JP6794240B2 - Buck-boost DC / DC converter - Google Patents
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本発明は、入力電圧を昇圧または降圧して出力する昇降圧DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a buck-boost DC / DC converter that boosts or lowers the input voltage and outputs it.
直流電圧を入力電圧として所定の電位の直流電圧に変換して出力するDC/DCコンバータとして、入力電圧を昇圧または降圧して出力可能な昇降圧DC/DCコンバータがある。従来、このような昇降圧DC/DCコンバータに関する発明としては、例えば特許文献1や特許文献2に記載されているものがある。
As a DC / DC converter that converts a DC voltage into a DC voltage having a predetermined potential as an input voltage and outputs the DC / DC converter, there is a buck-boost DC / DC converter that can output by boosting or lowering the input voltage. Conventionally, as inventions relating to such a buck-boost DC / DC converter, for example, there are those described in
図11には、特許文献1に開示されている昇降圧DC/DCコンバータの構成を示す。この昇降圧DC/DCコンバータは、電池などの直流電源から供給される直流電圧Vinが印加される入力端子と接地点との間に直列に接続されたnMOSトランジスタQ3,Q4と、平滑コンデンサC3が接続されている出力端子と接地点との間に直列に接続されたnMOSトランジスタQ1,Q2と、出力電圧Voutを分圧してフィードバック電圧Vfbを生成する帰還電圧生成回路FB(抵抗R1,R2により構成)と、フィードバック電圧Vfbと参照電圧Vref1との電位差に応じた電圧VAを出力する誤差増幅器AMP1と、誤差増幅器の出力VAのゲイン及び周波数特性を設定する位相補償回路PC(抵抗R3及びキャパシタC1により構成)と、誤差増幅器の出力VAを反転する反転増幅器AMP2(抵抗R4,R5により出力VAを調整)と、出力電圧VoutをPWM(パルス幅変調)制御するために使用する三角波電圧Vtriを発生する三角波発生回路TWGと、生成された三角波電圧Vtriおよび誤差増幅器AMP1の出力VAまたはその反転電圧VBを入力とする一対の第1のコンパレータCMP1及び第2のコンパレータCMP2とを備える。
FIG. 11 shows the configuration of the buck-boost DC / DC converter disclosed in
そして、nMOSトランジスタQ1とQ2の接続ノードVN1とnMOSトランジスタQ3とQ4の接続ノードVN2との間に、インダクタ(コイル)Lが接続され、nMOSトランジスタQ2は第1のコンパレータCMP1の出力Vcmp1によって、またnMOSトランジスタQ4は第2のコンパレータCMP2の出力Vcmp2によってそれぞれオン、オフ駆動される。一方、nMOSトランジスタQ1はPWM第1のコンパレータCMP1の出力Vcmp1を、インバータIn1を介した反転信号によって、またnMOSトランジスタQ3は第2のコンパレータCMP2の出力Vcmp2をインバータIn2を介した反転信号によってそれぞれオン、オフ駆動される。 Then, an inductor (coil) L is connected between the connection node VN1 of the nMOS transistors Q1 and Q2 and the connection node VN2 of the nMOS transistors Q3 and Q4, and the nMOS transistor Q2 is connected by the output Vcmp1 of the first comparator CMP1. The nMOS transistor Q4 is driven on and off by the output Vcmp2 of the second comparator CMP2, respectively. On the other hand, the nMOS transistor Q1 turns on the output Vcmp1 of the first PWM comparator CMP1 by the inverting signal via the inverter In1, and the nMOS transistor Q3 turns on the output Vcmp2 of the second comparator CMP2 by the inverting signal via the inverter In2. , Driven off.
図12に示されている昇降圧DC/DCコンバータは、入力電圧Vinが目標出力電圧よりも高いとき、すなわち誤差増幅器の出力VAが三角波電圧Vtriのピーク電圧よりも高いときは、nMOSトランジスタQ3を連続オン状態、nMOSトランジスタQ4を連続オフ状態にしてnMOSトランジスタQ1,Q2をPWMパルスで駆動して、入力電圧Vinを昇圧した出力電圧Voutを出力する。また、入力電圧Vinが目標出力電圧よりも高いとき、すなわち誤差増幅器AMP1の誤差出力電圧VAを基準に反転した反転誤差出力電圧VBが三角波のピーク電圧よりも低いときは、Q1を連続オン状態、Q2を連続オフ状態にしてnMOSトランジスタQ3,Q4をPWMパルスで駆動して、入力電圧Vinを降圧した出力電圧Voutを出力する。なお、昇圧モードから降圧モードに切り替わる途中にオーバーラップ区間と称する区間が設けられている。オーバーラップ区間では昇圧と降圧が交互、若しくは同時に動作している区間であり、この様な区間を設けることで昇圧モードと降圧モードの切り替わりがスムーズになり、安定した出力電圧Voutを供給することができる。 The buck-boost DC / DC converter shown in FIG. 12 uses the nMOS transistor Q3 when the input voltage Vin is higher than the target output voltage, that is, when the output VA of the error amplifier is higher than the peak voltage of the triangular wave voltage Vtri. In the continuous on state, the nMOS transistor Q4 is continuously turned off, and the nMOS transistors Q1 and Q2 are driven by PWM pulses to output the output voltage Vout in which the input voltage Vin is boosted. When the input voltage Vin is higher than the target output voltage, that is, when the inverting error output voltage VB inverted based on the error output voltage VA of the error amplifier AMP1 is lower than the peak voltage of the triangular wave, Q1 is continuously turned on. The nMOS transistors Q3 and Q4 are driven by PWM pulses while Q2 is continuously turned off to output the output voltage Vout whose input voltage Vin is stepped down. A section called an overlap section is provided in the middle of switching from the step-up mode to the step-down mode. In the overlap section, step-up and step-down are operating alternately or at the same time. By providing such a section, switching between step-up mode and step-down mode becomes smooth, and a stable output voltage Vout can be supplied. it can.
図12は、図11に示した従前の昇降圧DC/DCコンバータ110の主なノードの信号波形を示す図である。三角波電圧Vtriは三角波発生回路TWGで生成される。三角波発生回路TWGは昇降圧DC/DCコンバータ110をPWM制御で動作させるために、すなわち、デューティ比が変化するPWM信号を生成するために用意されている。誤差出力電圧VAは誤差増幅器AMP1の出力に、反転誤差出力電圧VBは反転増幅器AMP2の出力にそれぞれ生じる。反転基準電圧Vref2は、反転増幅器AMP2の非反転入力端子(+)に印加されている。
FIG. 12 is a diagram showing signal waveforms of the main nodes of the conventional buck-boost DC /
出力Vcmp1及び出力Vcmp1は、それぞれ第1のコンパレータCMP1及び第2のコンパレータCMP2からそれぞれ取り出される。出力Vcmp1は、第1のコンパレータCMP1で反転誤差出力電圧VBと三角波電圧Vtriとの比較により、出力Vcmp2は、第2のコンパレータCMP2で誤差出力電圧VAと三角波電圧Vtriとの比較によりそれぞれ生成される。 The output Vcmp1 and the output Vcmp1 are taken out from the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2, respectively. The output Vcmp1 is generated by comparing the inversion error output voltage VB and the triangular wave voltage Vtri in the first comparator CMP1, and the output Vcmp2 is generated by comparing the error output voltage VA and the triangular wave voltage Vtri in the second comparator CMP2. ..
スイッチング電圧VN1は昇圧用スイッチング手段を構成するnMOSトランジスタQ1とnMOSトランジスタQ2の共通接続点であるノードN1に、スイッチング電圧VN2は降圧用スイッチング手段を構成するnMOSトランジスタQ3とnMOSトランジスタQ4の共通接続点であるノードN2にそれぞれ出力される。 The switching voltage VN1 is the common connection point of the nMOS transistor Q1 and the nMOS transistor Q2 constituting the boost switching means, and the switching voltage VN2 is the common connection point of the nMOS transistor Q3 and the nMOS transistor Q4 constituting the step-down switching means. Is output to each of the nodes N2.
さて、昇降圧DC/DCコンバータ110が昇圧モード及び降圧モードのどちらで動作しているかは、スイッチング電圧VN1及びスイッチング電圧VN2のデューティ比を見れば判断できる。すなわち、スイッチング電圧VN1のデューティ比が100%となる区間SDは降圧モードであり、スイッチング電圧VN2のデューティ比が100%となる区間SUは昇圧モードとなる。なぜならば回路構成上、昇圧モードではnMOSトランジスタQ1,Q2が互いにオン/オフ動作を繰り返すが、その時に入力電圧Vinが供給されるnMOSトランジスタQ3は常時オン状態に置かなければならないからである。nMOSトランジスタQ3がオンに置かれる状態はノードN2の電位(VN2)がハイレベル“H”となる時である。したがって区間SUが昇圧モードとなる。一方、スイッチング電圧VN1のデューティ比が100%となる区間SDは降圧モードとなる。なぜならば回路構成上、降圧モードではnMOSトランジスタQ3,Q4が互いにオン/オフ動作を繰り返すが、その時に出力電圧Voutに接続されるnMOSトランジスタQ1は常時オン状態に置かなければならないからである。nMOSトランジスタQ1がオンに置かれる状態はノードN1の電位(VN1)がハイレベル“H”となる時である。したがって区間SDが降圧モードとなる。
Whether the buck-boost DC /
特許文献2に開示されている昇降圧DC/DCコンバータにおいては、スイッチング素子を含む昇圧型、降圧型または昇降圧型のスイッチング電源の制御回路に関する。制御回路は、スイッチング電源の電気的状態を示すフィードバック信号と所定の基準電圧との誤差に応じた誤差信号電圧を生成する誤差増幅器と、第1周波数の第1周期信号を生成する第1オシレータと、スロープ部分を有する第1周波数より低い第2周波数の第2周期信号を生成する第2オシレータと、誤差信号電圧に応じた信号および第1周期信号にもとづき、誤差信号電圧に応じたパルス幅を有し、かつ第1周波数を有する第1パルス信号を生成するとともに、第1パルス信号のパルス幅を所定の第1最小パルス幅にてクランプする第1パルス変調器と、誤差信号電圧に応じた信号を第2周期信号と比較することにより、誤差信号電圧に応じたパルス幅を有する第2パルス信号を生成する第2パルス変調器と、第1パルス信号と第2パルス信号を合成し、駆動パルス信号を生成する合成部と、駆動パルス信号に応じてスイッチング素子を駆動するドライバと、を備える。 The buck-boost DC / DC converter disclosed in Patent Document 2 relates to a control circuit of a step-up type, step-down type or buck-boost type switching power supply including a switching element. The control circuit includes an error amplifier that generates an error signal voltage according to an error between a feedback signal indicating the electrical state of the switching power supply and a predetermined reference voltage, and a first oscillator that generates a first cycle signal of the first frequency. , The second oscillator that generates the second cycle signal of the second frequency lower than the first frequency having the slope part, and the pulse width according to the error signal voltage based on the signal corresponding to the error signal voltage and the first cycle signal. A first pulse modulator that generates a first pulse signal having a first frequency and clamps the pulse width of the first pulse signal with a predetermined first minimum pulse width, and an error signal voltage. By comparing the signal with the second period signal, a second pulse modulator that generates a second pulse signal having a pulse width corresponding to the error signal voltage, and the first pulse signal and the second pulse signal are combined and driven. It includes a synthesizer that generates a pulse signal and a driver that drives a switching element in response to the drive pulse signal.
重負荷状態においては、第1パルス信号のパルス幅が調節され、軽負荷状態においては、第1パルス信号のパルス幅が第1最小パルス幅に固定されるとともに、負荷に応じて第2パルス信号のパルス幅が変化し、第1パルス信号がマスクされる。その結果、軽負荷状態において、パルスの数を減らすことができ、効率を高めることができるとともに、スイッチング周波数を第2周波数に固定できる。 In the heavy load state, the pulse width of the first pulse signal is adjusted, and in the light load state, the pulse width of the first pulse signal is fixed to the first minimum pulse width, and the second pulse signal is adjusted according to the load. The pulse width of is changed and the first pulse signal is masked. As a result, in the light load state, the number of pulses can be reduced, the efficiency can be improved, and the switching frequency can be fixed to the second frequency.
しかしながら、特許文献1のように昇降圧DC/DCコンバータ110においては、昇圧モード区間SUと降圧モード区間SDとの間にはどちらの区間でもないオーバーラップ区間OLが存在していることが分かる。オーバーラップ区間OLが長いほど昇圧モード区間SUと降圧モード区間SDとが切替わりに時間を要し、切り替えの応答性が遅くなるという不具合が生じる。
However, as in
さらに、オーバーラップ区間では昇圧と降圧が交互、若しくは同時に動作している。すなわち、オーバーラップ区間では4つのnMOSトランジスタQ1〜Q4でオン/オフが行われることで、スイッチングの損失が増大してしまうという不具合が生じる。 Further, in the overlap section, step-up and step-down are operating alternately or simultaneously. That is, in the overlap section, the four nMOS transistors Q1 to Q4 are turned on / off, which causes a problem that the switching loss increases.
一方、特許文献2のように2つの三角波電圧の上限値、下限値、及び振幅値を精度良く揃えることには困難が伴なう。 On the other hand, it is difficult to accurately align the upper limit value, the lower limit value, and the amplitude value of the two triangular wave voltages as in Patent Document 2.
本発明は上記のような不具合に着目してなされたもので、その目的とするところは、比較的簡便な回路構成によって、昇圧モードと降圧モードの切り替えをシームレスにした昇降圧動作にすることで、スイッチングの損失を減らして電力効率を向上させることにある。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to make a step-up / down operation seamlessly switch between a step-up mode and a step-down mode by a relatively simple circuit configuration. The purpose is to reduce switching loss and improve power efficiency.
入力電圧を昇圧又は降圧した出力電圧を出力する昇降圧DC/DCコンバータであって、前記出力電圧に応じた電圧と所定の基準電圧との差に応じた誤差信号電圧を生成する誤差信号電圧生成回路と、ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、前記誤差信号電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記誤差信号電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第2のコンパレータと、前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基に論理演算を行う論理演算回路と、前記論理演算回路の複数の出力によって制御される降圧用スイッチング手段と昇圧用スイッチング手段と、前記昇圧用スイッチング手段及び前記降圧用スイッチング手段のいずれか一方のオンオフによりエネルギーの蓄積と放出を切り替えるインダクタと、前記インダクタから放出されるエネルギーを受け取り、前記出力電圧を平滑する平滑手段と、を備えことを特徴とする昇降圧DC/DCコンバータ。 A buck-boost DC / DC converter that outputs an output voltage whose input voltage is boosted or stepped down, and generates an error signal voltage that generates an error signal voltage according to the difference between the voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage. A circuit, a lamp wave generation circuit that generates a lamp wave voltage, a first comparator that compares the error signal voltage and the lamp wave voltage, and a second comparator that compares the error signal voltage and the lamp wave voltage. A comparator, a logic calculation circuit that performs a logic calculation based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, a step-down switching means and a step-up switching controlled by a plurality of outputs of the logic calculation circuit. A means, an inductor that switches between storage and release of energy by turning on / off one of the step-up switching means and the step-down switching means, and a smoothing means that receives the energy released from the inductor and smoothes the output voltage. A buck-boost DC / DC converter characterized by:
前記論理演算回路は、前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基にそれぞれ論理演算を行う第1論理演算回路及び第2論理演算回路を有し、
前記降圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の一方の出力によって制御され、
前記昇圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の他方の出力によって制御される
The logical operation circuit includes a first logical operation circuit and a second logical operation circuit that perform logical operations based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, respectively.
The step-down switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the output of one of the second logical operation circuits.
The boost switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the other output of the second logical operation circuit.
前記第1論理回路は論理和演算結果を出力し、前記第2論理回路は論理積演算結果出力する。 The first logic circuit outputs the OR operation result, and the second logic circuit outputs the AND operation result.
前記第1論理回路は論理和回路であり、前記第2論理回路は論理積回路である。 The first logic circuit is a OR circuit, and the second logic circuit is a AND circuit.
前記第1論理回路は否定論理和演算結果を出力し、前記第2論理回路は否定論理積演算結果出力する。 The first logic circuit outputs the result of the NOR operation, and the second logic output the result of the operation of the negative logic.
前記第1論理回路は否定論理和回路であり、前記第2論理回路は否定論理積回路である。 The first logic circuit is a NOR circuit, and the second logic circuit is a shear fatigue circuit.
前記第1論理回路及び前記第2論理回路はマルチプレクサであり、前記第1論理回路及び前記第2論理回路を構成する前記マルチプレクサの選択信号は、前記ランプ波電圧と前記反転信号電圧生成回路の基準電圧とを比較する第3のコンパレータによって生成される。 The first logic circuit and the second logic circuit are multiplexers, and the selection signals of the first logic circuit and the multiplexer constituting the second logic circuit are reference to the ramp wave voltage and the inverting signal voltage generation circuit. Produced by a third comparator that compares the voltage.
前記マルチプレクサに第1のクロック信号を出力するオシレータ回路と、前記第1のクロック信号を分周した第2のクロックを生成する分周部と、前記第2のクロックによって前記ランプ波が生成される。 The ramp wave is generated by an oscillator circuit that outputs a first clock signal to the multiplexer, a frequency dividing portion that generates a second clock obtained by dividing the first clock signal, and the second clock. ..
前記誤差信号電圧を所定の反転基準電圧を基準として反転させた反転電圧を生成する反転電圧生成回路を備え、前記第2のコンパレータは前記反転電圧と前記ランプ波電圧とを比較し、前記第1のコンパレータは前記誤差信号電圧と前記ランプ波電圧とを比較する。 The second comparator includes an inverting voltage generation circuit that generates an inverting voltage obtained by inverting the error signal voltage with reference to a predetermined inverting reference voltage, and the second comparator compares the inverting voltage with the ramp wave voltage, and the first Comparator compares the error signal voltage with the ramp wave voltage.
前記反転基準電圧は、前記ランプ波電圧の最大値と最小値の中間に設定されることを特徴とする。 The inverting reference voltage is set between the maximum value and the minimum value of the ramp wave voltage.
前記降圧用スイッチング手段は、前記入力電圧と接地電位との間に第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とがこの順で直列に接続された同期整流型であり、前記昇圧用スイッチング手段は、前記出力電圧と接地電位との間に第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とがこの順で直列に接続された同期整流型である。 The step-down switching means is a synchronous rectification type in which a first switching element and a second switching element are connected in series in this order between the input voltage and the ground potential, and the step-up switching means is said. It is a synchronous rectification type in which the third switching element and the fourth switching element are connected in series in this order between the output voltage and the ground potential.
前記降圧用スイッチング手段は、前記入力電圧と接地電位との間にスイッチング素子と逆方向の第1整流用ダイオードとがこの順で直列に接続されたダイオード整流方式であり、前記昇圧用スイッチング手段は、前記出力電圧と接地電位との間に逆方向の第2整流用ダイオードとスイッチング素子とがこの順で直列に接続されたダイオード整流方式であることを特徴とする。 The step-down switching means is a diode rectification method in which a switching element and a first rectifying diode in the opposite direction are connected in series between the input voltage and the ground potential in this order, and the step-up switching means is It is a diode rectification method in which a second rectifying diode in the opposite direction and a switching element are connected in series in this order between the output voltage and the ground potential.
前記降圧用スイッチング手段は、前記入力電圧と接地電位との間に第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とがこの順で直列に接続された同期整流型であり、前記昇圧用スイッチング手段は、前記出力電圧と接地電位との間に逆方向の第2整流用ダイオードとスイッチング素子とがこの順で直列に接続されたダイオード整流方式であることを特徴とする。 The step-down switching means is a synchronous rectification type in which a first switching element and a second switching element are connected in series in this order between the input voltage and the ground potential, and the step-up switching means is said. It is characterized by a diode rectification system in which a second rectifying diode in the opposite direction and a switching element are connected in series in this order between the output voltage and the ground potential.
前記降圧用スイッチング手段は、前記入力電圧と接地電位との間にスイッチング素子と逆方向の第1整流用ダイオードとがこの順で直列に接続されたダイオード整流方式であり、前記昇圧用スイッチング手段は、前記出力電圧と接地電位との間に第3スイッチング素子と第4スイッチング素子とがこの順で直列に接続された同期整流型であることを特徴とする。 The step-down switching means is a diode rectification method in which a switching element and a first rectifying diode in the opposite direction are connected in series between the input voltage and the ground potential in this order, and the step-up switching means is The third switching element and the fourth switching element are connected in series between the output voltage and the ground potential in this order, which is a synchronous rectification type.
本発明の上記の手段によれば、降圧モードと昇圧モードの切替えをシームレスに行うと共にスイッチング切り替わり時の電力の損失を低減できる昇降圧DC/DCコンバータを提供することができる。 According to the above means of the present invention, it is possible to provide a buck-boost DC / DC converter capable of seamlessly switching between a step-down mode and a step-up mode and reducing power loss at the time of switching.
(本発明の第1の実施の形態)
図1は本発明を適用した昇降圧DC/DCコンバータの第1の実施形態を示す回路構成図である。以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図示していない電池等の直流電源の出力電圧が、図1の昇降圧DC/DCコンバータ10の入力電圧Vinとなる。入力電圧Vinが印加される入力端子INは、スイッチング素子T1のソースに接続される。スイッチング素子T1のドレインはインダクタL1及びスイッチング素子T2のドレインに接続される。スイッチング素子T2のソースは接地される。スイッチング素子T1〜T4はオン/オフを繰り返して、インダクタL1に流す電流を制御するスイッチングトランジスタとして機能する。なお、スイッチング素子T1,T3はpチャネル形MOS電界効果トランジスタ(以下、pMOSトランジスタと称する)であり、スイッチング素子T2,T4はnチャネル形MOS電界効果トランジスタ(以下、nMOSトランジスタと称する)である。
(First Embodiment of the present invention)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of a buck-boost DC / DC converter to which the present invention is applied. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The output voltage of a DC power source such as a battery (not shown) is the input voltage Vin of the buck-boost DC /
インダクタL1の一端は、スイッチング素子T1のドレイン及びスイッチング素子T2のドレインに接続されている。インダクタL1の他端はスイッチング素子T3のドレイン及びスイッチング素子T4のドレインに接続されている。スイッチング素子T3のソースは出力端子OUTに接続され、スイッチング素子T4のソースは接地される。 One end of the inductor L1 is connected to the drain of the switching element T1 and the drain of the switching element T2. The other end of the inductor L1 is connected to the drain of the switching element T3 and the drain of the switching element T4. The source of the switching element T3 is connected to the output terminal OUT, and the source of the switching element T4 is grounded.
出力端子OUTは抵抗R1の一端及びキャパシタC2に接続されている。抵抗R1の他端は抵抗R2を介して接地されている。 The output terminal OUT is connected to one end of the resistor R1 and the capacitor C2. The other end of the resistor R1 is grounded via the resistor R2.
帰還電圧生成回路FBは、出力端子OUTと接地との間に直列接続された抵抗R1及びR2で構成され、互いの接続ノードに帰還電圧Vfbを出力する。帰還電圧Vfbは誤差増幅器AMP1の反転入力端子(−)に入力される。誤差増幅器AMP1の非反転入力端子(+)に誤差比較電圧Vref1が入力される。そして、誤差増幅器AMP1の出力端子が抵抗R3及びキャパシタC1で構成された位相補償回路PC、抵抗R4及び第1コンパレータの非反転入力端子(+)に接続される。 The feedback voltage generation circuit FB is composed of resistors R1 and R2 connected in series between the output terminal OUT and the ground, and outputs a feedback voltage Vfb to each other's connection nodes. The feedback voltage Vfb is input to the inverting input terminal (−) of the error amplifier AMP1. The error comparison voltage Vref1 is input to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier AMP1. Then, the output terminal of the error amplifier AMP1 is connected to the phase compensation circuit PC composed of the resistor R3 and the capacitor C1, the resistor R4, and the non-inverting input terminal (+) of the first comparator.
また、誤差増幅器AMP1の出力端子が、抵抗R4の一端に接続され、抵抗R4の他端は反転増幅器AMP2の反転入力端子(−)と抵抗R5の一端に接続されている。抵抗R5の他端は、反転増幅器AMP2の出力と第2のコンパレータCMP2の反転入力端子(−)に接続されている。第2のコンパレータCMP2の反転入力端子(−)にはランプ波発生回路RWGからランプ波電圧VRが印加されている。第1のコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)は、抵抗R4の一端に接続され、第1のコンパレータCMP1の反転入力端子(−)にはランプ波電圧VRが印加されている。抵抗R4の一端が反転増幅器の入力端になり、抵抗R4の他端が反転増幅器AMP2の反転入力端子(−)及び抵抗R5の一端に接続される。また、反転増幅器AMP2の非反転入力端子(+)に反転比較電圧Vref2 が接続される。抵抗R5の他端と反転増幅器AMP2の出力端子の接続ノードが反転増幅器の出力端となる。反転増幅器の出力端が第2コンパレータCMP2の反転入力端子(−)に接続される。 Further, the output terminal of the error amplifier AMP1 is connected to one end of the resistor R4, and the other end of the resistor R4 is connected to the inverting input terminal (−) of the inverting amplifier AMP2 and one end of the resistor R5. The other end of the resistor R5 is connected to the output of the inverting amplifier AMP2 and the inverting input terminal (−) of the second comparator CMP2. A lamp wave voltage VR is applied to the inverting input terminal (−) of the second comparator CMP2 from the lamp wave generation circuit RWG. The non-inverting input terminal (+) of the first comparator CMP1 is connected to one end of the resistor R4, and the lamp wave voltage VR is applied to the inverting input terminal (−) of the first comparator CMP1. One end of the resistor R4 becomes the input end of the inverting amplifier, and the other end of the resistor R4 is connected to the inverting input terminal (−) of the inverting amplifier AMP2 and one end of the resistor R5. Further, the inverting comparison voltage Vref2 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the inverting amplifier AMP2. The connection node between the other end of the resistor R5 and the output terminal of the inverting amplifier AMP2 is the output end of the inverting amplifier. The output end of the inverting amplifier is connected to the inverting input terminal (-) of the second comparator CMP2.
ランプ波発生回路RWGが、第1のコンパレータCMP1の反転入力端子(−)及び第2コンパレータCMP2の非反転入力端子(+)に接続される。第1のコンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2の出力端子は、論理和回路1及び論理積回路2に接続されている。論理和回路1の出力端子はインバータ3,4を介して、スイッチング素子T1,T2のゲートと接続されており、相補的に動作することにより降圧動作を行う。また、スイッチング素子T3,T4のゲートは、論理積回路2の出力端子と接続されており、相補的に動作することにより昇圧動作を行う。
The ramp wave generation circuit RWG is connected to the inverting input terminal (−) of the first comparator CMP1 and the non-inverting input terminal (+) of the second comparator CMP2. The output terminals of the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2 are connected to the
なお、小型化・低コスト化の観点から、インダクタL1及びキャパシタC2以外の全ての部分を半導体集積回路装置に搭載し、当該半導体集積回路装置にインダクタL1及びキャパシタC2を外付けする形態にすることが望ましい。 From the viewpoint of miniaturization and cost reduction, all parts other than the inductor L1 and the capacitor C2 are mounted on the semiconductor integrated circuit device, and the inductor L1 and the capacitor C2 are externally attached to the semiconductor integrated circuit device. Is desirable.
負荷電流が大きいとき、低コスト化・安全性の観点から、スイッチング素子T1〜T4は外付けする形態にすることが望ましい。 When the load current is large, it is desirable that the switching elements T1 to T4 be externally attached from the viewpoint of cost reduction and safety.
このような構成の昇降圧DC/DCコンバータの動作について以下に説明する。帰還電圧生成回路FBを構成する抵抗R1と抵抗R2は、出力端子OUTから出力される出力電圧Voutを分圧して帰還電圧Vfbを生成し、誤差増幅器AMP1に送出する。誤差増幅器AMP1は、帰還電圧Vfbと誤差比較電圧Vref1との差に応じた誤差信号電圧Vc1を出力する。位相補償回路PCを構成するキャパシタC1及び抵抗R3は、誤差増幅器AMP1のゲインと周波数特性を設定する。抵抗R4、抵抗R5、反転増幅器AMP2、及び反転比較電圧Vref2から成る反転増幅器は、反転基準電圧Vref2を基準として誤差増幅器AMP1から出力される誤差信号電圧Vc1の反転電圧となる反転信号電圧Vc2を出力する。すなわち、反転基準電圧Vref2は誤差信号電圧Vc1と反転信号電圧Vc2の中間電圧である。 The operation of the buck-boost DC / DC converter having such a configuration will be described below. The resistors R1 and R2 constituting the feedback voltage generation circuit FB divide the output voltage Vout output from the output terminal OUT to generate a feedback voltage Vfb and send it to the error amplifier AMP1. The error amplifier AMP1 outputs an error signal voltage Vc1 according to the difference between the feedback voltage Vfb and the error comparison voltage Vref1. The capacitor C1 and the resistor R3 constituting the phase compensation circuit PC set the gain and frequency characteristics of the error amplifier AMP1. The inverting amplifier consisting of the resistor R4, the resistor R5, the inverting amplifier AMP2, and the inverting comparison voltage Vref2 outputs the inverting signal voltage Vc2 which is the inverting voltage of the error signal voltage Vc1 output from the error amplifier AMP1 with reference to the inverting reference voltage Vref2. To do. That is, the inverting reference voltage Vref2 is an intermediate voltage between the error signal voltage Vc1 and the inverting signal voltage Vc2.
第1のコンパレータCMP1は、誤差増幅器AMP1の出力の誤差信号電圧Vc1とランプ波発生回路RWGから出力されるランプ波VRとの差に応じたスイッチ制御電圧Vcmp1を出力する。第2コンパレータCMP2は、反転増幅器の出力の反転信号電圧Vc2とランプ波発生回路RWGから出力されるランプ波VRとの差に応じたスイッチ制御電圧Vcmp2を出力する。 The first comparator CMP1 outputs a switch control voltage Vcmp1 according to the difference between the error signal voltage Vc1 output from the error amplifier AMP1 and the lamp wave VR output from the lamp wave generation circuit RWG. The second comparator CMP2 outputs a switch control voltage Vcmp2 according to the difference between the inverting signal voltage Vc2 output from the inverting amplifier and the lamp wave VR output from the lamp wave generation circuit RWG.
論理和回路1は、第1のコンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2から出力された出力Vcmp1,Vcmp2の論理和演算を行い、論理和出力1oを出力する。論理和回路1は、本書で第1論理回路と称される。スイッチング素子T1,T2は論理和出力1oに基づいて、相補的にオン/オフが切り替わる。
The OR
論理積回路2では、第1のコンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2から出力された出力Vcmp1,Vcmp2の論理積演算を行い、論理積出力2oを出力する。論理積回路2は、本書で第2論理回路と称される。スイッチング素子T3,T4は論理積出力2oに基づいて、相補的にオン/オフが切り替わる。 In the logical product circuit 2, the logical product operation of the outputs Vcmp1 and Vcmp2 output from the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2 is performed, and the logical product output 2o is output. The logical product circuit 2 is referred to as a second logic circuit in this document. The switching elements T3 and T4 are complementarily switched on / off based on the logical product output 2o.
続いて、昇圧モードと降圧モードの切り替わりにおける動作について説明する。ここでは、昇圧モードから降圧モードに切り替わるときの動作について図1,図3及び図4を参照して説明する。図3及び図4は、本発明を適用した実施例1及び実施例2の昇降圧DC/DCコンバータ10,20の昇圧モードから降圧モードに切り替わるときの信号電圧生成部の各部電圧波形を示す図である。なお、図3及び図4において図1と同一の電圧には同一の符号を付す。
Subsequently, the operation in switching between the step-up mode and the step-down mode will be described. Here, the operation when switching from the step-up mode to the step-down mode will be described with reference to FIGS. 1, 3 and 4. 3 and 4 are diagrams showing voltage waveforms of each part of the signal voltage generating unit when the step-up mode of the step-up / down pressure DC /
入力電圧Vin及び出力電圧Voutは切り替え線Cにおいて交わり、入力電圧Vinが出力電圧Voutより高いときは降圧モード、入力電圧Vinが出力電圧Voutより低いときは昇圧モードに切り替わる。なお、誤差比較電圧Vref1は常に一定である。 The input voltage Vin and the output voltage Vout intersect at the switching line C, and when the input voltage Vin is higher than the output voltage Vout, the mode is switched to the step-down mode, and when the input voltage Vin is lower than the output voltage Vout, the mode is switched to the step-up mode. The error comparison voltage Vref1 is always constant.
誤差信号電圧Vc1がランプ波VRより小さく、かつ反転信号電圧Vc2がランプ波VRより大きいときT1がオフし、T2がオンする、状態1をとる。誤差信号電圧Vc1がランプ波VRより大きいか、または反転信号電圧Vc2がランプ波VRより小さいときT1がオンし、T2がオフする、状態2をとる。 When the error signal voltage Vc1 is smaller than the ramp wave VR and the inverting signal voltage Vc2 is larger than the ramp wave VR, T1 is turned off and T2 is turned on. When the error signal voltage Vc1 is larger than the ramp wave VR or the inverting signal voltage Vc2 is smaller than the ramp wave VR, T1 is turned on and T2 is turned off.
誤差信号電圧Vc1がランプ波VRより小さいか、または反転信号電圧Vc2がランプ波VRより大きいときT3がオンし、T4がオフする、状態3をとる。誤差信号電圧Vc1がランプ波VRより大きい、かつ反転信号電圧Vc2がランプ波VRより小さいときT3がオフし、T4がオンする、状態4をとる。 When the error signal voltage Vc1 is smaller than the ramp wave VR or the inverted signal voltage Vc2 is larger than the ramp wave VR, T3 is turned on and T4 is turned off. When the error signal voltage Vc1 is larger than the ramp wave VR and the inverting signal voltage Vc2 is smaller than the ramp wave VR, T3 is turned off and T4 is turned on.
反転信号電圧Vc2が誤差信号電圧Vc1より大きく、かつ誤差信号電圧Vc1もしくは反転信号電圧Vc2の少なくとも一方がランプ波VRの最小値と最大値の間の値をとる場合、状態1かつ状態3、および状態2かつ状態3の2つのスイッチ状態を交互に遷移する、降圧動作となる。降圧モードにおける昇降圧DC/DCコンバータ10はpMOSトランジスタであるスイッチング素子T1がオン状態でnMOSトランジスタであるスイッチング素子T2がオフ状態である場合、入力端子INからインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。逆にスイッチング素子T1がオフ状態でスイッチング素子T2がオン状態である場合、スイッチング素子T2とインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れることにより、インダクタL1に蓄えられていた磁気エネルギーが放出される。なお、降圧モードにおける、スイッチング素子T1,T2の状態に係らず、スイッチング素子T3は常にオン状態である。このような動作により、入力電圧Vinが降圧され、出力端子OUTから出力電圧Voutが出力される。
When the inverting signal voltage Vc2 is larger than the error signal voltage Vc1 and at least one of the error signal voltage Vc1 or the inverting signal voltage Vc2 takes a value between the minimum value and the maximum value of the ramp wave VR, the
反転信号電圧Vc2が誤差信号電圧Vc1より小さく、かつ誤差信号電圧Vc1もしくは反転信号電圧Vc2の少なくとも一方がランプ波VRの最小値と最大値の間の値をとる場合、状態2かつ状態3、および状態2かつ状態4の2つのスイッチ状態を交互に遷移する、昇圧動作となる。昇圧モードにおける昇降圧DC/DCコンバータ10はpMOSトランジスタであるスイッチング素子T3がオフ状態でnMOSトランジスタであるスイッチング素子T4がオン状態である場合、インダクタL1に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。逆にスイッチング素子T1がオン状態でスイッチング素子T2がオフ状態である場合、入力端子INからインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れることにより、インダクタL1に蓄えられていた磁気エネルギーが放出される。なお、昇圧モードにおける、スイッチング素子T3,T4の状態に係らず、スイッチング素子T1は常にオン状態である。このような動作により、入力電圧Vinが昇圧され、出力電圧Voutとなり出力端子OUTから出力される。
When the inverting signal voltage Vc2 is smaller than the error signal voltage Vc1 and at least one of the error signal voltage Vc1 or the inverting signal voltage Vc2 takes a value between the minimum and maximum values of the ramp wave VR, the
誤差信号電圧Vc1と反転信号電圧Vc2の中間電圧である反転基準電圧Vref2の値をランプ波VRの最小値より大きく、かつランプ波VRの最大値より小さく設定することで、昇圧モードから降圧モードに切り替わる途中に誤差信号電圧Vc1、反転信号電圧Vc2ともにランプ波VRと交差する区間を設けることができる。論理和回路1及び論理積回路2を設けることで、スイッチングノードSW1のスイッチングデューティとスイッチングノードSW2のスイッチングデューティが切り替わり線Cを基準に、昇圧モードから降圧モードに切り替わるときにシームレスに変化する。したがって、昇圧モードと降圧モードの切り替わりにおけるスイッチング損失を減らすことができる。さらに、入力電圧Vinが変動した場合でも、昇圧動作と降圧動作が連続的に変化するため、常に安定した出力電圧Voutを出力することができる。これにより、昇降圧DC/DCコンバータ10の電力変換効率が高くなる。さらに、DC/DCコンバータの安定かつ高速応答させるため誤差信号電圧Vc1の変化に対して、スイッチングノードSW1のスイッチングデューティとスイッチングノードSW2のスイッチングデューティが一定の比率で変化することが望ましい。即ち、反転基準電圧Vref2の値はランプ波VRの最大値と最小値の中間値に設定し、第1のコンパレータ出力Vcmp1と第2のコンパレータ出力Vcmp2のデューティを等しくすることが望ましい。
By setting the value of the inverting reference voltage Vref2, which is the intermediate voltage between the error signal voltage Vc1 and the inverting signal voltage Vc2, to be larger than the minimum value of the lamp wave VR and smaller than the maximum value of the lamp wave VR, the step-up mode can be changed to the step-down mode. A section where both the error signal voltage Vc1 and the inverting signal voltage Vc2 intersect with the ramp wave VR can be provided during the switching. By providing the OR
昇降圧DC/DCコンバータ10では、誤差信号電圧Vc1の変化から出力電圧が追従するまでに遅延があるため、出力電圧の変動を誤差信号電圧Vc1に高速帰還すると発振する。そのため、誤差信号電圧Vc1の応答速度を制限する目的で抵抗R3とコンデンサC1による補償回路PCを設けている。
In the buck-boost DC /
スイッチング電圧Vsw1は切り替え線Cの左部においてスイッチング素子T1,T2のオン/オフを相補的に繰り返すことで降圧モードとして動作し、切り替え線Cの右部においてスイッチング素子T1を常にオン、スイッチング素子T2を常にオフとする。スイッチング電圧Vsw2は切り替え線Cの右部においてスイッチング素子T3,T4のオン/オフを相補的に繰り返すことで昇圧モードとして動作し、切り替え線Cの左部においてスイッチング素子T3を常にオン、スイッチング素子T4を常にオフとする。 The switching voltage Vsw1 operates as a step-down mode by complementarily repeating on / off of the switching elements T1 and T2 on the left part of the switching line C, and always turns on the switching element T1 on the right part of the switching line C, and the switching element T2. Is always off. The switching voltage Vsw2 operates as a step-up mode by complementarily repeating on / off of the switching elements T3 and T4 on the right part of the switching line C, and always turns on the switching element T3 on the left part of the switching line C, and the switching element T4. Is always off.
(本発明の第2の実施の形態)
図2は、本発明を適用した昇降圧DC/DCコンバータの第2の実施形態を示す回路構成図である。図2の第2の実施形態は、図1に示した第1の実施形態とはスイッチング素子の置き換え、及びインバータ3,4の配置を変えているという点で異なる。その他の回路部は同じである。ここでは図1及び図2の、異なる回路部について説明する。
(Second Embodiment of the present invention)
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of a buck-boost DC / DC converter to which the present invention is applied. The second embodiment of FIG. 2 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the switching elements are replaced and the arrangements of the
図2中のスイッチング素子T5,T6はnMOSトランジスタである。スイッチング素子T5,T6は、図1中のpMOSトランジスタであるスイッチング素子T1,T3をそれぞれに置き換える。論理和回路1の出力は、インバータ3を介してスイッチング素子T2のゲートに接続されると共に、スイッチング素子T5のゲートに直接接続される。また、論理積回路2の出力は、インバータ4を介してスイッチング素子T6のゲートに接続されると共に、スイッチング素子T4のゲートに直接接続される。インバータ3,4は、それぞれ論理和回路1,論理積回路2の出力を受けて、その入力信号を反転して出力する。
The switching elements T5 and T6 in FIG. 2 are nMOS transistors. The switching elements T5 and T6 replace the switching elements T1 and T3, which are pMOS transistors in FIG. 1, respectively. The output of the
論理和回路1の出力に基づいて、スイッチング素子T5,T2は相補的にオン/オフが切り替わる。したがって、降圧モードにおける昇降圧DC/DCコンバータ20はnMOSトランジスタであるスイッチング素子T5がオン状態でnMOSトランジスタであるスイッチング素子T2がオフ状態である場合、入力端子INからインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。逆にスイッチング素子T5がオフ状態でスイッチング素子T2がオン状態である場合、スイッチング素子T2とインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れることにより、インダクタL1に蓄えられていた磁気エネルギーが放出される。なお、降圧モードにおける、スイッチング素子T5,T2の状態に係らず、スイッチング素子T6は常にオン状態である。このような動作により、入力電圧Vinが降圧され、出力電圧Voutとなり出力端子OUTから出力される。
The switching elements T5 and T2 are complementarily switched on / off based on the output of the
論理積回路2の出力に基づいて、スイッチング素子T6,T4は相補的にオン/オフが切り替わる。したがって、昇圧モードにおける昇降圧DC/DCコンバータ20はnMOSトランジスタであるスイッチング素子T6がオフ状態でnMOSトランジスタであるスイッチング素子T4がオン状態である場合、インダクタL1に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄えられる。逆にスイッチング素子T1がオン状態でスイッチング素子T2がオフ状態である場合、入力端子INからインダクタL1を介してキャパシタC2に電流が流れることにより、インダクタL1に蓄えられていた磁気エネルギーが放出される。なお、昇圧モードにおける、スイッチング素子T6,T4の状態に係らず、スイッチング素子T5は常にオン状態である。このような動作により、入力電圧Vinが昇圧され、出力電圧Voutとなり出力端子OUTから出力される。
The switching elements T6 and T4 are complementarily switched on / off based on the output of the AND circuit 2. Therefore, in the buck-boost DC /
第1のコンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2において、誤差信号電圧Vc1及び反転信号電圧Vc2をそれぞれランプ波VRと比較し出力されたものが、スイッチ制御電圧Vcmp1,Vcmp2となる。スイッチ制御電圧Vcmp1,Vcmp2の論理和及び論理積を行った各演算結果が、それぞれ論理和出力1o及び論理積出力2oとして出力される。 In the first comparator CMP1 and the second comparator CMP2, the switch control voltages Vcmp1 and Vcmp2 are output by comparing the error signal voltage Vc1 and the inverting signal voltage Vc2 with the lamp wave VR, respectively. The result of each calculation obtained by performing the logical sum and the logical product of the switch control voltages Vcmp1 and Vcmp2 is output as the logical sum output 1o and the logical product output 2o, respectively.
入力電圧Vinはスイッチング素子T5のドレインに供給される。出力電圧Voutはスイッチング素子T6のドレインすなわち出力端子OUTから取り出される。入力電圧Vinと出力電圧Voutが等しくなると降圧モードと昇圧モードとが切替えられる。降圧モードと昇圧モードとの切替えタイミングCは誤差比較電圧Vref1で設定されている。誤差比較電圧Vref1は、誤差増幅器AMP1の非反転入力端子(+)に印加される。出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも低い場合には昇降圧DC/DCコンバータ20は降圧モードで動作し、出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも高い場合には昇降圧DC/DCコンバータ20は昇圧モードで動作する。図4には、誤差信号電圧Vc1、反転信号電圧Vc2、反転基準電圧Vref2、及び、ランプ波電圧VRがそれぞれ示されている。誤差信号電圧Vc1は、誤差増幅器AMP1から、反転信号電圧Vc2は反転増幅器AMP2からそれぞれ出力される。反転基準電圧Vref2は、反転増幅器AMP2の非反転入力端子(+)に印加されている。ランプ波電圧VRはランプ波発生回路RWGで生成され、第1のコンパレータCMP1の反転入力端子(−)と、第2のコンパレータCMP2の非反転入力端子(+)にそれぞれ印加されている。反転基準電圧Vref2はランプ波電圧VRの上限値VRHと下限値VRLの中間値、すなわち、Vref2=(VRH+VRL)/2になるように選ばれている。図4に示した誤差信号電圧Vc1、反転信号電圧Vc2、反転基準電圧Vref2及びランプ波電圧VRに基づき、降圧モード及び昇圧モードで用いるPWM信号が生成される。
The input voltage Vin is supplied to the drain of the switching element T5. The output voltage Vout is taken out from the drain of the switching element T6, that is, the output terminal OUT. When the input voltage Vin and the output voltage Vout become equal, the step-down mode and the step-up mode are switched. The switching timing C between the step-down mode and the step-up mode is set by the error comparison voltage Vref1. The error comparison voltage Vref1 is applied to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier AMP1. When the output voltage Vout is lower than the input voltage Vin, the buck-boost DC /
図5は、本発明を適用した昇降圧DC/DCコンバータの第3の実施形態を示す回路構成図である。昇降圧DC/DCコンバータ50は、図2のものとは次の点で相違する。まず、ランプ波電圧VRが第1のコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)とコンパレータCMP2の反転入力端子(−)に印加していることである。これは図2ではランプ波電圧VRを第1のコンパレータCMP1の反転入力端子(−)とコンパレータCMP2の非反転入力端子(+)に印加したものとは異なる。第1のコンパレータCMP1とコンパレータCMP2には互いに逆極性の入力端子にランプ波電圧VR印加していることでは共通する。次に、否定論理積回路1xの出力1xoを、降圧スイッチング手段を構成するスイッチング素子T1のゲートに、否定論理和回路2xの出力2xoを、昇圧スイッチング手段を構成するスイッチング素子T4のゲートにそれぞれ印加している。すなわち、降圧スイッチング手段は否定論理積回路1xの出力、昇圧スイッチング手段は否定論理和回路2xの出力により制御される。こうした違いはランプ波電圧VRを第1のコンパレータCMP1及び第2コンパレータCMP2の反転入力端子(−)に印加するのか非反転入力端子(+)に印加するかによって異なってくる。こうした違いは設計事項の1つとなる。なお、図5において他の回路構成は図2と同じであるので説明は割愛する。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a third embodiment of a buck-boost DC / DC converter to which the present invention is applied. The buck-boost DC /
図6は、図5の昇降圧DC/DCコンバータ50の主なノードの信号波形を示す図である。入力電圧Vinはスイッチング素子T5のドレインに供給される。出力電圧Voutはスイッチング素子T6のドレインすなわち出力端子OUTから取り出される。入力電圧Vinと出力電圧Voutが等しくなると降圧モードと昇圧モードとが切替えられる。降圧モードと昇圧モードとの切替えタイミングCは誤差比較電圧Vref1で設定されている。誤差比較電圧Vref1は、誤差増幅器AMP1の非反転入力端子(+)に印加される。出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも低い場合には昇降圧DC/DCコンバータ50は降圧モードで動作し、出力電圧Voutが入力電圧Vinよりも高い場合には昇降圧DC/DCコンバータ50は昇圧モードで動作する。
FIG. 6 is a diagram showing signal waveforms of the main nodes of the buck-boost DC /
図6には、誤差信号電圧Vc1、反転信号電圧Vc2、反転基準電圧Vref2、及び、ランプ波電圧VRがそれぞれ示されている。誤差信号電圧Vc1は、誤差増幅器AMP1から、反転信号電圧Vc2は反転増幅器AMP2からそれぞれ出力される。反転基準電圧Vref2は、反転増幅器AMP2の非反転入力端子(+)に印加されている。ランプ波電圧VRはランプ波発生回路RWGで生成され、第1のコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)と、第2のコンパレータCMP2の反転入力端子(−)にそれぞれ印加されている。反転基準電圧Vref2はランプ波電圧VRの上限値VRHと下限値VRLの中間値、すなわち、Vref2=(VRH+VRL)/2になるように選ばれている。図6に示した誤差信号電圧Vc1、反転信号電圧Vc2、反転基準電圧Vref2及びランプ波電圧VRに基づき、降圧モード及び昇圧モードで用いるPWM信号が生成される。 FIG. 6 shows an error signal voltage Vc1, an inverting signal voltage Vc2, an inverting reference voltage Vref2, and a ramp wave voltage VR, respectively. The error signal voltage Vc1 is output from the error amplifier AMP1, and the inverting signal voltage Vc2 is output from the inverting amplifier AMP2. The inverting reference voltage Vref2 is applied to the non-inverting input terminal (+) of the inverting amplifier AMP2. The lamp wave voltage VR is generated by the lamp wave generation circuit RWG, and is applied to the non-inverting input terminal (+) of the first comparator CMP1 and the inverting input terminal (−) of the second comparator CMP2, respectively. The inverting reference voltage Vref2 is selected so as to be an intermediate value between the upper limit value VRH and the lower limit value VRL of the lamp wave voltage VR, that is, Vref2 = (VRH + VRL) / 2. Based on the error signal voltage Vc1, the inverting signal voltage Vc2, the inverting reference voltage Vref2, and the ramp wave voltage VR shown in FIG. 6, the PWM signal used in the step-down mode and the boosting mode is generated.
図6において出力信号Vcmp1は第1のコンパレータCMP1から出力され否定論理積回路1xの第1入力端及び論理和回路1の第1入力端に印加される。出力信号Vcmp2は第2コンパレータCMP2から出力され論理和回路1の第2入力端と否定論理積回路1xの第2入力端にそれぞれ印加される。なお、否定論理積回路1x及び否定論理和回路2xは、本書においてそれぞれ第1論理演算回路及び第2論理演算回路と称される。
In FIG. 6, the output signal Vcmp1 is output from the first comparator CMP1 and applied to the first input terminal of the negative
出力1xoは、否定論理積回路1xで出力信号Vcmp1と出力信号Vcmp2との否定論理積演算で得られる。出力1xoは、出力信号Vcmp1及び出力信号Vcmp2の両者が共にハイレベル“1”の時にローレベル“0”となり、その他の組み合わせにおいては、ハイレベル“1”となる。 出力1xoは、降圧モードと昇圧モードとの切替え点Cを境にして、降圧モードではデューティ比が変化するいわゆるPWM信号として作用し、昇圧モードではデューティ比が100%となる。
The output 1xo is obtained by the negative logic product operation of the output signal Vcmp1 and the output signal Vcmp2 in the negative
出力1xoは降圧スイッチング手段を構成するスイッチング素子T5のゲートに、出力2xoは昇圧スイッチング手段を構成するスイッチング素子T4のゲートにそれぞれ印加される。 The output 1xo is applied to the gate of the switching element T5 constituting the step-down switching means, and the output 2xo is applied to the gate of the switching element T4 constituting the step-up switching means.
出力2xoは、否定論理和回路2xで出力信号Vcmp1と出力信号Vcmp2との否定論理和演算で得られる。出力2xoは、出力信号Vcmp1及び出力信号Vcmp2のいずれかがハイレベル“1”の時にローレベル“0”となり、両者がともにローレベル“0”の時にハイレベル“1”となる。出力2xoは、降圧モードと昇圧モードとの切替えタイミングCを境にして、降圧モードでは出力2xoのデューティ比が0%であり、昇圧モードではデューティ比が変化するいわゆるPWM信号として作用する。こうした状態は図4と比較すると明らかとなるが、降圧モードと昇圧モードでのデューティ比の関係が逆転することになる。
The output 2xo is obtained by a NOR operation of the output signal Vcmp1 and the output signal Vcmp2 in the NOR
スイッチング電圧Vsw1はスイッチングノードSW1に、スイッチング電圧Vsw2はスイッチングノードSW2にそれぞれ出力される。スイッチング電圧Vsw1は出力1xoと同じ極性となり、スイッチング電圧Vsw2は出力2xoと逆極性となる。スイッチング電圧Vsw1,Vsw2によって、インダクタL1に対してエネルギーの蓄積と放出とが切り替えられる。 The switching voltage Vsw1 is output to the switching node SW1, and the switching voltage Vsw2 is output to the switching node SW2. The switching voltage Vsw1 has the same polarity as the output 1xo, and the switching voltage Vsw2 has the opposite polarity to the output 2xo. The switching voltages Vsw1 and Vsw2 switch between storage and release of energy with respect to the inductor L1.
図7は、本発明を適用した昇降圧DC/DCコンバータの第4の実施形態を示す回路構成図である。昇降圧DC/DCコンバータ70は、図2の昇降圧DC/DCコンバータ20に示した論理和回路1及び論理積回路2をそれぞれマルチプレクサM1及びマルチプレクサM2に置換え、さらにマルチプレクサM1及びM2の選択信号SELを生成する第3のコンパレータCMP3を設けたことで相違する。マルチプレクサは一般的にセレクタとも呼ばれている。マルチプレクサの内部回路は、例えば論理積回路AND、論理和回路OR、及びインバータとの組み合わせ、または否定論理積回路NANDとインバータとの組み合わせで構成される。マルチプレクサM1及びマルチプレクサM2も本書において、それぞれ第1論理演算回路及び第2論理演算回路と称される。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a fourth embodiment of a buck-boost DC / DC converter to which the present invention is applied. The buck-boost DC /
本発明に係るマルチプレクサM1,M2は、選択信号SELによって、スイッチ制御電圧Vcmp1及びスイッチ制御電圧Vcmp2のいずれか一方を出力する。マルチプレクサM1,M2は、入力端子A及び入力端子Bを有しており、選択信号SELがハイレベル“1”の時、入力端子Aで受けた電圧を、選択信号SELがローレベル“0”の時、入力端子Bで受けた電圧を出力する。例えばマルチプレクサM1は、選択信号SELがローレベル“0”である時にスイッチ制御電圧Vcmp1を、選択信号SELがハイレベル“1”である時にスイッチ制御電圧Vcmp2をそれぞれ、マルチプレクサ出力m1として出力する。 The multiplexers M1 and M2 according to the present invention output either the switch control voltage Vcmp1 or the switch control voltage Vcmp2 by the selection signal SEL. The multiplexers M1 and M2 have an input terminal A and an input terminal B, and when the selection signal SEL is at a high level “1”, the voltage received at the input terminal A is received by the selection signal SEL at a low level “0”. At that time, the voltage received at the input terminal B is output. For example, the multiplexer M1 outputs the switch control voltage Vcmp1 when the selection signal SEL is at the low level “0” and the switch control voltage Vcmp2 when the selection signal SEL is at the high level “1” as the multiplexer output m1.
マルチプレクサM2も、選択信号SELによって、出力Vcmp1及び出力Vcmp2のいずれか一方を出力する。例えばマルチプレクサM2は、選択信号SELがローレベル“0”である時に出力Vcmp2を、選択信号SELがハイレベル“1”である時に出力Vcmp1をそれぞれ、マルチプレクサ出力m2として出力する。 The multiplexer M2 also outputs either the output Vcmp1 or the output Vcmp2 by the selection signal SEL. For example, the multiplexer M2 outputs the output Vcmp2 when the selection signal SEL is at the low level “0” and the output Vcmp1 when the selection signal SEL is at the high level “1” as the multiplexer output m2.
マルチプレクサM1,M2を制御する選択信号SELは、第3のコンパレータCMP3の反転入力端子(−)に例えば反転基準電圧Vref2を、第3のコンパレータCMP3の非反転入力端子(+)にランプ波電圧VRを印加して生成することで得られる。すなわち、本発明に用いる回路部を利用しているので第3のコンパレータCMP3を新たに用意するだけで十分である。 The selection signal SEL that controls the multiplexers M1 and M2 has, for example, an inverting reference voltage Vref2 at the inverting input terminal (-) of the third comparator CMP3, and a ramp wave voltage VR at the non-inverting input terminal (+) of the third comparator CMP3. Is obtained by applying. That is, since the circuit unit used in the present invention is used, it is sufficient to newly prepare a third comparator CMP3.
なお、図7の昇降圧DC/DCコンバータ60において、マルチプレクサM1のマルチプレクサ出力m1は降圧用スイッチング手段を構成するスイッチング素子T1に、マルチプレクサM2のマルチプレクサ出力m2は昇圧用スイッチング手段を構成するスイッチング素子T4にそれぞれ印加している。しかし、これらの信号供給経路は、ランプ波電圧VRを第1のコンパレータCMP1及び第2のコンパレータCMP2のどちらの入力端子に印加するかで異なってくる。図7に示した信号供給経路とは異なり、ランプ波電圧VRを第1のコンパレータCMP1の非反転入力端子(+)と第2コンパレータCMP2の反転入力端子(−)にそれぞれ印加する場合には、マルチプレクサM1のマルチプレクサ出力m1は、スイッチング素子T4に、マルチプレクサM2のマルチプレクサ出力m2を、スイッチング素子T1に供給することとなる。 In the buck-boost DC / DC converter 60 of FIG. 7, the multiplexer output m1 of the multiplexer M1 is a switching element T1 constituting a step-down switching means, and the multiplexer output m2 of the multiplexer M2 is a switching element T4 constituting a boost switching means. Is applied to each. However, these signal supply paths differ depending on whether the lamp wave voltage VR is applied to the input terminal of the first comparator CMP1 or the second comparator CMP2. Unlike the signal supply path shown in FIG. 7, when the ramp wave voltage VR is applied to the non-inverting input terminal (+) of the first comparator CMP1 and the inverting input terminal (-) of the second comparator CMP2, respectively, The multiplexer output m1 of the multiplexer M1 supplies the multiplexer output m2 of the multiplexer M2 to the switching element T4 to the switching element T4.
図8は図7に示した昇降圧DC/DCコンバータ70のおもなノードの信号波形を示す。図7は、図4に示した信号波形図にランプ波電圧VR、反転基準電圧Vref2、及び選択信号SELを加えている。こうして追加した信号波形は、マルチプレクサM1,M2の回路動作を説明するために有用である。
FIG. 8 shows the signal waveforms of the main nodes of the buck-boost DC /
図8において最上段にはランプ波電圧VR及び反転基準電圧Vref2を示す。ランプ波電圧VRは、図7においてランプ波電圧発生回路RWGで生成される。反転基準電圧Vref2は、第3コンパレータCMP3の反転入力端子(−)と反転増幅器AMP2の非反転入力端子(+)に印加されている。反転基準電圧Vref2の大きさは、ランプ波電圧VRの上限値VRHと下限値VRLとの中間値に選ばれている。 In FIG. 8, the lamp wave voltage VR and the inverting reference voltage Vref2 are shown in the uppermost stage. The lamp wave voltage VR is generated by the lamp wave voltage generation circuit RWG in FIG. 7. The inverting reference voltage Vref2 is applied to the inverting input terminal (−) of the third comparator CMP3 and the non-inverting input terminal (+) of the inverting amplifier AMP2. The magnitude of the inverting reference voltage Vref2 is selected as an intermediate value between the upper limit value VRH and the lower limit value VRL of the lamp wave voltage VR.
選択信号SELは、第3コンパレータCMP3で図7において反転基準電圧Vref2とランプ波電圧VRとを比較して生成される。選択信号SELは、ランプ波電圧VRが反転基準電圧Vref2を超えた区間でハイレベル“1”となり反転基準電圧Vref2を下回った区間でローレベル“0”となる。 The selection signal SEL is generated by comparing the inverting reference voltage Vref2 and the lamp wave voltage VR in FIG. 7 with the third comparator CMP3. The selection signal SEL becomes a high level “1” in a section where the lamp wave voltage VR exceeds the inverting reference voltage Vref2, and becomes a low level “0” in a section below the inverting reference voltage Vref2.
マルチプレクサM1は、選択信号SELが“0”である時に、信号Vcmp1を選択信号SELが“1”である時に信号Vcmp2をそれぞれ出力するように回路構成がなされている。したがって、マルチプレクサM1の出力には図8に示す出力1oが出力される。こうした出力1oは図4に示したものと同じとなる。したがって、図2に示した論理和回路1の出力1oと同じになる。
The multiplexer M1 is configured to output the signal Vcmp1 when the selection signal SEL is “0” and the signal Vcmp2 when the selection signal SEL is “1”. Therefore, the output 1o shown in FIG. 8 is output to the output of the multiplexer M1. Such an output 1o is the same as that shown in FIG. Therefore, it becomes the same as the output 1o of the
マルチプレクサM2は、選択信号SELが“0”である時に信号Vcmp2を、選択信号SELが“1”である時に信号Vcmp1をそれぞれ出力するように回路構成がなされている。したがって、マルチプレクサM2の出力には図8に示す出力2oが出力される。こうした出力2oは図4に示したものと同じとなる。したがって、図2に示した論理積回路2の出力2oと同じとなる。 The multiplexer M2 is configured to output the signal Vcmp2 when the selection signal SEL is “0” and the signal Vcmp1 when the selection signal SEL is “1”. Therefore, the output 2o shown in FIG. 8 is output to the output of the multiplexer M2. Such an output 2o is the same as that shown in FIG. Therefore, it is the same as the output 2o of the AND circuit 2 shown in FIG.
図8に示したスイッチング電圧Vsw1,Vsw2も図4に示したものと同じとなる、すなわち、図7に示した昇降圧DC/DCコンバータ70を構成するマルチプレクサM1,M2及び第3コンパレータCMP3の回路構成は、例えば図2の論理和回路1と論理積回路2と同じ回路機能を有していることが分かる。
The switching voltages Vsw1 and Vsw2 shown in FIG. 8 are also the same as those shown in FIG. 4, that is, the circuits of the multiplexers M1 and M2 and the third comparator CMP3 constituting the buck-boost DC /
また、マルチプレクサM1、M2は第1のクロック信号を出力オシレータ回路と接続され、第1のクロック信号に基づいて動作する。さらに、第1のクロック信号が入力され、前記第1のクロック信号のから分周した第2のクロック信号を生成する分周部を設け、ランプ波発生回路RWGが第2のクロック信号を受け、ランプ波電圧VRを生成してもよい。 Further, the multiplexers M1 and M2 connect the first clock signal to the output oscillator circuit and operate based on the first clock signal. Further, a frequency dividing section is provided in which a first clock signal is input and a second clock signal divided from the first clock signal is generated, and the lamp wave generation circuit RWG receives the second clock signal. The ramp wave voltage VR may be generated.
図9は、本発明に係るダイオード整流方式の昇降圧DC/DCコンバータ100を示す。ダイオード整流方式の昇降圧DC/DCコンバータは、図2に示した同期整流方式の昇降圧DC/DCコンバータ20をダイオード整流方式に置き換えたものである。図2とは、スイッチング素子T2及びスイッチング素子T6をそれぞれ整流ダイオードD2及び整流ダイオードD6に置き替えたこと、さらにインバータ3,4を用いていないことで相違する。こうした昇降圧DC/DCコンバータ100では、スイッチング素子T5及びスイッチング素子T4に、それぞれ図7に示した論理和出力1o及び否定論理積出力2oが印加される。本発明に係るダイオード整流方式の昇降圧DC/DCコンバータ100は当然のことながら、マルチプレクサを用いた図7のものにも適用することができる。
FIG. 9 shows a diode rectification type buck-boost DC / DC converter 100 according to the present invention. The diode rectification type buck-boost DC / DC converter replaces the synchronous rectification type buck-boost DC /
本発明に係る昇降圧DC/DCコンバータ10,20,50,70,90において、降圧スイッチング手段に同期整流方式、昇圧スイッチング手段にダイオード整流方式を適用することができる。また、同様に昇降圧DC/DCコンバータ10,20,50,70,90において、降圧スイッチング手段にダイオード整流方式、昇圧スイッチング手段に同期整流方式を適用することもできる。
In the buck-boost DC /
図10は、これまで述べてきた本発明に係る昇降圧DC/DCコンバータの降圧スイッチング手段及び昇圧スイッチング手段を構成する各スイッチング素子のオンオフ状態をまとめたものである。降圧モードでは降圧用スイッチング手段を構成するスイッチング素子T1,T5がPWM信号のオン/オフのデューティ比に応じて、オン/オフ動作を繰り返す。同じくスイッチング素子T2もオフ/オンのデューティ比に応じて、スイッチング素子T1,T5がオンの時にオフし、スイッチング素子T1が、オフの時にオンするといういわゆる相補的な動作を繰り返す。降圧モードではスイッチング素子T3,T6のゲートにはデューティ比が100%の信号が印加される。したがって、スイッチング素子T3,T6は常時オン状態に置かれる。降圧モードではスイッチング素子T4のゲートにはデューティ比が0%の信号、すなわちローレベルが印加されるので常時オフ状態に置かれている。 FIG. 10 summarizes the on / off states of the step-down switching means of the buck-boost DC / DC converter according to the present invention and the switching elements constituting the step-up switching means described so far. In the step-down mode, the switching elements T1 and T5 constituting the step-down switching means repeat the on / off operation according to the duty ratio of the PWM signal on / off. Similarly, the switching element T2 also repeats a so-called complementary operation of turning off when the switching elements T1 and T5 are on and turning on when the switching element T1 is off, according to the duty ratio of off / on. In the step-down mode, a signal having a duty ratio of 100% is applied to the gates of the switching elements T3 and T6. Therefore, the switching elements T3 and T6 are always kept on. In the step-down mode, a signal having a duty ratio of 0%, that is, a low level is applied to the gate of the switching element T4, so that the gate is always kept off.
図10の昇圧モードでは、降圧モードでは降圧用スイッチング手段を構成するスイッチング素子T1,T5が常時オン状態に置かれている。スイッチング素子T2は常時オフ状態に置かれる。スイッチング素子T3,T6のゲートにはオン/オフのデューティ比が変化するPWM信号が印加されているのでオン/オフ動作を繰り返す。スイッチング素子T4は、スイッチング素子T3,T6とは相補的に動作する。すなわち、スイッチング素子T4はスイッチング素子T3,T6がオンの時にオフ状態であり、スイッチング素子T3,T6がオフの時にオン状態に置かれる In the step-down mode of FIG. 10, in the step-down mode, the switching elements T1 and T5 constituting the step-down switching means are always placed in the on state. The switching element T2 is always left in the off state. Since a PWM signal for changing the on / off duty ratio is applied to the gates of the switching elements T3 and T6, the on / off operation is repeated. The switching element T4 operates complementaryly with the switching elements T3 and T6. That is, the switching element T4 is in the off state when the switching elements T3 and T6 are on, and is placed in the on state when the switching elements T3 and T6 are off.
図10において、降圧モードから昇圧モードまたは、昇圧モードから降圧モードに移行する時のスイッチ動作が問題となるが、特許文献1のように昇圧動作と降圧動作がオーバーラップする制御方式では、昇圧動作、降圧動作の切り替わりが遅く、応答速度を抑制してしまっていたが、本発明に係る昇降圧DC/DCコンバータではオーバーラップ区間はなく、応答速度が改善する。また特許文献1の構成では、入力電圧Viと出力電圧Voの値が近い条件で昇圧動作と降圧動作の両方が行われるためスイッチ損失が大きくなっていたが、本発明に係る昇降圧DC/DCコンバータでは、昇圧動作か降圧動作によるスイッチ損失のいずれかに低減される。
In FIG. 10, the switch operation at the time of shifting from the step-down mode to the step-up mode or from the step-up mode to the step-down mode becomes a problem, but in the control method in which the step-up operation and the step-down operation overlap as in
以上述べたように本発明に係る昇降圧DC/DCコンバータは比較的簡便な回路構成を追加するだけで降圧モードと昇圧モードの切り替え時間の迅速化を図り、さらに切り替え区間での電力消費をほとんど0にすることができるのでその産業上の利用価値は極めて高い。 As described above, the buck-boost DC / DC converter according to the present invention aims to speed up the switching time between the step-down mode and the step-up mode by simply adding a relatively simple circuit configuration, and consumes almost no power in the switching section. Since it can be set to 0, its industrial utility value is extremely high.
1 論理和回路(第1論理回路)
2 否定論理積回路(第2論理回路)
3,4 インバータ
10,20,50,70,90,110 昇降圧DC/DCコンバータ
1x 否定論理積回路(第1論理回路)
2x 否定論理和回路(第2論理回路)
M1 マルチプレクサ回路(第1論理回路)
M2 マルチプレクサ回路(第2論理回路)
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
IN 入力端子
OUT 出力端子
AMP1 誤差増幅器
AMP2 反転増幅器
CMP1 第1コンパレータ
CMP2 第2コンパレータ
CMP3 第3コンパレータ
FB 帰還電圧生成回路
PC 位相補償回路
RWG ランプ波電圧発生回路
T1〜T6 スイッチング素子
C1〜C3 キャパシタ
R1〜R5 抵抗
L1 インダクタ
Vfb 帰還電圧
Vc1 誤差信号電圧
Vc2 反転信号電圧
VR ランプ波
Vcmp1,Vcmp2 スイッチ制御電圧
SEL 選択信号電圧
1o 論理和出力
2o 否定論理積出力
1xo 否定論理積出力
2xo 否定論理和出力
m1,m2 マルチプレクサ出力
Vref1 誤差比較電圧
Vref2 反転基準電圧
Vsw1,Vsw2 スイッチング電圧
SW1,SW2 スイッチングノード
C 切り替えタイミング
1 OR circuit (first logic circuit)
2 Negative AND circuit (second logic circuit)
3,4
2x NOR OR circuit (second logic circuit)
M1 multiplexer circuit (first logic circuit)
M2 multiplexer circuit (second logic circuit)
Vin Input voltage Vout Output voltage IN Input terminal OUT Output terminal AMP1 Error amplifier AMP2 Inversion amplifier CMP1 1st comparator CMP2 2nd comparator CMP3 3rd comparator FB Feedback voltage generation circuit PC Phase compensation circuit RWG Lamp wave voltage generation circuit T1 to T6 Switching element C1 to C3 Capacitor R1 to R5 Resistor L1 Inverter Vfb Feedback voltage Vc1 Error signal voltage Vc2 Inverted signal voltage VR Lamp wave Vcmp1, Vcmp2 Switch control voltage SEL Selected signal voltage 1o Logical sum output 2o Negative logical product output 1xo Negative logical product output 2xo Negative Logical sum output m1, m2 Comparator output Vref1 Error comparison voltage Vref2 Inversion reference voltage Vsw1, Vsw2 Switching voltage SW1, SW2 Switching node C Switching timing
Claims (7)
前記出力電圧に応じた電圧と所定の基準電圧との差に応じた誤差信号電圧を生成する誤差信号電圧生成回路と、
ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、
前記誤差信号電圧を所定の反転基準電圧を基準として反転させた反転電圧を生成する反転電圧生成回路と、
前記誤差信号電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記反転電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第2のコンパレータと、
前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基に論理演算を行う論理演算回路と、
前記論理演算回路の複数の出力によって制御される降圧用スイッチング手段と昇圧用スイッチング手段と、
前記昇圧用スイッチング手段及び前記降圧用スイッチング手段のいずれか一方のオンオフによりエネルギーの蓄積と放出を切り替えるインダクタと、
前記インダクタから放出されるエネルギーを受け取り、前記出力電圧を平滑する平滑手段と、
を備え、
前記論理演算回路は、前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基にそれぞれ論理演算を行う第1論理演算回路及び第2論理演算回路を有し、
前記降圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の一方の出力によって制御され、
前記昇圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の他方の出力によって制御され、
前記第1論理演算回路及び前記第2論理演算回路はマルチプレクサであり、
前記第1論理演算回路及び前記第2論理演算回路を構成する前記マルチプレクサの選択信号は、前記ランプ波電圧と前記反転基準電圧とを比較する第3のコンパレータによって生成されることを特徴とする昇降圧DC/DCコンバータ。 A buck-boost DC / DC converter that outputs an output voltage whose input voltage has been boosted or stepped down.
An error signal voltage generation circuit that generates an error signal voltage according to the difference between the voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage, and
A lamp wave generation circuit that generates a lamp wave voltage and
An inverting voltage generation circuit that generates an inverting voltage obtained by inverting the error signal voltage with reference to a predetermined inverting reference voltage.
A first comparator that compares the error signal voltage with the ramp wave voltage,
A second comparator that compares the inverting voltage with the ramp wave voltage,
A logical operation circuit that performs logical operations based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, and
A step-down switching means and a step-up switching means controlled by a plurality of outputs of the logical operation circuit,
An inductor that switches between energy storage and release by turning on / off either the step-up switching means or the step-down switching means.
A smoothing means that receives the energy emitted from the inductor and smoothes the output voltage.
With
The logical operation circuit includes a first logical operation circuit and a second logical operation circuit that perform logical operations based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, respectively.
The step-down switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the output of one of the second logical operation circuits.
The boost switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the other output of the second logical operation circuit.
The first logical operation circuit and the second logical operation circuit are multiplexers.
The selection signal of the multiplexer constituting the first logical operation circuit and the second logical operation circuit is generated by a third comparator that compares the ramp wave voltage with the inverting reference voltage. Pressure DC / DC converter.
前記出力電圧に応じた電圧と所定の基準電圧との差に応じた誤差信号電圧を生成する誤差信号電圧生成回路と、
ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、
前記誤差信号電圧を所定の反転基準電圧を基準として反転させた反転電圧を生成する反転電圧生成回路と、
前記誤差信号電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記反転電圧と前記ランプ波電圧とを比較する第2のコンパレータと、
前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基に論理演算を行う論理演算回路と、
前記論理演算回路の複数の出力によって制御される降圧用スイッチング手段と昇圧用スイッチング手段と、
前記昇圧用スイッチング手段及び前記降圧用スイッチング手段のいずれか一方のオンオフによりエネルギーの蓄積と放出を切り替えるインダクタと、
前記インダクタから放出されるエネルギーを受け取り、前記出力電圧を平滑する平滑手段と、
を備え、
前記論理演算回路は、前記第1のコンパレータの出力及び前記第2のコンパレータの出力を基にそれぞれ論理演算を行う第1論理演算回路及び第2論理演算回路を有し、
前記降圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の一方の出力によって制御され、
前記昇圧用スイッチング手段は前記第1論理演算回路の出力および前記第2論理演算回路の他方の出力によって制御され、
前記第1論理演算回路及び前記第2論理演算回路はマルチプレクサであり、
前記マルチプレクサに第1のクロック信号を出力するオシレータ回路と、
前記第1のクロック信号を分周した第2のクロック信号を生成する分周部と、
をさらに備え、
前記第2のクロック信号によって前記ランプ波電圧が生成されることを特徴とする昇降圧DC/DCコンバータ。 A buck-boost DC / DC converter that outputs an output voltage whose input voltage has been boosted or stepped down.
An error signal voltage generation circuit that generates an error signal voltage according to the difference between the voltage corresponding to the output voltage and a predetermined reference voltage, and
A lamp wave generation circuit that generates a lamp wave voltage and
An inverting voltage generation circuit that generates an inverting voltage obtained by inverting the error signal voltage with reference to a predetermined inverting reference voltage.
A first comparator that compares the error signal voltage with the ramp wave voltage,
A second comparator that compares the inverting voltage with the ramp wave voltage,
A logical operation circuit that performs logical operations based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, and
A step-down switching means and a step-up switching means controlled by a plurality of outputs of the logical operation circuit,
An inductor that switches between energy storage and release by turning on / off either the step-up switching means or the step-down switching means.
A smoothing means that receives the energy emitted from the inductor and smoothes the output voltage.
With
The logical operation circuit includes a first logical operation circuit and a second logical operation circuit that perform logical operations based on the output of the first comparator and the output of the second comparator, respectively.
The step-down switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the output of one of the second logical operation circuits.
The boost switching means is controlled by the output of the first logical operation circuit and the other output of the second logical operation circuit.
The first logical operation circuit and the second logical operation circuit are multiplexers.
An oscillator circuit that outputs a first clock signal to the multiplexer,
A frequency dividing section that generates a second clock signal obtained by dividing the first clock signal, and
With more
A buck-boost DC / DC converter characterized in that the ramp wave voltage is generated by the second clock signal .
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