專(zhuān)利名稱(chēng)：Dc－dc變換器及控制裝置和方法、電源裝置和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過(guò)執(zhí)行多種脈寬調(diào)制(PWM)控制中的至少一種來(lái)將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓的直流—直流(DC-DC)變換器、用于控制這種DC-DC變換器的DC-DC變換器控制裝置、通過(guò)這種DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置來(lái)變換電壓的電源裝置和電子設(shè)備，以及利用上述方法的DC-DC變換器的控制方法。
背景技術(shù)：
諸如移動(dòng)電話(huà)或筆記本大小的個(gè)人計(jì)算機(jī)之類(lèi)的便攜式電子設(shè)備使用電池作為電源。然而，由于電池的輸出經(jīng)歷諸如由于放電而引起的輸出降低之類(lèi)的變化，因此便攜式電子設(shè)備包括DC-DC變換器，用于將電池的輸出電壓變換成設(shè)備中要使用的電壓(例如參見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)No.10-225108(1998))。公知的用于變換電壓的方法有三種降壓(step-down)方法、升壓(step-up)方法和升/降壓方法。在降壓方法中，所使用的電池具有比設(shè)備中要使用的電壓高的輸出電壓，該輸出電壓通過(guò)降壓DC-DC變換器被降壓到設(shè)備中要使用的電壓。利用此降壓方法，雖然僅能輸出等于或低于電池輸出電壓的電壓，但可以實(shí)現(xiàn)極高的變換效率，例如90％至95％。
在升壓方法中，所使用的電池具有比設(shè)備中要使用的電壓低的輸出電壓，該輸出電壓通過(guò)升壓DC-DC變換器被升壓到設(shè)備中要使用的電壓。利用此升壓方法，雖然可以輸出等于或高于電池輸出電壓的電壓，但變換效率不高于80％至88％。升/降壓方法用于電池輸出電壓升到設(shè)備中要使用電壓以上和降到設(shè)備中要使用電壓以下的情況，其中在輸出電壓低于或高于設(shè)備中要使用的電壓時(shí)，通過(guò)升/降壓DC-DC變換器將電池的輸出電壓升壓或降壓到設(shè)備中要使用的電壓。
圖1是示出了傳統(tǒng)反激(flyback)升/降壓DC-DC變換器的配置示例的電路示意圖，所述DC-DC變換器使用了變壓器。輸入電壓端Vin與作為開(kāi)關(guān)電路的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管1(以下稱(chēng)為FET 1)的輸入端(漏極)連接，變壓器T的初級(jí)繞組L1的輸入端與FET 1的輸出端(源極)連接，并且初級(jí)繞組L1的輸出端與接地端連接。此外，F(xiàn)ET 1的控制端(柵極)與控制單元2的輸出端DH1連接，并由控制單元2來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。
變壓器T的次級(jí)繞組L2的輸入端與接地端連接，并且作為同步整流電路的FET 4的輸入端(源極)與次級(jí)繞組L2的輸出端連接。FET 4的輸出端(漏極)與DC-DC變換器的輸出電壓端Vout連接，并且FET 4的控制端(柵極)與控制單元2的輸出端DL1連接，并由控制單元2來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。這里，輸出端DL1輸出信號(hào)*Q，該信號(hào)是通過(guò)將輸出端DH1的輸出信號(hào)Q反相而獲得的。
DC-DC變換器的輸出電壓端Vout經(jīng)由用于進(jìn)行平滑的平滑電容器C1與接地端連接，并且與控制單元2的FB端連接?？刂茊卧?的FB端經(jīng)由電阻器R1和電阻器R2的串聯(lián)電路與接地端連接。電阻器R1和電阻器R2之間的節(jié)點(diǎn)與誤差放大器ERA的反相輸入端連接。此外，參考電壓源e1與誤差放大器ERA的正相輸入端連接。誤差放大器ERA的輸出端與用于PWM控制的比較器PWM的正相輸入端連接，并且用于輸出三角波的振蕩器OSC與比較器PWM的反相輸入端連接。
控制單元2將通過(guò)電阻器R1和R2對(duì)DC-DC變換器的輸出電壓Vout進(jìn)行分壓而獲得的電壓與參考電壓e1比較，并從誤差放大器ERA輸出對(duì)應(yīng)于該差值的電壓。比較器PWM將誤差放大器ERA的輸出電壓與振蕩器OSC的輸出電壓比較，并在誤差放大器ERA的輸出電壓高于振蕩器OSC的輸出電壓時(shí)輸出ON信號(hào)。因此，比較器PWM的輸出信號(hào)的脈寬根據(jù)誤差放大器ERA的輸出電壓而增大或減小。
比較器PWM的輸出Q被提供給FET 1，而反相輸出*Q被提供給FET4。因此，當(dāng)比較器PWM輸出ON信號(hào)時(shí)，F(xiàn)ET 1導(dǎo)通，F(xiàn)ET 4關(guān)斷。相反，當(dāng)比較器PWM輸出OFF信號(hào)(不輸出ON信號(hào))時(shí)，F(xiàn)ET 1關(guān)斷，F(xiàn)ET 4導(dǎo)通。當(dāng)FET導(dǎo)通時(shí)，由于輸入電壓Vin被施加到變壓器T的初級(jí)繞組L1，因此流過(guò)初級(jí)繞組L1的電流增大。這里，由于FET 4關(guān)斷，因此沒(méi)有電流流過(guò)變壓器T的次級(jí)繞組L2，并且能量存儲(chǔ)在變壓器T的初級(jí)繞組L1中。然后，當(dāng)FET 1關(guān)斷并且FET 4導(dǎo)通時(shí)，存儲(chǔ)在變壓器T的初級(jí)繞組L1中的能量從次級(jí)繞組L2釋放到平滑電容器C1。
如上所述，當(dāng)FET 1導(dǎo)通時(shí)(Ton)，能量存儲(chǔ)在變壓器T的初級(jí)繞組L1中，并且當(dāng)FET 1關(guān)斷時(shí)(Toff)，存儲(chǔ)在初級(jí)繞組L1中的能量從次級(jí)繞組L2釋放。假定初級(jí)繞組L1和次級(jí)繞組L2之間的匝數(shù)比是1∶1，則輸出電壓Vout由以下關(guān)系式表示。
Vout＝(Ton/Toff)×Vin因此，通過(guò)改變FET 1的導(dǎo)通/關(guān)斷比，輸出電壓Vout可以比輸入電壓Vin更大，也可以更小。然而，由于用于存儲(chǔ)能量的線(xiàn)圈L1不同于用于釋放能量的線(xiàn)圈L2，因此存在下述問(wèn)題電源變換效率例如依賴(lài)于線(xiàn)圈之間的耦合程度。
另一方面，圖2中示出的是使用同一線(xiàn)圈作為用于存儲(chǔ)能量的線(xiàn)圈和用于釋放能量的線(xiàn)圈的傳統(tǒng)升/降壓DC-DC變換器。在圖2中，添加了作為開(kāi)關(guān)電路的FET 3和作為同步整流電路的FET 2，以便用扼流線(xiàn)圈L1來(lái)代替變壓器T，并共享變壓器T的初級(jí)繞組L1和次級(jí)繞組L2。FET 3的輸入端(漏極)與扼流線(xiàn)圈L1的輸出端連接，并且FET 3的輸出端(源極)與接地端連接。與控制單元2的輸出端DH1連接的FET 3的控制端(柵極)由控制單元2與FET 1同時(shí)地導(dǎo)通/關(guān)斷。此外，F(xiàn)ET 2的輸入端(漏極)與扼流線(xiàn)圈L1的輸入端連接，并且FET 2的輸出端(源極)與接地端連接。與控制單元2的輸出端DL1連接的FET 2的控制端(柵極)由控制單元2與FET 4同時(shí)地導(dǎo)通/關(guān)斷。
當(dāng)FET 1和FET 3導(dǎo)通時(shí)，F(xiàn)ET 4和FET 2關(guān)斷，并且扼流線(xiàn)圈L1的輸入端提供輸入電壓Vin，使得輸入電壓Vin被施加到扼流線(xiàn)圈L1上，并且流過(guò)扼流線(xiàn)圈L1的電流增大。然后，當(dāng)FET 1和FET 3關(guān)斷并且FET 4和FET 2導(dǎo)通時(shí)，扼流線(xiàn)圈L1的輸出端與DC-DC變換器的輸出端Vout連接，使得存儲(chǔ)在扼流線(xiàn)圈L1中的能量釋放到平滑電容器C1。
利用圖2所示的DC-DC變換器，由于用同一線(xiàn)圈作為用于存儲(chǔ)能量的線(xiàn)圈和用于釋放能量的線(xiàn)圈，因此DC-DC變換器的效率不依賴(lài)于例如圖1所示的初級(jí)繞組L1和次級(jí)繞組L2之間的耦合程度。然而，利用圖2所示的DC-DC變換器，由于總共四個(gè)開(kāi)關(guān)——FET 1和FET 3、FET 4和FET 2——被導(dǎo)通/關(guān)斷，即，由于兩倍于圖1所示的DC-DC變換器的開(kāi)關(guān)同時(shí)被導(dǎo)通/關(guān)斷，因此降低了開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的效率。
這里，在圖2所示的DC-DC變換器的控制單元2中，F(xiàn)ET 1、FET 2和扼流線(xiàn)圈L1組成了降壓DC-DC變換器。此外，扼流線(xiàn)圈L1、FET 3和FET 4組成了升壓DC-DC變換器。即，圖2所示的DC-DC變換器是由共享扼流線(xiàn)圈L1的串聯(lián)連接的降壓DC-DC變換器和升壓DC-DC變換器組成的升/降壓DC-DC變換器，并可被改寫(xiě)為圖3的電路圖中的樣子。
在圖3中，降壓比較器PWMD是用于執(zhí)行降壓操作的PWM控制的比較器，并執(zhí)行FET 1和FET 2的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。類(lèi)似地，升壓比較器PWMU是用于執(zhí)行升壓操作的PWM控制的比較器，并執(zhí)行FET 3和FET4的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。此外，偏移電壓源e2連接在升壓比較器PWMU的反相輸入端和振蕩器OSC之間。其他配置與圖2的相同。在圖2所示的DC-DC變換器中是一個(gè)比較器PWM執(zhí)行控制，而在圖3所示的DC-DC變換器中分別設(shè)置了降壓比較器PWMD和升壓比較器PWMU，用于利用分別的占空比(duty)相對(duì)地執(zhí)行PWM控制。
降壓DC-DC變換器的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的關(guān)系由以下關(guān)系式表示。
Vout/Vin＝Ton/(Ton+Toff)Vout＝Vin×Ton/(Ton+Toff)這里，假定降壓PWM控制的導(dǎo)通占空比是d1，給出以下關(guān)系式。
Vout＝Vin×d1此外，升壓DC-DC變換器的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的關(guān)系由以下關(guān)系式表示。
Vout/Vin＝(Ton+Toff)/ToffVout＝Vin×(Ton+Toff)/Toff因此，假定升壓PWM控制的導(dǎo)通占空比是d2，給出以下關(guān)系式。
Vout＝Vin×1/(1-d2)因此，由串聯(lián)連接的降壓DC-DC變換器和升壓DC-DC變換器組成的升/降壓DC-DC變換器的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的關(guān)系由以下關(guān)系式表示。
Vout＝Vin×d1/(1-d2)當(dāng)輸入電壓Vin高于輸出電壓Vout，并且升壓DC-DC變換器被暫停時(shí)，升壓PWM控制的導(dǎo)通占空比d2等于零，并且以上關(guān)系式被改寫(xiě)成以下關(guān)系式。
Vout＝Vin×d1因此，在此情況下，通過(guò)降壓PWM控制實(shí)現(xiàn)了降壓。此外，當(dāng)輸入電壓Vin低于輸出電壓Vout，并且降壓DC-DC變換器具有100％的導(dǎo)通占空比時(shí)，降壓PWM控制的導(dǎo)通占空比d1等于1，并且以上關(guān)系式被改寫(xiě)成以下關(guān)系式。
Vout＝Vin×1/(1-d2)因此，在此情況下，通過(guò)升壓PWM控制實(shí)現(xiàn)了升壓。
圖4是示意性地示出了在不執(zhí)行升壓PWM控制而執(zhí)行降壓PWM控制的情況中的工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖。在圖4中，輸入到升壓比較器PWMU中的三角波用虛線(xiàn)示出，而輸入到降壓比較器PWMD中的三角波用實(shí)線(xiàn)示出。應(yīng)當(dāng)注意的是，由偏移電壓源e2給出的偏移(offset)在輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(虛線(xiàn))處升高。此外，誤差放大器ERA的輸出被包括在降壓工作區(qū)(實(shí)線(xiàn)的三角波的幅度區(qū)域)中，但未被包括在升壓工作區(qū)(虛線(xiàn)的三角波的幅度區(qū)域)中。對(duì)于降壓比較器PWMD，當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1導(dǎo)通并且FET 2關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1關(guān)斷并且FET 2導(dǎo)通。另一方面，對(duì)于升壓比較器PWMU，由于三角波(虛線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出并且兩者從不相交，因此升壓PWM控制的占空比變?yōu)?％，F(xiàn)ET 3保持關(guān)斷并且FET 4保持導(dǎo)通。
圖5是示意性地示出了在不執(zhí)行降壓PWM控制而執(zhí)行升壓PWM控制的情況中的工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖。圖5中的每個(gè)波形都與圖4的相同。在圖5中，誤差放大器ERA的輸出被包括在升壓工作區(qū)中，但未被包括在降壓工作區(qū)中。對(duì)于升壓比較器PWMU，當(dāng)三角波(虛線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 3導(dǎo)通并且FET 4關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(虛線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 3關(guān)斷并且FET 4導(dǎo)通。另一方面，對(duì)于降壓比較器PWMD，由于三角波(實(shí)線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出并且兩者從不相交，因此降壓PWM控制的占空比變?yōu)?00％，F(xiàn)ET1保持導(dǎo)通并且FET 2保持關(guān)斷。
圖6是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)的時(shí)序圖。圖6中的每個(gè)波形都與圖4和圖5中的相同。在圖6中，誤差放大器ERA的輸出被包括在升壓工作區(qū)中和降壓工作區(qū)兩者中。對(duì)于升壓比較器PWMU，當(dāng)三角波(虛線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 3導(dǎo)通并且FET 4關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(虛線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 3關(guān)斷并且FET 4導(dǎo)通。此外，對(duì)于降壓比較器PWMD，當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1導(dǎo)通并且FET 2關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1關(guān)斷并且FET 2導(dǎo)通。這里，降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)是不同步的。
為了僅執(zhí)行升壓PWM控制和降壓PWM控制中的一種，一對(duì)開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通/關(guān)斷。另一方面，為了執(zhí)行升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者，兩對(duì)開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通/關(guān)斷，使得開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換的損耗加倍。此外，當(dāng)兩對(duì)開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)，由于每對(duì)開(kāi)關(guān)是單獨(dú)地(異步地)被導(dǎo)通/關(guān)斷的，因此存在進(jìn)一步增大了損耗的問(wèn)題。這里，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷操作的損耗由以下部分組成開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)損耗；以及電阻損耗，所述電阻損耗是在開(kāi)關(guān)從關(guān)斷切換到導(dǎo)通或從導(dǎo)通切換到關(guān)斷時(shí)在過(guò)渡區(qū)中產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于解決以上問(wèn)題，其一個(gè)目的在于提供一種DC-DC變換器、DC-DC變換器控制裝置和用于DC-DC變換器的控制方法，其能夠通過(guò)基于正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)改變PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)或切換定時(shí)的偏移，最優(yōu)地調(diào)整PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。這里，切換定時(shí)的偏移是距任意設(shè)定的參考定時(shí)的“偏差”，并且當(dāng)偏移相同時(shí)，切換定時(shí)相同。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種DC-DC變換器和DC-DC變換器控制裝置，其能夠通過(guò)改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使得當(dāng)升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都正被執(zhí)行時(shí)，升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同，從而使升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)并減小導(dǎo)通/關(guān)斷切換時(shí)的損耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種DC-DC變換器，其能夠通過(guò)配置變換器，以對(duì)連接在扼流線(xiàn)圈一端與輸入電壓端之間的用于降壓的第一開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換，以及連接在扼流線(xiàn)圈一端與接地端之間的用于降壓的第二開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換執(zhí)行降壓PWM控制，并對(duì)連接在扼流線(xiàn)圈另一端與接地端之間的用于升壓的第三開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換，以及連接在扼流線(xiàn)圈另一端與輸出電壓端之間的用于升壓的第四開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換執(zhí)行升壓PWM控制，從而使升壓PWM控制的開(kāi)關(guān)電路的切換定時(shí)和降壓PWM控制的開(kāi)關(guān)電路的切換定時(shí)同步，降低切換次數(shù)并減小開(kāi)關(guān)阻抗上的損耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種DC-DC變換器控制裝置，其能夠通過(guò)配置DC-DC變換器控制裝置，以基于正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)來(lái)改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，從而最優(yōu)地調(diào)整升壓PWM控制和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種DC-DC變換器控制裝置，其能夠通過(guò)配置DC-DC變換器控制裝置，以改變升壓比較器電路的偏移和/或降壓比較器電路的偏移，使得當(dāng)升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行時(shí)，升壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同，從而使PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)并減小開(kāi)關(guān)損耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電源裝置和一種電子設(shè)備，其能夠通過(guò)包括上述的DC-DC變換器或上述的DC-DC變換器控制裝置，從而使PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，減小開(kāi)關(guān)損耗并提高變換效率。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的DC-DC變換器是這樣一種DC-DC變換器，其用于通過(guò)執(zhí)行多種PWM控制中的至少一種，將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括偏移改變電路，用于基于正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)，改變PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的DC-DC變換器是第一方面的DC-DC變換器，其特征在于，多種PWM控制包括升壓PWM控制、降壓PWM控制，以及升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者，并且當(dāng)正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)是升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者時(shí)，偏移改變電路改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使得升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的DC-DC變換器是第二方面的DC-DC變換器，其特征在于還包括扼流線(xiàn)圈；用于降壓的第一開(kāi)關(guān)電路，其連接在扼流線(xiàn)圈的一端與輸入電壓端之間；用于降壓的第二開(kāi)關(guān)電路，其連接在扼流線(xiàn)圈的一端與接地端之間；用于升壓的第三開(kāi)關(guān)電路，其連接在扼流線(xiàn)圈的另一端與接地端之間；用于升壓的第四開(kāi)關(guān)電路，其連接在扼流線(xiàn)圈的所述另一端與輸出電壓端之間；其中，第一開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換和第二開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換被控制以用于降壓PWM控制，并且第三開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換和第四開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換被控制以用于升壓PWM控制。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的DC-DC變換器控制裝置是這樣的DC-DC變換器控制裝置，其用于通過(guò)使DC-DC變換器執(zhí)行多種PWM控制中的至少一種，控制DC-DC變換器以將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括偏移改變電路，用于基于DC-DC變換器正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)，改變PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
根據(jù)本發(fā)明第五方面的DC-DC變換器控制裝置是第四方面的DC-DC變換器控制裝置，其特征在于，多種PWM控制包括升壓PWM控制、降壓PWM控制，以及升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者，并且偏移改變電路基于DC-DC變換器正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)，改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
根據(jù)本發(fā)明第六方面的DC-DC變換器控制裝置是第五方面的DC-DC變換器控制裝置，其特征在于，當(dāng)DC-DC變換器正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)是升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者時(shí)，偏移改變電路改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，以使得升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
根據(jù)本發(fā)明第七方面的DC-DC變換器控制裝置是第五方面的DC-DC變換器控制裝置，其特征在于還包括差分輸出電路，用于輸出與輸出電壓和預(yù)定電壓之間的差相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；振蕩器，用于輸出三角波信號(hào)；升壓比較器電路，用于對(duì)從振蕩器和差分輸出電路輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，并輸出與比較結(jié)果相對(duì)應(yīng)的升壓PWM控制信號(hào)；以及降壓比較器電路，用于對(duì)從振蕩器和差分輸出電路輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，并輸出與比較結(jié)果相對(duì)應(yīng)的降壓PWM信號(hào)；其中，當(dāng)DC-DC變換器正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)是升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者時(shí)，偏移改變電路改變電路以改變升壓比較器電路的偏移和/或降壓比較器電路的偏移，以使得升壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
根據(jù)本發(fā)明第八方面的電源裝置的特征在于包括第一到第七方面中任一方面的DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置，其中DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置執(zhí)行電壓變換。
根據(jù)本發(fā)明第九方面的電子設(shè)備的特征在于包括第一到第七方面中任一方面的DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置，其中DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置執(zhí)行電壓變換。
根據(jù)本發(fā)明第十方面的DC-DC變換器的控制方法是這樣一種DC-DC變換器的控制方法，其用于通過(guò)使DC-DC變換器執(zhí)行多種PWM控制中的至少一種，來(lái)控制DC-DC變換器以將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括以下步驟識(shí)別DC-DC變換器正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)；以及基于所識(shí)別的PWM控制的種類(lèi)，改變PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
在本發(fā)明的第一、第四和第十方面中，由于基于正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)來(lái)改變PWM的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)或切換定時(shí)的偏移，因此可以根據(jù)正在執(zhí)行的PWM控制來(lái)最優(yōu)地調(diào)整PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。例如，通過(guò)使PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，并可減小導(dǎo)通/關(guān)斷切換的損耗。
在本發(fā)明的第二和第六方面中，當(dāng)正在執(zhí)行升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者時(shí)，升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移被改變，使得升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。因此，可以使升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)一致。應(yīng)當(dāng)注意的是，使導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)一致(同步)包括使從導(dǎo)通到關(guān)斷的切換定時(shí)和從關(guān)斷到導(dǎo)通的切換定時(shí)一致。通過(guò)使降壓和升壓的每個(gè)PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小導(dǎo)通/關(guān)斷切換的損耗，并可以提高變換效率。
在本發(fā)明的第三方面中，變換器被配置以對(duì)連接在扼流線(xiàn)圈一端和輸入電壓端之間的用于降壓的第一開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換以及對(duì)連接在扼流線(xiàn)圈一端與接地端之間的用于降壓的第二開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換執(zhí)行降壓PWM控制，并對(duì)連接在扼流線(xiàn)圈另一端與接地端之間的用于升壓的第三開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換以及連接在扼流線(xiàn)圈另一端與輸出電壓端之間的用于升壓的第四開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換執(zhí)行升壓PWM控制。因此，通過(guò)如上所述地改變PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，可以使用于升壓PWM控制的開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)定時(shí)和用于降壓PWM控制的開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)定時(shí)一致。通過(guò)使開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)電阻上的損耗，并可以提高變換效率。
在本發(fā)明的第五方面中，由于執(zhí)行升壓PWM控制、降壓PWM控制以及升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者，并且基于正在執(zhí)行的PWM控制的種類(lèi)來(lái)改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，因此可以根據(jù)正在執(zhí)行的PWM控制來(lái)最優(yōu)地調(diào)整升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。例如，通過(guò)使升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)與降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，并可以提高變換效率。
在本發(fā)明的第七方面中，該裝置被配置以改變升壓比較器電路的偏移和/或降壓比較器電路的偏移，使得當(dāng)正在執(zhí)行升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者時(shí)，升壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移與降壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。因此，可以使升壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)與降壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)一致。通過(guò)使兩個(gè)PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，并可以提高變換效率。
在包括上述的DC-DC變換器或上述的DC-DC變換器控制裝置的本發(fā)明的第八方面中，通過(guò)使升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)與降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，并可以提高變換效率。
利用本發(fā)明的第一、第四、第八、第九和第十方面，可以最優(yōu)地調(diào)整PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。
利用本發(fā)明的第二、第六、第八和第九方面，通過(guò)使升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)與降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小導(dǎo)通/關(guān)斷切換的損耗，并可以提高變換效率。
利用本發(fā)明的第三、第八和第九方面，通過(guò)使用于降壓PWM控制的第一和第二開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)定時(shí)與用于升壓PWM控制的第三和第四開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)定時(shí)同步，可以降低開(kāi)關(guān)次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)電阻上的損耗，并可以提高變換效率。
利用本發(fā)明的第五、第八和第九方面，可以最優(yōu)地調(diào)整升壓PWM控制和/或降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)。
利用本發(fā)明的第七、第八和第九方面，通過(guò)使降壓PWM控制信號(hào)和升壓PWM控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以降低導(dǎo)通/關(guān)斷切換次數(shù)，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，并可以提高變換效率。
從以下參考附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的以上及其他目的和特征將會(huì)變得更加清楚。


圖1是示出了使用變壓器的傳統(tǒng)反激升/降壓DC-DC變換器的配置示例的電路示意圖；圖2是示出了使用同一線(xiàn)圈作為用于存儲(chǔ)能量的線(xiàn)圈和用于釋放能量的線(xiàn)圈的傳統(tǒng)升/降壓DC-DC變換器的配置示例的電路示意圖；圖3是示出了由串聯(lián)連接的共享扼流線(xiàn)圈的降壓DC-DC變換器和升壓DC-DC變換器組成的傳統(tǒng)升/降壓DC-DC變換器的配置示例的電路示意圖；圖4是示意性地示出了在不執(zhí)行升壓PWM控制而執(zhí)行降壓PWM控制的情況中的傳統(tǒng)工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖；圖5是示意性地示出了在不執(zhí)行降壓PWM控制而執(zhí)行升壓PWM控制的情況中的傳統(tǒng)工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖；圖6是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的傳統(tǒng)工作狀態(tài)的時(shí)序圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的使用DC-DC變換器控制裝置的DC-DC變換器的示例的電路示意圖；圖8是示出了使用配備有圖7所示的DC-DC變換器的電源裝置的電子設(shè)備的示例的框圖；
圖9是示出了產(chǎn)生導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)偏移的配置示例的電路圖；圖10是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖；圖11是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)的另一示例的時(shí)序圖；圖12是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)的另一示例的時(shí)序圖；以及圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的使用DC-DC變換器控制裝置的DC-DC變換器的另一示例的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下的描述將參照示出了本發(fā)明的一些實(shí)施例的附圖，具體說(shuō)明本發(fā)明。
圖7是示出了使用根據(jù)本發(fā)明的DC-DC變換器控制裝置(控制單元)的DC-DC變換器的示例的電路示意圖。圖8是示出了電子設(shè)備30的示例的框圖，電子設(shè)備30例如是移動(dòng)電話(huà)或筆記本大小的個(gè)人計(jì)算機(jī)，其使用了配備有圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的DC-DC變換器的電源裝置。
圖7所示的DC-DC變換器20將輸入到輸入電壓端Vin中的電壓變換成預(yù)定電壓，并將該電壓從輸出電壓端Vout輸出。DC-DC變換器20包括以下部件扼流線(xiàn)圈L1；分別與扼流線(xiàn)圈L1連接的n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET 1(第一開(kāi)關(guān)電路)、FET 2(第二開(kāi)關(guān)電路)、FET(第三開(kāi)關(guān)電路)和FET 4(第四開(kāi)關(guān)電路)；平滑電容器C1；以及控制單元(DC-DC變換器控制裝置)10，該控制單元10用于控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET 1至FET 4(以下稱(chēng)為FET 1至FET 4)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換。此外，圖8所示的電源裝置32包括電池34和DC-DC變換器20，并利用DC-DC變換器20將電池34的輸出電壓變換成預(yù)定電壓，并將該電壓提供到設(shè)備主體。
在DC-DC變換器20中，輸入電壓端Vin與作為開(kāi)關(guān)電路的FET 1的輸入端(漏極)連接，扼流線(xiàn)圈L1的輸入端與FET 1的輸出端(源極)連接，并且控制單元10的輸出端DH1與FET 1的控制端(柵極)連接。從而FET 1由控制單元10來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。此外，作為同步整流電路的FET2的輸入端(漏極)與扼流線(xiàn)圈L1的輸入端連接，F(xiàn)ET 2的輸出端(源極)與接地端連接，并且控制單元10的輸出端DL1與FET 2的控制端(柵極)連接。從而FET 2由控制單元10來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。應(yīng)當(dāng)注意的是，輸出端DL1輸出信號(hào)*QD，該信號(hào)是通過(guò)將輸出端DH1的輸出信號(hào)QD(降壓PWM控制信號(hào))反相而獲得的。
此外，作為開(kāi)關(guān)電路的FET 3的輸入端(源極)與接地端連接，扼流線(xiàn)圈L1的輸出端與FET 3的輸出端(漏極)連接，并且控制單元10的輸出端DH2與FET 3的控制端(柵極)連接。從而FET 3由控制單元10來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。此外，作為同步整流電路的FET 4的輸入端(源極)與扼流線(xiàn)圈L1的輸出端連接，F(xiàn)ET 4的輸出端(漏極)與輸出電壓端Vout連接，并且FET 4的控制端(柵極)與控制單元10的輸出端DL2連接。從而FET 4由控制單元10來(lái)導(dǎo)通/關(guān)斷。應(yīng)當(dāng)注意的是，輸出端DL2輸出信號(hào)*QU，該信號(hào)是通過(guò)將輸出端DH2的輸出信號(hào)QU(升壓PWM控制信號(hào))反相而獲得的。
DC-DC變換器20的輸出電壓端Vout經(jīng)由平滑電容器C1與接地端連接，并與控制單元10的FB端連接?？刂茊卧?0的FB端經(jīng)由電阻器R1和電阻器R2的串聯(lián)電路與接地端連接。電阻器R1和電阻器R2之間的節(jié)點(diǎn)與誤差放大器(差分放大器)ERA的反相輸入端連接。此外，參考電壓源e1與誤差放大器ERA的正相輸入端連接。誤差放大器ERA的輸出端與用于執(zhí)行降壓PWM控制的降壓比較器PWMD(降壓比較器電路)的正相輸入端連接，并與用于執(zhí)行升壓PWM控制的升壓比較器PWMU(升壓比較器電路)的正相輸入端連接。此外，用于輸出三角波的振蕩器OSC與降壓比較器PWMD的反相輸入端和升壓比較器PWMU的反相輸入端連接。
此外，誤差放大器ERA的輸出端與偏移改變電路14(改變電路)連接，所述偏移改變電路用于改變降壓比較器PWMD和升壓比較器PWMU所執(zhí)行的降壓PWM控制和升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。當(dāng)誤差放大器ERA的輸出電壓處于升壓控制區(qū)和降壓控制區(qū)內(nèi)，并且降壓PWM控制和升壓PWM控制兩者都被執(zhí)行時(shí)，偏移改變電路14改變降壓PWM控制和升壓PWM控制的每個(gè)導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使得降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。具體而言，偏移改變電路14判斷誤差放大器ERA的輸出電壓是否處于升壓控制區(qū)和降壓控制區(qū)兩者之內(nèi)，并且當(dāng)輸出電壓處于升壓控制區(qū)和降壓控制區(qū)兩者之內(nèi)時(shí)，改變降壓比較器PWMD和升壓比較器PWMU的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使之變得相同。應(yīng)當(dāng)注意的是，使導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移相同包括使從導(dǎo)通到關(guān)斷的切換的偏移和從關(guān)斷到導(dǎo)通的切換的偏移相同。導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移例如可以通過(guò)在從振蕩器OSC輸出的三角波處產(chǎn)生偏移(見(jiàn)圖10的e2)并改變所產(chǎn)生的偏移來(lái)改變。
圖9是示出了產(chǎn)生導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)偏移的配置示例的電路圖，其中偏移產(chǎn)生電路42與作為比較器工作的差分放大器40連接。在差分放大器40中，p型晶體管M1和M2與電壓VD端連接，n型晶體管M3與晶體管M1串聯(lián)連接，n型晶體管M4與晶體管M2串聯(lián)連接，并且晶體管M3和M4經(jīng)由公共電流源與接地端連接。此外，p型晶體管M7與電壓VD端連接。晶體管M7經(jīng)由電流源與接地端連接。晶體管M7的控制端連接在晶體管M2和晶體管M4之間。此外，晶體管M1和M2的控制端連接在晶體管M1和晶體管M3之間。
在偏移產(chǎn)生電路42中，n型晶體管M5連接在與接地端相連的電流源與晶體管M1和晶體管M3間的節(jié)點(diǎn)之間。此外，n型晶體管M6連接在上述電流源與晶體管M2和晶體管M4間的節(jié)點(diǎn)之間。此外，可變電壓源Vos的正極與晶體管M5的控制端連接，并且可變電壓源Vos的負(fù)極與晶體管M6的控制端連接。
從晶體管M1流向晶體管M3的電流i1與從晶體管M1流向晶體管M5的電流i1′之和等于從晶體管M2流向晶體管M4的電流i2與從晶體管M2流向晶體管M6的電流i2′之和(i1+i1′＝i2+i2′)。當(dāng)可變電壓源Vos的輸出為零時(shí)，由于i1′等于i2′(i1′＝i2′)，因此i1等于i2(i1＝i2)。因此，從晶體管M7與電流源之間的OUT端輸出這樣的輸出電壓，其使得在晶體管M3的控制端(-IN1)與晶體管M4的控制端(+IN1)之間不產(chǎn)生偏移。另一方面，當(dāng)可變電壓源Vos的輸出不為零時(shí)，由于i1′不等于i2′(i1′≠i2′)，因此i1不等于i2(i1≠i2)。因此，從OUT端輸出這樣的輸出電壓，其使得在晶體管M3的控制端(-IN1)與晶體管M4的控制端(+IN1)之間產(chǎn)生偏移。此外，可以通過(guò)可變電壓源Vos的輸出來(lái)調(diào)整偏移的值。
控制單元10將通過(guò)電阻器R1和R2對(duì)DC-DC變換器的輸出電壓Vout進(jìn)行分壓而獲得的電壓與參考電壓e1比較，并從誤差放大器ERA輸出對(duì)應(yīng)于該差值的電壓。此外，偏移改變電路14進(jìn)行調(diào)整，使得當(dāng)誤差放大器ERA的輸出電壓被包括在升壓控制區(qū)和降壓控制區(qū)兩者當(dāng)中時(shí)，輸入到降壓比較器PWMD中的三角波的偏移與輸入到升壓比較器PWMU中的三角波的偏移變得相同。降壓比較器PWMD和升壓比較器PWMU將誤差放大器ERA的輸出電壓與振蕩器OSC的輸出電壓相比較，并當(dāng)誤差放大器ERA的輸出電壓高于振蕩器OSC的輸出電壓時(shí)輸出ON信號(hào)。因此，降壓比較器PWMD和升壓比較器PWMU的輸出信號(hào)(QU和*QU，以及QD和*QD)的占空比和導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)根據(jù)誤差放大器ERA的輸出電壓和三角波的偏移而被調(diào)整。
圖10是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖。在圖10中，在偏移改變之前被輸入到升壓比較器PWMU中的三角波用點(diǎn)劃線(xiàn)示出，在偏移改變之前被輸入到降壓比較器PWMD中的三角波用雙點(diǎn)劃線(xiàn)示出。在圖10中，誤差放大器ERA的輸出被包括在升壓工作區(qū)(點(diǎn)劃線(xiàn)的三角波的幅度區(qū)域)和降壓工作區(qū)(雙點(diǎn)劃線(xiàn)的三角波的幅度區(qū)域)兩者中。因此，偏移改變電路14改變升壓比較器PWMU和降壓比較器PWMD的每個(gè)偏移產(chǎn)生電路42的可變電壓源Vos的輸出，使得輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移與輸入到降壓比較器PWMD中的三角波(雙點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移變得相同。具體而言，輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移被降低為虛線(xiàn)所示的三角波，并且輸入到降壓比較器PWMD中的三角波(雙點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移被提高為實(shí)線(xiàn)所示的三角波。例如，每個(gè)偏移改變的量可以是在兩個(gè)三角波(點(diǎn)劃線(xiàn)和雙點(diǎn)劃線(xiàn))處產(chǎn)生的偏移e2的一半(e2/2)。
對(duì)于升壓比較器PWMU，當(dāng)三角波(虛線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET導(dǎo)通并且FET 4關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(虛線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 3關(guān)斷并且FET 4導(dǎo)通。此外，對(duì)于降壓比較器PWMD，當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))低于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1導(dǎo)通并且FET 2關(guān)斷，并且當(dāng)三角波(實(shí)線(xiàn))高于誤差放大器ERA的輸出時(shí)，F(xiàn)ET 1關(guān)斷并且FET 2導(dǎo)通。這里，降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)是同步的。因此，F(xiàn)ET 1和FET 3的導(dǎo)通/關(guān)斷切換以及FET 2和FET 4的導(dǎo)通/關(guān)斷切換是同時(shí)執(zhí)行的。應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)僅執(zhí)行降壓PWM控制，或者僅執(zhí)行升壓PWM控制時(shí)，操作與傳統(tǒng)的操作(圖4和圖5)相同。
雖然上述實(shí)施例被配置為通過(guò)降低輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移和提高輸入到降壓比較器PWMD中的三角波(雙點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移，來(lái)改變降壓PWM控制和升壓PWM控制兩者的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可以?xún)H改變一者。圖11和圖12是示意性地示出了在升壓PWM控制和降壓PWM控制兩者都被執(zhí)行的情況中的工作狀態(tài)示例的時(shí)序圖。在圖11中，通過(guò)提高(例如通過(guò)e2來(lái)提高)輸入到降壓比較器PWMD中的三角波(雙點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移，以?xún)H改變降壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，從而使偏移相同。此外，在圖12中，通過(guò)降低(例如通過(guò)e2來(lái)降低)輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移，以?xún)H改變升壓PWM控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，從而使偏移相同。
當(dāng)僅要改變輸入到升壓比較器PWMU中的三角波(點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移和輸入到降壓比較器PWMD中的三角波(雙點(diǎn)劃線(xiàn))的偏移中的一個(gè)時(shí)，偏移改變電路14僅與升壓比較器PWMU和降壓比較器PWMD中的一個(gè)連接，使得僅改變與其自身相連的一個(gè)比較器的偏移。在此情況下，升壓比較器PWMU和降壓比較器PWMD中未被連接的另外一個(gè)不需要偏移產(chǎn)生電路42。
此外，雖然上述實(shí)施例被配置為基于誤差放大器ERA的輸出電壓，利用偏移改變電路14來(lái)判斷是否降壓PWM控制和升壓PWM控制兩者都被執(zhí)行，但也可以基于輸入電壓Vin來(lái)判斷。圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的使用DC-DC變換器控制裝置(控制單元)的DC-DC變換器的另一示例的電路示意圖。
圖13所示的DC-DC變換器22的配置與圖7所示的基本相同，除了控制單元12的偏移改變單元16與輸入電壓端Vin相連，而不是與誤差放大器ERA的輸出端相連。例如，偏移改變單元16可以當(dāng)?shù)玫疥P(guān)系式ΔV1≤Vin≤ΔV2(這里，ΔV1是升壓操作切換的閾值，ΔV2是降壓操作切換的閾值)時(shí)，判斷出降壓PWM控制和升壓PWM控制兩者都被執(zhí)行，當(dāng)?shù)玫疥P(guān)系式Vin＜ΔV1時(shí)判斷出升壓PWM控制被執(zhí)行，并且當(dāng)?shù)玫疥P(guān)系式ΔV2＜Vin時(shí)判斷出降壓PWM控制被執(zhí)行。
此外，上述的DC-DC變換器22或控制單元(DC-DC變換器控制裝置)可以由單片半導(dǎo)體來(lái)配置，或者配置在印制板上。此外，本發(fā)明的DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置可被用于變換和提供從電池等輸出的電壓的任何電源裝置。此外，本發(fā)明的DC-DC變換器或DC-DC變換器控制裝置可被用于變換和使用從電池等輸出的電壓的任何電子設(shè)備。
應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然當(dāng)使用n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET作為降壓側(cè)主開(kāi)關(guān)(FET 1)和作為升壓側(cè)整流開(kāi)關(guān)(FET 4)時(shí)，必須通過(guò)電荷泵等產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電路的柵極電壓，但這是一種公知技術(shù)，并未示出在圖7、圖13、圖14、圖15和圖16的電路示意圖中。
權(quán)利要求
1.一種直流-直流變換器，用于通過(guò)執(zhí)行多種脈寬調(diào)制控制中的至少一種，將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括偏移改變電路，用于基于正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)，改變脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其特征在于所述多種脈寬調(diào)制控制包括升壓脈寬調(diào)制控制、降壓脈寬調(diào)制控制，以及升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者，并且當(dāng)正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)是升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者時(shí)，所述偏移改變電路改變升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使得升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流-直流變換器，其特征在于還包括扼流線(xiàn)圈；用于降壓的第一開(kāi)關(guān)電路，連接在所述扼流線(xiàn)圈的一端與輸入電壓端之間；用于降壓的第二開(kāi)關(guān)電路，連接在所述扼流線(xiàn)圈的一端與接地端之間；用于升壓的第三開(kāi)關(guān)電路，連接在所述扼流線(xiàn)圈的另一端與接地端之間；用于升壓的第四開(kāi)關(guān)電路，連接在所述扼流線(xiàn)圈的所述另一端與輸出電壓端之間；其中，所述第一開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換和所述第二開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換被控制用于降壓脈寬調(diào)制控制，并且所述第三開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換和所述第四開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/關(guān)斷切換被控制用于升壓脈寬調(diào)制控制。
4.一種直流-直流變換器控制裝置，用于通過(guò)使直流-直流變換器執(zhí)行多種脈寬調(diào)制控制中的至少一種，控制所述直流-直流變換器以將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括偏移改變電路，用于基于所述直流-直流變換器正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)，改變脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流-直流變換器控制裝置，其特征在于所述多種脈寬調(diào)制控制包括升壓脈寬調(diào)制控制、降壓脈寬調(diào)制控制，以及升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者，并且所述偏移改變電路基于所述直流-直流變換器正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)，改變升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流-直流變換器控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述直流-直流變換器正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)是升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者時(shí)，所述偏移改變電路改變升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移，使得升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流-直流變換器控制裝置，其特征在于還包括差分輸出電路，用于輸出與輸出電壓和預(yù)定電壓之間的差相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；振蕩器，用于輸出三角波信號(hào)；升壓比較器電路，用于比較從所述振蕩器和所述差分輸出電路輸出的信號(hào)，并輸出與比較結(jié)果相對(duì)應(yīng)的升壓脈寬調(diào)制控制信號(hào)；和降壓比較器電路，用于比較從所述振蕩器和所述差分輸出電路輸出的信號(hào)，并輸出與比較結(jié)果相對(duì)應(yīng)的降壓脈寬調(diào)制信號(hào)；其中，當(dāng)所述直流-直流變換器正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)是升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者時(shí)，所述偏移改變電路改變電路以改變所述升壓比較器電路的偏移和/或所述降壓比較器電路的偏移，使得所述升壓脈寬調(diào)制控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和所述降壓脈寬調(diào)制控制信號(hào)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。
8.一種電源裝置，其特征在于包括如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的直流-直流變換器，其中，所述直流-直流變換器對(duì)電壓進(jìn)行變換。
9.一種電源裝置，其特征在于包括如權(quán)利要求4到7中任一項(xiàng)所述的直流-直流變換器控制裝置，其中，所述直流-直流變換器控制裝置控制所述直流-直流變換器以對(duì)電壓進(jìn)行變換。
10.一種電子設(shè)備，其特征在于包括如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的直流-直流變換器，其中，所述直流-直流變換器對(duì)電壓進(jìn)行變換。
11.一種電子設(shè)備，其特征在于包括如權(quán)利要求4到7中任一項(xiàng)所述的直流-直流變換器控制裝置，其中，所述直流-直流變換器控制裝置控制所述直流-直流變換器以對(duì)電壓進(jìn)行變換。
12.一種直流-直流變換器的控制方法，用于通過(guò)使直流-直流變換器執(zhí)行多種脈寬調(diào)制控制中的至少一種，控制所述直流-直流變換器以將輸入電壓變換成預(yù)定輸出電壓，其特征在于包括以下步驟識(shí)別所述直流-直流變換器正在執(zhí)行的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)；以及基于所識(shí)別的脈寬調(diào)制控制的種類(lèi)，改變脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種DC－DC變換器及控制裝置和方法、電源裝置和電子設(shè)備。當(dāng)執(zhí)行升壓脈寬調(diào)制控制和降壓脈寬調(diào)制控制兩者時(shí)，升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和/或降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移被改變，使得升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移和降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)的偏移變得相同。通過(guò)使升壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)和降壓脈寬調(diào)制控制的導(dǎo)通/關(guān)斷切換定時(shí)同步，可以減小開(kāi)關(guān)損耗。
文檔編號(hào)H02M3/10GK1829055SQ200510070128
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者笠井稔彥, 木崎貴洋, 伊藤秀信 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社