專利名稱：開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源電路。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子設(shè)備的小型化，作為這些電子設(shè)備的電源，通常使用二次電池或干電池。由于二次電池或干電池的電壓隨著其放電時(shí)間(使用時(shí)間)而變化，因此一般在電子設(shè)備中內(nèi)置電源電路，必須穩(wěn)定電壓。另外，為了得到長時(shí)間動(dòng)作，近年來越來越強(qiáng)列要求對(duì)以較低的二次電池或干電池的電壓動(dòng)作。
在專利第3138218號(hào)公報(bào)中揭示滿足這樣需求的現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路。使用圖3說明該現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路。
圖3的輸入電源102是二次電池或干電池。在圖3中，輸入電源102以外的構(gòu)成單元構(gòu)成現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路。以下說明現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路的各個(gè)構(gòu)成單元的連接。
現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路的輸入端111連接在是電池時(shí)的輸入電源102的一端，外加輸入電壓Vin。輸入電源102的另一端連接在接地點(diǎn)。在輸入端111與接地點(diǎn)之間串聯(lián)連接扼流圈107和NPN晶體管311(開關(guān)NPN功率晶體管)。
在扼流圈107與NPN晶體管311的連接點(diǎn)J31上連接著二極管312的陽極。二極管312的陰極連接著輸出端112。
輸入濾波電容103的一端連接在輸入端111與扼流圈107之間的連接點(diǎn)J32上，另一端連接在接地點(diǎn)上。輸出電容106的一端連接在二極管312與輸出端112之間的連接點(diǎn)J33上，另一端連接在接地點(diǎn)上。
二極管314的陽極連接在二極管312的陰極與輸出端112之間的連接點(diǎn)J34上。二極管314的陰極連接在電阻316的一端。電阻316的另一端連接在接地點(diǎn)上。
PNP晶體管315的發(fā)射極連接在上述輸入端111上，基極連接在二極管314與電阻316的連接點(diǎn)J35上，集電極連接電源控制電路101的電源端Vcc。PNP晶體管315成為從輸入端111向電源控制電路101的電源端Vcc供電的途徑。
二極管313的陽極連接輸出端112，陰極連接電源控制電路101的電源端Vcc二極管313成為從輸出端112向電源控制電路101的電源端Vcc供電的途徑。
在電源控制電路101的電源端Vcc上一起連接著二極管313的陰極和PNP晶體管315的集電極，進(jìn)行供電。在電源控制電路101的控制端VB上連接著NPN晶體管311的基極，控制NPN晶體管311的開關(guān)動(dòng)作。
輸出端112輸出輸出電壓Vout。該輸出電壓Vout反饋給電源控制電路101的負(fù)反饋端(FB端)。
接著說明如上構(gòu)成的現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路的動(dòng)作。首先，說明升壓動(dòng)作開始時(shí)(開關(guān)動(dòng)作開始時(shí))的動(dòng)作。若從輸入電源102向輸入端111外加輸入電壓Vin，則PNP晶體管315導(dǎo)通，輸入電壓Vin通過PNP晶體管315施加到電源控制電路101的電源端Vcc。
由于PNP晶體管315的導(dǎo)通狀態(tài)的集電極·發(fā)射極之間電壓非常小，與輸入電壓Vin大致相等值的電壓外加在電源端Vcc上。例如，若電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓V0為3.0V，PNP晶體管315的集電極·發(fā)射極之間的飽和電壓Vce為50mV，則如果輸入電源102輸出3.05V的輸入電壓Vin，電源控制電路101就開始動(dòng)作。
若電源控制電路101開始動(dòng)作，則通過來自電源控制電路101的控制端VB的驅(qū)動(dòng)信號(hào)NPN晶體管311進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。通過導(dǎo)通NPN晶體管311NPN晶體管311向扼流圈107供電積累能量。整流用的二極管312根據(jù)該積累的能量，在該電流截止時(shí)，整流產(chǎn)生在連接點(diǎn)J31的反電動(dòng)勢。由該反電動(dòng)勢產(chǎn)生的電流通過整流二極管312流入輸出電容106。由于輸出電容106以此來充電，因此輸出端112的輸出電壓Vout上升。
輸出電壓Vout反饋給電源控制電路101的FB端。電源控制電路101根基輸入到FB端的輸出電壓Vout，控制NPN晶體管311的開關(guān)動(dòng)作使得輸出電壓Vout為恒定電壓。這樣，輸出電壓Vout被負(fù)反饋控制，成為恒定電壓。
在圖3所示的升壓型開關(guān)電源電路中，輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin。二極管314在輸出端112的電位高于輸入端111的電位時(shí)導(dǎo)通，使PNP晶體管315的基極電位(連接點(diǎn)J35的電位)上升，截止PNP晶體管315。這樣若輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin，則PNP晶體管315截止，在電源控制電路101的電源端Vcc上，經(jīng)二極管313的順向二極管電壓供給輸出電壓Vout。
接著說明升壓動(dòng)作停止時(shí)(準(zhǔn)備時(shí))的動(dòng)作。當(dāng)升壓動(dòng)作停止時(shí)，電源控制電路101從控制端VB輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，NPN晶體管311利用該驅(qū)動(dòng)信號(hào)來停止開關(guān)動(dòng)作，保持在截止?fàn)顟B(tài)。
因電源控制電路101的耗電而放電使得輸出電壓Vout不斷下降。若從升壓動(dòng)作停止開始經(jīng)過足夠的時(shí)間，則輸出電壓Vout滿足下式(1)。這里，Vf312為整流二極管312的順向二極管電壓。
Vout＝Vin-Vf312(1)如果在該狀態(tài)下不存在二極管314、PNP晶體管315、電阻316等3個(gè)元件，外加在電源控制電路101的電源端Vcc的電壓V101就滿足下式(2)。這里，Vf313為二極管313的順向二極管電壓。
V101＝Vin-Vf312-Vf313(2)設(shè)電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓為V0，則從輸入電源102看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs滿足下式(3)。
Vs＝V0+Vf312+Vf313(3)從輸入電源102看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs為大于電源控制電路101的實(shí)際動(dòng)作開始下限電壓V0約1.2V～1.4V(二極管312和二極管313的順向二極管電壓Vf312和Vf313的電壓值)的電壓。
現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路利用具有二極管314、PNP晶體管315、電阻316的元件，因此用較低的動(dòng)作開始下限電壓Vs就能電源控制電路動(dòng)作。以下進(jìn)行詳細(xì)說明。
升壓動(dòng)作停止時(shí)，如式(1)所示，輸出電壓Vout小于輸入電壓Vin。從PNP晶體管315的發(fā)射極通過基極、電阻316流入電流。PNP晶體管315的基極電壓Vb315滿足下式(4)。式(4)的Vbe315為PNP晶體管315的基極·發(fā)射極之間電壓。
Vb315＝Vin-Vbe315(4)由于式(4)的PNP晶體管315的基極電壓(連接點(diǎn)J35的電壓)大于式(1)的輸出電壓Vout，因此二極管314處于截止?fàn)顟B(tài)。PNP晶體管315完全導(dǎo)通，處于飽和狀態(tài)。由于PNP晶體管315為飽和，因此在電源控制電路101的電源端Vcc外加的電壓V101滿足下式(5)。式(5)的Vce315為PNP晶體管315的基極·發(fā)射極之間的飽和電壓。
V101＝Vin-Vce315(5)PNP晶體管315的基極·發(fā)射極之間的飽和電壓Vce315遠(yuǎn)小于二極管312和313的順向二極管電壓Vf312和Vf313。式(5)的電壓V101與式(2)的電壓V101相比，約大于2Vf＝1.2V～1.4V。
設(shè)電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓為V0，則從輸入電源102看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs滿足下式(6)。
Vs＝V0+Vce315(6)由于飽和電壓Vce315較小，從輸入電源102看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs為與電源控制電路101的實(shí)際動(dòng)作開始下限電壓V0大致相等或稍微大的值。在以二次電池或干電池進(jìn)行動(dòng)作的電子設(shè)備的情況下，式(3)與式(6)的電壓之差非常大。
這樣，現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路能夠降低動(dòng)作開始下限電壓，能將輸入電源102輸出的輸入電壓Vin取低的值。例如，在電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓V0為3V的情況下，將具有3.3V的輸出電壓的串聯(lián)連接的兩節(jié)干電池作為輸入電源，能夠起動(dòng)現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路。
在輸入電源102為干電池的情況下，由于從輸出電容106向輸入電源102流入的倒流，使干電池惡化，縮短其使用壽命，因此必須盡量避免倒流。
在輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout的情況下，現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路使形成向電源控制電路101供電的途徑的PNP晶體管315動(dòng)作。在輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin的情況下，現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路使形成向電源控制電路101供電的途徑的二極管313動(dòng)作。由于現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路將PNP晶體管315和二極管313互補(bǔ)地進(jìn)行導(dǎo)通截止動(dòng)作，因此不會(huì)產(chǎn)生從輸出電容106朝著輸入電源102流過的倒流。
近年來，手機(jī)、DSC(Digital Still Camera)等的電子設(shè)備的低功耗發(fā)展得越來越快，開關(guān)電源電路的電能轉(zhuǎn)換效率成為非常重要的因素(factor)。
日本國專利第3138218號(hào)公報(bào)揭示的現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路由于存在NPN晶體管311的開關(guān)時(shí)的基極電流(開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)電流)的損耗和整流二極管312的順向二極管電壓Vf312產(chǎn)生的電耗(整流時(shí)的電耗)，因此在電能轉(zhuǎn)換效率這一點(diǎn)上是不利的。
因此現(xiàn)在，取代NPN晶體管311和整流二極管312，使用MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field-Effect Transistor)開關(guān)元件和MOSFET同步整流的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路成為主流。
使用圖4來說明現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路。圖4是現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)的示意圖?，F(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路具有連接在是電池時(shí)的輸入電源102的一端的輸入端111；一端連接在輸入端111與扼流圈107之間，另一端連接接地點(diǎn)的輸入濾波電容103；串聯(lián)連接在輸入端111與接地點(diǎn)之間的扼流圈107和N溝道MOSFET104；漏極連接在扼流圈107與N溝道MOSFET104的連接點(diǎn)J41上的P溝道MOSFET105；連接在P溝道MOSFET105的源極的輸出端112；電源端Vcc連接在輸出端112、控制端VG1連接在N溝道MOSFET104、控制端VG2連接在P溝道MOSFET105的電源控制電路101；以及一端連接在P溝道MOSFET105與輸出端112之間的連接點(diǎn)J43、另一端連接接地點(diǎn)的輸出電容106。在圖4中，具有與圖3相同的結(jié)構(gòu)的單元標(biāo)上相同的標(biāo)號(hào)。
在現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路中，存在因由同步整流用的P溝道MOSFET105上的[導(dǎo)通電阻×電流]決定的電壓降而引起的電耗(整流時(shí)的電耗)。
在P溝道MOSFET105的電壓降遠(yuǎn)小于圖3的整流二極管312的順向二極管電壓。因P溝道MOSFET105的整流動(dòng)作產(chǎn)生的電耗小于整流二極管312產(chǎn)生的電耗。所以，現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路相對(duì)于現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路提高了電能轉(zhuǎn)換效率。
接著說明現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路的升壓動(dòng)作開始時(shí)(開關(guān)動(dòng)作開始時(shí))的動(dòng)作。若從輸入電源102向輸入端111外加輸入電壓Vin，則通過P溝道MOSFET105的寄生二極管流過電流。這時(shí)的輸出電壓Vout能用下式來表示。在下式中，Vd為P溝道MOSFET105的寄生二極管的順向二極管電壓。Vd約為0.7V。
Vout＝Vin-Vd若輸出電壓Vout達(dá)到電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓V0(V0＝Vin-Vd)，則由于電源控制電路101產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，N溝道MOSFET104和P溝道MODFET105進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。于是，輸出電壓Vout上升到規(guī)定電壓。由于P溝道MOSFET105的寄生二極管通過升壓的輸出電壓Vout加了反偏壓，若開關(guān)電源電路開始升壓動(dòng)作，則處于截止?fàn)顟B(tài)。
現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路，若輸入電壓Vin比電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓V0低于寄生二極管的順向二極管電壓Vd(約為0.7V)，就不動(dòng)作(Vin＝V0+Vd)。例如在電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓V0為3V的情況下，用具有3.3V輸出電壓的串聯(lián)連接的兩節(jié)干電池，現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路不起動(dòng)。
現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路能夠降低動(dòng)作開始下限電壓，但不能實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率。而現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路能實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率，但不能降低動(dòng)作開始下限電壓。
這里，考慮在能實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率的現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路上裝入能夠降低動(dòng)作開始下限電壓的現(xiàn)有例1的電路元件(二極管313、二極管314、PNP晶體管315、以及電阻316)。但是，若在現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路上裝入現(xiàn)有例1的電路元件(二極管313、二極管314、PNP晶體管315、以及電阻316)，則如下所述，電路不能正常動(dòng)作。
在現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路中，如在從輸出端112到電源控制電路101的電源端Vcc的途徑中插入二極管313。若升壓后的輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin，則向電源控制電路101的電源端Vcc供給的電壓成為[輸出電壓Vout-二極管313的電壓降Vf313]。
電源控制電路101輸出的同步整流MOSFET105的高電平的柵極電壓比MOSFET105的源極電壓低Vf313(約0.7V)，P溝道MOSFET105不變成OFF。電源控制電路101無法正常驅(qū)動(dòng)P溝道MOSFET105，P溝道MOSFET105保持導(dǎo)通。
若在現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路中組入現(xiàn)有例1的電路元件中的二極管314、PNP晶體管315、電阻316(短路二極管313的電路)，則如下所述，電路不正常動(dòng)作。
若升壓后的輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin，PNP晶體管315的集電極電壓變成Vout，PNP晶體管315的基極電壓為[輸出電壓Vout-二極管314的電壓降Vf314]。于是，PNP晶體管315的基極·集電極電壓Vbc約為0.7V，PNP晶體管315就一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。從PNP晶體管315的集電極朝著發(fā)射極的無用電流反向流入輸入電源102。特別是在輸入電源102為干電池等的一次電池的情況下，反向流入一次電池102的現(xiàn)象急速地縮短了一次電池102的使用壽命。
所以，在實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率的現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路上裝入能降低動(dòng)作開始下限電壓的現(xiàn)有例1的電路元件(二極管313、二極管314、PNP晶體管315、以及電阻316)，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率和低動(dòng)作開始下限電壓。過去，不存在高電能轉(zhuǎn)換效率和低動(dòng)作開始下限電壓這兩方面都能實(shí)現(xiàn)的開關(guān)電源電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能達(dá)到高電能轉(zhuǎn)換效率、且能實(shí)現(xiàn)低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路。
本發(fā)明的目的還在于提供一種能降低在向電源控制電路供給驅(qū)動(dòng)電壓用的方法中產(chǎn)生的電壓降的開關(guān)電源電路。
本發(fā)明的目的還在于提供一種能防止成為干電池惡化的原因的倒流的開關(guān)電源電路。
為了解決上述問題，本發(fā)明具有以下結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第一方面的開關(guān)電源電路具有輸入輸入電壓的輸入端；輸出輸出電壓的輸出端；串聯(lián)連接在上述輸入端與上述輸出端之間的、輸入上述輸入電壓并輸出上述輸出電壓的扼流圈和整流用器件；一端連接在上述扼流圈與上述整流用器件之間、另一端連接接地點(diǎn)的升壓用開關(guān)元件；將上述輸出電壓作為電源供應(yīng)源動(dòng)作，控制上述升壓用開關(guān)元件和上述整流用器件的電源控制電路；與上述扼流圈和上述整流用器件并聯(lián)的，連接在上述輸入端與上述輸出端之間的晶體管；以及差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器輸入上述輸入電壓或從上述輸入電壓導(dǎo)出的電壓即第1電壓和上述輸出電壓或從上述輸出電壓導(dǎo)出的電壓即第2電壓，在上述第1電壓大于上述第2電壓的情況下上述晶體管導(dǎo)通，在上述第1電壓小于上述第2電壓的情況下上述晶體管截止。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)能達(dá)到高電能轉(zhuǎn)換效率、且降低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)降低在向電源控制電路供給驅(qū)動(dòng)電壓用的方法中產(chǎn)生的電壓降的開關(guān)電源電路。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)防止成為干電池惡化的原因的倒流的開關(guān)電源電路。
在本發(fā)明的其它方面的上述開關(guān)電源電路中，上述晶體管是P溝道型MOSFET或PNP晶體管，上述差動(dòng)放大器的反相輸入端輸入上述第1電壓，其非反相輸入端輸入上述第2電壓，其輸出電壓加在上述P溝道型MOSFET的柵極或PNP晶體管的基極上。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)到高電能轉(zhuǎn)換效率、且降低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路。
在本發(fā)明的其它方面的上述開關(guān)電源電路中，在上述輸入電壓與上述輸出電壓為同一電壓的情況下，上述第2電壓大于第1電壓只有規(guī)定電壓或按規(guī)定比例。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源電路，只有在輸入電壓高出輸出電壓當(dāng)輸入電壓和輸出電壓為同一電壓時(shí)的第2電壓與第1電壓之差以上的狀態(tài)下，差動(dòng)放大器才導(dǎo)通晶體管。設(shè)定當(dāng)輸入電壓和輸出電壓為同一電壓時(shí)的第2電壓與第1電壓的差分電壓大于差動(dòng)放大器的反相輸入端與非反相輸入端之間的補(bǔ)償電壓的最大值(例如7mV)。由此，電流從輸出端朝著輸入端流過導(dǎo)通的晶體管，能夠防止電流向是輸入電源即干電池倒流。
最好，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓為同一電壓時(shí)的第2電壓與第1電壓的差分電壓高于差動(dòng)放大器的輸入補(bǔ)償電壓的最大值、且盡可能低地設(shè)定。至少設(shè)定低于二極管的導(dǎo)通電壓(約0.7V)。
在本發(fā)明的其它方面的上述開關(guān)電源電路中，上述整流用器件是柵極連接在上述電源控制電路、漏極連接在上述扼流圈、源極連接在上述輸出端的P溝道MOSFET。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源電路，能夠?qū)⒁蛲秸饔玫腜溝道MOSFET上的電壓降引起的電耗(整流時(shí)的電耗)降到非常小。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)能達(dá)到高電能轉(zhuǎn)換效率、且降低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路。
在本發(fā)明的其它方面的上述開關(guān)電源電路中，上述整流用器件是陽極連接在上述扼流圈、陰極連接在上述輸出端的二極管。
本發(fā)明的開關(guān)電源電路能夠降低動(dòng)作開始下限電壓。
發(fā)明的新穎的特點(diǎn)除了記載在附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)的之外沒有別的，但關(guān)于結(jié)構(gòu)和內(nèi)容這兩個(gè)方面，與其它的目的或特點(diǎn)一起，能與附圖一起配合理解從以下的詳細(xì)說明中，將會(huì)加深理解并作出評(píng)價(jià)。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是本發(fā)明開關(guān)電源電路的升壓動(dòng)作停止時(shí)的輸出電壓的時(shí)間變化的示意圖。
圖3是表示現(xiàn)有例1的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示現(xiàn)有例2的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下與附圖一起描述實(shí)施本發(fā)明用的具體表示最佳方式的實(shí)施方式。
實(shí)施方式1使用圖1和圖2來說明本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路。圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖1中，輸入電源102是二次電池或一次電池(例如干電池)等的電源。輸入電源102的一端連接接地點(diǎn)，另一端連接在本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路的輸入端111。
本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路具有連接在是電池時(shí)的輸入電源102的輸入端111；一端連接在輸入端111與P溝道MOSFET108之間的連接點(diǎn)J11，另一端連接接地點(diǎn)的輸入濾波電容103；一端連接在輸入端111與P溝道MOSFET108之間的連接點(diǎn)J12的扼流圈107；連接在扼流圈107的另一端與接地點(diǎn)之間的N溝道MOSFET104；漏極連接在扼流圈107與N溝道MOSFET104的連接點(diǎn)J13上的P溝道MOSFET105；連接在P溝道MOSFET105的源極的輸出端112；包含連接在輸入端111與輸出端112之間的P溝道MOSFET108，使得與扼流圈107和P溝道MOSFET105的串聯(lián)連接并聯(lián)的輸出電壓控制電路117；電源端Vcc連接在P溝道MOSFET108與輸出端112之間的連接點(diǎn)J14、控制端VG1連接在N溝道MOSFET104的柵極、控制端VG2連接在P溝道MOSFET105的柵極的電源控制電路101；以及一端連接在P溝道MOSFET105與輸出端112之間的連接點(diǎn)J15、另一端連接接地點(diǎn)的輸出電容106。
輸出電壓控制電路117具有連接在輸入端111與接地點(diǎn)之間的分壓電路114；連接在輸出端11與接地點(diǎn)之間的分壓電路113；一端連接在分壓電路113的兩個(gè)電阻的中間連接點(diǎn)的補(bǔ)償電壓源110；非反相輸入端連接補(bǔ)償電壓源110的另一端，反相輸入端連接分壓電路114的兩個(gè)電阻的中間連接點(diǎn)的差動(dòng)放大器109；以及柵極連接在差動(dòng)放大器109的輸出端，漏極連接在輸入端111，源極連接在輸出端112的P溝道MOSFET108。在圖1(實(shí)施方式)中，具有與圖3(現(xiàn)有例1)和圖4(現(xiàn)有例2)相對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的單元標(biāo)上相同的標(biāo)號(hào)。
接著說明構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施方式的開關(guān)電源電路的各個(gè)構(gòu)成單元。輸入端111輸入輸入電源102輸出的輸入電壓Vin。輸入電壓Vin由輸入濾波電容103進(jìn)行濾波，外加在扼流圈107和P溝道MOSFET108上。
在實(shí)施方式中，將從輸入電源102輸入到輸入端111，通過輸入濾波電容103進(jìn)行濾波，外加在扼流圈107和P溝道MOSFET108的漏極的電壓稱為[輸入電壓Vin]。將從P溝道MOSFET105的源極和P溝道MOSFET108的源極輸出的，通過輸出電容106進(jìn)行濾波的，從輸出端112輸出的電壓稱為[輸出電壓Vout]。
電源控制電路101驅(qū)動(dòng)外加在電源端Vcc上的輸出電壓Vout，從控制端VG1和控制端VG2輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制N溝道MOSFET104和P溝道MOSFET105的開關(guān)動(dòng)作。
N溝道MOSFET104的柵極連接在電源控制電路101的控制端VG1上，源極連接在扼流圈107與P溝道MOSFET105之間的連接點(diǎn)J13上，漏極連接在接地點(diǎn)上。N溝道MOSFET104根據(jù)電源控制電路101的控制端VG1輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行導(dǎo)通截止扼流圈107的通電的開關(guān)動(dòng)作。
連接在輸入端111上的扼流圈107根據(jù)N溝道MOSFET104的開關(guān)動(dòng)作，反復(fù)進(jìn)行輸入輸入電壓Vin并積累能量的動(dòng)作，及釋放積累的能量的動(dòng)作。
P溝道MOSFET105的柵極連接在電源控制電路101的控制端VG2上，源極連接在輸出電容106與輸出端112的連接點(diǎn)J15上，漏極連接在與扼流圈107的連接點(diǎn)J13上。P溝道MOSFET105根據(jù)積累在扼流圈107的能量，將截止該電流時(shí)產(chǎn)生在連接點(diǎn)J13的反電動(dòng)勢進(jìn)行整流，傳輸?shù)捷敵鲭娙?06。
向輸出電容106傳輸積累在扼流圈107的能量產(chǎn)生的電壓(反電動(dòng)勢)和輸入電壓Vin。輸出電容106對(duì)該傳輸?shù)碾妷哼M(jìn)行濾波，輸出到輸出端112。輸出端112輸出相對(duì)于輸入電壓Vin升壓的輸出電壓Vout。電源控制電路101的負(fù)反饋端(FB端)連接輸出端112輸入輸出電壓Vout，進(jìn)行負(fù)反饋控制使得輸出電壓Vout為恒定電壓。
接著說明構(gòu)成輸出電壓控制電路117的構(gòu)成單元。分壓電路114利用兩個(gè)電阻對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行分壓。被分壓的電壓輸入到差動(dòng)放大器109的反相輸入端。
分壓電路113利用兩個(gè)電阻對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行分壓。
補(bǔ)償電壓源110是產(chǎn)生規(guī)定的補(bǔ)償電壓(上升電壓)Voff的電路(在圖1中，用等效電路來表示)。補(bǔ)償電壓源110只比利用分壓電路113分壓的電壓高規(guī)定的補(bǔ)償電壓Voff，輸入到差動(dòng)放大器109的非反相輸入端。補(bǔ)償電壓Voff是大于差動(dòng)放大器109的輸入補(bǔ)償電壓偏差的值，且在滿足該條件的范圍內(nèi)，盡可能小地設(shè)定。補(bǔ)償電壓Voff至少低于二極管的導(dǎo)通電壓(約為0.7V)。具體以后再述。
在電源端上外加輸出電壓Vout，使差動(dòng)放大器109進(jìn)行動(dòng)作。由于差動(dòng)放大器109與電源控制電路101相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡單，一般，差動(dòng)放大器109的動(dòng)作開始下限電壓比電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓至少低附于P溝道MOSFET108的寄生的體二極管的順向二極管電壓Vf108及以上。在實(shí)施方式中，差動(dòng)放大器109的動(dòng)作開始下限電壓比電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓(例如3V)至少低P溝道MOSCFET108的體二極管的順向二極管電壓Vf108(約為0.7V)及以上。
差動(dòng)放大器109將輸出電壓Vout和補(bǔ)償電壓Voff相加后的電壓值輸入到非反相輸入端，在反相輸入端上輸入輸入電壓Vin，輸出將其差放大后的電壓值。
差動(dòng)放大器109的輸出端連接在P溝道MOSFET108的柵極上。差動(dòng)放大器109只有當(dāng)[輸出電壓Vout]＜[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]時(shí)，導(dǎo)通P溝道MODFET108。P溝道MODFET108導(dǎo)通時(shí)，通過差動(dòng)放大器109的輸出電壓輸出[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]。
由于補(bǔ)償電壓Voff為大于差動(dòng)放大器109的輸入補(bǔ)償電壓偏差的值，因此P溝道MOSFET108導(dǎo)通時(shí)，電流必須從輸入端111朝著輸出端112流過。通過P溝道MOSFET108，電流不會(huì)從輸出端112倒流到干電池等的輸入電源102。
接著說明如上構(gòu)成的開關(guān)電源電路升壓時(shí)的動(dòng)作。實(shí)施方式的開關(guān)電源電路從輸入端111輸入從輸入電源102輸出的輸入電壓Vin。輸入輸入電壓Vin的最初，由于差動(dòng)放大器109沒有動(dòng)作，P溝道MOSFET108的開關(guān)截止。P溝道MOSFET108通過體二極管，輸出[輸入電壓Vin-體二極管的順向二極管電壓Vf108]。當(dāng)該電壓外加在差動(dòng)放大器109的電源端時(shí)，差動(dòng)放大器109就立即開始動(dòng)作。
由于[輸出電壓Vout(＝輸入電壓Vin-體二極管的順向二極管電壓Vf108)]小于[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]，因此差動(dòng)放大器109使P溝道MOSFET108導(dǎo)通。由于差動(dòng)放大器109的輸出電壓，P溝道MOSFET108導(dǎo)通，將[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]作為輸出電壓Vout輸出。當(dāng)該輸出電壓Vout加在電源控制電路101的電源端Vcc時(shí)，電源控制電路101就開始動(dòng)作。
升壓動(dòng)作時(shí)，電源控制電路101通過控制端VG1和控制端VG2交替反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)通截止N溝道MOSFET104和P溝道MOSFET105的開關(guān)動(dòng)作。
N溝道MOSFET104導(dǎo)通時(shí)，扼流圈107積累能量。這時(shí)的N溝道MOSFET104的柵極·源極之間電壓Vgs一直達(dá)到電源控制電路101的電源電壓、也就是開關(guān)電源電路的輸出電壓Vout。例如，若輸出電壓Vout為3.3V，則N溝道MOSFET104的柵極·源極之間電壓Vgs為3.3V。
現(xiàn)在，為了在安裝在手機(jī)、DSC等的一般的MOSFET上達(dá)到非常低的導(dǎo)通電阻，必須將柵極·源極之間電壓在3V以上使用。若輸出電壓Vout為3.3V，由于柵極·源極之間電壓為3V及以上，N溝道MOSFET104能達(dá)到非常低的導(dǎo)通電阻。能夠在N溝道MOSFET104上降低以[(導(dǎo)通電阻)×(電流的2次方)]產(chǎn)生的電耗。
N溝道MOSFET104導(dǎo)通時(shí)，由于通過電源控制電路101的控制端VG2控制成柵極電壓是與輸出電壓Vout相同的電壓值，因此同步整流用P溝道MOSFET105就截止。
N溝道MOSFET104截止時(shí)，電源控制電路101導(dǎo)通P溝道MOSFET105，向輸出電容106傳輸積累在扼流圈107上的能量和輸入電壓Vin。這時(shí)，由于能防止穿通電流從輸出電容106通過P溝道MOSFET105朝著N溝道MOSFET104流去，因此在從N溝道MOSFET104截止到P溝道MOSFET105導(dǎo)通之間，一般設(shè)置使雙方都截止的空載時(shí)間(dead time)。
在N溝道MOSFET104和P溝道MOSFET105都截止的空載時(shí)間內(nèi)，積累在扼流圈107上的能量通過P溝道MOSFET105的體二極管傳輸?shù)捷敵鲭娙?06上。這時(shí)，由于在P溝道MOSFET105上產(chǎn)生順向二極管電壓Vf105，因此電耗很大。所以，空載時(shí)間設(shè)定得很短。
在經(jīng)過空載時(shí)間之后，P溝道MOSFET105的柵極電壓為0V(在輸出電壓Vout＝3.3V的情況下，柵極·源極之間電壓Vgs＝-3.3V)，處于導(dǎo)通狀態(tài)。不僅能降低P溝道MOSFET105上的電耗，還能向輸出電容106傳輸積累在扼流圈107上的能量。
這樣，本實(shí)施方式的開關(guān)電源電路通過經(jīng)空載時(shí)間交替導(dǎo)通截止N溝道MOSFET104和P溝道MOSFET105，從而能夠向輸出電容106傳輸積累在扼流圈107上的能量。
由積累在扼流圈107上的能量產(chǎn)生的電壓(反電動(dòng)勢)疊加在輸入電壓Vin上，傳輸?shù)捷敵鲭娙?06。那部分傳輸?shù)哪芰繉?duì)輸出電容106充電。其結(jié)果，輸出端112的輸出電壓Vout上升到比輸入電壓Vin高的規(guī)定值。
在輸出電壓Vout大于[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]的時(shí)刻，由于差動(dòng)放大器109的輸出，P溝道MOSFET108導(dǎo)通。在輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin的情況下，由于P溝道MOSFET108必定截止，不流過從輸出端112向輸入端111的倒流。
接著說明升壓動(dòng)作停止時(shí)的動(dòng)作。升壓動(dòng)作停止時(shí)，N溝道MOSFET104和P溝道MOSFET105通過電源控制電路101的控制端VG1和控制端VG2的控制固定在截止?fàn)顟B(tài)。
開關(guān)電源電路在停止升壓動(dòng)作期間，輸出電容106的輸出電壓Vout通過電源控制電路101的耗電不斷放電。升壓動(dòng)作停止時(shí)的輸出電壓Vout隨著時(shí)間的變化如圖2所示。
停止升壓動(dòng)作后不久，輸出電壓Vout大于輸入電壓Vin。在圖2的A區(qū)間中，通過電源控制電路101的耗電輸出電容106的輸出電壓Vout不斷下降，若升壓動(dòng)作停止后經(jīng)過一定的時(shí)間，則輸出電壓Vout小于輸入電壓Vin。
在輸出電壓Vout大于[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]的A區(qū)間的期間，差動(dòng)放大器109的輸出與輸出電壓Vout相同(高電平)，P溝道MOSFET108保持截止?fàn)顟B(tài)。從輸出電容106朝著輸入電源102，不流過造成輸入電源102惡化的倒流。
當(dāng)輸出電壓Vout進(jìn)一步降低，達(dá)到[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]時(shí)，則輸出電壓控制電路117就動(dòng)作使得輸出電壓Vout(＝電源控制電路101的電源電壓V101)不再下降。具體就是，在當(dāng)輸出電壓Vout與[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]相等時(shí)，差動(dòng)放大器109就輸出低(Low)電平。
差動(dòng)放大器109的輸出電壓(＝P溝道MOSFET108的柵極電壓)線性地進(jìn)行負(fù)反饋控制，使得該輸出電壓等于[輸入電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]。由于P溝道MOSFET108的柵極電壓通過差動(dòng)放大器109進(jìn)行線性負(fù)反饋控制，因此通過電源控制電路101的放電電流，輸出電壓Vout保持[輸入電源102的電壓Vin-補(bǔ)償電壓Voff]的設(shè)定電壓(B區(qū)間)。
在這樣的升壓動(dòng)作停止時(shí)，通過輸出電壓控制電路117的負(fù)反饋控制，輸出電壓Vout(＝電源控制電路101的電源電壓V101)保持在下式(7)的值。
Vout＝Vin-Voff (7)從輸入電源102一側(cè)看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs滿足下式(8)。下式(8)中的V0為電源控制電路101的動(dòng)作開始下限電壓。
Vs＝V0-Voff(8)補(bǔ)償電壓Voff是大于差動(dòng)放大器109的輸入補(bǔ)償電壓的偏差幅度的值。即使有差動(dòng)放大器109的輸入補(bǔ)償電壓的偏差，由于輸入電源102的電壓Vin必須大于輸出電壓Vout，因此能夠防止倒流。
在滿足上述條件的范圍內(nèi)，若盡可能小地設(shè)定補(bǔ)償電壓Voff，則能夠降低從輸入電源102一側(cè)看到的動(dòng)作開始下限電壓Vs。通常，差動(dòng)放大器的輸入補(bǔ)償電壓在6～7mV左右。例如將補(bǔ)償電壓Voff設(shè)定在0.1V以下。
如上所述，本發(fā)明的開關(guān)電源電路能實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率，且能夠降低能啟動(dòng)開關(guān)電源電路的最低輸入電壓。
取代實(shí)施方式的補(bǔ)償電壓源110，也可以是下述的結(jié)構(gòu)。用各自的分壓電路114、113對(duì)輸入電壓Vin和輸出電壓Vout進(jìn)行分壓并直接輸入到差動(dòng)放大器109。
在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout為同一電壓的情況下，決定分壓電路113、114的分壓比，使得對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行分壓并輸入到差動(dòng)放大器109的非反相輸入端的電壓大于對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行分壓并輸入到差動(dòng)放大器109的反相輸入端的電壓只有規(guī)定的電壓或按規(guī)定的比例?；蛘撸趶妮斎攵?11到差動(dòng)放大器109的反相輸入端的途徑中，插入產(chǎn)生規(guī)定電壓降(補(bǔ)償電壓)Voff的電路。
取代P溝道MOSFET108，也可以用PNP晶體管。在該情況下，差動(dòng)放大器109的輸出電壓外加在PNP晶體管的基極上，PNP晶體管導(dǎo)通或截止。
取代同步整流用P溝道MOSFET105，也可以將陽極連接扼流圈107，陰極連接輸出端112的二極管作為整流用器件使用。
本發(fā)明適用于開關(guān)電源電路。
根據(jù)本發(fā)明，能得到實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率、且能降低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路的效果。
根據(jù)本發(fā)明，能得到實(shí)現(xiàn)降低在向電源控制電路供給驅(qū)動(dòng)電壓用的方法中產(chǎn)生的電壓降的開關(guān)電源電路的效果。
根據(jù)本發(fā)明，能得到實(shí)現(xiàn)防止成為干電池惡化的原因的倒流的開關(guān)電源電路的效果。
以上，對(duì)發(fā)明在某種程度上較詳細(xì)地說明了適合的方式，但該適合的方式現(xiàn)在揭示的內(nèi)容只是在構(gòu)成的細(xì)節(jié)上作適當(dāng)修改，各個(gè)單元的組合或順序的變化只要不脫離權(quán)利要求的范圍和思想都是能實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源電路，具有輸入輸入電壓的輸入端；輸出輸出電壓的輸出端；串聯(lián)連接在所述輸入端與所述輸出端之間的、輸入所述輸入電壓并輸出所述輸出電壓的扼流圈和整流用器件；一端連接在所述扼流圈與所述整流用器件之間、另一端連接接地點(diǎn)的升壓用開關(guān)元件；將所述輸出電壓作為電源供應(yīng)源動(dòng)作，控制所述升壓用開關(guān)元件和所述整流用器件的電源控制電路；與所述扼流圈和所述整流用器件并聯(lián)的，連接在所述輸入端與所述輸出端之間的晶體管；以及差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器輸入所述輸入電壓或從所述輸入電壓導(dǎo)出的電壓即第1電壓和所述輸出電壓或從所述輸出電壓導(dǎo)出的電壓即第2電壓，在所述第1電壓大于所述第2電壓的情況下所述晶體管導(dǎo)通，在所述第1電壓小于所述第2電壓的情況下所述晶體管截止。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述晶體管是P溝道型MOSFET或PNP晶體管，所述差動(dòng)放大器的反相輸入端輸入所述第1電壓，其非反相輸入端輸入所述第2電壓，其輸出電壓加在所述P溝道型MOSFET的柵極或PNP晶體管的基極上。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，在所述輸入電壓與所述輸出電壓為同一電壓的情況下，所述第2電壓大于第1電壓只有規(guī)定電壓或按規(guī)定比例。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述整流用器件是柵極連接在所述電源控制電路、漏極連接在所述扼流圈、源極連接在所述輸出端的P溝道MOSFET。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述整流用器件是陽極連接在所述扼流圈、陰極連接在所述輸出端的二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換效率和低動(dòng)作開始下限電壓的開關(guān)電源電路。本發(fā)明的開關(guān)電源電路具有輸入端；輸出輸出電壓的輸出端；串聯(lián)連接在輸入端與輸出端之間輸入輸入電壓并輸出輸出電壓的扼流圈和整流用器件；一端連接在扼流圈與整流用器件之間、另一端連接接地點(diǎn)的升壓用開關(guān)元件；將輸出電壓作為驅(qū)動(dòng)電源動(dòng)作，控制升壓用開關(guān)元件和整流用器件的電源控制電路；與扼流圈和整流用器件并聯(lián)，連接在輸入端與輸出端之間的晶體管；以及差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器輸入從輸入電壓導(dǎo)出的第1電壓和從輸出電壓導(dǎo)出的第2電壓，在第1電壓大于上述第2電壓的情況下上述晶體管導(dǎo)通，在第1電壓小于第2電壓的情況下上述晶體管截止。
文檔編號(hào)H02M3/158GK1691479SQ200510070110
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者城越英樹, 藤中洋 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社