JP5418817B2 - Dc−dc変換装置 - Google Patents
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Description
従来の降圧型スイッチングレギュレータは、直流入力電圧Vin’と、ドレイン端子が直流入力電圧Vin’に接続されるMOSFETから成るスイッチング素子Q100と、スイッチング素子Q100のソース端子とグランドとの間に接続される還流ダイオードD100と、還流ダイオードD100に並列に接続されるインダクタL100と出力コンデンサCo’との直列回路と、インダクタL100と出力コンデンサCo’との接続点とグランドとの間に接続される負荷R100と、スイッチング素子Q100をオンオフ制御する制御回路100と、直流入力電圧Vin’と制御回路100との間に接続される電圧生成手段200及び逆流防止ダイオードD200と、から構成される。さらに、従来の降圧型スイッチングレギュレータは、出力コンデンサCo’と制御回路100との間に接続される切換手段S100と、直流出力電圧Vo’(出力コンデンサCo’の電圧に等しい)に応じて切換手段S100を開閉する信号生成手段300と、を備える。
GNDに対する切換手段S100と制御回路100との接続点の電圧をV110とすると、スイッチング素子Q100のオンオフに伴いコンデンサ110の充電電圧に直流入力電圧Vin’が重畳されるため、スイッチング素子Q100のオン時に電圧V110が高くなる(図10)。例えば、時刻t1’において切換手段S100が導通することにより直流出力電圧Vo’からコンデンサ110を充電し始めた後、パルス信号VG’がLレベルのとき電圧V110は直流出力電圧Vo’と略等しくなる。また、パルス信号VG’がHレベルのとき電圧V110は直流出力電圧Vo’に直流入力電圧Vin’が重畳した電圧と略等しくなる。このように電圧V110が直流出力電圧Vo’よりも高くなると、電圧V110が負荷R100及び信号生成手段300に印加され、過電圧により負荷R100及び信号生成手段300が破壊してしまう懸念があり、信頼性に問題があった。
また、上記のような課題を解決するために、請求項4記載の発明は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、前記スイッチング素子のバイアス電源として前記直流入力電圧を降圧して前記制御回路に出力する電圧生成手段と、を有し、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで直流入力電圧を所望の直流出力電圧に降圧するスイッチングレギュレータの制御方法であって、前記直流出力電圧が第1の基準電圧値以上のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給し、且つ、前記スイッチング素子がオン状態のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給することを停止することを特徴とする。
図1に示す本実施例に係る降圧型スイッチングレギュレータは、直流入力電圧Vinと、ドレイン端子が直流入力電圧Vinに接続されるn型MOSFETから成るスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1のソース端子とグランドとの間に接続される還流ダイオードD1と、還流ダイオードD1に並列に接続されるインダクタL1と出力コンデンサCoとの直列回路と、インダクタL1と出力コンデンサCoとの接続点とグランドとの間に接続される負荷R1と、スイッチング素子Q1をオンオフ制御する制御回路1と、直流入力電圧Vinと制御回路1との間に接続される電圧生成手段2及び逆流防止ダイオードD2と、から構成される。さらに、本実施例に係る降圧型スイッチングレギュレータは、出力コンデンサCoと制御回路1との間に接続される切換手段S1と、直流出力電圧Vo(出力コンデンサCoの電圧に等しい)及びスイッチング素子Q1のオンオフ動作に同期して切換手段を制御する信号生成手段3と、を備える。
本実施例に係る降圧型スイッチングレギュレータにおいて、制御回路1は、外部から入力されるパルス信号VGを増幅してゲート駆動信号をスイッチング素子Q1に出力するドライバ12と、ドライバ12をバイアスするためのコンデンサ11と、を備える。
(1)直流出力電圧Voが第1の基準電圧Vref1より高いとき、直流出力電圧Voからコンデンサ11を充電するように切換手段S1aを切り換えることで、電圧生成手段2で発生する損失を低減できるため、変換効率が高い降圧型スイッチングレギュレータが得られる。
(2)スイッチング素子Q1がオンし、コンデンサ11の充電電圧に直流入力電圧Vinが重畳されるとき、切換手段S1aを開にすることで、負荷R1及び信号生成手段3aに過電圧(V11)が印加されることを防止できるため、信頼性が高い降圧型スイッチングレギュレータが得られる。
(3)スイッチング素子Q1のオン時にコンデンサ11が放電することを抑制し、スイッチング素子Q1の不完全導通を防止することで、直流出力電圧Voを良好に制御することができるため、信頼性が高い降圧型スイッチングレギュレータが得られる。
本実施例に係る降圧型スイッチングレギュレータは、変形された信号生成手段3bと、変形された切換手段S1bを備え、そのほかは図2に示す降圧型スイッチングレギュレータと実質的に同一に構成される。
2 電圧生成手段
3 信号生成手段
S1 切換手段
Q1 スイッチング素子
Vin 直流入力電圧
Vo 直流出力電圧
D1 還流ダイオード
D2 逆流防止ダイオード
L1 インダクタ
Co 出力コンデンサ
R1 負荷
Claims (4)
- スイッチング素子をオンオフ制御することで直流入力電圧を所望の直流出力電圧に降圧するスイッチングレギュレータであって、
前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、
前記スイッチング素子のバイアス電源として前記直流入力電圧を降圧して前記制御回路に出力する電圧生成手段と、を有し、
前記直流出力電圧が第1の基準電圧値以上のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給し、且つ、前記スイッチング素子がオン状態のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給することを停止する切換手段を備えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 前記直流出力電圧が前記第1基準電圧値よりも大きい第2基準電圧値以上のとき、前記切換手段が前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給することを停止することを特徴とする請求項1記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記直流出力電圧が前記第2基準電圧値以上のとき、前記直流出力電圧を降圧して前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチングレギュレータ。
- スイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、前記スイッチング素子のバイアス電源として前記直流入力電圧を降圧して前記制御回路に出力する電圧生成手段と、を有し、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで直流入力電圧を所望の直流出力電圧に降圧するスイッチングレギュレータの制御方法であって、
前記直流出力電圧が第1の基準電圧値以上のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給し、且つ、前記スイッチング素子がオン状態のとき前記直流出力電圧を前記スイッチング素子のバイアス電源として供給することを停止することを特徴とするスイッチングレギュレータの制御方法。
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