專利名稱：能避免開關(guān)元件損壞的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的制作方法
總的說來，本發(fā)明涉及開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路。更明確地說，本發(fā)明針對能夠避免下面事情發(fā)生的穩(wěn)壓控制電路當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電源的阻抗增加時，開關(guān)元件被連續(xù)地接通，這樣，有大的電流流過電源和開關(guān)元件，從而損壞開關(guān)元件。
圖6是代表一種傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器(SW穩(wěn)壓器)控制電路的電路圖。即，提供一個誤差放大電路13，它放大參考電壓電路10的參考電壓“Vref”與出現(xiàn)在分壓電阻11和分壓電阻12連接點的電壓“Va”之間的差電壓。分壓電阻11/12把開關(guān)穩(wěn)壓器輸出端2的輸出電壓“Vout”細(xì)分?，F(xiàn)在假定，誤差放大電路13的輸出電壓是“Verr”，參考電壓電路10的輸出電壓是“Vref”，在分壓電阻11和分壓電阻12連接點出現(xiàn)的電壓是“Va”，如果Vref＞Va，則誤差放大電路13的輸出電壓“Verr”增加，而如果Vref＜Va，則輸出電壓“Verr”下降。輸入誤差放大電路13的輸出電壓“Verr”作為輸入信號的脈寬控制電路14隨所述輸出電壓“Verr”而控制開關(guān)元件(SW元件)的接通時間和關(guān)斷時間。所述開關(guān)元件連接到開關(guān)元件驅(qū)動電路16，以便被接通/關(guān)斷。
開關(guān)元件驅(qū)動電路16以輸出電壓“Vout”作為電源而工作。參考電壓電路10，誤差放大電路13，和脈寬控制電路14以輸入端1的電壓“Vin”作為電源而工作。例如，當(dāng)采用功率MOS晶體管作為開關(guān)元件驅(qū)動電路的開關(guān)元件時，如果采用高驅(qū)動電壓(即柵對源電壓)，則這種功率MOS晶體管的導(dǎo)通電阻可以降低。結(jié)果，當(dāng)開關(guān)元件驅(qū)動電路用升壓后的輸出電壓“Vout”來驅(qū)動時，就可以提高開關(guān)穩(wěn)壓器的效率。在脈寬控制電路14與開關(guān)元件驅(qū)動電路16之間采用一個電平移動器(下文中將稱為“L/S”)15，后者把來自Vin供電系統(tǒng)的脈寬控制電路14的信號，轉(zhuǎn)換成與Vin供電系統(tǒng)有不同供電電壓的Vout供電系統(tǒng)的開關(guān)元件驅(qū)動電路16的信號電平。
圖7表示升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的一個例子。在這開關(guān)穩(wěn)壓器中，線圈21和開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30都連接到輸入電源20。整流元件23連接在線圈21和輸出電容24之間。負(fù)載25與輸出電容24并聯(lián)。通常，輸入電源20的輸出阻抗26低，因此可以忽略?？墒?，在輸入電源20中偶然出現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下，輸出阻抗26將具有某一阻抗值。還有，當(dāng)用電池等作為輸入電源20時，輸入電源20將有接近幾歐到十歐的阻抗值。
圖8表示當(dāng)在圖7的輸入電源20的阻抗26小到可以忽略的情況下接通電源時所產(chǎn)生的波形。圖8(a)表示圖7的電源20的電壓“V20”和開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”兩者，而圖8(b)代表開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓“Vout”。在這些圖中，橫坐標(biāo)表示時間。因為輸入電源20的阻抗26小到可以忽略，所以圖8(a)中的“V20”波形和“Vin”波形重疊。圖8(b)的輸出電壓“Vout”逐漸上升的原因是開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的軟啟動功能的效果。軟啟動功能是這樣一種功能，即當(dāng)電源接通時，輸出電壓逐漸上升，以便不會在輸出電壓“Vout”中產(chǎn)生過沖現(xiàn)象。在本說明書中不描述軟啟動功能。
圖9表示當(dāng)在圖7的輸入電源20的阻抗26在幾歐數(shù)量級的情況下接通電源時所產(chǎn)生的波形。圖9(a)表示圖7的電源20的電壓“V20”和開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”，圖9(b)代表開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓“Vout”，而圖9(c)表示輸入電源20的電流“120”。在圖9(a)到圖9(c)中，橫坐標(biāo)表示時間。當(dāng)電流通過輸入電源20的阻抗26流過輸入電源20時，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”降低。在圖9中，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器工作在升壓模式下，電流流過輸入電源20。結(jié)果，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的輸入電壓“Vin”減小到低于或等于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的工作電壓，從而開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30不能工作在正常狀態(tài)下。這樣，圖9代表了這樣的狀態(tài)，即開關(guān)元件驅(qū)動電路的輸出使開關(guān)元件連續(xù)地導(dǎo)通。例如，在這樣一種狀態(tài)，即輸入電源20的輸出電壓值“V20”是2V，輸出阻抗值是1.5Ω，當(dāng)接通電源時，流過輸入電源20的電流是1A，則開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的輸入電壓“Vin”減小到0.5V?，F(xiàn)在假定，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的最小工作電壓選為1V，在這種低壓狀態(tài)下開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30無法工作在正常模式下，并且圖6的L/S 15的輸出也變得不確定。結(jié)果，當(dāng)開關(guān)元件驅(qū)動電路16的輸出端EXT端子的電壓在圖7的開關(guān)元件22接通的狀態(tài)下被截斷時，一個大的電流連續(xù)地流過輸入電源20，線圈21和開關(guān)元件22。這樣，就有使這些電路元件退化并在最壞的情況下?lián)p壞掉的危險。
可是，在傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器中，當(dāng)輸入電源的輸出阻抗增加時，將發(fā)生下面的問題。那就是，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器工作在升壓模式下，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓被降低，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路不能工作在正常狀態(tài)下，而開關(guān)元件連續(xù)地導(dǎo)通，以致大的電流流過電源電路和開關(guān)元件，可能造成這些元件的損壞。
本發(fā)明已經(jīng)解決了傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的這個問題，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種這樣的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其中提供由輸出電壓供電的電壓檢測電路，由該電壓檢測電路檢測輸入電源的電壓，并且當(dāng)輸入電源的電壓降到低于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓時，必定關(guān)斷開關(guān)元件。結(jié)果，該開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路既能抑制電源的電流，又能抑制開關(guān)電流、即流過開關(guān)穩(wěn)壓器中使用的開關(guān)元件的電流。
為了達(dá)到上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一個開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路以這樣的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路為特征，它起碼包括誤差放大電路和開關(guān)元件驅(qū)動電路，該升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路用于產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓，其中所述誤差放大電路由輸入電壓供電；所述開關(guān)元件驅(qū)動電路由輸出電壓供電；所述升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路還包括由輸出電壓供電的電壓檢測電路；電壓檢測電路檢測輸入電壓，當(dāng)輸入電壓降到低于一個任選電壓時，電壓檢測電路使開關(guān)元件驅(qū)動電路產(chǎn)生必定能關(guān)斷開關(guān)元件的信號。
結(jié)果，當(dāng)電壓檢測電路檢測到這樣的事實、即電源的輸入電壓降到低于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓時，必定能關(guān)斷開關(guān)元件，使得既能抑制電源電流的增大，又能抑制開關(guān)電流的增大。
為了更好地理解本發(fā)明，下面將涉及結(jié)合附圖解釋的詳細(xì)的描述，附圖中
圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的說明圖；圖2是用于說明采用圖1的第一實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的開關(guān)穩(wěn)壓器的工作說明圖；圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的說明圖；圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的說明圖；圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的說明圖；圖6是用于描述傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的說明圖。
圖7是用于說明升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的說明圖。
圖8是當(dāng)輸入電源的輸出阻抗小時傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器的工作的說明圖；和圖9是當(dāng)輸入電源的輸出阻抗大時傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器的工作的說明圖。
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的各種實施例模式。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路框圖。在該圖中，參考電壓電路10，分壓電阻11/12，誤差放大電路13，脈寬控制電路14,L/S(電平移動器)15和開關(guān)元件驅(qū)動電路16均與傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器的類似。電壓檢測電路100是新加到這第一開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的。當(dāng)利用開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓“Vout”驅(qū)動電壓檢測電路100時，電壓檢測電路100檢測開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”是否降到低于或等于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓。邏輯計算電路101對L/S 15的輸出信號和電壓檢測電路100的輸出信號進(jìn)行邏輯計算，然后向開關(guān)元件驅(qū)動電路16輸出邏輯計算結(jié)果信號。
現(xiàn)在，作下面的假設(shè)。例如，在開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”高于或等于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓的情況下，電壓檢測電路100輸出“H”，而在開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”低于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓的情況下，電壓檢測電路100輸出“L”電平。當(dāng)電壓檢測電路100的電壓輸出變?yōu)椤癏”時，L/S 15的輸出構(gòu)成與傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路類似的開關(guān)元件驅(qū)動電路的輸入信號。當(dāng)電壓檢測電路100輸出變?yōu)椤癓”時，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路以下面的方式給EXT端子3輸出這樣的信號、即開關(guān)元件驅(qū)動電路16必定關(guān)斷開關(guān)元件，而不管電平移動器15的輸出信號如何。換而言之，在開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”高于或等于電壓檢測電路100所設(shè)的電壓的情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路以與先有技術(shù)的相類似的方式工作。
圖2表示在下面的情況下當(dāng)接通圖6所示的開關(guān)穩(wěn)壓器電路的電源時的各種電壓的波形，這情況就是輸入電源擁有某一阻抗值，同時在開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30中采用了示于圖1的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路。圖2(a)表示圖6的電源20的電壓“V20”和開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”兩者，而圖2(b)代表開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓“Vout”，圖2(c)表示輸入電源20的電流“I20”。在這些圖中，橫坐標(biāo)表示時間。
在圖2(a)所標(biāo)的符號“Vdet”代表電壓檢測電路100的檢測電壓值。當(dāng)電流經(jīng)輸入電源20的阻抗26流過輸入電源20時，開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”下降。當(dāng)電源電壓“Vin”降低到低于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的工作電壓(即低于電壓檢測電路100的檢測電壓“Vdet”)時，電壓檢測電路100輸出信號變?yōu)椤癓”，使得開關(guān)元件22必定被關(guān)斷?，F(xiàn)在假定，電源電壓降到大約0.5V，因為由于存儲在圖7的電容24中的電荷的緣故輸出電壓“Vout”得以維持，所以由輸出電壓“Vout”驅(qū)動的電壓檢測電路100能工作在正常狀態(tài)下。
當(dāng)關(guān)斷開關(guān)元件22時，輸入電源20的電流下降，于是開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”上升。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路30的電源電壓“Vin”上升時，電壓檢測電路100的輸出信號變?yōu)椤癏”，這樣，根據(jù)來自L/S 15的輸出信號來控制開關(guān)元件22的接通/關(guān)斷。因為開關(guān)元件22再次接通，所以電流流過輸入電源20，這樣開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電源電壓“Vin”降低，這種過程反復(fù)地進(jìn)行。最后，輸出電壓“Vout”升到所希望的電壓。
在某些情況下，輸出電壓“Vout”不能升到所希望的電壓，這取決于開關(guān)穩(wěn)壓器的負(fù)載?？墒牵c傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器的情況相反，大電流并不連續(xù)地流，因為開關(guān)元件連續(xù)地導(dǎo)通。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路圖。與圖1的電路比較，第二開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路有這樣的不同點在電壓檢測電路100的輸出端增加延遲電路102。當(dāng)電壓檢測電路100在一段長于或等于任選時間的時間間隔內(nèi)保持檢測狀態(tài)時，延遲電路102向EXT端子輸出一個輸出信號。因為附加地采用了延遲電路102，所以在這情況下開關(guān)元件驅(qū)動電路16只受來自電平移動器15的信號的控制。就是說，即使電壓檢測電路100檢測到輸入電壓“Vin”由于負(fù)載快速變化而暫時下降，和/或輸入電壓“Vin”由于開關(guān)穩(wěn)壓器本身產(chǎn)生的噪聲而瞬時下降，開關(guān)元件驅(qū)動電路16只受電平移動器15的信號控制，除非電壓檢測電路100在某個時間間隔內(nèi)檢測到輸入電壓“Vin”下降。換而言之，第二開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路能避免電壓檢測電路100由于噪聲等而造成錯誤的檢測。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路圖。與圖1的電路相比，這個第三開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路有這樣的不同點即在電壓檢測電路100的輸出端增加鎖存器電路110，鎖存器電路110由輸出電壓驅(qū)動。當(dāng)電壓檢測電路100檢測到一個電壓時，鎖存器電路110保持這種狀態(tài)，并且連續(xù)地給EXT端子3輸出這樣的輸出信號，使得開關(guān)元件驅(qū)動電路16連續(xù)地關(guān)斷開關(guān)元件。在開關(guān)穩(wěn)壓器工作的同時，當(dāng)從外電路向鎖存器電路110提供復(fù)位信號時，可以使鎖存器電路110復(fù)位，另一種方式是，在接通電源時，當(dāng)通過提高開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電壓來提供復(fù)位信號時，也可以使鎖存器電路110復(fù)位。在圖1的情況下，當(dāng)電壓檢測電路100檢測到輸入電源電壓下降時，關(guān)斷開關(guān)元件，從而輸入電源電壓再上升，然后電壓檢測電路100解除(release)檢測。重復(fù)地執(zhí)行一連串這種操作。與此相反，在圖4的情況下，一旦電壓檢測電路100檢測到輸入電源電壓下降，就啟動鎖存器電路110，使得開關(guān)元件被連續(xù)地關(guān)斷，直到給鎖存器電路110加上復(fù)位信號為止。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的電路圖。與圖3的電路相比，所述第四開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路有這樣的不同點在延遲電路102的輸出端增加鎖存器電路110，鎖存器電路110由輸出電壓驅(qū)動。一旦電壓檢測電路100檢測到一個電壓，鎖存器電路110就保持這種狀態(tài)，并且連續(xù)地向EXT端子3輸出這樣的輸出信號，使得開關(guān)元件驅(qū)動電路16連續(xù)地關(guān)斷開關(guān)元件。在開關(guān)穩(wěn)壓器工作的同時，當(dāng)從外電路向鎖存器電路110提供復(fù)位信號時，可以使鎖存器電路110復(fù)位，另一種方式是，在接通電源時，當(dāng)通過提高開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電壓來提供復(fù)位信號時，也可以使鎖存器電路110復(fù)位。在圖4的情況下，由于在電壓檢測電路100的輸出端不設(shè)置延遲電路，所以，一旦電壓檢測電路100由于噪聲而錯誤地檢測到輸入電源電壓的下降，就會連續(xù)地關(guān)斷開關(guān)元件，直到令鎖存器電路110復(fù)位為止。與此相反，在圖5的情況下，因為電壓檢測電路100被延遲電路102的輸出信號鎖存，所以有可能避免由于電壓檢測電路100的錯誤檢測而停止開關(guān)穩(wěn)壓器的工作。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路工作如下。在輸入電源的輸出阻抗高的情況下，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的輸入電源電壓降到低于或等于開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路的工作電壓，同時開關(guān)穩(wěn)壓器在工作，則必定關(guān)斷開關(guān)元件。結(jié)果，就得到這樣的效果，即沒有大的電流連續(xù)地流過用于開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)的開關(guān)元件以及設(shè)置在電源電路中的開關(guān)元件，于是能抑制對電源電路和開關(guān)元件的損壞。
權(quán)利要求
1．一種升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，它起碼包括誤差放大電路和開關(guān)元件驅(qū)動電路，所述升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路用于產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓，其中所述誤差放大電路由輸入電壓驅(qū)動；所述開關(guān)元件驅(qū)動電路由輸出電壓驅(qū)動；所述升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路還包括一個由輸出電壓驅(qū)動的電壓檢測電路；所述電壓檢測電路檢測輸入電壓，并且當(dāng)輸入電壓降低到低于一個任選的電壓時，所述電壓檢測電路使所述開關(guān)元件的所述驅(qū)動電路產(chǎn)生這樣的信號，后者必定能關(guān)斷所述開關(guān)元件。
2．權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路還包括在所述電壓檢測電路的輸出端采用的延遲電路，所述延遲電路由所述輸出電壓驅(qū)動。
3．權(quán)利要求1的開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路還包括在所述電壓檢測電路的輸出端采用的鎖存電路，所述鎖存電路由所述輸出電壓驅(qū)動。
4．權(quán)利要求2開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路，其特征在于所述開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路還包括在所述延遲電路的輸出端采用的鎖存電路，所述鎖存電路由所述輸出電壓驅(qū)動。
全文摘要
當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電源的輸出阻抗高時,抑制由大電流造成的對電源電路和開關(guān)穩(wěn)壓器中的開關(guān)元件的損壞。在起碼包括誤差放大電路和開關(guān)元件驅(qū)動電路的能產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制電路中,誤差放大電路由輸入電壓驅(qū)動;開關(guān)元件驅(qū)動電路由輸出電壓驅(qū)動;該控制電路還包括由輸出電壓驅(qū)動的電壓檢測電路,后者檢測輸入電壓,當(dāng)其低于任選電壓時,電壓檢測電路使開關(guān)元件驅(qū)動電路產(chǎn)生必定能關(guān)斷開關(guān)元件的信號。
文檔編號H02M3/156GK1305131SQ0013377
公開日2001年7月25日 申請日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月27日
發(fā)明者須藤稔 申請人:精工電子有限公司