JP6253344B2 - STEP-UP / DOWN DC / DC CONVERTER, CONTROL CIRCUIT THEREOF, CONTROL METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE USING SAME - Google Patents

STEP-UP / DOWN DC / DC CONVERTER, CONTROL CIRCUIT THEREOF, CONTROL METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE USING SAME Download PDF

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Description

本発明は、昇降圧DC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a step-up / step-down DC / DC converter.

直流電圧を昇圧あるいは降圧するために、昇降圧DC/DCコンバータ(スイッチングレギュレータ)が利用される。図1は、昇降圧型DC/DCコンバータの回路図である。DC/DCコンバータ100rは、入力電圧VINを昇圧または降圧することにより、その出力電圧VOUTを所定の目標レベル(以下、目標電圧という)VOUT_REFに安定化させる。 A step-up / step-down DC / DC converter (switching regulator) is used to increase or decrease the DC voltage. FIG. 1 is a circuit diagram of a step-up / step-down DC / DC converter. The DC / DC converter 100r stabilizes the output voltage VOUT at a predetermined target level (hereinafter referred to as a target voltage) VOUT_REF by stepping up or down the input voltage VIN .

DC/DCコンバータ100rは、出力回路102およびその制御回路200rを備える。出力回路102は、スイッチM1〜M4、インダクタL1および出力キャパシタC1を備える。制御回路200rは、出力電圧VOUTが目標電圧VOUT_REFに近づくようにスイッチM1〜M4をスイッチングする。 The DC / DC converter 100r includes an output circuit 102 and a control circuit 200r thereof. The output circuit 102 includes switches M1 to M4, an inductor L1, and an output capacitor C1. The control circuit 200r switches the switches M1 to M4 so that the output voltage VOUT approaches the target voltage VOUT_REF .

DC/DCコンバータ100rは、降圧(Buck)モードと昇圧(Boost)モードが切りかえ可能に構成される。具体的にはDC/DCコンバータ100rは、VIN>VOUT_REFのとき降圧モード、VIN<VOUT_REFのとき昇圧モードで動作する。また、DC/DCコンバータ100rは、出力ライン106に接続される負荷(不図示)に供給される負荷電流IOUTの量に応じて、重負荷モード(PWMモードともいう)と軽負荷モード(PFMモード)が切りかえ可能となっている。つまりDC/DCコンバータ100rは、重負荷降圧モード、重負荷昇圧モード、軽負荷降圧モード、軽負荷昇圧モード、の4つのモードで動作する。 The DC / DC converter 100r is configured to be able to switch between a step-down (Buck) mode and a step-up (Boost) mode. Specifically, the DC / DC converter 100r operates in a step-down mode when V IN > V OUT_REF and in a step-up mode when V IN <V OUT_REF . In addition, the DC / DC converter 100r has a heavy load mode (also referred to as PWM mode) and a light load mode (PFM) according to the amount of load current IOUT supplied to a load (not shown) connected to the output line 106. Mode) can be switched. That is, the DC / DC converter 100r operates in four modes: a heavy load step-down mode, a heavy load step-up mode, a light load step-down mode, and a light load step-up mode.

制御回路200rは、抵抗R1、R2、PFMコントローラ210、PWMコントローラ220、プリドライバ230、モードセレクタ250を備える。
抵抗R1、R2は、出力電圧VOUTを分圧し、フィードバック電圧VFBを生成する。モードセレクタ250は、負荷電流IOUTの量に応じて、軽負荷モードと重負荷モードを切りかえる。またモードセレクタ250は、入力電圧VINと目標電圧VOUT_REFの大小関係に応じて、昇圧モードと降圧モードを切りかえる。
The control circuit 200r includes resistors R1 and R2, a PFM controller 210, a PWM controller 220, a pre-driver 230, and a mode selector 250.
The resistors R1 and R2 divide the output voltage VOUT and generate a feedback voltage VFB . The mode selector 250 switches between the light load mode and the heavy load mode according to the amount of the load current I OUT . The mode selector 250 switches between the step-up mode and the step-down mode according to the magnitude relationship between the input voltage VIN and the target voltage VOUT_REF .

始めに重負荷モードについて説明する。
PWMコントローラ220は、重負荷モードにおいてアクティブとなり、フィードバック電圧VFBが基準電圧VREFに近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号SPWMを生成する。
First, the heavy load mode will be described.
The PWM controller 220 is active in the heavy load mode, and generates a pulse signal S PWM whose duty ratio is adjusted so that the feedback voltage V FB approaches the reference voltage V REF .

[重負荷降圧モード]
プリドライバ230は、重負荷降圧モードにおいて、スイッチM4をオン、スイッチM3をオフに固定した状態で、パルス信号SPWMにもとづいてスイッチM1およびM2を相補的にスイッチングする。
[Heavy load step-down mode]
Predriver 230 in the heavy load buck mode, the switch M4 ON, while fixing switched off M3, complementarily switching the switches M1 and M2 on the basis of the pulse signal S PWM.

図2(a)は、図1のDC/DCコンバータ100rの重負荷降圧モードの動作波形図である。重負荷降圧モードでは、インダクタL1の一端LX1には、パルス信号SPWMに応じたスイッチング電圧VLX1が印加される。具体的にはパルス信号SPWMがハイレベルのとき、スイッチM1がオン、スイッチM2がオフし、VLX1=VINとなり、パルス信号SPWMがローレベルのとき、スイッチM1がオフ、スイッチM2がオンし、VLX1=VGNDとなる。重負荷降圧モードではスイッチM4が固定的にオンしているため、VLX2≒VOUTとなる。 FIG. 2A is an operation waveform diagram of the heavy load step-down mode of the DC / DC converter 100r of FIG. In the heavy load step-down mode, a switching voltage V LX1 corresponding to the pulse signal S PWM is applied to one end LX1 of the inductor L1. Specifically, when the pulse signal S PWM is at a high level, the switch M1 is turned on, the switch M2 is turned off, and V LX1 = V IN . When the pulse signal S PWM is at a low level, the switch M1 is turned off and the switch M2 is turned on. Turns on and V LX1 = V GND . In the heavy load step-down mode, since the switch M4 is fixedly turned on, V LX2 ≈V OUT is satisfied .

[重負荷昇圧モード]
プリドライバ230は重負荷昇圧モードにおいて、スイッチM1をオン、スイッチM2をオフに固定した状態で、パルス信号SPWMにもとづいてスイッチM3およびM4を相補的にスイッチングする。
図2(b)は、図1のDC/DCコンバータ100rの重負荷昇圧モードの動作波形図である。重負荷昇圧モードでは、スイッチM1が固定的にオンするため、インダクタL1の一端LX1には、入力電圧VINが印加される。またインダクタL1の他端LX2には、パルス信号SPWMに応じたスイッチング電圧VLX2が印加される。具体的にはパルス信号SPWMがハイレベルのとき、スイッチM3がオン、スイッチM4がオフし、VLX2=VGNDとなり、パルス信号SPWMがローレベルのとき、スイッチM3がオフ、スイッチM4がオンし、VLX2=VOUTとなる。
[Heavy load boost mode]
In the pre-driver 230 is heavy load boost mode, the switch M1 ON, while fixing switched off M2, complementarily switching the switches M3 and M4 based on the pulse signal S PWM.
FIG. 2B is an operation waveform diagram of the heavy load boost mode of the DC / DC converter 100r of FIG. In the heavy load boost mode, since the switch M1 is fixedly turned on, the input voltage VIN is applied to one end LX1 of the inductor L1. A switching voltage V LX2 corresponding to the pulse signal S PWM is applied to the other end LX2 of the inductor L1. Specifically, when the pulse signal S PWM is at a high level, the switch M3 is turned on, the switch M4 is turned off, and V LX2 = V GND . When the pulse signal S PWM is at a low level, the switch M3 is turned off and the switch M4 is turned on. Turns on and V LX2 = V OUT .

続いて軽負荷モードについて説明する。   Next, the light load mode will be described.

[軽負荷降圧モード]
PFMコントローラ210は、軽負荷モードにおいてアクティブとなる。
軽負荷降圧モードでは、スイッチM3がオフ、スイッチM4がオンに固定された状態にて、(i)スイッチM1がオン、スイッチM2がオフの第1状態φ1、(ii)スイッチM1がオフ、スイッチM2がオンの第2状態φ2、(iii)スイッチM1、M2がともにオフする第3状態(ハイインピーダンス状態)φ3、を順に繰り返す。
[Light load step-down mode]
The PFM controller 210 is active in the light load mode.
In the light load step-down mode, in a state where the switch M3 is off and the switch M4 is fixed on, (i) the first state φ1 in which the switch M1 is on and the switch M2 is off, (ii) the switch M1 is off, The second state φ2 in which M2 is on and (iii) the third state (high impedance state) φ3 in which both the switches M1 and M2 are off are repeated in order.

[軽負荷昇圧モード]
また軽負荷昇圧モードでは、スイッチM1がオン、スイッチM2がオフに固定された状態にて、(i)スイッチM3がオン、スイッチM4がオフの第1状態φ1、(ii)スイッチM3がオフ、スイッチM4がオンの第2状態φ2、(iii)スイッチM3、M4がともにオフする第3状態φ3、を順に繰り返す。
[Light load boost mode]
In the light load boosting mode, the switch M1 is on and the switch M2 is fixed off. (I) The first state φ1 in which the switch M3 is on and the switch M4 is off. (Ii) The switch M3 is off. The second state φ2 in which the switch M4 is on and (iii) the third state φ3 in which both the switches M3 and M4 are off are repeated in order.

PFMコントローラ210は、コンパレータ212およびロジック部214を含む。ロジック部214は、コンパレータ212の出力および図示しない電流検出回路からの信号にもとづき、第1状態φ1、第2状態φ2、第3状態φ3を切りかえる。   The PFM controller 210 includes a comparator 212 and a logic unit 214. The logic unit 214 switches between the first state φ1, the second state φ2, and the third state φ3 based on the output of the comparator 212 and a signal from a current detection circuit (not shown).

コンパレータ212は、第3状態φ3においてフィードバック電圧VFBを基準電圧VREFと比較し、VFB<VREFとなると、オン信号S1をアサートする。オン信号S1がアサートされると、ロジック部214は、プリドライバ230を第1状態φ1に遷移させる。 The comparator 212 compares the feedback voltage V FB with the reference voltage V REF in the third state φ3, and asserts the ON signal S1 when V FB <V REF . When the on signal S1 is asserted, the logic unit 214 causes the pre-driver 230 to transition to the first state φ1.

第1状態φ1においてインダクタL1に流れるコイル電流Iが時間とともに増大する。PFMコントローラ210は、コイル電流Iが所定のピーク値IPEAKに達すると、プリドライバ230を第2状態φ2に遷移させる。第2状態φ2では、コイル電流Iが時間ともに減少する。そしてPFMコントローラ210は、コイル電流Iが実質的にゼロとなると、プリドライバ230を第3状態φ3に遷移させる。第3状態φ3において、フィードバック電圧VFBが基準電圧VREFまで低下すると、PFMコントローラ210はプリドライバ230を第1状態φ1に遷移させる。 Coil current I L flowing through the inductor L1 increases with time in the first state .phi.1. PFM controller 210, the coil current I L reaches a predetermined peak value I PEAK, shifts the pre-driver 230 to the second state .phi.2. In the second state .phi.2, the coil current I L decreases both time. When the coil current IL becomes substantially zero, the PFM controller 210 causes the pre-driver 230 to transition to the third state φ3. When the feedback voltage V FB drops to the reference voltage V REF in the third state φ3, the PFM controller 210 causes the pre-driver 230 to transition to the first state φ1.

図3(a)、(b)は、図1のDC/DCコンバータ100rの軽負荷降圧モードおよび軽負荷昇圧モードの動作波形図である。   3A and 3B are operation waveform diagrams of the light load step-down mode and the light load step-up mode of the DC / DC converter 100r of FIG.

特開2012−10579号公報JP 2012-10579 A 特開2012−125107号公報JP 2012-125107 A

本発明者は、図1のDC/DCコンバータ100rについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。   As a result of studying the DC / DC converter 100r of FIG. 1, the present inventor has come to recognize the following problems.

軽負荷モードでは、図3(a)、(b)に示すように、出力キャパシタC1が充電され出力電圧VOUTが上昇する状態と、出力キャパシタC1が負荷電流IOUTにより放電され、出力電圧VOUTが低下する状態と、を繰り返す間欠動作を行う。これによりスイッチング周波数が低下し、スイッチング損失を低減することができるが、出力電圧VOUTにはリップル電圧VRIPが重畳される。 In the light load mode, as shown in FIGS. 3A and 3B, the output capacitor C1 is charged and the output voltage VOUT rises, and the output capacitor C1 is discharged by the load current IOUT. An intermittent operation of repeating the state in which OUT decreases is performed. As a result, the switching frequency is lowered and the switching loss can be reduced, but the ripple voltage V RIP is superimposed on the output voltage VOUT .

図4は、図1のDC/DCコンバータ100rの軽負荷モードにおける、目標電圧VOUT_REFと入力電圧VINの差分と、出力電圧VOUTのリップルVRIPとの関係を示す図である。VIN>VOUT_REFのとき降圧モード、VIN<VOUT_REFのとき昇圧モードとなる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the difference between the target voltage V OUT_REF and the input voltage V IN and the ripple V RIP of the output voltage V OUT in the light load mode of the DC / DC converter 100r of FIG. When V IN > V OUT_REF, the step-down mode is selected , and when V IN <V OUT_REF , the step-up mode is selected.

図4に示すように、降圧モード、昇圧モードいずれの場合においても、VOUT_REFとVINの差分がゼロに近づくにしたがい、リップル電圧VRIPが増大する。 As shown in FIG. 4, the step-down mode, in either case up mode, the difference between V OUT_REF and V IN is in accordance with approaches zero, the ripple voltage V RIP is increased.

なおこの問題を、当業者の一般的な認識と捕らえてはならず、本発明者が独自に認識したものである。また、この問題は、第1状態φ1の長さを固定時間とするPFMコントローラ210においても同様に生じうる。   This problem should not be regarded as a general recognition of those skilled in the art, but has been uniquely recognized by the present inventor. This problem can also occur in the PFM controller 210 in which the length of the first state φ1 is a fixed time.

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、昇降圧DC/DCコンバータにおける出力電圧のリップルの低減にある。   The present invention has been made in view of such a problem, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to reduce the ripple of the output voltage in the step-up / step-down DC / DC converter.

本発明のある態様は、昇降圧DC/DCコンバータの制御回路に関する。昇降圧DC/DCコンバータは、インダクタと、入力電圧が供給される入力ラインと、負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、インダクタの一端と入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、出力ラインと接続される出力キャパシタと、を含む。制御回路は、軽負荷状態において、第1スイッチから第4スイッチの状態を指示する第1コントローラと、軽負荷状態において、第1コントローラからの指示にもとづいて第1スイッチから第4スイッチの状態を制御するプリドライバと、を備える。第1コントローラは、(a)降圧モード、(b)昇圧モード、(c)昇降圧モードが切りかえ可能であり、かつ昇降圧モードにおいて、(c−1)第1スイッチがオン、第2スイッチがオフ、第3スイッチがオン、第4スイッチがオフとなる第1状態、(c−2)第1スイッチがオフ、第2スイッチがオン、第3スイッチがオフ、第4スイッチがオンとなる第2状態、(c−3)第1スイッチがオフ、第2スイッチがオフ、第3スイッチがオフ、第4スイッチがオフとなる第3状態、を順に繰り返すよう構成される。   One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a step-up / step-down DC / DC converter. The step-up / step-down DC / DC converter includes an inductor, an input line to which an input voltage is supplied, an output line to which a load is connected and generates an output voltage, and a first switch provided between one end of the inductor and the input line. A second switch provided between one end of the inductor and the ground line, a third switch provided between the other end of the inductor and the ground line, and provided between the other end of the inductor and the output line. A fourth switch and an output capacitor connected to the output line are included. The control circuit includes: a first controller that instructs a state of the fourth switch from the first switch in the light load state; and a state of the fourth switch from the first switch based on the instruction from the first controller in the light load state. And a pre-driver for controlling. The first controller can switch between (a) step-down mode, (b) step-up mode, and (c) step-up / step-down mode. In the step-up / step-down mode, (c-1) the first switch is turned on and the second switch is turned on Off, first state where third switch is on, fourth switch is off, (c-2) first state where first switch is off, second switch is on, third switch is off, fourth switch is on Two states, (c-3) a third switch in which the first switch is off, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is off are sequentially repeated.

この態様によると、入力電圧と出力電圧の目標レベルが近い状態において、昇降圧モードで動作させることにより、出力電圧に重畳されるリップルを低減することができる。   According to this aspect, the ripple superimposed on the output voltage can be reduced by operating in the step-up / step-down mode in a state where the target levels of the input voltage and the output voltage are close.

第1コントローラは、入力電圧が出力電圧の目標レベルより高く設定された第1しきい値より高いとき降圧モードに、入力電圧が出力電圧の目標レベルより低く設定された第2しきい値より低いとき、昇圧モードで、入力電圧が第2しきい値より高く第1しきい値より低いとき、昇降圧モードとなってもよい。   The first controller is in the step-down mode when the input voltage is higher than the first threshold value set higher than the target level of the output voltage, and the input voltage is lower than the second threshold value set lower than the target level of the output voltage. In the boost mode, when the input voltage is higher than the second threshold value and lower than the first threshold value, the step-up / step-down mode may be set.

第1コントローラは、第3状態において出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、フィードバック電圧が基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するコンパレータと、第1状態において、インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するピーク電流検出回路と、第2状態においてコイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するゼロ電流検出回路と、第1状態においてピーク電流検出信号がアサートされると第2状態に遷移し、第2状態においてゼロ電流検出信号がアサートされると第3状態に遷移し、第3状態においてオン信号がアサートされると第1状態に遷移するロジック部と、を含んでもよい。   The first controller compares a feedback voltage corresponding to the output voltage in a third state with a predetermined reference voltage, generates a ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage, and in the first state, an inductor A peak current detection circuit that generates a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the peak current reaches a peak current, and a zero that generates a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second state. When the peak current detection signal is asserted in the first state, the current detection circuit transits to the second state, transitions to the third state when the zero current detection signal is asserted in the second state, and turns on in the third state And a logic unit that transitions to a first state when the signal is asserted.

ロジック部は、オン信号がアサートされると第1レベルとなり、ピーク電流検出信号がアサートされると第2レベルとなる第1制御信号を生成する第1フリップフロップと、ゼロ電流検出信号がアサートされると第1レベルとなり、第1制御信号がアサートされると第2レベルとなる第2制御信号を生成する第2フリップフロップと、を含んでもよい。   The logic unit is at a first level when the ON signal is asserted, and a first flip-flop that generates a first control signal that is at the second level when the peak current detection signal is asserted, and the zero current detection signal is asserted. Then, a second flip-flop that generates a second control signal that becomes the first level and becomes the second level when the first control signal is asserted may be included.

ピーク電流検出回路は、コイル電流をピーク電流と比較し、比較結果にもとづいてピーク電流検出信号をアサートするよう構成されてもよい。
ピーク電流検出回路は、第1状態が所定時間経過すると、ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されてもよい。
The peak current detection circuit may be configured to compare the coil current with the peak current and assert a peak current detection signal based on the comparison result.
The peak current detection circuit may be configured to assert a peak current detection signal when the first state has elapsed for a predetermined time.

第1コントローラは、昇降圧モードにおいて、(c−4)第1状態と第2状態の間に、インダクタの一端と他端に実質的に同電位を印加する第4状態を挿入してもよい。
これにより、昇降圧モードの効率を改善することができる。
In the step-up / step-down mode, the first controller may insert (c-4) a fourth state in which substantially the same potential is applied to one end and the other end of the inductor between the first state and the second state. .
Thereby, the efficiency of the step-up / step-down mode can be improved.

第4状態において、第1スイッチはオン、第2スイッチはオフ、第3スイッチはオフ、第4スイッチはオンとなってもよい。   In the fourth state, the first switch may be on, the second switch may be off, the third switch may be off, and the fourth switch may be on.

第1コントローラは、第3状態において出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、フィードバック電圧が基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するコンパレータと、第1状態において、インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するピーク電流検出回路と、第2状態においてコイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するゼロ電流検出回路と、第1状態においてピーク電流検出信号がアサートされると第4状態に遷移し、第4状態においてオン信号がネゲートされると第2状態に遷移し、第2状態においてゼロ電流検出信号がアサートされると第3状態に遷移し、第3状態においてオン信号がアサートされると第1状態に遷移するロジック部と、を含んでもよい。   The first controller compares a feedback voltage corresponding to the output voltage in a third state with a predetermined reference voltage, generates a ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage, and in the first state, an inductor A peak current detection circuit that generates a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the peak current reaches a peak current, and a zero that generates a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second state. When the peak current detection signal is asserted in the first state, the current detection circuit transits to the fourth state, transitions to the second state when the ON signal is negated in the fourth state, and zero current detection in the second state When the signal is asserted, the state transits to the third state. When the ON signal is asserted in the third state, A logic unit for Transition to state may include.

ロジック部は、オン信号がアサートされると第1レベルとなり、ピーク電流検出信号がアサートされると第2レベルとなる第1制御信号を生成する第1フリップフロップと、ゼロ電流検出信号がアサートされると第1レベルとなり、第1制御信号がアサートされると第2レベルとなる第2制御信号を生成する第2フリップフロップと、第1制御信号が第1レベルであり、またはオン信号がアサートされるとき第1レベルとなり、それ以外のときに第2レベルとなる第3制御信号を生成する論理ゲートと、を含んでもよい。   The logic unit is at a first level when the ON signal is asserted, and a first flip-flop that generates a first control signal that is at the second level when the peak current detection signal is asserted, and the zero current detection signal is asserted. Then, the second flip-flop generating the second control signal which becomes the first level and becomes the second level when the first control signal is asserted, and the first control signal is the first level, or the ON signal is asserted. And a logic gate that generates a third control signal that is at the first level and is at the second level at other times.

ピーク電流検出回路は、コイル電流をピーク電流と比較し、比較結果にもとづいてピーク電流検出信号をアサートするよう構成されてもよい。
ピーク電流検出回路は、第1状態が所定時間経過すると、ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されてもよい。
The peak current detection circuit may be configured to compare the coil current with the peak current and assert a peak current detection signal based on the comparison result.
The peak current detection circuit may be configured to assert a peak current detection signal when the first state has elapsed for a predetermined time.

重負荷状態において、第1スイッチから第4スイッチの状態を指示する第2コントローラをさらに備えてもよい。プリドライバは、重負荷状態において、第2コントローラからの指示にもとづいて第1スイッチから第4スイッチの状態を制御するよう構成されてもよい。   A second controller for instructing the state of the fourth switch from the first switch in the heavy load state may be further provided. The pre-driver may be configured to control the state of the first switch to the fourth switch based on an instruction from the second controller in a heavy load state.

第2コントローラは、(d)降圧モード、(e)昇圧モード、(f)昇降圧モードが切りかえ可能であり、かつ昇降圧モードにおいて、(f−1)第1スイッチがオン、第2スイッチがオフ、第3スイッチがオフ、第4スイッチがオンとなる第5状態、(f−2)第1スイッチがオン、第2スイッチがオフ、第3スイッチがオン、第4スイッチがオフとなる第6状態、(f−3)第1スイッチがオン、第2スイッチがオフ、第3スイッチがオフ、第4スイッチがオンとなる第7状態、(f−4)第1スイッチがオフ、第2スイッチがオン、第3スイッチがオフ、第4スイッチがオンとなる第8状態、を順に繰り返すよう構成されてもよい。   The second controller can switch between (d) step-down mode, (e) step-up mode, and (f) step-up / step-down mode. In the step-up / step-down mode, (f-1) the first switch is on and the second switch is on 5th state in which the third switch is turned off and the fourth switch is turned on, (f-2) the first switch is turned on, the second switch is turned off, the third switch is turned on, and the fourth switch is turned off. 6 states, (f-3) 7th state where the first switch is on, 2nd switch is off, 3rd switch is off, 4th switch is on, (f-4) 1st switch is off, 2nd The eighth state in which the switch is turned on, the third switch is turned off, and the fourth switch is turned on may be sequentially repeated.

制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.
“Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.

本発明の別の態様は、昇降圧DC/DCコンバータに関する。昇降圧DC/DCコンバータは、インダクタと、入力電圧が供給される入力ラインと、負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、インダクタの一端と入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、出力ラインと接続される出力キャパシタと、第1スイッチから第4スイッチを制御する上述のいずれかの制御回路と、を備える。   Another aspect of the present invention relates to a step-up / step-down DC / DC converter. The step-up / step-down DC / DC converter includes an inductor, an input line to which an input voltage is supplied, an output line to which a load is connected and generates an output voltage, and a first switch provided between one end of the inductor and the input line. A second switch provided between one end of the inductor and the ground line, a third switch provided between the other end of the inductor and the ground line, and provided between the other end of the inductor and the output line. A fourth switch; an output capacitor connected to the output line; and any one of the control circuits described above for controlling the fourth switch from the first switch.

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、電池と、その入力ラインに電池の電圧を受ける上述の昇降圧DC/DCコンバータと、を備える。   Another embodiment of the present invention relates to an electronic device. The electronic device includes a battery and the above-described step-up / step-down DC / DC converter that receives the voltage of the battery in its input line.

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。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、昇降圧DC/DCコンバータの出力電圧のリップルを低減できる。   According to an aspect of the present invention, the ripple of the output voltage of the step-up / step-down DC / DC converter can be reduced.

昇降圧型DC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of a step-up / step-down DC / DC converter. 図2(a)、(b)は、図1のDC/DCコンバータの重負荷降圧モードおよび重負荷昇圧モードの動作波形図である。2A and 2B are operation waveform diagrams of the heavy load step-down mode and the heavy load step-up mode of the DC / DC converter of FIG. 図3(a)、(b)は、図1のDC/DCコンバータの軽負荷降圧モードおよび軽負荷昇圧モードの動作波形図である。FIGS. 3A and 3B are operation waveform diagrams in the light load step-down mode and the light load step-up mode of the DC / DC converter of FIG. 図1のDC/DCコンバータの軽負荷モードにおける、目標電圧VOUT_REFと入力電圧VINの差分と、出力電圧VOUTのリップルVRIPとの関係を示す図である。In DC / DC converters light load mode of FIG. 1 is a diagram illustrating the difference between the target voltage V OUT_REF and the input voltage V IN, the relationship between the ripple V RIP of the output voltage V OUT. 第1の実施の形態に係る昇降圧DC/DCコンバータの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the buck-boost DC / DC converter which concerns on 1st Embodiment. 図6(a)、(b)は、図5のDC/DCコンバータの軽負荷昇降圧モードおよび重負荷昇降圧モードの動作波形図である。6A and 6B are operation waveform diagrams of the light load buck-boost mode and the heavy load buck-boost mode of the DC / DC converter of FIG. 図5のDC/DCコンバータの軽負荷モードにおける、目標電圧VOUT_REFと入力電圧VINの差分と、出力電圧VOUTのリップルVRIPとの関係を示す図である。In DC / DC converters light load mode of FIG. 5 is a diagram illustrating the difference between the target voltage V OUT_REF and the input voltage V IN, the relationship between the ripple V RIP of the output voltage V OUT. 図5のDC/DCコンバータの具体的な構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the DC / DC converter of FIG. 5. 図8のDC/DCコンバータの動作波形図である。FIG. 9 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter of FIG. 8. 第2の実施の形態における軽負荷昇降圧モードの動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the light load buck-boost mode in 2nd Embodiment. 第1の実施の形態と第2実施の形態それぞれにおける効率を示す図である。It is a figure which shows the efficiency in each of 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータの具体的な構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structural example of the DC / DC converter which concerns on 2nd Embodiment. 図12のDC/DCコンバータの動作波形図である。FIG. 13 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter of FIG. 12. DC/DCコンバータを用いた電子機器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electronic device using a DC / DC converter.

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。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」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。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. The case where it is indirectly connected through another member that does not affect the state is also included.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.

図5は、第1の実施の形態に係る昇降圧DC/DCコンバータ(以下、単にDC/DCコンバータともいう)100の構成を示す回路図である。DC/DCコンバータ100は、入力ライン104に入力された入力電圧VINを降圧または昇圧し、所定の目標電圧VOUT_REFに安定化された出力電圧VOUTを、出力ライン106に接続される負荷(不図示)に供給する。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up / step-down DC / DC converter (hereinafter also simply referred to as a DC / DC converter) 100 according to the first embodiment. The DC / DC converter 100 steps down or boosts the input voltage VIN input to the input line 104, and loads the output voltage VOUT stabilized at a predetermined target voltage VOUT_REF to the output line 106 ( (Not shown).

DC/DCコンバータ100は、出力回路102および制御回路200を備える。出力回路102は、第1スイッチM1、第2スイッチM2、第3スイッチM3、第4スイッチM4、インダクタL1、出力キャパシタC1を含む。出力回路102の回路トポロジーは、一般的な昇降圧スイッチングレギュレータのそれと同様である。   The DC / DC converter 100 includes an output circuit 102 and a control circuit 200. The output circuit 102 includes a first switch M1, a second switch M2, a third switch M3, a fourth switch M4, an inductor L1, and an output capacitor C1. The circuit topology of the output circuit 102 is the same as that of a general buck-boost switching regulator.

制御回路200は、フィードバック(FB)端子、2つのスイッチング端子LX1、LX2、接地(GND)端子、入力(IN)端子、出力(OUT)端子を有する。   The control circuit 200 has a feedback (FB) terminal, two switching terminals LX1, LX2, a ground (GND) terminal, an input (IN) terminal, and an output (OUT) terminal.

本実施の形態において、第1スイッチM1〜第4スイッチM4は、制御回路200に一体集積化されている。
IN端子は入力ライン104と接続され、入力電圧VINが供給される。LX1端子は、インダクタL1の一端と接続され、LX2端子は、インダクタL1の他端と接続される。OUT端子は出力ライン106と接続される。出力ライン106には、出力キャパシタC1が接続される。GND端子は接地ライン108を介して接地される。
In the present embodiment, the first switch M1 to the fourth switch M4 are integrally integrated in the control circuit 200.
The IN terminal is connected to the input line 104 and supplied with the input voltage VIN . The LX1 terminal is connected to one end of the inductor L1, and the LX2 terminal is connected to the other end of the inductor L1. The OUT terminal is connected to the output line 106. An output capacitor C1 is connected to the output line 106. The GND terminal is grounded via the ground line 108.

第1スイッチM1は、IN端子とLX1端子の間に設けられる。第2スイッチM2は、LX2端子とGND端子の間に設けられる。第3スイッチM3は、LX2端子とGND端子の間に設けられる。第4スイッチM4は、LX2端子とOUT端子の間に設けられる。   The first switch M1 is provided between the IN terminal and the LX1 terminal. The second switch M2 is provided between the LX2 terminal and the GND terminal. The third switch M3 is provided between the LX2 terminal and the GND terminal. The fourth switch M4 is provided between the LX2 terminal and the OUT terminal.

制御回路200は、第1スイッチM1〜第4スイッチM4に加えて、第1コントローラ(PFMコントローラともいう)210、第2コントローラ(PWMコントローラ)220、プリドライバ230、モードセレクタ250、軽負荷検出部252、昇降圧セレクタ254を備える。   In addition to the first switch M1 to the fourth switch M4, the control circuit 200 includes a first controller (also referred to as a PFM controller) 210, a second controller (PWM controller) 220, a pre-driver 230, a mode selector 250, and a light load detection unit. 252 and a step-up / down selector 254 are provided.

制御回路200は、軽負荷モードと重負荷モードが切りかえ可能となっている。軽負荷検出部252は、負荷電流IOUTが小さな軽負荷状態を検出する。軽負荷検出部252の構成は特に限定されず、公知技術を用いればよい。たとえば軽負荷検出部252は、負荷電流IOUTを所定のしきい値と比較することにより軽負荷状態を検出してもよい。あるいは軽負荷検出部252は、出力ライン106に接続される負荷から、軽負荷状態を示す通知信号を受け、当該通知信号にもとづいて軽負荷状態を検出してもよい。 The control circuit 200 can switch between a light load mode and a heavy load mode. The light load detector 252 detects a light load state in which the load current I OUT is small. The structure of the light load detection part 252 is not specifically limited, What is necessary is just to use a well-known technique. For example, the light load detection unit 252 may detect the light load state by comparing the load current I OUT with a predetermined threshold value. Or the light load detection part 252 may receive the notification signal which shows a light load state from the load connected to the output line 106, and may detect a light load state based on the said notification signal.

また制御回路200は、(a)降圧モード、(b)昇圧モードに加えて、(c)昇降圧モードが切りかえ可能に構成される。(a)降圧モード、(b)昇圧モードについては、図1〜図3を参照して説明した通りである。   Further, the control circuit 200 is configured to be able to switch between (a) step-down / step-up mode in addition to (a) step-down mode and (b) step-up mode. The (a) step-down mode and (b) step-up mode are as described with reference to FIGS.

昇降圧セレクタ254は、入力電圧VINと目標電圧VOUT_REFの関係にもとづいて、(a)降圧モード、(b)昇圧モード、(c)昇降圧モードのうちひとつを選択する。 The step-up / down selector 254 selects one of (a) step-down mode, (b) step-up mode, and (c) step-up / step-down mode based on the relationship between the input voltage VIN and the target voltage VOUT_REF .

たとえば昇降圧セレクタ254には、目標電圧VOUT_REFより高い第1しきい値VTH1=VOUT_REF+ΔV1、目標電圧VOUT_REFより低い第2しきい値VTH2=VOUT_REF−ΔV2が設定されている。昇降圧セレクタ254は、VIN>VTH1のとき、降圧モードを選択し、VIN<VTH2のとき昇圧モードを選択し、VTH2<VIN<VTH1のとき昇降圧モードを選択する。 For example, the buck-boost selector 254, the target voltage V OUT_REF higher than the first threshold value V TH1 = V OUT_REF + ΔV1, the target voltage V lower than the OUT_REF second threshold V TH2 = V OUT_REF -ΔV2 is set. The step-up / down selector 254 selects the step-down mode when V IN > V TH1 , selects the step-up mode when V IN <V TH2 , and selects the step-up / step-down mode when V TH2 <V IN <V TH1 .

モードセレクタ250は、軽負荷検出部252および昇降圧セレクタ254により設定されたモードにもとづいて、PFMコントローラ210、PWMコントローラ220、プリドライバ230を制御する。   The mode selector 250 controls the PFM controller 210, the PWM controller 220, and the pre-driver 230 based on the mode set by the light load detection unit 252 and the step-up / down selector 254.

はじめに、軽負荷モードについて説明する。
本実施の形態に係るDC/DCコンバータ100は、軽負荷状態において、以下の3つのモードのいずれかで動作する。
・軽負荷降圧モード
・軽負荷昇圧モード
・軽負荷昇降圧モード
First, the light load mode will be described.
DC / DC converter 100 according to the present embodiment operates in one of the following three modes in a light load state.
・ Light load buck mode ・ Light load boost mode ・ Light load buck-boost mode

PFMコントローラ210は軽負荷モードにおいてアクティブとなり、第1スイッチM1から第4スイッチM4の状態を指示する。プリドライバ230は、軽負荷モードにおいて、PFMコントローラ210からの指示にもとづいて第1スイッチM1から第4スイッチM4の状態を制御する。   The PFM controller 210 becomes active in the light load mode, and instructs the state of the first switch M1 to the fourth switch M4. The pre-driver 230 controls the state of the first switch M1 to the fourth switch M4 based on an instruction from the PFM controller 210 in the light load mode.

PFMコントローラ210は、(a)軽負荷降圧モード、(b)軽負荷昇圧モードに加えて、(c)軽負荷昇降圧モードが切りかえ可能に構成される。(a)軽負荷降圧モード、(b)軽負荷昇圧モードについては、図1〜図3を参照して説明した通りである。   The PFM controller 210 is configured to be able to switch between (a) the light load step-down mode and (b) the light load step-up / down mode in addition to the (b) light load step-up mode. The (a) light load step-down mode and (b) light load step-up mode are as described with reference to FIGS.

PFMコントローラ210は、(c)軽負荷昇降圧モードにおいて、以下の状態φ1〜φ3を順に繰り返すよう構成される。なお、各状態の間には、いわゆるデッドタイムを挿入してもよい。
(c−1)第1状態φ
第1スイッチM1=オン
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オン
第4スイッチM4=オフ
(c−2)第2状態φ2
第1スイッチM1=オフ
第2スイッチM2=オン
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オン
(c−3)第3状態φ3
第1スイッチM1=オフ
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オフ
The PFM controller 210 is configured to sequentially repeat the following states φ1 to φ3 in (c) light load step-up / step-down mode. A so-called dead time may be inserted between the states.
(C-1) First state φ
First switch M1 = ON Second switch M2 = OFF Third switch M3 = ON Fourth switch M4 = OFF (c-2) Second state φ2
First switch M1 = off Second switch M2 = on Third switch M3 = off Fourth switch M4 = on (c-3) Third state φ3
First switch M1 = off Second switch M2 = off Third switch M3 = off Fourth switch M4 = off

続いて重負荷モードについて説明する。
本実施の形態に係るDC/DCコンバータ100は、重負荷状態において、以下の3つのモードのいずれかで動作する。
・重負荷降圧モード
・重負荷昇圧モード
・重負荷昇降圧モード
Next, the heavy load mode will be described.
DC / DC converter 100 according to the present embodiment operates in one of the following three modes in a heavy load state.
-Heavy load buck mode-Heavy load boost mode-Heavy load buck-boost mode

PWMコントローラ220は重負荷モードにおいてアクティブとなり、第1スイッチM1から第4スイッチM4の状態を指示する。プリドライバ230は、重負荷モードにおいて、PWMコントローラ220からの指示にもとづいて第1スイッチM1から第4スイッチM4の状態を制御する。   The PWM controller 220 becomes active in the heavy load mode, and instructs the state of the first switch M1 to the fourth switch M4. The pre-driver 230 controls the state of the first switch M1 to the fourth switch M4 based on an instruction from the PWM controller 220 in the heavy load mode.

PWMコントローラ220は、(d)重負荷降圧モード、(e)重負荷昇圧モードに加えて、(f)重負荷昇降圧モードが切りかえ可能に構成される。(d)重負荷降圧モード、(e)重負荷昇圧モードについては、図1〜図3を参照して説明した通りである。   The PWM controller 220 is configured to be able to switch to (f) heavy load step-up / down mode in addition to (d) heavy load step-down mode and (e) heavy load step-up mode. (D) The heavy load step-down mode and (e) the heavy load step-up mode are as described with reference to FIGS.

PWMコントローラ220は、(f)重負荷昇降圧モードにおいて、以下の状態φ5〜φ8を順に繰り返すよう構成される。
(f−1) 第5状態φ5
第1スイッチM1=オン
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オン
(f−2) 第6状態φ6
第1スイッチM1=オン
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オン
第4スイッチM4=オフ
(f−3) 第7状態φ7
第1スイッチM1=オン
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オン
(f−4) 第8状態φ8
第1スイッチM1=オフ
第2スイッチM2=オン
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オン
The PWM controller 220 is configured to sequentially repeat the following states φ5 to φ8 in (f) heavy load step-up / step-down mode.
(F-1) Fifth state φ5
First switch M1 = ON Second switch M2 = OFF Third switch M3 = OFF Fourth switch M4 = ON (f-2) Sixth state φ6
First switch M1 = ON Second switch M2 = OFF Third switch M3 = ON Fourth switch M4 = OFF (f-3) Seventh state φ7
First switch M1 = ON Second switch M2 = OFF Third switch M3 = OFF Fourth switch M4 = ON (f-4) Eighth state φ8
First switch M1 = off Second switch M2 = on Third switch M3 = off Fourth switch M4 = on

以上が図5のDC/DCコンバータ100の構成である。続いてその動作を説明する。
図6(a)、(b)は、図5のDC/DCコンバータ100の軽負荷昇降圧モードおよび重負荷昇降圧モードの動作波形図である。
The above is the configuration of the DC / DC converter 100 of FIG. Next, the operation will be described.
6A and 6B are operation waveform diagrams of the light load buck-boost mode and the heavy load buck-boost mode of the DC / DC converter 100 of FIG.

軽負荷昇降圧モードにおける端子電圧VLX1は、図3(a)に示す降圧モードの端子電圧VLX1と同じであり、昇降圧モードにおける端子電圧VLX2は、図3(b)に示す昇圧モードの端子電圧VLX1と同じである。 The terminal voltage V LX1 at light load buck-boost mode is the same as the buck mode of the terminal voltage V LX1 shown in FIG. 3 (a), the terminal voltage V LX2 in buck-boost mode, boost mode shown in FIG. 3 (b) Is the same as the terminal voltage V LX1 .

図7は、図5のDC/DCコンバータ100の軽負荷モードにおける、目標電圧VOUT_REFと入力電圧VINの差分と、出力電圧VOUTのリップルVRIPとの関係を示す図である。図7には比較のために、図4のリップル電圧VRIPが破線で示される。DC/DCコンバータ100は、入力電圧VINと目標電圧VOUT_REFが等しい状況において、軽負荷昇降圧モードで動作する。以上がDC/DCコンバータ100の動作である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the difference between the target voltage V OUT_REF and the input voltage V IN and the ripple V RIP of the output voltage V OUT in the light load mode of the DC / DC converter 100 of FIG. For comparison, FIG. 7 shows the ripple voltage V RIP of FIG. 4 with a broken line. DC / DC converter 100, in StatusEqual input voltage V IN and the target voltage V OUT_REF, operating at light load buck-boost mode. The above is the operation of the DC / DC converter 100.

実施の形態に係るDC/DCコンバータ100によれば、VOUT_REF≒VINの状態において昇降圧モードで動作させることにより、リップルVRIPを低減することができる。 According to DC / DC converter 100 according to the embodiment, ripple V RIP can be reduced by operating in the step-up / step-down mode in the state of V OUT_REF ≈V IN .

続いて、DC/DCコンバータ100の具体的な構成例を説明する。   Next, a specific configuration example of the DC / DC converter 100 will be described.

図8は、図5のDC/DCコンバータ100の具体的な構成例を示す回路図である。図8にはPWMコントローラ220は省略されている。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the DC / DC converter 100 of FIG. In FIG. 8, the PWM controller 220 is omitted.

PFMコントローラ210は、コンパレータ212、ロジック部214、ピーク電流検出回路240、ゼロ電流検出回路242を備える。コンパレータ212は、第3状態φ3において出力電圧VOUTに応じたフィードバック電圧VFBを所定の基準電圧VREFと比較し、フィードバック電圧VFBが基準電圧VREFより低くなるとアサート(たとえばハイレベル)されるオン信号S1を生成する。 The PFM controller 210 includes a comparator 212, a logic unit 214, a peak current detection circuit 240, and a zero current detection circuit 242. The comparator 212 compares the feedback voltage V FB corresponding to the output voltage VOUT in the third state φ3 with a predetermined reference voltage V REF, and is asserted (for example, high level) when the feedback voltage V FB becomes lower than the reference voltage V REF. The on signal S1 is generated.

ピーク電流検出回路240は、第1状態φ1において、インダクタL1に流れるコイル電流Iがピーク電流IPEAKに達するとアサート(たとえばハイレベル)されるピーク電流検出信号S2を生成する。たとえばピーク電流検出回路240は、第1スイッチM1のドレインソース間電圧(電圧降下)を所定のしきい値電圧と比較することにより、IとIPEAKを比較してもよい。 Peak current detection circuit 240, in the first state .phi.1, generates a peak current detection signal S2 is asserted (e.g., high level) when the coil current I L reaches the peak current I PEAK flowing through the inductor L1. For example the peak current detection circuit 240, by comparing the drain-source voltage of the first switch M1 (voltage drop) with a predetermined threshold voltage may be compared with I L and I PEAK.

ゼロ電流検出回路242は、第2状態φ2においてコイル電流Iが実質的にゼロとなるとアサート(たとえばハイレベル)されるゼロ電流検出信号S3を生成する。ゼロ電流検出回路242は、第2スイッチM2の電圧降下にもとづいてコイル電流Iが実質的にゼロとなったことを検出する降圧用のゼロ電流検出回路242aと、第3スイッチM3の電圧降下にもとづいてコイル電流Iが実質的にゼロとなったことを検出する昇圧用のゼロ電流検出回路242bと、を含む。 Zero current detection circuit 242 generates the zero current detection signal S3 coil current I L is asserted becomes substantially zero (e.g., high level) in the second state .phi.2. The zero current detection circuit 242 includes a step-down zero current detection circuit 242a that detects that the coil current IL is substantially zero based on the voltage drop of the second switch M2, and a voltage drop of the third switch M3. including a zero current detection circuit 242b for boosting for detecting that the coil current I L has become substantially zero on the basis of.

なお、ピーク電流検出回路240およびゼロ電流検出回路242の構成は特に限定されない。たとえばコイル電流Iの経路上に既知の検出抵抗を挿入し、検出抵抗の電圧降下を利用してもよい。 Note that the configurations of the peak current detection circuit 240 and the zero current detection circuit 242 are not particularly limited. For example to insert the known detection resistor in the path of the coil current I L, it may be used the voltage drop across the sense resistor.

ロジック部214は、第1状態φ1においてピーク電流検出信号S2がアサートされると第2状態φ2に遷移し、第2状態φ2においてゼロ電流検出信号S3がアサートされると第3状態φ3に遷移し、第3状態φ3においてオン信号S1がアサートされると第1状態φ1に遷移する。   The logic unit 214 transitions to the second state φ2 when the peak current detection signal S2 is asserted in the first state φ1, and transitions to the third state φ3 when the zero current detection signal S3 is asserted in the second state φ2. When the ON signal S1 is asserted in the third state φ3, the state transits to the first state φ1.

ロジック部214は、第1フリップフロップ216、インバータ217、第2フリップフロップ218、ORゲート219を含む。   The logic unit 214 includes a first flip-flop 216, an inverter 217, a second flip-flop 218, and an OR gate 219.

第1フリップフロップ216は、オン信号S1がアサートされると第1レベル(ハイレベル)となり、ピーク電流検出信号S2がアサートされると第2レベル(ローレベル)となる第1制御信号SCNT1を生成する。たとえば第1フリップフロップ216は、Dフリップフロップであり、その入力Dにはハイレベル電圧Vが、そのクロック端子CKにはオン信号S1が、そのリセット端子(反転論理)には、インバータ217により反転されたピーク電流検出信号S2が入力される。 The first flip-flop 216 outputs a first control signal SCNT1 that is at a first level (high level) when the ON signal S1 is asserted and is at a second level (low level) when the peak current detection signal S2 is asserted. Generate. For example, the first flip-flop 216 is a D flip-flop. The input D has a high level voltage V H , the clock terminal CK has an on signal S 1, and the reset terminal (inverted logic) has an inverter 217. The inverted peak current detection signal S2 is input.

ORゲート219は、ゼロ電流検出信号S3a、S3bの論理和S3を生成する。第2フリップフロップ218は、ゼロ電流検出信号S3がアサートされると第1レベル(ハイレベル)となり、第1制御信号SCNT1がアサートされると第2レベル(ローレベル)となる第2制御信号SCNT2を生成する。たとえば第2フリップフロップ218は、Dフリップフロップであり、その入力Dにはハイレベル電圧Vが、そのクロック端子CKにはゼロ電流検出信号S3が、そのリセット端子(反転論理)には、第1制御信号SCNT1が入力される。 The OR gate 219 generates a logical sum S3 of the zero current detection signals S3a and S3b. The second flip-flop 218 becomes a first level (high level) when the zero current detection signal S3 is asserted, and becomes a second level (low level) when the first control signal SCNT1 is asserted. SCNT2 is generated. For example, the second flip-flop 218 is a D flip-flop, its input D has a high level voltage V H , its clock terminal CK has a zero current detection signal S3, and its reset terminal (inverted logic) has a first 1 Control signal SCNT1 is input.

ロジック部214は、2つの制御信号SCNT1、SCNT2の組み合わせにより、プリドライバ230の状態を指示する。なお各状態φ1〜φ3と、制御信号SCNT1、SCNT2の割り当ては限定されないが、一例を示す。
φ1: SCNT1=H,SCNT2=L
φ2: SCNT1=L,SCNT2=L
φ3: SCNT1=L,SCNT2=H
The logic unit 214 instructs the state of the pre-driver 230 by a combination of two control signals S CNT1 and S CNT2 . The assignment of the states φ1 to φ3 and the control signals S CNT1 and S CNT2 is not limited, but an example is shown.
φ1: S CNT1 = H, S CNT2 = L
φ2: S CNT1 = L, S CNT2 = L
φ3: SCNT1 = L, SCNT2 = H

プリドライバ230は、制御信号SCNT1、SCNT2にもとづいて、第1スイッチM1〜第4スイッチM4を制御する。第4スイッチM4は、並列に接続されたPチャンネルMOSFETとNチャンネルMOSFETを含む。 Predriver 230, based on the control signal S CNT1, S CNT2, and controls the first switch M1~ fourth switch M4. The fourth switch M4 includes a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET connected in parallel.

たとえばプリドライバ230は、降圧用プリドライバ232、昇圧用プリドライバ234、昇圧用プリドライバ236を含む。降圧用プリドライバ232は、第1スイッチM1および第2スイッチM2を制御する。昇圧用プリドライバ234は、第3スイッチM3および第4スイッチM4aを制御する。PFMコントローラ210は、降圧モードにおいてハイレベル、昇圧モードにおいてローレベルとなる制御信号SCNT4を生成する。昇圧用プリドライバ236は、制御信号SCNT4を受け、降圧モードにおいて第4スイッチM4bを固定的にオンし、昇圧モードにおいて第4スイッチM4bを固定的にオフする。 For example, the pre-driver 230 includes a step-down pre-driver 232, a step-up pre-driver 234, and a step-up pre-driver 236. The step-down pre-driver 232 controls the first switch M1 and the second switch M2. The boosting pre-driver 234 controls the third switch M3 and the fourth switch M4a. The PFM controller 210 generates a control signal SCNT4 that is high in the step-down mode and low in the step-up mode. Boosting pre-driver 236 receives a control signal S CNT4, the fourth switch M4b fixedly turned on in the step-down mode, off fixedly fourth switch M4b in boost mode.

以上がDC/DCコンバータ100の具体的な構成例である。続いてその動作を説明する。図9は、図8のDC/DCコンバータ100の動作波形図である。   The above is a specific configuration example of the DC / DC converter 100. Next, the operation will be described. FIG. 9 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter 100 of FIG.

図8のDC/DCコンバータ100によれば、軽負荷昇降圧モードにおいて、コイル電流Iのピークを維持しながら、各状態φ1〜φ3を制御することが可能となる。 According to the DC / DC converter 100 in FIG. 8, in a light load buck-boost mode, while maintaining the peak of the coil current I L, it is possible to control the respective states [phi] 1 through [phi].

(第2の実施の形態)
第1の実施の形態に係るDC/DCコンバータ100によれば、VIN≒VOUTの状態で、軽負荷昇降圧モードで動作させることにより、出力電圧VOUTのリップルを低減することができるが、その反面、効率が低下するという問題が生ずる。第2の実施の形態では、リップルを低減しつつ、効率を改善可能なDC/DCコンバータ100について説明する。
(Second Embodiment)
According to the DC / DC converter 100 according to the first embodiment, the ripple of the output voltage VOUT can be reduced by operating in the light load buck-boost mode in the state of V IN ≈V OUT. On the other hand, there arises a problem that efficiency is lowered. In the second embodiment, a DC / DC converter 100 capable of improving efficiency while reducing ripple will be described.

第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータ100は、図5と同様に構成される。第2の実施の形態では、第1の実施の形態と比べて、軽負荷昇降圧モードの動作が異なっている。具体的には第2の実施の形態では、PFMコントローラ210は、軽負荷昇降圧モードにおいて、(c−4)第1状態φ1と第2状態φ2の間に、インダクタL1の一端LX1と他端LX2に実質的に同電位を印加する第4状態φ4を挿入し、4つの状態φ1〜φ4を遷移する。   The DC / DC converter 100 according to the second embodiment is configured similarly to FIG. In the second embodiment, the operation in the light load buck-boost mode is different from that in the first embodiment. Specifically, in the second embodiment, in the light load buck-boost mode, the PFM controller 210 (c-4) has one end LX1 and the other end of the inductor L1 between the first state φ1 and the second state φ2. A fourth state φ4 for applying substantially the same potential to LX2 is inserted, and the four states φ1 to φ4 are transitioned.

第4状態φ4において、各スイッチは以下の状態としてもよい。
(c−4)第4状態φ4
第1スイッチM1=オン
第2スイッチM2=オフ
第3スイッチM3=オフ
第4スイッチM4=オン
In the fourth state φ4, each switch may be in the following state.
(C-4) Fourth state φ4
1st switch M1 = on 2nd switch M2 = off 3rd switch M3 = off 4th switch M4 = on

図10は、第2の実施の形態における軽負荷昇降圧モードの動作波形図である。第4状態φ4では、VLX1≒VIN、VLX2≒VOUTとなり、VIN≒VOUTのとき、インダクタL1の両端の電圧VLX1、VLX2が実質的に等しくなる。 FIG. 10 is an operation waveform diagram in the light load buck-boost mode according to the second embodiment. In the fourth state φ4, V LX1 ≈V IN and V LX2 ≈V OUT , and when V IN ≈V OUT , the voltages V LX1 and V LX2 across the inductor L1 are substantially equal.

図11は、第1の実施の形態と第2実施の形態それぞれにおける効率を示す図である。(i)は第1の実施の形態の、(ii)は第2の実施の形態の効率を示す。図11に示すように、軽負荷昇降圧モードにおいて、第4状態φ4を追加することにより、効率を改善することができる。   FIG. 11 is a diagram showing the efficiency in each of the first embodiment and the second embodiment. (I) shows the efficiency of the first embodiment, and (ii) shows the efficiency of the second embodiment. As shown in FIG. 11, the efficiency can be improved by adding the fourth state φ4 in the light load buck-boost mode.

図12は、第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータ100aの具体的な構成例を示す回路図である。図12の制御回路200aにはPWMコントローラ220は省略されている。   FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the DC / DC converter 100a according to the second embodiment. The PWM controller 220 is omitted from the control circuit 200a of FIG.

ロジック部214aは、第1状態φ1においてピーク電流検出信号S2がアサートされると第4状態φ4に遷移し、第4状態φ4においてオン信号S1がネゲートされると第2状態φ2に遷移し、第2状態φ2においてゼロ電流検出信号S3がアサートされると第3状態φ3に遷移し、第3状態φ3においてオン信号S1がアサートされると第1状態φ1に遷移する。   The logic unit 214a transitions to the fourth state φ4 when the peak current detection signal S2 is asserted in the first state φ1, and transitions to the second state φ2 when the on signal S1 is negated in the fourth state φ4. When the zero current detection signal S3 is asserted in the two state φ2, the state transitions to the third state φ3, and when the on signal S1 is asserted in the third state φ3, the state transitions to the first state φ1.

ロジック部214aは、図8のロジック部214に加えて論理ゲート215を備える。論理ゲート215は、第1制御信号SCNT1が第1レベル(ハイレベル)であり、またはオン信号S1がアサート(ハイレベル)されるとき第1レベル(ハイレベル)となり、それ以外のときに第2レベル(ローレベル)となる第3制御信号SCNT3を生成する。たとえば論理ゲート215は、SCNT1とS1の論理和を生成するORゲートであってもよい。 The logic unit 214a includes a logic gate 215 in addition to the logic unit 214 of FIG. The logic gate 215 is at the first level (high level) when the first control signal SCNT1 is at the first level (high level) or the on signal S1 is asserted (high level), and at other times the first control signal SCNT1 is asserted (high level). A third control signal SCNT3 that becomes two levels (low level) is generated. For example, logic gate 215 may be an OR gate that generates a logical sum of SCNT1 and S1.

ロジック部214aは、3つの制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3の組み合わせにより、プリドライバ230の状態を指示する。なお各状態φ1〜φ4と、制御信号SCNT1〜SCNT3の割り当ては限定されないが、一例を示す。
φ1: SCNT1=H,SCNT2=L,SCNT3=H
φ4: SCNT1=L,SCNT2=L,SCNT3=H
φ2: SCNT1=L,SCNT2=L,SCNT3=L
φ3: SCNT1=L,SCNT2=H,SCNT3=L
The logic unit 214a instructs the state of the pre-driver 230 with a combination of three control signals SCNT1 , SCNT2 , and SCNT3 . Note that each state .phi.1 to .phi.4, the allocation of the control signal S CNT1 to S CNT3 without limitation, an example.
φ1: SCNT1 = H, SCNT2 = L, SCNT3 = H
φ4: SCNT1 = L, SCNT2 = L, SCNT3 = H
φ2: SCNT1 = L, SCNT2 = L, SCNT3 = L
φ3: SCNT1 = L, SCNT2 = H, SCNT3 = L

降圧用プリドライバ232は、SCNT2およびSCNT3にもとづいて第1スイッチM1、第2スイッチM2を制御し、昇圧用プリドライバ234は、SCNT1およびSCNT2にもとづいて第3スイッチM3、第4スイッチM4を制御する。 The step-down predriver 232 controls the first switch M1 and the second switch M2 based on SCNT2 and SCNT3 , and the step-up predriver 234 includes the third switch M3 and the fourth switch based on SCNT1 and SCNT2 . The switch M4 is controlled.

以上が第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータ100aの具体的な構成例である。続いてその動作を説明する。図13は、図12のDC/DCコンバータ100aの動作波形図である。   The above is a specific configuration example of the DC / DC converter 100a according to the second embodiment. Next, the operation will be described. FIG. 13 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter 100a of FIG.

図13に示すように、第4状態φ4において、インダクタL1の両端が実質的に同電位となることにより、第4状態φ4の間、コイル電流Iが一定に維持される。第2の実施の形態では、第4状態φ4を挿入することにより、第1の実施の形態と比べてピーク電流IPEAKを維持しつつ、1回のスイッチング動作により出力キャパシタC1に供給される電荷量を増やすことができる。これにより、第1の実施の形態に比べて第3状態φ3を長くとることができ、スイッチング周波数を低下させ、効率を高めることができる。 As shown in FIG. 13, in the fourth state .phi.4, both ends of the inductor L1 by a substantially same potential during a fourth state .phi.4, the coil current I L is kept constant. In the second embodiment, by inserting the fourth state φ4, the charge supplied to the output capacitor C1 by one switching operation is maintained while maintaining the peak current I PEAK as compared with the first embodiment. The amount can be increased. Thereby, the third state φ3 can be made longer than in the first embodiment, the switching frequency can be lowered, and the efficiency can be increased.

続いて、DC/DCコンバータ100の用途を説明する。図14は、DC/DCコンバータ100を用いた電子機器700の一例を示す図である。電子機器700は、たとえば、携帯電話端末、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、ポータブルオーディオプレイヤなどの電池駆動型デバイスである。電子機器700は、筐体702、電池704、マイクロプロセッサ706およびDC/DCコンバータ100を備える。DC/DCコンバータ100は、その入力ライン104に電池704からの電池電圧VBATを受け、出力ライン106に接続されるマイクロプロセッサ706に、出力電圧VOUTを供給する Next, the application of the DC / DC converter 100 will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an electronic device 700 using the DC / DC converter 100. The electronic device 700 is a battery-powered device such as a mobile phone terminal, a digital camera, a digital video camera, a PDA (Personal Digital Assistant), and a portable audio player. The electronic device 700 includes a housing 702, a battery 704, a microprocessor 706, and the DC / DC converter 100. The DC / DC converter 100 receives the battery voltage V BAT from the battery 704 on its input line 104 and supplies the output voltage VOUT to the microprocessor 706 connected to the output line 106.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この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。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

(第1の変形例)
実施の形態では、ピーク電流検出回路240は、第1スイッチM1に流れる電流Iが所定のピーク電流IPEAKに達すると、ピーク電流検出信号S2をアサートする場合を説明したが、ピーク電流検出回路240の機能はこれには限定されない。たとえばピーク電流検出回路240は、第1状態φ1が所定時間経過すると、ピーク電流検出信号S2をアサートするよう構成されてもよい。この場合のピーク電流検出回路240は、アナログあるいはデジタルのタイマー回路あるいは遅延回路で構成でき、公知の技術を用いればよい。
(First modification)
In the embodiment, the peak current detection circuit 240, the current I L flowing through the first switch M1 reaches a predetermined peak current I PEAK, a case has been described to assert the peak current detection signal S2, a peak current detection circuit The function of 240 is not limited to this. For example, the peak current detection circuit 240 may be configured to assert the peak current detection signal S2 when the first state φ1 elapses for a predetermined time. In this case, the peak current detection circuit 240 can be constituted by an analog or digital timer circuit or a delay circuit, and a known technique may be used.

(第2の変形例)
第2の実施の形態において、オン信号S1がネゲートされたことを契機として、第4状態φ4から第2状態φ2に遷移する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば第4状態φ4の長さを、所定の時間に固定してもよい。
(Second modification)
In the second embodiment, a case has been described in which the transition from the fourth state φ4 to the second state φ2 is triggered by the negation of the ON signal S1, but the present invention is not limited thereto. For example, the length of the fourth state φ4 may be fixed at a predetermined time.

(第3の変形例)
DC/DCコンバータ100の負荷は、マイクロプロセッサの他、液晶ドライバ、別の電源回路、その他アナログ回路、デジタル回路であってもよい。またDC/DCコンバータ100は、電池を充電する充電回路に利用することもできる。
(Third Modification)
The load of the DC / DC converter 100 may be a liquid crystal driver, another power supply circuit, other analog circuit, or digital circuit in addition to the microprocessor. The DC / DC converter 100 can also be used in a charging circuit that charges a battery.

(第4の変形例)
第1スイッチM1〜第4スイッチM4は、ディスクリート素子であってもよく、制御回路200に外付けされてもよい。
(Fourth modification)
The first switch M1 to the fourth switch M4 may be discrete elements or may be externally attached to the control circuit 200.

(第5の変形例)
実施の形態で説明した、各信号のアサート、ネゲートと、ハイレベル、ローレベルの対応関係は一例であり、当業者であれば任意の組み合わせで設計することができる。
(Fifth modification)
The correspondence relationship between the assertion and negation of each signal and the high level and low level described in the embodiment is an example, and those skilled in the art can design any combination.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

100…DC/DCコンバータ、102…出力回路、104…入力ライン、106…出力ライン、M1…第1スイッチ、M2…第2スイッチ、M3…第3スイッチ、M4…第4スイッチ、L1…インダクタ、C1…出力キャパシタ、R1…第1抵抗、R2…第2抵抗、200…制御回路、210…PFMコントローラ、212…コンパレータ、214…ロジック部、216…第1フリップフロップ、217…インバータ、218…第2フリップフロップ、219…ORゲート、220…PWMコントローラ、215…論理ゲート、230…プリドライバ、232…降圧用プリドライバ、234,236…昇圧用プリドライバ、240…ピーク電流検出回路、242…ゼロ電流検出回路、250…モードセレクタ、252…軽負荷検出部、254…昇降圧セレクタ、S1…オン信号、S2…ピーク電流検出信号、S3…ゼロ電流検出信号、700…電子機器、702…筐体、704…電池、706…マイクロプロセッサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... DC / DC converter, 102 ... Output circuit, 104 ... Input line, 106 ... Output line, M1 ... 1st switch, M2 ... 2nd switch, M3 ... 3rd switch, M4 ... 4th switch, L1 ... Inductor, C1 ... Output capacitor, R1 ... first resistor, R2 ... second resistor, 200 ... control circuit, 210 ... PFM controller, 212 ... comparator, 214 ... logic unit, 216 ... first flip-flop, 217 ... inverter, 218 ... first 2 flip-flops, 219 ... OR gate, 220 ... PWM controller, 215 ... logic gate, 230 ... predriver, 232 ... step-down predriver, 234,236 ... step-up predriver, 240 ... peak current detection circuit, 242 ... zero Current detection circuit, 250... Mode selector, 252. ... buck selector, S1 ... ON signal, S2 ... peak current detection signal, S3 ... zero current detection signal, 700 ... electronic device, 702 ... housing, 704 ... battery, 706 ... microprocessor.

Claims (19)

昇降圧DC/DCコンバータの制御回路であって、
前記昇降圧DC/DCコンバータは、
インダクタと、
入力電圧が供給される入力ラインと、
負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、
前記インダクタの一端と前記入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、
前記インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、
前記インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、
前記インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、
前記出力ラインと接続される出力キャパシタと、を含み、
前記制御回路は、
軽負荷状態において、前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を指示する第1コントローラと、
前記軽負荷状態において、前記第1コントローラからの指示にもとづいて前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を制御するプリドライバと、
を備え、
前記第1コントローラは、(a)降圧モード、(b)昇圧モード、(c)昇降圧モードが切りかえ可能であり、かつ前記昇降圧モードにおいて、
(c−1)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオン、前記第4スイッチがオフとなる第1状態、
(c−2)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオン、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第2状態、
(c−3)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオフとなる第3状態、
を順に繰り返すよう構成され、
前記第1コントローラは、
前記第3状態において前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するコンパレータと、
前記第1状態において、前記インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するピーク電流検出回路と、
前記第2状態において前記コイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するゼロ電流検出回路と、
前記第1状態において前記ピーク電流検出信号がアサートされると前記第2状態に遷移し、前記第2状態において前記ゼロ電流検出信号がアサートされると前記第3状態に遷移し、前記第3状態において前記オン信号がアサートされると前記第1状態に遷移するロジック部と、
を含むことを特徴とする制御回路。
A step-up / step-down DC / DC converter control circuit comprising:
The step-up / step-down DC / DC converter
An inductor;
An input line to which an input voltage is supplied;
An output line to which a load is connected and an output voltage is generated; and
A first switch provided between one end of the inductor and the input line;
A second switch provided between one end of the inductor and a ground line;
A third switch provided between the other end of the inductor and a ground line;
A fourth switch provided between the other end of the inductor and the output line;
An output capacitor connected to the output line,
The control circuit includes:
A first controller instructing a state of the fourth switch from the first switch in a light load state;
A pre-driver that controls the state of the fourth switch from the first switch based on an instruction from the first controller in the light load state;
With
The first controller can switch between (a) step-down mode, (b) step-up mode, and (c) step-up / step-down mode, and in the step-up / step-down mode,
(C-1) a first state in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is on, and the fourth switch is off;
(C-2) a second state in which the first switch is off, the second switch is on, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(C-3) a third state in which the first switch is off, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is off;
Is configured to repeat in order ,
The first controller includes:
A comparator that compares a feedback voltage according to the output voltage with a predetermined reference voltage in the third state, and generates an ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage;
A peak current detection circuit that generates a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the inductor reaches a peak current in the first state;
A zero current detection circuit that generates a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second state;
When the peak current detection signal is asserted in the first state, the state transits to the second state, and when the zero current detection signal is asserted in the second state, the state transits to the third state. A logic unit that transitions to the first state when the on signal is asserted at
A control circuit comprising:
前記第1コントローラは、前記入力電圧が前記出力電圧の目標レベルより高く設定された第1しきい値より高いとき前記降圧モードに、前記入力電圧が前記出力電圧の目標レベルより低く設定された第2しきい値より低いとき、前記昇圧モードで、前記入力電圧が前記第2しきい値より高く前記第1しきい値より低いとき、前記昇降圧モードとなることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。   When the input voltage is higher than a first threshold value set higher than the target level of the output voltage, the first controller enters the step-down mode and the input voltage is set lower than the target level of the output voltage. 2. The step-up / step-down mode is set when the input voltage is higher than the second threshold value and lower than the first threshold value when the input voltage is lower than the first threshold value when the input voltage is lower than the second threshold value. The control circuit described. 前記ロジック部は、
前記オン信号がアサートされると第1レベルとなり、前記ピーク電流検出信号がアサートされると第2レベルとなる第1制御信号を生成する第1フリップフロップと、
前記ゼロ電流検出信号がアサートされると第1レベルとなり、前記第1制御信号がアサートされると第2レベルとなる第2制御信号を生成する第2フリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項に記載の制御回路。
The logic part is
A first flip-flop that generates a first control signal that is at a first level when the on signal is asserted and at a second level when the peak current detection signal is asserted;
A second flip-flop that generates a second control signal that is at a first level when the zero current detection signal is asserted and at a second level when the first control signal is asserted;
The control circuit according to claim 1 , comprising:
前記ピーク電流検出回路は、前記コイル電流を前記ピーク電流と比較し、比較結果にもとづいて前記ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されることを特徴とする請求項またはに記載の制御回路。 The peak current detection circuit, a control circuit according to claim 1 or 3 wherein the coil current compared to the peak current, characterized in that it is configured to assert the peak current detection signal based on the comparison result . 前記ピーク電流検出回路は、前記第1状態が所定時間経過すると、前記ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されることを特徴とする請求項またはに記載の制御回路。 The peak current detection circuit, the the first state has elapsed a predetermined time, the control circuit according to claim 1 or 3, characterized in that it is configured to assert the peak current detection signal. 前記第1コントローラは、前記昇降圧モードにおいて、(c−4)前記第1状態と前記第2状態の間に、前記インダクタの前記一端と前記他端に実質的に同電位を印加する第4状態を挿入することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の制御回路。 In the step-up / step-down mode, the first controller applies (c-4) substantially the same potential to the one end and the other end of the inductor between the first state and the second state. control circuit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the insertion state. 前記第1コントローラは、前記昇降圧モードにおいて、(c−4)前記第1状態と前記第2状態の間に、前記第1スイッチはオン、前記第2スイッチはオフ、前記第3スイッチはオフ、前記第4スイッチはオンとなる第4状態を挿入することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の制御回路。 In the step-up / step-down mode, the first controller (c-4) between the first state and the second state, the first switch is on, the second switch is off, and the third switch is off. a control circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein said fourth switch to insert the fourth condition to be turned on. 昇降圧DC/DCコンバータの制御回路であって、
前記昇降圧DC/DCコンバータは、
インダクタと、
入力電圧が供給される入力ラインと、
負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、
前記インダクタの一端と前記入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、
前記インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、
前記インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、
前記インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、
前記出力ラインと接続される出力キャパシタと、を含み、
前記制御回路は、
軽負荷状態において、前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を指示する第1コントローラと、
前記軽負荷状態において、前記第1コントローラからの指示にもとづいて前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を制御するプリドライバと、
を備え、
前記第1コントローラは、(a)降圧モード、(b)昇圧モード、(c)昇降圧モードが切りかえ可能であり、かつ前記昇降圧モードにおいて、
(c−1)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオン、前記第4スイッチがオフとなる第1状態、
(c−2)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオン、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第2状態、
(c−3)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオフとなる第3状態、
を順に繰り返すよう構成され、
前記第1コントローラは、前記昇降圧モードにおいて、(c−4)前記第1状態と前記第2状態の間に第4状態を挿入し、前記第4状態は、(i)前記インダクタの前記一端と前記他端に実質的に同電位を印加する状態または、(ii)前記第1スイッチはオン、前記第2スイッチはオフ、前記第3スイッチはオフ、前記第4スイッチはオンとなる状態のいずれかであり、
前記第1コントローラは、
前記第3状態において前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するコンパレータと、
前記第1状態において、前記インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するピーク電流検出回路と、
前記第2状態において前記コイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するゼロ電流検出回路と、
前記第1状態において前記ピーク電流検出信号がアサートされると前記第4状態に遷移し、前記第4状態において前記オン信号がネゲートされると前記第2状態に遷移し、前記第2状態において前記ゼロ電流検出信号がアサートされると前記第3状態に遷移し、前記第3状態において前記オン信号がアサートされると前記第1状態に遷移するロジック部と、
を含むことを特徴とする制御回路。
A step-up / step-down DC / DC converter control circuit comprising:
The step-up / step-down DC / DC converter
An inductor;
An input line to which an input voltage is supplied;
An output line to which a load is connected and an output voltage is generated; and
A first switch provided between one end of the inductor and the input line;
A second switch provided between one end of the inductor and a ground line;
A third switch provided between the other end of the inductor and a ground line;
A fourth switch provided between the other end of the inductor and the output line;
An output capacitor connected to the output line,
The control circuit includes:
A first controller instructing a state of the fourth switch from the first switch in a light load state;
A pre-driver that controls the state of the fourth switch from the first switch based on an instruction from the first controller in the light load state;
With
The first controller can switch between (a) step-down mode, (b) step-up mode, and (c) step-up / step-down mode, and in the step-up / step-down mode,
(C-1) a first state in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is on, and the fourth switch is off;
(C-2) a second state in which the first switch is off, the second switch is on, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(C-3) a third state in which the first switch is off, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is off;
Is configured to repeat in order,
In the step-up / step-down mode, the first controller (c-4) inserts a fourth state between the first state and the second state, and the fourth state is (i) the one end of the inductor. Or (ii) the first switch is on, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is on. Either
The first controller includes:
A comparator that compares a feedback voltage according to the output voltage with a predetermined reference voltage in the third state, and generates an ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage;
A peak current detection circuit that generates a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the inductor reaches a peak current in the first state;
A zero current detection circuit that generates a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second state;
When the peak current detection signal is asserted in the first state, the state transits to the fourth state, and when the on signal is negated in the fourth state, the state transits to the second state, and in the second state, the state A logic unit that transitions to the third state when a zero current detection signal is asserted and transitions to the first state when the on signal is asserted in the third state;
A control circuit comprising:
前記ロジック部は、
前記オン信号がアサートされると第1レベルとなり、前記ピーク電流検出信号がアサートされると第2レベルとなる第1制御信号を生成する第1フリップフロップと、
前記ゼロ電流検出信号がアサートされると第1レベルとなり、前記第1制御信号がアサートされると第2レベルとなる第2制御信号を生成する第2フリップフロップと、
前記第1制御信号が前記第1レベルであり、または前記オン信号がアサートされるとき第1レベルとなり、それ以外のときに第2レベルとなる第3制御信号を生成する論理ゲートと、
を含むことを特徴とする請求項に記載の制御回路。
The logic part is
A first flip-flop that generates a first control signal that is at a first level when the on signal is asserted and at a second level when the peak current detection signal is asserted;
A second flip-flop that generates a second control signal that is at a first level when the zero current detection signal is asserted and at a second level when the first control signal is asserted;
A logic gate that generates a third control signal that is at the first level when the first control signal is at the first level or at which the on signal is asserted and that is at the second level otherwise;
The control circuit according to claim 8 , comprising:
前記ピーク電流検出回路は、前記コイル電流を前記ピーク電流と比較し、比較結果にもとづいて前記ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されることを特徴とする請求項8または9に記載の制御回路。 10. The control circuit according to claim 8, wherein the peak current detection circuit is configured to compare the coil current with the peak current and to assert the peak current detection signal based on a comparison result. . 前記ピーク電流検出回路は、前記第1状態が所定時間経過すると、前記ピーク電流検出信号をアサートするよう構成されることを特徴とする請求項8または9に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 8 , wherein the peak current detection circuit is configured to assert the peak current detection signal when the first state has elapsed for a predetermined time. 重負荷状態において、前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を指示する第2コントローラをさらに備え、
前記プリドライバは、前記重負荷状態において、前記第2コントローラからの指示にもとづいて前記第1スイッチから前記第4スイッチの状態を制御するよう構成されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路。
A second controller for instructing a state of the fourth switch from the first switch in a heavy load state;
The pre-driver, said in the heavy load state, according to claim 1 to 11, characterized in that it is configured to control the state of the fourth switch from the first switch based on an instruction from the second controller The control circuit according to any one of the above.
前記第2コントローラは、(d)降圧モード、(e)昇圧モード、(f)昇降圧モードが切りかえ可能であり、かつ前記昇降圧モードにおいて、
(f−1)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第5状態、
(f−2)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオン、前記第4スイッチがオフとなる第6状態、
(f−3)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第7状態、
(f−4)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオン、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第8状態、
を順に繰り返すよう構成されることを特徴とする請求項12に記載の制御回路。
The second controller can switch between (d) step-down mode, (e) step-up mode, and (f) step-up / step-down mode, and in the step-up / step-down mode,
(F-1) a fifth state in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(F-2) a sixth state in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is on, and the fourth switch is off;
(F-3) a seventh state in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(F-4) an eighth state in which the first switch is off, the second switch is on, the third switch is off, and the fourth switch is on;
The control circuit according to claim 12 , wherein the control circuit is configured to repeat in order.
ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の制御回路。 Control circuit according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is integrated on a single semiconductor substrate. 昇降圧DC/DCコンバータであって、
インダクタと、
入力電圧が供給される入力ラインと、
負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、
前記インダクタの一端と前記入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、
前記インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、
前記インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、
前記インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、
前記出力ラインと接続される出力キャパシタと、
前記第1スイッチから前記第4スイッチを制御する請求項1から14のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする昇降圧DC/DCコンバータ。
A step-up / step-down DC / DC converter,
An inductor;
An input line to which an input voltage is supplied;
An output line to which a load is connected and an output voltage is generated; and
A first switch provided between one end of the inductor and the input line;
A second switch provided between one end of the inductor and a ground line;
A third switch provided between the other end of the inductor and a ground line;
A fourth switch provided between the other end of the inductor and the output line;
An output capacitor connected to the output line;
The control circuit according to any one of claims 1 to 14 , which controls the fourth switch from the first switch;
A step-up / step-down DC / DC converter characterized by comprising:
電池と、
その入力ラインに前記電池の電圧を受ける請求項15に記載の昇降圧DC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
Battery,
The step-up / step-down DC / DC converter according to claim 15 , which receives the voltage of the battery on its input line.
An electronic device comprising:
昇降圧DC/DCコンバータの制御方法であって、
前記昇降圧DC/DCコンバータは、
インダクタと、
入力電圧が供給される入力ラインと、
負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、
前記インダクタの一端と前記入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、
前記インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、
前記インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、
前記インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、
前記出力ラインと接続される出力キャパシタと、を含み、
前記制御方法は、順に繰り返し実行される、
(c−1)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオン、前記第4スイッチがオフとなる第1ステップと、
(c−2)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオン、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第2ステップと、
(c−3)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオフとなる第3ステップと、
を備え、
前記制御方法は、
前記第3ステップにおいて前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するステップと、
前記第1ステップにおいて、前記インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するステップと、
前記第2ステップにおいて前記コイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するステップと、
をさらに備え、
前記第1ステップにおいて前記ピーク電流検出信号がアサートされると前記第2ステップに遷移するステップと、
前記第2ステップにおいて前記ゼロ電流検出信号がアサートされると前記第3ステップに遷移するステップと、
前記第3ステップにおいて前記オン信号がアサートされると前記第1ステップに遷移するステップと、
をさらに備えることを特徴とする制御方法。
A control method for a step-up / step-down DC / DC converter,
The step-up / step-down DC / DC converter
An inductor;
An input line to which an input voltage is supplied;
An output line to which a load is connected and an output voltage is generated; and
A first switch provided between one end of the inductor and the input line;
A second switch provided between one end of the inductor and a ground line;
A third switch provided between the other end of the inductor and a ground line;
A fourth switch provided between the other end of the inductor and the output line;
An output capacitor connected to the output line,
The control method is repeatedly executed in order.
(C-1) a first step in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is on, and the fourth switch is off;
(C-2) a second step in which the first switch is off, the second switch is on, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(C-3) a third step in which the first switch is off, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is off;
With
The control method is:
Comparing a feedback voltage according to the output voltage with a predetermined reference voltage in the third step, and generating an ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage;
Generating a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the inductor reaches a peak current in the first step;
Generating a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second step;
Further comprising
Transition to the second step when the peak current detection signal is asserted in the first step;
Transition to the third step when the zero current detection signal is asserted in the second step;
Transition to the first step when the ON signal is asserted in the third step;
Furthermore, that control how to be characterized in that it comprises a.
前記制御方法は、
前記第1ステップと前記第2ステップの間に挿入される、前記インダクタの前記一端と前記他端に実質的に同電位を印加する第4ステップをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の制御方法。
The control method is:
18. The method of claim 17 , further comprising a fourth step of applying substantially the same potential to the one end and the other end of the inductor, which is inserted between the first step and the second step. Control method.
昇降圧DC/DCコンバータの制御方法であって、
前記昇降圧DC/DCコンバータは、
インダクタと、
入力電圧が供給される入力ラインと、
負荷が接続され、出力電圧が発生する出力ラインと、
前記インダクタの一端と前記入力ラインの間に設けられた第1スイッチと、
前記インダクタの一端と接地ラインの間に設けられた第2スイッチと、
前記インダクタの他端と接地ラインの間に設けられた第3スイッチと、
前記インダクタの他端と出力ラインの間に設けられた第4スイッチと、
前記出力ラインと接続される出力キャパシタと、を含み、
前記制御方法は、順に繰り返し実行される、
(c−1)前記第1スイッチがオン、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオン、前記第4スイッチがオフとなる第1ステップと、
(c−2)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオン、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオンとなる第2ステップと、
(c−3)前記第1スイッチがオフ、前記第2スイッチがオフ、前記第3スイッチがオフ、前記第4スイッチがオフとなる第3ステップと、
前記第1ステップと前記第2ステップの間に挿入される、前記インダクタの前記一端と前記他端に実質的に同電位を印加する第4ステップと、
を備え、
前記制御方法は、
前記第3ステップにおいて前記出力電圧に応じたフィードバック電圧を所定の基準電圧と比較し、前記フィードバック電圧が前記基準電圧より低くなるとアサートされるオン信号を生成するステップと、
前記第1ステップにおいて、前記インダクタに流れるコイル電流がピーク電流に達するとアサートされるピーク電流検出信号を生成するステップと、
前記第2ステップにおいて前記コイル電流が実質的にゼロとなるとアサートされるゼロ電流検出信号を生成するステップと、
前記第1ステップにおいて前記ピーク電流検出信号がアサートされると前記第4ステップに遷移するステップと、
前記第4ステップにおいて前記オン信号がネゲートされると前記第2ステップに遷移するステップと、
前記第2ステップにおいて前記ゼロ電流検出信号がアサートされると前記第3ステップに遷移するステップと、
前記第3ステップにおいて前記オン信号がアサートされると前記第1ステップに遷移するステップと、
をさらに備えることを特徴とする制御方法。
A control method for a step-up / step-down DC / DC converter,
The step-up / step-down DC / DC converter
An inductor;
An input line to which an input voltage is supplied;
An output line to which a load is connected and an output voltage is generated; and
A first switch provided between one end of the inductor and the input line;
A second switch provided between one end of the inductor and a ground line;
A third switch provided between the other end of the inductor and a ground line;
A fourth switch provided between the other end of the inductor and the output line;
An output capacitor connected to the output line,
The control method is repeatedly executed in order.
(C-1) a first step in which the first switch is on, the second switch is off, the third switch is on, and the fourth switch is off;
(C-2) a second step in which the first switch is off, the second switch is on, the third switch is off, and the fourth switch is on;
(C-3) a third step in which the first switch is off, the second switch is off, the third switch is off, and the fourth switch is off;
A fourth step of applying substantially the same potential to the one end and the other end of the inductor, inserted between the first step and the second step;
With
The control method is:
Comparing a feedback voltage according to the output voltage with a predetermined reference voltage in the third step, and generating an ON signal that is asserted when the feedback voltage becomes lower than the reference voltage;
Generating a peak current detection signal that is asserted when the coil current flowing through the inductor reaches a peak current in the first step;
Generating a zero current detection signal that is asserted when the coil current is substantially zero in the second step;
Transition to the fourth step when the peak current detection signal is asserted in the first step;
Transitioning to the second step when the ON signal is negated in the fourth step;
Transition to the third step when the zero current detection signal is asserted in the second step;
Transition to the first step when the ON signal is asserted in the third step;
Furthermore, that control how to be characterized in that it comprises a.
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