JP2021040419A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Ｄｃ−ｄｃコンバータ Download PDF

Info

Publication number
JP2021040419A
JP2021040419A JP2019160567A JP2019160567A JP2021040419A JP 2021040419 A JP2021040419 A JP 2021040419A JP 2019160567 A JP2019160567 A JP 2019160567A JP 2019160567 A JP2019160567 A JP 2019160567A JP 2021040419 A JP2021040419 A JP 2021040419A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
pulse width
output
converter
differential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019160567A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7170606B2 (ja
Inventor
健市 若杉
Kenichi Wakasugi
健市 若杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2019160567A priority Critical patent/JP7170606B2/ja
Priority to US16/801,824 priority patent/US11451146B2/en
Publication of JP2021040419A publication Critical patent/JP2021040419A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7170606B2 publication Critical patent/JP7170606B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
    • H03F3/3022—CMOS common source output SEPP amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H03F3/45192—Folded cascode stages
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45273—Mirror types
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45632—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45744—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit by offset reduction
    • H03F3/45748—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit by offset reduction by using a feedback circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/351—Pulse width modulation being used in an amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/30—Indexing scheme relating to single-ended push-pull [SEPP]; Phase-splitters therefor
    • H03F2203/30078—A resistor being added in the pull stage of the SEPP amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/30—Indexing scheme relating to single-ended push-pull [SEPP]; Phase-splitters therefor
    • H03F2203/30111—A resistor being added in the push stage of the SEPP amplifier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

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

Abstract

【課題】回路規模を大きくしないで、ＤＣオフセット除去、スイッチングノイズ耐性等の性能が高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータは、基準電圧ＶＲＥＦに応じた出力電圧ＶＯＵＴを生成するためのＤＣ−ＤＣコンバータであって、基準電圧ＶＲＥＦと出力電圧ＶＯＵＴとを差動入力として、差動入力に応じた第１および第２の差動出力信号を出力する全差動アンプ２と、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１と第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２に基づいて、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成回路３ａ、３ｂ、４と、パルス幅変調信号を波形整形して、その波形整形した駆動信号を出力するドライバ５と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
ＤＣ−ＤＣコンバータのフィードバック制御方式には、例えば、電圧モード制御方式、電流モード制御方式、及びリップル制御方式がある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータには、スイッチングノイズ耐性、ＤＣオフセット除去等において高い性能が要求される。
しかし、従来のＤＣ−ＤＣコンバータでは、ＤＣオフセット除去、スイッチングノイズ耐性等の課題を解決するための回路を設ける必要があるため、回路規模は大きくなる。
国際公開ＷＯ２００６／０３５３６９号
そこで、実施形態は、回路規模を大きくしないで、ＤＣオフセット除去、スイッチングノイズ耐性等の性能が高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータは、基準電圧に応じた出力電圧を生成するためのＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記基準電圧と前記出力電圧とを差動入力として、前記差動入力に応じた第１および第２の差動出力信号をする全差動アンプと、前記第１および前記第２の差動出力信号に基づいて、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成回路と、前記パルス幅変調信号を波形整形して、その波形整形した駆動信号を出力するドライバと、を有する。
第１の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。 第１の実施形態に関わる全差動アンプと変調フィルタ回路の回路図である。 第１の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの波形図である。 第１の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータのゲイン線図である。 第１の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの波形図である。 第１の実施形態に関わる、ＤＣ−ＤＣコンバータのソフトスタート時の各変調器の入出力レンジとコンパレータの入力レンジを説明するための図である。 第２の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。 第２の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの波形図である。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、全差動アンプ２と、変調器３ａ、３ｂと、コンパレータ４と、ドライバ５と、インダクタ６と、コンデンサ７と、電源回路８を含んで構成されている。全差動アンプ２、変調器３ａ、３ｂ、コンパレータ４、ドライバ５及び電源回路８が、点線で示す１つの半導体チップ、すなわち半導体装置１０内に含まれる。ここでは、インダクタ６とコンデンサ７は、半導体装置に形成されていない。
ドライバ５の出力は、インダクタ６の一端に接続される。インダクタ６の他端とコンデンサ７の一端との接続点Ｐに、出力電圧ＶＯＵＴが生じる。コンデンサ７の他端は、接地されている。接続点Ｐは、図示しない負荷回路に接続される出力端子ＯＴと電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、基準電圧ＶＲＥＦに応じた出力電圧ＶＯＵＴを生成する。
全差動アンプ２は、２入力２出力のアンプである。全差動アンプ２の反転入力端子には、電源回路８からの基準電圧ＶＲＥＦが入力される。全差動アンプ２つの非反転入力端子には、接続点Ｐの電圧であるフィードバック電圧ＶＦＢが入力される。
全差動アンプ２は、非反転出力端子である第１の差動出力端子（＋）に第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１を出力する。全差動アンプ２は、反転出力端子である第２の差動出力端子（−）に第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２を出力する。第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１は、変調器３ａに供給される。第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２は、変調器３ｂに供給される。第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１と第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２の電圧差が、全差動アンプ２の差動出力である。すなわち、全差動アンプ２は、基準電圧ＶＲＥＦと出力電圧ＶＯＵＴのフィードバック電圧ＶＦＢとの差動入力に応じた差動出力を、第１の差動出力端子と第２の差動出力端子に出力する。
全差動アンプ２は、２つの入力端子間の電圧差を所定のゲインαにより増幅した電圧差信号を２つの出力端子に出力する。全差動アンプ２は、ＣＭＦＢ（コモンモードフィードバック）回路を有し、２つの出力信号のＤＣレベルは一定である。
図示しないクロック生成回路からのクロック信号ＣＬＫと、インバータ９により反転されたクロック信号ＣＬＫ＿Ｘとが、変調器３ａと３ｂに供給される。
変調器３ａは、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１を、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫ＿Ｘに応じて変調して、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤを出力する。変調器３ｂは、第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２を、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫ＿Ｘに応じて、変調して、変調信号ＶＦＢＭＯＤを出力する。ここでは、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤ及びＶＦＢＭＯＤは、三角波である。変調信号ＶＦＢＭＯＤは、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤとは逆位相である。
すなわち、変調器３ａ、３ｂは、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１を変調して、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤを出力する変調器３ａと、第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２を変調して、変調信号ＶＦＢＭＯＤを出力する変調器３ｂとを有して変調回路を構成する。変調信号ＶＲＥＦＭＯＤが、コンパレータ４のプラス入力端子に入力される。変調信号ＶＦＢＭＯＤが、コンパレータ４のマイナス入力端子に入力される。
図２は、全差動アンプ２と変調フィルタ回路３の構成例を示す回路図である。全差動アンプ２は、電源入力端子２１と、定電流入力端子２２と、基準電圧入力端子２３と、フィードバック電圧入力端子２４と、グラウンド入力端子２５とを有する。
全差動アンプ２は、差動増幅器２６と、カレントミラー回路２７、２８と、出力増幅器２９と、コモンモードフィードバック回路３０を有する。コモンモードフィードバック回路３０により、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１と第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２は、中点電位に対して対称となる。
変調フィルタ回路３は、ソースフォロワ回路３１と、カレントミラー回路３２と、変調フィルタ３３、３４を含む。変調フィルタ３３、３４は、それぞれ変調器３ａ、３ｂに対応する。各変調フィルタ３３、３４は、複数のスイッチ回路を含み、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫ＿Ｘに応じてオン・オフされる。クロック信号ＣＬＫはクロック入力端子３５に入力され、クロック信号ＣＬＫ＿Ｘはインバータ９を介して生成される。変調フィルタ回路３は、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１を変調して、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤを出力端子３６に出力する。また、変調フィルタ回路３は、第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２を変調して、変調信号ＶＦＢＭＯＤを出力端子３７に出力する。
図１のコンパレータ４は、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤが変調信号ＶＦＢＭＯＤ以上になると、ＨＩＧＨ信号を出力する。コンパレータ４は、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤが変調信号ＶＦＢＭＯＤより低くなると、ＬＯＷ信号を出力する。その結果、コンパレータ４は、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤと変調信号ＶＦＢＭＯＤとの値に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号ＰＭを、ドライバ５に出力する。
すなわち、変調器３ａ、３ｂとコンパレータ４は、パルス幅変調信号生成回路を構成する。パルス幅変調信号生成回路は、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１と第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。変調器３ａと３ｂは、第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１と第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２を、それぞれ変調して変調信号ＶＲＥＦＭＯＤと変調信号ＶＦＢＭＯＤを出力する。コンパレータ４は、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤ、ＶＦＢＭＯＤを比較した結果に基づくＰＷＭ信号ＰＭを出力する。
ドライバ５は、ＰＷＭ信号ＰＭを波形整形した駆動信号ＬＸを出力する。ドライバ５は、例えばｐＭＯＳトランジスタとｎＭＯＳトランジスタを有し、ＰＷＭ信号ＰＭに基づく駆動信号ＬＸを生成して、インダクタ６に供給する。駆動信号ＬＸは、ＰＷＭ信号ＰＭと同じデューティ比を有するパルス信号である。駆動信号ＬＸは、インダクタ６とコンデンサ７により平滑化され、出力電圧ＶＯＵＴとして出力端子ＯＴに出力される。
（作用）
次に、図１にＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作を説明する。
図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の波形図である。全差動アンプ２に基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢが入力され、差動出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が出力される。差動出力信号Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の電位差は、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢの電位差に所定のゲインαを乗算した値である。
第１の差動出力信号Ｖｏｕｔ１は変調器３ａにより変調信号ＶＲＥＦＭＯＤに変換され、第２の差動出力信号Ｖｏｕｔ２は変調器３ｂにより変調信号ＶＦＢＭＯＤに変換される。変調信号ＶＲＥＦＭＯＤは三角波信号であり、変調信号ＶＦＢＭＯＤは、変調信号ＶＲＥＦＭＯＤとは逆相の三角波信号である。
コンパレータ４は、変調信号ＶＦＢＭＯＤ、ＶＲＥＦＭＯＤに応じたＰＷＭ信号ＰＭを生成して、ドライバ５へ出力する。変調信号ＶＲＥＦＭＯＤが変調信号ＶＦＢＭＯＤ以上になると、ＰＷＭ信号ＰＭはＨＩＧＨ信号となる。変調信号ＶＲＥＦＭＯＤが変調信号ＶＦＢＭＯＤより低くなると、ＰＷＭ信号ＰＭはＬＯＷ信号となる。
ドライバ５は、ＰＷＭ信号ＰＭに基づいて駆動信号ＬＸをインダクタ６の一端に供給する。インダクタ６の他端には、出力電圧ＶＯＵＴが生じる。
図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１のゲイン線図である。横軸は、周波数（ｆ［Ｈｚ］）で、縦軸はゲイン（Ｇ［ｄＢ］）である。基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢを変調した信号をコンパレータで比較してパルス信号を生成する回路の場合、周波数に対するゲインは、実線で示すように、２０Ｌｏｇ１０（ＶＩ×β／ＶＭＯＤ）となる。ＶＭＯＤは変調振幅であり、βはフィードバックループの帰還率を示す。ＶＩが数ボルトでＶＭＯＤが数十ミリボルトであると、ゲインは３０〜４０ｄＢとなり、ラインレギュレーション（入力ＤＣ電圧の変動に対する出力電圧の変動）が悪い。
これに対して、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１によれば、図４において二点鎖線で示すように、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢが入力される全差動アンプ２のゲインαによりループゲインを大きくすることができるので、ラインレギュレーションも改善する。
図５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の波形図である。図５は、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢの電圧差が小さい場合の波形図である。
本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１では、全差動アンプ２を用いている。このため、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢの電圧差が小さくても、全差動アンプ２では、この電圧差がゲインαにより大きくすることができる。したがって、図５に示すように、ＨＩＧＨの期間が短いＰＷＭ信号ＰＭを生成することができる。言い換えれば、全差動アンプ２のゲインαにより、ＤＣ−ＤＣコンバータのループゲインを大きくしているので、追加回路などを設けなくても、ＤＣオフセットを小さくすることができる。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ソフトスタート時間を設けて、起動時に、出力電圧を０Ｖから設定電圧までゆっくり立ち上がるようにして動作保証をしている。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの各回路は、広い入出力レンジに亘って、動作保証しなければならない。本実施形態では、全差動アンプ２を用いているため、変調器３ａ、３ｂの出力レンジ、およびコンパレータ４の入力レンジが狭くなる。
図６は、ソフトスタート時の変調器３ａ、３ｂの入出力レンジとコンパレータ４の入力レンジを説明するための図である。全差動アンプ２は、ＣＭＦＢ（コモンモードフィードバック）により出力信号のＤＣレベルは一定である。
よって、全差動アンプ２の出力信号のダイナミックレンジの範囲が決まれば、変調器３ａ、３ｂの入出力信号、およびコンパレータ４の入力信号のダイナミックレンジは、全差動アンプ２の出力信号のＤＣレベルの近傍でよくなるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１のソフトスタート時の回路特性が確保し易い。特に、全差動アンプ２が０Ｖの入力信号を可能とする、例えばフォールデッドカスコードオペアンプなどを用いた構成であれば、ソフトスタート時の０Ｖ入力から安定した出力が可能となり、安定した動作が保証できる。
以上のように、第１の実施形態によれば、回路規模を大きくしないで、ＤＣオフセット除去、スイッチングノイズ耐性等の性能が高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態の回路に、軽負荷時動作回路を付加したＤＣ−ＤＣコンバータである。第２の実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａは、第１の実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１と略同じ構成を有しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
図７は、第２の実施形態に関わるＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａは、コンパレータ４とドライバ５の間に設けられたパルス幅設定回路１１を有する。パルス幅設定回路１１は、ＰＷＭ信号ＰＭに基づいて、所定のパルス幅以上になるよう生成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号Ｖｐｓをドライバ５に出力する。所定のパルス幅は、軽負荷動作における最小のパルス幅であり、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの入出力電圧、インダクタＬのインダクタンス値、目標効率等に基づいて予め定められる。
パルス幅設定回路１１は、例えば、日本国特開２０１８−５０４２１号公報の図２に示す回路である。このパルス幅設定回路１１は、論理積回路と、電流検出アンプと、電源回路と、コンパレータと、マルチプレクサと、を有する。電流検出アンプと、電源回路と、コンパレータとは、インダクタ電流ＩＬが所定のピーク電流以上になったことを検出する電流検出回路を構成する。所定のパルス幅は、その電流検出回路の検出結果に基づいて設定される。すなわち、パルス幅設定回路１１は、ＰＷＭ信号ＰＭを所定のパルス幅以上になるように設定して、ドライバ５に出力する。
図８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ａの波形図である。図８は、時刻ｔ１以降、負荷が軽くなった場合における各種信号の波形を示す。負荷が軽負荷になると、差動出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の波形は緩やかに変化する。変調信号ＶＲＥＦＭＯＤ、ＶＦＢＭＯＤが交差している間、ＰＷＭ信号ＰＭは、ローになるが、パルス幅設定回路１１により所定のパルス幅Ｐｍｉｎだけ、維持される。その結果、駆動信号ＬＸの出力も一定に維持される。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、一般に、軽負荷時、出力電圧が高めに維持される傾向がある。本実施形態によれば、基準電圧ＶＲＥＦとフィードバック電圧ＶＦＢの差信号が全差動アンプ２のゲインαで増幅された差信号がコンパレータ４で比較される。よって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力電圧は、高精度に維持可能となる。第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、軽負荷時の電力負荷効率も改善したＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
以上のように、上述した各実施形態によれば、回路規模を大きくしないで、ＤＣオフセット除去、スイッチングノイズ耐性等の性能が高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１、１Ａ ＤＣ−ＤＣコンバータ、２ 全差動アンプ、３ａ、３ｂ 変調器、４ コンパレータ、５ ドライバ、６ インダクタ、７ コンデンサ、８ 電源回路、９ インバータ、１０ 半導体装置、１１ パルス幅設定回路、２１ 電源入力端子、２２ 定電流入力端子、２３ 基準電圧入力端子、２４ フィードバック電圧入力端子、２５ グラウンド入力端子、２６ 差動増幅器、２７、２８ カレントミラー回路、２９ 出力増幅器、３０ コモンモードフィードバック回路、３１ ソースフォロワ回路、３２ カレントミラー回路、３３、３４ 変調フィルタ、３５ クロック入力端子、３６、３７ 出力端子。

Claims (5)

  1. 基準電圧に応じた出力電圧を生成するためのＤＣ−ＤＣコンバータであって、
    前記基準電圧と前記出力電圧とを差動入力として、前記差動入力に応じた第１および第２の差動出力信号を出力する全差動アンプと、
    前記第１および前記第２の差動出力信号に基づいて、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成回路と、
    前記パルス幅変調信号を波形整形して、その波形整形した駆動信号を出力するドライバと、
    を有する、ＤＣ−ＤＣコンバータ。
  2. 前記パルス幅変調信号生成回路は、
    前記第１の差動出力信号と前記第２の差動出力信号を、それぞれ変調して第１の変調信号と第２の変調信号を出力する変調回路と、
    前記第１の変調信号と前記第２の変調信号との比較結果に基づいて、前記パルス幅変調信号を出力するコンパレータと、
    を有する、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
  3. 前記変調回路は、前記第１の差動出力信号を変調して前記第１の変調信号を出力する第１の変調器と、前記第２の差動出力信号を変調して前記第１の変調信号とは逆位相の前記第２の変調信号を出力する第２の変調器とを有する、請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
  4. 前記第１の変調信号と前記第２の変調信号は、三角波信号である、請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
  5. 前記パルス幅変調信号を、所定のパルス幅以上になるように設定して、前記ドライバに出力するパルス幅設定回路を有する、請求項１または２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
JP2019160567A 2019-09-03 2019-09-03 Ｄｃ－ｄｃコンバータ Active JP7170606B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019160567A JP7170606B2 (ja) 2019-09-03 2019-09-03 Ｄｃ－ｄｃコンバータ
US16/801,824 US11451146B2 (en) 2019-09-03 2020-02-26 DC-DC converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019160567A JP7170606B2 (ja) 2019-09-03 2019-09-03 Ｄｃ－ｄｃコンバータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021040419A true JP2021040419A (ja) 2021-03-11
JP7170606B2 JP7170606B2 (ja) 2022-11-14

Family

ID=74680418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019160567A Active JP7170606B2 (ja) 2019-09-03 2019-09-03 Ｄｃ－ｄｃコンバータ

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11451146B2 (ja)
JP (1) JP7170606B2 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009080653A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Renesas Technology Corp 半導体集積回路装置
JP2009187430A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Asahi Kasei Toko Power Device Corp レギュレータ回路
JP2011035948A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Fujitsu Semiconductor Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ、制御回路及び電源電圧制御方法
JP2018050421A (ja) * 2016-09-23 2018-03-29 株式会社東芝 半導体装置及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2018108000A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社東芝 半導体装置及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2019009548A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 ローム株式会社 オペアンプ及びそれを用いたｄｃ／ｄｃコンバータ

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4858877B2 (ja) 2004-09-28 2012-01-18 エスティー‐エリクソン、ソシエテ、アノニム 電流モード制御ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP4797734B2 (ja) * 2006-03-23 2011-10-19 日本電気株式会社 差動増幅器とデジタル・アナログ変換器、並びに表示装置
US7777459B2 (en) 2006-12-30 2010-08-17 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-efficiency DC/DC voltage converter including capacitive switching pre-converter and down inductive switching post-regulator
US7782027B2 (en) 2006-12-30 2010-08-24 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-efficiency DC/DC voltage converter including down inductive switching pre-regulator and capacitive switching post-converter
US7977927B2 (en) 2007-08-08 2011-07-12 Advanced Analogic Technologies, Inc. Step-up DC/DC voltage converter with improved transient current capability
JP5399734B2 (ja) * 2008-09-30 2014-01-29 スパンション エルエルシー 出力電圧制御装置、出力電圧制御方法および電子機器
JP6145038B2 (ja) 2013-12-26 2017-06-07 株式会社東芝 Ｄｃ−ｄｃコンバータ、および、半導体集積回路
JP2016225951A (ja) * 2015-06-03 2016-12-28 株式会社東芝 増幅回路及びアナログ／デジタル変換回路
US10075073B2 (en) * 2015-09-08 2018-09-11 Rohm Co., Ltd. DC/DC converter and switching power supply having overcurrent protection
JP2017055578A (ja) 2015-09-10 2017-03-16 株式会社東芝 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US9561644B1 (en) 2016-03-18 2017-02-07 Xerox Corporation System and method for compensating for malfunctioning inkjets
JP6608866B2 (ja) 2017-03-21 2019-11-20 株式会社東芝 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP6740169B2 (ja) * 2017-04-25 2020-08-12 株式会社東芝 電源装置
JP7027720B2 (ja) * 2017-08-07 2022-03-02 富士電機株式会社 電力変換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009080653A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Renesas Technology Corp 半導体集積回路装置
JP2009187430A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Asahi Kasei Toko Power Device Corp レギュレータ回路
JP2011035948A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Fujitsu Semiconductor Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ、制御回路及び電源電圧制御方法
JP2018050421A (ja) * 2016-09-23 2018-03-29 株式会社東芝 半導体装置及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2018108000A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社東芝 半導体装置及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2019009548A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 ローム株式会社 オペアンプ及びそれを用いたｄｃ／ｄｃコンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
US20210067038A1 (en) 2021-03-04
US11451146B2 (en) 2022-09-20
JP7170606B2 (ja) 2022-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100514813C (zh) Dc-dc变换器及其控制单元和方法
US9209690B2 (en) Spread-spectrum switching regulator for eliminating modulation ripple
US7274182B2 (en) Spring modulation with fast load-transient response for a voltage regulator
TWI436594B (zh) Step-up and down power supply converter and control method thereof and sawtooth wave generator and method for applying the same in the step-up and step-down power supply converter
US7342385B2 (en) Drive circuit for two switching converter stages in a voltage converter
TWI419453B (zh) 電壓轉換器和電壓產生方法
US7075803B2 (en) Frequency stabilization technique for self oscillating modulator
JP2004007324A (ja) Ｄ級増幅器における三角波生成回路
WO2011077583A1 (ja) 高圧電源
JP4785801B2 (ja) Ｄ級増幅器
CN103580480A (zh) 直流对直流控制器与转换器
JP5009655B2 (ja) スイッチングレギュレータ
JP2002078326A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ用ｐｗｍ制御回路
JP5340721B2 (ja) 電源装置
JP2019071715A (ja) スイッチングレギュレータ
US20060181346A1 (en) Constant frequency self-oscillating amplifier
CN108900082B (zh) 开关电源变换系统
KR20080102812A (ko) 신호 변환 장치 및 신호 변환 방법
US6920054B2 (en) Pulse width modulated generator
JP6626024B2 (ja) 電圧変換装置
KR20050075427A (ko) Ｐｗｍ 발생기
JP7170606B2 (ja) Ｄｃ－ｄｃコンバータ
JP5073580B2 (ja) 信号増幅装置
KR101404568B1 (ko) 전류 모드 제어의 펄스폭변조 변환 장치
TW202219684A (zh) 電源轉換器的控制電路

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210922

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220922

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221101

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7170606

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150