專利名稱：開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變換直流電壓的開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC-DC變換器，尤其涉及具備脈動注入功能的開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
作為變換直流輸入電壓并輸出電位不同的直流電壓的電路，具有開關(guān)調(diào)節(jié)器方式(swtiching regulator)的 DC-DC 變換器(DC-DC converter)。該 DC-DC 變換器具備驅(qū)動用開關(guān)元件、整流元件以及控制電路，所述驅(qū)動用開關(guān)元件對電感器(線圈)施加從電池等直流電源供給的直流電壓，使電感器(inductor)中流過電流,使線圈蓄積能量，所述整流元件在該驅(qū)動用開關(guān)元件被斷開的能量排放期間對線圈的電流進(jìn)行整流，所述控制電路對上述驅(qū)動用開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制。以往，作為上述開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC-DC變換器的控制方式，除了反饋輸出電壓 并且對開關(guān)元件的驅(qū)動脈沖的脈沖寬度或者頻率進(jìn)行調(diào)制控制的電壓控制方式、對電壓控制方式進(jìn)行了改良的電流控制方式，還具有脈動控制方式(ripple control)。其中電壓控制方式和電流控制方式存在負(fù)載突然變化時的響應(yīng)速度低的問題。另一方面，脈動控制方式具有如下優(yōu)點(diǎn)該方式對輸出電壓進(jìn)行監(jiān)視并且通過檢測出低于(高于)已經(jīng)設(shè)定的閾值來控制開關(guān)元件的導(dǎo)通/斷開，由于不存在誤差放大器的頻率特性導(dǎo)致的延遲等，因此與電壓控制方式或者電流控制方式相比，能夠得到較高的負(fù)載響應(yīng)速度。但是，脈動控制方式的DC-DC變換器通常如下那樣將輸出電壓控制成固定電壓利用由于與輸出端子平滑連接的電容器具有的電阻成分、即ESR(等價串聯(lián)電阻)而出現(xiàn)在輸出電壓中的三角波(脈動)，通過比較器監(jiān)視輸出電壓，并且在輸出電壓低于預(yù)定值時使開關(guān)元件導(dǎo)通固定時間，如此反復(fù)來使輸出電壓固定。以往，由于使用ESR較大的電場電容器作為輸出電壓的平滑電容器，因此，未出現(xiàn)由于脈動的不足導(dǎo)致無法進(jìn)行脈動控制的情況。但是，近年在數(shù)字家電中，出于希望減少脈動自身這樣的要求，為了削減外形尺寸，提高可靠性，削減成本，希望使用ESR較小的陶瓷電容器這樣的需求正在增加，但是，由于ESR較小時脈動成分幾乎不會產(chǎn)生，因此不再能進(jìn)行脈動控制。于是，提出了與在輸出電壓的反饋電壓中注入脈動成分的開關(guān)電源相關(guān)的發(fā)明(專利文獻(xiàn)I)。另外，提出了如下與開關(guān)電源相關(guān)的發(fā)明設(shè)置與電感器并聯(lián)連接并且生成與在電感器中流動的脈動電流相似的脈動電壓的積分電路，將生成的脈動電壓變換為電流后，作為工作電流提供給比較反饋電壓與參照電壓的比較器，或者作為輸入電壓提供給比較器(專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)I :日本專利第4610588號公報專利文獻(xiàn)2 :日本專利第4613986號公報但是，開關(guān)電源裝置中，通常為了保護(hù)不發(fā)生過壓或者短路，輸出電壓或其反饋電壓大多受到監(jiān)視，而如果像專利文獻(xiàn)I的脈動注入電路那樣在輸出的反饋電壓中注入脈動成分，則存在保護(hù)電路發(fā)生誤動作的可能。另外，已知在專利文獻(xiàn)2的脈動注入電路那樣對連接有電感器的節(jié)點(diǎn)的電位進(jìn)行積分并生成脈動電壓的方式中，對于連接有電感器的節(jié)點(diǎn)的電位，由于占空比發(fā)生變化，導(dǎo)致生成的脈動電壓的振幅由于占空比而發(fā)生變化，存在由此導(dǎo)致線路調(diào)節(jié)(輸出電壓變動相對于輸入電壓變動的比例)惡化的可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著眼于如上所述的課題，其目的在于提供如下技術(shù)在脈動控制方式的開關(guān)電源裝置中，能夠在不使線路調(diào)節(jié)惡化或者不使保護(hù)電路誤動作的情況下在控制電路(IC)中搭載脈動注入功能。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的開關(guān)電源裝置具備電感器，其連接在輸入直流電壓的電壓輸入端子與連接負(fù)載的輸出端子之間；驅(qū)動用開關(guān)元件，其使所述電感器中間歇地流過電流；控制電路，其生成對應(yīng)于來自輸出側(cè)的反饋電壓的控制脈沖，對所述驅(qū)動用開關(guān) 元件進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制，所述開關(guān)電源裝置輸出電位與輸入電壓不同的電壓。所述控制電路具備電壓比較電路，其對所述反饋電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較；偽脈動生成電路，其生成具有預(yù)定振幅的偽脈動電壓，所述開關(guān)電源裝置構(gòu)成為基于通過所述偽脈動生成電路生成的偽脈動電壓在所述反饋電壓的傳輸路徑上注入脈動成分。根據(jù)上述方法，由于具備生成具有預(yù)定振幅的偽脈動電壓的偽脈動生成電路，并且基于通過該偽脈動生成電路生成的偽脈動電壓在反饋電壓的傳輸路徑上注入脈動成分，因此能夠使生成的脈動電壓的振幅固定，而與控制脈沖的占空比無關(guān)。由此，能夠在不使線路調(diào)節(jié)惡化的情況下在控制電路(IC)中搭載脈動注入功能。此處，優(yōu)選所述偽脈動生成電路構(gòu)成為具備脈沖生成電路，其生成固定脈沖，該固定脈沖具有與所述控制脈沖相同的周期，即使該控制脈沖的占空比發(fā)生變化，該固定脈沖也具有固定的脈沖寬度；波形生成電路，其對應(yīng)于由所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖生成三角波的波形電壓。根據(jù)該構(gòu)成，能夠通過波形生成電路生成即使控制脈沖的占空比發(fā)生變化也具有固定振幅的三角波的波形電壓，能夠在不使線路調(diào)節(jié)惡化的情況下在控制電路(IC)中搭載脈動注入功能。另外，優(yōu)選所述波形生成電路具備以下部分而構(gòu)成開關(guān)元件，其通過由所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制；電容，其根據(jù)該開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開動作以來自恒流源的電流反復(fù)進(jìn)行充電和放電。由此，能夠以結(jié)構(gòu)比較簡單的電路來實(shí)現(xiàn)生成即使控制脈沖的占空比發(fā)生變化也具有固定振幅的三角波的波形電壓的電路。并且，優(yōu)選所述電壓比較電路是具有兩個差動輸入級的四輸入比較器，所述開關(guān)電源裝置構(gòu)成為所述兩個差動輸入級中的一個差動輸入級上輸入所述反饋電壓和預(yù)定電壓，而另一個差動輸入級上輸入所述波形電壓和作為基準(zhǔn)的電位。由此，由于不需要在反饋電壓上直接附加脈動成分，因此在控制電路中設(shè)有與輸入反饋電壓的端子連接的、短路或者過壓的保護(hù)電路的情況下，能夠避免保護(hù)電路所監(jiān)視的電壓受到脈動成分的附加帶來的影響，因此能夠防止保護(hù)電路誤動作。另外，所述波形生成電路可以由積分電路來構(gòu)成，該積分電路對通過所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖進(jìn)行積分。由此，能夠以結(jié)構(gòu)比較簡單的電路來實(shí)現(xiàn)生成即使控制脈沖的占空比發(fā)生變化也具有固定振幅的三角波的波形電壓的電路。根據(jù)本發(fā)明，具有如下效果在脈動控制方式的開關(guān)電源裝置中，能夠在不使線路調(diào)節(jié)惡化或者不使保護(hù)電路誤動作的情況下在控制電路(IC)中搭載脈動注入功能。


圖I是表示適用了本發(fā)明的開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC-DC變換器的一個實(shí)施方式的電路構(gòu)成圖。圖2是表示圖I的實(shí)施方式的偽脈動生成電路中各部分電壓變化的時間圖。
圖3是表示偽脈動生成電路的第二實(shí)施例的電路圖。圖4是表示第二實(shí)施例的偽脈動生成電路中各部分電壓變化的時間圖。圖5是表示圖I的實(shí)施方式的DC-DC變換器中比較器的具體例子的電路圖。圖6是表示比較器的其它具體例子的電路圖。圖7是表示具備偽脈動生成電路的圖I的實(shí)施方式的DC-DC變換器的更具體應(yīng)用例子的電路構(gòu)成圖。圖8是表示具備脈動注入電路的以往的開關(guān)電源裝置中驅(qū)動脈沖的占空比發(fā)生變化的情況下注入的脈動成分的變化的時間圖。符號說明20-開關(guān)控制電路，21-偽脈動生成電路，22-自適應(yīng)導(dǎo)通時間電路，23-比較器(電壓比較電路)，24-RS觸發(fā)器(控制脈沖生成電路)，25a、25b-驅(qū)動器電路，26-控制邏輯電路，LI-線圈(電感器)，Cl-平滑用電容器，Sffl-驅(qū)動用開關(guān)元件，SW2-整流用開關(guān)元件。
具體實(shí)施例方式以下，基于

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖I表示適用了本發(fā)明的開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC-DC變換器的一個實(shí)施方式。該實(shí)施方式的DC-DC變換器具備作為電感器的線圈LI、連接在施加直流輸入電壓Vin的電壓輸入端子IN與上述線圈L的一個端子之間的向線圈LI流入驅(qū)動電流的高側(cè)的驅(qū)動用開關(guān)元件SWl、以及連接在線圈LI的一個端子與接地點(diǎn)之間的低側(cè)的整流用開關(guān)元件SW2。驅(qū)動用開關(guān)元件SWl以及整流用開關(guān)元件SW2能夠由例如MOSFET(絕緣柵極型場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成。另外，本實(shí)施方式的DC-DC變換器具備對上述驅(qū)動用開關(guān)元件SWl以及整流用開關(guān)元件SW2進(jìn)行導(dǎo)通、斷開驅(qū)動的開關(guān)控制電路20 ;以及連接在上述線圈LI的另一端子(輸出端子OUT)與接地點(diǎn)之間的平滑用電容器Cl。此處，雖然不做特別限定，但是，構(gòu)成DC-DC變換器的電路以及元件中，開關(guān)控制電路20在半導(dǎo)體芯片上形成并且構(gòu)成為半導(dǎo)體集成電路(電源控制用IC)，線圈LI和電容器Cl能夠構(gòu)成為作為外置元件與設(shè)在該IC的外部端子連接。而且，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl以及整流用開關(guān)元件SW2可以是外置元件，也可以是作為在芯片內(nèi)(on chip)的元件設(shè)在開關(guān)控制電路20內(nèi)。本實(shí)施方式在適用于使用ESR小的陶瓷電容器等作為電容器Cl的情況下是有效的。該實(shí)施方式的DC-DC變換器中，使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2互補(bǔ)地導(dǎo)通、斷開的驅(qū)動脈沖GP1、GP2通過開關(guān)控制電路20來生成，開關(guān)控制電路20中設(shè)有偽脈動生成電路21，其接受驅(qū)動脈沖GPl，與驅(qū)動脈沖GPl的占空比無關(guān)地生成預(yù)定的偽脈動電壓Vripple。第一實(shí)施例中，偽脈動生成電路21由單觸發(fā)(oneshot)脈沖生成電路21A和濾波器電路21B構(gòu)成，所述單觸發(fā)脈沖生成電路21A接受驅(qū)動脈沖GPl生成具有固定脈沖寬度的固定脈沖，濾波器電路2IB由電阻和電容構(gòu)成，對通過單觸發(fā)脈沖生成電路2IA生成的固定脈沖進(jìn)行積分。單觸發(fā)脈沖生成電路21A能夠由例如使輸入信號延遲預(yù)定脈沖寬度量的延遲電路和以通過該延遲電路延遲后的信號和輸入信號作為輸入的異或門(exclusive ORgate)或者RS觸發(fā)器等構(gòu)成。而且，該濾波器電路21B可以改稱為對輸入的脈沖進(jìn)行積分的積分電路。 另外，本實(shí)施方式中的開關(guān)控制電路20具備比較器23、控制邏輯電路26以及驅(qū)動器電路25a、25b，所述比較器23以將輸出電壓Vout通過串聯(lián)電阻Rfbl、Rfb2分壓后的反饋電壓Vfb與預(yù)定參照電壓Vref作為輸入，所述控制邏輯電路26具備基于該比較器23的輸出來生成使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2導(dǎo)通、斷開的控制脈沖的控制脈沖生成電路等，所述驅(qū)動器電路25a、25b接受該控制邏輯電路26的輸出來生成并輸出使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2導(dǎo)通、斷開的驅(qū)動脈沖GP1、GP2。而且，本實(shí)施方式中，上述比較器23由具有兩個差動輸入級的四輸入比較器構(gòu)成，通過上述偽脈動生成電路21生成的差動的偽脈動電壓Vripple被輸入比較器23。控制邏輯電路26由脈動控制方式的變換器中使用的通常的自適應(yīng)導(dǎo)通計時器(adaptive ontimer)、或者固定導(dǎo)通時間計時器、最小斷開時間計時器、觸發(fā)器等構(gòu)成，能夠?qū)?yīng)于比較器23的輸出來生成使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2互補(bǔ)地導(dǎo)通、斷開的驅(qū)動脈沖 GP1、GP2。該實(shí)施方式的DC-DC變換器中，基于通過控制邏輯電路26生成的控制脈沖生成驅(qū)動脈沖GP1、GP2，通過該脈沖對驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2互補(bǔ)地進(jìn)行導(dǎo)通、斷開驅(qū)動，在穩(wěn)定狀態(tài)下，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl導(dǎo)通后，線圈LI被施加直流輸入電壓Vin，電流向輸出端子OUT流動，平滑用電容器Cl被充電。另外，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl被斷開后，相反地整流用開關(guān)元件SW2導(dǎo)通，電流通過該導(dǎo)通后的整流用開關(guān)元件SW2流向線圈LI。于是，通過對輸入驅(qū)動用開關(guān)元件SWl的控制端子(柵極端子)的驅(qū)動脈沖GPl的脈沖寬度(占空比)或者頻率對應(yīng)于通過偽脈動生成電路21生成的偽脈動電壓進(jìn)行控制，產(chǎn)生對直流輸入電壓Vin降壓后的預(yù)定電位的直流輸出電壓Vout。接著,針對本實(shí)施方式的偽脈動生成電路21詳細(xì)進(jìn)行說明。如圖I所示，構(gòu)成第一實(shí)施例中的偽脈動生成電路21的濾波器電路21B具有在由電阻Rll以及電容Cll構(gòu)成的低通濾波器FLTl的后級連接有由電阻R12以及電容C12構(gòu)成的低通濾波器FLT2的結(jié)構(gòu)，在低通濾波器FLTl和FLT2中通過的信號作為差動輸入信號輸入比較器23。上述單觸發(fā)脈沖生成電路21A的輸入不限定為驅(qū)動脈沖GP1，可以為連接有電感器LI的節(jié)點(diǎn)NI的電壓VL，也可以為驅(qū)動器電路25a、25b的輸入信號或者其前級的控制邏輯電路26的輸入信號。如所述的專利文獻(xiàn)2的脈動注入電路那樣，對連接有電感器的節(jié)點(diǎn)的電位進(jìn)行積分從而生成脈動電壓的方式中，連接有電感器的節(jié)點(diǎn)的電位由于輸入變壓變化后導(dǎo)致占空比發(fā)生變化，因此如圖8(a)、(b)、(C)所示，生成的脈動電壓Vripple的振幅由于驅(qū)動脈沖GPl的占空比而發(fā)生變化。相對于此，如本實(shí)施例那樣，偽脈動生成電路21由單觸發(fā)脈沖生成電路21A和對其輸出脈沖OSP進(jìn)行積分的濾波器電路21B構(gòu)成時，即使驅(qū)動脈沖GPl的占空比發(fā)生變化，也如圖2(a)、(b)、(C)所示的那樣，生成的脈動電壓Vripple的振幅基本相同，而與占空比無關(guān)。由此，能夠避免線路調(diào)節(jié)的惡化。
圖3表示本實(shí)施方式中偽脈動生成電路21的第二實(shí)施例。如圖3所示，第二實(shí)施例的偽脈動生成電路21由單觸發(fā)脈沖生成電路21A和通過其輸出脈沖OSP生成斜升波形(ramp-wave,鋸齒波)的電壓Vramp的波形生成電路2IC構(gòu)成。波形生成電路21C例如由與電阻R3串聯(lián)連接的電容C3和與該電容C3并聯(lián)連接并且通過上述單觸發(fā)脈沖生成電路21A的輸出脈沖OSP導(dǎo)通、斷開的放電用開關(guān)S3構(gòu)成。該電路在開關(guān)S3斷開期間通過電阻R3對電容C3充電，S3通過單觸發(fā)脈沖生成電路21A的輸出脈沖導(dǎo)通后，電容C3的電荷放電。通過如此反復(fù)進(jìn)行，生成鋸齒波狀的波形電壓(廣義的三角波)Vramp。電阻R3可置換為恒流源。第二實(shí)施例的偽脈動生成電路21中，如圖4(a)、(b)、(C)所示，從單觸發(fā)脈沖生成電路21A輸出的單觸發(fā)脈沖OSP的周期與開關(guān)周期(驅(qū)動脈沖GPl的周期)一致，并且從波形生成電路21C輸出的電壓Vramp成為僅在單觸發(fā)脈沖OSP為低電平期間逐漸升高的斜升波形(鋸齒波)。因此，即使驅(qū)動脈沖GPl的占空比發(fā)生變化，由于OSP的脈沖寬度相同，因此作為生成的偽脈動電壓的斜升波形電壓Vramp的振幅固定，而與占空比無關(guān)，能夠避免線路調(diào)節(jié)的惡化。另外，在圖I所示的第一實(shí)施例的情況下，雖然線路調(diào)節(jié)得以改善，但是負(fù)載變動時的響應(yīng)性存在問題。亦即，在脈動控制方式的DC-DC變換器中，只要輸入電壓不變化，則開關(guān)元件的導(dǎo)通時間固定，通過開關(guān)頻率控制輸出電壓Vout固定。于是，在負(fù)載發(fā)生了變化的情況下，開關(guān)頻率發(fā)生變化，驅(qū)動脈沖的占空比發(fā)生變化，而對于圖I的濾波器電路21B中生成并提供給比較器23的偽脈動電壓Vripple，由于在濾波器的第一級與第二級之間產(chǎn)生相位延遲，因此導(dǎo)致負(fù)載過渡響應(yīng)特性變差。脈動控制方式的變換器中需要脈動成分是為了通過比較器23檢測使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl導(dǎo)通的定時(timing),該驅(qū)動用開關(guān)元件SWl使線圈LI中流過電流,而不需要使得偽脈動電壓Vropple的波形為狹義的三角波。因此，在使用如同圖3所示第二實(shí)施例的偽脈動生成電路21的生成斜升波形(鋸齒波)Vramp的波形生成電路21C的情況下，因為不產(chǎn)生相位延遲的問題，因此能夠避免負(fù)載過渡響應(yīng)特性惡化。圖5中示出了構(gòu)成所述實(shí)施方式中開關(guān)控制電路20的四輸入比較器23的具體電路例子。
該實(shí)施例的比較器23由第一差動輸入級23a、第二差動輸入級23b和電流-電壓變換部23c構(gòu)成，所述第一差動輸入級23a具有共源連接的MOS晶體管Mnl、Mn2，所述第二差動輸入級23b具有共源連接的MOS晶體管Mn3、Mn4，所述電流-電壓變換部23c具有輸出級，所述輸出級包括與上述差動輸入級共通的自適應(yīng)負(fù)載晶體管Mpl、Mp2以及以通過Mpl進(jìn)行電流-電壓變換后的電壓進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制的串聯(lián)連接的晶體管Mp3、Mn5。于是，在上述第一差動輸入級23a的MOS晶體管Mnl、Mn2的柵極端子上輸入?yún)⒄针妷篤ref和來自輸出側(cè)的反饋電壓Vfb。另外，在第二差動輸入級23b的MOS晶體管Mn3、Mn4的柵極端子上輸入在構(gòu)成偽脈動生成電路21的濾波器電路21B的第一級和第二級的低通濾波器FLTl和FLT2中通過后的差動的信號、或者波形生成電路21C中生成的斜升波形電壓Vramp和接地電位。此處，針對通過本實(shí)施方式的比較器23能夠得到與在來自輸出側(cè)的反饋電壓Vfb附加脈動成分等同的結(jié)果的理由，使用數(shù)學(xué)式進(jìn)行說明。首先，將圖5的比較器中的差動輸入級23a、23b的部分看作電壓-電流變換電路， 將從接受變換后的差動電流的負(fù)載(Mpl、Mp2)到輸出為止考慮為電流-電壓變換電路。于是，在電流-電壓變換電路中，如果輸入的差動電流Al = Ip-In為正，則輸出成為高電平，而如果為負(fù)，則輸出成為低電平。另一方面，在差動輸入部的電壓-電流變換電路中，設(shè)第一差動輸入級23a的增益為Gml，設(shè)第二差動輸入級23b的增益為Gm2，則輸出電流A I表示為下述數(shù)學(xué)式(I)。Al = GmliVin, pi - Vin, n\) + Gm2(Vin, p2 - Vin, n2)
ffGml= Gm\< Vin, p\ - Vin, n\ H--(Vin, n2 - Vin, p2) > ( \ )
IVGmlJj在上述數(shù)學(xué)式(I)中，將參照電壓Vref代入Vin，pl，將輸出的反饋電壓Vfb代入Vin，nl，并且，將差動的偽脈動電壓Vripple代入Vin，n2_Vin，p2，于是，電壓-電流變換部的輸出電流Al的大小能夠表示為以下數(shù)學(xué)式(2)。
( Gm 2 YAl = Gmli Vref - Vfb H--Vripple >⑵
、 、 GmlJj ......此處，比較器23的輸出Vout切換為高/低(比較器進(jìn)行反應(yīng))是在差動輸入部的輸出電流Al的正負(fù)發(fā)生變化時決定，亦即，根據(jù)數(shù)學(xué)式(2)的結(jié)果為正還是為負(fù)來決定Vout的電平。由數(shù)學(xué)式(2)可知，進(jìn)行數(shù)學(xué)式(2)的計算等同于對在反饋電壓Vfb上相加(Gm2/Gml)倍的偽脈動電壓Vripple后的電壓與參照電壓Vref進(jìn)行比較。另外，由數(shù)學(xué)式⑵可知，為了使數(shù)學(xué)式內(nèi)的(Gm2/Gml)的值為I以下，通過設(shè)定構(gòu)成比較器23的元件的常數(shù)，即使增加偽脈動電壓Vripple，也成為相同結(jié)果。于是，如果能夠增加偽脈動電壓Vripple,由于相對于偽脈動電壓Vripple的噪音量相對減少，因此具有能夠提高S/N比的優(yōu)點(diǎn)。而且，電流-電壓變換電路部分的結(jié)構(gòu)不限定為實(shí)施例所示，例如可以如圖6所示由折疊級聯(lián)(folded-cascode)級來構(gòu)成。另外，差動輸入級也可以不由NMOS晶體管來構(gòu)成，而可以由PMOS晶體管來構(gòu)成。接著，使用圖7說明使用了本實(shí)施方式的脈動注入電路21的開關(guān)控制電路20的更具體的應(yīng)用例子。圖7的開關(guān)控制電路20中設(shè)有自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22，對輸入電壓Vin和輸出電壓Vout進(jìn)行前饋并決定對驅(qū)動用開關(guān)元件SWl的導(dǎo)通時間進(jìn)行規(guī)定的計時器的時間，將該計時器22的輸出輸入RS觸發(fā)器24的復(fù)位端子，并且在置位端子輸入所述比較器23的輸出，向驅(qū)動器電路25a、25b提供觸發(fā)器24的輸出Q、/Q，生成并輸出使驅(qū)動用開關(guān)元件SWl和整流用開關(guān)元件SW2導(dǎo)通、斷開的驅(qū)動脈沖GPl、GP2。由自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22和RS觸發(fā)器24構(gòu)成圖I的控制邏輯電路26。該實(shí)施例的自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22由例如恒流源CSl以及與該恒流源CSl串聯(lián)連接的電容C2、放電用的開關(guān)S2、以及比較器CMP等構(gòu)成，所述放電用的開關(guān)S2與該電容C2并聯(lián)連接，通過例如上述觸發(fā)器24的輸出/Q導(dǎo)通、斷開，所述比較器CMP的非反相輸入端子上輸入恒流源CSl與電容C2的連接節(jié)點(diǎn)N2的電位，反相輸入端子上輸入輸出電壓Vout。于是，恒流源CSl構(gòu)成為流過與輸入電壓Vin成比例的電流Ic ( ~ Vin)。
此處，說明具有如圖7所示構(gòu)成的開關(guān)控制電路20的DC-DC變換器的動作。而且，為了便于理解，此處分為輸入電壓Vin固定但是負(fù)載發(fā)生變化的情況和負(fù)載固定但是輸入電壓Vin發(fā)生變化的情況進(jìn)行說明，但是實(shí)際上也存在這些變化同時發(fā)生的情況，該情況下，以下說明的動作同時進(jìn)行。首先，考慮輸入電壓Vin固定但是負(fù)載從重負(fù)載狀態(tài)變化為輕負(fù)載狀態(tài)的情況。該情況下，由于輸入電壓Vin固定，因此自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22的恒流源CSl的電流Ic固定。因此，自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N2的電位在達(dá)到模擬電壓Vout之前的時間基本不變。于是，在節(jié)點(diǎn)N2的電位達(dá)到輸出電壓Vout的時間點(diǎn)，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl被斷開，由于負(fù)載輕，因此輸出電壓Vout緩慢下降。因此，驅(qū)動脈沖GPl變化為高電平使得驅(qū)動用開關(guān)元件SWl被導(dǎo)通的定時變晚。亦即，在負(fù)載減輕的情況下，驅(qū)動脈沖GPl的周期增長。另外，驅(qū)動脈沖GPl的周期增長后，占空比減小，通過驅(qū)動用開關(guān)元件SWl流到線圈LI的電流減少。于是，在這之后，當(dāng)負(fù)載穩(wěn)定時，驅(qū)動脈沖GPl的占空比以及頻率保持固定。脈動控制方式中，由于沒有采用在電壓控制方式或者電流控制方式中使用的誤差放大器，因此如上所述的響應(yīng)迅速地進(jìn)行。另一方面，輸入電壓Vin固定但是負(fù)載從輕負(fù)載狀態(tài)變化為重負(fù)載狀態(tài)的情況下，與上述相反，輸出電壓Vout比較迅速地下降，因此，驅(qū)動脈沖GPl變化為高電平使得開關(guān)元件SWl被導(dǎo)通的定時提前。亦即，負(fù)載增重的情況下，驅(qū)動脈沖GPl的周期變短。另外，驅(qū)動脈沖GPl的周期變短后，占空比增大，通過驅(qū)動用開關(guān)元件SWl流到線圈LI的電流增力口。于是，在這之后，當(dāng)負(fù)載穩(wěn)定時，頻率保持固定。接著,針對負(fù)載固定、而輸入電壓Vin低的情況和高的情況下的自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22的動作進(jìn)行說明。Vin低的情況下，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl導(dǎo)通的期間內(nèi)從輸入端子IN流入線圈LI的電流少，輸出電壓的上升速度減慢。但是，輸入電壓Vin低時，由于自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22的恒流源CSl的電流Ic少，因此計時器電路內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)N2的電位達(dá)到Vout的時間增長，觸發(fā)器24的輸出下降到低電平的定時后移。其結(jié)果為，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl導(dǎo)通的時間長。另外，輸入電壓Vin高的情況下，從輸入端子IN向線圈LI流動較多的電流，輸出電壓的上升速度增快。但是，由于自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22的恒流源CSl的電流Ic增多，因此計時器電路內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)N2的電位達(dá)到Vout的時間縮短，觸發(fā)器24的輸出下降到低電平的定時前移。亦即，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl導(dǎo)通的時間短。因此，自適應(yīng)導(dǎo)通計時器22中控制成電流與時間的乘積基本固定，而與輸入電壓Vin的大小無關(guān)。另一方面，如果負(fù)載不發(fā)生變化，則比較器23的輸出發(fā)生變化的定時、亦即驅(qū)動用開關(guān)元件SWl被導(dǎo)通的定時不發(fā)生變化。其結(jié)果為，在負(fù)載固定而輸入電壓Vin變化時，驅(qū)動用開關(guān)元件SWl的驅(qū)動脈沖的占空比發(fā)生變化，開關(guān)頻率維持固定。以上基于實(shí)施方式具體說明了本發(fā)明人做出的發(fā)明，但是本發(fā)明不限定為所述實(shí)施方式。例如，構(gòu)成第二實(shí)施例(圖3)的偽脈動生成電路21的波形生成電路21C構(gòu)成為具備與電阻R3串聯(lián)連接的電容C3和與該電容C3并聯(lián)連接的開關(guān)S3并且生成斜升波形電壓(廣義的三角波)，但是也可以構(gòu)成為與圖3的電阻R3串聯(lián)地設(shè)置第二開關(guān)，并且與電阻R3串聯(lián)地設(shè)置第二電阻或者恒流源，使兩個開關(guān)互補(bǔ)地導(dǎo)通、斷開，生成狹義的三角波。另外，在所述實(shí)施方式中，使用MOS晶體管等構(gòu)成的整流用開關(guān)元件SW2作為連接 在線圈LI的起始端與接地點(diǎn)之間的低側(cè)的整流用元件，但是，也能夠是使用二極管取代整流用開關(guān)元件SW2的DC-DC變換器，該情況下，也能夠適用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，其具備 電感器，其連接在輸入直流電壓的電壓輸入端子與連接負(fù)載的輸出端子之間； 驅(qū)動用開關(guān)元件，其使所述電感器中間歇地流過電流；以及 控制電路，其生成對應(yīng)于來自輸出側(cè)的反饋電壓的控制脈沖，對所述驅(qū)動用開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制， 所述開關(guān)電源裝置輸出電位與輸入電壓不同的電壓， 所述開關(guān)電源裝置的特征在于， 所述控制電路具備 電壓比較電路，其對所述反饋電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較；以及 偽脈動生成電路，其生成具有預(yù)定振幅的偽脈動電壓， 所述開關(guān)電源裝置構(gòu)成為基于通過所述偽脈動生成電路生成的偽脈動電壓在所述反饋電壓的傳輸路徑上注入脈動成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述偽脈動生成電路具備 脈沖生成電路，其生成固定脈沖，該固定脈沖具有與所述控制脈沖相同的周期，即使該控制脈沖的占空比發(fā)生變化，該固定脈沖也具有固定的脈沖寬度；以及 波形生成電路，其對應(yīng)于由所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖生成三角波的波形電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述波形生成電路構(gòu)成為具備 開關(guān)元件，其通過由所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制；以及 電容，其根據(jù)該開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開動作以來自恒流源的電流反復(fù)進(jìn)行充電和放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述電壓比較電路是具有兩個差動輸入級的四輸入比較器， 所述開關(guān)電源裝置構(gòu)成為所述兩個差動輸入級中的一個差動輸入級上輸入所述反饋電壓和預(yù)定電壓，而另一個差動輸入級上輸入所述波形電壓和作為基準(zhǔn)的電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源裝置，其特征在于， 所述波形生成電路由積分電路構(gòu)成，該積分電路對通過所述脈沖生成電路生成的所述固定脈沖進(jìn)行積分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置，在脈動控制方式的開關(guān)電源裝置中，能不使線路調(diào)節(jié)惡化地在控制電路(IC)中搭載脈動注入功能。具備對使電感器中流過電流的驅(qū)動用開關(guān)元件(SW1)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開控制的控制電路(20)的脈動控制方式的開關(guān)電源裝置中，所述控制電路具備對反饋電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較的電壓比較電路(23)和生成振幅固定的偽脈動電壓的偽脈動生成電路(21)，所述開關(guān)電源裝置構(gòu)成為基于通過該偽脈動生成電路生成的偽脈動電壓在反饋電壓的傳輸路徑上注入脈動成分。
文檔編號H02M3/158GK102761261SQ20121013468
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者中島平裕 申請人:三美電機(jī)株式會社