[發明專利]升壓型DC-DC變換器

無效

• 申請號: 201210239233.8
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102891598A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 田淵仁之;廣島隆
• 申請（專利權）人: 三美電機株式會社
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;郭鳳麟

技術領域

本發明涉及變換直流電壓的開關/調節器方式的升壓型電源裝置，特別涉及以PFM(脈沖頻率調制)方式控制輸出的升壓型DC-DC變換器。

背景技術

作為變換直流輸入電壓輸出不同電位的直流電壓的電路，有開關/調節器方式的DC-DC變換器。在所述的DC-DC變換器中，有具有驅動用開關元件、整流元件和控制電路的DC-DC變換器，上述驅動用開關元件用于在電感器(線圈)上施加從電池等直流電源供給的直流電壓，使流過電流，在線圈中積蓄能量，上述整流元件用于在該驅動用開關元件被斷開放出能量期間對線圈的電流進行整流，上述控制電路用于導通、斷開控制上述驅動用開關元件。另外，在DC-DC變換器中有升壓型和降壓型。

歷來，在開關/調節器方式的DC-DC變換器中，向PFM(脈沖頻率調制)控制用的比較器或者PWM(脈沖寬度調制)控制用的比較器反饋與輸出電壓成比例的電壓，當輸出電壓下降時控制頻率或者脈沖寬度，使驅動用開關元件的導通時間延長，當輸出電壓上升時控制頻率或者脈沖寬度，使驅動用開關元件的導通時間縮短(例如專利文獻1)。

圖4表示現有的PFM控制方式的升壓型DC-DC變換器的結構例，另外圖5表示其時間圖。如圖4所示，在PFM控制方式的升壓型DC-DC變換器中，具有：比較輸出電壓Vout和預定的基準電壓Vref1的比較器CMP1；比較電感器(線圈)L1的輸出側的電壓Vsw和基準電壓Vref2的電流限制用的比較器CMP2；以及比較輸出電壓Vout和電感器(線圈)L1的輸出側的電壓Vsw檢測逆流狀態的比較器CMP3。

圖4表示的升壓型DC-DC變換器，當由于輸出電流Iout的放電輸出電壓Vout低于基準電壓Vref1時，輸出電壓檢測比較器CMP1的輸出成為高電平，置位RS觸發器FF1，其輸出Q變化為高電平，使開關元件M1導通。當開關元件M1導通時，電感器電流IL以Vin/L的斜率(Vin是輸入電壓，L是電感器L1的電感值)增加，電感器L1和開關元件M1的連接節點SW的電壓Vsw升高。然后，當電壓Vsw變得比基準電壓Vref2高時，電流限制比較器CMP2的輸出成為高電平，置位RS觸發器FF2，其輸出Q變化為高電平，復位RS觸發觸發器FF1，其輸出Q成為低電平，開關元件M1斷開，整流用開關元件M2導通。設此時的電感器電流IL的電流值為Imax。

當整流用開關元件M2導通時，電感器電流IL以(Vout-Vin)/L的斜率減小。另外，當整流用開關元件M2導通時，向輸出端子OUT供給電力，輸出電壓Vout增加。其后，電感器電流IL減小，當成為Vout＞Vsw時，逆流檢測比較器CMP3的輸出成為高電平，復位觸發器FF2。另外，整流用開關元件M2斷開。

通過重復上述的動作，PFM控制升壓DC-DC變換器輸出預定電平的輸出電壓Vout。這里，在上述那樣的PFM控制的升壓DC-DC變換器中，輸出波動電壓ΔVp-p用下式表示。

ΔVp-p＝(Imax²×L)÷(2×Cout×(Vout-Vin))?...式(1)

式中，Imax是電感器電流IL的電流限制值，Cout是輸出電容器C0的電容值，Vout是輸出電壓值，Vin是輸入電壓值。

專利文獻1：日本特開2005-218167號公報

從上述式(1)可知，在現有的DC-DC變換器中，當輸入電壓Vin升高時，ΔVp-p增大。當用圖5的時間圖說明時，如定時t1、t2所示當輸入電壓Vin升高時，電感器電流IL的減少變緩，延遲成為逆流狀態。然后如期間T1、T2所示，通過開關元件M1導通的時間變長，輸出電壓Vout升高，在開關元件M2斷開后到輸出電壓Vout下降到基準電壓Vref1、開關元件M1導通前需要的時間變長。因此，輸出的波動電壓ΔVp-p增大。然后，當ΔVp-p增大時，有發生電感器或者輸出電容器的音鳴、設備誤動作這樣的不良的課題。

此外，電感器電流IL的電流限制值Imax，當設DC-DC變換器可能輸出的最大輸出電流值為Iout(MAX)時，Imax和Iout(MAX)的關系用下式表示。

Iout(MAX)＝(Vin×Imax×η)÷(2×Vout)?...式(2)

式中，η是DC-DC變換器的電力變換效率。