CN108336913A - 半导体装置、电源装置、电子设备及电源装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供半导体装置、电源装置、电子设备及电源装置的控制方法。半导体装置具有：开关电路，其连接在第1电源端子与输出端子之间；开关元件，其连接在输出端子与第2电源端子之间；以及控制电路，在响应于使能信号而使开关电路成为接通状态之后经过了规定的期间时，所述控制电路使开关元件开始开关动作，以使供给到第1电源端子与第2电源端子之间的电源电压升压。

Description

半导体装置、电源装置、电子设备及电源装置的控制方法
技术领域
本发明涉及用于使电源电压升压的半导体装置。此外，本发明涉及使用了这样的半导体装置的电源装置。而且，本发明涉及具有这样的电源装置的电子设备及电源装置的控制方法等。
背景技术
例如，在使从电池等供给的电源电压升压的开关调节器中，为了降低在电源接通时流过平滑用的电容器的浪涌电流而抑制电源电压的变动，在电源接通后使升压节点的电压逐渐上升。这样的动作被称为软启动。
作为相关联的技术，在专利文献1中公开了以抑制电源接通时的浪涌电流为目的的升压型开关调节器。在专利文献1的图1所示的开关调节器中设置有开关元件22、以及连接在电源20与线圈21之间的MOS晶体管40，当电源接通时，通过使MOS晶体管40的电阻值从较高的状态变化为较低的状态，抑制了电源接通时的浪涌电流。
此外，在专利文献2中公开了以利用简单的电路结构防止浪涌电流的产生为目的的升压型开关调节器。专利文献2的图1所示的开关调节器具有：开关晶体管M1，其根据控制信号而进行开关；PMOS晶体管M2和M3，它们将输入电压供给到电感器L1；以及控制电路部，其在PMOS晶体管M3接通而开始输入电压的供给之后经过规定的时间后，使PMOS晶体管M2接通而将输入电压供给到电感器L1。
专利文献1：日本特开2003-111391号(段落0007-0016、图1、图2)
专利文献2：日本特开2010-207005号(段落0007-0024、图1、图2)
在专利文献1的图1所示的开关调节器中，通过使MOS晶体管40的接通电阻变化而实现软启动功能。但是，由于MOS晶体管40的接通电阻随着栅电压的微小的变化而大幅变化，因此，难以控制接通电阻。
另一方面，在专利文献2的图1所示的开关调节器中，接通电阻较大的PMOS晶体管M3与接通电阻较小的PMOS晶体管M2并联连接。通过在PMOS晶体管M3接通后使PMOS晶体管M2接通而实现软启动功能。
在将专利文献2的图1所示的开关调节器的一部分电路内置于半导体装置(IC)的情况下，接通电阻较大的PMOS晶体管M3、和根据控制信号而进行开关的开关晶体管M1由于不需要过大的尺寸，因此优选内置于IC。
但是，在该情况下，需要将与PMOS晶体管M3的漏极连接的端子、以及与开关晶体管M1的漏极连接的端子设置于IC，并在这些端子之间外接电感器L1。因此，与仅将开关晶体管M1内置于IC的情况相比，存在IC的端子数增加的问题。
此外，参照专利文献1的图2的话，MOS晶体管40的接通电阻根据MOS晶体管控制电路41的电容413与电阻411的时间常数而被控制。同样地，参照专利文献2的图2的话，软启动动作根据软启动电路2的电容器C11与电阻R11的时间常数而被控制。
但是，当将电容413或者电容器C11那样的大电容的电容器内置于IC时，存在如下问题：电容器在半导体芯片内占用较大的面积而导致芯片面积增大、或者由于电容器的电容值的偏差而导致动作时刻发生偏差。
发明内容
因此，鉴于上述情况，本发明的第1目的在于实现如下软启动功能：当将在软启动动作时向升压节点供给电压的开关电路、以及在升压动作时进行开关的开关元件内置于半导体装置的情况下，抑制半导体装置的端子数的增加，并且在电源接通后使升压节点的电压逐渐上升而降低浪涌电流。
此外，本发明的第2目的在于，在这样的半导体装置中，无需使用包含电容器的时间常数电路，就设定在软启动动作中所需的期间。而且，本发明的第3目的在于提供使用了这样的半导体装置的电源装置、具有这样的电源装置的电子设备以及电源装置的控制方法等。
为了解决以上的课题的至少一部分，本发明的第1观点的半导体装置具有：开关电路，其连接在第1电源端子与输出端子之间；开关元件，其连接在输出端子与第2电源端子之间；以及控制电路，在响应于使能信号而使开关电路成为接通状态之后经过了规定的期间时，所述控制电路使开关元件开始开关动作，以使供给到第1电源端子与第2电源端子之间的电源电压升压。
根据本发明的第1观点，当开关电路成为接通状态而输出端子的电位开始上升之后经过了规定的期间时，开关元件开始开关动作而使电源电压升压，因此，能够实现如下的软启动功能：在电源接通后，使升压节点的电压逐渐上升而降低浪涌电流。此外，由于开关电路以及开关元件的双方与输出端子连接，因此，即使将开关电路以及开关元件内置于半导体装置，也能够抑制半导体装置的端子数的增加。
这里，可以是，在使开关电路成为接通状态之后经过了第1期间时，控制电路使开关电路成为断开状态，使第2开关电路成为接通状态，所述第2开关电路连接在一端连接于输出端子的电感器的另一端与第1电源端子之间。这样，通过在输出端子的电位上升之后对电感器的两端间施加电压，能够抑制电感器的两端间的急剧的电位差变动。
在该情况下，可以是，在使第2开关电路成为接通状态之后经过了第2期间时，控制电路使开关元件开始开关动作。由此，当输出端子的电位进一步上升时，开关元件能够开始开关动作。
此外，可以是，在使第2开关电路成为接通状态之后经过了第2期间后，控制电路将具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号供给到开关元件。由此，开关元件根据第1驱动信号而进行开关动作，能够使升压节点的电压逐渐上升。
而且，可以是，在升压节点的电压上升到高于规定的电压后，控制电路将根据升压节点的电压而进行了脉宽调制后的第2驱动信号供给到开关元件。由此，开关元件根据第2驱动信号而进行开关动作，能够使升压节点的电压收敛于目标电压。
根据以上内容，开关电路可以包含串联连接在第1电源端子与输出端子之间的多个晶体管。例如，在第1电源端子与输出端子之间串联连接有多个P沟道MOS晶体管的情况下，即使输出端子的电位比第1电源端子的电位高，也能够通过寄生PNP双极晶体管来防止电流从输出端子流向第1电源端子。
此外，可以是，半导体装置还具有生成系统时钟信号的时钟信号生成电路，控制电路根据系统时钟信号生成第1驱动信号。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够细致地设定软启动动作中的开关元件的接通/断开期间。此外，由于能够数字化地进行软启动动作的测试的一部分，因此，能够使半导体装置的测试高效化。
而且，可以是，在半导体装置具有时钟信号生成电路的情况下，控制电路根据系统时钟信号，设定第1期间或者第2期间。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够准确地设定软启动动作中的第1期间或者第2期间。
或者，可以是，控制电路根据升压节点的电压来设定第1期间或者第2期间。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够自适应性地设定软启动动作中的第1期间或者第2期间。
本发明的第2观点的电源装置具有：上述任意一项的半导体装置；电感器，其具有与输出端子连接的一端；二极管，其连接在输出端子与升压节点之间；以及电容器，其连接在升压节点与第2电源端子之间。
根据本发明的第2观点，能够提供如下的电源装置，该电源装置能够抑制端子数的增加，并且使用内置有在电源接通时使输出端子的电位开始上升的开关电路、以及在输出端子的电位开始上升之后经过了规定的期间时开始升压动作的开关元件的半导体装置，实现在电源接通后使输出电压逐渐上升而降低浪涌电流的软启动功能。
可以是，该电源装置还具有连接在第1电源端子与电感器的另一端之间的第2开关电路。在该情况下，将为了减小接通电阻而具有较大尺寸的第2开关电路作为半导体装置的外接部件，从而能够使半导体装置小型化。
本发明的第3观点的电子设备具有：上述任意一项的电源装置；以及负载，其被供给电源装置的输出电压。根据本发明的第3观点，能够提供可靠性高的电子设备，该电子设备使用实现了在电源接通后使输出电压逐渐上升而降低浪涌电流的软启动功能的电源装置，降低了电源接通时的电源电压的变动。
本发明的第4观点的电源装置的控制方法使供给到第1电源布线与第2电源布线之间的电源电压升压，其中，该电源装置的控制方法具有如下步骤：步骤(a)，使与第1电源布线连接的第1开关电路成为接通状态，开始对经由二极管而连接在电感器的一端与第2电源布线之间的电容器进行充电；步骤(b)，在使第1开关电路成为接通状态之后经过了第1期间时，使连接在第1电源布线与电感器的另一端之间的第2开关电路成为接通状态；步骤(c)，在使第2开关电路成为接通状态之后经过了第2期间后，根据系统时钟信号，生成具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号，并将该第1驱动信号供给到连接在电感器的一端与第2电源布线之间的开关元件；以及步骤(d)，在电容器的两端间的电压上升到高于规定的电压后，将根据电容器的两端间的电压而进行了脉宽调制后的第2驱动信号供给到开关元件。
根据本发明的第4观点，在第1开关电路成为接通状态而开始电容器的充电、第2开关电路成为接通状态而电容器的两端间的电压进一步上升后，根据系统时钟信号，生成具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号，并将该第1驱动信号供给到开关元件。因此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够细致地设定软启动动作中的开关元件的接通/断开期间。
附图说明
图1是示出本发明一个实施方式的电源装置的结构例的电路图。
图2是示出开关调节器的输出电压的随时间的变化的波形图。
图3是与开关调节器的输出电压对应地示出各信号的波形图。
图4是示出图2所示的第3期间中的第1驱动信号的随时间的变化的波形图。
图5是示出本发明一个实施方式的电源装置的控制方法的流程图。
图6是示出本发明一个实施方式的电子设备的结构例的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对同一结构要素标注同一参照标号并省略重复的说明。
图1是示出本发明一个实施方式的电源装置的结构例的电路图。在以下的实施方式中，作为电源装置的一例，对使电源电压升压的开关调节器(DC/DC转换器)进行说明。
<开关调节器>
如图1所示，该开关调节器包含本发明一个实施方式的半导体装置(IC)100、PNP双极晶体管QB1、电感器L1、二极管D1、电容器C1以及电阻R1～R3。
从第1电源布线PL1向开关调节器供给高电位侧的电源电位VDD，并且从第2电源布线PL2向开关调节器供给低电位侧的电源电位VSS。在图1中示出了电源电位VSS为接地电位(0V)的情况。开关调节器在稳定状态下，使电源电压(VDD-VSS)升压，在升压节点N1生成输出电压VOUT，并将输出电压VOUT供给到负载Z。
半导体装置100可以是例如MCU(微控制单元)或者LCD(液晶显示器)控制器等SoC(system on a chip：单片系统)，内置有开关调节器的一部分电路。另外，SoC是指将电子设备等所需的一系列的功能(系统)集成到1个半导体芯片上而得的半导体装置。
半导体装置100包含基准电压生成电路10、时钟信号生成电路20、ADC(模拟/数字转换器)30、振荡电路40、运算放大器50、PWM(脉宽调制)电路60、控制电路70、开关电路80、N沟道MOS晶体管QN1以及端子P1～P7。端子P1～P7是设置于半导体芯片的焊盘或者设置于封装的引脚。
从第1电源布线PL1向第1电源端子P1供给高电位侧的电源电位VDD，从第2电源布线PL2向第2电源端子P2以及第3电源端子P3供给低电位侧的电源电位VSS。基准电压生成电路10例如包含带隙基准电路等，生成不依赖于电源电压(VDD-VSS)的基准电压VREF。
时钟信号生成电路20例如包含石英振荡电路等，生成供给到半导体装置100所包含的CPU(中央运算装置)等的系统时钟信号SCK。系统时钟信号SCK的频率例如是几十MHz～100MHz左右。系统时钟信号SCK也被供给到控制电路70，控制电路70与系统时钟信号SCK同步地动作。
ADC 30将从反馈端子P7供给的反馈电压VFB转换为数字的反馈信号DFB并供给到控制电路70。此外，振荡电路40例如由CR振荡电路等构成，通过进行振荡动作而生成升压时钟信号BCK。升压时钟信号BCK的频率例如是100kHz～几MHz左右。
这样，在半导体装置100具备生成具有比升压时钟信号BCK高的频率的系统时钟信号SCK的时钟信号生成电路20的情况下，控制电路70能够利用系统时钟信号SCK来设定开关调节器的软启动动作所需的期间。
从基准电压生成电路10向运算放大器50的同相输入端子供给基准电压VREF，从反馈端子P7向运算放大器50的反相输入端子供给反馈电压VFB。运算放大器50将基准电压VREF与反馈电压VFB之差放大，并从输出端子输出误差信号ERR。
PWM电路60根据从运算放大器50供给的误差信号ERR，生成用于对从振荡电路40供给的升压时钟信号BCK进行脉宽调制的复位信号RST。例如，PWM电路60与升压时钟信号BCK的上升同步地生成三角波信号，在三角波信号的电位比误差信号ERR的电位低的期间，将复位信号RST去激活(deactivate)为低电平。另一方面，在三角波信号的电位比误差信号ERR的电位高时，PWM电路60将复位信号RST激活(activate)为高电平。
控制电路70例如包含逻辑电路71、RS触发器72、AND电路73和74以及OR电路75。控制电路70生成充电信号CHG、电感器连接信号IND以及软启动停止信号STP，并且生成驱动信号DRV而将其供给到晶体管QN1，从而对开关调节器的软启动动作以及通常的升压动作进行控制。
晶体管QN1是开关调节器中的开关元件，连接在输出端子P6与第2电源端子P2之间。晶体管QN1具有与输出端子P6连接的漏极、与第2电源端子P2连接的源极以及被施加驱动信号DRV的栅极。
晶体管QN1在驱动信号DRV被激活为高电平的期间成为接通状态，在驱动信号DRV被去激活为低电平的期间成为断开状态，由此，根据驱动信号DRV来进行开关动作。另外，作为开关元件，除了N沟道MOS晶体管以外，还能够使用P沟道MOS晶体管、双极晶体管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)或者晶闸管等。
开关电路80是开关调节器中的第1开关电路，连接在第1电源端子P1与输出端子P6之间。例如，开关电路80可以包含串联连接在第1电源端子P1与输出端子P6之间的多个晶体管。
在图1所示的例子中，开关电路80包含串联连接在第1电源端子P1与输出端子P6之间的P沟道MOS晶体管QP1和QP2、用于控制晶体管QP1和QP2的反相器81、N沟道MOS晶体管QN2以及电阻R4。
晶体管QP1具有与第1电源端子P1连接的源极。晶体管QP2具有与晶体管QP1的漏极连接的漏极、以及与输出端子P6连接的源极。在半导体装置100中，P沟道MOS晶体管的源极以及漏极例如由配置在P型的半导体基板的N阱内的2个P型杂质区域构成。另外，在上述内容中，在晶体管QP1以及QP2各自具有的2个P型杂质区域内，将与N阱电连接的一方记作源极，但当按照电流的方向进行记述的情况下，晶体管QP2的漏极与源极相反。
这些P型杂质区域以及N阱形成寄生PNP双极晶体管。此外，从第1电源端子P1向N阱供给电源电位VDD。因此，当在第1电源端子P1与输出端子P6之间连接有1个P沟道MOS晶体管的情况下，当输出端子P6的电位比第1电源端子P1的电位高出了阈值电压以上时，寄生PNP双极晶体管成为接通状态，电流从输出端子P6流向第1电源端子P1。
另一方面，当在第1电源端子P1与输出端子P6之间串联连接有多个P沟道MOS晶体管的情况下，通过将这些晶体管配置于不同的N阱，插入了与电流路径反向的PN结。由此，即使输出端子P6的电位比第1电源端子P1的电位高，也能够防止电流通过寄生PNP双极晶体管而从输出端子P6流向第1电源端子P1。
反相器81将从控制电路70供给的充电信号CHG反相并施加于晶体管QP1的栅极。因此，当充电信号CHG被激活为高电平时，晶体管QP1成为接通状态，当充电信号CHG被去激活为低电平时，晶体管QP1成为断开状态。
晶体管QN2具有与晶体管QP2的栅极连接的漏极、与电源电位VSS的布线连接的源极以及被施加充电信号CHG的栅极。此外，电阻R4连接在晶体管QP2的漏极与栅极之间。
因此，当充电信号CHG被激活为高电平时，晶体管QN2成为接通状态、晶体管QP2的栅极成为低电平，因此，晶体管QP2成为接通状态。此外，当充电信号CHG被去激活为低电平时，晶体管QN2成为断开状态、晶体管QP2的栅极被电阻R4上拉，因此，晶体管QP2成为断开状态。
电感器L1具有与半导体装置100的输出端子P6连接的一端。晶体管QB1以及电阻R3构成连接在半导体装置100的第1电源端子P1与电感器L1的另一端之间的第2开关电路。根据图1的结构，将为了减小接通电阻而具有较大尺寸的第2开关电路作为半导体装置100的外接部件，从而能够使半导体装置100小型化。
晶体管QB1具有与第1电源端子P1连接的发射极、与电感器L1的另一端连接的集电极以及经由电阻R3与控制端子P5连接的基极。控制电路70经由电阻R3对晶体管QB1的基极施加电感器连接信号IND。当电感器连接信号IND被激活为低电平时，晶体管QB1成为接通状态，当电感器连接信号IND被去激活为高电平时，晶体管QB1成为断开状态。
二极管D1连接在半导体装置100的输出端子P6与升压节点N1之间，具有与输出端子P6连接的阳极、以及与升压节点N1连接的阴极。作为二极管D1，可以使用例如正向电压比PN结二极管低并且开关速度比PN结二极管快的肖特基势垒二极管。
电容器C1连接在升压节点N1与半导体装置100的第2电源端子P2之间，使升压节点N1的电压(开关调节器的输出电压)VOUT平滑化。电阻R1以及R2串联连接在升压节点N1与半导体装置100的第2电源端子P2之间，构成将升压节点N1的电压VOUT分压而生成反馈电压VFB的分压电路。
当晶体管QB1为接通状态时，在晶体管QN1为接通状态的期间，在电感器L1中流过电流。此时，二极管D1为断开状态。在电感器L1中流过电流，由此，在电感器L1中，电能被转换为磁能并蓄积。
另一方面，在晶体管QN1为断开状态的期间，蓄积在电感器L1中的磁能作为电能而被放出，电流经由二极管D1从电感器L1流向升压节点N1。由此，在升压节点N1，电源电压(VDD-VSS)被升压而生成输出电压VOUT，对电容器C1进行充电。
输出电压VOUT通过驱动信号DRV的占空比来确定。表示晶体管QN1为接通状态的期间的比例的接通占空比D是使用在振荡电路40所生成的升压时钟信号BCK的1个周期T中驱动信号DRV被激活的期间τ并由下式(1)来表示的。
D＝τ/T···(1)
这里，0≤D≤1。
在以上内容中，可以将构成第2开关电路的晶体管QB1以及电阻R3内置于半导体装置100。在该情况下，如果使用控制端子P5来连接内置在半导体装置100中的晶体管QB1的集电极与外接的电感器L1，则端子数不会增加。此外，可以替代PNP双极晶体管QB1而使用P沟道MOS晶体管。
或者，可以将电阻R1以及R2内置于半导体装置100，而且，可以将二极管D1内置于半导体装置100。此外，可以替代二极管D1而将晶体管内置于半导体装置100。在该情况下，控制电路70可以对替代二极管D1的晶体管进行控制，以使其与晶体管QN1交替地成为接通状态或者断开状态。
<控制电路>
接下来，参照图1～图4对图1所示的控制电路70的结构以及动作进行详细说明。在控制电路70中，逻辑电路71例如包含计数器以及可编程定时器。计数器将从时钟信号生成电路20供给的系统时钟信号SCK分频而生成分频时钟信号。
可编程定时器根据分频时钟信号来确定各动作的时刻，生成充电信号CHG、电感器连接信号IND、第1驱动信号DRV1以及软启动停止信号STP。此时，可编程定时器参照的值可以在制造半导体装置100时设定于硬件中，也可以由CPU等设定于寄存器中。
AND电路73具有被供给第1驱动信号DRV1的同相输入端子、以及被供给软启动停止信号STP的反相输入端子，当软启动停止信号STP被去激活为低电平时，将第1驱动信号DRV1从输出端子输出。
AND电路74具有被供给RS触发器72的输出信号Q的第1输入端子、以及被供给软启动停止信号STP的第2输入端子，当软启动停止信号STP被激活为高电平时，将RS触发器72的输出信号Q作为第2驱动信号DRV2而从输出端子输出。
OR电路75具有分别与AND电路73以及74的输出端子连接的2个输入端子，将第1驱动信号DRV1或者第2驱动信号DRV2作为驱动信号DRV而从输出端子输出。其结果，OR电路75在软启动停止信号STP被去激活为低电平时输出第1驱动信号DRV1，在软启动停止信号STP被激活为高电平时输出第2驱动信号DRV2。
图2是示出开关调节器的输出电压的随时间的变化的波形图，图3是与开关调节器的输出电压对应地示出各信号的随时间的变化的波形图。如图3所示，在初始状态下，充电信号CHG被去激活为低电平，电感器连接信号IND被去激活为高电平，软启动停止信号STP以及第1驱动信号DRV1被去激活为低电平。
从外部的电源开关或者操作部等向控制电路70供给在电源接通时被激活为高电平的使能信号EN。控制电路70响应于使能信号EN而将充电信号CHG激活为高电平，使连接在第1电源端子P1与输出端子P6之间的开关电路80成为接通状态。由此，开始软启动动作。
控制电路70使开关电路80的接通状态保持图2所示的第1期间T1。开关电路80的晶体管QP1以及QP2分别具有例如20Ω～30Ω左右的接通电阻，经由晶体管QP1和QP2的接通电阻以及二极管D1对电容器C1进行充电。
在第1期间T1中，升压节点N1的电位从电源电位VSS上升至中间电位VA。中间电位VA是比电源电位VSS高并且比电源电位VDD低的电位，取决于晶体管QP1以及QP2的接通电阻来确定。开关调节器的输出电压VOUT通过(VA-VSS)来表示。
在使开关电路80成为接通状态之后经过了第1期间T1时，控制电路70将充电信号CHG去激活为低电平，使开关电路80成为断开状态。此外，控制电路70将电感器连接信号IND激活为低电平，使连接在一端连接于输出端子P6的电感器L1的另一端与第1电源端子P1之间的晶体管QB1成为接通状态。
这样，通过在输出端子P6的电位上升之后对电感器L1的两端间施加电压，能够抑制电感器L1的两端间的急剧的电位差变动。晶体管QB1例如具有1Ω以下的接通电阻，经由晶体管QB1的接通电阻、电感器L1以及二极管D1对电容器C1进行充电。在图2所示的第2期间T2中，升压节点N1的电位从中间电位VA上升至电源电位VDD的附近。
在响应于使能信号EN而使开关电路80成为接通状态之后经过了规定的期间时，控制电路70使晶体管QN1开始开关动作，以使供给到第1电源端子P1与第2电源端子P2之间的电源电压(VDD-VSS)升压。
例如，在使晶体管QB1为接通状态之后经过了第2期间T2时，控制电路70使晶体管QN1开始开关动作。由此，在输出端子P6的电位进一步上升时，晶体管QN1能够开始开关动作。此后，在图2所示的第3期间T3和第4期间T4进行不同的控制。
在使晶体管QB1为接通状态之后经过了第2期间T2后，在第3期间T3中，控制电路70将具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号DRV1供给到晶体管QN1。在第3期间T3中，软启动停止信号STP被去激活为低电平，因此，逻辑电路71所生成的第1驱动信号DRV1被施加于晶体管QN1的栅极。由此，晶体管QN1根据第1驱动信号DRV1而进行开关动作，能够使升压节点N1的电压VOUT逐渐上升。
在这样的情况下，通常，使用包含大电容的电容器的时间常数电路，在本实施方式中，逻辑电路71根据从时钟信号生成电路20供给的高速的系统时钟信号SCK，生成第1驱动信号DRV1。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够细致地设定软启动动作中的晶体管QN1的接通/断开期间。此外，能够数字化地进行软启动动作的测试的一部分，因此，能够使半导体装置的测试高效化。
图4是示出图2所示的第3期间中的第1驱动信号的随时间的变化的波形图。在图4所示的例子中，图2所示的第3期间T3被分割为多个阶段PH1、PH2、PH3、PH4、···，在这些阶段间，第1驱动信号DRV1被激活的期间τ1、τ2、τ3、τ4、···被设定为逐渐增长。因此，式(1)所示的接通占空比D逐渐增大，升压节点N1的电压VOUT缓慢地上升。
再次参照图2以及图3，在升压节点N1的电压VOUT上升到高于规定的电压后，在第4期间T4中，控制电路70将根据升压节点N1的电压VOUT而进行了脉宽调制后的第2驱动信号DRV2供给到晶体管QN1。这里，规定的电压期望为目标电压的90％～95％左右。在图2所示的例子中，将目标电压设为(VTG-VSS)，将升压节点N1的电压VOUT与规定的电压0.95(VTG-VSS)进行比较。
因此，逻辑电路71将从ADC 30供给的数字的反馈信号DFB的值与预先设定的阈值进行比较。例如，阈值是将规定的电压乘以分压电路的分压比(R2/(R1+R2))来设定的。当反馈信号DFB的值大于阈值时，逻辑电路71将软启动停止信号STP激活为高电平。由此，软启动动作结束，开始通常的升压动作。
在第4期间T4中，软启动停止信号STP被激活为高电平，因此，从AND电路74输出的第2驱动信号DRV2被施加于晶体管QN1的栅极。由此，晶体管QN1根据第2驱动信号DRV2而进行开关动作，从而能够使升压节点N1的电压VOUT收敛于目标电压(VTG-VSS)。
RS触发器72根据从振荡电路40供给的升压时钟信号BCK以及从PWM电路60供给的复位信号RST，生成脉宽被调制后的输出信号Q。例如，在复位信号RST被去激活为低电平时，RS触发器72与升压时钟信号BCK的上升同步地被置位，将输出信号Q激活为高电平。
此外，在升压时钟信号BCK被去激活为低电平时，RS触发器72与复位信号RST的上升同步地被复位，将输出信号Q去激活为低电平。输出信号Q作为第2驱动信号DRV2而被施加于晶体管QN1的栅极。
在以上内容中，控制电路70可以根据系统时钟信号SCK来设定第1期间T1或者第2期间T2。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够准确地设定软启动动作中的第1期间T1或者第2期间T2。
或者，控制电路70可以根据升压节点N1的电压VOUT来设定第1期间T1或者第2期间T2。由此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够自适应性地设定软启动动作中的第1期间T1或者第2期间T2。因此，逻辑电路71将从ADC 30供给的数字的反馈信号DFB的值与分别用于设定第1期间T1或者第2期间T2的阈值进行比较。
如以上说明的那样，根据本实施方式，在开关电路80成为接通状态而输出端子P6的电位开始上升之后经过了规定的期间时，晶体管QN1开始开关动作而使电源电压升压，因此，能够实现在电源接通后使升压节点N1的电压逐渐上升而降低浪涌电流的软启动功能。
此外，由于开关电路80以及晶体管QN1的双方与输出端子P6连接，因此，即使将开关电路80以及晶体管QN1内置于半导体装置100，也能够抑制半导体装置100的端子数的增加。而且，能够提供如下的电源装置，该电源装置使用上述那样的半导体装置100，实现了在电源接通后使输出电压VOUT逐渐上升而降低浪涌电流的软启动功能。
<电源装置的控制方法>
接下来，参照图1～图5对本发明一个实施方式的电源装置的控制方法进行说明。图5是示出本发明一个实施方式的电源装置的控制方法的流程图。
该控制方法是如图1所示那样使供给到第1电源布线PL1与第2电源布线PL2之间的电源电压(VDD-VSS)升压的电源装置(开关调节器)的控制方法。另外，开关调节器可以由多个半导体装置(IC)或者分立式部件构成。
在图5所示的步骤S1中，控制电路70使与第1电源布线PL1连接的开关电路(第1开关电路)80成为接通状态。由此，开始对经由二极管D1连接在电感器L1的一端与第2电源布线PL2之间的电容器C1进行充电，从而电容器C1的两端间的电压(开关调节器的输出电压)VOUT上升。
在步骤S2中，在使开关电路80成为接通状态之后经过了第1期间T1时，控制电路70使构成连接在第1电源布线PL1与电感器L1的另一端之间的第2开关电路的PNP双极晶体管QB1成为接通状态。由此，促进电容器C1的充电，电容器C1的两端间的电压VOUT进一步上升。
在步骤S3中，在使晶体管QB1成为接通状态之后经过了第2期间T2后，控制电路70根据系统时钟信号SCK，生成具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号DRV1，并将其供给到连接在电感器L1的一端与第2电源布线PL2之间的N沟道MOS晶体管(开关元件)QN1。由此，晶体管QN1根据第1驱动信号DRV1进行开关动作，使电容器C1的两端间的电压VOUT逐渐上升。
在步骤S4中，在电容器C1的两端间的电压VOUT上升到高于规定的电压后，控制电路70将根据电容器C1的两端间的电压VOUT而进行了脉宽调制后的第2驱动信号DRV2供给到晶体管QN1。由此，晶体管QN1根据第2驱动信号DRV2而进行开关动作，使电容器C1的两端间的电压VOUT收敛于目标电压。
根据本发明一个实施方式的电源装置的控制方法，开关电路80成为接通状态而开始电容器C1的充电，晶体管QB1成为接通状态而电容器C1的两端间的电压VOUT进一步上升，然后，根据系统时钟信号SCK而生成具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号DRV1，并将其供给到晶体管QN1。因此，无需使用包含电容器的时间常数电路，就能够细致地设定软启动动作中的晶体管QN1的接通/断开期间。
<电子设备>
接下来，对本发明一个实施方式的电子设备进行说明。
图6是示出本发明一个实施方式的电子设备的结构例的框图。在图6中，作为电子设备的一例，示出了移动电话机的结构。如图6所示，移动电话机包含操作部110、控制部120、存储部130、电源装置140、LCD驱动器150、LCD面板160、声音输入输出部170以及通信部180，该移动电话机从电池200被供给电源电压而动作。
这里，控制部120、存储部130以及电源装置140的一部分可以内置于图1所示的半导体装置100而构成SoC。在该情况下，LCD驱动器150相当于图1所示的负载Z。另外，可以省略或者变更图6所示的结构要素的一部分，或者，可以对图6所示的结构要素附加其他结构要素。
操作部110例如是包含按钮开关或者触摸传感器等的输入装置，将与用户的操作对应的操作信号输出到控制部120。控制部120例如包含CPU，根据程序执行各种信号处理、控制处理。例如，控制部120根据从操作部110供给的操作信号，进行图像信号和声音信号的处理，并且对通信部180进行控制，以与外部之间进行通信。
存储部130例如包含ROM(只读存储器)以及RAM(随机存取存储器)。ROM存储有用于供CPU执行各种信号处理、控制处理的程序、数据等。此外，RAM用作CPU的作业区域，暂时存储有从ROM读出的程序或数据、使用操作部110输入的数据或者由CPU根据程序而执行出的运算结果等。
电源装置140使从电池200供给的电源电压升压而生成输出电压VOUT，并将输出电压VOUT供给到LCD驱动器150。电源装置140可以生成具有不同的电压值的多个输出电压，并将它们供给到LCD驱动器150。LCD驱动器150利用从电源装置140供给的输出电压VOUT，根据从控制部120供给的图像信号而在LCD面板160上显示图像。
声音输入输出部170例如包含麦克风以及ADC(模拟/数字转换器)、DAC(数字/模拟转换器)以及扬声器等。麦克风输出与所施加的声波对应的声音信号，ADC将从麦克风供给的模拟声音信号转换为数字声音信号而输出到控制部120。此外，DAC将从控制部120供给的数字声音信号转换为模拟声音信号而输出到扬声器，扬声器根据从DAC供给的声音信号而产生声波。
通信部180由例如模拟电路以及数字电路构成。通信部180通过与连接于移动电话线路网的蜂窝基站之间进行无线通信，将从控制部120供给的声音信号发送到蜂窝基站，并将从蜂窝基站接收的声音信号输出到控制部120。此时，控制部120对从声音输入输出部170的ADC供给的声音信号进行处理并输出到通信部180，对从通信部180供给的声音信号进行处理并输出到声音输入输出部170的DAC。
此外，通信部180通过与连接于互联网的无线接入点之间进行无线通信，将从无线接入点接收的图像信号以及声音信号输出到控制部120。此时，控制部120对从通信部180供给的图像信号进行处理并输出到LCD驱动器150，并且对从通信部180供给的声音信号进行处理并输出到声音输入输出部170的DAC。
作为电子设备，除了移动电话机以外，例如，符合的有便携信息终端等的便携设备、座钟等时钟、定时器、音频设备、数字静态照相机、数字录影机、头戴显示器、个人计算机、车载装置(导航装置等)、计算器、电子词典、电子游戏设备、机器人、测量设备以及医疗设备(例如，电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置以及电子内窥镜)等。
根据本实施方式，能够提供可靠性高的电子设备，该电子设备使用实现了在电源接通后使输出电压VOUT逐渐上升而降低浪涌电流的软启动功能的电源装置，降低了电源接通时的电源电压的变动。
本发明不限于以上说明的实施方式，能够由在本技术领域具有通常知识的人在本发明的技术思想内进行多种变形。
本申请要求于2016年1月20日提交的日本专利申请第2017-008210号的优先权，在此以引证的方式并入该申请的全部内容。

Claims (13)

1.一种半导体装置，其具有：
开关电路，其连接在第1电源端子与输出端子之间；
开关元件，其连接在所述输出端子与第2电源端子之间；以及
控制电路，在响应于使能信号而使所述开关电路成为接通状态之后经过了规定的期间时，所述控制电路使所述开关元件开始开关动作，以使供给到所述第1电源端子与所述第2电源端子之间的电源电压升压。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在使所述开关电路成为接通状态之后经过了第1期间时，所述控制电路使所述开关电路成为断开状态，使第2开关电路成为接通状态，所述第2开关电路连接在一端连接于所述输出端子的电感器的另一端与所述第1电源端子之间。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，
在使所述第2开关电路成为接通状态之后经过了第2期间时，所述控制电路使所述开关元件开始开关动作。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
在使所述第2开关电路成为接通状态之后经过了所述第2期间后，所述控制电路将具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号供给到所述开关元件。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
在升压节点的电压上升到高于规定的电压后，所述控制电路将根据所述升压节点的电压而进行了脉宽调制后的第2驱动信号供给到所述开关元件。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述开关电路包含串联连接在所述第1电源端子与所述输出端子之间的多个晶体管。
7.根据权利要求4或5所述的半导体装置，其中，
该半导体装置还具有生成系统时钟信号的时钟信号生成电路，所述控制电路根据所述系统时钟信号，生成所述第1驱动信号。
8.根据权利要求3～5中的任意一项所述的半导体装置，其中，
该半导体装置还具有生成系统时钟信号的时钟信号生成电路，所述控制电路根据所述系统时钟信号，设定所述第1期间或者所述第2期间。
9.根据权利要求3～5中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述控制电路根据升压节点的电压，设定所述第1期间或者所述第2期间。
10.一种电源装置，其具有：
权利要求1～9中的任意一项所述的半导体装置；
电感器，其具有与所述输出端子连接的一端；
二极管，其连接在所述输出端子与升压节点之间；以及
电容器，其连接在所述升压节点与所述第2电源端子之间。
11.根据权利要求10所述的电源装置，其中，
该电源装置还具有连接在所述第1电源端子与所述电感器的另一端之间的第2开关电路。
12.一种电子设备，其具有：
权利要求10或11所述的电源装置；以及
负载，其被供给所述电源装置的输出电压。
13.一种电源装置的控制方法，使供给到第1电源布线与第2电源布线之间的电源电压升压，其中，该电源装置的控制方法具有如下步骤：
步骤(a)，使与所述第1电源布线连接的第1开关电路成为接通状态，开始对经由二极管而连接在电感器的一端与所述第2电源布线之间的电容器进行充电；
步骤(b)，在使所述第1开关电路成为接通状态之后经过了第1期间时，使第2开关电路成为接通状态，所述第2开关电路连接在所述第1电源布线与所述电感器的另一端之间；
步骤(c)，在使所述第2开关电路成为接通状态之后经过了第2期间后，根据系统时钟信号，生成具有随着时间的经过而单调增加的接通占空比的第1驱动信号，并将该第1驱动信号供给到连接在所述电感器的一端与所述第2电源布线之间的开关元件；以及
步骤(d)，在所述电容器的两端间的电压上升到高于规定的电压后，将根据所述电容器的两端间的电压而进行了脉宽调制后的第2驱动信号供给到所述开关元件。
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