控制直流-直流变换器的方法和电路技术

本发明专利技术提供了一种在低负载状态减小反向电流和提高输出电压响应速度的ＤＣ－ＤＣ变换器。误差放大电路从输出电压产生误差信号。根据误差信号，脉冲信号产生电路产生第一脉冲信号。比较电路从误差信号产生比较结果信号。驱动信号产生电路产生恒定电平的信号和第二脉冲信号。输出电路接收第一脉冲信号和恒定电平信号或第二脉冲信号，从而产生第一和第二驱动信号以驱动第一和第二晶体管。当接收到恒定电平信号时，输出电路根据第一脉冲信号产生第二驱动信号，当接收到第二脉冲信号时，输出电路根据第一和第二脉冲信号产生第二驱动信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及DC-DC (直流一直流)变换器，尤其涉及控制DC-DC 变换器的方法和电路。
技术介绍
目前，便携式电子设备得到广泛应用。电子设备上装有作为驱动电源 的电池。电子设备的使用和放电减小了电池的输出电压。因此，在电子设 备中部署了用于把电池电压变换成恒定电压的直流电压变换电路(DC-DC 变换器)。当DC-DC变换器的负载波动时，输出电压必须根据这些波动 进行控制。并且要求加快这种响应的速度。在现有技术中，便携式电子设备中使用的紧凑开关型DC-DC变换器 (开关稳压器)具有令人满意的变换效率。开关稳压器是一个脉宽调制 (PWM)稳压器，其交替地导通主开关晶体管和同步晶体管。当主开关晶 体管导通时，能量从开关稳压器的输入端提供到输出端。当主开关晶体管 截止时，释放电感器中积累的能量。根据输出电压或输出电流，通过控制 驱动主开关晶体管的脉冲信号的脉宽，可以使输出电压基本保持不变。当负载很小时，当主开关晶体管处于截止时(即同步晶体管导通 时)，电流经过同步晶体管从负载流向大地。这会造成能量损失。为了防 止这种能量损失，在现有技术中提出了以下方法。日本专利特许公开号2006-166667描述了将整流二极管(飞轮)与同 步晶体管并联，并根据负载截止同步晶体管的二极管整流方法。日本专利 特许公开号2002-281743描述了用于检测电流的反向流动和截止同步晶体 管的DC-DC变换器。日本专利特许公开号2002-354787描述了用于估计流 经线圈的电流和根据估计电流截止同步晶体管的DC-DC变换器
技术实现思路
本专利技术的一个方面是从输入电压产生输出电压的DC-DC变换器。该DC-DC变换器包含用于接收输入电压的第一晶体管。第二晶体管与第一晶 体管相连。扼流线圈包含与第一和第二晶体管之间的连接点进行连接的第 一端以及将输出电压输出的第二端。误差放大电路将输出电压与第一参考 电压进行比较并产生一个误差信号。脉冲信号产生电路产生与误差信号一 致的第一脉冲信号。比较电路将误差信号与第二参考电压进行比较并产生 一个比较结果信号。比较结果信号处于第一种逻辑状态或第二种逻辑状 态。驱动信号产生电路接收比较结果信号并产生一个恒定电平信号或第二 脉冲信号。当接收的比较结果信号处于第一种逻辑状态时，驱动信号产生 电路产生恒定电平信号，当接收的比较结果信号处于第二种逻辑状态时， 驱动信号产生电路产生第二脉冲信号。输出电路接收第一脉冲信号，以及 恒定电平信号或第二脉冲信号，并且产生第一和第二驱动信号以分别驱动 第一和第二晶体管。当接收到恒定电平信号时，输出电路依照第一脉冲产 生第二驱动信号，当接收到第二脉冲信号时，输出电路用第一和第二脉冲 信号产生第二驱动信号。本专利技术的又一个方面是从输入电压产生输出电压的DC-DC变换器的 控制方法。该DC-DC变换器包含用于接收输入电压的第一晶体管，与第 一晶体管相连的第二晶体管，以及与第一和第二晶体管之间的连接节点相 连的扼流线圈。该方法包含通过将输出电压与第一参考电压进行比较产生 误差信号，根据误差信号产生第一脉冲信号，通过比较误差信号和第二参 考电压产生比较结果信号，当比较结果信号处于第一种逻辑状态时，产生 恒定电平信号，当比较结果信号处于第二种逻辑状态时，产生第二脉冲信 号，接收第一脉冲信号并接收恒定电平信号或第二脉冲信号，并产生第一 和第二驱动信号以分别驱动第一和第二晶体管。产生第一和第二驱动信号 的步骤包含当比较结果信号处于第一种逻辑状态时，根据第一脉冲信号 产生第二驱动信号，当比较结果信号处于第二种逻辑状态时，根据第一和 第二脉冲信号产生第二驱动信号。在以下说明中结合附图，通过实例方式阐述本专利技术的原理，从而本专利技术的其他方面和优点是显而易见的。 附图说明通过参考优选实施例的说明以及附图，可以更好的理解本专利技术及其目 的和优点。在附图中图1是传统的DC-DC变换器的示意性工作波形图；图2是根据本专利技术第一实施例的DC-DC变换器的电路原理框图；图3A是描述处于第一种状态的图2 DC-DC变换器工作的示意性波形图；图3B是描述处于第二种状态的图2 DC-DC变换器工作的示意性波形图；图4是图2 DC-DC变换器的示意性工作波形图；图5是根据本专利技术第二实施例的DC-DC变换器的电路原理框图；和图6是图5 DC-DC变换器的示意性工作波形图。具体实施方式参考图1 ，上述每个文献描述的DC-DC变换器中，当输出电流lout由 于负载的改变而突然减小时，需要一定时间输出电压Vo才稳定在所需电 压(箭头A表示的电平)。如上所述，如果主开关晶体管导通时同步晶体 管未被截止(即允许电流反向流动)，那么输出电压Vo在很短的时间内 稳定。然而，大于或等于规定值的大电流ILX反向流过线圈。本专利技术提供了一种DC-DC变换器和控制这种DC-DC变换器的方法， 当负载很小时，其减小了反向电流并加快了输出电压的响应速度。本专利技术 还提供了 DC-DC变换器和控制这种DC-DC变换器的方法，其防止了正常 状态下电流的反向流动，并且当负载很小时，在减小电流反向流动的同时 提高了输出电压的响应速度。附图中，相同的附图标记表示相同的元件。现在，参考图2至图4说明本专利技术第一实施例的DC-DC变换器10。 图2是DC-DC变换器10的电路原理框图。DC-DC变换器10通过减小输入电压VDD产生输出电压Vo。DC-DC变换器IO是电流控制型DC-DC变换器，包含控制电路11， 扼流线圈Ll，平滑电容器Cl，吸收电路12。 DC-DC变换器IO用于通过 实施电流模式工作，稳定输出电压Vo。在电流模式工作中，误差放大器 放大参考电压和输出电压Vo之间的差别并产生放大的电压。进一步的， 电流比较器将放大的电压和与流经扼流线圈U的电流成正比的电压进行 比较。通过根据电流比较器的输出控制扼流线圈Ll的峰值电流，DC-DC 变换器稳定输出电压Vo。扼流线圈Ll具有连接到控制电路11输出端的第一端和连接到作为负 载的半导体集成电路设备(未示出)的第二端。控制电路11经由扼流线 圈Ll向负载提供输出电压Vo。连接到扼流线圈Ll的第二端的平滑电容 器Cl对输出电压Vo进行平滑。输出电压Vo作为反馈信号FB提供给控 制电路ll。吸收电路12与扼流线圈Ll并联。当第一晶体管Tl和第二晶体管T2 都截止时，具有串联的电阻器和电容器的吸收电路12抑制谐振。也就是 说，吸收电路12减少DC-DC变换器IO输出中的振铃。反馈信号FB提供给控制电路11中的电阻器Rl的第一端。电阻器Rl 的第二端连接到电阻器R2的第一端。电阻器R2的第二端连接到地。电阻 器Rl和R2形成分压电路。分压电路通过用电阻器Rl和R2分配反馈信 号FB的电压或输出电压Vo，产生分压V1。把分压VI提供给作为误差放 大电路的误差放大器21的反相输入端。从参考电源el把参考电压Vrl提 供给误差放大器21的同相输入端。误差放大器21放大分压(该分压与输 出电压Vo成比例)和参考电压Vrl之间的差，并产生误差信号Sl。然 后，误差放大器21把误差信号SI提供给脉冲信号产生电路31中的电流 比较器22。电流比较器22包含用于从误差放大器21接收误差信号SI的反相输 入端和用于接收电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从输入电压（ＶＤＤ）产生输出电压（Ｖｏ）的直流－直流变换器（１０），该直流－直流变换器的特征在于：第一晶体管（Ｔ１），用于接收所述输入电压；第二晶体管（Ｔ２），与所述第一晶体管连接；扼流线圈（Ｌ１），具有与所述第 一晶体管和所述第二晶体管之间的连接节点（Ｎ１）连接的第一端和用于输出所述输出电压的第二端；误差放大器电路（２１），将所述输出电压与第一参考电压（Ｖｒ１）进行比较以产生误差信号（Ｓ１）；脉冲信号产生电路（３１），产生与所述误差 信号一致的第一脉冲信号（Ｓ３）；比较电路（２８），将所述误差信号与第二参考电压（Ｖｒ２）进行比较并产生比较结果信号（Ｓ４），所述比较结果信号（Ｓ４）处于第一种逻辑状态或第二种逻辑状态；驱动信号产生电路（２９），用于接收所述比 较结果信号并产生恒定电平信号或第二脉冲信号，当接收到所述第一种逻辑状态的比较结果信号时，所述驱动信号产生电路产生所述恒定电平信号，当接收到所述第二种逻辑状态的比较结果信号时，产生所述第二脉冲信号；和输出电路（３２），用于接收所述第一 脉冲信号，以及接收所述恒定电平信号或所述第二脉冲信号，并产生第一驱动信号和第二驱动信号（ＤＨ，ＤＬ），所述第一驱动信号和第二驱动信号分别驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管，当接收到所述恒定电平信号时，所述输出电路根据所述第一脉冲信号产生所述第二驱动信号，当接收到所述第二脉冲信号时，所述输出电路利用所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号产生所述第二驱动信号。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：笠井稔彦，国分政利，加藤兼士，
申请(专利权)人：富士通微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]