JP2011182533A - 電源装置、制御回路及び電源装置の制御方法 - Google Patents

電源装置、制御回路及び電源装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】出力電圧の変動を抑制すること。
【解決手段】制御回路3の参照電圧生成回路12は、コンバータ部2に含まれるメイン側のトランジスタT1のオフ期間に出力電圧Voに応じた傾斜にて変化するスロープ電圧と、入力電圧Viと出力電圧Voに応じた電圧値のオフセット電圧とを基準電圧に付加して参照電圧VR1を生成する。制御回路3の比較器10は、出力電圧Voに応じたフィードバック電圧VFBと参照電圧VR1とを比較し、その比較結果に応じた信号Seを出力する。制御回路3は、この信号Seのタイミングで、コンバータ部2のトランジスタT1を所定時間オンする。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源装置、制御回路及び電源装置の制御方法に関するものである。
従来、電源装置として、コンパレータ方式のDC−DCコンバータが知られている。例えば、入力電圧より低い出力電圧を生成する、所謂降圧型のDC−DCコンバータは、入力電圧が供給されるスイッチ回路に接続されたコイルに流れる電流を、平滑用コンデンサにより平滑化して出力電圧を生成する。このようにして生成される出力電圧は、コイル電流と平滑用コンデンサの等価直列抵抗(Equivalent Series Resistance:ESR)に起因するリップル電圧(リップル成分)を含む。したがって、このDC−DCコンバータは、コンパレータにて出力電圧と一定の基準電圧とを比較し、リップル成分により出力電圧が基準電圧を横切る場合にスイッチ回路をスイッチングすることで、出力電圧を制御する。
上述のようにスイッチ回路をスイッチングして出力電圧を生成するDC−DCコンバータに対して、出力電圧の安定化、すなわちリップル成分の少ない出力電圧の生成が望まれている。この要求に対して、等価直列抵抗の小さな平滑用コンデンサを用いたDC−DCコンバータが検討されている(例えば、特許文献1参照)。このようなDC−DCコンバータでは、例えばコンパレータに入力される基準電圧を、所定の傾斜にて変化するスロープ電圧とすることにより、リップルが小さな出力電圧であっても安定してスイッチ回路をスイッチング制御している。
米国特許出願公開第2005/0286269号明細書
ところが、上記コンパレータ方式のDC−DCコンバータでは、入力電圧、出力電圧又は出力電流が変動すると、スイッチ回路のスイッチングのデューティが変動する。例えば入力電圧が高くなった場合には、コイル電流が増加し、そのコイル電流を平滑化した出力電圧が高くなる。このとき、上記スロープ電圧の傾斜が固定であるため、基準電圧と出力電圧が交差する電圧が高くなる。この結果、出力電圧が所望の電圧(目標電圧)よりも高い電圧で安定することになる。逆に、入力電圧が低くなった場合には、出力電圧が所望の電圧よりも低い電圧で安定することになる。すなわち、入力電圧の変動に応じたデューティの変化に対応することができず、ラインレギュレーションが悪化する場合がある。
電源装置で、出力電圧の変動を抑制することを目的とする。
開示の電源装置は、入力電圧が供給されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路と出力電圧を出力する出力端との間に接続されたコイルとを含むコンバータ部と、前記出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オン又はオフする制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成する電圧生成回路を含む。
開示の電源装置によれば、出力電圧の変動を抑制することができるという効果を奏する。
第1実施形態のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。 タイマ回路を示す回路図。 第1実施形態の参照電圧生成回路を示す回路図。 電流源の内部構成例を示す回路図。 リセット信号生成回路の一例を示す回路図。 電流源の内部構成例を示す回路図。 参照電圧生成回路の動作を示す波形図。 (a)〜(d)は、参照電圧生成回路の動作を示す波形図。 変形例の参照電圧生成回路を示す回路図。 変形例の参照電圧生成回路を示す回路図。 変形例の参照電圧生成回路の動作を示す波形図。 変形例の参照電圧生成回路を示す回路図。 電圧源の内部構成例を示す回路図。 第2実施形態のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。 第2実施形態の参照電圧生成回路を示すブロック回路図。 電流傾斜検出回路の内部構成例を示す回路図。 第2実施形態の参照電圧生成回路の動作を示す波形図。 第3実施形態のDC−DCコンバータを示すブロック回路図。 第3実施形態の参照電圧生成回路を示すブロック回路図。 第3実施形態の参照電圧生成回路の動作を示す波形図。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態を図1〜図8に従って説明する。
図1に示すように、DC−DCコンバータ1は、入力電圧Viに基づいて出力電圧Voを生成するコンバータ部2と、コンバータ部2を制御する制御回路3とを含む。
コンバータ部2は、メイン側のトランジスタT1と、同期側のトランジスタT2と、コイルL1と、コンデンサC1とを含む。
メイン側のトランジスタT1及び同期側のトランジスタT2は、NチャネルMOSトランジスタである。トランジスタT1は、その第1端子(ドレイン)が入力電圧Viの供給される入力端子Piに接続されるとともに、第2端子(ソース)がトランジスタT2の第1端子(ドレイン)に接続されている。このトランジスタT2の第2端子(ソース)は、入力電圧Viよりも低い電位の電源線(ここでは、グランド)に接続されている。このように、入力端子Piとグランドとの間には、トランジスタT1とトランジスタT2とが直列に接続されている。
また、トランジスタT1の制御端子(ゲート)には制御回路3から制御信号DHが供給されるのに対し、トランジスタT2の制御端子(ゲート)には制御回路3から制御信号DLが供給される。これらトランジスタT1,T2は、制御信号DH,DLに応答してオンオフする。制御回路3は、トランジスタT1,T2を相補的にオンオフするように制御信号DH,DLを生成する。すなわち、トランジスタT1,T2はスイッチ回路の一例として挙げられる。
両トランジスタT1,T2間のノードN1は、コイルL1の第1端子(入力側端子)に接続されている。このコイルL1の第2端子(出力側端子)は、出力電圧Voを出力する出力端子Poに接続されている。このように、入力端子Piと出力端子Poとの間には、メイン側のトランジスタT1とコイルL1とが直列に接続されている。また、上記コイルL1の第2端子は平滑用コンデンサC1の第1端子に接続されるとともに、そのコンデンサC1の第2端子はグランドに接続されている。なお、このコンデンサC1は、出力電圧Voを平滑化する平滑回路に含まれる。
このようなコンバータ部2では、メイン側のトランジスタT1がオンし同期側のトランジスタT2がオフした場合に、コイルL1に入力電圧Viと出力電圧Voとの差に応じたコイル電流ILが流れる。これにより、コイルL1にはエネルギー(電力)が蓄積される。一方、メイン側のトランジスタT1がオフし同期側のトランジスタT2がオンすると、コイルL1が蓄えたエネルギーを放出するため、そのコイルL1に誘導電流(コイル電流IL)が流れる。
制御回路3は、コンバータ部2から帰還される出力電圧Voに基づいて、制御信号DH,DLのパルス幅を調整する。この制御回路3は、比較器(コンパレータ)10と、RS−フリップフロップ回路(RS−FF回路)11と、参照電圧生成回路12と、タイマ回路13と、駆動回路14と、抵抗R1,R2,Rt1とを含む。
比較器10の反転入力端子には、出力電圧Voに基づく電圧が供給される。本実施形態では、比較器10の反転入力端子に、抵抗R1,R2により生成された電圧が供給される。具体的には、抵抗R1の第1端子には、出力端子Poが接続されることにより、出力電圧Voが帰還される。また、抵抗R1の第2端子が抵抗R2の第1端子に接続されるとともに、その抵抗R2の第2端子がグランドに接続されている。これら抵抗R1,R2間の接続点は比較器10の反転入力端子に接続されている。ここで、抵抗R1,R2は、それぞれの抵抗値に応じて、出力電圧Voを分圧した分圧電圧(フィードバック電圧)VFBを生成する。このフィードバック電圧VFBの値は、抵抗R1,R2の抵抗値の比と、出力電圧Voとグランドの電位差とに対応する。このため、抵抗R1,R2は、出力電圧Voに比例したフィードバック電圧VFBを生成することになる。
比較器10の非反転端子には、参照電圧生成回路12から出力される参照電圧VR1が供給される。ここで、参照電圧VR1は、出力電圧Voに応じて設定される基準電圧VR0(図3参照)に対して、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存させたオフセット電圧Voffと所定の傾斜にて変化するスロープ電圧Vsを付加した電圧である(図7参照)。比較器10は、フィードバック電圧VFBと参照電圧VR1との比較結果に応じた信号Seを生成する。本実施形態において、比較器10は、フィードバック電圧VFBが参照電圧VR1よりも高いときにLレベルの信号Seを生成する一方、フィードバック電圧VFBが参照電圧VR1よりも低いときにHレベルの信号Seを生成する。そして、比較器10は、この信号SeをRS−FF回路11に出力する。
RS−FF回路11のセット端子には、信号Seが供給される。また、RS−FF回路11のリセット端子には、タイマ回路13から出力される信号S2が供給される。このRS−FF回路11は、Hレベルの信号Seに応答してHレベルの信号S1を出力する一方、Hレベルの信号S2に応答してLレベルの信号S1を出力する。すなわち、RS−FF回路11に対して、Hレベルの信号Seはセット信号であるとともに、Hレベルの信号S2はリセット信号である。そして、RS−FF回路11から出力される信号S1は、参照電圧生成回路12とタイマ回路13と駆動回路14とに供給される。
参照電圧生成回路12には、入力電圧Viと、出力電圧Voと、RS−FF回路11から出力される信号S1とが供給される。この参照電圧生成回路12は、フィードバック電圧VFBが一定電圧である基準電圧VR0と等しくなるように、その基準電圧VR0に対して、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存させたオフセット電圧Voffと所定の傾斜にて変化するスロープ電圧Vsとを付加して参照電圧VR1を生成する。そして、参照電圧生成回路12は、その参照電圧VR1を上記比較器10に出力する。
タイマ回路13は、Hレベルの信号S1に応答して、その信号S1の立ち上がりタイミングから所定時間経過後にHレベルのパルス信号S2を出力する。ここで、所定時間は、オン時間設定用の抵抗Rt1の抵抗値に対応する。すなわち、タイマ回路13は、信号S1の立ち上がりタイミングから、抵抗Rt1の抵抗値に応じた時間経過後にHレベルのパルス信号S2を出力する。
駆動回路14は、信号S1に基づいて、コンバータ部2のトランジスタT1,T2を相補的にオンオフさせる制御信号DH,DLを生成する。なお、駆動回路14において、両トランジスタT1,T2が同時にオンしないように、制御信号DH,DLにデッドタイムを設定してもよい。
本実施形態において、駆動回路14は、Hレベルの信号S1に応答してHレベルの制御信号DHとLレベルの制御信号DLを出力する。一方、駆動回路14は、Lレベルの信号S1に応答してLレベルの制御信号DHとHレベルの制御信号DLを出力する。メイン側のトランジスタT1は、Hレベルの制御信号DHに応答してオンする一方、Lレベルの制御信号DLに応答してオフする。同様に、同期側のトランジスタT2は、Hレベルの制御信号DLに応答してオンする一方、Lレベルの制御信号DLに応答してオフする。
ここで、上記比較器10は、出力電圧Voに応じたフィードバック電圧VFBが参照電圧VR1より低いときにHレベルの信号Seを出力する。このHレベルの信号Seに応答して、RS−FF回路11は、Hレベルの信号S1を出力する。そして、駆動回路14は、そのHレベルの信号S1に応答してHレベルの制御信号DHとLレベルの制御信号DLを生成する。したがって、制御回路3は、フィードバック電圧VFBが参照電圧VR1よりも低くなると(参照電圧VR1がフィードバック電圧VFBを横切ると)、メイン側のトランジスタT1をオンするとともに、同期側のトランジスタT2をオフする。
一方、上記Hレベルの信号S1に応答して、タイマ回路13は、信号S1の立ち上がりタイミングから所定時間経過後にHレベルのパルス信号S2を出力する。すると、RS−FF回路11は、そのHレベルの信号S2に応答してLレベルの信号S1を出力する。そして、駆動回路14は、Lレベルの信号S1に応答してLレベルの制御信号DHとHレベルの制御信号DLを生成する。したがって、制御回路3は、メイン側のトランジスタT1をオンしてから所定時間経過後に、メイン側のトランジスタT1をオフするとともに、同期側のトランジスタT2をオンする。なお、再びフィードバック電圧VFBが参照電圧VR1より低くなると、制御回路3は、メイン側のトランジスタT1をオンするとともに、同期側のトランジスタT2をオフする。
換言すると、制御回路3は、フィードバック電圧VFBが参照電圧VR1より低くなると、所定期間だけメイン側のトランジスタT1をオンする。ここで、メイン側のトランジスタT1をオンする期間を「オン期間」、トランジスタT1をオフする期間を「オフ期間」とする。なお、同期側のトランジスタT2は、トランジスタT1に対して相補的に制御されるため、「オン期間」にオフし、「オフ期間」にオンする。
次に、上記タイマ回路13について詳述する。
上述したように、タイマ回路13は、信号S1の立ち上がりタイミングから、抵抗Rt1の抵抗値に応じた時間経過後にHレベルのパルス信号S2を出力する。すると、RS−FF回路11は、Hレベルの信号S2に応答してLレベルの信号S1を出力する。この結果、RS−FF回路11から出力される信号S1は、抵抗Rt1の抵抗値に応じた期間だけHレベルとなる。すなわち、タイマ回路13は、RS−FF回路11から出力される信号S1のパルス幅、つまり「オン期間」を決定する。
ところで、入力電圧Viと出力電圧Voが安定している場合、出力電圧Voは、入力電圧Viと、メイン側のトランジスタT1のオンデューティとに応じた電圧になる。トランジスタT1のオンデューティは、トランジスタT1をオンする周期、すなわちスイッチング周期Tと、トランジスタT1をオンしている時間(オン時間Ton)との比で表わされる。したがって、出力電圧Voは、
Figure 2011182533
となる。
スイッチング周期Tは、オン時間Tonと、トランジスタT1をオフしている時間(オフ時間Toff)との合計値である。また、スイッチング周期Tは、スイッチングサイクルfswの逆数である。したがって、オン時間Tonとオフ時間Toffはそれぞれ、
Figure 2011182533
と表わされる。
上述したように、タイマ回路13は、抵抗Rt1の抵抗値に応じて信号S1のパルス幅、すなわちトランジスタT1のオン時間Tonを決定する。ここで、上記式より、トランジスタT1のオフ時間Toffは、オン時間Tonと、入力電圧Vi及び出力電圧Voに応じた値となる。したがって、タイマ回路13の抵抗Rt1の抵抗値は、オフ時間Toffをも決定する。すなわち、スイッチング周期T(スイッチング周波数fsw)は、抵抗Rt1の抵抗値に応じて決定される。この抵抗Rt1の抵抗値を、同じ符号を用いて表わし、抵抗Rt1以外の値をαとすると、オン時間Tonとオフ時間Toffはそれぞれ、
Figure 2011182533
と表わすことができる。
さらに、タイマ回路13は、Hレベルのパルス信号S2を出力するタイミング、すなわちRS−FF回路11から出力される信号S1のパルス幅を、入力電圧Viと出力電圧Voに応じて調整する。
このようなタイマ回路13の一例を図2に従って説明する。
図2に示すように、タイマ回路13は、オペアンプ15,16と、インバータ回路17と、コンデンサC11と、上記抵抗Rt1と、トランジスタT11〜T14とを含む。
抵抗Rt1は、その第1端子がオペアンプ15の反転入力端子とNチャネルMOSトランジスタT11のソースに接続されるとともに、第2端子がグランドに接続されている。オペアンプ15の非反転入力端子には、入力電圧Viが供給される。このオペアンプ15の出力端子がトランジスタT11のゲートに接続されるとともに、そのトランジスタT11のドレインがPチャネルMOSトランジスタT12のドレインに接続されている。
上記抵抗Rt1の両端子間には、この抵抗Rt1に流れる電流と抵抗値に応じた電位差が生じる。オペアンプ15は、抵抗Rt1とトランジスタT11の間のノードの電位を、入力電圧Viと等しくするように、トランジスタT11のゲート電圧を生成する。したがって、トランジスタT11には、入力電圧Viに応じた電流が流れる。
上記トランジスタT12のソースにはバイアス電圧VBが供給される。また、トランジスタT12のゲートは、同トランジスタT12のドレインとPチャネルMOSトランジスタT13のゲートとに接続されている。なお、バイアス電圧VBは、入力電圧Vi、または図示しない電源回路により生成された電圧である。上記トランジスタT13のソースには、そのバイアス電圧が供給される。したがって、トランジスタT12とトランジスタT13とはカレントミラー回路に含まれる。このカレントミラー回路は、両トランジスタT12,T13の電気的特性に応じて、トランジスタT11に流れる電流に比例した電流(入力電圧Viに依存した電流)をトランジスタT13に流す。
トランジスタT13のドレインは、コンデンサC11の第1端子とNチャネルMOSトランジスタT14のドレインとに接続されている。これらコンデンサC11の第2端子及びトランジスタT14のソースはグランドに接続されている。このようにトランジスタT14はコンデンサC11に並列接続されている。なお、コンデンサC11には、トランジスタT13から入力電圧Viに依存した電流が供給される。
トランジスタT14のゲートには、上記RS−FF回路11から出力される信号S1をインバータ回路17によって論理反転させた信号S1xが供給される。ここで、信号S1がHレベルであるときにメイン側のトランジスタT1(図1参照)がオンする一方、信号S1がLレベルであるときにトランジスタT1がオフする。これに対し、トランジスタT14は、信号S1xがHレベルであるとき、つまり信号S1がLレベルであるときに(トランジスタT1がオフするときに)オンする。このようにトランジスタT14がオンすると、コンデンサC11の両端子が互いに接続されるため、コンデンサC11の第1端子(ノードN11)の電圧Vn11はグランドレベルになる。一方、トランジスタT14は、信号S1xがLレベルであるとき、つまり信号S1がHレベルであるときに(トランジスタT1がオンするときに)オフする。このようにトランジスタT14がオフすると、コンデンサC11は、トランジスタT13から供給される電流(入力電圧Viに依存した電流)により充電される。この結果、ノードN11の電圧Vn11は、グランドレベルから入力電圧Viに応じて上昇する。すなわち、タイマ回路13は、メイン側のトランジスタT1がオフしているときにコンデンサC11の両端子間を短絡することにより、ノードN11の電圧Vn11をグランドレベルにリセットする。そして、タイマ回路13は、トランジスタT1がオンすると、コンデンサC11の充電を開始する。その結果、ノードN11の電圧Vn11が入力電圧Viに応じて上昇する。
ノードN11はオペアンプ16の非反転入力端子に接続されている。また、オペアンプ16の反転入力端子には、出力電圧Voが供給される。このオペアンプ16は、ノードN11の電圧Vn11と出力電圧Voとの比較結果に応じた信号S2を出力する。具体的には、オペアンプ16は、電圧Vn11が出力電圧Voよりも低いときにLレベルの信号S2を出力する一方、電圧Vn11が出力電圧Voよりも高くなるとHレベルの信号S2を出力する。ここで、上述のように、ノードN11の電圧Vn11は、メイン側のトランジスタT1がオンしたとき、入力電圧Viに応じて上昇する。したがって、トランジスタT1がオンしてからHレベルの信号S2が出力されるまでの期間は、入力電圧Viと出力電圧Voに依存する。
なお、コンデンサC11を充電するための電流、すなわちトランジスタT11に流れる電流は、入力電圧Viに比例する。このため、トランジスタT1がオンしてからHレベルの信号S2が出力されるまでの期間は、入力電圧Viに比例する。そして、オペアンプ16は電圧Vn11と出力電圧Voを比較するため、トランジスタT1がオンしてからHレベルの信号S2が出力されるまでの期間は、出力電圧Voに比例する。すなわち、トランジスタT1のオン期間は、入力電圧Viに反比例するとともに、出力電圧Voに比例する。一方、トランジスタT1のオフ期間は、出力電圧Voに反比例する。
次に、上記参照電圧生成回路12の一例を図3〜図6に従って説明する。
図3に示すように、参照電圧生成回路12は、オフセット電圧生成回路20と、スロープ電圧生成回路30と、付加回路40とを含む。
オフセット電圧生成回路20は、入力電圧Vi及び出力電圧Voにフィードフォワード制御で依存させたオフセット電圧Voffを生成する。スロープ電圧生成回路30は、出力電圧Voにフィードフォワード制御で依存させたスロープ電圧Vsを生成する。付加回路40は、基準電圧VR0に対して、オフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsを付加して参照電圧VR1を生成する。なお、基準電圧VR0は、出力電圧Voを制御する目標の電圧に応じて設定されている。
オフセット電圧生成回路20は、電流源21と、スイッチSW1,SW2と、コンデンサC21とを含む。電流源21は、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存した電流I1(=(Vi−Vo)×A)を流す。この電流源21は、その第1端子にバイアス電圧VBが供給されるとともに、第2端子にスイッチSW1が接続されている。本実施形態では、スイッチSW1は、NチャネルMOSトランジスタである。このスイッチSW1は、そのドレインが電流源21の第2端子に接続されるとともに、ソースがコンデンサC21の第1端子に接続されている。そのコンデンサC21の第2端子はグランドに接続されている。
また、スイッチSW1のゲートには、RS−FF回路11から出力される信号S1が供給される。このスイッチSW1は、Hレベルの信号S1に応答してオンする一方、Lレベルの信号S1に応答してオフする。すなわち、スイッチSW1は、メイン側のトランジスタT1のオン期間にオンする一方、トランジスタT1のオフ期間にオフする。このようにスイッチSW1は、トランジスタT1と同期してオンオフする。このスイッチSW1がオンすると、上記コンデンサC21には、電流源21から入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存した電流I1が供給される。ここで、電流源21の一例を図4に従って説明する。
図4に示すように、電流源21は、オペアンプ22,23と、トランジスタT21,T22,T23と、抵抗R21とを含む。オペアンプ22は、その非反転入力端子に入力電圧Viが供給されるとともに、反転入力端子に出力電圧Voが供給される。このオペアンプ22は、図示しない付加素子により所定の電圧ゲインに設定された差動増幅器である。すなわち、オペアンプ22は、入力電圧Viから出力電圧Voを減算した結果を、電圧ゲインにより増幅して電圧V1を生成する。この電圧V1は、オペアンプ22の電圧ゲインをA1とすると、
Figure 2011182533
となる。
この電圧V1はオペアンプ23の反転入力端子に供給される。このオペアンプ23の出力端子はNチャネルMOSトランジスタT21のゲートに接続されている。トランジスタT21は、そのドレインがPチャネルMOSトランジスタT22のドレインに接続されるとともに、ソースがオペアンプ23の非反転入力端子と抵抗R21の第1端子とに接続されている。その抵抗R21の第2端子はグランドに接続されている。
上記オペアンプ23は、非反転入力端子の電圧を上記電圧V1と等しくするように、トランジスタT21を制御する。すなわち、抵抗R21の第1端子の電圧が電圧V1になるように制御される。したがって、抵抗R21の両端子間には、この抵抗R21の抵抗値と、両端子間の電位差(電圧V1)とに応じた電流I1aが流れる。このため、電流I1aは、
Figure 2011182533
と表わすことができる。
上記トランジスタT22は、そのソースにバイアス電圧VBが供給されるとともに、ゲートが同トランジスタT22のドレインとPチャネルMOSトランジスタT23のゲートに接続されている。そのトランジスタT23のソースにはバイアス電圧VBが供給される。このため、トランジスタT22とトランジスタT23とは、カレントミラー回路に含まれる。このカレントミラー回路は、両トランジスタT22,T23の電気的特性に応じて、抵抗R21に流れる電流I1aに比例した上記電流I1をトランジスタT23に流す。本実施形態では、トランジスタT22とトランジスタT23の電気的特性の比が1:m1に設定されている。したがって、トランジスタT23に流れる電流I1は、
Figure 2011182533
となる。なお、このトランジスタT23のドレインが図3に示すスイッチSW1のドレインに接続されることになる。
図3に示すように、スイッチSW1とコンデンサC21の間のノードN21は加減算回路41とスイッチSW2とに接続されている。本実施形態では、スイッチSW2は、NチャネルMOSトランジスタである。このスイッチSW2は、そのドレインがノードN21に接続されるとともに、ソースがグランドに接続されている。また、スイッチSW2のゲートには、信号S1に基づいて生成されるリセット信号Srが供給される。このスイッチSW2は、信号SrがHレベルであるときにオンする一方、信号SrがLレベルであるときにオフする。なお、上記リセット信号Srは、信号S1の立ち上がりから一定時間だけHレベルとなるパルス信号である。このため、スイッチSW2は、信号S1の立ち上がりから一定時間だけオンする。このスイッチSW2がオンすると、コンデンサC21の両端子が互いに接続されるため、上記コンデンサC21に蓄えられた電荷が放電されてコンデンサC21の第1端子(ノードN21)の電圧がグランドレベルにリセットされる。なお、このノードN21の電圧がオフセット電圧Voffとして加減算回路41に供給される。
ここで、上記リセット信号Srを生成するリセット信号生成回路の一例を図5に従って説明する。
図5に示すように、直列に接続された奇数段(図5では3段)のインバータ回路25a〜25cと、アンド回路26とを含む。1段目のインバータ回路25aにはRS−FF回路11からの信号S1が入力される。3段目のインバータ回路25cの出力端子はアンド回路26の入力端子に接続されている。また、このアンド回路26には信号S1が直接入力される。
このように構成されたリセット信号生成回路では、信号S1がLレベルからHレベルに立ち上がると、インバータ回路25a〜25cの動作遅延時間に相当するパルス幅でHレベルとなるワンショットパルス(リセット信号Sr)が生成される。そして、このリセット信号Srが図3に示すスイッチSW2のゲートに供給される。
次に、上述のように構成されたオフセット電圧生成回路20の作用について図3及び図7に従って説明する。なお、図7は、参照電圧生成回路12の動作を示す波形図であるが、同図において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。
オフセット電圧生成回路20では、信号S1がHレベルのとき(トランジスタT1のオン期間)にスイッチSW1がオンされる。すると、コンデンサC21が入力電圧Viと出力電圧Voとの差電圧(Vi−Vo)に比例した電流I1により充電される。このため、ノードN21の電圧、つまりオフセット電圧Voffは、
Figure 2011182533
となる。すなわち、オフセット電圧生成回路20は、図7に示すように、トランジスタT1のオン期間において、電流I1に応じて増加するオフセット電圧Voffを生成する。
ここで、電流源21が流す電流I1は、上記式5に示されるように、入力電圧Viが高くなると増加し、入力電圧Viが低くなると減少する。また、電流I1は、出力電圧Voが高くなると減少し、出力電圧Voが低くなると増加する。すなわち、電流I1は、入力電圧Viに対して比例的に変化する一方で、出力電圧Voに対して反比例的に変化する。また、オフセット電圧Voffは、その電流I1によってコンデンサC21に蓄積される電荷に応じて変化する。すなわち、オフセット電圧Voffの波形は、電流I1に応じた傾きとなる。したがって、オフセット電圧Voffの傾きは、入力電圧Viが高くなると傾斜が急(変化量が大)になるのに対し、入力電圧Viが低くなると傾斜が緩やか(変化量が小)になる。また、オフセット電圧Voffの傾きは、出力電圧Voが高くなると傾斜が緩やかになるのに対し、出力電圧Voが低くなると急になる。すなわち、オフセット電圧Voffは、入力電圧Viに対して比例的に変化する一方で、出力電圧Voに対して反比例的に変化する。
一方、オフセット電圧生成回路20では、信号S1がLレベルのとき(トランジスタT1のオフ期間)に、スイッチSW1がオフされる。なお、このときのスイッチSW2は、Lレベルの信号Srに応答してオフされている。このため、このときのオフセット電圧Voffは、図7に示すように、上記式6の電圧(スイッチSW1がオフされる直前の電圧)に保持される。
続いて、信号S1がHレベルになると(トランジスタT1がオンされると)、その立ち上がりから一定期間だけリセット信号SrがHレベルになるため、そのHレベルの信号Srに応答してスイッチSW2がオンされる。すると、コンデンサC21の第1端子(ノードN21)がグランドに接続されるため、コンデンサC21の両端子間が短絡されることになる。これにより、図7に示すように、ノードN21の電圧(オフセット電圧Voff)がグランドレベルにリセットされる。その後、リセット信号SrがLレベルに立ち下がると、スイッチSW2がオフされる。このとき、上記Hレベルの信号S1に応答してスイッチSW1がオンされているため、スイッチSW2がオフされると、電流I1によるコンデンサC21の充電が再び開始される。
このように、オフセット電圧生成回路20は、コンデンサC21に接続されたスイッチSW1を、メイン側のトランジスタT1と同期してオンオフするとともに、トランジスタT1がオンしたときに一定期間だけスイッチSW2をオンする。これにより、トランジスタT1のオン期間とオフ期間とに応じたオフセット電圧Voffが生成される。このオフセット電圧Voffは、図7に示すように、トランジスタT1がオンした時に0(ゼロ)となった後、そのオン期間に入力電圧Vi及び出力電圧Vo(上記電流I1)に応じて増加する。さらに、オフセット電圧Voffは、オフ期間では、そのオフ期間に切り替わる直前のノードN21の電圧を保持する。
次に、上記スロープ電圧生成回路30について図3及び図6に従って説明する。
図3に示すように、スロープ電圧生成回路30は、電流源31と、コンデンサC22と、スイッチSW3とを含む。電流源31は、出力電圧Voに依存した電流I2(=Vo×B)を流す。この電流源31は、その第1端子にバイアス電圧VBが供給されるとともに、第2端子にコンデンサC22の第1端子が接続されている。このコンデンサC22の第2端子はグランドに接続されている。なお、コンデンサC22には、電流源31から出力電圧Voに依存した電流I2が供給される。
また、電流源31とコンデンサC22の間のノードN22は、上記加減算回路41とスイッチSW3に接続されている。本実施形態では、スイッチSW3は、NチャネルMOSトランジスタである。このスイッチSW3は、そのドレインがノードN22に接続されるとともに、ソースがグランドに接続されている。
スイッチSW3のゲートには、上記RS−FF回路11から出力される信号S1が供給される。このスイッチSW3は、信号S1がHレベルであるときにオンする一方、信号S1がLレベルであるときにオフする。すなわち、スイッチSW3は、メイン側のトランジスタT1のオン期間にオンする一方、トランジスタT1のオフ期間にオフする。このようにスイッチSW3は、メイン側のトランジスタT1と同期してオンオフする。このスイッチSW3がオフすると、上記コンデンサC22は、電流源31から供給される電流I2(出力電圧Voに依存した電流)により充電される。これにより、ノードN22の電圧が出力電圧Voに応じて上昇する。一方、スイッチSW3がオンすると、コンデンサC22の第1端子(ノードN22)がグランドに接続されるため、コンデンサC22の両端子間が短絡されることになる。これにより、コンデンサC22に蓄えられた電荷が放電されてコンデンサC22の第1端子(ノードN22)の電圧がグランドレベルにリセットされる。なお、このノードN22の電圧がスロープ電圧Vsとして加減算回路41に供給される。
ここで、電流源31の一例を図6に従って説明する。
図6に示すように、電流源31は、オペアンプ32と、トランジスタT31,T32,T33と、抵抗R31とを含む。オペアンプ32の反転入力端子には出力電圧Voが供給される。このオペアンプ32の出力端子はNチャネルMOSトランジスタT31のゲートに接続されている。トランジスタT31は、そのドレインがPチャネルMOSトランジスタT32のドレインに接続されるとともに、ソースがオペアンプ32の非反転入力端子と抵抗R31の第1端子とに接続されている。その抵抗R31の第2端子はグランドに接続されている。
上記オペアンプ32は、非反転入力端子の電圧を出力電圧Voと等しくするように、トランジスタT31を制御する。すなわち、抵抗R31の第1端子の電圧が出力電圧Voになるように制御される。したがって、抵抗R31の両端子間には、この抵抗R31の抵抗値と、両端子間の電位差(出力電圧Vo)とに応じた電流I2aが流れる。すなわち、電流I2aは、
Figure 2011182533
と表わすことができる。
上記トランジスタT32は、そのソースにバイアス電圧VBが供給されるとともに、ゲートが同トランジスタT32のドレインとPチャネルMOSトランジスタT33のゲートに接続されている。そのトランジスタT33のソースにはバイアス電圧VBが供給される。したがって、トランジスタT32とトランジスタT33とは、カレントミラー回路に含まれる。このカレントミラー回路は、両トランジスタT32,T33の電気的特性に応じて、抵抗R31に流れる電流I2aに比例した電流I2をトランジスタT33に流す。本実施形態では、トランジスタT32とトランジスタT33の電気的特性の比が1:m2に設定されている。したがって、トランジスタT33に流れる電流I2は、
Figure 2011182533
となる。なお、上記トランジスタT33のドレインが図3に示すコンデンサC22の第1端子に接続されることになる。
次に、このように構成されたスロープ電圧生成回路30の作用について図3及び図7に従って説明する。
スロープ電圧生成回路30では、信号S1がLレベルのとき(トランジスタT1のオフ期間)にスイッチSW3がオフされる。すると、コンデンサC22が出力電圧Voに比例した電流I2により充電される。このため、ノードN22の電圧、すなわちスロープ電圧Vsは、
Figure 2011182533
となる。すなわち、スロープ電圧生成回路30は、図7に示すように、トランジスタT1のオフ期間において、電流I2に応じて増加するスロープ電圧Vsを生成する。
ここで、電流源31が流す電流I2は、上記式7に示されるように、出力電圧Voが高くなると増加し、出力電圧が低くなると減少する。すなわち、電流I2は、出力電圧Voに対して比例的に変化する。また、スロープ電圧Vsは、その電流I2によってコンデンサC22に蓄積される電荷に応じて変化する。すなわち、スロープ電圧Vsの波形は、電流I2に応じた傾きとなる。したがって、スロープ電圧Vsの傾きは、出力電圧Voが高くなると傾斜が急(変化量が大)になるのに対し、出力電圧Voが低くなると傾斜が緩やか(変化量が小)になる。すなわち、スロープ電圧Vsは、出力電圧Voに対して比例的に変化する。
一方、スロープ電圧生成回路30では、信号S1がHレベルのとき(トランジスタT1のオン期間)にスイッチSW3がオンされる。すると、コンデンサC22の第1端子(ノードN22)がグランドに接続されるため、コンデンサC22の両端子間が短絡されることになる。これにより、図7に示すように、ノードN22の電圧(スロープ電圧Vs)がグランドレベルにリセットされる。
このように、スロープ電圧生成回路30は、コンデンサC22に並列接続されたスイッチSW3を、メイン側のトランジスタT1と同期してオンオフすることにより、トランジスタT1のオン期間とオフ期間とに応じたスロープ電圧Vsを生成する。このスロープ電圧Vsは、図7に示すように、トランジスタT1のオン期間に0(ゼロ)となり、トランジスタT1のオフ期間に、出力電圧Vo(電流I2)に応じて増加する。
次に、上記付加回路40について図3に従って説明する。
図3に示すように、付加回路40は、基準電源E1と、加減算回路41とを含む。加減算回路41には、基準電源E1と、上記ノードN21,N22とが接続されている。このため、加減算回路41には、基準電源E1によって生成される基準電圧VR0と、オフセット電圧Voffと、スロープ電圧Vsとが供給される。この加減算回路41は、基準電圧VR0に対して、オフセット電圧Voffを減算するとともに、スロープ電圧Vsを加算することにより、上記参照電圧VR1を生成する。したがって、この参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
となる。そして、この参照電圧VR1が、図1に示す比較器10の非反転入力端子に供給される。
ここで、オフセット電圧Voffは、上述したように、トランジスタT1のオン期間において、入力電圧Vi及び出力電圧Voに応じて上昇するとともに、トランジスタT1のオフ期間において、上記オン期間で上昇した電圧が保持される電圧である。また、スロープ電圧Vsは、トランジスタT1のオン期間に0(ゼロ)となり、トランジスタT1のオフ期間に、出力電圧Voに応じて増加する電圧である。このため、図7に示すように、参照電圧VR1は、トランジスタT1のオン期間において、基準電圧VR0からオフセット電圧Voffに従って減少する。また、参照電圧VR1は、トランジスタT1のオフ期間において、基準電圧VR0に対してオフセット電圧Voffを減算した電圧からスロープ電圧Vsに従って上昇する。このため、参照電圧VR1の波形は三角波形状になる。
次に、従来例と対比しつつDC−DCコンバータ1(とくに、参照電圧生成回路12)の動作を図8に従って説明する。なお、図8は、参照電圧生成回路12の動作を示す波形図であるが、同図において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。
図1に示す比較器10は、フィードバック電圧VFBよりも参照電圧VR1が高くなるとHレベルの信号Seを出力する。そして、その信号Seに従ってトランジスタT1がオンされる。すなわち、フィードバック電圧VFBの波形と、参照電圧VR1の波形との交点において、トランジスタT1がオンされる。このため、トランジスタT1がオフされてからこの交点までの時間がオフ時間Toffになる。このとき、入力電圧Viが減少すると、上記式1及び式2に示されるように、トランジスタT1のオン時間Tonが長くなり、オフ時間Toffが短くなる(図8(c)の破線→実線参照)。ここで、まず、従来例のように、基準電圧VR0に対してオフセット電圧が付加されずに、傾斜が固定されたスロープ電圧のみが付加される参照電圧VR2の場合について説明する。図8(c)に示すように、入力電圧Viが減少してオフ時間Toffが短くなる場合には(破線→実線参照)、上記参照電圧VR2のスロープが固定であるため、オフ時間Toffが短くなる分だけ、参照電圧VR2と交差するフィードバック電圧VFBの電圧値が低くなる(一点鎖線参照)。すなわち、従来例の場合には、図8(d)に示すように、入力電圧Viの変動(オフ時間Toffの変動)に応じて、フィードバック電圧VFBが変動する。
これに対し、本実施形態の参照電圧VR1は、基準電圧VR0に対して、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存したオフセット電圧Voff及び出力電圧Voに依存したスロープ電圧Vsが付加されて生成されている。ここで、オフセット電圧Voffは、入力電圧Viが減少すると、変化量が小さくなり、波形の傾斜が緩やかになる。このため、図8(a)に示すように、入力電圧Viの減少に伴ってオン時間Tonが長くなるものの、それと同時にオフセット電圧Voffの波形の傾斜が緩やかになる。これにより、入力電圧Viが高くオン時間Tonが短い場合(破線参照)よりも、入力電圧Viが低くオン時間Tonが長い場合(実線参照)の方が、オン期間からオフ期間への切り替わり時のオフセット電圧Voffの電圧値が低くなる。このオフセット電圧Voffの変化に伴って、入力電圧Viが高くオン時間Tonが短い場合(破線参照)よりも、入力電圧Viが低くオン時間Tonが長い場合(実線参照)の方が、オン期間からオフ期間への切り替わり時の参照電圧VR1の電圧値が高くなる。
また、スロープ電圧Vsの傾斜は、入力電圧Viの変動によっては変動しない。このため、入力電圧Viの減少に伴ってオフ時間Toffが短くなっても、上述のようにオン期間におけるオフセット電圧Voffの低下分だけ(参照電圧VR1の上昇分だけ)、参照電圧VR1を横切るフィードバック電圧VFBの電圧値の低下を抑制することができる。換言すると、トランジスタT1のオン期間において、入力電圧Viの減少に伴ってオフ時間Toffが短くなる分だけ電圧値を低下させるようにオフセット電圧Voffが生成される。具体的には、図8(a),(b)に示すように、トランジスタT1のオン期間において、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化分(上昇分)に等しい電圧値となるように入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存させたオフセット電圧Voffが生成される。すなわち、参照電圧生成回路12では、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とオン期間におけるオフセット電圧Voffの変化量とが等しくなるように、それらスロープ電圧Vs及びオフセット電圧Voffが生成される。これにより、図8(b)に示すように、入力電圧Viが変動しても、その変動に伴うフィードバック電圧VFBの変動を抑制することができる。なお、ここでは詳細な説明を省略するが、入力電圧Viが増加した場合も同様に、その変動に伴うフィードバック電圧VFBの変動を抑制することができる(例えば図8(a)の実線→破線参照)。
さらに、上記参照電圧VR1とフィードバック電圧VFBとの関係をより具体的に説明する。上述したように、フィードバック電圧VFBの波形と参照電圧VR1の波形との交点において、トランジスタT1がオンされる。このため、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなることから、
Figure 2011182533
と表わすことができる。この式に、上記式6及び式8を代入すると、
Figure 2011182533
となる。さらに、この式に、上記式1及び式2を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12では、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とオン期間におけるオフセット電圧Voffの変化量とが等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。すなわち、入力電圧Viと出力電圧Voの項がキャンセルされ、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、常に基準電圧VR0(一定電圧)と等しくなる。このため、フィードバック電圧VFBは、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存しない一定値となる。したがって、本実施形態のDC−DCコンバータ1は、図8(b)に示すように、入力電圧Viが変動しても、安定した出力電圧Voを出力することができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)参照電圧生成回路12は、入力電圧Viと出力電圧Voに依存した電圧値のオフセット電圧Voffと、トランジスタT1のオフ期間に出力電圧Voに依存した傾斜にて変化するスロープ電圧Vsとを基準電圧VR0に付加して参照電圧VR1を生成する。制御回路3の比較器10は、出力電圧Voに応じたフィードバック電圧VFBと参照電圧VR1とを比較し、その比較結果に応じた信号Seを出力する。制御回路3は、この信号Seの出力タイミングで、コンバータ部2のトランジスタT1を所定時間オンするようにした。また、トランジスタT1のオフ期間は、入力電圧Viと出力電圧Voの差に応じて変動する。このため、参照電圧生成回路12が入力電圧Viと出力電圧Voに応じてオフセット電圧Voffの電圧値を変更するとともに、出力電圧Voに応じてスロープ電圧Vsの傾斜を変更することにより、その参照電圧VR1を横切る時のフィードバック電圧VFBの電圧値の変動を抑制することができる。このため、出力電圧Voの安定化を図ることができる。
(2)参照電圧生成回路12は、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化分に等しい電圧値となるようにオフセット電圧Voffを生成する。これにより、参照電圧VR1を横切る時のフィードバック電圧VFBを基準電圧VR0と等しくすることができる。したがって、フィードバック電圧VFBを入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存しない一定値とすることができ、入力電圧Viの変動に伴う出力電圧Voの変動を好適に抑制することができる。さらに、フィードバック電圧VFBが出力電圧Voの目標電圧に応じて設定される基準電圧と等しくなるため、出力電圧Voの目標電圧の設定を容易に行うことができる。
(3)参照電圧生成回路12では、回路規模の大幅な増大を招く複雑な回路(例えば、除算回路等)を設ける必要がないため、簡便な回路構成によって参照電圧VR1を生成することができるとともに、回路規模の増大を抑制することができる。また、除算回路では、除算するために、非線形に変化するMOSトランジスタのオン抵抗を利用するため精度が悪い。これに対し、本実施形態の参照電圧生成回路12では、そのような除算回路を必要としないため、所望の参照電圧VR1(オフセット電圧Voff、スロープ電圧)を精度良く生成することができる。
(4)制御回路3は、フィードバック電圧VFBを安定化する、すなわち出力電圧Voを安定化することができる。したがって、出力電圧Voのリップル成分を必要としないため、等価直列抵抗(ESR)の抵抗値が小さいコンデンサ(例えば積層セラミックコンデンサ)を平滑用コンデンサC1として用いることができる。この結果、DC−DCコンバータの小型化及び低コスト化を図ることができる。
なお、上記第1実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第1実施形態における参照電圧生成回路12を、図9に示される参照電圧生成回路12aに変更してもよい。
図9に示すように、参照電圧生成回路12aは、電流源51,52と、スイッチSW4,SW5と、コンデンサC31と、インバータ回路53と、加算回路54と、基準電源E1とを含む。なお、スイッチSW4,SW5は、NチャネルMOSトランジスタである。
電流源51は、電流源31と同様に、電流I2(=Vo×B)を流す。この電流源51は、その第1端子にバイアス電圧VBが供給されるとともに、第2端子がスイッチSW4のドレインに接続されている。このスイッチSW4のソースは、スイッチSW5のドレインに接続されている。また、スイッチSW4のゲートには、RS−FF回路11(図1参照)から出力される信号S1をインバータ回路53によって論理反転させた信号S1xが供給される。
上記スイッチSW5は、そのソースが電流源52の第1端子に接続されるとともに、ゲートにRS−FF回路11から出力される信号S1が供給される。上記電流源52の第2端子はグランドに接続されている。なお、この電流源52は、電流源21と同様に、電流I1(=(Vi−Vo)×A)を流す。
また、スイッチSW4,SW5の間のノードN31は、コンデンサC31の第1端子と加算回路54に接続されている。コンデンサC31の第2端子はグランドに接続されている。
また、上記加算回路54には、基準電源E1が接続されている。この加算回路54は、基準電源E1によって生成される基準電圧VR0に対しノードN31の電圧Vn31を付加して参照電圧VR1を生成する。そして、加算回路54は、その参照電圧VR1を図1に示す比較器10に出力する。
このように構成された参照電圧生成回路12aでは、メイン側のトランジスタT1のオフ期間に、Lレベルの信号S1(Hレベルの信号S1x)に応答して、スイッチSW4がオンされるとともにスイッチSW5がオフされる。これにより、コンデンサC31は、電流I2(=Vo×B)により充電される。この結果、ノードN31の電圧Vn31は、出力電圧Voに応じた傾斜にて上昇する。このときのノードN31の電圧Vn31がスロープ電圧Vsに相当する。
一方、トランジスタT1のオン期間では、Hレベルの信号S1(Lレベルの信号S1x)に応答して、スイッチSW4がオフされるとともにスイッチSW5がオンされる。これにより、電流I1(=(Vi−Vo)×A)に応じてコンデンサC31に蓄えられた電荷が放電される。この結果、ノードN31の電圧Vn31は、入力電圧Vi及び出力電圧Voに応じた傾斜にて低下する。このときのノードN31の電圧Vn31がオフセット電圧Voffに相当する。
そして、加算回路54において、これらスロープ電圧Vs及びオフセット電圧Voffに相当する電圧Vn31を基準電圧VR0に付加して参照電圧VR1が生成される。このため、参照電圧VR1の波形は、図7に示した波形と同様に、三角波形状になる。この参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
と表わすことができる。
ここで、上述したように、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなるため、
Figure 2011182533
となる。この式に、上記式1及び式2を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12aでは、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とオン期間におけるオフセット電圧Voffの変化量とが等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。したがって、図9に示されるように参照電圧生成回路12aを変更した場合であっても、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記参照電圧生成回路12aにおいて、電流源51と、スイッチSW4と、コンデンサC31とがスロープ電圧生成回路として機能するとともに、電流源52と、スイッチSW5と、コンデンサC31とがオフセット電圧生成回路として機能する。このように、コンデンサC31がスロープ電圧生成回路とオフセット電圧生成回路とで共用されるため、上記第1実施形態に比べて回路規模を小さくすることができる。また、基準電源E1と、加算回路54とが付加回路として機能する。
・上記第1実施形態における参照電圧生成回路12を、図10に示される参照電圧生成回路12bに変更してもよい。具体的には、オフセット電圧生成回路20の内部構成を変更するとともに、スロープ電圧生成回路30内の電流源31が流す電流値を変更するようにしてもよい。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図11は、参照電圧生成回路12bの動作を示す波形図であるが、同図において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。
図10に示すように、参照電圧生成回路12bは、オフセット電圧生成回路20bと、スロープ電圧生成回路30bと、付加回路40bとを含む。
オフセット電圧生成回路20b内のオペアンプ27は、その非反転入力端子に入力電圧Viが供給されるとともに、反転入力端子に出力電圧Voが供給される。また、オペアンプ27の出力端子は加減算回路41に接続されている。このオペアンプ27は、図示しない付加素子により所定の電圧ゲインに設定された差動増幅器である。すなわち、オペアンプ27は、入力電圧Viから出力電圧Voを減算し、その結果を電圧ゲインにより増幅したオフセット電圧Voffを出力する。オペアンプ27の電圧ゲインをDとすると、オフセット電圧Voffは、
Figure 2011182533
となる。このオフセット電圧Voffは、上記式9及び図11に示されるように、入力電圧Viが高くなると増加し、入力電圧Viが低くなると減少する。また、オフセット電圧Voffは、上記式9に示されるように、出力電圧Voが高くなると減少し、出力電圧Voが低くなると増加する。すなわち、オフセット電圧Voffは、入力電圧Viに対して比例的に変化するとともに、出力電圧Voに対して反比例的に変化する。なお、このオフセット電圧Voffは、上記第1実施形態のオフセット電圧とは異なり、時間と共に変化する電圧ではない。そして、このオフセット電圧Voffが加減算回路41に供給される。
また、スロープ電圧生成回路30b内の電流源33は、入力電圧Viに依存した電流I3(=Vi×F)を流す。なお、スロープ電圧生成回路30bは、この電流源33が流す電流I3の電流値が異なるだけで、その他の構成は上記第1実施形態のスロープ電圧生成回路30と同様である。このため、メイン側のトランジスタT1のオフ期間にスイッチSW3がオフされる。すると、コンデンサC22が入力電圧Viに比例した電流I3により充電されるため、図11に示すように、ノードN22の電圧(スロープ電圧Vs)が入力電圧Viに依存した傾斜にて上昇する。したがって、このときのスロープ電圧Vsは、
Figure 2011182533
となる。このスロープ電圧Vsの傾きは、上記式10及び図11に示されるように、入力電圧Viが高くなると傾斜が急になるのに対し、入力電圧Viが低くなると傾斜が緩やかになる。すなわち、スロープ電圧Vsは、入力電圧Viに対して比例的に変化する。
一方、スイッチSW3は、トランジスタT1のオン期間にオンされる。すると、図11に示すように、ノードN22の電圧(スロープ電圧Vs)がグランドレベルにリセットされる。このように、スロープ電圧生成回路30bは、オフ期間において入力電圧Viに依存した傾斜にて上昇し、オン期間においてグランドレベルにリセットするスロープ電圧Vsを生成する。
そして、付加回路40bにおいて、これらオフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsが基準電圧VR0に付加されて参照電圧VR1が生成される。具体的には、参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
と表わすことができる。この参照電圧VR1の波形は、図11に示すように、のこぎり波形状になる。
ここで、上述のように、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなるため、
Figure 2011182533
となる。この式に、上記式3及び4を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12bでは、オフセット電圧Voffの電圧値とトランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とが等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。したがって、図10に示されるように参照電圧生成回路12bを変更した場合であっても、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
・上記第1実施形態における参照電圧生成回路12を、図12に示される参照電圧生成回路12cに変更してもよい。具体的には、スロープ電圧Vsの傾斜を固定とし、オフセット電圧のみを入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存させるようにしてもよい。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図12に示すように、参照電圧生成回路12cは、オフセット電圧生成回路20cと、スロープ電圧生成回路30cと、付加回路40cとを含む。
オフセット電圧生成回路20c内の電圧源E2は、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存した下記式で表わされるオフセット電圧Voffを加減算回路41に供給する。
Figure 2011182533
このような電圧源E2の一例を図13に従って説明する。
電圧源E2は、電流源61と、オペアンプ62,63,64と、トランジスタT61〜T65と、抵抗R61とを含む。
電流源61は、電流I5をトランジスタT61に供給する。この電流源61は、その第1端子にバイアス電圧VBが供給されるとともに、第2端子がNチャネルMOSトランジスタT61のドレインに接続されている。トランジスタT61は、そのソースがグランドに接続されるとともに、ゲートがオペアンプ62の出力端子に接続されている。また、トランジスタT61と電流源61との間の接続点は、オペアンプ62の非反転入力端子に接続されている。このオペアンプ62の反転入力端子には、入力電圧Viが供給される。
オペアンプ62は、非反転入力端子の電圧を、反転入力端子に供給される入力電圧Viと等しくするように、トランジスタT61を制御する。その結果、トランジスタT61は、深い三極管領域で動作し、抵抗として機能する。そして、このトランジスタT61には、上記電流源61から供給される電流I5が流れる。したがって、このトランジスタT61のオン抵抗Ro1は、電流I5と、ソース−ドレイン間の電位差、すなわち入力電圧Viとに応じて、
Figure 2011182533
となる。
上記オペアンプ62の出力端子はトランジスタT62に接続されている。トランジスタT62は、トランジスタT61と同型のNチャネルMOSトランジスタであるとともに、トランジスタT61と同じ電気的特性を持つ。このトランジスタT62のゲートはオペアンプの出力端子に接続されている。また、トランジスタT62は、そのソースがグランドに接続されるとともに、ドレインがトランジスタT63に接続されている。
トランジスタT63はnpnトランジスタである。このトランジスタT63のエミッタは、トランジスタT62のドレインとオペアンプ63の非反転入力端子に接続されている。また、トランジスタT63は、そのベースがオペアンプ63の出力端子に接続されるとともに、コレクタがPチャネルMOSトランジスタT64のドレインに接続されている。
オペアンプ63の反転入力端子は、オペアンプ64の出力端子が接続されている。このオペアンプ64は、非反転入力端子に入力電圧Viが供給されるとともに、反転入力端子に出力電圧Voが供給される。このオペアンプ64は、図示しない付加素子により所定の電圧ゲインに設定された差動増幅器である。すなわち、オペアンプ64は、入力電圧Viから出力電圧Voを減算し、その結果を電圧ゲインにより増幅した電圧V2を出力する。オペアンプ64の電圧ゲインをG1とすると、電圧V2は、
Figure 2011182533
となる。この電圧V2がオペアンプ63の反転入力端子に供給される。
オペアンプ63は、トランジスタT63のエミッタ電圧、すなわちトランジスタT62のドレイン電圧を、電圧V2と等しくするようにトランジスタT63を制御する。上述したように、トランジスタT62は、トランジスタT61と同じ電気的特性を有し、トランジスタT61のゲート電圧と等しい電圧がゲートに供給されている。したがって、トランジスタT62は、トランジスタT61と同様に、深い三極管領域で動作するため、抵抗として機能する。このため、トランジスタT62のオン抵抗Ro2は、トランジスタT61のオン抵抗Ro1と等しくなる。したがって、トランジスタT62には、ソース−ドレイン間の電位差(=V2)とオン抵抗Ro2に応じた電流I6が流れる。この電流I6は、上記数式から、
Figure 2011182533
となる。
また、上記トランジスタT64は、そのソースにバイアス電圧VBが供給されるとともに、ゲートが同トランジスタT64のドレインとPチャネルMOSトランジスタT65のゲートに接続されている。トランジスタT65は、そのソースにバイアス電圧VBが供給されるとともに、ドレインが抵抗R61の第1端子に接続されている。したがって、トランジスタT64とトランジスタT65はカレントミラー回路に含まれる。このカレントミラー回路は、両トランジスタT64,T65の電気的特性に応じて、トランジスタT64に流れる電流I6に比例した電流I7をトランジスタT65に流す。本実施形態では、トランジスタT64とトランジスタT65の電気的特性の比が1:m3に設定されている。このため、トランジスタT65に流れる電流I7は、
Figure 2011182533
となる。
上記抵抗R61の第2端子はグランドに接続されている。この抵抗R61とトランジスタT65の間の接続点は、図12に示す加減算回路41に接続されている。そして、加減算回路41に供給される上記接続点の電圧、すなわちオフセット電圧Voffは、
Figure 2011182533
となる。
また、図12に示すように、スロープ電圧生成回路30c内の電流源34は、入力電圧Vi及び出力電圧Voに依存しない一定電流Icを流す。なお、スロープ電圧生成回路30cは、この電流源34が流す電流Icの電流値が異なるだけで、その他の構成は上記第1実施形態のスロープ電圧生成回路30と同様である。このため、メイン側のトランジスタT1のオフ期間にスイッチSW3がオフされる。すると、コンデンサC22が電流源34から供給される一定電流Icにより充電される。このため、ノードN22の電圧、すなわちスロープ電圧Vsは、
Figure 2011182533
となる。
一方、スイッチSW3は、トランジスタT1のオン期間にオンされる。このため、ノードN22の電圧(スロープ電圧Vs)がグランドレベルにリセットされる。このように、スロープ電圧生成回路30cは、オフ期間において固定の傾斜にて上昇し、オン期間においてグランドレベルにリセットするスロープ電圧Vsを生成する。
そして、付加回路40cにおいて、これらオフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsが基準電圧VR0に付加されて参照電圧VR1が生成される。具体的には、参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
と表わすことができる。なお、この参照電圧VR1の波形は、図11の波形と同様に、のこぎり波形状になる。
ここで、上述のように、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなるため、
Figure 2011182533
となる。この式に、上記式3及び式4を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12cでは、オフセット電圧Voffの電圧値がトランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量と等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。したがって、図12に示されるように参照電圧生成回路12cを変更した場合であっても、上記第1実施形態の(1)、(2)及び(4)と同様の作用効果を得ることができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、図14〜図17に従って説明する。この実施形態のDC−DCコンバータ1aは、参照電圧生成回路12dの内部構成が上記第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図17は、参照電圧生成回路12dの動作を示す波形図であるが、同図において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。
図14に示すように、制御回路3a内の参照電圧生成回路12dには、入力電圧Vi、出力電圧Vo及びRS−FF回路11からの信号S1と併せて、同期側のトランジスタT2に流れるボトム電流ILbが供給される。なお、このボトム電流ILbは、メイン側のトランジスタT1のオフ期間におけるコイル電流ILに相当する。
次に、参照電圧生成回路12dの内部構成例を図15に従って説明する。
図15に示すように、参照電圧生成回路12dは、オフセット電圧生成回路20dと、スロープ電圧生成回路30dと、付加回路40dとを含む。なお、オフセット電圧生成回路20d及び付加回路40dは、上記第1実施形態のオフセット電圧生成回路20及び付加回路40の構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
スロープ電圧生成回路30dは、ボトム電流ILbが供給される電流/電圧変換器(I/V変換器)35と、電流傾斜検出回路36とを含む。I/V変換器35は、上記ボトム電流ILbを電流電圧変換したボトム電圧VLbを電流傾斜検出回路36に出力する。
電流傾斜検出回路36は、ボトム電圧VLb(ボトム電流ILb)に基づいて、コイルL1に流れるコイル電流ILの負の傾斜(図17の枠参照)を検出するとともに、その検出した傾斜に応じたスロープ電圧Vsを生成する。
ところで、コイルL1に流れるコイル電流ILは、図17に示すように、メイン側のトランジスタT1がオンされると、入力電圧Viと出力電圧Voとの差電圧(Vi−Vo)に依存した傾斜にて電流値ILminから電流値ILmaxまで徐々に増加する。一方、コイル電流ILは、トランジスタT1がオフすると、出力電圧Voに依存した傾斜にて電流値ILmaxから電流値ILminまで徐々に減少する。すなわち、コイル電流ILは、その波形において、オン期間は正の傾斜にて変化し、オフ期間は負の傾斜にて変化する。このようなコイル電流ILの変化分は、コイル電流ILにおけるリップル成分であり、このリップル成分はメイン側のトランジスタT1のオンオフに対応して変化する。ここで、上記コイル電流ILの電流値ILmax、電流値ILminはそれぞれ、
Figure 2011182533
となる。
また、上記ボトム電流ILbは、トランジスタT1のオン期間では、同期側のトランジスタT2がオフするため、図17に示すように、0(ゼロ)になる。一方、ボトム電流ILbは、トランジスタT1のオフ期間では、電流値ILmaxまで上昇した後、出力電圧Voに依存した傾斜にて減少する。具体的には、オフ期間におけるボトム電流ILbは、
Figure 2011182533
と表わすことができる。さらに、そのボトム電流ILbを電流電圧変換したボトム電圧VLbは、電流電圧変換係数をβとすると、
Figure 2011182533
となる。このように、ボトム電流ILb(ボトム電圧VLb)の変化分は、コイル電流ILの負の傾斜に対応する。
したがって、上記電流傾斜検出回路36は、ボトム電圧VLbに基づいて、トランジスタT1のオフ期間におけるコイル電流ILの負の傾斜(ボトム電流ILbの傾斜)を検出し、その傾斜成分に応じたスロープ電圧Vsを生成する。具体的には、電流傾斜検出回路36は、トランジスタT1のオフ期間において、ボトム電流ILbの傾斜成分に応じて徐々に増加するスロープ電圧Vsを生成する。
次に、電流傾斜検出回路36の内部構成例を図16に従って説明する。
図16に示すように、電流傾斜検出回路36は、オペアンプ71と、遅延回路72と、スイッチSW6と、コンデンサC71とを含む。
オペアンプ71の反転入力端子には、I/V変換器35からボトム電圧VLbが供給される。また、I/V変換器35から出力されるボトム電圧VLbは、スイッチSW6の第1端子に供給される。このスイッチSW6の第2端子は、オペアンプ71の非反転入力端子とコンデンサC71の第1端子に接続されている。また、コンデンサC71の第2端子はグランドに接続されている。
上記スイッチSW6の制御端子は遅延回路72に接続されている。この遅延回路72には、メイン側のトランジスタT1をオンオフ制御するための制御信号DHが供給される。遅延回路72は、Hレベルの制御信号DHに応答して直ちにHレベルの信号CSを出力する一方で、Lレベルの制御信号DHに応答してそのLレベルの信号DHから所定時間遅延してLレベルの信号CSを出力する。上記スイッチSW6は、Hレベルの信号CSに応答してオンする一方、Lレベルの信号CSに応答してオフする。
スイッチSW6がオンすると、オペアンプ71の両入力端子にはボトム電圧VLbが供給される。また、このボトム電圧VLbは、コンデンサC71の第1端子に供給される。このため、コンデンサC71の第1端子の電圧は、オペアンプ71の入力端子電圧と等しくなる。
一方、スイッチSW6がオフすると、オペアンプ71の非反転入力端子とコンデンサC71の第1端子にはボトム電圧VLbが供給されなくなる。すると、オペアンプ71の非反転入力端子の電圧は、コンデンサC71の第1端子の電圧、すなわち、スイッチSW6をオフする直前の電圧をコンデンサC71により保持した電圧となる。このとき、コンデンサC71により保持された電圧は、ボトム電流ILbの電流値ILmaxに相当する電圧VLmaxとなる。ここでは、このコンデンサC71に保持した電圧を保持電圧VLsとする。
なお、上記遅延回路72における遅延時間は、オペアンプ71の非反転入力端子に入力される電圧が安定化するまでの待ち時間に相当する。すなわち、オペアンプ71の非反転入力端子に入力されるボトム電圧VLbは、トランジスタT1がオンからオフに切り替わる時(トランジスタT2がオフからオンに切り替わる時)に、グランドレベルから上記電圧VLmaxまで立ち上がる。但し、スイッチSW6とコンデンサC71とによる時定数等によって、オペアンプ71の非反転入力端子の電圧は、上記トランジスタT1,T2の切り替わり後に直ちに電圧VLmaxまで立ち上がらない場合がある。そこで、スイッチSW6をオフするタイミングを上記トランジスタT1,T2の切り替えよりも所定時間遅らせることで、オペアンプ71の非反転入力端子に入力される電圧が電圧VLmaxになってから(安定してから)スイッチSW6をオフするようにしている。これにより、コンデンサC71により電圧VLmaxを確実に保持することができる。なお、この遅延回路72における遅延時間は、オフ時間Toffに比べて十分に短い時間であるため、図17ではこれを省略している。
上記オペアンプ71は、両入力端子における電位差を増幅した電圧をスロープ電圧Vsとして出力する。このスロープ電圧Vsは、ボトム電圧VLbと保持電圧VLs(電圧VLmax)の電位差に対応する、つまり、ボトム電流ILbの変化量(傾斜成分)に対応する。すなわち、スロープ電圧Vsは、図17に示すように、オン期間は0V(破線で示すレベル)となり、スイッチSW6がオフされると、ボトム電圧VLb(ボトム電流ILb)の傾斜成分に応じて徐々に増加する。したがって、オフ期間におけるスロープ電圧Vsは、上記式11及び式12から
Figure 2011182533
と表わすことができる。そして、このスロープ電圧Vsが図15に示す加減算回路41に供給される。
また、上記オフセット電圧生成回路20dは、上記第1実施形態のオフセット電圧生成回路20と同様のオフセット電圧Voffを生成する(図17参照)。
そして、付加回路40dにおいて、これらオフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsが基準電圧VR0に付加されて参照電圧VR1が生成される。具体的には、参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
と表わすことができる。なお、この参照電圧VR1の波形は、図17に示すように、三角波形状になる。
ここで、上述のように、メイン側のトランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなるため、
Figure 2011182533
となる。この式に、上記式1及び式2を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12dでは、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とオン期間におけるオフセット電圧Voffの変化量とが等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。したがって、以上説明した本実施形態によれば、上記第1実施形態の(1)〜(4)と同様の効果を奏することができる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、図18〜図20に従って説明する。この実施形態のDC−DCコンバータ1bは、参照電圧生成回路12eの内部構成が上記第2実施形態と異なっている。以下、第2実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図20は、参照電圧生成回路12eの動作を示す波形図であるが、同図において、縦軸及び横軸は、説明を簡潔にするため、適宜拡大、縮小して示している。
図18に示すように、制御回路3b内の参照電圧生成回路12eには、入力電圧Vi、出力電圧Vo及びRS−FF回路11からの信号S1と併せて、同期側のトランジスタT2に流れるボトム電流ILbとメイン側のトランジスタT1に流れるピーク電流ILpとが供給される。なお、ピーク電流ILpは、メイン側のトランジスタT1のオン期間におけるコイル電流ILに相当する。
次に、参照電圧生成回路12eの内部構成例を図19に従って説明する。
図19に示すように、参照電圧生成回路12eは、オフセット電圧生成回路20eと、スロープ電圧生成回路30eと、付加回路40eとを含む。なお、スロープ電圧生成回路30eは、上記第2実施形態のスロープ電圧生成回路30dの構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
オフセット電圧生成回路20eは、上記ピーク電流ILpが供給される電流/電圧変換器(I/V変換器)81と、電流傾斜検出回路82と、サンプルホールド回路(S/H回路)83とを含む。I/V変換器81は、上記ピーク電流ILpを電流電圧変換したピーク電圧VLpを電流傾斜検出回路82に出力する。
ここで、ピーク電流ILpは、図20に示すように、トランジスタT1のオフ期間では、メイン側のトランジスタT1がオフするため、0(ゼロ)になる。一方、トランジスタT1のオン期間では、電流値ILminまで上昇した後、入力電圧Viと出力電圧Voの差電圧(Vi−Vo)に依存した傾斜にて電流値ILmaxまで増加する。具体的には、オン期間におけるピーク電流ILpは、
Figure 2011182533
と表わすことができる。さらに、そのピーク電流ILpを電流電圧変換したピーク電圧VLpは、電流電圧変換係数をγとすると、
Figure 2011182533
となる。このように、オン期間におけるピーク電流ILp(ピーク電圧VLp)の変化分は、コイル電流ILの正の傾斜(図20の枠参照)に対応する。
そして、電流傾斜検出回路82は、ピーク電圧VLpに基づいて、トランジスタT1のオン期間におけるコイル電流ILの正の傾斜(ピーク電流ILpの傾斜)を検出するとともに、その検出成分に応じた電圧V3を生成する。具体的には、電流傾斜検出回路82は、ピーク電流ILpの電流値ILminに相当する電圧を保持した保持電圧VLs(図20参照)とピーク電圧VLpとの電位差に対応する、つまり、ピーク電流ILpの変化量(傾斜成分)に対応する電圧V3を生成する。すなわち、この電圧V3は、オフ期間では0Vとなり、オン期間ではピーク電圧VLpの傾斜成分に応じて徐々に減少する。したがって、オン期間における電圧V3は、上記式13及び式14から、
Figure 2011182533
と表わすことができる。そして、電流傾斜検出回路82は、この電圧V3をS/H回路83に出力する。なお、この電流傾斜検出回路82は、図16に示す電流傾斜検出回路36の構成と略同様であるため、ここではその内部構成についての詳細な説明を省略する。
S/H回路83は、RS−FF回路11から出力される信号S1に応答して、上記電圧V3をサンプルホールドしてオフセット電圧Voffを生成する。本実施形態では、S/H回路83は、Lレベルの信号S1が入力されている期間に、その信号S1が立ち下がる直前に入力される電圧V3を保持し、その保持した電圧をオフセット電圧Voffとして加算回路43に出力する。また、S/H回路83は、Hレベルの信号S1が入力されている期間に、電流傾斜検出回路82から入力される電圧V3をそのままオフセット電圧Voffとして加算回路43に出力する。したがって、オフセット電圧Voffは、図20に示すように、トランジスタT1のオン期間において、
Figure 2011182533
となり、トランジスタT1のオフ期間において、上記式15の電圧値を保持した電圧となる。
また、スロープ電圧生成回路30eは、上記第2実施形態のスロープ電圧生成回路30dと同様のスロープ電圧Vsを生成する(図20参照)。
そして、付加回路40e内の加算回路43において、これらオフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsが基準電圧VR0に加算されて参照電圧VR1が生成される。具体的には、参照電圧VR1は、
Figure 2011182533
と表わすことができる。
ここで、上述のように、トランジスタT1をオンするときのフィードバック電圧VFBは、参照電圧VR1と等しくなるため、
Figure 2011182533
となる。この式に、上記式1及び式2を代入すると、
Figure 2011182533
となる。このとき、参照電圧生成回路12eでは、トランジスタT1のオフ期間におけるスロープ電圧Vsの変化量とオン期間におけるオフセット電圧Voffの変化量とが等しくなるように、
Figure 2011182533
に設定される。このため、フィードバック電圧VFBは、
Figure 2011182533
となる。したがって、以上説明した本実施形態によれば、上記第1実施形態の(1)〜(4)と同様の効果を奏することができる。
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態におけるスロープ電圧Vsを入力電圧Viと出力電圧Voとに依存させた電圧としてもよい。例えば、第1実施形態におけるスロープ電圧Vsが、
Figure 2011182533
となるように、電流源31が流す電流I2を、
Figure 2011182533
となるように変更してもよい。なお、この場合には、オフセット電圧Voffが、
Figure 2011182533
となるように、電流源21が流す電流I1を、
Figure 2011182533
となるように変更するのが好ましい。このように変更しても上記第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
・上記各実施形態では、オフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsを基準電圧VR0に付加して参照電圧VR1を生成し、その参照電圧VR1と出力電圧Voに応じたフィードバック電圧VFBを比較するようにした。すなわち、上記各実施形態では、出力電圧Voと基準電圧VR0において、基準電圧VR0側にオフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsを付加した。これに対し、オフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsを出力電圧Vo側に付加するようにしてもよい。このように構成したDC−DCコンバータは、上記各実施形態と同様に、出力電圧Voを安定化することができるという効果を奏する。なお、この場合、オフセット電圧Voff及びスロープ電圧Vsを出力電圧Voに応じた電圧(例えば出力電圧Voの分圧電圧)に付加してフィードバック電圧VFBを生成する回路が電圧生成回路に相当する。
・上記各実施形態において、タイマ回路13を、信号S1の立ち上がりタイミングから、入力電圧Viと出力電圧Voに依存した時間経過後にHレベルとなるパルス信号S2を出力するように構成した。このタイマ回路13の構成を適宜変更してもよい。例えば、タイマ回路13を固定された時間経過後にHレベルの信号S2を出力するように構成してもよい。また、タイマ回路13を、入力電圧Viのみ(もしくは出力電圧Voのみ)に依存したタイミングでHレベルの信号S2を出力するように構成してもよい。
・上記第2及び第3実施形態の電流傾斜検出回路36では、図16に示す遅延回路72に制御信号DHを供給するようにしたが、トランジスタT1のオン期間又はオフ期間に対応する信号であればよく、例えば図14に示す信号S1を遅延回路72に供給するようにしてもよい。また、この遅延回路72を省略するようにしてもよい。この場合、制御信号DH等をスイッチSW6の制御端子に直接供給する。
・上記各実施形態における基準電圧VR0を制御回路3,3a,3bの外部で生成するようにしてもよい。
・上記各実施形態において、バイポーラトランジスタをMOS型トランジスタに置き換えてもよい。また、カレントミラー回路に含まれるMOSトランジスタをバイポーラトランジスタに置き換えてもよい。
・上記各実施形態では、コンバータ部2に含まれるスイッチ回路の一例としてNチャネルMOSトランジスタを開示したが、例えばPチャネルMOSトランジスタを用いてもよい。また、スイッチ回路としてバイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいは、複数のトランジスタを含むスイッチ回路を用いてもよい。
・上記各実施形態では、同期側のトランジスタT2を制御信号DLによりオンオフする構成を開示したが、例えばトランジスタT2に代えてダイオードを接続するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、出力電圧Voを抵抗R1,R2にて分圧した分圧電圧をフィードバック電圧VFBとしたが、これに限らず、例えば出力電圧Voそのものをフィードバック電圧VFBとしてもよい。
・上記各実施形態におけるトランジスタT1,T2を各制御回路3,3a,3bに含めるようにしてもよい。また、コンバータ部2を各制御回路3,3a,3bに含めるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、フィードバック電圧VFBと参照電圧VR1とを比較し、その比較結果に応じてメイン側のトランジスタT1のオンタイミングを設定するボトム検出型コンパレータ方式のDC−DCコンバータに具体化した。これに限らず、フィードバック電圧VFBと参照電圧VR1とを比較し、その比較結果に応じてメイン側のトランジスタT1のオフタイミングを設定するトップ検出型コンパレータ方式のDC−DCコンバータに具体化してもよい。
以上の様々な実施の形態をまとめると、以下のようになる。
(付記1)
入力電圧が供給されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路と出力電圧を出力する出力端との間に接続されたコイルとを含むコンバータ部と、
前記出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オン又はオフする制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成する電圧生成回路を含むことを特徴とする電源装置。
(付記2)
前記制御回路は、前記フィードバック電圧と前記参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オンし、
前記電圧生成回路は、前記スイッチ回路のオフ期間における前記スロープ電圧の変化分に等しい電圧値となるように前記オフセット電圧を生成することを特徴とする付記1に記載の電源装置。
(付記3)
前記制御回路は、前記フィードバック電圧と前記参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オフし、
前記電圧生成回路は、前記スイッチ回路のオン期間における前記スロープ電圧の変化分に等しい電圧値となるように前記オフセット電圧を生成することを特徴とする付記1に記載の電源装置。
(付記4)
前記電圧生成回路は、前記参照電圧を横切るときの前記フィードバック電圧が前記基準電圧と等しくなるように、前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を生成することを特徴とする付記1に記載の電源装置。
(付記5)
前記電圧生成回路は、
前記スイッチ回路のオン期間において前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた傾斜にて変化させた電圧を前記オフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、
前記スイッチ回路のオフ期間に、前記出力電圧及び前記入力電圧の少なくとも一方に応じた傾斜にて変化するスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記6)
前記電圧生成回路は、
前記スイッチ回路のオフ期間に、前記出力電圧及び前記入力電圧の少なくとも一方に応じた電流によりコンデンサを充電する一方、前記スイッチ回路のオン期間に、前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた電流により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電することで、前記スイッチ回路のオフ期間における前記コンデンサの端子電圧を前記スロープ電圧として生成し、前記スイッチ回路のオン期間における前記コンデンサの端子電圧を前記オフセット電圧として生成することを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記7)
前記電圧生成回路は、
前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた電圧値の前記オフセット電圧を生成するオフセット電圧生成回路と、
前記スイッチ回路のオフ期間に、前記出力電圧及び前記入力電圧の少なくとも一方に応じた傾斜にて変化するスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記8)
前記電圧生成回路は、
前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた電圧値の前記オフセット電圧を生成するオフセット電圧生成回路と、
固定の傾斜にて変化する前記スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記9)
前記電圧生成回路は、
前記スイッチ回路のオン期間において前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた傾斜にて変化させた電圧を前記オフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、
前記スイッチ回路のオフ期間における前記コイルに流れるコイル電流の傾斜に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記10)
前記電圧生成回路は、
前記スイッチ回路のオン期間における前記コイルに流れるコイル電流の傾斜に応じたオフセット電圧を生成するオフセット電圧生成回路と、
前記スイッチ回路のオフ期間における前記コイル電流の傾斜に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする付記2に記載の電源装置。
(付記11)
入力電圧の供給されるスイッチ回路を、出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで所定時間オン又はオフする制御回路であって、
前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成する電圧生成回路を含むことを特徴とする制御回路。
(付記12)
入力電圧の供給されるスイッチ回路を、出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで所定時間オン又はオフする電源装置の制御方法であって、
前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成することを特徴とする電源装置の制御方法。
1,1b,1c DC−DCコンバータ(電源装置)
2 コンバータ部
3,3a,3b 制御回路
10 比較器
12,12a〜12e 参照電圧生成回路(電圧生成回路)
20,20b〜20e オフセット電圧生成回路
30,30b〜30e スロープ電圧生成回路
T1 メイン側のトランジスタ(スイッチ回路)
L1 コイル
Po 出力端子(出力端)
Vi 入力電圧
Vo 出力電圧
VFB フィードバック電圧
VR1 参照電圧
VR0 基準電圧
Voff オフセット電圧
Vs スロープ電圧
IL コイル電流
ILb ボトム電流
ILp ピーク電流

Claims (7)

  1. 入力電圧が供給されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路と出力電圧を出力する出力端との間に接続されたコイルとを含むコンバータ部と、
    前記出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オン又はオフする制御回路と、を有し、
    前記制御回路は、
    前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成する電圧生成回路を含むことを特徴とする電源装置。
  2. 前記制御回路は、前記フィードバック電圧と前記参照電圧との比較結果に応じたタイミングで前記スイッチ回路を所定時間オンし、
    前記電圧生成回路は、前記スイッチ回路のオフ期間における前記スロープ電圧の変化分に等しい電圧値となるように前記オフセット電圧を生成することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記電圧生成回路は、
    前記スイッチ回路のオン期間において前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた傾斜にて変化させた電圧を前記オフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、
    前記スイッチ回路のオフ期間に、前記出力電圧及び前記入力電圧の少なくとも一方に応じた傾斜にて変化するスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記電圧生成回路は、
    前記スイッチ回路のオフ期間に、前記出力電圧及び前記入力電圧の少なくとも一方に応じた電流によりコンデンサを充電する一方、前記スイッチ回路のオン期間に、前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた電流により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電することで、前記スイッチ回路のオフ期間における前記コンデンサの端子電圧を前記スロープ電圧として生成し、前記スイッチ回路のオン期間における前記コンデンサの端子電圧を前記オフセット電圧として生成することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  5. 前記電圧生成回路は、
    前記スイッチ回路のオン期間において前記出力電圧と前記入力電圧とに応じた傾斜にて変化させた電圧を前記オフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、
    前記スイッチ回路のオフ期間における前記コイルに流れるコイル電流の傾斜に応じたスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路とを含むことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  6. 入力電圧の供給されるスイッチ回路を、出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで所定時間オン又はオフする制御回路であって、
    前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成する電圧生成回路を含むことを特徴とする制御回路。
  7. 入力電圧の供給されるスイッチ回路を、出力電圧に応じたフィードバック電圧と参照電圧との比較結果に応じたタイミングで所定時間オン又はオフする電源装置の制御方法であって、
    前記出力電圧と前記入力電圧とに応じたオフセット電圧及び所定の傾斜にて変化するスロープ電圧を、前記出力電圧に応じた電圧に付加して前記フィードバック電圧を生成する、又は前記オフセット電圧及び前記スロープ電圧を前記出力電圧に応じて設定される基準電圧に付加して前記参照電圧を生成することを特徴とする電源装置の制御方法。
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