JP2018107930A - Phase compensation circuit and dc/dc converter using the same - Google Patents

Phase compensation circuit and dc/dc converter using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption of a DC/DC converter.SOLUTION: A phase compensation circuit 40 that compensates a phase of a first voltage VC inputted to a PWM comparator 60 of a DC/DC converter 1 having a sleep mode, comprises: a phase compensation resistance part 41 that includes a resistor; a phase compensation capacitance part 42 that includes a plurality of capacitors (C1 and C2); and switch groups 44 and 45 that, in the sleep mode, switch each capacitor to a first connection state to charge at least one capacitor with a first bias voltage (e.g., an output voltage Vo), and at the release of the sleep mode, switch each capacitor to a second connection state to set the first voltage VC to a desired initial value (e.g., VC=k×Vo). In addition, the switch groups 44 and 45 switch at least one connection destination of a plurality of capacitors depending on a sleep control signal XSLP.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位相補償回路及びこれを用いたDC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a phase compensation circuit and a DC / DC converter using the same.

従来より、様々なアプリケーションの電源手段として、出力トランジスタをオン/オフさせて入力電圧から所望の出力電圧を生成するDC/DCコンバータ(いわゆるスイッチング電源)が用いられている。   Conventionally, a DC / DC converter (so-called switching power supply) that generates a desired output voltage from an input voltage by turning on / off an output transistor has been used as a power supply means for various applications.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。   As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 can be cited.

特開2008−61433号公報JP 2008-61433 A

図15は、DC/DCコンバータの第1従来例を示す回路図である。本従来例のDC/DCコンバータX1は、軽負荷時(XSLP=L)において、出力トランジスタX11と同期整流トランジスタX12をいずれもオフした上で、エラーアンプX30、オシレータX50、及び、PWMコンパレータX60などを停止することにより、消費電力の小さいスリープモードに移行する機能を備えている。   FIG. 15 is a circuit diagram showing a first conventional example of a DC / DC converter. The DC / DC converter X1 of the conventional example turns off both the output transistor X11 and the synchronous rectification transistor X12 at light load (XSLP = L), and then the error amplifier X30, the oscillator X50, the PWM comparator X60, etc. The function of shifting to the sleep mode with low power consumption is provided.

ところで、DC/DCコンバータX1のオンデューティDon(=所定の周期Tに占める出力トランジスタX11のオン期間Tonの割合)は、PWMコンパレータX60にそれぞれ入力される第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。そのため、スリープモードへの移行に際して、第1電圧VCを生成するエラーアンプX30を停止してしまうと、スリープモードの解除に際して、エラーアンプX30の起動が完了するまでの間、DC/DCコンバータX1のオンデューティDonが安定しなくなる。   By the way, the on-duty Don of the DC / DC converter X1 (= the ratio of the on-period Ton of the output transistor X11 to the predetermined period T) is the difference between the first voltage VC and the second voltage RAMP respectively input to the PWM comparator X60. It depends on the comparison result. Therefore, if the error amplifier X30 that generates the first voltage VC is stopped when shifting to the sleep mode, until the error amplifier X30 is completely started when the sleep mode is canceled, the DC / DC converter X1 The on-duty Don becomes unstable.

そこで、本従来例のDC/DCコンバータX1は、スリープモードでエラーアンプX30が停止されている間、第1電圧VCを適切なバイアス値(=スリープモード解除時における第1電圧VCの初期値に相当)に固定しておくバイアス部X80を有する。   Therefore, the DC / DC converter X1 of the conventional example sets the first voltage VC to an appropriate bias value (= the initial value of the first voltage VC when the sleep mode is canceled) while the error amplifier X30 is stopped in the sleep mode. A bias portion X80 that is fixed to the equivalent).

しかしながら、本従来例のDC/DCコンバータX1では、スリープモードでもバイアス部X80が電力を消費するので、消費電力の削減について更なる改善の余地があった。   However, in the DC / DC converter X1 of this conventional example, since the bias unit X80 consumes power even in the sleep mode, there is room for further improvement in reducing power consumption.

図16は、DC/DCコンバータの第2従来例を示す回路図である。本従来例のDC/DCコンバータY1は、電流モード制御方式の降圧型スイッチング電源であり、クランパY110を用いてスイッチ出力段Y10のコイル電流ILを上限電流値ILMT以下に制限する機能(いわゆるOCP[over current protection]機能)を備えている。   FIG. 16 is a circuit diagram showing a second conventional example of a DC / DC converter. The conventional DC / DC converter Y1 is a current mode control step-down switching power supply, and uses a clamper Y110 to limit the coil current IL of the switch output stage Y10 to an upper limit current value ILMT or less (so-called OCP [ over current protection] function).

図17は、クランパY110によるOCP機能を説明するためのCOMP−IL特性図である。なお、横軸はエラーアンプY30で生成される誤差電圧COMPを示しており、縦軸はコイル電流ILの平均値IL(ave)を示している。   FIG. 17 is a COMP-IL characteristic diagram for explaining the OCP function by the clamper Y110. The horizontal axis represents the error voltage COMP generated by the error amplifier Y30, and the vertical axis represents the average value IL (ave) of the coil current IL.

クランパY110は、誤差電圧COMPを上限電圧値VLMT以下に制限する。これにより、差動アンプY80では、コイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを上限電圧値VLMT以下に制限するように出力帰還制御が掛かるようになるので、コイル電流ILが上限電流値ILMT以下に制限される。   The clamper Y110 limits the error voltage COMP to the upper limit voltage value VLMT or less. As a result, in the differential amplifier Y80, output feedback control is performed so as to limit the current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL to the upper limit voltage value VLMT or less, and therefore the coil current IL is set to the upper limit current value ILMT or less. Limited.

なお、スイッチ出力段Y10の短絡異常時に生じるラッシュ電流(=過大なコイル電流IL)を抑制するためには、出力電圧Voまたは入力電圧Viの急変動に追従して、DC/DCコンバータY1のオンデューティDon(延いては、差動アンプY80からPWMコンパレータY60に入力される第1電圧VC)を急峻に変化させる必要がある。この要求に応えるためには、例えば、差動アンプY80やクランパY110の駆動電流を増やすなどして、その応答速度を高めておくことが考えられる。   In order to suppress the rush current (= excessive coil current IL) generated when the switch output stage Y10 is short-circuited abnormally, the DC / DC converter Y1 is turned on following the sudden change in the output voltage Vo or the input voltage Vi. The duty Don (and hence the first voltage VC input from the differential amplifier Y80 to the PWM comparator Y60) needs to be abruptly changed. In order to meet this requirement, for example, it is conceivable to increase the response speed by increasing the drive current of the differential amplifier Y80 and the clamper Y110.

しかしながら、差動アンプY80やクランパY110の応答速度を不用意に高めると、電圧ループ特性が変化して発振リスクが増大する、という課題があった。   However, if the response speeds of the differential amplifier Y80 and the clamper Y110 are increased carelessly, there is a problem that the voltage loop characteristics change and the oscillation risk increases.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、DC/DCコンバータの消費電力削減ないしはラッシュ電流抑制を実現することのできる位相補償回路及びこれを用いたDC/DCコンバータを提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the invention disclosed in the present specification is a phase compensation circuit capable of reducing power consumption or suppressing rush current of a DC / DC converter, and An object of the present invention is to provide a DC / DC converter using the same.

本明細書中に開示されている位相補償回路は、スリープモードを備えたDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償するものであって、抵抗を含む位相補償抵抗部と;複数のキャパシタを含む位相補償容量部と;前記スリープモードでは、各キャパシタを第1接続状態に切り替えて少なくとも一つのキャパシタを第1バイアス電圧で充電しておく一方、前記スリープモード解除時には、各キャパシタを第2接続状態に切り替えて前記第1電圧を所望の初期値に設定するスイッチ群と;を有する構成(第1の構成)とされている。   A phase compensation circuit disclosed in the present specification compensates the phase of a first voltage input to a PWM comparator of a DC / DC converter having a sleep mode, and includes a phase compensation resistor unit including a resistor A phase compensation capacitor including a plurality of capacitors; in the sleep mode, each capacitor is switched to a first connection state and at least one capacitor is charged with a first bias voltage, while at the time of canceling the sleep mode, A switch group that switches each capacitor to the second connection state and sets the first voltage to a desired initial value (first configuration).

なお、第1の構成から成る位相補償回路において、前記スイッチ群は、スリープ制御信号に応じて前記複数のキャパシタのうち少なくとも一つの接続先を切り替える構成(第2の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the first configuration, the switch group may be configured to switch at least one connection destination of the plurality of capacitors according to a sleep control signal (second configuration).

また、第2の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、それぞれの第1端が接地端に接続された第1キャパシタ及び第2キャパシタを含み、前記スイッチ群は、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を含む構成(第3の構成)にするとよい。   Further, in the phase compensation circuit having the second configuration, the phase compensation capacitance unit includes a first capacitor and a second capacitor each having a first terminal connected to a ground terminal, and the switch group includes the first capacitor A first switch that conducts / cuts off between a second end of the capacitor and the ground end; and a second end of the second capacitor is connected to an application end of the first bias voltage or a second switch of the first capacitor. It is good to make it the structure (3rd structure) containing the 2nd switch which switches whether it connects to an end.

また、第3の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第4の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the third configuration, when the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) (where 0 <k <1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage (fourth) (Configuration).

また、第3の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、第1端が前記接地端に接続された第3キャパシタを更に含み、前記スイッチ群は、前記第3キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第3スイッチを更に含む構成(第5の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the third configuration, the phase compensation capacitance unit further includes a third capacitor having a first terminal connected to the ground terminal, and the switch group includes a second capacitor of the third capacitor. When the configuration further includes a third switch (fifth configuration) for switching whether the end is connected to an application end of a second bias voltage different from the first bias voltage or to the second end of the first capacitor. Good.

また、第5の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2とし、前記第3キャパシタの容量値をC3としたときに、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第6の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the fifth configuration, when the capacitance value of the first capacitor is C1, the capacitance value of the second capacitor is C2, and the capacitance value of the third capacitor is C3, C1 : C2: C3 = {1- (k + k ′)}: k: k ′ (where 0 <k <1, and 0 <k ′ <1) are satisfied, and the PWM comparator compares the first voltage with the first voltage. The amplitude of the second voltage to be compared may be configured to be set to k times the input voltage or the output voltage (sixth configuration).

また、第3〜第6いずれかの構成から成る位相補償回路において、前記抵抗は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されており、第2端が前記第1キャパシタの第2端に接続されている構成(第7の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having any one of the third to sixth configurations, the resistor has a first end connected to the input end of the PWM comparator, and a second end connected to the second end of the first capacitor. (7th configuration).

また、第7の構成から成る位相補償回路は、前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有する構成(第8の構成)にするとよい。   Further, when the phase compensation circuit having the seventh configuration has a configuration (eighth configuration) further including a switch for conducting / cutting off between the input terminal of the PWM comparator and the preceding circuit according to the sleep control signal. Good.

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第1〜第8いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第9の構成)にするとよい。   Further, the DC / DC converter disclosed in this specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier that generates an error signal, a phase compensation circuit that receives the input of the error signal and generates a first voltage, an oscillator that generates a second voltage having a ramp waveform, the first voltage and the second voltage, A PWM comparator that generates a comparison signal and a driver that generates a drive signal for the switch output stage according to the comparison signal. A configuration in which a phase compensation circuit having the configuration is used (a ninth configuration) may be used.

なお、第9の構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値である構成(第10の構成)にするとよい。   In the DC / DC converter having the ninth configuration, the switch output stage is a step-down type, the first bias voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage varies according to the input voltage. It is good to set it as the structure (10th structure) which is a value.

また、第9の構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値である構成(第11の構成)にしてもよい。   In the DC / DC converter having the ninth configuration, the switch output stage is a step-up type, the first bias voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage varies according to the output voltage. You may make it the structure (11th structure) which is a value.

また、本明細書中に開示されている位相補償回路は、電流モード制御方式を採用したDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償するものであって、位相補償抵抗部と、位相補償容量部と、を有し、前記位相補償抵抗部及び前記位相補償容量部の一方は、複数の抵抗または複数のキャパシタを含み、前記複数の抵抗または前記複数のキャパシタのうち、少なくとも一つの接地側ノードには、前記DC/DCコンバータの出力電圧または入力電圧が監視対象電圧として印加されている構成(第12の構成)とされている。   The phase compensation circuit disclosed in the present specification compensates the phase of the first voltage input to the PWM comparator of the DC / DC converter that employs the current mode control method, and includes a phase compensation resistor. A phase compensation capacitor unit, and one of the phase compensation resistor unit and the phase compensation capacitor unit includes a plurality of resistors or a plurality of capacitors, and the plurality of resistors or the plurality of capacitors, The output voltage or the input voltage of the DC / DC converter is applied to at least one ground side node as a monitoring target voltage (a twelfth configuration).

なお、第12の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、第1端が接地端に接続された第1キャパシタと、第1端が前記監視対象電圧の印加端に接続された第2キャパシタと、を含み、前記位相補償抵抗部は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されて第2端が各キャパシタの第2端に接続された抵抗を含む構成(第13の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the twelfth configuration, the phase compensation capacitor unit includes a first capacitor having a first end connected to a ground terminal and a first end connected to an application terminal for the monitoring target voltage. The phase compensation resistor unit includes a resistor having a first end connected to an input end of the PWM comparator and a second end connected to a second end of each capacitor (a thirteenth configuration). (Configuration).

また、上記第13の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第14の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the thirteenth configuration, when the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) ( However, 0 <k <1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage (first 14 configuration).

また、第12の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償抵抗部は、第1端が接地端に接続された第1抵抗と、第1端が前記監視対象電圧の印加端に接続された第2抵抗と、を含み、前記位相補償容量部は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されて第2端が各抵抗の第2端に接続されたキャパシタを含む構成(第15の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the twelfth configuration, the phase compensation resistor unit includes a first resistor having a first terminal connected to the ground terminal, and a first terminal connected to the application terminal for the monitoring target voltage. The phase compensation capacitance unit includes a capacitor having a first end connected to the input end of the PWM comparator and a second end connected to the second end of each resistor (fifteenth). (Configuration).

また、第15の構成から成る位相補償回路は、前記第1抵抗の抵抗値をR1とし、前記第2抵抗の抵抗値をR2としたとき、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第16の構成)にするとよい。   In the phase compensation circuit having the fifteenth configuration, when the resistance value of the first resistor is R1 and the resistance value of the second resistor is R2, R1 / R2 = k / (1-k) (however, 0 <k <1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage (the sixteenth) (Configuration).

また、第13または第14の構成から成る位相補償回路は、スリープ制御信号に応じて各キャパシタの接続状態を切り替える手段として、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第1端を前記監視対象電圧の印加端に接続するか前記接地端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を更に有する構成(第17の構成)にするとよい。   In addition, the phase compensation circuit having the thirteenth or fourteenth configuration is a means for switching the connection state of each capacitor in accordance with the sleep control signal, between the second end of the first capacitor and the ground end. A first switch that cuts off, and a second switch that switches between connecting the first terminal of the second capacitor to the application terminal of the monitoring target voltage or the ground terminal (a seventeenth structure) ).

また、第15または第16の構成から成る位相補償回路は、スリープ制御信号に応じて各抵抗の接続状態を切り替える手段として、前記第1抵抗の第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2抵抗の第1端と前記監視対象電圧の印加端との間を導通/遮断する第2スイッチと、前記キャパシタの第1端と前記接地端との間を導通/遮断する第3スイッチと、を更に有する構成(第18の構成)にするとよい。   In addition, the phase compensation circuit having the fifteenth or sixteenth configuration is a means for switching the connection state of each resistor in accordance with the sleep control signal, and connecting / disconnecting between the second end of the first resistor and the ground end. A first switch that cuts off, a second switch that conducts / cuts off between the first end of the second resistor and the application end of the monitoring target voltage, and between the first end of the capacitor and the ground end. It is preferable to have a configuration (18th configuration) further including a third switch for conducting / interrupting.

また、第17または第18の構成から成る位相補償回路は、前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有する構成(第19の構成)にするとよい。   In addition, the phase compensation circuit having the seventeenth or eighteenth configuration further includes a switch for connecting / shutting off between the input terminal of the PWM comparator and the preceding circuit in accordance with the sleep control signal (a nineteenth configuration). ).

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた第1誤差信号を生成する第1アンプと、前記第1誤差信号の入力を受けて誤差電圧を生成する第1位相補償回路と、前記誤差電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、前記誤差電圧と前記電流センス電圧との差分に応じた第2誤差信号を生成する第2アンプと、前記第2誤差信号の入力を受けて第1電圧を出力する第2位相補償回路と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記第2位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第20の構成)とされている。   Further, the DC / DC converter disclosed in this specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. A first amplifier for generating a first error signal, a first phase compensation circuit for receiving an input of the first error signal and generating an error voltage, and a clamper for limiting the error voltage to a predetermined upper limit voltage value or less. A current detection unit that generates a current sense voltage according to a coil current of the switch output stage; a second amplifier that generates a second error signal according to a difference between the error voltage and the current sense voltage; (2) a second phase compensation circuit for receiving a first error signal and outputting a first voltage; an oscillator for generating a second voltage having a ramp waveform; and comparing the first voltage and the second voltage to obtain a comparison signal. PW to be generated A comparator that generates a drive signal for the switch output stage in response to the comparison signal, and the phase compensation circuit having any of the twelfth to nineteenth configurations is used as the second phase compensation circuit. It is set as the structure (20th structure).

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて誤差電圧を生成する位相補償回路と、前記誤差電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、前記誤差電圧と前記電流センス電圧との演算処理により第1電圧を生成する演算器と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第21の構成)とされている。   Further, the DC / DC converter disclosed in this specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier for generating an error signal, a phase compensation circuit for generating an error voltage upon receiving the error signal, a clamper for limiting the error voltage to a predetermined upper limit voltage value or less, and a coil current of the switch output stage A current detection unit that generates a current sense voltage corresponding to the current voltage, a calculator that generates a first voltage by a calculation process of the error voltage and the current sense voltage, an oscillator that generates a second voltage of a ramp waveform, A PWM comparator that compares the first voltage with the second voltage to generate a comparison signal; and a driver that generates a drive signal for the switch output stage according to the comparison signal. And, wherein the phase compensation circuit, there is a twelfth 19 configuration phase compensation circuit is used consisting of any one of the configurations (configuration of the 21).

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、前記第1電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第2電圧と前記電流センス電圧との演算処理により第3電圧を生成する演算器と、前記第1電圧と前記第3電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第22の構成)とされている。   Further, the DC / DC converter disclosed in this specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier that generates an error signal, a phase compensation circuit that receives the error signal and generates a first voltage, a clamper that limits the first voltage to a predetermined upper limit voltage value, and a switch output stage. A current detection unit for generating a current sense voltage corresponding to the coil current; an oscillator for generating a second voltage having a ramp waveform; and a calculator for generating a third voltage by an arithmetic process of the second voltage and the current sense voltage. A PWM comparator that compares the first voltage with the third voltage to generate a comparison signal, and a driver that generates a drive signal for the switch output stage according to the comparison signal. And, wherein the phase compensation circuit, there is a twelfth 19 configuration phase compensation circuit is used consisting of any one of the configurations (configuration of the 22).

なお、第20〜第22いずれかの構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記監視対象電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値である構成(第23の構成)にするとよい。   Note that in the DC / DC converter having any one of the twentieth to twenty-second configurations, the switch output stage is a step-down type, the monitoring target voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage is the input voltage. It is preferable to adopt a configuration (a twenty-third configuration) having a variation value according to the above.

また、第20〜第22いずれかの構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記監視対象電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値である構成(第24の構成)にしてもよい。   In the DC / DC converter having any one of the twentieth to twenty-second configurations, the switch output stage is a step-up type, the monitored voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage is the output voltage. It is also possible to adopt a configuration (24th configuration) with a variation value according to the above.

本明細書中に開示されている発明によれば、DC/DCコンバータの消費電力削減ないしはラッシュ電流抑制を実現することのできる位相補償回路、及び、これを用いたDC/DCコンバータを提供することが可能となる。   According to the invention disclosed in the present specification, it is possible to provide a phase compensation circuit capable of realizing power consumption reduction or rush current suppression of a DC / DC converter, and a DC / DC converter using the same. Is possible.

DC/DCコンバータの第1実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter 第1実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing duty initial value setting operation in the first embodiment DC/DCコンバータの第2実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a second embodiment of a DC / DC converter 第2実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing duty initial value setting operation in the second embodiment DC/DCコンバータの第3実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a third embodiment of a DC / DC converter 第3実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing duty initial value setting operation in the third embodiment DC/DCコンバータの第4実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a fourth embodiment of a DC / DC converter 第4実施形態におけるラッシュ電流抑制動作を示すタイミングチャートTiming chart showing rush current suppression operation in the fourth embodiment DC/DCコンバータの第5実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a fifth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第6実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a sixth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第7実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a seventh embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第8実施形態を示す回路図Circuit diagram showing an eighth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第9実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a ninth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第10実施形態を示す回路図Circuit diagram showing a tenth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第1従来例を示す回路図Circuit diagram showing a first conventional example of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第2従来例を示す回路図Circuit diagram showing a second conventional example of a DC / DC converter クランパによるOCP機能を説明するためのCOMP−IL特性図COMP-IL characteristic diagram for explaining OCP function by clamper

<第1実施形態>
図1は、DC/DCコンバータの第1実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、入力電圧Viから出力電圧Voを生成して不図示の負荷(CPU[central processing unit]など)に供給するPWM[pulse width modulation]駆動方式の降圧型スイッチング電源であり、スイッチ出力段10と、帰還電圧生成部20と、エラーアンプ30と、位相補償回路40と、オシレータ50と、PWMコンパレータ60と、ドライバ70と、を有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter. The DC / DC converter 1 according to this embodiment generates a voltage Vo from an input voltage Vi and supplies it to a load (not shown) such as a CPU (central processing unit). It is a power supply, and includes a switch output stage 10, a feedback voltage generation unit 20, an error amplifier 30, a phase compensation circuit 40, an oscillator 50, a PWM comparator 60, and a driver 70.

なお、DC/DCコンバータ1には、上記した回路要素のほか、その他の保護回路(減電圧保護回路、過電圧保護回路、過電流保護回路、温度保護回路など)を適宜組み込んでも構わない。   In addition to the circuit elements described above, the DC / DC converter 1 may incorporate other protection circuits (such as a voltage drop protection circuit, an overvoltage protection circuit, an overcurrent protection circuit, and a temperature protection circuit) as appropriate.

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する降圧型であり、出力トランジスタ11(本図ではPMOSFET[P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、同期整流トランジスタ12(本図ではNMOSFET[N channel type MOSFET])と、コイル13と、キャパシタ14と、を含んでいる。   The switch output stage 10 is a step-down type that steps down the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and includes an output transistor 11 (PMOSFET (P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor) in this figure) and synchronous rectification. The transistor 12 (NMOSFET [N channel type MOSFET] in this figure), the coil 13, and the capacitor 14 are included.

出力トランジスタ11のソースは、入力電圧Viの印加端に接続されている。出力トランジスタ11のドレインは、コイル13の第1端に接続されている。出力トランジスタ11のゲートは、ゲート信号G1の印加端に接続されている。出力トランジスタ11は、ゲート信号G1がハイレベルであるときにオフし、ゲート信号G1がローレベルであるときにオンする。   The source of the output transistor 11 is connected to the application terminal for the input voltage Vi. The drain of the output transistor 11 is connected to the first end of the coil 13. The gate of the output transistor 11 is connected to the application terminal of the gate signal G1. The output transistor 11 is turned off when the gate signal G1 is at a high level, and turned on when the gate signal G1 is at a low level.

同期整流トランジスタ12のソースは、接地端(=接地電圧GNDの印加端)に接続されている。同期整流トランジスタ12のドレインは、コイル13の第1端に接続されている。同期整流トランジスタ12のゲートは、ゲート信号G2の印加端に接続されている。同期整流トランジスタ12は、ゲート信号G2がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号G2がローレベルであるときにオフする。   The source of the synchronous rectification transistor 12 is connected to the ground terminal (= application terminal of the ground voltage GND). The drain of the synchronous rectification transistor 12 is connected to the first end of the coil 13. The gate of the synchronous rectification transistor 12 is connected to the application terminal of the gate signal G2. The synchronous rectification transistor 12 is turned on when the gate signal G2 is at a high level, and is turned off when the gate signal G2 is at a low level.

なお、スイッチ出力段10に高電圧が印加される場合には、出力トランジスタ11や同期整流トランジスタ12として、それぞれ、パワーMOSFET、IGBT[insulated gate bipolar transistor]、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。   When a high voltage is applied to the switch output stage 10, a high voltage device such as a power MOSFET, IGBT (insulated gate bipolar transistor), or SiC transistor is used as the output transistor 11 or the synchronous rectification transistor 12, respectively. Good.

出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12は、ゲート信号G1及びG2に応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、コイル13の第1端には、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswが生成される。なお、上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12のオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。   The output transistor 11 and the synchronous rectification transistor 12 are turned on / off complementarily according to the gate signals G1 and G2. By such an on / off operation, a rectangular wave switch voltage Vsw that is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND is generated at the first end of the coil 13. The term “complementary” is not limited to the case where the on / off states of the output transistor 11 and the synchronous rectification transistor 12 are completely reversed, but also includes a simultaneous off period (dead time) of both transistors. This includes cases where

コイル13とキャパシタ14は、スイッチ電圧Vswを整流及び平滑して出力電圧Voを生成するLCフィルタを形成する。なお、コイル13の第1端は、先に述べた通り、出力トランジスタ11及び同期整流トランジスタ12それぞれのドレイン(=スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。コイル13の第2端とキャパシタ14の第1端は、いずれも出力電圧Voの印加端に接続されている。キャパシタ14の第2端は、接地端に接続されている。   The coil 13 and the capacitor 14 form an LC filter that rectifies and smoothes the switch voltage Vsw to generate the output voltage Vo. As described above, the first end of the coil 13 is connected to the drains of the output transistor 11 and the synchronous rectification transistor 12 (= application terminal of the switch voltage Vsw). The second end of the coil 13 and the first end of the capacitor 14 are both connected to the application end of the output voltage Vo. The second end of the capacitor 14 is connected to the ground end.

帰還電圧生成部20は、出力電圧Voの印加端と接地端との間に直列接続された抵抗21及び22を含み、両抵抗間の接続ノードから出力電圧Voに応じた帰還電圧Vfb(出力電圧Voの分圧電圧)を出力する。なお、出力電圧Voがエラーアンプ30の入力ダイナミックレンジに収まっている場合には、帰還電圧生成部20を省略して出力電圧Voをエラーアンプ30に直接入力しても構わない。   The feedback voltage generator 20 includes resistors 21 and 22 connected in series between the application terminal of the output voltage Vo and the ground terminal, and a feedback voltage Vfb (output voltage) corresponding to the output voltage Vo from a connection node between the two resistors. Vo divided voltage) is output. When the output voltage Vo is within the input dynamic range of the error amplifier 30, the feedback voltage generator 20 may be omitted and the output voltage Vo may be directly input to the error amplifier 30.

エラーアンプ30は、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)であり、反転入力端(−)に印加される帰還電圧Vfbと非反転入力端(+)に印加される基準電圧Vrefとの差分に応じた誤差電流信号I30を生成する。誤差電流信号I30は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときには正方向(=エラーアンプ30から位相補償回路40に向かう方向)に流れ、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときには負方向(=位相補償回路40からエラーアンプ30に向かう方向)に流れる。なお、エラーアンプ30は、スリープ制御信号XSLPがハイレベル(=スリープモード解除時の論理レベル)であるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベル(=スリープモード時の論理レベル)であるときに停止状態となる。   The error amplifier 30 is a current output type transconductance amplifier (so-called gm amplifier), and is a feedback voltage Vfb applied to the inverting input terminal (−) and a reference voltage Vref applied to the non-inverting input terminal (+). An error current signal I30 corresponding to the difference is generated. The error current signal I30 flows in the positive direction (= direction toward the phase compensation circuit 40 from the error amplifier 30) when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref, and in the negative direction when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref. = Flowing from the phase compensation circuit 40 toward the error amplifier 30). The error amplifier 30 is in an operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level (= logic level when the sleep mode is canceled), and the sleep control signal XSLP is at a low level (= logic level when in the sleep mode). Sometimes it is stopped.

位相補償回路40は、エラーアンプ30とPWMコンパレータ60との間に接続されており、誤差電流信号I30の入力を受けて第1電圧VCを生成する。なお、位相補償回路40の構成及び動作については後述する。   The phase compensation circuit 40 is connected between the error amplifier 30 and the PWM comparator 60, and receives the error current signal I30 and generates the first voltage VC. The configuration and operation of the phase compensation circuit 40 will be described later.

オシレータ50は、所定のスイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形(=三角波形、鋸波形、または、n次スロープ波形(例えばn=2)など)の第2電圧RAMPを生成する。また、オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。従って、第2電圧RAMPの振幅は、入力電圧Viが高いほど大きくなり、入力電圧Viが低いほど小さくなるが、その技術的意義については後述する。なお、オシレータ50は、先出のエラーアンプ30と同じく、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに停止状態となる。   The oscillator 50 generates a second voltage RAMP having a ramp waveform (= triangular waveform, sawtooth waveform, or nth-order slope waveform (eg, n = 2)) that is pulse-driven at a predetermined switching frequency fsw (= 1 / T). Generate. In the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is set to a fluctuation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi. Therefore, the amplitude of the second voltage RAMP increases as the input voltage Vi increases, and decreases as the input voltage Vi decreases. The technical significance thereof will be described later. The oscillator 50 is in an operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level, and is in a stopped state when the sleep control signal XSLP is at a low level, like the error amplifier 30 described above.

PWMコンパレータ60は、非反転入力端(+)に印加される第1電圧VCと反転入力端(−)に印加される第2電圧RAMPとを比較して比較信号CMPを生成する。比較信号CMPは、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにハイレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにローレベルとなる。なお、PWMコンパレータ60は、先出のエラーアンプ30やオシレータ50と同様、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに停止状態となる。   The PWM comparator 60 compares the first voltage VC applied to the non-inverting input terminal (+) and the second voltage RAMP applied to the inverting input terminal (−) to generate a comparison signal CMP. The comparison signal CMP is at a high level when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP, and is at a low level when the first voltage VC is lower than the second voltage RAMP. The PWM comparator 60 is in an operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level, and is in a stopped state when the sleep control signal XSLP is at a low level, like the error amplifier 30 and the oscillator 50 described above.

ドライバ70は、NANDゲート71とANDゲート72を含み、比較信号CMPに応じてゲート信号G1及びG2(=それぞれスイッチ出力段10の駆動信号に相当)を生成する。より具体的に述べると、NANDゲート71は、スリープ制御信号XSLPと比較信号CMPとの否定論理積演算信号をゲート信号G1として出力する。また、ANDゲート72は、スリープ制御信号XSLPと反転入力される比較信号CMPとの論理積演算信号をゲート信号G2として出力する。   The driver 70 includes a NAND gate 71 and an AND gate 72, and generates gate signals G1 and G2 (= corresponding to drive signals for the switch output stage 10) according to the comparison signal CMP. More specifically, the NAND gate 71 outputs a NAND operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP as the gate signal G1. Further, the AND gate 72 outputs a logical product operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP that is inverted and inputted as the gate signal G2.

従って、スリープ制御信号XSLPがハイレベルである場合、ゲート信号G1及びG2は、基本的に比較信号CMPの論理反転信号となる。より具体的に述べると、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ11がオンして同期整流トランジスタ12がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ11がオフして同期整流トランジスタ12がオンする。   Therefore, when the sleep control signal XSLP is at a high level, the gate signals G1 and G2 are basically logical inversion signals of the comparison signal CMP. More specifically, when the comparison signal CMP is at a high level, the gate signals G1 and G2 are both at a low level, so that the output transistor 11 is turned on and the synchronous rectification transistor 12 is turned off. Conversely, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G1 and G2 are at a high level, so that the output transistor 11 is turned off and the synchronous rectification transistor 12 is turned on.

一方、スリープ制御信号XSLPがローレベルである場合、ゲート信号G1は、比較信号CMPに依ることなくハイレベルとなり、ゲート信号G2は、比較信号CMPに依ることなくローレベルとなる。従って、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12がいずれもオフする。   On the other hand, when the sleep control signal XSLP is at low level, the gate signal G1 is at high level without depending on the comparison signal CMP, and the gate signal G2 is at low level without depending on the comparison signal CMP. Therefore, both the output transistor 11 and the synchronous rectification transistor 12 are turned off.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12をいずれもオフした上で、エラーアンプ30、オシレータ50、及び、PWMコンパレータ60などを停止することにより、消費電力の小さいスリープモードに移行する機能を備えている。   As described above, when the sleep control signal XSLP is at the low level, the DC / DC converter 1 of the present embodiment turns off the output transistor 11 and the synchronous rectification transistor 12, and then the error amplifier 30, the oscillator 50, Also, a function of shifting to a sleep mode with low power consumption is provided by stopping the PWM comparator 60 and the like.

なお、スリープ制御信号XSLPは、軽負荷状態(または無負荷状態)となったときにローレベルとすることが望ましい。なお、上記の軽負荷状態を検出する手法としては、例えば、コイル電流ILの逆流検出(=スイッチ電圧Vswのゼロクロス検出)を行う手法が考えられる。   Note that the sleep control signal XSLP is preferably at a low level when the light load state (or no load state) is reached. As a method for detecting the light load state described above, for example, a method of detecting a reverse flow of the coil current IL (= zero cross detection of the switch voltage Vsw) is conceivable.

<位相補償回路>
引き続き、図1を参照しながら、位相補償回路40の構成及び動作について詳述する。本図の位相補償回路40は、位相補償抵抗部41と、位相補償容量部42と、スイッチ43〜45を含み、第1電圧VCの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。
<Phase compensation circuit>
Next, the configuration and operation of the phase compensation circuit 40 will be described in detail with reference to FIG. The phase compensation circuit 40 in this figure includes a phase compensation resistor unit 41, a phase compensation capacitor unit 42, and switches 43 to 45, and compensates the phase of the first voltage VC to prevent oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部42は、キャパシタC1及びC2を含む。キャパシタC1及びC2それぞれの第1端は、接地端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC1の容量値をC1とし、キャパシタC2の容量値をC2としたとき、C=C1+C2、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されているが、その技術的意義は後述する。   The phase compensation capacitance unit 42 includes capacitors C1 and C2. The first ends of the capacitors C1 and C2 are connected to the ground end. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitor 42 is C, the capacitance value of the capacitor C1 is C1, and the capacitance value of the capacitor C2 is C2, C = C1 + C2, C2 / C1 = k / (1-k) (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitor unit 42 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into two, and the technical significance thereof will be described later.

位相補償抵抗部41は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端がキャパシタC1の第2端に接続された抵抗を含む。   The phase compensation resistor unit 41 includes a resistor having a first end connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and a second end connected to the second end of the capacitor C1.

スイッチ43は、スリープ制御信号XSLPに応じてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ43は、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を遮断する。   The switch 43 conducts / cuts off between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 43 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a high level, and conducts between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 to sleep. When the control signal XSLP is at a low level, it is turned off to cut off between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30.

スイッチ44は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ44は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンしてキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフしてキャパシタC1の第2端と接地端との間を遮断する。   The switch 44 conducts / cuts off between the second end of the capacitor C1 and the ground end in accordance with the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 44 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level, and conducts between the second end of the capacitor C1 and the ground terminal, and when the sleep control signal XSLP is at a high level. To turn off the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal.

スイッチ45は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC2の第2端を出力電圧Vo(=第1バイアス電圧に相当)の印加端に接続するかキャパシタC1の第2端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ45は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC2の第2端を出力電圧Voの印加端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC2の第2端をキャパシタC1の第2端に接続する。   The switch 45 switches whether the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo (= corresponding to the first bias voltage) or the second end of the capacitor C1 according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 45 connects the second terminal of the capacitor C2 to the application terminal of the output voltage Vo when the sleep control signal XSLP is at a low level, and switches the capacitor 45 when the sleep control signal XSLP is at a high level. The second end of C2 is connected to the second end of capacitor C1.

このように、スイッチ44及び45は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1及びC2の接続先を切り替えることにより、スリープモード(XSLP=L)では、キャパシタC1及びC2を第1接続状態に切り替えてキャパシタC2の両端間を出力電圧Voで充電しておく一方、スリープモード解除時(XSLP=H)には、キャパシタC1及びC2を第2接続状態に切り替えて第1電圧VCを所望の初期値(=k×Vo)に設定するスイッチ群として機能する。   Thus, the switches 44 and 45 switch the connection destinations of the capacitors C1 and C2 according to the sleep control signal XSLP, thereby switching the capacitors C1 and C2 to the first connection state in the sleep mode (XSLP = L). While both ends of the capacitor C2 are charged with the output voltage Vo, when the sleep mode is canceled (XSLP = H), the capacitors C1 and C2 are switched to the second connection state and the first voltage VC is set to a desired initial value ( = K × Vo) functions as a set of switches.

なお、上記の第1接続状態とは、スイッチ44がキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通しており、スイッチ45がキャパシタC2の第2端を出力電圧Voの印加端に接続している状態を指す。一方、上記の第2接続状態とは、スイッチ44がキャパシタC1の第2端と接地端との間を遮断しており、スイッチ45がキャパシタC2の第2端をキャパシタC1の第2端に接続している状態を指す。   In the first connection state, the switch 44 is electrically connected between the second end of the capacitor C1 and the ground end, and the switch 45 connects the second end of the capacitor C2 to the application end of the output voltage Vo. Refers to the state of On the other hand, in the second connection state, the switch 44 cuts off the connection between the second end of the capacitor C1 and the ground end, and the switch 45 connects the second end of the capacitor C2 to the second end of the capacitor C1. Refers to the state of

次に、第1実施形態におけるスリープモード解除時のデューティ初期値設定動作について、図2を参照しながら詳細に説明する。   Next, the duty initial value setting operation when the sleep mode is released in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図2は、第1実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。   FIG. 2 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the first embodiment. From the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and A comparison signal CMP is depicted.

時刻t11以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が出力電圧Voで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。   Prior to time t11, the sleep control signal XSLP is at a low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are blocked, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are electrically connected. Thus, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo. Therefore, both ends of the capacitor C1 are discharged, and both ends of the capacitor C2 are charged with the output voltage Vo. In the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP are 0V, and the comparison signal CMP is at a low level.

時刻t11において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2の第2端がキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。   When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t11, the DC / DC converter 1 returns to the wake-up mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are electrically connected, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are disconnected. Thus, the second end of the capacitor C2 is connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、その両端間が出力電圧Voで充電されたキャパシタC2とを並列接続した状態となる。   That is, the phase compensation capacitor unit 42 is in a state in which the capacitor C1 discharged between both ends thereof and the capacitor C2 charged between the both ends with the output voltage Vo are connected in parallel with the release of the sleep mode.

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1及びC2相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={C2/(C1+C2)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。   As a result, the first voltage VC promptly reaches VC = k × Vo (= {C2 / (C1 + C2)} × Vo) in accordance with the charge distribution rule between the capacitors C1 and C2, without waiting for the error amplifier 30 to start. To be raised.

また、時刻t11以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。   Further, since the oscillator 50 is in an operating state after time t11, a ramp voltage second voltage RAMP that is pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. Note that the amplitude of the second voltage RAMP is a variation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi as described above.

ここで、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。具体的には、第1電圧VC(=k×Vo)と第2電圧RAMP(=(k×Vi/T)×Ton)とが一致するタイミングから、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、Vo/Viとなる。このデューティ初期値は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値と一致している。従って、スリープモード解除時における出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。   Here, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 is determined according to the comparison result between the first voltage VC and the second voltage RAMP. Specifically, from the timing when the first voltage VC (= k × Vo) and the second voltage RAMP (= (k × Vi / T) × Ton) coincide with each other, the on-duty Don (= duty at the time of canceling the sleep mode). (Corresponding to the initial value) is Vo / Vi. This initial duty value coincides with a theoretical duty value when the input voltage Vi is stepped down to generate a desired output voltage Vo. Therefore, overshoot and undershoot of the output voltage Vo when the sleep mode is canceled can be prevented.

なお、位相補償回路40を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値を設定する構成であれば、図15のDC/DCコンバータX1と異なり、スリープモードでバイアス部X80を動かしておく必要がないので、その消費電力を大幅に削減することができる。   Note that, if the configuration is such that the duty initial value when the sleep mode is canceled using the phase compensation circuit 40, unlike the DC / DC converter X1 of FIG. 15, it is not necessary to move the bias unit X80 in the sleep mode. The power consumption can be greatly reduced.

また、キャパシタC2は、その充電完了後に電流を流さなくなるので、スリープモードにおける位相補償回路40の消費電力もゼロである。   Further, since the capacitor C2 stops flowing current after the completion of charging, the power consumption of the phase compensation circuit 40 in the sleep mode is zero.

さらに、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、位相補償回路40のスイッチ43〜45を切り替えることにより、スリープモード解除時のデューティ初期値を設定することができるので、DC/DCコンバータ1の再起動時間(=復帰時間)を理想的にはゼロまで短縮することが可能となる。   Furthermore, in the case of the DC / DC converter 1 of the present embodiment, the duty initial value when the sleep mode is canceled can be set by switching the switches 43 to 45 of the phase compensation circuit 40. Therefore, the DC / DC converter 1 It is possible to ideally reduce the restart time (= restoration time) to zero.

<第2実施形態>
図3は、DC/DCコンバータの第2実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、位相補償回路40の構成要素として、キャパシタC3とスイッチ46をさらに含む点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
Second Embodiment
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of this embodiment is characterized in that it further includes a capacitor C3 and a switch 46 as components of the phase compensation circuit 40, while being based on the first embodiment (FIG. 1). Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the second embodiment are mainly described.

キャパシタC3は、キャパシタC1及びC2と同じく、位相補償容量部42の構成要素であり、その第1端が接地端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC1の容量値をC1とし、キャパシタC2の容量値をC2とし、キャパシタC3の容量値をC3としたときに、C=C1+C2+C3、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし、0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが3つに分割されているが、その技術的意義は後述する。   The capacitor C3, like the capacitors C1 and C2, is a constituent element of the phase compensation capacitance unit 42, and the first end thereof is connected to the ground end. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitor 42 is C, the capacitance value of the capacitor C1 is C1, the capacitance value of the capacitor C2 is C2, and the capacitance value of the capacitor C3 is C3, C = C1 + C2 + C3, C1 : C2: C3 = {1- (k + k ′)}: k: k ′ (where 0 <k <1 and 0 <k ′ <1) are satisfied. As described above, in the phase compensation capacitor unit 42 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into three, and the technical significance thereof will be described later.

スイッチ46は、スイッチ44及び45と同じく、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1〜C3の接続状態を切り替えるスイッチ群の構成要素であり、キャパシタC3の第2端を入力電圧Vi(=第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧に相当)の印加端に接続するかキャパシタC1の第2端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ46は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC3の第2端を入力電圧Viの印加端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC3の第2端をキャパシタC1の第2端に接続する。   Similarly to the switches 44 and 45, the switch 46 is a component of a switch group that switches the connection state of the capacitors C1 to C3 according to the sleep control signal XSLP, and the second end of the capacitor C3 is connected to the input voltage Vi (= first bias). Switching to the application terminal of the second bias voltage different from the voltage) or to the second terminal of the capacitor C1. Specifically, the switch 46 connects the second terminal of the capacitor C3 to the application terminal of the input voltage Vi when the sleep control signal XSLP is at a low level, and the capacitor 46 when the sleep control signal XSLP is at a high level. The second end of C3 is connected to the second end of capacitor C1.

次に、第2実施形態におけるスリープモード解除時のデューティ初期値設定動作について、図4を参照しながら詳細に説明する。   Next, the duty initial value setting operation when the sleep mode is released in the second embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図4は、第2実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。   FIG. 4 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the second embodiment. In order from the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and A comparison signal CMP is depicted.

時刻t21以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続され、キャパシタC3の第2端が入力電圧Viの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が出力電圧Voで充電された状態となり、キャパシタC3の両端間が入力電圧Viで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。   Prior to time t21, the sleep control signal XSLP is at a low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are blocked, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are electrically connected. Thus, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo, and the second end of the capacitor C3 is connected to the application end of the input voltage Vi. Therefore, both ends of the capacitor C1 are discharged, both ends of the capacitor C2 are charged with the output voltage Vo, and both ends of the capacitor C3 are charged with the input voltage Vi. In the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP are 0V, and the comparison signal CMP is at a low level.

時刻t21において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端の間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2及びC3それぞれの第2端がいずれもキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。   When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t21, the DC / DC converter 1 returns to the wake-up mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are conducted, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are blocked. The second ends of the capacitors C2 and C3 are both connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、それぞれの両端間が出力電圧Vo及び入力電圧Viで充電されたキャパシタC2及びC3とを並列接続した状態となる。   That is, the phase compensation capacitor 42 is connected in parallel with the capacitor C1 that is discharged between both ends in response to the release of the sleep mode and the capacitors C2 and C3 that are charged between the both ends with the output voltage Vo and the input voltage Vi. It will be in the state.

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1〜C3相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vo+k’×Vi(=(C2×Vo+C3×Vi)/(C1+C2+C3)})まで速やかに引き上げられる。すなわち、本実施形態では、先の第1実施形態と比べて、スリープモード解除時における第1電圧VCの初期値がk’×Viだけ高めにオフセットされる。   As a result, the first voltage VC follows the charge distribution rule between the capacitors C1 to C3, and without waiting for the error amplifier 30 to start up, VC = k × Vo + k ′ × Vi (= (C2 × Vo + C3 × Vi) / ( C1 + C2 + C3)}). That is, in the present embodiment, the initial value of the first voltage VC when the sleep mode is canceled is offset higher by k ′ × Vi than in the first embodiment.

また、時刻t21以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。   Further, since the oscillator 50 is in an operating state after the time t21, the ramp voltage second voltage RAMP that is pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. Note that the amplitude of the second voltage RAMP is a variation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi as described above.

従って、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、(Vo/Vi)+(k’/k)となる。すなわち、本実施形態におけるデューティ初期値は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値(=Vo/Vi)よりも意図的に高められた値となる。   Accordingly, the on-duty Don (= corresponding to the initial duty value) when the sleep mode is canceled is (Vo / Vi) + (k ′ / k). That is, the duty initial value in the present embodiment is a value that is intentionally higher than the theoretical duty value (= Vo / Vi) when the input voltage Vi is stepped down to generate the desired output voltage Vo.

なお、第1電圧VCは、出力帰還ループの働きにより、VC=k×Voとなるまで低下する。すなわち、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonは、時間の経過とともに、上記のデューティ理論値(=Vo/Vi)に収束していく。   Note that the first voltage VC decreases until VC = k × Vo due to the function of the output feedback loop. That is, the on-duty Don of the DC / DC converter 1 converges to the above-described theoretical duty value (= Vo / Vi) as time passes.

このように、位相補償容量部42におけるキャパシタ分割数を3以上とし、各キャパシタをそれぞれ異なるバイアス電圧で充電しておくことにより、第1実施形態と同様の効果を享受した上で、第1電圧VCの初期値を任意に調整することができる。従って、例えばDC/DCコンバータ1の出力ループ特性を鑑みつつ、スリープモード解除時のデューティ初期値を最適化することができるので、出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートをより適切に防止することが可能となる。   As described above, the number of capacitor divisions in the phase compensation capacitance unit 42 is set to 3 or more, and each capacitor is charged with a different bias voltage. The initial value of VC can be adjusted arbitrarily. Therefore, for example, the duty initial value when the sleep mode is canceled can be optimized in consideration of the output loop characteristics of the DC / DC converter 1, so that overshoot and undershoot of the output voltage Vo can be more appropriately prevented. It becomes possible.

特に、キャパシタC2及びC3を充電するためのバイアス電圧として、DC/DCコンバータ1に既存の出力電圧Voと入力電圧Viを用いることにより、別途のバイアス電圧を用意せずに済む。ただし、キャパシタの分割数を増やしたくなければ、先の第1実施形態(図1)において、キャパシタC2を出力電圧Voよりも高い任意のバイアス電圧(=Vo+α)で充電することにより、本実施形態と同様の効果を奏することが可能である。   In particular, by using the existing output voltage Vo and input voltage Vi for the DC / DC converter 1 as the bias voltage for charging the capacitors C2 and C3, it is not necessary to prepare a separate bias voltage. However, if it is not desired to increase the number of divisions of the capacitor, the present embodiment is obtained by charging the capacitor C2 with an arbitrary bias voltage (= Vo + α) higher than the output voltage Vo in the first embodiment (FIG. 1). It is possible to achieve the same effect as.

<第3実施形態>
図5は、DC/DCコンバータの第3実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されている点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a third embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is characterized in that the switch output stage 10 is changed from a step-down type to a step-up type while being based on the first embodiment (FIG. 1). Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the third embodiment are mainly described.

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する昇圧型であり、出力トランジスタ15(本図ではNMOSFET)と、同期整流トランジスタ16(本図ではPMOSFET)と、コイル17と、キャパシタ18と、を含んでいる。   The switch output stage 10 is a boost type that boosts the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and includes an output transistor 15 (NMOSFET in this figure), a synchronous rectification transistor 16 (PMOSFET in this figure), a coil 17 and the capacitor 18 are included.

コイル17の第1端は、入力電圧Viの入力端に接続されている。コイル17の第2端は、出力トランジスタ15のドレインと同期整流トランジスタ16のドレインに接続されている。出力トランジスタ15のソースは、接地端に接続されている。同期整流トランジスタ16のソースとキャパシタ18の第1端は、いずれも出力電圧Voの印加端に接続されている。キャパシタ18の第2端は、接地端に接続されている。   The first end of the coil 17 is connected to the input end of the input voltage Vi. The second end of the coil 17 is connected to the drain of the output transistor 15 and the drain of the synchronous rectification transistor 16. The source of the output transistor 15 is connected to the ground terminal. Both the source of the synchronous rectification transistor 16 and the first end of the capacitor 18 are connected to the application end of the output voltage Vo. The second end of the capacitor 18 is connected to the ground end.

出力トランジスタ15のゲートは、ゲート信号G3の印加端に接続されている。出力トランジスタ15は、ゲート信号G3がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号G4がローレベルであるときにオフする。同期整流トランジスタ16のゲートは、ゲート信号G4の印加端に接続されている。同期整流トランジスタ16は、ゲート信号G4がハイレベルであるときにオフし、ゲート信号G4がローレベルであるときにオンする。   The gate of the output transistor 15 is connected to the application terminal of the gate signal G3. The output transistor 15 is turned on when the gate signal G3 is at a high level and turned off when the gate signal G4 is at a low level. The gate of the synchronous rectification transistor 16 is connected to the application terminal of the gate signal G4. The synchronous rectification transistor 16 is turned off when the gate signal G4 is at a high level, and turned on when the gate signal G4 is at a low level.

出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16は、ゲート信号G3及びG4に応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、コイル17の第2端には、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswが生成される。なお、上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16のオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。   The output transistor 15 and the synchronous rectification transistor 16 are complementarily turned on / off according to the gate signals G3 and G4. By such an on / off operation, a rectangular wave switch voltage Vsw that is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND is generated at the second end of the coil 17. The term “complementary” is not limited to the case where the on / off states of the output transistor 15 and the synchronous rectification transistor 16 are completely reversed, and a simultaneous off period (dead time) of both transistors is provided. This includes cases where

出力トランジスタ15がオンされて同期整流トランジスタ16がオフされると、コイル17には出力トランジスタ15を介して接地端に向けたコイル電流ILが流れ、その電気エネルギが蓄えられる。このとき、スイッチ電圧Vswは、出力トランジスタ15を介してほぼ接地電圧GNDまで低下する。なお、同期整流トランジスタ16がオフされているので、キャパシタ18から出力トランジスタ15に向けて電流が流れ込むことはない。   When the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectification transistor 16 is turned off, the coil current IL flows to the coil 17 via the output transistor 15 and the electrical energy is stored. At this time, the switch voltage Vsw decreases to the ground voltage GND through the output transistor 15. Since the synchronous rectification transistor 16 is turned off, no current flows from the capacitor 18 toward the output transistor 15.

一方、出力トランジスタ15がオフされて同期整流トランジスタ16がオンされると、コイル17に生じた逆起電力により、そこに蓄積されていた電気エネルギが電流として放出される。このとき、同期整流トランジスタ16を介して流れるコイル電流ILは、出力電流として出力電圧Voの出力端から負荷に流れ込むとともに、キャパシタ18を介して接地端にも流れ込み、キャパシタ18が充電される。上記の動作が繰り返されることにより、負荷には、入力電圧Viを昇圧した出力電圧Voが供給される。   On the other hand, when the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectification transistor 16 is turned on, the electrical energy stored therein is released as a current by the back electromotive force generated in the coil 17. At this time, the coil current IL flowing through the synchronous rectification transistor 16 flows from the output terminal of the output voltage Vo to the load as an output current, and also flows to the ground terminal through the capacitor 18, and the capacitor 18 is charged. By repeating the above operation, the output voltage Vo obtained by boosting the input voltage Vi is supplied to the load.

なお、スイッチ出力段10に高電圧が印加される場合には、出力トランジスタ15や同期整流トランジスタ16として、それぞれ、パワーMOSFET、IGBT、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。この点については、先の第1〜第3実施形態と同様である。   When a high voltage is applied to the switch output stage 10, high voltage elements such as power MOSFETs, IGBTs, and SiC transistors may be used as the output transistor 15 and the synchronous rectification transistor 16, respectively. This is the same as in the first to third embodiments.

また、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されたことに伴い、位相補償回路40、オシレータ50、PWMコンパレータ60、及び、ドライバ70にも、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。   Further, as the switch output stage 10 is changed from the step-down type to the step-up type, the phase compensation circuit 40, the oscillator 50, the PWM comparator 60, and the driver 70 are also changed. Below, the change of each part is demonstrated.

位相補償回路40では、キャパシタC2を充電するためのバイアス電圧が、出力電圧Voから入力電圧Viに変更されている。   In the phase compensation circuit 40, the bias voltage for charging the capacitor C2 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)から、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)に変更されている。   In the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is changed from a fluctuation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi to a fluctuation value (= k × Vo) corresponding to the output voltage Vo.

PWMコンパレータ60は、その入力極性が第1〜第3実施形態のそれとは反転されている。すなわち、PWMコンパレータ60の反転入力端(−)には、第1電圧VCが入力されており、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)には、第2電圧RAMPが入力されている。従って、比較信号CMPの論理レベルは、第1〜第3実施形態のそれとは逆に、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにローレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにハイレベルとなる。   The input polarity of the PWM comparator 60 is inverted from that of the first to third embodiments. That is, the first voltage VC is input to the inverting input terminal (−) of the PWM comparator 60, and the second voltage RAMP is input to the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60. Accordingly, the logical level of the comparison signal CMP is low when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP, contrary to that of the first to third embodiments, and the first voltage VC becomes the second voltage RAMP. High level when lower than

また、ドライバ70は、NANDゲート71とANDゲート72に代えて、ANDゲート73とORゲート74を含み、比較信号CMPに応じてゲート信号G3及びG4(=それぞれスイッチ出力段10の駆動信号に相当)を生成する。より具体的に述べると、ANDゲート73は、スリープ制御信号XSLPと比較信号CMPとの論理積演算信号をゲート信号G3として出力する。また、ORゲート74は、比較信号CMPと反転入力されるスリープ制御信号XSLPとの論理和演算信号をゲート信号G4として出力する。   The driver 70 includes an AND gate 73 and an OR gate 74 instead of the NAND gate 71 and the AND gate 72, and gate signals G3 and G4 (= corresponding to drive signals for the switch output stage 10 respectively) according to the comparison signal CMP. ) Is generated. More specifically, the AND gate 73 outputs a logical product operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP as the gate signal G3. The OR gate 74 outputs a logical sum operation signal of the comparison signal CMP and the sleep control signal XSLP input in an inverted manner as the gate signal G4.

従って、スリープ制御信号XSLPがハイレベルである場合、ゲート信号G3及びG4は、基本的に比較信号CMPと同一論理信号となる。より具体的に述べると、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ15がオンして同期整流トランジスタ16がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ15がオフして同期整流トランジスタ16がオンする。   Therefore, when the sleep control signal XSLP is at a high level, the gate signals G3 and G4 are basically the same logic signal as the comparison signal CMP. More specifically, when the comparison signal CMP is at a high level, the gate signals G3 and G4 are both at a high level, so that the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectification transistor 16 is turned off. Conversely, when the comparison signal CMP is at a low level, the gate signals G3 and G4 are both at a low level, so that the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectification transistor 16 is turned on.

一方、スリープ制御信号XSLPがローレベルである場合、ゲート信号G3は、比較信号CMPに依ることなくローレベルとなり、ゲート信号G4は、比較信号CMPに依ることなくハイレベルとなる。従って、出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16がいずれもオフする。   On the other hand, when the sleep control signal XSLP is at a low level, the gate signal G3 is at a low level without depending on the comparison signal CMP, and the gate signal G4 is at a high level without depending on the comparison signal CMP. Accordingly, both the output transistor 15 and the synchronous rectification transistor 16 are turned off.

図6は、第3実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。   FIG. 6 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the third embodiment. From the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and A comparison signal CMP is depicted.

時刻t31以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が入力電圧Viで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。これらの点については、キャパシタC2に印加されるバイアス電圧が出力電圧Voから入力電圧Viに変更されていること以外、何ら変わりはない。   Prior to time t31, the sleep control signal XSLP is at the low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are blocked, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are electrically connected. Thus, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo. Therefore, both ends of the capacitor C1 are discharged, and both ends of the capacitor C2 are charged with the input voltage Vi. In the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP are 0V, and the comparison signal CMP is at a low level. These points are the same except that the bias voltage applied to the capacitor C2 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

時刻t31において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2の第2端がキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。   When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t31, the DC / DC converter 1 returns to the wake-up mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the error amplifier 30 are electrically connected, and the second terminal of the capacitor C1 and the ground terminal are disconnected. Thus, the second end of the capacitor C2 is connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、その両端間が入力電圧Viで充電されたキャパシタC2とを並列接続した状態となる。   That is, the phase compensation capacitor unit 42 is in a state in which the capacitor C1 discharged between both ends thereof and the capacitor C2 charged between the both ends with the input voltage Vi are connected in parallel with the cancellation of the sleep mode.

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1及びC2相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vi(={C2/(C1+C2)}×Vi)まで速やかに引き上げられる。   As a result, the first voltage VC quickly follows VC = k × Vi (= {C2 / (C1 + C2)} × Vi) without waiting for the error amplifier 30 to start according to the charge distribution rule between the capacitors C1 and C2. To be raised.

また、時刻t31以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)とされている。   Further, since the oscillator 50 is in an operating state after time t31, a second voltage RAMP having a ramp waveform that is pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. Note that the amplitude of the second voltage RAMP is a variation value (= k × Vo) corresponding to the output voltage Vo, as described above.

ここで、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。具体的には、第1電圧VC(=k×Vi)と第2電圧RAMP(=(k×Vo/T)×(T−Ton))とが一致するタイミングから、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、1−(Vi/Vo)となる。このデューティ初期値は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値と一致している。従って、スイッチ出力段10を昇圧型とした場合であっても、スリープモード解除時における出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。   Here, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 is determined according to the comparison result between the first voltage VC and the second voltage RAMP. Specifically, from the timing when the first voltage VC (= k × Vi) and the second voltage RAMP (= (k × Vo / T) × (T−Ton)) coincide with each other, the on-duty when the sleep mode is released Don (= corresponding to the initial duty value) is 1- (Vi / Vo). This initial duty value coincides with the theoretical duty value when the input voltage Vi is boosted to generate the desired output voltage Vo. Therefore, even when the switch output stage 10 is a boost type, overshoot and undershoot of the output voltage Vo when the sleep mode is canceled can be prevented.

もちろん、本実施形態を採用した場合であっても、第1実施形態と同様の効果、すなわち、消費電力の削減や再起動時間の短縮が可能であることは言うまでもない。   Of course, even when this embodiment is adopted, it is needless to say that the same effect as that of the first embodiment, that is, reduction of power consumption and restart time can be achieved.

また、本実施形態では、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、スイッチ出力段10を昇圧型に変更した例を挙げたが、第2実施形態(図3)をベースとすることもできる。その場合、例えば、キャパシタC2を充電するための第1バイアス電圧を入力電圧Viとし、キャパシタC3を充電するための第2バイアス電圧を出力電圧Voとすればよい。   Further, in the present embodiment, an example in which the switch output stage 10 is changed to the boost type while taking the first embodiment (FIG. 1) as a base has been described, but the second embodiment (FIG. 3) may be used as a base. it can. In this case, for example, the first bias voltage for charging the capacitor C2 may be set as the input voltage Vi, and the second bias voltage for charging the capacitor C3 may be set as the output voltage Vo.

なお、上記の第1〜第3実施形態では、スイッチ出力段10の出力形式として、降圧型(図1及び図3)と昇圧型(図5)を例に挙げたが、昇降圧型や反転型を採用しても構わない。また、スイッチ出力段10の整流方式についても、上記の同期整流方式に限らず、ダイオード整流方式(=同期整流トランジスタに代えて整流ダイオードを用いた方式)に変更することができる。また、DC/DCコンバータ1の出力帰還制御方式については、上記の電圧モード制御方式に限らず、電流モード制御方式としてもよい。   In the first to third embodiments, the step-down type (FIGS. 1 and 3) and the step-up type (FIG. 5) are given as examples of the output format of the switch output stage 10. May be adopted. Further, the rectification method of the switch output stage 10 is not limited to the above-described synchronous rectification method, and can be changed to a diode rectification method (= method using a rectification diode instead of the synchronous rectification transistor). Further, the output feedback control method of the DC / DC converter 1 is not limited to the voltage mode control method described above, and may be a current mode control method.

<第4実施形態>
図7は、DC/DCコンバータの第4実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、電流モード制御方式を採用した降圧型スイッチング電源であり、スイッチ出力段10と、帰還電圧生成部20と、エラーアンプ30(第1アンプに相当)と、第1位相補償回路40と、オシレータ50と、PWMコンパレータ60と、ドライバ70と、差動アンプ80(第2アンプに相当)と、第2位相補償回路90と、電流検出部100と、クランパ110と、を有する。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is a step-down switching power supply that employs a current mode control system, and includes a switch output stage 10, a feedback voltage generation unit 20, an error amplifier 30 (corresponding to a first amplifier), First phase compensation circuit 40, oscillator 50, PWM comparator 60, driver 70, differential amplifier 80 (corresponding to the second amplifier), second phase compensation circuit 90, current detection unit 100, and clamper 110 And having.

なお、上記構成要素の多くは、第1実施形態(図1)のそれと共通している。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第4実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。   Note that many of the above-described components are common to those of the first embodiment (FIG. 1). Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the fourth embodiment are mainly described.

スイッチ出力段10、帰還電圧生成部20、及び、エラーアンプ30については、第1実施形態(図1)のそれと全く同一である。   The switch output stage 10, the feedback voltage generator 20, and the error amplifier 30 are exactly the same as those in the first embodiment (FIG. 1).

第1位相補償回路40は、第1実施形態(図1)の位相補償回路40に相当し、エラーアンプ30から第1誤差電流信号I30の入力を受けて誤差電圧COMPを生成する。ただし、本実施形態のDC/DCコンバータ1では、スリープモードへの移行機能が割愛されていることから、第1実施形態(図1)と異なり、位相補償容量部42のキャパシタは複数に分割されておらず、スイッチ43〜45も設けられていない。   The first phase compensation circuit 40 corresponds to the phase compensation circuit 40 of the first embodiment (FIG. 1), receives the first error current signal I30 from the error amplifier 30, and generates an error voltage COMP. However, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, since the function of shifting to the sleep mode is omitted, unlike the first embodiment (FIG. 1), the capacitor of the phase compensation capacitance unit 42 is divided into a plurality. The switches 43 to 45 are not provided.

オシレータ50とPWMコンパレータ60については、第1実施形態(図1)のそれと全く同一である。   The oscillator 50 and the PWM comparator 60 are exactly the same as those in the first embodiment (FIG. 1).

ドライバ70は、スリープモードの割愛に伴い、NANDゲート71とANDゲート72に代えて、インバータ75及び76を含む構成に変更されている。なお、インバータ75及び76は、それぞれ、比較信号CMPの論理反転信号をゲート信号G1及びG2として出力する。従って、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ11がオンして同期整流トランジスタ12がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ11がオフして同期整流トランジスタ12がオンする。   The driver 70 is changed to a configuration including inverters 75 and 76 instead of the NAND gate 71 and the AND gate 72 in accordance with the omission of the sleep mode. The inverters 75 and 76 output the logical inversion signals of the comparison signal CMP as the gate signals G1 and G2, respectively. Therefore, when the comparison signal CMP is at the high level, the gate signals G1 and G2 are both at the low level, so that the output transistor 11 is turned on and the synchronous rectification transistor 12 is turned off. Conversely, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G1 and G2 are at a high level, so that the output transistor 11 is turned off and the synchronous rectification transistor 12 is turned on.

差動アンプ80は、エラーアンプ30と同じく、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)であり、反転入力端(−)に印加される誤差電圧COMPと非反転入力端(+)に印加される電流センス電圧CSNSとの差分に応じた第2誤差電流信号I80を生成する。第2誤差電流信号I80は、誤差電圧COMPが電流センス電圧CSNSよりも低いときには正方向(=差動アンプ80から第2位相補償回路90に向かう方向)に流れ、誤差電圧COMPが電流センス電圧CSNSよりも高いときには負方向(=第2位相補償回路90から差動アンプ80に向かう方向)に流れる。   The differential amplifier 80, like the error amplifier 30, is a current output type transconductance amplifier (so-called gm amplifier), and is applied to the error voltage COMP applied to the inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+). The second error current signal I80 corresponding to the difference from the current sense voltage CSNS to be generated is generated. The second error current signal I80 flows in the positive direction (= direction from the differential amplifier 80 toward the second phase compensation circuit 90) when the error voltage COMP is lower than the current sense voltage CSNS, and the error voltage COMP is the current sense voltage CSNS. When the value is higher, the current flows in the negative direction (= direction from the second phase compensation circuit 90 toward the differential amplifier 80).

第2位相補償回路90は、差動アンプ80とPWMコンパレータ60との間に接続されており、第2誤差電流信号I80の入力を受けて第1電圧VCを生成する。なお、第2位相補償回路90の構成及び動作については後述する。   The second phase compensation circuit 90 is connected between the differential amplifier 80 and the PWM comparator 60, and receives the second error current signal I80 and generates the first voltage VC. The configuration and operation of the second phase compensation circuit 90 will be described later.

電流検出部100は、スイッチ出力段10に流れるコイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを生成する。電流センス電圧CSNSは、例えば、コイル電流ILの平均値IL(ave)が大きいほど高くなり、逆に、コイル電流ILの平均値IL(ave)が小さいほど低くなる。   The current detection unit 100 generates a current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL flowing through the switch output stage 10. For example, the current sense voltage CSNS increases as the average value IL (ave) of the coil current IL increases, and conversely decreases as the average value IL (ave) of the coil current IL decreases.

クランパ110は、誤差電圧COMPを所定の上限電圧値VLMT以下に制限する。これにより、差動アンプ80では、コイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを上限電圧値VLMT以下に制限するように出力帰還制御が掛かるようになるので、コイル電流ILが上限電流値ILMT以下に制限される。   The clamper 110 limits the error voltage COMP to a predetermined upper limit voltage value VLMT or less. As a result, in the differential amplifier 80, output feedback control is performed so that the current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL is limited to the upper limit voltage value VLMT or less, and therefore the coil current IL is set to the upper limit current value ILMT or less. Limited.

<第2位相補償回路>
引き続き、図7を参照しながら、第2位相補償回路90の構成及び動作について詳述する。本図の第2位相補償回路90は、位相補償抵抗部91と位相補償容量部92を含み、第1電圧VCの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。
<Second phase compensation circuit>
Next, the configuration and operation of the second phase compensation circuit 90 will be described in detail with reference to FIG. The second phase compensation circuit 90 in this figure includes a phase compensation resistor 91 and a phase compensation capacitor 92, and compensates for the phase of the first voltage VC to prevent oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部92は、キャパシタC4及びC5を含む。キャパシタC4の第1端は、接地端に接続されている。一方、キャパシタC5の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償容量部92全体の容量値をCとし、キャパシタC4の容量値をC4とし、キャパシタC5の容量値をC5としたとき、C=C4+C5、C5/C4=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部92では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図ではキャパシタC5の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されているが、その技術的意義は後述する。   The phase compensation capacitance unit 92 includes capacitors C4 and C5. A first terminal of the capacitor C4 is connected to the ground terminal. On the other hand, the first end of the capacitor C5 is connected to the application end of the output voltage Vo. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitor 92 is C, the capacitance value of the capacitor C4 is C4, and the capacitance value of the capacitor C5 is C5, C = C4 + C5, C5 / C4 = k / (1-k) (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitor unit 92 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the capacitor C5 in this figure) has a DC. The output voltage Vo of the / DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage, and the technical significance thereof will be described later.

位相補償抵抗部91は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端がキャパシタC4及びC5それぞれの第2端に接続された抵抗を含む。   The phase compensation resistor 91 includes a resistor having a first end connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and a second end connected to the second ends of the capacitors C4 and C5.

図8は、第4実施形態におけるラッシュ電流抑制動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順番に、出力電圧Vo、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、比較信号CMP、並びに、コイル電流ILが描写されている。   FIG. 8 is a timing chart showing an example of the rush current suppression operation in the fourth embodiment. In order from the top, the output voltage Vo, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and the comparison signal CMP are illustrated. , As well as the coil current IL.

時刻t43以前においては、スイッチ出力段10の短絡が生じていないので、出力電圧Voは、その目標値Vo1に維持されている。また、第1電圧VCは、出力帰還ループの働きにより、k×Vo1に維持されるので、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Vo(=Vo1)を生成する場合のデューティ理論値(=Vo1/Vi)と一致する。   Before the time t43, since the short circuit of the switch output stage 10 has not occurred, the output voltage Vo is maintained at the target value Vo1. Further, since the first voltage VC is maintained at k × Vo1 by the function of the output feedback loop, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 reduces the input voltage Vi to a desired value. This coincides with the theoretical duty value (= Vo1 / Vi) when the output voltage Vo (= Vo1) is generated.

一方、時刻t43において、スイッチ出力段10の短絡が生じ、出力電圧Voが目標値Vo1から異常値Vo2に急落した場合、第1電圧VCは、キャパシタC4及びC5相互間の電荷分配則に従い、出力帰還ループの応答を待つことなく、出力電圧Voと同じ挙動で急峻に低下する。   On the other hand, when the switch output stage 10 is short-circuited at time t43 and the output voltage Vo suddenly drops from the target value Vo1 to the abnormal value Vo2, the first voltage VC is output according to the charge distribution law between the capacitors C4 and C5. Without waiting for the response of the feedback loop, the voltage drops sharply with the same behavior as the output voltage Vo.

特に、本実施形態のDC/DCコンバータ1では、C5/C4=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされているので、出力電圧VoがΔVだけ変動したときには、第1電圧VCがk×ΔVだけ変動する。また、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。   In particular, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, C5 / C4 = k / (1−k) (where 0 <k <1) is satisfied, so when the output voltage Vo varies by ΔV, One voltage VC fluctuates by k × ΔV. Further, as described above, the amplitude of the second voltage RAMP is a variation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi.

このような設定を行っておけば、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonは、スイッチ出力段10の短絡発生と同時に、出力電圧Voの異常値Vo2に応じたデューティ理論値(=Vo2/Vi)へシフトされることになる。その結果、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流(=過大なコイル電流IL)を効果的に抑制することができるので、スイッチ出力段10を形成する素子の劣化を防ぐことが可能となる。   If such a setting is performed, the on-duty Don of the DC / DC converter 1 is the theoretical duty value (= Vo2 / Vi) corresponding to the abnormal value Vo2 of the output voltage Vo simultaneously with the occurrence of a short circuit of the switch output stage 10. Will be shifted to. As a result, the rush current (= excessive coil current IL) generated when the switch output stage 10 is short-circuited can be effectively suppressed, so that deterioration of the elements forming the switch output stage 10 can be prevented. .

なお、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現する構成であれば、差動アンプ80やクランパ110の応答速度を高めずに済む。従って、電圧ループ特性が変化しないので、発振リスクが増大することもない。   Note that the response speed of the differential amplifier 80 and the clamper 110 does not need to be increased if the duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo is realized using the second phase compensation circuit 90. Therefore, since the voltage loop characteristics do not change, the oscillation risk does not increase.

また、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第2電圧RAMPの振幅が入力電圧Viに依存して変動するので、入力電圧Viの急変時においても、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonを適切な値に合わせ込み、ラッシュ電流を抑制することが可能となる。   In the case of the DC / DC converter 1 of the present embodiment, the amplitude of the second voltage RAMP varies depending on the input voltage Vi, so that the on-duty of the DC / DC converter 1 can be achieved even when the input voltage Vi changes suddenly. It is possible to adjust Don to an appropriate value and suppress the rush current.

<第5実施形態>
図9は、DC/DCコンバータの第5実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、位相補償容量部92に含まれるキャパシタを複数に分割するのではなく、位相補償抵抗部91に含まれる抵抗を複数に分割した点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 according to this embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7), but is included in the phase compensation resistor 91 instead of dividing the capacitor included in the phase compensation capacitor 92 into a plurality of parts. It is characterized in that the resistor is divided into a plurality of parts. Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the fifth embodiment are mainly described.

位相補償抵抗部91は、抵抗R1及びR2を含む。抵抗R1の第1端は、接地端に接続されている。抵抗R2の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。位相補償抵抗部91全体の抵抗値をRとし、抵抗R1の抵抗値をR1とし、抵抗R2の抵抗値をR2としたときに、R=R1//R2、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償抵抗部91では、位相補償用の抵抗が2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図では抵抗R2の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されている。   The phase compensation resistor unit 91 includes resistors R1 and R2. The first end of the resistor R1 is connected to the ground end. The 1st end of resistance R2 is connected to the application end of output voltage Vo. R = R1 // R2, R1 / R2 = k / (1−R2 where R is the resistance value of the entire phase compensation resistor unit 91, R1 is the resistance value of the resistor R1, and R2 is the resistance value of the resistor R2. k) (where 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation resistor 91 of the present embodiment, the phase compensation resistor is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the resistor R2 in this figure) has a DC. The output voltage Vo of the DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage.

位相補償容量部92は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端が抵抗R1及びR2それぞれの第2端に接続されたキャパシタを含む。   The phase compensation capacitor 92 includes a capacitor having a first end connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and a second end connected to the second ends of the resistors R1 and R2.

本実施形態のDC/DCコンバータ1において、例えば、スイッチ出力段10の短絡が生じて出力電圧Voが急落した場合、第1電圧VCは、抵抗R1及びR2の分圧作用により、出力帰還ループの応答を待つことなく、出力電圧Voと同じ挙動で急峻に低下する。従って、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することができる。   In the DC / DC converter 1 of this embodiment, for example, when the output voltage Vo suddenly drops due to a short circuit of the switch output stage 10, the first voltage VC is applied to the output feedback loop by the voltage dividing action of the resistors R1 and R2. Without waiting for a response, the voltage drops sharply with the same behavior as the output voltage Vo. Therefore, the same effect as the previous fourth embodiment (FIG. 7) can be enjoyed.

特に、本実施形態であれば、位相補償容量部92のキャパシタに対して、出力電圧Voの分圧電圧が印加される。従って、出力電圧Voが比較的に高い場合であっても、キャパシタの耐圧を不要に高めずに済むので、半導体装置への集積化に好適であると言える。   In particular, in the present embodiment, a divided voltage of the output voltage Vo is applied to the capacitor of the phase compensation capacitor 92. Accordingly, even when the output voltage Vo is relatively high, it is not necessary to unnecessarily increase the breakdown voltage of the capacitor, which can be said to be suitable for integration in a semiconductor device.

<第6実施形態>
図10は、DC/DCコンバータの第6実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、先出の第1実施形態(図1)に倣い、スリープモードへの移行機能を備えた点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of this embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7), and is characterized in that it has a function of shifting to the sleep mode according to the first embodiment (FIG. 1). Have Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the fifth embodiment are mainly described.

スリープモードの導入に伴い、エラーアンプ30、オシレータ50、PWMコンパレータ60、ドライバ70、差動アンプ80、及び、第2位相補償回路90には、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。   With the introduction of the sleep mode, changes are made to the error amplifier 30, the oscillator 50, the PWM comparator 60, the driver 70, the differential amplifier 80, and the second phase compensation circuit 90, respectively. Below, the change of each part is demonstrated.

エラーアンプ30、オシレータ50、PWMコンパレータ60、及び、差動アンプ80は、スリープ制御信号XSLPがハイレベル(=スリープモード解除時の論理レベル)であるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベル(=スリープモード時の論理レベル)であるときに停止状態となる。   The error amplifier 30, the oscillator 50, the PWM comparator 60, and the differential amplifier 80 are in an operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level (= logic level when the sleep mode is released), and the sleep control signal XSLP is low. When it is at the level (= the logic level at the time of the sleep mode), the stop state is entered.

ドライバ70は、インバータ75及び76に代えて、NANDゲート71とANDゲート72を含み、比較信号CMPとスリープ制御信号XSLPに応じてゲート信号G1及びG2を生成する。なお、その回路構成や動作については、先の第1実施形態(図1)と同一なので、重複した説明は割愛する。   The driver 70 includes a NAND gate 71 and an AND gate 72 instead of the inverters 75 and 76, and generates gate signals G1 and G2 according to the comparison signal CMP and the sleep control signal XSLP. Since the circuit configuration and operation are the same as those in the first embodiment (FIG. 1), a duplicate description will be omitted.

第2位相補償回路90は、位相補償抵抗部91と位相補償容量部92に加えて、スイッチ93〜95を含む。   The second phase compensation circuit 90 includes switches 93 to 95 in addition to the phase compensation resistor unit 91 and the phase compensation capacitor unit 92.

スイッチ93は、スリープ制御信号XSLPに応じてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ93は、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を遮断する。   The switch 93 conducts / cuts off between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the differential amplifier 80 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 93 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a high level, and conducts between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the differential amplifier 80, When the sleep control signal XSLP is at a low level, it is turned off to block between the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the differential amplifier 80.

スイッチ94は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC4の第2端と接地端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ94は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンしてキャパシタC4の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフしてキャパシタC4の第2端と接地端との間を遮断する。   The switch 94 conducts / cuts off between the second end of the capacitor C4 and the ground end in accordance with the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 94 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level, and conducts between the second end of the capacitor C4 and the ground terminal, and when the sleep control signal XSLP is at a high level. To turn off the second terminal of the capacitor C4 and the ground terminal.

スイッチ95は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC5の第2端を出力電圧Vo(監視対象電圧に相当)の印加端に接続するか接地端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ95は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC5の第2端を接地端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC5の第2端を出力電圧Voの印加端に接続する。   The switch 95 switches whether the second terminal of the capacitor C5 is connected to the application terminal of the output voltage Vo (corresponding to the monitoring target voltage) or to the ground terminal according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 95 connects the second terminal of the capacitor C5 to the ground terminal when the sleep control signal XSLP is at a low level, and the second terminal of the capacitor C5 when the sleep control signal XSLP is at a high level. The end is connected to the application end of the output voltage Vo.

上記構成から成る第2位相補償回路90では、スリープモード解除時(XSLP=H)において、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC4の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC5の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。   In the second phase compensation circuit 90 configured as described above, when the sleep mode is canceled (XSLP = H), the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the differential amplifier 80 are electrically connected. The second end of the capacitor C4 is disconnected from the ground end, and the second end of the capacitor C5 is connected to the application end of the output voltage Vo.

すなわち、位相補償容量部92は、スリープモード解除に伴い、出力電圧Voの印加端と接地端との間にキャパシタC4及びC5を直列接続した状態となる。その結果、第1電圧VCは、キャパシタC4及びC5の容量分圧により、差動アンプ80の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={C4/(C4+C5)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。従って、先の第1実施形態(図1)と同様、第2位相補償回路90を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値が設定される。   That is, the phase compensation capacitance unit 92 is in a state in which the capacitors C4 and C5 are connected in series between the application terminal of the output voltage Vo and the ground terminal when the sleep mode is canceled. As a result, the first voltage VC is quickly increased to VC = k × Vo (= {C4 / (C4 + C5)} × Vo) without waiting for the activation of the differential amplifier 80 due to the capacitance division of the capacitors C4 and C5. Be raised. Therefore, as in the first embodiment (FIG. 1), the duty initial value when the sleep mode is canceled is set using the second phase compensation circuit 90.

また、スリープモード解除後、位相補償容量部92の接続状態は、図7と完全に等価になる。従って、先の第4実施形態(図7)と同様、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができるので、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流を効果的に抑制することが可能となる。   Further, after the sleep mode is canceled, the connection state of the phase compensation capacitor 92 is completely equivalent to that in FIG. Therefore, similarly to the fourth embodiment (FIG. 7), the duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo can be realized using the second phase compensation circuit 90, so that the switch output stage 10 is short-circuited. It becomes possible to effectively suppress the rush current generated at the time of abnormality.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第1実施形態(図1)と第4実施形態(図7)双方の効果を享受することが可能となる。   Thus, if it is the DC / DC converter 1 of this embodiment, it will become possible to enjoy the effect of both 1st Embodiment (FIG. 1) and 4th Embodiment (FIG. 7).

<第7実施形態>
図11は、DC/DCコンバータの第7実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第6実施形態(図10)をベースとしつつ、位相補償容量部92に含まれるキャパシタを複数に分割するのではなく、位相補償抵抗部91に含まれる抵抗を複数に分割した点に特徴を有する。また、この変更に伴い、第2位相補償回路90には、スイッチ94及び95に代えて、スイッチ96〜98が設けられている。そこで、第6実施形態と同様の構成要素については、図10と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第7実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Seventh embodiment>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the sixth embodiment (FIG. 10), but is included in the phase compensation resistor unit 91, instead of dividing the capacitor included in the phase compensation capacitor unit 92 into a plurality of parts. It is characterized in that the resistor is divided into a plurality of parts. In accordance with this change, the second phase compensation circuit 90 is provided with switches 96 to 98 instead of the switches 94 and 95. Therefore, the same components as those in the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 10, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the seventh embodiment are mainly described.

位相補償抵抗部91は、抵抗R1及びR2を含む。抵抗R1の第1端は、接地端に接続されている。抵抗R2の第1端は、スイッチ97を介して出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償抵抗部91全体の抵抗値をRとし、抵抗R1の抵抗値をR1とし、抵抗R2の抵抗値をR2としたときに、R=R1//R2、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。この点については、先の第5実施形態(図9)と同様である。   The phase compensation resistor unit 91 includes resistors R1 and R2. The first end of the resistor R1 is connected to the ground end. The first end of the resistor R2 is connected to the application terminal for the output voltage Vo via the switch 97. When the resistance value of the entire phase compensation resistor unit 91 is R, the resistance value of the resistor R1 is R1, and the resistance value of the resistor R2 is R2, R = R1 // R2, R1 / R2 = k / ( 1-k) (where 0 <k <1) is satisfied. This is the same as in the fifth embodiment (FIG. 9).

位相補償容量部92は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端が抵抗R1及びR2それぞれの第2端に接続されたキャパシタを含む。   The phase compensation capacitor 92 includes a capacitor having a first end connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and a second end connected to the second ends of the resistors R1 and R2.

スイッチ96は、スリープ制御信号XSLPに応じて抵抗R1の第2端と接地端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ96は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンして抵抗R1の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフして抵抗R1の第2端と接地端との間を遮断する。   The switch 96 conducts / cuts off between the second end of the resistor R1 and the ground end in accordance with the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 96 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct between the second end of the resistor R1 and the ground terminal, and the sleep control signal XSLP is at a high level. Sometimes it is turned off to block between the second end of the resistor R1 and the ground end.

スイッチ97は、スリープ制御信号XSLPに応じて抵抗R2の第2端と出力電圧Vo(=監視対象電圧に相当)の印加端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ97は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフして抵抗R2の第2端と出力電圧Voの印加端との間を遮断し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンして抵抗R2の第2端と出力電圧Voの印加端との間を導通する。   The switch 97 conducts / cuts off between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo (= corresponding to the monitoring target voltage) according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 97 is turned off when the sleep control signal XSLP is at a low level to cut off between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo, and the sleep control signal XSLP is When it is at the high level, it is turned on and conducts between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo.

スイッチ98は、スリープ制御信号XSLPに応じて位相補償容量部92の第1端と接地端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ98は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンして位相補償容量部92の第1端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフして位相補償容量部92の第1端と接地端との間を遮断する。   The switch 98 conducts / cuts off between the first end of the phase compensation capacitor 92 and the ground end in accordance with the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 98 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct between the first end of the phase compensation capacitor 92 and the ground end, and the sleep control signal XSLP is high. When it is at the level, it is turned off to block between the first end of the phase compensation capacitor 92 and the ground end.

上記構成から成る第2位相補償回路90では、スリープモード解除時(XSLP=H)において、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間が導通されると共に、抵抗R1の第2端と接地端との間、及び、位相補償容量部92の第1端と接地端との間がいずれも遮断され、抵抗R2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。   In the second phase compensation circuit 90 configured as described above, when the sleep mode is canceled (XSLP = H), the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60 and the output terminal of the differential amplifier 80 are electrically connected. The second end of the resistor R1 and the ground end, and the first end of the phase compensation capacitor 92 and the ground end are both blocked, and the second end of the resistor R2 is the application end of the output voltage Vo. It will be connected to.

すなわち、位相補償抵抗部91は、スリープモード解除に伴い、出力電圧Voの印加端と接地端との間に抵抗R1及びR2を直列接続した状態となる。その結果、第1電圧VCは、抵抗R1及びR2の抵抗分圧により、差動アンプ80の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={R1/(R1+R2)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。従って、先の第1実施形態(図1)と同様、第2位相補償回路90を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値が設定される。   That is, the phase compensation resistor unit 91 is in a state in which the resistors R1 and R2 are connected in series between the application terminal of the output voltage Vo and the ground terminal when the sleep mode is released. As a result, the first voltage VC is quickly increased to VC = k × Vo (= {R1 / (R1 + R2)} × Vo) without waiting for the activation of the differential amplifier 80 by the resistance voltage division of the resistors R1 and R2. Be raised. Therefore, as in the first embodiment (FIG. 1), the duty initial value when the sleep mode is canceled is set using the second phase compensation circuit 90.

また、スリープモード解除後、位相補償抵抗部91の接続状態は、図9と完全に等価になる。従って、先の第5実施形態(図9)と同様、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができるので、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流を効果的に抑制することが可能となる。   In addition, after the sleep mode is canceled, the connection state of the phase compensation resistor unit 91 is completely equivalent to FIG. Accordingly, as in the previous fifth embodiment (FIG. 9), the duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo can be realized using the second phase compensation circuit 90, so that the switch output stage 10 is short-circuited. It becomes possible to effectively suppress the rush current generated at the time of abnormality.

特に、本実施形態であれば、位相補償容量部92のキャパシタに対して、出力電圧Voの分圧電圧が印加される。従って、出力電圧Voが比較的に高い場合であっても、キャパシタの耐圧を不要に高めずに済むので、半導体装置への集積化に好適であると言える。   In particular, in the present embodiment, a divided voltage of the output voltage Vo is applied to the capacitor of the phase compensation capacitor 92. Accordingly, even when the output voltage Vo is relatively high, it is not necessary to unnecessarily increase the breakdown voltage of the capacitor, which can be said to be suitable for integration in a semiconductor device.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第1実施形態(図1)と第5実施形態(図9)双方の効果を享受することが可能となる。   Thus, if it is the DC / DC converter 1 of this embodiment, it will become possible to enjoy the effect of both 1st Embodiment (FIG. 1) and 5th Embodiment (FIG. 9).

<第8実施形態>
図12は、DC/DCコンバータの第8実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、差動アンプ80に代えて演算器120に電流センス電圧CSNSを帰還入力する点に特徴を有する。また、この変更に伴い、第2位相補償回路90が割愛されており、その機能が位相補償回路40に移譲されている。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第8実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Eighth Embodiment>
FIG. 12 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is characterized in that the current sense voltage CSNS is fed back to the arithmetic unit 120 instead of the differential amplifier 80 while being based on the fourth embodiment (FIG. 7). With this change, the second phase compensation circuit 90 is omitted, and the function is transferred to the phase compensation circuit 40. Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the eighth embodiment are mainly described.

位相補償回路40は、位相補償抵抗部41と位相補償容量部42を含み、誤差電圧COMPの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。   The phase compensation circuit 40 includes a phase compensation resistor unit 41 and a phase compensation capacitor unit 42, and compensates the phase of the error voltage COMP to prevent oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部42は、キャパシタC6及びC7を含む。キャパシタC6の第1端は、接地端に接続されている。一方、キャパシタC7の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC6の容量値をC6とし、キャパシタC7の容量値をC7としたとき、C=C6+C7、C7/C6=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図ではキャパシタC7の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されている。   The phase compensation capacitance unit 42 includes capacitors C6 and C7. A first terminal of the capacitor C6 is connected to the ground terminal. On the other hand, the first end of the capacitor C7 is connected to the application end of the output voltage Vo. Note that C = C6 + C7, C7 / C6 = k / (1-k) where C is the capacitance value of the entire phase compensation capacitor 42, C6 is the capacitance value of the capacitor C6, and C7 is the capacitance value of the capacitor C7. (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitor unit 42 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the capacitor C7 in this figure) has a DC. The output voltage Vo of the DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage.

位相補償抵抗部41は、第1端がエラーアンプ30の出力端に接続され、第2端がキャパシタC6及びC7それぞれの第2端に接続された抵抗を含む。   The phase compensation resistor unit 41 includes a resistor having a first end connected to the output end of the error amplifier 30 and a second end connected to the second ends of the capacitors C6 and C7.

演算器120は、誤差電圧COMPと電流センス電圧CSNSとの演算処理(例えば、誤差電圧COMPから電流センス電圧CSNSを差し引く減算処理)を行うことにより、第1電圧VC(=COMP−CSNS)を生成する。   The arithmetic unit 120 generates the first voltage VC (= COMP-CSNS) by performing arithmetic processing (for example, subtraction processing for subtracting the current sense voltage CSNS from the error voltage COMP) between the error voltage COMP and the current sense voltage CSNS. To do.

このように、演算器120を用いて電流モード制御方式を実現する場合においても、位相補償回路40を図7と等価の回路構成とすることにより、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することが可能である。また、位相補償回路40については、図9と等価の回路構成としてもよい。   As described above, even when the current mode control method is realized by using the arithmetic unit 120, the phase compensation circuit 40 has a circuit configuration equivalent to that of FIG. 7, so that it is the same as that of the fourth embodiment (FIG. 7). It is possible to enjoy the effects. Further, the phase compensation circuit 40 may have a circuit configuration equivalent to that shown in FIG.

<第9実施形態>
図13は、DC/DCコンバータの第9実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第8実施形態(図12)をベースとしつつ、演算器120に代えて演算器130を用いた点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第8実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Ninth Embodiment>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 according to the present embodiment is characterized in that a computing unit 130 is used instead of the computing unit 120 while being based on the eighth embodiment (FIG. 12). Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the eighth embodiment are mainly described.

演算器130は、第2電圧RAMPと電流センス電圧CSNSとの演算処理(例えば、第2電圧RAMPと電流センス電圧CSNSとを足し合わせる加算処理)を行うことにより、第3電圧RAMP’(=RAMP+CSNS)を生成する。   The computing unit 130 performs a computation process (for example, an addition process for adding the second voltage RAMP and the current sense voltage CSNS) between the second voltage RAMP and the current sense voltage CSNS, thereby obtaining the third voltage RAMP ′ (= RAMP + CSNS). ) Is generated.

PWMコンパレータ60は、上記の変更に伴い、非反転入力端(+)に入力される第1電圧VCと、反転入力端(−)に入力される第3電圧RAMP’とを比較して比較信号CMPを生成する。   In accordance with the above change, the PWM comparator 60 compares the first voltage VC input to the non-inverting input terminal (+) with the third voltage RAMP ′ input to the inverting input terminal (−) to compare signals. Generate CMP.

このように、演算器130を用いて電流モード制御方式を実現する場合においても、位相補償回路40を図7と等価の回路構成とすることにより、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することが可能である。また、位相補償回路40については、図9と等価の回路構成としてもよい。   As described above, even when the current mode control method is realized by using the arithmetic unit 130, the phase compensation circuit 40 has a circuit configuration equivalent to that shown in FIG. 7, so that it is the same as that in the fourth embodiment (FIG. 7). It is possible to enjoy the effects. Further, the phase compensation circuit 40 may have a circuit configuration equivalent to that shown in FIG.

<第10実施形態>
図14は、DC/DCコンバータの第10実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されている点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、第10実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Tenth Embodiment>
FIG. 14 is a circuit diagram showing a tenth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is characterized in that the switch output stage 10 is changed from a step-down type to a step-up type while being based on the fourth embodiment (FIG. 7). Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7, and redundant descriptions are omitted. In the following, the characteristic portions of the tenth embodiment are mainly described.

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する昇圧型であり、出力トランジスタ15(本図ではNMOSFET)と、同期整流トランジスタ16(本図ではPMOSFET)と、コイル17と、キャパシタ18と、を含んでいる。なお、その回路構成や動作については、先の第3実施形態(図5)と同一なので、重複した説明は割愛する。   The switch output stage 10 is a boost type that boosts the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and includes an output transistor 15 (NMOSFET in this figure), a synchronous rectification transistor 16 (PMOSFET in this figure), a coil 17 and the capacitor 18 are included. Since the circuit configuration and operation are the same as those of the third embodiment (FIG. 5), a duplicate description is omitted.

また、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されたことに伴い、オシレータ50、PWMコンパレータ60、ドライバ70、及び、第2位相補償回路90にも、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。   Further, as the switch output stage 10 is changed from the step-down type to the step-up type, the oscillator 50, the PWM comparator 60, the driver 70, and the second phase compensation circuit 90 are also changed. Below, the change of each part is demonstrated.

オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)から、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)に変更されている。   In the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is changed from a fluctuation value (= k × Vi) corresponding to the input voltage Vi to a fluctuation value (= k × Vo) corresponding to the output voltage Vo.

PWMコンパレータ60は、その入力極性が第4〜第9実施形態のそれとは反転されている。すなわち、PWMコンパレータ60の反転入力端(−)には、第1電圧VCが入力されており、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)には、第2電圧RAMPが入力されている。従って、比較信号CMPの論理レベルは、第4〜第9実施形態のそれとは逆に、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにローレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにハイレベルとなる。   The input polarity of the PWM comparator 60 is inverted from that of the fourth to ninth embodiments. That is, the first voltage VC is input to the inverting input terminal (−) of the PWM comparator 60, and the second voltage RAMP is input to the non-inverting input terminal (+) of the PWM comparator 60. Accordingly, the logical level of the comparison signal CMP is low when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP, contrary to that of the fourth to ninth embodiments, and the first voltage VC becomes the second voltage RAMP. High level when lower than

ドライバ70は、インバータ75及び76に代えて、バッファ77及び78を含む。バッファ77及び78は、それぞれ、比較信号CMPと同一論理レベルのゲート信号G3及びG4を生成する。従って、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ15がオンして同期整流トランジスタ16がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ15がオフして同期整流トランジスタ16がオンする。   Driver 70 includes buffers 77 and 78 instead of inverters 75 and 76. The buffers 77 and 78 generate gate signals G3 and G4 having the same logic level as the comparison signal CMP, respectively. Therefore, when the comparison signal CMP is at a high level, the gate signals G3 and G4 are both at a high level, so that the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectification transistor 16 is turned off. Conversely, when the comparison signal CMP is at a low level, the gate signals G3 and G4 are both at a low level, so that the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectification transistor 16 is turned on.

また、第2位相補償回路90では、キャパシタC5の第2端に印加される監視対象電圧が、出力電圧Voから入力電圧Viに変更されている。   In the second phase compensation circuit 90, the monitoring target voltage applied to the second end of the capacitor C5 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

本実施形態のDC/DCコンバータ1によれば、第2位相補償回路90を用いて入力電圧Viの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができる。従って、スイッチ出力段10を昇圧型とした場合であっても、ラッシュ電流の抑制効果を享受することが可能となる。   According to the DC / DC converter 1 of the present embodiment, it is possible to realize duty tracking control according to the transient fluctuation of the input voltage Vi using the second phase compensation circuit 90. Therefore, even if the switch output stage 10 is a boost type, it is possible to enjoy the effect of suppressing the rush current.

また、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第2電圧RAMPの振幅が出力電圧Voに依存して変動するので、出力電圧Voの急変時においても、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonを適切な値に合わせ込み、ラッシュ電流を抑制することが可能となる。   In the case of the DC / DC converter 1 of the present embodiment, the amplitude of the second voltage RAMP varies depending on the output voltage Vo. Therefore, even when the output voltage Vo changes suddenly, the on-duty of the DC / DC converter 1 is increased. It is possible to adjust Don to an appropriate value and suppress the rush current.

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
The various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment. For example, mutual replacement of a bipolar transistor and a MOS field effect transistor and logic level inversion of various signals are arbitrary. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.

本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、様々なアプリケーションの電源手段として利用することが可能である。   The DC / DC converter disclosed in this specification can be used as a power supply means for various applications.

1 DC/DCコンバータ
10 スイッチ出力段
11、15 出力トランジスタ
12、16 同期整流トランジスタ
13、17 コイル
14、18 キャパシタ
20 帰還電圧生成部
21、22 抵抗
30 エラーアンプ
40 位相補償回路(第1位相補償回路)
41 位相補償抵抗部
42 位相補償容量部
43、44、45、46 スイッチ
50 オシレータ
60 PWMコンパレータ
70 ドライバ
71 NANDゲート
72、73 ANDゲート
74 ORゲート
75、76 インバータ
77、78 バッファ
80 差動アンプ
90 第2位相補償回路
91 位相補償抵抗部
92 位相補償容量部
93、94、95、96、97、98 スイッチ
100 電流検出部
110 クランパ
120、130 演算器
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7 キャパシタ
R1、R2 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC / DC converter 10 Switch output stage 11, 15 Output transistor 12, 16 Synchronous rectification transistor 13, 17 Coil 14, 18 Capacitor 20 Feedback voltage generation part 21, 22 Resistor 30 Error amplifier 40 Phase compensation circuit (1st phase compensation circuit) )
41 Phase Compensation Resistor 42 Phase Compensation Capacitor 43, 44, 45, 46 Switch 50 Oscillator 60 PWM Comparator 70 Driver 71 NAND Gate 72, 73 AND Gate 74 OR Gate 75, 76 Inverter 77, 78 Buffer 80 Differential Amplifier 90 1st Two-phase compensation circuit 91 Phase compensation resistor unit 92 Phase compensation capacitor unit 93, 94, 95, 96, 97, 98 Switch 100 Current detection unit 110 Clamper 120, 130 Calculator C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 Capacitor R1, R2 resistance

Claims (11)

スリープモードを備えたDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償する位相補償回路であって、
抵抗を含む位相補償抵抗部と;
複数のキャパシタを含む位相補償容量部と;
前記スリープモードでは、各キャパシタを第1接続状態に切り替えて少なくとも一つのキャパシタを第1バイアス電圧で充電しておく一方、前記スリープモード解除時には、各キャパシタを第2接続状態に切り替えて前記第1電圧を所望の初期値に設定するスイッチ群と;
を有することを特徴とする位相補償回路。
A phase compensation circuit for compensating a phase of a first voltage inputted to a PWM comparator of a DC / DC converter having a sleep mode,
A phase compensation resistor including a resistor;
A phase compensation capacitor including a plurality of capacitors;
In the sleep mode, each capacitor is switched to the first connection state and at least one capacitor is charged with the first bias voltage. On the other hand, when the sleep mode is released, each capacitor is switched to the second connection state and the first connection state is set. A group of switches for setting the voltage to a desired initial value;
A phase compensation circuit comprising:
前記スイッチ群は、スリープ制御信号に応じて前記複数のキャパシタのうち少なくとも一つの接続先を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の位相補償回路。   The phase compensation circuit according to claim 1, wherein the switch group switches at least one connection destination of the plurality of capacitors according to a sleep control signal. 前記位相補償容量部は、それぞれの第1端が接地端に接続された第1キャパシタ及び第2キャパシタを含み、前記スイッチ群は、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を含むことを特徴とする請求項2に記載の位相補償回路。   The phase compensation capacitance unit includes a first capacitor and a second capacitor, each having a first end connected to a ground end, and the switch group is provided between the second end of the first capacitor and the ground end. A first switch that conducts / cuts off; and a second switch that switches between connecting a second end of the second capacitor to an application end of the first bias voltage or connecting to a second end of the first capacitor. The phase compensation circuit according to claim 2, further comprising: 前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されていることを特徴とする請求項3に記載の位相補償回路。   When the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) (where 0 <k <1) is satisfied, The phase compensation circuit according to claim 3, wherein the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage. 前記位相補償容量部は、第1端が前記接地端に接続された第3キャパシタを更に含み、
前記スイッチ群は、前記第3キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第3スイッチを更に含むことを特徴とする請求項3に記載の位相補償回路。
The phase compensation capacitance unit further includes a third capacitor having a first end connected to the ground end,
The switch group includes a third switch for switching whether the second end of the third capacitor is connected to an application end of a second bias voltage different from the first bias voltage or to the second end of the first capacitor. The phase compensation circuit according to claim 3, further comprising:
前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2とし、前記第3キャパシタの容量値をC3としたとき、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されていることを特徴とする請求項5に記載の位相補償回路。   When the capacitance value of the first capacitor is C1, the capacitance value of the second capacitor is C2, and the capacitance value of the third capacitor is C3, C1: C2: C3 = {1- (k + k ′)}: k: k ′ (where 0 <k <1 and 0 <k ′ <1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is the input voltage or The phase compensation circuit according to claim 5, wherein the phase compensation circuit is set to k times the output voltage. 前記抵抗は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されており、第2端が前記第1キャパシタの第2端に接続されていることを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれか一項に記載の位相補償回路。   7. The resistor according to claim 3, wherein a first end of the resistor is connected to an input end of the PWM comparator, and a second end is connected to a second end of the first capacitor. The phase compensation circuit according to any one of the above. 前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有することを特徴とする請求項7に記載の位相補償回路。   8. The phase compensation circuit according to claim 7, further comprising a switch for conducting / interrupting between the input terminal of the PWM comparator and the preceding circuit in accordance with the sleep control signal. 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、
前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、
前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、
ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、
前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、
前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、
を有し、
前記位相補償回路として、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の位相補償回路が用いられていることを特徴とするDC/DCコンバータ。
A switch output stage that generates an output voltage from the input voltage; and
An amplifier that generates an error signal according to a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage;
A phase compensation circuit for receiving the error signal and generating a first voltage;
An oscillator for generating a second voltage having a ramp waveform;
A PWM comparator that compares the first voltage with the second voltage to generate a comparison signal;
A driver that generates a drive signal of the switch output stage in response to the comparison signal;
Have
A DC / DC converter, wherein the phase compensation circuit according to any one of claims 1 to 8 is used as the phase compensation circuit.
前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値であることを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。   The switch output stage is a step-down type, the first bias voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage is a fluctuation value according to the input voltage. DC / DC converter. 前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値であることを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。   The switch output stage is a step-up type, the first bias voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage is a fluctuation value corresponding to the output voltage. DC / DC converter.
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