开关调节器的制作方法

本发明关于开关调节器，特别关于具备监视电源电压vin而防止误动作的电源监视电路的开关调节器。

背景技术：

开关调节器在电源电压vin显著下降时，存在内部电路误动作而在输出产生大电流或高电压的情况。为了防止此情况，开关调节器具备电源监视电路。

图7是示出现有的开关调节器的电路图。开关元件即pmos晶体管3对应输入的控制信号而进行开关。电感器5和输出电容器6对开关后的电压进行平滑化。二极管4在pmos晶体管3截止时流过电流。输出控制电路15以输出电压成为既定恒压的方式进行pmos晶体管3的开关控制。rs－ff电路13以误差比较器10的信号和导通时间控制电路11的信号为基础向输出控制电路15输出信号。误差比较器10以基准电压电路12的基准电压和分压电阻电路17的反馈电压为基础向rs－ff电路13输出信号。

电源监视电路40监视电源电压vin的变动，若电源电压vin低于既定电压，则向输出控制电路15输出检测信号。输出控制电路15若从电源监视电路40接受检测信号，则输出h电平的信号而使pmos晶体管3停止。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2005－328589号公报。

技术实现要素：

【发明要解决的课题】

然而，若追加用于确保安全性的保护电路或监视电路，则需要用于使该电路动作的电力，阻碍电子设备所要求的低功耗化。因此，开关调节器中存在难以做到确保安全性并且提高电力效率这一课题。

【用于解决课题的方案】

为了解决现有的课题，本发明的开关调节器设为如下的结构。

开关调节器，具备：监视输出电压的误差比较器；基于误差比较器的输出信号向开关元件的栅极输出控制信号的输出控制电路；以及若电源电压成为既定电压以下则向输出控制电路输出信号，使开关元件截止的电源监视电路，电源监视电路被输入基于输出控制电路的输出信号的信号，进行仅在既定期间动作的间歇动作。

【发明效果】

在电源电压vin为既定电压以上时电源监视电路进行间歇动作，从而减少电源监视电路的消耗电流，特别改善开关调节器轻负载时的效率。

能够适用于非同步整流、同步整流的任一方，也能够适用于固定频率控制、固定导通时间控制、固定截止时间控制的任一方。

在电源监视电路检测出低电压，停止开关动作后，能够检测出电源电压vin再次上升的情况，返回到通常动作状态。

附图说明

【图1】是示出本发明的第一实施方式的非同步整流开关调节器的电路例的图。

【图2】是示出本发明的第一实施方式的电源监视电路的动作的时序图的图。

【图3】是示出本发明的第一实施方式的定时器电路的电路例的图。

【图4】是示出本发明的第一实施方式的定时器电路的动作例的时序图。

【图5】是示出本发明的第一实施方式的电源监视电路的电路例的图。

【图6】是示出本发明的第二实施方式的同步整流开关调节器的电路例的图。

【图7】是示出现有的非同步整流开关调节器的电路例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的第一实施方式的开关调节器的电路例的图。图1是将向输入端子1输入的电源电压vin转换为恒压，作为输出电压vout向输出端子7输出的非同步整流型的开关调节器。

开关调节器100具备：开关元件3、二极管4、电感器5；输出电容器6、误差比较器10、导通时间控制电路11、基准电压电路12、rs－ff电路13、定时器电路14、输出控制电路15、缓冲器电路16、分压电阻电路17、以及电源监视电路20。

开关元件3及二极管4串联设置在输入端子1与接地端子2之间。电感器5设在输出端子7与开关元件3及二极管4的连接点之间。输出电容器6设在输出端子7与接地端子2之间。

基准电压电路12输出基准电压vref。分压电阻电路17输出对输出电压vout进行分压后的反馈电压vfb。误差比较器10比较基准电压vref与反馈电压vfb，向rs－ff电路13的置位端子s输出信号。导通时间控制电路11以rs－ff电路13的输出信号为基础，向rs－ff电路13的复位端子r输出信号。输出控制电路15接受rs－ff电路13的输出信号，经由缓冲器电路16控制开关元件3的动作，产生输出电压vout。

电源监视电路20监视电源电压vin，在既定电压以下的低电压状态的情况下向输出控制电路15输出信号，使开关元件3截止而防止误动作。定时器电路14接受从输出控制电路15输出的信号，使定时器计数，在经过固定时间后（称为计数时间），输出降低电源监视电路20的消耗电流的信号。

图2是示出本发明的第一实施方式的电源监视电路20的动作的时序图的图。

在电源电压vin为既定电压以上的情况下，在时刻t0开关元件3导通的同时接受定时器电路14的h信号，电源监视电路20启动而监视电源电压vin。而且，在从t0经过定时器电路14的计数时间的时刻t2停止电源监视。而且另外，在时刻t3开关元件3导通的同时电源监视电路20动作。这个期间电源监视电路20持续输出h信号。

这样，基于定时器电路14的计数时间使电源监视电路20反复进行动作和停止，因此能够实现功耗的降低。

在时刻t4若电源电压vin小于既定电压，则电源监视电路20输出电源电压vin下降信号即l信号，经由输出控制电路15停止开关元件3的动作。但是在时刻t4停止电源监视电路20的情况下，电源监视电路20不输出电源电压vin下降信号。在此情况下，开关元件3接着导通时，电源监视电路20同时启动而输出电源电压vin下降信号。

从开关元件3停止的时刻t4到再开始动作的时刻t5为止的期间，电源监视电路20始终继续进行电源电压vin的监视、检测动作。

其后电源电压vin上升，在时刻t5若超过既定电压，则电源监视电路20输出h信号，再开始开关元件3的动作。

图3是示出本发明的第一实施方式的定时器电路14的电路例的图。冲息脉冲电路41在从输出控制电路15向in端子输入使开关元件3截止的信号的情况下输出h信号。另一方面使开关元件3导通的信号从输出控制电路15输入的情况下，输出既定期间的l信号脉冲。

偏置电路42、43、44、45接受rs－ff电路61的输出的上升而导通，以施加到输入端子1的电源电压vin为基础输出电流。

电容器46与偏置电路42的输出连接，利用偏置电路42的电流来充电。电容器48与偏置电路44的输出连接，利用偏置电路44的电流来充电。电容器48的容量大于电容器46。因此电容器48直至既定电压为止的充电时间长于电容器46的充电时间。

nmos晶体管50在电容器46的充电电压成为阈值电压以上时导通，输出l信号。nmos晶体管51在电容器48的充电电压成为阈值电压以上时导通，输出l信号。

反相器56向rs－ff电路60的置位端子s和nmos晶体管53的栅极输出使nmos晶体管50输出的h/l信号反转后的信号。反相器57向rs－ff电路60的复位端子r和nmos晶体管52、54的栅极输出使nmos晶体管51输出的h/l信号反转后的信号。

nmos晶体管52、53与电容器46并联连接，若栅极被输入h信号则导通，释放电容器46的电荷。nmos晶体管54与电容器48并联连接，若栅极被输入h信号则导通，释放电容器48的电荷。

反相器55向开关47、49输出使从rs－ff电路61的输出端子q输出的h/l信号反转后的信号。

开关47与电容器46并联连接，经由反相器55接受rs－ff电路61输出的l信号而导通，释放电容器46的电荷。开关49与电容器48并联连接，经由反相器55接受rs－ff电路61输出的l信号而导通，释放电容器48的电荷。

rs－ff电路60基于向置位端子s和复位端子r输入的信号，由输出端子q输出信号，生成时钟信号。关于rs－ff电路61，置位端子s被输入冲息脉冲电路41的输出信号，复位端子r被输入从rs－ff电路60输出的时钟信号，从输出端子q输出信号。

定时器电路不局限于该电路例，若被输入触发信号则开始动作，若定时器经过设定时间则结束动作的电路即可。另外，这样的定时器电路在动作中途若有触发信号进入则从初始值重新再开始计数。

接着，以图4的示出本发明的第一实施方式的定时器电路14的动作例的时序图为基础，说明定时器电路14的动作。

在时刻t0，若输出控制电路15的输出信号输入定时器电路14的in端子，则冲息脉冲电路41输出l信号脉冲。此时，电容器46、48放电，充电电压成为l。

在时刻t1，h信号从冲息脉冲电路输出，输入rs－ff电路61的置位端子s。由此从rs－ff电路61输出的h信号使偏置电路42、43、44、45导通，开始电流的供给，对电容器46、48进行充电。同时rs－ff电路61的输出h信号通过反相器55反转，通过该l信号使开关47、49截止。

在时刻t2，若利用从偏置电路42供给的电流而电容器46的充电电压达到nmos晶体管50的阈值电压vth1，则nmos晶体管50导通，输出l信号。该l信号由反相器56转换为h信号，向rs－ff电路60的置位端子s输入。由此从rs－ff电路60的输出端子q输出h信号。该输出信号由反相器58反转，向rs－ff电路61的复位端子r输入。而且从out端子继续输出h信号。同时从反相器56输出的h信号使nmos晶体管53导通，使电容器46放电。容量值比电容器46大的电容器48的充电电压不会达到nmos晶体管51的阈值电压vth2，继续充电。

在时刻t3，若电容器48的充电电压达到nmos晶体管51的阈值电压vth2，则nmos晶体管51导通，输出l信号。该l信号由反相器57转换为h信号，向rs－ff电路60的复位端子r输入。另一方面，反相器57输出的h信号使nmos晶体管52、54导通，使电容器46、48放电。此时，nmos晶体管50截止，因此输出h信号，经由反相器56向rs－ff电路60的置位端子s输入l信号。向置位端子s输入l信号、向复位端子r输入h信号的rs－ff电路60，从输出端子q输出l信号。该l信号经由反相器58向复位端子r作为h信号而输入，rs－ff电路61输出l信号。

在时刻t4，输出控制电路15的输出信号向定时器电路14的in端子输入，冲息脉冲电路41输出l信号脉冲。rs－ff电路61在该l信号脉冲上升时输出h信号。

如以上那样定时器电路14输出周期的间歇信号，即在开关元件3导通时输出h信号，开始时间计数，在计数时间后输出l信号。该计数时间能够由电容器48的容量值、偏置电路44的电流值、nmos晶体管51的阈值电压设定。

另外在该例中将计数时间设定为比开关元件3的开关周期短。若使计数时间长于开关周期，则在计数时间到达前输入用于使开关元件3导通的信号，重新开始时间计数，因此定时器电路14持续输出h信号。

这样，通过调整计数时间和开关周期的关系，能够对应状况选择间歇输出或固定输出。

图5是示出本发明的第一实施方式的电源监视电路的电路例的图。电源监视电路20具备：分压电阻31、32；基准电压电路33；以及对输出信号进行闩锁的比较器34和偏置电路35。另外电源监视电路20具备控制从偏置电路35到比较器34的电流供给的开关36、和截断流入分压电阻31、32的电流的开关37。

在开关36、37截止的状态下，由分压电阻31、32构成的分压电阻电路的分压电压被上拉到电源电压vin。

若从定时器电路14接受h信号，则开关36和开关37变为导通，向分压电阻31、32及比较器34供给电流。比较器34通过比较分压电压和基准电压电路33输出的基准电压，监视电源电压vin。在分压电压为基准电压值以下的低电压的情况下，比较器34从out端子输出l信号。而且继续电源监视，直至判定为不是低电压为止。若分压电压成为基准电压值以上，则比较器34从out端子输出h信号。此时，开关36、37以从定时器电路14输入到in端子的信号为基础，进行导通/截止动作。比较器34在开关36截止时，对导通时的信号进行闩锁，从而从out端子输出间歇信号。用于判断电源电压vin是不是低电压的电源监视电路20中的电压，由基准电压电路33的基准电压值和分压电阻电路的分压比决定。

以上的采用定时器电路14和电源监视电路20的本发明的开关调节器，能够通过改变计数时间和开关周期的关系来控制间歇动作。

例如，在将计数时间设定为长于开关周期的情况下，通过与输出端子7连接的负载切换电源监视电路20的间歇动作和平常动作。

在重负载的情况下，电源监视电路20采取开关元件3以既定开关周期进行振荡动作的连续模式动作状态。因此即便接受输出控制电路15的信号而定时器电路14开始时间计数，在成为既定计数时间之前也会从输出控制电路15再次接受信号。其结果，定时器电路14持续输出导通信号，电源监视电路20不会成为间歇动作。

在轻负载的情况下，电源监视电路20转移到输出电压vout的变动变小、开关元件3的动作不会成为既定周期的振荡动作的不连续模式动作状态，频率减少。而且若开关周期大于计数时间，则定时器电路14输出导通/截止信号，电源监视电路20进行间歇动作。因而，能够降低电源监视电路20的功耗。

另外，在将定时器电路14的计数时间设定为短于开关周期的情况下，电源监视电路20不依赖于与输出端子7连接的负载而成为间歇动作。因此，能够进一步降低功耗。

以上的说明中，使定时器电路14的时间计数的开始与开关元件3导通同时开始，但即便与截止同时开始也无妨。

图6是示出本发明的第二实施方式的同步整流开关调节器的电路例的图。本实施方式的开关调节器具备进行与第1开关元件3相反的开关动作的第2开关元件71。另外，本实施方式的开关调节器具备驱动该第2开关元件71的缓冲器电路59，输出控制电路15控制该缓冲器电路59。

进而，本实施方式的开关调节器具备进行从输出端子7流向第2开关元件71的方向的反向电流检测的逆流检测电路72。该逆流检测电路72若检测出反向电流，则向输出控制电路15输出使第2开关元件71强制截止的信号。而且仅在第2开关元件71导通的期间进行检测动作，在第2开关元件71截止时同步地停止检测。为了实现该动作，本实施方式设为缓冲器电路59的输入信号同时被输入逆流检测电路72的结构。逆流检测电路72基于该信号切换动作和停止。

rs－ff电路62在置位端子s接受由反相器63对缓冲器电路16的输入信号进行反转后的信号。另外，在复位端子r接受逆流检测电路72的输出信号。因此rs－ff电路62在第1开关元件3导通的时侯输出h信号，在产生反向电流的时侯输出l信号。而且电源监视电路20在直至第1开关元件3导通而第2开关元件71截止为止的时间进行动作。

另外在重负载的连续模式动作状态时，电源监视电路20不会成为间歇动作，而持续平常动作。若变为轻负载，产生流过第2开关元件71的反向电流，则逆流检测电路72使第2开关元件71强制截止，并且停止电源监视动作。

因而，若变为轻负载，开关周期变长，则电源监视电路20变为间歇地进行动作，能够谋求功耗的削减。

此外，以上的说明中电源监视电路监视电源电压vin，通过停止开关调节器的动作来保护开关调节器，但是也能够适用于监视驱动开关调节器的电路内的控制电路的内部电源的监视电路。

另外，电源监视电路也能够适用于监视输出电压vout，检测到处于过电压状态的情况而停止开关调节器的动作的ovp（过压保护：overvoltageprotection）电路。

进而，电源监视电路也能够适用于检测到输出电压vout下降的情况而停止开关调节器的动作的uvp（欠压保护：undervoltageprotection）电路。

另外，电源监视电路20当然能够通过适当变更与rs－ff电路62的置位端子s和复位端子r的输入连接的反相器来设定在各种各样定时下的动作。

标号说明

10误差比较器；11导通时间控制电路；12、33基准电压电路；13、60、61、62rs－ff电路；14定时器电路；15输出控制电路；20电源监视电路；34比较器；35、42、43、44、45偏置电路；72逆流检测电路。