JPH08289535A - Dc-dc converter - Google Patents
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- JPH08289535A JPH08289535A JP8396195A JP8396195A JPH08289535A JP H08289535 A JPH08289535 A JP H08289535A JP 8396195 A JP8396195 A JP 8396195A JP 8396195 A JP8396195 A JP 8396195A JP H08289535 A JPH08289535 A JP H08289535A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
に係わる。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a DC / DC converter.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある直流の入
力電圧を異なる直流電圧に変換して出力する装置であ
り、様々な用途に使用されている。この出力電圧は、所
定値に安定している必要があり、また、携帯端末などへ
搭載する場合を考慮すると、その消費電力を出来るだけ
小さくすることが要求される。2. Description of the Related Art A DC / DC converter is a device that converts a certain direct current input voltage into a different direct current voltage and outputs it, and is used for various purposes. This output voltage needs to be stable at a predetermined value, and in consideration of the case of being mounted on a mobile terminal or the like, it is required to reduce its power consumption as much as possible.
【０００３】図５は、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの一
例の概略構成図である。同図に示すＤＣ／ＤＣコンバー
タは、入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖout に変換する。パル
ス周波数変調器１０１は、出力電圧Ｖout をフィードバ
ック信号として受信し、その電圧に基づいた周波数でオ
ン時間一定のパルス信号を出力する。ドライバ１０２
は、パルス周波数変調器１０１から受信したパルス信号
に従ってオン・オフ制御信号を出力する。スイッチング
素子１０３は、ドライバ１０２が出力するオン・オフ制
御信号によりスイッチングを行う。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of a conventional DC / DC converter. DC / DC converter shown in the figure, converts the input voltage V in to an output voltage V out. The pulse frequency modulator 101 receives the output voltage V out as a feedback signal, and outputs a pulse signal having a constant on-time at a frequency based on the voltage. Driver 102
Outputs an on / off control signal according to the pulse signal received from the pulse frequency modulator 101. The switching element 103 performs switching according to an on / off control signal output from the driver 102.
【０００４】スイッチング素子１０３をオン状態にする
と、スイッチング素子１０３を流れる電流はコイルＬを
介して流れ、コンデンサＣおよび出力側に電力が供給さ
れて出力電圧Ｖout が上昇する。したがって、出力電圧
Ｖout が低下した場合には、パルス周波数変調器１０１
は、スイッチング素子１０３をオン状態にするような制
御信号を出力して出力電圧Ｖout を一定に保つように制
御する。When the switching element 103 is turned on, the current flowing through the switching element 103 flows through the coil L, power is supplied to the capacitor C and the output side, and the output voltage V out rises. Therefore, when the output voltage V out drops, the pulse frequency modulator 101
Outputs a control signal for turning on the switching element 103 to control the output voltage V out to be constant.
【０００５】図６は、パルス周波数変調器１０１の出力
を示す図である。この例では、パルス信号（Ｈ状態とな
っている部分）がスイッチング素子１０３をオン状態に
するものとする。FIG. 6 is a diagram showing the output of the pulse frequency modulator 101. In this example, the pulse signal (portion in H state) turns on the switching element 103.
【０００６】ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖout が
基準値を保っている期間は、パルス周波数変調器１０１
は、図６(a) に示すように、比較的低い周波数でパルス
を出力するか、あるいは全くパルスを出力しない状態で
ある。一方、出力電圧Ｖoutが基準値以下になると、パ
ルス周波数変調器１０１は、図６(b) に示すように、パ
ルス周波数を高くして、スイッチング素子１０３がオン
状態となる頻度を増加させることによって出力電圧Ｖ
out を上昇させようとする。ＤＣ／ＤＣコンバータはこ
のようにして出力電圧Ｖout を一定の値に保つ。During the period in which the output voltage V out of the DC / DC converter maintains the reference value, the pulse frequency modulator 101
Is a state in which pulses are output at a relatively low frequency or no pulses are output at all, as shown in FIG. On the other hand, when the output voltage V out becomes equal to or lower than the reference value, the pulse frequency modulator 101 increases the pulse frequency to increase the frequency with which the switching element 103 is turned on, as shown in FIG. 6 (b). Output voltage V
Trying to raise out . The DC / DC converter thus keeps the output voltage V out at a constant value.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＤＣ／ＤＣ
コンバータを例えば携帯端末等に搭載して使用する場合
には、端末の動作時間を長くするために、その消費電力
を出来るだけ小さくすることが要求される。しかしなが
ら、上述した従来のＤＣ／ＤＣコンバータでは、低消費
電力化が十分でなかった。By the way, DC / DC
When the converter is used by being mounted on, for example, a mobile terminal, it is required to reduce its power consumption as much as possible in order to prolong the operation time of the terminal. However, in the above-mentioned conventional DC / DC converter, low power consumption has not been sufficient.
【０００８】すなわち、携帯端末を考慮すると、必然的
にＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することになるが、こ
の場合、上記コンデンサＣおよびコイルＬを小型化しな
ければならない。この結果、スイッチング素子１０３を
制御するための発振器の動作周波数を高くする必要が生
じる。特に、出力電圧Ｖout が基準値以下になり、図６
(b) に示すように、パルス周波数を高くする場合には、
その周波数は発振器の動作周波数と同じ数１００KHz 程
度になる。このように、発振器の動作周波数を高くする
と、１つのパルスで供給できる電力量が小さくなるの
で、所定量の電力を供給するために多数回のスイッチン
グが行われるが、このスイッチング動作（スイッチング
素子１０３をオン・オフさせること）は損失が大きく変
換効率を悪化させる。That is, considering the portable terminal, the DC / DC converter is inevitably downsized, but in this case, the capacitor C and the coil L must be downsized. As a result, it is necessary to increase the operating frequency of the oscillator for controlling the switching element 103. In particular, the output voltage V out becomes lower than the reference value,
As shown in (b), when increasing the pulse frequency,
The frequency is about 100KHz which is the same as the operating frequency of the oscillator. As described above, when the operating frequency of the oscillator is increased, the amount of electric power that can be supplied by one pulse becomes small. Therefore, switching is performed many times to supply a predetermined amount of electric power. This switching operation (switching element 103 Turning on and off) causes a large loss and deteriorates the conversion efficiency.
【０００９】また、上記構成では、ＤＣ／ＤＣコンバー
タに対して発振器（パルス周波数変調器１０１）が不可
欠となるが、この発振器は常に動作状態にあるので、こ
のことも消費電力の低下を妨げている。Further, in the above configuration, the oscillator (pulse frequency modulator 101) is indispensable for the DC / DC converter, but since this oscillator is always in the operating state, this also prevents the reduction of power consumption. There is.
【００１０】さらに、上述のようにパルス周波数を変動
させると、出力電圧Ｖout のリップルが不定となり、放
射ノイズやこのＤＣ／ＤＣコンバータに接続される負荷
の電源系ノイズの帯域が広がってしまうので、その除去
が困難になる。Further, if the pulse frequency is changed as described above, the ripple of the output voltage V out becomes indefinite, and the band of radiation noise and power system noise of the load connected to this DC / DC converter is widened. , Its removal becomes difficult.
【００１１】このように、従来のＤＣ／ＤＣコンバータ
は、低消費電力化が十分ではなく、また、ノイズ帯域が
広いという問題があった。本発明は、上記問題を解決す
るものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータを低消費電力化し
て変換効率を向上することを目的とする。As described above, the conventional DC / DC converter has a problem that the power consumption is not sufficient and the noise band is wide. The present invention solves the above problems, and an object thereof is to reduce the power consumption of a DC / DC converter and improve the conversion efficiency.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のＤＣ／ＤＣコン
バータは、スイッチング手段を制御することによってコ
イル電流を変化させ出力を制御する構成を前提とし、以
下の手段を有する。The DC / DC converter of the present invention has the following means on the premise that the coil current is changed by controlling the switching means to control the output.
【００１３】出力値監視手段は、例えばコンパレータで
あり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力値の１つとして例え
ば出力電圧を監視し、その値が基準値になったときに第
１の信号を出力する。The output value monitoring means is, for example, a comparator, and monitors, for example, the output voltage as one of the output values of the DC / DC converter, and outputs the first signal when the value becomes the reference value.
【００１４】電流監視手段は、コイル電流を監視し、そ
のコイル電流が第１の電流値になったときに第２の信号
を出力し、そのコイル電流が第２の電流値になったとき
に第３の信号を出力する。第２の電流値は、第１の電流
値よりも小さく、例えば０である。また、電流監視手段
は、たとえば、ヒステリシスコンパレータまたは２個の
コンパレータで構成する。The current monitoring means monitors the coil current, outputs a second signal when the coil current reaches the first current value, and outputs the second signal when the coil current reaches the second current value. The third signal is output. The second current value is smaller than the first current value, and is 0, for example. Further, the current monitoring means is composed of, for example, a hysteresis comparator or two comparators.
【００１５】制御手段は、上記第１の信号を受信したと
きに上記スイッチング手段をオン状態とするとともに上
記出力値監視手段の出力を受け付けないようにし、上記
第２の信号を受信したときに上記スイッチング手段をオ
フ状態とし、上記第３の信号を受信したときに上記出力
値監視手段の出力を受け付けるようにする。The control means turns on the switching means when it receives the first signal and does not accept the output of the output value monitoring means, and when it receives the second signal, the control means operates. The switching means is turned off and the output of the output value monitoring means is received when the third signal is received.
【００１６】[0016]
【作用】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、出力値監視
手段がＤＣ／ＤＣコンバータの出力値（出力電圧）を監
視し電力供給を必要とするか否かを判断する。そして、
電力供給が必要である場合は、その旨を第１の信号を用
いて制御手段へ通知し、制御手段がスイッチング手段を
オン状態にすることで出力側へ電力を供給する。このと
き、制御手段は、出力値監視手段の出力を受け付けない
モードに移る。In the DC / DC converter of the present invention, the output value monitoring means monitors the output value (output voltage) of the DC / DC converter to determine whether or not power supply is required. And
When power supply is required, the first means is used to notify the control means, and the control means turns on the switching means to supply power to the output side. At this time, the control means shifts to a mode in which the output of the output value monitoring means is not accepted.
【００１７】スイッチング手段がオン状態となるとコイ
ル電流が増加してゆく。そして、このコイル電流が第１
の電流値に達すると、電流監視手段がその旨を第２の信
号を用いて制御手段へ通知し、制御手段がスイッチング
手段をオフ状態にする。その後、コイル電流が減少して
第２の電流値に達すると、制御手段は、出力値監視手段
の出力を受け付けるモードに戻り、電力供給が必要が否
かを示す信号の入力を待つ。When the switching means is turned on, the coil current increases. And this coil current is the first
When the current value reaches, the current monitoring means notifies the control means to that effect using the second signal, and the control means turns off the switching means. After that, when the coil current decreases and reaches the second current value, the control means returns to the mode for accepting the output of the output value monitoring means, and waits for the input of a signal indicating whether or not power supply is necessary.
【００１８】このように、電力供給サイクルは、出力値
が基準値に達したときに開始され、コイル電流が第１の
電流値まで上昇した後に第２の電流値に戻ったときに終
了するが、このサイクル期間は、制御手段が出力値監視
手段の出力を受け付けないモードになっているので、出
力値が変化した場合においてもこのサイクルが中断され
ることはない。As described above, the power supply cycle starts when the output value reaches the reference value and ends when the coil current rises to the first current value and then returns to the second current value. Since the control means is in a mode in which the output of the output value monitoring means is not accepted during this cycle period, the cycle is not interrupted even when the output value changes.
【００１９】上記電力供給サイクルの周期は、電流監視
手段に対して設定する第１および第２の電流値等をパラ
メータとして決めることができる。したがって、最小限
のスイッチング回数で必要な電力を供給するようにその
周期を決めることができる。また、上記サイクルは自励
発振であり、発振器を設ける必要はない。The cycle of the power supply cycle can be determined by using as parameters the first and second current values set for the current monitoring means. Therefore, the period can be determined so that the required power is supplied with the minimum number of switching times. Further, since the above cycle is self-excited oscillation, it is not necessary to provide an oscillator.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施例のＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの構成図である。同図に示すＤＣ／ＤＣコ
ンバータは、直流入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖout に変換
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a DC / D according to an embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a C converter. DC / DC converter shown in the figure, converts the DC input voltage V in to an output voltage V out.
【００２１】スイッチング素子１は、ｐチャネルのパワ
ーＭＯＳトランジスタであり、そのゲート端子に「Ｈ」
が入力されたときにオン状態となる。そして、一方の端
子に入力電圧Ｖinが接続され、他方の端子にダイオード
ＤのカソードおよびコイルＬが接続されている。ダイオ
ードＤのアノードは接地されている。コイルＬの他端は
抵抗Ｒsensを介して出力端子に接続される。また、出力
端子は、コンデンサを介して接地されている。The switching element 1 is a p-channel power MOS transistor, and its gate terminal is "H".
Is turned on when is input. The coupled input voltage V in to one terminal, a cathode and a coil L of the diode D is connected to the other terminal. The anode of the diode D is grounded. The other end of the coil L is connected to the output terminal via the resistor R sens . The output terminal is grounded via a capacitor.
【００２２】コンパレータ２は、その＋入力に基準電圧
Ｖref が印加され、その−入力には出力電圧Ｖout を抵
抗Ｒ1 およびＲ2 で分圧した比較電圧Ｖ1 が印加され
る。そして、その比較結果を制御回路４に対して出力す
る。The reference voltage V ref is applied to the + input of the comparator 2, and the comparison voltage V 1 obtained by dividing the output voltage V out by the resistors R 1 and R 2 is applied to the − input thereof. Then, the comparison result is output to the control circuit 4.
【００２３】コンパレータ３は、比較レベルを２つ持つ
ヒステリシスコンパレータ（またはウィンドウコンパレ
ータ）であり、抵抗Ｒsensにおける電圧降下をモニタす
る。ここで、抵抗Ｒsensを流れる電流は、コイルＬを流
れるコイル電流ＩL であるので、コンパレータ３は、コ
イル電流ＩL をモニタすることになる。コンパレータ３
の２つの比較レベルは、コイル電流に換算してＩLPおよ
びＩLB（ＩLP＞ＩLB）として設定する。そして、コイル
電流ＩL が増加してＩLPを越えると「Ｈ」を出力し、そ
の後、コイル電流ＩL がＩLBまで減少すると「Ｌ」を出
力する。この出力は、制御回路４に転送される。なお、
上記２つの比較レベルの設定は、設定電圧ＶS を用いて
コンパレータ３内で行うが、コンパレータ３の外部で２
つの比較電圧を生成するようにしてもよい。The comparator 3 is a hysteresis comparator (or window comparator) having two comparison levels, and monitors the voltage drop across the resistor R sens . Since the current flowing through the resistance R sens is the coil current I L flowing through the coil L , the comparator 3 monitors the coil current I L. Comparator 3
The two comparison levels are set as I LP and I LB (I LP > I LB ) by converting them into coil currents. When the coil current I L increases and exceeds I LP , “H” is output, and when the coil current I L decreases to I LB , “L” is output. This output is transferred to the control circuit 4. In addition,
The above-mentioned two comparison levels are set in the comparator 3 by using the set voltage V S.
You may make it generate | occur | produce one comparison voltage.
【００２４】制御回路４は、コンパレータ２および３か
ら受信する信号に基づいてスイッチング素子１のオン・
オフ状態を制御する。具体的には、以下の手順でスイッ
チング素子１を制御する。 コンパレータ２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化し
たときにスイッチング素子１をオン状態にする。 上記の後に、コンパレータ２の出力信号を受け付
けないモードに切り換える。すなわち、ゲート回路、ラ
ッチ回路等を用い、コンパレータ２の出力が変化したと
しても、その変化が制御回路自身に影響を及ぼさないよ
うに設定する。 上記の後に、コンパレータ３の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に変化したときにスイッチング素子１をオフ状態
にする。 上記の後に、コンパレータ３の出力が「Ｈ」から
「Ｌ」に変化したときにコンパレータ２の出力信号を受
け付けるモードに切り換える。The control circuit 4 turns on / off the switching element 1 based on the signals received from the comparators 2 and 3.
Control the off state. Specifically, the switching element 1 is controlled by the following procedure. When the output of the comparator 2 changes from "L" to "H", the switching element 1 is turned on. After the above, the mode is switched to the mode in which the output signal of the comparator 2 is not accepted. That is, a gate circuit, a latch circuit, and the like are used so that even if the output of the comparator 2 changes, the change does not affect the control circuit itself. After the above, when the output of the comparator 3 changes from "L" to "H", the switching element 1 is turned off. After the above, when the output of the comparator 3 changes from "H" to "L", the mode is switched to the mode for receiving the output signal of the comparator 2.
【００２５】上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を
図２のタイムチャートを参照しながら説明する。尚、こ
こでは、コンパレータ３の比較レベルＩLBを０として説
明する。したがって、コンパレータ３は、コイル電流Ｉ
L がＩLPから減少して０になったときに、その出力を
「Ｈ」から「Ｌ」へ変化させる。The operation of the DC / DC converter having the above structure will be described with reference to the time chart of FIG. Note that the comparison level I LB of the comparator 3 will be described as 0 here. Therefore, the comparator 3 determines that the coil current I
When L decreases from I LP to 0, the output is changed from “H” to “L”.
【００２６】出力電圧Ｖout が所定の値以上である期間
は、比較電圧Ｖ1 は基準電圧Ｖrefよりも高く、コンパ
レータ２の出力は「Ｌ」となり、制御回路４の出力も
「Ｌ」となるので、スイッチング素子１はオフ状態とな
っている。このとき、コイル電流ＩL は流れていない。During a period in which the output voltage V out is a predetermined value or more, the comparison voltage V 1 is higher than the reference voltage V ref , the output of the comparator 2 is “L”, and the output of the control circuit 4 is also “L”. Therefore, the switching element 1 is in the off state. At this time, the coil current I L is not flowing.
【００２７】出力電圧Ｖout が低下し、時刻Ｔ1 におい
て比較電圧Ｖ1 が基準電圧Ｖref よりも低くなると、コ
ンパレータ２の出力は「Ｌ」から「Ｈ」へと変化する。
制御回路４は、この信号を受信すると、上記および
の動作を行う。すなわち、制御回路４は、「Ｈ」を出力
してスイッチング素子１をオン状態にするとともに、以
後のコンパレータ２の出力信号を受け付けないようにす
る。When the output voltage V out decreases and the comparison voltage V 1 becomes lower than the reference voltage V ref at time T 1 , the output of the comparator 2 changes from "L" to "H".
When the control circuit 4 receives this signal, it performs the above operations and. That is, the control circuit 4 outputs "H" to turn on the switching element 1 and does not accept the output signal of the comparator 2 thereafter.
【００２８】スイッチング素子１がオン状態になると、
コイル電流ＩL が流れはじめる。このコイル電流Ｉ
L は、ｄＩL ／ｄｔ＝（Ｖin−Ｖout ）／Ｌに従ってラ
ンプアップしていく。そして、時刻Ｔ2 において、コイ
ル電流ＩL がコンパレータ３の比較レベルＩLPに達する
と、コンパレータ３の出力は、「Ｌ」から「Ｈ」へ変化
する。When the switching element 1 is turned on,
The coil current I L begins to flow. This coil current I
L is, continue to ramp up in accordance with dI L / dt = (V in -V out) / L. Then, at time T 2 , when the coil current I L reaches the comparison level I LP of the comparator 3, the output of the comparator 3 changes from “L” to “H”.
【００２９】制御回路４は、この信号を受信すると、上
記の動作を行う。すなわち、制御回路４は、「Ｌ」を
出力してスイッチング素子１をオフ状態にする。スイッ
チング素子１がオフ状態になると、入力側からの電力の
供給が停止するので、コイル電流ＩL は、ｄＩL ／ｄｔ
＝−Ｖout ／Ｌに従ってランプダウンしていく。そし
て、時刻Ｔ3 において、コイル電流ＩL がコンパレータ
３の比較レベルＩLBに達すると、すなわちコイル電流Ｉ
L が０になると、コンパレータ３の出力は「Ｈ」から
「Ｌ」へ変化する。制御回路４は、この信号を受信する
と、上記の動作を行う。すなわち、制御回路４は、コ
ンパレータ２の出力信号を受け付けるモードに戻る。こ
のようにして、時刻Ｔ1 〜Ｔ3 において１周期の電力供
給サイクルが実行される。Upon receiving this signal, the control circuit 4 performs the above operation. That is, the control circuit 4 outputs "L" to turn off the switching element 1. When the switching element 1 is turned off, the supply of electric power from the input side is stopped, so that the coil current I L becomes dI L / dt.
= -V out / L according to the ramp down. Then, at time T 3 , when the coil current I L reaches the comparison level I LB of the comparator 3, that is, the coil current I L
When L becomes 0, the output of the comparator 3 changes from "H" to "L". Upon receiving this signal, the control circuit 4 performs the above operation. That is, the control circuit 4 returns to the mode for receiving the output signal of the comparator 2. In this way, one cycle of the power supply cycle is executed from time T 1 to T 3 .
【００３０】制御回路４は、上記電力供給サイクルが終
了すると、さらに電力供給をする必要があるか否かをチ
ェックする。すなわち、コンパレータ２の出力信号に基
づいて、出力電圧Ｖout が所定値に回復したか否かを調
べる。ここでは、時刻Ｔ3 において、出力電圧Ｖout が
所定値まで回復せず、比較電圧Ｖ1 が基準電圧Ｖrefよ
りも低く、コンパレータ２の出力が「Ｈ」のままである
ので、上記電力供給サイクルを繰り返す。When the above power supply cycle ends, the control circuit 4 checks whether or not it is necessary to further supply power. That is, based on the output signal of the comparator 2, it is checked whether the output voltage V out has recovered to the predetermined value. Here, at time T 3 , the output voltage V out does not recover to the predetermined value, the comparison voltage V 1 is lower than the reference voltage V ref , and the output of the comparator 2 remains “H”. Repeat the cycle.
【００３１】時刻Ｔ3 〜Ｔ5 において、時刻Ｔ1 〜Ｔ3
と同じ上記電力供給サイクルを実行すると、制御回路４
は、時刻Ｔ5 で再びさらに電力供給をする必要があるか
否かをチェックする。時刻Ｔ5 では、出力電圧Ｖout が
所定値まで回復し、比較電圧Ｖ1 が基準電圧Ｖref より
も高くなり、コンパレータ２の出力が「Ｌ」に戻ってい
るので、上記電力供給サイクルは実行しない。したがっ
て、コイル電流ＩL は以後０となる。At times T 3 to T 5 , times T 1 to T 3
When the same power supply cycle as described above is executed, the control circuit 4
Checks whether it is necessary to supply power again at time T 5 . At time T 5 , the output voltage V out recovers to the predetermined value, the comparison voltage V 1 becomes higher than the reference voltage V ref , and the output of the comparator 2 returns to “L”, so the above power supply cycle is executed. do not do. Therefore, the coil current I L becomes 0 thereafter.
【００３２】このように、この実施例のＤＣ／ＤＣコン
バータは、出力電圧Ｖout が所定値よりも低下したとき
に電力供給サイクルを実行するが、各サイクルは中断さ
れることはなく、コイル電流ＩL が０になった後に次の
サイクルを実行するか否かが決定される。この電力供給
サイクルの周期Ｔは、(1) 式によって算出される。As described above, the DC / DC converter of this embodiment executes the power supply cycle when the output voltage V out falls below the predetermined value, but each cycle is not interrupted and the coil current is not interrupted. It is determined whether or not to execute the next cycle after I L becomes 0. The period T of this power supply cycle is calculated by the equation (1).
【００３３】[0033]
【数１】 [Equation 1]
【００３４】(1) 式に示すように、電力供給サイクルの
周期Ｔは、コンパレータ３の比較レベルＩLP、コイルＬ
の定数、入力電圧Ｖin、出力電圧Ｖout によって決ま
る。ここで、出力電圧Ｖout は負荷によって変動する
が、その変動は出力電圧Ｖout の値に比べれば小さいの
で、上記(1) 式においてほぼ定数とみなすことができ
る。したがって、上記パラメータを適切に選ぶことによ
って周期Ｔを任意に設定することができる。As shown in the equation (1), the period T of the power supply cycle is determined by the comparison level I LP of the comparator 3 and the coil L.
Of constant, input voltage V in, determined by the output voltage V out. Here, the output voltage V out fluctuates depending on the load, but since the fluctuation is smaller than the value of the output voltage V out , it can be regarded as a constant in the above equation (1). Therefore, the cycle T can be arbitrarily set by appropriately selecting the above parameters.
【００３５】周期Ｔを長くすれば、１サイクルで供給す
る電力量が増加するので、出力電圧の低下を補うために
所定量の電力を供給するときに、少ない回数の電力供給
サイクルでよく、スイッチング素子１のオン・オフ動作
の回数が減るので、スイッチング素子１における損失が
小さくなり、変換効率が向上する。ただし、周期Ｔをさ
らに長くした場合には、出力電圧のリップルが大きくな
ってしまうので好ましくない。したがって、周期Ｔは、
変換効率と出力電圧のリップルの大きさとの兼合いで決
められる。If the period T is lengthened, the amount of electric power supplied in one cycle increases. Therefore, when a predetermined amount of electric power is supplied to compensate for the decrease in the output voltage, a small number of electric power supply cycles are required and switching is performed. Since the number of times the element 1 is turned on and off is reduced, the loss in the switching element 1 is reduced and the conversion efficiency is improved. However, if the cycle T is further lengthened, the ripple of the output voltage becomes large, which is not preferable. Therefore, the period T is
It is determined by the balance between the conversion efficiency and the magnitude of the output voltage ripple.
【００３６】ところで、従来技術として示したPFM （パ
ルス周波数変調）方式によるＤＣ／ＤＣコンバータで
は、出力側に軽負荷から重負荷までが接続されることを
考慮すると、重負荷に対応するために周波数を高くする
必要があるので、１パルスの時間は非常に短い。そし
て、軽負荷のときには、パルス発生頻度（パルス周波
数）は低下するものの、１パルスの時間は重負荷のとき
と同じである。したがって、１パルスによって供給され
る電力は小さい。By the way, in the PFM (Pulse Frequency Modulation) type DC / DC converter shown as the prior art, considering that a light load to a heavy load is connected to the output side, in order to cope with the heavy load, the frequency is increased. The time of one pulse is very short because it is required to be high. When the load is light, the pulse generation frequency (pulse frequency) decreases, but the time for one pulse is the same as when the load is heavy. Therefore, the power supplied by one pulse is small.
【００３７】一方、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータで
は、電力供給サイクルの周期を任意に決定できるので、
接続される負荷が軽く、出力電圧Ｖout が所定値以下に
なったときに、少ない回数（たとえば、１回）の電力供
給サイクルを実行することによって出力電圧Ｖout を回
復できるように各パラメータを選べば、必要な電力を供
給するために発生するスイッチング回数を少なくするこ
とができ、損失が小さくなる。On the other hand, in the DC / DC converter of this embodiment, the cycle of the power supply cycle can be arbitrarily determined,
Each parameter is set so that the output voltage V out can be recovered by executing the power supply cycle a small number of times (for example, once) when the connected load is light and the output voltage V out becomes equal to or lower than a predetermined value. If selected, it is possible to reduce the number of times of switching that occurs to supply the necessary power and reduce the loss.
【００３８】図３は、所定電力を供給する場合に、本実
施例の方式と従来のPFM 方式とを比較した図である。同
図に示すように、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータは、
PFM方式と比べて、少ないスイッチング回数で同じ電力
を供給している。FIG. 3 is a diagram comparing the method of this embodiment with the conventional PFM method when a predetermined power is supplied. As shown in the figure, the DC / DC converter of this embodiment is
Compared to the PFM method, it supplies the same power with fewer switching times.
【００３９】このように、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバ
ータは、特に、出力電圧Ｖout が所定値以下になったと
きに、少ない回数の電力供給サイクルを実行することに
よって出力電圧Ｖout を回復できるような軽負荷が接続
される場合に変換効率の点で有利である。したがって、
軽負荷に対して本実施例の方式で電圧変換を行い、重負
荷に対しては、PWM （パルス幅変調）方式で変換を行う
ＤＣ／ＤＣコンバータへの応用が有用となる。As described above, the DC / DC converter of the present embodiment recovers the output voltage V out by executing the power supply cycle a small number of times, especially when the output voltage V out becomes equal to or less than the predetermined value. It is advantageous in terms of conversion efficiency when such a light load is connected. Therefore,
The application to a DC / DC converter that performs voltage conversion for a light load by the method of this embodiment and conversion for a heavy load by a PWM (pulse width modulation) method is useful.
【００４０】また、上述したように、電力供給サイクル
の周期を予め設定することができ、そのサイクルは中断
されることはなく、コイル電流ＩL は各サイクルの終了
時に所定値（上述の例では０）に戻るので、コイル電流
ＩL の波形（供給電流波形）は、図２または図３に示す
ように、常に一定である。このため、出力電圧Ｖoutの
リップルは一定となり、ノイズ帯域は狭くなる。したが
って、ノイズの除去が容易である。Further, as described above, the cycle of the power supply cycle can be set in advance, the cycle is not interrupted, and the coil current I L has a predetermined value at the end of each cycle (in the above example, Since it returns to 0), the waveform of the coil current I L (supply current waveform) is always constant as shown in FIG. 2 or 3. Therefore, the ripple of the output voltage V out becomes constant and the noise band becomes narrow. Therefore, it is easy to remove noise.
【００４１】さらに、本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ
は、上記パラメータによって定まる固有の周期で自励発
振するので、発振器を設ける必要がない。この点におい
ても消費電力を低下させることができ、変換効率の向上
に寄与する。Further, since the DC / DC converter of this embodiment self-oscillates in a unique cycle determined by the above parameters, it is not necessary to provide an oscillator. Also in this respect, the power consumption can be reduced, which contributes to the improvement of conversion efficiency.
【００４２】また、上記実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ
においては、供給可能な最大負荷電流は、ＩLP／２とな
る。ただし、コンパレータ３の比較レベルとしてＩLBを
０以外の値に設定した場合には、最大負荷電流は、（Ｉ
LP＋ＩLB）／２となる。このように、コンパレータ３の
比較レベルＩLP（およびＩLB）を設定することによっ
て、最大負荷電流が一意に決まるので、負荷に異常が発
生するなどして過電流状態になったときに、スイッチン
グ素子１およびコイルＬなどの破壊を防ぐことができ
る。すなわち、別回路を設けることなく、垂下型の過電
流保護機能を実現できる。In the DC / DC converter of the above embodiment, the maximum load current that can be supplied is I LP / 2. However, when I LB is set to a value other than 0 as the comparison level of the comparator 3, the maximum load current becomes (I
LP + I LB ) / 2. In this way, by setting the comparison level I LP (and I LB ) of the comparator 3, the maximum load current is uniquely determined. Therefore, when an overcurrent state occurs due to an abnormality in the load, switching occurs. It is possible to prevent the element 1 and the coil L from being destroyed. That is, the drooping type overcurrent protection function can be realized without providing a separate circuit.
【００４３】図４は、本発明の他の実施例のＤＣ／ＤＣ
コンバータの構成図である。図４において、図１で使用
した符号と同じ符号は、同じものを示す。図４におい
て、コンパレータ５および６は、それぞれ比較レベルＩ
LP、ＩLBが設定されている。そして、コンパレータ５
は、コイル電流ＩL が比較レベルＩLPよりも大きくなっ
たときに「Ｈ」レベルを出力し、コンパレータ６は、コ
イル電流ＩL が比較レベルＩLBよりも小さくなったとき
に「Ｌ」レベルを出力する。FIG. 4 shows the DC / DC of another embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a converter. 4, the same symbols as those used in FIG. 1 indicate the same components. In FIG. 4, comparators 5 and 6 are respectively provided with comparison level I.
LP and I LB are set. And the comparator 5
Outputs "H" level when the coil current IL becomes larger than the comparison level I LP , and the comparator 6 outputs "L" level when the coil current IL becomes smaller than the comparison level I LB. Is output.
【００４４】制御回路７は、コンパレータ２、５、６か
ら受信する信号に基づいてスイッチング素子１のオン・
オフ状態を制御する。具体的には、下記〜による制
御を実行する。 上記およびの動作を行う。 上記の後に、コンパレータ５の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に変化したときにスイッチング素子１をオフ状態
にする。 上記の後に、コンパレータ６の出力が「Ｈ」から
「Ｌ」に変化したときにコンパレータ２の出力信号を受
け付けるモードに切り換える。The control circuit 7 turns on the switching element 1 based on the signals received from the comparators 2, 5, and 6.
Control the off state. Specifically, the following control is performed. The above operations and are performed. After the above, when the output of the comparator 5 changes from "L" to "H", the switching element 1 is turned off. After the above, when the output of the comparator 6 changes from "H" to "L", the mode is switched to the mode for receiving the output signal of the comparator 2.
【００４５】図４に示す構成では、ヒステリシスコンパ
レータを用いる必要はない。また、ダイオードＤのかわ
りに、ＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子を用い
る同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの場合は、そのス
イッチング素子を制御するための信号をとして、コンパ
レータ６の出力を利用することができる。In the configuration shown in FIG. 4, it is not necessary to use a hysteresis comparator. Further, in the case of a synchronous rectification type DC / DC converter using a switching element such as a MOS transistor instead of the diode D, the output of the comparator 6 can be used as a signal for controlling the switching element. .
【００４６】なお、上記実施例においては、一実施例と
して降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを採り上げて説明し
たが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、た
とえば、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータおよび反転型ＤＣ
／ＤＣコンバータにも適用することができる。In the above embodiment, the step-down type DC / DC converter has been described as an example, but the present invention is not limited to this configuration. For example, a step-up type DC / DC converter. And inverted DC
It can also be applied to a / DC converter.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明によれば、電力供給サイクルの周
期を所望の値に設定することによって最低限のスイッチ
ング回数で必要な電力を供給することができるので、損
失が小さくなり、変換効率が向上する。また、発振器が
不要なので、さらに消費電力が小さくなる。According to the present invention, by setting the cycle of the power supply cycle to a desired value, it is possible to supply the necessary power with the minimum number of switching operations, so that the loss is reduced and the conversion efficiency is improved. improves. Further, since the oscillator is unnecessary, the power consumption is further reduced.
【００４８】供給電流波形が一定となるので、出力電圧
のリップルも一定となり、ノイズの帯域が狭くなるの
で、その除去が容易になる。さらに、供給電流の最大値
が自動的にきまるので、負荷に過電流が流れる状態にな
ったときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの各素子を保護する
ことができる。Since the supply current waveform is constant, the ripple of the output voltage is also constant, and the noise band is narrowed, so that its removal is facilitated. Furthermore, since the maximum value of the supply current is automatically determined, each element of the DC / DC converter can be protected when an overcurrent flows in the load.
【図１】本発明の一実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明
するタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart explaining the operation of the DC / DC converter of this embodiment.
【図３】所定電力を供給する場合に、本実施例の方式と
従来のPFM 方式とを比較する図である。FIG. 3 is a diagram comparing the method of the present embodiment with a conventional PFM method when a predetermined power is supplied.
【図４】本発明の他の実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの
構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a DC / DC converter according to another embodiment of the present invention.
【図５】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの一例の概略構成
図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of a conventional DC / DC converter.
【図６】図５のＤＣ／ＤＣコンバータのパルス周波数変
調器の出力を示す図である。6 is a diagram showing an output of a pulse frequency modulator of the DC / DC converter of FIG.
１ スイッチング素子 ２ コンパレータ ３ コンパレータ（ヒステリシスコンパレータ） ４ 制御回路 ５ コンパレータ ６ コンパレータ ７ 制御回路 1 switching element 2 comparator 3 comparator (hysteresis comparator) 4 control circuit 5 comparator 6 comparator 7 control circuit
Claims (5)
てコイル電流を変化させ出力を制御するＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、 出力値を監視し、該出力値が基準値になったときに第１
の信号を出力する出力値監視手段と、 コイル電流を監視し、該コイル電流が第１の電流値にな
ったときに第２の信号を出力し、該コイル電流が第２の
電流値になったときに第３の信号を出力する電流監視手
段と、 上記第１の信号を受信したときに上記スイッチング手段
をオン状態とするとともに上記出力値監視手段の出力を
無効とし、上記第２の信号を受信したときに上記スイッ
チング手段をオフ状態とし、上記第３の信号を受信した
ときに上記出力値監視手段の出力を有効とする制御手段
と、 を有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。1. A DC / DC converter for controlling an output by changing a coil current by controlling a switching means, wherein an output value is monitored, and when the output value reaches a reference value, a first
And an output value monitoring means for outputting the signal, monitoring a coil current, outputting a second signal when the coil current reaches a first current value, and the coil current reaching a second current value. Current monitoring means for outputting a third signal when the first signal is received, and the switching means is turned on when the first signal is received, and the output of the output value monitoring means is invalidated. A DC / DC converter, wherein the switching means is turned off when the third signal is received, and the control means validates the output of the output value monitoring means when the third signal is received.
パレータで構成することを特徴とする請求項１に記載の
ＤＣ／ＤＣコンバータ。2. The DC / DC converter according to claim 1, wherein the current monitoring means is composed of a hysteresis comparator.
タで構成することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／
ＤＣコンバータ。3. The DC / DC converter according to claim 1, wherein the current monitoring means is composed of two comparators.
DC converter.
とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。4. The DC / DC converter according to claim 1, wherein the second current value is set to 0.
てコイル電流を変化させ出力を制御するＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、 出力値が低下して基準値になったときに上記スイッチン
グ手段をオン状態にする手段と、 コイル電流が増加して第１の閾値を越えたときに上記ス
イッチング手段をオフ状態にする手段と、 コイル電流が上記第１の閾値から減少して第２の閾値に
なったときに、出力値が上記基準値以下であった場合に
は上記スイッチング手段のオン・オフ動作を繰り返させ
る手段と、 を有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。5. A DC / DC converter for controlling an output by changing a coil current by controlling a switching means, and a means for turning on the switching means when an output value decreases to a reference value. A means for turning off the switching means when the coil current increases and exceeds a first threshold value; and an output when the coil current decreases from the first threshold value to a second threshold value. A DC / DC converter comprising: means for repeating ON / OFF operation of the switching means when the value is less than or equal to the reference value.
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