JP4282062B2 - DC-DC converter - Google Patents

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JP4282062B2
JP4282062B2 JP2003091266A JP2003091266A JP4282062B2 JP 4282062 B2 JP4282062 B2 JP 4282062B2 JP 2003091266 A JP2003091266 A JP 2003091266A JP 2003091266 A JP2003091266 A JP 2003091266A JP 4282062 B2 JP4282062 B2 JP 4282062B2
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孝義 吉田
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング素子のスイッチングタイミングを制御し、出力電圧を所定の範囲に維持させるDC−DCコンバータに関し、特に不測の事態により一次側電源より過剰な電流が継続して流れるなどして、コンバータがより深刻な状態に陥るのを回避することができるDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばチョッパー型のDC−DCコンバータは、一次側の直流電力をスイッチング素子の動作により間欠的にコイルに供給することで、当該コイルに電磁エネルギーを蓄積させると共に、前記コイルから放出されるエネルギーを利用して、例えば昇圧された二次側出力(コンバータ出力)を得るようになされる。このDC−DCコンバータによる出力電圧は、あらかじめ定められた所定の電圧値に安定していることが重要である。
【0003】
その出力電圧を安定した状態に保つための制御方式として、代表的には2つの方式が知られている。その1つはPWM(pulse width modulation=パルス幅変調)方式であり、他の1つはPFM(pulse frequency modulation=周波数変調)方式である。
【0004】
ところで、近年においては有機材料を発光層に利用した有機EL(エレクトロルミネセンス)素子の開発が進み、これをマトリクス状に配列した発光表示パネルが一部においてに実用化されている。前記した有機EL素子を点灯駆動させるためには、一般に12〜20V程度の直流電圧が必要となる。一方、この有機ELディスプレイを携帯用端末機器、例えば携帯電話器に採用した場合を例にすると、これに用いられる一次側の駆動電源(バッテリー)の出力電圧は4V弱であり、電圧値が不足する。
【0005】
そこで、駆動電源の電圧を昇圧させる必要があるが、効率面から考えると、一次側電源であるバッテリーから直接昇圧する方式を採用する方が有利である。したがって、前記したEL素子を用いた表示パネルの駆動電源としては、バッテリーを一次側電源としたチョッパー型のDC−DCコンバータを好適に採用することができる。
【0006】
一方、この種の携帯用機器に用いられるDC−DCコンバータは、一次側電源を二次側出力として変換する場合の変換効率を高めることはきわめて重要な課題である。特に前記したような携帯電話器に採用した場合においては、変換効率の良否は、待ち受け時間をより延長させる点で大きな影響を与えることになる。そこで、コンバータ自身において消費する電力をより軽減させることで、一次側電源の利用効率を向上させるなどの工夫がなされており、すでに本件出願人において特許文献1に示す出願がなされている。
【0007】
【特許文献1】
特開2003−61340号公報(段落0040〜0043,0051〜0057、図1)
【0008】
前記特許文献1に開示されたDC−DCコンバータによると、特に軽負荷時において、電力の利用効率を向上させることができるという効果が得られ、前記した携帯電話器のように、そのほとんどの時間が待ち受け状態であるように、長時間に亙り軽負荷状態が続くような機器においては、電力の利用効率をより向上させることに寄与できる。
【0009】
ところで、前記特許文献1に示す実施の形態においては、パルス幅をロジックで設定するために、比較的高い周波数のクロックが必要であり、この様な比較的高い周波数のクロックを生成させることによる電力の消費が問題となる。そこで、動作クロックを極端に下げて、当該動作クロックの立上がりおよび/または立下がりをトリガーとして生成される基準波形信号と基準電圧から、昇圧動作のパルス幅を設定する回路を用いたDC−DCコンバータも、本件出願人より提案がなされている。
【0010】
図1は、その構成をブロック図により示したものである。図1に示す構成は、チョッパー型のDC−DCコンバータの例を示したものであり、符号E1 はコンバータの一次側電源として機能するバッテリーを示す。このバッテリーE1 の陰極側端子は基準電位点(アース)に接続され、その陽極側端子はコンバータの一時側電源入力端子Vinに接続されている。
【0011】
前記電源入力端子Vinには、昇圧用のコイルL1 の一端が接続されており、当該コイルL1 の他端には、スイッチング素子としてのn型MOSパワーFETQ1 のドレインが接続されている。そして、パワーFETQ1 のソースはアースに接続されると共に、当該パワーFETQ1 のドレインとソース間には、ダイオードD2 が図に示す極性で接続されている。
【0012】
一方、前記コイルL1 とパワーFETQ1 の接続点にはダイオードD1 のアノードが接続され、このダイオードD1 のカソードがコンバータの出力端子Vout を構成している。また、前記出力端子Vout とアースとの間には、電圧保持用のコンデンサC1 が接続されており、このコンデンサC1 によって保持されたコンバータの出力電圧が、出力端子Vout に接続される図示せぬ負荷に供給されるように構成されている。
【0013】
したがって、前記パワーFETQ1 がオンされると、前記コイルL1 には端子Vinより電流が流れてコイルL1 に電磁エネルギーが蓄積される。その後、パワーFETQ1 がオフされると、コイルL1 に蓄積されたエネルギーにより、コイルL1 に起電力が発生し、前記ダイオードD1 を介して出力端子Vout 側に電流が流れる。これにより出力端子Vout には、入力端子Vinの電圧よりも高い電圧が発生する昇圧型のDC−DCコンバータが実現される。
【0014】
前記出力端子Vout とアースとの間には、コンバータの出力電圧値を検出するための抵抗素子R1 およびR2 からなる分圧回路11が接続されており、この分圧回路11により生成される分圧電圧、すなわち、コンバータの出力電圧情報はスイッチング制御手段としてのスイッチング制御回路12に供給されるように構成されている。
【0015】
このスイッチング制御回路12においては、前記分圧回路11により生成される分圧電圧に基づいて、前記したPWM方式あるいはPFM方式によりスイッチング制御信号を生成し、前記パワーFETQ1 のゲートに供給するように構成されている。これにより、パワーFETQ1 はコンバータの出力電圧に応じた駆動動作、すなわちスイッチング動作がなされ、出力端子Vout における二次側電圧の安定化を図ることができる。
【0016】
一方、前記したスイッチング制御回路12に対しては、PWM方式においては昇圧動作のパルス幅(パワーFETQ1 のゲートに与えるパルス幅)に制限を与える制限信号生成手段からの信号が供給されるように構成されている。また、PFM方式においては、スイッチング制御回路12に対して昇圧動作のパルス幅を規定する制限信号生成手段からの信号が供給されるように構成されている。この制限信号生成手段は、図1に示したようにクロック信号生成回路13、基準波形生成回路14、基準電圧生成回路15、およびコンパレータ16より構成されている。
【0017】
図2および図3は、図1における符号13〜16で示した制限信号生成手段の動作を説明するタイミングチャートである。まず、クロック信号生成回路13は、図2に示すように、周期の長いクロック信号(a)を生成するものであり、このクロック信号(a)は、前記スイッチング制御回路12が例えばPWM方式によりスイッチング駆動信号を生成する場合においては、PWM信号の発生周期に同期して生成される。また、前記スイッチング制御回路12が例えばPFM方式によりスイッチング駆動信号を生成する場合においては、前記クロック信号(a)はPFM信号の発生タイミングに同期して生成される。
【0018】
このクロック信号(a)は、図1に示すように基準波形生成回路14に供給され、当該基準波形生成回路14は、図2に示すようにクロック信号(a)を受けて、その立上がりおよび立下がりのタイミングにおいて、基準波形信号(c)を生成する。この基準波形信号(c)は、図2に示すようにその出力レベルが順次上昇するいわゆるノコギリ波を構成するものであり、この基準波形信号(c)は、図1に示すようにコンパレータ16の一方の入力端子(反転入力端子)に供給される。また、コンパレータ16の他方の入力端子(非反転入力端子)には、基準電圧源15からもたらされる基準電圧Vref (b)が供給される。
【0019】
前記したコンパレータ16は、図2に示したように基準波形信号(c)のレベルが基準電圧Vref (b)に達しない状態においては、駆動制限信号としてのSWオン/オフ信号(d)をオン状態とする出力を発生する。また、コンパレータ16は基準波形信号(c)のレベルが基準電圧Vref (b)を超えた状態において、SWオン/オフ信号(d)をオフ状態にする出力を発生する。なお、前記基準波形生成回路14は、基準波形信号(c)のレベルが基準電圧Vref (b)を超えた時点で、基準波形信号(c)をゼロレベルに復帰させるように動作する。
【0020】
例えば、PWM方式の場合においては、前記SWオン/オフ信号(d)は、前記スイッチング制御回路12に供給され、スイッチング制御回路12においてコンバータの出力電圧に応じて生成される前記したPWM信号との論理積がとられ、パワーFETQ1 のゲートに供給するようになされる。これにより、コンバータの出力に多大な負荷が加わった場合において、パワーFETQ1 のゲートに供給されるスイッチング駆動信号のデューティを制限するように作用する。
【0021】
また、PFM方式の場合においては、前記SWオン/オフ信号(d)は、前記スイッチング制御回路12に供給され、スイッチング制御回路12においてコンバータの出力電圧に応じて生成される前記したPFM信号のタイミングで、パワーFETQ1 のゲートに供給するようになされる。これによりパワーFETQ1 のゲートに供給されるスイッチング駆動信号のデューティを規定するように作用する。
【0022】
それ故、コンバータの過負荷状態において、バッテリーE1 からの大きな電流がコイルL1やパワーFETQ1 に継続して流れるのを阻止することができ、コイルL1やパワーFETQ1 が加熱されて、損傷に至るのを防止するように作用する。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図1に示した構成において、例えば基準波形生成回路14の故障により、ノコギリ波状の基準波形信号(c)が出力されない場合、または図3(c)に示すように、その立上がりが非常に緩慢になるなどの状態が発生した場合には、コンパレータ16からの出力であるSWオン/オフ信号は、図3(d)に示すように継続してオン状態となる。この様な事態は、例えば基準電圧源15において図示せぬ分圧回路のアース側が半田の剥がれ等により浮いた場合にも、基準電圧(b)が高いレベルに張り付くために同様に発生する。
【0024】
前記したような理由により、SWオン/オフ信号が継続してオン状態になされ、さらにコンバータが過負荷または出力端が短絡された場合には、パワーFETQ1 のゲートに供給されるスイッチング駆動信号のデューティを制限することができなくなる。したがって、バッテリーE1 の消耗を早めるだけでなく、コイルL1やパワーFETQ1 が加熱され、これらの損傷にとどまらず、最悪の場合には発煙や発火に至るなどの不測の事態に発展することも懸念される。
【0025】
この発明は、前記した問題点に着目してなされたものであり、前記した制限信号生成手段の故障によりSWオン/オフ信号が継続して出力されるのを阻止できるように構成し、前記したような不測の事態に至るのを避けることができるようにしたDC−DCコンバータを提供することを目的とするものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされたこの発明にかかるDC−DCコンバータは、請求項1に記載のとおり、コンバータの出力電圧値に応じたスイッチング駆動信号を生成し、当該スイッチング駆動信号をスイッチング素子に与えることで出力電圧値を所定の範囲に制御させるスイッチング制御手段と、前記スイッチング制御手段に供給され、前記スイッチング素子の駆動動作を制限させる駆動制限信号を生成する駆動制限信号生成手段とが具備され、前記駆動制限信号生成手段は、クロック信号に基づいて生成される基準波形信号と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータ出力と前記クロック信号により前記駆動制限信号を生成する駆動信号検出手段が具備される点に特徴を有する。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるDC−DCコンバータの好ましい実施の形態を図に基づいて説明する。図4および図5はその実施の形態をブロック図によって示したものである。なお、図4においてはすでに説明した図1に示す各構成要素に対応する部分を同一符号で示しており、したがって、その詳細な説明は適宜省略する。
【0028】
図4において、符号17は駆動制限信号生成手段の一部を構成する駆動信号のパルス終了検出回路、すなわち駆動信号検出手段を示すものである。このパルス終了検出回路17にはクロック信号生成回路13からのクロック信号が供給されると共に、コンパレータ16からの出力も供給されるように構成されている。一方、前記コンパレータ16には、図6(b)および(c)に示す基準電圧Vref およびノコギリ波状の基準波形信号がそれぞれ供給され、図6(d)に示すコンパレータ出力が発生する。
【0029】
すなわち、このコンパレータ出力は、基準電圧Vref に対して基準波形信号のレベルが超えた時に立下がる。この時、基準波形信号(c)のレベルがゼロレベルになされるため、コンパレータ出力(d)は、結果として瞬時にスパイク状に立下がり、直後に元のレベルに復帰する信号波形となる。
【0030】
図5は、パルス終了検出回路17の一例を示したものであり、T型フリップフロップ19と、D型フリップフロップ20、およびANDゲート21により構成されている。そして、T型フリップフロップ19にはリセット端子、および反転リセット端子が備えられ、これらのリセット端子には、図6(a)に示すクロック信号が供給される。したがって、このT型フリップフロップ19は、クロック信号の立上がりおよび立下がりで、リセットされる。
【0031】
また、T型フリップフロップ19のT入力には正電圧“H”が供給され、またクロック入力CKには、前記コンパレータ出力(d)が供給される。したがって、T型フリップフロップ19は、クロック入力CKにコンパレータ出力(d)が供給されるタイミングにおいて、Q端子および反転Q端子の出力状態を反転させると共に、クロック信号の立上がりおよび立下がりにより、元の状態に復帰させる動作がなされる。したがって、T型フリップフロップ19の反転Q端子より、図6に示す駆動信号としてのSWオン/オフ信号(g)が出力され、Q端子より反転信号(e)が出力される。
【0032】
一方、D型フリップフロップ20におけるD入力には、前記反転信号(e)が供給される。また、D型フリップフロップ20には、クロック入力端子CKおよび反転クロック入力端子CKが備えられ、両者にはクロック信号(a)が供給される。したがって、前記D型フリップフロップ20は、クロック信号(a)の立上がり時および立下がり時におけるD入力、すなわち前記反転信号(e)の状態をQ端子から出力することになり、結果としてQ端子からは、図6(f)に示す昇圧オン/オフ信号を出力する。
【0033】
そして、図6に示す昇圧オン/オフ信号(f)と、SWオン/オフ信号(g)は、ANDゲート20に入力されて、ANDゲート20から駆動制限信号(h)が出力される。
【0034】
斯くして、図6に示すように正常な動作状態においては、SWオン/オフ信号(g)と同一の駆動制限信号(h)が、図4に示すスイッチング制御回路12に供給されることになる。そして、この駆動制限信号(h)は、コンバータの出力電圧に応じて生成される例えばPWM信号との論理積がとられ、パワーFETQ1 のゲートに供給するようになされる。これにより、コンバータの出力に多大な負荷が加わった場合において、パワーFETQ1 のゲートに供給されるスイッチング駆動信号のデューティを制限するように作用する。
【0035】
ところで、すでに説明したように異常な動作状態における例えば基準波形生成回路14の故障により、ノコギリ波状の基準波形信号(c)が出力されない場合、または図7(c)に示すように、その立上がりが非常に緩慢になるなどの状態が発生した場合には、図4におけるコンパレータ16の出力は、図7(d)に示す状態となる。
【0036】
これによると、図5に示すT型フリップフロップ19の反転Q端子からは、図7に示すSWオン/オフ信号(g)がON状態に出力されるが、クロック信号(a)の立下がりによりリセットされる。一方、D型フリップフロップ20のQ出力端は、クロック信号(a)の立下がり時における図7に示す反転信号(e)の状態を出力するために、D型フリップフロップ20のQ出力端からの昇圧オン/オフ信号は、図7(f)に示すようにONからOFFになされる。
【0037】
そして、図7に示す昇圧オン/オフ信号(f)と、SWオン/オフ信号(g)は、ANDゲート20に入力されて、ANDゲート20から駆動制限信号(h)が出力される。
【0038】
したがって、図7にタイミング図として示した状態においては、クロック信号(a)の立上がりまたは立下がりのタイミングで、駆動制限信号(h)の出力は消滅する(ローレベルになる)。この駆動制限信号(h)は、前記したとおりコンバータの出力電圧に応じて生成される例えばPWM信号との論理積がとられるので、パワーFETQ1 のゲートにスイッチング駆動信号が供給されるのが阻止される。すなわち、パワーFETQ1 は強制的にオフ状態になされ、これによりコンバート動作は停止される。
【0039】
それ故、前記した異常な動作状態における例えば基準波形生成回路14等に障害が発生している状態で、さらにコンバータに過負荷が加わった場合には、前記したように、コンバータがさらに重大な状態に陥るのを効果的に回避することができる。
【0040】
なお、以上説明した実施の形態においては、駆動制限信号生成手段はクロック信号の立上がりおよび立下がりの双方のタイミングにおいて基準波形信号を生成し、これに基づいて論理制御を行うようにしているが、図6(a)に示すクロック信号の周期を半分にして、クロック信号の立上がりのタイミングにおいてのみ、基準波形信号を生成し、同様な論理制御を行うようにしてもよい。
【0041】
また、以上説明した実施の形態においては、チョッパー型昇圧形式を採用したコンバータを例示しているが、降圧型、反転型、さらにはスイッチング素子がオフ状態でエネルギーが伝達されるフライバック方式のDC−DCコンバータにも、この発明を採用することができる。
【0042】
加えて、前記した実施の形態においては、コイルによる出力をダイオードを介して出力端子に導出するようにしているが、ダイオードに代えてトランジスタなどのスイッチング素子を用い、スイッチング素子によりオン・オフのタイミングを制御するいわゆる同期整流方式にこの発明を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のDC−DCコンバータの一例を示したブロック図である。
【図2】図1に示すコンバータの正常時の動作を示すタイミング図である。
【図3】図1に示すコンバータの異常時の動作を示すタイミング図である。
【図4】この発明にかかるDC−DCコンバータの実施の形態を示したブロック図である。
【図5】図4に示したコンバータにおける制限信号生成手段の一部を構成するパルス終了検出回路の一例を示したブロック図である。
【図6】図4に示すコンバータの正常時の動作を示すタイミング図である。
【図7】図4に示すコンバータの異常時の動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
11 分圧回路
12 スイッチング制御回路
13 クロック信号生成回路
14 基準波形生成回路
15 基準電圧生成回路
16 コンパレータ
17 パルス終了検出回路
19 T型フリップフロップ
20 D型フリップフロップ
21 ANDゲート
C1 コンデンサ
D1 ,D2 ダイオード
E1 バッテリー(一次側電源)
L1 昇圧用コイル
Q1 スイッチング素子
R1 ,R2 抵抗素子
Vin 電源入力端子
Vout 出力端子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC-DC converter that controls the switching timing of a switching element and maintains an output voltage within a predetermined range. In particular, an excessive current continuously flows from a primary-side power supply due to an unexpected situation. The present invention relates to a DC-DC converter that can avoid falling into a more serious state.
[0002]
[Prior art]
For example, a chopper type DC-DC converter intermittently supplies primary side DC power to a coil by the operation of a switching element, thereby accumulating electromagnetic energy in the coil and using energy released from the coil. Thus, for example, a boosted secondary side output (converter output) is obtained. It is important that the output voltage of the DC-DC converter is stable at a predetermined voltage value determined in advance.
[0003]
As a control method for maintaining the output voltage in a stable state, typically two methods are known. One is a PWM (pulse width modulation) system, and the other is a PFM (pulse frequency modulation) system.
[0004]
By the way, in recent years, organic EL (electroluminescence) elements using an organic material as a light emitting layer have been developed, and a light emitting display panel in which the organic EL elements are arranged in a matrix has been put into practical use. In general, a DC voltage of about 12 to 20 V is required to drive the organic EL element described above. On the other hand, when this organic EL display is adopted in a portable terminal device, for example, a mobile phone, the output voltage of the primary driving power source (battery) used for this is less than 4V, and the voltage value is insufficient. To do.
[0005]
Therefore, it is necessary to boost the voltage of the drive power supply. From the viewpoint of efficiency, it is advantageous to employ a system in which the voltage is directly boosted from the battery which is the primary power supply. Therefore, a chopper type DC-DC converter using a battery as a primary power source can be suitably used as a driving power source for a display panel using the above-described EL element.
[0006]
On the other hand, in a DC-DC converter used in this type of portable device, it is an extremely important issue to improve the conversion efficiency when converting the primary power supply as the secondary output. In particular, when it is adopted in a mobile phone as described above, the quality of the conversion efficiency has a great effect on the point of extending the standby time. In view of this, some efforts have been made to improve the utilization efficiency of the primary power supply by further reducing the power consumed by the converter itself, and the applicant has already filed an application shown in Patent Document 1.
[0007]
[Patent Document 1]
JP2003-61340 (paragraphs 0040-0043, 0051-0057, FIG. 1)
[0008]
According to the DC-DC converter disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, an effect that power utilization efficiency can be improved, especially at light load, can be obtained, and most of the time as in the mobile phone described above. In a device in which a light load state continues for a long time such as in a standby state, it is possible to contribute to further improving the power utilization efficiency.
[0009]
By the way, in the embodiment shown in Patent Document 1, a relatively high frequency clock is required to set the pulse width by logic, and the power generated by generating such a relatively high frequency clock is required. Consumption is a problem. Therefore, a DC-DC converter using a circuit for setting the pulse width of the boosting operation from the reference waveform signal and the reference voltage generated with the operation clock extremely lowered and triggered by the rise and / or fall of the operation clock. Has also been proposed by the applicant.
[0010]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration. The configuration shown in FIG. 1 shows an example of a chopper type DC-DC converter, and symbol E1 indicates a battery that functions as a primary power source of the converter. The cathode terminal of the battery E1 is connected to a reference potential point (ground), and the anode terminal is connected to the temporary power input terminal Vin of the converter.
[0011]
One end of a boosting coil L1 is connected to the power input terminal Vin, and the other end of the coil L1 is connected to the drain of an n-type MOS power FET Q1 as a switching element. The source of the power FET Q1 is connected to the ground, and a diode D2 is connected between the drain and source of the power FET Q1 with the polarity shown in the drawing.
[0012]
On the other hand, the anode of the diode D1 is connected to the connection point between the coil L1 and the power FET Q1, and the cathode of the diode D1 constitutes the output terminal Vout of the converter. A voltage holding capacitor C1 is connected between the output terminal Vout and the ground, and the output voltage of the converter held by the capacitor C1 is connected to the output terminal Vout (not shown). It is comprised so that it may be supplied to.
[0013]
Therefore, when the power FET Q1 is turned on, a current flows from the terminal Vin to the coil L1, and electromagnetic energy is accumulated in the coil L1. Thereafter, when the power FET Q1 is turned off, an electromotive force is generated in the coil L1 due to the energy accumulated in the coil L1, and a current flows to the output terminal Vout side through the diode D1. This realizes a step-up DC-DC converter that generates a voltage higher than the voltage at the input terminal Vin at the output terminal Vout.
[0014]
A voltage dividing circuit 11 composed of resistance elements R1 and R2 for detecting the output voltage value of the converter is connected between the output terminal Vout and the ground. The voltage, that is, the output voltage information of the converter is configured to be supplied to the switching control circuit 12 as the switching control means.
[0015]
The switching control circuit 12 is configured to generate a switching control signal by the PWM method or the PFM method based on the divided voltage generated by the voltage dividing circuit 11 and supply it to the gate of the power FET Q1. Has been. As a result, the power FET Q1 is driven according to the output voltage of the converter, that is, a switching operation, and the secondary side voltage at the output terminal Vout can be stabilized.
[0016]
On the other hand, the switching control circuit 12 is configured to be supplied with a signal from limiting signal generating means for limiting the pulse width of the boosting operation (pulse width given to the gate of the power FET Q1) in the PWM system. Has been. In the PFM system, the switching control circuit 12 is configured to be supplied with a signal from limiting signal generating means for defining the pulse width of the boosting operation. As shown in FIG. 1, the limit signal generation means includes a clock signal generation circuit 13, a reference waveform generation circuit 14, a reference voltage generation circuit 15, and a comparator 16.
[0017]
2 and 3 are timing charts for explaining the operation of the limiting signal generating means indicated by reference numerals 13 to 16 in FIG. First, as shown in FIG. 2, the clock signal generation circuit 13 generates a clock signal (a) having a long cycle. This clock signal (a) is switched by the switching control circuit 12 by, for example, the PWM method. When the drive signal is generated, it is generated in synchronization with the generation period of the PWM signal. Further, when the switching control circuit 12 generates a switching drive signal by, for example, the PFM method, the clock signal (a) is generated in synchronization with the generation timing of the PFM signal.
[0018]
The clock signal (a) is supplied to the reference waveform generation circuit 14 as shown in FIG. 1, and the reference waveform generation circuit 14 receives the clock signal (a) as shown in FIG. At the falling timing, the reference waveform signal (c) is generated. The reference waveform signal (c) constitutes a so-called sawtooth wave whose output level sequentially increases as shown in FIG. 2, and this reference waveform signal (c) is supplied from the comparator 16 as shown in FIG. It is supplied to one input terminal (inverted input terminal). Further, the other input terminal (non-inverting input terminal) of the comparator 16 is supplied with the reference voltage Vref (b) provided from the reference voltage source 15.
[0019]
The comparator 16 turns on the SW on / off signal (d) as the drive limiting signal when the level of the reference waveform signal (c) does not reach the reference voltage Vref (b) as shown in FIG. Generates an output that is a state. The comparator 16 generates an output for turning off the SW on / off signal (d) when the level of the reference waveform signal (c) exceeds the reference voltage Vref (b). The reference waveform generation circuit 14 operates to return the reference waveform signal (c) to the zero level when the level of the reference waveform signal (c) exceeds the reference voltage Vref (b).
[0020]
For example, in the case of the PWM method, the SW on / off signal (d) is supplied to the switching control circuit 12, and the switching control circuit 12 and the PWM signal generated according to the output voltage of the converter. A logical product is taken and supplied to the gate of the power FET Q1. This acts to limit the duty of the switching drive signal supplied to the gate of the power FET Q1 when a large load is applied to the output of the converter.
[0021]
In the case of the PFM method, the SW on / off signal (d) is supplied to the switching control circuit 12 and the timing of the PFM signal generated according to the output voltage of the converter in the switching control circuit 12. Thus, the power is supplied to the gate of the power FET Q1. This acts to define the duty of the switching drive signal supplied to the gate of the power FET Q1.
[0022]
Therefore, it is possible to prevent a large current from the battery E1 from continuously flowing into the coil L1 and the power FET Q1 in the overload state of the converter, and the coil L1 and the power FET Q1 are heated to be damaged. Acts to prevent.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the configuration shown in FIG. 1, for example, when the reference waveform generation circuit 14 fails, the sawtooth reference waveform signal (c) is not output, or as shown in FIG. When a state such as slowness occurs, the SW on / off signal that is output from the comparator 16 is continuously turned on as shown in FIG. Such a situation also occurs because the reference voltage (b) sticks to a high level even when, for example, the ground side of the voltage dividing circuit (not shown) floats due to peeling of solder or the like in the reference voltage source 15.
[0024]
For the reasons described above, when the SW on / off signal is continuously turned on and the converter is overloaded or the output terminal is short-circuited, the duty of the switching drive signal supplied to the gate of the power FET Q1 Can not be restricted. Therefore, not only is the battery E1 consumed quickly, but the coil L1 and the power FET Q1 are heated and not only are they damaged, but in the worst case, it may lead to an unexpected situation such as smoke or fire. The
[0025]
The present invention has been made by paying attention to the above-described problems, and is configured to prevent the SW on / off signal from being continuously output due to the failure of the limit signal generating means described above. It is an object of the present invention to provide a DC-DC converter that can avoid such an unexpected situation.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The DC-DC converter according to the present invention made to achieve the above object generates a switching drive signal corresponding to the output voltage value of the converter and supplies the switching drive signal to the switching element. Switching control means for controlling the output voltage value to a predetermined range by supplying to the switching control means, and drive restriction signal generating means for generating a drive restriction signal that is supplied to the switching control means and restricts the driving operation of the switching element. The drive limit signal generating means includes a comparator for comparing a reference waveform signal generated based on a clock signal and a reference voltage, and a drive signal detection means for generating the drive limit signal based on the comparator output and the clock signal. It is characterized in that is provided .
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a DC-DC converter according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 4 and 5 are block diagrams showing the embodiment. In FIG. 4, portions corresponding to the components shown in FIG. 1 already described are denoted by the same reference numerals, and therefore detailed description thereof is omitted as appropriate.
[0028]
In FIG. 4, reference numeral 17 denotes a drive signal pulse end detection circuit constituting a part of the drive limit signal generation means, that is, a drive signal detection means. The pulse end detection circuit 17 is configured to be supplied with a clock signal from the clock signal generation circuit 13 and an output from the comparator 16. On the other hand, the comparator 16 is supplied with the reference voltage Vref and sawtooth reference waveform signal shown in FIGS. 6B and 6C, respectively, and the comparator output shown in FIG. 6D is generated.
[0029]
That is, this comparator output falls when the level of the reference waveform signal exceeds the reference voltage Vref. At this time, since the level of the reference waveform signal (c) is made zero, the comparator output (d) results in a signal waveform that instantaneously falls in a spike shape and immediately returns to the original level.
[0030]
FIG. 5 shows an example of the pulse end detection circuit 17, which includes a T-type flip-flop 19, a D-type flip-flop 20, and an AND gate 21. The T-type flip-flop 19 is provided with a reset terminal and an inversion reset terminal, and a clock signal shown in FIG. 6A is supplied to these reset terminals. Therefore, the T-type flip-flop 19 is reset at the rise and fall of the clock signal.
[0031]
A positive voltage “H” is supplied to the T input of the T-type flip-flop 19, and the comparator output (d) is supplied to the clock input CK. Therefore, the T-type flip-flop 19 inverts the output state of the Q terminal and the inverted Q terminal at the timing when the comparator output (d) is supplied to the clock input CK, and at the same time, by the rising and falling of the clock signal, An operation for returning to the state is performed. Accordingly, the SW on / off signal (g) as the drive signal shown in FIG. 6 is output from the inverted Q terminal of the T-type flip-flop 19, and the inverted signal (e) is output from the Q terminal.
[0032]
On the other hand, the inverted signal (e) is supplied to the D input of the D-type flip-flop 20. The D-type flip-flop 20 includes a clock input terminal CK and an inverted clock input terminal CK, and a clock signal (a) is supplied to both. Therefore, the D-type flip-flop 20 outputs the D input at the rise and fall of the clock signal (a), that is, the state of the inverted signal (e) from the Q terminal, and as a result, from the Q terminal. Outputs a boost on / off signal shown in FIG.
[0033]
Then, the boost on / off signal (f) and the SW on / off signal (g) shown in FIG. 6 are input to the AND gate 20, and the drive limit signal (h) is output from the AND gate 20.
[0034]
Thus to, in the normal operating condition as shown in FIG. 6, the same drive limiting signal SW ON / OFF signal (g) (h) is supplied to the switching control circuit 12 shown in FIG. 4 become. The drive limit signal (h) is logically ANDed with, for example, a PWM signal generated according to the output voltage of the converter, and supplied to the gate of the power FET Q1. This acts to limit the duty of the switching drive signal supplied to the gate of the power FET Q1 when a large load is applied to the output of the converter.
[0035]
By the way, when the reference waveform signal (c) having a sawtooth waveform is not output due to, for example, a failure of the reference waveform generation circuit 14 in an abnormal operation state as described above, or as shown in FIG. When a state such as being very slow occurs, the output of the comparator 16 in FIG. 4 is in the state shown in FIG.
[0036]
According to this, the SW on / off signal (g) shown in FIG. 7 is output to the ON state from the inverting Q terminal of the T-type flip-flop 19 shown in FIG. 5, but in response to the fall of the clock signal (a). Reset. On the other hand, the Q output terminal of the D-type flip-flop 20 outputs from the Q output terminal of the D-type flip-flop 20 in order to output the state of the inverted signal (e) shown in FIG. 7 when the clock signal (a) falls. As shown in FIG. 7F, the step-up on / off signal is turned from ON to OFF.
[0037]
Then, the boost on / off signal (f) and the SW on / off signal (g) shown in FIG. 7 are input to the AND gate 20, and the drive limit signal (h) is output from the AND gate 20.
[0038]
Therefore, in the state shown in the timing chart of FIG. 7, the output of the drive limiting signal (h) disappears (becomes low level) at the rising or falling timing of the clock signal (a). Since this drive limiting signal (h) is logically ANDed with, for example, a PWM signal generated according to the output voltage of the converter as described above, the switching drive signal is prevented from being supplied to the gate of the power FET Q1. The That is, the power FET Q1 is forcibly turned off, thereby stopping the conversion operation.
[0039]
Therefore, when an overload is further applied to the converter in a state where, for example, the reference waveform generation circuit 14 or the like in the abnormal operating state is faulty, the converter is in a more serious state as described above. Can be effectively avoided.
[0040]
In the embodiment described above, the drive limit signal generating means generates the reference waveform signal at both the rising and falling timings of the clock signal, and performs the logic control based on this. The clock signal cycle shown in FIG. 6A may be halved, the reference waveform signal may be generated only at the rising timing of the clock signal, and the same logic control may be performed.
[0041]
In the embodiment described above, a converter adopting a chopper type boosting type is illustrated, but a step-down type, an inverting type, and a flyback type DC in which energy is transmitted with the switching element turned off. The present invention can also be adopted for a DC converter.
[0042]
In addition, in the above-described embodiment, the output from the coil is led to the output terminal via the diode. However, a switching element such as a transistor is used instead of the diode, and the on / off timing is determined by the switching element. The present invention can also be applied to a so-called synchronous rectification method for controlling the current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional DC-DC converter.
FIG. 2 is a timing chart showing an operation in a normal state of the converter shown in FIG.
FIG. 3 is a timing chart showing an operation when the converter shown in FIG. 1 is abnormal.
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a DC-DC converter according to the present invention.
5 is a block diagram showing an example of a pulse end detection circuit that constitutes a part of limit signal generation means in the converter shown in FIG. 4; FIG.
6 is a timing chart showing an operation of the converter shown in FIG. 4 in a normal state.
7 is a timing chart showing an operation when the converter shown in FIG. 4 is abnormal. FIG.
[Explanation of symbols]
11 Voltage Dividing Circuit 12 Switching Control Circuit 13 Clock Signal Generating Circuit 14 Reference Waveform Generating Circuit 15 Reference Voltage Generating Circuit 16 Comparator 17 Pulse End Detection Circuit 19 T Type Flip Flop 20 D Type Flip Flop 21 AND Gate C1 Capacitor D1, D2 Diode E1 Battery (primary power supply)
L1 Boost coil Q1 Switching element R1, R2 Resistor element Vin Power input terminal Vout Output terminal

Claims (3)

コンバータの出力電圧値に応じたスイッチング駆動信号を生成し、当該スイッチング駆動信号をスイッチング素子に与えることで出力電圧値を所定の範囲に制御させるスイッチング制御手段と、前記スイッチング制御手段に供給され、前記スイッチング素子の駆動動作を制限させる駆動制限信号を生成する駆動制限信号生成手段とが具備され、
前記駆動制限信号生成手段は、クロック信号に基づいて生成される基準波形信号と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータ出力と前記クロック信号により前記駆動制限信号を生成する駆動信号検出手段が具備されることを特徴とするDC−DCコンバータ。
Switching control means for generating a switching drive signal corresponding to the output voltage value of the converter, and supplying the switching drive signal to the switching element to control the output voltage value within a predetermined range; and being supplied to the switching control means, Drive limit signal generating means for generating a drive limit signal for limiting the drive operation of the switching element,
The drive limit signal generation means includes a comparator that compares a reference waveform signal generated based on a clock signal and a reference voltage, and a drive signal detection means that generates the drive limit signal based on the comparator output and the clock signal. DC-DC converter, characterized in that it is.
前記駆動制限信号は、前記クロック信号の立上がりおよび/または立下がりのタイミングにおいて生成することを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the drive restriction signal is generated at a timing of rising and / or falling of the clock signal. 前記クロック信号が、前記スイッチング制御手段において生成されるスイッチング駆動信号の発生タイミングと同期していることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the clock signal is synchronized with a generation timing of a switching drive signal generated in the switching control means.
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