JPH0923640A - Dc/dcコンバータのパルス幅変調回路 - Google Patents

Dc/dcコンバータのパルス幅変調回路

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JPH0923640A
JPH0923640A JP16726995A JP16726995A JPH0923640A JP H0923640 A JPH0923640 A JP H0923640A JP 16726995 A JP16726995 A JP 16726995A JP 16726995 A JP16726995 A JP 16726995A JP H0923640 A JPH0923640 A JP H0923640A
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JP
Japan
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voltage
converter
input voltage
pulse
pulse width
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JP16726995A
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English (en)
Inventor
Seiji Oda
誠二 織田
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Cosel USA Inc
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Cosel USA Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入力電圧によりゲインが変化することを防止す
る。 【解決手段】DC/DCコンバータの出力電圧の誤差電
圧VEAと三角波又は鋸歯状波の電圧Vc を比較器14で
比較し、この比較結果に応じた幅のパルスでスイッチQ
を駆動するパルス信号を生成するDC/DCコンバータ
のパルス幅変調回路について、三角波または鋸歯状波の
一定周期における立ち上がり又は立ち下がり勾配の期間
を最大オン期間とし、この立ち上がり又は立ち下がり勾
配を入力電圧VINに略比例させる事により、最大オン期
間を入力電圧VINに略反比例させ、入力電圧VINの変化
でゲインが変わらないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、DC/DCコンバータ
の出力電圧の誤差電圧と三角波又は鋸歯状波の電圧を比
較して入力DC電圧をパルス幅変調するDC/DCコン
バータのパルス幅変調回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、DC/DCコンバータの出力電
圧の誤差電圧と三角波又は鋸歯状波の電圧を比較し、比
較結果に応じたパルス幅で入力DC電圧をスイッチング
する場合、オン期間は所定の最大値の範囲内になるよう
に制御される。図5は従来のDC/DCコンバータを示
し、図6はその主要信号を示している。図5及び図6に
おいて、DC入力電圧VINはMOSFETにより構成さ
れるスイッチQにより、パルス幅(デューティ比)が可
変のパルス制御信号dに基づいてオン、オフされ、次い
でダイオードD、インダクタンスL及びコンデンサC1
により構成される出力平滑回路(フィルタ)により平滑
されて出力される。
【0003】この出力電圧は抵抗R1及びR2により分
圧され、この分圧電圧と基準電圧Vref との誤差電圧c
がエラーアンプ(EA)1により生成され、比較器(C
OMP)2に出力される。また、基準発振器(OSC)
3はスイッチQがオンになる区間の最大値tM を決定す
るために一定周期Tのパルス信号bをNANDゲートd
に出力すると共に、一定周期T、定電流でコンデンサC
2を駆動して充放電することにより一定周波数、一定波
形の三角波(又は鋸波)aを生成している。
【0004】比較器2は誤差電圧cが三角波aの電圧V
P より高い区間でハイレベルとなる信号をNANDゲー
トdに出力し、NANDゲートdは比較器2からの入力
電圧と基準発振器3からのパルス信号bが共にハイレベ
ルの時(区間ton)にロウレベルとなるパルス制御信号
dを出力することによりスイッチQをオンにする。した
がって、この回路では、スイッチQがオンになる区間t
onの最大値(最大オン期間)は、一定周波数、一定波形
の三角波aにより決定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のDC
/DCコンバータにおいて、入力電圧VINと制御ループ
ゲインの関係は下記の式(1)で表される。 GL =GEA ×VIN×(tM /T)/VP ×R2/(R1+R2) ×GF …(1) 但し、GL :一巡ループゲイン GEA:エラーアンプのゲイン GF :出力フィルタのゲイン T :基準発振器の1周期 tM :最大オン時間 VP :三角波の電圧 R1,R2:分圧抵抗 したがって、式(1)から明らかなように、周期Tと最
大オン時間tM が一定であれば一巡ループゲインGL
入力電圧VINに比例するので、入力電圧VINが高い場合
の条件で安定して動作するようにループゲインGL が決
められ、入力電圧VINが低い場合にはループゲインGL
が低くなるという問題点がある。
【0006】また、入力電圧VINが高い場合に安定して
動作させるために、入力電圧VINが高いときのループゲ
インGL に合わせて出力フィルタ(L、C)の減衰量を
大きくしなければならず、そのため出力フィルタ(L、
C)が大きくなるという問題点がある。本発明は、この
ような従来の問題点に鑑み、入力電圧によりゲインが変
化することを防止することができるDC/DCコンバー
タのパルス幅変調回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、DC/DCコンバータの出力電圧の誤差電圧
と三角波又は鋸歯状波の電圧を比較し、この比較結果に
応じた幅のパルスでスイッチを駆動するパルス信号を生
成するDC/DCコンバータのパルス幅変調回路につい
て、三角波または鋸歯状波の一定周期における立ち上が
り又は立ち下がり勾配の期間を最大オン期間とし、この
立ち上がり又は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させ
る事により、最大オン期間を入力電圧に略反比例させる
回路を設けたことを特徴とする。
【0008】この回路は、例えば、DC/DCコンバー
タの出力電圧の誤差電圧と三角波又は鋸歯状波の振幅を
比較し、比較結果に応じた幅の第1のパルス信号を生成
する第1のパルス生成回路と、第1のパルス信号のオン
区間の最大値を制限する第2のパルス信号をそのデュー
ティ比が入力DC電圧に略反比例するように生成する第
2のパルス生成回路と、第2のパルス信号により幅が制
限された第1のパルス信号で入力DC電圧をオン、オフ
するスイッチング手段で構成される。
【0009】また入力電圧が所定電圧以下の場合に、三
角波又は鋸歯状波の一定周期における立ち上がり勾配又
は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させず、所定値に
固定する。このような本発明のパルス変調回路によれ
ば、三角波または鋸歯状波の一定周期における立ち上が
り又は立ち下がり勾配の期間を最大オン期間とし、この
立ち上がり又は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させ
る事により、最大オン期間を入力電圧に略反比例させる
ことで、ループゲインの入力電圧に対する依存関係を無
くすことができ、したがって、入力電圧によりゲインが
変化することを防止することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の望
ましい実施の形態を説明する。図1は本発明に係るDC
/DCコンバータの一実施例を示す回路図である。図1
において、DC入力電圧VINはMOSFETにより構成
されるスイッチQにより、パルス幅(デューティ比)が
可変のパルス制御信号Vd に基づいてオン、オフされ、
次いでダイオードD、インダクタンスL及びコンデンサ
C1により構成される出力平滑回路(フィルタ)により
平滑されて出力される。
【0011】この出力電圧は抵抗R1及びR2により分
圧され、この分圧電圧と基準電圧Vref との誤差電圧c
がエラーアンプ(EA)1から比較器(COMP1)1
4に出力される。基準発振器(OSC)11は一定周期
Tのパルス信号をQ端子と(/Q)端子(以下、記号
「/」は除算を除き、反転に用いる。)を出力し、Q端
子信号はトランジスタ12のベースに印加され、(/
Q)端子信号はNANDゲート16に印加される。
【0012】トランジスタ12のコレクタにはコンデン
サC1の一端が接続され、エミッタには基準電圧源Vg
が接続されている。コンデンサC1には電流源13を介
してDC入力電圧VINに比例した電流II (=KVIN
Kは定数)が印加され、基準発振器11のQ端子信号が
ロウレベルの時にコンデンサC1が徐々に充電され、ま
た、Q端子信号がハイレベルの時にトランジスタ12が
オンになってコンデンサC1の充電電圧がエミッタ側に
流れ、したがって、トランジスタ12のコレクタ電位V
c (=コンデンサC1の充電電圧)が鋸波となる。ここ
で、基準電圧Vg は鋸歯状波の最低値を決定するために
用いられている。
【0013】このコレクタ電位Vc は比較器(COMP
1)14と比較器(COMP2)15に印加される。比
較器14はこのコレクタ電位Vc とエラーアンプ1から
の誤差電圧VEAを比較し、Vc <VEAの時にハイレベル
となる信号Ve をNANDゲート16に出力する。ま
た、比較器15はコレクタ電位Vc と基準電圧Vh (<
EA)を比較し、Vc <Vh の時にハイレベルとなる信
号Vf をNANDゲート16に出力する。ここで、基準
電圧Vh は鋸歯状波の最高値Pを決定するために用いら
れている。
【0014】NANDゲート16はこれらの3つの入力
電圧(/Q)、Ve f が共にハイレベルの時にロウレ
ベルの信号Vd をスイッチQに印加することによりスイ
ッチQをオンにする。次に、図2を参照して上記実施例
の動作を説明する。先ず、基準発振器11のQ端子信号
がハイレベル〔(/Q)端子信号はロウレベル〕になる
とトランジスタ12がオンになり、コンデンサC1の充
電電圧が放電されてエミッタ側に流れ、トランジスタ1
2のコレクタ電位Vc は基準電圧Vg まで低下する。
【0015】次いで、Q端子信号がロウレベル〔(/
Q)端子信号はハイレベル〕になるとトランジスタ12
がオフになり、コンデンサC1がDC入力電圧VINに比
例した電流I1 により充電され、トランジスタ12のコ
レクタ電位Vc が徐々に上昇する。次いで、Q端子信号
がハイレベルになるとコンデンサC1の充電電圧が放電
され、コレクタ電位Vc が鋸波となる。
【0016】このようにしてトランジスタ12のコレク
タ電位Vc が徐々に上昇すると、Vc <VEAの期間で比
較器14の出力電圧Ve がハイレベルになり、また、V
c <Vh の期間で比較器15の出力電圧Vf がハイレベ
ルになる。更に、この電圧Ve 、Vf と基準発振器11
の(/Q)端子信号が共にハイレベルになる期間ton
NANDゲート16の出力信号Vd がロウレベルにな
り、したがって、スイッチQをオンになる。この場合、
スイッチQが最大オンになる期間tM1は、(/Q)端子
信号がハイレベルになった時からコンデンサC1の充電
電圧Vc が基準電圧Vh まで上昇する時までであり、し
たがって、tM1≧tonとなる。
【0017】次に、コンデンサC1の充電電圧Vc の鋸
波形について説明する。コンデンサC1の充電電圧Vc
は、入力電圧VINに比例した電流I1 により生成され、
また、最大オン区間tM1はコンデンサC1の充電電圧V
c と基準電圧Vh を比較することにより生成される。従
って、Q端子信号がロウレベルになった時から充電電圧
c が基準電圧Vh に到達するまでの最大オン期間tM1
は、入力電圧VINに反比例する。
【0018】 tM1=(Vh −Vg )×C1/I1 =Vh ×C1/KVIN …(2) 但し、C1はコンデンサC1の容量 即ち、上記式(2)において、電流I1 は入力電圧VIN
に比例し、基準電圧Vh とコンデンサC1は定数である
ので、最大オン期間tM1は入力電圧VINに反比例する。
【0019】式(2)から一巡ループゲインGL1を求め
ると次式(3)で表すことができる。 GL1=GEA ×VIN×(tM1/T)/(Vh −VG ) ×R2/(R1+R2) ×GF …(3) 式(3)から明らかなように、最大オン期間tM1は入力
電圧VINに反比例するので、一巡ループゲインGL1は入
力電圧VINに関係ない一定値となり、したがって、入力
電圧VINが高い場合にもゲインGL1を下げる必要がな
い。また、出力フィルタ(L、C)が大きくなることも
防止することができる。
【0020】ここで、コンデンサC1の充電時の鋸波V
c の立ち上がり勾配Vc /dtが充電電流I1 すなわち
入力電圧VINに比例するので、入力電圧VINが比較的高
く、立ち上がり勾配Vc /dtが比較的大きい場合に
は、図3において実線で示すように一定周期Tの終りの
放電直前において鋸波Vc の電圧が基準電圧Vh より高
くなり、したがって、比較器15の出力信号Vf のデュ
ーティ比が例えば60%未満となり、正常に動作する。
【0021】しかしながら、入力電圧VINが比較的低
く、立ち上がり勾配Vc /dtが比較的小さい場合に
は、図3において一点鎖線で示すように、一定周期Tの
終りの放電直前において鋸波Vc の電圧が基準電圧Vh
より低くなり、したがって、比較器15の出力信号Vf
のデューティ比が例えば80%以上となり、正常に動作
しなくなる。
【0022】そこで、図4に示すように、比較器15の
出力信号Vf のデューティ比が例えば70%以上となる
ような入力電圧VINがある値VIN´以下の場合には、充
電電流I1 を入力電圧VINに比例させないで、一定値I
1 ´に固定することにより、立ち上がり勾配Vc /dt
を小さくしないで、正常に動作させることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、三
角波または鋸歯状波の一定周期における立ち上がり又は
立ち下がり勾配の期間を最大オン期間とし、この立ち上
がり又は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させる事に
より、最大オン期間を入力電圧に略反比例させたこと
で、ループゲインに対する入力電圧の依存関係が無くな
り、したがって、入力電圧によりゲインが変化すること
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るDC/DCコンバータの一実施形
態を示す回路図
【図2】図1の回路の主要信号を示す波形図
【図3】入力DC電圧と鋸波の立ち上がり勾配の関係を
示す説明図
【図4】入力DC電圧と鋸波生成用の充電電流の関係を
示す説明図
【図5】従来のDC/DCコンバータを示す回路図
【図6】図5の回路の主要信号を示す波形図
【符号の説明】
1:エラーアンプ(EA) 11:基準発振器(OSC) 12:トランジスタ 13:電流源 14,15:比較器 16:NANDゲート Q:スイッチ D:ダイオード L:インダクタンス C,C1:コンデンサ R1,R2:分圧抵抗 Vref ,Vg ,Vh :基準電圧

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】DC/DCコンバータの出力電圧の誤差電
    圧と三角波又は鋸歯状波の電圧を比較し、該比較結果に
    応じた幅のパルスでスイッチを駆動するパルス信号を生
    成するDC/DCコンバータのパルス幅変調回路に於い
    て、 三角波または鋸歯状波の一定周期における立ち上がり又
    は立ち下がり勾配の期間を最大オン期間とし、該立ち上
    がり又は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させる事に
    より、最大オン期間を入力電圧に略反比例させる回路を
    設けたことを特徴とするDC/DCコンバータのパルス
    幅変調回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載のDC/DCコンバータのパ
    ルス幅変調回路に於いて、前記回路は、 DC/DCコンバータの出力電圧の誤差電圧と三角波又
    は鋸歯状波の振幅を比較し、比較結果に応じた幅の第1
    のパルス信号を生成する第1のパルス生成回路と、 前記第1のパルス信号のオン区間の最大値を制限する第
    2のパルス信号をそのデューティ比が入力DC電圧に略
    反比例するように生成する第2のパルス生成回路と、 前記第2のパルス信号により幅が制限された第1のパル
    ス信号で入力DC電圧をオン、オフするスイッチング手
    段とを備えたことを特徴とするDC/DCコンバータの
    パルス幅変調回路。
  3. 【請求項3】請求項1記載のDC/DCコンバータのパ
    ルス幅変調回路において、入力電圧が所定電圧以下の場
    合に、三角波又は鋸歯状波の一定周期における立ち上が
    り勾配又は立ち下がり勾配を入力電圧に略比例させず、
    所定値に固定することを特徴とするDC/DCコンバー
    タのパルス幅変調回路。
JP16726995A 1995-07-03 1995-07-03 Dc/dcコンバータのパルス幅変調回路 Pending JPH0923640A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6927986B2 (en) 2002-03-26 2005-08-09 Seiko Epson Corporation Power supply and PWM circuits
KR101026984B1 (ko) * 2008-09-26 2011-04-11 주식회사 코아로직 톱니파의 슬로프 보상기 및 dc/dc 변환기
JP2011188602A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Kyosan Electric Mfg Co Ltd 電圧変換回路及び電圧変換方法

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