本发明专利技术涉及用于开关调节器的集成电路器件及其设计方法。一种用于开关调节器的集成电路器件，包括：控制器，其构造为基于要从开关调节器提供至负载电路的输出电压来生成用于开关调节器的电流模式控制的数字运行信号；以及开关脉冲生成部，其构造为基于数字运行信号来设定用于控制设置在开关调节器中的开关电路的接通和断开的开关脉冲信号的时间比。该控制器是基于与开关电路的开关频率相同频率的主时钟来操作的数字电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及开关调节器，且特别涉及可适用于开关调节器的开关电源IC及其设计方法。
技术介绍
为了实现安装了 IC和微型计算机的设备的稳定操作，需要稳定的直流(DC)电压， 其可防止任何电压漂移。近年来，在大部电子设备中，均采用开关调节器以提供稳定的DC 电压。开关调节器具有尺寸小且重量轻的特性，并用作具有高效率的DC-DC转换器。因此，开关调节器广泛用作用于集成到各种设备中的微型计算机和个人电脑的电源。在这些个人电脑中，在高速操作中的功耗量易于增大。而且，功耗量会相应于个人电脑中的处理量而突然增大和降低。而且开关调节器的一个特性是其能够在大输入电压范围内操作。因此，开关调节器用作电源，其可在100V范围和200V范围内的家用电压下操作，且其输入电压的规格范围较宽。开关调节器必须根据个人电脑的负载变化稳定将输出电压控制为目标电压。此外，在开关调节器中，即使输出电压对负载电流和输入电压的快速变化做出瞬态响应，也需要将输出电压迅速恢复为稳定状态。对于开关调节器的控制方法来说，包括电压模式控制和电流模式控制。对于电压模式控制来说，根据脉冲控制信号执行开关动作，从而稳定输出电压，该脉冲控制信号通过将三角波信号和与输出电压和参考电压之间的差相等的误差控制信号进行比较而获得。对于电流模式控制来说，除了误差控制信号还根据电感电流执行开关动作，从而进一步稳定输出电压。在电压模式控制中，在电感和输出电容的谐振频率附近相位特性快速变化的点处，必须保证相位裕度。因此，存在电源特性变得不稳定的问题。另一方面，在电流模式控制中，因为用于控制电感电流的反馈电路和包含电感的电流环电路操作为等效电流源，所以电感特性不会对诸如频率特性这样的电源特性造成影响。因此，与电压模式控制相比，可在电流模式控制中获得较大的相位裕度。此外，在电流模式控制中，由于上述原因，所以能够在较宽带宽下实现电流模式控制，同时又能通过扩展反馈电路的频带保持相位裕度。因此，在电流模式控制中，与电压模式控制相比可改善对负载变化的响应特性。执行电流模式控制的控制系统包括用于稳定输出电压的电压反馈系统和用于控制电感电流的电流反馈系统。因此需要提供措施以抑制各个反馈系统中的开关噪声和外部噪声所造成的影响。此外，在模拟电路的电流反馈系统中，需要为电流模式控制提供电流检测电阻、I-V转换电路以及斜率补偿电路。这里，电流检测电阻和I-V转换电路用于检测电感电流。因此，执行电流模式控制的控制系统的电路规模大于执行电压模式控制的控制系统的电路规模，且其需要复杂的时序控制。因此，在执行电流模式控制的开关调节器中，外围电路变得较大，且印刷电路板上的部件数量和安装成本往往会变大。此外，由电流检测电阻造成的功率损失会变大到不可忽略的程度，因为开关调节器的输出电流变大。作为解决这种问题的技术，已知的是用于开关电源的控制单元和开关电源(例如参考专利文献1)，该控制单元可在实际上不检测电感电流的情况下执行电流模式控制。图1是示出专利文献1中公开的用于开关电源的控制单元的构造的电路框图。在专利文献1所公开的技术中，电流模式控制通过用于开关电源的控制单元实现，而不进行电感电流的检测。参考图1，用于开关电源的控制单元被设置有模拟-数字(A/D)转换器 111以及控制器ICl 18，该A/D转换器111对开关电源的输出电压Vo进行A/D转换。控制器IC118设置有差值电路112，其从参考数字信号Vref中减去A/D转换器111的输出信号并输出误差信号；增益电路170，其具有增益因数G ;PWM信号生成部128，其生成PWM信号 PS ；以及反馈电路129，其提供电流估计功能块。PWM信号生成部1 设置有电压比较电路124、R-S触发器127和AND电路172。 提供电流估计功能块的反馈电路1 设置有可逆计数器173、低通滤波器174、复位生成电路175和差值电路176。差值电路176从可逆计数器173的输出信号PC中减去低通滤波器 174的输出信号DC。在专利文献1中公开的用于开关电源的控制单元中，将驱动脉冲PS反馈给电流估计功能块，且通过利用电流估计功能块基于驱动脉冲PS估计开关电源中的电感电流，从而生成估计电流信号PC。此外，在专利文献1中公开的用于开关电源的控制单元中，通过DC 分量去除功能块，从估计电流信号PC中提取DC分量DC，且通过差值电路176从估计电流信号PC中去除DC分量DC。控制器IC 118由在具有IOMHz至IOOMHz频率的主时钟下操作的数字电路构造， 并控制开关电源。作为来自A/D转换器111的A/D转换数字输出电压Vo和参考电压Vref 之间的差异的误差信号根据P(比例)控制而被放大至增益G倍，从而生成控制信号CS。而且，PWM信号PS被负反馈，且估计电感电流信号PC通过反馈电路129生成。图2示出专利文献1中公开的控制器IC 118的操作时序图。将PWM信号PS提供至可逆计数器173。可逆计数器173在PWM信号PS的信号电平为H (高电平)时根据系数 “a”递增计数，且在PWM信号PS的信号电平为L (低电平)时根据系数“b”递减计数。这些系数示出电感电流的递增/递减速率。借助低通滤波器174和复位生成电路175，提取重叠在估计电感电流信号PC上的误差分量(DC分量)DC，且通过校正误差分量DC来生成估计电感电流信号PC'。此外，通过电压比较电路124比较控制信号CS和估计电感电流信号PC'，且根据比较结果CO生成PWM信号PS。专利文献2公开了一种数字PWM波生成设备，其能将PWM信号的频率稳定地保持为常数。数字PWM波生成设备设置有数字三角波生成部、数字阈值输出部以及数字比较器。 数字三角波生成部输出数字三角波。数字阈值输出部输出数字阈值。数字比较器比较数字三角波和数字阈值并输出PWM信号。当数字阈值输出部将数字阈值从第一定值改变为第二定值时，数值阈值的时变率被设定为等于或小于数字三角波的时变率的值。引用文献专利文献1 JP 2004-282961A专利文献2 JP 2001-111396A
技术实现思路
数字控制开关调节器的PWM信号的位数由输入电压和最低有效位(LSB)的电压值之间的关系确定。在电压降低型开关调节器中，例如，为了在输入电压为5V时获得LSB = IOmV的输出电压分辨率，就需要9位(512LSB)。如图2中所示，在专利文献1所公开的技术中，例如，为了获得9位的PWM信号PS， 就需要具有频率是开关频率的29( = 512)倍的主时钟。即，可逆计数器173必须以高速操作，以便生成估计电感电流信号PC。近年来，要求电子器件小型化和功耗低且电源IC的转换效率高。在专利文献1所公开的技术中，当电源IC的开关频率提高时，主时钟的频率会变得非常高。因此，功耗值升高且电源转换效率经常会降低。本专利技术的一个主题是提供一种用于数字控制开关调节器的集成电路器件及其设计方法，其中可抑制功耗值增大和电源转换效率降低。在本专利技术的一方面中，用于开关调节器的集成电路器件包括控制器，其构造为基于要从开关调节器提供至负载电路的输出电压来生成用于开关调节器的电流模式控制的数字运行信号(duty signal)；以及开关脉冲生成部，其构造为基于数字运行信号来设定用于控制设置在开本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：大场浩幸，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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