TWI425335B - 可避免反向電流之切換式穩壓器 - Google Patents

可避免反向電流之切換式穩壓器 Download PDF

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Description

可避免反向電流之切換式穩壓器
本發明關於切換式穩壓器，特別關於能防止反向電流之切換式穩壓器。
近來，大力推展節能以保護環境。對於電池供電的可攜式設備，例如行動電話、數位相機、等等，能源效率對於延長電池壽命特別重要。此種可攜式設備典型上使用包含電感器的切換式穩壓器，這是因為它有效率且可製成輕巧的。
此種切換式穩壓器通常包含切換電晶體及同步整流電晶體，以及，以連續模式及不連續模式操作。在連續模式中，電流連續地流經電感器。相反地，在不連續模式中，電流未連續地流經電感器。結果，當切換式穩壓器在輕負載條件下於不連續模式中操作時，反向電流可以從輸出端流至電感器。結果，切換式穩壓器的性能效率降低。此外，在此種切換式穩壓器中，會因啟動時的過驅動而產生突湧電流或切換式穩壓器輸出電壓超越。
為了避免啟動時的突湧電流及輸出電壓超越，習知的切換式穩壓器採用可以逐漸地增加輸出電壓之軟啟動電路。更具體而言，軟啟動電路從啟動開始的一段預定時間逐漸地增加PWM(脈衝寬度調變)的工作循環，以防止產生突湧電流及輸出電壓超越。
為了避免此反向電流，切換式穩壓器通常採用如圖1所示的抗反向電流電路。
在圖1中，切換式穩壓器包含切換電晶體M101、同步整流電晶體M102、電感器L101、輸出電容器C101和C102、比較器101、和及(AND)電路102。切換電晶體M101及同步整流電晶體M102是NMOS電晶體。
當儲存於電感器L101中的能量完全釋放而同步整流電晶體M102開啟時，發生反向電流。亦即，儲存於連接在輸出端與接地之間的輸出電容器C102中的電荷會經由電感器L101及同步整流電晶體M102而排放至接地。當發生反向電流時，在電感器L101與同步整流電晶體M102之間的連接節點A的電壓VA變成正值。
在連接節點A的電壓VA輸入至比較器101的反相端。接地電壓Vss輸入至比較器101的非反相端。當電壓VA變成正值時，比較器101輸出具有低位準的訊號。
比較器101的輸出端連接至及電路102的一輸入端。PWM訊號輸入至及電路102的另一輸入端。當比較器101的輸出電壓在高位準時，同步整流電晶體M102根據PWM訊號的訊號位準而切換開/關。當比較器101的輸出電壓為低位準時，及電路102輸出與PWM訊號的訊號位準無關的低位準。當及電路102的輸出電壓為低位準時，同步整流電晶體M102關閉以防止反電流。
但是，驅動切換電晶體M101的PWM訊號的最小工作循環因電路延遲而無法太小。當使用軟啟動電路的切換 式穩壓器在啟動時於輕負載條件下操作時，可能因為使用在正常負載條件中防止超越之PWM訊號的最小工作循環的脈衝寬度而使得輸出電壓上升太快而無法避免超越的發生，因而發生超越。特別是在使用整流二極體以取代同步整流電晶體M102的切換式穩壓器上，以及圖1中所示的包含反向電流保護電路的切換式穩壓器，除了經由負載以排放儲存於輸入電容器C102中的電荷之外並無其它路徑。
當切換電晶體M101的開啟時間在例如小負載電流等條件下無法太短時，大量電荷可以儲存在輸出電容器C102中。結果，發生超越且輸出電壓擺盪超過最大電壓。此外，由於小負載電流，所以，耗費長時間以排放儲存於輸出電容器C102中的電荷。因此，在輸出電壓從超越恢復之前以PWM訊號的開啟脈衝訊號再度開啟切換電晶體M101。
本專利說明書說明新穎的切換式穩壓器，其包含第一開關、電感器、第二開關、控制電路、反向電流保護電路、及軟啟動電路，控制電路藉由切換第一開關及與第一開關互補的第二開關以控制切換操作，反向電流保護電路關閉流經第二開關的電流以防止反向電流從輸出端流向第二開關，軟啟動電路促使控制電路執行軟啟動操作，其中，在從啟動至一預定消逝時間之時段期間，輸出電壓逐漸增 加。當由控制電路指令的軟啟動操作期間偵測到反向電流發生或標示時，軟啟動電路促使反向電流保護電路停止流經第二開關的電流的關閉操作。
本專利說明書又說明新穎的切換式穩壓器，其包含串聯的第一、第二、及第三開關，以及反向電流偵測電路，當反向電流偵測電路根據第一開關與電感器之間的連接節點的電壓而偵測到反向電流發生或標示時，關閉第三開關以使電流停止流經第二開關。
在說明圖式中所示的某些較佳實施例時，要注意，為了簡明起見而使用特定的術語。因此，本專利說明書的揭示並非要侷限於所選取的術語，而是應瞭解每一具體元包含所有以類似方式操作及取得類似結果的技術均等性。
現在，參考圖式，說明根據某些實施例的切換式穩壓器，其中，在多個視圖中，類似的代號代表相同或對應的構件。
圖2顯示根據第一舉例說明的實施例的切換式穩壓器1。切換式穩壓器1將輸入於輸入端IN的輸入電壓Vin轉換成低於輸入電壓Vin的預定電壓，以及，將經過轉換的電壓作為輸出電壓從輸出端OUT輸出。
切換式穩壓器1是同步整流型切換式穩壓器，以及，包含PMOS電晶體的切換電晶體M1、及NMOS電晶體的同步整流電晶體M2。此外，切換式穩壓器1包含參考電 壓產生器2、偵測輸出電壓的電阻R1及R2、電感器L1、用於平滑的電容器CO、誤差放大器3、振盪器4、PWM比較器5、反向電流保護電晶體M3、反相器6、比較器7、反及(NAND)電路8、軟啟動電路9。反向電流保護電晶體M3是由NMOS電晶體形成。
切換式穩壓器M1形成第一切換元件，同步整流電晶體M2形成第二切換元件，反向電流保護電晶體M3形成第三切換元件。考電壓產生器2、電阻R1及R2、電感器L1、電容器Co、誤差放大器3、振盪器4、PWM比較器5、反相器6形成控制電路單元。反向電流保護電晶體M3、比較器7、以及反及(NAND)電路8形成反向電流保護電流單元。軟啟動電路9形成軟啟動電路單元。
電容器Co及電感器L1除外，所有的電路單元可以集成於單一晶片上。在某些情形中，電容器Co、電感器L1、及切換電晶體M1、同步整流電晶體M2、及反向電流保護電晶體M3中至少之一除外，所有的電路單元可以集成於單一晶片上。
參考電壓產生器2產生及輸出預定參考電壓Vref，用於偵測輸出電壓的電阻R1和R2藉由將輸出電壓Vout分壓而輸出分壓電壓Vfb 。誤差放大器3放大分壓Vfb 輸入與參考電壓Vref 之間的差壓，以及，產生和輸出經過放大的電壓作為輸出訊號EAO。
振盪器4產生及輸出預定的三角形波TW，以及，PWM比較器5藉由使用根據輸出訊號EAo及三角波TW 之PWM調變，以調變輸出訊號EAo，而產生及輸出脈衝訊號Spw。脈衝訊號Spw由反相器6反相，並輸入至切換電晶體M1及同步整流電晶體M2的每一閘極。
比較器7偵測流經同步整流電晶體M2的反向電流的標示。當比較器7偵測到反向電流的標示時，反向電流保護電晶體M3會被關閉。因此，同步整流電晶體M2與接地之間的連接被關閉以防止反向電流產生。
軟啟動電路9在啟動至預定消逝的時間之預定時段，逐步地增加脈衝訊號Spw的工作。舉例而言，軟啟動電路9促使參考電壓產生器2以預定電壓增量增加參考電壓Vref以防止過多的突湧電流來自輸入端IN及防止輸出電壓Vout的超越。
切換電晶體M1、同步整流電晶體M2、及反向電流保護電晶體M3串聯於輸入端IN與接地之間。切換電晶體M1與同步整流電晶體M2之間的連接節點現在定義為Lx。電感器L1串聯於連接節點Lx與輸出端OUT之間。在輸出端OUT與接地之間，電阻R1和R2串聯，以及，輸出電容器Co並聯。分壓Vfb 從電阻R1和R2之間的連接節點輸出。分壓Vfb 輸入至誤差放大器3的反相輸入端，以及，參考電壓Vref 輸入至誤差放大器3的非反相輸入端。誤差放大器3的輸出端連接至PWM比較器5的非反相輸入端。
三角形波TW輸入至PWM比較器5的反相輸入端。從PWM比較器5輸出的脈衝訊號Spw經由反相器6而輸 入至切換電晶體M1與同步整流電晶體M2的每一閘極。比較器7的非反相輸入端連接至連接節點Lx，比較器7的反相輸入端連接至接地，以及，比較器7的輸出端連接至NAND電路8的輸入端。軟啟動電路9將控制訊號Sa輸出至參考電壓產生器2，以及，將訊號Sb輸出至NAND電路8的另一輸入端。訊號Sb表示軟啟動操作是否執行。NAND電路8的輸出端連接至反向電流保護電晶體M3。
根據此電路配置，當切換式穩壓器1開始操作時，軟啟動電路9促使參考電壓產生器2執行軟啟動操作，以在啟動開始後的一段預定時間T1，以預定電壓增量來逐漸地增加參考電壓。在執行軟啟動操作時，軟啟動電路9輸出低位準的訊號Sb。因此，NAND電路8輸出與比較器7的輸出訊號無關之高位準的訊號，以開啟反向電流保護電晶體M3來產生導通狀態。
結果，當在預定時間T1內發生反向電流時，在連接節點Lx的電壓VLx變成正的，以及，比較器7的輸出訊號變成高位準時，無法關閉反向電流保護電晶體M3。亦即，當軟啟動電路9執行軟啟動操作時，即使輸出電容器Co因為過驅動而儲存過量的電荷時，以及輸出電壓Vout超過正常額定電壓時，儲存於輸出電容器Co中的電荷仍然經由電感器L1、同步整流電晶體M2及反向電流保護電晶體M3而排放至接地。
只要軟啟動操作未在執行中，軟啟動電路9會輸出控 制訊號Sa以使參考電壓產生器2輸出預定電壓Vref 而無軟啟動操作，以及，使訊號Sb為高位準。結果，NAND電路8使比較器7的輸出訊號反相，以及，輸出經過反相的訊號給反向電流保護電晶體M3。在此情形中，在連接節點Lx的電壓VLx低於接地電壓Vss。當未顯示反向電流從連接節點Lx流至接地時，比較器7輸出低位準。因此，由於高位準訊號輸入至反向電流保護電晶體M3的閘極，所以，反向電流保護電晶體M3開啟以產生導通狀態。
當切換式穩壓器1的輸出電壓Vout增加時，誤差放大器3的輸出訊號Eao降低。此外，來自PWM比較器5的脈衝訊號Spw的工作循環降低。因此，切換電晶體M1的開啟時間降低，以及，同步整流電晶體M2的開啟時間增加。結果，切換式穩壓器1的輸出電壓Vout降低。
當切換式穩壓器1的輸出電壓Vout降低時，誤差放大器3的輸出訊號Eao增加。此外，來自PWM比較器5的脈衝訊號Spw的工作循環增加。因此，切換電晶體M1的開啟時間增加，以及，同步整流電晶體M2的開啟時間增加。結果，切換式穩壓器1的輸出電壓Vout增加。
重覆上述操作以致於輸出電壓Vout維持在預定的固定電壓。
當偵測到反向電流的標示時，舉例而言，當在連接節點Lx的電壓VLx變成接地電壓Vss時，或藉由偵測在連接節點Lx的電壓VLx超過接地電壓Vss而偵測到反向電 流時，比較器7輸出高位準。因此，具有低位準的訊號會輸入至反向電流保護電晶體M3的閘極，以及，反向電流保護電晶體M3關閉以產生關閉狀態。如此，比較器7根據連接節點Lx的電壓VLx以偵測在同步整流電晶體M2處是否有反向電流的標示。
當偵測到反向電流的標示時，串聯至同步整流電晶體M2的反向電流保護電晶體M3被關閉以斷開同步整流電晶體M2與接地之間的連接。結果，可以確保地防止產生流經同步整流電晶體M2的反向電流。
在根據第一實施例的切換式穩壓器1中，使用不同於用於同步整流電晶體M2的控制電路之獨立電路以斷開同步整流電晶體M2。因此，能夠縮短從偵測到反向電流時至切斷反向電流時的延遲時間。此外，能夠增進切換式穩壓器的效率，以及，由於可以使設計簡單，所以使電路設計更容易。
如此，在根據第一實施例的切換式穩壓器1中，當軟啟動電路9執行軟啟動操作時，能與比較器7的輸出訊號無關，使反向電流保護電晶體M3開啟以產生導通狀態。此外，即使在啟動時發生輸出電壓超越，儲存於輸出電容器Co中的電荷經由同步整流電晶體M2排放至接地。因此，可以避免在啟動時於輸出電壓Vout中發生超越。
如上所述，在根據第一實施例的切換式穩壓器中，使用反向電流保護電晶體M3以防止反向電流。但是，在根據第二實施例之切換式穩壓器中，未使用反向電流保護電 晶體M3，同步整流電晶體M2被關閉以產生關閉狀態。
圖3顯示根據第二實施例之切換式穩壓器1a。圖3中所示的切換式穩壓器1a與圖2中所示的切換式穩壓器1不同之處在於反向電流保護電晶體M3由反及(NAND)電路11及反相器12取代。
在圖3中，切換式穩壓器1a是同步整流型切換式穩壓器，其將輸入端IN輸入的輸入電壓Vin轉換成低於輸入電壓Vin的預定電壓，以及，將經過轉換的電壓作為輸出電壓從輸出端OUT輸出。
切換式穩壓器1a包含切換電晶體M1、及同步整流電晶體M2。此外，切換式穩壓器1a包含參考電壓產生器2、電阻R1及R2、電感器L1、電容器Co、誤差放大器3、振盪器4、PWM比較器5、反相器6和12、比較器7、NAND電路8和11、以及軟啟動電路9。
參考電壓產生器2、電阻R1及R2、誤差放大器3、振盪器4、PWM比較器5、反相器6和12、以及NAND電路11形成控制電路單元。比較器7及NAND電路8形成反向電流保護電路。電感器L1及電容器Co除外，所有電路單元可以集成於單一晶片。在某些情形中，電容器Co和電感器L1、以及切換電晶體M1與同步整流電晶體M2中至少之一除外的所有電路單元可以集成於單一晶片上。
切換電晶體M1和同步整流電晶體M2串聯於輸入端IN與接地之間。從比較器5輸出的脈衝訊號Spw經由反相器6而連接至切換電晶體M1及NAND電路11的一輸 入端。NAND電路8的輸出端連接至NAND電路11的另一輸入端，以及，NAND電路11的輸出端經由反相器12而連接至同步整流電晶體M2的閘極。
根據此電路配置，當切換式穩壓器1a開始操作時，軟啟動電路9使參考電壓產生器2執行軟啟動操作，以使用控制訊號Sa，從啟動開始一預定時間T1，以預定電壓增量逐漸地增加參考電壓Vref。當執行軟啟動操作時，軟啟動電路9使訊號Sb為低位準。因此，無論比較器7的輸出訊號為何，NAND電路8輸出具有高位準的訊號。具有高位準的訊號輸入至NAND電路11的對應輸入端。NAND電路11輸出反相器6的輸出訊號的反相訊號。NAND電路11的輸出訊號被反相以及輸入至同步整流電晶體M2的閘極。亦即，位準等於反相器6的輸出訊號的位準之訊號輸入至同步整流電晶體M2的閘極。
因此，當在預定時間T1之內發生反向電流、在連接節點Lx的電壓VLx變成正的、以及比較器7的輸出訊號變成高位準時，無法關閉同步整流電晶體M2。同步整流電晶體M2根據反相器6的輸出訊號的訊號位準而開/關。
具體而言，當軟啟動電路9執行軟啟動操作時，即使當輸出電容器Co因過驅動而儲存過量的電荷以及輸出電壓Vout超過正常額定電壓時，儲存於輸出電容器Co中的電荷仍可經由電感器L1及同步整流電晶體M2而排放至接地。這是因為在此情條件下禁止反向電流操作。因此，可以避免在輸出電壓Vout中發生超越。
只要未執行軟啟動操作，軟啟動電路9輸出控制訊號Sa以使參考電壓產生器2輸出預定電壓Vref 而無軟啟動操作，以及，使訊號Sb為高位準。結果，NAND電路8將比較器7的輸出訊號的訊號位準反相，以及，將反相訊號輸出至NAND電路11的對應輸入端。亦即，等於比較器7的反相輸出訊號之訊號輸入至NAND電路11的對應輸入端。
在此情形中，當在連接節點Lx的電壓VLx低於接地電壓Vss以及未顯示有反向電流從連接節點Lx至接地時，比較器7輸出低位準以及具有高位準的訊號輸入至NAND電路11之對應的輸入端。因此，等於反相器6的輸出訊號之訊號輸入至同步整流電晶體M2的閘極。
當在連接節點Lx的電壓VLx變成接地電壓Vss以及偵測到反向電流的標示時、或者藉由偵測到連接節點Lx的電壓VLx超過接地電壓Vss而偵測到反向電流時，比較器7輸出具有高位準的訊號。具有低位準的訊號輸入至NAND電路11的對應輸入端。因此，無論反相器6的輸出訊號為何，NAND電路11輸出具有高位準的訊號。反相器12使NAND電路11的輸出訊號反相，以及，將反相的訊號輸出至同步整流電晶體M2的閘極。
因此，具有低位準的訊號輸入至同步整流電晶體M2的閘極，以致於同步整流電晶體M2關閉以產生關閉狀態。如此，比較器7根據在連接節點Lx的電壓VLx，偵測同步整流電晶體M2是否有反向電流的標示。當偵測到反 向電流標示時，同步整流電晶體M2關閉。結果，可以確定地防止產生流經同步整流電晶體M2的反向電流。
如此，在根據第二實施例的切換式穩壓器中，當軟啟動電路9執行軟啟動操作時，同步整流電晶體M2根據反相器6的輸出訊號而開/關。因此，能夠取得與上述第一實施例之切換式穩壓器類似的效果。此外，用於根據第一實施例之切換式穩壓器中的反向電流保護電晶體M3是不需要的。
根據此電路配置，相較於根據第一實施例之切換式穩壓器，需要更多的控制邏輯電路。但是，當切換式穩壓器集成於單一晶片時，由於為了容納大電流而尺寸大的反向電流保護電晶體M3並不需要，所以，切換式穩壓器1的晶片尺寸可以製成小的。結果，能夠降低成本。此外，由於沒有導因於反向電流保護電晶體M3的壓降，所以，能夠具有較佳的功率轉換效率。
在第一及第二實施例中說明降壓型切換式穩壓器。但是，本揭示的觀念可以均等地應用至其它切換式穩壓器，例如升壓型切換式穩壓器。
如同習於此技藝者所瞭解般，參考上述揭示，前述實施例的眾多其它修改及變化是可能的。因此，要瞭解，在後附的申請專利範圍的範圍內，除了此處具體說明之外的其它情形，可以實施本專利說明書的揭示。
1‧‧‧切換式穩壓器
1a‧‧‧切換式穩壓器
2‧‧‧參考電壓產生器
3‧‧‧誤差放大器
4‧‧‧振盪器
5‧‧‧PWM比較器
6‧‧‧反相器
7‧‧‧比較器
8‧‧‧反及(NAND)電路
9‧‧‧軟啟動電路
11‧‧‧反及(NAND)電路
12‧‧‧反相器
101‧‧‧比較器
102‧‧‧及電路
Co‧‧‧電容器
C101‧‧‧輸出電容器
L1‧‧‧電感器
L101‧‧‧電感器
M1‧‧‧切換電晶體
M2‧‧‧同步整流電晶體
M3‧‧‧反向電流保護電晶體
M101‧‧‧切換電晶體
M102‧‧‧同步整流電晶體
在參考配合附圖的上述詳細說明中，可以快速地更完整地瞭解本揭示及其很多優點，其中：圖1顯示使用反向電流保護電路的傳統的切換式穩壓器；圖2顯示根據本揭示的切換式穩壓器的第一實施例；及圖3顯示根據揭示的切換式穩壓器的第二實施例。
1‧‧‧切換式穩壓器
2‧‧‧參考電壓產生器
3‧‧‧誤差放大器
4‧‧‧振盪器
5‧‧‧PWM比較器
6‧‧‧反相器
7‧‧‧比較器
8‧‧‧反及電路
9‧‧‧軟啟動電路

Claims (4)

  1. 一種切換式穩壓器，包括：第一開關，配置成根據控制訊號切換；電感器，配置成藉由切換第一開關以儲存來自輸入電壓的電荷；第二開關，配置成根據該控制訊號以排放儲存於該電感器中的電荷；控制電路，藉由切換第一開關及與第一開關互補的第二開關以控制切換操作，而取得固定輸出電壓；反向電流保護電路，配置成關閉流經第二開關的電流以防止反向電流從輸出端流向第二開關；及軟啟動電路，配置成使該控制電路執行軟啟動操作，其中，在從啟動至預定消逝時間之時段期間，以預定增量逐漸地增加輸出電壓，其中，當由該控制電路指令的該軟啟動操作期間偵測到反向電流發生或標示時，該軟啟動電路使該反向電流保護電路以停止流經第二開關的電流的關閉操作。
  2. 如申請專利範圍第1項之切換式穩壓器，其中，當該反向電流保護電路根據第一開關與該電感器之間的連接節點的電壓，偵測到該反向電流發生或標示時，該反向電流保護電路關閉第二開關以停止該電流流經第二開關。
  3. 如申請專利範圍第1項之切換式穩壓器，其中，該反向電流保護電路包括：第三開關，在輸入端與接地之間與第一開關及第二開 關相串聯，以及配置成根據控制訊號來切換，反向電流偵測電路，配置成當該反向電流保護電路根據第一開關與電感器之間的連接節點的電壓而偵測到該反向電流的產生或標示時，關閉第三開關以停止流經第二開關的電流。
  4. 如申請專利範圍第1項之切換式穩壓器，其中，當該反向電流保護電路根據第一開關與電感器之間的連接節點的電壓而偵測到該反向電流的產生或標示時，無論來自該控制電路輸出的控制訊號為何，該反向電流保護電路關閉第二開關以停止流經第二開關的電流。
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP5211959B2 (ja) 2008-09-12 2013-06-12 株式会社リコー Ｄｃ−ｄｃコンバータ
TWI369058B (en) * 2009-02-19 2012-07-21 Inventec Corp Power converting device
CN102460878B (zh) * 2009-04-17 2015-12-16 美国国家半导体公司 用于光伏系统中过电压保护的系统和方法
JP5305519B2 (ja) * 2009-04-21 2013-10-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電圧レギュレータ回路
US8410770B2 (en) * 2009-06-03 2013-04-02 Texas Instruments Incorporated Fast boost regulator
US8324874B2 (en) * 2009-06-11 2012-12-04 Intersil Americas Inc. System and method for controlling synchronous switch for a synchronous converter
JP2011250554A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Sony Corp 電源回路、集積回路装置、固体撮像装置および電子機器
US8487598B2 (en) * 2010-08-30 2013-07-16 Texas Instruments Incorporated DC-DC converter with unity-gain feedback amplifier driving bias transistor
JP2012090387A (ja) * 2010-10-18 2012-05-10 Panasonic Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2012114987A (ja) * 2010-11-22 2012-06-14 Rohm Co Ltd 電流モード同期整流ｄｃ／ｄｃコンバータ
US8633680B2 (en) * 2011-03-28 2014-01-21 Fairchild Semiconductor Corporation Differential sensing for voltage control in a power supply circuit
US8779746B2 (en) * 2011-04-29 2014-07-15 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for constant power/current control for switch-mode power converters
JP5865028B2 (ja) 2011-11-17 2016-02-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｄｃーｄｃコンバータ
JP6008496B2 (ja) * 2011-12-21 2016-10-19 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 ボルテージレギュレータ
US20130176008A1 (en) * 2012-01-09 2013-07-11 Chih-Chen Li Soft Start Circuit and Power Supply Device Using the Same
JP5728415B2 (ja) * 2012-03-05 2015-06-03 株式会社東芝 動作制御回路、ｄｃ−ｄｃコンバータ制御回路及びｄｃ−ｄｃコンバータ
TW201340078A (zh) * 2012-03-22 2013-10-01 Richtek Technology Corp 提高驅動器效率的電壓轉換電路及方法
JP6007804B2 (ja) * 2013-01-28 2016-10-12 株式会社ソシオネクスト 電源の制御回路、電源装置、電子機器及び電源の制御方法
US9778667B2 (en) * 2013-07-30 2017-10-03 Qualcomm Incorporated Slow start for LDO regulators
CN104349539B (zh) * 2013-08-07 2018-12-28 深圳市明微电子股份有限公司 一种恒流驱动电路
JP6166619B2 (ja) 2013-08-23 2017-07-19 リコー電子デバイス株式会社 スイッチングレギュレータの制御回路及びスイッチングレギュレータ
JP6382020B2 (ja) * 2014-08-18 2018-08-29 ローム株式会社 ソフトスタート回路
JP6265092B2 (ja) * 2014-09-22 2018-01-24 株式会社デンソー スイッチング電源装置
CN106059278B (zh) * 2016-05-31 2018-08-21 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种频率软启动控制电路
KR102391838B1 (ko) * 2016-06-20 2022-04-29 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 드라이버 회로 및 전자 디바이스
CN106602699B (zh) * 2016-07-15 2020-06-26 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 电压切换电路及其控制方法、控制电路和usb pd器
CN106533142B (zh) * 2016-10-18 2023-05-26 成都前锋电子仪器有限责任公司 一种防倒灌电路
DE102016124611A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Infineon Technologies Ag Schaltervorrichtung und -verfahren
CN108258895B (zh) * 2018-02-05 2020-11-17 上海艾为电子技术股份有限公司 软启动电路以及电源系统
EP3793078A4 (en) * 2018-05-10 2022-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba DC CONVERSION SYSTEM
CN110391736A (zh) * 2019-07-22 2019-10-29 西安易朴通讯技术有限公司 Buck变换器的控制电路
US10855183B1 (en) * 2019-07-24 2020-12-01 Infineon Technologies Ag Method and device to operate a power switch in multiple modes
CN110336457B (zh) * 2019-07-26 2020-08-21 南京桐润新能源有限公司 一种数字式车载电源输出软起动方法
WO2022038990A1 (ja) * 2020-08-19 2022-02-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 スイッチング電源装置
US11784566B2 (en) * 2020-11-24 2023-10-10 Stmicroelectronics S.R.L. Soft-start of a DC-DC converter based on capacitor switching
CN117134296A (zh) * 2022-05-20 2023-11-28 安世半导体科技(上海)有限公司 负载开关及电源系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137267A (en) * 1999-01-22 2000-10-24 Dell Computer Corporation Reverse current protection/current overshoot control for two quadrant battery chargers
JP2004056992A (ja) * 2002-05-28 2004-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US6841977B2 (en) * 2003-03-03 2005-01-11 Astec International Limited Soft-start with back bias conditions for PWM buck converter with synchronous rectifier
JP2006109535A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 Fujitsu Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御回路、およびその制御方法
TW200618451A (en) * 2004-07-20 2006-06-01 Ricoh Co Ltd Switching regulator, power supply circuit and secondary cell charging circuit including the same
TW200701611A (en) * 2005-06-17 2007-01-01 Via Tech Inc Pulse-frequency mode dc-to-dc converter circuit

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62144569A (ja) 1985-12-19 1987-06-27 Fuji Electric Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバ−タの制御回路
JPH0470654A (ja) 1990-07-06 1992-03-05 Konica Corp ハロゲン化銀カラー写真感光材料の処理方法
US5552695A (en) * 1994-03-22 1996-09-03 Linear Technology Corporation Synchronously rectified buck-flyback DC to DC power converter
JP2000102244A (ja) 1998-07-22 2000-04-07 Ricoh Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバ―タ
JP2000092824A (ja) 1998-09-10 2000-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチングレギュレータおよびｌｓｉシステム
KR20040008603A (ko) 2002-07-19 2004-01-31 주식회사 하이닉스반도체 산소결핍을 제거하기 위한 탄탈륨산화막의 후처리 방법 및그를 이용한 캐패시터 제조 방법
US6873191B2 (en) * 2002-12-31 2005-03-29 Intersil Americas Inc. Mechanism for providing over-voltage protection during power up of DC-DC converter
US6922041B2 (en) * 2003-02-28 2005-07-26 Sipex Corporation Apparatus for and method of adjusting a switching regulator output for a circuit having a pre-charge voltage
KR100577325B1 (ko) * 2003-11-14 2006-05-10 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 Ｄｃ-ｄｃ 변환기
US6969977B1 (en) * 2004-06-10 2005-11-29 National Semiconductor Corporation Soft-start voltage regulator circuit
US6965223B1 (en) * 2004-07-06 2005-11-15 National Semiconductor Corporation Method and apparatus to allow rapid adjustment of the reference voltage in a switching regulator
JP4671275B2 (ja) * 2005-01-26 2011-04-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電源制御装置、電源用電子部品及び電源装置
JP2006262646A (ja) 2005-03-17 2006-09-28 Ricoh Co Ltd 降圧型スイッチングレギュレータ
JP4811850B2 (ja) * 2005-08-11 2011-11-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 スイッチング・レギュレータ
US7616464B2 (en) * 2005-08-16 2009-11-10 Astec International Limited Reverse current control system for a power converter
EP2020076A2 (en) * 2006-04-27 2009-02-04 Aivaka Startup for dc/dc converters
JP4976086B2 (ja) * 2006-09-14 2012-07-18 株式会社リコー 昇降圧ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP4890182B2 (ja) * 2006-09-28 2012-03-07 株式会社リコー 同期整流型スイッチングレギュレータ、同期整流型スイッチングレギュレータの制御回路及び同期整流型スイッチングレギュレータの動作制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137267A (en) * 1999-01-22 2000-10-24 Dell Computer Corporation Reverse current protection/current overshoot control for two quadrant battery chargers
JP2004056992A (ja) * 2002-05-28 2004-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US6841977B2 (en) * 2003-03-03 2005-01-11 Astec International Limited Soft-start with back bias conditions for PWM buck converter with synchronous rectifier
TW200618451A (en) * 2004-07-20 2006-06-01 Ricoh Co Ltd Switching regulator, power supply circuit and secondary cell charging circuit including the same
JP2006109535A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 Fujitsu Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御回路、およびその制御方法
TW200701611A (en) * 2005-06-17 2007-01-01 Via Tech Inc Pulse-frequency mode dc-to-dc converter circuit

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Publication number Publication date
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