開關調節器和用於切換其輸出電壓的方法
2023-08-06 22:47:16 4
專利名稱：開關調節器和用於切換其輸出電壓的方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種可改變在可攜式設備中使用的輸出電壓的開關調節器(switching regulator)，並且特別涉及一種用於在增大輸出電壓時降低輸出電壓的過衝(overshoot)的開關調節器、以及用於切換開關調節器的輸出電壓的方法。
背景技術：
近年來，從環境作用的觀點看，節能已成為期望。在諸如蜂窩電話、數字相機等的使用電池的設備中，從增大電池的服務壽命的角度看，減小在設備中消耗的電力變得更加重要。出於這一目的，對於電源電路，廣泛地使用了其中使用電感器的、具有高效率和減小的尺寸的非絕緣逐步降低(step-down)型開關調節器(下文中稱為開關調節器)。該開關調節器在額定負載下是高效的。然而，由於開關調節器自身的電流消耗比較大，因此當設備處於諸如待機模式、睡眠模式等的輕負載驅動模式下時，設備的效率變得極低。
為了即使設備處於輕負載驅動模式下也能提高效率，日本公開專利申請第2002-300774號提供了用於通過在輕負載驅動模式下將PWM控制切換為PFM控制以便降低切換頻率來減小在開關調節器中消耗的電力的方法。
圖5是圖解開關調節器的例子的示意電路圖。
在圖5中，開關調節器100包括PWM控制電路101和PFM控制電路102。開關調節器100還包括在PWM控制電路101中驅動的開關元件103、以及在PFM控制電路102中驅動的另一開關元件104。
在正常操作模式中，PFM控制電路102停止操作。PWM控制電路101操作，以便控制導通和關斷開關元件103。在輕負載驅動模式中，PWM控制電路101停止操作。PFM控制電路102操作，以便控制導通和關斷開關元件104。
由於在執行PWM控制時使用的開關元件103中流動大量電流，因此增大元件103的尺寸以便降低導通阻抗(resistance)。然而，由於元件103的尺寸變大，因此這使得柵電容增大。
在將電流提供給負載(下文中稱為負載電流)的情況下開關調節器的損耗主要由歸因於開關元件103的導通阻抗的損耗構成。當負載電流較小時，開關調節器的損耗主要由歸因於開關元件103的柵電容的充電和放電的損耗構成。
因而，減小開關元件104的尺寸，以便即使開關元件104的導通阻抗較大，也將柵電容保持為較小。由此，提高了開關調節器的效率。
日本公開專利公布第2002-300774號公開了這樣的開關調節器。
然而，當允許開關調節器的輸出電壓從低電壓改變為高電壓時，具有在輸出電壓中產生過衝的問題，如圖6所示。另外，當具有高導通阻抗的開關元件在改變輸出電壓的同時改變為具有低導通阻抗的開關元件時，存在過衝變得更大的另一問題。
此外，在負載電流較小的輕負載驅動模式中，諸如使用開關調節器100作為用於操作的電源的CPU的負載電路經常停止操作，也就是說，負載電路處於睡眠模式或處於待機模式。在這樣的輕負載驅動模式中，負載電路的操作電壓可能經常小於正常驅動模式中的操作電壓。因而，降低開關調節器的輸出電壓以便降低負載電流是正常的。
然而，在將驅動模式從輕負載驅動模式變換為正常驅動模式的情況下，當將開關調節器的控制模式從PFM控制切換為PWM控制、並且同時將輸出電壓從低電壓改變為高電壓時，如上所述，在輸出電壓中產生過衝電壓。因而，存在導致CPU和其它電路中的故障的風險。
發明內容
本發明提供了一種開關調節器和用於切換其輸出電壓的方法，其可以降低在從輕負載驅動模式變換為正常驅動模式中提高輸出電壓時產生的過衝，並且基本上消除由相關技術的限制和缺點引起的一個或多個問題。
本發明的優選實施例提供了一種開關調節器，其將輸入電壓轉換為預定電壓，並且通過輸出端將該預定電壓輸出到負載。該開關調節器包括第一開關元件，其包含第一控制電極，根據輸入第一控制電極的控制信號而執行切換，並控制輸出輸入電壓；第二開關元件，其包括具有比第一開關元件的第一控制電極的電容大的電容的第二控制電極、以及比第一開關元件的導通阻抗小的導通阻抗。第二開關元件根據輸入第二控制電極的控制信號而執行切換，並控制輸出輸入電壓。該開關調節器還包括控制切換電路部分，其根據操作模式執行針對第一開關元件和第二開關元件兩者的PWM控制以及僅針對第二開關元件的PFM控制之一，使得從輸出端輸出的電壓為預定電壓；以及平滑電路，其平滑從第一開關元件和第二開關元件的每一個輸出的電壓，並將平滑後的電壓輸出到輸出端。當將執行PFM控制並且來自輸出端的電壓變為第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的電壓變為比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，控制切換電路部分在執行PWM控制的同時將來自輸出端的電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
根據本發明的至少一個實施例，提供了一種用於切換開關調節器的輸出電壓的方法。該開關調節器包括輸入端；輸出端；負載；第一開關元件，其包括第一控制電極，根據輸入第一控制電極的控制信號而執行切換，並控制輸出輸入電壓；以及第二開關元件，其包括具有比第一開關元件的第一控制電極的電容大的電容的第二控制電極、以及比第一開關元件的導通阻抗小的導通阻抗。第二開關元件根據輸入第二控制電極的控制信號執行切換，並控制輸出輸入電壓。允許該開關調節器改變輸出電壓，以便將從輸入端輸入的輸入信號轉換為預定電壓，並通過根據操作模式執行針對第一開關元件和第二開關元件兩者的PWM控制以及僅針對第二開關元件的PFM控制之一，而經由輸出端將所述預定電壓輸出到負載，該方法包括以下步驟當將執行PFM控制並且來自輸出端的電壓變為第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的電壓變為比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，在執行PWM控制的同時將來自輸出端的電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
根據上述開關調節器，當將執行PFM控制並且來自輸出端的輸出電壓變為預定的第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的輸出電壓變為比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，執行PWM控制，並且，將來自輸出端的輸出電壓從第一電壓逐漸增大到第二電壓。因而，減小了在增大輸出電壓時產生的過衝，使得可在不受過衝影響的情況下切換輸出電壓。此外，採用適於PWM控制和PFM控制的每一個的開關元件，以便增大PWM控制和PFM控制兩者的效率。
圖1是根據本發明第一實施例的開關調節器的配置例子。
圖2是圖解從輕負載驅動模式變換為正常驅動模式的操作例子的時序圖。
圖3是圖解圖1示出的控制電路10的操作例子的流程圖。
圖4是根據本發明第一實施例的開關調節器的另一配置例子。
圖5是圖解傳統的開關調節器的例子的示意電路圖。
圖6是圖解圖5示出的輸出電壓的波形例子的圖。
具體實施例方式
接下來，對在本發明的附圖中示出的優選實施例給出詳細描述。
(第一實施例)圖1是根據本發明第一實施例的開關調節器1的配置例子。
在圖1中，提供輸出電壓可變開關調節器，用於根據從DC電壓BAT輸入到作為輸入端的Vdd端的輸入電壓Vdd產生預定電壓，並將該預定電壓作為輸出電壓Vo從輸出端OUT輸出到負載20。
開關調節器1包括第一開關元件M1，其包含執行用於控制輸出輸入電壓Vdd的切換操作的PMOS電晶體；組成(comprise)平滑電路的另一開關元件M2、電感器L1和電容器(condenser)C1，所述另一開關元件M2包含NMOS電晶體、用於同步整流；以及輸出電壓檢測電阻器R1和R2，用於將輸出電壓Vo分壓，以便產生並輸出分壓電壓VFB。
此外，開關調節器1還包括標準電壓產生電路2，其包含根據輸入電壓設置信號VS而產生並輸出標準電壓Vref的D/A轉換器；誤差放大電路3，其將分壓電壓VFB與標準電壓Vref相比較，並根據該電壓比較結果而輸出輸出信號Err；以及PWM控制電路4，其通過根據來自誤差放大電路3的輸出信號Err對第一開關元件M1和用於同步整流的第二開關元件M2執行PWM控制，來控制第一開關元件M1和用於同步整流的第二開關元件M2的切換。
開關調節器1還包括第二開關元件M3，其包含比第一開關元件M1的CMOS電晶體小的CMOS電晶體，其中，第二開關元件M3控制輸出輸入到Vdd端的輸入電壓Vdd；PFM控制電路5，其根據誤差放大電路3的輸出信號Err而對第二開關元件M3執行PFM控制；振蕩電路OSC，其產生預定頻率的三角波信號TW，並將三角波信號TW輸出到PWM控制電路4和PFM控制電路5中的每個。第二開關元件M3具有比第一開關元件M1的導通阻抗大的導通阻抗、以及比第一開關元件M1的柵電容小的柵電容。
開關調節器1還包括第一開關SW1，其根據指示切換操作模式的切換信號FWS，將從PWM控制電路4輸出到第一開關元件M1的柵極的信號PD和從PFM控制電路5輸出的信號Spf中的一個輸出到第二開關元件M3的柵極。另外，開關調節器1包括過電流保護電路6，其執行以下步驟檢測流入電感器L1的電流，確定所檢測的電流是否超過預定值，以及當所檢測的電流超過預定值時，為PWM控制電路4關斷第一開關元件M1和用於同步整流的開關元件M2。
開關調節器1還包括虛(dummy)負載7，其為預定電流在其中流動的偽負載；第二開關SW2，其控制虛負載7與輸出端OUT的連接；以及控制電路10，其根據預定順序產生並輸出電壓設置信號VS以及切換信號FWS和DLS。應注意，標準電壓產生電路2、誤差放大電路3、PWM控制電路4、PFM控制電路5、振蕩電路OSC、電阻器R1和R2、第一和第二開關SW1和SW2、以及控制電路10組成控制切換電路部分。另外，標準電壓產生電路2、誤差放大電路3、PWM控制電路4、振蕩電路OSC、以及電阻器R1和R2組成PWM控制電路部分。標準電壓產生電路2、誤差放大電路3、PFM控制電路5、振蕩電路OSC、以及電阻器R1和R2組成PFM控制電路部分。第一開關SW1組成切換電路部分。控制電路10和第二開關SW2組成控制電路部分。此外，用於同步整流的開關元件M2、電感器L1和電容器C1組成平滑電路部分。
PWM控制電路4包括PWM電路11，其根據誤差放大電路3的輸出信號Err和振蕩電路OSC的三角波信號TW產生並輸出脈衝信號Spw，以便執行PWM控制；以及驅動電路12，其根據來自PWM電路11的脈衝信號Spw產生並驅動用來控制切換第一開關元件M1的控制信號PD、以及用來控制切換用於同步整流的開關元件M2的控制信號ND。
應注意，在開關調節器1中，除了電感器L1和電容器C1之外的每個部分被集成在IC中。該IC包括端子Vdd、LX、ECO、FB和GND。提供Vdd端作為開關調節器1的輸入端。GND端連接到地電壓。
DC電池BAT連接在Vdd端和GND端之間。將輸入電壓Vdd從DC電池BAT輸入到Vdd端。負載20連接在輸出端OUT和地之間。第一開關元件M1和第二開關元件M3並聯連接在Vdd端和LX端之間。用於同步整流的開關元件M2連接在LX端和地之間。另外，電感器L1連接在LX端和輸出端OUT之間。電容器C1連接在輸出端OUT和地之間。電感器L1和電容器C1之間的連接點連接到FB端。電阻器R1和R2串聯連接在FB端和地之間。
連接電阻器R1和R2的部分連接到誤差放大電路3的反相輸入端。將標準電壓Vref輸入到誤差放大電路3的非反相輸入端。將誤差放大電路3的輸出信號Err輸出到PFM控制電路5和組成PWM電路11的比較器的反相輸入端中的每一個。將來自振蕩電路OSC的三角波信號TW輸出到PFM控制電路5和PWM電路11的非反相輸入端中的每一個。將來自PWM電路11的脈衝信號Spw輸出到驅動電路12。將從PFM控制電路5輸出的脈衝信號Spf輸入到第一開關SW1的PFM端。
驅動電路12將用於控制切換第一開關元件M1的控制信號PD輸出到第一開關元件M1的柵極和第一開關SW1的PWM端的每一個。驅動電路12還將用來控制切換用於同步整流的開關元件M2的控制信號ND輸出到用於同步整流的開關元件M2的柵極。第一開關SW1的COM端連接到第二開關元件M3的柵極。過電流保護電路6監測流入LX端的電流，並將監測結果輸出到驅動電路12。另外，將來自控制電路10的切換信號FWS輸入到PFM控制電路5、過電流保護電路6、PWM電路11、驅動電路12和第一開關SW1中的每個。此外，第二開關SW2和虛負載7串聯連接在FB端和地之間。將切換信號DLS從控制電路10輸入到第二開關SW2。第二開關SW2根據切換信號DLS執行切換。
在上述配置中，切換信號FWS被提供用於在正常驅動模式和具有小於正常驅動模式的消耗電流的輕負載驅動模式之間切換。控制電路10根據從外部輸入到ECO端的控制信號而產生並輸出切換信號FWS。應注意，控制電路10可在負載20中流動的電流被測量並被發現處於預定值以下時輸出切換信號FWS，以便切換到輕負載驅動模式。或者，控制電路10可在包括開關調節器1的設備變換為待機模式時輸出切換信號FWS。應注意，輕負載驅動模式是第一操作模式，而正常驅動模式是第二操作模式。
首先，對切換信號FWS選擇正常驅動模式的情況給出描述。在此情況下，PFM控制電路5停止操作，並切斷PFM控制電路5中的消耗電流、或將電流消耗減至最小。同時，PWM電路11、驅動電路12和過電流保護電路6操作。開關調節器1作為同步整流型的開關調節器操作。此外，切換第一開關SW1，使得可以將COM端連接到PWM端。隨後，將來自驅動電路12的控制信號PD輸入到第二開關元件M3的柵極。
根據以上描述，第一和第二開關元件M1和M3中的每個執行切換操作。當第一和第二開關元件M1和M3處於導通(ON)狀態時，將電流提供給電感器L1。此時，用於同步整流的開關元件M2處於關斷(OFF)狀態。當第一和第二開關元件M1和M3中的每個處於關斷狀態時，用於同步整流的開關元件M2處於導通狀態。隨後，通過用於同步整流的開關元件M2傳送存儲在電感器L1中的能量。此時產生的電流在電容器C1中被平滑，並且經由輸出端OUT而被輸出到負載20。
此外，在輸出電壓檢測電阻器R1和R2中，從輸出端OUT輸出的輸出電壓Vo被分壓為分壓電壓VFB。隨後，將分壓電壓VFB輸入到誤差放大電路3的反相輸入端。由於標準電壓Vref被輸入到誤差放大電路3的非反相輸入端，因此分壓電壓VFB和標準電壓Vref之間的電壓差在誤差放大電路3中被放大，並被輸出到PWM電路11的反相輸入端。將來自振蕩電路OSC的三角波信號TW輸入到PWM電路11的非反相輸入端。PWM電路11將對其執行了PWM控制的脈衝信號Spw輸出到驅動電路12。
隨著開關調節器1的輸出電壓Vo增大，誤差放大電路3的輸出信號Err減小。來自PWM電路11的脈衝信號Spw的佔空比(duty cycle)也減小。結果，第一和第二開關元件M1和M3處於導通狀態的周期減小。將開關調節器1的輸出電壓Vo控制為降低。當開關調節器1的輸出電壓Vo變小時，執行與上述操作相反的操作。因而，將開關調節器1的輸出電壓Vo控制為恆定。
當開關元件M1和M3處於導通狀態時，過電流保護電路6將各個開關元件M1和M3的壓降與預定電壓相比較。當該壓降變為大於預定電壓時，過電流保護電路6輸出預定信號，以便停止驅動電路12的操作。當驅動電路12停止操作時，過電流保護電路6將控制信號PD設置為高電平，並將控制信號ND設置為低電平，使得第一和第二開關元件M1和M3以及用於同步整流的開關元件M2可被關斷。因而，停止來自輸出端OUT的輸出電流供應。
接下來，對切換信號FWS選擇輕負載驅動模式的情況給出描述。在此情況下，PFM控制電路5操作，而PWM電路11、驅動電路12和過電流保護電路6停止操作。其消耗電流被切斷或被減小到最小。此外，切換第一開關SW1，使得可以將COM端連接到PFM端。將對其執行了PFM控制的來自PFM控制電路5的脈衝信號Spf輸入到第二開關元件M3的柵極。第二開關元件M3根據來自PFM控制電路5的脈衝信號Spf而執行切換操作。此時，由於驅動電路12停止操作，因此用於同步整流的開關元件M2保持在關斷狀態。因而，通過連接在用於同步整流的開關元件M2的源極和漏極之間的寄生二極體D1傳送存儲在電感器L1中的能量。
這裡，通過參照圖2示出的時序圖和圖3示出的流程圖來給出在將輕負載驅動模式變換為正常驅動模式時的操作的描述。應注意，圖2示出的S1至S7對應於圖3示出的S1至S7。
在步驟S1中，由於選擇了輕負載驅動模式，因此控制電路10通過發送電壓設置信號VS來設置標準電壓產生電路2的標準電壓Vref，使得輸出電壓Vo等於作為預定電壓的第一電壓Vo1。此外，控制電路10利用切換信號FWS指示開關調節器1執行PFM控制，並利用切換信號DLS指示開關調節器1關斷第二開關SW2。
接下來，在步驟S2中，利用切換信號FWS，控制電路10指示開關調節器1執行PWM控制。隨後，在步驟S3中，控制電路10改變利用電壓設置信號VS輸出的標準電壓Vref，以便逐漸增大開關調節器1的輸出電壓Vo。此時，控制電路10通過改變從標準電壓產生電路2輸出的標準電壓Vref來調整輸出電壓Vo。標準電壓產生電路2包括D/A轉換器。
標準電壓產生電路2根據包括從控制電路10輸入的多個位的電壓設置信號VS的位的組合而產生並輸出電壓。控制電路10指示開關調節器1執行PWM控制，然後將電壓設置信號VS輸出到標準電壓產生電路2，以便將輸出電壓Vo增大αV。應注意，此時，作為輸出電壓的分量而產生過衝電壓。然而，輸出電壓Vo的改變(即αV)非常小，因此過衝電壓也較小。因而，不產生缺陷。
接下來，在步驟S4中，控制電路10確定電壓設置信號VS是否將標準電壓Vref設置為使得輸出電壓Vo可等於作為大於第一電壓Vo1的預定電壓的第二電壓Vo2。當電壓設置信號VS包含將標準電壓Vref設置為使得輸出電壓Vo可等於預定的第二電壓Vo2的數據(步驟S4中的「是」)時，操作隨後前進到步驟S5。反之，在步驟S4中，如果電壓設置信號VS包含將標準電壓Vref設置為使得輸出電壓Vo小於第二電壓Vo2的數據(步驟S4中的「否」)，那麼，操作返回步驟S3。換句話說，在步驟S3和S4中，開關調節器1的輸出電壓Vo從第一電壓Vo1逐漸增大到第二電壓Vo2。只要經過了預定周期，電壓設置信號VS的位的組合便改變，並且輸出電壓Vo增大αV。如步驟S4所示，當輸出電壓Vo達到第二電壓Vo2時，存儲電壓設置信號VS的位的組合，並將輸出電壓Vo固定為等於第二電壓Vo2。
利用第一電壓Vo1和第二電壓Vo2之間的電壓差以及組成標準電壓產生電路2的D/A轉換器的位數，來確定在一步上增大的輸出電壓的電壓增幅(amplification)α，以便防止過衝電壓影響負載20。例如，當將電壓增幅α設置為大約20mV時，固定電壓增幅α。因而，當第一電壓Vo1和第二電壓Vo2之間的電壓差變得更大時，用於達到第二電壓Vo2的步數增大。應注意，在圖2中，當輸出電壓Vo是第一電壓Vo1時，標準電壓Vr被分配為Vr1。當輸出電壓Vo是第二電壓Vo2時，標準電壓Vr被分配為Vr2。
接下來，在步驟S5中，控制電路10輸出切換信號DLS，以便將第二開關SW2切換到傳導狀態。因而，導通第二開關SW2，使得可以將虛負載7連接在輸出端OUT和地之間。
這裡，對為何連接虛負載的原因進行描述。
當將開關調節器1的控制從PFM控制切換為PWM控制時，由於流入負載20的電流基本上與輕負載驅動模式相同，因此負載20仍未處於正常驅動模式。由此，電流極低。如上所述，當在流入負載20的電流基本上為0的狀態下將PFM控制切換到PWM控制時，PWM電路11在切換控制之後立即執行諸如突發(burst)振蕩的異常操作。因此，輸出電壓Vo變得不穩定。
應注意，在增大輸出電壓Vo時，充電電流在連接到輸出端OUT的電容器C1中流動，以便防止PWM電路11執行諸如突發振蕩的異常操作。然而，在輸出電壓Vo變為等於第二電壓Vo2之後，PWM電路11執行異常操作。由此，輸出電壓Vo變得不穩定。為了避免該異常操作，在輸出電壓Vo變為等於第二電壓Vo2之後，將虛負載7連接到輸出端OUT，直到PWM電路11執行穩定操作為止。對於連接虛負載7的定時，可在切換到PWM控制之後立即連接虛負載7。然而，如上所述，由於在增大輸出電壓Vo時防止了異常操作，因此理想的是在輸出電壓Vo變為等於第二電壓Vo2之後立即連接虛負載7。
可在切換到PWM控制之後立即開始連接虛負載7，並且直到輸出電壓Vo達到第二電壓Vo2為止。然而，在此情況下，從連接虛負載7起直到輸出電壓達到第二電壓Vo2為止，流入虛負載7的電流消耗額外的電力(electricity)。
接下來，在步驟S6中，控制電路10在比正常執行的PWM控制所需的周期長的預定周期內將虛負載18保持連接。在步驟S7中，在經過了該預定周期之後，利用切換信號DLS，關斷第二開關SW2，以便終止該流程。因而，完成將輕負載驅動模式變換為正常驅動模式的操作。
應注意，可以使用續流二極體(flywheel diode)D2作為圖1所示的用於同步整流的開關元件M2的替代。在圖4中示出了此情況的配置。在圖4中，將相同的附圖標記分配給圖1示出的相同或基本相同的部件。圖4示出了這樣的配置例子，其中，續流二極體D2被置於IC之外。當使用適於集成的諸如PN結型的二極體作為續流二極體D2時，在IC內提供該續流二極體D2。
此外，根據以上描述，當將輸出電壓Vo從第一電壓Vo1增大到第二電壓Vo2時，輸出電壓Vo以αV的間隔均勻且逐漸地增大。本發明不限於此；可以將輸出電壓Vo從第一電壓Vo1逐漸增大到第二電壓Vo2，不管均勻還是不均勻。
因而，當將輕負載驅動模式變換為正常驅動模式時，在輸出電壓Vo為第一電壓Vo1的情況下，根據本發明第一實施例的開關調節器將PFM控制切換到PWM控制。隨後，輸出電壓Vo一點一點地逐漸增大。因此，可以將在增大輸出電壓Vo時產生的過衝控制為較小。由此，可在不受過衝影響的情況下切換輸出電壓Vo。此外，在將PFM控制變換為PWM控制之後立即連接虛負載，以便防止諸如突發振蕩的異常操作。
根據本發明的至少一個實施例，當從第一操作模式變換為第二操作模式時，在來自輸出端的輸出電壓等於第一電壓的情況下，控制切換電路部分從PFM控制切換到PWM控制。
根據本發明的至少一個實施例，開關調節器還包括預定電流在其中流動的虛負載。當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，控制切換電路部分在預定周期中將虛負載連接到輸出端。
根據本發明的至少一個實施例，控制切換電路部分包括PWM控制電路部分，其對第一開關元件執行PWM控制；PFM控制電路部分，其對第二開關元件執行PFM控制；切換電路部分，其控制將來自PWM控制電路部分和PFM控制電路部分的每一個的控制信號輸出到第二開關元件的第二控制電極；以及控制電路部分，其控制PWM控制電路部分、PFM控制電路部分、以及切換電路部分的操作。在第一操作模式中，控制電路部分停止PWM控制電路部分的操作，並指示切換電路部分將來自PFM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極。在第二操作模式中，控制電路部分操作PWM控制電路部分，並指示切換電路部分將來自PWM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極。當將第一操作模式變換為第二操作模式時，在控制電路部分停止PWM控制電路部分的操作、並指示切換電路部分將來自PWM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極的情況下，控制電路部分將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
根據本發明的至少一個實施例，開關調節器還包括預定電流在其中流動的虛負載。當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，控制電路部分在預定周期中將虛負載連接到輸出端。
根據本發明的至少一個實施例，在第一操作模式中流入負載的電流小於在第二操作模式中流入負載的電流。
根據本發明的至少一個實施例，當第一電壓和第二電壓之間的電壓差變大時，在控制切換電路部分中，將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓的步數增大。
根據本發明的至少一個實施例，串聯連接到第一開關元件的平滑電路部分包括用於同步整流的開關元件。當執行切換時，由控制切換電路控制用於同步整流的開關元件。第一開關元件、第二開關元件、控制切換電路部分、用於同步整流的開關元件、以及虛負載被集成到IC中。
根據本發明的至少一個實施例，用於切換開關調節器的輸出電壓的方法還包括以下步驟當從第一操作模式變換為第二操作模式時，在來自輸出端的輸出電壓為第一電壓的狀態下，將PFM控制切換到PWM控制。
根據本發明的至少一個實施例，開關調節器還包括預定電流在其中流動的虛負載。該方法還包括以下步驟當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，在預定周期中將虛負載連接到輸出端。
根據本發明的至少一個實施例，在用於切換開關調節器的輸出電壓的方法中，在第一操作模式中流入負載的電流小於在第二操作模式中流入負載的電流。
根據本發明的至少一個實施例，用於切換開關調節器的輸出電壓的方法還包括以下步驟當第一電壓和第二電壓之間的電壓差變大時，增大將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓的步數。
根據上述開關調節器，還安裝了預定電流在其中流動的、作為偽負載的虛負載。當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，控制切換電路部分在預定周期中將虛負載連接到輸出端。因而，即使在將PFM控制變換為PWM控制之後負載電流未立即增大，也可穩定地執行PWM控制。
此外，本發明不限於這些實施例，而是可在不背離本發明的範圍的情況下進行改變和修改。
本申請基於2004年11月26日提交的日本優先權申請第2004-342430號，通過引用而將其全部內容合併於此。
權利要求
1.一種開關調節器，其將輸入電壓轉換為預定電壓，並且通過輸出端將該預定電壓輸出到負載，該開關調節器包括第一開關元件，其包括第一控制電極，所述第一開關元件根據輸入第一控制電極的控制信號而執行切換，並控制輸出輸入電壓；第二開關元件，其包括具有比第一開關元件的第一控制電極的電容大的電容的第二控制電極、以及比第一開關元件的導通阻抗小的導通阻抗，所述第二開關元件根據輸入第二控制電極的控制信號而執行切換，並控制輸出輸入電壓；控制切換電路部分，其根據操作模式來執行針對第一開關元件和第二開關元件兩者的PWM控制以及僅針對第二開關元件的PFM控制中的一個，使得從輸出端輸出的電壓為預定電壓；以及平滑電路，其平滑從第一開關元件和第二開關元件的每一個輸出的電壓，並將平滑後的電壓輸出到輸出端，其中，當將執行PFM控制並且來自輸出端的電壓變為等於第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的電壓變為等於比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，控制切換電路部分在執行PWM控制的同時將來自輸出端的電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
2.如權利要求1所述的開關調節器，其中，當從第一操作模式變換為第二操作模式時，在來自輸出端的輸出電壓等於第一電壓的情況下，所述控制切換電路部分從PFM控制切換到PWM控制。
3.如權利要求1所述的開關調節器，還包括預定電流在其中流動的虛負載，其中，當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，所述控制切換電路部分在預定周期中將所述虛負載連接到輸出端。
4.如權利要求1所述的開關調節器，其中，所述控制切換電路部分包括PWM控制電路部分，其對第一開關元件執行PWM控制；PFM控制電路部分，其對第二開關元件執行PFM控制；切換電路部分，其控制將來自PWM控制電路部分和PFM控制電路部分的每一個的控制信號輸出到第二開關元件的第二控制電極；以及控制電路部分，其控制PWM控制電路部分、PFM控制電路部分、以及切換電路部分的操作；其中，在第一操作模式中，控制電路部分停止PWM控制電路部分的操作，並指示切換電路部分將來自PFM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極，其中，在第二操作模式中，控制電路部分操作PWM控制電路部分，並指示切換電路部分將來自PWM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極，並且其中，當從第一操作模式變換為第二操作模式時，在控制電路部分停止PFM控制電路部分的操作、並指示切換電路部分將來自PWM控制電路部分的控制信號排它地輸出到第二開關元件的第二控制電極的情況下，控制電路部分將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
5.如權利要求4所述的開關調節器，還包括預定電流在其中流動的虛負載，其中，當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，所述控制電路部分在預定周期中將所述虛負載連接到輸出端。
6.如權利要求1所述的開關調節器，其中，在第一操作模式中流入負載的電流小於在第二操作模式中流入負載的電流。
7.如權利要求1所述的開關調節器，其中，當第一電壓和第二電壓之間的電壓差變大時，在所述控制切換電路部分中，將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓的步數增大。
8.如權利要求3所述的開關調節器，其中，串聯連接到第一開關元件的平滑電路部分包括用於同步整流的開關元件，當執行切換時，由控制切換電路控制所述用於同步整流的開關元件，並且其中，第一開關元件、第二開關元件、控制切換電路部分、用於同步整流的開關元件、以及虛負載被集成到IC中。
9.一種用於切換開關調節器的輸出電壓的方法，所述開關調節器包括輸入端；輸出端；負載；第一開關元件，其包括第一控制電極，所述第一開關元件根據輸入第一控制電極的控制信號來執行切換，並控制輸出輸入電壓；以及第二開關元件，其包括具有比第一開關元件的第一控制電極的電容大的電容的第二控制電極、以及比第一開關元件的導通阻抗小的導通阻抗，所述第二開關元件根據輸入第二控制電極的控制信號來執行切換，並控制輸出輸入電壓，其中，允許所述開關調節器改變輸出電壓，以便將從輸入端輸入的輸入信號轉換為預定電壓，並且通過根據操作模式執行針對第一開關元件和第二開關元件兩者的PWM控制以及僅針對第二開關元件的PFM控制之一，而將所述預定電壓經由輸出端輸出到負載，所述方法包括以下步驟當將執行PFM控制並且來自輸出端的電壓變為第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的電壓變為比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，在執行PWM控制的同時將來自輸出端的電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
10.如權利要求9所述的用於切換開關調節器的輸出電壓的方法，所述方法還包括以下步驟當將第一操作模式變換為第二操作模式時，在來自輸出端的輸出電壓為第一電壓的狀態下，將PFM控制切換到PWM控制。
11.如權利要求9所述的用於切換開關調節器的輸出電壓的方法，所述開關調節器還包括預定電流在其中流動的虛負載，所述方法還包括以下步驟當來自輸出端的輸出電壓變為等於第二電壓時，在預定周期中將所述虛負載連接到輸出端。
12.如權利要求9所述的用於切換開關調節器的輸出電壓的方法，其中，在第一操作模式中流入負載的電流小於在第二操作模式中流入負載的電流。
13.如權利要求9所述的用於切換開關調節器的輸出電壓的方法，所述方法還包括以下步驟當第一電壓和第二電壓之間的電壓差變大時，增大將輸出電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓的步數。
全文摘要
開關調節器將輸入電壓轉換為預定電壓，並通過輸出端將該預定電壓輸出到負載。該開關調節器包括第一開關元件、第二開關元件、控制切換電路部分以及平滑電路。當將執行PFM控制並且來自輸出端的電壓變為第一電壓的第一操作模式變換為執行PWM控制並且來自輸出端的電壓變為比第一電壓大的第二電壓的第二操作模式時，控制切換電路部分在執行PWM控制的同時將來自輸出端的電壓以步進的方式從第一電壓逐漸增大到第二電壓。
文檔編號H02M3/04GK1922779SQ200580005508
公開日2007年2月28日 申請日期2005年11月24日 優先權日2004年11月26日
發明者加藤智成, 松尾正浩 申請人:株式會社理光