JP2018007357A - Dc/dcコンバータおよびその制御回路、インダクタのショート検出方法、制御方法、電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
インダクタがショートすると、インダクタンスが実質的にゼロとなる。したがって、スイッチングトランジスタおよび整流素子それぞれの電流がいずれも過電流状態となる。この態様によれば、2つの過電流状態を監視することで、インダクタのショートを検出できる。
過電流検出用のコンパレータをインダクタのショート検出に利用することで、ハードウェアの増加を抑制できる。
このDC/DCコンバータ100によれば、ショートが検出されたチャンネル以外の動作を継続することにより、負荷に電力を供給し続けることができる。ショートのチャンネルについては、スイッチングを停止して、インダクタの一端をハイインピーダンスに固定することで、他のチャンネルへの影響を防止できる。
(第1ショート検出方法)
図6(a)、(b)は、第1のショート検出方法を説明する図である。図6(a)は正常時の波形図である。図6(b)は、インダクタがショートしたときの波形を示す。インダクタL1がショートすると、インダクタンスが実質的にゼロとなり、ショート経路に流れる電流IL1’のピーク値が増加する。この電流IL1’は、スイッチングトランジスタM1および同期整流トランジスタM2から供給されるため、それぞれの電流IM1,IM2がいずれも過電流状態となる。
図6(b)に示すように、インダクタのショート状態において、スイッチングトランジスタM1、同期整流トランジスタM2それぞれの電流IM1、IM2は急峻となる。そこで電流IM1、IM2の傾きがしきい値を超える状態が連続すると、インダクタのショートと判定してもよい。
図8は、インダクタのオープン検出回路の回路図である。図8には、1チャンネル分の構成のみが示されるが、その他のチャンネルも同様に構成することができる。オープン検出回路230は、抵抗R21,R22およびキャパシタC21を含む。抵抗R21,R22は、インダクタL1と並列に接続され、キャパシタC21は抵抗R21と並列に接続される。ノードAには、インダクタL1の電流IL1に応じた電圧が発生し、インダクタL1がオープンになるとノードAの電圧VAは低下するため、電圧VAを監視することによりオープン状態を検出できる。たとえばオープン検出回路230は、ノードAの電圧VAをしきい値VOPENと比較するコンパレータ232を含み、VA<VOPENが発生すると、インダクタL1のオープン異常と判定してもよい。コンパレータ232は制御回路200に集積化することができる。
DC/DCコンバータ100は、タブレット端末、スマートホン、ノートPC、デジタルカメラなどの電池駆動型の電子機器に搭載することができる。図9は、実施の形態に係るDC/DCコンバータ100を備える電子機器700の一例を示す図である。電子機器700は、筐体702、電池704、マイクロプロセッサ706およびDC/DCコンバータ100を備える。DC/DCコンバータ100は、その入力端子に電池704からの電池電圧VBAT(=VIN)を受け、出力端子に接続されるマイクロプロセッサ706に、出力電圧VOUTを供給する。
Claims (22)
- 複数チャンネルを有するマルチフェーズのDC/DCコンバータの制御回路であって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック信号とその目標値の誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記誤差信号にもとづいて、複数チャンネルのパルス信号を生成するパルス変調器と、
複数チャンネルに対応し、それぞれが対応するパルス信号にもとづいて、対応するスイッチングトランジスタを駆動する複数のドライバと、
複数チャンネルそれぞれのインダクタのショートを検出するショート検出回路と、
ショートが検出されたチャンネルの動作を停止する保護回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。 - 前記ショート検出回路は、前記DC/DCコンバータのスイッチングトランジスタの電流がしきい値を超える第1過電流状態と、前記DC/DCコンバータの整流素子の電流がしきい値を超える第2過電流状態とが連続して発生すると、前記インダクタのショートと判定することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記ショート検出回路は、前記第1過電流状態と前記第2過電流状態が複数サイクルにわたり連続して発生すると、前記インダクタのショートと判定することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。
- 前記スイッチングトランジスタの電流に応じた第1検出信号を所定の第1しきい値信号と比較し、第1過電流検出信号を生成する第1過電流検出コンパレータと、
前記整流素子の電流に応じた第2検出信号を所定の第2しきい値信号と比較し、第2過電流検出信号を生成する第2過電流検出コンパレータと、
をさらに備え、
前記ショート検出回路は、前記第1過電流検出信号および前記第2過電流検出信号にもとづいて、前記インダクタのショートを検出することを特徴とする請求項2または3に記載の制御回路。 - 前記第1検出信号は、前記スイッチングトランジスタのドレインソース間電圧にもとづいて生成されることを特徴とする請求項4に記載の制御回路。
- 前記整流素子は、同期整流トランジスタであり、
前記第2検出信号は、前記同期整流トランジスタのドレインソース間電圧にもとづいて生成されることを特徴とする請求項4または5に記載の制御回路。 - 前記第1検出信号は、前記スイッチングトランジスタに対して直列に設けられたインピーダンス素子の電圧降下、もしくは、前記スイッチングトランジスタと並列に接続されたレプリカトランジスタに対して直列に設けられたインピーダンス素子の電圧降下にもとづいて生成されることを特徴とする請求項4に記載の制御回路。
- あるチャンネルにおいて前記インダクタのショートが検出された結果、動作チャンネルの個数が減った場合に、位相差を変更することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。
- 前記DC/DCコンバータのチャンネル数はMであり、
Nチャンネル(N<M)で動作中に、あるチャンネルにおいて前記インダクタのショートが検出されると、不使用チャンネルのひとつを動作状態に切りかえることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の制御回路。 - 前記ショート検出回路は、前記DC/DCコンバータのスイッチングトランジスタの電流の傾きがしきい値を超えると、前記インダクタのショートと判定することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- インダクタのショートが検出されたとき、外部に通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の制御回路。
- 複数チャンネルそれぞれのインダクタのオープンを検出するオープン検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路。
- 前記保護回路は、オープンが検出されたチャンネルの動作を停止することを特徴とする請求項12に記載の制御回路。
- あるチャンネルにおいて前記インダクタのオープンが検出された結果、動作チャンネルの個数が減った場合に、位相差を変更することを特徴とする請求項13に記載の制御回路。
- 前記DC/DCコンバータのチャンネル数はMであり、
Nチャンネル(N<M)で動作中に、あるチャンネルにおいて前記インダクタのオープンが検出されると、不使用チャンネルのひとつを動作状態に切りかえることを特徴とする請求項13または14に記載の制御回路。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の制御回路。
- 請求項1から16のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
- 請求項17に記載のDC/DCコンバータを備えることを特徴とする電子機器。
- 複数Mチャンネルを有するマルチフェーズのDC/DCコンバータであって、
負荷が要求する電力をNチャンネル(N<M)で供給可能であり、
いずれかのチャンネルにおいて異常が検出されたとき、そのチャンネルのみを停止し、残りのチャンネルで負荷に電力を供給し続けることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - あるチャンネルにおいて異常が検出された結果、動作チャンネルの個数が減った場合に、位相差を変更することを特徴とする請求項19に記載のDC/DCコンバータ。
- Nチャンネル(N<M)で動作中に、あるチャンネルにおいて異常が検出されると、不使用チャンネルのひとつを動作状態に切りかえることを特徴とする請求項19または20に記載のDC/DCコンバータ。
- DC/DCコンバータのインダクタのショート検出方法であって、
前記DC/DCコンバータのスイッチングトランジスタの電流がしきい値を超える第1過電流状態を検出するステップと、
前記DC/DCコンバータの整流素子の電流がしきい値を超える第2過電流状態を検出するステップと、
前記第1過電流状態および前記第2過電流状態が連続して発生すると、前記インダクタのショートと判定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
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