[發(fā)明專利]降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器及其控制電路、使用了它的電子設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680021491.1
• 申請日: 2006-06-26
• 公開（公告）號: CN101199105A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石野勉
• 申請（專利權(quán)）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M7/21
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 郭定輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，特別涉及同步整流方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制技術(shù)。

背景技術(shù)

在近年的便攜式電話、PDA(Personal?Digital?Assistant：個人數(shù)字助理)、筆記本式個人計(jì)算機(jī)等各種電子設(shè)備中，安裝有進(jìn)行數(shù)字信號處理的微處理器。驅(qū)動這樣的微處理器所需要的電源電壓隨著半導(dǎo)體制造工藝的微細(xì)化而降低，有的以1.5V以下的低電壓進(jìn)行工作。

另一方面，這樣的電子設(shè)備中作為電源，安裝有鋰離子電池等電池。從鋰離子電池輸出的電壓在3V～4V左右，若將該電壓直接提供給微處理器，則會產(chǎn)生多余的功耗，所以一般使用降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器、串聯(lián)調(diào)節(jié)器(series?regulator)等對電池電壓進(jìn)行降壓，在穩(wěn)壓后再提供給微處理器。

降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器有使用整流用的二極管的方式(以下稱作二極管整流方式)、和取代二極管而使用整流用晶體管的方式(以下稱作同步整流方式)。前者具有在流過負(fù)載的負(fù)載電流較小時能獲得高效率的優(yōu)點(diǎn)，但在控制電路的外部除輸出電感器、輸出電容器之外還需要二極管，所以電路面積變大。后者在提供給負(fù)載的電流較小時效率比前者差，但由于取代二極管而使用晶體管，所以可以集成在LSI的內(nèi)部，能使包括外圍部件在內(nèi)的電路面積小型化。便攜式電話等電子設(shè)備在被要求小型化時，多數(shù)情況下采用使用了整流用晶體管的開關(guān)調(diào)節(jié)器(以下稱作同步整流方式開關(guān)調(diào)節(jié)器)。

這里，著眼于上述電子設(shè)備所使用的微處理器，在進(jìn)行運(yùn)算處理的動作時，流過一定程度的電流，而在待機(jī)時，僅流過微小的電流。圖8的(a)和(b)分別是表示同步整流方式的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的重負(fù)載和輕負(fù)載時的電流的時間波形的圖。在該圖中，IL表示流過輸出電感器的電流(以下也稱作電感器電流IL)，Iout表示負(fù)載電流，電感器電流IL的時間平均值成為負(fù)載電流Iout。如圖8的(a)所示，在重負(fù)載時，由于負(fù)載電流Iout較大，所以電感器電流IL始終為正值。這里，電感器電流IL向負(fù)載流動的方向?yàn)檎５牵鐖D8的(b)所示，在輕負(fù)載時，若負(fù)載電流Iout減少，則電感器電流IL如斜線部分那樣成為負(fù)的，流過輸出電感器的電流IL的方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。結(jié)果，在同步整流方式中，變成在輕負(fù)載時電流從輸出電感器經(jīng)由同步整流用晶體管流向接地。該電流不被提供給負(fù)載，是從輸出電容器提供的，所以導(dǎo)致多余地消耗功率。

例如，在專利文獻(xiàn)1至3中，公開了根據(jù)負(fù)載電流切換同步整流方式與二極管整流方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器。在專利文獻(xiàn)2、3所記載的技術(shù)中，監(jiān)視電感器電流IL，通過在其方向從正反轉(zhuǎn)為負(fù)時使同步整流用晶體管截止來謀求高效率化。

專利文獻(xiàn)1：特開2004-32875號公報

專利文獻(xiàn)2：特開2002-252971號公報

專利文獻(xiàn)3：特開2003-319643號公報

發(fā)明內(nèi)容

〔本發(fā)明所要解決的課題〕

為了檢測電感器電流的方向，除了與輸出電感器串聯(lián)設(shè)置電阻元件，監(jiān)視其兩端的電壓的方法之外，還考慮監(jiān)視開關(guān)晶體管與同步整流用晶體管的連接點(diǎn)的電壓(以下稱作開關(guān)電壓Vsw)的方法。圖9的(a)是表示輕負(fù)載時的開關(guān)電壓Vsw的時序圖。如圖9的(a)所示，在輕負(fù)載時，在開關(guān)晶體管導(dǎo)通的期間Tp1，開關(guān)電壓Vsw成為高電平。接下來在同步整流用晶體管導(dǎo)通的期間Tp2，開關(guān)電壓Vsw暫時為負(fù)電壓，并隨著電感器電流IL減少而逐漸上升。之后，在電感器電流IL的方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的時刻(以下也稱作零交叉點(diǎn))，開關(guān)電壓Vsw成為0V。基于此，通過將該開關(guān)電壓Vsw與閾值電壓Vth＝0V進(jìn)行比較，就能檢測出輕負(fù)載狀態(tài)。期間Tp3表示開關(guān)晶體管、同步整流用晶體管都被截止的狀態(tài)。

對于開關(guān)電壓Vsw與閾值電壓Vth的電壓比較，一般使用比較器。由于比較器具有有限的響應(yīng)速度，所以其輸出信號在從被比較的2個電壓的大小關(guān)系發(fā)生變化起經(jīng)過延遲時間ΔT后才發(fā)生變化。圖9的(b)表示對圖9的(a)所示的開關(guān)電壓Vsw與閾值電壓Vth＝0V進(jìn)行比較的比較器的輸出信號Vcmp。這里，輸出信號Vcmp在Vsw＞Vth時為高電平，在Vsw＜Vth時為低電平。

在將閾值電壓Vth始終固定在0V的情況下，在開關(guān)晶體管導(dǎo)通的期間Tp1，比較器的輸出信號Vcmp為高電平。若開關(guān)晶體管截止，則變成Vsw＜Vth，但比較器的輸出信號Vcmp的轉(zhuǎn)變要延遲延遲時間Δt后成為低電平。因此，若從開關(guān)晶體管截止、同步整流用晶體管導(dǎo)通起到電感器電流IL的方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的時間τ比延遲時間Δt短，則比較器無法檢測出零交叉點(diǎn)。