(57)【要約】【課題】オフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータについて、出力電圧が入力電圧近傍で安定している場合の出力電圧の低下を抑制するとともに出力電圧が低下した場合に迅速に所望値に復帰させる。【解決手段】電流検出器（３２）は、ハイサイドスイッチ（５３）を流れる電流を検出して電流検出信号（Ｖｃ１）を出力する。比較器（５１）は、電流検出信号（Ｖｃ１）が、出力電圧（Ｖｏ）と基準電圧（Ｖｒ）との誤差に基づく誤差信号（Ｖｅ）を下回ったとき信号（Ａ）を出力する。タイマー（５５）は、ハイサイドスイッチ（５３）がオン制御されてから所定時間後に信号（ＣＫ）を出力する。ハイサイドスイッチ（５３）は、タイマー（５５）から信号（ＣＫ）が出力され、かつ、比較器（５１）から信号（Ａ）が出力されることによってオフ制御される。【選択図】図１
2006271129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであって、
インダクタと、
前記インダクタを流れる電流を平滑化して当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を生成する平滑部と、
前記インダクタを流れる電流の大きさに応じた電流検出信号を生成する電流検出部と、
当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と与えられた基準電圧との誤差に応じた誤差信号を生成する出力誤差検出部と、
前記電流検出信号が前記誤差信号を下回ったとき、前記インダクタへの給電を開始する一方、前記給電の開始から所定時間経過後であって前記電流検出信号が前記誤差信号を上回ったとき、前記給電を停止する制御部とを備えた
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記電流検出部は、
電圧入力端から前記インダクタに流れ込む電流の大きさに応じた第１の電流検出信号を生成する第１の電流検出器と、
接地ノードから前記インダクタに流れ込む電流の大きさに応じた第２の電流検出信号を生成する第２の電流検出器とを有し、
前記制御部は、
前記第１の電流検出信号と前記誤差信号とを比較する第１の比較器と、
前記第２の電流検出信号と前記誤差信号とを比較する第２の比較器と、
前記電圧入力端と前記インダクタとの間に設けられたスイッチと、
前記スイッチのオン制御をトリガーとして前記所定時間を計時するタイマーと、
前記第２の比較器によって前記第２の電流検出信号が前記誤差信号を下回っていることが示されたとき、前記スイッチをオン制御する一方、前記タイマーによって前記所定時間が計時され、かつ、前記第１の比較器によって前記第１の電流検出信号が前記誤差信号を上回っていることが示されたとき、前記スイッチをオフ制御する駆動部とを有する
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記電流検出信号と前記誤差信号とを比較する比較器と、
電圧入力端と前記インダクタとの間に設けられたスイッチと、
前記スイッチのオン制御をトリガーとして前記所定時間を計時するタイマーと、
前記比較器によって前記電流検出信号が前記誤差信号を下回っていることが示されたとき、前記スイッチをオン制御する一方、前記タイマーによって前記所定時間が計時され、かつ、前記比較器によって前記電流検出信号が前記誤差信号を上回っていることが示されたとき、前記スイッチをオフ制御する駆動部とを有する
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項４】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記誤差信号を受け、これにオフセット電圧を付加し、前記誤差信号及び前記オフセット電圧を付加した信号のいずれか大きい方を第１の誤差信号として出力するとともに他を第２の誤差信号として出力するオフセット付加部と、
前記電流検出信号と前記第１の誤差信号とを比較する第１の比較器と、
前記電流検出信号と前記第２の誤差信号とを比較する第２の比較器と、
電圧入力端と前記インダクタとの間に設けられたスイッチと、
前記スイッチのオン制御をトリガーとして前記所定時間を計時するタイマーと、
前記第２の比較器によって前記電流検出信号が第２の誤差信号を下回っていることが示されたとき、前記スイッチをオン制御する一方、前記タイマーによって前記所定時間が計時され、かつ、前記第１の比較器によって前記電流検出信号が前記第１の誤差信号を上回っていることが示されたとき、前記スイッチをオフ制御する駆動部とを有する
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項５】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記電流検出信号を受け、これにオフセット電圧を付加し、前記電流検出信号及び前記オフセット電圧を付加した信号のいずれか小さい方を第１の電流検出信号として出力するとともに他を第２の電流検出信号として出力するオフセット付加部と、
前記第１の電流検出信号と前記誤差信号とを比較する第１の比較器と、
前記第２の電流検出信号と前記誤差信号とを比較する第２の比較器と、
電圧入力端と前記インダクタとの間に設けられたスイッチと、
前記スイッチのオン制御をトリガーとして前記所定時間を計時するタイマーと、
前記第２の比較器によって前記第２の電流検出信号が前記誤差信号を下回っていることが示されたとき、前記スイッチをオン制御する一方、前記タイマーによって前記所定時間が計時され、かつ、前記第１の比較器によって前記第１の電流検出信号が前記誤差信号を上回っていることが示されたとき、前記スイッチをオフ制御する駆動部とを有する
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
請求項４及び５のいずれか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の変動が相対的に大きいとき、前記オフセット電圧の絶対値を相対的に大きく設定する一方、当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の変動が相対的に小さいとき、前記オフセット電圧の絶対値を相対的に小さく設定するオフセット設定部を有する
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
請求項６に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記オフセット設定部は、前記誤差信号の変化に応じて前記オフセット電圧を変化させる
ことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に安定した直流電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に、オフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ（以下、単にＤＣ−ＤＣコンバータと称することがある。）は、インダクタと、電圧入力端と接地ノードとの間に直列に接続されたハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチとで構成される。ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが交互にオン・オフを繰り返し、これにより、インダクタは磁気エネルギーの蓄積と放出とを繰り返す。その際に発生する交流電圧は、整流された後、出力電圧として外部の負荷に供給される。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は、ハイサイドスイッチの一周期におけるオン時間の割合によって調整される。インダクタを流れる電流（以下、インダクタ電流とも称する。）は、スイッチのオン・オフにより増加・低減を繰り返す三角波状となる。カレントモード制御方式においては、通常、インダクタ電流のピーク値又は谷値を制御することによって、ハイサイドスイッチのオン時間又はオフ時間を制御する。
【０００４】
オン時間制御方式では、ハイサイドスイッチに流れる電流を検出する必要がある。このため、電源側に電流検出回路とその周辺回路が構成される。しかし、変動の想定される入力電圧に対して正確な電流検出を行うには回路構成が比較的複雑になるという問題がある。これに対して、ローサイドスイッチに流れる電流を検出するオフ時間制御方式では、電流検出回路とその周辺回路が接地側に構成されるため、回路構成が比較的簡素である。
【０００５】
さらに、近年の出力電圧の低下傾向に伴い、ハイサイドスイッチのオン時間は短くなる傾向にある。例えば、スイッチング周波数が2MHzで5Vの入力電圧から1Vの直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータの場合、ローサイドスイッチのオン時間は４００nsec程度であるのに対し、ハイサイドスイッチのオン時間は１００nsec程度である。オン時間制御方式では、ハイサイドスイッチがオンしている短時間の間に電流の検出及び回路の制御を行う必要があるのに対して、オフ時間制御方式では、ハイサイドスイッチがオフしている間に電流の検出及び回路の制御を行えばよい。このため、オフ時間制御方式の方が、制御時間を比較的長くとることができる。
【０００６】
図１０は、従来のオフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示す（例えば、特許文献１参照）。ハイサイドスイッチ５３及びローサイドスイッチ５４は、ＲＳラッチ５６によって相補的にオン・オフ制御が行われる。ハイサイドスイッチ５３がオン制御されると、インダクタ１０には入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が印加される。このとき、インダクタ１０を流れるインダクタ電流は直線的に増加し、インダクタ１０には磁気エネルギーが蓄えられる。ハイサイドスイッチ５３がオフ状態されると、インダクタ１０には出力電圧Ｖｏが逆方向に印加される。このとき、インダクタ電流は直線的に減少し、インダクタ１０から磁気エネルギーが放出される。電流検出器３１は、ローサイドスイッチ５４を流れる電流を電圧に変換して電流検出信号Ｖｃ１を生成する。また、インダクタ電流はコンデンサ２０によって平滑化され、図示しない出力負荷に平滑化された直流電流が供給される。
【０００７】
エラーアンプ４０は、フィードバックされたＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏを反転入力端に受け、基準電圧Ｖｒを非反転入力端に受ける。比較器５２は、エラーアンプ４０から出力される誤差信号Ｖｅを非反転入力端に受け、電流検出器３１から出力される電流検出信号Ｖｃ１を反転入力端に受ける。インダクタ電流が減少し、電流検出信号Ｖｃ１が誤差信号Ｖｅを下回ると、比較器５２から信号ＳＴがＨレベルに反転する。ここで、信号ＳＴはＲＳラッチ５６をセットするための信号であり、これがＨレベルになると、ハイサイドスイッチ５３がオン制御され、インダクタ１０の充電が開始される。ＲＳラッチ５６のリセット入力端には、ハイサイドスイッチ５３のオン時間を設定するタイマー５５が接続されている。タイマー５５は、ハイサイドスイッチ５３がオン状態となってから所定時間後に信号ＣＫを出力する。ＲＳラッチ５６は、信号ＣＫを受けると、ハイサイドスイッチ５３をオフ制御する。
【０００８】
上記の動作により、ＤＣ−ＤＣコンバータは、出力負荷の変動に対して一定の直流電源を供給する。例えば、出力負荷の増加などにより、出力電圧Ｖｏが所望値から低下したとする。出力電圧Ｖｏの低下を検出したエラーアンプ４０は誤差信号Ｖｅを上昇させる。これにより、漸減する電流検出信号Ｖｃ１が誤差信号Ｖｅに達するまでの時間が短くなる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオフ時間は短くなる。これに対して、タイマー５５によって設定されるハイサイドスイッチ５３のオン時間は一定である。したがって、インダクタ電流は増加傾向となり、コンデンサ２０への供給電力が増加し、出力電圧Ｖｏは上昇して所望値に戻る。これとは逆に、例えば、出力負荷の減少などにより、出力電圧Ｖｏが所望値から上昇したとする。この場合、エラーアンプ４０は誤差信号Ｖｅを低下させ、ハイサイドスイッチ５３のオフ時間は長くなる。これに対して、ハイサイドスイッチ５３のオン時間は一定であるため、インダクタ電流は減少傾向となる。これにより、コンデンサ２０への供給電力が減少し、一旦増加した出力電圧Ｖｏは減少して所望値に戻る。
【特許文献１】特開２００１―１３６７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のオフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータには、ハイサイドスイッチ５３が一旦オフ制御され、電流検出信号Ｖｃ１が漸減して誤差信号Ｖｅを下回ることによって再びオン制御されるまでの期間（以下、最小オフ時間と称することがある。）が存在する。このため、出力電圧Ｖｏがほぼ入力電圧Ｖｉとなっている場合には、周期的にハイサイドスイッチ５３が最小オフ時間だけオフとなり、その都度出力電圧Ｖｏが低下するという問題がある。
【００１０】
また、出力負荷が急峻に増加したときなどには、より迅速に出力電圧Ｖｏを増加させて所望値に復帰させる必要があるが、周期的にハイサイドスイッチ５３が最小オフ時間だけオフとなるため、インダクタ電流の増加スピードは比較的鈍く、所望値への迅速な復帰が困難である。これにより、出力電圧Ｖｏの低下量、すなわち、出力電圧Ｖｏに発生するアンダーシュートが大きくなってしまうという問題がある。
【００１１】
上記問題に鑑み、本発明は、オフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータについて、出力電圧が入力電圧近傍で安定している場合の出力電圧の低下を抑制するとともに出力電圧が低下した場合に迅速に所望値に復帰させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして、インダクタと、インダクタを流れる電流を平滑化してＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を生成する平滑部と、インダクタを流れる電流の大きさに応じた電流検出信号を生成する電流検出部と、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と与えられた基準電圧との誤差に応じた誤差信号を生成する出力誤差検出部と、電流検出信号が誤差信号を下回ったとき、インダクタへの給電を開始する一方、給電の開始から所定時間経過後であって電流検出信号が誤差信号を上回ったとき、給電を停止する制御部とを備えたものとする。
【００１３】
この発明によると、インダクタへの給電停止制御が、給電開始から所定時間経過しても電流検出信号が誤差信号を上回るまでは継続される。したがって、インダクタへの給電期間が実質的に延長されるため、出力電圧が入力電圧近傍で安定している場合に出力電圧の低下が抑制されるとともに、出力電圧が低下した場合に迅速に所望値に復帰する。
【００１４】
具体的には、電流検出部は、電圧入力端からインダクタに流れ込む電流の大きさに応じた第１の電流検出信号を生成する第１の電流検出器と、接地ノードからインダクタに流れ込む電流の大きさに応じた第２の電流検出信号を生成する第２の電流検出器とを有する。また、制御部は、第１の電流検出信号と誤差信号とを比較する第１の比較器と、第２の電流検出信号と誤差信号とを比較する第２の比較器と、電圧入力端とインダクタとの間に設けられたスイッチと、スイッチのオン制御をトリガーとして所定時間を計時するタイマーと、第２の比較器によって第２の電流検出信号が誤差信号を下回っていることが示されたとき、スイッチをオン制御する一方、タイマーによって所定時間が計時され、かつ、第１の比較器によって第１の電流検出信号が誤差信号を上回っていることが示されたとき、スイッチをオフ制御する駆動部とを有する。
【００１５】
また、具体的には、制御部は、電流検出信号と誤差信号とを比較する比較器と、電圧入力端とインダクタとの間に設けられたスイッチと、スイッチのオン制御をトリガーとして所定時間を計時するタイマーと、比較器によって電流検出信号が誤差信号を下回っていることが示されたとき、スイッチをオン制御する一方、タイマーによって所定時間が計時され、かつ、比較器によって電流検出信号が誤差信号を上回っていることが示されたとき、スイッチをオフ制御する駆動部とを有する。
【００１６】
また、具体的には、制御部は、誤差信号を受け、これにオフセット電圧を付加し、誤差信号及びオフセット電圧を付加した信号のいずれか大きい方を第１の誤差信号として出力するとともに他を第２の誤差信号として出力するオフセット付加部と、電流検出信号と第１の誤差信号とを比較する第１の比較器と、電流検出信号と第２の誤差信号とを比較する第２の比較器と、電圧入力端とインダクタとの間に設けられたスイッチと、スイッチのオン制御をトリガーとして所定時間を計時するタイマーと、第２の比較器によって電流検出信号が第２の誤差信号を下回っていることが示されたとき、スイッチをオン制御する一方、タイマーによって所定時間が計時され、かつ、第１の比較器によって電流検出信号が第１の誤差信号を上回っていることが示されたとき、スイッチをオフ制御する駆動部とを有する。
【００１７】
また、具体的には、制御部は、電流検出信号を受け、これにオフセット電圧を付加し、電流検出信号及びオフセット電圧を付加した信号のいずれか小さい方を第１の電流検出信号として出力するとともに他を第２の電流検出信号として出力するオフセット付加部と、第１の電流検出信号と誤差信号とを比較する第１の比較器と、第２の電流検出信号と誤差信号とを比較する第２の比較器と、電圧入力端とインダクタとの間に設けられたスイッチと、スイッチのオン制御をトリガーとして所定時間を計時するタイマーと、第２の比較器によって第２の電流検出信号が誤差信号を下回っていることが示されたとき、スイッチをオン制御する一方、タイマーによって所定時間が計時され、かつ、第１の比較器によって第１の電流検出信号が誤差信号を上回っていることが示されたとき、スイッチをオフ制御する駆動部とを有する。
【００１８】
好ましくは、制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の変動が相対的に大きいとき、オフセット電圧の絶対値を相対的に大きく設定する一方、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の変動が相対的に小さいとき、オフセット電圧の絶対値を相対的に小さく設定するオフセット設定部を有するものとする。
【００１９】
そして、具体的には、オフセット設定部は、誤差信号の変化に応じてオフセット電圧を変化させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、オフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が入力電圧近傍で安定している場合において、出力電圧の低下が抑制される。また、外部要因などにより出力電圧が一時的に低下しても、迅速に元の値に復帰する。これにより、極めて安定した直流電源が供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示す。本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、インダクタ１０、平滑部としてのコンデンサ２０、電流検出器３１及び３２、出力誤差検出部としてのエラーアンプ４０、及び制御部５０Ａを備えている。制御部５０Ａは、比較器５１及び５２、ハイサイドスイッチ５３、ローサイドスイッチ５４、タイマー５５、駆動部としてのＲＳラッチ５６、及びＡＮＤゲート５７を備えている。なお、これら各構成要素のうち従来のＤＣ−ＤＣコンバータにおける構成要素と同様のものについては、図１０において付した符号と同一の符号により参照する。
【００２３】
電圧入力端（電圧Ｖｉ）と接地ノードとの間に、ハイサイドスイッチ５３及びローサイドスイッチ５４が直列に接続されている。また、これらスイッチの結合部とＤＣ−ＤＣコンバータの出力端との間に、インダクタ１０とコンデンサ２０とがフィルタを構成するように接続されている。ハイサイドスイッチ５３及びローサイドスイッチ５４は、ＲＳラッチ５６に接続されており、相補的にオン・オフ制御される。なお、ローサイドスイッチ５４は同期整流器として動作すればよく、例えば、ダイオードに置換可能である。
【００２４】
電流検出器３１は、ローサイドスイッチ５４がオン状態のときに接地ノードからローサイドスイッチ５４を介してインダクタ１０に流れ込む電流を検出し、これを電圧信号に変換して電流検出信号Ｖｃ１を生成する。同様に、電流検出器３２は、ハイサイドスイッチ５３がオン状態のときに電圧入力端からハイサイドスイッチ５３を介してインダクタ１０に流れ込む電流を検出し、これを電圧信号に変換して電流検出信号Ｖｃ２を生成する。電流検出器３１及び３２は、それぞれ、ローサイドスイッチ５４及びハイサイドスイッチ５３に直列に電流検出用の抵抗を挿入して、その抵抗に生じる電圧を検出するようにしてもよいし、ローサイドスイッチ５４及びハイサイドスイッチ５３のオン抵抗の両端電圧を各検出信号としてもよい。
【００２５】
エラーアンプ４０は、非反転入力端に基準電圧Ｖｒを受け、反転入力端に出力電圧Ｖｏを受け、これら電圧の誤差に応じた誤差信号Ｖｅを出力する。比較器５２は、非反転入力端に誤差信号Ｖｅを受け、反転入力端に電流検出信号Ｖｃ１を受け、ＲＳラッチ５６をセットする信号ＳＴを出力する。比較器５１は、反転入力端に誤差信号Ｖｅを受け、非反転入力端に電流検出信号Ｖｃ２を受け、信号Ａを出力する。タイマー５５は、ＲＳラッチ５６から信号Ｑを受け、信号Ｑがハイサイドスイッチ５３をオン制御するレベルに変化してから所定時間後に信号ＣＫを出力する。ＡＮＤゲート２７は、比較器５１から出力された信号Ａとタイマー５５から出力された信号ＣＫとの論理和を演算し、ＲＳラッチ５６をリセットする信号ＲＳＴを出力する。
【００２６】
次に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作について、図２の動作波形図を参照しながら説明する。
【００２７】
入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が充分に大きい場合、動作波形は図２の左側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３がオフ制御されることにより、電流検出信号Ｖｃ１が漸減する。そして、この漸減する電流検出信号Ｖｃ１が誤差信号Ｖｅを下回ったとき、信号ＳＴがＨレベルとなり、これにより、信号ＱがＨレベルとなる。信号ＱがＨレベルとなることにより、ハイサイドスイッチ５３はオン制御され、電流検出信号Ｖｃ２が漸増する。そして、この漸増する電流検出信号Ｖｃ２が誤差信号Ｖｅを上回ったとき、信号ＡがＨレベルとなる。しかし、このとき、ハイサイドスイッチ５３のオン制御開始から所定時間が未経過のため信号ＣＫは出力されておらず、信号ＲＳＴもまた出力されない。その後、ハイサイドスイッチ５３のオン制御開始から所定時間が経過し、信号ＣＫが出力されることによって、信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。すなわち、入出力電圧差が十分に大きい場合には、ハイサイドスイッチ５３のオフ制御は信号ＣＫの出力に応じて行われる。
【００２８】
一方、入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が十分に小さい場合、動作波形は図２の右側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３がオン制御されることにより、電流検出信号Ｖｃ２が漸増するが、入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が低いためインダクタ電流の増加が遅く、この漸増する電流検出信号Ｖｃ２が誤差信号Ｖｅに達する前に信号ＣＫが出力される。しかし、このとき、電流検出信号Ｖｃ２は誤差信号Ｖｅを上回っておらず、信号ＡはＬレベルであるため、信号ＲＳＴは出力されない。その後、電流検出信号Ｖｃ２が誤差信号Ｖｅを上回ったとき、信号ＡがＨレベルに変化する。これにより、信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。すなわち、ハイサイドスイッチ５３がオフ制御されるタイミングがタイマー５５によって計時される所定時間よりも後にずれている。換言すると、ハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長される。ハイサイドスイッチ５３がオフ制御されると、電流検出信号Ｖｃ１は即座に誤差信号Ｖｅを下回る。これにより、信号ＳＴがＨレベルに転じ、ハイサイドスイッチ５３が再びオン制御される。このハイサイドスイッチ５３がオフとなる期間が最小オフ時間である。
【００２９】
本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏがほぼ入力電圧Ｖｉとなっている場合の動作波形は図２の右側のようになる。すなわち、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉ近傍で安定している場合には、ハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長されるとともに最小オフ時間が短縮されるため、出力電圧Ｖｏの低下が抑制される。一方、出力負荷の増加などにより出力電圧Ｖｏが所望値から低下した場合には誤差信号Ｖｅが上昇するため、この場合の動作波形もまた図２の右側のようになる。すなわち、出力電圧Ｖｏが低下した場合にも、ハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長されるため、出力電圧Ｖｏのアンダーシュートは最小限に抑制され、出力電圧Ｖｏは迅速に所望値へと復帰する。
【００３０】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示す。本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおける電流検出器３１及び３２を一つにまとめた構成となっている。以下、第１の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００３１】
電流検出器３３は、インダクタ１０とＤＣ−ＤＣコンバータの出力端との間の検出ポイントにおけるインダクタ電流を検出する。検出ポイントは、ハイサイドスイッチ５３とローサイドスイッチ５４との結合部とインダクタ１０との間であってもよい。電流検出器３３から出力された電流検出信号Ｖｃは、比較器５１の非反転入力端に与えられる。
【００３２】
制御部５０Ｂは、第１の実施形態に係る制御部５０Ａにおける比較器５２を省略したものである。ＲＳラッチ５６をセットするための信号ＳＴは、比較器５１から出力される信号Ａの反転として与えられる。なお、第１の実施形態に係る制御部５０Ａにおいて比較器５１を省略し、信号Ａを、比較器５２から出力される信号ＳＴの反転として与えるようにしてもよい。
【００３３】
次に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作について、図４の動作波形図を参照しながら説明する。
【００３４】
入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が充分に大きい場合、動作波形は図４の左側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオフ制御により漸減する電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅを下回ったとき、ハイサイドスイッチ５３はオン制御され、その後、電流検出信号Ｖｃは漸増に転ずる。そして、電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅを上回ったとき、信号ＡがＨレベルとなる。しかし、このとき、信号ＣＫは出力されていないため信号ＲＳＴは出力されず、その後、信号ＣＫが出力されることによって信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。
【００３５】
一方、入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が十分に小さい場合、動作波形は図４の右側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオン制御により漸増する電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅに達する以前に信号ＣＫが出力される。しかし、このとき、電流検出信号Ｖｃは誤差信号Ｖｅを上回っていないため、信号ＡはＬレベルのままであり、信号ＲＳＴは出力されない。その後、電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅを上回り、信号ＡがＨレベルに変化したときに信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長される。ハイサイドスイッチ５３がオフ制御されると、電流検出信号Ｖｃは即座に誤差信号Ｖｅを下回り、ハイサイドスイッチ５３が再びオン制御される。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータよりも電流検出器及び比較器の個数が少なく、回路構成がより簡素となる。回路構成の違いによる動作の差異は、信号ＳＴがＨレベルである期間と信号ＡがＬレベルである期間とが短くなっただけであり、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉ近傍で安定している場合における出力電圧Ｖｏの低下を抑制するといった効果、及び出力電圧Ｖｏが低下したときの迅速な復帰といった効果は何ら損なわれるものではない。
【００３７】
なお、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータでは、インダクタ１０に直列に抵抗を挿入してインダクタ電流を検出する必要があるのに対して、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータではその必要がない。すなわち、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの方が内部抵抗を小さくすることができる。したがって、内部抵抗の観点では第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの方が有利である。
【００３８】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示す。本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおける電流検出器３１及び３２を第２の実施形態と同様に一つにまとめ、さらに、誤差信号Ｖｅにオフセット電圧を付加する構成となっている。以下、第１及び第２の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してその説明を省略し、第１及び第２の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００３９】
制御部５０Ｃは、オフセット付加部５８Ａを備えている。図６は、オフセット付加部５８Ａの回路構成を示す。図６（ａ）に示したオフセット付加部５８Ａは、誤差信号Ｖｅに対して正のオフセット電圧Ｖｏｓを付加したものを誤差信号Ｖｅ１として出力する一方、誤差信号Ｖｅ２として誤差信号Ｖｅを出力する。図６（ｂ）に示したオフセット付加部５８Ａは、誤差信号Ｖｅ１として誤差信号Ｖｅを出力する一方、誤差信号Ｖｅに負のオフセット電圧Ｖｏｓを付加したものを誤差信号Ｖｅ２として出力する。すなわち、オフセット付加部５８Ａから出力される誤差信号Ｖｅ１及びＶｅ２について、誤差信号Ｖｅ１は誤差信号Ｖｅ２よりもオフセット電圧Ｖｏｓだけ高く設定されているという関係にある。誤差信号Ｖｅ１は比較器５１の反転入力端に与えられ、誤差信号Ｖｅ２は比較器５２の非反転入力端に与えられる。
【００４０】
次に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作について、図７の動作波形図を参照しながら説明する。なお、オフセット付加部５８Ａは図６（ａ）に示した回路構成であるとして説明する。
【００４１】
入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が充分に大きい場合、動作波形は図７の左側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオフ制御により漸減する電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ２（＝Ｖｅ）を下回ったとき、ハイサイドスイッチ５３はオン制御され、その後、電流検出信号Ｖｃは漸増に転ずる。そして、電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ２を超え、さらに、誤差信号Ｖｅ１（＝Ｖｅ＋Ｖｏｓ）を上回ったとき、信号ＡがＨレベルとなる。しかし、このとき、信号ＣＫは出力されていないため信号ＲＳＴは出力されず、その後、信号ＣＫが出力されることによって信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。
【００４２】
一方、入出力電圧差（Ｖｉ−Ｖｏ）が十分に小さい場合、動作波形は図７の右側に示したようになる。すなわち、ハイサイドスイッチ５３のオン制御により漸増する電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ２を超え、さらに、誤差信号Ｖｅ１に達する以前に信号ＣＫが出力される。しかし、このとき、電流検出信号Ｖｃは誤差信号Ｖｅ１を上回っていないため、信号ＡはＬレベルのままであり、信号ＲＳＴは出力されない。その後、電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ１を上回り、信号ＡがＨレベルに変化したときに信号ＲＳＴが出力され、ハイサイドスイッチ５３が再びオフ制御される。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、ハイサイドスイッチ５３のオフ制御のきっかけとなる電流検出信号Ｖｃの目標値、すなわち、誤差信号Ｖｅ１が、オン制御のきっかけとなる目標値、すなわち、誤差信号Ｖｅ２よりも高く設定されていることにより、ハイサイドスイッチ５３がオン制御される時間が第１及び第２の実施形態よりもさらに延長される。すなわち、出力電圧Ｖｏの低下が発生したとき、第１及び第２の実施形態よりも早い段階でハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長される動作状態となる。換言すると、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、出力電圧Ｖｏの低下に対してより敏感に反応して、すぐさま元の所望値に復帰させようと動作することとなる。
【００４４】
なお、オフセット電圧Ｖｏｓの付加対象を、誤差信号Ｖｅではなく電流検出信号Ｖｃにしても上記と同様の効果が得られる。すなわち、図８に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御部５０Ｄにオフセット付加部５８Ｂを設け、比較器５１の非反転入力端に電流検出信号Ｖｃ１を与え、比較器５２の反転入力端に電流検出信号Ｖｃ２を与えるようにしてもよい。ただし、電流検出信号Ｖｃ１は電流検出信号Ｖｃ２よりもオフセット電圧Ｖｏｓだけ低く設定されている必要がある。
【００４５】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示す。本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおけるオフセット付加部５８Ａに代えて、オフセット電圧が可変のオフセット付加部５８Ｃと、オフセット電圧を設定するオフセット設定部５９とを備えた構成となっている。以下、第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータと同様の構成要素については同じ符号を付してその説明を省略し、第３の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００４６】
第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータでは、出力安定時において、ハイサイドスイッチ５３は電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ１を上回ったときにオフ制御され、このオフ制御は電流検出信号Ｖｃが誤差信号Ｖｅ２を下回るまで、すなわち、オフセット電圧Ｖｏｓ分だけ低下するまで継続するため、最小オフ時間が比較的長くなってしまうという問題がある。したがって、出力安定時において、オフセット電圧Ｖｏｓはゼロであることが好ましい。そこで、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、第３の実施形態に係るオフセット電圧を可変にしたものである。
【００４７】
オフセット設定部５９は、出力電圧Ｖｏの変動が大きくなるにつれ、オフセット付加部５８Ｃによって誤差信号Ｖｅに付加されるオフセット電圧Ｖｏｓを大きくする一方、出力電圧Ｖｏの変動が小さくなるにつれ、オフセット電圧Ｖｏｓをゼロに近づける。具体的には、オフセット設定部５９は、誤差信号Ｖｅを微分するなどして誤差信号Ｖｅの変化を検出し、その変化の度合いに応じてオフセット電圧Ｖｏｓを変化させる。そして、好ましくは、誤差信号Ｖｅが一定値で安定しているときには、オフセット電圧Ｖｏｓをゼロに設定するものとする。
【００４８】
以上、本実施形態によると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力変動時には、ある程度の大きさの電圧がオフセット電圧Ｖｏｓとして設定され、より早い段階でハイサイドスイッチ５３のオン時間が延長される動作状態となる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力安定時には、オフセット電圧Ｖｏｓがほぼゼロに設定され、ハイサイドスイッチ５３の最初オフ時間が最短に制御される。すなわち、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、出力電圧Ｖｏの低下に対してより敏感に反応して、すぐさま元の所望値に復帰させようと動作する一方、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉ近傍で安定している場合には、ハイサイドスイッチ５３の最初オフ時間に起因する出力電圧Ｖｏの低下が抑制される。
【００４９】
なお、オフセット設定部５９は、誤差信号Ｖｅ以外、例えば、出力電圧Ｖｏの変化を検出して、オフセット電圧Ｖｏｓを変化させるようにしてもよい。また、オフセット電圧Ｖｏｓは連続的に変化させてもよいし、離散的に変化させてもよい。例えば、誤差信号Ｖｅの変化の度合いに応じて、オフセット電圧をゼロとそれ以外の電圧とで切り替えるようにしてもよい。
【００５０】
また、図８に示したように、電流検出信号Ｖｃにオフセット電圧Ｖｏｓを付加する構成において、そのオフセット電圧Ｖｏｓを上記と同様に可変にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、極めて安定した直流電源を供給することができるため、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子機器の電源回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作波形図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図６】オフセット付加部の回路構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作波形図である。
【図８】電流検出信号にオフセット電圧を付加する場合のＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図１０】従来のオフ時間制御方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  インダクタ
２０  コンデンサ（平滑部）
３１〜３３  電流検出器（電流検出部）
４０  エラーアンプ（出力誤差検出部）
５０Ａ〜５０Ｅ  制御部
５１  比較器（第１の比較器）
５２  比較器（第２の比較器）
５３  ハイサイドスイッチ（スイッチ）
５５  タイマー
５６  ＲＳラッチ（駆動部）
５８Ａ〜５８Ｃ  オフセット付加部
５９  オフセット設定部
【図１】
2006271129.tif 000003
【図２】
2006271129.tif 000004
【図３】
2006271129.tif 000005
【図４】
2006271129.tif 000006
【図５】
2006271129.tif 000007
【図６】
2006271129.tif 000008
【図７】
2006271129.tif 000009
【図８】
2006271129.tif 000010
【図９】
2006271129.tif 000011
【図１０】
2006271129.tif 000012