专利名称：开关式稳压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有软启动功能的开关式稳压器。
技术背景作为一种用于从电源电压源稳定地提供恒定电压的电源单元，广 为人知的有开关式稳压器和串联稳压器。开关式稳压器响应于受到 预定控制的开关脉冲执行开关元件(其串联连接于从电源电压源连 接的输入和连接到外部的输出之间)的开/关控制，并对从电源电压 源供应的输入电压进行开/关切换，由此仅输出所需的功率。开关式稳压器由开关式稳压器控制ic控制。开关式稳压器控制ic具有软启动功能，用于防止由打开电源时引起的开关式稳压器控 制ic的输出电压的过沖以及流经开关元件的瞬间起峰电流的发生。根据软启动功能，使打开电源时开关脉冲相对于开关元件的负荷(duty)逐渐增大，由此控制从电源电压源连接的输入和连接到外 部的输出之间的能量传递所需的时间周期(例如参见JP 2004-297985 A)。不过，从电源电压源连接的输入和连接到外部的输出之间的电流 值得不到感测。结果，不能彻底防止流经开关元件的瞬间起峰电流 的发生。发明内容本发明是鉴于上述情形作出的，因此，本发明的目的是提供一种 更能够防止发生流经开关元件的瞬间起峰电流的开关式稳压器。为了解决上述问题，本发明提供了一种具有软启动功能的开关式 稳压器，包括输出级开关元件；用于探测流经所述开关元件的电 流的探测电路；以及控制电路，在流经所述开关元件的电流等于或 大于电流限制值时，所述控制电路控制所述开关元件使之关断，以 限制流经所述开关元件的电流。根据本发明，探测电路探测流经输出级开关元件的电流，在这样 探测到的电流等于或大于用于限制流经开关元件的电流的电流限制 值时，控制电路控制开关元件使之关断。因此，能够防止产生流经 开关元件的瞬间起峰电流。
在附图中
图l为示意性示出根据本发明的开关式稳压器的电路图； 图2为示意性示出根据本发明的软启动控制电路的图； 图3为示意性示出根据本发明的第一软启动信号输出电路的 图；以及图4为示意性示出根据本发明的第二软启动信号输出电路的图。
具体实施例方式
以下将描述根据本发明的具有软启动功能的开关式稳压器。图1 为示意性示出开关式稳压器的电路图。该开关式稳压器包括电源电压源101、用于控制开关式稳压器的 开关式稳压器控制IC 102、用于平滑电路的线圏109以及用于该平 滑电路的输出电容器111。该电源电压源101连接到开关式稳压器控 制IC 102的电源端子103,线圏109的一端连接到控制端子108， 线圏109的另一端连接到输出电压端子110，地端子113接地。此外， 输出电压端子110通过输出电容器111接地。
根据如上所述的开关式稳压器，通过开关式稳压器控制IC 102 将从电源电压源101通过电源端子103输入的输入电压转换为脉冲 状输出电压。脉冲状输出电压被施加到由线圏109和输出电容器111 构成的平滑电路并被该平滑电路平均化。
此外，开关式稳压器控制IC 102包括充当开关元件的输出级的 NMOS晶体管II2,输出级的PMOS晶体管104，用于分割开关式稳压 器控制IC 102的输出电压的泄流电阻器107，用于将所分割的输出 电压与参考电压进行比较并对它们进行放大的跨导放大器误差信号 放大器106，用于将比较结杲作为电压的跨导放大器输出电阻器 115,三角波发生电路105，用于比较跨导放大器误差信号放大器106
的输出电压与三角波发生电路105的输出电压并输出PWM波形的PWM 比较器117,软启动控制电路116，和緩冲器ll8。根据如上所述的开关式稳压器控制IC 102，开关式稳压器控制 IC 102的输出电压被反馈以便被进一步分割，然后被输入到跨导放 大器误差信号放大器106。还将参考电压输入该跨导放大器误差信号 放大器106。对所分割的输出电压和参考电压进行相互比较以对其进 行放大。将放大结果和三角波发生电路105的输出电压都输入到PWM 比较器117中以将其进行相互比较。作为比较结果，输出PWM波形。 将PWM波形和软启动控制电路116的输出电压都输入緩冲器118。在 软启动控制电路116的控制下，将通过緩冲器118获得的PWM波形 输入到醒OS晶体管112的栅电极和PMOS晶体管104的栅电极的每一个。基于那时获得的栅电极的电压值，在执行开关之后，将来自 电源端子103的输入电压输出到输出电压端子110。接着将描述软启动控制电路116。图2为示意性示出软启动控制 电路116的图。软启动控制电路116包括用于输出实现软启动功能的信号的软 启动信号输出电路201,电阻器218，用于将输出的信号与电阻器218 的电压进行比较并对它们进行放大的运算放大器202， NMOS晶体管 219,每个均充当电流镜电路的PMOS晶体管203和204，每个均充当 电流镜电路的NMOS晶体管215、 216和217，电阻器205、 206和208， 用于相互比较两个预定电压并输出用于控制PMOS晶体管104的信号 的比较器214，以及与PMOS晶体管104—起充当电流镜电路的PMOS 晶体管210。这里假定，PMOS晶体管203和PMOS晶体管2(M之间的镜像比为 1: 1， NMOS晶体管215、 NMOS晶体管216和NMOS晶体管217之间的 镜像比为1:1:1， PMOS晶体管210和PMOS晶体管104之间的镜像比 为1:M。根据如上所述的软启动控制电路116,从软启动控制电路201输 出电压，并将这样输出的电压和由电阻器218产生的电压均输入到 运算放大器202。然后，相互比较并放大那些电压以将其输出，然后 将其输入到NMOS晶体管219的栅电极。结果，NMOS晶体管219输出 电流Iref，电流Iref流经电阻器218。通过下式计算那时获得的电
流Iref ，其中假定用VI表示软启动信号输出电路201的输出电压， 且电阻器218的电阻值表示为Rl。Iref=Vl/Rl... (1) 通过电流镜电路，该电流Iref也流经电阻器205和206。由于PM0S晶体管210和PMOS晶体管IO4之间的镜像比为l:M， 因此流经PMOS晶体管210的电流和流经PMOS晶体管IO4的电流Idrv 的电流值之比也是1:M。因此，使电流Idrv的1/M的电流流过电阻 器208。因此，通过下式计算比较器214的正端子处的电压Vp，其中假 定电源电压由V表示，电阻器205的电阻值由R2表示。Vp=V - Iref x R2 ... (2) 此外，通过下式计算比较器2l4的负端子处的电压Vn，其中假定电 阻器206的电阻值由R3表示，且电阻器208的电阻值由IM表示。Vn = V - (Iref x R3 + (Idrv/M) x R4)... (3) 在这种情况下，通过利用了 PMOS晶体管no的比较器n4，探测到 流经PMOS晶体管104的电流。在流经PMOS晶体管IO4的电流Idrv小于电流限制值Idrvlim 的情况下，设定电阻器205、 206和208的电阻值，使得比较器214 输出低电平信号。在电流Idrv等于或大于电流限制值Idrvlim的情 况下，比较器214输出高电平信号(过电流探测信号)。在如下条 件下计算那时获得的电流限制值Idrvlim。Vp=Vn …(4) 此外，通过下式计算电流限制值Idrvlim。Idrvlim = (R2 - R3) x M x Iref/R4 ... (5)在电流Idrv等于或大于电流限制值Idrvlim的情况下，比较器 214输出高电平信号。通过緩冲器118将这样输出的信号输入到PMOS 晶体管104的栅电极。PMOS晶体管104响应于该信号而关断。接着将描述软启动信号输出电路201。图3为示意性示出根据本发明的第一软启动信号输出电路的图。软启动信号输出电路201包括参考电压源301、 NMOS晶体管306 以及由电阻器303和电容器305构成的低通滤波器。参考电压源301 通过NMOS晶体管306的沟道和低通滤波器连接到软启动信号输出端
子304。根据如上所述的软启动信号输出电路201，当打开电源之后NM0S 晶体管306导通时，软启动信号输出端子304的输出电压在基于低 通滤波器的时间常数确定的时间周期期间逐渐变化到参考电压源 301的电压。因此，根据公式(1)和(5)，电流Iref和电流限制值 Idrvlim也是逐渐变化的。在电流Iref和电流限制值Idrvlim变化的时间周期期间，运行软启动功能。应当注意，软启动信号输出电路201的构造不限于参考图3所述的构造。或者，可以采用后面描述的构造。图4为示意性示出根据本发明的第二软启动信号输出电路的图。软启动信号输出电路201a包括参考电压源401, NMOS晶体管 408，电流源402，电容器407和NMOS晶体管4(M。参考电压源401 通过NMOS晶体管408的沟道连接到软启动信号输出端子406。此外， 电流源402的输出端子连接到NMOS晶体管408的栅电极、电容器407 的一端和NMOS晶体管404的漏电极，电容器407的另一端接地，NMOS 晶体管404的源电极接地。根据如上所述的软启动信号输出电路201a，当打开电源之后 NMOS晶体管404关断时，电容器407被电流源402充电。结果，使 NMOS晶体管408的栅极电压升高。随着栅极电压的升高，NMOS晶体 管408逐渐导通，并且在基于电流源402和电容器407确定的时间 周期期间软启动信号输出端子406的输出电压逐渐变为参考电压源 401的电压。
权利要求
1.一种具有软启动功能的开关式稳压器，包括输出级开关元件；用于探测流经所述开关元件的电流的探测电路；以及控制电路，当流经所述开关元件的所述电流等于或大于电流限制值时，所述控制电路控制所述开关元件使之关断，以限制流经所述开关元件的电流。
2. 根据权利要求1所述的开关式稳压器，还包括电流限制值控 制电路，用于在打开电源时逐渐增大所述电流限制值。
全文摘要
提供了一种开关式稳压器，用于防止流经输出级开关元件的瞬间起峰电流的发生，所述开关元件提供于开关式稳压器中。软启动控制电路(116)探测流经充当输出级开关元件的PMOS晶体管(104)的电流。当所探测的电流等于或大于用于限制流经PMOS晶体管(104)的电流的电流限制值时，软启动控制电路(116)控制PMOS晶体管(104)使之关断。因此，能够防止流经PMOS晶体管(104)的瞬间起峰电流的发生。
文档编号H02M3/137GK101106325SQ20071010950
公开日2008年1月16日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者出口充康, 津崎敏之 申请人:精工电子有限公司