專利名稱：開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在寬的負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路。
背景技術(shù)：
作為傳統(tǒng)的同步整流方式的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，公知的有如圖16所示的電路(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
亦即，如圖16所示，在電源10上連接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路50和第一開(kāi)關(guān)電路111，第二開(kāi)關(guān)電路115被連接在第一開(kāi)關(guān)電路的另一端(X端)與GND(地)之間。在該第二開(kāi)關(guān)電路115上并聯(lián)連接整流二級(jí)管114，在上述第一及第二開(kāi)關(guān)電路111和115的連接點(diǎn)上連接線圈112，上述線圈112的另一端被連接至開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端子OUT上。另外，在輸出端子OUT與GND之間連接有電容器113，再有，在輸出端子OUT與GND之間連接有負(fù)載15。
在第1開(kāi)關(guān)電路111導(dǎo)通期間，被輸入到輸入端子IN的電源10的電壓VIN通過(guò)線圈112及第1開(kāi)關(guān)電路111加到輸出端子OUT。另外，為了將輸出電壓VOUT保持恒定，輸出端子OUT經(jīng)平滑電容器113接地。
在該狀態(tài)下，在線圈112上蓄積能量，由線圈112向輸出端子OUT的方向流過(guò)的線圈電流IL如圖17所示，以(VIN-VOUT)/L的斜率增加(圖17的Ta至Tb的期間)。
另一方面，在上述線圈112及平滑電容器113的串聯(lián)電路中，分別并聯(lián)設(shè)置整流二極管114及第2開(kāi)關(guān)電路115，如果斷開(kāi)第1開(kāi)關(guān)電路111(Tb的時(shí)刻)，流過(guò)線圈112的電流I由該整流二極管114和導(dǎo)通的第2開(kāi)關(guān)電路115維持。在該狀態(tài)下，被蓄積在線圈112上的能量被放出，線圈電流IL以-VOUT/L的斜率減少(Tb至Tc的期間)。一到Tc時(shí)刻，上述第1開(kāi)關(guān)電路111就再次導(dǎo)通，開(kāi)始向線圈112蓄積能量。
上述的第1及第2開(kāi)關(guān)電路111和115由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路50來(lái)控制，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路50監(jiān)視輸出電壓VOUT，控制第1開(kāi)關(guān)電路111的導(dǎo)通期間與斷開(kāi)期間的比例，使該電壓成恒定的值。第1及第2開(kāi)關(guān)電路111和115如圖18(a)、(b)所示，由預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路120、124和MOS晶體管121、125構(gòu)成，用由來(lái)自開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路50的信號(hào)Vc，通過(guò)預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路120、124來(lái)控制MOS晶體管121、125的柵電壓，進(jìn)行開(kāi)關(guān)電路的ON/OFF。預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路120、124需高速對(duì)MOS晶體管的柵電容充放電，并需高的驅(qū)動(dòng)能力。
這里，如果上述兩開(kāi)關(guān)111和115同時(shí)導(dǎo)通，則輸入端子IN經(jīng)兩開(kāi)關(guān)111及115接地，流過(guò)極大的貫通電流。因而，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路50在第1開(kāi)關(guān)111的轉(zhuǎn)換定時(shí)和第2開(kāi)關(guān)115的轉(zhuǎn)換定時(shí)期間，設(shè)定預(yù)定的滯后時(shí)間，控制成使兩開(kāi)關(guān)111和115不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
通過(guò)第2開(kāi)關(guān)電路115設(shè)為ON，可以在第1開(kāi)關(guān)111為OFF時(shí)放出線圈112的能量，上述整流二極114可以省略。
傳統(tǒng)的同步整流電路中，第1及第2開(kāi)關(guān)電路以恒定頻率進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作，由于由該開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的損失，在輕負(fù)載時(shí)的效率極大地惡化。
專利第3469172號(hào)(第20圖)發(fā)明內(nèi)容[發(fā)明要解決的課題]在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，存在著所謂在負(fù)載電流小時(shí)，功率變換效率極大下降的問(wèn)題。
另外，本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)的課題，提高負(fù)載電流小時(shí)的功率變換效率。
本申請(qǐng)發(fā)明的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路包含發(fā)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓電路；用以分壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓的分壓電路；輸入上述分壓電路的電壓和上述基準(zhǔn)電壓電路的電壓，放大兩電壓的差電壓的誤差放大器電路；輸出振蕩信號(hào)的振蕩電路；比較上述誤差放大器的輸出電壓和上述振蕩電路的輸出電壓的PWM比較電路；控制該開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的線圈電流的第一開(kāi)關(guān)元件；以及用以整流上述線圈的能量的第二開(kāi)關(guān)元件，在交互地使上述第一及第二的開(kāi)關(guān)元件ON/OFF的同步整流方式的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，用外部信號(hào)變更上述振蕩電路的頻率和上述第一及第二的開(kāi)關(guān)元件中的至少任一個(gè)的驅(qū)動(dòng)能力(導(dǎo)通電阻)。
再者，在變更上述第一及第二的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力(導(dǎo)通電阻)的同時(shí)，也要變更用以驅(qū)動(dòng)第一及第二的開(kāi)關(guān)元件的預(yù)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力(導(dǎo)通電阻)。
還有，在降低上述振蕩電路的頻率時(shí)，同時(shí)，要降低上述第一或第二的開(kāi)關(guān)元件中的至少任一方的驅(qū)動(dòng)能力(要升高導(dǎo)通電阻)。
再有，根據(jù)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)載電流，變更上述振蕩電路的頻率和上述第一及第二的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力(導(dǎo)通電阻)。
另外，包含有發(fā)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓電路；用以分壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓的分壓電路；輸入上述分壓電路的電壓和上述基準(zhǔn)電壓電路的電壓，放大兩電壓的差電壓的第一誤差放大器電路；輸出振蕩信號(hào)的振電路；比較上述第一誤差放大器的輸出電壓和上述振蕩電路的輸出電壓的PWM比較電路；連接在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源間的晶體管；輸入上述分壓電路的電壓和上述基準(zhǔn)電壓電路的電壓、放大兩電壓的差電壓的第二誤差放大器電路；控制該開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的線圈的電流的第一開(kāi)關(guān)元件；以及用以變換上述線圈的能量的第二開(kāi)關(guān)元件，在交互地使上述第一及第二開(kāi)關(guān)元件ON/OFF的同步整流方式的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，用外部信號(hào)停止上述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，且要用上述第二誤差放大器的輸出來(lái)控制被連接在上述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源間的晶體管的柵電壓。
再者，根據(jù)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)載電流，停止上述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，控制被連接在上述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源間的晶體管的柵電壓。
本申請(qǐng)發(fā)明的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路具有改善負(fù)載電流小時(shí)的功率變換效率的效果。


本發(fā)明第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器[圖2]本發(fā)明第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路[圖3]本發(fā)明的開(kāi)關(guān)元件1的方框圖[圖4]本發(fā)明的開(kāi)關(guān)元件2的方框圖[圖5]本發(fā)明第一實(shí)施例的電流波形[圖6]本發(fā)明第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)元件1的方框圖[圖7]本發(fā)明第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)元件2的方框圖[圖8]本發(fā)明第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)元件1的方框圖[圖9]本發(fā)明第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)元件2的方框圖[圖10]本發(fā)明第三實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器[圖11]負(fù)載電流檢測(cè)電路之一例[圖12]本發(fā)明第四實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器[圖13]本發(fā)明第四實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路[圖14]本發(fā)明第五實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器[圖15]本發(fā)明的開(kāi)關(guān)元件2的方框圖[圖16]傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器 傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電流波形[圖18A、18B]傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)電路之一例[符號(hào)說(shuō)明]1、2開(kāi)關(guān)電路3 基準(zhǔn)電壓電路5 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路10 電源20、21 分壓電阻22、71 誤差放大器23 比較電路24 振蕩電路具體實(shí)施方式
為了解決上述課題，在本發(fā)明中，當(dāng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的輕負(fù)載時(shí)，降低開(kāi)關(guān)的頻率，且降低開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力。另外，輕負(fù)載時(shí)，停止開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，從電壓調(diào)節(jié)器向負(fù)載供給電力。
下面，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施例。圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。與傳統(tǒng)的圖16不同的是，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路5設(shè)有來(lái)自外部的輸入端子S。另外，由于來(lái)自開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路5的信號(hào)，包含開(kāi)關(guān)元件的第一開(kāi)關(guān)電路1和包含開(kāi)關(guān)元件的第二開(kāi)關(guān)電路2各自的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力就會(huì)變化。再者，由于輸入端子S的電壓，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的控制電路5的內(nèi)部的振蕩頻率變化，同時(shí)第一開(kāi)關(guān)元件1與第二開(kāi)關(guān)元件2的驅(qū)動(dòng)能力也變化。
圖2是表示本發(fā)明的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路5的方框圖?；鶞?zhǔn)電壓電路3輸出某個(gè)恒定電壓。在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端子OUT上，連接由分壓電壓的電阻20及21構(gòu)成的分壓電路，其上接有放大上述分壓電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓電路3的輸出電壓的差的誤差放大器22，以及將上述誤差放大器22的輸出與振蕩電路24的輸出作比較的比較電路23。振蕩電路24發(fā)生某個(gè)頻率的三角形波。上述比較電路23比較誤差放大器22的輸出與振蕩電路24的輸出并產(chǎn)生輸出信號(hào)Vc，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件。
如果開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出端子的電壓VOUT比所想要的電壓低，誤差放大器22的輸出上升，其結(jié)果，比較電路23的輸出信號(hào)Vc的“H”的期間延長(zhǎng)。此時(shí)，若比較電路23的輸出信號(hào)Vc為“H”時(shí)使第一開(kāi)關(guān)電路1的開(kāi)關(guān)元件ON，則在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端子的電路VOUT比所想要的電壓低時(shí)，由于第一開(kāi)關(guān)電路1的開(kāi)關(guān)元件的ON動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)，控制起作用，使輸出端子的電壓保持在恒定。
在本發(fā)明的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中，在由于輸入端子S的電壓Vs振蕩電路24的振蕩頻率變化的同時(shí)，開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力也變化。將開(kāi)關(guān)電路1的方框圖示于圖3。開(kāi)關(guān)電路1由驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的預(yù)驅(qū)動(dòng)器31和作為開(kāi)關(guān)元件的MOS晶體管1A、1B與柵控制電路30構(gòu)成。端子IN被連接至電源10，端子X(jué)被連接至線圈112及整流二極管114等的連接點(diǎn)。預(yù)驅(qū)動(dòng)器31將比較電路23的輸出壓Vc隔離(buffering)，以低阻抗驅(qū)動(dòng)MOS晶體管1A、1B的柵極，控制MOS晶體管1A、1B的ON/OFF。柵控制電路30根據(jù)輸入端子S的電壓Vs將MOS晶體管1B的柵極連接到預(yù)驅(qū)動(dòng)器31的輸出或電源端子IN中的任一個(gè)上。
MOS晶體管1A和1B的驅(qū)動(dòng)能力即導(dǎo)通電阻不同，如果將MOS晶體管1A的導(dǎo)通電阻設(shè)為R1A，將MOS晶體管1B的導(dǎo)通電阻設(shè)為R1B，則有如下的關(guān)系。
R1A＞＞R1B……(1)例如，輸入端子S的電壓Vs為“H”時(shí)，柵控制電路30的開(kāi)關(guān)30B成為ON，30A成為OFF，同時(shí)，圖2的振蕩電路24的振蕩頻率升高(例如，1MHz)。在該狀態(tài)下，MOS晶體管1A和1B這2個(gè)都由預(yù)驅(qū)動(dòng)器31的輸出同時(shí)地進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作。
接著，輸入端子S的電壓為“L”時(shí)，柵控制電路30的開(kāi)關(guān)30A成為ON，30B成為OFF，同時(shí)，圖2的振蕩電路24的振蕩頻率變低(例如，10kHz)。在該狀態(tài)下，MOS晶體管1B成為OFF，MOS晶體管1A由預(yù)驅(qū)動(dòng)器31的輸出進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作。開(kāi)關(guān)30A及30B由MOS晶體管構(gòu)成，通過(guò)控制該晶體管的柵電壓，進(jìn)行開(kāi)關(guān)30A及30B的ON/OFF動(dòng)作。
亦即，當(dāng)輕負(fù)載時(shí)，通過(guò)將輸入端子S的電壓Vs置于“L”，開(kāi)關(guān)頻率下降，且由于不需要對(duì)構(gòu)成預(yù)驅(qū)動(dòng)器31的負(fù)載的MOS晶體管1B的柵電容進(jìn)行充放電，可以使開(kāi)關(guān)損失減少。
同樣，開(kāi)關(guān)電路2的方框圖示于圖4。端子X(jué)與圖3的端子X(jué)連接。開(kāi)關(guān)元件2由驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的預(yù)驅(qū)動(dòng)器33、MOS晶體管2A、2B和柵控制電路32構(gòu)成。預(yù)驅(qū)動(dòng)器33將比較電路23的輸出電壓Vc隔離，以低阻抗使MOS晶體管2A及2B的柵極ON/OFF動(dòng)作。柵控制電路32用輸入端子S的電壓Vs將MOS晶體管2B的柵極連接到預(yù)驅(qū)動(dòng)器33的輸出或GND端子中的一個(gè)上。
MOS晶體管2A和2B的驅(qū)動(dòng)能力即導(dǎo)通電阻不同，若將MOS晶體管2A的導(dǎo)通電阻設(shè)為R2A，將MOS晶體管2B的導(dǎo)通電阻設(shè)為R2B，則有式(2)的關(guān)系。
R2A＞＞R2B……(2)MOS晶體管的導(dǎo)通電阻RON在非飽和區(qū)與柵寬W成反比。亦即，對(duì)應(yīng)于某個(gè)柵長(zhǎng)L，如果柵寬W增加，則MOS晶體管的導(dǎo)通電阻下降，如果柵寬W小，則MOS晶體管的導(dǎo)通電阻增大。通常，由于MOS晶體管的柵電容正比于柵寬W，導(dǎo)通電阻大時(shí)，MOS晶體管的柵電容小。
此時(shí)，輸入端子S的電壓Vs為“H”時(shí)，柵控制電路32的開(kāi)關(guān)32B成為ON，32A成為OFF，同時(shí)圖2的振蕩電路24的振蕩頻率增高(例如，1MHz)。在該狀態(tài)下，MOS晶體管2A和2B兩個(gè)都由預(yù)驅(qū)動(dòng)器33的輸出同時(shí)進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作。
接著，輸入端子S的電壓Vs在“L”時(shí)，柵控制電路32的開(kāi)關(guān)32A成為ON，32B成為OFF，同時(shí)圖2的振蕩電路24的振蕩頻率變低(例如，10kHz)。在該狀態(tài)下，MOS晶體管2B變?yōu)镺FF，MOS晶體管2A由預(yù)驅(qū)動(dòng)器33的輸出進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作。開(kāi)關(guān)32A及32B由MOS晶體管構(gòu)成，通過(guò)控制該MOS晶體管的柵電壓，進(jìn)行開(kāi)關(guān)30A及30B的ON/OFF動(dòng)作。
亦即，輕負(fù)載時(shí)，將輸入端子S的電壓Vs置于“L”，開(kāi)關(guān)頻率下降，且由于不需要對(duì)構(gòu)成預(yù)驅(qū)動(dòng)器33的負(fù)載的MOS晶體管2B的柵電容進(jìn)行充放電，可以使開(kāi)關(guān)損失減少。
這里，在由于輸入端子S的電壓Vs而振蕩頻率變低時(shí)，由于開(kāi)關(guān)電路1及2的驅(qū)動(dòng)能力下降(導(dǎo)通電阻上升)，與傳統(tǒng)例一樣，沒(méi)有線圈電流。
亦即，在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，為了使開(kāi)關(guān)損失減少，盡可能相對(duì)地降低開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通電阻，在本發(fā)明中，振蕩頻率下降時(shí)，開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通電阻上升。即，在開(kāi)關(guān)元件1A成為ON，開(kāi)關(guān)元件1B成為OFF時(shí)，線圈112中向輸出端子OUT的方向流的電流IL如傳統(tǒng)例那樣，對(duì)于時(shí)間t，不構(gòu)成IL＝(VIN-VOT)/L×t，而如圖5所示構(gòu)成式(3)。
IL＝(VIN-VOUT)/(L×t+R1A) …(3)假設(shè)L×t＜＜R1A，則構(gòu)成式(4)。
IL＝(VIN-VOUT)/R1A…(4)按照(4)式，當(dāng)MOS晶體管1A的導(dǎo)通電阻R1A大時(shí)，線圈電流IL不怎么依賴于時(shí)間，流過(guò)由MOS晶體管1A的導(dǎo)通電阻R1A決定的大致恒定的電流(圖5的Ta到Tb的期間)。
同樣，開(kāi)關(guān)元件1A變成OFF，開(kāi)關(guān)元件2A變成ON，在開(kāi)關(guān)元件2B轉(zhuǎn)變成OFF時(shí)，線圈112中向輸出端子OUT的方向流的電流IL對(duì)于傳統(tǒng)例那樣的時(shí)間t，不構(gòu)成IL＝-VOUT/L×t，如圖5所示，而構(gòu)成式(5)。
IL＝-VOUT/(L×t+R2A) …(5)假設(shè)L×t＜＜R2A，則構(gòu)成式(6)
IL＝-VOUT/R2A…(6)按照式(6)，當(dāng)MOS晶體管2A的導(dǎo)通電阻R2A的導(dǎo)通電阻大時(shí)，線圈電流IL不怎么依賴于時(shí)間，由MOS晶體管2A的導(dǎo)通電阻R2A決定大致恒定的電流(圖5的Tb至Tc的期間)。
通常，在同步整流電路中，由于線圈電流IL以IL＝-VOUT/L×t的關(guān)系與時(shí)間成比例在負(fù)方向上增大，根據(jù)時(shí)間t線圈的能量釋放之后，從輸出端子VOUT經(jīng)由開(kāi)關(guān)元件向GND流過(guò)電流，而依據(jù)式(6)，即使流過(guò)電流，其電流值也可以用MOS晶體管2A的導(dǎo)通電阻R2A限制。
在上述的說(shuō)明中，若有整流二極管114存在，則在開(kāi)關(guān)電路1成為OFF時(shí)，在開(kāi)關(guān)電路2以外，整流二極管114上也流過(guò)電流，式(6)不成立。因而，也可以增高整流二極管114的電阻值(在整流二極管上串聯(lián)地插入電阻)或也可省掉二極管。
下面，就開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的能量變換效率的改善進(jìn)行討論。如果減少開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的損失成分，則能量轉(zhuǎn)換效率就會(huì)提高。若以1MHz進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)的開(kāi)關(guān)損失(也包含用以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的損失)是100mW，則僅通過(guò)采用將開(kāi)關(guān)的頻率置于1/100(10kHz)，開(kāi)關(guān)損失就變?yōu)?mW，再者，通過(guò)增加開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通電阻，將柵電容量充放電的電量減少，可以達(dá)到降至0.1mW以下。另一方面，通過(guò)增加開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通電阻，發(fā)生下式所示的由開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生的損失PSW。
PSW＝(VIN-VOUT)2/R1A×TON+VOUT2/R2A×TOFF …(7)這里，TON是MOS晶體管1A為ON的動(dòng)作時(shí)間，TOFF是MOS晶體管1A為OFF的動(dòng)作時(shí)間(1-TON)。
亦即，通過(guò)決定R1A及R2A的值，使其滿足PSW+0.1mW＜100mW，即可說(shuō)取得了開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的能量變換效率的改善效果。
圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)電路1的方框圖。與圖3的不同之處是，取代預(yù)驅(qū)動(dòng)器31而設(shè)有預(yù)驅(qū)動(dòng)器41、42，并刪除了柵控制電路30。預(yù)驅(qū)動(dòng)器是用以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的電路，為了驅(qū)動(dòng)大的開(kāi)關(guān)元件，必需驅(qū)動(dòng)能力大的預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路，而預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路的驅(qū)動(dòng)能力越大，一般開(kāi)關(guān)的損失也變大。預(yù)驅(qū)動(dòng)器41是用以驅(qū)動(dòng)MOS晶體管1A的電路，預(yù)驅(qū)動(dòng)器42是用以驅(qū)動(dòng)MOS晶體管1B的電路。與圖3相同，MOS晶體管1A與1B的驅(qū)動(dòng)能力即導(dǎo)通電阻不同，設(shè)MOS晶體管1A的導(dǎo)通電阻為R1A，MOS晶體管1B的導(dǎo)通電阻為R1B，則有上述式(1)的關(guān)系。因而，將驅(qū)動(dòng)能力較小的MOS晶體管1A驅(qū)動(dòng)的預(yù)驅(qū)動(dòng)器41的開(kāi)關(guān)損失，比預(yù)驅(qū)動(dòng)器42的開(kāi)關(guān)損失小，兩者的預(yù)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)損失之和與圖3的預(yù)驅(qū)動(dòng)器31的損失大致相等。圖3中，用預(yù)驅(qū)動(dòng)器31驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件1A和1B兩方，但是用輸入端子S的電壓Vs使開(kāi)關(guān)元件1B成為OFF時(shí)，預(yù)驅(qū)動(dòng)器42的動(dòng)作也停止。另外，預(yù)驅(qū)動(dòng)器42的動(dòng)作停止后，將開(kāi)關(guān)元件1B設(shè)為OFF。通過(guò)這樣的處理，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件1B已成為OFF時(shí)，可將不需要的預(yù)驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作停止，削減預(yù)驅(qū)動(dòng)器42的損失部分。
圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)電路2的方框圖。與圖4不同的是，取代預(yù)驅(qū)動(dòng)器33而設(shè)有預(yù)驅(qū)動(dòng)器43及44，并刪除了柵控制電路32。
動(dòng)作與圖6相同，用輸入端子S的電壓Vs使開(kāi)關(guān)元件2B成為OFF時(shí)，預(yù)驅(qū)動(dòng)器44的動(dòng)作也停止。通過(guò)這樣的處理，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件2B已成為OFF時(shí)，可停止不需要的預(yù)驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，以削減預(yù)驅(qū)動(dòng)器44的損失部分。
另外，取代圖6及圖7，如圖8及圖9所示，也可用輸入端子S的電壓Vs以使開(kāi)關(guān)元件1A或1B，以及2A或2B中的一個(gè)動(dòng)作。圖6與圖8的不同之點(diǎn)是預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路41換成45。同樣，圖7與圖9的不同之點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)器電路43換成46。
亦即，在圖8中，用輸入端子S的電壓Vs的電壓使開(kāi)關(guān)元件1A動(dòng)作時(shí)，使預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路45動(dòng)作來(lái)ON/OFF開(kāi)關(guān)元件1A，此時(shí)，使開(kāi)關(guān)元件1B成為OFF，使預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路42也停止。接著，一旦輸入端子S的電壓Vs的電壓成為相反的邏輯值，預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路42就動(dòng)作而使開(kāi)關(guān)元件1B進(jìn)行ON/OFF動(dòng)作，此時(shí)，使開(kāi)關(guān)元件1A為OFF，也使預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路45停止。
在輕負(fù)載時(shí)，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)能力高的一方的開(kāi)關(guān)元件及驅(qū)動(dòng)它的預(yù)驅(qū)動(dòng)器變?yōu)镺FF，可以減少輕負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)損失。
圖10是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。與圖1的不同之處是，不設(shè)輸入端子S，在線圈112與輸出端子OUT之間增加了電流檢測(cè)用的電阻60，上述電流檢測(cè)電阻的兩端的信號(hào)被連接在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路61上。在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路61中，如圖11所示，放大電路62放大電阻的兩端的電壓，用比較電路63比較該電壓與基準(zhǔn)電壓電路64的電壓，將該比較電路的輸出作為在上述圖1中從外部輸入的信號(hào)Vs。通過(guò)這樣的處理，負(fù)載電流大時(shí)，放大電路62的輸出變高，負(fù)載電流小時(shí)，放大電路62的輸出變低，在某個(gè)負(fù)載電流以下，比較電路63的輸出，亦即Vs構(gòu)成“L”，降低開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路61的振蕩頻率，降低開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力。
通過(guò)這樣的處理，無(wú)需受來(lái)自外部的控制，自動(dòng)地根據(jù)負(fù)載電流，在負(fù)載變輕時(shí)，降低振蕩頻率，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力，可以改善效率。
圖12是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。與傳統(tǒng)的圖16的不同之處是，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路70設(shè)有來(lái)自外部的輸入端子S。另外，用輸入端子S的電壓Vs停止開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路70的振蕩動(dòng)作的同時(shí)，控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端子OUT與輸入端子IN之間的旁路晶體管(pass transistor)，控制該晶體管使其將輸出端子OUT的電壓VOUT保持恒定。
圖13表示開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路70的方框圖。其中，基準(zhǔn)電壓電路3、由分壓電阻20及21構(gòu)成的分壓電路、誤差放大器22、比較電路23均與圖2相同。但是，這里用輸入端子S的電壓Vs對(duì)振電路24、誤差放大器22及比較電路23進(jìn)行ON/OFF控制。振蕩電路24僅由輸入端子S的電壓Vs進(jìn)行ON/OFF控制，如圖2那樣，振蕩頻率不變。另外，第二誤差放大器71用將輸入端子S的電壓Vs的信號(hào)用倒相器反轉(zhuǎn)后的信號(hào)作ON/OFF控制。誤差放大器71控制旁路晶體管72的柵電壓。還有，振蕩電路24和誤差放大器22以及比較電路23處于OFF狀態(tài)時(shí)，圖12的開(kāi)關(guān)電路111及115就構(gòu)成非導(dǎo)通狀態(tài)，停止作為開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作。開(kāi)關(guān)電路111及115通過(guò)與輸入端子S的電壓Vs的邏輯信號(hào)處理，當(dāng)輸入端子S的電壓Vs處于“L”時(shí)，可以將開(kāi)關(guān)電路111及115置于非導(dǎo)通狀態(tài)。
假設(shè)，輸入端子S的電壓Vs處在“H”時(shí)，振蕩電路24和誤差放大器22以及比較電路23成為ON，假如進(jìn)行通常的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，則此時(shí)，誤差放大器71成為OFF，旁路晶體管72成為OFF。另外，在Vs處于“L”時(shí)，振蕩電路24和誤差放大器22以及比較電路23成為OFF，由誤差放大器71和旁路晶體管72和基準(zhǔn)電壓電路3及分壓電阻20、21構(gòu)成的串聯(lián)調(diào)節(jié)器動(dòng)作，控制成使輸出端子OUT的電壓保持恒定。
通常，串聯(lián)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓差大時(shí)，損失增大。假設(shè)，如果輸入電壓為輸出電壓的2倍，則即使在縮小串聯(lián)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作電流的情況下，也成為約50％的能量變換效率，而在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中，由于開(kāi)關(guān)損失，在輕負(fù)載時(shí)往往成為50％以下的效率。
在輕負(fù)載時(shí)，通過(guò)從開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器向串聯(lián)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換，可以使輕負(fù)載時(shí)的能量變換效率提高。
圖14是表示本發(fā)明的第五實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。與圖12不同之處是，不設(shè)輸入端子S，在線圈112與輸出端子OUT之間增加了電流檢測(cè)用的電阻60，上述電流檢測(cè)電阻的兩端的信號(hào)被連接至開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路71。在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路71中，如圖11所示，放大電路62放大電阻兩端的電壓，用比較電路63比較該電壓與基準(zhǔn)電路64的電壓，將該比較電路的輸出作為在上述圖10中從外部輸入的信號(hào)Vs。
通過(guò)這樣的處理，負(fù)載電流大時(shí)，放大電路62的輸出增高，負(fù)載電流小時(shí)，放大電路62的輸出降低，在某一個(gè)負(fù)載電流以下，比較電路63的輸出亦即Vs變成“L”，振蕩電路24和誤差放大器22以及比較電路23成為OFF，由誤差放大器71和旁路晶體管72和基準(zhǔn)電壓電路3及分壓電阻20、21構(gòu)成的串聯(lián)調(diào)節(jié)器成為ON，輸出端子OUT的電壓VOUT被控制成保持恒定。
通過(guò)這樣的處理，根據(jù)負(fù)載電流，在負(fù)載變輕時(shí)，無(wú)需外部端子控制而自動(dòng)地停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并使串聯(lián)調(diào)節(jié)器動(dòng)作，從而可以改善效率。
再者，在開(kāi)關(guān)元件由MOS晶體管構(gòu)成的情況下，開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通電阻可以通過(guò)其柵寬和柵長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而也可以在開(kāi)關(guān)元件上串聯(lián)地附加電阻來(lái)利用其電阻值。
圖15表示在開(kāi)關(guān)元件上串聯(lián)地插入電阻的例子。與圖4的不同點(diǎn)是，在開(kāi)關(guān)元件2A的漏極與端子X(jué)之間插入電阻80。通過(guò)這樣的處理，可以將開(kāi)關(guān)元件2A的源極和端子X(jué)之間的電阻值設(shè)成開(kāi)關(guān)元件2A的導(dǎo)通電阻與電阻80的電阻值之和。顯然，這個(gè)方法也可以適用于圖3、圖6、圖7。
如以上說(shuō)明，依據(jù)本發(fā)明，在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中，可以使輕負(fù)載時(shí)的能量變換效率提高。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于包含產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓電路；用以將開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓分壓的分壓電路；輸入所述分壓電路的電壓和所述基準(zhǔn)電壓電路的電壓，并放大兩電壓之間的差電壓的誤差放大器電路；輸出振蕩信號(hào)的振蕩電路；將所述誤差放大器的輸出電壓與所述振蕩電路的輸出電壓比較的PWM比較電路；控制所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的線圈的電流的第一開(kāi)關(guān)元件；以及用以變換所述線圈的能量的第二開(kāi)關(guān)元件，在交互地使所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件ON/OFF的同步整流方式的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，設(shè)有用外部信號(hào)變更所述振蕩電路的頻率與所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件中的至少任一方的驅(qū)動(dòng)能力(導(dǎo)通電阻)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于還設(shè)有用以驅(qū)動(dòng)所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件的第一及第二預(yù)驅(qū)動(dòng)器，所述第一及第二預(yù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)有變更驅(qū)動(dòng)能力的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于在變更所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力的同時(shí)，也變更所述第一及第二預(yù)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于在降低所述振蕩電路的頻率時(shí)，使所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件中至少任一方的驅(qū)動(dòng)能力下降。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于變更所述驅(qū)動(dòng)能力的裝置，根據(jù)所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)載電流來(lái)變更驅(qū)動(dòng)能力。
6.一種開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于包含產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的的基準(zhǔn)電壓電路；用以將開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓分壓的分壓電路；輸入所述分壓電路的電壓和所述基準(zhǔn)電壓電路的電壓，放大兩電壓之間的差電壓的第一誤差放大器電路；輸出振蕩信號(hào)的振蕩電路；將所述第一誤差放大器的輸出電壓與所述振蕩電路的輸出電壓比較的PWM比較電路；連接在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源之間的晶體管；輸入所述分壓電路的電壓和所述基準(zhǔn)電壓電路的電壓，并放大兩電壓之間的差電壓的第二誤差放大器電路；控制所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的線圈的電流的第一開(kāi)關(guān)元件；以及用以變換所述線圈的能量的第二開(kāi)關(guān)元件，在交互地使所述第一及第二開(kāi)關(guān)元件ON/OFF的同步整流方式的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路中，用外部信號(hào)停止所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，并用所述第二誤差放大器的輸出對(duì)連接在所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源之間的晶體管的柵電壓進(jìn)行控制。
7.如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其特征在于根據(jù)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)載電流，停止所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作，并對(duì)連接在所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出與電源之間的晶體管的柵電壓進(jìn)行控制。
全文摘要
輕負(fù)載時(shí)，降低開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的振蕩頻率，且使開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)能力下降，從而提高輕負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的能量變換效率。
文檔編號(hào)H02M3/155GK1841900SQ200610006909
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者須藤稔 申請(qǐng)人:精工電子有限公司