半導体集積回路装置
【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータにおけるソフトスタート制御を高精度に行うことにより、起動時のコイルに流れる突入電流を低減し、該コイルの破損などを防止する。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成した過電流保護用基準電圧を抵抗２１とコンデンサ２３によって構成された、いわゆるＲＣ回路の時定数によって、０Ｖ(基準電位ＶＳＳ)から徐々に電圧レベルを上昇させる過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓを出力する。過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流（電圧）と過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとを比較し、コイル１５に流れる電流（電圧）が該過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くならないように停止信号を出力し、ＰＷＭ回路９を制御し、高精度なソフトスタート制御を行う。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成した過電流保護用基準電圧を抵抗２１とコンデンサ２３によって構成された、いわゆるＲＣ回路の時定数によって、０Ｖ(基準電位ＶＳＳ)から徐々に電圧レベルを上昇させる過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓを出力する。過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流（電圧）と過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとを比較し、コイル１５に流れる電流（電圧）が該過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くならないように停止信号を出力し、ＰＷＭ回路９を制御し、高精度なソフトスタート制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの信頼性向上技術に関し、特に、起動時におけるコイルの過電流保護に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどの電子機器には、安定化直流電源などとして電源システムが広く用いられている。この種の電源システムとしては、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータが知られており、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御によって液晶モニタのバックライト用ＬＥＤ(Light Emitting Diode)に供給する電源などを生成する。
【０００３】
一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータには、起動時の突入電流を緩和するために、ソフトスタート機能を有している。このソフトスタート機能は、起動時において、バックライト用ＬＥＤに印加される電圧レベルを制御することにより、高電圧が急激にバックライト用ＬＥＤに印加されることを防止する機能であり、バックライト用ＬＥＤに流れる電流値（検出電圧）と起動時から電圧が徐々に電圧レベルが上昇するソフトスタート用電圧とを比較し、バックライト用ＬＥＤの検出電圧とソフトスタート用電圧とが略同じになるように制御している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のようなＤＣ−ＤＣコンバータのソフトスタート機能による電源供給技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００５】
バックライト用ＬＥＤが起動した際に、該バックライト用ＬＥＤのリーク電流が流れてしまい、そのリーク電流によって検出電圧が発生してしまうことなる。この検出電圧がソフトスタート用電圧よりも高い電圧レベルの期間では、ソフトスタート機能が、バックライト用ＬＥＤに電源が供給されていないにも関わらず、供給される電圧レベルが高いと判断してＰＷＭ制御を停止する制御を行うことになる。
【０００６】
そのため、バックライト用ＬＥＤのリーク電流量や検出電圧の誤差などの影響によって、ソフトスタートの開始時間が変動して不安定となってしまうという問題がある。
【０００７】
また、ソフトスタート電圧がリーク電流による検出電圧の電圧レベルを超えた時点で、ソフトスタート機能がバックライト用ＬＥＤに供給される電圧レベルが小さいと判断し、バックライト用ＬＥＤに電源電圧を供給する制御を行うために、高電圧が急激にバックライト用ＬＥＤに印加され、その際の突入電流などによってＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた昇圧用コイルなどが破損してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、ソフトスタート制御を高精度に行うことにより、起動時のコイルに流れる突入電流を低減し、該コイルの破損などを防止することのできる技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明は、供給される電源電圧を昇圧し、出力電圧として負荷に供給する昇圧部を制御する昇圧制御部を有する半導体集積回路装置であって、該昇圧制御部は、出力電圧を調整する電圧調整用信号と基準電圧とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプと、該エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ(Duty)比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、昇圧部に設けられた昇圧用コイルに流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧とを比較し、変換電圧が参照電圧よりも高くなると、ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路と、参照電圧を生成する電源回路とを有し、該電源回路は、ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように参照電圧を生成するものである。
【００１２】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００１３】
本発明は、電源回路が、徐々に電圧レベルが上昇する参照電圧を生成する第１の電源回路と、該第１の電源回路に供給する電圧を生成する第２の電源回路とを有し、第１の電源回路は、抵抗とコンデンサによるＲＣ回路によって構成され、該ＲＣ回路の時定数によって、参照電圧を生成するものである。
【００１４】
また、本発明は、ＰＷＭ制御回路が、昇圧用コイルに過電流が流れたことを検出し、ＰＷＭ回路に停止信号を出力し、該ＰＷＭ回路の動作を停止させる過電流保護回路よりなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
（１）負荷のリーク電流に関係なく、高精度なソフトスタート制御を実現することができる。
【００１７】
（２）上記(１）により、突入電流などによるコイルの破損を防止することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態によるＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【図２】図１のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【図３】本発明者が検討したＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【図４】図３のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態によるＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図、図２は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャート、図３は、本発明者が検討したＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図、図４は、図３のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【００２１】
〈発明の概要〉
本発明の概要は、バッテリなどから供給される電源電圧(電源電圧ＶＢＡＴＴ)を昇圧し、出力電圧（電源電圧Ｖｏｕｔ）として負荷(バックライト１８)に供給する昇圧部(昇圧部３)を制御する昇圧制御部(昇圧制御部２)を有する半導体集積回路装置であって、前記昇圧制御部は、出力電圧を調整する電圧調整用信号（電圧Ｖｓｅｎｓｅ）と基準電圧（基準電圧ＶＲＥＦ）とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプ（エラーアンプ８）と、前記エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路（ＰＷＭ回路９）と、前記昇圧部に設けられた昇圧用コイル（コイル１５）に流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧（電圧Ｖｏｃｐｓ）とを比較し、前記変換電圧が前記参照電圧よりも高くなると、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路（過電流保護回路６）と、前記参照電圧を生成する電源回路（電圧生成回路５）とを有する。
【００２２】
そして、前記電源回路は、前記ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間（期間ｔ２）をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように前記参照電圧を生成する。
【００２３】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、たとえば、デジタルカメラなどの電子機器に搭載されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、電流帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、図１に示すように、昇圧制御部２、および昇圧部３から構成されている。
【００２５】
昇圧制御部２は、電子機器に搭載される半導体集積回路装置４に設けられており、昇圧部３における昇圧動作の制御を行う。昇圧部３は、該半導体集積回路装置４に外部接続されており、昇圧制御部２から出力される信号に基づいて、電子機器に設けられたバッテリから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴを昇圧し、電源電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００２６】
昇圧制御部２は、電圧生成回路５、過電流保護（OCP:Over Current Protection)回路６、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、ドライバ１０、およびトランジスタ１１，１２から構成されている。
【００２７】
また、昇圧部３は、コンデンサ１３，１４、コイル１５、ダイオード１６、ならびに抵抗１７から構成されている。
【００２８】
コンデンサ１３の一方の接続部には、電子機器のバッテリなどから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴが供給されるように接続されており、該コンデンサ１３の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００２９】
また、昇圧用のコイル１５の一方の接続部には、電源電圧ＶＢＡＴＴが供給されるように接続されており、該コイル１５の他方の接続部には、電流の逆流を防止するダイオード１６のアノード、および半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ１がそれぞれ接続されている。
【００３０】
ダイオード１６のカソードには、コンデンサ１４の一方の接続部が接続されており、該コンデンサ１４の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。そして、ダイオード１６のカソードが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部となり、電源電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００３１】
電源電圧Ｖｏｕｔは、電子機器に設けられた液晶ディスプレイのバックライト１８に供給される。バックライト１８は、複数のＬＥＤ１８1〜１８Nを直列接続した構成からなり、初段のＬＥＤ１８1のアノードに電源電圧Ｖｏｕｔが接続されている。また、最終段のＬＥＤ１８Nのカソードには、半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ２が接続されている。
【００３２】
また、抵抗１７の一方の接続部には、半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ３に接続されており、該抵抗１７の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００３３】
半導体集積回路装置４において、基準電圧生成回路７は、基準電圧ＶＲＥＦを生成する回路である。基準電圧生成回路７が生成した基準電圧ＶＲＥＦは、エラーアンプ８の正（＋）側入力部に入力されるように接続されている。
【００３４】
エラーアンプ８の負（−）側入力部には、外部端子Ｔ３が接続されており、該エラーアンプ８の出力部には、ＰＷＭ回路９の入力部が接続されている。ＰＷＭ回路９の出力部には、ドライバ１０の入力部が接続されており、該ドライバ１０の出力部には、ＮチャネルＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)からなるトランジスタ１１のゲートが接続されている。
【００３５】
トランジスタ１１の一方の接続部には、外部端子Ｔ１が接続されており、該トランジスタ１１の他方の接続部には、外部端子Ｔ４が接続されている。この外部端子Ｔ４は、基準電位ＶＳＳに接続されている。ＮチャネルＭＯＳからなるトランジスタ１２の一方の接続部には、外部端子Ｔ２が接続されており、該トランジスタ１２の他方の接続部には、外部端子Ｔ３を介して抵抗１７が接続されている。
【００３６】
また、電圧生成回路５は、過電流保護用基準電圧生成回路１９、ならびにソフトスタート用電圧生成回路２０から構成されている。過電流保護用基準電圧生成回路１９は、過電流保護用基準電圧を生成し、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、過電流保護用基準電圧に基づいて、ソフトスタート制御の際に用いるソフトスタート電圧を生成する。
【００３７】
これら過電流保護用基準電圧生成回路１９、およびソフトスタート用電圧生成回路２０が生成した電圧は、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとして電圧生成回路５から出力される。
【００３８】
ソフトスタート制御とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１がアクティブとなった際に、急激にバックライト１８に印加されないように、ある期間をかけて(たとえば、１０ｍｓ程度〜１００ｍｓ程度)、０Ｖから規定の電圧値まで徐々に上昇するようにする制御である。
【００３９】
過電流保護用基準電圧は、コイル１５に流れる電流が過電流であるか否かを判定する電圧であり、ソフトスタート電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が生成する電源電圧Ｖｏｕｔの電圧レベルが徐々に高くなるように制御するソフトスタート制御に用いられる電圧である。
【００４０】
また、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、抵抗２１、トランジスタ２２、コンデンサ２３から構成されている。抵抗２１の一方の接続部には、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成した過電流保護用基準電圧が入力されるように接続されている。抵抗２１の他方の接続部には、ＰチャネルＭＯＳからなるトランジスタ２２の一方の接続部、およびコンデンサ２３の一方の接続部がそれぞれ接続されており、この接続部が、電圧生成回路５の出力部となり、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが出力される。
【００４１】
電圧生成回路５が生成した過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓは、過電流保護回路６に入力される。この過電流保護回路６には、外部端子Ｔ１を介してコイル１５に流れる電流に比例した電流が入力されるように接続されている。また、過電流保護回路６の出力部には、ＰＷＭ回路９の制御端子に接続されている。
【００４２】
過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流に比例した電流を電圧に変換し、その電圧が電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くなると、コイル１５に過電流が流れていると判断して停止信号をＰＷＭ回路９に出力し、該ＰＷＭ回路９の動作を停止させる。
【００４３】
また、過電流保護回路６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時においては、ソフトスタート電圧として出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓを用いてＰＷＭ回路９を制御して前述したソフトスタート制御を行う。
【００４４】
抵抗１７は、バックライト１８に流れる電流を電圧に変換し、電圧Ｖｓｅｎｓｅを発生させる。エラーアンプ８は、基準電圧生成回路７が生成する基準電圧ＶＲＥＦと抵抗１７によって発生した電圧Ｖｓｅｎｓｅとを比較し、その比較結果を出力する。
【００４５】
ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８から出力される比較結果に基づいてＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成する。たとえば、エラーアンプ８の比較結果において、基準電圧ＶＲＥＦよりも電圧Ｖｓｅｎｓｅが小さい場合には、デュティ比が大きいＰＷＭ信号を生成し、基準電圧ＶＲＥＦよりも電圧Ｖｓｅｎｓｅが大きい場合には、デュティ比が小さいＰＷＭ信号を生成する。
【００４６】
ドライバ１０は、ＰＷＭ回路９が生成したＰＷＭ信号を増幅して出力する。トランジスタ１１は、ドライバ１０から出力される駆動信号ＬＸに基づいて、オン／オフ動作を行い、コイル１５をスイッチングする。
【００４７】
また、電圧生成回路５、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、およびトランジスタ１２，２２のゲートには、起動信号ＰＯＮが入力されるようにそれぞれ接続されている。
【００４８】
この起動信号ＰＯＮは、たとえば、半導体集積回路装置４に設けられたＣＰＵ２４から出力される。ＣＰＵ２４は、半導体集積回路装置４の制御を司る。電圧生成回路５、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、ならびにトランジスタ１２は、起動信号ＰＯＮがアクティブ(たとえば、Ｈｉ信号)となると動作を開始する。
【００４９】
次に、本実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１のソフトスタート制御について、図１、および図２のタイミングチャートを用いて説明する。
【００５０】
図２において、上方から下方にかけては、ＣＰＵ２４から出力される起動信号ＰＯＮ、基準電圧生成回路７から出力される基準電圧ＶＲＥＦ、抵抗１７により発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅ、電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓ、ならびにドライバ１０から出力される駆動信号ＬＸにおけるそれぞれの信号タイミングを示している。
【００５１】
まず、ＣＰＵ２４からＨｉ信号の起動信号ＰＯＮが出力されると、トランジスタ１２がオン（導通状態）、トランジスタ２２がオフ(非導通状態)となり、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９がアクティブの状態となる。
【００５２】
それにより、基準電圧生成回路７からは基準電圧ＶＲＥＦが出力されるとともに、トランジスタ１２がオンすることにより、ＬＥＤ１８1〜１８Nにリーク電流が流れて抵抗１７に発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅの電圧レベルが上昇(図２の期間ｔ１)する。
【００５３】
また、電圧生成回路５においては、Ｈｉ信号の起動信号ＰＯＮにより、過電流保護用基準電圧生成回路１９が過電流保護用基準電圧を生成する。ソフトスタート用電圧生成回路２０では、トランジスタ２２がＨｉ信号の起動信号ＰＯＮによってオフとなる。
【００５４】
これによって、入力された過電流保護用基準電圧は、抵抗２１とコンデンサ２３によって構成された、いわゆるＲＣ回路の時定数によって、図２に示すように、ある期間ｔ２をかけて、０Ｖ(基準電位ＶＳＳ)から過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成する過電流保護用基準電圧まで徐々に電圧レベルが上昇する過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとして出力される。
【００５５】
上記期間ｔ２は、ＲＣ回路（抵抗２１とコンデンサ２３）の時定数だけで決まらず、過電流保護用基準電圧生成回路１９の出力電圧を階段状に上昇させる事で設定される。ＲＣ回路の時定数だけは、図２に示すような直線的なカーブにはならず、積分波形となる。
【００５６】
過電流保護用基準電圧生成回路１９の出力電圧を階段状に変化させ、その出力電圧にフィルタをかけるために、ＲＣ回路（抵抗２１とコンデンサ２３）が設けられることにより、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが、図２に示すような、直線的なカーブとされている。
【００５７】
なお、コイルへの突入電流が押さえられるならば、過電流保護用基準電圧生成回路１９が発生する出力電圧は１段のみ変化させ、抵抗２１とコンデンサ２３によるＲＣ時定数で、期間ｔ２を設定する事は可能である。
【００５８】
この場合、半導体集積回路装置４の形成される半導体基板（チップ）に内蔵するＲＣ時定数としては大きな値となるので、ＲＣ（抵抗２１とコンデンサ２３）のレイアウト面積が大きくなる。したがって、この場合には、半導体基板の面積増加およびそれにともなう半導体集積回路装置４のコストアップに注意が必要である。
【００５９】
ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８から出力される基準電圧生成回路７の基準電圧ＶＲＥＦと抵抗１７が発生した電圧Ｖｓｅｎｓｅとの比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成する。
【００６０】
過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流（電圧）と徐々に電圧レベルが高くなっていく過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとを比較し、コイル１５に流れる電流（電圧）が該過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くならないように停止信号を出力し、ＰＷＭ回路９の動作を制御する。
【００６１】
これによって、ＰＷＭ回路９から出力されるＰＷＭ信号は、図２の期間ｔ２において、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓの電圧レベルが大きくなるにしたがって、小さいデュティ比から大きなデュティ比になるように制御される。それに伴い、ドライバ１０からは、小さなデュティ比から徐々に大きなデュティ比となる駆動信号ＬＸ(図２の最下段に示す)が出力される。
【００６２】
そして、電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが図２の期間ｔ２を過ぎて、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成する過電流保護用基準電圧の電圧レベルとなると、過電流保護回路６によるＰＷＭ回路９の動作制御が行われなくなり、該ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８の比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成する通常動作を行う。
【００６３】
この通常動作において、過電流保護回路６は、コイル１５に過電流が流れるか否かの検出を行っており、該コイル１５に過電流が流れたことを検出（過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりもコイル１５に流れる電流(電圧)が大きい場合）すると、停止信号をＰＷＭ回路９に出力する。
【００６４】
図３は、本発明者が検討した一般的な電流負帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータ５０における構成の一例を示す説明図である。
【００６５】
この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、図３に示すように、昇圧制御部５１、および昇圧部５２から構成されている。昇圧制御部５１は、半導体集積回路装置内に設けられており、昇圧部５２における昇圧動作の制御を行う。
【００６６】
昇圧部５２は、半導体集積回路装置に外部接続されており、昇圧制御部５１から出力される信号に基づいて、電子機器に設けられたバッテリなどから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴを昇圧し、電源電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００６７】
昇圧制御部５１は、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、過電流防止基準電圧生成回路５５、過電流保護回路５６、３入力のエラーアンプ５７、ＰＷＭ回路５８、ドライバ５９、およびトランジスタ６０，６１から構成されている。また、昇圧部５２は、コンデンサ６２，６３、コイル６４、ダイオード６５、ならびに抵抗６６から構成されている。
【００６８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１と異なるところは、過電流保護回路５６に過電流防止基準電圧生成回路５５が生成した電圧が入力されている点、３入力のエラーアンプ５７の一方の正（＋）側入力部に、ソフトスタート電圧生成回路５３が生成したソフトスタート電圧Ｖｓｆが入力され、エラーアンプ５７の他方の正（＋）側入力部に、基準電圧生成回路５４が生成した基準電圧ＶＲＥＦが入力されている点である。
【００６９】
また、半導体集積回路装置に設けられたＣＰＵなどから出力される起動信号ＰＯＮは、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、エラーアンプ５７、ＰＷＭ回路５８、およびトランジスタ６１のゲートにそれぞれ入力されるように接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に接続されるバックライト６７を含めて、その他の接続構成については、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１と同様であるので説明は省略する。
【００７０】
ソフトスタート電圧生成回路５３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のソフトスタート制御の際に用いるソフトスタート電圧Ｖｓｆを生成する。過電流防止基準電圧生成回路５５は、過電流保護回路５６がコイル６４に流れる電流が過電流であるか否かを判定する際に用いる過電流保護用基準電圧を生成する。
【００７１】
エラーアンプ５７は、２つある正（＋）側入力部に入力された電圧(ソフトスタート電圧Ｖｓｆ、または基準電圧ＶＲＥＦ）のうち、低い電圧レベルの電圧と該エラーアンプ５７の負（−）側入力部に入力される抵抗６６が発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅとを比較し、その比較結果を出力する。
【００７２】
次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のソフトスタート制御について、図３、および図４のタイミングチャートを用いて説明する。
【００７３】
図４において、上方から下方にかけては、半導体集積回路装置に設けられたＣＰＵから出力される起動信号ＰＯＮ、基準電圧生成回路５４から出力される基準電圧ＶＲＥＦ／抵抗６６により発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅ(一点鎖線)／ソフトスタート電圧Ｖｓｆ(点線)、ならびにドライバ５９から出力される駆動信号ＬＸにおけるそれぞれの信号タイミングを示している。
【００７４】
まず、ＣＰＵから、たとえば、Ｈｉ信号の起動信号ＰＯＮが出力されると、トランジスタ６１がオンとなり、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、エラーアンプ５７、ならびにＰＷＭ回路５８がそれぞれアクティブの状態となる。
【００７５】
それにより、基準電圧生成回路５４からは基準電圧ＶＲＥＦが出力され、ソフトスタート電圧生成回路５３からソフトスタート電圧Ｖｓｆが出力されるとともに、トランジスタ６１がオンとなることにより、バックライト６７を構成するＬＥＤ６７1〜６７Nにリーク電流が流れて電圧Ｖｓｅｎｓｅが上昇する(図４の期間ｔ３)。
【００７６】
期間ｔ３において、電圧Ｖｓｅｎｓｅは、ソフトスタート電圧Ｖｓｆよりも高い電圧レベルであるので、エラーアンプ５７は、バックライト６７に供給される電圧Ｖｏｕｔが高いと判定する結果を出力する。そのため、期間ｔ３においては、ＰＷＭ回路５８によるＰＷＭ信号の生成が行われず、バックライト６７に電源電圧Ｖｏｕｔが供給されないことになる。よって、期間ｔ３の間、ソフトスタート制御が行われていないことになる。
【００７７】
そして、電圧Ｖｓｅｎｓｅ（ＬＥＤ６７1〜６７Nにリーク電流により発生する電圧）よりもソフトスタート電圧Ｖｓｆが高くなると（期間ｔ３の終了後）、エラーアンプ５７は、バックライト６７に供給される電圧Ｖｏｕｔが低いと判定するので、ＰＷＭ回路５８によるＰＷＭ信号の生成が行われることになる。
【００７８】
このとき、ソフトスタート電圧Ｖｓｆが十分に高くなっているので、ＰＷＭ回路５８によって生成されるＰＷＭ信号のデュティ比は大きくなっており、トランジスタ６０のスイッチングによってコイル６４に大きな突入電流が流れてしまい、該コイル６４の破損などが生じてしまう恐れがある。
【００７９】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、ソフトスタート制御を過電流保護回路６によって行うので、バックライト１８にリーク電流が流れても安定したソフトスタート制御を行うことができる。
【００８０】
それにより、本実施の形態によれば、バックライト１８のリーク電流に関係なく、高精度で安定したソフトスタート精度を実現することができる。
【００８１】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時におけるコイル１５の突入電流を低く抑えることができるので、該コイル１５の破損などを低減することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の信頼性を向上させることができる。
【００８２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８３】
前記実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータは、デジタルカメラなどの電子機器に設けられた液晶ディスプレイのバックライトに電源電圧を供給する電源装置としたが、該ＤＣ−ＤＣコンバータは、たとえば、電子機器に備えられた二次電池を充電する充電器などの他の用途にも用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、電流帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータにおける信頼性の向上技術に適している。
【符号の説明】
【００８５】
１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２ 昇圧制御部
３ 昇圧部
４ 半導体集積回路装置
５ 電圧生成回路
６ 過電流保護回路
７ 基準電圧生成回路
８ エラーアンプ
９ ＰＷＭ回路
１０ ドライバ
１１ トランジスタ
１２ トランジスタ
１３ コンデンサ
１４ コンデンサ
１５ コイル
１６ ダイオード
１７ 抵抗
１８ バックライト
１８1〜１８N ＬＥＤ
１９ 過電流保護用基準電圧生成回路
２０ ソフトスタート用電圧生成回路
２１ 抵抗
２２ トランジスタ
２３ コンデンサ
５０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１ 昇圧制御部
５２ 昇圧部
５３ ソフトスタート電圧生成回路
５４ 基準電圧生成回路
５５ 過電流防止基準電圧生成回路
５６ 過電流保護回路
５７ エラーアンプ
５８ ＰＷＭ回路
５９ ドライバ
６０ トランジスタ
６１ トランジスタ
６２ コンデンサ
６３ コンデンサ
６４ コイル
６５ ダイオード
６６ 抵抗
６７ バックライト
６７1〜６７N ＬＥＤ
Ｔ１ 外部端子
Ｔ２ 外部端子
Ｔ３ 外部端子
Ｔ４ 外部端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの信頼性向上技術に関し、特に、起動時におけるコイルの過電流保護に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどの電子機器には、安定化直流電源などとして電源システムが広く用いられている。この種の電源システムとしては、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータが知られており、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御によって液晶モニタのバックライト用ＬＥＤ(Light Emitting Diode)に供給する電源などを生成する。
【０００３】
一般に、ＤＣ−ＤＣコンバータには、起動時の突入電流を緩和するために、ソフトスタート機能を有している。このソフトスタート機能は、起動時において、バックライト用ＬＥＤに印加される電圧レベルを制御することにより、高電圧が急激にバックライト用ＬＥＤに印加されることを防止する機能であり、バックライト用ＬＥＤに流れる電流値（検出電圧）と起動時から電圧が徐々に電圧レベルが上昇するソフトスタート用電圧とを比較し、バックライト用ＬＥＤの検出電圧とソフトスタート用電圧とが略同じになるように制御している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のようなＤＣ−ＤＣコンバータのソフトスタート機能による電源供給技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００５】
バックライト用ＬＥＤが起動した際に、該バックライト用ＬＥＤのリーク電流が流れてしまい、そのリーク電流によって検出電圧が発生してしまうことなる。この検出電圧がソフトスタート用電圧よりも高い電圧レベルの期間では、ソフトスタート機能が、バックライト用ＬＥＤに電源が供給されていないにも関わらず、供給される電圧レベルが高いと判断してＰＷＭ制御を停止する制御を行うことになる。
【０００６】
そのため、バックライト用ＬＥＤのリーク電流量や検出電圧の誤差などの影響によって、ソフトスタートの開始時間が変動して不安定となってしまうという問題がある。
【０００７】
また、ソフトスタート電圧がリーク電流による検出電圧の電圧レベルを超えた時点で、ソフトスタート機能がバックライト用ＬＥＤに供給される電圧レベルが小さいと判断し、バックライト用ＬＥＤに電源電圧を供給する制御を行うために、高電圧が急激にバックライト用ＬＥＤに印加され、その際の突入電流などによってＤＣ−ＤＣコンバータに設けられた昇圧用コイルなどが破損してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、ソフトスタート制御を高精度に行うことにより、起動時のコイルに流れる突入電流を低減し、該コイルの破損などを防止することのできる技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明は、供給される電源電圧を昇圧し、出力電圧として負荷に供給する昇圧部を制御する昇圧制御部を有する半導体集積回路装置であって、該昇圧制御部は、出力電圧を調整する電圧調整用信号と基準電圧とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプと、該エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ(Duty)比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、昇圧部に設けられた昇圧用コイルに流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧とを比較し、変換電圧が参照電圧よりも高くなると、ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路と、参照電圧を生成する電源回路とを有し、該電源回路は、ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように参照電圧を生成するものである。
【００１２】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００１３】
本発明は、電源回路が、徐々に電圧レベルが上昇する参照電圧を生成する第１の電源回路と、該第１の電源回路に供給する電圧を生成する第２の電源回路とを有し、第１の電源回路は、抵抗とコンデンサによるＲＣ回路によって構成され、該ＲＣ回路の時定数によって、参照電圧を生成するものである。
【００１４】
また、本発明は、ＰＷＭ制御回路が、昇圧用コイルに過電流が流れたことを検出し、ＰＷＭ回路に停止信号を出力し、該ＰＷＭ回路の動作を停止させる過電流保護回路よりなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
（１）負荷のリーク電流に関係なく、高精度なソフトスタート制御を実現することができる。
【００１７】
（２）上記(１）により、突入電流などによるコイルの破損を防止することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態によるＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【図２】図１のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【図３】本発明者が検討したＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図である。
【図４】図３のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態によるＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図、図２は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャート、図３は、本発明者が検討したＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す説明図、図４は、図３のＤＣ−ＤＣコンバータの起動時におけるタイミングチャートである。
【００２１】
〈発明の概要〉
本発明の概要は、バッテリなどから供給される電源電圧(電源電圧ＶＢＡＴＴ)を昇圧し、出力電圧（電源電圧Ｖｏｕｔ）として負荷(バックライト１８)に供給する昇圧部(昇圧部３)を制御する昇圧制御部(昇圧制御部２)を有する半導体集積回路装置であって、前記昇圧制御部は、出力電圧を調整する電圧調整用信号（電圧Ｖｓｅｎｓｅ）と基準電圧（基準電圧ＶＲＥＦ）とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプ（エラーアンプ８）と、前記エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路（ＰＷＭ回路９）と、前記昇圧部に設けられた昇圧用コイル（コイル１５）に流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧（電圧Ｖｏｃｐｓ）とを比較し、前記変換電圧が前記参照電圧よりも高くなると、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路（過電流保護回路６）と、前記参照電圧を生成する電源回路（電圧生成回路５）とを有する。
【００２２】
そして、前記電源回路は、前記ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間（期間ｔ２）をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように前記参照電圧を生成する。
【００２３】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、たとえば、デジタルカメラなどの電子機器に搭載されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、電流帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、図１に示すように、昇圧制御部２、および昇圧部３から構成されている。
【００２５】
昇圧制御部２は、電子機器に搭載される半導体集積回路装置４に設けられており、昇圧部３における昇圧動作の制御を行う。昇圧部３は、該半導体集積回路装置４に外部接続されており、昇圧制御部２から出力される信号に基づいて、電子機器に設けられたバッテリから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴを昇圧し、電源電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００２６】
昇圧制御部２は、電圧生成回路５、過電流保護（OCP:Over Current Protection)回路６、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、ドライバ１０、およびトランジスタ１１，１２から構成されている。
【００２７】
また、昇圧部３は、コンデンサ１３，１４、コイル１５、ダイオード１６、ならびに抵抗１７から構成されている。
【００２８】
コンデンサ１３の一方の接続部には、電子機器のバッテリなどから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴが供給されるように接続されており、該コンデンサ１３の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００２９】
また、昇圧用のコイル１５の一方の接続部には、電源電圧ＶＢＡＴＴが供給されるように接続されており、該コイル１５の他方の接続部には、電流の逆流を防止するダイオード１６のアノード、および半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ１がそれぞれ接続されている。
【００３０】
ダイオード１６のカソードには、コンデンサ１４の一方の接続部が接続されており、該コンデンサ１４の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。そして、ダイオード１６のカソードが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部となり、電源電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００３１】
電源電圧Ｖｏｕｔは、電子機器に設けられた液晶ディスプレイのバックライト１８に供給される。バックライト１８は、複数のＬＥＤ１８1〜１８Nを直列接続した構成からなり、初段のＬＥＤ１８1のアノードに電源電圧Ｖｏｕｔが接続されている。また、最終段のＬＥＤ１８Nのカソードには、半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ２が接続されている。
【００３２】
また、抵抗１７の一方の接続部には、半導体集積回路装置４の外部端子Ｔ３に接続されており、該抵抗１７の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。
【００３３】
半導体集積回路装置４において、基準電圧生成回路７は、基準電圧ＶＲＥＦを生成する回路である。基準電圧生成回路７が生成した基準電圧ＶＲＥＦは、エラーアンプ８の正（＋）側入力部に入力されるように接続されている。
【００３４】
エラーアンプ８の負（−）側入力部には、外部端子Ｔ３が接続されており、該エラーアンプ８の出力部には、ＰＷＭ回路９の入力部が接続されている。ＰＷＭ回路９の出力部には、ドライバ１０の入力部が接続されており、該ドライバ１０の出力部には、ＮチャネルＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)からなるトランジスタ１１のゲートが接続されている。
【００３５】
トランジスタ１１の一方の接続部には、外部端子Ｔ１が接続されており、該トランジスタ１１の他方の接続部には、外部端子Ｔ４が接続されている。この外部端子Ｔ４は、基準電位ＶＳＳに接続されている。ＮチャネルＭＯＳからなるトランジスタ１２の一方の接続部には、外部端子Ｔ２が接続されており、該トランジスタ１２の他方の接続部には、外部端子Ｔ３を介して抵抗１７が接続されている。
【００３６】
また、電圧生成回路５は、過電流保護用基準電圧生成回路１９、ならびにソフトスタート用電圧生成回路２０から構成されている。過電流保護用基準電圧生成回路１９は、過電流保護用基準電圧を生成し、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、過電流保護用基準電圧に基づいて、ソフトスタート制御の際に用いるソフトスタート電圧を生成する。
【００３７】
これら過電流保護用基準電圧生成回路１９、およびソフトスタート用電圧生成回路２０が生成した電圧は、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとして電圧生成回路５から出力される。
【００３８】
ソフトスタート制御とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１がアクティブとなった際に、急激にバックライト１８に印加されないように、ある期間をかけて(たとえば、１０ｍｓ程度〜１００ｍｓ程度)、０Ｖから規定の電圧値まで徐々に上昇するようにする制御である。
【００３９】
過電流保護用基準電圧は、コイル１５に流れる電流が過電流であるか否かを判定する電圧であり、ソフトスタート電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が生成する電源電圧Ｖｏｕｔの電圧レベルが徐々に高くなるように制御するソフトスタート制御に用いられる電圧である。
【００４０】
また、ソフトスタート用電圧生成回路２０は、抵抗２１、トランジスタ２２、コンデンサ２３から構成されている。抵抗２１の一方の接続部には、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成した過電流保護用基準電圧が入力されるように接続されている。抵抗２１の他方の接続部には、ＰチャネルＭＯＳからなるトランジスタ２２の一方の接続部、およびコンデンサ２３の一方の接続部がそれぞれ接続されており、この接続部が、電圧生成回路５の出力部となり、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが出力される。
【００４１】
電圧生成回路５が生成した過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓは、過電流保護回路６に入力される。この過電流保護回路６には、外部端子Ｔ１を介してコイル１５に流れる電流に比例した電流が入力されるように接続されている。また、過電流保護回路６の出力部には、ＰＷＭ回路９の制御端子に接続されている。
【００４２】
過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流に比例した電流を電圧に変換し、その電圧が電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くなると、コイル１５に過電流が流れていると判断して停止信号をＰＷＭ回路９に出力し、該ＰＷＭ回路９の動作を停止させる。
【００４３】
また、過電流保護回路６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時においては、ソフトスタート電圧として出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓを用いてＰＷＭ回路９を制御して前述したソフトスタート制御を行う。
【００４４】
抵抗１７は、バックライト１８に流れる電流を電圧に変換し、電圧Ｖｓｅｎｓｅを発生させる。エラーアンプ８は、基準電圧生成回路７が生成する基準電圧ＶＲＥＦと抵抗１７によって発生した電圧Ｖｓｅｎｓｅとを比較し、その比較結果を出力する。
【００４５】
ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８から出力される比較結果に基づいてＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成する。たとえば、エラーアンプ８の比較結果において、基準電圧ＶＲＥＦよりも電圧Ｖｓｅｎｓｅが小さい場合には、デュティ比が大きいＰＷＭ信号を生成し、基準電圧ＶＲＥＦよりも電圧Ｖｓｅｎｓｅが大きい場合には、デュティ比が小さいＰＷＭ信号を生成する。
【００４６】
ドライバ１０は、ＰＷＭ回路９が生成したＰＷＭ信号を増幅して出力する。トランジスタ１１は、ドライバ１０から出力される駆動信号ＬＸに基づいて、オン／オフ動作を行い、コイル１５をスイッチングする。
【００４７】
また、電圧生成回路５、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、およびトランジスタ１２，２２のゲートには、起動信号ＰＯＮが入力されるようにそれぞれ接続されている。
【００４８】
この起動信号ＰＯＮは、たとえば、半導体集積回路装置４に設けられたＣＰＵ２４から出力される。ＣＰＵ２４は、半導体集積回路装置４の制御を司る。電圧生成回路５、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９、ならびにトランジスタ１２は、起動信号ＰＯＮがアクティブ(たとえば、Ｈｉ信号)となると動作を開始する。
【００４９】
次に、本実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１のソフトスタート制御について、図１、および図２のタイミングチャートを用いて説明する。
【００５０】
図２において、上方から下方にかけては、ＣＰＵ２４から出力される起動信号ＰＯＮ、基準電圧生成回路７から出力される基準電圧ＶＲＥＦ、抵抗１７により発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅ、電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓ、ならびにドライバ１０から出力される駆動信号ＬＸにおけるそれぞれの信号タイミングを示している。
【００５１】
まず、ＣＰＵ２４からＨｉ信号の起動信号ＰＯＮが出力されると、トランジスタ１２がオン（導通状態）、トランジスタ２２がオフ(非導通状態)となり、基準電圧生成回路７、エラーアンプ８、ＰＷＭ回路９がアクティブの状態となる。
【００５２】
それにより、基準電圧生成回路７からは基準電圧ＶＲＥＦが出力されるとともに、トランジスタ１２がオンすることにより、ＬＥＤ１８1〜１８Nにリーク電流が流れて抵抗１７に発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅの電圧レベルが上昇(図２の期間ｔ１)する。
【００５３】
また、電圧生成回路５においては、Ｈｉ信号の起動信号ＰＯＮにより、過電流保護用基準電圧生成回路１９が過電流保護用基準電圧を生成する。ソフトスタート用電圧生成回路２０では、トランジスタ２２がＨｉ信号の起動信号ＰＯＮによってオフとなる。
【００５４】
これによって、入力された過電流保護用基準電圧は、抵抗２１とコンデンサ２３によって構成された、いわゆるＲＣ回路の時定数によって、図２に示すように、ある期間ｔ２をかけて、０Ｖ(基準電位ＶＳＳ)から過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成する過電流保護用基準電圧まで徐々に電圧レベルが上昇する過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとして出力される。
【００５５】
上記期間ｔ２は、ＲＣ回路（抵抗２１とコンデンサ２３）の時定数だけで決まらず、過電流保護用基準電圧生成回路１９の出力電圧を階段状に上昇させる事で設定される。ＲＣ回路の時定数だけは、図２に示すような直線的なカーブにはならず、積分波形となる。
【００５６】
過電流保護用基準電圧生成回路１９の出力電圧を階段状に変化させ、その出力電圧にフィルタをかけるために、ＲＣ回路（抵抗２１とコンデンサ２３）が設けられることにより、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが、図２に示すような、直線的なカーブとされている。
【００５７】
なお、コイルへの突入電流が押さえられるならば、過電流保護用基準電圧生成回路１９が発生する出力電圧は１段のみ変化させ、抵抗２１とコンデンサ２３によるＲＣ時定数で、期間ｔ２を設定する事は可能である。
【００５８】
この場合、半導体集積回路装置４の形成される半導体基板（チップ）に内蔵するＲＣ時定数としては大きな値となるので、ＲＣ（抵抗２１とコンデンサ２３）のレイアウト面積が大きくなる。したがって、この場合には、半導体基板の面積増加およびそれにともなう半導体集積回路装置４のコストアップに注意が必要である。
【００５９】
ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８から出力される基準電圧生成回路７の基準電圧ＶＲＥＦと抵抗１７が発生した電圧Ｖｓｅｎｓｅとの比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成する。
【００６０】
過電流保護回路６は、コイル１５に流れる電流（電圧）と徐々に電圧レベルが高くなっていく過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓとを比較し、コイル１５に流れる電流（電圧）が該過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりも高くならないように停止信号を出力し、ＰＷＭ回路９の動作を制御する。
【００６１】
これによって、ＰＷＭ回路９から出力されるＰＷＭ信号は、図２の期間ｔ２において、過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓの電圧レベルが大きくなるにしたがって、小さいデュティ比から大きなデュティ比になるように制御される。それに伴い、ドライバ１０からは、小さなデュティ比から徐々に大きなデュティ比となる駆動信号ＬＸ(図２の最下段に示す)が出力される。
【００６２】
そして、電圧生成回路５から出力される過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓが図２の期間ｔ２を過ぎて、過電流保護用基準電圧生成回路１９が生成する過電流保護用基準電圧の電圧レベルとなると、過電流保護回路６によるＰＷＭ回路９の動作制御が行われなくなり、該ＰＷＭ回路９は、エラーアンプ８の比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成する通常動作を行う。
【００６３】
この通常動作において、過電流保護回路６は、コイル１５に過電流が流れるか否かの検出を行っており、該コイル１５に過電流が流れたことを検出（過電流保護／ソフトスタート電圧Ｖｏｃｐｓよりもコイル１５に流れる電流(電圧)が大きい場合）すると、停止信号をＰＷＭ回路９に出力する。
【００６４】
図３は、本発明者が検討した一般的な電流負帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータ５０における構成の一例を示す説明図である。
【００６５】
この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、図３に示すように、昇圧制御部５１、および昇圧部５２から構成されている。昇圧制御部５１は、半導体集積回路装置内に設けられており、昇圧部５２における昇圧動作の制御を行う。
【００６６】
昇圧部５２は、半導体集積回路装置に外部接続されており、昇圧制御部５１から出力される信号に基づいて、電子機器に設けられたバッテリなどから供給される電源電圧ＶＢＡＴＴを昇圧し、電源電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００６７】
昇圧制御部５１は、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、過電流防止基準電圧生成回路５５、過電流保護回路５６、３入力のエラーアンプ５７、ＰＷＭ回路５８、ドライバ５９、およびトランジスタ６０，６１から構成されている。また、昇圧部５２は、コンデンサ６２，６３、コイル６４、ダイオード６５、ならびに抵抗６６から構成されている。
【００６８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５０において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１と異なるところは、過電流保護回路５６に過電流防止基準電圧生成回路５５が生成した電圧が入力されている点、３入力のエラーアンプ５７の一方の正（＋）側入力部に、ソフトスタート電圧生成回路５３が生成したソフトスタート電圧Ｖｓｆが入力され、エラーアンプ５７の他方の正（＋）側入力部に、基準電圧生成回路５４が生成した基準電圧ＶＲＥＦが入力されている点である。
【００６９】
また、半導体集積回路装置に設けられたＣＰＵなどから出力される起動信号ＰＯＮは、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、エラーアンプ５７、ＰＷＭ回路５８、およびトランジスタ６１のゲートにそれぞれ入力されるように接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に接続されるバックライト６７を含めて、その他の接続構成については、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１と同様であるので説明は省略する。
【００７０】
ソフトスタート電圧生成回路５３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のソフトスタート制御の際に用いるソフトスタート電圧Ｖｓｆを生成する。過電流防止基準電圧生成回路５５は、過電流保護回路５６がコイル６４に流れる電流が過電流であるか否かを判定する際に用いる過電流保護用基準電圧を生成する。
【００７１】
エラーアンプ５７は、２つある正（＋）側入力部に入力された電圧(ソフトスタート電圧Ｖｓｆ、または基準電圧ＶＲＥＦ）のうち、低い電圧レベルの電圧と該エラーアンプ５７の負（−）側入力部に入力される抵抗６６が発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅとを比較し、その比較結果を出力する。
【００７２】
次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のソフトスタート制御について、図３、および図４のタイミングチャートを用いて説明する。
【００７３】
図４において、上方から下方にかけては、半導体集積回路装置に設けられたＣＰＵから出力される起動信号ＰＯＮ、基準電圧生成回路５４から出力される基準電圧ＶＲＥＦ／抵抗６６により発生する電圧Ｖｓｅｎｓｅ(一点鎖線)／ソフトスタート電圧Ｖｓｆ(点線)、ならびにドライバ５９から出力される駆動信号ＬＸにおけるそれぞれの信号タイミングを示している。
【００７４】
まず、ＣＰＵから、たとえば、Ｈｉ信号の起動信号ＰＯＮが出力されると、トランジスタ６１がオンとなり、ソフトスタート電圧生成回路５３、基準電圧生成回路５４、エラーアンプ５７、ならびにＰＷＭ回路５８がそれぞれアクティブの状態となる。
【００７５】
それにより、基準電圧生成回路５４からは基準電圧ＶＲＥＦが出力され、ソフトスタート電圧生成回路５３からソフトスタート電圧Ｖｓｆが出力されるとともに、トランジスタ６１がオンとなることにより、バックライト６７を構成するＬＥＤ６７1〜６７Nにリーク電流が流れて電圧Ｖｓｅｎｓｅが上昇する(図４の期間ｔ３)。
【００７６】
期間ｔ３において、電圧Ｖｓｅｎｓｅは、ソフトスタート電圧Ｖｓｆよりも高い電圧レベルであるので、エラーアンプ５７は、バックライト６７に供給される電圧Ｖｏｕｔが高いと判定する結果を出力する。そのため、期間ｔ３においては、ＰＷＭ回路５８によるＰＷＭ信号の生成が行われず、バックライト６７に電源電圧Ｖｏｕｔが供給されないことになる。よって、期間ｔ３の間、ソフトスタート制御が行われていないことになる。
【００７７】
そして、電圧Ｖｓｅｎｓｅ（ＬＥＤ６７1〜６７Nにリーク電流により発生する電圧）よりもソフトスタート電圧Ｖｓｆが高くなると（期間ｔ３の終了後）、エラーアンプ５７は、バックライト６７に供給される電圧Ｖｏｕｔが低いと判定するので、ＰＷＭ回路５８によるＰＷＭ信号の生成が行われることになる。
【００７８】
このとき、ソフトスタート電圧Ｖｓｆが十分に高くなっているので、ＰＷＭ回路５８によって生成されるＰＷＭ信号のデュティ比は大きくなっており、トランジスタ６０のスイッチングによってコイル６４に大きな突入電流が流れてしまい、該コイル６４の破損などが生じてしまう恐れがある。
【００７９】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、ソフトスタート制御を過電流保護回路６によって行うので、バックライト１８にリーク電流が流れても安定したソフトスタート制御を行うことができる。
【００８０】
それにより、本実施の形態によれば、バックライト１８のリーク電流に関係なく、高精度で安定したソフトスタート精度を実現することができる。
【００８１】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時におけるコイル１５の突入電流を低く抑えることができるので、該コイル１５の破損などを低減することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の信頼性を向上させることができる。
【００８２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８３】
前記実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータは、デジタルカメラなどの電子機器に設けられた液晶ディスプレイのバックライトに電源電圧を供給する電源装置としたが、該ＤＣ−ＤＣコンバータは、たとえば、電子機器に備えられた二次電池を充電する充電器などの他の用途にも用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、電流帰還型のＤＣ−ＤＣコンバータにおける信頼性の向上技術に適している。
【符号の説明】
【００８５】
１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２ 昇圧制御部
３ 昇圧部
４ 半導体集積回路装置
５ 電圧生成回路
６ 過電流保護回路
７ 基準電圧生成回路
８ エラーアンプ
９ ＰＷＭ回路
１０ ドライバ
１１ トランジスタ
１２ トランジスタ
１３ コンデンサ
１４ コンデンサ
１５ コイル
１６ ダイオード
１７ 抵抗
１８ バックライト
１８1〜１８N ＬＥＤ
１９ 過電流保護用基準電圧生成回路
２０ ソフトスタート用電圧生成回路
２１ 抵抗
２２ トランジスタ
２３ コンデンサ
５０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１ 昇圧制御部
５２ 昇圧部
５３ ソフトスタート電圧生成回路
５４ 基準電圧生成回路
５５ 過電流防止基準電圧生成回路
５６ 過電流保護回路
５７ エラーアンプ
５８ ＰＷＭ回路
５９ ドライバ
６０ トランジスタ
６１ トランジスタ
６２ コンデンサ
６３ コンデンサ
６４ コイル
６５ ダイオード
６６ 抵抗
６７ バックライト
６７1〜６７N ＬＥＤ
Ｔ１ 外部端子
Ｔ２ 外部端子
Ｔ３ 外部端子
Ｔ４ 外部端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を昇圧し、出力電圧として負荷に供給する昇圧部を制御する昇圧制御部を有する半導体集積回路装置であって、
前記昇圧制御部は、
前記出力電圧を調整する電圧調整用信号と基準電圧とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプと、
前記エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、
前記昇圧部に設けられた昇圧用コイルに流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧とを比較し、前記変換電圧が前記参照電圧よりも高くなると、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路と、
前記参照電圧を生成する電源回路とを有し、
前記電源回路は、
前記ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように前記参照電圧を生成することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記電源回路は、
徐々に電圧レベルが上昇する前記参照電圧を生成する第１の電源回路と、
前記第１の電源回路に供給する電圧を生成する第２の電源回路とを有し、
前記第１の電源回路は、
抵抗とコンデンサによるＲＣ回路によって構成され、前記ＲＣ回路の時定数によって、前記参照電圧を生成することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体集積回路装置において、
前記ＰＷＭ制御回路は、
前記昇圧用コイルに過電流が流れたことを検出し、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力し、前記ＰＷＭ回路の動作を停止させる過電流保護回路であることを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項１】
電源電圧を昇圧し、出力電圧として負荷に供給する昇圧部を制御する昇圧制御部を有する半導体集積回路装置であって、
前記昇圧制御部は、
前記出力電圧を調整する電圧調整用信号と基準電圧とを比較し、その比較結果を出力するエラーアンプと、
前記エラーアンプから出力される比較結果に基づいてデュティ比の異なるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路と、
前記昇圧部に設けられた昇圧用コイルに流れる電流を電圧に変換した変換電圧と参照電圧とを比較し、前記変換電圧が前記参照電圧よりも高くなると、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力するＰＷＭ制御回路と、
前記参照電圧を生成する電源回路とを有し、
前記電源回路は、
前記ＰＷＭ回路が起動した際に、任意の期間をかけて徐々に電圧レベルが上昇するように前記参照電圧を生成することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記電源回路は、
徐々に電圧レベルが上昇する前記参照電圧を生成する第１の電源回路と、
前記第１の電源回路に供給する電圧を生成する第２の電源回路とを有し、
前記第１の電源回路は、
抵抗とコンデンサによるＲＣ回路によって構成され、前記ＲＣ回路の時定数によって、前記参照電圧を生成することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体集積回路装置において、
前記ＰＷＭ制御回路は、
前記昇圧用コイルに過電流が流れたことを検出し、前記ＰＷＭ回路に停止信号を出力し、前記ＰＷＭ回路の動作を停止させる過電流保護回路であることを特徴とする半導体集積回路装置。
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図３】
【図２】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４９３５８（Ｐ２０１２−２４９３５８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６９４５（Ｐ２０１１−１１６９４５）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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