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JP2018099021A - Non-insulated DC / DC converter, its controller, and electronic equipment - Google Patents

Non-insulated DC / DC converter, its controller, and electronic equipment Download PDF

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Abstract

【課題】低電圧を生成可能な非絶縁型のDC/DCコンバータを提供する。
【解決手段】バックコンバータ202は、スイッチングトランジスタMを含む。コントローラ300のグランドには、スイッチングトランジスタMのソースと接続されるスイッチングライン204が接続される。コントローラ300は、スイッチングトランジスタMを駆動するとともに、昇圧パルスSを生成する。昇圧回路210は、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTを受け、昇圧パルスSを利用して、コントローラ300の電源電圧VBOOSTを生成する。
【選択図】図2
A non-insulated DC / DC converter capable of generating a low voltage is provided.
A buck converter 202 includes a switching transistor M 1. A switching line 204 connected to the source of the switching transistor M 1 is connected to the ground of the controller 300. The controller 300 drives the switching transistor M 1, to produce a boosting pulse S 1. The booster circuit 210 receives the output voltage V OUT of the DC / DC converter 200 and generates the power supply voltage VB OST of the controller 300 using the boost pulse S 1 .
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、非絶縁型のDC/DCコンバータに関する。   The present invention relates to a non-insulated DC / DC converter.

冷蔵庫や洗濯機、炊飯器をはじめとするさまざまな家電製品は、外部からの商用交流電力を受けて動作する。こうした家電製品や電子機器(以下、電子機器と総称する)には、商用交流電圧をAC/DC(交流/直流)変換する電源装置(AC/DCコンバータ)が内蔵される。   Various home appliances such as refrigerators, washing machines, and rice cookers operate by receiving commercial AC power from the outside. Such home appliances and electronic devices (hereinafter collectively referred to as electronic devices) incorporate a power supply device (AC / DC converter) that converts commercial AC voltage into AC / DC (AC / DC).

図1は、本発明者が検討したAC/DCコンバータ100Rの基本構成を示すブロック図である。AC/DCコンバータ100Rは主として整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200Rを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an AC / DC converter 100R examined by the present inventors. The AC / DC converter 100R mainly includes a rectifier circuit 104, a smoothing capacitor 106, and a DC / DC converter 200R.

整流回路104は、交流電圧VACを全波整流するダイオードブリッジ回路である。整流回路104の出力電圧は、平滑キャパシタ106によって平滑化され、直流電圧VDCに変換される。 The rectifier circuit 104 is a diode bridge circuit that full-wave rectifies the AC voltage VAC. The output voltage of the rectifier circuit 104 is smoothed by the smoothing capacitor 106 and converted into a direct-current voltage VDC .

洗濯機や冷蔵庫などの家電製品は、電気的な端子が外部に露出しておらず、製品全体として絶縁構造を有している。こうした家電製品では、絶縁型のフライバックコンバータに代えて、非絶縁型のDC/DCコンバータが用いられる。非絶縁型のDC/DCコンバータ200Rは、入力端子Pに直流電圧VDCを受け、それを降圧して、目標値に安定化された出力電圧VOUTを出力端子Pに接続される負荷(不図示)に供給する。DC/DCコンバータ200Rは、非絶縁型のバックコンバータ202、コントローラ300およびその他の周辺部品を含む。バックコンバータ202はスイッチングトランジスタM、インダクタL、整流ダイオードD、出力キャパシタCを含む。 In home appliances such as washing machines and refrigerators, electrical terminals are not exposed to the outside, and the entire product has an insulating structure. In such home appliances, a non-insulated DC / DC converter is used in place of the insulating flyback converter. DC / DC converters 200R nonisolated receives a DC voltage V DC to an input terminal P 1, the load steps down it, is connected to the output voltage V OUT stabilized at the target value to the output terminal P 2 (Not shown). The DC / DC converter 200R includes a non-insulated buck converter 202, a controller 300, and other peripheral components. The buck converter 202 includes a switching transistor M 1 , an inductor L 1 , a rectifier diode D 1 , and an output capacitor C 1 .

コントローラ300Rは、スイッチングトランジスタMを駆動し、出力端子Pに安定化された出力電圧VOUTを発生させる。スイッチングトランジスタMはNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。コントローラ300Rの接地(GND)ピンは、スイッチングトランジスタMのソースと接続され、したがってコントローラ300Rのグランドは、スイッチングトランジスタMのソース電圧Vとなり、スイッチングトランジスタMのスイッチングと同期して変動する。 The controller 300R drives the switching transistor M 1, to generate a regulated output voltage V OUT at the output terminal P 2. Switching transistor M 1 is an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ). Ground controllers 300R (GND) pin is connected to the source of the switching transistor M 1, thus ground controller 300R will vary synchronization source voltage V S next to the switching transistor M 1, a switching of the switching transistor M 1 .

DC/DCコンバータ200Rの出力端子(出力ライン)PとGNDピンの間には、ダイオードDおよびキャパシタCが設けられる。コントローラ300Rの電源(VIN)ピンは、ダイオードDとキャパシタCの接続ノードと接続される。コントローラ300Rの電源電圧VDDは、VINピンとGNDピンの電位差となり、したがってキャパシタCの両端間電圧VC2と等しい。 Between the output terminal (output line) P 2 and GND pin of the DC / DC converter 200R, the diode D 2 and capacitor C 2 is provided. Power (VIN) pin of the controller 300R is connected to the connection node diode D 2 and capacitor C 2. Power supply voltage V DD of the controller 300R becomes a potential difference between VIN and GND pins, thus equal to the voltage across V C2 of the capacitor C 2.

スイッチングトランジスタMがオフの期間、スイッチングトランジスタMのソース電圧Vは−Vである。つまりキャパシタCの一端にはVOUT−Vが印加され、他端には−Vが印加される。Vはダイオードの順方向電圧である。このときキャパシタCの両端間電圧VC2はVOUTに充電され、したがってコントローラ300Rの電源電圧VDDは、出力電圧VOUTと等しい。 Period of the switching transistor M 1 is turned off, the source voltage V S of the switching transistor M 1 is -V F. That is at one end of the capacitor C 2 V OUT -V F is applied, -V F is applied to the other end. V F is the forward voltage of the diode. At this time the voltage across V C2 of the capacitor C 2 is charged to V OUT, thus the power supply voltage V DD of the controller 300R is equal to the output voltage V OUT.

スイッチングトランジスタMのオフ期間では、GNDピンのソース電圧Vが、直流電圧VDC付近まで跳ね上がる。このときキャパシタCの他端の入力電圧VINは、VDC+VOUTとなる。VIN>VOUTとなるため、整流ダイオードDによってキャパシタCと出力端子Pは切り離され、キャパシタCの両端間電圧は維持される。したがってスイッチングトランジスタMのオフ期間においても、コントローラ300Rの電源電圧VDDは、出力電圧VOUTと等しい。 In the off period of the switching transistor M 1, the source voltage V S of the GND pin, jump to the vicinity of the DC voltage V DC. Input voltage V IN at this time of the capacitor C 2 and the other end becomes V DC + V OUT. Since V IN > V OUT , the capacitor C 2 and the output terminal P 2 are disconnected by the rectifier diode D 2 , and the voltage across the capacitor C 2 is maintained. Therefore even in the off-period of the switching transistor M 1, the power supply voltage V DD of the controller 300R is equal to the output voltage V OUT.

コントローラ300Rのハイ電圧(VH)ピンには、直流電圧VDCが入力される。コントローラ300Rの内部のスタータ回路は、DC/DCコンバータ200Rの起動時に、直流電圧VDCを利用して、キャパシタCを充電して自分自身の電源電圧VINを発生する。 The DC voltage VDC is input to the high voltage (VH) pin of the controller 300R. When the DC / DC converter 200R is activated, the starter circuit inside the controller 300R uses the direct current voltage V DC to charge the capacitor C 2 to generate its own power supply voltage VIN .

コントローラ300Rのフィードバック(FB)ピンには、キャパシタCの発生電圧VC2を抵抗R11,R12によって分圧した電圧VFBがフィードバックされる。コントローラ300Rは、フィードバック電圧VFBが内部の基準電圧VREFと一致するように、スイッチングトランジスタMのゲート駆動パルスVのデューティ比(あるいは周波数)をフィードバック制御する。その結果、出力電圧VOUTは、目標電圧VOUT(REF)に安定化される。
OUT(REF)=VREF×(R11+R12)/R12
A voltage V FB obtained by dividing the generated voltage V C2 of the capacitor C 2 by the resistors R 11 and R 12 is fed back to the feedback (FB) pin of the controller 300R. The controller 300R is the feedback voltage V FB is to match the internal reference voltage V REF, feedback control of the duty ratio of the gate drive pulse V G of the switching transistor M 1 (or frequency). As a result, the output voltage V OUT is stabilized at the target voltage V OUT (REF) .
V OUT (REF) = V REF × (R 11 + R 12 ) / R 12

特開2001−136735号公報JP 2001-136735 A

本発明者は、図1のDC/DCコンバータ200Rについて検討した結果、以下の問題を認識するに至った。   As a result of studying the DC / DC converter 200R of FIG. 1, the present inventor has come to recognize the following problems.

上述のように、DC/DCコンバータ200Rの電源電圧VDDは、出力電圧VOUTに依存する。スイッチングトランジスタMをターンオンするためには、VDD>VGS(th)が成り立たなければならず、したがって、VOUT>VGS(th)が成り立つ必要がある。VGS(th)は、スイッチングトランジスタMのゲートしきい値電圧である。 As described above, the power supply voltage V DD of the DC / DC converter 200R depends on the output voltage VOUT . To turn on the switching transistor M 1 has to be satisfied V DD> V GS (th) is, therefore, needs to V OUT> V GS (th) is established. V GS (th) is the gate threshold voltage of the switching transistor M 1 .

このように、DC/DCコンバータ200Rは、その出力電圧VOUTの設定範囲(下限)が、スイッチングトランジスタMの特性(ゲートしきい値電圧VGS(th))によって制約されるという問題がある。 As described above, the DC / DC converter 200R has a problem that the setting range (lower limit) of the output voltage V OUT is restricted by the characteristics of the switching transistor M 1 (gate threshold voltage V GS (th) ). .

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、低電圧を生成可能なDC/DCコンバータの提供にある。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a DC / DC converter capable of generating a low voltage.

本発明のある態様は、非絶縁型のDC/DCコンバータに関する。DC/DCコンバータは、スイッチングトランジスタを含むバックコンバータと、スイッチングトランジスタのソースと接続されるスイッチングラインがグランドに接続され、スイッチングトランジスタを駆動するとともに、昇圧パルスを生成するコントローラと、DC/DCコンバータの出力電圧を受け、昇圧パルスを利用して、コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、を備える。   One embodiment of the present invention relates to a non-insulated DC / DC converter. The DC / DC converter includes a buck converter including a switching transistor, a switching line connected to the source of the switching transistor is connected to the ground, drives the switching transistor, generates a boost pulse, and a DC / DC converter And a booster circuit that receives the output voltage and generates a power supply voltage of the controller using the boost pulse.

この態様によると、昇圧回路によって出力電圧を昇圧し、出力電圧より高い電源電圧を生成することが可能となる。したがってDC/DCコンバータの出力電圧の設定値を下げることができる。   According to this aspect, the output voltage can be boosted by the booster circuit, and a power supply voltage higher than the output voltage can be generated. Therefore, the set value of the output voltage of the DC / DC converter can be lowered.

スイッチングトランジスタは、コントローラと同一のパッケージに内蔵されていてもよい。   The switching transistor may be incorporated in the same package as the controller.

コントローラは、オシレータと、オシレータが生成する信号と同期してパルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号に応じてスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、オシレータが生成する信号にもとづいて昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、を含んでもよい。   The controller includes an oscillator, a pulse width modulator that generates a pulse signal in synchronization with a signal generated by the oscillator, a driver that drives a switching transistor according to the pulse signal, and a boost pulse based on the signal generated by the oscillator. And a boost pulse generator to be generated.

昇圧回路は、一端がスイッチングラインと接続される第1キャパシタと、アノードにDC/DCコンバータの出力電圧を受け、カソードが第1キャパシタの他端と接続される第1ダイオードと、スイッチングラインをグランドとして構成され、第1キャパシタの両端間電圧を入力電圧として受け、昇圧パルスに応じた昇圧動作を行うチャージポンプ回路と、を含んでもよい。   The booster circuit includes a first capacitor having one end connected to the switching line, a first diode receiving the output voltage of the DC / DC converter at the anode, and a cathode connected to the other end of the first capacitor, and the switching line connected to the ground. And a charge pump circuit that receives a voltage across the first capacitor as an input voltage and performs a boosting operation according to the boosting pulse.

コントローラは、第1キャパシタの他端の電圧をフィードバック電圧として受け、フィードバック電圧が基準電圧と一致するようにスイッチングトランジスタを駆動してもよい。
これにより、DC/DCコンバータの出力電圧を基準電圧に応じた目標電圧に安定化できる。
The controller may receive the voltage at the other end of the first capacitor as a feedback voltage and drive the switching transistor so that the feedback voltage matches the reference voltage.
As a result, the output voltage of the DC / DC converter can be stabilized at a target voltage corresponding to the reference voltage.

チャージポンプ回路は、第1キャパシタの両端間電圧と昇圧パルスの振幅を加算した電圧を生成してもよい。   The charge pump circuit may generate a voltage obtained by adding the voltage across the first capacitor and the amplitude of the boost pulse.

チャージポンプ回路は、複数のダイオードを含んでもよい。   The charge pump circuit may include a plurality of diodes.

チャージポンプ回路は、複数のスイッチを含んでもよい。昇圧パルスと同期して複数のスイッチを駆動する駆動回路をさらに備えてもよい。   The charge pump circuit may include a plurality of switches. A drive circuit that drives the plurality of switches in synchronization with the boost pulse may be further included.

複数のスイッチおよび駆動回路は、コントローラと同一の半導体基板に集積化されてもよい。   The plurality of switches and the drive circuit may be integrated on the same semiconductor substrate as the controller.

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、負荷と、交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給するDC/DCコンバータと、を備えてもよい。   Another embodiment of the present invention relates to an electronic device. The electronic device includes a load, a diode rectifier circuit that full-wave rectifies an AC voltage, a smoothing capacitor that generates a DC input voltage by smoothing the output voltage of the diode rectifier circuit, and steps down the DC input voltage and supplies it to the load And a DC / DC converter.

本発明の別の態様は、非絶縁型のDC/DCコンバータのコントローラに関する。DC/DCコンバータは、コントローラに加えて、バックコンバータと、DC/DCコンバータの出力電圧および昇圧パルスに応じて、コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、を備える。コントローラは、スイッチングトランジスタと、スイッチングトランジスタのソースと接続される接地ピンと、スイッチングトランジスタのドレインと接続されるハイ電圧ピンと、DC/DCコンバータの出力電圧に応じてフィードバック電圧を受けるべきフィードバックピンと、オシレータと、オシレータと同期して、フィードバック電圧と基準電圧が近づくようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号にもとづいてスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、オシレータと同期して、昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、を備える。   Another aspect of the present invention relates to a controller for a non-insulated DC / DC converter. In addition to the controller, the DC / DC converter includes a buck converter and a booster circuit that generates a power supply voltage for the controller in accordance with the output voltage and booster pulse of the DC / DC converter. The controller includes a switching transistor, a ground pin connected to the source of the switching transistor, a high voltage pin connected to the drain of the switching transistor, a feedback pin to receive a feedback voltage according to the output voltage of the DC / DC converter, an oscillator, In synchronization with the oscillator, a pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio changes so that the feedback voltage and the reference voltage approach, a driver that drives the switching transistor based on the pulse signal, and in synchronization with the oscillator, A boost pulse generator for generating a boost pulse.

コントローラは、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。   The controller may be integrated on a single semiconductor substrate.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。さらに、この課題を解決するための手段の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention. Furthermore, the description of the means for solving this problem does not explain all the indispensable features, and therefore the sub-combination of these features described can also be the present invention.

本発明のある態様によれば、DC/DCコンバータの出力電圧を下げることができる。   According to an aspect of the present invention, the output voltage of the DC / DC converter can be lowered.

本発明者が検討したAC/DCコンバータの基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the AC / DC converter which this inventor examined. 第1の実施の形態に係るDC/DCコンバータを備えるAC/DCコンバータの回路図である。1 is a circuit diagram of an AC / DC converter including a DC / DC converter according to a first embodiment. 図2のDC/DCコンバータの動作波形図である。FIG. 3 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter of FIG. 2. 図2のDC/DCコンバータの具体的な構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the DC / DC converter of FIG. 2. コントローラの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a controller. 図6(a)、(b)は、昇圧回路の変形例を示す回路図である。6A and 6B are circuit diagrams showing modifications of the booster circuit. 第2変形例に係るDC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the DC / DC converter which concerns on a 2nd modification. 第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータを備えるAC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of an AC / DC converter provided with the DC / DC converter which concerns on 2nd Embodiment. 図8のDC/DCコンバータの動作波形図である。FIG. 9 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter of FIG. 8. 図8のDC/DCコンバータの具体的な構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structural example of the DC / DC converter of FIG. コントローラの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a controller. 図12(a)、(b)は、昇圧回路の変形例を示す回路図である。12A and 12B are circuit diagrams showing modifications of the booster circuit. AC/DCコンバータを備える電子機器を示す図である。It is a figure which shows an electronic device provided with an AC / DC converter.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. The case where it is indirectly connected through other members that do not affect the state or inhibit the function is also included.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. This includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not affect the connection state or inhibit the function.

(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態に係るDC/DCコンバータ200を備えるAC/DCコンバータ100の回路図である。AC/DCコンバータ100は、整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200を備える。
(First embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram of an AC / DC converter 100 including the DC / DC converter 200 according to the first embodiment. The AC / DC converter 100 includes a rectifier circuit 104, a smoothing capacitor 106, and a DC / DC converter 200.

DC/DCコンバータ200は、非絶縁型のバックコンバータ(降圧コンバータ)202、昇圧回路210、コントローラ300および周辺部品を含む。バックコンバータ202の構成は、図1のそれと同様であり、スイッチングトランジスタM、整流ダイオードD、インダクタL、出力キャパシタCを含む。 The DC / DC converter 200 includes a non-insulated buck converter (step-down converter) 202, a step-up circuit 210, a controller 300, and peripheral components. The configuration of the buck converter 202 is the same as that of FIG. 1, and includes a switching transistor M 1 , a rectifier diode D 1 , an inductor L 1 , and an output capacitor C 1 .

コントローラ300は、VHピン、GNDピン、VINピン、FBピン、昇圧(BOOST)ピンを備える。バックコンバータ202のスイッチングトランジスタMは、コントローラ300と同一パッケージに内蔵されている。 The controller 300 includes a VH pin, a GND pin, a VIN pin, an FB pin, and a boost (BOOST) pin. The switching transistor M 1 of the buck converter 202 is built in the same package as the controller 300.

GNDピンは、スイッチングトランジスタMのソースと接続される。GNDピンと接続される配線をスイッチングライン204と称する。コントローラ300は、GNDピンの電位(すなわちスイッチングライン204の電位V)をグランドとして動作する。コントローラ300は、FBピンにフィードバックされる電圧VFBが所定の目標値と一致するようにデューティ比(あるいは周波数)が変化するパルス信号を生成し、パルス信号に応じたゲート駆動パルスVをスイッチングトランジスタMのゲートに供給する。FBピンには、出力電圧VOUTと相関を有する電圧をフィードバックすればよく、その電圧は特に限定されない。 GND pin is connected to the source of the switching transistor M 1. A wiring connected to the GND pin is referred to as a switching line 204. The controller 300 operates using the potential of the GND pin (that is, the potential V S of the switching line 204) as the ground. The controller 300 generates a pulse signal whose duty ratio (or frequency) is changed so that the voltage V FB that is fed back to the FB pin is coincident with the predetermined target value, switching the gate drive pulse V G in response to the pulse signal supplied to the gate of the transistor M 1. A voltage having a correlation with the output voltage VOUT may be fed back to the FB pin, and the voltage is not particularly limited.

コントローラ300は、昇圧パルスSを発生し、BOOSTピンから出力する。昇圧パルスSは、昇圧回路210に入力される。たとえば昇圧パルスSのデューティ比は、DC/DCコンバータ200の動作状態に依存しないことが望ましく、50%近傍(40〜60%)の所定値に固定される。 The controller 300 generates a boosting pulse S 1, and outputs from the BOOST pin. The boost pulse S 1 is input to the boost circuit 210. For example the duty ratio of the step-up pulse S 1 is desirably not dependent on the operating state of the DC / DC converter 200, it is fixed to a predetermined value in the vicinity of 50% (40% to 60%).

昇圧回路210は、DC/DCコンバータ200(バックコンバータ202)の出力電圧VOUTを受け、昇圧パルスSを利用してその出力OUTに、出力電圧VOUTを昇圧して得られる電源電圧VBOOSTを発生し、コントローラ300の入力ピン(VIN)に供給する。この電源電圧VBOOSTは、スイッチングライン204の電圧Vに対して一定の電位差ΔV、高い状態を維持しながら変動する。
BOOST=V+ΔV …(1)
Boosting circuit 210 receives the output voltage V OUT of the DC / DC converter 200 (buck converter 202), at its output OUT by using the boosting pulse S 1, the power supply voltage V BOOST which is obtained by boosting the output voltage V OUT Is supplied to the input pin (VIN) of the controller 300. The power supply voltage V BOOST varies while maintaining a constant potential difference ΔV and high with respect to the voltage V S of the switching line 204.
V BOOST = V S + ΔV (1)

電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧電圧幅をVADDとするとき、
ΔV=VOUT+VADD …(2A)
で与えられる。なお別の観点から見ると、昇圧回路210が発生する電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧率をα(ただしα>1)として、式(2B)のように表してもよい。
ΔV=α×VOUT …(2B)
When the potential difference ΔV is that the boosted voltage width by the booster circuit 210 and V ADD,
ΔV = V OUT + V ADD (2A)
Given in. From another point of view, the potential difference ΔV generated by the booster circuit 210 may be expressed as in Expression (2B), where α is a boost rate by the booster circuit 210 (where α> 1).
ΔV = α × V OUT (2B)

電位差ΔVは、スイッチングトランジスタMのゲートしきい値電圧VGS(th)より大きくなるように定められる。
ΔV>VGS(th) …(3)
The potential difference ΔV is determined to be larger than the gate threshold voltage V GS (th) of the switching transistor M 1 .
ΔV> V GS (th) (3)

以上がDC/DCコンバータ200の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2のDC/DCコンバータ200の動作波形図である。定常状態において、スイッチングトランジスタMがとなるデューティ比Dでスイッチングすると、VOUT≒D×VDCに安定化される。このときスイッチングラインの電圧Vは、VDCと−Vの間をスイッチングする。 The above is the configuration of the DC / DC converter 200. Next, the operation will be described. FIG. 3 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter 200 of FIG. In the steady state, the switches at the duty ratio D of the switching transistor M 1 is, are stabilized to V OUT ≒ D × V DC. At this time, the voltage V S of the switching line switches between V DC and −V F.

上述のように、電源電圧VBOOSTは、スイッチングライン204の電圧Vに対して電位差ΔVだけ高い状態を維持しながら変動する。この電位差ΔVはスイッチングトランジスタMのゲートしきい値電圧VGS(th)より大きい。
BOOST=V+ΔV …(4)
ただし、ΔV=VOUT+VADD>VGS(th)
As described above, the power supply voltage V BOOST varies while maintaining a state higher than the voltage V S of the switching line 204 by the potential difference ΔV. This potential difference ΔV is larger than the gate threshold voltage V GS (th) of the switching transistor M 1 .
V BOOST = V S + ΔV (4)
However, ΔV = V OUT + V ADD > V GS (th)

コントローラ300のVINピンとGNDピンの電位差、すなわちコントローラ300の電源電圧VDDはVDD=VBOOST−V=ΔVとなる。コントローラ300がスイッチングトランジスタMのゲートソース間に発生可能な電圧(ゲートソース間電圧)VGSの最大振幅は電源電圧VDD=ΔVあるが、ΔV>VGS(th)が成り立っているため、コントローラ300はスイッチングトランジスタMを確実にターンオンすることができる。 The potential difference between the VIN pin and the GND pin of the controller 300, that is, the power supply voltage V DD of the controller 300 is V DD = V BOOST −V S = ΔV. Since the maximum amplitude of the voltage (gate-source voltage) V GS that can be generated between the gate and source of the switching transistor M 1 by the controller 300 is the power supply voltage V DD = ΔV, ΔV> V GS (th) holds. the controller 300 can turn on reliably switching transistor M 1.

図1のDC/DCコンバータ200Rでは、ΔV=VDD≒VOUTであったため、VOUT>VGS(th)とする必要があった。これに対して図2のDC/DCコンバータ200によれば、ΔV=VOUT+VADDが成り立っているため、VOUT<VGS(th)とすることができる。すなわち、出力電圧VOUTの目標電圧を、ゲートしきい値電圧VGS(th)に制約されずに任意に設定することができ、従来よりも低くすることができる。 In the DC / DC converter 200R of FIG. 1, since ΔV = V DD ≈V OUT , it is necessary to satisfy V OUT > V GS (th) . On the other hand, according to the DC / DC converter 200 of FIG. 2, ΔV = V OUT + V ADD is established, and therefore, V OUT <V GS (th) can be satisfied. That is, the target voltage of the output voltage V OUT can be arbitrarily set without being restricted by the gate threshold voltage V GS (th), and can be made lower than before.

変形例として、昇圧パルスSとしてゲート駆動パルスVを使用することも考えられる。そうすると、ゲート駆動パルスVのデューティ比が変化すると、昇圧パルスSのデューティ比が変化するため、昇圧動作に好ましくない状況が発生しうる。本実施の形態では、昇圧パルスSのデューティ比を、昇圧動作に最適な値に設定しておくことができる。 As a modification, it is also conceivable to use the gate drive pulse V G as the boost pulse S 1 . Then, the duty ratio of the gate drive pulse V G is varied, the duty ratio of the step-up pulse S 1 is changed, unfavorable conditions in the step-up operation may occur. In this embodiment, the duty ratio of the step-up pulses S 1, it is possible to set the optimum value for the boost operation.

以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、第1の実施の形態に関連する具体的な構成例や実施例を説明する。   Hereinafter, in order not to narrow the scope of the present invention but to assist in understanding the essence and circuit operation of the invention, and to clarify them, specific configuration examples and examples related to the first embodiment will be described. explain.

図4は、図2のDC/DCコンバータ200の具体的な構成例を示す回路図である。昇圧回路210は、第1ダイオードD21、第1キャパシタC21およびチャージポンプ回路212を備える。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the DC / DC converter 200 of FIG. The booster circuit 210 includes a first diode D 21 , a first capacitor C 21, and a charge pump circuit 212.

第1キャパシタC21の一端は、スイッチングライン204と接続される。第1ダイオードD21は、アノードにDC/DCコンバータ200(バックコンバータ202)の出力電圧VOUTを受け、カソードが第1キャパシタC21の他端と接続される。 One end of the first capacitor C 21 is connected to the switching line 204. The first diode D 21 receives an output voltage V OUT of the DC / DC converter 200 (buck converter 202) to the anode and a cathode connected to the other end of the first capacitor C 21.

チャージポンプ回路212は、スイッチングライン204をグランドとして構成される。チャージポンプ回路212は、第1キャパシタC21の両端間電圧VC21を入力電圧として受け、昇圧パルスSに応じた昇圧動作を行う。 The charge pump circuit 212 is configured with the switching line 204 as a ground. The charge pump circuit 212 receives the voltage across V C21 of the first capacitor C 21 as the input voltage, performs a boosting operation in response to the boosting pulse S 1.

チャージポンプ回路212は電圧加算型のチャージポンプであり、第2ダイオードD22,第3ダイオードD23、フライングキャパシタC22、出力キャパシタC23を含む。チャージポンプ回路212の昇圧動作によって、出力キャパシタC23の両端間には、電圧VC23が発生する。ここではダイオードの順方向電圧は無視している。
C23≒VC21+VAMP …(5)
AMPはスイッチングライン204の電位Vを基準としたときの昇圧パルスSの振幅である。順方向電圧を考慮すると、
C23=VC21+VAMP−2V …(6)
となる。
The charge pump circuit 212 is a voltage addition type charge pump, and includes a second diode D 22 , a third diode D 23 , a flying capacitor C 22 , and an output capacitor C 23 . By the boosting operation of the charge pump circuit 212, the across the output capacitor C 23, the voltage V C23 generated. Here, the forward voltage of the diode is ignored.
V C23 ≈V C21 + V AMP (5)
V AMP is the amplitude of the boost pulse S 1 when the potential V S of the switching line 204 is used as a reference. Considering the forward voltage,
V C23 = V C21 + V AMP −2V F (6)
It becomes.

図4の電圧VC21は図1の電圧VINに相当する電圧であり、したがってVOUTと等しい。また出力キャパシタC23の電圧VC23は、図3のΔVである。したがって式(5)は式(7)に書き換えられる。
ΔV=VOUT+VAMP …(7)
このように、図4の昇圧回路210によれば、DC/DCコンバータ200のVINピンに適切な電源電圧VBOOSTを供給できる。
The voltage V C21 in FIG. 4 is a voltage corresponding to the voltage VIN in FIG. 1, and is therefore equal to V OUT . The voltage V C23 of the output capacitor C 23 is ΔV in FIG. Therefore, equation (5) can be rewritten to equation (7).
ΔV = V OUT + V AMP (7)
As described above, according to the booster circuit 210 in FIG. 4, an appropriate power supply voltage V BOOST can be supplied to the VIN pin of the DC / DC converter 200.

たとえばコントローラ300のFBピンには、第1キャパシタC21の両端間電圧VC21を抵抗R21,R22によって分圧した電圧VFBがフィードバックされる。この場合、ゲート駆動パルスVは、VFB=VC21×R22/(R21+R22)が内部の基準電圧VREFと一致するように生成される。したがって、
C21=(R21+R22)/R22×VREF
となるようにフィードバックがかかる。上述のように、VC21=VOUTであるから、出力電圧VOUTの目標電圧VOUT(REF)は、
OUT(REF)=(R21+R22)/R22×VREF
となる。
For example, the voltage V FB obtained by dividing the voltage V C21 across the first capacitor C 21 by the resistors R 21 and R 22 is fed back to the FB pin of the controller 300. In this case, the gate drive pulse V G is generated so that V FB = V C21 × R 22 / (R 21 + R 22 ) matches the internal reference voltage V REF . Therefore,
V C21 = (R 21 + R 22 ) / R 22 × V REF
Feedback is taken to be As described above, since V C21 = V OUT , the target voltage V OUT (REF) of the output voltage V OUT is
V OUT (REF) = (R 21 + R 22 ) / R 22 × V REF
It becomes.

図5は、コントローラ300の構成例を示す回路図である。コントローラ300は、ピーク電流モードのコントローラである。バックコンバータ202は、スイッチングトランジスタMとインダクタLの間に設けられた電流センス抵抗RCSを含む。電流センス抵抗RCSの電圧降下に相当する電流検出信号VCSが、コントローラ300の電流センス(CS)ピンに入力される。 FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the controller 300. The controller 300 is a peak current mode controller. Buck converter 202 includes a current sense resistor R CS provided between the switching transistor M 1 and the inductor L 1. A current detection signal V CS corresponding to the voltage drop of the current sense resistor R CS is input to the current sense (CS) pin of the controller 300.

コントローラ300の内部回路は、GNDピンに供給されるスイッチングライン204の電圧Vをグランドとして動作する。コントローラ300は、パルス変調器301、オシレータ306、ドライバ314、昇圧パルス発生器320を備える。 The internal circuit of the controller 300 operates using the voltage V S of the switching line 204 supplied to the GND pin as the ground. The controller 300 includes a pulse modulator 301, an oscillator 306, a driver 314, and a boost pulse generator 320.

オシレータ306は所定の周波数で発振し、セットパルスSSETおよびスロープ信号VSLOPEを発生する。パルス変調器301は、オシレータ306が生成する信号SSET,VSLOPEと同期してパルス信号SPWMを生成する。 The oscillator 306 oscillates at a predetermined frequency and generates a set pulse S SET and a slope signal V SLOPE . The pulse modulator 301 generates a pulse signal S PWM in synchronization with the signals S SET and V SLOPE generated by the oscillator 306.

基準電圧源308は、基準電圧VREFを発生する。エラーアンプ302は、FBピンにフィードバックされた電圧VFBと基準電圧VREFの誤差を増幅し、誤差信号VERRを生成する。スロープ補償器310は、CSピンに入力される電流検出信号VCSにスロープ信号VSLOPEを重畳する。コンパレータ304は、誤差信号VERRと、スロープ信号VSLOPEが重畳された電流検出信号VCS’を比較し、VCS’>VERRとなるとリセットパルスSRESETをアサート(たとえばハイレベル)する。フリップフロップ312は、リセットパルスSRESETのアサートに応答してオフレベル(たとえばローレベル)に遷移し、セットパルスSSETに応答してオンレベル(たとえばハイレベル)に遷移するパルス信号SPWMを生成する。ドライバ314はパルス信号SPWMにもとづいてスイッチングトランジスタMのゲート駆動パルスVを生成する。スタータ回路316は、VHピンに入力される直流電圧VDCを受け、コントローラ300の起動時にVINピンを介してキャパシタC23を充電する。 The reference voltage source 308 generates a reference voltage VREF . The error amplifier 302 amplifies an error between the voltage V FB fed back to the FB pin and the reference voltage V REF to generate an error signal V ERR . Slope compensator 310 superimposes the slope signal V SLOPE to the current detection signal V CS that is input to the CS pin. The comparator 304 compares the error signal V ERR and the current detection signal V CS ′ on which the slope signal V SLOPE is superimposed, and asserts the reset pulse S RESET (for example, high level) when V CS ′> V ERR . The flip-flop 312 generates a pulse signal S PWM that transitions to an off level (for example, low level) in response to the assertion of the reset pulse S RESET and transitions to an on level (for example, high level) in response to the set pulse S SET. To do. The driver 314 generates a gate drive pulse V G for the switching transistor M 1 based on the pulse signal S PWM . The starter circuit 316 receives the DC voltage V DC input to the VH pin, and charges the capacitor C 23 via the VIN pin when the controller 300 is activated.

昇圧パルス発生器320は、オシレータ306が生成するクロック信号CKにもとづいて、昇圧パルスSを生成する。昇圧パルス発生器320は、クロック信号CKを受け、フライングキャパシタC22に印加するバッファあるいはインバータであってもよい。 The boost pulse generator 320 generates the boost pulse S 1 based on the clock signal CK generated by the oscillator 306. Boosted pulse generator 320 receives the clock signal CK, it may be a buffer or inverter to be applied to the flying capacitor C 22.

なお、クロック信号CKの周波数(すなわちスイッチングトランジスタMのスイッチング周波数)が、チャージポンプ回路212の動作周波数に適しているとは限らない。そこで昇圧パルス発生器320は、クロック信号CKを逓倍あるいは分周する分周器を含み、チャージポンプ回路212の動作に最適な周波数を有する昇圧パルスSを生成してもよい。 The frequency of the clock signal CK (i.e. switching frequency of the switching transistor M 1) are not always suitable to the operating frequency of the charge pump circuit 212. Therefore, the boost pulse generator 320 may include a frequency divider that multiplies or divides the clock signal CK, and may generate the boost pulse S 1 having a frequency optimum for the operation of the charge pump circuit 212.

続いて第1の実施の形態に関連する変形例を説明する。
(第1変形例)
昇圧回路210の構成は、図4に限定されない。図6(a)、(b)は、昇圧回路210の変形例を示す回路図である。図6(a)のチャージポンプ回路212aは、ダイオードD22、D23に代えてスイッチM22,M23と、スイッチM22,M23の駆動回路214を備える。駆動回路214は、オシレータ306が生成するクロック信号CKと同期して、スイッチM22,M23を駆動する。駆動回路214はコントローラ300に内蔵してもよい。またMOSFETで構成されるスイッチM22,M23をコントローラ300に内蔵してもよい。
Next, a modified example related to the first embodiment will be described.
(First modification)
The configuration of the booster circuit 210 is not limited to FIG. FIGS. 6A and 6B are circuit diagrams showing modifications of the booster circuit 210. FIG. The charge pump circuit 212a in FIG. 6 (a), comprises a switch M 22, M 23, a driving circuit 214 of the switch M 22, M 23 in place of the diode D 22, D 23. The drive circuit 214 drives the switches M 22 and M 23 in synchronization with the clock signal CK generated by the oscillator 306. The drive circuit 214 may be built in the controller 300. Further, switches M 22 and M 23 formed of MOSFETs may be built in the controller 300.

図6(b)には、2個のフライングキャパシタC22,C24を備える2段のチャージポンプ回路212bが示される。整流素子の順方向電圧を無視すれば、昇圧電圧は以下の式で表される。
BOOST=VOUT+VAMP×2
チャージポンプ回路の段数は特に限定されず、3段以上であってもよい。
FIG. 6B shows a two-stage charge pump circuit 212b including two flying capacitors C 22 and C 24 . If the forward voltage of the rectifying element is ignored, the boosted voltage is expressed by the following equation.
V BOOST = V OUT + V AMP × 2
The number of stages of the charge pump circuit is not particularly limited, and may be three or more.

(第2変形例)
スイッチングトランジスタMは、コントローラ300に外付けされてもよい。図7は、第2変形例に係るDC/DCコンバータ200の回路図である。コントローラ300は、スイッチングトランジスタMのゲートと接続されるOUTピンを備える。ドライバ314は、OUTピンからゲート駆動パルスVを出力する。その他の構成は、図5と同様である。
(Second modification)
Switching transistor M 1 may be external to the controller 300. FIG. 7 is a circuit diagram of a DC / DC converter 200 according to the second modification. The controller 300 is provided with an OUT pin connected to the gate of the switching transistor M 1. The driver 314 outputs a gate drive pulse V G from the OUT pin. Other configurations are the same as those in FIG.

(第3変形例)
コントローラ300の構成は図5や図7のそれらに限定されず、平均電流モードのコントローラや、電圧モードのコントローラを用いてもよい。また、バックコンバータ202は同期整流型であってもよい。
(Third Modification)
The configuration of the controller 300 is not limited to those shown in FIGS. 5 and 7, and an average current mode controller or a voltage mode controller may be used. Further, the buck converter 202 may be a synchronous rectification type.

(第2の実施の形態)
図8は、実施の形態に係るDC/DCコンバータ200を備えるAC/DCコンバータ100の回路図である。AC/DCコンバータ100は、整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200を備える。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram of an AC / DC converter 100 including the DC / DC converter 200 according to the embodiment. The AC / DC converter 100 includes a rectifier circuit 104, a smoothing capacitor 106, and a DC / DC converter 200.

DC/DCコンバータ200は、非絶縁型のバックコンバータ(降圧コンバータ)202、昇圧回路210、コントローラ300および周辺部品を含む。バックコンバータ202の構成は、図1のそれと同様であり、スイッチングトランジスタM、整流ダイオードD、インダクタL、出力キャパシタCを含む。 The DC / DC converter 200 includes a non-insulated buck converter (step-down converter) 202, a step-up circuit 210, a controller 300, and peripheral components. The configuration of the buck converter 202 is the same as that of FIG. 1, and includes a switching transistor M 1 , a rectifier diode D 1 , an inductor L 1 , and an output capacitor C 1 .

コントローラ300は、VHピン、OUTピン、GNDピン、VINピン、FBピンを備える。コントローラ300は、市販のコントローラを用いればよく、その構成は特に限定されない。   The controller 300 includes a VH pin, an OUT pin, a GND pin, a VIN pin, and an FB pin. The controller 300 may be a commercially available controller, and its configuration is not particularly limited.

スイッチングトランジスタMのソースと接続される配線をスイッチングライン204と称する。コントローラ300のGNDピン(グランド)は、スイッチングライン204と接続されている。コントローラ300は、FBピンにフィードバックされる電圧VFBが所定の目標値と一致するようにデューティ比(あるいは周波数)が変化するパルス信号を生成し、パルス信号に応じたゲート駆動パルスVを、OUTピンを介してスイッチングトランジスタMのゲートに供給する。FBピンには、出力電圧VOUTと相関を有する電圧をフィードバックすればよく、その電圧は特に限定されない。 The wiring connected to a source of the switching transistor M 1 is referred to as a switching line 204. The GND pin (ground) of the controller 300 is connected to the switching line 204. The controller 300 generates a pulse signal whose duty ratio (or frequency) is changed so that the voltage V FB that is fed back to the FB pin is coincident with the predetermined target value, the gate drive pulse V G in response to the pulse signal, supplied to the gate of the switching transistor M 1 through the OUT pin. A voltage having a correlation with the output voltage VOUT may be fed back to the FB pin, and the voltage is not particularly limited.

昇圧回路210は、DC/DCコンバータ200(バックコンバータ202)の出力電圧VOUTおよびゲート駆動パルスVを受ける。そして昇圧回路210はその出力OUTに、出力電圧VOUTを昇圧して得られる電源電圧VBOOSTを発生し、コントローラ300の入力ピン(VIN)に供給する。この電源電圧VBOOSTは、スイッチングライン204の電圧Vに対して一定の電位差ΔV、高い状態を維持しながら変動する。
BOOST=V+ΔV …(1)
Boosting circuit 210 receives an output voltage V OUT and the gate drive pulse V G of the DC / DC converter 200 (buck converter 202). The booster circuit 210 to the output OUT, and generates a power supply voltage V BOOST which is obtained by boosting the output voltage V OUT, supplies the input pin of the controller 300 (VIN). The power supply voltage V BOOST varies while maintaining a constant potential difference ΔV and high with respect to the voltage V S of the switching line 204.
V BOOST = V S + ΔV (1)

電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧電圧幅をVADDとするとき、
ΔV=VOUT+VADD …(2A)
で与えられる。なお別の観点から見ると、昇圧回路210が発生する電位差ΔVは、昇圧回路210による昇圧率をα(ただしα>1)として、式(2B)のように表してもよい。
ΔV=α×VOUT …(2B)
When the potential difference ΔV is that the boosted voltage width by the booster circuit 210 and V ADD,
ΔV = V OUT + V ADD (2A)
Given in. From another point of view, the potential difference ΔV generated by the booster circuit 210 may be expressed as in Expression (2B), where α is a boost rate by the booster circuit 210 (where α> 1).
ΔV = α × V OUT (2B)

電位差ΔVは、スイッチングトランジスタMのゲートしきい値電圧VGS(th)より大きくなるように定められる。
ΔV>VGS(th) …(3)
The potential difference ΔV is determined to be larger than the gate threshold voltage V GS (th) of the switching transistor M 1 .
ΔV> V GS (th) (3)

以上がDC/DCコンバータ200の構成である。続いてその動作を説明する。図9は、図8のDC/DCコンバータ200の動作波形図である。定常状態において、スイッチングトランジスタMがとなるデューティ比Dでスイッチングすると、VOUT≒D×VDCに安定化される。このときスイッチングラインの電圧Vは、VDCと−Vの間をスイッチングする。 The above is the configuration of the DC / DC converter 200. Next, the operation will be described. FIG. 9 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter 200 of FIG. In the steady state, the switches at the duty ratio D of the switching transistor M 1 is, are stabilized to V OUT ≒ D × V DC. At this time, the voltage V S of the switching line switches between V DC and −V F.

上述のように、電源電圧VBOOSTは、スイッチングライン204の電圧Vに対して電位差ΔVだけ高い状態を維持しながら変動する。この電位差ΔVはスイッチングトランジスタMのゲートしきい値電圧VGS(th)より大きい。
BOOST=V+ΔV …(4)
ただし、ΔV=VOUT+VADD>VGS(th)
As described above, the power supply voltage V BOOST varies while maintaining a state higher than the voltage V S of the switching line 204 by the potential difference ΔV. This potential difference ΔV is larger than the gate threshold voltage V GS (th) of the switching transistor M 1 .
V BOOST = V S + ΔV (4)
However, ΔV = V OUT + V ADD > V GS (th)

コントローラ300のVINピンとGNDピンの電位差、すなわちコントローラ300の電源電圧VDDはVDD=VBOOST−V=ΔVとなる。コントローラ300が、OUTピンとGNDピンの間すなわちスイッチングトランジスタMのゲートソース間に発生可能な電圧(ゲートソース間電圧)VGSの最大振幅は電源電圧VDD=ΔVあるが、ΔV>VGS(th)が成り立っているため、コントローラ300はスイッチングトランジスタMを確実にターンオンすることができる。 The potential difference between the VIN pin and the GND pin of the controller 300, that is, the power supply voltage V DD of the controller 300 is V DD = V BOOST −V S = ΔV. The maximum amplitude of a voltage (gate-source voltage) V GS that the controller 300 can generate between the OUT pin and the GND pin, that is, between the gate and source of the switching transistor M 1 is the power supply voltage V DD = ΔV, but ΔV> V GS ( since th) is made up, the controller 300 can turn on reliably switching transistor M 1.

図1のDC/DCコンバータ200Rでは、ΔV=VDD≒VOUTであったため、VOUT>VGS(th)とする必要があった。これに対して図8のDC/DCコンバータ200によれば、ΔV=VOUT+VADDが成り立っているため、VOUT<VGS(th)とすることができる。すなわち、出力電圧VOUTの目標電圧を、ゲートしきい値電圧VGS(th)に制約されずに任意に設定することができ、従来よりも低くすることができる。 In the DC / DC converter 200R of FIG. 1, since ΔV = V DD ≈V OUT , it is necessary to satisfy V OUT > V GS (th) . On the other hand, according to the DC / DC converter 200 of FIG. 8, since ΔV = V OUT + V ADD is established, it is possible to satisfy V OUT <V GS (th) . That is, the target voltage of the output voltage V OUT can be arbitrarily set without being restricted by the gate threshold voltage V GS (th), and can be made lower than before.

本発明は、図8のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。   The present invention is understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 8 or extends to various devices and circuits derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. In the following, more specific configuration examples and examples will be described in order not to narrow the scope of the present invention but to help understanding and clarify the essence and circuit operation of the present invention.

図10は、DC/DCコンバータ200の具体的な構成例を示す回路図である。昇圧回路210は、第1ダイオードD21、第1キャパシタC21およびチャージポンプ回路212を備える。 FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the DC / DC converter 200. The booster circuit 210 includes a first diode D 21 , a first capacitor C 21, and a charge pump circuit 212.

第1キャパシタC21の一端は、スイッチングライン204と接続される。第1ダイオードD21は、アノードにDC/DCコンバータ200(バックコンバータ202)の出力電圧VOUTを受け、カソードが第1キャパシタC21の他端と接続される。 One end of the first capacitor C 21 is connected to the switching line 204. The first diode D 21 receives an output voltage V OUT of the DC / DC converter 200 (buck converter 202) to the anode and a cathode connected to the other end of the first capacitor C 21.

チャージポンプ回路212は、スイッチングライン204をグランドとして構成される。チャージポンプ回路212は、第1キャパシタC21の両端間電圧VC21を入力電圧として受け、ゲート駆動パルスVに応じた昇圧動作を行う。 The charge pump circuit 212 is configured with the switching line 204 as a ground. The charge pump circuit 212 receives the voltage across V C21 of the first capacitor C 21 as the input voltage, performs a boosting operation according to the gate drive pulse V G.

チャージポンプ回路212は電圧加算型のチャージポンプであり、第2ダイオードD22,第3ダイオードD23、フライングキャパシタC22、出力キャパシタC23を含む。チャージポンプ回路212の昇圧動作によって、出力キャパシタC23の両端間には、電圧VC23が発生する。ここではダイオードの順方向電圧は無視している。
C23≒VC21+VAMP …(5)
AMPはスイッチングライン204の電位Vを基準としたときのゲート駆動パルスVの振幅である。順方向電圧を考慮すると、
C23=VC21+VAMP−2V …(6)
となる。
The charge pump circuit 212 is a voltage addition type charge pump, and includes a second diode D 22 , a third diode D 23 , a flying capacitor C 22 , and an output capacitor C 23 . By the boosting operation of the charge pump circuit 212, the across the output capacitor C 23, the voltage V C23 generated. Here, the forward voltage of the diode is ignored.
V C23 ≈V C21 + V AMP (5)
V AMP is the amplitude of the gate drive pulse V G when with respect to the potential V S of the switching line 204. Considering the forward voltage,
V C23 = V C21 + V AMP −2V F (6)
It becomes.

図10の電圧VC21は図1の電圧VINに相当する電圧であり、したがってVOUTと等しい。また出力キャパシタC23の電圧VC23は、図9のΔVである。したがって式(5)は式(7)に書き換えられる。
ΔV=VOUT+VAMP …(7)
このように、図10の昇圧回路210によれば、DC/DCコンバータ200のVINピンに適切な電源電圧VBOOSTを供給できる。
The voltage V C21 in FIG. 10 is a voltage corresponding to the voltage VIN in FIG. 1 and is therefore equal to V OUT . The voltage V C23 of the output capacitor C 23 is ΔV in FIG. Therefore, equation (5) can be rewritten to equation (7).
ΔV = V OUT + V AMP (7)
As described above, according to the booster circuit 210 of FIG. 10, an appropriate power supply voltage V BOOST can be supplied to the VIN pin of the DC / DC converter 200.

たとえばコントローラ300のFBピンには、第1キャパシタC21の両端間電圧VC21を抵抗R21,R22によって分圧した電圧VFBがフィードバックされる。この場合、ゲート駆動パルスVは、VFB=VC21×R22/(R21+R22)が内部の基準電圧VREFと一致するように生成される。したがって、
C21=(R21+R22)/R22×VREF
となるようにフィードバックがかかる。上述のように、VC21=VOUTであるから、出力電圧VOUTの目標電圧VOUT(REF)は、
OUT(REF)=(R21+R22)/R22×VREF
となる。
For example, the voltage V FB obtained by dividing the voltage V C21 across the first capacitor C 21 by the resistors R 21 and R 22 is fed back to the FB pin of the controller 300. In this case, the gate drive pulse V G is generated so that V FB = V C21 × R 22 / (R 21 + R 22 ) matches the internal reference voltage V REF . Therefore,
V C21 = (R 21 + R 22 ) / R 22 × V REF
Feedback is taken to be As described above, since V C21 = V OUT , the target voltage V OUT (REF) of the output voltage V OUT is
V OUT (REF) = (R 21 + R 22 ) / R 22 × V REF
It becomes.

図11は、コントローラ300の構成例を示す回路図である。コントローラ300は、ピーク電流モードのコントローラである。バックコンバータ202は、スイッチングトランジスタMとインダクタLの間に設けられた電流センス抵抗RCSを含む。電流センス抵抗RCSの電圧降下に相当する電流検出信号VCSが、コントローラ300の電流センス(CS)ピンに入力される。 FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the controller 300. The controller 300 is a peak current mode controller. Buck converter 202 includes a current sense resistor R CS provided between the switching transistor M 1 and the inductor L 1. A current detection signal V CS corresponding to the voltage drop of the current sense resistor R CS is input to the current sense (CS) pin of the controller 300.

コントローラ300の内部回路は、GNDピンに供給されるスイッチングライン204の電圧Vをグランドとして動作する。コントローラ300は、パルス変調器301、オシレータ306、ドライバ314、スタータ回路316を含む。オシレータ306は所定の周波数で発振し、セットパルスSSETおよびスロープ信号VSLOPEを発生する。パルス変調器301は、オシレータ306が生成する信号SSET,VSLOPEと同期してパルス信号SPWMを生成する。 The internal circuit of the controller 300 operates using the voltage V S of the switching line 204 supplied to the GND pin as the ground. The controller 300 includes a pulse modulator 301, an oscillator 306, a driver 314, and a starter circuit 316. The oscillator 306 oscillates at a predetermined frequency and generates a set pulse S SET and a slope signal V SLOPE . The pulse modulator 301 generates a pulse signal S PWM in synchronization with the signals S SET and V SLOPE generated by the oscillator 306.

基準電圧源308は、基準電圧VREFを発生する。エラーアンプ302は、FBピンにフィードバックされた電圧VFBと基準電圧VREFの誤差を増幅し、誤差信号VERRを生成する。スロープ補償器310は、CSピンに入力される電流検出信号VCSにスロープ信号VSLOPEを重畳する。 The reference voltage source 308 generates a reference voltage VREF . The error amplifier 302 amplifies an error between the voltage V FB fed back to the FB pin and the reference voltage V REF to generate an error signal V ERR . Slope compensator 310 superimposes the slope signal V SLOPE to the current detection signal V CS that is input to the CS pin.

コンパレータ304は、誤差信号VERRと、スロープ信号VSLOPEが重畳された電流検出信号VCS’を比較し、VCS’>VERRとなるとリセットパルスSRESETをアサート(たとえばハイレベル)する。フリップフロップ312は、リセットパルスSRESETのアサートに応答してオフレベル(たとえばローレベル)に遷移し、セットパルスSSETに応答してオンレベル(たとえばハイレベル)に遷移するパルス信号SPWMを生成する。ドライバ314はパルス信号SPWMにもとづいてスイッチングトランジスタMのゲート駆動パルスVを生成する。スタータ回路316は、VHピンに入力される直流電圧VDCを受け、コントローラ300の起動時に、VINピンを介してキャパシタC23を充電する。 The comparator 304 compares the error signal V ERR and the current detection signal V CS ′ on which the slope signal V SLOPE is superimposed, and asserts the reset pulse S RESET (for example, high level) when V CS ′> V ERR . The flip-flop 312 generates a pulse signal S PWM that transitions to an off level (for example, low level) in response to the assertion of the reset pulse S RESET and transitions to an on level (for example, high level) in response to the set pulse S SET. To do. The driver 314 generates a gate drive pulse V G for the switching transistor M 1 based on the pulse signal S PWM . The starter circuit 316 receives the DC voltage V DC input to the VH pin, and charges the capacitor C 23 via the VIN pin when the controller 300 is activated.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

(第4変形例)
昇圧回路210の構成は、図10に限定されない。図12(a)、(b)は、昇圧回路210の変形例を示す回路図である。図12(a)のチャージポンプ回路212aは、ダイオードD22、D23に代えてスイッチM22,M23と、スイッチM22,M23の駆動回路214を備える。駆動回路214は、ゲート駆動パルスVと同期して、スイッチM22,M23を駆動する。駆動回路214はコントローラ300に内蔵してもよい。またMOSFETで構成されるスイッチM22,M23をコントローラ300に内蔵してもよい。
(Fourth modification)
The configuration of the booster circuit 210 is not limited to FIG. 12A and 12B are circuit diagrams illustrating modifications of the booster circuit 210. FIG. The charge pump circuit 212a in FIG. 12 (a) includes a switch M 22, M 23, a driving circuit 214 of the switch M 22, M 23 in place of the diode D 22, D 23. Drive circuit 214, in synchronization with the gate driving pulse V G, to drive the switch M 22, M 23. The drive circuit 214 may be built in the controller 300. Further, switches M 22 and M 23 formed of MOSFETs may be built in the controller 300.

図12(b)には、2個のフライングキャパシタC22,C24を備える2段のチャージポンプ回路212bが示される。整流素子の順方向電圧を無視すれば、昇圧電圧は以下の式で表される。
BOOST=VOUT+VAMP×2
チャージポンプ回路の段数は特に限定されず、3段以上であってもよい。
FIG. 12B shows a two-stage charge pump circuit 212b including two flying capacitors C 22 and C 24 . If the forward voltage of the rectifying element is ignored, the boosted voltage is expressed by the following equation.
V BOOST = V OUT + V AMP × 2
The number of stages of the charge pump circuit is not particularly limited, and may be three or more.

(第5変形例)
コントローラ300の構成は図11のそれに限定されず、平均電流モードのコントローラや、電圧モードのコントローラを用いてもよい。また、バックコンバータ202は同期整流型であってもよい。
(5th modification)
The configuration of the controller 300 is not limited to that shown in FIG. 11, and an average current mode controller or a voltage mode controller may be used. Further, the buck converter 202 may be a synchronous rectification type.

(用途)
続いて、第1あるいは第2の実施の形態で説明したDC/DCコンバータ200の用途を説明する。
(Use)
Next, the application of the DC / DC converter 200 described in the first or second embodiment will be described.

図13は、AC/DCコンバータ100を備える電子機器900を示す図である。図7の電子機器900は冷蔵庫であるが、電子機器900の種類は特に限定されず、洗濯機、掃除機、炊飯器など、電源装置を内蔵するいわゆる白物家電に広く採用される。あるいはAC/DCコンバータ100は、照明装置にも採用しうる。   FIG. 13 is a diagram illustrating an electronic device 900 including the AC / DC converter 100. Although the electronic device 900 in FIG. 7 is a refrigerator, the type of the electronic device 900 is not particularly limited, and is widely used in so-called white goods including a power supply device such as a washing machine, a vacuum cleaner, and a rice cooker. Alternatively, the AC / DC converter 100 can be employed in a lighting device.

プラグ902は、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。AC/DCコンバータ100は、筐体904内に実装される。AC/DCコンバータ100により生成された直流出力電圧VOUTは、同じ筐体904内に搭載される、図示しないインバータ、コンバータ、マイコン、照明機器、アナログ回路、デジタル回路などの負荷に供給される。 Plug 902 is subjected to a commercial AC voltage V AC from the wall outlet (not shown). The AC / DC converter 100 is mounted in the housing 904. The DC output voltage VOUT generated by the AC / DC converter 100 is supplied to a load such as an inverter, a converter, a microcomputer, a lighting device, an analog circuit, and a digital circuit (not shown) mounted in the same housing 904.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

入力端子
出力端子
スイッチングトランジスタ
出力キャパシタ
インダクタ
整流ダイオード
100 AC/DCコンバータ
104 整流回路
106 平滑キャパシタ
200 DC/DCコンバータ
202 バックコンバータ
204 スイッチングライン
210 昇圧回路
212 チャージポンプ回路
21 第1ダイオード
21 第1キャパシタ
300 コントローラ
301 パルス変調器
302 エラーアンプ
304 コンパレータ
306 オシレータ
308 基準電圧源
310 スロープ補償器
312 フリップフロップ
314 ドライバ
316 スタータ回路
320 昇圧パルス発生器
800 ACアダプタ
802 プラグ
804 筐体
806 コネクタ
810,900 電子機器
902 プラグ
904 筐体
P 1 input terminal P 2 output terminal M 1 switching transistor C 1 output capacitor L 1 inductor D 1 rectifier diode 100 AC / DC converter 104 rectifier circuit 106 smoothing capacitor 200 DC / DC converter 202 buck converter 204 switching line 210 booster circuit 212 charge Pump circuit D 21 1st diode C 21 1st capacitor 300 Controller 301 Pulse modulator 302 Error amplifier 304 Comparator 306 Oscillator 308 Reference voltage source 310 Slope compensator 312 Flip-flop 314 Driver 316 Starter circuit 320 Boost pulse generator 800 AC adapter 802 Plug 804 housing 806 connector 810,900 electronic device 902 plug 904 housing

Claims (14)

非絶縁型のDC/DCコンバータであって、
スイッチングトランジスタを含むバックコンバータと、
前記スイッチングトランジスタのソースと接続されるスイッチングラインがグランドに接続され、前記スイッチングトランジスタを駆動するとともに、昇圧パルスを生成するコントローラと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を受け、前記昇圧パルスを利用して、前記コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
A non-insulated DC / DC converter,
A buck converter including a switching transistor;
A switching line connected to the source of the switching transistor is connected to the ground, drives the switching transistor, and generates a boost pulse; and
A booster circuit that receives an output voltage of the DC / DC converter and generates a power supply voltage of the controller using the booster pulse;
A DC / DC converter comprising:
前記スイッチングトランジスタは、前記コントローラと同一のパッケージに内蔵されていることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。   2. The DC / DC converter according to claim 1, wherein the switching transistor is built in the same package as the controller. 前記コントローラは、
オシレータと、
前記オシレータが生成する信号と同期してパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記オシレータが生成する信号にもとづいて前記昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。
The controller is
An oscillator,
A pulse width modulator that generates a pulse signal in synchronization with the signal generated by the oscillator;
A driver for driving the switching transistor in response to the pulse signal;
A boost pulse generator for generating the boost pulse based on a signal generated by the oscillator;
The DC / DC converter according to claim 1, comprising:
前記昇圧パルスは、前記スイッチングトランジスタのゲートに供給されるゲート駆動パルスであることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。   The DC / DC converter according to claim 1, wherein the boost pulse is a gate drive pulse supplied to a gate of the switching transistor. 前記昇圧回路は、
一端が前記スイッチングラインと接続される第1キャパシタと、
アノードに前記DC/DCコンバータの出力電圧を受け、カソードが前記第1キャパシタの他端と接続される第1ダイオードと、
前記スイッチングラインをグランドとして構成され、前記第1キャパシタの両端間電圧を入力電圧として受け、前記昇圧パルスに応じた昇圧動作を行うチャージポンプ回路と、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
The booster circuit includes:
A first capacitor having one end connected to the switching line;
A first diode receiving an output voltage of the DC / DC converter at an anode and having a cathode connected to the other end of the first capacitor;
A charge pump circuit configured with the switching line as a ground, receiving a voltage across the first capacitor as an input voltage, and performing a boost operation according to the boost pulse;
5. The DC / DC converter according to claim 1, comprising:
前記コントローラは、前記第1キャパシタの前記他端の電圧をフィードバック電圧として受け、前記フィードバック電圧が基準電圧と一致するように前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とする請求項5に記載のDC/DCコンバータ。   The DC / DC converter according to claim 5, wherein the controller receives the voltage at the other end of the first capacitor as a feedback voltage, and drives the switching transistor so that the feedback voltage matches a reference voltage. DC converter. 前記チャージポンプ回路は、第1キャパシタの両端間電圧と前記昇圧パルスの振幅を加算した電圧を生成することを特徴とする請求項5または6に記載のDC/DCコンバータ。   The DC / DC converter according to claim 5 or 6, wherein the charge pump circuit generates a voltage obtained by adding a voltage across the first capacitor and an amplitude of the boost pulse. 前記チャージポンプ回路は、複数のダイオードを含むことを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。   The DC / DC converter according to claim 5, wherein the charge pump circuit includes a plurality of diodes. 前記チャージポンプ回路は、複数のスイッチを含み、
前記昇圧パルスと同期して前記複数のスイッチを駆動する駆動回路をさらに備えることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
The charge pump circuit includes a plurality of switches,
The DC / DC converter according to any one of claims 5 to 7, further comprising a drive circuit that drives the plurality of switches in synchronization with the boost pulse.
前記複数のスイッチおよび前記駆動回路は、前記コントローラと同一の半導体基板に集積化されることを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。   The DC / DC converter according to claim 9, wherein the plurality of switches and the drive circuit are integrated on the same semiconductor substrate as the controller. 非絶縁型のDC/DCコンバータのコントローラであって、
前記DC/DCコンバータは、
前記コントローラに加えて、
バックコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧および昇圧パルスに応じて、前記コントローラの電源電圧を生成する昇圧回路と、
を備え、
前記コントローラは、
スイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのソースと接続される接地ピンと、
前記スイッチングトランジスタのドレインと接続されるハイ電圧ピンと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じてフィードバック電圧を受けるべきフィードバックピンと、
オシレータと、
前記オシレータと同期して、前記フィードバック電圧と基準電圧が近づくようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記オシレータと同期して、前記昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生器と、
を備えることを特徴とするコントローラ。
A controller for a non-insulated DC / DC converter,
The DC / DC converter is
In addition to the controller,
A buck converter,
A booster circuit that generates a power supply voltage of the controller in accordance with an output voltage of the DC / DC converter and a booster pulse;
With
The controller is
A switching transistor;
A ground pin connected to a source of the switching transistor;
A high voltage pin connected to the drain of the switching transistor;
A feedback pin to receive a feedback voltage according to the output voltage of the DC / DC converter;
An oscillator,
A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio changes so that the feedback voltage and a reference voltage approach each other in synchronization with the oscillator;
A driver for driving the switching transistor based on the pulse signal;
A step-up pulse generator for generating the step-up pulse in synchronization with the oscillator;
A controller comprising:
ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項11に記載のコントローラ。   The controller according to claim 11, wherein the controller is integrated on a single semiconductor substrate. 請求項11または12に記載のコントローラを備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。   A DC / DC converter comprising the controller according to claim 11. 負荷と、
交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項1から10、13のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
Load,
A diode rectifier circuit for full-wave rectification of AC voltage;
A smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage;
The DC / DC converter according to any one of claims 1 to 10, wherein the DC input voltage is stepped down and supplied to a load.
An electronic device comprising:
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