JP2013172468A - Switching power circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源回路に関し、より詳細には、負荷応答時の出力電圧リプルを小さくするとともに、クロスレギュレーションの影響を小さくするようにした単一インダクタ・マルチ出力電源におけるスイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit, and more particularly to a switching power supply circuit in a single-inductor multi-output power supply in which the output voltage ripple at the time of load response is reduced and the influence of cross regulation is reduced.
近年の電子機器は、小型でありながらも高性能化や多機能化が進んでおり、これらの電子機器の電源は、入力電圧変動及び負荷変動などの外乱に対する高い出力電圧安定性や高速な負荷応答特性などといった高い性能が求められている。 In recent years, electronic devices have been improved in size and functionality in spite of their small size. The power supplies of these electronic devices have high output voltage stability and high-speed load against disturbances such as input voltage fluctuation and load fluctuation. High performance such as response characteristics is required.
また、家庭用電源からAC/DCパワーサプライを用いてパソコンなどのDC入力機器を用いる場合には、交流電源から平滑回路を用いてAC整流を行なうが、非安定な直流電流しか得られないので、DC/DCコンバータを用いて安定な直流電流を得る必要がある。そのためには、DC入力機器に各ICの駆動電圧を生成するためのDC/DCコンバータが組み込まれている。これらのDC/DCコンバータの求められる性能としては、高効率化や高速過渡応答などがある。これらを要求に答えるためには、DC/DCコンバータの制御部から改善しなければならない。また、DC/DCコンバータには小型化や低コスト化が求められている。そのためには、DC/DCコンバータのパワーステージから改善しなければならない。 In addition, when a DC input device such as a personal computer is used from a household power source using an AC / DC power supply, AC rectification is performed from the AC power source using a smoothing circuit, but only an unstable DC current can be obtained. It is necessary to obtain a stable direct current using a DC / DC converter. For this purpose, a DC / DC converter for generating a driving voltage for each IC is incorporated in the DC input device. The required performance of these DC / DC converters includes high efficiency and fast transient response. In order to meet these requirements, the control unit of the DC / DC converter must improve. Further, the DC / DC converter is required to be downsized and reduced in cost. For that purpose, it is necessary to improve from the power stage of the DC / DC converter.
従来から知られているスイッチング電源装置として、PWM制御によるDC/DCコンバータがある。このPWM制御によるDC/DCコンバータは、パワーステージとして入力電圧を降圧又は昇圧するためのスイッチング素子やインダクタを含み、制御部としてパルス幅が入力信号に比例したPWM信号によりスイッチング素子のオンオフを制御するPWM変調器を備えている。 As a conventionally known switching power supply device, there is a DC / DC converter by PWM control. This DC / DC converter by PWM control includes a switching element and an inductor for stepping down or boosting an input voltage as a power stage, and controls on / off of the switching element by a PWM signal whose pulse width is proportional to the input signal as a control unit. A PWM modulator is provided.
また、近年、携帯電話を始め、電子機器の多機能化が進み、一つの電子機器に多くの電子部品が搭載されている。また、電子機器の小型化の要求もあり、単一のバッテリーで駆動される電子機器が普及しつつある。 In recent years, electronic devices such as mobile phones have become more multifunctional, and many electronic components are mounted on one electronic device. In addition, there is a demand for downsizing of electronic devices, and electronic devices driven by a single battery are becoming popular.
ところで、電子機器における各電子部品は、駆動するための電源電圧が異なるので、単一のバッテリーで電力を供給するためには、単一のバッテリーの電圧から各電子部品を駆動するための電源電圧を生成するDC/DCコンバータが、電子部品ごとに必要となる。ところが、電子部品ごとにDC/DCコンバータを用意することは、部品数の増加を招くという問題がある。そこで、電子部品ごとにDC/DCコンバータを用意するのではなく、インダクタを共有化、つまり、単一のインダクタで構成し、複数の電源電圧を生成する多出力電源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, since each electronic component in an electronic device has a different power supply voltage for driving, in order to supply power with a single battery, the power supply voltage for driving each electronic component from the voltage of a single battery The DC / DC converter that generates the voltage is required for each electronic component. However, preparing a DC / DC converter for each electronic component has the problem of increasing the number of components. Therefore, instead of preparing a DC / DC converter for each electronic component, there is known a multi-output power supply device that shares an inductor, that is, is configured with a single inductor and generates a plurality of power supply voltages (for example, , See Patent Document 1).
DC/DCコンバータは、電源の出力電圧変化に応じてPWM信号のパルス幅を変化させて出力電圧を補正する性質を有する。この特徴を生かして電源の設計をすることにより、スイッチング電源の出力状態に変化の少ない定常状態のときには、スイッチング電源のPWM信号のパルス幅の変化は小さくなる。一方、負荷電流を大きく変化して、電源の出力が変化する過渡状態のとき、PWM信号のパルス幅は大きくなる。さらに、過渡状態のとき、スイッチング電源のスイッチング周波数を高くする等の工夫により出力電圧の急激な変化に対して高速な応答が可能となるといった動作が可能となる。 The DC / DC converter has a property of correcting the output voltage by changing the pulse width of the PWM signal in accordance with the change in the output voltage of the power supply. By designing the power supply by taking advantage of this feature, the change in the pulse width of the PWM signal of the switching power supply becomes small in the steady state where the output state of the switching power supply is small. On the other hand, the pulse width of the PWM signal becomes large in a transient state where the load current changes greatly and the output of the power supply changes. Furthermore, in a transient state, it is possible to perform an operation that enables a high-speed response to a sudden change in the output voltage by increasing the switching frequency of the switching power supply.
図1(a),(b)は、従来の多出力DC/DCコンバータを示す構成回路図である。図1(a)は、多出力DC/DCコンバータの構成回路図であり、図1(b)は、図1(a)に示された制御回路の具体的な回路構成図である。この図1(a),(b)は、特許文献2に記載されたもので、単一インダクタとPWM制御を用いた多出力DC/DCコンバータである。
FIGS. 1A and 1B are configuration circuit diagrams showing a conventional multi-output DC / DC converter. FIG. 1A is a configuration circuit diagram of a multi-output DC / DC converter, and FIG. 1B is a specific circuit configuration diagram of the control circuit shown in FIG. FIGS. 1A and 1B are described in
図1(a)に示された多出力DC/DCコンバータは、入力直流電源1に接続され入力直流電圧Eiが入力されている。この多出力DC/DCコンバータには、NチャネルMOSFETの第1の主スイッチ21、PチャネルMOSFETの第2の主スイッチ22、インダクタ31、ダイオードの第1の整流手段51、コンデンサの第1の平滑手段61、ダイオードの第2の整流手段52、コンデンサの第2の平滑手段62を備えている。さらに、第1の主スイッチ21と第2の主スイッチ22をそれぞれ所定のオン期間とオフ期間で駆動する制御回路81が設けられている。第1の平滑手段61の両端には第1の負荷71が接続され、昇圧出力電圧Vo1が第1の負荷71へ出力される。第2の平滑手段62の両端には第2の負荷72が接続され、反転出力電圧Vo2が第2の負荷72へ出力される。入出力条件は、Vo1>Ei>0>Vo2 である。第2の主スイッチ22がオン状態の時、第1の主スイッチ21とインダクタ31と第1の整流手段51と第1の平滑手段61が、昇圧コンバータとして動作する。一方、第1の主スイッチ21がオン状態の時は、第2の主スイッチ22とインダクタ31と第2の整流手段52と第2の平滑手段62が反転コンバータとして動作する。
The multi-output DC / DC converter shown in FIG. 1A is connected to an input
図1(b)において、抵抗801と抵抗802は昇圧出力電圧Vo1を検出し、抵抗803と抵抗804は反転出力電圧Vo2を検出する。各検出電圧は、誤差増幅器805及び誤差増幅器806によって基準電圧源807の基準電圧とそれぞれ比較され、昇圧出力用誤差信号Ve1と反転出力用誤差信号Ve2がそれぞれ出力される。抵抗801〜804、誤差増幅器805、誤差増幅器806及び基準電圧源807により、検出回路90が構成されている。発振回路808は、所定の周期で電位が増減する三角波電圧Vtと、三角波電圧Vtが増加している時に“H”となり、減少している時に“L”となる信号Vt1を出力する。比較器809は昇圧出力用誤差信号Ve1と三角波電圧Vtとを比較する。比較器810は反転出力用誤差信号Ve2と三角波電圧Vtとを比較する。各比較器809,810の出力信号は、それぞれAND回路811及び812によって信号Vt1との論理積を示す信号V1及び信号V2として出力される。ここで、信号V1は昇圧出力用パルス信号であり、信号V2は反転出力用パルス信号である。比較器809,810とAND回路811,812とによりPWM回路91が構成されている。分周回路であるTフリップフロップ813には信号Vt1が入力され、信号Vt2を出力する。OR回路814には信号V1と信号Vt2が入力され、駆動信号Vg21を出力する。駆動信号Vg21はNチャネルMOSFETである第1の主スイッチ21を駆動し、“H”で第1の主スイッチ21をオン状態にする。NOR回路815は信号V2と信号Vt2の反転信号が入力され、駆動信号Vg22を出力する。駆動信号Vg22はPチャネルMOSFETである第2の主スイッチ22を駆動し、“L”で第2の主スイッチ22をオン状態にする。駆動信号Vg21と駆動信号Vg22が主スイッチ駆動信号である。OR回路814及びNOR回路815により論理回路92が構成されている。
In FIG. 1B, a
また、非特許文献1及び2には、単一インダクタ正負2出力DC/DCコンバータが記載されている。
Non-Patent
n個(nは2以上の整数)のチャネルの電源の昇圧動作を均等に時分割して制御する多出力DC/DCコンバータにおいて、1つのチャネルの出力端子における負荷電流が大きく変化して出力電圧が変動した場合、そのチャネルの出力電圧が安定するまでに多くの時間を必要とし、出力電圧リプルが大きくなるという問題がある。一般的に、1出力DC/DCコンバータでは、負荷電流が大きく変化してから安定するまでに10スイッチングサイクル以上の時間が必要であり、n個のチャネルを有する多出力DC/DCコンバータでは、そのn倍の時間が必要となり、出力電圧リプルが大きくなる。一つの出力端子の出力電圧の昇降圧動作から他の出力端子の出力電圧の昇降圧動作に切り替えたとき、前の昇降圧動作時にインダクタに充電した充電電流が、他の出力端子に漏れるという問題がある。すなわち、一つの出力端子に転送すべき充電電流が、他の出力端子に転送されてその出力電圧が変動するクロスレギュレーションの影響が大きいという問題がある。 In a multi-output DC / DC converter that controls the boosting operation of power supplies of n channels (n is an integer of 2 or more) evenly in a time-sharing manner, the load current at the output terminal of one channel greatly changes and the output voltage When the voltage fluctuates, there is a problem that a long time is required until the output voltage of the channel is stabilized, and the output voltage ripple becomes large. Generally, in a single output DC / DC converter, it takes 10 switching cycles or more to stabilize after a large change in load current. In a multi-output DC / DC converter having n channels, n times as much time is required, and the output voltage ripple becomes large. When switching from the output voltage step-up / step-down operation of one output terminal to the output voltage step-up / step-down operation of the other output terminal, the charging current charged in the inductor during the previous step-up / step-down operation leaks to the other output terminal There is. That is, there is a problem that the charging current to be transferred to one output terminal is greatly influenced by cross regulation in which the output voltage is transferred to another output terminal and the output voltage fluctuates.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、負荷変動時の出力電圧リプルを小さくするとともに、クロスレギュレーションの影響を小さくするようにした単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であるスイッチング電源回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its object is to reduce the output voltage ripple at the time of load fluctuation and to reduce the influence of cross regulation so as to reduce the influence of cross regulation. The object is to provide a switching power supply circuit which is a DC / DC conversion circuit.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、その目的とするところは、負荷変動時の出力電圧リプルを小さくするとともに、クロスレギュレーションの影響を小さくするようにした単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であるスイッチング電源回路を提供することにある。 The present invention has been made in order to achieve such an object. The object of the present invention is to reduce the output voltage ripple at the time of load fluctuation and to reduce the influence of cross regulation. An object of the present invention is to provide a switching power supply circuit which is a multi-output DC / DC conversion circuit.
単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各出力電圧を制御する本発明のスイッチング電源回路は、入力電圧を複数の出力電圧に変換する単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であって、該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、複数のチャネルを有し、該複数のチャネルの各チャネルからは、インダクタを時分割して、スイッチングを行うことにより1の出力電圧を得る、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路と、前記1の出力電圧を得るための前記スイッチングの各スイッチングサイクル毎に該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力電圧の値と所望の電圧との誤差が最も大きいチャネルを選択し、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に大きく変更し、前記選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に小さく変更して、前記各チャネルについて、前記スイッチング制御を行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行う制御回路とを備えていることを特徴とする。 The switching power supply circuit of the present invention for controlling each output voltage of a single inductor multiple output DC / DC conversion circuit is a single inductor multiple output DC / DC conversion circuit for converting an input voltage into a plurality of output voltages, The single inductor multi-output DC / DC conversion circuit has a plurality of channels, and from each channel of the plurality of channels, a single output voltage is obtained by performing time-sharing of the inductor and performing switching. Inductor multi-output DC / DC converter circuit and output voltage value and desired voltage in each channel of the single inductor multi-output DC / DC converter circuit for each switching cycle of the switching to obtain the one output voltage The channel with the largest error is selected, and the total control period of each channel is not changed, and the output voltage of the selected channel is not changed. The control cycle of the output voltage in the channel that does not select the control cycle is changed relatively large, and the control cycle of the output voltage in the channel that is not selected is changed relatively small relative to the control cycle of the output voltage in the selected channel. And a control circuit that obtains an output voltage for each channel by performing the switching control and controls each output voltage of the single inductor multi-output power supply circuit.
また、本発明の前記単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、前記各チャネルにおいて前記出力電圧と前記所望の電圧との誤差を出力するエラーアンプを備え、前記制御回路は、前記各チャネルにおける前記エラーアンプの出力を比較して、前記各チャネルのうちエラーアンプの出力の大きなチャネルを選択して、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に大きく変更し、前記選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に小さく変更して、前記各チャネルについて、前記スイッチング制御を行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行うこと特徴とする。 The single inductor multi-output DC / DC conversion circuit of the present invention includes an error amplifier that outputs an error between the output voltage and the desired voltage in each channel, and the control circuit includes the channel in each channel. Compare the output of the error amplifier, select a channel with a large output of the error amplifier among the channels, and control the output voltage in the selected channel without changing the total time of the control period of each channel Change the output voltage control period in the non-selected channel relatively large, and change the output voltage control period in the non-selected channel relatively small relative to the output voltage control period in the selected channel. For each of the channels, an output voltage is obtained by performing the switching control, and the single inductor is obtained. And wherein performing the control of the output voltages of the data multi-output power supply circuit.
単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各出力電圧を制御する本発明のスイッチング電源回路は、入力電圧を複数の出力電圧に変換する単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であって、該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、複数のチャネルを有し、該複数のチャネルの各チャネルからは、インダクタを時分割して、スイッチングを行うことによりそれぞれ1の出力電圧を得る、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路と、前記1の出力電圧を得るための前記スイッチングの各スイッチングサイクル毎に該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力電圧と所望の電圧との誤差が最も大きいチャネル以外のチャネルを選択し、各チャネルのスイッチングサイクルは変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を前記スイッチングサイクルに対して相対的に小さくして、前記各チャネルについて、前記スイッチングを行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行う制御回路とを備えていることを特徴とする。 The switching power supply circuit of the present invention for controlling each output voltage of a single inductor multiple output DC / DC conversion circuit is a single inductor multiple output DC / DC conversion circuit for converting an input voltage into a plurality of output voltages, The single inductor multi-output DC / DC conversion circuit has a plurality of channels, and each channel of the plurality of channels obtains one output voltage by switching the inductor in a time-sharing manner. One inductor multi-output DC / DC converter circuit, and an output voltage and a desired voltage in each channel of the single inductor multi-output DC / DC converter circuit for each switching cycle of the switching to obtain the one output voltage A channel other than the one with the largest error is selected, and the selected channel is not changed without changing the switching cycle of each channel. The output voltage control period of the single inductor multi-output power supply circuit is obtained by reducing the control cycle of the output voltage relative to the switching cycle and performing the switching for each channel. And a control circuit for performing control.
また、本発明の前記単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、前記各チャネルにおいて前記出力電圧と前記所望の電圧との誤差を出力するエラーアンプを備え、前記制御回路は、前記各チャネルにおける前記エラーアンプの出力を比較して、前記各チャネルのうちエラーアンプの出力が最も大きなチャネル以外のチャネルを選択して、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルに対して相対的に小さくして、前記各チャネルについて、前記スイッチング制御を行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行うことを特徴とする。 The single inductor multi-output DC / DC conversion circuit of the present invention includes an error amplifier that outputs an error between the output voltage and the desired voltage in each channel, and the control circuit includes the channel in each channel. Compare the output of the error amplifier, select a channel other than the channel with the largest output of the error amplifier among the channels, and change the total time of the control period of each channel without changing the total time of the control cycle of each channel. The output voltage control period is made relatively small with respect to a channel not selected, and the output voltage is obtained by performing the switching control for each channel, and the output voltage of each single inductor multi-output power supply circuit is obtained. Control is performed.
本発明によれば、各チャネルの負荷変動に応じて各チャネルの電源の制御期間又は制御周期を制御して、出力電圧が安定するまでの時間を早くすることができるため、負荷変動時の出力電圧リプルを小さくできるとともに、クロスレギュレーションの影響を小さくすることができる。 According to the present invention, it is possible to control the control period or control cycle of the power supply of each channel according to the load fluctuation of each channel, and to shorten the time until the output voltage is stabilized. The voltage ripple can be reduced and the influence of cross regulation can be reduced.
本発明に係るスイッチング電源回路の実施例について説明する前に、まずPWM制御によるスイッチング電源回路について以下に説明する。 Before describing an embodiment of a switching power supply circuit according to the present invention, a switching power supply circuit based on PWM control will be described first.
図2(a)乃至(b)は、PWM制御によるスイッチング電源回路を説明するための図で、図2(a)はスイッチング電源回路の全体構成図、図2(b)は、鋸歯状波とエラーアンプ(増幅誤差器)との関係を示す図である。 2A and 2B are diagrams for explaining a switching power supply circuit by PWM control. FIG. 2A is an overall configuration diagram of the switching power supply circuit, and FIG. 2B is a sawtooth wave. It is a figure which shows the relationship with an error amplifier (amplification error device).
図2(a)において、入力電圧がDC/DC変換回路(DC/DCコンバータ)101に入力されると、入力電圧が昇圧もしくは降圧されて、出力電圧が出力される。その出力電圧がエラーアンプ102に入力され、基準電圧Vrefからの誤差に対応する誤差信号がPWM回路105に出力される。そして、PWM回路105を構成するコンパレータ103によって鋸歯状波発生回路104からの鋸歯状波とエラーアンプ102からの誤差信号とが比較される。ここで鋸歯状波とエラーアンプの出力の関係は、例えば図2(b)のようになる。つまり、鋸歯状波の1周期が1のスイッチングサイクルとなり、スイッチングサイクルごとにエラーアンプ102の誤差信号は変化し、PWM回路105の出力信号は、図2(c)のような、パルス幅の異なる信号が出力される。ここで、パルス幅はスイッチング電源回路の出力電圧の所望の出力電圧からの誤差に対応する。スイッチ制御回路106を介して、DC/DC変換回路101でパルス幅に応じたスイッチング動作が行われ、入力電圧を昇圧もしくは降圧した出力電圧が、スイッチング電源回路の出力電圧として得られる。
In FIG. 2A, when an input voltage is input to a DC / DC conversion circuit (DC / DC converter) 101, the input voltage is stepped up or down to output an output voltage. The output voltage is input to the
次に、多出力DC/DC変換回路について以下に説明する。 Next, the multi-output DC / DC conversion circuit will be described below.
図3(a)(b)は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を説明するための図で、図3(a)は、従来の2出力DC/DC変換回路、図3(b)は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を示している。
3A and 3B are diagrams for explaining a single inductor two-output DC / DC conversion circuit. FIG. 3A shows a conventional two-output DC / DC conversion circuit, and FIG. These show the
従来の2出力DC/DC変換回路111a、111bは、インダクタLが2個必要であり、サイズもコストも大きい。これに対して、単一のインダクタ2出力DC/DC変換回路112は、インダクタLが1個であり、サイズもコストも小さい。
The conventional two-output DC /
図3(a)に示すように、電子機器における各電子部品は、駆動するための電源電圧が異なるので、単一のバッテリーで電力を供給するためには、単一のバッテリーの電圧から各電子部品を駆動するための電源電圧を生成するDC/DC変換回路が、電子部品ごとに必要となる。ところが、電子部品ごとにDC/DC変換回路を用意することは、部品数の増加を招くという問題がある。そこで、電子部品ごとにDC/DC変換回路を用意するのではなく、図3(b)のように、インダクタを共有化、つまり、単一のインダクタで構成し、複数の電源電圧を生成する多出力電源装置が必要になる。つまり、単一インダクタ多出力(SIMO(Single−Inductor,Multiple Output))DC/DC変換回路が有用である。 As shown in FIG. 3A, each electronic component in an electronic device has a different power supply voltage for driving. Therefore, in order to supply power with a single battery, each electronic component is derived from the voltage of a single battery. A DC / DC conversion circuit that generates a power supply voltage for driving the components is required for each electronic component. However, preparing a DC / DC conversion circuit for each electronic component has a problem of increasing the number of components. Therefore, instead of preparing a DC / DC conversion circuit for each electronic component, as shown in FIG. 3B, the inductor is shared, that is, a single inductor is used to generate a plurality of power supply voltages. An output power supply is required. That is, a single inductor multiple output (SIMO (Single Inductor, Multiple Output)) DC / DC conversion circuit is useful.
図4(a)、(b)は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路の原理図で、図4(a)は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路の回路構成図、図4(b)は、そのインダクタ電流波形を示している。 4A and 4B are principle diagrams of a single inductor 2-output DC / DC conversion circuit, and FIG. 4A is a circuit configuration diagram of the single inductor 2-output DC / DC conversion circuit. (B) shows the inductor current waveform.
単一インダクタ2出力DC/DC変換回路121は2つのチャネルを有し、第1のチャネルからは第1の出力電圧Vo1が得られ、第1の電源を構成する。また、第2のチャネルからは第2の出力電圧Vo2が得られ、第2の電源を構成する。
The single inductor two-output DC /
まず、第1のチャネルは、入力電圧Vinを入力する電源EとインダクタLとスイッチSW0及びSW1と容量C1から構成される。ここで、インダクタLの一端は電源Eのプラス側に接続され、他端はスイッチSW0およびSW1に接続される。また、スイッチSW0の一端は、グランドに接地されている。スイッチSW1は、容量C1と抵抗R1の一端に接続され、第1の出力電圧Vo1を得る第1の電源を構成する。容量C1と抵抗R1の他端は、それぞれグランドに接地されている。また、容量C1の両端は、電子機器等の負荷R1に接続される。 First, the first channel includes a power supply E that receives an input voltage Vin, an inductor L, switches SW0 and SW1, and a capacitor C1. Here, one end of the inductor L is connected to the positive side of the power source E, and the other end is connected to the switches SW0 and SW1. One end of the switch SW0 is grounded. The switch SW1 is connected to one end of the capacitor C1 and the resistor R1, and constitutes a first power supply that obtains the first output voltage Vo1. The other ends of the capacitor C1 and the resistor R1 are each grounded. Further, both ends of the capacitor C1 are connected to a load R1 such as an electronic device.
次に、第2のチャネルは、入力電圧Vinを入力する電源EとインダクタLとスイッチSW0及びSW2と容量C2から構成される。ここで、インダクタLの一端は電源Eのプラス側に接続され、他端はスイッチSW0およびSW2に接続される。また、スイッチSW0の一端は、グランドに接地されている。スイッチSW2は、容量C2と抵抗R2の一端に接続され、第2の出力電圧Vo2を得る第2の電源を構成する。容量C2と抵抗R2の他端は、それぞれグランドに接地されている。また、容量C2の両端は、電子機器等の負荷R2に接続される。 Next, the second channel includes a power supply E for inputting the input voltage Vin, an inductor L, switches SW0 and SW2, and a capacitor C2. Here, one end of the inductor L is connected to the plus side of the power source E, and the other end is connected to the switches SW0 and SW2. One end of the switch SW0 is grounded. The switch SW2 is connected to one end of the capacitor C2 and the resistor R2, and constitutes a second power source that obtains the second output voltage Vo2. The other ends of the capacitor C2 and the resistor R2 are each grounded. Further, both ends of the capacitor C2 are connected to a load R2 such as an electronic device.
次に、図4(a)に示した単一インダクタ2出力DC/DC変換回路121の動作を説明する。このときのインダクタLに流れる充電電流ILの波形を図4(b)に例示する。例示した波形は、スイッチSW0〜SW2をPWM信号によりスイッチング動作を行ったときの波形であり、安定した定常状態における波形である。
Next, the operation of the single inductor 2-output DC /
単一インダクタ2出力DC/DC変換回路121は、2つの出力電圧Vo1、Vo2を得るために、容量C1、C2に電荷を充電するスイッチングサイクルを2つ設けて、インダクタを時分割して利用することで、充電を行う。すなわち、2つの期間のうち、1つ目のサイクル(第1のスイッチングサイクル)では、第1の出力電圧Vo1を得るための昇圧動作を行い、2つの期間のうち2つ目のサイクル(第2のスイッチングサイクル)では、第2の出力電圧Vo2を得るための昇圧動作を行う。
In order to obtain two output voltages Vo1 and Vo2, the single inductor 2-output DC /
まず、第1のスイッチングサイクルにおいて、スイッチSW2はオフし、スイッチSW0、SW1のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW1がオフして、インダクタLに充電電流が充電される(1up:図4(b)のVo1期間の上り傾斜部)。次に、スイッチSW0がオフし、スイッチSW1がオンして、インダクタLに充電された充電電流が容量C1に放電され、容量C1は充電される(1down:図4(b)のVo1期間の下り傾斜部)。そして、第1の出力電圧Vo1が得られる。このとき、1周期に対する上り傾斜部の時間の比率を時比率(デューティ)と呼び、デューティは、入力電圧Vinと出力電圧Vo1の比率により決定される。 First, in the first switching cycle, the switch SW2 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW1. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW1 is turned off, and the charging current is charged in the inductor L (1up: an upward slope portion of the Vo1 period in FIG. 4B). Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW1 is turned on, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged (1down: falling of the Vo1 period in FIG. 4B) Slope). Then, the first output voltage Vo1 is obtained. At this time, the ratio of the time of the ascending slope with respect to one period is called a time ratio (duty), and the duty is determined by the ratio of the input voltage Vin and the output voltage Vo1.
次に、第2のスイッチングサイクルにおいて、スイッチSW1はオフし、スイッチSW0、SW2のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW2がオフして、インダクタLに充電電流が充電される(2up:図4(b)のVo2期間の上り傾斜部)。次にスイッチSW0がオフし、スイッチSW2がオンして、インダクタLに充電電流が容量C2に放電され、容量C1は充電される(2down:図4(b)のVo2期間の下り傾斜部)。そして第2の出力電圧Vo2が得られる。このような回路によってインダクタを時分割して交互に利用することで、2つの出力電圧を得ることができる。この場合のデューティは、入力電圧Vinと出力電圧Vo2の比率により決定される。 Next, in the second switching cycle, the switch SW1 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW2. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW2 is turned off, and the charging current is charged in the inductor L (2up: the upward slope portion of the Vo2 period in FIG. 4B). Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW2 is turned on, the charging current is discharged to the capacitor C2 in the inductor L, and the capacitor C1 is charged (2down: the downward slope portion of the Vo2 period in FIG. 4B). Then, the second output voltage Vo2 is obtained. Two output voltages can be obtained by using the inductors in such a manner as being time-divisionally used alternately. The duty in this case is determined by the ratio between the input voltage Vin and the output voltage Vo2.
図5は、PWM制御方式の多出力DC/DC変換回路におけるクロスレギュレーションの影響を説明するための図である。多出力電源において、片方の電源の出力で負荷電流が変動した場合、他方の電源の出力電圧に変動(リプル)が現れる現象をクロスレギュレーションという。第1の出力電圧Vo1側の負荷が重負荷になり、第2の出力電圧Vo2が定常状態のときのクロスレギュレーションの様子を図5に示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the influence of cross regulation in a PWM control type multi-output DC / DC conversion circuit. In a multi-output power supply, when the load current fluctuates at the output of one power supply, the phenomenon in which fluctuation (ripple) appears in the output voltage of the other power supply is called cross regulation. FIG. 5 shows the state of cross regulation when the load on the first output voltage Vo1 side is a heavy load and the second output voltage Vo2 is in a steady state.
つまり、複数の出力を取り出す場合、ある出力が他の出力に与える影響である。図4(a)に示す2出力DC/DCコンバータの場合、片方の出力で負荷変動が生じると、スイッチに与えるPWM信号のパルス幅が変動する。例えば、第1の出力電圧側の負荷が重負荷になったとき、第1の期間において、スイッチSW0、SW1に与えられるPWM信号のパルス幅は大きくなる。すなわち、インダクタに充電される充電電流ILは大きくなる。そして、充電電流ILが容量C1にすべて放電される前に、第2の期間に移行するため、第2の期間において、放電されなかった充電電流ILが容量C2に一部充電され、第2の出力Vo2に変動が生じるという問題がある。 That is, when a plurality of outputs are taken out, it is an influence that one output has on other outputs. In the case of the 2-output DC / DC converter shown in FIG. 4A, when a load change occurs in one output, the pulse width of the PWM signal applied to the switch changes. For example, when the load on the first output voltage side becomes a heavy load, the pulse width of the PWM signal applied to the switches SW0 and SW1 increases in the first period. That is, the charging current I L to be charged in the inductor increases. Then, before the charging current I L is completely discharged to the capacitor C1, the second period is entered, so in the second period, the charging current I L that was not discharged is partially charged into the capacitor C2, There is a problem that fluctuation occurs in the output Vo2 of No.2.
PWM制御の場合、第1の出力において負荷変動が生じ、第2の出力が定常状態のとき、1つの期間において一方の電源しか制御できないため、チャネルの出力電圧が安定するまでに多くの時間を必要とし、出力電源リプルが大きくなる。つまり、第1の期間と第2の期間とが交互にしかこないため、パルス幅を調整して出力誤差電圧を小さくするのに、次の第1の期間まで待たなければならず、出力電圧リプルは大きくなり、ひいてはクロスレギュレーションの影響が大きくなる。一方で、各チャネルの出力誤差電圧に応じて各チャネルの電源の制御期間又は制御周期を制御できれば、一方の電源の制御期間にインダクタLに充電された充電電流が、他方の電源の制御期間に移行する前に容量にすべて放電されるため、出力電圧リプルを短時間で小さくすることができ、ひいてはクロスレギュレーションの影響を小さくできることがわかる。 In the case of PWM control, when a load fluctuation occurs in the first output and the second output is in a steady state, only one power source can be controlled in one period. Therefore, a long time is required until the output voltage of the channel is stabilized. Necessary and the output power supply ripple becomes large. In other words, since the first period and the second period only alternate, the output voltage ripple must be waited until the next first period in order to reduce the output error voltage by adjusting the pulse width. Becomes larger, which in turn increases the influence of cross regulation. On the other hand, if the control period or control cycle of the power supply of each channel can be controlled in accordance with the output error voltage of each channel, the charging current charged in the inductor L during the control period of one power supply becomes the control period of the other power supply. It can be seen that the output voltage ripple can be reduced in a short time because the capacitor is completely discharged before the transition, and thus the influence of cross regulation can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の実施例1について説明する。
図6は、本発明に係る単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えたスイッチング電源回路を説明するための回路構成図である。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining a switching power supply circuit including a single inductor 2-output DC / DC conversion circuit according to the present invention.
本発明に係るスイッチング電源回路は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路(デュアル昇圧コンバータ)130と、第1の出力電圧Vo1及び第1の基準電圧Vref1を入力する第1のエラーアンプ(誤差増幅器)131と、この第1のエラーアンプ131及び鋸歯状発信回路136に接続された第1のコンパレータ(比較器)133と、第2の出力電圧Vo2及び第2の基準電圧Vref2を入力する第2のエラーアンプ132(誤差増幅器)と、この第2のエラーアンプ132及び鋸歯状波発生回路136に接続された第2のコンパレータ(比較器)134と、この第1のコンパレータ133及び第2のコンパレータ134に接続された差動増幅器135と、差動増幅器135の出力とを入力する制御比率発生器137と、第1のコンパレータ133の出力及び制御比率発生器137の出力を入力する第1の周波数シンセサイザ139と、第2のコンパレータの出力134及び制御比率発生器137の出力を入力する第2の周波数シンセサイザ140と、制御比率発生器137、第1の周波数シンセサイザ139の出力及び第2の周波数シンセサイザ140の出力を入力するスイッチ制御回路138から構成されている。なお、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130については、図4(a)に示した単一インダクタ2出力DC/DC変換回路121と同様である。
The switching power supply circuit according to the present invention includes a single inductor two-output DC / DC converter circuit (dual boost converter) 130, and a first error amplifier (error) that receives the first output voltage Vo1 and the first reference voltage Vref1. Amplifier) 131, a first comparator (comparator) 133 connected to the
つまり、本発明に係るスイッチング電源回路は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えており、2電源の誤差アンプの出力の比較あるいは2電源の負荷電流の比較により、PWMクロック周期毎に2電源の各制御比率又は各制御期間を決定し、スイッチング素子を切り替え制御する。このスイッチング電源回路は2つのチャネルを有し、第1のチャネルからは第1の出力電源Vo1が得られ、第1の電源を構成する。また、第2のチャネルからは第2の出力電源Vo2が得られ、第2の電源を構成する。また、本発明に係るスイッチング電源回路は、差動増幅器135と制御比率発生器137と第1の周波数シンセサイザ139と第2の周波数シンセサイザ140とで、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力信号の値と所望の値との誤差が最も大きいチャネルを選択し、その選択したチャネルにおける出力信号の制御周期を相対的に大きくして、出力信号をスイッチング制御する制御回路、又は単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力信号の値と所望の値との誤差が最も大きいチャネルを選択し、その選択したチャネルにおける出力信号の制御周期のみを短縮して、出力信号をスイッチング制御する制御回路を構成する。
In other words, the switching power supply circuit according to the present invention includes a single inductor two-output DC / DC conversion circuit, and compares the output of the error amplifier of the two power supplies or the load current of the two power supplies for each PWM clock cycle. Each control ratio or each control period of the two power sources is determined, and the switching element is switched and controlled. This switching power supply circuit has two channels, and a first output power supply Vo1 is obtained from the first channel, and constitutes a first power supply. Further, the second output power supply Vo2 is obtained from the second channel, and constitutes the second power supply. Further, the switching power supply circuit according to the present invention includes a
入力電圧が単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130に入力されると、その出力電圧が、第1及び第2のエラーアンプ131、132と第1及び第2のコンパレータ133、134と第1の周波数シンセサイザ139及び第2の周波数シンセサイザ140とスイッチ制御回路138とを介して制御され、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130からの出力電圧を得る。
When the input voltage is input to the
図6に示した本発明のスイッチング電源回路の動作を以下に説明する。 The operation of the switching power supply circuit of the present invention shown in FIG. 6 will be described below.
本発明のスイッチング電源回路は、2つの出力電圧Vo1、Vo2を得るために、容量C1、C2に電荷を充電する期間を設けて、インダクタを時分割して利用することで、充電を行う。すなわち、2つの期間のうち第1の期間では、第1の電源として第1の出力電圧Vo1を得るための昇圧動作を行い、2つの期間のうち第2の期間では、第2の電源として第2の出力電圧Vo2を得るための昇圧動作を行う。 In order to obtain two output voltages Vo1 and Vo2, the switching power supply circuit of the present invention performs charging by providing a period for charging the capacitors C1 and C2 and using the inductor in a time-sharing manner. That is, in the first period out of the two periods, the boosting operation for obtaining the first output voltage Vo1 is performed as the first power supply, and in the second period out of the two periods, the second power supply is used as the second power supply. Step-up operation for obtaining an output voltage Vo2 of 2 is performed.
まず、第1のスイッチングサイクルにおいて、スイッチSW2はオフし、スイッチSW0、SW1のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW1がオフして、インダクタLに充電電流が充電される。次に、スイッチSW0がオフし、スイッチSW1がオンして、インダクタLに充電された充電電流が容量C1に放電され、容量C1は充電される。そして、インダクタLの充放電の動作を第1の期間に行うことを繰り返すことで、第1の出力電圧Vo1が得られる。つまり、第1の期間の間、それぞれ1個のパルスがスイッチSW0、SW1に入力されて、昇圧動作が行われる。 First, in the first switching cycle, the switch SW2 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW1. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW1 is turned off, and the charging current is charged in the inductor L. Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW1 is turned on, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged. Then, by repeating the charging / discharging operation of the inductor L in the first period, the first output voltage Vo1 is obtained. That is, during the first period, one pulse is input to each of the switches SW0 and SW1, and the boosting operation is performed.
第1の出力電圧Vo1は、第1のエラーアンプ131によって基準電源電圧Vref1と比較され、第1の出力誤差電圧ΔVo1が出力される。基準電源電圧Vref1は、所望の第1の出力電圧に対応した電圧である。鋸歯状波発生回路136は、所定の周期で電圧が増加する鋸歯状波電圧Vtを出力する。第1のコンパレータ133は第1の出力誤差電圧ΔVo1と鋸歯状波電圧Vtとを比較してPWM信号PWM1を出力する。ここで、負荷R1が重負荷となったとき、第1の出力誤差電圧ΔVo1は、電圧値が正でその絶対値が大きくなる。つまり、第1の出力誤差電圧ΔVo1は、電圧値が大きな値となる。一方、負荷R1が軽負荷となったとき、第1の出力誤差電圧ΔVo1は、電圧値が負でその絶対値が大きくなる。つまり、第1の出力誤差電圧ΔVo1は、電圧値が小さな値となる。
The first output voltage Vo1 is compared with the reference power supply voltage Vref1 by the
次に、第2のスイッチングサイクルにおいて、スイッチSW1はオフし、スイッチSW0、SW2のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW2がオフして、インダクタLに充電電流が充電される。次に、スイッチSW0がオフし、スイッチSW2がオンして、インダクタLに充電された充電電流が容量C2に放電され、容量C2は充電される。そして、インダクタLに充電された充電電流が容量C2に放電され、第2の出力Vo2が得られる。つまり、第2のスイッチングサイクルの間、それぞれ1個のパルスがスイッチSW0、SW2に入力されて、昇圧動作が行われる。 Next, in the second switching cycle, the switch SW1 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW2. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW2 is turned off, and the inductor L is charged with a charging current. Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW2 is turned on, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C2, and the capacitor C2 is charged. Then, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C2, and the second output Vo2 is obtained. That is, during the second switching cycle, one pulse is input to each of the switches SW0 and SW2, and the boosting operation is performed.
第2の出力電圧Vo2は、第2のエラーアンプ132によって基準電源電圧Vref2と比較され、第2の出力誤差電圧ΔVo2が出力される。基準電源電圧Vref2は、所望の第2の出力電圧に対応した電圧である。鋸歯状波発生回路136は、所定の周期で電圧が増加する鋸歯状波電圧Vtを出力する。第2のコンパレータ134は第2の出力用誤差電圧ΔVo2と鋸歯状波電圧Vtとを比較してPWM信号PWM2を出力する。ここで、負荷R2が重負荷となったとき、第2の出力誤差電圧ΔVo2は、電圧値が正でその絶対値が大きくなる。つまり、第2の出力誤差電圧ΔVo2は、電圧値が大きな値となる。一方、負荷R2が軽負荷となったとき、第2の出力誤差電圧ΔVo2は、電圧値が負でその絶対値が大きくなる。つまり、第2の出力誤差電圧ΔVo2は、電圧値が小さな値となる。
The second output voltage Vo2 is compared with the reference power supply voltage Vref2 by the
チャネルの切り替えは、まず、第1のスイッチングサイクルにおいて、第1の出力電圧Vo1を容量C1に充電し、次に、第2のスイッチングサイクルにおいて、第2の出力電圧Vo2を容量C2に充電する。これを1つのチャネル切り替えサイクルとして、このチャネル切り替えサイクルを繰り返し行う。 In the channel switching, first, the first output voltage Vo1 is charged to the capacitor C1 in the first switching cycle, and then the second output voltage Vo2 is charged to the capacitor C2 in the second switching cycle. With this as one channel switching cycle, this channel switching cycle is repeated.
ここで、制御対象となる出力電圧は、第1の出力誤差電圧ΔVo1と、第2の出力誤差電圧ΔVo2とを比較して決定される。この比較は、差動増幅器135によって行われる。
Here, the output voltage to be controlled is determined by comparing the first output error voltage ΔVo1 and the second output error voltage ΔVo2. This comparison is performed by the
第1の方法は、1つのチャネル切り替えサイクルのうちの第1のスイッチングサイクル開始時に、各電源のスイッチングサイクルの期間自体は変更せずに、いずれか1つの電源を制御する周期を短くする方法である。例えば、今クロックの開始時にΔVo1がΔVo2より大きい場合、出力電圧Vo2の制御に対応する周期を短くする。ただし、第2のスイッチングサイクルの期間自体が変更短縮されることはない。第2の電源制御の期間周期を短くすると、相対的に第1の制御周期が長くなり、第1の電源が優先的に制御されて第1の出力電源誤差ΔVo1が小さくなるように補正される。出力電圧が安定するまでの時間を早くすることができるため、負荷変動時の出力電源リプルを小さくできる。また、インダクタLに充電された充電電流は、その電源の制御期間が終了する前に十分に容量Cに放電され、クロスレギュレーションの影響を少なくすることができる。 In the first method, at the start of the first switching cycle in one channel switching cycle, the period of the switching cycle of each power source is not changed, and the cycle for controlling any one power source is shortened. is there. For example, if ΔVo1 is larger than ΔVo2 at the start of the current clock, the cycle corresponding to the control of the output voltage Vo2 is shortened. However, the period of the second switching cycle itself is not changed or shortened. When the period of the second power supply control is shortened, the first control period is relatively long, and the first power supply is controlled with priority, and the first output power supply error ΔVo1 is reduced. . Since the time until the output voltage stabilizes can be shortened, the output power supply ripple when the load fluctuates can be reduced. Further, the charging current charged in the inductor L is sufficiently discharged to the capacitor C before the end of the control period of the power supply, and the influence of cross regulation can be reduced.
まず、差動増幅器135は、第1の出力誤差電圧ΔVo1と、第2の出力誤差電圧ΔVo2とを比較して、出力誤差電圧ΔVo1が大きい場合はローレベル(論理値0)の信号を、出力誤差電圧ΔVo2が大きい場合はハイレベル(論理値1)の信号を、スイッチングサイクル開始時に制御比率発生器137に送信する。制御比率発生器137は、差動増幅器135から送信された信号から、制御周期を短縮する電源及び制御周期を決定する。短縮する制御周期は、例えば制御比率発生器137に内蔵する参照電源の比較等により決定する。制御比率発生器137は、さらにその短縮する制御周期を信号化し、PWM期間を短縮する側の電源に対応する周波数シンセサイザに送信する。
First, the
例えばセレクタ制御比率発生器137がローレベルの信号を受信した場合、制御比率発生器137は、決定した制御周期を第1の周波数シンセサイザ139に送信する。第1の周波数シンセサイザ139は第1のコンパレータ133から送信されたPWM1の期間(制御周期)を制御比率発生器137により決定された期間に短縮して信号M01とし、信号M01を、スイッチ制御回路138に送信する。一方、第2の周波数シンセサイザ140は第2のコンパレータ134から送信されたPWM信号をそのまま信号M02とし、信号M02を、スイッチ制御回路138に送信する。この場合、第1のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ制御回路138は、信号M01に基づいてスイッチSW0とSW1をON/OFF制御して、出力コンデンサC1に電荷を供給して第1の電源を制御することにより出力電圧Vo1を補正する。その後、第2のスイッチングサイクルにおいて信号M02に基づいてインダクタLのスイッチSW0とスイッチSW2をON/OFF駆動して、出力コンデンサC2に電荷を供給し第2の電源を制御する。
For example, when the selector
また、制御比率発生器137がハイレベルの信号を受信した場合、制御比率発生器137は、決定した制御周期を第2の周波数シンセサイザ140に送信する。第2の周波数シンセサイザ140は第2のコンパレータ134から送信されたPWM2の期間(制御周期)を制御比率発生器137により決定された期間に短縮して信号M02とし、信号M02を、スイッチ制御回路138に送信する。一方、第1の周波数シンセサイザ139は第1のコンパレータ133から送信されたPWM信号をそのまま信号M01とし、信号M01を、スイッチ制御回路138に送信する。この場合、第1のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ制御回路138は、信号M01に基づいてスイッチSW0とSW1をON/OFF制御して、出力コンデンサC1に電荷を供給して第1の電源を制御する。その後、第2のスイッチングサイクルにおいて信号M02に基づいてインダクタLのスイッチSW0とスイッチSW2をON/OFF駆動して、出力コンデンサC2に電荷を供給し第2の電源を制御して出力電圧Vo2を補正する。
When the
第1の出力誤差電圧ΔVo1が第2の出力誤差電圧ΔVo2より小さい場合、第1の電源の制御周期は短縮されるが、第2の電源の制御周期は短縮されない。一方で、第2の出力電圧誤差ΔVo2が第1の出力電圧誤差ΔVo1より小さい場合、第1の電源の制御周期は短縮されないが、第2の電源の制御周期は短縮される。 When the first output error voltage ΔVo1 is smaller than the second output error voltage ΔVo2, the control cycle of the first power supply is shortened, but the control cycle of the second power supply is not shortened. On the other hand, when the second output voltage error ΔVo2 is smaller than the first output voltage error ΔVo1, the control cycle of the first power supply is not shortened, but the control cycle of the second power supply is shortened.
図7は、図6の本発明に係る単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えたスイッチング電源回路において、スイッチングサイクル開始時にいずれかの電源の制御周期を短縮する方法を行った場合のインダクタ電流の波形を表したものである。 FIG. 7 shows an inductor when the method of shortening the control cycle of any power source at the start of the switching cycle in the switching power supply circuit having the single inductor two-output DC / DC conversion circuit according to the present invention of FIG. It shows the waveform of current.
図7(a)は、第2の出力誤差電圧ΔVo2が第1の出力誤差電圧ΔVo1より小さい場合のインダクタ電流の波形例を示す。この場合、第1の電源の制御周期は短縮されないが、第2の電源の制御周期は短縮される。 FIG. 7A shows a waveform example of the inductor current when the second output error voltage ΔVo2 is smaller than the first output error voltage ΔVo1. In this case, the control cycle of the first power source is not shortened, but the control cycle of the second power source is shortened.
図7(b)は、第1の出力誤差電圧ΔVo1が第2の出力誤差電圧ΔVo2より小さい場合のインダクタ電流の波形例を示す。この場合第2の電源の制御周期は短縮されないが、第1の電源の制御周期は短縮される。 FIG. 7B shows an example of the waveform of the inductor current when the first output error voltage ΔVo1 is smaller than the second output error voltage ΔVo2. In this case, the control cycle of the second power source is not shortened, but the control cycle of the first power source is shortened.
図6に戻って、第2の方法は、1つのチャネル切り替えサイクルのうちの第1のスイッチングサイクル開始時に2つの電源の制御デューティを可変して、制御する方法である。例えば、スイッチングサイクルの開始時にΔVo1がΔVo2より大きい場合、1つのチャネル切り替えサイクルの期間は変更せずに、出力電圧Vo1の制御に対応する第1のスイッチングサイクルの期間の割合を増やし、出力電圧Vo2の制御に対応する第2のスイッチングサイクルの期間の割合をその分だけ少なくする。出力誤差電圧ΔVo1、ΔVo2のうち大きいほうの電源の制御期間を長くすることにより、早く出力誤差電圧を小さくすることが、つまり出力電圧が安定するまでの時間を早くすることができるため負荷変動時の出力電圧リプルを小さくできる。また、インダクタLに充電される電流は、その電源の制御期間が終了するまでに十分に容量C1に放電され、クロスレギュレーションの影響を少なくすることができる。 Returning to FIG. 6, the second method is a method of performing control by varying the control duty of the two power supplies at the start of the first switching cycle in one channel switching cycle. For example, when ΔVo1 is larger than ΔVo2 at the start of the switching cycle, the ratio of the first switching cycle corresponding to the control of the output voltage Vo1 is increased without changing the period of one channel switching cycle, and the output voltage Vo2 The proportion of the period of the second switching cycle corresponding to the control is reduced accordingly. By extending the control period of the larger power supply between the output error voltages ΔVo1 and ΔVo2, the output error voltage can be reduced quickly, that is, the time until the output voltage stabilizes can be shortened, so that the load fluctuation time Output voltage ripple can be reduced. Further, the current charged in the inductor L is sufficiently discharged to the capacitor C1 by the end of the control period of the power supply, and the influence of cross regulation can be reduced.
まず、差動増幅器135は、第1の出力誤差電圧ΔVo1と、第2の出力誤差電圧ΔVo2とを比較して、出力誤差電圧ΔVo1が大きい場合はローレベル(論理値0)の信号を、出力誤差電圧ΔVo2が大きい場合はハイレベル(論理値1)の信号を、制御比率発生器137に送信する。制御比率発生器137は、時間変位αを決定する。ここで、αは、−1≦α≦1とし、ローレベルの信号を受信した場合には、正の数とし、ハイレベルの信号を受信した場合には、負の数とする。また、その大きさは制御比率発生器137に内蔵する基準電圧源との比較等により決定する。制御比率発生器137は、決定した時間変位αを信号化し、第1の周波数シンセサイザ139及び第2のシンセサイザ140に送信する。第1の周波数シンセサイザ139は、第1のコンパレータ133から送信されたPWM1及び制御比率発生器137から送信された時間変位αによりスイッチングサイクルの期間を決定する。本発明では各電源の通常のスイッチングサイクルの期間(PWM期間)をToとすると、第1のスイッチングサイクルの期間(第1の電源の制御周期)を(1+α)Toとした制御信号M01に可変し、スイッチ制御回路に送信する。また、第2の周波数シンセサイザ140は、第2のコンパレータ134から送信されたPWM2及び制御比率発生器137から送信された時間変位αにより制御周期を決定する。本実施例では第2のスイッチングサイクルの期間(第2の電源の制御周期)を(1―α)Toとした制御信号M02に可変し、スイッチ制御回路138に送信する。
First, the
制御比率発生器137はさらに第1の電源又は第2の電源を選択する信号である選択信号SELを、その期間を変更してスイッチ制御回路に送信する。選択信号SELは通常、ローレベル(論理値0)とハイレベル(論理値1)を交互に繰り返し、各期間はともに1のスイッチングサイクルの期間と同一である。本実施例の場合、制御比率発生器137は選択信号SELのローレベルの期間Toを(1+α)Toに変更し、ハイレベルの期間Toを(1−α)Toに変更し、スイッチ制御回路138に送信する。ただし、ローレベルの期間と、ハイレベルの期間の合算期間は変わらない。
The
この第1のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ制御回路138は、信号M01に基づいてスイッチSW0とSW1をON/OFF制御して、出力コンデンサC1に電荷を供給して出力電圧Vo1を補正制御する。その後、第2のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ制御回路138は、信号M02に基づいてインダクタLのスイッチSW0とスイッチSW2をON/OFF駆動して、出力コンデンサC2に電荷を供給し出力電圧Vo2を制御駆動する。以降、この動作を繰返す。
In the first switching cycle, the
第1の出力電圧誤差ΔVo1が第2の出力電圧誤差ΔVo2より大きい場合、第1のスイッチングサイクルは長くなり、第2のスイッチングサイクルは短くなる。一方で、第2の出力電源誤差ΔVo2が第1の出力電源誤差ΔVo1より大きい場合、第1のスイッチングサイクルは短くなり、第2のスイッチングサイクルは長くなる。 When the first output voltage error ΔVo1 is larger than the second output voltage error ΔVo2, the first switching cycle is lengthened and the second switching cycle is shortened. On the other hand, when the second output power supply error ΔVo2 is larger than the first output power supply error ΔVo1, the first switching cycle is shortened and the second switching cycle is lengthened.
図8は、図6の本発明に係る単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えたスイッチング電源回路において、クロック開始時に2つの電源の制御デューティを可変して、制御する方法を行った場合のインダクタ電流の波形を表したものである。
FIG. 8 shows a case where the switching power supply circuit having the
図8(a)は第1の出力電圧誤差ΔVo1が第2の出力電圧誤差より大きい場合のインダクタ電流の波形例を示す。この場合0≦α≦1となり、第1のスイッチングサイクルが通常の第1のスイッチングサイクルの期間より長くなり((1+α)倍)、第2のスイッチングサイクルが通常の第2のスイッチングサイクルの期間よりも短くなる((1−α)倍)。 FIG. 8A shows an example of the waveform of the inductor current when the first output voltage error ΔVo1 is larger than the second output voltage error. In this case, 0 ≦ α ≦ 1, the first switching cycle is longer than the normal first switching cycle ((1 + α) times), and the second switching cycle is longer than the normal second switching cycle. Becomes shorter ((1-α) times).
図8(b)は、第2の出力誤差電圧ΔVo2が第1の出力誤差電圧ΔVo1より大きい場合のインダクタ電流の波形例を示す。この場合−1≦α≦0となり、第1のスイッチングサイクルが通常の第1のスイッチングサイクルの期間より短くなり((1+α)倍)、第2のスイッチングサイクルが通常の第2のスイッチングサイクルの期間よりも長くなる((1−α)倍)。 FIG. 8B shows a waveform example of the inductor current when the second output error voltage ΔVo2 is larger than the first output error voltage ΔVo1. In this case, −1 ≦ α ≦ 0, the first switching cycle is shorter than the normal first switching cycle period ((1 + α) times), and the second switching cycle is the normal second switching cycle period. Longer ((1-α) times).
一方の出力において負荷変動が生じると、出力コンデンサの電荷が一時的に充放電されて出力電圧が変化し、出力電圧誤差が大きくなる。このような場合に、出力電圧誤差が大きいほうの電源を優先的に制御対象とすることにより、制御対象となった電源は、誤差を縮小する方向にすばやく制御され、誤差が大きいほうの電源をより早く安定化させる。そのため、出力電圧リプルを小さくすることができるとともに、クロスレギュレーションの影響をすばやく減少することができる。 When a load change occurs in one of the outputs, the charge of the output capacitor is temporarily charged and discharged, the output voltage changes, and the output voltage error increases. In such a case, the power supply with the larger output voltage error is preferentially controlled so that the power supply to be controlled is quickly controlled in a direction to reduce the error, and the power supply with the larger error is selected. Stabilize faster. Therefore, the output voltage ripple can be reduced and the influence of cross regulation can be quickly reduced.
図9(a)乃至(c)は、図6におけるスイッチ制御部の具体的な回路構成図で、図9(a)は、第1の周波数シンセサイザ139の出力M01及び第2の周波数シンセサイザ140の出力M02を受けて各スイッチを操作する概念図、図9(b)は、スイッチ制御回路138の回路構成図、図9(c)は、真理値表を示している。
FIGS. 9A to 9C are specific circuit configuration diagrams of the switch control unit in FIG. 6, and FIG. 9A illustrates the output M01 of the first frequency synthesizer 139 and the
スイッチ制御回路138は、第1の周波数シンセサイザ139の出力信号M01、第2の周波数シンセサイザ140の出力信号M02、選択信号SELを入力し、スイッチSW0〜SW2にPWM信号を出力する。選択信号SELは、第1の期間、第2の期間を決める信号である。第1の期間は、ローレベル(論理値が0)のときで、第2の期間は、ハイレベル(論理値が1)のときである。
The
選択信号SELが0のとき、第1の周波数シンセサイザ139の出力信号M01はイネーブルされ、第2の周波数シンセサイザ140の出力信号M02はディスイネーブルされる。そして、スイッチSW0には、第1の周波数シンセサイザ139の出力信号M01が出力され、スイッチSW1には、第1の周波数シンセサイザ139の出力信号M01を反転した信号が出力され、スイッチSW2には、0が出力される。
When the selection signal SEL is 0, the output signal M01 of the first frequency synthesizer 139 is enabled and the output signal M02 of the
選択信号SELが1のとき、第1の周波数シンセサイザ139の出力信号M01はディスイネーブルされ、第2の周波数シンセサイザ140の出力信号M02はイネーブルされる。そして、スイッチSW0には、第2の周波数シンセサイザ140の出力信号M02が出力され、スイッチSW1には、0が出力され、スイッチSW2には、第2の周波数シンセサイザ140の出力信号M02を反転した信号が出力される。
When the selection signal SEL is 1, the output signal M01 of the first frequency synthesizer 139 is disabled and the output signal M02 of the
このように、SW1とSW2とが同時にオンすることなく、第1の周波数シンセサイザ139からの出力M01及び第2の周波数シンセサイザ140からの出力M02とを時分割して、スイッチSW0〜SW2に与えることができる。このように、選択信号SELにより、Vo1とVo2の制御を選択する。
In this way, the output M01 from the first frequency synthesizer 139 and the output M02 from the
なお、上記2つの実施例では、2つの出力電圧誤差ΔVo1とΔVo2との比較により制御する電源及びそのスイッチング期間を決定したが、他の実施例では、出力誤差電圧ΔVoに代えて、第1及び第2の電源の負荷電流Io1及びIo2を比較して、制御する電源及びそのスイッチング期間を決定することもできる。 In the above-described two embodiments, the power source to be controlled and the switching period thereof are determined by comparing the two output voltage errors ΔVo1 and ΔVo2. However, in the other embodiments, the first and second output voltage errors ΔVo instead of the output error voltage ΔVo are determined. The load currents Io1 and Io2 of the second power supply can be compared to determine the power supply to be controlled and its switching period.
以上は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を用いた場合について説明したが、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路を用いることも可能である。つまり、単一インダクタ多出力変換回路として、単一インダクタn(nは2以上)出力DC/DC変換回路を用いる場合には、この単一のインダクタn出力回路の出力電圧と基準電圧との差分を増幅した誤差電圧をn個の比較器に出力するnこのエラーアンプと、エラーアンプから出力された誤差電圧と鋸歯状波との比較したPWM信号を制御比率発生器に出力するn個の比較器が必要になる。
Although the case where the
次に、本発明の実施例2について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図10は、本発明に係る単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えたスイッチング電源回路を説明するための図であり、各チャネルのエラーアンプからスイッチ制御回路までの回路構成図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining a switching power supply circuit including a single inductor 2-output DC / DC conversion circuit according to the present invention, and is a circuit configuration diagram from an error amplifier of each channel to a switch control circuit.
本発明に係るスイッチング電源回路は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路(デュアル昇圧コンバータ)130と、第1の出力電圧Vo1及び第1の基準電圧Vref1を入力する第1のエラーアンプ(誤差増幅器)131と、第2の出力電圧Vo2及び第2の基準電圧Vref2を入力する第2のエラーアンプ132と、この第1のエラーアンプ131の出力と第2のエラーアンプ132の出力とを入力とする差動増幅器135と、第1の鋸歯状波発生回路141と、この第1の鋸歯状波発生回路141の出力と差動増幅器135の出力を入力とする制御比率信号発生器142と、この制御比率信号発生器142の出力を入力とする第2及び第3の鋸歯状波発生回路143、144と、第1のエラーアンプ131の出力ΔVo1と第2の鋸歯状波発生回路143の出力を入力とする第1のコンパレータ145と、第2のエラーアンプ132の出力Vo2と第2の鋸歯状波発生回路144の出力を入力とする第2のコンパレータ146から構成されている。制御比率信号発生器142はコンパレータで構成されており、第1の電源と第2の電源のうち制御対象を選択する選択信号SELをスイッチ制御回路138に出力する。
The switching power supply circuit according to the present invention includes a single inductor two-output DC / DC converter circuit (dual boost converter) 130, and a first error amplifier (error) that receives the first output voltage Vo1 and the first reference voltage Vref1. Amplifier) 131, a
なお、実施例2では、スイッチ制御回路138については実施例1と同じであり、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130については、図4(a)に示した単一インダクタ2出力DC/DC変換回路121と同様である。
In the second embodiment, the
つまり、本発明に係るスイッチング電源回路は、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路を備えており、2電源のエラーアンプの出力の比較あるいは2電源の負荷電流の比較により、第1の鋸歯状波発生回路141の周期毎に2電源の各制御比率又は各制御期間を決定し、スイッチング素子を切り替え制御する。このスイッチング電源回路は2つのチャネルを有し、第1のチャネルからは第1の出力電源Vo1が得られ、第1の電源を構成する。また、第2のチャネルからは第2の出力電源Vo2が得られ、第2の電源を構成する。
That is, the switching power supply circuit according to the present invention includes a single inductor two-output DC / DC conversion circuit, and the first sawtooth shape is obtained by comparing the outputs of the error amplifiers of the two power supplies or comparing the load currents of the two power supplies. Each control ratio or each control period of the two power sources is determined for each cycle of the
入力電圧が単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130に入力されると、その出力電圧が、第1及び第2のエラーアンプ131、132と第1及び第2のコンパレータ133、134とスイッチ制御回路138とを介して制御され、単一インダクタ2出力DC/DC変換回路130からの出力電圧を得る。
When the input voltage is input to the
図10に示した本発明のスイッチング電源回路の動作を以下に説明する。 The operation of the switching power supply circuit of the present invention shown in FIG. 10 will be described below.
本発明のスイッチング電源回路は、2つの出力電圧Vo1、Vo2を得るために、容量C1、C2に電荷を充電する期間を設けて、インダクタを時分割して利用することで、充電を行う。すなわち、2つの期間のうち第1の期間では、第1の電源として第1の出力電圧Vo1を得るための昇圧動作を行い、2つの期間のうち第2の期間では、第2の電源として第2の出力電圧Vo2を得るための昇圧動作を行う。 In order to obtain two output voltages Vo1 and Vo2, the switching power supply circuit of the present invention performs charging by providing a period for charging the capacitors C1 and C2 and using the inductor in a time-sharing manner. That is, in the first period out of the two periods, the boosting operation for obtaining the first output voltage Vo1 is performed as the first power supply, and in the second period out of the two periods, the second power supply is used as the second power supply. Step-up operation for obtaining an output voltage Vo2 of 2 is performed.
まず、第1の期間(スイッチングサイクル)において、スイッチSW2はオフし、スイッチSW0、SW1のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW1がオフして、インダクタLに充電電流が充電される。次に、スイッチSW0がオフし、スイッチSW1がオンして、インダクタLに充電された充電電流が容量C1に放電され、容量C1は充電される。そして、インダクタLの充放電の動作を行う1つの期間を繰り返すことで、第1の出力電圧Vo1が得られる。つまり、交互にくる第1の期間の間、それぞれ1個のパルスがスイッチSW0,SW1に入力されて、昇圧動作が行われる。第1の出力電圧Vo1は、第1のエラーアンプ131によって基準電源電圧Vref1と比較され、第1の出力誤差電圧ΔVo1が出力される。
First, in the first period (switching cycle), the switch SW2 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW1. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW1 is turned off, and the charging current is charged in the inductor L. Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW1 is turned on, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C1, and the capacitor C1 is charged. The first output voltage Vo1 is obtained by repeating one period during which the inductor L is charged and discharged. That is, during the first alternating period, one pulse is input to each of the switches SW0 and SW1, and the boosting operation is performed. The first output voltage Vo1 is compared with the reference power supply voltage Vref1 by the
次に、第2の期間(スイッチングサイクル)において、スイッチSW1はオフし、スイッチSW0、SW2のオンオフで昇圧動作を行う。最初にスイッチSW0がオンし、スイッチSW2がオフして、インダクタLに充電電流が充電される。次に、スイッチSW0がオフし、スイッチSW2がオンして、インダクタLに充電された充電電流が容量C2に放電され、容量C2は充電される。そして、インダクタLの充放電の動作を行う1つの期間を繰り返すことで、第2の出力Vo2が得られる。つまり、第2のスイッチングサイクルの間、それぞれ1個のパルスがスイッチSW0、SW2に入力されて、昇圧動作が行われる。第2の出力電圧Vo2は、第2のエラーアンプ132によって基準電源電圧Vref2と比較され、第2の出力誤差電圧ΔVo2が出力される。
Next, in the second period (switching cycle), the switch SW1 is turned off, and the boosting operation is performed by turning on and off the switches SW0 and SW2. First, the switch SW0 is turned on, the switch SW2 is turned off, and the inductor L is charged with a charging current. Next, the switch SW0 is turned off, the switch SW2 is turned on, the charging current charged in the inductor L is discharged to the capacitor C2, and the capacitor C2 is charged. The second output Vo2 is obtained by repeating one period in which the charging / discharging operation of the inductor L is repeated. That is, during the second switching cycle, one pulse is input to each of the switches SW0 and SW2, and the boosting operation is performed. The second output voltage Vo2 is compared with the reference power supply voltage Vref2 by the
第1のエラーアンプ131の出力ΔVo1と第2のエラーアンプ132の出力ΔVo2は、差動増幅器135にその差分が増幅される。この差動増幅器135の出力と第1の鋸歯状波発生回路141の出力を入力とする制御比率信号発生回路142において比較され、制御対象の電源を選択する制御比率パルスSELを出力する。このSEL信号は次段の第2及び第3の鋸歯状波発生回路143、144に入力され、SEL信号のL期間及びH期間にあった幅の鋸歯状波をそれぞれ発生する。第2の鋸波状波発生回路143は、SEL信号がL期間のとき、鋸波状波を発生し、H期間のとき、停止する。第3の鋸波状波発生回路144は、SEL信号がL期間のとき、停止し、H期間のとき、鋸波状波を発生する。
The difference between the output ΔVo1 of the
第1のコンパレータ145は第1の出力誤差電圧ΔVo1と第2の鋸歯状波発生回路143の出力とを比較し、PWM信号PWM1を出力する。第2のコンパレータ146は第2の出力用誤差電圧ΔVo2と第3の鋸歯状波発生回路144の出力とを比較してPWM信号PWM2を出力する。
The
チャネルの切り替えはSEL信号により行われ、まず、第1のスイッチングサイクルにおいて、第1の出力電圧Vo1を容量C1に充電し、次に、第2のスイッチングサイクルにおいて、第2の出力電圧Vo2を容量C2に充電する。これを1つのチャネル切り替えサイクルとして、このチャネル切り替えサイクルを繰り返し行う。このチャネル切り替えサイクルの周期は、第1の鋸歯状波発生回路141の周期に一致している。
Channel switching is performed by the SEL signal. First, in the first switching cycle, the first output voltage Vo1 is charged to the capacitor C1, and then in the second switching cycle, the second output voltage Vo2 is charged to the capacitor. Charge C2. With this as one channel switching cycle, this channel switching cycle is repeated. The period of this channel switching cycle is the same as the period of the first sawtooth
図11は、図10に示した回路における各ノードの波形を示した図である。 FIG. 11 is a diagram showing waveforms at each node in the circuit shown in FIG.
上述のように、制御比率信号生成回路142が、出力誤差電圧ΔVo1とΔVo2との差に応じたデューティのPWM信号をSEL信号として出力する。
As described above, the control ratio
そして、SEL信号のL期間のとき鋸波状波を出力してH期間のとき停止する第2の鋸波状波発生回路143の出力と、出力誤差電圧ΔVo1とを比較して、第1の電源を制御するPWM信号PWM1をM01として第1のコンパレータ145より出力する。
Then, the output of the second sawtooth
また、SEL信号のL期間のとき停止してH期間のとき鋸波状波を出力する第3の鋸波状波発生回路144の出力と、出力誤差電圧ΔVo2とを比較して、第2の電源を制御するPWM信号PWM2をM02として第2のコンパレータ146より出力する。
このようにして、各チャネルにおける電源の出力電圧誤差の比率に応じた期間、各チャネルの電源の制御を行うことができる。これにより、出力誤差電圧が大きい方のチャネルを優先的に制御すること、すなわち負荷電流が大きい方のチャネルを優先的に制御することができる。つまり負荷電流が大きい方のチャネルを他のチャネルに比べて相対的に多く制御することができるため、出力電圧が安定するまでの時間を早くすることができる。
In addition, the output of the third sawtooth
In this manner, the power supply of each channel can be controlled for a period corresponding to the ratio of the output voltage error of the power supply in each channel. As a result, the channel with the larger output error voltage can be preferentially controlled, that is, the channel with the larger load current can be preferentially controlled. That is, since the channel with the larger load current can be controlled relatively more than the other channels, the time until the output voltage is stabilized can be shortened.
したがって、負荷変動時の出力電圧リプルを小さくできるとともに、クロスレギュレーションの影響を小さくすることができる。 Therefore, the output voltage ripple at the time of load change can be reduced, and the influence of cross regulation can be reduced.
1 入力直流電源
21 第1の主スイッチ
22 第2の主スイッチ
31 インダクタ
51 第1の整流手段
52 第2の整流手段
61 第1の平滑手段
62 第2の平滑手段
71 第1の負荷
72 第2の負荷
81 制御回路
90 検出回路
91 PWM回路
92 論理回路
101 DC/DC変換回路
102 エラーアンプ
103 コンパレータ
104 鋸歯状波発生回路
105 PWM回路
106 スイッチ制御回路
111 従来の2出力DC/DC変換回路
112、121、130 単一インダクタ多出力DC/DC変換回路
131 第1のエラーアンプ
132 第2のエラーアンプ
133 第1のコンパレータ
134 第2のコンパレータ
135 差動増幅器
136 鋸歯状波発生回路
137 制御比率発生器
138 スイッチ制御回路
139 第1の周波数シンセサイザ
140 第2の周波数シンセサイザ
141 第1の鋸歯状波発生回路
142 制御比率信号発生器
143 第2の鋸歯状波発生回路
144 第3の鋸歯状波発生回路
145 第1のコンパレータ
146 第2のコンパレータ
801、802、803、804 抵抗
805、806 誤差増幅器
807 基準電圧源
808 発振回路
809、810 比較器
811、812 AND回路
813 Tフリップフロップ
814 OR回路
815 NOR回路
1 input
Claims (4)
入力電圧を複数の出力電圧に変換する単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であって、該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、複数のチャネルを有し、該複数のチャネルの各チャネルからは、インダクタを時分割して、スイッチングを行うことにより1の出力電圧を得る、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路と、
前記1の出力電圧を得るための前記スイッチングの各スイッチングサイクル毎に該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力電圧と所望の電圧との誤差が最も大きいチャネルを選択し、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に大きく変更し、前記選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に小さく変更して、前記各チャネルについて、前記スイッチングを行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行う制御回路と
を備えていることを特徴とするスイッチング回路。 In a switching power supply circuit for controlling each output voltage of a single inductor multiple output DC / DC converter circuit,
A single inductor multi-output DC / DC converter circuit that converts an input voltage into a plurality of output voltages, the single inductor multi-output DC / DC converter circuit having a plurality of channels, and each of the plurality of channels. From the channel, a single inductor multi-output DC / DC conversion circuit that obtains one output voltage by time-sharing the inductor and performing switching;
For each switching cycle of the switching to obtain the one output voltage, a channel having the largest error between the output voltage and the desired voltage in each channel of the single inductor multiple output DC / DC converter circuit is selected, The total time of the control period of the channel is not changed, and the control period of the output voltage in the selected channel is largely changed relative to the control period of the output voltage in the non-selected channel, and the output voltage in the non-selected channel is changed. The control cycle is changed relatively small with respect to the control cycle of the output voltage in the selected channel, the output voltage is obtained by performing the switching for each channel, and the single inductor multi-output power supply circuit A switching circuit comprising: a control circuit that controls each output voltage.
前記各チャネルにおいて前記出力電圧と前記所望の電圧との誤差を出力するエラーアンプを備え、
前記制御回路は、
前記各チャネルにおける前記エラーアンプの出力を比較して、前記各チャネルのうちエラーアンプの出力の大きなチャネルを選択して、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に大きく変更し、前記選択しないチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期に対して相対的に小さく変更して、前記各チャネルについて、前記スイッチング制御を行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行うこと特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。 The single inductor multiple output DC / DC conversion circuit is:
An error amplifier that outputs an error between the output voltage and the desired voltage in each channel;
The control circuit includes:
Compare the output of the error amplifier in each channel, select a channel with a large error amplifier output among the channels, and change the total time of the control cycle of each channel without changing the total time of the control cycle of each channel. The output voltage control cycle is changed relatively large with respect to the output voltage control cycle in the non-selected channel, and the output voltage control cycle in the non-selected channel is relative to the output voltage control cycle in the selected channel. The output voltage is obtained by performing the switching control for each of the channels, and the output voltage of the single inductor multi-output power supply circuit is controlled. Switching power supply circuit.
入力電圧を複数の出力電圧に変換する単一インダクタ多出力DC/DC変換回路であって、該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路は、複数のチャネルを有し、該複数のチャネルの各チャネルからは、インダクタを時分割して、スイッチングを行うことによりそれぞれ1の出力電圧を得る、単一インダクタ多出力DC/DC変換回路と、
前記1の出力電圧を得るための前記スイッチングの各スイッチングサイクル毎に該単一インダクタ多出力DC/DC変換回路の各チャネルにおける出力電圧と所望の電圧との誤差が最も大きいチャネル以外のチャネルを選択し、各チャネルのスイッチングサイクルは変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を前記スイッチングサイクルに対して相対的に小さくして、前記各チャネルについて、前記スイッチングを行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行う制御回路と
を備えていることを特徴とするスイッチング回路。 In a switching power supply circuit for controlling each output voltage of a single inductor multiple output DC / DC converter circuit,
A single inductor multi-output DC / DC converter circuit that converts an input voltage into a plurality of output voltages, the single inductor multi-output DC / DC converter circuit having a plurality of channels, and each of the plurality of channels. From the channel, a single inductor multi-output DC / DC converter circuit that obtains one output voltage by time-sharing and switching each inductor;
A channel other than the channel having the largest error between the output voltage and the desired voltage in each channel of the single inductor multiple output DC / DC converter circuit is selected for each switching cycle of the switching to obtain the one output voltage. Then, without changing the switching cycle of each channel, the control period of the output voltage in the selected channel is made relatively small with respect to the switching cycle, and the output voltage is obtained by performing the switching for each channel. And a control circuit for controlling each output voltage of the single inductor multi-output power supply circuit.
前記各チャネルにおいて前記出力電圧と前記所望の電圧との誤差を出力するエラーアンプを備え、
前記制御回路は、
前記各チャネルにおける前記エラーアンプの出力を比較して、前記各チャネルのうちエラーアンプの出力が最も大きなチャネル以外のチャネルを選択して、各チャネルの制御周期の合計時間は変更せずに、前記選択したチャネルにおける出力電圧の制御周期を選択しないチャネルに対して相対的に小さくして、前記各チャネルについて、前記スイッチング制御を行うことにより出力電圧を得て、前記単一インダクタ多出力電源回路の各出力電圧の制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。 The single inductor multiple output DC / DC conversion circuit is:
An error amplifier that outputs an error between the output voltage and the desired voltage in each channel;
The control circuit includes:
Compare the output of the error amplifier in each channel, select a channel other than the channel with the largest output of the error amplifier among each channel, without changing the total time of the control period of each channel, The control cycle of the output voltage in the selected channel is made relatively small with respect to the channel that is not selected, the output voltage is obtained by performing the switching control for each channel, and the single inductor multi-output power supply circuit 4. The switching power supply circuit according to claim 3, wherein each output voltage is controlled.
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