专利名称：开关调节器及包含该开关调节器的电子设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于高准确度地向负载电路(例如，CPU)提供电压的开关调节器以及采用该开关调节器的电子设备。更为具体地，涉及即使在输入电压和输出电流变化时也使得开关频率和输出电压保持恒定的开关调节器。
背景技术：
目前，在移动电话中通常安装各种不同应用。应用自身往往以非常高的速率消耗电池功率，并且结果是，需要外部组件小型化同时能够处理大电流和低输出电压的电源电路。另外，用作移动电话侧上的主要电源的锂离子电池的放电特性上的改进已经扩大了可 用于电源电路的输入的电压范围。此外，现在通常通过根据CPU的操作状态改变电源电路的设置电压，优化与电源电路的输出端子相连的负载电路(例如，CPU)的操作速度和功率消耗。因此，需要即使在输入电压、输出电压或输出电流变化时也使得输出电压保持恒定的电源电路。图11是例示常规开关调节器IP的电路图。开关调节器IP是具有其导通时段长度固定的开关元件的纹波检测型开关调节器的一个示例。图12是例示图11中示出的开关调节器IP中的开关时间控制电路3P的电路图。图13是例示图11中示出的开关调节器IP的操作的时序图。在图11中，开关调节器IP包括开关元件控制电路2、比较器6、开关时间控制电路3P、输入电压VIN所输入到的输入端子Tl、输出端子LX、连接在输入端子Tl和输出端子LX之间的开关元件SW1、连接在输出端子LX和地电压之间的开关元件SW2、包括分压电阻器8和分压电阻器9的分压电路7以及反馈端子TF，该分压电阻器8具有阻抗Rf 1，以及该分压电阻器9具有阻抗Rf 2。此外，开关元件控制电路2包括RS触发电路22和控制信号生成电路23。此外，在图12中，开关时间控制电路3P包括参考电流源51、连接在参考电流源51和地电压之间的电容器52、与电容器52并联的开关元件SW5、用于输出预定参考电压VR的电压源54以及比较器43，该参考电流源51的一个端子与输入端子Tl相连并且输出预定参考电流Ic，该电容器52具有容抗Ce。在图11中，从输出端子LX输出的输出电压经由高频去除和平滑低通滤波器15输出到负载电路10 (例如，CPU)，该高频去除和平滑低通滤波器15由具有感抗L的电感器12和具有容抗Cout的输出电容器14组成。这里，具有阻抗Resr的电阻器13是输出电容器14的串联等效寄生电阻器。低通滤波器15的输出电压VOUT经由反馈端子TF输入到开关调节器1P，并且经由分压电路(dividing circuit) 7进行分压。然后，将分压后的反馈电压VF输出到比较器6的反相输入端子(_)。比较器6将反馈电压VF与从电压源11输入到比较器6的非反相输入端子(+ )的预定参考电压VR进行比较。当反馈电压VF大于参考电压VREF时，比较器6向RS触发电路22的置位端子S输出低电平开关时间控制信号CMP0-P，而在反馈电压VF小于参考电压VREF时，比较器6向RS触发电路22的置位端子S输出高电平开关时间控制信号CMPO-P。这里，用作第二开关时间控制信号的高电平开关时间控制信号CMPO-P指示开关元件SW2的导通时段的完成时亥丨J (timing)。参见图12，开关时间控制电路3P生成供输出给RS触发电路22的复位端子R的开关时间控制信号T0N-P，该开关时间控制信号TON-P指示开关元件SWl的导通时段的完成时刻。另外，将RS触发电路2的输出信号PSET输出给控制信号生成电路23。控制信号生成电路23生成用于控制开关元件SWl的开关的开关元件控制信号TORV以及用于控制开关元件SW2的开关的开关元件控制信号NDRV，从而在输出信号PSET下降时完成开关元件SWl的导通时段，以及在输出信号PSET上升时完成开关元件SW2的导通时段，并且开关元件SWl和SW2相互交替地导通和关断。另外，控制信号生成电路23与开关元件控制信号TORV同步地生成输出信号TCHBl，并且将输出信号TCHBl输出到开关时间控制电路3P。注意，开关元件SWl响应于低电平开关元件控制信号TORV而导通，以及响应于高电平开关元件控制信号I3DRV而关断。另外，开关元件SW2响应于高电平开关元件控制信号NDRV而导通，以及响应于低电平开关元件控制信号NDRV而关断。对开关元件SWl和SW2进行控制，从而使得在 开关元件SWl关断时开关元件SW2导通，以及在开关元件SW2关断时开关元件SWl导通。在图12中，电压源54生成供输出到比较器53的反相输入端子(_)的预定参考电压Vr。将参考电流源51和电容器52之间的联结节点上的电压VC输出到比较器53的非反相输入端子(+ )。将输出信号TCHGBl输出到开关元件SW5的栅极。因此，在开关元件SWl处于导通状态时，响应于输出信号TCHGBl而使开关元件SW5关断。相反，在开关元件SWl处于关断状态时，开关元件SW5导通。另外，比较器53将电压VC与参考电压VR进行比较。当电压VC大于参考电压VR时，比较器53输出高电平开关时间控制信号T0N-P，以及当电压VC小于参考电压VR时，比较器53输出低电平开关时间控制信号T0N-P。在图11中，当反馈电压VF变为小于参考电压VREF时，来自比较器6的开关时间控制信号CMPO-P的电压电平变高。响应于这个操作，RS触发电路22被置位，并且输出信号PSET的电压电平变高。接着，控制信号生成电路23生成开关元件控制信号TORV和NDRV，从而使得开关元件SWl处于导通状态，以及开关元件SW2处于关断状态。响应于这个操作，在开关元件SWl导通时，开关元件SW2关断，并且通过输入电压VIN和输出电压VOUT之间的差值电压，在电感器12中充电。相应地，电感器12中的感应电流增加，以及通过输出电容器14和它的串联等效寄生电阻器13增加输出电压V0UT。随后，在预定时间已经经过开关元件SWl的导通时段时，开关时间控制信号TON-P的电压电平从低变到高。响应于此，RS触发电路22被复位，并且RS触发电路22的输出信号PSET的电压电平变低。控制信号生成电路23生成开关元件控制信号I3DRV和NDRV，从而使得开关元件SWl关断以及开关元件SW2导通。响应于此，在开关元件SWl关断时，开关元件SW2导通，并且通过地电压和输出电压VOUT之间的差值电压，释放电感器12中的电能。相应地，在电感器12中的感应电流降低时，通过电容器14和它的串联等效寄生电阻器13降低输出电压VOUT。这里，开关元件SWl的导通时段“tonl”的长度如下确定。在图12中，在开关元件Sffl响应于低电平开关元件控制信号TORV而处于关断状态时，开关元件SW5响应于与开关元件控制信号I3DRV同步的输出信号THGBl而关断，并且以参考电流Ic对电容器52进行充电。比较器53将被充电的电容器52两端上的电压VC与参考电压VR进行比较。在电压VC大于参考电压VR时，比较器53输出高电平开关时间控制信号TON-P，以及在电压VC小于参考电压VR时，比较器53输出低电平开关时间控制信号TON-P。另外，在开关元件SWl关断且开关元件SW5导通期间的时段中，开关元件SW5响应于来自控制信号生成电路23的高电平输出信号TCHBl而导通,并且将电容器52中的电荷全部放电。这里，开关元件SWl的导通时段“tonl”的长度如下获得tonl = CcXVR/Ic ... (I)如上所述，在图11中示出的开关调节器IP中，开关元件SWl的导通时段tonl的长度响应于开关时间控制信号TON-P确定，以及开关元件SWl的关断时段“toffI”的长度利用比较器6作为反馈电压VF和参考电压VREF之间的比较结果输出的开关时间控制信号CMPO-P确定。如上所述，通过重复开关元件SWl和SW2的导通和关断，开关调节器IP控制输出电压，从而使得输出电压VOUT的时均电压VOUTa被设置为恒定。
然而，在图11中示出的电路配置中，由于导通时段tonl的长度是利用公式I计算出的固定值，所以使用输入电压VIN、输出电压V0UT、各个开关元件SWl和SW2的导通阻抗Ron和电感器12的感应电流IL,利用下述公式，计算在开关元件SWl导通时的电感器12的磁通量中的增加量以及在开关元件SWl关断时的电感器12的磁通量中的减少量
。
= (ViN — IL X Ron - VOUT) x ton I ... I 2 )
Atpoff = (VOUI' + IL X Ron ) x IqffV…(3 )另夕卜，在磁通量中的增加量Afw 等于磁通量中的减少量厶與外A— = )时，开关周期tsw (tsw = tonl+toffl)可以如下计算
「 IVIN X tonl( . \tsw =- ... I 4 )
VOUT + 11. X Ron相应地，开关频率fsw满足
「 1 r I VOUT -11, X Ron/ c Xfsw =——=- ... (5 )
tsw VIN + tonl如公式(5)中可以清楚地看出，在输入电压VIN、输出电压V0UT、感应电流IL (去往负载电路10的输出电流lout)波动时，开关频率fsw中的波动变得更大。另外，输出电压VOUT的时均电压VOUTa不能保持为恒定，这降低了输出电压的准确度。例如，如图13中所示，将第一开关周期tswl表示为在输出电流IOUT是第一电流Il时的周期，以及将第二周期tsw2表示为在输出电流IOUT增加到第二电流12 (II < 12)时的周期，因为第一电流Il小于第二电流12，第二开关周期tsw2比第一开关周期tswl长(tswl > tsw2)0换言之，输出电流IOUT是第一电流Il时的开关频率fswl大于输出电流IOUT是第二电流12时的开关频率fsw2。如图13中清楚看出的，当输出电流IOUT从第一电流Il增加到第二电流12时，输出电压VOUT的时均电压VOUTa (与反馈电压VF对应)减小。类似地，如公式4和5中清楚看出的，在输入电压VIN或输出电流IOUT(与感应电流IL对应)改变时，开关频率fsw和输出电压VOUT改变。
JP-2010-200450-A提出了一种配置，在该配置中，电源设备减轻输入电压、输出电压和输出电流的影响，并且提高开关频率的准确度。在该示例中，电源设备基于输入电压、输出电压和输出电流控制各个开关兀件，从而改进输出电压的特性。图14是例示该常规电源设备1000的电路图。图15是例示图14中示出的电源设备1000中的Tw生成器102的电路图。在图14中，电源设备1000包括用于反馈输出电流Io的电流检测电路108。在图15中，Tw生成器102包括用于反馈输入电压Vin的电阻器网络、运算放大器121和127、用于反馈输出电压No的电阻器网络、以及用于将与输出电压Vo对应的电压和与输出电流Io对应的电压Vs相加的加法器108。利用这种配置，芯片尺寸和电流消耗可能增加。因此，电源1000不适合于用于便携式设备的要求小型化和低电流消耗的电源电路。另外，如下参照图14和15，使用输入电压Vin和流过晶体管151的感应电流込，获得电源电路100中的开关频率fsw。fsw = Vin/(Vin-IlxXk) ...... (6) 上述公式中的常数值k由构成电流检测电路108和Ton生成器102的各个元件的元件值确定。也就是，开关频率fsw由输入电压Vin和感应电流Iu的值确定，并且相应地，不能完全消除开关频率对输入电压Vin和输出电压VO的依赖性。
发明内容
在本公开的一个方面中，提供了一种用于将输入电压转换为预定输出电压的新开关调节器。该开关调节器包括输入端子、输出端子、第一开关元件、第二开关元件、开关时间控制电路、第一比较器和开关兀件控制电路。输入电压被输入到输入端子。输出电压被输出到输出端子。第一开关元件连接在输入端子和输出端子之间。第二开关元件连接在输出端子和地之间。开关时间控制电路基于第一开关元件的导通时段的长度与第一开关元件和 第二开关元件的导通时段的长度和之比，生成指示第一开关元件的导通时段的完成时刻的第一开关时间控制信号。第一比较器将与输出电压对应的反馈电压与预定的第一参考电压相比，并且在反馈电压小于第一参考电压时，生成指示第二开关元件的导通时段的完成时刻的第二开关时间控制信号。开关元件控制电路控制第一开关元件和第二开关元件的导通/关断操作，从而基于第一开关时间控制信号和第二开关时间控制信号，相互交替地导通第一开关元件和第二开关元件。在本公开的另一方面中，提供了一种用于将输入电压转换到预定输出电压的新开关调节器。该开关调节器包括输入端子、输出端子、第一开关元件、第二开关元件、第一比较器、开关时间控制电路和开关元件控制电路。第一比较器将与输出电压对应的反馈电压与预定的第一参考电压相比，并且在反馈电压小于第一参考电压时，生成指示第一开关元件的导通时段的完成时刻的第一开关时间控制信号。开关时间控制电路基于第二开关元件的导通时段的长度与第一开关元件和第二开关元件的导通时段的长度和之比，生成指示第二开关元件的导通时段的完成时刻的第二开关时间控制信号。开关元件控制电路控制第一开关元件和第二开关元件的导通/关断操作，从而基于第一开关时间控制信号和第二开关时间控制信号，相互交替地导通第一开关元件和第二开关元件。
通过参照结合附图考虑的以下详细描述，可以更好地理解上述和其它方面的特征和优点，在附图中 图I是例示根据本公开的第一实施例的开关调节器的配置的电路图；图2是例示图I中示出的开关调节器中的开关时间控制电路的配置的电路图；图3是例示图I中示出的开关调节器中的操作的时序图；图4是例示根据图2中示出的第一实施例的变型的开关时间控制电路的电路图；图5是例示根据第二实施例的开关调节器的配置的电路图；图6是例示图5中示出的开关调节器中的开关时间控制电路的配置的电路图；图7是例示图5中示出的开关调节器的操作的时序图；图8是例示根据图6中示出的第二实施例的变型的开关时间控制电路的配置的电路图；图9是例示根据第三实施例的开关时间控制电路的电路图；图10是根据第四实施例的开关时间控制电路的电路图；图11是例示常规开关调节器的电路图；图12是例示图11中示出的开关调节器中的开关时间控制电路的电路图；图13是例示图11中示出的开关调节器中的操作的时序图；图14是例示另一常规电源设备的电路图；和图15是例示图14中示出的电源设备中的Tw生成器的电路图。
具体实施例方式在描述附图中例示的优选实施例时，为了清楚，使用了具体的术语。然而，本专利说明书的公开不是意在被限制到如此选择的具体术语，并且要理解的是，每个具体元件包括按照相似方式操作并且实现相似结果的所有技术等价物。现在参见附图，其中在整个若干附图(特别是图I到图10)中，相似参考标记指代相同或对应的部件，以及描述了根据示例性实施例的误差放大电路(error amplification circuit)。(第一实施例)图I是例示根据第一实施例的开关调节器I的配置的电路图。图2是例示开关时间控制电路3的配置的电路图。图3是例示图I中示出的开关调节器I中的操作的时序图。
在图I中，开关调节器I包括开关元件控制电路2、开关时间控制电路3、比较器6、开关兀件SWl和SW2、包括分压电阻器8和分压电阻器9的分压电路7、输入电压VIN所输入到的输入端子Tl、输出端子LX和反馈端子TF，分压电阻器8具有阻抗Rfl，以及分压电阻器9具有阻抗Rf2。可以在电子设备100中使用开关调节器I。开关元件控制电路2包括RS触发电路22和控制信号生成电路23。另外，开关时间控制电路3包括占空比(on-duty)检测电路4和导通时段控制电路5。在图2中，占空比检测电路4包括反相器41、开关元件SW3和SW4，用于输出预定参考电压VRT的参考电压源44以及具有容抗Ci的电容器43。在图2中，导通时段控制电路5包括用于输出预定参考电流Ic的参考电流源51、具有容抗Ce的电容器52、开关元件Sffl和比较器53。
回见图1，第一开关元件SWl连接在输入端子Tl和输出端子LX之间，以及第二开关元件SW2连接在输出端子LX和地之间。经由高频去除和平滑低通滤波器15，将输出端子LX的输出电压输出到负载电路10(例如，CPU)。换言之，电子设备100包括开关调节器I和与开关调节器I的输出端子LX相连的低通滤波器15。低通滤波器15由具有感抗L的电感器12和具有容抗Cout的输出电容器14构成。具有阻抗Resr的电阻器13是与输出电容器14串联的等效寄生电阻器。经由反馈端子TF，将低通滤波器15的输出电压VOUT输入到开关调节器1，并且随后由分压电路7分压。分压电路7用作第二分压电路。接着，分压后的反馈电压VF与输出电压VOUT成比例，并且输出到比较器6的反相输入端子(-)。参考电压源11中生成的预定参考电压VREF输入到比较器6的非反相输入端子(+ )。比较器6将反馈电压VF与参考电压VREF进行比较。随后，在反馈电压VF大于参 考电压VREF时，比较器6将低电平开关时间控制信号CMPO输出到RS触发电路22的置位端子S。在反馈电压VF小于参考电压VREF时，比较器6将高电平开关时间控制信号CMPO输出到RS触发电路22的置位端子S。高电平开关时间控制信号CMPO用作第二开关时间控制信号。从比较器6输出的第二开关时间控制信号CMPO指示开关元件SW2的导通时段的完成时刻。这里，比较器6包括延迟电路，该延迟电路用于控制开关时间控制信号CMP0，使得在开关时间控制信号CMPO变为高电平后，在自反馈电压VF已经再次变为比参考电压VREF高后起已经过去延迟时间后，开关时间控制信号CMPO再次变为低电平。另外，开关时间控制电路3将指示开关元件SWl的导通时段的完成时刻的第一开关时间控制信号(高电平开关时间控制信号T0N)，输出给RS触发电路22的复位端子R，其将在稍后详细描述。将RS触发电路22的输出信号PSET输出到控制信号生成电路23和占空比检测电路4。控制信号生成电路23生成供输出到开关元件SWl的栅极的用于控制开关元件SWl的导通和关断的第一开关元件控制信号TORV，以及供输出到开关元件SW2的栅极的用于控制开关元件SW2的导通和关断的第二开关元件控制信号NDRV。控制信号生成电路23控制开关元件SWl和SW2，从而使得在输出信号PSET下降时完成开关元件SWl的导通时段，以及在输出信号PSET上升时完成开关元件SW2的导通时段，并且相互交替地导通开关元件SWl和SW2。另外，控制信号生成电路23生成与(第一)开关元件控制信号TORV同步的输出信号TCHGB1，以供输出到开关时间控制电路3。在本实施例中，开关元件SWl响应于低电平开关元件控制信号TORV而导通，以及响应于高电平开关元件控制信号roRV而关断。相反，开关元件SW2响应于高电平开关元件控制信号NDRV而导通，以及响应于低电平开关元件控制信号NDRV而关断。另外，生成开关元件控制信号I3DRV和NDRV，从而开关元件控制信号NDRV使得开关元件SW2在开关元件SWl关断时导通，以及开关元件控制信号TORV使得开关元件SWl在开关元件SW2关断时导通。在图I中，当反馈电压VF变为比参考电压VREF低时，比较器6使得开关时间控制信号CMPO的电压电平变高。响应于这个操作，RS触发电路22被置位，并且RS触发电路22中的输出信号PSET的电压电平变高。接着，控制信号生成电路23生成低电平开关元件控制信号I3DRV和NDRV，使得开关元件SWl导通，以及开关元件SW2关断(参见图3)。在开关元件SWl处于导通状态以及开关元件SW2处于关断状态时，通过输入电压VIN和输出电压VOUT之间的电压差，将能量存储在电感器12中。相应地，在电感器12中的感应电流增加时，通过输出电容器14和串联寄生电阻器13增加输出的输出电压V0UT。接着，当开关时间控制信号TON的电压电平从低电平变到高电平时，响应于这个操作，RS触发电路22复位，并且RS触发电路22的输出信号PSET的电压电平变低。接着，控制信号生成电路23生成高电平开关元件控制信号I3DRV和NDRV，使得开关元件SWl关断，以及开关元件SW2导通(参见图3)。在开关元件SWl处于关断状态以及开关元件SW2处于导通状态时，通过地电压和输出电压VOUT之间的电压差，释放电感器12中的能量。相应地，在电感器12中的感应电流减小时，通过电容器14和串联寄生电阻器13减小输出电压VOUT0参见图2，在占空比检测电路4中，第三开关元件SW3连接在参考电压源44和联结节点Cl之间，以及开关元件SW4连接在联结节点Cl和地之间。积分电阻器42的一个端子连接到联结节点Cl，以及电容器43连接在积分电阻器42的另一个端子和地之间。作为电 容器43两端上的电压的联结节点Cl上的电压作为检测电压Vonl，输出到比较器53的反相输入端子(_)。这里，积分电阻器42和电容器43构成积分电路。在图2中示出的开关元件控制电路2中，经由反相器41，将RS触发电路22的输出信号PSET输出到开关元件SW3和SW4的栅极。响应于这个输出信号PSET，结合开关元件SW1，在开关元件SWl的导通时段期间导通开关元件SW3。另一方面，结合开关元件SW2，在开关元件SW2的导通时段期间导通开关元件SW4。在图2中，在开关元件SWl处于导通状态以及开关元件SW2处于关断状态时，RS触发电路22的输出信号PSET的电压电平为高电平，并且因此，开关元件SW3导通，以及开关元件SW4关断。因此，参考电压源44经由开关元件SW3连接到积分电阻器42，并且经由开关元件SW3和积分电阻器42，将电容器43充电到参考电压VRT。与之形成对比的是，在开关元件SWl处于关断状态以及开关元件SW2处于导通状态时，RS触发电路22的输出信号PSET的电压电平为低电平，并且因此，开关元件SW3关断，以及开关元件SW4导通。因此，积分电阻器42的一个端子经由开关元件SW4接地，并且经由积分电阻器42和开关元件SW4，将电容器43放电到地电压。在图2中，使用在开关元件SWl处于导通状态期间的导通时段“tonl”的长度、参考电压VRT以及积分电阻器42和电容器43之间的联结节点上的电压V(t) (t :时间)，利用下述公式7，计算在开关元件SW3处于导通状态以及开关元件SW4处于关断状态期间的时段中，即在开关元件SWl处于导通状态期间的时段中，在电容器43中充入的电荷Qchq
「 nT-V(I) .( n xOchg = -^-dt ...... ( 7 )
~ Jl 丨 Ri另外，使用开关元件SW2处于导通状态期间的导通时段“ton2”的长度，利用下述公式8，计算在开关元件SW3处于关断状态以及开关元件SW4处于关断状态期间的时段中，即在开关元件SW2处于导通状态期间的时段中，在电容器43中充入的电荷Qdchg Ckkh^ =...... 18)
Ri此时，开关元件SW3和SW4重复导通和关断，并且在已经过去时间段Te (Te >>RiXCiXRi :积分电阻器42的阻抗，Ci :电容器43的容抗)后，电压V(t)收敛到恒定电压Vonl。因此，电压V(t)近似为电压Von (V(t) ^ Vonl)，由此对公式7和8进行如下变形
r n ,.w, VRT-Vonl/ n NQchg ton] x-—. ...... t 9 JQdchg tonl x...... ( 10 )另外，在进一步经过时段Te (Te >> Ri X Ci)后，电荷Qchg变为等于电荷Qdchg(Qchg=Qdchg),基于公式9和10,占空比检测电路4的输出电压Vonl由下述公式11表示VonX =~~xVii'I ...... ( 11 )
tonl+ ton!也就是，占空比检测电路4生成与开关元件SWl的占空比(tonl/(tonl+ton2))成比例的检测电压Vonl，以供输出到比较器53的反相输入端子(_)。 另外，在导通时段控制电路5中，参考电流源51的一个端子与输入端子Tl相连，以及电容器42连接在参考电流源51和地之间。开关元件SW5与电容器52并联。参考电流源51和电容器52之间的联结节点上的电压VC，即电容器52两端上的电压，输出到比较器53的非反相输入端子(+ )。开关元件控制电路2的与开关元件控制信号I3DRV同步的输出信号TCHGB输出到开关元件SW5的栅极。因此，响应于输出信号TCHGB1，在开关元件SWl的导通时段期间，开关元件SW5关断。相反，在开关元件SWl的关断时段期间，开关元件SW5导通。比较器53将电压VC与检测电压Von进行比较。在电压VC大于检测电压Vonl时，比较器53生成高电平开关时间控制信号TON (第一开关时间控制信号),或者在电压VC小于检测电压Vonl时，比较器53生成低电平开关时间控制信号TON。这里，比较器53包括延迟电路，用于控制开关时间控制信号T0N，使得在开关时间控制信号TON变高后，在自电压VC已经再次变为比检测电压Vonl低后起已经过去延迟时间后，开关时间控制信号TON再次变低。在图2中，在开关元件SWl响应于低电平开关元件控制信号TORV而处于导通状态期间的时段中，开关元件SW5响应于与开关元件控制信号I3DRV同步的输出信号TCHGBl而关断，并且因此，以参考电流Ic对电容器52进行充电。比较器53将被充电的电容器52两端上的电压VC与占空比检测电路4输出的检测电压Vonl进行比较。在电压VC大于检测电压Vonl时，比较器53输出高电平开关时间控制信号TON。与之形成对比的是，在开关元件SWl处于关断状态且开关元件SW2处于导通状态期间的时段中，开关元件SW5响应于高电平输出信号TCHGBl而导通，并且释放电容器52中的所有电荷。此时，由于开关元件SW5处于关断状态期间的时段的长度对应于开关元件SWl的导通时段tonl的长度，电压VC如下计算V('= Icx1-^- ...... ( 12 )
Ce相应地，基于公式11和12得到下述公式
「 ■■km^f foul-x IR/ = Icx. ...... (, i ) I
tonl+ ton 2Ce因此，满足下述公式ion[ + lon2 = —x VRT ...... (14)
Sc
因此，利用下述公式得到开关频率fsw
权利要求
1.一种用于将输入电压转换为预定输出电压的开关调节器，所述开关调节器包括 所述输入电压被输入到的输入端子； 所述输出电压被输出到的输出端子； 连接在所述输入端子和所述输出端子之间的第一开关元件； 连接在所述输出端子和地之间的第二开关元件； 开关时间控制电路，用于基于所述第一开关元件的导通时段的长度与所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通时段的长度和之比，生成第一开关时间控制信号，所述第一开关时间控制信号指示所述第一开关元件的导通时段的完成时刻； 第一比较器，用于将与所述输出电压对应的反馈电压与预定的第一参考电压相比较，并且在所述反馈电压小于所述第一参考电压时，生成第二开关时间控制信号，所述第二开关时间控制信号指示所述第二开关元件的导通时段的完成时刻；以及 开关元件控制电路，用于控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通/关断操作，从而基于所述第一开关时间控制信号和所述第二开关时间控制信号，相互交替地导通所述第一开关元件和所述第二开关元件。
2.如权利要求I所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路包括 占空比检测电路，用于输出检测电压，所述检测电压指示所述第一开关元件的导通时段的长度与所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通时段的长度和之比；以及导通时段控制电路，用于基于所述检测电压，生成所述第一开关时间控制信号。
3.如权利要求2所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路的占空比检测电路包括 参考电压源，用于生成预定的第二参考电压；第三开关元件，所述第三开关元件的一个端子连接到所述参考电压源，并且对所述第三开关元件进行控制，从而使得结合所述第一开关元件来导通和关断所述第三开关元件；第四开关元件，所述第四开关元件的一个端子连接在所述第三开关元件的另一个端子和地之间，并且对所述第四开关元件进行控制，从而使得结合所述第二开关元件来导通和关断所述第四开关元件； 积分电阻元件，所述积分电阻元件的一个端子连接到位于所述第三开关元件和所述第四开关元件之间的联结节点；以及 第一电容元件，连接在所述积分电阻元件的另一个端子和地之间，在所述第三开关元件处于导通状态时，通过经由所述积分电阻元件连接到所述参考电压源，将所述第一电容元件充电到所述预定的第二参考电压，以及在所述第四开关元件处于导通状态时，通过经由所述积分电阻元件接地，将所述第一电容元件放电到地电压， 其中，所述占空比检测电路将所述第一电容元件两端上的电压作为所述检测电压输出， 其中，所述开关时间控制电路的导通时段控制电路包括 参考电流源，用于输出预定的参考电流； 第五开关元件，对所述第五开关元件进行控制，从而使得在所述第一开关元件处于导通状态时关断所述第五开关元件，以及在所述第一开关元件处于关断状态时关断所述第五开关元件；第二电容元件，连接在所述参考电流源和地之间，并且与所述第五开关元件并联连接；在所述第五开关元件处于关断状态时，利用所述参考电流源对所述第二电容元件进行充电，以及在所述第五开关元件处于导通状态时，通过接地来将所述第二电容元件放电到地电压；以及 第二比较器，用于将来自所述占空比检测电路的检测电压与所述第二电容元件两端上的电压进行比较，并且在所述第二电容元件两端上的电压大于所述检测电压时，输出所述第一开关时间控制信号。
4.如权利要求3所述的开关调节器，其中，所述占空比检测电路还包括第一分压电路，所述第一分压电路连接在所述参考电压源和所述第三开关元件之间，用于对所述第二参考电压进行分压，以供输出到所述第三开关元件。
5.如权利要求2所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路的占空比检测电路包括 参考电压源，用于生成预定的第二参考电压； 第三开关元件，所述第三开关元件的一个端子连接到所述参考电压源，并且对所述第三开关元件进行控制，从而使得结合所述第一开关元件来导通和关断所述第三开关元件； 充电参考电流源，连接到所述第三开关元件的另一个端子，用于生成预定的充电电流； 第四开关元件，所述第四开关元件的一个端子接地，并且对所述第四开关元件进行控制，从而使得结合所述第二开关元件来导通和关断所述第四开关元件； 放电参考电流源，连接在所述第四开关元件的另一个端子和所述充电参考电流源之间，用于输出预定的放电电流；以及 第一电容元件，连接在地和位于所述充电参考电流源和所述放电参考电流源之间的联结节点之间，在所述第三开关元件导通时，通过经由所述充电参考电流源连接所述参考电压源，以所述预定的充电电流对所述第一电容元件进行充电，以及在所述第四开关元件导通时，通过经由所述放电参考电流源接地，以所述预定放电电流对所述第一电容元件进行放电， 其中，所述占空比检测电路将所述第一电容元件两端上的电压作为所述检测电压输出， 其中，所述开关时间控制电路的导通时段控制电路包括 参考电流源，用于输出预定的参考电流； 第五开关元件，对所述第五开关元件进行控制，从而使得在所述第一开关元件处于导通状态时关断所述第五开关元件，以及在所述第一开关元件处于关断状态时关断所述第五开关元件； 第二电容元件，连接在所述参考电流源和地之间，并且与所述第五开关元件并联连接，在所述第五开关元件处于关断状态时，利用所述参考电流源对所述第二电容元件进行充电，以及在所述第五开关元件处于导通状态时，通过接地对所述第二电容元件进行放电；以及 第二比较器，用于将来自所述占空比检测电路的检测电压与所述第二电容元件两端上的电压进行比较，并且在所述第二电容元件两端上的电压大于所述检测电压时，输出所述第一开关时间控制信号。
6.如权利要求5所述的开关调节器，其中，所述占空比检测电路还包括第一分压电路，所述第一分压电路连接在所述参考电压源和所述第三开关元件之间，用于对所述第二参考电压进行分压，以供输出到所述第三开关元件。
7.如权利要求I所述的开关调节器，还包括第二分压电路，所述第二分压电路用于生成与所述输出电压对应的反馈电压，并且将所述反馈电压输出到所述第一比较器。
8.如权利要求I所述的开关调节器，其中，所述开关元件控制电路控制所述第一开关元件和所述第二开关元件，从而使得所述输出电压的时均电压基本上恒定。
9.一种电子设备，包括如权利要求I所述的开关调节器。
10.如权利要求9所述的电子设备，还包括与所述开关调节器的输出端子相连接的低通滤波器，其中通过所述低通滤波器输出所述输出电压。
11.一种用于将输入电压转换到预定输出电压的开关调节器，所述开关调节器包括 所述输入电压被输入到的输入端子； 所述输出电压被输出到的输出端子； 连接在所述输入端子和所述输出端子之间的第一开关元件； 连接在所述输出端子和地之间的第二开关元件； 第一比较器，用于将与所述输出电压对应的反馈电压与预定的第一参考电压相比较，并且在所述反馈电压小于所述第一参考电压时，生成第一开关时间控制信号，所述第一开关时间控制信号指示所述第一开关元件的导通时段的完成时刻； 开关时间控制电路，用于基于所述第二开关元件的导通时段的长度与所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通时段的长度和之比，生成第二开关时间控制信号，所述第二开关时间控制信号指示所述第二开关元件的导通时段的完成时刻；以及 开关元件控制电路，用于控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通/关断操作，从而基于所述第一开关时间控制信号和所述第二开关时间控制信号，相互交替地导通所述第一开关元件和所述第二开关元件。
12.如权利要求11所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路包括 占空比检测电路，用于输出检测电压，所述检测电压指示所述第二开关元件的导通时段的长度与所述第一开关元件和所述第二开关元件的导通时段的长度和之比；以及导通时段控制电路，用于基于所述检测电压，生成所述第二开关时间控制信号。
13.如权利要求12所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路的占空比检测电路包括 参考电压源，用于生成预定的第二参考电压；第三开关元件，所述第三开关元件的一个端子连接到所述参考电压源，并且对所述第三开关元件进行控制，从而使得结合所述第二开关元件来导通和关断所述第三开关元件；第四开关元件，所述第四开关元件的一个端子连接到所述第三开关元件的另一个端子，并且对所述第四开关元件进行控制，从而使得结合所述第一开关元件来导通和关断所述第四开关元件； 积分电阻元件，所述积分电阻元件的一个端子连接在地和位于所述第三开关元件和所述第四开关元件之间的联结节点之间；以及第一电容元件，连接在所述积分电阻元件的另一个端子和地之间，在所述第三开关元件处于导通状态时，通过经由所述积分电阻元件连接到所述参考电压源，将所述第一电容元件充电到所述预定的第二参考电压，以及在所述第四开关元件处于导通状态时，通过经由所述积分电阻元件接地，将所述第一电容元件放电到地电压， 其中，所述占空比检测电路将所述第一电容元件两端上的电压作为所述检测电压输出， 其中，所述开关时间控制电路的导通时段控制电路包括 参考电流源，用于输出预定的参考电流； 第五开关元件，对所述第五开关元件进行控制，从而使得在所述第二开关元件处于导通状态时关断所述第五开关元件，以及在所述第二开关元件处于关断状态时关断所述第五开关元件； 第二电容元件，连接在所述参考电流源和地之间，并且与所述第五开关元件并联连接，在所述第五开关元件处于关断状态时，利用所述参考电流源对所述第二电容元件进行充电，以及在所述第五开关元件处于导通状态时，通过接地将所述第二电容元件放电到地电压；以及 第二比较器，用于将来自所述占空比检测电路的检测电压与所述第二电容元件两端上的电压进行比较，并且在所述第二电容元件两端上的电压大于所述检测电压时，输出所述第二开关时间控制信号。
14.如权利要求13所述的开关调节器，其中，所述占空比检测电路还包括第一分压电路，所述第一分压电路连接在所述参考电压源和所述第三开关元件之间，用于对所述第二参考电压进行分压，以供输出到所述第三开关元件。
15.如权利要求12所述的开关调节器，其中，所述开关时间控制电路的占空比检测电路包括 参考电压源，用于生成预定的第二参考电压；第三开关元件，所述第三开关元件的一个端子连接到所述参考电压源，并且对所述第三开关元件进行控制，从而使得结合所述第二开关元件来导通和关断所述第三开关元件；充电参考电流源，连接到所述第三开关元件的另一个端子，用于生成预定的充电电流； 第四开关元件，所述第四开关元件的一个端子接地，并且对所述第四开关元件进行控制，从而使得结合所述第一开关元件来导通和关断所述第四开关元件； 放电参考电流源，连接在所述第四开关元件的另一个端子和所述充电参考电流源之间，用于输出预定的放电电流；以及 第一电容元件，连接在地和位于所述充电参考电流源和所述放电参考电流源之间的联结节点之间，在所述第三开关元件导通时，通过经由所述充电参考电流源连接所述参考电压源，以所述预定的充电电流对所述第一电容元件进行充电，以及在所述第四开关元件导通时，通过经由所述放电参考电流源接地，以所述预定放电电流对所述第一电容元件进行放电， 其中，所述占空比检测电路将所述第一电容元件两端上的电压作为所述检测电压输出，其中，所述开关时间控制电路的导通时段控制电路包括 参考电流源，用于输出预定的参考电流； 第五开关元件，对所述第五开关元件进行控制，从而使得在所述第二开关元件处于导通状态时关断所述第五开关元件，以及在所述第二开关元件处于关断状态时关断所述第五开关元件； 第二电容元件，连接在所述参考电流源和地之间，并且与所述第五开关元件并联连接，在所述第五开关元件处于关断状态时，利用所述参考电流源对所述第二电容元件进行充电，以及在所述第五开关元件处于导通状态时，通过接地将所述第二电容元件放电到地电压；以及 第二比较器，用于将来自所述占空比检测电路的检测电压与所述第二电容元件两端上的电压进行比较，并且在所述第二电容元件两端上的电压大于所述检测电压时，输出所述第一开关时间控制信号。
16.如权利要求15所述的开关调节器，其中，所述占空比检测电路还包括第一分压电路，所述第一分压电路连接在所述参考电压源和所述第三开关元件之间，用于对所述第二参考电压进行分压，以供输出到所述第三开关元件。
17.如权利要求11所述的开关调节器，还包括 第二分压电路，用于生成与所述输出电压对应的反馈电压，并且将所述反馈电压输出到所述第一比较器。
18.如权利要求11所述的开关调节器，其中，所述开关元件控制电路控制所述第一开关元件和所述第二开关元件，从而使得所述输出电压的时均电压基本上恒定。
19.一种电子设备，包括如权利要求11所述的开关调节器。
20.如权利要求19所述的电子设备，还包括与所述开关调节器的输出端子相连接的低通滤波器，其中通过所述低通滤波器输出所述输出电压。
全文摘要
本发明涉及开关调节器及包含该开关调节器的电子设备。提供了一种开关调节器，包括连接在输入端子和输出端子之间的第一开关元件；连接在输出端子和地之间的第二开关元件；开关时间控制电路，用于基于第一开关元件的导通时段的长度与第一开关元件和第二开关元件的导通时段的长度和之比，生成指示第一开关元件的导通时段的完成时刻的第一开关时间控制信号；比较器，用于在反馈电压小于参考电压时，生成指示第二开关元件的导通时段的完成时刻的第二开关时间控制信号；以及开关元件控制电路，用于控制第一开关元件和第二开关元件的开关，从而基于第一和第二开关时间控制信号，相互交替地导通第一开关元件和第二开关元件。
文档编号H02M3/156GK102801313SQ20121016035
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月22日 优先权日2011年5月27日
发明者野田一平 申请人:株式会社理光