[發明專利]DC-DC轉換器、模塊、電源裝置以及電子設備

無效

• 申請號: 200980160100.8
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN102460924A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 米澤游;出口秀明;中島善康
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H01L25/07;H01L25/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉;王軼

技術領域

本申請涉及損失少的DC-DC轉換器、模塊、電源裝置以及電子設備。

背景技術

轉換損失少且容易小型化的開關電源已被應用在包括計算機等電子設備的各種領域。開關電源利用DC-DC轉換器將被輸入的直流電壓轉換成所希望的直流電壓，并作為穩定化電源電壓輸出。計算機所使用的CPU(Central?Processing?Unit：中央處理器)等半導體元件伴隨著電源的低電壓化以及消耗功率的增大，而逐漸使用低電壓且能夠輸出大電流的開關電源。鑒于此，有時在輸出大電流的情況下，損失少的同步整流式降壓(Buck)轉換器被用作DC-DC轉換器。

圖13是表示現有技術的DC-DC轉換器的電路圖。作為同期整流式降壓轉換器的DC-DC轉換器10具有：成為接通斷開直流輸入電壓的主開關的第1開關SW10、和作為同步整流開關的第2開關SW20。DC-DC轉換器10將從外部的直流電壓源BAT0輸入到輸入端子IN10的直流電壓降壓后，向與輸出OUT10連接的外部的負載RL0輸出。而且，DC-DC轉換器10具有第1電感器L10、和電容器C10。第1開關SW10和第2開關SW20是根據施加給柵極的電壓而使源極/漏極間導通截止的FET(Field?Effect?Transistor：場效應晶體管)。對于第1開關SW10以及第2開關SW20，導通電阻低的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor：金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)被廣泛應用。公知在MOSFET中，在內部的源極/漏極之間形成寄生二極管(body?diode：體二極管)。

圖14是用于說明現有技術的DC-DC轉換器10的動作的時間圖。各圖的橫軸以及縱軸分別表示時間、以及電壓值或者電流值。第1開關SW10以及第2開關SW20各自的柵極被施加的電壓V10以及電壓V20都隔著成為截止電壓的死區時間(dead?time)期間，交替地成為導通電壓。由此，第1開關SW10以及第2開關SW20隔著死區時間期間交互地被導通。在時刻T10，電流I10流過被導通的第1開關SW10，并且能量積蓄于第1電感器L10，電流I10隨著時間逐漸增加。

在時刻T20，第1開關SW10被截止，電流I?10立即為零。由于第1電感器L10的電流I30具有慣性力而持續流動，所以電流I20流過SW20的寄生二極管。在時刻T20，第2開關SW20被導通，基于第1電感器L10的慣性力，電流I20流過第2開關SW20，并逐漸衰減。在時刻T40，第2開關SW20被截止，基于第1電感器L10的慣性力，電流I20在逐漸衰減的同時，在時刻T30與時刻T40之間的死區時間期間內，流過SW20的寄生二極管。電流I30為電流I10以及電流I?20之和，成為包含直流成分、反復單調遞增以及單調遞減的脈動成分的直流電流。

電流I30通過電容器C10被除去脈動成分而平滑化，作為降壓到規定的直流電壓的直流電流向負載RL0輸出。通過變更電壓V10以及電壓V20各自的占空比，可調整輸出給負載RL0的直流電壓。

圖15以及圖16是用于說明現有技術的DC-DC轉換器10的等效回路圖以及動作的時間圖。圖16中的各圖的橫軸以及縱軸分別表示時間、以及電壓值或者電流值。在第2開關SW20的源極/漏極間等效地并聯連接有在FET內部形成的寄生二極管Dp10。在死區時間期間，對寄生二極管Dp10施加正方向電位，流過電流I40。FET的寄生二極管具有硅結二極管的特性，通過流過正方向電流，電荷被積蓄于結界面。通過電荷積蓄于結界面，結間的電容器成分增大。在時刻T30，第1開關SW10被導通，若對寄生二極管Dp10施加了反方向電壓，則產生用于對Dp10的結間電容器進行充電的突入電流，二極管成為瞬時短路狀態。將從該短路狀恢復的現象稱為恢復現象，恢復所需的時間被稱為恢復恢復時間。

由于恢復現象，在電流I40中出現用斜線部表示的寄生二極管的反方向的突入電流、即恢復電流。恢復電流逐漸衰減，在經過寄生二極管Dp10的反向恢復時間(恢復時間)Trr的時刻成為0。恢復電流經由第1開關SW10流向寄生二極管Dp10，在電流I10中出現用斜線部表示的恢復電流。由恢復電流產生的損失、即恢復損失使DC-DC轉換器10的電路效率降低。