JP2022172706A - Dc/dc converter, control circuit thereof, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、DC/DCコンバータ(スイッチングレギュレータ)に関する。 The present disclosure relates to a DC/DC converter (switching regulator).
スマートホンや、タブレットコンピュータなどの民生機器、車載機器、OA機器、産業機器をはじめとするさまざまな電子機器には、電池電圧や外部電源電圧よりも低い、または高い電源電圧を必要とする回路部品が搭載される。このような回路部品に適切な電源電圧を供給するために、降圧DC/DCコンバータ(Buckコンバータ)や昇圧DC/DCコンバータが利用される。 Various electronic devices such as consumer devices such as smartphones and tablet computers, automotive devices, OA devices, and industrial devices have circuit components that require a power supply voltage that is lower or higher than the battery voltage or external power supply voltage. is installed. A step-down DC/DC converter (Buck converter) or a step-up DC/DC converter is used to supply an appropriate power supply voltage to such circuit components.
DC/DCコンバータの入力電圧が出力電圧の目標レベルまで低下したときには、ハイサイドトランジスタを固定的にオン状態、すなわちデューティサイクルを100%とすることで、出力電圧を目標レベルに近い状態に維持することができる。 When the input voltage of the DC/DC converter drops to the target level of the output voltage, the output voltage is maintained close to the target level by permanently turning on the high-side transistor, that is, setting the duty cycle to 100%. be able to.
ここで降圧DC/DCコンバータのハイサイドトランジスタをN型で構成する場合、ブートストラップ回路により、入力電圧より高いブートストラップ電圧を生成し、ハイサイドトランジスタのゲート駆動信号を生成する必要がある。 Here, when the high-side transistor of the step-down DC/DC converter is configured as an N-type, it is necessary to generate a bootstrap voltage higher than the input voltage using a bootstrap circuit and generate a gate drive signal for the high-side transistor.
ところがブートストラップ回路の動作には、DC/DCコンバータのスイッチングが必要である。つまり、ハイサイドトランジスタを固定的にオン状態とすると、ブートストラップ回路が動作不能に陥り、ブートストラップ電圧が低下していき、やがてハイサイドトランジスタのオンを維持できなくなる。 However, the operation of the bootstrap circuit requires switching of the DC/DC converter. In other words, if the high-side transistor is fixedly turned on, the bootstrap circuit becomes inoperable, the bootstrap voltage gradually decreases, and eventually the high-side transistor cannot be kept on.
本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、N型のハイサイドトランジスタを有するDC/DCコンバータにおいて、デューティサイクル100%の出力を可能とした制御回路の提供にある。 The present disclosure has been made in such circumstances, and one exemplary object of certain aspects thereof is to provide a control circuit capable of outputting a duty cycle of 100% in a DC/DC converter having an N-type high-side transistor. in the offer of
本開示のある態様の制御回路は、N型のハイサイドトランジスタを有する降圧型のDC/DCコンバータの制御回路であって、ブートストラップ端子と、DC/DCコンバータの出力電圧が目標レベルに近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号を生成するパルス幅変調器と、その電源ノードがブートストラップ端子と接続されており、ハイサイド用制御パルス信号に応じたゲート駆動信号をハイサイドトランジスタの制御端子に供給するハイサイドドライバと、その出力ノードがブートストラップ端子と接続されており、イネーブル信号がアサートされる間、DC/DCコンバータの入力電圧より高い電圧を生成するチャージポンプ回路と、(i)オンタイム信号にもとづいて、制御パルス信号を生成し、(ii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値を超過している間、イネーブル信号をアサートし、(iii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値より長く定められた第2しきい値を越えるとハイサイド用制御パルス信号をハイに固定する、ロジック回路と、を備える。 A control circuit according to one aspect of the present disclosure is a step-down DC/DC converter control circuit having an N-type high-side transistor, and includes a bootstrap terminal and a DC/DC converter output voltage that approaches a target level. A pulse width modulator that generates an on-time signal that is pulse-width modulated to , its power supply node is connected to the bootstrap terminal, and a gate drive signal corresponding to the high-side control pulse signal is applied to the control terminal of the high-side transistor. a charge pump circuit having an output node connected to the bootstrap terminal and generating a voltage higher than the input voltage of the DC/DC converter while the enable signal is asserted; (i) generating a control pulse signal based on the on-time signal; (ii) asserting an enable signal while the pulse width of the on-time signal exceeds a first threshold; (iii) pulsing the on-time signal; a logic circuit for fixing the high-side control pulse signal high when it exceeds a second threshold whose width is longer than the first threshold.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, and mutually replacing constituent elements and expressions in methods, devices, systems, etc. are also effective as embodiments of the present invention.
本開示のある態様によれば、N型のハイサイドトランジスタを有するDC/DCコンバータにおいて、デューティサイクル100%の出力が可能となる。 According to one aspect of the present disclosure, a DC/DC converter having an N-type high-side transistor can output a 100% duty cycle.
(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Overview of embodiment)
SUMMARY OF THE INVENTION Several exemplary embodiments of the disclosure are summarized. This summary presents, in simplified form, some concepts of one or more embodiments, as a prelude to the more detailed description that is presented later, and for the purpose of a basic understanding of the embodiments. The size is not limited. Moreover, this summary is not an exhaustive overview of all possible embodiments and is not intended to limit essential elements of an embodiment. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or variation) or multiple embodiments (examples or variations) disclosed herein.
この概要は、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な説明の前置きとして、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。 This summary is intended to neither identify key or critical elements of all embodiments nor delineate the scope of some or all aspects. Its sole purpose is to present some concepts of one or more embodiments in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
一実施形態に係る制御回路は、N型のハイサイドトランジスタを有する降圧型のDC/DCコンバータを制御する。制御回路は、ブートストラップ端子と、DC/DCコンバータの出力電圧が目標レベルに近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号を生成するパルス幅変調器と、その電源ノードがブートストラップ端子と接続されており、制御パルス信号に応じたゲート駆動信号をハイサイドトランジスタの制御端子に供給するハイサイドドライバと、その出力ノードがブートストラップ端子と接続されており、イネーブル信号がアサートされる間、DC/DCコンバータの入力電圧より高い電圧を生成するチャージポンプ回路と、(i)オンタイム信号にもとづいて、制御パルス信号を生成し、(ii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値を超過している間、イネーブル信号をアサートし、(iii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値より長く定められた第2しきい値を越えるとハイサイド用制御パルス信号をハイに固定する、ロジック回路と、を備える。 A control circuit according to one embodiment controls a step-down DC/DC converter having an N-type high-side transistor. The control circuit includes a bootstrap terminal, a pulse width modulator that generates an on-time signal that is pulse width modulated so that the output voltage of the DC/DC converter approaches a target level, and a power supply node connected to the bootstrap terminal. A high-side driver that supplies a gate drive signal corresponding to the control pulse signal to the control terminal of the high-side transistor, and its output node are connected to the bootstrap terminal. a charge pump circuit that generates a voltage higher than the input voltage of the DC converter; (i) generating a control pulse signal based on the on-time signal; and (ii) the pulse width of the on-time signal exceeds a first threshold. and (iii) fixing the high-side control pulse signal to high when the pulse width of the on-time signal exceeds a second threshold value longer than the first threshold value. , and a logic circuit.
通常のデューティサイクルで動作する間、オンタイム信号のパルス幅は、第1しきい値を越えると、チャージポンプ回路がイネーブルとなり、100%デューティサイクル出力に備えた状態となる。そしてパルス幅がさらに長くなって第2しきい値を越えると、ハイサイドトランジスタのゲートがハイレベルに固定され、100%デューティサイクル出力となる。スイッチングは停止するが、チャージポンプ回路によってブートストラップ端子の電圧が維持されるため、100%デューティサイクル出力は持続する。かくしてこの制御回路は、デューティサイクル100%の出力が可能となっている。 During normal duty cycle operation, when the pulse width of the on-time signal exceeds a first threshold, the charge pump circuit is enabled and ready for a 100% duty cycle output. When the pulse width becomes longer and exceeds the second threshold, the gate of the high-side transistor is fixed at a high level, resulting in a 100% duty cycle output. Switching stops, but the charge pump circuit maintains the voltage on the bootstrap terminal, so the 100% duty cycle output continues. Thus, this control circuit is capable of outputting a 100% duty cycle.
一実施形態において、ロジック回路は、ハイサイド用制御パルス信号をハイに固定した後、入力電圧と出力電圧に応じて定まるオン時間を第3しきい値と比較し、オン時間が第3しきい値より短い場合に、ハイサイド用制御パルス信号のハイの固定を解除してもよい。このシーケンスにより、入力電圧が出力電圧の目標レベルより高くなった場合には、100%デューティサイクル出力を終了して、通常のスイッチング動作に復帰することができる。 In one embodiment, after fixing the high-side control pulse signal to high, the logic circuit compares the on-time determined according to the input voltage and the output voltage with a third threshold, and the on-time is compared with the third threshold. If it is shorter than the value, the fixation of the high-side control pulse signal to high may be released. This sequence allows the 100% duty cycle output to be terminated and normal switching operation to resume when the input voltage rises above the target level of the output voltage.
一実施形態において、オンタイム信号のパルス幅(もしくはオン時間)の判定は、オンタイム信号自体がハイレベルである期間にもとづいてもよいし、オンタイムの開始のトリガから、オンタイムの終了のトリガまでの時間にもとづいてもよい。 In one embodiment, the determination of the pulse width (or on-time) of the on-time signal may be based on the period during which the on-time signal itself is high, from the trigger of the on-time beginning to the end of the on-time. It may be based on time to trigger.
一実施形態において、ロジック回路は、オンタイム信号のパルス幅を第1しきい値と比較する第1検出回路と、オンタイム信号のパルス幅を第2しきい値と比較する第2検出回路と、オン時間を第3しきい値と比較する第3検出回路と、を含んでもよい。 In one embodiment, the logic circuit includes a first detection circuit that compares the pulse width of the on-time signal to a first threshold and a second detection circuit that compares the pulse width of the on-time signal to a second threshold. , and a third detection circuit that compares the on-time to a third threshold.
一実施形態において、ロジック回路は、第2検出回路の出力を受ける第1入力ノード、第3検出回路の出力を受ける第2入力ノード、固定オン信号が発生する出力ノード、固定オン信号にもとづく選択信号が入力される制御ノード、を有するマルチプレクサをさらに含んでもよい。これによりヒステリシス制御が可能となる。 In one embodiment, the logic circuit includes a first input node that receives the output of the second detection circuit, a second input node that receives the output of the third detection circuit, an output node at which the fixed on signal is generated, and a selection based on the fixed on signal. A multiplexer having a control node to which the signal is input may also be included. This enables hysteresis control.
一実施形態において、第1しきい値は、スイッチング周期の1.5倍より長くてもよい。一実施形態において、第2しきい値は、第1しきい値より長くてもよい。一実施形態において、第3しきい値は、DC/DCコンバータのスイッチング動作中におけるスイッチング周期と等しくてもよい。 In one embodiment, the first threshold may be longer than 1.5 times the switching period. In one embodiment, the second threshold may be longer than the first threshold. In one embodiment, the third threshold may be equal to the switching period during switching operation of the DC/DC converter.
一実施形態において、パルス幅変調器は、DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック信号を目標レベルを規定するしきい値電圧と比較し、フィードバック信号がしきい値電圧より低くなると所定レベルとなる、コンパレータ出力信号を生成するコンパレータと、コンパレータ出力信号が所定レベルとなると、オン時間の計時をスタートするタイマー回路であって、オン時間は、出力電圧に比例し、DC/DCコンバータの入力電圧に反比例する、タイマー回路と、を含み、オンタイム信号は、タイマー回路の出力によってリセットされてもよい。 In one embodiment, the pulse width modulator compares a feedback signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter with a threshold voltage defining a target level, and when the feedback signal falls below the threshold voltage, the predetermined level is reached. a comparator for generating a comparator output signal, and a timer circuit for starting counting an on-time when the comparator output signal reaches a predetermined level, the on-time being proportional to the output voltage and the input voltage of the DC/DC converter. and a timer circuit that is inversely proportional to , and the on-time signal may be reset by the output of the timer circuit.
一実施形態において、第3検出回路は、コンパレータ出力信号が所定レベルの相補レベルとなると、タイマー回路によるオン時間の計時をスタートさせてもよい。 In one embodiment, the third detection circuit may cause the timer circuit to start timing the ON time when the comparator output signal reaches a complementary level of the predetermined level.
一実施形態において、パルス幅変調器は、フィードバック信号と基準電圧の誤差を増幅し、しきい値電圧を生成するエラーアンプをさらに含んでもよい。 In one embodiment, the pulse width modulator may further include an error amplifier that amplifies the error between the feedback signal and the reference voltage to generate the threshold voltage.
一実施形態において、パルス幅変調器は、DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック信号と基準電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、ハイサイドトランジスタのオン時間中にDC/DCコンバータに流れる電流を示す電流検出信号と誤差信号を比較する電流コンパレータと、電流コンパレータの出力にもとづいてレベルが遷移するオンタイム信号を出力するオンタイム信号生成回路と、を含んでもよい。 In one embodiment, the pulse width modulator includes an error amplifier that amplifies an error between a feedback signal and a reference voltage responsive to the output voltage of the DC/DC converter to generate an error signal, and a DC A current comparator that compares an error signal with a current detection signal that indicates the current flowing through the /DC converter, and an on-time signal generation circuit that outputs an on-time signal whose level transitions based on the output of the current comparator.
一実施形態において、オンタイム信号生成回路は、オシレータと、オシレータの出力にもとづいてセットされ、電流コンパレータの出力にもとづいてリセットされるフリップフロップと、を含んでもよい。 In one embodiment, the on-time signal generation circuit may include an oscillator and a flip-flop that is set based on the output of the oscillator and reset based on the output of the current comparator.
一実施形態において、制御回路はひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 In one embodiment, the control circuit may be monolithically integrated on a single semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of a circuit are integrated. A resistor, capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuits on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
(実施形態)
以下、本開示を、好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、発明あるいは開示を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明あるいは開示の本質的なものであるとは限らない。
(embodiment)
Hereinafter, the present disclosure will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. Moreover, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention or disclosure, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention or disclosure.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, "a state in which member A is connected to member B" refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, as well as a case in which member A and member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に接続された状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "the state in which member C is connected between member A and member B" includes the case where member A and member C or member B and member C are directly connected, as well as the case where they are electrically connected. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
図1は、実施形態に係るDC/DCコンバータ100のブロック図である。DC/DCコンバータ100は、降圧型DC/DCコンバータ(Buckコンバータ)であり、入力ライン(入力端子)102に直流の入力電圧VINを受け、出力ライン(出力端子)104に接続される負荷に、入力電圧VINよりも電圧レベルが低い出力電圧VOUTを供給する。DC/DCコンバータ100は、出力電圧VOUTを目標レベルVOUT(REF)に安定化する定電圧出力型である。
FIG. 1 is a block diagram of a DC/
DC/DCコンバータ100は、制御回路200とその周辺回路110を備える。DC/DCコンバータ100は同期整流型であり、周辺回路110は、インダクタL1、出力キャパシタC1、ブートストラップキャパシタC2を含む。ハイサイドトランジスタMHおよびローサイドトランジスタMLはともにN型(すなわちNチャンネルもしくはNPN型)であり、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよいし、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよいし、バイポーラトランジスタであってもよい。
The DC/
なおハイサイドトランジスタMH、ローサイドトランジスタMLは、制御回路200の外部に設けられるディスクリート素子であってもよく、その場合、ハイサイドトランジスタMHとローサイドトランジスタMLは、周辺回路110を構成することになる。
Note that the high-side transistor MH and the low-side transistor ML may be discrete elements provided outside the
制御回路200は、ひとつの半導体基板に集積化された機能IC(Integrated Circuit)であり、入力ピン(端子ともいう)VIN、スイッチングピンSW、接地ピンGND、フィードバックピンFB、ブートストラップピンBSTを備える。入力ピンVINには、入力電圧VINが供給される。スイッチングピンSWには、外付けのインダクタL1が接続され、接地ピンPGNDは接地される。ハイサイドトランジスタMHは、入力ピンVINとスイッチングピンSWの間に接続され、ローサイドトランジスタMLは、スイッチングピンSWと接地ピンPGNDの間に接続される。ブートストラップピンBSTとスイッチングピンSWの間には、ブートストラップキャパシタC2が接続される。なお、ブートストラップキャパシタC2は、制御回路200に集積化してもよく、その場合、ブートストラップピンBSTは省略できる。フィードバックピンFBには、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTにもとづくフィードバック信号VFBが入力される。たとえばフィードバック信号VFBは、出力電圧VOUTを抵抗R1,R2によって分圧した電圧信号である。
The
制御回路200は、ハイサイドトランジスタMH、ローサイドトランジスタMLに加えて、パルス幅変調器210、ロジック回路220、ドライバ回路240、ブートストラップ用スイッチSW1、チャージポンプ回路202を備える。
The
パルス幅変調器210は、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTが目標レベルVOUT(REF)に近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号ONTIMEを生成する。
具体的には、パルス幅変調器210は、出力電圧VOUTに応じたフィードバック信号VFBが基準電圧VREFに近づくように、オンタイム信号ONTIMEをパルス幅変調する。フィードバック信号VFBが基準電圧VREFに安定化されるとき、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTは、VOUT(REF)=VREF×(R1+R2)/R2に安定化される。
Specifically, the
パルス幅変調器210の構成や制御方式は特に限定されない。パルス幅変調器210は、エラーアンプを利用した制御方式、たとえば、電圧モードの制御を行ってもよいし、ピーク電流モードあるいは平均電流モードの制御を行ってもよい。あるいはパルス幅変調器210は、ヒステリシス制御(Bang-Bang制御)、ボトム検出オン時間固定制御、ピーク検出オフ時間固定制御などの、リップル制御を行ってもよい。
The configuration and control method of the
ロジック回路220は、制御回路200を統合的に制御するコントロールロジックである。ロジック回路220はパルス幅変調器210の一部分(ロジック部分)を含みうる。
The
ロジック回路220は、パルス幅変調器210が生成するオンタイム信号ONTIMEにもとづいて、制御パルス信号HG,LGを生成する。
ブートストラップ用スイッチSW1は、一端がブートストラップピンBSTと接続され、他端に直流電圧VDCを受ける。直流電圧VDCは、入力電圧VINであってもよいし、図示しない内部レギュレータが生成する電圧であってもよい。ブートストラップ用スイッチSW1は、ローサイドトランジスタMLと連動してスイッチングする。すなわちローサイドトランジスタMLがオンとなり、スイッチングピンSWの電圧(スイッチング電圧VSW)がローのときに、ブートストラップ用スイッチSW1がオンとなる。このとき、ブートストラップキャパシタC2は、直流電圧VDCによって充電される。ローサイドトランジスタMLがオフ、ハイサイドトランジスタMHがオンとなると、スイッチングピンSWのスイッチング電圧VSWがハイレベル(入力電圧VIN)となる。このとき、ブートストラップピンBSTの電圧(ブートストラップ電圧)VBSTは、VIN+VDCとなり、入力電圧VINより高い電圧が得られる。なおブートストラップ用スイッチSW1に代えて、ダイオード(整流素子)を用いてもよい。 A bootstrap switch SW1 has one end connected to a bootstrap pin BST and the other end receiving a DC voltage VDC . The DC voltage VDC may be the input voltage VIN or a voltage generated by an internal regulator (not shown). The bootstrap switch SW1 performs switching in conjunction with the low-side transistor ML. That is, when the low-side transistor ML is turned on and the voltage of the switching pin SW (switching voltage V SW ) is low, the bootstrap switch SW1 is turned on. At this time, the bootstrap capacitor C2 is charged by the DC voltage VDC . When the low-side transistor ML is turned off and the high-side transistor MH is turned on, the switching voltage V SW of the switching pin SW becomes high level (input voltage V IN ). At this time, the voltage of the bootstrap pin BST (bootstrap voltage) V BST becomes V IN +V DC , which is higher than the input voltage V IN . A diode (rectifying element) may be used instead of the bootstrap switch SW1.
ドライバ回路240は、パルス幅変調器210が生成する制御パルス信号HG,LGにもとづいて、ハイサイドトランジスタMHおよびローサイドトランジスタMLを駆動する。ドライバ回路240は、ハイサイドドライバ242およびローサイドドライバ244を含む。ハイサイドドライバ242は、ハイサイド用制御パルス信号HGにもとづいてハイサイドトランジスタMHのゲート駆動信号VHGを生成し、ローサイドドライバ244は、ローサイド用制御パルス信号LGにもとづいてローサイドトランジスタMLのゲート駆動信号VLGを生成する。
ハイサイドドライバ242の電源ノード(上側の電源端子)N1は、ブートストラップピンBSTと接続されており、接地ノード(下側の電源端子)N2は、スイッチングピンSWと接続されている。ハイサイド用制御パルス信号HGがハイのとき、ハイサイドドライバ242はハイレベル、すなわち電源ノードの電圧VBSTを出力し、ハイサイド用制御パルス信号HGがローのとき、ハイサイドドライバ242はローレベル、すなわち接地ノードN2の電圧VSWを出力する。
A power supply node (upper power supply terminal) N1 of the
チャージポンプ回路202は、イネーブル信号CHGPMPENに応じて、イネーブル、ディセーブルが切りかえ可能である。チャージポンプ回路202の出力ノードN3は、ブートストラップピンBSTと接続されており、イネーブル信号CHGPMPENがアサートされる間、イネーブル状態となり、DC/DCコンバータ100の入力電圧VINより高い電圧を生成する。たとえばチャージポンプ回路202は、入力電圧VINもしくはそれ以外の直流電圧を昇圧する2倍あるいは3倍のチャージポンプであってもよい。チャージポンプ回路202は、その出力電圧VCPが、
VCP>VIN+VGS(th)
を満たすように設計される。VGS(th)は、ハイサイドトランジスタMHのゲートしきい値電圧である。
The
V CP >V IN +V GS(th)
designed to meet V GS(th) is the gate threshold voltage of the high-side transistor MH.
ロジック回路220の機能を説明する。
A function of the
ロジック回路220は、(i)オンタイム信号ONTIMEにもとづいて、制御パルス信号HG,LGを生成する。またロジック回路220は、(ii)オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txが第1しきい値τ1を超過している間、イネーブル信号CHGPMPENをアサートする。ロジック回路220は、(iii)オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txが第1しきい値τ1より長く定められた第2しきい値τ2を越えると、ハイサイド用制御パルス信号HGをハイに固定する。
The logic circuit 220 (i) generates the control pulse signals HG and LG based on the on-time signal ONTIME. The
その後、ロジック回路220は、ハイサイド用制御パルス信号HGをハイに固定した後、入力電圧VINと出力電圧VOUTに応じて定まるオン時間TONを第3しきい値τ3と比較し、オン時間TONが第3しきい値τ3より短い場合に、ハイサイド用制御パルス信号HGのハイの固定を解除する。
Thereafter, after fixing the high-side control pulse signal HG to high, the
以上がDC/DCコンバータ100の基本構成である。続いてその動作を説明する。図2は、図1のDC/DCコンバータ100の動作を説明する波形図である。図2には上から順に、入力電圧VIN、オンタイム信号ONTIME、チャージポンプ回路のイネーブル信号CHGPMPEN、内部信号(固定オン信号ともいう)DUTY100、制御パルス信号HG,LGが示される。なお本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。
The above is the basic configuration of the DC/
降圧DC/DCコンバータでは、定常状態におけるオンタイム信号ONTIMEのデューティサイクルDUTYは、
DUTY=VOUT/VIN
で決まる。スイッチング周期Tpが一定のパルス幅変調を行う場合、VIN>VOUTが成り立っている間、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txは、
TON=Tp×DUTY=Tp×VOUT/VIN …(1)
で表されるオン時間TONと等しくなる。
In a step-down DC/DC converter, the duty cycle DUTY of the on-time signal ONTIME in a steady state is
DUTY = V OUT /V IN
determined by In the case of pulse width modulation with a constant switching period Tp, the pulse width Tx of the on-time signal ONTIME while V IN >V OUT holds:
TON=Tp× DUTY =Tp× VOUT / VIN (1)
is equal to the on-time T ON represented by .
時刻t0より前は、入力電圧VINが出力電圧VOUTの目標レベルよりも十分に高い通常の動作状態であり、パルス幅Tx(=TON)は短くなっている。したがって、パルス幅Txは、第1しきい値τ1より短く、イネーブル信号CHGPMPENはネゲート(ロー)されている。 Before time t0 , the input voltage V IN is in a normal operating state sufficiently higher than the target level of the output voltage V OUT , and the pulse width Tx (=T ON ) is short. Therefore, the pulse width Tx is shorter than the first threshold value τ1, and the enable signal CHGPMPEN is negated (low).
時刻t0に先だって、入力電圧VINが時間とともに低下しはじめる。入力電圧VINの低下とともに、デューティサイクルが大きくなり、パルス幅Tx(=TON)が伸びていく。そして、パルス幅Txが、第1しきい値τ1を超えると、超過した時間、イネーブル信号ENがアサート(ハイ)され、チャージポンプ回路202が動作する。
Prior to time t0 , the input voltage V IN begins to drop over time. As the input voltage V IN decreases, the duty cycle increases and the pulse width Tx (=T ON ) increases. Then, when the pulse width Tx exceeds the first threshold value τ1, the enable signal EN is asserted (high) for the excess time, and the
入力電圧VINが、出力電圧VOUTの目標レベルVOUT(REF)まで低下すると、理論的にパルス幅はスイッチング周期Tpと等しくなり、デューティサイクルは100%となる。このとき隣接するパルス同士は結合し、オンタイム信号ONTIMEはハイレベルを維持し続ける。 When the input voltage V IN drops to the target level V OUT(REF) of the output voltage V OUT , theoretically the pulse width will be equal to the switching period Tp and the duty cycle will be 100%. At this time, adjacent pulses are combined, and the on-time signal ONTIME continues to maintain the high level.
時刻t1に、パルス幅Txが第2しきい値τ2を超えたことが検出されると、ロジック回路220の内部信号である固定オン信号DUTY100がアサート(ハイ)される。ロジック回路220は、固定オン信号DUTY100がアサートされると、ハイサイド用制御パルスHGをハイに固定する。これにより100%デューティサイクル制御が開始し、VOUT≒VINとなる。
At time t1, when it is detected that the pulse width Tx has exceeded the second threshold value τ2 , the fixed ON signal DUTY100, which is an internal signal of the
時刻t2に入力電圧VINが上昇しはじめると、式(1)で決まるオン時間TONが短くなる。オン時間TONが第3しきい値τ3より短くなると、時刻t3に固定オン信号DUTY100がローとなり、ハイサイドトランジスタMHの100%デューティ制御が解除され、オンタイム信号ONTIMEに応じたハイサイドトランジスタMHのスイッチングが再開する。 When the input voltage V IN begins to rise at time t2, the on-time T ON determined by equation (1) is shortened. When the on-time TON becomes shorter than the third threshold value τ3 , the fixed on-signal DUTY100 becomes low at time t3, the 100% duty control of the high-side transistor MH is released, and the high-side transistor according to the on-time signal ONTIME is released. Switching of transistor MH resumes.
以上がDC/DCコンバータ100の動作である。このDC/DCコンバータ100では、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Tx、もしくはオン時間TONは異なるしきい値τ1~τ3と比較される。そしてパルス幅Txが最も短く定めた第1しきい値τ1を越えると、チャージポンプ回路202がイネーブルとなり、100%デューティサイクル出力に備えた状態となる。そしてパルス幅Txがさらに長くなって第2しきい値τ2を越えると、ハイサイドトランジスタMHのゲートがハイレベルに固定され、100%デューティサイクル出力となる。100%デューティサイクル出力では、スイッチングは停止するが、チャージポンプ回路202によってブートストラップピンBSTの電圧VBSTが維持されるため、100%デューティサイクル出力は持続する。その後、入力電圧VINが上昇して、オン時間TONが第3しきい値τ3より短くなると、100%デューティサイクル出力が終了し、通常のスイッチング動作に復帰する。このように、制御回路200によれば、デューティサイクル100%の出力が可能となる。
The above is the operation of the DC/
本開示は、図1のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。 This disclosure extends to various apparatus and methods that can be grasped as the block diagram or circuit diagram of FIG. 1 or derived from the above description, and is not limited to any particular configuration. Hereinafter, more specific configuration examples and embodiments will be described not to narrow the scope of the present disclosure, but to help understand and clarify the essence and operation of the present disclosure and the present invention.
(実施例1)
図3は、実施例1に係る制御回路200Aのブロック図である。パルス幅変調器210は、エラーアンプ212、コンパレータ214、オン時間タイマー216、リップル注入回路218を含む。
(Example 1)
FIG. 3 is a block diagram of the
エラーアンプ212は、フィードバック信号VFBと基準電圧VREFの誤差を増幅する。エラーアンプ212の出力VERRは、フィードバック信号VFBのボトムレベルを規定するしきい値電圧である。
The
リップル注入回路218は、フィードバック信号VFBにリップル成分VRIPを重畳する。コンパレータ214は、リップル成分が重畳されたフィードバック信号VFB’を、エラーアンプ212の出力VERRと比較し、比較結果を示す信号COMPOUTを出力する。
A
なおエラーアンプ212を省略して、コンパレータ214によって、フィードバック信号VFBを基準電圧VREFと直接比較するようにしてもよい。
Alternatively, the
コンパレータ出力信号COMPOUTは、フィードバック信号VFB’がエラーアンプ212の出力VERRまで低下するとアサート(たとえばハイレベル)される。
Comparator output signal COMPOUT is asserted (eg, high level) when feedback signal V FB ′ drops to output V ERR of
オン時間タイマー216は、コンパレータ出力信号COMPOUTのアサートに応答して、式(1)で表されるオン時間TONを計測する。オン時間タイマー216には入力電圧VINおよび出力電圧VOUTが入力される。オン時間TONは、出力電圧VOUTに比例し、入力電圧VINに反比例するように調節される。なお、出力電圧VOUTは目標レベルVOUT(REF)に安定化されるから、オン時間TONは、VOUT(REF)に比例するように調節してもよい。オンタイム信号ONTIMEは、オン時間タイマー216がカウントスタートした後、オン時間TONの経過後にリセットされる。オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txは、デューティサイクルが100%未満の範囲では、オン時間タイマー216がカウントするオン時間TONと一致する。
The on-
ロジック回路220は、オンタイム信号ONTIME、コンパレータ出力信号COMPOUTにもとづいて、制御パルス信号HG,LGおよびイネーブル信号CHGPMPENを生成する。ロジック回路220は、ハイサイドトランジスタMHとローサイドトランジスタMLに貫通電流が流れないように、制御パルス信号HGとLGに両方がローとなるデッドタイムを挿入する。
以上が制御回路200Aの構成である。続いてその動作を説明する。
The above is the configuration of the
図4は、図3の制御回路200Aの動作波形図である。図4には上から順に、入力電圧VIN、フィードバック信号VFB、コンパレータ出力信号COMPOUT、内部信号ONTRSTMSK,ONTRST、オンタイム信号ONTIME、内部信号MINOFF、イネーブル信号CHGPMPEN、内部信号MAXON,DUTY100が示される。
FIG. 4 is an operation waveform diagram of the
コンパレータ出力信号COMPOUTは、フィードバック信号VFBと誤差信号VERRにもとづくしきい値電圧の比較結果を示しており、フィードバック信号VFBが誤差信号VERRより低くなると、アサート(ハイ)となる。 Comparator output signal COMPOUT indicates the result of threshold voltage comparison based on feedback signal VFB and error signal VERR , and is asserted (high) when feedback signal VFB becomes lower than error signal VERR .
コンパレータ出力信号COMPOUTのアサートに応答してオン時間タイマー216が時間測定を開始し、入力電圧VINおよび出力電圧VOUTに応じたオン時間TONを測定し、オンタイム信号ONTIMEを生成する。オンタイム信号ONTIMEがハイの期間、ハイサイドトランジスタMHがオン、ローサイドトランジスタMLがオフとなる。
In response to the assertion of comparator output signal COMPOUT, on-
オンタイム信号ONTIMEがローに遷移してから、次にコンパレータ出力信号COMPOUTがアサートされるまでの期間、ハイサイドトランジスタMHがオフ、ローサイドトランジスタMLがオンとなる。内部信号MINOFFは、最小オフ時間を設定する信号であり、ハイサイドトランジスタMHがターンオフしてから、最小オフ時間の間、ハイとなる。内部信号MINOFFがアサート(ハイ)の間は、コンパレータ出力信号COMPOUTがアサートされても直ちにローサイドトランジスタMLはターンオフせず、最小オフ時間の終了まで待って、ローサイドトランジスタMLがターンオフする。 During the period from when the on-time signal ONTIME transitions to low to when the comparator output signal COMPOUT is next asserted, the high-side transistor MH is off and the low-side transistor ML is on. The internal signal MINOFF is a signal that sets the minimum off-time, and is high for the minimum off-time after the high-side transistor MH turns off. While the internal signal MINOFF is asserted (high), the low side transistor ML is not turned off immediately even if the comparator output signal COMPOUT is asserted, but is turned off after the minimum off time is over.
オン時間タイマー216の内部信号であるオンタイムリセット信号ONTRSTは、出力電圧VOUTに比例し、入力電圧VINに反比例するように調節したオン時間TONのカウント完了時にアサート(ハイ)となる。オンタイムリセット信号ONTRSTがアサートされると(たとえばハイ)オンタイム信号ONTIMEはローに遷移する(リセット)。なお、ハイサイドトランジスタMHがオンであり、かつ、内部信号であるオンタイムリセットマスク信号ONTRSTMSKがハイの期間、オンタイムリセット信号ONTRSTはマスクされ、最小オン時間となる。また、オンタイム信号ONTIMEのリセットは、コンパレータ出力信号COMPOUTのハイによりマスクされる。つまり、オンタイムリセット信号ONTRSTがハイになったときに、コンパレータ出力信号COMPOUTがハイの状態のままなら、コンパレータ出力信号COMPOUTがハイからローに遷移するまでの間、オンタイム信号ONTIMEはハイを維持する。このときオンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txは、オン時間TONより長くなる。この状態をデューティサイクル拡大期間という。
The on-time reset signal ONTRST, which is an internal signal of the on-
内部信号である最大オンタイム信号MAXONは、第2しきい値τ2または第3しきい値τ3を示す。 A maximum on-time signal MAXON, which is an internal signal, indicates the second threshold τ2 or the third threshold τ3.
時刻t0に先だって、入力電圧VINが時間とともに低下しはじめる。入力電圧VINの低下とともに、デューティサイクルが大きくなり、オン時間TON、すなわちオンタイム信号ONTIMEのパルス幅が伸びていく。そして、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅TONが、第1しきい値τ1を超えると、超過した時間、イネーブル信号ENがアサート(ハイ)され、チャージポンプ回路202が動作する。
Prior to time t0 , the input voltage V IN begins to drop over time. As the input voltage V IN decreases, the duty cycle increases and the on-time T ON , that is, the pulse width of the on-time signal ONTIME increases. Then, when the pulse width TON of the on-time signal ONTIME exceeds the first threshold value τ1, the enable signal EN is asserted (high) for the excess time, and the
時刻t1に、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅Txが第2しきい値τ2を超えたことが検出されると、ロジック回路220の内部信号である固定オン信号DUTY100がアサート(ハイ)される。ロジック回路220は、固定オン信号DUTY100がアサートされると、ハイサイド用制御パルスHGをハイに固定する。
At time t1, when it is detected that the pulse width Tx of the on - time signal ONTIME has exceeded the second threshold value τ2, the fixed on-signal DUTY100, which is an internal signal of the
その後、入力電圧VINが上昇して、出力電圧VOUTの目標レベルVOUT(REF)より高くなると、フィードバック信号VFBが、エラーアンプ212の出力VERRを超えることとなり、コンパレータ出力信号COMPOUTがローに遷移する(時刻t2)。コンパレータ出力信号COMPOUTがローに遷移すると、オン時間タイマー216がカウントスタートする。そして、入力電圧VINおよび出力電圧VOUTに応じて決まる式(1)のオン時間TONの経過後に、オンタイムリセット信号ONTRSTがアサートされ、オンタイム信号ONTIMEがローに遷移する。
After that, when the input voltage V IN rises and becomes higher than the target level V OUT (REF) of the output voltage V OUT , the feedback signal V FB exceeds the output V ERR of the
ロジック回路220は、オン時間タイマー216によってカウントされるオン時間TONを、第3しきい値τ3と比較する。そしてオン時間TONが第3しきい値τ3より短い場合、固定オン信号DUTY100をローに切りかえて、100%デューティ制御を解除する。その後、オンタイム信号ONTIMEに応じたハイサイドトランジスタMHのスイッチングが再開する。
第1しきい値τ1は、通常のスイッチング動作中におけるスイッチング周期Tpの1.5倍より長く定めることができる。第2しきい値τ2は、第1しきい値τ1より長く定めることができる。第3しきい値τ3は、スイッチング周期Tpと等しく定めることができる。 The first threshold τ1 can be defined to be longer than 1.5 times the switching period Tp during normal switching operation. The second threshold τ 2 can be defined longer than the first threshold τ 1 . A third threshold τ 3 can be defined equal to the switching period Tp.
たとえば、スイッチング周期Tpが0.5μsである場合、第1しきい値τ1は、スイッチング周期Tpの1.5倍の0.75μsより長く定めることができ、一例としてTp(=0.5μs)の4倍の2μsとしてもよい。第2しきい値τ2は、第1しきい値τ1より長く定められ、一例として第1しきい値τ1の2倍の8μsとしてもよい。第3しきい値τ3は、スイッチング周期Tpと等しい0.5μsとすることができる。 For example, when the switching period Tp is 0.5 μs, the first threshold τ1 can be set longer than 0.75 μs, which is 1.5 times the switching period Tp, and for example Tp (=0.5 μs) may be set to 2 μs, which is four times . The second threshold τ 2 is set longer than the first threshold τ 1 , and may be set to 8 μs, which is twice as long as the first threshold τ 1 , as an example. The third threshold τ3 can be 0.5 μs, which is equal to the switching period Tp.
以上が制御回路200Aの動作である。続いて、デューティサイクル100%の出力に関連するロジック回路220の構成例を説明する。
The above is the operation of the
図5は、ロジック回路220の一部を示す回路図である。ロジック回路220は、第1検出回路222、第2検出回路224、第3検出回路226、マルチプレクサ228を含む。
FIG. 5 is a circuit diagram showing part of the
第1検出回路222は、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅を、第1しきい値τ1と比較し、イネーブル信号CHGPMPENを生成する。第1検出回路222の構成は特に限定されないが、たとえば、オンタイム信号ONTIMEが所定レベル(ここではハイ)である期間にクロック信号をカウントアップするカウンタと、カウント終了時のカウント値を、第1しきい値τ1に相当する値と比較するデジタルコンパレータで構成してもよい。
A
あるいは、第1検出回路222は、オンタイム信号ONTIMEが所定レベルに遷移するとクロック信号のカウントをスタートし、カウント値が第1しきい値τ1に相当する値に達すると、カウント完了信号をアサートするカウンタと、カウント完了信号のアサートと、オンタイム信号の後縁のいずれが先行するかを判定するタイミング判定器を含んでもよい。
Alternatively, the
なお、図5では、第1検出回路222にオンタイム信号ONTIMEを直接入力することとしているが、その限りでなく、オンタイム信号ONTIMEの前縁(リーディングエッジ)を規定する信号、すなわちコンパレータ出力信号COMPOUTと、オンタイム信号ONTIMEの後縁(トレーリングエッジ)を規定する信号、すなわちオン時間タイマー216のカウント完了を示すタイミング信号と、を入力してもよい。
In FIG. 5, the on-time signal ONTIME is directly input to the
第2検出回路224および第3検出回路226は、固定オン信号DUTY100を生成する。第2検出回路224は、オンタイム信号ONTIMEのパルス幅を、第2しきい値τ2と比較する。第2検出回路224は、パルス幅が第2しきい値τ2を超えると、ハイを出力する。第2検出回路224は、第1検出回路222と同様に構成することができる。
第3検出回路226は、入力電圧VINが出力電圧VOUTの目標レベルVOUT(REF)を超えてから、オンタイム信号ONTIMEの後縁までの時間Tbを、第3しきい値τ3と比較し、Tb<τ3を検出すると、ローを出力する。
The
第3検出回路226の構成は特に限定されないが、たとえば、入力電圧VINが出力電圧VOUTの目標レベルVOUT(REF)を超えたことを示す信号として、コンパレータ出力信号COMPOUTを受ける。第3検出回路226は、カウンタと、デジタルコンパレータで構成することができる。カウンタは、コンパレータ出力信号COMPOUTのローへの遷移をトリガとしてカウントアップを開始し、オンタイム信号ONTIMEの後縁でカウントアップを終了する。デジタルコンパレータは、カウント終了時のカウント値を、第3しきい値τ3に相当する値と比較する。
Although the configuration of the
もしくは第3検出回路226は、カウンタと、タイミング判定器で構成することができる。カウンタは、コンパレータ出力信号COMPOUTのローへの遷移をトリガとしてカウントアップを開始し、第3しきい値τ3に相当する値に達した時点で、カウント完了信号をアサートする。タイミング判定器は、カウント完了信号のアサートと、オンタイム信号ONTIMEの後縁のいずれが先行するかを判定する。
Alternatively, the
ロジック回路220は、第2検出回路224の出力がハイになると、固定オン信号DUTY100をアサートし、100%デューティサイクル出力に移行する。またロジック回路220は、第3検出回路226の出力がローになると、固定オン信号DUTY100をネゲートし、通常のスイッチング動作に移行する。
When the output of the
マルチプレクサ228は、その第1入力ノード(0)に、第2検出回路224の出力を受け、その第2入力ノード(1)に、第3検出回路226の出力を受け、一方を選択して、固定オン信号DUTY100として出力する。マルチプレクサ228の制御ノードSELには、固定オン信号DUTY100にもとづく選択信号が入力されている。これにより、2つのしきい値τ2とτ3にもとづくヒステリシス制御が可能となる。
A
(実施例2)
図6は、実施例2に係る制御回路200Bのブロック図である。実施例2では、パルス幅変調器210の構成が実施例1と異なっている。具体的には実施例2において、パルス幅変調器210は、カレントモードのパルス幅変調器であり、電流検出回路211、エラーアンプ212、オシレータ213、コンパレータ214、フリップフロップFF1を含む。
(Example 2)
FIG. 6 is a block diagram of a
電流検出回路211は、ハイサイドトランジスタMHのオン期間におけるコイル電流(ハイサイドトランジスタMHに流れるハイサイド電流)を検出し、電流量を示す電流検出信号VCSを生成する。 The current detection circuit 211 detects a coil current (a high side current flowing through the high side transistor MH) during the ON period of the high side transistor MH, and generates a current detection signal VCS indicating the amount of current.
コンパレータ214は、電流検出信号VCSをエラーアンプ212の出力である誤差信号VERRと比較し、VCS>VERRとなると、コンパレータ出力信号COMPOUTをアサート(ハイ)する。
The
オシレータ213は、所定の周期Tpで発振する。フリップフロップFF1は、コンパレータ出力信号COMPOUTによってセットされ、オシレータ213の周期Tpごとにリセットされる。フリップフロップFF1の出力が、オンタイム信号ONTIMEとなる。
The
本開示に係る100%デューティ制御は、図6の電流モードの制御回路にも適用可能である。100%デューティ制御から復帰する際に、入力電圧VINが出力電圧VOUTの目標レベルVOUT(REF)を超えたことを検出する必要がある。実施例1では、コンパレータ214の出力COMPOUTを、VIN>VOUT(REF)となったことを示すタイミング信号として利用したが、図6の電流モードの制御ではそれができない。そこで制御回路200Bは、VINをVOUT(REF)を比較するコンパレータ215が追加で設けられる。ロジック回路220は、コンパレータ215の出力にもとづいて、時間Tbを測定し、第3しきい値τ3との比較判定を行う。
The 100% duty control according to the present disclosure is also applicable to the current mode control circuit of FIG. When recovering from 100% duty control, it is necessary to detect that the input voltage VIN has exceeded the target level VOUT(REF) of the output voltage VOUT . In the first embodiment, the output COMPOUT of the
なお、図3の制御回路200Aにおいても、コンパレータ214とは別に、コンパレータ215を追加し、コンパレータ215に出力にもとづいて時間Tbを測定し、第3しきい値τ3との比較判定を行ってもよい。ただしこの場合、コンパレータ215が1個追加となるため、回路面積は大きくなる。裏を返せば、図3の制御回路200Aにおいて、コンパレータ出力信号COMPOUTにもとづいて、時間Tbを測定し、第3しきい値τ3との比較判定を行う場合、コンパレータの個数を減らすことができる。
Also in the
(用途)
図7は、実施形態に係るDC/DCコンバータ100を備える電子機器700の一例を示す図である。電子機器700は、たとえば、携帯電話端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、タブレット端末、ポータブルオーディオプレイヤなどの電池駆動型デバイスである。電子機器700は、筐体702、電池704、マイクロプロセッサ706およびDC/DCコンバータ100を備える。DC/DCコンバータ100は、その入力端子に電池704からの電池電圧VBAT(=VIN)を受け、出力端子に接続されるマイクロプロセッサ706あるいはその他の負荷に、出力電圧VOUTを供給する。
(Application)
FIG. 7 is a diagram showing an example of an
電子機器700の種類は、電池駆動型のデバイスには限定されず、車載機器であってもよいし、ファクシミリなどのOA機器であってもよいし、産業機器であってもよい。
The type of the
実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示に含まれ、また本発明の範囲を構成しうることは当業者に理解されるところである。 The embodiments are examples, and it should be noted that there are various modifications in the combination of each component and each processing process, and such modifications are included in the present disclosure and can constitute the scope of the present invention. It is understood by those skilled in the art.
100 DC/DCコンバータ
102 入力ライン
104 出力ライン
110 周辺回路
MH ハイサイドトランジスタ
ML ローサイドトランジスタ
L1 インダクタ
C1 出力キャパシタ
200 制御回路
SW1 ブートストラップ用スイッチ
202 チャージポンプ回路
210 パルス幅変調器
211 電流検出回路
212 エラーアンプ
213 オシレータ
FF1 フリップフロップ
214 コンパレータ
216 オン時間タイマー
218 リップル注入回路
220 ロジック回路
222 第1検出回路
224 第2検出回路
226 第3検出回路
228 マルチプレクサ
240 ドライバ回路
242 ハイサイドドライバ
244 ローサイドドライバ
700 電子機器
702 筐体
704 電池
706 マイクロプロセッサ
100 DC/
本開示のある態様の制御回路は、N型のハイサイドトランジスタを有する降圧型のDC/DCコンバータの制御回路であって、ブートストラップ端子と、DC/DCコンバータの出力電圧が目標レベルに近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号を生成するパルス幅変調器と、ブートストラップ端子と接続可能に構成された電源ノードを有し、ハイサイド用制御パルス信号に応じたゲート駆動信号をハイサイドトランジスタの制御端子に供給するハイサイドドライバと、ブートストラップ端子と接続可能に構成された出力ノードを有し、イネーブル信号がアサートされる間、DC/DCコンバータの入力電圧より高い電圧を生成するチャージポンプ回路と、(i)オンタイム信号にもとづいて、制御パルス信号を生成し、(ii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値を超過している間、イネーブル信号をアサートし、(iii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値より長く定められた第2しきい値を越えるとハイサイド用制御パルス信号をハイに固定する、ロジック回路と、を備える。 A control circuit according to one aspect of the present disclosure is a step-down DC/DC converter control circuit having an N-type high-side transistor, and includes a bootstrap terminal and a DC/DC converter output voltage that approaches a target level. and a power supply node configured to be connectable to a bootstrap terminal, and a high-side transistor for generating a gate drive signal corresponding to the high-side control pulse signal. and a charge pump having an output node configured to be connectable to the bootstrap terminal and generating a voltage higher than the input voltage of the DC/DC converter while the enable signal is asserted. a circuit (i) generating a control pulse signal based on the on-time signal; (ii) asserting an enable signal while the pulse width of the on-time signal exceeds a first threshold; ) a logic circuit for fixing the high-side control pulse signal to high when the pulse width of the on-time signal exceeds a second threshold that is longer than the first threshold;
一実施形態に係る制御回路は、N型のハイサイドトランジスタを有する降圧型のDC/DCコンバータを制御する。制御回路は、ブートストラップ端子と、DC/DCコンバータの出力電圧が目標レベルに近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号を生成するパルス幅変調器と、ブートストラップ端子と接続可能に構成された電源ノードを有し、制御パルス信号に応じたゲート駆動信号をハイサイドトランジスタの制御端子に供給するハイサイドドライバと、ブートストラップ端子と接続可能に構成された出力ノードを有し、イネーブル信号がアサートされる間、DC/DCコンバータの入力電圧より高い電圧を生成するチャージポンプ回路と、(i)オンタイム信号にもとづいて、制御パルス信号を生成し、(ii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値を超過している間、イネーブル信号をアサートし、(iii)オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値より長く定められた第2しきい値を越えるとハイサイド用制御パルス信号をハイに固定する、ロジック回路と、を備える。 A control circuit according to one embodiment controls a step-down DC/DC converter having an N-type high-side transistor. The control circuit is configured to be connectable to a bootstrap terminal, a pulse width modulator that generates an on-time signal that is pulse width modulated so that the output voltage of the DC/DC converter approaches a target level, and the bootstrap terminal. It has a power supply node, a high side driver that supplies a control terminal of the high side transistor with a gate drive signal corresponding to the control pulse signal, and an output node that can be connected to a bootstrap terminal, and an enable signal is asserted. a charge pump circuit for generating a voltage higher than the input voltage of the DC/DC converter; (i) generating a control pulse signal based on the on-time signal; (iii) a high-side control pulse when the pulse width of the on-time signal exceeds a second threshold determined longer than the first threshold; a logic circuit for fixing the signal high.
Claims (15)
ブートストラップ端子と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標レベルに近づくようにパルス幅変調されるオンタイム信号を生成するパルス幅変調器と、
その電源ノードが前記ブートストラップ端子と接続されており、ハイサイド用制御パルス信号に応じたゲート駆動信号を前記ハイサイドトランジスタの制御端子に供給するハイサイドドライバと、
その出力ノードが前記ブートストラップ端子と接続されており、イネーブル信号がアサートされる間、前記DC/DCコンバータの入力電圧より高い電圧を生成するチャージポンプ回路と、
(i)前記オンタイム信号にもとづいて、前記ハイサイド用制御パルス信号を生成し、(ii)前記オンタイム信号のパルス幅が第1しきい値を超過している間、前記イネーブル信号をアサートし、(iii)前記オンタイム信号の前記パルス幅が前記第1しきい値より長く定められた第2しきい値を越えると、前記ハイサイド用制御パルス信号をハイに固定する、ロジック回路と、
を備える、制御回路。 A step-down DC/DC converter control circuit having an N-type high-side transistor,
a bootstrap terminal;
a pulse width modulator that generates an on-time signal that is pulse width modulated so that the output voltage of the DC/DC converter approaches a target level;
a high-side driver having a power supply node connected to the bootstrap terminal and supplying a gate drive signal corresponding to the high-side control pulse signal to a control terminal of the high-side transistor;
a charge pump circuit having an output node connected to the bootstrap terminal and generating a voltage higher than the input voltage of the DC/DC converter while an enable signal is asserted;
(i) generating the high-side control pulse signal based on the on-time signal; and (ii) asserting the enable signal while the pulse width of the on-time signal exceeds a first threshold. and (iii) a logic circuit for fixing the high-side control pulse signal to high when the pulse width of the on-time signal exceeds a second threshold longer than the first threshold. ,
A control circuit.
前記オンタイム信号のパルス幅を前記第1しきい値と比較する第1検出回路と、
前記オンタイム信号のパルス幅を前記第2しきい値と比較する第2検出回路と、
前記オン時間を前記第3しきい値と比較する第3検出回路と、
を含む、請求項2に記載の制御回路。 The logic circuit is
a first detection circuit that compares the pulse width of the on-time signal with the first threshold;
a second detection circuit that compares the pulse width of the on-time signal with the second threshold;
a third detection circuit that compares the on-time with the third threshold;
3. The control circuit of claim 2, comprising:
前記第2検出回路の出力を受ける第1入力ノード、前記第3検出回路の出力を受ける第2入力ノード、固定オン信号が発生する出力ノード、前記固定オン信号にもとづく選択信号が入力される制御ノード、を有するマルチプレクサをさらに含む、請求項3に記載の制御回路。 The logic circuit is
A first input node for receiving the output of the second detection circuit, a second input node for receiving the output of the third detection circuit, an output node for generating a fixed ON signal, and a control for inputting a selection signal based on the fixed ON signal. 4. The control circuit of claim 3, further comprising a multiplexer having a node.
前記DC/DCコンバータの前記出力電圧に応じたフィードバック信号を前記目標レベルを規定するしきい値電圧と比較し、前記フィードバック信号が前記しきい値電圧より低くなると所定レベルとなる、コンパレータ出力信号を生成するコンパレータと、
前記コンパレータ出力信号が前記所定レベルとなると、オン時間の計時をスタートするタイマー回路であって、前記オン時間は、前記出力電圧に比例し、前記DC/DCコンバータの入力電圧に反比例する、タイマー回路と、
を含み、前記オンタイム信号は、前記タイマー回路の出力によってリセットされる、請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。 The pulse width modulator is
Comparing a feedback signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter with a threshold voltage that defines the target level, and providing a comparator output signal that becomes a predetermined level when the feedback signal becomes lower than the threshold voltage. a comparator to generate;
A timer circuit that starts counting an on-time when the comparator output signal reaches the predetermined level, wherein the on-time is proportional to the output voltage and inversely proportional to the input voltage of the DC/DC converter. When,
8. A control circuit as claimed in any preceding claim, wherein the on-time signal is reset by the output of the timer circuit.
前記DC/DCコンバータの前記出力電圧に応じたフィードバック信号を前記目標レベルを規定するしきい値電圧と比較し、前記フィードバック信号が前記しきい値電圧より低くなると所定レベルとなる、コンパレータ出力信号を生成するコンパレータと、
前記コンパレータ出力信号が前記所定レベルとなると、オン時間の計時をスタートするタイマー回路であって、前記オン時間は、前記出力電圧に比例し、前記DC/DCコンバータの入力電圧に反比例する、タイマー回路と、
を含み、前記オンタイム信号は、前記タイマー回路の出力によってリセットされ、
前記第3検出回路は、前記コンパレータ出力信号が前記所定レベルの相補レベルとなると、前記タイマー回路による前記オン時間の計時をスタートさせる、請求項3に記載の制御回路。 The pulse width modulator is
Comparing a feedback signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter with a threshold voltage that defines the target level, and providing a comparator output signal that becomes a predetermined level when the feedback signal becomes lower than the threshold voltage. a comparator to generate;
A timer circuit that starts counting an on-time when the comparator output signal reaches the predetermined level, wherein the on-time is proportional to the output voltage and inversely proportional to the input voltage of the DC/DC converter. When,
wherein the on-time signal is reset by the output of the timer circuit;
4. The control circuit according to claim 3, wherein said third detection circuit causes said timer circuit to start counting said ON time when said comparator output signal attains a complementary level of said predetermined level.
前記DC/DCコンバータの前記出力電圧に応じたフィードバック信号と基準電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記ハイサイドトランジスタのオン時間中に前記DC/DCコンバータに流れる電流を示す電流検出信号と前記誤差信号を比較する電流コンパレータと、
前記電流コンパレータの出力にもとづいてレベルが遷移する前記オンタイム信号を出力するオンタイム信号生成回路と、
を含む、請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。 The pulse width modulator is
an error amplifier that amplifies an error between a feedback signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter and a reference voltage to generate an error signal;
a current comparator that compares the error signal with a current detection signal that indicates the current flowing through the DC/DC converter during the ON time of the high-side transistor;
an on-time signal generation circuit that outputs the on-time signal whose level transitions based on the output of the current comparator;
8. A control circuit as claimed in any preceding claim, comprising:
オシレータと、
前記オシレータの出力にもとづいてセットされ、前記電流コンパレータの出力にもとづいてリセットされるフリップフロップと、
を含む、請求項11に記載の制御回路。 The on-time signal generation circuit is
an oscillator;
a flip-flop set based on the output of the oscillator and reset based on the output of the current comparator;
12. The control circuit of claim 11, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021078792A JP2022172706A (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Dc/dc converter, control circuit thereof, and electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021078792A JP2022172706A (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Dc/dc converter, control circuit thereof, and electronic device |
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Family Applications (1)
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JP2021078792A Pending JP2022172706A (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Dc/dc converter, control circuit thereof, and electronic device |
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Country | Link |
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2021
- 2021-05-06 JP JP2021078792A patent/JP2022172706A/en active Pending
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