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電流模式控制型開關(guān)電源裝置的制造方法

文檔序號(hào):9690447閱讀:491來源:國知局
電流模式控制型開關(guān)電源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠進(jìn)行降低輸入電壓的降壓動(dòng)作的電流模式控制型開關(guān)電源 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)電源裝置的控制方式可以大致區(qū)分為電壓模式控制和電流模式控制。電流模 式控制一般在簡(jiǎn)化相位補(bǔ)償、高速響應(yīng)、削減外設(shè)部件數(shù)量方面是極其有效的控制方式。在 圖14中表示電流模式控制型開關(guān)電源裝置的一個(gè)例子。
[0003] 圖14所示的開關(guān)電源裝置100檢測(cè)流過上側(cè)M0S(金屬氧化半導(dǎo)體)晶體管Q1 的電流而執(zhí)行電流模式控制。依照電流模式控制,上側(cè)M0S晶體管Q1和下側(cè)M0S晶體管Q2 互補(bǔ)地接通/斷開,通過該開關(guān)動(dòng)作,將輸入電壓VIN變換為脈沖狀的開關(guān)電壓Vsw。另外,通 過電感和輸出電容對(duì)該開關(guān)電壓vsw進(jìn)行平滑化,變換為比輸入電壓VIN低的輸出電壓V(jUT。
[0004] 在檢測(cè)流過上側(cè)M0S晶體管Q1的電流而執(zhí)行電流模式控制的情況下,電流反饋部 分相當(dāng)于輸入電壓和開關(guān)電壓之間的差(VIN_VSW),因此電流檢測(cè)電路以輸入電壓VIN為基準(zhǔn) 生成檢測(cè)電流的信息,如果傳遞到以內(nèi)部電源電壓為基準(zhǔn)生成斜坡電壓VaP的斜坡電路,則 從上側(cè)M0S晶體管Q1接通到電流信息傳遞至斜坡電壓VaP為止,如圖15所示那樣產(chǎn)生延 遲時(shí)間D。
[0005] 另外,電流反饋部分相當(dāng)于輸入電壓和開關(guān)電壓之間的差(VIN_VSW),因此如果開 關(guān)電壓Vsw的上升沿等有噪聲,則該噪聲會(huì)直接被傳遞而反映到斜坡電壓V中。
[0006] 另外,如果開關(guān)電壓Vsw的脈沖寬度變窄,則上述的延遲時(shí)間和噪聲成為支配性 的,產(chǎn)生無法進(jìn)行電流反饋的問題。
[0007] 此外,在日本特開2010-220355號(hào)公報(bào)中公開的電流模式控制型開關(guān)電源裝置也 與圖14所示的開關(guān)電源裝置100同樣地,檢測(cè)流過上側(cè)開關(guān)元件的電流而執(zhí)行電流模式控 制,因此具有同樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于:提供一種在輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的比小的情況和輸出電 壓相對(duì)于輸入電壓的比大的情況這兩種情況下能夠進(jìn)行電流反饋的電流模式控制型開關(guān) 電源裝置。
[0009] 本說明書中公開的一個(gè)形式的電流模式控制型開關(guān)電源裝置具備:第一開關(guān),其 第一端與被施加輸入電壓的第一施加端連接;第二開關(guān),其第一端與上述第一開關(guān)的第二 端連接,第二端與被施加比上述輸入電壓低的規(guī)定電壓的第二施加端連接;電流檢測(cè)部,其 檢測(cè)流過上述第二開關(guān)的電流;以及控制部,其控制上述第一開關(guān)和上述第二開關(guān)。并且, 上述控制部在輸出電壓相對(duì)于上述輸入電壓的比為規(guī)定值以下的情況下,與上述電流檢測(cè) 部檢測(cè)出的電流對(duì)應(yīng)地控制上述第一開關(guān)和上述第二開關(guān),在上述輸出電壓相對(duì)于上述輸 入電壓的比不為上述規(guī)定值以下的情況下,不依賴于上述電流檢測(cè)部檢測(cè)出的電流地控制 上述第一開關(guān)和上述第二開關(guān)。
[0010] 通過以下所示的實(shí)施方式的說明能夠進(jìn)一步明確本發(fā)明的意義及效果。但是,以 下的實(shí)施方式只不過是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式,本發(fā)明乃至各構(gòu)成要件的術(shù)語的含義并不 限于以下的實(shí)施方式所記載的內(nèi)容。
【附圖說明】
[0011] 圖1是表示開關(guān)電源裝置的第一實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0012] 圖2是表示電流檢測(cè)電路和斜坡電路的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。
[0013] 圖3A是表示電壓電流變換電路4A的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。
[0014] 圖3B是表示電壓電流變換電路5A的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。
[0015] 圖4A是表示開關(guān)電源裝置的一個(gè)動(dòng)作例的時(shí)序圖。
[0016] 圖4B是表示圖4A所示的動(dòng)作例的變形例的時(shí)序圖。
[0017] 圖5A是表示開關(guān)電源裝置的其他動(dòng)作例的時(shí)序圖。
[0018] 圖5B是表示圖5A所示的動(dòng)作例的變形例的時(shí)序圖。
[0019] 圖6A是表示開關(guān)電源裝置的另一個(gè)動(dòng)作例的時(shí)序圖。
[0020] 圖6B是表示圖6A所示的動(dòng)作例的變形例的時(shí)序圖。
[0021] 圖7是表示將電流信息反映到斜坡的斜率所得的斜坡電壓的概要波形的圖。
[0022] 圖8是表示將電流信息反映到斜坡的偏移電壓所得的斜坡電壓的概要波形的圖。
[0023] 圖9是表示電流檢測(cè)電路和斜坡電路的其他結(jié)構(gòu)例的圖。
[0024] 圖10是表示開關(guān)電源裝置的另一個(gè)動(dòng)作例的時(shí)序圖。
[0025] 圖11是表示開關(guān)電源裝置的第二實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0026] 圖12A是表示與輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的比有關(guān)的判斷例的時(shí)序圖。
[0027] 圖12B是表示與輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的比有關(guān)的另一個(gè)判斷例的時(shí)序圖。
[0028] 圖13是表示安裝了車載設(shè)備的車輛的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的外觀圖。
[0029] 圖14是表示電流模式控制型開關(guān)電源裝置的一個(gè)例子的圖。
[0030] 圖15是表不圖14所不的開關(guān)電源裝置的一個(gè)動(dòng)作例的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 〈整體結(jié)構(gòu)(第一實(shí)施方式)>
[0032] 圖1是表示電流模式控制型開關(guān)電源裝置的第一實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)例的圖。本 結(jié)構(gòu)例的開關(guān)電源裝置101是進(jìn)行使輸入電壓下降的降壓動(dòng)作的電流模式控制型開關(guān)電 源裝置,具備定時(shí)控制電路1、上側(cè)M0S晶體管Q1、下側(cè)M0S晶體管Q2、電感L1、輸出電容 C1、分壓電阻R1和R2、誤差放大器2、基準(zhǔn)電壓源3、電流檢測(cè)電路4、斜坡電路5、比較器6 以及振蕩器7。
[0033] 定時(shí)控制電路1控制上側(cè)M0S晶體管Q1的接通/斷開和下側(cè)M0S晶體管Q2的接 通/斷開,與置位信號(hào)SET和復(fù)位信號(hào)RESET對(duì)應(yīng)地生成上側(cè)M0S晶體管Q1的柵極信號(hào)G1 和下側(cè)M0S晶體管Q2的柵極信號(hào)G2。
[0034] 上側(cè)M0S晶體管Q1是N溝道型M0S晶體管,是導(dǎo)通/切斷從施加了輸入電壓VIN 的輸入電壓施加端到電感L1的電流路徑的上側(cè)開關(guān)的一個(gè)例子。上側(cè)M0S晶體管Q1的漏 極與施加了輸入電壓VIN的輸入電壓施加端連接。上側(cè)MOS晶體管Q1的源極與電感的一端 和下側(cè)M0S晶體管Q2的漏極連接。從定時(shí)控制電路1向上側(cè)M0S晶體管Q1的柵極供給柵 極信號(hào)G1。上側(cè)M0S晶體管Q1在柵極信號(hào)G1是高電平時(shí)接通,在柵極信號(hào)G1是低電平時(shí) 斷開。
[0035] 下側(cè)M0S晶體管Q2是N溝道型M0S晶體管,是導(dǎo)通/切斷從接地端到電感L1的 電流路徑的下側(cè)開關(guān)的一個(gè)例子。下側(cè)M0S晶體管Q2的漏極如上述那樣與電感的一端和 上側(cè)M0S晶體管Q1的源極連接。下側(cè)M0S晶體管Q2的源極與接地端連接。從定時(shí)控制電 路1向下側(cè)M0S晶體管Q2的柵極供給柵極信號(hào)G2。下側(cè)M0S晶體管Q2在柵極信號(hào)G2是 高電平時(shí)接通,在柵極信號(hào)G2是低電平時(shí)斷開。此外,可以代替下側(cè)M0S晶體管Q2,將二極 管用作下側(cè)開關(guān),但在該情況下,必須設(shè)置與該二極管串聯(lián)連接的檢測(cè)電阻,電流檢測(cè)電路 4檢測(cè)該檢測(cè)電阻的兩端電壓。
[0036] 上側(cè)M0S晶體管Q1和下側(cè)M0S晶體管Q2通過定時(shí)控制電路1的控制而互補(bǔ)地接 通/斷開。由此,在上側(cè)M0S晶體管Q1和下側(cè)M0S晶體管Q2的連接節(jié)點(diǎn)生成脈沖狀的開 關(guān)電壓Vsw。此外,優(yōu)選的是設(shè)置在上側(cè)M0S晶體管Q1和下側(cè)M0S晶體管Q2的接通/斷開 切換時(shí)上側(cè)M0S晶體管Q1和下側(cè)M0S晶體管Q2這雙方為斷開的死區(qū)時(shí)間。
[0037] 電感L1和輸出電容C1對(duì)脈沖狀的開關(guān)電壓Vsw進(jìn)行平滑化而生成輸出電壓V(jUT, 將該輸出電壓乂^供給到輸出電壓V_的施加端。
[0038] 分壓電阻R1和R2對(duì)輸出電壓V(jUT進(jìn)行分壓而生成反饋電壓VFB。
[0039] 誤差放大器2生成對(duì)應(yīng)于從基準(zhǔn)電壓源3輸出的基準(zhǔn)電壓和反饋電壓VFB之間的 差分的誤差信號(hào)VERR。
[0040] 電流檢測(cè)電路4根據(jù)下側(cè)M0S晶體管Q2接通狀態(tài)下的漏-源間電壓、即下側(cè)M0S 晶體管Q2的接通電阻的兩端電壓,檢測(cè)流過下側(cè)M0S晶體管Q2的電流。
[0041 ] 斜坡電路5生成并輸出與電流檢測(cè)電路4檢測(cè)出的流過下側(cè)M0S晶體管Q2的電 流對(duì)應(yīng)的斜坡電壓。
[0042] 比較器6比較斜坡電路5的輸出電壓和誤差信號(hào)VERR,生成作為比較信號(hào)的復(fù)位信 號(hào)RESET。由斜坡電路5生成的斜坡電壓VaP是固定周期,因此復(fù)位信號(hào)RESET成為PWM(脈 沖寬度調(diào)制)信號(hào)。
[0043] 振蕩器7生成作為規(guī)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)的置位信號(hào)SET。
[0044] 〈斜坡電壓的第一生成例〉
[0045] 圖2是表示電流檢測(cè)電路4和斜坡電路5的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。在圖2所示的例子 中,電流檢測(cè)電路4由電壓電流變換電路4A構(gòu)成。另外,在圖2所示的例子中,斜坡電路5 包括開關(guān)S1~S3、電容C2和C3以及電壓電流變換電路5A。
[0046] 電壓電流變換電路4A和5A分別是通過在1C(集成電路)內(nèi)部生成的內(nèi)部電源電 壓VCC驅(qū)動(dòng)的電路,該1C具備定時(shí)控制電路1、誤差放大器2、基準(zhǔn)電壓源3、電流檢測(cè)電路 4、斜坡電路5、比較器6、振蕩器7。
[0047] 電壓電流變換電路4A將下側(cè)M0S晶體管Q2的漏-源間電壓變換為電流而輸出。 在開關(guān)S1接通時(shí),通過電壓電流變換電路4A的輸出電流對(duì)電容C2進(jìn)行充電。另一方面, 在開關(guān)S2接通時(shí),電容C2放電。
[0048] 電壓電流變換電路5A將電容C2的充電電壓V?;變換為電流而輸出。通過電壓電 流變換電路5A的輸出電流對(duì)電容C3進(jìn)行充電。另一方面,在開關(guān)S3接通時(shí),電容C3放電。 電容C3的充電電壓成為斜坡電壓VaP。
[0049] 圖3A和圖3B是表示電壓電流變換電路4A和5A各自的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。在圖3A 所示的電壓電流變換電路中,電流源8向由N溝道型M0S晶體管Q3和Q4構(gòu)成的電流鏡像 電路供給電流。如果由N溝道型M0S晶體管Q3和Q4構(gòu)成的電流鏡像電路的鏡像比是1 :1, 則流過電阻R4的電流是開關(guān)電壓Vsw除以電阻R3的電阻值r3和電阻R4的電阻值r4之間 的差(r3-r4)所得的值。另外,通過由P溝道型M0S晶體管Q5和Q6構(gòu)成的電流鏡像電路, 作為電壓電流變換電路4A的輸出電流輸出與流過電阻R4的電流對(duì)應(yīng)的電流(與作為電壓 電流變換電路4A的輸入電壓的開關(guān)電壓Vsw對(duì)應(yīng)的電流)。在圖3B所示的電壓電流變換 電路中,通過電阻R5和PNP晶體管Q7的串聯(lián)連接,電阻R5中流過與電壓電流變換電路的 輸入電壓對(duì)應(yīng)的電流,在電阻R5和PNP晶體管Q7的連接節(jié)點(diǎn)生成與電壓電流變換電路的 輸入電壓對(duì)應(yīng)的電壓。進(jìn)而,通過NPN晶體管Q8和電阻R6的串聯(lián)連接,電阻R6中流過與 電阻R5和PNP晶體管Q7的連接節(jié)點(diǎn)電壓(與電壓電流變換電路的輸入電壓對(duì)應(yīng)的電壓) 對(duì)應(yīng)的電流。另外,通過由P溝道型M0S晶體管Q9和Q10構(gòu)成的電流鏡像電路,作為電壓 電流變換電路的輸出電流輸出與流過電阻R6的電流對(duì)應(yīng)的電流(與電壓電流變換電路5A 的輸入電壓V對(duì)應(yīng)的電流)。
[0050] 圖4A是表示開關(guān)電源裝置101的一個(gè)動(dòng)作例的時(shí)序圖。
[0051] 在圖4A所示的例子中,在置位信號(hào)SET從低電平向高電平切換時(shí),定時(shí)控制電路 1將柵極信號(hào)G1從低電平切換到高電平,在復(fù)位信號(hào)RESET從低電平向高電平切換時(shí),定 時(shí)控制電路1將柵極信號(hào)G1從高電平切換到低電平。斜坡電路5依照來自定時(shí)控制電路 1的指示,切換開關(guān)S1~S3的接通/斷開。
[0052] 在復(fù)位信號(hào)RESET從低電平向高電平切換時(shí)(til定時(shí)),斜坡電路5維持開關(guān)S1 的斷開狀態(tài),將開關(guān)S2從斷開狀態(tài)切換為接通狀態(tài),將開關(guān)S3從斷開狀態(tài)切換為接通狀 態(tài)。由此,電容C2和C3放電,電容C2的充電電壓VeR(;、斜坡電壓VaP分別成為0。
[0053] 此后,在斜坡電路5將開關(guān)S2從接通狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)而結(jié)束電容C2的放電 后,在tl2定時(shí),斜坡電路5將開關(guān)S1從斷開狀態(tài)切換為接通狀態(tài)。tl2定時(shí)例如可以是在 上側(cè)M0S晶體管Q1剛從接通切換為斷開后設(shè)置的死區(qū)時(shí)間結(jié)束之時(shí)。
[0054] 接著,在tl3定時(shí),斜坡電路5將開關(guān)
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