JPH09215319A - Dc/dcコンバータ - Google Patents
Dc/dcコンバータInfo
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- JPH09215319A JPH09215319A JP8016553A JP1655396A JPH09215319A JP H09215319 A JPH09215319 A JP H09215319A JP 8016553 A JP8016553 A JP 8016553A JP 1655396 A JP1655396 A JP 1655396A JP H09215319 A JPH09215319 A JP H09215319A
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- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 28
- CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N lawrencium atom Chemical compound [Lr] CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/1563—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 入力電圧の変動やアプリケーションの変更に
対して、高い変換効率を維持し、また安定した動作が得
られるDC/DCコンバータを提供する。 【解決手段】 スイッチング素子1は、制御回路7によ
って制御され、オン状態のときにコイル電流IL が増加
しオフ状態のときにコイル電流IL が減少する。コンパ
レータ2は、出力電圧Vout が予め設定してある出力電
圧値よりも小さくなるとその旨を制御回路7に通知す
る。コンパレータ3は、コイル電流IL を監視し、その
コイル電流IL が設定回路10によって設定されるピー
ク電流ILPを越えるとその旨を制御回路7に通知する。
設定回路10は、入力電圧Vinに比例するピーク電流I
LPを設定する。制御回路7は、出力電圧Vout が予め設
定してある出力電圧値よりも小さくなるとスイッチング
素子1をオン状態にし、コイル電流IL がピーク電流I
LPを越えるとスイッチング素子をオフ状態にする。
対して、高い変換効率を維持し、また安定した動作が得
られるDC/DCコンバータを提供する。 【解決手段】 スイッチング素子1は、制御回路7によ
って制御され、オン状態のときにコイル電流IL が増加
しオフ状態のときにコイル電流IL が減少する。コンパ
レータ2は、出力電圧Vout が予め設定してある出力電
圧値よりも小さくなるとその旨を制御回路7に通知す
る。コンパレータ3は、コイル電流IL を監視し、その
コイル電流IL が設定回路10によって設定されるピー
ク電流ILPを越えるとその旨を制御回路7に通知する。
設定回路10は、入力電圧Vinに比例するピーク電流I
LPを設定する。制御回路7は、出力電圧Vout が予め設
定してある出力電圧値よりも小さくなるとスイッチング
素子1をオン状態にし、コイル電流IL がピーク電流I
LPを越えるとスイッチング素子をオフ状態にする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、DC/DCコンバ
ータに係わる。
ータに係わる。
【0002】
【従来の技術】DC/DCコンバータは、ある直流の入
力電圧を異なる直流電圧に変換して出力する装置であ
り、様々な用途に使用されている。この出力電圧は、所
定の値に安定している必要があり、また、携帯端末など
へ搭載する場合を考慮すると、その消費電力を出来るだ
け小さくすることが要求される。
力電圧を異なる直流電圧に変換して出力する装置であ
り、様々な用途に使用されている。この出力電圧は、所
定の値に安定している必要があり、また、携帯端末など
へ搭載する場合を考慮すると、その消費電力を出来るだ
け小さくすることが要求される。
【0003】図12は、従来のDC/DCコンバータの
一例の概略構成図である。同図に示すDC/DCコンバ
ータは、入力電圧Vinを出力電圧Vout に変換する。パ
ルス周波数変調器101は、出力電圧Vout をフィード
バック信号として受信し、その電圧に基づいた周波数で
オン時間一定のパルス信号を出力する。ドライバ102
は、パルス周波数変調器101から受信したパルス信号
に従ってオン・オフ制御信号を出力する。スイッチング
素子103は、ドライバ102が出力するオン・オフ制
御信号によりスイッチングを行う。スイッチング素子1
03は例えばPチャネルMOSトランジスタであり、ド
ライバ102の出力が「L」レベルのときにオン状態に
なる。
一例の概略構成図である。同図に示すDC/DCコンバ
ータは、入力電圧Vinを出力電圧Vout に変換する。パ
ルス周波数変調器101は、出力電圧Vout をフィード
バック信号として受信し、その電圧に基づいた周波数で
オン時間一定のパルス信号を出力する。ドライバ102
は、パルス周波数変調器101から受信したパルス信号
に従ってオン・オフ制御信号を出力する。スイッチング
素子103は、ドライバ102が出力するオン・オフ制
御信号によりスイッチングを行う。スイッチング素子1
03は例えばPチャネルMOSトランジスタであり、ド
ライバ102の出力が「L」レベルのときにオン状態に
なる。
【0004】スイッチング素子103をオン状態にする
と、スイッチング素子103を流れる電流はコイルLを
介して流れ、コンデンサCおよび出力側に電力が供給さ
れて出力電圧Vout が上昇する。したがって、出力電圧
Vout が低下した場合には、パルス周波数変調器101
は、スイッチング素子103をオン状態にするような制
御信号を出力して出力電圧Vout を一定に保つように制
御する。
と、スイッチング素子103を流れる電流はコイルLを
介して流れ、コンデンサCおよび出力側に電力が供給さ
れて出力電圧Vout が上昇する。したがって、出力電圧
Vout が低下した場合には、パルス周波数変調器101
は、スイッチング素子103をオン状態にするような制
御信号を出力して出力電圧Vout を一定に保つように制
御する。
【0005】図13は、パルス周波数変調器101の出
力を示す図である。この例では、パルス信号(「H」レ
ベルとなっている期間)がスイッチング素子103をオ
ン状態にするものとする。
力を示す図である。この例では、パルス信号(「H」レ
ベルとなっている期間)がスイッチング素子103をオ
ン状態にするものとする。
【0006】DC/DCコンバータの出力電圧Vout が
基準値を保っている期間は、パルス周波数変調器101
は、図13(a) に示すように、比較的低い周波数でパル
スを出力するか、あるいはパルスを出力しない状態であ
る。一方、出力電圧Vout が基準値以下になると、パル
ス周波数変調器101は、図13(b) に示すように、パ
ルス周波数を高くして、スイッチング素子103がオン
状態となる頻度を増加させることによって出力電圧V
out を上昇させようとする。DC/DCコンバータはこ
のようにして出力電圧Vout を一定の値に保つ。
基準値を保っている期間は、パルス周波数変調器101
は、図13(a) に示すように、比較的低い周波数でパル
スを出力するか、あるいはパルスを出力しない状態であ
る。一方、出力電圧Vout が基準値以下になると、パル
ス周波数変調器101は、図13(b) に示すように、パ
ルス周波数を高くして、スイッチング素子103がオン
状態となる頻度を増加させることによって出力電圧V
out を上昇させようとする。DC/DCコンバータはこ
のようにして出力電圧Vout を一定の値に保つ。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、DC/DC
コンバータを例えば携帯端末等に搭載して使用する場合
には、端末の動作時間を長くするために、その消費電力
を出来るだけ小さくすることが要求される。しかしなが
ら、上述した従来のDC/DCコンバータでは、低消費
電力化が十分でなかった。
コンバータを例えば携帯端末等に搭載して使用する場合
には、端末の動作時間を長くするために、その消費電力
を出来るだけ小さくすることが要求される。しかしなが
ら、上述した従来のDC/DCコンバータでは、低消費
電力化が十分でなかった。
【0008】すなわち、携帯端末等に搭載することを考
慮すると、必然的にDC/DCコンバータを小型化する
ことになるが、この場合、上記コンデンサCおよびコイ
ルLを小型化しなければならない。コンデンサCおよび
コイルLを小型化する場合には、スイッチング素子10
3を制御するためのパルスを生成する発信器(図12で
は、パルス周波数変調器101に内蔵される)の周波数
を高くする必要が生じる。特に、出力電圧Vout が基準
値以下になり、図13(b) に示すようにパルス周波数を
高くする場合には、その周波数は数100KHz 程度にな
る。
慮すると、必然的にDC/DCコンバータを小型化する
ことになるが、この場合、上記コンデンサCおよびコイ
ルLを小型化しなければならない。コンデンサCおよび
コイルLを小型化する場合には、スイッチング素子10
3を制御するためのパルスを生成する発信器(図12で
は、パルス周波数変調器101に内蔵される)の周波数
を高くする必要が生じる。特に、出力電圧Vout が基準
値以下になり、図13(b) に示すようにパルス周波数を
高くする場合には、その周波数は数100KHz 程度にな
る。
【0009】このように、発振器の動作周波数を高くす
ると、1つのパルスで供給できる電力量が小さくなるの
で、負荷に所定量の電力を供給するために必要なパルス
数が増加する。このパルスは、スイッチング素子103
をオン・オフさせるための信号なので、発振器の動作周
波数を高くすると、必然的にスイッチング素子103の
スイッチング回数が増える。スイッチング素子103を
スイッチングすれば、それに伴って損失が発生するの
で、スイッチング素子103のスイッチング回数が増え
れば、DC/DCコンバータの変換効率が悪化する。
ると、1つのパルスで供給できる電力量が小さくなるの
で、負荷に所定量の電力を供給するために必要なパルス
数が増加する。このパルスは、スイッチング素子103
をオン・オフさせるための信号なので、発振器の動作周
波数を高くすると、必然的にスイッチング素子103の
スイッチング回数が増える。スイッチング素子103を
スイッチングすれば、それに伴って損失が発生するの
で、スイッチング素子103のスイッチング回数が増え
れば、DC/DCコンバータの変換効率が悪化する。
【0010】また、上記構成では、DC/DCコンバー
タに対して発振器(パルス周波数変調器101に内蔵)
が不可欠となるが、この発振器は常に動作状態にあるの
で、このことも消費電力の低下を妨げている。さらに、
上述のようにしてパルス周波数を変動させると、出力電
圧Vout のリップルが不定となり、放射ノイズやこのD
C/DCコンバータに接続される負荷の電源系ノイズの
帯域が広がってしまうので、その除去が困難になる。
タに対して発振器(パルス周波数変調器101に内蔵)
が不可欠となるが、この発振器は常に動作状態にあるの
で、このことも消費電力の低下を妨げている。さらに、
上述のようにしてパルス周波数を変動させると、出力電
圧Vout のリップルが不定となり、放射ノイズやこのD
C/DCコンバータに接続される負荷の電源系ノイズの
帯域が広がってしまうので、その除去が困難になる。
【0011】このように、従来のDC/DCコンバータ
は、低消費電力化が十分ではなく、また、ノイズ帯域が
広いという問題があった。本発明は、上記問題を解決す
るものであり、DC/DCコンバータを低消費電力化し
て変換効率を向上することを目的とする。
は、低消費電力化が十分ではなく、また、ノイズ帯域が
広いという問題があった。本発明は、上記問題を解決す
るものであり、DC/DCコンバータを低消費電力化し
て変換効率を向上することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のDC/DCコン
バータは、スイッチング手段を制御することによってコ
イル電流を変化させて出力電圧を制御する構成を前提と
し、以下の手段を有する。
バータは、スイッチング手段を制御することによってコ
イル電流を変化させて出力電圧を制御する構成を前提と
し、以下の手段を有する。
【0013】出力電圧監視手段は、DC/DCコンバー
タの出力電圧が低下して予め設定した電圧値になったと
きに上記スイッチング手段をオン状態にする。コイル電
流監視手段は、コイル電流が増加して基準電流値に達し
たときに上記スイッチング手段をオフ状態にする。
タの出力電圧が低下して予め設定した電圧値になったと
きに上記スイッチング手段をオン状態にする。コイル電
流監視手段は、コイル電流が増加して基準電流値に達し
たときに上記スイッチング手段をオフ状態にする。
【0014】上記基準電流値の設定方法として以下の3
つがある。すなわち、任意の値に設定する方法、DC/
DCコンバータの入力電圧に基づいて設定する方法、D
C/DCコンバータの入力電圧に比例するように設定す
る方法である。任意の値に設定する方法では、負荷へ供
給する電流の最大値を任意に設定できる。また、入力電
圧に基づいてまたは入力電圧に比例するように設定する
方法では、DC/DCコンバータの入力電圧が変動した
場合、コイル電流監視手段がその監視動作に使用する基
準電流値も上記変動に応じて変化する。このため、入力
電圧の変動が上記スイッチング手段の制御に及ぼす影響
が少なくなり、DC/DCコンバータの動作が安定す
る。
つがある。すなわち、任意の値に設定する方法、DC/
DCコンバータの入力電圧に基づいて設定する方法、D
C/DCコンバータの入力電圧に比例するように設定す
る方法である。任意の値に設定する方法では、負荷へ供
給する電流の最大値を任意に設定できる。また、入力電
圧に基づいてまたは入力電圧に比例するように設定する
方法では、DC/DCコンバータの入力電圧が変動した
場合、コイル電流監視手段がその監視動作に使用する基
準電流値も上記変動に応じて変化する。このため、入力
電圧の変動が上記スイッチング手段の制御に及ぼす影響
が少なくなり、DC/DCコンバータの動作が安定す
る。
【0015】負荷へ電力を供給する動作モードとして少
なくとも軽負荷モードと重負荷モードとを有し、各動作
モードに対応する方式に従ってスイッチング手段を制御
するDC/DCコンバータにおいては、動作モードを軽
負荷モードから重負荷モードへ切り換えるときに各動作
モードでの電力変換効率が最も高くなるように上記基準
電流を設定する。
なくとも軽負荷モードと重負荷モードとを有し、各動作
モードに対応する方式に従ってスイッチング手段を制御
するDC/DCコンバータにおいては、動作モードを軽
負荷モードから重負荷モードへ切り換えるときに各動作
モードでの電力変換効率が最も高くなるように上記基準
電流を設定する。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態のD
C/DCコンバータの一例の構成図である。このDC/
DCコンバータは、接続される負荷に応じて動作モード
を自動的に切り換えながら入力電圧Vinから出力電圧V
out を生成する。すなわち、負荷が軽く、その負荷に供
給する電流が小さくても所定の出力電圧を保持できると
きには軽負荷モードで動作し、負荷が重く、軽負荷モー
ドでは所定の出力電圧を保持できない場合には負荷に大
きな電流を供給できる重負荷モードで動作する。
図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態のD
C/DCコンバータの一例の構成図である。このDC/
DCコンバータは、接続される負荷に応じて動作モード
を自動的に切り換えながら入力電圧Vinから出力電圧V
out を生成する。すなわち、負荷が軽く、その負荷に供
給する電流が小さくても所定の出力電圧を保持できると
きには軽負荷モードで動作し、負荷が重く、軽負荷モー
ドでは所定の出力電圧を保持できない場合には負荷に大
きな電流を供給できる重負荷モードで動作する。
【0017】スイッチング素子1は、たとえば、Pチャ
ネルのパワーMOSトランジスタであり、一方の端子に
入力電圧Vinが印加され、他方の端子にダイオードDの
カソードおよびコイルLが接続されている。ダイオード
Dのアノードは接地されている。コイルLの他端は、抵
抗Rsense を介して出力端子に接続されている。出力端
子は、コンデンサを介して接地されている。スイッチン
グ素子1は、制御回路7の出力が「L」レベルのときオ
ン状態となる。
ネルのパワーMOSトランジスタであり、一方の端子に
入力電圧Vinが印加され、他方の端子にダイオードDの
カソードおよびコイルLが接続されている。ダイオード
Dのアノードは接地されている。コイルLの他端は、抵
抗Rsense を介して出力端子に接続されている。出力端
子は、コンデンサを介して接地されている。スイッチン
グ素子1は、制御回路7の出力が「L」レベルのときオ
ン状態となる。
【0018】コンパレータ2は、その+入力に基準電圧
Vref が印加され、その−入力には出力電圧Vout を抵
抗R1 およびR2 で分圧した比較電圧V1 が印加され
る。そして、その比較結果を制御回路7に対して出力す
る。
Vref が印加され、その−入力には出力電圧Vout を抵
抗R1 およびR2 で分圧した比較電圧V1 が印加され
る。そして、その比較結果を制御回路7に対して出力す
る。
【0019】コンパレータ3および4は、それぞれオフ
セット設定電源5および6によって比較レベルが設定さ
れ、その比較レベルを用いて抵抗Rsense における電圧
降下を監視する。ここで、抵抗Rsense を流れる電流
は、コイルLを流れるコイル電流IL であるので、コン
パレータ3および4は、コイル電流IL を監視すること
になる。コンパレータ3および4に設定される比較レベ
ルは、それぞれコイル電流に換算してILPおよびI
LB(ILP>ILB)として設定する。電流ILPは、軽負荷
モードにおけるコイル電流IL の上限値であり、ピーク
電流ILPと呼ぶことにする。一方、ILBは、軽負荷モー
ドにおけるコイル電流IL の下限値であり、最低電流I
LBと呼ぶことにする。ILBは、たとえば、0に設定され
る。
セット設定電源5および6によって比較レベルが設定さ
れ、その比較レベルを用いて抵抗Rsense における電圧
降下を監視する。ここで、抵抗Rsense を流れる電流
は、コイルLを流れるコイル電流IL であるので、コン
パレータ3および4は、コイル電流IL を監視すること
になる。コンパレータ3および4に設定される比較レベ
ルは、それぞれコイル電流に換算してILPおよびI
LB(ILP>ILB)として設定する。電流ILPは、軽負荷
モードにおけるコイル電流IL の上限値であり、ピーク
電流ILPと呼ぶことにする。一方、ILBは、軽負荷モー
ドにおけるコイル電流IL の下限値であり、最低電流I
LBと呼ぶことにする。ILBは、たとえば、0に設定され
る。
【0020】コンパレータ3は、コイル電流IL がピー
ク電流ILPよりも大きくなったときに「H」レベルを出
力し、コンパレータ4は、コイル電流IL が最低電流I
LBよりも小さくなったときに「L」レベルを出力する。
コンパレータ3および4の出力は、制御回路7へ通知さ
れる。
ク電流ILPよりも大きくなったときに「H」レベルを出
力し、コンパレータ4は、コイル電流IL が最低電流I
LBよりも小さくなったときに「L」レベルを出力する。
コンパレータ3および4の出力は、制御回路7へ通知さ
れる。
【0021】制御回路7は、軽負荷モードで動作すると
きには、コンパレータ2、3、4から受信する信号に基
づいてスイッチング素子1のオン・オフ状態を制御す
る。具体的には、下記〜による制御を実行する。 コンパレータ2の出力が「L」から「H」に変化し
たとき(出力電圧Voutが予め規定してある所定の電圧
よりも低下したとき)にスイッチング素子1をオン状態
にする。 上記の後にコンパレータ3の出力が「L」から
「H」に変化したとき(コイル電流IL がピーク電流I
LPよりも大きくなったとき)にスイッチング素子1をオ
フ状態にする。 上記の後にコンパレータ4の出力が「H」から
「L」に変化したとき(コイル電流IL が最低電流ILB
にまで低下してとき)に上記に戻ってコンパレータ2
の出力信号を監視する。
きには、コンパレータ2、3、4から受信する信号に基
づいてスイッチング素子1のオン・オフ状態を制御す
る。具体的には、下記〜による制御を実行する。 コンパレータ2の出力が「L」から「H」に変化し
たとき(出力電圧Voutが予め規定してある所定の電圧
よりも低下したとき)にスイッチング素子1をオン状態
にする。 上記の後にコンパレータ3の出力が「L」から
「H」に変化したとき(コイル電流IL がピーク電流I
LPよりも大きくなったとき)にスイッチング素子1をオ
フ状態にする。 上記の後にコンパレータ4の出力が「H」から
「L」に変化したとき(コイル電流IL が最低電流ILB
にまで低下してとき)に上記に戻ってコンパレータ2
の出力信号を監視する。
【0022】制御回路7は、重負荷モードで動作すると
きには、出力電圧Vout をフィードバック信号として用
いたPWM(パルス幅変調)制御によってスイッチング
素子1のオン・オフ状態を制御する。
きには、出力電圧Vout をフィードバック信号として用
いたPWM(パルス幅変調)制御によってスイッチング
素子1のオン・オフ状態を制御する。
【0023】次に、図1に示すDC/DCコンバータの
軽負荷モードでの動作を説明する。図2(a) は、負荷が
軽い場合の動作例を説明する図である。時刻T1 におい
て出力電圧Vout が予め設定してある出力電圧よりも小
さくなると、制御回路7は、スイッチング素子1をオン
状態にする(上記)。スイッチング素子1がオン状態
になると、コイル電流IL が増加し、出力電圧Vout が
上昇する。コイル電流IL が増加して時刻T2 において
ピーク電流ILPに達すると、制御回路7は、スイッチン
グ素子1をオフ状態にする(上記)。スイッチング素
子1がオフ状態になると、コイル電流IL が減少し出力
電圧Vout は低下してゆく。このとき、負荷は軽く負荷
電流は小さいので、出力電圧Vout は緩やかに低下す
る。
軽負荷モードでの動作を説明する。図2(a) は、負荷が
軽い場合の動作例を説明する図である。時刻T1 におい
て出力電圧Vout が予め設定してある出力電圧よりも小
さくなると、制御回路7は、スイッチング素子1をオン
状態にする(上記)。スイッチング素子1がオン状態
になると、コイル電流IL が増加し、出力電圧Vout が
上昇する。コイル電流IL が増加して時刻T2 において
ピーク電流ILPに達すると、制御回路7は、スイッチン
グ素子1をオフ状態にする(上記)。スイッチング素
子1がオフ状態になると、コイル電流IL が減少し出力
電圧Vout は低下してゆく。このとき、負荷は軽く負荷
電流は小さいので、出力電圧Vout は緩やかに低下す
る。
【0024】時刻T3 においてコイル電流IL が最低電
流ILBにまで低下すると、制御回路7は、出力電圧Vou
t の監視を開始する(上記)。そして、時刻T4 にお
いて出力電圧Vout が予め設定してある出力電圧よりも
小さくなると、上記時刻T1〜T3 の動作を繰り返す。
このようにして、出力電圧Vout を一定の値に保ってい
る。
流ILBにまで低下すると、制御回路7は、出力電圧Vou
t の監視を開始する(上記)。そして、時刻T4 にお
いて出力電圧Vout が予め設定してある出力電圧よりも
小さくなると、上記時刻T1〜T3 の動作を繰り返す。
このようにして、出力電圧Vout を一定の値に保ってい
る。
【0025】図2(b) は、図2(a) に示した例と比べて
負荷がやや重い場合の動作例を説明する図である。時刻
T1 〜T2 の動作は、図2(a) に示した例と同じであ
る。時刻T2 においてスイッチング素子1がオフ状態に
なると、コイル電流IL が減少するので、出力電圧Vou
t は低下してゆく。図2(b) の例では、図2(a) に示し
た例と比べて負荷がやや重いので、出力電圧Vout はや
や急峻に低下してゆく。
負荷がやや重い場合の動作例を説明する図である。時刻
T1 〜T2 の動作は、図2(a) に示した例と同じであ
る。時刻T2 においてスイッチング素子1がオフ状態に
なると、コイル電流IL が減少するので、出力電圧Vou
t は低下してゆく。図2(b) の例では、図2(a) に示し
た例と比べて負荷がやや重いので、出力電圧Vout はや
や急峻に低下してゆく。
【0026】時刻T3 においてコイル電流IL が最低電
流ILBにまで低下する。このとき、出力電圧Vout が予
め設定してある出力電圧よりも小さくなっていれば、即
座に上記時刻T1 〜T3 の動作を繰り返すことによって
コイル電流IL を制御し、出力電圧Vout を一定の値に
保つ。
流ILBにまで低下する。このとき、出力電圧Vout が予
め設定してある出力電圧よりも小さくなっていれば、即
座に上記時刻T1 〜T3 の動作を繰り返すことによって
コイル電流IL を制御し、出力電圧Vout を一定の値に
保つ。
【0027】図2(b) に示す例では、コイル電流IL を
流す電流供給サイクル(時刻T1 〜T3 の動作)が途切
れることなく連続して繰り返されている。この状態のと
き、最低電流ILBを0とすると、コイル電流IL の平均
値はILP/2である。この値は、軽負荷モードで負荷に
供給できる電流の最大値である。
流す電流供給サイクル(時刻T1 〜T3 の動作)が途切
れることなく連続して繰り返されている。この状態のと
き、最低電流ILBを0とすると、コイル電流IL の平均
値はILP/2である。この値は、軽負荷モードで負荷に
供給できる電流の最大値である。
【0028】図3は、負荷が重い場合の動作例を説明す
る図である。時刻T1 〜T2 の動作は、図2(a) に示し
た例と同じである。時刻T2 においてスイッチング素子
1がオフ状態になると、負荷が重いので、出力電圧Vou
t は急激に低下してゆく。この後、時刻T3 においてコ
イル電流IL が最低電流ILBにまで低下したときに、出
力電圧Vout は予め設定してある出力電圧よりも小さく
なっているので、即座に電流供給サイクルを実行する。
る図である。時刻T1 〜T2 の動作は、図2(a) に示し
た例と同じである。時刻T2 においてスイッチング素子
1がオフ状態になると、負荷が重いので、出力電圧Vou
t は急激に低下してゆく。この後、時刻T3 においてコ
イル電流IL が最低電流ILBにまで低下したときに、出
力電圧Vout は予め設定してある出力電圧よりも小さく
なっているので、即座に電流供給サイクルを実行する。
【0029】ところが、負荷が重い場合(その負荷が要
求する負荷電流がILP/2よりも大きい)、電流供給サ
イクルを連続して実行することによって軽負荷モードで
負荷に供給できる最大電流(ILP/2)を負荷に供給し
ても、負荷電流を満たすことができない。このため、出
力電圧Vout は予め設定してある出力電圧を保持できず
に低下してゆく。そして、出力電圧Vout が予め設定し
てある出力電圧よりも小さい状態が所定時間以上継続す
ると、DC/DCコンバータの動作モードは自動的に軽
負荷モードから重負荷モードへ切り換えられる。
求する負荷電流がILP/2よりも大きい)、電流供給サ
イクルを連続して実行することによって軽負荷モードで
負荷に供給できる最大電流(ILP/2)を負荷に供給し
ても、負荷電流を満たすことができない。このため、出
力電圧Vout は予め設定してある出力電圧を保持できず
に低下してゆく。そして、出力電圧Vout が予め設定し
てある出力電圧よりも小さい状態が所定時間以上継続す
ると、DC/DCコンバータの動作モードは自動的に軽
負荷モードから重負荷モードへ切り換えられる。
【0030】重負荷モードの動作を簡単に説明する。重
負荷モードは、PWM(パルス幅変調)制御で出力電圧
Vout を制御する。ここで、パルス信号は、出力電圧V
outをフィードバック信号として生成され、そのパルス
幅は、スイッチング素子1をオン状態にする時間に対応
する。すなわち、パルス幅を変化させることによってス
イッチング素子1をオン状態にする時間とオフ状態にす
る時間との比率(デューティ)を変化させて出力電圧V
out を制御する。
負荷モードは、PWM(パルス幅変調)制御で出力電圧
Vout を制御する。ここで、パルス信号は、出力電圧V
outをフィードバック信号として生成され、そのパルス
幅は、スイッチング素子1をオン状態にする時間に対応
する。すなわち、パルス幅を変化させることによってス
イッチング素子1をオン状態にする時間とオフ状態にす
る時間との比率(デューティ)を変化させて出力電圧V
out を制御する。
【0031】出力電圧Vout が設定電圧よりも低下した
場合は、その出力電圧Vout を上昇させるように、スイ
ッチング素子1をオン状態にする時間の比率を大きくす
る。一方、出力電圧Vout が設定電圧よりも高くなった
場合は、その出力電圧Voutを低下させるようにスイッ
チング素子1をオン状態にする時間の比率を小さくす
る。重負荷モードでは、このような制御により、出力電
圧Vout を予め設定してある出力電圧値に保つ。
場合は、その出力電圧Vout を上昇させるように、スイ
ッチング素子1をオン状態にする時間の比率を大きくす
る。一方、出力電圧Vout が設定電圧よりも高くなった
場合は、その出力電圧Voutを低下させるようにスイッ
チング素子1をオン状態にする時間の比率を小さくす
る。重負荷モードでは、このような制御により、出力電
圧Vout を予め設定してある出力電圧値に保つ。
【0032】上述したように、本実施形態のDC/DC
コンバータは、軽負荷モードと重負荷モードを有する。
軽負荷モードでは、コイル電流IL を用いて出力電圧V
outを制御するが、コイル電流IL はピーク電流ILPに
よって規定される。即ち、コイル電流IL の最大値は、
ピーク電流ILPであり、コイル電流IL の平均値(負荷
への供給電流)の最大値は、最低電流ILBを0とする
と、ILP/2である。そして、負荷がILP/2よりも大
きな負荷電流を必要とするときは、DC/DCコンバー
タは、その動作モードを軽負荷モードから重負荷モード
へ切り換える。
コンバータは、軽負荷モードと重負荷モードを有する。
軽負荷モードでは、コイル電流IL を用いて出力電圧V
outを制御するが、コイル電流IL はピーク電流ILPに
よって規定される。即ち、コイル電流IL の最大値は、
ピーク電流ILPであり、コイル電流IL の平均値(負荷
への供給電流)の最大値は、最低電流ILBを0とする
と、ILP/2である。そして、負荷がILP/2よりも大
きな負荷電流を必要とするときは、DC/DCコンバー
タは、その動作モードを軽負荷モードから重負荷モード
へ切り換える。
【0033】ところで、DC/DCコンバータは、様々
な条件で使用される。たとえば、5Vで駆動される負荷
が接続されることもあれば、3Vで駆動される負荷が接
続されることもある。前者の場合は、DC/DCコンバ
ータの出力電圧を5Vに設定し、後者の場合は3Vに設
定する。以下では、このようなDC/DCコンバータの
動作状態を変えるような条件(通常は、負荷による)を
「アプリケーション」と呼ぶことにする。
な条件で使用される。たとえば、5Vで駆動される負荷
が接続されることもあれば、3Vで駆動される負荷が接
続されることもある。前者の場合は、DC/DCコンバ
ータの出力電圧を5Vに設定し、後者の場合は3Vに設
定する。以下では、このようなDC/DCコンバータの
動作状態を変えるような条件(通常は、負荷による)を
「アプリケーション」と呼ぶことにする。
【0034】図4は、DC/DCコンバータの変換効率
を示す図である。変換効率とは、入力電力に対する出力
電力の割合である。図4は、アプリケーションAおよび
Bについて、軽負荷モードおよび重負荷モードでの電力
変換効率を示している。アプリケーションAおよびB
は、たとえば、それぞれ、3Vで駆動される負荷および
5Vで駆動される負荷である。
を示す図である。変換効率とは、入力電力に対する出力
電力の割合である。図4は、アプリケーションAおよび
Bについて、軽負荷モードおよび重負荷モードでの電力
変換効率を示している。アプリケーションAおよびB
は、たとえば、それぞれ、3Vで駆動される負荷および
5Vで駆動される負荷である。
【0035】上述したように、動作モードの切換えポイ
ントは、負荷電流がILP/2のときである。負荷電流が
ILP/2以下のときは軽負荷モードで動作し、ILP/2
以上のときは重負荷モードで動作する。この動作モード
の切換えは、DC/DCコンバータの出力電圧Vout に
応じて自動的に行われる。
ントは、負荷電流がILP/2のときである。負荷電流が
ILP/2以下のときは軽負荷モードで動作し、ILP/2
以上のときは重負荷モードで動作する。この動作モード
の切換えは、DC/DCコンバータの出力電圧Vout に
応じて自動的に行われる。
【0036】軽負荷モードでは、特に、負荷電流が小さ
いときに高い変換効率が得られる。また、軽負荷モード
では、入力電圧Vinを一定とすると、変換効率はほとん
どアプリケーションに依存しない。図4では、負荷電流
がILP/2以下の領域で、アプリケーションAおよびB
に対する変換効率カーブを一致させている。一方、重負
荷モードでは、変換効率はアプリケーションに依存す
る。図4では、アプリケーションAおよびBの変換効率
が互いに異なっていることを示している。
いときに高い変換効率が得られる。また、軽負荷モード
では、入力電圧Vinを一定とすると、変換効率はほとん
どアプリケーションに依存しない。図4では、負荷電流
がILP/2以下の領域で、アプリケーションAおよびB
に対する変換効率カーブを一致させている。一方、重負
荷モードでは、変換効率はアプリケーションに依存す
る。図4では、アプリケーションAおよびBの変換効率
が互いに異なっていることを示している。
【0037】なお、負荷電流に対する変換効率のカーブ
は、アプリケーションが決まれば、軽負荷モードおよび
重負荷モードのいずれにおいてもシミュレーション等に
よって推測できる。
は、アプリケーションが決まれば、軽負荷モードおよび
重負荷モードのいずれにおいてもシミュレーション等に
よって推測できる。
【0038】図4に示すように、負荷電流が小さいとき
は、軽負荷モードで動作するので高い変換効率が得られ
る。すなわち電力損失が少ない。負荷電流が増加してI
LP/2を越えると、DC/DCコンバータの動作モード
は重負荷モードに移るが、重負荷モードでの変換効率
は、アプリケーションに依存する。たとえば、アプリケ
ーションAの場合は、負荷電流がILP/2のときの変換
効率がかなり低く、負荷電流が増加して軽負荷モードか
ら重負荷モードに移るときに、電力変換効率が大きく低
下する。すなわち、図4に示すように、負荷電流がILP
/2を越えるときに、変換効率はXからZにまで低下す
る。このように、アプリケーションによっては、軽負荷
モードと重負荷モードとの切換えポイントにおいて変換
効率が低下する。
は、軽負荷モードで動作するので高い変換効率が得られ
る。すなわち電力損失が少ない。負荷電流が増加してI
LP/2を越えると、DC/DCコンバータの動作モード
は重負荷モードに移るが、重負荷モードでの変換効率
は、アプリケーションに依存する。たとえば、アプリケ
ーションAの場合は、負荷電流がILP/2のときの変換
効率がかなり低く、負荷電流が増加して軽負荷モードか
ら重負荷モードに移るときに、電力変換効率が大きく低
下する。すなわち、図4に示すように、負荷電流がILP
/2を越えるときに、変換効率はXからZにまで低下す
る。このように、アプリケーションによっては、軽負荷
モードと重負荷モードとの切換えポイントにおいて変換
効率が低下する。
【0039】動作モードの切換えポイントでの変換効率
の低下を最小限に抑えるためには、たとえばアプリケー
ションAの場合、負荷電流がIA になったときにその動
作モードを切り換えるようにすればよい。すなわち、動
作モードの切換えポイントをIA に設定すれば、負荷電
流がILP/2〜IA の範囲での変換効率は、曲線X−Y
(破線で示す)となる。一方、動作モードの切換えポイ
ントをILP/2とした場合には、その範囲での変換効率
は、曲線Z−Yとなる。したがって、動作モードの切換
えポイントをIA とした方が高い変換効率が得られる。
の低下を最小限に抑えるためには、たとえばアプリケー
ションAの場合、負荷電流がIA になったときにその動
作モードを切り換えるようにすればよい。すなわち、動
作モードの切換えポイントをIA に設定すれば、負荷電
流がILP/2〜IA の範囲での変換効率は、曲線X−Y
(破線で示す)となる。一方、動作モードの切換えポイ
ントをILP/2とした場合には、その範囲での変換効率
は、曲線Z−Yとなる。したがって、動作モードの切換
えポイントをIA とした方が高い変換効率が得られる。
【0040】動作モードの切換えポイントは、図1に示
すDC/DCコンバータでは、軽負荷モードのコイル電
流を規定するピーク電流ILPによって決まる。このピー
ク電流ILPをアプリケーションに応じて設定できるよう
にすれば、軽負荷モードにおいて高い変換効率が得られ
る。なお、ピーク電流ILPをアプリケーションに応じて
設定できるDC/DCコンバータについては後述する。
すDC/DCコンバータでは、軽負荷モードのコイル電
流を規定するピーク電流ILPによって決まる。このピー
ク電流ILPをアプリケーションに応じて設定できるよう
にすれば、軽負荷モードにおいて高い変換効率が得られ
る。なお、ピーク電流ILPをアプリケーションに応じて
設定できるDC/DCコンバータについては後述する。
【0041】図5は、入力電圧Vinの変化とコイル電流
IL との関係を示す図である。コイル電流IL は、入力
電圧Vin、出力電圧Vout およびコイル定数Lによって
決まり、スイッチング素子1がオン状態の期間は、(V
in−Vout )/Lに比例する傾きで増加し、スイッチン
グ素子1がオフ状態の期間では、コイルの逆起電力によ
り、−Vout /Lに比例する傾きで減少する。
IL との関係を示す図である。コイル電流IL は、入力
電圧Vin、出力電圧Vout およびコイル定数Lによって
決まり、スイッチング素子1がオン状態の期間は、(V
in−Vout )/Lに比例する傾きで増加し、スイッチン
グ素子1がオフ状態の期間では、コイルの逆起電力によ
り、−Vout /Lに比例する傾きで減少する。
【0042】したがって、入力電圧Vinが小さくなると
(出力電圧Vout は一定とする)、コイル電流が上昇す
るときの傾きが小さくなる。以下では、入力電圧Vinが
大きいときのコイル電流をIL1とし、入力電圧Vinが小
さくなっとときのコイル電流をIL2とする。
(出力電圧Vout は一定とする)、コイル電流が上昇す
るときの傾きが小さくなる。以下では、入力電圧Vinが
大きいときのコイル電流をIL1とし、入力電圧Vinが小
さくなっとときのコイル電流をIL2とする。
【0043】図5において、コイル電流IL1またはIL2
によって形成される三角形(三角形ABC、または三角
形ADE)の面積は、1回の電力供給サイクルによって
負荷側に供給される電荷量である。したがって、入力電
圧Vinが小さくなると、1サイクルで負荷側に供給され
る電荷量は増加する。ここで、負荷が必要とする電荷量
よりもこの負荷側に供給される電荷量が多い場合は、余
剰電荷がコンデンサCに蓄積されて出力電圧Vout を上
昇させる。このとき生じる出力電圧Vout の変動がリッ
プルである。したがって、DC/DCコンバータへの入
力電圧Vinが小さくなると、リップルが大きくなる。
によって形成される三角形(三角形ABC、または三角
形ADE)の面積は、1回の電力供給サイクルによって
負荷側に供給される電荷量である。したがって、入力電
圧Vinが小さくなると、1サイクルで負荷側に供給され
る電荷量は増加する。ここで、負荷が必要とする電荷量
よりもこの負荷側に供給される電荷量が多い場合は、余
剰電荷がコンデンサCに蓄積されて出力電圧Vout を上
昇させる。このとき生じる出力電圧Vout の変動がリッ
プルである。したがって、DC/DCコンバータへの入
力電圧Vinが小さくなると、リップルが大きくなる。
【0044】上述したように、入力電圧Vinが小さくな
ると、1回の電力供給サイクルで負荷側に供給される電
荷量が増える。一方、負荷電流が小さい場合は、負荷が
必要とする電荷量は少ない。したがって、負荷電流が小
さいときに入力電圧Vinが小さくなると以下のような状
態となる可能性がある。
ると、1回の電力供給サイクルで負荷側に供給される電
荷量が増える。一方、負荷電流が小さい場合は、負荷が
必要とする電荷量は少ない。したがって、負荷電流が小
さいときに入力電圧Vinが小さくなると以下のような状
態となる可能性がある。
【0045】図6は、負荷電流が小さいときに入力電圧
Vinが小さくなったときの状態を説明する図である。図
6において、出力電圧Vout が予め設定してある出力電
圧値よりも小さくなると、スイッチング素子1がオン状
態になり、コイル電流IL が増加してゆく。このとき、
コイル電流IL が増加してゆくときの傾きは非常に小さ
いので、負荷が必要とする電荷量が供給された時点で、
コイル電流IL はピーク電流ILPに達していない。スイ
ッチング素子1は、コイル電流IL がピーク電流ILPに
達することによってオフ状態に戻るように制御される。
換言すれば、コイル電流IL がピーク電流ILPに達する
までは、スイッチング素子1はオン状態を継続するので
負荷側への電荷の供給も継続される。この結果、負荷に
よって消費されない余剰電荷がコンデンサCに蓄積され
て出力電圧Vout が上昇し続け、最終的には、出力電圧
Vout が入力電圧Vinに一致するまで上昇することも起
こりうる。
Vinが小さくなったときの状態を説明する図である。図
6において、出力電圧Vout が予め設定してある出力電
圧値よりも小さくなると、スイッチング素子1がオン状
態になり、コイル電流IL が増加してゆく。このとき、
コイル電流IL が増加してゆくときの傾きは非常に小さ
いので、負荷が必要とする電荷量が供給された時点で、
コイル電流IL はピーク電流ILPに達していない。スイ
ッチング素子1は、コイル電流IL がピーク電流ILPに
達することによってオフ状態に戻るように制御される。
換言すれば、コイル電流IL がピーク電流ILPに達する
までは、スイッチング素子1はオン状態を継続するので
負荷側への電荷の供給も継続される。この結果、負荷に
よって消費されない余剰電荷がコンデンサCに蓄積され
て出力電圧Vout が上昇し続け、最終的には、出力電圧
Vout が入力電圧Vinに一致するまで上昇することも起
こりうる。
【0046】このような状態になると、コイル電流IL
は、コイルL自身のインダクタンスおよびコンデンサC
の容量によって決まる共振周波数で共振しながら負荷電
流と同じ値に落ちつく(負荷電流が一定の場合)。すな
わち、コイル電流が一定の値に固定され、コイル電流を
用いて出力電圧を制御することができなくなる。このと
き、出力電圧Vout は、DC/DCコンバータの電源を
オフにするまで入力電圧Vinに一致した値に固定され
る。すなわち、所望の出力電圧Vout を生成できなくな
ってしまう。
は、コイルL自身のインダクタンスおよびコンデンサC
の容量によって決まる共振周波数で共振しながら負荷電
流と同じ値に落ちつく(負荷電流が一定の場合)。すな
わち、コイル電流が一定の値に固定され、コイル電流を
用いて出力電圧を制御することができなくなる。このと
き、出力電圧Vout は、DC/DCコンバータの電源を
オフにするまで入力電圧Vinに一致した値に固定され
る。すなわち、所望の出力電圧Vout を生成できなくな
ってしまう。
【0047】上述のような状況を回避するためには、入
力電圧Vinが変化した場合に、それに応じて、軽負荷モ
ードのコイル電流を規定するピーク電流ILPも変化すれ
ばよい。すなわち、入力電圧Vinが小さくなった場合
に、それに応じて、軽負荷モードのコイル電流を規定す
るピーク電流ILPもピーク電流ILPを自由に設定できる
DC/DCコンバータについては後述する。
力電圧Vinが変化した場合に、それに応じて、軽負荷モ
ードのコイル電流を規定するピーク電流ILPも変化すれ
ばよい。すなわち、入力電圧Vinが小さくなった場合
に、それに応じて、軽負荷モードのコイル電流を規定す
るピーク電流ILPもピーク電流ILPを自由に設定できる
DC/DCコンバータについては後述する。
【0048】図7は、本発明のDC/DCコンバータの
他の形態の基本構成を説明する図である。このDC/D
Cコンバータは、直流入力電圧Vinを出力電圧Vout に
変換する。尚、図7で使用する符号のうち図1で使用し
た符号は同じものを示す。
他の形態の基本構成を説明する図である。このDC/D
Cコンバータは、直流入力電圧Vinを出力電圧Vout に
変換する。尚、図7で使用する符号のうち図1で使用し
た符号は同じものを示す。
【0049】図7に示すDC/DCコンバータは、図1
に示したDC/DCコンバータのオフセット設定電源5
のかわりに設定回路10を設けた構成である。オフセッ
ト設定電源5は、固定的にオフセット電圧を設定する
が、設定回路10は、後述詳しく説明するが、入力電圧
Vinに従って変化するオフセットまたは任意のオフセッ
トを設定することができる。
に示したDC/DCコンバータのオフセット設定電源5
のかわりに設定回路10を設けた構成である。オフセッ
ト設定電源5は、固定的にオフセット電圧を設定する
が、設定回路10は、後述詳しく説明するが、入力電圧
Vinに従って変化するオフセットまたは任意のオフセッ
トを設定することができる。
【0050】上述したように、コンパレータ3および4
は、コイル電流IL を監視する。すなわち、コンパレー
タ3は、設定回路10によって設定される比較レベルを
用いて抵抗Rsense における電圧降下を監視することに
よってコイル電流IL を監視する。コンパレータ3に設
定される比較レベルは、コイル電流に換算してILPと表
す。電流ILPは、軽負荷モードにおけるコイル電流IL
の上限値であり、ピーク電流ILPと呼ぶことにする。こ
のピーク電流ILPは、設定回路10が設定するオフセッ
トによって決まり、図8に示す態様では入力電圧Vinに
従って変化し、図10に示す態様では任意の値に設定す
ることができる。
は、コイル電流IL を監視する。すなわち、コンパレー
タ3は、設定回路10によって設定される比較レベルを
用いて抵抗Rsense における電圧降下を監視することに
よってコイル電流IL を監視する。コンパレータ3に設
定される比較レベルは、コイル電流に換算してILPと表
す。電流ILPは、軽負荷モードにおけるコイル電流IL
の上限値であり、ピーク電流ILPと呼ぶことにする。こ
のピーク電流ILPは、設定回路10が設定するオフセッ
トによって決まり、図8に示す態様では入力電圧Vinに
従って変化し、図10に示す態様では任意の値に設定す
ることができる。
【0051】一方、コンパレータ4は、図1を参照しな
がら説明したように、オフセット設定電源6によって設
定される比較レベルを用いてコイル電流IL を監視す
る。この比較レベルは、コイル電流に換算してILB(I
LP>ILB)と表す。ILBは、軽負荷モードにおけるコイ
ル電流IL の下限値であり、最低電流ILBと呼ぶことに
する。ILBは、たとえば、0である。
がら説明したように、オフセット設定電源6によって設
定される比較レベルを用いてコイル電流IL を監視す
る。この比較レベルは、コイル電流に換算してILB(I
LP>ILB)と表す。ILBは、軽負荷モードにおけるコイ
ル電流IL の下限値であり、最低電流ILBと呼ぶことに
する。ILBは、たとえば、0である。
【0052】コンパレータ3および4の動作は、図1に
示したDC/DCコンバータと同じである。すなわち、
コンパレータ3は、コイル電流IL がピーク電流ILPよ
りも大きくなったときに「H」レベルを出力し、コンパ
レータ4は、コイル電流ILが最低電流ILBよりも小さ
くなったときに「L」レベルを出力する。
示したDC/DCコンバータと同じである。すなわち、
コンパレータ3は、コイル電流IL がピーク電流ILPよ
りも大きくなったときに「H」レベルを出力し、コンパ
レータ4は、コイル電流ILが最低電流ILBよりも小さ
くなったときに「L」レベルを出力する。
【0053】このDC/DCコンバータの動作は、基本
的には、図1に示したDC/DCコンバータと同じであ
る。ただし、軽負荷モードにおいて、コイル電流IL を
監視するためにピーク電流ILPが異なる。
的には、図1に示したDC/DCコンバータと同じであ
る。ただし、軽負荷モードにおいて、コイル電流IL を
監視するためにピーク電流ILPが異なる。
【0054】軽負荷モードにおいて、スイッチング素子
1がオン状態の期間は、コイル電流IL が増加し、出力
電圧Vout が上昇する。コイル電流IL が増加してピー
ク電流ILPに達すると、制御回路7は、スイッチング素
子1をオフ状態にする。このピーク電流ILPは、設定回
路10によって設定される値である。そして、スイッチ
ング素子1がオフ状態になると、コイル電流IL が減少
し、出力電圧Vout は低下してゆく。コイル電流IL が
最低電流ILBにまで低下すると、制御回路7は出力電圧
Vout を監視し、出力電圧Vout が予め設定してある出
力電圧よりも小さくなるとスイッチング素子1をオン状
態にする。このような動作を繰り返すことにより、出力
電圧Vout を一定の値(予め設定してある出力電圧)に
保つ。
1がオン状態の期間は、コイル電流IL が増加し、出力
電圧Vout が上昇する。コイル電流IL が増加してピー
ク電流ILPに達すると、制御回路7は、スイッチング素
子1をオフ状態にする。このピーク電流ILPは、設定回
路10によって設定される値である。そして、スイッチ
ング素子1がオフ状態になると、コイル電流IL が減少
し、出力電圧Vout は低下してゆく。コイル電流IL が
最低電流ILBにまで低下すると、制御回路7は出力電圧
Vout を監視し、出力電圧Vout が予め設定してある出
力電圧よりも小さくなるとスイッチング素子1をオン状
態にする。このような動作を繰り返すことにより、出力
電圧Vout を一定の値(予め設定してある出力電圧)に
保つ。
【0055】動作モードを軽負荷モードから重負荷モー
ドへ切り換えるときの動作も図1に示したDC/DCコ
ンバータと同じである。すなわち、軽負荷モードにおい
て負荷に対して供給できる最大電流(ILP/2)を流し
ても負荷電流を満たすことができず、出力電圧Vout が
予め設定してある出力電圧よりも小さい状態が所定時間
以上継続した場合に、DC/DCコンバータの動作モー
ドを軽負荷モードから重負荷モードへ切り換える。
ドへ切り換えるときの動作も図1に示したDC/DCコ
ンバータと同じである。すなわち、軽負荷モードにおい
て負荷に対して供給できる最大電流(ILP/2)を流し
ても負荷電流を満たすことができず、出力電圧Vout が
予め設定してある出力電圧よりも小さい状態が所定時間
以上継続した場合に、DC/DCコンバータの動作モー
ドを軽負荷モードから重負荷モードへ切り換える。
【0056】図8は、本実施形態のDC/DCコンバー
タの第1の変形例の要部構成図である。このDC/DC
コンバータは、設定回路10において入力電圧Vinに応
じて変化するピーク電流ILPを求め、そのピーク電流I
LPとコイル電流IL とを比較することによって出力電圧
Vout を制御する。図8では、入力電圧Vinに比例する
ピーク電流ILPを生成する構成を示す。
タの第1の変形例の要部構成図である。このDC/DC
コンバータは、設定回路10において入力電圧Vinに応
じて変化するピーク電流ILPを求め、そのピーク電流I
LPとコイル電流IL とを比較することによって出力電圧
Vout を制御する。図8では、入力電圧Vinに比例する
ピーク電流ILPを生成する構成を示す。
【0057】カレントミラー回路11は、よく知られて
いるように、トランジスタTR1 に所定の電流を流すと
それと同じ大きさの電流がトランジスタTR2 に流れる
(トランジスタTR1 とTR2 とを1:1に形成した場
合)。このカレントミラー回路11の入力側のトランジ
スタTR1 には、抵抗R3 を介して入力電圧Vinが印加
される。出力側のトランジスタTR2 は、抵抗R4 を介
して、抵抗Rsense の入力側(この入力側とは、DC/
DCコンバータの入力側という意味である)に接続され
るとともに、コンパレータ3の+入力に接続される。
いるように、トランジスタTR1 に所定の電流を流すと
それと同じ大きさの電流がトランジスタTR2 に流れる
(トランジスタTR1 とTR2 とを1:1に形成した場
合)。このカレントミラー回路11の入力側のトランジ
スタTR1 には、抵抗R3 を介して入力電圧Vinが印加
される。出力側のトランジスタTR2 は、抵抗R4 を介
して、抵抗Rsense の入力側(この入力側とは、DC/
DCコンバータの入力側という意味である)に接続され
るとともに、コンパレータ3の+入力に接続される。
【0058】上記構成において、カレントミラー回路1
1を流れる電流(以下、バイアス電流Ibiasと呼ぶ)
は、以下のように表すことができる。 Ibias=(Vin−VBE)/R3 =Vin/R3 ...(1) ここで、VBEは、トランジスタTR1 またはTR2 のベ
ース・エミッタ間のpn接合における電位差であり、入
力電圧Vinと比べて小さいので無視している。なお、詳
しい説明は省略するが、VBEを補償する回路(一般に知
られている)を設けるようにしてもよい。
1を流れる電流(以下、バイアス電流Ibiasと呼ぶ)
は、以下のように表すことができる。 Ibias=(Vin−VBE)/R3 =Vin/R3 ...(1) ここで、VBEは、トランジスタTR1 またはTR2 のベ
ース・エミッタ間のpn接合における電位差であり、入
力電圧Vinと比べて小さいので無視している。なお、詳
しい説明は省略するが、VBEを補償する回路(一般に知
られている)を設けるようにしてもよい。
【0059】抵抗R4 の両端電圧(ΔVR4と表す)は、
コンパレータ3のオフセット電圧であり、以下のように
表すことができる。 ΔVR4=R4 ・Ibias=(R4 /R3 )・Vin ...(2) コイル電流IL がピーク電流ILPとなったときの抵抗R
sense の両端の電圧をΔVsense とすると、以下の式が
導かれる。 ΔVsense =Rsense ・ILP ...(3) 上記(2)式および(3)式より、以下の関係が得られ
る。
コンパレータ3のオフセット電圧であり、以下のように
表すことができる。 ΔVR4=R4 ・Ibias=(R4 /R3 )・Vin ...(2) コイル電流IL がピーク電流ILPとなったときの抵抗R
sense の両端の電圧をΔVsense とすると、以下の式が
導かれる。 ΔVsense =Rsense ・ILP ...(3) 上記(2)式および(3)式より、以下の関係が得られ
る。
【0060】
【数1】
【0061】このように、入力電圧Vinに比例するピー
ク電流ILPが生成される。ここで、比例係数は、(4)
式に示すように、抵抗R3 、R4 、Rsense によって設
定される。
ク電流ILPが生成される。ここで、比例係数は、(4)
式に示すように、抵抗R3 、R4 、Rsense によって設
定される。
【0062】コイル電流IL の上限値を規定するピーク
電流ILPを入力電圧Vinに比例するように設定すれば、
以下のような効果が得られる。すなわち、図5を参照し
ながら説明したように、スイッチング素子1がオン状態
の期間は、コイル電流IL は、(Vin−Vout )/Lに
比例する傾きで増加するので、出力電圧Vout を一定と
すると、入力電圧Vinが小さくなるほどコイル電流IL
が増加するときの傾きが小さくなる。ところが、第1の
態様のDC/DCコンバータでは、入力電圧Vinが小さ
くなるとそれに比例してピーク電流ILPも小さくなる。
電流ILPを入力電圧Vinに比例するように設定すれば、
以下のような効果が得られる。すなわち、図5を参照し
ながら説明したように、スイッチング素子1がオン状態
の期間は、コイル電流IL は、(Vin−Vout )/Lに
比例する傾きで増加するので、出力電圧Vout を一定と
すると、入力電圧Vinが小さくなるほどコイル電流IL
が増加するときの傾きが小さくなる。ところが、第1の
態様のDC/DCコンバータでは、入力電圧Vinが小さ
くなるとそれに比例してピーク電流ILPも小さくなる。
【0063】図9は、上記構成のDC/DCコンバータ
のコイル電流を示す図である。同図に示すように、入力
電圧Vinが小さくなると(Va1→Va2)、ピーク電流I
LPも小さくなる。ここで、三角形ABCまたは三角形A
DEの面積は、それぞれ1回の電力供給サイクルで負荷
側に供給される電荷量に対応する。したがって、上記
(4)式を用いて、三角形ABCと三角形ADEの面積
を一致させるように抵抗R3 、R4 、Rsense を適当に
選べば、1回の電力供給サイクルで負荷側に供給される
電荷量が同じになるので、出力電圧Vout のリップルが
安定する。
のコイル電流を示す図である。同図に示すように、入力
電圧Vinが小さくなると(Va1→Va2)、ピーク電流I
LPも小さくなる。ここで、三角形ABCまたは三角形A
DEの面積は、それぞれ1回の電力供給サイクルで負荷
側に供給される電荷量に対応する。したがって、上記
(4)式を用いて、三角形ABCと三角形ADEの面積
を一致させるように抵抗R3 、R4 、Rsense を適当に
選べば、1回の電力供給サイクルで負荷側に供給される
電荷量が同じになるので、出力電圧Vout のリップルが
安定する。
【0064】また、上記構成のDC/DCコンバータ
は、入力電圧Vinに応じてピーク電流ILPを変化させる
ので、図6に示した問題点も解決される。すなわち、図
1に示したDC/DCコンバータは、負荷電流が小さい
ときに入力電圧Vinが小さくなると、コイル電流IL が
ピーク電流ILPに到達できずに出力電圧Vout を制御で
きなくなる恐れがあったが、図8に示す構成を導入すれ
ば、入力電圧Vinが小さくなると、それに応じてピーク
電流ILPも小さくなるので、負荷電流が小さい場合にお
いてもコイル電流IL がピーク電流ILPに到達し、スイ
ッチング素子1をオフ状態にできる。スイッチング素子
1がオフ状態になると、コイル電流IL は減少してゆ
き、それに伴って出力電圧Vout も低下してゆく。この
後、電力供給サイクルが繰り返され、出力電圧Vout が
予め設定した電圧値に安定する。
は、入力電圧Vinに応じてピーク電流ILPを変化させる
ので、図6に示した問題点も解決される。すなわち、図
1に示したDC/DCコンバータは、負荷電流が小さい
ときに入力電圧Vinが小さくなると、コイル電流IL が
ピーク電流ILPに到達できずに出力電圧Vout を制御で
きなくなる恐れがあったが、図8に示す構成を導入すれ
ば、入力電圧Vinが小さくなると、それに応じてピーク
電流ILPも小さくなるので、負荷電流が小さい場合にお
いてもコイル電流IL がピーク電流ILPに到達し、スイ
ッチング素子1をオフ状態にできる。スイッチング素子
1がオフ状態になると、コイル電流IL は減少してゆ
き、それに伴って出力電圧Vout も低下してゆく。この
後、電力供給サイクルが繰り返され、出力電圧Vout が
予め設定した電圧値に安定する。
【0065】図10は、本実施形態のDC/DCコンバ
ータの第2の変形例の要部構成図である。この構成で
は、設定回路10を用いて任意のピーク電流ILPを生成
し、そのピーク電流ILPとコイル電流IL とを比較する
ことによって出力電圧Vout を制御する。
ータの第2の変形例の要部構成図である。この構成で
は、設定回路10を用いて任意のピーク電流ILPを生成
し、そのピーク電流ILPとコイル電流IL とを比較する
ことによって出力電圧Vout を制御する。
【0066】電源13−1〜13−nは、直列に接続さ
れ、コンパレータ3の+入力と抵抗Rsense の入力側
(この入力側とは、DC/DCコンバータの入力側とい
う意味である)との間に設けられる。電源13−1〜1
3−nは、たとえば、ぞれぞれ10mVの電圧を生成す
る。スイッチ14−1〜14−nは、それぞれ電源13
−1〜13−nに対して設けられ、オフセット設定回路
12が出力するオフセット設定信号に従ってオン・オフ
状態が制御される。スイッチ14−1〜14−nがオン
状態のとき、対応する電源13−1〜13−nが短絡さ
れる。
れ、コンパレータ3の+入力と抵抗Rsense の入力側
(この入力側とは、DC/DCコンバータの入力側とい
う意味である)との間に設けられる。電源13−1〜1
3−nは、たとえば、ぞれぞれ10mVの電圧を生成す
る。スイッチ14−1〜14−nは、それぞれ電源13
−1〜13−nに対して設けられ、オフセット設定回路
12が出力するオフセット設定信号に従ってオン・オフ
状態が制御される。スイッチ14−1〜14−nがオン
状態のとき、対応する電源13−1〜13−nが短絡さ
れる。
【0067】オフセット設定回路12は、nビットの情
報(オフセット設定信号)を格納するレジスタを有し、
そのオフセット設定信号をスイッチ14−1〜14−n
に対して出力する。オフセット設定信号の各ビットがス
イッチ14−1〜14−nのオン・オフ状態を制御す
る。
報(オフセット設定信号)を格納するレジスタを有し、
そのオフセット設定信号をスイッチ14−1〜14−n
に対して出力する。オフセット設定信号の各ビットがス
イッチ14−1〜14−nのオン・オフ状態を制御す
る。
【0068】上記構成において、オフセット設定信号と
して、上位3ビットを「0」、他のビットを「1」とし
た情報をオフセット設定回路12のレジスタに格納した
とする。この場合、スイッチ14−1〜14−3がオフ
状態になり、スイッチ14−4〜14−nがオン状態に
なる。この結果、電源13−1〜13−3によって生成
される電圧のみがコンパレータ3の+入力にオフセット
として印加される。各電源13−1〜13−nが、ぞれ
ぞれ10mVの電圧を生成するものとすると、コンパレ
ータ3の+入力にはオフセットとして30mVが印加さ
れる。
して、上位3ビットを「0」、他のビットを「1」とし
た情報をオフセット設定回路12のレジスタに格納した
とする。この場合、スイッチ14−1〜14−3がオフ
状態になり、スイッチ14−4〜14−nがオン状態に
なる。この結果、電源13−1〜13−3によって生成
される電圧のみがコンパレータ3の+入力にオフセット
として印加される。各電源13−1〜13−nが、ぞれ
ぞれ10mVの電圧を生成するものとすると、コンパレ
ータ3の+入力にはオフセットとして30mVが印加さ
れる。
【0069】コンパレータ3は、上記オフセットと抵抗
Rsense における電圧降下とを比較する。すなわち、上
記オフセットをコイル電流に換算した値(ピーク電流I
LP)を用いてコイル電流IL を監視する。そして、この
比較結果を制御回路7へ通知する。
Rsense における電圧降下とを比較する。すなわち、上
記オフセットをコイル電流に換算した値(ピーク電流I
LP)を用いてコイル電流IL を監視する。そして、この
比較結果を制御回路7へ通知する。
【0070】次に、オフセット設定信号としてどのよう
な値を設定するのかを説明する。上述したように、負荷
に応じて軽負荷モードと重負荷モードとを切り換えなが
ら動作するDC/DCコンバータでは、動作モードの切
換えポイントは、負荷電流がILP/2のときである。負
荷電流がILP/2以下のときは、軽負荷モードで動作す
る。また、DC/DCコンバータの変換効率は、アプリ
ケーションによって変化する。軽負荷モードでは、入力
電圧Vinを一定とすると、変換効率はほとんどアプリケ
ーションに依存しないが、重負荷モードでは、変換効率
はアプリケーションに依存する。ここで、負荷電流に対
する変換効率のカーブは、アプリケーションが決まれば
推測できる。
な値を設定するのかを説明する。上述したように、負荷
に応じて軽負荷モードと重負荷モードとを切り換えなが
ら動作するDC/DCコンバータでは、動作モードの切
換えポイントは、負荷電流がILP/2のときである。負
荷電流がILP/2以下のときは、軽負荷モードで動作す
る。また、DC/DCコンバータの変換効率は、アプリ
ケーションによって変化する。軽負荷モードでは、入力
電圧Vinを一定とすると、変換効率はほとんどアプリケ
ーションに依存しないが、重負荷モードでは、変換効率
はアプリケーションに依存する。ここで、負荷電流に対
する変換効率のカーブは、アプリケーションが決まれば
推測できる。
【0071】図11は、DC/DCコンバータの変換効
率を示す図であり、同図(a) は、出力電圧の設定値を変
化させた場合の変換効率を示す。ここでは、入力電圧V
inが一定(たとえば、20V)であるものとし、3つの
アプリケーションA〜Cに適用する。アプリケーション
A〜Cは、ぞれぞれ、たとえば9V、5V、3Vの電圧
を要求する負荷である。
率を示す図であり、同図(a) は、出力電圧の設定値を変
化させた場合の変換効率を示す。ここでは、入力電圧V
inが一定(たとえば、20V)であるものとし、3つの
アプリケーションA〜Cに適用する。アプリケーション
A〜Cは、ぞれぞれ、たとえば9V、5V、3Vの電圧
を要求する負荷である。
【0072】オフセット設定回路12に格納するオフセ
ット設定信号を決めるときは、先ず図11(a) におい
て、アプリケーション毎に軽負荷モードでの変換効率カ
ーブと重負荷モードでの変換効率カーブとの交点での負
荷電流を求める。これらのカーブは、シミュレーション
等によって予め求めておく。例えば、アプリケーション
Aに対しては負荷電流IA が求まる。そして、この負荷
電流IA がILP/2(ピーク電流ILPの半分の値)にな
るように、オフセット設定信号を決める。具体的には、
ピーク電流ILP=2・IA とし、このピーク電流ILPに
よる抵抗Rsenseでの電圧降下とコンパレータ3のオフ
セット電圧とが一致するようにオフセット設定信号を決
める。
ット設定信号を決めるときは、先ず図11(a) におい
て、アプリケーション毎に軽負荷モードでの変換効率カ
ーブと重負荷モードでの変換効率カーブとの交点での負
荷電流を求める。これらのカーブは、シミュレーション
等によって予め求めておく。例えば、アプリケーション
Aに対しては負荷電流IA が求まる。そして、この負荷
電流IA がILP/2(ピーク電流ILPの半分の値)にな
るように、オフセット設定信号を決める。具体的には、
ピーク電流ILP=2・IA とし、このピーク電流ILPに
よる抵抗Rsenseでの電圧降下とコンパレータ3のオフ
セット電圧とが一致するようにオフセット設定信号を決
める。
【0073】同様に、アプリケーションBおよびCに対
しては、それぞれ、負荷電流IB およびIC に基づいて
オフセット設定信号を決める。上述のようにして決めた
オフセット設定信号を用いて軽負荷モードでのピーク電
流ILPを設定すれば、高い変換効率を維持しながら動作
モードを切り換えることができる。たとえば、アプリケ
ーションAにおいては、負荷電流がIA 以下のときには
軽負荷モードで動作し、負荷電流がIA 以上になると重
負荷モードで動作することになるので、変換効率の低下
を最小限に抑えることができる。
しては、それぞれ、負荷電流IB およびIC に基づいて
オフセット設定信号を決める。上述のようにして決めた
オフセット設定信号を用いて軽負荷モードでのピーク電
流ILPを設定すれば、高い変換効率を維持しながら動作
モードを切り換えることができる。たとえば、アプリケ
ーションAにおいては、負荷電流がIA 以下のときには
軽負荷モードで動作し、負荷電流がIA 以上になると重
負荷モードで動作することになるので、変換効率の低下
を最小限に抑えることができる。
【0074】図11(b) は、スイッチング周波数を変化
させた場合のDC/DCコンバータの変換効率を示す図
である。スイッチング周波数とは、重負荷モードにおい
てPWM(パルス幅変調)方式でスイッチング素子1を
制御する場合のスイッチング素子1をスイッチングする
周波数である。同図に示すように、重負荷モードにおけ
るDC/DCコンバータの変換効率は、スイッチング周
波数が高くなるほど低くなる。オフセット設定信号を決
める方法は、図11(a) を参照しながら説明した通りで
ある。
させた場合のDC/DCコンバータの変換効率を示す図
である。スイッチング周波数とは、重負荷モードにおい
てPWM(パルス幅変調)方式でスイッチング素子1を
制御する場合のスイッチング素子1をスイッチングする
周波数である。同図に示すように、重負荷モードにおけ
るDC/DCコンバータの変換効率は、スイッチング周
波数が高くなるほど低くなる。オフセット設定信号を決
める方法は、図11(a) を参照しながら説明した通りで
ある。
【0075】このように、図10に示す構成を導入した
DC/DCコンバータは、軽負荷モードのピーク電流I
LPを任意の値に設定できるので、変換効率の低下を最小
限に抑えることができる。
DC/DCコンバータは、軽負荷モードのピーク電流I
LPを任意の値に設定できるので、変換効率の低下を最小
限に抑えることができる。
【0076】オフセット設定回路12へオフセット設定
信号を格納するときは、シリアルディジタルデータとし
て与えてもよいし、アナログ電圧値をA/D変換して与
えてもよい。また、オフセット設定信号は、DC/DC
コンバータ内部で生成してもよいし、DC/DCコンバ
ータの外部から与えてもよい。さらに、オフセット設定
回路12およびスイッチ14−1〜14−nの代わり
に、電源13−1〜13−nをそれぞれ短絡させるため
のソケットを設け、必要に応じてジャンパ線を差し込む
ことによって任意の電源13−1〜13−nを短絡させ
るような構成としてもよい。
信号を格納するときは、シリアルディジタルデータとし
て与えてもよいし、アナログ電圧値をA/D変換して与
えてもよい。また、オフセット設定信号は、DC/DC
コンバータ内部で生成してもよいし、DC/DCコンバ
ータの外部から与えてもよい。さらに、オフセット設定
回路12およびスイッチ14−1〜14−nの代わり
に、電源13−1〜13−nをそれぞれ短絡させるため
のソケットを設け、必要に応じてジャンパ線を差し込む
ことによって任意の電源13−1〜13−nを短絡させ
るような構成としてもよい。
【0077】なお、図8に示した構成と図10に示した
構成とを組み合わせることも可能である。この場合、た
とえば、入力電圧Vinに比例する電圧値をA/D変換
し、その変換された信号をオフセット設定回路12に与
える。
構成とを組み合わせることも可能である。この場合、た
とえば、入力電圧Vinに比例する電圧値をA/D変換
し、その変換された信号をオフセット設定回路12に与
える。
【0078】
【発明の効果】DC/DCコンバータの動作を規定する
ピーク電流を任意に設定できるようにしたので、負荷へ
の供給電流の最大値を変更できる。また、このことによ
り、負荷に応じて軽負荷モードと重負荷モードを切り換
えながら動作するDC/DCコンバータにおいて、軽負
荷モードから重負荷モードへの切換えポイントを任意に
設定できるので、DC/DCコンバータの使用条件に適
した切換えポイントを設定することが可能になり、変換
効率の低下を最小限に抑えることができる。
ピーク電流を任意に設定できるようにしたので、負荷へ
の供給電流の最大値を変更できる。また、このことによ
り、負荷に応じて軽負荷モードと重負荷モードを切り換
えながら動作するDC/DCコンバータにおいて、軽負
荷モードから重負荷モードへの切換えポイントを任意に
設定できるので、DC/DCコンバータの使用条件に適
した切換えポイントを設定することが可能になり、変換
効率の低下を最小限に抑えることができる。
【0079】DC/DCコンバータの入力電圧に変動に
従って上記ピーク電流を変化させるようにしたので、出
力電圧のリップルを安定させることができる。また、こ
のことにより、負荷電流が小さいときに入力電圧Vinが
小さくなった場合においてもスイッチング素子を正常に
動作させることできるので、DC/DCコンバータの動
作が安定する。
従って上記ピーク電流を変化させるようにしたので、出
力電圧のリップルを安定させることができる。また、こ
のことにより、負荷電流が小さいときに入力電圧Vinが
小さくなった場合においてもスイッチング素子を正常に
動作させることできるので、DC/DCコンバータの動
作が安定する。
【図1】本発明のDC/DCコンバータの一例の構成図
である。
である。
【図2】図1に示すDC/DCコンバータの動作を説明
する図であり、(a) は、負荷が軽い場合、(b) は、負荷
がやや重い場合である。
する図であり、(a) は、負荷が軽い場合、(b) は、負荷
がやや重い場合である。
【図3】図1に示すDC/DCコンバータにおいて負荷
が重い場合の動作例を説明する図である。
が重い場合の動作例を説明する図である。
【図4】DC/DCコンバータの変換効率を示す図であ
る。
る。
【図5】入力電圧の変化とコイル電流との関係を示す図
である。
である。
【図6】負荷電流が小さいときに入力電圧Vinが小さく
なったときの動作を説明する図である。
なったときの動作を説明する図である。
【図7】本発明のDC/DCコンバータの他の形態の基
本構成を説明する図である。
本構成を説明する図である。
【図8】本発明のDC/DCコンバータの第1の変形例
の要部構成図である。
の要部構成図である。
【図9】図8の構成を導入したDC/DCコンバータの
コイル電流を示す図である。
コイル電流を示す図である。
【図10】本発明のDC/DCコンバータの第2の変形
例の要部構成図である。
例の要部構成図である。
【図11】DC/DCコンバータの変換効率を示す図で
あり、(a) は、出力電圧の設定値を変化させた場合、
(b) は、スイッチング周波数を変化させた場合を示す。
あり、(a) は、出力電圧の設定値を変化させた場合、
(b) は、スイッチング周波数を変化させた場合を示す。
【図12】従来のDC/DCコンバータの構成を示す図
である。
である。
【図13】パルス周波数変調器の出力を示す図である。
1 スイッチング素子 2〜4 コンパレータ 5、6 オフセット設定電源 7 制御回路 10 設定回路 11 カレントミラー回路 12 オフセット設定回路 13−1〜13−n 電源 14−1〜14−n スイッチ
Claims (7)
- 【請求項1】 スイッチング手段を制御することによっ
てコイル電流を変化させて出力電圧を制御するDC/D
Cコンバータにおいて、 出力電圧が低下して予め設定した電圧値になったときに
上記スイッチング手段をオン状態にする出力電圧監視手
段と、 コイル電流が増加して基準電流値に達したときに上記ス
イッチング手段をオフ状態にするコイル電流監視手段
と、を有し、 入力電圧に基づいて上記基準電流値を設定することを特
徴とするDC/DCコンバータ。 - 【請求項2】 上記基準電流を入力電圧に比例するよう
に設定することを特徴とする請求項1に記載のDC/D
Cコンバータ。 - 【請求項3】 上記コイル電流監視手段は、 コイル電流を流す第1の抵抗体と、 入力電圧に比例する電流を生成する電流源と、 その電流源によって生成される電流を流す第2の抵抗体
と、 その第2の抵抗体において発生する電圧降下をオフセッ
トとして、上記第1の抵抗体の両端の電位を監視するコ
ンパレータと、 そのコンパレータの監視結果に従って上記スイッチング
手段をオフ状態にする制御手段と、 を有することを特徴とする請求項1に記載のDC/DC
コンバータ。 - 【請求項4】 スイッチング手段を制御することによっ
てコイル電流を変化させて出力電圧を制御するDC/D
Cコンバータにおいて、 出力電圧が低下して予め設定した電圧値になったときに
上記スイッチング手段をオン状態にする出力電圧監視手
段と、 コイル電流が増加して基準電流値に達したときに上記ス
イッチング手段をオフ状態にするコイル電流監視手段
と、 上記基準電流値を設定する基準電流設定手段と、 を有することを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 【請求項5】 上記コイル電流監視手段は、コイル電流
を流す抵抗体と、その抵抗体の両端の電位を監視するコ
ンパレータと、そのコンパレータの監視結果に従って上
記スイッチング手段をオフ状態にする制御手段と、を有
し、 上記基準電流設定手段は、上記コンパレータに設定する
オフセットを生成することを特徴とする請求項4に記載
のDC/DCコンバータ。 - 【請求項6】 負荷へ電力を供給する動作モードとして
少なくとも軽負荷モードと重負荷モードとを有し、各動
作モードに対応する方式に従ってスイッチング手段を制
御することによってコイル電流を変化させて出力電圧を
制御するDC/DCコンバータにおいて、 軽負荷モードにおいては、出力電圧が低下して予め設定
した電圧値になったときに上記スイッチング手段をオン
状態にし、コイル電流が増加して基準電流値に達したと
きに上記スイッチング手段をオフ状態にすることによっ
て出力電圧を制御し、 出力電圧が上記予め設定した電圧値を回復できなかった
ときに動作モードを軽負荷モードから重負荷モードへ切
り換える構成とし、 動作モードを軽負荷モードから重負荷モードへ切り換え
るときに各動作モードでの電力変換効率が最も高くなる
ように上記基準電流を設定することを特徴とするDC/
DCコンバータ。 - 【請求項7】 接続される負荷に対して所定の電圧を供
給するときの軽負荷モードおよび重負荷モードにおける
負荷電流と変換効率との関係を予め算出しておき、それ
ら2つのモードの変換効率が一致するときの負荷電流の
値に基づいて上記基準電流を設定することを特徴とする
請求項6に記載のDC/DCコンバータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8016553A JPH09215319A (ja) | 1996-02-01 | 1996-02-01 | Dc/dcコンバータ |
| US08/792,256 US5939871A (en) | 1996-02-01 | 1997-01-31 | DC/DC converter and controller therefor utilizing an output inductor current and input voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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