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
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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。
(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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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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