JP4090660B2 - Current-voltage conversion circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流を抵抗による電圧降下から検出して電圧として出力する電流―電圧変換回路およびそれを利用した電流モードDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータの電源回路などとして使用される従来の降圧型電流モードDC−DCコンバータの代表的な回路図を図8に示す。この図において、11は電源電圧Vccをオンオフするスイッチング素子としてのPMOSトランジスタであり、ダイオード12、インダクタ13およびキャパシタ14とともに電圧発生部16を構成する。ダイオード12は、アノードが接地され、カソードが前記PMOSトランジスタ11のドレインに接続される。インダクタ13は一端が前記PMOSトランジスタ11のドレインに接続され、他端は出力端子15に接続される。キャパシタ14は出力端子15と接地間に接続される。
【0003】
PMOSトランジスタ11のソースと電源電圧Vcc間には、PMOSトランジスタ11を介して流れる出力電流を電圧降下で検出する抵抗17が接続され、この抵抗17の前記ソース側の一端と反対側の他端(電源電圧Vcc)は増幅器18のプラス入力、マイナス入力にそれぞれ接続される。そして、この増幅器18の出力は加算器19の第1入力に接続されており、この加算器19の第2入力には鋸歯状波電圧発生回路20から鋸歯状波電圧が供給される。このように接続された抵抗17、増幅器18、加算器19および鋸歯状波電圧発生回路20は、DC−DCコンバータの出力電流を抵抗による電圧降下から検出して電圧として出力し、かつその電圧に鋸歯状波電圧を加算する電流―電圧変換回路21を構成する。
【0004】
出力端子15の出力電圧は抵抗22,23で分圧されており、分圧点の電圧は誤差増幅器24のマイナス入力に供給される。この誤差増幅器24のプラス入力には基準電圧25が供給される。誤差増幅器24の出力はPWM(パルス幅変調)用の比較器26のマイナス入力に供給され、この比較器26のプラス入力には前記加算器19の出力が供給される。さらに、比較器26の出力はフリップフロップ回路27のリセット入力に供給されており、このフリップフロップ回路27のQ出力は前記PMOSトランジスタ11のゲートに接続される。フリップフロップ回路27のセット入力には発振器28の出力が供給されている。
【0005】
このように構成されたDC−DCコンバータにおいては、抵抗17の両端の電圧差(抵抗17による電圧降下)をオペアンプ型の増幅器18で検知・増幅することにより、出力電流を検出して電圧として出力しており、その出力電圧に加算器19で鋸歯状波電圧発生回路20からの鋸歯状波電圧が加算される。この加算器19の出力電圧は、前記出力電流に応じて変化する。また、DC−DCコンバータの出力端子15の出力電圧が抵抗22,23で分圧されており、その分圧電圧と基準電圧25が誤差増幅器24で比較されることにより、出力端子15の出力電圧の誤差に応じた電圧が誤差増幅器24の出力に得られる。そして、この誤差増幅器24の出力電圧と加算器19の出力電圧が比較器26で比較されることにより、DC−DCコンバータの出力電圧と出力電流により制御されたPWM信号が比較器26の出力に得られ、このPWM信号でフリップフロップ回路27を介してPMOSトランジスタ11をスイッチング制御することにより、電源電圧Vccより低い一定の出力直流電圧を電圧発生部16で発生させて出力端子15に得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のDC−DCコンバータでは、出力電流を検出し電圧として出力する方法として、抵抗17の両端の電圧差をオペアンプ型の増幅器18で検知・増幅しているので、回路構成が複雑になり、IC化において種々の弊害が発生するという問題点があった。すなわち、従来の図8の回路では、増幅器18のマイナス入力は電源電圧Vcc固定、プラス入力は、抵抗17による電圧降下が生じているときでも電源電圧からその電圧降下分の高々数100mV程度下がった電圧であるため、両入力とも入力電圧はほぼ回路の電源電圧Vccである。したがって、この増幅器18に求められる機能として、同相入力電圧範囲が電源電圧を含んでいることが挙げられる。しかしながら、増幅器18として使用される通常のオペアンプはこの機能を有しておらず、この機能を持たせるには複雑な回路構成が必要となる。そして、これは、このDC−DCコンバータをIC化する場合にチップ内の素子数の増加を招き、これは、チップサイズの増加あるいは消費電流の増加につながる。
【0007】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、回路構成が簡単になり、CMOSプロセスでのIC化に好適し、しかも電源電圧付近(降圧型DC−DCコンバータの場合)あるいは接地電圧付近(昇圧型DC−DCコンバータの場合)の電圧でも問題なく動作し、微小な電圧差でも精度よく検知することができる電流―電圧変換回路およびそれを利用したDC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流―電圧変換回路は、電流を抵抗による電圧降下から検出して電圧として出力する電流―電圧変換回路であって、前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備することを特徴とする。
【0009】
本発明のDC−DCコンバータは、出力電流を抵抗による電圧降下から検出して電圧として出力し、かつその電圧に鋸歯状波電圧を加算する電流―電圧変換回路を有し、この電流―電圧変換回路出力と出力電圧誤差電圧からPWM信号を発生させ、このPWM信号でスイッチング素子をスイッチング制御するようにしたDC−DCコンバータであって、前記電流―電圧変換回路は、前記スイッチング素子と直列に接続された出力電流検出用抵抗と、この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換し、同時に鋸歯状波電圧を加算する電流―電圧変換部とを具備することを特徴とする。
【0010】
上記の記載から明らかなように本発明では、従来の抵抗両端の電圧差をオペアンプ型の増幅器で検知・増幅する代わりに、この電圧差を一度電流に変換し、その後電圧に再変換する手法をとる。この手法において、電圧―電流変換部は、検知する電圧が電源電圧付近(降圧型DC−DCコンバータの場合)あるいは接地電圧付近(昇圧型DC−DCコンバータの場合)でも特に問題はなく、微小な電圧差でも精度よく検知することができる。さらに、回路構成は、特殊な機能が不要であるからごく簡単な構成とし得る。また、再度電圧に戻す電流―電圧変換部には一般的なオペアンプ(増幅器)を使用することができ、このオペアンプのバイアス電圧として鋸歯状波電圧を供給することにより、鋸歯状波電圧の加算も同時に実現できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態としての降圧型電流モードDC−DCコンバータを示す回路図である。このDC−DCコンバータは、電流―電圧変換回路31の構成が図8の従来例と相違する。そこで、以下の説明では電流―電圧変換回路31部分についてのみ詳述することとし、その他の同一部分は図8の各部と同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【0012】
電流―電圧変換回路31は、検出用抵抗32と、電圧―電流変換部33と、電流―電圧変換部としての増幅器(オペアンプ)34と、鋸歯状波電圧発生回路35からなる。検出用抵抗32は、スイッチング素子としてのPMOSトランジスタ11のソースと電源電圧Vcc間に接続される。この検出用抵抗32の前記ソース側の一端、および反対側の他端(電源電圧Vcc)は、電圧―電流変換部33の第1、第2入力にそれぞれ接続される。この電圧―電流変換部33の出力は増幅器34のマイナス入力に接続され、この増幅器34のプラス入力には鋸歯状波電圧発生回路35の出力が接続される。増幅器34の出力とマイナス入力間には帰還用の抵抗36が接続されており、増幅器34の出力が比較器26のプラス入力に接続される。
【0013】
このように構成された電流―電圧変換回路31においては、抵抗32両端の電圧差が電圧―電流変換部33で電流に変換され、さらにその電流が増幅器34で電圧に再変換されるもので、これにより従来の電流―電圧変換回路と同様に、出力電流を抵抗による電圧降下から検出して電圧として出力することができる。しかも、増幅器34で電流を電圧に再変換する際、増幅器34のプラス入力に鋸歯状波電圧発生回路35から鋸歯状波電圧がバイアス電圧として供給されることにより、増幅器34の出力電圧に鋸歯状波電圧を加算することができる。したがって、増幅器34の出力電圧を誤差増幅器24の出力電圧と比較することにより、PWM信号を発生させることができる。
【0014】
図2は、上記電流―電圧変換回路31(特に電圧―電流変換部33)の第1の具体的回路図を示す。電圧―電流変換部33は、定電流源41、抵抗42,43およびMOSトランジスタ44〜54で構成される。MOSトランジスタ44〜54のうち、MOSトランジスタ44,45はPMOSトランジスタ、MOSトランジスタ46〜54はNMOSトランジスタである。電源電圧Vccと接地間には、定電流源41、NMOSトランジスタ46およびNMOSトランジスタ47がこれらの順で直列接続される。NMOSトランジスタ46およびNMOSトランジスタ47は、それぞれドレインとゲートが共通接続される。この直列回路には、定電流源41によって定電流Irが流れる。検出用抵抗32の一端(PMOSトランジスタ11のソース側)には抵抗42を介してPMOSトランジスタ44のソースが接続される。このPMOSトランジスタ44はゲートがドレインに共通接続される。このPMOSトランジスタ44のドレインと接地間にはNMOSトランジスタ48およびNMOSトランジスタ49がこれらの順で直列接続される。検出用抵抗32の他端(電源電圧Vcc)には抵抗43を介してPMOSトランジスタ45のソースが接続される。このPMOSトランジスタ45のドレインと接地間には、NMOSトランジスタ50およびNMOSトランジスタ51がこれらの順で直列接続される。NMOSトランジスタ50のゲートおよび前記NMOSトランジスタ48のゲートは前記NMOSトランジスタ46のゲートに共通接続される。NMOSトランジスタ51のゲートおよび前記NMOSトランジスタ49のゲートは前記NMOSトランジスタ47のゲートに共通接続される。前記PMOSトランジスタ45のソースにはNMOSトランジスタ52のドレインが接続され、このNMOSトランジスタ52のゲートはPMOSトランジスタ45のドレインに接続される。NMOSトランジスタ52のソースにはNMOSトランジスタ53のドレインが接続される。このNMOSトランジスタ53は、ドレインとゲートが共通接続され、かつソースが接地される。NMOSトランジスタ53のゲートにはNMOSトランジスタ54のゲートが接続される。このNMOSトランジスタ54はソースが接地され、ドレインが電流―電圧変換部としての増幅器(オペアンプ)34のマイナス入力に接続される。この増幅器34のプラス入力には図1と同様に鋸歯状波電圧発生回路35の出力が接続される。さらに、増幅器34の出力とマイナス入力間には抵抗36が接続される。なお、MOSトランジスタ44〜54のバックゲート端子は、PMOSトランジスタ44,45についてはすべてソース端子に、NMOSトランジスタ46〜54についてはすべて接地に接続される。
【0015】
上記回路構成においてNMOSトランジスタ47,49,51はカレントミラー回路を構成し、これらの素子のチャネル長、チャネル幅比(W/L)を等しく設定すれば、NMOSトランジスタ49,51のドレイン電流はほぼ定電流Irに等しい。NMOSトランジスタ46,48,50はNMOSトランジスタ49,51のドレイン電圧を等しく固定し、チャネル長変調効果によるドレイン電流のバラツキを防ぐ。スイッチング素子としてのPMOSトランジスタ11のソースの電圧をVsとすると、検出用抵抗32(抵抗値Rs)を流れる全電流のうちPMOSトランジスタ11を流れる電流分Ioは、抵抗42(抵抗値R1)へ流れる電流Irに比べて極めて大きいので、
【数1】
となる。
【0016】
また、PMOSトランジスタ44,45のソースの電圧は、これらPMOSトランジスタ44,45のW/Lを等しく設定することで等しくなり、これをVs7とすると、
【数2】
となる。したがって、NMOSトランジスタ52のドレインへ流れる電流I9は、抵抗42,43の抵抗値R1,R2を等しく設定すれば、
【数3】
となり、出力電流Io(抵抗32の端子間電圧)に比例する電流が取出せる。NMOSトランジスタ52は負帰還ループ(動作は後述する)を構成しており、電流I9を精度よく取出すことができる。したがって、NMOSトランジスタ53とNMOSトランジスタ54のW/Lを等しく設定すれば、NMOSトランジスタ54のドレイン電流も電流I9と等しくなり、出力電流Ioに比例した電流となる。そして、このNMOSトランジスタ54のドレイン電流(電流I9)が増幅器34のマイナス入力から引き出され、かつ増幅器34のプラス入力に鋸歯状波電圧(Vrg)が印加されることにより、増幅器34の出力電圧Vaoは
【数4】
(ただし、R3は抵抗36の抵抗値)となる。すなわち、出力電圧Vaoとして、出力電流Ioに比例し、かつ鋸歯状波電圧Vrgが加算された電圧を得ることができる。ここで、RsIoの増幅率はR3/R2の抵抗比で決まる。
【0017】
電流―電圧変換回路31の具体的回路は以上であるが、この具体例において、電圧―電流変換部33の動作を端的に述べれば次の通りである。すなわち、PMOSトランジスタ44,45のソース電圧を同一、PMOSトランジスタ44,45のドレイン電流を一定としておけば、抵抗32の端子間電圧が変化し、PMOSトランジスタ44,45のソース電圧が変化したとき、PMOSトランジスタ44,45のドレイン電流は一定であるから、前記変化に比例した電流が電流I9として取出せるというものである。
【0018】
また、この電圧―電流変換部33においてNMOSトランジスタ52は負帰還ループを構成しているが、この負帰還ループの動作は次の通りである。すなわち、何らかの原因でPMOSトランジスタ45のドレイン電流が増加し、その結果として電流I9が減少し、電流I9と抵抗32の端子間電圧(出力電流Io)との比例関係が崩れるようになると、前記PMOSトランジスタ45のドレイン電流が増大することにより、NMOSトランジスタ52のゲート電圧が上昇し、その結果としてNMOSトランジスタ52の導通度が増して電流I9が増大するようになるので、電流I9と抵抗32の端子間電圧との比例関係が回復し維持される。これとは逆に、PMOSトランジスタ45のドレイン電流が減少し、電流I9が増大した場合は、上記とは逆の作用で電流I9が減少し、やはり電流I9と抵抗32の端子間電圧との比例関係が維持される。
【0019】
そして、以上のようにして上記電圧―電流変換部33によれば、電源電圧付近の電圧でも問題なく、かつ微小な抵抗32両端の電圧差でも精度よく検知して電流に変換できる。さらに、回路構成は上記のように簡単であり、CMOSプロセスでのIC化に好適する。さらに、増幅器34は、電圧―電流変換部33からの電流を電圧に変換すると同時に、その電圧に鋸歯状波電圧を加算できる。
【0020】
図3は電流―電圧変換回路31の第2の具体的回路図で、図2の電圧―電流変換部33を簡略化した回路例である。この回路では、図2のNMOSトランジスタ46,48,50,53が省略されている。したがって、電源電圧Vccと接地間には定電流源41とNMOSトランジスタ47が直列接続される。さらに、PMOSトランジスタ44のドレインと接地間にはNMOSトランジスタ49のみが、またPMOSトランジスタ45のドレインと接地間にはNMOSトランジスタ51のみが接続される。さらにPMOSトランジスタ45のソースと接地間にNMOSトランジスタ52が接続され、このNMOSトランジスタ52のゲートにNMOSトランジスタ54のゲートが接続される。
【0021】
この図3の回路は、カレントミラーを構成するNMOSトランジスタ49,51のドレイン電流に若干の差が生じるため精度的には図2の回路より劣るが、MOSトランジスタを4つ削減でき、チップ占有面積の点からは有利である。
【0022】
図4は、電流―電圧変換回路31(特に電圧―電流変換部33)の第3の具体的回路図を示す。この回路は、図2の回路を昇圧型DC−DCコンバータに適用した場合である。昇圧型の場合は、MOSトランジスタ44〜54のうち、MOSトランジスタ44,45がNMOSトランジスタ、MOSトランジスタ46〜54がPMOSトランジスタである。また、電源電圧Vccと接地電圧が図2の場合と逆になっている。したがって、検出用抵抗32の他端、定電流源41の一端(PMOSトランジスタ46,47と反対側)、抵抗43の一端(NMOSトランジスタ45と反対側)は接地電圧に接続され、PMOSトランジスタ47、49、51、53、54のソースは電源電圧Vccに接続される。さらに、昇圧型の場合は、PMOSトランジスタ54のドレイン電流と同一電流を増幅器34のマイナス入力から接地に引き出すためにNMOSトランジスタ55,56が追加される。NMOSトランジスタ55は、ソースが接地され、ドレインとゲートは共通接続され、ドレインはNMOSトランジスタ54のドレインに接続される。NMOSトランジスタ56は、ソースが接地され、ゲートがNMOSトランジスタ55のゲートに接続され、ドレインが増幅器34のマイナス入力に接続される。また、昇圧型の場合は、電圧発生部16のスイッチング素子としてのMOSトランジスタ11にNMOSトランジスタが使用されるとともに、電圧発生部16中のインダクタ13とダイオード12の接続のし方が図2と異なる。インダクタ13は、NMOSトランジスタ11のドレインと電源電圧Vcc間に接続され、ダイオード12はNMOSトランジスタ11のドレインと出力端子15間に接続される。
【0023】
図5は電流―電圧変換回路31の第4の具体的回路図で、図4の昇圧型で、図3と同様に電圧―電流変換部33の回路を簡略化した場合である。この回路では、図4のPMOSトランジスタ46,48,50,53が省略されている。したがって、電源電圧Vccと接地間にはPMOSトランジスタ47と定電流源41がこの順で直列接続される。さらに、NMOSトランジスタ44のドレインと電源電圧Vcc間にはPMOSトランジスタ49のみが、またNMOSトランジスタ45のドレインと接地間にはPMOSトランジスタ51のみが接続される。さらにNMOSトランジスタ45のソースと電源電圧Vcc間にPMOSトランジスタ52が接続され、このPMOSトランジスタ52のゲートにPMOSトランジスタ54のゲートが接続される。
【0024】
図4および図5の昇圧型の場合も、電流―電圧変換回路31は図2および図3の降圧型の場合と同様に動作し、同様な効果を得ることができる。
【0025】
図6は、電流―電圧変換回路31の第5の具体的回路図で、図2の降圧型で、電圧―電流変換部33の回路を一部変更した場合である。この回路では、MOSトランジスタ52としてPMOSトランジスタが使用されており、このPMOSトランジスタ52のソースがNMOSトランジスタ45のソースに接続される。また、このPMOSトランジスタ52のドレインにNMOSトランジスタ53のドレインとゲートが接続される。また、PMOSトランジスタ52のゲートが、PMOSトランジスタ45のドレインからPMOSトランジスタ44のドレインに接続変更されるとともに、PMOSトランジスタ44、45のゲートが、PMOSトランジスタ44のドレインからPMOSトランジスタ45のドレインに接続変更される。さらに、図2で示されるNMOSトランジスタ46,48,50が省略される。したがって、電源電圧Vccと接地間には定電流源41とNMOSトランジスタ47が直列接続される。さらに、PMOSトランジスタ44のドレインと接地間にはNMOSトランジスタ49のみが、またPMOSトランジスタ45のドレインと接地間にはNMOSトランジスタ51のみが接続される。
【0026】
このような図6の構成でも図2と同様に動作し、PMOSトランジスタ52による負帰還も作用する。すなわち、PMOSトランジスタ45のドレイン電流が増加して電流I9が減少すると、PMOSトランジスタ44のドレイン電流が減少し、その結果、PMOSトランジスタ52のゲート電圧が低下し、PMOSトランジスタ52の導通度が増して電流I9が増大するので、電流I9と抵抗32の端子間電圧との比例関係が維持される。これとは逆に、PMOSトランジスタ45のドレイン電流が減少して電流I9が増大する場合は、上記とは逆の作用で電流I9が減少し、やはり電流I9と抵抗32の端子間電圧との比例関係が維持される。ただし、図6の負帰還ではループ利得が図2に比較して低いため、精度的には図2より若干劣る。
【0027】
しかし、図6の回路は、図2に比較すると電源電圧Vccを低くすることができるという効果がある。すなわち、図2の回路では、MOSトランジスタ52のゲート電圧は、MOSトランジスタ53のゲート・ソース間電圧にMOSトランジスタ52のゲート・ソース間電圧を加えた電圧(以下第1電圧という)になる。これに対して、図6の回路では、MOSトランジスタ52のゲート電圧は、抵抗43の電圧降下にMOSトランジスタ52のゲート・ソース間電圧を加えた電圧(以下第2電圧という)になる。電源電圧Vccは、これら第1、第2電圧より高くする必要があるが、図6の第2電圧は図2の第1電圧より低くなるので、対応して電源電圧Vccも図6の方が図2より低くすることができる。
【0028】
図7は、電流―電圧変換回路31の第6の具体的回路図で、図4の昇圧型で、電圧―電流変換部33の回路を図6と同様に一部変更した場合である。すなわち、この回路では、MOSトランジスタ52としてNMOSトランジスタが使用され、このNMOSトランジスタ52のソースがNMOSトランジスタ45のソースに接続され、NMOSトランジスタ52のドレインにPMOSトランジスタ53のドレインとゲートが接続される。また、前記NMOSトランジスタ52のゲートが、NMOSトランジスタ45のドレインからNMOSトランジスタ44のドレインに接続変更されるとともに、NMOSトランジスタ44、45のゲートが、NMOSトランジスタ44のドレインからNMOSトランジスタ45のドレインに接続変更される。さらに、図4で示されるPMOSトランジスタ46,48,50が省略される。したがって、電源電圧Vccと接地間にはPMOSトランジスタ47と定電流源41がこの順で直列接続される。さらに、NMOSトランジスタ44のドレインと電源電圧Vcc間にはPMOSトランジスタ49のみが、またNMOSトランジスタ45のドレインと接地間にはPMOSトランジスタ51のみが接続される。このような図7の回路も図6と同様に動作し、同様な効果を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明の電流―電圧変換回路およびそれを利用したDC−DCコンバータによれば、抵抗による電圧降下から、電源電圧付近または接地電圧付近の電圧でも問題なく、かつ微小な電圧差でも精度よく検知して、電流(出力電流)を電圧として出力することができ、回路構成も簡単でCMOSプロセスでのIC化に好適する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態としての降圧型電流モードDC−DCコンバータを示す回路図。
【図2】上記DC−DCコンバータにおける電流―電圧変換回路の第1の具体的回路を示す回路図。
【図3】上記DC−DCコンバータにおける電流―電圧変換回路の第2の具体的回路を示す回路図。
【図4】本発明に係る電流―電圧変換回路の第3の具体的回路を示す回路図。
【図5】本発明に係る電流―電圧変換回路の第4の具体的回路を示す回路図。
【図6】本発明に係る電流―電圧変換回路の第5の具体的回路を示す回路図。
【図7】本発明に係る電流―電圧変換回路の第6の具体的回路を示す回路図。
【図8】従来の降圧型電流モードDC−DCコンバータを示す回路図。
【符号の説明】
31 電流―電圧変換回路
32 検出用抵抗
33 電圧―電流変換部
34 増幅器(電流―電圧変換部)
35 鋸歯状波電圧発生回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current-voltage conversion circuit that detects a current from a voltage drop caused by a resistor and outputs the current as a voltage, and a current mode DC-DC converter using the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 shows a typical circuit diagram of a conventional step-down current mode DC-DC converter used as a power supply circuit for a personal computer. In this figure, 11 is a PMOS transistor as a switching element for turning on and off the power supply voltage Vcc, and constitutes a
[0003]
A
[0004]
The output voltage at the
[0005]
In the DC-DC converter configured as described above, a voltage difference between both ends of the resistor 17 (voltage drop due to the resistor 17) is detected and amplified by an operational
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional DC-DC converter as described above, the voltage difference between both ends of the
[0007]
The present invention has been made in view of the above points. The circuit configuration is simplified, and it is suitable for an IC in a CMOS process. Further, the power supply voltage is near (in the case of a step-down DC-DC converter) or near the ground voltage (step-up). It is an object of the present invention to provide a current-voltage conversion circuit that can operate even with a small voltage difference and can accurately detect even a small voltage difference and a DC-DC converter using the same. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The current-voltage conversion circuit according to the present invention is a current-voltage conversion circuit that detects a current from a voltage drop caused by a resistor and outputs the voltage as a voltage, and a detection resistor inserted in the current path and both ends of the detection resistor. And a voltage-current conversion unit that converts a voltage difference between them into a current, and a current-voltage conversion unit that converts an output current of the voltage-current conversion unit into a voltage.
[0009]
The DC-DC converter of the present invention has a current-voltage conversion circuit that detects an output current from a voltage drop caused by a resistor and outputs the detected voltage as a voltage, and adds a sawtooth voltage to the voltage. A DC-DC converter that generates a PWM signal from a circuit output and an output voltage error voltage and controls switching of the switching element with the PWM signal, wherein the current-voltage conversion circuit is connected in series with the switching element. Output current detection resistor, the voltage-current conversion unit that converts the voltage difference between both ends of this detection resistor into current, and the output current of this voltage-current conversion unit is converted into voltage, and at the same time the sawtooth voltage And a current-voltage conversion unit for adding.
[0010]
As is apparent from the above description, in the present invention, instead of detecting and amplifying the voltage difference between both ends of the conventional resistor with an operational amplifier type amplifier, a method of converting this voltage difference into current once and then reconverting it into voltage is employed. Take. In this method, the voltage-current converter has no particular problem even if the detected voltage is near the power supply voltage (in the case of a step-down DC-DC converter) or near the ground voltage (in the case of a step-up DC-DC converter). Even voltage differences can be detected accurately. Furthermore, the circuit configuration can be a very simple configuration because no special function is required. In addition, a general operational amplifier (amplifier) can be used for the current-voltage conversion section for returning the voltage again. By supplying a sawtooth voltage as a bias voltage of the operational amplifier, the sawtooth voltage can be added. It can be realized at the same time.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a step-down current mode DC-DC converter as an embodiment of the present invention. In this DC-DC converter, the configuration of the current-
[0012]
The current-
[0013]
In the current-
[0014]
FIG. 2 shows a first specific circuit diagram of the current-voltage conversion circuit 31 (particularly the voltage-current conversion unit 33). The voltage-
[0015]
In the above circuit configuration, the
[Expression 1]
It becomes.
[0016]
The source voltage of the
[Expression 2]
It becomes. Therefore, the current I 9 flowing to the drain of the
[Equation 3]
Thus, a current proportional to the output current Io (voltage between the terminals of the resistor 32) can be taken out. The
(Where R 3 is the resistance value of the resistor 36). That is, as the output voltage Vao, a voltage proportional to the output current Io and added with the sawtooth voltage Vrg can be obtained. Here, the amplification factor of RsIo is determined by the resistance ratio of R 3 / R 2 .
[0017]
The specific circuit of the current-
[0018]
In the voltage-
[0019]
As described above, according to the voltage-
[0020]
FIG. 3 is a second specific circuit diagram of the current-
[0021]
The circuit of FIG. 3 is inferior to the circuit of FIG. 2 in accuracy because there is a slight difference in the drain currents of the
[0022]
FIG. 4 shows a third specific circuit diagram of the current-voltage conversion circuit 31 (particularly, the voltage-current conversion unit 33). This circuit is a case where the circuit of FIG. 2 is applied to a step-up DC-DC converter. In the step-up type, of the
[0023]
FIG. 5 is a fourth specific circuit diagram of the current-
[0024]
Also in the boost type of FIGS. 4 and 5, the current-
[0025]
FIG. 6 is a fifth specific circuit diagram of the current-
[0026]
6 operates in the same manner as in FIG. 2, and negative feedback by the
[0027]
However, the circuit of FIG. 6 has an effect that the power supply voltage Vcc can be lowered as compared with FIG. That is, in the circuit of FIG. 2, the gate voltage of the
[0028]
FIG. 7 is a sixth specific circuit diagram of the current-
[0029]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the current-voltage conversion circuit and the DC-DC converter using the current-voltage conversion circuit of the present invention, there is no problem even with a voltage near the power supply voltage or the ground voltage due to a voltage drop due to the resistance. Even a voltage difference can be detected with high accuracy, and a current (output current) can be output as a voltage. The circuit configuration is simple, and it is suitable for integration in a CMOS process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a step-down current mode DC-DC converter as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a first specific circuit of a current-voltage conversion circuit in the DC-DC converter.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second specific circuit of a current-voltage conversion circuit in the DC-DC converter.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a third specific circuit of the current-voltage conversion circuit according to the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a fourth specific circuit of the current-voltage conversion circuit according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a fifth specific circuit of the current-voltage conversion circuit according to the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a sixth specific circuit of the current-voltage conversion circuit according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional step-down current mode DC-DC converter.
[Explanation of symbols]
31 Current-
35 Sawtooth voltage generator
Claims (6)
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが共通接続された第1PMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の電源電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートが前記第1PMOSトランジスタのゲートに接続された第2PMOSトランジスタとからなり、第1、第2PMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2PMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2PMOSトランジスタおよび前記第1PMOSトランジスタの各ドレインと接地間に挿入された一対の定電流NMOSトランジスタと、
この各定電流NMOSトランジスタと直列に接続され、一対の定電流NMOSトランジスタのドレイン電圧を等しく固定する一対のNMOSトランジスタと、
前記第2PMOSトランジスタのソースにドレインが接続され、かつゲートが第2PMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第1NMOSトランジスタと、
この第1NMOSトランジスタのソースと接地間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第2NMOSトランジスタと、
この第2NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A first PMOS transistor having a source connected to one end of the detection resistor via a resistor and a gate and a drain connected in common, a source connected to the power supply voltage of the other end of the detection resistor via a resistor, consists of a first 2PMOS transistor connected to the gate of the first 1PMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2PMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2PMO S transistor is constant,
A pair of constant current NMOS transistor inserted between ground and the drain of the second 2PMOS transistor and the second 1PMOS transistor,
A pair of NMOS transistors connected in series with each of the constant current NMOS transistors and fixing the drain voltage of the pair of constant current NMOS transistors equally;
A first NMOS which has a drain connected to the source of the second PMOS transistor and a gate connected to the drain of the second PMOS transistor, takes out a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor, and constitutes a negative feedback loop A transistor,
A second NMOS transistor connected between the source of the first NMOS transistor and the ground and having a drain and a gate connected in common;
A third NMOS transistor having a gate connected to the gate of the second NMOS transistor and a source grounded;
The first 3NMOS transistor characteristic and to that current drain that is formed of an amplifier connected to the input of the - voltage converting circuit.
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが共通接続された第1PMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の電源電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートが前記第1PMOSトランジスタのゲートに接続された第2PMOSトランジスタとからなり、第1、第2PMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2PMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2PMOSトランジスタおよび前記第1PMOSトランジスタの各ドレインと接地間に挿入された一対の定電流NMOSトランジスタと、
前記第2PMOSトランジスタのソースと接地間に接続され、ゲートが第2PMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第1NMOSトランジスタと、
この第1NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A first PMOS transistor having a source connected to one end of the detection resistor via a resistor and a gate and a drain connected in common, a source connected to the power supply voltage of the other end of the detection resistor via a resistor, consists of a first 2PMOS transistor connected to the gate of the first 1PMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2PMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2PMO S transistor is constant,
A pair of constant current NMOS transistor inserted between ground and the drain of the second 2PMOS transistor and the second 1PMOS transistor,
A first NMOS connected between the source of the second PMOS transistor and the ground, a gate connected to the drain of the second PMOS transistor, taking out a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor, and constituting a negative feedback loop A transistor,
A third NMOS transistor having a gate connected to the gate of the first NMOS transistor and a source grounded;
The first 3NMOS transistor characteristic and to that current drain that is formed of an amplifier connected to the input of the - voltage converting circuit.
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続された第1PMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の電源電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが前記第1PMOSトランジスタのゲートとともに共通接続された第2PMOSトランジスタとからなり、第1、第2PMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2PMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2PMOSトランジスタおよび前記第1PMOSトランジスタの各ドレインと接地間に挿入された一対の定電流NMOSトランジスタと、
前記第2PMOSトランジスタのソースにソースが接続され、かつゲートが第1PMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第3PMOSトランジスタと、
この第3PMOSトランジスタのドレインと接地間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第2NMOSトランジスタと、
この第2NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A first PMOS transistor having a source connected to one end of the detection resistor via a resistor, a source connected to the power supply voltage of the other end of the detection resistor via a resistor, and a gate and a drain together with the gate of the first PMOS transistor consists of a commonly connected second 2PMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2PMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2PMO S transistor is constant,
A pair of constant current NMOS transistor inserted between ground and the drain of the second 2PMOS transistor and the second 1PMOS transistor,
A third PMOS which has a source connected to the source of the second PMOS transistor and a gate connected to the drain of the first PMOS transistor, takes out a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor, and constitutes a negative feedback loop A transistor,
A second NMOS transistor connected between the drain and the ground of the third PMOS transistor, the drain and the gate of which are connected in common;
A third NMOS transistor having a gate connected to the gate of the second NMOS transistor and a source grounded;
The first 3NMOS transistor characteristic and to that current drain that is formed of an amplifier connected to the input of the - voltage converting circuit.
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが共通接続された第1NMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の接地電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートが前記第1NMOSトランジスタのゲートに接続された第2NMOSトランジスタとからなり、第1、第2NMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2NMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2NMOSトランジスタおよび前記第1NMOSトランジスタの各ドレインと電源電圧間に挿入された一対の定電流PMOSトランジスタと、
この各定電流PMOSトランジスタと直列に接続され、一対の定電流PMOSトランジスタのドレイン電圧を等しく固定する一対のPMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタのソースにドレインが接続され、かつゲートが第2NMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第1PMOSトランジスタと、
この第1PMOSトランジスタのソースと電源電圧間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第2PMOSトランジスタと、
この第2PMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが電源電圧に接続された第3PMOSトランジスタと、
この第3PMOSトランジスタのドレインと接地電圧間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地電圧に接続された第4NMOSトランジスタと、
この第4NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A source is connected to one end of the detection resistor via a resistor, a first NMOS transistor having a gate and a drain connected in common, a source connected to the ground voltage at the other end of the detection resistor, and a gate connected to the ground consists of a first 2NMOS transistor connected to the gate of the first 1NMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2NMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2NMO S transistor is constant,
A pair of constant current PMOS transistor interposed between each drain and source voltage of the first 2NMOS transistor and the second 1NMOS transistor,
A pair of PMOS transistors connected in series with each of the constant current PMOS transistors and equally fixing the drain voltage of the pair of constant current PMOS transistors;
A first PMOS having a drain connected to the source of the second NMOS transistor and a gate connected to the drain of the second NMOS transistor, taking out a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor, and constituting a negative feedback loop A transistor,
A second PMOS transistor connected between the source of the first PMOS transistor and a power supply voltage and having a drain and a gate connected in common;
A third PMOS transistor having a gate connected to the gate of the second PMOS transistor and a source connected to the power supply voltage;
A third NMOS transistor connected between the drain of the third PMOS transistor and the ground voltage and having a drain and a gate connected in common;
A fourth NMOS transistor having a gate connected to the gate of the third NMOS transistor and a source connected to the ground voltage;
This feature and to that current drain that is formed of an amplifier connected to an input of a 4NMOS transistor - voltage converter circuit.
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが共通接続された第1NMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の接地電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートが前記第1NMOSトランジスタのゲートに接続された第2NMOSトランジスタとからなり、第1、第2NMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2NMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2NMOSトランジスタおよび前記第1NMOSトランジスタの各ドレインと電源電圧間に挿入された一対の定電流PMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタのソースと電源電圧間に接続され、ゲートが第2NMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第1PMOSトランジスタと、
この第1PMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが電源電圧に接続された第3PMOSトランジスタと、
この第3PMOSトランジスタのドレインと接地電圧間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地電圧に接続された第4NMOSトランジスタと、
この第4NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A source is connected to one end of the detection resistor via a resistor, a first NMOS transistor having a gate and a drain connected in common, a source connected to the ground voltage at the other end of the detection resistor, and a gate connected to the ground consists of a first 2NMOS transistor connected to the gate of the first 1NMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2NMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2NMO S transistor is constant,
A pair of constant current PMOS transistor interposed between each drain and source voltage of the first 2NMOS transistor and the second 1NMOS transistor,
A second NMOS transistor is connected between the source and the power supply voltage, a gate is connected to the drain of the second NMOS transistor, a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor is taken out, and a negative feedback loop is formed . 1 PMOS transistor,
A third PMOS transistor having a gate connected to the gate of the first PMOS transistor and a source connected to the power supply voltage;
A third NMOS transistor connected between the drain of the third PMOS transistor and the ground voltage and having a drain and a gate connected in common;
A fourth NMOS transistor having a gate connected to the gate of the third NMOS transistor and a source connected to the ground voltage;
This feature and to that current drain that is formed of an amplifier connected to an input of a 4NMOS transistor - voltage converter circuit.
前記電流経路に挿入された検出用抵抗と、
この検出用抵抗両端間の電圧差を電流に変換する電圧―電流変換部と、
この電圧―電流変換部の出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換部とを具備し、
前記電圧―電流変換部および電流―電圧変換部は、
検出用抵抗の一端に抵抗を介してソースが接続された第1NMOSトランジスタと、前記検出用抵抗他端の接地電圧に抵抗を介してソースが接続され、ゲートとドレインが前記第1NMOSトランジスタのゲートとともに共通接続された第2NMOSトランジスタとからなり、第1、第2NMO S トランジスタのソース電圧は同一、第1、第2NMO S トランジスタのドレイン電流は一定とされる回路と、
前記第2NMOSトランジスタおよび前記第1NMOSトランジスタの各ドレインと電源電圧間に挿入された一対の定電流PMOSトランジスタと、
前記第2NMOSトランジスタのソースにソースが接続され、かつゲートが第1NMOSトランジスタのドレインに接続され、前記検出用抵抗の端子間電圧の変化に比例した電流を取出し、かつ負帰還ループを構成する第5NMOSトランジスタと、
この第5NMOSトランジスタのドレインと電源電圧間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第2PMOSトランジスタと、
この第2PMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが電源電圧に接続された第3PMOSトランジスタと、
この第3PMOSトランジスタのドレインと接地電圧間に接続され、ドレインとゲートが共通接続された第3NMOSトランジスタと、
この第3NMOSトランジスタのゲートにゲートが接続され、ソースが接地電圧に接続された第4NMOSトランジスタと、
この第4NMOSトランジスタのドレインが入力に接続された増幅器と
からなることを特徴とする電流―電圧変換回路。A current-voltage conversion circuit that detects current from a voltage drop due to resistance and outputs a voltage proportional to the change in current.
A detection resistor inserted in the current path;
A voltage-current converter that converts the voltage difference between both ends of the detection resistor into a current;
A current-voltage converter that converts the output current of the voltage-current converter into a voltage ;
The voltage-current converter and the current-voltage converter are
A first NMOS transistor having a source connected to one end of the detection resistor via a resistor, a source connected to the ground voltage of the other end of the detection resistor via a resistor, and a gate and a drain together with the gate of the first NMOS transistor consists of a commonly connected second 2NMOS transistor, and the circuit first, source voltage of the 2NMO S transistor are the same, first, the drain current of the 2NMO S transistor is constant,
A pair of constant current PMOS transistor interposed between each drain and source voltage of the first 2NMOS transistor and the second 1NMOS transistor,
A fifth NMOS which has a source connected to the source of the second NMOS transistor and a gate connected to the drain of the first NMOS transistor, takes out a current proportional to a change in voltage between the terminals of the detection resistor, and constitutes a negative feedback loop A transistor,
A second PMOS transistor connected between the drain of the fifth NMOS transistor and the power supply voltage and having the drain and gate connected in common;
A third PMOS transistor having a gate connected to the gate of the second PMOS transistor and a source connected to the power supply voltage;
A third NMOS transistor connected between the drain of the third PMOS transistor and the ground voltage and having a drain and a gate connected in common;
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This feature and to that current drain that is formed of an amplifier connected to an input of a 4NMOS transistor - voltage converter circuit.
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