CN100514813C - Dc-dc变换器及其控制单元和方法 - Google Patents

Dc-dc变换器及其控制单元和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种DC-DC变换器和用于控制DC-DC变换器的方法。DC-DC变换器(20，40)可应用于宽的输入电压范围。误差放大器(31)比较通过利用多个电阻器(R1，R2)对输出电压(Vout)分压而产生的分压(V1)和参考电压(Vr)以产生误差信号(Vop)。电压源(e2)通过偏移误差信号而产生偏移信号(V2，SS2)。PWM比较器(32)比较偏移信号和三角波信号(SS)以产生用于以对应于比较结果的占空比来控制第一输出晶体管(T1)和第二晶体管(T2)的激活和去除激活的驱动信号(DH，DL)。偏移控制器(34)确定输出电压和输入电压(Vin)间的比率，并且根据确定结果控制电压源的偏移电压(Vf)。

Description

DC-DC变换器及其控制单元和方法
技术领域
本发明涉及DC-DC变换器以及用于控制DC-DC变换器的方法。
背景技术
电池作为驱动电源被安装在许多便携式电子设备中。由于电池放电，电池的输出电压在电子设备使用期间减小。用于将电池的输出电压变换为具有恒定值的电压的直流电压变换电路(DC-DC变换器)被布置在电子设备中。当电子设备放入了可充电电池或辅助电池时，电池被从连接到电子设备的AC适配器提供的电力充电。从AC适配器提供的电力还被用于运行电子设备。因此，DC-DC变换器被提供有来自电池和AC适配器两者的电力。从电池提供到DC-DC变换器的电压不同于从AC适配器提供到DC-DC变换器的电压。因此，需要一种可以在宽输入电压范围上稳定工作的DC-DC变换器。
参考图1，传统的DC-DC变换器10是电压控制模式型DC-DC变换器。控制单元11是降压(step-down)型开关稳压器，用于控制输出晶体管T1和T2的激活和去除激活，以向负载电路(未示出)提供通过降低输入电压Vin获得的输出电压Vout。
输出晶体管T1和T2是N沟道MOS晶体管。输出晶体管T1包括被提供有输出电压Vin的漏极和被连接到输出晶体管T2漏极的源极。输出晶体管T2的源极接地。驱动信号DH从控制单元11被提供给输出晶体管T1的栅极，并且驱动信号DL从控制单元11被提供给输出晶体管T2的栅极。扼流圈L1的第一端子连接到输出晶体管T1和T2之间的节点，并且扼流圈L1的第二端子连接到平滑电容器C1。扼流圈L1的第二端子还连接到负载电路。
反馈信号FB被提供给控制单元11，该反馈信号FB具有扼流圈L1的负载侧端子处的电压，即输出电压Vout。输入电阻器R1和接地电阻器R2将反馈信号FB的电压分压，并产生分压V1。分压V1被提供给误差放大器12的反相输入端。参考电源e1的参考电压Vr被提供给误差放大器12的非反相输入端。反馈电容器C2和反馈电阻器R3被串联连接在误差放大器12的输出端和反相输入端之间，以防止误差放大器12振荡。误差放大器12放大分压V1和参考电压Vr之间的电压差，并且产生具有经放大电压的误差信号Vop。
误差信号Vop被提供给PWM比较器13的非反相输入端。具有恒定频率的三角波信号SS从三角波信号振荡器14被提供给PWM比较器13的反相输入端。当误差信号Vop的电压高于三角波信号SS的电压时，PWM比较器13输出具有H电平的驱动信号DH和具有L电平的驱动信号DL。此外，当误差信号Vop的电压低于三角波信号SS的电压时，PWM比较器13输出具有L电平的驱动信号DH和具有H电平的驱动信号DL。驱动信号DH和驱动信号DL分别被提供到输出晶体管T1和T2的栅极。输出晶体管T1响应于驱动信号DH而被驱动(被激活和被去除激活)。输出晶体管T2响应于驱动信号DL而被驱动(被激活和被去除激活)。
当输出晶体管T1响应于具有H电平的驱动信号DH而被激活且输出晶体管T2响应于具有L电平的驱动信号DL而被去除激活时，DC-DC变换器10的输出电压Vout增加。输出电压Vout被平滑电容器C1平滑。当输出晶体管T1响应于具有L电平的驱动信号DH而被去除激活时，扼流圈L1中存储的能量被释放。随着扼流圈L1中存储的能量减少，输出电压Vout减小。当分压V1由于输出电压Vout的减小而变得低于参考电压Vr时，具有H电平的驱动信号DH被输出以激活输出晶体管T1。
如图2所示，当输出电压Vout变低时，误差信号Vop的电压增加，并且H电平的驱动信号DH的脉冲宽度增加。此外，输出晶体管T1的激活时间变长。当输出电压Vout变高时，误差信号Vop的电压减小并且H电平的驱动信号DH的脉冲宽度减小。此外，输出晶体管T1的激活时间变短。这样的操作控制两个输出晶体管T1和T2，从而分压V1和参考电压Vr变为相同，以保持输出电压Vout恒定。
在传统DC-DC变换器10中，输入电阻器R1、接地电阻器R2、反馈电阻器R3和反馈电容器C2确定误差放大器12的增益。误差放大器12的增益被设置为使得误差信号Vop的电压在三角波信号SS的振幅范围内。例如，当三角信号SS的最小电压和最大电压分别是1V和2V时，误差信号Vop的电压必须是在三角波信号SS的振幅范围内的值，即，在最大电压和最小电压之间。如果误差信号Vop的电压在三角波信号SS的振幅范围之外，则输出电压Vout变得不稳定。
已经提出了基于输出电压Vout控制误差放大器增益的技术(日本专利申请早期公开No.05-304771，日本专利申请早期公开No.11-187647，和日本专利申请早期公开No.2002-112535)。
发明内容
DC-DC变换器10的输出电压Vout由输入电压Vin和输出晶体管T1的激活时间Ton和去除激活时间Toff之间的比率(所谓的输出晶体管T1的导通占空比(ON duty))来确定。换句话说，输出电压Vout由下式表示。
Vout＝Ton/(Ton+Toff)×Vin＝Ton/T×Vin
T代表输出晶体管T1被激活的周期(Ton+Toff)。输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率由下式表示。
Vout/Vin＝Ton/T。
输出晶体管T1的导通占空比由三角波信号SS的电压和误差信号Vop的电压确定。三角波信号SS的电压和误差信号Vop的电压必须根据输入电压V和输出电压Vout之间的比率而相对地改变。
例如，当输出电压Vout是1.0V时，输入电压Vin是输出电压Vout的两倍(2.0V)，三角波信号SS的最小值和最大值分别是1V和2V。此外，输出晶体管T1的导通占空比是50％，并且误差信号Vop的电压必须是1.5V，其是三角波信号SS的振幅的中值。例如，如果输入电压Vin是输出电压Vout的三倍(3.0V)，则输出晶体管的导通占空比近似为33％，并且误差信号Vop的电压必须近似为1.33V。例如，如果输入电压Vin是输出电压Vout的四倍(4.0V)，则输出晶体管的导通占空比是25％，并且误差信号Vop的电压必须为1.25V。图3示出了为获得1V的输出电压Vout而使用的误差信号Vop的电压和输入电压Vin。
由于输入电压Vin和输出电压Vout之间的差异，输出晶体管T1的导通占空比必须改变。在上面现有技术公开物中公开的方法中，图2中示出的误差放大器12中的参考电压Vr和分压V1之间的电压差的放大因数被改变。这仅仅改变了DC-DC变换器的开关操作的响应。也就是说，当在图3的示例中输出电压Vout是1.0V时，输出晶体管T1的导通占空比是50％，即使误差放大器的增益改变。误差放大器增益的改变意味着输出晶体管T1导通占空比的改变。例如，当输出电压Vout是1.1V时，输出晶体管T1的导通占空比从40％改变为30％。
因此，在现有技术中，当DC-DC变换器被安装在具有不同输入电压Vin的设备中时，DC-DC变换器必须可应用于每个设备的不同输入电压Vin和输出电压Vout。此外，根据输入电压Vin和输出电压Vout来确定每个电阻器R1至R3的电阻值和反馈电容器C2的电容值也很困难。
本发明的一个方面是一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器。所述DC-DC变换器包括用于接收输入电压的第一输出晶体管。第二输出晶体管与第一输出晶体管串联连接。控制单元产生控制第一输出晶体管和第二输出晶体管的激活和去除激活的驱动信号，并向第一输出晶体管和第二输出晶体管提供驱动信号。控制单元根据输出电压改变驱动信号的占空比。控制单元包括用于从输出电压产生分压的多个电阻器。误差放大器将分压与参考电压相比较以产生误差信号。偏移电路利用根据控制信号而变化的偏移电压来改变误差信号的电压，以产生偏移信号。PWM比较器将偏移信号与三角波信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号。连接到偏移电路的偏移控制器比较参考电压和输入电压，并且根据比较结果产生控制信号。
本发明的另一方面是一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器。所述DC-DC变换器包括用于接收输入电压的第一输出晶体管。第二输出晶体管与第一输出晶体管串联连接。控制单元产生控制第一输出晶体管和第二输出晶体管的激活和去除激活的驱动信号，并向第一输出晶体管和第二输出晶体管提供驱动信号。控制单元根据输出电压改变驱动信号的占空比。控制单元包括用于从输出电压产生分压的多个电阻器。误差放大器将分压与参考电压相比较，以产生误差信号。偏移电路利用根据控制信号而变化的偏移电压来改变三角波信号，以产生偏移信号。PWM比较器将误差信号与偏移信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号。连接到偏移电路的偏移控制器比较参考电压和输入电压，并且根据比较结果产生控制信号。
本发明的另一方面是一种在用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器中使用的控制单元，其中所述控制单元用于控制输出电压。所述DC-DC变换器包括串联连接的第一输出晶体管和第二输出晶体管。控制单元包括用于从输出电压产生分压的多个电阻器。多个电阻器从输出电压产生分压。误差放大器将所述分压与参考电压相比较以产生误差信号。偏移电路利用根据控制信号而变化的偏移电压来改变误差信号的电压，以产生偏移信号。PWM比较器将偏移信号与三角波信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号。连接到偏移电路的偏移控制器比较参考电压和输入电压，并且根据比较结果产生控制信号。
本发明的另一方面是一种在用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器中使用的控制单元，其中所述控制单元用于控制输出电压。所述DC-DC变换器包括串联连接的第一输出晶体管和第二输出晶体管。控制单元包括用于从输出电压产生分压的多个电阻器。误差放大器将所述分压与参考电压相比较以产生误差信号。偏移电路利用根据控制信号而变化的偏移电压来改变三角波信号，以产生偏移信号。PWM比较器将误差信号与偏移信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号。连接到偏移电路的偏移控制器比较参考电压和输入电压，并且根据比较结果产生控制信号。
本发明的另一方面是一种控制用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器的方法。所述DC-DC变换器包括用于接收输入电压的第一输出晶体管以及与第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管。该方法包括：利用多个电阻器从输出电压产生分压，利用误差放大器将所述分压与参考电压相比较以产生误差信号，利用偏移控制器比较参考电压和输入电压并且根据比较结果产生控制信号，利用偏移电路借助于根据控制信号而变化的偏移电压来改变误差信号的电压以产生偏移信号，利用PWM比较器将偏移信号与三角波信号相比较，产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号，并且将驱动信号提供到第一和第二输出晶体管。
本发明的另一方面是一种控制用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器的方法。所述DC-DC变换器包括用于接收输入电压的第一输出晶体管以及与第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管。该方法包括：利用多个电阻器从输出电压产生分压，利用误差放大器将所述分压与参考电压相比较以产生误差信号，利用偏移控制器比较参考电压和输入电压并且根据比较结果产生控制信号，利用偏移电路借助于根据控制信号而变化的偏移电压来改变三角波信号以产生偏移信号，利用PWM比较器将误差信号与偏移信号相比较，产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号，并且将驱动信号提供到第一和第二输出晶体管。
本发明的另一方面是一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器。所述DC-DC变换器包括用于接收输入电压的第一输出晶体管。第二输出晶体管与第一输出晶体管串联连接。偏移控制器比较输入电压和与输出电压相对应的参考电压，并产生用于根据比较结果将实际输出电压调节为希望的输出电压的控制信号。PWM比较器分别向第一输出晶体管和第二输出晶体管提供用于驱动第一和第二输出晶体管的第一驱动信号和第二驱动信号。每个驱动信号具有根据控制信号校正的占空比。
附图说明
通过参考下文对当前优选实施例的说明以及附图，可以最好地理解本发明及其目的和优点，附图中：
图1是传统DC-DC变换器的框图；
图2是传统DC-DC变换器的操作波形图；
图3是示出了误差电压相对于输入电压的行为的示图；
图4是根据本发明第一实施例的DC-DC变换器的框图；
图5是DC-DC变换器的操作波形图；
图6是图4的DC-DC变换器的修改形式的框图；
图7是第一实施例的偏移控制器和恒流源的电路图；
图8是根据本发明第二实施例的DC-DC变换器的框图；以及
图9是DC-DC变换器的另一实施例的操作波形图。
具体实施方式
现在将讨论根据本发明第一实施例的DC-DC变换器。
第一实施例的DC-DC变换器20是电压控制模式型DC-DC变换器。如图4所示，DC-DC变换器20包括控制单元21、第一输出晶体管T1、第二输出晶体管T2、扼流圈L1和平滑电容器C1。
控制单元21向输出晶体管T1的栅极提供驱动信号DH，并且向输出晶体管T2的栅极提供驱动信号DL。输出晶体管T1是N沟道MOS晶体管，并且包括提供有输入电压Vin的漏极和连接到输出晶体管T2的源极。输出晶体管T2是N沟道MOS晶体管，并且包括连接到低电势电源(地)的源极和连接到输出晶体管T1的漏极。输出晶体管T1和T2响应于驱动信号DH和DL而被驱动(激活和去除激活)。
输出晶体管T1的源极和输出晶体管T2的漏极之间的节点连接到扼流圈L1的第一端子。扼流圈L1的第二端子连接到用作负载的内部电路(未示出)。
扼流圈L1的负载侧之处的端子连接到用于平滑输出电压Vout的平滑电容器C1的第一端子。平滑电容器C1的第二端子连接到地。扼流圈L1的负载侧之处的端子连接到控制单元21的输入侧处的端子。扼流圈L1的负载侧端子处的电压(即，输出电压Vout)作为反馈信号FB被反馈到控制单元21的输入侧。
输入电压Vin作为电源电压被提供给控制单元21。控制单元21通过电源电压来操作。
控制单元21包括用作偏移电路的电压源e2、误差放大器31、PWM(脉宽调制)比较器32、振荡器33、偏移控制器34、电阻器R1、R2、R3、反馈电容器C2和参考电源e1。
反馈信号FB被提供给输入电阻器R1的第一端子，输入电阻器R1的第二端子连接到接地电阻器R2的第一端子，并且接地电阻器R2的第二端子连接到地。输入电阻器R1和接地电阻器R2构成分压电路，用于产生通过对反馈信号FB的电压分压而获得的分压(比较电压)V1。比较电压V1被输入到误差放大器31。
误差放大器31包括反相输入端和非反相输入端。比较电压V1(即，输出电压Vout的分压)被输入到反相输入端，并且参考电源e1的参考电压Vr被输入到非反相输入端。通过串联连接反馈电容器C2和反馈电阻器R3而配置的电路被连接在误差放大器31的输出端和反相输入端之间，以防止误差放大器31的振荡。反馈电阻器R3和反馈电容器C2与电阻器R1和接地电阻器R2一起确定误差放大器31的增益(放大因数)。电阻器R1到R3和反馈电容器C2被形成在基板上，在该基板上还形成了误差放大器31。因此，误差放大器31作为具有固定放大因数的放大器运行。
误差放大器31输出误差信号Vop，误差信号Vop是通过根据参考电源e1的电压和比较电压V1(输出电压Vout的分压)的比较结果来放大参考电源e1的电压和比较电压V1之间的电压差而获得的。在第一实施例中，如果输入到反相输入端的比较电压V1低于输入到非反相输入端的参考电压Vr，则误差信号Vop根据电压差而增加。如果比较电压V1高于参考电压Vr，则误差信号Vop根据电压差而降低。
电压源e2被连接在误差放大器31的输出端和PWM比较器32之间。电压源e2输出通过在误差信号Vop上叠加偏移电压Vf(其是直流的)而产生的偏移信号V2。电压源e2根据控制信号SC来改变偏移电压Vf。电压源e2的正极端子连接到误差放大器31的输出端，而电压源e2的负极端子连接到PWM比较器32。因此，电压源e2将负偏移添加到误差信号Vop上。
偏移信号V2被提供到PWM比较器32。PWM比较器32包括非反相输入端和反相输入端。偏移信号V2被输入到非反相输入端，并且由振荡器33产生的三角波信号SS被输入到反相输入端。振荡器33振荡并且操作产生具有恒定频率和预定振幅的三角波信号SS。例如，三角波信号SS的振幅被设置为具有最小电压1.0V和最大电压2.0V。
PWM比较器32比较偏移信号V2和振荡器33的三角波信号SS，并且输出具有与比较结果相对应的电平的互补驱动信号DH和DL。具体而言，当偏移信号V2的电压高于三角波信号SS的电压时，PWM比较器32输出具有H电平的驱动信号DH和具有L电平的驱动信号DL，并且当偏移信号V2的电压低于三角波信号SS的电压时，PWM比较器32输出具有L电平的驱动信号DH和具有H电平的驱动信号DL。驱动信号DH被提供给输出晶体管T1，并且输出晶体管T1响应于驱动信号DH而工作。驱动信号DL被提供给输出晶体管T2，并且输出晶体管T2响应于驱动信号DH而被激活和去除激活。
偏移控制器34确定比较结果(即，DC-DC变换器20的输入电压Vin和输出电压Vout的比率)，并且根据该比率输出控制信号SC。具体而言，参考电压Vr和输入电压Vin被输入到偏移控制器34。参考电压Vr是用于保持输出电压Vout恒定的目标电压。DC-DC变换器20通过控制输出晶体管T1和T2的导通占空比，保持输出电压Vout处于基本恒定的电压，使得通过对输出电压Vout分压获得的电压V1与目标电压一致。因此，参考电压Vr对应于输出电压Vout。偏移控制器34计算参考电压Vr和输入电压Vin之间的比率。
偏移控制器34基于所计算的比率产生控制信号SC。电压源e2的偏移电压Vf根据控制信号SC而改变。电压源e2响应于控制信号SC而改变偏移电压Vf。因此，偏移信号V2的电压具有下述电压值，该电压值在直流方面根据输入电压Vin和输出电压Vout的比率而被偏移到误差信号Vop。PWM比较器32比较偏移信号V2的电压和三角波信号SS的电压，以输出脉冲宽度对应于比较结果的驱动信号DH和DL。因此，脉冲宽度(即，驱动信号DH和DL的占空比)根据输入电压Vin和输出电压Vout的比率而改变。
具体而言，偏移控制器34输出控制信号SC，以便产生偏移电压Vf，偏移电压Vf被叠加到从误差放大器31输出的误差信号Vop上，使得当输入电压Vin是输出电压Vout的两倍时，偏移信号V2的电压变为等于三角波信号SS的振幅的中值电压(最大电压和最小电压之间的中值电压)。如上所述，三角波信号SS的最大电压和最小电压被分别设置为2.0V和1.0V。因此，偏移控制器34产生控制信号SC，使得偏移电压Vf变为1.5V。
以相同方式，当输入电压Vin是输出电压Vout的三倍时，偏移控制器34产生控制信号SC，使得偏移信号V2的电压是三角波信号SS的振幅的1/3或近似1.33V。类似地，当输入电压Vin是输出电压Vout的四倍时，偏移控制器34产生控制信号SC，使得偏移信号V2的电压是三角波信号SS的振幅的1/4或近似1.25V。
因此，偏移控制器34相对于误差信号Vop来改变偏移信号V2的偏移电压Vf。即，如图5所示，偏移控制器34将误差信号Vop(虚线所示)偏移到偏移信号V2(实线所示)。因此驱动信号DH的导通占空比变为基于偏移信号V2的值。
偏移信号V2是通过将偏移电压Vf叠加在误差信号Vop上而生成的信号。由于误差放大器31的放大因数是固定的，所以偏移信号V2相对于输出电压Vout波动的改变量变为与误差信号Vop的改变量相同。由于控制单元21相对于输出电压Vout波动的响应不改变，所以防止了过度响应，同时输出电压Vout被稳定，即使是在具有不同输入电压Vin的系统中。即，防止了控制特性在不同系统之间发生变化。在现有技术示例中，当误差放大器的放大因数改变时，对输出电压Vout改变的响应改变。因此，控制特性在不同系统之间发生变化。
图6示出了图4的DC-DC变换器的修改形式。图4的电压源e2被恒流源35和晶体管T3代替。恒流源35改变响应于控制信号SC而流动的电流i1。晶体管T3是P沟道MOS晶体管。源极提供有电流i1，漏极连接到地，并且栅极提供有误差信号Vop。在电压源e2中，晶体管T3具有根据误差信号Vop电压的阻抗。因此，晶体管T3的源极和漏极之间的电压(即，在恒流源35和晶体管T3之间的节点处的电压)被提供自恒流源35的电流i1所改变，并且具有该电压的偏移信号V2被提供给PWM比较器32。作为一个示例，晶体管T3的阻抗随着误差信号Vop电压减小而减小。此外，晶体管T3的源极和漏极之间的电压减小，并且偏移信号V2的电压减小。作为另一示例，晶体管T3的阻抗随着误差信号Vop增加而增加。此外，晶体管T3的源极和漏极之间的电压增加，并且偏移信号V2的电压增加。因此，晶体管T3的源极和漏极之间的电压与误差信号Vop的电压成比例地被控制。因此，偏移信号V2以和误差信号Vop相同的方式改变。
此外，晶体管T3的源极和漏极之间的电压由提供自恒流源35的电流i1确定。因此，通过改变电流i1的电流量来改变偏移信号V2的直流量，即偏移量。
图7是示出了偏移控制器34和电压源e2的一个示例的电路图。偏移控制器34包括多个串联连接的电阻器R11至R15(图7中为五个)和四个电压比较器41至44。电阻器R11至R15之间的每个电压被提供给电压比较器的反相输入端。参考电压Vr被提供给每个电压比较器41至44的非反相输入端。电阻器R11至R15串联连接在输入电压Vin和地之间。电压V11至V14是根据每个电阻器R11至R15的电阻值，通过对输入电压Vin分压而产生的。每个电压V11至V14根据输入电压Vin而改变。
电压比较器41至44比较对应的电压V11至V14和参考电压Vr，以根据比较结果分别输出控制信号SC1至SC4。电压V11至V14根据输入电压Vin而改变。因此，控制信号SC1至SC4的电平根据输入电压Vin而改变，并且具有H电平的控制信号随着输入电压Vin变高而减小。
恒流源35包括四个恒流源35a至35d和开关SWa和SWd，每个开关具有连接到对应的恒流源35a至35d的第一端子。与开关SWa至SWd的第二端子相连接的节点被连接到晶体管T3。开关SWa至SWd响应于控制信号SC1至SC4而工作。例如，每个开关SWa至SWd响应于具有H电平的信号而被激活，并且响应于具有L电平的信号而被去除激活。
控制信号SC1至SC4的电平根据输入电压Vin而改变，并且具有H电平的控制信号随着输入电压Vin变高而减小。由于开关SWa至SWd通过控制信号SC1至SC4而操作，所以随着输入电压Vin变高，被激活的开关的数目减少。因此，随着输入电压Vin变高，恒流源35降低提供到晶体管T3的电流。
现在将说明DC-DC变换器20的操作。在一个示例中，DC-DC变换器20从提供自电池(未示出)的输入电压Vin产生输出电压Vout。控制单元21向输出晶体管T1和T2的栅极提供驱动信号DH和DL，驱动信号DH和DL具有与参考电压Vr和分压V1的比较结果相对应的占空比，其中分压V1是通过对输出电压Vout分压而获得的。通过利用具有H电平的驱动信号DH激活输出晶体管T1，并利用具有L电平的驱动信号D1使输出晶体管T2去除激活，输出电压Vout增加。输出电压Vout被平滑电容器C1平滑。当输出晶体管T1被具有L电平的驱动信号DH去除激活时，扼流圈L1所存储的能量被释放。这降低了存储在扼流圈L1中的能量，并且减小了输出电压Vout。此外，当通过利用电阻器R1和R2对输出电压Vout分压而获得的分压V1变得低于参考电压Vr时，输出的驱动信号DH具有H电平，并且输出晶体管T1被激活。
当输出电压Vout减小时，误差信号Vop的电压增加，并且H电平的驱动信号DH的脉冲宽度增加。此外，输出晶体管T1的激活时间变长。当输出电压Vout增加时，误差信号Vop的电压减小，并且H电平的驱动信号DH的脉冲宽度减小。此外，输出晶体管T1的激活时间变短。这样的操作控制了输出晶体管T1和T2，使得分压V1和参考电压Vr变为彼此相等，并且保持输出电压Vout恒定。
在另一示例中，DC-DC变换器20被安装在电子设备中，并且AC适配器被连接到电子设备。AC适配器的输出电压被提供给用作负载的内部电路。从AC适配器提供的电源电压高于电池的电压。因此，偏移控制器34计算与输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率相对应的偏移电压Vf，以产生偏移信号V2，偏移信号V2代表偏移电压Vf。偏移电压Vf的电压低于上面示例中的偏移信号V2的电压。因此，在本示例中，H电平的驱动信号DH的脉冲宽度比上一示例中的小。因此，由于驱动信号DH的导通占空比小，并且输出晶体管T1的激活时间短，所以即使输入电压Vin增加，也产生相同电压的输出电压Vout。
第一实施例具有下述优点。
(1)误差放大器31比较分压V1和参考电压Vr以产生误差信号Vop，其中分压V1是通过利用多个电阻器R1和R2对输出电压Vout分压而获得的。电压源e2产生通过偏移误差信号Vop而获得的偏移信号V2。PWM比较器32比较偏移信号V2和三角波信号SS，产生用于以与比较结果相对应的占空比控制第一输出晶体管T1和第二输出晶体管T2的激活和去除激活的驱动信号DH和DL。偏移控制器34确定输出电压Vout和输入电压Vin之间的比率，以根据确定结果控制电压源e2的偏移电压Vf。因此，用于控制第一输出晶体管T1和第二晶体管T2的激活和去除激活的占空比被相对于误差信号Vop的偏移电压Vf所改变，其偏移量由输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率控制。因而，由于第一输出晶体管T1和第二晶体管T2的激活和去除激活由与输入电压Vin和输出电压Vout之间的关系相对应的占空比控制，所以即使输入电压Vin改变，通过根据输入电压Vin相对改变误差信号Vop来控制占空比，本发明适用于宽范围的输入电压Vin。
(2)由于相对于误差信号Vop的偏移电压Vf根据输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率而改变，所以误差放大器31的放大因数不需要改变，即，设置误差放大器31放大因数的反馈电容器C2和电阻器R1至R3的值不需要改变，因此有助于DC-DC变换器的设计。
(3)由于设置误差放大器31放大因数的反馈电容器C2和电阻器R1至R3的值不需要改变，所以这些电路组件可以被安排在单个芯片上以便减少外部组件。
本领域技术人员应当认识到，在不脱离本发明的精神或范围的条件下，本发明可以以许多其它具体形式实现。具体而言，应当理解，本发明可以以下述形式实现。
偏移信号V2是通过向误差信号Vop添加偏移电压Vf而产生的，其中偏移电压Vf对应于输入电压Vin和输出电压Vout。但是，偏移电压Vf也可以被添加到三角波信号SS。例如，电压源e2可以被插入并连接在DC-DC变换器40的控制单元45中的PWM比较器32和振荡器33之间，如图8所示。电压源e2输出通过在三角波信号SS上叠加偏移电压Vf(其是直流的)而产生的偏移信号SS2。电压源e2利用控制信号SC来改变偏移电压Vf。电压源e2的负极端子连接到振荡器33的输出端子，并且电压源e2的正极端子连接到PWM比较器32。因此，电压源e2输出偏移信号SS2(由实线指示)，偏移信号SS2是通过向三角波信号SS(由虚线指示)添加正偏移而产生的，如图9所示。在该配置中获得了与第一实施例相同的优点。此外，误差信号Vop和三角波信号SS可以被偏移。
输出晶体管T1和T2可以是P沟道MOS晶体管。此外，输出晶体管T1可以是P沟道MOS晶体管，而输出晶体管T2可以是N沟道MOS晶体管。驱动信号DH和DL的电平必须根据晶体管的不同类型而改变。此外，用于将PWM比较器32的输出信号变换为与晶体管的类型相对应的电平的驱动电路必须被安排在晶体管的栅极和PWM比较器32之间。
偏移控制器34根据比较结果(即，输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率)产生控制信号SC。然而，偏移控制器34可以根据不同的比较结果来产生控制信号SC，例如，输入电压Vin和输出电压Vout之间的差。
本示例和实施例被认为是示例性而非限制性的，本发明并不限于这里给出的细节，而是可以在权利要求的范围和等同物之内进行修改。
本发明基于2005年10月25日递交的在先日本专利申请No.2005-310378，并要求享受其优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (7)

1.一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：
用于接收所述输入电压的第一输出晶体管；
与所述第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管；以及
控制单元，用于产生控制所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管的激活和去除激活的驱动信号，并用于向所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管提供所述驱动信号，所述控制单元根据所述输出电压而改变所述驱动信号的占空比，所述控制单元包括：
用于从所述输出电压产生分压的多个电阻器；
误差放大器，用于将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
偏移电路，用于通过根据控制信号而变化的偏移电压，改变所述误差信号的电压，以产生偏移信号；
脉宽调制比较器，用于将所述偏移信号与三角波信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的所述驱动信号；以及
连接到所述偏移电路的偏移控制器，用于比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生所述控制信号。
2.一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：
用于接收所述输入电压的第一输出晶体管；
与所述第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管；以及
控制单元，用于产生控制所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管的激活和去除激活的驱动信号，并用于向所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管提供所述驱动信号，所述控制单元根据所述输出电压而改变所述驱动信号的占空比，所述控制单元包括：
用于从所述输出电压产生分压的多个电阻器；
误差放大器，用于将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
偏移电路，用于通过根据控制信号而变化的偏移电压，改变三角波信号，以产生偏移信号；
脉宽调制比较器，用于将所述误差信号与所述偏移信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的所述驱动信号；以及
连接到所述偏移电路的偏移控制器，用于比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生所述控制信号。
3.一种在用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器中使用的控制单元，其中所述控制单元用于控制所述输出电压，所述DC-DC变换器包括串联连接的第一输出晶体管和第二输出晶体管，所述控制单元包括：
用于从所述输出电压产生分压的多个电阻器；
误差放大器，用于将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
偏移电路，用于通过根据控制信号而变化的偏移电压，改变所述误差信号的电压，以产生偏移信号；
脉宽调制比较器，用于将所述偏移信号与三角波信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号；以及
连接到所述偏移电路的偏移控制器，用于比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生所述控制信号。
4.一种在用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器中使用的控制单元，其中所述控制单元用于控制所述输出电压，所述DC-DC变换器包括串联连接的第一输出晶体管和第二输出晶体管，所述控制单元包括：
用于从所述输出电压产生分压的多个电阻器；
误差放大器，用于将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
偏移电路，用于通过根据控制信号而变化的偏移电压，改变三角波信号，以产生偏移信号；
脉宽调制比较器，用于将所述误差信号与所述偏移信号相比较，并且产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号；以及
连接到所述偏移电路的偏移控制器，用于比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生所述控制信号。
5.一种控制用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器的方法，所述DC-DC变换器包括用于接收所述输入电压的第一输出晶体管以及与所述第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管，所述方法包括：
利用多个电阻器，从所述输出电压产生分压；
利用误差放大器，将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
利用偏移控制器，比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生控制信号；
利用偏移电路，通过根据所述控制信号而变化的偏移电压，改变所述误差信号的电压，以产生偏移信号；以及
利用脉宽调制比较器，将所述偏移信号与三角波信号相比较，产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号，并且将所述驱动信号提供给所述第一和第二输出晶体管。
6.一种控制用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器的方法，所述DC-DC变换器包括用于接收所述输入电压的第一输出晶体管以及与所述第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管，所述方法包括：
利用多个电阻器，从所述输出电压产生分压；
利用误差放大器，将所述分压与参考电压相比较，以产生误差信号；
利用偏移控制器，比较所述参考电压和所述输入电压，并且根据比较结果产生控制信号；
利用偏移电路，通过根据所述控制信号而变化的偏移电压，改变三角波信号，以产生偏移信号；以及
利用脉宽调制比较器，将所述误差信号与所述偏移信号相比较，产生具有与比较结果相对应的占空比的驱动信号，并且将所述驱动信号提供给所述第一和第二输出晶体管。
7.一种用于将输入电压变换为输出电压的DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括：
用于接收所述输入电压的第一输出晶体管；
与所述第一输出晶体管串联连接的第二输出晶体管；
偏移控制器，用于比较所述输入电压和与输出电压相对应的参考电压，并产生用于根据比较结果将所述实际输出电压调节为希望的输出电压的控制信号；
偏移电路，用于根据所述控制信号产生偏移信号；以及
脉宽调制比较器，用于分别向所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管提供用于驱动所述第一和第二输出晶体管的第一驱动信号和第二驱动信号，每个驱动信号具有根据所述偏移信号而校正的占空比。
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