CN101442258B - 开关调节器 - Google Patents

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Abstract

一种开关调节器，当检测出输出电压下降规定值以上时，可马上对输出电压进行稳定化动作。当输出电流(iout)激增、输出电压(Vout)下降第1规定值以上时，从输出电压变动检测电路(8)输出高电平的输出信号(IMSW)，与来自振荡电路(6)的时钟信号(CLK)无关而使开关晶体管M1接通的同时，当输出信号(IMSW)成为高电平时，开关(SW1)接通成为导通状态，使来自恒定电流源(10)的电流(isl)供给到误差放大电路(3)的输出端或误差放大电路(3)中的放大电路部(22)内，使来自误差放大电路(3)的误差电压(Ve)急速上升。

Description

开关调节器
技术领域
本发明涉及开关调节器(switching regulator)，尤其涉及将已稳定化的电压供给电子设备的电流模式控制型开关调节器。
背景技术
图12表示以往技术的电流模式控制型开关调节器的电路例子的示图，图13是表示图12的开关调节器100的各信号波形例子的时间图。
图12的开关调节器100将输入到输入端子IN的输入电压Vin降压为规定的电压，从输出端子OUT输出为输出电压Vo。电流检测电路101将电感器电流i101变换为电压，输出为电流检测电压Vi。
一旦输出电压Vo下降，误差放大电路104的输出电压即误差电压Ve的电压就上升。为此，至电流检测电压Vi超过误差电压Ve为止所需的时间变长，开关元件M101的接通时间变长，使输出电压Vo上升。相反，当输出电压Vo下降时，开关元件M101的接通时间变短，输出电压Vo下降。如此，根据输出电压Vo的电压变动，对将开关元件M101和同步整流用开关元件M102互相进行接通/断开控制的时间予以控制，从而将输出电压Vo控制成规定的电压。
另一方面，在图12所示的同步整流方式的电流模式控制型开关调节器中存在以下问题：若输出电流io急剧变动，则输出电压Vo因误差放大电路104所构成的反馈控制系统的应答延迟而产生较大的变动。具体来说，如图13的时刻T0所示，当输出电流io急剧增加时，电荷根据该变动量而从输出电容器C101供给到负载110，输出电压Vo下降。当输出电压Vo下降时，误差电压Ve上升，开关元件M101的接通时间变长。即，虽然被控制成使电感器电流i101的峰值电流值增加，但在误差放大电路104中因设在误差放大电路104中的相位补偿电路等发生输出应答延迟，因此，误差电压Ve的变化延迟，输出电压Vo大幅下降。
这样，若输出电压Vo较大变动，则低于与输出端子OUT连接的负载110的动作保证电压，负载110有可能发生不良情况。因此，对于输出电流io的急剧变化，有如下使输出电压Vo的应答速度提高的技术方案：若输出电流急剧变动，则前馈电路对该输出电流的变化量进行检测，通过使该变化量与电感器电流的检测信号相加，从而使电感器电流相对于输出电流的急剧变动而迅速变化，减小输出电压的变动(例如参照专利文献1)。另外，还有其它技术方案：利用对输出电压进行时间微分的微分电路而对输出电压的急剧变动进行检测，通过使该微分电路的输出电压与误差放大电路的误差电压相加，从而弥补误差放大电路的应答延迟，抑制输出电压的变动(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2002—281742号公报
专利文献2：日本特开2005—45942号公报
但是，在前一技术方案中，要在前馈电路中对输出电流的变化量进行检测，则至少需要与负载串联的电流检测用的元件例如电阻器，由此存在着安装面积和成本增大的问题。
另外，在上述两方法技术方案的任一方案中，当开关元件断开时检测出输出电压变动的场合，至下一个开关元件接通的期间都不能实施任何对策，因此存在着输出电压下降的问题。
尤其，近年来不断发展省电化，电子设备处于停止工作状态的场合，大多存在以下情况：即，使开关调节器的通断频率下降，以减少耗电。其结果，当从停止工作状态转移到工作状态时，发生负载电荷从数微安急增到数百毫安的情况。然而，如上所述，由于使通断频率下降，因此输出电压随着输出电流的增加而下降后至下一开关元件接通需相当的时间，存在着输出电压下降进一步变大的问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出来的，本发明目的在于，提供一种当检测出输出电压下降规定值以上时可立即对输出电压进行稳定化动作的开关调节器。
本发明的开关调节器系将输入到输入端子的输入电压变换为规定的恒定电压，作为输出电压从输出端子输出的开关调节器，其特征在于：
所述开关调节器具有：
根据输入的控制信号进行转换(开关)的开关元件；
通过该开关元件的转换而进行所述输入电压的充电的电感器；
当所述开关元件断开而停止向该电感器充电时进行该电感器放电的整流元件；
将与所述输出电压成比例的比例电压与规定的基准电压之间的电压差予以放大的误差放大电路部；
以规定周期对所述开关元件进行接通/断开控制，根据该误差放大电路部的输出电压而对所述开关元件的接通时间或断开时间进行控制的控制电路部；以及
对所述输出电压的变动进行检测的输出电压变动检测电路部；
其中，当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，所述控制电路部与所述周期无关地使所述开关元件接通。
另外，也可具有辅助电路部，所述辅助电路部在所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，改变所述误差放大电路部的输出电压，以使所述开关元件接通。
另外，本发明的开关调节器系将输入到输入端子的输入电压变换为规定的恒定电压，并作为输出电压从输出端子输出的开关调节器，其特征在于：
所述开关调节器具有：
根据输入的控制信号进行转换(开关)的开关元件；
通过该开关元件的转换而进行所述输入电压的充电的电感器；
当所述开关元件断开而停止向该电感器充电时，进行该电感器放电的整流元件；
将与所述输出电压成比例的比例电压与规定的基准电压之间的电压差予以放大的误差放大电路部；
以规定周期对所述开关元件进行接通/断开控制、根据该误差放大电路部的输出电压而对所述开关元件的接通时间或断开时间进行控制的控制电路部；
对所述输出电压的变动进行检测的输出电压变动检测电路部；以及
辅助电路部，当该输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，改变所述误差放大电路部的输出电压，以使所述开关元件接通。
具体地说，所述误差放大电路部具有：
由所述比例电压和基准电压对应的输入端所输入的差动放大电路部；以及
由将该差动放大电路部的输出信号放大的至少一个放大电路所构成的放大电路部，
所述输出电压变动检测电路部由所述差动放大电路部的输出信号，对所述输出电压的变动进行检测。
另外，所述输出电压变动检测电路部具有：
将所述差动放大电路部的输出信号予以放大并输出的信号放大电路部；以及
将该信号放大电路部的输出信号予以二值化的二值化电路部，
所述信号放大电路部的增益小于所述放大电路部。
另外，所述信号放大电路部的应答速度比所述误差放大电路部快，输出信号的转换速度比所述误差放大电路部大。
另外，当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，所述辅助电路部以与所述差动放大电路部的输出电压对应的电压值改变所述误差放大电路部的输出电压。
具体地说，所述辅助电路部具有：
供给规定恒定电流的恒定电流源；以及
相应于来自所述输出电压变动检测电路部的输出信号，将来自该恒定电流源的恒定电流输出到构成所述误差放大电路部的规定的放大电路输出端的开关手段，
当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述开关手段将来自所述恒定电流源的恒定电流输出到所述规定的放大电路输出端。
在该场合，所述恒定电流源生成并输出与所述信号放大电路部的输出电压对应的电流。
另外，当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述控制电路部在与所述周期无关地使所述开关元件接通后，与以该周期对所述开关元件进行接通/断开控制的信号同步、并与所述周期无关地解除使所述开关元件接通的动作，以规定的周期对所述开关元件进行接通/断开控制。
另外，当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述控制电路部在与所述周期无关地使所述开关元件接通后，如所述误差放大电路部的输出电压超过第2规定值，则与所述周期无关地解除使所述开关元件接通的动作，以规定的周期对所述开关元件进行接通/断开控制。
另外，当对所述电感器中流动的电感器电流进行检测、该检测出的电感器电流超过第3规定值时，所述控制电路部使所述输出电压变动检测电路部的检测结果无效。
采用本发明的开关调节器，通过设置输出电压变动检测电路部，可较早地检测输出电压的下降，当输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，立即使所述开关元件接通，及/或改变所述误差放大电路部的输出电压以使所述开关元件接通，因此可抑制输出电压的大幅度下降。
由于当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值时，以与所述误差放大电路部的输出电压对应的电压值来改变所述误差放大电路部的输出电压，因此可将误差放大电路部的输出电压的变动幅度控制在适当的电压范围内。
此外，由于当对所述电感器中流动的电感器电流进行检测、将该检测出的电感器电流变换为电压的值超过所述误差放大电流部的输出电压时，使所述输出电压变动检测电路部的检测结果无效，因此负载进行通常动作，开关调节器的时钟频率高，在可高速应答的状态下，可消除误差放大电路部的输出电压不需要的变动，可进行稳定的动作。
附图说明
图1是表示本发明第1实施形态的开关调节器的电路例子的示图。
图2是表示图1的开关调节器1中各信号波形例子的时间图。
图3是表示图1的误差放大电路3与输出电压变动检测电路8的电路例子的示图
图4是表示图1的边沿提取电路(edge extraction circuit)9的电路例子的示图。
图5是表示图1的恒定电流源10的电路例子的示图。
图6是表示本发明第1实施形态的开关调节器的另一电路例子的示图。
图7是表示本发明第2实施形态的开关调节器结构例子的电路图。
图8是表示图7的开关调节器1a中各信号波形例子的时间图。
图9是表示本发明第3实施形态的开关调节器结构例子的电路图。
图10是表示图9的开关调节器1b中各信号波形例子的时间图。
图11是表示本发明第4实施形态的开关调节器结构例子的电路图。
图12是表示以往技术的开关调节器电路例子的示图。
图13是表示图12的开关调节器100的各信号波形例子的时间图。
具体实施方式
下面，根据附图所示的实施形态来详细说明本发明。
在以下实施形态中，虽然对构成要素，种类，组合，形状，相对配置等作了各种限定，但是，这些仅仅是例举，本发明并不局限于此。
图1是表示本发明第1实施形态的开关调节器电路例子的示图。
图1的开关调节器1构成以下电流模式控制型的降压型开关调节器：将输入到输入端子IN的输入电压Vin降压为规定的恒定电压，作为输出电压Vout从输出端子OUT输出到负载20。
开关调节器1具有：开关晶体管M1，其由用于对输入电压Vin进行输出控制、进行开关动作的PMOS晶体管构成；由NMOS晶体管构成的同步整流用晶体管M2；电感器L1；输出电容器C1；以及输出电压检测用的电阻R1、R2，所述电阻对输出电压Vout进行分压并生成输出分压电压Vfb。另外，开关调节器1具有：生成、输出规定的基准电压Vref的基准电压发生电路2；误差放大电路3，其对所述分压电压Vfb与该基准电压Vref进行电压比较，将该电压差放大并生成、输出误差电压Ve；电流检测电路4，其对电感器L1中流动的电感器电流iL进行检测并变换输出成电压；以及比较电路5，其对电流检测电路4的输出电压，即电流检测电压Vi与误差电压Ve进行电压比较。
此外，开关调节器1有：生成输出规定的时钟信号CLK的振荡电路6；OR电路7；输出电压变动检测电路8；边沿提取电路9；恒定电流源10；开关SW1；由OR电路7的输出信号Set置位(设定)并由比较电路5的输出信号Rst复位的RS触发器电路11；使从RS触发器电路11的非反向输出端Q输出信号的信号电平反向(反转)的比较电路12。
又，开关晶体管M1构成开关元件，同步整流用晶体管M2构成整流元件，误差放大电路3构成误差放大电路部，输出电压变动检测电路8构成输出电压变动检测电路部，恒定电流源10及开关SW1构成辅助电路部。另外，电流检测电路4、比较电路5、振荡电路6、OR电路7、边沿提取电路9、RS触发器电路11及比较电路12构成控制电路部。此外，在开关调节器1中，也可将除了电感器L1及输出电容器C1外的各电路集成为一个IC(集成电路)，根据不同场合，也可将除了开关晶体管M1及/或同步整流用晶体管M2、电感器L1和输出电容器C1外的各电路集成为一个IC。
在输入端子IN与接地电压GND之间串联连接有开关晶体管M1和同步整流用晶体管M2，在开关晶体管M1和同步整流用晶体管M2的连接部与输出端子OUT之间连接有电感器L1。在输出端子OUT与接地电压GND之间串联连接有电阻R1及R2的串联电路和输出电容器C1。电阻R1与电阻R2的连接部的电压，即分压电压Vfb输入误差放大电路3的反转输入端，基准电压Vref输入误差放大电路3的非反转输入端。另外，来自误差放大电路3的误差电压Ve输入比较电路5的反转输入端，来自电流检测电路4的电流检测电压Vi输入比较电路5的非反转输入端。
在输入电压Vin和误差放大电路3的输出端与比较电路5的反转输入端的连接部之间，串联连接有恒定电流源10和开关SW1，构成误差放大电路3的误差放大电路部的输出信号输入到输出电压变动检测电路8。输出电压变动检测电路8从输入的信号中检测输出电压Vout的变动，生成表示该检测结果的信号IMSW，并分别输出到开关SW1的可控制电极和边沿提取电路9。边沿提取电路9对输入的信号IMSW的上升边沿进行检测，生成表示该检测结果的信号Ap，并将其输出到OR电路7的一个输入端。
来自振荡电路6的规定的时钟信号CLK输入到OR电路7的另一输入端，从OR电路输出的置位脉冲(set pulse)信号Set输入RS触发器电路11的置位输入端S。并且，从比较电路5输出的复位脉冲信号Rst输入RS触发器电路11的复位输入端R。从RS触发器电路11的非反转输出端Q输出的信号电平，在逆变器(inverter)12反转，作为信号Sg分别输入到开关晶体管M1及同步整流用晶体管M2的各栅极。
在这种结构中，图2是表示图1的开关调节器1中各信号波形例子的时间图。现参照图2说明图1的开关调节器1的动作。
误差放大电路3将输入的分压电压Vfb与基准电压Vref的电压差放大，生成、输出误差电压Ve。比较电路5对误差电压Ve与来自电流检测电路4的电流检测电压Vi进行电压比较，生成表示该比较结果的信号及复位脉冲信号Rst，并将其输出到RS触发器电路11的复位输入端R。
另一方面，输出电压变动检测电路8，比构成误差放大电路3的后级放大电路部更高速地，将从构成误差放大电路3的前级差动放大电路部输出的信号放大。当该放大生成的信号电压超过规定值时，输出电压变动检测电路8生成并输出高电平信号IMS；当该放大生成的信号电压处于该规定值以下时，生成输出低电平信号IMSW。边沿提取电路9对输入的信号IMSW为高电平时的上升边沿进行检测，若检测出该上升边沿，则生成规定的脉冲宽度的脉冲信号并输出为信号Ap。OR电路7，在信号Ap为低电平时(相当于信号IMSW为低电平，或检测到IMSW的上升边沿后经过所定时间后)，将时钟信号CLK作为置位脉冲信号Set输出到RS触发器电路11的置位输入端S，在信号Ap为高电平时(相当于检测到IMSW的上升边沿后经过所定时间)，将高电平信号作为置位脉冲信号Set输出到RS触发器电路11的置位输入端S。
在电流检测电压Vi为误差电压Ve以下时，比较电路5输出低电平信号。在该场合，RS触发器电路11，在从OR电路7输出的置位脉冲信号Set为高电平时从非反转输出端Q输出高电平信号，在从OR电路7输出的置位脉冲信号Set为低电平信号时从非反转输出端Q输出低电平信号。当从RS触发器电路11的非反转输出端Q输出高电平信号时，低电平信号Sg分别输入开关晶体管M1及同步整流用晶体管M2的各栅极，开关晶体管M1接通成为导通状态，同时，同步整流用晶体管M2断开而成为遮断状态。因此，输入电压Vin施加在电感器L1与平滑滤波电容器C1的串联电路中，电感器电流iL随时间一起线性增加，来自电流检测电路4的电流检测电压Vi也线性上升。电感器电流iL大于输出电流iout时，电荷积蓄在输出电容器C1中，输出电压Vout上升。
另外，当从RS触发器电路11的非反转输出端Q输出低电平信号，则高电平信号Sg分别输入开关晶体管M1及同步整流用晶体管M2的各栅极，开关晶体管M1断开而成为遮断状态，同时，同步整流用晶体管M2接通成为导通状态。为此，积蓄在电感器L1中的能量释放，随之，电感器电流iL随时间一起线性减少，电感器电流iL小于输出电流iout时，电力从输出电容器C1供给到负载20，输出电压Vout下降。
另外，当电流检测电压Vi超过误差电压Ve时，比较电路5输出高电平的复位脉冲信号Rst将RS触发器电路11复位。输入高电平的复位脉冲信号Rst期间，RS触发器电路11与置位脉冲信号Set的信号电平无关地将非反转输出端Q设为低电平，进行与前述相同的动作，输出电压Vout下降。
当输出电压Vout下降时，由于来自误差放大电路3的误差电压Ve上升，故直至电流检测电压Vi超过误差电压Ve为止的时间变长，所以开关晶体管M1接通的时间变长，使输出电压Vout上升。相反，当输出电压Vout上升时，开关晶体管M1的接通时间变短，输出电压Vout下降。这样，相应于输出电压Vout的电压变动，对将开关晶体管M1和同步整流用晶体管M2互相进行接通/断开控制的时间予以控制，藉此使输出电压Vout被稳定化为规定的电压。
这里，当在时刻T0输出电流iout急剧增加时，输出电压Vout下降。输出电压变动检测电路8从由误差放大电路3输入的信号高速地放大输出电压Vout的电压变化，若该变化量处于第1规定值以上，则使输出信号IMSW上升为高电平。若输出信号IMSW处于高电平，则边沿提取电路9对该高电平的边沿进行检测，并生成输出高电平的短脉冲信号Ap。该脉冲信号Ap通过OR电路7，输入到RS触发器电路11的置位输入端S，RS触发器电路11将非反转输出端Q设为高电平，使开关晶体管M1接通，同时使同步整流用晶体管M2断开。也就是说，输出电流iout激增、输出电压Vout下降第1规定值以上时，可与来自振荡电路6的时钟信号CLK无关地使开关晶体管M1接通。由此，可使下降的输出电压Vout立即上升，可抑制输出电压Vout的大幅度下降。
此外，当输出信号IMSW处于高电平时，由于开关SW1接通而成为导通状态，来自恒定电流源10的电流is1供给到误差放大电路3的输出端，故来自误差放大电路3的误差电压Ve快速上升。因此，可弥补误差放大电路3应答速度的迟滞，可延长开关晶体管M1的接通时间，可进一步抑制输出电压Vout的下降。
一旦输出电压Vout稳定，输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW就在图2的时刻T1返回成低电平。
另外，在前述说明中，是将实施由脉冲信号Ap抑制输出电压Vout下降和利用恒定电流源10使误差放大电路3的输出电压Ve上升的二个对策的情况为例作了说明，但即使是实施其中任一个对策也有效果。因此，也可去掉图1的OR电路和边沿提取电路9，将时钟信号CLK直接输入到RS触发器电路11的置位输入端S，或去掉恒定电流源10和开关SW1。
图3是表示图1的误差放大电路3和输出电压变动检测电路8的电路例子的示图。
在图3中，误差放大电路3包括前级差动放大电路部21、后级放大电路部22。差动放大电路部21包括：构成差动对的PMOS晶体管M21、M22；构成该差动对的负载、形成电流镜(Current mirror circuit)电路的NMOS晶体管M23、M24；以及将规定的偏置电流ib1供给所述差动对的恒定电流源23。放大电路部22包括：NMOS晶体管M25、M26；电阻Rf1；电容器Cf1和恒定电流源24、25，恒定电流源24生成并输出规定的恒定电流ib2，恒定电流源25生成并输出规定的恒定电流ib3。
PMOS晶体管M21和M22的各源极被连接，在输入电压Vin与该连接部之间连接有恒定电流源23。在PMOS晶体管M21的漏极与接地电压GND之间连接有NMOS晶体管M23，在PMOS晶体管M22的漏极与接地电压GND之间连接有NMOS晶体管M24，该连接部构成差动放大电路部21的输出端。NMOS晶体管M23与M24的各栅极被连接，该连接部与NMOS晶体管M23的漏极连接。PMOS晶体管M21的栅极构成误差放大电路3的反转输入端，PMOS晶体管M22的栅极构成误差放大电路3的非反转输入端。
在输入电压Vin与NMOS晶体管M25的漏极之间连接有恒定电流源24，NMOS晶体管M25的源极与接地电压GND连接，NMOS晶体管M25的栅极与差动放大电路部21的输出端连接。恒定电流源24与NMOS晶体管M25的连接部与NMOS晶体管M26的栅极连接，在NMOS晶体管M26的栅极与接地电压GND之间串联连接有电阻Rf1和电容器Cf1。另外，NMOS晶体管M26的漏极与输入电压Vin连接，在NMOS晶体管M26的源极与接地电压GND之间连接有恒定电流源25。NMOS晶体管M26与恒定电流源25的连接部构成误差放大电路3的输出端，输出误差电压Ve。
这样，误差放大电路3的放大电路部22由NMOS晶体管M25和M26构成，NMOS晶体管M26形成源极跟随(source follower)电路，且增益大致是1，因此，放大电路部22的增益通过NMOS晶体管M25的源极接地放大电路获得。电阻Rf1与电容器Cf1的串联电路用于进行误差放大电路3的相位补偿。
另一方面，输出电压变动检测电路8包括：将差动放大电路部21的输出信号放大并予以输出的信号放大电路部31；将信号放大电路部31的输出信号予以二值化并生成输出信号IMSW的二值化电路部32。信号放大电路部31包括：生成输出规定的恒定电流ib4的恒定电流源33；NMOS晶体管M27，二值化电路部32包括：生成输出规定的恒定电流ib5的恒定电流源34；NMOS晶体管M28；逆变器35。
在输入电压Vin与NMOS晶体管M27的漏极之间连接有恒定电流源33，NMOS晶体管M27的源极与接地电压GND连接，NMOS晶体管M27的栅极与差动放大电路部21的输出端连接。
恒定电流源33与NMOS晶体管M27的连接部构成信号放大电路部31的输出端。另外，在输入电压Vin与NMOS晶体管M28的漏极之间连接有恒定电流源34，NMOS晶体管M28的源极与接地电压GND连接，NMOS晶体管M28的栅极与信号放大电路部31的输出端连接。恒定电流源34与NMOS晶体管M28的连接部与逆变器35的输入端连接，逆变器35的输出端构成二值化电路部32的输出端，并构成输出电压变动检测电路8的输出端。
信号放大电路部31将误差放大电路3端前级，即差动放大电路部21的输出电压放大。信号放大电路部31的NMOS晶体管M27的阈值电压设定得比NMOS晶体管M25的阈值电压小，其结果，信号放大电路部31的增益就小于NMOS晶体管M25所构成的放大电路部22。但是，在误差放大电路3中，为了进行相位补偿，在NMOS晶体管M26的栅极与接地电压GND之间连接有电阻Rf1和电容器Cf1的串联电路，因此，应答速度变迟。相反，信号放大电路部31不需要这种电路，故可比误差放大电路3高速地应答，输出电压的转换速度也变快。
输出电压Vout的变动不超过第1规定值时，NMOS晶体管M28的漏极电压并不下降至逆变器35的阈值电压以下，因此输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW保持低电平不动。但是，当输出电压Vout的变动处于第1规定值以上时，NMOS晶体管M27的阻抗变高，NMOS晶体管M28的栅极电压上升，NMOS晶体管M28的漏极电压下降至逆变器35的阈值电压以下，逆变器35使输出信号的信号电平反向，并输出高电平的输出信号IMSW。
输出电压变动检测电路8在输出信号IMSW的信号电平反向时的输出电压Vout的变化量大致成为NMOS晶体管M25与27的阈值电压的电压差除以差动放大电路部21的增益后的电压。例如，若该阈值电压的差为30mV，差动放大电路部21的增益为10，则输出电压Vout下降3mV时，输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW就成为高电平。
图4是表示图1的边沿提取电路9的电路例子的示图。
在图4中，边沿提取电路9由AND电路41和逆变器42～44构成。输出信号IMSW输入到AND电路41的一个输入端，输出信号IMSW通过逆变器42～44的串联电路输入到AND电路41的另一个输入端。AND电路41的输出端构成边沿提取电路9的输出端，输出信号Ap。
当输出信号IMSW为低电平时，AND电路41的一个输入端为低电平，AND电路41的另一个输入端为高电平，因此AND电路41的输出信号Ap为低电平。当输出信号IMSW为高电平时，由于AND电路41的一个输入端为高电平，因此AND电路41的输出信号Ap回复成低电平。即，当输出信号IMSW为高电平时，边沿提取电路9将在逆变器42～44的延迟时间决定脉冲宽度的短的高电平脉冲信号作为输出信号Ap输出。在图4中，以使用了三个逆变器的情况为例作了说明，但并不限于此，也可将个数为奇数的逆变器串联连接。
图5是表示图1的恒定电流源10的电路例子的示图。
在图5中，恒定电流源10包括：运算放大电路47、NMOS晶体管M29、形成电流镜电路的PMOS晶体管M30、M31；以及电阻Rt。
从信号放大电路部31输出端输出的输出电压Vd27输入运算放大电路47的非反转输入端，运算放大电路47的输出端与NMOS晶体管M29的栅极连接。
在NMOS晶体管M2的源极与接地电压GND之间连接有电阻Rt，NMOS晶体管M29与电阻Rt的连接部连接在运算放大电路47的反转输入端上。在PMOS晶体管M30及M31中，各源极分别与输入电压Vin连接，各栅极被连接且该连接部连接在PMOS晶体管M30的漏极上。PMOS晶体管M30的漏极连接在NMOS晶体管M29的漏极上，恒定电流is1从PMOS晶体管M31的漏极输出。
运算放大电路47对NMOS晶体管M29的栅极电压进行控制，以使NMOS晶体管M29的源极电压成为与NMOS晶体管M27的漏极电压相同的电压。因此，当电阻Rt的电阻值设为rt时，NMOS晶体管M29的漏极电压就成为Vd27/rt。该漏极电流通过PMOS晶体管M30和M31的电流镜电路而从PMOS晶体管M31的漏极输出为恒定电流is1。也就是说，恒定电流is1的电流值成为与信号放大电路部31的输出电压Vd27成正比的电流值。因此，误差放大电路3的输出电压即误差电压Ve就发生与信号放大电路部31的输出电压Vd27对应的电压上升。
在上述的说明中，是将来自恒定电流源10的电流is1供给误差放大电路3的输出端，但也可将来自恒定电流源10的电流is1供给误差放大电路3中的放大电路部22的NMOS晶体管M26的栅极。
图6是表示此时的误差放大电路3的电路例子的示图。在图6中，与图1和图3相同的部件用相同的符号表示，此处省略说明，仅说明与图1和图3的不同之处。
图6中与图1和图3不同之处在于，在输入电压Vin与图3的NMOS晶体管M26的栅极之间连接有图1的恒定电流源10和开关SW1的串联电路。
在图6中，当输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW为高电平时，开关SW1接通成为导通状态，恒定电流源10与恒定电流源24并联连接，NMOS晶体管M25的漏极电流增加，NMOS晶体管M25的漏极电压Vd25上升。因此，构成源极跟随电路的NMOS晶体管M26的栅极电压上升，从误差放大电路3输出的误差电压Ve也上升。
若将恒定电流源10作成图5所示的电路，则可将从误差放大电路3输出的误差电压Ve作成对应于信号放大电路部31的输出电压的电压。这样，当检测出输出电压Vout的下降，输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW成为高电平时，使误差放大电路3的输出电压Ve仅上升规定电压的方法，除了直接使误差放大电路3的输出端电压上升外，也可改变误差放大电路3内部的放大级的输出电压。
这样，当输出电流iout激增、输出电压Vout下降第1规定值以上时，本第1实施形态的开关调节器与来自振荡电路6的时钟信号CLK无关地使开关晶体管M1接通，由此，可立即使下降的输出电压Vout上升，可抑制输出电压Vout的大幅度下降。
此外，当输出信号IMSW成为高电平时，开关SW1接通成为导通状态，来自恒定电流源10的电流is1被供给到误差放大电路3的输出端或误差放大电路3中的放大电路部22内，来自误差放大电路3的误差电压Ve急速上升，因此，可弥补误差放大电路3的应答速度的迟缓，可延长开关晶体管M1的接通时间，从而可进一步抑制输出电压Vout的下降。
第2实施形态
在上述第1实施形态中，当检测出输出电压Vout下降，输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW成为高电平时，则直至输出电压Vout稳定前，该输出信号IMSW仍保持为高电平。但本发明的第2实施形态也可如下：在检测出输出电压Vout下降，输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW成为高电平后，当时钟信号CLK成为高电平时，使该输出信号IMSW下降成低电平。
图7是表示本发明第2实施形态的开关调节器结构例子的电路图。在图7中，与图1相同的部件或同样的结构用相同的符号表示，此处省略说明，仅说明与图1的不同之处。另外，在图7中，由于开关晶体管M1、同步整流用晶体管M2、电感器L1、输出电容器C1、电阻R1、R2、逆变器12和负载20与图1相同，故省略。
图7中与图1不同之处在于，增加了RS触发器电路51，随之，将图1的开关调节器1设为开关调节器1a。
在图7中，开关调节器1a构成电流模式控制型的降压型开关调节器，将输入到输入端子IN的输入电压Vin降压至规定的恒定电压，作为输出电压Vout从输出端子OUT输出到负载20。
开关调节器1a具有：开关晶体管M1；同步整流用晶体管M2；电感器L2；输出电容器C1；电阻R1、R2；基准电压发生电路2；误差放大电路3；电流检测电路4；比较电路5；振荡电路6；OR电路7；输出电压变动检测电路8；边沿提取电路9；恒定电流源10；开关SW1；RS触发器电路11；逆变器12；以及由输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW置位、并由来自振荡电路6的时钟信号CLK置位的RS触发器电路51。
电流检测电路4、比较电路5、振荡电路6、OR电路7、边沿提取电路9、RS触发器电路11、51及逆变器12构成控制电路。另外，在开关调节器1a中，也可将除了电感器L1及输出电容器C1外的各电路集成为一个IC，根据场合，也可将除了开关晶体管M1及/或同步整流用晶体管M2、电感器L1和输出电容器Co外的各电路集成为一个IC。
在RS触发器电路51中，来自输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW输入到置位输入端S，时钟信号CLK输入到复位输入端R，从非反转输出端Q输出的信号IMSW1分别输入开关SW1的控制电极和边沿提取电路9的输入端。该输出信号IMSW1相当于上述第1实施形态的输出信号IMSW。
当输出电压Vout下降，输出电压变动检测电路8的输出信号IIMSW为高电平时，RS触发器电路51被置位(set)，RS触发器电路51的输出信号IMSW1成为高电平。
当RS触发器电路51的输出信号IMSW1成为高电平时，则与前述第1实施形态的情况相同，从边沿提取电路9输出高电平的脉冲信号Ap，该脉冲信号Ap通过OR电路7来置位RS触发器电路51，使开关晶体管M1接通并使同步整流用晶体管M2断开。另外，通过输出信号IMSW1成为高电平，从而使开关SW1接通，将来自恒定电流源10的恒定电流is1供给到误差放大电路3的输出端，使来自误差放大电路3的误差电压Ve上升。
RS触发器电路51被置位后，从振荡电路6输出的时钟信号CLK成为高电平，由此RS触发器电路51被复位，因此，如图8所示，在时刻T0成为高电平的输出信号IMSW1在时刻T2成为低电平。
这样，本第2实施形态的开关调节器，由于在前述第1实施形态的开关调节器中增加了由输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW置位、用来自振荡电路6的时钟信号CLK复位的RS触发器电路51，因此可获得与前述第1实施形态相同的效果。
第3实施形态
在前述第2实施形态中，利用时钟信号CLK对RS触发器电路51进行了复位，但本发明第3实施形态作成如下结构：也可根据误差电压Ve的电压对RS触发器51进行复位。
图9是表示本发明第3实施形态的开关调节器结构例子的示图。在图9中，与图7相同的部件或相同的结构用相同的符号表示，此处省略说明，仅说明与图7的不同之处。另外，在图9中，由于开关晶体管、M1、同步整流用晶体管M2、电感器L1、输出电容器C1、电阻R1、R2、逆变器12和负载20与图1相同，故省略说明。
图9中与图7不同之处在于，增加了生成并输出规定的基准电压Vr1的基准电压发生电路55和比较电路56，随之，将图7的开关调节器1a设为开关调节器1b。基准电压Vr1构成第2规定值。
在图9中，开关调节器1b构成了将输入到输入端子IN的输入电压Vin降压为规定的恒定电压并作为输出电压Vout从输出端子OUT输出到负载20的电流模式控制型的降压型开关调节器。
开关调节器1b具有：开关晶体管M1；同步整流用晶体管M2；电感器L1；输出电容器C1；电阻R1、R2；基准电压发生电路2、55；误差放大电路3；电流检测电路4；比较电路5、56；振荡电路6；OR电路7；输出电压变动检测电路8；边沿提取电路9；恒定电流源10；开关SW1；RS触发器电路11、51；以及逆变器12。
电流检测电路4、比较电路5、56、振荡电路6、OR电路7、边沿提取电路9、RS触发器电路11、51、逆变器12和基准电压发生电路55构成控制电路。在开关调节器1b中，也可将除了电感器L1和输出电容器C1外的各电路集成为一个IC，根据场合，也可将除了开关晶体管M1及/或同步整流用晶体管M2、电感器L1和输出电容器Co外的各电路集成为一个IC。
在比较电路56中，误差电压Ve输入到非反转输入端，来自基准电压发生电路55的基准电压Vr1输入到反转输入端，输出端与RS触发器电路51的复位输入端R连接。
当输出电压Vout变动、输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW为高电平时，RS触发器电路51被置位，RS触发器电路51的输出信号IMSW1成为高电平，开关晶体管M1接通，且同步整流用晶体管M2断开，使来自误差放大电路3的误差电压Ve上升。当来自误差放大电路3的误差电压Ve上升而成为基准电压Vr1以上时，比较电路56将输出端作成高电平，将RS触发器电路51复位。因此，如图10所示，在时刻T0成为高电平的输出信号IMSW1就在时刻T3成为低电平。
这样，本第3实施形态的开关调节器，由于在前述第1实施形态的开关调节器中增加了由输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW置位、根据比较电路56的输出信号即误差电压Ve被复位的RS触发器电路51，因此可获得与前述第1实施形态相同的效果。
第4实施形态
也可将前述第3实施形态的RS触发器电路51置换成AND电路，将其作为本发明的第4实施形态。
图11是表示本发明第4实施形态的开关调节器结构例子的示图。在图11中，与图9相同的部件或相同的结构用相同的符号表示，此处省略说明，仅说明与图9的不同之处。另外，在图11中，由于开关晶体管M1、同步整流用晶体管M2、电感器L1、输出电容器C1、电阻R1、R2、逆变器12和负载20与图1相同，故省略说明。
图11与图9不同之处在于，将图9的RS触发器电路51置换成AND电路58，将基准电压Vr1置换成做成输出电流iout为规定电流值以上时的误差电压Ve的电压的基准电压Vr2，随之，将图9的基准电压发生电路55作成基准电压发生电路55c，将图9的开关调节器1b作成开关调节器1c。基准电压Vr2构成第2规定值。
在图11中，开关调节器1c构成为将输入到输入端子IN的输入电压Vin降压为规定的恒定电压，作为输出电压Vout从输出端子OUT输出到负载20的电流模式控制型的降压型开关调节器。
开关调节器1c具有：开关晶体管M1；同步整流用晶体管M2；电感器L1；输出电容器C1；电阻R1、R2；基准电压发生电路2、55c；误差放大电路3；电流检测电路4；比较电路5、56；振荡电路6；OR电路7；输出电压变动检测电路8；边沿提取电路9；恒定电流源10；开关SW1；RS触发器电路11；逆变器12；以及AND电路58。
又，电流检测电路4，比较电路5、56，振荡电路6，OR电路7，边沿提取电路9，RS触发器电路11，逆变器12，基准电压发生电路55c和AND电路58构成控制电路。另外，在开关调节器1c中，也可将除了电感器L1和输出电容器C1外的各电路集成为一个IC，根据场合，也可将除了开关晶体管M1及/或同步整流用晶体管M2、电感器L1和输出电容器Co外的各电路集成为一个IC。
在比较电路56中，误差电压Ve输入到反转输入端，来自基准电压发生电路55c的基准电压Vr2输入到非反转输入端，输出端与AND电路58的一个输入端连接。输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW输入到AND电路58的另一个输入端，从AND电路58输出的输出信号IMSW1分别输入到边沿提取电路9和开关SW1的控制电极。
在这种结构中，当误差电压Ve为基准电压Vr2以上时，由于比较电路56输出低电平的信号，故AND电路58的输出信号IMSW1成为低电平，即使输出电压Vout下降，从输出电压变动检测电路8输出高电平的信号IMSW，AND电路58的输出信号IMSW1的信号电平也不变化。
这样，可以忽略输出电压变动检测电路8的动作。如前所述，通过将基准电压Vr2设定成输出电流iout为第3规定值时的误差电压Ve的电压值，能仅在输出电流iout为第3规定值以下时，由输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW对开关晶体管M1及同步整流用晶体管M2进行控制，对作为误差放大电路3的输出电压即误差电压Ve进行控制。例如，通过将比较电路56的输出信号的信号电平产生反向时的输出电流iout的值设定在负载20准备加载时(待机时)的电流与通常动作时的最低电流之间，则可仅在从准备加载时开始上升后的场合，使输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW有效。
这样，本第4实施形态中的开关调节器，由于将前述第3实施形态的RS触发器电路51置换成AND电路58，故可获得与前述第3实施形态相同的效果。
另外，由于根据输出电压变动检测电路8内的信号放大电路部31的输出信号设定赋予误差电压Ve的变动电压，因此可将误差电压Ve的变动电压幅度控制在适当的范围内。
此外，当输出电流iout超过第3规定值时，由于使输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW无效，故负载20进行通常动作，在开关调节器的时钟频率高、可进行高速应答的状态下，误差电压Ve不会随便变动，可进行稳定的动作。
在从前述第1至第4各实施形态中，以同步整流型的开关调节器为例进行了说明，但本发明并不限于此，本发明也可适用于非同步整流型的开关调节器。在该场合，也可使用源极与开关晶体管M1的漏极连接、阳极(正极)与接地电压GND连接的二极管来代替同步整流用晶体管M2。在该场合，该二极管构成整流元件。
另外，在从前述第1至第4的各实施形态中，误差幅度电路3的后级放大电路部22仅为一例，放大电路部22可以是用一个以上的放大电路构成既可。
另外，在从前述第1至第4的各实施形态中，是以在输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW为高电平时使误差电压Ve上升的情况为例进行了说明，这仅是一例。也可如下：当输出电压变动检测电路8检测出输出电压Vout下降规定值以上时，为使开关晶体管M1接通，相应于输出电压变动检测电路8的输出信号IMSW，利用电路结构使误差电压Ve下降。
另外，在从前述第1至第4的各实施形态中，是相应于RS触发器电路11的输出信号，对开关晶体管M1的接通时间进行了控制，但也可根据时钟信号CLK对开关晶体管M1的接通时间进行控制。

Claims (12)

1.一种开关调节器，系将输入到输入端子的输入电压变换为规定的恒定电压，作为输出电压从输出端子输出的开关调节器，其特征在于：
所述开关调节器具有：
根据输入的控制信号进行转换的开关元件；
通过该开关元件的转换而由所述输入电压进行充电的电感器；
当所述开关元件断开，停止向该电感器充电时，进行该电感器放电的整流元件；
将与所述输出电压成比例的比例电压与规定的基准电压之间的电压差放大的误差放大电路部；
以规定周期对所述开关元件进行接通/断开控制，相应于该误差放大电路部的输出电压，对所述开关元件的接通时间或断开时间进行控制的控制电路部；以及
对所述输出电压的变动进行检测的输出电压变动检测电路部；
其中，当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，所述控制电路部与所述周期无关地使所述开关元件接通。
2.如权利要求1所述的开关调节器，其特征在于：
所述开关调节器具有辅助电路部，当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，改变所述误差放大电路部的输出电压，以使所述开关元件接通。
3.如权利要求1或2所述的开关调节器，其特征在于：
所述误差放大电路部具有：
差动放大电路部，所述比例电压和基准电压输入对应的输入端；以及
放大电路部，由将该差动放大电路部的输出信号放大的至少一个放大电路构成；
其中，所述输出电压变动检测电路部由所述差动放大电路部的输出信号对所述输出电压的变动进行检测。
4.一种开关调节器，系将输入到输入端子的输入电压变换为规定的恒定电压，作为输出电压从输出端子输出的开关调节器，其特征在于：
所述开关调节器具有：
根据输入的控制信号进行转换的开关元件；
通过该开关元件的转换而由所述输入电压进行充电的电感器；
当所述开关元件断开，停止向该电感器充电时，进行该电感器放电的整流元件；
将与所述输出电压成比例的比例电压与规定的基准电压之间的电压差放大的误差放大电路部；
以规定周期对所述开关元件进行接通/断开控制，相应于该误差放大电路部的输出电压而对所述开关元件的接通时间或断开时间进行控制的控制电路部；
对所述输出电压的变动进行检测的输出电压变动检测电路部；以及
当该输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，改变所述误差放大电路部的输出电压以使所述开关元件接通的辅助电路部，
所述误差放大电路部具有：
差动放大电路部，所述比例电压和基准电压输入对应的输入端；以及
放大电路部，由将该差动放大电路部的输出信号放大的至少一个放大电路构成；
其中，所述输出电压变动检测电路部由所述差动放大电路部的输出信号对所述输出电压的变动进行检测。
5.如权利要求4所述的开关调节器，其特征在于：
所述输出电压变动检测电路部具有：
将所述差动放大电路部的输出信号放大并输出的信号放大电路部；以及
将该信号放大电路部的输出信号予以二值化的二值化电路部；
其中，所述信号放大电路部的增益小于所述放大电路部。
6.如权利要求5所述的开关调节器，其特征在于：
所述信号放大电路部的应答速度比所述误差放大电路部快，输出信号的转换速度比所述误差放大电路部大。
7.如权利要求3或4所述的开关调节器，其特征在于：
当所述输出电压变动检测电路部检测出所述输出电压下降了第1规定值以上时，所述辅助电路部仅仅以与所述差动放大电路部的输出电压对应的电压值，改变所述误差放大电路部的输出电压。
8.如权利要求7所述的开关调节器，其特征在于：
所述辅助电路部具有：
供给规定恒定电流的恒定电流源；以及
开关单元，相应于来自所述输出电压变动检测电路部的输出信号，将来自该恒定电流源的恒定电流输出到构成所述误差放大电路部的规定的放大电路输出端；
其中，当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述开关单元将来自所述恒定电流源的恒定电流输出到所述规定的放大电路输出端。
9.如权利要求8所述的开关调节器，其特征在于：
所述恒定电流源生成并输出与所述信号放大电路部的输出电压对应的电流。
10.如权利要求1、2、4中任一项所述的开关调节器，其特征在于：
当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述控制电路部在与所述周期无关地使所述开关元件接通后，与以该周期对所述开关元件进行接通/断开控制的信号同步地，与所述周期无关地解除使所述开关元件接通的动作，以规定的周期对所述开关元件进行接通/断开控制。
11.如权利要求1、2、4中任一项所述的开关调节器，其特征在于：
当从所述输出电压变动检测电路部输入表示已检测到所述输出电压下降第1规定值以上的信号时，所述控制电路部在与所述周期无关地使所述开关元件接通后，如所述误差放大电路部的输出电压超过第2规定值，则与所述周期无关地解除使所述开关元件接通的动作，以规定的周期对所述开关元件进行接通/断开控制。
12.如权利要求11所述的开关调节器，其特征在于：
当对所述电感器中流动的电感器电流进行检测，该检测出的电感器电流超过第3规定值时，所述控制电路部使所述输出电压变动检测电路部的检测结果无效。
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