开关控制电路的制作方法

专利名称：开关控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关控制电路。
背景技术：
在各种电子机器中，使用了为了生成比输入电压低的目标电平的
输出电压的降压型的DC-DC转换器。图8是表示降压型的DC-DC转 换器的一般的构成的图。DC-DC转换器100包含N通道MOSFET 110、 111、电感器120以及电容器121构成。通过在N沟道MOSFET 110的漏极上施加输入电压Vin，使N沟道MOSFET 110导通、N沟 道MOSFET 111截止，从而在电感器120上施加输入电压Vin,对电 容器121充电，输出电压Vout上升。其后，如果N沟道MOSFET 110 变成截止，N沟道MOSFET 111变成导通，则因蓄积在电感器120 上的能量的作用，在由N沟道MOSFET 111、电感器120、电容器121 构成的环路上流过电流，使电容器121放电，输出电压Vout下降。 这样，在DC-DC转换器100中，通过在适当的时刻4吏N沟道MOSFET 110、 lll通断，控制输出电压Vout变成目标电平。
作为用于控制N沟道MOSFET 110、 111的开关的电路，DC-DC 转换器100具备电阻125、 126、误差放大电路130、电容器131、 电阻132、电源135、电流源136、电容器137、三角波振荡器140、 比较器150、緩冲器151、以及反相器152。
在误差放大电路130的"-"输入端子上，施加由电阻125、 126 对输出电压Vout进行了分压的反馈电压Vf。此外，在误差放大电路 130的一方的"+ "输入端子上从电源135施加成为目标电平的基准的 参考电压Vref。此外，在误差放大电路130的另一方的"+ ，，输入端子 上施加由来自电流源136的电流对电容器137充电所产生的电压Vss。
误差放大电路130输出将施加于2个"+ "输入端子上的电压中低的一 方的电压与施加于"-"输入端子上的反馈电压Vf的误差进行放大的 电压Ve。另外，电容器131以及电阻132是用于对误差放大电路130 进行积分动作的元件。
比较器150对从三角波振荡器140输出的以三角波形变化的电压 Vt与从误差放大电路130输出的误差电压Ve进行大小比较，在误差 电压Ve比电压Vt高的期间输出H电平的信号，在误差电压Ve比电 压Vt低的期间输出L电平的信号。如果从比较器150输出H电平的 信号，则经由緩沖器151将H电平的信号输入到N沟道MOSFET 110 的栅极而使N沟道MOSFET IIO变成导通，经由反相器152将L电 平的信号输入到N沟道MOSFET 111而4吏N沟道MOSFET 111变成 截止。另一方面，如果从比较器150输出L电平的信号，则经由緩沖 器151将L电平的信号输入到N沟道MOSFET 110的栅极而使N沟 道MOSFET IIO变成截止，经由反相器152将H电平的信号输入到 N沟道MOSFET 111而使N沟道MOSFET 111变成导通。
即，在反馈电压Vf比成为基准的电压Vref或者电压Vss低的情 况下，电压Ve上升，从比较器150输出H电平的信号的比例提高， 输出电压Vout生成。此外，在反馈电压Vf比成为基准的电压Vref 或者电压Vss高的情况下，电压Ve下降，从比较器150输出L电平 的信号的比例变高，输出电压Vout下降。这样，在DC-DC转换器 100中，以反馈电压Vf变成比电压Vref或者电压Vss的低的一方的 电压的方式，对从比较器150输出的信号进行PWM(脉冲宽度调制) 控制。
另外，在DC-DC转换器100的动作开始时，如果开始将反馈电 压Vf变成电压Vref的控制，因为输出电压Vout要急速上升，所以 发生过电流，使N沟道MOSFET 110、 111^皮破坏。因此，在DC-DC 转换器100中，通过使用电压Vss,实现让输出电压Vout逐渐上升的 软起动。
此外，在DC-DC转换器100的起动时，有发生输出电压Vout
不变成零电平的状态，即有发生预偏置状态的情况。例如，在DC-DC 转换器100的前一次的动作结束后电容器121未放完电的情况下，以 及在从连接在输出一侧上的机器等发生了泄漏电流的情况等下，发生 预偏置状态。
如果在预偏置状态下起动DC-DC转换器100，因为反馈电压Vf 比电压Vss高，所以为了降低输出电压Vout，将N沟道MOSFET 111 控制为导通，将N沟道MOSFET 110控制为截止。由此，在由电容 器121、电感器120、 N沟道MOSFET 111构成的回路中流过电流， 电容器121放电，输出电压Vout下降。而后，如果N沟道MOSFET 110变成导通，N沟道MOSFET 111变成截止，则靠蓄积在电感器120 中的能量，从电感器120向着作为DC-DC转换器100的输入一侧的 N沟道MOSFET 110的漏极的电流逆向流动。另夕卜，把这样从输出一 侧向输入一侧返回能量的动作称为再生动作。
因为进行再生动作时的电感器120的电压方向和预偏置电压是 同方向，所以在输入一侧上发生比预偏置电压还高的电压。此外，在 DC-DC转换器100起动时，因为和反馈电压Vf比较的电压Vss低， 所以N沟道MOSFET 111变成导通的比例高，N沟道MOSFET 110 变成导通的比例低。因此，由于N沟道MOSFET lll长时间导通， 因而蓄积在电感器120中的能量变大，再生动作发生时的输入一侧的 电压上升也非常大。如果这样输入一侧的电压变得非常高，则会发生 DC-DC转换器100被破坏，用于监视DC-DC转换器100的输入电压 Vin的过电压保护电路误动作等的故障。
因而，为了防止再生动作，提出了在DC-DC转换器的起动时让 晶体管的开关动作停止的方法(例如，「日本德州仪器林式会社，"低 输入电压模式同步整流反向控制器"，平成13年11月， 〈URL:http:〃www.tij.co.jp/jsc/ds/SLUS585A.pdf〉 J )。在DC-DC 转换器100中，作为用于防止这种再生动作的电路，设置了比较器160。 比较器160将反馈电压Vf和电压Vss进行比较，当反馈电压Vf比电 压Vss高时输出L电平的信号，当反馈电压Vf比电压Vss低时输出
H电平的信号。即，当由于预偏置状态而使反馈电压Vf比电压Vss 还高的情况下，从比较器160输出L电平的信号。这种情况下，在 DC-DC转换器100中，以使N沟道MOSFET 110、 111双方都变成 截止的方式进行控制。如果隔着时间的经过，电压Vss上升，反馈电 压Vf变得比电压Vss低，则从比较器160输出H电平的信号，N沟 道MOSFET110、 111的互补的开关动作开始。
此外，近年来，作为响应特性良好的自激型的DC-DC转换器， 关注了波紋转换器(例如，日本特开2006-14559号公报)。 〈关联申请的相互参考〉
本申请根据2006年4月5日提出的日本专利申请2006-104166 并主张优先权，在本申请中援引其内容。
可是，在DC-DC转换器100中，为了防止再生动作，必需比较 器160。因此，要求与使用转换器的方法相比，电路规模小、成本低 的开关控制电路。

发明内容
本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供可以防止再 生动作的、电路规模小的开关控制电路。
为了实现上述目的，本发明的开关控制电路是通过使串联连接的 第1以及第2晶体管互补地进行开关，来控制从输入到上述第1晶体 管的输入电压生成目标电平的输出电压的DC-DC转换器的上述第1 以反第2晶体管的开关的开关控制电路，具备将随时间的经过的增 加的第l参考电压以及成为上述目标电平的基准的第2参考电压中低 的一方的电压和与上述输出电压相应的反馈电压的误差进行放大，输 出经过放大的误差电压的误差放大电路；输出上述反馈电压与从上述 误差放大电路输出的上述误差电压的比较信号的比较电路；根据从上 述比较电路输出的上述比较信号，在上述误差电压超过了上述反馈电 压后，输出为了使上述第1以及第2晶体管互补地开关并将上述输出 电压作为上述目标电平的、分别控制上述第1以及第2晶体管的第1
以及第2控制信号的驱动电路。
此外，上述驱动电路可以以使上述第1晶体管比上述第2晶体管 先导通的方式，开始上述第1以及第2控制信号的输出。
进而，上述驱动电路具备根据从上述比较电路输出的上述比较 信号，如果上述误差电压超过上述反馈电压，则输出用于使上述第1 以及第2控制信号的输出开始的开关开始信号的开始信号输出电路； 根据从上述比较电路输出的上述比较信号，在上述反馈电压比上述误 差电压高的情况下，输出用于使上述第1晶体管截止、使上述第2晶 体管导通的上述第1以及第2控制信号，在上述反馈电压比上述误差 电压低的情况下，输出让上述第1晶体管导通，让上述第2晶体管截 止的上述第1以及第2控制信号的控制信号输出电路；如果从上述开 始信号输出电路输入上述开关开始信号，则将用于使从上述驱动电路 输出的上述第2晶体管导通的上述第2控制信号向上述第2晶体管输 出的驱动控制电路。
此外，如果上述第1参考电压超过上述第2参考电压及以上的规 定的电压，则上述驱动电路不管从上述比较电路输出的上述比较信号 如何，都可以开始上述第1以及第2控制信号的输出。
此外，上述开关控制电路还具备输出上述第l参考电压与大于等 于上述第2参考电压的规定的电压的比较信号的参考电压比较电路，
号，和从上述参考电压比较电路输出的上述比较信号，在上述误差电 压超过上述反馈电压，或者上述第l参考电压超过上述规定的电压时， 输出上述开关开始信号。
此外，上述开关控制电路还可以具备误差电压控制电路，在直到 上述驱动电路开始上述第1以及第2控制信号的输出之前，将从上述 误差放大电路输出的上述误差电压设置成上述第1以及第2参考电压 中低的一方的电压。
另外，上述误差电压控制电路能够用开关电路构成，该开关电路 在直到上述驱动电路开始上述第1以及第2控制信号的输出为止，在
施加上述误差放大电路的上述反馈电压的输入端子上施加上述误差 电压以代替上述反馈电压。
此外，上述开关控制电路还具备在施加上述误差放大电路的上述 反馈电压的输入端子上施加上述反馈电压或者上述误差电压其中一 方的开关电路，上述开始信号输出电路根据从上述比较电路输出的上 述比较信号，当上述误差电压比上述反馈电压低的情况下，通过经由 上述开关电路在上述输入端子上施加上述误差电压，使上述误差电压
上升到与在上述第1以及第2参考电压中低的一方的电压相应的电 压，当上述误差电压比上述反馈电压高的情况下，经由上述开关电路 将上述反馈电压施加在上述输入端子上。


图1是表示使用本发明的第1实施方式的开关控制电路构成的 DC-DC转换器的构成的图。
图2是表示在起动时未发生预偏置状态时的DC-DC转换器1A 中的电压变化的图。
图3是表示在起动时输出电压变成Vout大于等于零电平而小于 等于目标电平的电压时的DC-DC转换器1A中的电压变化的图。
图4是表示使用本发明的第2种实施方式的开关控制电路构成的 DC-DC转换器的构成的图。
图5是表示在DC-DC转换器IB中，在预偏置状态下的反馈电 压Vf比电压Vref高时的电压变化的图。
图6是表示用本发明的第3种实施方式的开关控制电路构成的 DC-DC转换器的构成的图。
图7是表示在DC-DC转换器1C中，在预偏置状态下的反馈电 压Vf比电压Vref高的情况下的电压变化的图。
图8是表示降压型的DC-DC转换器的一般的构成的图。
符号的说明
1A、 1B、 IB: DC國DC转换器
10A、 10B:开关控制电路11、12: N沟道MOSFET
13:电感器
14、31:电容器
21、22、 24、 32:电阻
23:电流源
25、61:电源
35:微控制器
40:误差放大电路
45、60:转换器
47、51、 63:反相器
48:緩冲器
50:SR型触发器
53:AND电路
62:NOR电路
70:开关电路
具体实施方式
《第l种实施方式》
==电路构成==
图l是表示使用作为本发明的第l种实施方式的开关控制电路构
成的DC-DC转换器的构成的图。DC-DC转换器1A的构成包括开 关控制电路10A、 N沟道MOSFETll、 12、电感器13、电容器14、 电阻21、 22、电流源23、电容器24、电源25、电容器31、电阻32， 以及微控制器35。此外，开关控制电路10A的构成包括误差放大 电路40、比较器45、反相器47、緩沖器48、 SR触发器(以后表示 为"SR-FF")50、反相器51、 AND电路53。
N沟道MOSFET 11 (第1晶体管)和N沟道MOSFET 12 (第 2晶体管)串联连接，在N沟道MOSFET 11的漏极上施加输入电压
Vin，将N沟道MOSFET 12的源极接地。N沟道MOSFET 11的栅极 (控制电极)与开关控制电路10A的端子HD连接，N沟道MOSFET 12的栅极(控制电极)与开关控制电路10A的端子LD连接。另夕卜， 在本实施方式中，作为晶体管使用了 N沟道MOSFET，但也能够使 用P沟道MOSFET,还能够使用双极晶体管。
电感器13的一端与N沟道MOSFET 11、 12的接点连接，另一 端与电容器14的一端连接。电容器14的另一端接地，电感器13和 电容器14的接点的电压、即在电容器14上充电的电压变成输出电压 Vout。
电阻21、 22是用于生成与输出电压Vout相应的反馈电压Vf的 分压电阻。电阻21的一端上施加输出电压Vout，另一端与电阻22 的一端连接。此外，电阻22的另一端接地。电阻21、 22的连接点的 电压变成用电阻21、 22的电阻比对输出电压Vout分压后的反馈电压 Vf，反馈电压Vf施加在开关控制电路10A的端子FB上。
电流源23以及电容器24是生成用于使DC-DC转换器1A软起 动的电压Vss (第1参考电压)的电路。以使从电流源23输出的电流 Iss流入电容器24的方式将电流源23与电容器24的一端连接，电容 器24的另一端接地。电流源23和电容器24的连接点的电压、即在 电容器24上充电的电压成为软起动用的电压Vss，电压Vss施加在开 关控制电路10A的端子SS上。
电源25是输出与将DC-DC转换器1A的输出电压Vout作为目 标电平的电压、即目标电压时的反馈电压Vf相同电位的电压Vref(第 2参考电压)的电源。从电源25输出的电压Vref施加在开关控制电 路10A的端子RF上。
电容器31以及电阻32是用于根据由电容器31的容量C和电阻 32的电阻值R的积决定的时间常数使误差放大电路40进行积分动作 的电路。电容器31的一端与开关控制电路10A的端子CC连接，另 一端与电阻32的一端连接。此外，电阻32的另一端与开关控制电路 10A的端子CR连接。
误差放大电路40具备1个一个极性的输入端子(在本实施方式 中是"-"输入端子)，和2个另一个极性的输入端子(在本实施方式 中是"+ "输入端子)。在误差放大电路40的"-，，输入端子上经由端 子FB施加反馈电压Vf，在一个"+ ，，输入端子上经由端子SS施加电 压Vss，在另一个"+ ，，输入端子上经由端子RF施加电压Vref。此夕卜， 误差放大电路40的"—"输入端子经由端子CC与电容器31连接，误 差放大电路40的输出端子经由端子CR与电阻32连接。误差放大电 路40输出表示电压Vss以及电压Vref其中低的一方与反馈电压Vf 的误差的误差电压Ve。另外，从误差放大电路40输出的误差电压Ve 根据由电容器31以及电阻32决定的时间常数而变化。
在比较器45 (比较电路)的一方的输入端子(在本实施方式中 是"+ "输入端子)上经由端子FB施加反馈电压Vf,在比较器45的 另一方的输入端子(在本实施方式中，是"-，，输入端子)上施加从误 差放大电路40输出的误差电压Ve。比较器45将施加在"+ "输入端 子上的反馈电压Vf，和施加在"-"输入端子上的误差电压Ve进行比 较。比较器45在反馈电压Vf比误差电压Ve高的情况下输出一个逻 辑电平(在本实施方式中是H电平)的比较信号，在反馈电压Vf比 误差电压Ve低的情况下输出另一个逻辑电平(在本实施方式中是L 电平)的比较信号。
反相器47以及緩冲器48是根据从比较器45输出的比较信号来 输出用于互补地进行N沟道MOSFET 11、 12的开关的控制信号的电 路。在从比较器45输出的比较信号是表示反馈电压Vf比误差电压 Ve高的逻辑电平(在本实施方式中是H电平)的情况下，反相器47 输出用于使N沟道MOSFET 11 (电源一侧晶体管)截止的一方的逻 辑电平(在本实施方式中是L电平)的控制信号(第l控制信号)， 緩冲器48输出用于使N沟道MOSFET 12 (接地一侧晶体管)导通的 另一方的逻辑电平(在本实施方式中H电平)的控制信号(第2控制 信号)。此外，在从比较器45输出的比较信号是表示反馈电压Vf比 误差电压Ve低的逻辑电平(在本实施方式中是L电平)的情况下，
反相器47输出用于使N沟道MOSFET 11 (单元一侧晶体管)导通的 另一方的逻辑电平(在本实施方式中H电平)的控制信号(第l控制 信号)，緩沖器48输出用于使N沟道MOSFET 12 (接地一侧晶体管) 截止的一方的逻辑电平(在本实施方式中是L电平)的控制信号(第 2控制信号)。
SR-FF 50是当在DC-DC转换器1A的起动时发生了预偏置状态 的情况下，用于通过使N沟道MOSFET 11、 12的互补的通断动作4亭 止从而防止再生动作的电路。另外，把通过使N沟道MOSFET 11、 12互补地通断，控制流过线圏13的电流称为同步整流。SR-FF 50在 误差电压Ve比反馈电压Vf高后，输出用于开始同步整流的信号(开 关开始信号)。在SR-FF 50的置位端子S上经由反相器51输入从比 较器45输出的比较信号。此外，在SR-FF 50的复位端子R上经由 STB输入从微控制器35输出的待机信号。
在此，在本实施方式中，设待机信号是在DC-DC转换器1A的 起动时变成H电平的脉冲信号。此外，从SR-FF50的输出端子Q输 出的信号成为表示同步整流的开始可否的信号。在本实施方式中，假 设当从SR-FF50的输出端子Q输出了 H电平的信号(开始信号)的 情况下进行同步整流。因而，在本实施方式中，在DC-DC转换器1A 的起动时，进行根据从微控制器35输出的待机信号，从SR-FF50输 出的信号变成L电平的再生防止动作。另外，即使在待机信号以外， 也能够使用在DC-DC转换器1A的起动时能够将从SR-FF 50的输出 端子Q输出的信号作为L电平的信号。例如，还可以根据从用于判 定DC-DC转换器IA的驱动电压是否达到驱动所需要的电平的UVLO (Under Voltage Lock Out;欠压锁定)电路输出的信号，将在DC-DC 转换器1A的起动时从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号作为L电 平。
将从反相器47输出的信号经由端子HD输入到N沟道MOSFET ll的栅极(控制电极)。此外，从緩冲器48输出的信号输入到AND 电路53的一个输入端子。此外，从SR-FF50的输出端子Q输出的信 号输入到AND电路53的另一个输入端子。从AND电路53输出的信 号经由端子LD输入到N沟道MOSFET 12的栅极(控制电极)。即， 在从SR-FF 50的输出端子Q输出L电平的信号期间，从AND电路 53输出的信号不管从比较器45输出的比较信号如何都变成L电平， 不进行同步整流。
另夕卜，在开关控制电路10A中的，反相器47、緩冲器48、 SR-FF 50、反相器51、以及AND电路53相当于本发明的驱动电路。此外， SR-FF 50以及反相器51相当于本发明的开始信号输出电路，反相器 47以及緩冲器48相当于本发明的控制信号输出电路，AND电路53 相当于本发明的驱动控制电路。
此外，开关控制电路10A能够集成化。在开关控制电路10A集 成化的情况下，例如，开关控制电路10A也可以具备电流源23和电 源等25。此外，开关控制电路10A也可以具备N沟道MOSFET11、 12。
==动作说明==
下面说明DC-DC反相器1A的动作。首先，说明在DC-DC反相 器1A的起动时，输出电压Vout是零电平的情况、即没有发生预偏置 状态时的动作。图2是表示在起动时未发生预偏置状态时的DC-DC 反相器1A中的电压变化的图。如果DC-DC反相器1A起动，则因从 电流源23输出的电流Iss的作用，电压Vss开始上升。在此时刻，因 为与电压Vref相比电压Vss—方低，所以误差放大电路40对电压Vss 与反馈电压Vf的误差进行放大并输出。当未发生预偏置状态的情况 下，因为与反馈电压Vf相比电压Vss—方高，所以，从误差放大电 路40输出的误差电压Ve随着电压Vss逐渐提高。因此，从比较器 45输出的信号变成L电平，从反相器47输出H电平的信号，从緩沖 器48输出L电平的信号。此外，因为从比较器45输出的信号是L电 平，所以在SR-FF 50的置位端子S上输入H电平的信号。如果在 SR-FF 50的设置端子S上输入H电平的信号，则从SR-FF 50的输出 端子Q输出H电平的信号。即，从AND电路53输出的信号的电平
由从緩冲器48输出的信号的电平来决定。现在，因为从反相器47输 出H电平的信号，从緩冲器48输出L电平的信号，所以N沟道 MOSFETll导通，N沟道MOSFET 12截止。因此，输出电压Vout 开始上升。
如果输出电压Vout上升，反馈电压Vf超过电压Vss，则从误差 放大电路40输出的误差电压Ve开始下降。如果误差电压Ve比反馈 电压Vf低，则从比较器45输出的信号变成H电平。如果从比较器 45输出的信号变成H电平，则从反相器47输出L电平的信号，N沟 道MOSFET 11变成截止。此时，因为从緩冲器48输出H电平的信 号，从SR-FF 50的输出端子Q输出H电平的信号，所以从AND电 路53输出H电平的信号，N沟道MOSFET 12变成导通。因此，输 出电压Vout开始下降。
即，如果由于反馈电压Vf比电压Vss低则使N沟道MOSFET 11 导通、N沟道MOSFET 12截止而使反馈电压Vf上升，使反馈电压 Vf比电压Vss高，则N沟道MOSFET 11变成截止，N沟道MOSFET 12变成导通，从而反馈电压Vf下降。这样，在DC-DC反相器1A中， 通过N沟道MOSFET 11、 12的互补性的通断的同步整流，输出电压 Vout以反馈电压Vf变成电压Vss的方式逐渐上升。
如果电压Vss超过电压Vref则软起动结束，误差放大电路40放 大输出电压Vref与反馈电压Vf的误差。如果反馈电压Vf比电压Vref 低，则从误差放大电路40输出的误差电压Ve上升，从比较器45输 出的信号变成L电平。因此，由于N沟道MOSFET 11变成导通，N 沟道MOSFET 12变成截止，反馈电压Vf上升。此外，如果反馈电 压Vf比电压Vref高，则从误差放大电路40输出的误差电压Ve下降， 从比较器45输出的信号变成H电平。因此，由于N沟道MOSFET 11 变成截止，N沟道MOSFET 12变成导通，因而反馈电压Vf下降。 这样，在DC-DC转换器1A中，由于以反馈电压Vf变成电压Vref 的方式进行同步整流，输出电压Vout变成与反馈电压Vref相应的目 标电压。 以下，说明在DC-DC转换器1A的起动时，输出电压Vout未变 成零电平的状态，即，发生预偏置状态的情况下的动作。图3是表示 在起动时输出电压Vout变成大于等于零电平小于等于目标电平的电 压时的DC-DC反相器1A中的电压变化的图。如果起动DC-DC反相 器1A，则通过从微控制器35输出的待机信号的作用，从SR-FF 50 的输出端子Q输出的信号变成L电平。此外，因从电流源23输出的 电流Iss的作用，电压Vss开始上升。在该时刻，因为与电压Vref相 比电压Vss —方低，所以误差放大电路40对电压Vss与反馈电压Vf 的误差进行放大并输出。因为因预偏置状态而变成与电压Vss相比反 馈电压Vf —方高的状态，所以从误差放大电路40输出的误差电压 Ve变成靠近L电平的状态。因此，从比较器45输出的信号变成H电 平，从反相器47输出L电平的信号，从緩冲器48输出H电平的信 号。此外，因为从比较器45输出的信号是H电平，所以向SR-FF50 的置位端子S输入L电平的信号。因而，从SR-FF 50的输出端子Q 输出的信号维持L电平。
此时，从緩冲器48输出H电平的信号，但因为从SR-FF 50的 输出端子Q输出L电平的信号，所以从AND电路53输出L电平的 信号。因而，在端子HD以及端子LD上都输出L电平信号，N沟道 MOSFETll、 12都变成截止，不进行同步整流，防止再生动作。
其后，电压Vss继续上升，如果电压Vss超过反馈电压Vf,则 从误差放大电路40输出的误差电压Ve开始上升。如果误差电压Ve 比反馈电压Vf高，则从比较器45输出的信号变成L电平。如果从比 较器45输出的信号变成L电平，则从反相器47输出H电平的信号， N沟道MOSFET 11变成导通。此时，因为从緩冲器48输出L电平 的信号，所以从AND电路53输出L电平的信号，N沟道MOSFET 12 变成截止。因此，输出电压Vout开始上升。此外，如果从比较器45 输出的信号变成L电平，则在SR-FF 50的置位端子S上输入H电平 的信号，从SR-FF50的输出端子Q输出H电平的信号。
如果输出电压Vout上升，反馈电压Vf超过电压Vss，则从误差
放大电路40输出的误差电压Ve开始下降。如果误差电压Ve比反馈 电压Vf低，则从比较器45输出的信号变成H电平。如果从比较器 45输出的信号变成H电平，则从反相器47输出L电平的信号，N沟 道MOSFET ll变成截止。此时，因为从緩冲器48输出H电平的信 号，从SR-FF 50的输出端子Q输出H电平的信号，所以从AND电 路53输出H电平的信号，N沟道MOSFET 12变成导通。因此，输 出电压Vout开始下降。
即，在从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变成H电平后， 即，在解除了再生防止动作后，如果反馈电压Vf比电压Vss低则由 于N沟道MOSFET 11变成导通，N沟道MOSFET 12变成截止，因 而反馈电压Vf上升；如果反馈电压Vf比电压Vss高，则N沟道 MOSFETll截止，N沟道MOSFET12导通，反馈电压Vf下降。这 样，在DC-DC转换器1A中，通过N沟道MOSFET 11、 12的互补 性的通断的同步整流，以反馈电压Vf变成电压Vss的方式，输出电 压Vout逐渐上升。如果电压Vss超过电压Vref，则误差放大电路40 对电压Vref与反馈电压Vf的误差进行放大并输出。因而，在DC-DC 反相器1A中，通过以反馈电压Vf变成电压Vref的方式进行同步整 流，输出电压Vout变成与反馈电压Vref相应的目标电压。
这样，在DC-DC转换器1A中，根据从比较器45输出的比较信 号，控制再生防止动作。即，用比较器45实现生成控制在DC-DC转 换器1A中的同步整流的信号的功能，和生成用于解除再生防止动作 的信号的功能。因而，在DC-DC转换器1A中，不需要为了实现再 生防止动作而设置专用的比较器，能够减小开关控制电路10A的电路 规模。
此外，在DC-DC转换器1A中，在解除再生防止动作并开始同 步整流时，与N沟道MOSFET 12相比N沟道MOSFET 11先导通。 在此，如果假设在开始同步整流时N沟道MOSFET 12导通，则在到 N沟道MOSFET ll导通为止的期间，输出电压Vout下降。但是， 在DC-DC转换器1A中，因为N沟道MOSFET 11先变成导通，所
以能够抑制在开始同步整流时输出电压Vout下降。 《第2种实施方式》 ==电路构成==
图4是表示使用作为本发明的第2种实施方式的开关控制电路构 成的DC-DC反相器的构成的图。DC-DC反相器IB代替在第1种实 施方式的DC-DC转换器1A中的开关控制电路10A，具备开关控制电 路10B。开关控制电路10B除了开关控制电路10A具备的构成外，具 备比较器60 (参考电压比较电路)、电源61、 NOR电路62、以及反 相器63。
比较器60是用于强制解除在DC-DC转换器IB中的再生防止动 作的电路。例如，在第1种实施方式的DC-DC转换器1A中，假定在 预偏置状态下的输出电压Vout比目标电压高。这种情况下，因为反 馈电压Vf比电压Vref还高，所以从比较器45输出的信号维持H电 平。因此，从SR-FF50的输出端子Q输出的信号维持L电平，不开 始同步整流，持续输出电压Vout比目标电压高的状态。而在DC-DC 转换器1B中，通过使用比较器60，实现在軟起动动作结束后强制解 除再生防止动作的功能。
在比较器60的一个输入端子(在本实施方式中是"+ ，，输入端子) 上，经由端子SS施加电压Vss，在比较器60的另一个输入端子(在 本实施方式中是"-"输入端子)上施加从电源61输出的电压Vend。 比较器50对施加在"+ ，，输入端子上的电压Vss与施加在"-，，输入端 子上的电压Vend进行比较，当电压Vss比电压Vend高的情况下， 输出一个逻辑电平(在本实施方式中是H电平)的比较信号，当电压 Vss比电压Vend低的情况下，输出另一个逻辑电平(在本实施方式 中是L电平)的比较信号。另外，电源61也可以设置在开关控制电 路10B的外部。
在此，电压Vend是用于检测软起动动作的结束的电压，大于等 于电压Vref。即，如果电压Vss比电压Vend高，从比较器60输出H 电平的信号，则判定为软起动动作结束，解除再生防止动作。另外，
为了在软起动动作可靠地结束后设置成解除再生防止动作的时刻，电
压Vend和电压Vref不相同，理想的是i殳置成比电压Vref稍高的电 压。
在NOR电路62的一个输入端子上输入从SR-FF 50的输出端子 Q输出的信号，在NOR电路62的另一个输入端子上输入从比较器 60输出的信号。因而，如果从SR-FF50的输出端子Q输出的信号、 或者从比较器60输出的信号其中一方变成H电平，则从NOR电路 62输出的信号变成L电平。从NOR电路62输出的信号经由反相器 电路63与从緩冲器48输出的信号一同输入到AND电路53。
另外，开关控制电路10B中的反相器47、緩冲器48、 SR-FF50、 反相器51、 AND电路53、 NOR电路62、以及反相器63相当于本发 明的驱动电路。此外，SR-FF50以及反相器51相当于本发明的开始 信号输出电路，反相器47以及緩冲器48相当于本发明的控制信号输 出电路，AND电路53、 NOR电路62、以及反相器63相当于本发明 驱动控制电路。
==动作说明==
下面说明DC-DC反相器IB的动作。另外，当未发生预偏置状 态的情况下，因为不进行再生防止动作，所以变成和第l种实施方式 的DC-DC转换器1A —样的动作。此外，当预偏置状态中的反馈电 压Vf比电压Vref低的情况下，如果因软起动动作电压Vss上升，电 压Vss比反馈电压Vf高，则和第1种实施方式的DC-DC转换器1A 一样，从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变成H电平。如果从 SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变成H电平，则从反相器63输出 的信号变成H电平，解除再生防止动作。
当在预偏置状态下的反馈电压Vf比电压Vref高的情况下，即使 软起动动作结束，从比较器45输出的信号也维持H电平。因此，从 SR-FF 50输出端子Q输出的信号维持L电平，因此从SR-FF 50的输 出端子Q输出的信号，不解除再生防止动作。但是，如果电压Vss 变成比电压Vend高，则从比较器60输出的信号变成H电平，从NOR
电路62输出的信号变成L电平。即，从反相器63输出的信号变成H 电平，不管从比较器45输出的信号的电平如何，都强制解除再生防 止动作。
这样，在DC-DC转换器IB中，和在第l种实施方式中的DC-DC 转换器1A —样，根据从比较器45输出的比较信号控制再生防止动作， 为了实现再生防止动作不需要设置专用的比较器，能够减小开关控制 电路10B的电路规模。进而，在DC-DC反相器IB中，软起动动作 结束后也是在反馈电压Vf比电压Vref高的情况下，强制解除再生防 止动作。因而，输出电压Vout比目标电压高的状态并不持续，能够 减小对提供输出电压Vout的电路的影响。
《第3种实施方式》 ==电路构成==
可是，在第2种实施方式所示的DC-DC转换器IB中，在强制 解除再生防止动作时，输出电压Vout暂时下降。图5是在第2种实 施方式所示的DC-DC转换器IB中，表示在预配置状态下的反馈电压 Vf比电压Vref高的情况下的电压变化的图。因为反馈电压Vf比电压 Vref高，所以即使电压Vss上升，从误差放大电路40输出的误差电 压Ve也保持靠近L电平。其后，如上所述，如果电压Vss比电压Vend 高，则从比较器60输出H电平的信号并强制解除再生防止动作，开 始同步整流。
此时，从误差放大电路40输出的电压Ve维持L电平。因而， 从比较器45输出的信号变成H电平，N沟道MOSFET 11变成截止， N沟道MOSFET 12变成导通。因此，输出电压Vout开始下降。如 果输出电压Vout下降，反馈电压Vf比电压Vref低，则从误差放大 电路40输出的误差电压Ve开始上升。但是，误差放大电路40因为 用由电容器31以及电阻32决定的积分常数进行积分动作，所以误差 电压Ve不马上上升。因此，在DC-DC转换器IB中，输出电压Vout 下降到接近零电平的电压。其后，如果误差电压Ve上升，则从比较 器45输出的信号变成L电平，N沟道MOSFET 11变成导通，N沟
道MOSFET 12变成截止。输出电压Vout以反馈电压Vf变成电压 Vref的方式上升。
这样，在第2种实施方式的DC-DC转换器1B中，在再生防止 动作的强制解除时输出电压Vout下降。因而，理想的是用提供输出 电压Vout的电路，以以下的第3种实施方式所示的方式，抑制在再 生防止动作的强制接触时的输出电压Vout的下降。
图6是表示使用本发明的第3种实施方式的开关控制电路构成的 DC-DC转换器的构成的图。DC-DC转换器1C代替在第2种实施方 式的DC-DC转换器IB中的开关控制电路10B，具备开关控制电路 10C。开关控制电路10C具有抑制在再生防止动作的强制解除时的输 出电压Vout的大幅度下降的功能，除了开关控制电路10B具备的构 成外，具备开关电路70 (误差电压控制电路)。
开关电路70能够根据从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号切 换施加在误差放大电路40的"-"输入端子上的电压。具体地说，当 从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号是表示进行再生防止动作的一 方的逻辑电平(在本实施方式中是L电平)的情况下，开关电路70 通过将误差放大电路40的输出端子和"-"输入端子电连接，在"-" 输入端子上施加误差电压Ve。这种情况下，误差电压Ve变成和电压 Vss或者电压Vref的低的一方相同的电位。即，误差放大电路40作 为输出电压Vss或者电压Vref的低的一方的緩冲电路动作。此外， 在从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号是表示解除再生防止动作的 另一方的逻辑电平(在本实施方式中是H电平)的情况下，开关电路 70通过将端子FB和误差放大电路40的"-"输入端子电连接，在"- " 输入端子上施加反馈电压Vf。
另外，开关控制电路10C的反相器47、緩冲器48、 SR-FF50、 反相器51、 AND电路53、 NOR电路62、以及反相器63相当于本发 明的驱动电路。此外，SR-FF50以及反相器51相当于本发明的开始 信号输出电路，反相器47以及緩冲器48相当于本发明的控制信号输 出电路，AND电路53、 NOR电路62、以及反相器63相当于本发明 的驱动控制电路。
==动作说明==
下面说明DC-DC转换器1C的动作。首先，说明未发生预偏置 状态时的动作。这种情况下，如果DC-DC转换器1C起动，则靠从 微控制器35输出的待机信号的作用，从SR-FF 50的输出端子Q输出 的信号变成L电平。开关电路70根据从SR-FF 50的输出端子Q输 出的L电平的信号，将误差放大电路40的输出端子与"-"输入端子 电连接。即，误差放大电路40的"+ "输入端子和"-"输入端子变成 虚短路的状态。在DC-DC转换器1C的起动时，因为与电压Vref相 比还是电压Vss —方低，所以从误差放大电路40的输出端子输出的 误差电压Ve变成和电压Vss相同的电位。因为电压Vss逐渐上升， 所以误差电压Ve比反馈电压Vf高。因此，从比较器45输出的信号 变成L电平，从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变化为H电平。 如果从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变化为H电平，则开关电 路70将端子FB与误差放大电路40的"-，，输入端子电连接。以后， 以使反馈电压Vf变成与电压Vss或者电压Vref的低的一方相同电位 的方式进行同步整流。
以下，说明在预偏置状态下反馈电压Vf比电压Vref低的情况下 的动作。这种情况下也是如果DC-DC转换器1C起动，则靠从微控 制器35输出的待机信号的作用，从SR-FF 50的输出端子Q输出的信 号变成L电平。开关电路70根据从SR-FF 50的输出端子Q输出的L 电平的信号，将误差放大电路40的输出端子与"-"输入端子电连接。 因此，从误差放大电路40的输出端子输出的误差电压Ve变成和电压 Vss相同电位。此时，因预偏置状态的作用，与电压Vss相比还是反 馈电压Vf高，所以从比较器45输出的信号变成H电平，从SR-FF 50 输出的信号维持L电平。因而，在DC-DC转换器1C中进行再生防 止动作。
如果在电压Vss的上升同时从误差放大电路40输出的误差电压 Ve上升，误差电压Ve比反馈电压Vf高，则从比较器45输出的信号
变成L电平。即，如果电压Vss变成比反馈电压Vf高而解除预偏置 状态，则从比较器45输出的信号变成L电平。如果从比较器45输出 的信号变成L电平，则从SR-FF 50的输出端子Q输出的信号变成H 电平，解除再生防止动作。其后，以4吏反馈电压Vf变成与电压Vss 或者电压Vref低的一方相同电位的方式进行同步整流。
以下，说明在预偏置状态下反馈电压Vf比电压Vref高时的动作。 图7是表示在DC-DC转换器1C中，在预偏置状态下的反馈电压Vf 比电压Vref高时的电压变化的图。该情况下也是如果起动DC-DC转 换器1C，则因从微控制器35输出的待机信号，从SR-FF 50的输出 端子Q输出的信号变成L电平。开关电路70根据从SR-FF 50的输 出端子Q输出的L电平的信号，将误差放大电路40的输出端子与"-" 输入端子电连接。因此，从误差放大电路40的输出端子输出的误差 电压Ve变成和电压Vss同电位。此时，由于因预偏置状态，与电压 Vss相比还是反馈电压Vf变高，所以从比较器45输出的信号变成H 电平，从SR-FF 50输出的信号维持L电平。因而，在DC-DC转换 器1C中进行再生防止动作。
如果电压Vss上升而变得比电压Vref高，则从误差放大电路40 的输出端子输出的电压Ve变成和电压Vref相同电位。现在，因为反 馈电压Vf处于比电压Vref高的状态，所以从比较器45输出的信号 维持H电平。因而，从SR-FF 50输出的信号维持L电平，在DC-DC 转换器1C中再生保护动作持续。
其后，如果电压Vss继续上升而比从电源61输出的电压Vend 高，则从比较器60输出的信号变成H电平，强制解除再生防止动作。 此时，因为误差放大电路40作为緩冲电路动作，所以从误差放大电 路40输出的误差电压Ve变成和电压Vref同电位。因而，如果再生 防止动作解除，则立即进行同步整流，使得反馈电压Vf变成电压Vref。 因此，能够抑制输出电压Vout的大幅度的下降。
以上，说明了本发明的实施方式。如第l-第3种实施方式所示， 在DC-DC转换器1A、 1B、 1C中，根据从比较器45输出的比较信号，
控制再生防止动作。即，用比较器45实现生成对DC-DC转换器1A、 1B、 1C中的同步整流进行控制的信号的功能以及生成用于解除再生 防止动作的信号的功能。因而，DC-DC转换器1A、 1B、 1C中，不 需要为了实现再生防止动作设置专用的比较器，能够减小开关控制电 路10A、 IOB、 IOC的电路规模。
此外，DC-DC转换器1A、 1B、 1C中，在解除再生防止动作开 始同步整流时，N沟道MOSFETll比N沟道MOSFET12先导通。 因而，在开始同步整流时，能够抑制输出电压Vout下降。
此外，如第2以及第3种实施方式所示，在DC-DC转换器1B、 1C中，即使在软起动结束后反馈电压Vf比电压Vref还高的情况下， 也强制解除再生防止动作。因而，即使在预偏置状态下输出电压Vout 比目标电压还高的情况下，在软起动动作结束后强制解除再生防止动 作。因此，输出电压Vout比目标电压高的状态不会持续，能够使输 出电压Vout变为目标电压。
此外，如第3种实施方式所示，在DC-DC转换器1C中，在再 生防止动作进行期间，误差放大电路40具有作为输出电压Vss或者 Vref的低的一方的緩冲电路的功能。因此，在强制解除再生防止动作 时，从误差放大电路40输出的误差电压Ve变成和电压Vref同电位， 能够抑制输出电压Vout的大幅度下降。
另外，上述实施例就是为了容易理解本发明，并不是限定性地解 释本发明。本发明在不脱离其主旨而得到改变、改进的同时，在本发 明中还包含其等价物。
权利要求
1.一种开关控制电路，通过使串联连接的第1以及第2晶体管互补地通断，控制从输入到上述第1晶体管的输入电压生成目标电平的输出电压的DC-DC转换器的上述第1以及第2晶体管的通断，其特征在于具备对随时间的经过而增加的第1参考电压以及成为上述目标电平的基准的第2参考电压中低的一方的电压、和与上述输出电压相应的反馈电压的误差进行放大，输出经过放大的误差电压的误差放大电路；输出上述反馈电压和从上述误差放大电路输出的上述误差电压的比较信号的比较电路；根据从上述比较电路输出的上述比较信号，在上述误差电压超过上述反馈电压后，输出为了使上述第1以及第2晶体管互补地通断并将上述输出电压设置成上述目标电平、分别控制上述第1以及第2晶体管的第1以及第2控制信号的驱动电路。
2. 根据权利要求l所述的开关控制电路，其特征在于 上述驱动电路以使上述第1晶体管比上述第2晶体管先导通的方式开始上述第1以及第2控制信号的输出。
3. 根据权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于 上述驱动电路具备根据从上述比较电路输出的上述比较信号，如果上述误差电压超 过上述反馈电压，则输出用于让上述第1以及第2控制信号的输出开 始的开关开始信号的开始信号输出电路；根据从上述比较电路输出的上述比较信号，当上述反馈电压比上 述误差电压高的情况下，输出用于使上述第1晶体管关断而使上述第 2晶体管导通的上述第1以及第2控制信号，当上述反馈电压比上述 误差电压低的情况下，输出用于使上述第1晶体管导通而使上述第2 晶体管关断的上述第1以及第2控制信号的控制信号输出电路；如果从上述开始信号输出电路输入上述开关开始信号，则向上述第2晶体管输出用于让从上述驱动电路输出的上述笫2晶体管导通的 上述第2控制信号的驱动控制电路。
4. 根据权利要求1~3的任意一项所述的开关控制电路，其特征在于上述驱动电路在上述第l参考电压超过大于等于上述第2参考电 压的规定电压时，不管从上述比较电路输出的上述比较信号如何，都 开始上述第1以及第2控制信号的输出。
5. 根据权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于 还具备输出上述第l参考电压和大于等于上述第2参考电压的规定电压的比较信号的参考电压比较电路，上述开始信号输出电路根据从上述比较电路输出的上述比较信 号和从上述参考电压比较电路输出的上述比较信号，在上述误差电压 超过上述反馈电压、或者上述第l参考电压超过上述规定电压时，输 出上述开关开始信号。
6. 根据权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于 还具备在到上述驱动电路开始上述第i以及第2控制信号的输出为止的期间，将从上述误差放大电路输出的上述误差电压设置成在上 述第1以及第2参考电压中低的一方的电压的误差电压控制电路。
7. 根据权利要求6所述的开关控制电路，其特征在于 上述误差电压控制电路由在到上述驱动电路开始上述第1以及第2控制信号的输出为止的期间，在施加上述误差放大电路的上述反 馈电压的输入端子上施加上述误差电压以代替上述反馈电压的开关 电路构成。
8. 根据权利要求5所述的开关控制电路，其特征在于 还具备在施加上述误差放大电路的上述反馈电压的输入端子上施加上述反馈电压或者上述误差电压之一方的开关电路，上述开始信号输出电路根据从上述比较电路输出的上述比较信 号，当上述误差电压比上述反馈电压低的情况下，通过经由上述开关 电路将上述误差电压施加在上述输入端子上，使上述误差电压上升到与在上述第l以及第2参考电压中低的一方的电压相应的电压；而当 上述误差电压比上述反馈电压高的情况下，经由上述开关电路将上述 反馈电压施加在上述输入端子上。
全文摘要
一种开关控制电路，通过使串联连接的第1以及第2晶体管互补地通断，控制从输入到上述第1晶体管的输入电压生成目标电平的输出电压的DC-DC转换器的上述第1以及第2晶体管的开关，具备将随时间的经过而增加的第1参考电压以及成为上述目标电平的基准的第2参考电压中低的一方的电压、和与上述输出电压相应的反馈电压的误差进行放大，输出经过放大的误差电压的误差放大电路；输出上述反馈电压和从上述误差放大电路输出的上述误差电压的比较信号的比较电路；根据从上述比较电路输出的上述比较信号，在上述误差电压超过上述反馈电压后，输出为了使上述第1以及第2晶体管互补地通断并将上述输出电压设置为上述目标电平、分别控制上述第1以及第2晶体管的第1以及第2控制信号的驱动电路。
文档编号H02M3/155GK101351950SQ20078000104
公开日2009年1月21日 申请日期2007年4月4日 优先权日2006年4月5日
发明者丸木雅大, 福士岩, 野间隆嗣 申请人:三洋电机株式会社;株式会社村田制作所