DCDC轉換器的制作方法

本發明涉及dcdc轉換器，特別是涉及遲滯控制方式(紋波控制方式)的dcdc轉換器。

背景技術：

遲滯控制方式的dcdc轉換器利用由于與輸出端子連接的電容器的等效串聯電阻(esr)而在輸出電壓中出現的紋波成分來進行開關元件的接通斷開控制。

以往使用esr較大的電容器，但是為了使用dcdc轉換器的電子設備的小型化，陶瓷電容器的使用需求增多。但是，由于陶瓷電容器的esr較小，因此，如果使用陶瓷電容器，則在輸出電壓中幾乎不會出現紋波成分，導致無法進行開關元件的接通斷開控制。作為其對策，采用紋波注入方式，仿真地生成紋波成分而將該偽紋波成分注入到輸出電壓及比較器等中。

作為上述紋波注入方式的實現方法，在專利文獻1中提出有如下構成的dcdc轉換器：設比較器為具有2個差動輸入級的四輸入的比較器，將反饋電壓和基準電壓輸入到2個差動輸入級中的一個差動輸入級，將由偽紋波生成電路生成的偽紋波電壓以及對該偽紋波電壓進行平滑而得到的電壓輸入到另一個差動輸入級。

【專利文獻1】日本特開2012-235563號公報

然而，在專利文獻1提出的結構中，在大負載時，偽紋波電壓有效地發揮功能，從而使得dcdc轉換器進行穩定的動作，另一方面，在小負載時，由于偽紋波生成電路的輸出阻抗較高，使得偽紋波電壓容易受到噪聲的影響，不如說是存在導致誤動作的危險性。

此外，還存在如下的問題：在改變對比較器供給電流的偏置電路(電流源)的電流值，在低功耗動作模式與高速動作模式之間進行切換來進行動作的情況下，在切換電流時，通過構成比較器的差動輸入級的輸入晶體管的寄生電容而傳遞的耦合噪聲被傳遞給偽紋波電壓，從而導致誤動作。

技術實現要素：

本發明正是鑒于上述課題而完成的，其目的在于，提供采用紋波注入方式的遲滯控制的在小負載時也能夠進行穩定的動作的dcdc轉換器。

為了解決上述課題，本發明的dcdc轉換器具有：第1開關元件，其連接于在一端生成輸出電壓的電感器的另一端與電源端子之間；偽紋波生成電路，其生成與在所述輸出電壓中產生的紋波成分對應的偽紋波電壓以及對該偽紋波電壓進行平滑而得到的平滑電壓；比較電路，其對比較所述偽紋波電壓與所述平滑電壓而得到的第1比較結果和比較反饋電壓與基準電壓而得到的第2比較結果進行合成，輸出比較結果信號，其中，所述反饋電壓是對所述輸出電壓進行分壓而得到的；以及輸出控制電路，其根據所述比較結果信號來控制所述第1開關元件的接通斷開，所述dcdc轉換器的特征在于，所述比較電路響應于成為小負載的情況而僅將所述第2比較結果作為所述比較結果信號輸出。

根據本發明的dcdc轉換器，構成為在小負載時，僅將比較反饋電壓與基準電壓而得到的第2比較結果作為比較結果信號輸出，從而使得在比較結果信號中不包含容易受到噪聲影響的、比較偽紋波電壓與平滑電壓而得到的第1比較結果，其中，反饋電壓是對輸出電壓進行分壓而得到的。因此，能夠提供在小負載時也能夠抑制噪聲影響而進行穩定的動作的dcdc轉換器。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的dcdc轉換器的電路圖。

圖2是示出圖1的dcdc轉換器中的偽紋波電路的一例的電路圖。

圖3是示出圖1的dcdc轉換器中的比較電路的一例的電路圖。

圖4是示出圖3的比較電路中的比較器的一例的電路圖。

圖5是示出圖1的dcdc轉換器中的比較電路的另一例的電路圖。

標號說明

101、101a、101b：比較電路；

102：輸出控制電路；

103：偽紋波生成電路；

31、31a、33、34：比較器。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。

圖1是本實施方式的dcdc轉換器100的電路圖。

本實施方式的dcdc轉換器100具有比較電路101、輸出控制電路102、偽紋波生成電路103、開關元件11和12、緩沖器13和14、電感器15、電容器16、電阻元件17和18以及基準電壓源19。

開關元件11和12串聯連接于供給電源電壓vdd的電源端子1與接地端子2之間。緩沖器13和14的輸出被供給至開關元件11和12各自的柵極。

電感器15的一端與輸出端子3連接，另一端與開關元件11和12的連接點(也稱作“開關節點”)連接。電容器16連接于輸出端子3與接地端子2之間。

電阻元件17和18串聯連接于輸出端子3與接地端子2之間，在兩者的連接點生成向輸出端子3輸出的輸出電壓vout的分壓電壓即反饋電壓vfb。

偽紋波生成電路103生成與在向輸出端子3輸出的輸出電壓vout中產生的紋波成分對應的偽紋波電壓vqr以及對該偽紋波電壓vqr進行平滑而得到的平滑電壓vqrs。在本實施方式中，構成為根據在開關節點生成的電壓vsw來生成電壓vqr和vqrs。

比較電路101以偽紋波電壓vqr、平滑電壓vqrs、反饋電壓vfb、基準電壓源19的基準電壓vref為輸入，對比較偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs而得到的第1比較結果和比較反饋電壓vfb與基準電壓vref而得到的第2比較結果進行合成，輸出比較結果信號vcom。

輸出控制電路102根據來自比較電路101的比較結果信號vcom經由緩沖器13和14向開關元件11和12供給控制信號，從而控制開關元件11和12的接通斷開。

比較電路101還被輸入來自輸出控制電路102的控制信號cont。控制信號cont是如下的信號：當為小負載時處于第1狀態(例如高電平)，當從開關元件11和12都斷開的狀態起將開關元件11接通即成為大負載時處于第2狀態(例如低電平)。

比較電路101響應于控制信號cont處于第1狀態的情況而僅將第2比較結果作為比較結果信號vcom輸出。然后，比較電路101響應于控制信號cont處于第2狀態的情況而對第1比較結果和第2比較結果進行合成，輸出比較結果信號vcom。

在此，使用圖2對偽紋波生成電路103的具體結構例進行說明。

圖2的偽紋波生成電路103具有電阻元件21～23以及電容元件24～26。電阻元件21的一端接收電壓vsw，另一端與電容元件24的一端連接。電容元件24的另一端與接地端子2連接。

電阻元件22的一端與電阻元件21和電容元件24的連接點連接，另一端與電容元件25的一端連接，電容元件25的另一端與接地端子2連接。電阻元件23的一端與電阻元件22的另一端連接，另一端與電容元件26的一端連接，電容元件26的另一端與接地端子2連接。

根據上述結構，能夠從電阻元件21的另一端得到偽紋波電壓vqr，從電阻元件23的另一端得到對偽紋波電壓vqr進行平滑而得到的平滑電壓vqrs。這樣，由于偽紋波生成電路103構成為包含許多電阻元件和電容元件，因此輸出阻抗增高，因此，偽紋波電壓vqr和平滑電壓vqrs容易受到噪聲影響。

如上所述，根據本實施方式的dcdc轉換器100，在小負載時，比較容易受到噪聲影響的偽紋波電壓與平滑電壓而得到的第1比較結果不包含在比較結果信號中。因此，在小負載時，也能夠抑制噪聲影響而以穩定的占空比進行動作。

接下來，作為dcdc轉換器100中的比較電路101的一例，在圖3中示出比較電路101a。

比較電路101a具有四輸入的比較器31和開關32。

比較器31具有2個差動輸入級，一個(第1)差動輸入級的反相輸入端子被輸入偽紋波電壓vqr，同相輸入端子被輸入平滑電壓vqrs，另一個(第2)差動輸入級的反相輸入端子被輸入反饋電壓vfb，同相輸入端子被輸入基準電壓vref，比較器31輸出比較結果信號vcom。

開關32連接于供給偽紋波電壓vqr的信號線s1與供給平滑電壓vqrs的信號線s2之間，利用控制信號cont來控制接通斷開。

在上述結構的比較電路101a中，當控制信號cont處于第1狀態(高電平)即為小負載時，開關32接通，使信號線s1與信號線s2短路。因此，偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs處于相同電位。

由于偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs處于相同電位，因此，雖然在比較器31的一個差動輸入級進行偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs的比較動作，但是，由于兩者為相同電位，因此，第1比較結果實際上不會與第2比較結果合成。因此，僅將比較反饋電壓vfb與基準電壓vref而得到的第2比較結果作為比較結果信號vcom輸出。

然后，當控制信號cont變成第2狀態(低電平)時，開關32斷開，偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs成為不同的電壓，因此，將對第1比較結果和第2比較結果進行合成而得到的信號作為比較結果信號vcom輸出。

圖4示出在這樣的比較電路101a中，將比較器31構成為在小負載時與大負載時在低功耗動作模式與高速動作模式之間進行切換來進行動作時的具體結構例。

圖4的比較器31具有pmos晶體管311～316、電流源317～322、開關323和324以及反相器325。

由pmos晶體管311和312構成第1差動輸入級，由pmos晶體管313和314構成第2差動輸入級。第1差動輸入級被輸入偽紋波電壓vqr和平滑電壓vqrs，第2差動輸入級被輸入反饋電壓vfb和基準電壓vref。

此外，由串聯連接于電源端子1與接地端子2之間的pmos晶體管315和電流源321以及與該pmos晶體管315和電流源321并聯連接的pmos晶體管316和電流源322構成輸出級。pmos晶體管315和316的柵極公共連接，pmos晶體管315的柵極和漏極公共連接。pmos晶體管315的漏極與pmos晶體管311和313的漏極連接，pmos晶體管316的漏極與pmos晶體管312和314的漏極連接。并且，在pmos晶體管316的漏極生成比較結果信號vcom。

電流源317連接于電源端子1與第1差動輸入級的動作電流輸入節點nin1之間，電流源318的一端與電源端子1連接。開關323連接于電流源318的另一端與動作電流輸入節點nin1之間，利用由反相器325將控制信號cont反相后的信號對開關323進行接通斷開控制。

電流源319連接于電源端子1與第2差動輸入級的動作電流輸入節點nin2之間，電流源320的一端與電源端子1連接。開關324連接于電流源320的另一端與動作電流輸入節點nin2之間，利用由反相器325將控制信號cont反相后的信號對開關324進行接通斷開控制。

當為小負載時，即當控制信號cont處于第1狀態(高電平)時，如上所述，圖3所示的開關32接通，使信號線s1與信號線s2短路，并且，利用處于第1狀態(高電平)的控制信號cont的反相信號使開關323和324都斷開。由此，成為如下的狀態：僅從電流源317向第1差動輸入級的動作電流輸入節點nin1供給動作電流，僅從電流源319向第2差動輸入級的動作電流輸入節點nin2供給動作電流。因此，在小負載時能夠成為抑制耗電的低功耗動作模式。

此外，通過將開關323切換成斷開，從而將耦合噪聲通過第1差動輸入級的寄生電容傳遞至偽紋波電壓vqr和平滑電壓vqrs中，然而，這時圖3所示的開關32接通而使信號線s1與信號線s2短路。因此，由于偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs處于相同電位，從而能夠防止比較器31由于耦合噪聲的影響而誤動作的情況。

另一方面，當為大負載時，即當控制信號cont處于第2狀態(低電平)時，圖3所示的開關32斷開，并且，利用處于第2狀態(低電平)的控制信號cont的反相信號使開關323和324都接通。由此，成為如下的狀態：從電流源317和318這2個電流源向第1差動輸入級的動作電流輸入節點nin1供給動作電流，從電流源319和320這2個電流源向第2差動輸入級的動作電流輸入節點nin2供給動作電流。因此，在大負載時能夠成為高速動作模式。

接下來，作為dcdc轉換器100中的比較電路101的另一例，在圖5中示出比較電路101b。

比較電路101b具有比較器33和34以及開關35。比較電路101b還具有：電流源36和開關37，它們串聯連接于電源端子1與比較器33的動作電流輸入節點n33in之間；以及電流源38，其連接于電源端子1與比較器34的動作電流輸入節點n34in之間。利用由反相器39將控制信號cont反相后的信號對開關37進行接通斷開控制。

比較器33是具有2個差動輸入級的四輸入的比較器，一個(第1)差動輸入級的反相輸入端子被輸入偽紋波電壓vqr，同相輸入端子被輸入平滑電壓vqrs，另一個(第2)差動輸入級的反相輸入端子被輸入反饋電壓vfb，同相輸入端子被輸入基準電壓vref。然后，對比較偽紋波電壓vqr與平滑電壓vqrs而得到的結果和比較反饋電壓vfb與基準電壓vref而得到的結果進行合成，輸出比較信號vcom1(與對上述第1比較結果和第2比較結果進行合成而得到的信號相當的信號)。

比較器34是具有1個差動輸入級的二輸入的比較器，差動輸入級的反相輸入端子被輸入反饋電壓vfb，同相輸入端子被輸入基準電壓vref，對它們進行比較，輸出比較信號vcom2(與上述第2比較結果相當的信號)。

開關35構成為當控制信號cont處于第1狀態(高電平)時選擇比較器34的輸出，當控制信號cont處于第2狀態(低電平)時選擇比較器33的輸出。

在上述結構的比較電路101b中，當控制信號cont處于第1狀態(高電平)即為小負載時，開關35選擇比較器34的輸出即比較信號vcom2，將該比較信號vcom2作為比較結果信號vcom輸出。

然后，當控制信號cont處于第2狀態(低電平)時，開關35選擇比較器33的輸出即比較信號vcom1，比較電路101b將該比較信號vcom1作為比較結果信號vcom輸出。

而且，在本比較電路101b中，作為比較器33的動作電流的電流源36的電流值被設定得大于作為比較器34的動作電流的電流源38的電流值。并且，當為小負載時，即當控制信號cont處于第1狀態(高電平)時，利用控制信號cont的反相信號使開關37斷開，因此動作電流不再供給至比較器33。因此，能夠以當控制信號cont處于第1狀態(高電平)時切換成低功耗動作模式而當控制信號cont處于第2狀態(低電平)時切換成高速動作模式的方式進行動作。

以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是，本發明不限于上述實施方式，當然能夠在不脫離本發明主旨的范圍內進行各種變更。

例如，在上述實施方式中，對將本發明應用于一般的遲滯控制方式的dcdc轉換器的示例進行了說明，但是，當然也可以應用于作為一種遲滯控制方式的cot(恒定導通時間)控制方式的dcdc轉換器。

此外，在上述實施方式中，作為生成與在輸出電壓vout中產生的紋波成分對應的偽紋波電壓vqr以及對該偽紋波電壓vqr進行平滑而得到的平滑電壓vqrs的方法，示出了根據在開關節點生成的電壓vsw而生成的示例，但不限于此，例如也可以根據開關元件11的柵極電壓而生成。

此外，在上述實施方式中，為了簡化說明，以如下方式進行了說明：設從開關元件11和12都斷開的狀態起將開關元件11接通的情況為“變成大負載”，當成為大負載時使圖3的開關32斷開，圖4的開關323和324接通，圖5的開關37接通，但是，本發明還包含如下情況：構成為在小負載狀態的期間從開關元件11和12都斷開的狀態起將開關元件11接通時，各開關如上所述。