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公開番号2025018337
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121941
出願日2023-07-26
発明の名称コントローラ回路、DC/DCコンバータおよび電子機器
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250130BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】設計の負担を軽減なコントローラICを提供する。
【解決手段】モード判定回路210は、第1モードと第2モードを判定する。フィードバックコントローラ220は(i)第1モードにおいて、フィードバックピンFBに発生するフィードバック電圧V_FBが第1基準電圧に近づくように、第1トランジスタM1および第2トランジスタM2の状態を指示する第1制御信号CTRL1と、第3トランジスタM3および第4トランジスタM4の状態を指示する第2制御信号CTRL2と、を生成する。フィードバックコントローラ220は、(ii)第2モードにおいて、フィードバック電圧V_FBが第2目標電圧に近づくように、第3トランジスタM3および第4トランジスタM4の状態を指示する第3制御信号CTRL3を生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＣ／ＤＣコンバータのコントローラ回路であって、
第１モードと第２モードを判定するモード判定回路と、
前記第１モードに対応する第１アプリケーションおよび前記第２モードに対応する第２アプリケーションにおいて、入力電圧が供給されるべき電源ピンと、
前記第１アプリケーションにおいて、フライングキャパシタの第１端が接続されるべき第１スイッチングピンと、
前記第１アプリケーションにおいて中間キャパシタが接続され、前記第２アプリケーションにおいて前記入力電圧が供給されるべき中間電圧ピンと、
前記第１アプリケーションおよび前記第２アプリケーションにおいて、前記フライングキャパシタの第２端が接続されるべき第２スイッチングピンと、
前記第１アプリケーションおよび前記第２アプリケーションにおいて、接地されるべきパワー接地ピンと、
前記電源ピンと前記第１スイッチングピンの間に接続された第１トランジスタと、
前記第１スイッチングピンと前記中間電圧ピンの間に接続された第２トランジスタと、
前記中間電圧ピンと前記第２スイッチングピンの間に接続された第３トランジスタと、
前記第２スイッチングピンと前記パワー接地ピンの間に接続された第４トランジスタと、
前記第１アプリケーションおよび前記第２アプリケーションにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受けるべきフィードバックピンと、
（i）前記第１モードにおいて、前記フィードバックピンに発生する前記フィードバック電圧が第１基準電圧に近づくように、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタの状態を指示する第１制御信号と、前記第３トランジスタおよび前記第４トランジスタの状態を指示する第２制御信号と、を生成し、（ii）前記第２モードにおいて、前記フィードバック電圧が第２基準電圧に近づくように、前記第３トランジスタおよび前記第４トランジスタの状態を指示する第３制御信号を生成するフィードバックコントローラと、
（i）前記第１モードにおいて、前記第１制御信号にもとづいて、前記第１トランジスタのゲートに第１ゲート電圧を発生し、前記第２トランジスタのゲートに第２ゲート電圧を発生する第１ドライバと、
（i）前記第１モードにおいて、前記第２制御信号にもとづいて、前記第３トランジスタのゲートに第３ゲート電圧を発生し、前記第４トランジスタのゲートに第４ゲート電圧を発生し、（ii）前記第２モードにおいて、前記第３制御信号にもとづいて、前記第３トランジスタのゲートに第３ゲート電圧を発生し、前記第４トランジスタのゲートに第４ゲート電圧を発生する第２ドライバと、
を備える、コントローラ回路。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記第２モードにおいて、前記入力電圧よりも高い昇圧電圧を生成し、前記第１ドライバに供給するように構成されたチャージポンプ回路をさらに備え、
前記フィードバックコントローラは、前記第２モードにおいて、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタがオンとなるように、前記第１ドライバに供給する第４制御信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項３】
前記第２アプリケーションにおいて、前記中間電圧ピンは非接続とされる、請求項２に記載のコントローラ回路。
【請求項４】
前記フィードバックコントローラは、前記第２モードにおいて、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタがオフとなるように、前記第１ドライバに供給する第４制御信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項５】
モード設定ピンをさらに備え、
前記モード判定回路は、前記モード設定ピンの電気的状態にもとづいて、前記モードを判定する、請求項１から４のいずれかに記載のコントローラ回路。
【請求項６】
前記モードを指定する情報を内部に不揮発的に記録可能である、請求項１から４のいずれかに記載のコントローラ回路。
【請求項７】
前記モード判定回路は、前記入力電圧に応じてモードを判定する、請求項１から４のいずれかに記載のコントローラ回路。
【請求項８】
ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１から４のいずれかに記載のコントローラ回路。
【請求項９】
請求項１から４のいずれかに記載のコントローラ回路と、
ハイブリッドコンバータまたは降圧コンバータのいずれかのトポロジーを有する周辺回路と、
を備える、ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータを備える、電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＤＣ／ＤＣコンバータのコントローラ回路に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電源電圧より低い電圧を生成するために、降圧（Ｂｕｃｋ）コンバータが使用される。降圧コンバータは、入力電圧Ｖ
ＩＮ
よりも低い範囲で任意の電圧レベルの出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
を生成できる。降圧コンバータは、入力電圧Ｖ
ＩＮ
が高くなるとスイッチング損失が増加し、効率が低下する。
【０００３】
降圧コンバータとは別のトポロジーを有するハイブリッドＤＣ／ＤＣコンバータや、スリーレベル（3-level）コンバータ、シリーズキャパシタＤＣ／ＤＣコンバータなどが提案されている。入力電圧Ｖ
ＩＮ
に応じた振幅を有するスイッチング信号を発生して、インダクタにエネルギーを蓄えるＤＣ／ＤＣコンバータに対して、ハイブリッドＤＣ／ＤＣコンバータは、キャパシタを利用して入力電圧Ｖ
ＩＮ
の１／２の振幅Ｖ
ＩＮ
／２を有するスイッチング信号を生成し、インダクタにエネルギーを蓄える。ハイブリッドＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧Ｖ
ＩＮ
が高いアプリケーションにおいて、通常の降圧コンバータに比べて効率を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０１３２８３号公報
【０００５】
［概要］
ハイブリッドＤＣ／ＤＣコンバータが生成できる出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
の範囲は、Ｖ
ＩＮ
／２以下である。したがってシステムの設計者は、システムで使用される入力電圧と出力電圧の関係にもとづいて、降圧コンバータかハイブリッドコンバータのいずれかを選択し、回路設計を行う必要があった。具体的には、選択したタイプのコンバータのコントローラＩＣ（Integrated Circuit）を選定し、そのコントローラＩＣに適合するプリント基板および周辺回路を設計する必要がある。
【０００６】
もし、入力電圧と出力電圧の関係に関わらずに、汎用的に利用可能なコントローラＩＣがあれば、設計者の負担を大幅に軽減することができる。
【０００７】
本開示はかかる状況においてなされたものである。
【０００８】
本開示のある態様は、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラ回路に関する。コントローラ回路は、第１モードと第２モードを判定するモード判定回路と、第１モードに対応する第１アプリケーションおよび第２モードに対応する第２アプリケーションにおいて、入力電圧が供給されるべき電源ピンと、第１アプリケーションにおいて、フライングキャパシタの第１端が接続されるべき第１スイッチングピンと、第１アプリケーションにおいて中間キャパシタが接続され、第２アプリケーションにおいて入力電圧が供給されるべき中間電圧ピンと、第１アプリケーションおよび第２アプリケーションにおいて、フライングキャパシタの第２端が接続されるべき第２スイッチングピンと、第１アプリケーションおよび第２アプリケーションにおいて、接地されるべきパワー接地ピンと、電源ピンと第１スイッチングピンの間に接続された第１トランジスタと、第１スイッチングピンと中間電圧ピンの間に接続された第２トランジスタと、中間電圧ピンと第２スイッチングピンの間に接続された第３トランジスタと、第２スイッチングピンとパワー接地ピンの間に接続された第４トランジスタと、第１アプリケーションおよび第２アプリケーションにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受けるべきフィードバックピンと、（i）第１モードにおいて、フィードバックピンに発生するフィードバック電圧が第１基準電圧に近づくように、第１トランジスタおよび第２トランジスタの状態を指示する第１制御信号と、第３トランジスタおよび第４トランジスタの状態を指示する第２制御信号と、を生成し、（ii）第２モードにおいて、フィードバック電圧が第２基準電圧に近づくように、第３トランジスタおよび第４トランジスタの状態を指示する第３制御信号を生成するフィードバックコントローラと、第１モードにおいて、第１制御信号にもとづいて、第１トランジスタのゲートに第１ゲート電圧を発生し、第２トランジスタのゲートに第２ゲート電圧を発生する第１ドライバと、（i）第１モードにおいて、第２制御信号にもとづいて、第３トランジスタのゲートに第３ゲート電圧を発生し、第４トランジスタのゲートに第４ゲート電圧を発生し、（ii）第２モードにおいて、第３制御信号にもとづいて、第３トランジスタのゲートに第３ゲート電圧を発生し、第４トランジスタのゲートに第４ゲート電圧を発生する第２ドライバと、を備える。
【０００９】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施形態１に係るコントローラ回路を備える第１アプリケーションに係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
図２は、モード判定回路の構成例を示す回路図である。
図３は、モード判定回路の構成例を示す回路図である。
図４は、モード判定回路の構成例を示す回路図である。
図５は、モード判定回路の構成例を示す回路図である。
図６は、第１アプリケーションに係るＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図である。
図７は、実施形態１に係るコントローラ回路を備える第２アプリケーションに係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
図８は、実施形態２に係るコントローラ回路を備える第１アプリケーションに係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
図９は、実施形態２に係るコントローラ回路を備える第２アプリケーションに係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
図１０は、図９のＤＣ／ＤＣコンバータの変形例の回路図である。
図１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える電子機器の一例を示す図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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