特許 7553769 ＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路並びに電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】ＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路並びに電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240911BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020087560

(22)【出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2021182822

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-05-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】三島 健人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 朗

(72)【発明者】

【氏名】大原 智光

【審査官】武内 大志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－８０６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８５３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８０６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－７９１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平５－２３２１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－０１２８４５９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源から供給される直流入力電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータであって、
出力電圧に比例したフィードバック電圧と所定の参照電圧との電位差に応じて、スイッチング素子を制御する制御回路と、
所定の電流を流す電流源回路と、
前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正する電圧補正回路と、
を備え、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に外部より入力される負荷側の抵抗に関する情報に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項2】

外部から供給される回路動作の実行／停止を制御するための信号の有意なレベルへの変化に応じて、前記電流源回路の電流を電圧出力端子へ向けて出力するスイッチ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項3】

電圧入力端子と電圧出力端子との間に、前記スイッチング素子と直列に電流－電圧変換素子が接続され、
前記電流源回路の電流は前記電流－電圧変換素子を介して前記電圧出力端子へ向けて出力され、前記電圧補正回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記電圧補正回路は、
前記電流－電圧変換素子の両端子の電位差を算出する減算回路と、
前記減算回路により算出された電位差を電流に変換する第１電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路に接続された可変抵抗回路と、
前記参照電圧を電流に変換する第２電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路により変換された電流と前記第２電圧－電流変換回路により変換された電流を合成して電圧に変換して補正後電圧として出力する合成回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に応じて、電位差が大きいほど抵抗値が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記制御回路は、
電圧出力端子と接地点との間に接続された分圧回路により分圧された電圧と前記参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン、オフ制御信号を生成するロジック回路と、を備えていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項6】

電圧入力端子とインダクタの一方の端子が接続される外部端子との間に接続されたスイッチング素子をオン、オフさせて、前記インダクタに流れる電流を整流することで、直流電源から供給される直流入力電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータを構成する電源制御用半導体集積回路であって、
出力電圧に比例したフィードバック電圧と所定の参照電圧との電位差に応じて前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
所定の電流を流す電流源回路と、
前記電流源回路の電流を電圧出力端子へ向けて出力するスイッチ手段と、
前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正する電圧補正回路と、
外部からの情報信号が入力される外部情報入力端子と、を備え、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に負荷側から前記外部情報入力端子に入力される負荷側の抵抗に関する情報信号に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とする電源制御用半導体集積回路。

【請求項7】

外部から供給される回路動作の実行／停止を制御するための信号の入力端子と、
前記インダクタの他方の端子に当該インダクタと直列に接続された電流－電圧変換素子の両端子の電圧が入力される一対の外部情報入力端子と、を備え、
前記スイッチ手段は、前記信号の有意なレベルへの変化に応じて、前記一対の外部情報入力端子のうち、前記インダクタと前記電流－電圧変換素子との接続点に接続される端子へ前記電流源回路の電流を出力し、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に前記一対の外部情報入力端子に入力される電圧の差に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電源制御用半導体集積回路。

【請求項8】

前記電圧補正回路は、
前記電流－電圧変換素子の両端子の電位差を算出する減算回路と、
前記減算回路により算出された電位差を電流に変換する第１電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路に接続された可変抵抗回路と、
前記参照電圧を電流に変換する第２電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路により変換された電流と前記第２電圧－電流変換回路により変換された電流を合成して電圧に変換して補正後電圧として出力する合成回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に応じて、電位差が大きいほど抵抗値が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電源制御用半導体集積回路。

【請求項9】

前記制御回路は、
前記電圧出力端子と接地点との間に接続された分圧回路により分圧された電圧と前記参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン、オフ制御信号を生成するロジック回路と、を備えていることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の電源制御用半導体集積回路。

【請求項10】

直流電源から供給される直流入力電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力する電源装置であって、
出力電圧に比例したフィードバック電圧と所定の参照電圧との電位差に応じて、電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続されたスイッチング素子または電圧制御用トランジスタを制御する制御回路と、
所定の電流を流す電流源回路と、
前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正する電圧補正回路と、
を備え、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に外部より入力される負荷側の抵抗に関する情報に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とする電源装置。

【請求項11】

外部から供給される回路動作の実行／停止を制御するための信号の有意なレベルへの変化に応じて、前記電流源回路の電流を前記電圧出力端子へ向けて出力するスイッチ手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。

【請求項12】

前記電圧入力端子と前記電圧出力端子との間に、前記スイッチング素子または電圧制御用トランジスタと直列に電流－電圧変換素子が接続され、
前記電流源回路の電流は前記電流－電圧変換素子を介して前記電圧出力端子へ向けて出力され、前記電圧補正回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電源装置。

【請求項13】

前記電圧補正回路は、
前記電流－電圧変換素子の両端子の電位差を算出する減算回路と、
前記減算回路により算出された電位差を電流に変換する第１電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路に接続された可変抵抗回路と、
前記参照電圧を電流に変換する第２電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路により変換された電流と前記第２電圧－電流変換回路により変換された電流を合成して電圧に変換して補正後電圧として出力する合成回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に応じて、電位差が大きいほど抵抗値が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。

【請求項14】

前記制御回路は、
前記電圧出力端子と接地点との間に接続された分圧回路により分圧された電圧と前記参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン、オフ制御信号を生成するロジック回路と、を備えていることを特徴とする請求項１０～１３のいずれかに記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電圧を変換する電源装置に関し、例えば負荷へ電源を供給するケーブルにおける電圧降下を補償する機能を有するＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路に利用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

入力直流電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力する回路としてスイッチング・レギュレータ方式のＤＣ－ＤＣコンバータがある。かかるＤＣ－ＤＣコンバータには、直流電源から供給される直流電圧をインダクタ（コイル）に印加して電流を流しインダクタにエネルギーを蓄積させるスイッチング素子と、該スイッチング素子がオフされているエネルギー放出期間にインダクタの電流を整流する整流素子と、上記スイッチング素子をオン、オフ制御する制御回路を備えたＤＣ－ＤＣコンバータがある。そして、スイッチング・レギュレータ方式のＤＣ－ＤＣコンバータにおいては、出力電圧の大きさを誤差アンプで検出して、出力電圧が下がるとスイッチング素子のオン時間を長くし、出力電圧が上がるとオン時間を短くする制御が行われている。

【0003】

ＤＣ－ＤＣコンバータのような電源装置から負荷となるデバイスへケーブルを介して電源を供給するシステムがある。このようなシステムにおいては、電源を供給するケーブルの長さが長くなると、ケーブルを通して電源装置から負荷へ電流が流れると、ケーブルが持つ抵抗によって電圧降下が発生し負荷デバイスが要求する電源電圧を保証することができなくなる。そのため、電源供給側で出力電圧を補正する必要がある。なお、電源装置は、インダクタなどの受動素子に電流を流すためのスイッチ素子やスイッチ素子を適正なタイミングでオン、オフ制御する信号を生成する回路を内蔵した半導体集積回路（以下、電源ＩＣと称する）と、この電源ＩＣに接続されるコンデンサや抵抗などの素子によって構成される。

【0004】

従来、ＤＣ－ＤＣコンバータにおける出力電圧の補正は、電源ケーブルによる電圧降下を想定して、出力電圧の設定を予め高く設定したり、電源ＩＣ側に電圧を補正する回路を設けてケーブル接続時にケーブルの抵抗値を検出して電圧を補正したりすることが行われている。具体的には、図７に示すように、電源ケーブル２１に接続される配線の途中に電流検出用抵抗Ｒｓを設けるとともに、電源ＩＣ内の誤差アンプ１３に入力され出力のフィードバック電圧ＶFBと比較される参照電圧ＶREFを、電流検出用抵抗Ｒｓにより検出した電圧に応じて補正する電圧補正回路４１を設けていた。なお、図７において、ＲＬは負荷となるデバイスの等価抵抗、Ｒc１，Ｒc２はケーブル２１の抵抗成分、ＲOVAは補正電圧調整用の外付け抵抗である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－８５３８２号公報

【文献】特開２０００－１７１２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図７に示す従来の電源ＩＣを使用したＤＣ－ＤＣコンバータにおいては、出力電流の大きさに関わらず負荷デバイスの電源端子に印加される電圧を一定にすることができる。しかし、このような構成の場合、出力の分圧抵抗Ｒb１、Ｒb２の抵抗値と調整用の抵抗ＲOVAの抵抗値で決定される電圧補正量を事前に設定する必要があるため、電源ＩＣ側はＯＵＴ１－ＯＵＴ２端子間の情報（負荷側の抵抗値）を事前に考慮して設計をしなければならず、設計工数の増大に繋がるという課題があった。また、システムの設計者は、調整用の外付け抵抗の値を決定する必要があるとともに、外付け抵抗が必要であることからシステムを構成する部品点数が多くなるという課題があった。

【0007】

また、負荷デバイスに高精度な電圧を供給するようにするため、出力電圧補正回路を設けた発明として、例えば特許文献１に記載されているものがある。
しかしながら、特許文献１に記載されている発明は、入力電圧やインダクタ電流、スイッチング周波数、インダクタ値、出力コンデンサの直列等価寄生抵抗の値に依存するリップルを抑えて出力電圧を一定に保つことを課題としており、本発明とは課題が異なるとともに出力のフィードバック電圧に基づいて誤差アンプの参照電圧を補正しており、出力電流の大きさに応じて電圧を補正することはしていない点で本発明とは相異している。

【0008】

また、ケーブルを介して負荷デバイスへ電源を供給するシステムにおいて、ケーブルの配線長による電圧降下に合わせて、その都度出力電圧を調整することを不要にすることを課題とした電源回路に関する発明として、例えば特許文献２に記載されているものがある。しかし、特許文献２に記載されている発明は、負荷デバイスであるエンコーダに電源電圧レベル検出回路を設けて検出した電圧の情報を電源供給回路へ送信するようにしており、システム設計者の負担が大きくなるという課題がある。
さらに、特許文献１と２に記載されている発明はいずれも、システムの動作中ずっと継続して出力電圧または負荷側の電圧を検出している必要がある。

【0009】

この発明は上記のような背景の下になされたもので、その目的とするところは、負荷側の抵抗値を事前に考慮して設計を行う必要をなくしシステム設計者の負担を軽減することができるＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路並びに電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、システムの動作中ずっと継続して出力電圧や負荷側の電圧を検出することなく、負荷デバイスの電源端子に印加される電圧を一定にすることができるＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路並びに電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、この発明は、
直流電源から供給される直流入力電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータにおいて、
出力電圧に比例したフィードバック電圧と所定の参照電圧との電位差に応じて、スイッチング素子を制御する制御回路と、
所定の電流を流す電流源回路と、
前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正する電圧補正回路と、
を備え、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に外部より入力される負荷側の抵抗に関する情報に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成した。

【0011】

上記のような構成によれば、フィードバック電圧と比較される参照電圧を自動的に補正する機能をＤＣ－ＤＣコンバータが備えているため、負荷側の抵抗値を事前に考慮して設計を行う必要がなくなりシステム設計者の負担を軽減することができる。
また、システムの動作中ずっと継続して出力電圧や負荷側の電圧を検出することなく、負荷デバイスの電源端子に印加される電圧を一定にさせることができる。
なお、負荷側の抵抗に関する情報には負荷デバイスや負荷装置へ電源を供給するケーブルもしくは配線の抵抗値が含まれる。また、負荷側の抵抗に関する情報は、例えばＲＳ４８５のような規格の通信デバイスを使用して負荷デバイスや負荷装置からＤＣ－ＤＣコンバータへ送信することも可能である。

【0012】

ここで、望ましくは、外部から供給される回路動作の実行／停止を制御するための信号の有意なレベルへの変化に応じて、前記電流源回路の電流を電圧出力端子へ向けて出力するスイッチ手段を備えるようにする。
かかる構成によれば、外部からの信号で電流源回路の電流を電圧出力端子へ向けて出力させることができる。

【0013】

また、望ましくは、電圧入力端子と電圧出力端子との間に、前記スイッチング素子と直列に電流－電圧変換素子が接続され、
前記電流源回路の電流は前記電流－電圧変換素子を介して電圧出力端子へ向けて出力され、前記電圧補正回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成する。
かかる構成によれば、電流－電圧変換素子（電流検出用抵抗）により変換された電圧に基づいて電圧補正量を決定し参照電圧またはフィードバック電圧を補正するため、負荷デバイス側から負荷側の抵抗値情報を送信する必要がないので、システム設計者の負担を軽減することができる。

【0014】

さらに、望ましくは、前記電圧補正回路は、
前記電流－電圧変換素子の両端子の電位差を算出する減算回路と、
前記減算回路により算出された電位差を電流に変換する第１電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路に接続された可変抵抗回路と、
前記参照電圧を電流に変換する第２電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路により変換された電流と前記第２電圧－電流変換回路により変換された電流を合成して電圧に変換して補正後電圧として出力する合成回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に応じて、電位差が大きいほど抵抗値が大きくなるように構成する。
かかる構成によれば、電圧補正量を自動的に決定する可変抵抗回路を備えているため、システム設計者が調整用の外付け抵抗の値を決定する必要がないので、システム設計者の負担を軽減することができるとともに、可変抵抗回路を電源制御用ＩＣに内蔵させることでＤＣ－ＤＣコンバータを構成する部品点数を減らすことができる。

【0015】

また、望ましくは、前記制御回路は、
電圧出力端子と接地点との間に接続された分圧回路により分圧された電圧と前記参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン、オフ制御信号を生成するロジック回路と、を備えているようにする。
これにより、従来の設計資産を利用してＤＣ－ＤＣコンバータを容易に設計することができる。

【0016】

本出願の他の発明は、
電圧入力端子とインダクタの一方の端子が接続される外部端子との間に接続されたスイッチング素子をオン、オフさせて、前記インダクタに流れる電流を整流することで、直流電源から供給される直流入力電圧を変換して異なる電位の直流電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータを構成する電源制御用半導体集積回路であって、
出力電圧に比例したフィードバック電圧と所定の参照電圧との電位差に応じて前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
所定の電流を流す電流源回路と、
前記電流源回路の電流を電圧出力端子へ向けて出力するスイッチ手段と、
前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正する電圧補正回路と、
外部からの情報信号が入力される外部情報入力端子と、を備え、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に負荷側から前記外部情報入力端子に入力される負荷側の抵抗に関する情報信号に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成したものである。

【0017】

上記のような構成によれば、電源制御用ＩＣが、外部からの情報によりフィードバック電圧と比較される参照電圧を自動的に補正する機能を備えているため、負荷側の抵抗値情報を事前に考慮してＤＣ－ＤＣコンバータの設計を行う必要がなくなりシステム設計者の負担を軽減することができる。また、システムの動作中ずっと継続して出力電圧や負荷側の電圧を検出することなく、負荷デバイスの電源端子に印加される電圧を一定にさせることができる。さらに、電流－電圧変換素子（電流検出用抵抗）により変換された電圧に基づいて電圧補正量を決定し参照電圧またはフィードバック電圧を補正するため、負荷デバイス側から負荷側の抵抗値情報を送信する必要がないので、システム設計者の負担を軽減することができる。

【0018】

ここで、望ましくは、外部から供給される回路動作の実行／停止を制御するための信号の入力端子と、
前記インダクタの他方の端子に当該インダクタと直列に接続された電流－電圧変換素子の両端子の電圧が入力される一対の外部情報入力端子と、を備え、
前記スイッチ手段は、前記信号の有意なレベルへの変化に応じて、前記一対の外部情報入力端子のうち、前記インダクタと前記電流－電圧変換素子との接続点に接続される端子へ前記電流源回路の電流を出力し、
前記電圧補正回路は、前記電流源回路の電流が出力された際に前記一対の外部情報入力端子に入力される電圧の差に基づいて電圧補正量を決定し、前記参照電圧または前記フィードバック電圧を補正するように構成する。
かかる構成によれば、電流－電圧変換素子（電流検出用抵抗）により変換された電圧を入力するための端子を利用して電流源回路の電流を電流－電圧変換素子へ流すことができるため、ＩＣの外部端子数を減らすことができる。

【0019】

さらに、望ましくは、前記電圧補正回路は、
前記電流－電圧変換素子の両端子の電位差を算出する減算回路と、
前記減算回路により算出された電位差を電流に変換する第１電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路に接続された可変抵抗回路と、
前記参照電圧を電流に変換する第２電圧－電流変換回路と、
前記第１電圧－電流変換回路により変換された電流と前記第２電圧－電流変換回路により変換された電流を合成して電圧に変換して補正後電圧として出力する合成回路と、
を備え、前記可変抵抗回路は前記電流－電圧変換素子により変換された電圧に応じて、電位差が大きいほど抵抗値が大きくなるように構成する。
かかる構成によれば、電圧補正量を自動的に決定する可変抵抗回路を備えているため、システム設計者が調整用の外付け抵抗の値を決定する必要がないので、システム設計者の負担を軽減することができるとともに、可変抵抗回路を電源制御用ＩＣに内蔵させることでＤＣ－ＤＣコンバータを構成する部品点数を減らすことができる。

【0020】

また、望ましくは、前記制御回路は、
前記電圧出力端子と接地点との間に接続された分圧回路により分圧された電圧と前記参照電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン、オフ制御信号を生成するロジック回路と、を備えているようにする。
これにより、従来の設計資産を利用してＤＣ－ＤＣコンバータを容易に設計することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、フィードバック電圧と比較される参照電圧を自動的に補正する機能を持たせることによって、負荷側の抵抗値を事前に考慮して設計を行う必要をなくしシステム設計者の負担を軽減することができるＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路を提供することができる。また、システムの動作中ずっと継続して出力電圧や負荷側の電圧を検出することなく、負荷デバイスの電源端子に印加される電圧を一定にすることができるＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源制御用半導体集積回路並びに電源装置を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明を適用したＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源用半導体集積回路（電源ＩＣ）の一実施形態を示す回路構成図である。

【図2】図１のＤＣ－ＤＣコンバータにおけるイネーブル信号と電流検出用抵抗へ流す電流と負荷デバイスへの供給電圧の変化を示すタイミングチャートである。

【図3】電源ＩＣ内の電圧補正回路の具体例を示す回路構成図である。

【図4】（Ａ），（Ｂ）は実施形態の電源ＩＣにおける外部端子SENSP，SENSNの入力電圧と電圧補正回路の出力電圧との関係を示すグラフ、外部端子SENSP，SENSNの入力電圧とＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧との関係を示すグラフである。

【図5】本発明を適用したシステムの変形例を示す構成図である。

【図6】（Ａ），（Ｂ）は図５のシステムにおける電源ＩＣの動作タイミング例を示すタイミングチャートである。

【図7】従来のＤＣ－ＤＣコンバータおよび電源ＩＣの構成例を示す回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明をスイッチング制御方式のＤＣ－ＤＣコンバータ（直流電源装置）に適用した場合の一実施形態を示す。なお、特に限定されるわけではないが、図１において実線Ａで囲まれている回路を構成する素子は、１個の半導体チップ上に形成され、半導体集積回路（ＩＣ）として構成される。また、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２より左側の回路は、プリント配線基板のような基板上に形成され、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２とＩＣや基板上の部品や素子間は、基板に形成されたプリント配線によって接続される。

【0024】

この実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータは、外部へ電流を流すためのスイッチ素子や該スイッチ素子を適正なタイミングでオン、オフ制御する信号を生成する制御回路を内蔵した電源制御用半導体集積回路（以下、電源ＩＣと記す）１０と、該電源ＩＣ１０の外部端子ＳＷに一方の端子が接続されたインダクタ（コイル）Ｌ１と、該インダクタＬ１の他方の端子と接地点（ＩＣの接地端子ＰＧＮＤ）との間に接続された平滑コンデンサＣ１と、上記外部端子ＳＷと電圧出力端子ＯＵＴ１との間にインダクタＬ１と直列に接続された電流検出用の抵抗Ｒｓと、電圧出力端子ＯＵＴ１と接地点との間に接続された平滑コンデンサＣ２などにより構成されている。

【0025】

また、本実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータは、電源ＩＣ１０の接地端子ＰＧＮＤと同一の接地点に接続された電圧出力端子ＯＵＴ２を備えており、電圧出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２にケーブル２１の一端が、また他端が負荷となるデバイス２２の電圧入力端子ＣＮ１，ＣＮ２に接続され、ケーブル２１を介して負荷へ直流電圧を供給する。抵抗Ｒc１，Ｒc２はケーブル２１の有する抵抗成分、ＲＬは負荷デバイス２２の等価抵抗（負荷抵抗）を表したものである。また、電圧出力端子ＯＵＴ１と接地点との間に接続された直列抵抗Ｒb１，Ｒb２は、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した電圧ＶFBを電源ＩＣ１０のフィードバック端子ＦＢに入力するブリーダ抵抗である。

【0026】

電源ＩＣ１０は、バッテリなどの直流電源から供給される直流電圧が印加される電圧入力端子ＶＩＮと上記外部端子ＳＷとの間に接続されインダクタＬ１に電流を流して駆動するＮチャネル形ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるスイッチング素子としてのスイッチング・トランジスタＭ１と、外部端子ＳＷと接地端子ＰＧＮＤとの間に接続された同期整流トランジスタＭ２と、上記トランジスタＭ１，Ｍ２をオン、オフ制御する信号を生成する制御回路としてのロジック回路１１と、ロジック回路１１により生成されたオン、オフ制御信号により上記トランジスタＭ１，Ｍ２をオン、オフ駆動するドライバ回路１２Ａ，１２Ｂと、フィードバック端子ＦＢに反転入力端子が接続された誤差アンプ１３と、該誤差アンプ１３の非反転入力端子に印加する参照電圧ＶREF’を供給する参照電圧供給回路１４などから構成されている。ドライバ回路１２Ａの電源電圧は、ＩＣの内部電圧ＶＤＤをブーストアップした電圧ＢＳである。

【0027】

また、電源ＩＣ１０には、上記電流検出用抵抗Ｒｓの両端子の電圧が入力される外部端子SENSP，SENSNと、内部電源電圧端子Ｖｃｃと外部端子SENSPとの間に直列に接続された定電流源１５およびスイッチ素子ＳＷ１と、当該電源ＩＣ１０を外部から動作状態にするためのイネーブル信号ＥＮを入力するための外部端子ＰＥＮが設けられている。このイネーブル信号ＥＮはロジック回路１１に入力され、ロジック回路１１はイネーブル信号ＥＮの有意なレベルであるハイレベルへの立ち上がり時に上記スイッチ素子ＳＷ１を一時的にオンさせる制御信号ＣＳを生成する。一方、負荷デバイス２２の電圧入力端子ＣＮ１，ＣＮ２間にも、イネーブル信号ＥＮによってＣＮ１，ＣＮ２間を短絡するためのスイッチ素子ＳＷ２が設けられている。

【0028】

これにより、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２がオンされると、図２（Ｂ）に示すように、定電流源１５から外部端子SENSPを介して電流検出用抵抗Ｒｓに一時的に電流Ｉbiasが流されるようになる。
そして、外部端子SENSPにより出力される上記電流Ｉbiasによって、図２（Ｃ）の期間Ｔ１に示すように、出力端子ＯＵＴ１－ＯＵＴ２間の電圧が変化し、電流検出用抵抗Ｒｓにおける電圧降下により生じた電圧が外部端子SENSP，SENSNに入力される。この際、電流検出用抵抗Ｒｓにおける電圧降下により生じる電圧は、ケーブル２１の抵抗成分や負荷デバイス２２の等価抵抗ＲＬに依存するため、負荷側の抵抗値を反映したものとなる。

【0029】

参照電圧供給回路１４は、上記外部端子SENSP，SENSNの入力電圧に基づいて誤差アンプ１３の非反転入力端子に印加される参照電圧を補正するための補正電圧ＶOVAを生成する電圧補正回路４１と、電圧補正回路４１により生成された電圧ＶOVAと基準となる参照電圧ＶREFとを合成して誤差アンプ１３へ補正された参照電圧を供給する合成手段４２と、電圧補正回路４１による電圧補正量を調整するための可変抵抗回路ＶＲを備える。そのため、図２（Ｃ）の期間Ｔ２のように、電圧補正がない場合には破線のように変化するものが、電圧補正によって実線のように変化するようになる。また、電圧補正回路４１による電圧補正量は、負荷抵抗ＲＬの抵抗値に応じた大きさとなる。

【0030】

図３には、上記電圧補正回路４１の具体的な回路構成例が示されている。
図３に示すように、本実施例の電圧補正回路４１は、入力抵抗Ｒ１，Ｒ２とオペアンプＡＭＰ１と帰還抵抗Ｒ３とからなる減算回路４４、減算回路４４の出力が非反転入力端子に入力されたバッファアンプＡＭＰ２と該アンプＡＭＰ２の出力がゲート端子に印加されたＭＯＳトランジスタＭ３とからなる電圧－電流変換回路４５、ＭＯＳトランジスタＭ３に流れる電流に比例した電流を流すカレントミラー回路（Ｍ４，Ｍ５）４６を備える。減算回路４４は、入力抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して上記外部端子SENSP，SENSNの電圧が入力されることで、端子SENSP，SENSNの電位差ΔＶに応じた電圧を出力し、電圧－電流変換回路４５はこの電圧を電流に変換することでΔＶに応じた電流を引き込む。

【0031】

また、本実施例の電圧補正回路４１には、上記ＭＯＳトランジスタＭ３のソース端子と接地点との間に電圧補正量を調整するための可変抵抗回路ＶＲが接続されており、外部端子SENSP，SENSNの電圧に応じて上記可変抵抗回路ＶＲの抵抗値ＲOVAを調整する信号を生成する抵抗調整回路４７を備えている。可変抵抗回路ＶＲは、例えば複数のラダー抵抗と各抵抗と並列または直列に接続されたスイッチ素子とを有し、スイッチ素子を上記抵抗調整回路４７からの信号によって選択的にオン状態にすることで抵抗値が変化するように構成されている。

【0032】

抵抗調整回路４７には、イネーブル信号ＥＮの立ち上がり時に電流検出用抵抗Ｒｓに一時的に電流Ｉbiasを流すことで得られた抵抗値ＲOVAを調整する信号の情報を記憶するレジスタが設けられている。なお、可変抵抗回路ＶＲの抵抗値ＲOVAを調整する信号はＩＣ外部（例えば負荷デバイス）から与えるように構成しても良い。可変抵抗回路ＶＲの調整信号（情報）をＩＣ外部から与えるようにする場合には、電源ＩＣ１０に調整信号を入力するための外部端子を用意しておく必要がある。また、抵抗調整回路４７と調整信号を入力するための外部端子の両方を設けても良く、その場合、外部からの調整信号を優先するか、いずれか一方を選択可能に構成しても良い。

【0033】

また、合成手段４２は、基準となる参照電圧ＶREFが非反転入力端子に入力されたバッファアンプＡＭＰ３と該アンプＡＭＰ３の出力がゲート端子に印加されたＭＯＳトランジスタＭ６とからなる電圧－電流変換回路４８と、ＭＯＳトランジスタＭ６に流れる電流に比例した電流を流すカレントミラー回路（Ｍ７，Ｍ８）４９を備え、ＭＯＳトランジスタＭ６のドレイン端子は抵抗Ｒ５を介して接地点に接続されている。
そして、カレントミラー回路４９を構成する出力側のＭＯＳトランジスタＭ８のドレイン電流と、上記電圧補正回路４１のカレントミラー回路４６を構成する出力側のＭＯＳトランジスタＭ５のドレイン電流とを、ノードＮ１で合流させて抵抗Ｒ５に流すことで、補正電圧ＶOVAと基準となる参照電圧ＶREFとを加算した合成電圧を生成し出力する。この電圧が参照電圧ＶREF‘として、図１の誤差アンプ１３の非反転入力端子に入力されるように構成されている。

【0034】

図４（Ａ）に、外部端子SENSP，SENSNの電位差ΔＶと補正された電圧ＶOVAとの関係が示されている。図４（Ａ）から分かるように、本実施例の回路においては、補正電圧ＶOVAは外部端子SENSP，SENSNの電位差ΔＶに比例し、可変抵抗ＶＲの抵抗値ＲOVAが大きいほど傾きが大きくなるように設定される。
図１に示す上記実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータにおいては、電流検出用抵抗Ｒｓに流れる電流が多くなって外部端子SENSP，SENSNの電位差ΔＶが大きくなると、誤差アンプ１３に入力される参照電圧ＶREF’が高くなり、ロジック回路１１がスイッチング・トランジスタＭ１とＭ２のオン時間を変化させる。その結果、図４（Ｂ）に示すように、外部端子SENSP，SENSNの電位差ΔＶが大きくなるほど、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧Ｖoutが高くされ、負荷デバイス２２の電圧入力端子ＣＮ１に供給される電圧ＶLOADがほぼ一定になるように制御される。

【0035】

本実施例の電源ＩＣにおけるロジック回路（スイッチング制御回路）１１におけるスイッチング・トランジスタＭ１とＭ２のオン、オフ制御方式に関しては、例えば特開２０１２－１３９０２３号公報に記載されているように、従前より種々の制御方式が提案されており、本実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータにおいては公知の制御方式を採用してロジック回路１１を構成することができるので、具体例の説明は省略する。
なお、本実施例の電源ＩＣにおけるロジック回路１１には、スイッチング・トランジスタＭ１とＭ２のオン、オフ制御の他に、前述したように、イネーブル信号ＥＮの立ち上がり時に一時的に電流検出用抵抗Ｒｓに電流Ｉbiasを流すための制御信号を生成するロジックが含まれるとともに、可変抵抗ＶＲの抵抗値の調整後に本来のスイッチング制御を開始するためのタイマーが設けられる。タイマーを設ける代わりに、抵抗調整回路４７からの調整終了信号を受けてスイッチング制御を開始するためのロジックを設けるようにしても良い。

【0036】

上記のように、本実施形態においては、イネーブル信号ＥＮの立ち上がり時に一時的に電流検出用抵抗Ｒｓに電流Ｉbiasを流すことで負荷側の抵抗値情報を取得して、ＤＣ－ＤＣコンバータが自動で参照電圧の補正量を決定して調整するため、従来のように設計時に必要なＤＣ－ＤＣコンバータ側で周辺部品の調整を行う検討工程を削減することができる。また、システム構築時には、使用する電源ケーブル２１が抵抗値ばらつきを持つこととなるが、本実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータは、電源ケーブル２１の抵抗値ばらつきも含めて補正を掛けるため、部品ばらつきの考慮も不要となるというメリットがある。さらに、実施例の電源ＩＣは電圧補正量調整用の抵抗を内蔵するため、電圧補正量調整用抵抗を外付け素子として備える図７に示す従来の電源ＩＣを用いたＤＣ－ＤＣコンバータに比べて部品点数を減らすことができる。

【0037】

（変形例）
次に、上記実施形態のＤＣ－ＤＣコンバータ（電源ＩＣ）の変形例について、図５および図６を用いて説明する。
本変形例は、図５に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０を含む電源装置１００と負荷装置２００にそれぞれＲＳ４８５のような通信規格に従ったシリアル通信を実行可能な通信手段１２０と２２０をそれぞれ設け、負荷装置２００から負荷側の抵抗に関する情報を電源装置１００へ送信（フィードバック）するように構成されている。

【0038】

また、電源装置１００を構成する電源ＩＣは、図１に示す電源ＩＣ１０と同様に、定電流源１５およびスイッチ素子ＳＷ１と電圧補正回路４１を備え、電圧補正回路４１において誤差アンプ１３へ供給する参照電圧の補正を行うように構成されている。
一方、負荷装置２００には、例えば電圧入力端子ＣＮ１の電圧を直列抵抗Ｒｂ３，Ｒｂ４により分圧することで取得した負荷側の抵抗に関する情報（アナログ値）をデジタル値に変換するＡＤ変換回路（ＡＤＣ）２１０と、変換された値を端子ＣＮ３，ＣＮ４より出力する通信手段２２０が設けられている。

【0039】

さらに、本変形例においては、電源装置１００に電流検出用抵抗Ｒｓを設ける必要がなく、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０の電源ＩＣは、図３に示す外部端子SENSP，SENSNの代わりに、通信ケーブル２３を介して負荷装置２００側からの情報（シリアルデータ）を入力するための一対の端子Ｐ１，Ｐ２が設けられ、電圧補正回路４１は図３に示されている回路から、減算回路４４およびバッファアンプＡＭＰ２とＭＯＳトランジスタＭ１からなる電圧－電流変換回路４５を除いたような回路として構成される。そして、抵抗調整回路４７は、負荷装置２００側から供給されたデータによって可変抵抗回路ＶＲの抵抗値ＲOVAを調整するように構成される。

【0040】

負荷装置２００の通信手段２２０は、パラレル／シリアル変換を行う変換器２２１とシリアルポート（ドライバ）２２２とにより構成され、電源装置１００の通信手段１２０はシリアル／パラレル変換を行う変換器１２１とシリアルポート（レシーバ）１２２とにより構成される。なお、各通信手段１２０と２２０は、双方向通信を行なえるように構成されていても良い。
図６（Ａ），（Ｂ）には本変形例における電圧補正動作のタイミング例が示されている。

【0041】

図６（Ａ），（Ｂ）のうち（Ａ）は、前記実施例と同様に、イネーブル信号ＥＮの立ち上がり時にスイッチ素子ＳＷ１をオンさせて定電流源１５からの電流を電源ケーブルへ流し、その時に負荷側で検出した抵抗に関する情報（ケーブルの抵抗成分を含む）を電源装置１００へ送信し、電源ＩＣが、受信した情報（フィードバック信号）を用いて電圧補正を行うように構成した場合のものである。このような構成の場合、電圧補正回路４１において生成される補正電圧ＶOVAは、イネーブル信号ＥＮの立ち上がり時に一度だけ補正されて変化することとなる。

【0042】

一方、図６（Ｂ）は、システムの動作中に、定期的に負荷装置２００から負荷側の抵抗に関する情報（フィードバック信号）を電源装置１００へ送信し、電源ＩＣが受信した情報を用いて電圧補正を行うように構成した場合のものである。このような構成の場合、電圧補正回路４１において生成される補正電圧ＶOVAは、負荷装置２００の電圧入力端子ＣＮ１の電圧ＶLOADの変化に応じて変化することとなる。

【0043】

負荷装置２００から負荷側の抵抗に関する情報を電源装置１００へ送信するタイミングは、電源装置１００の電源ＩＣが内部のスイッチ素子ＳＷ１を定期的にオンさせて定電流源１５からの電流を電源ケーブルへ流したタイミングでも良いし、それ以外のタイミングでも良い。それ以外のタイミングとする場合、電源ＩＣには定電流源１５とスイッチ素子ＳＷ１は不要である。なお、図６（Ａ）に示すタイミングと図６（Ｂ）に示すタイミングのいずれで電圧補正を実行するかを選択できるように、電源装置１００の電源ＩＣを構成しても良い。

【0044】

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば前記実施形態では、電圧補正回路によって参照電圧を補正しているが、フィードバック電圧の方を補正するようにしても良い。
また、前記実施形態では、電源ＩＣ１０を構成するトランジスタとしてＭＯＳトランジスタを使用したものを示したが、ＭＯＳトランジスタの代わりにバイポーラトランジスタを使用しても良い。さらに、前記実施形態では、本発明を同期整流方式のＤＣ－ＤＣコンバータに適用したものについて説明したが、本発明は図１のスイッチング・トランジスタＭ２の代わりにダイオードを使用した非同期整流方式のＤＣ－ＤＣコンバータにも適用することができる。

【0045】

また、前記実施形態では、応用例として、電源装置から負荷となるデバイスへ直流電源を供給するシステムについて説明したが、本発明は、例えばサーボドライブとエンコーダとからなるシステムにおいて、サーボドライブ側にエンコーダへの電源供給機能を設け、エンコーダから負荷側の抵抗に関する情報をサーボドライブへフィードバックして電源を制御（補正）する場合にも適用することができる。
さらに、前記実施形態では、本発明をスイッチング制御方式のＤＣ－ＤＣコンバータに適用した場合について説明したが、本発明は電圧入力端子と出力端子との間に設けられたトランジスタを出力側からのフィードバック電圧に応じて連続的に制御して出力電圧を一定に維持するリニアレギュレータにも適用することができる。
また、前記実施形態では、本発明を降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータに適用したものについて説明したが、本発明は昇圧型や昇降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータにも適用することができる。さらに、本発明は、電圧モード制御、電流モード制御、ヒステリシス制御のような制御方式に拘わらず採用することが可能である。

【符号の説明】

【0046】

１０……電源用半導体集積回路（電源ＩＣ）、１１……ロジック回路（制御回路）、１２Ａ，１２Ｂ……ドライバ回路、１３……誤差アンプ、１４……参照電圧供給回路、１５……定電流源、２１……電源ケーブル、２２……負荷デバイス、４１……電圧補正回路、４２……合成手段、４４……減算回路、４５，４８……電圧－電流変換回路、４６，４９……カレントミラー回路、４７……抵抗調整回路、ＶＲ……可変抵抗回路、Ｌ１……インダクタ（コイル）、Ｍ１……インダクタ駆動用のスイッチング・トランジスタ（スイッチング素子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】