JP7327998B2 - DC/DC converter - Google Patents
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Description
本明細書中に開示されている発明は、ブートストラップ形式のDC/DCコンバータに関するものである。 The invention disclosed herein relates to a bootstrap type DC/DC converter.
近年、様々なアプリケーションの電源手段として、ブートストラップ形式のDC/DCコンバータが広く一般に用いられている。 2. Description of the Related Art In recent years, bootstrap type DC/DC converters have been widely used as power supply means for various applications.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。
As an example of conventional technology related to the above,
しかしながら、従来のDC/DCコンバータでは、その過電圧保護動作について、異常検出時における安全性確保と異常解消時における即時復帰との両立が特に考慮されておらず、更なる改善の余地があった。 However, in conventional DC/DC converters, there is room for further improvement, as the overvoltage protection operation of the converter does not take into account both ensuring safety when an abnormality is detected and immediate recovery when the abnormality is resolved.
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、異常検出時における安全性確保と異常解消時における即時復帰を両立することのできるDC/DCコンバータを提供することを目的とする。 The invention disclosed in the present specification is a DC/DC converter capable of ensuring both safety when an abnormality is detected and immediate recovery when the abnormality is resolved, in view of the above problems found by the inventors of the present application. intended to provide
本明細書中に開示されているDC/DCコンバータは、ブートストラップ形式のスイッチ出力段を駆動する駆動部と、前記スイッチ出力段において入力電圧から所望の出力電圧が生成されるように前記駆動部を制御する制御部と、前記出力電圧が過電圧状態であるか否かを検出する過電圧検出部を有し、前記駆動部は、前記過電圧状態が検出されたときに前記スイッチ出力段の上側トランジスタをオフして下側トランジスタのみをオン/オフする第1過電圧保護動作を開始し、前記過電圧状態が解消しないまま前記第1過電圧保護動作が所定期間に亘って継続したときに前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタ双方をオフする第2過電圧保護動作に移行する構成(第1の構成)とされている。 The DC/DC converter disclosed herein includes a driver for driving a bootstrap type switch output stage, and a driver for generating a desired output voltage from an input voltage at the switch output stage. and an overvoltage detection unit that detects whether or not the output voltage is in an overvoltage state, and the drive unit activates the upper transistor of the switch output stage when the overvoltage state is detected. When the first overvoltage protection operation of turning off and turning on/off only the lower transistor is started, and the first overvoltage protection operation continues for a predetermined period while the overvoltage state is not resolved, the upper transistor and the lower transistor It is configured to shift to the second overvoltage protection operation in which both side transistors are turned off (first configuration).
なお、上記第1の構成から成るDC/DCコンバータにおいて、前記駆動部は、前記第1過電圧保護動作において、前記下側トランジスタを最小デューティでオン/オフする構成(第2の構成)にするとよい。 In addition, in the DC/DC converter having the first configuration, the drive unit may be configured to turn on/off the lower transistor at a minimum duty in the first overvoltage protection operation (second configuration). .
また、上記第1または第2の構成から成るDC/DCコンバータにおいて、前記駆動部は、前記下側トランジスタのみを所定回数だけオン/オフしたときに、前記第1過電圧保護動作が前記所定期間に亘って継続したものとして、前記第2過電圧保護動作に移行する構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the DC/DC converter having the first or second configuration, the driving unit causes the first overvoltage protection operation to occur during the predetermined period when only the lower transistor is turned on/off a predetermined number of times. Assuming that the overvoltage protection operation continues over a period of time, a configuration (third configuration) that transitions to the second overvoltage protection operation may be employed.
また、上記第1~第3いずれかの構成から成るDC/DCコンバータは、前記第2過電圧保護動作からの復帰に際して、通常動作の開始前に前記上側トランジスタをオフしたまま前記下側トランジスタのみをオン/オフする構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the DC/DC converter having any one of the first to third configurations, when recovering from the second overvoltage protection operation, only the lower transistor is turned off while the upper transistor is turned off before the start of normal operation. It is preferable to use an on/off configuration (fourth configuration).
また、本明細書中に開示されているシステム電源は、入力電圧から出力電圧を生成するプライマリ電源と、前記出力電圧から第2出力電圧を生成するセカンダリ電源とを有し、前記プライマリ電源は、上記第1~第4いずれかの構成から成るDC/DCコンバータである構成(第5の構成)とされている。 A system power supply disclosed herein also has a primary power supply that generates an output voltage from an input voltage and a secondary power supply that generates a second output voltage from the output voltage, the primary power supply comprising: A configuration (fifth configuration) that is a DC/DC converter composed of any one of the first to fourth configurations is employed.
なお、上記第5の構成から成るシステム電源は、前記出力電圧を前記プライマリ電源に帰還入力するための第1外部端子と、前記出力電圧を前記セカンダリ電源に供給するための第2外部端子と、を個別に有する構成(第6の構成)にするとよい。 The system power supply having the fifth configuration includes a first external terminal for feeding back the output voltage to the primary power supply, a second external terminal for supplying the output voltage to the secondary power supply, are individually provided (sixth configuration).
また、上記第6の構成から成るシステム電源において、前記過電圧検出部は、前記第2外部端子を監視する構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the system power supply having the sixth configuration, the overvoltage detector may be configured to monitor the second external terminal (seventh configuration).
また、上記第5~第7いずれかの構成から成るシステム電源において、前記セカンダリ電源は、第2DC/DCコンバータとリニアレギュレータを含む構成(第8の構成)にするとよい。 Further, in the system power supply having any one of the fifth to seventh configurations, the secondary power supply may have a configuration including a second DC/DC converter and a linear regulator (eighth configuration).
また、上記第8の構成から成るシステム電源は、前記プライマリ電源及び前記第2DC/DCコンバータを集積化した第1チップと、前記リニアレギュレータを集積化した第2チップと、を単一のパッケージに封止して成る構成(第9の構成)にするとよい。 Further, the system power supply having the above eighth configuration includes a first chip in which the primary power supply and the second DC/DC converter are integrated, and a second chip in which the linear regulator is integrated, in a single package. A sealed configuration (ninth configuration) is preferable.
また、本明細書中に開示されている車両は、上記第5~第9いずれかの構成から成るシステム電源と、前記システム電源から電力供給を受けて動作する負荷とを有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the vehicle disclosed in this specification includes a system power supply having any one of the fifth to ninth configurations, and a load that operates by being supplied with power from the system power supply (tenth configuration).
本明細書中に開示されているDC/DCコンバータであれば、異常検出時における安全性確保と異常解消時における即時復帰を両立することが可能となる。 With the DC/DC converter disclosed in this specification, it is possible to ensure both safety when an abnormality is detected and immediate recovery when the abnormality is resolved.
<電子機器>
図1は、電子機器の全体構成を示す図である。本構成例の電子機器1は、システム電源IC10と、これに外付けされる種々のディスクリート部品(本図では、インダクタL1及びL2、並びに、キャパシタC1~C4)を有する。
<Electronic equipment>
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an electronic device. The
システム電源IC10は、入力電圧VIの供給を受けて複数系統の出力電圧(本図では出力電圧VO1~VO3の3系統)を生成する半導体集積回路装置である。なお、システム電源IC10は、IC外部との電気的な接続を確立するための手段として、複数の外部端子(本図では、外部端子T11~T15、外部端子T21~T24、並びに、外部端子T31~T34)を有する。
The system
システム電源IC10の外部において、外部端子T11は、キャパシタC2の第1端に接続されている。外部端子T12は、入力電圧VIの印加端に接続されている。なお、外部端子T12と接地端との間には、バイパスキャパシタを接続してもよい。外部端子T13は、インダクタL1の第1端とキャパシタC2の第2端に接続されている。外部端子T14は、インダクタL1の第2端及びキャパシタC1の第1端と共に、出力電圧VO1の印加端に接続されている。外部端子T15及びキャパシタC1の第2端は、いずれも接地端に接続されている。 Outside the system power supply IC 10, the external terminal T11 is connected to the first end of the capacitor C2. The external terminal T12 is connected to the application end of the input voltage VI. A bypass capacitor may be connected between the external terminal T12 and the ground terminal. The external terminal T13 is connected to the first end of the inductor L1 and the second end of the capacitor C2. The external terminal T14 is connected to the application terminal of the output voltage VO1 together with the second terminal of the inductor L1 and the first terminal of the capacitor C1. The external terminal T15 and the second end of the capacitor C1 are both connected to the ground terminal.
外部端子T21は、出力電圧VO1の印加端に接続されている。なお、外部端子T21と接地端との間には、バイパスキャパシタを接続してもよい。外部端子T22は、インダクタL2の第1端に接続されている。外部端子T23は、インダクタL2の第2端及びキャパシタC3の第1端と共に、出力電圧VO2の印加端に接続されている。外部端子T24及びキャパシタC3の第2端は、いずれも接地端に接続されている。 The external terminal T21 is connected to the application end of the output voltage VO1. A bypass capacitor may be connected between the external terminal T21 and the ground terminal. The external terminal T22 is connected to the first end of the inductor L2. The external terminal T23 is connected to the application terminal of the output voltage VO2 together with the second terminal of the inductor L2 and the first terminal of the capacitor C3. Both the external terminal T24 and the second end of the capacitor C3 are connected to the ground terminal.
外部端子T31は、出力電圧VO1の印加端に接続されている。なお、外部端子T31と接地端との間には、バイパスキャパシタを接続してもよい。また、外部端子T31と出力電圧VO1の印加端との間には、フィルタFLT(後出の図3を参照)を接続してもよい。外部端子T32及びT33は、キャパシタC4の第1端と共に、出力電圧VO3の印加端に接続されている。外部端子T34及びキャパシタC4の第2端は、いずれも接地端に接続されている。 The external terminal T31 is connected to the application end of the output voltage VO1. A bypass capacitor may be connected between the external terminal T31 and the ground terminal. A filter FLT (see FIG. 3 described later) may be connected between the external terminal T31 and the terminal for applying the output voltage VO1. The external terminals T32 and T33 are connected together with the first end of the capacitor C4 to the application end of the output voltage VO3. Both the external terminal T34 and the second end of the capacitor C4 are connected to the ground terminal.
<システム電源IC(内部構成)>
引き続き、図1を参照しながら、システム電源IC10の内部構成について説明する。システム電源IC10は、DC/DCコンバータ100及び200と、リニアレギュレータ300と、を集積化して成る。
<System power supply IC (internal configuration)>
Next, the internal configuration of the system power supply IC 10 will be described with reference to FIG. The system power supply IC 10 is formed by integrating DC/
より具体的に述べると、システム電源IC10は、DC/DCコンバータ100及び200やロジック制御クロック(不図示)などを集積化した半導体チップ10A(=第1チップ)と、リニアレギュレータ300を集積化した半導体チップ10B(=第2チップ)と、を単一のパッケージに封止して成る。
More specifically, the system
このようなマルチチップ構成を採用することにより、単一のパッケージでありながら、ノイズ源となり得るDC/DCコンバータ100及び200と、低ノイズが要求されるリニアレギュレータ300とを分離することが可能となる。
By adopting such a multi-chip configuration, it is possible to separate the DC/
DC/DCコンバータ100は、システム電源IC10の内部において、外部端子T11~T15に接続されており、入力電圧VI(例えば4.5~36V)を降圧して所望の出力電圧VO1(例えば4.0V)を生成するプライマリ電源である。なお、出力電圧VO1は、システム電源IC10に内蔵されたセカンダリ電源(本図では、DC/DCコンバータ200及びリニアレギュレータ300)への電力供給にのみ用いられる。
The DC/
DC/DCコンバータ200は、システム電源IC10の内部において、外部端子T21~T24に接続されており、出力電圧VO1を降圧して所望の出力電圧VO2(例えば1.25V)を生成するセカンダリ電源の一つである。なお、出力電圧VO2は、MCU[micro controller unit]などに供給される。
The DC/
リニアレギュレータ300は、システム電源IC10の内部において、外部端子T31~T34に接続されており、出力電圧VO1を降圧して所望の出力電圧VO3(例えば、3.3V)を生成するセカンダリ電源の一つであり、例えば、LDO[low drop-out] レギュレータを好適に用いることができる。なお、出力電圧VO3は、ミリ波レーダー用MMIC[monolithic microwave integrated circuit]などに供給される。
The
上記のミリ波レーダーは、周波数をスイープした送信波を送信した後、障害物によって反射された送信波を受信波として受信し、送信波と受信波の周波数差分を取得することにより、障害物を検知する。このような障害物検知時(特に送信波の送信中)にMMICの電源変動が生じると、送信波と受信波の周波数差分を正しく取得することができなくなるおそれがある。そのため、MMICに供給される出力電圧VO3(延いてはリニアレギュレータ300に供給される出力電圧VO1)には、低ノイズが要求されている。 The above-mentioned millimeter-wave radar transmits a transmission wave whose frequency is swept, and then receives the transmission wave reflected by the obstacle as a reception wave. detect. If the power supply of the MMIC fluctuates when such an obstacle is detected (especially during transmission of transmission waves), there is a possibility that the frequency difference between the transmission waves and the reception waves cannot be correctly obtained. Therefore, the output voltage VO3 supplied to the MMIC (and the output voltage VO1 supplied to the linear regulator 300) is required to have low noise.
なお、システム電源IC10には、上記以外の機能ブロックを設けてもよい。例えば、セカンダリ電源として、昇圧型のDC/DCコンバータを有してもよいし、或いは、リニアレギュレータのチャンネル数を増やしてもよい。その場合、ノイズ源となり得る昇圧型のDC/DCコンバータは、先出のDC/DCコンバータ100及び200と共に、半導体チップ10Aに集積化することが望ましい。一方、増設されたリニアレギュレータは、低ノイズを要求されるリニアレギュレータ300と共に、半導体チップ10Bに集積化することが望ましい。
Note that the system
また、システム電源IC10には、ロジック制御回路、ロジック制御クロック、内部基準電圧生成回路、通信インターフェイス(I/O)、マイコン監視回路(WDT[watch dog timer])、自己診断回路(BIST[built-in self test])、各種の異常保護回路(UVLO[under voltage locked out]、OCP[over current protection]、OVD[over voltage detection]、UVD[under voltage detection]、SCP[short circuit protection]、TSD[thermal shut down])なども集積化されている。
The system
<システム電源IC(パッケージ)>
図2は、システム電源IC10のパッケージ外観(トップ面及びボトム面)を示す図である。本図で示すように、システム電源IC10のパッケージとしては、例えばVQFN[very thin quad flat Non-leaded]パッケージを採用するとよい。
<System power supply IC (package)>
FIG. 2 is a diagram showing the package appearance (top surface and bottom surface) of the system
より具体的に述べると、システム電源IC10は、平面視矩形状の樹脂封止体11を持ち、そのボトム面には、樹脂封止体11から突出することなく各辺14本ずつ計56本の外部端子12が露出されている。このようなノンリードのVQFNパッケージであれば、リードを持つパッケージ(QFP[quad flat package]など)と比べて、その実装面積を縮小することが可能となる。
More specifically, the system
なお、樹脂封止体11には、そのボトム面がトップ面よりも若干小さくなるように、側面からボトム面に向けたテーパが付けられている。また、外部端子12は、樹脂封止体11のボトム面から側面にかけて露出されている。このような構成であれば、プリント配線基板(不図示)への実装作業を容易かつ確実に実施することができる。
The
また、樹脂封止体11のボトム面には、半導体チップ(不図示)を搭載するアイランド13の裏面(=チップ搭載面の裏側)が放熱パッドとして露出されている。このような構成であれば、システム電源IC10の放熱性を高めることが可能となる。
Also, on the bottom surface of the
なお、アイランド13の四隅のうち、少なくとも一つには、切欠部13a(=樹脂封止体11のボトム面側からトップ面側に向けて窪んだ薄肉部)を設けておくとよい。この切欠部13aに樹脂封止体11の材料が入り込むことにより、アイランド13は、切欠部13aの形成領域において、上下両側から樹脂封止体11に挟持されている。このような構成とすることにより、樹脂封止体11との密着性を高めて、アイランド13の脱落を防止することが可能となる。
At least one of the four corners of the
<システム電源IC(ピン配置)>
図3は、システム電源IC10のピン配置(56ピンのVQFN採用時)を示す図である。なお、本図では、特に、図1で示した外部端子(T11~T15、T21~T24、及び、T31~T34)に着目して、それぞれの配置例が描写されている。
<System power supply IC (pin arrangement)>
FIG. 3 is a diagram showing the pin arrangement of the system power supply IC 10 (when a 56-pin VQFN is used). It should be noted that, in this drawing, an arrangement example of each of the external terminals (T11 to T15, T21 to T24, and T31 to T34) shown in FIG. 1 is depicted.
システム電源IC10の第1辺(本図下辺)には、本図の左から右に向けて、14本の外部端子(1ピン~14ピン)が順に並べられている。1ピン及び2ピンは、DC/DCコンバータ200用のパワーグランド端子(外部端子T24に相当)であり、いずれも接地端に接続されている。3ピン及び4ピンは、DC/DCコンバータ200用のパワー電源入力端子(外部端子T21に相当)であり、いずれも出力電圧VO1の印加端に接続されている。なお、3ピン及び4ピンと接地端との間には、バイパスキャパシタ(不図示)を接続してもよい。6ピンは、DC/DCコンバータ200用のフィードバック端子(外部端子T23に相当)であり、出力電圧VO2の印加端(=インダクタL2の第2端)に接続されている。なお、出力電圧VO2の印加端と接地端との間には、出力平滑用のキャパシタC3が接続されている。
14 external terminals (pins 1 to 14) are arranged in order from left to right in the figure on the first side (lower side in the figure) of the system
システム電源IC10の第2辺(本図右辺)には、本図の下から上に向けて、14本の外部端子(15ピン~28ピン)が順に並べられている。21ピンは、リニアレギュレータ300用の接地端子(外部端子T34に相当)であり、接地端に接続されている。25ピンは、リニアレギュレータ300用のフィードバック端子(外部端子T33に相当)であり、出力電圧VO3の印加端に接続されている。26ピン及び27ピンは、リニアレギュレータ300用の出力端子(外部端子T32に相当)であり、いずれも出力電圧VO3の印加端に接続されている。なお、出力電圧VO3の印加端と接地端との間には、出力平滑用のキャパシタC4が接続されている。
On the second side (right side in the figure) of the system
システム電源IC10の第3辺(本図上辺)には、本図の右から左に向けて、14本の外部端子(29ピン~42ピン)が順に並べられている。29ピン及び30ピンは、リニアレギュレータ300用のパワー電源入力端子(外部端子T31に相当)であり、フィルタ済み出力電圧VO1FILの印加端(=フィルタFLTの出力端)に接続されている。フィルタFLT(例えばLCフィルタ)は、出力電圧VO1のノイズ成分を除去することによりフィルタ済み出力電圧VO1FILを生成する。なお、29ピン及び30ピンと接地端との間には、バイパスキャパシタ(不図示)を接続してもよい。31ピンは、リニアレギュレータ300用の接地端子(外部端子T34に相当)であり、接地端に接続されている。このように、リニアレギュレータ300用の接地端子は、システム電源IC10の異なる2辺(例えば第2辺及び第3辺)に設けられている。37ピン~39ピンは、DC/DCコンバータ100用のパワー電源入力端子(外部端子T12に相当)であり、いずれも入力電圧VIの印加端に接続されている。37ピン~39ピンと接地端との間には、バイパスキャパシタ(不図示)を接続してもよい。41ピン及び42ピンは、DC/DCコンバータ100用のパワーグランド端子(外部端子T15に相当)であり、接地端に接続されている。なお、39ピンと41ピンとの間には、パワー電源入力端子とパワーグランド端子とのショートを防止するために、不使用端子(40ピン)が設けられている。
14 external terminals (pins 29 to 42) are arranged in order from right to left in the figure on the third side (upper side in the figure) of the system
システム電源IC10の第4辺(本図左辺)には、本図の上から下に向けて、14本の外部端子(43ピン~56ピン)が順に並べられている。43ピンは、DC/DCコンバータ100用のブート端子(外部端子T11に相当)であり、キャパシタC2の第1端に接続されている。45ピン~47ピンは、DC/DCコンバータ100用のスイッチング端子(外部端子T13に相当)であり、いずれもインダクタL1の第1端とキャパシタC2の第2端に接続されている。50ピンは、DC/DCコンバータ100用のフィードバック端子(外部端子T14に相当)であり、出力電圧VO1の印加端(=インダクタL1の第2端)に接続されている。なお、出力電圧VO1の印加端と接地端との間には、出力平滑用のキャパシタC1が接続されている。55ピン及び56ピンは、DC/DCコンバータ200用のスイッチング端子(外部端子T22に相当)であり、いずれもインダクタL2の第1端に接続されている。
On the fourth side (left side of the figure) of the system
<DC/DCコンバータ(プライマリ電源)>
図4は、ブートストラップ形式のDC/DCコンバータ100の一構成例を示す図である。本構成例のDC/DCコンバータ100は、駆動部110と、制御部120と、過電圧検出部130と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1及びN2と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1と、を有する。
<DC/DC converter (primary power supply)>
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a bootstrap-type DC/
なお、上記構成要素のうち、トランジスタN1及びN2並びにP1は、システム電源IC10に外付けされたディスクリート部品(インダクタL1、キャパシタC1及びC2)と共に、ブートストラップ形式のスイッチ出力段を形成する。以下、これらの接続関係について詳細に説明する。
Among the above components, transistors N1, N2 and P1 form a bootstrap type switch output stage together with discrete components (inductor L1, capacitors C1 and C2) externally attached to system
トランジスタN1のドレインは、外部端子T12(=入力電圧VIの印加端)に接続されている。トランジスタN1のソースは、外部端子T13(=スイッチ電圧Vswの印加端)に接続されている。トランジスタN1のゲートは、上側ゲート信号HGの印加端に接続されている。トランジスタN1は、上側ゲート信号HGがハイレベル(≒VB)であるときにオンして、上側ゲート信号HGがローレベル(≒Vsw)であるときにオフする。なお、トランジスタN1は、スイッチ出力段の上側トランジスタ(=出力トランジスタ)として機能する。 The drain of the transistor N1 is connected to the external terminal T12 (=applying terminal of the input voltage VI). The source of the transistor N1 is connected to the external terminal T13 (=application terminal of the switch voltage Vsw). The gate of the transistor N1 is connected to the application terminal of the upper gate signal HG. The transistor N1 turns on when the upper gate signal HG is at high level (≈VB), and turns off when the upper gate signal HG is at low level (≈Vsw). The transistor N1 functions as an upper transistor (=output transistor) of the switch output stage.
トランジスタN2のドレインは、外部端子T13に接続されている。トランジスタN2のソースは、外部端子T15(=接地電圧GNDの印加端)に接続されている。トランジスタN2のゲートは、下側ゲート信号LGの印加端に接続されている。トランジスタN2は、下側ゲート信号LGがハイレベル(≒Vreg)であるときにオンして、下側ゲート信号LGがローレベル(≒GND)であるときにオフする。なお、トランジスタN2は、スイッチ出力段の下側トランジスタ(=同期整流トランジスタ)として機能する。 A drain of the transistor N2 is connected to the external terminal T13. The source of the transistor N2 is connected to the external terminal T15 (=the terminal to which the ground voltage GND is applied). The gate of the transistor N2 is connected to the application terminal of the lower gate signal LG. The transistor N2 turns on when the lower gate signal LG is at high level (≈Vreg), and turns off when the lower gate signal LG is at low level (≈GND). Note that the transistor N2 functions as a lower transistor (=synchronous rectification transistor) of the switch output stage.
トランジスタP1のドレインは、内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。トランジスタP1のソースは、外部端子T11(=ブート電圧VBの印加端)に接続されている。このように接続されたトランジスタP1は、システム電源IC10に外付けされたキャパシタC2と共に、ブートストラップ回路を形成する。 The drain of the transistor P1 is connected to the application end of the internal power supply voltage Vreg. The source of the transistor P1 is connected to the external terminal T11 (=application terminal of the boot voltage VB). Transistor P1 connected in this manner forms a bootstrap circuit together with capacitor C2 externally attached to system power supply IC10.
上記のブートストラップ回路は、スイッチ電圧Vswよりも常にキャパシタC2の両端間電圧VC2(=キャパシタC2の満充電時には、VC2≒Vreg-Vds(P1)、ただし、Vds(P1)はトランジスタP1のドレイン・ソース間電圧)だけ高いブート電圧VB(≒Vsw+VC2)を生成する。 In the above bootstrap circuit, the voltage VC2 across the capacitor C2 (=when the capacitor C2 is fully charged, VC2≈Vreg-Vds(P1), where Vds(P1) is the drain voltage of the transistor P1, is always higher than the switch voltage Vsw. A boot voltage VB (≈Vsw+VC2) higher by the source-to-source voltage) is generated.
すなわち、ブート電圧VBは、スイッチ電圧Vswのハイレベル期間(Vsw≒VI、N1=ON、N2=OFF)にはVB≒VI+VC2となり、スイッチ電圧Vswのローレベル期間(Vsw≒GND、N1=OFF、N2=ON)にはVB≒VC2となる。 That is, the boot voltage VB becomes VB≈VI+VC2 during the high level period of the switch voltage Vsw (Vsw≈VI, N1=ON, N2=OFF), and becomes VB≈VI+VC2 during the low level period of the switch voltage Vsw (Vsw≈GND, N1=OFF, N2=ON), VB≈VC2.
このようにして生成されるブート電圧VBは、駆動部110(特に、後述の上側ドライバ111)に供給されており、上側ゲート電圧HGのハイレベル(=トランジスタN1をオンするためのゲート電圧)として用いられる。従って、トランジスタN1のオン期間には、上側ゲート電圧HGのハイレベル(≒VB)がスイッチ電圧Vswのハイレベル(≒VI)よりも高い電圧値(≒VI+VC2)まで引き上げられるので、トランジスタN1のゲート・ソース間電圧を高めてトランジスタN1を確実にオンすることが可能となる。
The boot voltage VB generated in this way is supplied to the driving section 110 (in particular, the
なお、ブートストラップ回路の構成要素としては、上記のトランジスタP1に代えて、アノードが内部電源電圧Vregの印加端に接続されてカソードが外部端子T11に接続されたダイオードを用いてもよい。この場合、キャパシタC2の両端間電圧VC2は、満充電時にVC2≒Vreg-Vf(ただしVfはダイオードの順方向降下電圧)となる。 As a component of the bootstrap circuit, instead of the transistor P1, a diode having an anode connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg and a cathode connected to the external terminal T11 may be used. In this case, the voltage VC2 across the capacitor C2 becomes VC2≈Vreg−Vf (where Vf is the forward voltage drop of the diode) when fully charged.
駆動部110は、ブートストラップ形式のスイッチ出力段(特にトランジスタN1及びN2)を駆動する機能ブロックであり、上側ドライバ111と、下側ドライバ112と、ロジック部113と、を含む。
The
上側ドライバ111は、ブート電圧VBとスイッチ電圧Vswの供給を受けて動作し、ロジック部113から入力される上側制御信号HSに基づいて、上側ゲート信号HGを生成する。例えば、上側ドライバ111は、上側制御信号HSがハイレベルであるときに、上側ゲート信号HGをハイレベル(≒VB)とし、上側制御信号HSがローレベルであるときに、上側ゲート信号HGをローレベル(≒Vsw)とする。
The
下側ドライバ112は、内部電源電圧Vreg及び接地電圧GNDの供給を受けて動作し、ロジック部113から入力される下側制御信号LSに基づいて、下側ゲート信号LGを生成する。例えば、下側ドライバ112は、下側制御信号LSがハイレベルであるときに、下側ゲート信号LGをハイレベル(≒Vreg)とし、下側制御信号LSがローレベルであるときに、下側ゲート信号LGをローレベル(≒GND)とする。
The
ロジック部113は、所定のスイッチング周波数Fsw(例えば475kHz)でパルス駆動されるオン信号Sonと、制御部120から入力されるオフ信号Soffに基づいて、上側制御信号HS及び下側制御信号LSを生成する。
The
例えば、スイッチ出力段の通常動作時(=各種の異常保護動作が掛かっていない状態)において、オン信号Sonにパルスエッジが生成されたときには、トランジスタN1をオンしてトランジスタN2をオフすべく、上側制御信号HSをハイレベルとして下側制御信号LSをローレベルとする。一方、オフ信号Soffにパルスエッジが生成されたときには、トランジスタN1をオフしてトランジスタN2をオンすべく、上側制御信号HSをローレベルとして下側制御信号LSをハイレベルとする。 For example, during normal operation of the switch output stage (=a state in which various abnormal protection operations are not applied), when a pulse edge is generated in the ON signal Son, the upper The control signal HS is set to high level and the lower control signal LS is set to low level. On the other hand, when a pulse edge is generated in the off signal Soff, the upper control signal HS is set to low level and the lower control signal LS is set to high level in order to turn off the transistor N1 and turn on the transistor N2.
このように、スイッチ出力段のトランジスタN1及びN2を相補的にオン/オフすることにより、外部端子T13には、矩形波状(ハイレベル:VIN、ローレベル:GND)のスイッチ電圧Vswが生成される。このスイッチ電圧VswをLCフィルタ(=インダクタL1及びキャパシタC1)で整流及び平滑することにより、スイッチ出力段のオンデューティDon(=スイッチング周期Tsw(=1/Fsw)に占めるトランジスタN1のオン期間Tonの割合、Don=Ton/Tsw)に応じた出力電圧VO1(=VI×Don)を生成することができる。 Thus, by complementarily turning on/off the transistors N1 and N2 of the switch output stage, a switch voltage Vsw having a rectangular waveform (high level: VIN, low level: GND) is generated at the external terminal T13. . By rectifying and smoothing this switch voltage Vsw with an LC filter (=inductor L1 and capacitor C1), the on-period Ton of the transistor N1 occupied in the on-duty Don (=switching period Tsw (=1/Fsw) of the switch output stage An output voltage VO1 (=VI*Don) can be generated according to the ratio, Don=Ton/Tsw.
なお、ロジック部113は、トランジスタN1及びN2に過大な貫通電流が流れないように、トランジスタN1及びN2の相補的なオン/オフに際して、両トランジスタの同時オフ期間(いわゆるデッドタイム)を設ける機能も備えている。
The
また、ロジック部113は、過電圧検出信号OVPのハイレベル期間(=出力電圧VO1の過電圧状態が検出されている期間、以下では、OVP期間と呼ぶ)を計時するカウンタ114を含み、OVP期間の長さに応じて過電圧保護動作の方式を切り替える機能も備えている。この新規な過電圧保護動作については、後ほど詳細に説明する。
The
制御部120は、スイッチ出力段で入力電圧VIから所望の出力電圧VO1が生成されるように、具体的には、帰還入力される出力電圧VO1がその目標値と一致するように、オフ信号Soffを生成して駆動部120を制御する機能ブロックであり、エラーアンプ121と、オフ信号生成部122と、抵抗123~125と、キャパシタ126を含む。
抵抗123及び124は、外部端子T14(=出力電圧VO1の印加端)と接地端との間に直列接続されており、相互間の接続ノードから帰還電圧Vfb(=出力電圧VO1の分圧電圧)を出力する。なお、出力電圧VO1が後段の入力ダイナミックレンジに収まっていれば、抵抗123及び124を割愛し、出力電圧VO1を後段にスルーしてもよい。
The
エラーアンプ121は、2系統の非反転入力端(+)にそれぞれ入力される基準電圧Vref及びソフトスタート電圧Vssのいずれか低い方と、反転入力端(-)に入力される帰還電圧Vfbとの差分に応じた誤差電流Ierrを出力する。
The
なお、誤差電流Ierrの流れる方向は、Vref(Vss)>Vfbであるときに、第1方向(=エラーアンプ121からキャパシタ126に向かう方向、すなわち、キャパシタ126を充電する方向)となり、逆に、Vref(Vss)<Vfbであるときに、第2方向(=キャパシタ126からエラーアンプ121に向かう方向、すなわち、キャパシタ126を放電する方向)となる。また、誤差電流Ierrの大きさ(絶対値)は、基準電圧Vref(またはソフトスタート電圧Vss)と帰還電圧Vfbとの差分が大きいほど増大し、逆に、両電圧の差分が小さいほど減少する。
The direction in which the error current Ierr flows is the first direction (=the direction from the
また、ソフトスタート電圧Vssは、DC/DCコンバータ100の初回起動時ないし再起動時において、ゼロ値から所定のソフトスタート期間Tss(例えば3ms)を掛けて基準電圧Vrefを上回るように緩やかに上昇する。従って、ソフトスタート期間Tssの満了前は、ソフトスタート電圧Vssと帰還電圧Vfbとの差分に応じた誤差電流Ierrが生成され、ソフトスタート期間Tssの満了後は、ソフトスタート電圧Vssと帰還電圧Vfbとの差分に応じた誤差電流Ierrが生成される。このようなソフトスタート動作により、キャパシタC1への突入電流を防止することができる。
Further, the soft-start voltage Vss slowly rises from zero to exceed the reference voltage Vref over a predetermined soft-start period Tss (eg, 3 ms) when the DC/
抵抗125及びキャパシタ126は、エラーアンプ121の出力端と接地端との間に直列接続されており、誤差電流Ierrを誤差電圧Verrに変換する電流/電圧変換回路として機能すると共に、エラーアンプ121の発振を防止するための位相補償回路としても機能する。なお、誤差電圧Verrは、Vref(Vss)>Vfbであるときに上昇し、逆に、Vref(Vss)<Vfbであるときに低下する。
A
オフ信号生成部122は、誤差電圧Verrに基づいてオフ信号Soffを生成する。より具体的に述べると、オフ信号生成部122は、誤差電圧Verrが高いほどオフ信号Soffのパルスエッジ生成タイミング(=トランジスタN1のオフタイミングに相当)を遅らせ、逆に、誤差電圧Verrが低いほどオフ信号Soffのパルスエッジ生成タイミングを早める。このようなオフ信号Soffは、例えば、誤差電圧Verrと三角波状または鋸波状のスロープ電圧Vslpとを比較するコンパレータを用いることにより、容易に生成することができる。
The off-
また、例えば、スイッチ出力段に流れる電流(トランジスタN1に流れる上側スイッチ電流、トランジスタN2に流れる下側スイッチ電流、インダクタL1に流れるインダクタ電流、若しくは、負荷に流れる出力電流)を検出してオフ信号生成部122に帰還入力してやれば、電流モード制御方式を実現することもできる。
Further, for example, the current flowing through the switch output stage (the upper switch current flowing through the transistor N1, the lower switch current flowing through the transistor N2, the inductor current flowing through the inductor L1, or the output current flowing through the load) is detected to generate an off signal. A current mode control system can also be realized by feeding back to the
もちろん、制御部120の出力帰還制御方式は、電圧モード制御方式や電流モード制御方式に限定されるものではなく、非線形のヒステリシス制御方式(リップル制御方式)などを採用してもよい。
Of course, the output feedback control method of the
過電圧検出部130は、出力電圧VO1が過電圧状態であるか否かを検出する機能ブロックである。なお、過電圧検出部130としては、例えば、外部端子T21から非反転入力端(+)に入力される出力電圧VO1と、反転入力端(-)に入力される所定の閾値電圧Vth(例えば4.7V)とを比較することにより、過電圧検出信号OVPを生成するヒステリシスコンパレータを用いることができる。この場合、過電圧検出信号OVPは、VO1<Vthであるときにローレベル(=正常時の論理レベル)となり、VO1>Vthであるときにハイレベル(=異常時の論理レベル)となる。
The
ここで、システム電源IC10には、出力電圧VO1をプライマリ電源(=DC/DCコンバータ100)に帰還入力するための外部端子T14と、出力電圧VO1をセカンダリ電源(=DC/DCコンバータ200)に供給するための外部端子T21とが個別に設けられている。従って、外部端子T14及びT21のいずれを監視対象としても、出力電圧VO1の過電圧検出を行うことは可能である。
Here, the system
ただし、セカンダリ電源(DC/DCコンバータ200やリニアレギュレータ300)の安全性を鑑みると、過電圧検出部130では、後者の外部端子T21を監視して出力電圧VO1の過電圧検出を行うことが望ましい。
However, in view of the safety of the secondary power supply (DC/
例えば、外部端子T14が出力電圧VO1の印加端から外れて地絡状態(=接地端またはこれに準ずる低電位端への短絡状態)となり、DC/DCコンバータ100が出力電圧VO1を際限なく高めようとしている状況を考える。この場合、仮に、過電圧検出部130で地絡状態の外部端子T14を監視していたならば、出力電圧VO1の過電圧状態を検出することができず、過大な出力電圧VO1の生成動作が継続されてしまうので、セカンダリ電源(ないしはこれに繋がる負荷)の異常や破壊を招くおそれがある。
For example, if the external terminal T14 is disconnected from the terminal to which the output voltage VO1 is applied and is in a ground fault state (=short-circuited to the ground terminal or a similar low potential terminal), the DC/
一方、過電圧検出部130で外部端子T21を監視する構成であれば、外部端子T14が地絡状態であっても、出力電圧VO1の過電圧検出を行うことができるので、システム電源IC10の安全性を高めることが可能となる。
On the other hand, if the
なお、外部端子T21が出力電圧VO1の印加端から外れて地絡状態となった場合、過電圧検出部130は正しく機能しなくなるが、DC/DCコンバータ100の出力帰還ループが正常である限り、出力電圧VO1が過電圧状態に陥ることはない。
If the external terminal T21 deviates from the terminal to which the output voltage VO1 is applied and becomes grounded, the
また、プライマリ電源から電力供給を受けて動作するセカンダリ電源が複数設けられている場合には、例えば、プライマリ電源に最も近いセカンダリ電源のパワー電源入力端子を過電圧検出部の監視対象とすればよい。 Further, when a plurality of secondary power supplies that operate by receiving power from the primary power supply are provided, for example, the power supply input terminal of the secondary power supply closest to the primary power supply may be monitored by the overvoltage detector.
<過電圧保護動作>
次に、DC/DCコンバータ100における新規な過電圧保護動作について詳述する。先にも述べたように、DC/DCコンバータ100の駆動部110(特にロジック部113)は、OVP期間の長さに応じて過電圧保護動作の方式を切り替える機能を持つ。
<Overvoltage protection operation>
Next, the new overvoltage protection operation in DC/
より具体的に述べると、駆動部110は、出力電圧VO1の過電圧状態が検出されたときに、トランジスタN1をオフしてトランジスタN2のみをオン/オフする第1過電圧保護動作を開始し、出力電圧VO1の過電圧状態が解消しないまま第1過電圧保護動作が所定期間Txに亘って継続したときに、トランジスタN1及びN2双方をオフする第2過電圧保護動作に移行する。以下では、この新規な過電圧保護動作について、図5~図7を参照しつつ場合を分けて詳細に述べる。
More specifically, when the overvoltage state of the output voltage VO1 is detected, the
図5は、過電圧保護動作の第1例を示すタイミングチャートであり、上から順に、出力電圧VO1、過電圧検出信号OVP、上側ゲート信号HG、及び、下側ゲート信号LGが描写されている。本図の挙動は、例えば、過渡的な負荷変動が生じた場合に起こり得る。 FIG. 5 is a timing chart showing a first example of the overvoltage protection operation, depicting the output voltage VO1, the overvoltage detection signal OVP, the upper gate signal HG, and the lower gate signal LG in order from the top. The behavior shown in this figure can occur, for example, when a transient load change occurs.
時刻t11以前には、出力電圧VO1が閾値電圧Vth(=過電圧検出値)を下回っているので、過電圧検出信号OVPはローレベル(=正常時の論理レベル)となる。このとき、駆動部110は、スイッチ出力段の通常動作として、トランジスタN1及びN2を相補的にオン/オフする。すなわち、出力電圧VO1の過電圧状態が検出されていないときには、上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGの双方が通常通りにスイッチング駆動(パルス駆動)される。
Since the output voltage VO1 is lower than the threshold voltage Vth (=overvoltage detection value) before time t11, the overvoltage detection signal OVP is at low level (=normal logic level). At this time, the
時刻t11において、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを上回ると、過電圧検出信号OVPがハイレベル(=異常時の論理レベル)に立ち上がる。このとき、駆動部110は、トランジスタN1をオフしつつ、トランジスタN2のみを最小デューティで周期的にオン/オフする第1過電圧保護動作を開始する。すなわち、第1過電圧保護動作では、上側ゲート信号HGがローレベルに固定されたまま、下側ゲート信号LGのみが最小デューティ(最小ハイレベル幅)で周期的にスイッチング駆動される。
At time t11, when the output voltage VO1 exceeds the threshold voltage Vth, the overvoltage detection signal OVP rises to high level (=abnormal logic level). At this time, the driving
なお、トランジスタN2のオン期間には、内部電源電圧Vregの印加端からトランジスタP1、キャパシタC2、及び、トランジスタN2を介して接地端に至る電流経路が導通し、そこに流れる電流によりキャパシタC2が充電される。 During the ON period of the transistor N2, a current path from the terminal to which the internal power supply voltage Vreg is applied to the ground terminal through the transistor P1, the capacitor C2, and the transistor N2 is conducted, and the capacitor C2 is charged by the current flowing therethrough. be done.
従って、上記の第1過電圧保護動作では、トランジスタN1をオフして出力電圧VO1の生成動作を停止しつつ、トランジスタN2をオン/オフしてキャパシタC2を周期的に充電し、その両端間電圧VC2(延いてはブート電圧VB)を適切な電圧値(=トランジスタN1を確実にオンすることのできる電圧値)に維持しておくことができる。 Therefore, in the above-described first overvoltage protection operation, the transistor N1 is turned off to stop the operation of generating the output voltage VO1, while the transistor N2 is turned on/off to periodically charge the capacitor C2, thereby increasing the voltage VC2 across the capacitor C2. (Furthermore, the boot voltage VB) can be maintained at an appropriate voltage value (=voltage value at which the transistor N1 can be reliably turned on).
また、駆動部110(特にカウンタ114)は、過電圧検出信号OVPがハイレベルに立ち上がった時点で、所定期間Txの計時を開始する。なお、所定期間Txの計時手法としては、例えば、スイッチング周期Tswでオン/オフされるトランジスタN2のオン回数mをカウントすればよい。この場合、所定期間Txは、Tx=m×Tswで表される。従って、例えば、Tsw≒2μs(Fsw=475kHz)である場合、m=256は、Tx≒0.5msと等価になる。 Further, the drive unit 110 (especially the counter 114) starts timing the predetermined period Tx when the overvoltage detection signal OVP rises to high level. As a method for timing the predetermined period Tx, for example, it is sufficient to count the number m of ON times of the transistor N2 that is turned ON/OFF in the switching period Tsw. In this case, the predetermined period Tx is represented by Tx=m×Tsw. So, for example, if Tsw≈2 μs (Fsw=475 kHz), m=256 is equivalent to Tx≈0.5 ms.
その後、時刻t12において、所定期間Txの満了前に、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを下回り、過電圧検出信号OVPがローレベルに立ち下がると、駆動部110は、第1過電圧保護動作から通常動作に復帰する。このとき、キャパシタC2の両端間電圧VC2は、第1過電圧保護動作におけるキャパシタC2の周期的な充電により、適切な電圧値に維持されている。従って、駆動部110は、出力電圧VO1の過電圧状態が解消された時点でトランジスタN1及びN2の相補的なオン/オフを速やかに再開することができるので、通常動作に遅滞なく復帰することが可能となる。
After that, at time t12, when the output voltage VO1 falls below the threshold voltage Vth and the overvoltage detection signal OVP falls to the low level before the predetermined period Tx expires, the
図6は、過電圧保護動作の第2例を示すタイミングチャートであり、上から順に、出力電圧VO1、過電圧検出信号OVP、上側ゲート信号HG、及び、下側ゲート信号LGが描写されている。本図の挙動は、例えば、外部端子T14(=DC/DCコンバータ100用のフィードバック端子)が出力電圧VO1の印加端から外れて地絡状態となった場合に起こり得る。 FIG. 6 is a timing chart showing a second example of the overvoltage protection operation, depicting the output voltage VO1, the overvoltage detection signal OVP, the upper gate signal HG, and the lower gate signal LG in order from the top. The behavior shown in this figure can occur, for example, when the external terminal T14 (=feedback terminal for the DC/DC converter 100) is disconnected from the terminal to which the output voltage VO1 is applied and becomes grounded.
例えば、外部端子T14の地絡に伴い、DC/DCコンバータ100が出力電圧VO1を際限なく引き上げようとする異常状態に陥り、時刻t21において、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを上回ると、過電圧検出信号OVPがハイレベルに立ち上がり、先述の第1過電圧保護動作が開始される。すなわち、トランジスタN1がオフされてトランジスタN2のみが最小デューティで周期的にオン/オフされるようになる。その結果、出力電圧VO1が上昇から低下に転じる。
For example, due to a ground fault at the external terminal T14, the DC/
その後、時刻t22において、所定期間Txの満了前に、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを下回ると、過電圧検出信号OVPがローレベルに立ち下がるので、第1過電圧保護動作から通常動作に復帰される。 After that, at time t22, when the output voltage VO1 falls below the threshold voltage Vth before the predetermined period Tx expires, the overvoltage detection signal OVP falls to the low level, so the first overvoltage protection operation is returned to the normal operation.
ただし、外部端子T14の地絡状態が解消していなければ、通常動作への復帰後、出力電圧VO1が再上昇する。そのため、本図の時刻t22以降で示したように、第1過電圧保護動作への移行(時刻t22、t24、t26)と、通常動作への復帰(時刻t23、t25、t27)が交互に繰り返される状態となる。もちろん、このような状態であっても、それぞれの第1過電圧保護動作では、キャパシタC2の両端間電圧VC2が適切な電圧値に維持されるので、出力電圧VO1の過電圧状態が解消する度に、通常動作への即時復帰を行うことが可能である。 However, if the ground fault state of the external terminal T14 is not resolved, the output voltage VO1 rises again after returning to normal operation. Therefore, as shown after time t22 in the figure, transition to the first overvoltage protection operation (time t22, t24, t26) and return to normal operation (time t23, t25, t27) are alternately repeated. state. Of course, even in such a state, each first overvoltage protection operation maintains the voltage VC2 across the capacitor C2 at an appropriate voltage value. An immediate return to normal operation is possible.
図7は、過電圧保護動作の第3例を示すタイミングチャートであり、上から順に、出力電圧VO1、過電圧検出信号OVP、上側ゲート信号HG、及び、下側ゲート信号LGが描写されている。本図の挙動は、例えば、外部端子T21が天絡状態(例えば入力電圧VIの印加端またはこれに準ずる高電位端への短絡状態)となった場合に起こり得る。 FIG. 7 is a timing chart showing a third example of the overvoltage protection operation, depicting the output voltage VO1, the overvoltage detection signal OVP, the upper gate signal HG, and the lower gate signal LG in order from the top. The behavior shown in this figure can occur, for example, when the external terminal T21 is shorted to power supply (for example, short-circuited to the application end of the input voltage VI or a corresponding high potential end).
外部端子T21の天絡に伴い、時刻t31において、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを上回ると、過電圧検出信号OVPがハイレベルに立ち上がり、先述の第1過電圧保護動作が開始される。すなわち、トランジスタN1がオフされてトランジスタN2のみが最小デューティで周期的にオン/オフされるようになる。ただし、外部端子T21が天絡している場合には、このような第1過電圧保護動作を行っても、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを下回ることはなく、過電圧検出信号OVPがハイレベルに維持される。 When the output voltage VO1 exceeds the threshold voltage Vth at time t31 due to the short-circuit of the external terminal T21, the overvoltage detection signal OVP rises to high level, and the above-described first overvoltage protection operation is started. That is, the transistor N1 is turned off and only the transistor N2 is periodically turned on/off with the minimum duty. However, if the external terminal T21 is short-circuited to the power supply, even if the first overvoltage protection operation is performed, the output voltage VO1 will not fall below the threshold voltage Vth, and the overvoltage detection signal OVP will be maintained at a high level. be done.
その後、時刻t32において、出力電圧VO1の過電圧状態が解消しないまま、第1過電圧保護動作が所定期間Txに亘って継続すると、駆動部110は、トランジスタN1及びN2双方をオフする第2過電圧保護動作に移行する。なお、所定期間Txの経過判定手法としては、例えば、トランジスタN2のオン回数mが所定値(例えばm=256)に達したか否かを判定すればよい。
After that, at time t32, when the first overvoltage protection operation continues for the predetermined period Tx while the overvoltage state of the output voltage VO1 is not resolved, the driving
上記の第2過電圧保護動作であれば、トランジスタN1だけでなくトランジスタN2もオフされる。従って、キャパシタC2を充電するためにトランジスタN2を周期的にオン/オフしていた第1過電圧保護動作と異なり、トランジスタN2に過電流が一切流れなくなるので、トランジスタN2の破壊リスクを低減することが可能となる。 In the second overvoltage protection operation described above, not only the transistor N1 but also the transistor N2 are turned off. Therefore, unlike the first overvoltage protection operation in which the transistor N2 is periodically turned on and off in order to charge the capacitor C2, no overcurrent flows through the transistor N2, so that the risk of destruction of the transistor N2 can be reduced. It becomes possible.
なお、所定期間Tx(=第1過電圧保護動作の継続期間)の長さについては、第1過電圧保護動作において、トランジスタN2に断続的に流れる過電流により、トランジスタN2が破壊してしまわないように、十分な安全マージンを持たせておくことが望ましい。 Note that the length of the predetermined period Tx (=the duration of the first overvoltage protection operation) is determined so that the transistor N2 will not be destroyed by the overcurrent that intermittently flows through the transistor N2 during the first overvoltage protection operation. , it is desirable to have a sufficient safety margin.
その後、外部端子T21の天絡状態が解消され、時刻t33において、出力電圧VO1が閾値電圧Vthを下回り、過電圧検出信号OVPがローレベルに立ち下がると、第2過電圧保護動作から通常動作への復帰が行われる。 After that, the short-to-power state of the external terminal T21 is eliminated, and at time t33, when the output voltage VO1 falls below the threshold voltage Vth and the overvoltage detection signal OVP falls to low level, the second overvoltage protection operation returns to normal operation. is done.
ただし、先述の第2過電圧保護動作では、トランジスタN1及びN2双方がオフするので、キャパシタC2の両端間電圧VC2が上側ドライバ111などを介して放電されてしまい、適切な電圧値に維持されていないおそれがある。
However, in the above-described second overvoltage protection operation, since both the transistors N1 and N2 are turned off, the voltage VC2 across the capacitor C2 is discharged via the
そこで、第2過電圧保護動作からの復帰に際しては、時刻t33~t34で示したように、通常動作の開始前にトランジスタN1をオフしたままトランジスタN2のみを所定のオン回数n(例えばn=32)だけ周期的にオンすることが望ましい。このような動作によれば、キャパシタC2をプリチャージしておくことができるので、通常動作に先立ち、トランジスタN1を確実にオン/オフすることが可能となる。 Therefore, when recovering from the second overvoltage protection operation, as indicated by times t33 to t34, the transistor N1 is turned off and only the transistor N2 is turned on a predetermined number of times n (for example, n=32) before the start of the normal operation. It is desirable to turn on only periodically. According to such an operation, the capacitor C2 can be precharged, so that the transistor N1 can be reliably turned on/off prior to normal operation.
なお、DC/DCコンバータ100は、キャパシタC2のプリチャージ完了後、ソフトスタート動作を経て通常動作に移行する(時刻t24以降を参照)。このような動作は、DC/DCコンバータ100の初回起動時と何ら変わらない。すなわち、第2過電圧保護動作からの復帰は、DC/DCコンバータ100の再起動として理解することもできる。
It should be noted that DC/
以上で説明したように、OVP期間が短いときには、トランジスタN1をオフしてトランジスタN2のみをオン/オフする第1過電圧保護動作が行われるので、通常動作への即時復帰が優先される一方、OVP期間が長くなると、トランジスタN1及びN2双方をオフする第2過電圧保護動作に移行されて、トランジスタN2の破壊防止が優先される。 As described above, when the OVP period is short, the first overvoltage protection operation is performed to turn off the transistor N1 and turn on/off only the transistor N2. If the period becomes longer, the operation shifts to the second overvoltage protection operation in which both the transistors N1 and N2 are turned off, and priority is given to preventing the destruction of the transistor N2.
この新規な過電圧保護動作により、異常検出時における安全性確保と異常解消時における即時復帰との両立を実現することが可能となる。 With this new overvoltage protection operation, it is possible to achieve both safety assurance when an abnormality is detected and immediate recovery when the abnormality is resolved.
<車両への適用>
図8は、車両Xの一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器(車載機器)X11~X18を搭載している。なお、本図における電子機器X11~X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<Application to vehicles>
FIG. 8 is an external view showing one configuration example of the vehicle X. As shown in FIG. The vehicle X of this configuration example is equipped with various electronic devices (in-vehicle devices) X11 to X18 that operate by being supplied with power from a battery. Note that the mounting positions of the electronic devices X11 to X18 in this figure may differ from the actual ones for convenience of illustration.
電子機器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。 The electronic device X11 is an engine control unit that performs engine-related controls (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto-cruise control, etc.).
電子機器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。 The electronic device X12 is a lamp control unit that controls lighting and extinguishing of HID [high intensity discharged lamps] and DRL [daytime running lamps].
電子機器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。 The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.
電子機器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)を行う制動ユニットである。 The electronic device X14 is a braking unit that performs control related to the motion of the vehicle X (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.).
電子機器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。 The electronic device X15 is a security control unit that drives and controls door locks, security alarms, and the like.
電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、電動シート、若しくは、ミリ波レーダーなど、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。 The electronic device X16 includes wipers, electric door mirrors, power windows, dampers (shock absorbers), electric sunroofs, electric seats, millimeter wave radars, etc., and is incorporated into vehicle X at the factory shipment stage as standard equipment or manufacturer options. It is an electronic device that is
電子機器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、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。 The electronic device X17 is an electronic device arbitrarily mounted on the vehicle X as a user option, such as an in-vehicle A/V [audio/visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].
電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。 The electronic device X18 is an electronic device having a high withstand voltage motor, such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.
なお、先に説明したシステム電源10は、電子機器X11~X18のいずれにも組み込むことが可能である。すなわち、電子機器X11~X18は、それぞれ、先に説明した電子機器1の具体例として理解することができる。
Note that the
<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other Modifications>
In addition to the above embodiments, the various technical features disclosed in this specification can be modified in various ways without departing from the gist of the technical creation. That is, the above-described embodiments should be considered as examples and not restrictive in all respects, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments. It is to be understood that a range and equivalents are meant to include all changes that fall within the range.
本明細書中に開示されている発明は、例えば、ミリ波レーダー用の車載システム電源に利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The invention disclosed in this specification can be used, for example, as an in-vehicle system power supply for millimeter wave radar.
1 電子機器
10 システム電源IC
10A、10B 半導体チップ
11 樹脂封止体
12 外部端子
13 アイランド(放熱パッド)
13a 切欠部
100 DC/DCコンバータ(プライマリ電源)
110 駆動部
111 上側ドライバ
112 下側ドライバ
113 ロジック部
114 カウンタ
120 制御部
121 エラーアンプ
122 オフ信号生成部
123~125 抵抗
126 キャパシタ
130 過電圧検出部
200 DC/DCコンバータ(セカンダリ電源)
300 リニアレギュレータ(セカンダリ電源)
C1~C4 キャパシタ
FLT フィルタ
L1、L2 インダクタ
N1 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(上側トランジスタ)
N2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(下側トランジスタ)
P1 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
T11~T15、T21~T24、 T31~T34 外部端子
X 車両
X11~X18 電子機器
1
10A,
110
300 Linear regulator (secondary power supply)
C1~C4 Capacitor FLT Filter L1, L2 Inductor N1 N-channel MOS field effect transistor (upper transistor)
N2 N-channel MOS field effect transistor (lower transistor)
P1 P-channel MOS field effect transistor T11-T15, T21-T24, T31-T34 External terminal X Vehicle X11-X18 Electronic equipment
Claims (10)
前記スイッチ出力段において入力電圧から所望の出力電圧が生成されるように前記駆動部を制御する制御部と、
前記出力電圧が過電圧状態であるか否かを検出する過電圧検出部と、
を有し、
前記スイッチ出力段は、前記入力電圧の印加端とスイッチ電圧の印加端との間に接続される上側トランジスタと、前記スイッチ電圧の印加端と接地電圧の印加端との間に接続される下側トランジスタと、を含み、前記スイッチ電圧を整流及び平滑化して前記出力電圧を生成するものであり、
前記駆動部は、前記過電圧状態が検出されたときに前記スイッチ出力段の前記上側トランジスタをオフして前記下側トランジスタのみをオン/オフする第1過電圧保護動作を開始し、前記過電圧状態が解消しないまま前記第1過電圧保護動作が所定期間に亘って継続したときに前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタ双方をオフする第2過電圧保護動作に移行する、DC/DCコンバータ。 a driver for driving a bootstrapped switch output stage;
a control unit for controlling the driving unit so that a desired output voltage is generated from the input voltage in the switch output stage;
an overvoltage detection unit that detects whether the output voltage is in an overvoltage state;
has
The switch output stage includes an upper transistor connected between the input voltage application terminal and the switch voltage application terminal, and a lower transistor connected between the switch voltage application terminal and the ground voltage application terminal. a transistor for rectifying and smoothing the switch voltage to produce the output voltage;
When the overvoltage state is detected, the driving section turns off the upper transistor of the switch output stage and starts a first overvoltage protection operation to turn on/off only the lower transistor, thereby canceling the overvoltage state. a DC/DC converter, wherein when the first overvoltage protection operation continues for a predetermined period without overvoltage protection, the DC/DC converter shifts to a second overvoltage protection operation in which both the upper transistor and the lower transistor are turned off.
前記出力電圧の供給を受ける少なくとも一つのセカンダリ電源と、
を有し、
前記プライマリ電源は、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータである、システム電源。 a primary power supply that generates the output voltage from the input voltage;
at least one secondary power source supplied with the output voltage;
has
A system power supply, wherein the primary power supply is the DC/DC converter according to any one of claims 1 to 4.
前記出力電圧を前記セカンダリ電源に供給するための第2外部端子と、
を個別に有する、請求項5に記載のシステム電源。 a first external terminal for feeding back the output voltage to the primary power supply;
a second external terminal for supplying the output voltage to the secondary power supply;
6. The system power supply of claim 5 , having individually a .
前記リニアレギュレータを集積化した第2チップと、
を単一のパッケージに封止して成る、請求項8に記載のシステム電源。 a first chip integrating the primary power supply and the second DC/DC converter;
a second chip integrated with the linear regulator;
in a single package.
前記システム電源から電力供給を受けて動作する負荷と、
を有する、車両。 a system power supply according to any one of claims 5 to 9;
a load that operates by being supplied with power from the system power supply;
a vehicle .
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