DC-DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路制造技术

本发明专利技术的课题为实现能够进行控制使得工作频率不进入可听范围以及收音机等的电波广播的频段来防止噪音产生的DC‑DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路。在接通、断开使电流流过电感器的开关元件并转换直流输入电压来输出不同电位的直流电压的DC‑DC变换器中，设置：开关控制电路，其进行在转换后的直流电压下降到预定电位时接通开关元件，在接通开关元件后电感器电流达到预定电流值的时间点切断开关元件的峰值电流控制；以及生成与输出电流成正比的复制电流的电路，开关控制电路在使用由复制电流生成电路生成的复制电流与预定的基准电流相加后得到的电流检测出电感器电流达到预定电流值的时间点切断开关元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC-DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路
本专利技术涉及转换直流电压的开关调节器方式的DC-DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路(负载驱动用IC)，例如涉及一种有效用于在升压型的DC-DC变换器中进行控制，使得开关频率不进入无线电广播等的广播信号的频段和人的可听范围的技术。
技术介绍
作为转换输入直流电压来输出不同电位的直流电压的电路，有开关调节器方式的DC-DC变换器。上述DC-DC变换器中包括以下DC-DC变换器，其具备：开关元件，其将从直流电源提供的直流电压施加给电感器(线圈)来流过电流，并使电感器累积能量；整流元件，其在该开关元件被切断的能量释放期间对电感器的电流进行整流；以及控制电路，其对上述开关元件进行接通、断开控制。而且，在开关调节器方式的DC-DC变换器中进行以下控制，通过误差放大器检测输出电压的大小并反馈给PWM(脉宽调制)比较器，如果输出电压下降则延长开关元件的接通时间，如果输出电压上升则缩短接通时间。另一方面，近年在搭载在汽车中的显示器等电子设备中，作为控制部件的姿势的致动器，例如有使用压电元件的电子设备。该压电元件是容性负载，驱动这样的元件需要比较高的电压，因此能够使用差动放大器作为压电元件的负载驱动电路，使用升压率高的开关调节器方式的DC-DC变换器作为提供放大器的电源电压的电源装置。另外，搭载在汽车上的电池的电压变动较多，因此考虑在作为生成车载用电子设备的电源电压的电源装置的DC-DC变换器中，使用不管升压源的电压电平而峰值电流能够保持固定的峰值电流控制方式(电流限制PFM方式)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-233196号公报专利文献2：日本特开平08-298768号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在峰值电流控制方式的DC-DC变换器中，开关频率根据负载电流的变动而变化。具体地说，如图3B所示，负载大时频率变高，负载小时频率变低。但是，在车载用电子设备中有接收无线电广播的音频设备，因此如果DC-DC变换器的工作频率发生变化，例如进入AM无线电广播的频段即500kHz～1.7MHz的范围，则从扬声器产生噪音。另外，DC-DC变换器的工作频率进入了人的可听范围即20Hz～20kHz的范围，也可能从电源装置产生类似电感器鸣响那样的刺耳噪音。因此，为了避免产生这种噪音，考虑以比无线电广播频段更高的1.7MHz以上的频率使DC-DC变换器工作，但是在升压率高、负载容量大的DC-DC变换器中，难以提高开关频率，因此会有难以实用化的问题。另外，作为根据负载电流的大小使开关频率变化这种开关调节器相关的专利技术，例如有专利文献1中记载的专利技术。另外，作为根据输出电压的变动改变脉冲宽度来控制输出电压的频率控制方式的DC-DC变换器相关的专利技术，例如有专利文献2中记载的专利技术。但是，这些专利技术都将把输出电压的波纹抑制得低并提高转换效率作为课题，进行使开关控制信号的占空比和脉冲宽度变化的控制，而不是进行根据负载电流的大小使流过电感器的峰值电流发生变化，由此使频率发生变化的控制。另外，如果对根据负载电流的变动使开关频率发生变化的频率控制方式的DC-DC变换器不采取任何措施，则如图4B所示，在启动时输出电压达到设定电压之前的期间，开关元件连续以高频率重复接通、断开，因此会有升压源的电源所要求的电流负载变大，需要具有大的电力供给能力的大规模的电源的问题。目前，作为解决启动时的上述问题的方法，考虑例如将启动时的峰值电流比通常动作时降低，或者延长断开时间等对策。该专利技术在以上背景下作出，其目的为提供根据负载电流的大小使流过电感器的峰值电流发生变化来抑制工作频率的变动，从而能够进行控制使得工作频率不进入人的可听范围以及收音机等的电波广播的频段，防止噪音的产生的DC-DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路。另外，本专利技术的其他目的在于，提供能够不增加电路规模而降低启动时的功率，且不需要电源供给能力大的大型电源的DC-DC变换器以及负载驱动用半导体集成电路。用于解决问题的手段为了达成上述目的，该专利技术为一种DC-DC变换器，接通、断开使电流流过电感器的开关元件，对流过上述电感器的电流进行整流，由此转换从直流电源提供的直流输入电压来输出不同电位的直流电压，具备：开关控制电路，其进行在转换后的上述直流电压下降到预定电位时接通上述开关元件，在上述开关元件接通后，流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件的峰值电流控制；以及复制电流生成电路，其生成与输出的电流成正比的复制电流，上述开关控制电路构成为，在使用由上述复制电流生成电路生成的复制电流与预定的基准电流相加而得到的电流检测出流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件。根据上述手段，能够使流过电感器的峰值电流随着输出的电流的大小而发生变化，由此抑制工作频率的变动，控制成工作频率不进入人的可听范围以及收音机等的无线电广播的频段，从而能够防止噪音的产生。进一步，也考虑在输出侧设置传感电阻来直接检测输出电流并使峰值电流变化的方式，但是如上述那样生成与DC-DC变换器所输出的电流成正比的复制电流来检测输出电流的大小并控制峰值电流，由此能够避免流过大的电流的传感电阻中的电力损失来提高电力效率。另外，也考虑检测由于负载的变动使输出电压发生了变化的情况来使峰值电流变化的方式，但是如上述那样生成与DC-DC变换器所输出的电流成正比的复制电流来检测输出电流的大小并控制峰值电流，由此能够提高负载过渡应答特性。另外，最好具备接收转换后的上述直流电压并输出向负载提供的电流的负载驱动电路，上述复制电流生成电路生成与上述负载驱动电路输出的电流成正比的复制电流。由此，在具备负载驱动电路的DC-DC变换器中，能够使流过电感器的峰值电流随着负载电流的大小而变化，从而能够抑制工作频率的变动，进行控制使得工作频率不会进入人的可听范围以及收音机等的无线电广播的频段。进一步，上述负载驱动电路最好具备：差动放大器，其放大输入信号；以及输出部，其生成并输出与该差动放大器的输出对应的电流，上述复制电流生成电路生成与上述输出部输出的电流成正比的复制电流。由此，在具备根据输入信号驱动负载的负载驱动电路的DC-DC变换器中，能够抑制工作频率的变动，进行控制使得工作频率不会进入人的可听范围以及收音机等的无线电广播的频段。进一步，上述负载驱动电路具备：多个差动放大器，其放大输入信号；以及多个输出部，其生成并输出与该多个差动放大器的输出对应的电流，上述复制电流生成电路生成与将上述多个输出部输出的电流合成后的电流成正比的复制电流并提供给上述开关控制电路，上述开关控制电路在使用由上述复制电流生成电路提供的合成复制电流与预定的基准电流相加而得到的电流检测出流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件。由此，在具备能够输出多个负载电流的负载驱动电路的DC-DC变换器中，能够抑制工作频率的变动，进行控制使得工作频率不会进入人的可听范围以及收音机等的无线电广播的频段。进一步，最好构成为生成与上述差动放大器的动作电流和上述输出部输出的电流合成而得到的电流成正比的复制电流。由此，即使在上述输出部输出的电流较小的情况下也能够更准确地复制负载电流，能够抑制工作频率的变动，进行控制使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC‑DC变换器，接通、断开使电流流过电感器的开关元件，对流过上述电感器的电流进行整流，由此转换从直流电源提供的直流输入电压来输出不同电位的直流电压，其特征在于，该DC‑DC变换器具备：开关控制电路，其进行在转换后的上述直流电压下降到预定电位时接通上述开关元件，在上述开关元件接通后，流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件的峰值电流控制；以及复制电流生成电路，其生成与输出的电流成正比的复制电流，上述开关控制电路构成为，在使用由上述复制电流生成电路生成的复制电流与预定的基准电流相加而得到的电流检测出流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.24 JP 2015-2516361.一种DC-DC变换器，接通、断开使电流流过电感器的开关元件，对流过上述电感器的电流进行整流，由此转换从直流电源提供的直流输入电压来输出不同电位的直流电压，其特征在于，该DC-DC变换器具备：开关控制电路，其进行在转换后的上述直流电压下降到预定电位时接通上述开关元件，在上述开关元件接通后，流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件的峰值电流控制；以及复制电流生成电路，其生成与输出的电流成正比的复制电流，上述开关控制电路构成为，在使用由上述复制电流生成电路生成的复制电流与预定的基准电流相加而得到的电流检测出流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件。2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，该DC-DC变换器具备接收转换后的上述直流电压并输出向负载提供的电流的负载驱动电路，上述复制电流生成电路生成与上述负载驱动电路输出的电流成正比的复制电流。3.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，上述负载驱动电路具备：差动放大器，其放大输入信号；以及输出部，其生成并输出与该差动放大器的输出对应的电流，上述复制电流生成电路生成与上述输出部输出的电流成正比的复制电流。4.根据权利要求3所述的DC-DC变换器，其特征在于，上述负载驱动电路具备：多个差动放大器，其放大输入信号；以及多个输出部，其生成并输出与该多个差动放大器的输出对应的电流，上述复制电流生成电路生成与将上述多个输出部输出的电流合成后的电流成正比的复制电流并提供给上述开关控制电路，上述开关控制电路在使用由上述复制电流生成电路提供的合成复制电流与预定的基准电流相加而得到的电流来检测出流过上述电感器的电流达到预定电流值的时间点断开上述开关元件。5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的DC-DC变换器，其特征在于，上述开关元件是场效应晶体管，上述开关控制电路具备：场效应晶体管，其是与上述开关元件相同的导电类型，且流过将通过上述复制电流生成电路生成的复制电流与上述基准电流相加而得到的电流，上述开关控制电路还具备：电流检测电路，其将通过该场效应晶体管进行电流电压转换而得的电压作为参考电压，与上述开关元件的漏极电压进行比较，当该漏极电压达到上述参考电压时，生成赋予断开上述开关元件的定时的信号。6.根据权利要求5所述的DC-DC变换器，其特征在于，该DC-DC变换器具备能够将上述开关元件的漏极电压提供给上述电流检测电路并且能够切断该漏极电压的传输开关，该传输开关构成为配合上述开关元件的接通、断开来进行接通、断开控制。7.根据权利要求5或6所述的DC-DC变换器，其特征在于，上述开关控制电路具备：将输出电压进行分压并生成反馈电压的分压电路；以及在上述反馈电压到达预定电位时生...

【专利技术属性】
技术研发人员：中岛平裕，三平宪治，井上文裕，
申请(专利权)人：三美电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP