JP2006304512A - 昇降圧型dc−dcコンバータ、昇降圧型dc−dcコンバータの制御回路、昇降圧型dc−dcコンバータの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御回路31の誤差増幅器32は出力電圧Voと基準電圧V1との差電圧に応じた誤差信号S1を出力し、PWM比較器33は三角波信号S2と誤差信号S1を比較し、該比較結果に応じて出力電圧Voと基準電圧V1との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号S5を生成し、パルス検出器35は制御用パルス信号S5を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号S6を生成する。そして、モード切替信号S6に応答するスイッチSWの切り替えにより三角波信号S2、又は三角波信号S2にオフセット電圧V2を重畳したオフセット信号S4をPWM比較器33に供給する、つまり三角波信号S2に対してオフセット電圧を0V又は電圧V2に変更する。
【選択図】 図1
Description
ノート型パソコンやゲーム機器などの携帯型電子機器には、複数の半導体集積回路装置が組み込まれており、半導体集積回路装置に供給する動作電源をバッテリから供給している。バッテリの出力電圧は放電に従って低下するため、動作電源電圧を一定に保つために、DC−DCコンバータを備えている。出力電圧の安定化を図る方式には、降圧方式、昇圧方式、昇降圧方式の3種類が知られている。電子機器は、消費電力、電池による動作時間、装置サイズ、装置重量等を考慮して決定された方式のDC−DCコンバータを備えている。ところで、近年の電子機器は、高性能化,小型化とともにバッテリによる駆動時間の長時間化が図られており、それに伴い各機器に内蔵されるDC/DCコンバータにおいて出力電圧を制御するための効率の向上が望まれている。
このDC−DCコンバータ10は、入力電圧Viを直流−直流変換して生成した電圧Voを出力する。
図1は、本実施形態のDC−DCコンバータ30のブロック回路図である。
DC−DCコンバータ30は、制御回路31、出力用のトランジスタT1〜T4、チョークコイルL1、平滑用コンデンサC1を備えている。本実施形態において、トランジスタT1〜T4はNチャネルMOSトランジスタである。
PWM比較器33は、演算増幅回路(電圧比較回路)41とオフセット調整回路42を含む。
パルス検出器35は、フリップフロップ回路(FF回路)51,52、インバータ回路53、論理回路54を備えている。第1FF回路51は、RSフリップフロップ回路であり、セット端子Sには制御用パルス信号S5が入力され、リセット端子Rには発振器34の監視用パルス信号S3が入力される。第1FF回路51の出力端子Qは論理回路54に接続されている。
今、DC−DCコンバータ30は、降圧動作モードにて動作している。三角波信号S2の各周期をDC−DCコンバータ30のスイッチングサイクルとする。
(1)制御回路31は、誤差増幅器32とPWM比較器33とパルス検出器35とを備える。更に、制御回路31は、オフセット電圧を変更するために電圧源e2とスイッチSWを備える。誤差増幅器32は出力電圧Voと基準電圧V1との差電圧に応じた誤差信号S1を出力し、PWM比較器33は三角波信号S2と誤差信号S1を比較し、該比較結果に応じて出力電圧Voと基準電圧V1との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号S5を生成し、パルス検出器35は制御用パルス信号S5を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号S6を生成する。そして、モード切替信号S6に応答するスイッチSWの切り替えにより三角波信号S2、又は三角波信号S2にオフセット電圧V2を重畳したオフセット信号S4をPWM比較器33に供給する、つまり三角波信号S2に対してオフセット電圧を0V又は電圧V2に変更するようにした。従って、モードに応じて降圧用のトランジスタT1,T2又は昇圧用のトランジスタT3,T4を制御することで、その時々に動作するトランジスタによる動作損失を低減することができる。また、降圧動作を行うモードと昇圧動作を行うモードにおいて1つのPWM比較器33により降圧用のトランジスタT1,T2を制御する制御信号DH1,DL1と昇圧用のトランジスタT3,T4を制御する制御信号DH2,DL2を生成するため、DC−DCコンバータ30の回路規模の増大を抑えることができる。
・上記実施形態では、発振器34の三角波信号S2にオフセット電圧V2を重畳するようにしたが、図7に示すように、誤差信号S1にオフセット電圧V2を重畳するようにしてもよい。この場合、制御回路31aのPWM比較器33は、図8,図9に示すように、誤差信号S1又はオフセット電圧V2を重畳したオフセット誤差信号S1aと、三角波信号S2とを比較する。このように構成されたDC−DCコンバータ30aにおいても、上記実施形態と同様に、出力用のトランジスタT1〜T4のうちの2つを動作させることで動作するトランジスタの数による損失を低減するとともに、1つのPWM比較器33にて降圧動作と昇圧動作とを行わせることができるため、回路規模の増大を防ぐことができる。
(付記1)
チョークコイルと、該チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対と、該降圧用のトランジスタ対及び前記昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する制御回路と、を備えた昇降圧型DC−DCコンバータにおいて、
前記制御回路は、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を出力する誤差増幅器と、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成するPWM比較器と、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成するパルス検出器と、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更するオフセット電圧変更手段と、
を備えたことを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記2)
前記制御回路は、
前記三角波信号を生成する発振器と、
前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給する選択回路と、
を備えたことを特徴とする付記1記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記3)
前記制御回路は、
所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成する発振器を備え、
前記パルス検出器は、前記監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成すること
を特徴とする付記1又は2記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記4)
前記パルス検出器は、前記制御用パルス信号のデューティが100パーセントのときに前記動作モードの切り替えが必要と判断することを特徴とする付記1〜3のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記5)
前記PWM比較器は、
一対のトランジスタにより構成されるカレントミラー部と、前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成され各トランジスタに前記誤差信号と前記三角波信号とが入力される第1の差動入力部と、を有する演算増幅器部と、
前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成され一方のトランジスタに前記オフセット電圧が供給される第2の差動入力部を含むオフセット調整回路と、
を備えたことを特徴とする付記1〜4のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記6)
前記オフセット電圧変更手段は、
前記三角波信号又は前記誤差信号にオフセット電圧を重畳する電圧源と、
前記モード切替信号に基づいて、前記三角波信号又は前記誤差信号と、前記オフセット電圧が重畳されたオフセット信号と、切り替えるスイッチと、
を備えたことを特徴とする付記1〜5のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記7)
前記選択回路は、
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記降圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成する第1選択回路と、
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記昇圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記昇圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成する第2選択回路と、
を備えたことを特徴とする付記2記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
(付記8)
チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路において、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を出力する誤差増幅器と、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成するPWM比較器と、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成するパルス検出器と、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更するオフセット電圧変更手段と、
を備えたことを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記9)
前記三角波信号を生成する発振器と、
前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給する選択回路と、
を備えたことを特徴とする付記8記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記10)
所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成する発振器を備え、
前記パルス検出器は、前記監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成する、
ことを特徴とする付記8又は9記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記11)
前記パルス検出器は、前記制御用パルス信号のデューティが100パーセントのときに前記動作モードの切り替えが必要と判断することを特徴とする付記8〜10のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記12)
前記PWM比較器は、
一対のトランジスタにより構成されるカレントミラー部と、前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成され各トランジスタに前記誤差信号と前記三角波信号とが入力される第1の差動入力部と、を有する演算増幅器部と、
前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成され一方のトランジスタに前記オフセット電圧が供給される第2の差動入力部を含むオフセット調整回路と、
を備えたことを特徴とする付記8〜11のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記13)
前記オフセット電圧変更手段は、
前記三角波信号又は前記誤差信号にオフセット電圧を重畳する電圧源と、
前記モード切替信号に基づいて、前記三角波信号又は前記誤差信号と、前記オフセット電圧が重畳されたオフセット信号と、切り替えるスイッチと、
を備えたことを特徴とする付記8〜12のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記14)
前記選択回路は、
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記降圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成する第1選択回路と、
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記昇圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記昇圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成する第2選択回路と、
を備えたことを特徴とする付記8記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。
(付記15)
チョークコイルと、該チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対とを備え、該降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法において、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を生成し、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成し、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成し、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更することを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記16)
前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給することを特徴とする付記15記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記17)
所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成し、前記監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成する、
ことを特徴とする付記15又は16記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記18)
前記制御用パルス信号のデューティが100パーセントのときに前記動作モードの切り替えが必要と判断することを特徴とする付記15〜17のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記19)
前記PWM比較器は、
一対のトランジスタにより構成されるカレントミラー部と、前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成される第1の差動入力部と、を有する演算増幅器部と、
前記カレントミラー部に接続された一対のトランジスタにより構成される第2の差動入力部を含むオフセット調整回路と、
を有するPWM比較器を備え、
前記第1の差動入力部の一対のトランジスタに前記誤差信号と前記三角波信号をそれぞれ入力し、前記第2の差動入力部を構成する一方のトランジスタに前記オフセット電圧を供給して前記誤差信号又は前記三角波信号にオフセット電圧を重畳する、
ことを特徴とする付記15〜18のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記20)
前記三角波信号又は前記誤差信号に電圧源のオフセット電圧を重畳したオフセット信号を生成し、
前記モード切替信号に基づいて、前記三角波信号又は前記誤差信号と、前記オフセットオフセット信号と、切り替えることでオフセット電圧を変更する、
ことを特徴とする付記15〜19のうちの何れか1つに記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記21)
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記降圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成する第1選択回路と、
前記モード切替信号と前記制御用パルス信号とを入力し、降圧動作モード時には前記昇圧用のトランジスタ対の状態を固定する制御信号を生成し、昇圧動作モード時には前記制御用パルス信号に基づいて前記昇圧用のトランジスタ対をオンオフする制御信号を生成する第2選択回路と、
を備えたことを特徴とする付記16記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
(付記22)
前記付記1〜7のうちの何れか1つに記載のDC−DCコンバータを備えた半導体素子。
(付記23)
前記付記1〜7のうちの何れか1つに記載のDC−DCコンバータを備えたモジュール。
(付記24)
前記付記1〜7のうちの何れか1つに記載のDC−DCコンバータを備えた電源装置。
(付記25)
前記付記1〜7のうちの何れか1つに記載のDC−DCコンバータを備えた電子機器装置。
32 誤差増幅器
33 PWM比較器
34 発振器
35 パルス検出器
36,37 選択回路
e1 基準電源
e2 電圧源
L1 チョークコイル
DH1,DL1 制御信号
DH2,DL2 制御信号
S1 誤差信号
S2 三角波信号
S3 監視用パルス信号
S4 オフセット信号
S5 制御用パルス信号
S6 モード切替信号
T1,T2 降圧用のトランジスタ
T3,T4 昇圧用のトランジスタ
Vi 入力電圧
Vo 出力電圧
V1 基準電圧
V2 オフセット電圧
Claims (10)
- チョークコイルと、該チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対と、該降圧用のトランジスタ対及び前記昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する制御回路と、を備えた昇降圧型DC−DCコンバータにおいて、
前記制御回路は、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を出力する誤差増幅器と、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成するPWM比較器と、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成するパルス検出器と、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更するオフセット電圧変更手段と、
を備えたことを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータ。 - 前記制御回路は、
前記三角波信号を生成する発振器と、
前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給する選択回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。 - 前記制御回路は、
所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成する発振器を備え、
前記パルス検出器は、前記監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成すること
を特徴とする請求項1又は請求項2記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。 - 前記パルス検出器は、前記制御用パルス信号のデューティが100パーセントのときに前記動作モードの切り替えが必要と判断することを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項3記載の昇降圧型DC−DCコンバータ。
- チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路において、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を出力する誤差増幅器と、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成するPWM比較器と、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成するパルス検出器と、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更するオフセット電圧変更手段と、
を備えたことを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。 - 前記三角波信号を生成する発振器と、
前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給する選択回路と、
を備えたことを特徴とする請求項5記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。 - 所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成する発振器を備え、
前記パルス検出器は、前記監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成する、
ことを特徴とする請求項5又は請求項6記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御回路。 - チョークコイルと、該チョークコイルに接続された降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対とを備え、該降圧用のトランジスタ対及び昇圧用のトランジスタ対を出力電圧に基づいてオンオフ制御する昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法において、
出力電圧と基準電圧との差電圧に応じた誤差信号を生成し、
三角波信号と前記誤差信号を比較し、該比較結果に応じて前記出力電圧と前記基準電圧との差電圧に応じたパルス幅を持つ制御用パルス信号を生成し、
前記制御用パルス信号を監視し、該監視結果に基づいて動作モードを切り替えるモード切替信号を生成し、
前記モード切替信号に応じて前記三角波信号又は前記誤差信号に重畳するオフセット電圧を変更することを特徴とする昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。 - 前記モード切替信号に基づいて前記降圧用のトランジスタ対又は前記昇圧用のトランジスタ対を選択し、該選択したトランジスタ対に前記制御用パルス信号に基づいて生成した制御信号を供給することを特徴とする請求項8記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
- 所定周期のパルス波形を持つ監視用パルス信号を生成し、該監視用パルス信号によるスイッチングサイクル毎に前記動作モードを切り替えるか否かを判断し、該判断結果に基づいて前記モード切替信号を生成する、
ことを特徴とする請求項8又は請求項9記載の昇降圧型DC−DCコンバータの制御方法。
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