JP5812777B2 - Dc/dcコンバータの制御回路及びdc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
第1及び第2のスイッチング素子、インダクタ及び第1のキャパシタを備えたDC/DCコンバータを制御するDC/DCコンバータの制御回路において、上記第1及び第2のスイッチング素子は入力電圧の電圧源及び接地端子の間に直列接続され、上記インダクタは上記第1及び第2のスイッチング素子の間のノードと上記DC/DCコンバータの出力端子との間に接続され、上記キャパシタは上記DC/DCコンバータの出力端子と接地端子との間に接続され、
上記DC/DCコンバータの制御回路は、
上記DC/DCコンバータの出力電圧を検出し、上記出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の直流成分を表す第1の帰還電圧を生成する第1の帰還回路と、
上記入力電圧及び上記DC/DCコンバータの出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の交流成分を表す第2の帰還電圧を生成する第2の帰還回路と、
上記第1及び第2の帰還電圧を合成して第3の帰還電圧を生成する合成回路と、
上記DC/DCコンバータの所望の出力電圧に対応する所定の第1の基準電圧を生成する第1の基準電圧生成回路と、
上記第1の基準電圧と上記第3の帰還電圧とを比較して、比較結果を示す比較結果信号を出力する第1のコンパレータと、
上記比較結果信号に基づいて上記第1及び第2のスイッチング素子のオン/オフ時間を調整し、調整結果に応じてハイレベル又はローレベルの制御信号を出力するオン時間調整回路と、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオンにし、上記第2のスイッチング素子をオフにし、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオフにし、上記第2のスイッチング素子をオンにするドライバ回路とを備え、
上記第2の帰還回路は、上記制御信号に従って動作し、上記制御信号がローレベルであるとき、上記入力電圧と上記出力電圧との差に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記出力電圧に基づいて上記第2の帰還電圧を生成することを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るDC/DCコンバータの構成を示すブロック図である。本実施形態のDC/DCコンバータは、出力電圧の変動を抑圧するように、特に、出力端子に接続されたインダクタのインダクタ電流のリップル成分の大きさを一定にし、これにより、出力電圧のリップル成分の大きさを一定にするように動作する。
dIL/dt=(VIN−VOUT)/L1
dIL/dt=(−VOUT)/L1
f=a/C11+b/C12
VMON=VREFI−ΔV
[数5]
ΔV=I/C41
[数6]
I∝(VIN−VOUT)
図10は、本発明の第2の実施形態に係るDC/DCコンバータの構成を示すブロック図である。本実施形態のDC/DCコンバータは、出力電圧の変動を抑圧するように、特に、出力端子に接続されたインダクタのインダクタ電流のリップル成分の周波数を一定にし、これにより、出力電圧のリップル成分の周波数を一定にするように動作する。
2…出力端子、
3…負荷、
11,VREFI…基準電圧生成回路、
12,43,51…コンパレータ、
13…ドライバ回路、
14…帰還電圧生成回路、
15,15A…リップル信号生成回路、
16…合成回路、
17,17A…オン時間調整回路、
21…電圧制御回路、
22…D/Aコンバータ、
41,42…可変電流源、
61…定電流源、
M1,M2,M31,M32,M41,M61…スイッチング素子、
L1…インダクタ、
C1,C2,C11,C12,C31,C41…キャパシタ、
R1,R2,R31,R32…抵抗、
INV31,INV41…インバータ。
Claims (7)
- 第1及び第2のスイッチング素子、インダクタ及び第1のキャパシタを備えたDC/DCコンバータを制御するDC/DCコンバータの制御回路において、上記第1及び第2のスイッチング素子は入力電圧の電圧源及び接地端子の間に直列接続され、上記インダクタは上記第1及び第2のスイッチング素子の間のノードと上記DC/DCコンバータの出力端子との間に接続され、上記第1のキャパシタは上記DC/DCコンバータの出力端子と接地端子との間に接続され、
上記DC/DCコンバータの制御回路は、
上記DC/DCコンバータの出力電圧を検出し、上記出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の直流成分を表す第1の帰還電圧を生成する第1の帰還回路と、
上記入力電圧及び上記DC/DCコンバータの出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の交流成分を表す第2の帰還電圧を生成する第2の帰還回路と、
上記第1及び第2の帰還電圧を合成して第3の帰還電圧を生成する合成回路と、
上記DC/DCコンバータの所望の出力電圧に対応する所定の第1の基準電圧を生成する第1の基準電圧生成回路と、
上記第1の基準電圧と上記第3の帰還電圧とを比較して、比較結果を示す比較結果信号を出力する第1のコンパレータと、
上記比較結果信号に基づいて上記第1及び第2のスイッチング素子のオン/オフ時間を調整し、調整結果に応じてハイレベル又はローレベルの制御信号を出力するオン時間調整回路と、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオンにし、上記第2のスイッチング素子をオフにし、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオフにし、上記第2のスイッチング素子をオンにするドライバ回路とを備え、
上記第2の帰還回路は、上記制御信号に従って動作し、上記制御信号がローレベルであるとき、上記入力電圧と上記出力電圧との差に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記出力電圧に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、
上記オン時間調整回路は、第1及び第2の可変電流源と、上記比較結果信号に従って動作する第3のスイッチング素子と、第2のコンパレータと、上記第2のコンパレータの非反転入力端子と接地端子との間にそれぞれ接続された第1及び第2の端子を有する第2のキャパシタと、上記第2のコンパレータの反転入力端子と接地端子との間に接続され、第2の基準電圧を生成する第2の基準電圧生成回路とを備え、
上記オン時間調整回路は、上記入力電圧、上記出力電圧、及び上記制御信号に従って動作し、
上記第3のスイッチング素子は、上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧以上である時間期間にわたって、上記第1の可変電流源を上記第2のキャパシタの第1の端子に接続し、上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧未満である時間期間にわたって、上記第2の可変電流源を上記第2のキャパシタの第1の端子に接続し、
上記第1の可変電流源は、上記制御信号の立ち下がり時における上記入力電圧と上記出力電圧との差を取得し、当該立ち下がり時の直後に到来する上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧以上になる時間期間にわたって、上記入力電圧と上記出力電圧との取得された差に基づく電流を上記第2のキャパシタに送り、
上記第2の可変電流源は、上記制御信号の立ち上がり時における上記出力電圧を取得し、当該立ち上がり時の直後に到来する上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧未満になる時間期間にわたって、上記取得された出力電圧に基づく電流を上記第2のキャパシタに送り、
上記第2のコンパレータは、上記第2のキャパシタの電圧と上記第2の基準電圧とを比較し、上記第2のキャパシタの電圧が上記第2の基準電圧を超えたとき、上記制御信号をローレベルからハイレベルに変化させ、上記第2のキャパシタの電圧が上記第2の基準電圧未満になったとき、上記制御信号をハイレベルからローレベルに変化させることを特徴とするDC/DCコンバータの制御回路。 - 第1及び第2のスイッチング素子、インダクタ及び第1のキャパシタを備えたDC/DCコンバータを制御するDC/DCコンバータの制御回路において、上記第1及び第2のスイッチング素子は入力電圧の電圧源及び接地端子の間に直列接続され、上記インダクタは上記第1及び第2のスイッチング素子の間のノードと上記DC/DCコンバータの出力端子との間に接続され、上記第1のキャパシタは上記DC/DCコンバータの出力端子と接地端子との間に接続され、
上記DC/DCコンバータの制御回路は、
上記DC/DCコンバータの出力電圧を検出し、上記出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の直流成分を表す第1の帰還電圧を生成する第1の帰還回路と、
上記入力電圧及び上記DC/DCコンバータの出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の交流成分を表す第2の帰還電圧を生成する第2の帰還回路と、
上記第1及び第2の帰還電圧を合成して第3の帰還電圧を生成する合成回路と、
上記DC/DCコンバータの所望の出力電圧に対応する所定の第1の基準電圧を生成する第1の基準電圧生成回路と、
上記第1の基準電圧と上記第3の帰還電圧とを比較して、比較結果を示す比較結果信号を出力する第1のコンパレータと、
上記比較結果信号に基づいて上記第1及び第2のスイッチング素子のオン/オフ時間を調整し、調整結果に応じてハイレベル又はローレベルの制御信号を出力するオン時間調整回路と、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオンにし、上記第2のスイッチング素子をオフにし、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオフにし、上記第2のスイッチング素子をオンにするドライバ回路とを備え、
上記第2の帰還回路は、上記制御信号に従って動作し、上記制御信号がローレベルであるとき、上記入力電圧と上記出力電圧との差に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記出力電圧に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、
上記オン時間調整回路は、定電流源と、第2のコンパレータと、上記比較結果信号に従って動作する第3のスイッチング素子と、上記第2のコンパレータの非反転入力端子と接地端子との間にそれぞれ接続された第1及び第2の端子を有する第2のキャパシタと、上記第2のコンパレータの反転入力端子と接地端子との間に接続され、第2の基準電圧を生成する第2の基準電圧生成回路とを備え、
上記定電流源は上記第2のキャパシタの第1の端子に接続され、
上記第3のスイッチング素子は、上記第2のキャパシタの第1の端子と接地端子との間に接続され、上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧以上である時間期間にわたって切断され、上記第3の帰還電圧が上記第1の基準電圧未満である時間期間にわたって短絡し、
上記第2のコンパレータは、上記第2のキャパシタの電圧と上記第2の基準電圧とを比較し、上記第2のキャパシタの電圧が上記第2の基準電圧を超えたとき、上記制御信号をローレベルからハイレベルに変化させ、上記第2のキャパシタの電圧が上記第2の基準電圧未満になったとき、上記制御信号をハイレベルからローレベルに変化させることを特徴とするDC/DCコンバータの制御回路。 - 上記第2の帰還回路は、
直列接続された第1及び第2の抵抗を含み、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の両端に上記入力電圧及び上記出力電圧がそれぞれ印加される一方、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の一端に上記出力電圧が印加され、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の他端は接地され、
上記第1及び第2の抵抗の間のノードにおいて上記第2の帰還電圧を生成することを特徴とする請求項1又は2記載のDC/DCコンバータの制御回路。 - 上記第2の帰還回路は、
直列接続された抵抗及び第2のキャパシタを含み、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記直列接続された抵抗及び第2のキャパシタの両端のうちの上記抵抗の側の端部に上記入力電圧が印加され、上記直列接続された抵抗及び第2のキャパシタの両端のうちの上記第2のキャパシタの側の端部に上記出力電圧が印加される一方、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記直列接続された抵抗及び第2のキャパシタの両端のうちの上記抵抗の側の端部が接地され、上記直列接続された抵抗及び第2のキャパシタの両端のうちの上記第2のキャパシタの側の端部に上記出力電圧が印加され、
上記抵抗及び第2のキャパシタの間のノードにおいて上記第2の帰還電圧を生成することを特徴とする請求項1又は2記載のDC/DCコンバータの制御回路。 - 第1及び第2のスイッチング素子、インダクタ及び第1のキャパシタを備えたDC/DCコンバータを制御するDC/DCコンバータの制御回路において、上記第1及び第2のスイッチング素子は入力電圧の電圧源及び接地端子の間に直列接続され、上記インダクタは上記第1及び第2のスイッチング素子の間のノードと上記DC/DCコンバータの出力端子との間に接続され、上記第1のキャパシタは上記DC/DCコンバータの出力端子と接地端子との間に接続され、
上記DC/DCコンバータの制御回路は、
上記DC/DCコンバータの出力電圧を検出し、上記出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の直流成分を表す第1の帰還電圧を生成する第1の帰還回路と、
上記入力電圧及び上記DC/DCコンバータの出力電圧に基づいて、上記インダクタを流れるインダクタ電流の交流成分を表す第2の帰還電圧を生成する第2の帰還回路と、
上記第1及び第2の帰還電圧を合成して第3の帰還電圧を生成する合成回路と、
上記DC/DCコンバータの所望の出力電圧に対応する所定の第1の基準電圧を生成する第1の基準電圧生成回路と、
上記第1の基準電圧と上記第3の帰還電圧とを比較して、比較結果を示す比較結果信号を出力する第1のコンパレータと、
上記比較結果信号に基づいて上記第1及び第2のスイッチング素子のオン/オフ時間を調整し、調整結果に応じてハイレベル又はローレベルの制御信号を出力するオン時間調整回路と、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオンにし、上記第2のスイッチング素子をオフにし、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記第1のスイッチング素子をオフにし、上記第2のスイッチング素子をオンにするドライバ回路とを備え、
上記第2の帰還回路は、上記制御信号に従って動作し、上記制御信号がローレベルであるとき、上記入力電圧と上記出力電圧との差に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記出力電圧に基づいて上記第2の帰還電圧を生成し、
上記第2の帰還回路は、
直列接続された第1及び第2の抵抗を含み、
上記制御信号がローレベルであるとき、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の両端に上記入力電圧及び上記出力電圧がそれぞれ印加される一方、上記制御信号がハイレベルであるとき、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の一端に上記出力電圧が印加され、上記直列接続された第1及び第2の抵抗の他端は接地され、
上記第1及び第2の抵抗の間のノードにおいて上記第2の帰還電圧を生成することを特徴とするDC/DCコンバータの制御回路。 - 上記DC/DCコンバータの制御回路は、上記第2のスイッチング素子がオンであるとき、上記DC/DCコンバータの出力端子から上記インダクタ及び上記第2のスイッチング素子を介して上記接地端子に流れる逆流電流の有無を検出する第2のコンパレータをさらに備え、
上記ドライバ回路は、上記逆流電流が存在するとき、上記第1及び第2のスイッチング素子の両方をオフにすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のDC/DCコンバータの制御回路。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載のDC/DCコンバータの制御回路と、上記第1及び第2のスイッチング素子と、上記インダクタと、上記第1のキャパシタとを備えたことを特徴とするDC/DCコンバータ。
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