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JP2004056992A - DC-DC converter - Google Patents

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JP2004056992A
JP2004056992A JP2003140950A JP2003140950A JP2004056992A JP 2004056992 A JP2004056992 A JP 2004056992A JP 2003140950 A JP2003140950 A JP 2003140950A JP 2003140950 A JP2003140950 A JP 2003140950A JP 2004056992 A JP2004056992 A JP 2004056992A
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Manabu Inoue
学 井上
Hiroyuki Handa
浩之 半田
Hiroshi Higashiya
比呂志 東谷
Takuya Ishii
卓也 石井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】本発明は、出力電力が急減状態となる過渡状態や起動時において、エネルギーを入力側に回生させてエネルギー効率を高くすることにより、優れた応答速度を有する汎用性の高いDC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【解決手段】待機時のような軽負荷状態に消費電力を軽減するための専用の動作モード(待機動作モード)を有するDC−DCコンバータにおいて、出力目標電圧E0より所定の電圧だけ高い出力上限電圧E1と出力直流電圧Voとの比較結果を出力する出力電力急減検出回路を設けて、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1より高い場合、待機動作モードとはならず、高効率に出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に到達する応答速度を向上させるよう構成されている。
【選択図】    図1
An object of the present invention is to provide a highly versatile DC-DC having an excellent response speed by increasing energy efficiency by regenerating energy to an input side in a transient state or a start-up state in which output power rapidly decreases. It is intended to provide a converter.
In a DC-DC converter having a dedicated operation mode (standby operation mode) for reducing power consumption in a light load state such as a standby state, an output upper limit voltage higher by a predetermined voltage than an output target voltage E0. An output power sudden decrease detection circuit that outputs a result of comparison between E1 and the output DC voltage Vo is provided. When the output DC voltage Vo is higher than the output upper limit voltage E1, the standby operation mode is not performed, and the output DC voltage Vo is efficiently output. Is configured to improve the response speed of reaching the output target voltage E0.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種電子機器に用いられ、バッテリ等の直流電圧が入力されて負荷に制御された直流電圧を供給するDC−DCコンバータに関する。特に、本発明は出力電力(出力電圧及び/又は出力電流)の急減に対して高速に対応し得るDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
入力直流電源であるバッテリ等から直流電圧が入力され、その直流電圧を降圧制御して負荷に供給するDC−DCコンバータにおいて、負荷の状態(軽負荷状態又は重負荷状態)に応じて動作モードを切り替えるよう構成されたものがある。ここで、軽負荷状態の動作モードとは例えば電子機器が待機動作状態のときの動作モードであり、重負荷状態の動作モードとは例えば電子機器が通常動作状態のときの動作モードである。このように、負荷の状態に応じて動作モードを切り替えるのは、待機時のような軽負荷時にDC−DCコンバータの消費電力を軽減するためである。このような構成のDC−DCコンバータとしては、日本の特開平11−146637号公報に開示されたものがある。
【0003】
図17は特開平11−146637号公報に開示された従来のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。図17に示すように、直流電圧Viを出力する入力直流電源301が接続されたDC−DCコンバータは、入力側平滑コンデンサ302、同期整流回路310及び出力側平滑コンデンサ307を具備している。このDC−DCコンバータの出力端には負荷308が接続されている。
DC−DCコンバータの同期整流回路310には、主スイッチ303、同期スイッチ304、転流ダイオード305、インダクタ306、及び主スイッチ303と同期スイッチ304のオンオフ制御を行う制御部309が設けられている。制御部309が主スイッチ303と同期スイッチ304を同期して切り替えることにより、DC−DCコンバータは負荷308に接続された出力端に所定の直流電圧を出力する。このDC−DCコンバータは、出力端に接続される負荷308の状態(軽負荷状態又は重負荷状態)に応じて軽負荷状態の動作モード(待機動作モード)又は重負荷状態の動作モード(通常動作モード)に切り替えるよう構成されている。
【0004】
図17に示した従来のDC−DCコンバータにおいて、入力直流電源301の直流電圧Viが入力側平滑コンデンサ302を介して同期整流回路310に入力されており、出力側平滑コンデンサ307の電圧Voが出力直流電圧として負荷308に供給されている。制御部309は主スイッチ303がオン状態のとき同期スイッチ304をオフ状態とし、主スイッチ303がオフ状態のとき同期スイッチ304をオン状態とするよう制御している。
入力直流電源301の直流電圧Viは、主スイッチ303がオン状態のとき、インダクタ306に印加される。このとき、入力直流電源301からインダクタ306を介して負荷側へ電流が流れ、インダクタ306に磁気エネルギーが蓄積される。次に、主スイッチ303がオフ状態となると、同期スイッチ304がオン状態となり導通して、インダクタ306から同期スイッチ304を介して出力側平滑コンデンサ307へ電流が流れ、蓄積された磁気エネルギーが放出される。
【0005】
上記のように、同期整流回路310において、磁気エネルギーの蓄積と放出の動作が繰り返されることにより、出力側平滑コンデンサ307から負荷308へ電力が供給される。
図17に示した従来のDC−DCコンバータの制御部309において、主スイッチ303と同期スイッチ304のオンオフ時間である時比率を制御することにより、出力直流電圧Voは零から入力電圧Viまで設定可能である。
【0006】
次に、以上のように構成された従来のDC−DCコンバータにおける主スイッチ303と同期スイッチ304の時比率の制御動作について説明する。
図18は従来のDC−DCコンバータにおける各部における電圧波形図である。図18において、Vtは直線的に上昇して急峻に低下する基準三角波形を示す電圧波形であり、制御部309における発振回路で形成されている。Veは制御部309に設けられた誤差増幅器から出力された誤差電圧であり、出力電圧Voと基準電圧Vrefとの差を示している。また、図18における第1の駆動信号Vd1は主スイッチ303をオンオフ駆動するための信号であり、第2の駆動信号Vd2は同期スイッチ304をオンオフ駆動するための信号である。主スイッチ303及び同期スイッチ304が第1の駆動信号Vd1及び第2の駆動信号Vd2によりオンオフ動作することにより、制御目標となる出力直流電圧は所望の直流電圧となる。第1の駆動信号Vd1と第2の駆動信号Vd2は、制御部309の誤差増幅器において基準三角波電圧Vtと誤差電圧Veとの比較により形成される。
【0007】
図18に示した誤差電圧Veは、負荷308が軽くなって出力直流電圧Voが上昇しようとすると低下し、逆に、負荷308が重くなって出力直流電圧Voが低下しようとすると上昇するものである。
また、制御部309には、同期スイッチ304のオン状態時に流れる電流値を検出することにより、軽負荷状態を検出する逆電流防止回路が設けられている。逆電流防止回路は、同期スイッチ304に流れる電流が予め設定された値を超えたとき、軽負荷状態であると判断して、同期スイッチ304をオフ状態としている。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−146637号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のDC−DCコンバータにおいては、負荷の状態に応じて出力直流電圧を適宜設定変更できるよう構成されている。DC−DCコンバータにおいては、例えば、直流電圧源としてのDC−DCコンバータに対して出力直流電圧を変更するために、負荷側からの信号によってそのDC−DCコンバータの基準電圧が変更された場合等には、出力直流電圧が基準電圧の変化に伴って速やかに反応して所望の直流電圧になることが望ましい。
上記のように構成された従来のDC−DCコンバータにおいて、その応答速度は誤差増幅器から出力される誤差信号Veの変化速度に依存する。一方、DC−DCコンバータにおける制御系の安定性確保のため、誤差増幅器のカットオフ周波数は、位相補償コンデンサ等によって、数十〜数百kHzに設定されるスイッチング周波数の数十分の1程度になるのが一般的である。このため、従来のDC−DCコンバータの応答時間は、ステップ的に変化した基準電圧に対して数百マイクロ秒を要してしまい、負荷の要求に対して満足できる応答速度を確保することは困難であった。待機動作モードを有するDC−DCコンバータにおいては、基準電圧を変化させて、出力直流電圧を低下させたい場合であっても、軽負荷状態においては待機動作モードのまま動作している。このため、このようなDC−DCコンバータにおいては、出力直流電圧の低下時間が出力側平滑コンデンサから負荷への放電時間に依存し、さらに応答時間が遅れるという問題を有していた。
本発明は、負荷からの出力直流電圧の低減要求等により、出力電力が急減状態となる過渡状態や起動時において、エネルギーを入力側に回生させてエネルギー効率を高くすることにより、優れた応答速度を有する汎用性の高いDC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御するスイッチ制御回路と、
前記負荷が軽負荷状態であることを検出する軽負荷検出回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と、
前記スイッチ制御回路の出力と前記軽負荷検出回路の出力と前記出力電力急減検出回路の出力とが入力される同期スイッチ駆動回路と、を具備するDC−DCコンバータであって、
前記同期スイッチ駆動回路が、
(1)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出しないとき前記同期スイッチ回路をオフ状態とし、
(2)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出したとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(3)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出しないとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(4)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出したとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とする。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、出力電力の急減状態を認識したとき電力回生動作を行うよう構成されており、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧から離れても、負荷の状況に依らず、出力目標電圧へ到達する応答速度を大幅に向上させる。
【0011】
また、他の観点の発明によるDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路を駆動制御する制御回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と,
前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記誤差電圧を強制的に変更する第1の過渡応答動作回路と、を具備する。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧より高くなっても、負荷の状況に依らず、出力直流電圧が出力目標電圧に到達する応答速度を大幅に向上することができる。
【0012】
さらに、上記のDC−DCコンバータにおいて、制御回路がオフセット電圧を出力するオフセット電圧源を有し、
出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記オフセット電圧を強制的に変更する第2の過渡応答動作回路をさらに具備するよう構成してもよい。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧より高くなっても、負荷の状況に依らず、出力直流電圧が出力目標電圧に到達する応答速度を大幅に向上することができる。
【0013】
また、他の観点の発明によるDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御する制御回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と、
入力直流電圧と出力直流電圧を比較する入出力比較回路と、
DC−DCコンバータの入出力間に並列に接続された回生スイッチ回路を有し、前記出力直流電圧が前記入力直流電圧より高く、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記回生スイッチ回路をオン状態とする高速応答回路と、を具備する。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧より高くなっても、負荷の状況に依らず、出力直流電圧が出力目標電圧に到達する応答速度を大幅に向上することができる。
【0014】
さらに、他の観点の発明によるDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御するスイッチ制御回路と、
前記負荷が軽負荷状態であることを検出する軽負荷検出回路と、
前記スイッチ制御回路の出力と、前記軽負荷検出回路の出力と、出力電力の急減状態か否かを示す信号が入力される同期スイッチ駆動回路と、を具備するDC−DCコンバータであって、
(1)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力が急減状態でないとき前記同期スイッチ回路をオフ状態とし、
(2)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力が急減状態であるとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(3)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力が急減状態でないとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(4)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力が急減状態であるとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とする。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、出力電力の急減を知らせる外部信号が入力されるよう構成されているため、外部信号が入力される期間中においては常に電力回生動作を行うよう構成することにより、応答時間を大幅に短縮することができ、且つ回路の簡素化を達成することができる。
【0015】
また、他の観点の発明によるDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路を駆動する制御回路と、
出力電力の急減状態を示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記誤差電圧を強制的に変更する第1の過渡応答動作回路と、を具備する。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、出力電力の急減を知らせる外部信号が入力されるよう構成されているため、外部信号が入力される期間中においては常に電力回生動作を行うよう構成することにより、応答時間を大幅に短縮することができ、且つ回路の簡素化を達成することができる。
【0016】
さらに、上記のDC−DCコンバータにおいて、制御回路がオフセット電圧を出力するオフセット電圧源を有し、
出力電力の急減状態を示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記オフセット電圧を強制的に変更する第2の過渡応答動作回路をさらに具備するよう構成してもよい。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、出力電力の急減を知らせる外部信号が入力されるよう構成されているため、外部信号が入力される期間中においては常に電力回生動作を行うよう構成することにより、応答時間を大幅に短縮することができ、且つ回路の簡素化を達成することができる。
【0017】
また、他の観点の発明によるDC−DCコンバータは、入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御する制御回路と、
入力直流電圧と出力直流電圧を比較する入出力比較回路と、
DC−DCコンバータの入出力間に並列に接続された回生スイッチ回路を有し、前記出力直流電圧が前記入力直流電圧より高く、且つ出力電力の急減状態を示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記回生スイッチ回路をオン状態とする高速応答回路と、を具備する。上記のように構成されたDC−DCコンバータは、出力電力の急減を知らせる外部信号が入力されるよう構成されているため、外部信号が入力される期間中においては常に電力回生動作を行うよう構成することにより、応答時間を大幅に短縮することができ、且つ回路の簡素化を達成することができる。
発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の目的や特徴と合わせて図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され評価されるであろう。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るDC−DCコンバータに係る好ましい実施の形態について、図1から図16を用いて説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好ましい具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限られるものではない。
【0019】
《実施の形態1》
図1は本発明に係る実施の形態1のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。図1に示すように、実施の形態1のDC−DCコンバータには、入力直流電圧Viを出力する入力直流電源1が接続されており、入力直流電源1の一端には主スイッチ回路である第1のスイッチ2の一端が接続されている。第1のスイッチ2の他端には同期スイッチ回路である第2のスイッチ3の一端と、第1のダイオード4のカソードと、インダクタ5の一端が接続されている。第2のスイッチ3の他端と第1のダイオード4のアノードは、入力直流電源1の他端に接続されている。このように接続された第1のスイッチ2及び第2のスイッチ3は、後述する制御部11からの制御信号によりオンオフ動作が繰り返される。この制御部11には出力電力が急減した時を検出する出力電力急減検出回路15が接続されている。
【0020】
図1に示すように、インダクタ5と出力コンデンサ9は直列に接続されて直列回路が構成され、この直列回路が第1のダイオード4の両端に接続されて平滑回路が構成されている。この平滑回路は、第1のダイオード4の両端に発生する矩形波電圧を平均化して直流電圧を形成している。
上記のように構成されたDC−DCコンバータにおける出力側の出力コンデンサ9の両端である出力端には負荷10が接続されている。実施の形態1において、第2のスイッチ3、第1のダイオード4及び出力コンデンサ9により整流平滑回路が構成されている。
制御部11は誤差増幅回路12と発振回路13と制御回路14とにより構成されている。制御部11は第1のスイッチ2と第2のスイッチ3とをオンオフ制御して、DC−DCコンバータから出力される出力直流電圧Voを制御している。制御回路14は同期スイッチ駆動回路20とスイッチ制御回路23と軽負荷検出回路142とを有している。
【0021】
誤差増幅回路12は、基準電圧源120、出力直流電圧Voを検出する検出回路22、基準電圧源120の基準電圧Erと検出回路22からの検出電圧が入力される誤差増幅器124、及び誤差増幅器124の入出力間に接続される位相補償コンデンサ125から構成されている。基準電圧源120の電圧Erは、負荷10からの指令により可変される。検出回路22は抵抗121と抵抗122と抵抗123の3つの抵抗器の直列回路により構成されている。誤差増幅器124には抵抗121と抵抗122の接続点の電圧及び、基準電圧Erが入力されている。このように構成された誤差増幅回路12は、誤差増幅器124から出力された誤差電圧Veを制御回路14へ出力する。
【0022】
出力電力急減検出回路15は、抵抗122と抵抗123との接続点の電圧と基準電圧Erとが入力され比較する比較器150により構成されている。誤差増幅回路12の誤差増幅器124には抵抗121と抵抗122の接続点の電圧と、基準電圧Erとが入力され、これらの電圧が等しくなる場合が出力目標電圧E0である。また、比較器150に入力された抵抗122と抵抗123との接続点の電圧と、基準電圧Erとが等しくなる場合、出力目標電圧E0より所定の電圧だけ高い出力上限電圧E1である。ここで、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1より高くなったときが出力電力急減状態である。この出力電力急減状態を比較器150により検出して、出力電力急減検出回路15は出力電力急減状態を示す信号を同期スイッチ駆動回路20に出力する。
【0023】
発振回路13は、所定の周期で増減を繰返す基準三角波電圧である鋸歯状電圧Vtを形成し、制御回路14へ出力する。この鋸歯状電圧Vtは、その周期がT、振幅がΔVtの三角波波形であり、直線的に上昇して急峻に低下するものである。
制御回路14のスイッチ制御回路23には、誤差電圧Veと鋸歯状電圧Vtを比較する比較器140と、この比較器140からの信号を反転させるインバータ141とが設けられている。また、制御回路14の軽負荷検出回路142は、オン状態の第2のスイッチ3に流れる電流値を検出し、その検出結果を同期スイッチ駆動回路20へ出力する。同期スイッチ駆動回路20は、出力電力急減検出回路15の検出結果及び軽負荷検出回路142の検出結果に基づいて動作する。すなわち、同期スイッチ駆動回路20は、次のように動作する。
【0024】
同期スイッチ駆動回路20は、(1)軽負荷検出回路142から軽負荷状態を示す信号が入力され、且つ出力電力急減検出回路15から出力電力の急減状態を示す信号が入力されないとき同期スイッチ回路である第2のスイッチ3をオフ状態にする。また、同期スイッチ駆動回路20は、(2)軽負荷検出回路142から軽負荷状態を示す信号が入力され、且つ出力電力急減検出回路15から出力電力の急減状態を示す信号が入力されたときスイッチ制御回路23からの出力に応じて第2のスイッチ3をオンオフ動作状態とする。また、同期スイッチ駆動回路20は、(3)軽負荷検出回路142から軽負荷状態を示す信号が入力されず、且つ出力電力急減検出回路15から出力電力の急減状態を示す信号が入力されないときスイッチ制御回路23からの出力に応じて第2のスイッチ3をオンオフ動作状態とする。さらに、同期スイッチ駆動回路20は、(4)軽負荷検出回路142から軽負荷状態を示す信号が入力されず、且つ出力電力急減検出回路15から出力電力の急減状態を示す信号が入力されたときスイッチ制御回路23からの出力に応じて第2のスイッチ3をオンオフ動作状態とする。
【0025】
図1に示すように、比較器140の出力電圧Vd1が第1のスイッチ2をオンオフ駆動する第1の駆動信号となり、同期スイッチ駆動回路20の出力電圧Vd2が第2のスイッチ3をオンオフ駆動する第2の駆動信号となる。また、制御回路14の軽負荷検出回路142は、第2のスイッチ3のオン状態時の抵抗を用いて、オン状態の第2のスイッチ3に流れる電流値を検出することにより、軽負荷状態を判断している。すなわち、軽負荷検出回路142は、第2のスイッチ3のオン状態時の抵抗を用いて、第2のスイッチ3を流れる電流が予め設定された値を超えた時、軽負荷状態と判断する。このとき、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出しないとき、同期スイッチ駆動回路20は第2のスイッチ3をオフ状態とする。この動作が実施の形態1における待機動作モードの動作である不連続動作モード動作である。この待機動作モードにより、軽負荷状態においては逆電流を流さないように制御される。
【0026】
上記のように、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1より高い場合、本発明のDC−DCコンバータにおいては電力回生動作を行い(以後、このような過渡応答時の高速応答動作モードを過渡応答動作モードと称す)、出力直流電圧Voを出力目標電圧E0へ降圧している。
【0027】
次に、以上のように構成された実施の形態1のDC−DCコンバータの動作を説明する。
まず、実施の形態1のDC−DCコンバータにおける重負荷状態の動作モードである通常動作モードについて説明する。
通常動作モードにおいては、制御部11によって第1のスイッチ2及び第2のスイッチ3は同じスイッチング周期Tを有してオンオフ動作を行う。このオンオフ動作において、第1のスイッチ2がオン状態のとき第2のスイッチ3はオフ状態となり、第1のスイッチ2がオフ状態のとき第2のスイッチ3はオン状態となる。
【0028】
入力直流電源1の入力直流電圧Viは、第1のスイッチ2がオン状態のとき、インダクタ5に印加される。このとき、入力直流電源1からインダクタ5を介して負荷側に電流が流れ、インダクタ5に磁気エネルギーが蓄積される。次に、第1のスイッチ2がオフ状態となると、第2のスイッチ3がオン状態となる。第2のスイッチ3がオン状態となると、インダクタ5から第2のスイッチ3を介して出力コンデンサ9へ電流が流れ、インダクタ5に蓄積された磁気エネルギーは放出される。
このようにインダクタ5において磁気エネルギーの蓄積と放出の動作が繰り返されることにより、出力コンデンサ9から負荷10へ電力が供給される。
上記のように、DC−DCコンバータの制御部11において、第1のスイッチ2と第2のスイッチ3のオンオフ時間である時比率を制御することにより、出力直流電圧Voを零から入力電圧Viまで設定することができる。
【0029】
以上が本発明に係る実施の形態1のDC−DCコンバータにおける通常動作モードである。誤差増幅回路12における検出回路22の抵抗121、抵抗122及び抵抗123の各抵抗値をそれぞれR121、R122及びR123とすると、誤差増幅器124に入力される検出電圧Vr23は次式(1)で表される。なお、Voは出力直流電圧である。
【0030】
【数1】

Figure 2004056992
【0031】
実施の形態1のDC−DCコンバータにおいては、検出電圧Vr23が基準電圧Erと等しくなるように制御される。したがって、通常動作状態において、出力直流電圧Voは次式(2)で表される出力目標電圧E0に制御される。
【0032】
【数2】
Figure 2004056992
【0033】
一方、出力電力急減検出回路15において比較している、抵抗122と抵抗123との接続点の電圧と、基準電圧Erとが等しくなったとき、このときの出力直流電圧Voである出力上限電圧E1は次式(3)で表される。
【0034】
【数3】
Figure 2004056992
【0035】
次に、基準電圧源120の基準電圧Erが負荷10等の外部からの信号によって急減した場合の動作について図2及び図3を用いて説明する。図2の(a)は基準電圧Erが急減したときの状態を示す電圧波形である。図2の(b)は、図2の(a)のときの出力目標電圧E0と出力上限電圧E1と出力直流電圧Voの関係を示す波形図である。図2の(c)は出力電力負荷急減検出回路15の比較器150から出力される信号V150を示している。図3の(a)は基準電圧Erが急減したときに比較器150から出力される電圧波形であり、図3の(b)は比較器150から図3の(a)に示す信号が出力されたときのインダクタ5に流れる電流波形である。図3の(b)に示す電流波形において、中央部分が連続動作モードであり、その左右部分が不連続動作モードを示している。
【0036】
実施の形態1のDC−DCコンバータにおいて、負荷10が同じような軽負荷状態を継続しているとき、軽負荷状態の動作モードである待機動作モードとなっている。この待機動作モードにおいては、軽負荷検出回路142が軽負荷状態を検出する。このとき、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出しているため、同期スイッチ駆動回路20は、第2のスイッチ3をオフ状態にする。すなわち、この待機動作モードではDC−DCコンバータは、図3の(b)における左側部分の波形で示す不連続動作モードで動作している。
【0037】
上記のように待機動作モードでDC−DCコンバータが動作しているとき、例えば負荷10等からの信号に応じて基準電圧源120の基準電圧Erが下げられると、出力目標電圧E0及び出力上限電圧E1も低下する。このとき、出力電力急減検出回路15の比較器150は、検出された電圧が低下した基準電圧Erより高くなるため“L”を出力する。この“L”の信号は、同期スイッチ駆動回路20に入力される。今、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出し、且つ軽負荷検出回路142が軽負荷状態を検出しているため、同期スイッチ駆動回路20は、インバータ141の駆動電圧V141をそのまま第2のスイッチ3の駆動電圧Vd2として出力する。これにより、第2のスイッチ3は第1のスイッチ2と同期してオンオフ動作を行うため、比較器150が“L”の信号を出力している期間、DC−DCコンバータは待機動作モードで動作せず、連続動作モードで動作する。この連続動作モードは、過渡応答動作モードである。この過渡応答動作モードにおいて電力回生が行われて、出力直流電圧Voが急激に低下していく。この電力回生動作は、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1に達して、出力電力急減検出回路15の比較器150が反転するまで継続する。
【0038】
比較器150が反転すると、出力電力急減検出回路15は出力電力の急減状態を検出しない状態となる。このとき、軽負荷検出回路142が軽負荷状態を検出しているため、DC−DCコンバータは不連続動作モードで動作する。しかし、このとき、誤差電圧Veが充分に低下していなければ、出力直流電圧Voは上昇していき比較器150がさらに反転し、連続動作モードとなり電力回生を行う。そして、この電力回生動作により、出力直流電圧Voが低下して比較器150がさらに反転して不連続動作モードとなる。このように、連続動作モードと不連続動作モードの動作を繰り返す。その結果、やがて誤差電圧Veが充分に低下し、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。
【0039】
従来のDC−DCコンバータにおいては、負荷が軽負荷状態の場合、出力目標電圧E0が急減しても、常に待機動作モードで動作しているため、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に達するまで長時間を要していた。
一方、本発明に係る実施の形態1のDC−DCコンバータにおいては、負荷が軽負荷状態の場合、出力目標電圧E0が急減したとき、待機動作モード(不連続動作モード)で動作せず、過渡応答動作モードで動作して電力回生を行うよう構成されている。したがって、実施の形態1のDC−DCコンバータにおいては、負荷が軽負荷状態において出力目標電圧E0が急減したときでも、従来の装置に比べて大幅に短縮した応答時間で出力直流電圧を出力目標電圧E0にすることが可能となる。
【0040】
なお、実施の形態1においては、同期整流可能な降圧形コンバータを用いて説明したが、本発明のDC−DCコンバータはこのような構成に限定されるものではない。本発明は同期整流可能な降圧型、昇圧型及び昇降圧型の全てのDC−DCコンバータに適用可能である。
また、実施の形態1においては、待機動作モードにおける動作として、不連続動作モードの動作を用いて説明したが、本発明のDC−DCコンバータにおける待機動作モードの動作としてはこれだけに限定されるものではない。DC−DCコンバータの消費電力を低減する動作を行う待機動作モードの別の動作としては、例えばスイッチング損出等を低減するため、所定の期間、スイッチング動作を停止する期間を設けて間欠的に動作させる間欠動作モード、及びスイッチング周波数を低下させるスイッチング周波数可変動作モードにも本発明の構成が適用可能であることは言うまでもない。
【0041】
《実施の形態2》
次に、本発明に係る実施の形態2のDC−DCコンバータを添付の図4と図5を用いて説明する。図4は本発明に係る実施の形態2のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。図5は実施の形態2のDC−DCコンバータにおいて、基準電圧Erが急減したときの各部信号波形を示している。実施の形態2のDC−DCコンバータにおいて、前述の実施の形態1のDC−DCコンバータと実質的に同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。
【0042】
実施の形態2のDC−DCコンバータにおいて、前述の実施の形態1のDC−DCコンバータの構成と異なるところは、誤差増幅回路12の出力である誤差信号Veが誤差増幅器124の出力に抵抗126を介して形成されるよう構成している。また、実施の形態2のDC−DCコンバータには、指示電圧源170、抵抗171、スイッチ172、スイッチ173及びインバータ174からなる第1の過渡応答動作回路17が設けられている。
前述の実施の形態1においては、電力回生動作を行うことにより出力直流電圧を低下させるよう構成されている。しかし、出力直流電圧Voの出力目標電圧E0への応答速度をさらに向上させるために、実施の形態2のDC−DCコンバータにおいては、誤差電圧Veを強制的に変更して電力回生動作によって回生される電力を、誤差電圧を強制的に変更しないときの電力回生動作によって回生される電力より大きくしている。
【0043】
出力目標電圧E0が負荷等からの指令等により急減した場合、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0より相対的に急激に高くなる過渡応答状態となる。以下、この過渡応答状態の動作について図5を用いて説明する。
図5は実施の形態2のDC−DCコンバータにおいて、基準電圧Erが急減したときの各部信号波形を示している。図5において、(a)は基準電圧Erが急減したときの状態を示す電圧波形であり、(b)は(a)のときの出力目標電圧E0と出力上限電圧E1と出力直流電圧Voの関係を示す波形図である。図5の(c)は鋸歯状電圧Vt及び誤差電圧Veの電圧波形を示している。
【0044】
出力直流電圧Voが出力上限電圧E1より高い期間は、出力電力急減検出回路15の比較器150から出力される駆動電圧V150は“L”である。このため、スイッチ173はオフ状態となる。スイッチ173がオフ状態となると、誤差増幅回路12の出力V12は制御回路14に伝達されない。
また、比較器150から出力された駆動電圧V150は、インバータ174によって反転されるため、スイッチ172をオン状態として、制御回路14に指示電圧源170の指示電圧が抵抗171を介して入力される。
【0045】
抵抗171を介して入力された指示電圧V171は、鋸歯状電圧Vtの最小値より少し大きな値となるように設定されている。この動作において、1スイッチング周期において、第1のスイッチ2は僅かな期間だけオン状態、第2のスイッチ3は僅かな期間だけオフ状態となる。この状態は、比較器150が反転して、スイッチ172がオフ状態、スイッチ173がオン状態となるまで継続する。その後は、通常動作モード又は待機動作モードに戻り、やがて出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。誤差増幅回路12の抵抗126は、第1の過渡応答動作回路17のスイッチ173がオン状態となるとき、位相補償コンデンサ125に流れる電流を制限し、検出電圧の変動を抑制する機能を有する。
【0046】
以上のように、実施の形態2のDC−DCコンバータは、通常動作モードや待機動作モードで動作している場合において、過渡応答状態を検出したとき、出力上限電圧E1に達するまでは、電力回生動作によって回生される電力が誤差電圧を強制的に変更しない電力回生動作によって回生される電力より大きくなるよう動作する。このため、実施の形態2のDC−DCコンバータは、応答時間を短縮することが可能となる。
なお、実施の形態2のDC−DCコンバータとして、同期整流可能な降圧型コンバータを用いて説明してきたが、本発明のDC−DCコンバータはこの構成に限定されるものではない。本発明は同期整流可能な降圧型、昇圧型及び昇降圧型の全てのDC−DCコンバータにも適用可能である。
【0047】
《実施の形態3》
次に、本発明に係る実施の形態3のDC−DCコンバータを添付の図6〜図9を用いて説明する。図6は本発明に係る実施の形態3のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。実施の
形態3のDC−DCコンバータにおいて、前述の実施の形態1のDC−DCコンバータと実質的に同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。
【0048】
図6に示すように、実施の形態3のDC−DCコンバータは、入力直流電圧Viを出力する入力直流電源1を有しており、入力直流電源1の一端には主スイッチである第1のスイッチ2の一端が接続されている。第1のスイッチ2の他端には第2のスイッチ3の一端と、第1のダイオード4のカソードと、インダクタ5の一端が接続されている。第2のスイッチ3の他端と第1のダイオード4のアノードは、入力直流電源1の他端に接続されている。このように接続された第1のスイッチ2及び第2のスイッチ3は、制御部11からの駆動制御信号によりオンオフ動作が繰り返される。この制御部11には出力電力が急減した時を検出する出力電力急減検出回路15が接続されている。
【0049】
図6に示すように、実施の形態3のDC−DCコンバータには、インダクタ5の一端と接地側とを接続する第3のスイッチ6が設けられており、またインダクタ5の一端と出力コンデンサ9の一端とを接続する第4のスイッチ7が設けられている。この第4のスイッチ7の両端には第2のダイオード8が負荷側へ順方向となるよう並列に接続されている。第3のスイッチ6及び第4のスイッチ7は制御部11からの駆動制御信号によりオンオフ動作が繰り返される。
また、実施の形態3のDC−DCコンバータには、入出力比較回路16と第2の過渡応答動作回路18が設けられている。入出力比較回路16には入力直流電源1からの入力直流電圧Viと、出力電力急減検出回路15に入力される検出信号と同じ検出信号が入力される。第2の過渡応答動作回路18には出力電力急減検出回路15からの出力信号と、誤差増幅回路12からの出力信号が入力されるよう構成されている。
【0050】
実施の形態3のDC−DCコンバータにおいては、第1のスイッチ2とインダクタ5と第3のスイッチ6が直列に接続されており、第1のスイッチ2と第3のスイッチ6が共にオン状態となると、インダクタ5に入力直流電圧Viが印加される。また、第2のスイッチ3とインダクタ5と第4のスイッチ7が直列に接続されており、第2のスイッチ3と第4のスイッチ7が共にオン状態となると、インダクタ5の電圧が出力コンデンサ9に印加されるように構成されている。
制御部11は、誤差増幅回路12と発振回路13と制御回路214と加算器143から構成されている。この制御部11は、出力直流電圧Voを制御するため、第1のスイッチ2と第2のスイッチ3と第3のスイッチ6と第4のスイッチ7をそれぞれオンオフ制御する機能を有する。
上記のように構成された実施の形態3のDC−DCコンバータは、昇圧及び降圧コンバータ(昇降圧コンバータ)であり、入力直流電源1の入力直流電圧Viを所望の直流電圧に形成して出力している。
【0051】
図7は制御回路214の構成を示す回路図である。
図7に示すように、制御回路214に入力された誤差電圧Veは、第2の比較器145に入力されており、また加算器143を介して第1の比較器144に入力されている。加算器143は誤差電圧Veにオフセット電圧Vosを加算し、(Ve+Vos)の信号を第1の比較器144へ出力する。第1の比較器144は加算器143の出力(Ve+Vos)と鋸歯状電圧Vtとを比較する。第2の比較器145は誤差電圧Veと鋸歯状電圧Vtとを比較する。
第1の比較器144の出力電圧Vd1は第1のスイッチ2をオンオフ制御する第1の駆動信号となる。また、第1の比較器144の出力は信号を反転させる第1のインバータ146を介して第1の同期スイッチ駆動回路400へ入力される。第1の同期スイッチ駆動回路400の出力電圧Vd2が第2のスイッチ3をオンオフ制御する第2の駆動信号となる。
第2の比較器145の出力電圧Vd3は第3のスイッチ6をオンオフ制御する第3の駆動信号となる。また、第2の比較器145の出力は信号を反転させる第2のインバータ147を介して第2の同期スイッチ駆動回路401へ入力される。第2の同期スイッチ駆動回路401の出力電圧Vd4が第4のスイッチ7をオンオフ制御する第4の駆動信号となる。
【0052】
図7に示すように、第1の軽負荷検出回路148には第2のスイッチ3の両端に接続された信号線が入力されており、第2の軽負荷検出回路149には第4のスイッチ7の両端に接続された信号線が入力されている。第1の軽負荷検出回路148は第2のスイッチ3のオン状態時の抵抗を使用して電流値を検出し、第2の軽負荷検出回路149は第4のスイッチ7のオン状態時の抵抗を使用して電流値を検出することにより、これらの電流値に基づいて第1の軽負荷検出回路148と第2の軽負荷検出回路149は軽負荷状態を検知する。すなわち、オン状態において第2のスイッチ3を流れる電流が予め設定された値を超えた時を、第1の軽負荷検出回路148は軽負荷状態と判断する。このとき、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出していないため、第1の同期スイッチ駆動回路400は第2のスイッチ3をオフ状態とする。この動作が待機動作モードの動作の1つである不連続動作モードの動作であり、逆電流を流さないよう制御している。また、第4のスイッチ7を流れる電流が予め設定された値を超えた時を、第2の軽負荷検出回路149は軽負荷状態と判断する。このとき、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出していないため、第2の同期スイッチ駆動回路401は第4のスイッチ7をオフ状態とする。この動作も待機動作モードの動作の1つである不連続動作モードの動作であり、逆電流を流さないよう制御している。
【0053】
負荷急減検出回路15は比較器150により構成されている。入出力比較回路16は抵抗160、抵抗161及び比較器162により構成されている。第2の過渡応答動作回路18は、第1の指示電圧源180、抵抗181、スイッチ182、第2の指示電圧源183、抵抗184、スイッチ185、スイッチ186、インバータ187及びNOR回路188から構成されている。
【0054】
次に、以上のように構成された実施の形態3のDC−DCコンバータの動作を説明する。
まず、実施の形態3のDC−DCコンバータにおける重負荷状態の動作モードである通常動作モードについて説明する。
通常動作モードにおいては、制御部11によって第1のスイッチ2、第2のスイッチ3、第3のスイッチ6及び第4のスイッチ7は、同じスイッチング周期Tを有してオンオフ動作を行う。第1のスイッチ2及び第3のスイッチ6の1スイッチング周期におけるオン時間の割合、即ち時比率を、それぞれδ1及びδ2とする。また、第3のスイッチ6がオン状態となる期間は第1のスイッチ2も確実にオン状態となるよう、δ1>δ2とする。第1のスイッチ2がオン状態のとき第2のスイッチ3はオフ状態となり、第1のスイッチ2がオフ状態のとき第2のスイッチ3はオン状態となる。また、第3のスイッチ6がオン状態のとき第4のスイッチ7はオフ状態となり、第3のスイッチ6がオフ状態のとき第4のスイッチ7はオン状態となる。
【0055】
まず、第1のスイッチ2と第3のスイッチ6が共にオン状態の時、入力直流電源1の入力直流電圧Viはインダクタ5に印加される。この期間はδ2・Tである。このとき、入力直流電源1からインダクタ5に電流が流れ、インダクタ5に磁気エネルギーが蓄積される。次に、第3のスイッチ6がオフ状態となると、第4のスイッチ7がオン状態となり、インダクタ5には入力直流電圧Viと出力直流電圧Voの差Vi−Voが印加される。この期間は(δ1−δ2)・Tであり、インダクタ5を介して入力直流電源1から出力コンデンサ9へ電流が流れる。最後に、第1のスイッチ2と第3のスイッチ6が共にオフ状態の時、第2のスイッチ3及び第4のスイッチ7が共にオン状態となり、インダクタ5には出力直流電圧Voが逆方向に印加される。この期間は(1−δ1)・Tであり、インダクタ5から出力コンデンサ9へ電流が流れ、蓄積された磁気エネルギーは放出される。
【0056】
このようにインダクタ5において磁気エネルギーの蓄積と放出の動作が繰り返されることにより、出力コンデンサ9から負荷10へ電力が供給される。インダクタ5の磁気エネルギーの蓄積と放出が均衡する安定動作状態においては、その電圧時間積の和はゼロであるから、下記式(4)が成り立ち、出力直流電圧Voは入力直流電圧Viに対して式(5)という変換特性が得られる。
δ2=0の場合も同様に、出力直流電圧Voは式(6)となり、降圧コンバータとして動作する。
また、δ1=1の場合も同様に、出力直流電圧Voは式(7)となり、昇圧コンバータとして動作する。また、各スイッチの時比率を制御することにより、δ1/(1−δ2)は0から無限大まで設定可能である。即ち、実施の形態3のDC−DCコンバータは、理論上は任意の入力直流電圧Viから任意の出力直流電圧Voを形成することができる昇降圧コンバータとして動作する。
【0057】
【数4】
Figure 2004056992
【0058】
【数5】
Figure 2004056992
【0059】
【数6】
Figure 2004056992
【0060】
【数7】
Figure 2004056992
【0061】
誤差増幅回路12の出力する誤差電圧Veは、出力直流電圧Voから検出回路22による抵抗検出された電圧が、基準電圧源120の基準電圧より高くなると低下する。また、抵抗検出された電圧が基準電圧源120の基準電圧より低くなると、誤差電圧Veは上昇する。即ち、入力直流電圧Viが高くなったり、負荷10が軽くなって出力直流電圧Voが上昇しようとすると、誤差電圧Veは低下する。逆に、入力直流電圧Viが低くなったり、負荷10が重くなって出力直流電圧Voが低下しようとすると誤差電圧Veは上昇する。
図8は実施の形態3のDC−DCコンバータにおける制御部11の各部波形図である。図8において、(a)は鋸歯状電圧Vtと誤差電圧Veと加算器143の出力電圧(Ve+Vos)、(b)は第1の駆動信号Vd1、(c)は第2の駆動信号Vd2、(d)は第3の駆動信号Vd3、(e)は第4の駆動信号Vd4を示す。図8において、左側部分が、(鋸歯状電圧Vt)>(誤差電圧Ve)の場合であり、中央部分が、鋸歯状電圧Vtと誤差電圧Veと加算器143の出力(Ve+Vos)とが交差する場合であり、右側部分が、(鋸歯状電圧Vt)<(加算器143の出力(Ve+Vos))の場合を示す。
【0062】
次に、実施の形態3のDC−DCコンバータにおける動作を図8を用いて説明する。
まず、入力直流電圧Viが高く、(鋸歯状電圧Vt)>(誤差電圧Ve)の場合(図8の左側部分)、第2の比較器145の出力である第3の駆動信号Vd3は常時“L”であり、第3のスイッチ6はオフ状態となる。したがって、第3のスイッチ6の時比率δ2は、δ2=0である。一方、第1のスイッチ2は、第1の比較器144の出力である第1の駆動信号Vd1によってオンオフ駆動されている。そのときの比率δ1は誤差電圧Veが低下するほど小さくなる。この場合、DC−DCコンバータは、その入出力電圧の関係が式(6)で表される降圧コンバータとして動作する。
【0063】
次に、図8の中央部分に示すように、入力直流電圧Viが出力直流電圧Voの近くにあり、鋸歯状電圧Vtと誤差電圧Veと加算器143の出力(Ve+Vos)が交差する場合、第1のスイッチ2は第1の比較器144の出力である第1の駆動信号Vd1によってオンオフ駆動され、第3のスイッチ6は第2の比較器145の出力である第3の駆動信号Vd3によってオンオフ駆動される。このとき、時比率δ1及び時比率δ2は誤差電圧Veが低下するほど小さくなる。この場合、DC−DCコンバータは、その入出力電圧の関係が式(5)で表される昇降圧コンバータとして動作する。
【0064】
次に、図8の右側部分に示すように、入力直流電圧Viが低く、(鋸歯状電圧Vt)<(加算器143の出力(Ve+Vos))の場合(図8の右側部分)、第1の比較器144の出力である第1の駆動信号Vd1は常時“H”であり、第1のスイッチ2はオン状態となる。したがって、第1のスイッチ2の時比率δ1は、δ1=1である。一方、第3のスイッチ6は、第2の比較器145の出力である第3の駆動信号Vd3によってオンオフ駆動されている。そのときの比率δ2は誤差電圧Veが上昇するほど大きくなる。この場合、DC−DCコンバータは、その入出力電圧の関係が、式(7)で表される昇圧コンバータとして動作する。
以上が本発明の実施の形態3のDC−DCコンバータにおける通常動作モードである。また、抵抗160と抵抗161の抵抗値をR160とR161とすると、比較器162は入力直流電圧Viと出力直流電圧Voとを比較するので、下記式(8)、(9)の条件を満たす。
【0065】
【数8】
Figure 2004056992
【0066】
【数9】
Figure 2004056992
【0067】
このため、入力直流電圧Viが出力直流電圧Voより高いとき、比較器162は”H”を出力する。また、入力直流電圧Viが出力直流電圧Voより低いとき、比較器162は”L”を出力する。
【0068】
次に、実施の形態3のDC−DCコンバータにおける過渡応答時の動作モード(過渡応答動作モード)について図9を用いて説明する。
図9は実施の形態3のDC−DCコンバータにおいて、基準電圧Erが急減したときの各部信号波形を示している。図9において、(a)は基準電圧Erが急減したときの状態を示す電圧波形であり、(b)は(a)のときの出力目標電圧E0と出力上限電圧E1と入力直流電圧Viと出力直流電圧Voの関係を示す波形図である。図9の(c)は鋸歯状電圧Vt、誤差電圧Ve及び加算器143の出力(Ve+Vos)を示している。
出力直流電圧Voが出力上限電圧E1より高い期間は、比較器150の駆動電圧V150は“L”である。また、出力直流電圧Voより入力直流電圧Viの方が低いため、比較器162の駆動電圧V162は“L”になる。
【0069】
比較器150の駆動電圧V150と比較器162の駆動電圧V162が入力されたNOR回路188は“H”となり、スイッチ182とスイッチ185はオン状態となる。NOR回路188の駆動電圧V188は、インバータ187によって反転されるため、スイッチ186はオフ状態となる。
スイッチ186がオフ状態となると、誤差増幅回路12の出力V12が制御回路214に伝達されない状態となる。また、スイッチ185がオン状態となると、制御回路214に第2の指示電圧源183の電圧が抵抗184を介して入力される(指示電圧V184)。さらに、スイッチ182がオン状態となると、第1の指示電圧源180の電圧が抵抗181を介して加算器143に入力される(指示電圧V181)。加算器143の出力は“V184+Vos+V181”となる。ここで、指示電圧V184の電圧値は鋸歯状電圧Vtの最小値より少し大きな値となるように設定し、指示電圧V181の電圧値は電圧(V184+Vos+V181)が鋸歯状電圧Vtの最大値より大きくなるよう設定する。
【0070】
上記の動作においては、1スイッチング周期において第1のスイッチ2は常にオン状態であり、第2のスイッチ3は常にオフ状態であり、第3のスイッチ6は僅かな期間だけオン状態であり、第4のスイッチ7は僅かな期間だけオフ状態となる。δ1=1、δ2は小さな時比率で制御する昇圧形コンバータとして動作する。この状態は、比較器150が反転し、スイッチ186がオン状態となるまで継続する。その後は通常動作モードまたは待機動作モードに戻り、やがて出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。抵抗126は、スイッチ186がオン状態となるときに、位相補償コンデンサ125に流れる電流を制限し、検出電圧の変動を抑制する。
【0071】
以上のように、実施の形態3のDC−DCコンバータは、出力直流電圧Voが入力直流電圧Viより高い場合において、出力上限電圧E1に達するまでは、電力回生動作による電力が誤差電圧を強制的に変更しない電力回生動作による電力より大きくなる動作を継続する。このため、実施の形態3のDC−DCコンバータは、応答時間を短縮することができる。
なお、実施の形態3においては、昇降圧可能なDC−DCコンバータとして4石式の昇降圧コンバータを用いて説明してきたが、本発明のDC−DCコンバータはこのような構成に限定されるものではない。昇降圧可能なDC−DCコンバータとしては、他に図19に回路図を示すSEPICや図20に回路図を示すZetaコンバータが知られている。また、本発明は昇圧コンバータと降圧コンバータとを直列あるいは並列に組み合わせることによっても構成することが可能であり、本発明はこれら全て同期整流可能な昇降圧型のDC−DCコンバータに適用可能である。
さらに、実施の形態3のDC−DCコンバータにおいては、昇降圧動作時には4つのスイッチを駆動制御するが、昇圧動作時には2つのスイッチのみの駆動制御でよいため、スイッチング損失が大幅に減少し高効率なDC−DCコンバータとなる。
【0072】
《実施の形態4》
次に、本発明に係る実施の形態4のDC−DCコンバータを添付の図10、図11を用いて説明する。図10は本発明に係る実施の形態4のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。実施の形態4のDC−DCコンバータにおいて、前述の実施の形態3のDC−DCコンバータと実質的に同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。
実施の形態4のDC−DCコンバータにおいて、図6に示した実施の形態3のDC−DCコンバータの構成と異なるところは、回生スイッチ210、抵抗211及びNOR回路212からなる高速応答回路21が設けられていることと、第2の過渡応答動作回路18が削除されている点である。
【0073】
上記のように構成された実施の形態4のDC−DCコンバータの過渡応答時の動作モード(過渡応答動作モード)について図11及び図12を用いて説明する。図11において、(a)は基準電圧Erが急減したときの状態を示す電圧波形であり、(b)は(a)のときの出力目標電圧E0と出力上限電圧E1と入力直流電圧Viと出力直流電圧Voの関係を示す波形図である。図11の(c)は高速応答回路21における電圧波形(V212)を示している。
図11の(a)の基準電圧Erの電圧波形は、負荷10からの指令等によって急激に基準電圧Erが低下した状態を示している。このときの低下後の基準電圧Erによる出力上限電圧E1は、入力直流電圧Viより高いものとする。基準電圧Erの変化に伴い、出力目標電圧E0及び出力上限電圧E1も変化するが、誤差増幅回路12の誤差増幅器124は即座に応答せず誤差電圧Ve及び誤差電圧Veにオフセット電圧Vosを加算した電圧(Ve+Vos)は緩やかに低下していく。なお、この電圧(Ve+Vos)は、加算器143において形成され、第1の比較器144へ出力されている。
【0074】
図11に示した状態において、出力電力急減検出回路15の比較器150は、検出された電圧が基準電圧Erより高いため”L”を高速応答回路21へ出力する。また、入出力比較回路16の比較器162は、入力直流電圧Viより出力直流電圧Voの方が高いため、”L”を高速応答回路21のNOR回路212へ出力する。したがって、NOR回路212から出力される回生スイッチ210のための駆動信号V212は”H”となり、回生スイッチ210はオン状態となる。この結果、出力コンデンサ9から入力直流電源1へ高速応答回路21を介して急速に電力回生動作が行われる。回生スイッチ210のオン状態は、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1に達して、比較器150が反転するまで継続する。
比較器150が反転して回生スイッチ210がオフ状態となった後において、誤差電圧Veが充分に低下していなければ出力直流電圧Voは上昇し、再び回生スイッチ210がオン状態となる。そして、出力直流電圧Voが低下して再び回生スイッチ210がオフ状態となる。このように、回生スイッチ210がオンオフ動作を繰り返すことにより、やがて誤差電圧Veが充分に上昇し、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。
【0075】
図12は、基準電圧Erがさらに大きく低下して、基準電圧Erの低下後の出力上限電圧E1が入力直流電圧Viより低いときの状態を示す波形図である。図12の(a)は基準電圧Erが大きく急減したときの状態を示す電圧波形であり、図12の(b)は(a)のときの出力目標電圧E0と出力上限電圧E1と入力直流電圧Viと出力直流電圧Voの関係を示す波形図であり、図12の(c)は高速応答回路21における電圧波形(V212)を示している。
基準電圧Erの変化に伴い、出力目標電圧E0と出力上限電圧E1も変化するが、誤差増幅器124は即座に応答せず誤差電圧Ve及び誤差電圧Veにオフセット電圧Vosを加算した電圧(Ve+Vos)は緩やかに低下していく。
【0076】
図12に示した状態において、出力電力急減検出回路15の比較器150は、検出された電圧が基準電圧Erより高いため”L”を高速応答回路21へ出力する。また、入出力比較回路16の比較器162は、入力直流電圧Viより出力直流電圧Voの方が高いため、”L”を高速応答回路21のNOR回路212へ出力する。したがって、NOR回路212から出力される回生スイッチ210ための駆動信号V212は”H”となり、回生スイッチ210はオン状態となる。この結果、出力コンデンサ9から入力直流電源1へ高速応答回路21を介して急速に電力回生動作が行われる。回生スイッチ210のオン状態は、出力直流電圧Voが入力直流電圧Viに達して比較器150が反転するまで継続する。
比較器150が反転して回生スイッチ210のオフ状態となった後において、誤差電圧Veが充分に低下していなければ出力直流電圧Voは上昇し、再び回生スイッチ210がオン状態となる。そして、出力直流電圧Voが低下して再び回生スイッチ210がオフ状態となる。このように、回生スイッチ210がオンオフ動作を繰り返すことにより、やがて誤差電圧Veが充分に上昇し、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。
【0077】
なお、実施の形態4において、出力上限電圧E1は出力直流電圧Voの許容上限値以上で出力目標電圧E0に近い値に設定するとよい。また、抵抗値R161は回生スイッチ210と抵抗211での電圧降下を考慮して設定するとよい。
従来のDC−DCコンバータにおいては、誤差増幅器の応答速度で決まる誤差電圧Veの緩やかな変化に従って出力直流電圧Voが変化しており、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に達するまでの応答速度が非常に遅いものであった。しかし、実施の形態4のDC−DCコンバータは、回生スイッチ210を有する高速応答回路21を設けて急速な電力回生動作を行うことにより、応答時間を大幅に短縮することができる。また、回生スイッチ210は、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1と入力直流電圧Viの高い方に達するまでがオン状態であり、その後は通常の応答動作に復帰するため、出力直流電圧Voにはアンダーシュートが発生することがない。
【0078】
なお、実施の形態4のDC−DCコンバータにおける高速応答回路21の抵抗211は、回生スイッチ210による入力直流電源1から出力コンデンサ9への急速な電力回生動作中の回生電流を制限するためのものである。しかし、この抵抗211は回生スイッチ210自体のオン状態時のインピーダンスで代用することも可能である。また、実施の形態4においては、昇降圧可能なDC−DCコンバータとして4石式の昇降圧コンバータを用いて説明してきたが、本発明のDC−DCコンバータはこのような構成に限定されるものではない。昇降圧可能なDC−DCコンバータとしては、他に図19に回路図を示すSEPICや図20に回路図を示すZetaコンバータが知られている。また、本発明は昇圧コンバータと降圧コンバータとを直列あるいは並列に組み合わせることによっても構成することが可能である。本発明はこれら昇降圧型のDC−DCコンバータにも適用可能である。なお、実施の形態4のDC−DCコンバータは昇降圧型のDC−DCコンバータについて説明したが、実施の形態4の構成は昇圧型のDC−DCコンバータにも適用できる。
【0079】
《実施の形態5》
次に、本発明に係る実施の形態5のDC−DCコンバータを添付の図13及び図14を用いて説明する。図13は本発明に係る実施の形態5のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。実施の形態5のDC−DCコンバータにおいて、前述の実施の形態1のDC−DCコンバータと実質的に同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。
【0080】
実施の形態5のDC−DCコンバータにおいて、図1に示した実施の形態1のDC−DCコンバータの構成と異なるところは、出力電力急減検出回路(15)が削除されており、負荷10等の外部装置から出力電力の急減を知らせる外部信号19が入力されるよう構成されている点である。実施の形態1においては、出力電力急減検出回路(15)を用いて出力電力の急減状態を検出する構成であったが、実施の形態5のDC−DCコンバータでは、出力電力の急減を知らせる外部装置からの外部信号19が制御部11に入力されて、制御部11の軽負荷検出回路142及び同期スイッチ駆動回路20において前述の実施の形態1と同じ動作が実施される。したがって、実施の形態5のDC−DCコンバータによれば、回路構成の簡素化が実現可能となる。
【0081】
また、前述の実施の形態1のように出力電力急減検出回路(15)を用いることにより、軽負荷の場合、誤差電圧Veが充分に低下して、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に落ち着くまで、連続動作モード(電力回生動作)と不連続動作モードの動作を繰り返すよう構成されているため、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に落ち着くまで多少の時間を要した。実施の形態5のDC−DCコンバータにおいては、出力電力の急減を知らせる外部信号19を用いているため、誤差電圧Veが充分に低下し、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に落ち着くまで、電力回生動作を行うように外部信号19の入力を継続すれば、応答時間を短縮することが可能となる。
【0082】
次に、実施の形態5のDC−DCコンバータにおける過渡応答時の動作モード(過渡応答動作モード)について図14を用いて説明する。図14の(a)は基準電圧Erが急減したときの状態を示す電圧波形であり、図14の(b)は(a)のときの出力目標電圧E0と出力直流電圧Voの関係を示す波形図であり、図14の(c)は外部信号19の電圧波形(V19)を示している。
まず、負荷10が常に軽負荷状態であるときについて説明する。
基準電圧Erが低下する前においても、軽負荷状態であるため、外部信号19から出力電力の急減状態を知らせる信号が入力されず、且つ軽負荷検出回路142が軽負荷状態を検出しているので、同期スイッチ駆動回路20は第2のスイッチ3をオフ状態にする。このときのDC−DCコンバータは待機動作モードの1つである不連続動作モードで動作している。このとき、すなわち基準電圧Erが低下する前までの軽負荷状態のとき、外部信号19は“H”を出力している。
そして、基準電圧Erが急減すると、出力目標電圧E0が低下し、外部信号19は“L”となり、出力電力急減を知らせる信号が入力され、且つ軽負荷検出回路142は軽負荷を検出している。この結果、同期スイッチ駆動回路20はインバータ141の駆動電圧V141をそのまま第2のスイッチ3の駆動電圧Vd2として入力する。このように外部信号19の”L”が入力されている期間には待機時モードである不連続動作モードとはならず、連続動作モードで動作する。したがって、この期間は電力回生を行うため出力直流電圧Voが急激に低下する。この電力回生動作は外部信号19が“H”になるまで継続する。
【0083】
以上のように、実施の形態5のDC−DCコンバータにおいては、出力電力の急減を知らせる外部信号19が入力されるよう構成されているため、誤差電圧Veが充分に低下し、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に落ち着くまで、電力回生動作を行うように外部信号19の入力を継続するよう構成することにより、応答時間をさらに短縮することが可能となる。
なお、実施の形態5のDC−DCコンバータにおいては、誤差電圧Veが充分に低下し、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に落ち着くまで、外部信号を“L”に設定するとよい。
また、実施の形態5においては、同期整流可能な降圧形コンバータを用いて説明したが、本発明のDC−DCコンバータはこのような構成に限定されるものではない。本発明は同期整流可能な降圧型、昇圧型及び昇降圧型の全てのDC−DCコンバータに適用可能である。
【0084】
《実施の形態6》
次に、本発明に係る実施の形態6のDC−DCコンバータを添付の図15及び図16を用いて説明する。図15は本発明に係る実施の形態6のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。前述の実施の形態1のDC−DCコンバータでは、電圧を検出して出力直流電圧を制御する電圧モードと呼ばれる制御方法を本発明に適用した例を用いて説明した。実施の形態6のDC−DCコンバータにおいては、電流を検出して出力直流電圧を制御する電流モードと呼ばれる制御方法を本発明に適用したものである。実施の形態6において、前述の実施の形態1のDC−DCコンバータと実質的に同じ機能、構成を有するものには、同じ符号を付し、その説明は省略する。実施の形態6のDC−DCコンバータにおいて、図1に示した実施の形態1と異なる点は、誤差増幅回路72と制御回路91の構成である。
【0085】
実施の形態6のDC−DCコンバータにおいて、誤差増幅回路72は、基準電圧源720、3つの抵抗721,722,723、誤差増幅器724、及び抵抗725とコンデンサ726との直列回路からなる積分回路を具備している。
誤差増幅回路72において、出力直流電圧Voは3つの抵抗721,722,723とにより分圧されて検出される。このうち、抵抗721と抵抗722との接続点の電圧が誤差増幅器724によって基準電圧源720の基準電圧Erと比較される。誤差増幅器724は誤差電圧Veを出力する。誤差増幅器724の出力端子には抵抗725とコンデンサ726との直列回路からなる積分回路が接続され、高周波利得を低減している。抵抗721と抵抗722との接続点における電圧の分圧比をαとすると、誤差増幅器724の反転入力端子に入力される第1の検出電圧は、α・Voで表される。誤差電圧Veは、第1の検出電圧α・Voが基準電圧Erより大きくなろうとすると低下し、逆に検出電圧α・Voが基準電圧Erより小さくなろうとすると上昇する。第1の検出電圧α・Voと基準電圧Erが等しい場合、出力直流電圧Voが所望の電圧値となる。この所望の電圧値である出力目標電圧E0は下記の式(10)で表される。
【0086】
【数10】
Figure 2004056992
【0087】
また、抵抗722と抵抗723との接続点における電圧の分圧比をβとすると、第2の検出電圧はβ・Voで表される。第2の検出電圧β・Voは、比較器150によって、基準電圧源720の基準電圧Erと比較される。第2の検出電圧β・Voが基準電圧Erに等しい場合の出力直流電圧を出力上限電圧E1とすると、出力上限電圧E1は下記の式(11)で表される。出力上限電圧E1は所望の電圧値である出力目標電圧E0より大きくなる。
【0088】
【数11】
Figure 2004056992
【0089】
比較器150の出力は制御回路91の同期スイッチ駆動回路915に入力される。この同期スイッチ駆動回路915の構成は前述の実施の形態1のDC−DCコンバータにおける同期スイッチ駆動回路20の構成と同様である。
制御回路91は、電流検出回路910、パルス発振回路911、比較器912、フリップフロップ回路913、インバータ914、同期スイッチ駆動回路915、軽負荷検出回路916から構成される。電流検出回路910は第1のスイッチ2に流れる電流(以下、スイッチ電流と称する)を検出し、このスイッチ電流に比例した電流検出信号Vsiを出力する。パルス発振回路911はスイッチング周波数fのセットパルスを出力する。比較器912は誤差増幅回路72の出力である誤差電圧Veと電流検出回路910からの電流検出信号Vsiが入力される。比較器912は電流検出信号Vsiが誤差電圧Veより高くなると、リセットパルスをフリップフロップ回路913へ出力する。フリップフロップ回路913は、パルス発振回路911からのセットパルスが入力されるとハイレベルとなり、比較器912からの出力パルスが入力されるとローレベルとなる駆動信号V913を出力する。
【0090】
図16に制御回路91における各部の電圧波形を示す。図16に示すように、誤差電圧Veが低くなると、スイッチ電流のピーク値を低減させるため、駆動信号V913のパルス幅が小さくなる。即ち、時比率δが小さくなり、負荷10への電力供給が抑えられる。逆に、誤差電圧Veが高くなると、スイッチ電流のピーク値を上昇させるため、駆動信号V913のパルス幅が大きくなる。即ち、時比率δが大きくなり、負荷10への電力供給が大きくなる。
【0091】
以上のように、実施の形態6のDC−DCコンバータにおいて、誤差増幅回路72は、出力直流電圧Voと出力目標電圧E0との偏差を増幅した誤差電圧Veを出力する。実施の形態6のDC−DCコンバータにおいて、誤差電圧Veを利用して、第1のスイッチ2に流れる電流(スイッチ電流)のピーク値を調整することにより、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0になるよう制御される。
【0092】
待機動作モードでDC−DCコンバータが動作しているとき、例えば負荷10等からの信号に応じて基準電圧源720の基準電圧Erが下げられると、出力目標電圧E0及び出力上限電圧E1も低下する。このとき、出力電力急減検出回路15の比較器150は、検出された電圧が低下した基準電圧Erより高くなるため“L”を出力する。この“L”の信号は、同期スイッチ駆動回路915に入力される。このとき、出力電力急減検出回路15が出力電力の急減状態を検出し、且つ軽負荷検出回路916が軽負荷状態を検出しているため、同期スイッチ駆動回路915はインバータ914の駆動電圧V914をそのまま第2のスイッチ3の駆動電圧Vd2として出力する。これにより、第2のスイッチ3は第1のスイッチ2と同期してオンオフ動作を行うため、比較器150が“L”の信号を出力している期間、DC−DCコンバータは待機動作モードで動作せず、連続動作モードで動作する。この連続動作モードは、過渡応答動作モードである。
【0093】
この過渡応答動作モードにおいて電力回生が行われて、出力直流電圧Voが急激に低下していく。この電力回生動作は、出力直流電圧Voが出力上限電圧E1に達して、出力電力急減検出回路15の比較器150が反転するまで継続する。比較器150が反転すると、出力電力急減検出回路15は出力電力の急減状態を検出しない状態となる。このとき、軽負荷検出回路916が軽負荷状態を検出しているため、DC−DCコンバータは不連続動作モードで動作する。しかし、このとき、誤差電圧Veが充分に低下していなければ出力直流電圧Voは上昇していく。そして、比較器150がさらに反転し、連続動作モードとなり電力回生を行う。この電力回生動作により、出力直流電圧Voが低下して比較器150がさらに反転して不連続動作モードとなる。このように、連続動作モードと不連続動作モードの動作を繰り返して、やがて誤差電圧Veが充分に低下し、出力直流電圧Voは出力目標電圧E0に落ち着く。
【0094】
前述の実施の形態1においては電圧モードで制御するDC−DCコンバータについて説明したが、実施の形態6においては電流モードで制御するDC−DCコンバータについて説明した。実施の形態6における動作説明から明らかなように、電流モードの制御方法は本発明のDC−DCコンバータに適用可能であり、電圧モードの制御方法と同様の優れた効果を奏する。
実施の形態1から6において説明したように、本発明は出力直流電圧を急減させる場合における応答時間を短縮させるという効果を有する。さらに、本発明は出力目標電圧E0に対して出力直流電圧Voが高い場合、その出力直流電圧Voを入力側へ電力を回生させることにより、出力直流電圧Voの安定性を高めることができるという効果を有する。このため、本発明のDC−DCコンバータは、出力条件の急変等に伴うオーバーシュートの抑制に有効である。例えば、DC−DCコンバータの起動時、特に軽負荷時の起動時において、入力直流電圧が印加されて、DC−DCコンバータが動作を開始するとき、出力直流電圧Voと基準電圧Erとの差が大きくなる。この結果、誤差電圧Veは大きくなり、スイッチ電流のピーク値も大きくなり、出力直流電圧Voは急激に上昇する。従来のDC−DCコンバータにおいては、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に達した後、供給電力を抑制しようとする動作回路の遅延時間の間に、出力直流電圧にオーバーシュートが発生する。特に、軽負荷時の場合、このオーバーシュートが大きくなる。また、出力目標電圧E0への安定性は負荷に依存するため、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0に応答するのに時間がかかる。本発明のDC−DCコンバータにおいては、出力直流電圧Voが出力目標電圧E0より大きくなり、出力上限電圧を超えたとき、第2のスイッチ3をオンオフ動作させて、電力を回生させるよう構成されている。本発明のDC−DCコンバータは、このように構成されているため出力直流電圧Voを急減させることができるので、出力目標電圧E0への応答時間を短縮することができる。
【0095】
また、実施の形態6においては、同期整流可能な降圧型コンバータを用いて説明したが、本発明のDC−DCコンバータはこのような構成に限定されるものではない。本発明は同期整流可能な降圧型、昇圧型及び昇降圧型の全てのDC−DCコンバータに適用可能である。
また、実施の形態1〜6のDC−DCコンバータにおける制御は、起動時においても適応可能であり、起動時における出力目標電圧E0への応答時間を短縮することができる。
また、前述の実施の形態1〜6で説明したDC−DCコンバータは、それぞれを組み合わせて各機能を有するよう構成することが可能である。
さらに、前述の実施の形態1〜6で説明したDC−DCコンバータにおける制御部等の各構成部は、それぞれ独立したユニットとして個別に構成して、他の実施の形態に使用することも可能である。
【0096】
【発明の効果】
以上、実施の形態において詳細に説明したところから明らかなように、本発明のDC−DCコンバータは以下の効果を有する。
本発明のDC−DCコンバータは、出力直流電圧の制御目標となる出力目標電圧に対して所定の電圧だけ高い出力上限電圧を設定し、出力上限電圧と出力直流電圧との比較結果を出力する出力電力急減検出回路を設けることにより、軽負荷状態において出力直流電圧が出力上限電圧より高い場合、待機動作モードを解除して、電力回生動作を行う過渡応答動作モードを実行するよう構成されている。これにより、本発明は、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧より高くなっても、負荷の状況に依らず、出力直流電圧が出力目標電圧に効率良く到達する応答速度を大幅に向上させることができるという効果を有する。
【0097】
また、本発明のDC−DCコンバータは、出力直流電圧の制御目標となる出力目標電圧に対して所定の電圧だけ高い出力上限電圧を設定し、出力上限電圧と出力直流電圧との比較結果を出力する出力電力急減検出ための比較回路を設け、出力直流電圧が出力上限電圧より高い場合、出力直流電圧を低下させるように誤差電圧を強制的に変更して、電力回生動作によって回生される電力がより大きくなる過渡応答動作モードで動作するよう構成されている。このため、本発明のDC−DCコンバータは、応答時間を短縮することができるという優れた効果を奏する。
【0098】
さらに、本発明のDC−DCコンバータは、出力直流電圧の制御目標となる出力目標電圧に対して所定の電圧だけ高い出力上限電圧を設定し、出力上限電圧と出力直流電圧との比較結果を出力する出力電力急減検出比較回路を設け、出力直流電圧が出力上限電圧より高く、入力直流電圧より出力直流電圧の方が高い場合、出力直流電圧が低下するように誤差電圧及びオフセット電圧を強制的に変更している。このため、本発明のDC−DCコンバータは、電力回生動作によって回生される電力がより大きくなる過渡応答動作モードで動作するため、応答時間を短縮することができる。また、本発明においては、昇降圧可能なDC−DCコンバータを過渡応答動作モードで昇圧動作させることによって、スイッチング損失が減少して高効率となるという効果を奏する。
【0099】
また、本発明のDC−DCコンバータは、入出力間に回生スイッチを有する高速応答回路を設けて、出力直流電圧が出力上限電圧より高く、出力直流電圧が入力直流電圧より高い場合、回生スイッチをオン状態とすることにより、電力回生動作できないDC−DCコンバータでも適用が可能となり、何らかの条件変化によって出力直流電圧が出力目標電圧より高くなっても、負荷の状況に依らず、出力直流電圧が出力目標電圧に到達する応答速度を大幅に向上させることができる。また、同期整流可能なDC−DCコンバータに高速応答回路を有する本発明のDC−DCコンバータの構成を適用することによって、さらに応答時間を短縮することが可能となる。
【0100】
また、本発明のDC−DCコンバータは、出力電力の急減を知らせる外部信号が入力されるよう構成されているため、外部信号が入力される期間中においては常に電力回生動作を行うよう構成することにより、応答時間を大幅に短縮することができ、且つ回路の簡素化を達成することができる。
また、本発明は電圧モードで制御するDC−DCコンバータ及び電流モードで制御するDC−DCコンバータに適用可能であり、いずれのモードを適用しても本発明は出力直流電圧を急減させる場合における応答時間を短縮させるという優れた効果を有する。
また、本発明のDC−DCコンバータは、起動時においても適応可能であり、起動時における出力目標電圧への応答時間を短縮することができる。
発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態1のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図2】実施の形態1のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図3】実施の形態1のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図4】本発明に係る実施の形態2のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図5】実施の形態2のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図6】本発明に係る実施の形態3のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図7】実施の形態3のDC−DCコンバータにおける制御部の構成を示す回路図である。
【図8】実施の形態3のDC−DCコンバータにおける制御部の動作を示す波形図である。
【図9】実施の形態3のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図10】本発明に係る実施の形態4のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図11】実施の形態4のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図12】実施の形態4のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図13】本発明に係る実施の形態5のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図14】実施の形態5のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図15】本発明に係る実施の形態6のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図16】実施の形態6のDC−DCコンバータにおける各部動作を示す波形図である。
【図17】従来のDC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
【図18】従来のDC−DCコンバータの制御部における各部動作を示す波形図である。
【図19】昇降圧可能なDC−DCコンバータであるSEPICを示す回路図である。
【図20】昇降圧可能なDC−DCコンバータであるZetaコンバータを示す回路図である。
【符号の説明】
1 直流入力電源
2 第1のスイッチ
3 第2のスイッチ
4 整流ダイオード
5 インダクタ
6 第3のスイッチ
7 第4のスイッチ
8 第2のダイオード
9 出力コンデンサ
10 負荷
11 制御部
12 誤差増幅回路
13 発振回路
14 制御回路
15 出力電力急減検出回路
16 入出力比較回路
17 第1の過渡応答動作回路
18 第2の過渡応答動作回路
19 外部信号
20 同期スイッチ駆動回路
21 高速応答回路
22 検出回路
23 スイッチ制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC-DC converter that is used in various electronic devices and that receives a DC voltage from a battery or the like and supplies a controlled DC voltage to a load. In particular, the present invention relates to a DC-DC converter capable of rapidly responding to a rapid decrease in output power (output voltage and / or output current).
[0002]
[Prior art]
In a DC-DC converter that receives a DC voltage from a battery or the like as an input DC power supply and controls the DC voltage to step down and supply the load to a load, an operation mode is set according to a load state (light load state or heavy load state). Some are configured to switch. Here, the operation mode in the light load state is, for example, an operation mode when the electronic device is in a standby operation state, and the operation mode in the heavy load state is, for example, an operation mode when the electronic device is in a normal operation state. The reason why the operation mode is switched in accordance with the state of the load is to reduce the power consumption of the DC-DC converter when the load is light such as during standby. A DC-DC converter having such a configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-146637.
[0003]
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional DC-DC converter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-146637. As shown in FIG. 17, the DC-DC converter to which the input DC power supply 301 for outputting the DC voltage Vi is connected includes an input-side smoothing capacitor 302, a synchronous rectifier circuit 310, and an output-side smoothing capacitor 307. A load 308 is connected to an output terminal of the DC-DC converter.
The synchronous rectifier circuit 310 of the DC-DC converter includes a main switch 303, a synchronous switch 304, a commutation diode 305, an inductor 306, and a control unit 309 that performs on / off control of the main switch 303 and the synchronous switch 304. When the control unit 309 switches the main switch 303 and the synchronous switch 304 in synchronization, the DC-DC converter outputs a predetermined DC voltage to an output terminal connected to the load 308. This DC-DC converter operates in a light load state (standby operation mode) or in a heavy load state (normal operation) depending on the state of the load 308 (light load state or heavy load state) connected to the output terminal. Mode).
[0004]
In the conventional DC-DC converter shown in FIG. 17, a DC voltage Vi of an input DC power supply 301 is input to a synchronous rectifier circuit 310 via an input-side smoothing capacitor 302, and a voltage Vo of an output-side smoothing capacitor 307 is output. The DC voltage is supplied to the load 308. The control unit 309 controls the synchronous switch 304 to be off when the main switch 303 is on, and to control the synchronous switch 304 to be on when the main switch 303 is off.
The DC voltage Vi of the input DC power supply 301 is applied to the inductor 306 when the main switch 303 is on. At this time, current flows from the input DC power supply 301 to the load side via the inductor 306, and magnetic energy is accumulated in the inductor 306. Next, when the main switch 303 is turned off, the synchronous switch 304 is turned on to conduct, a current flows from the inductor 306 to the output-side smoothing capacitor 307 via the synchronous switch 304, and the accumulated magnetic energy is released. You.
[0005]
As described above, in the synchronous rectifier circuit 310, power is supplied from the output-side smoothing capacitor 307 to the load 308 by repeating the operation of storing and releasing magnetic energy.
In the control unit 309 of the conventional DC-DC converter shown in FIG. 17, the output DC voltage Vo can be set from zero to the input voltage Vi by controlling the duty ratio which is the on / off time of the main switch 303 and the synchronous switch 304. It is.
[0006]
Next, an operation of controlling the duty ratio of the main switch 303 and the synchronous switch 304 in the conventional DC-DC converter configured as described above will be described.
FIG. 18 is a voltage waveform diagram at each part in the conventional DC-DC converter. In FIG. 18, Vt is a voltage waveform showing a reference triangular waveform that rises linearly and drops sharply, and is formed by an oscillation circuit in the control unit 309. Ve is an error voltage output from the error amplifier provided in the control unit 309, and indicates a difference between the output voltage Vo and the reference voltage Vref. The first drive signal Vd1 in FIG. 18 is a signal for driving the main switch 303 on and off, and the second drive signal Vd2 is a signal for driving the synchronous switch 304 on and off. When the main switch 303 and the synchronous switch 304 are turned on / off by the first drive signal Vd1 and the second drive signal Vd2, the output DC voltage to be controlled becomes a desired DC voltage. The first drive signal Vd1 and the second drive signal Vd2 are formed by comparing the reference triangular wave voltage Vt and the error voltage Ve in the error amplifier of the control unit 309.
[0007]
The error voltage Ve shown in FIG. 18 decreases when the load 308 is lightened and the output DC voltage Vo tries to increase, and conversely, increases when the load 308 is heavy and the output DC voltage Vo tries to decrease. is there.
The control unit 309 is provided with a reverse current prevention circuit that detects a light load state by detecting a current value flowing when the synchronous switch 304 is on. When the current flowing through the synchronous switch 304 exceeds a preset value, the reverse current prevention circuit determines that the load is light and sets the synchronous switch 304 to the off state.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-146637
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional DC-DC converter is configured so that the output DC voltage can be appropriately set and changed according to the state of the load. In a DC-DC converter, for example, when a reference voltage of the DC-DC converter is changed by a signal from a load side in order to change an output DC voltage with respect to a DC-DC converter as a DC voltage source. In this case, it is desirable that the output DC voltage promptly reacts with the change of the reference voltage to become a desired DC voltage.
In the conventional DC-DC converter configured as described above, the response speed depends on the change speed of the error signal Ve output from the error amplifier. On the other hand, in order to ensure the stability of the control system in the DC-DC converter, the cutoff frequency of the error amplifier is set to about one-tenth of the switching frequency set to several tens to several hundreds kHz by a phase compensation capacitor or the like. It is general. For this reason, the response time of the conventional DC-DC converter requires several hundred microseconds with respect to the stepped reference voltage, and it is difficult to secure a satisfactory response speed with respect to a load request. Met. In a DC-DC converter having a standby operation mode, even when it is desired to reduce the output DC voltage by changing the reference voltage, the DC-DC converter operates in the standby operation mode in a light load state. For this reason, such a DC-DC converter has a problem that the time for which the output DC voltage drops is dependent on the time for discharging from the output-side smoothing capacitor to the load, and the response time is further delayed.
The present invention provides an excellent response speed by increasing energy efficiency by regenerating energy to an input side in a transient state or a start-up state in which output power is rapidly reduced due to a request for reduction of an output DC voltage from a load or the like. It is an object of the present invention to provide a highly versatile DC-DC converter having:
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a DC-DC converter of the present invention includes an input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A switch control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit.
A light load detection circuit for detecting that the load is in a light load state,
An output power rapid decrease detection circuit for detecting a rapid decrease in output power,
A DC-DC converter comprising: a synchronous switch drive circuit to which an output of the switch control circuit, an output of the light load detection circuit, and an output of the output power rapid detection circuit are input,
The synchronous switch drive circuit,
(1) the synchronous switch circuit is turned off when the light load detection circuit detects a light load state and the output power sudden decrease detection circuit does not detect the output power rapid decrease state;
(2) the synchronous switch circuit according to the output from the switch control circuit when the light load detection circuit detects a light load state and the output power sudden decrease detection circuit detects a rapid output power decrease state; Is turned on and off, and
(3) when the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power rapid decrease detection circuit does not detect a rapid output power decrease state, the synchronous switch circuit is turned on / off according to an output from the switch control circuit; Operating state,
(4) when the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid output power decrease state, the synchronous switch circuit is turned on / off in response to an output from the switch control circuit; Set to the operating state. The DC-DC converter configured as described above is configured to perform a power regenerating operation when recognizing a sudden decrease in output power. Irrespective of the situation described above, the response speed to reach the output target voltage is greatly improved.
[0011]
In addition, a DC-DC converter according to another aspect of the present invention includes an input DC power supply that supplies an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage to output an error voltage, and adjusts an on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and A control circuit for driving and controlling the switch circuit;
An output power drop detection circuit for detecting a sudden output power drop state;
And a first transient response operation circuit for forcibly changing the error voltage so as to reduce the output power when the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease state of the output power. The DC-DC converter configured as described above has a response speed at which the output DC voltage reaches the output target voltage regardless of the load condition, even if the output DC voltage becomes higher than the output target voltage due to some condition change. Can be greatly improved.
[0012]
Further, in the above DC-DC converter, the control circuit has an offset voltage source that outputs an offset voltage,
A transient response operation circuit that forcibly changes the offset voltage so as to reduce the output power when the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease state of the output power. Is also good. The DC-DC converter configured as described above has a response speed at which the output DC voltage reaches the output target voltage regardless of the load condition, even if the output DC voltage becomes higher than the output target voltage due to some condition change. Can be greatly improved.
[0013]
In addition, a DC-DC converter according to another aspect of the present invention includes an input DC power supply that supplies an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage and a reference voltage to output an error voltage, a control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit;
An output power rapid decrease detection circuit for detecting a rapid decrease in output power,
An input / output comparison circuit for comparing the input DC voltage with the output DC voltage,
A regenerative switch circuit connected in parallel between the input and output of the DC-DC converter, wherein the output DC voltage is higher than the input DC voltage, and the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power; A high-speed response circuit that turns on the regenerative switch circuit when responding. The DC-DC converter configured as described above has a response speed at which the output DC voltage reaches the output target voltage regardless of the load condition, even if the output DC voltage becomes higher than the output target voltage due to some condition change. Can be greatly improved.
[0014]
Further, a DC-DC converter according to another aspect of the present invention includes an input DC power supply that supplies an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage and a reference voltage to output an error voltage, and adjusts an on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit. Switch control circuit,
A light load detection circuit for detecting that the load is in a light load state,
A DC-DC converter comprising: an output of the switch control circuit, an output of the light load detection circuit, and a synchronous switch driving circuit to which a signal indicating whether the output power is in a rapidly decreasing state is input,
(1) detecting that the light load detection circuit is in a light load state, and turning off the synchronous switch circuit when the output power is not in a rapidly decreasing state;
(2) detecting that the light load detection circuit is in a light load state, and setting the synchronous switch circuit to an on / off operation state according to an output from the switch control circuit when the output power is in a rapidly decreasing state;
(3) when the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power is not in a rapidly decreasing state, the synchronous switch circuit is turned on / off in response to an output from the switch control circuit;
(4) When the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power is in a rapidly decreasing state, the synchronous switch circuit is turned on and off according to an output from the switch control circuit. Since the DC-DC converter configured as described above is configured to receive an external signal indicating a sudden decrease in output power, the DC-DC converter is configured to always perform a power regeneration operation during a period in which the external signal is input. By doing so, the response time can be significantly reduced, and the circuit can be simplified.
[0015]
In addition, a DC-DC converter according to another aspect of the present invention includes an input DC power supply that supplies an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A control circuit that adjusts the on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and drives the main switch circuit and the synchronous switch circuit,
And a first transient response operation circuit for forcibly changing the error voltage so as to reduce the output power when a signal indicating a sudden decrease in output power is input from the load side. Since the DC-DC converter configured as described above is configured to receive an external signal indicating a sudden decrease in output power, the DC-DC converter is configured to always perform a power regeneration operation during a period in which the external signal is input. By doing so, the response time can be significantly reduced, and the circuit can be simplified.
[0016]
Further, in the above DC-DC converter, the control circuit has an offset voltage source that outputs an offset voltage,
A second transient response operation circuit for forcibly changing the offset voltage so as to reduce the output power at the time of a transient response in which a signal indicating a rapidly decreasing state of the output power is input from the load side is further provided. You may. Since the DC-DC converter configured as described above is configured to receive an external signal indicating a sudden decrease in output power, the DC-DC converter is configured to always perform a power regeneration operation during a period in which the external signal is input. By doing so, the response time can be significantly reduced, and the circuit can be simplified.
[0017]
In addition, a DC-DC converter according to another aspect of the present invention includes an input DC power supply that supplies an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit.
An input / output comparison circuit for comparing the input DC voltage with the output DC voltage,
A regenerative switch circuit connected in parallel between the input and output of the DC-DC converter, wherein the output DC voltage is higher than the input DC voltage, and a signal indicating a rapid decrease in output power is input from the load side. A high-speed response circuit that turns on the regenerative switch circuit when responding. Since the DC-DC converter configured as described above is configured to receive an external signal indicating a sudden decrease in output power, the DC-DC converter is configured to always perform a power regeneration operation during a period in which the external signal is input. By doing so, the response time can be significantly reduced, and the circuit can be simplified.
While the novel features of the invention are the same as those particularly set forth in the appended claims, the invention, both as to its structure and content, together with other objects and features, will be understood by reading the following detailed description, when taken in conjunction with the drawings. Will be better understood and appreciated.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a DC-DC converter according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and therefore, various technically preferable limitations are added. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. The embodiment is not limited to these embodiments unless otherwise described.
[0019]
<< Embodiment 1 >>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, an input DC power supply 1 that outputs an input DC voltage Vi is connected to the DC-DC converter according to the first embodiment, and one end of the input DC power supply 1 has a first switch circuit that is a main switch circuit. One end of one switch 2 is connected. The other end of the first switch 2 is connected to one end of a second switch 3 which is a synchronous switch circuit, the cathode of a first diode 4, and one end of an inductor 5. The other end of the second switch 3 and the anode of the first diode 4 are connected to the other end of the input DC power supply 1. The first switch 2 and the second switch 3 connected in this way are repeatedly turned on and off by a control signal from the control unit 11 described later. The control unit 11 is connected to an output power rapid detection circuit 15 for detecting when the output power is rapidly reduced.
[0020]
As shown in FIG. 1, the inductor 5 and the output capacitor 9 are connected in series to form a series circuit, and this series circuit is connected to both ends of the first diode 4 to form a smoothing circuit. This smoothing circuit forms a DC voltage by averaging a rectangular wave voltage generated at both ends of the first diode 4.
A load 10 is connected to the output terminals at both ends of the output capacitor 9 on the output side in the DC-DC converter configured as described above. In the first embodiment, a rectifying / smoothing circuit is configured by the second switch 3, the first diode 4, and the output capacitor 9.
The control unit 11 includes an error amplification circuit 12, an oscillation circuit 13, and a control circuit 14. The control unit 11 controls on / off of the first switch 2 and the second switch 3 to control the output DC voltage Vo output from the DC-DC converter. The control circuit 14 has a synchronous switch drive circuit 20, a switch control circuit 23, and a light load detection circuit 142.
[0021]
The error amplification circuit 12 includes a reference voltage source 120, a detection circuit 22 for detecting the output DC voltage Vo, an error amplifier 124 to which the reference voltage Er of the reference voltage source 120 and the detection voltage from the detection circuit 22 are input, and an error amplifier 124. , And a phase compensation capacitor 125 connected between the input and output. The voltage Er of the reference voltage source 120 is changed by a command from the load 10. The detection circuit 22 is configured by a series circuit of three resistors of a resistor 121, a resistor 122, and a resistor 123. The voltage at the connection point between the resistors 121 and 122 and the reference voltage Er are input to the error amplifier 124. The error amplifier circuit 12 configured as described above outputs the error voltage Ve output from the error amplifier 124 to the control circuit 14.
[0022]
The output power drop detection circuit 15 includes a comparator 150 which receives and compares the voltage at the connection point between the resistors 122 and 123 with the reference voltage Er. The voltage at the connection point of the resistors 121 and 122 and the reference voltage Er are input to the error amplifier 124 of the error amplifier circuit 12, and the case where these voltages are equal is the output target voltage E0. When the voltage at the node between the resistor 122 and the resistor 123 input to the comparator 150 is equal to the reference voltage Er, the output upper limit voltage E1 is higher than the output target voltage E0 by a predetermined voltage. Here, when the output DC voltage Vo becomes higher than the output upper limit voltage E1, the output power is rapidly reduced. The output power sudden decrease state is detected by the comparator 150, and the output power rapid decrease detection circuit 15 outputs a signal indicating the output power rapid decrease state to the synchronous switch drive circuit 20.
[0023]
The oscillation circuit 13 forms a sawtooth voltage Vt, which is a reference triangular wave voltage that repeatedly increases and decreases at a predetermined cycle, and outputs the sawtooth voltage Vt to the control circuit 14. The sawtooth voltage Vt is a triangular waveform having a period of T and an amplitude of ΔVt, and rises linearly and drops sharply.
The switch control circuit 23 of the control circuit 14 includes a comparator 140 for comparing the error voltage Ve and the sawtooth voltage Vt, and an inverter 141 for inverting a signal from the comparator 140. Further, the light load detection circuit 142 of the control circuit 14 detects the value of the current flowing through the second switch 3 in the ON state, and outputs the detection result to the synchronous switch drive circuit 20. The synchronous switch drive circuit 20 operates based on the detection result of the output power sudden decrease detection circuit 15 and the detection result of the light load detection circuit 142. That is, the synchronous switch drive circuit 20 operates as follows.
[0024]
When the signal indicating the light load state is input from the light load detection circuit 142 and the signal indicating the rapid decrease state of the output power is not input from the output power rapid decrease detection circuit 15, the synchronous switch drive circuit 20 A certain second switch 3 is turned off. Further, the synchronous switch drive circuit 20 switches (2) when a signal indicating a light load state is input from the light load detection circuit 142 and a signal indicating a rapid decrease state of the output power is input from the output power rapid decrease detection circuit 15. The second switch 3 is turned on and off according to the output from the control circuit 23. The synchronous switch drive circuit 20 switches (3) when the signal indicating the light load state is not input from the light load detection circuit 142 and the signal indicating the rapid decrease state of the output power is not input from the output power rapid decrease detection circuit 15. The second switch 3 is turned on and off according to the output from the control circuit 23. Further, (4) when the signal indicating the light load state is not input from the light load detection circuit 142 and the signal indicating the rapid decrease state of the output power is input from the output power rapid detection circuit 15 The second switch 3 is turned on and off according to the output from the switch control circuit 23.
[0025]
As shown in FIG. 1, the output voltage Vd1 of the comparator 140 becomes a first drive signal for driving the first switch 2 on and off, and the output voltage Vd2 of the synchronous switch drive circuit 20 drives the second switch 3 on and off. This becomes the second drive signal. Further, the light load detection circuit 142 of the control circuit 14 detects the light load state by detecting the value of the current flowing through the second switch 3 in the ON state using the resistance of the second switch 3 in the ON state. Deciding. That is, the light load detection circuit 142 determines the light load state when the current flowing through the second switch 3 exceeds the preset value by using the resistance of the second switch 3 when the second switch 3 is on. At this time, when the output power rapid decrease detection circuit 15 does not detect the output power rapid decrease state, the synchronous switch drive circuit 20 turns off the second switch 3. This operation is a discontinuous operation mode operation which is an operation in the standby operation mode in the first embodiment. In this standby operation mode, control is performed so that a reverse current does not flow in a light load state.
[0026]
As described above, when the output DC voltage Vo is higher than the output upper limit voltage E1, the DC-DC converter of the present invention performs a power regeneration operation (hereinafter, such a high-speed response operation mode in a transient response is referred to as a transient response operation). Mode), the output DC voltage Vo is reduced to the output target voltage E0.
[0027]
Next, the operation of the DC-DC converter according to the first embodiment configured as described above will be described.
First, a normal operation mode which is an operation mode in a heavy load state in the DC-DC converter of the first embodiment will be described.
In the normal operation mode, the first switch 2 and the second switch 3 are turned on / off by the control unit 11 with the same switching cycle T. In this on / off operation, the second switch 3 is turned off when the first switch 2 is on, and the second switch 3 is turned on when the first switch 2 is off.
[0028]
The input DC voltage Vi of the input DC power supply 1 is applied to the inductor 5 when the first switch 2 is on. At this time, a current flows from the input DC power supply 1 to the load side via the inductor 5, and magnetic energy is accumulated in the inductor 5. Next, when the first switch 2 is turned off, the second switch 3 is turned on. When the second switch 3 is turned on, a current flows from the inductor 5 to the output capacitor 9 via the second switch 3, and the magnetic energy stored in the inductor 5 is released.
As described above, the operation of storing and releasing magnetic energy in the inductor 5 is repeated, so that power is supplied from the output capacitor 9 to the load 10.
As described above, the control section 11 of the DC-DC converter controls the duty ratio, which is the on / off time of the first switch 2 and the second switch 3, to reduce the output DC voltage Vo from zero to the input voltage Vi. Can be set.
[0029]
The above is the normal operation mode in the DC-DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. Assuming that the resistance values of the resistance 121, the resistance 122, and the resistance 123 of the detection circuit 22 in the error amplification circuit 12 are R121, R122, and R123, respectively, the detection voltage Vr23 input to the error amplifier 124 is expressed by the following equation (1). You. Vo is an output DC voltage.
[0030]
(Equation 1)
Figure 2004056992
[0031]
In the DC-DC converter of the first embodiment, control is performed such that detection voltage Vr23 becomes equal to reference voltage Er. Therefore, in the normal operation state, the output DC voltage Vo is controlled to the output target voltage E0 represented by the following equation (2).
[0032]
(Equation 2)
Figure 2004056992
[0033]
On the other hand, when the voltage at the connection point between the resistor 122 and the resistor 123 and the reference voltage Er, which are compared in the output power sudden decrease detection circuit 15, become equal to each other, the output upper limit voltage E1 which is the output DC voltage Vo at this time. Is represented by the following equation (3).
[0034]
[Equation 3]
Figure 2004056992
[0035]
Next, the operation when the reference voltage Er of the reference voltage source 120 is rapidly reduced by an external signal such as the load 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er is rapidly reduced. FIG. 2B is a waveform diagram showing the relationship between the output target voltage E0, the output upper limit voltage E1, and the output DC voltage Vo in the case of FIG. 2A. FIG. 2C shows a signal V150 output from the comparator 150 of the output power load sudden decrease detection circuit 15. FIG. 3A shows a voltage waveform output from the comparator 150 when the reference voltage Er sharply decreases. FIG. 3B shows a signal output from the comparator 150 as shown in FIG. 4 shows a waveform of a current flowing through the inductor 5 when the current flows. In the current waveform shown in FIG. 3B, the central portion is the continuous operation mode, and the left and right portions indicate the discontinuous operation mode.
[0036]
In the DC-DC converter of the first embodiment, when the load 10 keeps the same light load state, it is in the standby operation mode, which is the operation mode in the light load state. In the standby operation mode, the light load detection circuit 142 detects a light load state. At this time, since the output power rapid decrease detection circuit 15 detects the rapid decrease state of the output power, the synchronous switch drive circuit 20 turns off the second switch 3. That is, in this standby operation mode, the DC-DC converter operates in the discontinuous operation mode shown by the waveform on the left side in FIG.
[0037]
When the DC-DC converter is operating in the standby operation mode as described above, for example, if the reference voltage Er of the reference voltage source 120 is reduced according to a signal from the load 10 or the like, the output target voltage E0 and the output upper limit voltage E1 also decreases. At this time, the comparator 150 of the output power drop detection circuit 15 outputs “L” because the detected voltage becomes higher than the lowered reference voltage Er. This “L” signal is input to the synchronous switch drive circuit 20. Now, since the output power sudden decrease detection circuit 15 detects the rapid decrease state of the output power and the light load detection circuit 142 detects the light load state, the synchronous switch drive circuit 20 uses the drive voltage V141 of the inverter 141 as it is. It outputs as the drive voltage Vd2 of the second switch 3. As a result, the second switch 3 performs an on / off operation in synchronization with the first switch 2, so that the DC-DC converter operates in the standby operation mode while the comparator 150 is outputting the “L” signal. Instead, it operates in continuous operation mode. This continuous operation mode is a transient response operation mode. In this transient response operation mode, power regeneration is performed, and the output DC voltage Vo sharply decreases. This power regeneration operation is continued until the output DC voltage Vo reaches the output upper limit voltage E1 and the comparator 150 of the output power sudden decrease detection circuit 15 is inverted.
[0038]
When the comparator 150 is inverted, the output power rapid decrease detection circuit 15 does not detect the output power rapid decrease state. At this time, since the light load detection circuit 142 detects the light load state, the DC-DC converter operates in the discontinuous operation mode. However, at this time, if the error voltage Ve is not sufficiently reduced, the output DC voltage Vo is increased, the comparator 150 is further inverted, and a continuous operation mode is set to perform power regeneration. Then, due to this power regeneration operation, the output DC voltage Vo decreases, and the comparator 150 is further inverted to enter the discontinuous operation mode. As described above, the operations in the continuous operation mode and the discontinuous operation mode are repeated. As a result, the error voltage Ve decreases sufficiently, and the output DC voltage Vo settles to the output target voltage E0.
[0039]
In the conventional DC-DC converter, when the load is in a light load state, the output DC voltage Vo reaches the output target voltage E0 because the converter always operates in the standby operation mode even if the output target voltage E0 suddenly decreases. It took a long time.
On the other hand, in the DC-DC converter according to Embodiment 1 of the present invention, when the load is in a light load state, when the output target voltage E0 sharply decreases, the DC-DC converter does not operate in the standby operation mode (discontinuous operation mode), It is configured to operate in the response operation mode to perform power regeneration. Therefore, in the DC-DC converter according to the first embodiment, even when the output target voltage E0 sharply decreases in a light load state, the output DC voltage is output with the response time greatly shortened compared to the conventional device. E0 can be set.
[0040]
Although the first embodiment has been described using the step-down converter capable of synchronous rectification, the DC-DC converter of the present invention is not limited to such a configuration. The present invention is applicable to all step-down, step-up and step-up / step-down DC-DC converters capable of synchronous rectification.
In the first embodiment, the operation in the standby operation mode is described using the operation in the discontinuous operation mode. However, the operation in the standby operation mode in the DC-DC converter of the present invention is not limited to this. is not. As another operation in the standby operation mode in which the operation of reducing the power consumption of the DC-DC converter is performed, for example, in order to reduce switching loss and the like, a predetermined period and a period in which the switching operation is stopped are provided to operate intermittently. Needless to say, the configuration of the present invention is also applicable to an intermittent operation mode in which the switching frequency is reduced and a switching frequency variable operation mode in which the switching frequency is reduced.
[0041]
<< Embodiment 2 >>
Next, a DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the DC-DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 shows signal waveforms at various points in the DC-DC converter according to the second embodiment when the reference voltage Er sharply decreases. In the DC-DC converter according to the second embodiment, those having substantially the same functions and configurations as those of the DC-DC converter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0042]
The difference between the DC-DC converter according to the second embodiment and the DC-DC converter according to the first embodiment is that the error signal Ve output from the error amplifier circuit 12 includes a resistor 126 connected to the output of the error amplifier 124. It is constituted so that it may be formed through. The DC-DC converter according to the second embodiment is provided with a first transient response operation circuit 17 including an instruction voltage source 170, a resistor 171, a switch 172, a switch 173, and an inverter 174.
In the first embodiment, the output DC voltage is reduced by performing the power regeneration operation. However, in order to further improve the response speed of output DC voltage Vo to output target voltage E0, in the DC-DC converter of the second embodiment, error voltage Ve is forcibly changed to regenerate by the power regeneration operation. The power regenerated by the power regenerating operation when the error voltage is not forcibly changed is made larger.
[0043]
When the output target voltage E0 is rapidly reduced by a command from a load or the like, the output DC voltage Vo is in a transient response state in which the output DC voltage Vo becomes relatively sharply higher than the output target voltage E0. Hereinafter, the operation in the transient response state will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows signal waveforms at various points in the DC-DC converter according to the second embodiment when the reference voltage Er sharply decreases. In FIG. 5, (a) is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er sharply decreases, and (b) is a relationship between the output target voltage E0, the output upper limit voltage E1, and the output DC voltage Vo in (a). FIG. FIG. 5C shows a voltage waveform of the sawtooth voltage Vt and the error voltage Ve.
[0044]
During a period when the output DC voltage Vo is higher than the output upper limit voltage E1, the drive voltage V150 output from the comparator 150 of the output power sudden decrease detection circuit 15 is "L". Therefore, the switch 173 is turned off. When the switch 173 is turned off, the output V12 of the error amplifier circuit 12 is not transmitted to the control circuit 14.
In addition, since the drive voltage V150 output from the comparator 150 is inverted by the inverter 174, the switch 172 is turned on, and the instruction voltage of the instruction voltage source 170 is input to the control circuit 14 via the resistor 171.
[0045]
The instruction voltage V171 input via the resistor 171 is set to a value slightly larger than the minimum value of the sawtooth voltage Vt. In this operation, in one switching cycle, the first switch 2 is turned on for a short period, and the second switch 3 is turned off for a short period. This state is maintained until the comparator 150 is inverted, the switch 172 is turned off, and the switch 173 is turned on. Thereafter, the mode returns to the normal operation mode or the standby operation mode, and the output DC voltage Vo eventually settles to the output target voltage E0. When the switch 173 of the first transient response operation circuit 17 is turned on, the resistor 126 of the error amplifying circuit 12 has a function of limiting the current flowing through the phase compensation capacitor 125 and suppressing the fluctuation of the detection voltage.
[0046]
As described above, when the DC-DC converter according to the second embodiment operates in the normal operation mode or the standby operation mode, when the transient response state is detected, the power regeneration is performed until the output upper limit voltage E1 is reached. The operation is performed such that the power regenerated by the operation becomes larger than the power regenerated by the power regeneration operation that does not forcibly change the error voltage. Therefore, the DC-DC converter according to the second embodiment can shorten the response time.
Although a step-down converter capable of synchronous rectification has been described as the DC-DC converter of the second embodiment, the DC-DC converter of the present invention is not limited to this configuration. The present invention is also applicable to all the step-down, step-up and step-up / step-down DC-DC converters capable of synchronous rectification.
[0047]
<< Embodiment 3 >>
Next, a DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the DC-DC converter according to Embodiment 3 of the present invention. Implementation
In the DC-DC converter according to the third embodiment, those having substantially the same functions and configurations as those of the DC-DC converter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0048]
As shown in FIG. 6, the DC-DC converter according to the third embodiment has an input DC power supply 1 that outputs an input DC voltage Vi, and one end of the input DC power supply 1 has a first switch that is a main switch. One end of the switch 2 is connected. The other end of the first switch 2 is connected to one end of the second switch 3, the cathode of the first diode 4, and one end of the inductor 5. The other end of the second switch 3 and the anode of the first diode 4 are connected to the other end of the input DC power supply 1. The ON / OFF operation of the first switch 2 and the second switch 3 connected in this manner is repeated by a drive control signal from the control unit 11. The control unit 11 is connected to an output power rapid detection circuit 15 for detecting when the output power is rapidly reduced.
[0049]
As shown in FIG. 6, the DC-DC converter according to the third embodiment is provided with a third switch 6 for connecting one end of the inductor 5 and the ground side, and one end of the inductor 5 and the output capacitor 9. Is provided with a fourth switch 7 for connecting to one end of the switch. A second diode 8 is connected in parallel to both ends of the fourth switch 7 so that the second diode 8 is directed forward toward the load. The ON / OFF operation of the third switch 6 and the fourth switch 7 is repeated by a drive control signal from the control unit 11.
The DC-DC converter according to the third embodiment includes an input / output comparison circuit 16 and a second transient response operation circuit 18. The input / output comparison circuit 16 receives the input DC voltage Vi from the input DC power supply 1 and the same detection signal as the detection signal input to the output power rapid decrease detection circuit 15. The second transient response operation circuit 18 is configured to receive the output signal from the output power sudden decrease detection circuit 15 and the output signal from the error amplification circuit 12.
[0050]
In the DC-DC converter of the third embodiment, the first switch 2, the inductor 5, and the third switch 6 are connected in series, and both the first switch 2 and the third switch 6 are turned on. Then, the input DC voltage Vi is applied to the inductor 5. Further, the second switch 3, the inductor 5, and the fourth switch 7 are connected in series, and when both the second switch 3 and the fourth switch 7 are turned on, the voltage of the inductor 5 is changed to the output capacitor 9 Is configured to be applied.
The control unit 11 includes an error amplification circuit 12, an oscillation circuit 13, a control circuit 214, and an adder 143. The control unit 11 has a function of controlling on / off of the first switch 2, the second switch 3, the third switch 6, and the fourth switch 7 in order to control the output DC voltage Vo.
The DC-DC converter according to the third embodiment configured as described above is a step-up / step-down converter (step-up / step-down converter), which forms the input DC voltage Vi of the input DC power supply 1 into a desired DC voltage and outputs the desired DC voltage. ing.
[0051]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of the control circuit 214.
As shown in FIG. 7, the error voltage Ve input to the control circuit 214 is input to the second comparator 145, and is also input to the first comparator 144 via the adder 143. The adder 143 adds the offset voltage Vos to the error voltage Ve, and outputs a signal (Ve + Vos) to the first comparator 144. The first comparator 144 compares the output (Ve + Vos) of the adder 143 with the sawtooth voltage Vt. The second comparator 145 compares the error voltage Ve with the sawtooth voltage Vt.
The output voltage Vd1 of the first comparator 144 becomes a first drive signal for controlling the first switch 2 to turn on and off. Further, the output of the first comparator 144 is input to the first synchronous switch driving circuit 400 via the first inverter 146 that inverts the signal. The output voltage Vd2 of the first synchronous switch drive circuit 400 becomes a second drive signal for turning on and off the second switch 3.
The output voltage Vd3 of the second comparator 145 becomes a third drive signal for turning on and off the third switch 6. Further, the output of the second comparator 145 is input to the second synchronous switch driving circuit 401 via the second inverter 147 for inverting a signal. The output voltage Vd4 of the second synchronous switch drive circuit 401 becomes a fourth drive signal for turning on and off the fourth switch 7.
[0052]
As shown in FIG. 7, a signal line connected to both ends of the second switch 3 is input to the first light load detection circuit 148, and the fourth light switch detection circuit 149 is connected to the fourth light switch. 7 are connected to signal lines connected to both ends. The first light load detection circuit 148 detects the current value using the resistance when the second switch 3 is turned on, and the second light load detection circuit 149 detects the resistance when the fourth switch 7 is turned on. , The first light load detection circuit 148 and the second light load detection circuit 149 detect a light load state based on these current values. That is, when the current flowing through the second switch 3 in the ON state exceeds a preset value, the first light load detection circuit 148 determines that the state is the light load state. At this time, the first synchronous switch drive circuit 400 turns off the second switch 3 because the output power rapid decrease detection circuit 15 does not detect the rapid decrease state of the output power. This operation is an operation in the discontinuous operation mode, which is one of the operations in the standby operation mode, and controls so that a reverse current does not flow. When the current flowing through the fourth switch 7 exceeds a preset value, the second light load detection circuit 149 determines that the state is a light load state. At this time, since the output power sudden decrease detection circuit 15 has not detected the rapid decrease state of the output power, the second synchronous switch driving circuit 401 turns off the fourth switch 7. This operation is also an operation in the discontinuous operation mode, which is one of the operations in the standby operation mode, and is controlled so that a reverse current does not flow.
[0053]
The load sudden decrease detection circuit 15 is configured by a comparator 150. The input / output comparison circuit 16 includes a resistor 160, a resistor 161, and a comparator 162. The second transient response operation circuit 18 includes a first command voltage source 180, a resistor 181, a switch 182, a second command voltage source 183, a resistor 184, a switch 185, a switch 186, an inverter 187, and a NOR circuit 188. ing.
[0054]
Next, the operation of the DC-DC converter according to the third embodiment configured as described above will be described.
First, a normal operation mode which is an operation mode in a heavy load state in the DC-DC converter according to the third embodiment will be described.
In the normal operation mode, the first switch 2, the second switch 3, the third switch 6, and the fourth switch 7 are turned on and off with the same switching cycle T by the control unit 11. The ratios of the ON time in one switching cycle of the first switch 2 and the third switch 6, that is, the duty ratios, are δ1 and δ2, respectively. During the period when the third switch 6 is in the ON state, δ1> δ2 is set so that the first switch 2 is also securely turned on. When the first switch 2 is on, the second switch 3 is off, and when the first switch 2 is off, the second switch 3 is on. When the third switch 6 is on, the fourth switch 7 is off, and when the third switch 6 is off, the fourth switch 7 is on.
[0055]
First, when both the first switch 2 and the third switch 6 are on, the input DC voltage Vi of the input DC power supply 1 is applied to the inductor 5. This period is δ2 · T. At this time, a current flows from the input DC power supply 1 to the inductor 5, and magnetic energy is accumulated in the inductor 5. Next, when the third switch 6 is turned off, the fourth switch 7 is turned on, and the difference Vi−Vo between the input DC voltage Vi and the output DC voltage Vo is applied to the inductor 5. This period is (δ1−δ2) · T, and a current flows from the input DC power supply 1 to the output capacitor 9 via the inductor 5. Finally, when both the first switch 2 and the third switch 6 are off, the second switch 3 and the fourth switch 7 are both on, and the output DC voltage Vo is applied to the inductor 5 in the reverse direction. Applied. This period is (1-δ1) · T, a current flows from the inductor 5 to the output capacitor 9, and the stored magnetic energy is released.
[0056]
As described above, the operation of storing and releasing magnetic energy in the inductor 5 is repeated, so that power is supplied from the output capacitor 9 to the load 10. In a stable operation state in which the accumulation and release of the magnetic energy of the inductor 5 are balanced, the sum of the voltage-time products is zero, so that the following equation (4) holds, and the output DC voltage Vo is different from the input DC voltage Vi. The conversion characteristic represented by Expression (5) is obtained.
Similarly, when δ2 = 0, the output DC voltage Vo is given by the equation (6), and operates as a step-down converter.
Similarly, when δ1 = 1, the output DC voltage Vo is given by the equation (7), and operates as a boost converter. By controlling the duty ratio of each switch, δ1 / (1−δ2) can be set from 0 to infinity. That is, the DC-DC converter of the third embodiment theoretically operates as a step-up / step-down converter that can form an arbitrary output DC voltage Vo from an arbitrary input DC voltage Vi.
[0057]
(Equation 4)
Figure 2004056992
[0058]
(Equation 5)
Figure 2004056992
[0059]
(Equation 6)
Figure 2004056992
[0060]
(Equation 7)
Figure 2004056992
[0061]
The error voltage Ve output from the error amplification circuit 12 decreases when the voltage detected by the detection circuit 22 from the output DC voltage Vo is higher than the reference voltage of the reference voltage source 120. When the voltage whose resistance is detected becomes lower than the reference voltage of the reference voltage source 120, the error voltage Ve increases. That is, when the input DC voltage Vi increases or the load 10 becomes lighter and the output DC voltage Vo tries to increase, the error voltage Ve decreases. Conversely, when the input DC voltage Vi decreases or the load 10 becomes heavy and the output DC voltage Vo tries to decrease, the error voltage Ve increases.
FIG. 8 is a waveform diagram of each part of the control unit 11 in the DC-DC converter according to the third embodiment. 8, (a) shows the sawtooth voltage Vt, the error voltage Ve, and the output voltage (Ve + Vos) of the adder 143, (b) shows the first drive signal Vd1, (c) shows the second drive signal Vd2, d) shows the third drive signal Vd3, and (e) shows the fourth drive signal Vd4. In FIG. 8, the left part is a case where (sawtooth voltage Vt)> (error voltage Ve), and the center part is where the sawtooth voltage Vt, error voltage Ve, and output (Ve + Vos) of adder 143 intersect. The right part shows the case where (sawtooth voltage Vt) <(output of adder 143 (Ve + Vos)).
[0062]
Next, the operation of the DC-DC converter according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
First, when the input DC voltage Vi is high and (sawtooth voltage Vt)> (error voltage Ve) (the left part of FIG. 8), the third drive signal Vd3 output from the second comparator 145 is always “ L ", and the third switch 6 is turned off. Therefore, the duty ratio δ2 of the third switch 6 is δ2 = 0. On the other hand, the first switch 2 is driven on and off by the first drive signal Vd1 which is the output of the first comparator 144. The ratio δ1 at that time decreases as the error voltage Ve decreases. In this case, the DC-DC converter operates as a step-down converter whose input / output voltage relationship is expressed by Expression (6).
[0063]
Next, as shown in the center part of FIG. 8, when the input DC voltage Vi is near the output DC voltage Vo and the sawtooth voltage Vt, the error voltage Ve, and the output (Ve + Vos) of the adder 143 intersect, The first switch 2 is turned on / off by a first drive signal Vd1 output from the first comparator 144, and the third switch 6 is turned on / off by a third drive signal Vd3 output from the second comparator 145. Driven. At this time, the duty ratio δ1 and the duty ratio δ2 decrease as the error voltage Ve decreases. In this case, the DC-DC converter operates as a step-up / step-down converter whose input / output voltage relationship is expressed by equation (5).
[0064]
Next, as shown in the right part of FIG. 8, when the input DC voltage Vi is low and (sawtooth voltage Vt) <(output (Ve + Vos) of the adder 143) (the right part of FIG. 8), the first The first drive signal Vd1 output from the comparator 144 is always "H", and the first switch 2 is turned on. Therefore, the duty ratio δ1 of the first switch 2 is δ1 = 1. On the other hand, the third switch 6 is turned on and off by a third drive signal Vd3 which is an output of the second comparator 145. The ratio δ2 at that time increases as the error voltage Ve increases. In this case, the DC-DC converter operates as a boost converter whose input / output voltage relationship is expressed by equation (7).
The above is the normal operation mode in the DC-DC converter according to Embodiment 3 of the present invention. When the resistance values of the resistors 160 and 161 are R160 and R161, the comparator 162 compares the input DC voltage Vi with the output DC voltage Vo, and thus satisfies the following equations (8) and (9).
[0065]
(Equation 8)
Figure 2004056992
[0066]
(Equation 9)
Figure 2004056992
[0067]
Therefore, when the input DC voltage Vi is higher than the output DC voltage Vo, the comparator 162 outputs “H”. When the input DC voltage Vi is lower than the output DC voltage Vo, the comparator 162 outputs “L”.
[0068]
Next, an operation mode (transient response operation mode) during a transient response in the DC-DC converter according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows signal waveforms of the respective parts when the reference voltage Er sharply decreases in the DC-DC converter according to the third embodiment. In FIG. 9, (a) is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er sharply decreases, and (b) is an output target voltage E0, an output upper limit voltage E1, an input DC voltage Vi, and an output in the case of (a). FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a relationship of a DC voltage Vo. FIG. 9C shows the sawtooth voltage Vt, the error voltage Ve, and the output of the adder 143 (Ve + Vos).
While the output DC voltage Vo is higher than the output upper limit voltage E1, the drive voltage V150 of the comparator 150 is “L”. Further, since the input DC voltage Vi is lower than the output DC voltage Vo, the drive voltage V162 of the comparator 162 becomes “L”.
[0069]
The NOR circuit 188 to which the driving voltage V150 of the comparator 150 and the driving voltage V162 of the comparator 162 are input becomes “H”, and the switches 182 and 185 are turned on. Since the drive voltage V188 of the NOR circuit 188 is inverted by the inverter 187, the switch 186 is turned off.
When the switch 186 is turned off, the output V12 of the error amplifier circuit 12 is not transmitted to the control circuit 214. When the switch 185 is turned on, the voltage of the second instruction voltage source 183 is input to the control circuit 214 via the resistor 184 (instruction voltage V184). Further, when the switch 182 is turned on, the voltage of the first instruction voltage source 180 is input to the adder 143 via the resistor 181 (instruction voltage V181). The output of the adder 143 is "V184 + Vos + V181". Here, the voltage value of the command voltage V184 is set to be slightly larger than the minimum value of the sawtooth voltage Vt, and the voltage value of the command voltage V181 is such that the voltage (V184 + Vos + V181) is larger than the maximum value of the sawtooth voltage Vt. Set as follows.
[0070]
In the above operation, in one switching cycle, the first switch 2 is always on, the second switch 3 is always off, and the third switch 6 is on for a short period. The switch 7 of 4 is turned off only for a short period. δ1 = 1, δ2 operate as a boost converter controlled by a small duty ratio. This state continues until the comparator 150 is inverted and the switch 186 is turned on. Thereafter, the mode returns to the normal operation mode or the standby operation mode, and the output DC voltage Vo eventually reaches the output target voltage E0. The resistor 126 limits the current flowing through the phase compensation capacitor 125 when the switch 186 is turned on, and suppresses the fluctuation of the detection voltage.
[0071]
As described above, in the DC-DC converter according to Embodiment 3, when the output DC voltage Vo is higher than the input DC voltage Vi, the power due to the power regeneration operation forcibly sets the error voltage until the output upper-limit voltage E1 is reached. The operation which becomes larger than the power by the power regeneration operation which is not changed to is continued. Therefore, the DC-DC converter according to the third embodiment can shorten the response time.
In the third embodiment, a four-step-up / down converter is described as a DC-DC converter capable of stepping up / down, but the DC-DC converter of the present invention is not limited to such a configuration. is not. Other known DC-DC converters that can be stepped up and down include a SEPIC whose circuit diagram is shown in FIG. 19 and a Zeta converter whose circuit diagram is shown in FIG. The present invention can also be configured by combining a step-up converter and a step-down converter in series or in parallel. The present invention can be applied to a step-up / step-down DC-DC converter capable of synchronous rectification.
Furthermore, in the DC-DC converter according to the third embodiment, four switches are drive-controlled during the step-up / step-down operation. However, only two switches are required to be drive-controlled during the step-up / step-down operation. It becomes a simple DC-DC converter.
[0072]
<< Embodiment 4 >>
Next, a DC-DC converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 4 of the present invention. In the DC-DC converter according to the fourth embodiment, those having substantially the same functions and configurations as those of the DC-DC converter according to the above-described third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The DC-DC converter according to the fourth embodiment differs from the DC-DC converter according to the third embodiment shown in FIG. 6 in that a high-speed response circuit 21 including a regenerative switch 210, a resistor 211, and a NOR circuit 212 is provided. And the second transient response operation circuit 18 is eliminated.
[0073]
An operation mode (transient response operation mode) of the DC-DC converter according to the fourth embodiment configured as described above during a transient response will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In FIG. 11, (a) is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er is rapidly reduced, and (b) is an output target voltage E0, an output upper limit voltage E1, an input DC voltage Vi, and an output in the case of (a). FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a relationship of a DC voltage Vo. FIG. 11C shows a voltage waveform (V212) in the high-speed response circuit 21.
The voltage waveform of the reference voltage Er in (a) of FIG. 11 shows a state where the reference voltage Er sharply decreases due to a command from the load 10 or the like. At this time, the output upper limit voltage E1 based on the lowered reference voltage Er is higher than the input DC voltage Vi. The output target voltage E0 and the output upper limit voltage E1 change with the change of the reference voltage Er, but the error amplifier 124 of the error amplifier circuit 12 does not immediately respond, and the offset voltage Vos is added to the error voltage Ve and the error voltage Ve. The voltage (Ve + Vos) gradually decreases. This voltage (Ve + Vos) is formed in the adder 143 and output to the first comparator 144.
[0074]
In the state shown in FIG. 11, the comparator 150 of the output power sudden decrease detection circuit 15 outputs “L” to the high-speed response circuit 21 because the detected voltage is higher than the reference voltage Er. The comparator 162 of the input / output comparison circuit 16 outputs “L” to the NOR circuit 212 of the high-speed response circuit 21 because the output DC voltage Vo is higher than the input DC voltage Vi. Therefore, the drive signal V212 for the regenerative switch 210 output from the NOR circuit 212 becomes "H", and the regenerative switch 210 is turned on. As a result, the power regeneration operation is rapidly performed from the output capacitor 9 to the input DC power supply 1 via the high-speed response circuit 21. The ON state of the regenerative switch 210 continues until the output DC voltage Vo reaches the output upper limit voltage E1 and the comparator 150 is inverted.
After the comparator 150 is inverted and the regenerative switch 210 is turned off, if the error voltage Ve is not sufficiently reduced, the output DC voltage Vo is increased, and the regenerative switch 210 is turned on again. Then, the output DC voltage Vo decreases and the regenerative switch 210 is turned off again. As described above, by repeating the on / off operation of the regenerative switch 210, the error voltage Ve eventually rises sufficiently, and the output DC voltage Vo settles to the output target voltage E0.
[0075]
FIG. 12 is a waveform diagram showing a state where reference voltage Er further decreases and output upper limit voltage E1 after reference voltage Er decreases below input DC voltage Vi. FIG. 12A is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er sharply decreases, and FIG. 12B is a diagram showing the output target voltage E0, the output upper limit voltage E1, and the input DC voltage in the case of FIG. FIG. 12C is a waveform diagram showing the relationship between Vi and the output DC voltage Vo. FIG. 12C shows a voltage waveform (V212) in the high-speed response circuit 21.
The output target voltage E0 and the output upper limit voltage E1 also change with the change of the reference voltage Er, but the error amplifier 124 does not immediately respond, and the error voltage Ve and the voltage (Ve + Vos) obtained by adding the offset voltage Vos to the error voltage Ve are: Declines slowly.
[0076]
In the state illustrated in FIG. 12, the comparator 150 of the output power sudden decrease detection circuit 15 outputs “L” to the high-speed response circuit 21 because the detected voltage is higher than the reference voltage Er. The comparator 162 of the input / output comparison circuit 16 outputs “L” to the NOR circuit 212 of the high-speed response circuit 21 because the output DC voltage Vo is higher than the input DC voltage Vi. Therefore, the drive signal V212 for the regenerative switch 210 output from the NOR circuit 212 becomes "H", and the regenerative switch 210 is turned on. As a result, the power regeneration operation is rapidly performed from the output capacitor 9 to the input DC power supply 1 via the high-speed response circuit 21. The ON state of the regenerative switch 210 continues until the output DC voltage Vo reaches the input DC voltage Vi and the comparator 150 is inverted.
After the comparator 150 is inverted and the regenerative switch 210 is turned off, if the error voltage Ve is not sufficiently reduced, the output DC voltage Vo increases and the regenerative switch 210 is turned on again. Then, the output DC voltage Vo decreases and the regenerative switch 210 is turned off again. As described above, by repeating the on / off operation of the regenerative switch 210, the error voltage Ve eventually rises sufficiently, and the output DC voltage Vo settles to the output target voltage E0.
[0077]
In the fourth embodiment, output upper limit voltage E1 may be set to a value equal to or higher than the allowable upper limit value of output DC voltage Vo and close to output target voltage E0. Further, the resistance value R161 may be set in consideration of a voltage drop at the regenerative switch 210 and the resistor 211.
In the conventional DC-DC converter, the output DC voltage Vo changes according to a gradual change of the error voltage Ve determined by the response speed of the error amplifier, and the response speed until the output DC voltage Vo reaches the output target voltage E0 is reduced. It was very slow. However, in the DC-DC converter according to the fourth embodiment, the high-speed response circuit 21 having the regenerative switch 210 is provided to perform a rapid power regeneration operation, so that the response time can be significantly reduced. The regenerative switch 210 is on until the output DC voltage Vo reaches the higher of the output upper limit voltage E1 and the input DC voltage Vi, and thereafter returns to the normal response operation. No undershoot occurs.
[0078]
The resistor 211 of the high-speed response circuit 21 in the DC-DC converter according to the fourth embodiment is used to limit a regenerative current during a rapid power regeneration operation from the input DC power supply 1 to the output capacitor 9 by the regenerative switch 210. It is. However, the resistance 211 can be replaced with the impedance of the regenerative switch 210 itself when it is in the ON state. Further, in the fourth embodiment, a description has been given using a four-step buck-boost converter as the buck-boost DC-DC converter, but the DC-DC converter of the present invention is limited to such a configuration. is not. Other known DC-DC converters that can be stepped up and down include a SEPIC whose circuit diagram is shown in FIG. 19 and a Zeta converter whose circuit diagram is shown in FIG. Further, the present invention can also be configured by combining a step-up converter and a step-down converter in series or in parallel. The present invention is also applicable to these step-up / step-down DC-DC converters. Although the DC-DC converter according to the fourth embodiment has been described as a step-up / step-down DC-DC converter, the configuration according to the fourth embodiment can be applied to a step-up DC-DC converter.
[0079]
<< Embodiment 5 >>
Next, a DC-DC converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 5 of the present invention. In the DC-DC converter according to the fifth embodiment, those having substantially the same functions and configurations as those of the DC-DC converter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0080]
The DC-DC converter according to the fifth embodiment differs from the configuration of the DC-DC converter according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the output power sudden decrease detection circuit (15) is omitted. The point is that an external signal 19 for notifying a sudden decrease in output power is input from an external device. In the first embodiment, the output power sudden decrease detection circuit (15) is used to detect the rapid decrease state of the output power. However, in the DC-DC converter of the fifth embodiment, an external signal for notifying the rapid decrease of the output power is provided. The external signal 19 from the device is input to the control unit 11, and the same operation as that of the first embodiment is performed in the light load detection circuit 142 and the synchronous switch drive circuit 20 of the control unit 11. Therefore, according to the DC-DC converter of the fifth embodiment, the circuit configuration can be simplified.
[0081]
Also, by using the output power sudden decrease detection circuit (15) as in the above-described first embodiment, the error voltage Ve is sufficiently reduced at a light load, and the output DC voltage Vo is settled at the output target voltage E0. Up to this point, the operation in the continuous operation mode (power regeneration operation) and the operation in the discontinuous operation mode are repeated, so that it takes some time for the output DC voltage Vo to settle to the output target voltage E0. In the DC-DC converter according to the fifth embodiment, since the external signal 19 indicating the sudden decrease of the output power is used, the power is maintained until the error voltage Ve sufficiently decreases and the output DC voltage Vo reaches the output target voltage E0. If the input of the external signal 19 is continued so as to perform the regenerative operation, the response time can be reduced.
[0082]
Next, an operation mode during a transient response (transient response operation mode) in the DC-DC converter of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14A is a voltage waveform showing a state when the reference voltage Er sharply decreases, and FIG. 14B is a waveform showing the relationship between the output target voltage E0 and the output DC voltage Vo in FIG. FIG. 14C shows a voltage waveform (V 19) of the external signal 19.
First, a case where the load 10 is always in a light load state will be described.
Even before the reference voltage Er decreases, since the light load state is maintained, a signal for notifying the sudden decrease in output power is not input from the external signal 19, and the light load detection circuit 142 detects the light load state. , The synchronous switch drive circuit 20 turns off the second switch 3. At this time, the DC-DC converter operates in the discontinuous operation mode, which is one of the standby operation modes. At this time, that is, in a light load state before the reference voltage Er decreases, the external signal 19 outputs “H”.
When the reference voltage Er sharply decreases, the output target voltage E0 decreases, the external signal 19 becomes "L", a signal indicating that the output power sharply decreases is input, and the light load detection circuit 142 detects a light load. . As a result, the synchronous switch drive circuit 20 inputs the drive voltage V141 of the inverter 141 as it is as the drive voltage Vd2 of the second switch 3. As described above, during the period in which “L” of the external signal 19 is input, the operation is not in the discontinuous operation mode as the standby mode, but is performed in the continuous operation mode. Therefore, during this period, the output DC voltage Vo drops sharply to perform power regeneration. This power regeneration operation continues until the external signal 19 becomes "H".
[0083]
As described above, in the DC-DC converter according to the fifth embodiment, since the external signal 19 for notifying the rapid decrease of the output power is input, the error voltage Ve sufficiently decreases, and the output DC voltage Vo Is configured such that the input of the external signal 19 is continued so that the power regeneration operation is performed until the output signal reaches the output target voltage E0, whereby the response time can be further reduced.
In the DC-DC converter according to the fifth embodiment, the external signal may be set to “L” until the error voltage Ve sufficiently decreases and the output DC voltage Vo reaches the output target voltage E0.
In the fifth embodiment, a step-down converter capable of synchronous rectification has been described. However, the DC-DC converter of the present invention is not limited to such a configuration. The present invention is applicable to all step-down, step-up and step-up / step-down DC-DC converters capable of synchronous rectification.
[0084]
<< Embodiment 6 >>
Next, a DC-DC converter according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of the DC-DC converter according to Embodiment 6 of the present invention. In the above-described DC-DC converter according to the first embodiment, the control method called the voltage mode for detecting the voltage and controlling the output DC voltage has been described using the example in which the present invention is applied. In the DC-DC converter according to the sixth embodiment, a control method called a current mode in which a current is detected to control an output DC voltage is applied to the present invention. In the sixth embodiment, components having substantially the same functions and configurations as those of the DC-DC converter of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The DC-DC converter according to the sixth embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the error amplifier circuit 72 and the control circuit 91.
[0085]
In the DC-DC converter according to the sixth embodiment, the error amplifying circuit 72 includes a reference voltage source 720, three resistors 721, 722, 723, an error amplifier 724, and an integrating circuit including a series circuit of a resistor 725 and a capacitor 726. I have it.
In the error amplifying circuit 72, the output DC voltage Vo is divided and detected by three resistors 721, 722, and 723. The voltage at the connection point between the resistors 721 and 722 is compared with the reference voltage Er of the reference voltage source 720 by the error amplifier 724. Error amplifier 724 outputs error voltage Ve. An output terminal of the error amplifier 724 is connected to an integrating circuit composed of a series circuit of a resistor 725 and a capacitor 726 to reduce high-frequency gain. Assuming that the voltage division ratio at the connection point between the resistor 721 and the resistor 722 is α, the first detection voltage input to the inverting input terminal of the error amplifier 724 is represented by α · Vo. The error voltage Ve decreases when the first detection voltage α · Vo tries to become higher than the reference voltage Er, and conversely increases when the detection voltage α · Vo tries to become lower than the reference voltage Er. When the first detection voltage α · Vo is equal to the reference voltage Er, the output DC voltage Vo has a desired voltage value. The output target voltage E0 that is the desired voltage value is expressed by the following equation (10).
[0086]
(Equation 10)
Figure 2004056992
[0087]
If the voltage division ratio at the connection point between the resistor 722 and the resistor 723 is β, the second detection voltage is represented by β · Vo. The second detection voltage β · Vo is compared by comparator 150 with reference voltage Er of reference voltage source 720. Assuming that the output DC voltage when the second detection voltage β · Vo is equal to the reference voltage Er is the output upper limit voltage E1, the output upper limit voltage E1 is represented by the following equation (11). The output upper limit voltage E1 becomes higher than the output target voltage E0 which is a desired voltage value.
[0088]
[Equation 11]
Figure 2004056992
[0089]
The output of the comparator 150 is input to the synchronous switch driving circuit 915 of the control circuit 91. The configuration of the synchronous switch driving circuit 915 is the same as the configuration of the synchronous switch driving circuit 20 in the DC-DC converter of the first embodiment.
The control circuit 91 includes a current detection circuit 910, a pulse oscillation circuit 911, a comparator 912, a flip-flop circuit 913, an inverter 914, a synchronous switch drive circuit 915, and a light load detection circuit 916. The current detection circuit 910 detects a current flowing through the first switch 2 (hereinafter, referred to as a switch current) and outputs a current detection signal Vsi proportional to the switch current. The pulse oscillation circuit 911 outputs a set pulse of the switching frequency f. The comparator 912 receives the error voltage Ve output from the error amplifier circuit 72 and the current detection signal Vsi from the current detection circuit 910. When the current detection signal Vsi becomes higher than the error voltage Ve, the comparator 912 outputs a reset pulse to the flip-flop circuit 913. The flip-flop circuit 913 outputs a driving signal V913 which becomes high level when a set pulse from the pulse oscillation circuit 911 is input and becomes low level when an output pulse from the comparator 912 is input.
[0090]
FIG. 16 shows the voltage waveform of each part in the control circuit 91. As shown in FIG. 16, when the error voltage Ve decreases, the pulse width of the drive signal V913 decreases in order to reduce the peak value of the switch current. That is, the duty ratio δ becomes small, and power supply to the load 10 is suppressed. Conversely, when the error voltage Ve increases, the peak value of the switch current increases, so that the pulse width of the drive signal V913 increases. That is, the duty ratio δ increases, and the power supply to the load 10 increases.
[0091]
As described above, in the DC-DC converter according to Embodiment 6, the error amplifier circuit 72 outputs the error voltage Ve obtained by amplifying the difference between the output DC voltage Vo and the output target voltage E0. In the DC-DC converter of the sixth embodiment, the output DC voltage Vo is adjusted to the output target voltage E0 by adjusting the peak value of the current (switch current) flowing through the first switch 2 using the error voltage Ve. Is controlled.
[0092]
When the DC-DC converter is operating in the standby operation mode, for example, if the reference voltage Er of the reference voltage source 720 is reduced according to a signal from the load 10 or the like, the output target voltage E0 and the output upper limit voltage E1 also decrease. . At this time, the comparator 150 of the output power drop detection circuit 15 outputs “L” because the detected voltage becomes higher than the lowered reference voltage Er. This “L” signal is input to the synchronous switch driving circuit 915. At this time, since the output power drop detection circuit 15 detects the output power drop state and the light load detection circuit 916 detects the light load state, the synchronous switch drive circuit 915 uses the drive voltage V 914 of the inverter 914 as it is. It outputs as the drive voltage Vd2 of the second switch 3. As a result, the second switch 3 performs an on / off operation in synchronization with the first switch 2, so that the DC-DC converter operates in the standby operation mode while the comparator 150 is outputting the “L” signal. Instead, it operates in continuous operation mode. This continuous operation mode is a transient response operation mode.
[0093]
In this transient response operation mode, power regeneration is performed, and the output DC voltage Vo sharply decreases. This power regeneration operation is continued until the output DC voltage Vo reaches the output upper limit voltage E1 and the comparator 150 of the output power sudden decrease detection circuit 15 is inverted. When the comparator 150 is inverted, the output power rapid decrease detection circuit 15 does not detect the output power rapid decrease state. At this time, since the light load detection circuit 916 detects the light load state, the DC-DC converter operates in the discontinuous operation mode. However, at this time, if the error voltage Ve has not sufficiently decreased, the output DC voltage Vo increases. Then, the comparator 150 is further inverted to enter the continuous operation mode and perform power regeneration. Due to this power regeneration operation, the output DC voltage Vo decreases, and the comparator 150 is further inverted to enter the discontinuous operation mode. As described above, the operation in the continuous operation mode and the operation in the discontinuous operation mode are repeated, and the error voltage Ve eventually decreases sufficiently, and the output DC voltage Vo settles at the output target voltage E0.
[0094]
While the DC-DC converter controlled in the voltage mode has been described in the first embodiment, the DC-DC converter controlled in the current mode has been described in the sixth embodiment. As is clear from the description of the operation in the sixth embodiment, the current mode control method is applicable to the DC-DC converter of the present invention, and has the same excellent effects as the voltage mode control method.
As described in the first to sixth embodiments, the present invention has the effect of shortening the response time when the output DC voltage is rapidly reduced. Further, according to the present invention, when the output DC voltage Vo is higher than the output target voltage E0, the stability of the output DC voltage Vo can be improved by regenerating power to the input side of the output DC voltage Vo. Having. For this reason, the DC-DC converter of the present invention is effective in suppressing overshoot due to a sudden change in output conditions and the like. For example, at the start of the DC-DC converter, particularly at the start of light load, when the input DC voltage is applied and the DC-DC converter starts operating, the difference between the output DC voltage Vo and the reference voltage Er is reduced. growing. As a result, the error voltage Ve increases, the peak value of the switch current also increases, and the output DC voltage Vo sharply increases. In the conventional DC-DC converter, after the output DC voltage Vo reaches the output target voltage E0, an overshoot occurs in the output DC voltage during a delay time of the operation circuit for suppressing the supply power. In particular, when the load is light, the overshoot increases. Further, since the stability to the output target voltage E0 depends on the load, it takes time for the output DC voltage Vo to respond to the output target voltage E0. In the DC-DC converter of the present invention, when the output DC voltage Vo becomes higher than the output target voltage E0 and exceeds the output upper limit voltage, the second switch 3 is turned on and off to regenerate power. I have. Since the DC-DC converter of the present invention is configured as described above, the output DC voltage Vo can be rapidly reduced, so that the response time to the output target voltage E0 can be shortened.
[0095]
In the sixth embodiment, a step-down converter capable of synchronous rectification has been described. However, the DC-DC converter of the present invention is not limited to such a configuration. The present invention is applicable to all step-down, step-up and step-up / step-down DC-DC converters capable of synchronous rectification.
Further, the control in the DC-DC converters of the first to sixth embodiments can be applied even at the time of startup, and the response time to the output target voltage E0 at the time of startup can be shortened.
Further, the DC-DC converters described in the first to sixth embodiments can be configured to have each function by combining them.
Furthermore, each component such as the control unit in the DC-DC converter described in the first to sixth embodiments can be individually configured as an independent unit, and used in another embodiment. is there.
[0096]
【The invention's effect】
As is clear from the above, the DC-DC converter of the present invention has the following effects.
The DC-DC converter of the present invention sets an output upper limit voltage higher by a predetermined voltage than an output target voltage to be a control target of an output DC voltage, and outputs a comparison result between the output upper limit voltage and the output DC voltage. By providing the power sudden decrease detection circuit, when the output DC voltage is higher than the output upper limit voltage in the light load state, the standby operation mode is canceled and the transient response operation mode for performing the power regeneration operation is executed. Thus, the present invention significantly improves the response speed at which the output DC voltage efficiently reaches the output target voltage regardless of the load condition, even if the output DC voltage becomes higher than the output target voltage due to some condition change. It has the effect of being able to.
[0097]
Further, the DC-DC converter of the present invention sets an output upper limit voltage higher by a predetermined voltage than an output target voltage which is a control target of the output DC voltage, and outputs a comparison result between the output upper limit voltage and the output DC voltage. If the output DC voltage is higher than the output upper limit voltage, the error voltage is forcibly changed to lower the output DC voltage, and the power regenerated by the power regeneration operation is reduced. It is configured to operate in a larger transient response operation mode. Therefore, the DC-DC converter of the present invention has an excellent effect that the response time can be shortened.
[0098]
Further, the DC-DC converter of the present invention sets an output upper limit voltage higher by a predetermined voltage than an output target voltage to be a control target of the output DC voltage, and outputs a comparison result between the output upper limit voltage and the output DC voltage. If the output DC voltage is higher than the output upper limit voltage and the output DC voltage is higher than the input DC voltage, the error voltage and the offset voltage are forcibly reduced so that the output DC voltage decreases. Has changed. For this reason, the DC-DC converter of the present invention operates in the transient response operation mode in which the power regenerated by the power regenerating operation is larger, so that the response time can be reduced. Further, in the present invention, by performing the step-up operation of the DC-DC converter capable of stepping up and down in the transient response operation mode, there is an effect that the switching loss is reduced and the efficiency is increased.
[0099]
Also, the DC-DC converter of the present invention is provided with a high-speed response circuit having a regenerative switch between the input and output, and when the output DC voltage is higher than the output upper limit voltage and the output DC voltage is higher than the input DC voltage, the regenerative switch is provided. The on state enables application even to a DC-DC converter that cannot perform power regeneration operation. Even if the output DC voltage becomes higher than the output target voltage due to some condition change, the output DC voltage is output regardless of the load condition. The response speed to reach the target voltage can be greatly improved. Further, by applying the configuration of the DC-DC converter of the present invention having the high-speed response circuit to the DC-DC converter capable of synchronous rectification, the response time can be further reduced.
[0100]
Further, since the DC-DC converter of the present invention is configured to receive an external signal indicating a sudden decrease in output power, the DC-DC converter is configured to always perform a power regeneration operation during a period in which the external signal is input. Accordingly, the response time can be significantly reduced, and the circuit can be simplified.
In addition, the present invention is applicable to a DC-DC converter controlled in a voltage mode and a DC-DC converter controlled in a current mode. It has an excellent effect of shortening the time.
Further, the DC-DC converter of the present invention can be adapted even at the time of startup, and can reduce the response time to the output target voltage at the time of startup.
Although the invention has been described in terms of a preferred form with some detail, the present disclosure of the preferred form should vary in the details of construction, and any combination of elements or change in order will not affect the claimed invention. It can be realized without departing from the scope and spirit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform chart showing the operation of each unit in the DC-DC converter according to the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform chart showing an operation of each unit in the DC-DC converter according to the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a waveform chart showing the operation of each part in the DC-DC converter according to the second embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a control unit in the DC-DC converter according to the third embodiment.
FIG. 8 is a waveform chart showing an operation of a control unit in the DC-DC converter according to the third embodiment.
FIG. 9 is a waveform chart showing the operation of each unit in the DC-DC converter according to the third embodiment.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a waveform chart showing the operation of each part in the DC-DC converter according to the fourth embodiment.
FIG. 12 is a waveform chart showing the operation of each unit in the DC-DC converter according to the fourth embodiment.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a waveform chart showing the operation of each part in the DC-DC converter according to the fifth embodiment.
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a waveform chart showing the operation of each part in the DC-DC converter according to the sixth embodiment.
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional DC-DC converter.
FIG. 18 is a waveform chart showing the operation of each unit in a control unit of a conventional DC-DC converter.
FIG. 19 is a circuit diagram showing a SEPIC that is a DC-DC converter capable of stepping up and down.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a Zeta converter which is a DC-DC converter capable of stepping up and down.
[Explanation of symbols]
1 DC input power supply
2 First switch
3 Second switch
4 Rectifier diode
5 Inductor
6 Third switch
7 Fourth switch
8 Second diode
9 Output capacitor
10 Load
11 Control part
12 Error amplifier circuit
13 Oscillation circuit
14 Control circuit
15 Output power drop detection circuit
16 I / O comparison circuit
17. First transient response operation circuit
18. Second transient response operation circuit
19 External signal
20 Synchronous switch drive circuit
21 High-speed response circuit
22 Detection circuit
23 Switch control circuit

Claims (12)

入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御するスイッチ制御回路と、
前記負荷が軽負荷状態であることを検出する軽負荷検出回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と、
前記スイッチ制御回路の出力と前記軽負荷検出回路の出力と前記出力電力急減検出回路の出力とが入力される同期スイッチ駆動回路と、を具備するDC−DCコンバータであって、
前記同期スイッチ駆動回路が、
(1)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出しないとき前記同期スイッチ回路をオフ状態とし、
(2)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出したとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(3)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出しないとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(4)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出したとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A switch control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit.
A light load detection circuit for detecting that the load is in a light load state,
An output power rapid decrease detection circuit for detecting a rapid decrease in output power,
A DC-DC converter comprising: a synchronous switch drive circuit to which an output of the switch control circuit, an output of the light load detection circuit, and an output of the output power rapid detection circuit are input,
The synchronous switch drive circuit,
(1) the synchronous switch circuit is turned off when the light load detection circuit detects a light load state and the output power sudden decrease detection circuit does not detect the output power rapid decrease state;
(2) the synchronous switch circuit according to the output from the switch control circuit when the light load detection circuit detects a light load state and the output power sudden decrease detection circuit detects a rapid output power decrease state; Is turned on and off, and
(3) when the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power rapid decrease detection circuit does not detect a rapid output power decrease state, the synchronous switch circuit is turned on / off according to an output from the switch control circuit; Operating state,
(4) When the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power, the synchronous switch circuit is turned on / off according to the output from the switch control circuit. A DC-DC converter that is in an operating state.
出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、出力電力を低下させるように誤差電圧を強制的に変更する第1の過渡応答動作回路を有する請求項1に記載のDC−DCコンバータ。2. The DC-DC converter according to claim 1, further comprising: a first transient response operation circuit for forcibly changing an error voltage so as to reduce the output power at the time of a transient response in which the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power. DC converter. スイッチ制御回路がオフセット電圧源を有し、出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、出力電力を低下させるように前記オフセット電圧を強制的に変更する第2の過渡応答動作回路を有する請求項1又は2に記載のDC−DCコンバータ。A second transient response forcibly changing the offset voltage so as to reduce the output power when a transient response in which the switch control circuit has an offset voltage source and the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power; 3. The DC-DC converter according to claim 1, further comprising an operation circuit. 入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路を駆動する制御回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と,
前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記誤差電圧を強制的に変更する第1の過渡応答動作回路と、
を具備することを特徴とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A control circuit that adjusts the on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and drives the main switch circuit and the synchronous switch circuit,
An output power drop detection circuit for detecting a sudden output power drop state;
A first transient response operation circuit that forcibly changes the error voltage so as to decrease the output power during a transient response in which the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power;
A DC-DC converter comprising:
制御回路がオフセット電圧を出力するオフセット電圧源を有し、
出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記オフセット電圧を強制的に変更する第2の過渡応答動作回路をさらに具備する請求項4に記載のDC−DCコンバータ。
The control circuit has an offset voltage source that outputs an offset voltage,
5. The circuit according to claim 4, further comprising a second transient response operation circuit for forcibly changing the offset voltage so as to reduce the output power when a transient response in which the output power rapid decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power. A DC-DC converter as described.
入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御する制御回路と、
出力電力の急減状態を検出する出力電力急減検出回路と、
入力直流電圧と出力直流電圧を比較する入出力比較回路と、
DC−DCコンバータの入出力間に並列に接続された回生スイッチ回路を有し、前記出力直流電圧が前記入力直流電圧より高く、且つ前記出力電力急減検出回路が出力電力の急減状態を検出した過渡応答時に、前記回生スイッチ回路をオン状態とする高速応答回路と、
を具備することを特徴とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit.
An output power rapid decrease detection circuit for detecting a rapid decrease in output power,
An input / output comparison circuit for comparing the input DC voltage with the output DC voltage,
A regenerative switch circuit connected in parallel between the input and output of the DC-DC converter, wherein the output DC voltage is higher than the input DC voltage, and the output power sudden decrease detection circuit detects a rapid decrease in output power. A high-speed response circuit that turns on the regenerative switch circuit when responding;
A DC-DC converter comprising:
出力電力急減検出回路が、出力直流電圧の制御目標となる出力目標電圧に対して所定の電圧だけ高い出力上限電圧を設定するよう構成されており、前記出力上限電圧と前記出力直流電圧とを比較する比較回路を有して、前記比較回路の出力に基づき、前記出力直流電圧が前記出力上限電圧より高い期間を前記過渡応答時として検出するよう構成された請求項1、4、5又は6のいずれかに記載のDC−DCコンバータ。The output power sudden decrease detection circuit is configured to set an output upper limit voltage higher by a predetermined voltage than an output target voltage that is a control target of the output DC voltage, and compares the output upper limit voltage with the output DC voltage. 7. The circuit according to claim 1, further comprising a comparison circuit configured to detect a period in which the output DC voltage is higher than the output upper limit voltage as the transient response based on an output of the comparison circuit. 8. The DC-DC converter according to any one of the above. DC−DCコンバータに接続された負荷から、出力電力の急減状態を示す信号が入力されるよう構成された請求項1、4、5又は6のいずれかに記載のDC−DCコンバータ。The DC-DC converter according to any one of claims 1, 4, 5, and 6, wherein a signal indicating a state of a rapid decrease in output power is input from a load connected to the DC-DC converter. 入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御するスイッチ制御回路と、
前記負荷が軽負荷状態であることを検出する軽負荷検出回路と、
前記スイッチ制御回路の出力と、前記軽負荷検出回路の出力と、出力電力の急減状態か否かを示す信号が入力される同期スイッチ駆動回路と、を具備するDC−DCコンバータであって、
(1)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力が急減状態でないとき前記同期スイッチ回路をオフ状態とし、
(2)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態であることを検出し、且つ前記出力電力が急減状態であるとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(3)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力が急減状態でないとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とし、
(4)前記軽負荷検出回路が軽負荷状態を検出せず、且つ前記出力電力が急減状態であるとき前記スイッチ制御回路からの出力に応じて前記同期スイッチ回路をオンオフ動作状態とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A switch control circuit that adjusts an on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and controls driving of the main switch circuit.
A light load detection circuit for detecting that the load is in a light load state,
A DC-DC converter comprising: an output of the switch control circuit, an output of the light load detection circuit, and a synchronous switch driving circuit to which a signal indicating whether the output power is in a rapidly decreasing state is input,
(1) detecting that the light load detection circuit is in a light load state, and turning off the synchronous switch circuit when the output power is not in a rapidly decreasing state;
(2) detecting that the light load detection circuit is in a light load state, and setting the synchronous switch circuit to an on / off operation state according to an output from the switch control circuit when the output power is in a rapidly decreasing state;
(3) when the light load detection circuit does not detect a light load state and the output power is not in a rapidly decreasing state, the synchronous switch circuit is turned on / off in response to an output from the switch control circuit;
(4) When the light load detection circuit does not detect a light load state, and when the output power is in a rapidly decreasing state, the synchronous switch circuit is turned on / off in response to an output from the switch control circuit. converter.
入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
同期スイッチ回路を有し、前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路及び前記同期スイッチ回路を駆動する制御回路と、
出力電力を急減させることを示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記誤差電圧を強制的に変更する第1の過渡応答動作回路と、
を具備することを特徴とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
An inductor that repeatedly stores and releases magnetic energy by a switching operation of the main switch circuit;
A rectifying and smoothing circuit having a synchronous switch circuit, rectifying and smoothing the voltage of the main switch circuit or the inductor and supplying an output DC voltage to a load;
An error amplifier circuit that compares the output DC voltage with a reference voltage and outputs an error voltage;
A control circuit that adjusts the on / off period of the main switch circuit and the synchronous switch circuit based on the error voltage, and drives the main switch circuit and the synchronous switch circuit,
A first transient response operation circuit that forcibly changes the error voltage so as to reduce the output power during a transient response in which a signal indicating that the output power is rapidly reduced is input from the load side;
A DC-DC converter comprising:
制御回路がオフセット電圧を出力するオフセット電圧源を有し、
出力電力を急減させることを示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記出力電力を低下させるように前記オフセット電圧を強制的に変更する第2の過渡応答動作回路をさらに具備する請求項10に記載のDC−DCコンバータ。
The control circuit has an offset voltage source that outputs an offset voltage,
A transient response operation circuit for forcibly changing the offset voltage so as to reduce the output power when a signal indicating that the output power is rapidly reduced is input from the load side. A DC-DC converter according to claim 10.
入力直流電圧を供給する入力直流電源と、
前記入力直流電圧が入力され所定のオン期間とオフ期間でスイッチング動作する主スイッチ回路と、
前記主スイッチ回路のスイッチング動作により磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すインダクタと、
前記主スイッチ回路または前記インダクタの電圧を整流平滑して出力直流電圧を負荷に供給する整流平滑回路と、
前記出力直流電圧と基準電圧を比較して誤差電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差電圧に基づいて前記主スイッチ回路のオンオフ期間を調整し、前記主スイッチ回路を駆動制御する制御回路と、
入力直流電圧と出力直流電圧を比較する入出力比較回路と、
DC−DCコンバータの入出力間に並列に接続された回生スイッチ回路を有し、前記出力直流電圧が前記入力直流電圧より高く、且つ出力電力を急減させることを示す信号が負荷側から入力された過渡応答時に、前記回生スイッチ回路をオン状態とする高速応答回路と、
を具備することを特徴とするDC−DCコンバータ。
An input DC power supply for supplying an input DC voltage,
A main switch circuit that receives the input DC voltage and performs a switching operation during a predetermined ON period and OFF period;
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A regenerative switch circuit connected in parallel between the input and output of the DC-DC converter, wherein the output DC voltage is higher than the input DC voltage, and a signal indicating that output power is rapidly reduced is input from the load side; A high-speed response circuit that turns on the regenerative switch circuit during a transient response;
A DC-DC converter comprising:
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