电流模式控制型开关电源装置的制造方法

文档序号:9690447阅读:408来源:国知局
电流模式控制型开关电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够进行降低输入电压的降压动作的电流模式控制型开关电源 装置。
【背景技术】
[0002] 开关电源装置的控制方式可以大致区分为电压模式控制和电流模式控制。电流模 式控制一般在简化相位补偿、高速响应、削减外设部件数量方面是极其有效的控制方式。在 图14中表示电流模式控制型开关电源装置的一个例子。
[0003] 图14所示的开关电源装置100检测流过上侧M0S(金属氧化半导体)晶体管Q1 的电流而执行电流模式控制。依照电流模式控制,上侧M0S晶体管Q1和下侧M0S晶体管Q2 互补地接通/断开,通过该开关动作,将输入电压VIN变换为脉冲状的开关电压Vsw。另外,通 过电感和输出电容对该开关电压vsw进行平滑化,变换为比输入电压VIN低的输出电压V(jUT。
[0004] 在检测流过上侧M0S晶体管Q1的电流而执行电流模式控制的情况下,电流反馈部 分相当于输入电压和开关电压之间的差(VIN_VSW),因此电流检测电路以输入电压VIN为基准 生成检测电流的信息,如果传递到以内部电源电压为基准生成斜坡电压VaP的斜坡电路,则 从上侧M0S晶体管Q1接通到电流信息传递至斜坡电压VaP为止,如图15所示那样产生延 迟时间D。
[0005] 另外,电流反馈部分相当于输入电压和开关电压之间的差(VIN_VSW),因此如果开 关电压Vsw的上升沿等有噪声,则该噪声会直接被传递而反映到斜坡电压V中。
[0006] 另外,如果开关电压Vsw的脉冲宽度变窄,则上述的延迟时间和噪声成为支配性 的,产生无法进行电流反馈的问题。
[0007] 此外,在日本特开2010-220355号公报中公开的电流模式控制型开关电源装置也 与图14所示的开关电源装置100同样地,检测流过上侧开关元件的电流而执行电流模式控 制,因此具有同样的问题。

【发明内容】

[0008] 本发明的目的在于:提供一种在输出电压相对于输入电压的比小的情况和输出电 压相对于输入电压的比大的情况这两种情况下能够进行电流反馈的电流模式控制型开关 电源装置。
[0009] 本说明书中公开的一个形式的电流模式控制型开关电源装置具备:第一开关,其 第一端与被施加输入电压的第一施加端连接;第二开关,其第一端与上述第一开关的第二 端连接,第二端与被施加比上述输入电压低的规定电压的第二施加端连接;电流检测部,其 检测流过上述第二开关的电流;以及控制部,其控制上述第一开关和上述第二开关。并且, 上述控制部在输出电压相对于上述输入电压的比为规定值以下的情况下,与上述电流检测 部检测出的电流对应地控制上述第一开关和上述第二开关,在上述输出电压相对于上述输 入电压的比不为上述规定值以下的情况下,不依赖于上述电流检测部检测出的电流地控制 上述第一开关和上述第二开关。
[0010] 通过以下所示的实施方式的说明能够进一步明确本发明的意义及效果。但是,以 下的实施方式只不过是本发明的一个实施方式,本发明乃至各构成要件的术语的含义并不 限于以下的实施方式所记载的内容。
【附图说明】
[0011] 图1是表示开关电源装置的第一实施方式的整体结构例的图。
[0012] 图2是表示电流检测电路和斜坡电路的一个结构例的图。
[0013] 图3A是表示电压电流变换电路4A的一个结构例的图。
[0014] 图3B是表示电压电流变换电路5A的一个结构例的图。
[0015] 图4A是表示开关电源装置的一个动作例的时序图。
[0016] 图4B是表示图4A所示的动作例的变形例的时序图。
[0017] 图5A是表示开关电源装置的其他动作例的时序图。
[0018] 图5B是表示图5A所示的动作例的变形例的时序图。
[0019] 图6A是表示开关电源装置的另一个动作例的时序图。
[0020] 图6B是表示图6A所示的动作例的变形例的时序图。
[0021] 图7是表示将电流信息反映到斜坡的斜率所得的斜坡电压的概要波形的图。
[0022] 图8是表示将电流信息反映到斜坡的偏移电压所得的斜坡电压的概要波形的图。
[0023] 图9是表示电流检测电路和斜坡电路的其他结构例的图。
[0024] 图10是表示开关电源装置的另一个动作例的时序图。
[0025] 图11是表示开关电源装置的第二实施方式的整体结构例的图。
[0026] 图12A是表示与输出电压相对于输入电压的比有关的判断例的时序图。
[0027] 图12B是表示与输出电压相对于输入电压的比有关的另一个判断例的时序图。
[0028] 图13是表示安装了车载设备的车辆的一个结构例的外观图。
[0029] 图14是表示电流模式控制型开关电源装置的一个例子的图。
[0030] 图15是表不图14所不的开关电源装置的一个动作例的时序图。
【具体实施方式】
[0031] 〈整体结构(第一实施方式)>
[0032] 图1是表示电流模式控制型开关电源装置的第一实施方式的整体结构例的图。本 结构例的开关电源装置101是进行使输入电压下降的降压动作的电流模式控制型开关电 源装置,具备定时控制电路1、上侧M0S晶体管Q1、下侧M0S晶体管Q2、电感L1、输出电容 C1、分压电阻R1和R2、误差放大器2、基准电压源3、电流检测电路4、斜坡电路5、比较器6 以及振荡器7。
[0033] 定时控制电路1控制上侧M0S晶体管Q1的接通/断开和下侧M0S晶体管Q2的接 通/断开,与置位信号SET和复位信号RESET对应地生成上侧M0S晶体管Q1的栅极信号G1 和下侧M0S晶体管Q2的栅极信号G2。
[0034] 上侧M0S晶体管Q1是N沟道型M0S晶体管,是导通/切断从施加了输入电压VIN 的输入电压施加端到电感L1的电流路径的上侧开关的一个例子。上侧M0S晶体管Q1的漏 极与施加了输入电压VIN的输入电压施加端连接。上侧MOS晶体管Q1的源极与电感的一端 和下侧M0S晶体管Q2的漏极连接。从定时控制电路1向上侧M0S晶体管Q1的栅极供给栅 极信号G1。上侧M0S晶体管Q1在栅极信号G1是高电平时接通,在栅极信号G1是低电平时 断开。
[0035] 下侧M0S晶体管Q2是N沟道型M0S晶体管,是导通/切断从接地端到电感L1的 电流路径的下侧开关的一个例子。下侧M0S晶体管Q2的漏极如上述那样与电感的一端和 上侧M0S晶体管Q1的源极连接。下侧M0S晶体管Q2的源极与接地端连接。从定时控制电 路1向下侧M0S晶体管Q2的栅极供给栅极信号G2。下侧M0S晶体管Q2在栅极信号G2是 高电平时接通,在栅极信号G2是低电平时断开。此外,可以代替下侧M0S晶体管Q2,将二极 管用作下侧开关,但在该情况下,必须设置与该二极管串联连接的检测电阻,电流检测电路 4检测该检测电阻的两端电压。
[0036] 上侧M0S晶体管Q1和下侧M0S晶体管Q2通过定时控制电路1的控制而互补地接 通/断开。由此,在上侧M0S晶体管Q1和下侧M0S晶体管Q2的连接节点生成脉冲状的开 关电压Vsw。此外,优选的是设置在上侧M0S晶体管Q1和下侧M0S晶体管Q2的接通/断开 切换时上侧M0S晶体管Q1和下侧M0S晶体管Q2这双方为断开的死区时间。
[0037] 电感L1和输出电容C1对脉冲状的开关电压Vsw进行平滑化而生成输出电压V(jUT, 将该输出电压乂^供给到输出电压V_的施加端。
[0038] 分压电阻R1和R2对输出电压V(jUT进行分压而生成反馈电压VFB。
[0039] 误差放大器2生成对应于从基准电压源3输出的基准电压和反馈电压VFB之间的 差分的误差信号VERR。
[0040] 电流检测电路4根据下侧M0S晶体管Q2接通状态下的漏-源间电压、即下侧M0S 晶体管Q2的接通电阻的两端电压,检测流过下侧M0S晶体管Q2的电流。
[0041 ] 斜坡电路5生成并输出与电流检测电路4检测出的流过下侧M0S晶体管Q2的电 流对应的斜坡电压。
[0042] 比较器6比较斜坡电路5的输出电压和误差信号VERR,生成作为比较信号的复位信 号RESET。由斜坡电路5生成的斜坡电压VaP是固定周期,因此复位信号RESET成为PWM(脉 冲宽度调制)信号。
[0043] 振荡器7生成作为规定频率的时钟信号的置位信号SET。
[0044] 〈斜坡电压的第一生成例〉
[0045] 图2是表示电流检测电路4和斜坡电路5的一个结构例的图。在图2所示的例子 中,电流检测电路4由电压电流变换电路4A构成。另外,在图2所示的例子中,斜坡电路5 包括开关S1~S3、电容C2和C3以及电压电流变换电路5A。
[0046] 电压电流变换电路4A和5A分别是通过在1C(集成电路)内部生成的内部电源电 压VCC驱动的电路,该1C具备定时控制电路1、误差放大器2、基准电压源3、电流检测电路 4、斜坡电路5、比较器6、振荡器7。
[0047] 电压电流变换电路4A将下侧M0S晶体管Q2的漏-源间电压变换为电流而输出。 在开关S1接通时,通过电压电流变换电路4A的输出电流对电容C2进行充电。另一方面, 在开关S2接通时,电容C2放电。
[0048] 电压电流变换电路5A将电容C2的充电电压V?;变换为电流而输出。通过电压电 流变换电路5A的输出电流对电容C3进行充电。另一方面,在开关S3接通时,电容C3放电。 电容C3的充电电压成为斜坡电压VaP。
[0049] 图3A和图3B是表示电压电流变换电路4A和5A各自的一个结构例的图。在图3A 所示的电压电流变换电路中,电流源8向由N沟道型M0S晶体管Q3和Q4构成的电流镜像 电路供给电流。如果由N沟道型M0S晶体管Q3和Q4构成的电流镜像电路的镜像比是1 :1, 则流过电阻R4的电流是开关电压Vsw除以电阻R3的电阻值r3和电阻R4的电阻值r4之间 的差(r3-r4)所得的值。另外,通过由P沟道型M0S晶体管Q5和Q6构成的电流镜像电路, 作为电压电流变换电路4A的输出电流输出与流过电阻R4的电流对应的电流(与作为电压 电流变换电路4A的输入电压的开关电压Vsw对应的电流)。在图3B所示的电压电流变换 电路中,通过电阻R5和PNP晶体管Q7的串联连接,电阻R5中流过与电压电流变换电路的 输入电压对应的电流,在电阻R5和PNP晶体管Q7的连接节点生成与电压电流变换电路的 输入电压对应的电压。进而,通过NPN晶体管Q8和电阻R6的串联连接,电阻R6中流过与 电阻R5和PNP晶体管Q7的连接节点电压(与电压电流变换电路的输入电压对应的电压) 对应的电流。另外,通过由P沟道型M0S晶体管Q9和Q10构成的电流镜像电路,作为电压 电流变换电路的输出电流输出与流过电阻R6的电流对应的电流(与电压电流变换电路5A 的输入电压V对应的电流)。
[0050] 图4A是表示开关电源装置101的一个动作例的时序图。
[0051] 在图4A所示的例子中,在置位信号SET从低电平向高电平切换时,定时控制电路 1将栅极信号G1从低电平切换到高电平,在复位信号RESET从低电平向高电平切换时,定 时控制电路1将栅极信号G1从高电平切换到低电平。斜坡电路5依照来自定时控制电路 1的指示,切换开关S1~S3的接通/断开。
[0052] 在复位信号RESET从低电平向高电平切换时(til定时),斜坡电路5维持开关S1 的断开状态,将开关S2从断开状态切换为接通状态,将开关S3从断开状态切换为接通状 态。由此,电容C2和C3放电,电容C2的充电电压VeR(;、斜坡电压VaP分别成为0。
[0053] 此后,在斜坡电路5将开关S2从接通状态切换为断开状态而结束电容C2的放电 后,在tl2定时,斜坡电路5将开关S1从断开状态切换为接通状态。tl2定时例如可以是在 上侧M0S晶体管Q1刚从接通切换为断开后设置的死区时间结束之时。
[0054] 接着,在tl3定时,斜坡电路5将开关
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