JP2013223286A - 電源装置及び電源の制御方法 - Google Patents

電源装置及び電源の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2013223286A
JP2013223286A JP2012091978A JP2012091978A JP2013223286A JP 2013223286 A JP2013223286 A JP 2013223286A JP 2012091978 A JP2012091978 A JP 2012091978A JP 2012091978 A JP2012091978 A JP 2012091978A JP 2013223286 A JP2013223286 A JP 2013223286A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
terminal
voltage
circuit
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012091978A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5880239B2 (ja
Inventor
Toru Miyamae
亨 宮前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Semiconductor Ltd filed Critical Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority to JP2012091978A priority Critical patent/JP5880239B2/ja
Priority to US13/859,358 priority patent/US9225245B2/en
Priority to CN201310124661.0A priority patent/CN103378731B/zh
Publication of JP2013223286A publication Critical patent/JP2013223286A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5880239B2 publication Critical patent/JP5880239B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】CCM領域で安定して動作させつつも、出力電圧の電圧精度を向上することができる電源装置を提供する。
【解決手段】DC−DCコンバータ1は、コイルLと、コイルLにエネルギーを蓄えるためのトランジスタT1と、コイルLと複数の出力端子Po1,Po2とをそれぞれ接続するトランジスタT3,T4と、第1制御部30と、第2制御部50とを有する。第1制御部30は、複数の出力電圧Vout1,Vout2を合成した結果に基づいて、その結果を第1目標値に近づけるように、トランジスタT1をオン・オフ制御する制御信号VH1を生成する。また、第2制御部50は、複数の出力電圧Vout1,Vout2のうち1つの出力電圧Vout2を除いた残りの出力電圧Vout1に基づいて、その出力電圧Vout1を第2目標値に近づけるように、上記制御信号VH1と同一の周期でトランジスタT3,T4をオン・オフ制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源装置及び電源の制御方法に関するものである。
パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電子機器は、信号処理を行う内部回路に駆動電圧を供給するスイッチング電源回路(DC−DCコンバータ)を内蔵している。スイッチング電源回路は、例えばACアダプタやバッテリから供給される直流電圧を、内部回路の動作に適した駆動電圧に変換する。例えばスイッチング電源回路は、主スイッチをオン・オフ制御して直流入力電圧を昇圧・降圧して直流出力電圧を生成するとともに、負荷に供給する上記直流出力電圧を一定の目標電圧に保つようにフィードバック制御を行っている。
ところで、近年、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話等の携帯型電子機器の普及に伴って、上記スイッチング電源回路に対する小型化の要求が高まっている。そこで、このような要求に応えるべく、1つのインダクタ(コイル)で複数の出力を得ることができる単一インダクタ多出力型(Single Inductor Multiple Output:SIMO)DC−DCコンバータが提案されている。この種のDC−DCコンバータでは、複数の出力で単一のインダクタが共用されるため、出力数の増加に伴う部品点数の増加及び回路面積の増大を抑えることができる。
上記多出力型DC−DCコンバータでは、各出力(負荷)毎にスイッチング周期が予め割り当てられており、各スイッチング周期内で各負荷に必要な電力供給が行われている。例えば負荷が2つの場合には、2つの負荷に対して交互にスイッチング周期が割り当てられる。そして、各スイッチング周期では、対応する負荷の軽重に応じて、単一のインダクタへ入力電圧に応じた電流を流すための主スイッチをオンする時間(デューティ比)が調整されている。このため、このようなDC−DCコンバータを安定して動作させるためには、各スイッチング周期の終了時までにインダクタに流れるコイル電流をゼロにする必要がある。すなわち、上記DC−DCコンバータを安定して動作させるためには、各スイッチング周期においてコイル電流ILの変化が不連続となる電流不連続モード(Discontinuous Conduction Mode:DCM)で動作させる必要がある。これは、各スイッチング周期においてコイル電流ILが連続的に変化する電流連続モード(Continuous Conduction Mode:CCM)で動作させた場合には、インダクタに残されたエネルギーが次のスイッチング周期で他の負荷に放出され、出力電圧が不安定となってしまうためである。しかしながら、DC−DCコンバータをDCMで動作させた場合には、CCMで動作させた場合よりも効率が悪いという問題がある。
そこで、CCMで動作を可能とした単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータが提案されている(例えば、特許文献1〜3及び非特許文献1参照)。図18は、この種のDC−DCコンバータの一例を示している。図18に示したDC−DCコンバータ6は、入力電圧Viに基づいて、その入力電圧Viよりも低い2つの出力電圧Vo1,Vo2を生成する同期整流方式の降圧型DC−DCコンバータである。
図18に示すように、DC−DCコンバータ6は、入力電圧Viが供給されるメイン側のスイッチSW11と、同期側のスイッチSW12と、それらスイッチSW11,SW12間の接続点に接続されたインダクタ(コイル)L11とを有している。DC−DCコンバータ6は、コイルL11に共通に接続された出力側のスイッチSW13,SW14と、スイッチSW13,SW14にそれぞれ接続されたコンデンサC21,C22とを有している。また、DC−DCコンバータ6は、2つの出力電圧Vo1,Vo2を合算した電圧に応じた帰還電圧VFB21を生成する回路111と、帰還電圧VFB21と基準電圧Vr1との差電圧を増幅した誤差信号S11を生成する誤差増幅回路112とを有している。DC−DCコンバータ6は、誤差信号S11に基づいてメイン側のスイッチSW11及び同期側のスイッチSW12を相補的にオン・オフ制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御回路113を有している。さらに、DC−DCコンバータ6は、誤差増幅回路115を含み、2つの出力電圧Vo1,Vo2の差電圧に応じた信号S12を生成する回路114と、上記信号S12に基づいて出力側のスイッチSW13,SW14を相補的にオン・オフ制御するPWM制御回路116とを有している。
このように、DC−DCコンバータ6では、入力側のスイッチSW11,SW12を2つの出力電圧Vo1,Vo2の合算値に基づいて制御し、出力側のスイッチSW13,SW14を2つの出力電圧Vo1,Vo2の差電圧に基づいて制御している。
米国特許第7538527号明細書 米国特許第7312538号明細書 米国特許出願公開第2008/0130331号明細書
D.Trevisan et al,:Digital Control of Single-Inductor Multiple-Output Step-Down DC-DC Converters in CCM,IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRAIL ELECTRONICS,VOL.55,NO.9,SEPTEMBER 2008,3476-3483.
しかしながら、上記DC−DCコンバータ6では、出力電圧Vo1,Vo2の電圧精度が悪いという問題がある。すなわち、出力電圧Vo1,Vo2は、2つのフィードバックループに存在する、全ての抵抗の相対ばらつき及び全ての誤差増幅回路112,115のオフセットばらつき等の影響を受ける。このため、2つの出力電圧Vo1,Vo2の電圧精度は悪い。
本発明の一観点によれば、コイルと、前記コイルにエネルギーを蓄えるための第1スイッチ回路と、前記コイルと複数の出力端子とをそれぞれ接続する複数の第2スイッチ回路と、前記複数の出力端子にそれぞれ生成される複数の出力電圧を合成した結果に基づいて、前記結果を第1目標値に近づけるように、前記第1スイッチ回路をオン・オフ制御する第1制御信号を生成する第1制御部と、前記複数の出力電圧のうち1つの第1出力電圧を除いた残りの1又は複数の第2出力電圧に基づいて、前記各第2出力電圧を対応する第2目標値に近づけるように、前記第1制御信号と同一の周期で前記第2スイッチ回路をオン・オフ制御する第2制御信号を生成する第2制御部と、を有する。
本発明の一観点によれば、CCM領域で安定して動作させつつも、出力電圧の電圧精度を向上することができるという効果を奏する。
第1実施形態のDC−DCコンバータを示す回路図。 第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。 (a)〜(c)は、第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す説明図。 第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す説明図。 第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。 (a)、(b)は、第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。 第1実施形態のDC−DCコンバータの適用例を示す回路図。 従来のDC−DCコンバータを示す回路図。 第2実施形態のDC−DCコンバータを示す回路図。 検出回路の内部構成例を示す回路図。 (a)、(b)は、検出回路の動作を示す波形図。 第2実施形態のDC−DCコンバータの動作を示すシミュレーション結果。 第1実施形態のDC−DCコンバータの動作を示すシミュレーション結果。 変形例のDC−DCコンバータを示す回路図。 変形例のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。 変形例のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。 変形例のDC−DCコンバータの動作を示す波形図。 従来のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態を図1〜図6に従って説明する。
図1に示すように、DC−DCコンバータ1は、1つのインダクタ(コイル)Lで多数の出力電圧を生成する単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータである。また、DC−DCコンバータ1は、入力端子Piに供給される入力電圧Vinに基づいて、その入力電圧Vinよりも低い2つの出力電圧Vout1,Vout2を生成する同期整流方式の降圧型DC−DCコンバータである。出力電圧Vout1は、出力端子Po1に接続される負荷2に供給され、出力電圧Vout2は、出力端子Po2に接続される負荷3に供給される。ここで、負荷2,3の例としては、携帯型電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯電話、ゲーム機器、デジタルカメラ等)及びその他の電子機器の内部回路や、ノート型のパーソナルコンピュータに内蔵されているリチウム電池等の充電池などが挙げられる。なお、本実施形態では、例えば入力電圧Viが10V、出力電圧Vout1の目標電圧が2V、出力電圧Vout2の目標電圧が1Vに設定されている。このため、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2とを足し合わせた合成電圧Vout1+Vout2の目標電圧は3Vになる。以下では、説明の便宜上、上記合成電圧Vout1+Vout2を合成電圧Voutと称して説明する。
DC−DCコンバータ1は、コンバータ部10と、出力側のスイッチ回路群20と、コンデンサC1と、コンデンサC2と、第1制御部30と、第2制御部50と、発振器70とを有している。
コンバータ部10では、入力電圧Vinの供給される入力端子Piと、入力電圧Vinよりも低い電位の電源線(ここでは、グランド)との間に、メイン側のトランジスタT1と同期側のトランジスタT2とが直列に接続されている。これらトランジスタT1,T2は、例えばNチャネルMOSトランジスタである。なお、メイン側のトランジスタT1は、コイルLにエネルギーを蓄えるための第1スイッチ回路の一例である。
トランジスタT1は、そのドレイン(第1端子)が入力端子Piに接続され、ソース(第2端子)がトランジスタT2のドレイン(第1端子)に接続されている。そのトランジスタT2のソース(第2端子)は、グランドに接続されている。
また、トランジスタT1のゲート(制御端子)には、第1制御部30から制御信号VH1が供給される。トランジスタT2のゲート(制御端子)には、第1制御部30から制御信号VL1が供給される。これらトランジスタT1,T2は、制御信号VH1,VL1に応答して相補的にオン・オフする。
両トランジスタT1,T2間の接続点は、コイルLの第1端子LXに接続されている。このコイルL1の第2端子LYには、スイッチ回路群20内のNチャネルMOSトランジスタT3,T4が共通に接続されている。これらトランジスタT3,T4は、第2スイッチ回路の一例である。
トランジスタT3は、そのドレイン(第1端子)がコイルLの第2端子LYに接続され、ソース(第2端子)がコンデンサC1の第1端子に接続されている。また、トランジスタT3のバックゲートは、同トランジスタT3のドレインに接続されている。このような接続によって、トランジスタT3のドレインからソースに向かう方向(コイルLから出力端子Po1に向かう方向)が順方向になるボディダイオードD1が形成される。すなわち、ボディダイオードD1は、そのアノードがコイルLの第2端子LYに接続され、カソードが出力端子Po1に接続される。
上記コンデンサC1の第2端子はグランドに接続されている。そのコンデンサC1の第1端子は出力端子Po1に接続されている。そして、出力端子Po1からコンデンサC1の両端電圧である出力電圧Vout1が負荷2に供給される。なお、コンデンサC1は、出力電圧Vout1を平滑化する第1平滑化回路に含まれる。
一方、トランジスタT4は、そのドレイン(第1端子)がコイルLの第2端子LYに接続され、ソース(第2端子)がコンデンサC2の第1端子に接続されている。また、トランジスタT4のバックゲートは、同トランジスタT4のソースに接続されている。このような接続によって、トランジスタT4のソースからドレインに向かう方向(出力端子Po2からコイルLに向かう方向)が順方向になるボディダイオードD2が形成される。すなわち、ボディダイオードD2は、そのアノードが出力端子Po2に接続され、カソードがコイルLの第2端子LYに接続される。
上記コンデンサC2の第2端子はグランドに接続されている。そのコンデンサC2の第1端子は出力端子Po2に接続されている。そして、出力端子Po2からコンデンサC2の両端電圧である出力電圧Vout2が負荷3に供給される。なお、コンデンサC2は、出力電圧Vout2を平滑化する第2平滑化回路に含まれる。
また、トランジスタT3のゲート(制御端子)には、第2制御部50から制御信号VH2が供給される。トランジスタT4のゲート(制御端子)には、第2制御部50から制御信号VL2が供給される。これらトランジスタT3,T4は、制御信号VH2,VL2に応答して相補的にオン・オフする。
上記出力端子Po1は、第1制御部30及び第2制御部50に接続されている。また、上記出力端子Po2は、第1制御部30に接続されている。
第1制御部30は、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2とを合成した結果(合成電圧Vout)に基づいて、その合成電圧Voutを目標電圧(第1目標値)に近づけるように、トランジスタT1,T2をオン・オフ制御する。換言すると、第1制御部30は、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3に所望の電力が供給されるように、トランジスタT1のオン時間を調整する。具体的には、第1制御部30は、周波数(周期)が一定で、負荷2及び負荷3へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH1,VL1をトランジスタT1,T2に供給する。
第1制御部30は、第1帰還電圧生成回路31と、誤差増幅回路32と、PWM制御回路40とを有している。
第1帰還電圧生成回路31は、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2とを足し合わせた合成電圧Voutに応じた第1帰還電圧VFB1を生成する。この第1帰還電圧生成回路31は、抵抗R1,R2,R3を有している。具体的には、出力端子Po1が抵抗R1の第1端子に接続され、その抵抗R1の第2端子が抵抗R3の第1端子に接続されている。一方、出力端子Po2が抵抗R2の第1端子に接続され、その抵抗R2の第2端子が抵抗R1の第2端子及び抵抗R3の第1端子に接続されている。また、抵抗R3の第2端子はグランドに接続されている。そして、これら抵抗R1,R2と抵抗R3との間のノードN1が誤差増幅回路32の反転入力端子に接続されている。
このような第1帰還電圧生成回路31において、抵抗R1,R3は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vout1を分圧した分圧電圧を生成する。また、抵抗R2,R3は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vout2を分圧した分圧電圧を生成する。そして、ノードN1には、出力電圧Vout1の分圧電圧と出力電圧Vout2の分圧電圧を加算した第1帰還電圧VFB1が生成されることになる。ここで、上記出力電圧Vout1の分圧電圧の値は、抵抗R1,R3の抵抗値の比と、出力電圧Vout1とグランドとの電位差に対応し、上記出力電圧Vout2の分圧電圧の値は、抵抗R2,R3の抵抗値の比と、出力電圧Vout2とグランドとの電位差に対応する。このため、第1帰還電圧生成回路31(抵抗R1〜R3)は、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2とを足し合わせた合成電圧Voutに比例した第1帰還電圧VFB1を生成することになる。そして、この第1帰還電圧VFB1が誤差増幅回路32の反転入力端子に供給される。
誤差増幅回路32の非反転入力端子には、基準電源E1にて生成される基準電圧Vrが供給される。ここで、基準電圧Vrは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが目標電圧(規格値)に達したときに、上記第1帰還電圧VFB1と一致する電圧である。
誤差増幅回路32は、第1帰還電圧VFB1と基準電圧Vrとを比較し、両電圧の差電圧を増幅した誤差信号S1をPWM制御回路40に出力する。
PWM制御回路40は、PWM比較回路41と、貫通防止回路(Anti shoot through:AST)42と、ドライバ回路43,44とを有している。
PWM比較回路41の非反転入力端子には、誤差増幅回路32から誤差信号S1が供給される。PWM比較回路41の反転入力端子には、発振器70から所定の周期T(図2参照)を有する周期信号CKが供給される。この周期信号CKは、例えば鋸歯状波信号(基準値から所定の立ち上がり特性で上昇し、リセットにより基準値に急速低下する鋸歯状波形の信号)である。
PWM比較回路41は、誤差信号S1と周期信号CKとを比較する。そして、PWM比較回路41は、誤差信号S1よりも周期信号CKのレベルが高くなるときにはLレベルのPWM信号SG1を生成し、誤差信号S1よりも周期信号CKのレベルが低くなるときにはHレベルのPWM信号SG1を生成する。このPWM信号SG1は、上記周期Tと同一の周期を有する。このPWM信号SG1は、AST42に供給される。
AST42は、PWM信号SG1に基づいて、コンバータ部10のトランジスタT1,T2を相補的にオン・オフするように、且つ両トランジスタT1,T2が同時にオンしないように、制御信号SH1,SL1を生成する。例えば、AST42は、LレベルのPWM信号SG1に基づいて、Lレベルの制御信号SH1及びHレベルの制御信号SL1を生成する。また、AST42は、HレベルのPWM信号SG1に基づいて、Hレベルの制御信号SH1及びLレベルの制御信号SL1を生成する。
ドライバ回路43には、AST42から制御信号SH1が供給される。ドライバ回路43の出力端子は、メイン側のトランジスタT1のゲートに接続されている。このドライバ回路43は、Hレベルの制御信号SH1に応答してHレベルの制御信号VH1をメイン側のトランジスタT1に出力する一方、Lレベルの制御信号SH1に応答してHレベルの制御信号VH1をトランジスタT1に出力する。なお、トランジスタT1は、Hレベルの制御信号VH1に応答してオンし、Lレベルの制御信号VH1に応答してオフする。
ドライバ回路44には、AST42から制御信号SL1が供給される。ドライバ回路44の出力端子は、同期側のトランジスタT2に接続されている。このドライバ回路44は、Hレベルの制御信号SL1に応答してHレベルの制御信号VL1を同期側のトランジスタT2に出力する一方、Lレベルの制御信号SL1に応答してHレベルの制御信号VL1をトランジスタT2に出力する。なお、トランジスタT2は、Hレベルの制御信号VL1に応答してオンし、Lレベルの制御信号VL1に応答してオフする。
なお、これら制御信号VH1,VL1は、PWM信号SG1と同様に、上記周期Tと同一の周期を有する。
このような第1制御部30では、合成電圧Voutに応じた第1帰還電圧VFB1が基準電圧Vrに近づくように、トランジスタT1,T2を相補的にオン・オフ制御する制御信号VH1,VL1が生成される。これにより、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが基準電圧Vr及び抵抗R1〜R3の抵抗値に基づく目標電圧に近づくように制御される。
第2制御部50は、複数の出力電圧Vout1,Vout2のうち1つの出力電圧Vout2(第1出力電圧)を除いた残りの出力電圧Vout1(第2出力電圧)に基づいて、その出力電圧Vout1が目標電圧に近づくように、トランジスタT3,T4をオン・オフ制御する。換言すると、第2制御部50は、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に所望の電力が供給されるように、トランジスタT3のオン時間を調整する。具体的には、第2制御部50は、周波数(周期)が一定で、負荷2へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH2,VL2をトランジスタT3,T4に供給する。
第2制御部50は、第2帰還電圧生成回路51と、誤差増幅回路52と、PWM制御回路60とを有している。
第2帰還電圧生成回路51は、出力電圧Vout1に応じた第2帰還電圧VFB2を生成する。この第2帰還電圧生成回路51は、抵抗R4,R5を有している。具体的には、出力端子Po1が抵抗R4の第1端子に接続され、その抵抗R4の第2端子が抵抗R5の第1端子に接続されている。また、抵抗R5の第2端子がグランドに接続されている。そして、これら抵抗R4,R5間のノードN2が誤差増幅回路52の反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗R4,R5は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vout1を分圧した第2帰還電圧VFB2をノードN2に生成する。この第2帰還電圧VFB2の値は、抵抗R4,R5の抵抗値の比と、出力電圧Vout1とグランドとの電位差に対応する。このため、抵抗R4,R5は、出力電圧Vout1に比例した第2帰還電圧VFB2を生成することになる。そして、この第2帰還電圧VFB2が誤差増幅回路52の反転入力端子に供給される。
誤差増幅回路52の非反転入力端子には、上記基準電圧Vrが供給される。ここで、基準電圧Vrは、出力電圧Vout1が目標電圧(規格値)に達したときに、上記第2帰還電圧VFB2と一致する電圧である。
誤差増幅回路52は、第2帰還電圧VFB2と基準電圧Vrとを比較し、両電圧の差電圧を増幅した誤差信号S2をPWM制御回路60に出力する。
PWM制御回路60は、PWM比較回路61と、AST62と、ドライバ回路63,64とを有している。
PWM比較回路61の反転入力端子には、上記周期信号CKが供給される。このPWM比較回路61は、誤差信号S2と周期信号CKとを比較する。そして、PWM比較回路61は、誤差信号S2よりも周期信号CKのレベルが高くなるときにはLレベルのPWM信号SG2を生成し、誤差信号S2よりも周期信号CKのレベルが低くなるときにはHレベルのPWM信号SG2を生成する。このPWM信号SG2は、上記周期Tと同一の周期を有する。このため、PWM信号SG1とPWM信号SG2とは同一の周期を有する。なお、PWM信号SG2は、AST62に供給される。
AST62は、PWM信号SG2に基づいて、スイッチ回路群20のトランジスタT3,T4を相補的にオン・オフするように、且つ両トランジスタT3,T4が同時にオンしないように、制御信号SH2,SL2を生成する。例えば、AST62は、LレベルのPWM信号SG2に基づいて、Lレベルの制御信号SH2及びHレベルの制御信号SL2を生成する。また、AST62は、HレベルのPWM信号SG2に基づいて、Hレベルの制御信号SH2及びLレベルの制御信号SL2を生成する。
ドライバ回路63には、AST62から制御信号SH2が供給される。ドライバ回路63の出力端子は、トランジスタT3のゲートに接続されている。このドライバ回路63は、Hレベルの制御信号SH2に応答してHレベルの制御信号VH2をトランジスタT3に出力する一方、Lレベルの制御信号SH2に応答してHレベルの制御信号VH2をトランジスタT3に出力する。なお、トランジスタT3は、Hレベルの制御信号VH2に応答してオンし、Lレベルの制御信号VH2に応答してオフする。
ドライバ回路64には、AST62から制御信号SL2が供給される。ドライバ回路64の出力端子は、トランジスタT4のゲートに接続されている。このドライバ回路64は、Hレベルの制御信号SL2に応答してHレベルの制御信号VL2をトランジスタT4に出力する一方、Lレベルの制御信号SL2に応答してHレベルの制御信号VL2をトランジスタT4に出力する。なお、トランジスタT4は、Hレベルの制御信号VL2に応答してオンし、Lレベルの制御信号VL2に応答してオフする。
なお、これら制御信号VH2,VL2は、PWM信号SG2と同様に、上記周期Tと同一の周期を有する。
このような第2制御部50では、出力電圧Vout1に応じた第2帰還電圧VFB2が基準電圧Vrに近づくように、トランジスタT3,T4を相補的にオン・オフ制御する制御信号VH2,VL2が生成される。これにより、出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R4,R5の抵抗値に基づく目標電圧に近づくように制御される。
次に、上記DC−DCコンバータ1の動作を説明する。
図2に示すように、時刻t1において、周期信号CKが一定の周期Tで基準値にリセットされると、その周期信号CKのレベルが誤差信号S1,S2よりも低くなる。すると、PWM比較回路41からHレベルのPWM信号SG1が出力され、PWM比較回路61からHレベルのPWM信号SG2が出力される。HレベルのPWM信号SG1に応答して、Hレベルの制御信号VH1及びLレベルの制御信号VL1が生成され、HレベルのPWM信号SG2に応答して、Hレベルの制御信号VH2及びLレベルの制御信号VL2が生成される。これにより、トランジスタT1がオンされトランジスタT2がオフされるとともに、トランジスタT3がオンされトランジスタT4がオフされる。すると、図3(a)に示すように、入力端子PiがトランジスタT1を通じてコイルLの第1端子LXに接続され、そのコイルLの第2端子LYがトランジスタT3を通じて出力端子Po1に接続される。このため、入力端子PiからコイルLを通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2に示した時刻t1から時刻t2までの第1の期間P1では、入力電圧Vinに応じたコイル電流ILがコイルLに流れ、コイルLにエネルギーが蓄積される。この第1の期間P1では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで増加する。具体的には、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加傾きm1は、入力電圧Vin及び出力電圧Vout1の電圧値をそれぞれVin,Vout1とし、コイルLのインダクタンス値をLとすると、
となる。すなわち、第1の期間P1におけるコイル電流ILは、入力電圧Vinと出力電圧Vout1との電位差に比例して増加する。
次に、時刻t1から所定の立ち上がり特性で徐々に上昇する周期信号CKのレベルが誤差信号S1よりも高くなると(時刻t2参照)、PWM比較回路61からLレベルのPWM信号SG1が出力される。このLレベルのPWM信号SG1に応答してLレベルの制御信号VH1及びHレベルの制御信号VL1が生成されると、トランジスタT1がオフされトランジスタT2がオンされる。すると、図3(b)に示すように、グランドがトランジスタT2を通じてコイルLの第1端子LXに接続され、そのコイルLの第2端子LYがトランジスタT3を通じて出力端子Po1に接続される。このため、グランドからコイルLを通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2に示した時刻t2から時刻t3までの第2の期間P2では、上記第1の期間P1でコイルLに蓄えられたエネルギーが出力端子Po1に向けて放出され、コイルLに誘導電流が流れる。この第2の期間P2では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第2の期間P2におけるコイル電流ILの減少傾きm2は、
となる。すなわち、第2の期間P2におけるコイル電流ILは、出力電圧Vout1に比例して減少する。
続いて、上記周期信号CKのレベルが誤差信号S2よりも高くなると(時刻t3参照)、PWM比較回路61からLレベルのPWM信号SG2が出力される。このLレベルのPWM信号SG2に応答してLレベルの制御信号VH2及びHレベルの制御信号VL2が生成されると、トランジスタT3がオフされトランジスタT4がオンされる。すると、図3(c)に示すように、グランドがトランジスタT2を通じてコイルLの第1端子LXに接続され、そのコイルLの第2端子LYがトランジスタT4を通じて出力端子Po2に接続される。このため、グランドからコイルLを通じて出力端子Po2に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には図2に示した時刻t3から時刻t4までの第3の期間P3では、上記第1の期間P1でコイルLに蓄えられたエネルギーが出力端子Po2に向けて放出され、コイルLに誘導電流が流れる。この第3の期間P3では、コイル電流ILが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少傾きm3は、出力電圧Vout2の電圧値をVout2とすると、
となる。すなわち、第3の期間P3におけるコイル電流ILは、出力電圧Vout2に比例して減少する。
その後、周期信号CKが一定の周期Tで基準値に再度リセットされると(時刻t4参照)、トランジスタT1がオンされトランジスタT2がオフされるとともに、トランジスタT3がオンされトランジスタT4がオフされる。これにより、次の周期Tが開始され、その周期Tにおいて、第1の期間P1、第2の期間P2及び第3の期間P3がこの順番で実行される。
ここで、各周期T(第1の期間P1〜第3の期間P3)におけるコイル電流ILの平均値が負荷2,3に供給される出力電流Io1,Io2の合計値Io1+Io2となる。また、トランジスタT3がオンしている期間(第1の期間P1及び第2の期間P2)におけるコイル電流ILの電流量の総量(領域A1参照)を周期Tで平均した平均値が負荷2に供給される出力電流Io1となる。そして、トランジスタT4がオンしている期間(第3の期間P3)におけるコイル電流ILの電流量の総量(領域A2参照)を周期Tで平均した平均値が負荷3に供給される出力電流Io2となる。
次に、第1制御部30及び第2制御部50によるフィードバック制御について詳述する。まず、第1制御部30によるフィードバック制御について説明する。
上述した各周期Tにおける一連の動作において、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが目標電圧よりも高くなると、つまり第1帰還電圧VFB1が基準電圧Vrよりも高くなると、誤差増幅回路32から出力される誤差信号S1が低下する。すると、制御信号VH1のHレベルのパルス幅が短くなり、トランジスタT1のオン時間、つまりコイルLにエネルギーを蓄積する第1の期間P1が短くなる。これにより、第1の期間P1においてコイルLに流れるコイル電流ILの電流量が減少し、コイルLに蓄積されるエネルギーが減少する。これに伴って、第2の期間P2及び第3の期間P3においてコイルLから出力端子Po1,Po2に向けて放出されるエネルギーが減少する。したがって、コンデンサC1及びコンデンサC2に供給されるコイル電流ILの電流量の総量が減少するため、合成電圧Voutが低くなる。
反対に、合成電圧Voutが目標電圧よりも低くなると、つまり第1帰還電圧VFB1が基準電圧Vrよりも低くなると、誤差増幅回路32から出力される誤差信号S1が上昇する。すると、制御信号VH1のHレベルのパルス幅が長くなり、コイルLにエネルギーを蓄積する第1の期間P1が長くなる。これにより、第1の期間P1においてコイルLに流れるコイル電流ILの電流量が増加し、コイルLに蓄積されるエネルギーが増加する。これに伴って、第2の期間P2及び第3の期間P3においてコイルLから出力端子Po1,Po2に向けて放出されるエネルギーが増加する。したがって、コンデンサC1及びコンデンサC2に供給されるコイル電流ILの電流量の総量が増加するため、合成電圧Voutが高くなる。このような動作により、合成電圧Voutが基準電圧Vr及び抵抗R1〜R3に基づく目標電圧(一定値)に維持される。
このように、第1制御部30では、合成電圧Voutに基づいて、合成電圧Voutが基準電圧Vr及び抵抗R1〜R3に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT1のオン時間が制御される。換言すると、第1制御部30では、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3に供給すべき所望の電流、つまり出力電流Io1,Io2の合計値Io1+Io2が流れるように、コイル電流ILの電流量の総量(図2に示した領域A1,A2参照)が制御される。
次に、第2制御部50によるフィードバック制御について説明する。
上記一連の動作において、出力電圧Vout1が目標電圧よりも高くなると、つまり第2帰還電圧VFB2が基準電圧Vrよりも高くなると、誤差増幅回路52から出力される誤差信号S2が低下する。すると、制御信号VH2のHレベルのパルス幅が短くなり、トランジスタT3のオン時間、つまりコイルLの第2端子LYが出力端子Po1に接続される時間(第1の期間P1及び第2の期間P2)が短くなる。したがって、コイル電流ILがコンデンサC1に供給される時間が短くなるため、出力電圧Vout1が低くなる。その一方で、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが一定と仮定した場合には、出力電圧Vout1が目標電圧よりも高くなると、出力電圧Vout2が目標電圧よりも低くなる。このとき、上述したように誤差増幅回路52から出力される誤差信号S2が低下すると、制御信号VL2のHレベルのパルス幅が長くなり、トランジスタT4のオン時間、つまりコイル電流ILがコンデンサC2に供給される第3の期間P3が長くなる。これにより、出力電圧Vout2が高くなる。
反対に、出力電圧Vout1が目標電圧よりも低くなると、つまり第2帰還電圧VFB2が基準電圧Vrよりも低くなると、誤差増幅回路52から出力される誤差信号S2が上昇する。すると、制御信号VH2のHレベルのパルス幅が長くなり、トランジスタT3のオン時間、つまりコイルLの第2端子LYが出力端子Po1に接続される時間(第1の期間P1及び第2の期間P2)が長くなる。したがって、コイル電流ILがコンデンサC1に供給される時間が長くなるため、出力電圧Vout1が高くなる。その一方で、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが一定と仮定した場合には、出力電圧Vout1が目標電圧よりも低くなると、出力電圧Vout2が目標電圧よりも高くなる。このとき、上述したように誤差増幅回路52から出力される誤差信号S2が上昇すると、制御信号VL2のHレベルのパルス幅が短くなり、トランジスタT4のオン時間、つまりコイル電流ILがコンデンサC2に供給される第3の期間P3が短くなる。これにより、出力電圧Vout2が低くなる。このような動作により、出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R4,R5に基づく目標電圧(一定値)に維持される。これに伴って、出力電圧Vout2も目標電圧(一定値)に維持される。
このように、第2制御部50では、出力電圧Vout1に基づいて、その出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R4,R5に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT3のオン時間が制御される。換言すると、第2制御部50では、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に供給すべき所望の出力電流Io1が流れるように、コンデンサC1(出力端子Po1)にコイル電流ILを供給する必要な時間幅が制御(決定)される。なお、周期Tから上記決定された時間幅を除いた残りの時間は、第2制御部50のフィードバック信号として利用していない出力電圧Vout2側のコンデンサC2にコイル電流ILを供給する時間として利用される。このように、第2制御部50では、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2のうちの出力電圧Vout1のみに基づいて、コイル電流ILを各コンデンサC1,C2(各出力端子Po1,Po2)に振り分ける期間の割合が制御される。
さらに、第1制御部30で生成される制御信号VH1,VL1と、第2制御部50で生成される制御信号VH2,VL2とが同一周期(同一周波数)の信号であるため、トランジスタT1,T2とトランジスタT3,T4とが同一のスイッチング周波数でオン・オフされる。これにより、当該DC−DCコンバータ1をCCMで動作させる場合であっても、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2を安定して生成することができる。詳述すると、図3に示すように、入力端子Piと出力端子Po1,Po2との間の回路は、トランジスタT1,T2及びトランジスタT3,T4を含むミキサ回路と、コイルL及びコンデンサC1,C2を含むローパスフィルタ(LPF)と見ることができる。このため、仮にミキサ回路内のトランジスタT1,T2をオン・オフ制御する制御信号の周波数fsw1と、トランジスタT3,T4をオン・オフ制御する制御信号の周波数fsw2とが異なる場合には、CCM領域ではfsw1×fsw2の低周波成分が出力電圧Vout1,Vout2に現れてしまう。例えばfsw1=1.5MHz、fsw2=1.4MHzの場合には、各出力電圧Vout1,Vout2は100kHzで揺れて不安定になる。これに対し、本実施形態のDC−DCコンバータ1では、制御信号VH1,VL1と制御信号VH2,VL2との周波数(周期)が同一であるため、CCM領域であっても上述のような低周波成分が発生しない。したがって、CCM領域であっても出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2を安定して生成することができる。
また、別の見方をすれば、出力電圧Vout1,Vout2が定常状態では、第1制御部30及び第2制御部50によるフィードバック制御によって、各周期Tの開始時刻(時刻t1参照)におけるコイル電流ILの電流値と、各周期Tの終了時刻(時刻t4参照)におけるコイル電流ILの電流値とが一致するように制御される。詳述すると、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加分と、第2の期間P2及び第3の期間P3におけるコイル電流ILの減少分とが等しくなるように制御される。これらコイル電流ILの増加分と減少分との関係は、第1〜第3の期間P1,P2,P3の時間をそれぞれP1,P2,P3とすると、上記式1〜式3より、
となる。また、周期Tと第1〜第3の期間P1,P2,P3との関係は、
となる。そして、第1制御部30及び第2制御部50によるフィードバック制御によって、これら式4及び式5の関係が満たされるように、第1〜第3の期間P1,P2,P3の時間幅が制御される。すなわち、第1制御部30によるフィードバック制御によって、式4及び式5の関係が満たされるように、第1の期間P1の時間幅(制御信号VH1のHレベルのパルス幅)が制御され、第2制御部50によるフィードバック制御によって、第2の期間P2及び第3の期間P3の時間幅(制御信号VH2,VL2のパルス幅)が制御される。
以上説明したように、DC−DCコンバータ1では、2つの出力電圧Vout1,Vout2の合成電圧Voutに基づいて所定の周期Tにおけるコイル電流ILの電流量の総量が決定され、一方の出力電圧Vout1のみに基づいてコイル電流ILを各コンデンサC1,C2に振り分ける期間の割合が上記周期T内で決定される。これにより、コイルLが1つの場合であっても、一つの周期T内で2つの出力電圧Vout1,Vout2を連続的に制御することができる。このため、出力電流Io1と出力電流Io2の電流値が異なっている場合であってもCCM領域で安定に動作させることができる。また、上述したように各周期Tの開始時刻(時刻t1参照)におけるコイル電流ILの電流値と、各周期Tの終了時刻(時刻t4参照)におけるコイル電流ILの電流値とが一致するため、CCM領域であっても出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2をより安定して生成することができる。
また、第1制御部30によるフィードバック制御によって、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutが目標電圧に維持され、第2制御部50によるフィードバック制御によって、出力電圧Vout1が目標電圧に維持される。これにより、上記合成電圧Voutから出力電圧Vout1を減算した電圧となる出力電圧Vout2も目標電圧に維持される。具体的には、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の直流成分Vout1,Vout2は、抵抗R1〜R5の抵抗値をそれぞれR1〜R5とし、基準電圧Vrの電圧値をVrとすると、下記式のように決まる。
換言すると、上記式6及び式7から、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2がそれぞれ目標電圧になるように、基準電圧Vrの電圧値、抵抗R1〜R5の抵抗値が設定されている。
ここで、上記式6から明らかなように、出力電圧Vout1は、1つのコイルで1つの出力電圧を生成する場合と同じ電圧設定式で決まる。このため、出力電圧Vout1の電圧精度は高い。具体的には、出力電圧Vout1は、第2制御部50によるフィードバックループによってその電圧値が制御されるため、抵抗R4,R5のばらつきと、誤差増幅回路52のオフセットばらつきとでその電圧精度が決まる。したがって、2つのフィードバックループに存在する抵抗R1〜R5の相対ばらつき、及び誤差増幅回路32,52のオフセットばらつきに依存する出力電圧Vout2に比べて出力電圧Vout1の電圧精度は高くなる。このように、本実施形態のDC−DCコンバータ1では、コイル電流ILを各出力端子Po1,Po2に振り分ける期間の割合を、複数の出力電圧のうちの1つの出力電圧Vout2を除いた出力電圧Vout1に応じて決定するようにした。このため、1つの出力電圧Vout2を除いた残りの出力電圧Vout1の電圧精度を高くすることができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)2つの出力電圧Vout1,Vout2に基づいて所定の周期Tにおけるコイル電流ILの電流量の総量を決定し、一方の出力電圧Vout1のみに基づいてコイル電流ILを各コンデンサC1,C2に振り分ける期間の割合を上記周期T内で決定している。このように、本実施形態のDC−DCコンバータ1では、コイル電流ILを各出力端子Po1,Po2に振り分ける期間の割合を、複数の出力電圧のうちの1つの出力電圧Vout2を除いた出力電圧Vout1に応じて決定するようにした。これにより、1つの出力電圧Vout2を除いた残りの出力電圧Vout1の電圧精度を高くすることができる。
(2)トランジスタT1,T2をオン・オフ制御する制御信号VH1,VL1と、トランジスタT3,T4をオン・オフ制御する制御信号VH2,VL2とを同一周期の信号とした。これにより、CCM領域であっても出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2を安定して生成することができる。
(3)ところで、トランジスタT3,T4を相補的にオン・オフ制御するときに、それらトランジスタT3,T4が同時にオンすることを防止するために意図的にトランジスタT3,T4を同時にオフする設ける場合や、第2制御部50内の遅延等でトランジスタT3,T4が同時にオフする期間が生じる場合がある。さらに、負荷2及び負荷3が軽負荷時には、図5に示すように、コイル電流ILが第2端子LYから第1端子LXに向かうマイナス方向(期間Ta参照)と、第1端子LXから第2端子LYに向かうプラス方向(期間Tb参照)との双方向に流れる。ここで、トランジスタT3,T4のボディダイオードが1つの方向(例えば、出力端子側からコイルLに向かう方向)のみに向いている場合には、トランジスタT3,T4が同時にオフすると、コイル電流ILの流れが妨げられてしまう。
これに対し、出力電圧Vout1,Vout2のうち最も目標電圧(設定電圧)の高い出力電圧Vout1側の出力端子Po1(第1出力端子)に接続されたトランジスタT3のバックゲートをドレインに接続し、コイルLから出力端子Po1に向かう方向が順方向になるボディダイオードD1を形成するようにした。また、目標電圧(設定電圧)の低い出力電圧Vout2側の出力端子Po2(第2出力端子)に接続されたトランジスタT4のバックゲートをソースに接続し、出力端子Po2からコイルに向かう方向が順方向になるボディダイオードD2を形成するようにした。このように、トランジスタT3,T4のボディダイオードD1,D2が双方向に向くように接続した。これにより、それら第1及びボディダイオードD1,D2を通じて双方向に電流を流すことができる。したがって、仮にトランジスタT3,T4が同時にオフしたときに、コイル電流ILがプラス方向及びマイナス方向のいずれの方向に流れても、そのコイル電流ILの流れが妨げられることはなく、ボディダイオードD1,D2のいずれかを通じてコイル電流ILが流れる。このため、トランジスタT3,T4が同時にオフする期間が生じる場合であっても、CCM領域で安定に動作させることができる。
(4)目標電圧の低い出力電圧Vout2側の出力端子Po1に、コイルLから出力端子Po1に向かう方向が順方向になるボディダイオードを形成した場合には、トランジスタT3,T4が同時にオフしたときに、出力電圧Vout1,Vout2の電位差に起因して上記ボディダイオードを通じる電流経路が形成されてしまう。これに対し、本実施形態では、目標電圧の最も高い出力電圧Vout1側の出力端子Po1に、コイルLから出力端子Po1に向かう方向が順方向になるボディダイオードD1を形成するようにした。このため、出力電圧Vout1,Vout2の電位差に起因してボディダイオードD1を通じる電流経路が形成されることはない。したがって、出力電圧Vout1,Vout2が同電位になるといった問題の発生を抑制することができる。このことから、コイルLから出力端子側に向かう方向が順方向になるダイオード成分は、目標電圧の最も高い出力電圧に対応する出力端子に接続することが好ましい。
さらに言えば、このようなダイオード成分は、複数の出力端子のうち、目標電圧の最も高い出力電圧に対応する1つの出力端子のみに接続することが好ましい。これは、例えば目標電圧の低いトランジスタT4に対しても、コイルLから出力端子Po2に向かう方向が順方向になるボディダイオードを形成してしまうと、コイルLがそれぞれのボディダイオードを通じて両出力端子Po1,Po2に接続され、出力電圧Vout1,Vout2が同電位になってしまうためである。
(5)また、ボディダイオードD1が存在しないと、トランジスタT3,T4が同時にオフとなった際に瞬間的にコイルLの第2端子LYが高電圧となり、回路部品に定格以上の電圧が加わってしまう可能性がある。これに対し、コイルLから出力端子Po1に向かう方向が順方向になるボディダイオードD1を形成することにより、上記現象が発生しても、コイルLの第2端子LYの電位を出力電圧Vout1よりもボディダイオードD1の順方向電圧分だけ高い電位に抑えることができる。
(6)コイル電流ILの電流量が増加する第1の期間P1では、入力電圧Vinとの電圧差が小さい出力電圧(ここでは、出力電圧Vout1)が出力される出力端子Po1をコイルLの第2端子LYに接続するようにした。詳述すると、トランジスタT1をオンするHレベルの制御信号VH1が出力されてから、出力電圧Vout1,Vout2のうちトランジスタT3,T4のオン制御により選択される出力電圧と入力電圧Vinとの電位差が徐々に大きくなる順番でトランジスタT3,T4をオンするようにした。すなわち、本例ではまず、トランジスタT3をオンしてコイルLの第2端子LYに出力端子Po1を接続し、その後、トランジスタT4をオンしてコイルLの第2端子LYに出力端子Po2を接続するようにした。これにより、コイル電流ILのリップルΔILを小さくすることができる。
詳述すると、例えば図6(a)に示すように、本実施形態と同様に、Hレベルの制御信号VH1が出力されるときに、Hレベルの制御信号VH2に応答してトランジスタT3をオンさせた場合には、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加傾きm1が(Vin−Vout1)/Lとなる(上記式1参照)。これに対し、例えば図6(b)に示すように、Hレベルの制御信号VH1が出力されるときに、Hレベルの制御信号VH2に応答してトランジスタT4をオンさせた場合には、第1の期間P1におけるコイル電流ILの増加傾きm1aが(Vin−Vout2)/Lとなる。このとき、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2との関係はVout1>Vout2であるため、コイル電流ILの増加傾きm1,m1aの関係はm1<m1aとなる。このため、第1の期間P1の時間幅が同じであれば、その第1の期間P1におけるコイル電流ILの変化量の関係は、m1・P1<m1a・P1となる。ここで、上述したように各周期Tの開始時と終了時とのコイル電流ILが一致すると考えると、第1の期間P1におけるコイル電流ILの振幅がコイル電流ILのリップルΔILに相当する。したがって、Hレベルの制御信号VH1の出力後、トランジスタT3を先にオンした場合のコイル電流ILのリップルΔILaと、トランジスタT4を先にオンした場合のコイル電流ILのリップルΔILbとの関係は、ΔILa<ΔILbとなる。このように、コイル電流ILの電流量が増加する第1の期間P1の開始から、トランジスタT3を先にオンし、入力電圧Vinとの電圧差が小さい出力電圧Vout1側の出力端子Po1を先にコイルLの第2端子LYに接続することで、コイル電流ILのリップルΔILを小さくすることができる。この結果、電力変換効率を向上させることができる。
(7)単純な回路構成によって、CCM領域で安定に動作させることができ、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。詳述すると、まず、各出力に対してコイルを有する2出力型の従来のDC−DCコンバータに比してコイルを1つ削減しつつも、その他の部品をほとんど追加することなく、CCM領域で安定に動作させることが可能な単一コイル多出力型のDC−DCコンバータ1を実現することができる。さらに、1つの出力電圧Vout1のみに基づいて出力側のトランジスタT3,T4をオン・オフ制御することで、出力側のスイッチ回路を2つの出力電圧の差電圧に基づいてオン・オフ制御する従来のDC−DCコンバータよりも回路を単純化しつつも、出力電圧Vout1の電圧精度を向上させることができる。
より具体的には、DC−DCコンバータ1は、例えば各出力に対してコイルを有する2出力型の従来のDC−DCコンバータに利用される2つのPWM制御回路が内蔵された制御回路(制御IC)をそのまま利用し、その制御回路に接続される部品の接続方法を変更することで実現することができる。すなわち、DC−DCコンバータ1は、従来から存在する汎用の制御回路を利用してその回路構成を実現することができる。
(DC−DCコンバータの適用例)
次に、上述のように従来のDC−DCコンバータに利用される制御回路を利用して上記DC−DCコンバータ1の回路構成を実現する方法について図7及び図8に従って説明する。なお、説明の便宜上、図7及び図8において、先の図1に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
まず、従来のDC−DCコンバータ5の構成について簡単に説明する。
図8に示すように、DC−DCコンバータ5は、各出力電圧Vout11,Vout12用にそれぞれコイルL1,L2を有する2出力型のDC−DCコンバータである。また、DC−DCコンバータ5は、入力電圧Vinよりも低い出力電圧Vout11,Vout12を生成する同期整流方式の降圧型DC−DCコンバータである。このDC−DCコンバータ5は、1チップの半導体集積回路装置上に形成された制御回路80Bを有している。
制御回路80Bは、第1制御回路81Bと、第2制御回路82Bと、発振器70とを有している。第1制御回路81Bは、誤差増幅回路32とPWM制御回路40とを有し、第2制御回路82Bは、誤差増幅回路52とPWM制御回路60とを有している。
第1制御回路81Bは、出力端子Po11から出力される出力電圧Vout11に応じた帰還電圧VFB11に基づいて、出力電圧Vout11が基準電圧Vrに基づく目標電圧に維持されるように、NチャネルMOSトランジスタT11,T12を相補的にオン・オフ制御する。詳述すると、トランジスタT11は発振器70の周期信号CKに基づく一定周期でオンされると、入力電圧Vinに応じたコイル電流が流れ、コイルL1にエネルギーが蓄積される。また、帰還電圧VFB11と基準電圧Vrとの誤差信号S1が周期信号CKよりも低くなると、トランジスタT11がオフされる。すると、コイルL1に蓄積されたエネルギーが出力端子Po11に向けて放出される。このとき、出力電圧Vout11が高くなると誤差信号S1が低下してトランジスタT11のオン時間が短くなる一方、出力電圧Vout11が低くなると誤差信号S1が上昇してトランジスタT12のオン時間が長くなる。このような動作により、出力電圧Vout11が基準電圧Vrに基づく目標電圧に維持される。
同様に、第2制御回路82Bは、出力端子Po12から出力される出力電圧Vout12に応じた帰還電圧VFB12に基づいて、出力電圧Vout12が基準電圧Vrに基づく目標電圧に維持されるように、NチャネルMOSトランジスタT13,T14を相補的にオン・オフ制御する。
次に、上記制御回路80Bと同一の制御回路80Aを利用したDC−DCコンバータ1の構成を説明する。
図7に示すように、制御回路80Aは、第1制御回路81Aと第2制御回路82Aと発振器70とを有している。第1制御回路81A及び第2制御回路82Aは、上記第1制御回路81B及び第2制御回路82Bと同一の構成を有している。すなわち、第1制御回路81Aは、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40を有し、第2制御回路82Aは、誤差増幅回路52及びPWM制御回路60を有している。但し、第1制御回路81Aと第1制御回路81Bとは機能的に異なり、第2制御回路82Aと第2制御回路82Bとは機能的に異なるため、それぞれ異なる符号を付している。ここでは、制御回路80Aの有する各種接続端子、及びそれら接続端子と内部の回路素子との接続関係を中心に説明する。
制御回路80Aの第1帰還端子FB1は、第1制御回路81Aの入力端子(具体的には、誤差増幅回路32の反転入力端子)に接続されている。本例の第1帰還端子FB1は、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutに応じた第1帰還電圧VFB1を入力する接続端子である。
上記誤差増幅回路32の出力端子は、制御回路80Aの誤差出力端子ERR1に接続されている。また、誤差増幅回路32の出力端子がPWM比較回路41の非反転入力端子に接続され、そのPWM比較回路41の出力端子がAST42の入力端子に接続されている。このAST42の一方の出力端子がドライバ回路43の入力端子に接続され、AST42の他方の出力端子がドライバ回路44の入力端子に接続されている。
ハイサイド側のドライバ回路43の出力端子(第1制御回路81Aの出力端子)は、メイン側のトランジスタT1駆動用の駆動出力端子DH1(第1駆動出力端子)に接続されている。この駆動出力端子DH1がトランジスタT1のゲートに接続されている。また、ローサイド側のドライバ回路44の出力端子(第1制御回路81Aの出力端子)は、同期側のトランジスタT2駆動用の駆動出力端子DL1に接続されている。この駆動出力端子DL1がトランジスタT2のゲートに接続されている。
また、ドライバ回路43は、その高電位側電源端子が第1電源端子VC1に接続され、低電位側電源端子が第1コイル接続端子LX1に接続されている。ドライバ回路44は、その高電位側電源端子が電源端子VCC1に接続され、低電位側電源端子が接地端子GNDに接続されている。電源端子VCC1には、高電位電源電圧VCCが供給される電源線が接続され、接地端子GNDにはグランドが接続されている。また、第1電源端子VC1には、ダイオードD11のカソードとコンデンサC11の第1端子が接続されている。ダイオードD11のアノードは上記電源線に接続され、コンデンサC11の第2端子は第1コイル接続端子LX1に接続されている。このようなコンデンサC11の充電電圧がドライバ回路43の高電位側電源端子に供給される。また、上記第1コイル接続端子LX1は、メイン側のトランジスタT1のソース(第2端子)及び単一のコイルLの第1端子LXに接続されている。なお、トランジスタT1のドレイン(第1端子)は、入力電圧Vinの供給される入力端子Piに接続されている。
ここで、コンデンサC11の機能について説明する。NチャネルMOSトランジスタT1をオンさせるためには、トランジスタT1のゲートにソースより高い電圧を印加する必要がある。トランジスタT1がオンしたときには、トランジスタT1のソースとドレインは共に入力電圧Vinとなる。このため、入力電圧Vinが供給されるメイン側のトランジスタT1がNチャネルMOSトランジスタである場合には、入力電圧Vinよりも高いゲート電圧を生成する必要がある。
コンデンサC11は、その第1端子に上記電源線がダイオードD11を介して接続され、第2端子にコイルLの第1端子LXが接続されている。ここでは、高電位電源電圧VCCが入力電圧Vinよりも低い電圧であり、ダイオードD11の順方向電圧降下を0.7Vとする。トランジスタT1がオフして上記第1端子LXの電位がグランドレベルになると、コンデンサC11はダイオードD11を経由してVCC−0.7Vの電圧まで充電される。次に、トランジスタT1がオンしてコイルLの第1端子LXの電圧が入力電圧Vinまで上昇すると、コンデンサC11の第2端子側の電位が入力電圧Vinとなるため、コンデンサC11の第1端子側の電位はVin+VCC−0.7Vまで上昇する。したがって、コンデンサC11の第1端子側から高電位側電源端子に電圧が供給されるドライバ回路43は、トランジスタT2がオン状態のときも、トランジスタT1がオン状態のときも、常にトランジスタT1のソース電圧よりもVCC−0.7Vだけ高い電圧を受けることができる。これにより、ドライバ回路43は、安定してゲート駆動を行うことができる。このように、コンデンサC11は、ブートストラップ回路として機能する。なお、ダイオードD11は、コンデンサC11の第1端子側の電位がVin+VCC−0.7Vに上昇したときに、コンデンサC11側から電源線に向かって電流が流れることを防止する機能を有している。
一方、制御回路80Aの第2帰還端子FB2は、第2制御回路82Aの入力端子(具体的には、誤差増幅回路52の反転入力端子)に接続されている。本例の第2帰還端子FB2は、出力電圧Vout2に応じた第2帰還電圧VFB2を入力する接続端子である。
上記誤差増幅回路52の出力端子は、制御回路80Aの誤差出力端子ERR2に接続されている。また、誤差増幅回路52の出力端子がPWM比較回路61の非反転入力端子に接続され、そのPWM比較回路61の出力端子がAST62の入力端子に接続されている。このAST62の一方の出力端子がドライバ回路63の入力端子に接続され、AST62の他方の出力端子がドライバ回路64の入力端子に接続されている。
ドライバ回路63の出力端子(第2制御回路82Aの出力端子)は、駆動出力端子DH2(第2駆動出力端子)に接続されている。この駆動出力端子DH2がトランジスタT3のゲートに接続されている。また、ドライバ回路64の出力端子(第2制御回路82Aの出力端子)は、駆動出力端子DL2(第3駆動出力端子)に接続されている。この駆動出力端子DL2がトランジスタT4のゲートに接続されている。なお、図8に示した従来のDC−DCコンバータ5では、駆動出力端子DH2は出力電圧Vout12に対応して設けられたメイン側のトランジスタT13駆動用の駆動出力端子であり、駆動出力端子DL2は出力電圧Vout12に対応して設けられた同期側のトランジスタT14駆動用の駆動出力端子である。
図7に示すように、ドライバ回路63は、その高電位側電源端子が第2電源端子VC2に接続され、低電位側電源端子が第2コイル接続端子LX2に接続されている。ドライバ回路44は、その高電位側電源端子が電源端子VCC1に接続され、低電位側電源端子が接地端子GNDに接続されている。第2電源端子VC2には、高電位電源電圧VCCが供給される電源線が接続されている。図8に示した従来のDC−DCコンバータ5では、第2電源端子VC2には、上述したダイオードD11及びコンデンサC11と同様の機能を有するダイオードD12及びコンデンサC12が接続されている。これらダイオードD12及びコンデンサC12を設けた理由は、トランジスタT13のゲートに、入力電圧Vinよりも高い電圧を印加するためである。これに対し、図7に示したDC−DCコンバータ1では、ドライバ回路63によって駆動されるトランジスタT3を、その他のトランジスタT1,T2,T4のオン・オフ状態に関わらず、入力電圧Vinよりも低い高電位電源電圧VCCによって常にオンさせることができる。このため、DC−DCコンバータ1では、上記ダイオードD12及びコンデンサC12を省略することができる。
また、第2コイル接続端子LX2は、トランジスタT3,T4のドレイン(第1端子)間の接続点及び単一のコイルLの第2端子LYに接続されている。なお、図8に示した従来のDC−DCコンバータ5では、上述した第1コイル接続端子LX1がコイルL1の第1端子LX11に接続され、第2コイル接続端子LX2がコイルL2の第1端子LX12に接続されている。そして、コイルL1の第2端子がコンデンサC11の第1端子及び出力端子Po11に接続され、コイルL2の第2端子がコンデンサC12の第1端子及び出力端子Po12に接続されている。このように、DC−DCコンバータ5では、出力端子Po11(出力電圧Vout11)に対してコイルL1が設けられ、出力端子Po12(出力電圧Vout12)に対して別のコイルL2が設けられる。これに対し、図7に示したDC−DCコンバータ1では、第1コイル接続端子LX1がコイルLの第1端子LXに接続され、第2コイル接続端子LX2が第2端子LYに接続されている。さらに、トランジスタT3のソース(第2端子)がコンデンサC1の第1端子及び出力端子Po1に接続され、トランジスタT4のソース(第2端子)がコンデンサC2の第2端子及び出力端子Po2に接続されている。このような接続によって、単一のコイルLを2つの出力端子Po1,Po2で共有することができる。これにより、DC−DCコンバータ5よりもコイルを1つ削減することができる。
上記出力端子Po1及び出力端子Po2は、第1帰還電圧生成回路31に接続されている。そして、この第1帰還電圧生成回路31の出力端子(ノードN1)が上記制御回路80Aの第1帰還端子FB1に接続されている。詳述すると、出力端子Po1は、抵抗R1及び抵抗R3を介してグランドに接続されている。また、出力端子Po2は、抵抗R2及び抵抗R3を介してグランドに接続されている。上記抵抗R1,R2と抵抗R3との間のノードN1は、制御回路80Aの第1帰還端子FB1に接続されている。これにより、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutに応じた第1帰還電圧VFB1が第1帰還端子FB1に供給される。なお、図7に示したDC−DCコンバータ5では、出力電圧Vout11,Vout12のうち出力電圧Vout11のみに応じて帰還電圧VFB11が生成されている。このため、DC−DCコンバータ1は、DC−DCコンバータ5と比較すると、抵抗R2が追加されている。但し、上述したように、DC−DCコンバータ1は、DC−DCコンバータ5からダイオードD12、コンデンサC12及び1つのコイルを削減することができるため、回路全体で見ると回路面積を大幅に削減することができる。特に、種々の回路素子の中でも小型化の困難なコイルを1つ削減できるため、回路面積の大幅な削減とコスト削減を実現することができる。
また、本例では、ノードN1は抵抗R11の第1端子にも接続され、その抵抗R11の第2端子はコンデンサC13の第1端子に接続されている。そして、コンデンサC13の第2端子は、制御回路80Aの誤差出力端子ERR1に接続されている。このため、第1制御回路81A内の誤差増幅回路32の出力端子は、コンデンサC13及び抵抗R11を介して誤差増幅回路32の反転入力端子にフィードバックされている。なお、誤差増幅回路32の利得は、抵抗R1,R2,R3,R11とコンデンサC13とによって決定される。
一方、上記出力端子Po1は、第2帰還電圧生成回路51に接続されている。具体的には、出力端子Po1は、抵抗R4及び抵抗R5を介してグランドに接続されている。そして、これら抵抗R4,R5間のノードN2(第2帰還電圧生成回路51の出力端子)は、制御回路80Aの第2帰還端子FB2に接続されている。これにより、出力電圧Vout1に応じた第2帰還電圧VFB2が第2帰還端子FB2に供給される。なお、DC−DCコンバータ5では、出力電圧Vout12に応じて帰還電圧VFB12が生成されるため、抵抗R4の第1端子には出力端子Po12が接続されている。
また、本例では、ノードN2は抵抗R12の第1端子にも接続され、その抵抗R12の第2端子はコンデンサC14の第1端子に接続されている。そして、コンデンサC14の第2端子は、制御回路80Aの誤差出力端子ERR2に接続されている。このため、第2制御回路82A内の誤差増幅回路52の出力端子は、コンデンサC14及び抵抗R12を介して誤差増幅回路52の反転入力端子にフィードバックされている。なお、誤差増幅回路52の利得は、抵抗R4,R5,R12とコンデンサC14とによって決定される。
以上説明したように、上記DC−DCコンバータ1は、従来のDC−DCコンバータ5で利用される制御回路80Bと同一の制御回路80Aを利用し、制御回路80Aに外付けされる回路素子もほとんど変更することなくその回路構成を実現することができる。それにも関わらず、DC−DCコンバータ1は、上述した(1)〜(6)の優れた効果を奏することができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態を図9〜図13に従って説明する。この実施形態のDC−DCコンバータ1Aは、第1帰還電圧生成回路の内部構成、及び検出回路90を追加した点が上記第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、先の図1〜図8に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
図9に示すように、第1制御部内の第1帰還電圧生成回路31Aは、抵抗R1,R2,R3,R6,R7と、スイッチSW1,SW2,SW3,SW4とを有している。
抵抗R1は、その第1端子が出力端子Po1に接続され、第2端子がスイッチSW1の第1端子に接続されている。このスイッチSW1の第2端子はノードN1に接続されている。また、抵抗R2は、その第1端子が出力端子Po2に接続され、第2端子がスイッチSW2の第1端子に接続されている。このスイッチSW2の第2端子はノードN1に接続されている。スイッチSW1の制御端子には検出回路90から検出信号VS1が供給され、スイッチSW2の制御端子には検出回路90から検出信号VS2が供給される。このスイッチSW1は検出信号VS1に応答してオン・オフ制御され、スイッチSW2は検出信号VS2に応答してオン・オフ制御される。これらスイッチSW1,SW2は、複数の出力電圧Vout1,Vout2を合成する合成回路として機能するノードN1と、複数の出力端子Po1,Po2とをそれぞれ接離するスイッチである。なお、これらスイッチSW1,SW2は、例えばNチャネルMOSトランジスタである。
抵抗R3は、その第1端子がノードN1に接続され、第2端子が抵抗R6の第1端子に接続されている。抵抗R6の第2端子は抵抗R7の第1端子に接続され、その抵抗R7の第2端子はグランドに接続されている。また、抵抗R6にはスイッチSW3が並列に接続され、抵抗R7にはスイッチSW4が並列に接続されている。スイッチSW3の制御端子には検出信号VS1が供給され、スイッチSW4の制御端子には検出信号VS2が供給される。このスイッチSW3は検出信号VS1に応答してオン・オフ制御され、スイッチSW4は検出信号VS2に応答してオン・オフ制御される。なお、これらスイッチSW3,SW4は、例えばNチャネルMOSトランジスタである。
検出回路90には、制御信号VH1及び制御信号VH2が供給される。検出回路90は、制御信号VH1及び制御信号VH2に基づいて、制御信号VH2のデューティが0%又は100%であるか否かを検出する。検出回路90は、上記検出結果に基づいて、スイッチSW1,SW3をオン・オフ制御する検出信号VS1と、スイッチSW2,SW4をオン・オフ制御する検出信号VS2を生成する。
例えば検出回路90は、制御信号VH2のデューティが0%であることを検出したときに、スイッチSW1,SW3をオフするLレベルの検出信号VS1を生成するとともに、スイッチSW2,SW4をオンするHレベルの検出信号VS2を生成する。ここで、制御信号VH2のデューティが0%のときには、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3が常にオフしている状態である。このため、検出回路90は、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3がオンしないことを検出したときに、スイッチSW1,SW3をオフするLレベルの検出信号VS1を生成していると言える。
このとき、第1帰還電圧生成回路31Aでは、Lレベルの検出信号VS1に応答してスイッチSW1がオフされ、上記オンしないトランジスタT3に接続される出力端子Po1がノードN1から切り離される。これにより、第1帰還電圧生成回路31A、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40を含む第1制御部のフィードバックループから出力端子Po1が切り離されることになる。その一方で、出力端子Po2は、抵抗R2、オン状態のスイッチSW2、抵抗R3、抵抗R6及びオン状態のスイッチSW4を介してグランドに接続される。このとき、抵抗R6は、出力電圧Vout2を目標電圧に維持するための抵抗値に設定されている。このため、抵抗R6及びスイッチSW3は、出力電圧Vout2を目標電圧にするための調整用回路として機能する。
この場合の第1帰還電圧生成回路31Aでは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2のうち出力電圧Vout2のみに応じた第1帰還電圧VFB1が生成される。そして、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40は、上記第1帰還電圧VFB1が基準電圧Vrに近づくように、トランジスタT1,T2をオン・オフ制御する。これにより、出力電圧Vout2が基準電圧Vr及び抵抗R2,R3,R6に基づく目標電圧に維持される。
一方、検出回路90は、制御信号VH2のデューティが100%であることを検出したときに、スイッチSW2,SW4をオフするLレベルの検出信号VS2を生成するとともに、スイッチSW1,SW3をオンするHレベルの検出信号VS1を生成する。ここで、制御信号VH2のデューティが100%のときには、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3が常にオンしている状態である。このため、検出回路90は、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3がオフしないことを検出したときに、スイッチSW2,SW4をオフするLレベルの検出信号VS2を生成していると言える。
このとき、第1帰還電圧生成回路31Aでは、Lレベルの検出信号VS2に応答してスイッチSW2がオフされ、上記オフしないトランジスタT3以外のトランジスタT4に接続される出力端子Po2がノードN1から切り離される。これにより、第1帰還電圧生成回路31A、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40を含む第1制御部のフィードバックループから出力端子Po2が切り離されることになる。その一方で、出力端子Po1は、抵抗R1、オン状態のスイッチSW1、オン状態のスイッチSW3及び抵抗R7を介してグランドに接続される。このとき、抵抗R7は、出力電圧Vout1を目標電圧に維持するための抵抗値に設定されている。このため、抵抗R7及びスイッチSW4は、出力電圧Vout1を目標電圧にするための調整用回路として機能する。
この場合の第1帰還電圧生成回路31Aでは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2のうち出力電圧Vout1のみに応じた第1帰還電圧VFB1が生成される。そして、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40は、上記第1帰還電圧VFB1が基準電圧Vrに近づくように、トランジスタT1,T2をオン・オフ制御する。これにより、出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R1,R3,R7に基づく目標電圧に維持される。
次に、検出回路90の内部構成例を説明する。
図10に示すように、検出回路90は、遅延回路91と、インバータ回路92と、D−フリップフリップ回路(D−FF回路)93,94と、インバータ回路95と、D−FF回路96,97と、インバータ回路98とを有している。
遅延回路91は、制御信号VH2を所定時間(微小時間)だけ遅延させた遅延信号VH2aをインバータ回路92及びD−FF回路96のリセット端子Rに供給する。インバータ回路92は、遅延信号VH2aを論理反転した信号をD−FF回路93のリセット端子Rに供給する。
D−FF回路93の入力端子Dには、図示しない電源回路により生成された高電位電源電圧VCCが供給される。D−FF回路93のクロック端子には制御信号VH1が入力されている。そして、D−FF回路93の出力端子Qから出力信号Q1が次段のD−FF回路94の入力端子Dに出力される。
D−FF回路94のクロック端子には制御信号VH1が入力されている。このD−FF回路94の出力端子Qから出力信号がインバータ回路95に出力される。このインバータ回路95は、D−FF回路94の出力信号を論理反転した信号を検出信号VS1として出力する。
このようなD−FF回路93,94及びインバータ回路92,95は、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3がオンしないことを検出したときに検出信号VS1(第1検出信号)を生成する第1検出回路として機能する。
D−FF回路96の入力端子Dには高電位電源電圧VCCが供給され、D−FF回路96のクロック端子には制御信号VH1が入力されている。そして、D−FF回路96の出力端子Qから出力信号Q2が次段のD−FF回路97の入力端子Dに出力される。
D−FF回路97のクロック端子には制御信号VH1が入力されている。このD−FF回路97の出力端子Qから出力信号がインバータ回路98に出力される。このインバータ回路98は、D−FF回路97の出力信号を論理反転した信号を検出信号VS2として出力する。
このようなD−FF回路96,97及びインバータ回路98は、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3がオフしないことを検出したときに検出信号VS2(第2検出信号)を生成する第2検出回路として機能する。
次に、上記検出回路90の動作を説明する。まず、制御信号VH2のデューティが0%になるときの検出回路90の動作について説明する。
図11に示す期間Tcのように、制御信号VH1の一つの周期T内に遅延信号VH2aのHレベルのパルスが発生する場合には、そのHレベルの遅延信号VH2aによってD−FF回路93がリセットされて出力信号Q1がLレベルになる。すると、次の周期Tの制御信号VH1の立ち上がり時に、D−FF回路93の出力信号Q1がLレベルになる。このため、D−FF回路94からはLレベルの出力信号が出力され、インバータ回路95からはHレベルの検出信号VS1が出力される。そして、このHレベルの検出信号VS1に応答してスイッチSW1,SW3がオンされる。
一方、期間Tdのように、制御信号VH1の一つの周期T内に遅延信号VH2aのHレベルのパルスが発生しない場合、つまり制御信号VH2のデューティが0%になった場合には、上記周期T内においてD−FF回路93がリセットされない。このため、制御信号VH1の立ち上がりに応答してHレベルとなった出力信号Q1(時刻t5参照)がLレベルに遷移せず、次の周期Tの制御信号VH1の立ち上がり時に、D−FF回路93の出力信号Q1がHレベルになる(時刻t6参照)。したがって、上記制御信号VH1の立ち上がりエッジに応答してD−FF回路94からHレベルの出力信号が出力され、インバータ回路95からはLレベルの検出信号VS1が出力される。そして、このLレベルの検出信号VS1に応答してスイッチSW1,SW3がオフされる。
次に、制御信号VH2のデューティが100%になるときの検出回路90の動作について説明する。
図11に示す期間Teのように、制御信号VH1の一つの周期T内に遅延信号VH2aのLレベルのパルスが発生する場合には、そのLレベルの遅延信号VH2aによってD−FF回路96がリセットされる(時刻t7参照)。このD−FF回路96がリセットされているときに、制御信号VH1が立ち上がっても(時刻t8参照)、D−FF回路96の出力信号Q2はLレベルに保持される。このため、次の周期Tの制御信号VH1の立ち上がり時には、D−FF回路96の出力信号Q2がLレベルになる(時刻t9参照)。したがって、D−FF回路97からはLレベルの出力信号が出力され、インバータ回路98からはHレベルの検出信号VS2が出力される。そして、このHレベルの検出信号VS2に応答してスイッチSW2,SW4がオンされる。
一方、期間Tfのように、制御信号VH1の一つの周期T内に遅延信号VH2aのLレベルのパルスが発生しない場合、つまり制御信号VH2のデューティが100%になった場合には、上記周期T内においてD−FF回路96がリセットされない。このため、制御信号VH1の立ち上がりに応答して出力信号Q2がHレベルに立ち上がり(時刻t10参照)、その出力信号Q2のHレベルが次の周期Tまで保持される。このため、次の制御信号VH1の立ち上がりに応答して、D−FF回路97からHレベルの出力信号が出力され、インバータ回路98からはLレベルの検出信号VS2が出力される(時刻t11参照)。そして、このLレベルの検出信号VS2に応答してスイッチSW2,SW4がオフされる。
次に、負荷2が急変した場合におけるDC−DCコンバータ1Aの動作について、図12及び図13のシミュレーション結果を参照して説明する。
図12は、出力電流Io1を急変させたときのDC−DCコンバータ1Aの動作についてシミュレーションした結果を示したものである。また、図13は、出力電流Io1を急変させたときの上記第1実施形態のDC−DCコンバータ1の動作についてシミュレーションした結果を示したものである。なお、図12及び図13のシミュレーション条件は、入力電圧Vinが5.0[V]、出力電圧Vout1の目標電圧が1.5[V]、出力電圧Vout2の目標電圧が1.2[V]である。また、上記シミュレーション条件は、出力電流Io2が200[mA]、コイルLのインダクタンス値が3.3[μH]、コンデンサC1,C2の容量値が10[μF]、周期信号CKの周波数が1.5[MHz]である。そして、図12及び図13は、出力電流Io1を200[mA]から0[mA]に変化させたときのシミュレーション結果を示している。
まず、第1実施形態のDC−DCコンバータ1の動作について説明する。
図13に示すように、負荷2が軽負荷に急変して出力電流Io1が急激に減少すると(200[mA]→0[mA])、出力電圧Vout1が急激に増加し、出力電圧Vout1が目標電圧(ここでは、1.5V)よりも高くなる(オーバーシュートする)。すると、出力電圧Vout1に応じた第2帰還電圧VFB2と周期信号CKとの誤差信号S2が周期信号CKの基準値よりも低くなり、周期信号CKの各周期Tにおいて制御信号VH2が常にLレベルとなる(時刻t12参照)。すなわち、制御信号VH2のデューティが0%となり、周期信号CKの各周期においてトランジスタT3が常にオフ状態、トランジスタT4が常にオン状態となる。このとき、第1制御部30には、オーバーシュートした出力電圧Vout1と出力電圧Vout2とを足し合わせた合成電圧Voutがフィードバックされる。このため、出力電圧Vout1のオーバーシュートに合わせて出力電圧Vout2がアンダーシュートした状態で安定してしまう。
これに対し、本実施形態のDC−DCコンバータ1Aでは、上述のように負荷2の急変後に制御信号VH2のデューティが0%となると(時刻t13参照)、それが検出回路90で検出され、その検出回路90からLレベルの検出信号VS1及びHレベルの検出信号VS2が出力される。そして、これら検出信号VS1,VS2に応答してスイッチSW1,SW3がオフされスイッチSW2,SW4がオンされる。これにより、上述のようにオーバーシュートした出力電圧Vout1が出力される出力端子Po1が第1帰還電圧生成回路31AのノードN1から切り離される。したがって、第1帰還電圧生成回路31Aでは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2のうち出力電圧Vout2のみに応じた第1帰還電圧VFB1が生成される。なお、このとき、出力電圧Vout2を目標電圧に維持させるための調整用の抵抗R6が抵抗R3に接続される。このため、制御信号VH2のデューティが0%となった後に、出力電圧Vout2が一旦アンダーシュートするものの、第1帰還電圧生成回路31A、誤差増幅回路32及びPWM制御回路40を含む第1制御部によるフィードバック制御によって出力電圧Vout2を目標電圧(ここでは、1.2V)に安定させることができる。
なお、ここでは詳細な説明を省略するが、負荷2又は負荷3の急変によって制御信号VH2のデューティが100%になった場合には、出力端子Po2を第1帰還電圧生成回路31AのノードN1から切り離すことで、出力電圧Vout1が目標電圧に維持される。
以上説明した実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(6)の効果に加えて以下の効果を奏する。
(8)制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3がオンしないことを検出したときにLレベルの検出信号VS1を生成し、そのオンしないトランジスタT3に接続された出力端子Po1をノードN1(合成回路)から切り離すようにした。また、制御信号VH1の一周期内でトランジスタT3が常にオフしていることを検出したときにLレベルの検出信号VS2を生成し、その常にオフしているトランジスタT3以外のトランジスタT4に接続された出力端子Po2をノードN1(合成回路)から切り離すようにした。これらにより、負荷急変などに起因して一方の出力電圧がオーバーシュートやアンダーシュートした場合であっても、それに合わせて他方の出力電圧がアンダーシュートやオーバーシュートすることを抑制することができる。すなわち、負荷急変時の出力電圧Vout1,Vout2の電圧変動を改善することができる。
(他の実施形態)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、1つのコイルLで、入力電圧Vinよりも低い2つの出力電圧Vout1,Vout2を生成する降圧型のDC−DCコンバータ1に具体化した。これに限らず、例えば図14に示すように、1つのコイルLaで、入力電圧Vinよりも高い2つの出力電圧Vout1,Vout2を生成する昇圧型のDC−DCコンバータに具体化してもよい。ここでは、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本例における入出力電圧の大小関係は、Vin<Vout1<Vout2とする。
詳述すると、DC−DCコンバータ1Bは、コンバータ部10Aと、出力側のスイッチ回路群20Aと、コンデンサC1と、コンデンサC2と、第1制御部30Aと、第2制御部50Aと、発振器70とを有している。
コンバータ部10Aでは、入力電圧Vinの供給される入力端子Piとグランドとの間に、コイルLaとメイン側のトランジスタT5とが直列に接続されている。なお、トランジスタT5は、例えばNチャネルMOSトランジスタである。
コイルLaは、その第1端子が入力端子Piに接続され、第2端子がトランジスタT5のドレイン(第1端子)に接続されている。そのトランジスタT5のソース(第2端子)は、グランドに接続されている。
また、トランジスタT5のゲート(制御端子)には、第1制御部30Aから制御信号VH1が供給される。このトランジスタT5は、制御信号VH1に応答してオン・オフする。
コイルLaとトランジスタT5との接続点、つまりコイルLaの第2端子LXaには、スイッチ回路群20A内のNチャネルMOSトランジスタT3a,T4aのドレインが共通に接続されている。
トランジスタT3aのソースはコンデンサC1及び出力端子Po1に接続されている。このトランジスタT3aのバックゲートは、同トランジスタT3aのソースに接続されている。このような接続によって、トランジスタT3aのソースからドレインに向かう方向(出力端子Po1からコイルLaに向かう方向)が順方向になるボディダイオードD1aが形成される。すなわち、ボディダイオードD1aは、そのアノードが出力端子Po1に接続され、カソードがコイルLの第2端子LYに接続される。
トランジスタT4aのソースはコンデンサC2及び出力端子Po2に接続されている。このトランジスタT4aのバックゲートは、同トランジスタT4aのドレインに接続されている。このような接続によって、トランジスタT4aのドレインからソースに向かう方向(コイルLaから出力端子Po2に向かう方向)が順方向になるボディダイオードD2aが形成される。このように、複数の出力電圧Vout1,Vout2のうち最も高い出力電圧Vout2が出力される出力端子Po2とコイルLaとの間には、アノードが出力端子Po1に接続され、カソードがコイルLの第2端子LYに接続されるボディダイオードD2aが形成される。
第1制御部30Aは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の合成電圧Voutに基づいて、その合成電圧Voutが目標電圧に近づくように、トランジスタT5をオン・オフ制御する。換言すると、第1制御部30は、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3に所望の電力が供給されるように、トランジスタT5のオン時間を調整する。具体的には、第1制御部30は、周波数(周期)が一定で、負荷2及び負荷3へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH1をトランジスタT5に供給する。この制御信号VH1は、NOR回路100,101にも供給される。なお、本実施形態の第1制御部30Aでは、コンバータ部10Aの構成に合わせてドライバ回路44(図1参照)が省略されている。
第2制御部50Aは、出力電圧Vout1に基づいて、その出力電圧Vout1が目標電圧に近づくように、トランジスタT3,T4をオン・オフ制御する。換言すると、第2制御部50は、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に所望の電力が供給されるように、トランジスタT3のオン時間を調整する。具体的には、第2制御部50は、周波数(周期)が一定で、負荷2へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH3,VL3をトランジスタT3,T4に供給する。
この第2制御部50Aは、第2帰還電圧生成回路51と、誤差増幅回路52と、PWM制御回路60と、NOR回路100,101とを有している。
NOR回路100には、第1制御部30Aから制御信号VH1が供給されるとともに、PWM制御回路60内のドライバ回路63から制御信号VH2が供給される。NOR回路100の出力端子はトランジスタT4のゲートに接続されている。NOR回路100は、制御信号VH1,VH2を否定論理和演算した結果を持つ制御信号VL3を生成し、その制御信号VL3をトランジスタT4のゲートに供給する。
NOR回路101には、第1制御部30Aから制御信号VH1が供給されるとともに、PWM制御回路60内のドライバ回路64から制御信号VL2が供給される。NOR回路101の出力端子はトランジスタT3のゲートに接続されている。NOR回路101は、制御信号VH1,VL2を否定論理和演算した結果を持つ制御信号VH3を生成し、その制御信号をトランジスタT3のゲートに供給する。
このようなNOR回路100,101は、メイン側のトランジスタT5がオンするときに同期側のスイッチ回路として機能するトランジスタT3,T4がオンしないように、制御信号VH1,VH2,VL2から制御信号VH3,VL3を生成するための論理回路である。なお、これら制御信号VH3,VL3は、制御信号VH1と同一の周期Tを有する信号である。
次に、上記DC−DCコンバータ1Bの動作を説明する。
図15に示すように、時刻t14において、周期信号CKが一定の周期Tで基準値にリセットされると、その周期信号CKのレベルが誤差信号S1,S2よりも低くなる。すると、PWM比較回路41からHレベルのPWM信号SG1が出力され、PWM比較回路61からHレベルのPWM信号SG2が出力される。HレベルのPWM信号SG1に応答して、Hレベルの制御信号VH1が生成され、HレベルのPWM信号SG2に応答して、Hレベルの制御信号VH2及びLレベルの制御信号VL2が生成される。これら制御信号VH1,VH2,VL2に応答して、Lレベルの制御信号VH3及びLレベルの制御信号VL3が生成される。これにより、トランジスタT5がオンされるとともに、トランジスタT3及びトランジスタT4がオフされる。すると、コイルLaの第2端子LXaがトランジスタT5を通じてグランドに接続される。このため、入力端子PiからコイルLaを通じてグランドに至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には時刻t14から時刻t15までの第1の期間P1では、入力電圧Vinに応じたコイル電流ILaがコイルLaに流れ、コイルLaにエネルギーが蓄積される。この第1の期間P1では、コイル電流ILaが時間の経過とともに所定の傾きで増加する。具体的には、第1の期間P1におけるコイル電流ILaの増加傾きm11は、コイルLaのインダクタンス値をLaとすると、
となる。すなわち、第1の期間P1におけるコイル電流ILaは、入力電圧Vinに比例して増加する。
次に、時刻t14から所定の立ち上がり特性で徐々に上昇する周期信号CKのレベルが誤差信号S1よりも高くなると(時刻t15参照)、PWM比較回路61からLレベルのPWM信号SG1が出力される。このLレベルのPWM信号SG1に応答してLレベルの制御信号VH1が生成されると、Hレベルの制御信号VH3及びLレベルの制御信号VL3が生成される。これにより、トランジスタT5がオフされるとともに、トランジスタT3がオンされトランジスタT4がオフされる。すると、コイルLaの第2端子LXaがトランジスタT3を通じて出力端子Po1に接続される。このため、入力端子PiからコイルLaを通じて出力端子Po1に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には時刻t15から時刻t16までの第2の期間P2では、上記第1の期間P1でコイルLaに蓄えられたエネルギーが出力端子Po1に向けて放出され、コイルLaに誘導電流が流れる。この第2の期間P2では、コイル電流ILaが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第2の期間P2におけるコイル電流ILaの減少傾きm12は、
となる。すなわち、第2の期間P2におけるコイル電流ILaは、出力電圧Vout1と入力電圧Vinとの電位差に比例して減少する。なお、上記エネルギーの放電の際に、コイルLaの電圧方向が入力電圧Vinと同方向であるため、入力電圧Vinよりも昇圧された出力電圧Vout1が出力端子Po1に生成されることになる。
続いて、上記周期信号CKのレベルが誤差信号S2よりも高くなると(時刻t16参照)、PWM比較回路61からLレベルのPWM信号SG2が出力される。このLレベルのPWM信号SG2に応答してLレベルの制御信号VH2及びHレベルの制御信号VL2が生成されると、Lレベルの制御信号VH3及びHレベルの制御信号VL3が生成される。これにより、トランジスタT3がオフされトランジスタT4がオンされる。すると、コイルLaの第2端子LXaがトランジスタT4を通じて出力端子Po2に接続される。このため、入力端子PiからコイルLaを通じて出力端子Po2に至る電流経路が形成される。この接続状態の間、具体的には時刻t16から時刻t17までの第3の期間P3では、上記第1の期間P1でコイルLaに蓄えられたエネルギーが出力端子Po2に向けて放出され、コイルLaに誘導電流が流れる。この第3の期間P3では、コイル電流ILaが時間の経過とともに所定の傾きで減少する。具体的には、第3の期間P3におけるコイル電流ILaの減少傾きm13は、
となる。すなわち、第3の期間P3におけるコイル電流ILaは、出力電圧Vout2と入力電圧Vinとの電位差に比例して減少する。なお、上記エネルギーの放電の際に、コイルLaの電圧方向が入力電圧Vinと同方向であるため、入力電圧Vinよりも昇圧された出力電圧Vout2が出力端子Po2に生成されることになる。
その後、周期信号CKが一定の周期Tで基準値に再度リセットされると(時刻t17参照)、トランジスタT5がオンされるとともに、トランジスタT3,T4が共にオフされる。これにより、次の周期Tが開始され、その周期Tにおいて、第1の期間P1、第2の期間P2及び第3の期間P3がこの順番で実行される。
ここで、メイン側のトランジスタT5がオフしている期間(第2の期間P2及び第3の期間P3)におけるコイル電流ILaの電流量の総量(領域A3,A4参照)を周期Tで平均した平均値が負荷2,3に供給される出力電流Io1,Io2の合計値Io1+Io2となる。このため、周期T(第1の期間P1〜第3の期間P3)におけるコイル電流ILaの平均値は、上記合計値Io1+Io2よりも大きくなる。また、トランジスタT3がオンしている期間(第2の期間P2)におけるコイル電流ILaの電流量の総量(領域A3参照)を周期Tで平均した平均値が負荷2に供給される出力電流Io1となる。そして、トランジスタT4がオンしている期間(第3の期間P3)におけるコイル電流ILaの電流量の総量(領域A4参照)を周期Tで平均した平均値が負荷3に供給される出力電流Io2となる。
このようなDC−DCコンバータ1Bにおいても、上記第1実施形態と同様に、第1制御部30Aでは、合成電圧Voutに基づいて、合成電圧Voutが基準電圧Vr及び抵抗R1〜R3に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT5のオン時間が制御される。換言すると、第1制御部30Aでは、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3に供給すべき所望の電流、つまり出力電流Io1,Io2の合計値Io1+Io2が流れるように、コイル電流ILaの電流量の総量が制御される。
また、第2制御部50Aでは、出力電圧Vout1に基づいて、その出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R4,R5に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT3のオン時間が制御される。換言すると、第2制御部50Aでは、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に供給すべき所望の出力電流Io1が流れるように、コンデンサC1(出力端子Po1)にコイル電流ILaを供給する必要な時間幅が制御(決定)される。なお、周期Tから上記決定された時間幅を除いた残りの時間は、第2制御部50Aのフィードバック信号として利用していない出力電圧Vout2側のコンデンサC2にコイル電流ILaを供給する時間として利用される。このように、第2制御部50Aでは、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2のうちの出力電圧Vout1のみに基づいて、コイル電流ILaを各コンデンサC1,C2(各出力端子Po1,Po2)に振り分ける期間の割合が制御される。
以上説明した変形例の構成であっても、上記第1実施形態の(1)〜(5)と同様の効果を奏することができる。
・あるいは、1つのコイルLで、入力電圧Vinを反転させた2つの出力電圧を生成する反転型のDC−DCコンバータに具体化してもよい。さらに、上述したような降圧型、昇圧型及び反転型を組み合わせた単一インダクタ多出力型のDC−DCコンバータに具体化してもよい。例えば1つのコイルLで、入力電圧Vinよりも高い出力電圧と、入力電圧Vinを反転させた出力電圧とを生成する昇圧型と反転型とを組み合わせたDC−DCコンバータに具体化してもよい。
・上記各実施形態では、1つのコイルLで2つの出力電圧Vout1,Vout2を生成する単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータに具体化した。これに限らず、例えば1つのコイルLで3つ以上の出力電圧を生成する単一インダクタ多出力型DC−DCコンバータに具体化してもよい。ここでは、1つのコイルLで3つの出力電圧Vout1,Vout2,Vout3を生成する単一インダクタ多出力型のDC−DCコンバータ1Cについて図16に従って説明する。
図16に示したDC−DCコンバータ1Cは、入力電圧Vinよりも低い3つの出力電圧Vout1,Vout2,Vout3を生成する同期整流方式の降圧型DC−DCコンバータである。出力電圧Vout1は、出力端子Po1に接続される負荷2に供給され、出力電圧Vout2は、出力端子Po2に接続される負荷3に供給され、出力電圧Vout3は、出力端子Po3に接続される負荷4に供給される。なお、本例における入出力電圧の大小関係は、Vout3<Vout2<Vout1<Vinとする。
DC−DCコンバータ1Cは、コンバータ部10と、出力側のスイッチ回路群20Bと、コンデンサC1と、コンデンサC2と、コンデンサC3と、第1制御部30Bと、第2制御部50Bとを有している。
出力側のスイッチ回路群20Bは、コイルLの第2端子LYに共通に接続されたNチャネルMOSトランジスタT3,T4,T6を有している。トランジスタT6は、そのドレイン(第1端子)がコイルLの第2端子LYに接続され、ソース(第2端子)がコンデンサC3の第1端子に接続されている。また、トランジスタT6のバックゲートは、同トランジスタT6のソースに接続されている。このような接続によって、トランジスタT3のソースからドレインに向かう方向(出力端子Po3からコイルLに向かう方向)が順方向になるボディダイオードD3が形成される。すなわち、ボディダイオードD3は、そのアノードが出力端子Po3に接続され、カソードがコイルLの第2端子LYに接続される。
上記コンデンサC3の第2端子はグランドに接続されている。そのコンデンサC3の第1端子は出力端子Po3に接続されている。そして、出力端子Po3からコンデンサC3の両端電圧である出力電圧Vout3が負荷4に供給される。なお、コンデンサC3は、出力電圧Vout3を平滑化する第1平滑化回路に含まれる。
第1制御部30Bは、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2と出力電圧Vout3とを足し合わせた合成電圧Voutに基づいて、その合成電圧Voutが目標電圧に近づくように、トランジスタT1,T2をオン・オフ制御する。換言すると、第1制御部30Bは、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3,4に所望の電力が供給されるように、トランジスタT1のオン時間を調整する。具体的には、第1制御部30Bは、周波数(周期)が一定で、負荷2、負荷3及び負荷4へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH1,VL1をトランジスタT1,T2に供給する。
第1制御部30Bは、第1帰還電圧生成回路31Bと、誤差増幅回路32と、PWM制御回路40とを有している。
第1帰還電圧生成回路31Bは、出力電圧Vout1と出力電圧Vout2と出力電圧Vout3とを足し合わせた合成電圧Voutに応じた第1帰還電圧VFB1を生成する。この第1帰還電圧生成回路31Bは、抵抗R1,R2,R3,R6を有している。具体的には、出力端子Po1が抵抗R1及び抵抗R3を介してグランドに接続され、出力端子Po2が抵抗R2及び抵抗R3を介してグランドに接続され、出力端子Po3が抵抗R6及び抵抗R3を介してグランドに接続されている。そして、これら抵抗R1,R2,R6と抵抗R3との間のノードN1が誤差増幅回路32の反転入力端子に接続されている。このような第1帰還電圧生成回路31Bでは、出力電圧Vout1の分圧電圧と、出力電圧Vout2の分圧電圧と、出力電圧Vout3の分圧電圧とを足し合わせた第1帰還電圧VFB1がノードN1に生成される。そして、この第1帰還電圧VFB1が誤差増幅回路32の反転入力端子に供給される。
第2制御部50Bは、複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうち1つの出力電圧Vout3(第1出力電圧)を除いた残りの出力電圧Vout1,Vout2(第2出力電圧)に基づいて、それら出力電圧Vout1,Vout2がそれぞれ目標電圧(第2目標値)に近づくように、トランジスタT3,T4をオン・オフ制御する。換言すると、第2制御部50Bは、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に所望の電力が供給されるように、トランジスタT3のオン時間を調整するとともに、出力電圧Vout2に基づいて、負荷3に所望の電力が供給されるように、トランジスタT4のオン時間を調整する。具体的には、第2制御部50Bは、周波数(周期)が一定で、負荷2へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH2をトランジスタT3に供給する。また、第2制御部50Bは、周波数(周期)が一定で、負荷3へ供給すべき必要な電力に応じてパルス幅が変動する制御信号VH4,VL4をトランジスタT4,T6に供給する。
第2制御部50Bは、第2帰還電圧生成回路51と、誤差増幅回路52と、PWM制御回路60と、第3帰還電圧生成回路51Aと、誤差増幅回路52Aと、PWM制御回路60Aと、NOR回路65,66とを有している。
第3帰還電圧生成回路51Aは、出力電圧Vout2に応じた第3帰還電圧VFB3を生成する。この第3帰還電圧生成回路51Aは、抵抗R7,R8を有している。具体的には、出力端子Po2が抵抗R7の第1端子に接続され、その抵抗R7の第2端子が抵抗R8の第1端子に接続されている。また、抵抗R8の第2端子がグランドに接続されている。そして、これら抵抗R7,R8間のノードN3が誤差増幅回路52Aの反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗R7,R8は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Vout3を分圧した第3帰還電圧VFB3をノードN3に生成する。この第3帰還電圧VFB3の値は、抵抗R7,R8の抵抗値の比と、出力電圧Vout3とグランドとの電位差に対応する。このため、抵抗R7,R8は、出力電圧Vout3に比例した第3帰還電圧VFB3を生成することになる。そして、この第2帰還電圧VFB2が誤差増幅回路52Aの反転入力端子に供給される。
誤差増幅回路52Aの非反転入力端子には、上記基準電圧Vrが供給される。ここで、基準電圧Vrは、出力電圧Vout2が目標電圧(規格値)に達したときに、上記第3帰還電圧VFB3と一致する電圧である。
誤差増幅回路52Aは、第3帰還電圧VFB3と基準電圧Vrとを比較し、両電圧の差電圧を増幅した誤差信号S3をPWM制御回路60Aに出力する。
PWM制御回路60Aは、図1に示したPWM制御回路60と略同様の構成を有しているため、ここでは詳細な説明を省略する。このPWM制御回路60Aは、誤差信号S3と周期信号CKに基づいて、第3帰還電圧VFB3が基準電圧Vrに近づくように、トランジスタT4,T6をオン・オフ制御するための制御信号VH4,VL4を生成する。この制御信号VH4はNOR回路65に供給され、制御信号VH5はNOR回路66に供給される。
NOR回路65には、PWM制御回路60から制御信号VH2が供給される。NOR回路65の出力端子はトランジスタT6のゲートに接続されている。NOR回路65は、制御信号VH2,VH4を否定論理和演算した結果を持つ制御信号VL5を生成し、その制御信号VL5をトランジスタT6のゲートに供給する。
NOR回路66には、PWM制御回路60から制御信号VH2が供給される。NOR回路66の出力端子はトランジスタT4のゲートに接続されている。NOR回路66は、制御信号VH2,VL4を否定論理和演算した結果を持つ制御信号VH5を生成し、その制御信号VH5をトランジスタT4のゲートに供給する。
これらNOR回路65,66は、トランジスタT3,T4,T6のオン制御の優先順位を決定する論理回路である。すなわち、NOR回路65,66は、トランジスタT3,T4,T6をオンさせる順番を決定する論理回路である。本例では、第1制御部30BからHレベルの制御信号VH1が出力されてから、トランジスタT3→トランジスタT4→トランジスタT6の順番でオンされるようになっている。
詳述すると、図17に示すように、時刻t18において、PWM制御回路40からHレベルの制御信号VH1及びLレベルの制御信号VL1が出力されると、トランジスタT1がオンされトランジスタT2がオフされる。また、上記時刻t18において、PWM制御回路60からHレベルの制御信号VH2が出力され、PWM制御回路60AからHレベルの制御信号VH4及びLレベルの制御信号VL4が出力されると、NOR回路65,66からLレベルの制御信号VL5及びHレベルの制御信号VH5がそれぞれ出力される。これら制御信号VH2,VH5,VL5に応答して、トランジスタT3がオンされ、トランジスタT4及びトランジスタT6がオフされる。このように、本例では、トランジスタT3をオンさせるためのHレベルの制御信号VH2と、トランジスタT4をオンさせるためのHレベルの制御信号VH4とが同時に生成された場合には、トランジスタT3が先にオンされる。このようなトランジスタT3のオンにより、複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうち出力電圧Vout1が選択されることになる。このため、時刻t18から時刻t19までの第1の期間P1、つまりコイルLにエネルギーを蓄積する期間では、コイル電流ILが入力電圧Vinと出力電圧Vout1との電位差に比例して増加する。なお、その後の第2の期間P2では、コイル電流ILが出力電圧Vout1に比例して減少する。
次に、時刻t20において、周期信号CKのレベルが誤差信号S2よりも高くなると、PWM制御回路60からLレベルの制御信号VH2が出力される。このLレベルの制御信号VH2に応答してトランジスタT3がオフされる。また、Lレベルの制御信号VH2、上記Hレベルの制御信号VH4及びLレベルの制御信号VL4に応答して、Hレベルの制御信号VH5及びLレベルの制御信号VL5が生成される。これら制御信号VH5,VL5に応答して、トランジスタT4がオンされトランジスタT5がオフされる。このようなトランジスタT4のオンにより、複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうち出力電圧Vout2が選択されることになる。このため、時刻t20から時刻t21までの第3の期間P3では、コイル電流ILが出力電圧Vout2に比例して減少する。
次に、時刻t21において、周期信号CKのレベルが誤差信号S3よりも高くなると、PWM制御回路60AからLレベルの制御信号VH4及びHレベルの制御信号VL4が生成され、NOR回路65,66からHレベルの制御信号VL5及びLレベルの制御信号VH5が出力される。これら制御信号VH5,VL5に応答して、トランジスタT4がオフされトランジスタT5がオンされる。このようなトランジスタT5のオンにより、複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうち出力電圧Vout3が選択されることになる。このため、時刻t21から時刻t22までの第4の期間P4では、コイル電流ILが出力電圧Vout3に比例して減少する。
その後、周期信号CKが一定の周期Tで基準値に再度リセットされると(時刻t22参照)、トランジスタT1がオンされトランジスタT2がオフされるとともに、トランジスタT3がオンされトランジスタT4,T6がオフされる。これにより、次の周期Tが開始され、その周期Tにおいて、第1の期間P1、第2の期間P2、第3の期間P3及び第4の期間P4がこの順番で実行される。
このように、第2制御部50Bでは、第1制御部30BからHレベルの制御信号VH1が出力されてから、トランジスタT3,T4,T6のオン制御により出力電圧Vout1→出力電圧Vout2→出力電圧Vout3がこの順番で選択される。このとき、上述したように入出力電圧の大小関係は、Vout3<Vout2<Vout1<Vinである。このため、Hレベルの制御信号VH1が出力された後、トランジスタT3,T4,T6のオン制御により選択される出力電圧と入力電圧Vinとの電位差が徐々に大きくなる。換言すると、第2制御部50Bは、Hレベルの制御信号VH1が出力されてから、複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうちトランジスタT3,T4,T6のオン制御により選択される出力電圧と入力電圧Vinとの電位差が徐々に大きくなる順番でトランジスタT3,T4,T6をオンするようにした。これにより、上記第1実施形態の(6)と同様の効果を奏することができる。
このようなDC−DCコンバータ1Cにおいても、上記第1実施形態と同様に、第1制御部30Bでは、合成電圧Voutに基づいて、合成電圧Voutが基準電圧Vr及び抵抗R1〜R3,R6に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT1のオン時間が制御される。換言すると、第1制御部30Bでは、合成電圧Voutに基づいて、負荷2,3,4に供給すべき所望の電流、つまり出力電流Io1,Io2,Io3の合計値Io1+Io2+Io3が流れるように、コイル電流ILの電流量の総量が制御される。
また、第2制御部50Bでは、出力電圧Vout1に基づいて、その出力電圧Vout1が基準電圧Vr及び抵抗R4,R5に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT3のオン時間が制御される。換言すると、第2制御部50Bでは、出力電圧Vout1に基づいて、負荷2に供給すべき所望の出力電流Io1が流れるように、コンデンサC1(出力端子Po1)にコイル電流ILを供給する必要な時間幅(第1及び第2の期間P1,P2の時間幅)が制御(決定)される。さらに、第2制御部50Bでは、出力電圧Vout2に基づいて、その出力電圧Vout2が基準電圧Vr及び抵抗R7,R8に基づく目標電圧に近づくように、トランジスタT3のオン時間が制御される。換言すると、第2制御部50Bでは、出力電圧Vout2に基づいて、負荷3に供給すべき所望の出力電流Io2が流れるように、コンデンサC2(出力端子Po2)にコイル電流ILを供給する必要な時間幅(第3の期間P3の時間幅)が制御(決定)される。なお、周期Tから上記決定された時間幅を除いた残りの時間(第4の期間P4)は、第2制御部50Bのフィードバック信号として利用していない出力電圧Vout3側のコンデンサC3にコイル電流ILを供給する時間として利用される。このように、第2制御部50Bでは、複数の出力電圧の中から1つの出力電圧Vout3を除いた残りの出力電圧Vout1,Vout2に基づいて、コイル電流ILを各コンデンサC1,C2,C3(各出力端子Po1,Po2,Po3)に振り分ける期間の割合が制御される。
このような第1制御部30Bによるフィードバック制御によって、合成電圧Voutが目標電圧に維持され、第2制御部50Bによるフィードバック制御によって、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2がそれぞれ目標電圧に維持される。具体的には、出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2の直流成分Vout1,Vout2は、抵抗R4,R5,R7,R8の抵抗値をそれぞれR4,R5,R7,R8とすると、下記式のように決まる。
上記式11及び式12から明らかなように、第2制御部50Bにフィードバックした出力電圧Vout1及び出力電圧Vout2は、1つのコイルで1つの出力電圧を生成する場合と同じ電圧設定式で決まる。このため、DC−DCコンバータ1Cでは、1つの出力電圧Vout3を除いた残りの出力電圧Vout1,Vout2の電圧精度を高くすることができる。
・上記各実施形態及び図16に示した変形例では、Hレベルの制御信号VH1が出力されてから、トランジスタT3,T4,T6のオン制御により選択される出力電圧と入力電圧Vinとの電位差が徐々に大きくなる順番でトランジスタT3,T4,T6をオンするようにした。しかし、これらトランジスタT3,T4,T6のオンされる順番は特に限定されない。
・上記各実施形態及び図14に示した変形例では、第2制御部50,50Aに複数の出力電圧Vout1,Vout2のうち出力電圧Vout1をフィードバックするようにした。これに限らず、第2制御部50に出力電圧Vout2をフィードバックするようにしてもよい。
・図16に示した変形例では、第2制御部50Bに複数の出力電圧Vout1,Vout2,Vout3のうち出力電圧Vout1,Vout2をフィードバックするようにした。これに限らず、例えば出力電圧Vout1,Vout3をフィードバックするようにしてもよいし、出力電圧Vout2,Vout3をフィードバックするようにしてもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例では、第1スイッチ回路の一例としてNチャネルMOSトランジスタT1,T5を開示したが、PチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、第1スイッチ回路としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、第1スイッチ回路として複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例では、第2スイッチ回路の一例としてNチャネルMOSトランジスタT3,T4,T6を開示したが、PチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、第2スイッチ回路としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、第2スイッチ回路として複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。
・上記各実施形態及び図16に示した変形例では、同期側のスイッチ回路の一例としてNチャネルMOSトランジスタT2を開示したが、PチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、同期側のスイッチ回路としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、同期側のスイッチ回路として複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。
・上記各実施形態及び図16に示した変形例では、同期整流方式のDC−DCコンバータに具体化したが、非同期整流方式のDC−DCコンバータに具体化してもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例におけるボディダイオード(寄生ダイオード)D1,D1a,D2,D2a,D3の代わりに、トランジスタT3,T3a,T4,T4a,T6に上記ボディダイオードに相当するダイオードを並列に接続するようにしてもよい。
・また、上記ボディダイオードD1,D1a,D2,D2a,D3の形成を省略してもよい。
・上記各実施形態及び図16に示した変形例のスイッチ回路群20,20Bにおいて、最も目標電圧の高い出力電圧Vout1が出力される出力端子Po1に接続されるトランジスタT1の代わりに、コイルLから出力端子Po1に向かう方向が順方向となるダイオードを設けるようにしてもよい。すなわち、コイルLと出力端子Po1との間に、アノードがコイルLの第2端子LYに接続され、カソードが出力端子Po1に接続されたダイオードを設けるようにしてもよい。
・図14に示した変形例のスイッチ回路群20Aにおいて、最も目標電圧の高い出力電圧Vout2が出力される出力端子Po2に接続されるトランジスタT4aの代わりに、コイルLaから出力端子Po2に向かう方向が順方向となるダイオードを設けるようにしてもよい。すなわち、コイルLaと出力端子Po2との間に、アノードがコイルLaの第2端子LXaに接続され、カソードが出力端子Po2に接続されたダイオードを設けるようにしてもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例における第1制御部30,30A,30B及び第2制御部50,50A,50Bの内部構成は特に限定されない。
・上記各実施形態及び上記各変形例における発振器70は、鋸歯状波信号である周期信号CKを生成するようにした。これに限らず、発振器70が三角波信号を生成するようにしてもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例では、電圧制御モードのDC−DCコンバータに具体化したが、電流制御モードのDC−DCコンバータに具体化してもよい。
・上記各実施形態及び上記各変形例では、PWM制御方式のDC−DCコンバータに具体化したが、PFM(Pulse Frequency Modulation)制御方式のDC−DCコンバータやPSM(Pulse Skipping Modulation)制御方式のDC−DCコンバータに具体化してもよい。但し、この場合であっても、メイン側のトランジスタT1,T5をオン・オフ制御する制御信号VH1と、出力側のトランジスタT3,T4,T6をオン・オフ制御する制御信号とは同一周期の信号であることが好ましい。
1,1A,1B,1C DC−DCコンバータ(電源装置)
2,3,4 負荷
10,10A コンバータ部
20,20A,20B スイッチ回路群
30,30A,30B 第1制御部
31,31A,31B 第1帰還電圧生成回路
40 PWM制御回路
43 ドライバ回路(第1ドライバ回路)
50,50A,50B 第2制御部
51,51A 第2帰還電圧生成回路
60,60A PWM制御回路
63 ドライバ回路(第2ドライバ回路)
70 発振器
80A 制御回路
81A 第1制御回路
82A 第2制御回路
T1,T5 トランジスタ(第1スイッチ回路、第1のスイッチ回路)
T3,T3a トランジスタ(第2スイッチ回路、第2のスイッチ回路)
T4,T4a トランジスタ(第2スイッチ回路、第3のスイッチ回路)
T6 トランジスタ(第2スイッチ回路)
L,La コイル
C1 コンデンサ(第1コンデンサ)
C2 コンデンサ(第2コンデンサ)
C11 コンデンサ(第3コンデンサ)
D1 ボディダイオード(第1ダイオード、寄生ダイオード)
D2 ボディダイオード(第2ダイオード、寄生ダイオード)
D11 ダイオード
Pi 入力端子
Po1 出力端子(第1の出力端子)
Po2 出力端子(第2の出力端子)
Vin 入力電圧
Vout1 出力電圧(第1の出力電圧)
Vout2 出力電圧(第2の出力電圧)
VS1 検出信号(第1検出信号)
VS2 検出信号(第2検出信号)

Claims (10)

  1. コイルと、
    前記コイルにエネルギーを蓄えるための第1スイッチ回路と、
    前記コイルと複数の出力端子とをそれぞれ接続する複数の第2スイッチ回路と、
    前記複数の出力端子にそれぞれ生成される複数の出力電圧を合成した結果に基づいて、前記結果を第1目標値に近づけるように、前記第1スイッチ回路をオン・オフ制御する第1制御信号を生成する第1制御部と、
    前記複数の出力電圧のうち1つの第1出力電圧を除いた残りの1又は複数の第2出力電圧に基づいて、前記各第2出力電圧を対応する第2目標値に近づけるように、前記第1制御信号と同一の周期で前記第2スイッチ回路をオン・オフ制御する第2制御信号を生成する第2制御部と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  2. 前記複数の出力電圧の中で最も高い出力電圧が生成される第1出力端子と前記コイルとの間には、アノードが前記コイルに接続され、カソードが前記第1出力端子に接続された第1ダイオードが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記複数の出力端子のうち前記第1出力端子以外の第2出力端子と前記コイルとの間には、アノードが前記第2出力端子に接続され、カソードが前記コイルに接続された第2ダイオードが形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記第2スイッチ回路はトランジスタであり、
    前記第1ダイオード及び前記第2ダイオードは、前記トランジスタの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
  5. 前記各出力電圧は入力電圧よりも低い電圧であって、
    前記第2制御部は、前記第1スイッチ回路をオンさせるための前記第1制御信号が出力されてから、前記複数の出力電圧のうち前記第2スイッチ回路のオン制御により選択される出力電圧と前記入力電圧との電位差が徐々に大きくなる順番で前記第2スイッチ回路をオンすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の電源装置。
  6. 前記第1制御信号の一周期内で前記第2スイッチ回路がオンしないことを検出したときに第1検出信号を生成する第1検出回路を有し、
    前記第1制御部は、前記複数の出力電圧を合成する合成回路を有し、前記第1検出信号に応答して、前記複数の出力端子のうち前記オンしない第2スイッチ回路と接続される出力端子を前記合成回路から切り離すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の電源装置。
  7. 前記第1制御信号の一周期内で前記第2スイッチ回路がオフしないことを検出したときに第2検出信号を生成する第2検出回路を有し、
    前記第1制御部は、前記第2検出信号に応答して、前記複数の出力端子のうち前記オフしない第2スイッチ回路以外の第2スイッチ回路と接続される出力端子を前記合成回路から切り離すことを特徴とする請求項6に記載の電源装置。
  8. 第1制御回路と第2制御回路とを有し、前記第1制御回路の入力端子に接続された第1帰還端子と、前記第1制御回路の出力端子に接続された第1駆動出力端子と、前記第2制御回路の入力端子に接続された第2帰還端子と、前記第2制御回路の出力端子に接続された第2及び第3駆動出力端子とを有する制御回路と、
    前記第1駆動出力端子に制御端子が接続され、第1端子が入力電圧の供給される入力端子に接続され、第2端子がコイルの第1端子に接続された第1のスイッチ回路と、
    前記第2駆動出力端子に制御端子が接続され、第1端子が前記コイルの第2端子に接続され、第2端子が第1コンデンサ及び第1の出力端子に接続された第2のスイッチ回路と、
    前記第3駆動出力端子に制御端子が接続され、第1端子が前記コイルの第2端子に接続され、第2端子が第2コンデンサ及び第2の出力端子に接続された第3のスイッチ回路と、
    前記第1の出力端子に生成される第1の出力電圧と前記第2の出力端子に生成される第2の出力電圧とを合成した電圧に応じた第1帰還電圧を前記第1帰還端子に出力する第1帰還電圧生成回路と、
    前記第1の出力電圧に応じた第2帰還電圧を前記第2帰還端子に出力する第2帰還電圧生成回路と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  9. 前記第1制御回路は、出力端子が前記第1駆動出力端子に接続された第1ドライバ回路を有し、
    前記第2制御回路は、出力端子が前記第2駆動出力端子に接続された第2ドライバ回路を有し、
    前記制御回路は、前記第1及び第2ドライバ回路の高電位側電源端子にそれぞれ接続された第1及び第2電源端子と、前記第1及び第2ドライバ回路の低電位側電源端子にそれぞれ接続された第1及び第2コイル接続端子とを有し、
    前記第1電源端子にカソードが接続され、アノードが高電位電源電圧の供給される電源線に接続されたダイオードと、
    前記第1電源端子に第1端子が接続され、第2端子が前記第1コイル接続端子及び前記コイルの前記第1端子に接続された第3コンデンサと、を有し、
    前記第2電源端子が前記電源線に接続され、前記第2コイル接続端子が前記コイルの前記第2端子に接続されていることを特徴とする請求項8に記載の電源装置。
  10. コイルと、前記コイルにエネルギーを蓄えるための第1スイッチ回路と、前記コイルと複数の出力端子とを接続する複数の第2スイッチ回路とを有する電源の制御方法であって、
    前記複数の出力端子にそれぞれ生成される複数の出力電圧を合成した結果に基づいて、前記結果を第1目標値に近づけるように、前記第1スイッチ回路をオン・オフ制御し、
    前記複数の出力電圧のうち1つの第1出力電圧を除いた残りの1又は複数の第2出力電圧に基づいて、前記各第2出力電圧を対応する第2目標値に近づけるように、前記第1スイッチ回路のスイッチング周波数と同一の周波数で前記第2スイッチ回路をオン・オフ制御することを特徴とする電源の制御方法。
JP2012091978A 2012-04-13 2012-04-13 電源装置及び電源の制御方法 Active JP5880239B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012091978A JP5880239B2 (ja) 2012-04-13 2012-04-13 電源装置及び電源の制御方法
US13/859,358 US9225245B2 (en) 2012-04-13 2013-04-09 Power supply device and method for controlling power supply
CN201310124661.0A CN103378731B (zh) 2012-04-13 2013-04-11 电源装置及电源的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012091978A JP5880239B2 (ja) 2012-04-13 2012-04-13 電源装置及び電源の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013223286A true JP2013223286A (ja) 2013-10-28
JP5880239B2 JP5880239B2 (ja) 2016-03-08

Family

ID=49463412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012091978A Active JP5880239B2 (ja) 2012-04-13 2012-04-13 電源装置及び電源の制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9225245B2 (ja)
JP (1) JP5880239B2 (ja)
CN (1) CN103378731B (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014192508A1 (ja) * 2013-05-27 2014-12-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 レギュレータ装置
KR20190023956A (ko) * 2017-08-30 2019-03-08 한국전자통신연구원 Dc-dc 컨버터 구동 장치 및 이를 이용한 dc-dc 컨버터의 구동 방법
JP2020502988A (ja) * 2016-12-23 2020-01-23 ユー−ブロックス、アクチエンゲゼルシャフトu−blox AG 単一インダクタ・マルチ出力レギュレータの改良
WO2020189656A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用dcdcコンバータ
US20210391792A1 (en) * 2020-06-15 2021-12-16 Maxim Integrated Products, Inc. Current-controlled, single-inductor, multiple-output, dc-dc converter with continuous conduction and discontinuous conduction modes
US11251704B2 (en) * 2019-07-01 2022-02-15 Nxp Usa, Inc. Single-inductor, multiple-output, DC-DC converter

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI496405B (zh) * 2013-07-05 2015-08-11 Nat Univ Chung Cheng A single inductance multi-stage output conversion device that increases the load range
JP6163978B2 (ja) * 2013-08-30 2017-07-19 富士通株式会社 半導体集積回路
KR102071004B1 (ko) * 2013-09-03 2020-01-30 삼성디스플레이 주식회사 Dc-dc 컨버터 및 이를 포함하는 유기전계발광 표시장치
US10116208B2 (en) * 2014-01-28 2018-10-30 Stmicroelectronics S.R.L. DC-DC converter with improved energy management, method for operating the DC-DC converter, environmental energy harvesting system using the DC-DC converter, and apparatus using the energy harvesting system
US9455626B2 (en) * 2014-03-11 2016-09-27 Micrel, Inc. Hysteretic buck DC-DC converter
US20150311791A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Single inductor multiple output dc-dc convertor
US10076963B2 (en) 2014-09-24 2018-09-18 Rohm Co., Ltd. Current mode control type switching power supply device
JP6307401B2 (ja) * 2014-09-24 2018-04-04 ローム株式会社 電流モード制御型スイッチング電源装置
US9685863B2 (en) * 2014-12-31 2017-06-20 Texas Instruments Incorporated Fast mode transitions in a power converter
US10177657B2 (en) * 2015-04-16 2019-01-08 Cirrus Logic, Inc. Reconfigurable switched mode converter
US10447168B2 (en) * 2015-09-22 2019-10-15 Osram Gmbh Electronic converter and related method of operating an electronic converter
US10277111B2 (en) * 2017-05-24 2019-04-30 Infineon Technologies Ag Output overvoltage protection for converters
TWI645277B (zh) * 2017-06-19 2018-12-21 瑞昱半導體股份有限公司 封包追蹤電源供應調控器
US10720840B2 (en) * 2017-12-22 2020-07-21 Stmicroelectronics S.R.L. DC-DC converter circuit with synchronization module and corresponding conversion method
US11190100B2 (en) 2018-07-11 2021-11-30 Maxim Integrated Products, Inc. Charging device
US10211734B1 (en) * 2018-07-17 2019-02-19 Huang-Jen Chiu Bidirectional DC-DC converter
CN109951083B (zh) * 2019-04-02 2021-06-22 南京航空航天大学 多路输出隔离直流电源及过载保护与负载调整率补偿电路
US20220173666A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-02 Yazaki Corporation Voltage conversion device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63290161A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 Hitachi Ltd 多チヤンネルスイツチング電源回路
JP2006311779A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Mitsumi Electric Co Ltd 多出力型dc/dcコンバータおよびその制御方法
JP2006311780A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Mitsumi Electric Co Ltd 多出力型dc/dcコンバータおよびその制御方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5006782A (en) * 1989-06-15 1991-04-09 International Rectifier Corporation Cascaded buck converter circuit with reduced power loss
JP2003289666A (ja) 2002-03-28 2003-10-10 Fujitsu Ltd スイッチング電源回路
US6977447B2 (en) * 2002-07-29 2005-12-20 Sigmatel, Inc. Method and apparatus for regulating multiple outputs of a single inductor DC to DC converter
US7560914B2 (en) 2005-02-22 2009-07-14 Artesyn Technologies, Inc. Current-fed multiple-output power converter
EP1891727A2 (de) 2005-06-17 2008-02-27 Contitemic Microelectronic GmbH Getaktetes schaltnetzteil mit einer spule
US7701293B2 (en) 2005-12-21 2010-04-20 Texas Instruments Incorporated Amplifier symmetric supply regulation
JP5011874B2 (ja) * 2006-07-31 2012-08-29 ミツミ電機株式会社 双方向性コンバータおよび電子装置
JP4898343B2 (ja) * 2006-08-09 2012-03-14 パナソニック株式会社 電源装置
GB2441358B (en) * 2006-08-31 2011-07-06 Wolfson Microelectronics Plc DC-DC converter circuits,and methods and apparatus including such circuits
ITTO20070567A1 (it) * 2007-07-31 2009-02-01 St Microelectronics Srl Convertitore dc-dc con circuito di protezione da sovraccarichi di corrente e relativo metodo
US20090039711A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 Advanced Analogic Technologies, Inc. Dual-Polarity Multi-Output DC/DC Converters and Voltage Regulators
US7804283B2 (en) * 2007-08-14 2010-09-28 Freescale Semiconductor, Inc. Mode transitioning in a DC/DC converter using a constant duty cycle difference
JP5365136B2 (ja) * 2007-11-01 2013-12-11 富士電機株式会社 電力変換装置の駆動装置
US20100039080A1 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Toko, Inc. Single-inductor buck-boost converter with positive and negative outputs
TWI385908B (zh) 2009-03-13 2013-02-11 Richtek Technology Corp Single inductance multi - output power converter and its control method
JP5511225B2 (ja) * 2009-06-03 2014-06-04 ローム株式会社 昇圧型スイッチング電源装置
US20110187189A1 (en) 2010-02-02 2011-08-04 Intersil Americas Inc. System and method for controlling single inductor dual output dc/dc converters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63290161A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 Hitachi Ltd 多チヤンネルスイツチング電源回路
JP2006311779A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Mitsumi Electric Co Ltd 多出力型dc/dcコンバータおよびその制御方法
JP2006311780A (ja) * 2005-03-31 2006-11-09 Mitsumi Electric Co Ltd 多出力型dc/dcコンバータおよびその制御方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014192508A1 (ja) * 2013-05-27 2014-12-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 レギュレータ装置
JP2014230463A (ja) * 2013-05-27 2014-12-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 レギュレータ装置
JP2020502988A (ja) * 2016-12-23 2020-01-23 ユー−ブロックス、アクチエンゲゼルシャフトu−blox AG 単一インダクタ・マルチ出力レギュレータの改良
KR20190023956A (ko) * 2017-08-30 2019-03-08 한국전자통신연구원 Dc-dc 컨버터 구동 장치 및 이를 이용한 dc-dc 컨버터의 구동 방법
KR102163063B1 (ko) 2017-08-30 2020-10-07 한국전자통신연구원 Dc-dc 컨버터 구동 장치 및 이를 이용한 dc-dc 컨버터의 구동 방법
WO2020189656A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用dcdcコンバータ
US11251704B2 (en) * 2019-07-01 2022-02-15 Nxp Usa, Inc. Single-inductor, multiple-output, DC-DC converter
US20210391792A1 (en) * 2020-06-15 2021-12-16 Maxim Integrated Products, Inc. Current-controlled, single-inductor, multiple-output, dc-dc converter with continuous conduction and discontinuous conduction modes
US11575320B2 (en) * 2020-06-15 2023-02-07 Maxim Integrated Products, Inc. Current-controlled, single-inductor, multiple-output, DC-DC converter with continuous conduction and discontinuous conduction modes

Also Published As

Publication number Publication date
JP5880239B2 (ja) 2016-03-08
CN103378731B (zh) 2016-06-08
US9225245B2 (en) 2015-12-29
CN103378731A (zh) 2013-10-30
US20140145692A1 (en) 2014-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5880239B2 (ja) 電源装置及び電源の制御方法
EP2350763B1 (en) A switch-mode voltage regulator
JP5195182B2 (ja) 電流モード制御型スイッチングレギュレータ
US11444537B2 (en) Power converters and compensation circuits thereof
JP6013846B2 (ja) スイッチングレギュレータ及び電子機器
US20210067041A1 (en) Buck converter including inductor current sensing via high- and low-side switching device current sensing
JP5609210B2 (ja) 電源装置、制御回路及び電源装置の制御方法
US20050280402A1 (en) DC-DC converting method and apparatus
US9780657B2 (en) Circuits and methods for controlling a boost switching regulator based on inductor current
JP2008131746A (ja) 昇降圧型スイッチングレギュレータ
JP2012249433A (ja) スイッチングレギュレータ
US9531270B2 (en) Power management circuit and method
JP5954122B2 (ja) 電源装置及び電源の制御方法
JP2013046496A (ja) 制御回路、電源装置及び電源の制御方法
US20220263406A1 (en) Converter and method for starting a switching power supply
US9035599B2 (en) Charge control circuit, charge circuit, and mobile electronic device
JP5966503B2 (ja) 昇降圧型dc−dcコンバータおよび携帯機器
JP2014166092A (ja) 電源装置、電源の制御回路及び電源の制御方法
JP2012205381A (ja) Dc−dc変換器
JP5595123B2 (ja) スイッチングレギュレータ
Jheng et al. Design and implementation of fast transient response buck converter with new current-mode controlled techniques
JP6198461B2 (ja) 電源装置、制御回路及び制御方法
Ma et al. Design and modeling of a high efficiency step-up/step-down DC-DC converter with smooth transition
JP2009247093A (ja) 多出力dc−dcコンバータ
JP5928184B2 (ja) 電源装置、制御回路、電子機器及び電源の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141224

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20150612

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5880239

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150