DC-DC转换器和其控制方法技术

本发明专利技术涉及DC-DC转换器和其控制方法。根据本发明专利技术的一方面的DC-DC转换器包括误差生成器、模式选择参考电压生成器、操作模式选择器以及驱动器控制器。误差生成器基于直流输出电压生成误差信号。模式选择参考电压生成第一模式选择参考电压和低于第一模式选择参考电压的第二模式选择参考电压。第一和第二模式选择参考电压基于包括在误差信号中的交流分量的幅值而变化。操作模式选择器将误差信号和第一和第二模式选择参考电压相比较。驱动器控制器根据比较结果，将直流输出电压的生成方法从PWM方法和PFM方法中的一个切换到另一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种DC-DC转换器及其控制方法，并且特别地涉及根据其输出电压切换控制方法的类型的DC-DC转换器以及其控制方法。
技术介绍
斩波型DC-DC转换器被已知为将直流输入电压转换为不同的直流输出电压的转换器电路。PFM(脉冲频率调制)方法和PWM(脉宽调制)能够被引入作为用于将DC-DC转换器的输出电压保持在预定范围内的控制方法。PFM方法改变提供到控制转换器的输出电压的切换设备的驱动信号的频率。根据 PFM方法，与PWM方法相比较，通常能够简化电路构造。特别地，在轻负荷的情形下，PFM方法具有能够增加驱动功率的使用效率的优势。然而，在PFM方法中，纹波电压高并且纹波频率变化，使得难以消除纹波。注意的是，纹波指示包括在转换器的直流输出电压中的交流分量。另一方面，PWM方法保持提供到切换设备的驱动信号的频率，并且改变驱动信号的脉冲宽度。以这种方式，切换设备的驱动频率是恒定的。因此，使用滤波器等能容易地消除纹波。然而，在PWM方法中，提供至切换设备的驱动信号的频率是恒定的，从而在预定的时序不断地驱动切换设备。因此，PWM方法具有在轻负荷的情形下能够减少驱动功率的使用频率的缺点。因此，提出了一种DC-DC转换器，当输出负荷重时DC-DC转换器使用PWM方法的驱动方式，并且当输出负荷轻时DC-DC转换器使用PFM方法的驱动方式。该DC-DC转换器监测基于输出电压生成的误差信号，并且切换操作模式。总之，当误差信号增加到基准电平时， 执行PFM — PWM切换，并且当误差信号处于基准电平之下时，执行PWM — PFM切换。然而， 当误差信号在基准电平附近变化时，误差信号持续地在基准电平上下波动。结果，不断地执行PWM方法/PFM方法切换，这引起输出电压变得不稳定的问题。在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开了一种DC-DC转换器，其防止上述不断的PWM方法/PFM方法切换。在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器中，PFM — PWM切换电平被设置为与PWM — PFM切换电平不同的电平， 使得能够迟缓执行PWM方法/PFM方法切换。图8是示出了在日本未审查专利申请公开 No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器中的操作模式切换的图。在图8中，模式选择参考电压Vmh表示PFM — PWM切换电平，并且模式选择参考电压Vml表示PWM — PFM切换电平。 如图8中所示，当误差信号经过用作PWM — PFM切换电平的模式选择参考电压Vml，并且增加到用作PFM — PWM切换电平的模式选择参考电压Vmh时，DC-DC转换器的操作模式从PFM方法切换到PWM方法。另一方面，当误差信号经过用作PFM — PWM切换电平的模式选择参考电压Vmh，并且下降到用作PWM — PFM切换电平的模式选择参考电压Vml时，DC-DC转换器的操作模式从PWM方法切换到PFM方法。
技术实现思路
然而，本专利技术人已发现下文描述的问题。根据日本未审查专利申请公开 No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器，DC-DC转换器的输出电压的纹波根据输入电压的增加而增加。因此，基于输出电压生成的误差信号的纹波也增加。以这种方式，当误差信号的纹波变得大于PWM — PFM切换电平和PFM — PWM切换电平之间的宽度时，不断地执行模式切换。图9是示出了当在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器的输入电压为低时的操作模式切换的图。当输入电压低时，误差信号的纹波小于模式选择参考电压Vmh和模式选择参考电压Vml之间的宽度(以下称为“迟滞宽度Vhy”，总之， Vhy = Vmh-Vml)。在该情形下，操作模式是稳定的。图10是示出了当日本未审查的专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器的输入电压为高时的操作模式切换的图。当输入电压高时，误差信号的纹波变得太大从而相对于迟滞宽度Vhy来说不能被忽略。当误差信号的纹波变得更大，足以横跨迟滞宽度时，不断地切换操作模式并且该操作变得不稳定。因此，不可能实现根据在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器中的输入电压变化的操作模式稳定性。本专利技术的第一方面是DC-DC转换器，包括误差生成器，其基于直流输出电压生成误差信号；模式选择参考电压生成器，其生成第一模式选择参考电压和低于第一模式选择参考电压的第二模式选择参考电压，第一和第二模式选择参考电压基于包括在误差信号中的交流分量的幅值而变化；操作模式选择器，其将误差信号与第一和第二模式选择参考电压进行比较；以及驱动器控制器，其根据比较的结果，将直流输出电压的生成方法从PWM方法和PFM方法中的一个切换到另一个。根据本专利技术的第一方面的DC-DC转换器，第一和第二模式选择参考电压与直流输入电压的增加相关联地降低。因此，能够在包括在误差信号中的交流分量(纹波)小的区域中切换操作模式。因此，能够稳定DC-DC转换器的操作。本专利技术的第二方面是DC-DC转换器的控制方法，包括基于直流输出电压生成误差信号；基于包括在误差信号中的交流分量的幅值，改变第一模式选择参考电压和低于第一模式选择参考电压的第二模式参考电压；将误差信号与第一和第二模式选择参考电压相比较；以及根据比较的结果，将直流输出电压的生成方法从PWM方法和PFM方法中的一个切换到另一个。根据本专利技术的第二方面的DC-DC转换器的控制方法，第一和第二模式选择参考电压与直流输入电压的增加关联地降低。因此，能够在包括在误差信号中的交流分量 (纹波)小的区域中切换操作模式。因此，能够稳定DC-DC转换器的操作。根据本专利技术，能够提供DC-DC转换器和其控制方法，其能够当输入电压变化时稳定地切换操作模式。附图说明结合附图，根据某些示例性实施例的以下描述，以上和其它方面、优点和特征将更加明显，其中图1是示出根据第一实施例的DC-DC转换器的构造的框图；图2是DC-DC转换器100的信号时序图；图3是示出当执行PWM控制时的直流输出电压Vout的变化的图；图4是示意性示出当直流输入电压Vin为高时在DC-DC转换器100的输入处的模式选择参考电压Vmh和Vml以及误差信号之间的关系的图；图5是模式选择参考电压生成器3的电路图；图6是示出当直流输入电压Vin为高时的DC-DC转换器100的迟滞宽度的变化的图；图7是操作模式选择器4的电路图；图8是示出在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器中的操作模式切换的图；图9是示出在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器的输入电压为低时的操作模式切换的图；以及图10是示出在日本未审查专利申请公开No. 2003-219637中公开的DC-DC转换器的输入电压为高时的操作模式切换的图。具体实施例方式第一实施例下文，将参考附图描述并入本专利技术的实施例。图1是示出根据第一实施例的DC-DC 转换器100的构造的框图。输入电容器13连接在DC-DC转换器的直流输入电压Vin和接地电压GND之间。此外，串联连接的驱动器PMOS晶体管9和驱动器NM本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＤＣ－ＤＣ转换器包括：误差生成器，所述误差生成器基于直流输出电压生成误差信号；模式选择参考电压生成器，所述模式参考电压生成器生成第一模式选择参考电压以及低于所述第一模式选择参考电压的第二模式选择参考电压，所述第一和第二模式选择参考电压基于包括在所述误差信号中的交流分量的幅值而变化；操作模式选择器，所述操作模式选择器将所述误差信号与所述第一和第二模式选择参考电压相比较；以及驱动器控制器，所述驱动器控制器根据比较的结果，将所述直流输出电压的生成方法从ＰＷＭ方法和ＰＦＭ方法中的一个切换至另一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤洋直，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP