专利名称：开关调节器和用于切换其输出电压的方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种可改变在便携式设备中使用的输出电压的开关调节器(switching regulator)，并且特别涉及一种用于在增大输出电压时降低输出电压的过冲(overshoot)的开关调节器、以及用于切换开关调节器的输出电压的方法。
背景技术：
近年来，从环境作用的观点看，节能已成为期望。在诸如蜂窝电话、数字相机等的使用电池的设备中，从增大电池的服务寿命的角度看，减小在设备中消耗的电力变得更加重要。出于这一目的，对于电源电路，广泛地使用了其中使用电感器的、具有高效率和减小的尺寸的非绝缘逐步降低(step-down)型开关调节器(下文中称为开关调节器)。该开关调节器在额定负载下是高效的。然而，由于开关调节器自身的电流消耗比较大，因此当设备处于诸如待机模式、睡眠模式等的轻负载驱动模式下时，设备的效率变得极低。
为了即使设备处于轻负载驱动模式下也能提高效率，日本公开专利申请第2002-300774号提供了用于通过在轻负载驱动模式下将PWM控制切换为PFM控制以便降低切换频率来减小在开关调节器中消耗的电力的方法。
图5是图解开关调节器的例子的示意电路图。
在图5中，开关调节器100包括PWM控制电路101和PFM控制电路102。开关调节器100还包括在PWM控制电路101中驱动的开关元件103、以及在PFM控制电路102中驱动的另一开关元件104。
在正常操作模式中，PFM控制电路102停止操作。PWM控制电路101操作，以便控制导通和关断开关元件103。在轻负载驱动模式中，PWM控制电路101停止操作。PFM控制电路102操作，以便控制导通和关断开关元件104。
由于在执行PWM控制时使用的开关元件103中流动大量电流，因此增大元件103的尺寸以便降低导通阻抗(resistance)。然而，由于元件103的尺寸变大，因此这使得栅电容增大。
在将电流提供给负载(下文中称为负载电流)的情况下开关调节器的损耗主要由归因于开关元件103的导通阻抗的损耗构成。当负载电流较小时，开关调节器的损耗主要由归因于开关元件103的栅电容的充电和放电的损耗构成。
因而，减小开关元件104的尺寸，以便即使开关元件104的导通阻抗较大，也将栅电容保持为较小。由此，提高了开关调节器的效率。
日本公开专利公布第2002-300774号公开了这样的开关调节器。
然而，当允许开关调节器的输出电压从低电压改变为高电压时，具有在输出电压中产生过冲的问题，如图6所示。另外，当具有高导通阻抗的开关元件在改变输出电压的同时改变为具有低导通阻抗的开关元件时，存在过冲变得更大的另一问题。
此外，在负载电流较小的轻负载驱动模式中，诸如使用开关调节器100作为用于操作的电源的CPU的负载电路经常停止操作，也就是说，负载电路处于睡眠模式或处于待机模式。在这样的轻负载驱动模式中，负载电路的操作电压可能经常小于正常驱动模式中的操作电压。因而，降低开关调节器的输出电压以便降低负载电流是正常的。
然而，在将驱动模式从轻负载驱动模式变换为正常驱动模式的情况下，当将开关调节器的控制模式从PFM控制切换为PWM控制、并且同时将输出电压从低电压改变为高电压时，如上所述，在输出电压中产生过冲电压。因而，存在导致CPU和其它电路中的故障的风险。
发明内容
本发明提供了一种开关调节器和用于切换其输出电压的方法，其可以降低在从轻负载驱动模式变换为正常驱动模式中提高输出电压时产生的过冲，并且基本上消除由相关技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的优选实施例提供了一种开关调节器，其将输入电压转换为预定电压，并且通过输出端将该预定电压输出到负载。该开关调节器包括第一开关元件，其包含第一控制电极，根据输入第一控制电极的控制信号而执行切换，并控制输出输入电压；第二开关元件，其包括具有比第一开关元件的第一控制电极的电容大的电容的第二控制电极、以及比第一开关元件的导通阻抗小的导通阻抗。第二开关元件根据输入第二控制电极的控制信号而执行切换，并控制输出输入电压。该开关调节器还包括控制切换电路部分，其根据操作模式执行针对第一开关元件和第二开关元件两者的PWM控制以及仅针对第二开关元件的PFM控制之一，使得从输出端输出的电压为预定电压；以及平滑电路，其平滑从第一开关元件和第二开关元件的每一个输出的电压，并将平滑后的电压输出到输出端。当将执行PFM控制并且来自输出端的电压变为第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的电压变为比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，控制切换电路部分在执行PWM控制的同时将来自输出端的电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
根据本发明的至少一个实施例，提供了一种用于切换开关调节器的输出电压的方法。该开关调节器包括输入端；输出端；负载；第一开关元件，其包括第一控制电极，根据输入第一控制电极的控制信号而执行切换，并控制输出输入电压；以及第二开关元件，其包括具有比第一开关元件的第一控制电极的电容大的电容的第二控制电极、以及比第一开关元件的导通阻抗小的导通阻抗。第二开关元件根据输入第二控制电极的控制信号执行切换，并控制输出输入电压。允许该开关调节器改变输出电压，以便将从输入端输入的输入信号转换为预定电压，并通过根据操作模式执行针对第一开关元件和第二开关元件两者的PWM控制以及仅针对第二开关元件的PFM控制之一，而经由输出端将所述预定电压输出到负载，该方法包括以下步骤当将执行PFM控制并且来自输出端的电压变为第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的电压变为比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，在执行PWM控制的同时将来自输出端的电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
根据上述开关调节器，当将执行PFM控制并且来自输出端的输出电压变为预定的第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的输出电压变为比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，执行PWM控制，并且，将来自输出端的输出电压从第一电压逐渐增大到第二电压。因而，减小了在增大输出电压时产生的过冲，使得可在不受过冲影响的情况下切换输出电压。此外，采用适于PWM控制和PFM控制的每一个的开关元件，以便增大PWM控制和PFM控制两者的效率。
图1是根据本发明第一实施例的开关调节器的配置例子。
图2是图解从轻负载驱动模式变换为正常驱动模式的操作例子的时序图。
图3是图解图1示出的控制电路10的操作例子的流程图。
图4是根据本发明第一实施例的开关调节器的另一配置例子。
图5是图解传统的开关调节器的例子的示意电路图。
图6是图解图5示出的输出电压的波形例子的图。
具体实施例方式
接下来，对在本发明的附图中示出的优选实施例给出详细描述。
(第一实施例)图1是根据本发明第一实施例的开关调节器1的配置例子。
在图1中，提供输出电压可变开关调节器，用于根据从DC电压BAT输入到作为输入端的Vdd端的输入电压Vdd产生预定电压，并将该预定电压作为输出电压Vo从输出端OUT输出到负载20。
开关调节器1包括第一开关元件M1，其包含执行用于控制输出输入电压Vdd的切换操作的PMOS晶体管；组成(comprise)平滑电路的另一开关元件M2、电感器L1和电容器(condenser)C1，所述另一开关元件M2包含NMOS晶体管、用于同步整流；以及输出电压检测电阻器R1和R2，用于将输出电压Vo分压，以便产生并输出分压电压VFB。
此外，开关调节器1还包括标准电压产生电路2，其包含根据输入电压设置信号VS而产生并输出标准电压Vref的D/A转换器；误差放大电路3，其将分压电压VFB与标准电压Vref相比较，并根据该电压比较结果而输出输出信号Err；以及PWM控制电路4，其通过根据来自误差放大电路3的输出信号Err对第一开关元件M1和用于同步整流的第二开关元件M2执行PWM控制，来控制第一开关元件M1和用于同步整流的第二开关元件M2的切换。
开关调节器1还包括第二开关元件M3，其包含比第一开关元件M1的CMOS晶体管小的CMOS晶体管，其中，第二开关元件M3控制输出输入到Vdd端的输入电压Vdd；PFM控制电路5，其根据误差放大电路3的输出信号Err而对第二开关元件M3执行PFM控制；振荡电路OSC，其产生预定频率的三角波信号TW，并将三角波信号TW输出到PWM控制电路4和PFM控制电路5中的每个。第二开关元件M3具有比第一开关元件M1的导通阻抗大的导通阻抗、以及比第一开关元件M1的栅电容小的栅电容。
开关调节器1还包括第一开关SW1，其根据指示切换操作模式的切换信号FWS，将从PWM控制电路4输出到第一开关元件M1的栅极的信号PD和从PFM控制电路5输出的信号Spf中的一个输出到第二开关元件M3的栅极。另外，开关调节器1包括过电流保护电路6，其执行以下步骤检测流入电感器L1的电流，确定所检测的电流是否超过预定值，以及当所检测的电流超过预定值时，为PWM控制电路4关断第一开关元件M1和用于同步整流的开关元件M2。
开关调节器1还包括虚(dummy)负载7，其为预定电流在其中流动的伪负载；第二开关SW2，其控制虚负载7与输出端OUT的连接；以及控制电路10，其根据预定顺序产生并输出电压设置信号VS以及切换信号FWS和DLS。应注意，标准电压产生电路2、误差放大电路3、PWM控制电路4、PFM控制电路5、振荡电路OSC、电阻器R1和R2、第一和第二开关SW1和SW2、以及控制电路10组成控制切换电路部分。另外，标准电压产生电路2、误差放大电路3、PWM控制电路4、振荡电路OSC、以及电阻器R1和R2组成PWM控制电路部分。标准电压产生电路2、误差放大电路3、PFM控制电路5、振荡电路OSC、以及电阻器R1和R2组成PFM控制电路部分。第一开关SW1组成切换电路部分。控制电路10和第二开关SW2组成控制电路部分。此外，用于同步整流的开关元件M2、电感器L1和电容器C1组成平滑电路部分。
PWM控制电路4包括PWM电路11，其根据误差放大电路3的输出信号Err和振荡电路OSC的三角波信号TW产生并输出脉冲信号Spw，以便执行PWM控制；以及驱动电路12，其根据来自PWM电路11的脉冲信号Spw产生并驱动用来控制切换第一开关元件M1的控制信号PD、以及用来控制切换用于同步整流的开关元件M2的控制信号ND。
应注意，在开关调节器1中，除了电感器L1和电容器C1之外的每个部分被集成在IC中。该IC包括端子Vdd、LX、ECO、FB和GND。提供Vdd端作为开关调节器1的输入端。GND端连接到地电压。
DC电池BAT连接在Vdd端和GND端之间。将输入电压Vdd从DC电池BAT输入到Vdd端。负载20连接在输出端OUT和地之间。第一开关元件M1和第二开关元件M3并联连接在Vdd端和LX端之间。用于同步整流的开关元件M2连接在LX端和地之间。另外，电感器L1连接在LX端和输出端OUT之间。电容器C1连接在输出端OUT和地之间。电感器L1和电容器C1之间的连接点连接到FB端。电阻器R1和R2串联连接在FB端和地之间。
连接电阻器R1和R2的部分连接到误差放大电路3的反相输入端。将标准电压Vref输入到误差放大电路3的非反相输入端。将误差放大电路3的输出信号Err输出到PFM控制电路5和组成PWM电路11的比较器的反相输入端中的每一个。将来自振荡电路OSC的三角波信号TW输出到PFM控制电路5和PWM电路11的非反相输入端中的每一个。将来自PWM电路11的脉冲信号Spw输出到驱动电路12。将从PFM控制电路5输出的脉冲信号Spf输入到第一开关SW1的PFM端。
驱动电路12将用于控制切换第一开关元件M1的控制信号PD输出到第一开关元件M1的栅极和第一开关SW1的PWM端的每一个。驱动电路12还将用来控制切换用于同步整流的开关元件M2的控制信号ND输出到用于同步整流的开关元件M2的栅极。第一开关SW1的COM端连接到第二开关元件M3的栅极。过电流保护电路6监测流入LX端的电流，并将监测结果输出到驱动电路12。另外，将来自控制电路10的切换信号FWS输入到PFM控制电路5、过电流保护电路6、PWM电路11、驱动电路12和第一开关SW1中的每个。此外，第二开关SW2和虚负载7串联连接在FB端和地之间。将切换信号DLS从控制电路10输入到第二开关SW2。第二开关SW2根据切换信号DLS执行切换。
在上述配置中，切换信号FWS被提供用于在正常驱动模式和具有小于正常驱动模式的消耗电流的轻负载驱动模式之间切换。控制电路10根据从外部输入到ECO端的控制信号而产生并输出切换信号FWS。应注意，控制电路10可在负载20中流动的电流被测量并被发现处于预定值以下时输出切换信号FWS，以便切换到轻负载驱动模式。或者，控制电路10可在包括开关调节器1的设备变换为待机模式时输出切换信号FWS。应注意，轻负载驱动模式是第一操作模式，而正常驱动模式是第二操作模式。
首先，对切换信号FWS选择正常驱动模式的情况给出描述。在此情况下，PFM控制电路5停止操作，并切断PFM控制电路5中的消耗电流、或将电流消耗减至最小。同时，PWM电路11、驱动电路12和过电流保护电路6操作。开关调节器1作为同步整流型的开关调节器操作。此外，切换第一开关SW1，使得可以将COM端连接到PWM端。随后，将来自驱动电路12的控制信号PD输入到第二开关元件M3的栅极。
根据以上描述，第一和第二开关元件M1和M3中的每个执行切换操作。当第一和第二开关元件M1和M3处于导通(ON)状态时，将电流提供给电感器L1。此时，用于同步整流的开关元件M2处于关断(OFF)状态。当第一和第二开关元件M1和M3中的每个处于关断状态时，用于同步整流的开关元件M2处于导通状态。随后，通过用于同步整流的开关元件M2传送存储在电感器L1中的能量。此时产生的电流在电容器C1中被平滑，并且经由输出端OUT而被输出到负载20。
此外，在输出电压检测电阻器R1和R2中，从输出端OUT输出的输出电压Vo被分压为分压电压VFB。随后，将分压电压VFB输入到误差放大电路3的反相输入端。由于标准电压Vref被输入到误差放大电路3的非反相输入端，因此分压电压VFB和标准电压Vref之间的电压差在误差放大电路3中被放大，并被输出到PWM电路11的反相输入端。将来自振荡电路OSC的三角波信号TW输入到PWM电路11的非反相输入端。PWM电路11将对其执行了PWM控制的脉冲信号Spw输出到驱动电路12。
随着开关调节器1的输出电压Vo增大，误差放大电路3的输出信号Err减小。来自PWM电路11的脉冲信号Spw的占空比(duty cycle)也减小。结果，第一和第二开关元件M1和M3处于导通状态的周期减小。将开关调节器1的输出电压Vo控制为降低。当开关调节器1的输出电压Vo变小时，执行与上述操作相反的操作。因而，将开关调节器1的输出电压Vo控制为恒定。
当开关元件M1和M3处于导通状态时，过电流保护电路6将各个开关元件M1和M3的压降与预定电压相比较。当该压降变为大于预定电压时，过电流保护电路6输出预定信号，以便停止驱动电路12的操作。当驱动电路12停止操作时，过电流保护电路6将控制信号PD设置为高电平，并将控制信号ND设置为低电平，使得第一和第二开关元件M1和M3以及用于同步整流的开关元件M2可被关断。因而，停止来自输出端OUT的输出电流供应。
接下来，对切换信号FWS选择轻负载驱动模式的情况给出描述。在此情况下，PFM控制电路5操作，而PWM电路11、驱动电路12和过电流保护电路6停止操作。其消耗电流被切断或被减小到最小。此外，切换第一开关SW1，使得可以将COM端连接到PFM端。将对其执行了PFM控制的来自PFM控制电路5的脉冲信号Spf输入到第二开关元件M3的栅极。第二开关元件M3根据来自PFM控制电路5的脉冲信号Spf而执行切换操作。此时，由于驱动电路12停止操作，因此用于同步整流的开关元件M2保持在关断状态。因而，通过连接在用于同步整流的开关元件M2的源极和漏极之间的寄生二极管D1传送存储在电感器L1中的能量。
这里，通过参照图2示出的时序图和图3示出的流程图来给出在将轻负载驱动模式变换为正常驱动模式时的操作的描述。应注意，图2示出的S1至S7对应于图3示出的S1至S7。
在步骤S1中，由于选择了轻负载驱动模式，因此控制电路10通过发送电压设置信号VS来设置标准电压产生电路2的标准电压Vref，使得输出电压Vo等于作为预定电压的第一电压Vo1。此外，控制电路10利用切换信号FWS指示开关调节器1执行PFM控制，并利用切换信号DLS指示开关调节器1关断第二开关SW2。
接下来，在步骤S2中，利用切换信号FWS，控制电路10指示开关调节器1执行PWM控制。随后，在步骤S3中，控制电路10改变利用电压设置信号VS输出的标准电压Vref，以便逐渐增大开关调节器1的输出电压Vo。此时，控制电路10通过改变从标准电压产生电路2输出的标准电压Vref来调整输出电压Vo。标准电压产生电路2包括D/A转换器。
标准电压产生电路2根据包括从控制电路10输入的多个位的电压设置信号VS的位的组合而产生并输出电压。控制电路10指示开关调节器1执行PWM控制，然后将电压设置信号VS输出到标准电压产生电路2，以便将输出电压Vo增大αV。应注意，此时，作为输出电压的分量而产生过冲电压。然而，输出电压Vo的改变(即αV)非常小，因此过冲电压也较小。因而，不产生缺陷。
接下来，在步骤S4中，控制电路10确定电压设置信号VS是否将标准电压Vref设置为使得输出电压Vo可等于作为大于第一电压Vo1的预定电压的第二电压Vo2。当电压设置信号VS包含将标准电压Vref设置为使得输出电压Vo可等于预定的第二电压Vo2的数据(步骤S4中的“是”)时，操作随后前进到步骤S5。反之，在步骤S4中，如果电压设置信号VS包含将标准电压Vref设置为使得输出电压Vo小于第二电压Vo2的数据(步骤S4中的“否”)，那么，操作返回步骤S3。换句话说，在步骤S3和S4中，开关调节器1的输出电压Vo从第一电压Vo1逐渐增大到第二电压Vo2。只要经过了预定周期，电压设置信号VS的位的组合便改变，并且输出电压Vo增大αV。如步骤S4所示，当输出电压Vo达到第二电压Vo2时，存储电压设置信号VS的位的组合，并将输出电压Vo固定为等于第二电压Vo2。
利用第一电压Vo1和第二电压Vo2之间的电压差以及组成标准电压产生电路2的D/A转换器的位数，来确定在一步上增大的输出电压的电压增幅(amplification)α，以便防止过冲电压影响负载20。例如，当将电压增幅α设置为大约20mV时，固定电压增幅α。因而，当第一电压Vo1和第二电压Vo2之间的电压差变得更大时，用于达到第二电压Vo2的步数增大。应注意，在图2中，当输出电压Vo是第一电压Vo1时，标准电压Vr被分配为Vr1。当输出电压Vo是第二电压Vo2时，标准电压Vr被分配为Vr2。
接下来，在步骤S5中，控制电路10输出切换信号DLS，以便将第二开关SW2切换到传导状态。因而，导通第二开关SW2，使得可以将虚负载7连接在输出端OUT和地之间。
这里，对为何连接虚负载的原因进行描述。
当将开关调节器1的控制从PFM控制切换为PWM控制时，由于流入负载20的电流基本上与轻负载驱动模式相同，因此负载20仍未处于正常驱动模式。由此，电流极低。如上所述，当在流入负载20的电流基本上为0的状态下将PFM控制切换到PWM控制时，PWM电路11在切换控制之后立即执行诸如突发(burst)振荡的异常操作。因此，输出电压Vo变得不稳定。
应注意，在增大输出电压Vo时，充电电流在连接到输出端OUT的电容器C1中流动，以便防止PWM电路11执行诸如突发振荡的异常操作。然而，在输出电压Vo变为等于第二电压Vo2之后，PWM电路11执行异常操作。由此，输出电压Vo变得不稳定。为了避免该异常操作，在输出电压Vo变为等于第二电压Vo2之后，将虚负载7连接到输出端OUT，直到PWM电路11执行稳定操作为止。对于连接虚负载7的定时，可在切换到PWM控制之后立即连接虚负载7。然而，如上所述，由于在增大输出电压Vo时防止了异常操作，因此理想的是在输出电压Vo变为等于第二电压Vo2之后立即连接虚负载7。
可在切换到PWM控制之后立即开始连接虚负载7，并且直到输出电压Vo达到第二电压Vo2为止。然而，在此情况下，从连接虚负载7起直到输出电压达到第二电压Vo2为止，流入虚负载7的电流消耗额外的电力(electricity)。
接下来，在步骤S6中，控制电路10在比正常执行的PWM控制所需的周期长的预定周期内将虚负载18保持连接。在步骤S7中，在经过了该预定周期之后，利用切换信号DLS，关断第二开关SW2，以便终止该流程。因而，完成将轻负载驱动模式变换为正常驱动模式的操作。
应注意，可以使用续流二极管(flywheel diode)D2作为图1所示的用于同步整流的开关元件M2的替代。在图4中示出了此情况的配置。在图4中，将相同的附图标记分配给图1示出的相同或基本相同的部件。图4示出了这样的配置例子，其中，续流二极管D2被置于IC之外。当使用适于集成的诸如PN结型的二极管作为续流二极管D2时，在IC内提供该续流二极管D2。
此外，根据以上描述，当将输出电压Vo从第一电压Vo1增大到第二电压Vo2时，输出电压Vo以αV的间隔均匀且逐渐地增大。本发明不限于此；可以将输出电压Vo从第一电压Vo1逐渐增大到第二电压Vo2，不管均匀还是不均匀。
因而，当将轻负载驱动模式变换为正常驱动模式时，在输出电压Vo为第一电压Vo1的情况下，根据本发明第一实施例的开关调节器将PFM控制切换到PWM控制。随后，输出电压Vo一点一点地逐渐增大。因此，可以将在增大输出电压Vo时产生的过冲控制为较小。由此，可在不受过冲影响的情况下切换输出电压Vo。此外，在将PFM控制变换为PWM控制之后立即连接虚负载，以便防止诸如突发振荡的异常操作。
根据本发明的至少一个实施例，当从第一操作模式变换为第二操作模式时，在来自输出端的输出电压等于第一电压的情况下，控制切换电路部分从PFM控制切换到PWM控制。
根据本发明的至少一个实施例，开关调节器还包括预定电流在其中流动的虚负载。当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，控制切换电路部分在预定周期中将虚负载连接到输出端。
根据本发明的至少一个实施例，控制切换电路部分包括PWM控制电路部分，其对第一开关元件执行PWM控制；PFM控制电路部分，其对第二开关元件执行PFM控制；切换电路部分，其控制将来自PWM控制电路部分和PFM控制电路部分的每一个的控制信号输出到第二开关元件的第二控制电极；以及控制电路部分，其控制PWM控制电路部分、PFM控制电路部分、以及切换电路部分的操作。在第一操作模式中，控制电路部分停止PWM控制电路部分的操作，并指示切换电路部分将来自PFM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极。在第二操作模式中，控制电路部分操作PWM控制电路部分，并指示切换电路部分将来自PWM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极。当将第一操作模式变换为第二操作模式时，在控制电路部分停止PWM控制电路部分的操作、并指示切换电路部分将来自PWM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极的情况下，控制电路部分将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
根据本发明的至少一个实施例，开关调节器还包括预定电流在其中流动的虚负载。当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，控制电路部分在预定周期中将虚负载连接到输出端。
根据本发明的至少一个实施例，在第一操作模式中流入负载的电流小于在第二操作模式中流入负载的电流。
根据本发明的至少一个实施例，当第一电压和第二电压之间的电压差变大时，在控制切换电路部分中，将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压的步数增大。
根据本发明的至少一个实施例，串联连接到第一开关元件的平滑电路部分包括用于同步整流的开关元件。当执行切换时，由控制切换电路控制用于同步整流的开关元件。第一开关元件、第二开关元件、控制切换电路部分、用于同步整流的开关元件、以及虚负载被集成到IC中。
根据本发明的至少一个实施例，用于切换开关调节器的输出电压的方法还包括以下步骤当从第一操作模式变换为第二操作模式时，在来自输出端的输出电压为第一电压的状态下，将PFM控制切换到PWM控制。
根据本发明的至少一个实施例，开关调节器还包括预定电流在其中流动的虚负载。该方法还包括以下步骤当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，在预定周期中将虚负载连接到输出端。
根据本发明的至少一个实施例，在用于切换开关调节器的输出电压的方法中，在第一操作模式中流入负载的电流小于在第二操作模式中流入负载的电流。
根据本发明的至少一个实施例，用于切换开关调节器的输出电压的方法还包括以下步骤当第一电压和第二电压之间的电压差变大时，增大将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压的步数。
根据上述开关调节器，还安装了预定电流在其中流动的、作为伪负载的虚负载。当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，控制切换电路部分在预定周期中将虚负载连接到输出端。因而，即使在将PFM控制变换为PWM控制之后负载电流未立即增大，也可稳定地执行PWM控制。
此外，本发明不限于这些实施例，而是可在不背离本发明的范围的情况下进行改变和修改。
本申请基于2004年11月26日提交的日本优先权申请第2004-342430号，通过引用而将其全部内容合并于此。
权利要求
1.一种开关调节器，其将输入电压转换为预定电压，并且通过输出端将该预定电压输出到负载，该开关调节器包括第一开关元件，其包括第一控制电极，所述第一开关元件根据输入第一控制电极的控制信号而执行切换，并控制输出输入电压；第二开关元件，其包括具有比第一开关元件的第一控制电极的电容大的电容的第二控制电极、以及比第一开关元件的导通阻抗小的导通阻抗，所述第二开关元件根据输入第二控制电极的控制信号而执行切换，并控制输出输入电压；控制切换电路部分，其根据操作模式来执行针对第一开关元件和第二开关元件两者的PWM控制以及仅针对第二开关元件的PFM控制中的一个，使得从输出端输出的电压为预定电压；以及平滑电路，其平滑从第一开关元件和第二开关元件的每一个输出的电压，并将平滑后的电压输出到输出端，其中，当将执行PFM控制并且来自输出端的电压变为等于第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的电压变为等于比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，控制切换电路部分在执行PWM控制的同时将来自输出端的电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
2.如权利要求1所述的开关调节器，其中，当从第一操作模式变换为第二操作模式时，在来自输出端的输出电压等于第一电压的情况下，所述控制切换电路部分从PFM控制切换到PWM控制。
3.如权利要求1所述的开关调节器，还包括预定电流在其中流动的虚负载，其中，当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，所述控制切换电路部分在预定周期中将所述虚负载连接到输出端。
4.如权利要求1所述的开关调节器，其中，所述控制切换电路部分包括PWM控制电路部分，其对第一开关元件执行PWM控制；PFM控制电路部分，其对第二开关元件执行PFM控制；切换电路部分，其控制将来自PWM控制电路部分和PFM控制电路部分的每一个的控制信号输出到第二开关元件的第二控制电极；以及控制电路部分，其控制PWM控制电路部分、PFM控制电路部分、以及切换电路部分的操作；其中，在第一操作模式中，控制电路部分停止PWM控制电路部分的操作，并指示切换电路部分将来自PFM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极，其中，在第二操作模式中，控制电路部分操作PWM控制电路部分，并指示切换电路部分将来自PWM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极，并且其中，当从第一操作模式变换为第二操作模式时，在控制电路部分停止PFM控制电路部分的操作、并指示切换电路部分将来自PWM控制电路部分的控制信号排它地输出到第二开关元件的第二控制电极的情况下，控制电路部分将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
5.如权利要求4所述的开关调节器，还包括预定电流在其中流动的虚负载，其中，当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，所述控制电路部分在预定周期中将所述虚负载连接到输出端。
6.如权利要求1所述的开关调节器，其中，在第一操作模式中流入负载的电流小于在第二操作模式中流入负载的电流。
7.如权利要求1所述的开关调节器，其中，当第一电压和第二电压之间的电压差变大时，在所述控制切换电路部分中，将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压的步数增大。
8.如权利要求3所述的开关调节器，其中，串联连接到第一开关元件的平滑电路部分包括用于同步整流的开关元件，当执行切换时，由控制切换电路控制所述用于同步整流的开关元件，并且其中，第一开关元件、第二开关元件、控制切换电路部分、用于同步整流的开关元件、以及虚负载被集成到IC中。
9.一种用于切换开关调节器的输出电压的方法，所述开关调节器包括输入端；输出端；负载；第一开关元件，其包括第一控制电极，所述第一开关元件根据输入第一控制电极的控制信号来执行切换，并控制输出输入电压；以及第二开关元件，其包括具有比第一开关元件的第一控制电极的电容大的电容的第二控制电极、以及比第一开关元件的导通阻抗小的导通阻抗，所述第二开关元件根据输入第二控制电极的控制信号来执行切换，并控制输出输入电压，其中，允许所述开关调节器改变输出电压，以便将从输入端输入的输入信号转换为预定电压，并且通过根据操作模式执行针对第一开关元件和第二开关元件两者的PWM控制以及仅针对第二开关元件的PFM控制之一，而将所述预定电压经由输出端输出到负载，所述方法包括以下步骤当将执行PFM控制并且来自输出端的电压变为第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的电压变为比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，在执行PWM控制的同时将来自输出端的电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
10.如权利要求9所述的用于切换开关调节器的输出电压的方法，所述方法还包括以下步骤当将第一操作模式变换为第二操作模式时，在来自输出端的输出电压为第一电压的状态下，将PFM控制切换到PWM控制。
11.如权利要求9所述的用于切换开关调节器的输出电压的方法，所述开关调节器还包括预定电流在其中流动的虚负载，所述方法还包括以下步骤当来自输出端的输出电压变为等于第二电压时，在预定周期中将所述虚负载连接到输出端。
12.如权利要求9所述的用于切换开关调节器的输出电压的方法，其中，在第一操作模式中流入负载的电流小于在第二操作模式中流入负载的电流。
13.如权利要求9所述的用于切换开关调节器的输出电压的方法，所述方法还包括以下步骤当第一电压和第二电压之间的电压差变大时，增大将输出电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压的步数。
全文摘要
开关调节器将输入电压转换为预定电压，并通过输出端将该预定电压输出到负载。该开关调节器包括第一开关元件、第二开关元件、控制切换电路部分以及平滑电路。当将执行PFM控制并且来自输出端的电压变为第一电压的第一操作模式变换为执行PWM控制并且来自输出端的电压变为比第一电压大的第二电压的第二操作模式时，控制切换电路部分在执行PWM控制的同时将来自输出端的电压以步进的方式从第一电压逐渐增大到第二电压。
文档编号H02M3/04GK1922779SQ200580005508
公开日2007年2月28日 申请日期2005年11月24日 优先权日2004年11月26日
发明者加藤智成, 松尾正浩 申请人:株式会社理光