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CN100571000C - 包含直流-直流变换器控制电路的半导体器件 - Google Patents

包含直流-直流变换器控制电路的半导体器件 Download PDF

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Abstract

在组成升压/降压自动转换开关稳压器的直流-直流变换器控制电路中设置用于监测电源电压的电源检测电路，以便根据所述监测到的电源电压和所需要的输出电压值来查明直流-直流变换器控制电路的操作是升压操作还是降压操作。当查明直流-直流变换器控制电路的操作是电源电压上升时的降压操作时，执行所述控制，以便根据来自电源检测电路的输出信号，不输出激励脉冲。

Description

包含直流-直流变换器控制电路的半导体器件
技术领域
本发明一般涉及包含脉宽调制型(PWM)直流-直流变换器控制电路的集成半导体器件，所述半导体器件在低电压下工作并输出也用作自偏压的输出电压，更具体地说，涉及一种具有使升压操作和降压操作自动相互转换的功能的开关稳压器。
背景技术
图3显示一种具有使升压操作和降压操作自动相互转换的功能的传统开关稳压器的电路图。
升压/降压自动变换功能是根据输入电压值使升压操作和降压操作自动相互转换以获得所需输出电压的功能。
下文中将参考图3说明所述电路。直流-直流变换器控制电路包括泄漏电阻器电路206、参考电压电路201、误差放大器204、用于偏移误差放大器204的输出电压的电路205、三角波振荡器202、PWM比较器电路207和208、激励振荡器203、转换开关209和210以及输出缓冲电路211和212。
泄漏电阻器电路206输出通过按照电阻比将开关稳压器的输出电压VOUT分压而获得的电压。参考电压电路201是用于输出例如1V的恒定电压的参考电压源。
误差放大器204输出根据参考电压电路201的电压与通过利用泄漏电阻器的电阻比分压获得的电压之间的电位差确定的电压。
误差放大器输出电压偏移电路205输出通过偏移误差放大器204的输出电压而获得的电压。对于这种偏移宽度，一般采用包括偏移三角波振荡器202的三角波信号振幅的电压的方法。
PWM比较器电路207将三角波振荡器202的输出与误差放大器204的输出比较，由此输出PWM控制信号221。
PWM比较器电路208将三角波振荡器202的输出与误差放大器输出电压偏移电路205的输出比较，由此输出PWM控制信号222。
激励振荡器203是能够在例如1V的低电源电压下运行并输出激励脉冲220的振荡器。
转换开关209将PWM控制信号221和GND电位相互转换，以便通过输出缓冲电路211输出用于驱动P沟道MOSFET 213的驱动信号223。
转换开关210将PWM控制信号222和激励脉冲220相互转换，以便通过输出缓冲电路212输出用于驱动N沟道MOSFET 216的驱动信号224。
当PWM控制信号221和222具有足以使开关稳压器正常工作的电压(例如等于或大于2V)时，转换开关209和210是用于执行转换操作以便分别输出PWM控制信号221和222的电路。
当PWM控制信号221和222的电压没有达到足以使开关稳压器正常工作的电压时，诸如误差放大器204、误差放大器输出电压偏移电路205、三角波振荡器202及PWM比较器207和208这样的电路就不能正常工作。结果，不可能获得必须获得的PWM信号。在这种情况下，转换开关209和210将PWM控制信号221和222转换为GND电位和激励脉冲220，以便分别输出GND电位和激励脉冲220。
升压/降压自动转换开关稳压器包括直流-直流变换器控制电路、P沟道MOSFET 213、断路器线圈214、N沟道MOSFET 216、肖特基势垒二极管215和217以及电容器118，并因此启动升压/降压自动转换操作。
当使用具有多通道输出的直流-直流变换器控制电路实现低电压驱动时，采用上述电路配置是有效的，并且超过开关稳压器的输出电压VOUT的电压用于自偏压，或者也用于自偏压。
图4A和4B是说明传统的直流-直流变换器控制电路的操作顺序的时序图。
图4A显示升压操作中的直流-直流变换器控制电路的上升顺序。升压操作是开关稳压器电路的电源电压VDD等于或低于所需要的输出电压时的操作。
当加上电源电压之后输出电压VOUT不足时，转换开关209和210被用来将各侧转换为激励侧，由此分别将GND电位和激励脉冲输出到P沟道MOSFET驱动端子(下文简称为“PDRV端子”)223和N沟道MOSFET驱动端子(下文简称为“NDRV端子”)224。此时，开关稳压器根据激励脉冲执行升压操作，以升高输出电压VOUT。其后，当输出电压VOUT变成能够实现稳定操作的电压时，所述转换开关被用来执行转换操作，以便分别输出PWM控制信号，使得所述操作变成普通PWM操作。
图4B显示在降压操作中直流-直流变换器控制电路的上升顺序。降压操作是开关稳压器电路的电源电压VDD等于或大于所需要的输出电压时的操作。
象在升压操作中一样，当加上电源电压之后输出电压VOUT不足时，转换开关209和210被用来将各侧转换为激励侧，由此分别将GND电位和激励脉冲输出到PDRV端子和NDRV端子。此时，根据激励脉冲，开关稳压器电路执行升压操作，以升高输出电压VOUT。此后，当输出电压VOUT变成能够实现稳定操作的电压时，转换开关被用来执行转换操作，以便分别输出PWM控制信号，使得所述操作变成普通PWM操作。
如上所述，在电源电压上升时，由于输出电压VOUT从低电压升高到能够执行稳定操作的电压，所以，将升压输出信号从激励脉冲信号转换为PWM控制信号。由于使用PWM控制信号来输出与输出电压VOUT对应的脉冲信号，所以输出电压VOUT急定在所需的输出电压值(参照JP2002-233138A(图11))。
然而，激励脉冲信号是具有固定波形的脉冲信号，因此不是与输出电压VOUT对应的脉冲信号。因而，输出电压可能是易于随负载而变的。
在超载的情况下，可以想到需要执行升压操作的时间周期变长，或不执行升压操作。另一方面，在轻载的情况下，可以想到需要执行升压操作的时间周期变短，因此当执行转换操作以便输出PWM控制信号时波纹变大。
发明内容
为了解决与现有技术相关的上述问题而提出本发明，因此，本发明的一个目的是提供升压/降压自动转换开关稳压器，所述转换开关稳压器甚至在电源电压上升时能够稳定地工作。
为了达到上述目的，根据本发明，在构成升压/降压自动转换开关稳压器的直流-直流变换器控制电路中，设置用于监测测电源电压的电源检测电路。这样配置所述电源电压检测电路，以便根据监测到的电源电压和所需输出电压值来查明所述直流-直流变换器控制电路的操作是升压操作还是降压操作。然后，根据电源电压检测电路的输出信号控制直流-直流变换器控制电路的电源电压的上升顺序。
在本发明的直流-直流变换器控制电路中，当在接通电源过程中电源电压等于或大于所需输出电压时，不执行基于激励脉中的升压操作，并且升高输出电压以便达到PWM控制输出的稳定工作范围。因此，不管施加于开关稳压器输出端的负载的多少，输出电压肯定升高。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的实施例的开关稳压器的电路图；
图2A和2B是说明根据本发明的实施例的开关稳压器的操作顺序的时序图；
图3是根据现有技术例子的开关稳压器的电路图(部分以方块图的形式)；以及
图4A和4B是说明根据现有技术例子的开关稳压器的操作顺序的时序图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的开关稳压器的电路图。
直流-直流变换器控制电路包括泄漏电阻器电路106、参考电压电路101、误差放大器104、用于偏移误差放大器104的输出电压的电路105、三角波振荡器102、PWM比较器107和108、激励振荡器103、转换开关109和110、输出缓冲电路111和112以及电源检测电路125。电源检测电路125是用于监测电源电压VDD以识别电源电压VDD是比所希望的输出电压高还是低的电路。
泄漏电阻器电路106输出通过按照电阻比输出电压分压而获得的电压。相对于直流-直流变换器控制电路而言，泄漏电阻器电路106可以是机内型或外部型电路。参考电压电路101是用于输出例如1V恒定电压的参考电压源。
误差放大器104输出根据参考电压电路101的电压与通过泄漏电阻器电路106中的电阻比分压而获得的电压之间的电位差来确定的电压。
误差放大器输出电压偏移电路105输出通过偏移误差放大器104的输出电压而获得的电压。对于这种偏移宽度，通常采用包括偏移三角波振荡器102的三角波信号的振幅的电压的方法。
PWM比较器107将三角波振荡器102的输出与误差放大器104的输出相比较，从而输出PWM控制信号121。
PWM比较器108将三角波振荡器102的输出与误差放大器电压偏移电路105的输出相比较，从而输出PWM控制信号122。
激励振荡器103是可以工作在例如1V的低电源电压下并输出激励脉冲120的振荡器电路。
转换开关109将PWM控制信号121和GND电位互相转换，以便输出用于通过输出缓冲电路111来驱动P沟道MOSFET113的驱动信号123。转换开关110将PWM控制信号122和激励脉冲120互相转换，以便输出用于通过输出缓冲电路112来驱动N沟道MOSFET116的驱动信号124。
根据来自电源检测电路125的输出信号控制每个转换开关109和110。当PWM控制信号121和122具有足以使开关稳压器正常工作的电压(例如等于或大于2V)时，转换开关109和110是用于执行转换操作以便分别输出PWM控制信号121和122的电路。
当PWM控制信号121和122的电压没有达到足以使开关稳压器正常工作的电压时，诸如误差放大器104、误差放大器输出电压偏移电路105、三角波振荡器102及PWM比较器107和108的电路就不能正常工作。结果，不可能获得必须获得的PWM信号。在这种情况下，转换开关109和110将PWM控制信号121和122转换为GND电位和激励脉冲120，以便分别输出GND电位和激励脉冲120。
升压/降压自动转换开关稳压器包括直流-直流变换器控制电路、P沟道MOSFET113、断路器线圈114、N沟道MOSFET116、肖特基势垒二极管115和117以及电容器118，并因此启动升压/降压自动转换操作。
图2A和2B是说明根据本发明的实施例的开关急压器的操作顺序的时序图。
图2A显示在升压操作中直流-直流变换器控制电路的上升顺序。升压操作是在开关稳压器电路的电源电压VDD等于或低于所需输出电压时的操作。
当加上电源电压之后的输出电压VOUT不足时，转换开关209和210被用来将各侧转换为激励侧，由此分别将GND电位和激励脉冲输出到P沟道MOSFET驱动端子(下文简称为“PDRV端子”)123和N沟道MOSFET驱动端子(下文简称为“NDRV端子”)124。此时，开关稳压器根据激励脉冲执行升压操作，以提升输出电压VOUT。其后，当输出电压VOUT变成能够实现稳定操作的电压时，转换开关被用来执行转换操作，以便分别输出PWM控制信号，使得所述操作变成普通PWM操作。
图2B显示在降压操作中直流-直流变换器控制电路的上升顺序。降压操作是开关稳压器电路的电源电压VDD等于或大于所需要的输出电压时的操作。
当加上电源电压之后的输出电压VOUT不足时，转换开关209和210被用来将各侧转换为激励侧，由此分别将GND电位输出到PDRV端子。
此时，当电源检测电路125判断电源电压VDD等于或大于所需要的输出电压，即，操作处于降压操作状态中时，这样控制转换开关，以便不将激励脉冲输出到NDRV端子，而将GND电位输出到NDRV端子。当在开关稳压器电路中以这种方式控制转换开关109和110时，P沟道MOSFET113被接通而N沟道MOSFET116被断开。结果，输出电压VOUT上升到所需要的输出电压。
其后，当输出电压VOUT变成能够实现稳定操作的电压时，转换开关被用来执行转换操作，以便分别输出PWM控制信号，使得所述操作变成普通PWM操作。

Claims (1)

1、一种包括直流-直流变换器控制电路的半导体器件，所述直流-直流变换器控制电路用于根据电源电压与直流-直流变换器的输出电压之间的关系来选择执行升压操作和降压操作，并用于在升压操作中，在电源电压上升期间输出激励脉冲，所述直流-直流变换器控制电路包括：
将基于所述直流-直流变换器的输出电压的电压与参考电压进行比较的误差放大器；
用于使误差放大器的输出偏移的误差放大器输出电压偏移电路；
输出三角波脉冲的三角波振荡器；
输出激励脉冲的激励振荡器；
降压信号输出电路，其根据三角波脉冲和误差放大器的输出产生第一转换信号，并且当电源电压大于第一电压时输出第一转换信号；
升压信号输出电路，其根据三角波脉冲和误差放大器输出电压偏移电路的输出产生第二转换信号，当电源电压小于第一电压时输出第二转换信号，或者在电源电压上升期间输出激励脉冲；以及
电源电压检测电路，其检测电源电压，
其中，在电源电压上升期间并且电源电压大于第一电压时，电压检测电路禁止升压信号输出电路输出激励信号和输出信号。
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