JP2005198368A

JP2005198368A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP2005198368A
Application number: JP2003435769A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Chuma; 俊治中馬; Michinobu Nakano; 道信中野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】制御動作を常時オン状態で使用するDC-DCコンバータにおいて、電源電圧を印加時にラッシュ電流が発生しないようにする。
【解決手段】直流電源から供給される電圧より低い電圧に変換するDC-DCコンバータは、直流電源からの電圧の供給をオン・オフするスイッチング素子と、スイッチング素子から供給される電圧を整流しかつ平滑化して出力するコイル及びコンデンサ並びに転流用のダイオードを有する平滑回路と、直流電源に接続された動作電源端子と、電圧変換のためのオン・オフ制御を開始するための制御入力が与えられるオン・オフ制御端子とを有する制御回路と、動作電源端子と前記オン・オフ制御端子と間に接続されたダイオードと、オン・オフ制御端子とグラウンド間に接続された抵抗器とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、DC-DCコンバータに関し、特に、直流電源から供給される電圧より低い電圧に変換するDC-DCコンバータに関する。

一般に、DC-DCコンバータは、直流電源と、その電源から供給される電圧をオン・オフするスイッチング素子と、スイッチング素子から供給される電圧を整流し、平滑化する整流平滑化回路と、制御回路とを有している。その制御回路は、通常、制御用ICチップであり、制御回路の制御動作開始をオン・オフするためのCE端子を有している。そのようなDC-DCコンバータの制御用ICチップとして、トレックス・セミコンダクター社製のXC6365/6366シリーズがある（例えば、非特許文献１参照）。

通常、DC-DCコンバータの制御用ICチップのCE端子に、所定の電圧が印加されると、制御用ICチップのスイッチング動作が開始される。スイッチング動作が開始されると、直流電源とLCフィルタ等の整流平滑化回路との間に接続されたFET（電界効果トランジスタ）は、制御ＩＣチップの制御動作に応じてオン・オフする。FETから出力される出力電圧は、LCフィルタによって平滑化され、その平滑化された電圧を出力電圧誤差検出回路より制御用ICチップに入力し、基準電圧と比較することによって、DC-DCコンバータは、直流電源からの入力電圧より低い電圧を安定に出力する。

ところで、制御用ICチップが、制御出力電圧を常時オンとする、いわゆるオン・モード固定で使用される場合がある。図４は、FETを常時オンとするように制御ICチップを用いた、従来のDC-DCコンバータの回路構成例を示す回路図である。図４に示すように、降圧型DC-DCコンバータ１１は、直流電源から供給される入力電圧Vinを入力する入力端子２１と、入力電圧Vinよりも低い電圧である出力電圧Voutに変換して出力する出力端子２２とを有する。

入力端子２１からの入力電圧Vinが、FET２３を介してチョークコイル２４に供給され、そのチョークコイル２４とコンデンサ２５との接続点が出力端子２２に接続される。FET２３とチョークコイル２４との接続点には、転流用のダイオード２６が、接続されている。

通常、制御用ICチップ２７は、ＣＥ端子Ｐ２にＯＮ電圧が印加されて初めてFET２３に対して、オン・オフを行うためのスイッチング制御信号を供給するが、制御出力電圧を常時オンとする場合、すなわち、いわゆるオン・モード固定とする場合には、制御用ICチップ２７の動作電源用の動作電圧Vddが、CE端子P2に与えられるようにして、制御用ICチップが使用される。その場合、入力端子２１は、抵抗器２８が接続され、その抵抗器２８の両端が、それぞれ制御用ICチップ２７の動作電源端子P1とCE端子P2とに接続される。
トレックス・セミコンダクター株式会社のホームページ「www.torex.co.jp/japanese/product/pro03/Pro_15.html」

しかし、制御用ICチップ２７の動作電源用の動作電圧VddがCE端子P2に与えられるようにして、制御用ICチップ２７がオン・モード固定で使用された場合、直流電源からの直流電圧が供給され始めた直後に、DC-DCコンバータ１１内に大きなラッシュ電流が流れる場合があった。

具体的には、オン・モード固定のDC-DCコンバータ１１は、直流電源からの直流電圧が入力端子P1に印加され始めると、制御用ICチップ２７の動作電圧Vddよりも十分に低い電圧のうちに、CE端子P2へ与えられる電圧信号が所定の閾値を超えてしまい、その結果、制御用ICチップ２７の動作が安定しないうちに、FET２３がオンとなってしまい、DC-DCコンバータ１１に大きなラッシュ電流が流れてしまうことがあった。これは、CE端子P2には動作電圧Vddと略同じ電圧が供給されているために、DC-DCコンバータ１１をオンにして直流電圧が印加され始めるとすぐに、CE端子P2の電圧が、閾値を越えてしまい、制御ＩＣチップの動作保証電圧に至らない内に動作してしまうからである。

従って、制御用ICチップ２７がオン・モード固定で使用された場合、DC-DCコンバータ１１に大きなラッシュ電流が流れることがあるため、スイッチング素子であるFET２３の電流定格を大きくしたり、電池等の出力インピーダンスの高い電源を直流電源として使用する場合には、ラッシュ電流による電圧の落ち込みで、電池電圧のEND設定に影響を与え、電池等を十分に使えないなどの問題があった。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、制御動作開始を常時オン状態で使用するDC-DCコンバータにおいて、電源電圧を印加時にラッシュ電流が発生しないようにするDC-DCコンバータを提供することを目的とする。

本発明のDC-DCコンバータは、直流電源から供給される電圧より低い電圧に変換するDC-DCコンバータであって、前記直流電源からの前記電圧の供給をオン・オフするスイッチング素子と、該スイッチング素子から供給される前記電圧を整流しかつ平滑化して出力するコイル及びコンデンサ並びに転流用のダイオードを有する整流平滑回路と、前記直流電源に接続された動作電源端子と、電圧変換のためのオン・オフ制御を開始する制御入力が与えられるオン・オフ制御端子とを有する制御回路と、前記動作電源端子と前記オン・オフ制御端子と間に接続されたダイオードと、前記オン・オフ制御端子とグランド間に接続された抵抗器とを有する。

制御動作開始を常時オン状態で使用するDC-DCコンバータにおいて、電源電圧を印加時にラッシュ電流が発生しないようにすることができる。

以下、本発明を図面を用いて実施の形態により説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るDC-DCコンバータの回路構成を示す回路図である。図１において、DC-DCコンバータ１０は、直流電源から供給される入力電圧Vinを入力する入力端子１と、入力電圧Vinよりも低い電圧である出力電圧Voutに変換して出力する出力端子２とを有する。

入力端子１からの入力電圧Vinが、スイッチング素子であるFET３のソースに供給され、FET３のゲートには、FET３のオン・オフを行うためのスイッチング制御信号が供給される。FET３のドレインは、チョークコイル４に接続され、そのチョークコイル４とコンデンサ５とが直列に接続された直列回路の、チョークコイル４とコンデンサ５との接続点が出力端子２に接続される。コンデンサ５の、チョークコイル４との接続点とは反対側は、グランドに接続されている。FET３のドレインとチョークコイル４との接続点には、転流用のダイオード（以下、転流ダイオードという）６が、グランドからFET３のドレインとチョークコイル４との接続点に向かって順方向に接続されている。
これらのチョークコイル４、コンデンサ５及び転流ダイオードは、FET３から供給される電圧を整流しかつ平滑化して出力する整流平滑回路を構成する。

入力端子１は、ダイオード７に接続され、そのダイオード７には、抵抗器８が直列に接続されている。ダイオード７は、入力端子１から抵抗器８に向かって順方向に接続されている。

DC-DCコンバータ１０は、動作電源端子（以下、Vdd端子という）P1と、オン・オフ制御端子（以下、CE端子という）P2と、スイッチング素子制御端子（以下、EXT端子という）P3と、出力電圧入力端子（以下、Vout端子という）P4とを有する制御回路である制御用ICチップ９を有する。制御用ICチップ９は、図４の制御用ICチップ２７と同じものである。制御用ICチップ９のVdd端子P1は、入力端子１に接続され、電圧変換のためのオン・オフ開始を制御するための制御端子であるCE端子P2は、ダイオード７と抵抗器８の接続点に接続されている。さらに、制御用ICチップ９のEXT端子P3は、FET３のゲートに接続されている。制御用ICチップ９の一端は、グランド（GND）に接続されている。制御用ICチップ９のVout端子P4は、出力端子２に接続されている。Vout端子P4に与えられる出力電圧を入力して、制御用ICチップ９は、内部に設けられた出力電圧誤差検出回路において基準電圧と比較することによって、入力端子１からの入力電圧より低い電圧を出力端子２に安定に出力するように制御を行う。

制御用ICチップ９は、入力端子１からの電圧のコイル４への供給をオン・オフ制御するFET３の制御動作の開始を、CE端子P2に与えられた電圧に応じて、制御するが、ここでは、制御用ICチップ９の制御動作を常時オンとする、いわゆるオン・モード固定で使用される。

次に、以上のような構成に係るDC-DCコンバータ１０の動作を説明する。図２は、DC-DCコンバータ１０の動作を説明するための図である。
DC-DCコンバータ１０の入力端子１に直流電源からの電圧印加が開始（ON）されると、ON時以降、入力端子１の入力電圧Vinが徐々に上昇する。入力電圧Vinは、ダイオード７によって所定の電圧降下分、例えば０．６V（ボルト）だけ低下し、その低下した電圧がCE端子P2に与えられる。

その結果、CE端子P2に与えられる電圧は、Vdd端子P1に与えられる電圧より、所定の電圧だけ低下した電圧となるので、CE端子P2に与えられた電圧が制御用ICチップ９が動作を開始する閾値電圧に到達するまでの時間が、従来に比べ長くなる。

従来は、図４に示す回路では、Vdd端子P1に与えられる電圧が上昇するにつれて、CE端子P2の電圧も略同じように上昇していき、制御ＩＣチップ９の動作開始をオンにする閾値電圧に早めに到達するため、図２の点線で示すように、直流電源からの電圧供給が開始（ON）されてから制御ＩＣチップ９をオンにする閾値電圧に到達するまでの時間（ｔｃ）が短く、制御用ICチップ９のＶｄｄ端子が動作保証電圧に達していないため、ＦＥＴ２３がＯＮしてしまうことがあった。

しかし、図１に係る回路においては、CE端子P2に与えられた電圧は、ダイオード７の電圧降下分、例えば０．６Vだけ低いので、CE端子P2の電圧が、直流電源からの電圧印加が開始（ON）されてから制御ＩＣチップ９をオンにする閾値電圧に到達するまでの時間（ｔｄ）が、従来の時間（ｔｃ）よりも長くなり、実線で示すように、制御用ICチップ９の動作保証電圧に近いところでＣＥ端子の動作閾値電圧となる。

従って、制御回路である制御用ICチップ９が所定の動作電圧に達する以前の不安定状態において、CE端子P2の電圧がFET３をオンにする閾値電圧にならないようにすることによって、DC-DCコンバータ１０の電源印加時のラッシュ電流の発生を防止することができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るDC-DCコンバータの回路構成を示す回路図である。図３において、図１と同じ構成要素については同一の符号を付して、説明は省略し、第２の実施の形態は、第１の実施の形態と異なる点を主に説明する。

第２の実施の形態では、図３に示すように、入力端子１は、ツエナーダイオード１７に接続され、そのツエナーダイオード１７には、抵抗器１８が直列に接続されている。ツエナーダイオード１７は、入力端子１から抵抗器１８に向かって逆方向に接続されている。第２の実施の形態に係る回路におけるその他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

図３のDC-DCコンバータ２０の動作は、次のようになる。DC-DCコンバータ２０に直流電源からの電圧印加が開始（ON）されると、入力端子１の入力電圧Vinが、徐々に上昇する。ツェナーダイオード１７は、入力電圧Ｖｉｎとツェナー電流制限抵抗１８にてなるＩｚ−Ｖｚ特性を持ち、入力電圧Ｖｉｎがその予め決められたツェナー電圧と抵抗器１８によって分圧された電圧がＣＥ端子Ｐ２に与えられる。ツェナーダイオード１７と電流制限抵抗１８は、所望の分圧特性のものに選択することができるので、その所望の分圧特性に応じて、制御用ＩＣチップ９のＣＥ端子Ｐ２に与えられた電圧が、直流電源からの電圧供給が開始（ＯＮ）されてから制御用ＩＣチップ９をオンにする閾値電圧に達するまでの時間（ｔｂ）を調整することができる。

即ち、ツェナーダイオード１７と電流制限抵抗１８に応じて、直流電源からの電圧の印加の開始時、すなわち図２のＯＮ時から制御ＩＣチップの動作保証電圧に達した後に、ＣＥ端子の閾値到達時間（ｔｂ）を調整することができる。

その結果、DC-DCコンバータの電源印加時のラッシュ電流の発生を防止することができる。

以上のように、上述した本発明の２つの実施の形態によれば、制御動作を常時オン状態で使用するDC-DCコンバータにおいて、電源電圧を印加時にラッシュ電流が発生しないようにすることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るDC-DCコンバータの回路構成を示す回路図である。図１のDC-DCコンバータの動作を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係るDC-DCコンバータの回路構成を示す回路図である。従来のDC-DCコンバータの回路構成例を示す回路図である。

符号の説明

１，２１入力端子、２，２２出力端子、３，２３ FET、４，２４コイル、５，２５コンデンサ、６，２６転流ダイオード、７ダイオード、８，１８抵抗、９，２７制御用ICチップ、１０，１１，２０ DC-DCコンバータ、１７ツエナーダイオード
代理人弁理士伊藤進

Claims

直流電源から供給される電圧より低い電圧に変換するDC-DCコンバータであって、
前記直流電源からの前記電圧の供給をオン・オフするスイッチング素子と、
該スイッチング素子から供給される前記電圧を整流しかつ平滑化して出力するコイル及びコンデンサ並びに転流用のダイオードを有する整流平滑回路と、
前記直流電源に接続された動作電源端子と、電圧変換のためのオン・オフ制御を開始する制御入力が与えられるオン・オフ制御端子とを有する制御回路と、
前記動作電源端子と前記オン・オフ制御端子と間に接続されたダイオードと、
前記オン・オフ制御端子とグランド間に接続された抵抗器とを有することを特徴とするDC-DCコンバータ。
直流電源から供給される電圧より低い電圧に変換するDC-DCコンバータであって、
前記直流電源からの前記電圧の供給をオン・オフするスイッチング素子と、
該スイッチング素子から供給される前記電圧を整流しかつ平滑化して出力するコイル及びコンデンサ並びに転流用のダイオードを有する整流平滑回路と、
前記直流電源に接続された動作電源端子と、電圧変換のためのオン・オフ制御を開始する制御入力が与えられるオン・オフ制御端子とを有する制御回路と、
前記動作電源端子と前記オン・オフ制御端子と間に接続されたツエナーダイオードと、
前記オン・オフ制御端子とグランド間に接続された抵抗器とを有することを特徴とするDC-DCコンバータ。