开关控制电路和自激DC-DC转换器制造技术

一种自激ＤＣ－ＤＣ转换器，包括：开关元件，其对直流输入电压进行斩波；平滑电路，其对经斩波的电压进行平滑，以产生ＤＣ输出电压；开关控制信号发生电路，其通过将输出电压的反馈电压与比较电压进行比较，来产生用于进行开关元件的接通／断开控制的开关控制信号；输出校正电路，其根据反馈电压与基准电压之间的误差调整比较电压，以及当输出电流处于过流状态时，减小比较电压的电平；过流保护信号发生电路，当输出电流处于过流状态时，其产生用于断开开关元件的过流保护信号，而不管开关控制信号；以及延迟电路，对过流保护信号进行延迟。此外，其中还设置有开关控制电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关控制电路以及自激DC-DC转换器。
技术介绍
DC-DC转换器是嵌入电子器件中的局部开关电源，并主要被分为他激型和自激型。DC-DC转换器具有用于对直流输入电压Vin进行斩波(chop)的至少一个开关元件，并且控制该开关元件的开/关以对输入电压Vin进行斩波。在该开关电源中，通过LC平滑电路等对经斩波的输入电压Vin进行平滑，从而获得处于与输入电压Vin的电平不同的特定目标电平的输出电压Vout。通过这样的布局，DC-DC转换器可以提供对于连接到DC-DC转换器的负荷侧电路所需的电源电压。图6示出了常规他激DC-DC转换器300的结构。他激DC-DC转换器300被提供有串联在输入电压Vin的电源线与地线之间的NMOS晶体管Q1、Q2，并且NMOS晶体管Q1、Q2是以互补方式通过驱动电路40来导通/截止的。结果，表示高电平(H-level)和低电平(L-level)的方波信号出现在NMOS晶体管Q1、Q2的连接点，并且被提供给由平滑线圈L和电容元件C1构成的LC平滑电路。通过这种方式，产生输出电压Vout，其与输入电压Vin相比被降压，并被平滑。输出电压Vout被用于调整目标电平的电阻元件R1、R2所分割，以产生电压(＝R2/(R1+R2))，该电压被返回至误差放大器100。误差放大器100对随着输出电压Vout而变化的分割的电压Vf与基准电压Vref之间的误差进行积分并输出。PWM比较器120将三角波振荡器110输出的三角波电压与误差放大器100的输出进行比较，以产生经由驱动电路40对NMOS晶体管Q1、Q2进行导通/截止的PWM(脉宽调制)信号P。在这种情况下，在PWM信号P处于高电平的时间段中NMOS晶体管Q1导通(NMOS晶体管Q2截止)，而在PWM信号P处于低电平的时间段中NMOS晶体管Q1截止(NMOS晶体管Q2导通)。假设他激DC-DC转换器300的输出电压Vout由于干扰等变得高于稳定电平。在这种情况下，由于被分割的电压Vf随着输出电压Vout而变并且变得较高，所以从误差放大器100输出的误差电压(Vref-Vf)逐渐减小。结果，从PWM比较器120输出的PWM信号P中，高电平脉冲宽度变短。由于NMOS晶体管Q1的导通时间段被缩短，所以输出电压Vout的电平减小，并且输出电压Vout被控制在返回稳定状态的方向上。另一方面，如果输出电压Vout变为低于基准电压Vref的电平，则虽然与上面的操作相反，但输出电压Vout类似地仍然被控制在返回稳定状态的方向上。顺便来说，已知难于加速他激DC-DC转换器300的操作，因为在被分割的电压Vf用于PWM比较器120之前，该被分割的电压Vf必须经过误差放大器100。具体地，具有电阻元件R1和电容元件Cr的误差放大器100构成了积分电路。因此，如果输出电压Vout迅速变化，则误差放大器100无法快速输出与快速变化对应的输出结果。因此，误差放大器100需要花时间进行与输出电压Vout的快速变化对应的控制。因此，已经提议从自激DC-DC转换器中去除误差放大器100(其是快速控制响应的抑制因素)以及三角波振荡器110。由于输出电压Vout的波动(即，纹波，ripple)直接表现为开关元件的接通/断开时间段中的变化，所以自激DC-DC转换器具有更快的控制响应，并且适于需要更快的负载波动响应的电源应用。这种类型的自激DC-DC转换器通常被称为“纹波转换器”(例如参见日本专利申请特开公报No.2005-110369)。图7示出了常规纹波转换器310(以下称为“第一常规示例的纹波转换器310”)的典型结构。与图6所示的他激DC-DC转换器300的不同在于布置了纹波比较器10和延迟电路30，来代替误差放大器100、三角波振荡器110和PWM比较器120。与图6中相同的标号表示相同的组件，这些组件将不再说明。纹波比较器10被实现为所谓的差动比较器，其具有反相输入端子，对于其施加有通过分割纹波状输出电压Vout而获得的分割的电压Vf；非反相输入端子，对于其施加有要与分割的电压Vf比较并且与输出电压Vout的目标电平对应的基准电压Vref；以及输出端子，用于根据分割的电压Vf与基准电压Vref之间的电平比较结果，经由驱动电路40输出导通/截止NMOS晶体管Q1、Q2的开关控制信号D。对于由延迟电路30通过延迟开关控制信号D而产生的开关控制信号D’，NMOS晶体管Q1在高电平时间段中导通，NMOS晶体管Q2在低电平时间段中导通。在将从纹波比较器10输出的开关控制信号D提供给NMOS晶体管Q1、Q2之前，延迟电路30使开关控制信号D延迟预定延时Td。因此，由于NMOS晶体管Q1、Q2的导通/截止时间段随着延时Td的变化而变化，因此可以说延迟电路30用于将NMOS晶体管Q1、Q2的开关频率设为期望值。顺便来说，除了延迟电路30的延时Td以外，纹波比较器10和驱动电路40具有延迟，并且NMOS晶体管Q1、Q2具有开关延迟。然而，在假设这些延迟极短于延迟电路30的延时Td的前提下，在以下描述中忽略这些延迟。图8示出了在降压比为“1/2”的情况下第一常规示例的纹波转换器310的主要信号的波形图。“降压比为1/2”是如下情况，例如10V的输入电压Vin被降压至5V的输出电压，并且在这种情况下，NMOS晶体管Q1、Q2中每一个的占空比为“1/2”。纹波比较器10当分割的电压Vf没有超过基准电压Vref时输出高电平开关控制信号D，并且当分割的电压Vf超过基准电压Vref时输出低电平开关控制信号D(见图8(a)、(b))。当开关控制信号D经过延迟电路30时，产生延迟了延时Td的开关控制信号D’(见图8(b)、(c))。开关控制信号D’被提供给NMOS晶体管Q1、Q2。因此，当分割的电压Vf变得高于基准电压Vref时，NMOS晶体管Q1没有截止(NMOS晶体管Q2没有导通)，当在分割的电压Vf变得高于基准电压Vref之后经过了延时Td时，NMOS晶体管Q1截止(NMOS晶体管Q2导通)。类似地，当在分割的电压Vf变得低于基准电压Vref之后经过了延时Td时，NMOS晶体管Q1导通(NMOS晶体管Q2截止)(见图8(a)、(d)、(e))。结果，分割的电压Vf的波形是占空比为“1/2”的具有相同升降斜度的三角波，并且分割的电压Vr的平均电平(直流分量)与基准电压一致。假设由于干扰等，第一常规示例的纹波转换器310的输出电压Vout变得高于稳定状态。在这种情况下，由于分割的电压Vf随着输出电压Vout而变得较高，所以在从纹波比较器10输出的开关控制信号D中，高电平脉冲宽度变窄。结果，由于NMOS晶体管Q1的导通时间段变短，所以输出电压Vout的电平降低，并且输出电压Vout被控制在返回到稳定状态的方向上。另一方面，如果输出电压Vout变为低于基准电压Vref的电平，则即使在与上述相反的操作中，输出电压Vout类似地也被控制在返回到稳定状态的方向上。在第一常规示例的纹波转换器310中，指出以下不足。图9示出了当降压比小于“1/2”时，第一常规示例的纹波转换器310的主要信号的波形图。如图9(a)所示，如果降压比不同于“1/2”，则分割的电压Vr的三角波具有不同的升降斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被设置在自激ＤＣ－ＤＣ转换器中的开关控制电路，该自激ＤＣ－ＤＣ转换器通过接通／断开开关元件来对直流输入电压进行斩波，然后利用平滑电路对经斩波的电压进行平滑，以产生与输入电压的电平不同的目标电平的输出电压，该开关控制电路包括：开关 控制信号发生电路，其检测输出电压的纹波的变化，并产生用于进行开关元件的接通／断开控制的开关控制信号，以使输出电压跟随目标电平；过流保护信号发生电路，其检测自激ＤＣ－ＤＣ转换器的输出电流，并且当检测到输出电流处于等于预定电流或大于预定 电流的过流状态时，产生用于断开开关元件的过流保护信号，以使输出电流小于预定电流，而不管开关控制信号；以及延迟电路，其使过流保护信号延迟。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福士岩，西智昭，野间隆嗣，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]