JPWO2007105487A1 - パルス幅制御信号発生回路、電力変換制御回路および電力変換制御用lsi - Google Patents

パルス幅制御信号発生回路、電力変換制御回路および電力変換制御用lsi Download PDF

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Abstract

電力変換をする際にクロック周波数が高い基準信号により制御する場合と同等の制御精度を、クロック周波数が低い基準信号により得る。時間量信号発生回路12により基準電圧EREFに対する出力電圧EOの差分に相当する時間量信号S3を基準タイミング信号S1に同期して発生させ、位相シフト信号発生回路13とカウンタ回路14とデジタル加算回路15とにより、位相が〔S0の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生しこれらの個数をそれぞれカウントし、n個のカウント値を加算する。スイッチ素子オン時間決定回路16と制御信号生成回路17とにより加算値ADDを入力してオン時間TONに相当する制御信号S5を生成する。

Description

本発明は、(1)電力変換をする際にクロック周波数が高い基準信号により制御する場合と同等の制御精度を、クロック周波数が低い基準信号により得ることができる電力変換制御回路および電力変換制御用LSI、(2)2つの電圧信号の差分を高分解精度のデジタル値として検出できる差分検出回路、(3)整数で与えられる時間設定値から当該時間設定値に応じた高分解精度のパルス幅信号を発生できるパルス幅制御信号発生回路に関する。
DC/DCコンバータ等の電力変換回路の電力変換制御回路(本明細書では、「電力変換制御回路」と言う)には、(1)温度変化による影響が少ないこと、(2)各種パラメータの設定をプログラマブルに行うことができること等の理由から、マイクロプロセッサを含むデジタルLSIが使用されつつある。
ところで、電力変換制御回路として、制御対象の出力電圧Eと、基準電圧(目標値電圧)EREFとの差分を時間量に置き換えて検出し、この時間量に基づき、制御信号(矩形波)のデューティを決定するものも提供されている。この電力変換制御回路では、最低で50MHz程度以上の周波数のクロックジェネレータを使用して前記時間量を検出すれば高精度の制御ができる。
しかし、一般に普及しているクロックジェネレータの周波数は25MHz程度止まりであり、50MHz以上のクロックで制御を行うおうとすると、価格の高いクロックジェネレータを使用せざるを得ない。
本発明の目的は、電力変換をするに際してクロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる電力変換制御回路および電力変換制御用LSIを提供することにある。
本発明の他の目的は、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の検出精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる差分検出回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができるパルス幅制御信号発生回路を提供することにある。
本発明の電力変換制御回路は、電力変換回路のスイッチ素子のオン時間に相当する制御信号を生成するものであり、
基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
基準電圧および電力変換回路の出力電圧を入力し、前記基準電圧に対する前記出力電圧の差分に相当する時間量信号を前記基準タイミング信号に同期して発生する時間量信号発生回路と、
基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
前記時間量信号がアクティブのときに、前記n個の位相シフト信号を入力しこれらのパルス個数を前記基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値をデジタル出力するカウンタ回路と、
前記n個のカウント値を入力して加算し、この加算値を前記時間量信号に相当する値としてデジタル出力するデジタル加算回路と、
前記加算値を入力して前記スイッチ素子の前記オン時間を決定し、このオン時間を整数値としてデジタル出力するスイッチ素子オン時間決定回路と、
前記n個の位相シフト信号を前記基準タイミング信号に同期して入力し、前記オン時間に相当する、前記基準クロック信号のn倍精度の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えたことを特徴とする。
本発明の電力変換制御回路では、前記位相シフト信号発生回路は、(n−1)個のディレイ回路からなり、各ディレイ回路は、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて、前記位相シフト信号を発生するように構成することができる。
本発明の電力変換制御回路では、前記カウンタ回路は、
一方の入力端子に入力された前記時間量信号と他方の入力端子に入力された前記位相シフト信号を入力して論理積をパルスで出力するn個のANDゲートと、
前記n個のANDゲートの出力パルスをそれぞれカウントし各カウント値をデジタル出力するn個の直並列変換型カウンタと、を備えて構成することができる。
本発明の電力変換制御回路では、前記制御信号生成回路は、
入力した前記オン時間の値Nを、
21+N22+・・・+N2n=N
21≧N22≧・・・≧N2nが満たされるように、n個の整数N21,N22,N21,・・・,N2nに分配する分配回路と、
プリセットされた値に相当する個数のパルスを、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて出力するn個の並直列変換型カウンタと、
前記並直列変換型カウンタの出力パルスを合成しこれを制御信号として出力するパルス合成回路と、を備えて構成することができる。
本発明の電力変換制御回路では、前記電力変換回路をDC/DCコンバータ、あるいはDC/DCコンバータやインバータで構成することができる。
本発明の電力変換制御用LSIは、上記の電力変換制御回路がパッケージされてなることを特徴とする。
本発明の差分検出回路は、基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
2つの電圧信号を入力しその差分に相当する時間量信号を前記基準タイミング信号に同期して発生する時間量信号発生回路と、
所定の基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
前記時間量信号がアクティブのときに、前記n個の位相シフト信号を入力しこれらのパルス個数を前記基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値をデジタル出力するカウンタ回路と、
前記n個のカウント値を入力して加算し、この加算値を前記時間量信号に相当する値としてデジタル出力するデジタル加算回路と、を備えたことを特徴とする。
本発明のパルス幅制御信号発生回路は、基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
所定の基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
時間設定値を整数値として入力するとともに、前記基準クロック信号に基づくn個の位相シフト信号を前記基準タイミング信号に同期して入力し、前記時間設定値に相当する、前記基準クロック信号のn倍精度の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えたことを特徴とする。
本発明の実施例における電力変換制御回路を示すブロック図である。 電力変換制御回路を用いた電力変換システムを示す図である。 本発明の差分検出回路の一実施形態を示す説明図である。 本発明のパルス幅制御信号発生回路の一実施形態を示す説明図である。 電力変換制御回路のうち、タイミング生成回路、時間量信号発生回路、位相シフト信号発生回路およびカウンタ回路を示す図である。 電力変換制御回路のうち、デジタル加算回路、スイッチ素子オン時間決定回路および制御信号生成回路を示す図である。 図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明するタイミング図である。 図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明するタイミング図である。 図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明する他のタイミング図である。 (A),(B),(C)は、高精度化、高速化を図った他の実施例を示す図である。 電圧検出用第1積分回路,電圧検出用第2積分回路の動作を示すタイミング図である。
発明の効果
本発明の電力変換制御回路および電力変換制御用LSIでは、電力変換をするに際してクロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる。
本発明の差分検出回路では、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の検出精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる。
本発明のパルス幅制御信号発生回路では、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる。
図1は本発明の実施例を示す説明図である。図1において電力変換制御回路1は電力変換制御用LSIにパッケージされ、オン時間TONに相当する制御信号Sを生成しており、電力変換制御回路1が生成した制御信号Sはドライブ回路120に送出され、ドライブ回路120が電力変換回路100に駆動信号DRVを送出する。
本実施形態では、電力変換回路100は、直流出力されるものであれば適用可能であり、典型的にはDC/DCコンバータ(図2参照)であるが、AC/DCコンバータに適用することもできる。
電力変換制御回路1は、タイミング生成回路11と、時間量信号発生回路12と、位相シフト信号発生回路13と、カウンタ回路14と、デジタル加算回路15と、スイッチ素子オン時間決定回路16と、制御信号生成回路17とを備えている。
タイミング生成回路11は、基準タイミング信号Sを発生する。基準タイミング信号Sにより、電力変換回路100のオン・オフの周期が決定される。
時間量信号発生回路12は、基準電圧EREFおよび電力変換回路100の出力電圧Eを入力し、基準電圧EREFに対する出力電圧Eの差分に相当する時間量信号Sを基準タイミング信号Sに同期して発生する。基準電圧EREFに対する出力電圧Eの差分を時間量信号Sに変換するために、典型的には、後述する2組のCR回路(図3参照)を使用することができる。また、時間量信号発生回路12は、基準電圧EREFに対して出力電圧Eが大きいか小さいかを判定する判別回路を備えることができる。
位相シフト信号発生回路13は、基準クロック信号Sを入力し、この基準クロック信号Sから、位相が〔基準クロック信号Sの周期T〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nの組を発生する。
カウンタ回路14は、時間量信号Sがアクティブのときに、n個の位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nを入力しこれらのパルス個数を基準タイミング信号Sに同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値N11,N12,・・・,N1nをデジタル出力する。
デジタル加算回路15は、n個のカウント値N11,N12,・・・,N1nを入力して加算し加算値ADDを時間量信号Sに相当する値としてデジタル出力する。
スイッチ素子オン時間決定回路16は、加算値ADDを入力して電力変換回路100の図示しないスイッチ素子のオン時間TONを決定しオン時間TONを整数値Nとしてデジタル出力する。
制御信号生成回路17は、n個の位相シフト信号S41,S42,・・・S4nを基準タイミング信号Sに同期して入力し、オン時間TONに相当する、基準クロック信号Sのn倍精度の制御信号Sを生成する。
図2は、電力変換制御回路1を用いた電力変換システムを示す図であり、電力変換システム200は、電力変換回路(図2では、降圧形のDC/DCコンバータ101)と、電力変換制御回路1と、ドライブ回路120とからなる。
DC/DCコンバータ101は、入力端子a1と出力端子b1(入力端子a2および出力端子b2はグランドGND)との間に直列接続されたスイッチング用のトランジスタTrおよびインダクタLと、トランジスタTrのインダクタL側の端子とグランドGNDとの間に接続されたダイオードDと、出力端子b1,b2間に接続されたキャパシタCとからなる。図2では、DC/DCコンバータ101の入力側(入力端子a1,a2間)には直流電源Eiが接続され、出力側(出力端子b1,b2間)には負荷Rが接続されている。
電力変換制御回路1は、DC/DCコンバータ101の出力電圧Eを入力し、上述した制御信号Sをドライブ回路120に出力し、ドライブ回路120はDC/DCコンバータ101のトランジスタTrに駆動信号を送出する。
図3は本発明の差分検出回路を示すブロック図である。図3において、差分検出回路2は、タイミング生成回路21と、時間量信号発生回路22と、位相シフト信号発生回路23と、カウンタ回路24と、デジタル加算回路25とからなる。
タイミング生成回路21は、基準タイミング信号Sを発生する。
時間量信号発生回路22は、2つの電圧信号E,Eを入力しその差分(E−E)に相当する時間量信号Sを基準タイミング信号Sに同期して発生する。
位相シフト信号発生回路23は、基準クロック信号Sを入力し、この基準クロック信号Sから、位相が〔基準クロック信号Sの周期T〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組S41,S42,・・・,S4nを発生する。
カウンタ回路24は、時間量信号Sと位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nとを入力しており、SがアクティブのときにS41,S42,・・・,S4nを入力しこれらのパルス個数を基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値N11,N12,・・・,N4nをデジタル出力する。
デジタル加算回路25は、n個のカウント値N11,N12,・・・,N1nを入力して加算し、この加算値を時間量信号に相当する値としてデジタル出力する。
図4は本発明のパルス幅制御信号発生回路を示すブロック図である。図4において、パルス幅制御信号発生回路3は、タイミング生成回路31と、位相シフト信号発生回路32と、制御信号生成回路33とからなる。
タイミング生成回路31は、基準タイミング信号Sを発生する。
位相シフト信号発生回路32は、基準クロック信号Sを入力し、この基準クロック信号Sから、位相が〔基準クロック信号Sの周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組S41,S42,・・・,S4nを発生する。また、位相シフト信号発生回路32は、(n−1)個のディレイ回路からなり、各ディレイ回路は、位相を〔基準クロック信号Sの周期〕/nずつ順次遅らせて、位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nを発生する。
制御信号生成回路33は、時間設定値を整数値Nとして入力するとともに、基準クロック信号Sに基づくn個の位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nを基準タイミング信号Sに同期して入力し、時間設定値(整数値N)に相当する、基準クロック信号のn倍精度のパルス幅制御信号S(TON時間に相当する)を生成する。
図5,図6の回路図、および図7,図8,図9のタイミングチャートにより上述した電力変換制御回路1の構成および動作を詳細に説明する。電力変換制御回路1のうち、タイミング生成回路11、時間量信号発生回路12、位相シフト信号発生回路13およびカウンタ回路14を図5に示し、デジタル加算回路15、スイッチ素子オン時間決定回路16および制御信号生成回路17を図6に示す。
カウンタ111は、セットされたプリセット値(スイッチング周波数のセッティング値であるデジタル値PS)に対応した基準タイミング信号Sを生成している。基準タイミング信号Sの周波数(100kHzオーダ)により、制御信号生成回路17が生成する制御信号Sのオン・オフの周波数が決定される。基準タイミング信号Sは、後述する基準クロック信号Sから生成されるもので、出力電圧Eを入力する電圧入力回路121のトランジスタスイッチTrおよび基準電圧EREFを入力する基準電圧入力回路122のトランジスタスイッチTrに送出される。なお、カウンタ111は、図1のタイミング生成回路11を構成する。
電圧入力回路121は、一方端子に出力電圧Eが加えられる入力抵抗rと、入力抵抗rの他方端子とグランドとの間に接続されたキャパシタCとトランジスタスイッチTrと、しきい値電圧VTHが正極端子に入力された比較器Cmpとからなる。また、基準電圧入力回路122は、一方端子に基準電圧EREFが加えられる入力抵抗rと、入力抵抗rの他方端子とグランドとの間に接続されたキャパシタCとトランジスタスイッチTrと、しきい値電圧VTHが正極端子に入力された比較器Cmpとからなる。トランジスタスイッチTr,Trには、基準タイミング信号Sが入力される。また、比較器Cmpと比較器Cmpの出力端子はEXORゲート123に接続されている。
基準タイミング信号SがトランジスタスイッチTr,Trをオフすると、図7に示すように、キャパシタCの端子電圧(比較器Cmpの入力信号)V11およびキャパシタCの端子電圧(比較器Cmpの入力信号)V12が上昇する。図7に示すように端子電圧V11がしきい値電圧VTHに達するとS21は立下り、端子電圧V12がしきい値電圧VTHに達するとS22が立ち下る。
なお、電圧入力回路121、基準電圧入力回路122をSのタイミングで動作する電圧制御発振器(VCO)により構成することもできる。電圧制御発振器(VCO)は、入力電圧が高ければ高いほど最初のパルスが早く現れるので、VCOとして発振周期がSの周期Tsよりも大きくなるようなものを使用することで、上記のCR積分回路と同様に動作させることができる。
また、図7に示すようにEXORゲート123の出力(時間量信号S)は、S21とS22の立下りの時間差を出力する。S21,S22は、後述するデジタルフィルタ161に入力され、デジタルフィルタ161は、S21の立下りとS22の立下りとの時間的前後関係を検出する。なお、電圧入力回路121と基準電圧入力回路122とEXORゲート123とが、図1の時間量信号発生回路12を構成する。
3個のディレイ回路13(2),13(3),13(4)は、図8に詳細に示すように示すように基準クロック信号S(図7では位相シフト信号S41としてある)に対して、位相を〔基準クロック信号Sの周期〕/4ずつ順次遅らせて、位相シフト信号S42,S43,S44を発生する。なお、基準クロック信号Sの信号ライン(位相シフト信号S41の信号ライン)と、3個のディレイ回路13(2),13(3),13(4)が、図1の位相シフト信号発生回路13を構成する。
EXORゲート123の出力信号(時間量信号S)は、ANDゲートAnd,And,And,Andの一方の入力端子に入力され、他方の入力端子に位相シフト信号S41,S42,S43,S44が入力される。ANDゲートAnd,And,And,Andは、これらの入力信号の論理積をパルスで出力する。
直並列変換型カウンタ14(1),14(2),14(3),14(4)は、ANDゲートAnd,And,And,Andの出力パルスをそれぞれカウントして4個のカウント値N11,N12,N13,N14)をデジタル出力する。図8では、カウント値N11,N12,N13,N14が、「4」,「4」,「3」,「3」の場合が示されている。なお、直並列変換型カウンタ14(1),14(2),14(3),14(4)と、ANDゲートAnd,And,And,Andとが、図1のカウンタ回路14を構成する。
カウント値N11,N12,N13,N14は、図6に示すように、加算回路ADDERに出力され、加算回路ADDERは加算値ADDとして、N11+N12+N13+N14(4+4+3+3=14)を出力する。この加算値ADDは、前述したように、時間量信号Sに相当する値(すなわち、基準電圧EREFに対する出力電圧Eの差分に相当する値)である。なお、加算回路ADDERは、図1に示したデジタル加算回路15を構成する。
デジタルフィルタ161は、加算値ADDを入力して、DC/DCコンバータ101の図示しないスイッチ素子(図2参照)のオン時間TONを整数値で決定し、このオン時間TONを整数値Nとしてデジタル出力する。また、デジタルフィルタ161は、オフセット値、ゲイン、遮断周波数等の値をプリセットすることができるように構成されている。
さらに、デジタルフィルタ161は、前述したように、S21,S22を入力し、S21の立下りとS22の立下りとの時間的前後関係(すなわち、電力変換回路100の出力電圧Eが基準電圧EREFよりも大きいか小さいか)を判断している。
デジタルフィルタ161の出力(整数値N)は、たとえば、
〔A/(1+sτ)〕×(EREF−E
(A:定数、s:ラプラス演算子、τ:時定数)のような制御量に対応する値であり、基準タイミング信号Sの次の周期のオン時間TONに相当する。なお、デジタルフィルタ161が、図1のスイッチ素子オン時間決定回路16を構成する。
分配回路171は、入力したオン時間TONの値を、
21+N22+N23+N24=N
21≧N22≧N23≧N24が満たされるように、4個の整数N21,N22,N23,N24に分配する。本実施形態では、図9に示すように、N=22であり、したがってN21=6,N22=6,N23=5,N24=5となる。
並直列変換型カウンタ172(1),172(2),172(3),172(4)は、ダウンカウンタであり、4個の整数N21,N22,N23,N24をプリセットし、セットされた個数のパルスが入力されたときに、位相が〔基準クロック信号Sの周期〕/4ずつ順次遅れたパルスを出力する。
パルス合成回路173(フリップフロップFF)は、基準タイミング信号Sでセットされ、制御パルスSを立ち上げ、並直列変換型カウンタ172(1),172(2),172(3),172(4)が出力するパルスのうち最後のパルスで制御信号Sを立ち下げる。
なお、分配回路171、並直列変換型カウンタ172(1),172(2),172(3),172(4)およびパルス合成回路173が、図1の制御信号生成回路17を構成する。
以下、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
また、図10(A)に示すように、N(ここではN=2)の電圧検出用第1積分回路211,212を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。また、図10(B)に示すように、N(ここではN=2)の電圧検出用第2積分回路221,222を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。さらに、図10(C)に示すように、N(ここではN=2)組の電圧検出用第1積分回路211,212と電圧検出用第2積分回路221,222を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。
なお、上記の例では、トランジスタスイッチのオンオフの1周期あたり1回、電圧偏差検出を1回としている(電流制御回路3を制御するためのデジタル数値NRMを1回検出)が、図11に示すように、第1クロックSの1周期Tあたり、デジタル数値NRMを複数回検出するようにしてもよい。図11では、第1クロックSの1周期Tあたり、上記した係数値の差ΔNを複数回(ここでは4回であり、計測値をΔNR1,ΔNR2,ΔNR3,ΔNR4で示す)検出した様子が示されている。
【0001】
技術分野
本発明は、(1)電力変換をする際にクロック周波数が高い基準信号により制御する場合と同等の制御精度を、クロック周波数が低い基準信号により得ることができる電力変換制御回路および電力変換制御用LSI、(2)整数で与えられる時間設定値から当該時間設定値に応じた高分解精度のパルス幅信号を発生できるパルス幅制御信号発生回路に関する。
背景技術
DC/DCコンバータ等の電力変換回路の電力変換制御回路(本明細書では、「電力変換制御回路」と言う)には、(1)温度変化による影響が少ないこと、(2)各種パラメータの設定をプログラマブルに行うことができること等の理由から、マイクロプロセッサを含むデジタルLSIが使用されつつある。
発明が解決しようとする課題
ところで、電力変換制御回路として、制御対象の出力電圧Eと、基準電圧(目標値電圧)EREFとの差分を時間量に置き換えて検出し、この時間量に基づき、制御信号(矩形波)のデューティを決定
【0002】
するものも提供されている。この電力変換制御回路では、最低で50MHz程度以上の周波数のクロックジェネレータを使用して前記時間量を検出すれば高精度の制御ができる。
しかし、一般に普及しているクロックジェネレータの周波数は25MHz程度止まりであり、50MHz以上のクロックで制御を行うおうとすると、価格の高いクロックジェネレータを使用せざるを得ない。
本発明の目的は、電力変換をするに際してクロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる電力変換制御回路および電力変換制御用LSIを提供することにある。
本発明の他の目的は、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができるパルス幅制御信号発生回路を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明は以下を要旨とする。
(1) スイッチ素子のオン時間に相当する制御信号を生成するパルス幅制御信号発生回路において、
基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
【0003】
第1基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
前記n個の位相シフト信号を前記第1基準タイミング信号に同期して入力し、前記オン時間に相当する、前記基準クロック信号のn倍精度の制御信号を生成する制御信号生成回路と、
を備え、
前記制御信号生成回路は、
入力した前記オン時間の整数値Nを、
21+N22+・・・+N2n=N
21≧N22≧・・・≧N2nが満たされるように、n個の整数N21,N22,N21,・・・,N2nに分配する分配回路と、
プリセットされた値に相当する個数のパルスを、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて出力するn個の並直列変換型カウンタと、
前記並直列変換型カウンタの出力パルスを合成しこれを制御信号として出力するパルス合成回路と、を備えたことを特徴とするパルス幅制御信号発生回路。
(2) 前記位相シフト信号発生回路は、(n−1)個のディレイ回路からなり、各ディレイ回路は、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて、前記位相シフト信号を発生する、ことを特徴とする(1)に記載のパルス幅制御信号発生回路。
(3) (1)または(2)に記載のパルス幅制御信号発生回路を用いた電力変換制御回路であって、
第2基準タイミング信号を発生する第2タイミング生成回路と、
基準電圧および電力変換回路の出力電圧を入力し、前記基準電圧に対する前記出力電圧の差分に相当する時間量信号を前記第2基
【0004】
準タイミング信号に同期して発生する時間量信号発生回路と、
前記時間量信号がアクティブのときに、前記n個の位相シフト信号を入力しこれらのパルス個数を前記第2基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値をデジタル出力するカウンタ回路と、
前記n個のカウント値を入力して加算し、この加算値を前記時間量信号に相当する値としてデジタル出力するデジタル加算回路と、
前記加算値を入力して前記スイッチ素子の前記オン時間を決定し、このオン時間を整数値としてデジタル出力するスイッチ素子オン時間決定回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換制御回路。
(4) 前記カウンタ回路は、
一方の入力端子に入力された前記時間量信号と他方の入力端子に入力された前記位相シフト信号を入力して論理積をパルスで出力するn個のANDゲートと、
前記n個のANDゲートの出力パルスをそれぞれカウントし各カウント値をデジタル出力するn個の直並列変換型カウンタと、を備えたことを特徴とする(3)に記載の電力変換制御回路。
(5) 前記電力変換回路がDC/DCコンバータであることを特徴とする(3)または(4)に記載の電力変換制御回路。
(6) (3)から(5)の何れかに記載の電力変換制御回路がパッケージされてなることを特徴とする電力変換制御用LSI。
【0005】
図面の簡単な説明
図1
本発明の実施例における電力変換制御回路を示すブロック図である。
【0006】
図2
電力変換制御回路を用いた電力変換システムを示す図である。
図3
本発明の応用である差分検出回路を示す説明図である。
図4
本発明のパルス幅制御信号発生回路の一実施形態を示す説明図である。
図5
電力変換制御回路のうち、タイミング生成回路、時間量信号発生回路、位相シフト信号発生回路およびカウンタ回路を示す図である。
図6
電力変換制御回路のうち、デジタル加算回路、スイッチ素子オン時間決定回路および制御信号生成回路を示す図である。
図7
図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明するタイミング図である。
図8
図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明するタイミング図である。
図9
図3および図4に示した電力変換制御回路の動作を説明する他のタイミング図である。
図10
(A),(B),(C)は、高精度化、高速化を図った他の実施例を示す図である。
【0007】
図11
電圧検出用第1積分回路,電圧検出用第2積分回路の動作を示すタイミング図である。
発明の効果
本発明の電力変換制御回路および電力変換制御用LSIでは、電力変換をするに際してクロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる。
本発明のパルス幅制御信号発生回路では、クロック周波数が高い基準信号による制御と同等の制御精度を周波数が低い基準クロック信号から得ることができる。
実施例
図1は本発明の実施例を示す説明図である。図1において電力変換制御回路1は電力変換制御用LSIにパッケージされ、オン時間TONに相当する制御信号Sを生成しており、電力変換制御回路1が生成した制御信号Sはドライブ回路120に送出され、ドライブ回路120が電力変換回路100に駆動信号DRVを送出する。
本実施形態では、電力変換回路100は、直流出力されるものであれば適用可能であり、典型的にはDC/DCコンバータ(図2参照)であるが、AC/DCコンバータに適用することもできる。
【0010】
し、ドライブ回路120はDC/DCコンバータ101のトランジスタTrに駆動信号を送出する。
図3は本発明の応用である差分検出回路を示すブロック図である。図3において、差分検出回路2は、タイミング生成回路21と、時間量信号発生回路22と、位相シフト信号発生回路23と、カウンタ回路24と、デジタル加算回路25とからなる。
タイミング生成回路21は、基準タイミング信号Sを発生する。
時間量信号発生回路22は、2つの電圧信号E,Eを入力しその差分(E−E)に相当する時間量信号Sを基準タイミング信号Sに同期して発生する。
位相シフト信号発生回路23は、基準クロック信号Sを入力し、この基準クロック信号Sから、位相が〔基準クロック信号Sの周期T〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組S41,S42,・・・,S4nを発生する。
カウンタ回路24は、時間量信号Sと位相シフト信号S41,S42,・・・,S4nとを入力しており、SがアクティブのときにS41,S42,・・・,S4nを入力しこれらのパルス個数を基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値N11,N12,・・・,N4nをデジタル出力する。
デジタル加算回路25は、n個のカウント値N11,N12,・・・,N1nを入力して加算し、この加算値を時間量信号に相当する値としてデジタル出力する。
図4は本発明のパルス幅制御信号発生回路を示すブロック図である。図4において、パルス幅制御信号発生回路3は、タイミング
【0016】
72(2),172(3),172(4)およびパルス合成回路173が、図1の制御信号生成回路17を構成する。
以下、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
また、図10(A)に示すように、N(ここではN=2)の電圧検出用第1積分回路211,212を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。また、図10(B)に示すように、N(ここではN=2)の電圧検出用第2積分回路221,222を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。さらに、図10(C)に示すように、N(ここではN=2)組の電圧検出用第1積分回路211,212と電圧検出用第2積分回路221,222を用い、これらの動作タイミングを、ディレイxによりT/Nだけシフトさせることで、電圧検出の精度を高くし動作を高速化することもできる。
なお、上記の例では、トランジスタスイッチのオンオフの1周期あたり1回、電圧偏差検出を1回としている(電流制御回路3を制御するためのデジタル数値NRMを1回検出)が、図11に示すように、クロックSの1周期あたり、デジタル数値NRMを複数回検出するようにしてもよい。図11では、クロックSの1周期あたり、上記した係数値の差ΔNを複数回(ここでは4回であり、計測値をΔNR1,ΔNR2,ΔNR3,ΔNR4で示す)検出した様子が示されている。

Claims (8)

  1. 電力変換回路のスイッチ素子のオン時間に相当する制御信号を生成する電力変換制御回路において、
    第1基準タイミング信号を発生する第1タイミング生成回路と、
    基準電圧および電力変換回路の出力電圧を入力し、前記基準電圧に対する前記出力電圧の差分に相当する時間量信号を前記第1基準タイミング信号に同期して発生する時間量信号発生回路と、
    基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
    前記時間量信号がアクティブのときに、前記n個の位相シフト信号を入力しこれらのパルス個数を前記第1基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値をデジタル出力するカウンタ回路と、
    前記n個のカウント値を入力して加算し、この加算値を前記時間量信号に相当する値としてデジタル出力するデジタル加算回路と、
    前記加算値を入力して前記スイッチ素子の前記オン時間を決定し、このオン時間を整数値としてデジタル出力するスイッチ素子オン時間決定回路と、
    第2基準タイミング信号を発生する第2タイミング生成回路と、
    前記n個の位相シフト信号を前記第2基準タイミング信号に同期して入力し、前記オン時間に相当する、前記基準クロック信号のn倍精度の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えたことを特徴とする電力変換制御回路。
  2. 前記位相シフト信号発生回路は、(n−1)個のディレイ回路からなり、各ディレイ回路は、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて、前記位相シフト信号を発生する、ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換制御回路。
  3. 前記カウンタ回路は、
    一方の入力端子に入力された前記時間量信号と他方の入力端子に入力された前記位相シフト信号を入力して論理積をパルスで出力するn個のANDゲートと、
    前記n個のANDゲートの出力パルスをそれぞれカウントし各カウント値をデジタル出力するn個の直並列変換型カウンタと、を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換制御回路。
  4. 前記制御信号生成回路は、
    入力した前記オン時間の値N2を、
    N21+N22+・・・+N2n=N2
    N21≧N22≧・・・≧N2nが満たされるように、n個の整数N21,N22,N21,・・・,N2nに分配する分配回路と、
    プリセットされた値に相当する個数のパルスを、位相を〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅らせて出力するn個の並直列変換型カウンタと、
    前記並直列変換型カウンタの出力パルスを合成しこれを制御信号として出力するパルス合成回路と、を備えたことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の電力変換制御回路。
  5. 前記電力変換回路がDC/DCコンバータであることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の電力変換制御回路。
  6. 請求項1から5の何れかに記載の電力変換制御回路がパッケージされてなることを特徴とする電力変換制御用LSI。
  7. 基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
    2つの電圧信号を入力しその差分に相当する時間量信号を前記基準タイミング信号に同期して発生する時間量信号発生回路と、
    所定の基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
    前記時間量信号がアクティブのときに、前記n個の位相シフト信号を入力しこれらのパルス個数を前記基準タイミング信号に同期してそれぞれカウントし、n個のカウント値をデジタル出力するカウンタ回路と、
    前記n個のカウント値を入力して加算し、この加算値を前記時間量信号に相当する値としてデジタル出力するデジタル加算回路と、を備えたことを特徴とする差分検出回路。
  8. 基準タイミング信号を発生するタイミング生成回路と、
    所定の基準クロック信号を入力し、この基準クロック信号から、位相が〔基準クロック信号の周期〕/nずつ順次遅れているn個の位相シフト信号の組を発生する位相シフト信号発生回路と、
    時間設定値を整数値として入力するとともに、前記基準クロック信号に基づくn個の位相シフト信号を前記基準タイミング信号に同期して入力し、前記時間設定値に相当する、前記基準クロック信号のn倍精度の制御信号を生成する制御信号生成回路と、を備えたことを特徴とするパルス幅制御信号発生回路。
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