CN102025273A - Dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供DC-DC转换器。作为课题，无需增大软启动电路中使用的电容值，即可延长软启动时间。作为解决手段，通过逐渐升高线圈电流的限制电平或基准电压，来增长软启动时间。通过改变输入到切换电路的时钟(CLOCK)信号的频率，来调节软启动时间。不用为了延长软启动时间而增大电容值，所以，能够在不增大芯片尺寸的情况下延长软启动时间。

Description

DC-DC转换器
技术领域
本发明涉及产生恒定电压的DC-DC转换器，特别涉及具有软启动功能的DC-DC转换器电路。
背景技术
作为现有的具有软启动功能的DC-DC转换器，公知有图6所示的结构。在图6中，作为一例，举出了降压型DC-DC转换器。
基准电压电路103与偏置电路134和晶体管132的漏极连接。晶体管132的栅极与偏置电路131和电容133之间的连接点相连，源极与偏置电路135和作为节点Vref_ss的误差放大器101的同相输入端子连接。误差放大器101的反相输入端子与FB端子120连接，输出端子与PWM比较器102的同相输入端子连接。PWM比较器102的反相输入端子与三角波产生电路104连接，输出端子与缓冲器107的输入端子连接。缓冲器107的输出端子与EXT端子121连接。外置NchFET 114的栅极与EXT端子121连接，漏极与线圈112和二极管的阳极连接，源极与地连接。在线圈的相反侧，并联连接有电源端子110和电容111。二极管的阴极与电容115和输出端子122连接。输出端子122与电阻117和电容116并联连接。电阻118与电阻117连接，该连接点与FB端子120连接。
当向电源端子110与地123之间供给电源电压时，从偏置电路131流出电流，在电容133中蓄积电荷，晶体管132的栅极电压逐渐上升。这样，晶体管132逐渐导通，节点Vref_ss逐渐上升到基准电压。误差放大器的同相端子逐渐上升，所以，输出也逐渐上升。因此，关于PWM比较器102的输出，通过对逐渐上升的误差放大器101的输出与三角波产生电路104的输出进行比较，由此，输出从窄的占空比(duty)的脉冲逐渐变宽的占空比的脉冲。该脉冲经由缓冲器107输入到外置NchFET 114的栅极，控制输出电压逐渐上升。通过控制输出电压逐渐上升，能够防止产生过冲(overshoot)和突入电流(例如参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2005-51956号公报
为了抑制流过FET晶体管的突入电流，软启动电路要求几毫秒(ms)的软启动时间。在现有的电路中，由于要使节点Vref_ss逐渐上升，所以，需要几毫秒来使该节点上升。因此，例如在软启动电路的输出在几毫秒后才上升到Vref电压(例如0.6V)这样的条件下，当设恒流电路131的电流为20nA时，需要100pF左右的电容。
进而，为了延长软启动时间，需要增大电容值，但是，从芯片尺寸增大的方面看，这是难以实现的。另一方面，如果减小恒定电流值，则能够在相同的电容值下延长软启动时间，但是，在将恒定电流值设为大致10nA以下的微小电流时，高温时的漏电流等将达到不能忽视的程度，将成为引起软启动电路工作不良的因素。因此，对于不改变电容值而是通过减小恒定电流值、从而不改变芯片尺寸来延长软启动时间的方案而言，其是存在极限的，在实用方面，认为恒定电流为20nA左右、电容值为100pF左右是妥当的。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种无需增大DC-DC转换器的软启动电路中使用的电容值即可延长软启动时间的软启动电路。
为了解决上述课题，本发明的具有软启动电路的DC-DC转换器采用了以下结构。
DC-DC转换器具有软启动电路、PWM比较器电路、基准电压电路、误差放大器、三角波产生电路和缓冲器，其特征在于，在所述软启动电路中，恒流电路与第一切换电路连接，所述第一切换电路的输出与第一电容和第二切换电路连接，所述第二切换电路的输出与第二电容连接，所述第一切换电路输入第一时钟(CLOCK)信号，所述第二切换电路输入第二时钟信号。
本发明的具有软启动电路的DC-DC转换器在软启动电路中使用开关电容电路来逐渐升高电压，所以，无需像以往那样增大软启动电路的电容值，即可延长软启动时间。而且，能够实现不增大芯片尺寸、消除输出电压的过冲、防止突入电流等的特性的进一步的提高。
附图说明
图1是第1实施方式的具有软启动电路的DC-DC转换器的电路图。
图2是第1实施方式的软启动电路的详细电路图。
图3是说明第1实施方式的软启动电路的动作的图。
图4是第2实施方式的具有软启动电路的DC-DC转换器的电路图。
图5是第2实施方式的软启动电路的详细电路图。
图6是现有的具有软启动电路的DC-DC转换器的电路图。
标号说明
101：误差放大器；102：PWM比较器电路；103、423：基准电压电路；104：三角波产生电路；105：NOR电路；106、402：软启动电路；107：缓冲器；119、401：DC-DC转换器控制电路；131、134、135、205：偏置电路；201、202：切换电路；206、407：比较器。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明用于实施本发明的方式。
【实施例】
图1是第1实施方式的DC-DC转换器的电路图。
本实施方式的DC-DC转换器控制电路119具有：PWM比较器电路102、基准电压电路103、误差放大器101、三角波产生电路104、NOR电路105、软启动电路106、缓冲器107、FB端子120、以及EXT端子121。并且，如图2所示，软启动电路106具有：恒流电路205、切换电路201、202、电容203、204、比较器206、CLOCK端子207、CLOCKB端子208、检测电压端子209和SS输出端子212。
接着，对DC-DC转换器控制电路119的要素电路的连接和外置电路进行说明。
基准电压电路103与误差放大器101的同相输入端子连接。误差放大器101的反相输入端子与FB端子120连接，输出端子与PWM比较器102的同相输入端子连接。PWM比较器102的反相输入端子与三角波产生电路104连接，输出端子与NOR电路105的一个输入端子连接。NOR电路105的另一个输入端子与软启动电路106相连而进行输入，输出端子与缓冲器107的输入端子连接。缓冲器107的输出端子与EXT端子121连接。Nch(N沟道)晶体管114的栅极与EXT端子121连接，漏极与线圈112和二极管113的阳极连接，源极接地。在线圈的相反侧并联连接有输入电压端子110和输入电容111。二极管113的阴极与Cout 115和输出端子122连接。在输出端子122处，并联连接有电阻117和电容116。电阻118与电阻117连接，其连接点与FB端子120连接。
对软启动电路106的连接进行说明。切换电路201的输入端子与偏置电路205连接，输出端子与电容203和切换电路202的输入端子连接。切换电路202的输出端子与电容204和比较器206的反相输入端子连接。在比较器206的同相输入端子上连接有将线圈电流转换为电压(未图示)的检测电压，比较器206的输出端子与NOR电路105的输入端子连接。
接着，说明软启动电路106的动作。图3示出了软启动电路的时序图。如该图所示，在电源接通后，在CLOCK端子207上输入矩形波信号。未作图示，该矩形波信号是通过对三角波产生电路104产生的矩形波信号进行分频而生成的。并且，在CLOCKB端子208上输入使CLOCK端子207的信号反转后的信号。当对CLOCK端子207输入了Hi(高)信号时，切换电路201接通。然后，从恒流电路205向电容203流入电流，进行电荷的蓄积，节点210的电位上升。接着，当CLOCK端子207变为Lo(低)时，CLOCKB端子208变为Hi，切换电路202接通。然后，电荷从电容203移动到电容204，节点211的电位上升。接着，当进行信号切换而对CLOCK端子207输入了Hi信号、对CLOCKB端子208输入了Lo信号时，切换电路201接通，切换电路202断开。于是，从恒流电路205向电容203流入电流，进行电荷的蓄积，节点210的电位上升。接着，当再次进行信号切换而对CLOCK端子207输入了Lo信号、对CLOCKB端子208输入了Hi信号时，切换电路201断开，切换电路202接通。于是，电荷从电容203移动到电容204，节点211的电位进一步上升。这样，节点211的电位逐渐升高。
电源接通后，在线圈中流过突入电流，检测电压急剧上升。此时，节点211的电压值低于检测电压，所以，比较器206输出Hi。于是，NOR电路105输出Lo，缓冲器107输出Lo，所以，EXT端子121为Lo，使NchFET 114截止。当NchFET 114截止时，突入电流受到限制。当突入电流受到限制时，检测电压下降而低于节点211的电压，由此，比较器206输出Lo。于是，停止使NchFET 114截止的动作，响应于PWM比较器102的信号，从而输出电压上升。当输出电压急剧上升时，再次流过突入电流，检测电压上升。此时，节点211的电压逐渐升高，所以比上次时高。因此，在比上次时高的检测电压下，比较器206发生反转而输出Hi。当比较器206输出Hi时，进行动作以便再次限制突入电流。反复进行这种动作，同时逐渐升高节点211的电压，所以，在逐渐变高的检测电压下比较器发生反转。这样，通过在逐渐升高的检测电压下使比较器反转，由此，使Vout 122逐渐上升。
通过改变电容203、204的电容值，能够调节软启动时间。通常，为了使储存在电容203中的电荷全部移动到电容204，电容204的电容值比电容203的电容值大。在该结构中，在要延长软启动时间的情况下，是增大电容204的电容值来延长软启动时间。但是，如果增大电容值，则芯片尺寸变大。这里，如上述所示，是通过改变输入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信号的频率，来调节使节点211逐渐升高的时间。这样，即使不增大电容值204，也能够调节使节点211升高的时间。即，通过改变输入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信号的频率，能够调节软启动时间。由此，不需要增大电容值，因此，无需增大芯片尺寸即可延长软启动时间。
图4是第2实施方式的DC-DC转换器的电路图。本实施方式的DC-DC转换器控制电路401具有：PWM比较器电路102、基准电压电路部423、误差放大器101、三角波产生电路104、软启动电路402、缓冲器107、FB端子120、和EXT端子121。并且，基准电压电路部423具有：比较器407、Nch(N沟道)晶体管405、Pch(P沟道)晶体管406和基准电压电路103。另外，如图5所示，软启动电路402从图2所示的电路中删除了比较器206和检测电压端子209。
对DC-DC转换器控制电路401的要素电路的连接和外置电路进行说明。
基准电压电路部423的输出端子与误差放大器101的同相输入端子连接。误差放大器101的反相输入端子与FB端子120连接，输出端子与PWM比较器102的同相输入端子连接。PWM比较器102的反相输入端子与三角波产生电路104连接，输出端子与缓冲器107的输入端子连接。缓冲器107的输出端子与EXT端子121连接。Nch晶体管114的栅极与EXT端子121连接，漏极与线圈112和二极管的阳极连接，源极接地。在线圈的相反侧，并联连接有电源端子110和输入电容111。二极管的阴极与电容115和输出端子122连接。在输出端子122处，并联连接有电阻117和电容116。电阻118与电阻117连接，其连接点与FB端子120连接。
在基准电压电路部423中，比较器407的反相输入端子与基准电压电路103和Nch晶体管405的源极连接，同相端子与软启动电路402的输出和Pch晶体管406的源极连接，输出端子与Nch晶体管405的栅极和Pch晶体管406的栅极连接。Nch晶体管405的漏极与基准电压电路部423的输出端子连接。Pch晶体管406的漏极与基准电压电路部423的输出端子连接。
上述软启动电路402与第1实施方式同样具有使节点211逐渐升高的功能。因此，软启动电路402的输出逐渐上升。电源接通时，软启动电路402的输出低于基准电压电路103，所以，比较器407输出Lo信号。于是，Pch晶体管406导通，Nch晶体管405截止，从基准电压电路部423的输出端子输出软启动电路402的输出电压。软启动电路402的输出逐渐升高，当比基准电压电路103大时，比较器407的输出从Lo切换为Hi。于是，Pch晶体管406截止，Nch晶体管405导通，从基准电压电路部423的输出端子输出基准电压电路103的电压。基准电压电路部423的输出电压与误差放大器101的同相输入端子连接，所以，在电源接通时，当误差放大器的同相端子逐渐上升时，误差放大器的输出也逐渐上升。于是，通过对逐渐上升的误差放大器101的输出与三角波产生电路104的输出进行比较，由此PWM比较器102的输出端子输出从窄占空比的脉冲逐渐变宽的占空比的脉冲。该脉冲经由缓冲器107输入到Nch晶体管114的栅极，控制输出电压逐渐上升。可通过这种方式来增大软启动时间。
通过改变输入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信号的频率，能够调节使软启动电路402的节点211逐渐升高的时间、即软启动时间。因此，无需改变电容203、204的大小即可延长软启动时间。由此，由于不用改变电容值，能够在不增大芯片尺寸的情况下，延长软启动时间。
如以上说明的那样，根据本实施方式的DC-DC转换器的软启动电路，可通过改变输入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信号的频率来改变软启动时间，所以，具有如下效果：能够在不增大电容值、即不增大芯片尺寸的情况下，延长软启动时间。

Claims (4)

1.一种DC-DC转换器，该DC-DC转换器具有软启动电路、PWM比较器电路、基准电压电路、误差放大器、三角波产生电路、缓冲器和NOR电路，其特征在于，
在所述软启动电路中，偏置电路与第一切换电路连接，所述第一切换电路的输出与第一电容和第二切换电路连接，所述第二切换电路的输出与第二电容连接，所述第一切换电路输入第一时钟信号，所述第二切换电路输入第二时钟信号。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述软启动电路通过改变所述第一和第二切换电路的所述第一和第二时钟信号的频率，来改变软启动时间。
3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述软启动电路的输出被输入到第二比较器的反相输入端子，所述第二比较器的同相输入端子输入检测电压，所述第二比较器的输出与NOR电路连接，所述PWM比较器电路的输出与所述NOR电路的另一个端子连接，所述第二比较器的输出作为线圈电流的限制电平而逐渐升高。
4.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述软启动电路的输出与第三比较器的同相输入端子和P沟道晶体管的源极连接，所述基准电压电路的输出与所述第三比较器的反相输入端子和N沟道晶体管的源极连接，所述第三比较器的输出与所述P沟道晶体管的栅极和所述N沟道晶体管的栅极连接，所述P沟道晶体管的漏极和所述N沟道晶体管的漏极与所述误差放大器的同相输入端子连接，逐渐升高基准电压的电压值。
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