專利名稱：開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路和開關(guān)穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路和一種使用該電路的開關(guān)穩(wěn)壓器，更具體地涉及一種進行升壓操作的同步整流器電路。
2、背景技術(shù)圖4顯示的是一種傳統(tǒng)升壓/降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的電路圖。
比較器12對電壓Vd與斬波電壓進行比較，然后輸出PWM驅(qū)動信號。誤差放大器11輸出電壓Vd，誤差放大器11具有一個反相輸入端子，電壓通過該端子輸入。斬波振蕩器電路10輸出斬波電壓，斬波振蕩器電路10具有一個非反相輸入端子，斬波電壓通過該端子輸入。比較器12的輸出信號作為降壓驅(qū)動信號通過緩沖器21提供給降壓開關(guān)電路24。
比較器14的一個非反相輸入端子輸入電壓Vu，Vu是將誤差放大器11的輸出電壓Vd的電平偏移Vos而得到的。將Vos設(shè)定為與斬波電壓的幅值相等，這樣當(dāng)誤差放大器11的輸出電壓Vd大于斬波電壓的上限電壓時，電壓Vu落入斬波電壓的幅值范圍內(nèi)。比較器14的一個反相輸入端子輸入斬波電壓，斬波電壓與電壓Vu進行比較來輸出一個信號。比較器14的輸出信號作為升壓驅(qū)動信號通過緩沖器23提供給升壓開關(guān)電路25。
比較器13的一個非反相輸入端子輸入電壓Vs，通過將誤差放大器11的輸出電壓Vd的電平偏移Vdt得到電壓Vs。比較器13的一個反相輸入端子輸入斬波電壓，斬波電壓與電壓Vs比較，然后輸出一個信號。比較器13的輸出信號作為一個同步整流驅(qū)動信號通過緩沖器22提供給同步整流開關(guān)電路26。
Vdt的值被設(shè)定為略小于Vos。這樣，Vs和Vu基于地電位的幅值關(guān)系滿足Vs＞Vu，包括斬波電壓在內(nèi)的電壓關(guān)系如圖5所示。在這個實施例中，由于電壓Vs與電壓Vu的關(guān)系，升壓驅(qū)動信號與同步整流驅(qū)動信號的占空比不同。
相應(yīng)地，升壓驅(qū)動信號被提供給升壓開關(guān)電路25，升壓開關(guān)電路25響應(yīng)于高電平而被接通；而同步整流驅(qū)動信號提供給同步整流開關(guān)電路26，同步整流開關(guān)電路26響應(yīng)于低電平而被接通，這樣就存在一個時間Toff-off，在該時間內(nèi)，升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26同時關(guān)斷。
上面的時間Toff-off防止由于同時接通升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26而使輸出端子和地之間形成短路。這種技術(shù)對于具有同步整流的開關(guān)穩(wěn)壓器是必不可少的(例如，參考JP 2003-180072 A)。
并且，在具有同步整流的開關(guān)穩(wěn)壓器中，當(dāng)輸出電壓降低并且電壓Vs和電壓Vu等于或者大于斬波電壓的最大值Vclk(max)時，必須防止升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26始終接通。
在這個實施例中，比較器13和比較器14都有兩個非反相輸入端子，并且將這兩個非反相輸入端子中輸入較低電壓的那一個設(shè)定為起作用，而將輸入較高電壓的另一個端子設(shè)置為不起作用。利用這一特征，將略小于Vclk(max)的電壓Vmax1加到比較器13和14的另一個非反相輸入端子。利用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)Vu和Vs大于Vmax1時，與斬波電壓比較得到Vmax1。因此，即使在供電電壓降低的情況下，也可輸出一個占空比不變的PWM驅(qū)動信號，該信號能防止升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26始終接通。在下文中，這種狀態(tài)被稱為“最大占空比控制態(tài)”。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如圖5所示，當(dāng)Vu和Vs大于Vmax1時，比較器13和14的輸出信號具有不變的占空比，該占空比由斬波電壓和Vmax1確定。從而，比較器13和14的輸出信號具有完全相同的占空比，也就是說時間Toff-off變?yōu)?，因此使開關(guān)效率顯著降低。
考慮到上面的各種情況，提出了本發(fā)明。因此本發(fā)明的一個目的就是確保在升壓開關(guān)電路和同步整流開關(guān)電路進行開關(guān)控制時有一個時間Toff-off，從而防止開關(guān)效率顯著降低。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，在該電路中，通過在第二參考電壓Vmax1上增加一個電壓Vos-Vdt而得到的第三參考電壓Vmax2被施加到比較器13的一個正向輸入端子，這樣比較器13通過使用Vmax2來控制升壓開關(guān)電路的開關(guān)操作，而比較器14通過使用Vmax1來控制同步整流開關(guān)電路的開關(guān)操作。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路中，即使在最大占空比控制態(tài)，也能夠完全確保在升壓開關(guān)控制和同步整流開關(guān)電路進行開關(guān)控制時的時間Toff-off，從而有可能防止開關(guān)效率發(fā)生顯著的惡化。


在附圖中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的時序圖；圖4顯示了傳統(tǒng)開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是傳統(tǒng)開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的時序圖；圖6是一個曲線，其顯示了時間Toff-off和功率轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系。
具體實施例方式
圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路包括用于將輸出電壓的分壓與參考電壓Vref1比較來輸出電壓Vd的誤差放大器電路11；斬波振蕩器電路10；Vdt產(chǎn)生器電路15，其是第一恒壓源；Vos產(chǎn)生器電路17，其是第二恒壓源；Vmax1產(chǎn)生器電路17，其是第二參考電壓源；Vmax2產(chǎn)生器電路18，其是第三參考電壓源；比較器12、13、14，這些比較器用于將這些電路輸出的電壓進行相互比較。比較器12和14各自的輸入端子輸入與傳統(tǒng)開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路中的信號相同的信號，而比較器13的另一個非反相輸入端子輸入電壓Vmax2，Vmax2由Vmax2產(chǎn)生器電路輸出。
在上述開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路中，Vmax2產(chǎn)生器電路產(chǎn)生的電壓比Vmax1產(chǎn)生器電路的輸出電壓Vmax1高Vos-Vdt。利用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)Vu大于Vmax1時，可以進行控制，使Vs大于Vmax2。
因此，如圖3所示，即使在電壓Vs和電壓Vu等于或者大于斬波電壓的最大值Vclk(max)時，升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26之間的關(guān)系也可以被控制，使得總是保證有一個時間Toff-off。
圖2顯示的是根據(jù)本發(fā)明開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路圖。圖2詳細地示出了圖1中用方塊圖顯示的Vdt產(chǎn)生器電路15、Vos產(chǎn)生器電路16以及Vmax2產(chǎn)生器電路18的實施例。
在Vdt產(chǎn)生器電路15中，由可變電阻器VR1決定的恒定電流I1作為一個在電阻器R1中流過電流鏡電路的恒定電流傳送。在Vos產(chǎn)生器電路16中，由可變電阻器VR2決定的恒定電流I2作為一個在電阻器R2中流過電流鏡電路的恒定電流傳送。電阻器R1和R2是與誤差放大器11的輸出端相連的固定電阻器，并且它們的電阻相同。所以，電阻器R1和R2兩端的電壓差由恒定電流I1和I2決定。這樣，可以從電阻器R1和誤差放大器11的輸出Vd來得到電平偏移了某一恒定值的信號Vs和Vu。Vos-Vdt表示恒定電流I1和恒定電流I2之間的電流差。因此，通過使用由晶體管M10和M11、M20和M21構(gòu)成的電流鏡電路可以對恒定電流I1和恒定電流I2進行拷貝。并且，晶體管M11和M21是串連的。作為恒定電流元件工作的晶體管M30和M11并聯(lián)設(shè)置，它們的柵極和漏極相連。利用這樣的結(jié)構(gòu)，電流I3(等于I1-I2)流入晶體管M30中，其大小等于恒定電流I1和恒定電流I2之間的電流差。電流I3能夠流入電阻器R5中，電阻器R5等于電阻器R1和R2，這樣就有可能得到一個等于Vos-Vdt的電壓差。
因為輸出電壓Vmax1是通過由電阻器對參考電壓分壓得到的，所以需要通過一個電壓跟隨器49來進行阻抗變換。
將這樣得到的輸出電壓Vmax2輸入比較器13的另一個非反相輸入端子，因此確保在對升壓開關(guān)電路25和同步整流開關(guān)電路26進行開關(guān)控制時，即便是在最大占空比控制態(tài)仍能保證時間Toff-off。
圖6顯示的是時間Toff-off與功率轉(zhuǎn)換效率之間的曲線圖。設(shè)置電壓Vos-Vdt以提高時間Toff-off一功率轉(zhuǎn)換效率，因此使開關(guān)穩(wěn)壓器有可能得到穩(wěn)定的升壓操作。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，包括第一參考電壓產(chǎn)生器電路；第二參考電壓產(chǎn)生器電路；第三參考電壓產(chǎn)生器電路；對開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電壓進行分壓的分壓電阻器；斬波產(chǎn)生器電路；誤差放大器，用于輸入第一參考電壓產(chǎn)生器電路產(chǎn)生的電壓以及分壓電阻器分壓得到的電壓；第一比較器，用于輸入一個通過將誤差放大器的輸出電壓降低第一恒壓源的電壓、第三參考電壓產(chǎn)生器電路的電壓以及斬波產(chǎn)生器電路的電壓而得到的電壓；第二比較器，用于輸入一個通過將誤差放大器的輸出電壓降低第二恒壓源的電壓、第二參考電壓產(chǎn)生器的電壓以及斬波產(chǎn)生器電路的電壓而得到的電壓；同步整流開關(guān)電路，該電路基于第一比較器的輸出而被控制；和升壓開關(guān)電路，該電路基于第二比較器的輸出而被控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其中第二參考電壓產(chǎn)生器電路的電壓和第三參考電壓產(chǎn)生器電路的電壓比斬波產(chǎn)生器電路的最大電壓低，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓降低時，升壓開關(guān)電路和同步整流開關(guān)電路中的一個總是關(guān)斷的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其中第三參考電壓產(chǎn)生器電路的電壓是通過將第一恒壓源的電壓和第二恒壓源的電壓之間的電壓差加在第二參考電壓產(chǎn)生器電路的電壓上而得到的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其中設(shè)置了一個時間段，在該時間段內(nèi)，同步整流開關(guān)電路和升壓開關(guān)電路同時關(guān)斷。
5.一種開關(guān)穩(wěn)壓器，該開關(guān)穩(wěn)壓器包括根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路。
6.一種開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，用于對同步整流開關(guān)電路和升壓開關(guān)電路交替進行開/關(guān)控制，來輸出期望的電壓，該控制電路包括第一比較器，即使當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓降低時，第一比較器也能對同步整流開關(guān)電路進行控制總是使同步整流開關(guān)電路和升壓開關(guān)電路中的一個關(guān)斷；第二比較器，用于對升壓開關(guān)電路進行控制，分別在第一比較器和第二比較器中設(shè)置限幅參考電壓，其中，為了提供一個同步整流開關(guān)電路和升壓開關(guān)電路同時關(guān)斷的時間周期，在第一比較器和第二比較器的限幅參考電壓之間產(chǎn)生一個差值。
7.一種開關(guān)穩(wěn)壓器，包括根據(jù)權(quán)利要求6的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路。
全文摘要
在開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的最大占空比控制態(tài)中，確保一個時間段，在該時間段內(nèi)，升壓開關(guān)電路和同步整流開關(guān)電路中的任意一個總是關(guān)斷的，從而防止開關(guān)效率發(fā)生顯著惡化。在最大占空比控制態(tài)中，在輸入到控制升壓開關(guān)電路操作的比較器的限幅電壓和輸入到控制同步整流開關(guān)電路開關(guān)操作的比較器的限幅電壓之間設(shè)置一個電壓差，從而保證一個時間段，在該時間段中，升壓開關(guān)電路和同步整流開關(guān)電路中的任意一個總是關(guān)斷的。
文檔編號G05F1/10GK1819423SQ20061005990
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者出口充康 申請人:精工電子有限公司