JP6594810B2 - 電流検出回路及びそれを備えたdcdcコンバータ - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1にかかる電流検出回路10を示すブロック図である。本実施の形態にかかる電流検出回路10は、駆動回路のハイサイド側に設けられたNチャネル型のドライブトランジスタのドレイン−ソース間に流れる電流を検出する回路である。以下、具体的に説明する。
図2は電流検出回路10が搭載された降圧型のDCDCコンバータ1の構成例を示す図である。また、図3は、DCDCコンバータ1の動作を示すタイミングチャートである。なお、DCDCコンバータ1には、出力電圧の制御方式の一つであるピーク電流モード制御方式が採用されている。
図4は、電流検出回路10の第1変形例を電流検出回路10aとして示す図である。
図4に示す電流検出回路10aでは、図1に示す電流検出回路10と比較して、トランジスタMN1のドレインと接地電圧端子GNDとの間に、トランジスタMN1のソースからドレインに流れ込む電流を放出するための電流経路(第3電流経路)がさらに設けられている。
図5は、電流検出回路10の第2変形例を電流検出回路10bとして示す図である。
図5に示す電流検出回路10bは、図1に示す電流検出回路10と比較して、抵抗素子(第1抵抗素子)R2及びスイッチ素子(第1スイッチ素子)SW1をさらに備える。
図6は、電流検出回路10の第3変形例を電流検出回路10cとして示す図である。
図6に示す電流検出回路10cは、図1に示す電流検出回路10と比較して、トランジスタMN1のドレインと接地電圧端子GNDとの間に定電流源CC1を含む電流経路をさらに備えるとともに、オペアンプA1の2つの入力端子間に直列に設けられた抵抗素子R2及びスイッチ素子SW1をさらに備える。つまり、電流検出回路10cは、電流検出回路10aにおいて追加された構成要素と、電流検出回路10bにおいて追加された構成要素と、を共に備える。
図7は、実施の形態2にかかる電流検出回路20の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる電流検出回路20は、駆動回路のハイサイド側に設けられたトランジスタTr1に流れる電流を検出するとともに、駆動回路のローサイド側に設けられたトランジスタTr2に流れる電流を検出することで、インダクタL1に流れる電流を検出している。以下、具体的に説明する。
図8は、合成部MX1の具体的構成を示す図である。
図8に示すように、合成部MX1は、スイッチ素子SW21〜SW25と、抵抗素子R21〜R23と、容量素子C21と、を備える。なお、抵抗素子R21〜R23の抵抗値は同じ値を示すものとする。
図9に示すように、パルス信号P1は、パルス信号P2が立ち下がった後、所定期間(デッドタイムと称す)経過後に立ち上がる。同様に、パルス信号P2は、パルス信号P1が立ち下がった後、デッドタイム経過後に立ち上がる。それにより、トランジスタTr1,Tr2が瞬間的に同時にオンするのを防ぐことができる。
図10は、電流検出回路20が搭載された昇降圧型のDCDCコンバータ2の構成例を示す図である。また、図11は、DCDCコンバータ2の動作を示すタイミングチャートである。なお、DCDCコンバータ2には、出力電圧の制御方式の一つである平均電流モード制御方式が採用されている。
図12は、電流検出回路20の第1変形例を電流検出回路20aとして示す図である。
図12に示す電流検出回路20aでは、図10に示す電流検出回路20と比較して、オペアンプA2の2つの入力端子のうち接地電圧端子GNDに接続される一方の入力端子に対して、接地電圧GNDより高い電圧を供給する電圧供給部がさらに設けられている。
図13は、電流検出回路20の第2変形例を電流検出回路20bとして示す図である。
図13に示す電流検出回路20bは、図7に示す電流検出回路20と比較して、トランジスタ(スイッチトランジスタ)MN7をさらに備える。
図14は、電流検出回路20の第3変形例を電流検出回路20cとして示す図である。
図14に示す電流検出回路20cは、図7に示す電流検出回路20と比較して、オペアンプA2の一方の入力端子に接地電圧GNDより高い電圧を供給する電圧供給部をさらに備えるとともに、オペアンプA2の2つの入力端子間に設けられたトランジスタMN7をさらに備える。つまり、電流検出回路20cは、電流検出回路20aにおいて追加された構成要素と、電流検出回路20bにおいて追加された構成要素と、を共に備える。
本実施の形態では、電流検出回路20の他の適用事例について説明する。
図15は、電流検出回路20が搭載された昇降圧型のDCDCコンバータ3の構成例を示す図である。
積分制御:KI×∫e(t)dt ・・・(2)
微分制御:KD×d/dt・e(t) ・・・(3)
(降圧時):KP×D/Err×ei(t) ・・・(4)
積分制御:KI×∫ei(t)dt ・・・(5)
10 電流検出回路
10a〜10c 電流検出回路
11 制御部
12 駆動回路
20 電流検出回路
20a〜20c 電流検出回路
21 制御部
22 駆動回路
31 制御部
111 PID制御器
112 PI制御器
113 PWM生成部
115 フィルタ
116 昇圧降圧判定部
117,118 減算器
119 記憶部
120 乗算器
121 選択回路
123 減算器
124 加算器
125 除算器
A1,A2 オペアンプ
BF1,BF2 バッファ
C1〜C5 容量素子
C21 容量素子
CC1,CC2 定電流源
CMP1 コンパレータ
CMP21,CMP22 コンパレータ
EA1,EA2 エラーアンプ
INV1,INV2 インバータ
L1 インダクタ
LAT1 ラッチ回路
LD1 レベルダウン回路
MN1〜MN7 トランジスタ
MP1〜MP8 トランジスタ
MX1 合成部
R1〜R3,R5 抵抗素子
R11,R12 抵抗素子
R21〜R23 抵抗素子
RG1 レギュレータ
Rp 寄生抵抗
SW1 スイッチ素子
SW21〜SW25 スイッチ素子
Tr1〜Tr4 トランジスタ
Claims (18)
- 第1端子と制御端子とが、駆動回路のハイサイド側に設けられた第1ドライブトランジスタの端子のうち、前記駆動回路の外部に出力電圧を出力する外部出力端子側に設けられた第1端子と、制御端子と、にそれぞれ接続された、前記第1ドライブトランジスタと同一導電型の第1センストランジスタと、
前記第1ドライブトランジスタの端子のうち、前記駆動回路の外部から入力電圧が供給される外部入力端子側に設けられた第2端子、の電圧と、前記第1センストランジスタの第2端子の電圧と、の電位差を増幅する第1オペアンプと、
前記第1センストランジスタに流れる電流が流れる第1電流経路上に設けられ、制御端子に前記第1オペアンプの出力電圧が供給される第1電流制御トランジスタと、を備え、
前記第1センストランジスタに流れる電流の値から前記第1ドライブトランジスタに流れる電流の値が検出される、電流検出回路。 - 前記第1オペアンプは、前記駆動回路の入力電圧が低電位側電源電圧として供給され、前記入力電圧より高い第1電圧が高電位側電源電圧として供給されることにより動作する、請求項1に記載の電流検出回路。
- 前記第1電圧と前記入力電圧との差電圧は、前記第1オペアンプを構成するトランジスタの耐圧以下である、請求項2に記載の電流検出回路。
- 前記第1電圧を生成するレギュレータをさらに備えた、
請求項3に記載の電流検出回路。 - 前記第1センストランジスタの第1端子から第2端子に流れ込む電流を放出する第3電流経路が前記第1電流経路とは別にさらに設けられている、請求項1に記載の電流検出回路。
- 前記第1センストランジスタの第2端子と接地電圧端子との間に設けられた第1定電流源をさらに備えた、
請求項1に記載の電流検出回路。 - 前記第1オペアンプの一方の入力端子と他方の入力端子との間に設けられた第1抵抗素子と、
前記第1抵抗素子に直列接続され、前記第1センストランジスタと相補的にオンオフが制御される第1スイッチ素子と、
をさらに備えた、請求項1に記載の電流検出回路。 - 前記第1抵抗素子の抵抗値は、前記第1センストランジスタのオン時の抵抗値と略同一である、請求項7に記載の電流検出回路。
- 前記駆動回路は、
ローサイド側に設けられ、パルス信号により前記第1ドライブトランジスタとデッドタイムを挟んで相補的にオンオフが制御される第2ドライブトランジスタと、
前記第1及び前記第2ドライブトランジスタと前記外部出力端子との間に設けられたインダクタと、をさらに有し、
前記駆動回路と、
前記第1ドライブトランジスタに流れる電流の値を検出する請求項1に記載の電流検出回路と、
前記電流検出回路の検出結果と基準電圧とを比較する第1コンパレータと、
前記第1コンパレータの比較結果に応じたデューティ比の前記パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
を備えた、DCDCコンバータ。 - 前記駆動回路は、
ローサイド側に設けられ、前記第1ドライブトランジスタとデッドタイムを挟んで相補的にオンオフが制御される第2ドライブトランジスタと、
前記第1及び前記第2ドライブトランジスタと前記外部出力端子との間に設けられたインダクタと、をさらに有し、
前記電流検出回路は、
第2端子と制御端子とが、前記第2ドライブトランジスタの端子のうち、前記外部出力端子側に設けられた第2端子と、制御端子と、にそれぞれ接続された、前記第2ドライブトランジスタと同一導電型の第2センストランジスタと、
前記第2ドライブトランジスタの端子のうち、接地電圧端子側に設けられた第1端子、の電圧と、前記第2センストランジスタの第1端子の電圧と、の電位差を増幅する第2オペアンプと、
前記第2センストランジスタに流れる電流が流れる第2電流経路上に設けられ、制御端子に前記第2オペアンプの出力電圧が供給される第2電流制御トランジスタと、をさらに備え、
前記第1及び前記第2センストランジスタのそれぞれに流れる電流の値から前記インダクタに流れる電流が検出される、請求項1に記載の電流検出回路。 - 前記第2オペアンプの2つの入力端子のうち前記第2ドライブトランジスタの第1端子とともに前記接地電圧端子に接続される一方の入力端子に対して、前記接地電圧端子に供給される接地電圧よりも所定電圧高い電圧を供給する電圧供給部をさらに備えた、
請求項10に記載の電流検出回路。 - 前記第2オペアンプの2つの入力端子のうち前記第2ドライブトランジスタの第1端子とともに前記接地電圧端子に接続される一方の入力端子と、前記接地電圧端子と、の間に設けられた第2抵抗素子と、
前記第2抵抗素子と前記第2オペアンプの一方の入力端子との間に電流を供給する第2定電流源と、
をさらに備えた、請求項10に記載の電流検出回路。 - 前記第2抵抗素子は、前記第2センストランジスタと同一導電型及び同一サイズのオン状態のトランジスタである、請求項12に記載の電流検出回路。
- 前記第2オペアンプの一方の入力端子と他方の入力端子との間に設けられ、前記第2センストランジスタと相補的にオンオフが制御されるスイッチトランジスタをさらに備えた、
請求項10に記載の電流検出回路。 - 前記駆動回路は、
前記インダクタと、
降圧時に第1パルス信号に基づいてオンオフが制御されることにより、前記外部入力端子から前記インダクタを介して前記外部出力端子に向けて流れる電流を制御する前記第1ドライブトランジスタと、
降圧時に前記第1ドライブトランジスタとデッドタイムを挟んで相補的にオンオフが制御されることにより、接地電圧端子から前記インダクタを介して前記外部出力端子に向けて流れる電流を制御する前記第2ドライブトランジスタと、
昇圧時に第2パルス信号に基づいてオンオフが制御されることにより、前記外部入力端子から前記インダクタを介して前記接地電圧端子に向けて流れる電流を制御する第3ドライブトランジスタと、
昇圧時に前記第3ドライブトランジスタとデッドタイムを挟んで相補的にオンオフが制御されることにより、前記外部入力端子から前記インダクタを介して前記外部出力端子に向けて流れる電流を制御する第4ドライブトランジスタと、
を有し、
前記駆動回路と、
前記インダクタに流れる電流の値を検出する請求項10に記載の電流検出回路と、
前記電流検出回路の検出結果と基準電圧との差分を増幅するエラーアンプと、
前記エラーアンプの出力結果に応じたデューティ比の前記第1及び前記第2パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
を備えた、DCDCコンバータ。 - ソース及びゲートが、駆動回路のハイサイド側に設けられたNチャネル型の第1ドライブトランジスタのソース及びゲートにそれぞれ接続されたNチャネル型の第1センストランジスタと、
前記第1ドライブトランジスタのドレイン電圧と、前記第1センストランジスタのドレイン電圧と、の電位差を増幅する第1オペアンプと、
前記第1センストランジスタに流れる電流が流れる第1電流経路上に設けられ、ゲートに前記第1オペアンプの出力電圧が供給される第1電流制御トランジスタと、を備え、
前記第1センストランジスタに流れる電流の値から前記第1ドライブトランジスタに流れる電流の値が検出される、電流検出回路。 - 前記第1オペアンプは、前記駆動回路の入力電圧が低電位側電源電圧として供給され、前記入力電圧より高い第1電圧が高電位側電源電圧として供給されることにより動作する、請求項16に記載の電流検出回路。
- 前記駆動回路は、
ローサイド側に設けられ、前記第1ドライブトランジスタとデッドタイムを挟んで相補的にオンオフが制御される第2ドライブトランジスタと、
前記第1及び前記第2ドライブトランジスタと外部出力端子との間に設けられたインダクタと、をさらに有し、
前記電流検出回路は、
ドレイン及びゲートが、前記第2ドライブトランジスタのドレイン及びゲートにそれぞれ接続されたNチャネル型の第2センストランジスタと、
前記第2ドライブトランジスタのソース電圧と、前記第2センストランジスタのソース電圧と、の電位差を増幅する第2オペアンプと、
前記第2センストランジスタに流れる電流が流れる第2電流経路上に設けられ、ゲートに前記第2オペアンプの出力電圧が供給される第2電流制御トランジスタと、をさらに備え、
前記第1及び前記第2センストランジスタのそれぞれに流れる電流の値から前記インダクタに流れる電流が検出される、請求項16に記載の電流検出回路。
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