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公開番号2025089564
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2025057725,2024100982
出願日2025-03-31,2018-02-13
発明の名称DC/DCコンバータ
出願人ローム株式会社
代理人弁理士法人佐野特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250605BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】入出力条件に依ることなくコイル電流の平均値を一定に維持する。
【解決手段】DC/DCコンバータは、逆極性かつ共通の周期で上昇/低下とリセットを繰り返すランプ信号及び反転ランプ信号を生成するオシレータと、アナログ信号とランプ信号及び反転ランプ信号とをそれぞれ比較するコンパレータと、比較結果を論理演算して昇降圧型のスイッチ出力段の降圧制御信号及び昇圧制御信号を生成する論理演算部と、スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングして電流センス信号を生成する電流検出部と、ランプ信号及び反転ランプ信号のリセットタイミングでコイル電流がサンプリングされるようにタイミング制御を行うタイミング制御部を有する。降圧制御信号及び昇圧制御信号は、それぞれ、降圧用及び昇圧用の出力トランジスタ及び同期整流トランジスタをオン/オフする。電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御が行われる。
【選択図】図29
特許請求の範囲【請求項１】
互いに逆極性を持ちながら共通のスイッチング周期で上昇または低下とリセットを繰り返す鋸波形のランプ信号及び反転ランプ信号を生成するオシレータと、
アナログ信号と前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号とをそれぞれ比較して第１比較信号及び第２比較信号を生成する第１コンパレータ及び第２コンパレータと、
前記第１比較信号と前記第２比較信号を用いた論理演算により昇降圧型のスイッチ出力段の降圧制御信号及び昇圧制御信号をそれぞれ生成する論理演算部と、
タイミング制御信号に応じたタイミングで前記スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングすることにより電流センス信号を生成する電流検出部と、
前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号のリセットタイミングで前記コイル電流のサンプリングが行われるように前記タイミング制御信号を生成するタイミング制御部と、
を有し、
前記降圧制御信号は、前記スイッチ出力段に含まれる降圧用の第１出力トランジスタ及び第１同期整流トランジスタそれぞれのオン／オフ制御に用いられ、
前記昇圧制御信号は、前記スイッチ出力段に含まれる昇圧用の第２出力トランジスタ及び第２同期整流トランジスタそれぞれのオン／オフ制御に用いられ、
前記電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御を行うことにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成する、ＤＣ／ＤＣコンバータ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記スイッチ出力段は、
降圧動作時において、前記第２出力トランジスタが常にオフし、前記第２同期整流トランジスタが常にオンし、前記第１出力トランジスタと前記第１同期整流トランジスタが相補的にオン／オフされ、
昇圧動作時において、前記第１出力トランジスタが常にオンし、前記第１同期整流トランジスタが常にオフし、前記第２出力トランジスタと前記第２同期整流トランジスタが相補的にオン／オフされる、
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記論理演算部は、前記アナログ信号が前記ランプ信号と前記反転ランプ信号のいずれよりも低い状態と、前記アナログ信号が前記ランプ信号と前記反転ランプ信号のいずれよりも高い状態と、をそれぞれ抽出し、一方の抽出結果に基づいて前記降圧制御信号を生成し、他方の抽出結果に基づいて前記昇圧制御信号を生成する、請求項１又は２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記スイッチ出力段は、
降圧動作時において、前記アナログ信号が前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号の少なくとも一方よりも高いときにオン期間となり、前記アナログ信号が前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号の双方よりも低いときにオフ期間となり、
昇圧動作時において、前記アナログ信号が前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号の双方よりも高いときにオン期間となり、前記アナログ信号が前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号の少なくとも一方よりも低いときにオフ期間となる、
請求項１～３のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記ランプ信号及び前記反転ランプ信号のリセットタイミングは、
降圧動作時において、前記オン期間の中心タイミングと一致し、
昇圧動作時において、前記オフ期間の中心タイミングと一致する、
請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の基準電圧との差分に応じた誤差信号を生成するエラーアンプと、前記誤差信号と前記電流センス信号との差分に応じて前記アナログ信号を生成する差動アンプと、をさらに有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記誤差信号を所定の上限値以下または所定の下限値以上に制限するクランパをさらに有する、請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記誤差信号と所定の閾値とを比較して前記スイッチ出力段の動作可否を制御する軽負荷検出コンパレータをさらに有する、請求項６又は７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示されている発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、様々なアプリケーションの電源手段として、出力トランジスタをオン／オフさせて入力電圧から所望の出力電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（いわゆるスイッチング電源）が用いられている。
【０００３】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１及び特許文献２を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００４－３０４８７１号公報
特開２０１３－１２１１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力帰還制御方式としては、出力電圧とコイル電流の双方を検出して出力帰還制御を行う電流モード制御方式が広く一般に知られている。しかしながら、従来の電流モード制御方式（ピーク値検出型またはボトム値検出型）では、入出力条件に依存して平均コイル電流が変動してしまうので、ＤＣ／ＤＣコンバータの諸動作（過電流保護動作や軽負荷検出動作など）に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【０００６】
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、入出力条件に依ることなくコイル電流の平均値を一定に維持することのできるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書中に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチ出力段のオン期間またはオフ期間の中心タイミングで前記スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングし、そのサンプリング値に応じた電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御を行うことにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成する構成とされている。
【０００８】
また、本明細書中に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータは、アナログ信号と第１ランプ信号とを比較してスイッチ出力段の制御信号を生成するコンパレータと、タイミング制御信号に応じたタイミングで前記スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングすることにより電流センス信号を生成する電流検出部と、前記第１ランプ信号の２倍のスルーレートを持つ第２ランプ信号を用いて前記スイッチ出力段のオン期間またはオフ期間の中心タイミングで前記コイル電流のサンプリングが行われるように前記タイミング制御信号を生成するタイミング制御部とを有し、前記電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御を行うことにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成する構成とされている。
【０００９】
また、本明細書中に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータは、第１アナログ信号とランプ信号とを比較してスイッチ出力段の制御信号を生成するコンパレータと、タイミング制御信号に応じたタイミングで前記スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングすることにより電流センス信号を生成する電流検出部と、前記第１アナログ信号の信号値と前記ランプ信号の始点値または終点値との単純平均値を持つ第２アナログ信号を生成する平均値生成部と、前記ランプ信号と前記第２アナログ信号を用いて前記スイッチ出力段のオン期間またはオフ期間の中心タイミングで前記コイル電流のサンプリングが行われるように前記タイミング制御信号を生成するタイミング制御部と、を有し、前記電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御を行うことにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成する構成とされている。
【００１０】
また、本明細書中に開示されているＤＣ／ＤＣコンバータは、第１アナログ信号と第１ランプ信号とを比較してスイッチ出力段の制御信号を生成するコンパレータと、タイミング制御信号に応じたタイミングで前記スイッチ出力段のコイル電流をサンプリングすることにより電流センス信号を生成する電流検出部と、前記第１アナログ信号の信号値と前記第１ランプ信号の始点値または終点値との加重平均値を持つ第２アナログ信号を生成する平均値生成部と、前記第１ランプ信号とは異なるスルーレートを持つ第２ランプ信号と前記第２アナログ信号を用いて前記スイッチ出力段のオン期間またはオフ期間の中心タイミングで前記コイル電流のサンプリングが行われるように前記タイミング制御信号を生成するタイミング制御部と、を有し、前記電流センス信号を用いて電流モード制御方式の出力帰還制御を行うことにより、入力電圧から所望の出力電圧を生成する構成とされている。
（【００１１】以降は省略されています）

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