JP2018129908A - DC / DC converter, control circuit therefor, control method, and in-vehicle electrical equipment - Google Patents
DC / DC converter, control circuit therefor, control method, and in-vehicle electrical equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018129908A JP2018129908A JP2017020268A JP2017020268A JP2018129908A JP 2018129908 A JP2018129908 A JP 2018129908A JP 2017020268 A JP2017020268 A JP 2017020268A JP 2017020268 A JP2017020268 A JP 2017020268A JP 2018129908 A JP2018129908 A JP 2018129908A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- converter
- control circuit
- overcurrent detection
- overcurrent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC / DC converter.
さまざまな電子機器や車両、産業機械において、ある電圧値の直流電圧を別の電圧値の直流電圧に変換するDC/DCコンバータが使用される。図1は、同期整流型の降圧(Buck)DC/DCコンバータ900の回路図である。DC/DCコンバータ900は、入力端子902に直流入力電圧VINを受け、出力端子904に降圧された出力電圧VOUTを発生する。DC/DCコンバータ900の出力段には、スイッチングトランジスタM1、同期整流トランジスタM2、インダクタ(コイル)L1、出力キャパシタC1が設けられる。
In various electronic devices, vehicles, and industrial machines, a DC / DC converter that converts a DC voltage of one voltage value into a DC voltage of another voltage value is used. FIG. 1 is a circuit diagram of a synchronous rectification step-down (Buck) DC /
パルス変調器910は、DC/DCコンバータ900の状態、あるいは出力端子904に接続される負荷(不図示)の状態が目標とする状態に近づくように、デューティ比、周波数、あるいはそれらの組み合わせが変化するパルス信号SPWMを生成する。ドライバ912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M1および同期整流トランジスタM2をスイッチングする。
The
たとえば定電圧出力のDC/DCコンバータ900においては、パルス変調器910は、出力電圧VOUTが目標電圧VOUT(REF)に近づくように、パルス信号SPWMを生成する。なお、定電流出力のDC/DCコンバータ900においては、負荷に流れる電流IOUTが目標値IREFに近づくようにパルス信号SPWMが生成されるが、以下の説明では定電圧出力のコンバータについて説明する。
For example, in the DC /
DC/DCコンバータ900ではその起動直後に、出力キャパシタC1への突入電流を防止するため、出力電圧VOUTを緩やかに上昇させるソフトスタート制御が行われる。ソフトスタート回路914は、時間とともに緩やかに変化するソフトスタート電圧VSSを生成する。パルス変調器910には、出力電圧VOUTを抵抗R11,R12によって分圧して得られるフィードバック信号VFBが入力される。パルス変調器910は、起動直後のソフトスタート期間において、フィードバック信号VFBがソフトスタート電圧VSSに追従するようにパルス信号SPWMを生成し、ソフトスタートの完了後に、フィードバック信号VFBが基準電圧VREFと一致するようにパルス信号SPWMを生成する。
The DC /
DC/DCコンバータ900には、電流センス回路920と、過電流検出回路922を備える。電流センス回路920は、スイッチングトランジスタM1のオン期間において、スイッチングトランジスタM1に流れるドレイン電流IM1を示す電流センス信号VCSを生成する。過電流検出回路922は、電流センス信号VCSがしきい値VOCPをクロスすると、言い換えればドレイン電流IM1がしきい値IOCPを超えると、パルス信号SPWMをオフレベルに遷移させて、オン状態のスイッチングトランジスタを直ちにターンオフする。これは、パルスバイパルス(あるいはサイクルバイサイクル)の過電流制限と称される。
The DC /
過電流状態のままDC/DCコンバータを動作させ続けることは望ましくない。そこでDC/DCコンバータには、過電流状態が連続して複数サイクル検出されると、あるいは過電流状態が所定時間以上持続すると、DC/DCコンバータの動作を停止させる停止機能(ラッチ停止保護)が実装される。図2(a)、(b)は、図1のDC/DCコンバータにおける過電流保護を説明する図である。図2(a)に示すように、過電流検出信号SOCPが連続的にアサートされる場合、所定サイクル数Nの経過後に、停止信号OCP_DETがアサートされ、スイッチング動作が停止する。 It is not desirable to keep the DC / DC converter operating in an overcurrent state. Therefore, the DC / DC converter has a stop function (latch stop protection) that stops the operation of the DC / DC converter when an overcurrent state is continuously detected for a plurality of cycles or when the overcurrent state continues for a predetermined time or more. Implemented. 2A and 2B are diagrams for explaining overcurrent protection in the DC / DC converter of FIG. As shown in FIG. 2A, when the overcurrent detection signal S OCP is continuously asserted, the stop signal OCP_DET is asserted after a predetermined number of cycles N, and the switching operation is stopped.
本発明者は、このような停止機能を備えるDC/DCコンバータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。 As a result of examining the DC / DC converter having such a stop function, the present inventor has come to recognize the following problems.
DC/DCコンバータの動作状態によっては、過電流状態が持続している場合であっても、必ずしも過電流検出信号SOCPが連続してアサートされるとは限らない。この場合、図2(b)に示すように、過電流検出信号SOCPが間欠的にアサートされ、パルスバイパルスの過電流保護を繰り返しながら、永続的に動作し続けてしまう。 Depending on the operating state of the DC / DC converter, the overcurrent detection signal S OCP is not always asserted continuously even when the overcurrent state is maintained. In this case, as shown in FIG. 2B, the overcurrent detection signal SOCP is intermittently asserted, and the operation continues permanently while repeating the pulse-by-pulse overcurrent protection.
本発明はかか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、定常的な過電流状態を確実に検出可能なDC/DCコンバータの提供にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a DC / DC converter that can reliably detect a steady overcurrent state.
本発明のある態様はDC/DCコンバータの制御回路に関する。DC/DCコンバータの出力信号が目標電圧に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器と、DC/DCコンバータの電流が所定のしきい値を超えると、過電流検出信号をアサートする過電流検出回路と、過電流検出信号のアサートが、所定サイクル数内に所定の判定回数を超えて発生すると、過電流状態と判定する判定回路と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a DC / DC converter. A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output signal of the DC / DC converter approaches the target voltage, and an overcurrent detection signal when the current of the DC / DC converter exceeds a predetermined threshold value And an overcurrent detection circuit that determines an overcurrent state when the overcurrent detection signal is asserted more than a predetermined number of times within a predetermined number of cycles.
この態様によると、過電流検出信号が間欠的にアサートされる持続的な過電流状態を確実に検出し、適切な保護を図ることができる。 According to this aspect, it is possible to reliably detect a continuous overcurrent state in which the overcurrent detection signal is intermittently asserted, and to achieve appropriate protection.
判定回路は、1回目の過電流検出信号のアサートをトリガとして、所定サイクル数のカウントを開始してもよい。これにより判定回路は、過電流検出信号がアサートされない正常状態では動作しないため、無駄な消費電力を削減できる。また、1回目の過電流検出信号のアサートをトリガとして動作させることで、検出遅延を小さくできる。 The determination circuit may start counting a predetermined number of cycles using the first overcurrent detection signal assertion as a trigger. As a result, the determination circuit does not operate in a normal state in which the overcurrent detection signal is not asserted, so that useless power consumption can be reduced. Further, the detection delay can be reduced by operating the first overcurrent detection signal as a trigger.
判定回路は、ディセーブル状態において過電流検出信号のアサートを検出するとイネーブル状態となり、所定サイクル数をカウントするまでの間、カウントイネーブル信号をアサートする第1カウンタと、カウントイネーブル信号がアサートされる間、過電流検出信号がアサートされる回数をカウントする第2カウンタと、を備え、第2カウンタのカウント値が判定回数に応じたしきい値を超えると、過電流状態を示す異常検出信号をアサートしてもよい。 When the determination circuit detects assertion of the overcurrent detection signal in the disabled state, the determination circuit is enabled. Until the predetermined number of cycles is counted, the first counter that asserts the count enable signal and the count enable signal are asserted. A second counter that counts the number of times the overcurrent detection signal is asserted, and asserts an abnormality detection signal indicating an overcurrent state when the count value of the second counter exceeds a threshold value corresponding to the number of determinations May be.
判定回路は、一の所定サイクル数が終了すると、次の所定サイクル数を開始してもよい。 The determination circuit may start the next predetermined cycle number when one predetermined cycle number ends.
パルス変調器は、ピーク電流モードの変調器であってもよい。 The pulse modulator may be a peak current mode modulator.
制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
本発明の別の態様はDC/DCコンバータに関する。DC/DCコンバータは上述のいずれかの制御回路を備える。 Another aspect of the present invention relates to a DC / DC converter. The DC / DC converter includes any one of the control circuits described above.
本発明の別の態様は、車載電装機器に関する。車載電装機器電源は、上述のDC/DCコンバータを備える。 Another aspect of this invention is related with a vehicle-mounted electrical equipment. The in-vehicle electrical equipment power source includes the above-described DC / DC converter.
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、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての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. Further, the description of this item (means for solving the problem) does not explain all the essential features of the present invention, and therefore a sub-combination of these described features can also be the present invention. .
本発明のある態様によれば、過電流検出信号が間欠的にアサートされる持続的な過電流状態を確実に検出できる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to reliably detect a continuous overcurrent state in which the overcurrent detection signal is intermittently asserted.
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。
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。
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.
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.
また、「信号A(電圧、電流)が信号B(電圧、電流)に応じている」とは、信号Aが信号Bと相関を有することを意味し、具体的には、(i)信号Aが信号Bである場合、(ii)信号Aが信号Bに比例する場合、(iii)信号Aが信号Bをレベルシフトして得られる場合、(iv)信号Aが信号Bを増幅して得られる場合、(v)信号Aが信号Bを反転して得られる場合、(vi)あるいはそれらの任意の組み合わせ、等を意味する。「応じて」の範囲は、信号A、Bの種類、用途に応じて定まることが当業者には理解される。 “Signal A (voltage, current) is in response to signal B (voltage, current)” means that signal A has a correlation with signal B. Specifically, (i) signal A Is signal B, (ii) signal A is proportional to signal B, (iii) signal A is obtained by level shifting signal B, and (iv) signal A is obtained by amplifying signal B. If (v) signal A is obtained by inverting signal B, it means (vi) or any combination thereof. It will be understood by those skilled in the art that the “depending” range is determined depending on the type and application of the signals A and B.
本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。 The vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts referred to in this specification are enlarged or reduced as appropriate for easy understanding, and each waveform shown is also simplified for easy understanding. Or exaggerated or emphasized.
図3は、実施の形態に係るDC/DCコンバータ100の回路図である。DC/DCコンバータ100は同期整流型の降圧(Buck)コンバータであり、入力端子102に直流入力電圧VINを受け、出力端子104に降圧された出力電圧VOUTを発生する。DC/DCコンバータ100は、出力回路110および制御回路200を備える。本実施の形態では、一例として定電圧出力のDC/DCコンバータを説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the DC /
出力回路110は、スイッチングトランジスタM1、同期整流トランジスタM2、インダクタL1、出力キャパシタC1、抵抗R11,R12を含む。本実施の形態においてスイッチングトランジスタM1はPチャンネルMOSFETであり、同期整流トランジスタM2はNチャンネルMOSFETであり、それらは制御回路200に内蔵されている。
The
スイッチングトランジスタM1と同期整流トランジスタM2の接続点をスイッチング(SW)端子と称する。端子は、ピンと読み替えてもよい。インダクタL1は、SW端子と出力端子104の間に設けられる。出力キャパシタC1は、出力端子104に接続される。フィードバック(FB)端子には、制御対象である出力電圧VOUTが入力されており、抵抗R11、R12は、出力電圧VOUTを分圧して検出電圧(フィードバック信号)VFBを生成する。抵抗R11,R12は図1に示すように制御回路200に外付けされてもよい。
The connection point of the switching transistor M 1 and the synchronous rectification transistor M 2 is referred to as a switching (SW) terminal. The terminal may be read as a pin. The inductor L 1 is provided between the SW terminal and the
制御回路200は、スイッチングトランジスタM1、同期整流トランジスタM2に加えて、パルス変調器210、ドライバ230、ソフトスタート回路240、オシレータ260、電流センス回路270、過電流検出回路271、判定回路290を備える。制御回路200は好ましくはひとつの半導体基板に一体集積化された機能IC(Integrated Circuit)である。スイッチングトランジスタM1のソースはVIN端子と、そのドレインはSW端子と接続される。また同期整流トランジスタM2のドレインはSW端子と接続され、そのソースはGND端子と接続される。イネーブル(EN)端子には、外部から制御回路200(DC/DCコンバータ100)の動作、停止を指示するイネーブル信号ENが入力される。
The
パルス変調器210はメインロジック218を含んでおり、メインロジック218は、イネーブル信号ENがアサート(たとえばハイレベル)されると、図示しない内部の基準電圧源や基準電流源をアクティブとして、その他の回路ブロックを動作可能な状態とし、ソフトスタート回路240にソフトスタート電圧VSSの生成開始を指示する。ソフトスタート回路240は、動作開始の指示を受けると、時間的に緩やかに増大するソフトスタート電圧VSSを生成する。ソフトスタート電圧VSSが増大する期間(その前後を含んでもよい)をソフトスタート期間TSSと称する。
The
パルス変調器210は、DC/DCコンバータ100の状態、もしくは出力端子104に接続される負荷(不図示)の状態が目標値に近づくように、スイッチングトランジスタM1のオンオフを指示するパルス信号SPWM(ハイサイドパルスSHともいう)および同期整流トランジスタM2のオンオフを指示するローサイドパルスSLを生成する。
上述のようにDC/DCコンバータ100は定電圧出力であり、パルス変調器210は、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTを制御対象とする。具体的にはパルス変調器210は、フィードバック電圧VFBがその目標値VREFに近づくように、パルス信号SPWMを生成する。
As described above, the DC /
パルス変調器210は公知技術を用いればよく、その制御方式や構成は特に限定されない。制御方式に関しては、電圧モード、ピーク電流モード、平均電流モード、ヒステリシス制御(Bang-Bang制御)、ボトム検出オン時間固定(COT:Constant On Time)方式などを採用しうる。またパルス信号SPWMの変調方式としては、その限りではないが、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)が採用しうる。パルス変調器210の構成に関しては、エラーアンプやコンパレータを用いたアナログ回路で構成してもよいし、デジタル演算処理を行うプロセッサで構成してもよいし、アナログ回路とデジタル回路の組み合わせで構成してもよい。またパルス変調器210は、負荷の状態に応じて制御方式を切りかえてもよい。
The
パルス変調器210の動作モードは、負荷の状態に応じて可変であってもよい。たとえば重負荷状態ではパルス変調器210はPWMモードで動作し、軽負荷状態ではPFM(Pulse Frequency Modulation)モードで動作してもよい。PWMモード(特に電流連続モード)において、ハイサイドパルスSHとローサイドパルスSLは相補的な信号となる。
The operation mode of the
ドライバ230は、パルス信号SPWM(ハイサイドパルスSH)にもとづきスイッチングトランジスタM1を駆動し、ローサイドパルスSLにもとづき同期整流トランジスタM2を駆動する。
The
オシレータ260は、所定の周波数で発振する。オシレータ260の構成は特に限定されない。たとえばオシレータ260は、キャパシタと、定電流でキャパシタを充電する充電回路と、キャパシタの電圧をしきい値と比較するコンパレータと、コンパレータの出力に応じてキャパシタの電圧がしきい値に達するとキャパシタの電荷を放電する放電回路と、を含んでもよい。オシレータ260は、2つの発振信号SOSCおよびCLKを生成する。それらは同一の信号であってもよいし、異なる信号であってもよい。
The
パルス変調器210は、オシレータ260が生成する発振信号SOSCと同期して動作し、したがってパルス信号SPWMは発振信号SOSCに応じた周波数を有する。
The
パルス変調器210は、DC/DCコンバータの起動時に、フィードバック信号VFBが、出力ソフトスタート電圧VSSと基準電圧VREFのうち低い方に応じた目標電圧に近づくように、パルス信号SPWMのデューティ比を調節する。
電流センス回路270は、スイッチングトランジスタM1のオン時間中に、コイルL1に流れるコイル電流IL(言い換えればスイッチングトランジスタM1のドレイン電流IM1)を検出し、ドレイン電流IM1を示す電流センス信号VCSを生成する。電流センス回路270の構成は特に限定されず、たとえばスイッチングトランジスタM1のオン抵抗を利用してドレイン電流IM1を検出してもよいし、ドレイン電流IM1(あるいはコイル電流IL)の経路上にセンス抵抗を挿入し、センス抵抗の電圧降下を検出してもよい。電流センス回路270は、インダクタL1の両端間の電圧にもとづいてコイル電流ILを検出してもよい。
The
過電流検出回路271は、スイッチングトランジスタM1のドレイン電流IM1が所定のしきい値IOCPを超えると、過電流検出(OCP)信号SOCPをアサート(たとえばハイレベル)する。過電流検出回路271は、コンパレータで構成することができる。
When the drain current I M1 of the switching transistor M 1 exceeds a predetermined threshold value I OCP , the over
判定回路290は、OCP信号SOCPのアサートが、所定サイクル数N内に所定の判定回数Mを超えて発生すると、過電流状態と判定し、過電流判定信号OCP_DETをアサート(たとえばハイレベル)する。
If the assertion of the OCP signal S OCP exceeds the predetermined number of determinations M within the predetermined number of cycles N, the
メインロジック218は、OCP_DET信号のアサートに応答して、DC/DCコンバータ100の動作を停止する。
The
またメインロジック218は外部のホストコントローラ(マイコン)に、過電流状態を通知するフラグ信号FLGを出力する。これにより、過電流状態の通知を受けたホストコントローラは、DC/DCコンバータ100およびDC/DCコンバータ100を備えるシステム全体に関連して、必要な保護処理を実行することができる。
The
図4は、判定回路290の構成例を示す回路図である。判定回路290は、第1カウンタ292、第2カウンタ294を含む。判定回路290は、1回目のOCP信号SOCPのアサートをトリガとして、所定サイクル数Nのカウントを開始する。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
第1カウンタ292は、オシレータ260からの発振信号(クロック信号)CLKと、OCP信号SOCPを受ける。第1カウンタ292は、ディセーブル状態(非カウント状態)においてOCP信号SOCPのアサートを検出するとイネーブル状態となり、クロック信号CLKと同期してカウントを進め、所定サイクル数をカウントするまでの間、カウントイネーブル信号COUNT_ENをアサート(ハイレベル)する。第1カウンタ292は、シフトレジスタを含んでもよい。
The
第2カウンタ294は、カウントイネーブル信号COUNT_ENがアサートされる間、OCP信号SOCPがアサートされる回数をカウントする。第2カウンタ294は、そのカウント値OCP_COUNTが判定回数Mに達すると、過電流状態と判定し、OCP_DET信号をアサートする。ただし、N>Mである。
The
以上がDC/DCコンバータ100の構成である。続いてその動作を説明する。
図5は、DC/DCコンバータ100の過電流検出の動作を説明する図である。この例ではN=8、M=4としている。
The above is the configuration of the DC /
FIG. 5 is a diagram for explaining the overcurrent detection operation of the DC /
クロック信号CLKは、PWMサイクルごとにエッジを有する。OCP信号SOCPは、スイッチングトランジスタM1のドレイン電流IM1がしきい値IOCPを超えるたびにアサートされる。OCP信号SOCPのアサートによって、パルスバイパルスの過電流保護(図中、(i)で示す)が発生し、スイッチングトランジスタM1がターンオフする。 The clock signal CLK has an edge every PWM cycle. The OCP signal S OCP is asserted every time the drain current I M1 of the switching transistor M 1 exceeds the threshold value I OCP . By the assertion of the OCP signal S OCP, (in the figure, indicated by (i)) overcurrent protection pulses by pulse is generated, the switching transistor M 1 is turned off.
時刻t0に、1回目のOCP信号SOCPがアサートされると、その後、クロック信号CLK(ここではネガエッジ)がN(=8)回発生する間、COUNT_EN信号がアサートされる。 When the first OCP signal S OCP is asserted at time t 0 , the COUNT_EN signal is asserted while the clock signal CLK (negative edge here) is generated N (= 8) times.
COUNT_EN信号がハイレベルの期間、OCP信号SOCPのアサートの回数がカウントされる。時刻t1に、カウント値OCP_COUNTが判定回数Mに応じたしきい値Kに達すると、OCP_DET信号がアサートされる。この例では、1回目のOCP信号SOCPは第2カウンタ294のカウントに含まれないため、K=M−1とすればよい。
The number of assertions of the OCP signal S OCP is counted while the COUNT_EN signal is at a high level. At time t 1, when the count value OCP_COUNT reaches the threshold K in accordance with the determination count M, OCP_DET signal is asserted. In this example, since the first OCP signal S OCP is not included in the count of the
図6は、DC/DCコンバータ100の過電流検出の動作を説明する図である。時刻t0に、1回目のOCP信号SOCPがアサートされると、その後、クロック信号CLKがN(=8)回発生する間、COUNT_EN信号がアサートされる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the overcurrent detection operation of the DC /
図6では、COUNT_EN信号がハイレベルの間、OCP信号SOCPは1回のみアサートされる。したがってOCP_DETはアサートされない。時刻t1にCOUNT_EN信号がローレベルとなると、判定回路290は待機状態となる。
In FIG. 6, while the COUNT_EN signal is at a high level, the OCP signal S OCP is asserted only once. Therefore, OCP_DET is not asserted. When COUNT_EN signal becomes low level at time t 1, the
続いて時刻t2に、再び1回目のOCP信号SOCPのアサートが発生すると、COUNT_EN信号がアサートされ、それに続く判定期間TDETにおける、OCP信号SOCPのアサートの回数がカウントされる。 Followed by time t 2, the the assertion of first OCP signal S OCP occurs again, it is asserted COUNT_EN signal, in the subsequent determination period T DET thereto, the number of assertion of the OCP signal S OCP is counted.
以上がDC/DCコンバータ100の動作である。このDC/DCコンバータ100によれば、OCP信号が間欠的に、かつ持続的にアサートされるような状態を、過電流状態と判定することができる。従来の過電流保護は、連続して発生する過電流検出の回数にもとづく処理であったのに対して、本実施の形態における過電流保護は、所定時間における過電流検出の発生頻度(割合)に着目したものと言える。
The above is the operation of the DC /
本発明は、図3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変形例を説明する。 The present invention is understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 3 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 modifications will be described in order to help understand the essence and circuit operation of the invention and clarify them, not to narrow the scope of the present invention.
図7は、DC/DCコンバータ100の具体的な構成例を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the DC /
パルス変調器210は、ピーク電流モードのパルス幅変調器である。パルス変調器210は、エラーアンプ212、PWMコンパレータ214、スロープ補償器216、メインロジック218を備える。エラーアンプ212は、ソフトスタート電圧VSSと基準電圧VREFの低い一方と、フィードバック電圧VFBとの誤差を増幅し、誤差信号VERRを生成する。エラーアンプ212は3入力のオペアンプで構成してもよい。スロープ補償器216は、電流センス回路270からの電流センス信号VCSに、スロープ信号VSLOPEを重畳する。
The
PWMコンパレータ214は、誤差信号VERRと、スロープ補償後の電流センス信号VCS’を比較し、電流センス信号VCS’が誤差信号VERRとクロスすると、リセット信号SRESETをアサート(たとえばハイレベル)する。メインロジック218は、リセット信号SRESETのアサートに応答して、パルス信号SPWMを、スイッチングトランジスタM1のオフに対応するレベル(オフレベル、たとえばロー)に遷移させる。
The
オシレータ260は、電流IOSCに応じた周波数を有するセット信号SSETを生成する。メインロジック218はセット信号SSETのエッジに応答して、パルス信号SPWMを、スイッチングトランジスタM1のオンに対応するレベル(オンレベル、たとえばハイ)に遷移させる。
The
(過電流保護の変形例)
図8(a)、(b)は、DC/DCコンバータ100の過電流検出の変形例を説明する図である。実施の形態に係る過電流検出の処理(図5、図6)では、1回目のOCP信号SOCPをトリガとして、判定期間TDETを開始した。これに対して、図7の変形例では、一の所定サイクル数(判定期間)が終了すると、OCP信号のトリガを待たずに、次の所定サイクル数(判定期間)を開始する。この変形例によっても過電流状態を検出できる。
(Modification of overcurrent protection)
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a modification example of overcurrent detection of the DC /
図8(a)、(b)の変形例と、図5,図6の処理を比較すると、後者の利点が明確となる。図8(b)は、図6(a)と同じOCP信号SOCPに実施の形態に係る過電流検出処理を適用した場合を示す。これらの対比から明らかなように、実施の形態による処理では、変形例に係る処理に比べて、より早いタイミングでOCP_DET信号をアサートすることができる。 Comparing the modified examples of FIGS. 8A and 8B with the processes of FIGS. 5 and 6, the advantage of the latter becomes clear. FIG. 8B shows a case where the overcurrent detection process according to the embodiment is applied to the same OCP signal S OCP as in FIG. As is clear from these comparisons, in the process according to the embodiment, the OCP_DET signal can be asserted at an earlier timing than the process according to the modification.
また変形例では、OCP信号SOCPが一切アサートされない状態でも、検出期間TDETをカウントする必要があるため、無駄な消費電力が発生する。これに対して実施の形態に係る処理では、OCP信号SOCPが一切アサートされない状態では判定回路290の動作は停止しているため、消費電力を低減できる。
Further, in the modified example, even when the OCP signal S OCP is not asserted at all, it is necessary to count the detection period TDET , so that wasteful power consumption occurs. On the other hand, in the processing according to the embodiment, the operation of the
(用途)
図9は、DC/DCコンバータ100を備える車載電装機器300のブロック図である。車載電装機器300は、DC/DCコンバータ100に加えて、バッテリ302、マイコン304、負荷306を備える。バッテリ302は、たとえば12V(あるいは24V)のバッテリ電圧VBATを生成する。DC/DCコンバータ100はバッテリ電圧VBATを入力電圧VINとして受け、負荷306に最適な電圧レベルを有する出力電圧VOUTを生成する。負荷306は特に限定されず、各種ECU(Electronic Control Unit)、オーディオ回路、カーナビゲーションシステムなどが例示される。マイコン304は、車載電装機器300を統合的に制御するホストプロセッサであり、制御回路200に対してEN信号を出力する。また、制御回路200のFLG端子を監視し、OCP_DET信号のアサートを検出すると、適切な保護処理を実行する。
(Use)
FIG. 9 is a block diagram of the in-vehicle
車載電装機器300には、電子機器よりもさらに高い信頼性が要求される。実施の形態に係るDC/DCコンバータ100は、車載電装機器300など高い信頼性が要求される用途に好適である。
The in-vehicle
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1変形例)
DC/DCコンバータは、降圧型に限定されず、昇圧型や昇降圧型にも本発明は適用可能である。また、フライバックコンバータなどのようにトランスを用いたコンバータにも本発明は適用しうる。
(First modification)
The DC / DC converter is not limited to a step-down type, and the present invention can be applied to a step-up type and a step-up / step-down type. The present invention can also be applied to a converter using a transformer such as a flyback converter.
(第2変形例)
実施の形態ではスイッチングトランジスタM1や同期整流トランジスタM2がMOSFETである場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。
(Second modification)
Although the embodiment has been described when the switching transistor M 1 and the synchronous rectification transistor M 2 is an MOSFET, the present invention is not limited thereto, may be IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
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.
100…DC/DCコンバータ、102…入力端子、104…出力端子、110…出力回路、M1…スイッチングトランジスタ、M2…同期整流トランジスタ、L1…インダクタ、C1…出力キャパシタ、200…制御回路、210…パルス変調器、212…エラーアンプ、214…PWMコンパレータ、216…スロープ補償器、218…メインロジック、230…ドライバ、240…ソフトスタート回路、260…オシレータ、270…電流センス回路、SPWM…パルス信号、300…車載電装機器、302…バッテリ、304…マイコン、306…負荷。
100 ... DC / DC converter, 102 ... input terminal, 104 ... output terminal, 110 ... output circuit,
Claims (9)
前記DC/DCコンバータの出力信号が目標電圧に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記DC/DCコンバータの電流が所定のしきい値を超えると、過電流検出信号をアサートする過電流検出回路と、
前記過電流検出信号のアサートが、所定サイクル数内に所定の判定回数を超えて発生すると、過電流状態と判定する判定回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。 A control circuit for a DC / DC converter,
A pulse modulator that generates a pulse signal in which a duty ratio is adjusted so that an output signal of the DC / DC converter approaches a target voltage;
An overcurrent detection circuit that asserts an overcurrent detection signal when the current of the DC / DC converter exceeds a predetermined threshold;
A determination circuit for determining an overcurrent state when the overcurrent detection signal is asserted exceeding a predetermined number of determinations within a predetermined number of cycles;
A control circuit comprising:
ディセーブル状態において前記過電流検出信号のアサートを検出するとイネーブル状態となり、前記所定サイクル数をカウントするまでの間、カウントイネーブル信号をアサートする第1カウンタと、
前記カウントイネーブル信号がアサートされる間、前記過電流検出信号がアサートされる回数をカウントする第2カウンタと、
を備え、前記第2カウンタのカウント値が前記判定回数に応じたしきい値を超えると、前記過電流状態を示す異常検出信号をアサートすることを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 The determination circuit includes:
A first counter that asserts a count enable signal until it is enabled when it detects assertion of the overcurrent detection signal in a disabled state; and
A second counter that counts the number of times the overcurrent detection signal is asserted while the count enable signal is asserted;
3. The control circuit according to claim 2, wherein an abnormality detection signal indicating the overcurrent state is asserted when a count value of the second counter exceeds a threshold value corresponding to the number of times of determination.
前記DC/DCコンバータの出力信号が目標電圧に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号に応じて、前記DC/DCコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するステップと、
前記スイッチングトランジスタに流れる電流が所定のしきい値を超えると、過電流検出信号をアサートするステップと、
前記過電流検出信号のアサートが、所定サイクル数内に所定の判定回数を超えて発生すると、過電流状態と判定するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 A method for controlling a DC / DC converter, comprising:
Generating a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output signal of the DC / DC converter approaches a target voltage;
Driving the switching transistor of the DC / DC converter in response to the pulse signal;
Asserting an overcurrent detection signal when a current flowing through the switching transistor exceeds a predetermined threshold;
A step of determining an overcurrent state when the overcurrent detection signal is asserted exceeding a predetermined number of determinations within a predetermined number of cycles;
A control method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017020268A JP6853684B2 (en) | 2017-02-07 | 2017-02-07 | DC / DC converter and its control circuit, control method and in-vehicle electrical equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017020268A JP6853684B2 (en) | 2017-02-07 | 2017-02-07 | DC / DC converter and its control circuit, control method and in-vehicle electrical equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018129908A true JP2018129908A (en) | 2018-08-16 |
| JP6853684B2 JP6853684B2 (en) | 2021-03-31 |
Family
ID=63174594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017020268A Expired - Fee Related JP6853684B2 (en) | 2017-02-07 | 2017-02-07 | DC / DC converter and its control circuit, control method and in-vehicle electrical equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6853684B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021072740A (en) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | ローム株式会社 | Switch device |
| WO2022233456A1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-11-10 | Eaton Intelligent Power Limited | Power inverter and method for controlling a power inverter |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000227808A (en) * | 1998-12-24 | 2000-08-15 | Intersil Corp | DC-DC converter having inductor current detector and adjustment method thereof |
| JP2008301672A (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | DC-DC converter |
| JP2012114999A (en) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Nichicon Corp | Abnormality detection device for battery charger |
| JP2016123205A (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Buck chopper |
| JP2017028912A (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | Power supply device and image forming apparatus provided with the same |
-
2017
- 2017-02-07 JP JP2017020268A patent/JP6853684B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000227808A (en) * | 1998-12-24 | 2000-08-15 | Intersil Corp | DC-DC converter having inductor current detector and adjustment method thereof |
| JP2008301672A (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | DC-DC converter |
| JP2012114999A (en) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Nichicon Corp | Abnormality detection device for battery charger |
| JP2016123205A (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Buck chopper |
| JP2017028912A (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | Power supply device and image forming apparatus provided with the same |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021072740A (en) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | ローム株式会社 | Switch device |
| JP7364429B2 (en) | 2019-11-01 | 2023-10-18 | ローム株式会社 | switch device |
| WO2022233456A1 (en) * | 2021-05-05 | 2022-11-10 | Eaton Intelligent Power Limited | Power inverter and method for controlling a power inverter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6853684B2 (en) | 2021-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10333384B2 (en) | System and method for a switch driver | |
| US8803500B2 (en) | PFM SMPS with quick sudden load change response | |
| USRE46333E1 (en) | High-side sensing of zero inductor current for step-down DC-DC converter | |
| US8334683B2 (en) | System and method for current limiting a DC-DC converter | |
| JP6718308B2 (en) | Synchronous rectification type DC/DC converter and its controller, control method and electronic equipment | |
| US10075070B2 (en) | Step-down DC/DC converter | |
| TWI523396B (en) | Forward converter and secondary side switch controller | |
| US8587275B2 (en) | Instantaneous average current measurement method | |
| JP2018129910A (en) | Dc/dc converter and control circuit thereof, control method, and on-vehicle electrical apparatus | |
| US7355830B2 (en) | Overcurrent protection device | |
| JP2017093159A (en) | Step-down dc/dc converter and control circuit, control method therefor, on-vehicle power supply device | |
| US20250293602A1 (en) | Peak current limit management for high frequency buck converter | |
| JP6875873B2 (en) | DC / DC converter and its control circuit, in-vehicle electrical equipment | |
| JP6722070B2 (en) | DC/DC converter and its control circuit, electronic device | |
| JP2009225642A (en) | Power supply apparatus and semiconductor integrated circuit apparatus | |
| US12218592B2 (en) | Control circuit for DC/DC converter | |
| US10468981B2 (en) | Switching power supply device | |
| JP6832082B2 (en) | DC / DC converter and its control circuit, inductor short circuit detection method, control method, electronic equipment | |
| JP6853684B2 (en) | DC / DC converter and its control circuit, control method and in-vehicle electrical equipment | |
| JP2009038894A (en) | Power supply control circuit | |
| US11289998B2 (en) | Current limiting technique for buck converters | |
| JP4543021B2 (en) | POWER SUPPLY DEVICE, ITS CONTROL CIRCUIT, AND CONTROL METHOD | |
| CN111987906B (en) | Wide switching frequency range switching mode power supply control topology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200109 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201008 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201020 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201216 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210312 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6853684 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |