開關(guān)穩(wěn)壓器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)穩(wěn)壓器,并且具體地涉及一種非隔離型開關(guān)穩(wěn)壓器及其控制方法,該非隔離型開關(guān)穩(wěn)壓器具有脈沖寬度調(diào)制(在下文中稱為PWM)控制模塊和脈沖頻率調(diào)制(在下文中稱為PFM)控制模塊,并且包括當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)執(zhí)行PFM控制的電感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái),一直需要對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行省電。為了實(shí)現(xiàn)省電,重點(diǎn)放在降低電子設(shè)備消耗的電力,以及通過(guò)改進(jìn)向電子設(shè)備提供電壓的電源電路本身的效率來(lái)抑制電力的浪費(fèi)性消耗。電源電路廣泛使用能夠以高效率提供輸入電力的開關(guān)穩(wěn)壓器。
[0003]在開關(guān)穩(wěn)壓器中,PWM控制或PFM控制是公知的。在PFM控制中,執(zhí)行控制,使得當(dāng)輸出電壓下降時(shí),開關(guān)元件的接通時(shí)間段更長(zhǎng),并且當(dāng)輸出電壓上升時(shí),開關(guān)元件的接通時(shí)間段更短。在PWM控制中,執(zhí)行控制,使得驅(qū)動(dòng)脈沖的振蕩頻率恒定,并且脈沖寬度根據(jù)負(fù)載改變。此外,PFM還包括其中以某種固定頻率控制接通時(shí)刻,并且跳過(guò)接通時(shí)刻,從而實(shí)現(xiàn)偽PFM控制操作的方法。
[0004]作為PWM控制和PFM控制之間的自動(dòng)切換的控制方法,例如日本專利號(hào)3647811和日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2010-063276公開了一種配置,其中基于從來(lái)自開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓的部分電壓值和來(lái)自參考電壓源的參考電壓之間的差生成的誤差放大輸出電壓,將操作從PWM控制操作自動(dòng)切換到PFM控制操作或從PFM控制操作自動(dòng)切換到PWM控制操作。
[0005]此外,例如,日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2008-092712公開了一種配置,其中包括用于形成指示與PWM控制信號(hào)的脈沖寬度和PFM控制信號(hào)的脈沖寬度之間的差對(duì)應(yīng)的差異時(shí)間的差異時(shí)間信號(hào)的差異時(shí)間生成部件,并且通過(guò)比較差異時(shí)間信號(hào)和用于根據(jù)基于差異時(shí)間信號(hào)的差異時(shí)間來(lái)形成PWM控制信號(hào)的參考信號(hào)來(lái)切換操作模式。
[0006]此外,例如,日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2009-213228公開了一種配置,其中包括對(duì)PWM控制信號(hào)的脈沖的數(shù)目和PFM控制信號(hào)的脈沖的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路,并且以使得基于在PFM控制之下對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的結(jié)果或在PWM控制之下對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的結(jié)果控制操作模式的切換的方式,提供關(guān)于用于將模式從PFM控制轉(zhuǎn)換到PWM控制和將模式從PWM控制轉(zhuǎn)換到PFM控制的脈沖的數(shù)目中的每一個(gè)的脈沖的數(shù)目的參考。
[0007]此外,例如,日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2009-225642公開了一種配置,其中檢測(cè)到從開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出流向輸出開關(guān)側(cè)的電感器電流的回流電流,并且基于其檢測(cè)信號(hào),控制從PFM控制向PWM控制或從PWM控制向PFM控制的切換。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]然而,在日本專利號(hào)3647811以及日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2010-063276、2008-092712、2009-213228和2009-225642中描述的發(fā)明中,一直接通生成PFM脈沖寬度的電路和生成PWM脈沖寬度的電路,這導(dǎo)致其中消耗大量電流的狀態(tài)。此外,存在發(fā)生關(guān)于用于切換PWM控制和PFM控制的負(fù)載電流的變化的問(wèn)題,因?yàn)殡y以在寬范圍中的輸入和輸出條件之下獲得期望的負(fù)載電流。
[0009]此外,在日本專利公開號(hào)2010-063276中描述的發(fā)明中,設(shè)置用于誤差放大輸出電壓的電平檢測(cè)電路的參考電壓,使得用于切換操作模式的負(fù)載電流變?yōu)榈扔谔幱趶目刂埔苑乐箯碾姼衅鞯捷敵鲩_關(guān)側(cè)的電感器電流的回流的非連續(xù)操作模式轉(zhuǎn)換到連續(xù)操作模式的臨界點(diǎn)的電流值。然而,日本專利公開號(hào)2010-063276并未公開其具體配置示例。
[0010]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題,并且提供一種開關(guān)穩(wěn)壓器及其控制方法,該控制方法能夠與相關(guān)領(lǐng)域相比關(guān)于用于在PWM控制和PFM控制之間的切換的負(fù)載電流的目標(biāo)值將變化進(jìn)一步抑制為穩(wěn)定,并且即使包括例如芯片、線圈和電容器的外部元件的各種參數(shù)變化,也能夠確保從PFM控制切換到PWM控制或從PWM控制切換到PFM控制。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的實(shí)施例提供:一種非隔離型開關(guān)穩(wěn)壓器,其將輸入到輸入端子的輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定恒定電壓,并且通過(guò)電感器從輸出端子向負(fù)載輸出恒定電壓作為輸出電壓,并且具有在PWM控制和PFM控制之間的切換功能,開關(guān)穩(wěn)壓器包括:輸出開關(guān)元件,其根據(jù)輸入到控制電極的控制信號(hào)執(zhí)行切換,并且使用輸入電壓對(duì)電感器進(jìn)行充電;整流開關(guān)元件,當(dāng)輸出開關(guān)元件被斷開以停止對(duì)電感器進(jìn)行充電時(shí),該整流開關(guān)元件對(duì)電感器進(jìn)行放電;振蕩電路,其輸出具有預(yù)定振蕩頻率的時(shí)鐘信號(hào);誤差放大器電路,其放大與輸出電壓成比例的反饋電壓和預(yù)定第一參考電壓之間的電壓差,并且輸出電壓差作為誤差電壓;斜坡電路,其生成提供預(yù)先設(shè)置的電壓改變的鋸齒波,以便與輸出開關(guān)元件的切換同步;第一電壓比較電路,其比較鋸齒波的電壓和誤差電壓,并且生成和輸出指示比較的結(jié)果的第一比較信號(hào);第二電壓比較電路,其比較誤差電壓和預(yù)定第二參考電壓,并且生成和輸出指示比較的結(jié)果的第二比較信號(hào);單脈沖生成電路,其生成具有預(yù)定脈沖寬度的單脈沖信號(hào);控制電路,其基于時(shí)鐘信號(hào)、第一比較信號(hào)、第二比較信號(hào)和單脈沖信號(hào)控制輸出開關(guān)元件和整流開關(guān)元件的切換;以及回流檢測(cè)電路,其基于在輸出開關(guān)元件和整流開關(guān)元件之間的連接點(diǎn)處的電壓檢測(cè)反向電流的生成的標(biāo)志或反向電流的生成,反向電流通過(guò)電感器從輸出端子流向整流開關(guān)元件側(cè),其中預(yù)定第二參考電壓具有對(duì)輸入電壓和輸出電壓的依賴,并且被任意設(shè)置在鋸齒波的下限值和上限值之間,以及控制電路控制振蕩電路,使得振蕩電路開始根據(jù)第二比較信號(hào)振蕩操作來(lái)輸出時(shí)鐘信號(hào),并且控制單脈沖生成電路,使得單脈沖生成電路輸出生成單脈沖信號(hào),控制第一電壓比較電路,使得第一電壓比較電路根據(jù)第二比較信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)接通/斷開,并且控制輸出開關(guān)元件,使得單脈沖信號(hào)的脈沖寬度變?yōu)檩敵鲩_關(guān)元件的接通時(shí)間段,控制電路在其中負(fù)載小于預(yù)定第一閾值的輕負(fù)載情況下,執(zhí)行基于第二比較信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、單脈沖信號(hào)的脈沖寬度來(lái)執(zhí)行PFM控制操作的控制,其中輸出開關(guān)元件的切換周期改變,而其接通時(shí)間段固定,并且控制電路在其中負(fù)載不小于第一閾值或不小于大于第一閾值的第二閾值的重負(fù)載情況下,執(zhí)行基于第二比較信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和來(lái)自第一電壓比較電路的輸出信號(hào)來(lái)執(zhí)行PWM控制操作的控制,其中輸出開關(guān)元件的接通時(shí)間段改變,而其切換周期固定,控制電路執(zhí)行控制,使得基于第二比較信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)自動(dòng)切換PFM控制和PWM控制,并且第二電壓比較電路基于作為回流檢測(cè)電路的輸出的回流檢測(cè)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)改變第二比較信號(hào)的信號(hào)電平,以使得單脈沖信號(hào)具有對(duì)輸入電壓和輸出電壓的依賴,以基于輸入電壓和輸出電壓改變輸出開關(guān)元件的接通時(shí)間段,并且以基于第二比較信號(hào)、回流檢測(cè)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的組合狀態(tài)使用第一比較信號(hào)作為觸發(fā)器輸出單脈沖信號(hào)。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的實(shí)施例提供:一種非隔離型開關(guān)穩(wěn)壓器的控制方法,其將輸入到輸入端子的輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定恒定電壓,并且通過(guò)電感器從輸出端子向負(fù)載輸出恒定電壓作為輸出電壓,并且具有在PWM控制和PFM控制之間的切換功能,開關(guān)穩(wěn)壓器包括:輸出開關(guān)元件,其根據(jù)輸入到控制電極的控制信號(hào)執(zhí)行切換,并且使用輸入電壓對(duì)電感器進(jìn)行充電;整流開關(guān)元件,當(dāng)輸出開關(guān)元件被斷開以停止對(duì)電感器進(jìn)行充電時(shí),該整流開關(guān)元件對(duì)電感器進(jìn)行放電;振蕩電路,其輸出具有預(yù)定振蕩頻率的時(shí)鐘信號(hào);誤差放大器電路,其放大與輸出電壓成比例的反饋電壓和預(yù)定第一參考電壓之間的電壓差,并且輸出電壓差作為誤差電壓;斜坡電路,其生成提供預(yù)先設(shè)置的電壓改變的鋸齒波,以便與輸出開關(guān)元件的切換同步;第一電壓比較電路,其比較鋸齒波的電壓和誤差電壓,并且生成和輸出指示比較的結(jié)果的第一比較信號(hào);第二電壓比較電路,其比較誤差電壓和預(yù)定第二參考電壓,并且生成和輸出指示比較的結(jié)果的第二比較信號(hào);單脈沖生成電路,其生成具有預(yù)定脈沖寬度的單脈沖信號(hào);控制電路,其基于時(shí)鐘信號(hào)、第一比較信號(hào)、第二比較信號(hào)和單脈沖信號(hào)控制輸出開關(guān)元件和整流開關(guān)元件的切換;以及回流檢測(cè)電路,其基于在輸出開關(guān)元件和整流開關(guān)元件之間的連接點(diǎn)處的電壓檢測(cè)反向電流的生成的標(biāo)志或反向電流的生成,反向電流通過(guò)電感器從輸出端子流向整流開關(guān)元件側(cè),其中預(yù)定第二參考電壓具有對(duì)輸入電壓和輸出電壓的依賴,并且被任意設(shè)置在鋸齒波的下限值和上限值之間,以及控制方法包括由控制電路執(zhí)行的下列步驟:控制振蕩電路,使得振蕩電路開始根據(jù)第二比較信號(hào)振蕩操作來(lái)輸出時(shí)鐘信號(hào),并且控制單脈沖生成電路,使得單脈沖生成電路輸出生成單脈沖信號(hào);控制第一電壓比較電路,使得第一電壓比較電路根據(jù)第二比較信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)接通/斷開;控制輸出開關(guān)元件,使得單脈沖信號(hào)的脈沖寬度變?yōu)檩敵鲩_關(guān)元件的接通時(shí)間段,在其中負(fù)載小于預(yù)定第一閾值的輕負(fù)載情況下,執(zhí)行基于第二比較信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、單脈沖信號(hào)的脈沖寬度來(lái)執(zhí)行PFM控制操作的控制,其中輸出開關(guān)元件的切換周期改變,而其接通時(shí)間段固定,并且在其中負(fù)載不小于第一閾值或不小于大于第一閾值的第二閾值的重負(fù)載情況下,執(zhí)行基于第二比較信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和來(lái)自第一電壓比較電路的輸出信號(hào)來(lái)執(zhí)行PWM控制操作的控制,其中輸出開關(guān)元件的接通時(shí)間段改變,而其切換周期固定;以及執(zhí)行控制,使得基于第二比較信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)自動(dòng)切換PFM控制和PWM控制。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓器I的配置示例的電路圖。
[0014]圖2是示出在其中當(dāng)發(fā)生從輕負(fù)載側(cè)到重負(fù)載側(cè)的負(fù)載變化時(shí),PFM控制被轉(zhuǎn)換為PWM