專利名稱：可供給穩(wěn)定的變換電壓的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，特別涉及將串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器組合來變換電源電壓的電源裝置。
背景技術(shù)：
在攜帶電話機和PDA(Personal Data Assistant)等的電池驅(qū)動型的攜帶設(shè)備中，在用戶不使用期間，采取以下對策使其為睡眠狀態(tài)或待機狀態(tài)，從而減小消耗電流，使電池可長期使用。在這樣的攜帶設(shè)備中，根據(jù)負載電流的大小，通過切換使用低壓降(LDO)穩(wěn)壓器等的串聯(lián)穩(wěn)壓器和DC/DC變換器等的開關(guān)穩(wěn)壓器，可高效率地變換電壓。即，在待機時等的低負載時，切換成低消耗電流型的LDO穩(wěn)壓器來抑制電力消耗，在使用時如果負載變大，則切換成DC/DC變換器以提高效率。
但是，如果使LDO穩(wěn)壓器和DC/DC穩(wěn)壓器排他性地導(dǎo)通截止，則切換動作時對輸出電壓產(chǎn)生變動，不能供給穩(wěn)定的電壓。這里，需要將切換動作時的電壓變動抑制到最小限度的對策。
在(日本)特開2003-9515號公報中公開了以下的電源系統(tǒng)具有將電源輸出電壓控制為一定的串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，根據(jù)負載電流的大小使串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器切換動作，在切換時設(shè)置串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的同時動作期間。
在從串聯(lián)穩(wěn)壓器向開關(guān)穩(wěn)壓器切換時，如果設(shè)置串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的同時動作期間，則由于串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器在反饋系統(tǒng)中共有反饋點，所以在開關(guān)穩(wěn)壓器上升時，輸出電壓發(fā)生臨時從目標(biāo)電壓偏離的下沖(undershoot)或過沖(overshoot)。如果在切換時輸出電壓出現(xiàn)這樣的過渡變動，則在切換前后不能輸出穩(wěn)定的變換電壓。
文獻列表(日本)特開2003-9515號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上情況的發(fā)明，其目的在于提供一種電源裝置，可在串聯(lián)穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器切換時穩(wěn)定輸出電壓。
本發(fā)明的一種方式涉及電源裝置。該裝置包括串聯(lián)穩(wěn)壓器，將電源電壓變換成規(guī)定電壓并輸出到共用輸出端子；開關(guān)穩(wěn)壓器，將所述電源電壓變換成所述規(guī)定電壓并輸出到所述共用輸出端子；共用反饋部，將所述共用輸出端子的檢測電壓反饋到所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器；以及切換控制部，根據(jù)負載電流的大小使所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換動作。
所述切換控制部，在從所述串聯(lián)穩(wěn)壓器向所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換時，設(shè)置所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的同時動作期間，在該同時動作期間內(nèi)使所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力比通常弱。而且，所述切換控制部也可以在所述同時動作期間結(jié)束后將所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換成通常的能力。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可使從串聯(lián)穩(wěn)壓器向開關(guān)穩(wěn)壓器的切換時的下沖或過沖導(dǎo)致的輸出變動變小。
再有，以上的結(jié)構(gòu)部件的任意組合、在方法、裝置、系統(tǒng)等之間變換了本發(fā)明的表現(xiàn)所獲得的表現(xiàn)形式，作為本發(fā)明的方式依然有效。


圖1是實施方式的LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器可切換地并聯(lián)連接的電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是說明DC/DC變換器通常動作時的PWM比較器輸出的脈沖信號的占空比的圖。
圖2B是說明LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器同時動作時的PWM比較器輸出的脈沖信號的占空比的圖。
圖3A是說明LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器同時動作時的DC/DC變換器輸出電壓的變化的圖。
圖3B是說明LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器同時動作時的LDO穩(wěn)壓器輸出電壓的變化的圖。
圖4A是說明下沖發(fā)生時的DC/DC變換器的能力切換定時的控制的圖。
圖4B是說明下沖被抑制時的DC/DC變換器的能力切換定時的控制的圖。
圖5是進行DC/DC變換器的能力切換的前置驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示在DC/DC變換器的功率晶體管的死區(qū)時間控制中的信號的輸入輸出的真值表的圖。
圖7是說明死區(qū)時間控制模式的切換定時的圖。
圖8A是表示死區(qū)時間被控制的功率晶體管的導(dǎo)通截止的時序的圖。
圖8B是表示死區(qū)時間被控制的功率晶體管的導(dǎo)通截止的時序的圖。
圖9是DC/DC變換器的其他能力切換電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是說明實施方式的電源裝置的應(yīng)用例的圖。
具體實施例方式
圖1是實施方式的電源裝置10的結(jié)構(gòu)圖。電源裝置10具有作為串聯(lián)穩(wěn)壓器的一例的LDO穩(wěn)壓器20和作為開關(guān)穩(wěn)壓器的一例的DC/DC變換器30，LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30共有輸出端并被并聯(lián)連接，可根據(jù)負載來切換動作。LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30都是將來自鋰離子電池等的電源11的電池電壓Vbat控制成一定的輸出電壓V0。
通過在LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30的共用的輸出端子，將輸出電壓V0用兩個分壓電阻R1、R2進行分壓，獲得檢測電壓Vs。檢測電壓Vs被輸入到反饋輸入端子FBIN，反饋到LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30。LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30從基準(zhǔn)電壓源40接受共用基準(zhǔn)電壓Vref的輸入，通過基于基準(zhǔn)電壓Vref和檢測電壓Vs的誤差的反饋控制，使輸出電壓V0穩(wěn)定。這樣，LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30共有反饋點來動作。
這里，輸出電壓V0和檢測電壓VS之間具有V0＝Vs(1+R1/R2)的關(guān)系。在將輸出電壓V0控制為目標(biāo)值2.2V時，如果兩個分壓電阻R1、R2分別為1400kΩ、800kΩ，則檢測電壓為0.8V。
LDO穩(wěn)壓器20包括第一誤差放大器22和P溝道MOS晶體管(以下僅稱為PMOS選通)Tr3。PMOS選通TR3的源極連接到電源輸入端子BATS，漏極連接到LDO穩(wěn)壓器輸出端子LDOOUT，柵極上施加第一誤差放大器22的輸出。
第一誤差放大器22的正端子接受檢測電壓Vs，負端子接受基準(zhǔn)電壓Vref的輸入，比較檢測電壓Vs和基準(zhǔn)電壓Vref，如果檢測電壓Vs較大，則截止PMOS選通Tr3，如果基準(zhǔn)電壓Vref較大，則導(dǎo)通PMOS選通Tr3。
LDO穩(wěn)壓器20的PMOS選通Tr3根據(jù)第一誤差放大器22的輸出而進行導(dǎo)通截止，將來自電源11的電池電壓Vbat降壓，輸出到LDO穩(wěn)壓器輸出端子LDOOUT。由LDO穩(wěn)壓器20降壓的電壓通過平滑用電容器C1被穩(wěn)定，作為輸出電壓V0被輸出。通過反饋控制，LDO穩(wěn)壓器20的輸出電壓被保持在目標(biāo)值2.2V。
輸入到第一誤差放大器22的LDO穩(wěn)壓器使能信號(以下稱為LDOEN信號)是用于控制LDO穩(wěn)壓器20的導(dǎo)通截止的信號。從定時信號發(fā)生器50輸入到第一誤差放大器22的LDO穩(wěn)壓器導(dǎo)通截止切換定時信號(以下稱為CNTLDO信號)是用于控制切換LDO穩(wěn)壓器20的導(dǎo)通截止的定時的信號。
DC/DC變換器30包括第二誤差放大器32、振蕩器34、PWM(Pulse WideModulation)比較器36、前置驅(qū)動電路38、PMOS選通Tr1以及NMOS選通Tr2。PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2與電源11串聯(lián)連接，PMOS選通Tr1的源極連接到電源輸入端子BATS，PMOS選通Tr1的漏極連接到NMOS選通Tr2的源極，NMOS選通Tr2的漏極接地。另外，PMOS選通Tr1的漏極連接到開關(guān)穩(wěn)壓器輸出端子SWOUT，在PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的柵極上施加前置驅(qū)動電路38的輸出。
第二誤差放大器32的正端子接受基準(zhǔn)電壓Vref，負端子接受檢測電壓Vs的輸入，比較檢測電壓Vs和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出誤差輸出信號(以下稱為EROUT信號)，提供給PWM比較器36。PWM比較器36比較振蕩器34輸出的三角波信號(以下稱為OSC信號)和第二誤差放大器32輸出的EROUT信號，基于比較結(jié)果輸出脈寬被調(diào)制的脈沖信號(以下稱為PWMOUT信號)，提供給前置驅(qū)動電路38。前置驅(qū)動電路38基于來自PWM比較器36的PWMOUT信號，進行PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的導(dǎo)通截止控制。
根據(jù)PWM比較器36輸出的PWMOUT信號的占空比，調(diào)節(jié)PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的導(dǎo)通占空(on duty period)，從開關(guān)穩(wěn)壓器輸出端子SWOUT輸出降壓了的電壓。通過DC/DC變換器30降壓的電壓，通過電感線圈L和平滑電容器C1被穩(wěn)定，作為輸出電壓V0被輸出。通過反饋控制，DC/DC變換器30的輸出電壓被保持在目標(biāo)值2.2V。
輸入到振蕩器34的開關(guān)穩(wěn)壓器使能信號(以下稱為SWEN信號)是用于控制DC/DC變換器30的導(dǎo)通截止的信號。從定時信號發(fā)生器50輸入到前置驅(qū)動電路38的開關(guān)穩(wěn)壓器能力切換定時信號(以下稱為CNTSW信號)是用于控制切換DC/DC變換器30的能力的定時的信號。
下面說明電源裝置10中LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30的切換動作。首先說明電源控制端子PWRCNT的輸入信號(以下稱為PWRCNT信號)為高電平，穩(wěn)壓器切換端子SELECT的輸入信號(以下稱為SELECT信號)為低電平時的動作。高電平的PWRCNT信號被輸入到第一“與”門44。低電平的SELECT信號由反相器42反轉(zhuǎn)而成為高電平的信號，被輸入到第一“與”門44。第一“與”門44輸出高電平的LDOEN信號，將LDO穩(wěn)壓器20的第一誤差放大器22設(shè)定為激活。由此，LDO穩(wěn)壓器20導(dǎo)通。
另一方面，第二“與”門46接受高電平的PWRCNT信號和低電平的SELECT信號的輸入，輸出低電平的SWEN信號，將振蕩器34設(shè)定為非激活。由此，DC/DC變換器30截止。
接著，說明PWRCNT信號為高電平，SELECT信號為低電平時的動作。高電平的PWRCNT信號被輸入到第一“與”門44。高電平的SELECT信號由反相器42反轉(zhuǎn)而成為低電平的信號，被輸入到第一“與”門44。第一“與”門44輸出低電平的LDOEN信號，將LDO穩(wěn)壓器20的第一誤差放大器22設(shè)定為非激活。由此，LDO穩(wěn)壓器20截止。
另一方面，第二“與”門46接受高電平的PWRCNT信號和高電平的SELECT信號的輸入，輸出高電平的SWEN信號，將振蕩器34設(shè)定為激活。由此，DC/DC變換器30導(dǎo)通。
最后，在PWRCNT信號為低電平時，與SELECT信號的電平無關(guān)，從第一“與”門44輸出低電平的LDOEN信號，從第二“與”門46輸出低電平的SWEN信號，所以LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30都截止。
如上所述，SELECT信號為低電平時，LDO穩(wěn)壓器20被設(shè)定為開通，DC/DC變換器30被設(shè)定為截止，在SELECT信號為高電平時，DC/DC變換器30被設(shè)定為開通，LDO穩(wěn)壓器20被設(shè)定為截止。這樣，通過切換SELECT信號的電平，原則上，控制LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30被控制為排他性導(dǎo)通截止，切換動作。這里，如果控制LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30完全排他性導(dǎo)通截止，則在切換時有LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30同時截止的瞬間，輸出電壓V0變的不穩(wěn)定，所以在切換后設(shè)置LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30同時開通的同時動作期間。
但是，即使在切換時設(shè)置LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30的同時動作期間，由于LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30共有反饋點，所以從LDO穩(wěn)壓器20向DC/DC變換器30切換時LDO穩(wěn)壓器20的輸出會影響DC/DC變換器30的反饋系統(tǒng)，發(fā)生下沖或過沖。
下面用圖2A、圖2B說明發(fā)生下沖的原因。圖2A是說明DC/DC變換器30通常動作時的EROUT信號和OSC信號和PWMOUT信號的關(guān)系的圖。在Vbat＝3.6V時DC/DC變換器30穩(wěn)定輸出目標(biāo)值為2.2V的輸出電壓V0時，PMOS選通Tr1導(dǎo)通的時間為全體的61％，NMOS選通Tr2導(dǎo)通的時間為39％，PWMOUT信號的占空比約為60％。OSC信號的下限電壓為0.2V，上限電壓為1.5V，EROUT信號的電壓約為1.0V。
圖2B是說明LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30同時動作時的EROUT信號和OSC信號和PWMOUT信號的關(guān)系的圖。在從LDO穩(wěn)壓器20向DC/DC變換器30切換時，DC/DC變換器30以初始占空比50％開始動作。但是，由于LDO穩(wěn)壓器20還沒有截止，所以LDO穩(wěn)壓器20輸出目標(biāo)值2.2V的輸出電壓V0，由于輸出端共用，檢測電壓Vs按照LDO穩(wěn)壓器20的輸出被設(shè)高，輸入到反饋輸入端子FBIN，反饋到DC/DC變換器30。其結(jié)果，EROUT信號比圖2A所示的通常動作時的1.0V低，如圖2B所示，PMOS選通Tr1的導(dǎo)通時間T1比通常動作時短，NMOS選通Tr2的導(dǎo)通時間變長。因此，盡管輸出電壓V0按照LDO穩(wěn)壓器20的輸出而成為目標(biāo)值2.2V，DC/DC變換器30的反饋系統(tǒng)向下降的方向控制輸出電壓V0，發(fā)生下沖。
用圖3A、圖3B說明從LDO穩(wěn)壓器20向DC/DC變換器30切換時的下沖的發(fā)生情形以及下沖的抑制方法。這里，設(shè)想電池電壓Vbat為3.6V左右的情況。此時，輸出電壓V0的目標(biāo)值2.2V比電池電壓Vbat的1/2大。
圖3A是表示DC/DC變換器30的輸出電壓V0的變化的圖，圖3B是表示LDO穩(wěn)壓器20的輸出電壓V0的變化的圖。由于設(shè)置LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30的同時動作期間，所以在時刻t0，在DC/DC變換器30被從截止切換為開通時，LDO穩(wěn)壓器20仍然為導(dǎo)通，在比DC/DC變換器30被切換為導(dǎo)通的時刻t0晚的時刻t1，切換為截止。
如圖3B的曲線204所示，直至LDO穩(wěn)壓器20被切換為截止的時刻t1，LDO穩(wěn)壓器20的輸出電壓V0為目標(biāo)值2.2V，在時刻t1以后變?yōu)?V。另一方面，如圖3A所示，在DC/DC變換器30上升時刻t0，由于LDO穩(wěn)壓器20保持導(dǎo)通時DC/DC變換器30切換為導(dǎo)通，所以DC/DC變換器30的輸出電壓V0的初始值為2.2V。
在時刻t0，DC/DC變換器30以初始占空比50％上升。但是，由于輸出電壓V0的初始值是比1/2Vbat高的2.2V，DC/DC變換器30控制輸出電壓向1/2Vbat方向下降。假設(shè)為LDO穩(wěn)壓器20截止的情況，則如圖3A的虛線曲線202所示，輸出電壓V0暫時降至1/2Vbat，此后，通過占空比的增加而上升，被控制在目標(biāo)值2.2V。實際上，由于LDO穩(wěn)壓器20導(dǎo)通，所以LDO穩(wěn)壓器20的輸出具有促使DC/DC變換器30的輸出向上的作用，如圖3A的實線的曲線200所示，輸出電壓V0向1/2Vbat下降，但未降至1/2Vbat而上升，被控制在目標(biāo)值2.2V。
這樣，在LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30同時動作時，盡管DC/DC變換器30的內(nèi)部狀態(tài)是與占空比50％相對應(yīng)，但由于在DC/DC變換器30上升時輸出電壓V0已經(jīng)輸出目標(biāo)值2.2V，因此，通過反饋控制而使NMOS選通Tr2的導(dǎo)通占空變長，DC/DC變換器30一段時間將輸出V0向下降的方向控制。其結(jié)果，在DC/DC變換器30上升時發(fā)生輸出電壓V0從目標(biāo)值開始下降的下沖。以上，說明了輸出電壓V0的目標(biāo)值比電池電壓Vbat的1/2大時發(fā)生下沖的原因，在輸出電壓V0的目標(biāo)值2.2V比電池電壓Vbat的1/2小時，反過來，發(fā)生輸出電壓V0瞬間向1/2Vbat上升后收斂在目標(biāo)值2.2V的過沖。
下沖和過沖是由于LDO穩(wěn)壓器20保持導(dǎo)通而DC/DC變換器30以最大能力動作，反饋控制向相反動作而發(fā)生的。為了控制下沖和過沖，本實施方式的電源裝置10，在DC/DC變換器30上升時，抑制DC/DC變換器30的能力為較低。如圖3A所示，電源裝置10在時刻t使DC/DC變換器30以低能力模式上升，直至?xí)r刻t2限制其能力來進行電壓變換。在時刻t1，在LDO穩(wěn)壓器20切換為截止之后，在時刻t2，使DC/DC變換器30的能力恢復(fù)至通常，使DC/DC變換器30以高能力模式動作。
為了控制切換DC/DC變換器30的能力的定時，定時信號發(fā)生器50在接受高電平的SELECT信號的輸入時，將CNTLDO信號提供給LDO穩(wěn)壓器20，指示LDO穩(wěn)壓器20從導(dǎo)通切換到截止的定時，將CNTSW信號提供給DC/DC變換器30，指示將DC/DC變換器30從低能力切換到高能力的定時。
用圖4A、圖4B說明通過定時信號發(fā)生器50進行的DC/DC變換器30的能力切換定時控制。在圖4A中，為了比較，說明發(fā)生下沖時的定時控制，在圖4B中，說明為了用于抑制下沖的定時控制。
圖4A是表示下沖發(fā)生時的SELECT信號、CNTLDO信號、CNTSW信號以及EROUT信號的關(guān)系的圖。在時刻t0，SELECT信號從低電平變?yōu)楦唠娖?，DC/DC變換器30變?yōu)閷?dǎo)通而以低能力模式上升。另一方面，LDO穩(wěn)壓器20在CNTLDO信號為高電平期間，保持導(dǎo)通，在時刻t2在CNTLDO信號變?yōu)榈碗娖綍r，切換成截止。DC/DC變換器30在CNTSW信號為低電平期間，繼續(xù)低能力模式，在LDO穩(wěn)壓器20變?yōu)榻刂骨暗臅r刻t1，在CNTSW變成高電平時，從低能力切換成高能力。
在圖4A中，在LDO穩(wěn)壓器20為導(dǎo)通的時刻t1，DC/DC變換器30的能力變大，輸出電壓V0下降而發(fā)生下沖，EROUT信號的值急劇上升。另外，在LDO穩(wěn)壓器20變?yōu)榻刂沟臅r刻t2，輸出電壓也下降而發(fā)生下沖，EROUT信號急劇上升。因此，為了抑制下沖，需要在EROUT信號達到1.0V的通常動作點附近使DC/DC變換器30的能力變大。
圖4B是表示改變DC/DC變換器30的能力切換定時而抑制下沖時的SELECT信號、CNTLDO信號、CNTSW信號、EROUT信號的關(guān)系的圖。在時刻t0，SELECT信號從低電平變?yōu)楦唠娖?，DC/DC變換器30變?yōu)閷?dǎo)通而以低能力模式上升。定時信號發(fā)生器50在高電平的SELECT信號發(fā)生后的時刻t1，將CNTLDO信號變?yōu)榈碗娖?，由此，LDO穩(wěn)壓器20切換成截止。進而，定時信號發(fā)生器50在LDO穩(wěn)壓器20變?yōu)榻刂购蟮臅r刻t2，將CNTSW信號變?yōu)楦唠娖?，由此，將DC/DC變換器30從低能力切換成高能力。
在時刻t0至?xí)r刻t1之間，LDO穩(wěn)壓器20和DC/DC變換器30同時動作，但由于DC/DC變換器30的能力被限制，所以下沖被抑制。在時刻t1，LDO穩(wěn)壓器20變?yōu)榻刂梗敵鲭妷篤0下降，但由于DC/DC變換器30以低能力模式動作，所以通過反饋控制，在時刻t1以后，EROUT信號徐徐上升，PMOS選通Tr1的導(dǎo)通時間變長，輸出V0上升。接著，在時刻t2，DC/DC變換器30的能力變大，但此時由于已經(jīng)切換成目標(biāo)值2.2V的輸出電壓V0的正常反饋點附近的能力，所以可抑制下沖。
這樣，從LDO穩(wěn)壓器20截止開始，定時信號發(fā)生器50進行使DC/DC變換器30以從低能力至高能力的順序切換的定時控制，因此，EROUT信號的變化平緩，可抑制下沖。以上，說明了用于抑制下沖的定時控制，但用于抑制過沖的定時控制也同樣。
定時信號發(fā)生器50具有內(nèi)部振蕩器和移位寄存器，如果輸入高電平的SELECT信號，則時使移位寄存器動作，計數(shù)從SELECT信號變成高電平開始的時鐘數(shù)，產(chǎn)生延遲n1時鐘變?yōu)楦唠娖降腃NTLDO信號和延遲n2時鐘變?yōu)楦唠娖降腃NTSW信號。這里，自然數(shù)n1、n2滿足n1＜n2的關(guān)系。
作為定時信號發(fā)生器50的其他結(jié)構(gòu)例，可通過采用電容器C和電阻R的CR時間常數(shù)電路來構(gòu)成定時信號發(fā)生器50，接受高電平的SELECT信號的輸入，通過生成延遲時間常數(shù)CR的定時，來產(chǎn)生CNTLDO信號以及CNTSW信號。
作為定時信號發(fā)生器50的另外的其他結(jié)構(gòu)例，也可設(shè)置以下電路輸入切換動作時的輸出電壓V0，檢測下沖造成的輸出電壓V0的變動收斂在一定幅度，從接受高電平的SELECT信號的輸入開始，在輸出電壓V0收斂到一定的電壓范圍內(nèi)時，產(chǎn)生高電平的CNTSW信號。
下面說明用于切換DC/DC變換器30的能力的結(jié)構(gòu)和動作。圖5是進行DC/DC變換器30的能力切換的前置驅(qū)動電路38的結(jié)構(gòu)圖。前置驅(qū)動電路38內(nèi)構(gòu)成的能力切換電路限制NMOS選通Tr2的導(dǎo)通時間，設(shè)置死區(qū)時間(deadtime)，以便即使PMOS選通Tr1變?yōu)榻刂?，NMOS選通Tr2也不馬上導(dǎo)通。如圖1所示，來自PWM比較器36的PWMOUT信號和來自定時信號發(fā)生器50的CNTSW信號被提供給前置驅(qū)動電路38，但是為了說明簡明，這些信號分別被稱為預(yù)驅(qū)動輸入信號(以下稱為PREIN信號)、死區(qū)時間控制信號(以下稱為CNTDEAD信號)。另外，被死區(qū)控制的NMOS選通Tr2也被稱為功率晶體管Tr2。
前置驅(qū)動電路38包括PMOS選通Tr3、NMOS選通Tr4、死區(qū)時間切換門SW1、”或”門52，PMOS選通Tr3的漏極和NMOS選通Tr4的源極之間連接上拉電阻R3、R4，與電容器C2一同構(gòu)成時間常數(shù)電路。
說明PREIN信號為低電平、CNTDEAD信號為高電平時的動作?！被颉遍T52接受低電平的PREIN信號和高電平的CNTDEAD信號的輸入，輸出高電平的信號，將死區(qū)時間切換門SW1截止。低電平的PREIN信號被施加到PMOS選通Tr3和NMOS選通Tr4的柵極，PMOS選通Tr3變?yōu)閷?dǎo)通，NMOS選通Tr4變?yōu)榻刂?。由此，由PMOS選通Tr3和150kΩ的上拉電阻R3和10kΩ的上拉電阻R4和電容器C2構(gòu)成時間常數(shù)電路，通過來自電源11的電壓使功率晶體管Tr2延遲導(dǎo)通。因此，在功率晶體管Tr2直至變成導(dǎo)通之前產(chǎn)生死區(qū)時間。此時的死區(qū)時間控制模式稱為“長”。
接著，說明PREIN信號和CNTDEAD信號都為低電平時的動作?！被颉遍T52接受低電平的PREIN信號和CNTDEAD信號的輸入，輸出低電平的信號，將死區(qū)時間切換門SW1開通。由于低電平的PREIN信號，PMOS選通Tr3變?yōu)閷?dǎo)通，NMOS選通Tr4變?yōu)榻刂?。由此，由死區(qū)時間切換門SW1和10kΩ的上拉電阻R4和電容器C2構(gòu)成時間常數(shù)電路，通過來自電源11的電壓使功率晶體管Tr2立即導(dǎo)通。因此，在功率晶體管Tr2直至變成導(dǎo)通之前的死區(qū)時間變短。此時的死區(qū)時間控制模式稱為“短”。
進而，說明PREIN信號為高電平時的動作。此時，與CNTDEAD信號的電平無關(guān)，”或”門52輸出高電平的信號，死區(qū)時間切換選通SW1截止。另外，由于高電平的PREIN信號，PMOS選通Tr3截止，NMOS選通Tr4導(dǎo)通。由于死區(qū)時間切換SW1和PMOS選通Tr3都截止，所以來自電源11的電力不供給功率晶體管Tr2，功率晶體管Tr2截止。另外，此時，由于NMOS選通Tr4導(dǎo)通，所以電容器C2中存儲的電荷流過上拉電阻R4而被放電。
圖6是匯總?cè)缟纤龅墓β示w管Tr2的死區(qū)時間控制中的信號的輸入輸出的真值表的圖，表示在CNTDEAD信號和PREIN信號作為輸入的情況下的死區(qū)時間切換選通SW1、死區(qū)時間控制模式、以及功率晶體管Tr2的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)。
圖7是說明定時信號發(fā)生器50的死區(qū)時間控制模式的切換定時的圖。在時刻t0，SELECT信號變?yōu)楦唠娖剑藭rDC/DC變換器30上升，但此時定時信號發(fā)生器50將CNTDEAD信號設(shè)定為高電平。由此，死區(qū)時間切換門SW1變?yōu)榻刂?，在預(yù)驅(qū)動信號PREIN為0期間，在NMOS選通Tr2的導(dǎo)通時間中產(chǎn)生死區(qū)時間。這是死區(qū)時間控制的長模式。圖8A是表示此時的PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的導(dǎo)通截止的時序的圖。即使PMOS選通Tr1變?yōu)榻刂?，NMOS選通Tr2也不馬上導(dǎo)通，而是延遲死區(qū)時間DT后導(dǎo)通，產(chǎn)生PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2雙方同時截止的時間。這樣，使DC/DC變換器30的NMOS選通Tr2的導(dǎo)通定時具有延遲，即通過使DC/DC變換器30的NMOS選通Tr2導(dǎo)通的定時具有延遲，限制NMOS選通Tr2的能力，降低輸出電壓V0的力量變?nèi)酰浣Y(jié)果，下沖變小。
再次參照圖7，在SELECT信號變?yōu)楦唠娖胶?，在時刻t1，定時信號發(fā)生器50將CNTLDO信號設(shè)定為低電平，由此，LDO穩(wěn)壓器20截止。進而在LDO穩(wěn)壓器20變?yōu)榻刂购?，在時刻t2，定時信號發(fā)生器50將CNTDEAD信號設(shè)定為低電平。由此，死區(qū)時間切換選通SW1截止，在NMOS選通Tr2的導(dǎo)通時間不產(chǎn)生死區(qū)時間。這是死區(qū)時間控制的短模式。此時，DC/DC變換器30切換成高能力。
在以上的說明中，說明了前置驅(qū)動電路38中設(shè)置的能力切換電路通過使圖1的NMOS選通Tr2導(dǎo)通的時間具有延遲，并設(shè)置死區(qū)時間，限制NMOS選通Tr2的導(dǎo)通占空，從而使DC/DC變換器30的能力下降的結(jié)構(gòu)，但也可以將同樣的能力切換電路結(jié)構(gòu)設(shè)置在圖1的PMOS選通Tr1側(cè)，限制PMOS選通Tr1的導(dǎo)通占空，總體上使DC/DC變換器30的能力下降。圖8B是表示對PMOS選通Tr1進行死區(qū)時間控制時的PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的導(dǎo)通截止的時序的圖。使PMOS選通Tr1變?yōu)閷?dǎo)通的定時延遲，在PMOS選通Tr1的導(dǎo)通時間也產(chǎn)生死區(qū)時間DT。
圖9是DC/DC變換器30的其他能力切換電路的結(jié)構(gòu)圖。在前置驅(qū)動電路38的后級設(shè)置選擇器64，通過CNTSW信號，使尺寸大能力高的第一功率晶體管組60和尺寸小能力低的第二功率晶體管組62切換動作，對開關(guān)穩(wěn)壓器輸出端子SWOUT輸出變換電壓。
作為DC/DC變換器30的另外的能力切換電路的結(jié)構(gòu)，也可以在前置驅(qū)動電路38的后級設(shè)置柵極電壓切換部。柵極電壓切換部通過根據(jù)CNTSW信號來改變PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的柵極電壓Vgs的大小，可切換PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的能力的高低。
作為DC/DC變換器30的再另外的能力切換電路的結(jié)構(gòu)，也可以在前置驅(qū)動電路38的后級設(shè)置反向柵極電壓切換部。反向柵極電壓切換部根據(jù)CNTSW信號來改變PMOS選通Tr1和NMOS選通TR2的反向柵極電壓Vbg的大小，可切換PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2的能力的高低。Vbg為負時，降低能力，Vbg為0時，能力恢復(fù)通常。
圖10是說明實施方式的電源裝置10的應(yīng)用例的圖。如上所述，電源裝置10是將來自電源11的電池電壓Vbat控制為一定的裝置，包括LDO穩(wěn)壓器20和使用線圈L的DC/DC變換器30，可根據(jù)負載切換。電源裝置10的輸出端子連接多個負載，例如相機IC110a、存儲器110b，供給來自電源裝置10的一定的輸出電壓V0。在負載110a、110b和電源裝置10之間，設(shè)置可變換輸出電壓V0為各負載用的個別的LDO穩(wěn)壓器100a、100b，根據(jù)需要，將電源裝置10所提供的的輸出電壓V0降壓。
在負載110a、110b的待機中，電源裝置10用LDO穩(wěn)壓器20供給輸出電壓V0，所以消耗功率低不產(chǎn)生噪聲。若在負載110a、110B動作時需要功率，則電源裝置10切換成DC/DC變換器30，向負載110a、110b供給大電流。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在向多個負載供給穩(wěn)定的輸出電壓V0之外，可獨立地控制這些負載。因此，在攜帶電話機和PDA等的電池驅(qū)動型的攜帶設(shè)備中，可提供高效穩(wěn)定的電力。另外，由于為共有電源裝置10的DC/DC變換器30的結(jié)構(gòu)，所以可使降壓所需的線圈數(shù)量最小，可使安裝面積小。
以上根據(jù)實施方式說明了本發(fā)明。實施方式僅是例示，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這些各結(jié)構(gòu)部件和各處理過程的組合可有各種各樣的變形例，這樣的變形例也屬于本發(fā)明的范圍。
在實施方式中，通過限制DC/DC變換器30的NMOS選通Tr2的導(dǎo)通占空而設(shè)置死區(qū)時間，使DC/DC變換器30控制輸出電壓V0減小的能力降低，抑制了下沖。對于過沖的情況，通過限制DC/DC變換器30的PMOS選通Tr1的導(dǎo)通占空而設(shè)置死區(qū)時間，使DC/DC變換器30控制輸出電壓V0增加的能力降低，可抑制過沖。另外，不論是下沖和過沖的哪種情況，也可以限制PMOS選通Tr1和NMOS選通Tr2雙方的導(dǎo)通占空，整體上降低DC/DC變換器30的輸出電壓V0的控制能力。
DC/DC變換器30的能力限制手段有各種各樣的方法，不論是哪種方法，通過使DC/DC變換器30進行所謂的“弱導(dǎo)通”，可抑制從LDO穩(wěn)壓器20向DC/DC變換器30切換之后的過渡性輸出變動。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，它包括串聯(lián)穩(wěn)壓器，將電源電壓變換成規(guī)定電壓而輸出到共用輸出端子；開關(guān)穩(wěn)壓器，將所述電源電壓變換成所述規(guī)定電壓而輸出到所述共用輸出端子；共用反饋部，將所述共用輸出端子的檢測電壓反饋到所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器；以及切換控制部，根據(jù)負載電流的大小使所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器進行切換動作，所述切換控制部，在從所述串聯(lián)穩(wěn)壓器向所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換時，設(shè)置所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的同時動作期間，在該同時動作期間內(nèi)使所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力比通常弱。
2.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于所述切換控制部，在該同時動作期間結(jié)束后將所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換成通常的能力。
3.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于所述切換控制部包括能力切換部，該能力切換部通過調(diào)節(jié)所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通占空來切換所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力。
4.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述切換控制部包括定時信號發(fā)生部，接受所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的切換控制信號的輸入，生成所述串聯(lián)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通截止切換定時信號和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力切換信號，所述定時信號發(fā)生部，在接到指示從所述串聯(lián)穩(wěn)壓器向所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換的切換控制信號的輸入時，在該切換控制信號輸入后，經(jīng)過規(guī)定時間之后，產(chǎn)生將所述串聯(lián)穩(wěn)壓器切換為截止的定時信號，進而在此后，經(jīng)過規(guī)定時間之后，產(chǎn)生將所述開關(guān)穩(wěn)壓器從低能力切換為高能力的能力切換定時信號。
5.如權(quán)利要求3所述的電源裝置，其特征在于，所述切換控制部包括定時信號發(fā)生部，接受所述串聯(lián)穩(wěn)壓器和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的切換控制信號的輸入，生成所述串聯(lián)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通截止切換定時信號和所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力切換信號，所述定時信號發(fā)生部，在接到指示從所述串聯(lián)穩(wěn)壓器向所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換的切換控制信號的輸入時，在該切換控制信號輸入后，經(jīng)過規(guī)定時間之后，產(chǎn)生將所述串聯(lián)穩(wěn)壓器切換為截止的定時信號，進而在此后，經(jīng)過規(guī)定時間之后，產(chǎn)生將所述開關(guān)穩(wěn)壓器從低能力切換為高能力的能力切換定時信號。
6.如權(quán)利要求4所述的電源裝置，其特征在于，所述能力切換部，在所述定時信號發(fā)生部接到所述切換控制信號的輸入的時刻，通過使所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時具有延遲，使所述開關(guān)穩(wěn)壓器以低能力上升；在所述定時信號發(fā)生部產(chǎn)生所述能力切換定時信號的時刻，通過解除所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時的延遲，從低能力切換成通常能力。
7.如權(quán)利要求5所述的電源裝置，其特征在于，所述能力切換部，在所述定時信號發(fā)生部接到所述切換控制信號的輸入的時刻，通過使所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時具有延遲，使所述開關(guān)穩(wěn)壓器以低能力上升；在所述定時信號發(fā)生部產(chǎn)生所述能力切換定時信號的時刻，通過解除所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時的延遲，從低能力切換成通常能力。
8.一種電源控制方法，其特征在于，包括根據(jù)負載電流的大小，產(chǎn)生從將電源電壓變換成規(guī)定電壓而輸出到共用輸出端子的串聯(lián)穩(wěn)壓器切換到將所述電源電壓變換成所述規(guī)定電壓而輸出到所述共用輸出端子的開關(guān)穩(wěn)壓器的切換控制信號的步驟；在所述切換控制信號發(fā)生時，將所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換成以比通常弱的能力導(dǎo)通的步驟；在所述切換控制信號發(fā)生后，經(jīng)過規(guī)定時間后將所述串聯(lián)穩(wěn)壓器切換為截止的步驟；以及在將所述串聯(lián)穩(wěn)壓器切換為截止的步驟之后，經(jīng)過規(guī)定時間，將所述開關(guān)穩(wěn)壓器從低能力切換為通常能力的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的電源控制方法，其特征在于通過調(diào)節(jié)所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通占空來切換所述開關(guān)穩(wěn)壓器的能力。
10.如權(quán)利要求8所述的電源控制方法，其特征在于，將所述開關(guān)穩(wěn)壓器切換成以比通常弱的能力導(dǎo)通的步驟，通過使所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時具有延遲，使所述開關(guān)穩(wěn)壓器以低能力上升；將所述開關(guān)穩(wěn)壓器從低能力切換為通常能力的步驟，通過解除所述開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通定時的延遲，從低能力切換成通常能力。
11.一種電子信息設(shè)備，將權(quán)利要求1所述的電源裝置用于電源。
12.一種電子信息設(shè)備，將權(quán)利要求2所述的電源裝置用于電源。
全文摘要
一種電源裝置，使并聯(lián)連接的LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器切換動作，將來自電源的電池電壓Vbat控制為一定的輸出電壓V0。LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器的共用輸出端的檢測電壓Vs被輸入到反饋輸入端子，反饋到LDO穩(wěn)壓器和DC/DC變換器。為了抑制從LDO穩(wěn)壓器切換到DC/DC變換器時的下沖，定時信號發(fā)生器向前置驅(qū)動電路提供能力切換定時信號，將DC/DC變換器的控制能力從上升時的低能力模式切換為高能力模式。
文檔編號H02M3/155GK1617432SQ20041009599
公開日2005年5月18日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日
發(fā)明者山本勛, 為我井洋一 申請人:羅姆股份有限公司