CN1741357A - 升压型开关调节器电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种升压型开关调节器电路，用于解决以下课题：电池供给的电源电压被升压型开关调节器电路无谓地升压而消耗电池。该升压型开关调节器电路包括：对输出进行切换的开关，以在电池供给的电源电压比规定的输出电压大时，将电池供给的电源电压作为输出电压输出，在电池供给的电源电压比规定的输出电压小时，将电池供给的电源电压升压以成为规定的输出电压，将由此升压了的电压作为输出电压输出。

Description

升压型开关调节器电路
技术领域
本发明涉及装载在便携设备上的升压型开关调节器电路。
背景技术
携带电话和PDA(Personal Digital Assistance)这样的便携设备由装载在便携设备上的电池(包括二次电池)供给的电源电压驱动。该电池供给的电源电压随着便携设备的使用等而降低。因此，上述那样的便携设备中装载有升压电路，即使电池供给的电源电压降低，也可将降低的电源电压升压至规定的输出电压而能够驱动便携设备。这样的升压电路的一种为升压型开关调节器电路。图9示出现有的升压型开关调节器电路。
图9所示的现有升压型开关调节器电路为斩波器型，包括基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5、驱动电路7、开关晶体管9a、二极管9b、线圈11、以及电容器13，将电池供给的电源电压Vi升压至规定的输出电压Vo并且输出。
基准电压发生电路1是产生用于设定升压型开关调节器电路的规定的输出电压Vo的基准电压Vb的电路，其输出部连接到误差放大器3的输入部的一端。误差放大器3是对上述的基准电压Vb和升压型开关调节器电路输出的规定的输出电压Vo进行比较运算，输出基于比较运算的结果的误差信号的电路。另外，误差放大器3的输出部连接到PWM电路5的输入部。再有，基准电压Vb与输出电压Vo的差越大，误差信号越大。
PWM电路5是基于误差放大器3输出的误差信号，设定PWM信号的占空比并将其输出的电路，其输出部连接到驱动电路7的输入部。另外，误差信号的值越大，上述的PWM信号的占空比越大。再有，若PWM电路5是比较三角波和误差信号的电路，则三角波比误差信号大时，PWM信号成为低电平。驱动电路7是将PWM电路5输出的PWM信号(的振幅)放大到可开关控制后述的开关晶体管9a的放大电路，其输出部连接到开关晶体管9a的栅极。
开关晶体管9a是栅极被施加驱动电路7输出的PWM信号，在该PWM信号为高电平时导通的n沟道型FET。另外，开关晶体管9a的漏极连接到线圈11，源极接地。线圈11是根据开关晶体管9a的开关控制而流过的电流被控制的线圈，一个端子连接到在此未图示的电池，另一个端子连接到二极管9b的阳极和开关晶体管9a的漏极。
二极管9b是用于防止后述的电容器13放电时的电流的逆流的二极管，阳极连接到线圈11，阴极连接到电容器13的一个端子。电容器13是保持二极管9b的阴极侧电压的电容器，一个端子接地，另一个端子连接到升压型开关调节器电路的输出端子，从该输出端子输出输出电压Vo。另外，该输出电压Vo被反馈到上述误差放大器3的一个输入端子。通过以上的结构，图9所示的现有的升压型开关调节器电路将电池供给的电源电压Vi升压至规定的输出电压Vo并输出。接着，对现有的升压型开关调节器电路的动作进行说明。
基准电压发生电路1中产生的基准电压Vb被输入到误差放大器3的一个输入端子。另一方面，输出电压Vo被输入到误差放大器3的另一个输入端子。这里，输出电压Vo为从电源电压Vi减去二极管9的正向电压Vf的电压(Vo＝Vi-Vf)。误差放大器3对输入的2个电压值进行比较，将与输出电压Vo和基准电压Vb的差对应的误差信号输出。再有，基准电压Vb和输出电压Vo的差越大，上述的误差信号越大。
接着，PWM电路5根据误差放大器3输出的误差信号，设定要输出的PWM信号的占空比，输出占空比被设定了的PWM信号。这里，PWM信号的占空比，如上所述，误差信号的值越大，越以大的值输出(高电平的时间变长)。若PWM电路5是比较三角波和误差信号的电路，则三角波比误差信号大时，PWM信号成为低电平。PWM电路5输出的PWM信号被输入到驱动电路7，如上所述，被放大到可开关控制开关晶体管9a的程度。被驱动电路7放大的PWM信号被施加在开关晶体管9a的栅极，开关控制开关晶体管9a。以下，对该开关控制进行详细说明。
PWM电路5输出的(被驱动电路7放大的)PWM信号为高电平时，开关晶体管9a导通。此时，线圈11中流过电流。
PWM电路5输出的(被驱动电路7放大的)PWM信号为低电平时，开关晶体管9a截止。此时，线圈11中产生与流过的电流量的变化对应的线圈电压Vl。由此，输出电压Vo成为将电源电压Vi和线圈11中产生的线圈电压Vl相加的电压(Vo＝Vi+Vl)，同时该电压Vo经由二极管9b对电容器13充电。这样，通过开关晶体管9a的开关控制，进行电源电压Vi的升压，升压了的电压Vo作为输出电压被输出。
如以上说明的那样，在现有的升压型开关调节器电路中，由于电池供给的电源电压越降低，越将电源电压升压，所以即使电池供给的电源电压降低，也可以以规定的输出电压输出。
另一方面，上述那样的装载在便携设备上的电池的电源电压为了驱动便携设备而有时超过必要的电压。例如，装载在携带电话等上的3V规格的锂离子电池在满充电时可获得4V以上的电源电压，但驱动便携设备所需要的输出电压为4V以下(例如为了驱动IC，+3.3V左右就足够了)。
因此，电池供给的电源电压为能够驱动便携设备程度的电压时，如果升压型开关调节器电路，则消耗无谓的电力，使电池过早消耗。另外，即使不将电源电压Vi升压而将其输出，也仅使装载在便携设备上的电池的负担增大二极管的正向电压Vf降低的部分。图10是表示由于电源电压Vi的降低而增大的电池的消耗电流i的情形。如图10所示，规定的输出电压Vo仅将二极管9b的正向电压Vf造成的下降部分额外地进行升压，必须消耗电池的消耗电流i，使电池的负担增大。
发明内容
本发明是鉴于以上状况的发明，其目的在于实现一种升压型开关调节器电路，减轻装载在便携设备上的电池的负担。
为了解决上述课题，本发明的结构为一种升压型开关调节器电路，将电池供给的电源电压升压了的电压作为输出电压输出，其特征在于，包括：对输出进行切换的开关，在电池供给的电源电压比规定的输出电压大时，将电池供给的电源电压作为输出电压输出，在电池供给的电源电压比规定的输出电压低时，将电池供给的电源电压升压以成为规定的输出电压，将由此升压了的电压作为输出电压输出。
而且，本发明的结构最好是通过输出电压驱动发光二极管，同时基于发光二极管的阴极电压来切换输出。
而且，本发明的结构最好是根据发光二极管的电流量来变更对输出进行切换的阴极电压的值。
而且，本发明的结构最好是包括多个通过输出电压驱动的发光二极管，基于多个发光二极管的阴极电压之中最低的阴极电压来切换输出。
而且，本发明的结构最好是根据发光二极管的电流量使规定的输出电压变化。
根据本发明，在电池供给的电源电压比规定的输出电压大时，将电池供给的电源电压作为输出电压输出，在电池供给的电源电压比规定的输出电压低时，将电池供给的电源电压升压以成为规定的输出电压，将由此升压了的电压作为输出电压输出，由此，可实现减轻了电池的负担的升压型开关调节器电路。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的升压型开关调节器电路的图。
图2是表示本发明第一实施方式的升压型开关调节器电路的电源电压和充电电压的关系的图。
图3是表示本发明第一实施方式的升压型开关调节器电路的图。
图4是表示本发明第二实施方式的升压型开关调节器电路的图。
图5是表示本发明第二实施方式的升压型开关调节器电路的电源电压和发光二极管的阴极电压的关系的图。
图6是表示本发明第二实施方式的升压型开关调节器电路的发光二极管的阴极电流和发光二极管的规定的阴极电压的关系的图。
图7是表示本发明第三实施方式的升压型开关调节器电路的图。
图8是表示本发明第四实施方式的升压型开关调节器电路的图。
图9是表示现有的升压型开关调节器电路的图。
图10是表示现有的升压型开关调节器电路的电源电压和充电电压的关系的图。
具体实施方式
下面，基于附图说明实施本发明的优选方式。这里，本发明的升压型开关调节器电路装载在携带电话或PDA这样的便携设备上，将装载在便携设备上的电池供给的电源电压升压，将升压了的电压作为输出电压供给装载在便携设备上的部件(例如发光二极管等)。再有，与现有例相同或相应的部件赋予相同的标号。以下，利用附图说明与第一～四实施方式有关的升压型开关调节器电路。
‘第一实施方式’
图1是表示本发明第一实施方式的升压型开关调节器电路的图。图1所示的升压型开关调节器电路是包括基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5、驱动电路7、开关晶体管9a、二极管9b、线圈11、电容器13，并且包括开关15和电源电压检测电路27的结构。
开关15基于从后述的电源电压检测电路27输出的切换信号，进行导通/关断。该开关15的一个端子连接到在此未图示的装载在便携设备上的电池，另一个端子连接到升压型开关调节器电路的输出端子，切换端子与后述的电源电压检测电路27的输出部连接。
另外，电源电压检测电路27是检测装载在上述的便携设备上的电池供给的电源电压Vi，判定检测出的电源电压Vi是否在规定的输出电压Vo以上，将基于该判定结果的切换信号输出的电路。该电源电压检测电路27的输入部连接到装载在便携设备上的电池，输出部连接到上述开关15的切换端子。
即，在第一实施方式的升压型开关调节器电路中，检测电池供给的电源电压Vi，基于检测的电源电压Vi来控制开关15的导通/关断。下面详细说明其动作。
装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi被电源电压检测电路27检测。该电源电压检测电路27检测的电源电压Vi在规定的输出电压Vo以上时，电源电压检测电路27通过切换信号使开关15导通。另外，停止电源供给以便不驱动基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5以及驱动电路7。因此，不将装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi升压，从升压型开关调节器电路的输出端子以原先的电压(电源电压Vi)输出。
由此，电池供给的电源电压Vi为能够驱动便携设备程度的电压(规定的输出电压Vo以上)时，可减少象现有的升压型开关调节器电路那样的因驱动升压型开关调节器电路而造成的无谓的电力消耗。另外，由于不产生二极管9b的正向电压Vf下降部分的损失，所以可有效利用电池。
另外，该电源电压检测电路27检测的电源电压Vi在规定的输出电压Vo以下时，电源电压检测电路27通过切换信号使开关15关断。而且，电源电压Vi在规定的输出电压Vo以下时，进行电源供给以便驱动基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5以及驱动电路7。由于开关15关断并且驱动基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5、驱动电路7，所以升压型开关调节器电路与现有的升压型开关调节器电路同样，可将装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi升压至规定的输出电压Vo并输出。
图2表示因电源电压Vi的降低而增大的电池的消耗电流i的情形。如图2所示，由于本实施方式所示的升压型开关调节器电路不产生二极管9b的正向电压Vf下降部分的损失，所以，即使至较低的电压，也可以不将电源电压Vi升压而作为输出电压输出。因此，可减轻电池的消耗电流i。
如上所述，第一实施方式的升压型开关调节器电路为以下结构：升压型开关调节器电路中包括对输出进行切换的开关，在电池供给的电源电压Vi比规定的输出电压Vo大时，将电池供给的电源电压Vi作为输出电压输出，在电池供给的电源电压Vi比规定的输出电压Vo低时，将电池供给的电源电压Vi升压以成为规定的输出电压，将由此升压了的电压作为输出电压输出。由此，可实现减轻了电池的负担的升压型开关调节器电路。
再有，在第一实施方式中，对斩波器型的升压型开关调节器电路进行了说明，但取代二极管9b而使用开关晶体管作为同步整流型的升压型开关调节器电路，也可以取得同样的效果。图3是表示同步整流型的升压型开关调节器电路的图。
图3中，开关晶体管9c是栅极被施加驱动电路7输出的PWM信号，在该PWM信号为低电平时导通的p沟道型开关FET。该开关晶体管9c的栅极连接到驱动电路7的输出部，漏极连接到线圈11和开关晶体管9a的漏极，源极连接到电容器13的一个端子。即，开关晶体管9c具有在开关晶体管9a导通时关断，在开关晶体管9a关断时导通的作为开关的功能。再有，关于线圈11以及电容器13的充放电，与斩波器型的升压型开关调节器电路同样。因此，即使是取代二极管9b而配置开关晶体管9c的同步整流型的升压型开关调节器电路也可以获得同样的效果。
‘第二实施方式’
将装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi作为规定的输出电压Vo来驱动装载在便携设备上的发光二极管等的半导体元件时，受到发光二极管的温度特性和偏差的影响，不能适当地进行开关的切换而无谓地消耗电池。以下对此进行说明。
装载在便携设备上的发光二极管的阳极上施加规定的输出电压Vo，通过流过基于恒流电路的正向电流(作为一例，1mA～20mA)而发光。发光二极管的正向电压基本上由恒流电路设定的正向电流来确定，但由于关于温度特性等每个发光二极管有偏差，所以每个发光二极管有所不同。而且，施加在发光二极管上的电压Vo必须在发光二极管的正向电压以上，用于判定检测的电源电压Vi是否在规定的输出电压Vo以上的基准电压Vb必须假定发光二极管的正向电压最大变动的情况(最大的情况)来设定(即，必须预先设定得高)。作为一例，在以上述的1mA～20mA动作的情况下，发光二极管的阴极电压变动0.15V～0.4V左右，而对应于其电流量，温度特性也变动。
因此，虽然在发光二极管的正向电压不太变动的情况下可通过电源电压Vi向发光二极管提供所需要的正向电压，但象上述那样关断开关，电源电压Vi将升压至所需要的正向电压以上，对装载在便携设备上的电池造成额外的负担。
因此，第二实施方式的结构为：在通过升压型开关调节器电路的输出电压驱动发光二极管时，不是在发光二极管的阳极，而是在经由了发光二极管的阴极检测电源电压，基于检测的阴极电压来切换开关的导通/关断。以下，对关于第二实施方式的升压型开关调节器电路进行详细说明。
图4是表示第二实施方式的升压型开关调节器电路的图。在图4中，升压型开关调节器电路包括基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5、驱动电路7、开关晶体管9a、二极管9b、线圈11、以及电容器13，而且包括发光二极管17a、驱动电路19a、以及阴极电压检测电路25。
这里，发光二极管17a是装载在上述的便携设备上的发光二极管，阳极连接到电容器13的一个端子，阴极连接到后述的驱动电路19a的输出部、阴极电压检测电路25的输入部、误差放大器3的一个输入部。另外，驱动电路19a是对流过发光二极管17a的电流量进行调整的恒流电路，输出部连接到发光二极管17a的阴极。而且，阴极电压检测电路25是检测发光二极管17a的阴极电压，判定检测的阴极电压是否在规定的阴极电压以上，基于该判定结果而输出控制开关15的导通/关断的切换信号的电路。另外，阴极电压检测电路25的输入部连接到发光二极管17a的阴极，输出部连接到开关15的切换输入部。下面，对动作进行说明。再有，设开关15为导通状态。
装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi，作为输出电压Vo，经由开关15被施加在发光二极管17a的阳极。另一方面，驱动电路19a设定发光二极管17a的正向电流。从而，发光二极管17a被施加通过设定正向电流而确定的正向电压。因此，发光二极管17a的阴极成为从施加在阳极的输出电压Vo中减去上述的正向电压后的电压。
阴极电压检测电路25是检测发光二极管17a的阴极电压，判定检测的发光二极管17a的阴极电压是否在规定的阴极电压以上。如果检测的阴极电压在规定的阴极电压以上，则阴极电压检测电路25输出使开关15原样继续导通的切换信号。由此，不将装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi升压，从升压型开关调节器电路的输出端子以原先的电压(电源电压Vi)输出。
如果装载在便携设备上的电池供给的电源电压Vi下降，则发光二极管17a保持上述的正向电压的电位差，阴极电压伴随电池供给的电源电压Vi的下降而下降。然后，在检测的发光二极管17a的阴极电压成为规定的阴极电压以下时，由阴极电压检测电路25输出将开关15关断的切换信号，同时通过升压型开关调节器电路将电源电压Vi升压，施加在发光二极管17a的阳极。另外，发光二极管17a的阴极电压被反馈到误差放大器3，发光二极管17a的阴极电压被保持为一定的值。
图5示出电源电压Vi和发光二极管17a的阴极电压的情形。如图5所示，发光二极管17a的阴极电压对应于电源电压Vi的下降而下降。然后，在成为规定的阴极电压以下时，升压型开关调节器电路将开关15关断，开始电源电压Vi的升压。这里，流过发光二极管17a的正向电流通过驱动电路19a被固定化。因此，即使由于发光二极管17a的温度特性和偏差而正向电压变动，PWM电路5也可根据正向电压的变动来施加发光二极管17a的阳极电压，以便发光二极管17a的阴极电压固定。由此，升压型开关调节器电路不无谓地将电源电压Vi升压，而可驱动发光二极管17a，可减轻对电池的负担。
另外，如上所述，发光二极管17a的阴极电压被反馈以成为一定的电压。另一方面，流过发光二极管17a的正向电流受驱动电路19a控制。驱动电路19a由电流镜电路等的电流源构成，根据流过上述的发光二极管17a的正向电流，变动驱动所需要的端子电压(必要电压)。例如，发光二极管17a的正向电流小时(驱动电路19a的电流量小时)，驱动电路19a的必要电压变低，发光二极管17a的正向电流大时(驱动电路19a的电流量大时)，驱动电路19a的必要电压变大。
虽然驱动电路19a的必要电压这样地根据其电流量来变动，但如果将控制开关15的导通/关断的阴极电压检测电路25的规定的阴极电压固定成一定的值，则无谓地将电源电压Vi升压而对电池造成负担。因此，如图6所示，通过根据发光二极管17a流过的正向电流来变更切换输出的规定的阴极电压的值，可实现进一步减轻对电池的负担的升压型开关调节器电路。
如上所述，第二实施方式的结构为：通过输出电压来驱动发光二极管，同时，基于发光二极管的阴极电压来切换输出。由此，可实现不依赖于发光二极管的温度特性而切换输出，抑制电流的消耗的升压型开关调节器电路。另外，本实施方式中对斩波器型的升压型开关调节器电路进行了说明，但即使是第一实施方式示出的同步整流型，也可获得同样的效果。
‘第三实施方式’
在多个上述那样的发光二极管装载在便携设备上时，各个发光二极管的特性不同，必须根据其特性进行上述那样的开关的导通/关断。在装载多个这样的特性不同的发光二极管的情况下，如果基于多个发光二极管的阴极电压之中最低的阴极电压控制开关的导通/关断，则不必无谓地升压，可供给驱动各个发光二极管所需要的电压。下面，详细说明第三实施方式的升压型开关调节器电路。
图7是第三实施方式的升压型开关调节器电路。在图7中，升压型开关调节器电路的结构为；包括基准电压发生电路1、误差放大器3、PWM电路5、驱动电路7、开关晶体管9a、二极管9b、线圈11、电容器13，还包括发光二极管17a、17b、17c、驱动电路19a、19b、19c、开关21a、21b、21c、最低电压检测电路23以及阴极电压检测电路25。
发光二极管17a、17b、17c是分别具有R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色的发光二极管，装载在上述的便携设备上。该发光二极管17a、17b、17c各自的阳极连接到电容器13的一个端子，阴极连接到后述的驱动电路19a、19b、19c。驱动电路19a、19b、19c是分别控制发光二极管17a、17b、17c流过的电流的电流控制电路，各自的输出部连接到发光二极管17a、17b、17c的阴极。开关21a、21b、21c是分别将发光二极管17a、17b、17c与最低电压检测电路23连接的开关。最低电压检测电路23是检测发光二极管17a、17b、17c的各个阴极电压之中最低的电压，将检测出的阴极电压输出的电压检测电路。另外，最低电压检测电路23的输入部上连接有开关21a、21b、21c，输出部连接阴极电压检测电路25。下面对动作进行说明。
最低电压检测电路23依次切换开关21a、21b、21c，检测发光二极管17a、17b、17c各自的阴极电压。然后，最低电压检测电路23将检测出的阴极电压中最低的阴极电压输出。输出的阴极电压被输入到误差放大器3和阴极电压检测电路25。阴极电压检测电路25基于输入的阴极电压来切换开关15的导通/关断。
这里，发光二极管17a、17b、17c各自的阳极上施加相同的电压。另外，基于发光二极管17a、17b、17c的阴极电压之中最低的阴极电压来进行开关15的切换。因此，可在发光二极管17a、17b、17c上施加驱动它们每一个所需要的正向电压。另外，对于阴极电压高的发光二极管，驱动电路19a、19b、19c施加流过正向电流所需要的正向电压。由此，可在阴极电压高的发光二极管上施加与其正向电压对应的阴极电压。因此，不将电源电压Vi额外升压，可输出驱动所有的发光二极管所需要的电压，可减轻对电池的负担。
如上所述，第三实施方式所示的升压型开关调节器电路检测多个发光二极管之中最低的阴极电压。由此，施加驱动多个发光二极管所需要的电压，同时不无谓地将电压升压，可实现效率更高的升压型开关调节器电路。另外，本实施方式中对斩波器型的升压型开关调节器电路进行了说明，但即使是第一实施方式示出的同步整流型，也可获得同样的效果。
‘第四实施方式’
象上述那样，也可以在发光二极管17a、17b、17c上施加与电流量对应的正向电压。因此，通过根据流过发光二极管的电流量，变动规定的输出电压Vo(发光二极管的阳极电压)，不无谓地使电源电压Vi升压，可进一步减轻电池的负担。图8示出第四实施方式的升压型开关调节器电路。如图8所示，使基准电压发生电路1根据驱动电路19a、19b、19c的电流设定信息来变更基准电压Vb。由此，可根据流过发光二极管17a、17b、17c的电流量来变更规定的输出电压Vo(发光二极管的阳极电压)。因此，不无谓地使电源电压Vi升压，可进一步减轻电池的负担。
如上所述，第四实施方式所示的升压型开关调节器电路构成为根据发光二极管中的电流量来变更规定的输出电压。由此，可实现电力消耗更低的升压型开关调节器电路。另外，本实施方式中对斩波器型的升压型开关调节器电路进行了说明，但即使是第一实施方式示出的同步整流型，也可获得同样的效果。

Claims (5)

1.一种升压型开关调节器电路，将电池供给的电源电压升压了的电压作为输出电压输出，其特征在于，它包括：
对输出进行切换的开关，以在电池供给的电源电压比规定的输出电压大时，将电池供给的电源电压作为输出电压输出，在电池供给的电源电压比规定的输出电压小时，将电池供给的电源电压升压以成为规定的输出电压，将由此升压了的电压作为输出电压输出。
2.如权利要求1所述的升压型开关调节器电路，其特征在于，
由输出电压驱动发光二极管，同时基于发光二极管的阴极电压来切换输出。
3.如权利要求2所述的升压型开关调节器电路，其特征在于，
根据发光二极管的电流量而变更对输出进行切换的阴极电压的值。
4.如权利要求2或3所述的升压型开关调节器电路，其特征在于，
包括多个由输出电压驱动的发光二极管，基于多个发光二极管的阴极电压之中最低的阴极电压来切换输出。
5.如权利要求2～4的任何一项所述的升压型开关调节器电路，其特征在于，
根据发光二极管的电流量，使规定的输出电压变化。
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