專利名稱：降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器及其控制電路、使用了它的電子設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，特別涉及同步整流方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器的 控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
在近年的便攜式電話、PDA ( Personal Digital Assistant:個人數(shù)字助理)、 筆記本式個人計算機等各種電子設備中，安裝有進行數(shù)字信號處理的微處理 器。驅(qū)動這樣的微處理器所需要的電源電壓隨著半導體制造工藝的微細化而 下降，有的以1.5V以下的低電壓進行工作。另一方面，這樣的電子設備中作為電源，安裝有鋰離子電池等。從鋰離 子電池輸出的電壓在3V 4V左右，若將該電壓直接提供給微處理器，則會 產(chǎn)生多余的功耗，所以一般使用降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器、串聯(lián)調(diào)節(jié)器(series regulator)等對電池電壓進行降壓，在穩(wěn)壓后再提供給微處理器。降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器有使用整流用的二極管的方式(以下稱作二極管整 流方式)、和取代二極管而使用整流用晶體管的方式(以下稱作同步整流方 式)。前者具有在流過負載的負載電流較小時能獲得高效率的優(yōu)點，但在控制 電路的外部除電感、電容之外還需要二極管，所以電路面積變大。后者在提 供給負載的電流較小時效率比前者差，但由于取代二極管而使用晶體管，所 以可以集成在LSI的內(nèi)部，能使包括外圍部件在內(nèi)的電路面積小型化。便攜 式電話等電子設備在被要求小型化時，多數(shù)情況下采用使用了整流用晶體管 的開關(guān)調(diào)節(jié)器(以下稱作同步整流方式開關(guān)調(diào)節(jié)器)。這里，著眼于上述電子設備所使用的微處理器，在進行運算處理的動作 時，流過一定程度的電流，而在待4幾時，僅流過樣i小的電流。圖6的(a)和 (b )分別是表示同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的重負載和輕負載時的電 流的時間波形的圖。在該圖中，IL表示流過輸出電感的電流(以下也稱作電 感電流IL ) ， lout表示負載電流，電感電流IL的時間平均值為負載電流Iout。 如圖6的(a)所示，在重負載時，由于負載電流Iout4交大，所以電感電流IL始終為正值。這里，電感電流IL向負載流動的方向為正。但是，如圖6的(b)所示，在輕負載時，若負載電流Iout減少，則電感電流IL如斜線部分那樣成 為負的，電感電流IL的方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。結(jié)果，在同步整流方式中，變成在輕負載時電流從輸出電感經(jīng)由同步整流用晶體管流向接地。該電流不被提供給 負載，是從輸出電容提供的，所以導致多余地消耗功率。例如，在專利文獻1至3中，公開了根據(jù)負載電流切換同步整流方式和 二極管整流方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器。在專利文獻2、 3所記載的技術(shù)中，監(jiān)視電感 電流IL,通過在其方向從正反轉(zhuǎn)為負時使同步整流用晶體管截止、停止開關(guān) 動作，來謀求高效率化。專利文獻1:特開2004 - 32875號公報專利文獻2:特開2002 - 252971號公報專利文獻3:特開2003 - 319643號公報
發(fā)明內(nèi)容
〔本發(fā)明所要解決的課題〕本發(fā)明人用磁滯比較器將與開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓相應的檢測電壓跟第 1閾值電壓及第2閾值電壓這高低兩個電壓進行比較，基于該比較結(jié)果，考 察驅(qū)動開關(guān)晶體管和同步整流用晶體管的開關(guān)調(diào)節(jié)器，結(jié)果認識到以下課題。在使用了磁滯比較器的開關(guān)調(diào)節(jié)器中，為減小輸出電壓的變動幅度，希 望將第1閾值電壓與第2閾值電壓的差、即磁滯寬度盡量設定得較窄。但是， 若將磁滯寬度設定得過窄，則噪聲等可能會對開關(guān)控制產(chǎn)生影響。另外，因 工藝偏差等磁滯寬度會有變動，所以若將磁滯寬度設定得過窄，則由于工藝 偏差，開關(guān)控制會受到影響。從這樣的情況來看，磁滯寬度需要設定在預定 大小以上。若如上述專利文獻所記載的那樣在輕負載狀態(tài)下停止開關(guān)動作，則隨著 輸出電壓的下降，檢測電壓也漸漸下降。因此，若檢測電壓降低到磁滯比較 器的第2閾值電壓，則需要再次開始開關(guān)動作使輸出電壓上升。另外，若在 輕負載狀態(tài)下停止開關(guān)動作，則在再次開始開關(guān)動作時，會發(fā)生某程度的延 遲。結(jié)果，即使想要以檢測電壓降低到第2閾值電壓為觸發(fā)來再次開始開關(guān) 動作，^f全測電壓也會在該延遲時間期間內(nèi)繼續(xù)下降，因而輸出電壓的波動 (ripple )變大。本發(fā)明是鑒于這樣的課題而完成的，其總體目的在于，在使用了磁滯比 較器的同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器中，減少輕負載時的輸出電壓的波動?！灿糜诮鉀Q課題的手段〕 本發(fā)明一個方案的控制電路涉及使同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)元件開和關(guān)的控制電路。該控制電路包括磁滯比較器，將與降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓相應的檢測電壓，與第1閾值電壓和比第1閾值電壓低的第2閾值電壓進行比較；輕負載檢測電路，檢測與降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器相連 接的負載是否為輕負載狀態(tài)；驅(qū)動電路，基于從磁滯比較器輸出的脈沖信號， 使開關(guān)元件開或關(guān)。磁滯比較器以輕負載檢測電路檢測到輕負載狀態(tài)為觸發(fā)， 使第2閾值電壓向高電位側(cè)移位預定電壓幅度。驅(qū)動電路在由輕負載檢測電 路檢測到輕負載狀態(tài)時，在從檢測電壓上升至第1閾值電壓起至下降到移位 后的第2閾值電壓為止的期間內(nèi)，停止開關(guān)元件的開和關(guān)。根據(jù)該方案，在輕負載狀態(tài)下停止了開關(guān)元件的開關(guān)動作時，考慮到再 次開始開關(guān)動作所需要的時間地使第2閾值電壓上升，從而能夠防止開關(guān)調(diào) 節(jié)器的輸出電壓過分下降，能夠抑制波動。磁滯比較器可以在從檢測到輕負載狀態(tài)起經(jīng)過預定的延遲時間后，使第 2閾值電壓向高電位側(cè)移位。此時，在檢測到輕負載狀態(tài)，驅(qū)動電路停止了開關(guān)動作后負載又立刻變 重的情況下，能夠基于移位前的第2閾值電壓驅(qū)動開關(guān)元件。磁滯比較器可以在使第2閾值電壓向高電位側(cè)移位后，以^^測電壓下降 到移位后的第2閾值電壓為觸發(fā)，使第2閾值電壓再向低電位側(cè)移位預定電 壓幅度。磁滯比較器可以具有串聯(lián)連接在其輸出端子和被輸入檢測電壓的端子之 間的反饋電阻和反饋電容。磁滯比較器可以包括對檢測電壓與第1閾值電壓進行比較的第1比較 器；對檢測電壓與第2閾值電壓進行比較的第2比較器；由第1比較器和第 2比較器的輸出信號置位、復位的觸發(fā)器電路；并且，將觸發(fā)器電路的輸出 信號作為脈沖信號輸出。另外，控制電路可以還包括生成第1、第2閾值電壓的閾值電壓生成電 路。該闊值電壓生成電路可以包括串聯(lián)連接在被施加預定的基準電壓的基準電壓端子和接地之間的多個分壓電阻，選擇多個分壓電阻的連接點所呈現(xiàn)的 電壓的任意者作為第1、第2閾值電壓輸出。通過使磁滯比較器為上述結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)需要合適地控制磁滯比較器的 閾^直電壓。在同步整流用晶體管導通的期間，當開關(guān)電壓高于接地電位時判定為輕負載狀態(tài)。在輕負載狀態(tài)下，當輸出電感流過的電流的方向發(fā)生反轉(zhuǎn)時，同步整流 用晶體管中電流流向接地，所以開關(guān)電壓成為正電壓。因此，通過監(jiān)視開關(guān) 電壓，能夠很好地檢測到輕負載狀態(tài)。控制電路可以被一體集成在一個半導體襯底上。所謂"一體集成"，包括 將電路的所有構(gòu)成要素形成在半導體襯底上的情況，和對電路的主要構(gòu)成要 素進行一體集成的情況，也可以為調(diào)節(jié)電路常數(shù)而將一部分電阻、電容等設 置在半導體襯底的外部。本發(fā)明的另一方案是降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器。該降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器包括開 關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路，包括一端接地的輸出電容，和一端與輸出電容的另一端 相連接的輸出電感；上述的控制電路，向開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路提供開關(guān)電壓； 其中，輸出輸出電容的另一端的電壓。根據(jù)該方案，能夠防止降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓在輕負載狀態(tài)下過 分下降，能夠減少波動。本發(fā)明的再一個方案是電子設備。該電子設備包括電池；微處理器； 上述的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，將從電池輸出的電池電壓降壓后提供給微處理器。根據(jù)該方案，能夠減少降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓的波動，所以能夠 使微處理器穩(wěn)定地工作。另外，將以上結(jié)構(gòu)要件的任意組合、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)要件以及表達方式在 方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互轉(zhuǎn)換的方案，作為本發(fā)明的實施方式也是有效 的?！舶l(fā)明效果〕通過本發(fā)明的使用了磁滯比較器的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器及其控制電路，能 夠減少輕負載時的輸出電壓的波動。


圖1是表示實施方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示安裝了圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的電子設備的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示磁滯比較器和閾值電壓生成電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4的(a)和(b)是表示重負載時圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的動作狀 態(tài)的時序圖。圖5的(a) ~ (d)是表示輕負載時圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的動作狀 態(tài)的時序圖。圖6的(a)和(b)分別是表示同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器在重 負載和輕負載時的電流的時間波形的圖?！矘颂栒f明〕10磁滯比較器，12第1比較器，14第2比較器，20閾值電壓生成電 路，30驅(qū)動電路，50輕負載檢測電路，52輕負載檢測比較器，100控制電 路，120開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路，200降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，204輸出端子，300 電子設備，310電池，350微處理器，Ml開關(guān)晶體管，M2同步整流用晶 體管，Cl輸出電容，Ll輸出電感，Cfb反饋電容，Rib反饋電阻，SIG1脈具體實施方式
以下，基于優(yōu)選的實施方式，參照

本發(fā)明。對于各附圖中所示 的相同或等同的結(jié)構(gòu)要件、部件、處理標注相同的標號，并適當省略重復的 說明。另外，實施方式只是例示，并非限定本發(fā)明，實施方式中記述的所有 特征及其組合，不一定就是本發(fā)明的本質(zhì)特征。圖1是表示實施方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是 表示安裝了圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200的電子設備300的結(jié)構(gòu)的框圖。電 子設備300例如是便攜式電話終端、CD播放器、PDA等電池驅(qū)動型的小型 信息終端。在以下的實施方式中，以便攜式電話終端作為電子設備300來進 行說明。電子設備300包括電池310、電源裝置320、模擬電路330、數(shù)字電路340、 微處理器350、 LED360。電池310例如是鋰離子電池，輸出3 4V程度的電池電壓Vbat。模擬電路330包括功率放大器、天線開關(guān)、LNA (Low Noise Amplifier:低噪聲放大器)、混頻器(mixer )以及PLL ( Phase Locked Loop: 鎖相環(huán))等高頻電路，包含在電源電壓Vcx^3.4V程度下穩(wěn)定工作的電路塊。 另外，數(shù)字電路340包括各種DSP (Digital Signal Processor:凄t字信號處理 器)等，包含在電源電壓Vdd=3.4V程度下進行穩(wěn)定工作的電路塊。微處理 器350是統(tǒng)括地控制電子設備300整體的功能塊，以電源電壓1.5V進行工作。 LED360包括RGB三色的LED ( Light Emitting Diode:發(fā)光二極管)，被用于 液晶的背光燈、或者照明，需要4V以上的驅(qū)動電壓對其進行驅(qū)動。電源裝置320是多通道的開關(guān)電源，按每個通道的需要具有對電池電壓 Vbat進行降壓或者升壓的多個開關(guān)調(diào)節(jié)器，向模擬電路330、數(shù)字電路340、 微處理器350、 LED360提供合適的電源電壓。本實施方式中圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200，能夠很好地適用于向例如 以1.5V進行動作的微處理器350那樣的、消耗電流隨著動作狀態(tài)而發(fā)生變化 的負載提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓的用途。以下，回到圖1，詳細說明本實施方式 的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200的結(jié)構(gòu)。降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200是同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，包括控制 電路IOO、開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路120?？刂齐娐?00是被集成在一個半導體襯 底上的LSI芯片，作為開關(guān)元件發(fā)揮作用的開關(guān)晶體管Ml、同步整流用晶體 管M2被內(nèi)置在該控制電路100中。開關(guān)晶體管M1、同步整流用晶體管M2 也可以使用分立元件，設置在控制電路100的外部。開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路120包括輸出電感Ll、輸出電容C1。輸出電容C1 的一端接地，另一端與輸出電感L1的一端相連接。輸出電感L1的另一端與 控制電路100相連接。降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200將輸出電容Cl所呈現(xiàn)的電壓作 為輸出電壓Vout輸出到未圖示的負載。在本實施形式中，負載相當于圖2的 微處理器350。該降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200中，由控制電路100控制流過輸出電感Ll的 電流進行能量轉(zhuǎn)換，對輸入電壓Vin進行降壓。降壓后的電壓通過輸出電容 Cl被平滑化，作為輸出電壓Vout被提供給與輸出端子204相連接的負載。 以下，將流過負載的電流稱作負載電流lout,將流過輸出電感Ll的電流稱作 電感電流IL。另外，將電感電流IL向負載流動的方向定義為正方向。作為控制電路100的輸入、輸出端子，具有輸入端子102、開關(guān)端子104、電壓反饋端子106。輸入端子102與電池310相連接，電池電壓Vbat作為輸 入電壓Vin被輸入。另外，開關(guān)端子104與輸出電感L1相連接，輸出在控制 電路100的內(nèi)部生成的開關(guān)電壓Vsw。另夕卜，電壓反饋端子106是反饋被施 加到未圖示的負載上的輸出電壓Vout的端子。控制電路100包括磁滯比較器10、閾值電壓生成電路20、驅(qū)動電路30、 輸出級40、輕負載檢測電路50、第1電阻R1、第2電阻R2。輸出級40包括作為開關(guān)元件的開關(guān)晶體管M1、同步整流用晶體管M2。 開關(guān)晶體管Ml是P溝道MOS晶體管，源極與輸入端子102相連接，漏極與 開關(guān)端子104相連接。開關(guān)晶體管Ml的背柵極與輸入端子102相連接。同步整流用晶體管M2是N溝道MOS晶體管，源極被接地，漏極與開 關(guān)晶體管Ml的漏極和開關(guān)端子104相連接。另外，同步整流用晶體管M2 的背柵極4妄地。開關(guān)晶體管Ml、同步整流用晶體管M2被串聯(lián)連接在要被施加輸入電壓 Vin的輸入端子102與接地之間，將兩個晶體管的連接點的電壓作為開關(guān)電 壓Vsw施加到被連接在本控制電路100的外部的輸出電感Ll的一端。第1電阻Rl 、第2電阻R2對被反饋到電壓反饋端子106的輸出電壓Vout 進行分壓，輸出與輸出電壓Vout成比例的4企測電壓Vout， = R2/ ( Rl + R2 ) x Vout。磁滯比較器IO將與降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200的輸出電壓Vout相應的檢 測電壓Vout，與高低兩個閾值電壓進行比較。以下，將兩個閾值電壓中較高者 稱為第1閾值電壓Vthl，將較低者稱為第2閾值電壓Vth2。第1閾值電壓 Vthl、第2閾值電壓Vth2由閾值電壓生成電路20生成。圖3是表示磁滯比較器10和閾值電壓生成電路20的結(jié)構(gòu)的電路圖。閾值電壓生成電路20包括多個分壓電阻R20 R23、第1開關(guān)SW1、第 2開關(guān)SW2。閾值電壓生成電路20從其第l輸出端子20a輸出第1閾值電壓 Vthl，從第2輸出端子20b輸出第2閾值電壓Vth2。分壓電阻R20 R23串聯(lián)連接在被施加預定的基準電壓Vref的基準電壓 端子22和接地之間。分壓電阻R23和分壓電阻R22的連接點所呈現(xiàn)的電壓 被作為第1閾值電壓Vthl從第1輸出端子20a輸出。另外，分壓電阻R20和分壓電阻R21的連4妄點經(jīng)由第1開關(guān)SW1與第 2輸出端子20b相連接。分壓電阻R21和分壓電阻R22的連接點經(jīng)由第2開 關(guān)SW2與第2輸出端子20b相連接。在本實施方式中，控制信號SIG2為低電平時第1開關(guān)SW1接通，其為高電平時第2開關(guān)SW2接通。因此，從第 2輸出端子20b輸出的第2閾值電壓Vth2可在電壓值Vth2L和將其向高電位 側(cè)移位預定電壓幅度△ V后的電壓值Vth2H這兩個值間切換。磁滯比較器10包括第1比較器12、第2比較器14、 RS觸發(fā)器16、反 饋電容Cft、反饋電阻Rib。第1比較器12對輸入到輸入端子10a的檢測電壓Vout，和第1閾值電壓 Vthl進行比較。第2比較器14對檢測電壓Vout，和第2閾值電壓Vth2進行比 較。RS觸發(fā)器16的置位端子與第2比較器14的輸出相連接，復位端子與第 1比較器12的輸出相連接。磁滯比較器10將RS觸發(fā)器16的輸出信號作為 脈沖信號SIG1從輸出端子10b輸出。另夕卜，在磁滯比較器10的輸入端子10a 與輸出端子10b之間，串聯(lián)連接有反饋電容Cfb、反饋電阻Rib?；氐綀D1。驅(qū)動電路30基于從磁滯比較器IO輸出的脈沖信號SIG1使開 關(guān)晶體管Ml和同步整流用晶體管M2相輔地導通、截止。驅(qū)動電路30在脈 沖信號SIG1為高電平時使開關(guān)晶體管Ml導通，在脈沖信號SIG1為低電平 時使同步整流用晶體管M2導通。輕負載檢測電路50檢測與降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器相連的負載是否為輕負載 狀態(tài)。輕負載檢測電路50包括輕負載檢測比較器52。輕負載檢測比較器52 將開關(guān)晶體管Ml和同步整流用晶體管M2的連接點所呈現(xiàn)的開關(guān)電壓Vsw 與接地電位相比較。從輕負載檢測比較器52輸出的比較信號Vcmp在Vsw>OV 時為高電平，在Vsw<OV時成為低電平。比較信號Vcmp被輸出到邏輯電路 60和驅(qū)動電^各30。在同步整流用晶體管M2導通的期間、即其柵極電壓Vg2為高電平期間， 若開關(guān)電壓Vsw大于接地電位，輸出高電平的比較信號Vcmp，則驅(qū)動電^各 30將同步整流用晶體管M2的柵極電壓Vg2強制地固定為低電平。結(jié)果，在 檢測電壓Vout，下降到第2閾值電壓Vth2,從磁滯比較器10輸出的脈沖信號 SIG1變成高電平之前的期間內(nèi)，開關(guān)晶體管M1、同步整流用晶體管M2的 開關(guān)動作被停止。即，驅(qū)動電路30在由輕負載檢測電路50檢測到輕負載狀 態(tài)時，在檢測電壓Vout，從第1閾值電壓Vthl下降到第2閾值電壓Vth2之前 的期間內(nèi)，使開關(guān)元件的開和關(guān)停止。邏輯電路60被輸入從磁滯比較器10輸出的脈沖信號SIG1 、從輕負載檢 測電路50輸出的比較信號Vcmp。邏輯電路60基于所輸入的兩個信號生成控制信號SIG2。邏輯電路60在被輸入高電平的比較信號Vcmp時，經(jīng)過預定 的延遲時間T后，使控制信號SIG2成為高電平。另外，邏輯電路60在脈沖 信號SIG1從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，使控制信號SIG2成為低電平。下面參照圖4的(a)和(b)、圖5的(a) ~ (d)所示的時序圖，說明 如上那樣構(gòu)成的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200的動作。這些時序圖中為說明方便而 將縱軸和橫軸適當放大、縮小了來表示。首先，參照圖4的(a)和(b)說明重負載時的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200 的動作。圖4的(a)和(b)是表示重負載時圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200 的動作狀態(tài)的時序圖。圖4的(a)表示4全測電壓Vout，，圖4的(b )表示脈 沖信號SIG1。在重負載時，輕負載檢測電路50沒有檢測到輕負載狀態(tài)，控制信號SIG2 成為^氐電平。因此，由閾^i電壓生成電^各20生成的第2閾^直電壓Vth2成為 Vth2 = Vth2L。另外，驅(qū)動電路30基于從磁滯比較器10輸出的脈沖信號SIG1 ， 使開關(guān)晶體管M1、同步整流用晶體管M2相輔地導通、截止。在重負載時，若脈沖信號SIG1成為高電平，則開關(guān)晶體管M1導通，輸 出電壓Vout上升。伴隨于此，檢測電壓Vout，上升到第1閾值電壓Vthl時， 脈沖信號SIG1成為低電平。脈沖信號SIG1成為低電平后，驅(qū)動電路30使 開關(guān)晶體管M1截止，使同步整流用晶體管M2導通。同步整流用晶體管M2 導通后，輸出電壓Vout下降，檢測電壓Vout，也隨之下降，下降到第2閾值 電壓Vth2 ( = Vth2L)。檢測電壓Vout，下降到第2閾值電壓Vth2 ( = Vth2L )后，脈沖信號SIG1 再次成為高電平，開關(guān)晶體管M1導通，同步整流用晶體管M2截止。這樣， 在重負載時，檢測電壓Vout，被穩(wěn)定在第1閾值電壓Vthl和第2閾值電壓Vth2 (=Vth2L)這兩個值之間。接下來，參照圖5的(a) ~ (d)說明輕負載時的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200 的動作。圖5的(a) ~ (d)是表示輕負載時圖1的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200 的動作狀態(tài)的時序圖，圖5的(a)表示檢測電壓Vout，和第1、第2閾值電壓 Vthl、 Vth2，圖5的(b)表示脈沖信號SIG1，圖5的(c)表示比較信號 Vcmp，圖5的(d)表示控制信號SIG2。在輕負載狀態(tài)的某時刻TO，脈沖信號SIG1從低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?。?上所述磁滯比較器10中設置有由反饋電容Cft、反饋電阻Rft構(gòu)成的反饋路徑，所以脈沖信號SIG1的轉(zhuǎn)變被反饋到輸入端子側(cè)。結(jié)果，在經(jīng)過由反饋電容Cft)和反饋電阻Rib的電容值、電阻值所決定的預定時間后，磁滯比較器 10的反相輸入端子側(cè)的電壓跨越^f茲滯比較器10的閾值電壓，脈沖信號SIG1 成為低電平。脈沖信號SIG1從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖胶螅撧D(zhuǎn)變經(jīng)由反饋電容 Cfb、反饋電阻Rfb被反饋到反相輸入端子，脈沖信號SIG1再次成為高電平。 這樣，在輕負載狀態(tài)下，從磁滯比較器IO輸出的脈沖信號SIG1通過反饋電 容Cfb、反^t電阻Rib交替反復地成為高電平和低電平。驅(qū)動電路30基于脈沖信號SIG1使開關(guān)晶體管Ml、同步整流用晶體管 M2相輔地導通、截止。結(jié)果，輸出電壓Vout逐漸上升，檢測電壓Vout，也逐 漸上升。在時刻Tl檢測電壓Vout，達到第1閾值電壓Vthl。這里，若將比較 器所具有的延遲時間記為AT1，則脈沖信號SIG1在從時刻Tl經(jīng)過延遲時間 △ T1后的時刻T2成為低電平。在4全測電壓Vout，超過第1閾值電壓Vthl時， 即使脈沖信號SIG1的轉(zhuǎn)變通過反饋電容Cfb和反饋電阻Rfb反饋，也不會跨 越閾值電壓。結(jié)果，基于反饋電容Cft、反饋電阻Rib的脈沖信號SIG1的變 動停止，在檢測電壓Vout，下降到第2閾值電壓Vth2之前的期間內(nèi)繼續(xù)維持 低電平。在時刻T2脈沖信號SIG1成為低電平后，驅(qū)動電路30使同步整流用晶 體管M2導通，使開關(guān)晶體管M1截止。同步整流用晶體管M2導通后，向正 方向流過的電感電流IL逐漸減少。不久，在電感電流IL的方向從正反轉(zhuǎn)為 負的時亥'J T3，作為輕負載檢測電路50的輸出的比較信號Vcmp成為高電平。 比較信號Vcmp成為高電平后，驅(qū)動電路30強制地使同步整流用晶體管M2 截止，停止開關(guān)動作。開關(guān)晶體管M1、同步整流用晶體管M2的開關(guān)動作停 止后，對輸出電容C1的電荷供給停止，所以檢測電壓Vout，緩緩下降。邏輯電路60在從時刻T3比較信號Vcmp成為高電平起、即從檢測到輕 負載狀態(tài)起經(jīng)過預定的延遲時間T后的時刻T4，使控制信號SIG2成為高電 平?？刂菩盘朣IG2成為高電平后，闊值電壓生成電路20將第2閾值電壓Vth2 從原來的閾值電壓Vth2L切換為向高電位側(cè)移位預定電壓幅度AV的閾值電 壓Vth2H。檢測電壓Vout，繼續(xù)緩緩下降，在時刻T5,降低到切換為高電位 側(cè)的第2閾值電壓Vth2 ( = Vth2H)。在從時刻T5成為Vout，<Vth2H起經(jīng)過 ^t滯比較器IO的延遲時間ATI后的時刻T6，脈沖信號SIG1成為高電平。這里，為了再次開始已停止開關(guān)動作的驅(qū)動電^各30的開關(guān)動作，需要某程度的時間。若將該時間記為AT2，則在從時刻T6脈沖信號SIG1變?yōu)楦唠?平起經(jīng)過時間AT2后的時刻T7,開關(guān)動作^皮再次開始。即，從才全測電壓Vout， 下降到第2閾值電壓Vth2H起至開關(guān)動作再次開始，會發(fā)生AT- ATI + △ T2的延遲，這期間檢測電壓Vout，下降電壓幅度5V量。如果將第2閾值電壓Vth2固定為一定值Vth2L,即設定為AV二OV，則 在輕負載時^f全測電壓Vout，會下降到(Vth2L - 5 V )，所以輸出電壓Vout的波 動變大。因此，在本實施方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200中，在閾值電壓生成電路 20內(nèi)設定電壓幅度AV使得AV- 5 V成立。通過這樣設定電壓幅度AV,能 夠很好地防止在延遲時間AT期間檢測電壓Vout，下降到第2閾值電壓Vth2L 之下，能夠抑制輸出電壓Vout的波動。在時刻T6脈沖信號SIG1成為低電平后，邏輯電路60使控制信號SIG2 成為低電平?？刂菩盘朣IG2成為低電平后，閾值電壓生成電路20使第2閾 值電壓Vth2再向低電壓側(cè)移位預定電壓幅度A V。在時刻T7由驅(qū)動電路30使開關(guān)晶體管Ml導通。開關(guān)晶體管Ml導通 后，檢測電壓Vout，上升。之后，在^茲滯比較器10中，基于反饋電容Cfb、反 饋電阻Rfb所確定的期間，脈沖信號SIG1反復成為高電平和低電平，由此檢 測電壓Vout，上升。如上所述通過本實施方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200,在輕負載時，使磁 滯比較器10的第2閾值電壓Vth2上升預定電壓幅度A V量，由此能夠減少 輸出電壓Vout (才全測電壓Vout')的波動。另外，通過在從檢測到輕負載狀態(tài)起經(jīng)過延遲時間t后使第2閾值電壓 Vth2移位，在成為輕負載狀態(tài)后立刻恢復到重負載的情況下，能夠立刻再次 開始開關(guān)動作。上述實施方式是個例示，可以對其各結(jié)構(gòu)要件和各處理過程的組合進行 各種變形，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解這些變形例也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在實施方式中，對于磁滯比較器10,以圖3所示的結(jié)構(gòu)為例進行了說明， 但不限于此，也可以如一般的磁滯比較器那樣通過施加正反饋來構(gòu)成磁滯比較器。在實施方式中，作為由包含控制電路100的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器200驅(qū)動 的負載，以微處理器為例進行了說明，但不限于此，能夠?qū)ω撦d電流減少而在輕負載狀態(tài)下工作的各種負載提供驅(qū)動電壓。在實施方式中，說明了控制電^各100被一體集成在一個LSI中的情況，但不限于此，也可以是一部分結(jié)構(gòu)要件作為分立元件或芯片部件設置在LSI 的外部，或者由多個LSI構(gòu)成。另外，在本實施方式中高電平、低電平的邏輯值的設定僅是一例，可以 通過反相器等使其適當反轉(zhuǎn)而自由改變?；趯嵤┓绞綄Ρ景l(fā)明進行了說明，但顯然實施方式僅是表示本發(fā)明的 原理、應用，在不脫離權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，實施方 式可以有很多變形例和配置的變更。工業(yè)可利用性本發(fā)明的使用了磁滯比較器的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器及其控制電路，能夠適 用于各種各樣的電子設備的電源供給。
權(quán)利要求
1.一種使同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)元件開和關(guān)的控制電路，其特征在于，包括磁滯比較器，將與上述降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓相應的檢測電壓，與第1閾值電壓和比上述第1閾值電壓低的第2閾值電壓進行比較；輕負載檢測電路，檢測與上述降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器相連接的負載是否為輕負載狀態(tài)；以及驅(qū)動電路，基于從上述磁滯比較器輸出的脈沖信號，使上述開關(guān)元件開或關(guān)；其中，上述磁滯比較器以上述輕負載檢測電路檢測到輕負載狀態(tài)為觸發(fā)，使上述第2閾值電壓向高電位側(cè)移位預定電壓幅度，并且，上述驅(qū)動電路在由上述輕負載檢測電路檢測到輕負載狀態(tài)時，在從上述檢測電壓上升至上述第1閾值電壓起、至下降到移位后的上述第2閾值電壓為止的期間內(nèi)，停止上述開關(guān)元件的開和關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于上述磁滯比較器在從檢測到上述輕負載狀態(tài)起經(jīng)過預定的延遲時間后， 使上述第2閾值電壓向高電位側(cè)移位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于上述^t滯比較器在使上述第2閾值電壓向高電位側(cè)移位后，以上述4企測 電壓下降到移位后的上述第2閾值電壓為觸發(fā)，使上述第2閾值電壓再向低 電位側(cè)移位上述預定電壓幅度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于上述磁滯比較器具有串聯(lián)連接在其輸出端子和被輸入上述檢測電壓的端 子之間的反饋電阻和反饋電容。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的控制電路，其特征在于 上述磁滯比較器包括對上述檢測電壓與上述第1閾值電壓進行比較的第1比較器， 對上述檢測電壓與上述第2閾值電壓進行比較的第2比較器，以及 由上述第1比較器和上述第2比較器的輸出信號置位、復位的觸發(fā)器電路，并且，將上述觸發(fā)器電路的輸出信號作為上述脈沖信號輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制電路，其特征在于 還包括生成上述第1閾值電壓、第2閾值電壓的閾值電壓生成電路， 該閾值電壓生成電路包括串聯(lián)連接在被施加預定的基準電壓的基準電壓端子和接地之間的多個分壓電阻，選擇上述多個分壓電阻的連接點所呈現(xiàn)的 電壓中的任意者作為上述第1閾值電壓、第2閾值電壓輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的控制電路，其特征在于用晶體管的連接點所呈現(xiàn)的開關(guān)電壓與接地電位進行比較的輕負載檢測比較 器，在上述同步整流用晶體管導通的期間，當上述開關(guān)電壓高于接地電位時 判定為輕負載狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的控制電路，其特征在于 被一體集成在一個半導體襯底上。
9. 一種降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路，包括一端接地的輸出電容，和一端與上述輸出電 容的另一端相連接的輸出電感；以及權(quán)利要求1至4的任一項所述的控制電路，向上述開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電路 提供開關(guān)電壓；其中，輸出上述輸出電容的另一端的電壓。
10. —種電子設備，其特征在于，包括 電池；微處理器；以及權(quán)利要求9所述的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，將從上述電池輸出的電池電壓降 壓后提供給上述微處理器。
全文摘要
提供一種用于減少輕負載時的輸出電壓的波動的、使用了磁滯比較器的同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器。在使同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器(200)的開關(guān)元件開和關(guān)的控制電路(100)中，磁滯比較器(10)將與降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器(200)的輸出電壓(Vout)相應的檢測電壓(Vout’)，與第1閾值電壓(Vth1)和第2閾值電壓(Vth2)(Vth2＜Vth1)進行比較。輕負載檢測電路(50)檢測負載是否為輕負載狀態(tài)。驅(qū)動電路(30)基于從磁滯比較器(10)輸出的脈沖信號(SIG1)，使開關(guān)元件開或關(guān)。磁滯比較器(10)以輕負載檢測電路(50)檢測到輕負載狀態(tài)為觸發(fā)，使第2閾值電壓(Vth2)向高電位側(cè)移位預定電壓幅度。
文檔編號H02M3/155GK101218735SQ20068002518
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者福森啟貴 申請人:羅姆股份有限公司