CN103066954B - 斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使通过使斜坡信号的周期（频率）变化，也不会使斜坡信号的电压峰值变化的斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路。其中，与输入至输入端子（21）的时钟信号（S1）周期对应，从与时钟信号生成电路（17）的多个端子连结的斜坡信号生成电路（5）的各输入端子（36,37,38,39）中选择1个以上的端子，并将H电平信号输入至该端子。由于放电电路（19）与时钟信号（S1）同步地使电容器（C3）放电，因此斜坡信号（S2）的频率与时钟信号（S1）的频率一致。另一方面，充电电路（18）使对电容器（C3）充电的电流值变化，以便选择性地切换电容器（C3）的充电电流流过的电阻元件（R13,R14,R15,R16）与二极管（D3,D4,D5,D6）的组，使斜坡信号（S2）的电压峰值与时钟信号（S1）的周期无关而成为一定的值。

Description

斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路
技术领域
本发明涉及一种可以适用于电源装置或发光元件驱动装置等的斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路，特别涉及一种基于时钟信号生成斜坡信号的斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路。
背景技术
在专利文献1中，公开了在DC/DC转换器等的电源装置中，根据基于数字电路的工作所生成的PWM（脉冲宽度调制）信号，进行对开关元件的PWM控制的例子。
PWM信号的频率有时会根据电源装置的工作状态进行变更。例如，在轻负载时，为了减少开关元件的损失，有时会降低PWM信号的频率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-96815号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在基于斜坡信号生成PWM信号的情况下，PWM信号的频率由斜坡信号的频率决定。另外，若使用与来自于数字电路的时钟信号即工作时钟同步的斜坡信号来生成PWM信号，则会生成与该工作时钟同步的PWM信号。锯齿状的斜坡信号通常通过组装于斜坡生成电路的电容器的充放电而生成。斜坡信号的电压峰值（充电电压的峰值）由依赖于电容器的充放电电流的大小的充电电压的上升斜度和充电时间决定。因此，若充电电压的上升斜度一定，则充电时间越长斜坡信号的电压峰值（充电电压的峰值）越高。
图10表示了现有的斜坡信号生成电路100的一个例子。在该图中，斜坡信号生成电路100由开关元件Q2、电容器C2,C3、二极管D2、以及电阻R4,R5,R6构成。具体而言，在时钟信号S1的输入端子21连接电容器C2的一端，在电容器C2的另一端连接二极管D2的负极和电阻R4的一端，在电阻的R4的另一端连接电阻R5的一端和由NPN型晶体管构成的开关元件Q2的基极。另外，来自于未图示的内部电极的电源电压Vcc的线连接电阻R6的一端，在电阻R6的另一端连接开关元件Q2的集电极和电容器C3的一端。而且，二极管D2的正极、电阻R5的另一端、开关元件Q2的发射极和电容器C3的另一端共同接地而连接，将电阻R6与电容器C3的连接点，即开关元件Q2的集电极连接于斜坡信号S2的输出端子22，构成斜坡信号生成电路100。
在图10所示的斜坡信号生成电路100中，由电阻R6的电阻值与电容器C3的积所得到的时间常数，决定充电电压的上升斜度。在输入端子21的时钟信号S1通过电容器C2而成为进行触发状波形整形后的微分信号S10。在电容器C2的另一端生成的微分信号S10通过二极管D2以仅在正侧产生触发的方式进行波形成形，被电阻R4,R5分压后，赋给开关元件Q2的基极。微分信号S10的电压电平上升时，开关元件Q2的发射极·集电极间导通，由此使电容器C3放电，而微分信号S10的电压电平下降时，开关元件Q2的发射极·集电极间截止，由此电源电压Vcc通过电阻R6赋给电容器C3，从而对电容器C3进行充电。即，电容器C3的放电与时钟信号S1的上升沿同步进行，其后，电容器C3的充电开始，因此斜坡信号S2成为与时钟信号S1同步的信号。另外，通过改变时钟信号S1的频率，能够改变斜坡信号S2的频率。
图11分别就时钟信号S1为250kHz的情况、以及时钟信号S1为500kHz的情况，表示微分信号S10和斜坡信号S2的各波形。如该图所示，在现有的斜坡信号生成电路100中，若时钟信号S1的周期变长，则斜坡信号S2的电压峰值变高，振幅变大；若时钟信号S1的周期变短，则斜坡信号S2的电压峰值变低、振幅变小。然而，作为斜坡信号生成电路100，希望即使斜坡信号S2的周期（充电时间）变长，斜坡信号S2的电压峰值（充电电压的峰值）也是一定的。
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在使斜坡信号的周期（频率）变化时，也不使斜坡信号的电压峰值变化的斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路。
解决问题的手段
本发明的斜坡信号生成电路具备：输入时钟信号的第一输入端子；对应于所述时钟信号的周期而分别输入高电平或低电平的信号的多个第二输入端子；电容器；以及进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出的充放电电路，所述充放电电路具备：与所述斜坡信号信号同步地使所述电容器放电的放电电路、以及由分别连接于所述电容器与多个所述第二输入端子之间的多组电阻元件和整流元件构成，经由该电阻元件与所述整流元件而对所述电容器充电的充电电路，所述充电电路被构成为，从多个所述第二输入端子中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子，由此使对所述电容器充电的电流值变化。
本发明的斜坡信号调整电路具备：生成对基本时钟进行分频后的时钟信号的时钟信号生成电路；具备多个端子，并对应于所述时钟信号的周期而从各个端子输出高电平或低电平的信号的信号输出电路；电容器；以及进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出的充放电电路，所述充放电电路具备：与所述斜坡信号信号同步地使所述电容器放电的放电电路；以及由分别连接于所述电容器与多个所述端子之间的多组电阻元件和整流元件构成，经由该电阻元件与所述整流元件而对所述电容器充电的充电电路，所述充电电路被构成为，从多个所述端子中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子，由此使对所述电容器充电的电流值变化。
本发明的斜坡信号生成电路具备：输入时钟信号的第一输入端子；对应于所述时钟信号的周期而分别输入高电平或低电平的信号的多个第二输入端子；电容器；进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出的充放电电路，所述充放电电路具备：与所述斜坡信号同步地使所述电容器放电的放电电路；以及由连接于所述电容器与电源电压线之间的多组电阻元件和开关构成，经由该电阻元件与开关元件而对所述电容器充电的充电电路，所述充电电路被构成为，从多个所述第二输入端子中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子而使各自的所述开关元件导通或关断，由此使对所述电容器充电的电流值变化。
本发明的斜坡信号调整电路具备：生成对基本时钟进行分频后的时钟信号的时钟信号生成电路；具备多个端子，并对应于所述时钟信号的周期而从各个端子输出高电平或低电平的信号的信号输出电路；电容器；进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出的充放电电路，所述充放电电路具备：与所述斜坡信号信号同步地使所述电容器放电的放电电路；以及由连接于所述电容器与电源电压线之间的多组电阻元件和开关元件构成，经由该电阻元件与开关元件而对所述电容器充电的充电电路，所述充电电路被构成为，从多个所述输入端子中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子而使各自的所述开关元件导通或关断，由此使对所述电容器充电的电流值变化。
发明的效果
根据本发明的斜坡信号生成电路，与输入至第一输入端子的时钟信号的周期对应，从多个第二端子中选择1个以上的端子，并将高电平的信号输入至该端子。由于放电电路与时钟信号同步地使电容器放电，因此斜坡信号的频率与时钟信号的频率一致。另一方面，充电电路使对电容器充电的电流值变化，以便切换电容器的充电电流流过的电阻元件与整流元件的组，使斜坡信号的电压峰值与时钟信号的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号的周期变化，也不使斜坡信号的电压峰值变化那样的斜坡信号生成电路。
根据本发明的斜坡信号调整电路，与时钟信号生成电路所生成的时钟信号的周期对应，从多个端子中选择1个以上的端子，并将高电平的信号输入至该端子。由于放电电路与时钟信号同步地使电容器放电，因此斜坡信号的频率与时钟信号的频率一致。另一方面，充电电路使对电容器充电的电流值变化，以便切换电容器的充电电流流过的电阻元件与整流元件的组，使斜坡信号的电压峰值与时钟信号的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号的周期变化，也不使斜坡信号的电压峰值变化那样的斜坡信号调整电路。
根据本发明的斜坡信号生成电路，与输入至第一输入端子的时钟信号的周期对应，从多个第二端子中选择1个以上的端子，并将高电平的信号输入至该端子。由于放电电路与时钟信号同步地使电容器放电，因此斜坡信号的频率与时钟信号的频率一致。另一方面，充电电路使对电容器充电的电流值变化，以便切换电容器的充电电流流过的电阻元件与开关元件的组，使斜坡信号的电压峰值与时钟信号的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号的周期变化，也不使斜坡信号的电压峰值变化那样的斜坡信号生成电路。
根据本发明的斜坡信号调整电路，与时钟信号生成电路所生成的时钟信号的周期对应，从多个端子中选择1个以上的端子，并将高电平的信号输入至该端子。由于放电电路与时钟信号同步地使电容器放电，因此斜坡信号的频率与时钟信号的频率一致。另一方面，充电电路使对电容器充电的电流值变化，以便选择性地切换电容器的充电电流流过的电阻元件与开关元件的组，使斜坡信号的电压峰值与时钟信号的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号的周期变化，也不使斜坡信号的电压峰值变化那样的斜坡信号调整电路。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的电源装置的电路图。
图2同上，是斜坡信号生成电路的电路图。
图3同上，是脉冲控制电路的电路图。
图4同上，是图1的电源装置的各部的时序图。
图5同上，是图2的斜坡信号生成电路的各部的时序图。
图6同上，是表示图1的替代例的电源装置的电路图。
图7同上，是表示与图6对应的图3的替代例的脉冲控制电路的电路图。
图8同上，是图6的电源装置的各部的时序图。
图9同上，是表示图2的替代例的斜坡信号生成电路的电路图。
图10是现有的斜坡信号生成电路的电路图。
图11同上，是斜坡信号生成电路的各部的时序图。
符号说明：
5 斜坡信号产生电路
15 I/O端口（信号输出电路）
17 时钟信号生成电路
18 充电电路（充放电电路）
19 放电电路（充放电电路）
21 输入端子（第一输入端子）
36,37,38,39 输入端子（第二输入端子）
C3 电容器
D3,D4,D5,D6 二极管（整流元件）
Q3,Q4,Q5,Q6 开关元件
R13,R14,R15,R16 电阻（电阻元件）
具体实施方式
参照附图，说明本发明所涉及的斜坡信号生成电路和斜坡信号调整电路。
图1是表示将本发明适用于电源装置的第一实施方式的电路结构图。该实施方式的电源装置具有将输出电压Vout控制成一定的定电压输出电路块1的结构。定电压输出电路块1由成为控制对象的转换器2、形成对转换器2的电压反馈环的电压检测电路3、微处理器4、斜坡信号生成电路5和脉冲控制电路6构成。
转换器2将施加在输入端子+Vi、-Vi间的直流输入电压Vin转换成直流输出电压Vout而提供给输出端子+Vo、-Vo，其在输出端子+Vo、-Vo间连接有未图示的负载。这里的转换器2为了转换成比输入电压Vin高的输出电压Vout而构成由扼流线圈L1、开关元件Q1、二极管D1、电容器C1形成的升压斩波电路。更具体而言，在输入端子+Vi、-Vi的两端间连接有扼流线圈L1与开关元件Q1的串联电路，在开关元件Q1的两端间连接有二极管D1与电容器C1的串联电路，在电容器C1的两端连接有输出端子+Vo、-Vo。开关元件Q1是N沟道的MOS型FET（场效应晶体管），但也可以利用双极型晶体管等别的带有控制端子的半导体元件。
电压检测电路3检测出来自于转换器2的输出电压Vout，其在输出端子+Vo、-Vo间连接分压用的电阻R1、R2的串联电路而构成。在电阻R1、R2的连接点，生成对输出电压Vout进行分压后的电压值的模拟检测电压。
相当于数字电路的微处理器4通过数字运算算出用于使输出电压Vout稳定化的控制指令值，其内含ADC11、基准电源12、CPU14、I/O端口15、工作时钟16、以及时钟生成电路17。
ADC11相当于将来自于电压检测电路3的电压值（模拟检测电压）转换成数字值的模拟-数字转换电路。另外，基准电源12生成在ADC11将模拟值变换成数字值时所使用的基准信号作为基准电压。
CPU（中央运算单元）14相当于接着在基于ADC11所得到的数字信号算出数字的控制指令值的运算之后，进行算出上次算出的控制指令值与这次算出的控制指令值的差分值的运算的运算电路。另外，I/O（输入输出）端口15相当于基于CPU14所算出的差分值，向至少2个以上的充电端子PH0,PH1和放电端子PL0,PL1、以及至少2个以上的产生控制信号S6,S7,S8,S9的端子分别输出H（高）电平或L（低）电平的信号的信号输出电路。
工作时钟16输出用于使CPU14以一定的周期进行工作的基本时钟作为工作时钟信号。
时钟生成电路17设为将对来自于工作时钟16的工作时钟信号分频后的时钟信号（同步时钟信号）S1输出至微处理器4的外部的分频器。在本实施方式中，在时钟生成电路17对来自于工作时钟16的例如8MHz的工作时钟进行16分频，将500kHz的时钟信号S1送出至斜坡信号生成电路5。该时钟信号S1决定最后所述的驱动信号S5的频率。
这里的时钟生成电路17，按照CPU14的指示，对工作时钟16输出的工作时钟信号进行分频。即，CPU14对时钟生成电路17作出将工作信号进行多少分频的指示。例如，CPU14监视流到负载的电流（负载电流），负载电流越小使时钟信号S1的频率越低，负载电流越大使时钟信号S1的频率越高的指示提供给时钟生成电路17。由此，能够响应于负载电流的变化而使时钟信号S1的频率可变。另外，根据该可变的分频，CPU14改变来自于I/O端口15的控制信号S6,S7,S8,S9的各电压电平。
微处理器4还内含对来自于工作时钟16的工作时钟信号进行分频，并将比时钟信号S1更低的频率的时钟信号输出至I/O端口15的其他的时钟生成电路（未图示）。在本实施方式中，将来自于工作时钟16的例如8MHz的工作时钟信号在其他时钟生成电路进行256分频，并将31.25kHz的时钟信号送出至I/O端口15。由此，I/O端口15能够向各放电端子PL0,PL1和充电端子PH0,PH1，将频率为31.25kHz的各个独立的信号输出至脉冲控制电路6。因此，CPU14也会在工作时钟信号的每256个时钟决定新的控制指令值。
斜坡信号生成电路5基于来自于I/O端口15的控制信号S6,S7,S8,S9、以及从时钟生成电路17输出的时钟信号S1，生成锯齿状的斜坡信号S2。从斜坡信号生成电路5，将与时钟信号S1相同频率的斜坡信号S2输出至脉冲控制电路6。
图2是表示斜坡生成信号电路5的电路图。在该图中，注意到在斜坡信号生成电路5中，替代了图10所示的现有的斜坡信号生成电路100的电阻R6，设置了与时钟信号S1的频率无关而将电容器C3的充电电压的峰值调整成一定的充电电路18。另一方面，前述的开关元件Q2、电容器C2、二极管D2、电阻R4,R5相当于与时钟信号S1的上升沿同步地使电容器C3放电的放电电路19。
充电电路18由在控制信号S6的输入端子36连接了二极管D3的正极并在二极管D3的负极与电容器C3的一端之间连接了电阻R13的第1串联电路、在控制信号S7的输入端子37连接了二极管D4的正极并在二极管D4的负极与电容器C3的一端之间连接了电阻R14的第2串联电路、在控制信号S8的输入端子38连接了二极管D5的正极并在二极管D5的负极与电容器C3的一端之间连接了电阻R15的第3串联电路、以及在控制信号S9的输入端子39连接了二极管D6的正极并在二极管D6的负极与电容器C3的一端之间连接了电阻R16的第4串联电路构成。
于是，例如在时钟信号S1的周期为T1时，从二极管D3经由电阻R13对电容器C3进行充电。在时钟信号S1的周期为T2时，从二极管D4经由电阻R14对电容器C3进行充电。在时钟信号S1的周期为T3时，从二极管D5经由电阻R15对电容器C3进行充电。在时钟信号S1的周期为T4时，从二极管D6经由电阻R16对电容器C3进行充电。即，如下表1所示那样，在时钟信号S1的周期为T1时，仅控制信号S6成为高电平。在时钟信号S1的周期为T2时，仅控制信号S7成为高电平。在时钟信号S1的周期为T3时，仅控制信号S8成为高电平。在时钟信号S1的周期为T4时，仅控制信号S9成为高电平。
[表1]
另外，当令电容器C3的电容值为C，电阻R13的电阻值为R1，电阻R14的电阻值为R2，电阻R15的电阻值为R3，电阻R16的电阻值为R4时，斜坡信号生成电路5将时钟信号S1的周期为T1时的时间常数CR1、时钟信号S1的周期为T2时的时间常数CR2、时钟信号S1的周期为T3时的时间常数CR3、时钟信号S1的周期为T4时的时间常数CR4，设定成各自的周期T1,T2,T3,T4的斜坡信号S2的电压峰值相互一致。在上表1中，不仅表示了时钟信号S1的周期与I/O端口15的输出逻辑值的关系，还一并表示了与决定脉冲信号S2的电压（电容器C3的充电电压）的上升斜度的时间常数的关系。
即，设定电阻R13,R14,R15,R16的各电阻值R1,R2,R3,R4，使T1/CR1=T2/CR2=T3/CR3=T4/CR4这样的关系成立。
再次回到图1，脉冲控制电路6按照与从斜坡信号生成电路5输出的斜坡信号S2相同的周期，将基于向充电端子PH0,PH1输出的H电平的信号、或向放电端子PL0,PL1输出的L电平的信号的脉冲宽度的驱动信号S5送出至开关元件Q1的控制端子即栅极。
图3是表示脉冲控制电路6的电路例的图，其在图1中表示I/O端口15具备由1个放电端子PL0和1个充电端子PH0构成的仅仅1组充放电端子的情况下的电路结构。在该图中，脉冲控制电路6由充放电电路28和比较器CMP构成，充放电电路28由电容器C4、二极管D3,D4、以及电阻R8,R9构成。具体而言，在斜坡信号S2的输入端子24连接比较器CMP的一个输入端子即反相输入端子，在连接于I/O端口15的放电端子PL0的输入端子41连接二极管D3的负极，在连接于I/O端口15的充电端子PH0的输入端子42连接二极管D4的正极。另外，在二极管D3的正极连接电阻R8的一端，在二极管D4的负极连接电阻R9的一端，在电阻R8、R9的另一端与电容器C4的一端的连接点连接比较器CMP的另一个输入端子即非反相输入端子。于是，电容器C4的另一端连接于接地线，比较器CMP的输出端子连接于驱动信号S5的输出端子26，构成脉冲控制电路6。
接着，对上述结构说明其作用。在该说明中，参照图4所示的各部的时序图。在该图中，位于最上段的表示来自于工作时钟16的工作时钟信号，以下，分别表示时钟信号S1，斜坡信号S2，CPU14所生成的控制指令值、差分输出值，放电端子PL0的信号电平，充电端子PH0的信号电平，前述图3所示的电容器C4的两端间电压S4，驱动信号S5。
当脉冲状的驱动信号S5从脉冲控制电路6赋给开关元件Q1的栅极时，开关元件Q1重复导通·关断动作。开关元件Q1导通时，由于输入电压Vin施加于扼流线圈L1，因此，二极管D1变为截止状态，平滑用的电容器C1的放电电压从输出端子+Vo、-Vo作为输出电压Vout供给负载。开关元件Q1关断时，由于扼流线圈L1的反电动势重叠于输入电压Vin，因此，二极管D1变为导通状态，通过该二极管D1对电容器C1充电，并且比输入电压Vin高的输出电压Vout从输出端子+Vo、-Vo供给负载。
来自于转换器2的输出电压Vout受电压检测电路3监视。电压检测电路3将通过电阻R1、R2对输出电压Vout进行分压而得到的模拟检测电压送出至微处理器4的ADC11。在ADC11中，利用来自于基准电源12的基准电压，将前述模拟检测电压转换成数字值，并将其送出至CPU14。
CPU14基于电压检测电路3和ADC11所得到的检测电压的值，算出控制指令值。在这种情况下，若输出电压Vout变高，则控制指令值变低，相反，若输出电压Vout变低，则控制指令值变高。所算出的控制指令值为了算出差分输出值而暂时存储保持于存储机构（未图示）。接着，CPU14从存储机构读出上次的控制指令值，算出这次所算出的控制控制指令值与上次的控制指令值的差分。该差分输出值对在一定周期所算出的控制指令值，具有规定的控制延迟来进行算出，并从CPU14送出至I/O端口15。
I/O端口15基于来自于CPU14的差分输出值，分别决定将H电平的信号输出至充电端子PH0的期间和从放电端子PL0输出L电平的信号的期间。在这种情况下，若差分输出值为“+”（正），则H电平的信号输出至充电端子PH0，相反，若差分输出值为“-”（负），则L电平的信号输出至放电端子PL0。从充电端子PH0输出的H电平的信号或输出至放电端子PL0的L电平的信号，差分输出值的绝对值越大，该期间越长；差分输出值的绝对值越小，该期间越短。
I/O端口15被赋予对来自于工作时钟16的工作时钟信号进行256分频后的约30kHz的时钟信号，按照与该时钟信号相同频率，分别向充电端子PH0或放电端子PL0生成独立的逻辑电平的信号。因此，CPU14每在与该信号相同的频率，就决定新的控制指令值和差分输出值。在图4所示的例子中，匹配从充电端子PH0或放电端子PL0输出的信号的频率，CPU14依次算出“10”、“50”、“128”、“40”、“30”的各控制指令值。另外，CPU14接着在算出控制指令值之后，算出与上次的控制指令值的差分值（差分输出值）。在图4所示的例子中，CPU14依次算出“+10”、“+40”、“+78”、“-110”、“-10”的各差分输出值，并输出至I/O端口15。I/O端口15按照与该差分输出值的绝对值对应的时间宽度，在差分输出值为正的情况下把充电端子PH0转变成H电平而在差分输出值为负的情况下把放电端子PL0转变成L电平的那样的信号，并从微处理器4送出至脉冲控制电路6。
微处理器4除了向前述充电端子PH0或放电端子PL0输出的信号以外，还将来自于时钟生成电路17的时钟信号S1、以及来自于I/O端口15的控制信号S6,S7,S8,S9送出至斜坡信号生成电路5。CPU14为了决定时钟信号S1的频率，而根据负载电流的变化，对时钟生成电路17作出将工作时钟信号进行多少分频的指示。例如，在负载电流小的情况下，为了降低时钟信号S1的频率，通过CPU14作出将8MHz的工作时钟信号进行32分频的指示，时钟生成电路17输出250kHz的时钟信号S1。另外，在负载电流比其大的情况下，通过CPU14作出将8MHz的工作时钟信号进行16分频的指示，时钟生成电路17输出500kHz的时钟信号S1。
另外，如前述表1所示，CPU14对应于时钟信号S1的频率（周期T1,T2,T3,T4）而选择性地使控制信号S6,S7,S8,S9的其中一个为H电平，并从I/O端口15输出。由此，决定通过充电电路18而对电容器C3的充电电压的上升斜度。CPU14在工作时钟信号的每256时钟（约30kHz）决定时钟信号S1的频率。
这里，就斜坡信号生成电路5，基于图5的时序图详细地说明其工作。图5就时钟信号S1的频率为250kHz的情况、时钟信号S1的频率为500kHz的各个，表示微分信号S10和斜坡信号S2的各波形。
例如，在使时钟信号S1的频率为500kHz的情况下，CPU14对时钟生成电路17作出将工作时钟信号进行16分频的指示，并且通过I/O端口15使控制信号S6为H电平，使除此以外的控制信号S7,S8,S9为L电平。此时，时钟生成电路17以生成500kHz的频率生成时钟信号S1，该时钟信号S1通过放电电路19的电容器C2，由此在放电电路19生成与时钟信号S1的上升沿同步地使电容器C3放电的触发状的微分信号S10。另外，充电电路18从二极管D6经由电阻R16进行电容器C3的充电，电容器C3的充电电压以根据时间常数C·R1的斜度上升。因此，在斜坡信号生成电路5的输出端子22，以500kHz频率生成具有规定的斜度的斜坡信号S2（参照图5的下段的各波形）。
另一方面，在负载电流变少例如时钟信号S1的频率变为250kHz的情况下，CPU14对时钟生成电路17作出将工作时钟信号进行32分频的指示，并且通过I/O端口15而将控制信号S7供给H电平，使除此以外的控制信号S6,S8,S9为L电平。此时，时钟生成电路17以250kHz的频率生成时钟信号S1，该时钟信号S1通过放电电路19的电容器C2，由此在放电电路19生成与时钟信号S1的上升沿同步地使电容器C3放电的触发状的微分信号S10。另外，充电电路18从二极管D5经由电阻R15进行电容器C3的充电，电容器C3的充电电压以根据时间常数C·R2的斜度上升。因此，在斜坡信号生成电路5的输出端子22，以250kHz频率生成斜坡信号S2，但此时的斜坡信号S2的上升斜度与前述斜坡信号S2为500kHz的情况相比变缓，紧挨在电容器C3开始放电之前的斜坡信号S2的电压峰值与斜坡信号S2的频率无关，均成为一定（参照图5的上段的各波形）。
即使以上述以外的频率生成时钟信号S1的情况下，也能设定电阻R13、R14、R15、R16的各电阻值R1,R2,R3,R4，使T1/CR1=T2/CR2=T3/CR3=T4/CR4这样的关系成立。因此，在时钟信号S1的周期变长时，电阻R13,R14,R15,R16的其中一个与C3所得到的时间常数变大，相反，在时钟信号S1的周期变短时，其时间常数变小，即使时钟信号S1的周期变化，斜坡信号S2的电压峰值也能维持在一定的值。这里，由于需要用于使放电电路19的电容器C3充放电的能量，因此分别连接于输入端子21,36,37,38,39的上拉电路等内含于I/O端口15或时钟生成电路17。
再次回到图4进行说明，脉冲控制电路6的充放电电路28被构成为，在H电平的信号输出至微处理器4的至少一个I/O端口即充电端子PH0时，从二极管D4通过电阻R9进行电容器C4的充电，在L电平的信号输出至微处理器4的至少另外的一个I/O端口即放电端子PL0时，从电阻R8通过二极管D3进行电容器C4的放电。连接于充电端子PH0的输入端子42与电容器C4经由构成充电电路的二极管D4和电阻R9连接。此时，二极管D4的正极连接于输入端子42，在H电平的信号输出至充电端子PH0时，能够对电容器C4充电。连接于放电端子PL0的输入端子41与电容器C4也经由构成放电电路的二极管D3和电阻R8连接。此时，二极管D3的负极连接于输入端子41，在L电平的信号输出至放电端子PL0时,能够使电容器C4放电。这里，由于需要用于使充放电电路28的电容器C4充放电的能量，因此连接于充电端子PH0的上拉电路或连接于放电端子PH0的下拉电路等内含于I/O端口15。
这样做，成为充放电电路28的输出电压的电容器C4的两端间电压S4，基于从CPU14的差分输出值向充电端子PH0输出的H电平的信号的时间宽度、以及向放电端子PL0输出的L电平的信号的时间宽度来进行调整。具体而言，如图4所示，在H电平的信号输出至充电端子PH0的期间，电容器C4充电，其两端间电压S4直线上升，在L电平的信号输出至放电端子PL0的期间，电容器C4放电，其两端间电压S4直线下降。除此以外的、L电平的信号向充电端子PH0输出且H电平的信号向放电端子PL0输出的期间，电容器C4不充放电，其两端间电压S4被保持（hold）。电容器C4的充放电时间由CPU14所算出的差分输出值决定，但其可变阶跃（step）最大也需要比工作时钟信号的周期时间短。
表2是在图3所示的脉冲控制电路6中，电容器C4的两端间电压S4相对于充电端子PH0与放电端子PL0的各逻辑电平的转变表。
表2
来自于斜坡信号生成电路5的斜坡信号S2输入至脉冲控制电路6的比较器CMP的反相输入端子，充放电电路28的输出电压即电容器C4的两端电压S4输入至比较器CMP的非反相输入端子。比较器CMP将基于斜坡信号S2的电压值与电容器C4的两端间电压S4的比较结果的占空比的脉冲驱动信号S5送出至开关元件Q1的栅极。由此，开关元件Q1进行导通·关断动作，以使转换器2的输出电压Vout成为一定。
为了通过上述一连串的工作使来自于转换器2的输出电压Vout成为一定值，可以将ADC11构成为在来自于电压检测电路3的电压值降低时数字值上升，可以将CPU14构成为在来自于ADC11的数字值上升时控制指令值上升。代之，也可以将ADC11构成为在来自于电压检测电路3的电压值降低时数字值降低，也可以将CPU14构成为在来自于ADC11的数字值下降时控制指令值上升。
前述驱动信号S5的频率与斜坡信号S2的频率相同，该驱动信号S5的脉冲宽度由电容器C4的两端间电压S4调整。在图3所示的电路中，与斜坡信号S2的电压电平相比较，电容器C4的两端间电压S4上升时，生成占空比长的驱动信号。因此，随着电容器C4的两端间电压S4变高，使开关元件2导通的驱动信号S5的脉冲宽度也变宽。输出至充电端子PH0或放电端子PL0的信号的频率也可以比斜坡信号S2的频率低。
在本实施方式中，由于微处理器4以8bit控制，因此在（0~255）×工作时钟信号的周期（125nS）的范围，将H电平的信号输出至充电端子PH0的期间或将L电平的信号输出至放电端子PL0的期间会变化。这些信号的输出期间，基于来自于工作时钟16的工作时钟信号（8MHz）而生成，以125nS单位阶段性变化。于是，基于该信号的输出期间，电容器C4的两端间电压S4上升或减少，该电压S4和斜坡信号S2分别输入至比较器CMP。因此，从比较器CMP输出的驱动信号S5，在电容器C4的两端间电压S4上升或减少期间中可以在每1个脉冲使其脉冲宽度变化。
另外，驱动信号S5的频率（500kHz）考虑扼流线圈L1的尺寸和开关元件Q1的开关损耗两方面来决定。其理由是，若降低频率则扼流线圈L1的尺寸变大，若提高频率则开关元件Q1的开关损耗增加。时钟生成电路17为了确保用于通过CPU14算出控制指令值的处理时间，可以不尝试对工作时钟信号进行16分频，而是基于转换器2的规格来决定时钟信号S1的频率。
在本实施方式中，即使工作时钟信号的频率例如是500kHz，通过使工作时钟16兼备时钟生成电路17的功能，也可以实现使驱动信号S5的频率维持在500kHz的电路。在这种情况下，来自于充电端子PH0或放电端子PL0的信号的频率为500/256=1.95kHz。另外，CPU14只要能够对工作时钟信号在每256个时钟算出新的控制指令值即可，不依赖于工作时钟信号的频率。
再有，在图3中，表示了具备由1个放电端子PL0和1个充电端子PH0构成的仅仅1组的充放电端子的脉冲控制电路6，但也可以具备由2个以上的充电端子PH0,PH1……、以及2个以上的放电端子PL0,PL1……构成的2组以上的充放电端子，在这种情况下，能够更精细且短时间地调整电容器C4的两端间电压S4。
如上所述，本实施方式的斜坡信号生成电路5具备：作为输入时钟信号S1的第一输入端子的输入端子21；作为对应于时钟信号S1的周期而分别输入H电平或L电平的信号的多个第二输入端子的输入端子36,37,38,39；电容器C3；进行该电容器C3的充放电，作为将电容器C3的端子间所生成的电压作为斜坡信号S2输出的充放电电路，与时钟信号S1同步地使电容器C3放电的放电电路19、以及由分别连接于电容器C3与多个输出端子36,37,38,39之间的多组电阻元件即电阻R13,R14,R15,R16和整流元件即二极管D3,D4,D5,D6构成，经由这些电阻R13,R14,R15,R16与二极管D3,D4,D5,D6而对电容器C3充电的充电电路18。再有，充电电路18被构成为，从多个输入端子36,37,38,39中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子，由此使对电容器C3充电的电流值变化。
另外，本实施方式的斜坡信号调整电路，除了上述斜坡信号生成电路5以外，还包含生成对作为基本时钟的工作时钟信号进行分频后的时钟信号S1的时钟信号生成电路17、以及作为具备分别连接于前述输入端子36,37,38,39的多个端子并对应于时钟信号S1的周期而将H电平或L电平的信号输出至各自的端子的信号输出电路的I/O端口15而构成。
在这样的结构下，与在时钟信号生成电路17生成并输入至输入端子21的时钟信号S1周期对应，从与时钟信号生成电路17的多个端子连结的斜坡信号生成电路5的各输入端子36,37,38,39中选择1个以上的端子，并将H电平的信号输入至该端子。由于放电电路19与时钟信号S1同步地使电容器C3放电，因此斜坡信号S2的频率与时钟信号S1的频率一致。另一方面，充电电路18使对电容器C3充电的电流值变化，以便选择性地切换电容器C3的充电电流流过的电阻元件R13,R14,R15,R16与二极管D3,D4,D5,D6的组，使斜坡信号S2的电压峰值与时钟信号S1的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号S2的周期变化，也不使斜坡信号S2的电压峰值变化那样的斜坡信号生成电路5和包含该斜坡信号生成电路5的斜坡信号调整电路。
再有，在上述实施方式中，也可以采用图6所示那样的电源装置的结构、以及图7所示那样的其他例子的脉冲控制电路6。这里的I/O端口15具有将基于CPU14所算出的控制指令值而决定的占空比得脉冲信号S3输出至微处理器4的外部的结构。另外，脉冲控制电路6由构成积分电路28的电容器C4和电阻R7、以及比较器CMP构成。具体而言，在斜坡信号S2的输入端子24连接比较器CMP的一个输入端子即反相输入端子，在脉冲信号S3的输入端子25连接积分电路28的输入端即电阻R7的一端，积分电路28的输出端即电阻R7的另一端与电容器C4的一端的连接点连接比较器CMP的另一个输入端子即非反相输入端子。于是，电容器C4的另一端连接于接地线，比较器CMP的输出端子连接于驱动信号S5的输出端子26，构成脉冲控制电路6。
图8是图6所示的电源装置的各部的波形。在该图中，位于最上段的表示来自于动作时钟16的工作时钟信号，以下，分别表示时钟信号S1，斜坡信号S2，由CPU14生成的控制指令值，脉冲信号S3，在前述图3所示的电容器C4的两端间电压S4，驱动信号S5。
在图6所示的电源装置中，CPU14基于电压检测电路3和ADC11所得到的检测电压的值，算出控制指令值。在这种情况下，若输出电压Vout变高，则控制指令值变低，相反，若输出电压Vout变低，则控制指令值变高。I/O端口15生成由CPU14所算出的控制指令值而决定的占空比的脉冲信号S3。在这种情况下，若控制指令值变大，则脉冲信号S3的占空比变大，相反，若控制指令值变小，则脉冲信号S3的占空比变小。
I/O端口15被赋予对来自于工作时钟16的工作时钟信号进行256分频后的约30kHz的时钟信号，生成与该时钟信号相同周期的脉冲信号S3。因此，CPU14每在与该信号相同的频率，就决定新的控制指令值。在图8所示的例子中，匹配脉冲信号S3的周期，CPU14依次算出“10”、“50”、“128”、“40”、“30”的各控制指令值。与该控制指令值对应的占空比的脉冲信号S3通过I/O端口15生成，从微处理器4送出至脉冲控制电路6。
脉冲信号S3输入至脉冲控制电路6的积分电路28。成为积分电路28的输出电压的电容器C4的两端间电压S4基于脉冲信号S3的占空比上升或下降。在这种情况下，如图8所示，电压S4依赖于构成积分电路28的电阻R7与电容器C4的时间常数，若脉冲信号S3变为H电平则上升，若脉冲信号S3变为L电平则下降，在固定了的脉冲信号S3的一个周期间变动。另外，脉冲信号S3的占空比越大，电压S4上升持续时间越长，其后的电压C4下降持续的时间越短。这里，由于需要用于对积分电路28的电容器C4充放电的能量，因此连接于输入端子25的上拉电路或下拉电路等内含于I/O端口15。另外，电容器C4的充放电时间由CPU14所算出的控制指令值决定，但其可变的阶跃最大也要比工作时钟信号的周期时间短。
来自于斜坡信号生成电路5的斜坡信号S2输入至脉冲控制电路6的比较器CMP的反相输入端子，积分电路28的输出电压即电容器C4的两端间电压S4输入至比较器CMP的非反相输入端子。比较器CMP将基于斜坡信号S2的电压值电容器C4的两端间电压S4的比较结果的占空比的脉冲驱动信号S5送出至开关元件Q1。由此，开关元件Q1进行导通·关断动作，使来自于转换器2的输出电压Vout成为一定值。
再者，在这里，具备了输出控制信号S6,S7,S8,S9的端子的I/O端口15，以及接受该控制信号S6,S7,S8,S9的斜坡信号生成电路5的结构也与上述相同。因此，能够提供即使通过使斜坡信号S2的周期变化，也不使斜坡信号S2的电压峰值变化那样的斜坡信号生成电路5和包含该斜坡信号生成电路5的斜坡信号调整电路。
另外，斜坡信号生成电路5的结构也可以是图2以外的结构。图9表示斜坡信号生成电路5的其他电路例子。在这里的充电电压调整电路18中，电阻R13,R14,R15,R16经由开关元件Q3,Q4,Q5,Q6，连接于未图示的内部电源所生成的电源电压Vcc的线。即，充电电路18由电源电压Vcc的线连接开关元件Q3的源极而开关元件Q3的漏极与电容器C3的一端之间连接了电阻R13的第1串联电路、电源电压Vcc的线连接开关元件Q4的源极而开关元件Q4的漏极与电容器C3的一端之间连接了电阻R14的第2串联电路、电源电压Vcc的线连接开关元件Q5的源极而开关元件Q5的漏极与电容器C3的一端之间连接了电阻R15的第3串联电路、电源电压Vcc的线连接开关元件Q6的源极而开关元件Q6的漏极与电容器C3的一端之间连接了电阻R16的第4串联电路构成。另外，控制信号S6的输入端子36连接于开关元件Q3的控制端子即栅极，控制信号S7的输入端子37连接于开关元件Q4的控制端子即栅极，控制信号S8的输入端子38连接于开关元件Q5的控制端子即栅极，控制信号S9的输入端子39连接于开关元件Q6的控制端子即栅极。因此，仅对连接于导通了的开关元件Q3,Q4,Q5,Q6的电阻R13,R14,R15,R16，有充电电流流到电容器C3。
开关元件Q3,Q4,Q5,Q6均为P沟道MOS型FET，仅将L电平的电压赋给栅极后的开关元件Q3,Q4,Q5,Q6导通。例如，在时钟信号S1的周期为T1时，仅控制信号S6成为L电平。在时钟信号S1的周期为T2时，仅控制信号S7成为L电平。在时钟信号S1的周期为T3时，仅控制信号S8成为L电平。在时钟信号S1的周期为T4时，仅控制信号S9成为L电平。即与前述表1各控制信号S6,S7,S8,S9的逻辑值完全相反，但这里也设定电阻R13,R14,R15,R16的各电阻值R1,R2,R3,R4，使T1/CR1=T2/CR2=T3/CR3=T4/CR4这样的关系成立。因此，在该例也使斜坡信号S2的电压峰值与斜坡信号S2的频率无关而均成为一定。
再有，在开关元件Q3,Q4,Q5,Q6为MOS型FET的情况下，作为元件本来的特性，分别内含有容许从漏极到源极的电流的流动的二极管63,64,65,66。
如此，在本例中的斜坡信号生成电路5具备：作为输入时钟信号S1的第一输入端子的输入端子21；作为对应于时钟信号S1的周期而分别输入H电平或L电平的信号的多个第二输入端子的输入端子36,37,38,39；电容器C3；进行该电容器C3的充放电，作为将电容器C3的端子间所生成的电压作为斜坡信号S2输出的充放电电路，与时钟信号S1同步地使电容器C3放电的放电电路19、以及由连接于电容器C3与电源电压Vcc的线之间的多组电阻元件即电阻R13,R14,R15,R16和开关元件Q3,Q4,Q5,Q6构成，经由这些电阻R13,R14,R15,R16与开关元件Q3,Q4,Q5,Q6而对电容器C3充电的充电电路18。再有，充电电路18被构成为，从多个输入端子36,37,38,39中选择1个以上的端子，通过将高电平的信号输入至该端子而使各自的开关元件Q3,Q4,Q5,Q6导通或关断，由此使对电容器C3充电的电流值变化。
另外，本实施方式的斜坡信号调整电路，除了上述斜坡信号生成电路5以外，还包含生成对作为基本时钟的工作时钟信号进行分频后的时钟信号S1的时钟信号生成电路17、以及作为具备分别连接于所述输入端子36,37,38,39的多个端子并对应于时钟信号S1的周期而从各个端子输出H电平或L电平的信号的信号输出电路的I/O端口15而构成。
在这样的结构下，与在时钟信号生成电路17生成并输入至输入端子21的时钟信号S1周期对应，从与时钟信号生成电路17的多个端子连结的斜坡信号生成电路5的各输入端子36,37,38,39中选择1个以上的端子，并将H电平的信号输入至该端子。由于放电电路19与时钟信号S1同步地使电容器C3放电，因此斜坡信号S2的频率与时钟信号S1的频率一致。另一方面，充电电路18使对电容器C3充电的电流值变化，以便选择性地切换电容器C3的充电电流流过的电阻元件R13,R14,R15,R16与开关元件Q3,Q4,Q5,Q6的组，使斜坡信号S2的电压峰值与时钟信号S1的周期无关而成为一定的值。由此，能够提供即使通过使斜坡信号S2的周期变化，也不使斜坡信号S2的电压峰值变化那样的斜坡信号生成电路5和包含该斜坡信号生成电路5的斜坡信号调整电路。
以上，说明了本发明的实施方式，但这是用于说明本发明的例示，不是旨在将本发明的范围限定在该实施方式。不言而喻，在不偏离本发明的主旨的范围内能够增加各种各样的变更。例如，在上述实施方式提出的斜坡信号生成电路5或斜坡信号调整电路可以适用于所有包含电路结构的转换器2的电源装置。另外，本发明的概念同样能够适用于将负载特定为一个至多个发光元件并将流到该发光元件的输出电流控制成一定，而替代前述电压检测电路3，组装电流检测电路而形成对转换器2的电流反馈环的发光元件驱动装置。再换句话说，本发明的概念能够同样适用于这样的电源装置或发光元件驱动装置以外的各种电路装置。各部的信号电平或频率（周期）或逻辑结构等也可以变更为与上述各实施方式所示的那样。
此外，在上述的各实施方式中，可以构成为：对应于时钟信号S1的周期，从多个输入端子36,37,38,39中不是选择1个端子而是选择2个以上的端子，将H电平的信号输入至该2个以上的端子，由此从充电电路18将充电电流供给电容器C3。在这种情况下，也能够以使斜坡信号S2的电压峰值与时钟信号S1的周期无关而成为一定的方式，对电容器C3进行充电。

Claims (2)

1.一种斜坡信号调整电路，其特征在于，
调整用于生成转换器的PWM信号的斜坡信号，
具备：
时钟信号生成电路，生成对CPU的基本时钟进行分频后的时钟信号；
信号输出电路，具备多个端子，并对应于所述时钟信号的周期而从各个端子输出高电平或低电平的信号；
电容器；以及
充放电电路，进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出，
所述充放电电路具备：放电电路，与所述时钟信号同步地使所述电容器放电；以及充电电路，由分别连接于所述电容器与多个所述端子之间的多组电阻元件和整流元件构成，经由该电阻元件与所述整流元件而对所述电容器充电，
所述充电电路被构成为，从多个所述端子中选择1个以上的端子，将高电平的信号输入至该端子，由此使对所述电容器充电的电流值变化，
所述CPU对应于所述转换器的负载电流的变化而使所述时钟信号的频率变化。
2.一种斜坡信号调整电路，其特征在于，
调整用于生成转换器的PWM信号的斜坡信号，
具备：
时钟信号生成电路，生成对CPU的基本时钟进行分频后的时钟信号；
信号输出电路，具备多个端子，并对应于所述时钟信号的周期而从各个端子输出高电平或低电平的信号；
电容器；以及
充放电电路，进行所述电容器的充放电，将由该电容器生成的电压作为斜坡信号输出，
所述充放电电路具备：放电电路，与所述时钟信号同步地使所述电容器放电；以及充电电路，由连接于所述电容器与电源电压线之间的多组电阻元件和开关元件构成，经由该电阻元件与开关元件而对所述电容器充电，
所述充电电路被构成为，从多个所述端子中选择1个以上的端子，通过将高电平的信号输入至该端子从而使各自的所述开关元件导通或关断，由此使对所述电容器充电的电流值变化，
所述CPU对应于所述转换器的负载电流的变化而使所述时钟信号的频率变化。
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