosting all output channels at the same time when starting up the multi-output DC-DC converter, the boost energy is required in all the output channels when starting up, so the magnetic energy remains in the inductor. Even if the continuous mode state of transitioning to the step-up converter state occurs temporarily, there was no problem.
出力電圧VO1が起動した後、出力VO2が起動を開始するというシーケンスで起動が必要な2つの昇圧出力チャンネルを持つ多出力DC−DCコンバータ回路の場合について図8と図9とを用いて説明する。また、図8において図6と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。 A case of a multi-output DC-DC converter circuit having two boosted output channels that need to be started up in a sequence in which the output VO2 starts to start after the output voltage VO1 starts will be described with reference to FIGS. . In FIG. 8, the same components as those in FIG.
起動開始信号入力端子90のCONT1端子にハイレベル信号を投入することにより出力電圧VO1が起動を開始し、CONT2端子にハイレベル信号を投入することで、出力電圧VO2が起動を開始する。起動順序に関しては、最初に起動が開始する出力電圧をVO1、後に起動を開始する出力電圧をVO2としている。
The output voltage VO1 starts to start by inputting a high level signal to the CONT1 terminal of the start
CONT1端子とCONT2端子の信号は、駆動回路64に入る。CONT1端子の信号がハイレベルになるまでは、分周信号Vt2がハイレベルの場合であっても駆動信号Vg1に信号V1を出力せず、CONT2端子の信号がハイレベルになるまでは、分周信号Vt2がローレベルの場合であっても信号V2を出力しない。駆動信号Vg2と出力電圧VO2の起動開始信号であるCONT2端子の信号とAND回路83で論理積をとった信号Vg13により補助スイッチSW2を駆動することで、CONT2端子にハイレベル信号が投入されるまで補助スイッチSW2をOFFさせ、第2の出力コンデンサ42を昇圧するあらゆる電流の流れ込みを防止している。
The signals from the CONT1 terminal and the CONT2 terminal enter the
最初に起動した出力電圧VO1が安定した状態で、次の出力電圧VO2の昇圧チャンネルが起動すると、起動を開始したばかりの出力電圧VO2の昇圧チャンネルの出力コンデンサ42は未充電であるため、図8(a)に示すように、補助スイッチSW3がONする出力電圧VO2の昇圧期間では、入力直流電源1よりインダクタ2を抜け、未充電の出力コンデンサ42に直流の充電電流が流れる(破線矢印参照)。
When the boost channel of the next output voltage VO2 is activated while the output voltage VO1 activated first is stable, the
図9の時刻t5では、出力電圧VO2の昇圧期間から出力電圧VO1の昇圧期間に切り替わるため、補助スイッチSW3はOFFし、補助スイッチSW2がONした状態になる。上記の充電電流によりインダクタ2には磁気エネルギーが蓄えられており、その磁気エネルギーが残った状態から、主スイッチSW1のON信号である駆動信号Vg1がハイレベルとなることによってさらにインダクタ2を充電することになる(破線矢印参照)。その結果、時刻t6において、駆動信号Vg1がローレベルになると、主スイッチSW1はOFFし、図8(b)で示すように、出力電圧VO1を昇圧してしまうという制御不能の状態が発生する。この状態は、出力電圧VO2側の出力コンデンサ42が入力直流電圧Eiと近い電圧レベルに充電されるまで継続する。
At time t5 in FIG. 9, since the boosting period of the output voltage VO2 is switched to the boosting period of the output voltage VO1, the auxiliary switch SW3 is turned off and the auxiliary switch SW2 is turned on. Magnetic energy is stored in the
本発明は、シーケンス起動における多チャンネルDC−DCコンバータの起動時において、他のチャンネルへの出力電圧の影響を最小限に抑えることができる多出力DC−DCコンバータを提供することを目的とするものである。 It is an object of the present invention to provide a multi-output DC-DC converter capable of minimizing the influence of output voltage on other channels when the multi-channel DC-DC converter is started in sequence startup. It is.
上記課題を解決するために、本発明は、ある昇圧出力チャンネルが起動を開始する際、電源電圧源より前記昇圧出力チャンネルの出力平滑コンデンサを充電する経路を一定時間ON状態に固定することで、前記昇圧出力チャンネルの出力平滑コンデンサの出力レベルを電源電圧に近いレベルまで充電する。前記コンデンサが電源電圧に近い電圧まで充電されると、電源電圧源より前記コンデンサへの直流充電電流は発生しなくなるため、前記電流によるインダクタへの電磁エネルギーの蓄積はなくなり、他のチャンネルの出力電圧を変動させることなく、昇圧出力チャンネルを起動させることを可能とするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention fixes a path for charging the output smoothing capacitor of the boost output channel from a power supply voltage source for a certain period of time when a certain boost output channel starts to start, The output level of the output smoothing capacitor of the boost output channel is charged to a level close to the power supply voltage. When the capacitor is charged to a voltage close to the power supply voltage, a DC charging current from the power supply voltage source to the capacitor is not generated, so that no electromagnetic energy is accumulated in the inductor due to the current, and the output voltage of other channels It is possible to start up the boost output channel without changing.
具体的に述べると、本発明の多出力DC−DCコンバータは、直流電圧が入力される共通の電圧入力端子と、電圧入力端子から印加される直流電圧によってエネルギーを蓄積する共通のインダクタと、インダクタから放出されるエネルギーを蓄積する複数のキャパシタと、複数のキャパシタへのエネルギー放出経路にそれぞれ挿入された複数のダイオードと、複数のキャパシタにそれぞれ現れる複数の変換直流電圧を出力する複数の電圧出力端子と、スイッチ回路と、制御回路と、急速充電回路とを備えている。 More specifically, the multi-output DC-DC converter of the present invention includes a common voltage input terminal to which a DC voltage is input, a common inductor for storing energy by a DC voltage applied from the voltage input terminal, and an inductor. A plurality of capacitors for storing energy emitted from the plurality of capacitors, a plurality of diodes inserted in energy discharge paths to the plurality of capacitors, and a plurality of voltage output terminals for outputting a plurality of converted DC voltages respectively appearing in the plurality of capacitors. A switch circuit, a control circuit, and a quick charge circuit.
上記のスイッチ回路は、インダクタへのエネルギーの蓄積とインダクタからのエネルギーの放出とを切り替えるとともに、インダクタから複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路を選択する。 The switch circuit switches between storing energy in the inductor and discharging energy from the inductor, and selects an energy discharge path from the inductor to a plurality of capacitors.
また、制御回路は、スイッチ回路がインダクタへのエネルギーの蓄積とインダクタからのエネルギーの放出とを周期的に切り替えるとともに、インダクタから複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路を時分割で排他的に選択するように、スイッチ回路を制御し、かつ複数の電圧出力端子にそれぞれ対応して設定された起動開始信号の状態に応じて複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路の導通遮断を選択することにより、複数の電圧出力端子を時間差をもって起動開始させる。 In addition, the control circuit periodically switches between storing energy in the inductor and discharging energy from the inductor, and exclusively selects the energy discharging path from the inductor to a plurality of capacitors in a time division manner. As described above, by controlling the switch circuit and selecting the conduction interruption of the energy release path to the plurality of capacitors according to the state of the start signal set corresponding to each of the plurality of voltage output terminals, a plurality of Starts the voltage output terminal of the start with a time difference.
また、急速充電回路は、起動開始信号の状態に基づき、2番目以降に起動開始する電圧出力端子の起動開始直後の一定時間、スイッチ回路における電圧入力端子と2番目以降に起動開始する電圧出力端子に対応したキャパシタとの間に存在するスイッチを強制的に導通状態とし、スイッチ回路における他のスイッチを強制的に遮断状態として、2番目以降に起動開始する電圧出力端子に対応したキャパシタを急速充電させる。 In addition, the quick charge circuit has a voltage input terminal in the switch circuit and a voltage output terminal that starts to be activated for the second time and thereafter for a certain period of time immediately after the start of activation of the voltage output terminal that starts to be activated after the second, based on the state of the activation start signal. Forcibly charge the capacitor corresponding to the voltage output terminal that starts the second or later by forcibly turning on the switch existing between the capacitor corresponding to the switch and forcibly turning off the other switches in the switch circuit. Let
この構成によれば、第2番目以降に起動を開始する昇圧出力端の起動開始の際、入力直流電圧源と前記起動開始する出力端の出力コンデンサ間のスイッチを一定時間ONし、他のスイッチをOFFさせることで、出力端の出力コンデンサを急速に入力電源電圧レベルまで充電し、それによって、既に昇圧もしくは反転が完了した出力端子の出力電圧を最小限の変動で、昇圧チャンネルの起動を行うことができる。 According to this configuration, when starting the boost output terminal that starts the second and subsequent start, the switch between the input DC voltage source and the output capacitor of the output terminal that starts the start is turned on for a certain time, and the other switches Is turned off, the output capacitor at the output end is rapidly charged to the input power supply voltage level, thereby starting up the boost channel with minimal fluctuations in the output voltage of the output terminal that has already been boosted or inverted. be able to.
上記の急速充電回路は、例えば、起動開始信号の状態に基づき、2番目以降に起動開始する電圧出力端子の起動開始から一定時間を計測し、2番目以降に起動開始する電圧出力端子の起動開始直後から一定時間アクティブとなる急速充電時間信号を発生するタイマ回路と、急速充電時間信号もしくは急速充電時間信号の反転信号とスイッチ回路を構成する各スイッチを制御する制御信号と論理積または論理和をとることによって、急速時充電時間信号がアクティブのときに、スイッチ回路における電圧入力端子と2番目以降に起動開始する電圧出力端子に対応したキャパシタとの間に存在するスイッチを強制的に導通状態とし、スイッチ回路における他のスイッチを強制的に遮断状態とする急速充電制御回路とで構成される。 The above quick charging circuit measures, for example, a certain time from the start of starting the voltage output terminal that starts starting after the second based on the state of the start start signal, and starts starting the voltage output terminal that starts starting after the second A timer circuit that generates a quick charge time signal that is active for a certain period of time immediately after that, and a logical product or logical sum with a control signal that controls each switch that constitutes the switch circuit and the inverted signal of the quick charge time signal or the quick charge time signal Thus, when the quick charge time signal is active, the switch existing between the voltage input terminal of the switch circuit and the capacitor corresponding to the voltage output terminal that starts the second and subsequent start is forcibly made conductive. And a quick charge control circuit for forcibly turning off other switches in the switch circuit.
また、制御回路は、複数の電圧出力端子に現れる電圧がそれぞれ所定の目標電圧となるように、該当する放出経路が選択された期間におけるインダクタへのエネルギーの蓄積時間を制御し、かつ該当する期間内にインダクタに蓄積されたエネルギーを全て該当するキャパシタへ放出させることが好ましい。また、制御回路は、キャパシタへ至るエネルギーの放出経路が遮断状態にある期間は前記インダクタへのエネルギーの蓄積を停止することが好ましい。 In addition, the control circuit controls the energy accumulation time in the inductor during the period when the corresponding discharge path is selected so that the voltages appearing at the plurality of voltage output terminals respectively become the predetermined target voltage, and the corresponding period It is preferable to discharge all the energy stored in the inductor to the corresponding capacitor. Further, it is preferable that the control circuit stops the energy accumulation in the inductor during a period in which the energy emission path to the capacitor is in a cut-off state.
以上のように本発明によれば、多出力DC−DCコンバータの出力チャンネルをシーケンスで起動させる場合において、既に昇圧を完了し安定している他のチャンネル出力に影響を最小限におさえ、第2番目以降に起動を開始する昇圧チャンネルを起動させることを可能にしている。 As described above, according to the present invention, when the output channels of the multi-output DC-DC converter are activated in sequence, the second channel output that has already been boosted and stabilized is minimized, and the second output is minimized. It is possible to activate a boost channel that starts activation after the first.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における多出力DC−DCコンバータの構成を示す回路図、図2はこの回路に使用されるタイマ回路の回路図である。図1において、図8と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-output DC-DC converter according to
図1に示すように、本発明に係る実施の形態1は、入力直流電源1から入力直流電圧Eiが入力されており、インダクタ2と、NチャネルMOSFETからなる第1の主スイッチSW1と、バックゲートをコイル側に接続したPチャネルMOSFETからなる補助スイッチSW2,SW3と、補助スイッチSW2と直列回路を形成するダイオード31と、第1の出力コンデンサ41と、補助スイッチSW3と直列回路を形成するダイオード32と、第2の出力コンデンサ42と、主スイッチSW1と補助スイッチSW2,SW3をそれぞれ所定のオン期間とオフ期間で駆動する制御回路60と、出力電圧VO1の起動開始信号を入力するCONT1端子と出力電圧VO2の起動開始信号を入力するCONT2 端子とからなる起動開始信号入力端子90と、出力電圧VO2の起動開始時に急速充電を行う際のスイッチ状態を作るタイマ回路70と、タイマ回路70より出力した信号を制御回路60より出力している制御信号と合成するための論理回路からなる急速充電制御回路80より、昇圧型の多出力DC−DCコンバータを構成している。
As shown in FIG. 1, the first embodiment according to the present invention receives an input DC voltage Ei from an input
制御回路60は、第1の出力電圧VO1と第2の出力電圧VO2とを検出し、それぞれ所望値との誤差が増幅された誤差電圧Ve1及び誤差電圧Ve2を出力する出力検出回路61と、誤差電圧Ve1と鋸波電圧Vtとの比較結果である信号V1と、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtを比較との比較結果である信号V2とを出力するパルス幅変調回路62と、所定の周期Tを有する鋸波電圧Vtとクロック信号Vt1とを出力する発振回路63と、クロック信号Vt1を分周して分周信号Vt2を出力する分周回路65と、信号V1と信号V2と分周信号Vt2とが入力され、主スイッチSW1の駆動信号Vg1と補助スイッチSW2の駆動信号Vg2と補助スイッチSW3の駆動信号Vg3とを出力する駆動回路64によって構成される。
The
また、出力検出回路61は、出力電圧VO1の検出抵抗611,612と、出力電圧VO2の検出抵抗614,615と、基準電圧VREFを出力する電圧源618と、出力電圧VO1の検出電圧と基準電圧VREFとの誤差電圧を増幅し、誤差電圧Ve1を出力する増幅器616と、出力電圧VO2の検出電圧と基準電圧VREFとの誤差電圧を増幅し、誤差電圧Ve2を出力する増幅器617とによって構成されている。
The
パルス幅変調回路62は、誤差電圧Ve1と鋸波電圧Vtとを入力とし、鋸波信号Vtの電圧に比べて誤差電圧Ve1の電圧が高い期間ハイレベルの電圧を出力する比較器621と、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtとを入力とし、鋸波信号Vtの電圧に比べて誤差電圧Ve2の電圧が高い期間ハイレベルの電圧を出力する比較器622とによって構成される。
The pulse
符号51、52は負荷を抵抗で表示している。
起動開始信号入力端子90のCONT1端子にハイレベル信号を投入することにより、出力電圧VO1が起動を開始し、CONT2端子にハイレベル信号を投入することで、出力電圧VO2が起動を開始する。起動順序に関しては、最初に起動が開始する出力電圧をVO1、後に起動を開始する出力電圧をVO2としている。
When the high level signal is input to the CONT1 terminal of the start
図2のタイマ回路は、CONT2端子の信号によるリセット解除が行われ、発振器63より出力される基本クロック信号Vt1を5分周カウントアップするカウンタ部101と、カウンタ部101の5分周後のタイミングでローレベルを出力するNAND回路102と、NAND回路102の出力とCONT2端子の入力信号との論理積を取るAND回路103とによって構成している。
The timer circuit of FIG. 2 performs reset cancellation by a signal at the CONT2 terminal, and counts up the basic clock signal Vt1 output from the
図3の時刻t7において、CONT2端子にハイレベル信号が投入されると、図2におけるカウンタ部101のフリップフロップのリセットが解除され、カウントアップが開始し、CONT2端子へのハイレベル信号投入より、発振器63から入力される基本クロック信号Vt1を5分周時間カウントすると、NAND回路102の出力信号Sg102はハイレベルからローレベルに変化する。AND回路103により、CONT2端子の入力信号と信号Sg102のANDをとることで、タイマ回路70はCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間のみハイレベルになる状態信号Sg103を出力する。
When a high level signal is input to the CONT2 terminal at time t7 in FIG. 3, the reset of the flip-flop of the
上記状態信号Sg103をインバータ84により信号を反転させ、上記状態信号Sg103の反転信号と、主スイッチSW1の駆動信号Vg1との論理積をAND回路85によりとった出力信号Vg11で主スイッチSW1を駆動させる事で、主スイッチSW1をCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間OFF状態に固定する。また、状態信号Sg103と補助スイッチSW2の駆動信号Vg2との論理和をOR回路86によりとり、論理和の出力信号Vg12で補助スイッチSW2を駆動する事で、補助スイッチSW2をCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間OFFに固定する。上記状態信号Sg103をインバータ81で反転させ、状態信号Sg103の反転信号と補助スイッチSW3の駆動信号Vg3との論理積をAND回路82によってとり、さらにCONT2端子への信号とAND回路82の出力信号との論理積をAND回路83でとった信号Vg13で補助スイッチSW3を駆動する事で、補助スイッチSW3をCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロックVt1の5分周期間OFF状態に固定するとともに、出力電圧VO2の起動開始信号として、CONT2端子へハイレベル信号が投入されるまでの間はOFF状態を維持させるように構成した。
The state signal Sg103 is inverted by the
CONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間は補助スイッチSW3のみがONし、主スイッチSW1と補助スイッチSW2はOFF状態を継続するため、出力電圧VO1用の出力コンデンサ41には電流が流れ込まない状態で、入力直流電源1よりインダクタ2を通り、出力電圧VO2用の出力コンデンサ42に向かって直流の電流が流れ、上記出力コンデンサ42を急速に充電する。上記コンデンサ42の電位差が入力直流電源電圧Eiに近い電圧レベルに達すると上記充電電流は停止する。このときの各制御信号波形とインダクタ2を流れる電流波形ILを図3に示す。
Only the auxiliary switch SW3 is turned on during the 5-minute period of the basic clock signal Vt1 from the input of the high level signal to the CONT2 terminal, and the main switch SW1 and the auxiliary switch SW2 continue to be in the OFF state, so that the
出力電圧VO2用の出力平滑コンデンサ42の電位が入力直流電源電圧Eiと同等かそれ以上の電圧レベルに達すると、それ以降の出力電圧VO2の昇圧期間において、鋸波信号Vtと誤差電圧Ve2との比較結果である信号V2のONパルスによってのみインダクタに電磁エネルギーが蓄えられることになる。信号V2のONパルスによって蓄えられた電磁エネルギーは所定期間内に昇圧電圧として出力平滑コンデンサ42に充電されるため、図3の時刻t8以降は出力電圧VO1を誤って昇圧することなく、出力電圧VO2の起動を開始することができる。
When the potential of the
起動を開始するチャンネルの出力コンデンサ42の容量、既に起動が完了している出力チャンネルの負荷抵抗51の抵抗値により、起動を開始するチャンネルの急速充電時間の最適値は異なるため、最適な急速充電期間を見積もってやる必要がある。本発明の実施の形態では、タイマ回路70のカウンタ部101は5分周分のカウンタ回路を用いたが、他の分周時間でもよい。
Since the optimum value of the quick charge time of the channel for starting activation differs depending on the capacity of the
また、本実施の形態1においては、昇圧2出力の多出力DC−DCコンバータの例を用いて説明したが、2出力以上の多出力DC−DCコンバータであって、各出力に対して起動順序があれば、2番目以降に起動を開始する全ての出力において、本発明を適用することができる。 In the first embodiment, the description has been made using the example of the multi-output DC-DC converter having two boosting outputs. However, the multi-output DC-DC converter having two or more outputs, and the starting order for each output. If there is, the present invention can be applied to all outputs starting to be activated after the second.
(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2における、多出力DC−DCコンバータの構成を示す回路図である。前述の実施の形態1では2つの昇圧出力をもつ多出力DC−DCコンバータに適用した場合について説明した。本実施の形態2においては、1つの昇圧出力と1つの反転出力をもつ多出力DC−DCコンバータに適用した場合について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a multi-output DC-DC converter in
図4に示すように、本発明に係る実施の形態2の多出力DC−DCコンバータは、入力直流電源1から入力直流電圧Eiが入力されており、インダクタ2と、NチャネルMOSFETからなる第1の主スイッチSW1と、PチャネルMOSFETからなる第2の主スイッチSW4と、ダイオード32と第1の出力コンデンサ42と、ダイオード33と、第2の出力コンデンサ43と、第1の主スイッチSW1と第2の主スイッチSW4を所定のオン期間とオフ期間で駆動する制御回路60Aと、昇圧出力電圧VO2の起動開始信号を入力するCONT2端子と反転出力電圧VO3の起動開始信号を入力するCONT3端子とからなる起動開始信号入力端子90と、出力電圧VO2の起動開始時に急速充電を行う際のスイッチ状態を作るタイマ回路70と、タイマ回路70より出力した信号を制御回路60Aより出力している制御信号と合成するための論理回路からなる急速充電回路80Aとで構成している。
As shown in FIG. 4, the multi-output DC-DC converter according to the second embodiment of the present invention receives an input DC voltage Ei from an input
この多出力DC−DCコンバータは、第1の出力コンデンサ42から第1の出力電圧VO2を第1の負荷52へ出力し、第2の出力コンデンサ43から第2の出力電圧VO3を第2の負荷53へ出力する。入出力条件はVO2>Ei>0>VO3である。制御回路60Aにおいて、発振回路63と、パルス幅変調回路62と、分周回路65とは、図1に示した多出力DC−DCコンバータの先行技術と同じ構成要素であるので、同じ符号を付与して、その詳細な説明は省略する。なお、出力検出回路61Aと駆動回路64Aは上記先行技術とは異なる。
This multi-output DC-DC converter outputs the first output voltage VO2 from the
制御回路60Aは、昇圧出力電圧VO2と反転出力電圧VO3を検出し、それぞれ所望値との誤差を増幅された誤差電圧Ve2及び誤差電圧Ve3を出力する出力検出回路61Aと、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtとの比較結果である信号V2と、誤差電圧Ve3と鋸波電圧Vtを比較との比較結果である信号V3を出力するパルス幅変調回路62と、所定の周期Tを有する鋸波電圧Vtとクロック信号Vt1とを出力する発振回路63と、クロック信号Vt1を分周して分周信号Vt2を出力する分周回路65と、信号V2と信号V3と分周信号Vt2とを入力として、第1の主スイッチSW1の駆動信号Vg1と第2の主スイッチSW4の駆動信号Vg4とを出力する駆動回路64Aとによって構成される。
The
また、出力検出回路61Aは、昇圧出力電圧VO2の検出抵抗614,615と、反転出力電圧VO3の検出抵抗611,612と、基準電圧VREFを出力する電圧源618と、基準電圧VREFより低い第2の基準電圧VREF2を出力する電圧源619と、昇圧出力電圧VO2の検出電圧と基準電圧VREFとの誤差電圧を増幅し、誤差電圧Ve2を出力する増幅器617と、反転出力電圧VO3の検出電圧と第2の基準電圧VREF2との誤差電圧を増幅し、誤差電圧Ve3を出力する増幅器616とによって構成されている。
The
パルス幅変調回路62は、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtとを入力とし、鋸波信号Vtの電圧に比べて誤差電圧Ve2の電圧が高い期間ハイレベルの電圧を出力する比較器622と、誤差電圧Ve3と鋸波電圧Vtとを入力とし、鋸波信号Vtの電圧に比べて誤差電圧Ve3の電圧が高い期間ハイレベルの電圧を出力する比較器621によって構成される。
The pulse
図5は前述の各信号、及びインダクタ2を流れる電流ILを示す波形図である。図4と図5とを用いて本発明の第2の実施の形態におけるDC−DCコンバータの基本動作を説明する。
FIG. 5 is a waveform diagram showing the signals IL and the current IL flowing through the
第1の主スイッチSW1がオン状態の場合は、インダクタ2と第2の主スイッチSW4とダイオード33とコンデンサ43とが反転コンバータを構成する。一方、第2の主スイッチSW4がオン状態の場合には、インダクタ2と第1の主スイッチSW1とダイオード32とコンデンサ42とが昇圧コンバータを構成する。
When the first main switch SW1 is in the ON state, the
制御回路60Aにおいて、出力検出回路61Aは、昇圧出力電圧VO2と反転出力電圧VO3とを検出し、誤差増幅器616,617によってそれぞれ所望値との誤差が増幅された誤差電圧Ve2及び誤差電圧Ve3が出力される。発振回路63は、所定の周期Tを有する鋸波電圧Vtとクロック信号Vt1とを出力する。パルス幅変調回路62は、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtとの比較結果である信号V1と、誤差電圧Ve2と鋸波電圧Vtを比較との比較結果である信号V2を出力する。分周回路65は、クロック信号Vt1が入力され、分周信号Vt2を出力する。駆動回路64Aは、信号V1と信号V2と分周信号Vt2と起動開始信号入力端子90へ印加される信号とが入力され、第1の主スイッチSW1の駆動信号Vg1と第2の主スイッチSW4の駆動信号Vg4を出力する。
In the
起動開始信号入力端子90のCONT2端子への信号、CONT3端子への信号が共にローレベルの場合は、駆動信号Vg4およびVg1としては分周信号Vt2およびその反転信号がそれぞれ出力され、NMOSFETである第1の主スイッチSW1とPMOSFETである第2の主スイッチSW4は交互にON/OFFする。そのため、直流電流電源Eiよりインダクタに磁気エネルギーを蓄える充電電流が流れることはなく、昇圧出力電圧VO2、反転出力電圧VO3共に発生することはない。
When both the signal to the CONT2 terminal of the start
次に、反転出力電圧VO3の起動開始信号であるCONT3端子への入力信号がハイレベルになると、NOR回路645には、分周信号Vt2の他に、AND回路644により信号V3が入力され、駆動信号Vg4は分周信号Vt2がハイレベルの期間と信号V3がハイレベルの期間がローレベルとなり、PMOSFETによる第2の主スイッチSW4をONする。これにより、信号V3がハイレベルの期間、NMOSFETである第1の主スイッチSW1とPMOSFETである第2の主スイッチSW4は同時にONし、インダクタ2に磁気エネルギーを蓄える。やがて、信号V3がローレベルとなり、駆動信号Vg4がハイレベルになって、PMOSFETによる第2のスイッチSW4をOFFさせると、インダクタ2に蓄えられた磁気エネルギーは、ダイオード33を介して、コンデンサ43をマイナス電位に充電を開始し反転出力電圧VO3を発生する。駆動信号Vg4はこの状態の信号を繰り返し継続する。
Next, when the input signal to the CONT3 terminal, which is the start signal for starting the inverted output voltage VO3, becomes high level, the NOR
次に、図5の時刻t9において、CONT2端子にハイレベル信号が投入されると、図2におけるカウンタ部101のフリップフロップのリセットが解除され、カウントアップが開始し、CONT2端子へのハイレベル信号の投入より、発振器63から入力される基本クロック信号Vt1を5分周時間カウントすると、NAND回路102の出力信号Sg102はハイレベルからローレベルに変化する。AND回路103により、CONT2端子への入力信号と信号Sg102の論理積をとることで、タイマ回路70はCONT2端子へハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間のみハイレベルになる状態信号Sg103を出力する。
Next, when a high level signal is input to the CONT2 terminal at time t9 in FIG. 5, the reset of the flip-flop of the
上記状態信号Sg103をインバータ84により信号を反転させ、AND回路85により上記状態信号Sg103の反転信号と、主スイッチSW1の駆動信号Vg1との論理積をとった信号Vg11で主スイッチSW1を駆動する事で、主スイッチSW1をCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間OFF状態に固定する。また、AND回路88により状態信号Sg103をインバータ87で反転した信号と駆動信号Vg4との論理積をとった信号Vg41で第2の主スイッチSW4を駆動する事で、主スイッチSW4をCONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間ONに固定する。
The state signal Sg103 is inverted by an
これにより、CONT2端子へのハイレベル信号投入より基本クロック信号Vt1の5分周期間は主スイッチSW4のみがONし、主スイッチSW1はOFF状態を継続するため、入力直流電源1よりインダクタ2を通り、昇圧出力電圧VO2用の出力コンデンサ42に向かって直流の電流が流れ、上記出力コンデンサ42を急速に充電する。上記出力コンデンサ42の電位差が入力直流電源電圧Eiに近い電圧レベルに達すると、充電電流は停止する。このときの各制御信号波形とインダクタ2を流れる電流波形を図5に示した。
As a result, only the main switch SW4 is turned on and the main switch SW1 is kept off during the 5-minute period of the basic clock signal Vt1 from the input of the high level signal to the CONT2 terminal. Then, a direct current flows toward the
昇圧出力電圧VO2用の出力平滑コンデンサ42の電位が入力直流電源電圧Eiと同等かそれ以上の電圧レベルに達すると、それ以降の昇圧出力電圧VO2の昇圧期間において、鋸波信号Vtと誤差電圧Ve2との比較結果である信号V2のONパルスによってのみインダクタに電磁エネルギーが蓄えられることになる。信号V2のONパルスによって蓄えられた電磁エネルギーは所定期間内に昇圧電圧として出力平滑コンデンサ42に充電されるため、図5の時刻t10以降は反転出力電圧VO3電圧を誤って昇圧することなく、昇圧出力電圧VO2の起動を開始することができる。
When the potential of the
起動を開始するチャンネルの出力コンデンサ42の容量、既に起動が完了している出力チャンネルの負荷抵抗53の抵抗値により、起動を開始するチャンネルの急速充電時間の最適値は異なる。本発明の実施の形態では、タイマ回路70のカウンタ部101には5分周分のカウンタ回路を用いたが、その仕様状態において最適な分周時間を見積もる必要がある。
The optimum value of the quick charge time of the channel for starting activation differs depending on the capacity of the
以上説明したように、本発明は、多電源を必要とし、それらの電源投入順序の必要なICおよびモジュールを駆動させる電源ICとして有効である。単一インダクタで複数の出力電圧を昇圧および反転が可能であるため、小型の携帯機器のICおよびモジュール駆動用ICとし利用価値が高い。 As described above, the present invention is effective as a power supply IC that drives an IC and a module that require multiple power supplies and that require the power-on sequence. Since a plurality of output voltages can be boosted and inverted with a single inductor, the utility value is high as an IC for a small portable device and a module driving IC.
1 入力直流電源
2 インダクタ
31 ダイオード
32 ダイオード
41 第1のコンデンサ
42 第2のコンデンサ
51 第1の負荷
52 第2の負荷
60,60A 制御回路
61,61A 出力検出回路
62 パルス幅変調回路
63 発振回路
64,64A 駆動回路
65 分周回路
70 タイマ回路
80 急速充電制御回路
80A 急速充電制御回路
81 インバータ
82 AND回路
83 AND回路
84 インバータ
85 AND回路
86 OR回路
87 インバータ
88 AND回路
90 起動開始信号入力端子
101 分周回路
102 状態保持回路
103 AND回路
SW1 主スイッチ
SW2 第1の補助スイッチ
SW3 第2の補助スイッチ
SW4 第2の主スイッチ
1 Input
Claims (4)
前記電圧入力端子から印加される直流電圧によってエネルギーを蓄積する共通のインダクタと、
前記インダクタから放出されるエネルギーを蓄積する複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタへのエネルギー放出経路にそれぞれ挿入された複数のダイオードと、
前記複数のキャパシタにそれぞれ現れる複数の変換直流電圧を出力する複数の電圧出力端子と、
前記インダクタへのエネルギーの蓄積と前記インダクタからのエネルギーの放出とを切り替えるとともに、前記インダクタから前記複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路を選択するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路が前記インダクタへのエネルギーの蓄積と前記インダクタからのエネルギーの放出とを周期的に切り替えるとともに、前記インダクタから前記複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路を時分割で排他的に選択するように、前記スイッチ回路を制御し、かつ前記複数の電圧出力端子にそれぞれ対応して設定された起動開始信号の状態に応じて前記複数のキャパシタへ至るエネルギーの放出経路の導通遮断を選択することにより、前記複数の電圧出力端子を時間差をもって起動開始させる制御回路と、
前記起動開始信号の状態に基づき、2番目以降に起動開始する電圧出力端子の起動開始直後の一定時間、前記スイッチ回路における前記電圧入力端子と前記2番目以降に起動開始する電圧出力端子に対応したキャパシタとの間に存在するスイッチを強制的に導通状態とし、前記スイッチ回路における他のスイッチを強制的に遮断状態として、前記2番目以降に起動開始する電圧出力端子に対応したキャパシタを急速充電させる急速充電回路とを備えた多出力DC−DCコンバータ。 A common voltage input terminal to which a DC voltage is input;
A common inductor for storing energy by a DC voltage applied from the voltage input terminal;
A plurality of capacitors for storing energy released from the inductor;
A plurality of diodes each inserted in an energy discharge path to the plurality of capacitors;
A plurality of voltage output terminals for outputting a plurality of converted DC voltages respectively appearing in the plurality of capacitors;
A switch circuit that switches between storing energy in the inductor and discharging energy from the inductor, and selecting a discharge path of energy from the inductor to the plurality of capacitors;
The switch circuit periodically switches between storing energy in the inductor and discharging energy from the inductor, and exclusively selects time-division energy discharge paths from the inductor to the plurality of capacitors. Further, by controlling the switch circuit and selecting the conduction interruption of the energy release path to the plurality of capacitors according to the state of the start signal set corresponding to each of the plurality of voltage output terminals. A control circuit for starting activation of the plurality of voltage output terminals with a time difference;
Corresponding to the voltage input terminal in the switch circuit and the voltage output terminal starting to start after the second for a certain time immediately after starting the starting of the voltage output terminal starting to start after the second based on the state of the start start signal The switch existing between the capacitors is forcibly turned on, and the other switches in the switch circuit are forcibly cut off, so that the capacitor corresponding to the voltage output terminal that starts the second and subsequent starts is rapidly charged. A multi-output DC-DC converter having a quick charging circuit.
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