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JP4576411B2 - Step-up / step-down (buck / boost) switching regulator - Google Patents

Step-up / step-down (buck / boost) switching regulator Download PDF

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JP4576411B2
JP4576411B2 JP2007218747A JP2007218747A JP4576411B2 JP 4576411 B2 JP4576411 B2 JP 4576411B2 JP 2007218747 A JP2007218747 A JP 2007218747A JP 2007218747 A JP2007218747 A JP 2007218747A JP 4576411 B2 JP4576411 B2 JP 4576411B2
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マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ・インコーポレーテッド
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    • H02M3/10Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M3/1582Buck-boost converters

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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、ステップアップ/ステップダウン・スイッチングレギュレータの分野に関する。   The present invention relates to the field of step-up / step-down switching regulators.

ステップアップ/ステップダウン・スイッチングレギュレータは、電源から負荷へのエネルギ伝送を制御するためにパルス幅変調を用いている。バッテリ駆動式携帯機器における一般的条件である、電源と負荷の電圧範囲が重なり合う場合、この制御機能はより複雑になる。既存の技術は、周波数分周波、電圧と電流のリップルの増大、モードハンチング、変換効率の低下、要素応力の増加のような望ましくない動作を示す。例として、図1に示すようなHブリッジ回路は、バックブーストDC−DCコンバータ(buck-boost DC to DC converter)として用いられる。このようなコンバータやそのコンバータの動作方法は、米国特許第6,087,816号に開示されている。このシステムは大きな電流リップルを有する。インダクタ、キャパシタ、電源スイッチは、負荷電流よりもはるかに大きな電流の定格にする必要がある。
米国特許第6,087,816号公報
Step-up / step-down switching regulators use pulse width modulation to control energy transfer from the power supply to the load. This control function becomes more complex when the power supply and load voltage ranges overlap, which is a common condition in battery-powered portable devices. Existing technologies exhibit undesirable behavior such as frequency splitting, increased voltage and current ripple, mode hunting, reduced conversion efficiency, increased element stress. As an example, an H-bridge circuit as shown in FIG. 1 is used as a buck-boost DC to DC converter. Such a converter and its method of operation are disclosed in US Pat. No. 6,087,816. This system has a large current ripple. Inductors, capacitors and power switches need to be rated for currents much greater than the load current.
US Pat. No. 6,087,816

本発明によるコンバータが図2に示される。図示のように、このようなコンバータでは、スイッチ1、4はP−チャネルデバイスで、スイッチ2、3はNチャネルデバイスである。この点に関して、このようなコンバータでは一般に、スイッチ2(N1)と4(P2)は制御機能ではなく整流機能を果たし、従って、通常のダイオード、Schottkyダイオード、又は同期整流器として実現することができる。同期整流器を制御するための技術は、従来技術において公知であり、従って、本発明を不明瞭にしないために、同期整流器を用いる場合にはスイッチ2(N1)と4(P2)の制御の詳細は本明細書では繰り返さない。同様に、他方、スイッチ2、4にSchottkyダイオードのようなダイオードを用いる場合には、以下の開示では通常、回路解析目的のためにダイオード全体にわたる電圧降下を無視することにする。結果として生じる電流波形の傾斜は若干異なり、本発明の理解にとって必須ではない他の小さな変動が生じることになるが、本発明の動作についての説明には依然として適用することができる。しかしながら、負電流を抑制するダイオード又は同期整流器が用いられる場合には、本発明のコンバータは、調整値を維持するために最小負荷が必要となる点に留意されたい。   A converter according to the invention is shown in FIG. As shown, in such a converter, switches 1 and 4 are P-channel devices and switches 2 and 3 are N-channel devices. In this regard, in such a converter, switches 2 (N1) and 4 (P2) generally perform a rectification function rather than a control function and can thus be realized as a normal diode, a Schottky diode, or a synchronous rectifier. Techniques for controlling synchronous rectifiers are known in the prior art, and therefore details of the control of switches 2 (N1) and 4 (P2) when using a synchronous rectifier to avoid obscuring the present invention. Is not repeated here. Similarly, if a diode, such as a Schottky diode, is used for switches 2 and 4 on the other hand, the following disclosure will typically ignore the voltage drop across the diode for circuit analysis purposes. The resulting slope of the current waveform will be slightly different and will result in other minor variations that are not essential to an understanding of the present invention, but can still be applied to the description of the operation of the present invention. However, it should be noted that if a diode or synchronous rectifier that suppresses negative current is used, the converter of the present invention requires a minimum load to maintain the regulated value.

図1、図2は、同期整流器などにおけるような、4つのスイッチP1、P2、、N1とN2を示している。本発明のある特定の好ましい実施形態の通常のPWM動作では、スイッチP1がオフの場合はスイッチN1はオンであり、スイッチP1がオンの場合にはスイッチN1はオフであり、すなわちN1=/P1である(注:本明細書において「/」は上バーを意味する)。同様にスイッチN2がオフの場合にはスイッチP2はオンであり、スイッチN2がオンの場合にはスイッチP2はオフであり、すなわちP2=/N2である。従って、本発明の方法は、スイッチP1とN2の制御に関して説明され、特に他に表記しない限りN1=/P1、P2=/N2とみなす。しかしながら、本発明はスイッチN1とN2を通る電流に応答し、従って、好ましい実施形態では、これらのスイッチの各々は、電流感知回路CSN1とCSN2を有し、それぞれのスイッチを通る電流よりも(一般的に非常に小さい)比例した電流をコントローラに供給する。好ましい実施形態では、スイッチの両端電圧がそのスイッチを通る電流の非線形関数であっても、コントローラへの電流感知信号がそれぞれのスイッチを通る電流にほぼ比例するように、電流感知回路は各々電流ミラーの形態である。また図2にコントローラへの追加入力として示されるのは、分圧器R1、R2によって分割された出力電圧のフィードバックFBと、基準電圧Vrefである。   1 and 2 show four switches P1, P2, N1 and N2, such as in a synchronous rectifier. In normal PWM operation of certain preferred embodiments of the present invention, switch N1 is on when switch P1 is off, and switch N1 is off when switch P1 is on, ie, N1 = / P1. (Note: In this specification, “/” means the upper bar). Similarly, when the switch N2 is off, the switch P2 is on, and when the switch N2 is on, the switch P2 is off, that is, P2 = / N2. Thus, the method of the present invention will be described with respect to the control of switches P1 and N2, assuming N1 = / P1, P2 = / N2, unless otherwise noted. However, the present invention is responsive to the current through switches N1 and N2, and therefore, in the preferred embodiment, each of these switches has current sensing circuits CSN1 and CSN2 (generally more common than the current through the respective switch). Supply a proportional current to the controller. In a preferred embodiment, each current sensing circuit is a current mirror so that the current sense signal to the controller is approximately proportional to the current through each switch, even though the voltage across the switch is a non-linear function of the current through that switch. It is a form. Also shown in FIG. 2 as additional inputs to the controller are the feedback FB of the output voltage divided by the voltage dividers R1, R2, and the reference voltage Vref.

図1は、図1、図2のスイッチP1とN2用のスイッチ設定の3つの組み合せを例示しており、本明細書ではΦ1、Φ2、Φ3、又は位相1、2、3と呼ぶ。Φ1は、「高速L充電」として識別され、高速でインダクタLを通る電流を上昇させることを意味する。この電流経路において、スイッチP1とN2が閉、すなわち通電しており、以下単にP1N2で示す。ここで充電速度di/dt=VIN/Lである(スイッチの電圧降下を無視する)。スイッチN1又はP2はいずれもこの電流経路と直列ではないので、スイッチN1とP2にダイオードを使用することは、インダクタLの電流のこの増大速度を変えることにはならない。   FIG. 1 illustrates three combinations of switch settings for switches P1 and N2 of FIGS. 1 and 2, referred to herein as Φ1, Φ2, Φ3, or phases 1, 2, and 3. Φ1 is identified as “fast L charge” and means increasing the current through the inductor L at high speed. In this current path, the switches P1 and N2 are closed, that is, energized, and are simply indicated by P1N2. Here, the charging speed is di / dt = VIN / L (ignoring the voltage drop of the switch). Since neither switch N1 or P2 is in series with this current path, the use of diodes for switches N1 and P2 does not change this rate of increase of the current in inductor L.

電流経路Φ2は、「低速インダクタ充電」電流経路として識別される。この電流経路では、スイッチP1は閉で、スイッチN2は開であり、以下ではP1 /N2で表記する。この場合、インダクタLの電流の蓄積速度は、di/dt=(Vin−Vout)/Lとなる。この通電経路は「低速L充電」で表記されるが、VIN=Voutの場合、インダクタLを通るdi/dtはゼロになり、VIN<Voutの場合、di/dtは実際に負であり、好ましい実施形態では、負になる場合もある点に留意されたい。ダイオード又は等価な同期整流器が用いられる場合には、それぞれの同期整流器のオフにより遮断されるか、又はそれぞれのダイオードにより遮断されるので、電流は負になることができない。同様に、勿論スイッチP2が実際にダイオードである場合には、VIN−ダイオード電圧降下=VoutになるとインダクタLを通るdi/dtはゼロになる。 Current path Φ2 is identified as a “slow inductor charge” current path. In this current path, the switch P1 is closed and the switch N2 is open, and will be denoted by P1 / N2 below. In this case, the current accumulation speed of the inductor L is di / dt = (V in −V out ) / L. This energization path is expressed as “low speed L charging”. When V IN = V out , di / dt passing through the inductor L becomes zero, and when V IN <V out , di / dt is actually negative. Note that in the preferred embodiment, it may be negative. When diodes or equivalent synchronous rectifiers are used, the current cannot be negative because they are either blocked by the respective synchronous rectifier being turned off or by the respective diode. Similarly, of course, if the switch P2 is actually a diode, di / dt through the inductor L becomes zero when V IN -diode voltage drop = V out .

Φ3で表記される第3の経路は、「高速L放電」と表記される。この電流経路は、スイッチP1とN2の両方が開いていること、すなわち/P1 /N2によって特徴付けられる。この場合、インダクタLを通る電流変化率は、di/dt=−Vout/Lであり、好ましい実施形態では負になることがである。この場合も同様に、ダイオード又は等価な同期整流器は、これらが用いられる場合には逆電流フローを阻止する。この点に関し、スイッチP2がダイオードである場合には、di/dt=−(Vout+ダイオードの順方向電圧降下)/Lである。ダイオード、同期整流器、又は更にスイッチN1とP2の順方向通電電圧降下の影響は、当業者には容易に評価することができるであろうが、以下の開示においては明確にする目的でこれ以上考慮しないものとする(電流感知の目的を除く)。 The third path denoted by Φ3 is denoted as “fast L discharge”. This current path is characterized by both switches P1 and N2 being open, ie / P1 / N2. In this case, the rate of change of current through the inductor L is di / dt = −V out / L, which can be negative in the preferred embodiment. Again, diodes or equivalent synchronous rectifiers prevent reverse current flow when they are used. In this regard, when switch P2 is a diode, di / dt = − (V out + diode forward voltage drop) / L. The effect of the forward current drop on the diode, synchronous rectifier, or even switches N1 and P2 can be easily assessed by those skilled in the art, but is further considered for clarity in the following disclosure. No (except for current sensing purposes).

本発明の一態様は、入力電圧が出力電圧よりも高い(バック)か或いは入力電圧が出力電圧よりも低い(ブースト)か否かに関係なく回路が同じモードで動作することである。こうした3つの動作モードを図3a、4a、5aの状態図に例示する。図3aでは、コントローラは、Φ1、Φ2、Φ3,Φ2、Φ1、Φ2、Φ3、Φ2・・・の順番で循環する。Φ2からΦ1、とΦ3からΦ2への遷移はクロック制御されるが、Φ1からΦ2への遷移は、電流IN2が電流制御フィルタ出力(図6)よりも大きいとき、又は電流IN2が電流制御フィルタ出力よりも既に大きかった場合には最小時間後に発生し、Φ3からΦ2への遷移とΦ3は、電流IN1が電流制御フィルタ出力よりも小さいとき、又は電流IN1が電流制御フィーダー出力よりも既に小さかった場合には最小時間後に発生する。これらの図において、「/(tmin)及び」とは、最小時間が過ぎて第2の条件が満たされているか、又は満たされるようになったことを意味する。この点に関して、電流が等しい、大きい、小さいと表現する場合には、このような相対的尺度は通常は基準化後に適用可能である点を理解されたい。例証として、図5の電流制御回路における比較器Comp A及びComp Bは、CSN1とCSN2の電流感知出力を比較しており、これらはN1とN2の実電流の振幅に比例するが、遙かに小さい。   One aspect of the invention is that the circuit operates in the same mode regardless of whether the input voltage is higher than the output voltage (buck) or the input voltage is lower than the output voltage (boost). These three modes of operation are illustrated in the state diagrams of FIGS. 3a, 4a and 5a. In FIG. 3a, the controller cycles through Φ1, Φ2, Φ3, Φ2, Φ1, Φ2, Φ3, Φ2. The transition from Φ2 to Φ1 and Φ3 to Φ2 is clocked, but the transition from Φ1 to Φ2 occurs when the current IN2 is greater than the current control filter output (FIG. 6) or when the current IN2 is the current control filter output. If the current IN1 is smaller than the current control filter output, or the current IN1 is already smaller than the current control feeder output, the transition from Φ3 to Φ2 and Φ3 occurs Occurs after a minimum time. In these drawings, “/ (tmin) and” means that the second condition has been satisfied or has been satisfied since the minimum time has passed. In this regard, it should be understood that such a relative measure is usually applicable after normalization if the currents are expressed as equal, large and small. As an example, comparators Comp A and Comp B in the current control circuit of FIG. 5 compare the current sense outputs of CSN1 and CSN2, which are proportional to the amplitude of the actual currents of N1 and N2, but far small.

図4aでは、コントローラは、Φ1、Φ2、Φ3,Φ1、Φ2、Φ3、Φ1・・・の順に循環し、図5aでは、コントローラは、Φ3、Φ2、Φ1、Φ3、Φ2、Φ1・・・の順で循環する。同じピーク電流においては、出力への調整された電源の伝送で図4aの制御アルゴリズムがより効率的であり、従って、本発明の動作の以下の詳細な説明においてはこの実施形態を例示的な実施形態として用いることにする。しかしながら、3つ全ての場合において、用いられるアルゴリズムは出力電圧が供給電圧よりも低いか又は高いかには無関係に固定される。   In FIG. 4a, the controller circulates in the order of Φ1, Φ2, Φ3, Φ1, Φ2, Φ3, Φ1,..., And in FIG. 5a, the controller has Φ3, Φ2, Φ1, Φ3, Φ2, Φ1,. Cycle in order. At the same peak current, the control algorithm of FIG. 4a is more efficient at transmitting a regulated power supply to the output, and therefore this embodiment is an exemplary implementation in the following detailed description of the operation of the present invention. I will use it as a form. However, in all three cases, the algorithm used is fixed regardless of whether the output voltage is lower or higher than the supply voltage.

本発明の種々の実施形態は、電流モード補正又は電流制御を用いる。本発明の好ましい実施形態と共に用いられる電流制御のブロック図が図6に示される。この図に示すように、図2の分圧器R1、R2からのフィードバック電圧FBは、トランスコンダクタンス増幅器E−AMPによって基準電圧REF(図6)と比較され、トランスコンダクタンス増幅器E−AMPの電流出力はFilter(フィルタ)によってフィルタリングされ、続いて、補正回路COMP AとCOMP Bに結合される。これらの補正回路は、N1における位相3(Φ3)電流、N2における位相1(Φ1)電流にそれぞれ応答し、比較器COMP AとCOMP Bの出力は、位相制御ロジックに供給される。図6のフィルタ用のフィルタ回路を図7に示す。   Various embodiments of the present invention use current mode correction or current control. A block diagram of the current control used with the preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. As shown in this figure, the feedback voltage FB from the voltage dividers R1 and R2 in FIG. 2 is compared with the reference voltage REF (FIG. 6) by the transconductance amplifier E-AMP, and the current output of the transconductance amplifier E-AMP is Filtered by a filter and subsequently coupled to correction circuits COMP A and COMP B. These correction circuits respond to the phase 3 (Φ3) current at N1 and the phase 1 (Φ1) current at N2, respectively, and the outputs of the comparators COMP A and COMP B are supplied to the phase control logic. FIG. 7 shows a filter circuit for the filter of FIG.

図4aの状態図を用いた図2の回路の動作が図8から図11に例示される。図8、図9は、入力電圧が出力電圧を上回る場合、及び入力電圧が出力電圧よりも小さい場合のそれぞれの動作を示している。図10、図11は、好ましい実施形態のスキップ能力を例示している。具体的には、スキップモードへの進入を図10に例示し、スキップモードからの退出を図11に例示する。しかしながらこれらの図を詳細に説明する前に、図1から、スイッチN1の電流はΦ3の間でのみ非ゼロとなり、スイッチN2の電流はΦ1中にのみ非ゼロとなる点に留意されたい。更に、便宜上以下に続く説明では、Φ1とΦ3で示される方向の電流は正と仮定する。   The operation of the circuit of FIG. 2 using the state diagram of FIG. 4a is illustrated in FIGS. 8 and 9 show the respective operations when the input voltage exceeds the output voltage and when the input voltage is smaller than the output voltage. 10 and 11 illustrate the skip capability of the preferred embodiment. Specifically, the entry to the skip mode is illustrated in FIG. 10, and the exit from the skip mode is illustrated in FIG. However, before discussing these figures in detail, it should be noted from FIG. 1 that the current in switch N1 is non-zero only during Φ3 and the current in switch N2 is non-zero only during Φ1. Furthermore, for convenience, in the following description, it is assumed that the currents in the directions indicated by Φ1 and Φ3 are positive.

ここで図4及び8を参照しながら、図4aの実施形態に従った図2の回路の動作を説明する。入力電圧がコンバータの出力電圧よりも上回る動作条件では、回路は動作中で且つΦ2状態にある時点と仮定する。この状態では、入力電圧は出力電圧を上回るので、インダクタLを通る電流は低速の充電条件で増大している。本明細書においてtminと呼ばれる時間期間でΦ3クロックが発生すると、コントローラは、スイッチP1をオフにすることによってΦ3モードに変える。これはスイッチN1を通る通電を生じさせ、インダクタを通る電流は、フィルタ電流出力を下回るまで比較的急激に減少して、比較器COMP Aの出力を変化させ、この時点でコントローラは、スイッチP1とN2両方をオンにすることによってΦ1モードに切り替える。これ以後で理解されるように、スイッチN1の電流が既にフィルタ出力電流よりも下回っている場合には、Φ3からΦ1への切り替えは、最小時間tminの後に発生することになる。この点に関して、好ましくはtminは、正確な感知目的で回路を新しい状態で安定させることを可能にしながら可能な限り適度に短く選択される。   The operation of the circuit of FIG. 2 according to the embodiment of FIG. 4a will now be described with reference to FIGS. For operating conditions where the input voltage exceeds the converter output voltage, assume that the circuit is in operation and is in the Φ2 state. In this state, since the input voltage exceeds the output voltage, the current passing through the inductor L increases under low-speed charging conditions. When the Φ3 clock is generated in a time period referred to herein as tmin, the controller changes to the Φ3 mode by turning off the switch P1. This causes energization through switch N1, and the current through the inductor decreases relatively rapidly until it falls below the filter current output, changing the output of comparator COMP A, at which point the controller is connected to switch P1 and Switch to Φ1 mode by turning on both N2. As will be understood hereinafter, when the current of the switch N1 is already lower than the filter output current, the switching from Φ3 to Φ1 occurs after the minimum time tmin. In this regard, tmin is preferably chosen as reasonably short as possible while still allowing the circuit to stabilize in a new state for accurate sensing purposes.

Φ1状態は、スイッチN2を通る電流がフィルタを通る電流を上回り、比較器COMP Bの出力を変化させるまで継続し、或いは、スイッチN2を通る電流がtminよりも短い時間でフィルタを通る電流を上回る場合には、Φ1パルスの持続時間(tmin)の間継続することになり、その後、コントローラは、スイッチN2をオフにすることによって再びΦ2に切り替わることになる。この場合も同様に、インダクタLの電流は、次のΦ3クロックパルスまで低速の充電速度で増大し、この時点でサイクルは繰り返される。従って、2つの決定ポイント、すなわち、スイッチN1の電流が降下しフィルタ出力電流を下回った決定Aと、スイッチN2の電流が増大してフィルタ出力電流を上回った決定Bとが存在する。   The Φ1 state continues until the current through switch N2 exceeds the current through the filter and changes the output of comparator COMP B, or the current through switch N2 exceeds the current through the filter in less than tmin. In some cases, it will last for the duration (tmin) of the Φ1 pulse, after which the controller will switch back to Φ2 by turning off switch N2. Again, the inductor L current increases at a slow charge rate until the next Φ3 clock pulse, at which point the cycle is repeated. Thus, there are two decision points: decision A where the current in switch N1 drops and falls below the filter output current, and decision B where the current in switch N2 increases and exceeds the filter output current.

図9は、入力電圧が出力電圧よりも低い場合のコントローラの動作を例示している。動作は、位相が同様に配列されている、すなわちΦ1、Φ2、Φ3、Φ1、Φ2、Φ3、Φ1、その他であるという意味において同じである点に留意されたい。主な相違点は、Φ3とΦ1の波形と持続時間である。詳細には、Φ2中にインダクタLを通る電流は実際に減少し、Φ2からΦ3のスイッチング時に、スイッチN1の電流は、フィルタ出力電流よりも下回るようになる。従って、Φ3の持続時間はtminに保持されることになり、後続のΦ1動作の持続時間はtminを上回り、スイッチN2の電流がフィルタ出力電流まで増大できる。   FIG. 9 illustrates the operation of the controller when the input voltage is lower than the output voltage. Note that the operation is the same in the sense that the phases are similarly arranged, ie, Φ1, Φ2, Φ3, Φ1, Φ2, Φ3, Φ1, etc. The main difference is the waveform and duration of Φ3 and Φ1. Specifically, the current through the inductor L during Φ2 actually decreases, and when switching from Φ2 to Φ3, the current in the switch N1 becomes less than the filter output current. Therefore, the duration of Φ3 is held at tmin, the duration of the subsequent Φ1 operation exceeds tmin, and the current of the switch N2 can be increased to the filter output current.

コンバータの軽負荷では、図10に示すように、コンバータの出力電圧は目的の調整電圧を上回ったまま(過電圧)であっても、スイッチN1の電流はΦ3中にゼロになることができる。軽負荷又は無負荷では、フィードバックFB(図6)は基準電圧REFを上回り、Filterから出力される負電流を生じることがある。従って、スイッチN1の電流は、その電流がゼロになったときでも依然としてフィルタ出力を上回る。この「ゼロクロス」はコントローラによって感知され、クロック発振器が停止され、さもなければ回路がスリープモードになる(Discont(中断)信号波形を参照されたい)。スリープモードにおいて、好ましい実施形態では、スイッチN1とN2はオン、スイッチP2はオフであり、負荷からの戻り電流フローは遮断される。出力電圧が調整電圧未満まで低下し、過電圧条件が排除されると、クロックは再始動し、別のΦ1パルスを開始する。しかしながら、このパルスはある固定時間にわたるものであり、その後には、クロックが位相をΦ3に変えるまでΦ2位相に留まる。図10に例示するように、次のΦ1、Φ2、Φ3シーケンスは、やはり基準電圧REFよりも高い出力を生じ、コントローラはシーケンス途中で過電圧条件を感知し、Discount(中断)信号は、同様にシーケンスの終端において発振器を停止し、過電圧がなくなるまで回路をスリープモードにする。   At a light load of the converter, as shown in FIG. 10, even if the output voltage of the converter remains above the target adjustment voltage (overvoltage), the current of the switch N1 can become zero during Φ3. At light or no load, the feedback FB (FIG. 6) may exceed the reference voltage REF and produce a negative current output from the filter. Therefore, the current in switch N1 still exceeds the filter output even when that current becomes zero. This “zero cross” is sensed by the controller and the clock oscillator is stopped, otherwise the circuit goes into sleep mode (see Discont signal waveform). In the sleep mode, in a preferred embodiment, switches N1 and N2 are on, switch P2 is off, and return current flow from the load is interrupted. When the output voltage drops below the regulated voltage and the overvoltage condition is eliminated, the clock restarts and begins another Φ1 pulse. However, this pulse is for a fixed time, after which it stays in Φ2 phase until the clock changes phase to Φ3. As illustrated in FIG. 10, the next Φ1, Φ2, Φ3 sequence also produces an output that is higher than the reference voltage REF, the controller senses an overvoltage condition in the middle of the sequence, and the Discount signal is similarly sequenced. The oscillator is stopped at the end of the circuit and the circuit is put into sleep mode until the overvoltage disappears.

図10の軽負荷又は無負荷条件において、各Φ1、Φ2、Φ3シーケンスは、ゼロインダクタ電流から開始される。コンバータが低又はゼロインダクタ電流で動作しているときには、コントローラは、強制的に初期動作をさせるよう出力電圧に応答する。例えば、軽負荷(スキップ)動作時に、コンバータにかなりの負荷が突然印加された場合には(図11を参照されたい)、過電圧条件は消去される。このことがΦ1、Φ2、Φ3シーケンスの間に生じた場合には、新しいシーケンスが開始されることになる。Φ1、Φ2、Φ3シーケンスがゼロインダクタ電流条件から開始されると、所定の持続時間にわたって強制的にΦ1位相にされ、次のクロックパルスまでΦ2位相が続く。閾値インダクタ電流が確立されると、制御は図8、図9に関して説明した制御に復帰する。   In the light load or no load condition of FIG. 10, each Φ1, Φ2, Φ3 sequence starts with a zero inductor current. When the converter is operating at low or zero inductor current, the controller responds to the output voltage to force initial operation. For example, if a significant load is suddenly applied to the converter during light load (skip) operation (see FIG. 11), the overvoltage condition is eliminated. If this occurs during the Φ1, Φ2, Φ3 sequence, a new sequence will be started. When the Φ1, Φ2, and Φ3 sequences are initiated from a zero inductor current condition, they are forced to the Φ1 phase for a predetermined duration, followed by the Φ2 phase until the next clock pulse. When the threshold inductor current is established, control returns to the control described with respect to FIGS.

出力電圧が入力電圧を上回る場合において、スキップモードの後に過電圧条件が消去されると、長いΦ1及びtminΦ3が最初に課せられるが動作は同様であり、その後、制御は、図8、図9に関して説明した制御に復帰する。しかしながら全ての場合において、動作のシーケンスは同じてあり、すなわち、Φ1、Φ2、Φ3、Φ1、Φ2、Φ3、Φ1・・・である。この点に関して、前述のことはスキップ終了の好ましい方法を表しているが、他の方法も実施可能である。   If the output voltage exceeds the input voltage and the overvoltage condition is cleared after skip mode, the long Φ1 and tminΦ3 are imposed first, but the operation is similar, after which the control is described with respect to FIGS. Return to the controlled mode. However, in all cases, the sequence of operations is the same, i.e., Φ1, Φ2, Φ3, Φ1, Φ2, Φ3, Φ1,. In this regard, the foregoing represents the preferred method of skip termination, but other methods are possible.

図4aのコンバータの全体的な動作が図12のより詳細な状態図で示されている。この図では、ロジックハイ(LH又は「真」)信号の形態にあるON信号は、コンバータの電源をオンにする。バイアス電圧と基準電圧が安定になると、高速充電又は位相1サイクルが開始される。高速充電は、COMP Bの出力が切り替わるまで持続し(図7)、その後、コンバータは、クロック信号がコンバータを位相3に切り替えるまで低速充電又は位相2に切り替わる。他方、高速充電がCOMP B出力の状態を変えさせる前に、このクロック信号が発生した場合には、クロック信号は、位相1から位相3に直接変更させることになる。その結果、位相3は、COMP A(図6)が状態を変えて、コンバータを高速充電又は位相1に復帰させるまで持続する。他方、位相3の終了時に過電圧が存在する場合には、過電圧条件が消去されるような時間まで保留が開始され、その後、高速充電又は位相1が再開される。保留条件から出るときに、固定又は所定の時間間隔にわたって強制的に高速充電又は位相1状態にされ、続いて位相2状態が続き、更に所定時間後、クロックは位相3状態を開始する。スキップ又は保留モードからの退出は、入力電圧が出力電圧を上回っているか、又は入力電圧が出力電圧未満で動作しているかどうかに関わらず同じである。しかしながら、入力電圧が出力電圧未満である場合には、より長い所定時間にわたって高速充電又は位相1が保持された後、位相2に切り替わり、勿論これは、クロックパルスの発生によって短縮されることになる。ここでの目標は、同じ条件下で動作する従来のPWMコントローラと波形を同じに維持することである。   The overall operation of the converter of FIG. 4a is shown in the more detailed state diagram of FIG. In this figure, an ON signal in the form of a logic high (LH or “true”) signal turns on the power supply of the converter. When the bias voltage and reference voltage are stable, a fast charge or phase 1 cycle is initiated. Fast charging lasts until the output of COMP B switches (FIG. 7), after which the converter switches to slow charging or phase 2 until the clock signal switches the converter to phase 3. On the other hand, if this clock signal is generated before the fast charge changes the state of the COMP B output, the clock signal will be directly changed from phase 1 to phase 3. As a result, phase 3 persists until COMP A (FIG. 6) changes state to cause the converter to fast charge or return to phase 1. On the other hand, if an overvoltage exists at the end of phase 3, hold is started until such time as the overvoltage condition is cleared, then fast charge or phase 1 is resumed. When exiting the hold condition, it is forced to fast charge or phase 1 state for a fixed or predetermined time interval, followed by phase 2 state, and after a further predetermined time, the clock starts phase 3 state. Exiting from skip or hold mode is the same whether the input voltage is above the output voltage or whether the input voltage is operating below the output voltage. However, if the input voltage is less than the output voltage, fast charge or phase 1 is held for a longer predetermined time before switching to phase 2, which of course will be shortened by the generation of clock pulses. . The goal here is to keep the waveform the same as a conventional PWM controller operating under the same conditions.

またコンバータは、好ましくは高速充電又は位相1から低速充電又は位相2へのスイッチングにおいてピーク電流制限を有する。通常、このピーク電流は、コンバータの通常動作範囲外に設定されるが、短絡等の異常負荷の場合には、このピーク電流制限に達する可能性がある。好ましい実施形態では、そのピーク電流の到達は、調整値に達する固定時間をシステムに本質的に与えるタイマを開始し、その後に、システムは、新しい始動信号を受信するまで停止する。従って、例証として短絡の場合には、起動時にこのピーク電流に達すると、その直後に回路は再び停止し、短絡が修正された後で起動されるまで、各連続した起動信号に対する当そのシーケンスを繰り返す。これは、コンバータ構成要素に損傷を与えることなくこのような異常負荷を処理する方法の単なる一例に過ぎない。   The converter also preferably has a peak current limit in fast charge or phase 1 to slow charge or phase 2 switching. Normally, this peak current is set outside the normal operating range of the converter, but this peak current limit may be reached in the case of an abnormal load such as a short circuit. In the preferred embodiment, the arrival of the peak current starts a timer that essentially gives the system a fixed time to reach the regulation value, after which the system stops until a new start signal is received. Thus, by way of example, in the case of a short circuit, when this peak current is reached at start-up, the circuit will immediately stop again, and the sequence for each successive start signal will continue until it is started after the short circuit has been corrected. repeat. This is just one example of how to handle such abnormal loads without damaging the converter components.

前述の種類の回路では、入力電圧が出力電圧を下回ることができる電圧量に関して実施可能な制限が存在する。バッテリ駆動式システムでは、特に低い入力電圧とは、バッテリが完全放電に近く、利用可能なエネルギがほとんど残っていないことを意味する。また、入力電圧が出力電圧未満に低下すると、コンバータは、大部分の時間を高速充電又は位相1状態に留まることが必要となり、効率損失までの平均出力電流に対するピーク電流の比率を高め、所定のピーク電流を上回るべきではない場合にはコンバータの平均出力電流を制限する。従って、好ましい実施形態は、入力電圧感知を含み、供給電圧が低過ぎる場合に起動を禁止するために低電圧ロックアウト(UVLO)を設ける。また好ましい実施形態は、スイッチP1の電流を始動ランプまで制限することによるソフト始動能力を含み、好ましい実施形態では、ランプは、動作電流レベルまでの小さな漸増から構成される。   In the types of circuits described above, there are practical restrictions on the amount of voltage that the input voltage can fall below the output voltage. In battery-operated systems, a particularly low input voltage means that the battery is near full discharge and there is little energy available. Also, if the input voltage drops below the output voltage, the converter needs to stay in fast charge or phase 1 state for most of the time, increasing the ratio of peak current to average output current up to efficiency loss, Limit the average output current of the converter if it should not exceed the peak current. Accordingly, the preferred embodiment includes input voltage sensing and provides an undervoltage lockout (UVLO) to inhibit activation if the supply voltage is too low. The preferred embodiment also includes a soft starting capability by limiting the current in switch P1 to the starting lamp, and in the preferred embodiment, the lamp consists of a small ramp up to the operating current level.

図4aの状態図の動作の説明が完了すると、図3a及び5aの動作が明らかとなる。この点に関して、ソフト始動、低電圧ロックアウト、位相3の間にインダクタ電流がゼロになった後に過電圧条件が存在する場合のスリープモードへの出入り、並びに、インダクタ電流制限が到達された後の所定時間にレギュレータが調整値に達しない場合の自動停止は、3つ全ての実施形態において同じとすることができる。また、特定の位相間のクロック制御が図示されているが、場合によっては、他の位相(他の決定ポイント)間のクロック制御を代わりに用いてもよい。   When the description of the operation of the state diagram of FIG. 4a is complete, the operation of FIGS. 3a and 5a becomes apparent. In this regard, soft start, undervoltage lockout, entering and exiting sleep mode when an overvoltage condition exists after the inductor current goes to zero during phase 3, and predetermined after the inductor current limit is reached The automatic stop when the regulator does not reach the regulation value in time can be the same in all three embodiments. In addition, although clock control between specific phases is illustrated, in some cases, clock control between other phases (other decision points) may be used instead.

3つの動作方法の比較に関して、図3b、4b、5bは、Vout=Vinにおける比較を提示している。本発明はこの条件付近で動作させることが多いので、これは好都合な比較ポイントである。3つ全ての場合において、当然ながら位相2の間の電流は一定である。しかしながら、図3aの方法は位相3から位相2になるので、位相2の動作の1つの間での電流は、図4aの方法の単一の位相2の間よりも小さい。同じインダクタンス、周波数、ピーク電流、ゲート駆動では、図4aの実施形態では、およそ16%大きな平均電流を負荷に供給する。図5aの実施形態において、コンバータは、図3a、3bの実施形態で負荷への電流供給において高効率の位相である第2の位相2の動作を排除した、位相1から位相3に直接移行させる。従って、同じインダクタンス、周波数、ピーク電流、ゲート駆動では、図5a、5bの実施形態では、図3a、3bの実施形態よりも更に小さな平均電流を負荷に供給する。しかしながら、この実施形態は、限定ではないが、モードを変更せずに出力電圧よりも高い入力電圧及び低い入力電圧を有する動作を含む、本発明の特定の利点を依然として保持している。 Respect Comparison of three methods of operation, FIG. 3b, 4b, 5b presents a comparison in V out = V in. This is a convenient comparison point because the present invention often operates near this condition. In all three cases, of course, the current during phase 2 is constant. However, since the method of FIG. 3a goes from phase 3 to phase 2, the current during one of the phase 2 operations is smaller than during the single phase 2 of the method of FIG. 4a. For the same inductance, frequency, peak current, and gate drive, the embodiment of FIG. 4a provides an average current of approximately 16% higher to the load. In the embodiment of FIG. 5a, the converter makes a direct transition from phase 1 to phase 3, eliminating the operation of the second phase 2, which is a highly efficient phase in supplying current to the load in the embodiment of FIGS. 3a, 3b. . Thus, for the same inductance, frequency, peak current, and gate drive, the embodiment of FIGS. 5a and 5b supplies a smaller average current to the load than the embodiment of FIGS. 3a and 3b. However, this embodiment still retains certain advantages of the present invention including, but not limited to, having an input voltage that is higher and lower than the output voltage without changing the mode.

従って、本発明は、簡易な制御アルゴリズムを用いてモードの変更がなく、その上、良好な過渡応答をもたらし、Vin/Vout範囲全体にわたって電流リップルが低く、Vin/Vout範囲全体にわたり要素応力を小さくすることができる。本発明の特定の好ましい実施形態が、限定ではなく例示的な目的で本明細書で開示され説明されてきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細において種々の変更を行い得る点は当業者には理解されるであろう。   Thus, the present invention uses a simple control algorithm without mode change, and also provides good transient response, low current ripple over the Vin / Vout range, and low element stress over the Vin / Vout range. can do. While certain preferred embodiments of the invention have been disclosed and described herein for purposes of illustration and not limitation, various changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Those skilled in the art will appreciate the benefits.

バックブーストDC−DCコンバータとして用いることができる汎用Hブリッジ回路を表す図である。It is a figure showing the general purpose H bridge circuit which can be used as a buck boost DC-DC converter. 本発明のブロック図である。It is a block diagram of the present invention. 本発明の一実施形態の状態図である。It is a state diagram of one embodiment of the present invention. 出力電圧に等しい入力電圧で動作する、図3aの状態図による1つの動作サイクルにおけるレギュレータ出力部への充電供給を例示する図である。FIG. 3b is a diagram illustrating charging supply to the regulator output in one operating cycle according to the state diagram of FIG. 3a operating at an input voltage equal to the output voltage. 本発明の別の実施形態の状態図である。FIG. 6 is a state diagram of another embodiment of the present invention. 出力電圧に等しい入力電圧で動作する、図4aの状態図による1つの動作サイクルにおけるレギュレータ出力部への充電供給を例示する図である。FIG. 4b illustrates the charging supply to the regulator output in one operating cycle according to the state diagram of FIG. 4a operating at an input voltage equal to the output voltage. 本発明の更に別の実施形態の状態図である。FIG. 6 is a state diagram of still another embodiment of the present invention. 出力電圧に等しい入力電圧で動作する、図5aの状態図による1つの動作サイクルにおけるレギュレータ出力部への充電供給を例示する図である。FIG. 5b is a diagram illustrating charging supply to the regulator output in one operating cycle according to the state diagram of FIG. 5a operating at an input voltage equal to the output voltage. 本発明の好ましい実施形態と共に用いられる電流制御のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of current control used with a preferred embodiment of the present invention. 図6の電流制御において用いられるフィルタの回路図である。It is a circuit diagram of the filter used in the current control of FIG. 入力電圧が出力電圧を上回る場合の図4aの実施形態の動作を例示する図である。4b illustrates the operation of the embodiment of FIG. 4a when the input voltage exceeds the output voltage. 入力電圧が出力電圧より低い場合の図4aの実施形態の動作を例示する図である。4b illustrates the operation of the embodiment of FIG. 4a when the input voltage is lower than the output voltage. スキップモードへの進入を例示する図である。It is a figure which illustrates approach to skip mode. スキップモードからの退出を例示する図である。It is a figure which illustrates leaving from skip mode. 図4aの実施形態のより完全な状態図である。FIG. 4b is a more complete state diagram of the embodiment of FIG. 4a.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4 スイッチ 1, 2, 3, 4 switches

Claims (28)

ステップアップ/ステップダウンのスイッチング・レギュレータ用の制御方法であって、そのレギュレータは、
第1および第2の導線を備えたインダクタと、
前記第1の導線を電源に制御可能に結合するための第1のスイッチ(P1)と、
前記第2の導線を回路接地部に制御可能に結合するための第2のスイッチ(N2)と
前記第1の導線と回路接地部との間にあり、前記回路接地部から前記第1の導線に電流を通電するための第3のスイッチ(N1)と、
前記第2の導線とレギュレータ出力部との間にあって、前記第2の導線から前記レギュレータ出力部に電流を通電するための第4のスイッチ(P2)と、
備えられ、前記第3のスイッチは、前記第1のスイッチがオフであればオンであり且つ前記第1のスイッチがオンであればオフであり、前記第4のスイッチは、前記第2のスイッチがオフであればオンであり且つ前記第2のスイッチがオンであればオフであるよう構成されており
レギュレータの制御方法は、
前記電源が前記レギュレータ出力を上回る電圧を有する時には、ステップダウンのために、前記各スイッチを、位相1、位相2、位相3を要素として含んでいる、あるシーケンスで動作させ、前記電源が前記レギュレータ出力よりも低い電圧を有する時には、ステップアップのために、前記各スイッチを、位相1、位相2、位相3を要素として含んでいる、上記と同一のシーケンスで動作させる段階を含み
上記の位相1では、前記第1および第2のスイッチの双方が閉じており、一方、位相2では、前記第1のスイッチが閉じ、前記第2のスイッチが開いており、そして、位相3では、前記第1および第2のスイッチの双方が開いており
電流モード補正、すなわち、
位相1からの遷移は、前記第2のスイッチ(N2)の電流および位相1の最小時間に依存して生じ
位相2からの遷移は、クロック制御され
位相3からの遷移は、前記第3のスイッチ(N1)の電流および位相3の最小時間に依存して生じる
と言う電流モード補正が用いられる
ることを特徴とする方法。
A control method for a step-up / step-down switching regulator, the regulator comprising:
An inductor with first and second conductors;
A first switch (P1) for controllably coupling the first conductor to a power source;
A second switch (N2) for controllably coupling the second conductor to a circuit ground ;
A third switch (N1) between the first conductor and the circuit ground, for energizing the first conductor from the circuit ground;
A fourth switch (P2) between the second conducting wire and the regulator output unit for energizing current from the second conducting wire to the regulator output unit;
And the third switch is on if the first switch is off and off if the first switch is on, and the fourth switch is the second switch Configured to be on if the switch is off and off if the second switch is on ,
The control method of the regulator is
When the power supply has a voltage that exceeds the regulator output, for step-down, the switches are operated in a sequence including phase 1, phase 2, and phase 3 as elements, and the power supply is connected to the regulator. When having a voltage lower than the output, for the purpose of step-up, the switches include operating the same sequence as described above, including phase 1, phase 2, and phase 3 as elements .
In phase 1 above, both the first and second switches are closed, while in phase 2, the first switch is closed, the second switch is open, and in phase 3 , Both the first and second switches are open ,
Current mode correction, ie
The transition from phase 1 occurs depending on the current of the second switch (N2) and the minimum time of phase 1 ,
The transition from phase 2 is clocked ,
The transition from phase 3 occurs depending on the current of the third switch (N1) and the minimum time of phase 3 ;
A method characterized in that current mode correction is used .
前記位相のシーケンスは、位相1、位相2、位相3、位相2、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the sequence of phases returns to phase 1, phase 2, phase 3, phase 2, then phase 1 and repeats the sequence. 位相2から位相3への遷移及び位相2から位相1への遷移は、クロック制御された遷移である、ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the phase 2 to phase 3 transition and the phase 2 to phase 1 transition are clocked transitions. 前記位相1から前記位相2への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った時点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相2への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば、その最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 2, in that when the current through the second switch exceeds the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the course of the minimum time if current through the second switch before that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 2, in that when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if prior to the expiration of the current through the third switch falls below the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The method according to claim 3.
前記位相シーケンスは、位相1、位相3、位相2、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
The phase sequence returns to phase 1, phase 3, phase 2, then back to phase 1 and repeats the sequence;
The method according to claim 1.
前記位相2から前記位相1への遷移は、クロック制御された遷移である、
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
The transition from phase 2 to phase 1 is a clocked transition,
6. The method of claim 5, wherein:
前記位相1から前記位相3への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相2への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 3, the point when the current through the second switch Tsu exceeded the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if current through the second switch before the elapse of that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 2, in that when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if current prior to the expiration of through the third switch that falls below the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The method according to claim 6.
前記位相シーケンスは、位相1、位相2、位相3、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
The phase sequence returns to phase 1, phase 2, phase 3, then back to phase 1 and repeats the sequence;
The method according to claim 1.
前記位相2から位相3への遷移は、クロック制御された遷移である、
ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
The transition from phase 2 to phase 3 is a clocked transition,
The method according to claim 8, wherein:
前記位相1から前記位相2への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った点で、既に最小時間の経過後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相1への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば前記最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 2, the the point when the current through the second switch Tsu exceeded the output of the current-mode filters, occurs when already after the lapse of a minimum time, the minimum time if current through the second switch before the elapse of that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter generated in the elapse of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 1, the point when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filters, occurs when already after the lapse of a minimum time, minimum time that current through the third switch occurs at the elapse of the current mode the minimum time if Do Rukasono was of the below output equal to the output of the filter before the elapse of
The method of claim 9.
前記インダクタの電流は位相3の間にゼロになり、前記レギュレータ出力は調整値を上回り、前記レギュレータは、前記レギュレータ出力が調整値を下回るまでスリープモードに置かれる、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
The inductor current goes to zero during phase 3, the regulator output exceeds the regulated value, and the regulator is placed in sleep mode until the regulator output falls below the regulated value.
The method according to claim 1.
前記レギュレータ出力は、前記スリープモードにおいて調整値未満に低下し、位相1の動作が開始されて所定の時間長にわたり、位相2に変化する
ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
The regulator output, said reduced in the sleep mode than the adjustment value, and the operation of the phase 1 is initiated Ri cotton in a predetermined length of time, changes in the phase 2,
The method according to claim 11, wherein:
更に、前記インダクタを通る前記電流に対する電流制限が到達された後で、所定時間内に、前記レギュレータ出力が調整電圧に到達できない場合に、前記レギュレータを停止する段階を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method further comprises shutting down the regulator if the regulator output fails to reach a regulated voltage within a predetermined time after a current limit for the current through the inductor is reached. Item 2. The method according to Item 1. 前記電源の電圧が所定電圧よりも低い場合に、前記レギュレータの動作を阻止する段階を更に含む請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, further comprising blocking operation of the regulator when the voltage of the power source is lower than a predetermined voltage. ステップアップ/ステップダウン・スイッチングレギュレータを制御する方法であって、
第1および第2の導線を備えたインダクタを設け
前記第1の導線を電源に制御可能に結合するための第1のスイッチ(P1)を設け
前記第2の導線を回路接地部に制御可能に結合するための第2のスイッチ(N2)を設け
前記第1の導線と回路接地部との間にあり、前記回路接地部から前記第1の導線に電流を通電するための第3のスイッチ(N1)を設け
前記第2の導線とレギュレータ出力部との間にあって、前記第2の導線から前記レギュレータ出力部に電流を通電するための第4のスイッチ(P2)を設ける段階を備え
前記第3のスイッチは、前記第1のスイッチがオフであればオンであり且つ前記第1のスイッチがオンであればオフであり、前記第4のスイッチは、前記第2のスイッチがオフであればオンであり且つ前記第2のスイッチがオンであればオフであるよう構成されており
前記電源が前記レギュレータ出力を上回る電圧を有する時には、ステップダウンのために、前記各スイッチを、位相1、位相2、位相3を要素として含んでいる、あるシーケンスで動作させ、前記電源が前記レギュレータ出力よりも低い電圧を有する時には、ステップアップのために、前記各スイッチを、位相1、位相2、位相3を要素として含んでいる、上記と同一のシーケンスで動作させる段階を含み
上記の位相1では、前記第1および第2のスイッチの双方が閉じており、一方、位相2では、前記第1のスイッチが閉じ、前記第2のスイッチが開いており、そして、位相3では、前記第1および第2のスイッチの双方が開いており
電流モード補正、すなわち、
位相1からの遷移は、前記第2のスイッチ(N2)の電流および位相1の最小時間に依存して生じ
位相2からの遷移は、クロック制御され
位相3からの遷移は、前記第3のスイッチ(N1)の電流および位相3の最小時間に依存して生じる
と言う電流モード補正が用いられる
ることを特徴とする方法。
A method for controlling a step-up / step-down switching regulator comprising:
The provided inductor having first and second conductors,
Providing a first switch (P1) for controllably coupling the first conductor to a power source;
Providing a second switch (N2) for controllably coupling the second conductor to a circuit ground ;
A third switch (N1) is provided between the first conductor and the circuit ground, and is used to pass current from the circuit ground to the first conductor.
A step of providing a fourth switch (P2) between the second conductor and the regulator output unit for energizing current from the second conductor to the regulator output unit;
The third switch is on if the first switch is off and off if the first switch is on, and the fourth switch is off if the second switch is off. If it is on and the second switch is on, it is off .
When the power supply has a voltage that exceeds the regulator output, for step-down, the switches are operated in a sequence including phase 1, phase 2, and phase 3 as elements, and the power supply is connected to the regulator. When having a voltage lower than the output, for the purpose of step-up, the switches include operating the same sequence as described above, including phase 1, phase 2, and phase 3 as elements .
In phase 1 above, both the first and second switches are closed, while in phase 2, the first switch is closed, the second switch is open, and in phase 3 , Both the first and second switches are open ,
Current mode correction, ie
The transition from phase 1 occurs depending on the current of the second switch (N2) and the minimum time of phase 1 ,
The transition from phase 2 is clocked ,
The transition from phase 3 occurs depending on the current of the third switch (N1) and the minimum time of phase 3 ;
A method characterized in that current mode correction is used .
前記位相のシーケンスは、位相1、位相2、位相3、位相2、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、ことを特徴とする請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the sequence of phases returns to phase 1, phase 2, phase 3, phase 2, then phase 1, and the sequence is repeated. 位相2から位相3への遷移及び位相2から位相1への遷移は、クロック制御された遷移である、ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the phase 2 to phase 3 transition and the phase 2 to phase 1 transition are clocked transitions. 前記位相1から前記位相2への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った時点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相2への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば、その最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 2, in that when the current through the second switch exceeds the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the course of the minimum time if current through the second switch before that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 2, in that when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if prior to the expiration of the current through the third switch falls below the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The method according to claim 17, wherein:
前記位相シーケンスは、位相1、位相3、位相2、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、
ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
The phase sequence returns to phase 1, phase 3, phase 2, then back to phase 1 and repeats the sequence;
The method according to claim 15.
前記位相2から前記位相1への遷移は、クロック制御された遷移である、
ことを特徴とする請求項19に記載の方法。
The transition from phase 2 to phase 1 is a clocked transition,
20. A method according to claim 19, wherein:
前記位相1から前記位相3への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相2への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過以後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば、前記最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 3, the point when the current through the second switch Tsu exceeded the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if current through the second switch before the elapse of that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 2, in that when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filter, occur if already elapsed since the minimum time, the minimum time that if current prior to the expiration of through the third switch that falls below the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter, generated in the course time of the minimum time,
21. The method of claim 20, wherein:
前記位相シーケンスは、位相1、位相2、位相3、次いで位相1に戻り、そのシーケンスを繰り返す、
ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
The phase sequence returns to phase 1, phase 2, phase 3, then back to phase 1 and repeats the sequence;
The method according to claim 15.
前記位相2から位相3への遷移は、クロック制御された遷移である、
ことを特徴とする請求項22に記載の方法。
The transition from phase 2 to phase 3 is a clocked transition,
23. The method of claim 22, wherein:
前記位相1から前記位相2への遷移は、前記第2のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を上回った点で、既に最小時間の経過後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第2のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を上回ったのであれば前記最小時間の経過時点において発生し、
前記位相3から前記位相1への遷移は、前記第3のスイッチを通る電流が電流モードフィルタの出力を下回った点で、既に最小時間の経過後であれば発生し、その最小時間の経過前に前記第3のスイッチを通る電流が前記電流モードフィルタの出力に等しくなるかその出力を下回ったのであれば前記最小時間の経過時点において発生する、
ことを特徴とする請求項23に記載の方法。
The transition from the phase 1 to the phase 2, the the point when the current through the second switch Tsu exceeded the output of the current-mode filters, occurs when already after the lapse of a minimum time, the minimum time if current through the second switch before the elapse of that exceeds the output equally Do Rukasono output of the current-mode filter generated in the elapse of the minimum time,
The transition from the phase 3 to the phase 1, the point when the current through the third switch Tsu falls below the output of the current-mode filters, occurs when already after the lapse of a minimum time, minimum time that current through the third switch occurs at the elapse of the current mode the minimum time if Do Rukasono was of the below output equal to the output of the filter before the elapse of
24. The method of claim 23.
前記インダクタの電流は位相3の間にゼロになり、前記レギュレータ出力は調整値を上回り、前記レギュレータは、前記レギュレータ出力が調整値を下回るまでスリープモードに置かれる、
ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
The inductor current goes to zero during phase 3, the regulator output exceeds the regulated value, and the regulator is placed in sleep mode until the regulator output falls below the regulated value.
The method according to claim 15.
前記レギュレータ出力は、前記スリープモードにおいて調整値未満に低下し、位相1の動作が開始されて所定の時間長にわたり、位相2に変化する
ことを特徴とする請求項25に記載の方法。
The regulator output, said reduced in the sleep mode than the adjustment value, and the operation of the phase 1 is initiated Ri cotton in a predetermined length of time, changes in the phase 2,
26. The method of claim 25.
更に、前記インダクタを通る前記電流に対する電流制限が到達された後で、所定時間内に、前記レギュレータ出力が調整電圧に到達できない場合に、前記レギュレータを停止する段階を含む請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, further comprising shutting down the regulator if the regulator output fails to reach a regulated voltage within a predetermined time after a current limit for the current through the inductor is reached. . 前記電源の電圧が所定電圧よりも低い場合に前記レギュレータの動作を阻止する段階を更に含む請求項27に記載の方法。 28. The method of claim 27, further comprising blocking operation of the regulator when the voltage of the power source is lower than a predetermined voltage.
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