專利名稱：開關(guān)穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能根據(jù)負(fù)載狀態(tài)切換PWM控制，以及PFM控制或VFM控制的開 關(guān)穩(wěn)壓器(switching regulator)。
背景技術(shù)：
近年，考慮環(huán)境問題，要求電子設(shè)備省電力化。尤其，在電池驅(qū)動(dòng)的電子 設(shè)備中，這種傾向很明顯。 一脫為了省電力化，重要的是，減少在電子設(shè)備中 消耗的電力，以及提髙電源電路自身效率抑制電力消耗浪費(fèi)。作為用于小型電子設(shè)備中的高效電源電路，廣泛使用設(shè)有電感器的非絕 緣型的開關(guān)穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓器的控制方法大體上有三種方法。一種方法是使得一定頻率的時(shí)鐘脈沖的占空比變化，將輸出電壓控制為 一定的脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation,以下簡記為"PWM")控制。 另一種方法是使得脈沖寬度一定，時(shí)鐘周期變化，將輸出電壓控制為一定的 脈沖頻率調(diào)制(pulse frequency modulation,以下簡記為"PFM")控制，又 一種方法是根據(jù)輸出電壓誤差控制脈沖寬度為一定的時(shí)鐘輸出，將輸出電壓 控制為一定的可變頻率調(diào)制(variable frequency modulation,以下簡記為 "VFM")控制。PFM控制有使得頻率無級(jí)變化的方式，以及拉大在PWM控制中 使用頻率的時(shí)鐘，模擬地使得頻率變化的方式。PWM控制即使在輕負(fù)載狀態(tài)下也以一定周期控制開關(guān)晶體管的接通/截 止，在向負(fù)載輸出電流小的輕負(fù)載狀態(tài)下，效率惡化。與此相反，PFM控制及 VFM控制根據(jù)連接負(fù)載開關(guān)上述開關(guān)晶體管的信號(hào)頻率變化，對(duì)設(shè)備來說，噪 音或波動(dòng)影響大，但對(duì)輕負(fù)載狀態(tài)，比PWM控制效率好。這樣，以往，根據(jù)負(fù)載條件，切換PWM控制和PFM控制，或PWM控制和VFM控 制,提高從輕負(fù)載到重負(fù)載的電源效率。作為檢測(cè)上述負(fù)載條件的方法， 一般，將輸出電流檢測(cè)用電阻插入從形成輸入電壓的電源電壓到輸出端之間，檢測(cè)從該輸出端的輸出電流。但是，在 這種方法中，輸出電流越大，輸出電流檢測(cè)甩電阻引起的電力損失增加，不適 合以電池為電源的小型電子電器。因此，作為不使用輸出電流檢測(cè)用電阻的 方法，有使用誤差放大電路的電壓電平，間接檢測(cè)負(fù)載狀態(tài)的方法(例如參照 專利文獻(xiàn)l)。[專利文獻(xiàn)l]日本專利第3647811號(hào)公報(bào)但是,誤差放大電路附屬用于除去疊合在輸出電壓上的波動(dòng)成份影響的 積分電路，該積分電路通常作為位相補(bǔ)償電路被附加在誤差放大電路上。該積分電路通常與PWM控制時(shí)的動(dòng)作頻率一致，被最優(yōu)化，因此，若如PFM控制時(shí) 那樣，比PWM控制時(shí)動(dòng)作頻率低(或從PWM控制用的脈沖信號(hào)拉大脈沖)，積分 電路輸出也是差動(dòng)誤差輸出，開關(guān)剛動(dòng)作后功能有效，但在從PWM控制用的脈 沖信號(hào)拉大脈沖等開關(guān)動(dòng)作停止?fàn)顟B(tài)中，誤差放大電路的輸出電壓成為0V或 電源電壓電平，作為檢測(cè)輸出電流的信號(hào)不能有效保持功能。因此，PFM控制 時(shí)，誤差放大電路的輸出電壓相對(duì)輸出電流不能維持一定電壓，誤差放大電 路的輸出電壓和輸出電流的關(guān)系成為不一定。因此，與使用輸出電流檢測(cè)用 電阻測(cè)定輸出電流的方法相比，存在不能正確設(shè)定控制方法切換時(shí)的輸出電 流的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為解決上述先有技術(shù)所存在的問題而提出來的,本發(fā)明的目 的在于，提供不使用輸出電流檢測(cè)用電阻、能正確設(shè)定根據(jù)負(fù)載狀態(tài)切換P麗 控制以及PFM控制或VFM控制時(shí)的輸出電流的開關(guān)穩(wěn)壓器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出以下方案(1) 一種開關(guān)穩(wěn)壓器，將輸入電壓輸入到輸入端，變換成所設(shè)定的定電 壓，從輸出端輸出，其特征在于 所述開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，根據(jù)所輸入的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)；電感器,通過該開關(guān)晶體管開關(guān)，由上述輸入電壓進(jìn)行充電；切換信號(hào)生成電路部，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，經(jīng)過與所述輸入 電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間后，生成所定的切換信號(hào)輸出；控制電路部，對(duì)所述開關(guān)晶體管，根據(jù)來自該切換信號(hào)生成電路部的切換信號(hào)，實(shí)行PWM控制或PFM控制，使得從所述輸出端輸出的輸出電壓成為上 述所定的定電壓；若從所述切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的上述所定的 切換信號(hào)，所述控制電路部實(shí)行PFM控制。(2) —種開關(guān)穩(wěn)壓器,將輸入電壓輸入到輸入端，變換成所設(shè)定的定電 壓，從輸出端輸出，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，根據(jù)所輸入的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)；電感器，通過該開關(guān)晶體管開關(guān)，由上述輸入電壓進(jìn)行充電；切換信號(hào)生成電路部，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，經(jīng)過與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間后，生成所定的切換信號(hào)輸出；控制電路部，對(duì)所述開關(guān)晶體管,根據(jù)來自該切換信號(hào)生成電路部的切換信號(hào)，實(shí)行PWM控制或VFM控制，使得從所述輸出端輸出的輸出電壓成為上述所定的定電壓；若從所述切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的上述所定的 切換信號(hào)，所述控制電路部實(shí)行VFM控制。(3) 在上述(1)或(2)所述的開關(guān)穩(wěn)壓器中，其特征在于，上述切換信號(hào) 生成電路部包括電流檢測(cè)電路，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該 電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，生成所定的二值檢測(cè)信 號(hào)輸出；信號(hào)生成電路，若從該電流檢測(cè)電路輸出上述所定的檢測(cè)信號(hào)，則使得 該檢測(cè)信號(hào)延遲與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，作為上述切換信號(hào)輸出。(4) 在上述(3)所述的開關(guān)穩(wěn)壓器中，其特征在于 上述輸入電壓越大，所述信號(hào)生成電路的上述延遲時(shí)間越長。(5) 在上述(4)所述的開關(guān)穩(wěn)壓器中，其特征在于,所述信號(hào)生成電路包括反相器,輸入來自上述電流檢測(cè)電路的上述檢測(cè)信號(hào)； 定電流電路，以上述輸入電壓為電源，向該反相器供給定電流； 電容器，通過上述反相器的輸出信號(hào)進(jìn)行充電及放電； 二值化電路，將該電容器電壓二值化，生成上述切換信號(hào)。(6) 在上述(5)所述的開關(guān)穩(wěn)壓器中，其特征在于 上述定電流電路供給上述反相器的定電流值設(shè)定為可變。(7) 在上述(5)所述的開關(guān)穩(wěn)壓器中，其特征在于上述控制電路部對(duì)上述定電流電路根據(jù)控制方式切換，使得供給上述反 相器的定電流值變化。下面說明本發(fā)明的效果。按照本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器，切換信號(hào)生成電路部從所述開關(guān)晶體管和電 感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電 流為零，經(jīng)過與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間后，生成所定的切換信號(hào)輸出，控 制電路部對(duì)所述開關(guān)晶體管，根據(jù)來自該切換信號(hào)生成電路部的切換信號(hào)， 實(shí)行PWM控制或PFM控制，使得從所述輸出端輸出的輸出電壓成為上述所定的 定電壓，若從所述切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的上述所定 的切換信號(hào)，所述控制電路部實(shí)行PFM控制。這樣，在與輸入電壓無關(guān)、從輸 出端輸出的輸出電流中，能以一定的電流值進(jìn)行PWM控制和PFM控制或VFM控 制的切換，不使用輸出電流檢測(cè)用電阻，能根據(jù)負(fù)載狀態(tài)正確設(shè)定切換PWM控 制和PFM控制或VFM控制時(shí)的負(fù)載電流。


圖l表示本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的電路例。 圖2表示圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓器在連續(xù)模式及不連續(xù)模式中各信號(hào)的時(shí)間圖。圖3表示本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的另一電路例。 圖4表示本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的又一電路例。圖5表示本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的電路例。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例。 第一實(shí)施例圖l表示本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的電路例。在圖l中，開關(guān)穩(wěn)壓器l是使用電感器的非絕緣型的開關(guān)穩(wěn)壓器，將輸入電壓Vin輸入到輸入端IN，將該輸入電壓Vin變換成所設(shè)定的定電壓，作為輸 出電壓Vout從輸出端0UT向負(fù)載7輸出。開關(guān)穩(wěn)壓器l設(shè)有由PMOS型晶體管構(gòu)成的用于實(shí)行輸入電壓Vin的輸出 控制的開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)晶體管M1，由NMOS型晶體管構(gòu)成的同步整流用晶體管 M2， PFM/PWM控制電路2，生成用于切換PFM/PWM控制電路2動(dòng)作的切換信號(hào)Sc 輸出的切換信號(hào)生成電路3，電容器C1，電感器L1。切換信號(hào)生成電路3設(shè)有:檢測(cè)到電流沒有流過電感器L1期間，輸出低電 平信號(hào)的電流檢測(cè)電路10;用于形成反相器的PM0S型晶體管M11及NM0S型晶 體管M12:定電流源ll;用于形成電流反射鏡電路的PM0S型晶體管M13及M14; 電容器C11;反相器12。PFM/PWM控制電路2構(gòu)成控制電路部，切換信號(hào)生成電路3構(gòu)成切換信號(hào) 生成電路部，定電流源11，反相器12，電容器Cll， PM0S型晶體管M11，M13,M14 及NM0S型晶體管M12構(gòu)成反相器，定電流源11及PM0S型晶體管M13， M14構(gòu)成定 電流電路，反相器12構(gòu)成雙值化電路。在開關(guān)穩(wěn)壓器1中，可以將除電感器L1 及電容器C1的各電路集成在一IC中，也可以根據(jù)情況，將除開關(guān)晶體管M1，同 步整流用晶體管M2，電感器L1及電容器C1的各電路集成在一IC中。開關(guān)晶體管M1和同步整流用晶體管M2串聯(lián)連接在輸入端IN和接地電壓 GND之間，將開關(guān)晶體管Ml和同步整流用晶體管M2的連接部設(shè)為Lx。電感器L1 連接在連接部Lx和輸出端OUT之間，電容器C1連接在輸出端0UT和接地電壓 GND之間。開關(guān)晶體管M1和同步整流用晶體管M2的各柵極分別與PFM/P麗控制電路 2連接。輸出電壓Vout輸入PFM/PWM控制電路2，對(duì)在PFM/PWM控制電路2內(nèi)生成的 所定的基準(zhǔn)電壓和對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行分壓的分壓電壓進(jìn)行電壓比較,分別 控制開關(guān)晶體管M1和同步整流用晶體管M2的開關(guān)，使得該分壓電壓成為該基 準(zhǔn)電壓。這時(shí)，PFM/PWM控制電路2根據(jù)從切換信號(hào)生成電路3輸入的切換信號(hào) Sc,選擇PFM控制或PWM控制,根據(jù)所選擇的控制方法，向開關(guān)晶體管M1的柵極 輸出控制信號(hào)PHSIDE，向同步整流用晶體管M2的柵極輸出控制信號(hào)NLSIDE。在切換信號(hào)生成電路3中，連接部Lx的電壓VLx輸入電流檢測(cè)電路IO，從 電流檢測(cè)電路10輸出的二值信號(hào)CMPout分別輸入PM0S型晶體管Mll及NM0S型 晶體管M12的各柵極。PM0S型晶體管M13及M14的各源極分別與輸入電壓Vin連 接，PM0S型晶體管M13及M14的各柵極連接，該連接部與PM0S型晶體管M13的漏 極連接，PM0S型晶體管M13及M14形成電流反射鏡電路。定電流源ll連接在 PMOS型晶體管M13的漏極和接地電壓GND之間，PMOS型晶體管M11和NMOS型晶 體管M12串聯(lián)連接在PM0S型晶體管M14的漏極和接地電壓GND之間。電容器Cll 與NM0S型晶體管M12并聯(lián)連接,PM0S型晶體管M11和NM0S型晶體管M12的連接 部與反相器12的輸入端連接，從反相器12的輸出端輸出切換信號(hào)Sc。在這種構(gòu)成中，作為開關(guān)穩(wěn)壓器l的動(dòng)作模式，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式。在連續(xù)模式中，開關(guān)晶體管M1接通時(shí)，在電感器L1中流過大電流,從輸出 端0UT向負(fù)載7輸出的輸出電流i。ut大。蓄積在電感器L1中的能量大，因此，開 關(guān)晶體管Ml斷開期間，能從電感器Ll向負(fù)載7持續(xù)供給電流i。ut。圖2表示控制信號(hào)NLSIDE及PHSIDE,電壓L， CMPout信號(hào)，電壓1 ，以及開 關(guān)信號(hào)Sc的脈沖波形，其中電壓V。u是由蓄積在電容器C11中的電荷量決定的 電壓。先說明連續(xù)模式。在連續(xù)模式時(shí),控制信號(hào)PHSIDE和控制信號(hào)NLSIDE是同相信號(hào)，因此，開 關(guān)晶體管M1接通或斷開場(chǎng)合(控制信號(hào)PHSIDE為低電平或高電平)，同步整流 用晶體管M2斷開或接通(控制信號(hào)NLSIDE為低電平或高電平)。當(dāng)開關(guān)晶體管 Ml接通場(chǎng)合，在連接點(diǎn)Lx的電壓Vu成為正電壓(開關(guān)為高電平)。若開關(guān)晶體 管M1斷開，則因電感器L1的逆電力，電壓Vu低下到負(fù)電壓(低電平)。但是，由于同步整流用晶體管M2接通，電壓L以稍低于接地電壓GND的電壓被固定。在 這種狀態(tài)下，到開關(guān)晶體管M1接通前，蓄積在電感器L1的能量從接地電壓GND 通過電感器Ll供給輸出端OUT。于是，輸出電流i。ut通過電感器Ll連續(xù)流向負(fù)載 7。下面，說明不連續(xù)模式時(shí)的動(dòng)作。若輸出電流i。u/變小，則流過電感器Ll的電感器電流iu也變小。于是，蓄積 在電感器L1的能量也變少。因此，開關(guān)晶體管M1斷開后到接通前，蓄積在電感 器L1的能量全部釋放，電壓L成為零。當(dāng)電壓Vu成為零時(shí)，蓄積在與輸出端 OUT連接的電容器C1中的電荷可以通過電感器L1及同步整流用晶體管M2發(fā)生 向接地電壓GND放電。于是，開關(guān)穩(wěn)壓器l的效率極端低下。在此，若電壓Vu為零，則電流檢測(cè)電路10檢測(cè)到因電壓Vu為零導(dǎo)致電感 器電流iu為零。電流檢測(cè)電路10使得信號(hào)CMPout的脈沖電平反轉(zhuǎn)，成為低電 平。當(dāng)PFM/PWM控制電路2接收到來自電流檢測(cè)電路10的低電平信號(hào)CMPout時(shí), PFM/PWM控制電路2使得控制信號(hào)NLSIDE為低電平，以便截止同步整流用晶體 管M2。結(jié)果，蓄積在電容器C1中的電荷不能通過電感器L1及同步整流用晶體 管M2向接地電壓放電，于是，能防止開關(guān)穩(wěn)壓器l因逆電流導(dǎo)致效率低下。從電感器電流iu為零后到開關(guān)晶體管Ml下一次接通期間設(shè)為空載(idle) 期間。在不連續(xù)模式時(shí)，開關(guān)穩(wěn)壓器l的一框架(frame)期間動(dòng)作由開關(guān)晶體 管Ml的接通期間+同步整流用晶體管M2的接通期間+空載期間構(gòu)成。不連續(xù) 模式開始時(shí)刻由輸出電流i。ut決定，空載期間長短根據(jù)輸入電壓Vh及輸出電流 i。ut變化。當(dāng)開關(guān)晶體管M1接通時(shí)，電感器電流iu與(Vh—Vout)成正比，當(dāng)開關(guān)晶 體管M1截止時(shí)，電感器電流iu的傾斜度與一Vout成正比。由此，輸入電壓Vin 越大時(shí)，越能在短時(shí)間內(nèi)將能量蓄積在電感器L1中。結(jié)果，同步整流用晶體管 M2接通后到電感器電流iu成為零的時(shí)間(同步整流用晶體管M2接通時(shí)間)變長。即，空載期間變短。另一方面，當(dāng)輸出電流i。u/變大或變小時(shí)，空載期間變 短或變長。如上所述，根據(jù)空載期間長短因輸入電壓Vin及輸出電流i。ut而變化， 切換開關(guān)穩(wěn)壓器l的控制模式。電流檢測(cè)電路10在電感器電流iu為零期間，即，上述空載期間，輸出低電平信號(hào)CMPout，電感器電流iu不為零時(shí)，輸出高電平信號(hào)CMPout。在圖1中， 若信號(hào)CMPout成為低電平，則PM0S型晶體管M11接通處于導(dǎo)通狀態(tài)，同 時(shí)，NM0S型晶體管M12斷開成為截止?fàn)顟B(tài)。因此，電容器C11通過PM0S型晶體管 M11，從定電流源11供給的定電流在由PM0S型晶體管M13和麗0S型晶體管M14 構(gòu)成的電流反射鏡電路折返，以定電流充電。與此相反，信號(hào)CMPout成為高電平時(shí)，即電感器電流iu不為零時(shí)，PMOS型 晶體管M11斷開成為截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)，NM0S型晶體管M12接通成為導(dǎo)通狀態(tài)。因 此，蓄積在電容器C11的電荷通過艦0S型晶體管M12放電。若由蓄積在電容器 Cll中的電荷量決定的電壓Ven超過反相器12的閾值Vth，則反相器12將低電平 的切換信號(hào)Sc向PFM/P麗控制電路2輸出。電壓Vcn不超過閾值Vth場(chǎng)合，反相器 12輸出高電平的切換信號(hào)Sc。低電平切換信號(hào)Sc—次或一次以上持續(xù)輸入，貝'JPFM/PWM控制電路2將開 關(guān)穩(wěn)壓器1的控制模式從PWM控制切換為PFM控制。例如，反相器12的閾值電壓Vth為Vin/2場(chǎng)合，且以定電流對(duì)電容器C11充電，輸入電壓Vin增大，電壓Vc:u超過閾值Vth所需時(shí)間變長。也就是說,信號(hào)CMPout被切換為低電平后到切換信號(hào) Sc成為低電平的時(shí)間變長。與此相反，輸入電壓V化減小，信號(hào)CMPout成為低 電平后到切換信號(hào)Sc成為低電平的時(shí)間變短。更具體地說，如圖2所示，在框架A，空載期間不太長，以便對(duì)電容器C11充 電，超過閾值電壓Vth。于是，切換信號(hào)Sc不切換為低電平。在框架B或C，空載 期間較長，以便對(duì)電容器C11充電，超過閾值電壓Vth,切換信號(hào)Sc切換為低電 平?；蛘呒词箍蛰d期間如框架A那樣短，當(dāng)閾值電壓Vth設(shè)為較低，或輸入電壓 VJ氐，電容器C11也可以在與框架A相同的空載期間，以相同的定電流被充電， 超過閾值電壓Vth，且切換信號(hào)可以切換為低電平。與此相反，即使空載期間 如框架B或C那樣長，當(dāng)閾值電壓Vth設(shè)為較高，或輸入電壓Vin高，電容器C11也 不能在與框架B或C相同的空載期間，以相同的定電流被充電以超過閾值電壓 Vth，且切換信號(hào)Sc沒有切換為低電平。而且，如上所述，空載期間長短根據(jù)輸 入電壓Vin及輸出電流i。u/變化。結(jié)果，即使控制信號(hào)PHSIDE的脈沖寬度被預(yù)先 設(shè)定，PFM/PWM控制電路2將開關(guān)穩(wěn)壓器1的控制模式從P麗控制模式改變?yōu)樵谂c輸入電壓Vin無關(guān)，從輸出端0UT輸出一定電壓的開關(guān)穩(wěn)壓器1中，開關(guān)穩(wěn) 壓器l的控制模式能以一定電流值從PWM控制切換為PFM控制。開關(guān)穩(wěn)壓器1的控制模式從PFM控制模式切換為PWM控制模式的時(shí)間可以 根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器l的使用目的確定。例如，當(dāng)?shù)碗娖降那袚Q信號(hào)Sc沒有在下一 框架中被檢測(cè)到時(shí)，當(dāng)?shù)碗娖降那袚Q信號(hào)Sc在所定的框架次數(shù)之間沒有被檢 測(cè)到時(shí)，或者當(dāng)檢測(cè)到切換信號(hào)Sc的低電平脈沖后所定數(shù)框架期間禁止檢測(cè) 該低電平脈沖，此后檢測(cè)到上述低電平脈沖時(shí)，PFM/PWM控制電路可以將開關(guān) 穩(wěn)壓器1的控制模式從PFM控制模式切換到PWM控制模式。在此，在圖1的切換信號(hào)生成電路3中，也可以使用比較器代替反相器12， 這種場(chǎng)合，圖1的切換信號(hào)生成電路3成為如圖3所示。在圖2中，與上述圖1相 同部分標(biāo)以同一符號(hào)，說明從略，在此僅說明與圖l不同點(diǎn)。圖3與圖1的不同點(diǎn)在于，使用電阻Rll， R12及比較器14，代替圖l的反相 器12。在圖3中，連接PM0S型晶體管M11，麗0S型晶體管M12及電容器C11的連接 部與比較器14的反轉(zhuǎn)輸入端連接。電阻Rll和R12串聯(lián)連接在輸入電壓Vin和 接地電壓GND之間，電阻R11和R12的連接部與比較器14的非反轉(zhuǎn)輸入端連接。 定電流源ll,比較器14,電阻R11，R12,電容器C11，PM0S型晶體管M11，M13，M14 及NM0S型晶體管M12構(gòu)成信號(hào)生成電路，比較器14及電阻R11和R12構(gòu)成二值 化電路。比較器14對(duì)電容器Cll的電壓，和用電阻Rll,R12對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行分 壓的分壓電壓進(jìn)行電壓比較，將表示該比較結(jié)果的二值信號(hào)作為切換信號(hào)Sc 輸出。比較器14的反轉(zhuǎn)閾值電壓由電阻R1和R2的電阻比決定，若電阻R1和R2 的各電阻值設(shè)為rl， r2，則成為VinXrl/(rl+r2)。該反轉(zhuǎn)閾值電壓形成圖l 的反相器12中的閾值電壓，圖3的切換信號(hào)生成電路3實(shí)行與圖1場(chǎng)合相同的 動(dòng)作。在此，通過PM0S型晶體管M11以所定的定電流對(duì)電容器充電,也可以使得 該定電流值與變更電感器L1的電感或輸出電壓Vou1:的設(shè)定值一起變更，這種 場(chǎng)合，圖1成為如圖4所示。在圖4中，與上述圖l相同部分標(biāo)以同一符號(hào)，說明 從略，在此僅說明與圖1不同點(diǎn)。圖4與圖1的不同點(diǎn)在于，在圖1的切換信號(hào)生成電路3中，追加PMOS型晶 體管M15-M17以及熔斷器F15-F17。在圖4中，PM0S型晶體管M15和熔斷器F15串聯(lián)連接，PM0S型晶體管M16和 熔斷器F16串聯(lián)連接，PM0S型晶體管M17和熔斷器F17串聯(lián)連接，該各串聯(lián)電路 分別與PM0S型晶體管M14并聯(lián)連接。PM0S型晶體管M15-M17的各柵極分別與 PM0S型晶體管M13及M14的各柵極的連接部連接，PM0S型晶體管M13-M17形成 電流反射鏡電路。定電流源ll,反相器12，電容器Cll， PMOS型晶體管 M11，M13-M17， NM0S型晶體管M12以及熔斷器F15-F17構(gòu)成信號(hào)生成電路，定 電流源ll， PM0S型晶體管M13-M17以及熔斷器F15-F17構(gòu)成定電流電路。開關(guān)晶體管Ml接通時(shí)的電感器電流的傾斜度為(Vin-Vout)/L，開關(guān)晶體 管Ml斷開時(shí)的電感器電流的傾斜度為-Vout/L。由此，若輸入電壓Vin及電感L 不同，相同時(shí)間能蓄積在電感器L1中的能量不同，電感器電流成為零的時(shí)間 也不同。這樣，通過可選地調(diào)整斷開熔斷器F15-F17，能變更對(duì)電容器C11充電 時(shí)的定電流值，能使得切換P麗控制及PFM控制的輸出電流值成為所希望的 值。在圖4中，串聯(lián)連接PMOS型晶體管和熔斷器形成三個(gè)串聯(lián)電路，將該三個(gè) 串聯(lián)電路分別與PM0S型晶體管M14并聯(lián)連接，以該場(chǎng)合為例說明，但這不過是 一例，也可以串聯(lián)連接PMOS型晶體管和熔斷器形成一個(gè)或一個(gè)以上串聯(lián)電路， 將該一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)電路與PM0S型晶體管M14并聯(lián)連接。這樣，在本第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器中，電感器電流為零期間，電流檢測(cè) 電路10輸出低電平信號(hào)CMPout，電感器電流流過時(shí)，電流檢測(cè)電路10輸出高 電平信號(hào)CMPout，以定電流對(duì)充電器C11充電場(chǎng)合，輸入電壓Vin越大時(shí)，信號(hào) CMPout成為低電平后到切換信號(hào)Sc成為低電平的時(shí)間變得越長，輸入電壓 Vin越小時(shí)，信號(hào)CMPout成為低電平后到切換信號(hào)Sc成為低電平的時(shí)間變得 越短。這樣，與輸入電壓Vin無關(guān)，在從輸出端OUT輸出的輸出電流中，能以一 定的電流值實(shí)行PWM控制及PFM控制的切換，不使用輸出電流檢測(cè)用電阻，能 根據(jù)負(fù)載狀態(tài)正確地設(shè)定切換P麗控制和PFM控制時(shí)的輸出電流。第二實(shí)施例在上述第一實(shí)施例中，通過PM0S型晶體管M11以所定的定電流對(duì)充電器Cll進(jìn)行充電，但是，當(dāng)PFM/P麗控制電路2進(jìn)行PFM控制時(shí)及P麗控制時(shí)，也可 以改變通過PMOS型晶體管M1 l對(duì)充電器C1 l進(jìn)行充電的定電流值，將其作為本 發(fā)明的第二實(shí)施例。圖5表示本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器的電路例。在圖5中，與上述圖1 相同部分標(biāo)以同一符號(hào),說明從略，在此僅說明與圖l不同點(diǎn)。圖5與圖1的不同點(diǎn)在于，在圖1的切換信號(hào)生成電路3中，追加PM0S型晶 體管M15以及開關(guān)15，由此，圖1的切換信號(hào)生成電路3成為切換信號(hào)生成電路 3a，圖l的開關(guān)穩(wěn)壓器l成為開關(guān)穩(wěn)壓器la。在圖5中，開關(guān)穩(wěn)壓器la是使甩電感器的非絕緣型的開關(guān)穩(wěn)壓器，將輸入 電壓Vin輸入到輸入端IN，將該輸入電壓Vin變換成所設(shè)定的定電壓,作為輸 出電壓Vout從輸出端0UT向負(fù)載7輸出。開關(guān)穩(wěn)壓器la設(shè)有開關(guān)晶體管Ml,同步整流用晶體管M2， PFM/PWM控制電 路2，生成用于切換PFM/P麗控制電路2動(dòng)作的切換信號(hào)Sc輸出的切換信號(hào)生 成電路3a，電容器C1，電感器L1。切換信號(hào)生成電路3a設(shè)有電流檢測(cè)電路10， PM0S型晶體管M11及醒0S型 晶體管M12,定電流源ll，用于形成電流反射鏡電路的PM0S型晶體管M13-M15, 電容器C11，反相器12，開關(guān)15。切換信號(hào)生成電路3a構(gòu)成切換信號(hào)生成電路部，定電流源ll,反相器12， 開關(guān)15，電容器Cll， PM0S型晶體管M11，M13-M15及醒0S型晶體管M12構(gòu)成信號(hào) 生成電路，定電流源ll，開關(guān)15及PM0S型晶體管M13-M15構(gòu)成定電流電路。在 開關(guān)穩(wěn)壓器la中，可以將除電感器Ll及電容器Cl的各電路集成在一個(gè)IC中， 也可以根據(jù)情況，將除開關(guān)晶體管M1，同步整流用晶體管M2，電感器L1及電容 器C1的各電路集成在一個(gè)IC中。PM0S型晶體管M15和開關(guān)15的串聯(lián)電路與PM0S型晶體管M14并聯(lián)連接， PM0S型晶體管M15的柵極與PM0S型晶體管M13和M14的各柵極連接部連接， PM0S型晶體管M13-M15形成電流反射鏡電路。PFM/PWM控制電路2實(shí)行開關(guān)15 的開關(guān)控制，進(jìn)行PWM控制時(shí)，使得開關(guān)15接通處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)行PFM控制時(shí)， 使得開關(guān)15斷開處于截止?fàn)顟B(tài)。這樣，可以在P麗控制及PFM控制時(shí)改變流入 電容器C11的定電流值。在圖5中，串聯(lián)連接PMOS型晶體管和開關(guān)形成一個(gè)串聯(lián)電路，將該串聯(lián)電路與PM0S型晶體管M14并聯(lián)連接，以該場(chǎng)合為例說明，但這不過是一例，也可 以串聯(lián)連接PMOS型晶體管和開關(guān)形成多個(gè)串聯(lián)電路，將該多個(gè)串聯(lián)電路與 PMOS型晶體管M14并聯(lián)連接。這樣，在本第二實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器中，PFM/P麗控制電路2進(jìn)行 FM控制 時(shí)以及P麗控制時(shí)，改變通過PM0S型晶體管M11對(duì)充電器C11進(jìn)行充電的定電 流值，能得到與上述本發(fā)明第一實(shí)施例相同的效果，同時(shí)，可以分別設(shè)定從 PWM控制切換至IJPFM控制時(shí)從輸出端輸出的輸出電流值，以及從PFM控制切換 到PWM控制時(shí)的該輸出電流值。在上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，例示同步整流型開關(guān)穩(wěn)壓器，但本 發(fā)明也可以適用使用例如二極管那樣的非同步方式的開關(guān)穩(wěn)壓器代替同步 整流用晶體管M2。這種場(chǎng)合，在圖l，圖3-圖5中，可以將二極管陰極與連接部 Lx連接，陽極與接地電壓GND連接，使用該二極管代替同步整流用晶體管M2，其他構(gòu)成相同，說明省略。在上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，例示PFM/PWM控制電路2進(jìn)行切換 PFM控制和P麗控亂但本發(fā)明也可以實(shí)行VFM控制，以代替PFM控制。上面參照

了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施 例。在本發(fā)明技術(shù)思想范圍內(nèi)可以作種種變更，它們都屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)穩(wěn)壓器，將輸入電壓輸入到輸入端，變換成所設(shè)定的定電壓，從輸出端輸出，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，根據(jù)所輸入的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)；電感器，通過該開關(guān)晶體管開關(guān)，由上述輸入電壓進(jìn)行充電；切換信號(hào)生成電路部，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，經(jīng)過與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間后，生成所定的切換信號(hào)輸出；控制電路部，對(duì)所述開關(guān)晶體管，根據(jù)來自該切換信號(hào)生成電路部的切換信號(hào)，實(shí)行PWM控制或PFM控制，使得從所述輸出端輸出的輸出電壓成為上述所定的定電壓；若從所述切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的上述所定的切換信號(hào)，所述控制電路部實(shí)行PFM控制。
2. —種開關(guān)穩(wěn)壓器，將輸入電壓輸入到輸入端,變換成所設(shè)定的定電壓， 從輸出端輸出，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，根據(jù)所輸入的控制信號(hào)進(jìn)行開關(guān)；電感器,通過該開關(guān)晶體管開關(guān)，由上述輸入電壓進(jìn)行充電；切換信號(hào)生成電路部，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè) 流過該電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，經(jīng)過與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間后，生成所定的切換信號(hào)輸出；控制電路部，對(duì)所述開關(guān)晶體管，根據(jù)來自該切換信號(hào)生成電路部的切 換信號(hào)，實(shí)行PWM控制或VFM控制，使得從所述輸出端輸出的輸出電壓成為上 述所定的定電壓；若從所述切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的上述所定的 切換信號(hào)，所述控制電路部實(shí)行VFM控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其特征在于，上述切換信號(hào) 生成電路部包括電流檢測(cè)電路，從所述開關(guān)晶體管和電感器的連接部電壓，檢測(cè)流過該 電感器的電感器電流，若檢測(cè)到該電感器電流為零，生成所定的二值檢測(cè)信 號(hào)輸出；信號(hào)生成電路，若從該電流檢測(cè)電路輸出上述所定的檢測(cè)信號(hào)，則使得 該檢測(cè)信號(hào)延遲與所述輸入電壓相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，作為上述切換信號(hào)輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其特征在于 上述輸入電壓越大，所述信號(hào)生成電路的上述延遲時(shí)間越長。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其特征在于,所述信號(hào)生成電 路包括反相器，輸入來自上述電流檢測(cè)電路的上述檢測(cè)信號(hào)； 定電流電路，以上述輸入電壓為電源，向該反相器供給定電流； 電容器，通過上述反相器的輸出信號(hào)進(jìn)行充電及放電； 二值化電路，將該電容器電壓二值化，生成上述切換信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其特征在于 上述定電流電路供給上述反相器的定電流值設(shè)定為可變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的開關(guān)穩(wěn)壓器,其特征在于上述控制電路部對(duì)上述定電流電路根據(jù)控制方式切換，使得供給上述反 相器的定電流值變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及能根據(jù)負(fù)載狀態(tài)切換PWM控制和PFM控制或VFM控制的開關(guān)穩(wěn)壓器。電流檢測(cè)電路(10)在電感器電流為零期間，輸出低電平信號(hào)(CMPout)，電容器(C11)通過PMOS型晶體管(M11)，以從定電流源(11)供給的定電流在由PMOS型晶體管(M13)及(M14)構(gòu)成的電流反射鏡電路折返的電流充電，信號(hào)(CMPout)為高電平時(shí)，電容器(C11)通過NMOS型晶體管(M12)放電，若從切換信號(hào)生成電路部輸入一次或一次以上連續(xù)的低電平切換信號(hào)(Sc)，則PFM/PWM控制電路(2)將控制模式從PWM控制切換為PFM控制。提供不使用輸出電流檢測(cè)用電阻、能正確設(shè)定根據(jù)負(fù)載狀態(tài)切換PWM控制以及PFM控制或VFM控制時(shí)的輸出電流的開關(guān)穩(wěn)壓器。
文檔編號(hào)H02M3/156GK101247083SQ20081000553
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者道下雄介 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光