开关调节器以及其操作控制方法技术

具有电感器的非隔离类型开关调节器，包括：开关元件；整流元件；误差放大电路部分，放大反馈电压与第一参考电压之间的电压差并且作为误差电压输出；第一电压比较电路部分，对斜坡电压与误差电压执行电压比较以及产生并输出第一比较信号，该斜坡电压执行预先设置的电压改变，该误差电压与开关元件的切换同步；第二电压比较电路，对误差电压与第二参考电压执行电压比较以及产生并输出第二比较信号；振荡电路部分，基于第二比较信号而开始振荡以及产生并输出时钟信号；以及控制电路部分，基于时钟信号以及第一比较信号而执行开关元件的切换控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及起DC-DC转换器作用的开关调节器，更具体地，涉及具有PWM(脉宽调制)控制模式以及VFM(变频调制)控制模式以及基于例如输出电流的状态而切换控制模式的开关调节器。
技术介绍
近年来，考虑到环境问题要求电子装置节能，并且在由电池驱动的电子装置中节能的倾向变得尤其突出。通常，为了实现这样的节能，降低电子装置消耗的电功率、以及提高电源电路本身的效率以及抑制无用的电功率消耗是很重要的。使用电感器的非隔离开关调节器广泛用作用于小电子装置的高效率电源电路。开关调节器有两种主要的控制模式。第一种是PWM(脉宽调制)控制模式，其中通过保持脉冲信号的频率为常数以及改变脉冲信号的占空比改变开关晶体管的接通时间与断开时间之比，以及控制平滑之后的输出电压的平均值为常数。第二种是VFM(变频调制)控制模式，其中通过保持脉冲信号的脉冲持续时间为常数以及改变脉冲信号的频率来改变开关晶体管的接通时间与预定周期之比，以及控制平滑之后的输出电压的平均值为常数。另外，有两种VFM控制模式。第一种涉及连续地改变脉冲信号的频率，而第二种涉及通过以PWM控制模式划分开关调节器的时钟脉冲信号来假性地改变脉冲信号的频率。该VFM控制模式也描述为PFM(脉冲频率调制)控制模式。开关调节器本身的电功率消耗与开关频率成比例地增加。在PWM控制模式下，即使在轻负载的情况下，也以恒定的周期执行开关晶体管的接通/断开控制；因此降低轻负载情况下的效率。另一方面，在VFM控制模式下，开关晶体管的切换频率基于负载电流而波动；因此，噪声以及脉动(ripple)对装置的影响增加，对于轻负载切换次数降低，且效率变得比PWM控制模式更好。因此，传统地，存在通过基于负载条件而执行PWM控制与VFM控制的切换来提高从轻负载的情况到重负载的情况的电源效率的开关调节器。然而，因为由开关调节器产生的噪声大大地影响外围装置，所以必须考虑这样的噪声。在开关调节器的噪声分量中，开关晶体管的切换频率的噪声分量最大。在VFM控制模式下，频率基于负载电流而波动；因此由开关调节器产生的噪声分量基于负载电流而波动。关于上述噪声，需要考虑外围装置来使用开关调节器。另外，通常，在以VFM控制模式进行控制的情况下，输出电压的脉动变得比以PWM控制模式进行控制的情况下更大。即使在VFM控制模式下，VFM控制下的切换频率的最大值也是不一致的；因此在电感器电流成为零之前接通开关调节器以及将能量供应给电感器的情况下，存在输出电压的脉动进一步变大的问题。图8是说明执行PWM控制以及VFM控制的切换的电流模式控制开关调节器的传统示例的电路图。在图8中，当存储在输出电容器Co中的电荷向连接到输出端子OUT的负载120放电时，输出电压Vout逐步下降，而误差电压opout上升。当误差电压opout超过第二参考电压Vr2时，使能信号OSCEN(其是比较器108的输出信号)反相以及使能信号OSCEN成为高状态。当使能信号OSCEN成为高状态时，振荡电路109立即产生一个高状态脉冲以及作为时钟信号CLK输出。由时钟信号CLK置位RS触发器电路105，且输出Q成为高状态。然后，控制电路106将每个控制信号PHS以及NLS设置为低状态，接通开关晶体管M101以及断开同步整流晶体管M102。当接通开关晶体管M101时，输入电压Vin施加到电感器L101，因此电感器电流iL流过电感器L101。电感器电流iL关于时间的增加率与输入电压Vin和输出电压Vout之间的电压差成比例。当电感器电流iL超过输出电流iout时，输出电压Vout上升以便充电输出电容器Co，而误差电压opout下降。当误差电压opout下降到小于第二参考电压Vr2时，来自比较器108的使能信号OCSEN返回到高状态。因此，振荡电路109只输出作为时钟信号CLK的一个脉冲，以及停止振荡操作。由电感器电流/电压转换器电路110将电感器电流iL转换为电感器电压Vsen并且将其输出。在加法电路112中，将从倾斜电压产生电路111输出的补偿倾斜电压Vslp与电感器电压Vsen相加，然后成为斜坡电压Vc，以及将斜坡电压Vc输入到比较器104的非反相输入端。斜坡电压Vc随着时间的过去升高，以及当斜坡电压Vc超过误差电压opout时，比较器104的输出信号PWMOUT反相，且成为高状态。当输出信号PWMOUT成为高状态时，复位RS触发器电路105，且输出Q成为低状态，以及控制电路106将每个控制信号PHS以及NLS设置为高状态。因此，断开开关晶体管M101以及接通同步整流晶体管M102。当断开开关晶体管M101时，由于电感器L101的反电动势的影响，连接点LX的电压VLX成为负电压。因此，电感器电压Vsen(其是电感器电流/电压转换器电路110的输出电压)下降到地电压GND，同时，倾斜电压产生电路111停止操作，以及补偿倾斜电压Vslp下降为地电压GND。结果，斜坡电压Vc下降为地电压GND，而比较器104的输出信号PWMOUT立即返回到低状态。当电感器电流iL的电流值下降到小于或等于输出电流iout时，输出电压Vout开始下降，而当输出电压Vout下降时，误差电压opout上升。当误差电压opout超过第二参考电压Vr2时，处理返回到上述解释的开始以及执行上述相同的操作，然后重复上述操作。在VFM控制模式下，输出电流iout越小，则输出电压Vout下降所花费的时间越长；因此开关晶体管M101为接通的持续时间变长，即，切换频率变低。另外，输出电流iout越小，则输出电压Vout上升越快；因此误差电压opout的下降速度变快，开关晶体管M101为接通的持续时间变短。当输出电流iout增加以及切换频率变高并且误差电压opout变得总是等于或者大于第二参考电压Vr2时，VFM控制模式自动切换到PWM控制模式。在PWM控制模式下，误差电压opout变得总是等于或者大于第二参考电压Vr2；因此使能信号OSCEN(其是比较器108的输出信号)成为高状态。然后，振荡电路109以预定频率执行振荡以及产生并且输出时钟信号CLK。当时钟信号CLK成为高状态时，置位RS触发器电路105，且输出Q成为高状态。然后，接通开关晶体管M101以及断开同步整流晶体管M102，且电感器电流iL流过。在电感器电流/电压转换器电路110中，将电感器电流iL转换为电感器电压Vsen，以及添加补偿倾斜电压Vslp，产生斜坡电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.27 JP 2009-1080011.一种开关调节器，具有电感器且是非隔离类型，
所述开关调节器将输入到输入端子的输入电压转换为预定恒定电压，并
作为输出电压从输出端子输出，并且自动执行PWM控制与VFM控制的切换，
所述开关调节器包括：
开关元件，基于输入到控制电极的控制信号以及由所述输入电压对所述
电感器的充电而执行切换；
整流元件，当断开所述开关元件以及停止对所述电感器的充电时，执行
所述电感器的放电；
误差放大电路部分，放大与所述输出电压成比例的反馈电压与预定第一
参考电压之间的电压差并且作为误差电压输出；
第一电压比较电路部分，对斜坡电压与误差电压执行电压比较并且产生
并输出指示比较结果的第一比较信号，所述斜坡电压执行预先设置的电压改
变，所述误差电压与所述开关元件的切换同步；
第二电压比较电路，对所述误差电压与预定第二参考电压执行电压比较
并且产生并输出指示比较结果的第二比较信号；
振荡电路部分，基于所述第二比较信号而开始振荡操作，并且产生并输
出预定频率的时钟信号；以及
控制电路部分，基于所述时钟信号和所述第一比较信号而执行所述开关
元件的切换控制，
其中，所述振荡电路部分基于所述第二比较信号而开始振荡操作，并且
当产生的时钟信号成为与接通所述开关元件并执行对所述电感器的充电的状
态相反的状态时，基于所述第二比较信号而停止振荡操作。
2.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，当输入指示所述误差电压
等于或者大于所述第二参考电压的第二比较信号时，所述振荡电路部分开始
振荡操作，以及在正好在开始振荡操作之后产生的时钟信号的脉冲成为与接
通所述开关元件以及执行对所述电感器的充电的状态相反的状态时的第二比
较信号指示所述误差电压小于所述第二参考电压的情况下，停止振荡操作。
3.根据权利要求2所述的开关调节器，其中，所述振荡电路部分包括：
振荡电路，执行振荡操作并且产生并输出时钟信号；以及
振荡控制电路，基于所述第二比较信号而控制所述振荡电路的振荡操作，
以及当输入指示所述误差电压等于或者大于所述第二参考电压的第二比
较信号时，所述振荡控制电路控制所述振荡电路开始振荡操作，以及在当正
好在开始振荡操作之后产生的时钟信号的脉冲成为与接通所述开关元件以及
执行对所述电感器的充电的状态相反的状态时的第二比较信号指示所述误差
电压小于所述第二参考电压的情况下，控制所述振荡电路停止振荡操作。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的开关调节器，其中，所述第一
电压比较电路部分将具有预先设置的电压对时间的斜率的倾斜电压与基于流
过所述电感器的电感器电流的电压相加，并产生斜坡电压。
5.根据权利要求4所述的开关调节器，其中，所述第一电压比较电路部
分包括：
电感器电流/电压转换器电路，检测流过所述电感器的电感器电流并将检
测到的电感器电流转换为电压并输出所述电压；
倾斜电压产生电路，产生并输出具有预先设置的电压对时间的斜率的倾
斜电压；
加法电路，将来自所述电感器电流/电压转换器电路的输出电压与来自所
述倾斜电压产生电路的倾斜电压相加，并且产生并输出斜坡电压；以及
第一电压比较电路，对所述斜坡电压与所述误差电压执行电压比较，并
且产生并输出指示比较结果的第一比较信号。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的开关调节器，其中，所述第一
电压比较电路部分产生以与时钟信号相同的频率重复电压的升高和下降的斜
坡电压。
7.根据权利要求1至6中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：道下雄介，清水伸也，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：