JP6567390B2 - Dc/dcコンバータおよびその制御回路、システム電源 - Google Patents
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Description
この態様によれば、マスターIC、スレーブICそれぞれにおいて、各チャンネルのコイル電流を、同じICに対応する複数チャンネルのコイル電流の平均に近づけることができる。さらにスレーブICに対応する複数のコイル電流の平均を、マスターICに対応する複数チャンネルのコイル電流の平均に近づけることができる。
この場合、サンプルホールド回路の動作を、対応するチャンネルのスイッチングトランジスタのオン、オフ、つまりPWM信号と同期させればよいため、制御を簡易化できる。
この構成では、第1キャパシタと第2キャパシタの容量に応じて、電流バランスの応答速度を調節できる。
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。
図3は、第1の実施の形態に係る制御回路200を備えるDC/DCコンバータ100の回路図である。DC/DCコンバータ100は、図1と同様に、マルチチャンネル、マルチフェーズの昇圧(Boost)コンバータであり、入力ライン102に直流入力電圧VINを受け、出力ライン104に昇圧された出力電圧VOUTを発生する。DC/DCコンバータ100は、Mチャンネル(Mは2以上の整数)で構成される。チャンネル数Mは任意であり、2チャンネル、3チャンネル、4チャンネル、6チャンネル、8チャンネル、12チャンネル、16チャンネルなど、DC/DCコンバータ100の用途に応じて決めればよい。
IAVE=(I1+I2+・・・+IM)/M
VERRi=VERR+ΔVOFSi=VERR+R21×ΔIi …(1)
つまり共通の誤差信号VERRに対して、チャンネルごとに独立して、差分電流ΔIiに比例したオフセット電圧VOFSiを重畳することができる。すなわち、各チャンネルの差分電流ΔIiは、もとの誤差信号VERRに影響を及ぼさない。
図10は、第2の実施の形態に係る制御回路200bの回路図である。第2の実施の形態において制御回路200bは、複数個を組み合わせることにより、チャンネル数をMより大きく拡張可能である。図10には、2個の制御回路200b_1,200b_2を組み合わせた例が示される。複数の制御回路200b_1,200b_2は、一方200b_1がマスターIC、他方200b_2がスレーブICとして動作する。スレーブICのFB端子は非接続(NC)とされる。制御回路200bは同様に構成され、設定によりマスターIC、スレーブICが切りかえ可能となっている。制御回路200bの基本構成は、図3の制御回路200と同様であるため、相違点を説明する。マスターICとスレーブICの同期動作のため、マスターICからスレーブICへは、クロック信号CLKが供給され、スレーブIC内のオシレータは停止する。
IAVE_MSTR=VAVE_MSTR/R52
VR51=R51×(I1C+I2C+・・・+IMC)
バッファ242は電圧降下VR51をIS_OUTから出力する。個別電流I1C〜IMCは、図9の電流分配回路234の出力を1系統追加することで生成できる。
図5の電流バランス回路220aに関して、サンプルホールド回路222に代えて、電流検出信号VISの平均を生成する平均化回路を設けてもよい。平均化回路としては、ローパスフィルタを用いてもよい。
実施の形態ではダイオード整流型のDC/DCコンバータを説明したが、同期整流型であってもよい。また昇圧DC/DCコンバータではなく、降圧DC/DCコンバータや、昇降圧DC/DCコンバータにも本発明は適用可能である。この場合、図2の出力回路110のトポロジーを変更すればよい。
図2においてコイル電流ILの検出方法は特に限定されない。たとえば電流センス抵抗R1に代えて、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗を利用してもよい。あるいはスイッチングトランジスタM1に比例した電流が流れるように接続されるスイッチングトランジスタM1のレプリカを設け、レプリカに流れる電流を検出してもよい。
図5の電流バランス回路220aあるいは図12の電流バランス回路220bでは、電圧信号である電流検出信号VIS1〜VISMを電流信号に変換した後に、加算、減算あるいは平均演算を行っているが、本発明はそれには限定されない。電圧信号である電流検出信号VIS1〜VISMのまま、加算、減算あるいは平均演算を行ってもよい。そのほかの信号についても同様である。
図10を参照する。スレーブICの電流バランス回路220bは、複数のチャンネルそれぞれCHiについて、対応する電流検出信号VISiに応じた個別電流と、IS_IN端子に入力される電流情報VAVE_MSTRに応じた第2平均電流の差分に応じた補正信号を、対応するPWMコンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳してもよい。この変形例によれば、スレーブIC側の電流バランス回路220bの個別電流が、マスターICの平均電流に近づくように制御される。
図10では、1個のマスターICである制御回路200b_1と、1個のスレーブICである制御回路200b_2の組み合わせを説明したが、スレーブICの個数は2個以上に増やすことが可能である。
第2の実施の形態において制御回路200bは、マスターICとスレーブICとで切りかえて使用可能としたが、マスターIC用の制御回路200b、スレーブIC用の制御回路200bを専用に設計してもよい。また図10のIS_OUT端子とIS_IN端子は共通の端子としてもよい。
Claims (14)
- マルチフェーズのDC/DCコンバータの制御回路であって、
前記DC/DCコンバータは、チャンネルごとに設けられたスイッチングトランジスタ、インダクタ、整流素子を有しており、
前記制御回路は、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック信号とその目標値の誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、
複数のチャンネルに対応するピーク電流モードの複数のパルス幅変調器であって、それぞれが、対応するスイッチングトランジスタに流れる電流を示す電流検出信号を前記誤差信号と比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に応じてPWM(Pulse Width Modulation)信号をオフレベルに遷移させるロジック回路と、を含む、複数のパルス幅変調器と、
複数のチャンネルに対応し、それぞれが対応する前記PWM信号に応じて、対応する前記スイッチングトランジスタを駆動する、複数のドライバと、
複数のチャンネルそれぞれについて、対応する前記電流検出信号と前記複数のチャンネルの前記電流検出信号の平均との差分に応じた補正信号を、対応する前記コンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳する電流バランス回路と、
前記複数のチャンネルの前記電流検出信号の平均を示す電流情報を外部に出力する電流情報出力端子と、
外部から前記電流情報を受ける電流情報入力端子と、
前記誤差信号を外部に出力し、外部から受けるためのフィードバック端子と、
前記エラーアンプと前記フィードバック端子の間に設けられたスイッチと、
を備え、
前記制御回路は複数個を組み合わせて、ひとつをマスターICとして、その他をスレーブICとして動作可能であり、前記スレーブICの前記電流情報入力端子は、前記マスターICの前記電流情報出力端子と接続され、
前記スレーブICの前記電流バランス回路におけるチャンネルごとの補正信号は、前記スレーブICにおける前記電流検出信号の平均に応じている第1平均電流と、前記電流情報入力端子に入力される前記電流情報に応じた第2平均電流との差分に応じた成分をさらに含むことを特徴とする制御回路。 - 前記電流バランス回路は、前記複数のチャンネルそれぞれについて、前記補正信号を前記誤差信号側の入力に重畳することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記電流バランス回路は、
前記複数のチャンネルに対応し、それぞれが、対応する前記電流検出信号に応じた個別電流を生成する、複数の個別電流生成回路と、
同じIC内の複数のチャンネルの個別電流の平均に相当する第1平均電流を生成する第1平均電流生成回路と、
前記電流情報出力端子に入力される前記電流情報に応じた前記第2平均電流を生成する第2平均電流生成回路と、
前記複数のチャンネルに対応し、それぞれが、対応する前記個別電流と前記第1平均電流との差分に相当する第1差分電流を生成する、複数の第1差分電流生成回路と、
前記第1平均電流と前記第2平均電流の差分に相当する第2差分電流を生成する第2差分電流生成回路と、
前記電流情報を生成する電流情報生成回路と、
前記複数のチャンネルに対応する複数の重畳回路であって、(i)前記マスターICにおいては、それぞれが前記補正信号として、対応する前記第1差分電流に応じたオフセット電圧を対応する前記コンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳し、(ii)前記スレーブICにおいては、それぞれが前記補正信号として、対応する前記第1差分電流に加えて前記第2差分電流に応じたオフセット電圧を対応する前記コンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳する、複数の重畳回路と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。 - 前記複数の重畳回路はそれぞれ、第1端が前記エラーアンプの出力と接続され、第2端が対応する前記コンパレータの入力と接続されるオフセット用抵抗を含み、(i)前記マスターICにおいては対応する前記第1差分電流を、(ii)前記スレーブICにおいては対応する前記第1差分電流に加えて前記第2差分電流を、前記オフセット用抵抗の前記第2端にソースおよび/またはシンクすることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記複数の個別電流生成回路はそれぞれ、
対応する電流検出信号を電流信号に変換する電圧/電流変換回路と、
前記電流信号を3系統にコピーし、1系統を前記第1平均電流生成回路に、1系統を対応する前記第1差分電流生成回路に、1系統を前記電流情報生成回路に供給する電流分配回路と、
を含むことを特徴とする請求項3または4に記載の制御回路。 - 前記複数のチャンネルがMであるとき、前記第1平均電流生成回路は、サイズ比がM:1である入力トランジスタと出力トランジスタを含むカレントミラー回路を含み、
前記入力トランジスタに前記複数のチャンネルの個別電流が入力され、前記出力トランジスタに流れる電流を、前記第1平均電流として出力することを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載の制御回路。 - 前記電流情報生成回路は、前記複数のチャンネルの前記個別電流の合計電流の経路上に設けられた第1変換抵抗を含み、前記第1変換抵抗の電圧降下に応じた前記電流情報を出力することを特徴とする請求項3から6のいずれかに記載の制御回路。
- 前記電流バランス回路は、複数のチャンネルに対応し、それぞれが、対応する前記電流検出信号を、各周期内の所定のタイミングでサンプリングする、複数のサンプルホールド回路を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。
- 前記複数のサンプルホールド回路はそれぞれ、対応する前記電流検出信号を、ピークまたはボトムのタイミングでサンプリングすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記複数のサンプルホールド回路はそれぞれ、
前記電流検出信号を受ける入力端子と、
出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子の間に直列に設けられる第1スイッチおよび第2スイッチと、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチの接続ノードと接続される第1キャパシタと、
前記出力端子と接続される第2キャパシタと、
を含み、前記第2キャパシタの容量は前記第1キャパシタの容量より大きいことを特徴とする請求項8または9に記載の制御回路。 - マルチフェーズのDC/DCコンバータの制御回路であって、
前記DC/DCコンバータは、チャンネルごとに設けられたスイッチングトランジスタ、インダクタ、整流素子を有しており、
前記制御回路は、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック信号とその目標値の誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、
複数のチャンネルに対応するピーク電流モードの複数のパルス幅変調器であって、それぞれが、対応するスイッチングトランジスタに流れる電流を示す電流検出信号を前記誤差信号と比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に応じてPWM(Pulse Width Modulation)信号をオフレベルに遷移させるロジック回路と、を含む、複数のパルス幅変調器と、
複数のチャンネルに対応し、それぞれが対応する前記PWM信号に応じて、対応する前記スイッチングトランジスタを駆動する、複数のドライバと、
複数のチャンネルそれぞれについて、対応する前記電流検出信号と、前記複数のチャンネルの前記電流検出信号の平均との差分に応じた補正信号を、対応する前記コンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳する電流バランス回路と、
前記複数のチャンネルの前記電流検出信号の平均を示す電流情報を外部に出力する電流情報出力端子と、
外部から前記電流情報を受ける電流情報入力端子と、
前記誤差信号を外部に出力し、外部から受けるためのフィードバック端子と、
前記エラーアンプと前記フィードバック端子の間に設けられたスイッチと、
を備え、
前記制御回路は複数個を組み合わせて、ひとつをマスターICとして、その他をスレーブICとして動作可能であり、前記スレーブICの前記電流情報入力端子は、前記マスターICの前記電流情報出力端子と接続され、
前記スレーブICの前記電流バランス回路は、複数のチャンネルそれぞれについて、対応する前記電流検出信号に応じた個別電流と、前記電流情報入力端子に入力される前記電流情報に応じた第2平均電流の差分に応じた補正信号を、対応する前記コンパレータの2つの入力のうち少なくとも一方に重畳することを特徴とする制御回路。 - 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11のいずれかに記載の制御回路。
- 請求項1から12のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
- 請求項13に記載のDC/DCコンバータを備えることを特徴とするシステム電源。
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