CN101197534A - Dc/dc转换器 - Google Patents

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Abstract

一种DC/DC转换器，其通过输出开关元件(101)的导通/截止控制来对所输入的直流电压进行降压，为了检测流过输出开关元件(1)的输出电流(I101)而在主电流电路上设置了检测电阻(108)。此时，在检测电阻(108)中产生了难以忽略的热量。在输出开关元件(1)上并联连接电压检测电路(6)，在使输出开关元件导通并经过规定的时间之后使电压检测电路进行动作。并且，构成电压检测电路的检测开关元件(7)设计成导通电阻比输出开关元件的导通电阻大。

Description

DC/DC转换器
技术领域
本发明涉及一种DC/DC转换器，特别是涉及具备过电流保护功能的DC/DC转换器。
背景技术
图3表示本发明所涉及的DC/DC转换器的电路图，是将输出电压Vout的电平变换为比输入电压Vin更低而输出的降压型DC/DC转换器。也就是说，当从输入电源输入直流的输入电压Vin时，输入电压Vin通过对由MOS晶体管构成的输出开关元件101进行导通/截止控制来进行降压，并通过由感应器102、二极管103以及电容器104构成的平滑电路进行平滑从而变换为直流的输出电压Vout。
具体地说，当从控制电路109向输出开关元件101的栅极施加信号S1时，输出开关元件101导通，输出电流I101流过输出开关元件101。然后，输出电流I101在感应器102中蓄积磁能并呈线性增加的同时流过输出电阻105，输出电压Vout上升。
另外，当没有从控制电路109向输出开关元件101的栅极施加信号S1时，输出开关元件101截止，不流过输出电流I101，但是在感应器102中蓄积的磁能作为感应电流I102而呈线性减少的同时被释放，经过二极管103被释放到输出电阻105中，输出电压Vout下降。
即，重复进行该动作，输出电压Vout成为电平重复上升/下降的三角波形。并且，实际上由于三角波形小到可以忽略电平的上限值和下限值的程度，因此输出电压Vout作为大致恒定的直流电压而被输出。在此，电平的上限值以及下限值通过输入电压Vin以及信号S1的占空比进行控制。因此，输出电压Vout通过输出开关元件101的开关动作进行可变控制。
作为相关联的技术文献，可以举出例如以下的专利文献。
专利文献1：日本特开2001-157442
发明内容
发明要解决的问题
一般在DC/DC转换器中需要过电流保护功能，使得在输出开关元件101导通时防止由于某些原因流过过大的电流而破坏输出开关元件101。
这一点在以往技术所涉及的DC/DC转换器中，在感应器102和输出电阻105之间插入检测电阻108，根据该检测电阻108两端的电位差来检测过电流。并且，当检测过电流时，进行控制使得发出命令不向控制电路109发送信号S1，从而使过电流不流过输出开关元件101。
然而，由于将检测电阻108设置在主电流路径上，因此输出电流I101直接流过检测电阻108、产生了较大的功耗。其结果需要某些发热对策，在尺寸、成本等中出现了问题。
用于解决问题的方案
鉴于上述情形，本发明所涉及的DC/DC转换器是通过输出开关元件的导通或截止控制来对输入的直流电压进行变压的DC/DC转换器，其特征在于，在上述输出开关元件上并联连接电压检测电路，上述电压检测电路在上述开关元件导通之后进行动作，检测与上述输出开关元件两端的电位差相应的电位差。
另外，特征在于，在上述输出开关元件的后级具备感应器、二极管以及电容器。
另外，特征在于，上述电压检测电路具备流过与上述输出开关元件两端的电位差相应的电流的检测电阻，根据上述电流来检测上述输出开关元件两端的电位差。
另外，特征在于，上述检测电阻连接在检测开关元件上，当上述检测开关元件导通时，上述电流流过上述检测电阻。
另外，特征在于，上述输出开关元件和上述检测开关元件由MOS晶体管构成，通过施加在栅极上的电压进行导通或截止控制。
另外，特征在于，上述输出开关元件的导通电阻比上述检测开关元件的导通电阻低。
另外，特征在于，控制上述检测开关元件使其在上述输出开关元件在线性区域内进行动作时导通。
另外，特征在于，上述输出开关元件是立式MOS晶体管。
发明的效果
在本发明涉及的DC/DC转换器中，在输出开关元件1导通之后检测输出开关元件1两端的电位差，因此能够防止电位差的错误检测。此时，特别地，当输出开关元件1在线性区域内进行动作之后检测输出开关元件1两端的电位差时，能够确实地防止错误检测。
另外，使检测开关元件7构成为导通电阻比输出开关元件1的导通电阻大，由此能够使流过构成电压检测电路6的检测电阻8的电流变小，抑制功耗。
另外，输出开关元件1由立式MOS晶体管构成，由此能够使导通电阻变小，并且可以高频化。
附图说明
图1表示本发明所涉及的DC/DC转换器的电路图。
图2表示本发明的输出开关元件的电位差与电流的关联图。
图3表示以往技术涉及的DC/DC转换器的电路图。
附图标记说明：
1：输出开关元件；2：感应器；3：二极管；4：电容器；5：输出电阻；6：电压检测电阻；7：检测开关元件；8：检测电阻；9：控制电路；101：输出开关元件；102：感应器；103：二极管；104：电容器；105：输出电阻；107：检测开关元件；108：检测电阻；109：控制电路；I1：输出电流；I2：感应电流；I3：镜像电流；I101：输出电流；I102：感应电流。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明涉及的DC/DC转换器。
图1表示本发明涉及的DC/DC转换器的电路图，是将输出电压Vout的电平变换为比输入电压Vin更低的电压而输出的降压型DC/DC转换器。也就是说，当从输入电源输入直流的输入电压Vin时，通过对由MOS晶体管构成的输出开关元件1进行导通/截止控制来对输入电压Vin进行降压，并通过由感应器2、二极管3以及电容器4构成的平滑电路进行平滑从而变换为直流的输出电压Vout。
具体地说，当从控制电路9向输出开关元件1的栅极施加信号S1时，输出开关元件1导通，输出电流I1流过输出开关元件1。然后，输出电流I在将磁能蓄积到感应器2中并呈线性增加的同时流过输出电阻5，输出电压Vout上升。
另外，当没有从控制电路向输出开关的栅极施加信号S1时，输出开关元件1截止，不流过输出电流I1，但是在感应器2中蓄积的磁能作为感应电流I2而呈线性减少的同时被释放，经过二极管3释放到输出电阻5中，输出电压Vout下降。
也就是说，重复进行该动作，从而使输出电压Vout成为电平重复上升/下降的三角波形。并且，实际上由于三角波形小到能够忽略电平的上限值和下限值的程度，因此输出电压Vout作为大致恒定的直流电压而被输出。在此，通过输入电压Vin以及信号S1的占空比来控制电平的上限值以及下限值。因此，输出电压Vout通过输出开关元件1的开关动作进行可变控制。
在此，在本发明涉及的DC/DC转换器中，将电压检测电路6并联连接到输出开关元件1上。并且，在从控制电路9输出信号S1从而使输出开关元件1导通时，电压检测电路6通过测量输出开关元件1两端的电位差来检测输出电流I1的电流值。此时，当检测出的电位差大于规定值时，电压检测电路6判断为过电流流过输出开关元件1，发出命令使得停止对控制电路9提供信号S1，从而防止破坏输出开关元件1。
具体地说，电压检测电路6由以下部分构成：由MOS晶体管构成的检测开关元件7、以及检测电阻8。并且，当从控制电路9向检测开关元件7的栅极输出信号S2时，检测开关元件7导通，基于流过输出开关元件1的输出电流I1的镜像电流I3流过检测电阻8。然后，测量基于镜像电流I3产生的检测电阻8两端的电位差，当该电位差超过规定值时，判断为过电流流过输出开关元件1。
在此，检测开关元件7选择导通电阻比输出开关元件1大的元件。因此，由于镜像电流I3与输出电流I1相比电流值变小，因此在检测电阻8中能够抑制功耗，不需要发热对策。
另外，在输出开关元件1截止时，输出开关元件1是大致绝缘状态，因此尽管输出电流I1不流过输出开关元件1，但在输出开关元件1的两端产生与输入电压Vin同等程度的电位差。因此，在输出开关元件1截止时，如果检测开关元件7首先导通，则尽管输出电流I1不流过输出开关元件1，但在检测电阻8的两端产生基于输入电压Vin的大的电位差。其结果，电压检测电路6会错误判断为过电流流过输出开关元件1，导致继续发出命令使得控制电路9停止提供信号S1。
另外，如图2所示，紧接着输出开关元件1导通之后，输出开关元件1的工作点处于饱和区域。因此，在输出开关元件1的两端会产生不基于输出电流I1的电流值的大的电位差。其结果，在这种情况下，电压检测电路6也会错误判断为过电流流过输出开关元件1，从而继续发出命令使得控制电路9停止提供信号S1。
因此，在本发明中，控制电路9使信号S2的输出迟于信号S1的输出。具体地说，控制电路9在输出信号S1后，至少经过直到输出开关元件1的工作点成为饱和区域为止所需要的时间之后输出信号S2。其结果由于在检测电阻8中仅流过与流过输出开关元件1的电流对应的电流值的镜像电流I3，因此不会产生错误检测。
以上，在本发明涉及的DC/DC转换器中，测量与流过输出开关元件1的输出电流I1对应的镜像电流I3，因此能够通过监视输出电流I1的大小来防止破坏输出开关元件1。
另外，由于检测开关元件8的导通电阻比输出开关元件1大，因此能够减小镜像电流I3的电流值。因此，能够抑制检测电阻8产生发热。
另外，控制电路9构成为能够向输出开关元件1和检测开关元件7发送不同的信号。并且，控制检测开关元件7使其在输出开关元件1导通后经过规定的时间之后导通。因此，能够防止流过输出开关元件1的电流的错误检测。
此外，应该考虑本次公开的实施方式是以所有的点进行例示而不是限制于此。本发明的范围由权利要求书进行表示，并且包括与权利要求书相同的意思以及范围内的所有变更，而不是上述实施方式的说明。
例如，在上述实施方式中，输出开关元件1由MOS晶体管构成，但是双极晶体管等也同样适用于输出开关元件1。
另外，在上述实施方式中，控制输出开关元件1使其在施加了信号S1时导通，但是本发明并不限于此，例如也可以进行控制使得在施加了信号S1时截止。
另外，输出开关元件1、控制电路9、检测开关元件7、以及二极管3既可以由一个芯片构成，另外，也可以分别由不同的芯片构成并封入一个封装内。
此外，在输出开关元件1、控制电路9、检测开关元件7、以及二极管3由一个芯片构成时，输出开关元件1的选择很难得到最合适的特性。也就是说，在输出开关元件1是双极晶体管的情况下，由于开关速度慢，因此不适合高频化例如300kHZ。另外，在输出开关元件1是P沟道MOS晶体管的情况下导通电阻变大，因此不适合大电流化。另外，在输出开关元件1是N沟道型MOS晶体管的情况下控制电路变得复杂，因此导致芯片面积变大。
因此，在输出开关元件1中使用分立器件。具体地说，优选为P沟道型立式MOS晶体管。也就是说，如果将P沟道型立式MOS晶体管作为一个芯片而应用于输出开关元件，那么能够使导通电阻变小并且高频化。

Claims (8)

1.一种DC/DC转换器，是通过输出开关元件的导通或截止控制来对所输入的直流电压进行变压的DC/DC转换器，其特征在于，
在上述输出开关元件上并联连接电压检测电路，
上述电压检测电路在上述开关元件导通之后进行动作，检测与上述输出开关元件两端的电位差相应的电位差。
2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，
在上述输出开关元件的后级具备感应器、二极管以及电容器。
3.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，
上述电压检测电路具备流过与上述输出开关元件两端的电位差相应的电流的检测电阻，
根据上述电流来检测上述输出开关元件两端的电位差。
4.根据权利要求3所述的DC/DC转换器，其特征在于，
上述检测电阻连接在检测开关元件上，
当上述检测开关元件导通时，上述电流流过上述检测电阻。
5.根据权利要求4所述的DC/DC转换器，其特征在于，
上述输出开关元件和上述检测开关元件由MOS晶体管构成，通过施加在栅极上的电压进行导通或截止控制。
6.根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其特征在于，
上述输出开关元件的导通电阻比上述检测开关元件的导通电阻低。
7.根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其特征在于，
控制上述检测开关元件使其在上述输出开关元件在线性区域内进行动作时导通。
8.根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其特征在于，
上述输出开关元件是立式MOS晶体管。
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