KR20150095585A - Dc/dc 컨버터 및 전자 기기 - Google Patents

Dc/dc 컨버터 및 전자 기기 Download PDF

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고스케 다카다
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 낮은 소비 전력의 클램프 회로를 구비하고, 또한 칩 면적을 축소할 수 있는 DC/DC 컨버터를 제공한다.
[해결 수단] 증폭기와, 증폭기의 출력 단자에 접속된 제1 트랜지스터를 구비한 오차 증폭 회로의 출력 단자를 클램프하는 클램프 회로를, 소스가 제1 트랜지스터의 소스에 접속되고, 게이트가 정전압 회로에 접속되며, 드레인이 정전류 회로에 접속된 제2 트랜지스터와, 게이트가 제2 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 드레인이 증폭기의 출력에 접속된 제３ 트랜지스터를 구비한 구성으로 했다.

Description

DC/DC 컨버터 및 전자 기기{DC/DC CONVERTER AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 전자 기기의 동작 전압을 공급하는 DC/DC 컨버터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 DC/DC 컨버터의 오차 증폭 회로의 출력을 클램프하는 소비 전력이 적은 클램프 회로를 가지는 DC/DC 컨버터에 관한 것이다.
종래의 DC/DC 컨버터에 대해 설명한다. 도 3은, 종래의 DC/DC 컨버터를 도시하는 회로도이다.
종래의 DC/DC 컨버터는, 오차 증폭 회로(107)와, 비교기(109)와, 발진 회로(110)와, 증폭기(108)와, 플립플롭 회로(111)와, 클램프 회로(300)와, 기준 전압 회로(106)와, 코일(115)과, 용량(116)과, PMOS 트랜지스터(112)와, NMOS 트랜지스터(113)와, 저항(104, 105, 114)과, 그라운드 단자(100)와, 출력 단자(102)와, 전원 단자(101)를 구비하고 있다. 클램프 회로(300)는, 정전류 회로(302)와, 정전압 회로(301)와, PMOS 트랜지스터(303, 305)와, NMOS 트랜지스터(304, 306)와, PNP 바이폴러 트랜지스터(307)를 구비하고 있다.
정전압 회로(301)는, 전압(VE1)을 출력하고 있다. 오차 증폭 회로(107)의 출력 전압이 전압(VE1)을 웃돌 때, PNP 바이폴러 트랜지스터(307)를 통해 전류가 인발되어, 오차 증폭 회로(107)의 출력 동작에 상관없이 오차 증폭 회로(107)의 출력 전압은, 전압(VE1)까지 클램프된다. 또한, 오차 증폭 회로(107)의 출력 동작에 의해 그 출력 전압이 전압(VE1)을 밑돌 때는, PNP 바이폴러 트랜지스터(307)의 전류 인발 동작은 정지하여 오차 증폭 회로(107)의 출력 동작에 의해 얻어지는 전압 값이 그대로 출력된다(예를 들어, 특허 문헌 1 도 1 참조).
일본국 특허 공개 2010-81747호 공보
그러나 종래의 DC/DC 컨버터는, 클램프 회로(300)의 소비 전류가 커지고 칩 면적이 커진다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어져, 클램프 회로를 저소비 전력화할 수 있고, 칩 면적을 축소할 수 있는 DC/DC 컨버터 및 전자 기기를 제공한다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 DC/DC 컨버터는 이하와 같은 구성으로 했다.
출력 트랜지스터가 출력하는 전압을 분압한 분압 전압과 기준 전압의 차를 증폭하여 출력하는 증폭기와, 게이트에 상기 증폭기의 출력이 입력되는 제1 트랜지스터로 구성되는 오차 증폭 회로와, 상기 오차 증폭 회로의 출력 전압을 클램프하는 클램프 회로와, 램프파를 발생시키는 램프파 발생 회로와, 상기 오차 증폭 회로의 출력 전압과 상기 램프파를 비교하는 PWM 비교기를 구비한 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 클램프 회로는, 정전압 회로와, 정전류 회로와, 소스가 상기 제1 트랜지스터의 소스에 접속되고, 게이트가 상기 정전압 회로에 접속되며, 드레인이 상기 정전류 회로에 접속된 제2 트랜지스터와, 게이트가 상기 제2 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 드레인이 상기 증폭기의 출력에 접속된 제３ 트랜지스터를 구비했다.
그 DC/DC 컨버터를 구비한 전자 기기.
본 발명의 DC/DC 컨버터는, 클램프 회로에서의 소비 전류를 삭감할 수 있고, 또한 칩 면적을 축소할 수 있고,
또한, 클램프 회로의 클램프를 개시하는 전압을 용이하게 설정할 수 있다라고 하는 효과도 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 2는 제2 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3은 종래의 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 회로도이다.
제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터는, 오차 증폭 회로(107)와, PWM 비교기(109)와, 발진 회로(110)와, 증폭기(108)와, 플립플롭 회로(111)와, 클램프 회로(130)와, 기준 전압 회로(106)와, 코일(115)과, 용량(116)과, PMOS 트랜지스터(112)와, NMOS 트랜지스터(113)와, 저항(104, 105, 114)과, 그라운드 단자(100)와, 출력 단자(102)와, 전원 단자(101)를 구비하고 있다. 클램프 회로(130)는, 정전류 회로(134)와, 정전압 회로(131)와, PMOS 트랜지스터(133)와, NMOS 트랜지스터(132)를 구비하고 있다. 오차 증폭 회로(107)는, 증폭기(121)와, NMOS 트랜지스터(122)와, 정전류 회로(123)를 구비하고 있다. 증폭기(108)와 저항(114)으로 램프파 발생 회로를 구성한다.
다음에, 제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 접속에 대해 설명한다.
증폭기(121)는, 비반전 입력 단자는 기준 전압 회로(106)의 양극에 접속되고, 반전 입력 단자는 저항(104와 105)의 접속점에 접속되며, 출력 단자는 NMOS 트랜지스터(122)의 게이트에 접속된다. 기준 전압 회로(106)의 음극은 그라운드 단자(100)에 접속되며, 저항(105)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속되고, 저항(104)의 다른 한쪽의 단자는 출력 단자(102)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(122)는, 드레인은 전원 단자(101)에 접속되고, 소스는 PWM 비교기(109)의 반전 입력 단자에 접속된다. 정전류 회로(123)는, 한쪽의 단자는 PWM 비교기(109)의 반전 입력 단자에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(132)는, 드레인은 증폭기(121)의 출력 단자에 접속되고, 게이트는 PMOS 트랜지스터(133)의 드레인과 정전류 회로(134)의 접속점에 접속되며, 소스는 그라운드 단자(100)에 접속된다. 정전류 회로(134)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(133)는, 게이트는 정전압 회로(131)의 양극에 접속되고, 소스는 PWM 비교기(109)의 반전 입력 단자에 접속된다. 정전압 회로(131)의 음극은 그라운드 단자(100)에 접속된다. PWM 비교기(109)는, 비반전 입력 단자는 증폭기(108)의 출력 단자에 접속되고, 출력 단자는 플립플롭 회로(111)의 제1 입력에 접속된다. 플립플롭 회로(111)는, 제2 입력은 발진 회로(110)의 출력에 접속되고, 제1 출력은 PMOS 트랜지스터(112)의 게이트에 접속되며, 제2 출력은 NMOS 트랜지스터(113)의 게이트에 접속된다. PMOS 트랜지스터(112)는, 드레인은 NMOS 트랜지스터(113)의 드레인에 접속되고, 소스는 전원 단자(101)에 접속된다. NMOS 트랜지스터(113)의 소스는 그라운드 단자(100)에 접속된다. 증폭기(108)는, 비반전 입력 단자는 PMOS 트랜지스터(112)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(113)의 드레인과 저항(114)의 접속점에 접속되고, 반전 입력 단자는 저항(114)과 코일(115)의 접속점에 접속된다. 코일(115)의 다른 한쪽의 단자는 출력 단자(102)에 접속된다. 용량(116)은, 한쪽의 단자는 출력 단자(102)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속된다.
다음에, 제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 동작에 대해 설명한다.
전원 단자(101)에 전원 전압(VDD)이 입력되면, DC/DC 컨버터는, 출력 단자(102)로부터 출력 전압(Vout)을 출력한다. 저항(104와 105)은, 출력 전압(Vout)을 분압하여, 분압 전압(Vfb)을 출력한다. 증폭기(121)는, 비반전 입력 단자에 입력되는 기준 전압 회로(106)의 기준 전압(Vref)과, 반전 입력 단자에 입력되는 분압 전압(Vfb)을 비교하여, NMOS 트랜지스터(122)의 게이트를 제어해 오차 증폭 회로(107)의 출력 단자로부터 출력 신호를 출력한다. 증폭기(108)는 PMOS 트랜지스터(112)로부터 흐르는 전류에 의해 상승한 저항(114)의 양단의 전압을 검출하여, 출력 단자로부터 램프파를 출력한다. PWM 비교기(109)는 램프파와 오차 증폭 회로(107)의 출력 신호를 비교하여, 출력 신호를 플립플롭 회로(111)의 제1 입력 단자에 출력한다. 플립플롭 회로(111)는 PWM 비교기(109)의 출력 신호와 제2 입력 단자에 입력되는 발진 회로(110)의 출력 신호에 의해, 출력 전압(Vout)이 일정해지도록 출력 트랜지스터로서 동작하는 PMOS 트랜지스터(112)와 NMOS 트랜지스터(113)의 온 오프를 제어한다.
출력 전압(Vout)이 저하하거나 혹은 전원 단자(101)에 전원 전압(VDD)이 입력되어 출력 전압(Vout)이 일정한 전압에 이르지 않았을 때, 분압 전압(Vfb)은 기준 전압(Vref)보다 낮기 때문에 증폭기(121)는 증폭기(121)의 출력 전압을 상승시키고, 오차 증폭 회로(107)의 출력 신호를 상승시킨다. PMOS 트랜지스터(133)의 역치를 Vtp, 정전압 회로(131)의 전압을 V1, 오차 증폭 회로(107)의 출력 신호를 Verrout으로 하면, Verrout이 상승하여 V1＋｜Vtp｜를 초과했을 때 PMOS 트랜지스터(133)가 온 하여 NMOS 트랜지스터(132)의 게이트 전압을 상승시킨다. NMOS 트랜지스터(132)의 게이트 전압이 상승하여 NMOS 트랜지스터(132)가 온 하면 증폭기(121)의 출력 전압이 저하하여, Verrout을 저하시킨다. 이렇게 하여, 오차 증폭 회로(107)의 출력을 클램프할 수 있다. 클램프 회로(130)는 오차 증폭 회로(107)의 출력이 상승했을 때만 동작하기 때문에 소비 전류를 삭감할 수 있고, 사용하는 소자의 수가 적기 때문에 칩 면적을 축소할 수 있다. 오차 증폭 회로(107)의 출력의 클램프를 개시하는 전압은 V1＋｜Vtp｜로 정하고, PMOS 트랜지스터(133)의 역치나 정전압 회로(131)의 전압을 조절함으로써 용이하게 설정할 수 있다.
또한, PMOS 트랜지스터(112)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 검출하고, 증폭기(108)의 출력으로부터 램프파를 출력하는 전류 모드 DC/DC 컨버터의 방식으로 설명했는데, 이 방식에 한정되지 않고 회로(110)의 출력을 이용하지 않고 삼각파를 램프파로서 이용하는 전압 모드의 방식을 이용해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태의 DC/DC 컨버터는, 오차 증폭 회로(107)의 출력이 상승했을 때만 클램프 회로(130)를 동작시킴으로써 소비 전류를 저감시킬 수 있다. 또, 클램프 회로(130)에서 사용하는 소자의 수가 적기 때문에 칩 면적을 축소할 수 있다. 또한, PMOS 트랜지스터(133)의 역치나 정전압 회로(131)의 전압을 조절함으로써 오차 증폭 회로(107)의 출력의 클램프를 개시하는 전압을 용이하게 설정할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
도 2는, 제2 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 회로도이다. 도 1과의 차이는, PMOS 트랜지스터(202)와 정전류 회로(201)를 추가한 점이다.
접속에 대해 설명한다. PMOS 트랜지스터(202)는, 게이트와 드레인은 PMOS 트랜지스터(133)의 게이트와 정전류 회로(201)의 한쪽의 단자에 접속되고, 소스는 정전압 회로(131)의 양극에 접속된다. 정전류 회로(201)의 다른 한쪽의 단자는 그라운드 단자(100)에 접속되고, 정전압 회로(131)의 음극은 그라운드 단자(100)에 접속된다. 그 외는 도 1과 같다.
제2 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 동작에 대해 설명한다. 전원 단자(101)에 전원 전압(VDD)이 입력되어, 출력 단자(102)의 출력 전압(Vout)이 일정해지도록 제어되는 동작은 제1 실시 형태와 같다.
출력 전압(Vout)이 저하하거나 혹은 전원 단자(101)에 전원 전압(VDD)이 입력되어 출력 전압(Vout)이 일정한 전압에 이르지 않았을 때, 분압 전압(Vfb)은 기준 전압(Vref)보다 낮기 때문에 증폭기(121)는 증폭기(121)의 출력 전압을 상승시키고, 오차 증폭 회로(107)의 출력 신호를 상승시킨다. 정전압 회로(131)의 전압을 V1, 오차 증폭 회로(107)의 출력 신호를 Verrout으로 하면, Verrout이 상승하여 V1을 초과했을 때, PMOS 트랜지스터(202)와 PMOS 트랜지스터(133)가 전류 미러를 구성하고 있기 때문에 PMOS 트랜지스터(133)에 전류가 흐른다. 그리고 NMOS 트랜지스터(132)의 게이트 전압을 상승시켜, NMOS 트랜지스터(132)가 온 하면 증폭기(121)의 출력 전압이 저하하여, Verrout을 저하시킨다. 이렇게 하여, 오차 증폭 회로(107)의 출력을 클램프할 수 있다. 클램프 회로(130)는 오차 증폭 회로(107)의 출력이 상승했을 때만 동작하기 때문에 소비 전류를 삭감할 수 있고, 사용하는 소자의 수가 적기 때문에 칩 면적을 축소할 수 있다. 오차 증폭 회로(107)의 출력의 클램프를 개시하는 전압은 V1로 정하고, PMOS 트랜지스터(133)의 역치의 영향이 없어지기 때문에, 정전압 회로(131)의 전압을 조절하는 것만으로 고정밀도이고 또한 용이하게 설정할 수 있다.
또한, PMOS 트랜지스터(112)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 검출하고, 증폭기(108)에 램프파를 출력하는 전류 모드 DC/DC 컨버터의 방식으로 설명했는데, 이 방식에 한정되지 않고 증폭기(108)의 출력을 이용하지 않고 삼각파를 램프파로서 이용하는 전압 모드의 방식을 이용해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시 형태의 DC/DC 컨버터는, 오차 증폭 회로(107)의 출력이 상승했을 때만 클램프 회로(130)를 동작시킴으로써 소비 전류를 저감시킬 수 있다. 또, 클램프 회로(130)에서 사용하는 소자의 수가 적기 때문에 칩 면적을 축소할 수 있다. 또한, 정전압 회로(131)의 전압 값을 설정하는 것만으로, 고정밀도이고 또한 용이하게 오차 증폭 회로(107)의 출력의 클램프를 개시하는 전압을 설정할 수 있다.
100: 그라운드 단자 101: 전원 단자
102: 출력 단자 106: 기준 전압 회로
107: 오차 증폭 회로 108, 121: 증폭기
109: PWM 비교기 110: 발진 회로
111: 플립플롭 회로 115: 코일
123, 134, 201, 302: 정전류 회로 130: 클램프 회로
131: 정전압 회로

Claims (3)

  1. 출력 트랜지스터가 출력하는 전압을 분압한 분압 전압과 기준 전압의 차를 증폭하여 출력하는 증폭기와, 게이트가 상기 증폭기의 출력 단자에 접속되는 제1 트랜지스터를 구비한 오차 증폭 회로와,
    상기 오차 증폭 회로의 출력 전압을 클램프하는 클램프 회로와,
    램프파를 발생시키는 램프파 발생 회로와,
    상기 오차 증폭 회로의 출력 전압과 상기 램프파를 비교하는 PWM 비교기를 구비한 DC/DC 컨버터에 있어서,
    상기 클램프 회로는,
    정전압 회로와,
    정전류 회로와,
    소스가 상기 제1 트랜지스터의 소스에 접속되고, 게이트가 상기 정전압 회로에 접속되며, 드레인이 상기 정전류 회로에 접속된 제2 트랜지스터와,
    게이트가 상기 제2 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 드레인이 상기 증폭기의 출력에 접속된 제３ 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  2. 출력 트랜지스터가 출력하는 전압을 분압한 분압 전압과 기준 전압의 차를 증폭하여 출력하는 증폭기와, 게이트가 상기 증폭기의 출력 단자에 접속되는 제1 트랜지스터를 구비한 오차 증폭 회로와,
    상기 오차 증폭 회로의 출력을 클램프하는 클램프 회로와,
    램프파를 발생시키는 램프파 발생 회로와,
    상기 오차 증폭 회로의 출력 전압과 상기 램프파를 비교하는 PWM 비교기를 구비한 DC/DC 컨버터에 있어서,
    상기 클램프 회로는,
    정전압 회로와,
    제1 정전류 회로와,
    제2 정전류 회로와,
    소스가 상기 제1 트랜지스터의 소스에 접속되고, 드레인이 상기 제1 정전류 회로에 접속된 제2 트랜지스터와,
    게이트가 상기 제2 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 드레인이 상기 증폭기의 출력에 접속된 제３ 트랜지스터와,
    소스가 상기 정전압 회로에 접속되고, 게이트와 드레인이 상기 제2 정전류 회로 및 상기 제2 트랜지스터의 게이트에 접속된 제４ 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 DC/DC 컨버터를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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