升压型DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术提供一种DC-DC变换器，其能够不变更外附的部件地实现得到希望的最大输出电流值的同时降低输出的波动电压。在具有使电流在电感器内流过的开关元件、在电感器的输出侧连接的整流单元、根据输出电压以及与电感器电流对应的电压对开关元件进行导通、断开控制的控制电路的升压型DC-DC变换器中，控制电路具有检测输出电压已降低到预定的电位的第一电压比较电路、检测电感器电流已达到预定的电流值的第二电压比较电路和生成与输入电压成反比例的电压的电压生成电路，将通过电压生成电路生成的电压作为基准电压供给第二电压比较电路，当输出电压已降低到预定的电位时，使开关元件导通，当电感器电流已达到预定的电流值时，使开关元件断开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变换直流电压的开关/调节器方式的升压型电源装置，特别涉及以PFM(脉冲频率调制)方式控制输出的升压型DC-DC变换器。
技术介绍
作为变换直流输入电压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。在所述的DC-DC变换器中，有具有驱动用开关元件、整流元件和控制电路的DC-DC变换器，上述驱动用开关元件用于在电感器(线圈)上施加从电池等直流电源供给的直流电压，使流过电流，在线圈中积蓄能量，上述整流元件用于在该驱动用开关元件被断开放出能量期间对线圈的电流进行整流，上述控制电路用于导通、断开控制上述驱动用开关元件。另外，在DC-DC变换器中有升压型和降压型。 历来，在开关/调节器方式的DC-DC变换器中，向PFM(脉冲频率调制)控制用的比较器或者PWM (脉冲宽度调制)控制用的比较器反馈与输出电压成比例的电压，当输出电压下降时控制频率或者脉冲宽度，使驱动用开关元件的导通时间延长，当输出电压上升时控制频率或者脉冲宽度，使驱动用开关元件的导通时间缩短(例如专利文献I)。图4表示现有的PFM控制方式的升压型DC-DC变换器的结构例，另外图5表示其时间图。如图4所示，在PFM控制方式的升压型DC-DC变换器中，具有比较输出电压Vout和预定的基准电压Vrefl的比较器CMPl ;比较电感器(线圈)L1的输出侧的电压Vsw和基准电压Vref2的电流限制用的比较器CMP2 ;以及比较输出电压Vout和电感器(线圈)LI的输出侧的电压Vsw检测逆流状态的比较器CMP3。图4表示的升压型DC-DC变换器，当由于输出电流Iout的放电输出电压Vout低于基准电压Vrefl时，输出电压检测比较器CMPl的输出成为高电平，置位RS触发器FFl，其输出Q变化为高电平，使开关元件Ml导通。当开关元件Ml导通时，电感器电流IL以Vin/L的斜率(Vin是输入电压，L是电感器LI的电感值)增加，电感器LI和开关元件Ml的连接节点SW的电压Vsw升高。然后，当电压Vsw变得比基准电压Vref2高时，电流限制比较器CMP2的输出成为高电平，置位RS触发器FF2，其输出Q变化为高电平，复位RS触发触发器FFl，其输出Q成为低电平，开关元件Ml断开，整流用开关元件M2导通。设此时的电感器电流IL的电流值为Imax。当整流用开关元件M2导通时，电感器电流IL以(Vout-Vin)/L的斜率减小。另外，当整流用开关元件M2导通时，向输出端子OUT供给电力，输出电压Vout增加。其后，电感器电流IL减小，当成为Vout > Vsw时，逆流检测比较器CMP3的输出成为高电平，复位触发器FF2。另外，整流用开关元件M2断开。通过重复上述的动作，PFM控制升压DC-DC变换器输出预定电平的输出电压Vout。这里，在上述那样的PFM控制的升压DC-DC变换器中，输出波动电压Λ Vp-p用下式表示。ΔVp-p = (Imax2XL) + (2XCoutX (Vout-Vin)) ...式(I)式中，Imax是电感器电流IL的电流限制值，Cout是输出电容器CO的电容值，Vout是输出电压值，Vin是输入电压值。专利文献I :日本特开2005-218167号公报从上述式(I)可知，在现有的DC-DC变换器中，当输入电压Vin升高时，Λ Vp-p增大。当用图5的时间图说明时，如定时tl、t2所示当输入电压Vin升高时，电感器电流IL的减少变缓，延迟成为逆流状态。然后如期间Tl、T2所示，通过开关元件Ml导通的时间变长，输出电压Vout升闻，在开关兀件M2断开后到输出电压Vout下降到基准电压Vref I、开关元件Ml导通前需要的时间变长。因此，输出的波动电压AVp-p增大。然后，当AVp-p增大时，有发生电感器或者输出电容器的音鸣、设备误动作这样的不良的课题。此外，电感器电流IL的电流限制值Imax，当设DC-DC变换器可能输出的最大输出电流值为Iout(MAX)时，Imax和Iout(MAX)的关系用下式表示。 lout (MAX) = (VinX ImaxX η)+ (2 XVout) ...式(2)式中，η是DC-DC变换器的电力变换效率。因此,通过降低Imax,能够减小波动电压Δ Vp-p。但是，因为根据Imax的值决定最大输出电流值lout (MAX),所以需要根据希望的lout (MAX)设定Imax。因此,不能无视lout (MAX)单方面降低Imax。另外，虽然根据式(I)可知增大输出电容器CO的电容值Cout或者减小电感器LI的值能够减小波动电压，但是输出电容器CO的值或者电感器LI的值，有时为得到DC-DC变换器必要的特性而不能自由地变更。
技术实现思路
在上述那样的背景下提出本专利技术，其目的在于，提供一种PFM控制方式的升压型DC-DC变换器，其不变更外附的部件(LI、CO)，能够实现希望的最大输出电流值lout (MAX)同时降低输出的波动电压，防止发生音鸣和误动作。为实现上述目的，本专利技术提供一种升压型DC-DC变换器，其具有在被输入直流电压的电压输入端子和连接有负荷的输出端子之间连接的电感器；在上述电感器的输出侧的端子上连接、使在上述电感器内流过电流的驱动用开关元件；在上述电感器的输出侧的端子和上述输出端子之间连接的整流单元；和根据来自输出侧的反馈电压以及与流过上述电感器的电流成比例的电压，生成用于对上述驱动用开关元件进行导通、断开控制的驱动脉冲的控制电路，输出使输入电压升压后的电压，上述控制电路，具有第一电压比较电路，用于比较来自上述输出侧的反馈电压和预定的第一基准电压，检测反馈电压已降低到预定的电位；第二电压比较电路，用于比较与流过上述电感器的电流成比例的电压和第二基准电压，检测流过上述电感器的电流已达到预定的电流值；和电压生成电路，用于生成与在上述电压输入端子上输入的电压成反比例的电压，将由上述电压生成电路生成的电压作为上述第二基准电压供给上述第二电压比较电路，在上述第一电压比较电路检测出上述反馈电压已降低到预定的电位的情况下，使上述驱动用开关元件导通，在上述第二电压比较电路检出流过上述电感器的电流已达到预定的电流值的情况下，使上述驱动用开关元件断开。根据上述那样的单元，因为具有生成与在电压输入端子上输入的电压成反比例的电压的电压生成电路，将该电压作为第二基准电压供给第二电压比较电路，亦即检测流过电感器的电流已达到预定的电流值的第二电压比较电路的基准电压与输入电压成反比例变化，所以能够防止由于电感器电流流过的时间缩短使输出电压升高，减少输出的波动。这里优选具有比较上述电感器的输出侧的端子的电压和输出电压来检测逆流状态的逆流状态检测电路，该逆流状态检测电路在检测出输出电压比上述电感器的输出侧的端子的电压高的逆流状态的情况下，使上述整流单元断开。由此，在用开关元件构成整流单元的情况下，能够在适当的定时断开整流单元。另外优选上述整流单元是二极管。由此，不需要生成在适当的定时导通、断开整流单元的控制信号的电路，能够减少电路的构成元件数以及电路的占有面积、芯片尺寸。 进而优选上述电压生成电路由把在上述电压输入端子上输入的电压作为输入的除法电路构成。由此，能够通过已有的电路构成生成与输入电压成反比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压型DC？DC变换器，具有：在被输入直流电压的电压输入端子和连接有负荷的输出端子之间连接的电感器；在上述电感器的输出侧的端子上连接、使在上述电感器内流过电流的驱动用开关元件；在上述电感器的输出侧的端子和上述输出端子之间连接的整流单元；和根据来自输出侧的反馈电压以及与流过上述电感器的电流成比例的电压，生成用于对上述驱动用开关元件进行导通、断开控制的驱动脉冲的控制电路，输出使输入电压升压后的电压，该升压型DC？DC变换器的特征在于，上述控制电路，具有：第一电压比较电路，用于比较来自上述输出侧的反馈电压和预定的第一基准电压，检测反馈电压已降低到预定的电位；第二电压比较电路，用于比较与流过上述电感器的电流成比例的电压和第二基准电压，检测流过上述电感器的电流已达到预定的电流值；和电压生成电路，用于生成与在上述电压输入端子上输入的电压成反比例的电压，将由上述电压生成电路生成的电压作为上述第二基准电压供给上述第二电压比较电路，在上述第一电压比较电路检测出上述反馈电压已降低到预定的电位的情况下，使上述驱动用开关元件导通，在上述第二电压比较电路检测出流过上述电感器的电流已达到预定的电流值的情况下，使上述驱动用开关元件断开。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田渊仁之，广岛隆，
申请(专利权)人：三美电机株式会社，
类型：发明
国别省市：