开关调节器及其操作控制方法

专利名称：开关调节器及其操作控制方法
技术领域：
本发明总体涉及具有UVLO (欠电压锁定)电路的开关(switching)调 节器以及该开关调节器的操作控制方法，所述UVLO电路防止由于电源电压 的降低所造成的错误操作。
背景技术：
传统上，开关调节器提供UVLO电路，用于在电源电压变为小于预定值 的值时停止控制电路的操作以防止操作中的错误(例如，参考专利文件1 )。
图IO是示出具有UVLO电路的传统升压型开关调节器的电路图。
在图10中示出的开关调节器100中，电源电压Vcc提升到预定电压，提 升的电压作为输出电压Vout从输出端OUT输出，PWM (脉冲宽度调制)控 制应用于控制开关晶体管M101的占空比，使得通过划分输出电压Vout而形 成的分压V化变为基准电压Vref。
过电流检测电路108通过使用流入开关晶体管M101的电流来检测从输 出端Vout输出的过电流。当过电流检测电路108检测到过电流时，延迟电路 109在经过预定延迟时间段之后输出高电平信号，然后通过经由NOR(或非) 电路101截止开关晶体管M101来停止电压升高操作。
另外，UVLO电路110监测电源电压Vcc，当电源电压Vcc下降到小于 预定值的值时输出高电平的低电压检测信号UVLOa。此外，UVLO电路110 通过截止开关晶体管M101使开关晶体管M101进入截止状态，初始化软启 动电路107以便当重新启动电压升高操作时软启动电路107能够执行软启动 操作，以及使延迟电路109重置用来计数延迟时间段的延迟定时器，以便延 迟定时器的计lt^t目变为预定初始值。
另外，公开了一种开关调节器控制电路(例如，参考专利文件2)。开关 调节器控制电路提供第一UVLO电路和第二UVLO电路，其检测电压彼此不 同，用于控制输出緩冲器电路的操作。本发明的结构和目的不同于专利文件 2。[专利文件1]日本专利申请公开No. 2006-115594 [专利文件2]日本专利申请7>开No. 2005-078557
然而，在图10中，在由于一些原因生成过电流以及表示过电流的生成的 信号从过电流检测电路108输出到延迟电路109的情况下，在延迟电路109 的延迟定时器开始计数延迟时间段之后，当电源电压Vcc下降以及UVLO电 路IIO输出高电平的低电压检测信号UVLOa时，延迟电路109把延迟定时器 的计数数目重置为初始值。
此后，当提升电源电压Vcc时，UVLO电路110使低电压检测信号UVLOa 为低电平，如果由于某种原因没有解决过电流问题，则过电流检测电路108 检测过电流，重复以上操作。由于通常将开关晶体管M101控制为导通或截 止状态，直到延迟电路109的延迟定时器完成计数预定时间段时为止，所以 即使开关调节器100具有过电流检测电路108和延迟电路109，也不执行过 电流防止操作。

发明内容
在本发明的实施例中，提供了 一种开关调节器和开关调节器的操作控制 方法，其中，当电源电压变为小于第一预定值的值时，通过截止开关晶体管 来停止开关晶体管的操作。当电源电压变为小于低于第一预定值的第二预定 值的值时，停止过电流防止操作。即，在开关调节器和开关调节器的操作控 制方法中，即使在没有查明过电流的原因的情况下在停止开关晶体管的操作 之后再次提升电源电压，也确保防止过电流。
为了实现这些及其它优点中的一个或多个，根据本发明的一个方面，提 供了一种开关调节器，其转换输入到输入端的电源电压为预定恒定电压并且 从输出端输出预定恒定电压作为输出电压。开关调节器包括第一开关元件， 其与输入控制信号相对应在导通和截止状态之间切换；感应器，当第一开关 元件切换到导通状态时由电源电压对其进行充电；整流元件，当在第一开关 元件切换到截止状态的情况下停止对感应器充电时，其使感应器释放电荷； 控制电路部分，其控制第一开关元件在导通和截止状态之间进行切换，以便 把要从输出端输出的输出电压变为等于预定恒定电压；过电流检测电路部分， 其检测从输出端输出的过电流，以及在检测到过电流之后经过预定延迟时间 段时，使控制电路部分截止第一开关元件，使第一开关元件进入截止状态；以及UVLO (欠电压锁定)电路，当电源电压降低到小于第一预定值的值时 其使控制电路部分截止第一开关元件，以及当电源电压降低到小于低于第一 预定值的第二预定值的值时，其使过电流检测电路部分停止计数延迟时间段 以及把延迟时间段重置为初始值。
根据本发明的另一方面，提供了一种开关调节器的操作控制方法。该开 关调节器包括第一开关元件，其与输入控制信号相对应在导通和截止状态 之间切换；感应器，当第一开关元件切换到导通状态时，由电源电压对其进 行充电；以及整流元件，当在第一开关元件切换到截止状态的情况下停止对 感应器充电时，其使感应器释放电荷。操作控制方法控制第一开关元件切换 到导通状态/截止状态，以便通过转换电源电压为预定恒定电压，来自开关调 节器的输出端的输出电压变为等于预定恒定电压。操作控制方法包括步骤 检测从输出端输出的过电流；当在检测到过电流之后经过预定延迟时间段时， 使第一开关元件截止并进入截止状态；当电源电压降低到小于第一预定值的 值时，使第一开关元件截止；以及当电源电压降低到小于低于第一预定值的 第二预定值的值时，停止计数预定延迟时间段以及重置延迟时间段为初始值。
根据本发明的实施例，在开关调节器中，当检测到从输出端输出的过电 流，且电源电压降低到小于第一预定值的值时，延迟定时器继续计数预定延 迟时间段，以及临时截止第一开关元件。当电源电压降低到小于低于第一预 定值的第二预定值的值时，停止由延迟定时器计数延迟时间段，初始化延迟 定时器。因此，即使在没有查明过电流的原因的情况下在临时停止开关元件 的操作之后再次提升电源电压，也确保防止过电流。
另外，生成与电源电压成比例的第一比例电压、以及与电源电压成比例 的低于第一比例电压的第二比例电压；第一比例电压与第二基准电压相比较， 以及第二比例电压与第二基准电压相比较。此外，生成与电源电压成比例的 第三比例电压，以及第三比例电压与第二基准电压和低于第二基准电压的第 三基准电压相比较。因此，即使由于制造处理中的离差(dispersion)而改变 开关调节器的元件的特征，当电源电压降低到小于第一预定值的值时，仍能 够截止第一开关元件，以及当电源电压降低到小于低于第一预定值的第二预 定值的值时，仍停止由延迟定时器计数延迟时间段，以及延迟定时器仍能够 重置为初始^f直。
另外，通过软启动操作生成第一基准电压，所述软启动操作在启动开关
10调节器之后在预定时间段以预定速度逐渐提升电压，以及当电源电压降低到 小于第一预定值的值时，初始化软启动操作。因此，能够防止由于降低电源 电压而造成的软启动操作中的错误。
另外，在电源电压中提供滞后电压，以便能够降低从电压比较电路输出 的信号的振动噪声。
另外，提供第一开关，其与从外部装置输入的控制信号相对应，来施加
电源电压到UVLO电路的分压电路上。因此，当在待机模式中没有操作UVLO 电路时，能够减少功率消耗。
从参考附图给出的优选实施例的以下详细说明中，本发明的特征和优点 将变得更加明显。


图l是示出根据本发明的实施例的开关调节器的电路图； 图2是示出图1中示出的UVLO电路的第一示例的电路图； 图3是示出图2中示出的UVLO电路的操作的时序图； 图4是示出图1中示出的UVLO电路的第二示例的电路图； 图5是示出图4中示出的UVLO电路的操作的时序图； 图6是示出图1中示出的开关调节器中的处理的流程图； 图7是示出根据本发明的实施例的同步整流系统的升压型开关调节器的 电路图8是示出根据本发明的实施例的异步整流系统的电压递降(step-down) 型开关调节器的电路图9是示出根据本发明的实施例的同步整流系统的电压递降型开关调节 器的电路图；以及
图10是示出具有UVLO电路的传统升压型开关调节器的电路图。
具体实施例方式
参考附图，详细描述本发明的实施例。 图l是示出根据本发明的实施例的开关调节器的电路图； 图1中示出的开关调节器l是异步整流系统的升压型开关调节器，其中， 输入到输入端IN的电源电压Vcc作为输入电压提升到预定恒定电压，以及从输出端OUT输出所提升的电压作为输出电压Vout。
即，开关调节器1转换输入到输入端IN的电源电压Vcc为预定恒定电压， 并且从输出端OUT输出预定恒定电压作为输出电压Vout。
开关调节器1包括感应器L1、为NMOS晶体管的开关晶体管Ml、及用 于整流电流的二极管Dl。
开关晶体管Ml进行切换以与输入控制信号相对应地执行提升电源电压 Vcc的电压升高操作，以及当开关晶体管Ml通过切换到导通状态来传导电 流时，通过使用电源电压Vcc来对感应器LI充电。即，当开关晶体管Ml 切换到导通状态时，由电源电压Vcc对感应器Ll充电。
当在开关晶体管Ml切换到截止状态地情况下停止对感应器LI充电时， 二极管Dl使感应器LI释力文电荷。
另外，开关调节器1还包括第一基准电压生成电路2、电阻器Rl和 R2、平滑电容器C1、误差放大器电路AMP3、振荡电路4、 PWM比较器5、 反相器6、具有三个输入端的NOR电路7、软启动电路8、过电流检测电路9、 延迟电路10、以及UVLO电路ll。第一基准电压生成电路2生成预定第一 基准电压Vrefl并且输出第一基准电压Vrefl。电阻器Rl和R2检测输出电压 Vout。振荡电路4生成三角波信号TW并且输出三角波信号TW。
开关晶体管Ml是第一开关元件。电阻器Rl和R2形成输出电压检测电 路。过电流检测电路9和延迟电路10形成过电流检测电路部分。
第一基准电压生成电路2、电阻器R1和R2、误差放大器电路AMP3、 振荡电路4、 PWM比较器5、反相器6、 NOR电路7、以及软启动电路8形 成控制电路部分。另外，误差放大器电路AMP3、振荡电路4、 PWM比较器 5、反相器6、以及NOR电路7形成控制电路。
在开关调节器l中，除了感应器L1和电容器C1之外的电路能够集成到 一个IC中，除了开关晶体管Ml和二极管Dl、感应器L1、和电容器C1的 至少一个之外的电路能够集成到一个IC中。
感应器Ll连接在电源电压Vcc和开关晶体管Ml的漏极之间，过电流4企 测电路9连接在开关晶体管Ml的源极和地电势之间。二极管Dl的阳极连接 到感应器Ll与开关晶体管Ml的漏极的连接点，二极管Dl的阴极连接到输 出端OUT。
电容器C1连接在输出端0UT和地电势之间，电阻器R1和R2串联连接
12在输出端OUT和地电势之间。分压Vfb从电阻器Rl与电阻器R2的连接点 输出。另外，分压Vfb输入到误差放大器电路AMP3的反相输入端，第一基 准电压Vrefl输入到误差放大器电路AMP 3的非反相输入端。通过放大在分 压Vfb和第一基准电压Vrefl之间的电压差所生成的输出信号EAo从误差放 大器电路AMP3的输出端输出。
来自误差放大器电路AMP3的输出信号EAo输入到PWM比较器5的非 反相输入端，来自振荡电路4的三角波信号TW输入到PWM比较器5的反 相输入端。PWM比较器5输出当使用三角波信号TW向输出信号EAo施加 PWM调制时所生成的脉冲信号Spwm。脉冲信号Spwm的信号电平由反相器 6进行反相，所反相的脉冲信号Spwm输入到NOR电路7的输入端之一。NOR 电路7的输出端连接到开关晶体管Ml的栅极。
为了在启动开关调节器1之后在预定时间段以预定速度逐渐增加脉沖信 号Spwm的占空比，例如，软启动电路8使第一基准电压生成电路2以预定 速度逐渐提升第一基准电压Vrefl,防止大电流输入到输入端IN以及防止输 出电压Vout过冲(overshot )。
过电流检测电路9检测到流入开关晶体管Ml的电流，确定从输出端OUT 输出的电流是否是大于预定电流的过电流。当过电流检测电路9检测到过电 流时，过电流检测电路9向延迟电路10输出预定信号；当在预定信号已经输 入到延迟电路10之后经过预定延迟时间段时，延迟电路10使得输入到NOR 电路7的输入端之一的信号为高电平。
UVLO电路11监测电源电压Vcc，当电源电压Vcc变为小于第一预定值 的值时，UVLO电路11将笫一低电压检测信号UVLOl从低电平提升到高电 平。当电源电压Vcc变为小于低于第一预定电压的第二预定电压的值时， UVLO电路11将第二低电压检测信号UVL02从低电平提升到高电平。
当高电平的第一低电压检测信号UVLOl输入到软启动电路8时，软启 动电路8初始化软启动电路8,以便当重新启动电压升高操作时能够执行软 启动操作。当高电平的第二低电压检测信号UVL02输入到延迟电路10时， 延迟电路10通过停止对延迟时间段计数(定时)的延迟定时器来重置延迟定 时器的计数数目为初始值。
当从外部装置输入的使能信号ENB是低电平时，UVLO电路11监测电 源电压Vcc,以及当使能信号ENB是高电平时，UVLO电路11停止监测电源电压Vcc，使第一低电压检测信号UVLOl和第二低电压检测信号UVL02 为相应的高电平。因此，开关晶体管Ml被截止并进入截止状态，并停止电 压升高操作。
图2是示出图1中示出的UVLO电路ll的第一示例的电路图。 如图2所示，UVLO电路ll包括比较器(CMP) 21和22、生成第二 基准电压Vref2并输出第二基准电压Vref2的第二基准电压生成电路23、 PMOS晶体管M21、 NMOS晶体管M22、以及电阻器R21至R24。 PMOS晶 体管M21、 NMOS晶体管M22、及电阻器R21至R24形成比例电压生成电 路。CMP21是第一电压比较电路，CMP22是第二电压比较电路。电阻器21 至24形成分压电路，PMOS晶体管M21是第一开关，NMOS晶体管M22是 第二开关。分压VA是第一比例电压，分压VB是第二比例电压，分压与电源 电压Vcc成比例。
PMOS晶体管M21和电阻器R21至R24串联连接在电源电压Vcc和地 电势之间，NMOS晶体管M22与电阻器R24并联连接。使能信号ENB从外 部装置输入到PMOS晶体管M21的栅极。电源电压Vcc的分压VA从电阻器 R22与电阻器R23的连接点输入到CMP 21的反相输入端。电源电压Vcc的 分压VB从电阻器R21与电阻器R22的连接点输入到CMP 22的反相输入端。
第二基准电压Vref2输入到CMP 21和22的相对应的非反相输入端，CMP 21的输出端连接到NMOS晶体管22的栅极。第一低电压检测信号UVLOl 从CMP21的输出端输出，第二低电压检测信号UVL02从CMP22的输出端 输出。
图3是示出图2中示出的UVLO电路11的操作的时序图。参考图2和3, 描述UVLO电路11的操作。如上所述，分压VA和VB与电源电压Vcc成比 例。然而，在图3中，为了使描述简单，与电源电压Vcc平行地示出分压VA 和VB。当使能信号ENB变为低电平时，电源电压Vcc施加到电阻器R21至 R24的串联电路，输出与电源电压Vcc成比例的分压VA和VB。当由于一些 原因降低电源电压Vcc时，与电源电压Vcc成比例地降低分压VA和VB。
当分压VA在时间tl变得小于第二基准电压Vref2时，第一低电压检测 信号UVLOl从低电平上升到高电平。当第一低电压检测信号UVLOl变为高 电平时，接通(导通)NMOS晶体管M22, NMOS晶体管M22进入导通状 态，以便电流不会流入电阻器R24,分压VA和VB降低。即，R24被短路。
14当第一低电压检测信号UVLOl变为高电平时，UVLO电路ll使控制电 路部分截止开关晶体管Ml。
此后，电源电压Vcc继续降低；然而，在分压VB降低到小于第二基准 电压Vref2的电压之前，电源电压Vcc改变为上升，以及当分压VA在时间 t2变为第二基准电压Vref2或更大时，第一低电压检测信号UVLOl从高电平 下降到低电平。然后，NMOS晶体管M22被截止并进入截止状态，然后提升 分压VA和VB。
接下来，当分压VA在时间t3再次变得小于第二基准电压Vref2时，第 一低电压检测信号UVLOl变为高电平，NMOS晶体管M22导通，分压VA 和VB降低。此外，当电源电压Vcc降低且分压VB在时间t4变得小于第二 基准电压Vref2时，第二低电压检测信号UVL02从低电平改变为高电平。高 电平的第二低电压检测信号UVL02停止延迟电路10的延迟定时器，以及重 置延迟时间段为初始值。
此后，当提升电源电压Vcc且分压VB在时间t5变为等于或者大于第二 基准电压Vref2时，第二低电压检测信号UVL02从高电平下降到低电平。另 外，当分压VA在时间t6变为等于或者大于第二基准电压Vref2时，第一低 电压检测信号UVLOl从高电平下降到低电平，NMOS晶体管M22截止，以 及提升分压VA和VB。
如上所述，在图2中示出的UVLO电路11中，电源电压Vcc连接到由 电阻器R21至R24的串联电路形成的分压电路，分压VA和VB仅仅与第二 基准电压Vref2相比较。因此，第一低电压检测信号UVLOl和第二低电压检 测信号UVL02变为高电平的时序没有反转。即，第一低电压检测信号UVLOl 早于第二低电压检测信号UVL02变为高电平。
另外，在停止开关调节器1的操作的情况下，当使能信号ENB为高电平 时，切断从电源电压Vcc到电阻器R21至R24的串联电路的电力供应。因此， 能够降低功率消耗。
此外，提供滞后电压，以便当第一低电压检测信号UVLOl从高电平下 降到低电平时的电源电压Vcc大于当第一低电压检测信号UVLOl从低电平 上升到高电平时的电源电压Vcc。因此，能够降低第一低电压检测信号UVLOl 的振动噪声。
类似地，没有在图3中示出；然而，能够提供滞后电压，以便当第二低电压检测信号UVL02从高电平下降到低电平时的电源电压Vcc大于当第二 低电压检测信号UVL02从低电平上升到高电平时的电源电压Vcc。因此，能 够降低第二低电压检测信号UVL02的振动噪声。
图4是示出图1中示出的UVLO电路11的第二示例的电路图。在图4 中，当元件类似于或者与图2中示出的相同时，对元件使用与图2中示出的 相同的参考标号。
如图4所示，UVLO电路ll包括比较器(CMP) 21和22、生成第二 基准电压Vref2并输出第二基准电压Vref2的第二基准电压生成电路23、 PMOS晶体管M21、 NMOS晶体管M22、及电阻器R25至R29。 PMOS晶体 管M21、 NMOS晶体管M22、及电阻器R25至R27形成比例电压生成电路。 第二基准电压生成电路23、及电阻器R28和R29形成基准电压生成电路部分。 电阻器25至27形成分压电路，分压VC是与电源电压Vcc成比例的第三比 例电压。
PMOS晶体管M21及电阻器R25至R27串联连接在电源电压Vcc和地 电势之间，NMOS晶体管M22与电阻器R27并联连接。使能信号ENB从外 部装置输入到PMOS晶体管M21的栅极。电源电压Vcc的分压VC从电阻器 R25与电阻器R26的连接点输入到CMP21和22的相应的反相输入端。电阻 器R28和R29串联连接在第二基准电压生成电路23和地电势之间。通过划 分第二基准电压Vref2所获得的第三基准电压Vref3从电阻器R28与电阻器 R29的连接点输出。
第二基准电压Vref2输入到CMP 21的非反相输入端，第三基准电压Vref3 输入到CMP 22的非反相输入端，以及CMP 22的输出端连接到NMOS晶体 管M22的栅极。第一低电压检测信号UVLOl从CMP 21的输出端输出，第 二低电压检测信号UVL02从CMP22的输出端输出。
图5是示出图4中示出的UVLO电路ll的操作的时序图。参考图4和5, 描述UVLO电路11的操作。如上所述，分压VC与电源电压Vcc成比例。 然而，在图5中，为了使描述简单，与电源电压Vcc平行地示出分压VC。
当使能信号ENB变为低电平时，电源电压Vcc施加到电阻器R25至R27 的串联电路上，输出与电源电压Vcc成比例的分压VC。当由于一些原因降 低电源电压Vcc时，分压VC与电源电压Vcc成比例地降低。
当分压VC在时间tl变得小于第二基准电压Vref2时，第一低电压检测信号UVLOl从低电平上升到高电平。当第一低电压检测信号UVLOl变为高 电平时，NMOS晶体管M22被导通并且该NMOS晶体管M22进入导通状态， 电流不会流入电阻器R27，分压VC降低。即，R27被短路。
当第一低电压检测信号UVLOl变为高电平时，UVLO电路11使控制电 路部分截止开关晶体管Ml。
此后，电源电压Vcc继续降低；然而，在分压VC降低到小于第三基准 电压Vref3之前，电源电压Vcc改变为上升，以及当分压VC在时间t2变为 等于或者大于第二基准电压Vref2时，第一低电压检测信号UVLOl从高电平 下降到低电平。然后，NMOS晶体管M22被截止并进入截止状态，分压VC 被提升。
接下来，当分压VC在时间t3再次变得小于第二基准电压Vref2时，第 一低电压检测信号UVLOl变为高电平，NMOS晶体管M22导通，分压VC 降低。此外，当电源电压Vcc降低且分压VC在时间t4变为小于第三基准电 压Vref3时，第二低电压检测信号UVL02从低电平改变为高电平。高电平的 第二低电压检测信号UVL02停止延迟电路10的延迟定时器，以及重置延迟 时间段为初始值。
此后，当电源电压Vcc被提升且在时间t5分压VC变为等于或者大于第 三基准电压Vref3时，第二低电压检测信号UVL02从高电平下降到低电平。 另外，当分压VC在时间t6变为等于或者大于第二基准电压Vref2时，第一 低电压检测信号UVLOl从高电平下降到低电平，NMOS晶体管M22被截止， 分压VC被提升。
如上所述，在图4中示出的UVLO电路11中，电源电压Vcc连接到由 电阻器R25至R27的串联电路形成的分压电路，以及分压VC与第二基准电 压Vref2和通过使用由电阻器R28和R29所形成的分压电路划分第二基准电 压Vref2所获得的第三基准电压Vref3相比较。因此，类似于图2,第一低电 压检测信号UVLOl和第二低电压检测信号UVL02变为高电平的时序没有被 反转。即，第一低电压检测信号UVL01早于第二低电压检测信号UVL02变 为高电平。
另外，在停止开关调节器1的操作的情况下，当使能信号ENB为高电平 时，切断从电源电压Vcc到电阻器R25至R27的串联电路的电力供应。因此， 能够降低功率消耗。此外，提供滞后电压，以便当第一低电压检测信号UVLOl从高电平下 降到低电平时的电源电压Vcc大于当第一低电压检测信号UVLOl从低电平 上升到高电平时的电源电压Vcc。因此，能够降低第一低电压检测信号UVLOl 的振动噪声。
类似地，未在图5中示出；然而，能够提供滞后电压，以便当第二低电 压检测信号UVL02从高电平下降到低电平时的电源电压Vcc的电压大于当 第二低电压检测信号UVL02从低电平上升到高电平时的电源电压Vcc。因 此，能够降低第二低电压检测信号UVL02的振动噪声。
图6是示出图1中示出的开关调节器1中的处理的流程图。
参考图6,描述当过电流检测电路9检测到过电流且电源电压Vcc降低 时开关调节器1中的处理。
首先，当PWM控制施加到开关晶体管Ml时，开关晶体管Ml通过被接 通(导通)来执行电压升高操作(SI )。过电流检测电路9确定是否检测到过 电流(S2 )。当过电流检测电路9未确定检测到过电流(在S1中为否)时， 处理回到Sl。当过电流检测电路9确定检测到过电流(在S2中为是)时， 过电流检测电路9输出表示检测到过电流的信号到延迟电路10，延迟电路10 使延迟定时器启动对延迟时间段的计数(S3)。
延迟电路IO确定延迟定时器是否已经完成计数预定延迟时间段；即，是 否已经经过了预定延迟时间段(S4)。当经过了预定延迟时间段(在S4中为 是)时，延迟电路10输出高电平信号到NOR电路7的输入端之一，以及NOR 电路7切断(截止)开关晶体管M1 (S9)。开关晶体管M1进入截止状态， 停止电压升高操作，处理结束。从该状态，直到延迟电路10的延迟定时器重 置时，才再次启动电压升高操作。
当没有经过预定延迟时间段(在S4中为否)时，UVLO电路11确定电 源电压Vcc是否降低到小于第一预定值；即，UVLO电路ll是否输出高电平 的第一低电压检测信号UVLOl (S5)。当输出低电平的第一低电压检测信号 UVLOl (在S5中为否)时，处理回到S4。当输出高电平的第一低电压检测 信号UVLOl (在S5中为是)时，开关晶体管Ml被截止且该开关晶体管Ml 进入截止状态(S6)。即，在延迟电路10的延迟定时器正在计数延迟时间段 的期间，在S5中，UVLO电路11监测电源电压Vcc。当分压VA在延迟定 时器完成计数之前降低到等于或者小于第二基准电压Vref2时，第一低电压检测信号UVLOl为高电平，开关晶体管M1;故截止。
接下来，UVLO电路11确定电源电压Vcc是否降低到小于低于第一预定 值的第二预定值；即，UVLO电路ll是否输出高电平的第二低电压检测信号 UVL02 (S7)。当输出低电平的第二低电压检测信号UVL02 (在S7中为否) 时，UVLO电路11确定电源电压Vcc是否未提升到等于或大于第一预定值； 即，UVLO电路11确定是否输出低电平的第一低电压检测信号UVL01(S8 )。 当输出低电平的第一低电压检测信号UVLOl (在S8中为是)时，处理回到 Sl。
当UVLO电路11输出高电平的第一低电压检测信号UVLOl (在S8中 为否)时，处理回到S6。当UVLO电路11输出高电平的第二低电压检测信 号UVL02 (在S7中为是)时，延迟电路IO停止计数延迟时间段，重置延迟 定时器为初始值(S10),处理前进到S8。
如上所述，在S1至S8的处理中，延迟电路10的延迟定时器未重置，延 迟定时器继续计数延迟时间段。因此，重复从S1至S8的处理，在S4中延迟 定时器完成延迟时间段的计数，在S9中延迟电路10输出高电平信号到NOR 电路7, NOR电路7通过截止开关晶体管Ml来停止电压升高操作。如上所 述，当UVLO电路11输出高电平的第一低电压检测信号UVLOl (在S8中 为否)时，处理前进到S6;因此，开关晶体管M1截止。
在图1中，如上所述，开关调节器1是异步整流系统的升压型开关调节 器。然而，本实施例能够应用于同步整流系统的升压型开关调节器。
图7是示出根据本发明的实施例的同步整流系统的升压型开关调节器的 电路图。在图7中，当元件与图1中示出的类似或者相同时，对元件使用与 图1中示出的相同的参考标号。另外，在图7中，仅仅描述与图1中示出的 不同的点。
如图7所示，当图7的电路图与图1的相比较时，在图7中，图1中示 出的二极管Dl被用于同步整流的PMOS晶体管M2代替，驱动电路15新包 括在电路图内。与从NOR电路7输出的信号相对应，开关晶体管Ml和PMOS 晶体管M2由驱动电路15互补地(complementarily)导通/截止 其它点与图 1中示出的那些相同。
用于同步整流的PMOS晶体管M2是第二开关元件。第一基准电压生成 电路2、电阻器R1和R2、误差放大器电路AMP3、振荡电路4、 PWM比较器5、反相器6、 NOR电路7、软启动电路8、以及驱动电路15形成控制电 路部分。另外，误差放大器电路AMP3、振荡电路4、 PWM比较器5、反相 器6、 NOR电路7、及驱动电路15形成控制电路。
另外，在图1中，如上所述，开关调节器1是异步整流系统的升压型开 关调节器。然而，本实施例能够应用于异步整流系统的电压递降型开关调节 器。
图8是示出根据本发明的实施例的异步整流系统的电压递降型开关调节 器的电路图。在图8中，当元件与图1中示出的类似或者相同时，对元件使 用与图1中示出的相同的参考标号。另外，在图8中，仅仅描述与图1中示 出的不同点。
如图8所示，当图8的电路图与图1的相比较时，在图8中，图1中示 出的NMOS开关晶体管Ml用PMOS开关晶体管Ml代替，反相器16新包 括在NOR电路7的输出端和开关晶体管Ml的栅极之间的电路图内。此外， 开关晶体管M1、 二极管D1、感应器L1、及过电流检测电路9之间的连接不 同于图l中示出的那些。在图8中，新将反相器16添加到电路图中；然而， 反相器16和NOR电路7能够形成在一个OR电路中。
在图8中，NOR电路7的输出端经由反相器16连接到开关晶体管Ml 的栅极。过电流检测电路9连接在电源电压Vcc和开关晶体管Ml的源极之 间。感应器L1连接在开关晶体管M1的漏极和输出端OUT之间。二极管D1 的阴极连接到开关晶体管Ml与感应器L1的连接点，二极管Dl的阳极连接 到地电势。其它点与图1中示出的那些相同。
另外，在图8中，如上所述，开关调节器1是异步整流系统的电压递降 型开关调节器。然而，本实施例能够应用于同步整流系统的电压递降型开关 调节器。
图9是示出根据本发明的实施例的同步整流系统的电压递降型开关调节 器的电路图。在图9中，当元件与图8中示出的类似或者相同时，对元件使 用与图8中示出的相同的参考标号。另外，在图9中，仅仅描述与图8中示 出的那些不同的点。
如图9所示，当图9的电路图与图8的相比较时，在图9中，图8中示 出的二极管D1由用于同步整流的NMOS晶体管M2代替，与从NOR电路7 输出的信号相对应地导通/截止用于同步整流的NMOS晶体管M2。其它点与
20图8中示出的那些相同。
如上所述，根据本发明的实施例，在开关调节器1中，当电源电压Vcc 降低到第一预定值时，临时停止电压升高操作或者电压递降操作，不重置延 迟电路10的延迟定时器。即，即使在临时停止电压升高操作或者电压递降操 作之后由于电源电压Vcc的上升而再次执行过电流检观'J,延迟电路10的延迟 定时器仍继续计数延迟时间段。因此，当在经过预定延迟时间段之后延迟定 时器完成计数时，根据从延迟电路IO输出的信号而完全停止电压升高操作或 者电压递降操作。因此，能够确保执行过电流防止操作。
在本发明的实施例中，UVLO电路11生成两个低电压检测信号UVLOl 和UVL02。然而，UVLO电路11能够与在开关调节器1中的请求相对应地 生成三个或更多的低电压检测信号。
此外，本发明并不局限于所述实施例，而是在不背离本发明的范围的情 况下，能够进行各种改变和修改。
本发明基于2007年6月5日向日本专利局提交的日本在先专利申请No. 2007-149274，其全部内容通过引用合并于此。
权利要求
1.一种开关调节器，把输入到输入端的电源电压转换为预定恒定电压并且从输出端输出该预定恒定电压作为输出电压，所述开关调节器包括第一开关元件，其与输入控制信号相应地在导通和截止状态之间切换；感应器，当该第一开关元件切换到导通状态时，由该电源电压对其进行充电；整流元件，当在该第一开关元件切换到截止状态的情况下停止对该感应器充电时，其使该感应器释放电荷；控制电路部分，其控制在导通和截止状态之间切换该第一开关元件，使得将从该输出端输出的输出电压变为等于该预定恒定电压；过电流检测电路部分，其检测从该输出端输出的过电流，以及当在检测到该过电流之后经过预定延迟时间段时，使该控制电路部分截止该第一开关元件，以使得该第一开关元件进入截止状态；以及UVLO(欠电压锁定)电路，当该电源电压降低到小于第一预定值的值时，其使该控制电路部分截止该第一开关元件，以及当该电源电压降低到小于低于该第一预定值的第二预定值的值时，其使该过电流检测电路部分停止计数该延迟时间段以及重置该延迟时间段为初始值。
2. 根据权利要求1所述的开关调节器，其中 该UVLO电^各包"fe:比例电压生成电路，其生成与该电源电压成比例的第一比例电压及大于 该第一比例电压的与该电源电压成比例的第二比例电压；第二基准电压生成电路，其生成预定第二基准电压；第一电压比较电路，其比较该第一比例电压与该第二基准电压，以及生 成表示所比较的结果的第一低电压检测信号并且输出该第一低电压检测信 号；以及第二电压比较电路，其比较该第二比例电压与该第二基准电压，以及生 成表示所比较的结果的第二低电压检测信号并且输出该第二低电压检测信 号；其中，当表示该第一比例电压是小于该第二基准电压的值的该第一低电压检测信号从该第一电压比较电路输出时，该控制电路部分截止该第一开关元件；以及当表示该第二比例电压是小于该第二基准电压的值的该第二低电压检测 信号从该第二电压比较电路输出时，使该过电流检测电路部分停止计数该延 迟时间段并且重置该延迟时间段为初始值。
3. 根据权利要求1所述的开关调节器，其中 该UVLO电^各包4舌比例电压生成电路，其生成与该电源电压成比例的第三比例电压； 第二基准电压生成电路，其生成预定第二基准电压； 第三基准电压生成电路，其生成低于该第二基准电压的预定第三基准电压；第一电压比较电路，其比较该第三比例电压与该第二基准电压，以及生 成表示所比较的结果的第一低电压检测信号并且输出该第一低电压检测信 号；以及第二电压比较电路，其比较该第三比例电压与该第三基准电压，以及生 成表示所比较的结果的第二低电压检测信号并且输出该第二低电压检测信号；其中，当表示该第三比例电压是小于该第二基准电压的值的该第一低电压检测信号从该第一电压比较电路输出时，该控制电路部分截止该第一开关元件； 以及当表示该第三比例电压是小于该第三基准电压的值的该第二低电压检测 信号从该第二电压比较电路输出时，使该过电流检测电路部分停止计数该延 迟时间段并且重置该延迟时间段为初始值。
4. 根据权利要求2所述的开关调节器，其中 该比例电压生成电i 各包括由串联连接的多个电阻器形成的分压电^f各，其通过划分该电源电压来生 成该第一比例电压及该第二比例电压，并且输出该第一比例电压和该第二比 例电压；以及第一开关，其与从外部装置输入的控制信号相应地施加该电源电压到该 分压电路。
5. 根据权利要求3所述的开关调节器，其中 该比例电压生成电路包括由串联连接的多个电阻器形成的分压电路，其通过划分该电源电压来生成该第三比例电压，并且输出该第三比例电压；以及第一开关，其与从外部装置输入的控制信号相应地施加该电源电压到该 分压电i 各。
6. 根据权利要求2所述的开关调节器，其中输入到该第一电压比较电路和该第二电压比较电路的电压具有滞后电压。
7. 根据权利要求2所述的开关调节器，其中 该比例电压生成电路包4舌由串联连接的多个电阻器形成的分压电路，其通过划分该电源电压来生 成该第 一比例电压及该第二比例电压，并且输出该第 一比例电压和该第二比 例电压；第一开关，其与从外部装置输入的控制信号相应地施加该电源电压到该 分压电3各；以及第二开关，其与该第一低电压检测信号相应地使该分压电路中的该多个 电阻器中的至少 一个被短路。
8. 根据权利要求3所述的开关调节器，其中输入到该第一电压比较电路和该第二电压比较电路的电压具有滞后电压。
9. 根据权利要求3所述的开关调节器，其中 该比例电压生成电3各包括由串联连接的多个电阻器形成的分压电路，其通过划分该电源电压来生 成该第三比例电压并且输出该第三比例电压；第一开关，其与从外部装置输入的控制信号相应地施加该电源电压到该 分压电路；以及第二开关，其与该第二低电压检测信号相应地使该分压电路中的该多个 电阻器中的至少一个#_短路。
10. 根据权利要求1所述的开关调节器，其中该整流元件是用于同步整流的第二开关元件，其通过与输入控制信号相 应地被切换到导通状态而使该感应器释放电荷；以及该控制电路部分使该第二开关元件相对于该第一开关元件互补地切换到导通状态/截止状态。
11. 根据权利要求l所述的开关调节器，其中 该控制电路部分包括输出电压检测电路，其划分该输出电压并且输出分压； 第一基准电压生成电路，其生成第一基准电压并且输出该第一基准电压； 控制电路，其控制该第一开关元件切换到导通状态/截止状态，使得该分压变为等于该第一基准电压；以及软启动电路，其在启动该开关调节器之后在预定时间段执行使该第一基准电压生成电路以预定速度逐渐提升该第 一基准电压的软启动操作；其中， 当该电源电压降低到小于该第一预定值的值时，该UVLO电路初始化该软启动电路。
12. 根据权利要求IO所述的开关调节器，其中 该控制电路部分包括输出电压检测电路，其划分该输出电压并且输出分压； 第一基准电压生成电路，其生成第一基准电压并且输出该第一基准电压； 控制电路，其控制该第一开关元件和该第二开关元件切换到导通状态/截止状态，使得该分压变为等于该第一基准电压；以及软启动电路，其在启动该开关调节器之后在预定时间段执行使该第一基准电压生成电路以预定速度逐渐提升该第一基准电压的软启动操作；其中， 当该电源电压P争低到小于该第一预定值的值时，该UVLO电路初始化该软启动电路。
13. —种开关调节器的操作控制方法，其中 该开关调节器包括第一开关元件，其与输入控制信号相应地在导通和截止状态之间切换； 感应器，当该第一开关元件切换到导通状态时，由电源电压对其进行充 电；以及整流元件，当在该第一开关元件切换到截止状态的情况下停止对该感应 器充电时，其使该感应器释放电荷；其中该操作控制方法控制该第 一开关元件切换到导通状态/截止状态，通过转 换该电源电压为该预定恒定电压，来自该开关调节器的输出端的输出电压变 为等于预定恒定电压；该才喿作控制方法包括步骤检测/人该llr出端iir出的过电流；当在检测到该过电流之后经过预定延迟时间段时，使该第一开关元件截止并进入截止状态；当该电源电压降低到小于第一预定值的值时，使该第一开关元件截止；以及当该电源电压降低到小于低于该第一预定值的第二预定值的值时，停止 计数预定延迟时间段并且重置该延迟时间段为初始值。
14. 根据权利要求13所述的开关调节器的操作控制方法，还包括步骤 生成与该电源电压成比例的第一比例电压及大于该第一比例电压的与该电源电压成比例的第二比例电压； 生成第二基准电压；比较该第一比例电压与该第二基准电压； 比较该第二比例电压与该第二基准电压；当该第一比例电压小于该第二基准电压时截止该第一开关元件；以及 当该第二比例电压小于该第二基准电压时，停止计数该延迟时间段并且 重置该延迟时间段为初始值。
15. 根据权利要求13所述的开关调节器的操作控制方法，还包括步骤 生成与该电源电压成比例的第三比例电压； 生成第二基准电压和低于该第二基准电压的第三基准电压； 比较该第三比例电压与该第二基准电压； 比较该第三比例电压与该第三基准电压；当该第三比例电压小于该第二基准电压时截止该第一开关元件；以及 当该第三比例电压小于该第三基准电压时，停止计数该延迟时间段并且 重置该延迟时间段为初始值。
16. 根据权利要求13所述的开关调节器的操作控制方法，其中 该整流元件是用于同步整流的第二开关元件，其通过与输入控制信号相应地被切换到导通状态来使该感应器释放电荷；以及 该操作控制方法还包括步骤使该第二开关元件相对于该第一开关元件互补地切换到导通状态/截止 状态。
17. 根据权利要求13所述的开关调节器的操作控制方法，还包括步骤通过划分该输出电压来生成分压；基准电压的软启动操作来生成第一基准电压；控制该第一开关元件切换到导通状态/截止状态，使得该分压变为等于该 第一基准电压；以及当该电源电压降低到小于该第一预定值的值时，初始化该软启动操作。
18.根据权利要求16所述的开关调节器的操作控制方法，还包括步骤通过划分该输出电压来生成分压；基准电压的软启动操作来生成第一基准电压；控制该第一开关元件和该第二开关元件切换到导通状态/截止状态，使得 该分压变为等于该第一基准电压；以及当该电源电压降低到小于该第一预定值的值时，初始化该软启动操作。
全文摘要
公开了一种开关调节器。在该开关调节器中，当由于过电流而造成电源电压降低到第一预定值时，临时停止电压升高操作，并且不重置延迟电路的延迟定时器。当在临时停止电压升高操作之后由于电源电压的上升而再次检测到过电流时，延迟电路的延迟定时器继续计数延迟时间段。当在经过预定延迟时间段之后延迟定时器完成计数时，通过接收从延迟电路输出的信号来完全停止电压升高操作。
文档编号H02M3/155GK101542883SQ20088000046
公开日2009年9月23日 申请日期2008年5月29日 优先权日2007年6月5日
发明者阿部浩久 申请人:株式会社理光