JP2013074537A - Comparator, and control circuit for dc/dc converter and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンパレータに関する。 The present invention relates to a comparator.
2つの電圧の大小関係を判定するために、電圧コンパレータ(以下、単にコンパレータという)が用いられる。一般的なコンパレータは、差動増幅器を用いて構成される。ところが差動増幅器はトランジスタなどの素子数が多いため、回路面積が大きく、また素子のばらつきにより、入力電圧オフセットが発生するという問題がある。オフセット電圧を低減するためには、バイアス電流を増大させる必要があり、これは消費電力の増大という問題を引き起こす。 In order to determine the magnitude relationship between the two voltages, a voltage comparator (hereinafter simply referred to as a comparator) is used. A general comparator is configured using a differential amplifier. However, since the differential amplifier has a large number of elements such as transistors, there is a problem that the circuit area is large and an input voltage offset occurs due to variations in the elements. In order to reduce the offset voltage, it is necessary to increase the bias current, which causes a problem of increased power consumption.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、コンパレータの小型化、および/または、低消費電力化にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of exemplary objects of an embodiment thereof is to reduce the size and / or power consumption of a comparator.
本発明のある態様は、第1電圧と第2電圧を比較するコンパレータに関する。このコンパレータは、そのソースに第1電圧が印加され、そのゲートに第2電圧が印加されたデプレッション型PチャンネルMOSFETの第1トランジスタと、そのソースおよびそのゲートが、第1トランジスタのドレインと接続され、そのドレインの電位が固定されたデプレッション型PチャンネルMOSFETの第2トランジスタと、を備える。コンパレータは、第1トランジスタと第2トランジスタの接続点の電位に応じた出力信号を生成する。 One embodiment of the present invention relates to a comparator that compares a first voltage and a second voltage. This comparator has a first transistor of a depletion type P-channel MOSFET in which a first voltage is applied to its source and a second voltage is applied to its gate, and its source and gate are connected to the drain of the first transistor. And a second transistor of a depletion type P-channel MOSFET whose drain potential is fixed. The comparator generates an output signal corresponding to the potential at the connection point of the first transistor and the second transistor.
デプレッション型の第2トランジスタのゲートソース間電圧は0Vであり、所定のバイアス電流が流れる。一方、第1トランジスタのゲートソース間電圧は、第1電圧と第2電圧の電位差となる。第1トランジスタのドレインソース間電圧は、第1トランジスタに流れる電流がバイアス電流に近づくように変化する。
第1電圧と第2電圧の電位差がゼロの平衡状態において、第1トランジスタと第2トランジスタのゲートソース間電圧は等しくなるため、第1トランジスタと第2トランジスタそれぞれのドレインソース間電圧は等しくなる。また、第1トランジスタのゲートソース間電圧が負のときには、第1トランジスタのドレインソース間電圧の方が大きくなり、第1トランジスタと第2トランジスタの接続点の電位はローレベルとなる。反対に、第1トランジスタのゲートソース間電圧が正のときには、第1トランジスタのドレインソース間電圧の方が小さくなり、第1トランジスタと第2トランジスタの接続点の電位はハイレベルとなる。したがって、この構成によれば、2つのデプレッション型トランジスタを用いて、電圧比較を行うことができ、差動増幅器を利用したコンパレータに比べて、回路面積を削減でき、および/または、消費電力を低減できる。
The gate-source voltage of the depletion type second transistor is 0 V, and a predetermined bias current flows. On the other hand, the gate-source voltage of the first transistor is a potential difference between the first voltage and the second voltage. The drain-source voltage of the first transistor changes so that the current flowing through the first transistor approaches the bias current.
In an equilibrium state in which the potential difference between the first voltage and the second voltage is zero, the gate-source voltages of the first transistor and the second transistor are equal, so the drain-source voltages of the first transistor and the second transistor are equal. Further, when the gate-source voltage of the first transistor is negative, the drain-source voltage of the first transistor becomes larger, and the potential at the connection point between the first transistor and the second transistor becomes low level. On the other hand, when the gate-source voltage of the first transistor is positive, the drain-source voltage of the first transistor is smaller, and the potential at the connection point between the first transistor and the second transistor is at a high level. Therefore, according to this configuration, voltage comparison can be performed using two depletion type transistors, and the circuit area can be reduced and / or power consumption can be reduced as compared with a comparator using a differential amplifier. it can.
ある態様のコンパレータは、第1トランジスタと第2トランジスタの接続点の電位を受け、出力信号を出力するバッファもしくはインバータをさらに備えてもよい。 The comparator according to an aspect may further include a buffer or an inverter that receives a potential at a connection point between the first transistor and the second transistor and outputs an output signal.
本発明の別の態様は、第3電圧と第4電圧を比較するコンパレータに関する。このコンパレータは、そのゲートに第3電圧が印加され、そのソースに第4電圧が印加されたデプレッション型NチャンネルMOSFETの第3トランジスタと、そのソースおよびそのゲートが、第3トランジスタのドレインと接続され、そのドレインの電位が固定されたデプレッション型NチャンネルMOSFETの第4トランジスタと、を備える。コンパレータは、第3トランジスタと第4トランジスタの接続点の電位に応じた出力信号を生成する。 Another aspect of the present invention relates to a comparator that compares a third voltage with a fourth voltage. This comparator has a third transistor of a depletion type N-channel MOSFET in which a third voltage is applied to its gate and a fourth voltage is applied to its source, and its source and gate are connected to the drain of the third transistor. And a fourth transistor of a depletion type N-channel MOSFET whose drain potential is fixed. The comparator generates an output signal corresponding to the potential at the connection point between the third transistor and the fourth transistor.
デプレッション型の第4トランジスタのゲートソース間電圧は0Vであり、所定のバイアス電流が流れる。一方、第3トランジスタのゲートソース間電圧は、第3電圧と第4電圧の電位差となる。第4トランジスタのドレインソース間電圧は、第4トランジスタに流れる電流がバイアス電流に近づくように変化する。
第3電圧と第4電圧の電位差がゼロの平衡状態において、第3トランジスタと第4トランジスタのゲートソース間電圧は等しくなるため、第3トランジスタと第4トランジスタそれぞれのドレインソース間電圧は等しくなる。また、第3トランジスタのゲートソース間電圧が負のときには、第3トランジスタのドレインソース間電圧の方が大きくなり、第3トランジスタと第4トランジスタの接続点の電位はハイレベルとなる。反対に、第3トランジスタのゲートソース間電圧が正のときには、第3トランジスタのドレインソース間電圧の方が小さくなり、第3トランジスタと第4トランジスタの接続点の電位はローレベルとなる。したがって、この構成によれば、2つのデプレッション型トランジスタを用いて、電圧比較を行うことができ、差動増幅器を利用したコンパレータに比べて、回路面積を削減でき、および/または、消費電力を低減できる。
The gate-source voltage of the depletion type fourth transistor is 0 V, and a predetermined bias current flows. On the other hand, the gate-source voltage of the third transistor is a potential difference between the third voltage and the fourth voltage. The drain-source voltage of the fourth transistor changes so that the current flowing through the fourth transistor approaches the bias current.
In an equilibrium state where the potential difference between the third voltage and the fourth voltage is zero, the gate-source voltages of the third transistor and the fourth transistor are equal, so the drain-source voltages of the third transistor and the fourth transistor are equal. Further, when the gate-source voltage of the third transistor is negative, the drain-source voltage of the third transistor becomes larger, and the potential at the connection point between the third transistor and the fourth transistor becomes high level. Conversely, when the gate-source voltage of the third transistor is positive, the drain-source voltage of the third transistor is smaller, and the potential at the connection point of the third transistor and the fourth transistor is at a low level. Therefore, according to this configuration, voltage comparison can be performed using two depletion type transistors, and the circuit area can be reduced and / or power consumption can be reduced as compared with a comparator using a differential amplifier. it can.
ある態様のコンパレータは、第3トランジスタと第4トランジスタの接続点の電位を受け、出力信号を出力するバッファもしくはインバータをさらに備えてもよい。 The comparator according to an aspect may further include a buffer or an inverter that receives a potential at a connection point between the third transistor and the fourth transistor and outputs an output signal.
本発明の別の態様は、スイッチングトランジスタおよび同期整流トランジスタを有する同期整流型昇圧DC/DCコンバータの制御回路に関する。制御回路は、同期整流トランジスタの一端の電位と、同期整流トランジスタの他端の電位を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号を生成する上述のいずれかのコンパレータと、DC/DCコンバータの出力電圧が所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号であって、比較信号がアサートされるとオンレベルに遷移するパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号がオンレベルのときスイッチングトランジスタをオン、オフレベルのとき同期整流トランジスタをオンするドライバと、を備える。
この態様によれば、同期整流トランジスタに流れる電流がゼロとなるタイミングを検出し、スイッチングトランジスタをオンすることができる。
Another aspect of the present invention relates to a control circuit for a synchronous rectification step-up DC / DC converter having a switching transistor and a synchronous rectification transistor. The control circuit compares the potential at one end of the synchronous rectification transistor with the potential at the other end of the synchronous rectification transistor, and generates a comparison signal that is asserted when the two potentials are equal to each other. A pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output voltage of the converter approaches a predetermined target value, the pulse modulator generating a pulse signal that transitions to an on level when the comparison signal is asserted, and the pulse signal A driver that turns on the switching transistor when it is on, and turns on the synchronous rectification transistor when it is off.
According to this aspect, it is possible to detect the timing when the current flowing through the synchronous rectification transistor becomes zero and to turn on the switching transistor.
本発明の別の態様は、スイッチングトランジスタおよび同期整流トランジスタを有する同期整流型降圧DC/DCコンバータの制御回路に関する。制御回路は、同期整流トランジスタの一端の電位と、同期整流トランジスタの他端の電位を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号を生成する上述のいずれかの態様のコンパレータと、DC/DCコンバータの出力電圧が所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号であって、比較信号がアサートされるとオンレベルに遷移するパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号がオンレベルのときスイッチングトランジスタをオン、オフレベルのとき同期整流トランジスタをオンするドライバと、を備える。 Another aspect of the present invention relates to a control circuit for a synchronous rectification step-down DC / DC converter having a switching transistor and a synchronous rectification transistor. The control circuit compares the potential at one end of the synchronous rectification transistor with the potential at the other end of the synchronous rectification transistor, and generates a comparison signal that is asserted when the two potentials are equal to each other. A pulse modulator that generates a pulse signal that has a duty ratio adjusted so that the output voltage of the DC / DC converter approaches a predetermined target value, and transitions to an on level when the comparison signal is asserted; A driver that turns on the switching transistor when the signal is on level and turns on the synchronous rectification transistor when the signal is off level.
この態様によれば、同期整流トランジスタに流れる電流がゼロとなるタイミングを検出し、スイッチングトランジスタをオンすることができる。 According to this aspect, it is possible to detect the timing when the current flowing through the synchronous rectification transistor becomes zero and to turn on the switching transistor.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、コンパレータを小型化し、および/または、低消費電力化できる。 According to the present invention, the comparator can be downsized and / or reduced in power consumption.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るコンパレータ10の構成を示す回路図である。コンパレータ10は、第1端子P1、第2端子P2、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、インバータ12を備え、第1端子P1に入力される第1電圧V1と、第2端子P2に入力される第2電圧V2を比較し、比較結果を示す出力信号OUTを出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
第1トランジスタM1は、デプレッション型PチャンネルMOSFETである。第1トランジスタM1のソースは、第1端子P1と接続され、そのゲートは第2端子P2と接続される。第2トランジスタM2も、第1トランジスタM1と同型のデプレッション型PチャンネルMOSFETである。第2トランジスタM2のソースおよびゲートは、第1トランジスタM1のドレインと接続される。第2トランジスタM2のドレインは、接地などに接続され、その電位が固定される。第1トランジスタM1と第2トランジスタM2は半導体基板上の隣接する箇所に、ペアリングして形成されることが望ましい。 The first transistor M1 is a depletion type P-channel MOSFET. The source of the first transistor M1 is connected to the first terminal P1, and the gate thereof is connected to the second terminal P2. The second transistor M2 is also a depletion type P-channel MOSFET of the same type as the first transistor M1. The source and gate of the second transistor M2 are connected to the drain of the first transistor M1. The drain of the second transistor M2 is connected to ground or the like, and its potential is fixed. The first transistor M1 and the second transistor M2 are preferably formed by pairing at adjacent locations on the semiconductor substrate.
コンパレータ10は、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1の電位VN1に応じた出力信号OUTを生成する。インバータ12は、接続点N1の電位VN1を受け、それを反転して出力信号OUTを出力する。インバータ12に代えて、電位VN1を非反転で出力するバッファを設けてもよい。
The
以上がコンパレータ10の構成である。続いてその動作を説明する。
図2(a)〜(e)は、図1のコンパレータ10の動作を示す図である。
デプレッション型の第2トランジスタM2のゲートソース間電圧VGS_M2は0Vであり、第2トランジスタM2には、所定のバイアス電流Ibiasが流れる。一方、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGS_M1は、第1電圧V1と第2電圧V2の電位差V1−V2となる。ここでは便宜上、V2>V1のときゲートソース間電圧VGS_M1は正、V2<V1のときゲートソース間電圧VGS_M1は負とする。
The above is the configuration of the
2A to 2E are diagrams illustrating the operation of the
The gate-source voltage VGS_M2 of the depletion-type second transistor M2 is 0 V, and a predetermined bias current Ibias flows through the second transistor M2. On the other hand, the gate-source voltage VGS_M1 of the first transistor M1 is a potential difference V1-V2 between the first voltage V1 and the second voltage V2. Here, for convenience, the gate-source voltage VGS_M1 is positive when V2> V1, and the gate-source voltage VGS_M1 is negative when V2 <V1.
第1トランジスタM1は、第2トランジスタM2と同一経路上に設けられているため、コンパレータ10は、第1トランジスタM1に流れるドレイン電流IM1がバイアス電流Ibiasと等しくなるように動作する。
図2(a)は、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧VDS_M1と、ドレイン電流IM1の関係を示す。図2(b)は、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSと、第1トランジスタM1に流れる電流IM1の関係を示す。図2(c)は、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSと、そのドレインソース間電圧VDS_M1の関係を示す。図2(d)は、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSと、接続点N1の電位VN1の関係を示す。図2(e)は、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSと、出力信号OUTの関係を示す。
Since the first transistor M1 is provided on the same path as the second transistor M2, the
FIG. 2A shows the relationship between the drain-source voltage V DS_M1 of the first transistor M1 and the drain current IM1. FIG. 2B shows the relationship between the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 and the current I M1 flowing through the first transistor M1. 2 (c) shows the voltage V GS between the gate and the source of the first transistor M1, the relationship of the drain-source voltage V DS_M1. FIG. 2D shows the relationship between the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 and the potential V N1 at the connection point N1. FIG. 2E shows the relationship between the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 and the output signal OUT.
図2(a)に示すように、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSが変化すると、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧VDS_M1は、図2(a)の関係に従って、第1トランジスタM1に流れる電流がバイアス電流Ibiasに近づくように変化する。具体的には、ゲートソース間電圧VGSが大きくなるにしたがい、ドレインソース間電圧VDS_M1は小さくなる。 As shown in FIG. 2A, when the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 changes, the drain-source voltage V DS_M1 of the first transistor M1 changes according to the relationship of FIG. The current flowing through M1 changes so as to approach the bias current Ibias. Specifically, in accordance with the gate-source voltage V GS increases, the drain-source voltage V DS_M1 decreases.
コンパレータ10の状態を、(1)V1=V2、(2)V2>V1、(3)V2<V1の3つに分けて説明する。
The state of the
(1) V1=V2のとき
第1電圧V1と第2電圧V2の電位差がゼロの平衡状態においては、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSはゼロとなり、第2トランジスタM2のバイアス状態と等しくなる。このとき、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧VDS_M1と、第2トランジスタM2のドレインソース間電圧VDS_M2は等しくなる。
(1) V1 = the first voltage V1 when V2 in equilibrium potential difference is zero in the second voltage V2, the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 becomes zero, and the bias state of the second transistor M2 Will be equal. At this time, the drain-source voltage V DS_M1 of the first transistor M1 is equal to the drain-source voltage V DS_M2 of the second transistor M2.
(2) V2>V1のとき
このとき、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSは負となり、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧VDS_M1の方が、第2トランジスタM2のドレインソース間電圧VDS_M2より大きくなる。したがって、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1の電位VN1はローレベル(Vss)となる。
(2) when this time of V2> V1, the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 is negative, toward the drain-source voltage V DS_M1 of the first transistor M1 is, the drain-source voltage of the second transistor M2 It becomes larger than VDS_M2 . Therefore, the potential V N1 at the connection point N1 between the first transistor M1 and the second transistor M2 is at a low level (Vss).
(3) V2<V1のとき
このとき第1トランジスタM1のゲートソース間電圧VGSは正となり、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧VDS_M1の方が、第2トランジスタM2のドレインソース間電圧VDS_M2より小さくなり、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1の電位VN1はハイレベル(V1)となる。
(3) When V2 <V1 At this time, the gate-source voltage V GS of the first transistor M1 is positive, and the drain-source voltage V DS_M1 of the first transistor M1 is higher than the drain-source voltage V of the second transistor M2. It becomes smaller than DS_M2, and the potential V N1 of the connection point N1 between the first transistor M1 and the second transistor M2 becomes high level (V1).
インバータ12により生成される出力信号OUTは、接続点N1の電位VN1を反転した信号となる。つまり出力信号OUTは、V2>V1のときハイレベル、V2<V1のときローレベルとなる。インバータ12をバッファに置き換えた場合、出力信号OUTの論理レベルは反対となる。
The output signal OUT generated by the
以上がコンパレータ10の動作である。
図1のコンパレータ10によれば、2つのデプレッション型トランジスタを用いて、電圧比較を行うことができる。コンパレータ10によれば、差動増幅器を利用したコンパレータに比べて、回路面積を削減でき、さらには消費電力を低減できる。
The above is the operation of the
According to the
また、コンパレータ10は、同型の第1トランジスタM1と第2トランジスタM2で構成されるため、ばらつきの影響を受けにくく、したがってコンパレータ10の入力オフセット電圧をゼロに近づけることができる。
Further, since the
(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態に係るコンパレータ20の構成を示す回路図である。コンパレータ20は、第3端子P3、第4端子P4、第3トランジスタM3、第4トランジスタM4、インバータ22を備え、第3端子P3に入力される第3電圧V3と、第4端子P4に入力される第4電圧V4を比較し、比較結果を示す出力信号OUTを出力する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
第3トランジスタM3および第4トランジスタM4は、デプレッション型NチャンネルMOSFETである。第3トランジスタM3のゲートは、第3端子P3に接続され、そのソースは第4端子P4に接続される。第4トランジスタM4のソースおよびゲートは、第3トランジスタM3のドレインと接続される。第4トランジスタM4のドレインは、たとえば電源ラインVDDと接続され、その電位が固定される。 The third transistor M3 and the fourth transistor M4 are depletion type N-channel MOSFETs. The gate of the third transistor M3 is connected to the third terminal P3, and the source thereof is connected to the fourth terminal P4. The source and gate of the fourth transistor M4 are connected to the drain of the third transistor M3. The drain of the fourth transistor M4 is connected to, for example, the power supply line V DD and its potential is fixed.
コンパレータ20は、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4の接続点N2の電位VN2に応じた出力信号OUTを生成する。インバータ22は、接続点N2の電位VN2を受け、それを反転して出力信号OUTを出力する。インバータ22に代えて、電位VN2を非反転で出力するバッファを設けてもよい。
The
以上がコンパレータ20の構成である。
コンパレータ20は、図1のコンパレータ10と同様に動作する。コンパレータ20の状態を、(1)V3=V4、(2)V3<V4、(3)V3>V4の3つに分けて説明する。
The above is the configuration of the
The
(1) V3=V4のとき
第3電圧V3と第4電圧V4の電位差がゼロの平衡状態において、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4のゲートソース間電圧VGSは等しくなるため、第3トランジスタM3と第4トランジスタM4それぞれのドレインソース間電圧VDS_M3、VDS_M4は等しくなる。
(1) When V3 = V4 In the equilibrium state in which the potential difference between the third voltage V3 and the fourth voltage V4 is zero, the gate-source voltage V GS of the third transistor M3 and the fourth transistor M4 becomes equal. The drain-source voltages V DS_M3 and V DS_M4 of M3 and the fourth transistor M4 are equal.
(2) V3<V4のとき
第3トランジスタM3のゲートソース間電圧VGSが負のときには、第3トランジスタM3のドレインソース間電圧VDS_M3の方が第4トランジスタM4のそれVDS_M4より大きくなり、接続点N2の電位VN2はハイレベル(VDD)となる。
(2) When V3 <V4 When the gate-source voltage V GS of the third transistor M3 is negative, the drain-source voltage V DS_M3 of the third transistor M3 is larger than that V DS_M4 of the fourth transistor M4, The potential V N2 at the connection point N2 is at a high level (V DD ).
(4) V3>V4のとき
第3トランジスタM3のゲートソース間電圧VGSが正のときには、第3トランジスタM3のドレインソース間電圧VDS_M3の方が、第4トランジスタM4のそれVDS_M4小さくなり、接続点N2の電位VN2はローレベルとなる。
(4) When V3> V4 When the gate-source voltage V GS of the third transistor M3 is positive, the drain-source voltage VDS_M3 of the third transistor M3 is smaller than that of the fourth transistor M4, V DS_M4. The potential V N2 at the point N2 is at a low level.
以上がコンパレータ20の動作である。
The above is the operation of the
図3のコンパレータ20によれば、2つのデプレッション型トランジスタを用いて、電圧比較を行うことができ、差動増幅器を利用したコンパレータに比べて、回路面積を削減でき、および/または、消費電力を低減できる。
According to the
また、同型の第3トランジスタM3、第4トランジスタM4で構成されるため、ばらつきの影響を受けにくく、したがってコンパレータ20の入力オフセット電圧をゼロに近づけることができる。
In addition, since the third transistor M3 and the fourth transistor M4 of the same type are used, the input offset voltage of the
続いて、第1、第2の実施の形態に係るコンパレータのアプリケーションの一例を説明する。 Next, an example of a comparator application according to the first and second embodiments will be described.
図4(a)、(b)は、図1、図3のコンパレータを用いたDC/DCコンバータの構成を示す回路図である。DC/DCコンバータは、携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)、オーディオプレイヤ、ノート型PCなどの電子機器に搭載され、電池からの入力電圧VINを昇圧、または降圧し、マイコン、LCDパネル、LED(発光ダイオード)をはじめとする負荷に供給する。 4A and 4B are circuit diagrams showing the configuration of a DC / DC converter using the comparator of FIGS. The DC / DC converter is mounted on an electronic device such as a mobile phone terminal, a PDA (Personal Digital Assistant), an audio player, a notebook PC, etc., and boosts or steps down the input voltage VIN from the battery, a microcomputer, an LCD panel, Supplied to loads such as LEDs (light emitting diodes).
図4(a)のDC/DCコンバータ30は、同期整流型の昇圧コンバータである。DC/DCコンバータ30は、スイッチングトランジスタM11、同期整流トランジスタM12、インダクタL1、出力キャパシタC1、制御回路40を備える。
The DC /
DC/DCコンバータ30の制御回路40を除く部分のトポロジーは一般的なものであるため説明を省略する。制御回路40は、スイッチングトランジスタM11および同期整流トランジスタM12を相補的にスイッチングすることにより、入力電圧VINを昇圧し、出力電圧VOUTを目標値に安定化する。
Since the topology of the part other than the
制御回路40は、第1の実施の形態に係るコンパレータ10と、パルス変調器42と、ドライバ44を備える。
The
コンパレータ10は、同期整流トランジスタM12の一端の電位V1と、同期整流トランジスタM12の他端の電位V2を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号S1を生成する。コンパレータ10がインバータ12を有する場合、アサートはローレベルである。
The
同期整流トランジスタM12がオンの期間、同期整流トランジスタM12には、インダクタL1の電流ILが流れる。同期整流トランジスタM12のオン抵抗をRONとすれば、同期整流トランジスタM12の電圧降下(V1−V2)は、
V1−V2=RON×IL
で与えられる。
Synchronous rectification transistor M12 period on, the synchronous rectification transistor M12, flows current I L of the inductor L1. If the on-resistance of the synchronous rectification transistor M12 and R ON, the voltage drop across the synchronous rectification transistor M12 (V1-V2) is
V1-V2 = R ON × IL
Given in.
同期整流トランジスタM12がオンした直後、V1>V2が成り立ち、インダクタL1のエネルギーが減少するにしたがい、コイル電流ILも減少し、電位差V1−V2がゼロに近づく。コンパレータ10から出力される比較信号S1は、コイル電流ILがゼロになるとアサートされる。
Immediately after the synchronous rectification transistor M12 is turned on, V1> V2 holds is, in accordance with the energy of inductor L1 is decreased, the coil current I L is also reduced, the potential difference V1-V2 approaches zero. Comparison signal S1 output from the
パルス変調器42は、DC/DCコンバータ30の出力電圧VOUTが所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号S2を生成する。パルス変調器42は、比較信号S1がアサートされると、パルス信号S2をオンレベルに遷移させる。オンレベルとは、スイッチングトランジスタM11のオンに対応するレベルである。パルス変調器42の構成は特に限定されず、公知の回路を利用すればよい。
The
ドライバ44は、パルス信号S2がオンレベルのとき、スイッチングトランジスタM11をオン、オフレベルのとき同期整流トランジスタM12をオンする。
The
以上がDC/DCコンバータ30の構成である。
DC/DCコンバータ30によれば、コンパレータ10によって、コイル電流ILがゼロとなったことを検出でき、それに応じてスイッチングトランジスタM12をオフすることができる。
The above is the configuration of the DC /
According to the DC /
図4(b)のDC/DCコンバータ50は、同期整流型の降圧コンバータである。DC/DCコンバータ50は、スイッチングトランジスタM21、同期整流トランジスタM22、インダクタL1、出力キャパシタC1、制御回路60を備える。
The DC /
DC/DCコンバータ50の制御回路60を除く部分のトポロジーは一般的なものであるため説明を省略する。制御回路60は、スイッチングトランジスタM21および同期整流トランジスタM22を相補的にスイッチングすることにより、入力電圧VINを降圧し、出力電圧VOUTを目標値に安定化する。
Since the topology of the DC /
制御回路60は、第2の実施の形態に係るコンパレータ20と、パルス変調器62と、ドライバ64を備える。
The
コンパレータ20は、同期整流トランジスタM22の一端の電位V3と、同期整流トランジスタM22の他端の電位V4を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号S3を生成する。
The
同期整流トランジスタM22がオンの期間、同期整流トランジスタM22には、インダクタL1の電流ILが流れる。同期整流トランジスタM22のオン抵抗をRONとすれば、同期整流トランジスタM22の電圧降下(V4−V3)は、
V4−V3=RON×IL
で与えられる。
Synchronous rectification transistor M22 period on, the synchronous rectification transistor M22, flows current I L of the inductor L1. If the on-resistance of the synchronous rectification transistor M22 and R ON, the voltage drop across the synchronous rectification transistor M22 (V4-V3) is
V4-V3 = R ON × IL
Given in.
同期整流トランジスタM22がオンした直後、V4>V3が成り立ち、インダクタL1のエネルギーが減少するにしたがい、コイル電流ILも減少し、電位差V4−V3がゼロに近づく。コンパレータ20から出力される比較信号S3は、コイル電流ILがゼロになるとアサートされる。
Immediately after the synchronous rectification transistor M22 is turned on, V4> V3 is holds, in accordance with the energy of inductor L1 is decreased, the coil current I L is also reduced, the potential difference V4-V3 approaches zero. The comparison signal S3 outputted from the
パルス変調器62は、DC/DCコンバータ50の出力電圧VOUTが所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号S4を生成する。パルス変調器62は、比較信号S3がアサートされると、パルス信号S4をオンレベルに遷移させる。オンレベルとは、スイッチングトランジスタM21のオンに対応するレベルである。パルス変調器62の構成は特に限定されず、公知の回路を利用すればよい。
The
ドライバ64は、パルス信号S4がオンレベルのとき、スイッチングトランジスタM21をオン、オフレベルのとき同期整流トランジスタM22をオンする。
The
以上がDC/DCコンバータ50の構成である。
DC/DCコンバータ50によれば、コンパレータ20によって、コイル電流ILがゼロとなったことを検出でき、それに応じてスイッチングトランジスタM22をオフすることができる。
The above is the configuration of the DC /
According to the DC /
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセス、それらの組み合わせには、さまざまな変形例が存在しうる。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and various modifications may exist in each of those constituent elements, each processing process, and a combination thereof. Hereinafter, such modifications will be described.
実施の形態では、コンパレータ10(20)にインバータ12(22)が設けられているが、本発明はそれに限定されない。コンパレータ10の出力端子に接続される回路の入力インピーダンスが十分に高い場合、あるいは第1トランジスタM1(M3)、第2トランジスタM2(M4)の電流能力が十分に高い場合には、インバータ12(22)を省略してもよい。
In the embodiment, the inverter 12 (22) is provided in the comparator 10 (20), but the present invention is not limited thereto. When the input impedance of the circuit connected to the output terminal of the
コンパレータ10(20)の用途は、図4(a)、(b)のDC/DCコンバータには限定されない。コンパレータ10(20)は、ある経路の電流がゼロとなることを検出する用途に広く利用できる。この場合、監視対象の経路に、インピーダンス素子、たとえば抵抗やトランジスタを配置し、コンパレータ10(20)によって、インピーダンス素子の両端の電圧を比較すればよい。 The application of the comparator 10 (20) is not limited to the DC / DC converter of FIGS. 4 (a) and 4 (b). The comparator 10 (20) can be widely used for detecting that the current in a certain path becomes zero. In this case, an impedance element, for example, a resistor or a transistor may be arranged on the path to be monitored, and the voltage across the impedance element may be compared by the comparator 10 (20).
それ以外にも、コンパレータ10(20)は、2つの電圧の大小を比較するさまざまな用途に利用できる。 In addition, the comparator 10 (20) can be used in various applications for comparing the magnitudes of two voltages.
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
M1…第1トランジスタ、P1…第1端子、C1…出力キャパシタ、L1…インダクタ、M2…第2トランジスタ、P2…第2端子、M3…第3トランジスタ、P3…第3端子、M4…第4トランジスタ、P4…第4端子、10…コンパレータ、M11…スイッチングトランジスタ、12…インバータ、M12…同期整流トランジスタ、20…コンパレータ、22…インバータ、30…DC/DCコンバータ、40…制御回路、42…パルス変調器、44…ドライバ、50…DC/DCコンバータ、60…制御回路、62…パルス変調器、64…ドライバ。
M1 ... first transistor, P1 ... first terminal, C1 ... output capacitor, L1 ... inductor, M2 ... second transistor, P2 ... second terminal, M3 ... third transistor, P3 ... third terminal, M4 ... fourth transistor , P4 ... 4th terminal, 10 ... comparator, M11 ... switching transistor, 12 ... inverter, M12 ... synchronous rectification transistor, 20 ... comparator, 22 ... inverter, 30 ... DC / DC converter, 40 ... control circuit, 42 ...
Claims (7)
そのソースに前記第1電圧が印加され、そのゲートに前記第2電圧が印加されたデプレッション型PチャンネルMOSFETの第1トランジスタと、
そのソースおよびそのゲートが、前記第1トランジスタのドレインと接続され、そのドレインの電位が固定されたデプレッション型PチャンネルMOSFETの第2トランジスタと、
を備え、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの接続点の電位に応じた出力信号を生成することを特徴とするコンパレータ。 A comparator for comparing the first voltage and the second voltage,
A first transistor of a depletion type P-channel MOSFET in which the first voltage is applied to the source and the second voltage is applied to the gate;
A second transistor of a depletion type P-channel MOSFET whose source and gate are connected to the drain of the first transistor, and whose drain potential is fixed;
And a comparator for generating an output signal corresponding to a potential at a connection point between the first transistor and the second transistor.
そのゲートに前記第3電圧が印加され、そのソースに前記第4電圧が印加されたデプレッション型NチャンネルMOSFETの第3トランジスタと、
そのソースおよびそのゲートが、前記第3トランジスタのドレインと接続され、そのドレインの電位が固定されたデプレッション型NチャンネルMOSFETの第4トランジスタと、
を備え、前記第3トランジスタと前記第4トランジスタの接続点の電位に応じた出力信号を生成することを特徴とするコンパレータ。 A comparator for comparing the third voltage and the fourth voltage,
A third transistor of a depletion type N-channel MOSFET in which the third voltage is applied to the gate and the fourth voltage is applied to the source;
A fourth transistor of a depletion type N-channel MOSFET whose source and gate are connected to the drain of the third transistor, and whose drain potential is fixed;
And a comparator for generating an output signal corresponding to a potential at a connection point between the third transistor and the fourth transistor.
前記同期整流トランジスタの一端の電位と、前記同期整流トランジスタの他端の電位を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号を生成する請求項1または2に記載のコンパレータと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号であって、前記比較信号がアサートされるとオンレベルに遷移するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号がオンレベルのとき前記スイッチングトランジスタをオン、オフレベルのとき前記同期整流トランジスタをオンするドライバと、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit for a synchronous rectification type step-up DC / DC converter having a switching transistor and a synchronous rectification transistor,
The comparator according to claim 1 or 2, wherein a potential of one end of the synchronous rectification transistor is compared with a potential of the other end of the synchronous rectification transistor, and a comparison signal that is asserted when the two potentials are equal to each other is generated.
A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output voltage of the DC / DC converter approaches a predetermined target value, and transitions to an on level when the comparison signal is asserted When,
A driver that turns on the switching transistor when the pulse signal is on, and turns on the synchronous rectification transistor when the pulse signal is off;
A control circuit comprising:
前記同期整流トランジスタの一端の電位と、前記同期整流トランジスタの他端の電位を比較し、2つの電位が等しくなるとアサートされる比較信号を生成する請求項3または4に記載のコンパレータと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定の目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号であって、前記比較信号がアサートされるとオンレベルに遷移するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号がオンレベルのとき前記スイッチングトランジスタをオン、オフレベルのとき前記同期整流トランジスタをオンするドライバと、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit for a synchronous rectification step-down DC / DC converter having a switching transistor and a synchronous rectification transistor,
The comparator according to claim 3 or 4, wherein a potential of one end of the synchronous rectification transistor is compared with a potential of the other end of the synchronous rectification transistor, and a comparison signal that is asserted when the two potentials are equal to each other is generated.
A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output voltage of the DC / DC converter approaches a predetermined target value, and transitions to an on level when the comparison signal is asserted When,
A driver that turns on the switching transistor when the pulse signal is on, and turns on the synchronous rectification transistor when the pulse signal is off;
A control circuit comprising:
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---|---|---|---|---|
JP2018014577A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | 新日本無線株式会社 | Load current detection circuit |
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- 2011-09-28 JP JP2011213324A patent/JP2013074537A/en not_active Withdrawn
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