專利名稱：半導(dǎo)體集成電路裝置和dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施方式涉及半導(dǎo)體集成電路裝置和DC-DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
DC-DC轉(zhuǎn)換器將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為與其不同的輸出直流電壓并提供給負載。通常利用反饋工作，即使負載稍微變動，也能將恒定的輸出直流電壓提供給負載。然而，當(dāng)負載急劇變動時，會有輸出直流電壓也較大地變動的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題在于提供一種能穩(wěn)定地對負載提供直流電壓的半導(dǎo)體集成電路裝置和DC-DC轉(zhuǎn)換器。實施方式的半導(dǎo)體集成電路裝置被使用在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，該DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號,對提供給負載的電壓進行控制,將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述半導(dǎo)體集成電路裝置的特征在于，具備:誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓；相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償；控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整。其他實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號，對提供給負載的電壓進行控制，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的特征在于,具備:電感器，具有第一端子以及第二端子，所述第一端子連接于所述輸出端子；輸出電容器，連接在所述輸出端子與接地端子之間；誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓；相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償；控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述PWM信號，切換是否對所述電感器的第二端子提供所述輸入電壓。此外，其他實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號，對提供給負載的電壓進行控制，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的特征在于,具備:電感器，具有第一端子以及第二端子，所述第一端子連接于提供所述輸入電壓的電源端子；輸出電容器，連接在所述輸出端子與接地端子之間；誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓；相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償；控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述PWM信號，切換是否對所述輸出端子提供所述電感器的第二端子的電壓。
根據(jù)上述構(gòu)成的半導(dǎo)體集成電路裝置以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，能穩(wěn)定地對負載提供直流電壓。


圖1是第一實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器100的電路圖。
圖2是示意性地表示控制部3的工作的電壓波形圖。
圖3是示意性地表示PWM信號Vpwmp、Vpwmn、電流IL以及讀出電壓Vsens的關(guān)系的波形圖。
圖4是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器100的工作的概略的波形圖。
圖5是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器100的詳細工作的波形圖。
圖6是第二實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器101的電路圖。
圖7是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器101的詳細工作的波形圖。
圖8是第三實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器200的電路圖。
具體實施方式
本發(fā)明根據(jù)一實施方式，提供一種半導(dǎo)體集成電路裝置，其被使用在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，該DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號,對提供給負載的電壓進行控制,將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出。半導(dǎo)體集成電路裝置具備誤差電壓生成部、相位補償部、控制部和誤差電壓調(diào)整部。所述誤差電壓生成部生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓。所述相位補償部對所述誤差電壓的相位進行補償。所述控制部生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號。所述誤差電壓調(diào)整部基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)難iF.0
(第一實施方式)
圖1是第一實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器100的電路圖。圖1的DC-DC轉(zhuǎn)換器100是生成比輸入電壓Vin低的所希望的輸出電壓Vout并提供給負載Rload的降壓型的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
DC-DC轉(zhuǎn)換器100具備誤差電壓生成部1、相位補償部2、控制部3、切換部4、誤差電壓調(diào)整部5、電感器Lout和電容器Cout。輸出電壓Vout從DC-DC轉(zhuǎn)換器100的輸出端子輸出，并提供給負載Rload。
誤差電壓生成部I基于輸出電壓Vout以及規(guī)定的參照電壓Vref，生成誤差電壓Verr0更具體地說，誤差電壓生成部I具有誤差放大器Aerr和串聯(lián)連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器100的輸出端子與接地端子之間的反饋電阻Rfbl、Rfb2。對誤差放大器Aerr的正輸入端子輸入?yún)⒄针妷篤ref，對負輸入端子輸入利用電阻Rfbl、Rfb2將輸出電壓Vout分壓后的反饋電壓Vfb。而且，誤差放大器Aerr對參照電壓Vref與電壓Vfb之差進行放大，輸出誤差電壓Verr。參照電壓Vref根據(jù)需要的輸出電壓Vout的值而設(shè)定。此外，如后面所述，誤差電壓Verr能利用誤差電壓調(diào)節(jié)部5進行調(diào)整。
相位補償部2具有串聯(lián)連接在誤差放大器Aerr的輸出端子與接地端子之間的相位補償電阻Rcomp以及相位補償電容器Ccomp。而且,相位補償部2利用與電阻Rcomp、電容器Ccomp的大小和誤差放大器Aerr的放大率相應(yīng)的時間常數(shù)，對誤差電壓Verr的相位進行補償。由此，能抑制誤差電壓Verr固定于電源電壓或者接地電壓。
通過將相位補償部2的時間常數(shù)設(shè)定得較小，從而能抑制輸出電壓Vout的急劇變化。然而，若這樣，則有可能會使輸出電壓Vout振蕩等，成為不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，在本實施方式中，謀求在不使相位補償部2的時間常數(shù)那樣地小的情況下，穩(wěn)定地抑制輸出電壓Vout的急劇變化。
控制部3基于誤差電壓Verr生成占空比穩(wěn)定的PWM (Pulse width Modulation:脈寬調(diào)制)信號Vpwmp、Vpwmn0更具體地說，控制部3具有振蕩器0SC、比較器Csens、PWM信號生成部(PWM GEN) 31和減法器32。
振蕩器OSC生成周期恒定的矩形波信號Vrec，并將其提供給PWM信號生成部31。進而，振蕩器OSC的周期與矩形波信號Vrec相等，與其下降沿同步地被進行復(fù)位，生成鋸齒波電壓Vslp，并提供給減法器32。減法器32生成從鋸齒波電壓Vslp中減去后述的讀出電壓(sense voltage)Vsens 后的電壓 Vsub (=Vslp — Vsens)。其中，在 PWM 信號 Vpwmp 為高電平的情況下，減法器32將電 壓Vsub設(shè)定為0V。
對比較器Csens的正輸入端子輸入誤差電壓Verr,對負輸入端子輸入電壓Vsub。而且，比較器Csens在誤差電壓Verr更高的情況下,輸出高電平，當(dāng)電壓Vsub到達誤差電壓Verr時，輸出低電平，并作為比較信號Vcmp，提供給PWM信號生成部31。
圖2是示意性地表示控制部3的工作的電壓波形圖。該圖的橫軸是時間，縱軸從上邊起依次為鋸齒波電壓Vslp、矩形波信號Vrec、電壓Vsub、比較信號Vcmp、PWM信號Vpwmp、Vpwmn0在該圖中，示出了讀出電壓Vsens以及誤差電壓Verr為恒定的例子。此外，圖2(b)示出了誤差電壓Verr比圖2 (a)低的情況下的例子。
首先，使用圖2 (a)，對PWM信號生成部31的工作進行說明。PWM信號生成部31進行與置位端子被輸入矩形波信號Vrec、復(fù)位端子被輸入比較信號Vcmp的SR觸發(fā)器相類似的工作。S卩，與矩形波信號Vrec的下降沿(時刻tl)同步地，PWM信號生成部31將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為低電平。而且,與比較信號Vcmp的下降沿(時刻t2)同步地,PWM信號生成部31將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為高電平。
接下來，對差分器32以及比較器Csens的工作進行說明。在時刻tl以后，電壓Vsub上升，當(dāng)在時刻t2到達誤差電壓Verr時，比較器Csens將比較信號Vcmp設(shè)定為低電平。與此相伴地，如上所述由于PWM信號Vpwmp被設(shè)定為高電平，所以在時刻t2以后，減法器32將電壓Vsub設(shè)定為0V。其后，當(dāng)在時刻t3PWM信號Vpwmp被設(shè)定為低電平時，隨著鋸齒波電壓Vslp的上升，電壓Vsub也上升。
在此,將相對于矩形波信號Vrec的周期TO的PWM信號Vpwmp、Vpwmn為低電平的期間的比例稱為占空比。在圖2 (a)中，占空比為al/TO。另一方面，在圖2 (b)中由于誤差電壓Verr低，所以電壓Vsub在短時間內(nèi)到達誤差電壓Verr。由此，占空比成為比圖2Ca)小的a2/T0。這樣，誤差電壓Verr越低，占空比越變小。
返回到圖1，切換部4從輸入電源端子向電感器Lout提供電流IL。更具體地說，具有:級聯(lián)連接在提供輸入電壓Vin的輸入電源端子與接地端子之間的PMOS晶體管Qpl、NMOS晶體管Qnl、以及與晶體管Qpl并聯(lián)連接的電阻Rsens以及PMOS晶體管Qp2。
切換部4中，只要PWM信號Vpwmp、Vpwmn是低電平，晶體管Qpl就導(dǎo)通，輸出輸入電壓Vin，只要是高電平，晶體管Qnl就導(dǎo)通，輸出接地電壓。晶體管Qp2以例如晶體管Qpl的1/1000的大小形成，流過在晶體管Qpl中流動的電流的1/1000的電流。利用該電流以及電阻Rsens,生成讀出電壓Vsens。
圖3是示意性地表示PWM信號Vpwmp、Vpwmn、電流IL以及讀出電壓Vsens的關(guān)系的波形圖。如圖所示，在區(qū)間Tl中，PWM信號Vpwmp、Vpwmn為低電平，晶體管Qpl、Qp2導(dǎo)通。因此，電流IL緩緩地增加。由此，電阻Rsens上的壓降變大，作為結(jié)果，讀出電壓Vsens緩緩地降低。
另一方面,在區(qū)間T2中，PWM信號Vpwmp、Vpwmn為高電平，晶體管Qp2截止。因此，電流變得幾乎不會流過電阻Rsens。由此,讀出電壓Vsens大致成為輸入電壓Vin。這樣，讀出電壓Vsens與流過電感器Lout的電流IL相對應(yīng)。此外，從圖3可知，由于PWM信號Vpwmp、Vpwmn的占空比越大則晶體管Q pi導(dǎo)通的期間越長，所以電流IL的值會變大。
返回到圖1，電感器Lout以及電容器Cout串聯(lián)連接在切換部4的輸出端子與接地端子之間。從它們的連接結(jié)點輸出輸出電壓Vout,并提供給負載Rload。對電感器Lout施加從切換部4輸出的電壓與輸出電壓Vout的電壓差。當(dāng)以電感器Lout的負載Rload側(cè)為基準時，電壓差在晶體管Qpl導(dǎo)通時，為輸入電壓Vin —輸出電壓Vout，在晶體管Qnl導(dǎo)通時,為接地電壓一輸出電壓Vout。因此，施加于電感器Lout的電壓交替地重復(fù)正和負的電壓，在電感器Lout中流過如圖3所示那樣的三角波狀的電流IL。
當(dāng)流過電感器Lout的電流與流過負載Rload的電流平衡時,流過電容器Cout的電流等效地變?yōu)?，輸出電壓Vout成為穩(wěn)定狀態(tài)。
誤差電壓調(diào)整部5是本實施方式的特征之一，基于輸出電壓Vout的斜率，對誤差電壓Verr進行調(diào)整。更具體地說，誤差電壓調(diào)整部5具有微分檢測部51、比較器Cdn、Cup、放大器Ap、Am、電容器Cp、Cm和開關(guān)SWp、Sffn。
微分檢測部51是具有例如電流源、電容器和電阻的高通濾波器。反饋電壓Vfb輸入到電容器的一端，微分電壓Vdif從電容器的另一端與電阻的連接結(jié)點輸出。
比較器Cup、放大器Ap、電容器Cp以及開關(guān)SWp構(gòu)成對誤差電壓Verr進行升壓的升壓部。對比較器Cup的正輸入端子輸入閾值電壓Vup，對負輸入端子輸入微分電壓Vdif。而且，比較器Cup在微分電壓Vdif較大的情況下,作為升壓信號Vp輸出低電平,在微分電壓Vdif較小的情況下，作為升壓信號Vp輸出高電平。換言之，比較器Cup在反饋電壓Vfb急劇降低的情況下，將升壓信號Vp設(shè)定為高電平。
開關(guān)SWp在比較器Cup所輸出的升壓信號Vp為低電平的情況下截止，在為高電平的情況下導(dǎo)通。對放大器Ap的正輸入端子輸入恒定電壓Vpref,負輸入端子與輸出端子短路。而且，放大器Ap在開關(guān)SWp為截止的情況下，對電容Cp提供電壓Vpref。
同樣地，比較器Cdn、放大器Am、電容器Cm以及開關(guān)SWm構(gòu)成對誤差電壓Verr進行降壓的降壓部。對比較器Cdn的正輸入端子輸入微分電壓Vdif，對負輸入端子輸入閾值電壓Vdn。在此，閾值電壓Vdn高于閾值電壓Vup。而且，比較器Cdn在微分電壓Vdif較大的情況下作為降壓信號Vm輸出高電平,在微分電壓Vdif較小的情況下作為降壓信號Vm輸出低電平。換言之，比較器Cdn在反饋電壓Vfb急劇增加的情況下，將降壓信號Vm設(shè)定為高電平。
開關(guān)SWm在比較器Cdn所輸出的降壓信號Vm為低電平的情況下截止，在為高電平的情況下導(dǎo)通。對放大器Am的正輸入端子輸入恒定電壓Vmref,負輸入端子與輸出端子短路。而且，放大器Am在開關(guān)SWm為截止的情況下,對電容Cm提供電壓Vmref。
以上說明的圖1的DC-DC轉(zhuǎn)換器100可以將整體作為I塊半導(dǎo)體集成電路裝置進行安裝，也可以使用分立部件安裝在例如PCB (Printed Circuit Board:印刷電路板)基板上。此外，可以以分立部件安裝至少一部分，例如圖1的電感器Lout、電容器Cout，并以半導(dǎo)體集成電路裝置安裝其它部分，也可以以分立部件安裝電感器Lout、電容器Cout以及切換部4，并以半導(dǎo)體集成電路裝置安裝其它部分。
DC-DC轉(zhuǎn)換器100的工作的概略如下所述。當(dāng)負載Rload的電阻稍稍變大時，流過負載Rload的電流會變小。于是，輸出電壓Vout變得高于所希望的電壓,使反饋電壓Vfb變高。因此，會使誤差電壓Verr變低。其結(jié)果是，如在圖2中說明過的那樣，會使PWM信號Vpwmp>Vpwmn的占空比變低,使晶體管Qpl導(dǎo)通的期間變短。由此，輸出電壓Vout降低，并穩(wěn)定在所希望的電壓。
另一方面，當(dāng)負載Rload的電阻稍稍變小時,流過負載Rload的電流會變大。于是，輸出電壓Vout變得低于所希望的電壓，使反饋電壓Vfb變低。因此，會使誤差電壓Verr變高。其結(jié)果是，如在圖2中說明過的那樣，會使PWM信號Vpwmp、Vpwmn的占空比變高，使晶體管Qp導(dǎo)通的期間變長。由此，輸出電壓Vout上升，并穩(wěn)定在所希望的電壓。通過以上那樣的反饋工作，即使負載Rload稍微變動，DC-DC轉(zhuǎn)換器100也能生成恒定的輸出電壓Vout。
接下來，對負載Rload較大變化的情況進行說明。另外，下面，想著負載Rload為流過大的電流I1adL的高負載狀態(tài)和流過小的電流IloadS的低負載狀態(tài)的任一者地進行說明。
圖4是表示負載Rload較大變化的情況下的DC-DC轉(zhuǎn)換器100的工作的概略的波形圖。實線的各波形從上邊起依次為流過負載Rload的電流I load、提供給負載Rload的輸出電壓Vout (以及與其成正比的反饋電壓Vfb)、微分檢測部51所輸出的微分電壓Vdif、比較器Cup、Cdn分別輸出的升壓信號Vp和降壓信號Vm、以及誤差電壓Verr。
當(dāng)在時刻til負載Rload從低負載狀態(tài)較大地變化為高負載狀態(tài)時，負載電流Iload從IloadS急劇地向IloadL變大。其結(jié)果是，DC-DC轉(zhuǎn)換器100無法對輸出端子提供足夠的電荷，輸出電壓Vout暫時降低了。由此，反饋電壓Vfb也同樣地降低。
當(dāng)反饋電壓Vfb降低而使其(負的)斜率變大時，微分電壓Vdif也降低。而且，當(dāng)在時刻tl2微分電壓Vdif低于閾值電壓Vup時，比較器Cup將升壓信號Vp設(shè)定為高電平，由此，使開關(guān)SWp導(dǎo)通。
此時，在時刻tl2以前蓄積于圖1的電容器Cp中的電荷QpO = Cp*Vpref被再分配給電容Cp和電容Ccomp。當(dāng)設(shè)即將到達時刻tl2時的電容器Ccomp與電阻Rcomp的連接結(jié)點N的電壓為VO時，時刻tl2時的連接結(jié)點N的電壓Vl用下述(I)式表示。
Vl = (Ccomp*VO+Cp*Vpref) / (Ccomp+Cp)......(I)
在上述(I)式中，以使電壓Vl高于電壓VO的方式預(yù)先對電容Cp、Ccomp以及電壓Vpref進行調(diào)整。更具體地說，以使電壓Vl滿足下述(2)式的方式預(yù)先對電容CpXcomp以及電壓Vpref的值進行調(diào)整。
Vl=IloadL/gm......(2)
在此，gm是輸入到控制部3中的誤差電壓Verr與線圈Lout中流過的平均電流IL之比。
于是，伴隨著在時刻tl2連接結(jié)點N的電壓被升壓，經(jīng)由電阻Rcomp，誤差電壓Verr也迅速升壓。其結(jié)果是，PWM信號Vpwmp、Vpwmn的占空比變高，晶體管Qp導(dǎo)通的期間變長。因此，輸出電壓Vout迅速上升，并復(fù)原到時刻til以前的值。
在圖4中，用點劃線描繪在DC-DC轉(zhuǎn)換器100中未設(shè)有誤差電壓調(diào)整部5的情況下的輸出電壓Vout以及誤差電壓Verr的波形圖。在未設(shè)有誤差電壓調(diào)整部5的情況下，誤差電壓Verr在時刻tl2以后緩慢地增加。因此，輸出電壓Vout復(fù)原到時刻til以前的值之前的時間變長。
與此相對地，本實施方式如該圖的實線所示那樣，當(dāng)輸出電壓Vout急劇降低時，誤差電壓調(diào)整部5對誤差電壓Verr進行升壓。因此，輸出電壓Vout在短時間內(nèi)復(fù)原到時刻til以前的值。
另一方面，當(dāng)在時刻t21、負載Rload從高負載狀態(tài)較大地變化為低負載狀態(tài)時，負載電流Iload從IloadL急劇地變小為IloadS。其結(jié)果是，DC-DC轉(zhuǎn)換器100對輸出端子提供過剩的電荷，輸出電壓Vout暫時上升了。
在這種情況下，在時刻t22、比較器Cdn工作，使誤差電壓Verr迅速降壓。其結(jié)果是，輸出電壓Vout在短時間內(nèi)復(fù)原到時刻tl3以前的值。另外，此時的連接結(jié)點N的電壓V2用下述(3)式表示。
V2 = (Ccomp*VO+Cm*Vmref) / (Ccomp+Cm)......(3)
只要以使該電壓V2滿足下述(4)式的方式預(yù)先對電容Cm、Ccomp以及電壓Vmref的值進行調(diào)整即可。
V2=IloadS/gm......(4)
下面，更詳細地對DC-DC轉(zhuǎn)換器100的工作進行說明。
圖5是表示DC-DC轉(zhuǎn)換器100的詳細工作的波形圖，對圖4的時刻til tl2附近進行放大。各波形從上邊起按順序是電流Iload、鋸齒波電壓Vslp、矩形波信號Vrec、t匕較信號Vcmp、PWM信號Vpwmp、Vpwmn、電流IL、讀出電壓Vsens、升壓信號Vp、誤差電壓Verr以及電壓Vsub。
由于對于時刻til以前的工作，與圖2以及圖3是同樣的，所以省略說明。
在時刻tll，負載電流Iload急劇地變大。接著，當(dāng)在時刻tl2升壓信號Vp上升時，如上述那樣，誤差信號Verr被升壓。其后，當(dāng)在時刻tl3矩形波信號Vrec下降時，與其同步地，PWM信號生成部31將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為低電平。由此，晶體管Qpl導(dǎo)通，在時刻tl3以后，電感器Lout中流過的電流IL增加，并且讀出電壓V sens降低。
雖然當(dāng)讀出電壓Vsens降低時，電壓Vsub上升,但由于誤差電壓Verr被升壓,所以電壓Vsub不會立即到達誤差電壓Verr。由此，比較信號Vcmp保持原樣地為高電平，不久PWM信號Vpwmp、Vpwmn保持原樣地為低電平。當(dāng)PWM信號Vpwmp、Vpwmn為低電平時，晶體管Qpl保持原樣地為導(dǎo)通，線圈Lout中流過的電流IL不斷地增加。由此，輸出電壓Vout能在短時間內(nèi)復(fù)原到時刻tll以前的值。
另外，在時刻t21 t22附近的負載Rload急劇變小的情況下，工作原理也是同樣，省略詳細的說明。
這樣，在第一實施方式中，在因負載Rload的變動而使輸出電壓Vout較大地變化的情況下，對該變化進行檢測，對誤差電壓Verr進行調(diào)整。即，當(dāng)輸出電壓Vout急劇降低時，對誤差電壓Verr進行升壓，當(dāng)輸出電壓Vout急劇增加時，對誤差電壓Verr進行降壓。因此，能抑制超調(diào)(overshoot)并使輸出電壓Vout迅速地復(fù)原到負載Rload發(fā)生變動之前的所希望的值，作為結(jié)果，能穩(wěn)定地對負載提供輸出電壓。
(第二實施方式)
第二實施方式中，誤差電壓調(diào)整部5還對PWM信號Vpwmp、Vpwmn進行控制。
圖6是第二實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器101的電路圖。在圖6中，對與圖1共同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，下面以不同點為中心來進行說明。
在圖6中，PWM信號生成部31根據(jù)誤差電壓調(diào)整部5的比較器Cup所輸出的升壓信號PMW信號Vpwmp、Vpwmn進行設(shè)定。更具體地說，當(dāng)升壓信號VP上升時，PWM信號生成部31與信號Vrec、Vcmp的值無關(guān)地,將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為低電平。由此，晶體管Qpl導(dǎo)通，電感器Lout中流過的電流IL增加，輸出電壓Vout上升。
此外，PWM信號生成部31根據(jù)誤差電壓調(diào)整部5的比較器Cdn所輸出的降壓信號Vm,對PMW信號Vpwmp、Vpwmn進行設(shè)定。更具體地說，當(dāng)降壓信號Vm上升時,與信號Vrec、Vcmp的值無關(guān)地，PWM信號生成部31將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為高電平。由此,晶體管Qnl導(dǎo)通，電感器Lout中流動的電流IL減少，輸出電壓Vout降低。
圖7是表示圖6的DC-DC轉(zhuǎn)換器101的詳細工作的波形圖，與圖5相對應(yīng)。下面，以與圖5的不同點為中心進行說明。
在時刻tl2，當(dāng)升壓信號Vp上升時，與圖5同樣地，誤差電壓調(diào)整部5對誤差電壓Verr進行升壓。此外，在時刻tl2，PWM信號生成部31將PWM信號Vpwmp、Vpwmn設(shè)定為低電平。由此，Qpl導(dǎo)通，在時刻tl2以后，電感器Lout中流過的電流IL增加，并且讀出電壓Vsens降低。
在圖1中，在比時刻tl3早的定時的時刻tl2，PWM信號Vpwmp、Vpwmn被設(shè)定為低電平。由此，與圖5相比，圖7更早地將PWM信號VpWmp、VpWmn設(shè)定為低電平，作為結(jié)果，電感器Lout中流過的電流IL更早地增加。因此，輸出電壓Vout能比圖5更早地復(fù)原到負載Rload發(fā)生變動之前的值。
雖然圖7是負載Rload變大的情況下的波形圖，但負載Rload變小的情況下工作原理也是同樣的，因此，省略詳細的說明。
這樣，由于在第二實施方式中，根據(jù)升壓信號Vp、降壓信號Vm,設(shè)定PWM信號Vpwmp> Vpwmn,所以能更迅速地將輸出電壓Vout迅速地復(fù)原到負載Rload發(fā)生變動之前的值。
(第三實施方式)
上述的第一以及第二實施方式是生成比輸入電壓Vin低的輸出電壓Vout的降壓型的DC-DC轉(zhuǎn)換器。與此相對地，以下說明的第三實施方式是生成比輸入電壓Vin高的輸出電壓Vout的升壓型的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
圖8是第三實施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器200的電路圖。在圖8中，對與圖1共同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，下面以不同點為中心進行說明。
圖8的切換部4具有級聯(lián)連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出端子與接地端子之間的PMOS晶體管Qpl以及NMOS晶體管Qnl、與晶體管Qnl并聯(lián)連接的NMOS晶體管Qn2以及電阻Rsens。此外,線圈Lout連接在輸入電源端子與晶體管Qpl、Qnl的連接結(jié)點之間。輸入電壓Vin經(jīng)由線圈Lout連接于負載Rload,因此能將比輸入電壓Vin高的輸出電壓Vout提供給負載Rload。
DC-DC轉(zhuǎn)換器200的工作的概略如下所述。當(dāng)負載Rload的電阻稍稍變大時，負載Rload中流過的電流會變小。于是，輸出電壓Vout變得高于所希望的電壓,使反饋電壓Vfb變高。因此，會使誤差電壓Verr變低。其結(jié)果是，會使PWM信號Vpwmp、Vpwmn的占空比變低，使晶體管Qpl導(dǎo)通的期間變短。由此，輸出電壓Vout降低，并穩(wěn)定在所希望的電壓。
另一方面，當(dāng)負載Rload的電阻稍稍變小時,流過負載Rload的電流會變大。于是，輸出電壓Vout變得低于所希望的電壓，使反饋電壓Vfb變低。因此，會使誤差電壓Verr變高。其結(jié)果是，會使PWM信號Vpwmp、Vpwmn的占空比變高，使晶體管Qpl導(dǎo)通的期間變長。由此，輸出電壓Vout上升，并穩(wěn)定在所希望的電壓。通過以上那樣的反饋工作，即使負載Rload稍微變動，DC-DC轉(zhuǎn)換器200也能生成恒定的輸出電壓Vout。
由于圖8的DC-DC轉(zhuǎn)換器200也設(shè)有誤差電壓調(diào)整部5，所以利用與第一實施方式同樣的工作原理，即使是負載Rload較大地變動的情況下，也能將輸出電壓Vout迅速地復(fù)原到負載Rload發(fā)生變動之前的所希望的值。
另外，在圖8的DC-DC轉(zhuǎn)換器200中，也可以與圖6同樣地，根據(jù)升壓信號Vp、降壓信號Vm,設(shè)定PWM信號Vpwmp、Vpwmn。
圖1等的DC-DC轉(zhuǎn)換器只不過是一個例子，能進行各種變形。例如，也可以使用雙極晶體管或B1-CMOS等其它半導(dǎo)體元件來構(gòu)成MOS晶體管的至少一部分。此外，也可以構(gòu)成將晶體管的導(dǎo)電型反過來并與之相應(yīng)地將電源端子與接地端子的連接位置反過來的DC-DC轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，基本的工作原理也是相同的。
雖然說明了本發(fā)明的幾個實施方式，但這些實施方式是作為例子而進行提示的，不意圖對發(fā)明的范圍進行限定。這些新的實施方式能以其它各種方式進行實施，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能進行各種省略、置換和變更。這些實施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍或要旨中，并且包含在權(quán)利要求書記載的發(fā)明及其均等的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路裝置，被使用在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，該DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號，對提供給負載的電壓進行控制，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述半導(dǎo)體集成電路裝置的特征在于，具備: 誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓； 相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償； 控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及 誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路裝置，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部，在所述反饋電壓的斜率小于等于第一閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述誤差電壓進行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路裝置，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部具有:微分檢測部，對所述反饋電壓的斜率進行檢測；升壓部，在所述斜率小于等于第一閾值的情況下，對所述誤差電壓進行升壓；以及降壓部，在所述斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，對所述誤差電壓進行降壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)休集成電路裝置，其特征在于， 所述相位補償部具有:相位補償電阻，一端連接于所述誤差電壓生成部的輸出；以及相位補償電容器，連接在所述相位補償電阻的另一端與接地端子之間， 所述升壓部具有:第一比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第一閾值進行比較；第一開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第一比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第一電容器，連接在所述第一開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第一放大器，正輸入端子被輸入升壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第一開關(guān)的所述第二端子連接， 所述降壓部具有:第二比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第二閾值進行比較；第二開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第二比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，該第二開關(guān)的所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第二電容器，連接在所述第二開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第二放大器，正輸入端子被輸入降壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第二開關(guān)的所述第二端子連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路裝置，其特征在于，所述控制部基于所述反饋電壓的斜率，對所述PWM信號進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體集成電路裝置，其特征在于，所述控制部在所述反饋電壓的斜率小于等于第三閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比第三閾值高的第四閾值的情況下，以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述PWM信號進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路裝置，其特征在于，具備:切換部，根據(jù)所述PWM信號，對提供給所述負載的電壓進行控制。
8.—種DC-DC轉(zhuǎn)換器,根據(jù)PWM信號, 對提供給負載的電壓進行控制,將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的特征在于,具備: 電感器，具有第一端子以及第二端子，所述第一端子連接于所述輸出端子； 輸出電容器，連接在所述輸出端子與接地端子之間； 誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓； 相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償； 控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及 誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整， 所述DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述PWM信號，切換是否對所述電感器的第二端子提供所述輸入電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部在所述反饋電壓的斜率小于等于第一閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述誤差電壓進行調(diào)整。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部具有:微分檢測部，對所述反饋電壓的斜率進行檢測；升壓部，在所述斜率小于等于第一閾值的情況下，對所述誤差電壓進行升壓；以及降壓部，在所述斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，對所述誤差電壓進行降壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述相位補償部具有:相位補償電阻，一端連接于所述誤差電壓生成部的輸出；以及相位補償電容器，連接在所述相位補償電阻的另一端與接地端子之間， 所述升壓部具有:第一比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第一閾值進行比較;第一開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第一比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，該第一開關(guān)的所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第一電容器，連接在所述第一開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第一放大器，正輸入端子被輸入升壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第一開關(guān)的所述第二端子連接， 所述降壓部具有:第二比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第二閾值進行比較;第二開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第二比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，該第二開關(guān)的所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第二電容器，連接在所述第二開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第二放大器，正輸入端子被輸入降壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第二開關(guān)的所述第二端子連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制部基于所述反饋電壓的斜率，對所述PWM信號進行控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制部在所述反饋電壓的斜率小于等于第三閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比第三閾值高的第四閾值的情況下，以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述PWM信號進行控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具備:切換部，根據(jù)所述PWM信號，對提供給所述負載的電壓進行控制。
15.—種DC-DC轉(zhuǎn)換器,根據(jù)PWM信號,對提供給負載的電壓進行控制，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的特征在于,具備: 電感器 ，具有第一端子以及第二端子，所述第一端子連接于提供所述輸入電壓的電源端子； 輸出電容器，連接在所述輸出端子與接地端子之間； 誤差電壓生成部，生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓； 相位補償部，對所述誤差電壓的相位進行補償； 控制部，生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號；以及 誤差電壓調(diào)整部，基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整， 所述DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述PWM信號，切換是否對所述輸出端子提供所述電感器的第二端子的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部在所述反饋電壓的斜率小于等于第一閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述誤差電壓進行調(diào)整
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述誤差電壓調(diào)整部具有:微分檢測部，對所述反饋電壓的斜率進行檢測；升壓部，在所述斜率小于等于第一閾值的情況下，對所述誤差電壓進行升壓；以及降壓部，在所述斜率大于等于比所述第一閾值高的第二閾值的情況下，對所述誤差電壓進行降壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述相位補償部具有:相位補償電阻，一端連接于所述誤差電壓生成部的輸出；以及相位補償電容器，連接在所述相位補償電阻的另一端與接地端子之間， 所述升壓部具有:第一比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第一閾值進行比較;第一開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第一比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，該第一開關(guān)的所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第一電容器，連接在所述第一開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第一放大器，正輸入端子被輸入升壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第一開關(guān)的所述第二端子連接， 所述降壓部具有:第二比較部，對所述反饋電壓的斜率和所述第二閾值進行比較;第二開關(guān)，具有第一端子以及第二端子，基于所述第二比較部產(chǎn)生的比較結(jié)果而被控制，該第二開關(guān)的所述第一端子連接于所述相位補償電阻與所述相位補償電容器的連接結(jié)點；第二電容器，連接在所述第二開關(guān)的所述第二端子與接地端子之間；以及第二放大器，正輸入端子被輸入降壓用參照電壓，負輸入端子以及輸出端子與所述第二開關(guān)的所述第二端子連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制部基于所述反饋電壓的斜率，對所述PWM信號進行控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制部在所述反饋電壓的斜率小于等于第三閾值的情況下、以及在所述反饋電壓的斜率大于等于比第三閾值高的第四閾值的情況下， 以抑制所述輸出電壓的變化的方式對所述PWM信號進行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路裝置和DC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一實施方式，提供一種半導(dǎo)體集成電路裝置，其被使用在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，該DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)PWM信號，對提供給負載的電壓進行控制，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓并從輸出端子輸出。半導(dǎo)體集成電路裝置具備誤差電壓生成部、相位補償部、控制部和誤差電壓調(diào)整部。所述誤差電壓生成部生成表示與所述輸出電壓對應(yīng)的反饋電壓和預(yù)先確定的參照電壓之差的誤差電壓。所述相位補償部對所述誤差電壓的相位進行補償。所述控制部生成與所述誤差電壓以及連接于所述輸出端子的負載中流過的電流相應(yīng)的占空比的所述PWM信號。所述誤差電壓調(diào)整部基于所述反饋電壓的斜率，對所述誤差電壓進行調(diào)整。
文檔編號H02M1/00GK103219868SQ201210232578
公開日2013年7月24日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月24日
發(fā)明者若杉健市 申請人:株式會社東芝