CN102594123A - 开关电源的控制电路、控制方法及开关电源、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种在轻负荷状态下开关频率稳定的开关电源。误差放大器(10)生成与反馈信号(VFB)和规定的基准电压(VREF)的误差对应的误差信号(VERR)。第一振荡器(12)生成具有斜坡部分的第一频率(f1)的第一周期信号(VOSCl)。第二振荡器(14)生成具有斜坡部分的比第一频率(f1)低的第二频率(f2)的第二周期信号(VOSC2)。第一脉冲调制器(16)生成具有与误差信号(VERR)对应的脉冲宽度的第一脉冲信号(S1),而且将脉冲宽度箝位到第一最小脉冲宽度(τMIN1)。第二脉冲调制器(24)生成具有与误差信号(VERR)对应的脉冲宽度的第二脉冲信号(S2)。合成部(30)合成第一脉冲信号(S1)和第二脉冲信号(S2),生成脉冲驱动信号(S5)。

Description

开关电源的控制电路、控制方法及开关电源、电子设备
技术领域
本发明涉及开关电源。
背景技术
为生成比输入电压高的电压或者低的电压,利用开关电源。开关电源具有输出电感器、输出电容器、开关晶体管以及用于控制开关晶体管的导通关断的控制电路。
为提高开关电源轻负荷时的效率,在轻负荷状态下有时降低开关元件的导通、关断切换的频度,亦即开关频率。由此谋求降低开关元件的导通电阻引起的损耗、开关元件的栅极电容的充放电电流引起的损耗、整流元件中的损耗。
专利文献1:日本特开平9-266664号公报
专利文献2:日本特开平6-006969号公报
专利文献3:日本特开平10-108457号公报
专利文献4:日本特开2008-172909号公报
专利文献5:日本特开2005-261009号公报
专利文献6:日本特开平7-222438号公报
1.但是,当负荷变轻,开关频率降低时,进入20~20kHz程度的可听频带,有时装载开关电源的装置(电子设备)的用户会将开关感知为音响噪声,不理想。另外,即使未作为音响噪声听到,有时开关频率变动也不理想。
本发明鉴于这样的课题做出,其某种方式例示的目的之一是提供在轻负荷状态下开关频率稳定的开关电源。
2.对于开关电源的开关晶体管,要求高耐压、低导通电阻、低漏电流这样相反的3种特性。一般,漏电流低、导通电阻低的MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor)难于在耐压低、升压型的开关电源中使用。当作为开关晶体管利用高耐压元件时,其导通电阻升高。当降低开关晶体管的栅极阈值电压时,虽然能够降低导通电阻,但是漏电流增加,轻负荷时的效率降低。
本发明鉴于这样的课题做出,其某种方式例示的目的之一是提供很好地权衡具备高耐压、低导通电阻、低漏电流的开关电源。
发明内容
1.本发明的某种方式涉及包含开关元件的升压型、降压型或者升降压型的开关电源的控制电路。控制电路具有:误差放大器,用于生成与表示开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号;第一振荡器,生成第一频率的第一周期信号;第二振荡器,生成具有斜坡部分的比第一频率低的第二频率的第二周期信号;第一脉冲调制器,其根据与误差信号对应的信号以及第一周期信号,生成具有与误差信号对应的脉冲宽度且具有第一频率的第一脉冲信号,并且将第一脉冲信号的脉冲宽度箝位到规定的第一最小脉冲宽度;第二脉冲调制器,其通过比较与误差信号对应的信号和第二周期信号,生成具有与误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号;合成部,合成第一脉冲信号和第二脉冲信号,并生成驱动脉冲信号;以及驱动器,根据驱动脉冲信号驱动开关元件。
在重负荷状态下,调节第一脉冲信号的脉冲宽度,在轻负荷状态下,第一脉冲信号的脉冲宽度被固定在第一最小脉冲宽度,并且第二脉冲信号的脉冲宽度根据负荷变化,第一脉冲信号被屏蔽。其结果,在轻负荷状态下,能够减少脉冲数,能够提高效率,同时能够将开关频率固定在第二频率。
第一脉冲调制器,也可以随误差信号降低而缩短第一脉冲信号的脉冲宽度,当误差信号变得比某阈值电平低时,箝位到第一最小脉冲宽度。第二脉冲调制器,也可以在第一脉冲信号的脉冲宽度被箝位的状态下,随误差信号降低缩短第二脉冲信号的脉冲宽度。
第一周期信号,也可以具有在第一下限电平和比第一下限电平高的第一上限电平之间变化的斜坡部分。第二周期信号,也可以在比第一下限电平低的第二下限电平和比第二下限电平高的第二上限电平之间变化。第一脉冲调制器,也可以通过比较误差信号和第一周期信号生成第一脉冲信号,第二脉冲调制器,也可以通过比较误差信号和第二周期信号生成第二脉冲信号。
第二上限电平也可以设定得比第一下限电平高。在这种情况下能够防止不灵敏带。
第一振荡器也可以包含第一电容器和第一充放电电路,所述第一充放电电路当第一电容器的电压达到第一上限电平时开始放电、当第一电容器的电压达到第一下限电平时开始充电,第一振荡器将第一电容器的电压作为第一周期信号输出,并且根据充放电电路的充电状态和放电状态的切换而输出电平转移的同步时钟。第二振荡器也可以包含第二电容器、对同步时钟进行分频的分频器和与分频后的同步时钟同步进行第二电容器的充放电的第二充放电电路,将第二电容器的电压作为第二周期信号输出。
第二振荡器也可以生成在第一脉冲信号的第一最小脉冲宽度的区间内具有斜坡、在除此以外的区间平坦的第二周期信号。
在这种情况下能够防止不灵敏带。
第一脉冲调制器也可以包含比较器和SR触发器(flip-flop),所述比较器比较与在开关电源的电感器中流过的电流对应的电流检测信号和误差信号,生成置位脉冲,所述SR触发器在其置位端子上输入置位脉冲,在其复位端子上输入第一周期信号。
合成部也可以在合成第一脉冲信号和第二脉冲信号得到的信号上,进而合成具有比第一最小脉冲宽度短的第二最小脉冲宽度的第三脉冲信号,从而生成驱动脉冲信号。
本发明的另一种方式是开关电源。该开关电源具有开关晶体管;与开关晶体管连接的具有电感器元件、输出电容器和整流元件的输出电路;以及驱动开关晶体管的上述任何一种方式的控制电路。
本发明的再一种方式是电子设备,该电子设备具有上述的开关电源。
2.本发明的另一种方式涉及将在输入端子上施加的输入电压降压或者升压,从输出端子输出稳定在规定的目标值的输出电压的开关电源的控制电路。控制电路具有:在开关电源的电感性元件的一端和固定电压端子之间依次串联设置的第一开关晶体管以及第二开关晶体管;驱动脉冲信号生成部,生成占空比被调节的驱动脉冲信号,以使输出电压接近目标值;第一驱动器,根据驱动脉冲信号对第一开关晶体管的导通、关断进行开关转换;以及第二驱动器,至少在第一开关晶体管导通的期间使第二开关晶体管导通。第一开关晶体管的耐压构成为比第二开关晶体管的耐压高。
根据该方式,通过第一开关晶体管能够确保耐压,通过第二开关晶体管能够确保低漏电流。
第一开关晶体管也可以是软增强型或者耗尽型的MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)。
也可以是,第一驱动器在第二开关晶体管导通后使第一开关晶体管导通,第二驱动器在第一开关晶体管关断后使第二开关晶体管关断。
也可以是,第一驱动器根据第二开关晶体管的栅极信号和驱动脉冲信号驱动第一开关晶体管,第二驱动器根据第一开关晶体管的栅极信号驱动第二开关晶体管。
脉冲信号生成部也可以具有:误差放大器,用于生成与表示开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号;第一振荡器,生成具有斜坡部分的第一频率的第一周期信号;第二振荡器,生成具有斜坡部分的比第一频率低的第二频率的第二周期信号;第一脉冲调制器,其通过比较与误差信号对应的信号和第一周期信号,生成具有与误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将第一脉冲信号的脉冲宽度箝位到规定的第一最小脉冲宽度;第二脉冲调制器,其通过比较与误差信号对应的信号和第二周期信号,生成具有与误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号;以及合成部,合成第一脉冲信号和第二脉冲信号,并生成驱动脉冲信号。第一驱动器也可以根据驱动脉冲信号对第一开关晶体管进行开关转换,第二驱动器也可以根据第二脉冲信号对第二开关晶体管进行开关转换。
第二驱动器也可以根据驱动脉冲信号对第二开关晶体管进行开关转换。
控制电路也可以在一个半导体基板上一体集成。
本发明的另一种方式是开关电源。该开关电源具有上述任何一种方式的控制电路。
本发明的再一种方式是电子设备,该电子设备具有上述的开关电源。
此外,将以上的结构要素的任意的组合、或者本发明的结构要素或表观在方法、装置、系统等之间互换,作为本发明的方式是有效的。
根据本发明的某种方式,能够提供在轻负荷状态下开关频率稳定的开关电源。另外,根据别的方式,能够很好地权衡实现高耐压、低导通电阻、低漏电流的开关电源。
附图说明
图1是表示具有第一实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。
图2(a)~(e)是表示图1的开关电源的动作的时序图。
图3是用于消除不灵敏带的第二周期信号的波形图。
图4是表示控制电路的一部分的具体的结构例的电路图。
图5是表示第一变形例的开关电源的结构的电路图。
图6是表示第二变形例的开关电源的结构的电路图。
图7是表示第三变形例的开关电源的结构的电路图。
图8(a)~(d)是表示第四变形例的开关电源的动作的波形图。
图9是表示具有第二实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。
图10(a)、(b)是表示图9的开关电源的动作例的时序图。
图11是表示具有第三实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。
图12(a)~(e)是表示图11的开关电源的动作的时序图。
图13是用于消除不灵敏带的第二周期信号的波形图。
图14是表示控制电路的一部分的具体的结构例的电路图。
具体实施方式
下面根据优选的实施方式参照附图说明本发明。对各图中表示的同一或者同等的结构要素、构件、处理附以同一符号,适当省略重复的说明。另外,实施方式并不限定发明而是例示,实施方式中记述的所有特征或其组合,不一定是发明的本质。
在本说明书中,所谓“构件A与构件B连接的状态”,除构件A与构件B直接物理连接的情况之外,还包含构件A与构件B通过对于电气连接状态不产生影响的其他的构件间接连接的情况。另外所谓“构件C在构件A和构件B之间设置的状态”,除构件A与构件C或者构件B与构件C直接连接的情况外,还包含通过对于电气连接状态不产生影响的其他的构件间接连接的情况。
(第一实施方式)
图1是表示具有第一实施方式的开关电源2的电子设备1的结构的电路图。电子设备1例如是便携电话终端、PDA(Personal Digital Assistants)、便携式音频播放机、数字照相机等电池驱动型设备,具有开关电源2以及负荷电路4。开关电源2是,在其输入端子P1上接受来自未图示的电池或者AC适配器的直流的输入电压VIN,将其升压,对于在输出端子P2上连接的负荷电路4输出输出电压VOUT的升压型的DC/DC变换器。负荷电路4是需要比电池电压高的电压作为其电源的电路,不特别限定。
开关电源2具有开关晶体管M1、输出电路102、以及控制电路100。在图1中,开关晶体管M1内置于控制电路100内,但是也可以外附。
开关电源2是通过反馈使输出电压VOUT稳定的电压方式的DC/DC变换器。输出电压VOUT通过电阻R1、R2分压,作为与输出电压VOUT对应的检测信号VFB,输入到控制电路100的反馈(FB)端子。
输出电路102包含电感器L1、整流元件D1、输出电容器C1。因为输出电路102的结构是一般的升压型DC/DC变换器的平滑整流电路,所以这里省略详细的说明。也可以代替整流元件D1,设置同步整流用晶体管。
开关晶体管M1设置在电感器L1的一端连接的开关端子SW和接地端子之间。控制电路100对开关晶体管M1进行开关转换,以使与作为开关电源2的电状态之一的输出电压VOUT对应的检测信号VFB接近规定的基准值。由此,不依赖输入电压VIN和负荷电路4的状态,输出电压VOUT被稳定。
控制电路100,除了开关晶体管M1之外,具有误差放大器10、第一振荡器12、第二振荡器14、第一脉冲调制器16、第二脉冲调制器24、合成部30、第二最小脉冲宽度信号生成部36、驱动器40。
误差放大器10生成与表示作为开关电源2的电状态的输出电压VOUT的反馈信号VFB和规定的基准电压VREF的误差对应的误差信号VERR。误差放大器10例如包含gm放大器11、电容器C2、电阻R3。gm放大器11生成与反馈信号VFB和基准电压VREF的误差对应的输出电流。通过由gm放大器11的输出电流对电容器C2充放电,生成误差信号VERR。电阻R3以及电容器C2起相位补偿的功能。误差信号VERR的电压电平在VFB>VREF时上升,在VFB<VREF时下降。
第一振荡器12生成周期性的具有斜坡部分的第一周期信号Vosc1。将第一周期信号Vosc1的频率作为第一频率f1。例如第一频率f1设定为在高负荷状态下开关电源2能够实现充分的反馈控制的值。第一周期信号Vosc1可以是三角波,也可以是锯齿波。
第二振荡器14生成周期性的具有斜坡部分的第二周期信号Vosc2。将第二周期信号Vosc2的频率设定为比第一频率f1低的第二频率f2。第二频率f2期望为比作为可听频带的20~20kHz高的频率。第二周期信号Vosc2也可以是三角波或者锯齿波。
谈到第一频率f1和第二频率f2的关系,期望第一频率f1是第二频率f2的整数倍,更理想的是2m倍(m是自然数)。由此,通过将一方的频率分频或者倍频,能够容易地生成另一方的频率。在本实施方式中,设第一频率f1=400kHz,第二频率f2=400/16=25kHz。
第一脉冲调制器16通过比较与误差信号VERR对应的信号与第一周期信号Vosc1生成第一脉冲信号S1。在图1中,与误差信号VERR对应的信号是误差信号VERR自身,但是也可以比较将其电平移位、分压、或者进行其他的信号处理后的信号与第一周期信号Vosc1
第一脉冲信号S1的脉冲宽度(占空比)τ1根据误差信号VERR变化。亦即被脉宽调制。另外,第一脉冲调制器16构成为能够将第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1箝位到规定的第一最小脉冲宽度τMIN1
第一脉冲调制器16具体具有第一比较器18、第一最小脉冲宽度信号生成部20、第一逻辑门22。第一比较器18比较误差信号VERR与第一周期信号Vosc1,在VERR>Vosc1时生成成为高电平的第一中间脉冲信号S1’。第一中间脉冲信号S1’的脉冲宽度(占空比)随误差信号VERR降低而变短。
第一最小脉冲宽度信号生成部20生成具有第一频率f1、并具有第一最小脉冲宽度τMIN1的第一最小脉冲宽度信号S3。第一逻辑门22通过逻辑合成第一中间脉冲信号S1’和第一最小脉冲宽度信号S3,具体说通过取逻辑和,生成第一脉冲信号S1。第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1被箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1,不成为其以下。
第二脉冲调制器24通过比较与误差信号VERR对应的信号和第二周期信号Vosc2生成具有与误差信号VERR对应的脉冲宽度τ2的第二脉冲信号S2。第二脉冲调制器24包含第二比较器26。第二比较器26比较误差信号VERR与第二周期信号Vosc2,在VERR>Vosc2时生成成为高电平的第二脉冲信号S2。第二脉冲信号S2的脉冲宽度(占空比)τ2随误差信号VERR降低而变短。亦即第二脉冲信号S2也被脉冲宽度调制。
第一脉冲调制器16随误差信号VERR降低而缩短第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1。另外,当误差信号VERR变得比规定的阈值电平Vth小时将脉冲宽度τ1箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1。另一方面,第二脉冲调制器24,在第一脉冲信号S1的脉冲宽度被箝位的状态下,随误差信号VERR降低而缩短第二脉冲信号S2的脉冲宽度。
为实现这点,第一振荡器12使第一周期信号Vosc1在第一下限电平VL1和比第一下限电平高的第一上限电平VH1之间变化。另一方面,第二振荡器14使第二周期信号Vosc2在比第一下限电平VL1低的第二下限电平VL2和比第二下限电平VL2高的第二上限电平VH2之间变化。优选使第二下限电平VL2比gm放大器11的输出电压范围的下限值(例如0.2V)高。
第一脉冲调制器16通过比较误差信号VERR与第一周期信号Vosc1生成第一脉冲信号S1。另外,第二脉冲调制器24通过比较误差信号VERR与第二周期信号Vosc2生成第二脉冲信号S2。
合成部30合成第一脉冲信号S1和第二脉冲信号S2,生成驱动脉冲信号S5。具体说,通过使用第二脉冲信号S2屏蔽第一脉冲信号S1,生成驱动脉冲信号S5。进而,合成部30对驱动脉冲信号S5的脉冲宽度进行箝位,以不使其成为规定的第二最小脉冲宽度τMIN2以下。
合成部30具有第二逻辑门32、第三逻辑门34、第二最小脉冲宽度信号生成部36。第二逻辑门32是“与”(AND)门,生成与第一脉冲信号S1和第二脉冲信号S2的逻辑积对应的信号S5’。第二最小脉冲宽度信号生成部36生成具有第二频率f2、并具有第二最小脉冲宽度τMIN2的第二最小脉冲宽度信号S4。第三逻辑门34通过取两个信号S5’与S4的逻辑和,将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度限制在第二最小脉冲宽度τMIN2以上。
驱动器40根据驱动脉冲信号S5驱动开关晶体管M1。其结果,调节开关晶体管M1的导通、关断的占空比,以使反馈信号VFB与基准电压VREF一致,使输出电压VOUT稳定。
到此是具有控制电路100的开关电源2的结构。接着说明其动作。
图2(a)~(e)是表示图1的开关电源2的动作的时序图。在图2(a)中表示第一周期信号Vosc1、第二周期信号Vosc2以及各种电平的误差信号VERR1~4。图2(b)~(e)表示误差信号VERR1~VERR4各个中的各脉冲的波形。
如图2(b)所示,在误差信号VERR比较大时(VERR1),第一脉冲信号S1具有与误差信号VERR对应的脉冲宽度τ1。此时,因为VERR1>Vosc2,所以第二脉冲信号S2持续高电平。其结果,驱动脉冲信号S5成为与第一脉冲信号S1相同的脉冲信号。
随着误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1变短,当误差信号VERR变得比某电平低时,第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1被箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1。如图2(c)所示,即使对于误差信号VERR2,第二脉冲信号S2也持续高电平。此时的驱动脉冲信号S5成为具有第一最小脉冲宽度τMIN1,频率是f1的脉冲信号。
参照图2(d)。即使误差信号VERR进一步降低(VERR3),第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1也被固定在第一最小脉冲宽度τMIN1。另外,第二脉冲信号S2的脉冲宽度根据误差信号VERR决定。亦即,在驱动脉冲信号S5中包含的脉冲数根据误差信号VERR变化。
参照图2(e)。当误差信号VERR进一步降低时(VERR4),第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2变小。另外,驱动脉冲信号S5的各周期的最后的脉冲的脉冲宽度τ1随第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2的减小而缩短,不久最后的脉冲消失。随第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2进一步缩短,在第二脉冲信号S2的各高电平期间包含的、驱动脉冲信号S5的脉冲数减少。不久,在第二脉冲信号S2的各高电平期间,成为分别仅包含开头的驱动脉冲信号S5。当第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2进一步缩短到比第一最小脉冲宽度τMIN1短时,驱动脉冲信号S5的脉冲宽度减小,在减小到第一最小脉冲宽度τMIN1的地方被箝位。
以上是开关电源2的动作。
根据该开关电源2,在负荷重时,因为在VL1<VERR<VH1的区域内动作,所以第一脉冲信号S1的占空比被调节,以第一频率f1驱动开关晶体管M1。
随着负荷变轻误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的占空比变短。不久当成为VERR<Vth时以第一最小脉冲宽度τ1开关晶体管M1被开关转换。
进而,当负荷变轻时,在VL2<VERR<VH2的范围内动作。随着负荷变轻,第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2缩短,第一脉冲信号S1的一部分被屏蔽,开关晶体管M1的有效的导通时间降低。
最后,当第二脉冲信号S2变短时,在驱动脉冲信号S5中仅剩第一脉冲信号S1的开头的脉冲,开关晶体管M1的驱动频率变得等于第二频率f2。另外,驱动脉冲信号S5的开头的脉冲宽度降低到第二最小脉冲宽度τMIN2,在轻负荷状态下,能够以极短的脉冲间歇地对开关晶体管M1进行开关转换。
亦即在开关电源2中,即使在轻负荷状态下,开关晶体管M1的开关频率也仅低到第二频率f2。亦即,在轻负荷状态下,与以间歇方式(也称脉冲频率调制方式)动作的现有的开关电源相比,能够抑制频率的变动。
如果将第二频率f2设定为比可听频带高,则也能够抑制音响噪声的发生。
以上是开关电源2的基本的结构、动作以及效果。接着说明其变形例或者具体的结构例。
在图1的开关电源2中,存在即使误差信号VERR变化,驱动脉冲信号S5的有效的导通时间也不变化的不灵敏带,从系统的稳定性的观点看不理想。例如作为不灵敏带引起的现象,有时在轻负荷状态下第二脉冲信号S2的脉冲宽度振动,在第二脉冲信号S2的一周期中包含的第一脉冲信号S1的个数振动。
例如在图2(a)中,表示出第一下限电平VL1和第二上限电平VH2几乎相等的情况,但是在这种情况下,在VH2<VERR<Vth的范围内,发生即使误差信号VERR变化而驱动脉冲信号S5也不变化的不灵敏带(死带)。为防止这点,只要使VH2>VL1,进而使
Figure BSA00000659939700091
即可。由此,当误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的脉冲宽度被箝位时,因为第二脉冲信号S2的脉冲宽度立即变短,所以能够消除不灵敏带。
另外,即使在VL2<VERR<VH2的范围内也应该注意存在不灵敏带。亦即第二脉冲信号S2的后缘(负边缘)在第一脉冲信号S1是低电平的区间内变化时,误差信号VERR的变化不作为驱动脉冲信号S5的变化出现。该问题通过在第二周期信号Vosc2的波形上想办法可以解决。
图3是为消除不灵敏带的第二周期信号Vosc2的波形图。第二振荡器14生成在第一脉冲信号S1成为高电平的第一最小脉冲宽度τMIN1的区间内有斜坡、在除此以外的区间内成为平坦那样的第二周期信号Vosc2。由此能够消除不灵敏带。
图4是表示控制电路100的一部分的具体的结构例的电路图。在图4中,在控制电路100中,表示出第一振荡器12、第二振荡器14、第一最小脉冲宽度信号生成部20、第二最小脉冲宽度信号生成部36。
第一振荡器12包含第一电容器Ca1和第一充放电电路50。第一电容器Ca1的一端接地。第一充放电电路50当第一电容器Ca1的电压V1达到第一上限电平VH1时开始放电,当第一电容器Ca1的电压V1达到第一下限电平VL1时开始充电。第一振荡器12将第一电容器Ca1的电压V1作为第一周期信号Vosc1输出。
第一充放电电路50包含电流源CS1、CS2、CS3、比较器CMP1、电阻R11、R12、开关SW1。电流源CS1向第一电容器Ca1提供充电电流ICH。电流源CS2构成为可在导通、关断之间切换,在导通状态下使第一电容器Ca1以放电电流IDIS放电。
电流源CS3、电阻R11、R12以及开关SW1构成生成电压VL1、VH1的电压源。电流源CS3生成基准电流IREF。在开关SW1的导通状态下,生成第一下限电平VL1=IREF×R11。在开关SW1的关断状态下,生成第一上限电平VH1=IREF×(R11+R12)。比较器CMP1比较第一电容器Ca1的电压与基准电压VL1/VH1,根据比较结果切换开关SW1的导通、关断,同时切换电流源CS2的导通、关断。
通过该第一振荡器12,生成峰值为VH1、底为VL1的锯齿波的第一周期信号Vosc1
比较器CMP1的输出信号(同步时钟)CLK,根据充放电电路(CS1、CS2)的充电状态和放电状态的切换而电平转移。同步时钟CLK通过反相器N3反转,向第一最小脉冲宽度信号生成部20以及第一充放电电路50输出。
第一最小脉冲宽度信号生成部20包含低通滤波器LPF1、LPF2、缓冲器BUF1、反相器N1、N2、“与非”(NAND)门NA1。低通滤波器LPF1对输入的同步时钟CLK#(#表示逻辑反转)进行滤波。缓冲器BUF1是接受低通滤波器LPF1的输出的迟滞(hysteresis)缓冲器(施密特缓冲器)。低通滤波器LPF1以及缓冲器BUF1将同步时钟CLK1延迟第一最小脉冲宽度τMIN1,生成同步时钟CLK1。
进而,通过低通滤波器LPF2、缓冲器BUF2延迟同步时钟CLK,生成同步时钟CLK2。通过取同步时钟CLK1和同步时钟CLK2的反转信号CLK2#的逻辑积,生成具有第一最小脉冲宽度τMIN1的第一最小脉冲宽度信号S3。
第二振荡器14具有第二电容器Ca2、分频器52、第二充放电电路54。分频器52对同步时钟CLK2#进行分频。分频器52包含m级1/2分频器。在设置4级分频器的情况下,同步时钟CLK2#被1/16分频。亦即从该分频器52输出具有第二频率f2的脉冲信号S6。
第二充放电电路54包含电流源CS4、CS5、放电开关SW2。
在分频器52中,在各级生成的分频后的m个信号,通过“与”(AND)门A1,从“与”(AND)门A1,在同步时钟CLK2#的脉冲中,16次生成一次被肯定(assert)(高电平)的脉冲信号S7。该脉冲信号S7具有第二频率f2,脉冲宽度与同步时钟CLK的脉冲宽度相等。当脉冲信号S7被肯定时,电流源CS5导通,第二电容器Ca2被充电。通过由电流源CS5的充电,第二周期信号Vosc2从0V急剧增大到第二下限电平VL2。第二下限电平VL2根据来自电流源CS5的充电电流ICH2决定。
VL2=τMIN1×ICH2/Ca2
其后,每次第一最小脉冲宽度信号S3被肯定(高电平)时,电流源CS4导通,向第二电容器Ca2提供充电电流ICH1,第二电容器Ca2被充电。充电电流ICH1的电流值,规定图3的第二周期信号Vosc2的第二周期以后的斜坡的倾斜度。
第二最小脉冲宽度信号生成部36,和第一最小脉冲宽度信号生成部20同样构成。第二最小脉冲宽度信号生成部36接受第二频率f2的脉冲信号S6,生成具有第二最小脉冲宽度τ2的第二最小脉冲宽度信号S4。放电开关SW2在每次第二最小脉冲宽度信号S4被肯定时导通,第二电容器Ca2的电荷放电。
通过图4的第二振荡器14,如图3所示,在第一最小脉冲宽度信号S3的导通区间内,能够生成具有斜坡的第二周期信号Vosc2
所述实施方式是例示,本领域技术人员理解,通过它们的各结构要素或者各处理过程的组合能够实现各种变形例,另外那样的变形例也在本发明的范围内。
虽然关于升压型的开关电源说明了实施方式,但是本发明也能够应用于降压型、升降压型的开关电源。进而,也可以在代替电感器L1具有变压器的绝缘型开关电源中应用。
在实施方式中,说明了通过使用第二最小脉冲宽度信号S4,将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度箝位到规定的第二最小脉冲宽度τMIN2的情况。如果从减低听觉噪声的观点说,将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度箝位到规定的第二最小脉冲宽度τMIN2是有利的。另一方面,即使不箝位,有时也感觉不到噪声。在这种情况下,可以省略第二最小脉冲宽度信号生成部36以及第三逻辑门34,能够削减电路面积。
另外,在实施方式中说明了电压方式的开关电源,但是也能够应用于尖峰电流方式或者平均电流方式等别的方式的开关电源。本领域技术人员理解,在这种情况下,只要根据反馈方式变更第一脉冲调制器16以及第二脉冲调制器24的结构即可。
(第一变形例)
图5是表示第一变形例的开关电源2a的结构的电路图。开关电源2a具有尖峰电流方式的控制电路100a。
在开关晶体管M1的源极和接地端子之间设置检测电阻Rs。放大器60通过放大检测电阻Rs的电压降,生成与在电感器L1中流过的电流对应的电流检测信号VCS。此外,电流检测信号VCS的生成方法不限于此。
第一振荡器12a,生成具有第一频率f1的复位脉冲SRESET以及相位补偿用的斜坡信号SSLOPE
第一脉冲调制器16a,基于复位脉冲SRESET以及相位补偿用的斜坡信号SSLOPE,生成具有第一频率f1、且具有与误差信号VERR对应的脉冲宽度的第一脉冲信号S1,并且将第一脉冲信号S1的脉冲宽度箝位到规定的第一最小脉冲宽度τMIN1
第一比较器18a,比较在电流检测信号VCS上重叠斜坡信号SSLOPE后得到的信号与误差信号VERR,生成与比较结果对应的置位脉冲SSET
在SR触发器19的置位端子上输入置位脉冲SSET,在复位端子上输入来自第一振荡器12a的复位脉冲SRESET,从SR触发器19的输出端子输出脉宽调制后的脉冲信号S1’。
根据图5的开关电源2a,能够得到与图1的开关电源2同样的效果。
本领域技术人员理解,本发明也能够应用于平均电流方式、或者固定导通时间、固定关断时间方式的开关调节器。
此外,也可以在图5的控制电路100a上追加第二最小脉冲宽度信号生成部36以及第三逻辑门34,将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度以第二最小脉冲宽度τMIN2限制。
(第二变形例)
图6是表示第二变形例的开关电源2b的结构的电路图。开关电源2b是降压型的开关调节器,控制电路100b与图1同样,以电压方式构成。输出电路102b包含电感器L2、整流用二极管D2、输出电容器C1,具有降压型开关调节器的拓扑结构。此外,代替整流用二极管D2,也可以使用同步整流用晶体管。
开关晶体管M2通过驱动器40驱动。图1的第三逻辑门34,在图6中被置换为“或非”(NOR)门34b。
即使在图6中,不用说也可以省略第三逻辑门34b以及第二最小脉冲宽度信号生成部36。在省略第三逻辑门34b的情况下,代之为只要插入反相器(图7的反相器34c)即可。
(第三变形例)
图7是表示第三变形例的开关电源2c的结构的电路图。开关电源2c是升降压型的开关调节器,控制电路100c与图1、图6同样,用电压方式构成。
输出电路102c具有升降压开关调节器的拓扑结构。开关晶体管M1以及M2也可以内置在控制电路100c内。
用于驱动开关晶体管M2的驱动脉冲信号S5b通过脉冲发生器60生成。用于驱动开关晶体管M1的驱动脉冲信号S5a通过脉冲发生器62生成。脉冲发生器60以及62的结构与图1或图6表示的结构相同。
在图7中,为限制脉冲宽度,也可以在驱动脉冲信号S5a、S5b的各个的路径上,追加第二最小脉冲宽度信号生成部36以及第三逻辑门34。
本领域技术人员理解,即使在图6或图7所示的降压型、或者升降压型的开关调节器中,也能够应用图5所示那样的尖峰电流方式、或者平均电流方式、固定导通时间(关断时间)方式的结构。
(第四变形例)
在第一周期信号Vosc1的频率f1是第二周期信号Vosc2的频率f2的K倍(K是2以上的整数)时,第一最小脉冲宽度信号S3,在第二周期信号Vosc2的一周期内,包含K个脉冲。在迄今的实施方式以及变形例中,K个脉冲的脉冲宽度都相等地设定为第一最小脉冲宽度τMIN1
对此在变形例4中,第一脉冲调制器以对每一脉冲规定的最小值为下限,对在第一脉冲信号中包含的各脉冲的脉冲宽度进行箝位。第四变形例也可以与所述任何一种实施方式以及变形例组合。
具体说,在第一最小脉冲宽度信号S3中包含的K个脉冲中的几个脉冲宽度设定为比第一最小脉冲宽度τMIN1长。例如第一最小脉冲宽度信号生成部20,也可以在K个脉冲中,使从开头起L个(L是满足1≤L<K的常数)脉冲的脉冲宽度比第一最小脉冲宽度τMIN1长,具体说,取第一最小脉冲宽度τMIN1的两倍的长度,使剩余的(K-L)个脉冲宽度取第一最小脉冲宽度τMIN1
本领域技术人员理解,通过组合公知的技术能够构成生成包含脉冲宽度不同的脉冲的第一最小脉冲宽度信号S3的第一最小脉冲宽度信号生成部20,该结构在本发明中不特别限定。例如,第一最小脉冲宽度信号生成部20,可以使用测量每一脉冲的脉冲宽度的计数器构成。
图8是表示第四变形例的开关电源的结构的波形图。在图8中,表示K=8、L=1的情况。亦即开头的脉冲的脉冲宽度设定得长,剩余的第二~第八个脉冲的脉冲宽度成为第一最小脉冲宽度τMIN1
在第二周期信号Vosc2的一周期内在电感器L1(L2)内积蓄的能量与该周期内的第一脉冲信号S1的脉冲宽度的合计成比例。因此,在第一最小脉冲宽度信号S3中包含的所有的脉冲宽度的相等的情况和在像第四变形例那样插入大的脉冲宽度的脉冲的情况下,为给电感器L1提供相同的能量必要的开关晶体管M1(M2)的开关次数,第四变形例一方可以用较小的数目完成。在轻负荷状态下,因为开关晶体管M1的开关次数少的一方损耗小,所以根据第四变形例能够减低轻负荷时的消费电力。
特别,当增长开头的脉冲的脉冲宽度时,在最轻的负荷状态下能够减少开关次数。从这一观点出发,期望以比第一最小脉冲宽度长的规定值作为下限,对至少开头的脉冲的脉冲宽度进行箝位。
第一最小脉冲宽度信号S3的各脉冲的脉冲宽度也可以如下决定。
例如,也可以在K个脉冲中,增长第(1+j×N)号脉冲的脉冲宽度,将剩余的脉冲宽度作为第一最小脉冲宽度。或者也可以从开头的脉冲起依次缩短脉冲宽度。
即使在这种情况下,与所有的脉冲宽度都相等的情况相比,也能够减少轻负荷时的开关次数,能够改善效率。
在本实施方式中,信号的高电平、低电平的逻辑值、电压信号的大小的关系是一例,可以通过用反相器等适宜反转自由变更。
(第二实施方式)
图9是表示具有第二实施方式的开关电源2的电子设备1的结构的电路图。电子设备1例如是便携电话终端、PDA(Personal Digital Assistants)、便携式音频播放机、数字照相机等电池驱动型设备,具有开关电源2以及负荷电路4。开关电源2是,在其输入端子P1上接受来自未图示的电池或者AC适配器的直流的输入电压VIN,将其升压,对于在输出端子P2上连接的负荷电路4输出输出电压VOUT的升压型的DC/DC变换器。负荷电路4是需要比电池电压高的电压作为其电源的电路,不特别限定。
开关电源2具有第一开关晶体管M1、第二开关晶体管M2、输出电路102、以及控制电路100。在图9中,第一开关晶体管M1、第二开关晶体管M2内置在控制电路100内。控制电路100是在一个半导体基板上一体集成的功能IC。所谓“一体集成”包含电路的结构要素的全部都在半导体基板上形成的情况、或者电路的主要结构要素一体集成的情况,电路常数调节用的一部分电阻或者电容器等也可以设置在半导体基板的外部。
开关电源2是通过反馈使输出电压VOUT稳定的电压方式的DC/DC变换器。输出电压VOUT通过电阻R1、R2分压,作为与输出电压VOUT对应的检测信号VFB,输入到控制电路100的反馈(FB)端子。
输出电路102包含电感器L1、整流元件D1、输出电容器C1。因为输出电路102的结构是一般的升压型DC/DC变换器的平滑整流电路,所以这里省略详细的说明。也可以代替整流元件D1,设置同步整流用晶体管。
第一开关晶体管M1以及第二开关晶体管M2依次串联设置在电感器L1的一端连接的开关端子SW和接地端子之间。控制电路100对开关晶体管M1、M2进行开关转换,以使与作为开关电源2的电状态之一的输出电压VOUT对应的检测信号VFB接近规定的基准值。由此,不依赖输入电压VIN或者负荷电路4的状态,输出电压VOUT被稳定。
驱动电路100,除了第一开关晶体管M1、第二开关晶体管M2之外,还具有驱动脉冲信号生成部8、第一驱动器40a、第二驱动器40b。
第一开关晶体管M1的耐压构成为比第二开关晶体管M2的耐压高。例如第一开关晶体管M1是阈值电压Vth低的晶体管,具体说软增强型或者耗尽型的N沟道MOSFET。第二开关晶体管M2用通常的低耐压的N沟道MOSFET构成。第一开关晶体管M1以及第二开关晶体管M2各自的导通电阻,从开关电源2要求的效率的观点出发,设计得充分低。
开关端子SW的电位,在输出电压VOUT上加上整流元件D1的正向电压Vf的电压(VOUT+Vf)和接地电压(0V)之间进行开关转换。因此,第一开关晶体管M1的耐压在(VOUT+Vf)以上设计。另一方面,第二开关晶体管M2,不考虑耐压,代之为使关断时的漏电流比第一开关晶体管M1的充分小那样设计。
驱动脉冲信号生成部8生成占空比被调节以使输出电压VOUT接近目标值的第一驱动脉冲信号S8a。第一驱动器40a基于第一驱动脉冲信号S8a对第一开关晶体管M1的导通、关断进行开关转换。第二驱动器40b,至少在第一开关晶体管M1导通期间使第二开关晶体管M2导通。向第二驱动器40b输入的第二驱动脉冲信号S8b,至少在第一驱动脉冲信号S8a被肯定(例如高电平)的期间被肯定那样生成。
第一驱动器40a在第二开关晶体管M2导通后,使第一开关晶体管M1导通。另外,第二驱动器40b在第一开关晶体管M2关断后使第二开关晶体管M2关断。亦即第二驱动脉冲信号S8b的正边缘比第一驱动脉冲信号S8a的正边缘在时间上位于其前,第二驱动脉冲信号S8b的负边缘比第一驱动脉冲信号S8a的负边缘在时间上位于其后。
以上是具有控制电路100的开关电源2的结构。接着说明其动作。
图10(a)、(b)是表示图9的开关电源2的动作的时序图。
在图10(a)中,第二驱动脉冲信号S8b具有与第一驱动脉冲信号S8a相同的频率。表示驱动脉冲信号S8b的导通时间的脉冲宽度TON2比表示驱动脉冲信号S8a的导通时间的脉冲宽度TON1被设定得稍宽。
在图10(b)中表示不同的时序图。第二驱动脉冲信号S8b具有比第一驱动脉冲信号S8a低的频率。图10(b)的驱动方式,在一定时间驱动、一定时间停止间歇驱动开关晶体管M1的情况下有效。
以上是开关电源2的动作。
第一开关晶体管M1和第二开关晶体管M2,因为由低导通电阻构成,所以关于效率,能够得到与具有单一开关晶体管的现有的结构同等的特性。
另外,能够减低在第一开关晶体管M1、第二开关晶体管M2一起关断的期间的漏电流。其原因是,与具有单一开关晶体管的现有的电路相比,在漏电流的路径中插入泄漏电流小的第二开关晶体管M2的缘故。
因而,因为第一开关晶体管M1由高耐压元件构成,所以即使在第一开关晶体管M1上施加电压VOUT+Vf也不会发生问题。另外,因为在使第二开关晶体管M2导通后,亦即第二开关晶体管M2的漏极源极间电压Vds实质成为零以后,导通第一开关晶体管M1,所以在第二开关晶体管M2的漏极源极间不施加超过耐压那样的电压。同样,因为在关断第一开关晶体管M1后关断第二开关晶体管M2,所以此时在第二开关晶体管M2的漏极源极间也不施加超过耐压那样的电压。
这样,根据图9的开关电源2,能够很好地权衡实现高耐压、低漏电流、效率(低导通电阻)。
当比较图10(a)和(b)时,在图10(a)的情况下,因为第二开关晶体管M2的导通时间短,所以与10(b)相比,能够减低漏电流。另一方面,在图10(b)的情况下,因为与图10(a)相比能够减少第二开关晶体管M2的开关次数,所以有第二开关晶体管M2的栅极电容的充放电需要的电力少这样的优点。应该采用图10(a)、(b)的哪种方式,可以通过比较漏电流、第二开关晶体管M2的栅极电容的开关需要的电流两者决定。
(第三实施方式)
在第三实施方式中,详细说明如图10(b)所示第一驱动脉冲信号S8a和第二驱动脉冲信号S8b的频率不同的电路。
图11是表示具有第三实施方式的开关电源2的结构的电路图。
驱动脉冲信号生成部8具有误差放大器10、第一振荡器12、第二振荡器14、第一脉冲调制器16、第二脉冲调制器24、合成部30。
误差放大器10生成与表示作为开关电源2的电状态的输出电压VOUT的所馈信号VFB和规定的基准电压VREF的误差对应的误差信号VERR。误差放大器10例如包含gm放大器11、电容器C2、电阻R3。gm放大器11生成与反馈信号VFB和基准电压VREF的误差对应的输出电流。通过由gm放大器11的输出电流对电容器C2充放电,生成误差信号VERR。电阻R3以及电容器C2起相位补偿的功能。误差信号VERR的电压电平在VFB>VREF时上升,在VFB<VREF时下降。
第一振荡器12生成周期性的具有斜坡部分的第一周期信号Vosc1。取第一周期信号VoscI的频率为第一频率f1。例如第一频率f1设定为在高负荷状态下开关电源2能够实现充分的反馈控制的值。第一周期信号Vosc1可以是三角波,也可以是锯齿波。
第二振荡器14生成周期性的具有斜坡部分的第二周期信号Vosc2。第二周期信号Vosc2的频率被设定为比第一频率f1低的第二频率f2。第二频率f2期望为比作为可听频带的20~20kHz高的频率。第二周期信号Vosc2也可以是三角波或者锯齿波。
谈到第一频率f1和第二频率f2的关系,期望第一频率f1是第二频率f2的整数倍,更理想的是2m倍(m是自然数)。由此,通过将一方的频率分频或者倍频,容易地生成另一方的频率。在本实施方式中,设第一频率f1=400kHz,第二频率f2=400/16=25kHz。
第一脉冲调制器16通过比较与误差信号VERR对应的信号与第一周期信号Vosc1生成第一脉冲信号S1。在图11中,与误差信号VERR对应的信号是误差信号VERR自身,但是也可以比较将其电平移位、分压、或者进行其他的信号处理后的信号与第一周期信号Vosc1
第一脉冲信号S1的脉冲宽度(占空比)τ1根据误差信号VERR变化。亦即被脉宽调制。另外,第一脉冲调制器16构成为能够将第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1箝位到规定的第一最小脉冲宽度τMIN1
第一脉冲调制器16具体具有第一比较器18、第一最小脉冲宽度信号生成部20、第一逻辑门22。第一比较器18比较误差信号VERR与第一周期信号Vosc1,在VERR>Vosc1时生成成为高电平的第一中间脉冲信号S1’。第一中间脉冲信号S1’的脉冲宽度(占空比)随误差信号VERR 降低而变短。
第一最小脉冲宽度信号生成部20生成具有第一频率f1、且具有第一最小脉冲宽度τMIN1的第一最小脉冲宽度信号S3。第一逻辑门22通过逻辑合成第一中间脉冲信号S1’和第一最小脉冲宽度信号S3,具体说通过取逻辑和,生成第一脉冲信号S1。第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1被箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1,不成为其以下。
第二脉冲调制器24通过比较与误差信号VERR对应的信号和第二周期信号Vosc2而生成具有与误差信号VERR对应的脉冲宽度τ2的第二脉冲信号S2。第二脉冲调制器24包含第二比较器26。第二比较器26比较误差信号VERR与第二周期信号Vosc2,在VERR>Vosc2时生成成为高电平的第二脉冲信号S2。第二脉冲信号S2的脉冲宽度(占空比)τ2随误差信号VERR降低而变短。亦即第二脉冲信号S2也被永宽调制。
第一脉冲调制器16随误差信号VERR降低而缩短第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1。另外,当误差信号VERR变得比规定的阈值电平Vth小时将脉冲宽度τ1箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1。另一方面,第二脉冲调制器24,在第一脉冲信号S1的脉冲宽度被箝位的状态下,随误差信号VERR降低而缩短第二脉冲信号S2的脉冲宽度。
为实现这点,第一振荡器12使第一周期信号Vosc1在第一下限电平VL1和比第一下限电平高的第一上限电平VH1之间变化。另一方面,第二振荡器14使第二周期信号Vosc2在比第一下限电平VL1低的第二下限电平VL2和比第二下限电平VL2高的第二上限电平VH2之间变化。优选使第二下限电平VL2比gm放大器11的输出电压范围的下限值(例如0.2V)高。
第一脉冲调制器16通过比较误差信号VERR与第一周期信号Vosc1生成第一脉冲信号S1。另外,第二脉冲调制器24通过比较误差信号VERR与第二周期信号Vosc2生成第二脉冲信号S2。
合成部30合成第一脉冲信号S1和第二脉冲信号S2,生成驱动脉冲信号S5。具体说,通过使用第二脉冲信号S2屏蔽第一脉冲信号S1,生成驱动脉冲信号S5。进而,合成部30将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度箝位到规定的第二最小脉冲宽度τMIN2
合成部30具有第二逻辑门32、第三逻辑门34、第二最小脉冲宽度信号生成部36。第二逻辑门32是“与”(AND)门,生成与第一脉冲信号S1和第二脉冲信号S2的逻辑积对应的信号S5’。第二最小脉冲宽度信号生成部36生成具有第二频率f2、且具有第二最小脉冲宽度τMIN2的第二最小脉冲宽度信号S4。第三逻辑门34通过取两个信号S5’与S4的逻辑和,将驱动脉冲信号S5的脉冲宽度限制在第二最小脉冲宽度τMIN2以上。
驱动脉冲信号生成部8的输出级9生成与驱动脉冲信号S5对应的第一驱动脉冲信号S8a,并且生成与第二脉冲信号S2对应的第二驱动脉冲信号S8b。
输出级9“斜交叉(たすき掛け)”式构成。输出级9包含反相器N1、“与”(AND)门A1、“或”(OR)门O1。“与”(AND)门A1生成通过反相器N1反转的驱动脉冲信号S5和第二开关晶体管M2的栅极信号G2的逻辑积,作为第一驱动脉冲信号S8a输出。“或”(OR)门O1生成第二脉冲信号S2和第一开关晶体管M1的栅极信号G1的逻辑和,作为第二驱动脉冲信号S8b输出。通过该斜交叉式的结构,第二驱动脉冲信号S8b的正边缘保证在时间上位于第一驱动脉冲信号S8a的正边缘之前。另外,第二驱动脉冲信号S8b的负边缘保证在时间上位于第一驱动脉冲信号S8a的负边缘之后。此外,输出级9的结构不限于图11,存在各种各样的变形例。
第一驱动器40a根据第一驱动脉冲信号S8a驱动第一开关晶体管M1。另一方面,向第二驱动器40b作为第二驱动脉冲信号S8b提供第二脉冲信号S2。第二驱动器40b根据第二驱动脉冲信号S8b驱动第二开关晶体管M2。其结果,调节开关晶体管M1、M2的导通、关断的占空比,以使反馈信号VFB与基准电压VREF一致,输出电压VOUT被稳定。
以上是具有第三实施方式的控制电路100的开关电源2的结构。接着说明其动作。
图12(a)~(e)是表示图11的开关电源2的动作的时序图。在图12(a)中表示第一周期信号Vosc1、第二周期信号Vosc2以及各种电平的误差信号VERR1~4。图12(b)~(e)表示误差信号VERR1~VERR4各自中的各脉冲的波形。
如图12(b)所示,在误差信号VERR比较大时(VERR1),第一脉冲信号S1具有与误差信号VERR对应的脉冲宽度τ1。此时,因为VERR1>Vosc2,所以第二脉冲信号S2持续高电平。其结果,第一驱动脉冲信号S8a成为与第一脉冲信号S1相同的脉冲信号。
随着误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1变短,当误差信号VERR变得比某电平低时,第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1被箝位到第一最小脉冲宽度τMIN1。如图12(c)所示,即使对手误差信号VERR2,第二脉冲信号S2也持续高电平。此时的第一驱动脉冲信号S8a成为具有第一最小脉冲宽度τMIN1、频率是f1的脉冲信号。
参照图12(d)。即使误差信号VERR进一步降低(VERR3),第一脉冲信号S1的脉冲宽度τ1也被固定在第一最小脉冲宽度τMIN1。另外,第二脉冲信号S2的脉冲宽度根据误差信号VERR决定。亦即,在第一驱动脉冲信号S8a中包含的脉冲数根据误差信号VERR变化。
参照图12(e)。当误差信号VERR进一步降低时(VERR4),第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2变小。另外,第一驱动脉冲信号S8a的各周期的最后的脉冲的脉冲宽度τ1随第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2的减小缩短,不久最后的脉冲消失,在第一驱动脉冲信号S8a的各周期中包含的脉冲数减少。
以上是开关电源2的动作。
根据该开关电源2,通过设置第一开关晶体管M1和第二开关晶体管M2,能够很好地权衡实现漏电流低、导通电阻低、高耐压这样的三种特性。
另外,根据该开关电源2,在负荷重时,因为在VL1<VERR<VH1的区域内动作,所以第一脉冲信号S1的占空比被调节,以第一频率f1驱动开关晶体管M1。
随着负荷变轻,误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的占空比缩短。不久当成为VERR<Vth时以第一最小脉冲宽度τ1对开关晶体管M1进行开关转换。
进而,当负荷变轻时,在VL2<VERR<VH2的范围内动作。随着负荷变轻,第二脉冲信号S2的脉冲宽度τ2变短,第一脉冲信号S1的一部分被屏蔽,开关晶体管M1的有效的导通时间降低。
最后,当第二脉冲信号S2变短时,在第一驱动脉冲信号S8a中仅剩第一脉冲信号S1的开头的脉冲,开关晶体管M1的驱动频率变得等于第二频率f2。另外,第一驱动脉冲信号S8a的开头的脉冲宽度,降低到第二最小脉冲宽度τMIN2,在轻负荷状态下,能够以极短的脉冲间歇地对开关晶体管M1进行开关转换。
亦即在开关电源2中,即使在轻负荷状态下,开关晶体管M1的开关频率也仅低到第二频率f2。亦即,在轻负荷状态下,与以间歇方式(也称脉冲频率调制方式)动作的现有的开关电源相比,能够抑制频率的变动。
如果将第二频率f2设定为比可听频带高,则也能够抑制音响噪声的发生。
以上是开关电源2的基本的结构、动作以及效果。接着说明其变形例或者具体的结构例。
在图11的开关电源2中,存在即使误差信号VERR变化,第一驱动脉冲信号S8a的有效的导通时间也不变化的不灵敏带,从系统的稳定性的观点看不理想。例如作为不灵敏带引起的现象,有时在轻负荷状态下第二脉冲信号S2的脉冲宽度振动,在第二脉冲信号S2的一周期中包含的第一脉冲信号S1的个数振动。
例如在图12(a)中,表示出第一下限电平VL1和第二上限电平VH2几乎相等的情况,但是在这种情况下,在VH2<VERR<Vth的范围内,发生即使误差信号VERR变化而第一驱动脉冲信号S8a也不变化的不灵敏带(死带)。为防止这点,只要使VH2>VL1,进而使
Figure BSA00000659939700211
即可。由此,当误差信号VERR降低,第一脉冲信号S1的脉冲宽度被箝位时,因为第二脉冲信号S2的脉冲宽度立即变短,所以能够消除不灵敏带。
另外,即使在VL2<VERR<VH2的范围内也应该注意存在不灵敏带。亦即第二脉冲信号S2的后缘(负边缘)在第一脉冲信号S1是低电平的区间内变化时,误差信号VERR的变化不作为第一驱动脉冲信号S8a的变化出现。该问题通过在第二周期信号Vosc2的波形上想办法可以解决。
图13是为消除不灵敏带的第二周期信号Vosc2的波形图。第二振荡器14生成在第一脉冲信号S1成为高电平的第一最小脉冲宽度τMIN1的区间内有斜坡、在除此以外的区间内平坦那样的第二周期信号Vosc2。由此能够消除不灵敏带。
图14是表示控制电路100的一部分的具体的结构例的电路图。在图4中,在控制电路100中,表示出第一振荡器12、第二振荡器14、第一最小脉冲宽度信号生成部20、第二最小脉冲宽度信号生成部36。
第一振荡器12包含第一电容器Ca1和第一充放电电路50。第一电容器Ca1的一端接地。第一充放电电路50当第一电容器Ca1的电压V1达到第一上限电平VH1时开始放电,当第一电容器Ca1的电压V1达到第一下限电平VL1时开始充电。第一振荡器12将第一电容器Ca1的电压V1作为第一周期信号Vosc1输出。
第一充放电电路50包含电流源CS1、CS2、CS3、比较器CMP1、电阻R11、R12、开关SW1。电流源CS1向第一电容器Ca1提供充电电流ICH。电流源CS2构成为可在导通、关断之间切换,在导通状态下使第一电容器Ca1以放电电流IDIS放电。
电流源CS3、电阻R11、R12以及开关SW1构成生成电压VL1、VH1的电压源。电流源CS3生成基准电流IREF。在开关SW1的导通状态下,生成第一下限电平VL1=IREF×R11。在开关SW1的关断状态下,生成第一上限电平VH1=IREF×(R11+R12)。比较器CMP1比较第一电容器Ca1的电压与基准电压VL1/VH1,根据比较结果切换开关SW1的导通、关断,同时切换电流源CS2的导通、关断。
通过该第一振荡器12,生成峰值为VH1、底为VL1的锯齿波的第一周期信号Vosc1
比较器CMP1的输出信号(同步时钟)CLK,根据充放电电路(CS1、CS2)的充电状态和放电状态的切换而电平转移。同步时钟CLK通过反相器N3反转,向第一最小脉冲宽度信号生成部20以及第一充放电电路50输出。
第一最小脉冲宽度信号生成部20包含低通滤波器LPF1、LPF2、缓冲器BUF1、反相器N1、N2、“与非”(NAND)门NA1。低通滤波器LPF1对输入的同步时钟CLK#(#表示逻辑反转)进行滤波。缓冲器BUF1是接受低通滤波器LPF1的输出的迟滞缓冲器(施密特缓冲器)。低通滤波器LPF1以及缓冲器BUF1将同步时钟CLK1延迟第一最小脉冲宽度τMIN1,生成同步时钟CLK1。
进而,通过低通滤波器LPF2、缓冲器BUF2延迟同步时钟CLK,生成同步时钟CLK2。通过取同步时钟CLK1和同步时钟CLK2的反转信号CLK2#的逻辑积,生成具有第一最小脉冲宽度τMIN1的第一最小脉冲宽度信号S3。
第二振荡器14具有第二电容器Ca2、分频器52、第二充放电电路54。分频器52对同步时钟CLK2#进行分频。分频器52包含m级1/2分频器。在设置4级分频器的情况下,同步时钟CLK#被1/16分频。亦即从该分频器52输出具有第二频率f2的脉冲信号S6。
第二充放电电路54包含电流源CS4、CS5、放电开关SW2。
在分频器52中,在各级生成的分频后的m个信号,通过“与”(AND)门A1,从“与”(AND)门A1,在同步时钟CLK2#的脉冲中,16次生成一次被肯定(高电平)的脉冲信号S7。该脉冲信号S7具有第二频率f2,脉冲宽度与同步时钟CLK的脉冲宽度相等。当脉冲信号S7被肯定时,电流源CS5导通,第二电容器Ca2被充电。通过由电流源CS5的充电,第二周期信号Vosc2从0V急剧增大到第二下限电平VL2。第二下限电平VL2根据来自电流源CS5的充电电流ICH2决定。
VL2=τMIN1×ICH2/Ca2
其后,每次第一最小脉冲宽度信号S3被肯定(高电平)时,电流源CS4导通,向第二电容器Ca2提供充电电流ICH1,第二电容器Ca2被充电。充电电流ICH1的电流值,规定图13的第二周期信号Vosc2的第二周期以后的斜坡的倾斜度。
第二最小脉冲宽度信号生成部36与第一最小脉冲宽度信号生成部20同样构成。第二最小脉冲宽度信号生成部36接受第二频率f2的脉冲信号S6,生成具有第二最小脉冲宽度τ2的第二最小脉冲宽度信号S4。放电开关SW2在每次第二最小脉冲宽度信号S4被肯定时导通,第二电容器Ca2的电荷放电。
根据图14的第二振荡器14,如图13所示,在第一最小脉冲宽度信号S3的导通区间内,能够生成具有斜坡的第二周期信号Vosc2
所述实施方式是例示,本领域技术人员理解,通过它们的各结构要素或者各处理过程的细合能够实现各种变形例,另外那样的变形例也在本发明的范围内。
虽然关于升压型的开关电源说明了实施方式,但是本发明也能够应用于降压型、升降压型的开关电源。进而,代替电感器L1,也可以在具有变压器的绝缘型开关电源中应用。
另外,在实施方式中说明了电压方式的开关电源,但是也能够应用于尖峰电流方式或者平均电流方式等别的方式的开关电源。本领域技术人员理解,在这种情况下,只要根据反馈方式变更第一脉冲调制器16以及第二脉冲调制器24的结构即可。
在本实施方式中,信号的高电平、低电平的逻辑值、电压信号的大小的关系是一例,可以通过用反相器等适当反转自由变更。
也可以在该第三实施方式中应用在第一实施方式中说明的变形例,它们也包含在本发明的范围中。
根据实施方式,使用特定的语句说明了本发明,但是实施方式不过表示本发明的原理、应用,在实施方式中,在不脱离在权利要求的范围内规定的本发明的思想的范围内能够实现多种变形例或者配置的变更。
符号说明
1...电子设备,2...开关电源,4...负荷电路,100...控制电路,102...输出电路,P1...输入端子,P2...输出端子,L1...电感器,C1...输出电容器,D1...整流元件,M1...开关晶体管,10...误差放大器,11...gm放大器,C2...电容器,R3...电阻,12...第一振荡器,14...第二振荡器,16...第一脉冲调制器,18...第一比较器,20...第一最小脉冲宽度信号生成部,22...第一逻辑门,24...第二脉冲调制器,26...第二比较器,30...合成部,32...第二逻辑门,34...第三逻辑门,36...第二最小脉冲宽度信号生成部,40...驱动器,S1...第一脉冲信号,S2...第二脉冲信号,S3...第一最小脉冲宽度信号,S4...第二最小脉冲宽度信号,S5...驱动脉冲信号,Ca1...第一电容器,Ca2...第二电容器,50...第一充放电电路,52...分频器,54...第二充放电电路。

Claims (33)

1.一种开关电源的控制电路,所述开关电源为包含开关元件的升压型、降压型或者升降压型的开关电源,所述控制电路其特征在于,具有:
误差放大器,用于生成与表示所述开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号;
第一振荡器生成第一频率的第一周期信号;
第二振荡器,生成具有斜坡部分的比所述第一频率低的第二频率的第二周期信号;
第一脉冲调制器,其根据与所述误差信号对应的信号和所述第一周期信号,生成具有所述第一频率、且具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将规定的第一最小脉冲宽度作为下限对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位;
第二脉冲调制器,其通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第二周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号;
合成部,合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号,生成驱动脉冲信号;以及
驱动器,根据所述驱动脉冲信号驱动所述开关元件。
2.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器,随所述误差信号降低,缩短所述第一脉冲信号的脉冲宽度,当所述误差信号变得比某阈值电平小时,将所述第一最小脉冲宽度作为下限进行箝位,
所述第二脉冲调制器,在所述第一脉冲信号的脉冲宽度被箝位的状态下,随所述误差信号降低,缩短所述第二脉冲信号的脉冲宽度。
3.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,
所述第一周期信号,具有在第一下限电平和比所述第一下限电平高的第一上限电平之间变化的斜坡部分,
所述第二周期信号,在比所述第一下限电平低的第二下限电平和比所述第二下限电平高的第二上限电平之间变化,
所述第一脉冲调制器,通过比较所述误差信号与所述第一周期信号生成所述第一脉冲信号,
所述第二脉冲调制器,通过比较所述误差信号与所述第二周期信号生成所述第二脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的控制电路,其特征在于,所述第二上限电平被设定得比所述第一下限电平高。
5.根据权利要求3或4所述的控制电路,其特征在于,
所述第一振荡器包含第一电容器和第一充放电电路,所述第一充放电电路当所述第一电容器的电压达到所述第一上限电平时开始放电,当所述第一电容器的电压达到所述第一下限电平时开始充电,
所述第一振荡器将所述第一电容器的电压作为所述第一周期信号输出,并且根据所述充放电电路的充电状态和放电状态的切换,输出电平转移的同步时钟,
所述第二振荡器包含第二电容器、对所述同步时钟进行分频的分频器和与分频后的所述同步时钟同步进行所述第二电容器的充放电的第二充放电电路,
所述第二振荡器将所述第二电容器的电压作为所述第二周期信号输出。
6.根据权利要求1至4中任何一项所述的控制电路,其特征在于,所述第二振荡器生成在所述第一脉冲信号的所述第一最小脉冲宽度的区间内具有斜坡、在除此以外的区间平坦的所述第二周期信号。
7.根据权利要求1或2所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器包含:
比较器,用于比较与在所述开关电源的电感器中流过的电流对应的电流检测信号和所述误差信号,生成置位脉冲;以及
SR触发器,用于在其置位端子上输入所述置位脉冲,在其复位端子上输入所述第一周期信号,并输出所述第一脉冲信号,
所述第一脉冲调制器对从所述SR触发器输出的所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位。
8.根据权利要求1至4中任何一项所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器,包含比较所述误差信号与所述第一周期信号而生成所述第一脉冲信号的第一比较器,并且对从所述第一比较器输出的所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位。
9.根据权利要求7所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器还包含:
第一最小脉冲宽度信号生成部,生成具有所述第一频率、且具有所述第一最小脉冲宽度的第一最小脉冲宽度信号;以及
逻辑门,通过对箝位对象的所述第一脉冲信号和所述第一最小脉冲宽度信号进行逻辑运算,将第一最小脉冲宽度作为下限对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位。
10.根据权利要求8所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器还包含:
第一最小脉冲宽度信号生成部,生成具有所述第一频率、且具有所述第一最小脉冲宽度的第一最小脉冲宽度信号;以及
逻辑门,通过对箝位对象的所述第一脉冲信号和所述第一最小脉冲宽度信号进行逻辑运算,将第一最小脉冲宽度作为下限对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位。
11.一种开关电源的控制电路,所述开关电源为包含开关元件的升压型、降压型或者升降压型的开关电源,所述控制电路其特征在于,具有:
误差放大器,用于生成与表示所述开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号;
第一振荡器,生成第一频率的第一周期信号;
第二振荡器,生成具有斜坡部分的比所述第一频率低的第二频率的第二周期信号;
第一脉冲调制器,其根据与所述误差信号对应的信号和所述第一周期信号,生成具有所述第一频率且具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将对每一脉冲规定的最小值作为下限对所述第一脉冲信号中包含的各脉冲的脉冲宽度进行箝位;
第二脉冲调制器,其通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第二周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号;
合成部,合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号,并生成驱动脉冲信号;以及
驱动器,根据所述驱动脉冲信号驱动所述开关元件。
12.根据权利要求11所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器,将规定的第一最小脉冲宽度作为下限,对在所述第二周期信号的一周期内包含的所述第一脉冲信号的多个脉冲中的几个脉冲进行箝位,并且将比所述第一最小脉冲宽度长的脉冲宽度作为下限对剩余的脉冲的脉冲宽度进行箝位。
13.根据权利要求12所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器,将比所述第一最小脉冲宽度长的规定值作为下限,对在所述第二周期信号的一周期内包含的所述第一脉冲信号的多个脉冲中、至少开头的脉冲进行箝位。
14.根据权利要求11至13中任何一项所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器包含:
比较器,用于比较与在所述开关电源的电感器中流过的电流对应的电流检测信号和所述误差信号,生成置位脉冲;以及
SR触发器,用于在其置位端子上输入所述置位脉冲,在其复位端子上输入所述第一周期信号,生成所述第一脉冲信号,
15.根据权利要求11至13中任何一项所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器包含:第一比较器,其比较所述误差信号和所述第一周期信号,生成所述第一脉冲信号。
16.根据权利要求14所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器还包含:
第一最小脉冲宽度信号生成部,生成具有所述第一频率的第一最小脉冲宽度信号;以及
逻辑门,通过时所述第一脉冲信号和所述第一最小脉冲宽度信号进行逻辑运算,对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位,
所述第一最小脉冲宽度信号,在所述第二周期信号的一周期内包含多个脉冲,多个脉冲中几个脉冲宽度比第一最小脉冲宽度长,剩余的脉冲宽度为第一最小脉冲宽度。
17.根据权利要求15所述的控制电路,其特征在于,
所述第一脉冲调制器还包含:
第一最小脉冲宽度信号生成部,生成具有所述第一频率的第一最小脉冲宽度信号;以及
逻辑门,通过对所述第一脉冲信号和所述第一最小脉冲宽度信号进行逻辑运算,对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位,
所述第一最小脉冲宽度信号,在所述第二周期信号的一周期内包含多个脉冲,多个脉冲中几个脉冲宽度比第一最小脉冲宽度长,剩余的脉冲宽度为第一最小脉冲宽度。
18.根据权利要求1至4、11至13中任何一项所述的控制电路,其特征在于,
所述合成部,在合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号得到的信号上,进而合成具有比所述第一最小脉冲宽度短的第二最小脉冲宽度的第三脉冲信号,从而生成所述驱动脉冲信号。
19.一种开关电源,其特征在于,具有:
开关晶体管;
输出电路,与所述开关晶体管连接且具有电感器元件、输出电容器和整流元件;以及
权利要求1至4、11至13中任何一项所述的控制电路,驱动所述开关晶体管。
20.一种电子设备,其特征在于,具有权利要求19所述的开关电源。
21.一种开关电源的控制方法,所述开关电源为包含开关元件的升压型、降压型或者升降压型的开关电源,所述控制方法其特征在于,包括:
生成与表示所述开关电源的电状态的反馈信号和舰定的基准电压的误差对应的误差信号的步骤;
生成第一频率的第一周期信号的步骤;
生成具有斜坡部分的比所述第一频率低的第二频率的第二周期信号的步骤;
根据与所述误差信号对应的信号以及所述第一周期信号,生成具有所述第一频率且具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将规定的第一最小脉冲宽度作为下限对所述第一脉冲信号的脉冲宽度进行箝位的步骤;
通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第二周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号的步骤;
合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号,并生成驱动脉冲信号的步骤;以及
根据所述驱动脉冲信号驱动所述开关元件的步骤。
22.一种开关电源的控制方法,所述开关电源为包含开关元件的升压型、降压型或者升降压型的开关电源,所述控制方法其特征在于,具有:
生成与表示所述开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号的步骤;
生成第一频率的第一周期信号的步骤;
生成具有斜坡部分的比所述第一频率低的第二频率的第二周期信号的步骤;
根据与所述误差信号对应的信号以及所述第一周期信号,生成具有所述第一频率且具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将对每一脉冲规定的最小值作为下限对所述第一脉冲信号中包含的各脉冲的脉冲宽度进行箝位的步骤;
通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第二周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号的步骤;
合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号,并生成驱动脉冲信号的步骤;以及
根据所述驱动脉冲信号驱动所述开关元件的步骤。
23.根据权利要求22所述的控制方法,其特征在于,
所述进行箝位的步骤,将规定的第一最小脉冲宽度作为下限,对在所述第二周期信号的一周期内包含的所述第一脉冲信号的多个脉冲中的几个脉冲进行箝位,将比所述第一最小脉冲宽度长的脉冲宽度作为下限对剩余的脉冲的脉冲宽度进行箝位。
24.根据权利要求23所述的控制方法,其特征在于,
所述进行箝位的步骤,将比所述第一最小脉冲宽度长的规定值作为下限,对在所述第二周期信号的一周期内包含的所述第一脉冲信号的多个脉冲中、至少开头的脉冲进行箝位。
25.一种开关电源的控制电路,所述开关电源为将在输入端子上施加的输入电压降压或者升压,并从输出端子输出稳定在规定的目标值的输出电压的开关电源,所述控制电路其特征在于,具有:
在所述开关电源的电感性元件的一端和固定电压端子之间依次串联设置的第一开关晶体管以及第二开关晶体管,所述第一开关晶体管的耐压构成为比所述第二开关晶体管的耐压高;
驱动脉冲信号生成部,生成占空比被调节的驱动脉冲信号,以使所述输出电压接近所述目标值;
第一驱动器,根据所述驱动脉冲信号对所述第一开关晶体管的导通、关断进行开关转换;以及
第二驱动器,至少在所述第一开关晶体管导通的期间使所述第二开关晶体管导通。
26.根据权利要求25所述的控制电路,其特征在于,
所述第一开关晶体管是软增强型或者耗尽型MOSFET。
27.根据权利要求25或者26所述的控制电路,其特征在于,
所述第一驱动器在所述第二开关晶体管导通后使所述第一开关晶体管导通,
所述第二驱动器在所述第一开关晶体管关断后使所述第二开关晶体管关断。
28.根据权利要求27所述的控制电路,其特征在于,
所述第一驱动器根据所述第二开关晶体管的栅极信号和所述驱动脉冲信号驱动所述第一开关晶体管,
所述第二驱动器根据所述第一开关晶体管的栅极信号驱动所述第二开关晶体管。
29.根据权利要求25或者26所述的控制电路,其特征在于,
所述脉冲信号生成部具有:
误差放大器,用于生成与表示所述开关电源的电状态的反馈信号和规定的基准电压的误差对应的误差信号;
第一振荡器,生成具有斜坡部分的第一频率的第一周期信号;
第二振荡器,生成具有斜坡部分的比所述第一频率低的第二频率的第二周期信号;
第一脉冲调制器,其通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第一周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第一脉冲信号,并且将所述第一脉冲信号的脉冲宽度箝位为规定的第一最小脉冲宽度;
第二脉冲调制器,其通过比较与所述误差信号对应的信号和所述第二周期信号,生成具有与所述误差信号对应的脉冲宽度的第二脉冲信号;以及
合成部,合成所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号,并生成所述驱动脉冲信号,
所述第一驱动器根据所述驱动脉冲信号对所述第一开关晶体管进行开关转换,
所述第二驱动器根据所述第二脉冲信号对所述第二开关晶体管进行开关转换。
30.根据权利要求25或者26所述的控制电路,其特征在于,
所述第二驱动器根据所述驱动脉冲信号对所述第二开关晶体管进行开关转换。
31.根据权利要求25或者26所述的控制电路,其特征在于,
控制电路在一个半导体基板上一体集成。
32.一种开关电源,其特征在于,具有权利要求25或者26所述的控制电路。
33.一种电子设备,其特征在于,具有权利要求32所述的开关电源。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102841084A (zh) * 2012-10-07 2012-12-26 复旦大学 基于脉冲宽度调制的荧光检测与光到数字转换系统
CN104201879A (zh) * 2014-08-25 2014-12-10 长沙瑞达星微电子有限公司 一种恒定误差放大信号的电压模buck型开关电源电路
CN107251432A (zh) * 2015-02-24 2017-10-13 株式会社自动网络技术研究所 电流控制装置及电源系统
CN107565798A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 瑞昱半导体股份有限公司 电子装置及输入电压补偿方法
CN107800277A (zh) * 2016-08-28 2018-03-13 上海奇电电气科技股份有限公司 Cpld控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法
CN110121043A (zh) * 2019-06-10 2019-08-13 北海惠科光电技术有限公司 显示供电装置及显示系统
CN111402811A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 维沃移动通信有限公司 一种显示模组驱动电路和电子设备

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9178417B2 (en) * 2011-07-27 2015-11-03 Upi Semiconductor Corp. DC-DC converter and voltage conversion method thereof
KR101877552B1 (ko) * 2011-10-12 2018-07-12 한국전자통신연구원 Dc-dc 컨버터
CN103199697B (zh) * 2012-01-10 2016-07-06 台达电子企业管理(上海)有限公司 直流对直流转换器及其控制方法
JP5964125B2 (ja) * 2012-04-24 2016-08-03 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 充電制御回路
JP6197661B2 (ja) * 2014-01-21 2017-09-20 富士通株式会社 電源装置
TWI613884B (zh) * 2016-08-10 2018-02-01 賴炎生 直流交流變頻器
CN108964454B (zh) * 2017-05-17 2020-07-28 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 直流-直流转换电路系统及其形成方法
CN111725999B (zh) * 2019-03-22 2021-09-24 立锜科技股份有限公司 具有低启动电压的切换式电源供应器及其开关控制电路
CN110719091B (zh) * 2019-10-31 2023-08-04 宁波飞芯电子科技有限公司 互补信号生成电路
CN113394960A (zh) * 2020-03-11 2021-09-14 力智电子股份有限公司 电源开关电路
US11218074B2 (en) * 2020-05-03 2022-01-04 Dongguan Changgong Microelectronics Ltd Error amplifier with accurate output clamp function

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003199344A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Sony Corp スイッチ回路
CN1435943A (zh) * 2002-02-01 2003-08-13 精工电子有限公司 脉宽调制开关调节器和电子装置
US20080186004A1 (en) * 2005-11-29 2008-08-07 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-Frequency Power MESFET Boost Switching Power Supply
CN101388606A (zh) * 2007-09-13 2009-03-18 株式会社理光 开关稳压器及其脉冲宽度限制值调整方法
CN101453163A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 英业达股份有限公司 通过检测电流调整降压转换电路工作频率的装置和方法
US20100194362A1 (en) * 2009-02-05 2010-08-05 Freescale Semiconductor, Inc. Regulator with pulse width modulation circuit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH066969A (ja) 1992-06-15 1994-01-14 Fukushima Nippon Denki Kk 定電圧電源装置
JPH07222438A (ja) 1994-02-02 1995-08-18 Fuji Electric Co Ltd 同期整流dc−dcコンバータ
JPH09266664A (ja) 1996-03-28 1997-10-07 Mitsubishi Electric Corp カレントモードコントロールdc/dcコンバータ
JPH10108457A (ja) 1996-09-30 1998-04-24 Sony Corp スイッチング電源用制御回路
JP4236602B2 (ja) 2004-03-09 2009-03-11 シャープ株式会社 スイッチング電源回路及びそれを用いた電子機器
JP4295327B2 (ja) 2007-01-11 2009-07-15 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド Dc−dcコンバータ、電子機器、および消費電力の低減方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003199344A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Sony Corp スイッチ回路
CN1435943A (zh) * 2002-02-01 2003-08-13 精工电子有限公司 脉宽调制开关调节器和电子装置
US20080186004A1 (en) * 2005-11-29 2008-08-07 Advanced Analogic Technologies, Inc. High-Frequency Power MESFET Boost Switching Power Supply
CN101388606A (zh) * 2007-09-13 2009-03-18 株式会社理光 开关稳压器及其脉冲宽度限制值调整方法
CN101453163A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 英业达股份有限公司 通过检测电流调整降压转换电路工作频率的装置和方法
US20100194362A1 (en) * 2009-02-05 2010-08-05 Freescale Semiconductor, Inc. Regulator with pulse width modulation circuit

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102841084A (zh) * 2012-10-07 2012-12-26 复旦大学 基于脉冲宽度调制的荧光检测与光到数字转换系统
CN102841084B (zh) * 2012-10-07 2015-03-04 复旦大学 基于脉冲宽度调制的荧光检测与光到数字转换系统
CN104201879A (zh) * 2014-08-25 2014-12-10 长沙瑞达星微电子有限公司 一种恒定误差放大信号的电压模buck型开关电源电路
CN107251432A (zh) * 2015-02-24 2017-10-13 株式会社自动网络技术研究所 电流控制装置及电源系统
CN107565798A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 瑞昱半导体股份有限公司 电子装置及输入电压补偿方法
CN107800277A (zh) * 2016-08-28 2018-03-13 上海奇电电气科技股份有限公司 Cpld控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法
CN107800277B (zh) * 2016-08-28 2020-07-14 上海奇电电气科技股份有限公司 Cpld控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法
CN110121043A (zh) * 2019-06-10 2019-08-13 北海惠科光电技术有限公司 显示供电装置及显示系统
CN110121043B (zh) * 2019-06-10 2022-04-15 北海惠科光电技术有限公司 显示供电装置及显示系统
CN111402811A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 维沃移动通信有限公司 一种显示模组驱动电路和电子设备
CN111402811B (zh) * 2020-03-20 2021-10-29 维沃移动通信有限公司 一种显示模组驱动电路和电子设备

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