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公開番号2024063487
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-13
出願番号2022171487
出願日2022-10-26
発明の名称スイッチング電源装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人サトー
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240502BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】昇圧用コンデンサへの充電を安定的に行えるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置1において、NチャネルMOSFETのハイサイドスイッチ2及びローサイドスイッチ3は、入力電圧VINから出力電圧VOUTを生成する。LDO9は、昇圧用コンデンサ11を充電して前記スイッチの駆動用電源を生成する。オフ時間生成部17は、分圧信号FBが目標電圧VREFよりも低下するとスイッチ2のゲート電圧をハイレベルにする。Ton計算部12は、入力電圧VINに依存して定電流の値が調整される電流源回路を有し、定電流により充電されるコンデンサの端子電圧を、出力電圧をα倍した電圧と比較した結果に応じてハイサイドスイッチのゲート電圧をローレベルにする。RSラッチ14は、オフ時間生成部がゲート電圧をハイレベルにする信号を出力している状態では、ゲート電圧をハイレベルにする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくともＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるハイサイドスイッチ（２）により入力電圧をスイッチングさせて変圧した出力電圧を生成するもので、
一端が前記ハイサイドスイッチの低電位側導通端子に接続される昇圧用コンデンサ（１１）を有し、前記ハイサイドスイッチを駆動する駆動用電源を生成するブートストラップ回路（９）と、
前記出力電圧の分圧信号が目標電圧よりも低下すると前記ハイサイドスイッチのゲート電圧をハイレベルにするオフ時間生成部（１７）と、
前記入力電圧に依存して定電流の値が調整される電流源回路（２１）を有し、前記定電流により充電されるコンデンサ（２２）の端子電圧を、前記出力電圧をゲイン倍した電圧と比較した結果に応じて前記ハイサイドスイッチのゲート電圧をローレベルにするオン時間計算部（１２）と、
前記オフ時間生成部が前記ゲート電圧をハイレベルにする信号を出力している状態では、前記ゲート電圧を優先的にハイレベルにするハイレベル優先部（１４）とを備えるスイッチング電源装置。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記ゲート電圧がハイレベルを示す時間が閾値を超えると、前記ゲート電圧を強制的にローレベルにするローレベル設定部（１８，３０，４２）を備える請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記ローレベル設定部（１８）は、前記ゲート電圧がハイレベルを示す時間を計測するカウンタを備える請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記ローレベル設定部（３０）は、電流源（３１）と、この電流源の電流により充電されるコンデンサ（３２）と、前記ゲート電圧がローレベルを示す期間に前記コンデンサを放電させる放電用スイッチング素子（３３）との組み合わせによりランプ波信号を生成するランプ波信号生成部と、
前記ランプ波信号と基準電圧とを比較する比較する比較回路（３４）とを備える請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記ローレベル設定部（４２）は、前記昇圧用コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出部（４３）を備え、前記端子電圧が閾値を下回ると前記ゲート電圧を強制的にローレベルにする請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記オン時間計算部（１２）は、前記電流源回路と、前記ゲート電圧がローレベルを示す期間に前記コンデンサを放電させる放電用スイッチング素子（２３）との組み合わせによりランプ波信号を生成するランプ波信号生成部と、
前記出力電圧と前記ランプ波信号とを比較する比較する比較回路（２４）とを備える請求項１から５の何れか一項に記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧をスイッチング素子によりスイッチングして変圧した出力電圧を生成するスイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置の一種である降圧型のＤＣＤＣコンバータでは、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧ＶＯＵＴ付近まで低下した際に、出力電圧の低下を極力抑制するには、可能な限りＰＷＭ信号のデューティ比を高くして、ハイサイドスイッチを駆動することが望ましい。
【０００３】
その一方で、ハイサイドスイッチにＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用い、そのゲート駆動電圧をブートストラップ回路により生成する場合には、ブートストラップ回路の容量に充電するため、定期的にハイサイドＦＥＴのソース電位をローレベルに下げる、つまりハイサイドＦＥＴをＯＦＦにする必要がある。ブートストラップ容量、つまり昇圧用コンデンサへの充電が定期的にできなくなると、ハイサイドＦＥＴを駆動するのに必要な電圧が得られずハーフオン状態となってしまう。
【０００４】
上記の課題に対して、入力電圧の低下時に、ハイサイドＦＥＴを一定の高デューティ比で動作させることで、出力電圧の低下を最低限にしながら、昇圧用コンデンサへの充電を定期的に行う技術が一般的に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６５９２３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スイッチング電源装置の制御方式であるＣＯＴ（Constant On Time）制御では、ＯＮ時間が固定され、ＯＦＦ時間がフィードバック制御によって決定されることで出力電圧が制御される。そのため、スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングが一定周期で決定されず、で昇圧用コンデンサへの充電を安定的に行うことが難しい。また、出力電圧が低下した際にはＯＮ時間が短くなるように制御されるので、十分に高いデューティ比が得られないという課題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイサイドスイッチにＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用する構成においても、昇圧用コンデンサへの充電を安定的に行うことができるスイッチング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】
【０００８】
請求項１記載のスイッチング電源装置によれば、少なくともＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるハイサイドスイッチにより入力電圧をスイッチングさせて変圧した出力電圧を生成する。ブートストラップ回路は、一端がハイサイドスイッチの低電位側導通端子に接続される昇圧用コンデンサを有し、ハイサイドスイッチを駆動する駆動用電源を生成する。
【０００９】
オフ時間生成部は、出力電圧の分圧信号が目標電圧よりも低下すると、ハイサイドスイッチのゲート電圧をハイレベルにする。オン時間計算部は、入力電圧に依存して定電流の値が調整される電流源回路を有し、その定電流により充電されるコンデンサの端子電圧を、出力電圧をゲイン倍した電圧と比較した結果に応じてハイサイドスイッチのゲート電圧をローレベルにする。ハイレベル優先部は、オフ時間生成部がゲート電圧をハイレベルにする信号を出力している状態では、ゲート電圧を優先的にハイレベルにする。
【００１０】
このように構成すれば、たとえオフ時間生成部がハイサイドスイッチのゲート電圧をハイレベルにする制御と、オン時間計算部が前記ゲート電圧をローレベルにする制御とが競合しても、ゲート電圧はハイレベル優先部によってハイレベルを維持することになる。したがって、ブートストラップ回路の昇圧用コンデンサを、より長い時間に亘って充電することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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