JP7385491B2 - スイッチング電源の制御回路 - Google Patents
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Description
図1に、本実施例に係るスイッチング電源1のブロック図を示す。スイッチング電源1は、変換効率を重視した間欠スイッチング制御(バーストモード制御)を行なう、非絶縁の同期整流型の降圧DC-DCコンバータである。
スイッチング電源1は、制御IC2、抵抗Ron、入力コンデンサCsおよび出力コンデンサCo、インダクタL、入力端子IT、出力端子OTを備える。抵抗Ron、入力コンデンサCs、出力コンデンサCo、インダクタLは、外付け部品である。入力端子ITには、入力電圧Viが入力される。出力端子OTからは、設定電圧(第1基準電圧VREF1)に追従した出力電圧Voが出力される。
図2の波形図を用いて、バースト信号生成部10の動作を説明する。時刻t1においてヒステリシス比較器11は、入力電圧Viの抵抗分圧比である帰還電圧VFBが第1基準電圧VREF1まで低下したことを検知する。これにより、バースト信号Burstがハイレベル(オン状態)に遷移し、スイッチング動作を開始する(矢印Y1)。
図3の波形図を用いて、パルス幅制御部20、電流検知部30、駆動制御部40の動作を説明する。第1に、バースト信号Burstのレベル遷移によってパルス生成期間の開始が指示された1つ目のパルス信号(時刻t11~t12を参照)の生成動作を説明する。
またフリップフロップFF2は、反転ハイサイド駆動信号VgHBの立上りエッジによりセットされ、ローサイド駆動信号VgLがハイレベルに遷移する(矢印Y16)。ローサイド駆動信号VgLがハイレベルであるパルスオフ時間Toff中は、ローサイドスイッチQLがオン状態となる。よってローサイドスイッチQLを流れる電流ILが下降する(矢印Y17)。
バースト期間中のスイッチング周波数の一定化について説明する。上述したように、ハイサイド駆動信号VgHのパルスオン時間Tonは、コンデンサCの充電電圧Vcapが第1基準電圧VREF1まで充電する時間で決定される。コンデンサCの充電電流Icapは、入力電圧Vi、抵抗Ronの抵抗値、カレントミラ回路21の電流増幅率gm、で決定される。充電電流Icapの大きさは、入力電圧Viに比例する。また第1基準電圧VREF1は、出力電圧Voに比例する。したがって、充電電流Icapにより、充電電圧Vcapが第1基準電圧VREF1に到達するまでに要する充電時間(すなわちパルスオン時間Ton)は、下式(1)で表せる。
Ton=Vo/Vi×gm×Ron×C ・・・式(1)
式(1)において、「gm」はカレントミラ回路21の電流増幅率、「Ron」は抵抗Ronの抵抗値、「C」はコンデンサCの容量値である。すると、連続モードの降圧電源の入出力の特性式に基づき、パルスオン時間Tonは「時比率D×スイッチング周期Ts」で表せる。すなわち、入出力電圧に応じてパルスオン時間Tonを制御することにより、バースト期間中のスイッチング周期Tsを一定にすることができることが分かる。
従来のバーストモード制御同期整流型の降圧DC-DCコンバータでは、バースト期間中のオンパルス幅は、入力電圧およびインダクタ値に依存していた。すると、電圧変動範囲が広範囲に渡る電源(例:車載高圧電池セル)に従来技術を適用した場合は、入力電圧の変動によってオンパルス幅が変動するため、「バースト期間中のスイッチング周波数変動」が発生してしまう。また、インダクタのばらつきや劣化によっても、「バースト期間中のスイッチング周波数変動」が発生してしまう。そこで本明細書の技術では、バースト期間中に、入力電圧Viおよび出力電圧Voに応じて、ハイサイド駆動信号VgHのパルスオン時間Tonを制御している。すなわち、入力電圧Viに反比例するようにパルスオン時間Ton(すなわちパルス幅)を制御する。「パルスオン時間Ton=時比率D×スイッチング周期Ts=(出力電圧Vo/入力電圧Vi)×Ts」の関係があるため、パルスオン時間Tonが入力電圧Viに反比例することにより、バースト期間中のスイッチング周波数fs(=1/Ts)を一定にすることができる。また、本明細書の技術では、パルスオン時間Tonをインダクタ値によらずに制御することができる(式(1)参照)。インダクタのばらつきや劣化に影響を受けずに、スイッチング周波数fsを固定化することが可能となる。
Claims (4)
- バーストモードで動作可能なスイッチング電源の制御回路であって、
前記スイッチング電源は、
入力電圧が入力される入力端子と、
出力電圧が出力される出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との接続経路上に配置されているインダクタであって、一端が前記出力端子に接続されている、前記インダクタと、
前記インダクタと前記出力端子との接続経路と接地電位部位との間に配置されている第1コンデンサと、
を備えており、
前記制御回路は、
前記入力端子と前記接地電位部位との間に直列接続されているハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチであって、
前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの接続ノードに前記インダクタの他端が接続されている、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチと、
前記ハイサイドスイッチを駆動するハイサイド駆動信号の生成を指示するバースト信号を生成するバースト信号生成部であって、
前記バースト信号は、出力電圧を分圧した帰還電圧が設定電圧まで低下することに応じて生成される、前記バースト信号生成部と、
前記バースト信号によって前記ハイサイド駆動信号の生成の指示が開始されたことに応じて、前記ハイサイド駆動信号の第1レベルから第2レベルへの最初の遷移を行う第1信号生成部であって、
前記ハイサイド駆動信号が第1レベルのときに前記ハイサイドスイッチがオフ状態になり前記ローサイドスイッチがオン状態になるとともに、前記ハイサイド駆動信号が第2レベルのときに前記ハイサイドスイッチがオン状態になり前記ローサイドスイッチがオフ状態になる、前記第1信号生成部と、
入力電圧に比例した充電電流で充電される第2コンデンサを備える第2信号生成部であって、
前記ハイサイド駆動信号が前記第2レベルに遷移することに応じて前記第2コンデンサの充電を開始し、
前記ハイサイド駆動信号が前記第2レベルの期間中に前記第2コンデンサを充電し、
前記第2コンデンサの充電電圧が前記設定電圧まで上昇することに応じて、前記第2コンデンサを放電するとともに、前記ハイサイド駆動信号の前記第2レベルから前記第1レベルへの遷移を行う、前記第2信号生成部と、
前記ローサイドスイッチに流れる電流値が、予め定められた電流下限値まで減少した特定タイミングを検知する電流検知部と、
前記バースト信号によって前記ハイサイド駆動信号の生成が指示されている場合に、前記電流検知部によって前記特定タイミングが検知されたことに応じて、前記ハイサイド駆動信号の前記第1レベルから前記第2レベルへの2回目以降の遷移を行う第3信号生成部と、
を備える、スイッチング電源の制御回路。 - 前記バースト信号生成部は、前記ハイサイド駆動信号の生成を指示する前記バースト信号が生成された後に、前記帰還電圧が前記設定電圧から予め定められたヒステリシス電圧だけ増加したことに応じて、前記バースト信号の生成を終了する、請求項1に記載のスイッチング電源の制御回路。
- 前記ヒステリシス電圧の変更および前記電流下限値の変更の少なくとも一方によって、前記バースト信号の生成期間および生成周期の調整が可能である、請求項2に記載のスイッチング電源の制御回路。
- 前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの上下短絡を防止するデットタイム回路部をさらに備える、請求項1~3の何れか1項に記載のスイッチング電源の制御回路。
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