(57)【要約】【課題】昇降圧コンバータを安定的に動作させる制御回路を実現する。【解決手段】昇降圧コンバータ用制御回路（１０Ａ）は、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて第１の誤差信号を生成する誤差増幅回路（１１）、基準電位を軸として第１の誤差信号を反転した第２の誤差信号を生成する反転増幅回路（１２）、基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器（１３）、第１の誤差信号とランプ信号とを比較する第１の比較器（１４）、第２の誤差信号とランプ信号とを比較する第２の比較器（１５）、第１の比較器の出力と第２の比較器の出力との論理積に基づいて昇降圧コンバータにおける昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路（１６）、及び第１の比較器の出力と第２の比較器の出力との論理和に基づいて昇降圧コンバータにおける降圧回路の動作を制御する降圧制御回路（１７）を備えている。【選択図】図１
2007104741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ用の制御回路であって、
前記昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて、第１の誤差信号と、基準電位を軸として前記第１の誤差信号を反転した第２の誤差信号とを生成する出力検出回路と、
前記基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器と、
前記第１の誤差信号と前記ランプ信号とを比較する第１の比較器と、
前記第２の誤差信号と前記ランプ信号とを比較する第２の比較器と、
前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理積に基づいて前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路と、
前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理和に基づいて前記降圧回路の動作を制御する降圧制御回路とを備えた
ことを特徴とする制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の制御回路において、
前記出力検出回路は、
前記昇降圧コンバータの出力電圧と前記目標値との誤差に基づいて前記第１の誤差信号を生成する誤差増幅回路と、
前記第１の誤差信号を受け、前記第２の誤差信号を生成する反転増幅回路とを有する
ことを特徴とする制御回路。
【請求項３】
請求項１に記載の制御回路において、
前記ランプ信号の変化の幅は、前記第１及び第２の誤差信号の変化の幅と同程度である
ことを特徴とする制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流の入力電圧を所望の直流の出力電圧に変換する昇降圧コンバータ用の制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力直流電源から直流の入力電圧（以下、入力直流電圧という）を入力し、各種電子回路用に電源電圧となる直流の出力電圧（以下、出力直流電圧という）を出力する電源回路において、入力直流電圧が出力直流電圧に比べて大きい電圧から小さい電圧まで変動する場合、昇降圧コンバータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成を示す。制御回路１０は、昇降圧コンバータ１００の出力直流電圧Ｖｏに基づいて駆動信号ＤＲ１及びＤＲ２を生成し、昇降圧コンバータ１００を構成する降圧回路１０１及び昇圧回路１０２のそれぞれの動作を制御する。
【０００４】
具体的には、制御回路１０は、誤差増幅回路１１、反転増幅回路１２、発振器１３、比較器１４及び１５を備えている。誤差増幅回路１１は、電圧Ｖｏと目標値との誤差に基づいて誤差信号Ｖｅを生成する。誤差信号Ｖｅは、電圧Ｖｏが目標値よりも高いとき下降し、目標値よりも低いとき上昇する。反転増幅回路１２は、電位Ｅ１を軸として誤差信号Ｖｅを反転し、誤差信号Ｖｘを生成する。すなわち、誤差信号Ｖｘは、Ｖｘ＝２Ｅ１−Ｖｅで表される。発振器１３は、電位Ｅ１と電位Ｅ２（＜Ｅ１）との間を所定周期で増減する三角波状のランプ信号Ｖｔを生成する。比較器１４は、ランプ信号Ｖｔと誤差信号Ｖｅとを比較し、誤差信号Ｖｅの方が大きいときにＨレベルとなる駆動信号ＤＲ１を生成する。そして、比較器１５は、ランプ信号Ｖｔと誤差信号Ｖｘとを比較し、誤差信号Ｖｘの方が小さいときにＨレベルとなる駆動信号ＤＲ２を生成する。
【０００５】
図５は、制御回路１０の動作波形図である。図５の左半部では、誤差信号Ｖｅは電位Ｅ１よりも低く、ランプ信号Ｖｔと交差しているが、誤差信号Ｖｘは電位Ｅ１よりも高く、ランプ信号Ｖｔと交差していない。したがって、駆動信号ＤＲ１はパルス状となって出力され、駆動信号ＤＲ２は一定レベル（この場合、Ｌレベル）のままである。このとき、昇降圧コンバータ１００は降圧コンバータとして動作する。
【０００６】
入力直流電圧Ｖｉの低下等によって出力直流電圧Ｖｏが目標値を下回ると、誤差信号Ｖｅは上昇し、誤差信号Ｖｘは下降する。やがて、誤差信号Ｖｅ及びＶｘは電位Ｅ１に達する。これ以降（図５の右半部）、誤差信号Ｖｅは電位Ｅ１よりも高くなりランプ信号Ｖｔと交差しないが、誤差信号Ｖｘは電位Ｅ１よりも低くなりランプ信号Ｖｔと交差するようになる。したがって、駆動信号ＤＲ１は一定レベル（この場合、Ｈレベル）のままとなり、駆動信号ＤＲ２はパルス状となって出力される。このとき、昇降圧コンバータ１００は昇圧コンバータとして動作する。
【特許文献１】特許第３４４０３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の昇降圧コンバータ用制御回路では、ランプ信号Ｖｔが電位Ｅ１と電位Ｅ２との間を増減するのに対し、誤差信号Ｖｅ及びＶｘは２Ｅ１−Ｅ２以上になることがある。一方、昇降圧コンバータ用制御回路の電源電圧となる入力直流電圧Ｖｉは誤差信号Ｖｅ及びＶｘの最大値よりも大きくなければならないため（Ｖｉ＞２Ｅ１−Ｅ２）、電位Ｅ１は（Ｖｉ＋Ｅ２）／２よりも小さく設定しなければならない（Ｅ１＜（Ｖｉ＋Ｅ２）／２）。このため、ランプ信号Ｖｔの振幅を十分に大きく取ることができずに降圧回路１０１及び昇圧回路１０２におけるスイッチング周期のバラツキが大きくなり、昇降圧コンバータの動作が不安定になってしまう。
【０００８】
また、誤差信号Ｖｅ又は誤差信号Ｖｘがランプ信号Ｖｔの波形先端部分と交わる部分、すなわち、昇圧動作及びと降圧動作の遷移領域では、ランプ信号Ｖｔの波形先端部分の歪みによって、駆動信号ＤＲ１及びＤＲ２のデューティ比が急激に１００％又は０％になってしまうおそれがある。この結果、昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移がスムーズに行われずに昇降圧コンバータの動作が不安定になるといった問題がある。
【０００９】
上記問題に鑑み、本発明は、昇降圧コンバータを安定的に動作させる制御回路を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ用の制御回路として、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて、第１の誤差信号と、基準電位を軸として前記第１の誤差信号を反転した第２の誤差信号とを生成する出力検出回路と、基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器と、第１の誤差信号とランプ信号とを比較する第１の比較器と、第２の誤差信号とランプ信号とを比較する第２の比較器と、第１の比較器の出力と第２の比較器の出力との論理積に基づいて昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路と、第１の比較器の出力と第２の比較器の出力との論理和に基づいて降圧回路の動作を制御する降圧制御回路とを備えたものとする。
【００１１】
これによると、ランプ信号の振幅を比較的大きく取ることができ、また、ランプ信号の波形先端部分からずれて昇降圧コンバータの昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移が行われるため、昇降圧コンバータの動作が安定する。
【００１２】
具体的には、出力検出回路は、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて第１の誤差信号を生成する誤差増幅回路と、第１の誤差信号を受け、第２の誤差信号を生成する反転増幅回路とを有するものとする。
【００１３】
なお、ランプ信号の変化の幅は、第１及び第２の誤差信号の変化の幅と同程度であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作との切り替えがスムーズに行われ、昇降圧コンバータを安定的に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成を示す。制御回路１０Ａは、昇降圧コンバータ１００の出力直流電圧Ｖｏに基づいて駆動信号ＤＲ１及びＤＲ２を生成し、昇降圧コンバータ１００を構成する降圧回路１０１及び昇圧回路１０２のそれぞれの動作を制御する。
【００１７】
具体的には、制御回路１０Ａは、誤差増幅回路１１、反転増幅回路１２、発振器１３、比較器１４及び１５、降圧制御回路１６、及び昇圧制御回路１７を備えている。また、誤差増幅回路１１及び反転増幅回路１２は出力検出回路１８を構成している。誤差増幅回路１１は、昇降圧コンバータ１００の出力直流電圧Ｖｏと目標値との誤差に基づいて誤差信号Ｖｅを生成する。誤差信号Ｖｅは、電圧Ｖｏが目標値よりも高いとき下降し、目標値よりも低いとき上昇する。反転増幅回路１２は、基準電位Ｅｔを軸として誤差信号Ｖｅを反転し、誤差信号Ｖｘを生成する。すなわち、誤差信号Ｖｘは、Ｖｘ＝２Ｅｔ−Ｖｅで表される。発振器１３は、基準電位Ｅｔを軸として振幅ΔＥの三角波状のランプ信号Ｖｔを生成する。比較器１４は、ランプ信号Ｖｔと誤差信号Ｖｅとを比較し、誤差信号Ｖｅの方が大きいときにＨレベルとなる信号Ｖ１を生成する。比較器１５は、ランプ信号Ｖｔと誤差信号Ｖｘとを比較し、誤差信号Ｖｘの方が小さいときにＨレベルとなる信号Ｖ２を生成する。降圧制御回路１６は、ＯＲゲートで構成されており、信号Ｖ１と信号Ｖ２との論理和である駆動信号ＤＲ１を出力する。そして、昇圧制御回路１７は、ＡＮＤゲートで構成されており、信号Ｖ１と信号Ｖ２との論理積である駆動信号ＤＲ２を出力する。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る制御回路１０Ａの動作波形図である。図２の左半部では、誤差信号Ｖｅは基準電位Ｅｔよりも低いところでランプ信号Ｖｔと交差しており、誤差信号Ｖｘは基準電位Ｅｔよりも高いところでランプ信号Ｖｔと交差している。したがって、信号Ｖ１及びＶ２は相補的にＨレベルとなり、その論理和である駆動信号ＤＲ１はパルス状となって出力される一方、その論理積である駆動信号ＤＲ２はＬレベルのままとなる。このとき、昇降圧コンバータ１００は降圧コンバータとして動作する。
【００１９】
入力直流電圧Ｖｉの低下等によって出力直流電圧Ｖｏが目標値を下回ると、誤差信号Ｖｅは上昇し、誤差信号Ｖｘは下降する。やがて、誤差信号Ｖｅ及びＶｘは基準電位Ｅｔに達する。これ以降（図２の右半部）、誤差信号Ｖｅは基準電位Ｅｔよりも高いところでランプ信号Ｖｔと交差し、誤差信号Ｖｘは基準電位Ｅｔよりも低いところでランプ信号Ｖｔと交差するようになる。したがって、信号Ｖ１及びＶ２は相補的にＬレベルとなり、その論理和である駆動信号ＤＲ１はＨレベルのままとなる一方、その論理積である駆動信号ＤＲ２はパルス状となって出力される。このとき、昇降圧コンバータ１００は昇圧コンバータとして動作する。
【００２０】
以上、本実施形態に係る制御回路１０Ａによると、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移は、誤差信号Ｖｅ又は誤差信号Ｖｘがランプ信号Ｖｔの振幅中心付近の基準電位Ｅ１と交わる部分で起きる。したがって、ランプ信号Ｖｔの波形先端部分の歪みにかかわらず、昇降圧コンバータ１００はスムーズに昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移をすることができる。
【００２１】
なお、誤差信号Ｖｅ及びＶｘは、ランプ信号Ｖｔの最大値であるＥｔ＋ΔＥ以上であればよい。好ましくは、ランプ信号Ｖｔの変化の幅と誤差信号Ｖｅ及びＶｘの変化の幅とを同程度にする。これにより、ランプ信号Ｖｔの振幅を十分に大きく取ることができ、昇降圧コンバータ１００の動作の安定化を図ることができる。
【００２２】
また、必ずしもランプ信号Ｖｔの中心である基準電位Ｅｔを軸として誤差信号Ｖｅを反転して誤差信号Ｖｘを生成しなくてもよい。すなわち、多少の誤差は許容される。図３は、ランプ信号Ｖｔの中心が基準電位Ｅｔよりもわずかに高い場合の動作波形を示す。この場合、誤差信号Ｖｅ及びＶｘが高くずれるため、信号Ｖ１のパルス幅は大きく、信号Ｖ２のパルス幅は小さくなる。このため、スイッチング２周期ごとに駆動信号ＤＲ１及びＤＲ２のパルス幅が揃う親子発振と呼ばれる現象が生じる。しかし、この現象は帰還系の異常発振動作とは異なるうえ、その度合いも小さいため、昇降圧コンバータ１００の制御に関して問題となることはほとんどない。
【００２３】
また、図１では、発振器１３は３つの電位Ｅｔ＋ΔＥ、Ｅｔ及びＥｔ−ΔＥを受けているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、発振器１３は、基準電位Ｅｔと振幅に相当する電圧ΔＥの二つを受けてランプ信号Ｖｔを生成するようにしてもよいし、また、ランプ信号Ｖｔの上限及び下限の電位Ｅｔ＋ΔＥ及びＥｔ−ΔＥを受けてランプ信号Ｖｔ及び基準電位Ｅｔを生成するようにしてもよい。また、反転増幅回路１２は１個のオペアンプと２個の抵抗から構成される一般的な構成としているが、これ以外の構成であってもよい。また、降圧制御回路１６は、ＯＲゲート以外にも、信号Ｖ１と信号Ｖ２との論理和に基づいて駆動信号ＤＲ１を生成するものであればよい。同様に、昇圧制御回路１７は、ＡＮＤゲート以外にも、信号Ｖ１と信号Ｖ２との論理積に基づいて駆動信号ＤＲ２を生成するものであればよい。
【００２４】
また、図１では、出力検出回路１８は誤差増幅回路１１及び反転増幅回路１２から構成されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、誤差増幅回路１１を差動増幅回路として構成する場合には、誤差増幅回路１１によって誤差信号Ｖｅ及びＶｘを生成することができる。すなわち、出力検出回路１８は誤差増幅回路１１のみで構成されることとなる。この場合、誤差増幅回路１１に与えられる電源電圧をＥｂとすると、基準電圧ＥｔはＥｔ＝Ｅｂ／２を満たすように設定すればよい。
【００２５】
また、本発明に係る制御回路の制御対象となる昇降圧コンバータは図１に示したものに限られない。本発明に係る制御回路は、およそ昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ一般に適合する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る制御回路は、昇降圧コンバータの動作を安定化させるため、安定的な電源供給が要求される装置の電源回路に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成図である。
【図２】図１に示した制御回路の動作波形図である。
【図３】誤差信号の反転軸がずれた場合の図１に示した制御回路の動作波形図である。
【図４】従来の昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成図である。
【図５】図４に示した制御回路の動作波形図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０Ａ  制御回路
１１    誤差増幅回路
１２    反転増幅回路
１３    発振器
１４    比較器（第１の比較器）
１５    比較器（第２の比較器）
１６    昇圧制御回路
１７    降圧制御回路
１８    出力検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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