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発明の名称 昇降圧コンバータ用制御回路
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−104741(P2007−104741A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−287449(P2005−287449)
出願日 平成17年9月30日(2005.9.30)
代理人 【識別番号】100077931
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘
発明者 石井 卓也 / 明石 裕樹 / 石丸 誠
要約 課題
昇降圧コンバータを安定的に動作させる制御回路を実現する。

解決手段
昇降圧コンバータ用制御回路(10A)は、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて第1の誤差信号を生成する誤差増幅回路(11)、基準電位を軸として第1の誤差信号を反転した第2の誤差信号を生成する反転増幅回路(12)、基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器(13)、第1の誤差信号とランプ信号とを比較する第1の比較器(14)、第2の誤差信号とランプ信号とを比較する第2の比較器(15)、第1の比較器の出力と第2の比較器の出力との論理積に基づいて昇降圧コンバータにおける昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路(16)、及び第1の比較器の出力と第2の比較器の出力との論理和に基づいて昇降圧コンバータにおける降圧回路の動作を制御する降圧制御回路(17)を備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ用の制御回路であって、
前記昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて、第1の誤差信号と、基準電位を軸として前記第1の誤差信号を反転した第2の誤差信号とを生成する出力検出回路と、
前記基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器と、
前記第1の誤差信号と前記ランプ信号とを比較する第1の比較器と、
前記第2の誤差信号と前記ランプ信号とを比較する第2の比較器と、
前記第1の比較器の出力と前記第2の比較器の出力との論理積に基づいて前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路と、
前記第1の比較器の出力と前記第2の比較器の出力との論理和に基づいて前記降圧回路の動作を制御する降圧制御回路とを備えた
ことを特徴とする制御回路。
【請求項2】
請求項1に記載の制御回路において、
前記出力検出回路は、
前記昇降圧コンバータの出力電圧と前記目標値との誤差に基づいて前記第1の誤差信号を生成する誤差増幅回路と、
前記第1の誤差信号を受け、前記第2の誤差信号を生成する反転増幅回路とを有する
ことを特徴とする制御回路。
【請求項3】
請求項1に記載の制御回路において、
前記ランプ信号の変化の幅は、前記第1及び第2の誤差信号の変化の幅と同程度である
ことを特徴とする制御回路。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、直流の入力電圧を所望の直流の出力電圧に変換する昇降圧コンバータ用の制御回路に関する。
【背景技術】
【0002】
入力直流電源から直流の入力電圧(以下、入力直流電圧という)を入力し、各種電子回路用に電源電圧となる直流の出力電圧(以下、出力直流電圧という)を出力する電源回路において、入力直流電圧が出力直流電圧に比べて大きい電圧から小さい電圧まで変動する場合、昇降圧コンバータが用いられる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図4は、従来の昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成を示す。制御回路10は、昇降圧コンバータ100の出力直流電圧Voに基づいて駆動信号DR1及びDR2を生成し、昇降圧コンバータ100を構成する降圧回路101及び昇圧回路102のそれぞれの動作を制御する。
【0004】
具体的には、制御回路10は、誤差増幅回路11、反転増幅回路12、発振器13、比較器14及び15を備えている。誤差増幅回路11は、電圧Voと目標値との誤差に基づいて誤差信号Veを生成する。誤差信号Veは、電圧Voが目標値よりも高いとき下降し、目標値よりも低いとき上昇する。反転増幅回路12は、電位E1を軸として誤差信号Veを反転し、誤差信号Vxを生成する。すなわち、誤差信号Vxは、Vx=2E1−Veで表される。発振器13は、電位E1と電位E2(<E1)との間を所定周期で増減する三角波状のランプ信号Vtを生成する。比較器14は、ランプ信号Vtと誤差信号Veとを比較し、誤差信号Veの方が大きいときにHレベルとなる駆動信号DR1を生成する。そして、比較器15は、ランプ信号Vtと誤差信号Vxとを比較し、誤差信号Vxの方が小さいときにHレベルとなる駆動信号DR2を生成する。
【0005】
図5は、制御回路10の動作波形図である。図5の左半部では、誤差信号Veは電位E1よりも低く、ランプ信号Vtと交差しているが、誤差信号Vxは電位E1よりも高く、ランプ信号Vtと交差していない。したがって、駆動信号DR1はパルス状となって出力され、駆動信号DR2は一定レベル(この場合、Lレベル)のままである。このとき、昇降圧コンバータ100は降圧コンバータとして動作する。
【0006】
入力直流電圧Viの低下等によって出力直流電圧Voが目標値を下回ると、誤差信号Veは上昇し、誤差信号Vxは下降する。やがて、誤差信号Ve及びVxは電位E1に達する。これ以降(図5の右半部)、誤差信号Veは電位E1よりも高くなりランプ信号Vtと交差しないが、誤差信号Vxは電位E1よりも低くなりランプ信号Vtと交差するようになる。したがって、駆動信号DR1は一定レベル(この場合、Hレベル)のままとなり、駆動信号DR2はパルス状となって出力される。このとき、昇降圧コンバータ100は昇圧コンバータとして動作する。
【特許文献1】特許第3440314号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の昇降圧コンバータ用制御回路では、ランプ信号Vtが電位E1と電位E2との間を増減するのに対し、誤差信号Ve及びVxは2E1−E2以上になることがある。一方、昇降圧コンバータ用制御回路の電源電圧となる入力直流電圧Viは誤差信号Ve及びVxの最大値よりも大きくなければならないため(Vi>2E1−E2)、電位E1は(Vi+E2)/2よりも小さく設定しなければならない(E1<(Vi+E2)/2)。このため、ランプ信号Vtの振幅を十分に大きく取ることができずに降圧回路101及び昇圧回路102におけるスイッチング周期のバラツキが大きくなり、昇降圧コンバータの動作が不安定になってしまう。
【0008】
また、誤差信号Ve又は誤差信号Vxがランプ信号Vtの波形先端部分と交わる部分、すなわち、昇圧動作及びと降圧動作の遷移領域では、ランプ信号Vtの波形先端部分の歪みによって、駆動信号DR1及びDR2のデューティ比が急激に100%又は0%になってしまうおそれがある。この結果、昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移がスムーズに行われずに昇降圧コンバータの動作が不安定になるといった問題がある。
【0009】
上記問題に鑑み、本発明は、昇降圧コンバータを安定的に動作させる制御回路を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ用の制御回路として、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて、第1の誤差信号と、基準電位を軸として前記第1の誤差信号を反転した第2の誤差信号とを生成する出力検出回路と、基準電位を軸とするランプ信号を生成する発振器と、第1の誤差信号とランプ信号とを比較する第1の比較器と、第2の誤差信号とランプ信号とを比較する第2の比較器と、第1の比較器の出力と第2の比較器の出力との論理積に基づいて昇圧回路の動作を制御する昇圧制御回路と、第1の比較器の出力と第2の比較器の出力との論理和に基づいて降圧回路の動作を制御する降圧制御回路とを備えたものとする。
【0011】
これによると、ランプ信号の振幅を比較的大きく取ることができ、また、ランプ信号の波形先端部分からずれて昇降圧コンバータの昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移が行われるため、昇降圧コンバータの動作が安定する。
【0012】
具体的には、出力検出回路は、昇降圧コンバータの出力電圧と目標値との誤差に基づいて第1の誤差信号を生成する誤差増幅回路と、第1の誤差信号を受け、第2の誤差信号を生成する反転増幅回路とを有するものとする。
【0013】
なお、ランプ信号の変化の幅は、第1及び第2の誤差信号の変化の幅と同程度であることが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によると、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作との切り替えがスムーズに行われ、昇降圧コンバータを安定的に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成を示す。制御回路10Aは、昇降圧コンバータ100の出力直流電圧Voに基づいて駆動信号DR1及びDR2を生成し、昇降圧コンバータ100を構成する降圧回路101及び昇圧回路102のそれぞれの動作を制御する。
【0017】
具体的には、制御回路10Aは、誤差増幅回路11、反転増幅回路12、発振器13、比較器14及び15、降圧制御回路16、及び昇圧制御回路17を備えている。また、誤差増幅回路11及び反転増幅回路12は出力検出回路18を構成している。誤差増幅回路11は、昇降圧コンバータ100の出力直流電圧Voと目標値との誤差に基づいて誤差信号Veを生成する。誤差信号Veは、電圧Voが目標値よりも高いとき下降し、目標値よりも低いとき上昇する。反転増幅回路12は、基準電位Etを軸として誤差信号Veを反転し、誤差信号Vxを生成する。すなわち、誤差信号Vxは、Vx=2Et−Veで表される。発振器13は、基準電位Etを軸として振幅ΔEの三角波状のランプ信号Vtを生成する。比較器14は、ランプ信号Vtと誤差信号Veとを比較し、誤差信号Veの方が大きいときにHレベルとなる信号V1を生成する。比較器15は、ランプ信号Vtと誤差信号Vxとを比較し、誤差信号Vxの方が小さいときにHレベルとなる信号V2を生成する。降圧制御回路16は、ORゲートで構成されており、信号V1と信号V2との論理和である駆動信号DR1を出力する。そして、昇圧制御回路17は、ANDゲートで構成されており、信号V1と信号V2との論理積である駆動信号DR2を出力する。
【0018】
図2は、本実施形態に係る制御回路10Aの動作波形図である。図2の左半部では、誤差信号Veは基準電位Etよりも低いところでランプ信号Vtと交差しており、誤差信号Vxは基準電位Etよりも高いところでランプ信号Vtと交差している。したがって、信号V1及びV2は相補的にHレベルとなり、その論理和である駆動信号DR1はパルス状となって出力される一方、その論理積である駆動信号DR2はLレベルのままとなる。このとき、昇降圧コンバータ100は降圧コンバータとして動作する。
【0019】
入力直流電圧Viの低下等によって出力直流電圧Voが目標値を下回ると、誤差信号Veは上昇し、誤差信号Vxは下降する。やがて、誤差信号Ve及びVxは基準電位Etに達する。これ以降(図2の右半部)、誤差信号Veは基準電位Etよりも高いところでランプ信号Vtと交差し、誤差信号Vxは基準電位Etよりも低いところでランプ信号Vtと交差するようになる。したがって、信号V1及びV2は相補的にLレベルとなり、その論理和である駆動信号DR1はHレベルのままとなる一方、その論理積である駆動信号DR2はパルス状となって出力される。このとき、昇降圧コンバータ100は昇圧コンバータとして動作する。
【0020】
以上、本実施形態に係る制御回路10Aによると、昇降圧コンバータ100の昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移は、誤差信号Ve又は誤差信号Vxがランプ信号Vtの振幅中心付近の基準電位E1と交わる部分で起きる。したがって、ランプ信号Vtの波形先端部分の歪みにかかわらず、昇降圧コンバータ100はスムーズに昇圧動作から降圧動作への遷移及びその逆の遷移をすることができる。
【0021】
なお、誤差信号Ve及びVxは、ランプ信号Vtの最大値であるEt+ΔE以上であればよい。好ましくは、ランプ信号Vtの変化の幅と誤差信号Ve及びVxの変化の幅とを同程度にする。これにより、ランプ信号Vtの振幅を十分に大きく取ることができ、昇降圧コンバータ100の動作の安定化を図ることができる。
【0022】
また、必ずしもランプ信号Vtの中心である基準電位Etを軸として誤差信号Veを反転して誤差信号Vxを生成しなくてもよい。すなわち、多少の誤差は許容される。図3は、ランプ信号Vtの中心が基準電位Etよりもわずかに高い場合の動作波形を示す。この場合、誤差信号Ve及びVxが高くずれるため、信号V1のパルス幅は大きく、信号V2のパルス幅は小さくなる。このため、スイッチング2周期ごとに駆動信号DR1及びDR2のパルス幅が揃う親子発振と呼ばれる現象が生じる。しかし、この現象は帰還系の異常発振動作とは異なるうえ、その度合いも小さいため、昇降圧コンバータ100の制御に関して問題となることはほとんどない。
【0023】
また、図1では、発振器13は3つの電位Et+ΔE、Et及びEt−ΔEを受けているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、発振器13は、基準電位Etと振幅に相当する電圧ΔEの二つを受けてランプ信号Vtを生成するようにしてもよいし、また、ランプ信号Vtの上限及び下限の電位Et+ΔE及びEt−ΔEを受けてランプ信号Vt及び基準電位Etを生成するようにしてもよい。また、反転増幅回路12は1個のオペアンプと2個の抵抗から構成される一般的な構成としているが、これ以外の構成であってもよい。また、降圧制御回路16は、ORゲート以外にも、信号V1と信号V2との論理和に基づいて駆動信号DR1を生成するものであればよい。同様に、昇圧制御回路17は、ANDゲート以外にも、信号V1と信号V2との論理積に基づいて駆動信号DR2を生成するものであればよい。
【0024】
また、図1では、出力検出回路18は誤差増幅回路11及び反転増幅回路12から構成されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、誤差増幅回路11を差動増幅回路として構成する場合には、誤差増幅回路11によって誤差信号Ve及びVxを生成することができる。すなわち、出力検出回路18は誤差増幅回路11のみで構成されることとなる。この場合、誤差増幅回路11に与えられる電源電圧をEbとすると、基準電圧EtはEt=Eb/2を満たすように設定すればよい。
【0025】
また、本発明に係る制御回路の制御対象となる昇降圧コンバータは図1に示したものに限られない。本発明に係る制御回路は、およそ昇圧回路と降圧回路とを備えた昇降圧コンバータ一般に適合する。
【産業上の利用可能性】
【0026】
本発明に係る制御回路は、昇降圧コンバータの動作を安定化させるため、安定的な電源供給が要求される装置の電源回路に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成図である。
【図2】図1に示した制御回路の動作波形図である。
【図3】誤差信号の反転軸がずれた場合の図1に示した制御回路の動作波形図である。
【図4】従来の昇降圧コンバータ用制御回路の回路構成図である。
【図5】図4に示した制御回路の動作波形図である。
【符号の説明】
【0028】
10A 制御回路
11 誤差増幅回路
12 反転増幅回路
13 発振器
14 比較器(第1の比較器)
15 比較器(第2の比較器)
16 昇圧制御回路
17 降圧制御回路
18 出力検出回路




 

 


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