JP6951198B2 - 非絶縁型のdc/dcコンバータおよびそのコントローラ、電子機器 - Google Patents
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Description
VOUT(REF)=VREF×(R11+R12)/R12
これにより、DC/DCコンバータの出力電圧を基準電圧に応じた目標電圧に安定化できる。
図2は、第1の実施の形態に係るDC/DCコンバータ200を備えるAC/DCコンバータ100の回路図である。AC/DCコンバータ100は、整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200を備える。
VBOOST=VS+ΔV …(1)
ΔV=VOUT+VADD …(2A)
で与えられる。なお別の観点から見ると、昇圧回路210が発生する電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧率をα(ただしα>1)として、式(2B)のように表してもよい。
ΔV=α×VOUT …(2B)
ΔV>VGS(th) …(3)
VBOOST=VS+ΔV …(4)
ただし、ΔV=VOUT+VADD>VGS(th)
VC23≒VC21+VAMP …(5)
VAMPはスイッチングライン204の電位VSを基準としたときの昇圧パルスS1の振幅である。順方向電圧を考慮すると、
VC23=VC21+VAMP−2VF …(6)
となる。
ΔV=VOUT+VAMP …(7)
このように、図4の昇圧回路210によれば、DC/DCコンバータ200のVINピンに適切な電源電圧VBOOSTを供給できる。
VC21=(R21+R22)/R22×VREF
となるようにフィードバックがかかる。上述のように、VC21=VOUTであるから、出力電圧VOUTの目標電圧VOUT(REF)は、
VOUT(REF)=(R21+R22)/R22×VREF
となる。
(第1変形例)
昇圧回路210の構成は、図4に限定されない。図6(a)、(b)は、昇圧回路210の変形例を示す回路図である。図6(a)のチャージポンプ回路212aは、ダイオードD22、D23に代えてスイッチM22,M23と、スイッチM22,M23の駆動回路214を備える。駆動回路214は、オシレータ306が生成するクロック信号CKと同期して、スイッチM22,M23を駆動する。駆動回路214はコントローラ300に内蔵してもよい。またMOSFETで構成されるスイッチM22,M23をコントローラ300に内蔵してもよい。
VBOOST=VOUT+VAMP×2
チャージポンプ回路の段数は特に限定されず、3段以上であってもよい。
スイッチングトランジスタM1は、コントローラ300に外付けされてもよい。図7は、第2変形例に係るDC/DCコンバータ200の回路図である。コントローラ300は、スイッチングトランジスタM1のゲートと接続されるOUTピンを備える。ドライバ314は、OUTピンからゲート駆動パルスVGを出力する。その他の構成は、図5と同様である。
コントローラ300の構成は図5や図7のそれらに限定されず、平均電流モードのコントローラや、電圧モードのコントローラを用いてもよい。また、バックコンバータ202は同期整流型であってもよい。
図8は、実施の形態に係るDC/DCコンバータ200を備えるAC/DCコンバータ100の回路図である。AC/DCコンバータ100は、整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200を備える。
VBOOST=VS+ΔV …(1)
ΔV=VOUT+VADD …(2A)
で与えられる。なお別の観点から見ると、昇圧回路210が発生する電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧率をα(ただしα>1)として、式(2B)のように表してもよい。
ΔV=α×VOUT …(2B)
ΔV>VGS(th) …(3)
VBOOST=VS+ΔV …(4)
ただし、ΔV=VOUT+VADD>VGS(th)
VC23≒VC21+VAMP …(5)
VAMPはスイッチングライン204の電位VSを基準としたときのゲート駆動パルスVGの振幅である。順方向電圧を考慮すると、
VC23=VC21+VAMP−2VF …(6)
となる。
ΔV=VOUT+VAMP …(7)
このように、図10の昇圧回路210によれば、DC/DCコンバータ200のVINピンに適切な電源電圧VBOOSTを供給できる。
VC21=(R21+R22)/R22×VREF
となるようにフィードバックがかかる。上述のように、VC21=VOUTであるから、出力電圧VOUTの目標電圧VOUT(REF)は、
VOUT(REF)=(R21+R22)/R22×VREF
となる。
昇圧回路210の構成は、図10に限定されない。図12(a)、(b)は、昇圧回路210の変形例を示す回路図である。図12(a)のチャージポンプ回路212aは、ダイオードD22、D23に代えてスイッチM22,M23と、スイッチM22,M23の駆動回路214を備える。駆動回路214は、ゲート駆動パルスVGと同期して、スイッチM22,M23を駆動する。駆動回路214はコントローラ300に内蔵してもよい。またMOSFETで構成されるスイッチM22,M23をコントローラ300に内蔵してもよい。
VBOOST=VOUT+VAMP×2
チャージポンプ回路の段数は特に限定されず、3段以上であってもよい。
コントローラ300の構成は図11のそれに限定されず、平均電流モードのコントローラや、電圧モードのコントローラを用いてもよい。また、バックコンバータ202は同期整流型であってもよい。
続いて、第1あるいは第2の実施の形態で説明したDC/DCコンバータ200の用途を説明する。
P2 出力端子
M1 スイッチングトランジスタ
C1 出力キャパシタ
L1 インダクタ
D1 整流ダイオード
100 AC/DCコンバータ
104 整流回路
106 平滑キャパシタ
200 DC/DCコンバータ
202 バックコンバータ
204 スイッチングライン
210 昇圧回路
212 チャージポンプ回路
D21 第1ダイオード
C21 第1キャパシタ
300 コントローラ
301 パルス変調器
302 エラーアンプ
304 コンパレータ
306 オシレータ
308 基準電圧源
310 スロープ補償器
312 フリップフロップ
314 ドライバ
316 スタータ回路
320 昇圧パルス発生器
800 ACアダプタ
802 プラグ
804 筐体
806 コネクタ
810,900 電子機器
902 プラグ
904 筐体
Claims (14)
- 非絶縁型のDC/DCコンバータであって、
スイッチングトランジスタを含むバックコンバータと、
前記スイッチングトランジスタのソースと接続されるスイッチングラインがグランドに接続され、前記スイッチングトランジスタを駆動するとともに、昇圧パルスを生成するコントローラと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を受け、前記昇圧パルスを利用して、前記コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記スイッチングトランジスタは、前記コントローラと同一のパッケージに内蔵されていることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記コントローラは、
オシレータと、
前記オシレータが生成する信号と同期してパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記オシレータが生成する信号にもとづいて前記昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記昇圧パルスは、前記スイッチングトランジスタのゲートに供給されるゲート駆動パルスであることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記昇圧回路は、
一端が前記スイッチングラインと接続される第1キャパシタと、
アノードに前記DC/DCコンバータの出力電圧を受け、カソードが前記第1キャパシタの他端と接続される第1ダイオードと、
前記スイッチングラインをグランドとして構成され、前記第1キャパシタの両端間電圧を入力電圧として受け、前記昇圧パルスに応じた昇圧動作を行うチャージポンプ回路と、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記コントローラは、前記第1キャパシタの前記他端の電圧をフィードバック電圧として受け、前記フィードバック電圧が基準電圧と一致するように前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とする請求項5に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記チャージポンプ回路は、第1キャパシタの両端間電圧と前記昇圧パルスの振幅を加算した電圧を生成することを特徴とする請求項5または6に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記チャージポンプ回路は、複数のダイオードを含むことを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 前記チャージポンプ回路は、複数のスイッチを含み、
前記昇圧パルスと同期して前記複数のスイッチを駆動する駆動回路をさらに備えることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記複数のスイッチおよび前記駆動回路は、前記コントローラと同一の半導体基板に集積化されることを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。
- 非絶縁型のDC/DCコンバータのコントローラであって、
前記DC/DCコンバータは、
前記コントローラに加えて、
バックコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧および昇圧パルスに応じて、前記コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、
を備え、
前記コントローラは、
スイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのソースと接続される接地ピンと、
前記スイッチングトランジスタのドレインと接続されるハイ電圧ピンと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じてフィードバック電圧を受けるべきフィードバックピンと、
オシレータと、
前記オシレータと同期して、前記フィードバック電圧と基準電圧が近づくようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記オシレータと同期して、前記昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、
を備えることを特徴とするコントローラ。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項11に記載のコントローラ。
- 請求項11または12に記載のコントローラを備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
- 負荷と、
交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項1から10、13のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
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