专利名称：电源控制电路、电源设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电源设备控制电路、电源设备及其控制方法。
背景技术：
由于当今IC(集成电路)集成度的提高和电源电压的降低，所以需要降低且最小化功率消耗。而且，随着电源电压的降低，每个IC中的MOS晶体管的阈值电压降低。由于阈值电压降低，所以低于阈值的区域将减少，影响断流的性能。这因而可能引起在关断状态期间电流被泄漏，在关断状态中MOS晶体管的栅极和源极之间不施加电压。虽然成功地降低且最小化了功率消耗，但是几乎没有消除电流泄漏的影响。
为了减少阈值电压降低的情况下的MOS晶体管中的电流泄漏，公知的技术是控制反向栅极电压。根据该技术，通过在关断状态中深度调整反向栅极电压，可以改善在低于阈值的区域中断流的性能。执行深度调整反向栅极电压的意思是当晶体管是NMOS类型的时，向P衬底施加低于电源电压的电压。当晶体管是PMOS类型的时，向N衬底施加高于电源电压的电压。在MOS晶体管中，在反向栅极电压被轻度调整以保持具有低阈值电压的导通状态的同时，可以最小化关断状态期间的电流泄漏，在关断状态中栅极和源极之间不施加电压。
具有上述IC的这种电源设备被设计为与各种电压需求不同的电子设备相连接，因而包括多个DC/DC变换器(如日本未审查专利公开No.2003-61341和No.2005-210884中所公开的)。具有所述IC的电源设备可被安排来检测每个DC/DC变换器的功率效率，并且当发现任何一个DC/DC变换器的功率效率低于预定设置水平时，取消该DC/DC变换器的动作(如日本未审查专利公开No.2003-333833中所公开的)。
图4和图5中所示出的电源设备100包括多个DC/DC变换器120到140，并且被连接到外部设备200。电源设备100为外部设备200提供电源电压VCC、提供给其MOS晶体管的反向栅极的栅极电压VBGP和VBGN、输入/输出电压VIO以及其它电压VXX。电源设备100与外部设备200交换控制信号(IIC)上携带的多种数据。外部设备200由一个或多个集成电路组成。
电源设备100包括接口控制器150，如图5中所示。接口控制器150与总线B1相连接。外部设备200包括如图5和图6中所示的NAND电路210。电源设备100中的DC/DC变换器120到140被安排为分别调整要提供给NAND电路210的电源电压VCC、要提供给NAND电路210中的PMOS晶体管FET10和FET30的反向栅极的反向栅极电压VBGP以及要提供给NAND电路210中的NMOS晶体管FET20和FET40的反向栅极的反向栅极电压VBGN。在图中X和Y表示向其提供高电平信号或低电平信号的输入端，并且Z表示输出端。
例如，当接口控制器150接收到来自连接到接口控制器150的外部设备的动作命令信号时，电源设备100指示寄存器REG0存储该动作命令信号。当该动作命令信号携带的是停止命令时，DC/DC变换器120到140的动作被取消。当动作命令信号携带的是动作命令时，DC/DC变换器120到140被激活。
当接口控制器150接收到来自连接到接口控制器150的外部设备的电源电压VCC的电压操作信号时，接收到的电压操作信号被存储在寄存器REG1中并且与电压操作信号相对应的模拟电压信号(参考电压)经由D/A转换器DAC1输入到误差放大器ERA1中。然后，电源设备100驱动误差放大器EAR1将电源电压VCC的反馈与参考电压进行比较，并且从而进行控制以使得电源电压VCC接近于参考电压。而且，当接口控制器150接收到来自连接到接口控制器150的外部设备的栅极电压VBGP和VBGN的电压操作信号时，电源设备100指示误差放大器ERA2和ERA3调整提供给MOS晶体管FET10到FET40的反向栅极的反向栅极电压VBGP和VBGN以接近于它们的参考电平，调整方式与误差放大器ERA1控制电源电压VCC到其参考电平的方式相同。因此，电源设备100使得DC/DC变换器120到140能够响应于在接口控制器150处接收到的动作命令信号和电压操作信号，独立地将电压VCC、VBGP和VBGN调整到它们各自的最佳电平。
发明内容
然而，由于电源设备100允许分别调整电压VCC、VBGP和VBGN，所以其DC/DC变换器130可能会将提供给PMOS晶体管FET10和FET30的反向栅极的电压VBGP控制到低于电源电压VCC的电平。这将引起大量电流从源极流到PMOS晶体管FET10和FET30的反向栅极，从而导致PMOS晶体管FET10和FET30的击穿。
考虑到以上方面做出了本发明，并且本发明的目的在于提供电源设备的控制电路、电源设备及其控制方法，其中电源设备具有多个DC/DC变换器，所述DC/DC变换器用于在保持电压输出之间的相互电位关系的同时传送电压输出。
根据本发明的第一方面，提供了一种电源设备的控制电路，所述电源设备输出多个不同电压电平的直流电压，该控制电路包括电压设置单元，用于确定与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压的设置电平，所述第一直流电压是所述多个直流电压中的一个。
根据第一方面的电源设备的控制电路和第二方面的电源设备，与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压由电压设置单元确定。由于第二直流电压不是独立于第一直流电压的设置电平而确定的，所以可以在保持它们的相互电位关系的同时传送多个直流电压。
根据本发明的第三方面，提供了一种电源设备的控制方法，所述电源设备输出多个不同电压电平的直流电压，该方法包括以下步骤确定与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压的设置电平，所述第一直流电压是所述多个不同直流电压中的一个。
根据第三方面的控制电源设备的方法，与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压由电压设置单元确定。由于第二直流电压不是独立于第一直流电压的设置电平而确定的，所以可以在保持它们的相互电位关系的同时传送多个直流电压。
当结合附图阅读下面的详细描述时，将从中更充分地清楚本发明以上的和其它的目的和新颖特征。但是应当理解，附图只是为了说明，而不希望作为对本发明限制的定义。
图1是根据本发明的第一实施例的电源设备的电路图；图2是根据本发明的第二实施例的电源设备的电路图；图3是根据本发明的第三实施例的电源设备的电路图；图4是示出了传统的电源设备与外部设备之间的连接的框图；图5是与外部设备中的逻辑电路相连接的传统电源设备的电路图；图6是逻辑电路的电路图。
具体实施例方式
(第一实施例)将参考图1描述本发明的第一实施例。如图1中所示，第一实施例的电源设备10包括控制器20和第一到第三DC/DC变换器30、40和50。控制器20包括接口控制器21、四个寄存器REG0到REG3、加法器22以及寄存器REG2’。控制器20对应于根据本发明的控制电路。
接口控制器21与总线B1相连接。总线B1与未示出的外部设备(例如，电子设备)相连接。此外，接口控制器21被分别连接到四个寄存器REG0、REG1、REG2和REG3，如图1中所示。
寄存器REG0被连接到第一DC/DC变换器30。寄存器REG0还被连接到第二DC/DC变换器40和第三DC/DC变换器50。
如图1中所示，寄存器REG1被连接到第一DC/DC变换器30的D/A转换器DAC1。寄存器REG3被连接到第三DC/DC变换器50的D/A转换器DAC3。
寄存器REG1和REG2被连接到加法器22。加法器22被连接到寄存器REG2’。寄存器REG2’被连接到第二DC/DC变换器40的D/A转换器DAC2。
如图所示，第一DC/DC变换器30包括主开关晶体管FET1、同步侧开关晶体管FET2、扼流圈L1和电容器C1。主开关晶体管FET1在漏极处连接到输入端(IN1)，以使得直流输入电压VIN经由输入端(IN1)施加到主开关晶体管FET1上。主开关晶体管FET1的源极被连接到同步侧开关晶体管FET2的漏极。同步侧开关晶体管FET2的源极接地。此外，主开关晶体管FET1的源极和同步侧开关晶体管FET2的漏极都被连接到扼流圈L1。扼流圈L1被连接到输出端(OUT1)。电容器C1被连接在输出端(OUT1)和地之间。输出端(OUT1)被连接到未示出的电子设备的NAND电路的电源输入端。
第一DC/DC变换器30还包括误差放大器ERA1、D/A转换器DAC1、三角波振荡器OSC1和PWM比较器PWM1。误差放大器ERA1的反相输入端被连接到输出端(OUT1)。同时，误差放大器ERA1的同相输入端与D/A转换器DAC1相连接。
三角波振荡器OSC1输出三角波信号。该三角波信号在恒定的电压电平范围内振荡(例如在1.0V与2.0V之间)。三角波振荡器OSC1由OP放大器、电阻器和电容器等组成。
PWM比较器PWM1具有正输入端(+)和负输入端(-)。正输入端(+)与误差放大器ERA1的输出端(N1)相连接，而负输入端(-)与三角波振荡器OSC1相连接。另外，PWM比较器PWM1的输出端(Q1)被连接到主开关晶体管FET1的栅极，同时反相输出端(*Q1)被连接到同步侧开关晶体管FET2的栅极。
除了未提供三角波振荡器以外，第二DC/DC变换器40具有与第一DC/DC变换器30相似的结构。在所示出的第一实施例中，可以分别用误差放大器ERA2、D/A转换器DAC2、PWM比较器PWM2、主开关晶体管FET3、同步侧开关晶体管FET4、扼流圈L2和电容器C2顺次替换第一DC/DC变换器30中的误差放大器ERA1、D/A转换器DAC1、PWM比较器PWM1、主开关晶体管FET1、同步侧开关晶体管FET2、扼流圈L1和电容器C1，来构成第二DC/DC变换器40。
PWM比较器PWM2的负输入端(-)被连接到第一DC/DC变换器30的三角波振荡器OSC1。图1中N2、IN2和OUT2表示的分别是误差放大器ERA2的输出端、第二DC/DC变换器40的输入端和第二DC/DC变换器40的输出端。PWM比较器PWM2的输出端和反相输出端分别用Q2和*Q2表示。例如，输出端(OUT2)被连接到组成未示出的电子设备的NAND电路的PMOS晶体管的反向栅极。
第三DC/DC变换器50包括NMOS晶体管FET5、NMOS晶体管FET6、扼流圈L3和电容器C3。NMOS晶体管FET5在漏极处连接到输入端(IN3)用于接收直流输入电压VIN。NMOS晶体管FET5的源极被连接到扼流圈L3，扼流圈L3又连接到地。
NMOS晶体管FET5的源极被连接到NMOS晶体管FET6的漏极。NMOS晶体管FET6的源极被连接到输出端(OUT3)。电容器C3被连接在输出端(OUT3)和地之间。输出端(OUT3)被连接到组成未示出的电子设备的NAND电路的NMOS晶体管的反向栅极。
第三DC/DC变换器50包括误差放大器ERA3、D/A转换器DAC3和PWM比较器PWM3。误差放大器ERA3的反相输入端被连接到输出端(OUT3)。同时，误差放大器ERA3的同相输入端被连接到D/A转换器DAC3。
PWM比较器PWM3的正输入端(+)被连接到误差放大器ERA3的输出端(N3)，并且负输入端(-)被连接到第一DC/DC变换器30的三角波振荡器OSC1。PWM比较器PWM3的输出端(Q3)被连接到NMOS晶体管FET5的栅极。PWM比较器PWM3的反相输出端(*Q3)被连接到NMOS晶体管FET6的栅极。
现在将描述电源设备10的控制方法。图1中所示出的接口控制器21接收关于与总线B1等相连接的电子设备的导通状态的数据。接口控制器21根据接收到的数据的内容将接收到的数据输出到寄存器REG0到REG3中。
接口控制器21将动作命令信号ON/OFF输出到寄存器REG0中。动作命令信号ON/OFF被用于接通和关断DC/DC变换器30到50的电源设备。
在存储了关于动作命令信号ON/OFF的动作/停止的信息之后，寄存器REG0将该信号ON/OFF输出到相应的DC/DC变换器30到50的电源设备。当DC/DC变换器30到50的电源设备接收到动作命令信号ON/OFF时，它们可以被接通或关断以进行动作或停止。
接口控制器21将电源电压命令信号S1输出到寄存器REG1。电源电压命令信号S1被用于将所提供的电源电压VCC调整到最佳电压电平，该最佳电压电平被供应给与第一DC/DC变换器30的输出(OUT1)相连接的电子设备(包括NAND电路)。电源电压VCC对应于根据本发明的第一直流电压。电源电压命令信号S1对应于根据本发明的第一直流电压的设置值。
寄存器REG1存储电源电压命令信号S1，然后将该信号S1输出到第一DC/DC变换器30的D/A转换器DAC1。D/A转换器DAC1将通过电源电压命令信号S1接收到的模拟电压信号(参考电压)输出到误差放大器ERA1的同相输入端。由于寄存器REG1存储用于将电源电压VCC(第一直流电压)调整到最佳电平的电源电压命令信号S1的设置值，所以寄存器REG1对应于根据本发明的第一直流电压数据存储器。
电源电压VCC被反馈到误差放大器ERA1的反相输入端，如图所示。误差放大器ERA1将被反馈的电源电压VCC与参考电压进行比较，以将误差输出电压输出到PWM比较器PWM1的正输入端(+)。
通过三角波振荡器OSC1将三角波信号输入到PWM比较器PWM1的负输入端(-)。PWM比较器PWM1将三角波信号的电压电平与误差输出电压进行比较。
当误差输出电压大于三角波信号的电压电平时，PWM比较器PWM1从输出端(Q1)输出高电平的PWM信号。与此同时，PWM比较器PWM1从反相输出端(*Q1)输出低电平的反相PWM信号。同时，当误差输出电压电平小于三角波信号的电压电平时，PWM比较器PWM1从输出端(Q1)输出低电平的PWM信号。与此同时，PWM比较器PWM1从反相输出端(*Q1)输出高电平的反相PWM信号。
PWM信号被输入到主开关晶体管FET1的栅极。当PWM信号处于其高电平时，主开关晶体管FET1导通，而当PWM信号处于其低电平时，主开关晶体管FET1关断。反相PWM信号被输入到同步侧开关晶体管FET2的栅极。当反相PWM信号处于低电平时，同步侧开关晶体管FET2关断，而当反相PWM信号处于高电平时，同步侧开关晶体管FET2导通。通过重复PWM信号在高电平和低电平之间的变换和反相PWM信号在高电平和低电平之间的变换，使得电源电压被调整到其最佳电压电平，并且之后经由输出端(OUT1)提供给电子设备(包括NAND电路)。
而且，接口控制器21将偏置电压命令信号S2输出到寄存器REG2。偏置电压命令信号S2被用于将提供给组成NAND电路的PMOS晶体管的反向栅极的电压VBGP调整为大于电源电压VCC的电平。在本实施例中，例如，接口控制器21基于从外部电子设备沿着总线B1提供的输入数据，来确定电源电压VCC的最佳设置值和栅极电压VBGP的最佳设置值之间的差分设置值(偏置电压)。另一种选择是，可以利用独立于电源设备10而提供的外部控制器等(未示出)来确定差分设置值(偏置电压)。由于响应于偏置电压命令信号S2，栅极电压VBGP被设置为大于电源电压VCC，所以栅极电压VBGP对应于根据本发明的第二直流电压。偏置电压命令信号S2等同于根据本发明的第二直流电压的设置值。
寄存器REG2存储偏置电压命令信号S2，然后将该信号S2输出到加法器22。由于寄存器REG2存储了确定电源电压VCC的设置值(第一直流电压的设置值)和栅极电压VBGP的设置值(第二直流电压的设置值)之间的差分设置值的偏置电压命令信号S2，所以寄存器REG2对应于根据本发明的电压差数据存储器。
电源电压命令信号S1被输入到加法器22，如图所示。加法器22将偏置电压命令信号S2(偏置电压)加到电源电压命令信号S1上以输出总和信号S3，然后该总和信号S3被输出到寄存器REG2’。通过将电源电压命令信号S1与偏置电压命令信号S2相加而得到的总和信号S3被用于确定栅极电压VBGP(第二直流电压)。由于加法器22将用于确定电源电压VCC(第一直流电压)的电源电压命令信号S1与用于确定设置值差的偏置电压命令信号S2相加来输出确定栅极电压VBGP(第二直流电压)的总和信号S3，所以加法器22对应于根据本发明的加法器。
寄存器REG2’存储总和信号S3，然后将总和信号S3输出到第二DC/DC变换器40的D/A转换器DAC2。D/A转换器DAC2将与总和信号S3相对应的模拟电压信号(参考电压)输出到误差放大器ERA2的同相输入端。由于寄存器REG2’存储了确定栅极电压VBGP(第二直流电压)的总和信号S3，所以寄存器REG2’对应于根据本发明的总和直流电压数据存储器。
栅极电压VBGP被反馈到误差放大器ERA2的反相输入端，如图所示。误差放大器ERA2将栅极电压VBGP与参考电压进行比较以将误差输出电压输出到PWM比较器PWM2的正输入端(+)。
来自第一DC/DC变换器30的三角波振荡器OSC1的三角波信号被输入到PWM比较器PWM2的负输入端(-)。PWM比较器PWM2像PWM比较器PWM1一样，将PWM信号和反相PWM信号分别输出到主开关晶体管FET3的栅极和同步侧开关晶体管FET4的栅极。与上述电源电压VCC的控制方法相类似，PWM信号重复地在高电平和低电平之间变换，而反相PWM信号重复地在低电平和高电平之间变换，因而栅极电压VBGP可以被控制到大于电源电压VCC的电平。栅极电压VBGP被经由输出端(OUT2)提供给组成NAND电路的PMOS晶体管的反向栅极。
接口控制器21还将反向栅极命令信号S4输出到寄存器REG3。反向栅极命令信号S4被用于确定提供给组成NAND电路的NMOS晶体管的反向栅极的栅极电压VBGN。
寄存器REG3存储反向栅极电压命令信号S4，然后将该信号S4输出到第三DC/DC变换器50中的D/A转换器DAC3。D/A转换器DAC3将与反向栅极电压命令信号S4相对应的模拟电压信号(参考电压)输出到误差放大器ERA3的正相输入端。
栅极电压VBGN被反馈到误差放大器ERA3的反相输入端，如图所示。误差放大器ERA3将反馈的栅极电压VBGN与参考电压进行比较以将误差输出电压输出到PWM比较器PWM3的正输入端(+)。
通过第一DC/DC变换器30中的三角波振荡器OSC1将三角波信号输入到PWM比较器PWM3的负输入端(-)。PWM比较器PWM3像PWM比较器PWM1和PWM2一样，将PWM信号和反相PWM信号分别输出到NMOS晶体管FET5的栅极和NMOS晶体管FET6的栅极。由于PWM信号重复地在高电平和低电平之间变换，而反相PWM信号重复地在低电平和高电平之间变换，所以栅极电压VBGN保持在最佳电压电平上，从而栅极电压VBGN被经由输出端(OUT3)提供给组成NAND电路的NMOS晶体管的反向栅极。
(第一实施例的效果)在第一实施例的电源设备10及其控制电路20中，加法器22将电源电压VCC的设置值和栅极电压VBGP的设置值之间的偏置与电源电压VCC的设置值相加，来输出确定栅极电压VBGP的总和信号S3。这使得总和信号S3保持大于电源电压VCC的设置值，从而保护了NAND电路的PMOS晶体管防止其被过量电流损坏。
根据第一实施例的电源设备10的控制方法，电源电压VCC的设置值和栅极电压VBGP的设置值之间的偏置被加到与电源电压VCC的设置值上，以输出确定栅极电压VBGP的总和信号S3。这使得总和信号S3保持大于电源电压VCC的设置值，从而保护了NAND电路的PMOS晶体管防止其被过量电流损坏。
在本实施例的电源设备10及其控制电路20中，寄存器REG1存储用于确定电源电压VCC的电源电压命令信号S1，寄存器REG2存储用于确定电源电压VCC和栅极电压VBGP之间的差的偏置电压命令信号S2。因此，即使连接到两个寄存器REG1和REG2的加法器22执行处理，寄存器REG1和REG2也可以分别暂时地存储电源电压命令信号S1和偏置电压命令信号S2。而且，如果接口控制器21一次性输出了其命令信号S1和S2，则信号S1和S2被分别存储在寄存器REG1和REG2中。因此，接口控制器21不必不断地将两个命令信号S1和S2分别输出到寄存器REG1和REG2中，以使得信号S1和S2被存储在寄存器REG1和REG2中。
在本实施例的电源设备10及其控制电路20中，寄存器REG2’存储由加法器22输出的总和信号S3。总和信号S3被用于确定栅极电压VBGP(第二直流电压)。寄存器REG2’可以连续地存储总和信号S3。
(第二实施例)将参考图2描述本发明的第二实施例。如图所示，第二实施例的电源设备10A包括控制器20A、第一到第三DC/DC变换器30、40和50。控制器20A包括接口控制器21A、四个寄存器REG0、REG1、REG3和REG4、比较器1、选择器开关电路MPX1和寄存器REG4’。与第一实施例的电源设备的组件相似的组件用相似的标号来表示，并且将不进行详细说明。
如图所示，两个寄存器REG1和REG4被连接到比较器1和选择器开关电路MPX1。比较器1被连接到选择器开关电路MPX1和接口控制器21A。选择器开关电路MPX1被连接到寄存器REG4’。寄存器REG4’被连接到第二DC/DC变换器40中的D/A转换器DAC2。
接下来，将说明控制电源设备10A的方法。与电源设备10相同的控制方法将不再说明。接口控制器21A将与第一实施例的电源设备10相同的电源电压命令信号S1输出到寄存器REG1。接口控制器21A还将反向栅极电压命令信号S6输出到寄存器REG4。
寄存器REG1存储电源电压命令信号S1，并将该信号S1输出到比较器1。寄存器REG4存储反向栅极电压命令信号S6，并将该信号S6输出到比较器1。由于寄存器REG4存储确定电压VBGP(另一直流电压)的设置值的反向栅极电压命令信号S6，所以寄存器REG4对应于根据本发明的直流数据存储器。
比较器1将电源电压命令信号S1与反向栅极电压命令信号S6进行比较。当反向栅极电压命令信号S6小于电源电压命令信号S1时，比较器1将开关激活信号S7输出到选择器开关电路MPX1。一旦接收到开关激活信号S7，选择器开关电路MPX1就将电源电压命令信号S1输出到寄存器REG4’。由于比较器1在电源电压命令信号S1(第一直流电压的设置值)和反向栅极电压命令信号S6(另一直流电压的设置值)之间进行比较并且判定这两个电压中的一个是否大于另一个，所以比较器1对应于根据本发明的比较器。
比较器1将警报信号ALARM与开关激活信号S7一起输出到接口控制器21A。接口控制器21A接收到警报信号ALARM，并且经由总线B1将该警报信号ALARM输出到上述电子设备中。警报信号ALARM用于通知电子设备传送给接口控制器21A的电压VBGP的设置值小于电源电压VCC的设置值。
同时，如果反向栅极电压命令信号S6等于或大于电源电压命令信号S1，则比较器1不输出警报信号ALARM而是输出开关激活信号S7。一旦接收到开关激活信号S7，选择器开关电路MPX1就将反向栅极电压命令信号S6输出到寄存器REG4’。由于选择器开关电路MPX1被安排为响应于开关激活信号S7来选择输出电源电压命令信号S1或反向栅极电压命令信号S6，所以选择器开关电路MPX1对应于根据本发明的选择器。
寄存器REG4’存储电源电压命令信号S1或反向栅极电压命令信号S6，并且将信号S1或信号S6输出到第二DC/DC变换器40的D/A转换器DAC2。第二DC/DC变换器40的操作方式与第一实施例的第二DC/DC变换器40相同，用于将栅极电压VBGP控制到等于或大于电源电压VCC的电平。
由于寄存器REG4’存储了从选择器开关电路MPX1输出的第二直流电压的设置值(即电源电压命令信号S1或反向栅极电压命令信号S6)，所以寄存器REG4’对应于根据本发明的被选择的直流电压数据存储器。
(第二实施例的效果)在第二实施例的电源设备10A及其控制电路20A中，选择器开关电路MPX1基于电源电压命令信号S1和反向栅极电压命令信号S6之间的大小关系的比较结果，选择电源电压命令信号S1和反向栅极电压命令信号S6中较高的设置值作为栅极电压VBGP的设置值。因此，栅极电压VBGP可以保持等于或高于电源电压。
根据第二实施例的电源设备10A的控制方法，电源电压命令信号S1或反向栅极电压命令信号S6中电压电平较高者被选择作为栅极电压VBGP的设置值。因此，栅极电压VBGP可以保持等于或高于电源电压。
在本实施例的电源设备10A及其控制电路20A中，寄存器REG1存储用于确定电源电压VCC的电源电压命令信号S1，并且寄存器REG4存储用于确定栅极电压VBGP(另一直流电压)的反向栅极电压命令信号S6。因此，即使连接到两个寄存器REG1和REG4的比较器1执行处理，寄存器REG1和REG4也可以分别暂时地存储电源电压命令信号S1和反向栅极电压命令信号S6。而且，由于命令信号S1和S6被接口控制器21A一次性地输出到相应的寄存器REG1和REG4，所以信号S1和S6被分别存储在寄存器REG1和REG4中。因而，接口控制器21A不必不断地重复将两个命令信号S1和S6分别输出到寄存器REG1和REG4中，以使得信号S1和S6被存储在寄存器REG1和REG4中。
在本实施例的电源设备10A及其控制电路20A中，寄存器REG4’存储从选择器开关电路MPX1输出的电源电压命令信号S1或反向栅极电压命令信号S6。命令信号S1和S6都被用于确定栅极电压VBGP(第二直流电压)。寄存器REG4’可以接连地存储信号S1或S6。
(第三实施例)将参考图3描述本发明的第三实施例。如图所示，实施例3的电源设备10B包括控制器20B和第一到第三DC/DC变换器30、40和50。控制器包括接口控制器21B、四个寄存器REG0、REG1、REG3和REG4、比较器1和2、选择器开关电路MPX1和MPX2以及寄存器REG3’和REG4’。与第一实施例的电源设备10或第二实施例的电源设备10A的组件相似的组件用相同的标号来表示，并且将不进行详细说明。
如图所示，寄存器REG1被连接到两个比较器1和2上。零电压信号S8被输入到比较器2中。比较器2被连接到选择器开关电路MPX2。像比较器2一样，零电压信号S8被输入到选择器开关电路MPX2中。选择器开关电路MPX2被连接到寄存器REG3。选择器开关电路MPX2还被连接到寄存器REG3’。
将说明除了等同于电源设备10或10A的控制方法以外的电源设备10B的控制方法。寄存器REG1存储电源电压命令信号S1，然后将其输出到两个比较器1和2中。
比较器2将电源电压命令信号S1和零电压信号S8进行比较。零电压信号S8具有关于电压设置值的数据(在本实施例中具体地是将设置值变为零的数据)。当电源电压命令信号S1等于零电压信号S8时，比较器2将开关激活信号S9输出到选择器开关电路MPX2。由于比较器2将电源电压命令信号S1(第一直流电压)与零电压信号S8(另一直流电压的设置值)进行比较以确定两个电压中的哪一个高于另一个，所以比较器2对应于根据本发明的比较器。
如图所示，反向栅极电压命令信号S4和零电压信号S8一起被输入到选择器开关电路MPX2。一旦接收到开关激活信号S9，选择器开关电路MPX2就将零电压信号S8输出到寄存器REG3’。
除了开关激活信号S9以外，比较器2还将警报信号ALARM输出到接口控制器21B。一旦接收到警报信号ALARM，接口控制器21B就经由总线B1将警报信号ALARM输出到上面的外部电子设备中。警报信号ALARM被用于通知电子设备传送给接口控制器21B的电压VBGN大于电源电压VCC。
同时，当电源电压命令信号S1不等于零电压信号S8时，比较器2不输出警报信号ALARM而是输出开关激活信号S9。一旦接收到开关激活信号S9，选择器开关电路MPX2就将反向栅极电压命令信号S4输出到寄存器REG3’。由于选择器开关电路MPX2基于开关激活信号S9进行开关，并且选择输出零电压信号S8或反向栅极电压命令信号S4，所以选择器开关电路MPX2对应于根据本发明的选择器。
寄存器REG3’存储零电压信号S8或反向栅极电压命令信号S4，然后将信号S8或信号S4输出到第三DC/DC变换器50的D/A转换器DAC3。由于存储器REG3’存储要从选择器开关电路MPX2输出的第二直流电压的设置值(即本实施例中的零电压信号S8或反向栅极电压命令信号S4)，所以存储器REG3’对应于根据本发明的被选择的直流电压数据存储器。
在第三DC/DC变换器50中，PWM比较器PWM3将误差放大器ERA3的误差电压输出与三角波信号的电压进行比较，并且将得到的PWM信号或反相PWM信号输出到NMOS晶体管FET5的栅极和NMOS晶体管FET6的栅极。由于PWM信号重复地在高电平和低电平之间变换，并且反相PWM信号重复地在低电平和高电平之间变换，所以栅极电压VBGP可以被控制为零电平或预期的电平。
(第三实施例的效果)在第三实施例的电源设备10B及其控制电路20B中，当比较器2比较两个命令信号的大小关系并且判定电源电压命令信号S1等于零电压信号S8时，选择器开关电路MPX2选择零电压信号S8作为电压VBGN的设置值。因此，当电源电压命令信号S1为零时，电压VBGN的设置值可以保持为零。
根据第三实施例的电源设备10B的控制方法，当从在电源电压命令信号S1和零电压信号S8之间的大小比较中判定电源电压命令信号S1等于零电压信号S8时，零电压信号S8被选择作为电压VBGN的设置值。因此，当电源电压命令信号S1为零时，电压VBGN的设置值可以保持为零。
在本实施例的电源设备10B及其控制电路20B中，寄存器REG3’存储从选择器开关电路MPX2输出的零电压信号S8或反向栅极电压命令信号S4。命令信号S8和S4都被用于确定栅极电压VBGN(第二直流电压)。寄存器REG3’可以接连地存储信号S8或S4。
本发明不局限于第一到第三实施例，而是可以通过在不脱离本发明的范围的情况下在安排方面进行了修改的修改实施例来实现。例如，除了加法器22(如图1)以外，本发明的电源设备还可以包括附加的加法器。更具体地说，加法器22被连接到寄存器REG2’(图1)，然后寄存器REG2’被连接到另一加法器。该附加的加法器也可以被连接到类似于第一实施例的存储偏置电压命令信号的寄存器。这使得加法器22能够经由寄存器REG2’将总和信号S3(图1)输入到另一加法器中，并且使得另一加法器能够将偏置电压命令信号加到总和信号S3上以输出用于确定直流电压的预期设置值的另一总和信号。由于附加的加法器输出用于从加法器22所输出的总和信号S3中确定直流电压的预期设置值的总和信号，所以除了加法器22以外不需要更多的直流电压的设置值。这种修改过的电源的控制方法包括从总和信号S3确定直流电压的预期输出，因而除了总和信号S3以外不提供更多的直流电压设置值。
本实施例的电源设备可以具有多级连接的两个或多个加法器22，以使得来自前一级中的加法器的总和信号被后一级中的加法器接收。这使得后一级中的加法器能够从由前一级中的加法器确定的总和信号中产生用于确定直流电压的预期设置值的另一总和信号。因此，后一级中的加法器除了前一级中的加法器的直流电压的设置值以外，不需要产生更多的直流电压的设置值。
在本发明的第一到第三实施例中，电压命令信号S1到S4、S6和S8不局限于与电压成比例的数字码，而可以是表示电压但不与电压成比例的数字码。电压命令信号S1到S4、S6和S8中的每一个也可以是表示信号类型(尤其是实施例中的电压命令信号)数字码和表示电压但不与电压成比例的数字码的组合。第一、第二和第三实施例的相应的电源10、10A、10B中的控制电路20、20A和20B可以分别按单个半导体芯片的形式或半导体芯片的组合的形式来实现。电源设备10、10A和10B可以按单个半导体芯片的形式或半导体芯片的组合的形式来实现。电源设备10及其控制电路20可以在模块中实现。电子设备可以包括装配有控制电路和DC/DC变换器的电源设备。
根据本发明的电源设备的控制电路、电源设备及其控制方法的安排中，按照与第一直流电压的设置电平的电位关系确定第二直流电压。由于第二直流电压不是独立于第一直流电压的设置电平而确定的，所以可以传送多个直流电压，同时保持它们相互的电位关系。
本申请基于2006年2月22日提交的在先日本专利申请No.2006-045956，并且要求了该在先申请的优先权，该在先申请的全部内容通过引用结合于本文中。
权利要求
1.一种电源设备的控制电路，所述电源设备输出多个不同电压电平的直流电压，所述控制电路包括电压设置单元，用于确定与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压的设置电平，所述第一直流电压是所述多个直流电压中的一个。
2.根据权利要求1所述的电源设备的控制电路，其中所述电压设置单元包括加法器，所述加法器用于将所述第一直流电压的设置电平与所述第一直流电压的设置电平和所述第二直流电压的设置电平之间的差相加，从而确定所述第二直流电压的设置电平。
3.根据权利要求2所述的电源设备的控制电路，包括第一直流电压数据存储器，用于存储所述第一直流电压的设置电平的数据；以及电压差数据存储器，用于存储所述设置电平之间的差的数据。
4.根据权利要求2所述的电源设备的控制电路，包括总和直流电压数据存储器，用于存储由所述加法器确定的所述第二直流电压的设置电平的数据。
5.根据权利要求1所述的电源设备的控制电路，其中设置并连接了多个所述电压设置单元，以使得由所述多个电压设置单元中的一个单元确定的第二直流电压的设置电平被传送作为所述多个电压设置单元中不同于所述单元的另一电压设置单元中的第一直流电压的设置电平。
6.根据权利要求1所述的电源设备的控制电路，其中所述电压设置单元包括比较器和选择器，所述比较器用于在所述第一直流电压的设置电平和不同于所述第一直流电压的另一直流电压的设置电平之间进行比较，从而确定大小关系，所述选择器用于响应于由所述比较器确定的大小关系的结果来选择所述第一直流电压的设置电平和所述另一直流电压的设置电平中电压幅度更高的设置电平作为所述第二直流电压的设置电平。
7.根据权利要求6所述的电源设备的控制电路，包括第一直流电压数据存储器，用于存储所述第一直流电压的设置电平的数据；以及直流数据存储器，用于存储所述另一直流电压的设置电平的数据。
8.根据权利要求6所述的电源设备的控制电路，包括被选择的直流电压数据存储器，用于存储由所述选择器选择的第二直流电压的设置电平的数据。
9.一种用于输出多个不同电压电平的直流电压的电源设备，包括电压设置单元，用于确定与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压的设置电平，所述第一直流电压是所述多个不同直流电压中的一个。
10.根据权利要求9所述的电源设备，其中所述电压设置单元包括加法器，所述加法器用于将所述第一直流电压的设置电平与所述第一直流电压的设置电平和所述第二直流电压的设置电平之间的差相加，从而确定所述第二直流电压的设置电平。
11.根据权利要求10所述的电源设备，包括第一直流电压数据存储器，用于存储所述第一直流电压的设置电平的数据；以及电压差数据存储器，用于存储所述设置电平之间的差的数据。
12.根据权利要求10所述的电源设备，还包括总和直流电压数据存储器，用于存储由所述加法器确定的所述第二直流电压的设置电平的数据。
13.根据权利要求9所述的电源设备，其中设置并连接了多个所述电压设置单元，以使得由所述多个电压设置单元中的一个单元确定的第二直流电压的设置电平被传送作为所述多个电压设置单元中不同于所述单元的另一电压设置单元中的第一直流电压的设置电平。
14.根据权利要求9所述的电源设备，其中所述电压设置单元包括比较器和选择器，所述比较器用于在所述第一直流电压的设置电平和不同于所述第一直流电压的另一直流电压的设置电平之间进行比较，从而确定大小关系，所述选择器用于响应于由所述比较器确定的大小关系的结果来选择所述第一直流电压的设置电平和所述另一直流电压的设置电平中电压幅度更高的设置电平作为所述第二直流电压的设置电平。
15.根据权利要求14所述的电源设备，包括第一直流电压数据存储器，用于存储所述第一直流电压的设置电平的数据；以及直流数据存储器，用于存储所述另一直流电压的设置电平的数据。
16.根据权利要求14所述的电源设备，包括被选择的直流电压数据存储器，用于存储由所述选择器选择的第二直流电压的设置电平的数据。
17.一种电源设备的控制方法，所述电源设备输出多个不同电压电平的直流电压，所述控制方法包括以下步骤确定与第一直流电压的设置电平具有电位关系的第二直流电压的设置电平，所述第一直流电压是所述多个直流电压中的一个。
18.根据权利要求17所述的电源设备的控制方法，包括以下步骤确定所述第二直流电压的设置电平的步骤包括将所述第一直流电压的设置电平与所述第一直流电压的设置电平和所述第二直流电压的设置电平之间的差相加。
19.根据权利要求17所述的电源设备的控制方法，包括以下步骤当设置了多个所述第二直流电压的设置电平时，将所述多个第二直流电压的设置电平中的一个设置为与另一个第二直流电压的设置电平具有电位关系的第一直流电压的设置电平。
20.根据权利要求17所述的电源设备的控制方法，包括以下步骤在所述第一直流电压的设置电平和不同于所述第一直流电压的另一直流电压的设置电平之间进行比较，从而确定大小关系；以及响应于所述大小关系的结果，选择所述第一直流电压的设置电平和所述另一直流电压的设置电平中电压幅度更高的设置电平作为所述第二直流电压的设置电平。
全文摘要
本发明提供了电源设备的控制电路、电源设备及其控制方法等，其中电源设备具有多个DC/DC变换器，用于产生电压且同时保持电压输出之间的相互电位关系。输出不同直流电压(VCC、VBGP和VBGN)的电源设备(10)中的控制电路(20)包括电压设置单元(22)，其用于确定与第一直流电压(VCC)的设置电平具有电位关系的第二直流电压(VBGP)的设置电平，所述第一直流电压是多个不同的直流电压中的一个。
文档编号H02M3/155GK101026334SQ20061008718
公开日2007年8月29日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年2月22日
发明者中村享, 小泽秀清 申请人:富士通株式会社