JPH04255459A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

スイッチングレギュレータ

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Publication number
JPH04255459A
JPH04255459A JP1635891A JP1635891A JPH04255459A JP H04255459 A JPH04255459 A JP H04255459A JP 1635891 A JP1635891 A JP 1635891A JP 1635891 A JP1635891 A JP 1635891A JP H04255459 A JPH04255459 A JP H04255459A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
output
duty
switching regulator
input
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1635891A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki Murota
和明 室田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Ten Ltd
Original Assignee
Denso Ten Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH04255459A publication Critical patent/JPH04255459A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は入力電圧および出力電流
の変動に対応してデューティ比を変化させることにより
出力電圧を一定に維持するようにしたパルス幅制御方式
のステップダウン型(出力電圧が入力電圧よりステップ
ダウンされる)スイッチングレギュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりこの種のパルス幅制御方式のス
イッチングレギュレータは入力電圧や出力電流の変動に
対してオン・デューティ(1周期のうち出力トランジス
タがオンする期間)を変化させることにより出力電圧を
一定に保っている。
【0003】図4はこの種のスイッチングレギュレータ
の一般的特性を示すもので、図4(A)はそのデューテ
ィーVI 入力電圧)特性を、また図4(B)はそのデ
ューティI0(出力電流)特性を示している。該図に示
されるように入力電圧VI が低下するとデューティ比
を上げ、逆に入力電圧VI が上昇するとデューティ比
を下げる。一方、負荷抵抗の減少によって出力電流が増
加するとそれに応じてデューティ比を上げ、逆に負荷抵
抗の増加によって出力電流が減少するとデューティ比を
下げ、このようにして該出力電圧が一定に維持される。
【0004】図2は従来技術としてのスイッチングレギ
ュレータの回路構成を例示するもので、T1 は出力ト
ランジスタ、D,L,およびCはそれぞれ該出力トラン
ジスタT1 と負荷RL との間の回路に挿入されたダ
イオード、インダクタンスおよび平滑用コンデンサを示
す。
【0005】そして該負荷RL に印加される出力電圧
VO は抵抗RA およびRB により抵抗分割されて
誤差増巾器(例えばオペアンプ)OPの一方側入力端子
(例えば+側入力端子)に入力され、またその他方側入
力端子(例えば−側入力端子)には所定の基準電圧Vr
ef が入力される。このようにして該誤差増巾器OP
により該出力電圧V0 がモニタされ該基準電圧Vre
f と比較される。
【0006】ここで該誤差増巾器OPの出力は、該負荷
側の出力電圧V0 がV0 =Vref (RA +R
B ) /RB となっているとき該基準電圧Vref
 となり、該出力電圧VO が上記Vref (RA 
+RB ) /RB より増加あるいは減少した場合に
は、該誤差増巾器OPの出力電圧も該基準電圧Vref
 を基準として増加あるいは減少する。
【0007】次いで該誤差増巾器OPの出力電圧はPW
MコンパレータCOMP1の一方側入力端子(この場合
は−側入力端子)に入力され、その他方側入力端子(+
側入力端子)に入力される発振器(三角波発振器)OS
の出力と比較される。その結果、該出力電圧V0 が上
述したようにして増加あるいは減少するに従って、該P
WMコンパレータCOMP1の出力側がハイレベルとな
る期間は逆に減少あるいは増加する。
【0008】そして該PWMコンパレータCOMP1の
出力側はアンドゲートGの一方側入力端子に入力されて
いるので、該アンドゲートの他方側入力端子に入力され
る後述するDTCコンパレータCOMP2の出力側がハ
イレベルとなっている限り、該アンドゲートGの出力側
は該PWMコンパレータCOMP1の出力側のハイレベ
ル期間に応じてハイレベルとなり、該アンドゲートGの
ハイレベル期間に応じてスイッチングトランジスタT2
 がオンとなる。そして該トランジスタT2 がオンと
なっている期間中、抵抗R1 を通して上記出力トラン
ジスタT1 のエミッタ・ベース間に所定の電圧が印加
され、該出力トランジスタT1 がオンとなる。
【0009】したがって該出力トランジスタT1 がオ
ンとなる期間(オン・デューティ)は、上記出力電圧V
0 が上記Vref (RA +RB ) /RB を
基準にしてそれより増加あるいは減少するに従って逆に
減少あるいは増加し、これによって該出力電圧V0 は
上記Vref (RA +RB )/RB に維持され
る。
【0010】また一般にスイッチングレギュレータにお
いては出力トランジスタ(上記トランジスタT1 に相
当)の過電流による破壊を防止するために電流制限がか
けられており、上記パルス幅制御方式のスイッチングレ
ギュレータにおいて電流制限をかける手段として、上記
オン・デューティを制限する方式(デッドタイムコント
ロール、通称DTC)が採用されている。
【0011】そのために上記図2の回路には、DTCコ
ンパレータCOMP2が設けられ、該DTCコンパレー
タCOMP2の一方側入力端子(この場合は−側入力端
子)がDTC端子とされ、該DTC端子に印加される電
圧が、該DTCコンパレータCOMP2の他方側入力端
子(この場合は+側入力端子)に入力される上記発振器
(三角波発振器)OSの出力と比較される。そして上記
PWMコンパレータCOMP1の出力レベルの如何に拘
らず、該出力トランジスタT1 の最大オン・デューテ
ィ(オン・デューティの最大値)Dmax は、上記D
TCコンパレータCOMP2の出力状態(換言すれば上
記DTC端子に印加されるDTC端子電圧)により決定
される。
【0012】すなわち図3において、該DTC端子に印
加されるDTC端子電圧をVDTC とし、該発振器O
Sの出力電圧最大値および出力電圧最小値をそれぞれV
H およびVL とすると、該DTCコンパレータCO
MP2の出力電圧がハイレベルおよびロウレベルとなる
期間はそれぞれTONおよびTOFF となる。そして
該TONの期間中、上記トランジスタT2 を介して上
記出力トランジスタT1 がオンとなるから、上記オン
・デューティの最大値Dmax は、 Dmax =TON/(TON+TOFF) =(VH
 −VDTC )/(VH −VL )となる。
【0013】そして従来は上記図2に示されるように、
該DTC端子電圧を定電圧(例えば基準電圧Vrefを
抵抗R3 ,R4 で抵抗分割した電圧)で固定し、そ
れにより上記Dmax を固定値とするのが一般的であ
る。
【0014】しかしながら、上記図4(A)で説明した
ように、上記入力電圧VI が変化すると上記デューテ
ィ比が変化するため、上記オン・デューティの最大値D
max を上述したように所定の固定値に制限すると、
図5に示すように入力電圧VI が低下した時に(該図
5においては入力電圧VI がV2 より低下した時に
)該デューティ比の制御が不能になるという問題点があ
った。なお上記図5におけるV1 は、上記したデュー
ティ比の制限を行わない場合に該デューティ比が100
 %となる入力電圧を示し、該V1 は(V0 +VC
E・sat )(ただし該VCE・ sat は出力ト
ランジスタT1 の飽和電圧を示す)に等しい。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる課題を
解決するためになされたもので、入力電圧が高い時(通
常動作状態)には上記オン・デューティの最大値に制限
がかかり(すなわち電流制限がかかり)、入力電圧低下
時(ただし入力電圧の必要最低値は上述したように(V
0 +VCE・ sat )である)には、該デューテ
ィ比の制御を可能としたステップダウン型スイッチング
レギュレータを得ることを目的としたものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明によれば、入力電圧および出力電流の変動に
対応してデューティ比を変化させることにより、出力電
圧を一定に維持するようにしたステップダウン型スイッ
チングレギュレータであって、該デューティ比の最大値
Dmax を制限する手段と、入力電圧低下時に該制限
を解除する手段とをそなえることを特徴とするスイッチ
ングレギュレータが提供される。
【0017】すなわち本発明は、上記ステップダウン型
スイッチングレギュレータでは、上記デューティ比が1
00 %になっても出力電圧を一定にするという動作に
おいて特に問題がないことに着目し、入力電圧低下時に
は上記オン・デューティの最大値の制限を解除し、該デ
ューティ比が100 %になることをも可能とし、この
ようにして該入力電圧低下時にもデューティ比の制御を
可能としたものである。
【0018】
【作用】上記構成によれば、ステップダウン型スイッチ
ングレギュレータにおいて入力電圧が高い時(通常動作
状態)には電流制限がかかり、また低入力電圧時(ただ
しVI >V0 +VCE・ sat )にもデューテ
ィ比の制御を可能にすることができる。
【0019】
【実施例】図1は本発明の1実施例としてのスイッチン
グレギュレータの回路構成を示すもので、該DTCコン
パレータCOM2の一方側入力端子(この場合は−側入
力端子)である該DTC端子には上述したように、基準
電圧Vrefを抵抗R3 , R4 で抵抗分割した固
定電圧が印加されるとともに、抵抗R5 を介してトラ
ンジスタT3 が接続される。そして該トランジスタT
3 のベースにはコンパレータCOMP3の出力側が接
続され、該コンパレータCOMP3の一方側入力端子(
−側入力端子)には入力電圧VI を抵抗R6 ,R7
 で抵抗分割した電圧が入力され、該コンパレータCO
MP3の他方側入力端子(+側入力端子)に印加される
基準電圧Vref と比較され、これらの付加回路によ
ってオン・デューティ制限切替回路が構成される。
【0020】上述した回路において、入力電圧VI が
高い間は該コンパレータCOMP3の出力側がロウレベ
ルとなってトランジスタT3 がオフとなり、上記抵抗
R3 .R4 により抵抗分割された固定電圧により該
オン・デューティの最大値が制限される。一方入力電圧
VI が低下して、上記抵抗R6 .R7 で抵抗分割
された電圧が上記基準電圧Vref より低下すると、
該コンパレータCOMP3の出力側がハイレベルに反転
し、これによりトランジスタT3 をオンとして、該D
TC端子電圧を上記発振器の出力電圧最小値VL 以下
とする。これにより上記固定電圧によるオン・デューテ
ィの最大値の制限がなされなくなり、該デューティ比を
100 %とすることも可能となる。
【0021】このようにして本発明によるスイッチング
レギュレータでは、入力電圧低下時においてオン・デュ
ーティの制限がかからなくなるので、かかるスイッチン
グレギュレータを車載用電子機器(特にマイコン制御の
電子機器)の電源回路に使用すると、イグニッションス
イッチをオンとした時など、入力電圧(バッテリ電圧)
が十分に立上っていない時にも、該電子機器の制御が可
能となる(例えばマイコンの場合、VCC電圧は5Vあ
ればよいので、該スイッチングレギュレータの入力電圧
となるバッテリ電圧がほぼ5V以上あれば上記マイコン
の動作が可能となる)。したがって特に該スイッチング
レギュレータを燃料噴射制御などのエンジン制御機器(
マイコンによる制御機器)の電源回路に使用すれば、上
述したようなイグニッションスイッチのオン時のみでな
く、バッテリ電圧が低下してきた時などでも、該バッテ
リ電圧がほぼ5V以上あればマイコン動作が可能となり
、それによってエンジン始動を行うことが可能となる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、入力電圧が高い時には
電流制限がかかり、入力電圧低下時にはデューティ制御
が可能なステップ・ダウン型スイッチングレギュレータ
をうることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例としてのスイッチングレギュ
レータの回路構成を示す図である。
【図2】従来技術としてのスイッチングレギュレータの
回路構成を例示する図である。
【図3】デッドタイムコントロール(DTC)の機能を
説明する図である。
【図4】スイッチングレギュレータの一般的特性を示す
図である。
【図5】従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
OP…誤差増巾器 OS…発振器 COMP1…PWMコンパレータ COMP2…DTCコンパレータ COMP3…オン・デューティ制限切替回路を構成する
コンパレータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入力電圧および出力電流の変動に対応
    してデューティ比を変化させることにより、出力電圧を
    一定に維持するようにしたステップダウン型スイッチン
    グレギュレータであって、該デューティ比の最大値を制
    限する手段と、入力電圧低下時に該制限を解除する手段
    とをそなえることを特徴とするスイッチングレギュレー
    タ。
JP1635891A 1991-02-07 1991-02-07 スイッチングレギュレータ Withdrawn JPH04255459A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126617A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 株式会社東芝 Dc−dcコンバータ、および、半導体集積回路
CN108616209A (zh) * 2018-04-17 2018-10-02 华南理工大学 一种数字电源占空比最大值的动态调节方法
CN110086398A (zh) * 2019-05-10 2019-08-02 华南理工大学 一种基于占空比控制的直接转矩控制方法

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