JP5655196B2 - スイッチングコンバータ回路 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング動作により所定の定電圧を出力するスイッチングコンバータ回路に関する。

以下に従来のスイッチングコンバータ回路について説明する。図１は、従来のスイッチングコンバータ回路を説明する図である。

図１に示すスイッチングコンバータ回路１０は、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、逆流防止回路１、インバータ２を有する。スイッチＳＷ１は、オンサイクル時に入力端子Ｖｉｎ１より図示しないコイルに電荷を供給する。スイッチＳＷ２は、オフサイクル時に入力端子Ｖｉｎ２より電荷をコイルに供給する。スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２とカスコード接続されている。

スイッチＳＷ１は、端子Ｔ１から供給される制御信号Ｓ１によりオン／オフが制御され、スイッチＳＷ２は制御信号Ｓ１がインバータ２により反転された信号によりオン／オフが制御される。スイッチＳＷ３は、逆流防止回路１の出力信号によりオン／オフが制御される。

スイッチングコンバータ回路１０では、逆流防止回路１はコンパレータであり、スイッチＳＷ３はこのコンパレータの出力信号により制御される。また逆流防止コンパレータ１は、入力端子Ｖｉｎ１と入力端子Ｖｉｎ２との間の電圧又はスイッチＳＷ２の両端の電圧又はスイッチＳＷ３の両端の電圧の何れを検出して電流の逆流を検出している。例えば特許文献１には、図１に示すようなスイッチングレギュレータが記載されている。

しかしながら、上記した回路を作成する場合、実際の仕上がりにおいて逆流防止回路の検出電圧はばらつくため、設計上逆流電流が発生しないように回路を作成しても、実際には逆流防止回路が動作する電流はばらつくことがある。

例えば携帯電話等で使用されるデバイスについて、スイッチングコンバータ回路に求められる特性に効率特性がある。軽負荷時の効率特性を向上させるためにはオフサイクル時の逆流電流の発生防止は必須となっている。しかしながら上記従来の回路構成では逆流電流を精度良く０付近となるように設計するのは困難である。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、逆流防止回路の精度を向上させることが可能なスイッチングコンバータ回路を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。

本発明は、第一の入力端子と第二の入力端子に入力される入力電圧を定電圧に変換して出力端子に接続された負荷へ出力するスイッチングコンバータ回路であって、前記第一の入力端子と前記出力端子との間に接続された第一のスイッチ手段と、前記第二の入力端子と前記出力端子との間でカスコード接続された第二のスイッチ手段と第三のスイッチ手段と、前記第二のスイッチ手段と前記第三のスイッチ手段とに並列に接続された第四のスイッチ手段と、前記第三のスイッチ手段のオン／オフを制御する第一のコンパレータと、前記第四のスイッチ手段のオン／オフを制御する第二のコンパレータと、前記第四のスイッチ手段が前記第三のスイッチ手段がオフされる前にオフされるように前記第一のコンパレータの出力信号が出力されるタイミングを制御する制御手段と、を有する。

また本発明のスイッチングコンバータ回路において、前記第四のスイッチ手段は、前記第二のスイッチ手段と並列に接続されている。

また本発明のスイッチングコンバータ回路において、前記第四のスイッチ手段は、前記第三のスイッチ手段と並列に接続されている。

本発明によれば、逆流防止回路の精度を向上させることができる。

従来のスイッチングコンバータ回路を説明する図である。 第一の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する図である。 第一の実施形態のコンパレータの動作波形の例を示す図である。 第二の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する第一の図である。 第二の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する第二の図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。

図２は、第一の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する図である。本実施形態のスイッチングコンバータ回路１００は、コンパレータ１１０、１２０、インバータ１３０、制御部１４０、スイッチＳＷ１０、ＳＷ２０、ＳＷ３０、ＳＷ４０、入力端子Ｖｉｎ１０、Ｖｉｎ２０、出力端子Ｖｏｕｔ１０、制御端子Ｔ１０を有する。コンパレータ１１０、１２０は、それぞれが逆流防止回路である。

スイッチＳＷ１０は、オンサイクル時に入力端子Ｖｉｎ１０より図示しないコイルに電荷を供給する。スイッチＳＷ２０は、オフサイクル時に入力端子Ｖｉｎ２０より電荷をコイルに供給する。スイッチＳＷ３０は、スイッチＳＷ２０とカスコード接続されている。

スイッチＳＷ１０は、端子Ｔ１０から供給される制御信号Ｓ１１によりオン／オフが制御され、スイッチＳＷ２０は制御信号Ｓ１１がインバータ１３０により反転された信号によりオン／オフが制御される。スイッチＳＷ３０は、コンパレータ１１０の出力信号によりオン／オフが制御される。

スイッチＳＷ４０はカスコード接続されたスイッチＳＷ２０、スイッチＳＷ３０と並列に接続されており、コンパレータ１２０の出力信号によりオン／オフが制御される。

コンパレータ１１０、１２０は、それぞれの反転入力端子と非反転入力端子とに入力端子Ｖｉｎ２０の電圧と出力端子Ｖｏｕｔ１０の電圧とが入力される。

本実施形態において、コンパレータ１１０は、例えば入力端子Ｖｉｎ２０と出力端子Ｖｏｕｔ１０との間の電圧を検出して電流の逆流を検出している。

コンパレータ１１０は、例えば入力端子Ｖｉｎ２０と出力端子Ｖｏｕｔ１０との間の電圧が接地電圧未満であり、逆流電流が発生する可能性がない場合には、スイッチＳＷ３０をオンとして導通状態とする。またコンパレータ１１０は、例えば入力端子Ｖｉｎ２０と出力端子Ｖｏｕｔ１０との間の電圧が接地電圧又は接地電圧以上であり、逆流電流が発生する可能性がある場合には、スイッチＳＷ３０をオフとして逆流電流を遮断する。

制御部１４０は、コンパレータ１２０の出力が反転した後にコンパレータ１１０から出力信号を出力させるように制御を行う。本実施形態の制御部１４０には、例えばコンパレータ１２０の出力信号が供給されており、コンパレータ１２０の出力信号が反転したときにコンパレータ１１０の出力信号がスイッチＳＷ３０へ供給されるように、コンパレータ１１０の出力信号が出力されるタイミングを制御する。

この制御部１４０による制御により、本実施形態のスイッチングコンバータ回路１００では、コンパレータ１１０が逆流電流を検出する前、すなわちスイッチＳＷ３０がオフされる前にスイッチＳＷ４０がオフされる。

本実施形態では、このようにスイッチＳＷ４０のオン／オフを制御することで、入力端子Ｖｉｎ２０と出力端子Ｖｏｕｔ１０間のスイッチのオン抵抗を上げる。

図３は、第一の実施形態のコンパレータの動作波形の例を示す図である。図３（Ａ）はスイッチＳＷ４０がオンの状態を示し、図３（Ｂ）はスイッチＳＷ４０がオフの状態を示している。

図３のΔＶ_{ｃｏｍｐ１}は、コンパレータ１１０の検出電圧のばらつきを示しており、ΔＩ１は入力端子Ｖｉｎ２０−出力端子Ｖｏｕｔ１０間の電流を示し、ΔＩｒｅｖはコンパレータ１１０が検出する逆流電流のばらつきを示している。

図３からわかるように、コンパレータ１１０の精度が同じ場合には、入力端子Ｖｉｎ２０と出力端子Ｖｏｕｔ１０間のスイッチのオン抵抗が大きいほうが、検出する逆流電流のばらつきが小さいことがわかる。尚コンパレータ１１０の精度は、検出電圧のばらつきであるΔＶ_{ｃｏｍｐ１}により示される。図３（Ａ）に示すΔＶ_{ｃｏｍｐ１}と図３（Ｂ）に示すΔＶ_{ｃｏｍｐ１}とは同じ値である。

このように本実施形態では、逆流防止回路として機能するコンパレータ１１０による逆流電流のばらつきを小さくすることができ、逆流防止回路の精度を向上させることができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、コンパレータ１１０、１２０が検出する電圧のみ第一の実施形態と相違する。よって以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図４は、第二の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する第一の図である。本実施形態のスイッチングコンバータ回路１００Ａでは、スイッチＳＷ４０は、スイッチＳＷ２０と並列に接続されており、コンパレータ１１０、１２０は、出力端子Ｖｏｕｔ１０の電圧と、スイッチＳＷ２０とスイッチＳＷ３０との接続点Ａの電圧とを比較している。

スイッチングコンバータ回路１００Ａにおいて、制御部１４０は、コンパレータ１２０の出力信号が反転したときにコンパレータ１１０の出力信号がスイッチＳＷ３０へ供給されるように、コンパレータ１１０の出力信号が出力されるタイミングを制御する。

図５は、二の実施形態のスイッチングコンバータ回路を説明する第二の図である。図５に示すスイッチングコンバータ回路１００Ｂでは、スイッチＳＷ４０はスイッチＳＷ３０と並列に接続されおり、コンパレータ１１０、１２０は接続点Ａの電圧と入力端子Ｖｉｎ２０の電圧とを比較している。図５における制御部１４０の制御は、上述した通りである。

したがって本実施形態によれば、逆流防止回路として機能するコンパレータ１１０による逆流電流のばらつきを小さくすることができ、逆流防止回路の精度を向上させることができる。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００、１００Ａ、１００Ｂ スイッチングコンバータ回路
１１０、１２０ コンパレータ
１３０ インバータ
１４０ 制御部

特開２００８−６７４９５号公報

Claims (3)

1. 第一の入力端子と第二の入力端子に入力される入力電圧を定電圧に変換して出力端子に接続された負荷へ出力するスイッチングコンバータ回路であって、
   前記第一の入力端子と前記出力端子との間に接続された第一のスイッチ手段と、
   前記第二の入力端子と前記出力端子との間でカスコード接続された第二のスイッチ手段と第三のスイッチ手段と、
   前記第二のスイッチ手段と前記第三のスイッチ手段とに並列に接続された第四のスイッチ手段と、
   前記第三のスイッチ手段のオン／オフを制御する第一のコンパレータと、
   前記第四のスイッチ手段のオン／オフを制御する第二のコンパレータと、
   前記第四のスイッチ手段が前記第三のスイッチ手段がオフされる前にオフされるように前記第一のコンパレータの出力信号が出力されるタイミングを制御する制御手段と、を有するスイッチングコンバータ回路。
2. 前記第四のスイッチ手段は、
   前記第二のスイッチ手段と並列に接続されている請求項１記載のスイッチングコンバータ回路。
3. 前記第四のスイッチ手段は、
   前記第三のスイッチ手段と並列に接続されている請求項１記載のスイッチングコンバータ回路。

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