TWI545880B - Ｄｃ／ｄｃ轉換器 - Google Patents

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TWI545880B
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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。
對先前的DC/DC轉換器進行說明。圖11是表示先前的DC/DC轉換器的電路圖。
先前的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、作為輸出電晶體(transistor)的N型金氧半導體(N-channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)電晶體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VFB，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VFB高於參考電壓時，對RS-FF電路113的置位(set)端子輸出Lo(低)信號，於分壓電壓VFB低於參考電壓時，對RS-FF電路113的置位(set)端子輸出High(高)信號。對RS-FF電路113的重設(reset)端子供給自計時電路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，先前的DC/DC轉換器存在如下問題：若於在輕負載時輸出電壓上升時，為了降低輸出電壓而持續使輸出電晶體斷開的控制，則於輸出電壓下降並恢復為正常動作時，計時電路無法獲得規定的接通時間，為了恢復為正常動作需花費時間。另外，存在如下問題：與通常的連續模式(mode)控制時相比，在輕負載時產生大的漣波。
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轉換器即便於輕負載時輸出電壓上升而持續進行使輸出電晶體斷開的控制，亦能夠立即恢復為正常動作。
為了解決先前的問題，本發明的DC/DC轉換器設為如下構成。
在包括漣波生成電路、平流電路及輸出接通時間(on time)信號的計時電路的接通計時電路中，包括邏輯電路及開關(switch)電路，其中上述邏輯電路檢測產生反向電流的徵兆，上述開關電路根據邏輯電路的檢測信號維持漣波生成電路的輸出電壓或控制為規定的電壓。
本發明的DC/DC轉換器有如下效果：藉由在暫停狀態中維持漣波生成電路的輸出電壓、或控制為規定的電壓，而能夠自暫停狀態順利地恢復為正常動作。
100‧‧‧接地端子
101‧‧‧電源端子
102、122、123、124、126、305、801‧‧‧輸出端子
103、104、210、211、502‧‧‧電阻
105‧‧‧基準電壓電路
106‧‧‧線圈
107、209、212、215‧‧‧電容器
108、109、214、262‧‧‧NMOS電晶體
110‧‧‧驅動電路
111‧‧‧接通計時電路
112、216、504‧‧‧比較器
113、701‧‧‧RS-FF電路
114‧‧‧虛擬漣波電路
121、125、802、803‧‧‧輸入端子
161‧‧‧反向電流檢測電路
201、202、312、313、314、315‧‧‧定電流電路
208、811、812‧‧‧開關電路
213、316、317、813‧‧‧反相器
230‧‧‧漣波生成電路
240‧‧‧平流電路
250、501‧‧‧計時電路
261‧‧‧OR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
800‧‧‧類比開關電路
814‧‧‧定電壓電路
A、B‧‧‧節點
I2、I3、I4‧‧‧電流
IL‧‧‧線圈電流
Q、R、S‧‧‧端子
Ton、TS‧‧‧時間
TS1‧‧‧最初的一週期
TS2‧‧‧接下來的一週期
Vcap、Vcref、Vcref0‧‧‧電壓
VFB‧‧‧分壓電壓
VL、VQ、VS‧‧‧信號
VR‧‧‧接通時間信號
Vref‧‧‧基準電壓
圖1是表示本實施方式的DC/DC轉換器的一例的電路圖。
圖2是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的一例的電路圖。
圖3是表示本實施方式的DC/DC轉換器的比較器的構成例的電路圖。
圖4是表示本實施方式的DC/DC轉換器的動作的時序圖(Timing Chart)。
圖5是表示本實施方式的DC/DC轉換器的另一例的電路圖。
圖6是表示本實施方式的DC/DC轉換器的接通計時電路的另一例的電路圖。
圖7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。
圖8是表示圖7的接通計時電路的類比開關(analog switch)電路的一例的電路圖。
圖9是表示本實施方式的DC/DC轉換器的輕負載時的動作的時序圖。
圖10是表示本實施方式的DC/DC轉換器的另一例的電路圖。
圖11是表示先前的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是表示本實施方式的DC/DC轉換器的一例的電路圖。
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、作為輸出電晶體的NMOS電晶體108、NMOS電晶體109、反向電流檢測電路161、線圈106、電容器107、電阻103、電阻104、接地端子100、電源端子101及輸出端子102。
圖2是表示接通計時電路111的一例的電路圖。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、OR(或)電路261、NMOS電晶體262、輸入端子121、輸入端子125、及輸出端子124、輸出端子126。漣波生成電路230包括開關電路208、定電流電路201、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(inverter)213、NMOS電晶體214、電容器215及比較器216。
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。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的重設端子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的第一輸入端子及接通計時電路111的輸入端子121。NMOS電晶體108的閘極(gate)連接於驅動電路110的第一輸出端子，汲極(drain)連接於電源端子101，源極(source)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的第二輸出端子及接通計時電路111的輸入端子125，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，另一個端子連接於接地端子100。反向電流檢測電路161的輸入端子連接於NMOS電晶體109的汲極，輸出端子連接於驅動電路110的第二輸入端子。
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，另一個端子連接於開關電路208。電容器209的其中一個端子連接於開關電路208的另一個端子與節點(node)A，另一個端子連接於接地端子100。電阻210的其中一個端子連接於節點A。電阻211的其中一個端子連接於節點A，另一個端子連接於輸出端子126與節點B。NMOS電晶體262的閘極連接於OR電路261的輸出端子，汲極連接於電阻210的另一個端子，源極連接於接地端子100。OR電路261的第一輸入端子連接於輸入端子121，第二輸入端子連接於輸入端子125。電容器212的其中一個端子連接於節點B，另一個端子連接於接地端子100。反相器213的輸入端子連接於輸入端子121與開關電路208的控制端子，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，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，反相輸入端子連接於節點B，輸出端子連接於輸出端子124。
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，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，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，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，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，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，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，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，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，輸出端子連接於輸出端子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，而自比較器112 的輸出端子輸出信號VS。將自接通計時電路111的輸出端子124輸出的輸出信號設為接通時間信號VR，將自RS-FF電路113的Q端子輸出的輸出信號設為信號VQ，將自驅動電路110的第二輸出端子輸出的輸出信號設為信號VL。
圖4是表示各節點的電壓的時間變化的時序圖。若電壓VFB低於基準電壓Vref，則信號VS成為High，從而使RS-FF電路113的Q端子的信號VQ為High。繼而，信號VQ被輸入至驅動電路110，根據信號VQ而使NMOS電晶體108接通，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變為High，則藉由RS-FF電路113，信號VQ成為Lo，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的時間設為Ton，將信號VQ成為High之後至再次成為High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。
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，將節點A的電壓設為Vcref0，則電流I2表示為I2=Vcref0/R2。開關電路208由信號VQ控制。於信號VQ為High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Lo時，開關電路208斷開，以電流I2將電容器209的電荷放電。信號VQ與信號VL為逆相的信號。因此，於信號VQ為High時，信號VL成為Lo，於信號VL為High時，信號VQ成為Lo，OR電路261在通常的動作中始終輸出High，而使NMOS電晶體262接通。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I3×Ton=I2×TS，且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Vout的漣波成分。平均化電路240的輸出電壓、即節點B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。
NMOS電晶體214是利用信號VQ反相所得的信號進行接通斷開控制。若將比較器216的非反相輸入端子的電壓設為 Vcap，則於NMOS電晶體214斷開時利用電流I4對電容器215充電，從而電壓Vcap上升。比較器216於電壓Vcap低於電壓Vcref時，對輸出端子124輸出Lo的接通時間信號VR，於電壓Vcap高於電壓Vcref時，對輸出端子124輸出High的接通時間信號VR。繼而，藉由RS-FF電路113使信號VQ成為Lo，且NMOS電晶體214接通，故而電容器215的電荷被放電，從而電壓Vcap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duty(工作)控制。
關於反向電流檢測電路161，若成為輕負載的狀態且在線圈106產生反向電流，則利用NMOS電晶體109的汲極電壓檢測線圈106的反向電流，並將檢測信號輸出至驅動電路110的第二輸入端子。當接收檢測信號時，驅動電路110以使NMOS電晶體108、NMOS電晶體109斷開的方式進行控制。將該狀態稱為暫停狀態。於暫停狀態時，信號VQ與信號VL成為Lo，使開關電路208與NMOS電晶體262斷開。如此一來，自定電流電路201對電容器209的充電、及自電容器209向電阻210的放電停止，暫停狀態中電壓Vcref0維持電壓，從而偏離所期望的電壓的情況消失。當自暫停狀態恢復時，由於電壓Vcref0與電壓Vcref維持暫停狀態前的狀態，故而比較器216可順利地自輸出端子124輸出信號而重新開始開關(switching)動作。如此，藉由在暫停狀態中停止電容器209的放電或充電且維持電壓Vcref0的電壓，而能夠使計時電路250自暫停狀態恢復後順利地進行動作，從而能 夠順利地重新開始開關動作。
此外，反向電流檢測電路161構成為利用NMOS電晶體109的汲極電壓檢測線圈106的反向電流，但亦可對線圈106的電流成為零(zero)的情況進行檢測。另外，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，則亦可自其他節點使用。另外，使用NMOS電晶體262作為使暫停狀態中的電容器209停止放電的元件，但並不限定於該構成，亦可使用開關電路等。
如以上所說明般，本實施方式的DC/DC轉換器藉由在暫停狀態中維持漣波生成電路的輸出電壓，而能夠於自暫停狀態恢復時使計時電路順利地進行動作，從而順利地重新開始開關動作。
圖5是表示本實施方式的DC/DC轉換器的另一例的電路圖。與圖1的不同點在於：將向接通計時電路111的輸入端子125輸入的信號設為反向電流檢測電路161的檢測信號。其他電路構成及連接與圖1的電路相同。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的不同點在於：將OR電路261變更為RS-FF電路701。RS-FF電路701的重設端子連接於輸入端子125，置位端子連接於輸入端子121，輸出端子連接於NMOS電晶體262的閘極。其他電路構成及連接與圖2的電路相同。
對圖5的DC/DC轉換器的動作進行說明。如下動作與第一實施方式相同，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。
關於反向電流檢測電路161，若成為輕負載的狀態且在線圈106產生反向電流，則利用NMOS電晶體109的汲極電壓檢測線圈106的反向電流，並將檢測信號輸出至驅動電路110的第二輸入端子。驅動電路110接收該信號並以使NMOS電晶體108、NMOS電晶體109斷開的方式進行控制。將該狀態稱為暫停狀態。於暫停狀態時，信號VQ成為Lo，使開關電路208斷開，且對RS-FF電路701的置位端子輸入Lo。由於反向電流檢測電路161的輸出為High，故而對RS-FF電路701的輸出端子輸出Lo，而使NMOS電晶體262斷開。如此一來，自定電流電路201對電容器209的充電、及自電容器209向電阻210的放電停止，暫停狀態中電壓Vcref0維持電壓，從而偏離所期望的電壓的情況消失。當自暫停狀態恢復時，電壓Vcref0與電壓Vcref維持暫停狀態前的狀態，故而比較器216可順利地自輸出端子124輸出信號而重新開始開關動作。如此，在暫停狀態中停止電容器209的放電或充電且維持電壓Vcref0的電壓，藉此，可使計時電路250於自暫停狀態恢復之後順利地進行動作，從而順利地重新開始開關動作。
此外，反向電流檢測電路161構成為利用NMOS電晶體109的汲極電壓檢測線圈106的反向電流，但亦可對線圈106的電流成為零的情況進行檢測。另外，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，則亦可自其他節點使用。另外，使用RS-FF電路作為使NMOS電晶體262斷開的電路，但並不限定於該構成，只要為可使NMOS電晶體262斷開的電路，則無論何種電路均可。另外，使用NMOS電晶體262作為使暫停狀態中的電容器209停 止放電的元件，但並不限定於該構成，亦可使用開關電路等。
如以上所說明般，圖5的DC/DC轉換器藉由在暫停狀態中維持漣波生成電路的輸出電壓，而能夠於自暫停狀態恢復時使計時電路順利地進行動作，從而順利地重新開始開關動作。
圖5的DC/DC轉換器是將向接通計時電路111的輸入端子125輸入的信號設為反向電流檢測電路161的檢測信號。若以此方式構成，則於代替NMOS電晶體109而使用二極體(diode)的DC/DC轉換器中，亦可獲得相同的效果。在該情況下，反向電流檢測電路161構成為對電流不再流入至線圈106的情況進行檢測。
圖7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的不同點在於：將NMOS電晶體262變更為類比開關電路800。
圖8是表示類比開關電路800的一例的電路圖。類比開關電路800包括開關電路811、開關電路812、反相器813、定電壓電路814、輸入端子802、輸入端子803及輸出端子801。
類比開關電路800的輸入端子802連接於OR電路261的輸出端子，輸入端子803連接於接地端子100，輸出端子801連接於電阻210。反相器813的輸入端子連接於輸入端子802與開關電路811的控制端子，輸出端子連接於開關電路812的控制端子。開關電路811的其中一個端子連接於定電壓電路814的正極，另一個端子連接於輸出端子801。開關電路812的其中一個端子連接於輸入端子803，另一個端子連接於輸出端子801。定電壓電路814的負極連接於接地端子100。
其他電路構成及連接關係與圖2相同。
對具備圖7的接通計時電路的本實施方式的DC/DC轉換器的動作進行說明。如下動作與圖1的電路相同，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。
圖9是表示在輕負載下進行動作時的各節點的電壓的變化的時序圖。IL表示線圈電流。圖9是在最初的一週期(TS1)表示圖2與圖6的接通計時電路的時序圖，在接下來的一週期(TS2)表示圖7的接通計時電路的時序圖。
在輕負載時的動作中，相較於以連續模式進行動作的通常狀態，漣波變大(TS1)，但可藉由設為如圖7般的電路構成而使漣波變小(TS2)。
若在輕負載的狀態下輸出電壓Vout下降且分壓電壓VFB低於基準電壓Vref，則比較器112輸出High的信號並經由驅動電路110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。分壓電壓VFB伴隨著輸出電壓Vout上升亦上升，於固定時間後自接通計時電路111的計時電路250的輸出端子輸出High的信號，經由驅動電路110使NMOS電晶體108斷開，且使NMOS電晶體109接通。
於使NMOS電晶體108斷開後，藉由儲存於線圈106的能量，線圈電流IL流入至輸出端子102，而使輸出電壓Vout進一步上升。繼而，於線圈106的能量減少且線圈電流IL變為零時，反向電流檢測電路161利用NMOS電晶體109的汲極電壓檢測反向電流，並輸出檢測信號。當輸入檢測信號時，驅動電路110使 NMOS電晶體109斷開。
其後，若輸出電壓Vout逐漸下降且分壓電壓VFB低於基準電壓Vref，則比較器112輸出High的信號並經由驅動電路110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。重複此種動作而將輸出電壓Vout控制為固定。
將反向電流檢測電路161檢測反向電流並將信號輸出至驅動電路110，且以NMOS電晶體108、NMOS電晶體109斷開的方式進行控制的狀態稱為暫停狀態。於暫停狀態時，信號VQ成為Lo，使開關電路208、開關電路812斷開，且使開關電路811接通，將電壓Vcref0設為定電壓電路814輸出的電壓V1。輕負載狀態下的控制是於使NMOS電晶體108斷開後，至線圈電流IL變為零為止，輸出電壓Vout持續上升，故而相較於以連續模式進行控制的通常狀態，漣波變大。為了對此進行改善，而於暫停狀態時，在定電壓電路814中使電壓Vcref0及電壓Vcref下降為電壓V1。當分壓電壓VFB低於基準電壓Vref時，比較器112輸出High的信號並經由驅動電路110使NMOS電晶體108接通，且使NMOS電晶體109斷開，從而使線圈電流IL上升。反向電流檢測電路161對線圈電流IL的反向已被解除的情況進行檢測，使開關電路208、開關電路812接通，且使開關電路811斷開，從而使電壓Vcref0自電壓V1上升。電壓Vcref由平流電路240進行如下控制：電壓不立即上升，而維持電壓V1，從而縮短接通時間Ton。由於接通時間Ton短，故而線圈電流IL的上升幅度與輸出電壓的上升幅度減小，可抑制漣波電壓的上升。另外，由於電壓Vcref維持接近於暫停狀態前的狀態的狀態，故而比較器216可順利地自輸出端子 124輸出信號而重新開始開關動作。
此外，漣波電壓的大小可藉由調節電壓V1而控制得小，但若過小，則比較器216難以順利地自輸出端子124輸出信號。因此，必須以漣波小且順利地進行動作的方式調節為最佳值。另外，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，則亦可自其他節點使用。另外，使用OR電路作為控制類比開關電路800的電路，但並不限定於該構成，只要為能夠控制類比開關電路800的電路，則無論何種電路均可。
如以上所說明般，具備圖7的接通計時電路的本實施方式的DC/DC轉換器是藉由在暫停狀態中將漣波生成電路的輸出電壓控制為規定的電壓，而能夠在自暫停狀態恢復時使計時電路順利地進行動作，從而順利地重新開始開關動作。另外，可減小輕負載時的漣波電壓。
圖10是表示本實施方式的DC/DC轉換器的另一例的電路圖。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10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、以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，在輸入端子125輸入信號VL，自輸出端子124輸出接通時間信號VR，自輸出端子126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，自Q端子輸出信號VQ。驅動電路110自第二輸出端子輸出信號VL。
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，由於Vout=Vcref×R2×K，故而藉由控制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(level)，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Lo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，故而可防止因輸出電壓Vout的雜訊(noise)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，本實施方式的DC/DC轉換器及接通計時電路並不限定於本實施方式中所說明的組合。即，圖2、圖5、圖10的DC/DC轉換器與圖2、圖6、圖7的接通計時電路不論以何種方式組合，均可獲得相同的效果。
另外，本實施方式的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，故而藉由 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，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、125‧‧‧輸入端子
161‧‧‧反向電流檢測電路
Q、R、S‧‧‧端子
VFB‧‧‧分壓電壓
VL、VQ、VS‧‧‧信號
VR‧‧‧接通時間信號
Vref‧‧‧基準電壓

Claims (5)

  1. 一種直流-直流轉換器，包括：比較器，輸出將兩種電壓加以比較所得的結果的信號，上述兩種電壓為將對應於上述直流-直流轉換器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；接通計時電路，輸入與輸入至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，輸入上述接通計時電路的接通時間信號與上述比較器的輸出信號；驅動電路，輸入上述正反器電路的輸出信號，而控制上述輸出電晶體；以及反向電流檢測電路，自輸出端子檢測輸出電流反向的徵兆，並將檢測信號輸出至上述驅動電路，其中上述直流-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，輸出將上述漣波成分平均化所得的電壓；計時電路，根據上述平均化電路輸出的電壓與上述控制信號而生成並輸出上述接通時間信號；邏輯電路，輸入上述控制信號；以及開關電路，輸入上述邏輯電路的輸出信號，於檢測出上述輸出電流反向的徵兆時，以維持上述漣波生成電路的輸出電壓的方式進行控制，且設置於上述漣波生成電路的輸出端子與接地端子 之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的直流-直流轉換器，其中上述輸出電晶體包括第一輸出電晶體與第二輸出電晶體，輸入至上述邏輯電路的控制信號包括與輸入至第一輸出電晶體的閘極的信號同步的第一控制信號，以及與輸入至第二輸出電晶體的閘極的信號同步的第二控制信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的直流-直流轉換器，其中輸入至上述邏輯電路的控制信號包括與輸入至上述輸出電晶體的閘極的信號同步的第一控制信號，以及與上述反向電流檢測電路輸出的檢測信號同步的第二控制信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的直流-直流轉換器，其中上述開關電路包括：定電壓電路，輸出規定的電壓；第一開關，由上述邏輯電路的輸出信號控制，上述第一開關的一個端子連接於上述定電壓電路，另一個端子連接於上述漣波生成電路的輸出端子；以及第二開關，由上述邏輯電路的輸出信號反相所得的信號控制，上述第二開關的一個端子連接於接地端子，另一個端子連接於上述漣波生成電路的輸出端子，且於自上述輸出端子檢測出輸出電流反向的徵兆時，上述第一開關接通而將上述漣波生成電路的輸出端子的電壓控制為上述規定的電壓。
  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 與輸入至上述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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