專利名稱：開關調節(jié)器及其電壓控制方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及具有電流模式控制的開關調節(jié)器，尤其涉及能夠對輸入電壓和負載波動做出高速響應的電流模式控制類型的開關調節(jié)器。
背景技術：
傳統上，通常在開關調節(jié)器中使用電壓模式控制(VMC)。VMC類型開關調節(jié)器通過根據在輸出電壓和參考電壓之間的電壓差在開關設備上執(zhí)行PWM控制，來穩(wěn)定輸出電壓。然而，從輸出電壓中檢測反饋信號的VMC類型開關調節(jié)器在對輸出電壓中的變化做出響應方面是緩慢的，因此導致這樣的問題，即放大輸出電壓和參考電壓之間的電壓差的誤差放大器電路的相位補償變得復雜。
近些年來，電流模式控制(CMC)類型的開關調節(jié)器已經被廣泛地用作克服上述缺陷的技術。然而，已知的是，如果PWM控制的負載周期超過50％，則在CMC類型開關調節(jié)器中出現次諧波振蕩，以致CMC類型開關調節(jié)器變得無法控制。作為防止此現象的措施，通常在PWM控制上執(zhí)行斜坡補償，由此防止次諧波振蕩。
圖1是示出具有執(zhí)行這樣的斜坡補償的電路的CMC類型開關調節(jié)器的電路圖(例如，參見日本經審查的實用新型申請公開7-39346)。
參見圖1，開關調節(jié)器100包括恒壓控制反饋回路和恒流控制反饋回路。在提供給負載105的輸出電壓Vo和參考電壓Vr之間的電壓差在誤差放大器電路109中放大。誤差放大器電路109的輸出電壓被輸入到包括在峰值電流控制器電路107中的電壓比較器電路108的反相輸入端。電流檢測器106的輸出電壓施加到電壓比較器電路108的非反相輸入端。電流檢測器106包括電流互感器。電流檢測器106檢測在互感器102的次級側上流動的、具有斜坡的電流脈沖，將該電流脈沖轉換為電壓，并且將該電壓輸出到電壓比較器電路108的非反相輸入端。附圖標記104表示整流和平滑電路。
峰值電流控制器電路107包括電壓比較器電路108、觸發(fā)電路110、和振蕩器電路(OSC)112。觸發(fā)電路110由從振蕩器電路112輸出的時鐘信號置位，并且由電壓比較器電路108的輸出信號復位。觸發(fā)電路110的輸出端Q連接到驅動電路111的輸入端，并且通過驅動電路111控制開關設備103的柵級電壓，以便執(zhí)行開關設備103的接通/斷開控制。驅動電路111由NPN型晶體管117和PNP型晶體管118的發(fā)射極跟隨器電路形成。驅動電路111的輸出還連接到斜坡補償電路116。
斜坡補償電路116包括電阻器119和電容器120的積分電路、用于快速放電電容器120中的電荷的二極管121、以及用于將電容器120兩端的電壓添加到電流檢測器106的輸出電壓的電阻器122。如果驅動電路111的輸出信號為高(處于高電平)，則接通開關設備103并且電容器120通過電阻器119充電，以便生成斜坡電壓。如果驅動電路111的輸出信號為低(處于低電平)，則開關設備103斷開，而且電容器120中的電荷在短時間段內通過二極管121放電，由此生成鋸齒波電壓。斜坡補償電路116通過將鋸齒波電壓加到電流檢測器106的輸出電壓上來執(zhí)行斜坡補償。
然而，斜坡補償電路116中的補償斜坡的傾角由供電電壓Vcc和電阻器119和電容器120的特定值所確定。因此，如果供電電壓Vcc是常數，則將要生成的斜坡電壓的電平是常數，而且其斜坡的傾角隨著時間而減少。因此，因為即使在改變輸出電壓Vo的情況下斜坡補償量也保持不變，所以取決于輸出電壓Vo和負荷電流的組合，斜坡補償變得過多或者不夠，以致可以導致次諧波振蕩。此外，當PWM控制的負載周期大于或等于50％時，出現次諧波振蕩。因此，讓斜坡傾角隨著時間保持不變或者增大是所期望的。然而，根據上述傳統配置，斜坡的傾角隨著時間減少。因此，在PWM控制的負載周期小于50％的情況下，當斜坡補償不是必需時，斜坡補償變得過多，以致在較少輸出電流的區(qū)域內損害了輸出電壓Vo的精確度。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一般目的是提供一種其中消除了上述缺點的CMC類型開關調節(jié)器。
本發(fā)明的更具體目的是提供一種CMC類型開關調節(jié)器，其能夠生成具有優(yōu)良線性度的斜坡電壓，并且在改變輸入電壓或者輸出電壓的情況下也能夠執(zhí)行適當的斜坡補償。
本發(fā)明的另一個更具體目的是提供這樣的CMC類型開關調節(jié)器的電壓控制方法。
本發(fā)明的一個或多個上述目的由一種電流模式控制類型的開關調節(jié)器實現，該開關調節(jié)器將輸入到輸入端的輸入電壓轉換為與設置的參考電壓成比例的電壓，并且從輸出端輸出該電壓，該開關調節(jié)器包括開關單元，被配置為根據輸入到該開關單元的控制電極的控制信號執(zhí)行開關，以便執(zhí)行輸入電壓的輸出控制；平滑電路，被配置為平滑該開關單元的輸出電壓，并且將平滑后的輸出電壓輸出到輸出端；分壓器電路，被配置為以預定比率分割輸出端處的電壓；誤差放大器電路，被配置為放大在參考電壓和分壓器電路的輸出分割電壓之間的電壓差；斜坡電壓生成器電路，被配置為根據該參考電壓生成斜坡電壓，根據在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差校正斜坡電壓的斜坡的傾角，檢測流過開關單元的電流并且根據所檢測的電流生成電壓，以及把所生成的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起并且輸出；脈沖生成器電路，被配置為生成和輸出其時間寬度依據誤差放大器電路的輸出電壓和斜坡電壓生成器電路的輸出電壓的脈沖信號；以及開關控制器電路，被配置為根據脈沖生成器電路的輸出脈沖信號控制開關單元的開關。
根據依據本發(fā)明一個實施例的開關調節(jié)器，生成依據流過開關單元的電流的電壓；生成依據參考電壓的斜坡電壓；根據在輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；將依據流過開關單元的電流的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起；放大在參考電壓和通過分割輸出電壓獲得的已分割電壓之間的電壓差；生成其時間寬度依據已加在一起電壓和已放大電壓的脈沖；以及根據所生成的脈沖控制開關單元的開關。這使得生成優(yōu)良線性度的斜坡電壓，在改變輸入電壓或者輸出電壓的情況下也執(zhí)行適當的斜坡補償，以及提高對輸入電壓和輸出電壓的波動的響應速度成為可能。
本發(fā)明的一個或多個上述目的還由電流模式控制類型開關調節(jié)器的電壓控制方法實現，該開關調節(jié)器以預定比率分割從輸出端輸出的電壓，使用開關單元對輸入到輸入端的輸入電壓執(zhí)行輸出控制，以使所分割的電壓等于設置的參考電壓，以及平滑從該開關單元輸出的電壓并且從輸出端輸出該已平滑的電壓，該電壓控制方法包括步驟(a)放大在該參考電壓和所分割的電壓之間的電壓差；(b)根據該參考電壓生成斜坡電壓，并且根據在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；(c)檢測流過開關單元的電流并且根據所檢測的電流生成電壓；(d)將在步驟(c)生成的電壓和在步驟(b)校正的斜坡電壓加在一起；(e)生成其時間寬度根據由步驟(a)獲得的電壓和由步驟(d)獲得的電壓的脈沖；以及(f)根據在步驟(e)生成的脈沖開關該開關單元。
根據依據本發(fā)明一個實施例的開關調節(jié)器的電壓控制方法，生成依據流過開關單元的電流的電壓；生成依據參考電壓的斜坡電壓；根據在輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；將依據流過開關單元的電流的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起；放大在參考電壓和通過分割輸出電壓獲得的已分割電壓之間的電壓差；生成其時間寬度依據已加在一起的電壓和已放大電壓的脈沖；以及根據所生成的脈沖控制開關單元的開關。這使得生成優(yōu)良線性度的斜坡電壓，在改變輸入電壓或輸出電壓的情況下也執(zhí)行適當的斜坡補償，以及提高對輸入電壓和輸出電壓的波動的響應速度成為可能。


通過結合附圖閱讀以下的詳細說明，本發(fā)明的其他目的、特征、和優(yōu)點將變得更為明顯，其中圖1是示出傳統CMC類型開關調節(jié)器的電路圖；圖2是示出根據本發(fā)明實施例的CMC類型開關調節(jié)器的電路圖；以及圖3是示出在根據本發(fā)明實施例的開關調節(jié)器中，在點A到D(圖2)處的波形的時序圖。
具體實施例方式
下面參考附圖給出本發(fā)明實施例的描述。
圖2是示出根據本發(fā)明實施例的CMC(電流模式控制)類型開關調節(jié)器1的電路圖。
參見圖2，開關調節(jié)器1將輸入到輸入端IN的輸入電壓Vin轉換為預定電壓，并且從輸出端OUT輸出預定電壓作為輸出電壓Vout。
開關調節(jié)器1包括由對來自輸入端IN的電流執(zhí)行輸出控制的PMOS晶體管形成的開關設備M1、由NMOS晶體管形成用于同步整流的開關設備M2、用于平滑的電感器L1和電容器C1、以及用于輸出電壓檢測的電阻器R1和R2。電阻器R1和R2通過對從輸出端OUT輸出的電壓Vout進行分割來生成分割電壓Vd1，并且輸出所生成的分割電壓。
開關調節(jié)器1還包括電流檢測器電路2、參考電壓生成器電路3、誤差放大器電路4、和斜坡電壓生成器電路5。電流檢測器電路2由電阻器R3和開關設備M14的串聯電路形成。電流檢測器電路2與開關設備M1并聯連接，并且檢測流過開關設備M1的電流。參考電壓生成器電路3生成和輸出設置的參考電壓Vref。誤差放大器電路4將分割電壓Vd1和參考電壓Vref進行比較，通過放大分割電壓Vd1和參考電壓Vref之間的電壓差生成電壓Ve，并且輸出所生成的電壓Ve。斜坡電壓生成器電路5根據參考電壓Vref生成斜坡電壓Vc。
開關調節(jié)器1還包括PWM比較電路6、觸發(fā)電路7、和驅動電路8。PWM比較電路6將誤差放大器電路4的輸出電壓Ve和斜坡電壓Vc進行比較，并且生成和輸出用于執(zhí)行PWM控制的脈沖信號Spw，該脈沖信號Spw的脈沖寬度與輸出電壓Ve相對應。將預定時鐘信號CLK和來自PWM比較電路6的脈沖信號Spw分別輸入到觸發(fā)電路7的置位輸入端S和復位輸入端R。根據觸發(fā)電路7的輸出信號，驅動電路8通過生成用于控制開關設備M1的開關的控制信號PD來驅動開關設備M1，以及通過生成用于控制開關設備M2的開關的控制信號ND來驅動開關設備M2。
開關設備M1形成開關單元。開關設備M2、電感器L1、和電容器C1形成平滑電路。電流檢測器電路2形成電流檢測器電路部分。電阻器R1和R2形成分壓器電路。PWM比較電路6形成脈沖生成器電路。觸發(fā)電路7和驅動電路8形成開關控制器電路。
開關設備M1和M2串聯連接在輸入端IN和地之間。電感器LI連接在開關設備M1的漏極和輸出端OUT之間。電容器C1和電阻器R1和R2的串聯電路并聯連接在地和輸出端OUT之間。將作為在電阻器R1和R2連接處的電壓的分割電壓Vd1輸入到誤差放大器電路4的非反相輸入端。將參考電壓Vref輸入到誤差放大器電路4的反相輸入端。將誤差放大器電路4的輸出電壓Ve輸入到PWM比較電路的反相輸入端。將斜坡電壓Vc輸入到PWM比較電路6的非反相輸出端。將觸發(fā)電路7的輸出信號輸入到驅動電路8。驅動電路8將控制信號PD輸出到開關設備M1的柵級并且將控制信號ND輸出到開關設備M2的柵級，用于進行同步整流。
另一方面，電流檢測器電路2由電阻器R3和開關設備M14的串聯電路形成，而且該串聯電路與開關設備M1并聯連接。來自驅動電路8的控制信號PD輸入到開關設備M14的柵級。在電阻器R3和開關設備M14連接處的電壓輸出到斜坡電壓生成器電路5。開關設備M14由與開關設備M1相同類型的MOS晶體管形成。來自驅動電路8的控制信號PD導致開關設備M14與開關設備M1同步地接通和斷開。
流過電流檢測器電路2的檢測電流is如下所述。例如，讓開關設備M1的通導電阻、開關設備M14的通導電阻、和電阻器R3的電阻分別為0.1Ω、5Ω、和5Ω，并且讓當開關設備M1和M14導通時從輸出端OUT輸出的電流為io，則檢測電流is由下式給出is＝io×0.1/(0.1+5+5)≌io/100.(1)等式(1)示出了檢測電流is與輸出電流io成比例?？梢酝ㄟ^測量由檢測電流is引起的在電阻器R3兩端的電壓降來確定輸出電流io。然而，流過電阻器R1和R2和電容器C1的電流和流過如下所述的運算放大器電路AMP4的電流是如此之小，以致可以忽略。
斜坡電壓生成器電路5包括電壓生成器電路部分11、斜坡電壓生成器電路部分12、電壓加法器電路部分13、和斜坡校正電路部分14。電壓生成器電路部分11以預定放大率放大在電流檢測器電路2中檢測的電流值。斜坡電壓生成器電路部分12根據參考電壓Vref生成斜坡電壓。電壓加法器電路部分13將電壓生成器電路部分11和斜坡電壓生成器電路部分12的輸出電壓加在一起，并且輸出已加在一起的輸出電壓作為斜坡電壓Vc。斜坡校正電路部分14根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差，校正在斜坡電壓生成器電路部分12中生成的斜坡電壓的斜坡。
電壓生成器電路部分11包括運算放大器AMP1、PMOS晶體管M6、和電阻器R6和R7。運算放大器電路AMP1的非反相輸入端連接到電阻器R3和開關設備M14的源極的連接處，該連接處是電流檢測器電路2的輸出端。電阻器R6、PMOS晶體管M6、和電阻器R7串聯連接在輸入端IN和地之間。運算放大器電路AMP1的反相輸入端連接到PMOS晶體管M6的源極。運算放大器AMP1的輸出端連接到PMOS晶體管M6的柵級。結果，在電阻器R7兩端的電壓與檢測電流is成比例，也就是說，與輸出電流io成比例。
斜坡電壓生成器電路部分12包括運算放大器電路AMP2、NMOS晶體管M7和M10、形成電流鏡電路的PMOS晶體管M8和M9、電阻器R10、和電容器C2。參考電壓Vref輸入到運算放大器電路AMP2的非反相輸入端。運算放大器電路AMP2的反相輸入端連接到NMOS晶體管M7的源極。運算放大器電路AMP2的輸出端連接到NMOS晶體管M7的柵級。NMOS晶體管M7的源極通過電阻器R10接地。NMOS晶體管M7的漏極連接到PMOS晶體管M8的漏極。
輸入電壓Vin輸入到PMOS晶體管M8和M9中每一個的源極。PMOS晶體管M8和M9的柵級相互連接，而且該柵級的連接點連接到PMOS晶體管M8的漏極。PMOS晶體管M9的漏極通過電容器C2接地。NMOS晶體管M10的漏極連接到電容器C2和PMOS晶體管M9的漏極的連接點處。NMOS晶體管M10的源極接地，而且來自驅動電路8的控制信號PD輸入到NMOS晶體管M10的柵級。
電壓加法器電路部分13包括運算放大器電路AMP3、形成電流鏡電路的PMOS晶體管M3和M4、NMOS晶體管M5、電流源i1、以及電阻器R4、R5、R8、和R9。運算放大器電路AMP3的非反相輸入端通過電阻器R8連接到PMOS晶體管M6的漏極，該漏極是電壓生成器電路部分11的輸出端。運算放大器電路AMP3的非反相輸入端還通過電阻器R9連接到PMOS晶體管M9的漏極，該漏極是斜坡電壓生成器電路部分12的輸出端。此外，運算放大器AMP3的反相輸入端連接到NMOS晶體管M5的源極，而且運算放大器電路AMP3的輸出端連接到NMOS晶體管M5的柵級。
NMOS晶體管M5的源極通過電阻器R5接地。NMOS晶體管M5的漏極連接到PMOS晶體管M4的漏極。PMOS晶體管M3和M4的柵級相互連接，而且該柵級的連接點連接到PMOS晶體管M4的漏極。輸入電壓Vin輸入到PMOS晶體管M3和M4中每一個的源極。PMOS晶體管M3的漏極通過電阻器R4接地。電流源i1與PMOS晶體管M3并聯連接。電流源i1向電阻器R4提供預定電流，由此生成偏移電壓。
斜坡校正電路部分14包括運算放大器AMP4、形成電流鏡電路的NMOS晶體管M11和M12、PMOS晶體管M13、和電阻器R11。輸出電壓Vout輸入到運算放大器AMP4的非反相輸入端。運算放大器AMP4的反相輸入端連接到PMOS晶體管M13的源極。輸入電壓Vin通過電阻器R11輸入到PMOS晶體管M13的源極。PMOS晶體管M13的漏極連接到NMOS晶體管M12的漏極。NMOS晶體管M11和M12的柵級相互連接，而且這些柵級的連接點連接到NMOS晶體管M12的漏極。NMOS晶體管M11的漏極連接到電容器C2和PMOS晶體管M9的漏極的連接點處。每個NMOS晶體管M11和M12的源極接地。
圖3是示出在如上所述配置的開關調節(jié)器1中、在點A到D(圖2)處的波形的時序圖。參考圖3給出斜坡電壓生成器電路5的操作。
時鐘脈沖信號CLK輸入到觸發(fā)電路7的置位輸入端S。在該時鐘脈沖信號CLK的上升或者下降沿處置位該觸發(fā)電路7，使得輸出Q是高的。PWM比較電路的輸出端連接到觸發(fā)電路7的復位輸入端R。在置位觸發(fā)電路7之后，由PWM比較電路6的輸出信號Spw復位該觸發(fā)電路7，使輸出Q返回為低。觸發(fā)電路7的輸出Q連接到驅動電路8的輸入端I。驅動電路8生成并輸出控制信號PD，其是依據從觸發(fā)電路7輸入的信號電平的脈沖信號，并且還生成并輸出控制信號ND，其是具有控制信號PD的反相信號電平的脈沖信號。
當來自驅動電路8的控制信號PD為低時，接通開關設備M1和M14。結果，檢測電流is流過電阻器R3以使得電壓下降，并且將該電壓輸入到電壓生成器電路部分11中。電壓生成器電路部分11將電阻器R3兩端的電壓轉換為以地為基準的電壓，以預定的放大率m放大該電壓，并且輸出已放大的電壓。放大率m由電阻器R6和R7的電阻確定。若電阻器R6和R7的電阻分別為r6和r7，則m由m＝r7/r6給出。根據這個實施例，r6等于r7，因此放大率m為一。圖3中，電壓生成器電路部分11的輸出信號，即在點C處的信號，在(c)中顯示為信號SC。
在斜坡電壓生成器電路部分12中，運算放大器電路AMP2控制NMOS晶體管M7的柵級電壓，以使連接在NMOS晶體管M7的源極和地之間的電阻器R10兩端的壓降等于參考電壓Vref。因此，若電阻器R10的電阻為r10，則NMOS晶體管M7的漏極電流id7表示為Vref/r10，并且具有與參考電壓Vref成比例的電流值。這個電流由PMOS晶體管M8和M9形成的電流鏡電路反射，以便對電容器C2充電。
其柵級連接到開關設備M1的柵級的NMOS晶體管M10與電容器C2并聯連接。因此，在開關設備M1斷開時段期間，NMOS晶體管M10接通，以便使電流旁路通過來對電容器C2充電。因此，防止了電容器C2的電壓上升。當開關設備M1接通時，NMOS晶體管M10斷開，以便電容器C2由PMOS晶體管M8和M9形成的電流鏡電路所反射的電流充電。結果，如圖3中的(b)所示，圖2中點B處的信號SB的電壓隨著時間上升。電壓上升的斜坡的角度保持不變，并且與參考電壓Vref成比例。如果參考電壓Vref為高，則如點劃線所示，信號SB的斜坡的角度增加。
電壓生成器電路部分11的輸出信號SC和斜坡電壓生成器電路部分12的輸出信號SB通過相應的電阻器R8和R9輸入到電壓加法器電路部分13中的運算放大器電路AMP3的非反相輸入端。輸入到運算放大器電路AMP3的非反相輸入端的信號SD的波形如圖3的(d)中的實線所示。由圖3的(d)中的點劃線所示的波形示出了其中沒有輸入來自斜坡電壓生成器電路部分12的輸出信號SB的情況。在圖2的點D處的電壓是電壓生成器電路部分11的輸出信號SC和斜坡電壓生成器電路部分12的輸出信號SD的電壓之和。運算放大器電路AMP3控制NMOS晶體管M5的柵級電壓，以使電阻器R5兩端的電壓等于點D處的電壓。因此，NMOS晶體管M5的漏極電流id5與點D處的電壓成比例。
漏極電流id5通過由PMOS晶體管M3和M4形成的電流鏡電路提供給電阻器R4，以便在電阻器R4兩端生成的電壓也與點D處的電壓成比例。根據這個實施例，由PMOS晶體管M3和M4形成的電流鏡電路的電流比為1∶1，而且電阻器R4和R5的電阻相等。因此，電阻器R4兩端的電壓等于點D處的電壓，并且其被輸入到PWM比較電路6的非反相輸入端。
誤差放大器電路4的輸出電壓Ve輸入到PWM比較電路6的反相輸入端。誤差放大器電路4放大參考電壓Vref和分割電壓Vd1之間的電壓差。如果來自電壓加法器電路部分13的斜坡電壓Vc超過誤差放大器電路4的輸出電壓Ve，則PWM比較電路6將復位脈沖輸出到觸發(fā)電路7的復位輸入端R。
因此，由時鐘脈沖信號CLK接通的開關設備M1由PWM比較電路6的輸出信號Spw斷開。通過重復這個操作，控制輸出電壓Vout以使其保持不變。
另一方面，當從在電壓加法器電路部分13中提供的電流源i1向電阻器R4提供預定電流時，向信號SD施加偏移電壓，使得信號SD的電壓波形上升了該偏移電壓。因此，通過向信號SD施加偏移電壓，有可能穩(wěn)定PWM比較電路6的操作。此外，因為誤差放大器電路4具有頻率提前分量(frequencyadvance component)，所以在該輸出電壓Ve中導致與這個提前分量相對應的誤差。由與該輸出偏離相對應的偏移電壓的施加所導致的校正使得提高輸出電壓Vout的精確度成為可能。
斜坡電壓生成器電路部分12基于參考電壓Vref生成斜坡電壓。因此，在改變輸出電壓Vout的情況下，改變了參考電壓Vref。改變參考電壓Vref不僅使得改變輸出電壓Vout成為可能，而且使得改變斜坡電壓的斜坡成為可能。因此，不需要隨著輸出電壓Vout的改變而改變斜坡電壓生成器電路部分12的電路常數，因此使得容易地改變輸出電壓Vout成為可能。
接下來，給出斜坡校正電路部分14的描述。
在斜坡校正電路部分14中，運算放大器AMP4控制PMOS晶體管M13的柵級電壓，使得PMOS晶體管M13的源極電壓等于輸出電壓Vout。輸入電壓Vin通過電阻器R11施加到PMOS晶體管M13的源極。因此，將輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差施加到電阻器R11。結果，PMOS晶體管M13的漏極電流id13與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差成比例。
漏極電流id13由NMOS晶體管M11和M12形成的電流鏡電路反射。NMOS晶體管M11的漏極連接到PMOS晶體管M9的漏極。因此，NMOS晶體管M11的漏極電流id11是PMOS晶體管M9的旁路漏極電流id9，即對電容器C2進行充電的旁路電流。如上所述，NMOS晶體管M11的漏極電流id11根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差而發(fā)生改變。因此，對電容器C2進行充電的電流根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差而發(fā)生改變。
如果輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差小，則NMOS晶體管M11的漏極電流id11是小的。因此，圖3(b)中的信號SB的波形如點劃線所示上升。通過這樣的斜坡校正，輸入電壓Vin和輸出電壓Vout中的波動立即反映在信號SB的波形中。因此，有可能顯著地改善關于輸入電壓Vin中的改變的響應特性。此外，同樣在增加參考電壓Vref的情況下，圖3(b)中的信號SB的波形如點劃線所示上升。
在圖2中，可以將除了電感器L1和電容器C1以外的電路集成到單個IC中。此外，用于同步整流的開關設備M2可以由續(xù)流二極管所替代。在這種情況下，取決于其集成度，續(xù)流二極管可以與除了電感器L1和電容器C1以外的電路一起集成到單個IC中。
因此，根據這個實施例的開關調節(jié)器，生成了依據流過開關設備M1的電流的電壓；生成了其斜坡依據參考電壓Vref的信號SB；根據輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的電壓差校正信號SB的斜坡的傾角；將依據流過開關設備M1的電流的電壓信號SC和具有已校正斜坡的信號SB加在一起；放大在參考電壓Vref和通過分割輸出電壓Vout獲得的分割電壓Vd1之間的電壓差；生成其時間寬度依據該已加在一起的電壓和已放大電壓的脈沖；以及根據所生成的脈沖控制開關設備M1的開關。這使得生成具有優(yōu)良線性度的斜坡電壓以及在改變輸入電壓或者輸出電壓的情況下也執(zhí)行適當的斜坡補償成為可能。
根據依據本發(fā)明一個實施例的開關調節(jié)器，生成了依據流過第一開關單元的電流的電壓；生成了根據參考電壓的斜坡電壓；根據輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；將依據流過第一開關單元的電流的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起；放大在參考電壓和通過分割輸出電壓獲得的已分割電壓之間的電壓差；生成其時間寬度依據該已加在一起的電壓和已放大電壓的脈沖；以及根據所生成的脈沖控制第一開關單元的開關。這使得生成優(yōu)良線性度的斜坡電壓，在改變輸入電壓或者輸出電壓的情況下也執(zhí)行適當的斜坡補償，以及改善對輸入電壓和輸出電壓的波動的響應速度成為可能。
此外，可以向電壓加法器電路部分的輸出電壓提供偏移電壓。這使得穩(wěn)定脈沖生成器電路的操作、以及用該偏移電壓量校正脈沖生成器電路的穩(wěn)態(tài)偏差成為可能。
此外，電流檢測器電路部分可以包括電阻器和第二開關單元的串聯電路，與第一開關單元和第二開關單元并聯連接的串聯電路，該第二開關單元的控制電極連接到第一開關單元的控制電極。電流檢測器電路部分從該電阻器兩端的壓降中檢測流過第一開關單元的電流。因此，與將用于電流檢測的電阻器與第一開關單元串聯連接的情況相比，有可能減少損耗和提高電源效率。
此外，斜坡電壓生成器電路可以包括第一電壓到電流變換器電路以生成與參考電壓成比例的電流，以及用該第一電壓到電流變換器電路的輸出電流充電的第一電容器，而且可以將利用其對第一電容器充電的電壓輸出為斜坡電壓。因此，有可能生成具有優(yōu)良線性度的斜坡電壓。
此外，斜坡電壓生成器電路部分可以包括與第一電容器并聯連接的第三開關單元。第三開關單元可以執(zhí)行與第一開關單元的開關操作相反的開關操作，并且在第一開關單元斷開時段期間釋放存儲在第一電容器中的電荷。因此，有可能釋放第一電容器中的電荷，直到其中基本上不存儲電荷為止。
此外，斜坡校正電路部分可以包括第二電壓到電流轉換器電路，以將輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差轉換為電流。第二電壓到電流轉換器電路可以通過在第一電容器由第一電壓到電流轉換器電路充電的時段期間、從第一電容器中釋放電荷來校正該斜坡電壓。因此，有可能校正斜坡電壓而不損害斜坡電壓的斜坡的線性度，以及提高對輸入電壓波動的響應速度。
此外，可以通過改變參考電壓的設置來改變從輸出端輸出的電壓，以便斜坡電壓的斜坡還可以根據輸出電壓的改變而改變。因此，總是有可能執(zhí)行最優(yōu)的斜坡補償。
此外，根據依據本發(fā)明一個實施例的開關調節(jié)器的電壓控制方法，生成依據流過開關單元的電流的電壓；生成根據參考電壓的斜坡電壓；根據輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；將依據流過開關單元的電流的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起；放大在參考電壓和通過分割輸出電壓獲得的已分割電壓之間的電壓差；生成其時間寬度依據該已加在一起的電壓和已放大電壓的脈沖；以及根據所生成的脈沖控制開關單元的開關。這個使得生成優(yōu)良線性度的斜坡電壓，在改變輸入電壓或者輸出電壓的情況下也執(zhí)行適當的斜坡補償，以及提高對輸入電壓和輸出電壓的波動的響應速度成為可能。
本發(fā)明不局限于具體公開的實施例，而且可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下，進行改變和修改。
本申請基于2005年3月3日提交的日本優(yōu)先權專利申請2005-059210，該優(yōu)先權申請的全部內容通過引用合并于此。
權利要求
1.一種電流模式控制類型的開關調節(jié)器，該開關調節(jié)器將輸入到輸入端的輸入電壓轉換為與設置的參考電壓成比例的電壓，并且從輸出端輸出該電壓，該開關調節(jié)器包括開關單元，被配置為根據輸入到該開關單元的控制電極的控制信號執(zhí)行開關，以便執(zhí)行輸入電壓的輸出控制；平滑電路，被配置為平滑該開關單元的輸出電壓，并將平滑后的輸出電壓輸出到輸出端；分壓器電路，被配置為以預定比率分割輸出端處的電壓；誤差放大器電路，被配置為放大在參考電壓和分壓器電路的輸出分割電壓之間的電壓差；斜坡電壓生成器電路，被配置為根據該參考電壓生成斜坡電壓，根據在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差來校正斜坡電壓的斜坡的傾角，檢測流過該開關單元的電流并根據所檢測到的電流生成電壓，以及把所生成的電壓和已校正的斜坡電壓加在一起并輸出；脈沖生成器電路，被配置為生成和輸出其時間寬度根據誤差放大器電路的輸出電壓和斜坡電壓生成器電路的輸出電壓的脈沖信號；以及開關控制器電路，被配置為根據脈沖生成器電路的輸出脈沖信號控制該開關單元的開關。
2.如權利要求1所述的開關調節(jié)器，其中，斜坡電壓生成器電路隨著在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差的增加而減少斜坡電壓的斜坡的傾角。
3.如權利要求1所述的開關調節(jié)器，其中，該斜坡電壓生成器電路包括電流檢測器電路部分，被配置為檢測流過該開關單元的電流；電壓生成器電路部分，被配置為根據在電流檢測器電路部分中檢測到的電流來生成電壓。斜坡電壓生成器電路，被配置為根據該參考電壓生成斜坡電壓；斜坡校正電路部分，被配置為校正斜坡電壓的斜坡的傾角，使得該斜坡電壓的斜坡的傾角隨著在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差的增加而減少；以及電壓加法器電路部分，被配置為將電壓生成器電路部分的輸出電壓和斜坡電壓生成器電路部分的輸出電壓加在一起并且輸出；以及該脈沖發(fā)生器電路生成和輸出其時間寬度根據誤差放大器電路的輸出電壓和電壓加法器電路部分的輸出電壓的脈沖信號。
4.如權利要求3所述的開關調節(jié)器，其中，該電壓加法器電路部分輸出該電壓生成器電路部分和斜坡電壓生成器電路部分加在一起的輸出電壓，該相加在一起的輸出電壓具有被提供給其的偏移。
5.如權利要求3所述的開關調節(jié)器，其中，該電流檢測器電路部分包含電阻器和附加開關單元的串聯電路，該串聯電路與該開關單元并聯連接，該附加開關單元的控制電極連接到該開關單元的控制電極；以及該電流檢測器電路從該電阻器兩端的壓降中檢測流過開關單元的電流。
6.如權利要求3所述的開關調節(jié)器，其中該斜坡電壓生成器電路部分包括電壓到電流轉換器電路，被配置為生成與該參考電壓成比例的電流；和電容器，被配置為用該電壓到電流轉換器電路的輸出電流進行充電；和該斜坡電壓生成器電路部分輸出用來對該電容器充電的電壓作為該斜坡電壓。
7.如權利要求6所述的開關調節(jié)器，其中，該斜坡電壓生成器電路部分包括與該電容器并聯連接的附加開關單元，該附加開關單元執(zhí)行與該開關單元的開關相反的開關，使得該附加開關單元在該開關單元斷開時段期間釋放存儲在該電容器中的電荷。
8.如權利要求6所述的開關調節(jié)器，其中，該斜坡校正電路部分包括附加電壓到電流轉換器電路，其被配置為將在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差轉換為電流；以及該附加電壓到電流轉換器電路通過在由該電壓到電流轉換器電路對該電容器充電的時段期間、從該電容器中釋放電荷來校正該斜坡電壓。
9.如權利要求1所述的開關調節(jié)器，還包括參考電壓生成器電路，被配置為生成所設置的參考電壓；其中通過改變參考電壓生成器電路的參考電壓的設置，改變從輸出端輸出的電壓。
10.如權利要求1所述的開關調節(jié)器，其中，該開關單元、分壓器電路、誤差放大器電路、斜坡電壓生成器電路、脈沖生成器電路、和開關控制器電路被集成到單個IC中。
11.如權利要求1所述的開關調節(jié)器，其中該平滑電路包括電感器，連接在開關單元的輸出端和所述輸出端之間；附加開關單元，用于同步整流，該附加開關單元被配置為根據輸入到該附加開關單元的控制電極的控制信號而釋放存儲在該電感器中的能量；以及電容器，用于平滑連接到該輸出端；以及該開關單元、附加開關單元、分壓器電路、誤差放大器電路、斜坡電壓生成器電路、脈沖生成器電路、和開關控制器電路被集成到單個IC中。
12.一種電流模式控制類型的開關調節(jié)器的電壓控制方法，該開關調節(jié)器以預定比率分割從輸出端輸出的電壓，使用開關單元對輸入到輸入端的輸入電壓執(zhí)行輸出控制，使得該分割電壓等于設置的參考電壓，平滑從該開關單元輸出的電壓并且從輸出端輸出已平滑的電壓，該電壓控制方法包括步驟(a)放大在該參考電壓和該分割電壓之間的電壓差；(b)根據該參考電壓生成斜坡電壓，并根據在該輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差校正該斜坡電壓的斜坡的傾角；(c)檢測流過該開關單元的電流并根據所檢測的電流生成電壓；(d)將在所述步驟(c)中生成的電壓和在所述步驟(b)中校正的斜坡電壓加在一起；(e)生成其時間寬度按照由所述步驟(a)獲得的電壓和由所述步驟(d)獲得的電壓的脈沖；以及(f)根據在所述步驟(e)中生成的脈沖開關該開關單元。
13.如權利要求12所述的電壓控制方法，其中，所述步驟(b)隨著在輸入電壓和輸出端處的電壓之間的電壓差的增加而減少斜坡電壓的斜坡的傾角。
全文摘要
公開了一種CMC類型的開關調節(jié)器，其包括開關單元，進行開關以控制輸入電壓的輸出；平滑電路，將該開關單元的平滑輸出電壓輸出到輸出端；分壓器，分割該輸出電壓；誤差放大器，放大在參考電壓和分割電壓之間的差；斜坡電壓生成器，根據該參考電壓生成斜坡電壓，根據輸入－輸出電壓差校正斜坡電壓的斜坡，檢測流過該開關單元的電流并且根據所檢測出的電流生成電壓，以及輸出所生成的電壓和已校正的斜坡電壓；脈沖生成器，輸出其時間寬度依據誤差放大器和斜坡電壓生成器的輸出電壓的脈沖信號；以及開關控制器，根據脈沖生成器的輸出信號控制該開關單元的開關。
文檔編號H02M3/155GK1954480SQ200680000209
公開日2007年4月25日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權日2005年3月3日
發(fā)明者西田淳二 申請人:株式會社理光