專利名稱：開關(guān)穩(wěn)壓器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及開關(guān)穩(wěn)壓器(switching regulator)和控制所述開關(guān)穩(wěn)壓 器的方法。更特別地，本發(fā)明涉及能夠根據(jù)負(fù)載電平選擇PWM控制模式或 VFM控制模式的開關(guān)穩(wěn)壓器，以及控制所述開關(guān)穩(wěn)壓器的方法。
背景技術(shù)：
考慮到環(huán)境問題，降低電子設(shè)備的功耗變得越來越重要。這種趨勢在由 電池驅(qū)動的電子設(shè)備中尤其突出。 一般來說，為了降低電子設(shè)備的功耗，除 了降低運(yùn)行電子設(shè)備所必需的功率之外，改進(jìn)其電源電路的效率是非常重要的。
作為高效電源電路，采用電感器的非隔離(non-isolated)開關(guān)穩(wěn)壓器被 廣泛用于小型電子設(shè)備。開關(guān)穩(wěn)壓器通常由脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法或脈 沖頻率調(diào)制(PFM)方法控制。在PWM方法中，通過改變具有恒定頻率的 時鐘脈沖信號的占空比，來將開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓保持在預(yù)定電平。在PFM 方法中，通過改變具有恒定脈沖寬度的時鐘脈沖信號的頻率來將開關(guān)穩(wěn)壓器 的輸出電壓保持在預(yù)定電平。
使用PWM方法，由于即使在輕負(fù)載時，開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)晶體管也以 預(yù)定頻率導(dǎo)通和截止，因此當(dāng)供應(yīng)到負(fù)載的電流很小時，開關(guān)穩(wěn)壓器的效率 變低。另一方面，使用PFM方法，由于根據(jù)所連接的負(fù)載改變用于導(dǎo)通和截 止開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)晶體管的信號的頻率，因此與PWM方法相比，在輕負(fù) 載時開關(guān)穩(wěn)壓器的效率變得更高。同時，PFM方法增大了噪聲和波動(ripple) 對電子設(shè)備的影響。
由于以上原因，在常規(guī)的開關(guān)穩(wěn)壓器中，根據(jù)負(fù)載電平來動態(tài)地選擇 PWM控制模式(其中基于PWM方法控制開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)晶體管)或者 PFM控制模式(其中基于PFM方法控制開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)晶體管)以改進(jìn) 輕負(fù)載和重負(fù)載二者的電源效率。
圖7是示出在PFM控制模式中常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器中的信號的定時圖(見專
5利文檔1 )。
如圖7所示，在PFM控制模式中，基于PFM參考時鐘(e )和將誤差信 號(b)(從常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓與預(yù)定參考電壓之差產(chǎn)生)與PFM控 制參考電壓(f)進(jìn)行比較的結(jié)果來生成具有預(yù)定脈沖寬度的功率TrSW信號 (d)。
圖8是示出在常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器中切換PWM控制才莫式和PFM控制模式的 定時的定時圖。
如圖8所示，當(dāng)控制模式從PWM控制模式切換到PFM控制模式時誤差 信號(b)的電壓電平不同于當(dāng)控制模式從PFM控制模式切換到PWM控制 模式時誤差信號(b)的電壓電平。當(dāng)在PFM控制模式期間，在預(yù)定定時處 連續(xù)預(yù)定次數(shù)生成功率TrSW信號(d)時，將控制模式從PFM控制模式切 換到PWM控制才莫式，如圖7所示。日本專利No.3647811
然而，使用上述基于PFM參考時鐘(e)生成功率TrSW信號(d)的控 制方法，不可能在即使負(fù)載改變時也執(zhí)行切換操作直到下一 PFM控制周期來 臨。這反過來引起了開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓的極大畸變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了開關(guān)穩(wěn)壓器和控制所述穩(wěn)壓器的方法，其解決或 減小了由現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)引起的 一個或多個問題。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種將輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定電平的輸出電壓，并 且輸出所述輸出電壓的開關(guān)穩(wěn)壓器。所述開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，被 配置為根據(jù)控制信號導(dǎo)通和截止；電感器，被配置為當(dāng)開關(guān)晶體管導(dǎo)通時， 由輸入電壓對電感器充電；模式切換電路，被配置為生成用于在PWM控制 模式與VFM控制模式之間切換所述開關(guān)晶體管的控制模式的切換信號；以及 控制電路，被配置為根據(jù)來自模式切換電路的切換信號以PWM控制模式或 VFM控制模式控制開關(guān)晶體管，以便將輸出電壓保持在預(yù)定電平；其中模式 切換電路被配置為基于開關(guān)晶體管與電感器之間的交叉點(diǎn)處的電壓來檢測流 過電感器的電感器電流的電平，并且根據(jù)所檢測到的電感器電流的電平，生 成用于將所述控制模式從PWM控制模式切換到VFM控制模式的切換信號； 以及其中，在VFM控制模式中，控制電路被配置為當(dāng)與輸出電壓成比例的比
6交替地導(dǎo)通開關(guān)晶體管長達(dá)持續(xù)時間Ton,并且截 止開關(guān)晶體管長達(dá)持續(xù)時間Toff。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，提供了一種控制開關(guān)穩(wěn)壓器的方法，所述 且包括根據(jù)控制信號而導(dǎo)通和截止的開關(guān)晶體管以及當(dāng)所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通
時由所述輸入電壓充電的電感器。所述方法包括步驟以從PWM控制模式 和VFM控制模式中選擇的控制模式來控制開關(guān)晶體管，以便將輸出電壓保持 在預(yù)定電平；基于開關(guān)晶體管與電感器之間的交叉點(diǎn)處的電壓，檢測流過電 感器的電感器電流的電平；以及根據(jù)所檢測到的電感器電流的電平，將控制 模式從PWM控制模式切換到VFM切換模式；其中，在VFM控制模式中， 當(dāng)與輸出電壓成比例的比例電壓低于參考電壓時，開關(guān)晶體管被交替地導(dǎo)通 長達(dá)持續(xù)時間Ton和截止長達(dá)持續(xù)時間Toff。


圖1是圖解沖艮據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器1的示例性配置的圖2是在VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器1中的信號的定時圖3是當(dāng)控制模式從VFM控制模式切換到PWM控制模式時開關(guān)穩(wěn)壓器
1中的信號的定時圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的VFM控制模式中的開關(guān)穩(wěn)壓器la中
的信號的定時圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器lb的示例性配置的
圖6是在VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器lb中的信號的定時圖； 圖7是示出在PFM控制模式中常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器中的信號的定時圖；以及 圖8是示出在常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器中切換PWM控制模式和PFM控制模式的 定時的定時圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 <第一實(shí)施例>
圖1是圖解根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器1的示例性配置的圖。開關(guān)穩(wěn)壓器l是釆用電感器的降壓(step-down)開關(guān)穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓 器1根據(jù)從直流電源20提供的并從VDD端輸入的輸入電壓Vin生成預(yù)定電
載21。
開關(guān)穩(wěn)壓器1包括由PMOS晶體管實(shí)現(xiàn)的開關(guān)晶體管Ml,其執(zhí)行用于 輸入電壓Vin的輸出控制的切換操作；由NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)的同步整流晶體 管M2;電阻器R1和R2，用于獲得作為輸出電壓Vout的部分(fraction )的 分壓Vfb (與輸出電壓Vout成比例的電壓)；以及參考電壓生成電路2，用于 生成參考電壓Vref。開關(guān)穩(wěn)壓器1還包括差分放大電路3，其放大分壓Vfb 和參考電壓Vref之間的電壓差并輸出經(jīng)放大的電壓差作為信號PWMErr;振 蕩電路4，用于生成三角波信號TW;以及PWM比較器5，其從信號PWMErr 和三角波信號TW生成用在PWM控制模式中的脈沖信號Spw。
開關(guān)穩(wěn)壓器1還包括可變頻率調(diào)制(VFM)比一交器6，其將分壓Vfb和 參考電壓Vref進(jìn)行比較，并產(chǎn)生指示比較結(jié)果的二進(jìn)制信號VFMErr; VFM 控制電路7，其根據(jù)信號VFMErr生成控制信號Spv;以及驅(qū)動電路8，其根 據(jù)脈沖信號Spw和控制信號Spv來控制開關(guān)晶體管Ml和同步整流晶體管 M2。開關(guān)穩(wěn)壓器1進(jìn)一步包括模式切換電路9，其排他地選擇并激活PWM 比較器5或VFM控制電路7;電感器L1;以及平滑輸出電容器C1。在圖1 中，寄生二極管與開關(guān)晶體管Ml和同步整流晶體管M2中的每一個并聯(lián)。
在本申請中，可以將參考電壓生成電路2、差分放大電路3、振蕩電路4、 PWM比較器5、 VFM比較器6、 VFM控制電路7、驅(qū)動電路8以及電阻器 Rl和R2統(tǒng)稱為控制電路。在開關(guān)穩(wěn)壓器1中，除了電感器L1和輸出電容器 Cl之外的組件被集成為一個IC。所述IC具有端子VDD、 LX、 FB和GND。 端子VDD是開關(guān)穩(wěn)壓器1的輸入端子，而端子GND連接到地電勢。
直流電源20連接在端子VDD和端子GND之間，并將輸入電壓Vin提 供到端子VDD。負(fù)載21連接在輸出端子OUT和地電勢之間。開關(guān)晶體管 Ml連接在端子VDD和端子LX之間，而同步整流晶體管M2連接在端子LX 和端子GND之間。電感器Ll連接在端子LX和輸出端子OUT之間，而輸出 電容器Cl連接在輸出端子OUT和地電勢之間。當(dāng)開關(guān)晶體管Ml導(dǎo)通時， 電感器L1充電。電感器L1與輸出電容器C1 (即，輸出端子OUT)之間的 交叉點(diǎn)連接到端子FB,而電阻器Rl和R2的串聯(lián)電^各連接在端子FB和地電勢之間。
電阻器Rl和R2之間的交叉點(diǎn)連接到差分放大電路3和VFM比較器6 的相應(yīng)反相輸入。將參考電壓Vref輸入到差分放大電路3和VFM比較器6 的相應(yīng)正相輸入。將從差分放大電路3輸出的信號PWMErr輸入到PWM比 較器5的反相輸入，而將從振蕩電路4輸出的三角波信號TW輸入到PWM 比較器5的正相輸入。PWM比較器5根據(jù)信號PWMErr和三角波信號TW 生成脈沖信號Spw。將從VFM比較器6輸出的信號VFMErr輸入到VFM控 制電路7。 VFM控制電路7基于信號VFMErr生成控制信號Spv。將脈沖信 號Spw和控制信號Spv輸入到驅(qū)動電路8。
驅(qū)動電路8將用于對開關(guān)晶體管Ml進(jìn)行切換的控制信號PD輸出到開 關(guān)晶體管Ml的柵極，并將用于切換同步整流晶體管M2的控制信號ND輸 出到同步整流晶體管M2的柵極。將來自模式切換電路9的切換信號Sc輸入 到PWM比較器5和VFM控制電路7。將端子LX (或開關(guān)晶體管Ml與電 感器Ll之間的交叉點(diǎn))處的電壓VLx輸入到VFM控制電路7和模式切換電 路9。
使用上述配置，模式切換電路9控制PWM比較器5和VFM控制電路7， 以便當(dāng)從輸出端子OUT輸出的輸出電流iout很小(輕負(fù)栽)時，以后面描述 的可變頻率調(diào)制(VFM)控制模式控制開關(guān)晶體管Ml,而當(dāng)輸出電流iout 很大(重負(fù)載)時，以PWM控制模式控制開關(guān)晶體管M1。模式切換電路9 基于電壓VLx確定是否將控制模式從PWM控制模式切換到VFM控制模式， 并基于從VFM控制電路7輸出的控制信號Spv的連續(xù)脈沖的數(shù)量確定是否 將控制模式從VFM控制模式切換到PWM控制模式。例如，如果電壓VLx 變?yōu)?,則模式切換電路9假設(shè)流過電感器L1的電感器電流iL已經(jīng)變?yōu)?， 并確定將控制模式從PWM控制模式切換到VFM控制模式。
在確定將控制模式從PWM控制模式切換到VFM控制模式之后，模式切 換電路9去激活PWM比較器5并激活VFM控制電路7。同時，在輸出預(yù)定 數(shù)量的脈沖作為用于導(dǎo)通開關(guān)晶體管M1的控制信號Spv之后，VFM控制電 路7輸出信號到模式切換電路9。當(dāng)接收來自VFM控制電路7的信號時，模 式切換電路9激活PWM比較器5并去激活VFM控制電路7。
在PWM控制模式期間，隨著開關(guān)穩(wěn)壓器1的輸出電壓Vout增大，從差 分放大電路3輸出的信號PWMErr減小，并且從PWM比較器3輸出的脈沖信號Spw的占空比減小。結(jié)果，開關(guān)晶體管M1導(dǎo)通的持續(xù)時間減小，并且 開關(guān)穩(wěn)壓器1的輸出電壓Vout減小。另一方面，如果開關(guān)穩(wěn)壓器l的輸出電 壓Vout減小，則出現(xiàn)以上過程的相反情況，以便保持輸出電壓Vout的電平。
接著，參照圖2描述VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器1中的示例性控制處 理。圖2是VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器1中的信號的定時圖。
當(dāng)分壓Vfb變?yōu)榈扔诨蚋哂趨⒖茧妷篤ref時，VFM比較器6在延遲時 間△ Td之后將信號VFMErr改變?yōu)楦唠娖?。?dāng)信號VFMErr處于高電平時， VFM控制電路7將控制信號Spv保持在高電平。當(dāng)控制信號Spv處于高電平 時，驅(qū)動電路8截止開關(guān)晶體管M1并導(dǎo)通同步整流晶體管M2。結(jié)果，電感 電流iL逐步減小并變?yōu)?。
另一方面，當(dāng)分壓V化變得低于參考電壓Vref時，VFM比較器6在延 遲時間ATd之后將信號VFMErr改變?yōu)榈碗娖?。?dāng)信號VFMErr處于j氐電平 時，VFM控制電路7生成在預(yù)定時間段中交替變高和變低的脈沖信號，并將 生成的脈沖信號作為控制信號Spv輸出。當(dāng)控制信號Spv處于高電平時，驅(qū) 動電路8截止開關(guān)晶體管Ml并導(dǎo)通同步整流晶體管M2;而當(dāng)控制信號Spv 處于低電平時，導(dǎo)通開關(guān)晶體管Ml并截止同步整流晶體管M2。
在圖2中，開關(guān)晶體管Ml導(dǎo)通的持續(xù)時間由Ton表示，而開關(guān)晶體管 Ml截止的持續(xù)時間由Toff表示。如圖2所示，當(dāng)信號VFMErr處于低電平 時，VFM控制電路7生成交替地對于持續(xù)時間Ton變低和對于持續(xù)時間Toff 變高的脈沖信號，并輸出生成的脈沖信號作為控制信號Spv。確定持續(xù)時間 Ton和持續(xù)時間Toff,以便電感器電流iL不會降至O。此外，VFM控制電路 7計數(shù)所生成的控制信號Spv中低電平脈沖的數(shù)量，并且當(dāng)?shù)碗娖矫}沖的數(shù) 量達(dá)到預(yù)定值(如4)時，輸出信號至模式切換電路9。當(dāng)接收來自VFM控 制電路7的信號時，模式切換電路9激活PWM比較器5并去激活VFM控制 電路7,以將控制模式從VFM控制模式切換到PWM控制模式。圖3是當(dāng)將 控制模式從VFM控制模式切換到PWM控制模式時，開關(guān)穩(wěn)壓器1中的信號 的定時圖。
由此，在第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器1的VFM控制模式中，當(dāng)來自VFM 比較器6的信號VFMErr處于低電平時，VFM控制電路7輸出脈沖信號作為 交替地對于持續(xù)時間Ton變低和對于持續(xù)時間Toff變高的控制信號Spv;由 此使驅(qū)動電路8互補(bǔ)地導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管Ml和同步整流晶體管M2;并
10且使模式切換電路9在開關(guān)晶體管Ml和同步整流晶體管M2連續(xù)導(dǎo)通和截 止預(yù)定次數(shù)之后，將控制模式從VFM控制模式切換到PWM控制模式。這種 配置使得可以根據(jù)負(fù)載電平對開關(guān)穩(wěn)壓器的控制模式進(jìn)行切換，而不引起開 關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓中大的畸變，并且由此改進(jìn)輕負(fù)載和重負(fù)載二者的電源 效率。
<第二實(shí)施例>
如上所述，在第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器1的VFM控制模式中，VFM控 制電路7輸出脈沖信號作為交替地對于持續(xù)時間Ton變低和對于持續(xù)時間 Toff變高的控制信號Spv;并且確定持續(xù)時間Ton和持續(xù)時間Toff，以1更當(dāng) 分壓Vfb低于參考電壓Vref時，電感器電流iL不會降至0 (以便電感器電流 iL繼續(xù)流動)。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，開關(guān)晶體管Ml在分壓Vfb變?yōu)榈?于參考電壓Vref時導(dǎo)通和截止長達(dá)第一時間，而在電感器電流iL變?yōu)?時導(dǎo) 通和截止長達(dá)第二時間。
在第二實(shí)施例中，使用開關(guān)穩(wěn)壓器la,而不是開關(guān)穩(wěn)壓器l。除了提供 VFM控制電路7a而不是VFM控制電路7之外，開關(guān)穩(wěn)壓器1 a具有與開關(guān) 穩(wěn)壓器1的配置基本相同的配置。因此，省略開關(guān)穩(wěn)壓器la的圖以及與開關(guān) 穩(wěn)壓器1中組件相對應(yīng)的組件的描述。在本申請中，可以將參考電壓生成電 路2、差分放大電路3、振蕩電路4、 PWM比較器5、 VFM比較器6、 VFM 控制電路7a、驅(qū)動電路8以及電阻器R1和R2統(tǒng)稱為控制電路。
以下參照圖4描述VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器la中的示例性控制處理。 圖4是VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器la中信號的定時圖。
當(dāng)信號VFMErr降至低電平時，VFM控制電路7a輸出控制信號Spv以 使驅(qū)動電路8導(dǎo)通開關(guān)晶體管M1預(yù)定時間段，并且在預(yù)定時間段之后，輸 出控制信號Spv以使驅(qū)動電路8截止開關(guān)晶體管Ml。然后，當(dāng)基于端子LX 處的電壓VLx (如，當(dāng)電壓VLx變?yōu)?時)檢測到電感器電流iL已經(jīng)變?yōu)? 時，VFM控制電路7a輸出控制信號Spv以使驅(qū)動電路8再次導(dǎo)通開關(guān)晶體 管M1。此后，VFM控制電路7a輸出控制信號Spv以使驅(qū)動電路8互補(bǔ)地導(dǎo) 通和截止開關(guān)晶體管M1和同步整流晶體管M2，以便電感器電流iL不會像 第一實(shí)施例中那樣變?yōu)?。
如果以這樣的方式導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管Ml:即使當(dāng)輸出電流iout^艮 小時電感器電流iL也繼續(xù)流動，則[電感器電流x開關(guān)晶體管的接通電阻]的損耗增大，并且輸出電壓Vout中的波動電壓也增大。在斗企測到電感器電流iL 已經(jīng)變?yōu)镺之后啟動第二切換周期使得可以減小由于電感器電流iL的連續(xù)流
動所引起的功率損耗。
由此，第二實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器la提供了第一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器1 的有利效果，并且使得可以減小由于即使在輕負(fù)載時電感器電流iL也繼續(xù)流 動所引起的功率損耗。
<第三實(shí)施例〉
在上述第一和第二實(shí)施例中，不管輸入電壓Vin的電平，確定持續(xù)時間 Ton和持續(xù)時間Toff。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，根據(jù)輸入電壓Vin的電平改 變持續(xù)時間Toff。
圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器lb的示例性配置的 圖。向與圖1所示的開關(guān)穩(wěn)壓器1的組件對應(yīng)的、圖5所示的開關(guān)穩(wěn)壓器lb 的組件分配相同的附圖標(biāo)記，并且省略這些組件的描述。這里，主要討-i侖開 關(guān)穩(wěn)壓器1與開關(guān)穩(wěn)壓器lb之間的差別。
在開關(guān)穩(wěn)壓器lb中，開關(guān)穩(wěn)壓器1的VFM控制電路7由VFM控制電 路7b代替。VFM控制電路7b監(jiān)視輸入電壓Vin，并且如果輸入電壓Vin變 得低于預(yù)定電平，則減小持續(xù)時間Toff。在本申請中，將參考電壓生成電路2、 差分放大電路3、振蕩電^各4、 PWM比較器5、 VFM比較器6、 VFM控制電 路7b、驅(qū)動電路8以及電阻器Rl和R2統(tǒng)稱為控制電路。
以下參照圖6描述VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器lb中的示例性控制處理。 圖6是VFM控制模式中開關(guān)穩(wěn)壓器lb中信號的定時圖。
如果輸入電壓Vin波動，則電感器電流iL的峰值電流波動。結(jié)果，[電 感器電流iLx開關(guān)晶體管Ml的接通電阻]的損耗增大，并且輸出電壓Vout中 的波動電壓也增大。如圖6所示，VFM控制電路7b以與第一實(shí)施例中基本 相同的方式執(zhí)行控制處理，其在輸入電壓Vin等于或高于預(yù)定電平時使用更 長的持續(xù)時間Toff，而在輸入電壓Vin低于預(yù)定電平時使用更短的持續(xù)時間 Toff。
由此，第三實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器lb提供了第 一和第二實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓 器1和la的有利效果，并且通過根據(jù)輸入電壓Vin的電平改變持續(xù)時間Toff， 使得可以防止電感器電流iL的過度流動，由此減小由于電感器電流iL過度 流動而引起的功率損耗。還將第三實(shí)施例的配置應(yīng)用于第二實(shí)施例。在那種情況下，VFM控制電 路7b以基本上與第二實(shí)施例中相同的方式執(zhí)行控制處理，其在輸入電壓Vin 等于或者高于預(yù)定電平時使用更長的持續(xù)時間Toff,而在輸入電壓Vin低于 預(yù)定電平時使用更短的持續(xù)時間Toff。
在以上實(shí)施例中，假設(shè)開關(guān)穩(wěn)壓器1、 la和lb是降壓開關(guān)穩(wěn)壓器。然而， 本發(fā)明也可以應(yīng)用于升壓開關(guān)穩(wěn)壓器。
本發(fā)明的實(shí)施例4是供了開關(guān)穩(wěn)壓器和控制所述開關(guān)穩(wěn)壓器的方法，其可 以根據(jù)負(fù)載電平切換控制模式，而不引起輸出電壓中的很大畸變，并且由此 改進(jìn)輕負(fù)載和重負(fù)載二者的電源效率。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了轉(zhuǎn)換輸入電壓并由此輸出預(yù)定電平的輸出電壓的 開關(guān)穩(wěn)壓器，以及控制所述開關(guān)穩(wěn)壓器的方法。在開關(guān)穩(wěn)壓器的VFM控制模 式中，當(dāng)與輸出電壓成比例的比例電壓低于參考電壓時，開關(guān)晶體管被交替 地導(dǎo)通長達(dá)持續(xù)時間Ton,并且被截止長達(dá)持續(xù)時間Toff。這種配置或方法 使得可以根據(jù)負(fù)載電平將開關(guān)穩(wěn)壓器的控制模式進(jìn)行切換，而不引起輸出電 壓中的^艮大畸變，并且由此改進(jìn)輕負(fù)載和重負(fù)載二者的電源效率。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個實(shí)施例，開關(guān)穩(wěn)壓器被配置為基于電感器和開關(guān)晶 體管之間的交叉點(diǎn)處的電壓來檢測流過電感器的電感器電流，當(dāng)比例電壓變 得低于參考電壓時導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管長達(dá)第一時間，并且當(dāng)電感器電流 變?yōu)?并且比例電壓仍然低于參考電壓時開始導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管長達(dá)第 二時間。這種配置使得可以減小由于電感器電流iL即使在輕負(fù)載時也繼續(xù)流 動而引起的功率損耗。
根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，開關(guān)穩(wěn)壓器被配置為根據(jù)輸入電壓的電平改 變持續(xù)時間Toff。更具體地說，當(dāng)輸入電壓等于或高于預(yù)定電平時，開關(guān)穩(wěn) 壓器使持續(xù)時間Toff長于當(dāng)輸入電壓低于預(yù)定電平時使用的持續(xù)時間Toff。 這種配置使得可以防止電感器電流的過度流動，并且由此減小由于電感器電 流的過度流動而引起的功率損耗。
本發(fā)明不限于具體公開的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可 以進(jìn)行各種變化和〗務(wù)改。
本申請基于于2007年3月15日提交的日本優(yōu)先權(quán)申請No. 2007-066677， 將其全部內(nèi)容通過引用的方式合并在此。
1權(quán)利要求
1、一種將輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定電平的輸出電壓，并且輸出所述輸出電壓的開關(guān)穩(wěn)壓器，包括開關(guān)晶體管，被配置為根據(jù)控制信號導(dǎo)通和截止；電感器，被配置為當(dāng)所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通時，由所述輸入電壓對所述電感器充電；模式切換電路，被配置為生成用于在PWM控制模式與VFM控制模式之間切換所述開關(guān)晶體管的控制模式的切換信號；控制電路，被配置為根據(jù)來自所述模式切換電路的切換信號以PWM控制模式或VFM控制模式控制開關(guān)晶體管，以便將所述輸出電壓保持在所述預(yù)定電平；其中所述模式切換電路被配置為基于所述開關(guān)晶體管與所述電感器之間的交叉點(diǎn)處的電壓來檢測流過所述電感器的電感器電流的電平，并且根據(jù)所檢測到的電感器電流的電平，生成用于將所述控制模式從PWM控制模式切換到VFM控制模式的切換信號；以及其中，在VFM控制模式中，所述控制電路被配置為當(dāng)與所述輸出電壓成比例的比例電壓低于參考電壓時，交替地導(dǎo)通所述開關(guān)晶體管長達(dá)持續(xù)時間Ton，并且截止所述開關(guān)晶體管長達(dá)持續(xù)時間Toff。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中所述控制電路被配置為在VFM控制模式中連續(xù)導(dǎo)通和截止所述開 關(guān)晶體管預(yù)定次數(shù)之后，輸出信號至所述模式切換電路；以及其中所述模式切換電路被配置為當(dāng)接收到來自所述控制電路的信號時， 輸出所述切換信號至所述控制電路，以將所述控制模式從VFM控制模式切換 到PWM控制一莫式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，在VFM控制模式中，所 述控制電路被配置為設(shè)置持續(xù)時間Toff，以便當(dāng)所述比例電壓低于所述參考 電壓時，所述電感器電流繼續(xù)流動。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，在VFM控制模式中，所 述控制電路被配置為基于所述開關(guān)晶體管與所述電感器之間的交叉點(diǎn)處的電 壓，檢測流過所述電感器的電感器電流的電平；并且被配置為當(dāng)所述比例電壓變?yōu)榈陀谒鰠⒖茧妷簳r導(dǎo)通和截止所述開關(guān)晶體管長達(dá)第一時間，而當(dāng) 所述電感器電流變?yōu)镺并且所述比例電壓仍然低于所述參考電壓時，開始導(dǎo) 通和截止所述開關(guān)晶體管長達(dá)第二時間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中，在VFM控制模式中，所 述控制電路被配置為根據(jù)所述輸入電壓的電平改變所述持續(xù)時間Toff。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中所述控制電路被配置為當(dāng)在 VFM控制模式中所述輸入電壓變?yōu)榈扔诨蚋哂谥付娖綍r，使持續(xù)時間Toff 長于當(dāng)所述輸入電壓低于所述指定電平時的使用的持續(xù)時間Toff。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中將所述開關(guān)晶體管、所述模 式切換電路和所述控制電路集成為一個IC。
8、 一種控制開關(guān)穩(wěn)壓器的方法，所述開關(guān)穩(wěn)壓器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定 電平的輸出電壓并輸出所述輸出電壓，并且包括根據(jù)控制信號而導(dǎo)通和截止 的開關(guān)晶體管以及當(dāng)所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通時由所述輸入電壓充電的電感器， 所述方法包括步驟以從PWM控制模式和VFM控制模式中選擇的控制模式來控制所述開關(guān) 晶體管，以便將所述輸出電壓保持在預(yù)定電平；基于所述開關(guān)晶體管與所述電感器之間的交叉點(diǎn)處的電壓，檢測流過所 述電感器的電感器電流的電平；以及根據(jù)所檢測到的電感器電流的電平，將所述控制模式從PWM控制模式 切換到VFM切換模式；其中，在VFM控制模式中，當(dāng)與所述輸出電壓成比例的比例電壓低于 參考電壓時，所述開關(guān)晶體管被交替地導(dǎo)通長達(dá)持續(xù)時間Ton和截止長達(dá)持 續(xù)時間Toff。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在VFM控制模式中所述開關(guān)晶 體管被連續(xù)導(dǎo)通和截止預(yù)定次數(shù)之后，將所述控制模式從VFM控制模式切換 到PWM控制模式。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在VFM控制模式中，設(shè)置持 續(xù)時間Toff,以便當(dāng)所述比例電壓低于所述參考電壓時所述電感器電流繼續(xù) 流動。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在VFM控制模式中，當(dāng)所述 比例電壓變?yōu)榈陀谒鰠⒖茧妷簳r，所述開關(guān)晶體管^&導(dǎo)通和截止長達(dá)第一時間，而當(dāng)所述電感器電流變?yōu)镺并且所述比例電壓仍然低于所述參考電壓 時，所述開關(guān)晶體管被導(dǎo)通和截止長達(dá)第二時間。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在VFM控制模式中，根據(jù)所 述輸入電壓的電平改變所述持續(xù)時間Toff。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中當(dāng)在VFM控制模式中所述輸入 電壓變?yōu)榈扔诨蚋哂谥付娖綍r，使所述持續(xù)時間Toff長于當(dāng)所述輸入電壓 低于所述指定電壓時使用的持續(xù)時間Toff。
全文摘要
公開了開關(guān)穩(wěn)壓器及其控制方法。所公開的開關(guān)穩(wěn)壓器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定電平的輸出電壓，并且輸出所述輸出電壓。所公開的開關(guān)穩(wěn)壓器包括開關(guān)晶體管，被配置為根據(jù)控制信號導(dǎo)通和截止；電感器，被配置為當(dāng)開關(guān)晶體管導(dǎo)通時，由輸入電壓對電感器充電；模式切換電路，被配置為生成用于在PWM控制模式與VFM控制模式之間切換所述開關(guān)晶體管的控制模式的切換信號；以及控制電路，被配置為根據(jù)來自模式切換電路的切換信號以PWM控制模式或VFM控制模式控制開關(guān)晶體管，以便將所述輸出電壓保持在所述預(yù)定電平。
文檔編號H02M3/155GK101542882SQ20088000022
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者西田淳二, 道下雄介 申請人:株式會社理光