Dc-dc轉換器的製作方法
2023-05-23 07:49:51 1
專利名稱：Dc-dc轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及產生恆定電壓的DC-DC轉換器，特別涉及具有軟啟動功能的 DC-DC轉換器電路。
背景技術：
作為現有的具有軟啟動功能的DC-DC轉換器，公知有圖6所示的結構。在圖6 中，作為一例，舉出了降壓型DC-DC轉換器。
基準電壓電路103與偏置電路134和電晶體132的漏極連接。電晶體132的柵 極與偏置電路131和電容133之間的連接點相連，源極與偏置電路135和作為節點Vref_ ss的誤差放大器101的同相輸入端子連接。誤差放大器101的反相輸入端子與FB端子 120連接，輸出端子與PWM比較器102的同相輸入端子連接。PWM比較器102的反相 輸入端子與三角波產生電路104連接，輸出端子與緩衝器107的輸入端子連接。緩衝器 107的輸出端子與EXT端子121連接。外置NchFET 114的柵極與EXT端子121連接， 漏極與線圈112和二極體的陽極連接，源極與地連接。在線圈的相反側，並聯連接有電 源端子110和電容111。二極體的陰極與電容115和輸出端子122連接。輸出端子122 與電阻117和電容116並聯連接。電阻118與電阻117連接，該連接點與FB端子120連 接。
當向電源端子110與地123之間供給電源電壓時，從偏置電路131流出電流，在 電容133中蓄積電荷，電晶體132的柵極電壓逐漸上升。這樣，電晶體132逐漸導通， 節點Vref_SS逐漸上升到基準電壓。誤差放大器的同相端子逐漸上升，所以，輸出也逐漸 上升。因此，關於PWM比較器102的輸出，通過對逐漸上升的誤差放大器101的輸出 與三角波產生電路104的輸出進行比較，由此，輸出從窄的佔空比(duty)的脈衝逐漸變 寬的佔空比的脈衝。該脈衝經由緩衝器107輸入到外置NchFET 114的柵極，控制輸出 電壓逐漸上升。通過控制輸出電壓逐漸上升，能夠防止產生過衝(overshoot)和突入電流 (例如參照專利文獻1)。
專利文獻1日本特開2005-51956號公報
為了抑制流過FET電晶體的突入電流，軟啟動電路要求幾毫秒(ms)的軟啟動時 間。在現有的電路中，由於要使節點Vref_SS逐漸上升，所以，需要幾毫秒來使該節點上 升。因此，例如在軟啟動電路的輸出在幾毫秒後才上升到Vref電壓(例如0.6V)這樣的 條件下，當設恆流電路131的電流為20nA時，需要IOOpF左右的電容。
進而，為了延長軟啟動時間，需要增大電容值，但是，從晶片尺寸增大的方面 看，這是難以實現的。另一方面，如果減小恆定電流值，則能夠在相同的電容值下延長 軟啟動時間，但是，在將恆定電流值設為大致IOnA以下的微小電流時，高溫時的漏電流 等將達到不能忽視的程度，將成為引起軟啟動電路工作不良的因素。因此，對於不改變 電容值而是通過減小恆定電流值、從而不改變晶片尺寸來延長軟啟動時間的方案而言， 其是存在極限的，在實用方面，認為恆定電流為20nA左右、電容值為IOOpF左右是妥當的。發明內容
本發明是為了解決上述課題而完成的，其目的在於，提供一種無需增大DC-DC 轉換器的軟啟動電路中使用的電容值即可延長軟啟動時間的軟啟動電路。
為了解決上述課題，本發明的具有軟啟動電路的DC-DC轉換器採用了以下結 構。
DC-DC轉換器具有軟啟動電路、PWM比較器電路、基準電壓電路、誤差放大 器、三角波產生電路和緩衝器，其特徵在於，在所述軟啟動電路中，恆流電路與第一切 換電路連接，所述第一切換電路的輸出與第一電容和第二切換電路連接，所述第二切換 電路的輸出與第二電容連接，所述第一切換電路輸入第一時鐘(CLOCK)信號，所述第二 切換電路輸入第二時鐘信號。
本發明的具有軟啟動電路的DC-DC轉換器在軟啟動電路中使用開關電容電路 來逐漸升高電壓，所以，無需像以往那樣增大軟啟動電路的電容值，即可延長軟啟動時 間。而且，能夠實現不增大晶片尺寸、消除輸出電壓的過衝、防止突入電流等的特性的 進一步的提高。
圖1是第1實施方式的具有軟啟動電路的DC-DC轉換器的電路圖。
圖2是第1實施方式的軟啟動電路的詳細電路圖。
圖3是說明第1實施方式的軟啟動電路的動作的圖。
圖4是第2實施方式的具有軟啟動電路的DC-DC轉換器的電路圖。
圖5是第2實施方式的軟啟動電路的詳細電路圖。
圖6是現有的具有軟啟動電路的DC-DC轉換器的電路圖。
標號說明
101 誤差放大器；102: PWM比較器電路；103、423 基準電壓電路； 104 三角波產生電路；105: NOR電路；106、402 軟啟動電路；107:緩衝器； 119、401 DC-DC 轉換器控制電路；131、134、135、205 偏置電路；201、202 切 換電路；206、407 比較器。
具體實施方式
下面，參照附圖來詳細說明用於實施本發明的方式。
實施例
圖1是第1實施方式的DC-DC轉換器的電路圖。
本實施方式的DC-DC轉換器控制電路119具有PWM比較器電路102、基準 電壓電路103、誤差放大器101、三角波產生電路104、NOR電路105、軟啟動電路106、 緩衝器107、FB端子120、以及EXT端子121。並且，如圖2所示，軟啟動電路106 具有恆流電路205、切換電路201、202、電容203、204、比較器206、CLOCK端子 207、CLOCKB端子208、檢測電壓端子209和SS輸出端子212。
接著，對DC-DC轉換器控制電路119的要素電路的連接和外置電路進行說明。
基準電壓電路103與誤差放大器101的同相輸入端子連接。誤差放大器101的 反相輸入端子與FB端子120連接，輸出端子與PWM比較器102的同相輸入端子連接。 PWM比較器102的反相輸入端子與三角波產生電路104連接，輸出端子與NOR電路105 的一個輸入端子連接。NOR電路105的另一個輸入端子與軟啟動電路106相連而進行輸 入，輸出端子與緩衝器107的輸入端子連接。緩衝器107的輸出端子與EXT端子121連 接。Nch(N溝道)電晶體114的柵極與EXT端子121連接，漏極與線圈112和二極體 113的陽極連接，源極接地。在線圈的相反側並聯連接有輸入電壓端子110和輸入電容 111。二極體113的陰極與Cout 115和輸出端子122連接。在輸出端子122處，並聯連 接有電阻117和電容116。電阻118與電阻117連接，其連接點與FB端子120連接。
對軟啟動電路106的連接進行說明。切換電路201的輸入端子與偏置電路205 連接，輸出端子與電容203和切換電路202的輸入端子連接。切換電路202的輸出端子 與電容204和比較器206的反相輸入端子連接。在比較器206的同相輸入端子上連接有 將線圈電流轉換為電壓(未圖示)的檢測電壓，比較器206的輸出端子與NOR電路105 的輸入端子連接。
接著，說明軟啟動電路106的動作。圖3示出了軟啟動電路的時序圖。如該圖 所示，在電源接通後，在CLOCK端子207上輸入矩形波信號。未作圖示，該矩形波信號 是通過對三角波產生電路104產生的矩形波信號進行分頻而生成的。並且，在CLOCKB 端子208上輸入使CLOCK端子207的信號反轉後的信號。當對CLOCK端子207輸入 了 Hi(高)信號時，切換電路201接通。然後，從恆流電路205向電容203流入電流， 進行電荷的蓄積，節點210的電位上升。接著，當CLOCK端子207變為Lo(低)時， CLOCKB端子208變為Hi，切換電路202接通。然後，電荷從電容203移動到電容204， 節點211的電位上升。接著，當進行信號切換而對CLOCK端子207輸入了 Hi信號、對 CLOCKB端子208輸入了 Lo信號時，切換電路201接通，切換電路202斷開。於是， 從恆流電路205向電容203流入電流，進行電荷的蓄積，節點210的電位上升。接著， 當再次進行信號切換而對CLOCK端子207輸入了 Lo信號、對CLOCKB端子208輸入了 Hi信號時，切換電路201斷開，切換電路202接通。於是，電荷從電容203移動到電容 204，節點211的電位進一步上升。這樣，節點211的電位逐漸升高。
電源接通後，在線圈中流過突入電流，檢測電壓急劇上升。此時，節點211的 電壓值低於檢測電壓，所以，比較器206輸出Hi。於是，NOR電路105輸出Lo，緩衝 器107輸出Lo，所以，EXT端子121為Lo，使NchFET 114截止。當NchFET 114截 止時，突入電流受到限制。當突入電流受到限制時，檢測電壓下降而低於節點211的電 壓，由此，比較器206輸出Lo。於是，停止使NchFET 114截止的動作，響應於PWM 比較器102的信號，從而輸出電壓上升。當輸出電壓急劇上升時，再次流過突入電流， 檢測電壓上升。此時，節點211的電壓逐漸升高，所以比上次時高。因此，在比上次時 高的檢測電壓下，比較器206發生反轉而輸出Hi。當比較器206輸出Hi時，進行動作以 便再次限制突入電流。反覆進行這種動作，同時逐漸升高節點211的電壓，所以，在逐 漸變高的檢測電壓下比較器發生反轉。這樣，通過在逐漸升高的檢測電壓下使比較器反 轉，由此，使Vout 122逐漸上升。
通過改變電容203、204的電容值，能夠調節軟啟動時間。通常，為了使儲存 在電容203中的電荷全部移動到電容204，電容204的電容值比電容203的電容值大。 在該結構中，在要延長軟啟動時間的情況下，是增大電容204的電容值來延長軟啟動時 間。但是，如果增大電容值，則晶片尺寸變大。這裡，如上述所示，是通過改變輸入到 CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信號的頻率，來調節使節點211逐漸升高的時 間。這樣，即使不增大電容值204，也能夠調節使節點211升高的時間。S卩，通過改變 輸入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信號的頻率，能夠調節軟啟動時間。由 此，不需要增大電容值，因此，無需增大晶片尺寸即可延長軟啟動時間。
圖4是第2實施方式的DC-DC轉換器的電路圖。本實施方式的DC-DC轉換器 控制電路401具有PWM比較器電路102、基準電壓電路部423、誤差放大器101、三角 波產生電路104、軟啟動電路402、緩衝器107、FB端子120、和EXT端子121。並且， 基準電壓電路部423具有比較器407、Nch(N溝道)電晶體405、Pch(P溝道)電晶體 406和基準電壓電路103。另外，如圖5所示，軟啟動電路402從圖2所示的電路中刪除 了比較器206和檢測電壓端子209。
對DC-DC轉換器控制電路401的要素電路的連接和外置電路進行說明。
基準電壓電路部423的輸出端子與誤差放大器101的同相輸入端子連接。誤差 放大器101的反相輸入端子與FB端子120連接，輸出端子與PWM比較器102的同相輸 入端子連接。PWM比較器102的反相輸入端子與三角波產生電路104連接，輸出端子與 緩衝器107的輸入端子連接。緩衝器107的輸出端子與EXT端子121連接。Nch晶體 管114的柵極與EXT端子121連接，漏極與線圈112和二極體的陽極連接，源極接地。 在線圈的相反側，並聯連接有電源端子110和輸入電容111。二極體的陰極與電容115和 輸出端子122連接。在輸出端子122處，並聯連接有電阻117和電容116。電阻118與 電阻117連接，其連接點與FB端子120連接。
在基準電壓電路部423中，比較器407的反相輸入端子與基準電壓電路103和 Nch電晶體405的源極連接，同相端子與軟啟動電路402的輸出和Pch電晶體406的源極 連接，輸出端子與Nch電晶體405的柵極和Pch電晶體406的柵極連接。Nch電晶體405 的漏極與基準電壓電路部423的輸出端子連接。Pch電晶體406的漏極與基準電壓電路部 423的輸出端子連接。
上述軟啟動電路402與第1實施方式同樣具有使節點211逐漸升高的功能。因 此，軟啟動電路402的輸出逐漸上升。電源接通時，軟啟動電路402的輸出低於基準電 壓電路103，所以，比較器407輸出Lo信號。於是，Pch電晶體406導通，Nch電晶體 405截止，從基準電壓電路部423的輸出端子輸出軟啟動電路402的輸出電壓。軟啟動 電路402的輸出逐漸升高，當比基準電壓電路103大時，比較器407的輸出從Lo切換為 Hi。於是，Pch電晶體406截止，Nch電晶體405導通，從基準電壓電路部423的輸出 端子輸出基準電壓電路103的電壓。基準電壓電路部423的輸出電壓與誤差放大器101 的同相輸入端子連接，所以，在電源接通時，當誤差放大器的同相端子逐漸上升時，誤 差放大器的輸出也逐漸上升。於是，通過對逐漸上升的誤差放大器101的輸出與三角波 產生電路104的輸出進行比較，由此PWM比較器102的輸出端子輸出從窄佔空比的脈衝 逐漸變寬的佔空比的脈衝。該脈衝經由緩衝器107輸入到Nch電晶體114的柵極，控制輸出電壓逐漸上升。可通過這種方式來增大軟啟動時間。
通過改變輸入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信號的頻率，能夠調 節使軟啟動電路402的節點211逐漸升高的時間、即軟啟動時間。因此，無需改變電容 203、204的大小即可延長軟啟動時間。由此，由於不用改變電容值，能夠在不增大晶片 尺寸的情況下，延長軟啟動時間。
如以上說明的那樣，根據本實施方式的DC-DC轉換器的軟啟動電路，可通過改 變輸入到CLOCK端子207和CLOCKB端子208的信號的頻率來改變軟啟動時間，所以， 具有如下效果能夠在不增大電容值、即不增大晶片尺寸的情況下，延長軟啟動時間。
權利要求
1.一種DC-DC轉換器，該DC-DC轉換器具有軟啟動電路、PWM比較器電路、基 準電壓電路、誤差放大器、三角波產生電路、緩衝器和NOR電路，其特徵在於，在所述軟啟動電路中，偏置電路與第一切換電路連接，所述第一切換電路的輸出與 第一電容和第二切換電路連接，所述第二切換電路的輸出與第二電容連接，所述第一切 換電路輸入第一時鐘信號，所述第二切換電路輸入第二時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特徵在於，所述軟啟動電路通過改變所述第一和第二切換電路的所述第一和第二時鐘信號的頻 率，來改變軟啟動時間。
3.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特徵在於，所述軟啟動電路的輸出被輸入到第二比較器的反相輸入端子，所述第二比較器的同 相輸入端子輸入檢測電壓，所述第二比較器的輸出與NOR電路連接，所述PWM比較器 電路的輸出與所述NOR電路的另一個端子連接，所述第二比較器的輸出作為線圈電流的 限制電平而逐漸升高。
4.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特徵在於，所述軟啟動電路的輸出與第三比較器的同相輸入端子和P溝道電晶體的源極連接， 所述基準電壓電路的輸出與所述第三比較器的反相輸入端子和N溝道電晶體的源極連 接，所述第三比較器的輸出與所述P溝道電晶體的柵極和所述N溝道電晶體的柵極連 接，所述P溝道電晶體的漏極和所述N溝道電晶體的漏極與所述誤差放大器的同相輸入 端子連接，逐漸升高基準電壓的電壓值。
全文摘要
本發明提供DC-DC轉換器。作為課題，無需增大軟啟動電路中使用的電容值，即可延長軟啟動時間。作為解決手段，通過逐漸升高線圈電流的限制電平或基準電壓，來增長軟啟動時間。通過改變輸入到切換電路的時鐘(CLOCK)信號的頻率，來調節軟啟動時間。不用為了延長軟啟動時間而增大電容值，所以，能夠在不增大晶片尺寸的情況下延長軟啟動時間。
文檔編號H02M3/155GK102025273SQ20101028642
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者上原治 申請人:精工電子有限公司