TW201931749A - 切換調節器 - Google Patents

切換調節器 Download PDF

Info

Publication number
TW201931749A
TW201931749A TW107138703A TW107138703A TW201931749A TW 201931749 A TW201931749 A TW 201931749A TW 107138703 A TW107138703 A TW 107138703A TW 107138703 A TW107138703 A TW 107138703A TW 201931749 A TW201931749 A TW 201931749A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
output
circuit
switching regulator
error
Prior art date
Application number
TW107138703A
Other languages
English (en)
Inventor
高田幸輔
Original Assignee
日商艾普凌科有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商艾普凌科有限公司 filed Critical 日商艾普凌科有限公司
Publication of TW201931749A publication Critical patent/TW201931749A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

切換調節器包括：電感，一端連接於輸出端子；開關元件，連接於電源端子與電感的另一端之間；誤差放大電路，將基於輸出電壓的電壓與第1基準電壓的差予以放大並輸出第1誤差電壓；脈衝頻率調變比較電路，將第1誤差電壓與第2基準電壓進行比較並輸出比較結果訊號；振盪電路，基於比較結果訊號而控制規定頻率的時脈訊號的輸出；頻率特性分離電路，於輸入節點被輸入第1誤差電壓，且自輸出節點輸出第2誤差電壓；相位補償電路，連接於頻率特性分離電路的輸出節點；以及脈衝寬度調變轉換電路，基於第2誤差電壓與振盪電路的輸出而將開關元件在所期望的脈衝寬度下導通/關斷。

Description

切換調節器
本發明是有關於一種切換調節器（switching regulator）。
圖8表示先前的切換調節器800的電路圖。
先前的切換調節器800包括：電源端子801、接地端子802、基準電壓源810、誤差放大電路811、基準電壓源812、脈衝頻率調變（pulse frequency modulation，PFM）比較電路813、振盪電路814、P型金屬氧化物半導體（P-Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS）電晶體830、N型金屬氧化物半導體（N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS）電晶體831、電感840、電容841、電阻843及電阻844、輸出端子842、包含電流電壓轉換電路820、斜波電壓產生電路821、脈衝寬度調變（pulse width modulation，PWM）比較電路822、控制電路823、及逆流檢測電路824的PWM轉換電路850、以及包含電容861及電阻862的相位補償電路860，將所述元件如圖示般連接而構成（例如，參照專利文獻1日本專利特開2010-68671號）。
誤差放大電路811將由電阻843及電阻844對輸出端子842的輸出電壓VOUT予以分壓的電壓VFB與基準電壓源810的基準電壓VREF1進行比較，並輸出誤差電壓VERR。
電流電壓轉換電路820將PMOS電晶體830的源極電流轉換為電壓，且朝斜波電壓產生電路821輸出。斜波電壓產生電路821在電流電壓轉換電路820的輸出上加上鋸齒波而輸出電壓VCS。PWM比較電路822將誤差電壓VERR與電壓VCS進行比較，且將比較結果訊號CMPW朝控制電路823輸出。
PFM比較電路813將基準電壓源812的基準電壓VREF2與誤差電壓VERR進行比較，且將比較結果訊號CMPF朝振盪電路814輸出。振盪電路814在比較結果訊號CMPF為低位準時，以規定的頻率進行振盪（被啟用），而輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK。又，振盪電路814在比較結果訊號CMPF為高位準時，停止振盪（被停用），而將輸出訊號CLK固定為低位準。
逆流檢測電路824將NMOS電晶體831的汲極電壓與源極電壓進行比較，若汲極電壓高於源極電壓，則將逆電流檢測訊號朝控制電路823輸出。
控制電路823依照被輸入的各訊號，控制PMOS電晶體830與NMOS電晶體831的導通/關斷。
電感840與電容841使自PMOS電晶體830的汲極輸出的電壓VSW平滑。
負反饋環路藉由此種構成發揮功能，切換調節器800以電壓VFB與基準電壓VREF1相等的方式進行動作，而朝輸出端子842產生輸出電壓VOUT。再者，雖然未在專利文獻1日本特開2010-68671號公報中顯示，但一般而言，於誤差放大電路811的輸出處，如圖8所示，連接有相位補償電路860，藉此，抑制負反饋環路振盪。
在所述切換調節器800中，根據在與輸出端子842連接的負載中流動的電流（負載電流）的大小，如以下所述般，切換PWM（Pulse Width Modulation）動作與PFM（Pulse Frequency Modulation）動作。
當負載電流為大時，誤差電壓VERR上升以補償輸出電壓VOUT的降低。因此，誤差電壓VERR穩定地大於基準電壓VREF2，振盪電路814持續輸出規定頻率的時脈訊號作為輸出訊號CLK。與所述時脈訊號的上升同步地，PWM轉換電路850使PMOS電晶體830導通，且使NMOS電晶體831關斷。此時，控制PMOS電晶體830的導通時間的訊號的脈衝寬度是由PWM轉換電路850決定。如此般，在負載電流為大時，切換調節器800變為PWM動作。
其後，在負載電流自所述的狀態變小時，在負載電流剛剛變小後的時點，誤差電壓VERR持續穩定地大於基準電壓VREF2的狀態。然而，由於負載電流變小，因負載電流所致的輸出電壓VOUT的降低為小，因此藉由使PMOS電晶體830導通所致的輸出電壓VOUT的上升變大。因此，誤差電壓VERR降低以補償所述輸出電壓VOUT的上升，而成為低於基準電壓VREF2的電壓值。因此，PMOS電晶體830關斷，而輸出電壓VOUT不斷降低。
然後，當輸出電壓VOUT降低，在誤差電壓VERR逐漸上升並大於基準電壓VREF2時，振盪電路814輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK。與所述時脈訊號的上升同步地，PWM轉換電路850使PMOS電晶體830導通且使NMOS電晶體831關斷。此時，由於負載電流為小，因藉由PMOS電晶體830導通而輸出電壓VOUT立即超過所期望的電壓值，因此誤差電壓VERR降低。如是，PWM轉換電路850使PMOS電晶體830關斷，且使NMOS電晶體831導通。又，振盪電路814將輸出訊號CLK固定為低位準。如此般，在負載電流為小時，振盪電路814反復進行振盪與停止振盪。即，切換調節器800變為PFM動作。
如以上所述，先前的切換調節器800藉由採用將誤差電壓VERR與基準電壓VREF2進行比較而切換PWM動作與PFM動作的方式，而在負載電流為較小時轉移至PFM動作，從而可提高電力轉換效率。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-68671號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，在如所述先前的切換調節器800中，在PFM動作中，連續產生複數次PMOS電晶體830的開關動作，而輸出電壓VOUT的漣波電壓會變大。
此原因在於，由於因構成相位補償電路860的電容861及電阻862而作為誤差放大電路811的輸出訊號的誤差電壓VERR的波形減弱，因此停用振盪電路814的時機延遲，而振盪電路814複數次輸出時脈訊號。
以下利用圖9對所述原因詳細地進行說明。
圖9表示先前的切換調節器800的在電感840中流動的電感電流IL、輸出電壓VOUT、電壓VFB、誤差電壓VERR、比較結果訊號CMPF、以及振盪電路814的輸出訊號CLK的波形。
於時刻t0，比較結果訊號CMPF變為高位準，而PMOS電晶體830停止開關動作。伴隨著輸出電壓VOUT的降低而電壓VFB亦不斷降低，當電壓VFB低於基準電壓VREF1時，誤差電壓VERR逐漸上升。於時刻t1，當誤差電壓VERR超過基準電壓VREF2，比較結果訊號CMPF切換為低位準時，輸出時脈訊號作為訊號CLK，而PMOS電晶體830導通，電感電流IL流動。藉此，輸出電壓VOUT逐漸上升。於時刻t2，當輸出電壓VOUT超過所期望的電壓值VTG，即，當電壓VFB超過基準電壓VREF1時，誤差電壓VERR開始降低。然後，於時刻t3，當誤差電壓VERR低於基準電壓VREF2時，比較結果訊號CMPF切換為高位準。 此處，如以上所述般，由於在誤差放大電路811的輸出處連接有相位補償電路860，因誤差電壓VERR成為將誤差放大電路811的輸出電流在電容861處積分者，而形成減弱的訊號，自時刻t2和緩地逐漸降低。因此，於誤差電壓VERR在時刻t2開始降低後（即，於誤差電壓VERR的變化方向切換後）至低於基準電壓VREF2（即，誤差電壓VERR與基準電壓VREF2交叉）的時刻t3，而耗費比較長的期間Pb。其結果為，在自時刻t2至時刻t3的期間，輸出多餘的時脈訊號作為訊號CLK，而PMOS電晶體830多餘地進行開關動作。因此，輸出電壓VOUT的漣波電壓變大。
本發明的目的在於提供一種可降低在PFM動作中的輸出電壓的漣波電壓的切換調節器。 [解決課題之手段]
本發明的切換調節器是一種自供給至第1電源端子的電源電壓朝輸出端子產生規定的輸出電壓者，且其特徵在於包括：電感，一端與所述輸出端子連接；開關元件，連接於所述第1電源端子與所述電感的另一端之間；誤差放大電路，將基於所述輸出電壓的電壓與第1基準電壓的差予以放大並輸出第1誤差電壓；PFM比較電路，將所述第1誤差電壓與第2基準電壓進行比較並輸出第1位準或第2位準的比較結果訊號；振盪電路，在所述比較結果訊號為所述第1位準時輸出規定頻率的時脈訊號，在所述比較結果訊號為所述第2位準時停止所述時脈訊號的輸出；頻率特性分離電路，於輸入節點被輸入所述第1誤差電壓，且於輸出節點輸出第2誤差電壓；相位補償電路，連接於所述頻率特性分離電路的輸出節點；以及PWM轉換電路，基於所述第2誤差電壓與所述振盪電路的輸出，將所述開關元件在所期望的脈衝寬度下導通/關斷。 [發明的效果]
根據本發明的切換調節器，藉由在頻率特性分離電路的輸出節點處連接有相位補償電路，而第2誤差電壓形成變化和緩（減弱）的訊號。另一方面，由於第1誤差電壓與第2誤差電壓被頻率特性分離電路分離頻率特性，因此不受相位補償電路的影響而形成變化急劇的訊號。因此，可縮短在第1誤差電壓的變化方向切換後至所述第1誤差電壓與第2基準電壓交叉為止的期間。因此，可抑制PFM動作中的開關元件的多餘的開關動作，從而可減小輸出電壓的漣波電壓。
以下，參照圖式針對本發明的實施形態進行說明。
圖1是本發明的第1實施形態的切換調節器100的電路圖。
本實施形態的切換調節器100包括：電源端子101（亦稱為「第1電源端子」，連接有電源電壓VDD）、接地端子102（亦稱為「第2電源端子」）、基準電壓源110、誤差放大電路111、基準電壓源112、PFM比較電路113、振盪電路114、PMOS電晶體130（亦稱為「開關元件」）、NMOS電晶體131（亦稱為「同步整流元件」）、電感140、電容141、電阻143及電阻144、輸出端子142、包含電流電壓轉換電路120、斜波電壓產生電路121、PWM比較電路122、控制電路123、及逆流檢測電路124的PWM轉換電路150、相位補償電路160、以及頻率特性分離電路170。
基準電壓源110的一端連接於誤差放大電路111的非反轉輸入端子，另一端連接於接地端子102。誤差放大電路111的反轉輸入端子連接於電阻143與電阻144的連接點，輸出連接於頻率特性分離電路170的輸入節點170i及PFM比較電路113的反轉輸入端子。頻率特性分離電路170的輸出節點170o連接於相位補償電路160的輸入節點160i及PWM比較電路122的反轉輸入端子。基準電壓源112的一端連接於PFM比較電路113的非反轉輸入端子，另一端連接於接地端子102。PFM比較電路113的輸出連接於振盪電路114的輸入。振盪電路114的輸出連接於控制電路123的輸入。
斜波電壓產生電路121的輸入連接於電流電壓轉換電路120的輸出，輸出連接於PWM比較電路122的非反轉輸入端子。PWM比較電路122的輸出連接於控制電路123的輸入。PMOS電晶體130的源極連接於電源端子101與電流電壓轉換電路120的輸入，閘極連接於控制電路123的輸出，汲極連接於電感140的一端、逆流檢測電路124的非反轉輸入端子、及NMOS電晶體131的汲極。NMOS電晶體131的閘極連接於控制電路123的輸出，源極連接於接地端子102。逆流檢測電路124的反轉輸入端子連接於接地端子102，輸出連接於控制電路123的輸入。
電感140的另一端連接於電容141的一端、電阻143的一端、及輸出端子142。電容141的另一端連接於接地端子102。電阻144的另一端連接於接地端子102。
相位補償電路160例如如圖3所示，由串聯連接於輸入節點160i與接地端子102之間的電容161及電阻162構成。
以下，對如以上所述般構成的切換調節器100的動作進行說明。
誤差放大電路111將經電阻143與電阻144對輸出端子142的輸出電壓VOUT分壓的電壓VFB和基準電壓源110的基準電壓VREF1予以比較，且輸出誤差電壓VERR1。
頻率特性分離電路170於輸入節點170i被輸入誤差電壓VERR1，且自輸出節點170o輸出頻率特性與誤差電壓VERR1分離的誤差電壓VERR2。於輸出節點170o，為了抑制切換調節器100的負反饋環路振盪，而如以上所述般，連接有相位補償電路160。因此，誤差電壓VERR2藉由相位補償電路160的存在而形成與誤差電壓VERR1相比減弱的訊號(和緩地變化的訊號）。
電流電壓轉換電路120將PMOS電晶體130的源極電流轉換為電壓，且朝斜波電壓產生電路121輸出。斜波電壓產生電路121在電流電壓轉換電路120的輸出上加上鋸齒波而輸出電壓VCS。PWM比較電路122將誤差電壓VERR2與電壓VCS進行比較，且將比較結果訊號CMPW朝控制電路123輸出。
PFM比較電路113將基準電壓源112的基準電壓VREF2與誤差電壓VERR1進行比較，且將比較結果訊號CMPF朝振盪電路114輸出。誤差電壓VERR1由於因與誤差電壓VERR2經頻率特性分離電路170分離頻率特性，而不受相位補償電路160的影響，因此形成較誤差電壓VERR2變化急劇的訊號。
振盪電路114在比較結果訊號CMPF為低位準時，以規定的頻率進行振盪（被啟用），而輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK。又，振盪電路114在比較結果訊號CMPF為高位準時，停止振盪（被停用），而將輸出訊號CLK固定為低位準。
逆流檢測電路124將NMOS電晶體131的汲極電壓與源極電壓進行比較，若汲極電壓高於源極電壓，則將逆電流檢測訊號朝控制電路123輸出。
控制電路123依照被輸入的各訊號，控制PMOS電晶體130與NMOS電晶體131的導通/關斷。
電感140與電容141使自PMOS電晶體130的汲極輸出的電壓VSW平滑。
負反饋環路藉由此種電路構成而發揮功能，切換調節器100以電壓VFB與基準電壓VREF1成為相等的方式進行動作，而朝輸出端子142產生輸出電壓VOUT。
在切換調節器100中，根據在與輸出端子142連接的負載（未圖示）中流動的電流（負載電流）的大小，而如以下所述般，切換PWM（Pulse Width Modulation）動作與PFM（Pulse Frequency Modulation）動作。
在負載電流為大時，誤差電壓VERR1上升以補償輸出電壓VOUT的降低。因此，誤差電壓VERR1穩定地大於基準電壓VREF2，振盪電路114持續輸出規定頻率的時脈訊號作為輸出訊號CLK。與所述時脈訊號的上升同步地，PWM轉換電路150使PMOS電晶體130導通，且使NMOS電晶體131關斷。此時，控制PMOS電晶體130的導通時間的訊號的脈衝寬度是由PWM轉換電路150決定。如此般，在負載電流為大時，切換調節器100變為PWM動作。
其後，在負載電流自所述的狀態變小時，在負載電流剛剛變小後的時點，誤差電壓VERR1持續穩定地大於基準電壓VREF2的狀態。然而，由於負載電流變小，因負載電流所致的輸出電壓VOUT的降低為小，因此藉由使PMOS電晶體130導通所致的輸出電壓VOUT的上升變大。因此，誤差電壓VERR1降低以補償所述輸出電壓VOUT的上升，而成為低於基準電壓VREF2的電壓值。因此，PMOS電晶體130關斷，而輸出電壓VOUT不斷降低。
然後，在誤差電壓VERR1逐漸上升，當大於基準電壓VREF2時，振盪電路114輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK。與所述時脈訊號的上升同步地，PWM轉換電路150使PMOS電晶體130導通且使NMOS電晶體131關斷。此時，由於負載電流為小，藉由將PMOS電晶體130導通而輸出電壓VOUT立即超過所期望的電壓值，因此誤差電壓VERR1及誤差電壓VERR2降低。如是，PWM轉換電路150使PMOS電晶體130關斷，且使NMOS電晶體131導通。又，振盪電路114將輸出訊號CLK固定為低位準。如此般，在負載電流為小時，振盪電路114反復進行振盪與停止振盪。即，切換調節器100變為PFM動作。
藉此，本實施形態的切換調節器100在負載電流為小時轉移至PFM動作，而可提高電力轉換效率。
以下，為了說明本實施形態的切換調節器100的特徵性構成，而對切換調節器100的PFM動作時的電路動作進行詳細敘述。
圖2表示本實施形態的切換調節器100的電感電流IL、輸出電壓VOUT、電壓VFB、誤差電壓VERR1、誤差電壓VERR2、比較結果訊號CMPF、振盪電路114的輸出訊號CLK的波形。
於時刻t0，比較結果訊號CMPF變為高位準，而PMOS電晶體130停止開關動作而關斷。由於PMOS電晶體130關斷，而輸出電壓VOUT降低，與其相伴而電壓VFB亦逐漸降低。然後，當電壓VFB低於基準電壓VREF1時，誤差電壓VERR1及誤差電壓VERR2逐漸上升。此處，如以上所述般，由於誤差電壓VERR1與誤差電壓VERR2藉由頻率特性分離電路170形成頻率特性不同的訊號，相對於誤差電壓VERR2和緩地上升，而誤差電壓VERR1急劇地上升。
於時刻t1，當誤差電壓VERR1超過基準電壓VREF2時，比較結果訊號CMPF反轉為低位準，伴隨於此，振盪電路114輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK。藉由控制電路123接收所述時脈訊號而使PMOS電晶體130導通，而電感電流IL流動，輸出電壓VOUT及電壓VFB上升。
於時刻t2，當輸出電壓VOUT超過所期望的電壓值VTG，即，當電壓VFB超過基準電壓VREF1時，誤差電壓VERR1及誤差電壓VERR2開始降低。此處亦然，藉由誤差電壓VERR1與誤差電壓VERR2的頻率特性不同，而相對於誤差電壓VERR2和緩地下降，誤差電壓VERR1急劇地下降。
於時刻t3，當誤差電壓VERR1低於基準電壓VREF2時，PFM比較電路113檢測到此情況，而使比較結果訊號CMPF反轉為高位準。
如是，根據本實施形態，由於可將誤差電壓VERR1形成為急劇變化的訊號，因此可縮短自誤差電壓VERR1在時刻t2開始降低後至低於基準電壓VREF2的時刻t3為止的期間Pa。結果為，可防止在時刻t1自振盪電路114輸出時脈訊號作為輸出訊號CLK後，輸出多餘的時脈訊號作為輸出訊號CLK。因此，由於PMOS電晶體130不會多餘地進行開關動作，因此可抑制輸出電壓VOUT的漣波電壓變大。
另一方面，由於被輸入PWM比較電路122的反轉輸入端子的誤差電壓VERR2藉由相位補償電路160而形成變化和緩的訊號，因此亦可抑制切換調節器100的負反饋環路振盪。
以下，利用圖4～圖7對本實施形態的切換調節器100的頻率特性分離電路170的第1具體例～第4具體例進行說明。
圖4表示頻率特性分離電路170的第1具體例。本具體例的頻率特性分離電路170包含一端連接於輸入節點170i，另一端連接於輸出節點170o的電阻171。
圖5表示頻率特性分離電路170的第2具體例。本具體例的頻率特性分離電路170構成為於圖4所示的第1具體例追加連接於電阻171的一端（輸入節點170i）與接地端子102之間的電容172。藉由設置所述電容172，而可調整誤差電壓VERR1的響應速度。
圖6表示頻率特性分離電路170的第3具體例。本具體例的頻率特性分離電路170構成為於圖4所示的第1具體例追加連接於電阻171的另一端（輸出節點170o）與接地端子102之間的電容173。藉由設置所述電容173，而可調整誤差電壓VERR2的響應速度。
圖7表示頻率特性分離電路170的第4具體例。本具體例的頻率特性分離電路170構成為於圖4所示的第1具體例追加連接於電阻171的一端（輸入節點170i）與接地端子102之間的電容172、以及連接於電阻171的另一端（輸出節點170o）與接地端子102之間的電容173。藉由設置所述電容172及電容173，而可調整誤差電壓VERR1及誤差電壓VERR2各自的響應速度。
以上，對本發明的實施形態進行了說明，當然本發明並不限定於所述實施形態，在不脫離本發明的主旨的範圍內可進行各種變更。
例如，在所述實施形態中，以電流模式控制方式的切換調節器為例進行了說明，但本發明亦可應用於電壓模式控制方式的切換調節器。
又，在所述實施形態中，對將金屬氧化物半導體（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）電晶體用作開關元件及同步整流元件的例子進行了說明，但亦可使用雙極電晶體等。
又，在所述實施形態中，以同步整流方式的切換調節器為例進行了說明，但本發明亦可應用於二極體整流方式的切換調節器。再者，在採用二極體整流方式時，無需逆流檢測電路。
100、800‧‧‧切換調節器
101‧‧‧電源端子（第1電源端子）
102‧‧‧接地端子（第2電源端子）
110、112、810、812‧‧‧基準電壓源
111、811‧‧‧誤差放大電路
113、813‧‧‧PFM比較電路
114、814‧‧‧振盪電路
120、820‧‧‧電流電壓轉換電路
121、821‧‧‧斜波電壓產生電路
122、822‧‧‧PWM比較電路
123、823‧‧‧控制電路
124、824‧‧‧逆流檢測電路
130‧‧‧PMOS電晶體（開關元件）
131‧‧‧NMOS電晶體（同步整流元件）
140、840‧‧‧電感
141、161、172、173、841、861‧‧‧電容
142、842‧‧‧輸出端子
143、144、162、171、843、844、862‧‧‧電阻
150、850‧‧‧PWM轉換電路
160、860‧‧‧相位補償電路
160i‧‧‧（相位補償電路的）輸入節點
170‧‧‧頻率特性分離電路
170i‧‧‧（頻率特性分離電路的）輸入節點
170o‧‧‧（頻率特性分離電路的）輸出節點
801‧‧‧電源端子
802‧‧‧接地端子
830‧‧‧PMOS電晶體
831‧‧‧NMOS電晶體
CLK‧‧‧輸出訊號/訊號
CMPF、CMPW‧‧‧比較結果訊號
IL‧‧‧電感電流
Pa、Pb‧‧‧期間
t0~t3‧‧‧時刻
VCS、VFB、VSW‧‧‧電壓
VERR1、VERR2、VERR‧‧‧誤差電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF1、VREF2‧‧‧基準電壓
VTG‧‧‧電壓值
VDD‧‧‧電源電壓
圖1是表示本發明的實施形態的切換調節器的電路圖。 圖2是表示圖1所示的切換調節器的各節點的訊號波形的圖。 圖3是表示圖1所示的切換調節器的相位補償電路的具體例的電路圖。 圖4是表示圖1所示的切換調節器的頻率特性分離電路的第1具體例的電路圖。 圖5是表示圖1所示的切換調節器的頻率特性分離電路的第2具體例的電路圖。 圖6是表示圖1所示的切換調節器的頻率特性分離電路的第3具體例的電路圖。 圖7是表示圖1所示的切換調節器的頻率特性分離電路的第4具體例的電路圖。 圖8是表示先前的切換調節器的電路圖。 圖9是表示圖8所示的切換調節器的各節點的訊號波形的圖。

Claims (5)

  1. 一種切換調節器，其是一種自供給至第1電源端子的電源電壓朝輸出端子產生規定的輸出電壓者，且所述切換調節器的特徵在於包括： 電感，一端與所述輸出端子連接； 開關元件，連接於所述第1電源端子與所述電感的另一端之間； 誤差放大電路，將基於所述輸出電壓的電壓與第1基準電壓的差予以放大，並輸出第1誤差電壓； 脈衝頻率調變比較電路，將所述第1誤差電壓與第2基準電壓進行比較，並輸出第1位準或第2位準的比較結果訊號； 振盪電路，在所述比較結果訊號為所述第1位準時輸出規定頻率的時脈訊號，在所述比較結果訊號為所述第2位準時停止所述時脈訊號的輸出； 頻率特性分離電路，於輸入節點被輸入所述第1誤差電壓，且自輸出節點輸出第2誤差電壓； 相位補償電路，連接於所述頻率特性分離電路的輸出節點；以及 脈衝寬度調變轉換電路，基於所述第2誤差電壓與所述振盪電路的輸出，將所述開關元件在所期望的脈衝寬度下導通/關斷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的切換調節器，其中所述頻率特性分離電路具有一端連接於所述輸入節點，另一端連接於所述輸出節點的電阻。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的切換調節器，其中所述頻率特性分離電路更具有連接於所述電阻的一端與第2電源端子之間的電容。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的切換調節器，其中所述頻率特性分離電路更具有連接於所述電阻的另一端與第2電源端子之間的電容。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的切換調節器，其中所述頻率特性分離電路更具有連接於所述電阻的一端與第2電源端子之間的第1電容以及連接於所述電阻的另一端與所述第2電源端子之間的第2電容。
TW107138703A 2017-11-28 2018-11-01 切換調節器 TW201931749A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-228061 2017-11-28
JP2017228061A JP6940384B2 (ja) 2017-11-28 2017-11-28 スイッチングレギュレータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201931749A true TW201931749A (zh) 2019-08-01

Family

ID=66632830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107138703A TW201931749A (zh) 2017-11-28 2018-11-01 切換調節器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10673330B2 (zh)
JP (1) JP6940384B2 (zh)
KR (1) KR20190062248A (zh)
CN (1) CN109842296A (zh)
TW (1) TW201931749A (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6424132B1 (en) * 2000-12-08 2002-07-23 Micrel, Incorporated Adding a laplace transform zero to a linear integrated circuit for frequency stability
JP4836624B2 (ja) 2006-03-23 2011-12-14 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
JP4405530B2 (ja) * 2007-05-16 2010-01-27 株式会社東芝 電源回路
JP5493296B2 (ja) * 2008-06-10 2014-05-14 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
JP5091027B2 (ja) * 2008-06-25 2012-12-05 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
JP5195182B2 (ja) * 2008-09-04 2013-05-08 株式会社リコー 電流モード制御型スイッチングレギュレータ
JP5211959B2 (ja) 2008-09-12 2013-06-12 株式会社リコー Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CA2759767C (en) * 2010-12-05 2018-03-27 Microsemi Corporation Hysteretic voltage converter with offset voltage correction
JP5768475B2 (ja) * 2011-04-28 2015-08-26 ミツミ電機株式会社 スイッチング電源装置
US9391512B2 (en) * 2014-07-31 2016-07-12 Cypress Semiconductor Corporation Control apparatus, switching power supply and control method for maintaining power conversion efficiency
JP2016116261A (ja) * 2014-12-11 2016-06-23 株式会社デンソー スイッチング電源回路

Also Published As

Publication number Publication date
US20190165667A1 (en) 2019-05-30
KR20190062248A (ko) 2019-06-05
JP2019103154A (ja) 2019-06-24
US10673330B2 (en) 2020-06-02
JP6940384B2 (ja) 2021-09-29
CN109842296A (zh) 2019-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9529373B2 (en) Switching regulator and control circuit and control method therefor
KR100811030B1 (ko) 동기 정류형 스위칭 레귤레이터, 동기 정류형 스위칭레귤레이터의 제어 회로 및 동기 정류형 스위칭레귤레이터의 동작 제어 방법
US9991794B2 (en) Hybrid capacitive-inductive voltage converter
KR100912865B1 (ko) 스위칭 레귤레이터 및 그 스위칭 레귤레이터를 구비하는반도체 장치
US20030156433A1 (en) Circuit configuration for producing a switching signal for a current-controlled switch-mode power supply
KR20070094486A (ko) 비절연 강압형 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
JP2008131746A (ja) 昇降圧型スイッチングレギュレータ
TWI513152B (zh) 時間信號產生器及時間信號產生方法
JP3706852B2 (ja) スイッチング電源装置
JP7101590B2 (ja) スイッチングレギュレータ
TWI784054B (zh) 開關穩壓器
TW201445858A (zh) 用於電源轉換器的時間產生器及時間信號產生方法
JP6153732B2 (ja) スイッチングレギュレータ
TWI766061B (zh) 開關調節器
CN117155074A (zh) Turbo模式开关变换器及其控制电路
JP5130944B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータおよび電源制御用半導体集積回路
JP4464263B2 (ja) スイッチング電源装置
TW201931749A (zh) 切換調節器
CN109980930B (zh) 振荡器及使用该振荡器之关联的直流转直流转换器
CN111431392B (zh) 恒定开启期间控制器与使用其的降压转换器
JP2011142761A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2023082752A (ja) 電源制御装置、および降圧ｄｃ／ｄｃコンバータ