JP2011151878A - 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路、昇降圧型のスイッチング電源、及び昇降圧型のスイッチング電源の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステート制御回路34は、出力電圧Voutに基づいて生成されたPWM制御信号Spwmに対して、入力電圧Vinが印加される入力端子P1とインダクタ25との間に接続されたトランジスタ21のオン時間を制御するためのマスク信号Smkを生成する。また、ステート制御回路34は、昇圧モードと降圧モードとを切り替えるためのモード信号Smdを生成する。そして、ステート制御回路34は、マスク信号Smkとモード信号Smdとのうちの何れか一方を、入力電圧Vinに応じて選択的に出力する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、昇降圧型のスイッチング電源10は、出力部11と制御部12を含む。
制御部12は、誤差信号生成回路31、PWM信号生成回路32、発振器33、ステート制御回路34、制御信号生成回路35、貫通防止回路36、を含む。
誤差信号生成回路31は、抵抗41,42、アンプ43、基準電源44、コンデンサ45を含む。出力電圧Voutは抵抗41の第1端子に供給され、抵抗41の第2端子は抵抗42の第1端子に接続され、抵抗42の第2端子はグランドGNDに接続されている。両抵抗41,42間のノードはアンプ43の反転入力端子に接続されている。アンプ43の非反転入力端子には基準電源44から基準電圧Vrefが供給される。アンプ43の出力端子は、位相補償用のコンデンサ45を介して同アンプ43の反転入力端子と接続されている。
マスク信号Smkはインバータ回路91に入力される。インバータ回路91は、マスク信号Smkを論理反転したレベルの反転マスク信号Smkxを出力する。この反転マスク信号Smkxは、クロック信号Pckの立ち上がりタイミングでLレベルとなり、入力電圧Vinに応じた期間後にHレベルとなる信号である。AND回路92には、PWM制御信号Spwmと反転マスク信号Smkxが入力される。AND回路92は、両信号Spwm,Smkxを論理積演算した結果に応じたレベルの制御信号Sp2を出力する。
出力信号Sd1は、RS−FF回路52の出力信号Spwmとステート制御回路34の出力信号SmdがともにLレベルとなるときLレベルとなる。駆動信号DR1は、信号Sd1の立ち下がりからバッファ回路103の動作遅延時間t1だけ遅れて立ち上がり、信号Sd1の立ち上がりからバッファ回路105,103の動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。従って、駆動信号DR1のHレベルのパルス幅は信号Sd1のLレベルのパルス幅より大きくなる。駆動信号DR2は、駆動信号DR1の立ち上がりからバッファ回路105の動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号Sd1の立ち上がりからバッファ回路105の動作遅延時間だけ遅れて立ち上がる。
出力信号Sd3は、RS−FF回路52の出力信号Spwmとステート制御回路34の出力信号SmdがともにHレベルとなるときHレベルとなる。駆動信号DR4は、信号Sd3の立ち上がりからバッファ回路112の動作遅延時間t2だけ遅れて立ち上がり、信号Sd3の立ち下がりからバッファ回路109,112の動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。従って、駆動信号DR4のHレベルのパルス幅は信号Sd3のHレベルのパルス幅より大きくなる。駆動信号DR3は、駆動信号DR4の立ち上がりからバッファ回路109の動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号Sd3の立ち下がりからバッファ回路109の動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。
図6に示すように、スロープ電圧Vslは、クロック信号Pckに同期して三角波状に増減を繰り返す。PWM制御信号Spwmは、クロック信号Pckの立ち上がりにより立ち上げられる。そして、PWM制御信号Spwmは、原理的に、スロープ電圧Vslの電圧が誤差電圧Verよりも高くなるタイミングで立ち下げられる。しかし、実際には、コンパレータ51の出力信号Scpがその応答時間により遅れて変化するため、PWM制御信号Spwmは、図6に一点鎖線で示すように、上記のタイミングから遅れて立ち下がる。
(動作モードに対する出力部の動作の説明)
図11〜図13は、Hブリッジ昇降圧型のスイッチング電源回路の出力部を示す。
次いで、ステート3でスイッチ回路SW1,SW4がオンされ、同SW2,SW3がオフされて電流I3が流れ、このサイクルが繰り返される。そして、各ステート1〜3のデューティを制御することにより昇降圧動作が行われる。
Vout/Vin=(T−t2)/T ・・・(1)
により表される。
Vout/Vin=T/(T−t1) ・・・(2)
により表される。
上記したステート制御回路34は、入力電圧Vinの電圧変化に基づいてモード信号Smdのパルス幅を変更する。そして、モード信号Smdは、図8〜図10に示すように、入力電圧Vinが低下するにつれて、その立ち上がりタイミングが早くなり、Hレベルのパルス幅が増大する。
上記したように、図3に示す制御信号生成回路35は、信号Sp2とモード信号Smdに基づいて、制御信号Sd1,Sd3を生成する。信号Sp2は、出力電圧Voutに応じて、トランジスタ21〜24のオンオフ時間を設定するPWM信号である。
(1)ステート制御回路34は、入力電圧Vinと基準電圧Vrefとに基づいて、入力電圧Vinが出力電圧より高い(Vin≫Vout)のときにマスク信号Smkを出力する。制御信号生成回路35は、出力電圧Voutに基づいて生成されたPWM制御信号Spwmのパルスの一部をマスク信号SmkによりマスクしてPWM制御信号Spwmより短いパルス幅の制御信号Sp2を生成する。この制御信号Sp2により、出力部11のトランジスタ21〜24が、その時の動作モードに応じてオンオフ制御される。PWM制御信号Spwmのパルス幅は、コンパレータ51等の応答速度による遅延時間を含む、即ち応答速度に依存する。これに対し、マスク信号Smkによりパルス幅の短い制御信号Sp2を生成することで、この制御信号Sp2のパルス幅は、コンパレータ51等の応答速度よりも短くなる。この結果、出力電圧Voutを制御可能な入力電圧Vinの範囲を広くすることができる。また、入力電圧Vinの範囲を、マスク信号Smkを用いない場合と同じにすれば、スイッチング周波数を高くすることができる。
(5)昇圧モード及び降圧モードでは、一つだけのトランジスタをオンオフ制御するので、スイッチング素子のオンオフ制御による電力損失を削減して、電力効率を向上させることができる。
・上記実施形態のステート制御回路34は、入力電圧Vinと基準電圧Vrefとに基づいてマスク信号Smkとモード信号Smdを選択的に出力する。これに対し、入力電圧Vinと出力電圧Voutに基づいてマスク信号Smkとモード信号Smdを生成するようにしてもよい。例えば、図14に示すステート制御回路34aは、入力電圧Vinを抵抗61,62の抵抗比により分圧した分圧電圧Vidと、出力電圧Voutを抵抗82,83の抵抗比により分圧した分圧電圧Vodとをアンプ63,64に供給する。また、入力電圧Vinを分圧し、その分圧電圧と出力電圧Voutをアンプ63,64に供給する構成としてもよい。
・図1に示すアンプ43に供給する基準電圧と、図2に示すアンプ63,64に供給する基準電圧を、異なる基準電源を用いて生成するようにしてもよい。また、アンプ43に供給する基準電圧と、図2に示すアンプ63,64に供給する基準電圧を、互いに異なる電圧に設定してもよい。
12 制御部(制御回路)
21〜24 トランジスタ(スイッチ)
25 インダクタ
31 誤差信号生成回路
32 PWM信号生成回路
33 発振器
34 ステート制御回路(第1制御部)
35 制御信号生成回路(第2制御部)
36 貫通防止回路(第2制御部)
Smd モード信号(第1信号)
Smk マスク信号(第2信号)
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
P1,P2 端子(入力端、出力端)
Claims (6)
- 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路であって、
昇圧モードと降圧モードとを切り替えるための第1信号、及び入力電圧が印加される端子とインダクタとの間のスイッチのオン期間を制御するための第2信号の何れか一方を、前記入力電圧に応じて選択的に出力する第1制御部と、
前記第1制御部から出力される第1信号及び第2信号の何れか一方と前記出力電圧の変動に応じて、前記スイッチング電源をスイッチングさせる第2制御部と
を有することを特徴とする制御回路。 - 前記第1制御部は、
前記出力電圧の変動を検出するための素子の応答速度に対応した基準の電圧と前記入力電圧との大小関係に応じて、前記第1信号及び前記第2信号の何れか一方を選択的に出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記第1制御部は、
前記基準の電圧に対して前記入力電圧が大きい場合に、前記第2信号を出力することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記出力電圧に比例した電圧と基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差信号生成回路と、
前記誤差電圧に基づいて、前記出力電圧の変動に応じてパルス幅を変更した制御信号のデューティを変更するPWM信号生成回路と、
を含むことを特徴とする請求項1〜3のうちの何れか一項に記載の制御回路。 - インダクタの第1端子を入力電圧が入力される入力端と接地端とにそれぞれ接続する第1及び第2のスイッチと、前記インダクタの第2端子を接地端と出力電圧を出力する出力端とにそれぞれ接続する第3及び第4のスイッチとを有する出力部と、
前記スイッチをオンオフ制御する制御信号を生成する制御部と
を有し、
前記制御部は、
昇圧モードと降圧モードとを切り替えるための第1信号、及び入力電圧が印加される端子とインダクタとの間のスイッチのオン期間を制御するための第2信号の何れか一方を、前記入力電圧に応じて選択的に出力する第1制御部と、
前記第1制御部から出力される第1信号及び第2信号の何れか一方と前記出力電圧とに応じて、前記スイッチをスイッチングさせる第2制御部と
を有する昇降圧型のスイッチング電源。 - 昇降圧型のスイッチング電源の制御方法であって、
昇圧モードと降圧モードとを切り替えるための第1信号、及び入力電圧が印加される端子とインダクタとの間のスイッチのオン期間を制御するための第2信号の何れか一方を、前記入力電圧に応じて第1制御部から選択的に出力させ、
前記第1制御部から出力される第1信号及び第2信号の何れか一方と前記出力電圧とに応じて、前記スイッチング電源をスイッチングさせる
ことを特徴とする制御方法。
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