电流型控制开关稳压器及其操作控制方法技术

公开了一种电流型控制开关稳压器，所述电流型控制开关稳压器将输入到输入端的输入电压降压或升压到预定的恒定电压，并且从输出端输出步阶的输入电压作为输出电压。电流型控制开关稳压器包括开关元件、电感器、整流元件、误差放大电路单元、具有可变的振荡频率的振荡电路单元、产生并输出具有与输入电压和振荡频率对应的倾斜的斜坡电压的斜坡电压产生电路单元以及开关控制电路单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在宽输入/输出电压范围以及宽频率范围内操作的电流型控制开关稳压器。
技术介绍
通常，已经广泛使用电压型控制开关稳压器。电压型控制开关稳压器根据输入 电压和参考电压之间的电压差来对开关元件执行PWM控制，由此稳定输出电压。但是， 由于电压型控制开关稳压器检测来自输出电压的返回信号，因此其对输出电压的波动的 响应速度较慢，并且放大输出电压和参考电压之间的电压差的误差放大电路的相位补偿 变得复杂。作为解决这些不足的技术，已经在许多情况下使用电流型控制开关稳压器。然 而，已知当PWM控制的执勤周期(on-duty cycle)超过50%时，电流型控制开关稳压器引 起次谐波振荡(subharmonic oscillation)，并且失去控制。因此对PWM控制执行斜坡补偿 (slope compensation)来防止次谐波振荡。图1是显示电流型控制开关稳压器的示例的电路图，其中该电流型控制开关稳 压器具有执行这样的斜坡补偿并呈现降压(stepdown)开关稳压器的电路。在图1中，当开关晶体管105导通时，将电力提供到电感器104、平滑电容器 102以及负载101。当开关晶体管105截止时，在电感器104以及平滑电容器102中积累 的能量被提供到负载101。电流/电压转换电路106具有电阻Rsense并且输出通过利用 电阻Rsense将馈送到电感器104的电流iL转换为电压而获得的所转换的电压VSenSe(= Rsense X iL)。此外，振荡电路110产生并输出预定的参考时钟信号CLK以及预定的锯齿波电 压Vramp。累积器108通过将锯齿波电压Vramp与所转换的电压Vsense相加来执行斜坡 补偿，并且将结果(作为斜坡电压Vs)输出到PWM比较器107的正相输入端。误差放 大器电路115放大参考电压Vref以及通过分压输出电压Vout获得的分压Vft之间的电压 差，并且将所产生的误差电压Ve输出到PWM比较器107的反相输入端。PWM比较器 107将误差电压Ve与斜坡电压Vs进行比较。当误差电压Ve超过斜坡电压Vs时，PWM 比较器107重置RS锁存电路112来截止开关晶体管105。因此，电感器电流iL的峰值 电流值依赖于误差电压Ve。在稳压输出电压Vout时，PWM比较器107在分压Vft大于参考电压Vref时降低误差电压Ve来降低输出电压Vout。此外，PWM比较器107在分压Vft小于参考电压 Vref时升高误差电压Ve来升高输出电压Vout。为了防止上述的次谐波振荡，需要执行斜坡补偿，使得在开关晶体管105截止 时，斜坡电压Vs的倾斜变为电感器电流iL的倾斜的一半或更多。具体地，在图1中，假设电感器104的电感是L，通过下面的公式(a)获得在开 关晶体管105导通时电感器电流iL的倾斜diL/dt。此外，通过下面的公式(b)获得在开关晶体管105截止时电感器电流iL的倾斜diL/dt。 diL/dt = (Vin-Vout) /L...(a) diL/dt = -Vout/L... (b)当锯齿波电压Vramp的倾斜是斜坡补偿Iramp时，通过下面的公式(C)获得此时 的斜坡补偿。Iramp > Vout/2/LX Rsense...(c)注意，在升压(step up)开关稳压器，公式(a)、(b)和(c)分别由下面的公式 (d)、(e)和(f)表示。diL/dt = Vin/L...(d)diL/dt = - (Vout-Vin) /L... (e) Iramp > (Vout-Vin)/L/2 X Rsense ...(f)如上所述，可以使用输出电压Vout和输入电压Vin的变量表示斜坡补偿Iramp。 当输入电压Vin和输出电压Vout是恒定值时，没有问题出现。然而，输入电压Vin和输 出电压Vout通常在很大的范围内波动。因此，当将斜坡补偿Iramp设置为固定值时，需 要将斜坡补偿Iramp设置到所期望的输入电压Vin和输出电压Vout的波动范围内的最大 值。然而，虽然在执行过度的斜坡补偿时可以防止次谐波振荡，但是丧失了电流反馈的 优势。结果，电流型控制开关稳压器像电压型开关稳压器那样操作，从而降低了其可控 性。为了处理该问题，根据输入/输出电压确定斜坡控制量来在宽输入/输出电压范围 内合适地执行斜坡补偿。(如，见专利文档1)。专利文档1 JP-2006-33958然而，在这种情况下，由于根据输入电压和输出电压改变斜坡补偿量，电路变 得复杂。此外，由于开关稳压器的通用IC(集成电路)通常具有用于产生通过分压输出 电压而获得的分压的外部电阻，并且不能监视输出电压，因此不能根据输出电压执行斜 坡补偿。另一方面，由设计人员选择的电感L随着开关稳压器的操作频率的变化而变 化。因此，当将斜坡补偿Iramp设置到固定值时，需要将其设置到所期望的输入电压 Vin,输出电压Vout的以及电感L的波动范围内的最大值。例如，当振荡电路的振荡频 率是2MHz、1MHz、500KHz和300KHz时，所选择的电感L分别是与振荡频率成反比的 2.2 μ H, 4.7 μ H, ΙΟμΗ和15μΗ。然而，如上所述，虽然可以在执行过度的斜坡补偿 时防止次谐波振荡，但是丧失了电流反馈的优势。结果，电流型控制开关稳压器像电压 型开关稳压器那样操作，从而降低了其可控性。然而，已知的开关稳压器不能根据电感 L执行斜坡补偿。
技术实现思路
已经做出本专利技术来解决以上问题，并且可以提供能够利用简单的电路在宽输入/ 输出电压范围和宽可变频率范围内防止次谐波振荡并抑制频率特性的波动的电流型控制 开关稳压器。具体地，降压开关稳压器根据输入电压和振荡频率改变斜坡电压的倾斜， 同时升压开关稳压器根据输出电压和振荡频率改变斜坡电压的倾斜。本专利技术还可以提供 电流型控制开关稳压器的操作控制方法。 根据本专利技术的第一方面，提供一种电流型控制开关稳压器，所述电流型开关稳 压器将输入到输入端的输入电压降压到预定的恒定电压，并且从输出端输出步阶的输入 电压(stepped input voltage)作为输出电压。电流型控制开关稳压器包括开关元件，用来 根据输入控制信号执行开关操作；电感器，用来通过开关元件的开关操作利用输入电压 充电；整流元件，用来放电电感器；误差放大电路单元，用来放大通过以预定比例分压 输出电压而获得的分压与预定的参考电压之间的电压差；具有可变振荡频率的振荡电路 单元，用来产生并输出具有所设置的振荡频率的时钟信号；斜坡电压产生电路单元，用 来产生并输出具有与输入电压和振荡频率对应的倾斜的斜坡电压；以及开关控制电路单 元，用来将误差放大电路的输出电压与斜坡电压进行比较，使用时钟信号产生与比较结 果对应的占空比的脉冲信号，并且根据脉冲信号对开关元件执行开关控制。根据本专利技术的第二方面，提供一种电流型控制开关稳压器，所述电流型开关稳 压器将输入到输入端的输入电压升压到预定的恒定电压，并且从输出端输出步阶的输入 电压(stepped input voltage)作为输出电压。电流型控制开关稳压器包括开关元件，用来 根据输入控制信号执行开关操作；电感器，用来通过开关元件的开关操作利用输入电压 充电；整流元件，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流型控制开关稳压器，所述电流型控制开关稳压器将输入到输入端的输入电压降压到预定的恒定电压，并且从输出端输出步阶的输入电压作为输出电压，所述电流型控制开关稳压器包括：　　开关元件，用来根据输入控制信号执行开关操作；　　电感器，用来通过所述开关元件的开关操作利用输入电压充电；　　整流元件，用来放电所述电感器；　　误差放大电路单元，用来放大通过以预定比例分压输出电压而获得的分压与预定的参考电压之间的电压差；　　具有可变振荡频率的振荡电路单元，用来产生并输出具有所设置的振荡频率的时钟信号；　　斜坡电压产生电路单元，用来产生并输出具有与输入电压和振荡频率对应的倾斜的斜坡电压；以及　　开关控制电路单元，用来将来自所述误差放大电路单元的输出电压与所述斜坡电压进行比较，使用时钟信号产生与比较结果对应的占空比的脉冲信号，并且根据所述脉冲信号对所述开关元件执行开关控制。

【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：相马将太郎，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：JP[日本]