CN107342685A - Dcdc 转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供DCDC转换器，在小负载时也能够进行稳定的动作。DCDC转换器具有：第1开关元件，其连接于在一端生成输出电压的电感器的另一端与电源端子之间；伪纹波生成电路，其生成与在输出电压中产生的纹波成分对应的伪纹波电压以及对该伪纹波电压进行平滑而得到的平滑电压；比较电路，其对比较伪纹波电压与平滑电压而得到的第1比较结果和比较反馈电压与基准电压而得到的第2比较结果进行合成，输出比较结果信号，其中，反馈电压是对输出电压进行分压而得到的；以及输出控制电路，其根据比较结果信号来控制第1开关元件的接通断开，比较电路响应于成为小负载的情况而仅将第2比较结果作为比较结果信号输出。

Description

DCDC转换器
技术领域
本发明涉及DCDC转换器，特别是涉及迟滞控制方式(纹波控制方式)的DCDC转换器。
背景技术
迟滞控制方式的DCDC转换器利用由于与输出端子连接的电容器的等效串联电阻(ESR)而在输出电压中出现的纹波成分来进行开关元件的接通断开控制。
以往使用ESR较大的电容器，但是为了使用DCDC转换器的电子设备的小型化，陶瓷电容器的使用需求增多。但是，由于陶瓷电容器的ESR较小，因此，如果使用陶瓷电容器，则在输出电压中几乎不会出现纹波成分，导致无法进行开关元件的接通断开控制。作为其对策，采用纹波注入方式，仿真地生成纹波成分而将该伪纹波成分注入到输出电压及比较器等中。
作为上述纹波注入方式的实现方法，在专利文献1中提出有如下构成的DCDC转换器：设比较器为具有2个差动输入级的四输入的比较器，将反馈电压和基准电压输入到2个差动输入级中的一个差动输入级，将由伪纹波生成电路生成的伪纹波电压以及对该伪纹波电压进行平滑而得到的电压输入到另一个差动输入级。
【专利文献1】日本特开2012-235563号公报
然而，在专利文献1提出的结构中，在大负载时，伪纹波电压有效地发挥功能，从而使得DCDC转换器进行稳定的动作，另一方面，在小负载时，由于伪纹波生成电路的输出阻抗较高，使得伪纹波电压容易受到噪声的影响，不如说是存在导致误动作的危险性。
此外，还存在如下的问题：在改变对比较器供给电流的偏置电路(电流源)的电流值，在低功耗动作模式与高速动作模式之间进行切换来进行动作的情况下，在切换电流时，通过构成比较器的差动输入级的输入晶体管的寄生电容而传递的耦合噪声被传递给伪纹波电压，从而导致误动作。
发明内容
本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供采用纹波注入方式的迟滞控制的在小负载时也能够进行稳定的动作的DCDC转换器。
为了解决上述课题，本发明的DCDC转换器具有：第1开关元件，其连接于在一端生成输出电压的电感器的另一端与电源端子之间；伪纹波生成电路，其生成与在所述输出电压中产生的纹波成分对应的伪纹波电压以及对该伪纹波电压进行平滑而得到的平滑电压；比较电路，其对比较所述伪纹波电压与所述平滑电压而得到的第1比较结果和比较反馈电压与基准电压而得到的第2比较结果进行合成，输出比较结果信号，其中，所述反馈电压是对所述输出电压进行分压而得到的；以及输出控制电路，其根据所述比较结果信号来控制所述第1开关元件的接通断开，所述DCDC转换器的特征在于，所述比较电路响应于成为小负载的情况而仅将所述第2比较结果作为所述比较结果信号输出。
根据本发明的DCDC转换器，构成为在小负载时，仅将比较反馈电压与基准电压而得到的第2比较结果作为比较结果信号输出，从而使得在比较结果信号中不包含容易受到噪声影响的、比较伪纹波电压与平滑电压而得到的第1比较结果，其中，反馈电压是对输出电压进行分压而得到的。因此，能够提供在小负载时也能够抑制噪声影响而进行稳定的动作的DCDC转换器。
附图说明
图1是本发明的实施方式的DCDC转换器的电路图。
图2是示出图1的DCDC转换器中的伪纹波电路的一例的电路图。
图3是示出图1的DCDC转换器中的比较电路的一例的电路图。
图4是示出图3的比较电路中的比较器的一例的电路图。
图5是示出图1的DCDC转换器中的比较电路的另一例的电路图。
标号说明
101、101a、101b：比较电路；
102：输出控制电路；
103：伪纹波生成电路；
31、31a、33、34：比较器。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本实施方式的DCDC转换器100的电路图。
本实施方式的DCDC转换器100具有比较电路101、输出控制电路102、伪纹波生成电路103、开关元件11和12、缓冲器13和14、电感器15、电容器16、电阻元件17和18以及基准电压源19。
开关元件11和12串联连接于供给电源电压VDD的电源端子1与接地端子2之间。缓冲器13和14的输出被供给至开关元件11和12各自的栅极。
电感器15的一端与输出端子3连接，另一端与开关元件11和12的连接点(也称作“开关节点”)连接。电容器16连接于输出端子3与接地端子2之间。
电阻元件17和18串联连接于输出端子3与接地端子2之间，在两者的连接点生成向输出端子3输出的输出电压VOUT的分压电压即反馈电压VFB。
伪纹波生成电路103生成与在向输出端子3输出的输出电压VOUT中产生的纹波成分对应的伪纹波电压VQR以及对该伪纹波电压VQR进行平滑而得到的平滑电压VQRS。在本实施方式中，构成为根据在开关节点生成的电压VSW来生成电压VQR和VQRS。
比较电路101以伪纹波电压VQR、平滑电压VQRS、反馈电压VFB、基准电压源19的基准电压VREF为输入，对比较伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS而得到的第1比较结果和比较反馈电压VFB与基准电压VREF而得到的第2比较结果进行合成，输出比较结果信号VCOM。
输出控制电路102根据来自比较电路101的比较结果信号VCOM经由缓冲器13和14向开关元件11和12供给控制信号，从而控制开关元件11和12的接通断开。
比较电路101还被输入来自输出控制电路102的控制信号CONT。控制信号CONT是如下的信号：当为小负载时处于第1状态(例如高电平)，当从开关元件11和12都断开的状态起将开关元件11接通即成为大负载时处于第2状态(例如低电平)。
比较电路101响应于控制信号CONT处于第1状态的情况而仅将第2比较结果作为比较结果信号VCOM输出。然后，比较电路101响应于控制信号CONT处于第2状态的情况而对第1比较结果和第2比较结果进行合成，输出比较结果信号VCOM。
在此，使用图2对伪纹波生成电路103的具体结构例进行说明。
图2的伪纹波生成电路103具有电阻元件21～23以及电容元件24～26。电阻元件21的一端接收电压VSW，另一端与电容元件24的一端连接。电容元件24的另一端与接地端子2连接。
电阻元件22的一端与电阻元件21和电容元件24的连接点连接，另一端与电容元件25的一端连接，电容元件25的另一端与接地端子2连接。电阻元件23的一端与电阻元件22的另一端连接，另一端与电容元件26的一端连接，电容元件26的另一端与接地端子2连接。
根据上述结构，能够从电阻元件21的另一端得到伪纹波电压VQR，从电阻元件23的另一端得到对伪纹波电压VQR进行平滑而得到的平滑电压VQRS。这样，由于伪纹波生成电路103构成为包含许多电阻元件和电容元件，因此输出阻抗增高，因此，伪纹波电压VQR和平滑电压VQRS容易受到噪声影响。
如上所述，根据本实施方式的DCDC转换器100，在小负载时，比较容易受到噪声影响的伪纹波电压与平滑电压而得到的第1比较结果不包含在比较结果信号中。因此，在小负载时，也能够抑制噪声影响而以稳定的占空比进行动作。
接下来，作为DCDC转换器100中的比较电路101的一例，在图3中示出比较电路101a。
比较电路101a具有四输入的比较器31和开关32。
比较器31具有2个差动输入级，一个(第1)差动输入级的反相输入端子被输入伪纹波电压VQR，同相输入端子被输入平滑电压VQRS，另一个(第2)差动输入级的反相输入端子被输入反馈电压VFB，同相输入端子被输入基准电压VREF，比较器31输出比较结果信号VCOM。
开关32连接于供给伪纹波电压VQR的信号线S1与供给平滑电压VQRS的信号线S2之间，利用控制信号CONT来控制接通断开。
在上述结构的比较电路101a中，当控制信号CONT处于第1状态(高电平)即为小负载时，开关32接通，使信号线S1与信号线S2短路。因此，伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS处于相同电位。
由于伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS处于相同电位，因此，虽然在比较器31的一个差动输入级进行伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS的比较动作，但是，由于两者为相同电位，因此，第1比较结果实际上不会与第2比较结果合成。因此，仅将比较反馈电压VFB与基准电压VREF而得到的第2比较结果作为比较结果信号VCOM输出。
然后，当控制信号CONT变成第2状态(低电平)时，开关32断开，伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS成为不同的电压，因此，将对第1比较结果和第2比较结果进行合成而得到的信号作为比较结果信号VCOM输出。
图4示出在这样的比较电路101a中，将比较器31构成为在小负载时与大负载时在低功耗动作模式与高速动作模式之间进行切换来进行动作时的具体结构例。
图4的比较器31具有PMOS晶体管311～316、电流源317～322、开关323和324以及反相器325。
由PMOS晶体管311和312构成第1差动输入级，由PMOS晶体管313和314构成第2差动输入级。第1差动输入级被输入伪纹波电压VQR和平滑电压VQRS，第2差动输入级被输入反馈电压VFB和基准电压VREF。
此外，由串联连接于电源端子1与接地端子2之间的PMOS晶体管315和电流源321以及与该PMOS晶体管315和电流源321并联连接的PMOS晶体管316和电流源322构成输出级。PMOS晶体管315和316的栅极公共连接，PMOS晶体管315的栅极和漏极公共连接。PMOS晶体管315的漏极与PMOS晶体管311和313的漏极连接，PMOS晶体管316的漏极与PMOS晶体管312和314的漏极连接。并且，在PMOS晶体管316的漏极生成比较结果信号VCOM。
电流源317连接于电源端子1与第1差动输入级的动作电流输入节点Nin1之间，电流源318的一端与电源端子1连接。开关323连接于电流源318的另一端与动作电流输入节点Nin1之间，利用由反相器325将控制信号CONT反相后的信号对开关323进行接通断开控制。
电流源319连接于电源端子1与第2差动输入级的动作电流输入节点Nin2之间，电流源320的一端与电源端子1连接。开关324连接于电流源320的另一端与动作电流输入节点Nin2之间，利用由反相器325将控制信号CONT反相后的信号对开关324进行接通断开控制。
当为小负载时，即当控制信号CONT处于第1状态(高电平)时，如上所述，图3所示的开关32接通，使信号线S1与信号线S2短路，并且，利用处于第1状态(高电平)的控制信号CONT的反相信号使开关323和324都断开。由此，成为如下的状态：仅从电流源317向第1差动输入级的动作电流输入节点Nin1供给动作电流，仅从电流源319向第2差动输入级的动作电流输入节点Nin2供给动作电流。因此，在小负载时能够成为抑制耗电的低功耗动作模式。
此外，通过将开关323切换成断开，从而将耦合噪声通过第1差动输入级的寄生电容传递至伪纹波电压VQR和平滑电压VQRS中，然而，这时图3所示的开关32接通而使信号线S1与信号线S2短路。因此，由于伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS处于相同电位，从而能够防止比较器31由于耦合噪声的影响而误动作的情况。
另一方面，当为大负载时，即当控制信号CONT处于第2状态(低电平)时，图3所示的开关32断开，并且，利用处于第2状态(低电平)的控制信号CONT的反相信号使开关323和324都接通。由此，成为如下的状态：从电流源317和318这2个电流源向第1差动输入级的动作电流输入节点Nin1供给动作电流，从电流源319和320这2个电流源向第2差动输入级的动作电流输入节点Nin2供给动作电流。因此，在大负载时能够成为高速动作模式。
接下来，作为DCDC转换器100中的比较电路101的另一例，在图5中示出比较电路101b。
比较电路101b具有比较器33和34以及开关35。比较电路101b还具有：电流源36和开关37，它们串联连接于电源端子1与比较器33的动作电流输入节点N33in之间；以及电流源38，其连接于电源端子1与比较器34的动作电流输入节点N34in之间。利用由反相器39将控制信号CONT反相后的信号对开关37进行接通断开控制。
比较器33是具有2个差动输入级的四输入的比较器，一个(第1)差动输入级的反相输入端子被输入伪纹波电压VQR，同相输入端子被输入平滑电压VQRS，另一个(第2)差动输入级的反相输入端子被输入反馈电压VFB，同相输入端子被输入基准电压VREF。然后，对比较伪纹波电压VQR与平滑电压VQRS而得到的结果和比较反馈电压VFB与基准电压VREF而得到的结果进行合成，输出比较信号VCOM1(与对上述第1比较结果和第2比较结果进行合成而得到的信号相当的信号)。
比较器34是具有1个差动输入级的二输入的比较器，差动输入级的反相输入端子被输入反馈电压VFB，同相输入端子被输入基准电压VREF，对它们进行比较，输出比较信号VCOM2(与上述第2比较结果相当的信号)。
开关35构成为当控制信号CONT处于第1状态(高电平)时选择比较器34的输出，当控制信号CONT处于第2状态(低电平)时选择比较器33的输出。
在上述结构的比较电路101b中，当控制信号CONT处于第1状态(高电平)即为小负载时，开关35选择比较器34的输出即比较信号VCOM2，将该比较信号VCOM2作为比较结果信号VCOM输出。
然后，当控制信号CONT处于第2状态(低电平)时，开关35选择比较器33的输出即比较信号VCOM1，比较电路101b将该比较信号VCOM1作为比较结果信号VCOM输出。
而且，在本比较电路101b中，作为比较器33的动作电流的电流源36的电流值被设定得大于作为比较器34的动作电流的电流源38的电流值。并且，当为小负载时，即当控制信号CONT处于第1状态(高电平)时，利用控制信号CONT的反相信号使开关37断开，因此动作电流不再供给至比较器33。因此，能够以当控制信号CONT处于第1状态(高电平)时切换成低功耗动作模式而当控制信号CONT处于第2状态(低电平)时切换成高速动作模式的方式进行动作。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明不限于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对将本发明应用于一般的迟滞控制方式的DCDC转换器的示例进行了说明，但是，当然也可以应用于作为一种迟滞控制方式的COT(恒定导通时间)控制方式的DCDC转换器。
此外，在上述实施方式中，作为生成与在输出电压VOUT中产生的纹波成分对应的伪纹波电压VQR以及对该伪纹波电压VQR进行平滑而得到的平滑电压VQRS的方法，示出了根据在开关节点生成的电压VSW而生成的示例，但不限于此，例如也可以根据开关元件11的栅极电压而生成。
此外，在上述实施方式中，为了简化说明，以如下方式进行了说明：设从开关元件11和12都断开的状态起将开关元件11接通的情况为“变成大负载”，当成为大负载时使图3的开关32断开，图4的开关323和324接通，图5的开关37接通，但是，本发明还包含如下情况：构成为在小负载状态的期间从开关元件11和12都断开的状态起将开关元件11接通时，各开关如上所述。

Claims (8)

1.一种DCDC转换器，该DCDC转换器具有：
第1开关元件，其连接于在一端生成输出电压的电感器的另一端与电源端子之间；
伪纹波生成电路，其生成与在所述输出电压中产生的纹波成分对应的伪纹波电压以及对该伪纹波电压进行平滑而得到的平滑电压；
比较电路，其对比较所述伪纹波电压与所述平滑电压而得到的第1比较结果和比较反馈电压与基准电压而得到的第2比较结果进行合成，输出比较结果信号，其中，所述反馈电压是对所述输出电压进行分压而得到的；以及
输出控制电路，其根据所述比较结果信号来控制所述第1开关元件的接通断开，
所述DCDC转换器的特征在于，
所述比较电路响应于成为小负载的情况而仅将所述第2比较结果作为所述比较结果信号输出。
2.根据权利要求1所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述比较电路具有四输入的比较器，该比较器的第1反相输入端子被输入所述伪纹波电压，第1同相输入端子被输入所述平滑电压，第2反相输入端子被输入所述反馈电压，第2同相输入端子被输入所述基准电压，该比较器输出所述比较结果信号，
所述比较电路响应于成为所述小负载的情况而使所述伪纹波电压与所述平滑电压成为相同电位。
3.根据权利要求2所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述比较器具有：第1差动输入级，其被输入所述伪纹波电压和所述平滑电压；第2差动输入级，其被输入所述反馈电压和所述基准电压；第1电流源和第2电流源，它们对所述第1差动输入级的第1动作电流输入节点供给电流；以及第3电流源和第4电流源，它们对所述第2差动输入级的第2动作电流输入节点供给电流，
所述比较器响应于成为所述小负载的情况而使从所述第2电流源向所述第1动作电流输入节点的电流供给和从所述第4电流源向所述第2动作电流输入节点的电流供给停止。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的DCDC转换器，其中，
所述DCDC转换器还具有第2开关元件，该第2开关元件与所述第1开关元件串联连接，
所述输出控制电路控制所述第2开关元件的接通断开，
所述比较电路响应于在成为所述小负载之后从所述第1开关元件和第2开关元件都断开的状态起将所述第1开关元件接通的情况，对所述第1比较结果与所述第2比较结果进行合成，输出比较结果信号。
5.根据权利要求1所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述比较电路具有四输入的第1比较器和二输入的第2比较器，其中，该第1比较器的第1反相输入端子被输入所述伪纹波电压，第1同相输入端子被输入所述平滑电压，第2反相输入端子被输入所述反馈电压，第2同相输入端子被输入所述基准电压，该第1比较器输出第1比较信号，该第2比较器的反相输入端子被输入所述反馈电压，同相输入端子被输入所述基准电压，该第2比较器输出第2比较信号，
所述比较电路响应于成为所述小负载的情况而将所述第2比较信号作为所述比较结果信号输出。
6.根据权利要求5所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述第1比较器的动作电流大于所述第2比较器的动作电流。
7.根据权利要求6所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述DCDC转换器响应于成为所述小负载的情况而停止向所述第1比较器供给所述动作电流。
8.根据权利要求5～7中的任意一项所述的DCDC转换器，其特征在于，
所述DCDC转换器还具有第2开关元件，该第2开关元件与所述第1开关元件串联连接，
所述输出控制电路控制所述第2开关元件的接通断开，
所述比较电路响应于在成为所述小负载之后从所述第1开关元件和第2开关元件都断开的状态起将所述第1开关元件接通的情况，将所述第1比较信号作为所述比较结果信号输出。
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