JP7037637B2 - スイッチング制御回路 - Google Patents

スイッチング制御回路 Download PDF

Info

Publication number
JP7037637B2
JP7037637B2 JP2020507387A JP2020507387A JP7037637B2 JP 7037637 B2 JP7037637 B2 JP 7037637B2 JP 2020507387 A JP2020507387 A JP 2020507387A JP 2020507387 A JP2020507387 A JP 2020507387A JP 7037637 B2 JP7037637 B2 JP 7037637B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
output
control circuit
switching control
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020507387A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019181201A1 (ja
Inventor
慎吾 橋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Publication of JPWO2019181201A1 publication Critical patent/JPWO2019181201A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7037637B2 publication Critical patent/JP7037637B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、スイッチング電源装置に用いられるスイッチング制御回路に関する。
スイッチング電源装置のスイッチング周波数をスペクトラム拡散することで、スイッチング電源装置から輻射されるノイズのピークを低減する技術が、従来より知られている（例えば特許文献１参照）。
また、通常状態（非軽負荷状態）においてＰＷＭ（pulse width modulation）方式で動作し、軽負荷状態においてＰＦＭ（pulse frequency modulation）方式で動作することで、軽負荷状態での効率を向上させるスイッチング電源装置が、従来より知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２０１２－１００３６６号公報 特開２００３－２１９６３７号公報
特許文献２で開示されているスイッチング電源装置では、ＰＦＭ方式のスイッチング制御信号において、ＰＦＭ基準クロックで定まる一定周期毎に単一のパルスがスキップされるか否かがスイッチング電源装置の出力電圧に応じて決まる。つまり、ＰＦＭ方式のスイッチング制御信号のパルス周波数は負荷状態に応じて決まる。このため、特許文献２で開示されているスイッチング電源装置では、軽負荷状態においてスペクトラム拡散技術を用いてノイズのピークを低減することができない。
本発明は、上記の状況に鑑み、間欠動作モードにおいてスイッチング電源装置から輻射されるノイズのピークを低減することができるスイッチング制御回路を提供することを目的とする。
本明細書中に開示されているスイッチング制御回路は、入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源装置に用いられ、前記スイッチング電源装置の出力スイッチング素子をスイッチングする動作期間と前記出力スイッチング素子をスイッチングしない休止期間とを繰り返す間欠動作モードを有するスイッチング制御回路であって、スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス周波数を変調する変調部を備え、前記動作期間において前記スイッチング制御信号によって前記出力スイッチング素子のスイッチングを制御する構成（第１の構成）である。
上記第１の構成のスイッチング制御回路において、前記変調部は、カウンタと、前記カウンタの出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部と、を備え、前記Ｄ／Ａ変換部の出力に応じて前記パルス周波数を変調する構成（第２の構成）であってもよい。
上記第２の構成のスイッチング制御回路において、前記カウンタはアップダウンカウンタである構成（第３の構成）であってもよい。
上記第２又は第３の構成のスイッチング制御回路において、前記休止期間において、前記カウンタにクロック信号を供給しない構成（第４の構成）であってもよい。
上記第４の構成のスイッチング制御回路において、前記休止期間において、前記Ｄ／Ａ変換部の出力をグランド電位にする構成（第５の構成）であってもよい。
上記第１～第５いずれかの構成のスイッチング制御回路において、前記スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス数が２以上の固定値である構成（第６の構成）であってもよい。
上記第１～第５いずれかの構成のスイッチング制御回路において、前記スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス数が前記出力電圧に基づいて可変する構成（第７の構成）であってもよい。
上記第１～第７いずれかの構成のスイッチング制御回路において、前記出力スイッチング素子をスイッチングし続ける非間欠動作モードを有するスイッチング制御回路であって、前記非間欠動作モードにおいて前記スイッチング制御信号によって前記出力スイッチング素子のスイッチング周波数を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下に制御する構成（第８の構成）であってもよい。
本明細書中に開示されているスイッチング電源装置は、出力スイッチング素子と、前記出力スイッチング素子のスイッチングを制御する上記第１～第８いずれかの構成のスイッチング制御回路と、を備える構成（第９の構成）である。
本明細書中に開示されている車両は、上記第９の構成のスイッチング電源装置と、前記スイッチング電源装置に電力を供給するバッテリと、を備える構成（第１０の構成）である。
本明細書中に開示されているスイッチング制御回路によれば、間欠動作モードにおいてスイッチング電源装置から輻射されるノイズのピークを低減することができる。
スイッチング電源装置の全体構成例を示す図 スイッチング制御回路の一構成例を示す図 定電圧、第２ランプ電圧、及びクロック信号の波形図 第２ランプ回路及び発振器の一構成例を示す図 パルス周波数及び出力電圧の波形図 Ｄ／Ａ変換器の出力信号の波形図 Ｄ／Ａ変換器の出力信号の他の波形図 車両の外観図 間欠動作モードでのノイズ周波数特性を示す図
＜１．スイッチング電源装置の全体構成例＞
図１は、スイッチング電源装置の全体構成例を示す図である。図１に示すスイッチング電源装置は、降圧型スイッチングレギュレータであって、スイッチング制御回路１と、出力スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２と、インダクタＬ１と、出力コンデンサＣ１と、分圧抵抗Ｒ１及びＲ２と、を備える。
ＭＯＳトランジスタＱ１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであって、入力電圧Ｖｉｎが印加されている入力端子とインダクタＬ１の一端とを電気的に導通／遮断するスイッチの一例である。ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインは、入力電圧Ｖｉｎが印加されている入力端子に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ１のソースは、インダクタＬ１の一端及びＭＯＳトランジスタＱ２のドレインに接続されている。
ＭＯＳトランジスタＱ２は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであって、グランド電位とインダクタＬ１の一端とを電気的に導通／遮断するスイッチの一例である。ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは、上述の通りインダクタＬ１の一端及びＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ２のソースは、グランド電位に接続されている。なお、ＭＯＳトランジスタＱ２の代わりにダイオードを用いることもできる。
インダクタＬ１の他端は、出力コンデンサＣ１の一端、分圧抵抗Ｒ１の一端、及び出力電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子に接続されている。出力コンデンサＣ１の他端はグランド電位に接続されている。分圧抵抗Ｒ１の他端は分圧抵抗Ｒ２の一端に接続され、分圧抵抗Ｒ２の他端はグランド電位に接続されている。
出力コンデンサＣ１は出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを低減するための平滑コンデンサである。また、分圧抵抗Ｒ１及びＲ２は、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して帰還電圧Ｖｆｂを生成し、帰還電圧Ｖｆｂをスイッチング制御回路１に供給する。
スイッチング制御回路１は、帰還電圧Ｖｆｂに応じてＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２を相補的にオン／オフさせるためのＭＯＳトランジスタＱ１のゲート信号Ｇ１及びＭＯＳトランジスタＱ２のゲート信号Ｇ２を生成し、ゲート信号Ｇ１及びＧ２をＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２の各ゲートに供給する。なお、ＭＯＳトランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＱ２のオン／オフ切り替わり時には、ＭＯＳトランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＱ２の双方がオフになるデッドタイムを設けることが好ましい。
＜２．スイッチング制御回路の構成例＞
図２は、スイッチング制御回路１の一構成例を示す図である。図２に示す例においてスイッチング制御回路１は、エラーアンプ１１と、基準電圧源１２と、抵抗Ｒ３と、コンデンサＣ２と、第１ランプ回路１３と、コンパレータ１４と、第２ランプ回路１５と、発振器１６と、タイミング制御回路１７と、を備えている。
エラーアンプ１１は、帰還電圧Ｖｆｂと、基準電圧源１２から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとの差分に応じた誤差信号Ｖｃを生成する。誤差信号Ｖｃは、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２によって構成される位相補償回路によって位相補償される。
第１ランプ回路１３は、入力電圧Ｖｉｎに応じた傾きの第１ランプ電圧Ｖｒ１を生成して出力する。第１ランプ電圧Ｖｒ１は、例えばコンパレータ１４から出力されるリセット信号ＲＳＴによってリセットされる。
コンパレータ１４は、位相補償された誤差信号Ｖｃと第１ランプ電圧Ｖｒ１とを比較して比較信号であるリセット信号ＲＳＴを生成する。
また、コンパレータ１４は、図１に示すスイッチング電源装置に設けられる電流検出部（図１において不図示）からインダクタＬ１を流れる電流の情報を受け取り、第１ランプ電圧Ｖｒ１及び位相補償された誤差信号Ｖｃのいずれか一方にインダクタＬ１を流れる電流に応じたオフセットをかける構成である。この構成により、図１に示すスイッチング電源装置は電流モード制御型スイッチングレギュレータとなる。なお、コンパレータ１４は、インダクタＬ１を流れる電流の情報をコンパレータ１４が受け取らない構成であってもよい。この場合、図１に示すスイッチング電源装置は電圧モード制御型スイッチングレギュレータとなる。
第２ランプ回路１５は、内部電源電圧ＶＤＤに応じた傾きの第２ランプ電圧Ｖｒ２を生成して出力する。内部電源電圧ＶＤＤは、スイッチング制御回路１の内部において入力電圧Ｖｉｎを用いて生成される定電圧である。また、第２ランプ回路１５は、第２ランプ電圧Ｖｒ２のオフセットを変調する。さらに、第２ランプ回路１５は、発振器１６の出力信号（クロック信号ＣＬＫ）に基づいて第２ランプ電圧Ｖｒ２をリセットする。具体的には、第２ランプ回路１５は、クロック信号ＣＬＫがハイレベルからローレベルに切りかわるタイミングで、第２ランプ電圧Ｖｒ２をリセットする。
発振器１６は、定電圧Ｖｃｍａｘと第２ランプ電圧Ｖｒ２とを比較して比較信号であるクロック信号ＣＬＫを生成し、その生成したクロック信号ＣＬＫをタイミング制御回路１７に出力する。具体的には、発振器１６は、第２ランプ電圧Ｖｒ２が定電圧Ｖｃｍａｘより小さい期間はクロック信号のレベルをローレベルにし、第２ランプ電圧Ｖｒ２が定電圧Ｖｃｍａｘより大きい期間はクロック信号のレベルをハイレベルにする。クロック信号ＣＬＫの周波数は、第２ランプ電圧Ｖｒ２のオフセット変調に応じて変調する。図３（ａ）～（ｃ）に示すように第２ランプ電圧Ｖｒ２のオフセットＯＦが大きくなると、クロック信号ＣＬＫの周波数が高くなる。なお、図３（ａ）では、第２ランプ電圧Ｖｒ２のオフセットＯＦが零である。
タイミング制御回路１７は、セット信号（発振器１６から出力されるクロック信号ＣＬＫ）のハイレベルからローレベルへの切り替わり時にゲート信号Ｇ１をローレベルからハイレベルに切り替え、リセット信号ＲＳＴのローレベルからハイレベルへの切り替わり時にゲート信号Ｇ１をハイレベルからローレベルに切り替える。
タイミング制御回路１７は、間欠動作モード及び非間欠動作モード（通常モード）を有する。間欠動作モードは、ＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２をスイッチングする動作期間とＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２をスイッチングしない休止期間とを繰り返すモードである。非間欠動作モードは、ＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２をスイッチングし続ける。
タイミング制御回路１７は、帰還電圧Ｖｆｂを監視しており、帰還電圧Ｖｆｂが第１の閾値より大きければ間欠動作モードを選択し、帰還電圧Ｖｆｂが第１の閾値以下であれば非間欠動作モードを選択する。これにより、図１に示すスイッチング電源装置は、軽負荷状態であるときに間欠動作モードになり、非軽負荷状態であるときに非間欠動作モードになる。
タイミング制御回路１７は、間欠動作モードにおいて、帰還電圧Ｖｆｂが第２の閾値以下になると、休止期間から動作期間に切り替える。なお、第２の閾値は第１の閾値より大きい値である。
タイミング制御回路１７は、ゲート信号Ｇ１の動作期間内のパルス数が２以上の固定値になると、動作期間から休止期間に切り替える制御（第１の制御）、又は、帰還電圧Ｖｆｂが第３の閾値より大きくなれば、動作期間から休止期間に切り替える制御（第２の制御）のいずれかを行う。なお、第３の閾値は第２の閾値より大きい値である。タイミング制御回路１７が第２の制御を行った場合、ゲート信号Ｇ１の動作期間内のパルス数が帰還電圧Ｖｆｂひいては図１に示すスイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて可変する。
＜３．第２ランプ回路の構成例＞
図４は、第２ランプ回路１５及び発振器１６の一構成例を示す図である。図４に示す例において第２ランプ回路１５は、アップダウンカウンタＣＮＴ１と、バッファＢ１～Ｂ８と、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１と、コンデンサＣ３及びＣ４と、抵抗Ｒ４と、ＭＯＳトランジスタＱ３と、遅延回路ＤＬ１と、ＮＡＮＤゲートＮ１及びＮ２と、を備える。発振器１６は、内部電源電圧ＶＤＤを分圧して定電圧Ｖｃｍａｘを生成する分圧回路と、定電圧Ｖｃｍａｘと第２ランプ電圧Ｖｒ２とを比較して比較信号であるクロック信号ＣＬＫを生成するコンパレータとによって構成される。
アップダウンカウンタＣＮＴ１は、クロック信号ＣＬＫに同期して、第１の所定値から第２の所定値までのカウントアップ動作と、第２の所定値から第１の所定値までのカウントダウン動作とを繰り返す。アップダウンカウンタＣＮＴ１は、クロック信号ＣＬＫの各周期でカウント動作を行ってもよく、クロック信号ＣＬＫの所定の複数周期おきにカウント動作を行ってもよい。本実施形態では、アップダウンカウンタＣＮＴ１は８ビットのカウンタである。なお、タイミング制御回路１７は、発振器１６からアップダウンカウンタＣＮＴ１へのクロック信号ＣＬＫの供給を制御する。具体的は、間欠動作モードの休止期間では、アップダウンカウンタＣＮＴ１にクロック信号ＣＬＫが供給されないようにし、それ以外のときにはアップダウンカウンタＣＮＴ１にクロック信号ＣＬＫが供給されるようにする。
アップダウンカウンタＣＮＴ１に供給されるイネーブル信号ＥＮがＨＩＧＨレベルである場合、アップダウンカウンタＣＮＴ１がイネーブル状態となり図１に示すスイッチング電源装置においてスイッチング周波数のスペクトラム拡散が実行される。一方、アップダウンカウンタＣＮＴ１に供給されるイネーブル信号ＥＮがＬＯＷレベルである場合、アップダウンカウンタＣＮＴ１がディセーブル状態となり図１に示すスイッチング電源装置においてスイッチング周波数のスペクトラム拡散が実行されない。
アップダウンカウンタＣＮＴ１の出力（カウント値）はバッファＢ１～Ｂ８を介してＤ／Ａ変換器ＣＮＶ１に供給される。Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１はアップダウンカウンタＣＮＴ１の出力（カウント値）をアナログ電圧に変換する。
コンデンサＣ３に対して抵抗Ｒ４が直列接続され、ＭＯＳトランジスタＱ３が並列接続される。ＭＯＳトランジスタＱ３は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタＱ３がオフ状態であるとき、抵抗Ｒ４を流れる電流によってコンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３の充電電流は内部電源電圧ＶＤＤに比例する。したがって、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との接続点電圧である第２ランプ電圧Ｖｒ２の傾きは内部電源電圧ＶＤＤに比例する。ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態であるとき、コンデンサＣ３は放電される。
また、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１の出力端がコンデンサＣ４を介して抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との接続点に接続されている。このため、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との接続点電圧である第２ランプ電圧Ｖｒ２に、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１から出力されるアナログ電圧によってオフセットがかかる。
放電用スイッチであるＭＯＳトランジスタＱ３は、ランプリセット信号ＲａｍｐＲｓｔによって制御される。具体的には、クロック信号ＣＬＫがハイレベルからローレベルに切り替わったタイミングから所定時間（遅延回路ＤＬ１の遅延時間）が経過したときに、ＮＡＮＤゲートＮ１の出力信号がローレベルになってＮＡＮＤゲートＮ２の出力信号（ランプリセット信号ＲａｍｐＲｓｔ）がハイレベルになるので、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態になりコンデンサＣ３が放電される。また、スリープ信号ＳＬＰがローレベルであるときもＮＡＮＤゲートＮ２の出力信号（ランプリセット信号ＲａｍｐＲｓｔ）がハイレベルになるので、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態になりコンデンサＣ３が放電される。スリープ信号ＳＬＰはタイミング制御回路１７から供給される。タイミング制御回路１７は、間欠動作モードの休止期間にスリープ信号ＳＬＰをローレベルにし、それ以外のときにはスリープ信号ＳＬＰをハイレベルにする。
以上説明した通り図４に示す第２ランプ回路１５は、間欠動作モードの動作期間及び非間欠動作モードにおいて、アップダウンカウンタＣＮＴ１の出力（カウント値）に応じて第２ランプ電圧Ｖｒ２のオフセットを変調する。したがって、図５に示すように、間欠動作モードの動作期間及び非間欠動作モードにおいて、ゲート信号Ｇ１及びＧ２のパルス周波数ｆｐが変調される。つまり、図１に示すスイッチング電源装置は、非間欠動作モードのみならず間欠動作モードにおいてもスイッチング周波数をスペクトラム拡散することができる。したがって、非間欠動作モードのみならず間欠動作モードにおいても、図１に示すスイッチング電源装置から輻射されるノイズのピークが低減される。
例えば、アップダウンカウンタＣＮＴ１は、間欠動作モードの動作期間から休止期間に切り替わる際にアップダウンカウンタＣＮＴ１が出力（カウント値）を保持する構成にすることができる。この場合、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１から出力されるアナログ電圧は図６に示すように推移する。Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１から出力されるアナログ電圧が休止期間において０［Ｖ］ではないため、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１は休止期間において電力を消費する。
また例えば、アップダウンカウンタＣＮＴ１は、間欠動作モードの動作期間から休止期間に切り替わる際に出力（カウント値）の各ビットをグランド電位にし、間欠動作モードの休止期間から動作期間に切り替わる際に出力（カウント値）を前回の動作期間での出力（カウント値）に復帰させる又は前回の動作期間での出力（カウント値）に対してカウントアップ若しくはカウントダウンした値にする構成にすることができる。この場合、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１から出力されるアナログ電圧は図７に示すように推移する。Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１から出力されるアナログ電圧が休止期間において０［Ｖ］であるため、Ｄ／Ａ変換器ＣＮＶ１は休止期間において電力を消費しない。したがって、間欠動作モードにおける効率をより一層向上させることができる。
＜用途＞
次に、図１に示すスイッチング電源装置の用途例について説明する。図８は、車載機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、バッテリ（図８において不図示）と、図１に示すスイッチング電源装置（図８において不図示）と、車載機器Ｘ１１～Ｘ１７と、を搭載している。
図１に示すスイッチング電源装置が車両Ｘに搭載される場合、ＡＭラジオ放送の受信に悪影響が出ないようにＡＭ帯域の輻射ノイズを抑えることが求められる。したがって、スイッチング制御回路１が、非間欠動作モードにおけるＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２のスイッチング周波数を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下に制御することが望ましい。スイッチング周波数が１．８ＭＨｚ未満になると、ＡＭ帯域の輻射ノイズが増加し、スイッチング周波数が２．１ＭＨｚより大きくなると、スイッチング損失が許容範囲を超えるからである。
例えば発振器１６から出力されるクロック信号ＣＬＫの周波数を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下に設定することで、スイッチング制御回路１が、非間欠動作モードにおけるＭＯＳトランジスタＱ１及びＱ２のスイッチング周波数を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下に制御することができる。
また、上述したタイミング制御回路１７が第２の制御を行った場合、間欠動作モードでのノイズ周波数特性は図９に示すようになる。つまり、間欠動作モードにおいて図１に示すスイッチング電源装置の負荷を大きくしていくと、図１に示すスイッチング電源装置からの輻射ノイズの周波数は低域から７０ｋＨｚまで増加しその後減少する。すなわち、ＡＭ帯域の輻射ノイズは発生しない。
図１に示すスイッチング電源装置は、バッテリから直流電圧を入力して出力電圧を生成し、当該出力電圧を車載機器Ｘ１１～Ｘ１７の少なくとも一つに供給する。
車載機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。
車載機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
車載機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。
車載機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power Steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。
車載機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。
車載機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、電動サンルーフ、電動シート、及び、エアコンなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。
車載機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［Electronic Toll Collection System］など、ユーザの任意で車両Ｘに装着される電子機器である。
＜留意点＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明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。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。
例えば上述した実施形態では、スイッチング制御回路を降圧型スイッチングレギュレータに用いているが、降圧型スイッチングレギュレータ以外のスイッチング電源装置に用いてもよい。
また例えば上述した実施形態では、第２ランプ回路１５がアップダウンカウンタＣＮＴ１を備える構成であったが、アップダウンカウンタＣＮＴ１の代わりにアップカウンタ又はダウンカウンタを用いてもよい。しかしながら、アップカウンタではカウント値が最大値に達するとカウント値を最小値に戻すことになりカウント値が大きく変化し、アップカウンタではカウント値が最小値に達するとカウント値を最大値に戻すことになりカウント値が大きく変化する。一方、アップダウンカウンタはカウント値の大きな変化を回避できるので、アップカウンタ及びダウンカウンタよりも好ましい。
１ スイッチング制御回路
１１ エラーアンプ
１２ 基準電圧源
１３ 第１ランプ回路
１４ コンパレータ
１５ 第２ランプ回路
１６ 発振器
１７ タイミング制御回路
Ｂ１～Ｂ８ バッファ
Ｃ１ 出力コンデンサ
Ｃ２～Ｃ４ コンデンサ
ＣＮＴ１ アップダウンカウンタ
ＣＮＶ１ Ｄ／Ａコンバータ
ＤＬ１ 遅延回路
Ｌ１ インダクタ
Ｎ１、Ｎ２ ＮＡＮＤゲート
Ｑ１～Ｑ３ ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１、Ｒ２ 分圧抵抗
Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
Ｘ 車両
Ｘ１１～Ｘ１７ 車載機器

Claims (8)

  1. 入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源装置に用いられ、前記スイッチング電源装置の出力スイッチング素子をスイッチングする動作期間と前記出力スイッチング素子をスイッチングしない休止期間とを繰り返す間欠動作モードを有するスイッチング制御回路であって、
    スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス周波数を変調する変調部を備え、
    前記動作期間において前記スイッチング制御信号によって前記出力スイッチング素子のスイッチングを制御し、
    前記変調部は、
    カウンタと、
    前記カウンタの出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部と、を備え、
    前記Ｄ／Ａ変換部の出力に応じて前記パルス周波数を変調し、
    前記休止期間において、前記カウンタにクロック信号を供給しない、スイッチング制御回路。
  2. 前記カウンタは、アップダウンカウンタである、請求項１に記載のスイッチング制御回路。
  3. 前記休止期間において、前記Ｄ／Ａ変換部の出力をグランド電位にする、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング制御回路。
  4. 前記スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス数が２以上の固定値である、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路。
  5. 前記スイッチング制御信号の前記動作期間内でのパルス数が前記出力電圧に基づいて可変する、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路。
  6. 前記出力スイッチング素子をスイッチングし続ける非間欠動作モードを有するスイッチング制御回路であって、
    前記非間欠動作モードにおいて前記スイッチング制御信号によって前記出力スイッチング素子のスイッチング周波数を１．８ＭＨｚ以上２．１ＭＨｚ以下に制御する、請求項１～５のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路。
  7. 出力スイッチング素子と、
    前記出力スイッチング素子のスイッチングを制御する請求項１～６のいずれか一項に記載のスイッチング制御回路と、
    を備える、スイッチング電源装置。
  8. 請求項７に記載のスイッチング電源装置と、
    前記スイッチング電源装置に電力を供給するバッテリと、
    を備える、車両。
JP2020507387A 2018-03-22 2019-01-28 スイッチング制御回路 Active JP7037637B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018053840 2018-03-22
JP2018053840 2018-03-22
PCT/JP2019/002667 WO2019181201A1 (ja) 2018-03-22 2019-01-28 スイッチング制御回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019181201A1 JPWO2019181201A1 (ja) 2021-02-04
JP7037637B2 true JP7037637B2 (ja) 2022-03-16

Family

ID=67986087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020507387A Active JP7037637B2 (ja) 2018-03-22 2019-01-28 スイッチング制御回路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11515788B2 (ja)
JP (1) JP7037637B2 (ja)
DE (1) DE112019000760T5 (ja)
WO (1) WO2019181201A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109088538B (zh) * 2018-10-19 2019-11-08 珠海格力电器股份有限公司 一种频率调制装置、开关电源及其频率调制方法
TWI727450B (zh) * 2019-10-04 2021-05-11 瑞昱半導體股份有限公司 電源供應電路以及運作方法
JP7280165B2 (ja) * 2019-10-18 2023-05-23 ローム株式会社 スイッチング電源装置
IT202000017224A1 (it) * 2020-07-15 2022-01-15 St Microelectronics Srl Circuito convertitore, dispositivo e procedimento corrispondenti
US11848610B2 (en) 2021-08-03 2023-12-19 Analog Devices, Inc. Low ripple pulse-skip mode control in switching mode power supplies

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060197516A1 (en) 2005-03-01 2006-09-07 Realtek Semiconductor Corp. Switching regulator
JP2013038916A (ja) 2011-08-08 2013-02-21 Nippon Soken Inc スイッチング装置
JP2014204547A (ja) 2013-04-04 2014-10-27 三菱電機株式会社 Ｄｃ−ｄｃ電圧変換装置及び重畳方法
JP2015122888A (ja) 2013-12-24 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 車両の電源装置
US20160036322A1 (en) 2014-07-31 2016-02-04 Cypress Semiconductor Corporation Control apparatus, switching power supply and control method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3647811B2 (ja) 2002-01-22 2005-05-18 東北パイオニア株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路
US7504810B1 (en) * 2005-02-18 2009-03-17 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for generating a spread-spectrum clock for a switching regulator
JP4837354B2 (ja) 2005-09-30 2011-12-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｐｗｍ信号生成装置及びｐｗｍ信号生成方法並びにモータ制御装置及びモータ制御方法
US7755342B2 (en) * 2006-05-04 2010-07-13 International Rectifier Corporation Multi-mode switching control circuit and method for improving light load efficiency in switching power supplies
JP5507980B2 (ja) * 2009-11-27 2014-05-28 スパンション エルエルシー スイッチング電源の制御回路、電子機器、及びスイッチング電源の制御方法
JP5589769B2 (ja) 2010-10-29 2014-09-17 富士通セミコンダクター株式会社 スイッチング電源の制御回路及び電子機器
JP5947786B2 (ja) * 2011-03-07 2016-07-06 ローム株式会社 スイッチング電流制御回路、ｌｅｄ調光システムおよびｌｅｄ照明機器
JP2014003812A (ja) * 2012-06-19 2014-01-09 Rohm Co Ltd 電源装置、並びに、これを用いた車載機器及び車両
JP6101439B2 (ja) * 2012-06-19 2017-03-22 ローム株式会社 電源装置、並びに、これを用いた車載機器及び車両
JP5610107B1 (ja) * 2012-11-09 2014-10-22 富士電機株式会社 インバータ装置
US9024533B2 (en) * 2013-03-12 2015-05-05 Atmel Corporation Controlling switching current regulators
JP5997348B1 (ja) * 2015-10-23 2016-09-28 トレックス・セミコンダクター株式会社 スイッチング電源回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060197516A1 (en) 2005-03-01 2006-09-07 Realtek Semiconductor Corp. Switching regulator
JP2013038916A (ja) 2011-08-08 2013-02-21 Nippon Soken Inc スイッチング装置
JP2014204547A (ja) 2013-04-04 2014-10-27 三菱電機株式会社 Ｄｃ−ｄｃ電圧変換装置及び重畳方法
JP2015122888A (ja) 2013-12-24 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 車両の電源装置
US20160036322A1 (en) 2014-07-31 2016-02-04 Cypress Semiconductor Corporation Control apparatus, switching power supply and control method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019181201A1 (ja) 2019-09-26
US20200403511A1 (en) 2020-12-24
JPWO2019181201A1 (ja) 2021-02-04
US11515788B2 (en) 2022-11-29
DE112019000760T5 (de) 2020-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7037637B2 (ja) スイッチング制御回路
US7750615B2 (en) Burst mode operation in a DC-DC converter
US11285819B2 (en) Current mode control type switching power supply device
US20210339634A1 (en) Current mode control type switching power supply device
US10218269B2 (en) Switching regulator and integrated-circuit package
US10298130B2 (en) Switching regulator
US20150180341A1 (en) Switching regulator and control circuit and control method therefor
US10355589B2 (en) Switching regulator
US9182769B2 (en) Power supply device, and vehicle-mounted apparatus and vehicle using same
US9541928B2 (en) Power supply device, and vehicle-mounted apparatus and vehicle using same
US11848611B2 (en) Switching power supply device
US10673332B2 (en) Switching regulator
US9429963B2 (en) Power supply device, and vehicle-mounted apparatus and vehicle using same
JP7281318B2 (ja) スイッチング制御回路
JP7100499B2 (ja) 半導体装置
WO2021246302A1 (ja) スイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両
US20230179097A1 (en) Switching Power Device
WO2017002834A1 (ja) スイッチングレギュレータ及び集積回路パッケージ
WO2023100509A1 (ja) スイッチング電源装置、スイッチ制御装置、車載機器、及び車両
JP6553226B2 (ja) 電流モード制御型スイッチング電源装置
JP2021052516A (ja) 電圧監視回路

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200818

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210729

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20211124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220131

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20220131

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20220209

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20220215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220304

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7037637

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150