JP2008017687A - パワーコンバータ用制御回路および当該回路を使用するパワーコンバータ - Google Patents

Abstract

【目的】パワーコンバータ用の制御回路、および前記制御回路を使用したパワーコンバータを供与する。
【解決手段】該パワーコンバータはエネルギー貯蔵インダクタを含む。該制御回路は、第一スイッチ部品とデューティサイクル制御回路を含む。第一スイッチ部品はエネルギー貯蔵インダクタに連結され、エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を制御する。デューティサイクル制御回路はディジタル値およびクロック信号を受信し、クロック信号の有効回数を数える。該クロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、デューティサイクル制御回路は第一スイッチ部品を制御し、エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を一時停止する。
【選択図】図２

Description

本発明はパワーコンバータ（POWER CONVERTER）に関する。詳述すれば本発明はパワーコンバータ用制御回路、および該回路を使用するパワーコンバータに関する。

各種の情報および通信機器が急速に発展するにつれて、高効率のスイッチング電源の設計は工学と経験を結合する知識となってきている。このスイッチング電源供給器は、コンピューター、照明用電子安定器、および電気通信機器を含む多くの製品の電源変換に使用される。

従来の電源供給回路は、例えば図１の従来のブースト変換器のように、電源変換の能率を上げるためインダクタＬ１０１を流れる電流ＩＬの値を制御する必要があり、そこで従来の技術では、電流感知回路１０２を設計し、これによりスイッチ部品ＳＷ１０１を流れる電流ＩＬの値を感知し、かつ感知電流Ｉｓを電流ＩＬに比例して出力する。ついで感知電流Ｉｓは抵抗器Ｒ１０１を通じて流れ、電流感知電圧Ｖｓｅｎｓｅを発生させる。最後に、電流制御回路１０３は、スイッチ部品ＳＷ１０１の導電時間を、電流感知電圧Ｖｓｅｎｓｅおよびフィードバック信号ＦＢに従って制御する。このようにしてインダクタのピーク電流値は、インダクタによって貯蔵されたエネルギーの量を制御することで制御される。

従来の技術にあって、図１はインダクタＬ１０１を流れる電流ＩＬの値を制御する１つの回路を提供するが、この回路は極めて正確な抵抗器Ｒ１０１を使用する必要があり、この抵抗器は集積回路（ＩＣ）中、平行接続方法で使用せねばならず、ＩＣのなかで多くの面積を占めねばならない。さらに抵抗器Ｒ１０１は電力消費と加熱の問題を起こす恐れがあり、温度の上昇によって、不正確な感知電圧Ｖｓｅｎｓｅとなり得るので、導電子Ｌ１０１の電流ＩＬの値の制御が困難となる。

したがって本発明の目的は、パワーコンバータ用の制御回路を提供することにあり、これによりインダクタによる貯蔵エネルギー量を正確に制御し、またチップの配置面積を減少させることである。

本発明の他の目的は、消費電力を減らし、全体の能力を高め、且つコストを削減するためのパワーコンバータを提供することである。

本発明はパワーコンバータ制御用の制御回路を提供する。このパワーコンバータはエネルギー貯蔵インダクタを有しており、制御回路は第一スイッチ部品とデューティサイクル制御回路を具備している。この第一スイッチ部品は省エネルギーインダクタ（energy-storing inductor）と連結し、エネルギー貯蔵のためエネルギー貯蔵インダクタ（energy-saving inductor）を制御する。デューティサイクル制御回路はディジタル値とクロック信号を受け、クロック信号の有効回数を数える。クロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、第一スイッチ部品は、エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を中止させる。

本発明の好適な実施例中に記載の制御回路によれば、パワーコンバータはブーストコンバータ（boost converter）であり、またエネルギー貯蔵インダクタの一方の端は、入力電源を受けるため、電源供給端に連結されている。さらに第一スイッチ部品の第一端はエネルギー貯蔵インダクタの他の端に連結され、第一スイッチ部品の第二端は共通電圧に連結され、そしてその制御端はデューティサイクル制御回路に連結されている。好適な実施例中、この制御回路はエネルギー貯蔵インダクタの他端と連結している第二のスイッチ部品と、またパワーコンバータの出力端に連結している第二端をさらに具有する。本発明の他の好適な実施例では、この制御回路はさらに直流（ＤＣ）−ＤＣ制御モジュールを具備し、第一スイッチ部品の制御端と、デューティサイクル制御回路間に連結され、また第二スイッチ部品の制御端と連結されていて、第一スイッチ部品と第二スイッチ部品のオンオフ状態を制御する。

本発明の好適な実施例中に記載の制御回路によれば、この制御回路はさらにクロス電圧感知回路を具備し、第二スイッチ部品の第一端、第二スイッチ部品の第二端、およびＤＣ−ＤＣ制御モジュールに連結し、第二スイッチ部品の第一端と第二スイッチ部品の第二端の間の電圧差を探知するが、そこで第二スイッチ部品の第一端と第二スイッチの第二端の間の電圧差が、前もって決定の電圧より低いかまたは等しい場合、クロス電圧感知回路がＤＣ−ＤＣ制御モジュールに対して切断制御信号を出力し、またＤＣ−ＤＣ制御モジュールが切断制御信号を受け取れば、第二スイッチ部品は第一端と第二端間の回路を切断するよう制御される。

本発明はパワーコンバータを提供し、エネルギー貯蔵インダクタ、第一スイッチ部品、およびデューティサイクル制御回路を具備する。第一スイッチ部品はエネルギー貯蔵インダクタと連結し、エネルギーの貯蔵のためエネルギー貯蔵インダクタを制御する。デューティサイクル制御回路はディジタル値とクロック信号を受け、クロック信号の有効回数を数えるが、クロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、スイッチ部品はオフ制御され、エネルギー貯蔵インダクタがエネルギーを貯蔵することを中止する。

本発明の好適な実施例に記載のパワーコンバータによれば、このパワーコンバータはブーストコンバータであり、エネルギー貯蔵インダクタの一方の端は電源供給端に連結しており、入力電源を受けている。さらに第一スイッチ部品の第一端は、エネルギー貯蔵インダクタの他の端と連結し、第一スイッチの第二端は共通電圧に連結し、またその制御端はデューティサイクル制御回路と連結する。好適な実施例では、このパワーコンバータは、エネルギー貯蔵インダクタの他端と連結している第一端、およびパワーコンバータの出力端に連結している第二端をさらに具有する。本発明の他の好適な実施例中では、このパワーコンバータはさらに直流ＤＣ−ＤＣ制御モジュールを具備し、第一スイッチ部品の制御端と、デューティサイクル制御回路間に連結され、また第二スイッチ部品の制御端と連結されていて、第一スイッチ部品と第二スイッチ部品のオンオフ状態を制御する。

本発明の好適な実施例中に記載の制御回路によれば、このパワーコンバータはさらにクロス電圧感知回路を具備し、第二スイッチ部品の第一端、第二スイッチ部品の第二端、およびＤＣ−ＤＣ制御モジュールに連結し、第二スイッチ部品の第一端と第二スイッチの第二端の間の電圧差を探知するが、ここでは第二スイッチ部品の第一端と第二スイッチの第二端の間の電圧差が、前もって決定の電圧より低いかまたは等しい場合、クロス電圧感知回路がＤＣ−ＤＣ制御モジュールに対して切断制御信号を出力し、またこのＤＣ−ＤＣ制御モジュールが切断制御信号を受信すると、第二スイッチ部品は第一端と第二端間の回路を切断するよう制御される。

本発明のパワーコンバータでは、インダクタを感知するため使用されていた電流感知回路と抵抗器を、デューティサイクル制御回路に取り替えた。このデューティサイクル制御回路はクロック信号を受信し、かつクロック信号の有効回数を数える。このクロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、スイッチ部品のオンオフ状態が制御され、エネルギー貯蔵インダクタを通じて流れる電流を制御し、またエネルギー貯蔵インダクタによって貯蔵されるエネルギーを制御する目的を果たす。したがって本発明は、貯蔵インダクタによって貯蔵されるエネルギー量を正確に制御し、チップの配置面積を減少させ、コストを下げ、また消費電力を削減することが可能である。さらに総体的電源供給の効率を高めることができる。

本発明の前述およびその他の目的、特色および利点を包括的なものとするため、好適な実施例を図面と共に以下に詳述する。

添付の図面は本発明をさらに理解するため包含したものであり、本明細書に含まれ且つその一部を構成するものである。図面は本発明の実施例を説明し、且つ説明文とともに本発明の原理の説明に役立つものである。

図２は本発明の実施例による制御回路を使用したパワーコンバータの回路ブロック図である。図２を参照すると、本回路のパワーコンバータは、例えばブーストコンバータであり、またその回路は、エネルギー貯蔵インダクタＬ２０１、スイッチ部品ＳＷ２０１、およびデューティサイクル回路２０２を具有する。スイッチ部品ＳＷ２０１は、エネルギー貯蔵インダクタＬ２０１に連結され、エネルギー貯蔵インダクタＬ２０１によって貯蔵されるエネルギー量を制御する。デューティサイクル制御回路２０２は、ディジタル値ＤＶとクロック信号ＣＫを受信し、またクロック信号ＣＫの有効回数を数える。クロック信号ＣＫの有効回数がディジタル値ＤＶに達した場合、スイッチ部品ＳＷ２０１が切断されるよう制御され、それによりエネルギー貯蔵インダクタＬ２０１のエネルギー貯蔵が中止される。

本制御回路に可能なモード、およびこの制御回路を使用するパワーコンバータが、この実施例に記載されているが、本技術分野の当業者は、各製造業者のパワーコンバータおよび制御回路の設計手法が異なることを知るべきであり、そのため本発明の応用は可能なモードに限定されない。他言すれば、デューティサイクル制御回路がクロック信号を受信し、且つクロック信号の有効回数を数える限り、またクロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、スイッチ部品のオンオフ状態が制御され、エネルギー貯蔵導電子によってエネルギーの貯蔵が制御される場合、本発明の精神は合致している。

本技術分野の当業者が本発明を容易に履行できるように、パワーコンバータおよび制御回路の他の実施例を以下の通り示す。

図３はパワーコンバータと本発明の他の実施例による制御回路の回路図である。図３を参照すると、回路はいまだ例えばブーストコンバータであり、また回路はエネルギー貯蔵インダクタＬ３０１、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３０１、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３０１、クロス電圧感知回路３０２、ＤＣ−ＤＣ制御モジュール３０３、およびデューティサイクル制御回路３０４を具有する。同じように、デューティサイクル制御回路３０４は、ディジタル値ＤＶとクロック信号ＣＫを受信する。

スタート時、ＤＣ−ＤＣ制御モジュール３０３がＮＭＯＳトランジスタＭＮ３０１を制御しオンとする。ついでデューティサイクル制御回路３０４はクロック信号ＣＫを数え始め、クロック信号ＣＫの有効回数がディジタル値ＤＶに達した場合、デューティサイクル制御回路３０４は制御信号ＣＳを出力する。ＤＣ−ＤＣ制御モジュール３０３が制御信号ＣＳを受信すると、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３０１は制御されてオフとなり、またＰＭＯＳトランジスタＭＰ３０１は制御されてオフとなり、エネルギー貯蔵インダクタＬ３０１により貯蔵されたエネルギーを開放する。

クロス電圧感知回路３０２が、ＰＭＯＳトランジスタのＭＰ３０１のソースとドレイン間の電圧が一定の前もって決定した電圧より低いことを感知したとき、これはエネルギー貯蔵インダクタＬ３０１のエネルギーが開放され、クロス電圧感知回路３０２が切断制御信号ＣＬを出力していることを意味する。ＤＣ−ＤＣ制御モジュール３０３が切断制御信号ＣＬを受信した場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３０１は切断するよう制御され、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３０１は切断制御される。このように周期制御が電圧を安定させることができる。しかし本技術分野の当業者は、ディジタル値ＤＶは、例えば、閉鎖ループ制御の効果を得るため使用可能であることを知るべきであり、詳細な説明は省略する。

要約すれば、本発明のパワーコンバータでは、インダクタの感知に以前使用されていた電流感知回路と抵抗器が、デューティサイクル制御回路に変更された。このデューティサイクル制御回路はクロック信号を受信し、クロック信号の有効回数を数える。クロック信号の有効回数がディジタル値に達した場合、スイッチ部品のオンオフ状態が制御され、これによりエネルギー貯蔵インダクタを流れる電流を制御し、また、エネルギー貯蔵インダクタにより貯蔵されるエネルギーを制御する目標が達成される。したがって本発明は、エネルギー貯蔵インダクタにより貯蔵されるエネルギー量を正確に制御し、チップの配置面積を減少し、かつ電力消費を削減することができる。さらに総電源供給の効率も高めることができる。

本技術分野の当業者にとって、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、本発明の構造に対して各種の修正および変更が成しうることは明白である。前記の見解から、本発明は、本発明の修正および変更が以下の請求項および同等のものの範囲に入るものである限り、本発明がこれらを包含するものである。

従来の電源供給の回路図である。 本発明の実施例の制御回路を使用したパワーコンバータの回路図である。 パワーコンバータ、および本発明の他の実施例における制御回路の回路図である。

符号の説明

Ｌ１０１ インダクタ
Ｒ１０１ 抵抗器
ＳＷ１０１ スイッチ部品
ＩＬ 電流
Ｉｓ 感知電流
ＦＢ フィードバック信号
Ｌ２０１ エネルギー貯蔵インダクタ
ＳＷ２０１ スイッチ部品
２０２ デューティサイクル制御回路
Ｌ３０１ エネルギー貯蔵インダクタ
ＭＰ３０１ ＮＭＯＳトランジスタ
ＭＮ３０１ ＮＭＯＳトランジスタ
３０２ クロス電圧感知回路
３０３ ＤＣ−ＤＣ制御モジュール
３０４ デューティサイクル制御回路
ＣＫ クロック信号
ＤＶ ディジタル値
ＣＳ 制御信号
ＣＬ 切断制御信号

Claims (16)

1. エネルギー貯蔵インダクタを有するパワーコンバータを制御するための制御回路であって、
   エネルギー貯蔵インダクタに連結された、前記エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を制御するための第一スイッチ部品と、
   ディジタル値とクロック信号を受信し、前記クロック信号の有効回数を数えるためのデューティサイクル制御回路であって、前記クロック信号の前記有効回数が前記ディジタル値に到達すると、前記第一スイッチ部品は制御され、前記エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を一時停止する回路と、
   を備える、制御回路。
2. 前記パワーコンバータはブーストコンバータであり、前記エネルギー貯蔵インダクタの一端は電源供給端に連結され、入力電源を受信する、請求項１に記載の制御回路。
3. 前記第一スイッチ部品の第一端は、前記エネルギー貯蔵インダクタの他端と連結され、前記第一スイッチ部品の第二端は、共通電圧に連結され、また当該制御端は前記デューティサイクル制御回路に連結される、請求項２に記載の制御回路。
4. 第一端、第二端、および制御端を具備し、当該第一端は前記エネルギー貯蔵インダクタの他端と連結し、前記第二端は前記パワーコンバータの出力端と連結される、第二スイッチ部品をさらに備える、請求項３に記載の制御回路。
5. 前記第一スイッチ部品の制御端と前記デューティサイクル制御回路間に連結され、また前記第二スイッチ部品の制御端と連結されて、前記第一スイッチ部品および前記第二スイッチ部品のオンオフ状態を制御する、直流（ＤＣ）−ＤＣ制御モジュールをさらに備える、請求項４に記載の制御回路。
6. 前記第二スイッチ部品の第一端、前記第二スイッチ部品の第二端、および前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールに連結し、前記第二スイッチ部品の第一端と前記第二スイッチ部品の第二端の間の電圧差を探知する、クロス電圧感知回路であって、
   前記第二スイッチ部品の第一端と前記第二スイッチ部品の第二端の間の前記電圧差が、前もって決定の電圧より低いか、あるいは同等の場合に、前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールに対して切断制御信号を出力し、また前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールが前記切断制御信号を受信した場合、前記第二スイッチ部品を制御し、前記第一端と前記第二端との間の回路を遮断するクロス電圧感知回路をさらに備える、請求項４に記載の制御回路。
7. 前記第一スイッチ部品はＮタイプのトランジスタである、請求項１に記載の制御回路。
8. 前記第二スイッチ部品はＰタイプのトランジスタであり、ゲートは前記制御端である、請求項４に記載の制御回路。
9. パワーコンバータであって、出力端を有し、
   エネルギー貯蔵インダクタと、
   前記エネルギー貯蔵インダクタに連結され、前記エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を制御する第一スイッチ部品と、
   ディジタル値とクロック信号を受信し、前記クロック信号の有効回数を数えるデューティサイクル制御回路であって、前記クロック信号の有効回数が前記ディジタル値に達した場合、前記スイッチ部品は制御され、前記エネルギー貯蔵インダクタのエネルギー貯蔵を一時停止するデューティサイクル制御回路と、
   を備える、パワーコンバータ。
10. 前記パワーコンバータは、ブーストコンバータであり、また前記エネルギー貯蔵インダクタの一端は電源供給端に連結され、入力電源を受信する、請求項９に記載のパワーコンバータ。
11. 前記第一スイッチ部品の第一端は、前記エネルギー貯蔵インダクタの他端と連結し、前記第一スイッチ部品の第二端は共通電圧と連結し、また当該制御端は前記デューティサイクル制御回路と連結する、請求項１０に記載のパワーコンバータ。
12. 第一端、第二端、および制御端を具備し、前記第一端は前記エネルギー貯蔵インダクタの他端に連結し、また他の端は前記パワーコンバータの出力端に連結する第二スイッチ部品をさらに備える、請求項１１に記載のパワーコンバータ。
13. ＤＣ−ＤＣ制御モジュールであって、前記第一スイッチ部品の制御端とデューティサイクル制御回路間に連結され、前記第二スイッチ部品の制御端と連結されて、前記第一スイッチ部品と前記第二スイッチ部品のオンオフ状態を制御するＤＣ−ＤＣ制御モジュールをさらに備える、請求項１２に記載のパワーコンバータ。
14. 前記第二スイッチ部品の第一端、前記第二スイッチ部品の第二端、および前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールに連結されて、前記第二スイッチ部品の第一端と前記第二スイッチ部品の第二端の間の電圧差を探知するクロス電圧感知回路であって、
    前記第二スイッチ部品の第一端と前記第二スイッチ部品の第二端の間の前記電圧差が、前もって決定した電圧より低いか、あるいは同等の場合、前記クロス電圧感知回路は、前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールに対して、切断制御信号を出力し、また前記ＤＣ−ＤＣ制御モジュールが前記切断制御信号を受信した場合、前記第二スイッチ部品は制御され、前記第一端と前記第二端の間の回路を遮断するクロス電圧感知回路をさらに備える、請求項１２に記載のパワーコンバータ。
15. 前記第一スイッチ部品はＮタイプのトランジスタである、請求項９に記載のパワーコンバータ。
16. 前記第二スイッチ部品はＰタイプのトランジスタであり、またゲートは前記制御端である、請求項１２に記載のパワーコンバータ。

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