本發(fā)明涉及dcdc轉(zhuǎn)換器，并且涉及檢測(cè)輸出過電流而限制流過dcdc轉(zhuǎn)換器的電流的技術(shù)。

背景技術(shù)：

dcdc轉(zhuǎn)換器具有過電流保護(hù)電路，以防止大電流流過開關(guān)元件而損壞dcdc轉(zhuǎn)換器。同步整流型dcdc轉(zhuǎn)換器可采用檢測(cè)輸入端子側(cè)或接地端子側(cè)的開關(guān)元件電流而使其斷開的方法。

檢測(cè)電流的方法有將流過開關(guān)元件的電流轉(zhuǎn)換成電壓而與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的方法、將開關(guān)元件的漏極-源極間電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

【專利文獻(xiàn)1】日本特開2004-364488號(hào)公報(bào)

然而，如果追加用于確保安全性的保護(hù)電路，則需要用于使該保護(hù)電路動(dòng)作的電力，阻礙電子設(shè)備要求的低耗電化。例如，在具有過電流保護(hù)電路的現(xiàn)有的dcdc轉(zhuǎn)換器中，為了監(jiān)視開關(guān)元件而使電流感測(cè)放大器電路及比較器始終動(dòng)作。因此，存在如下的課題：在流過dcdc轉(zhuǎn)換器的電流較小而損壞的可能性較小的狀態(tài)下，也會(huì)持續(xù)消耗規(guī)定的電力，導(dǎo)致電力效率惡化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是為了解決以上的課題而完成的，提供一種低耗電且具有較高的安全性的dcdc轉(zhuǎn)換器。

為了解決現(xiàn)有的課題，本發(fā)明的dcdc轉(zhuǎn)換器成為以下的結(jié)構(gòu)。

dcdc轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為具有：誤差放大器，其監(jiān)視輸出電壓；輸出控制電路，其根據(jù)誤差放大器的輸出信號(hào)而向開關(guān)元件的柵極輸出控制信號(hào)；以及過電流保護(hù)電路，其當(dāng)流過開關(guān)元件的電流為規(guī)定的電流以上時(shí)，向輸出控制電路輸出信號(hào)，以使開關(guān)元件斷開，過電流保護(hù)電路被輸入基于輸出控制電路的輸出信號(hào)的信號(hào)，進(jìn)行僅在規(guī)定的期間動(dòng)作的間歇?jiǎng)幼鳌?/p>

本發(fā)明的dcdc轉(zhuǎn)換器使過電流保護(hù)電路間歇地動(dòng)作，由此，尤其能夠減少小負(fù)載時(shí)的消耗電流，從而能夠提高電力效率。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖2是示出第一實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的計(jì)時(shí)電路的一例的電路圖。

圖3是示出第一實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的計(jì)時(shí)電路的動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖4是示出第一實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的過電流保護(hù)電路的一例的電路圖。

圖5是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖6是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的過電流保護(hù)電路的一例的電路圖。

標(biāo)號(hào)說明

10：誤差放大器；

11：振蕩電路；

12、22、62：基準(zhǔn)電壓電路；

13、21、63：比較器；

14、64：計(jì)時(shí)電路；

15、16：緩沖電路；

19：輸出控制電路；

20：電流感測(cè)放大器；

23、59：過電流保護(hù)電路；

30、31、32、42、43、44、45：偏置電路；

41：脈沖生成電路；

60、61：rs-ff電路。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的電路圖。dcdc轉(zhuǎn)換器100是將被輸入到輸入端子1的電源電壓vin轉(zhuǎn)換成恒電壓而作為輸出電壓vout輸出至輸出端子7的同步整流型dc-dc轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器100具有作為第1開關(guān)元件的pmos晶體管3、作為第2開關(guān)元件的nmos晶體管4、電感器5、輸出電容器6、誤差放大器10、振蕩電路11、基準(zhǔn)電壓電路12、比較器13、計(jì)時(shí)電路14、緩沖電路15和16、分壓電阻17和18、輸出控制電路19以及過電流保護(hù)電路23。

分壓電阻17和18輸出與輸出電壓vout對(duì)應(yīng)的反饋電壓vfb。誤差放大器10輸出與反饋電壓vfb和基準(zhǔn)電壓電路12的輸出電壓vref的電壓差對(duì)應(yīng)的電壓verr。比較器13比較從振蕩電路11輸出的三角波與誤差放大器10的電壓verr。輸出控制電路19根據(jù)比較器13的比較結(jié)果將信號(hào)ps輸出至pmos晶體管3，將信號(hào)ns輸出至nmos晶體管4，從而控制開關(guān)動(dòng)作。

過電流保護(hù)電路23監(jiān)視流過pmos晶體管3的電流，當(dāng)檢測(cè)到過電流時(shí)，向輸出控制電路19輸出用于使pmos晶體管3截止的信號(hào)。

計(jì)時(shí)電路14與將pmos晶體管3導(dǎo)通的信號(hào)對(duì)應(yīng)地向過電流保護(hù)電路23輸出起動(dòng)信號(hào)，在經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后向過電流保護(hù)電路23輸出停止信號(hào)。

圖2是示出計(jì)時(shí)電路14的一例的電路圖。

脈沖生成電路41與被輸入到in端子的信號(hào)ps對(duì)應(yīng)地輸出單脈沖(信號(hào)osp)。即，當(dāng)由輸出控制電路19輸入使pmos晶體管3導(dǎo)通的信號(hào)ps(低電平)時(shí)，輸出規(guī)定期間的l信號(hào)。

偏置電路42、43、44、45接收rs-ff電路61輸出的h信號(hào)而接通，基于施加給輸入端子1的輸入電壓vin而輸出電流。

電容器46與偏置電路42的輸出連接，利用偏置電路42的電流進(jìn)行充電。電容器48與偏置電路44的輸出連接，利用偏置電路44的電流進(jìn)行充電。電容器48的電容大于電容器46的電容。在充電電流相同的情況下，電容器48的直到成為規(guī)定電壓為止的充電時(shí)間比電容器46的直到成為規(guī)定電壓為止的充電時(shí)間長。

當(dāng)電容器46的電壓為閾值電壓以上時(shí)，nmos晶體管50導(dǎo)通。反相器56與nmos晶體管50的導(dǎo)通截止對(duì)應(yīng)地向rs-ff電路60的設(shè)置端子s和nmos晶體管53的柵極輸出h信號(hào)或l信號(hào)。

當(dāng)電容器48的電壓為閾值電壓以上時(shí)，nmos晶體管51導(dǎo)通。反相器57與nmos晶體管51的導(dǎo)通截止對(duì)應(yīng)地向rs-ff電路60的重置端子r和nmos晶體管52、54的柵極輸出h信號(hào)或l信號(hào)。

nmos晶體管52、53與電容器46并聯(lián)連接，當(dāng)柵極被輸入h信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，釋放電容器46的電荷。nmos晶體管54與電容器48并聯(lián)連接，當(dāng)柵極被輸入h信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，釋放電容器48的電荷。

反相器55將使從rs-ff電路61的輸出端子q輸出的信號(hào)tout反相后的信號(hào)輸出至開關(guān)47、49。開關(guān)47與電容器46并聯(lián)連接，經(jīng)由反相器55接收rs-ff電路61輸出的l信號(hào)而導(dǎo)通，釋放電容器46的電荷。開關(guān)49與電容器48并聯(lián)連接，經(jīng)由反相器55接收rs-ff電路61輸出的l信號(hào)而導(dǎo)通，釋放電容器48的電荷。

rs-ff電路60根據(jù)被輸入到設(shè)置端子s和重置端子r的信號(hào)而由q端子輸出信號(hào)clk。rs-ff電路61的設(shè)置端子s被輸入脈沖生成電路41的信號(hào)osp，重置端子r被輸入從rs-ff電路60輸出的信號(hào)clk，從輸出端子q輸出信號(hào)tout。

這樣構(gòu)成的計(jì)時(shí)電路14接收使pmos晶體管3導(dǎo)通的信號(hào)ps，輸出使過電流保護(hù)電路23接通規(guī)定時(shí)間的信號(hào)。

并且，計(jì)時(shí)電路14不限于該電路例，只要是被輸入觸發(fā)信號(hào)時(shí)開始動(dòng)作，當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)過設(shè)定時(shí)間時(shí)結(jié)束動(dòng)作的電路即可。此外，這樣的計(jì)時(shí)電路在動(dòng)作中途有觸發(fā)信號(hào)進(jìn)入時(shí)會(huì)重新從初始值起開始再次計(jì)數(shù)。

接下來，基于圖3的時(shí)序圖對(duì)計(jì)時(shí)電路14的動(dòng)作進(jìn)行說明。

在時(shí)刻t0，當(dāng)輸出控制電路19的輸出信號(hào)被輸入到計(jì)時(shí)電路14的in端子時(shí)，脈沖生成電路41輸出l信號(hào)脈沖。這時(shí)，電容器46，48放電，充電電壓成為l。

在時(shí)刻t1，從脈沖生成電路41輸出h信號(hào)而輸入到rs-ff電路61的設(shè)置端子s。由此，從rs-ff電路61輸出的h信號(hào)將偏置電路42、43、44、45接通而開始供給電流，對(duì)電容器46、48進(jìn)行充電。同時(shí)，rs-ff電路61的輸出h信號(hào)被反相器55反相，利用該l信號(hào)將開關(guān)47、49斷開。

在時(shí)刻t2，當(dāng)利用由偏置電路42供給的電流使電容器46的充電電壓達(dá)到nmos晶體管50的閾值電壓vtn1時(shí)，nmos晶體管50導(dǎo)通而輸出l信號(hào)。該l信號(hào)由反相器56轉(zhuǎn)換成h信號(hào)而輸入到rs-ff電路60的設(shè)置端子s。由此，從rs-ff電路60的輸出端子q輸出h信號(hào)。該輸出信號(hào)由反相器58反相后被輸入到rs-ff電路61的重置端子r。然后，繼續(xù)從out端子輸出h信號(hào)。同時(shí)，從反相器56輸出的h信號(hào)將nmos晶體管53導(dǎo)通而使電容器46放電。電容值大于電容器46的電容器48的充電電壓沒有達(dá)到nmos晶體管51的閾值電壓vtn2，從而繼續(xù)充電。

在時(shí)刻t3，當(dāng)電容器48的充電電壓達(dá)到nmos晶體管51的閾值電壓vtn2時(shí)，nmos晶體管51導(dǎo)通而輸出l信號(hào)。該l信號(hào)由反相器57轉(zhuǎn)換成h信號(hào)而輸入到rs-ff電路60的重置端子r。另一方面，反相器57輸出的h信號(hào)將nmos晶體管52、54導(dǎo)通而使電容器46、48放電。這時(shí)，nmos晶體管50截止，因此輸出h信號(hào)，經(jīng)由反相器56將l信號(hào)輸入到rs-ff電路60的設(shè)置端子s。設(shè)置端子s被輸入l信號(hào)、重置端子r被輸入h信號(hào)的rs-ff電路60從輸出端子q輸出l信號(hào)。該l信號(hào)經(jīng)由反相器58作為h信號(hào)被輸入到重置端子r，rs-ff電路61輸出l信號(hào)。

在時(shí)刻t4，輸出控制電路19的輸出信號(hào)被輸入到計(jì)時(shí)電路14的in端子，脈沖生成電路41輸出l信號(hào)脈沖。rs-ff電路61在該l信號(hào)脈沖上升時(shí)輸出h信號(hào)。

如上所述，當(dāng)pmos晶體管3導(dǎo)通時(shí)，計(jì)時(shí)電路14輸出h信號(hào)，開始時(shí)間計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)時(shí)間后，輸出輸出l信號(hào)的周期的間歇信號(hào)?？梢岳秒娙萜?8的電容值、偏置電路44的電流值、nmos晶體管51的閾值電壓來設(shè)定該計(jì)數(shù)時(shí)間。

此外，在該例中，將計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)定成比pmos晶體管3的開關(guān)周期短。如果使計(jì)數(shù)時(shí)間比開關(guān)周期長，則在達(dá)到計(jì)數(shù)時(shí)間之前輸入用于將pmos晶體管3導(dǎo)通的信號(hào)，重新開始時(shí)間計(jì)數(shù)，因此，計(jì)時(shí)電路14持續(xù)輸出h信號(hào)。

這樣，通過調(diào)整計(jì)數(shù)時(shí)間與開關(guān)周期的關(guān)系，能夠根據(jù)情況來選擇間歇輸出或恒定輸出。

圖4是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的過電流保護(hù)電路的電路例的圖。過電流保護(hù)電路23具有：電流感測(cè)放大器20，其將流過pmos晶體管3的電流轉(zhuǎn)換成電壓；比較器21，其鎖存輸出信號(hào)；偏置電路30、31；以及基準(zhǔn)電壓電路22。此外，過電流保護(hù)電路23還具有：開關(guān)35，其控制由偏置電路30向電流感測(cè)放大器20的電流供給；以及開關(guān)36，其控制由偏置電路31向比較器21的電流供給。

當(dāng)由計(jì)時(shí)電路14將h信號(hào)輸入到in_t端子時(shí)，開關(guān)35、36接通，向電流感測(cè)放大器20和比較器21供給電流。電流感測(cè)放大器20利用in1、in2端子接收流過pmos晶體管3的電流，輸出與流過pmos晶體管3的電流對(duì)應(yīng)的電壓。比較器21通過比較電流感測(cè)放大器20的輸出與基準(zhǔn)電壓電路22輸出的基準(zhǔn)電壓，判定流過pmos晶體管3的電流。

當(dāng)電流感測(cè)放大器20的輸出電壓為基準(zhǔn)電壓值以上時(shí)，比較器21判定為處于過電流狀態(tài)而從out端子輸出h信號(hào)。然后，在其開關(guān)周期中使pmos晶體管3成為截止?fàn)顟B(tài)，由此防止dcdc轉(zhuǎn)換器100損壞。然后，開關(guān)35、36基于被輸入到in_t端子的信號(hào)進(jìn)行接通/斷開動(dòng)作。電流感測(cè)放大器20和比較器21在開關(guān)35、36斷開時(shí)將接通時(shí)的信號(hào)鎖存，以避免成為不穩(wěn)定狀態(tài)。用于判斷pmos晶體管3的電流是否是過電流的判定標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)基準(zhǔn)電壓電路22的基準(zhǔn)電壓值任意確定的。

以上的采用計(jì)時(shí)電路14和過電流保護(hù)電路23的本發(fā)明的dcdc轉(zhuǎn)換器能夠通過改變計(jì)數(shù)時(shí)間與開關(guān)周期的關(guān)系，控制間歇?jiǎng)幼鳌?/p>

例如，在將計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)定成比開關(guān)周期長的情況下，利用與輸出端子7連接的負(fù)載對(duì)過電流保護(hù)電路23的間歇?jiǎng)幼髋c始終動(dòng)作進(jìn)行切換。

在負(fù)載較大的情況下，取pmos晶體管3以規(guī)定的開關(guān)周期進(jìn)行振蕩動(dòng)作的連續(xù)模式動(dòng)作狀態(tài)。因此，即使計(jì)時(shí)電路14接收輸出控制電路19的信號(hào)而開始時(shí)間計(jì)數(shù)，也會(huì)在達(dá)到規(guī)定的計(jì)數(shù)時(shí)間之前再次從輸出控制電路19接收信號(hào)。其結(jié)果是，計(jì)時(shí)電路14持續(xù)輸出接通信號(hào)，使得過電流保護(hù)電路23不會(huì)進(jìn)行間歇?jiǎng)幼鳌?/p>

在負(fù)載較小的情況下，輸出電壓vout的變動(dòng)變小，轉(zhuǎn)移至pmos晶體管3的動(dòng)作不是規(guī)定周期的振蕩動(dòng)作的不連續(xù)模式動(dòng)作狀態(tài)，從而頻率下降。然后，當(dāng)開關(guān)周期超過計(jì)數(shù)時(shí)間時(shí)，計(jì)時(shí)電路14輸出接通/斷開信號(hào)，過電流保護(hù)電路23進(jìn)行間歇?jiǎng)幼?。因此，能夠減少過電流保護(hù)電路23的耗電。

此外，在將計(jì)時(shí)電路14的計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)定成比開關(guān)周期短的情況下，過電流保護(hù)電路23與連接于輸出端子7的負(fù)載無關(guān)地進(jìn)行間歇?jiǎng)幼鳌Ｒ虼四軌蜻M(jìn)一步減少耗電。

在以上的說明中，與pmos晶體管3導(dǎo)通同時(shí)地開始計(jì)時(shí)電路14的時(shí)間計(jì)數(shù)，但是，也可以與pmos晶體管3截止同時(shí)地開始計(jì)時(shí)電路14的時(shí)間計(jì)數(shù)。

過電流保護(hù)電路23是如下的電路：利用電流感測(cè)放大器20將流過pmos晶體管3的電流轉(zhuǎn)換成與電流值對(duì)應(yīng)的電壓，通過比較器21將所述電壓與基準(zhǔn)電壓電路22的輸出電壓進(jìn)行比較，從而判定過電流狀態(tài)，但是，過電流保護(hù)電路23也可以是如下的電路：監(jiān)視pmos晶體管3的漏極-源極間電壓，通過比較器將所述電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而判定過電流狀態(tài)。

圖5是示出第二實(shí)施方式的dcdc轉(zhuǎn)換器的電路圖。dcdc轉(zhuǎn)換器200具有過電流保護(hù)電路59和計(jì)時(shí)電路64。過電流保護(hù)電路59監(jiān)視nmos晶體管4的電流。

計(jì)時(shí)電路64與將nmos晶體管4導(dǎo)通的信號(hào)對(duì)應(yīng)地向過電流保護(hù)電路59輸出起動(dòng)信號(hào)，在經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后向過電流保護(hù)電路59輸出停止信號(hào)。

圖6是示出過電流保護(hù)電路59的一例的電路圖。過電流保護(hù)電路59具有：比較器63，其鎖存輸出信號(hào)；偏置電路32；開關(guān)37，其控制從偏置電路32向比較器63的電流供給；以及基準(zhǔn)電壓電路62。

當(dāng)由計(jì)時(shí)電路64將h信號(hào)輸入到in_t端子時(shí)，開關(guān)37接通，向比較器63供給電流。比較器63利用in1端子接收nmos晶體管4的漏極電壓，將其與基準(zhǔn)電壓電路62輸出的基準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，輸出二者之差的信號(hào)。比較器63通過比較nmos晶體管4的漏極電壓與基準(zhǔn)電壓電路62輸出的基準(zhǔn)電壓，判定流過nmos晶體管4的電流。

當(dāng)in1端子的輸入電壓為基準(zhǔn)電壓值以上時(shí)，比較器63判定為處于過電流狀態(tài)而從out端子輸出h信號(hào)。當(dāng)in1端子的輸入電壓不足基準(zhǔn)電壓值時(shí)，比較器63從out端子輸出l信號(hào)。然后，開關(guān)37基于被輸入到in_t端子的信號(hào)進(jìn)行接通/斷開動(dòng)作。比較器63在開關(guān)37斷開時(shí)將接通時(shí)的信號(hào)鎖存，以避免成為不穩(wěn)定狀態(tài)。用于判斷nmos晶體管4的電流是否是過電流的判定標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)基準(zhǔn)電壓電路62的基準(zhǔn)電壓值任意確定的。

以上的采用計(jì)時(shí)電路64和過電流保護(hù)電路59的本發(fā)明的dcdc轉(zhuǎn)換器能夠通過改變計(jì)數(shù)時(shí)間與開關(guān)周期的關(guān)系，控制間歇?jiǎng)幼鳌?/p>

例如，在將計(jì)數(shù)時(shí)間設(shè)定成比開關(guān)周期長的情況下，利用與輸出端子7連接的負(fù)載對(duì)過電流保護(hù)電路59的間歇?jiǎng)幼髋c始終動(dòng)作進(jìn)行切換。

在負(fù)載較大的情況下，取nmos晶體管4以規(guī)定的開關(guān)周期進(jìn)行振蕩動(dòng)作的連續(xù)模式動(dòng)作狀態(tài)。因此，即使計(jì)時(shí)電路64接收輸出控制電路19的信號(hào)而開始時(shí)間計(jì)數(shù)，也會(huì)在達(dá)到規(guī)定的計(jì)數(shù)時(shí)間之前再次從輸出控制電路19接收信號(hào)。其結(jié)果是，計(jì)時(shí)電路64持續(xù)輸出接通信號(hào)，使得過電流保護(hù)電路59不會(huì)進(jìn)行間歇?jiǎng)幼鳌?/p>

在負(fù)載較小的情況下，輸出電壓vout的變動(dòng)變小，轉(zhuǎn)移至nmos晶體管4的動(dòng)作不是規(guī)定周期的振蕩動(dòng)作的不連續(xù)模式動(dòng)作狀態(tài)，從而頻率下降。然后，當(dāng)開關(guān)周期超過計(jì)數(shù)時(shí)間時(shí)，計(jì)時(shí)電路64輸出接通/斷開信號(hào)，過電流保護(hù)電路59進(jìn)行間歇?jiǎng)幼?。因此，能夠減少過電流保護(hù)電路59的耗電。

當(dāng)判定為過電流保護(hù)電路59處于過電流狀態(tài)時(shí)，直到計(jì)時(shí)電路64計(jì)數(shù)結(jié)束為止，過電流保護(hù)電路59持續(xù)動(dòng)作以保護(hù)dcdc轉(zhuǎn)換器免受過電流之害。因此，需要使計(jì)時(shí)電路64的計(jì)數(shù)時(shí)間足夠長，以使電流值下降至一定值以下。

也可以是，不使用計(jì)時(shí)電路64，使過電流保護(hù)電路59的動(dòng)作與nmos晶體管4導(dǎo)通的定時(shí)同步。該情況下，過電流保護(hù)電路59僅在nmos晶體管4處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)進(jìn)行電流檢測(cè)，從而間歇地進(jìn)行動(dòng)作。該情況下，過電流保護(hù)電路59的動(dòng)作期間也不會(huì)受到計(jì)時(shí)電路64的計(jì)數(shù)時(shí)間制約。

過電流保護(hù)電路59的動(dòng)作期間也可以不是從nmos晶體管4導(dǎo)通起的一定期間，設(shè)為從pmos晶體管3導(dǎo)通起的一定期間也能夠得到同等的效果。