JP5967871B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
第2インダクタと,入力電源から前記第2インダクタへ供給される電流をスイッチングする第2スイッチング素子と,前記第2スイッチング素子を駆動する第2駆動制御回路と,前記第2インダクタから電流が出力される第2サブ出力端子とを有する第2サブ電源モジュールと,
前記第1,第2サブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記第1スイッチング素子のオン動作は,前記共通出力端子の出力電圧が第1電圧より低いか否かに応じて制御され,前記第2スイッチング素子のオン動作は,前記出力電圧が前記第1電圧と異なる第2電圧より低いか否かに応じて制御される。
図1は,第1の実施の形態における電源装置の構成図である。第1の実施の形態は降圧型電源装置の例である。この電源装置は,第0段から第n−1段までのn個のサブ電源モジュールのサブ出力端子O_0〜O_n-1を接続して,共通出力端子Voutに所望の出力電圧を生成する。各サブ電源モジュールは,出力インダクタLoutと,図示しない入力電源に接続されたスイッチング素子を有するモジュール回路M_0〜M_n-1と,スイッチング素子を駆動する駆動回路AND_0〜AND_n-1とを有する。この駆動回路は,後述するとおりANDゲートを有し,このANDゲートにはパルス生成回路PG_0〜PG_n-1からのパルス信号と,コンパレータCMP_0〜CMP_n-1の比較信号とが入力される。パルス生成回路PG_0〜PG_n-1は,好ましくは,互いに位相がずれたパルス信号を生成する。図1の例では,サブ電源モジュールがn個あるので,パルス生成回路が生成するパルス信号はN相であり,後述するとおり互いのパルスは重なり合っていても良い。
図18は,第2の実施の形態における昇圧型の電源装置の構成図である。昇圧型の電源装置も,降圧型と同様に,n段のサブ電源モジュールで共通の出力端子Voutの出力電圧を生成する。各サブ電源モジュールは,図示しないインダクタを含むモジュール回路M_0−M_n-1と,パルス生成回路PG_0−PG_n-1と,コンパレータCMP_0−CMP_n-1と,パルス生成回路とコンパレータの出力の論理積を駆動パルスとして出力するアンドゲートAND_0−AND_n-1とを有する。そして,コンパレータCMP_0−CMP_n-1は,共通のフィードバック電圧Vfbとそれぞれ異なる基準電圧Vref_0−Vref_n-1とをそれぞれ比較して比較結果信号を出力する。n個のサブ電源モジュールのサブ出力端子O_0−O_n-1は共通の出力端子Voutに接続され,共通の出力端子Voutには平滑化キャパシタCoutが設けられ,負荷回路RLが接続される。
第1,第2の実施の形態で示した降圧型電源装置と昇圧型電源装置は,いずれもn個のサブ電源モジュールを共通の出力端子Voutに接続し,各サブ電源モジュール内のスイッチング素子M1のオン,オフ動作を,出力電圧Voutの異なる電位にもとづいて切り替えることで,スイッチング素子M1のオンデューティ比を異ならせている。いずれの場合も,インダクタLout,Lを設け,共通の出力端子Voutには平滑化キャパシタCoutを設けている。
第1インダクタと,入力電源から前記第1インダクタへ供給される電流をスイッチングする第1スイッチング素子と,前記第1スイッチング素子を駆動する第1駆動制御回路と,前記第1インダクタから電流が出力される第1サブ出力端子とを有する第1サブ電源モジュールと,
第2インダクタと,入力電源から前記第2インダクタへ供給される電流をスイッチングする第2スイッチング素子と,前記第2スイッチング素子を駆動する第2駆動制御回路と,前記第2インダクタから電流が出力される第2サブ出力端子とを有する第2サブ電源モジュールと,
前記第1,第2サブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記第1スイッチング素子のオン動作は,前記共通出力端子の出力電圧が第1電圧より低いか否かに応じて制御され,前記第2スイッチング素子のオン動作は,前記出力電圧が前記第1電圧と異なる第2電圧より低いか否かに応じて制御される電源装置。
付記1において,
前記第1,第2駆動制御回路は,互いに位相がずれた期間内において,前記第1スイッチング素子のオン,オフ制御を行う電源装置。
付記1または2において,
前記第1駆動制御回路は,前記出力電圧に対応するフィードバック電圧と第1の基準電圧とを比較し,前記フィードバック電圧が第1の基準電圧より低い場合に前記第1スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにし,
前記第2駆動制御回路は,前記フィードバック電圧と前記第1の基準電圧とは異なる第2の基準電圧とを比較し,前記フィードバック電圧が第1の基準電圧より低い場合に前記第1スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにする電源装置。
付記1または2において,
前記第1駆動制御回路は,前記出力電圧に対応する第1フィードバック電圧と基準電圧とを比較し,前記第1フィードバック電圧が基準電圧より低い場合に前記第1スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにし,
前記第2駆動制御回路は,前記出力電圧に対応し前記第1フィードバック電圧と異なる第2フィードバック電圧と前記基準電圧とを比較し,前記第2フィードバック電圧が前記基準電圧より低い場合に前記第1スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにする電源装置。
付記3または4において,
前記第1,第2駆動制御回路は,前記フィードバック電圧と基準電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較器を有し,前記比較結果信号に応じて前記第1,第2スイッチング素子をオン、オフ制御する電源装置。
付記5において,
前記第1,第2駆動制御回路は,更に,互いに位相がずれたパルス信号を生成するパルス生成器を有し,前記パルス信号がハイレベルまたはローレベルの期間中に,前記比較結果信号を前記第1,第2スイッチング素子に供給してオン、オフ制御する電源装置。
付記1において,
前記入力電源と第1インダクタの第1端子との間に前記第1スイッチング素子が設けられ,前記第1インダクタの第2端子が前記第1サブ出力端子に接続され,
前記入力電源と第2インダクタの第1端子との間に前記第2スイッチング素子が設けられ,前記第2インダクタの第2端子が前記第2サブ出力端子に接続され,
前記共通出力端子の出力電圧が前記入力電源の電圧より低い電源装置。
付記1において,
前記入力電源に前記第1インダクタの第1端子が接続され,前記第1インダクタの第2端子と基準電圧との間に前記第1スイッチング素子が設けられ,前記第1インダクタの第2端子が一方向性素子を介して前記第1サブ出力端子に接続され,
前記入力電源に前記第2インダクタの第1端子が接続され,前記第2インダクタの第2端子と基準電圧との間に前記第2スイッチング素子が設けられ,前記第2インダクタの第2端子が一方向性素子を介して前記第2サブ出力端子に接続され,
前記共通出力端子の出力電圧が前記入力電源の電圧より高い電源装置。
入力電源からそれぞれのサブ出力端子に電流を出力する第1乃至第Nサブ電源モジュールと,
前記第1乃至第Nサブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記Nは複数であり,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々は,前記入力電源からインダクタに供給される電流をスイッチングするスイッチング素子と,前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路とを有し,前記サブ出力端子に前記インダクタから電流が出力され
前記駆動制御回路は,前記スイッチング素子のオン動作を,前記共通出力端子の出力電圧の電位がレファレンス電位より低いか否かに応じて制御し,前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において前記スイッチング素子のオン動作を制御するレファレンス電位が異なる電源装置。
付記9において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールと,第1乃至第Nサブ電源モジュールそれぞれに設けられるインダクタとが,単一の半導体チップに形成されている電源装置。
付記9において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールが単一の半導体チップに形成され,第1乃至第Nサブ電源モジュールそれぞれに属するインダクタが前記半導体チップの外部に設けられる電源装置。
入力電源からそれぞれのサブ出力端子に電流を出力する第1乃至第Nサブ電源モジュールと,
前記第1乃至第Nサブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記Nは複数であり,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々は,内部配線と,前記入力電源から前記内部配線が有する寄生インダクタに供給される電流をスイッチングするスイッチング素子と,前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路とを有し,前記サブ出力端子に前記寄生インダクタから電流が出力され
前記駆動制御回路は,前記スイッチング素子のオン動作を,前記共通出力端子の出力電圧の電位がレファレンス電位より低いか否かに応じて制御し,前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において前記スイッチング素子のオン動作を制御するレファレンス電位が異なる電源装置。
付記12において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールは,単一の半導体チップに設けられ,
前記Nは少なくとも1000である電源装置。
付記13において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において,前記入力電源と前記寄生インダクタを有する内部配線の第1端子との間に前記スイッチング素子が設けられ,前記内部配線の第2端子が前記サブ出力端子に接続され,
前記共通出力端子の出力電圧が前記入力電源の電圧より低い電源装置。
付記13において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において,前記入力電源に前記寄生インダクタを有する内部配線の第1端子が接続され,前記内部配線の第2端子と基準電圧との間に前記スイッチング素子が設けられ,前記内部配線の第2端子が一方向性素子を介して前記サブ出力端子に接続され,
前記共通出力端子の出力電圧が前記入力電源の電圧より高い電源装置。
CNT:駆動制御回路 O_n-1,O_n-2:サブ出力端子
Vout:共通出力端子 Vref:基準電圧
Vfb:出力電圧Voutを抵抗分割したフィードバック電圧
PG:パルス生成回路
Claims (9)
- 第1インダクタと,入力電源から前記第1インダクタへ供給される電流をスイッチングする第1スイッチング素子と,前記第1スイッチング素子を駆動する第1駆動制御回路と,前記第1インダクタから電流が出力される第1サブ出力端子とを有する第1サブ電源モジュールと,
第2インダクタと,入力電源から前記第2インダクタへ供給される電流をスイッチングする第2スイッチング素子と,前記第2スイッチング素子を駆動する第2駆動制御回路と,前記第2インダクタから電流が出力される第2サブ出力端子とを有する第2サブ電源モジュールと,
前記第1,第2サブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記第1スイッチング素子のオン動作は,前記共通出力端子の出力電圧が第1基準電圧より低いか否かに応じて制御され,前記第2スイッチング素子のオン動作は,前記出力電圧が前記第1基準電圧と異なる第2基準電圧より低いか否かに応じて制御され,
前記各スイッチング素子は,スイッチングトランジスタであり,
前記第1サブ電源モジュール及び前記第2サブ電源モジュールについて,基準電圧が高い方のサブ電源モジュールのスイッチングトランジスタのゲート幅は,基準電圧が低い方のサブ電源モジュールのスイッチングトランジスタのゲート幅よりも広く設定されている電源装置。 - 請求項1において,
前記第1,第2駆動制御回路は,互いに位相がずれた期間内において,前記第1スイッチング素子のオン,オフ制御を行う電源装置。 - 請求項1または2において,
前記第1駆動制御回路は,前記出力電圧に対応するフィードバック電圧と前記第1基準電圧とを比較し,前記フィードバック電圧が前記第1基準電圧より低い場合に前記第1スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにし,
前記第2駆動制御回路は,前記フィードバック電圧と前記第1基準電圧と異なる前記第2基準電圧とを比較し,前記フィードバック電圧が前記第2基準電圧より低い場合に前記第2スイッチング素子をオンにし,高い場合にオフにする電源装置。 - 請求項3において,
前記第1,第2駆動制御回路は,前記フィードバック電圧と前記第1基準電圧または前記第2基準電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較器をそれぞれ有し,前記比較結果信号に応じて前記第1,第2スイッチング素子をオン、オフ制御する電源装置。 - 請求項4において,
前記第1,第2駆動制御回路は,更に,互いに位相がずれたパルス信号を生成するパルス生成器を有し,前記パルス信号がハイレベルまたはローレベルの期間中に,前記比較結果信号を前記第1,第2スイッチング素子に供給してオン、オフ制御する電源装置。 - 入力電源からそれぞれのサブ出力端子に電流を出力する第1乃至第Nサブ電源モジュールと,
前記第1乃至第Nサブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記Nは複数であり,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々は,前記入力電源からインダクタに供給される電流をスイッチングするスイッチング素子と,前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路とを有し,前記サブ出力端子に前記インダクタから電流が出力され,
前記駆動制御回路は,前記スイッチング素子のオン動作を,前記共通出力端子の出力電圧の電位が基準電圧より低いか否かに応じて制御し,前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において前記スイッチング素子のオン動作を制御する前記基準電圧が異なり,
前記各スイッチング素子は,スイッチングトランジスタであり,
前記各サブ電源モジュールについて,前記基準電圧が高いサブ電源モジュールほどスイッチングトランジスタのゲート幅が広く設定され,前記基準電圧が低いサブ電源モジュールほどスイッチングトランジスタのゲート幅が狭く設定されている電源装置。 - 請求項6において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールと,第1乃至第Nサブ電源モジュールそれぞれに設けられるインダクタとが,単一の半導体チップに形成されている電源装置。 - 請求項6において,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールが単一の半導体チップに形成され,第1乃至第Nサブ電源モジュールそれぞれに属するインダクタが前記半導体チップの外部に設けられる電源装置。 - 入力電源からそれぞれのサブ出力端子に電流を出力する第1乃至第Nサブ電源モジュールと,
前記第1乃至第Nサブ出力端子が接続された共通出力端子とを有し,
前記Nは複数であり,
前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々は,内部配線と,前記入力電源から前記内部配線が有する寄生インダクタに供給される電流をスイッチングするスイッチング素子と,前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路とを有し,前記サブ出力端子に前記寄生インダクタから電流が出力され
前記駆動制御回路は,前記スイッチング素子のオン動作を,前記共通出力端子の出力電圧の電位が基準電圧より低いか否かに応じて制御し,前記第1乃至第Nサブ電源モジュールの各々において前記スイッチング素子のオン動作を制御する前記基準電圧が異なり,
前記各スイッチング素子は,スイッチングトランジスタであり,
前記各サブ電源モジュールについて,前記基準電圧が高いサブ電源モジュールほどスイッチングトランジスタのゲート幅が広く設定され,前記基準電圧が低いサブ電源モジュールほどスイッチングトランジスタのゲート幅が狭く設定されている電源装置。
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