JP5052333B2 - スイッチングレギュレータおよびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数チャンネルの出力を有するスイッチングレギュレータの制御技術に関する。
近年の携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パーソナルコンピュータをはじめとするさまざまな電子機器に、リチウムイオン電池などの2次電池が搭載される。リチウムイオン電池は充電状態に応じて3〜4V程度の電池電圧を生成するが、電子機器には1.5V以下の電源電圧で動作するマイクロプロセッサや、5V程度で動作する発光ダイオードなどの電子デバイスが搭載される。こうしたデバイスに適切な電源電圧を与えるために、電池電圧を昇圧もしくは降圧するスイッチングレギュレータが利用される。
特許文献1、2には、複数の出力電圧を生成可能なスイッチング電源装置を、低コスト、省スペースで提供するための技術が記載されている。この技術では、複数の直流電圧を出力するためのスイッチングレギュレータを、インダクタおよびメインスイッチを複数の出力電圧で共有することにより部品点数の削減を図っている。
本出願人は、同期整流用のトランジスタを直列に接続された2つのトランジスタで構成し、2つのトランジスタのボディダイオードが反対向きとなるように配置する技術を提案している(特許文献2)。特許文献2には、直列接続された2つのトランジスタを同時にオンし、その一方のオン時間をパルス変調信号のパルス幅(デューティ比)に応じて変化させる制御方法が開示される。
特開2003−289666号公報 国際公開第2006/043370A1号パンフレット
メインスイッチをオフした後に、同期整流用のトランジスタがオンするまでに時間差があると、インダクタとメインスイッチの接続点(スイッチング端子という)がハイインピーダンス状態となり、その電位が大きくスイングするという問題がある。
このスイッチング端子の電圧(スイッチング電圧という)が過電圧となると、回路の損失が大きくなり、あるいはトランジスタの耐圧を超えて回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング端子の電圧の上昇を抑制したスイッチングレギュレータの提供にある。
本発明のある態様は、入力電圧を昇圧し、複数チャンネルの出力電圧を生成する昇圧型スイッチングレギュレータに関する。このスイッチングレギュレータは、入力電圧が印加される入力端子と固定電圧端子の間に直列に設けられたインダクタおよびメイントランジスタと、複数チャンネルの出力端子ごとに設けられた複数の出力キャパシタと、複数チャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と、インダクタとメイントランジスタの接続点であるスイッチング端子と、の間に設けられた複数の整流回路と、各チャンネルの出力電圧が一定となるようにデューティ比が制御されるパルス信号を生成し、メイントランジスタおよび各チャンネルの整流回路をパルス信号にもとづいて制御する制御部と、を備える。少なくともひとつのチャンネルの整流回路は、対応する出力端子とスイッチング端子の間に直列に設けられた、ボディダイオードのカソードがスイッチング端子側となる向きで設けられた第1同期整流トランジスタと、ボディダイオードのカソードが出力端子側となる向きで設けられた第2同期整流トランジスタと、を含む。制御部は、第1同期整流トランジスタを先にオンし、続いて第2同期整流トランジスタをパルス信号のパルス幅に応じた期間、オンする。
この態様によると、第1同期整流トランジスタがオンしてから、第2同期整流トランジスタがオンするまでの期間、スイッチング端子と出力端子の間は第2同期整流トランジスタのボディダイオードで結合されるため、スイッチング端子がハイインピーダンスとなるのを防止することができ、スイッチング端子の電圧(スイッチング電圧)が上昇するのを抑制できる。
制御部は、第1同期整流トランジスタを、メイントランジスタがオフする前にオンしてもよい。
この場合、スイッチング端子がハイインピーダンスとなる期間を実質的になくすことができ、より効果的に過電圧を抑制できる。
制御部は、第1同期整流トランジスタを、メイントランジスタがオンするタイミングでオンしてもよい。
この場合、第1同期整流トランジスタをオンするタイミングを別途生成する必要がないため、制御が容易となる。
制御部は、第2同期整流トランジスタを、メイントランジスタがオフした後にオンしてもよい。この場合、出力端子と固定電圧端子(接地端子)の間が、メイントランジスタおよび整流回路を介して導通するのを防止できる。
制御部は、第1同期整流トランジスタを、メイントランジスタが次にオンするタイミングでオフしてもよい。
この場合、第1同期整流トランジスタをオフするタイミングを別途生成する必要がないため、制御が容易となる。
制御部は、軽負荷状態において、メイントランジスタおよび第1同期整流トランジスタをオンする状態と、第1同期整流トランジスタおよび第2同期整流トランジスタをオンする状態と、第1同期整流トランジスタをオンする状態と、を繰り返してもよい。
本発明の別の態様は、入力電圧を昇圧し、N(Nは2以上の整数)チャンネルの出力電圧を生成する昇圧型スイッチングレギュレータの制御方法に関する。昇圧型スイッチングレギュレータは、入力電圧が印加される入力端子と固定電圧端子の間に直列に設けられたインダクタおよびメイントランジスタと、Nチャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と固定電圧端子の間に設けられたN個の出力キャパシタと、Nチャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と、インダクタとメイントランジスタの接続点であるスイッチング端子と、の間に設けられたN個の整流回路と、を備える。少なくともひとつのチャンネルの整流回路は、対応する出力端子とスイッチング端子の間に直列に設けられた、ボディダイオードのカソードがスイッチング端子側となる向きで設けられた第1同期整流トランジスタと、ボディダイオードのカソードが出力端子側となる向きで設けられた第2同期整流トランジスタと、を含む。この制御方法は、メイントランジスタをある期間にわたりオンするステップと、i番目のチャンネルの第1同期整流トランジスタをある期間にわたりオンするステップと、i番目のチャンネルの第1同期整流トランジスタをオンした後に、i番目のチャンネルの第2同期整流トランジスタをある期間にわたりオンするステップと、を、iをインクリメントしながら繰り返し実行する。
i番目のチャンネルの第1同期整流トランジスタは、メイントランジスタがオフするより前にオンしてもよい。
メイントランジスタをオンするタイミングと、i番目のチャンネルの第1同期整流トランジスタをオンするタイミングは同時であってもよい。
i番目のチャンネルの第2同期整流トランジスタは、メイントランジスタがオフした後にオンしてもよい。
i番目のチャンネルの第1同期整流トランジスタをオフするタイミングは、iをインクリメントした後にメイントランジスタをオンするタイミングと同時であってもよい。
各チャンネルの出力電圧がそれぞれの目標値に近づくようにデューティ比が制御されるチャンネルごとのパルス信号を生成するステップをさらに備えてもよい。i番目の第2同期整流トランジスタは、i番目のチャンネルのパルス信号のパルス幅に応じた期間、オンしてもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明にかかるスイッチングレギュレータによれば、スイッチング端子の電圧のスイングを抑制できる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図1は、本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ(DC/DCコンバータ)100の構成を示す。このスイッチングレギュレータ100は、入力端子102に印加された入力電圧Vinを昇圧し、複数チャンネルの出力電圧Voutを生成する昇圧型スイッチングレギュレータである。
実施の形態では簡潔化のために2チャンネルの場合を説明するが、チャンネル数は任意である。
スイッチングレギュレータ100は、メイントランジスタM4、インダクタL1、第1整流回路RECT1、第2整流回路RECT2(必要に応じて整流回路RECTと総称する)、第1出力キャパシタCo1、第2出力キャパシタCo2(必要に応じて出力キャパシタCoと総称する)、制御部10を備える。
インダクタL1およびメイントランジスタM4は、入力端子102と固定電圧端子(接地端子)の間に直列に設けられる。メイントランジスタM4はNチャンネルMOSFETであり、そのゲートには制御信号S4が入力される。制御信号S4がハイレベルのときメイントランジスタM4はオン、ローレベルのときオフする。インダクタL1とメイントランジスタM4の接続点をスイッチング端子104と呼び、スイッチング端子104に生ずる電圧を、スイッチング電圧Vswと称す。
第1出力キャパシタCo1、第2出力キャパシタCo2は、チャンネルごとに設けられる。第1出力キャパシタCo1は、対応する第1出力端子106と接地端子の間に、第2出力キャパシタCo2は、対応する第2出力端子108と接地端子の間に設けられる。
第1整流回路RECT1、第2整流回路RECT2はそれぞれ、第1出力端子106、第2出力端子108ごとに設けられる。第1整流回路RECT1は、対応する第1出力端子106とスイッチング端子104の間に設けられ、第2整流回路RECT2は、対応する第2出力端子108とスイッチング端子104の間に設けられる。
少なくともひとつのチャンネルの整流回路は、整流素子としてメイントランジスタM4と同期してオン、オフが制御されるトランジスタを含む、いわゆる同期整流回路として構成される。図1では、第1整流回路RECT1、第2整流回路RECT2がともに同期整流回路として構成される。
第1整流回路RECT1は、対応する出力端子106とスイッチング端子104の間に直列に設けられた、第1同期整流トランジスタM11、第2同期整流トランジスタM12を含む。第1同期整流トランジスタM11は、ボディダイオードD11のカソードがスイッチング端子104側となる向きで設けられている。第2同期整流トランジスタM12は、ボディダイオードD12のカソードが出力端子106側となる向きで設けられる。
第1同期整流トランジスタM11、第2同期整流トランジスタM12はいずれもPチャンネルMOSFETであり、それぞれのゲートには制御信号S11、S12が入力される。第1同期整流トランジスタM11のバックゲートは自身のスイッチング端子104側の端子と接続され、第2同期整流トランジスタM12のバックゲートは自身の出力端子106側の端子と接続される。制御信号S11がローレベルのとき第1同期整流トランジスタM11はオンし、制御信号S12がローレベルのとき第2同期整流トランジスタM12はオンする。
同様に、第2整流回路RECT2は、対応する出力端子108とスイッチング端子104の間に直列に設けられた、第1同期整流トランジスタM21、第2同期整流トランジスタM22を含む。第1同期整流トランジスタM21は、ボディダイオードD21のカソードがスイッチング端子104側となる向きで設けられている。第2同期整流トランジスタM22は、ボディダイオードD22のカソードが出力端子108側となる向きで設けられる。第1同期整流トランジスタM21、第2同期整流トランジスタM22のゲートには、制御信号S21、S22が入力される。
インダクタL1、メイントランジスタM4、第1整流回路RECT1が、第1チャンネルCH1を形成し、インダクタL1、メイントランジスタM4、第2整流回路RECT2が第2チャンネルCH2を形成する。
制御部10は、各チャンネルの出力電圧Vout1、Vout2が一定となるようにデューティ比が制御されるパルス信号を生成し、メイントランジスタM4および各チャンネルの整流回路RECT1、RECT2をパルス信号にもとづいて制御する。パルス信号は、たとえばパルス幅変調(PWM)、パルス周波数変調(PFM)などの公知技術を用いて生成することができる。また、出力電圧Voutを安定化させるための方式として、出力電圧とその目標電圧の誤差に応じてパルス信号のデューティ比を変化させる電圧モードや、出力電圧とその目標値の誤差に応じてインダクタL1に流れる電流のピーク値を制御するピークカレントモードなどの公知技術を利用することができ、その構成は特に限定されない。
本実施の形態に係るスイッチングレギュレータ100は、制御部10による各トランジスタの制御方法に特徴を有している。以下、この制御方法について詳細に説明する。
制御部10は、各チャンネルを順に繰り返し制御する。基本的な動作として、制御部10は、各チャンネルにおいて、メイントランジスタM4をオンしてインダクタL1にエネルギーを蓄える状態と、整流回路RECT1(RECT2)によりインダクタL1に流れる電流を整流して出力キャパシタCo1(Co2)に供給する状態を繰り返す。
各チャンネルの整流回路RECTの制御に着目すると、以下の特徴1〜6を有する。
1. 制御部10は第1同期整流トランジスタを先にオンし、続いて第2同期整流トランジスタをオンする。第2同期整流トランジスタをオンする時間は、そのチャンネルの出力電圧が目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号のパルス幅に応じて設定される。パルス幅は、ハイレベルの期間であってもよいし、ローレベルの期間であってもよい。つまり、第1同期整流トランジスタと第2同期整流トランジスタを同時にオンすることを避けている。
この方法によれば、第1同期整流トランジスタM11(M21)がオンしてから、第2同期整流トランジスタM12(M22)がオンするまでの期間、スイッチング端子104と出力端子106(108)の間は、第2同期整流トランジスタM12(M22)のボディダイオードD12(D22)で結合される。つまりスイッチング端子104はハイインピーダンス状態にならずに、スイッチング端子104のスイッチング電圧Vswは、Vout1+Vf(またはVout2+Vf)にクランプされるため、その上昇を抑制できる。
2. さらに、制御部10は、第1同期整流トランジスタM11(M21)を、メイントランジスタM4がオフする前にオンする。それによって、スイッチング端子104がハイインピーダンスとなる期間を実質的になくすことができ、より効果的に過電圧を抑制できる。
3. また制御部10は、第1同期整流トランジスタM11(M21)を、メイントランジスタM4がオンするタイミングでオンする。それによって、第1同期整流トランジスタM11(M21)をオンするタイミングを、別途生成する必要がないため、制御が容易となり、回路構成を簡潔化できる。
4. さらに制御部10は、第2同期整流トランジスタM12(M22)を、メイントランジスタM4がオフした後にオンする。それによって、第1出力端子106(108)と固定電圧端子(接地端子)の間が、メイントランジスタM4および整流回路RECT1(RECT2)を介して導通し、貫通電流が流れるのを防止できる。
5. 制御部10は、第1同期整流トランジスタM11(M21)を、メイントランジスタM4が次にオンするタイミングでオフしてもよい。それによって、第1同期整流トランジスタM11(M21)をオフするタイミングを別途生成する必要がないため、制御が容易となり、回路構成を簡潔化できる。
以上が、負荷電流が有る程度大きな負荷状態における連続モードの制御方法である。図2は、通常の負荷状態における図1のスイッチングレギュレータ100の制御シーケンスを示すタイムチャートである。図中、DTはデッドタイムを示す。
メイントランジスタM4をオフした後に、直ちに第1同期整流トランジスタM11、第2同期整流トランジスタM12をオンする従来の制御方式の場合、スイッチング電圧Vswは破線で示すように過電圧にスイングする。これに対して、本実施の形態に係る制御方式によれば、実線で示すようにスイッチング電圧Vswのスイングを抑制することができる。
続いて、負荷電流が減少する軽負荷状態における好適な制御方法を説明する。
6. 制御部10は、軽負荷状態において、メイントランジスタM4および第1同期整流トランジスタM11(M21)をオンする状態φ1と、第1同期整流トランジスタM11(M21)および第2同期整流トランジスタM12(M22)を両方オンする状態φ2と、整流回路RECT1(RECT2)に流れる電流が反転すると、第1同期整流トランジスタM11(M21)のみオンする状態φ3と、を繰り返す。
軽負荷状態の検出は、公知技術を利用して実現すればよく、その方式は限定されない。たとえば、整流回路RECT1(RECT2)に流れる電流をモニタし、スイッチング端子104から出力端子106(108)に流れる電流がゼロ、もしくは負となるタイミングを検出してもよい。あるいは、スイッチング電圧Vswを監視し、スイッチング電圧Vswを0V付近に設定されたしきい値電圧と比較して軽負荷状態を検出してもよい。
図3は、軽負荷状態における図1のスイッチングレギュレータ100の制御シーケンスを示すタイムチャートである。
軽負荷状態においても、メイントランジスタM4をオフした後に、直ちに第1同期整流トランジスタM11、第2同期整流トランジスタM12をオンする従来の制御方式の場合、スイッチング電圧Vswは破線で示すように過電圧にスイングする。これに対して、本実施の形態に係る制御方式によれば、実線で示すようにスイッチング電圧Vswのスイングを抑制することができる。
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
実施の形態の図2、図3のタイムチャートは、メイントランジスタM4および第1整流回路RECT1、第2整流回路RECT2の制御方法の上述した特徴1〜6をすべて満足する場合を示しているが、任意の組み合わせについて本発明は有効である。
また、回路トポロジーとして以下の変形例が考えられる。
(第1の変形例)
図1のスイッチングレギュレータ100において、第1同期整流トランジスタM11と第2同期整流トランジスタM12の配置を入れ換えてもよい。同様に、第1同期整流トランジスタM21と第2同期整流トランジスタM22の位置を入れ換えてもよい。
(第2の変形例)
第1チャンネルCH1の出力電圧Vout1が、第2チャンネルCH2の出力電圧Vout2より高いとき、図1のスイッチングレギュレータ100の第1整流回路RECT1の第1同期整流トランジスタM11を省略することができる。この場合、制御信号S12、S21、S22は、上述の実施の形態と同様に生成すればよい。
(第3の変形例)
第2の変形例において、第1同期整流トランジスタM21のバックゲートを、第1出力端子106と接続してもよい。
各ダイオードD11、D12、D21、D22は、MOSFETのボディダイオードに代えて、個別に形成されたダイオードを利用してもよい。
実施の形態では、2チャンネル出力のスイッチングレギュレータを説明したが、本発明は3チャンネル以上のスイッチングレギュレータにも適用できる。
実施の形態においてMOSFETで構成された素子は、バイポーラトランジスタなど別のトランジスタに置換することも可能である。これらの選択は、半導体製造プロセスやコスト、回路に求められる使用に応じて決定すればよい。
本発明の実施の形態に係るスイッチングレギュレータの構成を示す図である。 通常の負荷状態における図1のスイッチングレギュレータの制御シーケンスを示すタイムチャートである。 軽負荷状態における図1のスイッチングレギュレータの制御シーケンスを示すタイムチャートである。
符号の説明
Co1…第1出力キャパシタ、Co2…第2出力キャパシタ、L1…インダクタ、M4…メイントランジスタ、RECT1…第1整流回路、RECT2…第2整流回路、M11…第1同期整流トランジスタ、M12…第2同期整流トランジスタ、M21…第1同期整流トランジスタ、M22…第2同期整流トランジスタ、102…入力端子、104…スイッチング端子、106…第1出力端子、108…第2出力端子、CH1…第1チャンネル、CH2…第2チャンネル、10…制御部、100…スイッチングレギュレータ。

Claims (12)

  1. 入力電圧を昇圧し、複数チャンネルの出力電圧を生成する昇圧型スイッチングレギュレータであって、
    入力電圧が印加される入力端子と固定電圧端子の間に直列に設けられたインダクタおよびメイントランジスタと、
    複数チャンネルの出力端子ごとに設けられた複数の出力キャパシタと、
    複数チャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と、前記インダクタと前記メイントランジスタの接続点であるスイッチング端子と、の間に設けられた複数の整流回路と、
    各チャンネルの出力電圧が一定となるようにデューティ比が制御されるパルス信号を生成し、前記メイントランジスタおよび各チャンネルの整流回路を前記パルス信号にもとづいて制御する制御部と、
    を備え、
    少なくともひとつのチャンネルの整流回路は、
    対応する前記出力端子と前記スイッチング端子の間に直列に設けられた、ボディダイオードのカソードが前記スイッチング端子側となる向きで設けられた第1同期整流トランジスタと、ボディダイオードのカソードが前記出力端子側となる向きで設けられた第2同期整流トランジスタと、を含み、
    前記制御部は、前記第1同期整流トランジスタを先にオンし、続いて前記第2同期整流トランジスタを前記パルス信号のパルス幅に応じた期間、オンすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
  2. 前記制御部は、前記第1同期整流トランジスタを、前記メイントランジスタがオフする前にオンすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ。
  3. 前記制御部は、前記第1同期整流トランジスタを、前記メイントランジスタがオンするタイミングでオンすることを特徴とする請求項2に記載のスイッチングレギュレータ。
  4. 前記制御部は、前記第2同期整流トランジスタを、前記メイントランジスタがオフした後にオンすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ。
  5. 前記制御部は、前記第1同期整流トランジスタを、前記メイントランジスタが次にオンするタイミングでオフすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングレギュレータ。
  6. 前記制御部は、軽負荷状態において、
    前記メイントランジスタおよび前記第1同期整流トランジスタをオンする状態と、
    前記第1同期整流トランジスタおよび前記第2同期整流トランジスタをオンする状態と、
    前記第1同期整流トランジスタをオンする状態と、
    を繰り返すことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のスイッチングレギュレータ。
  7. 入力電圧を昇圧し、N(Nは2以上の整数)チャンネルの出力電圧を生成する昇圧型スイッチングレギュレータの制御方法であって、
    前記昇圧型スイッチングレギュレータは、
    入力電圧が印加される入力端子と固定電圧端子の間に直列に設けられたインダクタおよびメイントランジスタと、
    Nチャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と固定電圧端子の間に設けられたN個の出力キャパシタと、
    Nチャンネルの出力端子ごとに、各出力端子と、前記インダクタと前記メイントランジスタの接続点であるスイッチング端子と、の間に設けられたN個の整流回路と、
    を備え、少なくともひとつのチャンネルの整流回路は、
    対応する前記出力端子と前記スイッチング端子の間に直列に設けられた、ボディダイオードのカソードが前記スイッチング端子側となる向きで設けられた第1同期整流トランジスタと、ボディダイオードのカソードが前記出力端子側となる向きで設けられた第2同期整流トランジスタと、を含むものであり、
    前記制御方法は、
    前記メイントランジスタをある期間にわたりオンするステップと、
    i番目のチャンネルの前記第1同期整流トランジスタをある期間にわたりオンするステップと、
    前記i番目のチャンネルの前記第1同期整流トランジスタをオンした後に、前記i番目のチャンネルの前記第2同期整流トランジスタをある期間にわたりオンするステップと、
    を、iをインクリメントしながら繰り返し実行することを特徴とする制御方法。
  8. 前記i番目のチャンネルの前記第1同期整流トランジスタは、前記メイントランジスタがオフするより前にオンすることを特徴とする請求項7に記載の制御方法。
  9. 前記メイントランジスタをオンするタイミングと、前記i番目のチャンネルの前記第1同期整流トランジスタをオンするタイミングは同時であることを特徴とする請求項8に記載の制御方法。
  10. 前記i番目のチャンネルの前記第2同期整流トランジスタは、前記メイントランジスタがオフした後にオンすることを特徴とする請求項7に記載の制御方法。
  11. 前記i番目のチャンネルの前記第1同期整流トランジスタをオフするタイミングは、iをインクリメントした後に前記メイントランジスタをオンするタイミングと同時であることを特徴とする請求項7に記載の制御方法。
  12. 各チャンネルの出力電圧がそれぞれの目標値に近づくようにデューティ比が制御されるチャンネルごとのパルス信号を生成するステップをさらに備え、
    前記i番目の前記第2同期整流トランジスタは、i番目のチャンネルのパルス信号のパルス幅に応じた期間、オンすることを特徴とする請求項7に記載の制御方法。
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JP2018098977A (ja) * 2016-12-15 2018-06-21 エイブリック株式会社 昇圧型dc−dcコンバータおよびその使用方法

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US5396412A (en) * 1992-08-27 1995-03-07 Alliedsignal Inc. Synchronous rectification and adjustment of regulator output voltage
JP4395881B2 (ja) * 2000-09-06 2010-01-13 Tdkラムダ株式会社 スイッチング電源装置の同期整流回路
JP2003289666A (ja) 2002-03-28 2003-10-10 Fujitsu Ltd スイッチング電源回路
CN101040422A (zh) 2004-10-19 2007-09-19 罗姆股份有限公司 开关电源控制电路及开关电源装置及使用其的电子设备
JP4728718B2 (ja) * 2005-07-15 2011-07-20 ローム株式会社 昇圧型スイッチングレギュレータおよびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器
JP2007215259A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 駆動回路及びそれを用いたスイッチングレギュレータ
US7679341B2 (en) * 2007-12-12 2010-03-16 Monolithic Power Systems, Inc. External control mode step down switching regulator

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