CN1770610A - 开关式电源电路以及随其配备的电子装置 - Google Patents

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Abstract

在开关式电源电路中，完成设置在软启动电路中的电容器的放电所需的时间比启动/停止部分在启动状态和停止状态之间切换的驱动部分(它执行将设置在升压DC－DC转换器中的开关器件导通/截止的开关控制)的开关控制操作的周期长。另外，在电容器的放电完成之前，防止软启动电路执行软启动操作。另外，启动/停止部分从恒压部分(将恒压作为驱动电压馈送至将输出信号发送至驱动部分的比较部分)的恒压馈送操作从停止状态切换至启动状态的时间点开始直至经过预定时间，防止驱动部分的开关控制操作从停止状态切换至启动状态。

Description

开关式电源电路以及随其配备的电子装置
(1)技术领域
本发明涉及将来自直流电源的输入电压升压然后将其馈送至负载的开关式电源电路。更具体来说，本发明涉及根据外部信号启动/停止升压操作的开关式电源电路。
(2)背景技术
近年来，在耐用性、发光效率和节省空间等方面极好的白色发光二极管已被用作诸如蜂窝电话、PDA(个人数字助理)和数字照相机之类的电子装置中所包含的液晶显示器设备(LCD)的照明光源(后灯或前灯)。此白色发光二极管需要较高的正向电压来发光，且通常将使用多个白色发光二极管作为照明光源并串联连接以使它们的亮度相等。因此，驱动作为照明光源的白色发光二极管需要比从电子装置中所包含的电池所馈送的直流电压高的直流电压。
因此，将升压开关式电源电路用作用于驱动白色发光二极管的电路。图11A示出传统的升压开关式电源电路的结构的一个例子。图11A中所示的开关式电源电路由输入电容器2、线圈3、身为整流器件的二极管4、输出电容器5、输出电流检测电阻R1和单个IC组件形式的升压断续器调节器10组成并通过控制对线圈3的充电和放电来执行升压操作。如图11A中所示的开关式电源电路将从诸如锂离子电池之类的直流电源1馈送的直流电压升压，然后将经升压的电压馈送至负载，即六个白色发光二极管LED1-LED6，然后驱动它们。注意电源开关(未示出)设置在直流电源1和开关式电源电路之间。当电源开关接通时，直流电压Vin从直流电源1馈送至开关式电源电路；当电源开关断开时，直流电压Vin不从直流电源1馈送至开关式电源电路。
直流电源1具有接地的负极端子和通过输入电容器2接地并与线圈3的一端相连的正极端子。线圈3的另一端与二极管4的阳极相连，而二极管的阴极通过输出电容器5接地。白色发光二极管LED1-LED6和输出电流检测电阻R1串联连接以形成串联电路，且此串联电路与输出电容器5并联连接。
升压断续器调节器10配有作为外部连接用端的电源端TVIN、接地电源端TGND、输出电压监控端TVO、反馈端TFB、开关端TVSW和控制端TCTRL。电源端TVIN与直流电源1的正极端子相连，接地电源端TGND接地。用这些端子，升压断续器调节器10可以从直流电源1操作。开关端TVSW与线圈3和二极管4相互连接的节点相连，输出电压监控端TVO与二极管4的阴极连接，而反馈端TFB与白色发光二极管LED6和输入电流检测电阻R1相互连接的节点相连。控制端TCTRL接收亮度调节信号(如下所述的)。
下面将说明升压断续器调节器10的内部结构。升压断续器调节器10配有N沟道MOSFET 11和12(下文称为Nch晶体管)、驱动电路13、电流检测比较器14、振荡电路15、放大器16、PWM比较器17、误差信号放大器18、标准电源19、电阻R2-R4、软启动电路20、开/关电路21、过热检测电路22、过电压检测电路23、恒压电路24和开关25。
当开关25接通时，恒压电路24将来自电源端TVIN的直流电压Vin转换成具有预定值的电压，然后将转换后的电压作为驱动电压馈送至PWM比较器17和误差信号放大器18。当开关25接通时，将直流电压Vin作为驱动电压馈送至构成升压断续器调节器10的其它电路。
开关25设置在电源端TVIN和恒压电路24的信号接收端之间。当将高电平信号馈送至控制端时，开关25接通；当将低电平信号馈送至控制端时，开关25断开。由控制端TCTRL从外部接收的亮度调节信号被馈送至开关25的控制端。因此，当亮度调节信号取低电平时，不将电功率馈送至升压断续器调节器10的电路。这将电功率的消耗减少至接近零。这有利于低电功率消耗。
Nch晶体管11和Nch晶体管12的漏极均与开关端TVSW连接，而Nch晶体管11和Nch晶体管12的栅极均与驱动电路13连接。Nch晶体管12的源极直接接地，而Nch晶体管11的源极通过电阻R2接地。此使得Nch晶体管11与Nch晶体管12的漏极电流比等于Nch晶体管11与Nch晶体管12的栅极宽度/栅极长度之比。
电阻R2的两端分别与电流检测比较器14的两个输入端相连。放大器16将电流检测比较器14的输出和振荡电路15的一个输出加在一起，且它们的和被馈送至PWM比较器17的倒相输入端。PWM比较器17的输入和振荡电路15的另一输出被馈送至驱动电路13。
误差信号放大器18的输出被馈送至PWM比较器17的非倒相输入端，且误差信号放大器18的非倒相输出端与反馈端TFB连接。误差信号放大器18的倒相输入端与电阻R3的一端及电阻R4的一端相连。电阻R4的另一端接地，电阻R3的另一端与标准电源19的正极端子相连。标准电源19的负极端子接地。
软启动电路20的输出被馈送至PWM比较器17的非倒相输入端与误差信号放大器18的输入端相互连接的节点，且开/关电路21、过热检测电路22和过电压检测电路23的输出被馈送至驱动电路13。控制端TCTRL从外部接收的亮度调节信号被馈送至软启动电路20和开/关电路21。输出电压Vout通过输出电压监控端TVO馈送至过电压检测电路23。
下面将说明具有图11A中所示的结构的开关式电源电路的工作。如图11A所示的开关式电源电路通过使驱动电路13接通/断开Nch晶体管12使通过将来自直流电源1的输入电压Vin升压所获得的输出电压Vout出现在输出电容器5的两端，从而驱动白色发光二极管LED1-LED6。
具体来说，当驱动电路13将预定栅极电压加至Nch晶体管12的栅极且Nch晶体管12导通时，电流从直流电源1流向线圈3。结果，能量在线圈3中积累。另一方面，当驱动电路13不将预定栅极电压加至Nch晶体管12的栅极且Nch晶体管12截止时，积累的能量被释放，从而在线圈3中产生反电动势。在线圈3中所产生的反电动势被加至直流电源1的输入电压Vin，然后通过二极管4向输出电容器5充电。通过重复以上操作，执行升压操作，使得在输出电容器5的两端出现输出电压Vout。此输出电压Vout使输出电流Iout流过白色发光二极管LED1-LED6，从而使白色发光二极管LED1-LED6发光。
然后，通过反馈端TFB将输出电流Iout的电流值乘以输出电流检测电阻R1的电阻值所获得的反馈电压Vfb馈送至误差信号放大器18的非倒相输入端，然后与要馈送至误差信号放大器18的倒相输入端的参考电压Vref相比较。通过该比较，根据反馈电压Vfb和参考电压Vref之间的差的电压出现在误差信号放大器18的输出中。此电压被馈送至PWM比较器17的非倒相输入端。注意参考电压Vref是通过将参考电源19的输出电压由电阻R3和R4分压所获得的电压。
与Nch晶体管11导通时流过电阻R2的电流成比例的信号和从振荡电路15输出的锯齿波形信号加在一起，然后由放大器16放大。得到的信号被输入PWM比较器17的倒相输入端，然后通过PWM比较器117与误差信号放大器18的输出电压电平相比较。结果，当误差信号放大器18的输出电压电平高于放大器16的输出信号电平时，PWM比较器17的PWM输出取高电平。另一方面，当误差信号放大器18的输出电压电平低于放大器16的输出信号电平时，PWM比较器17的PWM输出变成低电平。
当接收到PWM比较器17的PWM输出时，驱动电路13根据接收到的PWM输出将具有占空比的脉冲信号馈送至Nch晶体管11和12的栅极以导通/截止它们。具体来说，当PWM比较器17的PWM输出取高电平时，驱动电路13在从振荡电路15输出的锯齿波形信号的各周期的开始处开始将预定栅电压馈送至Nch晶体管11和12以导通它们。当PWM比较器17的PWM输出为低电平时，驱动电路13停止将预定栅电压馈送至Nch晶体管11和12以截止它们。
当上述Nch晶体管11和12的导通/截止控制，即，驱动电路13的开关控制操作处于启动状态时，启动升压操作以使得反馈电压Vfb和参考电压Vref相等。结果，输出电流Iout被稳定至将参考电压Vref(＝反馈电压Vfb)除以输出电流检测电阻R1的电阻值所获得的电流值。
输入PWM比较器17的倒相输入端的信号包括根据流过电阻R2的电流的信号，即根据Nch晶体管11和12的导通时流过线圈3的电流的信号。这使得可以控制线圈3的峰值电流。另外，在检测到输出电压Vout超过预定电压时，过电压检测电路23使驱动电路13停止开关控制操作。这使得可以防止将超过预定电压的过电压提供给身为负载的白色发光二极管LED1-LED6和输出电容器5。另外，当特别是在Nch晶体管12的周围，检测到由驱动电路13的开关控制操作引起的过热时，过热检测电路22使驱动电路13停止开关控制操作。这使得可以防止由过热引起的升压断续器调节器10的击穿等。
开/关电路21根据输入控制端TCTRL的亮度调节信号启动/停止开关控制操作。当驱动电路13启动开关控制操作时，开关式电源电路启动升压操作；当驱动电路13停止开关控制操作时，开关式电源电路停止升压操作。用作亮度调节信号的是例如PWM(脉宽调制)信号。当输入控制端TCTRL的亮度调节信号取高电平时，开/关电路21使驱动电路13启动开关控制操作，从而使输出电流Iout流过白色发光二极管LED1-LED6。另一方面，当输入控制端TCTRL的亮度调节信号取低电平时，开/关电路21使驱动电路13停止开关控制操作，从而降低输出电压Vout。这使得流过白色发光二极管LED1-LED6的平均电流根据亮度调节信号的占空比而变化。白色发光二极管LED1-LED6的亮度与流过其的平均电流成比例。这使得可以通过改变亮度调节信号的占空比来调节白色发光二极管LED1-LED6的亮度。
当驱动电路13开始开关控制操作时，软启动电路20逐渐改变驱动电路13的输出占空比，从而使输出电压Vout慢慢上升。即，软启动电路是执行所谓的软启动操作的电路。如果输出电压Vout不慢慢上升，当电容器5未充电时，从直流电源1流出的过充电电流为其充电。这里的问题在于当直流电源1是诸如锂离子电池之类的电池时，该过充电电流将额外的负担加在电池上。另外，此过充电电流降低电池电压，从而使得不可能将该电池用于其终端电压。
如图11B所示，软启动电路20由端T1-T3、开关SW1和SW2、恒流源I1、电容器C1和P沟道MOSFET Q1(以下称为Pch晶体管)组成。端T1与开关SW1和SW2的控制端相连，而端T2通过开关SW1和恒流源I1与Pch晶体管Q1的栅极、电容器C1的一端及开关SW2的一端相连。电容器C1的另一端、开关SW2的另一端及Pch晶体管Q1的漏极接地，而Pch晶体管Q1的源极与端T3相连。注意端T1与控制端TCTRL连接，端T2通过开关25与电源端TVIN连接，而端T3被连接至PWM比较器17的非倒相输入端和误差信号放大器18的输出端相互连接的节点处。开关SW1在将高电平信号馈送至其控制端时导通，而在将馈送低电平信号至其控制端时截止。开关SW2在将高电平信号馈送至其控制端时截止，而在将馈送低电平信号至其控制端时导通。
在图11A中所示的开关式电源电路中，每当输入控制端TCTRL的亮度调节信号VCTRL从低电平变成高电平时，软启动电路20执行软启动使输出电压Vout慢慢上升。这防止了输出电压Vout快速上升至预定电压V1。这里的问题在于当亮度调节信号VCTRL具有短周期并因此只在短时间内保持在高电平时，不可能将发光所需的电压施加至白色发光二极管LED1-LED6。这使得可能根据亮度调节信号的占空比执行希望的亮度调节。
考虑到上述已有技术的不便及缺点，本发明的发明人设计了一种根据外部信号启动/停止升压操作并且即使在启动状态和停止状态之间切换升压操作的周期短时也能使输出电压达到目标值的开关式电源电路。该开关式电源电路已在日本专利申请号：2004-65427中由本发明的申请人提出。
以上专利申请中提出的开关式电源电路与图11A中所示的开关式电源电路的区别仅在于用图12中所示的软启动电路或图13中所示的软启动电路来代替软启动电路20。注意，在图12和13中，也在图11B中出现的元件将用共同的标号来表示。
图12中所示的软启动电路由端T1-T3、开关SW1、恒流源I1、电容器C1、Pch晶体管Q1、开关SW2和恒流源I2组成。端T1与开关SW1和SW2的控制端相连，而端T2通过开关SW1和恒流源I1与Pch晶体管Q1的栅极、电容器C1的一端及开关SW2的一端相连。电容器C1的另一端及Pch晶体管Q1的漏极接地，Pch晶体管Q1的源极与端T3相连，而开关SW2的另一端通过恒流源I2接地。注意端T1与控制端TCTRL连接，端T2与电源端TVIN连接，而端T3被连接至PWM比较器17的非倒相输入端和误差信号放大器18的输出端相互连接的节点处。开关SW1在将高电平信号馈送至其控制端时导通，而在将馈送低电平信号至其控制端时截止。开关SW2在将高电平信号馈送至其控制端时截止，而在将馈送低电平信号至其控制端时导通。
在将输入电压Vin馈送至端T2且馈送至端T1的亮度调节信号取高电平时，开关SW1导通而开关SW2截止。这使得恒流源I1输出一个恒定电流，从而启动电容器C1的充电。在电容器C1的充电启动后，Pch晶体管Q1的栅极电位逐渐从低电位变到高电位直至Pch晶体管Q1从导通切换至截止。Pch晶体管Q1的栅极电位ΔV1由下列公式(1)表示。应注意C1表示电容器C1的电容值，I1表示恒流源I1的输出电流值，而Δt1表示电荷提取时间。
ΔV1＝I1·Δt1/C1                             (2)
当Pch晶体管Q1的栅极电位从低电位变成高电位时，误差信号放大器18的输出电位逐渐上升。这实现了软启动操作。可以通过调节电容器C1的电容值C1和恒流源I1的输出电流值I1容易地设置用软启动操作时输出电压Vout的上升速度。
另一方面，当馈送至端T1的亮度调节信号变成低电平时，开关SW1截止而开关SW2导通。这使得恒流源I2提取电容器C1中所积累的电荷。上述电荷提取在Pch晶体管Q1的栅极两端产生电位降ΔV2，由下列公式(2)表示。注意C1表示电容器C1的电容值，I2表示恒流源I2的输出电流值，而Δt2表示充电时间。
ΔV2＝I2·Δt2/C1                                (1)
通过减少电位降ΔV2，可以抑制提取电容器C1中所积累的电荷。因此，需要加大I1/I2的比以抑制提取电容器C1中所积累的电荷。这使得可以抑制误差信号放大器18的输出电位的减少。
当误差信号放大器18的输出电位的减少被抑制时，图12中所示的软启动电路不能执行软启动操作。这允许即使在亮度调节信号VCTRL仅在短时间内维持在高电平时输出电压Vout也能达到目标值(＝V1)，见图14，示出从设置有图12或图13所示的软启动电路的升压开关式电源器件的外部馈送的亮度调节信号VCTRL的波形、输出电压Vout的波形和从直流电源1馈送的输入电流Iin的波形。这使得即使在亮度调节信号具有短周期并因此只在短时间内保持在高电平时，也能根据亮度调节信号的占空比执行希望的亮度调节。注意上述I1/I2之比被设置成使得完成电容器放电所需的时间比开/关电路21用于在启动状态和停止状态之间切换的驱动电路13的开关控制操作的周期长。
在图14中，假设开关式电源电路在亮度调节信号VCTRL第一次从低电平变成高电平，和在开关式电源电路被启动的时间点时启动，则输出电压Vout为0(V)，而输出电容器5完全没有充电。
当设置在直流电源1和开关式电源电路之间的电源开关截止时，即将没有馈送至开关式电源电路的输入电压Vin输入至设有图12所示的软启动电路的升压开关式电源电路时亮度调节信号变成低电平时，当电源开关截止时，即当没有将输入电压Vin馈送至开关式电源电路时，恒流源I2提取电容器C1中所积累的电荷。在此情况下，电源开关截止的时间，即电荷提取时间Δt2长得足以允许恒流源I2从电容器C1提取足够电荷量。这使得Pch晶体管Q1的栅极电位等于或约等于地电位。这允许图12所示的软启动电路在电源开关从截止切换至导通时执行软启动操作。
图13中所示的软启动电路由端T1-T3、开关SW1、恒流源I3、电容器C1、Pch晶体管Q1和恒流源I4组成。端T1与开关SW1控制端相连，而端T2通过开关SW1和恒流源I3与Pch晶体管Q1的栅极、电容器C1的一端及恒流源I4的一端相连。电容器C1的另一端、Pch晶体管Q1的漏极及恒流源I4的另一端接地，且Pch晶体管Q1的源极与端T3相连。注意端T1与控制端TCTRL连接，端T2与电源端TVIN连接，而端T3被连接至PWM比较器17的非倒相输入端和误差信号放大器18的输出端相互连接的节点处。开关SW1在将高电平信号馈送至其控制端时导通，而在将馈送低电平信号至其控制端时截止。
在将输入电压Vin馈送至端T2且馈送至端T1的亮度调节信号取高电平时，开关SW1导通。这使得恒流源I3输出一个恒定电流。此恒流中的一部分被恒流源I4提取，而其余的用作电容器C1的充电电流。当电容器C1充电时，Pch晶体管Q1的栅极电位逐渐从低电位增加到高电位直至Pch晶体管Q1从导通切换至截止。Pch晶体管Q1的栅极电位ΔV1由下列公式(3)表示。应注意C1表示电容器C1的电容值，I3表示恒流源I3的输出电流值，I4表示恒流源I4的输出电流值，而Δt1表示充电时间。
ΔV1＝(I3-I4)·Δt1/C1                            (3)
当Pch晶体管Q1的栅极电位从低电位变成高电位时，误差信号放大器18的输出电位逐渐上升。这实现了软启动操作。可以通过调节电容器C1的电容值C1、恒流源I3的输出电流值I3和恒流源I4的输出电流值I4容易地设置用软启动操作时输出电压Vout的上升速度。在图12中所示的软启动电路中，当Pch晶体管Q1的栅极电位等于或小于预定值时，由于开关SW2的电阻只能选择用泄漏电流来提取电容器C1中所积累的电荷。另一方面，在图13中所示的软启动电路中，可以通过使用恒流源I4的输出电流可靠地提取电容器C1中所积累的电荷。
另一方面，当馈送至端T1的亮度调节信号变成低电平时，开关SW1变成截止。这使得恒流源I4提取电容器C1中所积累的电荷。上述电荷提取在Pch晶体管Q1的栅极两端产生电位降ΔV2，由下列公式(4)表示。应注意C1表示电容器C1的电容值，I4表示恒流源I4的输出电流值，而Δt2表示电荷提取时间。
ΔV2＝I4·Δt2/C1                                (4)
通过减少电位降ΔV2，可以抑制提取电容器C1中所积累的电荷。因此，需要加大I3/I4的比以抑制提取电容器C1中所积累的电荷。这使得可以抑制误差信号放大器18的输出电位的减少。这里，对电容器C1的充电来说，恒流源I4提取的电流被浪费了。因此，最好通过使恒流源I4的输出电流值I4变小使I3/I4之比大于I1/I2。
当误差信号放大器18的输出电位的减少被抑制时，图13中所示的软启动电路不能执行软启动操作。这允许即使在亮度调节信号VCTRL仅在短时间内维持在高电平时输出电压Vout也能达到目标值(＝V1)，见图14，示出从设置有图12或图13所示的软启动电路的升压开关式电源器件的外部馈送的亮度调节信号VCTRL的波形、输出电压Vout的波形和从直流电源1馈送的输入电流Iin的波形。这使得LED1-LED6能发光。这使得即使在亮度调节信号具有短周期并因此只在短时间内保持在高电平时，也能根据亮度调节信号的占空比执行希望的亮度调节。注意上述I3/I4之比被设置成使得完成电容器放电所需的时间比开/关电路21用于在启动状态和停止状态之间切换驱动电路13的开关控制操作的周期长。
当设置在直流电源1和开关式电源电路之间的电源开关截止时，即将没有输入电压Vin输入至开关式电源电路时，恒流源I4提取电容器C1中所积累的电荷。在此情况下，电源开关截止的时间，即电荷提取时间Δt2长得足以允许恒流源I4从电容器C1提取足够电荷量。这使得Pch晶体管Q1的栅极电位等于或约等于地电位。这允许图13所示的软启动电路在电源开关从截止切换至导通时执行软启动操作。
为了以低成本制作集成电路，需要提供一种具有多种能力的单个端并使用具有少量插脚的插件。因此，在设有图12或13所示的软启动电路的升压断续器调节器10中，控制端TCTRL被赋予了当开关式电源电路截止时将功耗减少至几乎为零的能力，当将开关式电源电路从截止切换至导通时执行软启动操作的能力和当根据亮度调节信号的占空比调节白色LED的亮度时停止软启动操作的能力。然而，当开关式电源电路截止时停止对所有电路的供电，因为当开关式电源电路截止时功耗被减小至几乎为零。因此，在开关式电源电路导通后启动所有电路需要一些时间。这是非常不利的，因为在用作各种放大器的电源的电路部分启动之前反馈系统不会合适地工作。
当将从直流电源1馈送的输入电压Vin转换成预定电压Vc的恒压电路24具有图15中所示的结构时，在寄生电容PC被完全充电之前不启动恒压电路24。在没有启动恒压电路24时导通Nch晶体管12的情况下，在恒压电路24启动之前保持Nch晶体管12导通，因为放大器(PWM比较器17、误差信号放大器18等)不被控制。
这没有给图11A所示的开关式电源电路带来任何问题，因为在开关式电源电路导通时执行软启动操作。然而，在设有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路中，在恒压电路24启动之前Nch晶体管12保持导通时，流经电流流过Nch晶体管12(见图16)。在图16中，VCTRL表示从外部馈送至设置有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路的亮度调节信号，Vout表示设置有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路的输出电压，ISW表示设置有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路的Nch晶体管12的漏电流，而PI表示流过设置有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路的Nch晶体管12的流经电流。
如上所述，在设置有图12或图13所示的软启动电路的开关式电源电路中，当根据亮度调节信号的占空比调节白色LED的亮度时，每当开关式电源电路导通时过量电流流过Nch晶体管12。这使得电池比所预计的更早达到其终端电压(约3.0V)。这不利地限制了一次充电的电池时间的长度。
(3)发明内容
本发明的一个目的在于提供一种根据外部信号启动/停止升压操作并且即使在启动状态和停止状态之间切换升压操作的周期短时也能使输出电压达到目标值，同时防止流经电流在升压操作从停止状态切换至启动状态时流过开关器件的开关式电源电路及用其设置的电子装置。
为了实现以上目的，根据本发明，开关式电源电路设置有升压DC-DC转换器、比较部分、驱动部分、恒压部分、开关部分、启动/停止部分和软启动电路。比较部分将参考电压与基于升压DC-DC转换器的输出电流的电压相比较。驱动部分根据比较部分的输出执行开关控制以开/关设置在升压DC-DC转换器中的开关器件。恒压部分将恒压作为驱动电压至少馈送至比较部分。开关部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换的恒压部分的恒压馈送操作。启动/停止部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的切换控制操作，同时防止从恒压部分的恒压馈送操作从停止状态切换至启动状态的时间点开始直至经过预定时间，防止驱动部分的开关控制操作从停止状态切换至启动状态。软启动电路具有电容器和放电部分，当驱动部分的开关控制操作启动时为电容充电，因此升压DC-DC转换器的输出电压上升，根据电容器两端的电压以一种当升压DC-DC转换器的输出电压上升时无论比较部分的输出如何，升压DC-DC转换器的输出电压都慢慢地上升的方式控制驱动部分，并使得在驱动部分的控制操作处于停止状态时放电部分为电容器放电，完成电容器放电所需的时间比启动/停止部分用于在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作的周期长。
有此结构，使完成电容器放电所需的时间比启动/停止部分用于在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作的周期长，并在电容的放电完成之前防止软启动电路执行软启动操作。这使得即使在启动/停止部分用于在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作的周期短时，升压DC-DC转换器的输出电压也能达到目标值。因此，即使升压操作用于在启动状态和停止状态之间切换的周期短时也可以使输出电压达到目标值。另外，启动/停止部分从恒压部分的恒压馈送操作从停止状态切换至启动状态的时间点开始直至过去预定时间，防止驱动部分的开关控制操作从停止状态切换至启动状态。因此，通过使预定时间比恒压部分的启动时间长，将开关器件断开并保持断开直至恒压部分启动。这防止流经电流流过开关器件。
另外，根据本发明的电子装置设有上述结构的开关式电源电路。开关式电源电路将电功率馈送至例如包含在电子装置中的液晶显示设备的照明光源。
(4)附图说明
图1为示出体现本发明的升压开关式电源电路结构的一个例子的图；
图2为示出在图1所示的升压开关式电源电路各部分出现的电压和电流波形的时间图；
图3为示出设置在图1所示的升压开关式电源电路中的信号校正电路的结构的一个例子的图；
图4为示出出现在图3所示的信号校正电路的各部分的信号波形的时间图；
图5为示出信号校正电路和使用降压(depression)晶体管的恒电压电路的特性的图；
图6为示出设置在图1所示的升压开关式电源电路中的信号校正电路的结构的另一个例子的图；
图7为示出设置在图1所示的升压开关式电源电路中的振荡电路的结构的一个例子的图；
图8为示出降压(depression)晶体管的静态特性的图；
图9为示出图7所示的振荡电路的振荡频率特性的图；
图10为示出图6所示的信号校正电路的预微调特性的图；
图11A和11B为示出传统的升压开关式电源电路的结构的一个例子的图；
图12为示出软启动电路的结构的一个例子的图；
图13为示出软启动电路的结构的另一个例子的图；
图14为示出在其中用图12或图13所示的软启动电路代替图11所示的升压开关式电源电路的软启动电路的升压开关式电源电路的各部分所出现的电压和电流波形的时间图；
图15为示出恒压电路的结构的一个例子的图；和
图16为示出在其中用图12或图13所示的软启动电路代替图11所示的升压开关式电源电路的软启动电路的升压开关式电源电路的各部分所出现的电压和电流波形的时间图。
(5)具体实施方式
图1示出体现本发明的升压开关式电源电路结构的一个例子。注意，在图1中，将也在图11A中出现的元件用共同的标号表示，并省略对它们的详细说明。
在体现本发明的图1中所示出的开关式电源电路包括其中用升压断续器调节器100代替传统的开关式电源电路的升压断续器调节器10的结构。升压断续器调节器100与升压断续器调节器10的不同之处在于用软启动电路26代替升压断续器调节器10的软启动电路20，并另外设置了从控制端TCTRL接收亮度调节信号并将通过校正接收到的亮度调节信号所获取的校正信号馈送至开/关电路21的校正电路27。
信号校正电路27将经校正的信号馈送至开/关电路21，所述经校正的信号除了从亮度调节信号从低电平变成高电平的时间点直至过去预定时间t1取低电平之外与亮度调节信号相同。
软启动电路26是具有图12或图13所示的结构的软启动电路。用此结构，即使在亮度调节信号具有短周期并因此仅在短时间内维持在高电平时，也可以根据亮度调节信号的占空比执行所希望的亮度调节。
当恒压电路24具有图15所示的结构时，在寄生电容PC完全充电前恒压电路24不启动。然而，信号校正电路27将除了从亮度调节信号从低电平变成高电平的时间点直至过去预定时间t1取低电平之外与亮度调节信号相同的经校正的信号馈送至开/关电路21。因此，通过使预定时间t1比恒压电路24的启动时间长，在恒压电路24启动之前将Nch晶体管12截止并保持截止。这防止流经电流流过Nch晶体管12(见图2)。注意，在图2中，VCTRL表示从外部馈送至图1中所示的开关式电源电路的亮度调节信号，Vout表示图1所示的开关式电源电路的输出电压，而ISW表示图1所示的开关式电源电路的Nch晶体管12的漏电流。
这里，图3中示出信号校正电路27的结构的一个例子。图3中所示的信号校正电路设有Pch晶体管Q2-Q9、Nch晶体管Q10-Q17、N沟道降压晶体管Q18和电容器C2。
Pch晶体管Q2-Q5和Nch晶体管Q10-Q13构成第一信号发生部分。第一信号发生部分将为亮度调节信号VCTRL的反信号的信号SA(见图4)输出至Pch晶体管Q5的漏极和Nch晶体管Q13的漏极相互连接处的节点A。
Pch晶体管Q2、Q6和Q7、Nch晶体管Q10、Q14和Q15、N沟道降压晶体管Q18和电容器C2构成第二信号发生部分。第二信号发生部分将一个从亮度调节信号VCTRL从低电平变成高电平的时间点开始直至过去预定时间t1取高电平，否则取低电平的信号SB(见图4)输出至Pch晶体管Q7的漏极和Nch晶体管Q15的漏极相互连结处的节点B。
Pch晶体管Q8和Q9及Nch晶体管Q16和Q17构成第三信号发生部分。第三信号发生部分将当信号SA和信号SB中的一个取低电平而另一个取高电平时取低电平，而当信号SA和信号SB均处于低电平时取高电平的信号SC(见图4)输出至Pch晶体管Q8的漏极、Nch晶体管Q16的漏极和Nch晶体管Q17的漏极相互连结处的节点C。从第三信号发生部分输出的信号SC用作图3所示的信号校正电路的输出信号。
图3所示的信号校正电路具有简单的电路结构，因为它通过使用N沟道降压晶体管Q18和电容器C2的时间常数来确定预定时间t1。这样可以实现降低成本。
然而，通过使用降压晶体管和电容器的时间常数来确定预定时间t1的象图3中所示的信号校正电路那样的信号校正电路具有以下缺点。当信号校正电路的降压晶体管的特性有大变化时，由于降压晶体管的大的特性变化有可能使预定时间t1比恒压电路24的启动时间短。
为了防止上述缺点，恒压电路24可以采用设置有使用降压晶体管的恒流源的结构(例如：图15中所示的电路结构)。当信号校正电路27采用图3中所示的电路结构而恒压电路24采用图15中所示的电路结构时，可能会获得信号校正电路27的预定时间t1的图5所示的特性曲线CL1和恒压电路24的启动时间的图5中所示的特性曲线CL2。因此，使预定时间t1比恒压电路24的启动时间长，除非信号校正电路27的降压晶体管的阈电压Vth变得非常低而恒压电路24的降压晶体管的阈电压Vth变得非常高。
另外，通过使信号校正电路27和恒压电路24的降压晶体管大小相等并将这些降压晶体管排在相同的方向上，使信号校正电路27和恒压电路24的降压晶体管的阈电压Vth近似相等。这使得可以更可靠地防止预定时间t1比恒压电路24的启动时间短。
注意由于以下原因，预定时间t1越短越好。只要亮度调节信号VCTRL的频率为低，就不会出现问题。然而，当由于亮度调节信号VCTRL的高频率，预定时间t1变成等于或大于亮度调节信号VCTRL的1/4个周期时，亮度调节信号VCTRL的占空比与白色发光二极管LED1-LED6的亮度之间的线性失去了。为了解决这一问题，最好采用通过使用降压晶体管和电容器的时间常数确定预定时间t1并能修整降压晶体管，使得当预定时间t1长时，通过修整降压晶体管(通过激光修整或齐纳攻击(Zener zapping))来使预定时间t1变短的信号校正电路，如信号校正电路27。
图6中示出通过使用降压晶体管和电容器的时间常数确定预定时间t1并能修整降压晶体管的信号校正电路结构的一个例子。注意，在图6中，也可以在图3中找到的元件用共同的标号表示，并省略它们的详细的说明。在图6所示的信号校正电路中，降压晶体管Q18”和Q18”被串联连接至降压晶体管Q18，并分别在降压晶体管Q18，Q18’和Q18”的栅极和漏极之间设置修整器件28-30。
当执行修整时，需要在其上形成升压断续器调节器的晶片的晶片试验中测量预定时间t1，并根据测量的结果调节预定时间t1。例如，可以通过获取亮度调节信号VCTRL和信号SC的如图4中所示的波形来测量预定时间t1。然而，这方法需要昂贵的试验装置来获取该信号波形。
另一方面，当振荡电路15采用设置有使用降压晶体管的恒流源的电路结构时，可以仅通过测量振荡电路15的振荡频率的值来估计预定时间t1。这消除了使用昂贵的试验装置的需要。因此，振荡电路15最好采用设置有使用降压晶体管的恒流源的电路结构(例如图7中所示的电路结构)。
在图7所示的振荡电路中，使用降压晶体管Q19和Q20的恒流源输出恒流Ic。降压晶体管Q19和Q20具有图8中所示的静态特性。当降压晶体管Q19和Q20具有低于设计值的阈电压并具有由特性曲线CL3所表示的静态特性时，恒流Ic的值为Id1。当降压晶体管Q19和Q20具有等于设计值的阈电压并具有由特性曲线CL4所表示的静态特性时，恒流Ic的值为Id2。当降压晶体管Q19和Q20具有高于设计值的阈电压并具有由特性曲线CL5所表示的静态特性时，恒流Ic的值为Id3。具体来说，在图7中所示的振荡电路中，用作恒流源的降压晶体管Q19和Q20具有的阈电压越低，则恒流Ic的值变得越小；用作恒流源的降压晶体管Q19和Q20具有的阈电压越高，则恒流Ic的值变得越大。结果，如图9所示，在图7中所示的振荡电路中，用作恒流源的降压晶体管Q19和Q20具有的阈电压Vth越低，则振荡频率变得越高；用作恒流源的降压晶体管Q19和Q20具有的阈电压Vth越高，则振荡频率变得越低。
另一方面，当信号校正电路27采用图6中所示的电路结构时，如在示出信号校正电路27的预定时间t1的特性曲线的图10可以看出的，降压晶体管Q18’至Q18”具有的阈电压Vth越低，则预定时间t1变得越短；降压晶体管Q18’到Q18”具有的阈电压Vth越高，则预定时间t1变得越长。注意在信号校正电路27的预定时间t1的图10中所示的特性曲线尚未修整过。
根据图9和10，可以仅通过测量振荡电路15的振荡频率的值来估计信号校正电路27的预定时间t1。通过使振荡电路15和信号校正电路27的降压晶体管大小相等并将这些降压晶体管排在同一方向上，使使振荡电路15和信号校正电路27的降压晶体管的阈电压Vth近似相等。这提高了上述估计的精确度。因此，最好使振荡电路15和信号校正电路27的降压晶体管的大小相等并排列在同一方向。
注意，上述说明涉及当从信号校正电路27输出的经校正的信号取高电平时，开/关电路21使驱动电路13启动开关控制操作，而当从信号校正电路27输出的经校正的信号取低电平时，开/关电路21使驱动电路13停止开关控制操作的情况。然而，应理解也可以使驱动电路13在从信号校正电路27输出的经校正的信号取低电平时启动开关控制操作，而在从信号校正电路27输出的经校正的信号取高电平时停止开关控制操作。在该情况下，开关SW1在将高电平信号馈送至其控制端时截止而在将低电平信号馈送至其控制端时导通，开关SW2在将高电平信号馈送至其控制端时导通而在将低电平信号馈送至其控制端时截止，而开关25在将高电平信号馈送至其控制端时截止而在将低电平信号馈送至其控制端时导通。另外，上述说明涉及将本发明应用于无变压器的升压开关式电源电路的情况。然而，应理解本发明可以应用于具有开关变压器的升压开关式电源电路。
另外，根据本发明的电子装置设置有必须调节其激励电流的负载(例如：液晶显示器的照明光源)和驱动该负载的根据本发明的开关式电源电路。

Claims (17)

1.一种开关式电源电路，其特征在于，包括：
升压DC-DC转换器；
比较部分；
驱动部分；
恒压部分；
开关部分；
启动/停止部分；和
软启动电路，
所述比较部分将参考电压与基于升压DC-DC转换器的输出电流的电压相比较，
所述驱动部分根据比较部分的输出执行开关控制以开/关设置在升压DC-DC转换器中的开关器件，
所述恒压部分将恒压作为驱动电压至少馈送至比较部分，
所述开关部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换恒压部分的恒压馈送操作，
所述启动/停止部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作，同时从恒压部分的恒压馈送操作从停止状态切换至启动状态的时间点开始直至经过预定时间，防止驱动部分的开关控制操作从停止状态切换至启动状态，且
所述软启动电路具有电容器和放电部分，
当驱动部分的开关控制操作启动时为电容充电，从而升压DC-DC转换器的输出电压上升，
根据电容器两端的电压如下的方式控制驱动部分，即当升压DC-DC转换器的输出电压上升时，无论比较部分的输出如何，升压DC-DC转换器的输出电压都慢慢地上升，并
使得在驱动部分的开关控制操作处于停止状态时，放电部分为电容器放电，完成电容器放电所需的时间比启动/停止部分用于在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作的周期长。
2.如权利要求1所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述外部信号或取请求启动的导通(on)电平或取请求停止的截止(off)电平，
所述启动/停止部分包括第一信号发生部分、第二信号发生部分和第三信号发生部分，并根据第三信号发生部分的输出信号在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作，
所述第一信号发生部分输出外部信号的反信号，
所述第二信号发生部分输出一个信号，该外部信号从截止电平变成导通电平的时间点开始直至经过预定时间取导通电平，否则取截止电平，而
所述第三信号发生部分输出一个信号，该信号在所述第一和第二信号发生部分的输出信号中有一个取截止电平而另一个取导通电平时取请求停止的截止电平，而在所述第一和第二信号发生部分的输出信号都取截止电平时取请求启动的导通电平。
3.如权利要求1所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述启动/停止部分包括降压晶体管和电容器，并通过使用所述降压晶体管和电容器的时间常数来确定所述预定时间。
4.如权利要求3所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述恒压部分包括恒流源，且一压降晶体管被用作恒流源。
5.如权利要求4所述的开关式电源电路，其特征在于，
设置在所述启动/停止部分中的降压晶体管与设置在所述恒压部分中的降压晶体管的大小相等并排在同一方向上。
6.如权利要求3所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述设置在启动/停止部分中的降压晶体管可以被修整。
7.如权利要求4所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述设置在启动/停止部分中的降压晶体管可以被修整。
8.如权利要求5所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述设置在启动/停止部分中的降压晶体管可以被修整。
9.如权利要求6所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述驱动部分包括振荡电路，且一降压晶体管在所述振荡电路中用作恒流源。
10.如权利要求7所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述驱动部分包括振荡电路，且一降压晶体管在所述振荡电路中用作恒流源。
11.如权利要求8所述的开关式电源电路，其特征在于，
所述驱动部分包括振荡电路，且一降压晶体管在所述振荡电路中用作恒流源。
12.一种电子装置，其特征在于，包括：
开关式电源电路，
所述开关式电源电路包括升压DC-DC转换器、比较部分、驱动部分、恒压部分、开关部分、启动/停止部分和软启动电路，
所述比较部分将参考电压与基于升压DC-DC转换器的输出电流的电压相比较，
所述驱动部分根据比较部分的输出执行开关控制以开/关设置在升压DC-DC转换器中的开关器件，
所述恒压部分将恒压作为驱动电压至少馈送至比较部分，
所述开关部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换恒压部分的恒压馈送操作，
所述启动/停止部分根据外部信号在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作，同时从恒压部分的恒压馈送操作从停止状态切换至启动状态的时间点开始直至经过预定时间，防止驱动部分的开关控制操作从停止状态切换至启动状态，且
所述软启动电路具有电容器和放电部分，
当驱动部分的开关控制操作启动时为电容器充电，从而升压DC-DC转换器的输出电压上升，
根据电容器两端的电压以如下的方式控制驱动部分，即当升压DC-DC转换器的输出电压上升时，无论比较部分的输出如何，升压DC-DC转换器的输出电压都慢慢地上升，并
使得在驱动部分的开关控制操作处于停止状态时，放电部分为电容器放电，完成电容器放电所需的时间比启动/停止部分用于在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作的周期长。
13.如权利要求12所述的电子装置，其特征在于，
所述外部信号或取请求启动的导通(on)电平或取请求停止的截止(off)电平，
所述启动/停止部分包括第一信号发生部分、和第二信号发生部分和第三信号发生部分，并根据第三信号发生部分的输出信号在启动状态和停止状态之间切换驱动部分的开关控制操作，
所述第一信号发生部分输出外部信号的反信号，
所述第二信号发生部分输出一个信号，该外部信号从截止电平变成导通电平的时间点开始直至经过预定时间取导通电平，否则取截止电平，而
所述第三信号发生部分输出一个信号，该信号在所述第一和第二信号发生部分的输出信号中有一个取截止电平而另一个取导通电平时取请求停止的截止电平，而在所述第一和第二信号发生部分的输出信号都取截止电平时取请求启动的导通电平。
14.如权利要求12所述的电子装置，其特征在于，
所述启动/停止部分包括降压晶体管和电容器，并通过使用所述降压晶体管和电容器的时间常数来确定所述预定时间。
15.如权利要求12所述的电子装置，其特征在于，还包括：
液晶显示器，
所述开关式电源电路驱动所述液晶显示器的照明光源。
16.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，还包括：
液晶显示器，
所述开关式电源电路驱动所述液晶显示器的照明光源。
17.如权利要求14所述的电子装置，其特征在于，还包括：
液晶显示器，
所述开关式电源电路驱动所述液晶显示器的照明光源。
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