JP2007174772A - Dc−dcコンバータ制御回路、およびdc−dcコンバータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 演算回路より、DC−DCコンバータの出力電圧に応じて得られる出力電圧信号とコイル電流におけるAC電流成分に応じて得られるAC電流信号との加算信号が出力され、比較回路により、加算信号と参照信号とが比較される。DC−DCコンバータは、比較結果に応じてスイッチング制御が行なわれる。出力端子に接続される平滑コンデンサの等価直列抵抗ESRが低減され、電圧リップルが僅少となる場合にも、DC−DCコンバータのコイル電流の変化が検出され、出力電圧にコイル電流の変動分が加算された加算信号を得ることができる。加算信号を参照信号と比較することで、負荷変動によるコイル電流の変化を確実に捉えることができる。
【選択図】図1
Description
VP=VOUT+G×(VCS1−CFB1)
=VOUT+G×IL×RS ・・・ (1)
となる。
VX=(VOUT−VP’)+VOUT
=2×VOUT−VP’
=2×VOUT−(VOUT’+G×IL’×RS) ・・・ (2)
となる。ここで、VOUT’、およびIL’は、前スイッチングサイクルは終了時点での出力電圧、およびコイル電流である。このときのコイル電流はボトム値である。
VZ=(VP+VX)/2
={(VOUT+G×IL×RS)+(2×VOUT−(VOUT’+G×IL’×RS))}/2
=VC1+IL×ESR+(IL−IL’)×(G×RS+ESR)/2
・・・ (3)
VOUT=VC1+IL×ESR
と表わされることを利用した。ここで、式(3)の第3項である(IL−IL’)×(G×RS+ESR)/2が、第2の原理(図3)において説明したコイル電流ILの電圧換算変動分(VP−VP’)にあたる。なお、式(3)が成立すればよいため、前述の抵抗素子R3、R4の抵抗比を1対2,抵抗素子R5、R6の抵抗比を1対2とするような変更が可能であることは当然である。
以上のように、本例ではノイズ対策が容易な周波数固定制御と、コンパレータ方式と同様の高速応答とを同時に実現している。
τ=2×π×Rf×CSとなる。この時定数τを、DC−DCコンバータのスイッチング周期より短く設定し、サンプリング時間より長く設定してやれば、増幅器AMP2から出力される基準電圧信号VP’は、直前のスイッチングサイクルとその前のサイクルとの中間値とすることができる。基準電圧信号VP’としてフィルタリングされ平均化された信号とすることができる。
本発明では、コイル電流ILの変動分(IL−IL’)の利得は、G×RSの項となる。この利得を負荷容量などの使用条件に対して最適化するにより、全体の系の安定化と高速化を図ることができる。例えば、使用条件によりセンス抵抗素子RSの抵抗値を変更することができる。また、センス抵抗素子RSは特に低い抵抗値であり選択の自由度が制限される場合には、抵抗素子R1、R2を、図示されていない追加のスイッチ回路等により選択的に切り替えることができる。これにより、コイル電流ILの変動分(IL−IL’)の利得を調整することができる。
(付記1) DC−DCコンバータの出力電圧に応じて得られる出力電圧信号とコイル電流におけるAC電流成分に応じて得られるAC電流信号との加算信号が出力される演算回路と、
前記加算信号と参照信号とを比較する比較回路とを備え、
前記比較回路による比較結果に応じてスイッチング制御を行なうことを特徴とするDC−DCコンバータ制御回路。
(付記2) 前記AC電流信号を抽出するハイパスフィルタ回路を備えることを特徴とする付記1に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記3) 前記演算回路は、
前記ハイパスフィルタ回路から出力される前記AC電流信号と前記出力電圧信号とを加算する加算回路を備えることを特徴とする付記2に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記4) 前記出力電圧信号に、DCおよびAC電流成分を含む前記コイル電流に応じたコイル電流信号が加算された検出信号に基づいて、該コイル電流信号のDC成分を基準信号として保持する基準信号回路を備え、
前記演算回路は、
前記基準信号における前記出力電圧信号に対する信号変位分を反転して、前記出力電圧信号に加算する反転増幅器と、
前記検出信号と前記反転増幅器からの出力信号とを加算する加算回路とを備えることを特徴とする付記1に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記5) 前記基準信号回路は、
サンプルホールド回路と、
前記DC−DCコンバータの先行するスイッチング周期において、前記検出信号の値を前記サンプルホールド回路に取り込むスイッチ回路を備えることを特徴とする付記4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記6) 前記スイッチ回路は、1スイッチング周期前の前記検出信号の値を取り込むことを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記7) 前記スイッチ回路に並列接続され、前記検出信号に対する前記基準信号の降下量を制限するクランプ回路を備えることを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記8) 前記スイッチ回路は、前記DC−DCコンバータにおける比較検出時またはその直後の前記検出信号を取り込むことを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記9) 前記スイッチ回路は、少なくとも2スイッチング周期前の前記検出信号を取り込むことを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記10) 前記DC−DCコンバータのスイッチング制御信号を分周する分周器を備え、
前記スイッチ回路は、前記分周器の出力信号に応じて制御されることを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記11) 前記サンプルホールド回路は、
前記検出信号を取り込む第1容量素子と、
前記第1容量素子に接続されるローパスフィルタ回路とを備え、
前記基準信号は、前記ローパスフィルタ回路の出力から与えられることを特徴とする付記5に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記12) 前記サンプルホールド回路は、
前記検出信号を取り込む第1容量素子と、
前記第1容量素子に並列接続され、第2容量素子を含む時定数回路とを備え、
前記基準信号は、前記第2容量素子に保持されてなることを特徴とする付記11に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記13) 前記基準信号回路は、
前記検出信号が入力されるローパスフィルタ回路を備えることを特徴とする付記4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記14) 前記出力電圧に前記コイル電流による電圧分が加算された原信号に対して、前記出力電圧に対する信号変位分を増幅して、前記出力電圧に加算する非反転増幅器を備え、
前記検出信号は該非反転増幅器からの出力信号であることを特徴とする付記4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
(付記15) DC−DCコンバータの出力電圧に応じて得られる出力電圧信号とコイル電流におけるAC電流成分に応じて得られるAC電流信号とを加算するステップと、
前記加算のステップによる加算結果と参照信号とを比較するステップと、
前記比較のステップによる比較結果に応じてスイッチング制御を行なうステップを有することを特徴とするDC−DCコンバータ制御方法。
(付記16) 前記出力電圧信号に、DCおよびAC電流成分を含む前記コイル電流に応じたコイル電流信号が加算された検出信号に基づいて、前記AC電流信号の基準信号を保持するステップを有し、
前記加算のステップは、
前記基準信号における前記出力電圧信号に対する信号変位分を反転して、前記出力電圧信号に加算するステップと、
前記検出信号と前記反転加算のステップにより得られる信号とを加算するステップとを有することを特徴とする付記15に記載のDC−DCコンバータ制御方法。
(付記17) 前記基準信号を保持するステップは、
前記DC−DCコンバータの先行するスイッチング周期において、前記検出信号の値を前記基準信号として取り込むステップを有することを特徴とする付記16に記載のDC−DCコンバータ制御方法。
(付記18) 前記検出信号の値を取り込むステップは、1スイッチング周期前に行なわれることを特徴とする付記17に記載のDC−DCコンバータ制御方法。
(付記19) 前記検出信号の値を取り込むステップは、少なくとも2スイッチング周期前に行なわれることを特徴とする付記17に記載のDC−DCコンバータ制御方法。
(付記20) 前記基準信号を保持するステップは、
取り込まれた前記検出信号と、それ以前に取り込まれ保持されている前記検出信号の平均値とを、更に平均するステップを有することを特徴とする付記17に記載のDC−DCコンバータ制御方法。
31 非反転増幅器
32 分周器
33 スロープ補償器
A1、A2、A21 加算回路
A11 ハイパスフィルタを兼ねる加算抵抗素子
CMP1、CMP2 比較器
E1 参照電圧
FF1、FF2 フリップフロップ回路
HP1 ハイパスフィルタ
HP11 ハイパスフィルタ容量素子
IA2、IA21 反転増幅器
LP2 ローパスフィルタ
LP21、LP22、LP23 サンプリング回路
O1 発振器
A100 レベルコンバータ
E100 誤差増幅器
Claims (10)
- DC−DCコンバータの出力電圧に応じて得られる出力電圧信号とコイル電流におけるAC電流成分に応じて得られるAC電流信号との加算信号が出力される演算回路と、
前記加算信号と参照信号とを比較する比較回路とを備え、
前記比較回路による比較結果に応じてスイッチング制御を行なうことを特徴とするDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記AC電流信号を抽出するハイパスフィルタ回路を備えることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
- 前記出力電圧信号に、DCおよびAC電流成分を含む前記コイル電流に応じたコイル電流信号が加算された検出信号に基づいて、該コイル電流信号のDC成分を基準信号として保持する基準信号回路を備え、
前記演算回路は、
前記基準信号における前記出力電圧信号に対する信号変位分を反転して、前記出力電圧信号に加算する反転増幅器と、
前記検出信号と前記反転増幅器からの出力信号とを加算する加算回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記基準信号回路は、
サンプルホールド回路と、
前記DC−DCコンバータの先行するスイッチング周期において、前記検出信号の値を前記サンプルホールド回路に取り込むスイッチ回路を備えることを特徴とする請求項3に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記スイッチ回路に並列接続され、前記検出信号に対する前記基準信号の降下量を制限するクランプ回路を備えることを特徴とする請求項4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。
- 前記DC−DCコンバータのスイッチング制御信号を分周する分周器を備え、
前記スイッチ回路は、前記分周器の出力信号に応じて制御されることを特徴とする請求項4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記サンプルホールド回路は、
前記検出信号を取り込む第1容量素子と、
前記第1容量素子に接続されるローパスフィルタ回路とを備え、
前記基準信号は、前記ローパスフィルタ回路の出力から与えられることを特徴とする請求項4に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記サンプルホールド回路は、
前記検出信号を取り込む第1容量素子と、
前記第1容量素子に並列接続され、第2容量素子を含む時定数回路とを備え、
前記基準信号は、前記第2容量素子に保持されてなることを特徴とする請求項7に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - 前記基準信号回路は、
前記検出信号が入力されるローパスフィルタ回路を備えることを特徴とする請求項3に記載のDC−DCコンバータ制御回路。 - DC−DCコンバータの出力電圧に応じて得られる出力電圧信号とコイル電流におけるAC電流成分に応じて得られるAC電流信号とを加算するステップと、
前記加算のステップによる加算結果と参照信号とを比較するステップと、
前記比較のステップによる比較結果に応じてスイッチング制御を行なうステップを有することを特徴とするDC−DCコンバータ制御方法。
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