JP2005354845A - Dc−dcコンバータの制御回路、dc−dcコンバータの制御方法、半導体装置、dc−dcコンバータ及び電子機器 - Google Patents

Dc−dcコンバータの制御回路、dc−dcコンバータの制御方法、半導体装置、dc−dcコンバータ及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータの起動時の突入電流の発生を好適に抑制し得るDC−DCコンバータの制御回路を提供する。
【解決手段】複数の制御信号ERA1,ERA2により出力が制御されるDC−DCコンバータ21の制御回路22において、各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧e1,e2との誤差に基づいて複数の制御信号ERA1,ERA2を生成する複数の誤差増幅回路4,5と、DC−DCコンバータ21の起動時の出力を前記複数の制御信号ERA1,ERA2よりも低電位の電圧で制御するためのソフトスタート信号SSを生成するソフトスタート回路と、DC−DCコンバータ21の起動時に、複数の制御信号ERA1,ERA2をソフトスタート信号SSの電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路(Tr4,Tr5)と、を備えた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、DC−DCコンバータの制御回路、半導体装置、DC−DCコンバータ及び電子機器に関するものである。
一般にノート型パソコン等の携帯型電子機器には、装置用の電源として電池が搭載されるとともに、該機器に接続されたACアダプタ等の外部電源により電池を充電するための充電器回路としてDC−DCコンバータが内蔵されている。このような充電器回路に用いられるDC−DCコンバータは、その多くが例えば定電圧定電流制御型DC−DCコンバータ等のようにDC−DCコンバータの出力を複数の制御信号(この場合は定電圧制御/定電流制御のための2つの制御信号)によって制御する形態が採られる。本発明は、こうした複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータに適用して好適な構成に関するものである。
従来、この種のDC−DCコンバータとしては、例えば特許文献1に記載された構成が知られている。図12は、この特許文献1に記載されている従来の定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータを説明するための回路図である。
DC−DCコンバータ(以下「DC−DC」)1は、該DC−DC1全体の制御を行う制御回路2を有している。この制御回路2には、DC−DC1の動作の開始/停止を指示するための動作信号ONが入力され、DC−DC1は、動作信号ONがHigh状態のとき動作し、Low状態のとき動作を停止するようになっている。
トランジスタTr1は、メインスイッチング用トランジスタとして設けられ、制御回路2からの駆動信号SG1によってオン/オフ制御される。コイルL1は、電圧を変換するためのチョークコイルである。トランジスタTr2は、トランジスタTr1がオフである期間にオンしてコイルL1に蓄えられたエネルギーを放出するための同期整流用スイッチであり、制御回路2からの駆動信号SG2によってオン/オフ制御される。ダイオードD1は、フライホイールダイオードにて構成され、上記トランジスタTr2と同様、トランジスタTr1がオフである期間にオンしてコイルL1に蓄えられたエネルギーを放出させる。
コンデンサC1は、DC−DC1の出力を平滑化するための平滑用コンデンサである。抵抗Rsは、DC−DC1の出力電流Ioを検出するための電流センス抵抗であって、この抵抗Rsの一端側におけるDC−DC1の出力端子1aには二次電池よりなるバッテリBTが接続されている。コンデンサC2は、DC−DC1の動作開始時に入力(入力電圧Vi)からの突入電流を防止するソフトスタート制御用のコンデンサである。なお、入力電圧Viは、DC−DC1に接続された図示しないACアダプタから供給される直流電圧である。
制御回路2は、電圧増幅回路3、第1及び第2誤差増幅回路4,5、PWM比較回路6、三角波発振回路7、第1及び第2出力回路8,9(図中、Drv1,Drv2)、電源回路10等から構成されている。
電源回路10は、外部からの動作信号ONに基づき制御回路2全体の電源の供給のオン/オフを制御し、これによりDC−DC1全体のオン/オフ制御を行うものである。抵抗R1,R2は、DC−DC1の出力電圧Voを分圧するための電圧分割抵抗であり、これらによって出力電圧Voを分圧した結果(分圧電圧)は第1誤差増幅回路4の反転入力として与えられる。
第1誤差増幅回路4は、この出力電圧Voの分圧電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧e1との差電圧を増幅して出力する。なお、上記した抵抗R1,R2は、DC−DC1の出力電圧Voの値が定電圧動作で規定する値(例えば12.6V)となっているときに、それらによる分圧結果が基準電圧e1と同じになるよう各々の抵抗値が設定されている。
電圧増幅回路3は、電流センス抵抗Rsに流れる電流(即ち、DC−DC1の出力電流Io)により発生する該抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する。第2誤差増幅回路5は、この電圧増幅回路3の出力電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧e2との差電圧を増幅して出力する。なお、基準電圧e2は、定電流動作で規定する出力電流Ioの値(例えば3A)に対応して設定されている。
トランジスタTr3は、DC−DC1の停止時にコンデンサC2の電荷を放電させてその電位を0Vに設定するためのスイッチ回路であり、動作信号ONに基づいて例えば電源回路10によりオン/オフ制御される。定電流回路11は、トランジスタTr3がオフである期間にコンデンサC2を充電して該コンデンサC2の電位を上昇させる充電回路として機能する。
PWM比較回路6は、1つの反転入力端子と3つの非反転入力端子を有している。このPWM比較回路6は、各非反転入力端子に入力される電圧のうち最も低電位の電圧と反転入力端子に入力される電圧とを比較し、該比較の結果に基づいて、非反転入力端子に入力される電圧が反転入力端子に入力される電圧よりも高いときにパルスを出力するパルス幅変調回路である。ここで、PWM比較回路6の反転入力端子には、三角波発振回路7から一定の周波数で発振される三角波信号OSC1が入力される。また、PWM比較回路6の各非反転入力端子には、それぞれ第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2と、定電流回路11による充電に伴って電位上昇されるコンデンサC2の両端間の電圧(ソフトスタート信号SS)が入力されるようになっている。
第1出力回路8は、トランジスタTr1を駆動する回路であって、PWM比較回路6からパルスが出力されている期間、トランジスタTr1をオンさせる。又、第2出力回路9は、トランジスタTr2を駆動する回路であって、PWM比較回路6の出力によって制御され、トランジスタTr1がオフである期間、トランジスタTr2をオンさせる。
このようなDC−DC1では、出力電圧Voや出力電流Ioの検出結果をフィードバックしてPWM比較回路6の出力パルス幅を制御(PWM制御)し、これにより、トランジスタTr1のオン時間Tonとオフ時間Toffの比(オン/オフ比)を制御することで出力電圧Voや出力電流Ioをそれぞれ制御するようになっている。
次に、このDC−DC1の定電圧動作/定電流動作について説明する。
まず、DC−DC1の定電圧動作を図13に従って説明する。なお、定電圧動作とは、DC−DC1の出力電圧Voを一定電圧(ここでは例えば12.6V)とするよう該DC−DCを制御する動作モードをいう。
DC−DC1の定電圧動作時、その出力電圧Voを抵抗R1,R2により分圧した値(分圧電圧)は基準電圧e1に近い値となっている。一方、こうした定電圧動作時において、出力電流Ioは、後述する定電流動作で規定される値よりも小さな値となっている。このため、電流センス抵抗Rsに流れる電流Ioにより発生する電圧を電圧増幅回路3により増幅した値は基準電圧e2よりも十分に小さな値となっており、その結果、第2誤差増幅回路5の出力電圧は最大値付近まで高くなっている。即ち、図13に示すように、このとき第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2は第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1よりも高い電圧となっている。従って、定電圧動作時には、PWM比較回路6の出力パルスは第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1によって制御される。
次いで、DC−DC1の定電流動作を図14に従って説明する。なお、定電流動作とは、DC−DC1の出力電流Ioを一定電流(ここでは例えば3A)とするよう該DC−DC1を制御する動作モードをいう。
DC−DC1の定電流動作時、電流センス抵抗Rsに流れる電流(出力電流Io)により発生する電圧を電圧増幅回路3により増幅した値は基準電圧e2に近い値となっている。一方、こうした定電流動作時において、出力電圧Voは、上述した定電圧動作で規定される電圧よりも小さな値となっている。このため、出力電圧Voを抵抗R1,R2により分圧した値(分圧電圧)は基準電圧e1よりも十分に小さな値となっており、その結果、第1誤差増幅回路4の出力電圧は最大値付近まで高くなっている。即ち、図14に示すように、このとき第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1は第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2よりも高い電圧となっている。従って、定電流動作時には、PWM比較回路6の出力パルスは第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2によって制御される。
次に、このDC−DC1の起動時の動作について説明する。
DC−DC1が起動されると、トランジスタTr3は電源回路10によってオフされ、コンデンサC2は定電流回路11により充電される。これにより、ソフトスタート信号SSは、コンデンサC2の充電に従って0Vから徐々に電圧上昇する。一方、こうした起動時において、DC−DC1の出力電圧Vo及び出力電流Ioは基準電圧e1,e2で規定される値よりもそれぞれ十分低い値となっている。このため、抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した結果(分圧電圧)と基準電圧e1との電圧差、及び電流センス抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する電圧増幅回路3の出力電圧と基準電圧e2との電圧差はそれぞれほぼ最大となっている。即ち、起動時には、第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2はそれぞれほぼ最大電圧となっている。
PWM比較回路6は、これらの各信号(SS,ERA1,ERA2)のうち最も低電位の信号に基づいて出力パルス幅を制御する。即ち、PWM比較回路6は、こうした起動時には、ソフトスタート信号SSの電圧に比例したパルス幅のパルスを出力する。
このように、起動時におけるPWM比較回路6の出力パルス幅をソフトスタート信号SSによって制御することで、該起動時に最大電圧となっている第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力電圧により出力パルス幅が最大(即ちトランジスタTr1のオン時間Tonが最大)となって、その結果、DC−DC1に入力からの過大な電流(突入電流)が流れることを抑制している。
言い換えれば、起動時にはソフトスタート信号SSを用いることでPWM比較回路6の出力パルス幅を制限してトランジスタTr1のオン時間Tonを強制的に短くし、これにより突入電流の発生を抑制するようにしている。そして、ソフトスタート信号SSの電圧がコンデンサC2の充電に伴って上昇し、DC−DC1の出力電圧Vo或いは出力電流Ioがそれぞれ規定の値に達すると、それ以降は、上述した定電圧モードによる定電圧制御若しくは定電流モードによる定電流制御が行われるようになっている。
特許第3405871号公報
ところが、上記のような従来のDC−DC1では、該DC−DC1の出力(PWM制御)をソフトスタート信号SSによる制御から第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1による制御(定電圧制御)、若しくは第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2による制御(定電流制御)に切り替える際に突入電流が発生するという問題があった。
これを図15に従って説明する。
同図は、DC−DC1の起動時の動作波形を示しており、時刻t1においてDC−DC1が起動されると、第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2はそれぞれほぼ最大電圧Vmaxとなる。
一方、このときソフトスタート信号SSの電圧はコンデンサC2の上昇に伴って0Vから徐々に上昇されていき、時刻t2においてソフトスタート信号SSが三角波信号OSC1の電圧以上となると、PWM比較回路6からは同ソフトスタート信号SSの電圧に応じたパルス幅のパルスが出力されるようになる。これにより、この出力パルスによりオン/オフ制御されるトランジスタTr1のオン時間Tonに比例してDC−DC1の出力電圧Vo及び出力電流Ioが徐々に上昇される。
そして、時刻t3において出力電流Ioが定電流動作で規定される値(ここでは例えば3A)に達すると(具体的には電圧増幅回路3の出力電圧が基準電圧e2に達する)、第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2は、同出力電流Ioを当該3Aの一定電流に制御する制御電圧Vctまで降下されるようになる。
しかしながら、このとき出力信号ERA2は直ぐには制御電圧Vctとはならず、上記最大電圧Vmaxから制御電圧Vctに達するには、第2誤差増幅回路5に設定されているRC時定数に基づく応答遅延(図において、t4−t3で示す時間)が発生することとなる。
ところで、こうして出力信号ERA2が降下し制御電圧Vctに達するまでの間において、ソフトスタート信号SSの電圧は上昇を続けており、これによりトランジスタTr1のオン時間Tonも長くなることから、出力電圧Voはさらに上昇を続ける。その結果、出力信号ERA2がソフトスタート信号SSの電圧より低くなり、DC−DC1が定電流制御に移行するまでの間において突入電流が発生する(制御電圧Vctによる規定値(3A)以上の電流が出力電流Ioとして発生する)という問題があった。
なお、こうした突入電流は、DC−DC1の出力(PWM制御)をソフトスタート信号SSによる制御から定電流制御へ切り替える場合のみならず、ソフトスタート信号SSから定電圧制御へ切り替える場合にも同様に発生する。従って、こうした点においてなお、従来の構成では起動時に突入電流が発生するものとなっていた。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータの起動時の突入電流の発生を好適に抑制し得るDC−DCコンバータの制御回路、DC−DCコンバータの制御方法、半導体装置、DC−DCコンバータ、及びそれを搭載した電子機器を提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項1,7に記載の発明によれば、各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づき複数の誤差増幅回路によって生成された複数の制御信号は、DC−DCコンバータの起動時において、それら複数の制御信号よりも低電位の電圧を持つようソフトスタート回路によって生成されたソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプ回路によってクランプされる。これにより、DC−DCコンバータの起動時に突入電流が発生することを好適に抑制することができる。
請求項2に記載の発明によれば、前記クランプ回路は、DC−DCコンバータの起動後、該DC−DCコンバータの出力が前記複数の制御信号のうちの何れかによって制御されるまで、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプする。これにより、DC−DCコンバータの起動後に、該DC−DCコンバータの出力制御をソフトスタート信号による制御から複数の制御信号のうちの何れかによる制御に切り替える際には、その切り替えを速やかに行って突入電流が発生することを好適に抑制することができる。
請求項3に記載の発明によれば、前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に個別に接続される複数のクランプ素子よりなる。この構成では、複数の制御信号はそれぞれ対応して設けられた個別のクランプ素子によってソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプされる。
請求項4に記載の発明によれば、前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に共通に接続される1つのクランプ素子よりなる。この構成では、複数の制御信号は1つのクランプ素子によってソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプされる。従って、上記請求項3に記載の発明に比べてクランプ回路を構成するクランプ素子の数を削減することができる。
請求項5に記載の発明によれば、上記請求項1〜4のいずれか一項に記載のDC−DCコンバータの制御回路は、例えばスイッチング方式のDC−DCコンバータの構成に適用することができる。この場合、制御回路には、三角波信号を出力する三角波発振回路と、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号のうち最も低電位の信号と前記三角波信号とに基づいてパルス幅変調による電圧制御を行うPWM比較回路とが備えられる。そして、このPWM比較回路から出力されるパルスによりメインスイッチング用トランジスタのオン/オフ比が制御され、これによりDC−DCコンバータの出力が制御される。
請求項6に記載の発明によれば、上記請求項1〜5のいずれか一項に記載のDC−DCコンバータの制御回路は、例えば定電圧定電流制御型DC−DCコンバータの構成に適用することができる。この場合、前記複数の制御信号は、DC−DCコンバータの出力電圧を一定電圧に制御するための一又は複数の電圧制御信号と、DC−DCコンバータの出力電流を一定電流に制御するための一又は複数の電流制御信号とから構成される。即ち、このような定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータの構成に適用すれば、該DC−DCコンバータの出力制御をソフトスタート信号による制御から定電圧制御或いは定電流制御に切り替える際に、その切り替えを時間の遅延なく速やかに行ってDC−DCコンバータの起動時に突入電流が発生することを好適に抑制することができる。
請求項8に記載の発明によれば、複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータ又はAC−DCコンバータを構成するために用いられる半導体装置には、各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を生成する複数の誤差増幅回路と、外付け素子として接続されたコンデンサの電荷を前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの動作時に充電させて同コンデンサの両端間の電圧を持つソフトスタート信号を生成し、前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の前記ソフトスタート信号の電圧で制御するためのソフトスタート回路と、前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時に、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路と、が備えられる。
請求項9に記載の発明によれば、DC−DCコンバータは、上記請求項1〜7のいずれか一項に記載のDC−DCコンバータの制御回路を備えて構成される。このDC−DCコンバータでは、起動時の突入電流の発生は好適に抑制される。
請求項10に記載の発明によれば、電子機器は、上記請求項9に記載のDC−DCコンバータを搭載して構成される。従って、この電子機器のDC−DCコンバータにおいて、起動時の突入電流の発生は好適に抑制される。
本発明によれば、複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータの起動時の突入電流の発生を好適に抑制し得るDC−DCコンバータの制御回路、DC−DCコンバータの制御方法、半導体装置、DC−DCコンバータ及びそれを搭載した電子機器を提供することができる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態を図1〜図3に従って説明する。
図3は、電子機器の概略ブロック図である。電子機器12は、例えばノートパソコン等の携帯型電子機器であって、ACアダプタ13を接続する接続端子14を有し、これにはACアダプタ13からの直流電圧が入力電圧Viとして供給される。
電子機器12には、内部回路15、バッテリBT及びDC−DCコンバータ(以下「DC−DC」という)21が備えている。バッテリBTは、複数の二次電池よりなり、ACアダプタ13の未接続時に内部回路15へ動作電源電圧を供給するために設けられている。内部回路15は、電子機器12の使用者に各種機能を提供するために設けられ、これにはACアダプタ13からの入力電圧Viが動作電源電圧として供給されている。DC−DC21は、ACアダプタ13からの入力電圧Viに基づいてバッテリBTを充電する充電器回路として機能する。
接続端子14はダイオードD2のアノードに接続され、該ダイオードD2のカソードは内部回路15に接続されている。この内部回路15の接続端子はダイオードD3のカソードに接続され、該ダイオードD3のアノードはバッテリBTに接続されている。2つのダイオードD2,D3は、それぞれ逆流防止回路として機能する。そして、内部回路15には、ACアダプタ13からの入力電圧Vi、又はバッテリBTの出力電圧が動作電源電圧として供給される。
DC−DC21には、ACアダプタ13から入力電圧Viが供給されている。DC−DC21は、入力電圧Viを降圧又は昇圧した出力電圧Voを生成する電圧変換回路であって、該出力電圧VoによりバッテリBTが充電される。なお、このようなDC−DC21は、電子機器12に内蔵、若しくはバッテリBTとともに一体に構成される電池パックとして同電子機器12に脱着可能に搭載される。
図1は、上記DC−DC21を説明するための回路図である。なお、同図において、図12に示す従来例と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
本実施の形態のDC−DC21は、降圧方式の定電圧定電流制御型DC−DCコンバータであって、その出力端子21aには上記バッテリBTが負荷として接続されている。
DC−DC21は、該DC−DC21の出力値(本実施の形態においては後述する出力電圧Vo及び出力電流Io)をフィードバック制御することで、該DC−DC21全体の制御を行う制御回路22を有している。この制御回路22には、DC−DC21の動作の開始/停止を指示するための動作信号ONが入力され、DC−DC21は、この動作信号ONがHigh状態のとき動作し、Low状態のとき動作を停止するようになっている。
トランジスタTr1は、負荷(バッテリBT)を駆動するためのメインスイッチング用トランジスタとして設けられている。このトランジスタTr1は、本実施の形態においてはP型MOS−FETで構成され、そのゲート端子には該トランジスタTr1をオン/オフ制御する制御回路22からの駆動信号SG1が供給され、ソース端子にはACアダプタ13(図4)からの入力電圧Viが供給される。このトランジスタTr1のドレイン端子は電圧変換用のチョークコイルL1に接続されている。
トランジスタTr2は、トランジスタTr1がオフである期間にオンしてチョークコイルL1に蓄えられたエネルギーを放出させるための同期整流用スイッチとして設けられている。このトランジスタTr2は、本実施の形態においてはN型MOS−FETで構成され、そのゲート端子には該トランジスタTr2をオン/オフ制御する制御回路22からの駆動信号SG2が供給される。このトランジスタTr2のソース端子はグランドGNDに接続され、ドレイン端子はトランジスタTr1のドレイン端子に接続されている。
トランジスタTr1のドレイン端子は、チョークコイルL1及び電流センス抵抗Rsを介して出力端子21aに接続されている。電流センス抵抗Rsは、DC−DC21の出力電流Ioを検出するために設けられている。又、トランジスタTr1のドレイン端子は、ダイオード(フライホイールダイオード)D1のカソードに接続されており、該ダイオードD1のアノードはグランドGNDに接続されている。フライホイールダイオードD1は、トランジスタTr1がオフである期間にオンして上記チョークコイルL1に蓄えられたエネルギーを放出させる。
チョークコイルL1と電流センス抵抗Rsとの接続ノードは、DC−DC21の出力を平滑化する平滑用コンデンサC1を介してグランドGNDに接続されている。コンデンサC2は、制御回路22に対し外付け接続された素子であり、DC−DC21の動作開始時(起動時)に入力電圧Viからの突入電流を防止するべく設けられるソフトスタート制御用のコンデンサである。
制御回路22は、電圧増幅回路3、第1及び第2誤差増幅回路4,5、PWM比較回路6、三角波発振回路7、第1及び第2出力回路8,9(Drv1,Drv2)、電源回路10、及びそれぞれクランプ素子としてのトランジスタTr4,Tr5を有し、1チップの半導体装置として構成されている。
電源回路10は、動作信号ONに基づいて制御回路22全体の電源の供給のオン/オフを制御し、これによりDC−DC21全体のオン/オフを制御する。抵抗R1,R2は、DC−DC1の出力電圧Voを分圧するための電圧分割抵抗であって、これらの抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した結果(分圧電圧)は第1誤差増幅回路4の反転入力として与えられる。
第1誤差増幅回路4は、抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した結果(分圧電圧)と、非反転入力端子に入力される基準電圧e1との差電圧を増幅して出力する。なお、上述した抵抗R1,R2は、出力電圧Voの値が定電圧動作で規定する値(本実施の形態では例えば12.6V)となっているときに、その分圧結果(分圧電圧)が第1誤差増幅回路4の非反転入力端子に与えられる基準電圧e1と同じになるように各々抵抗値が設定されている。
電圧増幅回路3は、電流センス抵抗Rsに流れる電流(即ちDC−DC21の出力電流Io)により発生する該抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する。第2誤差増幅回路5は、この電圧増幅回路3の出力電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧e2との差電圧を増幅して出力する。なお、基準電圧e2は、定電流動作で規定する出力電流Ioの値(本実施の形態では例えば3A)に対応して設定されている。
トランジスタTr3は、DC−DC21の停止時にコンデンサC2の電荷を放電させてその電位を0Vに設定する一方、DC−DC21の動作時にコンデンサC2の電荷を充電させてその電位を上昇させるスイッチ回路として機能する。このトランジスタTr3は、本実施の形態においてはN型MOS−FETで構成され、そのゲート端子は電源回路10に接続され、ソース端子はグランドGNDに接続され、ドレイン端子は定電流回路11に接続されている。このトランジスタTr3のドレイン端子と定電流回路11との接続ノードNsはコンデンサC2を介してグランドGNDに接続されている。
本実施の形態において、トランジスタTr3は、動作信号ONに基づいて電源回路10によりオン/オフ制御される。詳しくは、動作信号ONによりDC−DC21が起動されるとトランジスタTr3はオフされ、該動作信号ONによりDC−DC21が停止されるとトランジスタTr3はオンされるようになっている。これにより、コンデンサC2は、トランジスタTr3がオンされるDC−DC21の停止時に電荷が放電され、トランジスタTr3がオフされるDC−DC21の動作時に定電流回路11により充電される。そして、こうしたコンデンサC2の充電に伴って上昇する接続ノードNsの電位(即ちコンデンサC2の両端間の電圧)がソフトスタート信号SSとして用いられるようになっている。なお、本実施の形態においては、外付け容量であるコンデンサC2と、定電流回路11と、トランジスタTr3とによってソフトスタート回路が構成されている。
クランプ素子としてのトランジスタTr4は、本実施の形態においてはPNP型バイポーラトランジスタで構成されている。このトランジスタTr4のベース端子は接続ノードNsに接続され、コレクタ端子はグランドGNDに接続され、エミッタ端子は第1誤差増幅回路4の出力端子に接続されている。従って、このトランジスタTr4のエミッタ電圧Ve1は、ベース端子に供給されるソフトスタート信号SSの電圧に同トランジスタTr4のベース−エミッタ間電圧Vbe1を加えた電圧となる。
また、同じくクランプ素子としてのトランジスタTr5は、本実施の形態においてはPNP型バイポーラトランジスタで構成されている。このトランジスタTr5のベース端子は接続ノードNsに接続され、コレクタ端子はグランドGNDに接続され、エミッタ端子は第2誤差増幅回路5の出力端子に接続されている。従って、このトランジスタTr5のエミッタ電圧Ve2は、ベース端子に供給されるソフトスタート信号SSの電圧に同トランジスタTr5のベース−エミッタ間電圧Vbe2を加えた電圧となる。なお、本実施の形態においては、これら2つのクランプ素子(トランジスタTr4とトランジスタTr5)によってクランプ回路が構成されている。
PWM比較回路6は、1つの反転入力端子と2つの非反転入力端子を有する電圧パルス幅変調回路である。このPWM比較回路6は、反転入力端子に入力される信号と、2つの非反転入力端子に入力される信号のうち電圧の低いほうの信号とを比較(電圧比較)し、この比較の結果、非反転入力端子に入力される信号が反転入力端子に入力される信号よりも電圧が高いときにパルスを出力する。
詳しくは、PWM比較回路6の反転入力端子には、三角波発振回路7から一定の周波数で発振出力される三角波信号OSC1が入力される。また、2つの非反転入力端子には、それぞれ制御信号として、第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1と第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2とが入力される。
そして、PWM比較回路6は、各出力信号ERA1,ERA2のうち出力信号ERA1の電圧が低いときには、該出力信号ERA1の電圧と三角波信号OSC1の電圧とを比較して、出力信号ERA1の電圧が三角波信号OSC1の電圧よりも高いときに同出力信号ERA1の電圧に応じたパルス幅のパルスを出力する。また、これとは逆に、各出力信号ERA1,ERA2のうち出力信号ERA2の電圧が低いときには、該出力信号ERA2の電圧と三角波信号OSC1の電圧とを比較して、出力信号ERA2の電圧が三角波信号OSC1の電圧よりも高いときに同出力信号ERA2の電圧に応じたパルス幅のパルスを出力する。
第1出力回路8は、トランジスタTr1を駆動する回路であって、PWM比較回路6からパルスが出力されている期間、トランジスタTr1をオンさせる。また、第2出力回路9は、トランジスタTr2を駆動する回路であって、PWM比較回路6の出力により制御され、トランジスタTr1がオフである期間、トランジスタTr2をオンさせる。
次に、上記のように構成されたDC−DC21の動作を説明する。
図2は、DC−DC21の起動時の動作を示す波形図である。今、時刻t1において、DC−DC21が起動されると、ソフトスタート信号SSの電圧は定電流回路11によるコンデンサC2の充電に伴って0Vから徐々に上昇される。
一方、こうした起動時において、DC−DC21の出力電圧Voは定電圧動作で規定される値(ここでは12.6V)よりも十分に小さくなっており、各抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した結果(分圧電圧)と基準電圧e1との電圧差はほぼ最大まで大きくなっている。しかしながら、このとき本構成によるDC−DC21において、第1誤差増幅回路4の出力電圧(ERA1)は、こうした電圧差のときに出力される電圧(最大電圧Vmax付近の電圧)とはならず、ソフトスタート信号SSの電圧をもとに出力されるトランジスタTr4のエミッタ電圧Ve1の値にそれぞれクランプされる。つまり、第1誤差増幅回路4の出力信号ERA1は、トランジスタTr4のベース端子に供給されるソフトスタート信号SSの電圧に同トランジスタTr4のベース−エミッタ間電圧Vbe1を加えた電圧に制御される。
また同様に、こうした起動時において、DC−DC21の出力電流Ioは定電流動作で規定される値(ここでは3A)よりも十分に小さくなっており、電流センス抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する電圧増幅回路3の出力電圧と基準電圧e2との電圧差はほぼ最大まで大きくなっている。しかしながら、このとき本構成によるDC−DC21において、第2誤差増幅回路5の出力電圧は、こうした電圧差のときに出力される電圧(最大電圧Vmax付近の電圧)とはならず、ソフトスタート信号SSの電圧をもとに出力されるトランジスタTr5のエミッタ電圧Ve2の値にそれぞれクランプされる。つまり、第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2は、トランジスタTr5のベース端子に供給されるソフトスタート信号SSの電圧に同トランジスタTr5のベース−エミッタ間電圧Vbe2を加えた電圧に制御される。
従って、DC−DC21の起動時、各誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2は、ソフトスタート信号SSの電圧に基づいてそれぞれ0V(正確にはそれぞれベース−エミッタ間電圧Vbe1,Vbe2分上昇した電圧)から徐々に上昇する電圧となる。
こうしてソフトスタート信号SSにより各トランジスタTr4,Tr5のエミッタ電圧Vbe1,Vbe2にクランプされた第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2が、その後、時刻t2において三角波信号OSC1の電圧よりも高くなると、PWM比較回路6からはパルスが出力されるようになる。なお、このとき具体的には、各誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2のうち電圧の低いほうの出力信号によって出力パルスのパルス幅が制御される。そして、この出力パルスによってトランジスタTr1がオン/オフ制御され、これによりトランジスタTr1のオン時間Ton(オン/オフ比)に比例して出力電圧Vo及び出力電流Ioが上昇するようになる。
その後、時刻t3において、出力電流Ioが定電流動作で規定される値(ここでは3A)に達すると(即ち電圧増幅回路3の出力電圧が基準電圧e2に達すると)、第2誤差増幅回路5の出力信号ERA2は、該出力電流Ioを一定電流値(3A)に制御するための制御電圧Vctに移行される。ここで、本実施の形態において、出力信号ERA2の電圧は、ソフトスタート信号SSの電圧と略同電位の電圧にクランプされていることから、同出力信号ERA2は、上記制御電圧Vctに速やかに移行されるものとなる。即ち、出力信号ERA2の電圧が上記制御電圧Vctに移行するまでの間の遅延(図中、t4−t3)は僅かなものとなる。したがって、この期間(起動時)に発生する突入電流は極力抑えられる(実際には突入電流は殆ど発生しない)。
なお、本実施の形態では、起動時のDC−DC21の出力制御(具体的にはPWM比較回路6の出力パルス幅の制御)をソフトスタート信号SSによる制御から定電流制御へ切り替える場合について説明したが、ソフトスタート信号SSによる制御から定電圧制御へ切り替える場合についても同様に突入電流の発生を抑えることが可能である。
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)DC−DC21の起動時に、第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2をソフトスタート信号SSの電圧と略同じ電圧にクランプするトランジスタTr4,Tr5(クランプ素子)を制御回路22に備えた。これにより、起動時においてDC−DC21の出力制御(PWM制御)をソフトスタート信号SSによる制御から出力信号ERA2による定電流制御(若しくは、出力信号ERA1による定電圧制御)に切り替える際に突入電流が発生することを抑制することができる。
(2)本実施の形態では、DC−DC21の起動時の出力制御をソフトスタート信号SSによる制御から定電流制御に移行させる際には、時間の遅延を招くことなく速やかに移行させることができる。
(3)本実施の形態では、クランプ素子として機能する2つのトランジスタTr4,Tr5にて構成されるクランプ回路を従来の構成に対し追加する構成である。従って、起動時の突入電流を抑制することのできる制御性に優れたDC−DC21の制御回路22をコストの上昇を極力抑えて簡素な構成で実現することができる。
(4)本実施の形態では、電子機器12等に搭載されるバッテリBTを充電するための充電器回路を、起動時の突入電流の発生を抑制することのできるDC−DC21によって構成することができる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第2の実施の形態を上記第1の実施の形態との相違点を中心に図4に従って説明する。なお、第1の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
同図に示すこの第2の実施の形態のDC−DCコンバータ(DC−DC)31は、制御回路32に備えられるクランプ回路(具体的にはそれを構成するクランプ素子)をそれぞれトランジスタTr4,Tr5(図1)に替えてダイオードD4,D5で構成した点が第1の実施の形態と異なり、その他の構成は第1の実施の形態と同じである。
各ダイオードD4,D5は、本実施の形態においてはショットキーバリアダイオードで構成されており、それらのカソードは定電流回路11とトランジスタTr3との接続ノードNsに接続されている。また、ダイオードD4のアノードは第1誤差増幅回路4の出力端子に接続され、ダイオードD5のアノードは第2誤差増幅回路5の出力端子に接続されている。
この構成では、DC−DC31の起動時、第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2は、ソフトスタート信号SSの電圧からそれぞれ各ダイオードD4,D5の閾値電圧分上昇した電圧にクランプされる。従って、このようにクランプ回路(クランプ素子)をそれぞれダイオードD4,D5で構成しても、第1の実施の形態と同様の効果を奏するものとなる。
(第3の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第3の実施の形態を上記第2の実施の形態との相違点を中心に図5に従って説明する。なお、第2の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
同図に示すこの第3の実施の形態のDC−DCコンバータ(DC−DC)41は、第2の実施の形態における降圧方式のDC−DC31(図4)を昇降圧方式の構成に変更したものであり、その他の構成は第2の実施の形態と同じである。
詳しくは、本実施の形態のDC−DC41は、第2の実施の形態のDC−DC31に、トランジスタTr6,Tr7と、これら各トランジスタTr6,Tr7をPWM比較回路6からの出力パルスに基づいて駆動(オン/オフ制御)する第3及び第4出力回路43,44(Drv3,Drv4)を新たな構成要素として追加したものである。なお、本実施の形態の制御回路42は、第3及び第4出力回路43,44を新たに備える他は、第2の実施の形態の制御回路32と同様に構成されている。
トランジスタTr6,Tr7は、それぞれN型MOS−FET、P型MOS−FETで構成されている。トランジスタTr7はチョークコイルL1と電流センス抵抗Rsとの間に直列に設けられ、トランジスタTr6はドレイン端子がトランジスタTr7とチョークコイルL1との接続点に接続され、ソース端子がグランドGNDに接続されて設けられている。トランジスタTr7は、第4出力回路44からの駆動信号SG4によってオン/オフ制御され、トランジスタTr6は、第3出力回路43からの駆動信号SG3によって、トランジスタTr7がオフである期間にオンとなるようにオン/オフ制御される。このような構成とすれば、昇降圧方式のDC−DC41において上記第2の実施の形態で奏する効果と同様の効果を奏するものとなる。
(第4の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第4の実施の形態を上記第1の実施の形態との相違点を中心に図6に従って説明する。なお、第1の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
同図に示すこの第4の実施の形態のDC−DCコンバータ(DC−DC)51は、第1の実施の形態における第1及び第2誤差増幅回路4,5(図1)をそれぞれ3入力構成の誤差増幅回路(第1及び第2誤差増幅回路53,54)に変更し、それらにソフトスタート信号SSを入力する構成としたものである。
第1及び第2誤差増幅回路53,54は、1つの反転入力端子と2つの非反転入力端子とを有する電圧増幅回路であり、各非反転入力端子に入力される信号のうち電圧の低いほうの信号と反転入力端子に入力される信号との差電圧を増幅して出力するものである。
具体的には、第1誤差増幅回路53の反転入力端子には抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した分圧電圧が入力され、2つの反転入力端子のうち一方には基準電圧e1が入力され、他方にはソフトスタート信号SSが入力されるようになっている。また、第2誤差増幅回路54の反転入力端子には電流センス抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する電圧増幅回路3の出力電圧が入力され、2つの反転入力端子のうち一方には基準電圧e2が入力され、他方にはソフトスタート信号SSが入力されるようになっている。
これらの各誤差増幅回路53,54の出力端子の間には、それぞれクランプ素子としてのダイオードD6とダイオードD7とが設けられている。各ダイオードD6,D7は、本実施の形態においてはショットキーバリアダイオードで構成され、ダイオードD6のカソードは第1誤差増幅回路53の出力端子に接続され、該ダイオードD6のアノードは第2誤差増幅回路54の出力端子に接続されている。また、ダイオードD7のカソードは第2誤差増幅回路54の出力端子に接続され、該ダイオードD7のアノードは第1誤差増幅回路53の出力端子に接続されている。
このように構成されたDC−DC51の制御回路52において、第1誤差増幅回路53に入力されるソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e1より低い間は、DC−DC51の出力電圧Voはソフトスタート信号SSの電圧に基づいて制御される。同様に、第2誤差増幅回路54に入力されるソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e2より低い間は、DC−DC51の出力電流Ioはソフトスタート信号SSの電圧に基づいて制御される。
従って、本実施の形態において、DC−DC51の出力電圧Vo及び出力電流Ioはそれぞれ0V及び0Aから徐々に上昇するように制御される。そして、ソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e1よりも高くなると、第1誤差増幅回路53は、抵抗R1,R2により出力電圧Voを分圧した分圧電圧と基準電圧e1との差電圧を増幅するように動作する。また、ソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e2よりも高くなると、第2誤差増幅回路54は、電圧増幅回路3の出力電圧と基準電圧e2との差電圧を増幅するように動作する。
ところで、このようなDC−DC51をバッテリBTの充電器回路として用いた場合、ソフトスタート信号SSの電圧上昇に伴って出力電圧Voは徐々に増加していくが、出力電流Ioは上記出力電圧VoがバッテリBTの電池電圧を超えるまでは略0Aのままとなる。従って、出力電圧VoがバッテリBTの電池電圧を超えて電流センス抵抗Rsに充電電流(即ち出力電流Io)が流れ始め、該出力電流Ioが基準電圧e2で規定される値(例えば3A)となるまでは、第2誤差増幅回路54の出力信号ERA12は最大電圧値となっている。
しかしながら、本実施の形態では、このとき第2誤差増幅回路54の出力信号ERA12は、ダイオードD7(クランプ素子)によって第1誤差増幅回路53の出力信号ERA11から同ダイオードD7の閾値電圧分上昇した電圧にクランプされる。ここで、この第1誤差増幅回路53の出力信号ERA11は、ソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e1に達するまでは最小電圧値となり、該ソフトスタート信号SSの電圧が基準電圧e1よりも高くなると、上記したように出力電圧Voの分圧電圧と基準電圧e1との差電圧を増幅して得られる電圧値となる。このため、DC−DC51の起動時において定電流制御に移行する際に第2誤差増幅回路54の出力信号ERA12が最大電圧値となることはない。従って、本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様、定電流制御への切り替えを極力時間の遅延なく速やかに行って、突入電流の発生を抑制することができる。
(第5の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第5の実施の形態を上記第1の実施の形態との相違点を中心に図7に従って説明する。なお、第1の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
同図に示すこの第5の実施の形態のDC−DCコンバータ(DC−DC)61は、第1の実施の形態におけるスイッチング方式のDC−DC21(図1)をリニアレギュレータ方式(降圧式)の構成としたものである。
このDC−DC61の制御回路62において、定電流回路11とトランジスタTr3との接続ノードNsにはダイオードD8のカソードが接続され、該ダイオードD8のアノードは定電流回路63に接続されている。また、第1誤差増幅回路4の出力端子にはダイオードD9のカソードが接続され、該ダイオードD9のアノードは定電流回路63に接続されている。また、第2誤差増幅回路5の出力端子にはダイオードD10のカソードが接続され、該ダイオードD10のアノードは定電流回路63に接続されている。これらの各ダイオードD8〜D10は、本実施の形態においてはショットキーバリアダイオードで構成されている。なお、この制御回路62において、トランジスタTr3は、図示しない外部信号によって、上記第1の実施の形態と同様、DC−DC61の起動時にオフ、DC−DC61の停止時にオンとなるようオン/オフ制御される。
トランジスタTr8は、NPN型バイポーラトランジスタにより構成される制御トランジスタであって、そのベース端子は上記定電流回路63と各ダイオードD8〜D10との接続ノードNcに接続され、エミッタ端子はグランドGNDに接続され、コレクタ端子はトランジスタTr1のゲート端子に接続されている。このトランジスタTr8は、接続ノードNcの電圧レベルに応じてトランジスタTr1を駆動することによりDC−DC61の出力を連続的に制御する。
このようなDC−DC61において、ダイオードD8はクランプ素子として動作し、DC−DC61の起動時、接続ノードNcの電圧はソフトスタート信号SSの電圧からダイオードD8の閾値電圧分上昇した値にクランプされる。従って、こうしたリニアレギュレータ方式のDC−DC61としても、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。
(第6の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第6の実施の形態を上記第2の実施の形態との相違点を中心に図8に従って説明する。なお、第2の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
この第6の実施の形態のDC−DCコンバータ(DC−DC)71は、バッテリBT(二次電池)の負極側電位を制御する構成としたものである。即ち、図8において、DC−DC71の出力端子71aはバッテリBT(図8では省略)の負極側端子に接続されており、第1誤差増幅回路4は、同バッテリBTの負極電圧を検出してその負極電圧(具体的にはその分圧電圧)と基準電圧e1との差電圧を増幅して出力するものとなっている。
なお、本実施の形態において、第1及び第2誤差増幅回路4,5の出力信号ERA1,ERA2をソフトスタート信号SSの電圧でクランプするクランプ回路(クランプ素子)は、上記第2の実施の形態と同様、ダイオードD4,D5で構成されている。このように負極充電制御方式のDC−DC71としても、第2の実施の形態と同様の効果を奏するものとなる。
(第7の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第7の実施の形態を図9及び図10に従って説明する。この第7の実施の形態は、上記各実施の形態で説明したクランプ回路(具体的にはそれを構成するクランプ素子)を、ACアダプタ13(図3)に設けられる定電圧定電流制御型のAC−DCコンバータに備えた例について説明するものである。なお、上記各実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
図9に示すように、AC−DCコンバータ(以下「AC−DC」)81は、第1整流回路82、電圧変換回路83、第2整流回路84及び出力制御回路85を備えて構成されている。
第1整流回路82は、ダイオードD11〜D14からなるブリッジダイオードとコンデンサC11とから構成されており、交流電源ACからの交流電圧はこの第1整流回路82によって直流電圧に変換される。電圧変換回路83は、トランス(変圧器)TSとドライブ回路86とから構成され、ドライブ回路86は、出力制御回路85からのフィードバック制御に基づいてメインスイッチング用トランジスタTr11をオン/オフ制御する。なお、このトランジスタTr11はN型MOS−FETで構成されている。第2整流回路84は、整流用のダイオードD15とコンデンサC12とから構成されており、トランスTSを介して伝達された電圧を平滑化して出力制御回路85へ伝達する。
出力制御回路85は、制御回路87と電流センス抵抗Rsとから構成されている。制御回路87は、AC−DC81の出力電圧Vo及び電流センス抵抗Rsに流れる電流(出力電流Io)により発生する該抵抗Rsの両端間の電圧を検出し、これらの検出結果に基づいて生成した各制御信号を上記電圧変換回路83のドライブ回路86に出力する。なお、出力制御回路85と電圧変換回路83との間(具体的には制御回路87とドライブ回路86との間)は、フォトカプラ88(フォトダイオードとフォトトランジスタとから構成される)を介して接続されている。
図10は、ドライブ回路86及び制御回路87の詳細構成を示す回路図である。
制御回路87は、電圧増幅回路91と、第1及び第2誤差増幅回路92,93とを有して構成されている。第1誤差増幅回路92は、AC−DC81の出力電圧Voと基準電圧e11との差電圧を増幅して出力し、第2誤差増幅回路93は、上記電流センス抵抗Rsの両端間の電圧を増幅して出力する電圧増幅回路91の出力電圧と基準電圧e12との差電圧を増幅して出力する。なお、基準電圧e11,e12は、定電圧動作及び定電流動作で規定される出力電圧Voの値及び出力電流Ioの値に対応してそれぞれ設定される。これら各誤差増幅回路92,93の出力信号ERA1,ERA2は、それぞれフォトカプラ88a,88bを介して複数の制御信号としてドライブ回路86に入力される。
ドライブ回路86は、PWM比較回路6と、三角波発振回路7と、出力回路94と、クランプ回路を構成するそれぞれクランプ素子としてのトランジスタTr12,Tr13と、ソフトスタート回路を構成する定電流回路11,トランジスタTr3,コンデンサC2とを有して構成されている。なお、コンデンサC2は外付け素子として設けられる。このようなドライブ回路86は1チップの半導体装置として構成される。
このドライブ回路86において、トランジスタTr12,Tr13は、それぞれNPN型バイポーラトランジスタにより共通エミッタ接続して設けられており、それらの各ベース端子にはソフトスタート信号SSが入力され、各エミッタ端子はグランドGNDに接続されている。そして、トランジスタTr12のコレクタ端子はフォトカプラ88bを介して第1誤差増幅回路92の出力端子と接続され、トランジスタTr13のコレクタ端子はフォトカプラ88aを介して第2誤差増幅回路93の出力端子と接続されている。なお、これらトランジスタTr12,Tr13は、第1の実施の形態と同様、PNP型バイポーラトランジスタによりエミッタフォロワ接続して設けられるものであってもよい。このドライブ回路86のその他の構成については、上記第1の実施の形態における制御回路22(図1)とほぼ同様な構成であるため、ここでは詳細な説明については省略する。
即ち、PWM比較回路6は、2つの非反転入力端子に入力される上記各出力信号ERA1,ERA2のうち電圧の低いほうの信号と、反転入力端子に入力される三角波信号OSC1とに基づいて電圧パルス幅変調を行い、それにより生成したパルスを出力回路94に出力する。出力回路94は、このPWM比較回路6から出力されるパルスに基づいてメインスイッチング用トランジスタTr11(図9)をオン/オフ駆動する。
このように構成されたAC−DC81では、上記第1の実施の形態のDC−DC21(図1)と同様、その起動時に、各誤差増幅回路92,93の出力信号ERA1,ERA2がそれぞれクランプ素子として機能するトランジスタTr12,Tr13によってソフトスタート信号SSの電圧と略同じ電圧にクランプされる。これにより、AC−DC81の起動時の突入電流を抑制することができる。
(第8の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第8の実施の形態を上記第7の実施の形態との相違点を中心に図11に従って説明する。なお、第7の実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付して説明する。
同図に示すこの第8の実施の形態のAC−DC101は、上記第7の実施の形態で説明したAC−DC91(図10参照)の制御回路87及びドライブ回路86をそれぞれ制御回路102及びドライブ回路103に変更し、それらを1つのフォトカプラ104によって接続したものである。その他の構成は第7の実施の形態と同じである。
図11に示すように、制御回路102は、上記制御回路87(図10)に定電流回路105とトランジスタTr14,Tr15(それぞれPNP型バイポーラトランジスタ)を新たな構成要素として追加した構成であり、第1及び第2誤差増幅回路92,93の出力信号ERA1,ERA2を合成した値がフォトカプラ104を介してドライブ回路103に入力されるようになっている。
ドライブ回路103は、1チップの半導体装置として構成され、上記ドライブ回路86(図10)とほぼ同様な構成となっている。変更点は、クランプ回路を1つのトランジスタTr16によって構成した点であり、このトランジスタTr16は、上記第7の実施の形態と同様、NPN型バイポーラトランジスタによって構成されている。このような構成とすれば、第7の実施の形態と同様な効果を奏するとともに、フォトカプラを1つにするができるためクランプ回路を1つのトランジスタTr16(クランプ素子)により構成することができ、回路規模を削減することができる。
尚、上記各実施の形態は、以下の態様(変形例)で実施してもよい。
・第1の実施の形態では、トランジスタTr4,Tr5(クランプ素子)を制御回路22内に設けたが、この制御回路22に外付け素子として設けもよい。この構成では、既存の回路を利用することができる。また同様に、他の実施の形態においても、クランプ素子をそれぞれの制御回路に外付け素子として設けてもよい。
・各実施の形態では、それぞれ制御回路に設けられているクランプ素子としてのバイポーラトランジスタをダイオードに替えてもよい。また、この反対に、それぞれ制御回路に設けられているクランプ素子としてのダイオードをバイポーラトランジスタに替えてもよい。このようにしても同様な機能を果たすことは言うまでもない。
・各実施の形態では、定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータ或いはAC−DCコンバータについて説明したが、この制御形態に限られるものではない。即ち、本発明は、2入力以上の制御信号(電圧制御信号又は電流制御信号)によってその出力が制御されるDC−DCコンバータ或いはAC−DCコンバータに広く適用することができる。
・第1〜第3、第6及び第7の実施の形態において、それぞれ第1誤差増幅回路の出力端子及び第2誤差増幅回路の出力に個別に接続されているクランプ素子(バイポーラトランジスタ又はダイオード)を、各誤差増幅回路の出力に共通に設けられる1つのクランプ素子としてもよい。この構成とするには、第8の実施の形態と同様にして、各誤差増幅回路の出力を1つの定電流回路によって合成し、その出力電圧を1つのクランプ素子によってソフトスタート信号SSの電圧にクランプするようにすればよい。
上記各実施の形態及び上記各変形例から把握できる本発明の技術的思想を以下に記載する。
(付記1)複数の制御信号によりDC−DCコンバータの出力を制御するDC−DCコンバータの制御回路において、
前記DC−DCコンバータの出力をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を各々制御すべき出力値に対応して生成する複数の誤差増幅回路と、
前記DC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の電圧で制御するためのソフトスタート信号を生成するソフトスタート回路と、
前記DC−DCコンバータの起動時に、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路と、
を備えることを特徴とするDC−DCコンバータの制御回路。
(付記2)前記クランプ回路は、前記DC−DCコンバータの起動後、該DC−DCコンバータの出力が前記複数の制御信号のうちの何れかによって制御されるまで、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプする、付記1記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記3)前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に個別に接続される複数のクランプ素子よりなる、付記1又は2記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記4)前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に共通に接続される1つのクランプ素子よりなる、付記1又は2記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記5)前記クランプ素子は、エミッタフォロワ接続されるPNP型バイポーラトランジスタにより構成され、前記ソフトスタート信号をベース端子に入力し、コレクタ端子を接地電位に接続し、エミッタ端子を前記誤差増幅回路の出力端子に接続してなる、付記3又は4記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記6)前記クランプ素子は、共通エミッタ接続されるNPN型バイポーラトランジスタにより構成され、前記ソフトスタート信号をベース端子に入力し、エミッタ端子を接地電位に接続し、コレクタ端子を前記誤差増幅回路の出力端子に接続してなる、付記3又は4記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記7)前記クランプ素子は、ダイオードにより構成され、アノードを前記誤差増幅回路の出力端子に接続し、カソードを前記ソフトスタート信号の電圧電位に接続してなる、付記3又は4記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記8)三角波信号を出力する三角波発振回路と、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号のうち最も低電位の信号と前記三角波信号とに基づいてパルス幅変調による電圧制御を行うPWM比較回路とを備えており、
前記DC−DCコンバータは、前記PWM比較回路から出力されるパルスによりメインスイッチング用トランジスタのオン/オフ比を制御して前記DC−DCコンバータの出力を制御するスイッチング方式のDC−DCコンバータである、付記1乃至7のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記9)前記DC−DCコンバータは、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号に基づいて制御トランジスタを駆動し出力を連続的に制御するリニアレギュレータ方式のDC−DCコンバータである、付記1乃至7のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記10)前記DC−DCコンバータは、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号に基づいて、入力電圧を降圧した出力電圧を生成する降圧方式のDC−DCコンバータである、付記1乃至9のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記11)前記DC−DCコンバータは、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号に基づいて、入力電圧を降圧又は昇圧した出力電圧を生成する昇降圧方式のDC−DCコンバータである、付記1乃至8のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記12)前記DC−DCコンバータは、該DC−DCコンバータの出力電圧を一定電圧に制御するための一又は複数の電圧制御信号と、該DC−DCコンバータの出力電流を一定電流に制御するための一又は複数の電流制御信号と、を前記複数の制御信号として有する定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータである、付記1乃至11のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記13)前記DC−DCコンバータは、前記複数の制御信号により制御された出力に基づいて二次電池の正極側電位又は負極側電位を制御する充電器である、付記1乃至12のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記14)複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータ又はAC−DCコンバータを構成するために用いられる半導体装置であって、
前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの出力をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて、前記複数の制御信号を各々制御すべき出力値に対応して生成する複数の誤差増幅回路と、
外付け素子として接続されたコンデンサの電荷を前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの動作時に充電させて同コンデンサの両端間の電圧を持つソフトスタート信号を生成し、前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の前記ソフトスタート信号の電圧で制御するためのソフトスタート回路と、
前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時に、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
(付記15)付記1乃至13のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御回路を備えてなるDC−DCコンバータ。
(付記16)付記15記載のDC−DCコンバータと、そのDC−DCコンバータによって充電されるバッテリとを具備してなる電池パック。
(付記17)付記15記載のDC−DCコンバータを搭載してなる電子機器。
(付記18)複数の制御信号によりDC−DCコンバータの出力を制御するDC−DCコンバータの制御方法において、
複数の誤差増幅回路により、各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を生成し、
ソフトスタート回路により、前記DC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の電圧で制御するためのソフトスタート信号を生成し、
クランプ回路により、前記DC−DCコンバータの起動時に前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするようにした、
ことを特徴とするDC−DCコンバータの制御方法。
(付記19)前記クランプ回路は、前記DC−DCコンバータの起動後、該DC−DCコンバータの出力が前記複数の制御信号のうちの何れかによって制御されるまで、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプする、付記18記載のDC−DCコンバータの制御方法。
(付記20)前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に個別に接続される複数のクランプ素子よりなる、付記18又は19記載のDC−DCコンバータの制御方法。
(付記21)前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に共通に接続される1つのクランプ素子よりなる、付記18又は19記載のDC−DCコンバータの制御方法。
(付記22)三角波信号を出力する三角波発振回路と、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号のうち最も低電位の信号と前記三角波信号とに基づいてパルス幅変調による電圧制御を行うPWM比較回路とを備えており、
前記DC−DCコンバータは、前記PWM比較回路から出力されるパルスによりメインスイッチング用トランジスタのオン/オフ比を制御して前記DC−DCコンバータの出力を制御するスイッチング方式のDC−DCコンバータである、付記18乃至21のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御方法。
(付記23)前記DC−DCコンバータは、該DC−DCコンバータの出力電圧を一定電圧に制御するための一又は複数の電圧制御信号と、該DC−DCコンバータの出力電流を一定電流に制御するための一又は複数の電流制御信号と、を前記複数の制御信号として有する定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータである、付記18乃至22のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御方法。
(付記24)前記DC−DCコンバータは、前記複数の制御信号により制御された出力に基づいて二次電池の正極側電位又は負極側電位を制御する充電器である、付記18乃至23のいずれか一記載のDC−DCコンバータの制御方法。
第1の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 図1のDC−DCコンバータの動作波形図。 図1のDC−DCコンバータを搭載した電子機器のブロック図。 第2の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 第3の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 第4の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 第5の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 第6の実施の形態のDC−DCコンバータの回路図。 第7の実施の形態のAC−DCコンバータの全体構成を示す回路図。 図9のAC−DCコンバータの具体的構成を示す回路図。 第8の実施の形態のAC−DCコンバータの回路図。 従来のDC−DCコンバータの回路図。 DC−DCコンバータの定電圧動作時における波形図。 DC−DCコンバータの定電流動作時における波形図。 図12のDC−DCコンバータの動作波形図。
符号の説明
Vo 出力電圧
Io 出力電流
SS ソフトスタート信号
OSC1 三角波信号
e1,e2、e11,e12 基準電圧
C2 ソフトスタート回路を構成するコンデンサ
ERA1,ERA2 第1及び第2誤差増幅回路の出力信号(複数の制御信号)
Tr4,Tr5、Tr12,Tr13、Tr16 クランプ回路を構成するバイポーラトランジスタ(クランプ素子)
D4,D5、D6,D7、D8 クランプ回路を構成するダイオード(クランプ素子)
Tr1、Tr11 メインスイッチング用トランジスタ
4,5、53,54、92,93 第1及び第2誤差増幅回路(複数の誤差増幅回路)
6 PWM比較回路
7 三角波発振回路
21、31、41、51、61、71 DC−DCコンバータ
22、32、42、52、62、72 DC−DCコンバータの制御回路
81、101 AC−DCコンバータ

Claims (10)

  1. 複数の制御信号によりDC−DCコンバータの出力を制御するDC−DCコンバータの制御回路において、
    各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を生成する複数の誤差増幅回路と、
    前記DC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の電圧で制御するためのソフトスタート信号を生成するソフトスタート回路と、
    前記DC−DCコンバータの起動時に、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路と、
    を備えることを特徴とするDC−DCコンバータの制御回路。
  2. 前記クランプ回路は、前記DC−DCコンバータの起動後、該DC−DCコンバータの出力が前記複数の制御信号のうちの何れかによって制御されるまで、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプする、
    請求項1記載のDC−DCコンバータの制御回路。
  3. 前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に個別に接続される複数のクランプ素子よりなる、
    請求項1又は2記載のDC−DCコンバータの制御回路。
  4. 前記クランプ回路は、前記複数の誤差増幅回路の出力に共通に接続される1つのクランプ素子よりなる、
    請求項1又は2記載のDC−DCコンバータの制御回路。
  5. 三角波信号を出力する三角波発振回路と、前記複数の制御信号及び前記ソフトスタート信号のうち最も低電位の信号と前記三角波信号とに基づいてパルス幅変調による電圧制御を行うPWM比較回路とを備えており、
    前記DC−DCコンバータは、前記PWM比較回路から出力されるパルスによりメインスイッチング用トランジスタのオン/オフ比を制御して前記DC−DCコンバータの出力を制御するスイッチング方式のDC−DCコンバータである、
    請求項1乃至4のいずれか一項記載のDC−DCコンバータの制御回路。
  6. 前記DC−DCコンバータは、該DC−DCコンバータの出力電圧を一定電圧に制御するための一又は複数の電圧制御信号と、該DC−DCコンバータの出力電流を一定電流に制御するための一又は複数の電流制御信号と、を前記複数の制御信号として有する定電圧定電流制御型のDC−DCコンバータである、
    請求項1乃至5のいずれか一項記載のDC−DCコンバータの制御回路。
  7. 複数の制御信号によりDC−DCコンバータの出力を制御するDC−DCコンバータの制御方法において、
    複数の誤差増幅回路により、各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を生成し、
    ソフトスタート回路により、前記DC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の電圧で制御するためのソフトスタート信号を生成し、
    クランプ回路により、前記DC−DCコンバータの起動時に前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするようにした、
    ことを特徴とするDC−DCコンバータの制御方法。
  8. 複数の制御信号により出力が制御されるDC−DCコンバータ又はAC−DCコンバータを構成するために用いられる半導体装置であって、
    各々制御すべき出力値をフィードバックして得られた電圧と所定の基準電圧との誤差に基づいて前記複数の制御信号を生成する複数の誤差増幅回路と、
    外付け素子として接続されたコンデンサの電荷を前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの動作時に充電して、同コンデンサの両端間の電圧を持つソフトスタート信号を生成し、前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時の出力を前記複数の制御信号よりも低電位の前記ソフトスタート信号の電圧で制御するためのソフトスタート回路と、
    前記DC−DCコンバータ又は前記AC−DCコンバータの起動時に、前記複数の制御信号を前記ソフトスタート信号の電圧と略同じ電圧にクランプするクランプ回路と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項1乃至6のいずれか一項記載のDC−DCコンバータの制御回路を備えたDC−DCコンバータ。
  10. 請求項9記載のDC−DCコンバータを搭載した電子機器。
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