JP6794249B2 - Phase compensation circuit and DC / DC converter using it - Google Patents

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本発明は、位相補償回路及びこれを用いたDC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a phase compensation circuit and a DC / DC converter using the same.

従来より、様々なアプリケーションの電源手段として、出力トランジスタをオン/オフさせて入力電圧から所望の出力電圧を生成するDC/DCコンバータ(いわゆるスイッチング電源)が用いられている。 Conventionally, a DC / DC converter (so-called switching power supply) that turns on / off an output transistor to generate a desired output voltage from an input voltage has been used as a power supply means for various applications.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 As an example of the prior art related to the above, Patent Document 1 can be mentioned.

特開2008−61433号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-61433

図15は、DC/DCコンバータの第1従来例を示す回路図である。本従来例のDC/DCコンバータX1は、軽負荷時(XSLP=L)において、出力トランジスタX11と同期整流トランジスタX12をいずれもオフした上で、エラーアンプX30、オシレータX50、及び、PWMコンパレータX60などを停止することにより、消費電力の小さいスリープモードに移行する機能を備えている。 FIG. 15 is a circuit diagram showing a first conventional example of a DC / DC converter. In the DC / DC converter X1 of this conventional example, when the load is light (XSLP = L), the output transistor X11 and the synchronous rectifier transistor X12 are both turned off, and then the error amplifier X30, the oscillator X50, the PWM comparator X60, etc. It has a function to shift to sleep mode with low power consumption by stopping.

ところで、DC/DCコンバータX1のオンデューティDon(=所定の周期Tに占める出力トランジスタX11のオン期間Tonの割合)は、PWMコンパレータX60にそれぞれ入力される第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。そのため、スリープモードへの移行に際して、第1電圧VCを生成するエラーアンプX30を停止してしまうと、スリープモードの解除に際して、エラーアンプX30の起動が完了するまでの間、DC/DCコンバータX1のオンデューティDonが安定しなくなる。 By the way, the on-duty Don of the DC / DC converter X1 (= the ratio of the on-period Ton of the output transistor X11 to the predetermined period T) is the first voltage VC and the second voltage RAMP input to the PWM comparator X60, respectively. It depends on the comparison result. Therefore, if the error amplifier X30 that generates the first voltage VC is stopped when shifting to the sleep mode, the DC / DC converter X1 is used until the start of the error amplifier X30 is completed when the sleep mode is released. On-duty Don becomes unstable.

そこで、本従来例のDC/DCコンバータX1は、スリープモードでエラーアンプX30が停止されている間、第1電圧VCを適切なバイアス値(=スリープモード解除時における第1電圧VCの初期値に相当)に固定しておくバイアス部X80を有する。 Therefore, the DC / DC converter X1 of this conventional example sets the first voltage VC to an appropriate bias value (= the initial value of the first voltage VC when the sleep mode is released) while the error amplifier X30 is stopped in the sleep mode. It has a bias portion X80 that is fixed to (corresponding to).

しかしながら、本従来例のDC/DCコンバータX1では、スリープモードでもバイアス部X80が電力を消費するので、消費電力の削減について更なる改善の余地があった。 However, in the DC / DC converter X1 of the present conventional example, since the bias unit X80 consumes power even in the sleep mode, there is room for further improvement in reducing the power consumption.

図16は、DC/DCコンバータの第2従来例を示す回路図である。本従来例のDC/DCコンバータY1は、電流モード制御方式の降圧型スイッチング電源であり、クランパY110を用いてスイッチ出力段Y10のコイル電流ILを上限電流値ILMT以下に制限する機能(いわゆるOCP[over current protection]機能)を備えている。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a second conventional example of the DC / DC converter. The DC / DC converter Y1 of this conventional example is a step-down switching power supply of the current mode control method, and has a function of limiting the coil current IL of the switch output stage Y10 to the upper limit current value ILMT or less by using the clamper Y110 (so-called OCP [ It has an over current protection function).

図17は、クランパY110によるOCP機能を説明するためのCOMP−IL特性図である。なお、横軸はエラーアンプY30で生成される誤差電圧COMPを示しており、縦軸はコイル電流ILの平均値IL(ave)を示している。 FIG. 17 is a COMP-IL characteristic diagram for explaining the OCP function by the clamper Y110. The horizontal axis shows the error voltage COMP generated by the error amplifier Y30, and the vertical axis shows the average value IL (ave) of the coil current IL.

クランパY110は、誤差電圧COMPを上限電圧値VLMT以下に制限する。これにより、差動アンプY80では、コイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを上限電圧値VLMT以下に制限するように出力帰還制御が掛かるようになるので、コイル電流ILが上限電流値ILMT以下に制限される。 The clamper Y110 limits the error voltage COMP to the upper limit voltage value VLMT or less. As a result, in the differential amplifier Y80, the output feedback control is applied so as to limit the current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL to the upper limit voltage value VLMT or less, so that the coil current IL becomes the upper limit current value ILMT or less. Be restricted.

なお、スイッチ出力段Y10の短絡異常時に生じるラッシュ電流(=過大なコイル電流IL)を抑制するためには、出力電圧Voまたは入力電圧Viの急変動に追従して、DC/DCコンバータY1のオンデューティDon(延いては、差動アンプY80からPWMコンパレータY60に入力される第1電圧VC)を急峻に変化させる必要がある。この要求に応えるためには、例えば、差動アンプY80やクランパY110の駆動電流を増やすなどして、その応答速度を高めておくことが考えられる。 In order to suppress the rush current (= excessive coil current IL) that occurs when the switch output stage Y10 is short-circuited abnormally, the DC / DC converter Y1 is turned on following a sudden fluctuation in the output voltage Vo or the input voltage Vi. It is necessary to sharply change the duty Don (which is, by extension, the first voltage VC input from the differential amplifier Y80 to the PWM comparator Y60). In order to meet this demand, it is conceivable to increase the response speed of the differential amplifier Y80 and the clamper Y110 by increasing the drive current, for example.

しかしながら、差動アンプY80やクランパY110の応答速度を不用意に高めると、電圧ループ特性が変化して発振リスクが増大する、という課題があった。 However, if the response speed of the differential amplifier Y80 or the clamper Y110 is carelessly increased, there is a problem that the voltage loop characteristics change and the oscillation risk increases.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、DC/DCコンバータの消費電力削減ないしはラッシュ電流抑制を実現することのできる位相補償回路及びこれを用いたDC/DCコンバータを提供することを目的とする。 The invention disclosed in the present specification is a phase compensation circuit capable of reducing power consumption or suppressing rush current of a DC / DC converter in view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application. It is an object of the present invention to provide a DC / DC converter using this.

本明細書中に開示されている位相補償回路は、スリープモードを備えたDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償するものであって、抵抗を含む位相補償抵抗部と;複数のキャパシタを含む位相補償容量部と;前記スリープモードでは、各キャパシタを第1接続状態に切り替えて少なくとも一つのキャパシタを第1バイアス電圧で充電しておく一方、前記スリープモード解除時には、各キャパシタを第2接続状態に切り替えて前記第1電圧を所望の初期値に設定するスイッチ群と;を有する構成(第1の構成)とされている。 The phase compensation circuit disclosed in the present specification compensates for the phase of the first voltage input to the PWM comparator of the DC / DC converter provided with the sleep mode, and is a phase compensation resistor unit including a resistor. And; a phase compensation capacitance section including a plurality of capacitors; in the sleep mode, each capacitor is switched to the first connection state and at least one capacitor is charged with the first bias voltage, while when the sleep mode is released, the sleep mode is released. It has a configuration (first configuration) having a switch group that switches each capacitor to the second connection state and sets the first voltage to a desired initial value.

なお、第1の構成から成る位相補償回路において、前記スイッチ群は、スリープ制御信号に応じて前記複数のキャパシタのうち少なくとも一つの接続先を切り替える構成(第2の構成)にするとよい。 In the phase compensation circuit having the first configuration, the switch group may have a configuration (second configuration) in which at least one connection destination of the plurality of capacitors is switched according to the sleep control signal.

また、第2の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、それぞれの第1端が接地端に接続された第1キャパシタ及び第2キャパシタを含み、前記スイッチ群は、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を含む構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the second configuration, the phase compensation capacitance section includes a first capacitor and a second capacitor, each of which has a first end connected to a ground end, and the switch group includes the first capacitor. The first switch that conducts / cuts off between the second end of the capacitor and the grounded end and the second end of the second capacitor are connected to the application end of the first bias voltage or the second of the first capacitor. It is preferable to have a configuration (third configuration) including a second switch for switching whether to connect to the end.

また、第3の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the third configuration, when the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) (however, A configuration (fourth) in which 0 <k <1) is satisfied and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage. The configuration of) should be used.

また、第3の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、第1端が前記接地端に接続された第3キャパシタを更に含み、前記スイッチ群は、前記第3キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第3スイッチを更に含む構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the third configuration, the phase compensation capacitance section further includes a third capacitor whose first end is connected to the ground end, and the switch group includes a second capacitor of the third capacitor. A configuration (fifth configuration) further includes a third switch for switching whether the end is connected to an application end of a second bias voltage different from the first bias voltage or to the second end of the first capacitor. Good.

また、第5の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2とし、前記第3キャパシタの容量値をC3としたときに、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第6の構成)にするとよい。 Further, the phase compensation circuit having the fifth configuration is C1 when the capacitance value of the first capacitor is C1, the capacitance value of the second capacitor is C2, and the capacitance value of the third capacitor is C3. : C2: C3 = {1- (k + k')}: k: k'(where 0 <k <1 and 0 <k'<1) is satisfied, and the PWM comparator meets the first voltage. The amplitude of the second voltage to be compared may be set to k times the input voltage or the output voltage (sixth configuration).

また、第3〜第6いずれかの構成から成る位相補償回路において、前記抵抗は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されており、第2端が前記第1キャパシタの第2端に接続されている構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having any of the third to sixth configurations, the first end of the resistor is connected to the input end of the PWM comparator, and the second end is the second end of the first capacitor. It is preferable to use a configuration (seventh configuration) connected to.

また、第7の構成から成る位相補償回路は、前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有する構成(第8の構成)にするとよい。 Further, the phase compensation circuit having the seventh configuration is configured to further have a switch for conducting / blocking between the input end of the PWM comparator and the previous stage circuit in response to the sleep control signal (eighth configuration). Good.

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第1〜第8いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第9の構成)にするとよい。 Further, the DC / DC converter disclosed in the present specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier that generates an error signal, a phase compensation circuit that generates a first voltage by receiving the input of the error signal, an oscillator that generates a second voltage of a lamp waveform, and the first voltage and the second voltage. A PWM comparator that generates a comparison signal by comparing the above, and a driver that generates a drive signal of the switch output stage in response to the comparison signal. The phase compensation circuit includes any of the first to eighth phases. It is preferable to use a configuration (9th configuration) in which a phase compensation circuit composed of the configurations is used.

なお、第9の構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値である構成(第10の構成)にするとよい。 In the DC / DC converter having the ninth configuration, the switch output stage is a step-down type, the first bias voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage fluctuates according to the input voltage. It is preferable to use a configuration (10th configuration) which is a value.

また、第9の構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値である構成(第11の構成)にしてもよい。 Further, in the DC / DC converter having the ninth configuration, the switch output stage is a step-up type, the first bias voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage fluctuates according to the output voltage. The configuration may be a value (11th configuration).

また、本明細書中に開示されている位相補償回路は、電流モード制御方式を採用したDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償するものであって、位相補償抵抗部と、位相補償容量部と、を有し、前記位相補償抵抗部及び前記位相補償容量部の一方は、複数の抵抗または複数のキャパシタを含み、前記複数の抵抗または前記複数のキャパシタのうち、少なくとも一つの接地側ノードには、前記DC/DCコンバータの出力電圧または入力電圧が監視対象電圧として印加されている構成(第12の構成)とされている。 Further, the phase compensation circuit disclosed in the present specification compensates for the phase of the first voltage input to the PWM comparator of the DC / DC converter adopting the current mode control method, and is a phase compensation resistor. The phase compensation resistor section and one of the phase compensation capacitance sections include a plurality of resistors or a plurality of capacitors, and among the plurality of resistors or the plurality of capacitors, the phase compensation resistor section and the phase compensation capacitance section include a plurality of resistors and a plurality of capacitors. The output voltage or input voltage of the DC / DC converter is applied to at least one ground side node as a monitoring target voltage (12th configuration).

なお、第12の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償容量部は、第1端が接地端に接続された第1キャパシタと、第1端が前記監視対象電圧の印加端に接続された第2キャパシタと、を含み、前記位相補償抵抗部は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されて第2端が各キャパシタの第2端に接続された抵抗を含む構成(第13の構成)にするとよい。 In the phase compensation circuit having the twelfth configuration, the phase compensation capacitance section is connected to a first capacitor whose first end is connected to the ground end and to the application end of the monitored voltage at the first end. The phase compensation resistor portion includes a second capacitor, and the phase compensation resistor section includes a resistor whose first end is connected to the input end of the PWM comparator and whose second end is connected to the second end of each capacitor (13th). (Structure of).

また、上記第13の構成から成る位相補償回路は、前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第14の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the thirteenth configuration, when the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) ( However, 0 <k <1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage (third). It is preferable to use the configuration of 14).

また、第12の構成から成る位相補償回路において、前記位相補償抵抗部は、第1端が接地端に接続された第1抵抗と、第1端が前記監視対象電圧の印加端に接続された第2抵抗と、を含み、前記位相補償容量部は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されて第2端が各抵抗の第2端に接続されたキャパシタを含む構成(第15の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the twelfth configuration, the phase compensation resistor portion is connected to the first resistor whose first end is connected to the ground end and the first end to which the monitoring target voltage is applied. The phase compensation capacitance section includes a second resistor, and the phase compensation capacitance section includes a capacitor whose first end is connected to the input end of the PWM comparator and whose second end is connected to the second end of each resistor (15th). The configuration of) should be used.

また、第15の構成から成る位相補償回路は、前記第1抵抗の抵抗値をR1とし、前記第2抵抗の抵抗値をR2としたとき、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記入力電圧または前記出力電圧のk倍に設定されている構成(第16の構成)にするとよい。 Further, in the phase compensation circuit having the fifteenth configuration, when the resistance value of the first resistor is R1 and the resistance value of the second resistor is R2, R1 / R2 = k / (1-k) (however, The configuration (16th) in which 0 <k <1) is satisfied and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is set to k times the input voltage or the output voltage. The configuration of) is recommended.

また、第13または第14の構成から成る位相補償回路は、スリープ制御信号に応じて各キャパシタの接続状態を切り替える手段として、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第1端を前記監視対象電圧の印加端に接続するか前記接地端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を更に有する構成(第17の構成)にするとよい。 Further, the phase compensation circuit having the thirteenth or fourteenth configuration conducts / conducts between the second end of the first capacitor and the grounded end as a means for switching the connection state of each capacitor according to the sleep control signal. A configuration (17th configuration) further including a first switch for shutting off and a second switch for switching whether the first end of the second capacitor is connected to the application end of the monitored voltage or the ground end. ).

また、第15または第16の構成から成る位相補償回路は、スリープ制御信号に応じて各抵抗の接続状態を切り替える手段として、前記第1抵抗の第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2抵抗の第1端と前記監視対象電圧の印加端との間を導通/遮断する第2スイッチと、前記キャパシタの第1端と前記接地端との間を導通/遮断する第3スイッチと、を更に有する構成(第18の構成)にするとよい。 Further, the phase compensation circuit having the 15th or 16th configuration conducts / conducts between the second end of the first resistor and the grounding end as a means for switching the connection state of each resistor according to the sleep control signal. Between the first switch that shuts off, the second switch that conducts / cuts off between the first end of the second resistor and the application end of the monitored voltage, and the first end of the capacitor and the grounded end. It is preferable to have a configuration (18th configuration) further including a third switch for conducting / interrupting.

また、第17または第18の構成から成る位相補償回路は、前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有する構成(第19の構成)にするとよい。 Further, the phase compensation circuit having the 17th or 18th configuration further includes a switch that conducts / cuts off between the input end of the PWM comparator and the previous stage circuit in response to the sleep control signal (19th configuration). ).

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた第1誤差信号を生成する第1アンプと、前記第1誤差信号の入力を受けて誤差電圧を生成する第1位相補償回路と、前記誤差電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、前記誤差電圧と前記電流センス電圧との差分に応じた第2誤差信号を生成する第2アンプと、前記第2誤差信号の入力を受けて第1電圧を出力する第2位相補償回路と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記第2位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第20の構成)とされている。 Further, the DC / DC converter disclosed in the present specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. A first amplifier that generates a first error signal, a first phase compensation circuit that generates an error voltage by receiving the input of the first error signal, and a clamper that limits the error voltage to a predetermined upper limit voltage value or less. A current detection unit that generates a current sense voltage according to the coil current of the switch output stage, a second amplifier that generates a second error signal corresponding to the difference between the error voltage and the current sense voltage, and the first 2 A comparison signal is obtained by comparing a second phase compensation circuit that receives an input of an error signal and outputs a first voltage, an oscillator that generates a second voltage of a lamp waveform, and the first voltage and the second voltage. It has a PWM comparator to be generated and a driver to generate a drive signal of the switch output stage according to the comparison signal, and as the second phase compensation circuit, phase compensation having the configuration of any one of 12th to 19th. It is said that the circuit is used (the 20th configuration).

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて誤差電圧を生成する位相補償回路と、前記誤差電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、前記誤差電圧と前記電流センス電圧との演算処理により第1電圧を生成する演算器と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第21の構成)とされている。 Further, the DC / DC converter disclosed in the present specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier that generates an error signal, a phase compensation circuit that generates an error voltage by receiving the input of the error signal, a clamper that limits the error voltage to a predetermined upper limit voltage value or less, and a coil current of the switch output stage. A current detector that generates a current sense voltage according to the above, an arithmetic unit that generates a first voltage by arithmetic processing of the error voltage and the current sense voltage, an oscillator that generates a second voltage of a lamp waveform, and the above. The phase compensation circuit includes a PWM comparator that compares the first voltage with the second voltage to generate a comparison signal, and a driver that generates a drive signal for the switch output stage in response to the comparison signal. , The configuration (21st configuration) is such that a phase compensation circuit having any of the 12th to 19th configurations is used.

また、本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、前記第1電圧を所定の上限電圧値以下に制限するクランパと、前記スイッチ出力段のコイル電流に応じた電流センス電圧を生成する電流検出部と、ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、前記第2電圧と前記電流センス電圧との演算処理により第3電圧を生成する演算器と、前記第1電圧と前記第3電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、を有し、前記位相補償回路として、第12〜第19いずれかの構成から成る位相補償回路が用いられている構成(第22の構成)とされている。 Further, the DC / DC converter disclosed in the present specification corresponds to a switch output stage that generates an output voltage from an input voltage, and a difference between the output voltage or a feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage. An amplifier that generates an error signal, a phase compensation circuit that generates a first voltage by receiving the input of the error signal, a clamper that limits the first voltage to a predetermined upper limit voltage value or less, and a switch output stage. A current detector that generates a current sense voltage according to the coil current, an oscillator that generates a second voltage of the lamp waveform, and an arithmetic unit that generates a third voltage by arithmetic processing of the second voltage and the current sense voltage. A PWM comparator that compares the first voltage with the third voltage to generate a comparison signal, and a driver that generates a drive signal for the switch output stage in response to the comparison signal. As the compensation circuit, a phase compensation circuit having any of the 12th to 19th configurations is used (the 22nd configuration).

なお、第20〜第22いずれかの構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記監視対象電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値である構成(第23の構成)にするとよい。 In the DC / DC converter having any of the 20th to 22nd configurations, the switch output stage is a step-down type, the monitored voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage is the input voltage. It is preferable to use a configuration (23rd configuration) that is a variable value according to the above.

また、第20〜第22いずれかの構成から成るDC/DCコンバータは、前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記監視対象電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値である構成(第24の構成)にしてもよい。 Further, in the DC / DC converter having any of the 20th to 22nd configurations, the switch output stage is a step-up type, the monitored voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage is the output voltage. The configuration (the 24th configuration) may be a variable value according to the above.

本明細書中に開示されている発明によれば、DC/DCコンバータの消費電力削減ないしはラッシュ電流抑制を実現することのできる位相補償回路、及び、これを用いたDC/DCコンバータを提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in the present specification, a phase compensation circuit capable of reducing power consumption or suppressing rush current of a DC / DC converter, and a DC / DC converter using the same are provided. Is possible.

DC/DCコンバータの第1実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter 第1実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing the duty initial value setting operation in the first embodiment DC/DCコンバータの第2実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a second embodiment of a DC / DC converter 第2実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing the duty initial value setting operation in the second embodiment DC/DCコンバータの第3実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a third embodiment of a DC / DC converter 第3実施形態におけるデューティ初期値設定動作を示すタイミングチャートTiming chart showing the duty initial value setting operation in the third embodiment DC/DCコンバータの第4実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a fourth embodiment of a DC / DC converter 第4実施形態におけるラッシュ電流抑制動作を示すタイミングチャートTiming chart showing rush current suppression operation in the fourth embodiment DC/DCコンバータの第5実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a fifth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第6実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a sixth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第7実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a seventh embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第8実施形態を示す回路図A circuit diagram showing an eighth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第9実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a ninth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第10実施形態を示す回路図A circuit diagram showing a tenth embodiment of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第1従来例を示す回路図Circuit diagram showing a first conventional example of a DC / DC converter DC/DCコンバータの第2従来例を示す回路図Circuit diagram showing a second conventional example of a DC / DC converter クランパによるOCP機能を説明するためのCOMP−IL特性図COMP-IL characteristic diagram for explaining OCP function by clamper

<第1実施形態>
図1は、DC/DCコンバータの第1実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、入力電圧Viから出力電圧Voを生成して不図示の負荷(CPU[central processing unit]など)に供給するPWM[pulse width modulation]駆動方式の降圧型スイッチング電源であり、スイッチ出力段10と、帰還電圧生成部20と、エラーアンプ30と、位相補償回路40と、オシレータ50と、PWMコンパレータ60と、ドライバ70と、を有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is a step-down switching of a PWM [pulse width modulation] drive system that generates an output voltage Vo from an input voltage Vi and supplies it to a load (CPU [central processing unit] or the like) (not shown). It is a power supply, and has a switch output stage 10, a feedback voltage generation unit 20, an error amplifier 30, a phase compensation circuit 40, an oscillator 50, a PWM comparator 60, and a driver 70.

なお、DC/DCコンバータ1には、上記した回路要素のほか、その他の保護回路(減電圧保護回路、過電圧保護回路、過電流保護回路、温度保護回路など)を適宜組み込んでも構わない。 In addition to the circuit elements described above, the DC / DC converter 1 may appropriately incorporate other protection circuits (undervoltage protection circuit, overvoltage protection circuit, overcurrent protection circuit, temperature protection circuit, etc.).

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する降圧型であり、出力トランジスタ11(本図ではPMOSFET[P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、同期整流トランジスタ12(本図ではNMOSFET[N channel type MOSFET])と、コイル13と、キャパシタ14と、を含んでいる。 The switch output stage 10 is a step-down type that lowers the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and is synchronously rectified with the output transistor 11 (PMOSFET [P channel type metal oxide semiconductor field effect transistor] in this figure). A transistor 12 (NMOSFET [N channel type MOSFET] in this figure), a coil 13, and a capacitor 14 are included.

出力トランジスタ11のソースは、入力電圧Viの印加端に接続されている。出力トランジスタ11のドレインは、コイル13の第1端に接続されている。出力トランジスタ11のゲートは、ゲート信号G1の印加端に接続されている。出力トランジスタ11は、ゲート信号G1がハイレベルであるときにオフし、ゲート信号G1がローレベルであるときにオンする。 The source of the output transistor 11 is connected to the application end of the input voltage Vi. The drain of the output transistor 11 is connected to the first end of the coil 13. The gate of the output transistor 11 is connected to the application end of the gate signal G1. The output transistor 11 turns off when the gate signal G1 is high level and turns on when the gate signal G1 is low level.

同期整流トランジスタ12のソースは、接地端(=接地電圧GNDの印加端)に接続されている。同期整流トランジスタ12のドレインは、コイル13の第1端に接続されている。同期整流トランジスタ12のゲートは、ゲート信号G2の印加端に接続されている。同期整流トランジスタ12は、ゲート信号G2がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号G2がローレベルであるときにオフする。 The source of the synchronous rectifier transistor 12 is connected to the ground end (= the application end of the ground voltage GND). The drain of the synchronous rectifier transistor 12 is connected to the first end of the coil 13. The gate of the synchronous rectifier transistor 12 is connected to the application end of the gate signal G2. The synchronous rectifier transistor 12 turns on when the gate signal G2 is at a high level and turns off when the gate signal G2 is at a low level.

なお、スイッチ出力段10に高電圧が印加される場合には、出力トランジスタ11や同期整流トランジスタ12として、それぞれ、パワーMOSFET、IGBT[insulated gate bipolar transistor]、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。 When a high voltage is applied to the switch output stage 10, high withstand voltage elements such as a power MOSFET, an IGBT [insulated gate bipolar transistor], and a SiC transistor are used as the output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12, respectively. Good.

出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12は、ゲート信号G1及びG2に応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、コイル13の第1端には、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswが生成される。なお、上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12のオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。 The output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12 are complementarily turned on / off according to the gate signals G1 and G2. By such an on / off operation, a rectangular wave-shaped switch voltage Vsw that is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND is generated at the first end of the coil 13. The wording "complementary" is not only when the on / off states of the output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12 are completely reversed, but also a simultaneous off period (dead time) of both transistors is provided. Including the case where.

コイル13とキャパシタ14は、スイッチ電圧Vswを整流及び平滑して出力電圧Voを生成するLCフィルタを形成する。なお、コイル13の第1端は、先に述べた通り、出力トランジスタ11及び同期整流トランジスタ12それぞれのドレイン(=スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。コイル13の第2端とキャパシタ14の第1端は、いずれも出力電圧Voの印加端に接続されている。キャパシタ14の第2端は、接地端に接続されている。 The coil 13 and the capacitor 14 form an LC filter that rectifies and smoothes the switch voltage Vsw to generate an output voltage Vo. As described above, the first end of the coil 13 is connected to the drains (= application ends of the switch voltage Vsw) of the output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12. Both the second end of the coil 13 and the first end of the capacitor 14 are connected to the application end of the output voltage Vo. The second end of the capacitor 14 is connected to the grounded end.

帰還電圧生成部20は、出力電圧Voの印加端と接地端との間に直列接続された抵抗21及び22を含み、両抵抗間の接続ノードから出力電圧Voに応じた帰還電圧Vfb(出力電圧Voの分圧電圧)を出力する。なお、出力電圧Voがエラーアンプ30の入力ダイナミックレンジに収まっている場合には、帰還電圧生成部20を省略して出力電圧Voをエラーアンプ30に直接入力しても構わない。 The feedback voltage generation unit 20 includes resistors 21 and 22 connected in series between the application end and the ground end of the output voltage Vo, and the feedback voltage Vfb (output voltage) corresponding to the output voltage Vo from the connection node between the two resistors. (Voltage divided voltage of Vo) is output. If the output voltage Vo is within the input dynamic range of the error amplifier 30, the feedback voltage generation unit 20 may be omitted and the output voltage Vo may be directly input to the error amplifier 30.

エラーアンプ30は、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)であり、反転入力端(−)に印加される帰還電圧Vfbと非反転入力端(+)に印加される基準電圧Vrefとの差分に応じた誤差電流信号I30を生成する。誤差電流信号I30は、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときには正方向(=エラーアンプ30から位相補償回路40に向かう方向)に流れ、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときには負方向(=位相補償回路40からエラーアンプ30に向かう方向)に流れる。なお、エラーアンプ30は、スリープ制御信号XSLPがハイレベル(=スリープモード解除時の論理レベル)であるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベル(=スリープモード時の論理レベル)であるときに停止状態となる。 The error amplifier 30 is a current output type transconductance amplifier (so-called gm amplifier), and has a feedback voltage Vfb applied to the inverting input end (−) and a reference voltage Vref applied to the non-inverting input end (+). The error current signal I30 corresponding to the difference is generated. The error current signal I30 flows in the positive direction (= direction from the error amplifier 30 toward the phase compensation circuit 40) when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref, and in the negative direction (= direction when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref). = Flow from the phase compensation circuit 40 toward the error amplifier 30). The error amplifier 30 is in the operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level (= logic level when the sleep mode is released), and the sleep control signal XSLP is at a low level (= logic level when the sleep mode is released). Sometimes it goes into a stopped state.

位相補償回路40は、エラーアンプ30とPWMコンパレータ60との間に接続されており、誤差電流信号I30の入力を受けて第1電圧VCを生成する。なお、位相補償回路40の構成及び動作については後述する。 The phase compensation circuit 40 is connected between the error amplifier 30 and the PWM comparator 60, and receives the input of the error current signal I30 to generate the first voltage VC. The configuration and operation of the phase compensation circuit 40 will be described later.

オシレータ50は、所定のスイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形(=三角波形、鋸波形、または、n次スロープ波形(例えばn=2)など)の第2電圧RAMPを生成する。また、オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。従って、第2電圧RAMPの振幅は、入力電圧Viが高いほど大きくなり、入力電圧Viが低いほど小さくなるが、その技術的意義については後述する。なお、オシレータ50は、先出のエラーアンプ30と同じく、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに停止状態となる。 The oscillator 50 uses a second voltage RAMP of a ramp waveform (= triangular waveform, saw waveform, or nth-order slope waveform (for example, n = 2)) pulse-driven at a predetermined switching frequency fsw (= 1 / T). Generate. Further, in the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is set to a fluctuation value (= k × Vi) according to the input voltage Vi. Therefore, the amplitude of the second voltage RAMP increases as the input voltage Vi increases and decreases as the input voltage Vi decreases, but its technical significance will be described later. The oscillator 50 is in the operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level, and is in a stopped state when the sleep control signal XSLP is at a low level, like the error amplifier 30 described above.

PWMコンパレータ60は、非反転入力端(+)に印加される第1電圧VCと反転入力端(−)に印加される第2電圧RAMPとを比較して比較信号CMPを生成する。比較信号CMPは、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにハイレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにローレベルとなる。なお、PWMコンパレータ60は、先出のエラーアンプ30やオシレータ50と同様、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに停止状態となる。 The PWM comparator 60 compares the first voltage VC applied to the non-inverting input end (+) with the second voltage RAMP applied to the inverting input terminal (−) to generate a comparison signal CMP. The comparison signal CMP has a high level when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP and a low level when the first voltage VC is lower than the second voltage RAMP. The PWM comparator 60, like the error amplifier 30 and the oscillator 50 described above, is in the operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level, and is in a stopped state when the sleep control signal XSLP is at a low level.

ドライバ70は、NANDゲート71とANDゲート72を含み、比較信号CMPに応じてゲート信号G1及びG2(=それぞれスイッチ出力段10の駆動信号に相当)を生成する。より具体的に述べると、NANDゲート71は、スリープ制御信号XSLPと比較信号CMPとの否定論理積演算信号をゲート信号G1として出力する。また、ANDゲート72は、スリープ制御信号XSLPと反転入力される比較信号CMPとの論理積演算信号をゲート信号G2として出力する。 The driver 70 includes a NAND gate 71 and an AND gate 72, and generates gate signals G1 and G2 (= corresponding to drive signals of the switch output stage 10 respectively) according to the comparison signal CMP. More specifically, the NAND gate 71 outputs a negative logical product operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP as the gate signal G1. Further, the AND gate 72 outputs a logical product operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP which is inverted and input as the gate signal G2.

従って、スリープ制御信号XSLPがハイレベルである場合、ゲート信号G1及びG2は、基本的に比較信号CMPの論理反転信号となる。より具体的に述べると、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ11がオンして同期整流トランジスタ12がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ11がオフして同期整流トランジスタ12がオンする。 Therefore, when the sleep control signal XSLP is at a high level, the gate signals G1 and G2 are basically logic inversion signals of the comparison signal CMP. More specifically, when the comparison signal CMP is at a high level, both the gate signals G1 and G2 are at a low level, so that the output transistor 11 is turned on and the synchronous rectifier transistor 12 is turned off. On the contrary, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G1 and G2 are at a high level, so that the output transistor 11 is turned off and the synchronous rectifier transistor 12 is turned on.

一方、スリープ制御信号XSLPがローレベルである場合、ゲート信号G1は、比較信号CMPに依ることなくハイレベルとなり、ゲート信号G2は、比較信号CMPに依ることなくローレベルとなる。従って、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12がいずれもオフする。 On the other hand, when the sleep control signal XSLP is low level, the gate signal G1 becomes high level without depending on the comparison signal CMP, and the gate signal G2 becomes low level regardless of the comparison signal CMP. Therefore, both the output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12 are turned off.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときに、出力トランジスタ11と同期整流トランジスタ12をいずれもオフした上で、エラーアンプ30、オシレータ50、及び、PWMコンパレータ60などを停止することにより、消費電力の小さいスリープモードに移行する機能を備えている。 As described above, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, when the sleep control signal XSLP is at a low level, both the output transistor 11 and the synchronous rectifier transistor 12 are turned off, and then the error amplifier 30, the oscillator 50, and the oscillator 50, It also has a function of shifting to a sleep mode with low power consumption by stopping the PWM comparator 60 and the like.

なお、スリープ制御信号XSLPは、軽負荷状態(または無負荷状態)となったときにローレベルとすることが望ましい。なお、上記の軽負荷状態を検出する手法としては、例えば、コイル電流ILの逆流検出(=スイッチ電圧Vswのゼロクロス検出)を行う手法が考えられる。 It is desirable that the sleep control signal XSLP is set to a low level when the load is light (or no load). As a method for detecting the light load state, for example, a method for detecting the backflow of the coil current IL (= zero cross detection of the switch voltage Vsw) can be considered.

<位相補償回路>
引き続き、図1を参照しながら、位相補償回路40の構成及び動作について詳述する。本図の位相補償回路40は、位相補償抵抗部41と、位相補償容量部42と、スイッチ43〜45を含み、第1電圧VCの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。
<Phase compensation circuit>
Subsequently, the configuration and operation of the phase compensation circuit 40 will be described in detail with reference to FIG. The phase compensation circuit 40 of this figure includes a phase compensation resistor section 41, a phase compensation capacitance section 42, and switches 43 to 45, compensates the phase of the first voltage VC, and prevents oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部42は、キャパシタC1及びC2を含む。キャパシタC1及びC2それぞれの第1端は、接地端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC1の容量値をC1とし、キャパシタC2の容量値をC2としたとき、C=C1+C2、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されているが、その技術的意義は後述する。 The phase compensation capacitance section 42 includes capacitors C1 and C2. The first end of each of the capacitors C1 and C2 is connected to the ground end. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitance section 42 is C, the capacitance value of the capacitor C1 is C1, and the capacitance value of the capacitor C2 is C2, C = C1 + C2 and C2 / C1 = k / (1-k). (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitance section 42 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into two, and the technical significance thereof will be described later.

位相補償抵抗部41は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端がキャパシタC1の第2端に接続された抵抗を含む。 The phase compensation resistor unit 41 includes a resistor whose first end is connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and whose second end is connected to the second end of the capacitor C1.

スイッチ43は、スリープ制御信号XSLPに応じてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ43は、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間を遮断する。 The switch 43 conducts / cuts off between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 43 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a high level, conducts between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30, and sleeps. When the control signal XSLP is at a low level, it is turned off to cut off between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30.

スイッチ44は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ44は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンしてキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフしてキャパシタC1の第2端と接地端との間を遮断する。 The switch 44 conducts / cuts off between the second end and the ground end of the capacitor C1 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 44 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct between the second end and the ground end of the capacitor C1 and when the sleep control signal XSLP is at a high level. Turns off to cut off between the second end and the ground end of the capacitor C1.

スイッチ45は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC2の第2端を出力電圧Vo(=第1バイアス電圧に相当)の印加端に接続するかキャパシタC1の第2端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ45は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC2の第2端を出力電圧Voの印加端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC2の第2端をキャパシタC1の第2端に接続する。 The switch 45 switches whether the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo (= corresponding to the first bias voltage) or the second end of the capacitor C1 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 45 connects the second end of the capacitor C2 to the application end of the output voltage Vo when the sleep control signal XSLP is at a low level, and the capacitor when the sleep control signal XSLP is at a high level. The second end of C2 is connected to the second end of capacitor C1.

このように、スイッチ44及び45は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1及びC2の接続先を切り替えることにより、スリープモード(XSLP=L)では、キャパシタC1及びC2を第1接続状態に切り替えてキャパシタC2の両端間を出力電圧Voで充電しておく一方、スリープモード解除時(XSLP=H)には、キャパシタC1及びC2を第2接続状態に切り替えて第1電圧VCを所望の初期値(=k×Vo)に設定するスイッチ群として機能する。 In this way, the switches 44 and 45 switch the connection destinations of the capacitors C1 and C2 according to the sleep control signal XSLP, so that the capacitors C1 and C2 are switched to the first connection state in the sleep mode (XSLP = L). While charging between both ends of the capacitor C2 with the output voltage Vo, when the sleep mode is released (XSLP = H), the capacitors C1 and C2 are switched to the second connection state and the first voltage VC is set to the desired initial value ( = K × Vo) functions as a group of switches to be set.

なお、上記の第1接続状態とは、スイッチ44がキャパシタC1の第2端と接地端との間を導通しており、スイッチ45がキャパシタC2の第2端を出力電圧Voの印加端に接続している状態を指す。一方、上記の第2接続状態とは、スイッチ44がキャパシタC1の第2端と接地端との間を遮断しており、スイッチ45がキャパシタC2の第2端をキャパシタC1の第2端に接続している状態を指す。 In the above first connection state, the switch 44 conducts between the second end of the capacitor C1 and the ground end, and the switch 45 connects the second end of the capacitor C2 to the application end of the output voltage Vo. Refers to the state of being. On the other hand, in the above-mentioned second connection state, the switch 44 cuts off between the second end of the capacitor C1 and the ground end, and the switch 45 connects the second end of the capacitor C2 to the second end of the capacitor C1. Refers to the state of being.

次に、第1実施形態におけるスリープモード解除時のデューティ初期値設定動作について、図2を参照しながら詳細に説明する。 Next, the duty initial value setting operation when the sleep mode is released in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図2は、第1実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。 FIG. 2 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the first embodiment, in order from the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and The comparison signal CMP is depicted.

時刻t11以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が出力電圧Voで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。 Before the time t11, the sleep control signal XSLP is set to a low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are cut off, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are electrically connected. Then, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo. Therefore, both ends of the capacitor C1 are in a discharged state, and both ends of the capacitor C2 are charged with the output voltage Vo. Further, in the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP become 0V, and the comparison signal CMP becomes a low level.

時刻t11において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2の第2端がキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。 When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t11, the DC / DC converter 1 returns to the wakeup mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are conducted, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are cut off. Then, the second end of the capacitor C2 is connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、その両端間が出力電圧Voで充電されたキャパシタC2とを並列接続した状態となる。 That is, the phase compensation capacitance unit 42 is in a state in which the capacitor C1 discharged between both ends thereof and the capacitor C2 charged with the output voltage Vo are connected in parallel between both ends thereof when the sleep mode is released.

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1及びC2相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={C2/(C1+C2)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。 As a result, the first voltage VC follows the charge distribution law between the capacitors C1 and C2, and quickly reaches VC = k × Vo (= {C2 / (C1 + C2)} × Vo) without waiting for the start of the error amplifier 30. Is pulled up to.

また、時刻t11以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。 Further, since the oscillator 50 is in the operating state after the time t11, the second voltage RAMP of the lamp waveform pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. As described above, the amplitude of the second voltage RAMP is a fluctuation value (= k × Vi) according to the input voltage Vi.

ここで、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。具体的には、第1電圧VC(=k×Vo)と第2電圧RAMP(=(k×Vi/T)×Ton)とが一致するタイミングから、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、Vo/Viとなる。このデューティ初期値は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値と一致している。従って、スリープモード解除時における出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。 Here, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 is determined according to the comparison result between the first voltage VC and the second voltage RAMP. Specifically, from the timing when the first voltage VC (= k × Vo) and the second voltage RAMP (= (k × Vi / T) × Ton) match, the on-duty Don (= duty) when the sleep mode is released (Corresponding to the initial value) is Vo / Vi. This initial duty value is in agreement with the theoretical duty value when the input voltage Vi is stepped down to generate the desired output voltage Vo. Therefore, it is possible to prevent overshoot and undershoot of the output voltage Vo when the sleep mode is released.

なお、位相補償回路40を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値を設定する構成であれば、図15のDC/DCコンバータX1と異なり、スリープモードでバイアス部X80を動かしておく必要がないので、その消費電力を大幅に削減することができる。 If the phase compensation circuit 40 is used to set the initial duty value when the sleep mode is released, unlike the DC / DC converter X1 in FIG. 15, it is not necessary to move the bias unit X80 in the sleep mode. , Its power consumption can be significantly reduced.

また、キャパシタC2は、その充電完了後に電流を流さなくなるので、スリープモードにおける位相補償回路40の消費電力もゼロである。 Further, since the capacitor C2 does not pass a current after the charging is completed, the power consumption of the phase compensation circuit 40 in the sleep mode is also zero.

さらに、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、位相補償回路40のスイッチ43〜45を切り替えることにより、スリープモード解除時のデューティ初期値を設定することができるので、DC/DCコンバータ1の再起動時間(=復帰時間)を理想的にはゼロまで短縮することが可能となる。 Further, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, the initial duty value at the time of releasing the sleep mode can be set by switching the switches 43 to 45 of the phase compensation circuit 40, so that the DC / DC converter 1 The restart time (= recovery time) of is ideally reduced to zero.

<第2実施形態>
図3は、DC/DCコンバータの第2実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、位相補償回路40の構成要素として、キャパシタC3とスイッチ46をさらに含む点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIG. 1), and is characterized in that the capacitor C3 and the switch 46 are further included as components of the phase compensation circuit 40. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1 to omit duplicated explanations, and the feature portions of the second embodiment will be mainly described below.

キャパシタC3は、キャパシタC1及びC2と同じく、位相補償容量部42の構成要素であり、その第1端が接地端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC1の容量値をC1とし、キャパシタC2の容量値をC2とし、キャパシタC3の容量値をC3としたときに、C=C1+C2+C3、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし、0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが3つに分割されているが、その技術的意義は後述する。 Like the capacitors C1 and C2, the capacitor C3 is a component of the phase compensation capacitance section 42, and its first end is connected to the ground end. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitance section 42 is C, the capacitance value of the capacitor C1 is C1, the capacitance value of the capacitor C2 is C2, and the capacitance value of the capacitor C3 is C3, C = C1 + C2 + C3, C1. : C2: C3 = {1- (k + k')}: k: k'(where 0 <k <1 and 0 <k'<1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitance section 42 of the present embodiment, the phase compensation capacitor is divided into three, and the technical significance thereof will be described later.

スイッチ46は、スイッチ44及び45と同じく、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC1〜C3の接続状態を切り替えるスイッチ群の構成要素であり、キャパシタC3の第2端を入力電圧Vi(=第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧に相当)の印加端に接続するかキャパシタC1の第2端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ46は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC3の第2端を入力電圧Viの印加端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC3の第2端をキャパシタC1の第2端に接続する。 Like the switches 44 and 45, the switch 46 is a component of a group of switches that switches the connection state of the capacitors C1 to C3 according to the sleep control signal XSLP, and the second end of the capacitor C3 is input voltage Vi (= first bias). It switches between connecting to the application end (corresponding to the second bias voltage different from the voltage) and connecting to the second end of the capacitor C1. Specifically, the switch 46 connects the second end of the capacitor C3 to the application end of the input voltage Vi when the sleep control signal XSLP is at low level, and the capacitor when the sleep control signal XSLP is at high level. The second end of C3 is connected to the second end of capacitor C1.

次に、第2実施形態におけるスリープモード解除時のデューティ初期値設定動作について、図4を参照しながら詳細に説明する。 Next, the duty initial value setting operation when the sleep mode is released in the second embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図4は、第2実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。 FIG. 4 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the second embodiment, in order from the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and The comparison signal CMP is depicted.

時刻t21以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続され、キャパシタC3の第2端が入力電圧Viの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が出力電圧Voで充電された状態となり、キャパシタC3の両端間が入力電圧Viで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。 Before the time t21, the sleep control signal XSLP is set to a low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are cut off, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are electrically connected. Then, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo, and the second end of the capacitor C3 is connected to the application end of the input voltage Vi. Therefore, both ends of the capacitor C1 are discharged, both ends of the capacitor C2 are charged with the output voltage Vo, and both ends of the capacitor C3 are charged with the input voltage Vi. Further, in the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP become 0V, and the comparison signal CMP becomes a low level.

時刻t21において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端の間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2及びC3それぞれの第2端がいずれもキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。 When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t21, the DC / DC converter 1 returns to the wake-up mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are conducted, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are cut off. , The second ends of each of the capacitors C2 and C3 are connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、それぞれの両端間が出力電圧Vo及び入力電圧Viで充電されたキャパシタC2及びC3とを並列接続した状態となる。 That is, the phase compensation capacitance section 42 connects in parallel the capacitor C1 whose both ends are discharged when the sleep mode is released, and the capacitors C2 and C3 whose ends are charged with the output voltage Vo and the input voltage Vi. It will be in the state of

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1〜C3相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vo+k’×Vi(=(C2×Vo+C3×Vi)/(C1+C2+C3)})まで速やかに引き上げられる。すなわち、本実施形態では、先の第1実施形態と比べて、スリープモード解除時における第1電圧VCの初期値がk’×Viだけ高めにオフセットされる。 As a result, the first voltage VC follows the charge distribution law between the capacitors C1 to C3, and VC = k × Vo + k'× Vi (= (C2 × Vo + C3 × Vi) / ( It is quickly pulled up to C1 + C2 + C3)}). That is, in the present embodiment, the initial value of the first voltage VC at the time of releasing the sleep mode is offset higher by k'× Vi as compared with the previous first embodiment.

また、時刻t21以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。 Further, since the oscillator 50 is in the operating state after the time t21, the second voltage RAMP of the lamp waveform pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. As described above, the amplitude of the second voltage RAMP is a fluctuation value (= k × Vi) according to the input voltage Vi.

従って、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、(Vo/Vi)+(k’/k)となる。すなわち、本実施形態におけるデューティ初期値は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値(=Vo/Vi)よりも意図的に高められた値となる。 Therefore, the on-duty Don (= corresponding to the initial duty value) when the sleep mode is released is (Vo / Vi) + (k'/ k). That is, the initial duty value in the present embodiment is a value intentionally increased from the theoretical duty value (= Vo / Vi) when the input voltage Vi is stepped down to generate a desired output voltage Vo.

なお、第1電圧VCは、出力帰還ループの働きにより、VC=k×Voとなるまで低下する。すなわち、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonは、時間の経過とともに、上記のデューティ理論値(=Vo/Vi)に収束していく。 The first voltage VC is lowered until VC = k × Vo due to the action of the output feedback loop. That is, the on-duty Don of the DC / DC converter 1 converges to the above theoretical duty value (= Vo / Vi) with the passage of time.

このように、位相補償容量部42におけるキャパシタ分割数を3以上とし、各キャパシタをそれぞれ異なるバイアス電圧で充電しておくことにより、第1実施形態と同様の効果を享受した上で、第1電圧VCの初期値を任意に調整することができる。従って、例えばDC/DCコンバータ1の出力ループ特性を鑑みつつ、スリープモード解除時のデューティ初期値を最適化することができるので、出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートをより適切に防止することが可能となる。 In this way, by setting the number of capacitor divisions in the phase compensation capacitance section 42 to 3 or more and charging each capacitor with a different bias voltage, the same effect as that of the first embodiment can be enjoyed, and then the first voltage. The initial value of VC can be adjusted arbitrarily. Therefore, for example, the initial duty value at the time of releasing the sleep mode can be optimized while considering the output loop characteristics of the DC / DC converter 1, so that overshooting and undershooting of the output voltage Vo can be prevented more appropriately. It will be possible.

特に、キャパシタC2及びC3を充電するためのバイアス電圧として、DC/DCコンバータ1に既存の出力電圧Voと入力電圧Viを用いることにより、別途のバイアス電圧を用意せずに済む。ただし、キャパシタの分割数を増やしたくなければ、先の第1実施形態(図1)において、キャパシタC2を出力電圧Voよりも高い任意のバイアス電圧(=Vo+α)で充電することにより、本実施形態と同様の効果を奏することが可能である。 In particular, by using the existing output voltage Vo and input voltage Vi for the DC / DC converter 1 as the bias voltage for charging the capacitors C2 and C3, it is not necessary to prepare a separate bias voltage. However, if it is not desired to increase the number of divisions of the capacitor, in the first embodiment (FIG. 1), the present embodiment is charged by charging the capacitor C2 with an arbitrary bias voltage (= Vo + α) higher than the output voltage Vo. It is possible to achieve the same effect as.

<第3実施形態>
図5は、DC/DCコンバータの第3実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されている点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第3実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a third embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIG. 1), and is characterized in that the switch output stage 10 is changed from a step-down type to a step-up type. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1 to omit duplicated explanations, and the feature portions of the third embodiment will be mainly described below.

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する昇圧型であり、出力トランジスタ15(本図ではNMOSFET)と、同期整流トランジスタ16(本図ではPMOSFET)と、コイル17と、キャパシタ18と、を含んでいる。 The switch output stage 10 is a boost type that boosts the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and includes an output transistor 15 (NMOSFET in this figure), a synchronous rectifier transistor 16 (PMOSFET in this figure), and a coil. 17 and a capacitor 18 are included.

コイル17の第1端は、入力電圧Viの入力端に接続されている。コイル17の第2端は、出力トランジスタ15のドレインと同期整流トランジスタ16のドレインに接続されている。出力トランジスタ15のソースは、接地端に接続されている。同期整流トランジスタ16のソースとキャパシタ18の第1端は、いずれも出力電圧Voの印加端に接続されている。キャパシタ18の第2端は、接地端に接続されている。 The first end of the coil 17 is connected to the input end of the input voltage Vi. The second end of the coil 17 is connected to the drain of the output transistor 15 and the drain of the synchronous rectifier transistor 16. The source of the output transistor 15 is connected to the ground end. Both the source of the synchronous rectifier transistor 16 and the first end of the capacitor 18 are connected to the application end of the output voltage Vo. The second end of the capacitor 18 is connected to the grounded end.

出力トランジスタ15のゲートは、ゲート信号G3の印加端に接続されている。出力トランジスタ15は、ゲート信号G3がハイレベルであるときにオンし、ゲート信号G4がローレベルであるときにオフする。同期整流トランジスタ16のゲートは、ゲート信号G4の印加端に接続されている。同期整流トランジスタ16は、ゲート信号G4がハイレベルであるときにオフし、ゲート信号G4がローレベルであるときにオンする。 The gate of the output transistor 15 is connected to the application end of the gate signal G3. The output transistor 15 turns on when the gate signal G3 is high level and turns off when the gate signal G4 is low level. The gate of the synchronous rectifier transistor 16 is connected to the application end of the gate signal G4. The synchronous rectifier transistor 16 turns off when the gate signal G4 is high level and turns on when the gate signal G4 is low level.

出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16は、ゲート信号G3及びG4に応じて相補的にオン/オフされる。このようなオン/オフ動作により、コイル17の第2端には、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswが生成される。なお、上記の「相補的」という文言は、出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16のオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、両トランジスタの同時オフ期間(デッドタイム)が設けられている場合も含む。 The output transistor 15 and the synchronous rectification transistor 16 are complementarily turned on / off according to the gate signals G3 and G4. By such an on / off operation, a rectangular wave-shaped switch voltage Vsw that is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND is generated at the second end of the coil 17. The wording "complementary" is not only when the on / off states of the output transistor 15 and the synchronous rectifier transistor 16 are completely reversed, but also a simultaneous off period (dead time) of both transistors is provided. Including the case where.

出力トランジスタ15がオンされて同期整流トランジスタ16がオフされると、コイル17には出力トランジスタ15を介して接地端に向けたコイル電流ILが流れ、その電気エネルギが蓄えられる。このとき、スイッチ電圧Vswは、出力トランジスタ15を介してほぼ接地電圧GNDまで低下する。なお、同期整流トランジスタ16がオフされているので、キャパシタ18から出力トランジスタ15に向けて電流が流れ込むことはない。 When the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectifying transistor 16 is turned off, a coil current IL toward the ground end flows through the coil 17 via the output transistor 15 and its electric energy is stored. At this time, the switch voltage Vsw drops to almost the ground voltage GND via the output transistor 15. Since the synchronous rectifier transistor 16 is turned off, no current flows from the capacitor 18 toward the output transistor 15.

一方、出力トランジスタ15がオフされて同期整流トランジスタ16がオンされると、コイル17に生じた逆起電力により、そこに蓄積されていた電気エネルギが電流として放出される。このとき、同期整流トランジスタ16を介して流れるコイル電流ILは、出力電流として出力電圧Voの出力端から負荷に流れ込むとともに、キャパシタ18を介して接地端にも流れ込み、キャパシタ18が充電される。上記の動作が繰り返されることにより、負荷には、入力電圧Viを昇圧した出力電圧Voが供給される。 On the other hand, when the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectifying transistor 16 is turned on, the electric energy stored in the coil 17 is released as a current due to the counter electromotive force generated in the coil 17. At this time, the coil current IL flowing through the synchronous rectifier transistor 16 flows into the load from the output end of the output voltage Vo as an output current, and also flows into the ground end via the capacitor 18, and the capacitor 18 is charged. By repeating the above operation, the load is supplied with the output voltage Vo in which the input voltage Vi is boosted.

なお、スイッチ出力段10に高電圧が印加される場合には、出力トランジスタ15や同期整流トランジスタ16として、それぞれ、パワーMOSFET、IGBT、SiCトランジスタなどの高耐圧素子を用いるとよい。この点については、先の第1〜第3実施形態と同様である。 When a high voltage is applied to the switch output stage 10, high voltage elements such as power MOSFETs, IGBTs, and SiC transistors may be used as the output transistor 15 and the synchronous rectifier transistor 16, respectively. This point is the same as in the first to third embodiments.

また、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されたことに伴い、位相補償回路40、オシレータ50、PWMコンパレータ60、及び、ドライバ70にも、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。 Further, as the switch output stage 10 is changed from the step-down type to the step-up type, the phase compensation circuit 40, the oscillator 50, the PWM comparator 60, and the driver 70 are also changed. The changes in each part will be described below.

位相補償回路40では、キャパシタC2を充電するためのバイアス電圧が、出力電圧Voから入力電圧Viに変更されている。 In the phase compensation circuit 40, the bias voltage for charging the capacitor C2 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)から、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)に変更されている。 In the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is changed from a fluctuation value (= k × Vi) according to the input voltage Vi to a fluctuation value (= k × Vo) according to the output voltage Vo.

PWMコンパレータ60は、その入力極性が第1〜第3実施形態のそれとは反転されている。すなわち、PWMコンパレータ60の反転入力端(−)には、第1電圧VCが入力されており、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)には、第2電圧RAMPが入力されている。従って、比較信号CMPの論理レベルは、第1〜第3実施形態のそれとは逆に、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにローレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにハイレベルとなる。 The input polarity of the PWM comparator 60 is reversed from that of the first to third embodiments. That is, the first voltage VC is input to the inverting input end (−) of the PWM comparator 60, and the second voltage RAMP is input to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60. Therefore, the logic level of the comparison signal CMP becomes a low level when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP, and the first voltage VC is the second voltage RAMP, contrary to that of the first to third embodiments. Higher level when lower than.

また、ドライバ70は、NANDゲート71とANDゲート72に代えて、ANDゲート73とORゲート74を含み、比較信号CMPに応じてゲート信号G3及びG4(=それぞれスイッチ出力段10の駆動信号に相当)を生成する。より具体的に述べると、ANDゲート73は、スリープ制御信号XSLPと比較信号CMPとの論理積演算信号をゲート信号G3として出力する。また、ORゲート74は、比較信号CMPと反転入力されるスリープ制御信号XSLPとの論理和演算信号をゲート信号G4として出力する。 Further, the driver 70 includes an AND gate 73 and an OR gate 74 instead of the NAND gate 71 and the AND gate 72, and corresponds to the gate signals G3 and G4 (= corresponding to the drive signals of the switch output stage 10 respectively) according to the comparison signal CMP. ) Is generated. More specifically, the AND gate 73 outputs a logical product operation signal of the sleep control signal XSLP and the comparison signal CMP as the gate signal G3. Further, the OR gate 74 outputs the OR operation signal of the comparison signal CMP and the sleep control signal XSLP which is inverted and input as the gate signal G4.

従って、スリープ制御信号XSLPがハイレベルである場合、ゲート信号G3及びG4は、基本的に比較信号CMPと同一論理信号となる。より具体的に述べると、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ15がオンして同期整流トランジスタ16がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ15がオフして同期整流トランジスタ16がオンする。 Therefore, when the sleep control signal XSLP is at a high level, the gate signals G3 and G4 are basically the same logic signals as the comparison signal CMP. More specifically, when the comparison signal CMP is at a high level, both the gate signals G3 and G4 are at a high level, so that the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectifier transistor 16 is turned off. On the contrary, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G3 and G4 are at a low level, so that the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectifier transistor 16 is turned on.

一方、スリープ制御信号XSLPがローレベルである場合、ゲート信号G3は、比較信号CMPに依ることなくローレベルとなり、ゲート信号G4は、比較信号CMPに依ることなくハイレベルとなる。従って、出力トランジスタ15と同期整流トランジスタ16がいずれもオフする。 On the other hand, when the sleep control signal XSLP is low level, the gate signal G3 becomes low level without depending on the comparison signal CMP, and the gate signal G4 becomes high level regardless of the comparison signal CMP. Therefore, both the output transistor 15 and the synchronous rectifier transistor 16 are turned off.

図6は、第3実施形態におけるデューティ初期値設定動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、スリープ制御信号XSLP、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、並びに、比較信号CMPが描写されている。 FIG. 6 is a timing chart showing an example of the duty initial value setting operation in the third embodiment, in order from the top, the sleep control signal XSLP, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and The comparison signal CMP is depicted.

時刻t31以前には、スリープ制御信号XSLPがローレベルとされており、DC/DCコンバータ1が省電力のスリープモードに移行されている。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が遮断されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が導通され、キャパシタC2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。従って、キャパシタC1の両端間が放電された状態となり、キャパシタC2の両端間が入力電圧Viで充電された状態となる。また、スリープモードでは、第1電圧VCと第2電圧RAMPがいずれも0Vとなり、比較信号CMPがローレベルとなる。これらの点については、キャパシタC2に印加されるバイアス電圧が出力電圧Voから入力電圧Viに変更されていること以外、何ら変わりはない。 Before the time t31, the sleep control signal XSLP is set to a low level, and the DC / DC converter 1 is shifted to the power saving sleep mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are cut off, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are electrically connected. Then, the second end of the capacitor C2 is connected to the application end of the output voltage Vo. Therefore, both ends of the capacitor C1 are discharged, and both ends of the capacitor C2 are charged with the input voltage Vi. Further, in the sleep mode, both the first voltage VC and the second voltage RAMP become 0V, and the comparison signal CMP becomes a low level. There is no difference in these points except that the bias voltage applied to the capacitor C2 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

時刻t31において、スリープ制御信号XSLPがハイレベルに立ち上げられると、DC/DCコンバータ1がウェイクアップモードに復帰する。このとき、位相補償回路40では、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)とエラーアンプ30の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC1の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC2の第2端がキャパシタC1の第2端に接続された状態となる。 When the sleep control signal XSLP is raised to a high level at time t31, the DC / DC converter 1 returns to the wakeup mode. At this time, in the phase compensation circuit 40, the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the error amplifier 30 are conducted, and the second end of the capacitor C1 and the ground end are cut off. Then, the second end of the capacitor C2 is connected to the second end of the capacitor C1.

すなわち、位相補償容量部42は、スリープモード解除に伴い、その両端間が放電されたキャパシタC1と、その両端間が入力電圧Viで充電されたキャパシタC2とを並列接続した状態となる。 That is, the phase compensation capacitance unit 42 is in a state in which the capacitor C1 whose both ends are discharged and the capacitor C2 whose both ends are charged by the input voltage Vi are connected in parallel when the sleep mode is released.

その結果、第1電圧VCは、キャパシタC1及びC2相互間の電荷分配則に従い、エラーアンプ30の起動を待つことなく、VC=k×Vi(={C2/(C1+C2)}×Vi)まで速やかに引き上げられる。 As a result, the first voltage VC follows the charge distribution law between the capacitors C1 and C2, and quickly reaches VC = k × Vi (= {C2 / (C1 + C2)} × Vi) without waiting for the start of the error amplifier 30. Is pulled up to.

また、時刻t31以降は、オシレータ50が動作状態となるので、スイッチング周波数fsw(=1/T)でパルス駆動されるランプ波形の第2電圧RAMPが生成される。なお、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)とされている。 Further, since the oscillator 50 is in the operating state after the time t31, the second voltage RAMP of the lamp waveform pulse-driven at the switching frequency fsw (= 1 / T) is generated. As described above, the amplitude of the second voltage RAMP is a fluctuation value (= k × Vo) according to the output voltage Vo.

ここで、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、第1電圧VCと第2電圧RAMPとの比較結果に応じて決まる。具体的には、第1電圧VC(=k×Vi)と第2電圧RAMP(=(k×Vo/T)×(T−Ton))とが一致するタイミングから、スリープモード解除時のオンデューティDon(=デューティ初期値に相当)は、1−(Vi/Vo)となる。このデューティ初期値は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する場合のデューティ理論値と一致している。従って、スイッチ出力段10を昇圧型とした場合であっても、スリープモード解除時における出力電圧Voのオーバーシュートやアンダーシュートを防止することができる。 Here, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 is determined according to the comparison result between the first voltage VC and the second voltage RAMP. Specifically, the on-duty when the sleep mode is released from the timing when the first voltage VC (= k × Vi) and the second voltage RAMP (= (k × Vo / T) × (T-Ton)) match. Don (= corresponding to the initial duty value) is 1- (Vi / Vo). This initial duty value is in agreement with the theoretical duty value when the input voltage Vi is boosted to generate the desired output voltage Vo. Therefore, even when the switch output stage 10 is a step-up type, it is possible to prevent overshoot and undershoot of the output voltage Vo when the sleep mode is released.

もちろん、本実施形態を採用した場合であっても、第1実施形態と同様の効果、すなわち、消費電力の削減や再起動時間の短縮が可能であることは言うまでもない。 Of course, even when this embodiment is adopted, it goes without saying that the same effect as that of the first embodiment, that is, reduction of power consumption and shortening of restart time can be achieved.

また、本実施形態では、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、スイッチ出力段10を昇圧型に変更した例を挙げたが、第2実施形態(図3)をベースとすることもできる。その場合、例えば、キャパシタC2を充電するための第1バイアス電圧を入力電圧Viとし、キャパシタC3を充電するための第2バイアス電圧を出力電圧Voとすればよい。 Further, in this embodiment, an example in which the switch output stage 10 is changed to a step-up type while being based on the first embodiment (FIG. 1) is given, but the second embodiment (FIG. 3) may also be used as a base. it can. In that case, for example, the first bias voltage for charging the capacitor C2 may be the input voltage Vi, and the second bias voltage for charging the capacitor C3 may be the output voltage Vo.

なお、上記の第1〜第3実施形態では、スイッチ出力段10の出力形式として、降圧型(図1及び図3)と昇圧型(図5)を例に挙げたが、昇降圧型や反転型を採用しても構わない。また、スイッチ出力段10の整流方式についても、上記の同期整流方式に限らず、ダイオード整流方式(=同期整流トランジスタに代えて整流ダイオードを用いた方式)に変更することができる。また、DC/DCコンバータ1の出力帰還制御方式については、上記の電圧モード制御方式に限らず、電流モード制御方式としてもよい。 In the first to third embodiments described above, as the output format of the switch output stage 10, the step-down type (FIGS. 1 and 3) and the step-up type (FIG. 5) are given as examples, but the buck-boost type and the reversing type are mentioned. May be adopted. Further, the rectification method of the switch output stage 10 is not limited to the above-mentioned synchronous rectification method, and can be changed to a diode rectification method (= a method using a rectifier diode instead of the synchronous rectifier transistor). Further, the output feedback control method of the DC / DC converter 1 is not limited to the voltage mode control method described above, and may be a current mode control method.

<第4実施形態>
図7は、DC/DCコンバータの第4実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、電流モード制御方式を採用した降圧型スイッチング電源であり、スイッチ出力段10と、帰還電圧生成部20と、エラーアンプ30(第1アンプに相当)と、第1位相補償回路40と、オシレータ50と、PWMコンパレータ60と、ドライバ70と、差動アンプ80(第2アンプに相当)と、第2位相補償回路90と、電流検出部100と、クランパ110と、を有する。
<Fourth Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is a step-down switching power supply that employs a current mode control method, and includes a switch output stage 10, a feedback voltage generator 20, an error amplifier 30 (corresponding to the first amplifier), and The first phase compensation circuit 40, the oscillator 50, the PWM comparator 60, the driver 70, the differential amplifier 80 (corresponding to the second amplifier), the second phase compensation circuit 90, the current detection unit 100, and the clamper 110. And have.

なお、上記構成要素の多くは、第1実施形態(図1)のそれと共通している。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第4実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。 Most of the above components are common to those of the first embodiment (FIG. 1). Therefore, with respect to the same components as those in the first embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used to omit duplicated explanations, and the feature portions of the fourth embodiment will be mainly described below.

スイッチ出力段10、帰還電圧生成部20、及び、エラーアンプ30については、第1実施形態(図1)のそれと全く同一である。 The switch output stage 10, the feedback voltage generation unit 20, and the error amplifier 30 are exactly the same as those in the first embodiment (FIG. 1).

第1位相補償回路40は、第1実施形態(図1)の位相補償回路40に相当し、エラーアンプ30から第1誤差電流信号I30の入力を受けて誤差電圧COMPを生成する。ただし、本実施形態のDC/DCコンバータ1では、スリープモードへの移行機能が割愛されていることから、第1実施形態(図1)と異なり、位相補償容量部42のキャパシタは複数に分割されておらず、スイッチ43〜45も設けられていない。 The first phase compensation circuit 40 corresponds to the phase compensation circuit 40 of the first embodiment (FIG. 1), and receives an input of the first error current signal I30 from the error amplifier 30 to generate an error voltage COMP. However, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, since the transition function to the sleep mode is omitted, unlike the first embodiment (FIG. 1), the capacitor of the phase compensation capacitance section 42 is divided into a plurality of capacitors. No, and switches 43 to 45 are not provided.

オシレータ50とPWMコンパレータ60については、第1実施形態(図1)のそれと全く同一である。 The oscillator 50 and the PWM comparator 60 are exactly the same as those in the first embodiment (FIG. 1).

ドライバ70は、スリープモードの割愛に伴い、NANDゲート71とANDゲート72に代えて、インバータ75及び76を含む構成に変更されている。なお、インバータ75及び76は、それぞれ、比較信号CMPの論理反転信号をゲート信号G1及びG2として出力する。従って、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ11がオンして同期整流トランジスタ12がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G1及びG2がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ11がオフして同期整流トランジスタ12がオンする。 Due to the omission of the sleep mode, the driver 70 has been changed to a configuration including the inverters 75 and 76 instead of the NAND gate 71 and the AND gate 72. The inverters 75 and 76 output the logic inversion signals of the comparison signal CMP as gate signals G1 and G2, respectively. Therefore, when the comparison signal CMP is at a high level, both the gate signals G1 and G2 are at a low level, so that the output transistor 11 is turned on and the synchronous rectifying transistor 12 is turned off. On the contrary, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G1 and G2 are at a high level, so that the output transistor 11 is turned off and the synchronous rectifier transistor 12 is turned on.

差動アンプ80は、エラーアンプ30と同じく、電流出力型のトランスコンダクタンスアンプ(いわゆるgmアンプ)であり、反転入力端(−)に印加される誤差電圧COMPと非反転入力端(+)に印加される電流センス電圧CSNSとの差分に応じた第2誤差電流信号I80を生成する。第2誤差電流信号I80は、誤差電圧COMPが電流センス電圧CSNSよりも低いときには正方向(=差動アンプ80から第2位相補償回路90に向かう方向)に流れ、誤差電圧COMPが電流センス電圧CSNSよりも高いときには負方向(=第2位相補償回路90から差動アンプ80に向かう方向)に流れる。 Like the error amplifier 30, the differential amplifier 80 is a current output type transmission amplifier (so-called gm amplifier), and is applied to the error voltage COMP applied to the inverting input terminal (-) and the non-inverting input terminal (+). The second error current signal I80 corresponding to the difference from the current sense voltage CSNS is generated. The second error current signal I80 flows in the positive direction (= the direction from the differential amplifier 80 toward the second phase compensation circuit 90) when the error voltage COMP is lower than the current sense voltage CSNS, and the error voltage COMP flows in the current sense voltage CSNS. When it is higher than, it flows in the negative direction (= the direction from the second phase compensation circuit 90 toward the differential amplifier 80).

第2位相補償回路90は、差動アンプ80とPWMコンパレータ60との間に接続されており、第2誤差電流信号I80の入力を受けて第1電圧VCを生成する。なお、第2位相補償回路90の構成及び動作については後述する。 The second phase compensation circuit 90 is connected between the differential amplifier 80 and the PWM comparator 60, and receives the input of the second error current signal I80 to generate the first voltage VC. The configuration and operation of the second phase compensation circuit 90 will be described later.

電流検出部100は、スイッチ出力段10に流れるコイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを生成する。電流センス電圧CSNSは、例えば、コイル電流ILの平均値IL(ave)が大きいほど高くなり、逆に、コイル電流ILの平均値IL(ave)が小さいほど低くなる。 The current detection unit 100 generates a current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL flowing in the switch output stage 10. For example, the larger the average value IL (ave) of the coil current IL, the higher the current sense voltage CSNS, and conversely, the smaller the average value IL (ave) of the coil current IL, the lower the current sense voltage CSNS.

クランパ110は、誤差電圧COMPを所定の上限電圧値VLMT以下に制限する。これにより、差動アンプ80では、コイル電流ILに応じた電流センス電圧CSNSを上限電圧値VLMT以下に制限するように出力帰還制御が掛かるようになるので、コイル電流ILが上限電流値ILMT以下に制限される。 The clamper 110 limits the error voltage COMP to a predetermined upper limit voltage value VLMT or less. As a result, in the differential amplifier 80, the output feedback control is applied so as to limit the current sense voltage CSNS corresponding to the coil current IL to the upper limit voltage value VLMT or less, so that the coil current IL becomes the upper limit current value ILMT or less. Be restricted.

<第2位相補償回路>
引き続き、図7を参照しながら、第2位相補償回路90の構成及び動作について詳述する。本図の第2位相補償回路90は、位相補償抵抗部91と位相補償容量部92を含み、第1電圧VCの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。
<Second phase compensation circuit>
Subsequently, the configuration and operation of the second phase compensation circuit 90 will be described in detail with reference to FIG. 7. The second phase compensation circuit 90 in the figure includes a phase compensation resistor section 91 and a phase compensation capacitance section 92, compensates the phase of the first voltage VC, and prevents oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部92は、キャパシタC4及びC5を含む。キャパシタC4の第1端は、接地端に接続されている。一方、キャパシタC5の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償容量部92全体の容量値をCとし、キャパシタC4の容量値をC4とし、キャパシタC5の容量値をC5としたとき、C=C4+C5、C5/C4=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部92では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図ではキャパシタC5の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されているが、その技術的意義は後述する。 The phase compensation capacitance unit 92 includes capacitors C4 and C5. The first end of the capacitor C4 is connected to the ground end. On the other hand, the first end of the capacitor C5 is connected to the application end of the output voltage Vo. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitance section 92 is C, the capacitance value of the capacitor C4 is C4, and the capacitance value of the capacitor C5 is C5, C = C4 + C5 and C5 / C4 = k / (1-k). (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitance section 92 of the present embodiment, the capacitor for phase compensation is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the capacitor C5 in this figure) is DC. The output voltage Vo of the / DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage, and its technical significance will be described later.

位相補償抵抗部91は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端がキャパシタC4及びC5それぞれの第2端に接続された抵抗を含む。 The phase compensation resistor unit 91 includes a resistor whose first end is connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and whose second end is connected to the second end of each of the capacitors C4 and C5.

図8は、第4実施形態におけるラッシュ電流抑制動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順番に、出力電圧Vo、第1電圧VC(実線)及び第2電圧RAMP(破線)、比較信号CMP、並びに、コイル電流ILが描写されている。 FIG. 8 is a timing chart showing an example of the rush current suppression operation in the fourth embodiment, in order from the top, the output voltage Vo, the first voltage VC (solid line), the second voltage RAMP (broken line), and the comparison signal CMP. , And the coil current IL is depicted.

時刻t43以前においては、スイッチ出力段10の短絡が生じていないので、出力電圧Voは、その目標値Vo1に維持されている。また、第1電圧VCは、出力帰還ループの働きにより、k×Vo1に維持されるので、DC/DCコンバータ1のオンデューティDon(=Ton/T)は、入力電圧Viを降圧して所望の出力電圧Vo(=Vo1)を生成する場合のデューティ理論値(=Vo1/Vi)と一致する。 Before the time t43, since the switch output stage 10 is not short-circuited, the output voltage Vo is maintained at the target value Vo1. Further, since the first voltage VC is maintained at k × Vo1 by the action of the output feedback loop, the on-duty Don (= Ton / T) of the DC / DC converter 1 lowers the input voltage Vi to a desired level. It matches the theoretical duty value (= Vo1 / Vi) when the output voltage Vo (= Vo1) is generated.

一方、時刻t43において、スイッチ出力段10の短絡が生じ、出力電圧Voが目標値Vo1から異常値Vo2に急落した場合、第1電圧VCは、キャパシタC4及びC5相互間の電荷分配則に従い、出力帰還ループの応答を待つことなく、出力電圧Voと同じ挙動で急峻に低下する。 On the other hand, when the switch output stage 10 is short-circuited at time t43 and the output voltage Vo suddenly drops from the target value Vo1 to the abnormal value Vo2, the first voltage VC outputs according to the charge distribution law between the capacitors C4 and C5. Without waiting for the response of the feedback loop, the voltage drops sharply with the same behavior as the output voltage Vo.

特に、本実施形態のDC/DCコンバータ1では、C5/C4=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされているので、出力電圧VoがΔVだけ変動したときには、第1電圧VCがk×ΔVだけ変動する。また、第2電圧RAMPの振幅は、先にも述べたように、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)とされている。 In particular, in the DC / DC converter 1 of the present embodiment, since C5 / C4 = k / (1-k) (however, 0 <k <1) is satisfied, when the output voltage Vo fluctuates by ΔV, the first One voltage VC fluctuates by k × ΔV. Further, as described above, the amplitude of the second voltage RAMP is a variable value (= k × Vi) according to the input voltage Vi.

このような設定を行っておけば、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonは、スイッチ出力段10の短絡発生と同時に、出力電圧Voの異常値Vo2に応じたデューティ理論値(=Vo2/Vi)へシフトされることになる。その結果、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流(=過大なコイル電流IL)を効果的に抑制することができるので、スイッチ出力段10を形成する素子の劣化を防ぐことが可能となる。 With such a setting, the on-duty Don of the DC / DC converter 1 has a theoretical duty value (= Vo2 / Vi) corresponding to the abnormal value Vo2 of the output voltage Vo at the same time as the short circuit of the switch output stage 10 occurs. Will be shifted to. As a result, the rush current (= excessive coil current IL) generated when the switch output stage 10 is short-circuited abnormally can be effectively suppressed, so that deterioration of the element forming the switch output stage 10 can be prevented. ..

なお、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現する構成であれば、差動アンプ80やクランパ110の応答速度を高めずに済む。従って、電圧ループ特性が変化しないので、発振リスクが増大することもない。 If the second phase compensation circuit 90 is used to realize duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo, it is not necessary to increase the response speed of the differential amplifier 80 or the clamper 110. Therefore, since the voltage loop characteristic does not change, the oscillation risk does not increase.

また、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第2電圧RAMPの振幅が入力電圧Viに依存して変動するので、入力電圧Viの急変時においても、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonを適切な値に合わせ込み、ラッシュ電流を抑制することが可能となる。 Further, in the case of the DC / DC converter 1 of the present embodiment, since the amplitude of the second voltage RAMP fluctuates depending on the input voltage Vi, the on-duty of the DC / DC converter 1 even when the input voltage Vi suddenly changes. It is possible to adjust the Don to an appropriate value and suppress the rush current.

<第5実施形態>
図9は、DC/DCコンバータの第5実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、位相補償容量部92に含まれるキャパシタを複数に分割するのではなく、位相補償抵抗部91に含まれる抵抗を複数に分割した点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7), and is included in the phase compensation resistor section 91 instead of dividing the capacitor included in the phase compensation capacitance section 92 into a plurality of capacitors. It is characterized by dividing the resistor into multiple parts. Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 7, and duplicated explanations are omitted. Hereinafter, the characteristic portions of the fifth embodiment will be mainly described.

位相補償抵抗部91は、抵抗R1及びR2を含む。抵抗R1の第1端は、接地端に接続されている。抵抗R2の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。位相補償抵抗部91全体の抵抗値をRとし、抵抗R1の抵抗値をR1とし、抵抗R2の抵抗値をR2としたときに、R=R1//R2、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償抵抗部91では、位相補償用の抵抗が2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図では抵抗R2の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されている。 The phase compensation resistor unit 91 includes resistors R1 and R2. The first end of the resistor R1 is connected to the ground end. The first end of the resistor R2 is connected to the application end of the output voltage Vo. When the resistance value of the entire phase compensation resistance unit 91 is R, the resistance value of the resistance R1 is R1, and the resistance value of the resistance R2 is R2, R = R1 // R2 and R1 / R2 = k / (1-). k) (where 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation resistor portion 91 of the present embodiment, the phase compensation resistor is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the resistor R2 in this figure) is DC. The output voltage Vo of the / DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage.

位相補償容量部92は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端が抵抗R1及びR2それぞれの第2端に接続されたキャパシタを含む。 The phase compensation capacitance unit 92 includes a capacitor whose first end is connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and whose second end is connected to the second end of each of the resistors R1 and R2.

本実施形態のDC/DCコンバータ1において、例えば、スイッチ出力段10の短絡が生じて出力電圧Voが急落した場合、第1電圧VCは、抵抗R1及びR2の分圧作用により、出力帰還ループの応答を待つことなく、出力電圧Voと同じ挙動で急峻に低下する。従って、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することができる。 In the DC / DC converter 1 of the present embodiment, for example, when the switch output stage 10 is short-circuited and the output voltage Vo drops sharply, the first voltage VC is caused by the voltage dividing action of the resistors R1 and R2 to form an output feedback loop. Without waiting for a response, it drops sharply with the same behavior as the output voltage Vo. Therefore, the same effect as that of the fourth embodiment (FIG. 7) can be enjoyed.

特に、本実施形態であれば、位相補償容量部92のキャパシタに対して、出力電圧Voの分圧電圧が印加される。従って、出力電圧Voが比較的に高い場合であっても、キャパシタの耐圧を不要に高めずに済むので、半導体装置への集積化に好適であると言える。 In particular, in the present embodiment, the voltage dividing voltage of the output voltage Vo is applied to the capacitor of the phase compensation capacitance unit 92. Therefore, even when the output voltage Vo is relatively high, it is not necessary to unnecessarily increase the withstand voltage of the capacitor, which is suitable for integration into a semiconductor device.

<第6実施形態>
図10は、DC/DCコンバータの第6実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、先出の第1実施形態(図1)に倣い、スリープモードへの移行機能を備えた点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第5実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7) and is characterized in that it has a function of shifting to the sleep mode in accordance with the above-mentioned first embodiment (FIG. 1). Has. Therefore, the same components as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 7, and duplicated explanations are omitted. Hereinafter, the characteristic portions of the fifth embodiment will be mainly described.

スリープモードの導入に伴い、エラーアンプ30、オシレータ50、PWMコンパレータ60、ドライバ70、差動アンプ80、及び、第2位相補償回路90には、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。 With the introduction of the sleep mode, changes have been made to the error amplifier 30, the oscillator 50, the PWM comparator 60, the driver 70, the differential amplifier 80, and the second phase compensation circuit 90, respectively. The changes in each part will be described below.

エラーアンプ30、オシレータ50、PWMコンパレータ60、及び、差動アンプ80は、スリープ制御信号XSLPがハイレベル(=スリープモード解除時の論理レベル)であるときに動作状態となり、スリープ制御信号XSLPがローレベル(=スリープモード時の論理レベル)であるときに停止状態となる。 The error amplifier 30, the oscillator 50, the PWM comparator 60, and the differential amplifier 80 are in the operating state when the sleep control signal XSLP is at a high level (= logical level when the sleep mode is released), and the sleep control signal XSLP is low. It is in a stopped state when it is at the level (= logical level in sleep mode).

ドライバ70は、インバータ75及び76に代えて、NANDゲート71とANDゲート72を含み、比較信号CMPとスリープ制御信号XSLPに応じてゲート信号G1及びG2を生成する。なお、その回路構成や動作については、先の第1実施形態(図1)と同一なので、重複した説明は割愛する。 The driver 70 includes a NAND gate 71 and an AND gate 72 instead of the inverters 75 and 76, and generates gate signals G1 and G2 according to the comparison signal CMP and the sleep control signal XSLP. Since the circuit configuration and operation are the same as those in the first embodiment (FIG. 1), duplicate explanations will be omitted.

第2位相補償回路90は、位相補償抵抗部91と位相補償容量部92に加えて、スイッチ93〜95を含む。 The second phase compensation circuit 90 includes switches 93 to 95 in addition to the phase compensation resistor unit 91 and the phase compensation capacitance unit 92.

スイッチ93は、スリープ制御信号XSLPに応じてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ93は、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフしてPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間を遮断する。 The switch 93 conducts / cuts off between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the differential amplifier 80 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 93 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a high level to conduct conduction between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the differential amplifier 80. When the sleep control signal XSLP is at a low level, it is turned off to cut off between the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the differential amplifier 80.

スイッチ94は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC4の第2端と接地端との間を導通/遮断する。具体的に述べると、スイッチ94は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンしてキャパシタC4の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフしてキャパシタC4の第2端と接地端との間を遮断する。 The switch 94 conducts / cuts off between the second end and the ground end of the capacitor C4 according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 94 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct between the second end and the ground end of the capacitor C4, and when the sleep control signal XSLP is at a high level. Turns off to cut off between the second end of the capacitor C4 and the ground end.

スイッチ95は、スリープ制御信号XSLPに応じてキャパシタC5の第2端を出力電圧Vo(監視対象電圧に相当)の印加端に接続するか接地端に接続するかを切り替える。具体的に述べると、スイッチ95は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにキャパシタC5の第2端を接地端に接続し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにキャパシタC5の第2端を出力電圧Voの印加端に接続する。 The switch 95 switches whether the second end of the capacitor C5 is connected to the application end of the output voltage Vo (corresponding to the monitored voltage) or to the ground end according to the sleep control signal XSLP. Specifically, the switch 95 connects the second end of the capacitor C5 to the ground end when the sleep control signal XSLP is low level, and the second end of the capacitor C5 when the sleep control signal XSLP is high level. Connect the end to the application end of the output voltage Vo.

上記構成から成る第2位相補償回路90では、スリープモード解除時(XSLP=H)において、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間が導通されると共に、キャパシタC4の第2端と接地端との間が遮断され、キャパシタC5の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。 In the second phase compensation circuit 90 having the above configuration, when the sleep mode is released (XSLP = H), the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the differential amplifier 80 are conducted with each other. The second end of the capacitor C4 and the ground end are cut off, and the second end of the capacitor C5 is connected to the application end of the output voltage Vo.

すなわち、位相補償容量部92は、スリープモード解除に伴い、出力電圧Voの印加端と接地端との間にキャパシタC4及びC5を直列接続した状態となる。その結果、第1電圧VCは、キャパシタC4及びC5の容量分圧により、差動アンプ80の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={C4/(C4+C5)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。従って、先の第1実施形態(図1)と同様、第2位相補償回路90を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値が設定される。 That is, the phase compensation capacitance unit 92 is in a state in which the capacitors C4 and C5 are connected in series between the application end and the ground end of the output voltage Vo as the sleep mode is released. As a result, the first voltage VC quickly reaches VC = k × Vo (= {C4 / (C4 + C5)} × Vo) without waiting for the start of the differential amplifier 80 due to the capacitance voltage division of the capacitors C4 and C5. It will be pulled up. Therefore, as in the first embodiment (FIG. 1), the initial duty value at the time of releasing the sleep mode is set by using the second phase compensation circuit 90.

また、スリープモード解除後、位相補償容量部92の接続状態は、図7と完全に等価になる。従って、先の第4実施形態(図7)と同様、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができるので、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流を効果的に抑制することが可能となる。 Further, after the sleep mode is released, the connection state of the phase compensation capacitance unit 92 is completely equivalent to that in FIG. 7. Therefore, as in the fourth embodiment (FIG. 7), the duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo can be realized by using the second phase compensation circuit 90, so that the switch output stage 10 is short-circuited. It is possible to effectively suppress the rush current generated at the time of abnormality.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第1実施形態(図1)と第4実施形態(図7)双方の効果を享受することが可能となる。 As described above, the DC / DC converter 1 of the present embodiment can enjoy the effects of both the first embodiment (FIG. 1) and the fourth embodiment (FIG. 7).

<第7実施形態>
図11は、DC/DCコンバータの第7実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第6実施形態(図10)をベースとしつつ、位相補償容量部92に含まれるキャパシタを複数に分割するのではなく、位相補償抵抗部91に含まれる抵抗を複数に分割した点に特徴を有する。また、この変更に伴い、第2位相補償回路90には、スイッチ94及び95に代えて、スイッチ96〜98が設けられている。そこで、第6実施形態と同様の構成要素については、図10と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第7実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<7th Embodiment>
FIG. 11 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the sixth embodiment (FIG. 10), and is included in the phase compensation resistor section 91 instead of dividing the capacitor included in the phase compensation capacitance section 92 into a plurality of capacitors. It is characterized by dividing the resistor into multiple parts. Further, with this change, the second phase compensation circuit 90 is provided with switches 96 to 98 in place of the switches 94 and 95. Therefore, the same components as those in the sixth embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 10, and duplicated explanations will be omitted. Hereinafter, the characteristic portions of the seventh embodiment will be mainly described.

位相補償抵抗部91は、抵抗R1及びR2を含む。抵抗R1の第1端は、接地端に接続されている。抵抗R2の第1端は、スイッチ97を介して出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償抵抗部91全体の抵抗値をRとし、抵抗R1の抵抗値をR1とし、抵抗R2の抵抗値をR2としたときに、R=R1//R2、R1/R2=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。この点については、先の第5実施形態(図9)と同様である。 The phase compensation resistor unit 91 includes resistors R1 and R2. The first end of the resistor R1 is connected to the ground end. The first end of the resistor R2 is connected to the application end of the output voltage Vo via the switch 97. When the resistance value of the entire phase compensation resistance unit 91 is R, the resistance value of the resistance R1 is R1, and the resistance value of the resistance R2 is R2, then R = R1 // R2 and R1 / R2 = k / ( 1-k) (where 0 <k <1) is satisfied. This point is the same as that of the fifth embodiment (FIG. 9).

位相補償容量部92は、第1端がPWMコンパレータ60の非反転入力端(+)に接続され、第2端が抵抗R1及びR2それぞれの第2端に接続されたキャパシタを含む。 The phase compensation capacitance unit 92 includes a capacitor whose first end is connected to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and whose second end is connected to the second end of each of the resistors R1 and R2.

スイッチ96は、スリープ制御信号XSLPに応じて抵抗R1の第2端と接地端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ96は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンして抵抗R1の第2端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフして抵抗R1の第2端と接地端との間を遮断する。 The switch 96 conducts / cuts off between the second end of the resistor R1 and the ground end according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 96 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct between the second end of the resistor R1 and the ground end, and the sleep control signal XSLP is at a high level. Sometimes it is turned off to cut off between the second end of the resistor R1 and the ground end.

スイッチ97は、スリープ制御信号XSLPに応じて抵抗R2の第2端と出力電圧Vo(=監視対象電圧に相当)の印加端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ97は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオフして抵抗R2の第2端と出力電圧Voの印加端との間を遮断し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオンして抵抗R2の第2端と出力電圧Voの印加端との間を導通する。 The switch 97 conducts / cuts off between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo (= corresponding to the monitored voltage) according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 97 is turned off when the sleep control signal XSLP is at a low level to cut off between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo, and the sleep control signal XSLP is generated. When it is at a high level, it is turned on to conduct conduction between the second end of the resistor R2 and the application end of the output voltage Vo.

スイッチ98は、スリープ制御信号XSLPに応じて位相補償容量部92の第1端と接地端との間を導通/遮断する。より具体的に述べると、スイッチ98は、スリープ制御信号XSLPがローレベルであるときにオンして位相補償容量部92の第1端と接地端との間を導通し、スリープ制御信号XSLPがハイレベルであるときにオフして位相補償容量部92の第1端と接地端との間を遮断する。 The switch 98 conducts / cuts off between the first end and the ground end of the phase compensation capacitance unit 92 according to the sleep control signal XSLP. More specifically, the switch 98 is turned on when the sleep control signal XSLP is at a low level to conduct conduction between the first end and the ground end of the phase compensation capacitance section 92, and the sleep control signal XSLP is high. When it is at the level, it is turned off to cut off between the first end of the phase compensation capacitance unit 92 and the ground end.

上記構成から成る第2位相補償回路90では、スリープモード解除時(XSLP=H)において、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)と差動アンプ80の出力端との間が導通されると共に、抵抗R1の第2端と接地端との間、及び、位相補償容量部92の第1端と接地端との間がいずれも遮断され、抵抗R2の第2端が出力電圧Voの印加端に接続された状態となる。 In the second phase compensation circuit 90 having the above configuration, when the sleep mode is released (XSLP = H), the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60 and the output end of the differential amplifier 80 are conducted with each other. , The space between the second end of the resistor R1 and the ground end, and the space between the first end of the phase compensation capacitance section 92 and the ground end are cut off, and the second end of the resistor R2 is the end where the output voltage Vo is applied. It will be connected to.

すなわち、位相補償抵抗部91は、スリープモード解除に伴い、出力電圧Voの印加端と接地端との間に抵抗R1及びR2を直列接続した状態となる。その結果、第1電圧VCは、抵抗R1及びR2の抵抗分圧により、差動アンプ80の起動を待つことなく、VC=k×Vo(={R1/(R1+R2)}×Vo)まで速やかに引き上げられる。従って、先の第1実施形態(図1)と同様、第2位相補償回路90を用いてスリープモード解除時のデューティ初期値が設定される。 That is, the phase compensation resistor unit 91 is in a state in which resistors R1 and R2 are connected in series between the application end and the ground end of the output voltage Vo as the sleep mode is released. As a result, the first voltage VC quickly reaches VC = k × Vo (= {R1 / (R1 + R2)} × Vo) without waiting for the start of the differential amplifier 80 due to the resistance voltage division of the resistors R1 and R2. It will be pulled up. Therefore, as in the first embodiment (FIG. 1), the initial duty value at the time of releasing the sleep mode is set by using the second phase compensation circuit 90.

また、スリープモード解除後、位相補償抵抗部91の接続状態は、図9と完全に等価になる。従って、先の第5実施形態(図9)と同様、第2位相補償回路90を用いて出力電圧Voの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができるので、スイッチ出力段10の短絡異常時に生じるラッシュ電流を効果的に抑制することが可能となる。 Further, after the sleep mode is released, the connection state of the phase compensation resistor unit 91 is completely equivalent to that in FIG. Therefore, as in the fifth embodiment (FIG. 9) above, the duty tracking control according to the transient fluctuation of the output voltage Vo can be realized by using the second phase compensation circuit 90, so that the switch output stage 10 is short-circuited. It is possible to effectively suppress the rush current generated at the time of abnormality.

特に、本実施形態であれば、位相補償容量部92のキャパシタに対して、出力電圧Voの分圧電圧が印加される。従って、出力電圧Voが比較的に高い場合であっても、キャパシタの耐圧を不要に高めずに済むので、半導体装置への集積化に好適であると言える。 In particular, in the present embodiment, the voltage dividing voltage of the output voltage Vo is applied to the capacitor of the phase compensation capacitance unit 92. Therefore, even when the output voltage Vo is relatively high, it is not necessary to unnecessarily increase the withstand voltage of the capacitor, which is suitable for integration into a semiconductor device.

このように、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第1実施形態(図1)と第5実施形態(図9)双方の効果を享受することが可能となる。 As described above, the DC / DC converter 1 of the present embodiment can enjoy the effects of both the first embodiment (FIG. 1) and the fifth embodiment (FIG. 9).

<第8実施形態>
図12は、DC/DCコンバータの第8実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、差動アンプ80に代えて演算器120に電流センス電圧CSNSを帰還入力する点に特徴を有する。また、この変更に伴い、第2位相補償回路90が割愛されており、その機能が位相補償回路40に移譲されている。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第8実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<8th Embodiment>
FIG. 12 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7), and is characterized in that the current sense voltage CSNS is input back to the arithmetic unit 120 instead of the differential amplifier 80. Further, with this change, the second phase compensation circuit 90 is omitted, and its function is transferred to the phase compensation circuit 40. Therefore, with respect to the same components as those in the fourth embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 7 are used to omit duplicated explanations, and the feature portions of the eighth embodiment will be mainly described below.

位相補償回路40は、位相補償抵抗部41と位相補償容量部42を含み、誤差電圧COMPの位相を補償して出力帰還ループの発振を防止する。 The phase compensation circuit 40 includes a phase compensation resistor unit 41 and a phase compensation capacitance unit 42, compensates the phase of the error voltage COMP, and prevents the oscillation of the output feedback loop.

位相補償容量部42は、キャパシタC6及びC7を含む。キャパシタC6の第1端は、接地端に接続されている。一方、キャパシタC7の第1端は、出力電圧Voの印加端に接続されている。なお、位相補償容量部42全体の容量値をCとし、キャパシタC6の容量値をC6とし、キャパシタC7の容量値をC7としたとき、C=C6+C7、C7/C6=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされている。このように、本実施形態の位相補償容量部42では、位相補償用のキャパシタが2つに分割されており、少なくとも一つの接地側ノード(本図ではキャパシタC7の第1端)には、DC/DCコンバータ1の出力電圧Voが監視対象電圧として印加されている。 The phase compensation capacitance section 42 includes capacitors C6 and C7. The first end of the capacitor C6 is connected to the ground end. On the other hand, the first end of the capacitor C7 is connected to the application end of the output voltage Vo. When the capacitance value of the entire phase compensation capacitance section 42 is C, the capacitance value of the capacitor C6 is C6, and the capacitance value of the capacitor C7 is C7, C = C6 + C7 and C7 / C6 = k / (1-k). (However, 0 <k <1) is satisfied. As described above, in the phase compensation capacitance section 42 of the present embodiment, the capacitor for phase compensation is divided into two, and at least one ground side node (the first end of the capacitor C7 in this figure) is DC. The output voltage Vo of the / DC converter 1 is applied as the monitoring target voltage.

位相補償抵抗部41は、第1端がエラーアンプ30の出力端に接続され、第2端がキャパシタC6及びC7それぞれの第2端に接続された抵抗を含む。 The phase compensation resistor portion 41 includes a resistor whose first end is connected to the output end of the error amplifier 30 and whose second end is connected to the second end of each of the capacitors C6 and C7.

演算器120は、誤差電圧COMPと電流センス電圧CSNSとの演算処理(例えば、誤差電圧COMPから電流センス電圧CSNSを差し引く減算処理)を行うことにより、第1電圧VC(=COMP−CSNS)を生成する。 The arithmetic unit 120 generates a first voltage VC (= COMP-CSNS) by performing arithmetic processing of the error voltage COMP and the current sense voltage CSNS (for example, subtraction processing of subtracting the current sense voltage CSNS from the error voltage COMP). To do.

このように、演算器120を用いて電流モード制御方式を実現する場合においても、位相補償回路40を図7と等価の回路構成とすることにより、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することが可能である。また、位相補償回路40については、図9と等価の回路構成としてもよい。 In this way, even when the current mode control method is realized by using the arithmetic unit 120, the phase compensation circuit 40 has a circuit configuration equivalent to that of FIG. 7, and is the same as that of the fourth embodiment (FIG. 7). It is possible to enjoy the effect of. Further, the phase compensation circuit 40 may have a circuit configuration equivalent to that shown in FIG.

<第9実施形態>
図13は、DC/DCコンバータの第9実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第8実施形態(図12)をベースとしつつ、演算器120に代えて演算器130を用いた点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第8実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<9th embodiment>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a ninth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the eighth embodiment (FIG. 12), and is characterized in that the arithmetic unit 130 is used instead of the arithmetic unit 120. Therefore, with respect to the same components as those in the fourth embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 7 are used to omit duplicated explanations, and the feature portions of the eighth embodiment will be mainly described below.

演算器130は、第2電圧RAMPと電流センス電圧CSNSとの演算処理(例えば、第2電圧RAMPと電流センス電圧CSNSとを足し合わせる加算処理)を行うことにより、第3電圧RAMP’(=RAMP+CSNS)を生成する。 The arithmetic unit 130 performs arithmetic processing of the second voltage RAMP and the current sense voltage CSNS (for example, addition processing of adding the second voltage RAMP and the current sense voltage CSNS), thereby performing the third voltage RAMP'(= RAMP + CSNS). ) Is generated.

PWMコンパレータ60は、上記の変更に伴い、非反転入力端(+)に入力される第1電圧VCと、反転入力端(−)に入力される第3電圧RAMP’とを比較して比較信号CMPを生成する。 With the above change, the PWM comparator 60 compares the first voltage VC input to the non-inverting input end (+) with the third voltage RAMP'input to the inverting input terminal (-) to compare signals. Generate CMP.

このように、演算器130を用いて電流モード制御方式を実現する場合においても、位相補償回路40を図7と等価の回路構成とすることにより、先の第4実施形態(図7)と同様の効果を享受することが可能である。また、位相補償回路40については、図9と等価の回路構成としてもよい。 In this way, even when the current mode control method is realized by using the arithmetic unit 130, the phase compensation circuit 40 has a circuit configuration equivalent to that of FIG. 7, and is the same as that of the fourth embodiment (FIG. 7). It is possible to enjoy the effect of. Further, the phase compensation circuit 40 may have a circuit configuration equivalent to that shown in FIG.

<第10実施形態>
図14は、DC/DCコンバータの第10実施形態を示す回路図である。本実施形態のDC/DCコンバータ1は、第4実施形態(図7)をベースとしつつ、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されている点に特徴を有する。そこで、第4実施形態と同様の構成要素については、図7と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、第10実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
<10th Embodiment>
FIG. 14 is a circuit diagram showing a tenth embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter 1 of the present embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 7), and is characterized in that the switch output stage 10 is changed from a step-down type to a step-up type. Therefore, with respect to the same components as those in the fourth embodiment, duplicate explanations will be omitted by assigning the same reference numerals as those in FIG. 7, and the feature portions of the tenth embodiment will be mainly described below.

スイッチ出力段10は、入力電圧Viを昇圧して所望の出力電圧Voを生成する昇圧型であり、出力トランジスタ15(本図ではNMOSFET)と、同期整流トランジスタ16(本図ではPMOSFET)と、コイル17と、キャパシタ18と、を含んでいる。なお、その回路構成や動作については、先の第3実施形態(図5)と同一なので、重複した説明は割愛する。 The switch output stage 10 is a boost type that boosts the input voltage Vi to generate a desired output voltage Vo, and includes an output transistor 15 (NMOSFET in this figure), a synchronous rectifier transistor 16 (PMOSFET in this figure), and a coil. 17 and a capacitor 18 are included. Since the circuit configuration and operation are the same as those in the third embodiment (FIG. 5), duplicate explanations will be omitted.

また、スイッチ出力段10が降圧型から昇圧型に変更されたことに伴い、オシレータ50、PWMコンパレータ60、ドライバ70、及び、第2位相補償回路90にも、それぞれ変更が加えられている。以下では、各部の変更点について説明する。 Further, with the change of the switch output stage 10 from the step-down type to the step-up type, the oscillator 50, the PWM comparator 60, the driver 70, and the second phase compensation circuit 90 are also changed. The changes in each part will be described below.

オシレータ50では、第2電圧RAMPの振幅が、入力電圧Viに応じた変動値(=k×Vi)から、出力電圧Voに応じた変動値(=k×Vo)に変更されている。 In the oscillator 50, the amplitude of the second voltage RAMP is changed from a fluctuation value (= k × Vi) according to the input voltage Vi to a fluctuation value (= k × Vo) according to the output voltage Vo.

PWMコンパレータ60は、その入力極性が第4〜第9実施形態のそれとは反転されている。すなわち、PWMコンパレータ60の反転入力端(−)には、第1電圧VCが入力されており、PWMコンパレータ60の非反転入力端(+)には、第2電圧RAMPが入力されている。従って、比較信号CMPの論理レベルは、第4〜第9実施形態のそれとは逆に、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも高いときにローレベルとなり、第1電圧VCが第2電圧RAMPよりも低いときにハイレベルとなる。 The input polarity of the PWM comparator 60 is reversed from that of the fourth to ninth embodiments. That is, the first voltage VC is input to the inverting input end (−) of the PWM comparator 60, and the second voltage RAMP is input to the non-inverting input end (+) of the PWM comparator 60. Therefore, the logic level of the comparison signal CMP becomes a low level when the first voltage VC is higher than the second voltage RAMP, and the first voltage VC is the second voltage RAMP, contrary to that of the fourth to ninth embodiments. Higher level when lower than.

ドライバ70は、インバータ75及び76に代えて、バッファ77及び78を含む。バッファ77及び78は、それぞれ、比較信号CMPと同一論理レベルのゲート信号G3及びG4を生成する。従って、比較信号CMPがハイレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもハイレベルとなるので、出力トランジスタ15がオンして同期整流トランジスタ16がオフする。逆に、比較信号CMPがローレベルであるときには、ゲート信号G3及びG4がいずれもローレベルとなるので、出力トランジスタ15がオフして同期整流トランジスタ16がオンする。 The driver 70 includes buffers 77 and 78 instead of the inverters 75 and 76. The buffers 77 and 78 generate gate signals G3 and G4 having the same logic level as the comparison signal CMP, respectively. Therefore, when the comparison signal CMP is at a high level, both the gate signals G3 and G4 are at a high level, so that the output transistor 15 is turned on and the synchronous rectifying transistor 16 is turned off. On the contrary, when the comparison signal CMP is at a low level, both the gate signals G3 and G4 are at a low level, so that the output transistor 15 is turned off and the synchronous rectifier transistor 16 is turned on.

また、第2位相補償回路90では、キャパシタC5の第2端に印加される監視対象電圧が、出力電圧Voから入力電圧Viに変更されている。 Further, in the second phase compensation circuit 90, the monitored voltage applied to the second end of the capacitor C5 is changed from the output voltage Vo to the input voltage Vi.

本実施形態のDC/DCコンバータ1によれば、第2位相補償回路90を用いて入力電圧Viの過渡変動に応じたデューティ追従制御を実現することができる。従って、スイッチ出力段10を昇圧型とした場合であっても、ラッシュ電流の抑制効果を享受することが可能となる。 According to the DC / DC converter 1 of the present embodiment, the duty tracking control according to the transient fluctuation of the input voltage Vi can be realized by using the second phase compensation circuit 90. Therefore, even when the switch output stage 10 is a step-up type, it is possible to enjoy the effect of suppressing the rush current.

また、本実施形態のDC/DCコンバータ1であれば、第2電圧RAMPの振幅が出力電圧Voに依存して変動するので、出力電圧Voの急変時においても、DC/DCコンバータ1のオンデューティDonを適切な値に合わせ込み、ラッシュ電流を抑制することが可能となる。 Further, in the case of the DC / DC converter 1 of the present embodiment, since the amplitude of the second voltage RAMP fluctuates depending on the output voltage Vo, the on-duty of the DC / DC converter 1 even when the output voltage Vo suddenly changes. It is possible to adjust the Don to an appropriate value and suppress the rush current.

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variants>
In addition to the above-described embodiment, various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the spirit of the technical creation. For example, mutual replacement between a bipolar transistor and a MOS field effect transistor and logic level inversion of various signals are arbitrary. That is, it should be considered that the above embodiments are exemplary in all respects and are not restrictive, and the technical scope of the present invention is not the description of the above embodiments but the claims. It is shown and should be understood to include all modifications that fall within the meaning and scope of the claims.

本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、様々なアプリケーションの電源手段として利用することが可能である。 The DC / DC converter disclosed in the present specification can be used as a power source means for various applications.

1 DC/DCコンバータ
10 スイッチ出力段
11、15 出力トランジスタ
12、16 同期整流トランジスタ
13、17 コイル
14、18 キャパシタ
20 帰還電圧生成部
21、22 抵抗
30 エラーアンプ
40 位相補償回路(第1位相補償回路)
41 位相補償抵抗部
42 位相補償容量部
43、44、45、46 スイッチ
50 オシレータ
60 PWMコンパレータ
70 ドライバ
71 NANDゲート
72、73 ANDゲート
74 ORゲート
75、76 インバータ
77、78 バッファ
80 差動アンプ
90 第2位相補償回路
91 位相補償抵抗部
92 位相補償容量部
93、94、95、96、97、98 スイッチ
100 電流検出部
110 クランパ
120、130 演算器
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7 キャパシタ
R1、R2 抵抗
1 DC / DC converter 10 Switch output stage 11, 15 Output transistor 12, 16 Synchronous rectifier transistor 13, 17 Coil 14, 18 Capacitor 20 Feedback voltage generator 21, 22 Resistance 30 Error amplifier 40 Phase compensation circuit (1st phase compensation circuit) )
41 Phase Compensation Resistor 42 Phase Compensation Capacitor 43, 44, 45, 46 Switch 50 Oscillator 60 PWM Comparator 70 Driver 71 NAND Gate 72, 73 AND Gate 74 OR Gate 75, 76 Inverter 77, 78 Buffer 80 Differential Amplifier 90th 2 Phase Compensation Circuit 91 Phase Compensation Resistor 92 Phase Compensation Capacitor 93, 94, 95, 96, 97, 98 Switch 100 Current Detection 110 Clamper 120, 130 Comparator C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 Capacitors R1, R2 resistors

Claims (8)

スリープモードを備えたDC/DCコンバータのPWMコンパレータに入力される第1電圧の位相を補償する位相補償回路であって、
抵抗を含む位相補償抵抗部と;
複数のキャパシタを含む位相補償容量部と;
前記スリープモードでは、各キャパシタを第1接続状態に切り替えて少なくとも一つのキャパシタを第1バイアス電圧で充電しておく一方、前記スリープモード解除時には、各キャパシタを第2接続状態に切り替えて前記第1電圧を所望の初期値に設定するスイッチ群と;
を有し、
前記スイッチ群は、スリープ制御信号に応じて前記複数のキャパシタのうち少なくとも一つの接続先を切り替え、
前記位相補償容量部は、それぞれの第1端が接地端に接続された第1キャパシタ及び第2キャパシタを含み、前記スイッチ群は、前記第1キャパシタの第2端と前記接地端との間を導通/遮断する第1スイッチと、前記第2キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第2スイッチと、を含み、
前記抵抗は、第1端が前記PWMコンパレータの入力端に接続されており、第2端が前記第1キャパシタの第2端に接続されていることを特徴とする位相補償回路。
A phase compensation circuit that compensates for the phase of the first voltage input to the PWM comparator of a DC / DC converter equipped with a sleep mode.
With the phase compensation resistor including the resistor;
With a phase compensation capacitance section containing multiple capacitors;
In the sleep mode, each capacitor is switched to the first connection state and at least one capacitor is charged with the first bias voltage, while when the sleep mode is released, each capacitor is switched to the second connection state and the first connection state is performed. With a group of switches that set the voltage to the desired initial value;
Have a,
The switch group switches the connection destination of at least one of the plurality of capacitors according to the sleep control signal.
The phase compensation capacitance section includes a first capacitor and a second capacitor, each of which has its first end connected to a grounded end, and the switch group is located between the second end of the first capacitor and the grounded end. A first switch that conducts / cuts off, and a second switch that switches whether the second end of the second capacitor is connected to the application end of the first bias voltage or the second end of the first capacitor. Including
The resistance is a phase compensation circuit characterized in that the first end is connected to the input end of the PWM comparator and the second end is connected to the second end of the first capacitor .
前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2としたとき、C2/C1=k/(1−k)(ただし0<k<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記DC/DCコンバータの入力電圧または出力電圧のk倍に設定されていることを特徴とする請求項に記載の位相補償回路。 When the capacitance value of the first capacitor is C1 and the capacitance value of the second capacitor is C2, C2 / C1 = k / (1-k) (where 0 <k <1) is satisfied. the amplitude of the second voltage which is compared with the first voltage in the PWM comparator, phase compensation according to claim 1, characterized in that it is set to k times the DC / DC converter input voltage or the output voltage circuit. 前記位相補償容量部は、第1端が前記接地端に接続された第3キャパシタを更に含み、
前記スイッチ群は、前記第3キャパシタの第2端を前記第1バイアス電圧とは異なる第2バイアス電圧の印加端に接続するか前記第1キャパシタの第2端に接続するかを切り替える第3スイッチを更に含むことを特徴とする請求項に記載の位相補償回路。
The phase compensation capacitance section further includes a third capacitor whose first end is connected to the grounded end.
The switch group is a third switch that switches whether the second end of the third capacitor is connected to an application end of a second bias voltage different from the first bias voltage or to the second end of the first capacitor. The phase compensation circuit according to claim 1 , further comprising.
前記第1キャパシタの容量値をC1とし、前記第2キャパシタの容量値をC2とし、前記第3キャパシタの容量値をC3としたとき、C1:C2:C3={1−(k+k’)}:k:k’(ただし0<k<1、かつ、0<k’<1)が満たされており、前記PWMコンパレータで前記第1電圧と比較される第2電圧の振幅は、前記DC/DCコンバータの入力電圧または出力電圧のk倍に設定されていることを特徴とする請求項に記載の位相補償回路。 When the capacitance value of the first capacitor is C1, the capacitance value of the second capacitor is C2, and the capacitance value of the third capacitor is C3, C1: C2: C3 = {1- (k + k')}: k: k'(where 0 <k <1 and 0 <k'<1) is satisfied, and the amplitude of the second voltage compared with the first voltage by the PWM comparator is the DC / DC. The phase compensation circuit according to claim 3 , wherein the input voltage or the output voltage of the converter is set to k times. 前記スリープ制御信号に応じて前記PWMコンパレータの入力端と前段回路との間を導通/遮断するスイッチを更に有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の位相補償回路。 The phase compensation according to any one of claims 1 to 4, further comprising a switch that conducts / cuts off between the input end of the PWM comparator and the pre-stage circuit in response to the sleep control signal. circuit. 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチ出力段と、
前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するアンプと、
前記誤差信号の入力を受けて第1電圧を生成する位相補償回路と、
ランプ波形の第2電圧を生成するオシレータと、
前記第1電圧と前記第2電圧とを比較して比較信号を生成するPWMコンパレータと、
前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段の駆動信号を生成するドライバと、
を有し、
前記位相補償回路として、請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の位相補償回路が用いられていることを特徴とするDC/DCコンバータ。
A switch output stage that generates an output voltage from an input voltage,
An amplifier that generates an error signal according to the difference between the output voltage or the feedback voltage corresponding thereto and a predetermined reference voltage, and
A phase compensation circuit that receives the input of the error signal and generates a first voltage,
An oscillator that generates a second voltage for the ramp waveform,
A PWM comparator that compares the first voltage with the second voltage to generate a comparison signal,
A driver that generates a drive signal for the switch output stage in response to the comparison signal,
Have,
A DC / DC converter according to any one of claims 1 to 5 , wherein the phase compensation circuit according to any one of claims 1 to 5 is used as the phase compensation circuit.
前記スイッチ出力段が降圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記出力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記入力電圧に応じた変動値であることを特徴とする請求項に記載のDC/DCコンバータ。 The sixth aspect of claim 6 , wherein the switch output stage is a step-down type, the first bias voltage is the output voltage, and the amplitude of the second voltage is a variable value corresponding to the input voltage. DC / DC converter. 前記スイッチ出力段が昇圧型であり、前記第1バイアス電圧が前記入力電圧であり、前記第2電圧の振幅が前記出力電圧に応じた変動値であることを特徴とする請求項に記載のDC/DCコンバータ。 The sixth aspect of claim 6 , wherein the switch output stage is a step-up type, the first bias voltage is the input voltage, and the amplitude of the second voltage is a variable value corresponding to the output voltage. DC / DC converter.
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