JP5190981B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents
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- H02M3/1582—Buck-boost converters
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Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
次に、実施の形態について更に詳述する。
図1は、GSM送信システムのRF電力増幅器モジュールに搭載される本発明の第1の実施の形態による集積化DC/DCコンバータの構成を示す図である。
リチュームイオンのバッテリーBTから4.0ボルトの電圧レベルの入力電圧VINが供給され、制御入力端子T4に1.0ボルトの電圧レベルの制御入力電圧VCNTが供給されると想定する。従って、図1の集積化DC/DCコンバータ(IC)のバック・コンバータ11は、4.0ボルトの電圧レベルの入力電圧VINを2.0ボルトの電圧レベルの出力電圧VOUTに電圧ダウン変換する。PWM制御のバック・コンバータ11の電圧変換率は、オン期間TONとオフ期間TOFFとによって決定される。オン期間TONはバック・コンバータ11の第1のPMOS(MP1)がオンして第1のNMOS(MN1)がオフしている期間であり、オフ期間TOFFはバック・コンバータ11の第1のPMOS(MP1)がオフして第1のNMOS(MN1)がオンしている期間である。PWM制御のバック・コンバータ11による出力電圧VOUTは、オン期間TONとオフ期間TOFFとによって次式のように、入力電圧VINより低い値となる。
オン期間TONとオフ期間TOFFとが等しい期間に設定されると、入力電圧VINの4.0ボルトの電圧の半分の2.0ボルトのレベルの出力電圧VOUTが生成される。
リチュームイオンのバッテリーBTから2.0ボルトの電圧レベルの入力電圧VINが供給され、制御入力端子T4に2.0ボルトの電圧レベルの制御入力電圧VCNTが供給されると想定する。従って、図1の集積化DC/DCコンバータ(IC)のブースト・コンバータ12は、2.0ボルトの電圧レベルの入力電圧VINを4.0ボルトの電圧レベルの出力電圧VOUTに電圧アップ変換する。PWM制御のブースト・コンバータ12の電圧変換率は、オン期間TONとオフ期間TOFFとによって決定される。オン期間TONはブースト・コンバータ12の第2のNMOS(MN2)がオンして第2のPMOS(MP2)がオフしている期間であり、オフ期間TOFFはブースト・コンバータ12の第2のNMOS(MN2)がオフして第2のPMOS(MP2)がオンしている期間である。PWM制御のブースト・コンバータ12による出力電圧VOUTは、オン期間TONとオフ期間TOFFとによって次式のように、入力電圧VINより高い値となる。
尚、ブースト・コンバータ12による昇圧動作の間に、バック・コンバータ11の第1のPMOS(MP1)は常時オン状態に維持され、バッテリーBTからの入力電圧VINが平滑インダクタL12の一端に供給される。
リチュームイオンのバッテリーBTから略3.6ボルトの電圧レベルの入力電圧VINが供給され、制御入力端子T4に略1.8ボルトの電圧レベルの制御入力電圧VCNTが供給されると想定する。従って、図1の集積化DC/DCコンバータ(IC)のバック・コンバータ11とブースト・コンバータ12とは、略3.6ボルトの電圧レベルの入力電圧VINを略3.6ボルトの電圧レベルの出力電圧VOUTに電圧スルー変換する。
一方、図1の集積化DC/DCコンバータ(IC)が前記(1)式の電圧ダウン変換、電圧アップ変換、前記(2)式の電圧スルー変換のいずれかによる電圧変換動作によって安定な出力電圧VOUTを生成している間に、RF電力増幅器の消費電流の急激な増大による出力電圧VOUTの一時的な低下が発生したとする。出力電圧VOUTの一時的な低下によるフィードバック電圧VFBのレベルの一時的な低下は、誤差増幅器EAによって検出され、誤差増幅出力電圧VOEのレベルが上昇する。誤差増幅出力電圧VOEのレベル上昇によりバック・コンバータ11のPWM制御のオン期間TONが長くなって、一時的に低下した出力電圧VOUTが上昇されることができる。
図1の集積化DC/DCコンバータ(IC)では、この問題を回避するために、コントローラ10は2個の電圧比較器CMP_H、CMP_L、プルアップ電流源IPU、プルダウン電流源IPD、プルアップスイッチSWPU、プルダウンスイッチSW PDを含んでいる。2個の電圧比較器CMP_H、CMP_Lの非反転入力端子+にはフィードバック電圧V FB が印加され、一方の電圧比較器CMP_Hの反転入力端子−に一方の基準電圧VCNT+Vαが印加され、他方の電圧比較器CMP_Lの反転入力端子−に他方の基準電圧VCNT−Vβが印加される。また、誤差増幅器EAの非反転入力端子+には制御入力電圧VCNTが印加され、誤差増幅器EAの反転入力端子−にフィードバック電圧VFBが印加される。電源電圧レベルとしての出力電圧VOUTと誤差増幅器EAの出力端子との間にプルアップ電流源IPUとプルアップスイッチSWPUとが直列接続され、誤差増幅器EAの出力端子と接地電圧GNDとの間にプルダウンスイッチSW PDとプルダウン電流源IPDとが直列接続される。
図3は一般的な集積化DC/DCコンバータの動作を示す図であり、図4は図1に示した集積化DC/DCコンバータの動作を示す図である。
図5は、GSM送信システムのRF電力増幅器モジュールに搭載される本発明の第2の実施の形態による集積化DC/DCコンバータの構成を示す図である。
図6(A)、(B)はそれぞれ一般的な集積化DC/DCコンバータと図5に示した集積化DC/DCコンバータの昇圧動作Bst_Opから降圧動作Bck_Opへの切り換えの動作を示す図である。
図7(A)、(B)はそれぞれ一般的な集積化DC/DCコンバータと図5に示した集積化DC/DCコンバータの降圧動作Bck_Opから昇圧動作Bst_Opへの切り換えの動作を示す図である。
図8は、GSM送信システムのRF電力増幅器モジュールに搭載される本発明の第3の実施の形態による集積化DC/DCコンバータの構成を示す図である。
図9は、本発明の第1または第2または第3の実施の形態による集積化DC/DCコンバータを搭載したGSM送信システムのRF電力増幅器モジュールを内蔵した携帯電話の構成を示す図である。
CIN 入力平滑容量
T1 入力端子
VIN 入力電圧
IC 集積化DC/DCコンバータ
10 コントローラ
11 バック(降圧)コンバータ
110 バックドライバ
MP1 第1のPMOS
MN1 第1のNMOS
12 ブースト(昇圧)コンバータ
120 ブーストドライバ
MP2 第2のPMOS
MN2 第2のNMOS
T2 出力端子
VOUT 出力電圧
T3 接地端子
T4 制御入力端子
VCNT 制御入力電圧
T5 フィードバック端子
VFB フィードバック電圧
T6 端子
T7 端子
L12 平滑インダクタ
R1、R2 分圧抵抗
COUT 出力平滑容量
EA 誤差増幅器
VOE 誤差増幅出力電圧
CMP1、CMP2 比較器
100 パルス幅変調制御ロジック
OSC 三角波基準発振器
CMP_H、CMP_L 電圧比較器
VCNT+Vα 一方の基準電圧
VCNT−Vβ 他方の基準電圧
IPU プルアップ電流源
IPD プルダウン電流源
SWPU プルアップスイッチ
SWPD プルダウンスイッチ
101 バック・コントローラ
SW1 スイッチ
EA1 誤差増幅器
PWM1 パルス幅変調制御ロジック
NAND NAND回路
Ref_Dn 基準電圧発生器
102 ブースト・コントローラ
SW1 スイッチ
EA2 誤差増幅器
PWM2 パルス幅変調制御ロジック
NOR NOR回路
Ref_Up 基準電圧発生器
Hys_Cmp 降圧・昇圧スイッチ回路
ANT アンテナ
2 RF電力増幅器モジュール
21 DC/DCコンバータ
22 RF電力増幅器
23 アンテナスイッチ
24 受信フィルタ
3 RFアナログ信号処理集積回路
31 受信周波数ダウンコンバータ
32 送信周波数アップコンバータ
33 PLL周波数シンセサイザ
34 制御回路
35 ディジタル・アナログ変換器
4 ベースバンド信号処理LSI
5 メモリ
6 アプリケーションプロセッサ
Claims (5)
- バックコンバータ、ブーストコンバータ、コントローラを具備して、
前記バックコンバータの入力端子に入力電圧が供給可能とされ、前記バックコンバータの出力ノードと前記ブーストコンバータの入力ノードとの間には平滑インダクタが接続可能とされ、
前記バックコンバータは、前記入力端子と前記出力ノードとの間に接続された第1のスイッチと、前記出力ノードと接地電圧との間に接続された第2のスイッチと、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを駆動するバックドライバを含み、
前記ブーストコンバータは、前記入力ノードと出力端子との間に接続された第3のスイッチと、前記入力ノードと接地電圧との間に接続された第4のスイッチと、前記第3のスイッチと前記第4のスイッチとを駆動するブーストドライバを含み、
前記コントローラは、誤差増幅器と、パルス制御回路と、第1電圧比較器と、第2電圧比較器と、プルアップ回路と、プルダウン回路とを含み、
前記誤差増幅器は、制御入力電圧と前記出力端子の出力電圧から生成されるフィードバック電圧とに応答して、誤差増幅出力端子に誤差増幅出力電圧を生成して、
前記パルス制御回路は、前記誤差増幅器から生成される前記誤差増幅出力電圧に応答して、前記バックドライバと前記ブーストドライバを制御して、
前記第1電圧比較器の一方の入力端子に前記フィードバック電圧が供給可能とされ、前記第1電圧比較器の他方の入力端子に前記制御入力電圧よりも高い第1基準電圧が供給可能とされ、
前記第2電圧比較器の一方の入力端子に前記フィードバック電圧が供給可能とされ、前記第2電圧比較器の他方の入力端子に前記制御入力電圧よりも低い第2基準電圧が供給可能とされ、
前記第1基準電圧よりも前記フィードバック電圧が高くなると前記第1電圧比較器の出力に応答して、前記プルダウン回路は前記誤差増幅出力端子の電圧をプルダウンして、
前記第2基準電圧よりも前記フィードバック電圧が低くなると前記第2電圧比較器の出力に応答して、前記プルアップ回路は前記誤差増幅出力端子の電圧をプルアップするDC/DCコンバータ。 - 前記バックコンバータと前記ブーストコンバータと前記コントローラとは、前記DC/DCコンバータを構成する半導体集積回路に集積化された請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記バックコンバータの前記第1のスイッチと前記ブーストコンバータの前記第3のスイッチとは、PチャンネルMOSトランジスタであり、
前記バックコンバータの前記第2のスイッチと前記ブーストコンバータの前記第4のスイッチとは、NチャンネルMOSトランジスタである請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記出力端子の前記出力電圧はバッテリー動作の携帯電話に搭載されるRF電力増幅器の動作電源電圧とされるものである請求項3に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記出力端子の前記出力電圧はバッテリー動作のモバイル機器に搭載されるCPUまたはプロセッサの動作電源電圧とされるものである請求項3に記載のDC/DCコンバータ。
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