TWI530071B - Ｄｃ／ｄｃ轉換器 - Google Patents

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Description

DC/DC轉換器
本發明是有關於一種將直流電壓進行轉換的直流/直流(Direct current-to-direct current，DC/DC)轉換器(converter)，且是有關於一種具備計時電路(timer circuit)的DC/DC轉換器。
對習知的DC/DC轉換器進行說明。圖8是表示習知的DC/DC轉換器的電路圖。
習知的DC/DC轉換器包括：比較器(comparator)504、RS正反器(RS-Flip-Flop，RS-FF)電路113、驅動電路110、參考電壓生成電路503、計時電路501、N型金氧半導體(N-channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)電晶體(transistor)108、NMOS電晶體109、電容器(condenser)107、線圈(coil)106、電阻103、電阻104、電阻502、接地(ground)端子100、輸出端子102、及電源端子101。
對比較器504的反相輸入端子輸入將輸出端子102的輸出電壓Vout分壓所得的分壓電壓，對非反相輸入端子輸入參考電壓，並輸出與比較結果對應的信號，上述參考電壓是附加電源電 壓、依存於輸出電壓Vout的漣波(ripple)電壓、及呈規定的斜率變化的斜坡(slope)電壓所得。於分壓電壓高於參考電壓時，對RS-FF電路113的置位(set)端子S輸出低(Low)位準(level)的信號，於分壓電壓低於參考電壓時，對RS-FF電路113的置位(set)端子S輸出高(High)位準(level)的信號。對RS-FF電路113的置位端子R供給自計時電路501輸出的信號，根據比較器504的輸出信號與計時電路501的輸出信號而自RS-FF電路113的Q端子輸出輸出信號。驅動電路110接收RS-FF電路113的信號並控制NMOS電晶體108、NMOS電晶體109的接通斷開(on/off)，自輸出端子102產生輸出電壓Vout(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-182533號公報
然而，習知的DC/DC轉換器存在如下問題：於電源電壓啟動時或因負載短路而導致輸出電壓變為0V時，計時電路不進行動作，而DC/DC轉換器不啟動。
本發明是鑒於上述問題而完成的，提供一種DC/DC轉換器，該DC/DC轉換器即便於電源電壓啟動時或因負載短路而導致輸出電壓變為0V時，亦可使電路進行動作，而能夠進行穩定 的控制。
為了解決習知的問題，本發明的DC/DC轉換器設為如下構成。
一種DC/DC轉換器，包括接通計時電路，該接通計時電路具有：漣波生成電路，根據控制信號生成並輸出漣波成分；平均化電路，輸出將漣波生成電路的輸出平均化所得的信號；計時電路，根據平均化電路的信號與控制信號而生成並輸出接通時間信號；以及啟動電路，使漣波生成電路的輸出端子的電壓上升為規定的電壓。
本發明的DC/DC轉換器於電源電壓啟動時或因負載短路而導致輸出電壓變為0V時，可藉由利用啟動電路使漣波生成電路的輸出電壓上升而使電路進行動作，從而進行穩定的控制。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102、122、123、124、125、305‧‧‧輸出端子
103、104、210、211、502、602‧‧‧電阻
105‧‧‧基準電壓電路
106‧‧‧線圈
107、209、212、215‧‧‧電容器
108、109、214、261、262、601、603、702‧‧‧NMOS電晶體
110‧‧‧驅動電路
111‧‧‧接通計時電路
112、216、504‧‧‧比較器
113‧‧‧RS-FF電路
114‧‧‧虛擬漣波電路
121‧‧‧輸入端子
201、202、263、312、313、314、315‧‧‧定電流電路
208‧‧‧開關電路
213、316、317‧‧‧反相器
230‧‧‧漣波生成電路
240‧‧‧平均化電路
250、501‧‧‧計時電路
260、600、700‧‧‧啟動電路
301‧‧‧第一非反相輸入端子
302‧‧‧第一反相輸入端子
303‧‧‧第二非反相輸入端子
304‧‧‧第二反相輸入端子
306、307、308、309、310、311‧‧‧PMOS電晶體
503‧‧‧參考電壓生成電路
701‧‧‧定電壓電路
A‧‧‧節點
I1、I2、I3、I4‧‧‧電流
Q‧‧‧端子
R、S‧‧‧端子(置位端子)
Ton、TS‧‧‧時間
VFB‧‧‧分壓電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
VQ、VS‧‧‧信號
VR‧‧‧接通時間信號
Vcref‧‧‧電壓
Vref‧‧‧基準電壓
圖1是表示本實施方式的DC/DC轉換器的構成的電路圖。
圖2是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的構成的電路圖。
圖3是表示本實施方式的DC/DC轉換器的比較器的構成的電路圖。
圖4是表示本實施方式的DC/DC轉換器的動作的時序圖。
圖5是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的構成的另一例的電路圖。
圖6是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的構成的另一例的電路圖。
圖7是表示本實施方式的DC/DC轉換器的另一構成的電路圖。
圖8是表示習知的DC/DC轉換器的構成的電路圖。
以下，參照圖式對本發明的實施方式進行說明。
圖1是本實施方式的DC/DC轉換器的電路圖。
本實施方式的DC/DC轉換器包括：比較器112、RS-FF電路113、虛擬漣波電路114、驅動電路110、基準電壓電路105、接通計時電路111、NMOS電晶體108、NMOS電晶體109、電容器107、線圈106、構成分壓電路的電阻103及電阻104、接地端子100、輸出端子102、及電源端子101。
圖2是表示接通計時電路111的構成的電路圖。接通計時電路111包括：漣波生成電路230、平均化電路240、計時電路250、啟動電路260、輸入端子121、輸出端子124、及輸出端子125。漣波生成電路230包括定電流電路201、開關電路208、電容器209、及電阻210。平均化電路240包括電阻211及電容器212。計時電路250包括定電流電路202、反相器213(inverter)、NMOS電晶體214、電容器215、及比較器216。啟動電路260包括定電 流電路263、NMOS電晶體261、及NMOS電晶體262。
於圖3中表示比較器112的電路圖。比較器112包括：定電流電路312、定電流電路313、定電流電路314、定電流電路315、反相器316、反相器317、P型金氧半導體(P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)電晶體306、PMOS電晶體307、PMOS電晶體308、PMOS電晶體309、PMOS電晶體310、PMOS電晶體311、第一非反相輸入端子301、第一反相輸入端子302、第二非反相輸入端子303、第二反相輸入端子304、及輸出端子305。
其次，對本實施方式的DC/DC轉換器的連接進行說明。
比較器112的第一反相輸入端子連接於虛擬漣波電路114的輸出端子122，第一非反相輸入端子連接於虛擬漣波電路114的輸出端子123，第二反相輸入端子連接於電阻103與電阻104的連接點，第二非反相輸入端子連接於基準電壓電路105的正極，輸出端子連接於RS-FF電路113的置位端子S。電阻103的另一個端子連接於輸出端子102，電阻104的另一個端子連接於接地端子100，基準電壓電路105的負極連接於接地端子100。RS-FF電路113的置位端子R連接於接通計時電路111的輸出端子124，輸出端子連接於驅動電路110及接通計時電路111的輸入端子121。NMOS電晶體108的閘極連接於驅動電路110的第一輸出端子，汲極連接於電源端子101，源極連接於線圈106的其中一個端子及NMOS電晶體109的汲極。NMOS電晶體109的閘極連接於驅動電路110的第二輸出端子，NMOS電晶體109的源極連接於接地 端子100。電容器107的其中一個端子連接於輸出端子102與線圈106的另一個端子，電容器107的另一個端子連接於接地端子100。
對接通計時電路111的連接進行說明。定電流電路201的其中一個端子連接於電源端子101，定電流電路201的另一個端子連接於開關電路208的其中一個端子。電容器209的其中一個端子連接於開關電路208的另一個端子、電阻210的其中一個端子及電阻211的其中一個端子(節點A)，電容器209的另一個端子連接於接地端子100。電阻210的另一個端子連接於接地端子100，電阻211的另一個端子連接於輸出端子125與電容器212的其中一個端子。電容器212的另一個端子連接於接地端子100。輸入端子121連接於反相器213的輸入端子與控制開關電路208的接通斷開的端子。反相器213的輸出端子連接於NMOS電晶體214的閘極。NMOS電晶體214的汲極連接於電容器215的其中一個端子與定電流電路202的其中一個端子，NMOS電晶體214的源極連接於接地端子100。電容器215的另一個端子連接於接地端子100。定電流電路202的另一個端子連接於電源端子101。比較器216的非反相輸入端子連接於電容器215的其中一個端子，比較器216的反相輸入端子連接於電容器212的其中一個端子，比較器216的輸出連接於輸出端子124。定電流電路263的其中一個端子連接於電源端子101，定電流電路263的另一個端子連接於NMOS電晶體261的閘極及汲極。NMOS電晶體261的源極及背閘極(back-gate)連接於接地端子100。NMOS電晶體262的閘極連接於NMOS電晶體261的閘極，NMOS電晶體262的汲極連接於電 源端子101，NMOS電晶體262的源極連接於電容器209的其中一個端子，NMOS電晶體262的背閘極連接於接地端子100。
對比較器112的連接進行說明。定電流電路312的其中一個端子連接於電源端子101，定電流電路312的另一個端子連接於PMOS電晶體306的源極與PMOS電晶體307的源極。PMOS電晶體306的閘極連接於第一非反相輸入端子301，PMOS電晶體306的汲極連接於定電流電路314與PMOS電晶體310的閘極及汲極的連接點。PMOS電晶體307的閘極連接於第一反相輸入端子302，PMOS電晶體307的汲極連接於反相器316的輸入端子。定電流電路313的其中一個端子連接於電源端子101，定電流電路313的另一個端子連接於PMOS電晶體308的源極與PMOS電晶體309的源極。PMOS電晶體308的閘極連接於第二非反相輸入端子303，PMOS電晶體308的汲極連接於定電流電路314與PMOS電晶體310的閘極及汲極的連接點。PMOS電晶體309的閘極連接於第二反相輸入端子304，PMOS電晶體309的汲極連接於反相器316的輸入端子。PMOS電晶體310的源極連接於電源端子101，定電流電路314的另一個端子連接於接地端子100。PMOS電晶體311的閘極連接於PMOS電晶體310的閘極，汲極連接於反相器316的輸入端子，PMOS電晶體311的源極連接於電源端子101。定電流電路315的其中一個端子連接於反相器316的輸入端子，定電流電路315的另一個端子連接於接地端子100。反相器317的輸入端子連接於反相器316的輸出端子，反相器317的輸出連接於輸出端子305。
其次，對本實施方式的DC/DC轉換器的動作進行說明。
若對電源端子101輸入電源電壓VDD，則DC/DC轉換器自輸出端子102輸出輸出電壓Vout。電阻103與電阻104將輸出電壓Vout分壓，而輸出分壓電壓VFB。比較器112形成為如圖3所示的四端子輸入的構成，將輸入至第二非反相輸入端子的基準電壓電路105的基準電壓Vref、輸入至第二反相輸入端子的分壓電壓VFB、輸入至第一反相輸入端子的自虛擬漣波電路114的輸出端子122輸出的電壓、及輸入至第一非反相輸入端子的自虛擬漣波電路114的輸出端子123輸出的電壓進行比較，自比較器112的輸出端子輸出信號VS。接通計時電路111是在輸入端子121被輸入信號VQ，且自輸出端子124輸出接通時間信號VR。RS-FF電路113是在R端子輸入接通時間信號VR，在S端子輸入信號VS，且自Q端子輸出信號VQ。
圖4是表示本實施方式的DC/DC轉換器的動作的時序圖。若分壓電壓VFB低於基準電壓Vref，則信號VS成為High位準，從而使RS-FF電路113的Q端子的信號VQ為High位準。繼而，信號VQ被輸入至驅動電路110，根據信號VQ使NMOS電晶體108接通，且使NMOS電晶體109斷開，從而使分壓電壓VFB(輸出電壓Vout)上升。若自接通計時電路111的輸出端子124輸出的接通時間信號VR成為High位準，則藉由RS-FF電路113信號VQ成為Low位準，且使NMOS電晶體108斷開，使NMOS電晶體109接通，從而使分壓電壓VFB(輸出電壓Vout)下降。將信號VQ為High位準的時間設為Ton，將信號VQ成為High位準 後至再次成為High位準為止的時間設為TS，將該時間設為一週期並按照該週期進行控制，藉此控制作為輸出電晶體進行動作的NMOS電晶體108及NMOS電晶體109，並自輸出端子102產生輸出電壓Vout。
比較器112是將自虛擬漣波電路114的輸出端子122輸出的電壓輸入至比較器112的第一反相輸入端子，藉此，在比較器112內與輸入至第二反相輸入端子的分壓電壓VFB相加，從而分壓電壓VFB成為包含漣波成分的電壓。繼而，將自虛擬漣波電路114的輸出端子123輸出的電壓輸入至比較器112的第一非反相輸入端子，藉此，在比較器112內與輸入至第二非反相輸入端子的基準電壓Vref相加，藉由將該經相加所得的兩個信號加以比較，而自比較器112輸出信號VS。
將流入至接通計時電路111的定電流電路201的電流設為電流I3，將流入至定電流電路202的電流設為電流I4，將流入至電阻210的電流設為I2。若將電阻210的電阻值設為R2，則表示為I2=Vcref0/R2(Vcref0是藉由漣波生成電路230在節點A所生成的電壓)。開關電路208由信號VQ控制接通斷開，於信號VQ為High位準時，開關電路208接通，以電流I3進行電容器209的充電且以電流I2進行放電。另外，於信號VQ為Low位準時，開關電路208斷開，以電流I2將電容器209的電荷放電。若將充電的電荷量設為Q1，將放電的電荷量設為Q2，則表示為Q1=I3×Ton、Q2=I2×TS。由於Q1=Q2，故而成為I3×Ton=I2×TS，且成為Ton/TS=I2/I3=Vout/VDD。由此，成為Vout=VDD×I2/I3。
由於I2=Vcref0/R2，故而成為Vout=VDD×Vcref0/R2/I3，且成為Vcref0=Vout/VDD×R2×I3。如此一來，可以說電壓Vcref0為與輸出電壓Vout成比例的電壓，該電壓包含輸出電壓的漣波成分。平均化電路240的電壓Vcref是藉由電阻211與電容器212將電壓Vcref0平均化並去除電壓Vcref0的漣波成分。因此，電壓Vcref為與輸出電壓Vout成比例且已去除漣波成分的電壓，成為Vcref=Vout/VDD×R2×I3。
由於NMOS電晶體214的閘極經由反相器213被輸入信號VQ，故而以與信號VQ相反的時序被進行接通斷開控制。若將比較器216的非反相輸入端子的電壓設為電壓Vcap，則於NMOS電晶體214斷開時，利用電流I4對電容器215充電，而使電壓Vcap的電壓值上升。於電壓Vcap低於電壓Vcref時，比較器216的輸出端子124的接通時間信號VR輸出Low位準，於電壓Vcap高於電壓Vcref時，比較器216的輸出端子124的接通時間信號VR輸出High位準。繼而，藉由RS-FF電路113，信號VQ成為Low位準，使NMOS電晶體214接通，而使電容器215的電荷放電，從而使電壓Vcap的電壓下降。
若將電容器215的電容值設為C2，則接通時間Ton成為Ton=C2/I4×Vcref=C2×I3/I4×R2×Vout/VDD，接通時間Ton進行以Vout/VDD表示的工作(duty)控制。
於對電源端子101輸入電源電壓VDD的電源啟動時，各節點的電壓未上升，故而成為0V，於接通計時電路111的開關電路208斷開的狀態下，節點A亦為0V。自該狀態下，首先， 啟動電路260的定電流電路263進行動作而使電流I1流通，利用包括NMOS電晶體261、NMOS電晶體262的電流鏡將電流I1反射。繼而，對電容器209充電而使節點A的電壓上升。若將NMOS電晶體261的閘極源極間電壓設為Vgs261，將NMOS電晶體262的閾值設為Vth262，則於節點A的電壓上升並變得大於Vgs261-Vth262時，NMOS電晶體262斷開而不再使電流流通。繼而，藉由對電容器209充電而產生的節點A的電壓的上升停止。其後，藉由漣波生成電路230在節點A生成電壓Vcref0且進行通常的控制。於輸出端子125產生的電壓是僅自節點A的電壓去除了漣波成分而大小相同，故與節點A的電壓同樣地電壓上升。此時，可基於在輸出端子125產生的電壓，而生成接通計時時間。如此一來，可防止如下現象：於電源啟動時節點A或輸出端子125保持為0V而不上升，自輸出端子124持續輸出High位準的信號而DC/DC轉換器不啟動。對電容器209進行充電的時間可藉由改變定電流電路263的電流值或包括NMOS電晶體261、NMOS電晶體262的電流鏡的比而調節，從而可進行與DC/DC轉換器的啟動時間一致的調節。
此外，對電源啟動時進行了說明，但在DC/DC轉換器因負載短路而停止動作，輸出電壓變為0V且節點A變為0V的情況下，亦可同樣地進行動作，從而可防止DC/DC轉換器不動作的現象。
如以上所說明般，本實施方式的DC/DC轉換器於電源啟動時或發生負載短路時，可藉由利用啟動電路使漣波生成電路 的輸出電壓上升而使電路進行動作，從而能夠進行穩定的控制。
圖5是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的另一例的電路圖。與圖2的電路的不同點在於：將啟動電路260變更為啟動電路600。啟動電路600包括NMOS電晶體601、NMOS電晶體603、及電阻602。
NMOS電晶體603的閘極連接於電阻602的其中一個端子，NMOS電晶體603的汲極連接於電阻602的另一個端子與電源端子101，NMOS電晶體603的源極連接於節點A。NMOS電晶體601的閘極連接於節點A，NMOS電晶體601的汲極連接於NMOS電晶體603的閘極，NMOS電晶體601的源極連接於接地端子100。其他方面與圖2的電路相同。
對具備圖5的接通計時電路的DC/DC轉換器的動作進行說明。如下動作與具備圖2的接通計時電路的DC/DC轉換器相同，即，以對電源端子101輸入電源電壓VDD，且輸出端子102的輸出電壓Vout成為固定的方式進行控制。
對具備圖5的接通計時電路的DC/DC轉換器的電源啟動時的動作進行說明。於對電源端子101輸入電源電壓VDD的電源啟動時。各節點的電壓未上升而為0V，於接通計時電路111的開關電路208斷開的狀態下，接通計時電路111的節點A亦為0V。
自該狀態下，NMOS電晶體603的閘極被電源電壓VDD上拉(pull-up)，故而接通並使電流流入至電容器209。繼而，對電容器209充電而使節點A的電壓上升。若將NMOS電晶體601的閾值設為Vth601，則於節點A的電壓上升且變得大於Vth601 時，NMOS電晶體601接通並下拉(pull-down)NMOS電晶體603的閘極，從而使NMOS電晶體603斷開。繼而，藉由對電容器209充電而產生的節點A的電壓的上升停止。其後，藉由漣波生成電路230在節點A生成電壓Vcref0而進行通常的控制。於輸出端子125產生的電壓是僅自節點A的電壓去除了漣波成分而大小相同，故與節點A的電壓同樣地電壓上升。此時，可基於在輸出端子125產生的電壓，而生成接通計時時間。如此一來，可防止如下現象：於電源啟動時，節點A或輸出端子125保持為0V而不上升，自輸出端子124持續輸出High位準的信號，而DC/DC轉換器不啟動。
此外，對電源啟動時進行了說明，但在DC/DC轉換器因負載短路而停止動作，輸出電壓變為0V且節點A變為0V的情況下，亦可同樣地進行動作，從而可防止DC/DC轉換器不啟動的現象。另外，使用電阻602作為將NMOS電晶體603的閘極上拉至電源電壓的元件，但並不限定於該構成，只要為將NMOS電晶體603的閘極上拉至電源電壓的元件，則無論何種構成均可。
如以上所說明般，具備圖5的接通計時電路的DC/DC轉換器於剛被輸入電源電壓VDD後或發生負載短路時，可藉由利用啟動電路使漣波生成電路的輸出電壓上升而使電路進行動作，從而能夠進行穩定的控制。
圖6是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的另一例的電路圖。與圖2的電路的不同點在於：將啟動電路260變更為啟動電路700。啟動電路700包括NMOS電晶體702、 及定電壓電路701。
NMOS電晶體702的閘極連接於定電壓電路701的正極，NMOS電晶體702的汲極連接於電源端子101，NMOS電晶體702的源極連接於節點A。其他方面與圖2的電路相同。
對具備圖6的接通計時電路的DC/DC轉換器的動作進行說明。如下動作與具備圖2的接通計時電路的DC/DC轉換器相同，即，以對電源端子101輸入電源電壓VDD，且輸出端子102的輸出電壓Vout成為固定的方式進行控制。
對具備圖6的接通計時電路的DC/DC轉換器的電源啟動時的動作進行說明。於對電源端子101輸入電源電壓VDD的電源啟動時，各節點的電壓未上升而為0V，於接通計時電路111的開關電路208斷開的狀態下，接通計時電路111的節點A亦為0V。
自該狀態下，首先，定電壓電路701進行動作，使NMOS電晶體702接通，而使電流流入至電容器209。繼而，對電容器209充電而使節點A的電壓上升。若將NMOS電晶體702的閾值設為Vth702，將定電壓電路701的電壓設為V701，則於節點A的電壓上升且變得大於V701-Vth702時，NMOS電晶體702斷開，並停止藉由對電容器209充電而產生的節點A的電壓上升。其後，藉由漣波生成電路230在節點A生成電壓Vcref0而進行通常的控制。於輸出端子125產生的電壓是僅自節點A的電壓去除了漣波成分而大小相同，故與節點A的電壓同樣地電壓上升。此時，可基於在輸出端子125產生的電壓，而生成接通計時時間。如此一來，可防止如下現象：於電源啟動時，節點A或輸出端子125保 持為0V而不上升，自輸出端子124持續輸出High位準的信號，而DC/DC轉換器不啟動。
此外，對電源啟動時進行了說明，但在DC/DC轉換器因負載短路而停止動作，輸出電壓變為0V且節點A變為0V的情況下，亦可同樣地進行動作，從而可防止DC/DC轉換器不啟動的現象。
如以上所說明般，具備圖6的接通計時電路的DC/DC轉換器於剛被輸入電源電壓VDD後或發生負載短路時，可藉由利用啟動電路使漣波生成電路的輸出電壓上升而使電路進行動作，從而能夠進行穩定的控制。
此外，輸入至接通計時電路111的輸入端子121的信號VQ是使用RS-FF電路113的Q端子的信號，但只要為與輸入至NMOS電晶體108的閘極的信號同步的信號，則亦可使用其他節點的信號。
另外，比較器112是使用四端子輸入的比較器，但只要為將自虛擬漣波電路114的輸出端子122輸出的電壓與分壓電壓VFB相加，且將自虛擬漣波電路114的輸出端子123輸出的電壓與基準電壓Vref相加的構成，則並不限定於該構成。例如亦可由兩端子輸入的比較器構成，該兩端子輸入的比較器是設置將自虛擬漣波電路114的輸出端子122輸出的電壓與分壓電壓VFB相加的加法器、及將自虛擬漣波電路114的輸出端子123輸出的電壓與基準電壓Vref相加的加法器，且將該些信號進行比較。
圖7是表示使用本實施方式的接通計時電路的另一 DC/DC轉換器的例子的電路圖。與圖1的實施方式的DC/DC轉換器的不同點在於：自接通計時電路111的輸出端子125輸出電壓Vcref，並輸入至比較器112的第二反相輸入端子，且刪除了將輸出電壓Vout分壓的電阻103、電阻104。
對圖7的DC/DC轉換器的動作進行說明。若對電源端子101輸入電源電壓VDD，則DC/DC轉換器自輸出端子102輸出輸出電壓Vout。比較器112形成為如圖3所示的四端子輸入的構成，將輸入至第二非反相輸入端子的基準電壓電路105的基準電壓Vref、輸入至第二反相輸入端子的自接通計時電路111輸出的電壓Vcref、輸入至第一反相輸入端子的自虛擬漣波電路114的輸出端子122輸出的電壓、及輸入至第一非反相輸入端子的自虛擬漣波電路114的輸出端子123輸出的電壓進行比較，而自比較器112的輸出端子輸出信號VS。接通計時電路111是在輸入端子121輸入信號VQ，且自輸出端子124輸出接通時間信號VR，自輸出端子125輸出電壓Vcref。RS-FF電路113是在R端子輸入接通時間信號VR，在S端子輸入信號VS，且自Q端子輸出信號VQ。
關於本實施方式的接通計時電路111，平均化電路240不直接使用輸出電壓Vout而生成與輸出電壓Vout成比例且經平均化的電壓Vcref。由於平均化電路240的輸出電壓Vcref=Vout/VDD×R2×I1，且I1=VDD×K，故而成為Vcref=Vout/VDD×R2×VDD×K，且成為Vcref=Vout×R2×K。因此，Vcref與輸出電壓Vout成為比例關係，且成為Vout=Vcref×R2×K，故藉 由控制Vcref可獲得所期望的輸出電壓Vout。
若平均化電路240的輸出電壓Vcref低於基準電壓Vref，則信號VS成為High位準，而使RS-FF電路113的Q端子的信號VQ為High位準。繼而，信號VQ被輸入至驅動電路110，根據信號VQ使NMOS電晶體108接通，且使NMOS電晶體109斷開，從而使輸出電壓Vout上升。若自接通計時電路111的輸出端子124輸出的接通時間信號VR成為High位準，則藉由RS-FF電路113，信號VQ成為Low位準，使NMOS電晶體108斷開，且使NMOS電晶體109接通，從而使輸出電壓Vout下降。將信號VQ為High位準的時間設為Ton，將信號VQ成為High位準後至再次成為High位準為止的時間設為TS，將該時間設為一週期並按照該週期進行控制，藉此控制作為輸出電晶體進行動作的NMOS電晶體108及NMOS電晶體109，從而自輸出端子102產生輸出電壓Vout。
如以上所說明般，本實施方式的DC/DC轉換器可不直接使用輸出電壓Vout而使計時電路進行動作，故可防止因輸出電壓Vout的雜訊的影響等而導致接通時間偏移或進行誤動作，從而可進行穩定的控制。另外，接通時間信號可進行duty控制，故而即便輸入輸出條件變化，DC/DC轉換器亦能以固定的動作頻率進行動作。
此外，本實施方式及構成的接通計時電路並不限定為使用於本實施方式及構成的DC/DC轉換器。本實施方式及構成的DC/DC轉換器的控制是使輸出電壓Vout固定，故而電源電壓VDD 與duty的關係成為Vout=VDD×duty，只要為進行此種控制的DC/DC轉換器，則可利用本實施方式及構成的接通計時電路進行輸出電壓Vout的控制。例如為順向(forward)方式的DC/DC轉換器。
順向方式的DC/DC轉換器的控制是當輸出電壓為Vout、電源電壓為VDD、將成為負載的線圈的一次側繞組設為Np、將成為負載的線圈的二次側繞組設為Ns時，利用Vout=VDD×duty×Ns/Np進行控制，由於Ns/Np為固定常數，故藉由與本實施方式及構成的DC/DC轉換器相同的duty控制輸出電壓Vout。尤其是，在Ns=Np的情況下，與本實施方式及構成的DC/DC轉換器相同。
通常的順向方式的DC/DC轉換器的構成是在接地端子連接開關元件，藉由上述開關元件進行接通斷開動作，而利用上述開關元件控制流入至成為負載的線圈的電流，藉此控制輸出電壓Vout。在使上述開關元件接通斷開的控制端子連接驅動電路。藉由將本實施方式及構成的RS-FF電路的輸出信號VQ輸入至上述驅動電路，而能夠產生輸出電壓Vout。
如以上所說明般，本實施方式及構成的接通計時電路並不限定為使用於本實施方式及構成的DC/DC轉換器，亦可使用於其他構成的DC/DC轉換器。
另外，本發明的DC/DC轉換器是設為具備虛擬漣波電路114的構成而進行了說明，但亦可設為如下構成：對比較器112的第一反相輸入端子輸入漣波生成電路230的電壓Vcref0，對第 一非反相輸入端子輸入平均化電路240的電壓Vcref。若以此方式構成DC/DC轉換器，則即便不設置虛擬漣波電路114，亦可獲得相同的效果。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102、122、123、124‧‧‧輸出端子
103、104‧‧‧電阻
105‧‧‧基準電壓電路
106‧‧‧線圈
107‧‧‧電容器
108、109‧‧‧NMOS電晶體
110‧‧‧驅動電路
111‧‧‧接通計時電路
112‧‧‧比較器
113‧‧‧RS-FF電路
114‧‧‧虛擬漣波電路
121‧‧‧輸入端子
Q、R、S‧‧‧端子
VFB‧‧‧分壓電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
VQ、VS‧‧‧信號
VR‧‧‧接通時間信號
Vref‧‧‧基準電壓

Claims (6)

  1. 一種直流/直流轉換器，包括：第一比較器，輸出將對應於輸出電晶體所輸出的輸出電壓的虛擬漣波成分與對應於上述輸出電壓的電壓相加所得的電壓、以及將上述虛擬漣波成分與基準電壓相加所得的電壓進行比較所得的結果的信號；接通計時電路，被輸入與輸入至上述輸出電晶體的閘極的信號同步的控制信號，且輸出接通時間信號；正反器電路，被輸入上述接通計時電路的接通時間信號及上述第一比較器的輸出；以及驅動電路，被輸入上述正反器電路的輸出信號，而控制上述輸出電晶體；且該直流/直流轉換器的特徵在於：上述接通計時電路包括：漣波生成電路，根據上述控制信號生成並輸出漣波成分；平均化電路，輸出將上述漣波生成電路的輸出平均化所得的信號；計時電路，根據上述平均化電路的信號與上述控制信號而生成並輸出上述接通時間信號；以及啟動電路，使上述漣波生成電路的輸出端子的電壓上升為規定的電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的直流/直流轉換器，其中上述啟動電路包括：第一電流源；第一電晶體，閘極與汲極連接於上述第一電流源；以及 第二電晶體，閘極連接於上述第一電晶體的閘極，源極連接於上述漣波生成電路的輸出端子，在上述漣波生成電路的輸出端子成為規定的電壓之前，使電流流入至上述漣波生成電路的輸出端子。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的直流/直流轉換器，其中上述啟動電路包括：第一電晶體，源極連接於上述漣波生成電路的輸出端子，在上述漣波生成電路的輸出端子成為規定的電壓之前，使電流流入至上述漣波生成電路的輸出端子；上拉元件，連接於上述第一電晶體的閘極；以及第二電晶體，閘極連接於上述漣波生成電路的輸出端子，汲極連接於上述第一電晶體的閘極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的直流/直流轉換器，其中上述啟動電路包括：第一電晶體，源極連接於上述漣波生成電路的輸出端子，在上述漣波生成電路的輸出端子成為規定的電壓之前，使電流流入至上述漣波生成電路的輸出端子；以及定電壓電路，連接於上述第一電晶體的閘極。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的直流/直流轉換器，其中上述漣波生成電路包括：第二電流源；開關電路，一端連接於上述第二電流源，且由上述控制信號 控制；電容器，連接於上述開關電路的另一端；以及阻抗元件，連接於上述開關電路的另一端。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的直流/直流轉換器，其中與輸入至上述第一比較器的上述輸出電壓對應的電壓為上述平均化電路的輸出電壓。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6632436B2 (ja) 2016-03-15 2020-01-22 エイブリック株式会社 スイッチングレギュレータ
CN106712509B (zh) * 2016-12-21 2019-07-23 深圳市华星光电技术有限公司 一种电源电路及液晶显示器
CN106787688A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 深圳市华星光电技术有限公司 一种电源电路及液晶显示器
US10790746B2 (en) * 2017-08-04 2020-09-29 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power dissipation regulated buck architecture
JP6966367B2 (ja) * 2018-03-23 2021-11-17 エイブリック株式会社 基準電圧発生回路
JP2022138742A (ja) * 2021-03-11 2022-09-26 エイブリック株式会社 スイッチングレギュレータ制御回路及びｄｃ／ｄｃコンバータ
JP2023062444A (ja) * 2021-10-21 2023-05-08 株式会社デンソー スイッチング電源装置
CN114488886A (zh) * 2022-01-13 2022-05-13 上海卫星工程研究所 航天器用高压控制供电及遥测采集电路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6066943A (en) * 1998-10-08 2000-05-23 Texas Instruments Incorporated Capacitive-summing switch-mode power conversion control
EP1337032A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Noise reduction in a power converter
JP2010183722A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Mitsumi Electric Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータおよびスイッチング制御回路
JP2011182533A (ja) * 2010-02-26 2011-09-15 Fujitsu Semiconductor Ltd 電源装置、制御回路及び電源装置の制御方法
JP5771429B2 (ja) * 2010-05-28 2015-08-26 ローム株式会社 スイッチング電源装置
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
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
JP5841375B2 (ja) * 2011-08-10 2016-01-13 ローム株式会社 降圧ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御回路、それを用いた照明機器

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