JP5789086B2 - 制御回路及びスイッチング電源の制御方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、昇降圧型のスイッチング電源10は、出力部11と制御部12を含む。
制御部12は、誤差電圧生成回路21、発振回路22、PWM信号生成回路23、ステート制御回路24、制御信号生成回路25、駆動回路26を含む。
誤差電圧生成回路21は、抵抗R1,R2、エラーアンプ31、基準電源32、コンデンサC2を含む。出力電圧Voutは抵抗R1の第1端子に供給され、抵抗R1の第2端子は抵抗R2の第1端子に接続され、抵抗R2の第2端子はグランドGNDに接続されている。両抵抗R1,R2間のノードはエラーアンプ31の反転入力端子に接続されている。エラーアンプ31の非反転入力端子には基準電源32から基準電圧Vrefが供給される。エラーアンプ31の出力端子は、位相補償用のコンデンサC2を介して同エラーアンプ31の反転入力端子と接続されている。
発振器41は、所定周期のクロック信号CKを出力する。このクロック信号CKの周期は、スイッチング電源10のスイッチング周期(スイッチングサイクル)に対応する。例えば、発振器41は、スイッチング周期と等しい周期のクロック信号CKを出力する。バッファ回路42はクロック信号CKと実質的に等しい波形のクロック信号CKbを出力する。このクロック信号CKbは、スロープ電圧生成回路43に供給される。また、クロック信号CKbは、PWM信号生成回路23とステート制御回路24に供給される。なお、クロック信号CKとクロック信号CKbは互いに同じ波形であるため、以下の説明においてはクロック信号CKを用いることとする。
アンプ61の反転入力端子には誤差電圧Verが供給され、アンプ61の非反転入力端子には基準電源62の基準電圧Vr1が供給される。基準電圧Vr1は、例えばスロープ電圧Vctに応じて、そのスロープ電圧Vctの中心電圧(ピーク電圧の1/2)に設定されている。アンプ61は、誤差電圧Verと基準電圧Vr1との差電圧を増幅した電圧V1を出力する。
D−FF回路65は、入力端子Dが電圧VDDレベルにプルアップされ、クロック端子CKにモードコンパレータ63から出力される信号Smが供給されている。また、D−FF回路65のリセット端子Rには反転クロック信号CKxが供給される。
先ず、出力部11の動作を説明する。
上記したように、出力部11に含まれるスイッチ回路SW1,SW3は、制御部12から供給される駆動信号DR1,DR3によりそれぞれオン・オフする。
誤差電圧生成回路21のエラーアンプ31は、出力電圧Voutを抵抗R1,R2により分圧した電圧Vfbと基準電圧Vrefの差電圧を増幅した誤差電圧Verを出力する。PWM信号生成回路23のコンパレータ51は、誤差電圧Verとスロープ電圧Vctとを比較し、誤差電圧Verとスロープ電圧Vctとが一致するタイミングで立ち下がる信号Spを出力する。RS−FF回路52は、クロック信号CKに応答して制御信号PWMをセットし(立ち上げる)、信号Spに応答して制御信号PWMをリセットする(立ち下げる)。
(1)PWM信号生成回路23は、出力電圧Voutに応じたフィードバック電圧Vfbと基準電圧Vrefとに基づいて生成した誤差電圧Verとスロープ電圧Vctとに基づいて制御信号PWMを生成する。ステート制御回路24は、誤差電圧Verと基準電圧Vr1とに基づいて生成した電圧V1とスロープ電圧Vctとに基づいて制御信号MPを生成する。
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
出力部11aは、4つのスイッチ回路SW1〜SW4を含む。例えば、第1スイッチ回路SW1及び第4スイッチ回路SW4はPチャネルMOSトランジスタであり、第2スイッチ回路SW2及び第3スイッチ回路SW3はNチャネルMOSトランジスタである。第1スイッチ回路SW1〜第4スイッチ回路SW4のゲート端子には制御部12から第1駆動信号DR1〜第4駆動信号DR4がそれぞれ供給される。
駆動回路26aは、制御信号生成回路25の出力信号SR1,SR3に基づいて駆動信号DR1〜DR4を生成する。駆動回路26aは、第1スイッチ回路SW1と第2スイッチ回路SW2、あるいは第3スイッチ回路SW3と第4スイッチ回路SW4が同時にオンして貫通電流が流れることを防止するものである。つまり、駆動回路26aは、貫通防止回路の機能を有している。
出力信号SR1は、RS−FF回路52の制御信号PWMとステート制御回路24の出力信号MPがともにLレベルとなるときLレベルとなる。駆動信号DR1は、信号SR1の立ち下がりからバッファ回路94aの動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号SR1の立ち上がりからバッファ回路94b,94aの動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。従って、駆動信号DR1のHレベルのパルス幅は信号SR1のLレベルのパルス幅より大きくなる。駆動信号DR2は、駆動信号DR1の立ち上がりからバッファ回路94bの動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号SR1の立ち上がりからバッファ回路94bの動作遅延時間だけ遅れて立ち上がる。
出力信号SR3は、RS−FF回路52の制御信号PWMとステート制御回路24の出力信号MPがともにHレベルとなるときHレベルとなる。駆動信号DR4は、信号SR3の立ち上がりからバッファ回路94dの動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号SR3の立ち下がりからバッファ回路94c,94dの動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。従って、駆動信号DR4のHレベルのパルス幅は信号SR3のHレベルのパルス幅より大きくなる。駆動信号DR3は、駆動信号DR4の立ち上がりからバッファ回路94cの動作遅延時間だけ遅れて立ち上がり、信号SR3の立ち下がりからバッファ回路94cの動作遅延時間だけ遅れて立ち下がる。
第1スイッチ回路SW1及び第3スイッチ回路SW3がオンされるとともに、第2スイッチ回路SW2及び第4スイッチ回路SW4がオフされる。この状態をステート1とする(図7参照)。このステート1では、電流I1が流れ、インダクタLにエネルギーが蓄積される。また、第2スイッチ回路SW2及び第4スイッチ回路SW4がオンされるとともに、第1スイッチ回路SW1及び第3スイッチ回路SW3がオフされる。この状態をステート2とする(図8参照)。このステート2では、電流I2が流れ、インダクタLに蓄積されたエネルギーが放出される。また、第1スイッチ回路SW1及び第4スイッチ回路SW4がオンされるとともに、第2スイッチ回路SW2及び第3スイッチ回路SW3がオフされる。この状態をステート3とする(図9参照)。このステート3では、電流I3が流れる。
11,11a 出力部
12,12a 制御部(制御回路)
21 誤差電圧生成回路(第1の制御回路)
22 発振回路
23 PWM信号生成回路(第1の制御回路)
24 ステート制御回路(第2の制御回路)
25 制御信号生成回路(駆動部)
26 駆動回路(駆動部)
SW1〜SW4 スイッチ回路
L インダクタ
PWM 制御信号(第1の制御信号)
MP 制御信号
SR1,SR3 制御信号
DR1〜DR4 駆動信号
CK クロック信号
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Ver 誤差電圧(第2の電圧)
Vfb フィードバック電圧(第1の電圧)
Vref,Vr1 基準電圧
Vct スロープ電圧
Claims (6)
- 出力電圧に応じた第1の電圧と、出力電圧に応じて設定された第1の基準電圧との差に応じて第2の電圧を生成し、前記第1の電圧を前記第1の基準電圧に等しくするようにパルス幅が制御された第1の制御信号を生成する第1の制御回路であって、前記第1の制御信号は前記第2の電圧とスロープ電圧との比較により生成される、第1の制御回路と、
前記第2の電圧を第2の基準電圧に等しくするようにパルス幅が制御された第2の制御信号を生成する第2の制御回路であって、前記第2の制御信号は前記第2の電圧と前記第2の基準電圧との差と、前記スロープ電圧との比較により生成される、第2の制御回路と、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号との相互作用に基づいて、昇降圧型の出力部を駆動する駆動部と、
を有することを特徴とする制御回路。 - 前記第1の制御回路は、
前記第1の電圧と前記第1の基準電圧とが入力され、前記第2の電圧を出力する第1のアンプと、
前記第2の電圧と前記スロープ電圧とを比較し、その比較結果に応じた信号を出力する第1のコンパレータと、
クロック信号に応答してHレベルの前記第1の制御信号を出力し、前記第1のコンパレータの前記信号に応答してLレベルの前記第1の制御信号を出力する第1のフリップフロップ回路と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記第2の制御回路は、
前記第2の電圧と前記第2の基準電圧とが入力され、前記第2の電圧と前記第2の基準電圧との前記差に応じた第3の電圧を出力する第2のアンプと、
前記第3の電圧と前記スロープ電圧とを比較し、その比較結果に応じた信号を出力する第2のコンパレータと、
前記クロック信号の反転信号に応答してLレベルの前記第2の制御信号を出力し、前記第2のコンパレータの前記信号に応答してHレベルの前記第2の制御信号を出力する第2のフリップフロップ回路と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記駆動部は、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とを論理和して第1の駆動信号を生成する第1の信号生成部と、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とを論理積して第2の駆動信号を生成する第2の信号生成部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜3のうちの何れか一項に記載の制御回路。 - 前記クロック信号を出力する発振器と、
前記クロック信号に基づいて前記スロープ電圧を生成する電圧生成回路と、
を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の制御回路。 - 出力電圧に応じた第1の電圧と、出力電圧に応じて設定された第1の基準電圧との差に応じて第2の電圧を生成し、前記第1の電圧を前記第1の基準電圧に等しくするようにパルス幅が制御された第1の制御信号であって、前記第2の電圧とスロープ電圧との比較により生成される前記第1の制御信号を生成し、
前記第2の電圧を第2の基準電圧に等しくするようにパルス幅が制御された第2の制御信号であって、前記第2の電圧と前記第2の基準電圧との差と、前記スロープ電圧との比較により生成される前記第2の制御信号を生成し、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号との相互作用に基づいて、昇降圧型の出力部を駆動する
ことを特徴とするスイッチング電源の制御方法。
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