[發明專利]開關穩壓器

有效

• 申請號: 201110220791.5
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102386769A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 木村武士
• 申請（專利權）人: 富士通半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M3/157
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 宋鶴

技術領域

這里討論的實施例涉及開關穩壓器(switching?regulator)。

背景技術

電源電路被用在諸如移動電話和數碼相機之類的電子設備中，其中輸入電力被轉換為給定的輸出電力。廣泛使用的電源電路的示例例如包括開關穩壓器(或DC-DC變換器)，它擁有高效率并且可以減小尺寸。在電子設備中使用開關穩壓器例如具有減小電子設備中的功耗的效果。

圖12是示出開關穩壓器200的配置示例的示圖。開關穩壓器200通過VIN而被供應以輸入電壓，并且將輸出電壓通過VOUT輸出給負載50。通過將輸入電壓VIN轉換為具有給定值的恒定電壓，開關穩壓器200可供應輸出電壓VOUT以使得負載50處不發生過電壓。負載50例如是消耗電力的電阻器或元件，如CPU(中央處理單元)等。

開關穩壓器200包括第一和第二開關元件11、12，平滑線圈13，電容器14，電阻器15，I/V轉換電路16，第一比較器(PWM_COMP)17，邏輯單元18，誤差放大器(反相放大器電路)19，第二比較器(PFM_COMP)20，時鐘生成器電路21，OR(或)電路22，恒壓源25、26，電容器27，電阻器28、29，反向電流檢測比較器30以及輸入端子31。積分電路24包括誤差放大器19、恒壓源25和電容器27。

開關穩壓器200經由輸入端子31接收外部控制信號(MODE(模式))的輸入，并且基于此外部控制信號來以強制PWM(脈寬調制)模式或者PFM(脈頻調制)/PWM自動切換模式(在下文中稱為自動切換模式)進行操作。強制PWM模式例如是如下模式：在該模式中，開關穩壓器200以給定周期(以給定占空比)輸出輸出電壓VOUT，不管負載50的類型如何。自動切換模式例如是如下模式：在該模式中，開關穩壓器200根據負載50的類型在PWM操作與PFM操作之間來回切換，以使得開關穩壓器200在負載50是輕負載時以PFM操作并且在負載50是重負載時以PWM操作。例如，在輸入作為外部控制信號的“HIGH(高)”后，開關穩壓器200操作為強制PWM模式，并且在輸入“LOW(低)”后，開關穩壓器200操作為自動切換模式。自動切換模式例如可通過將暫停時段插入PWM操作(或強制PWM模式)中來實現。

開關穩壓器200在強制PWM模式中的操作將首先被說明，跟著是對自動切換模式中的操作的說明。圖13A到圖13C是示出強制PWM模式期間的波形示例的示圖。下面將參考這些波形圖來說明強制PWM模式。

在圖12中，例如，邏輯單元18起到了例如基于第一比較器17處的輸出電壓來接通和關斷第一和第二開關元件11、12的驅動單元的作用。

例如，當第一比較器17的輸出電壓為“HIGH”時，邏輯單元18接通第一開關元件(或高側MOS)11并且關斷第二開關元件(或低側MOS)12。在此情況下，針對輸入電壓VIN，輸出了具有給定電壓的輸出電壓VOUT(輸出電壓VOUT是導通的)。

例如當第一比較器17的輸出電壓為“LOW”時，邏輯單元18關斷第一開關元件11并且接通第二開關元件12。在此情況下，沒有電流在第一開關元件11中流動，因此輸出電壓VOUT是斷開的。

第一和第二開關元件11、12例如分別包括pMOS和nMOS。

邏輯單元18在第一開關元件11接通時就關斷第二開關元件，并且在第一開關元件11關斷時就接通第二開關元件。邏輯單元18對第一和第二開關元件執行互相相反的開關操作。因此通過對第一和第二開關元件11、12執行這種開關操作，針對輸入電壓VIN，邏輯單元18使得具有給定電壓值的輸出電壓VOUT能夠被生成并輸出至負載50。

在第一開關元件11的接通后，電流在電阻器15中流動并且I/V轉換電路16將該電流轉換為電壓。I/V轉換電路16向第一比較器17的負側輸入端輸出轉換后的電壓。這里，當第一開關元件11被接通時輸出電壓被供應給負載50，因此負載電流在負載50中流動。也就是說，負載50中流動的負載電流的增大必然伴有(entail)第一開關元件11中流動的電流的增大和I/V轉換電路16的輸出電壓的上升。相反，當負載電流減小時，I/V轉換電路16的輸出電壓降低。因此，在負載電流與I/V轉換電路16的輸出電壓之間存在比例關系。I/V轉換電路16向第一比較器17以與負載電流成比例的輸出電壓的形式輸出第二信號。