(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
外部から入力された入力電圧をスイッチングして平滑回路へ供給し、前記平滑回路により前記スイッチングされた入力電圧を平滑させることによって、前記平滑回路に出力電圧を生成させるDC/DCコンバーター用回路モジュールであって、
オンすることにより前記入力電圧を前記平滑回路へ供給し、オフすることにより前記入力電圧の前記平滑回路への供給を遮断することにより前記スイッチングを行うスイッチング部と、
前記出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチング部を予め固定されたデューティ比で周期的にオン、オフさせて前記スイッチング部に前記スイッチングを行わせるスイッチング処理と、前記スイッチング処理の実行中に前記出力電圧が所定の上側基準電圧を超えたとき、前記スイッチング部をオフさせて前記スイッチング処理を停止する停止処理とを含む第1スイッチングモードと、前記スイッチング部を、前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧に応じたデューティ比で周期的にオン、オフさせる第2スイッチングモードと、を実行可能なスイッチング制御部と、
前記上側基準電圧の設定を受け付ける設定受付部と、
前記スイッチング部から前記平滑回路へ流れる電流を検出する電流検出部と、
を備え、
前記スイッチング制御部は、前記第2スイッチングモードの実行中に前記電流検出部によって検出された電流が予め設定された閾値電流を下回ったとき、前記第2スイッチングモードの実行を停止して前記第1スイッチングモードの実行を開始するDC/DCコンバーター用回路モジュール。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、DC/DCコンバーターのスイッチング周波数を増大させると、スイッチングの頻度が増加する。スイッチング素子は、電流をスイッチングするタイミングで損失を発生するので、スイッチングの頻度が増加するとスイッチング損失が増大し、DC/DCコンバーターの電圧変換効率が低下する。
【0006】
一方、DC/DCコンバーターのリップル電圧は、必ずしも常に問題になるわけではない。DC/DCコンバーターから出力電圧の供給を受ける負荷回路の許容範囲内であれば、DC/DCコンバーターの出力電圧にリップル電圧が含まれていても問題はない。そのため、DC/DCコンバーターを機器に組み込んで利用する機器設計者等のユーザーには、DC/DCコンバーターの出力電圧に含まれるリップル電圧を、負荷回路の許容範囲に応じて調節したいというニーズがある。
【0007】
本発明の目的は、DC/DCコンバーターの出力電圧に含まれるリップル電圧を、負荷回路の許容範囲に応じて調節することが容易なDC/DCコンバーター用回路モジュール、及びDC/DCコンバーターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るDC/DCコンバーター用回路モジュールは、外部から入力された入力電圧をスイッチングして平滑回路へ供給し、前記平滑回路により前記スイッチングされた入力電圧を平滑させることによって、前記平滑回路に出力電圧を生成させるDC/DCコンバーター用回路モジュールであって、オンすることにより前記入力電圧を前記平滑回路へ供給し、オフすることにより前記入力電圧の前記平滑回路への供給を遮断することにより前記スイッチングを行うスイッチング部と、前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチング部を
予め固定されたデューティ比で周期的にオン、オフさせて前記スイッチング部に前記スイッチングを行わせるスイッチング処理と、前記スイッチング処理の実行中に前記出力電圧が所定の上側基準電圧を超えたとき、前記スイッチング部をオフさせて前記スイッチング処理を停止する停止処理とを含む第1スイッチングモード
と、前記スイッチング部を、前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧に応じたデューティ比で周期的にオン、オフさせる第2スイッチングモードと、を実行可能なスイッチング制御部と、前記上側基準電圧の設定を受け付ける設定受付部と、
前記スイッチング部から前記平滑回路へ流れる電流を検出する電流検出部と、を備え
、前記スイッチング制御部は、前記第2スイッチングモードの実行中に前記電流検出部によって検出された電流が予め設定された閾値電流を下回ったとき、前記第2スイッチングモードの実行を停止して前記第1スイッチングモードの実行を開始する。
【0009】
この構成によれば、外部から入力された入力電圧が、スイッチング部によってスイッチングされて平滑回路へ供給される。スイッチングされた入力電圧は、平滑回路で平滑される。これにより、出力電圧が生成される。生成された出力電圧は、電圧検出部によって検出される。スイッチング制御部は、スイッチング処理と停止処理とを含む第1スイッチングモードを実行する。スイッチング処理では、スイッチング部が周期的にオン、オフされ、スイッチングされた入力電圧が平滑回路で平滑されて出力電圧が生成される。また、設定受付部によって、上側基準電圧の設定が受け付けられる。そして、スイッチング処理の実行中に出力電圧が上側基準電圧を超えたとき、スイッチング部がオフされてスイッチング処理が停止し、出力電圧が低下する。これにより、出力電圧に含まれるリップル電圧が上側基準電圧に基づき制限される。この場合、ユーザーが負荷回路の許容範囲に応じた上側基準電圧を設定受付部に設定することによって、出力電圧に含まれるリップル電圧が負荷回路の許容範囲に応じた電圧に調節される。従って、出力電圧に含まれるリップル電圧を、ユーザーが負荷回路の許容範囲に応じて調節することが容易となる。
この構成によれば、スイッチング制御部は、第2スイッチングモードにおいて、スイッチング部によるスイッチングのデューティ比を変化させることができる。従って、例えば負荷回路の消費電流に変化が生じて出力電圧が変動した場合であっても、スイッチング部をオン、オフさせるデューティ比を出力電圧に応じて変化させることによって、出力電圧を調節することが容易となる。
また、負荷回路の消費電流が減少すると、スイッチング部から平滑回路へ流れる電流が減少する。このような場合に、第2スイッチングモードによってスイッチング部をオン、オフさせるデューティ比を変化させるのみでスイッチングの頻度を変化させないと、不必要なスイッチングにより電力損失が生じるおそれがある。そこでこの構成によれば、第2スイッチングモードの実行中にスイッチング部から平滑回路へ流れる電流が閾値電流を下回ったとき、第2スイッチングモードの実行が停止されて第1スイッチングモードの実行が開始される。第1スイッチングモードでは、スイッチング部から平滑回路へ流れる電流が減少すると、出力電圧が上側基準電圧を超えてからオン基準電圧を下回るまでにかかる時間が長くなり、スイッチング処理が停止されている時間が長くなる。その結果、スイッチング部から平滑回路へ流れる電流が減少するとスイッチングの頻度が減少するので、電力損失の低減効果が増大する。
【0010】
また、前記第1スイッチングモードは、さらに、前記停止処理による前記スイッチング処理の停止期間中に前記出力電圧が予め設定されたオン基準電圧を下回ったとき前記スイッチング処理を開始する開始処理をさらに含むことが好ましい。
【0011】
この構成によれば、第1スイッチングモードでは、スイッチング処理の停止期間中に出力電圧がオン基準電圧を下回ったとき、スイッチング処理が開始され、出力電圧が上昇する。これにより、出力電圧は、上側基準電圧とオン基準電圧とに基づき規定される一定の電圧範囲に維持される。また、出力電圧が、上側基準電圧を超えたときからオン基準電圧を下回るまでスイッチング処理が停止されるので、スイッチング処理によって生じる電力損失が低減される。このとき、上側基準電圧が高いほど、出力電圧が上側基準電圧を超えてからオン基準電圧を下回るまでにかかる時間が長くなる。従って、上側基準電圧が高いほどスイッチングの頻度が減少し、電力損失の低減効果が大きくなる。そして、上側基準電圧の設定を受け付ける設定受付部を備えているので、ユーザーは、リップル電圧が負荷回路の許容範囲内に収まる範囲内で、極力大きな上側基準電圧を設定することができる。その結果、出力電圧に含まれるリップル電圧を負荷回路の許容範囲内に制限しつつ、スイッチングの頻度を減少させることが容易となる。
【0014】
また、前記スイッチング制御部は、前記第1スイッチングモードの実行中に前記出力電圧が前記オン基準電圧より低い下側基準電圧を下回ったとき前記第1スイッチングモードの実行を停止し、前記第2スイッチングモードの実行を開始することが好ましい。
【0015】
第1スイッチングモードの実行中に出力電圧がオン基準電圧を下回ると、スイッチング処理が開始される。しかしながら、負荷回路の消費電流が増大すると、スイッチング処理を開始しても出力電圧が上昇せずにさらに低下する場合がある。そこでこの構成によれば、第1スイッチングモードの実行中に出力電圧がオン基準電圧より低い下側基準電圧を下回ったとき、第1スイッチングモードの実行が停止され、第2スイッチングモードの実行が開始される。第2スイッチングモードでは、負荷回路の消費電流が増大して出力電圧が低下した場合であっても、スイッチング部をオン、オフさせるデューティ比を出力電圧に応じて変化させることによって、出力電圧を上昇させることが容易となる。
【0018】
また、前記設定受付部は、抵抗を接続可能な接続端子を含み、前記接続端子に接続された抵抗の抵抗値に応じて、前記上側基準電圧の設定を受け付けることが好ましい。
【0019】
この構成によれば、ユーザーは、設定しようとする上側基準電圧に応じた抵抗値の抵抗を接続端子に接続することによって、上側基準電圧を設定することができるので、上側基準電圧の設定が容易となる。
【0020】
また、本発明にかかるDC/DCコンバーターは、上述のDC/DCコンバーター用回路モジュールと、前記平滑回路とを備える。
【0021】
この構成によれば、DC/DCコンバーターの出力電圧に含まれるリップル電圧を、ユーザーが負荷回路の許容範囲に応じて調節することが容易となる。
【発明の効果】
【0022】
このような構成のDC/DCコンバーター用回路モジュール、及びDC/DCコンバーターによれば、ユーザーが負荷回路の許容範囲に応じた上側基準電圧を設定受付部に設定することによって、出力電圧に含まれるリップル電圧が負荷回路の許容範囲に応じた電圧に調節される。従って、出力電圧に含まれるリップル電圧を、ユーザーが負荷回路の許容範囲に応じて調節することが容易となる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【0025】
図1は、本発明の一実施形態に係るDC/DCコンバーター用回路モジュールを用いたDC/DCコンバーターの構成の一例を示すブロック図である。
図1に示すDC/DCコンバーター1は、DC/DCコンバーター用回路モジュール2、平滑回路3、電圧設定用抵抗RLIM(抵抗)、及び分圧抵抗RA,RBを備えている。
【0026】
平滑回路3は、DC/DCコンバーター用回路モジュール2から出力されたパルス電圧Vpを平滑する。平滑回路3によってパルス電圧Vpが平滑されて得られた電圧は、DC/DCコンバーター1の出力電圧Voutとして、DC/DCコンバーター1の外部に接続された負荷回路4へ出力される。
【0027】
平滑回路3は、例えばインダクタLと、キャパシタCとを備えている。インダクタLの一端はDC/DCコンバーター用回路モジュール2に接続され、インダクタLの他端は負荷回路4に接続されている。また、インダクタLの他端は、キャパシタCを介して回路グラウンドに接続されている。
【0028】
分圧抵抗RA,RBは、出力電圧Voutを分圧することによって、出力電圧Voutをフィードバック電圧Vfbに変換する。これにより、分圧抵抗RA,RBは、出力電圧VoutをDC/DCコンバーター用回路モジュール2において電圧検出が可能な電圧範囲に変換する。分圧抵抗RAの抵抗値をRa、分圧抵抗RBの抵抗値をRbとすると、フィードバック電圧Vfbは、下記の式(1)で表される。
【0029】
フィードバック電圧Vfb=Vout×{Rb/(Ra+Rb)}・・・(1)
DC/DCコンバーター用回路モジュール2は、例えば集積回路、ハイブリッドIC、プリント配線基板等によって構成されている。DC/DCコンバーター用回路モジュール2は、電圧検出部21、スイッチング制御部22、電流検出部23、スイッチング部SW、発振器OSC、及び接続端子201,202,203,204を備えている。スイッチング制御部22は、FET駆動制御部221と、スイッチングモード制御部222とを含む。
【0030】
接続端子204は、直流の入力電圧Vinの入力を受け付ける受電端子である。接続端子201,202は、電圧設定用抵抗RLIMを接続可能にされている。接続端子201,202は、設定受付部の一例に相当する。接続端子203は、DC/DCコンバーター用回路モジュール2から出力されたパルス電圧Vpを平滑回路3へ出力する出力端子である。
【0031】
接続端子201,202,203,204は、DC/DCコンバーター用回路モジュール2を外部回路と電気的に接続可能なものであればよい。接続端子201,202,203,204としては、例えば集積回路やハイブリッドICの接続ピン、プリント配線基板のスルーホールや配線パターン、コネクタ、端子台等、種々の接続手段を用いることができる。
【0032】
スイッチング部SWは、接続端子204によって受電された入力電圧Vinをスイッチングし、そのスイッチングされた電圧を、電流検出部23と接続端子203とを介して平滑回路3へ出力する。
【0033】
スイッチング部SWは、スイッチング素子Q1,Q2を含む。スイッチング素子Q1,Q2は、例えばFET(Field Effect Transistor)である。なお、スイッチング素子Q1,Q2は、FETに限られず、例えばバイポーラトランジスターでもよく、その他のスイッチング素子でもよい。
【0034】
スイッチング素子Q1のドレインは接続端子204に接続され、スイッチング素子Q1のソースはスイッチング素子Q2のドレインに接続され、スイッチング素子Q2のソースは回路グラウンドに接続されている。そして、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点P1は、電流検出部23と接続端子203とを介して平滑回路3に接続されている。
【0035】
スイッチング部SWは、スイッチング素子Q1がオンし、かつスイッチング素子Q2がオフしているとき入力電圧Vinを平滑回路3へ供給し、スイッチング素子Q1がオフし、かつスイッチング素子Q2がオンしているとき入力電圧Vinの平滑回路3への供給を遮断する。すなわち、スイッチング部SWのオン状態は、スイッチング素子Q1がオン、スイッチング素子Q2がオフした状態であり、スイッチング部SWのオフ状態は、スイッチング素子Q1がオフ、スイッチング素子Q2がオンした状態である。
【0036】
以下、スイッチング素子Q1をオン、スイッチング素子Q2をオフさせることを、単にスイッチング部SWをオンさせる、と称し、スイッチング素子Q1をオフ、スイッチング素子Q2をオンさせることを、単にスイッチング部SWをオフさせる、と称する。
【0037】
発振器OSCは、例えば水晶発振器やセラミック発振器などの発振回路である。発振器OSCは、スイッチング部SWによって入力電圧Vinをスイッチングさせるための基準となるクロック信号をスイッチング制御部22へ出力する。
【0038】
電圧検出部21は、フィードバック電圧Vfbを検出することによって、間接的に出力電圧Voutを検出する。また、電圧検出部21は、フィードバック電圧Vfbを、予め設定された基準電圧と比較し、その比較結果を示す信号をスイッチングモード制御部222へ出力する。
【0039】
電圧検出部21は、コンパレーターCMP1,CMP2,CMP3、基準電圧源E1,E2,E3、分圧抵抗RC,RD、及び抵抗REを含む。コンパレーターCMP1,CMP2,CMP3は、誤差アンプであってもよい。
【0040】
基準電圧源E1,E2,E3は、予め設定された基準電圧を出力する定電圧回路である。基準電圧源E1は、基準電圧Vref1を出力する。基準電圧源E2は、基準電圧Vref2を出力する。基準電圧源E3は、基準電圧Vref3を出力する。
【0041】
分圧抵抗RC,RDは、フィードバック電圧Vfbを分圧する分圧抵抗である。分圧抵抗RC,RDは、分圧抵抗RAと分圧抵抗RBとの接続点P2と、回路グラウンドとの間に直列に接続されている。そして、分圧抵抗RC,RDの接続点P3は、接続端子202に接続されている。
【0042】
接続端子202には、電圧設定用抵抗RLIMの一端が接続されている。電圧設定用抵抗RLIMの他端は、接続端子201に接続されている。接続端子201は、コンパレーターCMP1の+側入力端子に接続されている。コンパレーターCMP1の−側入力端子には、基準電圧源E1から出力された基準電圧Vref1が入力されている。コンパレーターCMP1の出力端子と+側入力端子との間には、コンパレーターCMP1の動作にヒステリシスを設けるための抵抗REが接続されている。コンパレーターCMP1の出力端子は、スイッチングモード制御部222に接続されている。電圧設定用抵抗RLIMは、抵抗値がRlimの抵抗素子である。
【0043】
これにより、コンパレーターCMP1は、出力電圧Voutが電圧設定用抵抗RLIMに応じて設定された上側基準電圧Vupperを超えたとき、出力信号をハイレベルにすることによって、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えたことを示す信号をスイッチングモード制御部222へ出力する。
【0044】
なお、抵抗REを備えない構成としてもよいが、抵抗REを備えることによって、ノイズによる誤動作を防止することが可能となる。電圧設定用抵抗RLIMに基づく上側基準電圧Vupperの設定方法については後述する。
【0045】
コンパレーターCMP2の−側入力端子は、分圧抵抗RA,RBの接続点P2に接続され、フィードバック電圧VfbがコンパレーターCMP2の−側入力端子に入力されている。コンパレーターCMP2の+側入力端子には、基準電圧源E2から出力された基準電圧Vref2が入力されている。基準電圧Vref2は、予め設定されたオン基準電圧Vonと、抵抗値Ra,Rbとに基づき、下記の式(2)を満たす電圧にされている。
【0046】
Vref2=Von×{Rb/(Ra+Rb)}・・・(2)
コンパレーターCMP2は、フィードバック電圧Vfbが基準電圧Vref2を下回ると、出力信号をハイレベルにする。フィードバック電圧Vfbは、出力電圧Voutと上述の式(1)で表される関係を有しており、基準電圧Vref2は、上述の式(2)で表される関係を有している。従って、フィードバック電圧Vfbが基準電圧Vref2を下回ることは、出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ることを意味している。
【0047】
すなわち、コンパレーターCMP2は、出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ると、出力信号をハイレベルにすることによって、出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ったことを示す信号をスイッチングモード制御部222へ出力する。
【0048】
コンパレーターCMP3の−側入力端子は、分圧抵抗RA,RBの接続点P2に接続され、フィードバック電圧VfbがコンパレーターCMP3の−側入力端子に入力されている。コンパレーターCMP3の+側入力端子には、基準電圧源E3から出力された基準電圧Vref3が入力されている。基準電圧Vref3は、予め設定された下側基準電圧Vlowerと、抵抗値Ra,Rbとに基づき、下記の式(3)を満たす電圧にされている。
【0049】
Vref3=Vlower×{Rb/(Ra+Rb)}・・・(3)
コンパレーターCMP3は、フィードバック電圧Vfbが基準電圧Vref3を下回ると、出力信号をハイレベルにする。フィードバック電圧Vfbは、出力電圧Voutと上述の式(1)で表される関係を有しており、基準電圧Vref3は、上述の式(3)で表される関係を有しているから、フィードバック電圧Vfbが基準電圧Vref3を下回ることは、出力電圧Voutが下側基準電圧Vlowerを下回ることを意味している。
【0050】
すなわち、コンパレーターCMP3は、出力電圧Voutが下側基準電圧Vlowerを下回ると、出力信号をハイレベルにすることによって、出力電圧Voutが下側基準電圧Vlowerを下回ったことを示す信号をスイッチングモード制御部222へ出力する。
【0051】
なお、コンパレーターCMP1,CMP2,CMP3の出力信号の論理レベルは例示であり、出力信号を上述のようにハイレベルにする代わりにローレベルにしてもよい。
【0052】
電流検出部23は、スイッチング部SWから平滑回路3へ流れる電流、すなわち接続点P1から平滑回路3を介して負荷回路4へ流れる出力電流Ioutを検出する電流検出回路である。電流検出部23は、例えばシャント抵抗や、ホール素子等の電流検出回路によって構成されている。
【0053】
FET駆動制御部221は、例えば論理回路によって構成されている。FET駆動制御部221は、スイッチング素子Q1,Q2のオン、オフをそれぞれ制御することによって、スイッチング部SWのオン、オフを制御する。FET駆動制御部221は、発振器OSCから出力されたクロック信号と、スイッチングモード制御部222からの制御信号とに基づき、スイッチング部SWをオン、オフさせる周波数及びデューティ比を制御する。
【0054】
スイッチングモード制御部222は、例えばステートマシンや論理回路を用いて構成された制御回路である。なお、スイッチングモード制御部222は、ステートマシンや論理回路を用いて構成される例に限られず、例えばマイクロコンピューターを用いて構成されていてもよい。
【0055】
スイッチングモード制御部222は、PWM(Pulse Width Modulation)モード(第2スイッチングモード)と、PFM(Pulse Frequency Modulation)モード(第1スイッチングモード)とを実行可能にされている。
【0056】
スイッチングモード制御部222は、PWMモードでは、FET駆動制御部221へ制御信号を出力することによって、スイッチング部SWを、予め設定されたPWM用スイッチング周期で且つ出力電圧Voutに応じたデューティ比でオン、オフさせる。
【0057】
スイッチングモード制御部222は、PWMモードでは、図略の電圧検出回路によって検出された出力電圧Vout(又はフィードバック電圧Vfb)に基づいて、出力電圧Voutが予め設定された目標電圧になるように、FET駆動制御部221によってスイッチング部SWをオン、オフさせるデューティ比を制御する。
【0058】
具体的には、スイッチングモード制御部222は、PWMモードでは、出力電圧Voutが目標電圧に満たないときは、FET駆動制御部221によって、スイッチング部SWのデューティ比すなわちスイッチング部SWのスイッチング周期に対するスイッチング部SWがオンしている期間の比率を増大させる。また、スイッチングモード制御部222は、PWMモードでは、出力電圧Voutが目標電圧を超えるときは、FET駆動制御部221によって、スイッチング部SWのデューティ比を減少させる。
【0059】
PWMモードによれば、スイッチング制御部は、スイッチング部SWによるスイッチングのデューティ比を変化させることができる。従って、例えば負荷回路4の消費電流に変化が生じて出力電圧Voutが変動した場合であっても、スイッチング部SWをオン、オフさせるデューティ比を出力電圧Voutに応じて変化させることによって、出力電圧Voutを調節することが容易となる。
【0060】
そして、スイッチングモード制御部222は、PWMモードの実行中に電流検出部23によって検出された出力電流Ioutが予め設定された閾値電流Ithを下回ったとき、PWMモードの実行を停止してPFMモードの実行を開始する。閾値電流Ithは、例えば10mA程度の電流値にされている。
【0061】
スイッチングモード制御部222は、PFMモードでは、FET駆動制御部221によって、予め設定されたPFM用スイッチング周期で、かつ予め設定されたデューティ比Dpfmでスイッチング部SWを周期的にオン、オフさせるスイッチング処理と、スイッチング処理の実行中にコンパレーターCMP1の出力信号がハイレベルになり、すなわち出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えたとき、スイッチング部SWをオフさせてスイッチング処理を停止する停止処理とを実行する。
【0062】
また、スイッチングモード制御部222は、PFMモードにおいて、さらに、停止処理によるスイッチング処理の停止期間中にコンパレーターCMP2の出力信号がハイレベルになり、すなわち出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ったとき、上記スイッチング処理を開始する開始処理を実行する。
【0063】
そして、スイッチングモード制御部222は、PFMモードの実行中にコンパレーターCMP3の出力信号がハイレベルになり、すなわち出力電圧Voutがオン基準電圧Vonより低い下側基準電圧Vlowerを下回ったとき、PFMモードの実行を停止し、PWMモードの実行を開始する。
【0064】
次に、電圧設定用抵抗RLIMに基づく上側基準電圧Vupperの設定方法について説明する。
【0065】
分圧抵抗RA,RB,RC,RDの抵抗値をRa,Rb,Rc,Rdとし、抵抗REの抵抗値をReとし、電圧設定用抵抗RLIMの抵抗値をRlimとし、接続点P3の電圧をUinとし、コンパレーターCMP1のハイレベルの出力電圧をVdd、コンパレーターCMP1のローレベルの出力電圧を−Vddとすると、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupper以上になる条件は、下記の式(4)で示される。
【0066】
Vref1≦(−Vdd−Uin)×{Re/(Rlim+Re)}+Uin ・・・(4)
ここで、Re/(Rlim+Re)をDとすると、
Vref1≦(−Vdd−Uin)×D+Uin
Uin≧(Vref1+Vdd×D)/(1−D)となる。
【0067】
Uin=Vfb×{Rd/(Rc+Rd)}であり、上述の式(1)からVfb=Vout×{Rb/(Ra+Rb)}であることから、
Vout×{Rb/(Ra+Rb)}×{Rd/(Rc+Rd)}≧(Vref1+Vdd×D)/(1−D)となる。
【0068】
従って、
Vupper=[{(Ra+Rb)×(Rc+Rd)}/(Rb×Rd×Rlim)]×{(Rlim+Re)×Vref1+Re×Vdd} ・・・(5)
となる。
【0069】
すなわち、上述の式(5)に基づき、電圧設定用抵抗RLIMの抵抗値Rlimを設定することによって、上側基準電圧Vupperを任意の電圧値に設定することができる。これにより、DC/DCコンバーター用回路モジュール2を使用するユーザーは、設定受付部の一例である接続端子201,202に、上記式(5)を満たす抵抗値Rlimを有する電圧設定用抵抗RLIMを接続することによって、上側基準電圧Vupperを任意の電圧値に設定することが可能となる。
【0070】
また、ユーザーは、設定しようとする上側基準電圧Vupperに応じた抵抗値の電圧設定用抵抗RLIMを接続端子に接続することによって、上側基準電圧Vupperを設定することができるので、上側基準電圧Vupperの設定が容易である。
【0071】
なお、電圧設定用抵抗RLIMの抵抗値Rlimに応じて上側基準電圧Vupperが設定される例に限らない。例えば、接続端子201,202に、ディップスイッチやロータリースイッチ等の設定スイッチを接続するようにしてもよい。そして、DC/DCコンバーター用回路モジュール2は、このような設定スイッチの設定値に応じて上側基準電圧Vupperの設定を受け付けてもよい。
【0072】
次に、上述のように構成されたDC/DCコンバーター用回路モジュール2及びDC/DCコンバーター1の動作について説明する。
【0073】
図2は、
図1に示すDC/DCコンバーター用回路モジュール2及びDC/DCコンバーター1の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図2は、スイッチング部SWのオン、オフ状態を示す波形と、出力電流Ioutの電流値を示す波形と、出力電圧Voutの電圧値を示す波形とを示している。
【0074】
まず、タイミングT1において、スイッチングモード制御部222は、PWMモードを実行している。
【0075】
スイッチングモード制御部222は、PWMモードでは、FET駆動制御部221へ制御信号を出力することによって、スイッチング部SWを、予め設定されたPWM用スイッチング周期で且つ出力電圧Voutに応じたデューティ比でオン、オフさせる。接続端子203から出力されたパルス電圧Vpは平滑回路3によって平滑される。そして、平滑回路3により平滑されて得られた出力電圧Voutがほぼ目標電圧に維持される。
【0076】
そして、負荷回路4の消費電流が減少し、出力電流Ioutが閾値電流Ithを下回ると(タイミングT2)、スイッチングモード制御部222は、PWMモードの動作を停止してPFMモードの実行を開始する。
【0077】
スイッチングモード制御部222は、PFMモードでは、FET駆動制御部221によって、PFM用スイッチング周期で、かつデューティ比Dpfmでスイッチング部SWを周期的にオン、オフさせるスイッチング処理を実行する。PFM用スイッチング周期は、PWM用スイッチング周期以上にされている。
【0078】
そして、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えるとコンパレーターCMP1の出力信号がハイレベルになる。コンパレーターCMP1の出力信号がハイレベルになると、スイッチングモード制御部222は、スイッチング部SWをオフさせてスイッチング処理を停止する停止処理を実行する(タイミングT3)。
【0079】
タイミングT3は、タイミングT3の直前でスイッチング部SWがオンしたタイミングT4からPFM用スイッチング周期が経過したタイミング、すなわち上記スイッチング処理においてスイッチング部SWがオンされるはずであったタイミングを示している。
【0080】
タイミングT3では、スイッチング処理が停止され、スイッチング部SWがオフされている。その結果、出力電圧Voutが徐々に低下していくので、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えて上昇することが抑制され、出力電圧Voutに上側基準電圧Vupperを超えるリップル電圧が生じるおそれが低減される。
【0081】
これにより、出力電圧Voutに含まれるリップル電圧が、上側基準電圧Vupperに基づき制限される。この場合、ユーザーが負荷回路4におけるリップル電圧の許容範囲に応じた上側基準電圧Vupperを設定することによって、出力電圧Voutに含まれるリップル電圧が、負荷回路4の許容範囲に応じた電圧に調節される。従って、出力電圧Voutに含まれるリップル電圧を、ユーザーが負荷回路4の許容範囲に応じて調節することが容易となる。
【0082】
また、PFMモードでは、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えるとスイッチング部SWのスイッチングが停止するので、PWMモードのようにスイッチング部SWのスイッチングを常時実行する場合よりも、スイッチング部SWで生じる電力損失を低減することができる。
【0083】
タイミングT2に示すように、負荷回路4の消費電流が減少し、出力電流Ioutが閾値電流Ithを下回ると、スイッチングモード制御部222は、PWMモードの動作を停止してPFMモードの実行を開始することにより、負荷回路4の消費電流が減少した場合にPWMモードの動作を継続する場合と比べてスイッチング部SWで生じる電力損失を低減することができる。
【0084】
そして、出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ると(タイミングT5)、コンパレーターCMP2の出力信号がハイレベルになる。コンパレーターCMP2の出力信号がハイレベルになると、スイッチングモード制御部222は、スイッチング処理を開始し、FET駆動制御部221によってスイッチング部SWを周期的にオン、オフさせる。そうすると、出力電圧Voutが徐々に上昇する。
【0085】
このように、スイッチングモード制御部222は、停止処理によるスイッチング処理の停止期間中に出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ったとき、スイッチング処理を開始するので、出力電圧Voutを、オン基準電圧Vonと上側基準電圧Vupperとの間の電圧範囲に維持することが可能となる。
【0086】
そして、出力電圧Voutが上側基準電圧Vupperを超えると(タイミングT6)、コンパレーターCMP1の出力信号がハイレベルになる。コンパレーターCMP1の出力信号がハイレベルになると、スイッチングモード制御部222は、スイッチング部SWをオフさせてスイッチング処理を停止させる。
【0087】
スイッチング処理が停止され、スイッチング部SWがオフされると、出力電圧Voutが徐々に低下する。そして、出力電圧Voutがオン基準電圧Vonを下回ると(タイミングT7)、コンパレーターCMP2の出力信号がハイレベルになる。コンパレーターCMP2の出力信号がハイレベルになると、スイッチングモード制御部222は、スイッチング処理を開始し、FET駆動制御部221によってスイッチング部SWを周期的にオン、オフさせる。
【0088】
ここで、
図2においては、タイミングT7後の期間において、負荷回路4の消費電流が増大した状態を示している。PFM用スイッチング周期で、かつデューティ比がDpfmに固定されたPFMモードでは、負荷回路4に対して供給できる出力電流Ioutが一定の電流以下に制限される。そのため、タイミングT7からタイミングT8までの期間では、出力電流Ioutが負荷回路4の消費電流に対して不足しているために、スイッチング部SWをスイッチングさせているにもかかわらず、出力電圧Voutが徐々に低下している。
【0089】
そして、出力電圧Voutが下側基準電圧Vlowerを下回ると(タイミングT8)、コンパレーターCMP3の出力信号がハイレベルになる。コンパレーターCMP3の出力信号がハイレベルになると、スイッチングモード制御部222は、PFMモードの実行を停止し、PWMモードの実行を開始する。
【0090】
PWMモードでは、スイッチングモード制御部222は、スイッチング部SWを出力電圧Voutに応じたデューティ比でオン、オフさせる。従って、負荷回路4の消費電流が増大して出力電圧Voutが低下した場合であっても、スイッチングモード制御部222は、スイッチング部SWをオン、オフさせるデューティ比を増大させることによって、出力電流IoutをPFMモードの実行時よりも増大させ、出力電圧Voutを上昇させることができる。
【0091】
このように、スイッチングモード制御部222は、PFMモードの実行中に出力電圧Voutがオン基準電圧Vonより低い下側基準電圧Vlowerを下回ったとき、PFMモードの実行を停止し、PWMモードの実行を開始することによって、負荷回路4の消費電流が増大した場合であっても、出力電圧Voutを上昇させることが可能となる。
【0092】
ここで、PFMモードでは、スイッチング周期が常に一定のPWMモードとは異なり、タイミングT4〜T5の間隔Tw1や、タイミングT6〜T7の間隔Tw2のように、スイッチング間隔が大きくなる場合がある。スイッチング間隔が大きくなると、出力電圧Voutのリップル電圧が増大する。一方、スイッチング間隔を小さくすると、スイッチング部SWのスイッチング頻度が増大するためにスイッチング部SWで生じる電力損失が増大する。
【0093】
負荷回路4が許容できる範囲であれば、出力電圧Voutのリップル電圧は、増大しても不都合はない。そこで、スイッチング部SWで生じる電力損失を低減させる観点から、出力電圧Voutのリップル電圧が負荷回路4の許容範囲の上限近い電圧になるまで、PFMモードにおけるスイッチング間隔を増大させることが望ましい。
【0094】
出力電圧Voutのリップル電圧は、上側基準電圧Vupperが高いほど高くなり、上側基準電圧Vupperが低いほど低くなる。従って、上側基準電圧Vupperを高い電圧値に設定すれば、リップル電圧は増大する代わりにスイッチング部SWで生じる電力損失を低減することができる。一方、上側基準電圧Vupperを低い電圧値に設定すれば、スイッチング部SWで生じる電力損失は増大する代わりにリップル電圧を低減することができる。
【0095】
従って、上側基準電圧Vupperを、負荷回路4が許容できるリップル電圧の上限に応じた電圧値に設定することによって、リップル電圧の負荷回路4への悪影響を抑制しつつ、スイッチング部SWで生じる電力損失を低減することが可能となる。
【0096】
しかしながら、負荷回路4が許容できるリップル電圧の範囲は、DC/DCコンバーター1に接続される負荷回路4の種類や仕様によって様々である。そのため、上側基準電圧Vupperが固定値の場合、リップル電圧が負荷回路4の許容範囲を超えて負荷回路4の誤動作を生じるおそれがある。また、負荷回路4の許容範囲に対して必要以上にリップル電圧が小さくされ、スイッチング部SWで生じる電力損失が増大するおそれもある。
【0097】
そこで、
図1に示すDC/DCコンバーター1は、ユーザーが、電圧設定用抵抗RLIMの抵抗値Rlimを適宜設定することによって、上側基準電圧Vupperを、負荷回路4が許容できるリップル電圧の上限に応じた電圧値に容易に設定可能にされている。その結果、リップル電圧の負荷回路4への悪影響を抑制しつつ、スイッチング部SWで生じる電力損失を低減することが容易である。
【0098】
図3は、上側基準電圧Vupperを上昇させることによりスイッチング間隔が広がることを説明するためのタイミングチャートである。
図3に示すタイミングチャートは、上側基準電圧Vupperを、
図2に示すタイミングチャートにおける上側基準電圧Vupperよりも高い電圧に設定した場合のDC/DCコンバーター1の動作を示している。
【0099】
図3に示すタイミングT1〜T5におけるDC/DCコンバーター1の動作は、
図2に示すタイミングT1〜T5におけるDC/DCコンバーター1の動作と同様である。
【0100】
図3に示すタイミングチャートによれば、上側基準電圧Vupperを
図2に示すタイミングチャートよりも高い電圧に設定することによって、
図2に示すタイミングチャートにおけるスイッチング間隔Tw1よりも、
図3に示すタイミングチャートにおけるスイッチング間隔Tw3の方が大きくなることがわかる。
【0101】
なお、電圧検出部21は必ずしもコンパレーターCMP2及び基準電圧源E2を含んでいなくてもよく、PFMモードには、必ずしも開始処理が含まれていなくてもよい。また、電圧検出部21は必ずしもコンパレーターCMP3及び基準電圧源E3を含んでいなくてもよく、スイッチング制御部22は出力電圧Voutが下側基準電圧Vlowerを下回ったとき、必ずしもPFMモードからPWMモードへ切り替えなくてもよい。また、電流検出部23を備えず、スイッチング制御部22は、電流検出部23により検出された電流が閾値電流Ithを下回ったとき、必ずしもPWMモードからPFMモードへ切り替えなくてもよい。また、スイッチング制御部22は、PWMモードを実行しなくてもよい。