DC/DC转换器制造技术

本发明专利技术提供DC/DC转换器，该DC/DC转换器具有：误差放大器(14)，其对输出电压与基准电压之间的误差放大信号进行输出；过零检测电路(22)，其在电感器(9)的再生期间结束时输出过零信号；轻载检测电路(23)，其对误差放大信号与阈值进行比较而输出轻载信号；计时器电路(272)，其根据轻载信号和过零信号，在经过规定的时间之后，输出间歇动作许可信号，在不输出过零信号的期间持续了规定的期间的情况下，输出间歇动作禁止信号；以及导通截止控制部(273)，其在计时器电路输出了间歇动作许可信号的期间内误差放大信号小于阈值时，使开关元件截止，在计时器电路输出了间歇动作许可信号的期间内误差放大信号至少成为阈值以上时，使开关元件导通。

【技术实现步骤摘要】
DC/DC转换器
本专利技术涉及DC/DC转换器。
技术介绍
作为生成比输入电压低的稳定的电压的方法，广泛使用了非绝缘型的降压斩波电路。但是，由于在如待机时等那样成为轻载的情况下也继续进行开关动作，因此越是轻载，电源转换效率越下降。为了解决该问题，提出了如下方法：将误差信号与规定的阈值进行比较来检测轻载，当变为轻载状态时，根据误差信号的脉动对开关晶体管进行导通截止控制，由此反复进行间歇动作，所述误差信号是对输出电压与基准电压进行比较而生成的。在该控制方式中，越是轻载，开关动作的频率越下降，由此能够减少开关损失，而且还能够减少开关晶体管的栅极驱动电流，因此能够改善效率(专利文献1)。图13示出专利文献1所记载的DC/DC转换器。图13所示的DC/DC转换器具有振荡器1、SR触发器2、逻辑与电路3、高端驱动器4、驱动REG电路5、防逆流二极管6、自举电容器7、高端MOSFET8、电感器9、输出电容器10、输出负载11、反馈电阻12、反馈电阻13、误差放大器14、相位补偿电阻15、相位补偿电容器16、PWM比较器17、逆变器18、逻辑或非电路19、低端驱动器20、低端MOSFET21、过零检测电路22、轻载检测比较器23、恒流源Ibias1和恒流源Ibias2。接着，参照图14所示的时序图，首先对稳定负载时(Iout＞Iskip)的区域动作进行说明。通过反馈电阻12和反馈电阻13对输出电压Vout进行分压，生成反馈电压FB。反馈电压FB被输入到误差放大器14的反相输入端子，在非反相输入端子中输入基准电压Vref。误差放大器14生成反馈电压FB与基准电压Vref之间的误差放大信号COMP，误差放大信号COMP被输出到PWM比较器17的反相输入端子、和轻载检测比较器23的反相输入端子。在轻载检测比较器23的非反相输入端子中输入轻载检测第1阈值Vsk_Lo，在输出负载电流Iout足够大的情况下，成为COMP＞Vsk_Lo。因此，轻载检测比较器23的输出信号SKIP成为低电平，对逆变器电路18的输入而输出低电平的信号。因此，间歇振荡动作成为禁止状态。在振荡器1上连接有恒流源Ibias2，振荡器1根据恒流源Ibias2而生成置位脉冲，并将置位脉冲输出到PWM锁存器2的置位端子S。在驱动REG电路5上连接有恒流源Ibias1，驱动REG(稳压)电路5经由低端驱动电路20和防逆流二极管6向高端驱动电路4供给驱动电压。当PWM锁存器2成为置位状态时，通过逻辑与电路3驱动高端驱动器4，从而使高端MOSFET8导通。此时，SW端子电压上升到直流电源Vin附近的电压，对应于SW端子与Vout端子的电压差的电流IDH流过电感器9，从而对输出电容器10和输出负载11进行能量供给。另一方面，在PWM比较器17的非反相输入中输入有与高端MOSFET8的漏极电流IDH成正比的高端电流检测信号Vtrip。在高端MOSFET8的导通期间，当高端电流检测信号Vtrip成为误差放大信号COMP以上时，对PWM锁存器2输出复位信号RESET。当PWM锁存器2成为复位状态时，通过逻辑与电路3使高端驱动器4截止，并且通过逻辑或非电路19使低端驱动器20导通。由此，高端MOSFET8从导通切换为截止，低端MOSFET21从截止切换为导通，从而将再生电流IDL从低端MOSFET21的源极通过漏极而提供到电感器9。在由振荡器1确定的振荡周期的期间内，在进行电感器9的再生没有结束的电流连续动作的情况下，PWM锁存器2再次成为置位状态，低端MOSFET21截止且高端MOSFET8导通。反复进行以上的动作，从而进行降压斩波器动作。接着，参照图14，说明从稳定负载转移到轻负载、并再次转移到稳定负载时的动作。当Iout下降时，误差放大信号COMP下降，因此以高端MOSFET8的漏极电流IDH的峰值变小的方式进行控制。轻载检测比较器23对误差放大信号COMP与第1轻载检测阈值Vsk_Lo进行比较，在误差放大信号COMP小于第1阈值Vsk_Lo时，将第1阈值Vsk_Lo切换为第2阈值Vsk_Hi，同时将轻载检测信号SKIP从低(low)切换为高(high)。并且，通过逆变器18、逻辑与电路3和高端驱动器4，强制地使高端MOSFET8截止。之后，当过零检测电路22检测到电感器9的再生期间结束，过零信号ZERO从低切换到高时，通过逻辑或非电路19和低端驱动器20使低端MOSFET21截止。之后，当在间歇振荡的开关动作停止期间中，输出电容器10的电荷通过输出电流Iout而被放电时，输出电压Vout稍微下降，当FB端子的电压与电压Vref之间的电位差变大时，误差放大电压信号COMP上升。当误差放大信号COMP变为第2轻载阈值Vsk_Hi以上时，轻载检测比较器23将轻载检测信号SKIP从高切换为低，由此轻载检测阈值从第2阈值Vsk_Hi切换为第1阈值Vsk_Lo。此时，将逆变器18的输出从低切换到高，从而开始开关动作。通过反复进行以上的一系列的动作来进行间歇振荡动作，以输出电流Iout变得越小间歇振荡周期越长的方式进行控制，从而使在高端MOSFET8和低端MOSFET21中产生的开关损耗下降而使轻载效率提高。然后，当Iout上升时，随着Iout上升，间歇振荡截止期间中的Vout的下降时间变短，因此间歇振荡周期变短。最终，误差放大信号COMP上升而变为不小于轻载检测第1阈值Vsk_Lo时，转移到稳定振荡动作。在专利文献2中，作为在轻载时减少开关次数的提案，提出了如下内容：在降压型斩波器中，在轻载时使第2阈值向高电位侧偏移规定的电压幅度，其中，该降压型斩波器是如下地动作的：通过磁滞比较器对输出电压进行检测，在所检测的电压为第1阈值时使开关元件截止，在所检测的电压为比第1阈值小的第2阈值时，使开关元件导通。【专利文献1】美国专利5481178号公报【专利文献2】日本特开2007-020352号公报但是，在专利文献1中，作为第1问题，由于在PWM比较器17中存在传播延迟，因此即使电流检测信号Vtrip达到误差放大信号COMP，也不能迅速将复位信号输出到PWM锁存器2而使高端MOSFET8截止。因此，误差放大信号COMP被预先控制为比目标电平低的电压。由于该传播延迟恒定，因此如图15的(a)所示，在Vout比较大的条件(Vin与Vout之间的电压差小)下，高端MOSFET8的导通期间(对应于15的(a)的Vtrip的导通期间)相对于传播延迟ΔT足够长，因此不会特别成为问题。但是，在Vout的设定比较小的条件(Vin与Vout之间的电压差大)下，高端MOSFET8的导通期间(对应于15的(b)的Vtrip的导通期间)变短，不能忽略传播延迟的影响，误差放大信号COMP被控制为比目标电平小很多的电压。轻载检测比较器23对该误差放大信号COMP与轻载检测第1阈值Vsk_Lo进行比较而进行轻载检测，因此如图6所示，存在如下问题：越是在Vout小的条件下，轻载判定的电流电平(轻载检测阈值)变得越大，在本来想要进行稳定振荡动作的重载的区域中也进行间歇振荡动作。另外，作为第2问题，当在间歇振荡期间高端MOSFET8导通时，由于Vout上升，FB端子电压与电压Vref之间的电压差增加，因此误差放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC/DC转换器，其根据控制电路生成的驱动信号使开关元件导通截止，从而将第1直流电压转换为第2直流电压，该DC/DC转换器的特征在于，所述控制电路具有：振荡器，其输出规定的频率的脉冲；误差放大器，其对所述第2直流电压与基准电压之间的误差进行放大而输出误差放大信号；电感器，其与所述开关元件和所述第2直流电压的输出端子连接；过零检测电路，其在所述电感器的再生期间结束时输出过零信号；轻载检测电路，其对来自所述误差放大器的误差放大信号与阈值进行比较而输出轻载信号；计时器电路，其根据来自所述轻载检测电路的所述轻载信号和来自所述过零检测电路的过零信号，在经过规定的时间之后，输出间歇动作许可信号，在不输出所述过零信号的期间持续了规定的期间的情况下，输出间歇动作禁止信号；以及导通截止控制部，其在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内所述误差放大信号小于所述阈值时，使所述开关元件截止，在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内所述误差放大信号至少成为所述阈值以上时，使所述开关元件导通。

【技术特征摘要】
2013.09.24 JP JP2013-196535;2013.09.24 JP JP2013-11.一种DC/DC转换器，其根据控制电路生成的驱动信号使开关元件导通截止，从而将第1直流电压转换为第2直流电压，该DC/DC转换器的特征在于，所述控制电路具有：振荡器，其输出规定的频率的脉冲；误差放大器，其对所述第2直流电压与基准电压之间的误差进行放大而输出误差放大信号；电感器，其与所述开关元件和所述第2直流电压的输出端子连接；过零检测电路，其在所述电感器的再生期间结束时输出过零信号；轻载检测电路，其对来自所述误差放大器的误差放大信号与阈值进行比较而输出轻载信号；计时器电路，其根据来自所述轻载检测电路的所述轻载信号和来自所述过零检测电路的过零信号，在经过规定的时间之后，输出间歇动作许可信号，在不输出所述过零信号的期间持续了规定的期间的情况下，输出间歇动作禁止信号；以及导通截止控制部，其在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内且所述误差放大信号小于所述阈值时，使所述开关元件截止，在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内且所述误差放大信号成为所述阈值以上时，使所述开关元件导通，所述阈值具有：第1阈值、比第1阈值大的第2阈值和比第2阈值大的第3阈值，在从稳定振荡动作转移到间歇振荡动作时，所述计时器电路选择所述第1阈值，在从所述间歇振荡动作转移到所述稳定振荡动作时，所述计时器电路选择所述第2阈值或所述第3阈值。2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，在所述误差放大信号小于所述第1阈值时，所述计时器电路将所述第1阈值切换为所述第2阈值或所述第3阈值，在所述误差放大信号小于所述第2阈值时，所述导通截止控制部使所述开关元件截止，在所述误差放大信号成为所述第3阈值以上时，所述导通截止控制部使所述开关元件导通。3.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其特征在于，所述DC/DC转换器具有稳压电路，该稳压电路用于驱动所述开关元件，所述DC/DC转换器具有驱动停止部，在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内，该驱动停止部根据来自所述过零检测电路的过零信号，使所述振荡器和所述稳压电路停止。4.一种DC/DC转换器，其根据控制电路生成的驱动信号使开关元件导通截止，从而将第1直流电压转换为第2直流电压，该DC/DC转换器的特征在于，所述控制电路具有：振荡器，其输出规定的频率的脉冲；误差放大器，其对所述第2直流电压与基准电压之间的误差进行放大而输出第1误差放大信号；低通滤波电路，其具有用于调整时间常数的调整元件，由所述调整元件根据所述第1误差放大信号而生成第2误差放大信号；电流检测电路，其对流过所述开关元件的电流进行检测并输出电流信号；电流比较器，其对所述第2误差放大信号与所述电流信号进行比较，根据比较，输出用于使所述开关元件截止的复位信号；电感器，其与所述开关元件和所述第2直流电压的输出端子连接；过零检测电路，其在所述电感器的再生期间结束时输出过零信号；轻载检测电路，其对来自所述低通滤波电路的第2误差放大信号与阈值进行比较而输出轻载信号；电压叠加电路，其与所述误差放大器的输入端子连接；计时器电路，其根据来自所述轻载检测电路的所述轻载信号和来自所述过零检测电路的过零信号，在经过规定的时间之后，输出间歇动作许可信号，在不输出所述过零信号的期间持续了规定的期间的情况下，输出间歇动作禁止信号；以及导通截止控制部，其在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内且所述误差放大信号小于所述阈值时，使所述开关元件截止，在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内且所述误差放大信号成为所述阈值以上时，使所述开关元件导通，在所述计时器电路输出了所述间歇动作许可信号的期间内从所述电流比较器输出了复位信号时，所述电压叠加电路在规定的时间内对所述误差放大器的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村胜，中村浩章，小西隆幸，一志智绘，中本聪史，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP