JP2007202376A - Dc−dcコンバータ及びdc−dcコンバータの制御回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電圧Viが供給される第1トランジスタT1に第2トランジスタT2が接続されている。第2トランジスタT2には、該トランジスタT2の両端子における電位差によりチョークコイルL1に流れる電流を検出して該トランジスタT2をオンオフ制御する信号S51を生成するコンパレータ1が接続され、該第2トランジスタT2とコンパレータ1により理想ダイオードIDが構成される。制御回路2は、パルス信号S52に基づいて、第1トランジスタT1をオンオフ制御するとともに出力電圧Vo一定に維持するよう信号S53を生成する。貫通防止パルス発生回路3は、パルス信号S52に基づいて、第1トランジスタT1をオンするタイミングの前後において第2トランジスタT2を所定期間オフするようパルス信号S54を生成する。
【選択図】図1
Description
従来、パーソナルコンピュータ等の電子機器には、電源としてDC−DCコンバータが用いられている。電子機器では消費電力の低減が求められているため、DC−DCコンバータにおいても消費電力の低減が求められている。
請求項4に記載の発明によれば、クロック信号により生成した第1のパルス幅を有する第1パルス信号に基づき第1トランジスタを第1のパルス幅に相当する期間オフし、クロック信号により生成され第1のパルス幅より広い第2のパルス幅を有する第2パルス信号に基づき第2トランジスタを第2のパルス幅に相当する期間オフすることで、第1トランジスタがオンするタイミングの前後に第2トランジスタがオフするため、貫通電流が流れない。
請求項6に記載の発明によれば、コンパレータは、動作制御信号に応答して、発振器の停止時に前記第2トランジスタをオフするよう信号を生成することで、第1トランジスタをオンオフ動作させないとき消費電力が低減される。
図1は、本発明の原理説明図である。即ち、DC−DCコンバータは、第1の電圧Viが供給される第1トランジスタT1に第2トランジスタT2が接続され、第1トランジスタT1と第2トランジスタT2の間の接続点にはチョークコイルL1が接続されている。第2トランジスタT2には、該トランジスタT2の両端子における電位差によりチョークコイルL1に流れる電流を検出して該トランジスタT2をオンオフ制御する信号S51を生成するコンパレータ1が接続され、該第2トランジスタT2とコンパレータ1により理想ダイオードIDが構成される。制御回路2は、パルス信号S52に基づいて、第1トランジスタをオンオフ制御し第1の電圧Viを電圧変換した出力電圧Voを、チョークコイルL1を介して出力するとともに該出力電圧Voを一定に維持するよう第1トランジスタT1のオン時間又はオフ時間を制御する信号S53を生成する。貫通防止パルス発生回路3は、パルス信号S52に基づいて、第1トランジスタT1をオンするタイミングの前後において第2トランジスタT2を所定期間オフするようパルス信号S54を生成する。理想ダイオードIDは、半導体ダイオードのような順方向電圧降下が無く、逆方向に無限大のインピーダンスを持つものであり、理想的な整流特性が得られる。
(第一実施形態)
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図面に従って説明する。
このDC−DCコンバータ10は電流制御型DC−DCコンバータであり、制御回路11と、チョークコイルL1と、平滑用コンデンサC1とを備えている。DC−DCコンバータ10はカレントモード動作により出力電圧Voを安定化させるように構成されている。カレントモード動作は、基準電圧と出力電圧Voとの差を誤差増幅器により増幅し、その増幅電圧とチョークコイルL1に流れる電流に比例する電圧とを電流比較器により比較し、チョークコイルL1のピーク電流を制御して出力電圧Voを安定化させる。
出力用の第1MOSトランジスタT1は、Lレベルの第1制御信号DHに応答してオンし、Hレベルの第1制御信号DHに応答してオフする。この第1制御信号DHの立ち下がりは、クロック信号CKの立ち上がりより第1のパルス幅に相当する時間だけ遅延している。従って、第1MOSトランジスタT1は、クロック信号CKの立ち上がりより第1のパルス幅に相当する時間だけ遅れてオンする。つまり、制御回路11は、発振器24から出力されるクロック信号CKに基づき、所定周期で第1MOSトランジスタT1をオンし、出力電圧Voに対応する時間経過後に第1MOSトランジスタT1をオフする。
η1=出力電力/入力電力
と表される。出力電力は、出力電圧Voと出力電流ILの積であり、入力電力は、入力電圧Viと入力電流Iiの積であるから、上記式は、
η1=(Vo×IL)/(Vi×Ii)
と表される。スイッチングレギュレータ全体の損失LAは、出力電力に対する入力電力の差であるから、
(Vi×Ii)=(Vo×IL)+LA
と表される。従って、スイッチングレギュレータの効率η1は、
η1=(Vo×IL)/(Vo×IL+LA)
となる。
0.5=(1.2V×600mA)/(1.2V×600mA+LA)
LA=720mW
となる。
720mW−420mW=300mW
となる。この場合の変換効率は、
(1.2V×600mA)/(1.2V×600mA+300mW)=70.6%
となる。
従って、貫通電流を防止することにより、DC−DCコンバータの変換効率は、50%から70.6%に改善される。
(1)発振器24のクロック信号CKに基づいてパルス信号を生成する貫通防止パルス発生回路27を備え、第1MOSトランジスタT1をオンするタイミングの前後の期間において第2MOSトランジスタT2をオフするようにした。この結果、第1MOSトランジスタT1と第2MOSトランジスタT2が同時にオンすることがなくなり、貫通電流を防止することができる。
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図面に従って説明する。
尚、本実施形態において、第一実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、説明の一部を省略する。
(1)チョークコイルL1に流れる電流により第2MOSトランジスタT2を制御するコンパレータ31aに、発振器24の動作を制御する動作制御信号CT2を供給した。コンパレータ31aは、発振器24が停止するときに動作を停止し、Lレベルの信号S7を出力する。従って、コンパレータ31aの動作停止により消費電力を低減し、Lレベルの信号S7により第2MOSトランジスタT2がオフするため低負荷時における効率低下を防ぐことができる。
以下、本発明を具体化した第三実施形態を図面に従って説明する。
尚、本実施形態において、第一,第二実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、説明の一部を省略する。
(1)第一、第二実施形態と同様に、第1MOSトランジスタT1とコンパレータ73とオア回路72とにより理想ダイオードIDが構成され、電圧降下が少なく、チョークコイルL1に蓄積したエネルギの損失を低減し、変換効率を改善することができる。
・上記第一実施形態において、第二実施形態と同様に、モードにより動作を切り替える回路部分を追加した構成としてもよい。
・上記第三実施形態において、図12に示すように、第二実施形態と同様に、動作制御信号CT2が入力されるコンパレータ73aを備え、第2MOSトランジスタT2をオンオフしないときにコンパレータ73aの動作を停止して消費電流を低減する構成としてもよい。
・以上説明したDC−DCコンバータやDC−DCコンバータの制御回路は、1チップの半導体で構成することや、プリント基板等のモジュールで構成すること、また、電源装置として、あるいは電子機器装置に組み込まれて使用されるものであることは言うまでもない。
(付記1)
第1の電圧が供給される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第2トランジスタと、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間の接続点に接続されたチョークコイルと、
前記第2トランジスタの両端子における電位差により前記第2トランジスタに流れる電流を検出して該第2トランジスタをオンオフ制御する信号を生成するコンパレータと、
前記第1の電圧を電圧変換した出力電圧一定に維持するよう前記第1トランジスタのオン時間又はオフ時間を制御する制御回路と、
前記第1トランジスタをオンするタイミングの前後において前記第2トランジスタを所定期間オフするようパルス信号を生成する貫通防止パルス発生回路と、
を備えたことを特徴とするDC−DCコンバータ。(1)
(付記2)
前記制御回路は、所定周期のクロック信号により前記第1トランジスタをオンし、
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号に同期して前記第2トランジスタをオフするためのパルス信号を生成する、
ことを特徴とする付記1記載のDC−DCコンバータ。(2)
(付記3)
前記制御回路は、前記クロック信号が入力され前記第1トランジスタをオン制御するための信号を生成するフリップフロップ回路を備えた、ことを特徴とする付記2記載のDC−DCコンバータ。(3)
(付記4)
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号により第1のパルス幅を有する第1パルス信号を生成する第1ワンショット回路と、前記クロック信号により前記第1のパルス幅より広い第2のパルス幅を有する第2パルス信号を生成する第2ワンショット回路と、を備え、
前記第1パルス信号に基づいて前記第1トランジスタを前記第1のパルス幅に相当する期間オフし、前記第2パルス信号に基づいて前記第2トランジスタを前記第2のパルス幅に相当する期間オフする、
ことを特徴とする付記2又は3記載のDC−DCコンバータ。(4)
(付記5)
前記コンパレータは、動作制御信号に応答して動作を停止することを特徴とする付記1〜4のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータ。(5)
(付記6)
前記コンパレータは、前記動作制御信号に応答して停止する際に前記第2トランジスタをオフするよう信号を生成する、ことを特徴とする付記5記載のDC−DCコンバータ。(6)
(付記7)
前記制御回路は、前記クロック信号を生成する発振器を備え、該発振器は動作制御信号に応答して動作又は停止する、ことを特徴とする付記2〜6のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータ。(7)
(付記8)
第1のモード時に前記発振器を連続的に動作させ、第2のモード時に前記出力電圧に基づいて前記発振器を間欠的に動作するよう前記動作制御信号を生成する動作停止回路を備えたことを特徴とする付記7記載のDC−DCコンバータ。(8)
(付記9)
第1の電圧が供給される第1トランジスタと、前記第1トランジスタに接続された第2トランジスタと、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間の接続点に接続されたチョークコイルと、前記第2トランジスタの両端子における電位差により前記第2トランジスタに流れる電流を検出して該第2トランジスタをオンオフ制御する信号を生成するコンパレータと、を有するDC−DCコンバータに備えられ、前記第1の電圧を電圧変換した出力電圧一定に維持するよう前記第1トランジスタのオン時間又はオフ時間を制御するDC−DCコンバータの制御回路において、
前記第1トランジスタをオンするタイミングの前後において前記第2トランジスタを所定期間オフするようパルス信号を生成する貫通防止パルス発生回路を備えたことを特徴とするDC−DCコンバータの制御回路。(9)
(付記10)
所定周期のクロック信号により前記第1トランジスタをオンし、
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号に同期して前記第2トランジスタをオフするためのパルス信号を生成する、
ことを特徴とする付記9記載のDC−DCコンバータの制御回路。(10)
(付記11)
前記クロック信号が入力され前記第1トランジスタをオン制御するための信号を生成するフリップフロップ回路を備えた、ことを特徴とする付記9記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記12)
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号により第1のパルス幅を有する第1パルス信号を生成する第1ワンショット回路と、前記クロック信号により前記第1のパルス幅より広い第2のパルス幅を有する第2パルス信号を生成する第2ワンショット回路と、を備え、
前記第1パルス信号に基づいて前記第1トランジスタを前記第1のパルス幅に相当する期間オフし、前記第2パルス信号に基づいて前記第2トランジスタを前記第2のパルス幅に相当する期間オフする、
ことを特徴とする付記10又は11記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記13)
前記コンパレータは、動作制御信号に応答して動作を停止することを特徴とする付記9〜12のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記14)
前記コンパレータは、前記動作制御信号に応答して停止する際に前記第2トランジスタをオフするよう信号を生成する、ことを特徴とする付記13記載のDC−DCコンバータ。
(付記15)
前記クロック信号を生成する発振器を備え、該発振器は動作制御信号に応答して動作又は停止する、ことを特徴とする付記10〜14のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータの制御回路。
(付記16)
第1のモード時に前記発振器を連続的に動作させ、第2のモード時に前記出力電圧に基づいて前記発振器を間欠的に動作するよう前記動作制御信号を生成する動作停止回路を備えたことを特徴とする付記15記載のDC−DCコンバータの制御回路。
2 制御回路
3 貫通防止パルス発生回路
11 制御回路
26 貫通防止パルス発生回路
30 信号合成回路
31 コンパレータ
ID 理想ダイオード
L1 チョークコイル
T1 第1MOSトランジスタ(第1トランジスタ)
T2 第2MOSトランジスタ(第2トランジスタ)
S5 第1パルス信号
S6 第2パルス信号
S7 信号
Claims (10)
- 第1の電圧が供給される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタに接続された第2トランジスタと、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間の接続点に接続されたチョークコイルと、
前記第2トランジスタの両端子における電位差により前記第2トランジスタに流れる電流を検出して該第2トランジスタをオンオフ制御する信号を生成するコンパレータと、
前記第1の電圧を電圧変換した出力電圧一定に維持するよう前記第1トランジスタのオン時間又はオフ時間を制御する制御回路と、
前記第1トランジスタをオンするタイミングの前後において前記第2トランジスタを所定期間オフするようパルス信号を生成する貫通防止パルス発生回路と、
を備えたことを特徴とするDC−DCコンバータ。 - 前記制御回路は、所定周期のクロック信号により前記第1トランジスタをオンし、
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号に同期して前記第2トランジスタをオフするためのパルス信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1記載のDC−DCコンバータ。 - 前記制御回路は、前記クロック信号が入力され前記第1トランジスタをオン制御するための信号を生成するフリップフロップ回路を備えた、ことを特徴とする請求項2記載のDC−DCコンバータ。
- 前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号により第1のパルス幅を有する第1パルス信号を生成する第1ワンショット回路と、前記クロック信号により前記第1のパルス幅より広い第2のパルス幅を有する第2パルス信号を生成する第2ワンショット回路と、を備え、
前記第1パルス信号に基づいて前記第1トランジスタを前記第1のパルス幅に相当する期間オフし、前記第2パルス信号に基づいて前記第2トランジスタを前記第2のパルス幅に相当する期間オフする、
ことを特徴とする請求項2又は3記載のDC−DCコンバータ。 - 前記コンパレータは、動作制御信号に応答して動作を停止することを特徴とする請求項1〜4のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータ。
- 前記コンパレータは、前記動作制御信号に応答して停止する際に前記第2トランジスタをオフするよう信号を生成する、ことを特徴とする請求項5記載のDC−DCコンバータ。
- 前記制御回路は、前記クロック信号を生成する発振器を備え、該発振器は動作制御信号に応答して動作又は停止する、ことを特徴とする請求項2〜6のうちの何れか一項に記載のDC−DCコンバータ。
- 第1のモード時に前記発振器を連続的に動作させ、第2のモード時に前記出力電圧に基づいて前記発振器を間欠的に動作するよう前記動作制御信号を生成する動作停止回路を備えたことを特徴とする請求項7記載のDC−DCコンバータ。
- 第1の電圧が供給される第1トランジスタと、前記第1トランジスタに接続された第2トランジスタと、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間の接続点に接続されたチョークコイルと、前記第2トランジスタの両端子における電位差により前記第2トランジスタに流れる電流を検出して該第2トランジスタをオンオフ制御する信号を生成するコンパレータと、を有するDC−DCコンバータに備えられ、前記第1の電圧を電圧変換した出力電圧一定に維持するよう前記第1トランジスタのオン時間又はオフ時間を制御するDC−DCコンバータの制御回路において、
前記第1トランジスタをオンするタイミングの前後において前記第2トランジスタを所定期間オフするようパルス信号を生成する貫通防止パルス発生回路を備えたことを特徴とするDC−DCコンバータの制御回路。 - 所定周期のクロック信号により前記第1トランジスタをオンし、
前記貫通防止パルス発生回路は、前記クロック信号に同期して前記第2トランジスタをオフするためのパルス信号を生成する、
ことを特徴とする請求項9記載のDC−DCコンバータの制御回路。
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