專利名稱：Dc－dc變換器的控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC-DC變換器，更具體而言，涉及用于DC-DC變換器的控制器和用于控制DC-DC變換器的方法。
背景技術(shù)：
近年來便攜式電子設(shè)備正被廣泛使用。便攜式設(shè)備使用電池作為驅(qū)動(dòng)電源。由于電池的輸出電壓隨著設(shè)備的使用或者放電而減小，因此電子設(shè)備包括用于將電池電壓變換為恒定電壓的直流電壓變換電路(DC-DC變換器)。DC-DC變換器的變換效率影響利用電池工作的電子設(shè)備的工作時(shí)間。由于電子設(shè)備依賴于其在給定時(shí)間的操作而需要不同量的電流，因此需要無論電流量的改變?nèi)绾味寄芫哂袧M意的變換效率的DC-DC變換器和用于DC-DC變換器的控制器。
在現(xiàn)有技術(shù)中，便攜式電子設(shè)備使用開關(guān)型DC-DC變換器(下文中稱為“開關(guān)穩(wěn)壓器”)，其緊湊并且具有滿意的變換效率。開關(guān)穩(wěn)壓器是脈寬調(diào)制(PWM)型穩(wěn)壓器，其通過控制脈沖信號的脈寬來保持輸出電壓基本恒定，并且根據(jù)輸出電壓或輸出電流驅(qū)動(dòng)主開關(guān)晶體管。
利用電池工作的電子設(shè)備可能有時(shí)抑制電流消耗以延長電池壽命和電子設(shè)備的工作時(shí)間。然而，在這種低負(fù)載狀態(tài)中，在PWM型開關(guān)穩(wěn)壓器中電壓變換效率極低。這是由于以下原因造成的。
開關(guān)穩(wěn)壓器的電力損失包括依賴于開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電流的損失和不依賴于開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電流的固定損失。依賴于輸出電流的損失包括由晶體管的導(dǎo)通電阻導(dǎo)致的電力損失。不依賴于輸出電流的固定損失包括由主開關(guān)晶體管的激活和不激活造成的電力損失，以及由開關(guān)穩(wěn)壓器自身的功耗引起的損失。當(dāng)輸出電流大(輸入電流和輸出電流之間的差小)時(shí)，依賴于輸出電流的損失變大。然而，由于固定損失是恒定的，因此整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器的變換效率是滿意的。另一方面，當(dāng)輸出電流減小(輸入電流和輸出電流之間的差變大)時(shí)，由于固定損失相對于依賴于輸出電流的損失的百分比增大，因此變換效率減小。
開關(guān)穩(wěn)壓器的固定損失正比于用于使主開關(guān)晶體管激活和不激活的開關(guān)頻率。從而，電力損失可通過降低開關(guān)頻率來減小。然而，這會(huì)增大輸出電壓的脈動(dòng)。
日本專利申請?jiān)缙诠_No.2003-9515描述了一種包括開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器的電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載電流在兩種穩(wěn)壓器之間切換。線性穩(wěn)壓器的損失由輸入電壓和輸出電壓之間的差確定，并且不依賴于輸入電流和輸出電流之間的差。從而，線性穩(wěn)壓器在低負(fù)載狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了高變換效率。
發(fā)明內(nèi)容
在日本專利申請?jiān)缙诠_No.2003-9515中描述的電源系統(tǒng)需要獨(dú)立工作的開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器。另外，當(dāng)在電子設(shè)備中實(shí)際安裝這種電源系統(tǒng)時(shí)，用于確定負(fù)載電流水平的判斷電路和切換控制電路變得必要。這增大了整個(gè)系統(tǒng)的面積、安裝電源系統(tǒng)的芯片的面積和電子設(shè)備的尺寸。
本發(fā)明提供了一種DC-DC變換器、用于DC-DC變換器的控制器和用于控制DC-DC變換器的方法，其防止了面積的增大，并且無論輸出電流的水平如何，都能獲得高變換效率。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于從輸入電壓生成輸出電壓的DC-DC變換器。該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管的控制器基于DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式或第二工作模式中，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變。該控制器在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活。另外，該控制器在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于從輸入電壓生成輸出電壓的DC-DC變換器。該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管的控制器基于DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變。該控制器在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活。另外，該控制器在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并使第一輸出晶體管激活和不激活。并且該控制器在第三工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于DC-DC變換器的控制器，該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。控制器包括用于基于DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式或第二工作模式中的電路，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變。該電路在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活。另外，該電路在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于DC-DC變換器的控制器，該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。該控制器包括用于基于DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中的電路，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變。該電路在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活。另外，該電路在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并使第一輸出晶體管激活和不激活。并且該電路在第三工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于控制從輸入電壓生成輸出電壓的DC-DC變換器的方法。該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。該方法包括檢測DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變；基于檢測出的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式或第二工作模式中。該控制包括在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活；以及在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于控制從輸入電壓生成輸出電壓的DC-DC變換器的方法。該DC-DC變換器包括第一輸出晶體管。第二輸出晶體管與第一輸出晶體管串聯(lián)連接。扼流圈連接到第一輸出晶體管和第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)，其中第一輸出晶體管和第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作用來基于輸入電壓生成DC-DC變換器的輸出電壓。連接到扼流圈的平滑電容器平滑DC-DC變換器的輸出電壓。該方法包括檢測DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流，其中輸出電流根據(jù)輸出電壓改變；基于檢測出的輸出電壓或輸出電流將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中。該控制包括在第一工作模式期間以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活；在第二工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并使第一輸出晶體管激活和不激活；以及在第三工作模式期間使第二輸出晶體管不激活，并利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中變清楚，附圖以示例方式圖示了本發(fā)明的原理。
結(jié)合附圖參考下面對優(yōu)選實(shí)施例的描述，可以最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的DC-DC變換器的示意性框圖；圖2是圖1中所示的DC-DC變換器的模式控制電路的示意性框圖；圖3是圖1中所示的DC-DC變換器的三角波振蕩器的示意性框圖；圖4是包括圖1的DC-DC變換器的電子設(shè)備的示意性框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的DC-DC變換器的示意性框圖；圖6是圖5中所示的DC-DC變換器的模式控制電路的示意性框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的DC-DC變換器的示意性框圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的三角波振蕩器的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
在全部附圖中，相似的標(biāo)號用于文中相似的元件。
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的DC-DC變換器12。
圖4是包括DC-DC變換器12的電子設(shè)備10的示意性框圖。電子設(shè)備10是便攜式的，并且利用內(nèi)置電池11來供電。電池11連接到作為電源電路的DC-DC變換器12。DC-DC變換器12連接到諸如CPU之類的內(nèi)部電路13。DC-DC變換器12將提供自電池11的輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout，輸出電壓Vout是用于運(yùn)行內(nèi)部電路13的恒定電壓，并且DC-DC變換器12將輸出電壓Vout提供到內(nèi)部電路13。
下面描述DC-DC變換器12的配置。
圖1中所示的DC-DC變換器12是電壓控制模式DC-DC變換器，并且包括控制器21、充當(dāng)主開關(guān)晶體管的輸出晶體管T1、充當(dāng)同步整流晶體管的輸出晶體管T2、扼流圈L1、二極管D1和平滑電容器C1。
控制器21向輸出晶體管T1的柵極提供控制信號DH，向輸出晶體管T2的柵極提供控制信號DL。輸出晶體管T1是P溝道MOS晶體管，其源極被提供了輸入電壓Vin，其漏極連接到輸出晶體管T2。輸出晶體管T2是N溝道MOS晶體管，其源極連接到低電位電源(地)，其漏極連接到輸出晶體管T1。輸出晶體管T1響應(yīng)于控制信號DH而被激活和不激活，輸出晶體管T2響應(yīng)于控制信號DL而被激活和不激活。
扼流圈L1具有第一端和第二端，第一端連接到輸出晶體管T1的漏極和輸出晶體管T2的漏極之間的節(jié)點(diǎn)，第二端連接到充當(dāng)負(fù)載的內(nèi)部電路13(參見圖4)。
二極管D1的陰極連接到扼流圈L1的第一端，二極管D1的陽極連接到地。使輸出電壓Vout平滑的平滑電容器C1的第一端連接到扼流圈L1的第二端，電容器C1的第二端連接到地。輸出電壓Vout或在扼流圈L1的第二端處的電壓被反饋到控制器21作為反饋信號FB。
控制器21被配置為由通過提供作為電源電壓Vcc(未示出)的輸入電壓Vin來工作。
控制器21包括誤差放大器31、PWM比較器32、振蕩器33、充當(dāng)信號控制電路的AND(與)電路34、模式控制電路35、電阻器R1和R2、參考電源e1和充當(dāng)選擇電路的開關(guān)SW1。
反饋信號FB被提供到第一電阻器R1的第一端。第一電阻器R1的第二端連接到第二電阻器R2的第一端，第二電阻器R2的第二端連接到地。第一電阻器R1和第二電阻器R2配置成分壓電路。分壓電路利用第一和第二電阻器R1和R2對輸入作為反饋信號FB的輸出電壓Vout分壓，以生成比較電壓V1。比較電壓V1輸入到誤差放大器31。
誤差放大器31包括反相輸入端和同相輸入端。比較電壓V1(即，輸出電壓Vout的分壓電壓)被提供到反相輸入端，來自參考電源e1的參考電壓Vr1被提供到同相輸入端。包括同相輸出端和反相輸出端的誤差放大器31根據(jù)參考電壓Vr1和比較電壓V1(輸出電壓Vout的分壓電壓)之間的比較結(jié)果，放大參考電壓Vr1和比較電壓V1之間的電壓差，以生成互補(bǔ)的誤差信號S1a和S1b。在本實(shí)施例中，誤差放大器31在提供到反相輸入端的比較電壓V1低于提供到同相輸入端的參考電壓Vr1時(shí)，根據(jù)電壓差，增大第一誤差信號S1a的電壓。誤差放大器31還在比較電壓V1高于參考電壓Vr1時(shí)，根據(jù)電壓差，減小第一誤差信號S1a的電壓。第二誤差信號S1b相對于第一誤差信號S1a以相反方式改變。
從誤差放大器31輸出的第一誤差信號S1a被提供到PWM比較器32。PWM比較器32包括同相輸入端和反相輸入端。同相輸入端被提供以來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a，反相輸入端被提供以振蕩器33的輸出信號。振蕩器33包括方波振蕩器33a和三角波振蕩器33b。方波振蕩器33a振蕩并生成具有恒定頻率的脈沖形信號SP。三角波振蕩器33b振蕩并生成具有恒定頻率的三角波信號SS。三角波信號SS被提供到PWM比較器32的反相輸入端。
PWM比較器32比較來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a和來自三角波振蕩器33b的三角波信號SS，從反相輸出端輸出具有與比較結(jié)果相對應(yīng)的電平的信號QL。PWM比較器32在第一誤差信號S1a的電壓高于三角波信號SS的電壓時(shí)，生成具有L電平的信號QL。另外，PWM比較器32在第一誤差信號S1a的電壓低于三角波信號SS的電壓時(shí)，生成具有H電平的信號QL。信號QL被提供到開關(guān)SW1和AND電路34。
開關(guān)SW1包括兩個(gè)開關(guān)端Ta和Tb和一個(gè)公共端Tc。信號QL被提供到第一開關(guān)端Ta，第二誤差信號S1b被提供到第二開關(guān)端Tb。開關(guān)SW1的公共端Tc連接到輸出晶體管T1的柵極。開關(guān)SW1響應(yīng)于提供自模式控制電路35的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta或第二開關(guān)端Tb。因此，開關(guān)SW1選擇信號QL或第二誤差信號S1b中的一個(gè)，以將對應(yīng)于所選信號的控制信號DH輸出到公共端Tc。然后，控制信號DH被提供到輸出晶體管T1，輸出晶體管T1響應(yīng)于控制信號DH進(jìn)行操作。
AND電路34是具有兩個(gè)輸入端的邏輯電路，其中第一輸入端被提供以信號QL，第二輸入端被提供以模式控制信號SM。AND電路34的輸出端連接到輸出晶體管T2的柵極。AND電路34執(zhí)行信號QL和模式控制信號SM的AND操作，以生成指示操作結(jié)果的控制信號DL。因此，控制信號DL在信號QL和模式控制信號SM都為H電平時(shí)是H電平。另外，控制信號DL在信號QL或模式控制信號SM中至少一個(gè)為L電平時(shí)是L電平?？刂菩盘朌L被提供到輸出晶體管T2。輸出晶體管T2響應(yīng)于控制信號DL而被激活和不激活。
模式控制電路35檢測DC-DC變換器12的輸出電力Vout，并根據(jù)檢測結(jié)果生成用于改變DC-DC變換器12工作模式的模式控制信號SM。DC-DC變換器12的工作模式包括PWM工作模式和線性工作模式。在PWM工作模式中，DC-DC變換器12根據(jù)輸出電壓Vout執(zhí)行PWM操作，以改變用于對輸出晶體管T1和T2執(zhí)行導(dǎo)通/截止(ON/OFF)控制的控制信號DH和DL的脈寬，從而將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。在線性工作模式中，DC-DC變換器12使輸出晶體管T2截止，并且控制輸出晶體管T1的柵極電壓，以將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。
即，模式控制電路35使DC-DC變換器12工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其對輸出晶體管T1和T2執(zhí)行導(dǎo)通/截止控制，以將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout?；蛘?，模式控制電路35使DC-DC變換器12工作為線性穩(wěn)壓器，其控制輸出晶體管T1的柵極電壓，以將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。
具體而言，本實(shí)施例的模式控制電路35利用反饋信號FB確定輸出電壓Vout，以生成對應(yīng)于檢測結(jié)果的模式控制信號SM。在PWM操作期間，當(dāng)輸出電壓Vout從DC-DC變換器12提供到充當(dāng)負(fù)載的內(nèi)部電路13時(shí)，輸出電壓Vout隨著內(nèi)部電路13中需要的電流量的減小而增大。即，輸出電壓Vout隨著DC-DC變換器12的負(fù)載的減小而增大。從而，模式控制電路35根據(jù)輸出電壓Vout的增大而檢測到負(fù)載已經(jīng)減小。
模式控制電路35比較輸出電壓Vout和預(yù)定參考電壓?；诒容^結(jié)果，模式控制電路35在輸出電壓Vout高于參考電壓時(shí)，生成具有H電平的模式控制信號SM。另外，模式控制電路35在輸出電壓Vout低于參考電壓時(shí)，生成具有L電平的模式控制信號SM。模式控制信號SM被提供到PWM比較器32、振蕩器33、開關(guān)SW1和AND電路34。
開關(guān)SW1響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta，以將與信號QL具有基本相同電平的控制信號DH輸出到公共端Tc。AND電路34響應(yīng)于具有H電平的模式控制信號SM而生成與信號QL具有基本相同電平的控制信號DL。換句話說，生成的控制信號DH和DL與信號QL同相。從而，被提供以控制信號DH的輸出晶體管T1和被提供以控制信號DL的輸出晶體管T2以互補(bǔ)方式被激活和不激活，并且DC-DC變換器12工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其根據(jù)兩個(gè)晶體管T1和T2的激活和不激活，將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。
開關(guān)SW1響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第二開關(guān)端Tb，以將與第二誤差信號S1b具有基本相同電平的控制信號DH輸出到公共端Tc。AND電路34響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而輸出L電平的控制信號DL。從而，被提供以控制信號DH的輸出晶體管T1導(dǎo)致對應(yīng)于第二誤差信號S1b的電流流動(dòng)，而被提供以控制信號DL的輸出晶體管T2截止。因此，DC-DC變換器12工作為線性穩(wěn)壓器，其控制輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻值，并且將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。
下面描述模式控制電路35的配置。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中模式控制電路35的示意性框圖。模式控制電路35包括電壓比較器41、觸發(fā)器電路(下文中稱為FF電路)42和參考電源e2。反饋信號FB被提供到電壓比較器41的同相輸入端，來自參考電源e2的參考電壓Vr2被提供到反相輸入端以充當(dāng)參考值。電壓比較器41比較反饋信號FB的電壓和參考電壓Vr2，以生成對應(yīng)于比較結(jié)果的信號S11。
FF電路42是D型觸發(fā)器電路，包括被提供以信號S11的數(shù)據(jù)輸入端D和被提供以在方波振蕩器33a中生成的脈沖形信號SP的時(shí)鐘輸入端。FF電路42與信號SP同步地保存信號S11，以生成與保存的信號S11具有基本相同電平的模式控制信號SM。
因此，模式控制電路35比較參考電壓Vr2和反饋信號FB的電壓，或者參考電壓Vr2和輸出電壓Vout，以基于比較結(jié)果生成模式控制信號SM，并且保存模式控制信號SM的電平。
模式控制電路35在輸出電壓Vout高于參考電壓Vr2時(shí)，生成具有H電平的模式控制信號SM。另外，模式控制電路35在輸出電壓Vout低于參考電壓Vr2時(shí)，生成具有L電平的模式控制信號SM。
如圖1所示，模式控制信號SM被提供到PWM比較器32和振蕩器33的三角波振蕩器33b。如圖3所示，三角波振蕩器33b包括環(huán)形振蕩器51和波形整形電路52。環(huán)形振蕩器51包括奇數(shù)個(gè)(圖3中是3個(gè))連接成環(huán)的反相器電路，以生成具有預(yù)定頻率的信號。波形整形電路52將從環(huán)形振蕩器51輸出的信號整形為三角形，生成三角波信號SS。電源電壓Vcc經(jīng)由開關(guān)SW2被提供到環(huán)形振蕩器51和波形整形電路52。開關(guān)SW2被H電平的模式控制信號SM導(dǎo)通，并且被L電平的模式控制信號SM斷開。因此，當(dāng)模式控制信號SM具有H電平時(shí)，即在PWM工作模式期間，電源電壓Vcc被提供到環(huán)形振蕩器51和波形整形電路52。從而，三角波振蕩器33b生成三角波信號SS。另一方面，當(dāng)模式控制信號SM具有L電平時(shí)，即在線性工作模式期間，電源電壓Vcc不被提供到環(huán)形振蕩器51或波形整形電路52。從而，在三角波振蕩器33b中不消耗電力，減小了線性工作模式期間的功耗。盡管在圖中未清楚示出，但是PWM比較器32被配置使得其利用模式控制信號SM，以與環(huán)形振蕩器51相同的方式控制PWM比較器32的元件，以允許或停止向PWM比較器32的元件提供電源電壓Vcc。這減小了PWM比較器32中的功耗，從而減小了線性工作模式期間的功耗。
下面描述上述配置的DC-DC變換器12的操作。
通過電子設(shè)備10的使用或者通過放電，提供自圖4中所示的電池11的輸入電壓Vin減小。DC-DC變換器12的模式控制電路35在反饋信號FB的電壓(即輸出電壓Vout)高于參考電壓Vr2時(shí)，生成H電平的模式控制信號。另外，模式控制電路35在輸出電壓Vout低于參考電壓Vr2時(shí)，生成L電平的模式控制信號SM。
振蕩器33響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM而振蕩和操作，并生成三角波信號SS。PWM比較器32響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM進(jìn)行操作，比較三角波信號SS和提供自誤差放大器31的第一誤差信號S1a，并生成對應(yīng)于比較結(jié)果的信號QL。開關(guān)SW1響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM，將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta，并將來自PWM比較器32的信號QL提供到輸出晶體管T1作為控制信號DH。AND電路34響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM而將提供自PWM比較器32的信號QL提供到輸出晶體管T2作為控制信號DL。因此，輸出晶體管T1、T2以互補(bǔ)方式被激活和不激活。
在輸出晶體管T1被激活的時(shí)段期間，輸出電壓Vout增大。輸出電壓Vout被平滑電容器C1平滑。當(dāng)輸出晶體管T1截止時(shí)，存儲(chǔ)在扼流圈L1中的能量被釋放。隨著存儲(chǔ)在扼流圈L1中的能量的減少和輸出電壓Vout的降低，由電阻器R1和R2生成的比較電壓V1變得低于參考電壓Vr1。這使輸出晶體管T1導(dǎo)通。
當(dāng)輸出電壓Vout增大時(shí)，來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓減小，并使信號QL的脈寬變寬。因此，輸出晶體管T1的導(dǎo)通時(shí)間變得相對較短，并且輸出電壓Vout的電位降低。另一方面，當(dāng)輸出電壓Vout減小時(shí)，來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓增大，并且信號QL的脈寬變窄。因此，輸出晶體管T1的導(dǎo)通時(shí)間變得相對較長，并且輸出電壓Vout的電位升高。從而，DC-DC變換器12工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其使輸出晶體管T1和T2激活和不激活，并且將輸出電壓Vout保存在基于參考電壓Vr1的恒定電壓。
當(dāng)L電平的模式控制信號SM停止了電源電壓Vcc的提供時(shí)，PWM比較器32和振蕩器33停止工作。開關(guān)SW1響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第二開關(guān)端Tb。這將第二誤差信號S1b提供到輸出晶體管T1作為控制信號DH。AND電路34響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而將L電平的控制信號DL提供到輸出晶體管T2，從而輸出晶體管T2被L電平的控制信號DL截止。
誤差放大器31放大比較電壓V1和參考電壓Vr1之間的差。從而，從誤差放大器31的反相輸出端輸出的第二誤差信號S1b在輸出電壓Vout變得較低時(shí)具有較低電壓，而在輸出電壓Vout變得較高并且接近參考電壓Vr1時(shí)具有較高電壓。
第二誤差信號S1b被提供到輸出晶體管T1的柵極。當(dāng)輸出電壓Vout減小時(shí)，輸出晶體管T1的柵極電壓也減小。由于輸出晶體管T1是P溝道MOS晶體管，因此隨著柵極電壓的減小，導(dǎo)通電阻值變低。因此，由于輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻而減小的電壓變小，從而使輸出電壓Vout升高。
當(dāng)輸出電壓Vout增大時(shí)，從誤差放大器31的反相輸出端輸出的第二誤差信號S1b的電壓也增大。這使輸出晶體管T1的柵極電壓增大。由于輸出晶體管T1是P溝道MOS晶體管，因此隨著柵極電壓的增大，導(dǎo)通電阻值變大。因此，由于輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻而減小的電壓變大，從而使輸出電壓Vout降低。
這樣，在從誤差放大器31的反相輸出端輸出的第二誤差信號S1b被提供到輸出晶體管T1的柵極時(shí)，DC-DC變換器12工作為線性穩(wěn)壓器，并且將輸出電壓Vout維持在基于參考電壓Vr1的恒定電壓。由于線性穩(wěn)壓器不涉及開關(guān)操作，因此輸出電壓Vout的脈動(dòng)電壓被抑制到極低值。另外，在DC-DC變換器12中，PWM比較器32和三角波振蕩器33b停止工作。由于PWM比較器32和三角波振蕩器33b中的功耗是DC-DC變換器12的固定損失，因此減小了DC-DC變換器12的控制器21中的固定損失。
第一實(shí)施例的DC-DC變換器12具有以下優(yōu)點(diǎn)。
控制器21的模式控制電路35基于輸出電壓Vout確定DC-DC變換器12是處于PWM工作模式還是線性工作模式。在PWM工作模式期間，控制器21使DC-DC變換器12工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管T1和第二輸出晶體管T2激活和不激活。在線性工作模式期間，控制器21使DC-DC變換器12工作為線性穩(wěn)壓器，其使第二輸出晶體管T2截止，并且控制第一輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻值以進(jìn)行線性操作。因此，根據(jù)輸出電壓Vout，DC-DC變換器12或者用作開關(guān)穩(wěn)壓器，或者用作線性穩(wěn)壓器。與開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器相分離的情形相比，這減小了整個(gè)系統(tǒng)的面積。另外，根據(jù)輸出電壓Vout，DC-DC變換器12在輸出電流大時(shí)工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，在輸出電流小時(shí)工作為線性穩(wěn)壓器。從而，DC-DC變換器12根據(jù)輸出電壓Vout，高變換效率地執(zhí)行變換，并且無論輸出電流的水平如何，都具有滿意的變換效率。
模式控制電路35比較參考電壓Vr2和輸出電壓Vout，以在輸出電壓Vout大于參考電壓Vr2時(shí)，確定DC-DC變換器12處于PWM工作模式。另外，模式控制電路35在輸出電壓Vout小于參考電壓Vr2時(shí)，確定DC-DC變換器12處于線性工作模式。然后，模式控制電路35根據(jù)判決結(jié)果生成模式控制信號SM。因此，隨著控制器21基于模式控制信號SM而操作第一輸出晶體管T1和第二輸出晶體管T2，DC-DC變換器12在開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器之間切換。
在基于模式控制信號SM的線性工作模式期間，三角波振蕩器33b和PWM比較器32中的至少一個(gè)停止工作。這減小了功耗并且獲得了高變換效率。
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的DC-DC變換器12a。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例中的DC-DC變換器12a的示意性框圖。DC-DC變換器12a是電壓控制模式DC-DC變換器，并且與第一實(shí)施例類似。DC-DC變換器12a替代了第一實(shí)施例的DC-DC變換器12。更具體而言，DC-DC變換器12a將從圖4中所示的電池11輸入的輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout，并將輸出電壓Vout提供到內(nèi)部電路13，其中輸出電壓Vout是用于操作內(nèi)部電路13的恒定電壓。
DC-DC變換器12a包括控制器21a、充當(dāng)主開關(guān)晶體管的輸出晶體管T1、充當(dāng)同步整流晶體管的輸出晶體管T2、扼流圈L1、二極管D1和平滑電容器C1。
控制器21a包括誤差放大器31、PWM比較器32、振蕩器36、充當(dāng)信號控制電路的AND電路34、模式控制電路35a、電阻器R1和R2、參考電源e1和充當(dāng)選擇電路的開關(guān)SW1。振蕩器36包括方波振蕩器36a和三角波振蕩器36b。
模式控制電路35a檢測DC-DC變換器12a的輸出電力，并根據(jù)檢測結(jié)果生成用于改變DC-DC變換器工作模式的多個(gè)模式控制信號SM1至SM3。DC-DC變換器12a具有PWM工作模式、PFM工作模式和線性工作模式。PWM工作模式是開關(guān)工作模式，其通過PWM控制使輸出晶體管T1和T2激活和不激活，以將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。PFM工作模式是開關(guān)工作模式，其以低于PWM工作模式的頻率使輸出晶體管T1激活和不激活，以將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。線性工作模式是這樣一種工作模式其使輸出晶體管T2截止，控制輸出晶體管T1的柵極電壓，并將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。模式控制電路35a檢測DC-DC變換器12a的輸出電壓Vout，并基于檢測結(jié)果生成模式控制信號SM1至SM3。
具體而言，第二實(shí)施例的模式控制電路35a從反饋信號FB檢測輸出電壓Vout，并生成對應(yīng)于檢測結(jié)果的模式控制信號SM1至SM3。當(dāng)從工作在PWM工作模式或PFM工作模式的DC-DC變換器12a向充當(dāng)負(fù)載的內(nèi)部電路13(參見圖4)提供輸出電壓Vout時(shí)，內(nèi)部電路13中需要的電流量減小時(shí)，輸出電壓Vout增大。即，隨著DC-DC變換器12a的負(fù)載變小，輸出電壓Vout增大。從而，模式控制電路35a從輸出電壓Vout的增大檢測到負(fù)載已變小。
圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例中的模式控制電路35a的示意性框圖。模式控制電路35a包括電壓比較器61和62、觸發(fā)器電路(下文中稱為FF電路)63和64以及參考電源e11和e12。反饋信號FB被提供到第一和第二電壓比較器61和62的同相輸入端。來自參考電源e11的第一參考電壓Vr11被提供到第一電壓比較器61的反相輸入端作為第一參考值，來自參考電源e12的第二參考電壓Vr12被提供到第二電壓比較器62的反相輸入端作為第二參考值。第一參考電壓Vr11被設(shè)置高于第二參考電壓Vr12。第一電壓比較器61比較反饋信號FB的電壓和第一參考電壓Vr11，以生成對應(yīng)于比較結(jié)果的信號S21。第二電壓比較器62比較反饋信號FB的電壓和第二參考電壓Vr12，以生成對應(yīng)于比較結(jié)果的信號S22。
FF電路63和64是D型觸發(fā)器電路，其時(shí)鐘輸入端被提供以在方波振蕩器36a中生成的脈沖形信號SP。信號S21被提供到FF電路63的數(shù)據(jù)輸入端D，信號S22被提供到FF電路64的數(shù)據(jù)輸入端D。第一FF電路63與信號SP同步地保存信號S21，并生成與保存的信號S21具有基本相同電平的第一模式控制信號SM1。第二FF電路64與信號SP同步地保存信號S22，并生成與保存的信號S22具有基本相同電平的第三模式控制信號SM3。第一和第三模式控制信號SM1和SM3被提供到邏輯電路65。邏輯電路65對第一模式控制信號SM1的反相信號和第三模式控制信號SM3執(zhí)行AND操作，并對AND操作的結(jié)果執(zhí)行邏輯取反，以生成第二模式控制信號SM2。
因此，模式控制電路35a將預(yù)定參考電壓Vr11和第二參考電壓Vr12與輸出電壓Vout相比較，以基于比較結(jié)果生成第一至第三模式控制信號SM1至SM3。模式控制電路35a在輸出電壓Vout高于第一參考電壓Vr11時(shí)，生成H電平的第一至第三模式控制信號SM1至SM3。模式控制電路35a在輸出電壓Vout低于或等于第一參考電壓Vr11并且高于第二參考電壓Vr12時(shí)，生成L電平的第一和第二模式控制信號SM1和SM2以及H電平的第三模式控制信號SM3。模式控制電路35a在輸出電壓Vout低于或等于第二參考電壓Vr12時(shí)，生成L電平的第一和第三模式控制信號SM1和SM3以及H電平的第二模式控制信號SM2。
第一模式控制信號SM1以正邏輯指示PWM工作模式，第二模式控制信號以負(fù)邏輯指示PFM工作模式，第三模式控制信號SM3以負(fù)邏輯指示線性工作模式。第一至第三模式控制信號SM1至SM3被提供到振蕩器36，第一模式控制信號SM1被提供到AND電路34，第三模式控制信號SM3被提供到開關(guān)SW1。
開關(guān)SW1響應(yīng)于H電平的第三模式控制信號SM3而將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta，以將與信號QL具有基本相同電平的控制信號DH輸出到公共端Tc。開關(guān)SW1響應(yīng)于L電平的第三模式控制信號SM3而將公共端Tc連接到第二開關(guān)端Tb，以將與第二誤差信號S1b具有基本相同電平的控制信號DH輸出到公共端Tc。第三模式控制信號SM3在PWM工作模式和PFM工作模式期間上升到H電平，而在線性工作模式期間下降到L電平。因此，在PWM工作模式和PFM工作模式期間，在PWM比較器32中生成的信號S2被提供到輸出晶體管T1作為控制信號DH，而在線性工作模式期間，在誤差放大器31中生成的第二誤差信號S1b被提供到輸出晶體管T1作為控制信號DH。
AND電路34響應(yīng)于H電平的第一模式控制信號SM1而生成與信號QL具有基本相同電平的控制信號DL。另外，AND電路34響應(yīng)于L電平的第一模式控制信號SM1而生成L電平的控制信號DL。第一模式控制信號SM1在PWM工作模式期間上升到H電平，而在PFM工作模式和線性工作模式期間下降到L電平。因此，輸出晶體管T2在PWM工作模式期間響應(yīng)于控制信號DL而被激活和不激活，在PFM工作模式和線性工作模式期間不被激活。在PWM工作模式中，被提供到輸出晶體管T1的控制信號DH和被提供到輸出晶體管T2的控制信號DL是基于來自PWM比較器32的信號QL而生成的。輸出晶體管T1是P溝道MOS晶體管，輸出晶體管T2是N溝道MOS晶體管。因此，輸出晶體管T1和輸出晶體管T2在PWM工作模式期間以互補(bǔ)方式被激活和不激活。
因此，在PWM工作模式期間，DC-DC變換器12a工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其以互補(bǔ)方式使輸出晶體管T1和輸出晶體管T2激活和不激活，并將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。另外，在PFM工作模式期間，DC-DC變換器12a工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其使輸出晶體管不激活以用于同步，使輸出晶體管T1激活和不激活，并將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。在線性工作模式期間，DC-DC變換器12a工作為線性穩(wěn)壓器，其使輸出晶體管T2不激活，利用第二誤差信號S1b控制輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻值，并將輸入電壓Vin變換為輸出電壓Vout。
振蕩器36包括方波振蕩器36a和三角波振蕩器36b。方波振蕩器36a振蕩并進(jìn)行操作以生成具有恒定頻率的脈沖形信號SP。三角波振蕩器36b振蕩并進(jìn)行操作以生成具有恒定頻率的三角波信號SS。方波振蕩器36a和三角波振蕩器36b被配置為基于第一至第三模式控制信號SM1至SM3改變振蕩頻率。
更具體而言，方波振蕩器36a和三角波振蕩器36b基于第一至第三模式控制信號SM1至SM3，在PWM工作模式期間分別生成預(yù)定頻率的信號SP和SS。在該點(diǎn)處的振蕩頻率被設(shè)為由于輸出晶體管T1和T2的激活和不激活而造成的輸出電壓Vout中脈動(dòng)不被產(chǎn)生或者極小。方波振蕩器36a和三角波振蕩器36b在PFM工作模式期間分別生成頻率比預(yù)定頻率低(例如低1/2)的信號SP和SS。從而，在PFM工作模式期間，與PWM工作模式相比，每單位時(shí)間輸出晶體管T1的激活和不激活頻率以及PWM比較器32和振蕩器36的工作頻率減小。這減小了電力損失和功耗，從而提高了變換效率。
另外，基于第一至第三模式控制信號SM1至SM3，在線性工作模式期間，三角波振蕩器36b以與第一實(shí)施例相同的方式停止振蕩。具體而言，在第三模式控制信號SM3相應(yīng)于線性工作模式而下降到L電平時(shí)，向三角波振蕩器36b的電源Vcc供應(yīng)停止。從而減小了模式控制電路35a中的功耗。
第二實(shí)施例的DC-DC變換器12a具有以下優(yōu)點(diǎn)。
控制器21a的模式控制電路35a基于輸出電壓Vout確定DC-DC變換器12是處于PWM工作模式、PFM工作模式、還是線性工作模式?？刂破?1a在PWM工作模式期間，使DC-DC變換器12a工作為PWM開關(guān)穩(wěn)壓器，其以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管T1和第二輸出晶體管T2激活和不激活?？刂破?1a在PFM工作模式期間，使DC-DC變換器12a工作為PFM開關(guān)穩(wěn)壓器，其使第二輸出晶體管T2不激活，并且以長于PWM工作模式的周期使第一輸出晶體管T1激活和不激活。控制器21a使DC-DC變換器12a工作為線性穩(wěn)壓器，其使第二輸出晶體管T2不激活，并且控制第一輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻值。即，控制器21a使DC-DC變換器12a執(zhí)行線性操作。因此，由于DC-DC變換器12a工作為PWM開關(guān)穩(wěn)壓器、PFM開關(guān)穩(wěn)壓器或者線性穩(wěn)壓器，因此相比于使用分離的開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器的情形，整個(gè)系統(tǒng)的面積變小。這防止了面積的增大。
另外，根據(jù)輸出電壓Vout，DC-DC變換器12a在輸出電流大時(shí)用作PWM開關(guān)穩(wěn)壓器，在輸出電流中等時(shí)用作PFM開關(guān)穩(wěn)壓器，在輸出電流小時(shí)用作線性穩(wěn)壓器。因此，DC-DC變換器12a根據(jù)輸出電壓Vout工作為具有滿意變換效率的穩(wěn)壓器，并且無論輸出電流大小如何，都獲得了高變換效率。
模式控制電路35a將第一和第二參考電壓Vr11和Vr12與輸出電壓Vout相比較，并且在輸出電壓Vout高于第一參考電壓Vr11時(shí)確定DC-DC變換器12a處于PWM工作模式，在輸出電壓Vout低于或等于第一參考電壓Vr11并且高于第二參考電壓Vr12時(shí)確定DC-DC變換器12a處于PFM工作模式，在輸出電壓Vout低于或等于第二參考電壓Vr12時(shí)確定DC-DC變換器12a處于線性工作模式。然后，模式控制電路35a基于判決結(jié)果生成第一至第三模式控制信號SM1至SM3。因此，當(dāng)控制器21a基于第一至第三模式控制信號SM1至SM3對第一輸出晶體管T1和第二輸出晶體管T2進(jìn)行操作時(shí)，DC-DC變換器12a的操作在PWM開關(guān)穩(wěn)壓器、PFM開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器之間切換。
在基于模式控制信號SM1至SM3的線性工作模式期間，三角波振蕩器36b和PWM比較器32中的至少一個(gè)停止工作。這減小了功耗，并且獲得了高變換效率。
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的DC-DC變換器70。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的DC-DC變換器70的示意性框圖。DC-DC變換器70是電流控制模式DC-DC變換器，包括控制器71、輸出晶體管T1和T2、扼流圈L1、平滑電容器C1、二極管D1和電流檢測電阻器Rs。輸出電壓Vout經(jīng)由電流檢測電阻器Rs輸出。
在控制器71中，具有電流檢測電阻器Rs的第一端電壓的反饋信號CS被提供到電壓放大器72的同相輸入端。具有電流檢測電阻器Rs的第二端電壓的反饋信號FB被提供到電壓放大器72的反相輸入端。電壓放大器72放大基于流過電流檢測電阻器Rs的輸出電流而在電流檢測電阻器Rs的兩端之間生成的電壓。然后，電壓放大器72將放大后的電壓提供到比較器73?？刂破?1的誤差放大器31放大通過利用電阻器R1和R2對反饋信號FB的電壓(即，輸出電壓Vout)分壓而生成的電壓與來自參考電源e1的參考電壓Vr1之間的電壓差，以生成誤差信號S1a和S1b。第一誤差信號S1a被提供到比較器73，第二誤差信號S1b被提供到開關(guān)SW1。
比較器73比較電壓放大器72的輸出電壓和來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓。然后，比較器73在電壓放大器72的輸出電壓高于第一誤差信號S1a的電壓時(shí)，將H電平的輸出信號提供到觸發(fā)器電路(下文中稱為“FF電路”)74的復(fù)位端R。在電壓放大器72的輸出電壓低于第一誤差信號S1a的電壓時(shí)，L電平的輸出信號被提供到復(fù)位端R。
具有恒定頻率的脈沖信號被從振蕩器75提供到FF電路74的置位端S。當(dāng)H電平的信號被提供到置位端S時(shí)，F(xiàn)F電路74將L電平的輸出信號QL輸出到反相輸出端/Q，而當(dāng)H電平的信號被提供到復(fù)位端R時(shí)，F(xiàn)F電路74將H電平的輸出信號QL輸出到反相輸出端/Q。
電壓放大器72的輸出電壓被提供到模式控制電路35。在第三實(shí)施例的模式控制電路35中，在圖2所示的第一實(shí)施例的模式控制電路35中被提供到電壓比較器41的同相輸入端的反饋信號FB被替代為電壓放大器72的輸出電壓。模式控制電路35基于電壓放大器72的輸出電壓生成模式控制信號SM。電壓放大器72的輸出電壓對應(yīng)于反饋信號CS和FB之間的電壓差，即，對應(yīng)于DC-DC變換器70的輸出電流。因此，模式控制電路35檢測DC-DC變換器70的輸出電流IL，并根據(jù)檢測結(jié)果生成用于改變DC-DC變換器70工作模式的模式控制信號SM。模式控制信號SM以與第一實(shí)施例相同的方式被提供到開關(guān)SW1、AND電路34和振蕩器75。盡管未在圖7中示出，但是控制器71包括圖2中所示的方波振蕩器33a，并且被配置為利用從方波振蕩器33a輸出的信號SP對模式控制電路35進(jìn)行操作。
開關(guān)SW1和AND電路34連接到FF電路74的反相輸出端/Q。開關(guān)SW1包括兩個(gè)開關(guān)端Ta和Tb以及一個(gè)公共端Tc。信號QL被提供到第一開關(guān)端Ta，第二誤差信號S1b被提供到第二開關(guān)端Tb。開關(guān)SW1的公共端Tc連接到輸出晶體管T1的柵極。開關(guān)SW1響應(yīng)于提供自模式控制電路35的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta或第二開關(guān)端Tb。因此，開關(guān)SW1選擇信號QL或第二誤差信號S1b中的一個(gè)，并將對應(yīng)于所選信號的控制信號DH輸出到公共端Tc?？刂菩盘朌H被提供到輸出晶體管T1，輸出晶體管T1響應(yīng)于控制信號DH進(jìn)行操作。
AND電路34是具有兩個(gè)輸入端的邏輯電路，其中第一輸入端被提供以信號QL，第二輸入端被提供以模式控制信號SM。AND電路34的輸出端連接到輸出晶體管T2的柵極。AND電路34利用信號QL和模式控制信號SM執(zhí)行AND操作，以生成指示操作結(jié)果的控制信號DL。因此，在信號QL和模式控制信號SM都有H電平時(shí)，控制信號DL被設(shè)為H電平。在信號QL和模式控制信號SM中至少一個(gè)具有L電平時(shí)，控制信號DL被設(shè)為L電平?？刂菩盘朌L被提供到輸出晶體管T2，輸出晶體管T2響應(yīng)于控制信號DL被激活和不激活。
振蕩器75被配置為以與第一實(shí)施例的三角波振蕩器33b相同的方式響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM振蕩并進(jìn)行操作，以生成預(yù)定頻率的脈沖信號。另外，與第一實(shí)施例的PWM比較器32的方式相同，F(xiàn)F電路74被配置為使得對配置FF電路74的元件的電源電壓的供應(yīng)受模式控制信號SM的控制。
下面描述DC-DC變換器70的操作。
通過電子設(shè)備10的使用或者通過放電，提供自圖4中所示的電池11的輸入電壓Vin降低。DC-DC變換器70的模式控制電路35在電壓放大器72的輸出電壓高于參考電壓Vr2時(shí)，生成H電平的模式控制信號SM。另外，模式控制電路35在電壓放大器72的輸出電壓低于參考電壓Vr2時(shí)，生成L電平的模式控制信號SM。
振蕩器75響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM振蕩并進(jìn)行操作，并生成脈沖形信號SP。FF電路74響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM進(jìn)行操作。開關(guān)SW1響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第一開關(guān)端Ta。AND電路34響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM而生成與FF電路74的輸出信號QL同相的控制信號DL。
因此，控制器71響應(yīng)于振蕩器75的輸出信號的上升，以恒定周期使輸出晶體管T1導(dǎo)通。當(dāng)輸出晶體管T1導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)扼流圈L1和電流檢測電阻器Rs的電流IL增大。這使電壓放大器72的輸出電壓增大。在電壓放大器72的輸出電壓變得高于來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓時(shí)，H電平的信號被輸出到FF電路74的復(fù)位端R。這使輸出晶體管T1截止，輸出晶體管T2導(dǎo)通，從而經(jīng)由輸出晶體管T2釋放了存儲(chǔ)在扼流圈L1中的能量。
當(dāng)在輸出晶體管T1和T2的激活和不激活期間輸出電壓Vout變低時(shí)，來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓變高，并且用于將比較器73的輸出信號設(shè)為H電平的時(shí)間延長。從而，輸出晶體管T1的激活時(shí)間變得相對較長，并且輸出電壓Vout的電位升高。另一方面，如果輸出電壓Vout變高，則來自誤差放大器31的第一誤差信號S1a的電壓變低，并且用于將比較器73的輸出信號設(shè)為H電平的時(shí)間縮短。從而，輸出晶體管T1的激活時(shí)間變得相對較短，并且輸出電壓Vout的電位降低。通過這種操作，輸出晶體管T1以基于振蕩器75的輸出信號頻率的恒定周期被導(dǎo)通，并且輸出晶體管T1截止的時(shí)刻基于輸出電流IL的增大來確定。該時(shí)刻根據(jù)輸出電壓Vout的電平改變，并且輸出電壓Vout保持恒定。
振蕩器75和FF電路74響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而停止工作。開關(guān)SW1響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而將公共端Tc連接到第二端Tb。AND電路響應(yīng)于L電平的模式控制信號SM而生成L電平的控制信號DL。
因此，控制器71使輸出晶體管截止，并且基于第二誤差信號S1b控制輸出晶體管T1的導(dǎo)通電阻值。即，DC-DC變換器70工作為線性穩(wěn)壓器，并且將輸出電壓Vout維持在基于參考電壓Vr1的恒定電壓。由于線性穩(wěn)壓器不涉及開關(guān)操作，因此輸出電壓Vout的脈動(dòng)電壓被抑制到極低水平。另外，在誤差放大器31中，DC-DC變換器70的電壓放大器72停止工作。由于FF電路74和振蕩器75的功耗是DC-DC變換器70的固定損失，因此減小了DC-DC變換器70的控制器71中的固定損失。
第三實(shí)施例的DC-DC變換器70具有以下優(yōu)點(diǎn)。
作為電流控制模式DC-DC變換器的DC-DC變換器70檢測流經(jīng)電流檢測電阻器Rs的電流IL，并保持輸出電壓Vout恒定。在電流控制模式DC-DC變換器70中，控制器71根據(jù)輸出電流IL確定工作模式，并根據(jù)確定的工作模式工作為開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器。因此，獲得了高變換效率，并且抑制了面積的增大。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下可以以許多其他特定形式實(shí)施本發(fā)明。具體而言，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以以以下形式實(shí)施。
在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，脈沖形信號SP被提供到模式控制電路35的FF電路42。然而，被提供到FF電路42的信號并不限于脈沖形信號，只要FF電路42能夠鎖存或保存該信號即可。例如，在FF電路42中生成的三角形信號SS可以被提供到FF電路42。
在第一實(shí)施例中，通過在三角波振蕩器33b中包括開關(guān)SW2(開關(guān)SW2的激活和不激活受模式控制信號SM的控制)，并且利用開關(guān)SW2來控制向環(huán)形振蕩器51和波形整形電路52的電源電壓Vcc的供應(yīng)，來減小功耗。然而，功耗也可以通過其他配置減小。例如，如圖8所示，環(huán)形振蕩器81包括一個(gè)NAND(與非)電路82和偶數(shù)個(gè)(在圖中是2個(gè))連接成環(huán)的反相器電路83和84，模式控制信號SM可以被提供到NAND電路82。三角波振蕩器80響應(yīng)于H電平的模式控制信號SM振蕩并進(jìn)行操作。另外，三角波振蕩器80在模式控制信號SM具有L電平時(shí)不振蕩和操作。因此，三角波振蕩器80在線性工作模式期間消耗靜態(tài)電力，而在振蕩中不消耗動(dòng)態(tài)電力。這減少了功耗。
第三實(shí)施例的DC-DC變換器70可以包括第二實(shí)施例的模式控制電路35a。
在以上實(shí)施例的每一個(gè)中，使用了用于生成互補(bǔ)的誤差信號S1a、S1b的誤差放大器31。這是因?yàn)樵诘谝缓偷诙?shí)施例中，PWM比較器32的輸出信號和第一誤差信號S1a的改變不同，在第三實(shí)施例中FF電路74的輸出信號和第一誤差信號S1a的改變不同，并且第一誤差信號S1a不能直接被提供到輸出晶體管T1。因此，當(dāng)使用將第一誤差信號S1a反轉(zhuǎn)為參考電壓Vr1的電路時(shí)，或者當(dāng)PWM比較器32和FF電路74輸出與第一誤差信號S1a同方向改變的信號時(shí)，誤差放大器可以從輸出端只輸出一個(gè)誤差信號。
在以上實(shí)施例的每一個(gè)中，AND電路34被用作信號控制電路。然而，信號可以通過其他配置基于模式控制信號來控制。
在以上實(shí)施例的每一個(gè)中，本發(fā)明被實(shí)施在通過降低輸入電壓Vin來生成電壓Vout的降壓型DC-DC變換器12、12a、70中。然而，在必要時(shí)電壓Vout可以改變。即，DC-DC變換器不必一定是降壓型或升壓型變換器，本發(fā)明也可以實(shí)施在用于生成負(fù)電壓的DC-DC變換器或者用于根據(jù)提供輸出電壓Vout的半導(dǎo)體電路的配置而生成多個(gè)不同電壓的DC-DC變換器中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的前提下可以以許多其他特定形式實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明并不限于給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍和等同物內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于從輸入電壓(Vin)生成輸出電壓(Vout)的DC-DC變換器(12、70)，所述DC-DC變換器的特征在于第一輸出晶體管(T1)；與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)；與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于所述輸入電壓生成所述DC-DC變換器的輸出電壓；與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)；以及與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管連接的控制器(21、71)，用于基于所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在第一工作模式或第二工作模式中，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變，其中所述控制器在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活，并且所述控制器在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征還在于用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e2)并生成模式控制信號(SM)的模式控制電路(35)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，其中所述控制器根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式或所述第二工作模式中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DC-DC變換器，其特征在于所述控制器包括用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e1)并根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號(S1a)的誤差放大器(31)；用于生成三角波信號(SS)的三角波振蕩器(33b)；與所述誤差放大器和所述三角波振蕩器連接的脈寬調(diào)制比較器(32)，用于比較所述誤差信號和所述三角波信號，并根據(jù)比較結(jié)果生成控制信號(QL)；與所述模式控制電路、所述誤差放大器、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第一輸出晶體管連接的選擇電路(SW1)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述誤差信號；以及與所述模式控制電路、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第二輸出晶體管連接的信號控制電路(34)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第二輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式期間生成用于使所述第二輸出晶體管不激活的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述三角波振蕩器和所述脈寬調(diào)制比較器中的至少一個(gè)根據(jù)所述模式控制信號，在所述第二工作模式期間停止工作。
5.一種用于從輸入電壓(Vin)生成輸出電壓(Vout)的DC-DC變換器(12a)，所述DC-DC變換器的特征在于第一輸出晶體管(T1)；與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)；與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于所述輸入電壓生成所述DC-DC變換器的輸出電壓；與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)；以及與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管連接的控制器(21a)，用于基于所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變，其中所述控制器在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活，所述控制器在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并使所述第一輸出晶體管激活和不激活，并且所述控制器在所述第三工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC-DC變換器，其特征還在于用于將所述輸出電壓與彼此不同的第一參考電壓(e11)和第二參考電壓(e12)相比較并生成模式控制信號(SM1、SM2、SM3)的模式控制電路(35a)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓但大于所述第二參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，并且當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第三工作模式，其中所述控制器根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式、所述第二工作模式或所述第三工作模式中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的DC-DC變換器，其特征在于所述控制器包括用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e1)并根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號(S1a)的誤差放大器(31)；用于生成三角波信號(SS)的三角波振蕩器(36b)；與所述誤差放大器和所述三角波振蕩器連接的脈寬調(diào)制比較器(32)，用于比較所述誤差信號和所述三角波信號，并根據(jù)比較結(jié)果生成控制信號(QL)；與所述模式控制電路、所述誤差放大器、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第一輸出晶體管連接的選擇電路(SW1)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式和所述第二工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第三工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述誤差信號；以及與所述模式控制電路、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第二輸出晶體管連接的信號控制電路(34)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第二輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式和所述第三工作模式期間生成用于使所述第二輸出晶體管不激活的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述三角波振蕩器和所述脈寬調(diào)制比較器中的至少一個(gè)根據(jù)所述模式控制信號，在所述第三工作模式期間停止工作。
9.一種用于DC-DC變換器(12、70)的控制器，所述DC-DC變換器包括第一輸出晶體管(T1)，與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)，與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于輸入電壓(Vin)生成所述DC-DC變換器的輸出電壓(Vout)，以及與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)，其中所述控制器的特征在于用于基于所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在第一工作模式或第二工作模式中的電路(21、71)，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變，所述電路在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活，并且在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制器，其特征在于所述電路包括用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e2)并生成模式控制信號(SM)的模式控制電路(35)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，其中所述控制器根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式或所述第二工作模式中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其特征在于所述電路包括用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e1)并根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號(S1a)的誤差放大器(31)；用于生成三角波信號(SS)的三角波振蕩器(33b)；與所述誤差放大器和所述三角波振蕩器連接的脈寬調(diào)制比較器(32)，用于比較所述誤差信號和所述三角波信號，并根據(jù)比較結(jié)果生成控制信號(QL)；與所述模式控制電路、所述誤差放大器、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第一輸出晶體管連接的選擇電路(SW1)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述誤差信號；以及與所述模式控制電路、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第二輸出晶體管連接的信號控制電路(34)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第二輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式期間生成用于使所述第二輸出晶體管不激活的信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其特征在于，所述三角波振蕩器和所述脈寬調(diào)制比較器中的至少一個(gè)根據(jù)所述模式控制信號，在所述第二工作模式期間停止工作。
13.一種用于DC-DC變換器(12a)的控制器，所述DC-DC變換器包括第一輸出晶體管(T1)，與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)，與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于輸入電壓(Vin)生成所述DC-DC變換器的輸出電壓(Vout)，以及與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)，其中所述控制器的特征在于用于基于所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中的電路(21a)，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變，所述電路在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活，在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并使所述第一輸出晶體管激活和不激活，并且在所述第三工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制器，其特征在于所述電路包括用于將所述輸出電壓與彼此不同的第一參考電壓(e11)和第二參考電壓(e12)相比較并生成模式控制信號(SM1、SM2、SM3)的模式控制電路(35a)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓但大于所述第二參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，并且當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第三工作模式，其中所述控制器根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式、所述第二工作模式或所述第三工作模式中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制器，其特征在于所述電路包括用于比較所述輸出電壓和參考電壓(e1)并根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號(S1a)的誤差放大器(31)；用于生成三角波信號(SS)的三角波振蕩器(36b)；與所述誤差放大器和所述三角波振蕩器連接的脈寬調(diào)制比較器(32)，用于比較所述誤差信號和所述三角波信號，并根據(jù)比較結(jié)果生成控制信號(QL)；與所述模式控制電路、所述誤差放大器、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第一輸出晶體管連接的選擇電路(SW1)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式和所述第二工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第三工作模式期間向所述第一輸出晶體管提供所述誤差信號；以及與所述模式控制電路、所述脈寬調(diào)制比較器和所述第二輸出晶體管連接的信號控制電路(34)，用于根據(jù)所述模式控制信號，在所述第一工作模式期間向所述第二輸出晶體管提供所述控制信號，并且在所述第二工作模式和所述第三工作模式期間生成用于使所述第二輸出晶體管不激活的信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制器，其特征在于，所述三角波振蕩器和所述脈寬調(diào)制比較器中的至少一個(gè)根據(jù)所述模式控制信號，在所述第三工作模式期間停止工作。
17.一種用于控制用于從輸入電壓(Vin)生成輸出電壓(Vout)的DC-DC變換器(12、70)的方法，所述DC-DC變換器包括第一輸出晶體管(T1)，與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)，與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于所述輸入電壓生成所述DC-DC變換器的輸出電壓，以及與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)，所述方法的特征在于檢測所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變；基于檢測出的所述輸出電壓或所述輸出電流，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式或第二工作模式中；所述控制包括在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活；以及在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征還在于比較所述輸出電壓和參考電壓(e2)，并生成模式控制信號(SM)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，其中所述控制包括根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二晶體管控制在所述第一工作模式或所述第二工作模式中。
19.一種用于控制用于從輸入電壓(Vin)生成輸出電壓(Vout)的DC-DC變換器(12a)的方法，所述DC-DC變換器包括第一輸出晶體管(T1)，與所述第一輸出晶體管串聯(lián)連接的第二輸出晶體管(T2)，與所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管之間的節(jié)點(diǎn)連接的扼流圈(L1)，其中所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管中的至少一個(gè)被操作以基于所述輸入電壓生成所述DC-DC變換器的輸出電壓，以及與所述扼流圈連接的用于使所述DC-DC變換器的輸出電壓平滑的平滑電容器(C1)，所述方法的特征在于檢測所述DC-DC變換器的輸出電壓或輸出電流(IL)，其中所述輸出電流根據(jù)所述輸出電壓而改變；基于檢測出的所述輸出電壓或所述輸出電流，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式中；所述控制包括在所述第一工作模式期間，以互補(bǔ)方式使所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管激活和不激活；在所述第二工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并使所述第一輸出晶體管激活和不激活；以及在所述第三工作模式期間，使所述第二輸出晶體管不激活，并利用所述第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征還在于將所述輸出電壓與彼此不同的第一參考電壓(e11)和第二參考電壓(e12)相比較，并生成模式控制信號(SM1、SM2、SM3)，所述模式控制信號當(dāng)所述輸出電壓大于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第一工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓但大于所述第二參考電壓時(shí)指示所述第二工作模式，當(dāng)所述輸出電壓小于所述第一參考電壓和所述第二參考電壓時(shí)指示所述第三工作模式，其中所述控制包括根據(jù)所述模式控制信號，將所述第一輸出晶體管和所述第二輸出晶體管控制在所述第一工作模式、所述第二工作模式或所述第三工作模式中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制面積增大并且無論輸出電流如何都能獲得高變換效率的DC－DC變換器的控制器及其控制方法?？刂破骰贒C－DC變換器的輸出電壓，將第一輸出晶體管和第二輸出晶體管控制在脈寬調(diào)制工作模式或線性工作模式中。在脈寬調(diào)制工作模式期間，控制器使DC－DC變換器工作為開關(guān)穩(wěn)壓器，其以互補(bǔ)方式使第一輸出晶體管和第二輸出晶體管激活和不激活。在線性工作模式期間，控制器使DC－DC變換器工作為線性穩(wěn)壓器，其使第二輸出晶體管不激活，并控制第一輸出晶體管的導(dǎo)通電阻值以利用第一輸出晶體管執(zhí)行線性操作。
文檔編號G05F1/56GK1941581SQ20061007233
公開日2007年4月4日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者國分政利, 安河內(nèi)克之, 松本敬史 申請人:富士通株式會(huì)社