电源电路及PWM装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供能在０－１００％工作比范围内进行ＰＷＭ控制、并能高速响应的电源电路及ＰＷＭ电路，包括：ＤＣ－ＤＣ转换电路，其具有串联连接在电源输入端子１和基准电位输入端子２之间的ＰＭＯＳ（ＱＰ１）和ＮＭＯＳ（ＱＮ１），用ＰＷＭ信号使其分别交替导通，以获得作为输出的受ＰＷＭ控制的直流输出电压；误差放大器４０，其将直流输出电压和基准电压进行比较，然后输出误差电压；以及ＰＷＭ电路３０，其按照该误差放大器４０的误差输出，进行０－１００％工作比范围内的ＰＷＭ控制，其中，ＰＷＭ电路３０采用互错半周期的第一和第二分频时钟脉冲，通过生成三角波所用的各充放电电路，生成互错半周期的三角波信号，把各三角波信号作为第一和第二ＰＷＭ信号，通过第一和第二施密特触发电路将他们混合后，生成ＰＷＭ信号。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源电路及PWM电路，特别涉及在同步整流电源电路等中，监控输出电压的变化以获得误差信号，使用三角波生成PWM信号的时候，既能生成0-100％工作比范围内的PWM信号，又能扩大输出电压控制范围的电源电路及PWM电路。特别是，随着使用集成电路的电子设备的普及，需要使用低电压、低能耗、稳定的直流电源。对应负载及输入的变化，如果通过让晶体管导通、截止的开关作用实现电源的稳定，则能够减少无功能耗，因此电源效率得以大幅提高。也就是说，通过变化晶体管的导通期间(或导通工作比)能够稳定电源。作为这种有效的电源电路，有使用CMOS集成电路的同步整流型开关稳压器。CMOS集成电路由N沟道型晶体管(以下简称为NMOS)和P沟道型晶体管(以下简称为PMOS)两种MOS晶体管组合构成，因其低能耗特性而成为LSI技术的主流。图7示出了使用CMOS集成电路的同步整流型开关稳压器的构成。在图7中，电源电路包括同步整流型开关稳压电路，其具有高频PMOS(以下称为高频晶体管)(QP1)和低频NMOS(以下称为低频晶体管)(QN1)，以交替导通、截止状态输出直流电压VOUT；误差放大器40，将该C开关稳压电路的输出电压和基准电压源E的基准电压值相比较，获得误差信号；PWM电路20，根据该误差信号控制PWM信号的脉冲宽度，控制该开关稳压电路的固定输出。开关稳压电路，作为输入电压的直流电压VIN(等于电源电压VDD，例如4V)的输入端子1和提供基准电位VSS(等于接地电位GND，例如0V)的端子2之间，串联连接高频晶体管(QP1)和低频晶体管(QN1)且共用漏极D。高频晶体管(QP1)的源极S连接在端子1上，低频晶体管(QN1)的源极连接在端子2上。向高压晶体管(QP1)和低压晶体管(QN1)各自的栅极供给高频脉冲SH和SL，该高频脉冲是将来自PWM电路20的PWM信号通过输出缓冲器BA1和BA2反转得到的。通过使各晶体管在该高频脉冲SH和SL作用下交替导通、截止，从而在两晶体管的连接点的中间节点K上产生交流电压VMA。中间节点K和提供基准电位VSS的端子2之间串联连接整流线圈1和稳压电容C0，在其串联连接点上连接的输出端子4，通过稳压电容C0输出平滑直流电压VOUT。而且，输出电压VOUT通过反馈线反馈到误差放大器40的“-”端子，和连接在提供基准电位VSS的端子5上的基准电压源E的基准电压值相比较。把误差放大器40的比较结果的误差输出Vb提供到PWM电路20，通过该误差输出，控制生成PWM电路20的PWM信号的脉冲宽度。由于该反馈控制，提供到无图示负载的输出电压VOUT(例如1.5V)被永远控制在不变状态。可是，在现有技术中，该PWM电路20如图8所示，由比较器COMP构成。作为基准信号向比较器“-”端子输入上述误差放大器40的误差输出Vb参照图9(a)。向比较器COMP“+”端子输入由无图示的三角波生成电路生成的特定频率的三角波信号Wsaw参照图9(a)。作为其比较的结果，输出其脉冲宽度根据误差输出Vb发生变化的PWM信号参照图9(b)。该PWM信号作为选通脉冲SH和SL输入到图7所示的高频晶体管(QP1)、低频晶体管(QN1)上。但是，为了在PMOS及NMOS同时导通时不发生从电源电压VIN一侧流向基准电位VSS一侧的穿透电流，所以，由低频晶体管(QN1)输出的选通脉冲SL，其脉冲宽度比高频晶体管(QP1)的选通脉冲SH窄。不过，在使用比较器构成PWM电路的情况下，如果将三角波信号频率设置成，例如约1MHz的高频率，使CMOS变换器电路高速变换，那么很难根据其高频率生成PWM信号，也难以高速化。所以，作为该PWM电路20，由特定频率(例如1MHz)的基准时钟脉冲，生成与该误差输出Vb相应斜率的三角波信号，可以认为，由于将该三角波信号提供到例如施密特触发电路等的电位判断电路中，从而生成满足误差输出Vb的脉冲宽度的PWM信号。这种PWM电路20的构成例如图10所示。也就是说，PWM电路20包括时钟脉冲输入端子21，其提供例如1MHz的基准时钟脉冲CLK参照图11(a)；电源输入端子22，其提供作为电源电压的输入电压VIN；输入端子23，其接收来自误差放大器40的误差输出Vb；基准电位输入端子24，其接收基准电位VSS；电压—电流转换电路包括具有误差放大器201、基准电阻R、和电流控制PMOS(QP2)，其中由误差放大器201的“-”端子输入该误差输出Vb，误差放大器201的“+”端子连接在PMOS(QP2)的漏极和基准电阻R的串联连接点上，误差放大器201的输出端连接PMOS(QP2)的栅极，PMOS(QP2)的源极连接在该电源输入端子22上，基准电阻R的一端连接在该基准电位输入端子24上；以及充放电电路，其具有供电PMOS(QP3)、充电电容器C、和放电NMOS(QN2)，其中PMOS(QP3)的源极连接在该电源输入端子22上，其漏极通过充电电容器C连接在该基准电位输入端子24上，NMOS(QN2)的漏极和源极并联连接在充电电容器C的两端，PMOS(QP3)的栅极连接在PMOS(QP2)的栅极及该误差放大器201的输出端，NMOS(QN2)的栅极连接在时钟脉冲输入端子21上，NMOS(QN2)通过其栅极输出的该基准时钟脉冲CLK从而周期性地导通，使充电电容器C的充电电荷放电，输出三角波信号W-CLK；包括施密特触发电路202，其接收从该充电电容器C的输出端获得的三角波信号W-CLK参照图11(b)，用特定的阈值VTH生成矩形波信号即PWM信号，参照图11(c)。上述PMOS(QP2)和PMOS(QP3)具有相同的大小，相同的形状，且互为镜像晶体管。在这种构成中，通过使基准电阻R的电流i所生成的电压降I·R等于误差放大器40输入的误差电压Vb，在电压—电流转换电路中的误差放大器201以这种方式工作从而控制电流，经由PMOS(QP2)及电阻R，电流i(＝Vb/R)流出。其结果，与误差电压Vb相对应的电流流向PMOS(QP2)的同时，同一电流也流向PMOS(QP3)。从而，根据误差放大器40输入的误差电压Vb值的变化，流向PMOS(QP2)和PMOS(QP3)的各晶体管的电流量发生变化，其结果电容器C充电的电压也发生与误差电压Vb的值相应的变化。例如，当误差电压Vb上升时，向电容器C充电的电流值也呈线性增加，所以，在每个固定的时钟脉冲周期进行充放电生成的三角波信号的峰值随电压Vb的增加而变化。其结果，如图11(b)的实线波形①，虚线波形②③所示，在电容器C两端生成的三角波信号的斜度发生变化。为此，在施密特触发电路202上，被阈值VTH截取的PWM信号的脉冲宽度变大，如图11(c)的实线波形①，虚线波形②③所示。也就是说，能够根据误差电压Vb，改变三角波信号的斜度，控制PWM信号的脉冲宽度。根据图10中的PWM电路，由于采用响应良好的施密特触发电路，所以能够根据误差输出Vb的变化高速实现PWM控制，提高响应性能。如果三角波的斜度为90°，虽然PMOS(QP1)栅极接收的PWM信号(SH)导通的脉冲工作比是100％(因为PMOS是低能动，所以当图10的PWM信号总是为高的时候PMOS永远导通，导通工作比是100％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源电路，其特征在于包括：ＤＣ－ＤＣ转换电路，其具有串联连接在电源电压和基准电位之间的高频晶体管和低频晶体管，利用各ＰＷＭ信号控制各晶体管，作为输出获得受ＰＷＭ控制的直流输出电压；误差检测装置，其将所述ＤＣ－ＤＣ转换电路的直流输 出电压和基准电压相比较后输出误差量；以及ＰＷＭ电路，其根据所述误差检测装置的误差输出，生成０－１００％工作比范围的ＰＷＭ信号，对所述ＤＣ－ＤＣ转换电路进行ＰＷＭ控制。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西牧辰夫，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]