开关稳压器制造技术

本发明专利技术提供一种即便在轻负载下也具有高效率的开关稳压器。本发明专利技术的开关稳压器构成为，根据振荡电路的输出信号来控制开关元件的导通、截止，从而在轻负载时将振荡频率抑制得较低以降低开关损耗，其中根据误差放大器的输出信号，所述振荡电路振荡频率得到控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能提高轻负载时的效率的开关稳压器。
技术介绍
开关稳压器(switching regulator)被用作各种电子设备的电路的电压供给源。开关稳压器的功能就是无论输入端子的电压变动如何都以高转换效率在输出端子输出固定的电压。进而，重要的是在作为负载的电子设备进入待机状态等低耗电模式、从输出端子供给到负载的电流减少时也将转换效率维持于高状态。图4示出现有的升压型开关稳压器的电路图。在输入电源20连接有线圈22。在线圈22与输出电容24之间连接有整流元件23。负载25与输出电容24并联连接。开关稳压器控制电路200控制开关稳压器的开关元件21 的导通(0N)、截止(OFF)。若将误差放大器13的输出设为电压Verr、基准电压电路10的输出设为基准电压Vref、分压电阻(bleeder resistance) 11与12的连接点的电压设为分压电压Vfb,如果Vref>Vfb则电压Verr变高,反之如果VrefXVfb则电压Verr变低。PWM比较器14对振荡电路15的输出Vramp (例如三角波)和电压Verr进行比较而输出信号。图5示出这些信号的关系。就是说，误差放大器13输出的电压Verr上下波动,从而PWM比较器14的输出信号Vpwm的脉冲宽度得到控制。这就是所谓的开关稳压器的PWM控制。一般就开关稳压器而言，导通开关元件的时间长，则对负载供给电力的能力变高。例如，当负载电流Iout变大，开关稳压器的输出电压就下降，分压电压Vfb下降。据此，因电压Verr上升，结果PWM比较器14的输出脉冲宽度变宽，脉冲宽度以固定地保持输出电压Vout的方式得到控制。反之，当负载电流Iout变小，开关稳压器的输出电压值就上升，分压电压Vfb上升。据此，因电压Verr下降，结果PWM比较器14的输出脉冲宽度变窄，脉冲宽度以固定地保持输出电压Vout的方式得到控制。即，误差放大器13的输出电压Verr根据负载电流值而变化，以控制开关稳压器的脉冲宽度。但是，上述PWM控制存在若负载电流Iout变小(下面称之为轻负载)则效率显著降低的缺点。这是因为相对于向输出供给的能量，为导通、截止开关元件所需要的能量的比例增加的缘故。对于电容值C ，在以频率f 反复进行0到V的充放电时流过的平均电流I成为I=CVf ，这广为人知。即，若设开关元件21的输入电容为Cin、输入电源20为Vin 、开关稳压器的动作频率为Fosc ，则驱动开关元件21所需要的电流值 Iop 成为 Iop=CinXVinXFosc。作为一例，若以Cin=500pF、Vin=5V、Fosc=IMHz这种一般的数值为例，则成为Iop=2. 5mA，在输入电源侧的电功率损耗Pin成为Pin=VinX Iop=12. 5mW。此时，若输出电压Vout为10V，负载电流Iout为1mA，则向输出侧供给的电功率Pout成为Pout=IoutXVout=IO mW。从而,仅驱动开关元件21所需要的电功率便超过向输出供给的电功率。实际上，此外还有用于驱动开关元件的缓冲电路的贯通电流等，与开关元件驱动有关的损耗就成为更大的值。但是，由于这些与开关元件驱动有关的损耗为当开关稳压器的动作频率变高就增加的特性，所以在轻负载下，降低其动作频率以降低上述开关元件21的驱动损耗的技术一直以来广泛得以使用。如前所述，电压Verr根据负载电流而变动以控制输出电压Vout，由此能够通过监视电压Verr来构成输出负载检测部件。这就是图4的负载检测电路100。负载检测电路100由晶体管110、111所构成。当误差放大器13的电压Verr上升，N沟道晶体管111的栅极电压就上升，因此其漏极一源极间的电流Ioscl增加。由于晶体管110与晶体管112存在电流关系，所以晶体管112的漏极一源极间的电流Iosc2也与电流Ioscl成比例地增加。电流Iosc2为振荡电路15的偏置电流，例如若振荡电路15的构成是利用以电流Iosc2对电容进行充电的时间来振荡的构成，则振荡频率依赖于电流Iosc2而变化。例如，当负载电流Iout变大、输出电压Vout下降，电压Verr就上升，所以电流Ioscl以及电流Iosc2增加。因而振荡电路15以高频率振荡。反之如果是轻负载则电压Verr下降而电流Iosc2减少，所以振荡频率下降，上述开关元件的导通、截止的次数减少 ，因此驱动损耗减少，使轻负载下的效率提高(例如，参照专利文献I)。专利文献I :日本特开平11-155281号公报。但是，上述现有的开关稳压器存在当输出电压Vout的设定值低时振荡频率与负载电流Iout无关地变化这一缺点。在PWM控制的情况下，输出电压由开关元件的导通占空比(on duty)决定。图4的升压型开关稳压器的电流连续模式下的导通占空比的理论式为Duty=l-Vin/Vout。即，导通占空比是电压Verr相对于三角波Vramp的振幅的比例,若电压Verr低则导通占空比也变小。当电压Verr变低时，自然电流Ioscl变小，所以结果振荡频率下降。即便加大负载电流Iout，Duty的变化也微乎其微，所以振荡频率维持较低。从而，针对输出电压Vout的能量供给次数减少。即能量供给的周期变长，所以在此期间输出电压Vout的放电增进，存在输出电压Vout的脉动电压增加这一问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决以上课题而设计的，通过振荡频率相对于负载电流Iout变化，从而实现谋求轻负载时的效率提高和重负载下的脉动电压降低的开关稳压器。为了解决现有的课题，本专利技术涉及的开关稳压器采取如下构成。(I) 一种开关稳压器，其特征在于，具备误差放大器，将对输出电压分压而得的分压电压与基准电压之差放大而输出；振荡电路，根据所述误差放大器的输出信号而输出矩形波；以及开关元件，其导通/截止(0N/0FF)基于所述振荡电路的输出信号而被控制，根据所述误差放大器的输出信号，所述振荡电路振荡频率可变。(2) —种开关稳压器，其特征在于，具备误差放大器，将对输出电压分压而得的分压电压与基准电压之差放大而输出；振荡电路，根据所述误差放大器的输出信号而输出矩形波；以及开关元件，其导通/截止基于所述振荡电路的输出信号而被控制，所述振荡电路，具备恒流源，流出恒定电流；电容，以所述恒流源的恒定电流进行充电；比较器，对所述电容的电压和基准电压进行比较而输出矩形波；以及晶体管电路，根据所述比较器的输出信号及所述误差放大器的输出信号来控制所述电容的充放电，根据所述误差放大器的输出信号，振荡频率可变。根据本专利技术的开关稳压器，由于根据负载电流Iout以最适合的频率来进行开关动作，所以开关元件21的驱动损耗降低。从而，能提高轻负载下的升压效率。另外，即便在输出电压Vout的设定值低的情况下，开关频率也不会固定在低状态。从而，能够抑制输出电压Vout的脉动电压。附图说明图I是第一实施方式的开关稳压器的电路 图2是第二实施方式的开关稳压器的电路 图3是第二实施方式的开关稳压器的时序 图4是现有的开关稳压器的电路 图5是现有的开关稳压器的PWM动作的动作概念图。 附图标记说明 10基准电压电路；13误差放大器；14 PWM比较器；15振荡电路；16缓冲电路；20直流电源；25输出负载；100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关稳压器，其特征在于，具备：误差放大器，将对输出电压分压而得的分压电压与基准电压之差放大而输出；振荡电路，根据所述误差放大器的输出信号而输出矩形波；以及开关元件，其导通/截止基于所述振荡电路的输出信号而被控制，根据所述误差放大器的输出信号，所述振荡电路振荡频率可变。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：出口充康，吉田宪治，
申请(专利权)人：精工电子有限公司，
类型：发明
国别省市：