JP7386064B2 - 電源制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、スイッチング電源の全体構成を示す図である。本構成例のスイッチング電源100は、入力電圧INから所望の出力電圧OUTを生成して負荷Zに供給するDC/DCコンバータであり、スイッチ出力段110と、帰還電圧生成回路120と、制御回路140と、を有する。
図2は、電流検出手法の第1例(上側電流検出手法)を示す図である。本図の電流検出手法では、出力トランジスタ111のオン期間(=スイッチ電圧SWのハイレベル期間TH)において、スイッチ電圧SWのハイレベル(=IN-ILH×RonH、ただし、ILHは出力トランジスタ111に流れる上側インダクタ電流、RonHは出力トランジスタ111のオン抵抗)を検出することにより、電流情報が制御回路140にフィードバックされている。ただし、本手法では、スイッチ電圧SWのハイレベル期間THが下限値(例えば30ns)よりも短くなると、電流情報を正しくフィードバックすることができなくなる。そのため、低デューティ動作が難しい。
図5は、制御回路140の一構成例を示す図である。本構成例の制御回路140は、基準電圧生成回路141と、エラーアンプ142と、ランプ信号生成回路143と、オシレータ144と、コンパレータ145と、ロジック回路146と、駆動回路147と、ゼロクロス検出部148と、フィルタ部14Aと、加算部14Bと、を含む。
図6は、電流検出動作の第1例(PFMモード:電流不連続モード)を示す図であり、上から順に、出力電圧OUT、スイッチ電圧SW、疑似スイッチ電圧PSW、並びに、正側電流センス信号ISP(実線)及び負側電流センス信号ISM(破線)それぞれの挙動が描写されている。
図8はロジック回路146の一構成例を示す図である。本構成例のロジック回路146は、パルス生成部146aと、RSフリップフロップ146xと、マルチプレクサ146yと、を含む。
図10は、コンパレータ145(特に入力段)と加算部14Bの一構成例を示す図である。コンパレータ145の入力段は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1~P4と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1及びN2と、電流源CS1を含む。
図11は、フィルタ部14Aの第1構成例を示す図である。本構成例のフィルタ部14Aは、キャパシタCと抵抗R21~R24を含む。
R23/(R21+R23)=R24/(R22+R24) … (2)
VB=R23/(R21+R23)(VA1+VA2) … (3)
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。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。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。
110 スイッチ出力段
111 出力トランジスタ
112 同期整流トランジスタ
113 インダクタ
114、115 コンデンサ
120 帰還電圧生成回路
140 制御回路
141 基準電圧生成回路
142 エラーアンプ
143 ランプ信号生成回路
144 オシレータ
145 コンパレータ
146 ロジック回路
146a パルス生成部
146x RSフリップフロップ
146y マルチプレクサ
147 駆動回路
147a 上側ドライバ
147b 下側ドライバ
148 ゼロクロス検出部
14A フィルタ部
14B 加算部
200 半導体装置(電源制御装置)
BUF バッファ
C キャパシタ
CS1、CS2 電流源
L インダクタ
N1~N4 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
P1~P4 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
R11、R12、R21~R26 抵抗
T1、T2、T3 外部端子
Z 負荷
Claims (11)
- スイッチ出力段を用いてインダクタ電流を駆動することにより入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
前記スイッチ出力段を駆動するためのパルス電圧から前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の挙動を模擬した疑似スイッチ電圧を生成するロジック回路と、
前記疑似スイッチ電圧と前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧の入力を受け付けて前記インダクタ電流の挙動を模擬した電流センス信号を生成するフィルタ部と、
前記電流センス信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う帰還制御部と、
を有し、
前記電流センス信号は、正側電流センス信号と負側電流センス信号を含む差動信号であり、
前記フィルタ部は、
前記正側電流センス信号の印加端と前記負側電流センス信号の印加端との間に接続されたキャパシタと、
前記疑似スイッチ電圧の印加端と前記正側電流センス信号の印加端との間に接続された第1抵抗と、
前記出力電圧の印加端と前記負側電流センス信号の印加端との間に接続された第2抵抗と、
を含む、電源制御装置。 - 前記フィルタ部は、
前記正側電流センス信号の印加端と基準電位端との間に接続された第3抵抗と、
前記負側電流センス信号の印加端と前記基準電位端との間に接続された第4抵抗と、
をさらに含む、請求項1に記載の電源制御装置。 - 前記フィルタ部は、
内部電源端と前記正側電流センス信号の印加端との間に接続された第5抵抗と、
前記内部電源端と前記負側電流センス信号の印加端との間に接続された第6抵抗と、
をさらに含む、請求項1又は2に記載の電源制御装置。 - スイッチ出力段を用いてインダクタ電流を駆動することにより入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
前記スイッチ出力段を駆動するためのパルス電圧から前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の挙動を模擬した疑似スイッチ電圧を生成するロジック回路と、
前記疑似スイッチ電圧と前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧の入力を受け付けて前記インダクタ電流の挙動を模擬した電流センス信号を生成するフィルタ部と、
前記電流センス信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う帰還制御部と、
を有し、
前記電流センス信号は、正側電流センス信号と負側電流センス信号を含む差動信号であり、
前記フィルタ部は、
前記正側電流センス信号の印加端と前記負側電流センス信号の印加端との間に接続されたキャパシタと、
前記疑似スイッチ電圧の印加端と前記正側電流センス信号の印加端との間に接続された第1抵抗と、
前記負側電流センス信号の印加端と基準電位端との間に接続された第2抵抗と、
入力端が前記帰還電圧の印加端に接続されて出力端が前記負側電流センス信号の印加端に接続されたバッファと、
を含む、電源制御装置。 - 前記帰還制御部は、
前記出力電圧または前記帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するエラーアンプと、
ランプ信号を生成するランプ信号生成回路と、
前記ランプ信号と前記正側電流センス信号を足し合わせた第1加算信号及び前記誤差信号と前記負側電流センス信号を足し合わせた第2加算信号をそれぞれ生成する加算部と、
所定周波数でパルス駆動されるオン信号を生成するオシレータと、
前記第1加算信号と前記第2加算信号を比較してオフ信号を生成するコンパレータと、
を含み、
前記オン信号及び前記オフ信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う、請求項1~4のいずれか一項に記載の電源制御装置。 - スイッチ出力段を用いてインダクタ電流を駆動することにより入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
前記スイッチ出力段を駆動するためのパルス電圧から前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の挙動を模擬した疑似スイッチ電圧を生成するロジック回路と、
前記疑似スイッチ電圧と前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧の入力を受け付けて前記インダクタ電流の挙動を模擬した電流センス信号を生成するフィルタ部と、
前記電流センス信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う帰還制御部と、
を有し、
前記電流センス信号は、正側電流センス信号と負側電流センス信号を含む差動信号であり、
前記帰還制御部は、
前記出力電圧または前記帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するエラーアンプと、
ランプ信号を生成するランプ信号生成回路と、
前記ランプ信号と前記正側電流センス信号を足し合わせた第1加算信号及び前記誤差信号と前記負側電流センス信号を足し合わせた第2加算信号をそれぞれ生成する加算部と、
所定周波数でパルス駆動されるオン信号を生成するオシレータと、
前記第1加算信号と前記第2加算信号を比較してオフ信号を生成するコンパレータと、
を含み、
前記オン信号及び前記オフ信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う、電源制御装置。 - 前記スイッチ出力段は、出力トランジスタと同期整流トランジスタを含み、
前記ロジック回路は、前記出力トランジスタがオフされて前記同期整流トランジスタがオンされているときに前記インダクタ電流のゼロクロスが検出された時点で前記同期整流トランジスタをオフさせて前記スイッチ出力段を出力ハイインピーダンス状態とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の電源制御装置。 - 前記ロジック回路は、
パルス電圧に応じて前記出力トランジスタ及び前記同期整流トランジスタそれぞれの制御信号を生成するパルス生成部と、
前記インダクタ電流のゼロクロス検出結果に応じて前記パルス電圧と前記出力電圧の一方を前記疑似スイッチ電圧として選択出力するマルチプレクサと、
を含む、請求項7に記載の電源制御装置。 - スイッチ出力段を用いてインダクタ電流を駆動することにより入力電圧から出力電圧を生成するスイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
前記スイッチ出力段を駆動するためのパルス電圧から前記スイッチ出力段で生成されるスイッチ電圧の挙動を模擬した疑似スイッチ電圧を生成するロジック回路と、
前記疑似スイッチ電圧と前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧の入力を受け付けて前記インダクタ電流の挙動を模擬した電流センス信号を生成するフィルタ部と、
前記電流センス信号を用いて前記スイッチ出力段の出力帰還制御を行う帰還制御部と、
を有し、
前記スイッチ出力段は、出力トランジスタと同期整流トランジスタを含み、
前記ロジック回路は、前記出力トランジスタがオフされて前記同期整流トランジスタがオンされているときに前記インダクタ電流のゼロクロスが検出された時点で前記同期整流トランジスタをオフさせて前記スイッチ出力段を出力ハイインピーダンス状態とし、
前記ロジック回路は、
前記パルス電圧に応じて前記出力トランジスタ及び前記同期整流トランジスタそれぞれの制御信号を生成するパルス生成部と、
前記インダクタ電流のゼロクロス検出結果に応じて前記パルス電圧と前記出力電圧の一方を前記疑似スイッチ電圧として選択出力するマルチプレクサと、
を含む、電源制御装置。 - 半導体装置に集積化されている、請求項1~9のいずれか一項に記載の電源制御装置。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載の電源制御装置を有する、スイッチング電源。
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