DC-DC转换器、集成电路以及目标电压生成电路

技术领域

本发明涉及使用基准电压源的DC-DC转换器。

背景技术

DC-DC转换器为了生成稳定的基准电压，通常使用带隙基准(bandgap reference)电路设为基准电压。

专利文献1：日本特许第5590240号公报

但是，带隙基准电路具有微小的温度特性，因此，DC-DC转换器的输出电压也产生温度依赖性。近年来，关于DC-DC转换器，对作为负载的SoC、FPGA要求高精度的电源电压。因此，DC-DC转换器的微小的温度依赖性难以满足要求高精度的电源电压的负载的要求精度。

作为改善温度特性的技术，公开有如下内容：基于闪存中预先存储的系数，根据温度传感器的值进行控制，由此改善输出电流的温度依赖性(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，在温度特性本身产生了偏差的情况下，无法最佳地进行温度补偿。专利文献1是限定于输出电流源的内容，因此，无法改善DC-DC转换器的输出电压的温度特性。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于，提供一种能够输出高精度的电源电压的DC-DC转换器。

为了实现上述目的，本发明的DC-DC转换器和目标电压生成电路如下构成。

本发明的DC-DC转换器利用反馈电压与目标电压的误差信号来控制输出电压，该DC-DC转换器的特征在于，具有：温度传感器；基准电压生成电路，其生成基准电压；补偿运算器，其使用温度的二次函数，根据所述温度传感器的检测温度计算补偿值；校正器，其利用所述补偿值对目标初始值进行校正，生成目标值；以及数字模拟转换器，其使用所述基准电压，将所述目标值转换成所述目标电压。

本发明的集成电路利用反馈电压与目标电压的误差信号来控制DC-DC转换器的输出电压，该集成电路的特征在于，具有：温度传感器；基准电压生成电路，其生成基准电压；补偿运算器，其使用温度的二次函数，根据所述温度传感器的检测温度计算补偿值；校正器，其利用所述补偿值对目标初始值进行校正，生成目标值；以及数字模拟转换器，其使用所述基准电压，将所述目标值转换成所述目标电压。

本发明的目标电压生成电路生成与反馈电压进行比较的目标电压，该目标电压生成电路的特征在于，具有：基准电压生成电路，其生成基准电压；补偿运算器，其使用温度的二次函数，根据从温度传感器输入的检测温度计算补偿值；校正器，其利用所述补偿值对目标初始值进行校正，生成目标值；以及数字模拟转换器，其将所述目标值转换成所述目标电压。

本发明的DC-DC转换器利用使用温度的二次函数计算出的补偿值对用于生成与反馈电压的误差信号的目标电压进行校正，因此，能够将输出电压作为SoC、FPGA等高精度的电源电压输出。

附图说明

图1是示出本发明的DC-DC转换器的实施方式的结构的图。

图2是示出输出电压的偏差的图。

图3是说明图1所示的目标电压生成电路的动作的流程图。

图4是说明IC检查结构的流程图。

图5是对现有控制的输出电压与基于本发明的控制的输出电压进行比较的图。

附图标记说明

1：控制电路；2：目标电压生成电路；11：串联电路；12：触发器；13：振荡电路(OSC)；14：驱动电路；15：放大器；16：比较器；17：电流检测电路(CS)；18：温度传感器；21：BG电路(带隙基准电路)；22：DAC(数字模拟转换电路)；23：存储器；24：补偿运算器；25：减法器。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。

参照图1，本实施方式的DC-DC转换器具有控制电路1、电抗器L、电容器C1和电阻R1、R2，将输入电压Vin转换成输出电压Vout，输出到负载PL。

控制电路1由内置有功率MOSFET等开关元件的开关调节器IC等集成电路构成。控制电路1具有输入端子IN、接地端子GND、开关输出端子SW、反馈电压输入端子VO和数据输入端子D。

控制电路1具有开关元件Q1与开关元件Q2串联连接而成的串联电路11。开关元件Q1和开关元件Q2是功率MOSFET等开关元件。串联电路11连接在被输入输入电压Vin的输入端子IN与接地端子GND之间，该接地端子GND与接地电位(接地：GND)连接。开关元件Q1配置于输入端子IN侧(高电位侧)，开关元件Q2配置于接地端子GND侧(低电位侧)。开关元件Q1与开关元件Q2的连接点与开关输出端子SW连接。

控制电路1的开关输出端子SW经由电抗器L和电容器C1而与接地电位连接，电抗器L与电容器C1的连接点为输出电压Vout的输出端。

电阻R1和电阻R2连接在电抗器L和电容器C1的连接点与接地电位之间。电阻R1和电阻R2的连接点与控制电路1的反馈电压输入端子VO连接，由电阻R1、R2对输出电压Vout进行分压而得到的电压作为反馈电压V

控制电路1具有触发器12、振荡电路(OSC)13、驱动电路(DRV)14、放大器15、比较器16、电流检测电路(CS)17、温度传感器18和目标电压生成电路2。

触发器12为RS型。触发器12的输出(输出端子Q)输入到驱动电路14，驱动电路14根据触发器12的输出，对开关元件Q1和开关元件Q2进行导通、断开控制。

在触发器12中，来自振荡电路13的时钟信号输入到置位端子S。由振荡电路13生成的时钟信号是确定开关周期的信号。当利用来自振荡电路13的时钟信号对触发器12进行了置位时，驱动电路14对开关元件Q1进行导通控制，并且对开关元件Q2进行断开控制。

输入到反馈电压输入端子VO的反馈电压V

反馈电压V

触发器12在复位端子R被输入比较器16的输出且电流信号超过误差放大信号时，被复位。当触发器12被复位时，驱动电路14对开关元件Q1进行断开控制，并且对开关元件Q2进行导通控制。由此，DC-DC转换器通过峰值电流模式控制来进行工作。

目标电压生成电路2生成输入到放大器15的同相输入端子的目标电压

DAC 22使用由BG电路21生成的基准电压V

BG电路21是利用晶体管的pn结的温度特性来生成稳定的基准电压V

DC-DC转换器通过使用以补偿值校正后的目标值D

温度传感器18是检测温度的传感器电路。温度传感器18将利用具有温度依赖性的电路元件而生成的温度检测电压(双极晶体管的基极-发射极间电压等)作为温度检测电压输出到补偿运算器24。温度传感器18配置于控制电路1内的、能够准确地检测出BG电路21的温度的位置。

如图2所示，DC-DC转换器的输出电压Vout具有因元件的偏差等引起的绝对值偏差，并且分别具有不同的温度特性。图2是在-40℃～150℃的范围内分别测定5台DC-C转换器所输出的输出电压Vout的曲线图。输出电压Vout的温度特性示出了在低温区域和高温区域内上升的趋势。

因此，如以下所示的式(1)那样，通过2次函数式对反馈电压V

[数学式1]

V

通过对式(1)进行变形，通过式(2)给出温度特性校正式。

[数学式2]

补偿值＝aT

Δc是偏移系数，与温度特性系数a、b一起作为校正系数从数据输入端子D写入到存储器23。校正系数a、b、Δc是通过实测而求出的值。

存储器23是闪存等所构成的存储部，与校正系数a、b、Δc一起存储有目标初始值D

参照图3，补偿运算器24与电源接通相伴，加载校正系数a、b、Δc(步骤S01)。接着，补偿运算器24取得从温度传感器18输入的温度T(步骤S02)，使用式(2)，计算补偿值(步骤S03)。

减法器25加载存储器23中存储的目标初始值D

[数学式3]

D

DAC 22使用由BG电路21生成的基准电压V

[数学式4]

V

补偿运算器24按照规定的间隔，监视从温度传感器18输入的温度T的变化(步骤S06)。然后，在温度T存在变化的情况下，补偿运算器24返回步骤S03，根据存在变化的温度T，计算补偿值。由此，能够与温度T的变化相伴，变更目标电压V

校正系数a、b、Δc是在出厂前的IC检查工序中决定而写入到存储器23的。IC检查工序是在存储器23中仅存储有目标初始值D

参照图4，将DC-DC转换器放置于温度T

接着，将DC-DC转换器放置于温度T

接着，将DC-DC转换器放置于温度T

接着，通过使用温度T

求解式(1)的联立方程式，由此通过以下的式(5)、(6)、(7)计算温度特性系数a、b、c。

[数学式5]

[数学式6]

[数学式7]

此外，如式(8)所示，偏移系数Δc为温度T

[数学式8]

另一方面，由于c和Δc的计算式非常复杂，因此考虑到计算的效率、设备的性能等，也能够将c设定为温度T

式(9)示出该情况下的简化后的Δc的计算方法。其中，目标初始电压(V

[数学式9]

Δc＝V

接着，将步骤S14中计算出的校正系数a、b、Δc从数据输入端子D写入到存储器23(步骤S15)，结束IC检查工序。

关于式(5)、(6)、(7)，也能够由补偿运算器24执行。在该情况下，将温度T

对于偏移系数Δc，也可以利用在将校正系数a、b、Δc写入到存储器23之后重新测定出的反馈电压V

图5是对基于反馈电压V

如图5的(a)、(b)、(c)所示，即使在现有控制中温度特性产生了偏差的情况下，本发明的控制也能够消除温度依赖性。并且，由于还能够同时进行绝对值偏差的校正，因此能够产生超高精度的输出电压。

在本实施方式中，对峰值电流模式控制的DC-DC转换器(Buck转换器)进行了说明，但目标电压生成电路2能够应用于使用目标电压V

在本实施方式中，测定反馈电压V

如以上所说明的那样，本实施方式是一种DC-DC转换器，其利用反馈电压V

根据该结构，由于利用使用温度的二次函数计算出的补偿值对用于生成与反馈电压V

并且，在本实施方式中，具有存储器23，该存储器23在出厂前检查时被写入二次函数的系数作为校正系数a、b、Δc，补偿运算器24使用存储器23的校正系数a、b、Δc，计算补偿值。

根据该结构，关于校正系数a、b、Δc，能够在IC检查工序中写入与产品的温度特性相应的系数。补偿运算器24能够使用每个产品的校正系数a、b、Δc，计算补偿值，因此，能够按照每个产品实现最佳的温度补偿。并且，关于使用每个产品的校正系数a、b、Δc而计算出的补偿值，还能够同时校正绝对值偏差，因此，也能够改善总的输出电压Vout的精度。

并且，在本实施方式中，校正系数a、b、Δc是通过如下方式计算出的：根据在不同的三种温度环境下(温度T

并且，在本实施方式中，具有存储器23，该存储器23存储有在出厂前检查时写入的、在不同的三种温度环境下(温度T

另外，校正系数a、b、Δc的计算方法不限于本发明的实施方式，也可以通过最小二乘法等进行计算。

此外，IC检查工序中的反馈电压的测定不限于不同的三种温度环境下，还可以如不同的四种、不同的五种那样，增加测定温度。

另外，本发明不限定于上述各实施方式，可知在本发明的技术思想的范围内，能够对各实施方式进行适当变更。另外，上述结构部件的数量、位置、形状等不限于上述实施方式，可以为适合实施本发明的数量、位置、形状等。另外，在各附图中，对相同的结构要素标注相同标号。