CN102545597B - 开关稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够通过简单的结构抑制输出电压的波动的开关稳压器。该开关稳压器具有：根据在电感器中流动的电流的方向，切换第一控制模式和第二控制模式的控制模式切换单元；作为误差放大器或比较器工作的放大器；通过开关单元与所述放大器连接的相位补偿单元，控制模式切换单元在第一控制模式下使开关单元接通来连接放大器和相位补偿单元，使放大器作为误差放大器工作，在第二控制模式下使开关单元关断来使放大器作为比较器工作。

Description

开关稳压器
技术领域
本发明涉及把在输入端子输入的输入电压变换为预定的恒定电压后从输出端子输出给负载的开关稳压器，尤其涉及能够通过简单的结构抑制输出电压的波动的开关稳压器。
背景技术
近年来，作为在小型电子设备中使用的高效率的电源电路，应用了使用电感器的非绝缘型的开关稳压器。
作为开关稳压器的控制方法，已知两种方式。一种是使一定频率的时钟脉冲的占空比(duty cycle)变化，将输出电压控制为恒定的PWM(Pulse WidthModulation)控制。另一种是脉冲宽度恒定，使时钟的周期变化，将输出电压控制为恒定的PFM(Pulse Frequency Modulation)控制。
在PWM控制中，即使是轻负载也按照一定的周期进行开关晶体管的接通/关断，所以向负载输出的电流小的轻负载情况下的效率恶化。与此相对，在PFM控制中，根据所连接的负载使开关晶体管进行开关的信号的频率变动，因此对于轻负载来说效率好于PWM控制。
因此，目前根据负载条件来切换PWM控制和PFM控制。
图3说明现有的开关稳压器。开关稳压器10把从输入端子VIN输入的输入电压变换为预定的恒定电压，将其作为输出电压从输出端子VOUT输出。开关稳压器10具有PWM控制用放大器11、PFM控制用放大器12、PWM/PFM模式控制电路13、PFM控制电路14、相位补偿电路15、切换开关16。
在开关稳压器10中，通过由PWM/PFM模式控制电路13切换切换开关16，切换PWM控制用放大器11和PFM控制用放大器12来切换PWM控制模式和PFM控制模式。
例如在专利文献1中记载了如此切换PWM控制和PFM控制来进行控制的开关稳压器。
在上述现有的开关稳压器10中，在PWM控制模式下，通过误差放大器进行输出电压的控制，在PFM控制模式下，通过比较器进行输出电压的控制。因此，由于误差放大器和比较器的偏移电压的差，在控制模式之间存在在输出电压中产生波动的问题。此外，在误差放大器中需要用于防止振荡的相位补偿电路15，所以响应速度降低，无法作为比较器来共用，电路规模增大。
【专利文献1】日本特开2009-278713号公报
发明内容
本发明是鉴于以上情况，为了解决以上问题而提出的，其目的在于提供一种能够通过简单的结构抑制输出电压的波动的开关稳压器。
本发明为了达成上述目的而采用以下结构。
本发明提供一种开关稳压器(100)，其把输入到输入端子(VIN)的输入电压变换为预定的恒定电压，从输出端子(VOUT)输出给负载，其中具有：第一以及第二开关晶体管(M10、M20)，其根据控制信号进行开关；电感器(LX)，其通过所述第一或第二开关晶体管(M10、M20)的开关，使用所述输入电压进行充电；控制模式切换单元(120)，其根据在所述电感器(LX)中流过的电流的方向，切换第一控制模式和第二控制模式；放大器(180)，其作为误差放大器或比较器进行工作；以及相位补偿单元(190)，其通过开关单元(SW10、SW20)与所述放大器(180)连接，所述控制模式切换单元(120)，在所述第一控制模式下使所述开关单元(SW10、SW20)接通，将所述放大器(180)与所述相位补偿单元(190)连接，使所述放大器(180)作为所述误差放大器工作，在所述第二控制模式下使所述开关单元(SW10、SW20)关断，使所述放大器(180)作为所述比较器工作。
此外，在本发明的开关稳压器中，所述第一控制模式是PWM控制模式，所述第二控制模式是PFM控制模式。
上述括号内的参照符号是为了容易理解而附加的，只不过是一个例子，不限于图示的方式。
根据本发明，能够通过简单的结构抑制输出电压的波动。
附图说明
图1是说明本发明的开关稳压器的图。
图2是说明控制模式间的输出电压的波动的图。
图3是说明现有的开关稳压器的图。
符号说明
100开关稳压器；110比较器；120PWM/PFM模式控制电路；
130PFM控制电路；140驱动电路；170PWM比较器；180放大器
具体实施方式
在本发明的开关稳压器中，在两个控制模式下共用放大器。本实施方式的两个控制模式是PWM控制模式和PFM控制模式，在PWM控制模式时对放大器连接相位补偿电路，使其作为误差放大器工作，在PFM控制模式时使放大器作为比较器工作。
以下参照附图说明本发明的开关稳压器。图1是说明本发明的开关稳压器的图。
本发明的开关稳压器100具有把输入到输入端子VIN的输入电压变换为预定电压，将其作为输出电压输出给负载的电感器LX。负载与输出端子VOUT连接，从输出端子VOUT输出输出电压。
本实施方式的开关稳压器100具有：开关晶体管M10、M20、M30；比较器110；PWM/PFM模式控制电路120；PFM控制电路130；驱动电路140；锯齿波生成电路150；振荡器160；PWM比较器170；放大器180；相位补偿电路190；电流限制电路195；开关SW10、20、30、40、50、60。
开关晶体管M10、M20是进行用于控制输入电压的输出的开关动作的晶体管。开关晶体管M10是PMOS晶体管，开关晶体管M20是NMOS晶体管。
比较器110根据电感器LX与开关晶体管M10、M20的连接点的电位，检测在电感器LX中流过的电流的逆流。在与输出端子VOUT连接的负载低于预定值时产生电流的逆流。
PWM/PFM模式控制电路120根据比较器110的输出，进行切换PWM控制模式和PFM控制模式的控制。具体地说，PWM/PFM模式控制电路120进行开关SW10～60的切换。此外，PWM/PFM模式控制电路120向PFM控制电路130输出模式切换信号。
PFM控制电路130在从PWM/PFM模式控制电路120提供了模式切换信号时，向驱动电路140输出控制开关晶体管M10、M20的开关的控制信号，进行PFM控制。
锯齿波生成电路150使用从振荡器160提供的信号生成预定频率的锯齿波。向PWM比较器170的同相输入端子提供该锯齿波。对PWM比较器170的反相输入端子提供放大器180的输出。使PWM比较器170的输出与开关SW50的一端连接。
还向PFM控制电路130提供放大器180的输出。此外，向放大器180的同相输入端子提供基准电压。放大器180的反相输入端子经由开关SW30、40向连接点A或B连接。连接点A的电压是对输出电压进行分压得到的第一电压，连接点B的电压是对输出电压进行分压得到的第二电压。
开关晶体管M30是控制整个开关稳压器100的接通/关断的开关元件，根据来自端子P的信号控制接通/关断。在本实施方式中，例如当在端子P输入了使开关晶体管M30截止的信号时，开关晶体管M30成为截止，将整个开关稳压器100关断。
电流限制电路195限制向负载流动的电流。电流限制电路195具有两个基准电压，通过开关SW60切换在PWM控制模式时和PFM控制模式时使用的基准电压。
本实施方式的开关SW10和开关SW20的一端与相位补偿电路190连接。开关SW10的另一端与放大器180的反相输入端子连接。开关SW20的另一端与放大器180的输出连接。
此外，本实施方式的开关SW30的一端与放大器180的反相输入端子连接，另一端与开关SW40的一端或连接点B中的某一方连接。开关SW40的另一端与连接点A或连接点B中的某一方连接。开关SW50的一端与OR电路101的一个输入连接，另一端与PFM控制电路130的输出或PWM比较器170的输出中的某一方连接。
OR电路101的另一输入与端子P连接。OR电路101的输出与OR电路102的一方的输入连接，在OR电路102的另一输入上连接有电流限制电路195具有的比较器196的输出。向触发器103的复位端子提供OR电路102的输出。向驱动电路140输出触发器103的输出。此外，向触发器103的置位端子提供来自振荡器160的时钟信号。开关SW60的一端与比较器196的反相输入端子连接。开关SW60的另一端与基准电压197或基准电压198中的某一方连接。
在本实施方式中，当根据比较器110，流过电感器LX的电流的方向变化时，PWM/PFM模式控制电路120向开关SW10～60输出切换信号。
以下说明PWM控制模式时的各开关的连接。在PWM控制模式时，使开关SW10和开关SW20接通，在放大器180上连接相位补偿电路190。开关SW30的另一端向连接点B连接。开关SW40的另一端连接在连接点A。开关SW50的另一端与PWM比较器170的输出连接。开关SW60的另一端与基准电压197连接。
然后，说明PFM控制模式时的各开关的连接。在PFM控制模式时，使开关SW10与开关SW20关断。开关SW30的另一端与开关SW40的一端连接，开关SW40的另一端与连接点A连接。开关SW50的另一端与PFM控制电路130的输出连接。开关SW60的另一端与基准电压198连接。
即在本实施方式中，在PWM控制模式时可以在放大器180上连接相位补偿电路190，作为误差放大器起作用，在PFM控制模式时可以切断放大器180与相位补偿电路190的连接，作为比较器起作用。因此，根据本实施方式，可以作为误差放大器和比较器共有一个放大器。
由此，在本实施方式中，不存在误差放大器与比较器的偏移电压的差，可以消除控制模式间的输出电压的波动。
图2是说明控制模式间的输出电压的波动的图。图2(A)说明现有的输出电压的波动，图2(B)说明本实施方式的输出电压的波动。
如图2(A)所示，在像现有的结构那样设置了误差放大器和比较器双方的情况下，在使用误差放大器的PWM控制模式时的输出电压、与使用比较器的PFM控制模式时的输出电压中，产生误差放大器与比较器的偏移电压量的波动。在本实施方式中，因为通过一个放大器共用作误差放大器和比较器，所以如图2(B)所示那样在控制模式间的输出电压中不产生波动。
因此，根据本实施方式，能够通过简单的结构抑制输出电压的波动。
本实施方式把将放大器180作为比较器使用的控制设为PFM控制，但是作为把放大器180作为比较器使用的控制，可以用于迟滞控制或波纹(ripple)控制。
以上，根据实施方式说明了本发明，但是本发明不限于在上述实施方式中表示的要件。关于这些方面，可以在不超出本发明的主旨的范围内进行变更，可以根据其应用方式来适当地决定。

Claims (2)

1.一种开关稳压器，把输入到输入端子的输入电压变换为预定的恒定电压，从输出端子输出给负载，其特征在于，具有：
第一以及第二开关晶体管，其根据控制信号进行开关；
电感器，其通过所述第一或第二开关晶体管的开关，使用所述输入电压进行充电；
控制模式切换单元，其根据在所述电感器中流过的电流的方向，切换第一控制模式和第二控制模式；
放大器，其作为误差放大器或比较器进行工作；以及
相位补偿单元，其通过开关单元与所述放大器连接，
所述控制模式切换单元，在所述第一控制模式下使所述开关单元接通，将所述放大器与所述相位补偿单元连接，使所述放大器作为误差放大器工作，
在所述第二控制模式下使所述开关单元关断，使所述放大器作为所述比较器工作。
2.根据权利要求1所述的开关稳压器，其特征在于，
所述第一控制模式是PWM控制模式，所述第二控制模式是PFM控制模式。
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