开关稳压器及其控制方法技术

一种开关稳压器，其包括输出开关元件；整流开关元件；振荡电路；误差放大器电路；斜坡电路；第一电压比较电路；第二电压比较电路；单脉冲生成电路；控制电路；以及回流检测电路，以及其控制方法，其关于用于在PWM控制和PFM控制之间的切换的负载电流的目标值将变化抑制为稳定，并且即使包括例如芯片、线圈和电容器的外部元件的各种参数变化，也能够确保从PFM控制切换到PWM控制或从PWM控制切换到PFM控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种开关稳压器，并且具体地涉及一种非隔离型，该非隔离型开关稳压器具有脉冲宽度调制(在下文中称为PWM)控制模块和脉冲频率调制(在下文中称为PFM)控制模块，并且包括当负载电流减小时执行PFM控制的电感器。
技术介绍
近来，一直需要对电子设备进行省电。为了实现省电，重点放在降低电子设备消耗的电力，以及通过改进向电子设备提供电压的电源电路本身的效率来抑制电力的浪费性消耗。电源电路广泛使用能够以高效率提供输入电力的开关稳压器。在开关稳压器中，PWM控制或PFM控制是公知的。在PFM控制中，执行控制，使得当输出电压下降时，开关元件的接通时间段更长，并且当输出电压上升时，开关元件的接通时间段更短。在PWM控制中，执行控制，使得驱动脉冲的振荡频率恒定，并且脉冲宽度根据负载改变。此外，PFM还包括其中以某种固定频率控制接通时刻，并且跳过接通时刻，从而实现伪PFM控制操作的方法。作为PWM控制和PFM控制之间的自动切换的控制方法，例如日本专利号3647811和日本专利申请公开号2010-063276公开了一种配置，其中基于从来自开关稳压器的输出电压的部分电压值和来自参考电压源的参考电压之间的差生成的误差放大输出电压，将操作从PWM控制操作自动切换到PFM控制操作或从PFM控制操作自动切换到PWM控制操作。此外，例如，日本专利申请公开号2008-092712公开了一种配置，其中包括用于形成指示与PWM控制信号的脉冲宽度和PFM控制信号的脉冲宽度之间的差对应的差异时间的差异时间信号的差异时间生成部件，并且通过比较差异时间信号和用于根据基于差异时间信号的差异时间来形成PWM控制信号的参考信号来切换操作模式。此外，例如，日本专利申请公开号2009-213228公开了一种配置，其中包括对PWM控制信号的脉冲的数目和PFM控制信号的脉冲的数目进行计数的电路，并且以使得基于在PFM控制之下对脉冲进行计数的结果或在PWM控制之下对脉冲进行计数的结果控制操作模式的切换的方式，提供关于用于将模式从PFM控制转换到PWM控制和将模式从PWM控制转换到PFM控制的脉冲的数目中的每一个的脉冲的数目的参考。此外，例如，日本专利申请公开号2009-225642公开了一种配置，其中检测到从开关稳压器的输出流向输出开关侧的电感器电流的回流电流，并且基于其检测信号，控制从PFM控制向PWM控制或从PWM控制向PFM控制的切换。
技术实现思路
然而，在日本专利号3647811以及日本专利申请公开号2010-063276、2008-092712、2009-213228和2009-225642中描述的专利技术中，一直接通生成PFM脉冲宽度的电路和生成PWM脉冲宽度的电路，这导致其中消耗大量电流的状态。此外，存在发生关于用于切换PWM控制和PFM控制的负载电流的变化的问题，因为难以在宽范围中的输入和输出条件之下获得期望的负载电流。此外，在日本专利公开号2010-063276中描述的专利技术中，设置用于误差放大输出电压的电平检测电路的参考电压，使得用于切换操作模式的负载电流变为等于处于从控制以防止从电感器到输出开关侧的电感器电流的回流的非连续操作模式转换到连续操作模式的临界点的电流值。然而，日本专利公开号2010-063276并未公开其具体配置示例。本专利技术的目的在于解决上述问题，并且提供一种，该控制方法能够与相关领域相比关于用于在PWM控制和PFM控制之间的切换的负载电流的目标值将变化进一步抑制为稳定，并且即使包括例如芯片、线圈和电容器的外部元件的各种参数变化，也能够确保从PFM控制切换到PWM控制或从PWM控制切换到PFM控制。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供:一种非隔离型开关稳压器，其将输入到输入端子的输入电压转变为预定恒定电压，并且通过电感器从输出端子向负载输出恒定电压作为输出电压，并且具有在PWM控制和PFM控制之间的切换功能，开关稳压器包括:输出开关元件，其根据输入到控制电极的控制信号执行切换，并且使用输入电压对电感器进行充电；整流开关元件，当输出开关元件被断开以停止对电感器进行充电时，该整流开关元件对电感器进行放电；振荡电路，其输出具有预定振荡频率的时钟信号；误差放大器电路，其放大与输出电压成比例的反馈电压和预定第一参考电压之间的电压差，并且输出电压差作为误差电压；斜坡电路，其生成提供预先设置的电压改变的锯齿波，以便与输出开关元件的切换同步；第一电压比较电路，其比较锯齿波的电压和误差电压，并且生成和输出指示比较的结果的第一比较信号；第二电压比较电路，其比较误差电压和预定第二参考电压，并且生成和输出指示比较的结果的第二比较信号；单脉冲生成电路，其生成具有预定脉冲宽度的单脉冲信号；控制电路，其基于时钟信号、第一比较信号、第二比较信号和单脉冲信号控制输出开关元件和整流开关元件的切换；以及回流检测电路，其基于在输出开关元件和整流开关元件之间的连接点处的电压检测反向电流的生成的标志或反向电流的生成，反向电流通过电感器从输出端子流向整流开关元件侧，其中预定第二参考电压具有对输入电压和输出电压的依赖，并且被任意设置在锯齿波的下限值和上限值之间，以及控制电路控制振荡电路，使得振荡电路开始根据第二比较信号振荡操作来输出时钟信号，并且控制单脉冲生成电路，使得单脉冲生成电路输出生成单脉冲信号，控制第一电压比较电路，使得第一电压比较电路根据第二比较信号和时钟信号接通/断开，并且控制输出开关元件，使得单脉冲信号的脉冲宽度变为输出开关元件的接通时间段，控制电路在其中负载小于预定第一阈值的轻负载情况下，执行基于第二比较信号、时钟信号、单脉冲信号的脉冲宽度来执行PFM控制操作的控制，其中输出开关元件的切换周期改变，而其接通时间段固定，并且控制电路在其中负载不小于第一阈值或不小于大于第一阈值的第二阈值的重负载情况下，执行基于第二比较信号、时钟信号和来自第一电压比较电路的输出信号来执行PWM控制操作的控制，其中输出开关元件的接通时间段改变，而其切换周期固定，控制电路执行控制，使得基于第二比较信号和时钟信号自动切换PFM控制和PWM控制，并且第二电压比较电路基于作为回流检测电路的输出的回流检测信号和时钟信号改变第二比较信号的信号电平，以使得单脉冲信号具有对输入电压和输出电压的依赖，以基于输入电压和输出电压改变输出开关元件的接通时间段，并且以基于第二比较信号、回流检测信号和时钟信号的组合状态使用第一比较信号作为触发器输出单脉冲信号。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供:一种非隔离型开关稳压器的控制方法，其将输入到输入端子的输入电压转变为预定恒定电压，并且通过电感器从输出端子向负载输出恒定电压作为输出电压，并且具有在PWM控制和PFM控制之间的切换功能，开关稳压器包括:输出开关元件，其根据输入到控制电极的控制信号执行切换，并且使用输入电压对电感器进行充电；整流开关元件，当输出开关元件被断开以停止对电感器进行充电时，该整流开关元件对电感器进行放电；振荡电路，其输出具有预定振荡频率的时钟信号；误差放大器电路，其放大与输出电压成比例的反馈电压和预定第一参考电压之间的电压差，并且输出电压差作为误差电压；斜坡电路，其生成提供预先设置的电压改变的锯齿波，以便与输出开关元件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非隔离型开关稳压器，其将输入到输入端子的输入电压转变为预定恒定电压，并且通过电感器从输出端子向负载输出恒定电压作为输出电压，并且具有在PWM控制和PFM控制之间的切换功能，开关稳压器包括：输出开关元件，其根据输入到控制电极的控制信号执行切换，并且使用输入电压对电感器进行充电；整流开关元件，当输出开关元件被断开以停止对电感器进行充电时，该整流开关元件对电感器进行放电；振荡电路，其输出具有预定振荡频率的时钟信号；误差放大器电路，其放大与输出电压成比例的反馈电压和预定第一参考电压之间的电压差，并且输出电压差作为误差电压；斜坡电路，其生成提供预先设置的电压改变的锯齿波，以便与输出开关元件的切换同步；第一电压比较电路，其比较锯齿波的电压和误差电压，并且生成和输出指示比较的结果的第一比较信号；第二电压比较电路，其比较误差电压和预定第二参考电压，并且生成和输出指示比较的结果的第二比较信号；单脉冲生成电路，其生成具有预定脉冲宽度的单脉冲信号；控制电路，其基于时钟信号、第一比较信号、第二比较信号和单脉冲信号控制输出开关元件和整流开关元件的切换；以及回流检测电路，其基于在输出开关元件和整流开关元件之间的连接点处的电压，检测反向电流的生成的标志或反向电流的生成，反向电流通过电感器从输出端子流向整流开关元件侧，其中预定第二参考电压具有对输入电压和输出电压的依赖，并且被任意设置在锯齿波的下限值和上限值之间，以及控制电路控制振荡电路，使得振荡电路开始根据第二比较信号振荡操作来输出时钟信号，并且控制单脉冲生成电路，使得单脉冲生成电路输出生成单脉冲信号，控制第一电压比较电路，使得第一电压比较电路根据第二比较信号和时钟信号接通/断开，并且控制输出开关元件，使得单脉冲信号的脉冲宽度变为输出开关元件的接通时间段，控制电路在其中负载小于预定第一阈值的轻负载情况下，执行基于第二比较信号、时钟信号、单脉冲信号的脉冲宽度来执行PFM控制操作的控制，其中输出开关元件的切换周期改变，而其接通时间段固定，并且控制电路在其中负载不小于第一阈值或不小于大于第一阈值的第二阈值的重负载情况下，执行基于第二比较信号、时钟信号和来自第一电压比较电路的输出信号来执行PWM控制操作的控制，其中输出开关元件的接通时间段改变，而其切换周期固定，控制电路执行控制，使得基于第二比较信号和时钟信号自动切换PFM控制和PWM控制，并且第二电压比较电路基于作为回流检测电路的输出的回流检测信号和时钟信号的组合状态改变第二比较信号的信号电平，以使得单脉冲信号具有对输入电压和输出电压的依赖，以基于输入电压和输出电压改变输出开关元件的接通时间段，并且以基于第二比较信号、回流检测信号和时钟信号的组合状态使用第一比较信号作为触发器输出单脉冲信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：志和屋阳一，
申请(专利权)人：理光微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP