JP2023145020A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device.
スイッチング電源装置において、NMOSトランジスタをハイサイド駆動する場合には、ゲート電圧をソース電圧より高くする必要がある。これを実現するために、従来、ブートストラップ部が用いられている(例えば特許文献1)。ブートストラップ部からの供給電圧の大きさは、ブートストラップ部におけるブートストラップコンデンサの両端電圧によって決まる。 In a switching power supply device, when driving an NMOS transistor on the high side, the gate voltage needs to be higher than the source voltage. To achieve this, a bootstrap unit has conventionally been used (for example, Patent Document 1). The magnitude of the supply voltage from the bootstrap section is determined by the voltage across the bootstrap capacitor in the bootstrap section.
このため、ブートストラップコンデンサの充電が不足し、両端電圧が低下するとハイサイドNMOSトランジスタをオンオフ駆動することができず、スイッチング電源装置の動作が停止して、電源が停止してしまう、という問題があった。 Therefore, if the bootstrap capacitor is insufficiently charged and the voltage across it drops, the high-side NMOS transistor cannot be turned on and off, causing the switching power supply to stop operating and the power supply to stop. there were.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブートストラップコンデンサの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができるスイッチング電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can suppress insufficient charging of a bootstrap capacitor and suppress power outage.
前述した目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源装置は、下記[1]~[6]を特徴としている。
[1]
入力電圧を変換した出力電圧を出力する出力部を制御するスイッチング電源装置であって、
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、放電抵抗に直列接続されたスイッチをオンして前記出力部の出力電流を前記放電抵抗に供給する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置であること。
[2]
入力電圧を変換した出力電圧を出力する出力部を制御するスイッチング電源装置であって、
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタを常時オフ制御する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置であること。
[3]
入力電圧を変換した出力電圧を出力する出力部を制御するスイッチング電源装置であって、
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタのオンオフ制御のデューティサイクルを低下させる充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置であること。
[4]
[1]~[3]の何れか1項に記載のスイッチング電源装置において、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧と閾値電圧との比較結果を出力する電圧検出部をさらに備え、
前記充電制御部は、前記電圧検出部の比較結果に基づいて前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下していることを判定する、
スイッチング電源装置であること。
[5]
[1]~[4]の何れか1項に記載のスイッチング電源装置において、
起動時であるか否かの判定、前記出力電圧が過電圧であるか否かの判定、パルススキップが発生しているか否かの判定、のうち少なくとも1以上を判定する判定部を備え、
前記充電制御部は、前記判定部の判定結果に基づいて前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下する可能性があると判定する、
スイッチング電源装置であること。
[6]
入力電圧を変換した出力電圧を出力する出力部を制御するスイッチング電源装置であって、
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧と複数の閾値電圧との比較結果を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出部が前記閾値電圧を下回るとの比較結果を出力する毎に、放電抵抗に直列接続されたスイッチをオンして前記出力部の出力電流を前記放電抵抗に供給する第1充電制御、前記制御部を制御して、前記ハイサイドNMOSトランジスタを常時オフ制御する第2充電制御、および、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタのオンオフ制御のデューティサイクルを低下させる第3充電制御の少なくとも2つ以上を組み合わせて順次実行する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置であること。
In order to achieve the above object, the switching power supply device according to the present invention has the following features [1] to [6].
[1]
A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
If it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease, a switch connected in series to the discharge resistor is turned on to supply the output current of the output section to the discharge resistor. and a charging control section.
Must be a switching power supply.
[2]
A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
and a charge control unit that controls the control unit to always turn off the low-side NMOS transistor when it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease. ,
Must be a switching power supply.
[3]
A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
If it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease, the controller is controlled to control the duty cycle of on/off control of the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor. and a charging control section that lowers the
Must be a switching power supply.
[4]
In the switching power supply device according to any one of [1] to [3],
further comprising a voltage detection unit that outputs a comparison result between the voltage across the bootstrap capacitor and a threshold voltage,
The charging control unit determines that the voltage across the bootstrap capacitor is decreasing based on the comparison result of the voltage detection unit.
Must be a switching power supply.
[5]
In the switching power supply device according to any one of [1] to [4],
comprising a determination unit that determines at least one of the following: determining whether it is startup time, determining whether the output voltage is an overvoltage, and determining whether pulse skipping is occurring;
The charging control unit determines that there is a possibility that the voltage across the bootstrap capacitor may decrease based on the determination result of the determination unit.
Must be a switching power supply.
[6]
A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
a voltage detection unit that outputs a comparison result between the voltage across the bootstrap capacitor and a plurality of threshold voltages;
first charging control that turns on a switch connected in series with a discharge resistor to supply the output current of the output unit to the discharge resistor each time the voltage detection unit outputs a comparison result that the voltage is lower than the threshold voltage; a second charging control that controls the control unit to always turn off the high-side NMOS transistor; and a second charge control that controls the control unit to control the on-off of the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor. and a charge control unit that sequentially executes a combination of at least two or more of the third charge controls to reduce the charge.
Must be a switching power supply.
本発明によれば、ブートストラップコンデンサの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができるスイッチング電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching power supply device that can suppress insufficient charging of a bootstrap capacitor and suppress power outage.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading the mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as "embodiment") described below with reference to the accompanying drawings. .
(第1実施形態)
本発明に関する第1実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to each figure.
本実施形態のDC/DCコンバータ1は、入力電圧VINを降圧した出力電圧VOUTを負荷2に供給する。入力電圧VINは、直流電源3から供給される。DC/DCコンバータ1は、入力電圧VINを降圧変換して出力電圧VOUTとして出力する出力部11と、出力部11に対してパルス状の入力電圧VINを供給するスイッチング電源装置12と、ブートストラップコンデンサCBとを備えている。
The DC/
出力部11は、コイルL1と、出力コンデンサC1とを備えている。コイルL1は、スイッチング電源装置12のスイッチ端子TSWと、負荷2との間に接続されている。負荷2は、一端がコイルL1に接続され、他端がグランドに接続されている。出力コンデンサC1は、一端がコイルL1及び負荷2の接続点に接続され、他端がグランドに接続されている。
The
スイッチング電源装置12は、ICチップから構成されている。スイッチング電源装置12は、ローサイドNMOSトランジスタQ1(以下、「トランジスタQ1」と略記することもある)、ハイサイドNMOSトランジスタQ2(以下、「トランジスタQ2」と略記することもある)と、ドライバ部(図1では「DRV」と表記)131,132と、ブートストラップ部14と、出力電圧検出部15と、誤差検出部16と、制御部としてのPWM制御部17と、放電部18と、電圧検出部としてのブート電圧検出部19とを備えている。
The switching
トランジスタQ1、Q2は、NchのパワーMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor;金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)から構成されている。ローサイドNMOSトランジスタQ1は、ソースがグランドに接続され、ドレインがスイッチ端子TSWに接続される。ハイサイドNMOSトランジスタQ2は、ソースがスイッチ端子TSW及びトランジスタQ1のドレインに接続され、ドレインが入力端子TINに接続されている。入力端子TINには、直流電源3から供給される入力電圧VINが入力されている。
The transistors Q1 and Q2 are composed of Nch power MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The source of the low-side NMOS transistor Q1 is connected to ground, and the drain is connected to the switch terminal TSW. The high-side NMOS transistor Q2 has a source connected to the switch terminal TSW and the drain of the transistor Q1, and a drain connected to the input terminal TIN. An input voltage VIN supplied from the
図2に示すように、トランジスタQ2がオン、トランジスタQ1がオフすると、スイッチ端子TSWからは入力電圧VINが出力される。これに対して、トランジスタQ2がオフ、トランジスタQ1がオンすると、スイッチ端子TSWからはグランド電位0Vが出力される。トランジスタQ1、Q2を交互にオン制御することにより、スイッチ端子TSWからはHレベルが入力電圧VIN、Lレベルが0Vのパルス信号(=パルス状の入力電圧VIN)が出力される。このパルス信号を出力部11に入力してコイルL1と出力コンデンサC1とで平滑化することにより、パルス信号のデューティに応じた出力電圧VOUTを負荷2に供給することができる。
As shown in FIG. 2, when the transistor Q2 is turned on and the transistor Q1 is turned off, the input voltage VIN is output from the switch terminal TSW. On the other hand, when the transistor Q2 is turned off and the transistor Q1 is turned on, a ground potential of 0V is output from the switch terminal TSW. By alternately turning on the transistors Q1 and Q2, the switch terminal TSW outputs a pulse signal (=pulse input voltage VIN) in which the H level is the input voltage VIN and the L level is 0V. By inputting this pulse signal to the
なお、トランジスタQ1、Q2のオンオフ切り替え時には、直流電源3の短絡を防ぐために、トランジスタQ1、Q2の双方がオフするデッドタイムDTが設けられている。デッドタイムDT中は、スイッチ端子TSWの電位は、-0.7V、即ちグランド電位0VからトランジスタQ1の寄生ダイオードの順方向電圧0.7V分、下がった電位となる。
Note that when switching on and off the transistors Q1 and Q2, a dead time DT is provided in which both the transistors Q1 and Q2 are turned off in order to prevent short-circuiting of the
ドライバ部131は、図1に示すように、トランジスタQ1のゲートに接続され、トランジスタQ1のオンオフを駆動する回路である。ドライバ部131は、ゲート駆動用電源(図1では「LDO」と表記)141からの電源供給を受けて動作する。ドライバ部131は、Hレベルがゲート駆動電圧VG(例えば5V)、Lレベルがグランド電位0となるパルス信号をトランジスタQ1のゲートに対して出力する。ドライバ部131から出力されるパルス信号がHレベルのときにトランジスタQ1がオンし、LレベルのときにトランジスタQ1がオフする。
As shown in FIG. 1, the
ドライバ部132は、トランジスタQ2のゲートに接続され、トランジスタQ2のオンオフを駆動する回路である。トランジスタQ2は、オンするとソース電位が入力電圧VINと等しくなる。このため、トランジスタQ2のゲートにトランジスタQ1と同様にゲート駆動電圧VGを供給しても、トランジスタQ2のオンを維持することができない。そこで、ドライバ部132は、後述するブートストラップ部14からの電源供給を受けて動作する。ブートストラップ部14は、ブートストラップコンデンサCBを利用して、スイッチ端子TSWの電位(即ちトランジスタQ2のソース電位)にブートストラップコンデンサCBの両端電圧を加算したブート電圧VBを生成する回路である。ブートストラップコンデンサCBの両端電圧は、正常時は後述するようにゲート駆動電圧VGとほぼ等しくなる。
The
ドライバ部132は、Hレベルがブート電圧VB、Lレベルがスイッチ端子TSWの電位となるパルス信号をトランジスタQ2のゲートに出力する。ドライバ部132から出力されるパルス信号がHレベルのときにトランジスタQ2がオンし、LレベルのときにトランジスタQ2がオフする。
The
ブートストラップ部14は、ゲート駆動用電源141と、ダイオードD1とを有している。ゲート駆動用電源141は、入力電圧VINからゲート駆動電圧VGを生成して出力する。ダイオードD1は、アノードにゲート駆動用電源141が接続され、カソードにブート端子TBを介してブートストラップコンデンサCBの一端が接続される。ブートストラップコンデンサCBは、他端がスイッチ端子TSWに接続されている。
The
ドライバ部131がトランジスタQ1のゲートにゲート駆動電圧VG(Hレベルのパルス信号)を供給すると、トランジスタQ1がオンする。ドライバ部132がトランジスタQ2のゲートにスイッチ端子TSWの電位(Lレベルのパルス信号)を供給すると、トランジスタQ2がオフする。トランジスタQ1がオン、トランジスタQ2がオフのとき、スイッチ端子TSWはグランド電位0Vとなる。スイッチ端子TSWがグランド電位0Vとなると、ゲート駆動用電源141からの電流が、ダイオードD1を介してブートストラップコンデンサCBに供給され、ブートストラップコンデンサCBが充電される。これにより、図2に示すように、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧がゲート駆動電圧VGに向かって上昇する。特に、デッドタイムDT中は、スイッチ端子TSWの電位が-0.7Vとなるため、ブートストラップコンデンサCBの充電が早い。
When the
次に、ドライバ部131がトランジスタQ1にグランド電位(Lレベルのパルス信号)を供給すると、トランジスタQ1がオフする。ドライバ部132がトランジスタQ2にブート電圧VB(Hレベルのパルス信号)を供給すると、トランジスタQ2がオンする。この切り替わり時に、スイッチ端子TSWの電位、即ちトランジスタQ2のソース電位が、グランドから入力電圧VINまで上昇する。しかしながら、ブートストラップコンデンサCBは図2に示すようにゆっくりと放電するものの、その両端電圧はほぼゲート駆動電圧VGを保ったままなので、ブート電圧VBは常にトランジスタQ2のソース電位+ゲート駆動電圧VGとなり、トランジスタQ2のオンが継続する。また、ダイオードD1の働きによりブートストラップコンデンサCBからの電流がゲート駆動用電源141に流れ込むことがない。
Next, when the
出力電圧検出部15は、図1に示すように、出力電圧VOUTに応じた検出電圧VRを後述する誤差検出部16に対して出力する。出力電圧検出部15は、抵抗R1、R2を有する。抵抗R1は一端がグランドに接続され、他端が抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2は、他端がフィードバック端子TFBを介してコイルL1とコンデンサC1との接続点(=出力部11の出力)に接続されている。抵抗R1,R2の接続点には、出力電圧VOUTを抵抗R1、R2で分圧した検出電圧VRが出力される。
As shown in FIG. 1, the output
誤差検出部16は、検出電圧VRと基準電圧VREFとの誤差を増幅した誤差信号VFBをPWM制御部17に出力する。基準電圧VREFは、出力電圧VOUTが目標電圧となったときに出力電圧検出部15から出力される検出電圧VRと等しくなるように設定されている。PWM制御部17は、誤差信号VFBに応じたデューティのパルス信号がドライバ部131,132から出力されるようにドライバ部131,132を制御する。
The
上述したDC/DCコンバータ1においては、ブートストラップコンデンサCBの充電が不足すると、トランジスタQ2をオンすることができなくなり、電源供給が停止する、という問題があった。ブートストラップコンデンサCBの充電不足の原因としては、下記が挙げられる。図3に示すように、例えば、入力電圧VINと出力電圧VOUTとの電位差が小さい場合、スイッチ端子TSWから出力されるパルス信号のデューティが高くなる。デューティが高くなると、スイッチ端子TSWの電位がLow(グランド電位)となる時間が短くなり、ブートストラップコンデンサCBの充電が不足する。
In the DC/
また、負荷2に流れる負荷電流(図2に示すコイルL1のリップル電流ΔIL1の1/2)が少ない場合、トランジスタQ1がオン、トランジスタQ2がオフのときに、コンデンサC1からコイルL1に向かう逆電流が発生する。その後、トランジスタQ1、Q2の双方がオフになると(デッドタイムDTになると)、逆電流がトランジスタQ2の寄生ダイオードを通じて入力端子TINに流れる。このため、図3に示すように、デッドタイムDT中に、スイッチ端子TSWの電位が入力電圧VIN+寄生ダイオードの順方向電圧0.7V(Hレベル)となる。よって、ブートストラップコンデンサCBの充電時間が短くなり、ブートストラップコンデンサCBの充電が不足する。 In addition, when the load current flowing through the load 2 (1/2 of the ripple current ΔIL1 of the coil L1 shown in FIG. 2) is small, when the transistor Q1 is on and the transistor Q2 is off, a reverse current flows from the capacitor C1 to the coil L1. occurs. Thereafter, when both transistors Q1 and Q2 are turned off (dead time DT), a reverse current flows to the input terminal TIN through the parasitic diode of transistor Q2. Therefore, as shown in FIG. 3, during the dead time DT, the potential of the switch terminal TSW becomes the input voltage VIN+the forward voltage of the parasitic diode 0.7V (H level). Therefore, the charging time of the bootstrap capacitor CB becomes short, and the charging of the bootstrap capacitor CB becomes insufficient.
また、図4に示すように、出力電圧VOUTが目標電圧を超えるなどして、パルス信号のパルススキップが発生して、スイッチング動作が停止してスイッチ端子TSWがハイインピーダンス状態となると、ブートストラップコンデンサCBの充電が不足する。 In addition, as shown in FIG. 4, when the output voltage VOUT exceeds the target voltage, pulse skipping of the pulse signal occurs, the switching operation stops, and the switch terminal TSW becomes a high impedance state, the bootstrap capacitor CB is insufficiently charged.
そこで、本実施形態では、DC/DCコンバータ1は、図1に示すように、放電部18と、ブート電圧検出部19と、充電制御部171とを備えている。放電部18は、放電抵抗R3と、トランジスタQ3とを備えている。放電抵抗R3は、フィードバック端子TFBとトランジスタQ3のドレインとの間に接続されている。トランジスタQ3は、ソースがグランドに接続され、ゲートが後述する充電制御部171に接続されている。トランジスタQ3がオンすると、出力部11の出力電流を放電抵抗R3に供給することができる。
Therefore, in this embodiment, the DC/
本実施形態では、ブート電圧検出部19は、第1電圧検出器191と、第2電圧検出器192と、第3電圧検出器193と、を備えている。第1~第3電圧検出器191~193は、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧を検出し、検出したブートストラップコンデンサCBの両端電圧と第1~第3閾値電圧(例えば第1閾値電圧=4V、第2閾値電圧=3V、第3閾値電圧=2V)との比較結果を充電制御部171に対して出力する。
In this embodiment, the
充電制御部171は、第1~第3電圧検出器191~193の比較結果に基づいてブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第1~第3閾値電圧を下回る毎に下記の(A)~(C)の何れか1つを実行して、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やす制御を行う。
The charging
(A)充電制御部171は、トランジスタQ3をオンして、出力部11の出力電流を放電抵抗R3に向かって電流を流す。この場合、図3と図5との比較からも明らかなように、出力電流が増加し、コイルL1に逆電流が流れるのを防ぐことができる。このため、トランジスタQ1、Q2の双方がオフのデッドタイムDT中に、スイッチ端子TSWの電位をLレベル(-0.7V)とすることができる。これにより、ブートストラップコンデンサCBの充電時間を長くすることができ、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。
(A) The charging
(B)充電制御部171は、図6に示すように、トランジスタQ1が常時オフとなるようにドライバ部131を制御すると共に、トランジスタQ2が誤差信号VFBに応じたデューティでオンオフするようにドライバ部132を制御する。この場合、図3及び図6の比較からも明らかなように、トランジスタQ2がオフ期間中、常にデッドタイムDTとなり、スイッチ端子TSWの電位を継続的に-0.7Vとすることができる。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電時間を長くすると共に充電を早くすることができ、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。
(B) As shown in FIG. 6, the charging
(C)充電制御部171は、ドライバ部131,132から出力されるパルス信号のデューティサイクルを強制的に低下させるようドライバ部131,132を制御する。PWM制御部17は、発振器が内蔵され、発振器の発振周波数のパルス信号を誤差信号VFBに応じたデューティに変換してトランジスタQ1、Q2のゲートに出力する。そこで、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下している場合、充電制御部171は、発振器の周波数を下げて、ドライバ部131,132から出力されるパルス信号のデューティサイクルを強制的に低下させる。即ち、トランジスタQ1、Q3のオンオフ制御のデューティサイクルを低下させる。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電時間を長くすることができ、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。このように、デューティサイクルを強制的に低下させると出力電圧VOUTが低下する恐れがあるが、ブートストラップコンデンサCBの充電不足による電源の遮断という最悪の事態は回避することができる。
(C) The charging
本実施形態では、充電制御部171は、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第1閾値電圧を下回ったとき、上記(A)の第1充電制御を実行する。また、充電制御部171は、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第2閾値電圧を下回ったとき、上記(B)の第2充電制御を実行する。さらに、充電制御部171は、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第3閾値電圧を下回ったとき、上記(C)の第3充電制御を実行する。
In this embodiment, the charging
上述した実施形態によれば、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下した場合、放電抵抗R3に出力部11の出力電流を流して、出力電流を増やして、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができる。
According to the embodiment described above, when the voltage across the bootstrap capacitor CB decreases, the output current of the
上述した実施形態によれば、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下した場合、ローサイドNMOSトランジスタQ1を常時オフにして、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができる。 According to the embodiment described above, when the voltage across the bootstrap capacitor CB decreases, the low-side NMOS transistor Q1 can be turned off at all times to increase the amount of charge in the bootstrap capacitor CB. Therefore, insufficient charging of the bootstrap capacitor CB can be suppressed, and power outage can be suppressed.
上述した実施形態によれば、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下した場合、ドライバ部131,132から出力されるパルス信号のデューティサイクルを強制的に低下させて、ブートストラップコンデンサCBの充電量を増やすことができる。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができる。
According to the embodiment described above, when the voltage across the bootstrap capacitor CB decreases, the duty cycle of the pulse signals output from the
上述した実施形態によれば、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第1閾値電圧~第3閾値電圧を下回る毎に、充電制御部171は(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御を順番に実行する。これにより、より一層精度よく、ブートストラップコンデンサCBの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができる。
According to the embodiment described above, each time the voltage across the bootstrap capacitor CB falls below the first to third threshold voltages, the charging
なお、上述した第1実施形態では、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が第1閾値電圧~第3閾値電圧を下回る毎に(A)~(C)の順に実行していたが、これに限ったものではない。(A)~(C)の順番はどの順でもよい。 Note that in the first embodiment described above, steps (A) to (C) are executed in the order each time the voltage across the bootstrap capacitor CB falls below the first threshold voltage to the third threshold voltage, but this is not limited to this. It's not a thing. (A) to (C) may be placed in any order.
また、上述した第1実施形態では、ブートストラップコンデンサCBの閾値電圧を3つ設けていたが、これに限ったものではない。閾値電圧を2つ設けて、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が閾値電圧を下回る毎に(A)~(C)のうち2つを順番に実行するようにしてもよい。また、閾値電圧を1つだけ設けて、コンデンサCBの両端電圧が閾値電圧を下回ると(A)~(C)のうち1つを実行するようにしてもよい。 Further, in the first embodiment described above, three threshold voltages are provided for the bootstrap capacitor CB, but the present invention is not limited to this. Two threshold voltages may be provided, and two of (A) to (C) may be executed in order each time the voltage across the bootstrap capacitor CB falls below the threshold voltage. Alternatively, only one threshold voltage may be provided, and one of (A) to (C) may be executed when the voltage across the capacitor CB falls below the threshold voltage.
また、上述した第1実施形態では、充電制御部171は、(A)の第1充電制御~(C)の第2充電制御の1つを実行していたが、これに限ったものではない。充電制御部171は、(A)の第1充電制御~(C)の第2充電制御の2つ以上を同時に実行するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment described above, the charging
(第2実施形態)
次に、本発明に関する具体的な第2実施形態について、図7を参照しながら以下に説明する。なお、図7において、上述した第1実施形態で既に説明した図1に示すDC/DCコンバータ1と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a specific second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition, in FIG. 7, the same reference numerals are attached to the same parts as those of the DC/
同図に示すように、DC/DCコンバータ1Bは、出力部11と、スイッチング電源装置12Bと、ブートストラップコンデンサCBとを備えている。出力部11、ブートストラップコンデンサCBについては、第1実施形態と同様のためここでは詳細な説明を省略する。
As shown in the figure, the DC/
スイッチング電源装置12Bは、第1実施形態で既に説明したトランジスタQ1、Q2と、ドライバ部131,132と、ブートストラップ部14と、出力電圧検出部15と、誤差検出部16と、PWM制御部17と、放電部18と、ブート電圧検出部19とに加えて、判定部としての過電圧判定部20、ソフトスタート判定部21およびパルススキップ判定部22と、OR回路23とを備えている。
The switching
上述した第1実施形態では、充電制御部171は、コンデンサCBの両端電圧を直接検出して、コンデンサCBの両端電圧が低下していると判定して、上記(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御を実行していたが、これに限ったものではない。充電制御部171は、コンデンサCBの両端電圧が低下する可能性がある場合、上記(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御を実行するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the charging
DC/DCコンバータ1には、出力電圧VOUTが過電圧となると、トランジスタQ1、Q2のスイッチング動作を停止させる機能が備わっている。スイッチング動作が停止されると、上述したパルススキップと同様に、ブートストラップコンデンサCBの充電不足が発生し、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下する恐れがある。そこで、本実施形態のスイッチング電源装置12Bは、過電圧判定部20を備えている。過電圧判定部20は、検出電圧VRが過電圧閾値を超えた場合、過電圧であると判定し、その旨をOR回路23に出力する。
The DC/
また、DC/DCコンバータ1の起動時(スタート時)は、ブートストラップコンデンサCBに電荷が蓄積されていないことが多く、また、入力電圧VINが低下していることもある。このため、コンデンサCBの両端電圧が低下する可能性が高い。そこで、本実施形態のスイッチング電源装置12Bは、ソフトスタート判定部21を備えている。DC/DCコンバータ1は、スタート時には基準電圧VREFを設定値よりも低くし、徐々に設定値まで高くするソフトスタート機能が備わっている。ソフトスタート判定部21は、基準電圧VREFが設定値よりも低ければ、ソフトスタート時であると判定し、その旨をOR回路23に出力する。
Further, when the DC/
また、上述したように出力電圧VOUTが目標電圧を越えてパルススキップが発生した場合も、ブートストラップコンデンサCBの充電不足が発生し、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下する恐れがある。そこで、本実施形態のスイッチング電源装置12Bは、パルススキップ判定部22を備えている。パルススキップ判定部22は、誤差信号VFBを監視し、出力電圧VOUTが目標電圧に達し、パルススキップが発生していると判定すると、その旨をOR回路23に出力する。
Furthermore, as described above, when the output voltage VOUT exceeds the target voltage and pulse skipping occurs, the bootstrap capacitor CB may become insufficiently charged, and the voltage across the bootstrap capacitor CB may drop. Therefore, the switching
OR回路23は、充電制御部171に接続されており、過電圧、ソフトスタート、パルススキップの何れか1つが発生していると判定された場合、その旨を充電制御部171に伝える。充電制御部171は、過電圧、ソフトスタート、パルススキップの何れか1つ以上が発生した場合、ブートストラップコンデンサCBの充電が不足している、または、これから不足する可能性があると判定し、上記(A)の第1充電制御~(C)の第2充電制御の少なくとも1つを実行する。
The OR
上述した実施形態によれば、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧が低下する可能性が高い場合に、(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御の何れか1つを実行する。このため、ブートストラップコンデンサCBの充電不足を抑制し、電源停止を抑制することができる。 According to the embodiment described above, when there is a high possibility that the voltage across the bootstrap capacitor CB will decrease, any one of the first charging control (A) to the third charging control (C) is executed. . Therefore, insufficient charging of the bootstrap capacitor CB can be suppressed, and power outage can be suppressed.
なお、上述した第2実施形態によれば、スイッチング電源装置12Bは、過電圧判定部20、ソフトスタート判定部21、パルススキップ判定部22の3つの判定部を有しているが、これに限ったものではない。スイッチング電源装置12Bは、過電圧判定部20、ソフトスタート判定部21、パルススキップ判定部22のうち少なくとも1つ以上を有していればよい。
Note that, according to the second embodiment described above, the switching
また、上述した第2実施形態では、スイッチング電源装置12Bは、ブート電圧検出部19を有し、ブートストラップコンデンサCBの両端電圧と閾値電圧との比較に基づいて、(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御を実行していたが、これに限ったものではない。スイッチング電源装置12Bは、ブート電圧検出部19を備えていなくてもよく、判定部20~22の判定結果に応じてのみ(A)の第1充電制御~(C)の第3充電制御を実行するようにしてもよい。
Further, in the second embodiment described above, the switching
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, number, arrangement location, etc. of each component in the above-described embodiments are arbitrary as long as the present invention can be achieved, and are not limited.
上述した実施形態によれば、出力部11は降圧型から構成されていたが、これに限ったものではない。出力部11は入力電圧を昇圧変換する昇圧型から構成されていてもよい。
According to the embodiment described above, the
11 出力部
12 スイッチング電源装置
14 ブートストラップ部
17 PWM制御部(制御部)
19 ブート電圧検出部(電圧検出部)
20 過電圧判定部(判定部)
21 ソフトスタート判定部(判定部)
22 パルススキップ判定部(判定部)
171 充電制御部
CB ブートストラップコンデンサ
Q1 ローサイドNMOSトランジスタ
Q2 ハイサイドNMOSトランジスタ
Q3 トランジスタ(スイッチ)
R3 放電抵抗
VB ブート電圧
VIN 入力電圧
VOUT 出力電圧
11
19 Boot voltage detection section (voltage detection section)
20 Overvoltage judgment section (judgment section)
21 Soft start judgment section (judgment section)
22 Pulse skip determination section (determination section)
171 Charging control section CB Bootstrap capacitor Q1 Low-side NMOS transistor Q2 High-side NMOS transistor Q3 Transistor (switch)
R3 Discharge resistance VB Boot voltage VIN Input voltage VOUT Output voltage
Claims (6)
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、放電抵抗に直列接続されたスイッチをオンして前記出力部の出力電流を前記放電抵抗に供給する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置。 A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
If it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease, a switch connected in series to the discharge resistor is turned on to supply the output current of the output section to the discharge resistor. and a charging control section.
Switching power supply.
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタを常時オフ制御する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置。 A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
and a charge control unit that controls the control unit to always turn off the low-side NMOS transistor when it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease. ,
Switching power supply.
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下している、または、低下する可能性があると判定した場合、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタのオンオフ制御のデューティサイクルを低下させる充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置。 A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
If it is determined that the voltage across the bootstrap capacitor has decreased or is likely to decrease, the controller is controlled to control the duty cycle of on/off control of the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor. and a charging control section that lowers the
Switching power supply.
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧と閾値電圧との比較結果を出力する電圧検出部をさらに備え、
前記充電制御部は、前記電圧検出部の比較結果に基づいて前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下していることを判定する、
スイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to any one of claims 1 to 3,
further comprising a voltage detection unit that outputs a comparison result between the voltage across the bootstrap capacitor and a threshold voltage,
The charging control unit determines that the voltage across the bootstrap capacitor is decreasing based on the comparison result of the voltage detection unit.
Switching power supply.
起動時であるか否かの判定、前記出力電圧が過電圧であるか否かの判定、パルススキップが発生しているか否かの判定、のうち少なくとも1以上を判定する判定部を備え、
前記充電制御部は、前記判定部の判定結果に基づいて前記ブートストラップコンデンサの両端電圧が低下する可能性があると判定する、
スイッチング電源装置。 In the switching power supply device according to any one of claims 1 to 4,
comprising a determination unit that determines at least one of the following: determining whether it is startup time, determining whether the output voltage is an overvoltage, and determining whether pulse skipping is occurring;
The charging control unit determines that there is a possibility that the voltage across the bootstrap capacitor may decrease based on the determination result of the determination unit.
Switching power supply.
互いに直列接続されたローサイドNMOSトランジスタ及びハイサイドNMOSトランジスタと、
前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタを交互にオン制御して、前記出力部を制御する制御部と、
前記ハイサイドNMOSトランジスタを駆動するために、前記ハイサイドNMOSトランジスタのソース電位よりブートストラップコンデンサの両端電圧だけ高圧側にシフトさせたブート電圧を生成するブートストラップ部と、
前記ブートストラップコンデンサの両端電圧と複数の閾値電圧との比較結果を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出部が前記閾値電圧を下回るとの比較結果を出力する毎に、放電抵抗に直列接続されたスイッチをオンして前記出力部の出力電流を前記放電抵抗に供給する第1充電制御、前記制御部を制御して、前記ハイサイドNMOSトランジスタを常時オフ制御する第2充電制御、および、前記制御部を制御して、前記ローサイドNMOSトランジスタ及び前記ハイサイドNMOSトランジスタのオンオフ制御のデューティサイクルを低下させる第3充電制御の少なくとも2つ以上を組み合わせて順次実行する充電制御部とを備えた、
スイッチング電源装置。 A switching power supply device that controls an output section that outputs an output voltage obtained by converting an input voltage,
a low-side NMOS transistor and a high-side NMOS transistor connected in series with each other;
a control unit that controls the output unit by alternately controlling the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor to turn on;
a bootstrap unit that generates a boot voltage that is shifted from the source potential of the high-side NMOS transistor to a high voltage side by a voltage across a bootstrap capacitor in order to drive the high-side NMOS transistor;
a voltage detection unit that outputs a comparison result between the voltage across the bootstrap capacitor and a plurality of threshold voltages;
first charging control that turns on a switch connected in series with a discharge resistor to supply the output current of the output unit to the discharge resistor each time the voltage detection unit outputs a comparison result that the voltage is lower than the threshold voltage; a second charging control that controls the control unit to always turn off the high-side NMOS transistor; and a second charge control that controls the control unit to control the on-off of the low-side NMOS transistor and the high-side NMOS transistor. a charging control unit that sequentially executes a combination of at least two or more of the third charging controls to reduce the charge;
Switching power supply.
Priority Applications (1)
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