JP2018129909A - Dc/dcコンバータおよびその制御回路、制御方法、車載電装機器 - Google Patents
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Abstract
Description
過電流検出コンパレータによる過電流検出と検出トランジスタによる過電流検出を併用することで、信頼性をさらに高めることができる。また過電流検出コンパレータによる過電流検出に関しても、電流センス信号は入力電圧との電位差となっているため、接地電圧を基準とした信号に変換する処理が不要であるため、検出遅延を小さくできる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
VCS=VIN−K×VDROP (0<K<1)
VCS=VIN−K×RON×IM1
K×RON×IM1>VGS(th)
のとき、スイッチングトランジスタM1はターンオンする。
IOCP1=VGS(th)/(K×RON)
で与えられる。
VOCP=VIN−VTH
VCS=VIN−K×RON×IM1
IOCP2=VTH/(K×RON)
となる。
IOCP1>IOCP2
を満たすように、言い換えればVGS(th)>VTHとなるように回路パラメータが選択される。パルスバイパルスの過電流保護では高精度な電圧比較が要求されるため、第2過電流検出回路250は、電圧コンパレータを用いて構成される。
DC/DCコンバータ100によれば、ドレイン電流IM1のピーク値IPEAK1を、パルスバイパルスの過電流保護のピーク値IPEAK2よりも低くすることができる。
なお図7(b)に示すように、この変形例では一見、応答速度が第2過電流検出回路250によって制約されており、第1過電流検出回路242の利点が損なわれているように見えるが、必ずしもそうではない。
第1過電流検出回路242を設けない場合、第2過電流検出回路250がOCP_DET信号をアサートするまでの複数サイクルにわたり、ドレイン電流IM1がピーク電流IPEAK2に達する状態が繰り返される。これに対して図7(b)では、ドレイン電流IM1が1回だけピーク電流IPEAK2に達した後に、スイッチングを停止でき、第1過電流検出回路242による高速応答性の利点を享受できている。
図10は、DC/DCコンバータ100を備える車載電装機器300のブロック図である。車載電装機器300は、DC/DCコンバータ100に加えて、バッテリ302、マイコン304、負荷306を備える。バッテリ302は、たとえば12V(あるいは24V)のバッテリ電圧VBATを生成する。DC/DCコンバータ100はバッテリ電圧VBATを入力電圧VINとして受け、負荷306に最適な電圧レベルを有する出力電圧VOUTを生成する。負荷306は特に限定されず、各種ECU(Electronic Control Unit)、オーディオ回路、カーナビゲーションシステムなどが例示される。マイコン304は、車載電装機器300を統合的に制御するホストプロセッサであり、制御回路200に対してEN信号を出力する。また、制御回路200のFLG端子を監視し、OCP_DET信号のアサートを検出すると、適切な保護処理を実行する。
実施の形態ではスイッチングトランジスタM1や同期整流トランジスタM2がMOSFETである場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。
第1過電流検出回路242は、MOSFETのゲートソース間しきい値電圧VGS(th)を利用するため、電圧コンパレータに比べて検出精度が劣るが、しきい値VGS(th)やスイッチングトランジスタM1のオン抵抗RONを注意深く設計すれば、高精度な電圧比較も可能である。
実施の形態では、第1過電流検出回路242によるSW端子ショートの保護を説明したが、第1過電流検出回路242の保護対象はそれに限定されず、当然に出力ショートの保護などにも有効である。
パルス変調器210の制御方式は、ピーク電流モードには限定されず、過電流保護回路240はその他の制御方式との組み合わせにおいても有用である。
Claims (16)
- 降圧型のDC/DCコンバータの制御回路であって、
入力電圧VINを受ける入力ラインと、
ソースが前記入力ラインと接続されるPチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である検出トランジスタと、
スイッチングトランジスタの電圧降下をVDROPとするとき、VIN−K×VDROP(0<K<1)である電流センス信号VCSを前記検出トランジスタのゲートに印加する電流センス回路と、
を備え、前記検出トランジスタのオン、オフにもとづいて、異常の有無を検出可能に構成されることを特徴とする制御回路。 - 前記電流センス回路は、前記スイッチングトランジスタの両端間に直列に設けられたスイッチ素子および第1インピーダンス素子を含み、
前記スイッチ素子は前記スイッチングトランジスタと同期してスイッチングするよう構成され、
前記スイッチ素子と前記第1インピーダンス素子の接続点の電圧が、前記電流センス信号VCSであ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インピーダンス素子は、前記スイッチングトランジスタのオン、オフにかかわらず固定的にオンするようバイアスされた第2トランジスタを含むことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。
- 前記入力電圧VINより低い内部電源電圧VREGBが発生する内部電源ラインと、
前記検出トランジスタのドレインと前記内部電源ラインの間に設けられる第2インピーダンス素子と、
を備え、
前記検出トランジスタのドレイン電圧がハイレベルとなると異常と判定されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の制御回路。 - 前記検出トランジスタがオンしたことを条件として、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の制御回路。
- 前記電流センス信号VCSを、前記入力電圧VINより所定電圧幅VTH低いしきい値電圧VOCPと比較し、前記電流センス信号VCSの方が低いときに過電流検出信号をアサートする過電流検出コンパレータをさらに備え、
前記過電流検出信号に応じて、パルスバイパルスの過電流保護を実行することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御回路。 - 前記電流センス信号VCSを、前記入力電圧VINより所定電圧幅VTH低いしきい値電圧VOCPと比較し、前記電流センス信号VCSの方が低いときに過電流検出信号をアサートする過電流検出コンパレータをさらに備え、
前記過電流検出信号がアサートされ、かつ前記検出トランジスタがオンしたことを条件として、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止することを特徴とする請求項5に記載の制御回路。 - 前記過電流検出信号のアサートが、所定サイクル数内に所定の判定回数を超えて発生すると、過電流状態と判定する判定回路をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の制御回路。
- 前記過電流検出信号のアサートが、所定回数、連続して発生すると、過電流状態と判定する判定回路をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の制御回路。
- 前記過電流状態において、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止することを特徴とする請求項8または9に記載の制御回路。
- 前記DC/DCコンバータの出力信号が目標電圧に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の制御回路。 - 前記入力電圧VINよりも所定電圧幅低い内部電源電圧VREGBを生成する内部電源をさらに備え、
前記パルス変調器の一部および前記ドライバは、前記入力ラインと前記内部電源電圧VREGBが発生する内部電源ラインとの間に設けられることを特徴とする請求項11に記載の制御回路。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の制御回路。
- 請求項1から13のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とする降圧型のDC/DCコンバータ。
- 請求項14に記載のDC/DCコンバータを備えることを特徴とする車載電装機器。
- 降圧型のDC/DCコンバータの制御方法であって、
前記DC/DCコンバータの入力電圧を基準とし、かつスイッチングトランジスタのドレイン電流と負の相関を有する電流センス信号を生成するステップと、
前記電流センス信号を、ソースに前記入力電圧が印加された検出トランジスタのゲートに印加するステップと、
前記検出トランジスタがオンしたことを条件として、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
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