開關(guān)調(diào)節(jié)器以及其操作控制方法技術(shù)

具有電感器的非隔離類型開關(guān)調(diào)節(jié)器，包括：開關(guān)元件；整流元件；誤差放大電路部分，放大反饋電壓與第一參考電壓之間的電壓差并且作為誤差電壓輸出；第一電壓比較電路部分，對斜坡電壓與誤差電壓執(zhí)行電壓比較以及產(chǎn)生并輸出第一比較信號，該斜坡電壓執(zhí)行預(yù)先設(shè)置的電壓改變，該誤差電壓與開關(guān)元件的切換同步；第二電壓比較電路，對誤差電壓與第二參考電壓執(zhí)行電壓比較以及產(chǎn)生并輸出第二比較信號；振蕩電路部分，基于第二比較信號而開始振蕩以及產(chǎn)生并輸出時鐘信號；以及控制電路部分，基于時鐘信號以及第一比較信號而執(zhí)行開關(guān)元件的切換控制。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及起DC-DC轉(zhuǎn)換器作用的開關(guān)調(diào)節(jié)器，更具體地，涉及具有PWM(脈寬調(diào)制)控制模式以及VFM(變頻調(diào)制)控制模式以及基于例如輸出電流的狀態(tài)而切換控制模式的開關(guān)調(diào)節(jié)器。
技術(shù)介紹
近年來，考慮到環(huán)境問題要求電子裝置節(jié)能，并且在由電池驅(qū)動的電子裝置中節(jié)能的傾向變得尤其突出。通常，為了實(shí)現(xiàn)這樣的節(jié)能，降低電子裝置消耗的電功率、以及提高電源電路本身的效率以及抑制無用的電功率消耗是很重要的。使用電感器的非隔離開關(guān)調(diào)節(jié)器廣泛用作用于小電子裝置的高效率電源電路。開關(guān)調(diào)節(jié)器有兩種主要的控制模式。第一種是PWM(脈寬調(diào)制)控制模式，其中通過保持脈沖信號的頻率為常數(shù)以及改變脈沖信號的占空比改變開關(guān)晶體管的接通時間與斷開時間之比，以及控制平滑之后的輸出電壓的平均值為常數(shù)。第二種是VFM(變頻調(diào)制)控制模式，其中通過保持脈沖信號的脈沖持續(xù)時間為常數(shù)以及改變脈沖信號的頻率來改變開關(guān)晶體管的接通時間與預(yù)定周期之比，以及控制平滑之后的輸出電壓的平均值為常數(shù)。另外，有兩種VFM控制模式。第一種涉及連續(xù)地改變脈沖信號的頻率，而第二種涉及通過以PWM控制模式劃分開關(guān)調(diào)節(jié)器的時鐘脈沖信號來假性地改變脈沖信號的頻率。該VFM控制模式也描述為PFM(脈沖頻率調(diào)制)控制模式。開關(guān)調(diào)節(jié)器本身的電功率消耗與開關(guān)頻率成比例地增加。在PWM控制模式下，即使在輕負(fù)載的情況下，也以恒定的周期執(zhí)行開關(guān)晶體管的接通/斷開控制；因此降低輕負(fù)載情況下的效率。另一方面，在VFM控制模式下，開關(guān)晶體管的切換頻率基于負(fù)載電流而波動；因此，噪聲以及脈動(ripple)對裝置的影響增加，對于輕負(fù)載切換次數(shù)降低，且效率變得比PWM控制模式更好。因此，傳統(tǒng)地，存在通過基于負(fù)載條件而執(zhí)行PWM控制與VFM控制的切換來提高從輕負(fù)載的情況到重負(fù)載的情況的電源效率的開關(guān)調(diào)節(jié)器。然而，因為由開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲大大地影響外圍裝置，所以必須考慮這樣的噪聲。在開關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲分量中，開關(guān)晶體管的切換頻率的噪聲分量最大。在VFM控制模式下，頻率基于負(fù)載電流而波動；因此由開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲分量基于負(fù)載電流而波動。關(guān)于上述噪聲，需要考慮外圍裝置來使用開關(guān)調(diào)節(jié)器。另外，通常，在以VFM控制模式進(jìn)行控制的情況下，輸出電壓的脈動變得比以PWM控制模式進(jìn)行控制的情況下更大。即使在VFM控制模式下，VFM控制下的切換頻率的最大值也是不一致的；因此在電感器電流成為零之前接通開關(guān)調(diào)節(jié)器以及將能量供應(yīng)給電感器的情況下，存在輸出電壓的脈動進(jìn)一步變大的問題。圖8是說明執(zhí)行PWM控制以及VFM控制的切換的電流模式控制開關(guān)調(diào)節(jié)器的傳統(tǒng)示例的電路圖。在圖8中，當(dāng)存儲在輸出電容器Co中的電荷向連接到輸出端子OUT的負(fù)載120放電時，輸出電壓Vout逐步下降，而誤差電壓opout上升。當(dāng)誤差電壓opout超過第二參考電壓Vr2時，使能信號OSCEN(其是比較器108的輸出信號)反相以及使能信號OSCEN成為高狀態(tài)。當(dāng)使能信號OSCEN成為高狀態(tài)時，振蕩電路109立即產(chǎn)生一個高狀態(tài)脈沖以及作為時鐘信號CLK輸出。由時鐘信號CLK置位RS觸發(fā)器電路105，且輸出Q成為高狀態(tài)。然后，控制電路106將每個控制信號PHS以及NLS設(shè)置為低狀態(tài)，接通開關(guān)晶體管M101以及斷開同步整流晶體管M102。當(dāng)接通開關(guān)晶體管M101時，輸入電壓Vin施加到電感器L101，因此電感器電流iL流過電感器L101。電感器電流iL關(guān)于時間的增加率與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差成比例。當(dāng)電感器電流iL超過輸出電流iout時，輸出電壓Vout上升以便充電輸出電容器Co，而誤差電壓opout下降。當(dāng)誤差電壓opout下降到小于第二參考電壓Vr2時，來自比較器108的使能信號OCSEN返回到高狀態(tài)。因此，振蕩電路109只輸出作為時鐘信號CLK的一個脈沖，以及停止振蕩操作。由電感器電流/電壓轉(zhuǎn)換器電路110將電感器電流iL轉(zhuǎn)換為電感器電壓Vsen并且將其輸出。在加法電路112中，將從傾斜電壓產(chǎn)生電路111輸出的補(bǔ)償傾斜電壓Vslp與電感器電壓Vsen相加，然后成為斜坡電壓Vc，以及將斜坡電壓Vc輸入到比較器104的非反相輸入端。斜坡電壓Vc隨著時間的過去升高，以及當(dāng)斜坡電壓Vc超過誤差電壓opout時，比較器104的輸出信號PWMOUT反相，且成為高狀態(tài)。當(dāng)輸出信號PWMOUT成為高狀態(tài)時，復(fù)位RS觸發(fā)器電路105，且輸出Q成為低狀態(tài)，以及控制電路106將每個控制信號PHS以及NLS設(shè)置為高狀態(tài)。因此，斷開開關(guān)晶體管M101以及接通同步整流晶體管M102。當(dāng)斷開開關(guān)晶體管M101時，由于電感器L101的反電動勢的影響，連接點(diǎn)LX的電壓VLX成為負(fù)電壓。因此，電感器電壓Vsen(其是電感器電流/電壓轉(zhuǎn)換器電路110的輸出電壓)下降到地電壓GND，同時，傾斜電壓產(chǎn)生電路111停止操作，以及補(bǔ)償傾斜電壓Vslp下降為地電壓GND。結(jié)果，斜坡電壓Vc下降為地電壓GND，而比較器104的輸出信號PWMOUT立即返回到低狀態(tài)。當(dāng)電感器電流iL的電流值下降到小于或等于輸出電流iout時，輸出電壓Vout開始下降，而當(dāng)輸出電壓Vout下降時，誤差電壓opout上升。當(dāng)誤差電壓opout超過第二參考電壓Vr2時，處理返回到上述解釋的開始以及執(zhí)行上述相同的操作，然后重復(fù)上述操作。在VFM控制模式下，輸出電流iout越小，則輸出電壓Vout下降所花費(fèi)的時間越長；因此開關(guān)晶體管M101為接通的持續(xù)時間變長，即，切換頻率變低。另外，輸出電流iout越小，則輸出電壓Vout上升越快；因此誤差電壓opout的下降速度變快，開關(guān)晶體管M101為接通的持續(xù)時間變短。當(dāng)輸出電流iout增加以及切換頻率變高并且誤差電壓opout變得總是等于或者大于第二參考電壓Vr2時，VFM控制模式自動切換到PWM控制模式。在PWM控制模式下，誤差電壓opout變得總是等于或者大于第二參考電壓Vr2；因此使能信號OSCEN(其是比較器108的輸出信號)成為高狀態(tài)。然后，振蕩電路109以預(yù)定頻率執(zhí)行振蕩以及產(chǎn)生并且輸出時鐘信號CLK。當(dāng)時鐘信號CLK成為高狀態(tài)時，置位RS觸發(fā)器電路105，且輸出Q成為高狀態(tài)。然后，接通開關(guān)晶體管M101以及斷開同步整流晶體管M102，且電感器電流iL流過。在電感器電流/電壓轉(zhuǎn)換器電路110中，將電感器電流iL轉(zhuǎn)換為電感器電壓Vsen，以及添加補(bǔ)償傾斜電壓Vslp，產(chǎn)生斜坡電壓本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2009.04.27 JP 2009-1080011.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，具有電感器且是非隔離類型，
所述開關(guān)調(diào)節(jié)器將輸入到輸入端子的輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定恒定電壓，并
作為輸出電壓從輸出端子輸出，并且自動執(zhí)行PWM控制與VFM控制的切換，
所述開關(guān)調(diào)節(jié)器包括：
開關(guān)元件，基于輸入到控制電極的控制信號以及由所述輸入電壓對所述
電感器的充電而執(zhí)行切換；
整流元件，當(dāng)斷開所述開關(guān)元件以及停止對所述電感器的充電時，執(zhí)行
所述電感器的放電；
誤差放大電路部分，放大與所述輸出電壓成比例的反饋電壓與預(yù)定第一
參考電壓之間的電壓差并且作為誤差電壓輸出；
第一電壓比較電路部分，對斜坡電壓與誤差電壓執(zhí)行電壓比較并且產(chǎn)生
并輸出指示比較結(jié)果的第一比較信號，所述斜坡電壓執(zhí)行預(yù)先設(shè)置的電壓改
變，所述誤差電壓與所述開關(guān)元件的切換同步；
第二電壓比較電路，對所述誤差電壓與預(yù)定第二參考電壓執(zhí)行電壓比較
并且產(chǎn)生并輸出指示比較結(jié)果的第二比較信號；
振蕩電路部分，基于所述第二比較信號而開始振蕩操作，并且產(chǎn)生并輸
出預(yù)定頻率的時鐘信號；以及
控制電路部分，基于所述時鐘信號和所述第一比較信號而執(zhí)行所述開關(guān)
元件的切換控制，
其中，所述振蕩電路部分基于所述第二比較信號而開始振蕩操作，并且
當(dāng)產(chǎn)生的時鐘信號成為與接通所述開關(guān)元件并執(zhí)行對所述電感器的充電的狀
態(tài)相反的狀態(tài)時，基于所述第二比較信號而停止振蕩操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，當(dāng)輸入指示所述誤差電壓
等于或者大于所述第二參考電壓的第二比較信號時，所述振蕩電路部分開始
振蕩操作，以及在正好在開始振蕩操作之后產(chǎn)生的時鐘信號的脈沖成為與接
通所述開關(guān)元件以及執(zhí)行對所述電感器的充電的狀態(tài)相反的狀態(tài)時的第二比
較信號指示所述誤差電壓小于所述第二參考電壓的情況下，停止振蕩操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，所述振蕩電路部分包括：
振蕩電路，執(zhí)行振蕩操作并且產(chǎn)生并輸出時鐘信號；以及
振蕩控制電路，基于所述第二比較信號而控制所述振蕩電路的振蕩操作，
以及當(dāng)輸入指示所述誤差電壓等于或者大于所述第二參考電壓的第二比
較信號時，所述振蕩控制電路控制所述振蕩電路開始振蕩操作，以及在當(dāng)正
好在開始振蕩操作之后產(chǎn)生的時鐘信號的脈沖成為與接通所述開關(guān)元件以及
執(zhí)行對所述電感器的充電的狀態(tài)相反的狀態(tài)時的第二比較信號指示所述誤差
電壓小于所述第二參考電壓的情況下，控制所述振蕩電路停止振蕩操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，所述第一
電壓比較電路部分將具有預(yù)先設(shè)置的電壓對時間的斜率的傾斜電壓與基于流
過所述電感器的電感器電流的電壓相加，并產(chǎn)生斜坡電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，所述第一電壓比較電路部
分包括：
電感器電流/電壓轉(zhuǎn)換器電路，檢測流過所述電感器的電感器電流并將檢
測到的電感器電流轉(zhuǎn)換為電壓并輸出所述電壓；
傾斜電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生并輸出具有預(yù)先設(shè)置的電壓對時間的斜率的傾
斜電壓；
加法電路，將來自所述電感器電流/電壓轉(zhuǎn)換器電路的輸出電壓與來自所
述傾斜電壓產(chǎn)生電路的傾斜電壓相加，并且產(chǎn)生并輸出斜坡電壓；以及
第一電壓比較電路，對所述斜坡電壓與所述誤差電壓執(zhí)行電壓比較，并
且產(chǎn)生并輸出指示比較結(jié)果的第一比較信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，所述第一
電壓比較電路部分產(chǎn)生以與時鐘信號相同的頻率重復(fù)電壓的升高和下降的斜
坡電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：道下雄介，清水伸也，
申請(專利權(quán))人：株式會社理光，
類型：發(fā)明
國別省市：