JP6148537B2 - スイッチング電源回路 - Google Patents
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Description
[非特許文献1] J. Paramesh and A.V. Jouanne、 "Use of Sigma-Delta Modulation to Control EMI from Switch-Mode Power Supplies、" IEEE Trans. On Indus. Elec.、 vol. 48、 no.1、 pp111-117、 February 2001.
図3は、実施形態1に係るスイッチング電源回路100の構成を示す。スイッチング電源回路100は、ΔΣ変調器110、電圧変換部120、誤差増幅器130および帰還部140を備える。スイッチング電源回路100は、いわゆるΔΣ変調制御方式のDC−DCコンバータである。
図8は、実施形態2に係るスイッチング電源回路100のΔΣ変調器110を示す。ΔΣ変調器110は、3次のフィードバック型の線形モデルで表される。本例のΔΣ変調器110は、実施形態1に係るΔΣ変調器110の構成に加えて、減算器222および積分器232をさらに備える。実施形態1と実施形態2とは、ΔΣ変調器110が2次のフィードバック型であるか、3次のフィードバック型であるかの点で異なる。
図10は、実施形態3に係るスイッチング電源回路100のΔΣ変調器110を示す。ΔΣ変調器110は、4次のフィードバック型の線形モデルで表される。本例のΔΣ変調器110は、実施形態2に係るΔΣ変調器110の構成に加えて、減算器223および積分器233をさらに備える。実施形態2と実施形態3とは、ΔΣ変調器110が3次のフィードバック型であるか、4次のフィードバック型であるかの点で異なる。
図12は、実施形態4に係るスイッチング電源回路100のΔΣ変調器110を示す。ΔΣ変調器110は、2次のフィードフォワード型の線形モデルで表される。実施形態1と実施形態4とは、ΔΣ変調器110がフィードバック型であるか、フィードフォワード型であるかの点で異なる。
図14は、実施形態5に係るスイッチング電源回路100のΔΣ変調器110を示す。ΔΣ変調器110は、3次のフィードフォワード型の線形モデルで表される。本例のΔΣ変調器110は、実施形態4に係るΔΣ変調器110の構成に加えて、積分器232をさらに備える。実施形態4と実施形態5とは、ΔΣ変調器110が2次のフィードフォワード型であるか、3次のフィードフォワード型であるかの点で異なる。
図16は、実施形態6に係るスイッチング電源回路100のΔΣ変調器110を示す。ΔΣ変調器110は、4次のフィードフォワード型の線形モデルで表される。本例のΔΣ変調器110は、実施形態5に係るΔΣ変調器110の構成に加えて、積分器233をさらに備える。実施形態5と実施形態6とは、ΔΣ変調器110が3次のフィードフォワード型であるか、4次のフィードフォワード型であるかの点で異なる。
本発明のスイッチング電源回路は、所定の周波数よりも低域側において、雑音伝達関数NTF(Noise Transfer Function)の利得が、信号伝達関数STFが全域通過関数となるように係数が設定された場合の雑音伝達関数NTF(Noise Transfer Function)の利得よりも高くなるように、ΔΣ変調器の係数を設定することで、リミットサイクル発振によるピークを抑制し、且つ出力リップルを小さくすることができる。
Claims (23)
- スイッチング信号に応じて、入力電圧を出力電圧に変換する電圧変換部と、
前記出力電圧に応じたパルス密度のΔΣ変調信号を前記スイッチング信号として出力する2次以上のΔΣ変調器と、
を備え、
前記ΔΣ変調器は、
信号伝達関数が全域通過関数であるときの雑音伝達関数の第1の利得と、前記信号伝達関数が全域通過関数でないときの前記雑音伝達関数の第2の利得との交点よりも低域において、前記第2の利得が前記第1の利得よりも高くなるように、係数が設定されていることを特徴とするスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
前記雑音伝達関数の極のうち少なくとも1対の極が、複素平面の単位円内であり且つ実軸上以外の領域において、互いに共役複素数となるように、前記係数が設定されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
フィードバック型であることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
2次であることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードバック係数を入力側から出力側に順にb1、b2としたときに、
p1+p2=2−a2b2
p1p2=a1a2b1−a2b2+1
の関係を満足することを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
3次であることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極のうち前記1対の極以外の極が、複素平面の単位円内であり且つ実軸上の負の位置に配置されるように、前記係数が設定されていることを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、p3、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、a3、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードバック係数を入力側から出力側に順にb1、b2、b3としたときに、
p1+p2+p3=3−a3b3
p1p2+p1p3+p2p3=a2a3b2−2a3b3+3
p1p2p3=1−a3b3+a2a3b2−a1a2a3b1
の関係を満足することを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
4次であることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極のうち2対の極が互いに共役複素数となるように係数が設定される請求項9に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極のうち1対の極が共役複素数であり、残りの極が、複素平面の単位円内であり且つ実軸上の負の位置に配置されるように、前記係数が設定されていることを特徴とする請求項9に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、p3、p4、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、a3、a4、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードバック係数を入力側から出力側に順にb1、b2、b3、b4、A=a1a2a3a4b1、B=a2a3a4b2、C=a3a4b3、D=a4b4としたときに、
p1+p2+p3+p4=4−D
p1p2+p1p3+p1p4+p2p3+p2p4+p3p4=C−3D+6
p1p2p3+p1p2p4+p1p3p4+p2p3p4=4−3D+2C−B
p1p2p3p4=A−B+C−D+1
の関係を満足することを特徴とする請求項10または11に記載のスイッチング電源回路。 - 前記出力電圧と予め定められた電圧との差に応じた誤差電圧を生成して前記ΔΣ変調器に出力する誤差増幅器を備えたことを特徴とする請求項3〜12のいずれか1項に記載のスイッチング電源回路。
- 前記ΔΣ変調器は、
フィードフォワード型であることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
2次であることを特徴とする請求項14に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードフォワード係数を入力側から出力側に順にb2、b1としたときに、
p1+p2=2−a1b1
p1p2=a1a2−a1b1+1
の関係を満足することを特徴とする請求項15に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
3次であることを特徴とする請求項14に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極のうち前記1対の極以外の極が、複素平面の単位円であり内且つ実軸上の負の位置に配置されるように、前記係数が設定されていることを特徴とする請求項17に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、p3、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、a3、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードフォワード係数を入力側から出力側に順にb3、b2、b1としたときに、
p1+p2+p3=3−a1b2
p1p2+p1p3+p2p3=a1a2b1−2a1b2+3
p1p2p3=1−a1b2+a1a2b1−a1a2a3
の関係を満足することを特徴とする請求項18に記載のスイッチング電源回路。 - 前記ΔΣ変調器は、
4次であることを特徴とする請求項14に記載のスイッチング電源回路。 - 前記雑音伝達関数の極のうち2対の極が互いに共役複素数となるように係数が設定される請求項20に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極のうち1対の極が互いに共役複素数であり、残りの極が、複素平面の単位円内であり且つ実軸上の負の位置に配置されるように、前記係数が設定されていることを特徴とする請求項20に記載のスイッチング電源回路。
- 前記雑音伝達関数の極をp1、p2、p3、p4、前記係数のうち前記ΔΣ変調器の積分器の利得を決める係数を入力側から出力側に順にa1、a2、a3、a4、前記係数のうち前記ΔΣ変調器のフィードフォワード係数を入力側から出力側に順にb4、b3、b2、b1、A=a1a2a3a4、B=a2a3a4b1、C=a1a2b2、D=a1b3としたときに、
p1+p2+p3+p4=4−D
p1p2+p1p3+p1p4+p2p3+p2p4+p3p4=C−3D+6
p1p2p3+p1p2p4+p1p3p4+p2p3p4=4−3D+2C−B
p1p2p3p4=A−B+C−D+1
の関係を満足することを特徴とする請求項21または22に記載のスイッチング電源回路。
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