CN102217179B - Dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有自举电路的DC-DC转换器，能够从长时间的开关暂停状态顺畅地恢复到通常状态。DC-DC转换器具备：自举电路(5)，其具有在低边开关(2)处于接通状态时被充电的电容器(51)，以电容器的充电电压提高高边开关(1)的接通驱动电压；控制电路(7)，其对高边开关(1)和低边开关(2)进行开关控制；和固定时间触发电路(6)，其在对高边开关(1)和低边开关(2)的开关控制的暂停进行指示的暂停信号变成无效时，使输出在固定时间内有效。控制电路(7)在固定时间触发电路(6)的输出有效时，对高边开关(1)进行关断控制，并且对低边开关(2)进行接通控制。

Description

DC-DC转换器
技术领域
本发明涉及DC-DC转换器，特别涉及DC-DC转换器中的高边开关的接通驱动电压的自举电路(bootstrap)。
背景技术
作为各种电子设备的直流电源，通常使用开关方式的DC-DC转换器。一般，DC-DC转换器对串联连接在输入电压与地之间的高边开关(highside switch)和低边开关(low side switch)进行开关控制，利用平滑电容器对蓄积在电感器中的电能进行平滑化来生成输出电压。
有时为了DC-DC转换器的小型化和性能的提高，利用N沟道MOSFET来构成高边开关。此时，需要将高边开关的接通驱动电压设在输入电压以上，因此设置自举电路。自举电路具备连接在高边开关和低边开关之间的连接点上的电容器，以该电容器的充电电压提高高边开关的接通驱动电压。
一般，在高边开关的接通驱动电压的自举电路中，为了不使电容器的电荷逆流向电源侧，在电容器和电源之间设置二极管。此外，有时代替二极管而设置压降小的开关晶体管来阻止电容器的充电电压的降低(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2007-195361号公报
若自举电路想要将高边开关的接通驱动电压提高至输入电压以上，则必须使低边开关在一定程度的期间内维持接通状态，从而使电容器充分充电。但是，如待机时或过电压检测后的暂时停止时等那样，在DC-DC转换器的开关动作暂停的期间达到长时间的情况下，电容器会进行放电，高边开关的接通驱动电压无法充分被提高。其结果，即使在动作再次开始时对高边开关进行接通控制，高边开关也不会被接通，存在无法顺畅地再次启动DC-DC转换器的隐患。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题是能够使具有自举电路的DC-DC转换器从长时间的开关暂停状态顺畅地恢复到通常状态。
为了解决上述课题，本发明采用了如下的结构。即，一种对串联连接在输入电压与地之间的高边开关和低边开关分别进行开关控制，使输入电压降压来生成输出电压的DC-DC转换器，具备自举电路，该自举电路具有在低边开关处于接通状态时被充电的电容器，以电容器的充电电压来提高高边开关的接通驱动电压，在从对高边开关和低边开关的开关控制的暂停进行指示的暂停信号变成无效起的固定时间内，对高边开关进行关断控制，并且对低边开关进行接通控制，在经过固定时间之后，开始高边开关的接通控制。具体而言，DC-DC转换器除了上述自举电路外，还具备：控制电路，其对高边开关和低边开关进行开关控制；和固定时间触发电路，其在对高边开关和低边开关的开关控制的暂停进行指示的暂停信号变成无效时，使输出在固定时间内有效。并且，控制电路在固定时间触发电路的输出有效时，对高边开关进行关断控制，并且对低边开关进行接通控制。
由此，在从暂停状态结束开始直到对高边开关进行接通控制为止的期间内，自举电路中的电容器被充电。因此，即使暂停状态持续很长时间而导致电容器放电，也能够在动作再次开始时使高边开关处于接通状态。由此、DC-DC转换器能够从暂停状态顺畅地恢复到通常状态。
(发明效果)
根据本发明，具有自举电路的DC-DC转换器能够从长时间的开关暂停状态顺畅地恢复到通常状态。
附图说明
图1是第1实施方式的DC-DC转换器的结构图。
图2是表示了图1中的固定时间触发电路的结构例的DC-DC转换器的结构图。
图3是图1的DC-DC转换器的动作时序图。
图4是第2实施方式的DC-DC转换器的结构图。
图5是表示了图4中的固定时间触发电路的结构例的DC-DC转换器的结构图。
图6是图4的DC-DC转换器的动作时序图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1表示第1实施方式的DC-DC转换器的结构。在输入电压Vin和地之间串联连接有高边开关1和低边开关2。这些开关都由N沟道MOSFET构成，分别由驱动器11、12来驱动。并且，使这些开关以规定的时间比率交替地导通，利用平滑电容器4对蓄积在电感器3上的电能进行平滑化，从而生成输出电压Vout。
自举电路5可由电容器51和二极管52构成。在低边开关2为接通状态时，从控制用电压VDD经由二极管52对电容器51进行充电。电容器51的低电位端与高边开关1的源极和驱动器11的基准电位端连接。因此，高边开关1和低边开关2以规定的时间比率交替地导通，从而电容器51被充电至电压VDD程度，并将其电荷作为高边开关1的接通驱动电力来进行供给。另一方面，向驱动器12提供电压VDD，以电压VDD对低边开关2进行接通驱动。
固定时间触发电路6在暂停信号BRK为无效(inactive)时，将作为输出的信号LON设为固定时间有效。暂停信号BRK是指示高边开关1和低边开关2的开关控制的暂停的信号，例如，若输出电压Vout达到允许上限值，则成为有效，若达到允许下限值，则成为无效。以下，为了便于说明，针对各信号，将有效设为“H”，将无效设为“L”。
图2表示了固定时间触发电路6的结构例。固定时间触发电路6可由接收暂停信号BRK并将其延迟输出的延迟电路61、以及对暂停信号BRK的反相和延迟电路61的输出之间的逻辑与进行运算的逻辑电路62构成。延迟电路61可由通过电阻元件611和电容器612构成的CR电路来实现。此时，CR时间常数成为延迟时间。因此，通过变更电阻元件611和电容器612的至少一方的元件值，能够调整延迟时间。另外，代替延迟电路61，也可以设置刻画固定时间的定时电路。
回到图1，控制电路7经由驱动器11、12分别对高边开关1和低边开关2进行开关控制。具体而言，控制信号产生电路71在使能信号EN有效时工作，输出用于控制高边开关1的控制信号S1和用于控制低边开关2的控制信号S2。在暂停信号BRK无效且固定时间触发电路6的输出无效时，使能信号EN有效。具体而言，可作为对暂停信号BRK和信号LON的或非逻辑进行运算的逻辑电路72的输出，来赋予使能信号EN。将控制信号S1直接输入到驱动器11。另一方面，向驱动器12输入对控制信号S2和信号LON的逻辑或进行运算的逻辑电路73的输出。即，在控制信号S2有效或者固定时间触发电路6的输出有效时，对低边开关2进行接通控制。另外，在如图2所示那样构成固定时间触发电路6的情况下，也可以代替信号LON而向逻辑电路72输入延迟电路61的输出。
图3表示本实施方式的DC-DC转换器的动作时序。在与DC-DC转换器连接的未图示的负载电路处于待机模式、即DC-DC转换器的负载非常轻的情况下，有时为了降低耗电，使DC-DC转换器间歇性工作。或者，若由于负载电流的急剧减少而在输出电压Vout中产生过冲，则有时需要暂时停止开关控制直到输出电压Vout恢复到目标值为止。在进行这样的间歇性动作时或过电压检测时等，暂停信号BRK在一定程度的期间内有效。若暂停信号BRK变成“H”，则使能信号EN变成“L”。因此，控制信号产生电路71停止工作，控制信号S1、S2都变成“L”。另一方面，在暂停信号BRK为“H”的期间，信号LON一直是“L”。
若暂停期间结束而信号BRK变成“L”，则信号LON变成“H”，但使能信号EN在信号LON变成“H”的期间一直是“L”。因此，由于控制信号产生电路71不再次开始工作，因此高边开关1不会被接通控制。另一方面，通过信号LON变成“H”，对低边开关2进行接通控制。由此，高边开关1变成关断状态、低边开关2变成接通状态，在暂停期间内进行了放电的电容器51被充电。
若经过固定时间触发电路6刻画的固定时间而信号LON变成“L”，则使能信号EN变成“H”。由此，控制信号产生电路71再次开始工作。此时，由于电容器51被充分充电，因此DC-DC转换器能够顺畅地恢复到通常状态。
以上，根据本实施方式，由于在暂停状态结束时对自举电路中的电容器进行充电，因此能够充分提高高边开关的接通驱动电压，从而能够顺畅地恢复到通常状态。
(第2实施方式)
图4表示第2实施方式的DC-DC转换器的结构。以下，说明与第1实施方式的不同点。
本实施方式的DC-DC转换器具备以迟滞幅度ΔV比较反馈了输出电压Vout的电压Vfb和基准电压Vr的迟滞比较器8。迟滞比较器8的输出成为暂停信号BRK。电压Vfb可以是输出电压Vout本身，也可以是将输出电压Vout电阻分压后的电压。
在控制电路7A中，作为暂停信号BRK的反相而提供控制信号产生电路71的使能信号EN。因此，若暂停状态结束，则控制信号产生电路71立即开始工作，再次启动未图示的外围电路，并且再次开始高边开关1和低边开关2的开关控制。暂停信号BRK成为无效之后的固定时间内，逻辑电路73的输出与控制信号S2无关地，根据固定时间触发电路6的输出而变成有效。因此，需要屏蔽控制信号S1，使得高边开关1和低边开关2不会同时成为接通状态。因此，向驱动器11输入对控制信号S1和信号LON的反相的逻辑与进行运算的逻辑电路74的输出。即，在控制信号S1有效且固定时间触发电路6的输出无效时，对高边开关1进行接通控制。
图5表示了固定时间触发电路6的结构例。延迟电路61A能够通过将反相电路连接多级来实现。通过变更其连接级数，能够调整延迟时间。另外，在如图5那样构成固定时间触发电路6的情况下，也可以代替信号LON而向逻辑电路74输入延迟电路61A的输出。
图6表示本实施方式的DC-DC转换器的动作时序。在如进行间歇性动作时这样的轻负载状态下，向电感器3提供比负载电流还大的电流，输出电压Vout上升。并且，若电压Vfb大于基准电压Vr+ΔV，则迟滞比较器8的输出即暂停信号BRK变成“H”。由此，使能信号EN变成“L”，控制信号产生电路71停止工作，高边开关1和低边开关2都处于关断状态，输出电压Vout下降。在这样的暂停期间内，通过使未图示的外围电路也停止工作，从而降低消耗电流。
若输出电压Vout下降而导致电压Vfb小于基准电压Vr，则暂停信号BRK变成“L”。由此，使能信号EN变成“H”，控制信号产生电路71和未图示的外围电路开始工作。此外，由于信号LON变成“H”，因此对低边开关2进行接通控制。另一方面，由于屏蔽了控制信号S1，因此高边开关1一直是关断状态。由此，在暂停期间内放电的电容器51被充电。
若经过固定时间触发电路6刻画的固定时间而信号LON变成“L”，则控制信号S1的屏蔽被解除。由此，对高边开关1进行接通控制。此时，由于电容器51被充分充电，因此DC-DC转换器能够顺畅地恢复到通常状态。
以上，根据本实施方式，能够在暂停状态结束时，在对自举电路的电容器进行充电的期间内再次开始外围电路的动作，因此能够更早恢复到通常状态。
另外，在上述各实施方式中，也可以代替自举电路5中的二极管52而使用开关晶体管来进行同步整流。此外，逻辑电路72、73、74可根据输入的信号逻辑而进行各种变形。
此外，也可以在固定时间触发电路6的输出变成无效后，不立即进行高边开关1的接通控制。例如，也可以设置比固定时间触发电路6刻画更长时间的定时电路，在该定时电路的计时结束之后对高边开关1进行接通控制。此时，由于在暂停期间结束后立即对自举电路5中的电容器51进行充电，因此能够从暂停状态顺畅地恢复到通常状态。
(产业上的可利用性)
本发明的DC-DC转换器能够从暂停状态顺畅地恢复到通常状态，因此作为具有待机模式的负载电路的电源装置有用。
符号说明
5      自举电路
51     电容器
6      固定时间触发电路
61     延迟电路
61A    延迟电路
62     逻辑电路
7    控制电路
72   逻辑电路(第一逻辑电路)
73   逻辑电路(第二逻辑电路)
74   逻辑电路(第一逻辑电路)
71   控制信号产生电路
8    迟滞比较器

Claims (6)

1.一种DC-DC转换器，其对串联连接在输入电压与地之间的高边开关和低边开关进行开关控制，使所述输入电压降压来生成输出电压，该DC-DC转换器的特征在于，具备：
自举电路，其具有在所述低边开关处于接通状态时被充电的电容器，以所述电容器的充电电压提高所述高边开关的接通驱动电压；
控制电路，其对所述高边开关和低边开关进行开关控制；和
固定时间触发电路，其具备赋予作为输出的信号的第一端子，在对所述高边开关和低边开关的开关控制的暂停进行指示的暂停信号变成无效时，使所述第一端子的信号在固定时间内有效；
所述控制电路在所述固定时间触发电路的所述第一端子的信号有效时，对所述高边开关进行关断控制，并且对所述低边开关进行接通控制。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述控制电路具有：
第一逻辑电路，其具备赋予作为输出的信号的第二端子，在所述暂停信号无效且所述固定时间触发电路的所述第一端子的信号无效时，使所述第二端子的信号有效，在除此之外的情况下，使所述第二端子的信号无效；
控制信号产生电路，其在所述第一逻辑电路的所述第二端子的信号有效时，输出用于控制所述高边开关的第一控制信号和用于控制所述低边开关的第二控制信号；和
第二逻辑电路，其具备赋予作为输出的信号的第三端子，在所述第二控制信号有效或者所述固定时间触发电路的所述第一端子的信号有效时，使所述第三端子的信号有效，在除此之外的情况下，使所述第三端子的信号无效；
所述高边开关和低边开关分别根据所述第一控制信号和所述第二逻辑电路的所述第三端子的信号来进行开关动作。
3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述控制电路具有：
控制信号产生电路，其在所述暂停信号无效时，输出用于控制所述高边开关的第一控制信号和用于控制所述低边开关的第二控制信号；
第一逻辑电路，其具备赋予作为输出的信号的第二端子，在所述第一控制信号有效且所述固定时间触发电路的所述第一端子的信号无效时，使所述第二端子的信号有效，在除此之外的情况下，使所述第二端子的信号无效；和
第二逻辑电路，其具备赋予作为输出的信号的第三端子，在所述第二控制信号有效或者所述固定时间触发电路的所述第一端子的信号有效时，使所述第三端子的信号有效，在除此之外的情况下，使所述第三端子的信号无效；
所述高边开关和低边开关分别根据所述第一逻辑电路的所述第二端子的信号和第二逻辑电路的所述第三端子的信号来进行开关动作。
4.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
所述固定时间触发电路具有：
延迟电路，其接收所述暂停信号并进行延迟输出；和
逻辑电路，其进行所述暂停信号和所述延迟电路的输出之间的逻辑运算。
5.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其特征在于，
该DC-DC转换器具备迟滞比较器，该迟滞比较器输出对反馈了所述输出电压的电压和目标电压进行比较而得到的结果。
6.一种DC-DC转换器，其对串联连接在输入电压与地之间的高边开关和低边开关分别进行开关控制，使所述输入电压降压来生成输出电压，该DC-DC转换器的特征在于，
该DC-DC转换器具备自举电路，该自举电路具有在所述低边开关处于接通状态时被充电的电容器，以所述电容器的充电电压来提高所述高边开关的接通驱动电压，
在从对所述高边开关和低边开关的开关控制的暂停进行指示的暂停信号变成无效起的固定时间内，对所述高边开关进行关断控制，并且对所述低边开关进行接通控制，在经过所述固定时间之后，开始所述高边开关的接通控制。
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