JP6936091B2 - DC / DC converter - Google Patents
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本発明は、負荷の軽重に応じてPWM方式とPFM方式とを切り換えるDC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC / DC converter that switches between a PWM method and a PFM method according to the lightness and weight of a load.
従来、携帯型電子機器には、駆動電源として電池が搭載されている。電池の出力電圧は機器の使用や放電により低下するため、電子機器には、電池の電圧を一定電圧に変換する直流電圧変換回路(DC/DCコンバータ)が設けられている。携帯型の電子機器には、小型で変換効率のよい同期整流方式のDC/DCコンバータが用いられている。同期整流方式のDC/DCコンバータは、一般にPWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)方式のDC/DCコンバータであり、メインスイッチングトランジスタと同期用トランジスタとを備え、両トランジスタを交互にオンオフ制御する。すなわち、メインスイッチングトランジスタをオンして入力側から出力側にエネルギーを供給し、同メインスイッチングトランジスタをオフしてチョークインダクタに蓄積したエネルギーを放出する。このとき、チョークインダクタに蓄積されたエネルギーが負荷側に放出されるタイミングに同期して同期用トランジスタをオフする。そして、メインスイッチングトランジスタを駆動するパルス信号のパルス幅を、出力電圧又は出力電流に応じて制御することで、出力電圧を略一定に保つ。 Conventionally, a battery is mounted as a drive power source in a portable electronic device. Since the output voltage of a battery decreases due to the use or discharge of the device, the electronic device is provided with a DC voltage conversion circuit (DC / DC converter) that converts the voltage of the battery into a constant voltage. A small-sized synchronous rectification type DC / DC converter with good conversion efficiency is used for a portable electronic device. A synchronous rectification type DC / DC converter is generally a PWM (Pulse Width Modulation) type DC / DC converter, which includes a main switching transistor and a synchronous transistor, and alternately controls both transistors on and off. That is, the main switching transistor is turned on to supply energy from the input side to the output side, and the main switching transistor is turned off to release the energy stored in the choke inductor. At this time, the synchronization transistor is turned off in synchronization with the timing when the energy stored in the choke inductor is released to the load side. Then, the pulse width of the pulse signal that drives the main switching transistor is controlled according to the output voltage or the output current, so that the output voltage is kept substantially constant.
ところで、上記DC/DCコンバータでは、電池の電圧を電圧変換する際に、電力供給量の多い重負荷から電力供給量の少ない軽負荷までの広範囲の負荷領域において、高い変換効率が求められる。しかしながら、軽負荷時においては、メインスイッチングトランジスタを駆動する際に発生するDC/DCコンバータの電力損失が、負荷での消費電力と比べて相対的に大きくなるため、変換効率が著しく低下することが一般に知られている。 By the way, in the DC / DC converter, when converting the voltage of a battery, high conversion efficiency is required in a wide range of load regions from a heavy load having a large amount of power supply to a light load having a small amount of power supply. However, when the load is light, the power loss of the DC / DC converter generated when driving the main switching transistor is relatively large compared to the power consumption under the load, so that the conversion efficiency may be significantly reduced. It is generally known.
そこで、軽負荷時における変換効率の低下を改善するために、軽負荷時においてPWM方式からPFM(パルス周波数変調:Pulse Frequency Modulation)方式に切り替えるDC/DCコンバータが提案されている。このDC/DCコンバータでは、重負荷時を含む通常動作時にはPWM方式で駆動させ、軽負荷時にはPFM方式で駆動させるようになっている。このPFM方式には、DC/DCコンバータの出力電圧に応じてメインスイッチングトランジスタに供給する駆動信号のスイッチング周波数を制御する真のPFM方式と、メインスイッチングトランジスタに供給する駆動信号のスイッチング周波数を一定として、DC/DCコンバータの出力電圧に応じてスイッチング動作を間引く擬似PFM方式とがある。いずれのPFM方式においても、PWM方式に比べて軽負荷時におけるスイッチング周波数が小さくなるため、DC/DCコンバータの電力損失を低減することができ、軽負荷時における変換効率の低下を抑えることができる。 Therefore, in order to improve the decrease in conversion efficiency at the time of light load, a DC / DC converter that switches from the PWM method to the PFM (Pulse Frequency Modulation) method at the time of light load has been proposed. In this DC / DC converter, it is driven by the PWM method during normal operation including heavy load, and is driven by the PFM method during light load. The PFM method includes a true PFM method that controls the switching frequency of the drive signal supplied to the main switching transistor according to the output voltage of the DC / DC converter, and a constant switching frequency of the drive signal supplied to the main switching transistor. , There is a pseudo PFM method in which the switching operation is thinned out according to the output voltage of the DC / DC converter. In any of the PFM methods, the switching frequency at the time of light load is smaller than that of the PWM method, so that the power loss of the DC / DC converter can be reduced and the decrease in conversion efficiency at the time of light load can be suppressed. ..
なお、上記に関する従来技術として特許文献1を挙げることができる。
また、従来、DC/DCコンバータにおいて高効率を実現するため、PWM制御に加えて、無負荷時または軽負荷時のSLLM[Simple Light Load Mode]制御が導入されている。このSLLM制御技術を採用したDC/DCコンバータによると、インダクタを流れる電流の検出値を表す電流検出電圧にオフセット電圧を与えることにより、出力電圧と基準電圧との差が小さくなる無負荷時または軽負荷時には、比較器において、電流検出電圧の大きさが出力電圧と基準電圧との差よりも大きいことが確認される。このとき、スイッチング素子をオンとする発振器の発振器信号を無効とすることができるため、出力電圧と基準電圧との差が大きくなるまで、スイッチング素子のスイッチング動作を間欠制御することができる。よって、間欠制御するための比較器を付加する構成とする必要がなくなるため、軽負荷時または無負荷時において、カレントモードのPWM制御によるDC/DCコンバータよりも効率が改善されるとともに、装置の小型化を図ることができる。 Further, conventionally, in order to realize high efficiency in a DC / DC converter, in addition to PWM control, SLLM [Simple Light Load Mode] control at the time of no load or light load has been introduced. According to the DC / DC converter that employs this SLLM control technology, by applying an offset voltage to the current detection voltage that represents the detection value of the current flowing through the inductor, the difference between the output voltage and the reference voltage becomes smaller when there is no load or when it is light. At the time of loading, it is confirmed in the comparator that the magnitude of the current detection voltage is larger than the difference between the output voltage and the reference voltage. At this time, since the oscillator signal of the oscillator that turns on the switching element can be invalidated, the switching operation of the switching element can be intermittently controlled until the difference between the output voltage and the reference voltage becomes large. Therefore, since it is not necessary to add a comparator for intermittent control, the efficiency is improved as compared with the DC / DC converter by PWM control in the current mode at the time of light load or no load, and the device is equipped with. It is possible to reduce the size.
なお、上記に関する従来技術として特許文献2を挙げることができる。
また、従来、軽負荷時においても高い効率を持ったスイッチングレギュレータを提供するものは知られている。例えば、誤差増幅器の出力信号によって発振器の発振周波数を制御し、その発振器の出力信号を用いてスイッチング素子のオン、オフを制御することにより、軽負荷時には発振周波数を低く抑え、スイッチング損失を低減することができる。 Further, conventionally, it is known to provide a switching regulator having high efficiency even at a light load. For example, the oscillation frequency of the oscillator is controlled by the output signal of the error amplifier, and the on / off of the switching element is controlled by using the output signal of the oscillator to keep the oscillation frequency low and reduce the switching loss at the time of light load. be able to.
なお、上記に関する従来技術として特許文献3を挙げることができる。
しかしながら、特許文献1のDC/DCコンバータにおけるPWM方式とPFM方式の切換えでは、負荷電流の大きさが入出力設定(入力電圧と出力電圧の差)に依存してばらつくという不具合が生じる。
However, in the switching between the PWM method and the PFM method in the DC / DC converter of
また、特許文献2のSLLM制御技術を採用したDC/DCコンバータにおいては、軽負荷時または無負荷時において、DC/DCコンバータの高い効率を維持することが難しく、しかも出力電流値が小さいほどより効率の低下が生じる。
Further, in the DC / DC converter adopting the SLLM control technology of
また、特許文献3に開示された方式では、負荷電流を直接検出し発振周波数を制御するものではなく、非同期制御のため、定量的な制御が実現できないという不具合が生じる。それによって定期的なゆれが発生することがあり、可聴領域に入る場合、音が聞こえるという不具合が生じる。
Further, in the method disclosed in
本発明は、上記の不具合を解消することを目的とし、負荷電流を定量的に検出し、内部クロックをコントロールすることによって負荷の軽重状態を判定し、PWM方式とPFM方式を切り換えるようにして、電源の変換効率を向上できるDC/DCコンバータを提供するとともに、省スペースであって、音鳴りしないDC/DCコンバータを提供する。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, by quantitatively detecting the load current, determining the light and heavy state of the load by controlling the internal clock, and switching between the PWM method and the PFM method. In addition to providing a DC / DC converter capable of improving the conversion efficiency of a power source, a space-saving DC / DC converter that does not produce sound is provided.
本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、入力電圧(Vin)に結合され、オン/オフ動作を行うスイッチング素子(T11,T21)と、スイッチング素子(T11,T21)のオン/オフ制御を行う駆動回路(3)を備える。さらに、スイッチング素子(T11,T21)によって電流が制御されるインダクタ(L1,L2)と、インダクタ(L1,L2)に接続されインダクタ(L1,L2)とともに整流動作を行う平滑キャパシタ(C1,C2)と、駆動回路(3)を動作させる矩形波信号(CLKを生成する発振器(9)と、スイッチング素子(T11,T21)またはインダクタ(L1,L2)に流れる出力検出電流(Isense)を検出する出力電流検出部(4)を備える。発振器(9)は、出力検出電流(Isense)が所定値以上の場合には、固定の発振周波数で矩形波信号(CLK)を生成し、出力検出電流(Isense)が所定値以下の場合には、固定の発振周波数よりも低く、かつ、出力検出電流(Isense)に比例する発振周波数(Fosc)で矩形波信号(CLK)を生成する。 The DC / DC converters (1, 2) of the present invention are coupled to an input voltage (Vin) to perform on / off operation, and on / off control of switching elements (T11, T21) and switching elements (T11, T21). (3) is provided. Further, the inductors (L1, L2) whose current is controlled by the switching elements (T11, T21) and the smoothing capacitors (C1, C2) which are connected to the inductors (L1, L2) and perform rectification operation together with the inductors (L1, L2). And the rectangular wave signal (oscillator (9) that generates CLK that operates the drive circuit (3), and the output that detects the output detection current (Issence) that flows through the switching elements (T11, T21) or inductors (L1, L2). The oscillator (9) includes a current detection unit (4). When the output detection current (Isense) is equal to or higher than a predetermined value, the oscillator (9) generates a rectangular wave signal (CLK) at a fixed oscillation frequency and outputs the output detection current (Isense). ) Is equal to or less than a predetermined value, a rectangular wave signal (CLK) is generated at an oscillation frequency (Fosc) lower than the fixed oscillation frequency and proportional to the output detection current (Isense).
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)において、発振器(9)は、出力検出電流(Isense)の大きさに関わらず一定の定電流(Icc)を生成する定電流源(CC)と、出力検出電流(Isense)の大きさに応動するリニア電流(Icl)を生成するリニア電流源(CL)とを備える。 Further, in the DC / DC converters (1 and 2) of the present invention, the oscillator (9) is a constant current source (CC) that generates a constant constant current (Icc) regardless of the magnitude of the output detection current (Isense). And a linear current source (CL) that generates a linear current (Icl) that responds to the magnitude of the output detection current (Isens).
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)では、定電流(Icc)とリニア電流(Icl)との和(+)または両者の差(−)によって設定される発振器電流(Iosc1,Iosc2)に基づき発振器(9)の発振周波数(Fosc)が設定される。 Further, in the DC / DC converters (1, 2) of the present invention, the oscillator currents (Iosc1, Iosc2) set by the sum (+) of the constant current (Icc) and the linear current (Icl) or the difference (−) between the two. ), The oscillation frequency (Fosc) of the oscillator (9) is set.
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、出力検出電流(Isense)が所定値以上の場合にはPWM制御を行い、出力検出電流が所定値以下の場合にはPFM制御を行う。 Further, the DC / DC converters (1, 2) of the present invention perform PWM control when the output detection current (Isense) is equal to or higher than a predetermined value, and perform PFM control when the output detection current is equal to or lower than a predetermined value. ..
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)において、PFM制御を行う場合、発振器(9)の発振周波数(Fosc)の設定はリニア電流(Icl)により支配される。 Further, in the case of performing PFM control in the DC / DC converters (1 and 2) of the present invention, the setting of the oscillation frequency (Fosc) of the oscillator (9) is governed by the linear current (Icl).
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)において、PFM制御を行う場合、発振周波数(Fosc)の下限値は、可聴周波数帯域以上に設定されている。 Further, in the DC / DC converter (1, 2) of the present invention, when PFM control is performed, the lower limit value of the oscillation frequency (Fosc) is set to be equal to or higher than the audible frequency band.
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、さらに、平滑キャパシタ(C1,C2)に生じた電圧に基づき生成される帰還電圧(Vfb)と所定の大きさにあらかじめ設定された基準電圧(Vref)とを比較して両者の電圧の差分を誤差信号(Verr)として出力する誤差増幅器(7)を備える。加えて、発振器(9)で生成される矩形波信号に基づきスロープ信号(Vsl)を生成するスロープ回路(11)と、誤差信号(Verr)とスロープ信号(Vsl)との比較結果信号を駆動回路(3)に出力するPWMコンパレータ(10)とを備える。 Further, the DC / DC converter (1, 2) of the present invention further has a feedback voltage (Vfb) generated based on the voltage generated in the smoothing capacitors (C1, C2) and a reference set in advance to a predetermined magnitude. It is provided with an error amplifier (7) that compares with a voltage (Vref) and outputs the difference between the two voltages as an error signal (Verr). In addition, a slope circuit (11) that generates a slope signal (Vsl) based on a square wave signal generated by the oscillator (9) and a drive circuit that drives a comparison result signal between an error signal (Verr) and a slope signal (Vsl). It is provided with a PWM comparator (10) that outputs to (3).
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、出力検出電流(Isense)に応じた電流成分がスロープ信号(Vsl)に重畳された電流モード型である。 Further, the DC / DC converters (1, 2) of the present invention are a current mode type in which a current component corresponding to an output detection current (Isense) is superimposed on a slope signal (Vsl).
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、スイッチング素子(T11,T21)がオフされている時にインダクタ(L1,L2)に電流を供給するために、スイッチング素子(T11,T21)とインダクタ(L1,L2)との共通のノード(N1)に結合された整流素子(T12,D12,T22,D22)を備える。 Further, in the DC / DC converter (1, 2) of the present invention, in order to supply a current to the inductors (L1, L2) when the switching elements (T11, T21) are turned off, the switching elements (T11, T21) A rectifying element (T12, D12, T22, D22) coupled to a common node (N1) between the inductor (L1, L2) and the inductor (L1 and L2) is provided.
また、本発明のDC/DCコンバータ(1,2)は、接地電位(GND)から共通のノード(N1)に向かって流れる逆電流を検出する逆電流検出回路(5)を備え、逆電流検出回路(5)が所定の逆電流を検出した場合には、接地電位(GND)に結合された整流素子(T12)またはスイッチング素子(T21)の動作をオフさせる。 Further, the DC / DC converters (1, 2) of the present invention include a reverse current detection circuit (5) that detects a reverse current flowing from the ground potential (GND) toward the common node (N1), and reverse current detection. When the circuit (5) detects a predetermined reverse current, the operation of the rectifying element (T12) or the switching element (T21) coupled to the ground potential (GND) is turned off.
本発明のDC/DCコンバータは、負荷電流の大きさを検出し、負荷電流が所定の大きさを下回った場合にはDC/DCコンバータのスイッチング駆動方法をPWM制御からPFM制御に切り替え、さらに負荷電流に比例して発振周波数が低くなるように自動的に制御するので、負荷電流が小さな軽負荷時や無負荷時での電力効率の低下を抑制することができる。 The DC / DC converter of the present invention detects the magnitude of the load current, and when the load current falls below a predetermined magnitude, the switching drive method of the DC / DC converter is switched from PWM control to PFM control, and the load is further increased. Since the oscillation frequency is automatically controlled to be lowered in proportion to the current, it is possible to suppress a decrease in power efficiency when the load current is small and the load is light or no load.
<本発明の第1の実施の形態>
図1は、本発明に係る電流モード同期整流降圧型のDC/DCコンバータを示す回路図である。本構成例のDC/DCコンバータ1は、入力端子VINに供給される入力電圧Vinを降圧して所望の出力電圧Voutを出力端子VOUTに生成する。
<First Embodiment of the present invention>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a current mode synchronous rectification step-down DC / DC converter according to the present invention. The DC /
本構成例のDC/DCコンバータ1は、スイッチング素子T11、整流素子T12、駆動回路3、出力電流検出部4、逆電流検出回路5、帰還電圧生成回路6、誤差増幅器7、位相補償回路8、発振器9、PWMコンパレータ10、スロープ電圧生成回路11、インダクタL1、及び、平滑キャパシタC1を備える。
The DC /
スイッチング素子T11は、駆動回路3、出力電流検出部4、及び、整流素子T12に接続されたPチャネル型のMOS[Metal Oxide Semiconductor]電界効果トランジスタであり、オン/オフを繰り返して、インダクタL1に流す電流を制御するスイッチングトランジスタとして機能する。スイッチング素子T11のソースSは、出力電流検出部4に接続されている。スイッチング素子T11のドレインDは、整流素子T12のドレインDに接続されている。スイッチング素子T11のゲートGには駆動回路3よりゲート信号GHが印加されている。スイッチング素子T11は、ゲート信号GHがハイレベルであるときにオフし、ゲート信号GHがローレベルであるときにオンする。整流素子T12は、スイッチング素子T11がオフの時にインダクタL1に向かって電流を供給する。
The switching element T11 is a P-channel type MOS [Metal Oxide Semiconductor] field effect transistor connected to the
整流素子T12は、スイッチング素子T11と駆動回路3に接続されたNチャネル型のMOS電界効果トランジスタであり、同期整流トランジスタとしてスイッチング素子T11に同期し相補的に動作する。整流素子T12のドレインDは、スイッチング素子T11のドレインDに接続されている。整流素子T12とスイッチング素子T11との共通接続点は、ノードN1として示されている。整流素子T12は、スイッチング素子T11がオフの時にオンとなり、スイッチング素子T11がオンの時にオフに置かれる。整流素子T12のソースSは、接地電位GNDに接続されている。整流素子T12のゲートGには、駆動回路3よりゲート信号GLが印加される。整流素子T12は、ゲート信号GLがハイレベルであるときにオンし、ゲート信号GLがローレベルであるときにオフする。
The rectifying element T12 is an N-channel type MOS field effect transistor connected to the switching element T11 and the
スイッチング素子T11と整流素子T12とを相補的にオン/オフさせることにより、ノードN1には矩形波状のスイッチング電圧Vswが現れる。このスイッチング電圧VswをインダクタL1と平滑キャパシタC1で平滑することにより、出力端子VOUTに出力電圧Voutが取り出される。インダクタL1と平滑キャパシタC1は、ノードN1と接地電位GNDとの間に直列に接続され、それらの共通接続点がノードN2で示されている。ノードN2には、平滑キャパシタC1に生じた電圧、すなわち、出力電圧Voutが生じる。 By turning on / off the switching element T11 and the rectifying element T12 in a complementary manner, a rectangular wave-shaped switching voltage Vsw appears at the node N1. By smoothing this switching voltage Vsw with the inductor L1 and the smoothing capacitor C1, the output voltage Vout is taken out to the output terminal VOUT. The inductor L1 and the smoothing capacitor C1 are connected in series between the node N1 and the ground potential GND, and their common connection point is indicated by the node N2. At node N2, the voltage generated in the smoothing capacitor C1, that is, the output voltage Vout is generated.
本構成例のDC/DCコンバータ1では、スイッチング素子T11、整流素子T12、インダクタL1、及び、平滑キャパシタC1を用いることにより、入力端子VINに供給された入力電圧Vinを降圧して所望の出力電圧Voutを出力端子VOUTに生成する降圧型のスイッチ出力段が形成されている。
In the DC /
なお、DC/DCコンバータ1の構成要素(符号3〜11など)をICに集積化する場合、スイッチング素子T11と整流素子T12は、ICに内蔵してもよいし、ICに外付けすることも可能である。ICに外付けする場合には、ゲート信号GHとゲート信号GLをそれぞれ外部出力するための外部端子が必要となる。また、スイッチング素子T11として、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタを用いることも可能である。また、スイッチング素子T11や整流素子T12として、IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor]などを用いることも可能である。また、スイッチング素子T11と整流素子T12は、バイポーラトランジスタで構成しても良い。
When the components of the DC / DC converter 1 (
また、スイッチ出力段の整流方式としては、整流素子T12を用いた同期整流方式に替えて、非同期整流方式を採用することも可能である。その場合、整流素子T12の代替として整流ダイオードD12を用いる。この場合、整流ダイオードD12のカソードKをノードN1に接続するとともに、整流ダイオードD12のアノードAを接地電位GNDに接続すればよい。 Further, as the rectification method of the switch output stage, an asynchronous rectification method can be adopted instead of the synchronous rectification method using the rectifying element T12. In that case, the rectifier diode D12 is used as an alternative to the rectifier element T12. In this case, the cathode K of the rectifying diode D12 may be connected to the node N1 and the anode A of the rectifying diode D12 may be connected to the ground potential GND.
駆動回路3には、スイッチング素子T11から整流素子T12に向かって流れる過大な貫通電流を防止するために、ゲート信号GHがローレベルであって、かつ、ゲート信号GLがハイレベルとならないように、ゲート信号GHがハイレベルであって、かつ、ゲート信号GLがローレベルとなる区間(いわゆるデッドタイム)が設けられている。
In the
さらに、駆動回路3は、図示しない異常保護信号に応じてスイッチ出力段のスイッチング動作を強制的に停止させる機能(スイッチング素子T11に出力されるゲート信号GHをハイレベルとして、整流素子T12に出力されるゲート信号GLをローレベルとする機能)も備えている。
Further, the
出力電流検出部4は、入力端子VINからスイッチング素子T11に向かって流れる出力検出電流Isenseを検出する。出力検出電流Isenseは、負荷RLに流れる負荷電流ILに比例する電流であり、負荷RLの状態を反映した電流となる。したがって、出力検出電流Isenseの大きさを検出することで、負荷RLが、無負荷、軽負荷、中負荷、及び、重負荷のいずれの状態に置かれているかを判定することができる。
The output
逆電流検出回路5は、整流素子T12への逆電流、すなわち、インダクタL1から整流素子T12を介して接地電位GNDに向かって流れる電流を検出する。逆電流の有無は、整流素子T12がオン期間中であってスイッチング電圧Vswが負から正に切り替わる、いわゆるゼロクロスポイントを検出することで行われる。所定以上の逆電流が検出された時には、逆電流検出回路5からゼロクロス検出信号Szcを出力し、このゼロクロス検出信号Szcに基づき、整流素子T12をオフするようにゲート信号GLを生成する。
The reverse
帰還電圧生成回路6は、出力端子VOUTと接地電位GNDとの間に直列接続された抵抗R1及びR2で構成され、互いの共通接続点であるノードN3から帰還電圧Vfbを出力する。帰還電圧Vfbは、平滑キャパシタC1に生じた電圧に比例する電圧であり、出力端子VOUTに生じた出力電圧Voutに比例した直流電圧でもある。
The feedback
誤差増幅器7は、非反転入力端子(+)に入力される基準電圧Vrefと、反転入力端子(−)に入力される帰還電圧Vfbとの差分に応じて、誤差電圧Verrを生成する。誤差電圧Verrは、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも低いときに上昇し、帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも高いときに低下する。誤差電圧Verrは、誤差増幅器7の出力側から出力される。なお、誤差増幅器7の出力側から電圧ではなく、電流に変換して出力することもできる。こうした構成の誤差増幅器は、トランスコンダクタンス誤差増幅器として知られている。 The error amplifier 7 generates an error voltage Verr according to the difference between the reference voltage Vref input to the non-inverting input terminal (+) and the feedback voltage Vfb input to the inverting input terminal (−). The error voltage Verr increases when the feedback voltage Vfb is lower than the reference voltage Vref, and decreases when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage Vref. The error voltage Verr is output from the output side of the error amplifier 7. It should be noted that the output side of the error amplifier 7 can be converted into a current instead of a voltage and output. An error amplifier having such a configuration is known as a transconductance error amplifier.
位相補償回路8は、誤差増幅器70の出力端と接地電位GNDとの間に直列接続された抵抗R3とキャパシタC3との直列回路で構成される。こうした位相補償回路をDC/DCコンバータに用いることは良く知られている。位相補償回路8は、DC/DCコンバータ1における位相遅れ180度に対しての差分、すなわち、位相余裕を高めるために用いられている。例えば、DC/DCコンバータ1のループゲインが0db(ゲイン1倍)のときの位相が例えば120度であるとすると、位相余裕は、180度−120度=60度となる。この位相余裕は、例えば45度以上であれば十分であるとも言われている。
The
発振器9は、電源電圧Vccに結合された定電流源CC、リニア電流源CL、及び、発振器部OSCrで構成されている。発振器部OSCrは、例えば、良く知られたCR発振器、或いは、インバータまたは差動増幅器をリング状に接続した回路で構成されている。いずれの回路構成であっても、本発明では、定電流源CCで生成される定電流Icc及びリニア電流源CLで生成されるリニア電流Iclの和(+)、または、これらの差(−)によって設定される発振器電流(Iosc1,Iosc2)に基づき、発振器部OSCrで生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscを制御する。
The
定電流源CCで生成される定電流Iccの大きさは、DC/DCコンバータ1がPWM制御であってもPFM制御であっても常に一定の電流値となる。これがゆえに定電流源と称される。一方、リニア電流源CLで生成されるリニア電流Iclは、DC/DCコンバータ1がPWM方式で駆動されている時には、一定の電流値となるが、PFMで駆動される時には、スイッチング素子T11で検出される出力検出電流Isenseに比例した大きさの可変電流値となる。これがゆえにリニア電流と称される。リニア電流源CLで生成されるリニア電流Iclは、出力検出電流Isenseに所定の係数mを乗じた大きさ、すなわち、Icl=m*Isenseに設定されている。
The magnitude of the constant current Icc generated by the constant current source CC is always a constant current value regardless of whether the DC /
出力検出電流Isenseに応動するリニア電流Icl、及び、出力検出電流Isenseに応動しない定電流Iccそれぞれの生成、これらの加算または減算、並びに、これらの電流比の設定にあたっては、例えば、カレントミラー回路を用いると良い。 In generating the linear current Icl that responds to the output detection current Sense and the constant current Icc that does not respond to the output detection current Sense, adding or subtracting them, and setting these current ratios, for example, a current mirror circuit is used. Good to use.
PWMコンパレータ10は、反転入力端子(−)に印加される誤差電圧Verrと、非反転入力端子(+)に印加されるスロープ電圧Vslとを比較して、パルス幅変調信号pwmを生成する。パルス幅変調信号pwmに基づき、DC/DCコンバータ1では、PWM制御が行われる。
The
PWMコンパレータ10から出力されるパルス幅変調信号pwmは、後段の駆動回路3に印加され、スイッチング素子T11及び整流素子T12を相補的にオンオフさせる。駆動回路3の内部には、図示しない順序回路(例えばRSフリップフロップ)が用意されている。このRSフリップフロップのセット端子には、発振器9で生成される矩形波信号であるクロック信号CLKが印加され、リセット端子にはパルス幅変調信号pwmが印加される。この場合、クロック信号CLKは、RSフリップフロップのセット信号に相当し、パルス幅変調信号pwmは、RSフリップフロップのリセット信号に相当する。
The pulse width modulation signal pwm output from the
スロープ電圧生成回路11は、PWMコンパレータ10をパルス幅変調で動作させるためにスロープ信号Vslを生成する。スロープ信号Vslは、発振器9で生成されたクロック信号CLKを元にして生成される三角波状の信号である。なお、スロープ電圧生成回路11には、ノードN1から取り出されるスイッチング電圧Vswの大きさを反映した電圧が重畳される。より正確に述べると、スロープ電圧生成回路11は、入力電圧Vinとスイッチング電圧Vswの入力を受け付けており、スイッチング素子T11の両端間電圧(=Vin−Vsw=Isense×Ron(T11)、ただし、Ron(T11)は、スイッチング素子T11のオン抵抗値)を反映したスロープ信号Vslを生成する。これによって、スロープ信号Vslの電圧波形には、出力検出電流Isenseまたは負荷電流ILを反映した電圧が重畳され、良く知られた電流モード型のDC/DCコンバータを構成することになる。なお、本発明では、電流モード型のDC/DCコンバータが必須の構成要件ではなく、電圧モード型にも適用される。
The slope
図2は、図1に示したDC/DCコンバータ1の出力段、すなわち、ノードN1及び出力端子VOUTから取り出される信号波形を示す。以下、図1を参照しつつ図2について説明する。
FIG. 2 shows a signal waveform taken out from the output stage of the DC /
図2の(a1),(a2)は、DC/DCコンバータ1が軽負荷状態である時に、周波数変調(PFM)方式で制御されている場合であって、図2の(a1)は、ノードN1から取り出されるスイッチング電圧Vsw(ここではスイッチング電圧SW1と称する)を示す。スイッチング電圧SW1の周波数は、fosc1で示されている。矩形状の信号の間に示した不連続な信号成分は、無負荷時または軽負荷時に生じるゼロクロスの現象によって生じる。ゼロクロスとは、図1に示したスイッチング素子T11おオン期間から整流素子T12のオン期間に切り換わった後に、ノードN1に流れる三角波電流の最小値が接地電位GNDを下回る状態をいう。
(A1) and (a2) of FIG. 2 are cases where the DC /
従来の制御方式だと、出力電圧Voutに定期的にゆれが現れて、リップル成分が大きくなる。このこと以外にも、入力コンデンサや出力コンデンサに電流のやり取りが有る場合、いわゆるスイッチングノイズ信号となる。このスイッチングノイズ信号の周波数が可聴周波数帯域に置かれると、人間の耳に聞こえ不快感を及ぼすことになる。本発明は、軽負荷時のスイッチングノイズによる音鳴り、並びに、軽負荷と重負荷の切り替わり直前における、出力電圧Voutのゆれや入力電圧Vinのゆれによる音鳴りを同期制御で防止することができる。こうしたスイッチングノイズを抑制するために、PFM方式で使用する周波数が可聴周波数帯域以上(例えば発振周波数が20KHz以上)になるように、発振器9が制御されている。
With the conventional control method, fluctuations appear periodically in the output voltage Vout, and the ripple component becomes large. In addition to this, when there is current exchange between the input capacitor and the output capacitor, it becomes a so-called switching noise signal. When the frequency of this switching noise signal is placed in the audible frequency band, it causes audible discomfort to the human ear. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to prevent noise due to switching noise at the time of light load and noise due to fluctuation of output voltage Vout and fluctuation of input voltage Vin immediately before switching between light load and heavy load by synchronous control. In order to suppress such switching noise, the
図2の(a2)は、上記(a1)の条件下において、出力端子VOUTに出力される出力電圧Vout(ここでは出力電圧Vout1と称する)を示す。出力端子VOUTに生じる出力電圧Vout1は、リップル成分が重畳したものとなる。このリップル成分は、作図の都合上、縦幅を拡大して示しているが、実際は数10mV〜100mVである。 FIG. 2A2 shows an output voltage Vout (hereinafter referred to as an output voltage Vout1) output to the output terminal VOUT under the condition of the above (a1). The output voltage Vout1 generated at the output terminal VOUT has a ripple component superimposed on it. This ripple component is shown by enlarging the vertical width for convenience of drawing, but it is actually several tens of mV to 100 mV.
図2の(b1),(b2)は、図2の(a1),(a2)と同様、DC/DCコンバータ1が軽負荷状態である時に、周波数変調(PFM)方式で制御されている場合のスイッチング電圧Vsw(ここではスイッチング電圧SW2と称する)を示す。図2の(b1)に示したスイッチング電圧SW2の周波数は、fosc2で示しているが、この周波数fosc2は、図2の(a1)で示したスイッチング電圧SW1の周波数fosc1よりも高い。しかし、上記(b1)の条件下において、出力端子VOUTに出力される出力電圧Vout(ここでは出力電圧Vout2と称する)には、周波数fosc1よりも低い周波数fosc21のリップル成分が含まれている状態を示す。例えば、周波数fosc2は100KHzであり、可聴周波数帯域よりも十分に高くても、周波数fosc21は、可聴周波数帯域より低くなるということが起こる。こうした事象が起こると、平滑キャパシタC1に生じるいわゆる「うねり音」が人間の耳に聞こえたり、他の電子機器に影響を与えたりして雑音となり、人間に不快感を与えるということになる。こうした不具合を解消するために、本発明では、出力検出電流Isenseを検知し、発振器9の発振周波数Foscをコントロールする。これにより、安定したスイッチングとなり、周波数fosc21のような周波数成分が発生しなくなる。
2 (b1) and (b2) of FIG. 2 are the cases where the DC /
図2の(b1)は、図2の(a1)と同様、DC/DCコンバータ1が周波数変調(PFM)方式で制御されている場合であって、負荷状態が図2の(a1)よりも重い中負荷状態におけるスイッチング電圧Vsw(ここではスイッチング電圧SW3と称する)を示す。スイッチング電圧SW3の周波数は、fosc3で示されている。周波数fosc3は、図2の(a1)に示した周波数fosc1よりも高く、fosc3>fosc1の関係に置かれている。したがって、同じPFM方式であっても、負荷が重くなるにつれて発振器9で生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscは高くなり、負荷が軽くなるにつれて発振器9で生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscは低くなるように制御されていることを示している。なお、スイッチング電圧SW2及びSW3それぞれの矩形波状の信号の間に示した、不連続な信号成分が生じている期間及び振幅は、ゼロクロスに相当する。
FIG. 2B1 shows a case where the DC /
図2の(c2)は、上記(c1)の条件下において、出力端子VOUTに出力される出力電圧Vout(ここでは出力電圧Vout3と称する)を示す。なお、出力端子VOUTに生じる出力電圧Vout3は、図2の(a2)と同じく、リップル成分が重畳されたものとなる。 FIG. 2 (c2) shows the output voltage Vout (hereinafter referred to as the output voltage Vout3) output to the output terminal VOUT under the condition of the above (c1). The output voltage Vout3 generated at the output terminal VOUT has a ripple component superimposed on it, as in (a2) of FIG.
図2の(d1),(d2)は、図2の(a1),(a2),(b1),(b2),(c1)及び(c2)とは異なり、DC/DCコンバータ1がパルス幅変調(PWM)方式で制御されている場合、すなわち、負荷状態が重負荷である場合におけるスイッチング電圧Vsw(ここではスイッチング電圧SW4と称する)を示す。スイッチング電圧SW4の周波数は、fosc4で示されている。なお、スイッチング電圧SW4の矩形状の信号と信号との間には、不連続な信号成分を生じる期間がなくなっている。これは、重負荷状態にある場合は、三角波状の電流(コイル電流)の最小値が接地電位GNDよりも十分に高くなり、ゼロクロスが生じていないからである。
In (d1) and (d2) of FIG. 2, unlike (a1), (a2), (b1), (b2), (c1) and (c2) of FIG. 2, the DC /
図2の(d2)は、上記(d1)の条件下において、出力端子VOUTに出力される出力電圧Vout(ここでは出力電圧Vout4と称する)を示す。出力端子VOUTに生じる出力電圧Vout4は、図2の(a2),(b2)及び(c2)と同様に、リップル成分が重畳されたものとなる。 (D2) of FIG. 2 shows an output voltage Vout (here, referred to as an output voltage Vout4) output to the output terminal VOUT under the condition of the above (d1). The output voltage Vout4 generated at the output terminal VOUT has a ripple component superimposed on it, as in (a2), (b2) and (c2) of FIG.
<本発明の第2の実施の形態>
図3は、本発明に係る電流モード同期整流昇圧型のDC/DCコンバータを示す回路図である。DC/DCコンバータ2は、入力端子VINに供給される入力電圧Vinを昇圧して所望の出力電圧Voutを出力端子VOUTに取り出す。
<Second Embodiment of the present invention>
FIG. 3 is a circuit diagram showing a current mode synchronous rectification boost type DC / DC converter according to the present invention. The DC /
本構成例のDC/DCコンバータ2は、スイッチング素子T21、整流素子T22、駆動回路3、出力電流検出部4、逆電流検出回路5、帰還電圧生成回路6、誤差増幅器7、位相補償回路8、発振器9、PWMコンパレータ10、スロープ電圧生成回路11、インダクタL2、及び、平滑キャパシタC2を備える。
The DC /
DC/DCコンバータ2は、図1に示した降圧型とは、駆動回路3の後段の回路部が異なる。その他の回路部は同じである。ここでは両者が異なる回路部について説明する。
The DC /
スイッチング素子T21は、整流素子T22、駆動回路3、及び、インダクタL2に接続されたNチャネル型MOS電界効果トランジスタであり、オン/オフを繰り返してインダクタL2に流す電流を制御する、スイッチングトランジスタとして機能する。スイッチング素子T21は、整流素子T22に同期して相補的に動作する。スイッチング素子T21のソースSは、接地電位GNDに接続されている。スイッチング素子T21のドレインDは、整流素子T22のドレインDとインダクタL2の一端に共通接続されている。この共通接続点がノードN1で示されている。スイッチング素子T21のゲートGには駆動回路3よりゲート信号GLが印加されている。スイッチング素子T21は、ゲート信号GLがハイレベルであるときにオンし、ゲート信号GLがローレベルであるときにオフする。
The switching element T21 is an N-channel type MOS field effect transistor connected to the rectifying element T22, the
インダクタL2の他端は、出力電流検出部4を介して入力電圧Vinが供給される入力端子VINに接続されている。すなわち、スイッチング素子T21は、インダクタL2を介して入力電圧Vinに結合されている。スイッチング素子T21によって、インダクタL2に流れる電流が制御される。
The other end of the inductor L2 is connected to the input terminal VIN to which the input voltage Vin is supplied via the output
整流素子T22のドレインDは、スイッチング素子T21のドレインDとインダクタL2の一端に接続されている。整流素子T22のソースSは、ノードN2、すなわち、出力端子VOUTに接続されている。整流素子T22のゲートGには、駆動回路3よりゲート信号GHが印加されている。整流素子T22は、ゲート信号GHがハイレベルであるときオフし、ゲート信号GHがローレベルであるときにオンする。
The drain D of the rectifying element T22 is connected to the drain D of the switching element T21 and one end of the inductor L2. The source S of the rectifying element T22 is connected to the node N2, that is, the output terminal VOUT. A gate signal GH is applied to the gate G of the rectifying element T22 from the
ノードN2すなわち出力端子VOUTと、接地電位GNDとの間には、平滑キャパシタC2が接続されている。平滑キャパシタC2は、インダクタL2、整流素子T22とともに、整流及び平滑動作を行う。 A smoothing capacitor C2 is connected between the node N2, that is, the output terminal VOUT, and the ground potential GND. The smoothing capacitor C2 performs rectifying and smoothing operations together with the inductor L2 and the rectifying element T22.
整流素子T22を用いた同期整流方式に替えて、非同期整流方式を採用することも可能である。その場合には、整流素子T22の代替として整流ダイオードD22を用いる。この場合には、整流ダイオードD22のアノードAをノードN1に接続し、整流ダイオードD22のカソードKをノードN2(出力端子VOUT)に接続すればよい。 It is also possible to adopt an asynchronous rectification method instead of the synchronous rectification method using the rectifying element T22. In that case, the rectifier diode D22 is used as a substitute for the rectifier element T22. In this case, the anode A of the rectifier diode D22 may be connected to the node N1, and the cathode K of the rectifier diode D22 may be connected to the node N2 (output terminal VOUT).
以上の説明は、本発明の第2の実施の形態、すなわち、同期整流昇圧型のDC/DCコンバータ2が、図1に示した同期整流降圧型のDC/DCコンバータ1とは異なるところである。その他の回路部は、図1と同じであるので、説明は割愛する。DC/DCコンバータ2においても、定電流源CC及びリニア電流源CLを備えた発振器9が適用されることになる。なお、本発明の第1の実施の形態では降圧型を例示し、第2の実施の形態では昇圧型を例示したが、降圧型と昇圧型とを切り替えるようにした、いわゆる昇降圧型のDC/DCコンバータに適用できることは言うまでもない。
The above description is that the second embodiment of the present invention, that is, the synchronous rectification step-up type DC /
図4は、図1のDC/DCコンバータ1、及び、図3のDC/DCコンバータ2のそれぞれにおいて、負荷RLに流れる負荷電流ILの大きさに応動して、発振器9のクロック信号CLKの発振周波数Foscが遷移する様子を示す図である。負荷電流ILが比較的小さなIL1からIL2までは、負荷電流ILの大きさに応じて発振周波数Foscが変化する周波数変調(PFM)制御が行われる。一方、負荷電流ILがIL2を超えると、発振周波数Foscが固定されるパルス幅変調(PWM)制御に切り換えられる。負荷電流ILがIL1を下回ると、発振周波数Foscはfosc(a)に維持され、これ以下の発振周波数にはならないように、図1及び図2に示した発振器9の定電流Icc及びリニア電流Iclが制御される。なお、発振周波数fosc(a)は、可聴周波数帯域の上限(例えば20KHz前後)に設定される。
FIG. 4 shows oscillation of the clock signal CLK of the
このように、発振器9は、負荷電流IL(または出力検出電流Isense)が所定値IL2よりも大きいときには、矩形波信号CLKの発振周波数Foscを固定値とし、負荷電流IL(または出力検出電流Isense)が所定値IL2よりも小さいときには、負荷電流IL(または出力検出電流Isense)が小さくなるほど矩形波信号CLKの発振周波数を固定値から引き下げていく。
As described above, when the load current IL (or output detection current Sense) is larger than the predetermined value IL2, the
図5は、図1のDC/DCコンバータ1、及び、図3のDC/DCコンバータ2のそれぞれにおいて、発振器9で設定される定電流Icc、リニア電流Icl、及び、発振器電流Iosc1と、出力検出電流Isenseとの関係を示す図である。なお、出力検出電流Isenseは、負荷電流ILに比例した大きさとなる。図5は、発振器電流Iosc1が定電流Iccとリニア電流Iclとの和(+)で決定されている場合を示す。
5 shows the constant current Icc, the linear current Icl, and the oscillator current Iosc1 set by the
図5において、定電流Iccは、出力検出電流Isenseに応動することなく、常に一定の大きさに維持される。これに対して、リニア電流Iclは、出力検出電流IsenseがIs10からIs20の区間においては、出力検出電流Isenseに比例して増減されるが、出力検出電流IsenseがIs20を超えると、一定に維持される。この結果、これら両者の和で設定される発振器電流Iosc1は、リニア電流Iclに応動する。発振器電流Iosc1の制御は、発振器9で生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscの制御、延いては、PFM制御とPWM制御の切り替えを行う元となる。なお、出力検出電流IsenseがIs10を下回る場合には、発振器電流Iosc1は、所定の大きさに固定される。これによって、発振器9で生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscの低下を抑制する。いずれにしても、PFM制御に入ると、発振周波数Foscの制御では、リニア電流Iclが支配的となる。
In FIG. 5, the constant current Icc is always maintained at a constant magnitude without responding to the output detection current Sense. On the other hand, the linear current Icl is increased or decreased in proportion to the output detection current Sense in the section where the output detection current Sense is Is10 to Is20, but is maintained constant when the output detection current Sense exceeds Is20. NS. As a result, the oscillator current Iosc1 set by the sum of these two responds to the linear current Icl. The control of the oscillator current Iosc1 is the basis for controlling the oscillation frequency Fosc of the clock signal CLK generated by the
図6は、図1のDC/DCコンバータ1、及び、図3のDC/DCコンバータ2のそれぞれにおいて、発振器9で設定される定電流Icc、リニア電流Icl、及び、発振器電流Iosc2と、出力検出電流Isenseとの関係を示す図である。なお、出力検出電流Isenseは、負荷電流ILに比例した大きさとなる。図6は、発振器電流Iosc2が定電流Iccとリニア電流Iclとの差(−)で決定されている場合を示す。
FIG. 6 shows the output detection of the constant current Icc, the linear current Icl, and the oscillator current Iosc2 set by the
図6において、定電流Iccは、出力検出電流Isenseに応動することなく、常に一定の大きさに維持される。これは図5のものと同じ特性を示す。これに対して、リニア電流Iclは、出力検出電流IsenseがIs1からIs2の区間においては、出力検出電流Isenseに比例して増減されるが、出力検出電流IsenseがIs2を超えると一定に維持される。こうした特性も図5と同じである。この結果、これら両者の差で設定される発振器電流Iosc2は、リニア電流Iclに応動する。なお、図6では、リニア電流Iclから定電流Iccを差し引くようにしたが、定電流Iccからリニア電流Iclを引くようにしても良い。こうした場合には、出力検出電流IsenseがIs1からIs2に向かって増大するほど、リニア電流Iclが減少するように発振器9の回路構成が成されることになる。
In FIG. 6, the constant current Icc is always maintained at a constant magnitude without responding to the output detection current Sense. It shows the same characteristics as that of FIG. On the other hand, the linear current Icl is increased or decreased in proportion to the output detection current Sense in the section where the output detection current Sense exceeds Is2, but is maintained constant when the output detection current Sense exceeds Is2. .. These characteristics are also the same as in FIG. As a result, the oscillator current Iosc2 set by the difference between the two responds to the linear current Icl. In FIG. 6, the constant current Icc is subtracted from the linear current Icl, but the linear current Icl may be subtracted from the constant current Icc. In such a case, the circuit configuration of the
図7は、図5及び図6にそれぞれ示した発振器電流Iosc1及びIosc2と、発振器9で生成されるクロック信号CLKの発振周波数Foscとの関係を示す図である。なお、図7は、図4に示したものと実質的に同じになる。すなわち、図4では、発振周波数Foscの変化が負荷電流ILに依存する様子を示したが、図7では、発振器電流Iosc1及びIosc2に依存して、発振周波数Foscが制御される様子を示している。なお、発振器電流Iosc1及びIosc2がIosc12aからIosc12bの区間では、PFM制御が行われる。一方、発振器電流Iosc1及びIosc2がIosc12bを超えると、PWM制御が行われる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the oscillator currents Iosc1 and Iosc2 shown in FIGS. 5 and 6, respectively, and the oscillation frequency Fosc of the clock signal CLK generated by the
<発振器部>
図8は、発振器部OSCrの一構成例を示す図である。本図の発振器部OSCrは、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11〜P16と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN11〜N15と、キャパシタC11及びC12と、抵抗R11及びR12と、を含み、電流源CS11で生成される発振器電流Ioscを用いて、キャパシタC11及びC12の充放電を周期的に繰り返すことにより、発振周波数Foscの矩形波信号CLKを生成するCR発振器の一種である。
<Oscillator>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the oscillator unit OSCr. The oscillator unit OSCr in this figure includes P-channel type MOS electric field effect transistors P11 to P16, N-channel type MOS electric field effect transistors N11 to N15, capacitors C11 and C12, and resistors R11 and R12, and includes a current source CS11. It is a kind of CR oscillator that generates a rectangular wave signal CLK with an oscillation frequency of Fosc by periodically repeating charging and discharging of capacitors C11 and C12 using the oscillator current Iosc generated in.
なお、電流源CS11は、先出の定電流源CC及びリニア電流源CLに相当し、発振器電流Ioscは、先出の発振器電流Iosc1またはIosc2に相当する。電流源CS11の構成及び動作については、後ほど詳述する。 The current source CS11 corresponds to the above-mentioned constant current source CC and the above-mentioned linear current source CL, and the oscillator current Iosc corresponds to the above-mentioned oscillator current Iosc1 or Iosc2. The configuration and operation of the current source CS11 will be described in detail later.
トランジスタP11〜P16それぞれのソースは、いずれも、電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタP11〜P16それぞれのゲートは、いずれも、トランジスタP11のドレインに接続されている。トランジスタP11のドレインは、電流源CS11の第1端(=発振器電流Ioscの出力端)に接続されている。 The sources of the transistors P11 to P16 are all connected to the application end of the power supply voltage Vcc. The gates of the transistors P11 to P16 are all connected to the drain of the transistor P11. The drain of the transistor P11 is connected to the first end (= output end of the oscillator current Iosc) of the current source CS11.
このように、トランジスタP11〜P16は、トランジスタP11のドレインに流れる発振器電流Ioscを所定のミラー比A〜E(例えばA=4、B=4、C=2、D=4、E=1)でそれぞれコピーすることにより、複数系統(本図では5系統)のミラー電流IP12〜IP16を生成するカレントミラー回路を形成している。 As described above, the transistors P11 to P16 make the oscillator current Iosc flowing through the drain of the transistor P11 a predetermined mirror ratio A to E (for example, A = 4, B = 4, C = 2, D = 4, E = 1). By copying each of them, a current mirror circuit for generating mirror currents IP12 to IP16 of a plurality of systems (5 systems in this figure) is formed.
トランジスタP12のドレインは、キャパシタC11の第1端と、トランジスタN11のドレインと、トランジスタN12のゲートに接続されている。トランジスタP13のドレインは、トランジスタN12のドレインとトランジスタN13のゲートに接続されている。トランジスタP14のドレインは、キャパシタC12の第1端と、トランジスタN13のドレインと、トランジスタN14のゲートに接続されている。トランジスタP15のドレインは、トランジスタN14のドレインと、トランジスタN15のゲートに接続されている。トランジスタP16のドレインは、トランジスタN15のドレインとトランジスタN11のゲートに接続されている。 The drain of the transistor P12 is connected to the first end of the capacitor C11, the drain of the transistor N11, and the gate of the transistor N12. The drain of the transistor P13 is connected to the drain of the transistor N12 and the gate of the transistor N13. The drain of the transistor P14 is connected to the first end of the capacitor C12, the drain of the transistor N13, and the gate of the transistor N14. The drain of the transistor P15 is connected to the drain of the transistor N14 and the gate of the transistor N15. The drain of the transistor P16 is connected to the drain of the transistor N15 and the gate of the transistor N11.
トランジスタN12のソースは、抵抗R11の第1端に接続されている。トランジスタN14のソースは、抵抗R12の第1端に接続されている。電流源CS11の第2端、トランジスタN11のソース、キャパシタC11の第2端、抵抗R11の第2端、トランジスタN13のソース、キャパシタC12の第2端、抵抗R12の第2端、及び、トランジスタN15の第2端は、いずれも、接地端に接続されている。 The source of the transistor N12 is connected to the first end of the resistor R11. The source of transistor N14 is connected to the first end of resistor R12. The second end of the current source CS11, the source of the transistor N11, the second end of the capacitor C11, the second end of the resistor R11, the source of the transistor N13, the second end of the capacitor C12, the second end of the resistor R12, and the transistor N15. The second end of each is connected to the grounding end.
図9は、発振器部OSCrの動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、ノード電圧V11、ノード電圧V13、ノード電圧V12、ノード電圧V14、及び、ノード電圧V15が描写されている。 FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the oscillator unit OSCr, and the node voltage V11, the node voltage V13, the node voltage V12, the node voltage V14, and the node voltage V15 are drawn in order from the top.
なお、ノード電圧V11は、トランジスタN12のゲート電圧である。ノード電圧V12は、トランジスタN13のゲート電圧である。ノード電圧V13は、トランジスタN14のゲート電圧である。ノード電圧V14は、トランジスタN15のゲート電圧である。ノード電圧V15は、トランジスタN11のゲート電圧であり、例えば、このノード電圧V15が矩形波信号CLKとして出力される。発振器部OSCrに電源電圧Vccが投入される前には、ノード電圧V11〜V15がいずれもローレベルとなっている。 The node voltage V11 is the gate voltage of the transistor N12. The node voltage V12 is the gate voltage of the transistor N13. The node voltage V13 is the gate voltage of the transistor N14. The node voltage V14 is the gate voltage of the transistor N15. The node voltage V15 is the gate voltage of the transistor N11. For example, the node voltage V15 is output as a rectangular wave signal CLK. Before the power supply voltage Vcc is applied to the oscillator unit OSCr, the node voltages V11 to V15 are all at a low level.
発振器部OSCrに電源電圧Vccが投入されると、ミラー電流IP12によるキャパシタC11の充電が開始されるので、ノード電圧V11が上昇し始める。ただし、ノード電圧V11が閾値電圧Vtri1(=VGS(N12)+R11×IP13、VGS(N12)はトランジスタN12のオンスレッショルド電圧)よりも低いときには、トランジスタN12がオンしない。その結果、ノード電圧V12がハイレベルとなり、トランジスタN13がオンする。トランジスタN13がオンしているときには、キャパシタC12の両端間がショートされるので、ノード電圧V13がローレベルとなり、トランジスタN14がオフする。従って、ノード電圧V14がハイレベルとなり、トランジスタN15がオンするので、ノード電圧V15がローレベルとなり、トランジスタN11がオフする。トランジスタN11がオフしているときには、キャパシタC11の両端間がオープンとなるので、キャパシタC11の充電が継続される。 When the power supply voltage Vcc is applied to the oscillator unit OSCr, charging of the capacitor C11 by the mirror current IP12 is started, so that the node voltage V11 starts to rise. However, when the node voltage V11 is lower than the threshold voltage Vtri1 (= VGS (N12) + R11 × IP13, VGS (N12) is the on-threshold voltage of the transistor N12), the transistor N12 is not turned on. As a result, the node voltage V12 becomes high level and the transistor N13 turns on. When the transistor N13 is on, both ends of the capacitor C12 are short-circuited, so that the node voltage V13 becomes low level and the transistor N14 turns off. Therefore, since the node voltage V14 becomes high level and the transistor N15 turns on, the node voltage V15 becomes low level and the transistor N11 turns off. When the transistor N11 is off, both ends of the capacitor C11 are open, so that the charging of the capacitor C11 is continued.
その後、ノード電圧V11が上昇して閾値電圧Vtri1を上回ると、トランジスタN12がオンするので、ノード電圧V12がローレベルとなり、トランジスタN13がオフする。トランジスタN13がオフしているときには、キャパシタC12の両端間がオープンとなり、ミラー電流IP14によるキャパシタC12の充電が開始されるので、ノード電圧V13が上昇し始める。ただし、ノード電圧V13が閾値電圧Vtri2(=VGS(N14)+R12×IP15、VGS(N14)はトランジスタN14のオンスレッショルド電圧)よりも低いときには、トランジスタN14がオンしない。その結果、ノード電圧V14がハイレベルに維持されるので、トランジスタN15がオンしたままとなる。従って、ノード電圧V15がローレベルに維持されるので、トランジスタN11がオフしたままとなる。先にも述べたように、トランジスタN11がオフしているときには、キャパシタC11の両端間がオープンとなるので、キャパシタC11の充電が継続される。 After that, when the node voltage V11 rises and exceeds the threshold voltage Vtri1, the transistor N12 is turned on, so that the node voltage V12 becomes a low level and the transistor N13 is turned off. When the transistor N13 is off, both ends of the capacitor C12 are opened, and charging of the capacitor C12 by the mirror current IP14 is started, so that the node voltage V13 starts to rise. However, when the node voltage V13 is lower than the threshold voltage Vtri2 (= VGS (N14) + R12 × IP15, where VGS (N14) is the on-threshold voltage of the transistor N14), the transistor N14 does not turn on. As a result, the node voltage V14 is maintained at a high level, so that the transistor N15 remains on. Therefore, the node voltage V15 is maintained at a low level, so that the transistor N11 remains off. As described above, when the transistor N11 is off, both ends of the capacitor C11 are open, so that the charging of the capacitor C11 is continued.
なお、ノード電圧V11が上昇し始めてから、閾値電圧Vtri1を上回るまでに要する時間t1は、t1=C11×Vtri1/IP12で表すことができる。すなわち、ミラー電流IP12(延いては発振器電流Iosc)が大きいほど、時間t1は短くなる。 The time t1 required from when the node voltage V11 starts to rise until when the threshold voltage Vtri1 is exceeded can be expressed by t1 = C11 × Vtri1 / IP12. That is, the larger the mirror current IP12 (and thus the oscillator current Iosc), the shorter the time t1.
その後、ノード電圧V13が上昇して閾値電圧Vtri2を上回ると、トランジスタN14がオンし、ノード電圧V14がローレベルとなり、トランジスタN15がオフするので、ノード電圧V15がハイレベルとなる。その結果、トランジスタN11がオンして、キャパシタC11の両端間がショートされると、ノード電圧V11がローレベルとなり、トランジスタN12がオフするので、ノード電圧V12がハイレベルとなり、トランジスタN13がオンする。このとき、キャパシタC12の両端間がショートされるので、ノード電圧V13がローレベルとなり、トランジスタN14が再びオフする。従って、ノード電圧V14がハイレベルに立ち上がり、トランジスタN15がオンするので、ノード電圧V15がローレベルに立ち下がり、トランジスタN11がオフする。 After that, when the node voltage V13 rises and exceeds the threshold voltage Vtri2, the transistor N14 turns on, the node voltage V14 becomes a low level, and the transistor N15 turns off, so that the node voltage V15 becomes a high level. As a result, when the transistor N11 is turned on and both ends of the capacitor C11 are short-circuited, the node voltage V11 becomes low level and the transistor N12 is turned off, so that the node voltage V12 becomes high level and the transistor N13 turns on. At this time, since both ends of the capacitor C12 are short-circuited, the node voltage V13 becomes low level and the transistor N14 is turned off again. Therefore, since the node voltage V14 rises to a high level and the transistor N15 turns on, the node voltage V15 falls to a low level and the transistor N11 turns off.
なお、ノード電圧V12が上昇し始めてから、閾値電圧Vtri2を上回るまでに要する時間t2は、t2=C12×Vtri2/IP14で表すことができる。すなわち、ミラー電流IP14(延いては発振器電流Iosc)が大きいほど、時間t2は短くなる。 The time t2 required from the start of the node voltage V12 to exceeding the threshold voltage Vtri2 can be expressed by t2 = C12 × Vtri2 / IP14. That is, the larger the mirror current IP14 (and thus the oscillator current Iosc), the shorter the time t2.
上記一連の動作を繰り返すことにより、発振周波数Fosc(=1/(t1+t2))の矩形波信号CLK(=ノード電圧V15)を生成することができる。なお、発振器電流Ioscが大きいほど、時間t1及びt2が短くなるので、発振周波数Foscが高くなる。逆に、発振器電流Ioscが小さいほど、時間t1及びt2が長くなるので、発振周波数Foscが低くなる。 By repeating the above series of operations, a rectangular wave signal CLK (= node voltage V15) having an oscillation frequency of Fosc (= 1 / (t1 + t2)) can be generated. The larger the oscillator current Iosc, the shorter the times t1 and t2, and the higher the oscillation frequency Fosc. On the contrary, as the oscillator current Iosc becomes smaller, the times t1 and t2 become longer, so that the oscillation frequency Fosc becomes lower.
<電流源>
図10は、電流源CS11の第1構成例を示す図である。第1構成例の電流源CS11は、定電流Iccを生成する定電流源CCと、リニア電流Iclを生成するリニア電流源CLと、を含む。
<Current source>
FIG. 10 is a diagram showing a first configuration example of the current source CS11. The current source CS11 of the first configuration example includes a constant current source CC that generates a constant current Icc and a linear current source CL that generates a linear current Icl.
定電流源CCは、定電圧源111と、npn型バイポーラトランジスタ112と、抵抗113を含む。
The constant current source CC includes a
定電圧源111は、定電圧V111を生成する回路部であり、バンドギャップ基準電圧源などを好適に用いることができる。
The
トランジスタ112と抵抗113は、定電圧V111を定電流Iccに変換する電圧/電流変換部として機能する。接続関係について具体的に述べると、トランジスタ112のベースは、定電圧源111の出力端(=定電圧V111の印加端)に接続されている。トランジスタ112のエミッタは、抵抗113の第1端に接続されている。抵抗113の第2端は、接地端に接続されている。トランジスタ112のコレクタは、定電流Iccの出力端に相当する。
The
リニア電流源CLは、電圧出力型の差動アンプ121と、npn型バイポーラトランジスタ122と、抵抗123を含む。
The linear current source CL includes a voltage output type
差動アンプ121は、非反転入力端(+)に入力される入力電圧Vinと、反転入力端(−)に入力されるスイッチ電圧Vswとの差分(=スイッチング素子T11のオン期間における両端間電圧)に応じたリニア電圧V121を生成する。なお、スイッチング素子T11のオン期間に流れる出力検出電流Isenseが大きいほど、スイッチ電圧Vswが低下するので、リニア電圧V121が高くなる。このように、電流モード制御だけでなく、発振周波数Foscの可変制御にも、スイッチ電圧Vswを活用する構成であれば、出力電流検出部4を割愛する(=スロープ電圧生成回路11とリニア電流源CLの双方で出力検出部4を共用する)ことができるので、DC/DCコンバータ1の回路規模を縮小することが可能となる。
The
トランジスタ122と抵抗123は、リニア電圧V121をリニア電流Iclに変換する電圧/電流変換部として機能する。接続関係について具体的に述べると、トランジスタ122のベースは、差動アンプ121の出力端(=リニア電圧V121の印加端)に接続されている。トランジスタ122のエミッタは、抵抗123の第1端に接続されている。抵抗123の第2端は、接地端に接続されている。トランジスタ122のコレクタは、リニア電流Iclの出力端に相当する。リニア電流Iclは、リニア電圧V121(延いては出力検出電流Isense)に比例して変動する。
The
なお、本構成例の電流源CS11では、トランジスタ112及び122双方のコレクタが発振器電流Ioscの出力端に共通接続されている。従って、定電流Iccとリニア電流Iclを足し合わせた発振器電流Iosc(=Icc+Icl)を生成することができる。この発振器電流Ioscは、図5の発振器電流Iosc1に相当する。
In the current source CS11 of this configuration example, the collectors of both the
図11は、電流源CS11の第2構成例を示す図である。第2構成例の電流源CS11は、第1構成例(図10)をベースとしつつ、リニア電流源CLの構成に変更が加えられている。そこで、第1構成例と同様の構成要素については、図10と同一の符号を付して重複した説明を割愛し、以下では、第2構成例の特徴部分について重点的に説明する。 FIG. 11 is a diagram showing a second configuration example of the current source CS11. The current source CS11 of the second configuration example is based on the first configuration example (FIG. 10), and the configuration of the linear current source CL has been changed. Therefore, the same components as those in the first configuration example are designated by the same reference numerals as those in FIG. 10 and duplicated description is omitted, and the feature portions of the second configuration example will be mainly described below.
リニア電流源CLは、先の第1構成例(図10)と異なり、電流出力型の差動アンプ124とカレントミラー回路125を含む。
Unlike the first configuration example (FIG. 10), the linear current source CL includes a current output type
差動アンプ124は、非反転入力端(+)に入力される入力電圧Vinと、反転入力端(−)に入力されるスイッチ電圧Vswとの差分(=スイッチング素子T11のオン期間における両端間電圧)に応じたリニア電流Iclを直接生成する。なお、スイッチング素子T11のオン期間に流れる出力検出電流Isenseが大きいほど、これに比例してリニア電流Icl1も大きくなる。このように、電流モード制御だけでなく、発振周波数Foscの可変制御にも、スイッチ電圧Vswを活用する構成であれば、出力電流検出部4を割愛することができるので、DC/DCコンバータ1の回路規模を縮小することが可能となる。この点については、先の第1構成例(図10)と同様である。
The
カレントミラー回路125は、差動アンプ124の出力端と接地端との間に接続されており、リニア電流Iclの流れる向きを折り返す。より具体的に述べると、カレントミラー回路125は、自身に流し込まれるリニア電流Iclをミラーすることにより、発振器電流Ioscの出力端からリニア電流Iclを引き込む。
The
なお、本構成例の電流源CS11では、トランジスタ112のコレクタとカレントミラー回路125の出力端が発振器電流Ioscの出力端に共通接続されている。従って、定電流Iccとリニア電流Iclを足し合わせた発振器電流Iosc(=Icc+Icl)を生成することができる。この発振器電流Ioscは、図5の発振器電流Iosc1に相当する。この点については、先の第1構成例(図10)と同様である。
In the current source CS11 of this configuration example, the collector of the
図12は、電流源CS11の第3構成例を示す図である。第3構成例の電流源CS11は、第1構成例(図10)をベースとしつつ、カレントミラー回路130が追加されている。そこで、第1構成例と同様の構成要素については、図10と同一の符号を付して重複した説明を割愛し、以下では、第3構成例の特徴部分について重点的に説明する。
FIG. 12 is a diagram showing a third configuration example of the current source CS11. The current source CS11 of the third configuration example is based on the first configuration example (FIG. 10), and a
カレントミラー回路130は、定電流源CCの出力端と電源端の間に接続されており、定電流Iccの流れる向きを折り返す。より具体的に述べると、カレントミラー回路130は、定電流源CCに引き込まれる定電流Iccをミラーすることにより、発振器電流Ioscの出力端にリニア電流Iclを流し込む。
The
なお、本構成例の電流源CS11では、トランジスタ122のコレクタとカレントミラー回路130の出力端が発振器電流Ioscの出力端に共通接続されている。従って、リニア電流Iclから定電流Iccを差し引いた発振器電流Iosc(=Icl−Icc)を生成することができる。この発振器電流Ioscは、図6の発振器電流Iosc2に相当する。
In the current source CS11 of this configuration example, the collector of the
図13は、電流源CS11の第4構成例を示す図である。第4構成例の電流源CS11は、第3構成例(図12)をベースとしつつ、第2構成例(図11)と同様のリニア電流源CLが用いられている。このような変形を加えても、リニア電流Iclから定電流Iccを差し引いた発振器電流Iosc(=Icl−Icc)を生成することができる。この点については、先の第3構成例(図12)と同様である。 FIG. 13 is a diagram showing a fourth configuration example of the current source CS11. The current source CS11 of the fourth configuration example is based on the third configuration example (FIG. 12), and the same linear current source CL as that of the second configuration example (FIG. 11) is used. Even if such a modification is applied, the oscillator current Iosc (= Icl-Icc) obtained by subtracting the constant current Icc from the linear current Icl can be generated. This point is the same as that of the third configuration example (FIG. 12).
なお、発振器9において、定電流Icc及びリニア電流Iclそれぞれの生成、これらの加算または減算、並びに、これらの電流比の設定する手段としては、これまでにも説明してきたように、カレントミラー回路を用いることが望ましい。
In the
以上説明したように、本発明のDC/DCコンバータは、負荷電流に比例した出力検出電流に基づき発振器の発振周波数を調整するので、PWM制御とPFM制御との切り替えをスムーズに行うことができる。これによって、電圧モード型、電流モード型の違いや、降圧型、昇圧型、昇降圧型の違いに関わらず、幅広いDC/DCコンバータに適用できるので、産業上の利用可能性は高い。 As described above, since the DC / DC converter of the present invention adjusts the oscillation frequency of the oscillator based on the output detection current proportional to the load current, it is possible to smoothly switch between PWM control and PFM control. As a result, it can be applied to a wide range of DC / DC converters regardless of the difference between the voltage mode type and the current mode type, and the step-down type, the step-up type, and the step-up / down type, so that it has high industrial applicability.
1、2 DC/DCコンバータ
3 駆動回路
4 出力電流検出部
5 逆電流検出回路
6 帰還電圧生成回路
7 誤差増幅器
8 位相補償回路
9 発振器
10 PWMコンパレータ
11 スロープ電圧生成回路
C1,C2 平滑キャパシタ
C3 キャパシタ
CC 定電流源
CL リニア電流源
D12,D22 整流ダイオード
GH,GL ゲート信号
OSCr 発振器部
CLK クロック信号
Fosc 発振周波数
Szc ゼロクロス検出信号
Icc 定電流
Icl リニア電流
pwm パルス幅変調信号
Iosc1,Iosc2 発振器電流
IL 負荷電流
Isense 出力検出電流
L1,L2 インダクタ
N1〜N3 ノード
R1〜R3 抵抗
RL 負荷
T11,T21 スイッチング素子
T12,T22 整流素子
Vcc 電源電圧
VIN 入力端子
Vin 入力電圧
Vsw スイッチング電圧
VOUT 出力端子
Vout 出力電圧
Vfb 帰還電圧
Vref 基準電圧
Verr 誤差信号
Vsl スロープ信号
P11〜P16 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
N11〜N15 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
C11、C12 キャパシタ
R11、R12 抵抗
CS11 電流源
111 定電圧源
112 npn型バイポーラトランジスタ
113 抵抗
121 差動アンプ(電圧出力型)
122 npn型バイポーラトランジスタ
123 抵抗
124 差動アンプ(電流出力型)
125 カレントミラー回路
130 カレントミラー回路
1, 2 DC /
122 npn type
125
Claims (18)
前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う駆動回路と、
前記スイッチング素子によって電流が制御されるインダクタと、
前記インダクタに接続され前記インダクタとともに整流動作を行う平滑キャパシタと、
前記駆動回路を動作させる矩形波信号を生成する発振器と、
前記スイッチング素子または前記インダクタに流れる出力検出電流を検出する出力電流検出部を備え、
前記発振器は、前記出力検出電流が所定値以上の場合には、固定の発振周波数で前記矩形波信号を生成し、前記出力検出電流が所定値以下の場合には、前記固定の発振周波数よりも低く、かつ、前記出力検出電流に比例する発振周波数で前記矩形波信号を生成し、
前記発振器は、前記出力検出電流の大きさに関わらず一定の定電流を生成する定電流源と、前記出力検出電流の大きさに応動するリニア電流を生成するリニア電流源とを備え、
前記定電流と前記リニア電流との和または両者の差によって設定される発振器電流に基づき前記発振器の発振周波数が設定され、
前記リニア電流源は、前記スイッチング素子の両端間電圧に応じたリニア電圧を生成する電圧出力型の差動アンプと、前記リニア電圧を前記リニア電流に変換する電圧/電流変換部を含む、DC/DCコンバータ。 A switching element that is connected to the input voltage and performs on / off operation,
A drive circuit that controls on / off of the switching element and
An inductor whose current is controlled by the switching element and
A smoothing capacitor connected to the inductor and performing a rectifying operation together with the inductor,
An oscillator that generates a square wave signal that operates the drive circuit,
The output current detection unit for detecting the output detection current flowing through the switching element or the inductor is provided.
The oscillator generates the square wave signal at a fixed oscillation frequency when the output detection current is equal to or higher than a predetermined value, and when the output detection current is equal to or lower than a predetermined value, the oscillator is higher than the fixed oscillation frequency. The square wave signal is generated at an oscillation frequency that is low and proportional to the output detection current.
The oscillator includes a constant current source that generates a constant constant current regardless of the magnitude of the output detection current, and a linear current source that generates a linear current that responds to the magnitude of the output detection current.
The oscillation frequency of the oscillator is set based on the oscillator current set by the sum of the constant current and the linear current or the difference between the two.
The linear current source includes a voltage output type differential amplifier that generates a linear voltage corresponding to the voltage between both ends of the switching element, and a voltage / current converter that converts the linear voltage into the linear current. DC converter.
前記スイッチング素子のオン/オフ制御を行う駆動回路と、
前記スイッチング素子によって電流が制御されるインダクタと、
前記インダクタに接続され前記インダクタとともに整流動作を行う平滑キャパシタと、
前記駆動回路を動作させる矩形波信号を生成する発振器と、
前記スイッチング素子または前記インダクタに流れる出力検出電流を検出する出力電流検出部を備え、
前記発振器は、前記出力検出電流が所定値以上の場合には、固定の発振周波数で前記矩形波信号を生成し、前記出力検出電流が所定値以下の場合には、前記固定の発振周波数よりも低く、かつ、前記出力検出電流に比例する発振周波数で前記矩形波信号を生成し、
前記発振器は、前記出力検出電流の大きさに関わらず一定の定電流を生成する定電流源と、前記出力検出電流の大きさに応動するリニア電流を生成するリニア電流源とを備え、
前記定電流と前記リニア電流との和または両者の差によって設定される発振器電流に基づき前記発振器の発振周波数が設定され、
前記リニア電流源は、前記スイッチング素子の両端間電圧に応じて前記リニア電流を生成する電流出力型の差動アンプを含む、DC/DCコンバータ。 A switching element that is connected to the input voltage and performs on / off operation,
A drive circuit that controls on / off of the switching element and
An inductor whose current is controlled by the switching element and
A smoothing capacitor connected to the inductor and performing a rectifying operation together with the inductor,
An oscillator that generates a square wave signal that operates the drive circuit,
The output current detection unit for detecting the output detection current flowing through the switching element or the inductor is provided.
The oscillator generates the square wave signal at a fixed oscillation frequency when the output detection current is equal to or higher than a predetermined value, and when the output detection current is equal to or lower than a predetermined value, the oscillator is higher than the fixed oscillation frequency. The square wave signal is generated at an oscillation frequency that is low and proportional to the output detection current.
The oscillator includes a constant current source that generates a constant constant current regardless of the magnitude of the output detection current, and a linear current source that generates a linear current that responds to the magnitude of the output detection current.
The oscillation frequency of the oscillator is set based on the oscillator current set by the sum of the constant current and the linear current or the difference between the two.
The linear current source is a DC / DC converter including a current output type differential amplifier that generates the linear current according to a voltage between both ends of the switching element.
前記発振器は、前記スイッチ出力段に流れる出力検出電流が所定値よりも大きいときには、前記矩形波信号の発振周波数を固定値とし、前記出力検出電流が前記所定値よりも小さいときには、前記出力検出電流が小さくなるほど前記矩形波信号の発振周波数を前記固定値から引き下げていき、
前記発振器は、前記出力検出電流の大きさに関わらず一定の定電流を生成する定電流源と、前記出力検出電流の大きさに応動するリニア電流を生成するリニア電流源とを備え、
前記定電流と前記リニア電流との和または両者の差によって設定される発振器電流に基づき前記発振器の発振周波数が設定され、
前記リニア電流源は、前記スイッチ出力段に含まれるスイッチング素子の両端間電圧に応じたリニア電圧を生成する電圧出力型の差動アンプと、前記リニア電圧を前記リニア電流に変換する電圧/電流変換部を含む、電源制御装置。 It has an oscillator that generates a square wave signal and a drive circuit that drives the switch output stage of the DC / DC converter in synchronization with the square wave signal.
When the output detection current flowing through the switch output stage is larger than a predetermined value, the oscillator sets the oscillation frequency of the square wave signal as a fixed value, and when the output detection current is smaller than the predetermined value, the output detection current. the higher the smaller Ki have reduced the oscillation frequency of the rectangular wave signal from the fixed value,
The oscillator includes a constant current source that generates a constant constant current regardless of the magnitude of the output detection current, and a linear current source that generates a linear current that responds to the magnitude of the output detection current.
The oscillation frequency of the oscillator is set based on the oscillator current set by the sum of the constant current and the linear current or the difference between the two.
The linear current source is a voltage output type differential amplifier that generates a linear voltage corresponding to the voltage between both ends of the switching element included in the switch output stage, and a voltage / current conversion that converts the linear voltage into the linear current. Power control device including the part.
前記発振器は、前記スイッチ出力段に流れる出力検出電流が所定値よりも大きいときには、前記矩形波信号の発振周波数を固定値とし、前記出力検出電流が前記所定値よりも小さいときには、前記出力検出電流が小さくなるほど前記矩形波信号の発振周波数を前記固定値から引き下げていき、
前記発振器は、前記出力検出電流の大きさに関わらず一定の定電流を生成する定電流源と、前記出力検出電流の大きさに応動するリニア電流を生成するリニア電流源とを備え、
前記定電流と前記リニア電流との和または両者の差によって設定される発振器電流に基づき前記発振器の発振周波数が設定され、
前記リニア電流源は、前記スイッチ出力段に含まれるスイッチング素子の両端間電圧に応じて前記リニア電流を生成する電流出力型の差動アンプを含む、電源制御装置。 It has an oscillator that generates a square wave signal and a drive circuit that drives the switch output stage of the DC / DC converter in synchronization with the square wave signal.
When the output detection current flowing through the switch output stage is larger than a predetermined value, the oscillator sets the oscillation frequency of the square wave signal as a fixed value, and when the output detection current is smaller than the predetermined value, the output detection current. the higher the smaller Ki have reduced the oscillation frequency of the rectangular wave signal from the fixed value,
The oscillator includes a constant current source that generates a constant constant current regardless of the magnitude of the output detection current, and a linear current source that generates a linear current that responds to the magnitude of the output detection current.
The oscillation frequency of the oscillator is set based on the oscillator current set by the sum of the constant current and the linear current or the difference between the two.
The linear current source is a power supply control device including a current output type differential amplifier that generates the linear current according to the voltage between both ends of the switching element included in the switch output stage.
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