專利名稱：Dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在負(fù)載電路中以規(guī)定的大小供給直流電壓的DC-DC轉(zhuǎn) 換器，特別是涉及具有過電流保護(hù)功能的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的筆記本型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、攜帶電話、和其他的攜帶用電 子設(shè)備等中，通過由降壓型開關(guān)電源電路構(gòu)成的DC-DC轉(zhuǎn)換器將電池 電壓降壓至規(guī)定電壓并供向電子電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，使用 對開關(guān)元件進(jìn)行過電流保護(hù)的過電流保護(hù)電路。圖5是表示通過電感器電流lL的峰值限制進(jìn)行過電流保護(hù)的現(xiàn)有 的DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)例子的圖。這種DC-DC轉(zhuǎn)換器以如下方式構(gòu)成使由源極端子連接來自電池 的輸入電壓Vin的P溝道型的場效果晶體管(FET)構(gòu)成的第一開關(guān)半 導(dǎo)體元件(以下稱為開關(guān)元件)Mp、和由源極端子接地的N溝道型的 FET構(gòu)成的第二開關(guān)元件Mn，相互的漏極端子彼此連接，并且從開關(guān) 控制電路1通過驅(qū)動(dòng)電路2、 3向各自的柵極端子供給控制信號。在開 關(guān)元件Mp和開關(guān)元件Mn的連接點(diǎn)上通過電感器L連接有充電/平滑 用的輸出電容器Cout和負(fù)載電路4，并且其各自的另一端接地。電感器L和輸出電容器Cout構(gòu)成向負(fù)載電路4供給平滑輸出電壓 的濾波電路。為了檢測輸向該負(fù)載電路4的輸出電壓Vout，輸出電壓 Vout作為負(fù)反饋信號被供向開關(guān)控制電路1。用開關(guān)控制電路1監(jiān)視輸 出電壓Voiit，同時(shí)以通過驅(qū)動(dòng)電路2、 3向開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件 Mn輸出控制信號，從而使其相互導(dǎo)通/斷開的方式進(jìn)行控制，使得該 輸出電壓Vout為一定值。過電流檢測電路5通過例如變流器(current transformer)、或高精 度(sense)電阻和放大器等對開關(guān)元件Mp中流動(dòng)的電流，即從開關(guān) 元件Mp流入電感器L的電感器電流lL進(jìn)行檢測，將其與規(guī)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來檢測過電流。在該過電流檢測電路5檢測出過電流的情況下，開關(guān)控制電路l以將開關(guān)元件Mp控制為斷開狀態(tài)的方式構(gòu)成。在現(xiàn)有的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，執(zhí)行通常的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，開關(guān)控制電 路1根據(jù)該輸出電壓Vout的變化使對開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件Mn進(jìn) 行導(dǎo)通/斷開控制的脈沖信號的脈沖寬度變化，進(jìn)行反饋控制使得輸出 電壓Vout為一定。由此，即使為重負(fù)載且供向負(fù)載電路4的供給電流 lout較大時(shí)，因?yàn)樵陂_關(guān)元件Mp為斷開狀態(tài)期間與負(fù)載對應(yīng)而蓄積在 電感器L中的能量通過開關(guān)元件Mn被放出，所以也能夠進(jìn)行效率良 好的同步整流。如果在DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vin —側(cè)的開關(guān)元件Mp中流動(dòng) 的電流(=1。超過規(guī)定值Ipmax，則在過電流檢測電路5輸出過電流 檢測信號，通過開關(guān)控制電路1使開關(guān)元件Mp為斷開控制狀態(tài)直至 下一個(gè)開關(guān)周期。這樣，利用電流檢測電路5，實(shí)現(xiàn)將過電感器電流lL 的峰值電流值Ip限制在規(guī)定值Ipmax以下的過電流限制功能。但是，在實(shí)際的過電流檢測電路5中檢測到超過規(guī)定值Ipmax的 電流以后，對開關(guān)元件Mp進(jìn)行開關(guān)至使其斷開需要一定的延遲時(shí)間。 因此，即使在開關(guān)元件Mp被切換為導(dǎo)通控制狀態(tài)的瞬間利用來自開 關(guān)控制電路1的驅(qū)動(dòng)信號檢測到過電流狀態(tài)，到通過過電流檢測電路5 使開關(guān)元件Mp實(shí)際上變?yōu)閿嚅_狀態(tài)為止的期間電感器電流^也繼續(xù) 增加。圖6表示在輸出電壓Vout大的情況下和小的情況下，在現(xiàn)有的 DC-DC轉(zhuǎn)換器的過電流保護(hù)功能在正在工作的狀態(tài)下，電感器電流分 別如何變化的情況。該圖(a)表示輸出電壓Vout大的情況，該圖(b) 表示輸出電壓Vout小的情況，在各個(gè)圖中，縱軸表示電感器電流k， 橫軸表示時(shí)間。在此，當(dāng)電感器電流Ii超過規(guī)定值Ipmax時(shí)，令使開關(guān)元件Mp 為斷開控制狀態(tài)所需要的最低限度的延遲時(shí)間為Td。由于電感器電流 lL的減少率與輸出電壓Vout成比例(dlJd，Vout/L)，所以如圖6 (b) 所示，在輸出電壓Vout低的情況下，與高的情況相比較，電感器電流L的減少需要的時(shí)間長。相反地，電感器電流lL,的增加率當(dāng)輸出電壓 Vout越低則越大(dIL/dt= (Vin—Vout) /L)。因此，如圖(b)所示，在電感器電流L超過規(guī)定值Ipmax以后，在延遲時(shí)間Td電感器電流 lL也以大的傾斜繼續(xù)上升。于是，在開關(guān)元件Mp被進(jìn)行斷開控制的時(shí)間內(nèi)，在目前為止所增加的電感器電流L未減少干凈的情況下就在下 一個(gè)周期電感器電流L開始上升。這樣，在現(xiàn)有的過電流檢測電路5的過電流檢測中，存在電感器電流lL的過電流限制功能不能有效工作的擔(dān)憂。而且，若檢測出過電流后的延遲時(shí)間Td為一定，則開關(guān)控制電路l的開關(guān)頻率越上升，越 難以正常地使過電流限制起作用。因此，在這種開關(guān)電源中，考慮有以最小當(dāng)班(on duty )時(shí)間(Tmin) 防止電感器電流(Il)增加的開關(guān)電源電路的過電流保護(hù)方法。(例如， 參照專利文獻(xiàn)l)。在該專利文獻(xiàn)1中，公開有以下技術(shù)設(shè)置對從作為開關(guān)元件的 晶體管(2)流向電感器的電流(I一H)進(jìn)行檢測的過電流檢測電路 (221)、和對開關(guān)元件為斷開時(shí)的飛輪電流(flywheel current) (I—L) 進(jìn)行檢測的電流檢測電路(230)，若在過電流檢測電路(221)檢測出 電流(I一H) (二電感器電流)超過某規(guī)定值，則屏蔽(mask)并停止 開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，直至在電流檢測電路(230)檢測出飛輪電流變 為某規(guī)定值以下。上述專利文獻(xiàn)1的過電流保護(hù)方法，為了分別檢測從晶體管(2) 流向電感器的電流(I一H)和飛輪電流(I一L)，需要兩個(gè)檢測電路， 因此帶來開關(guān)電源電路成本上升的問題。此外，在專利文獻(xiàn)1所記載的過電流保護(hù)動(dòng)作中，在從開關(guān)元件 的驅(qū)動(dòng)脈沖除去屏蔽的時(shí)間和之后最初向開關(guān)元件供給脈沖寬度調(diào)制 (PWM: pulse width modulation)脈沖的時(shí)間，未假定相互取得同步。 因此，電感器電流的底值(bottom value)因兩者的時(shí)間而散亂，不能 夠預(yù)測電感器電流的平均值，存在難以進(jìn)行準(zhǔn)確的開關(guān)控制的問題。 該問題點(diǎn)特別在開關(guān)元件的開關(guān)頻率低的情況下表現(xiàn)顯著。而且，在應(yīng)用于固定導(dǎo)通時(shí)間方式的脈沖頻率調(diào)制(PFM: pulse frequency modulation)控制的過電流保護(hù)電路中也存在以下問題在 因過電流限制而輸出電壓降低的情況下，由于進(jìn)行定電壓控制的控制 電路要使輸出電壓上升從而開關(guān)頻率繼續(xù)上升，所以現(xiàn)有方式的過電流限制功能不能有效地動(dòng)作。雖然在這種情況下利用某些方法對開關(guān)頻率設(shè)置上限也能夠進(jìn)行 處理，但是DC-DC轉(zhuǎn)換器的過電流保護(hù)電路對于頻率需要預(yù)計(jì)某種程 度的裕量而進(jìn)行設(shè)計(jì)。即，即使為比通常動(dòng)作中使用的頻率高的頻率， 也需要有能夠可靠地應(yīng)付過電流狀態(tài)的過電流限制功能。[專利文獻(xiàn)1]日本專利特開第2004 — 364488號(段落序號
,圖1、 2、 3等)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述問題而完成的，目的在于提供一種即使在過電流 檢測動(dòng)作中存在延遲也不用擔(dān)心陷入不能進(jìn)行過電流限制的境地的 DC-DC轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明中，為了解決上述問題，提供一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括 連接在輸入電源的高電位一側(cè)的第一開關(guān)元件；與上述第一開關(guān)元件 串聯(lián)連接并且連接在輸入電源的低電位一側(cè)的第二開關(guān)元件；連接在 上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件的連接點(diǎn)上，并由向負(fù)載電路 供給平滑輸出電壓的電感器和平滑電容器構(gòu)成的濾波電路；對上述負(fù) 載電路的輸出電壓進(jìn)行檢測并輸出負(fù)反饋信號的電壓檢測電路；對上 述負(fù)反饋信號和第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，輸出開關(guān)上述第一開關(guān) 元件和上述第二開關(guān)元件的控制信號的控制電路；和通過上述控制信 號交替地對上述第一開關(guān)元件和上述第二開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/斷開控制 的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還具有過電流檢測機(jī)構(gòu)，其在上述第二 開關(guān)元件的導(dǎo)通控制吋對上述電感器中流動(dòng)的電感器電流進(jìn)行檢測， 對上述電感器電流是否降低至規(guī)定的大小進(jìn)行判定；和定時(shí)變更機(jī)構(gòu)， 其以延長上述第一開關(guān)元件的斷開控制時(shí)間，直至由上述過電流檢測 機(jī)構(gòu)判定為上述電感器電流已降低至規(guī)定的大小的方式，變更上述控 制信號的開關(guān)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器，能夠構(gòu)成在輸出電壓降低時(shí)，不用 擔(dān)心陷入不能進(jìn)行過電流限制的境地的、還可應(yīng)用于固定導(dǎo)通時(shí)間 PFM轉(zhuǎn)換器的DC-DC轉(zhuǎn)換器。


圖1是表示本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器的原理性結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示在輸出電壓Vout大的情況下和小的情況下，在本發(fā)明 的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，過電流保護(hù)功能正在工作的狀態(tài)下的電感器電流 的大小的變化的圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖4是表示圖3所示DC-DC轉(zhuǎn)換器的各部分的信號波形的時(shí)序圖。圖5是表示通過電感器電流的峰值限制進(jìn)行過電流保護(hù)的現(xiàn)有的 DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)例子的圖。圖6是表示在輸出電壓Vout大的情況下和小的情況下，在現(xiàn)有的 DC-DC轉(zhuǎn)換器的過電流保護(hù)功能正在工作的狀態(tài)下，電感器電流分別 如何變化的圖。標(biāo)號說明1開關(guān)控制電路2、 3驅(qū)動(dòng)電路4負(fù)載電路6誤差放大電路7電流控制振蕩電路8脈沖生成電路9空載時(shí)間生成電路IOPFM控制電路11電平移位電路12復(fù)位電路13比較電路20輸出段50過電流檢測電路Mp、 Mn開關(guān)元件具體實(shí)施方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器的原理性結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，對與圖5所示的現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器相同的部分釆用同一參照符號標(biāo)示。 在該DC-DC轉(zhuǎn)換器中，為了控制電感器電流lL的底電流值(Ib)，在開關(guān)元件Mn的漏極端子與電感器L之間配置有過電流檢測電路50。在此，過電流檢測電路50與開關(guān)控制電路1連接，例如通過變流 器(currenttransformer)、或高精度(sense)電阻和放大器等對開關(guān)元 件Mn中流動(dòng)的電流，即從開關(guān)元件Mn流入電感器L的電感器電流 L進(jìn)行檢測，通過將其與規(guī)定值Ibmax進(jìn)行比較，判定電感器電流lL 是否已減小至規(guī)定值Ibmax。在開關(guān)控制電路1中，以延長開關(guān)元件 Mp的斷開控制時(shí)間直至過電流檢測電路50判定電感器電流IL已降低 至規(guī)定的大小的方式，對控制信號的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。圖2是表示在本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，過電流保護(hù)功能在正在 工作的狀態(tài)下的電感器電流的大小的變化的圖。該圖(a)為輸出電壓 Vout大的情況，該圖(b)為輸出電壓Vout小的情況。其中，縱軸表 示電感器電流L，橫軸表示時(shí)間。圖2 (a)和(b)均為以下情況在開關(guān)元件Mn中流動(dòng)的電感器 電流lL超過規(guī)定值Ibmax的期間，通過開關(guān)控制電路1將開關(guān)元件Mn 的導(dǎo)通時(shí)間僅延長Tl或T2，在電感器電流lL減小至規(guī)定值Ibmax以 下之后轉(zhuǎn)移至下一個(gè)開關(guān)周期，在該接下來的開關(guān)周期中電感器電流 IjJ人規(guī)定值Ibmax以下的值開始上升。S卩，以將電感器電流t的底電 流值Ib控制在規(guī)定值Ibmax以下的方式設(shè)置延長時(shí)間Tl、 T2，由此可 靠地實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制電路1的過電流限制功能。而且，通過該開關(guān)控制電路l，電感器電流IiJ勺峰值電流值Ip的 規(guī)定值Ipmax也能夠限制于在開關(guān)元件Mp的導(dǎo)通時(shí)間Ton期間電感 器電流L能夠從Ipmax開始增加的范圍內(nèi)。這是因?yàn)榉逯惦娏鱅p以如下方式進(jìn)行限制Ip=Ib+Ton (Vin—Vout) /L<Ibmax+Ton (Vin—Vout) /L可以通過規(guī)定值Ibmax令峰值電流Ip的規(guī)定值Ipmax為由Ibmax 決定的Ibmax+Ton (Vin—Vout) /L。此外，在導(dǎo)通時(shí)間Ton流動(dòng)于電感器L中的電感器電流L的平均 值等于Ibmax+0.5Ton (Vin—Vout) /L。在此，Vin為從電池至DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓值，Vout為至負(fù) 載電路4的輸出電壓值，L為電感器L的電感值。因此，該開關(guān)控制 電路1適合應(yīng)用于如PFM (脈沖頻率調(diào)制)方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器這樣 的、開關(guān)元件Mp的導(dǎo)通時(shí)間Ton總為一定而不變化的固定導(dǎo)通時(shí)間 的開關(guān)控制方式。此外，由于過電流檢測電路50延長開關(guān)周期自身直至電感器電流 Ii下降至規(guī)定值Ibmax以下，所以即使如現(xiàn)有的過電流檢測電路5那 樣在過電流檢測動(dòng)作中存在延遲時(shí)間，也不存在不能進(jìn)行過電流限制 的危險(xiǎn)性。因此，具有即使在DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電路4為短路狀態(tài) 時(shí)，也能夠進(jìn)行過電流限制的優(yōu)點(diǎn)。下面，作為這種DC-DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)例子，對安裝有過電流保護(hù) 電路的PFM轉(zhuǎn)換器的具體結(jié)構(gòu)和動(dòng)作進(jìn)行說明。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件Mn串聯(lián)連接，構(gòu)成輸出段20。開關(guān)元 件Mp的源極端子與輸入電源Vin的高電位一側(cè)連接，其漏極端子與開 關(guān)元件Mn的漏極端子連接，開關(guān)元件Mn的源極端子接地。電感器L和輸出電容器Cout構(gòu)成濾波電路，該濾波電路連接在輸 出段20的開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件Mn的連接點(diǎn)上，向負(fù)載電路4供 給平滑輸出電壓。輸向負(fù)載電路4的輸出電壓Vout通過串連連接有電 阻R1、 R2的電壓檢測電路，作為負(fù)反饋信號供向PFM控制電路IO。PFM控制電路10由誤差放大電路6、振蕩電路(電流控制振蕩電 路)7、和脈沖生成電路8構(gòu)成。誤差放大電路6對負(fù)反饋信號和第一 基準(zhǔn)電壓Vrefl進(jìn)行比較放大，輸出在開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件Mn的 開關(guān)控制中所必要的錯(cuò)誤信號，被電阻分壓過的負(fù)反饋信號供向一個(gè) 輸入端子，第一基準(zhǔn)電壓Vrefl供向另一端的輸入端子。電流控制振蕩 電路7產(chǎn)生與從誤差放大電路6輸出的錯(cuò)誤信號對應(yīng)的振蕩頻率的脈 沖信號。脈沖生成電路8根據(jù)該脈沖信號生成用于空載時(shí)間(dead time) 生成電路9的控制信號。其中，圖3所示的誤差放大電路6由跨導(dǎo)放 大器(TransconductanceAmplifier)構(gòu)成，因此錯(cuò)誤信號為電流信號。該P(yáng)FM控制電路10通過空載時(shí)間生成電路9與驅(qū)動(dòng)電路2、 3連 接。在此，在通過來自脈沖生成電路8的控制信號交替地對開關(guān)元件Mp、 Mn進(jìn)行導(dǎo)通/斷開控制時(shí)，對于從空載時(shí)間(DT)生成電路9輸 向驅(qū)動(dòng)電路2、 3的控制信號，設(shè)定同時(shí)對開關(guān)元件Mp和開關(guān)元件 Mn進(jìn)行斷開控制的空載時(shí)間。過電流檢測電路50由電平移位電路11、復(fù)位電路12、比較電路 13構(gòu)成，在開關(guān)元件Mn的導(dǎo)通控制時(shí)對流動(dòng)于電感器L中的電感器 電流L進(jìn)行檢測，判定電感器電流L是否已降低至規(guī)定的大小。下面進(jìn)一步對PFM控制電路10和過電流檢測電路50的具體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行說明。電流控制振蕩電路7由包括兩個(gè)P溝道型的FET (以下稱為晶體 管)Ml、 M2的電流鏡像電路、變換器(inverter)電路14、 15、電容 器C1和或非(NOR)電路16構(gòu)成。晶體管M1、 M2的各源極端子與 電池的輸入電壓Vin連接，晶體管M1的漏極端子、柵極端子和晶體管 M2的柵極端子分別與誤差放大電路6的輸出端子連接。此外，晶體管 M2的漏極端子與變換器電路14的電源端子連接。變換器電路14，其輸出端子與電容器Cl連接，而且通過變換器 電路15與或非電路16的一個(gè)輸入端子連接，或非電路16的輸出端子 構(gòu)成電流控制振蕩電路7的輸出端子，并且通過從這里到變換器電路 ]4的輸出端子的反饋環(huán)形成環(huán)形振蕩器。該或非電路16在其另一個(gè)輸入端子中輸入有過電流檢測電路50 的輸出信號"K"，構(gòu)成為在環(huán)形振蕩器的環(huán)內(nèi)根據(jù)過電流檢測電路50 的輸出使振蕩停止的邏輯門。脈沖生成電路8由變換器電路17、 18、電阻R3和電容器C2構(gòu)成。 其中，來自電池的輸入電壓Vin通過電阻R3供給至變換器電路17的 電源端子，變換器電路17的電源端子與電容器C2和變換器電路18連 接。該變換器電路18的輸出端子作為脈沖生成電路8的輸出端子與空 載時(shí)間生成電路9連接。過電流檢測電路50的電平移位電路11由N溝道型的FET構(gòu)成的 開關(guān)元件Msl和定電流源19構(gòu)成。開關(guān)元件Msl以下述方式構(gòu)成 其基板端子接地，其源極端子(圖3中開關(guān)元件Msl的右側(cè)的端子) 和柵極端子分別連接開關(guān)元件Mn的漏極端子和柵極端子，分別被施 加與開關(guān)元件Mn的漏極端子和柵極端子相同的電壓。此外，開關(guān)元件Msl的漏極端子(圖3中開關(guān)元件Msl的左側(cè)的端子)通過定電流 源19連接電池的輸入電壓Vin，被供給定電流Is。
在電平移位電路11中，開關(guān)元件Msl的偏置(offset)電壓(Msl 的導(dǎo)通電阻值X定電流Is)被相加至對應(yīng)于開關(guān)元件Mn中流動(dòng)的電感 器電流L而產(chǎn)生的電壓下降，并作為輸出信號"J"輸出。即，電平移 位電路11的輸出信號"J"為電感器電流L的尺度，利用該輸出信號 "J"將相對正方向的電感器電流lL為負(fù)值的開關(guān)元件Mn的漏極端子 電壓間接地與第二基準(zhǔn)電壓例如接地電位進(jìn)行比較。
過電流檢測電路50的復(fù)位電路12由兩個(gè)變換器電路21、 22和由 N溝道型的FET構(gòu)成的開關(guān)元件Ms2構(gòu)成。變換器電路21與空載時(shí) 間生成電路9的驅(qū)動(dòng)電路3 —側(cè)的輸出端子連接，被供給信號"F"， 并且將變換器電路21的輸出信號"G"被輸向比較電路13的"+ "側(cè) 輸入端子。
此外，變換器22的輸入端子與開關(guān)元件Mn的柵極端子連接，其 輸出端子與開關(guān)元件Ms2的柵極端子連接。開關(guān)元件Ms2的漏極端子 與比較電路13的"一"側(cè)輸入端子連接，其源極端子接地。因此，在 電平移位電路11中，因定電流源19的定電流Is流入開關(guān)元件Msl而 生成的偏置電壓Vs被相加在開關(guān)元件Mn的漏極端子電壓上，在比較 電路13中能夠?qū)⑴c在開關(guān)元件Mn中流動(dòng)的電感器電流lL的電流值對 應(yīng)的電壓信號"J"和接地電位進(jìn)行比較。
圖4是表示圖3所示DC-DC轉(zhuǎn)換器的各部分的信號波形的時(shí)序圖。
該圖(a)表示電流控制振蕩電路7的輸出信號"A"的波形。此 外，該圖(b)和(c)表示電流控制振蕩電路7的兩個(gè)變換器電路14、 15的輸出信號"B"和"C"。
在電流控制振蕩電路7中，在根據(jù)作為誤差放大電路6的跨導(dǎo)放 大器的輸出的引入電流(pull-in current)而變化的周期內(nèi)，將電流控制 振蕩電路7的輸出信號"A"作為胡須狀的脈沖信號供向脈沖生成電路 8。即，因?yàn)樨?fù)載電路4為輕負(fù)載，輸出電壓Vout越高則跨導(dǎo)放大器的 引入電流變得越小，所以輸出信號"A"的周期變長。相反，若負(fù)載電 路4為重負(fù)載，則周期變短。在脈沖生成電路8中，通過將該脈沖信 號的脈沖寬度延長至規(guī)定的長度，生成圖(d)所示的具有規(guī)定的導(dǎo)通時(shí)間的PFM信號(輸出信號"D")。
向空載時(shí)間生成電路9供給輸出信號"D"，在圖4 (e)和(f)所 示的時(shí)間生成交替地對輸出段20的兩個(gè)開關(guān)元件Mp、 Mn進(jìn)行導(dǎo)通/ 斷開控制的輸出信號"E"和"F"。在該輸出信號"E"的"Tcm"期間， 輸出段20的開關(guān)元件Mp為導(dǎo)通控制狀態(tài)，此時(shí)，因輸出信號"F"， 另一個(gè)開關(guān)元件Mn變?yōu)閿嚅_控制狀態(tài)。由于使開關(guān)元件Mn為斷開控 制狀態(tài)的輸出信號"F"，過電流檢測電路50的復(fù)位電路12進(jìn)行動(dòng)作， 其輸出信號"G"變?yōu)镠 (高)電位，輸出信號"J"變?yōu)長 (低)電 位，過電流檢測電路50的輸出信號"K"被設(shè)定為H電位，成為復(fù)位 狀態(tài)。其后，在開關(guān)元件Mn成為導(dǎo)通控制狀態(tài)的斷開期間"Toff"中， 開關(guān)元件Mp變?yōu)閿嚅_控制狀態(tài)，電感器電流L開始減少。
此時(shí)，如圖4 (g)所示，變換器電路21的輸出信號"G"和變換 器電路22的輸出信號變?yōu)長電位，復(fù)位狀態(tài)被解除。然后，因?yàn)楸容^ 電路13的輸出信號"K"的H電位繼續(xù)，直至電平移位電路11的輸 出信號"J"超過接地電位，所以來自電流控制振蕩電路7的脈沖的輸 出被延期至此，開關(guān)元件Mti的導(dǎo)通控制狀態(tài)和開關(guān)元件Mp的斷開控 制狀態(tài)被繼續(xù)。當(dāng)電平移位電路11的輸出信號"J"超過接地電位時(shí)則 比較電路13的輸出信號"K"變?yōu)長電位，允許環(huán)形振蕩器的振蕩動(dòng) 作，于是轉(zhuǎn)移至下一個(gè)開關(guān)周期。
如上所述，在本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，通過限制電感器電流lL 的底電流值(Ib)，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，即使在過電流檢測動(dòng)作中存在 延遲，也不用擔(dān)心陷入不能進(jìn)行過電流限制的境地。
此外，作為構(gòu)成DC-DC轉(zhuǎn)換器的PFM控制電路10的振蕩電路7， 對以下電流控制振蕩電路的示例進(jìn)行了說明，即，以通過電流鏡像電 路對作為誤差放大電路6的輸出信號的引入電流進(jìn)行復(fù)制后的電流對 電容器Cl進(jìn)行充電，根據(jù)電容器Cl的充電電壓到達(dá)變換器電路15 的閾值電壓的時(shí)間來決定振蕩周期，但是并非只限定于電流控制振蕩 電路。例如也能夠使誤差放大電路為使用運(yùn)算放大器的電路，或者通 過利用電阻等將圖3所示的誤差放大電路6的電流輸出變換為電壓信 號而使誤差放大電路成為輸出電壓的類型，以該輸出電壓為基礎(chǔ)將振 蕩頻率被控制的電壓控制振蕩器(Voltage Controlled Oscillator)應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器中。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括連接在輸入電源的高電位一側(cè)的第一開關(guān)元件；與所述第一開關(guān)元件串聯(lián)連接并且連接在輸入電源的低電位一側(cè)的第二開關(guān)元件；連接于所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件的連接點(diǎn)，并由向負(fù)載電路供給平滑輸出電壓的電感器和平滑電容器構(gòu)成的濾波電路；對所述負(fù)載電路的輸出電壓進(jìn)行檢測并輸出負(fù)反饋信號的電壓檢測電路；對所述負(fù)反饋信號和第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，輸出開關(guān)所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件的控制信號的控制電路；和通過所述控制信號交替地對所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通/斷開控制的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還具有過電流檢測機(jī)構(gòu)，其在所述第二開關(guān)元件的導(dǎo)通控制時(shí)對所述電感器中流動(dòng)的電感器電流進(jìn)行檢測，對所述電感器電流是否已降低至規(guī)定的大小進(jìn)行判定；和定時(shí)變更機(jī)構(gòu)，其以延長所述第一開關(guān)元件的斷開控制時(shí)間，直至由所述過電流檢測機(jī)構(gòu)判定為所述電感器電流已降低至規(guī)定的大小的方式，變更所述控制信號的開關(guān)時(shí)間。
2. 如權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于 在所述過電流檢測機(jī)構(gòu)中，通過將在所述第二開關(guān)元件的電壓下降與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，檢測所述電感器電流的大小。
3. 如權(quán)利要求2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述過電流 檢測機(jī)構(gòu)包括電平移位電路，其在所述第二開關(guān)元件的漏極和源極間電壓上加 上規(guī)定的電壓并輸出；復(fù)位電路，其在所述第二開關(guān)元件的斷開控制時(shí)將來自所述電平移位電路的輸出信號固定于規(guī)定值；和判定電路，其在所述第二開關(guān)元件的導(dǎo)通控制時(shí)對來自所述電平 移位電路的輸出信號電壓是否已到達(dá)所述第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行判定。
4. 如權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述控制電路包括對所述負(fù)反饋信號和所述第一基準(zhǔn)電壓的誤差進(jìn)行放大的誤差放 大電路；生成與所述誤差放大電路的輸出對應(yīng)的振蕩頻率的脈沖信號的振蕩電路；禾口根據(jù)所述脈沖信號生成所述控制信號的脈沖生成電路，其中， 在所述脈沖生成電路中，固定對于所述第一開關(guān)元件的導(dǎo)通控制 時(shí)間，并且能夠延長變更該斷開控制時(shí)間。
5. 如權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述定時(shí)變更機(jī)構(gòu)，在所述過電流檢測機(jī)構(gòu)判定所述電感器電流為所述規(guī)定的大小以上的期間，對所述振蕩電路的振蕩動(dòng)作進(jìn)行停止 控制。
6. 如權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于 所述振蕩電路為環(huán)形振蕩器。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于 在所述控制電路和所述驅(qū)動(dòng)電路之間連接有空載時(shí)間生成電路，該空載時(shí)間生成電路設(shè)定同時(shí)對所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元 件進(jìn)行斷開控制的空載時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其即使在過電流檢測動(dòng)作中存在延遲，也不用擔(dān)心陷入不能進(jìn)行過電流限制的境地。過電流檢測電路(50)與開關(guān)控制電路(1)連接，在開關(guān)元件(Mn)的導(dǎo)通控制時(shí)對在電感(L)中流動(dòng)的電感器電流進(jìn)行檢測，判定該電感器電流是否已降低至規(guī)定值。在開關(guān)控制電路(1)中，以延長第一開關(guān)元件(Mp)的斷開控制狀態(tài)，直至由所述過電流檢測電路(50)判定為電感器電流已降低至規(guī)定的大小的方式，變更控制信號的開關(guān)時(shí)間。
文檔編號H02M3/04GK101272094SQ200810005549
公開日2008年9月24日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者山田耕平 申請人:富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)株式會(huì)社