專利名稱：使用同步整流方式的降壓型變換器的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用同步整流方式的降壓型變換器的電源裝置及使用該電源裝置的功率放大裝置。
背景技術(shù)：
近年來的攜帶電話、PDA(Personal Digital Assistance)等的用電池進行工作的小型信息終端中，為了延長其工作時間，需要盡力降低內(nèi)部使用的電路的消耗電力。例如，在這些小型信息終端中，大多使用鋰離子電池，但其輸出電壓通常為3.5V左右，在滿充電時為4.2V左右?？墒?，小型信息終端內(nèi)部使用的電路不一定需要將電池電壓本身作為電源電壓。
作為一例，攜帶電話終端使用的功率放大器所需的電源電壓，依賴于其輸出功率，為0.6V～3.5V左右。這里，在功率放大器所需的電源電壓為1V就足夠的情況下，在照樣使用3.5V左右的電池電壓的情況下，消耗超過需要的更多的電力。因此，在應(yīng)當(dāng)用比這樣的電池電壓低的電壓驅(qū)動的電路中，作為用于供給比電池電壓低的電源電壓的電源裝置，使用切換調(diào)節(jié)器等的降壓型變換器。
使用這樣的切換調(diào)節(jié)器的電源裝置，在其輸出不穩(wěn)定時，因?qū)B接的電路的工作產(chǎn)生大的影響，所以其輸出的穩(wěn)定化成為重要的課題。專利文獻1、2等提出了作為提高這樣的電源裝置的輸出穩(wěn)定性的技術(shù)。
(日本)特開2004-80985號公報[專利文獻2]特開2004-56982號公報可是，即使在這樣的降壓型變換器中，仍存在電感器和開關(guān)元件造成的電力消耗。因此，有在不需要對作為輸入電壓的電池電壓進行降壓的情況下，可考慮將降壓型變換器的切換動作停止，通過旁路電路而將降壓型變換器旁路，將輸入電壓原封不動輸出的方法。
本發(fā)明人在這樣的狀況下，認(rèn)識到以下課題而完成。通過由旁路電路將降壓型變換器旁路，因而從將輸入電壓原封不動輸出的狀態(tài)，再開始降壓型變換器的降壓動作時，降壓型變換器的輸出端子從被固定為高電壓的狀態(tài)，開始切換動作。其結(jié)果，同步整流用開關(guān)急劇地導(dǎo)通，所以產(chǎn)生過沖和振蕩，輸出電壓會變得不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種課題的發(fā)明，其目的是提供能提高輸出電壓的穩(wěn)定性的電源裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的一個方案的電源裝置包括同步整流方式的降壓型變換器，使主開關(guān)和同步整流用開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止；以及電壓生成電路，設(shè)置在與降壓型變換器不同的路徑上，選擇降壓型變換器和電壓生成電路的其中一個而輸出期望的電壓，并且降壓型變換器在選擇了電壓生成電路的期間，使同步整流用開關(guān)截止。
根據(jù)該方案，在將電源裝置的輸出從電壓生成電路的電壓切換為降壓型變換器的電壓時，同步整流用開關(guān)從截止的狀態(tài)開始進行切換動作，所以抑制同步整流用開關(guān)被長時間、連續(xù)地導(dǎo)通，可以獲得抑制了過沖和振蕩等的穩(wěn)定的輸出電壓。
本發(fā)明的另一方案也是電源裝置。該裝置包括同步整流方式的降壓型變換器，使主開關(guān)和同步整流用開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止；電壓生成電路，輸出比降壓型變換器高的電壓；調(diào)節(jié)器，輸出誤差電壓，以使降壓型變換器的輸出電壓接近規(guī)定的基準(zhǔn)電壓；以及脈沖寬度調(diào)制器，根據(jù)誤差電壓而改變使主開關(guān)和同步整流開關(guān)的導(dǎo)通/截止的占空比，選擇降壓型變換器和電壓生成電路的其中一個而輸出期望的電壓。調(diào)節(jié)器在選擇了電壓生成電路的期間，將誤差電壓向使同步整流用開關(guān)截止的方向上偏置。
根據(jù)該方案，在將輸出電壓從電壓生成電路切換為降壓型變換器的電壓時，通過將調(diào)節(jié)器的誤差電壓進行偏置，同步整流用開關(guān)從截止?fàn)顟B(tài)開始切換動作。其結(jié)果，抑制同步整流用開關(guān)被長時間、連續(xù)地導(dǎo)通，可以獲得抑制了過沖的穩(wěn)定的輸出電壓。
電壓生成電路也可以包括使降壓型變換器的輸出端子與輸入端子短路的旁路電路。通過將輸出端子與輸入端子短路，輸入電壓從電源裝置原封不動輸出，此時的輸出電壓比降壓型變換器的輸出電壓高。在降壓型變換器從輸出端子被固定為高電壓的狀態(tài)再開始降壓動作時，通過將調(diào)節(jié)器的誤差電壓進行偏置，同步整流用開關(guān)從截止?fàn)顟B(tài)開始切換動作。其結(jié)果，抑制同步整流用開關(guān)被長時間、連續(xù)地導(dǎo)通，可以獲得抑制了過沖的穩(wěn)定的輸出電壓。
調(diào)節(jié)器也可以包括與從選擇了降壓型變換器和電壓生成電路的外部提供的選擇信號同步而使誤差電壓偏置的偏置電路。通過與選擇了降壓型變換器和電壓生成電路的選擇信號同步并生成偏置電壓，可以正確地控制同步整流用開關(guān)的切換(switching)。
偏置電路也可以隨著從電壓生成電路向降壓型變換器的選擇的切換，使誤差電壓的偏置量慢慢地變小。
在將電源裝置的輸出從電壓生成電路切換到降壓型變換器后，通過慢慢地減小誤差電壓的偏置量，從而使控制同步整流用開關(guān)的信號的占空比隨時間緩慢地改變。其結(jié)果，輸出電壓也平緩地改變，可以使輸出電壓穩(wěn)定而不產(chǎn)生過沖等的變動。
調(diào)節(jié)器也可以包括第1運算放大器，將降壓型變換器的輸出電壓與規(guī)定的偏置電壓相加而輸出；第2運算放大器，將第1運算放大器的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓的差電壓放大；以及濾波電路，除去第2運算放大器的輸出電壓的低頻分量。此外，偏置電壓也可以根據(jù)切換降壓型變換器和電壓生成電路的信號而生成。
這種情況下，從第2運算放大器輸出的誤差電壓通過濾波電路而平緩地改變，所以可以獲得與平緩地改變偏置電壓同等的功能。
濾波電路也可以包括在第2運算放大器的第1輸入端子和第1運算放大器之間設(shè)置的電阻；以及在第2運算放大器的輸出端子和第2輸入端子間設(shè)置的電容器。
通過第2運算放大器和電阻、電容器而構(gòu)成積分電路，可以將誤差放大器和濾波電路一體地構(gòu)成。
本發(fā)明的另一方式是功率放大裝置。該功率放大裝置包括功率放大用的功率放大器；以及向功率放大器供給電源的上述電源裝置。
根據(jù)這種方式，在功率放大裝置中，可以使供給放大器的電源電壓穩(wěn)定，進而實現(xiàn)功率放大器的輸出功率的穩(wěn)定。
應(yīng)該指出，上述結(jié)構(gòu)部件的任意組合或重新排布等都是有效的，并被本發(fā)明的實施方式所包括。
此外，本發(fā)明的這種概述不必論述所有必要特征，以致本發(fā)明也可以是這些論述特征的子組合。


圖1是表示本發(fā)明實施方式的電源裝置結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2(a)～圖2(f)是表示在圖1的電源裝置中不使偏置功能起作用的情況下的各端子電壓的時間波形的圖。
圖3(a)～圖3(f)是表示在圖1的電源裝置中使偏置功能起作用的情況下的各端子電壓的時間波形的圖。
圖4是表示本實施方式的電源裝置結(jié)構(gòu)的電路圖，表示使調(diào)節(jié)器具有偏置功能的一例電路的圖。
圖5(a)～圖5(c)是表示圖4的電源裝置的各端子電壓的時間波形的圖。
圖6是表示在本實施方式的電源裝置上連接了功率放大器的攜帶電話用的功率放大裝置結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式
下面將根據(jù)優(yōu)選實施方式來論述本發(fā)明，優(yōu)選實施方式不限定本發(fā)明的范圍而例示本發(fā)明。優(yōu)選實施方式中論述的所有特征和其組合并不是本發(fā)明所必需的。
圖1是表示本發(fā)明實施方式的電源裝置100的電路圖。在以下的附圖中，對相同的結(jié)構(gòu)元件附以相同的標(biāo)號，并省略相應(yīng)的說明。
首先，說明有關(guān)該電源裝置100的概要。
該電源裝置100包括降壓型變換器10、旁路開關(guān)SW3。旁路開關(guān)SW3具有作為與降壓型變換器10并聯(lián)設(shè)置的電壓生成電路的功能，電源裝置100選擇降壓型變換器10、旁路開關(guān)SW3的其中之一來輸出期望的電壓。因此，該電源裝置100根據(jù)要供給到負(fù)載的期望的電壓而以兩個模式進行工作。即，在第1工作模式，通過降壓型變換器10將輸入電壓Vin降壓而輸出，在第2工作模式，通過旁路開關(guān)SW3將降壓型變換器10進行旁路而將輸入電壓Vin原封不動輸出。以下，將各自的工作模式稱為降壓模式和旁路模式。
一般地，降壓型變換器因使用電感器和開關(guān)元件而存在損耗，所以在該電源裝置100中，在不需要降壓的情況下，通過將降壓型變換器的切換動作停止并進行旁路，將輸入電壓原封不動輸出。這樣，本實施方式的電源裝置100切換使用降壓模式和旁路模式。旁路開關(guān)SW3為導(dǎo)通狀態(tài)下輸出的電壓比通過降壓型變換器輸出的電壓高。
電源裝置100，作為輸入輸出端子，包括輸入端子102；輸出端子104；控制端子106；基準(zhǔn)電壓端子108。將各個端子上施加的、或顯現(xiàn)的電壓稱為輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、控制電壓Vcnt、基準(zhǔn)電壓Vref。
在降壓模式中，電源裝置100將輸入電壓Vin進行降壓而輸出到輸出端子104。輸出電壓Vout受基準(zhǔn)電壓Vref控制。
在旁路模式，電源裝置100與基準(zhǔn)電壓Vref無關(guān)，將輸入電壓Vin原封不動輸出。這些模式的切換，通過從外部輸入的控制電壓Vcnt來進行。
電源裝置100包括降壓型變換器10；調(diào)節(jié)器12；PWM信號發(fā)生器14；以及旁路開關(guān)SW3。
調(diào)節(jié)器12包括誤差放大器18、電阻R1、R2。調(diào)節(jié)器12通過反饋來調(diào)節(jié)誤差電壓Verr，以在輸出電壓Vout和基準(zhǔn)電壓Vref之間使Vout＝Vref×(R1+R2)成立。調(diào)節(jié)器12還包括用于生成偏置電壓Vofs的偏置電路20和加法器32，將誤差電壓Verr和偏置電壓Vofs相加而作為偏置誤差電壓Voe輸出。偏置電壓Vofs由輸入到偏置電路20的控制電壓Vcnt來控制。
PWM信號發(fā)生器14是脈寬調(diào)制器，包括三角波振蕩器26和電壓比較器24。三角波振蕩器26產(chǎn)生一定頻率的鋸齒狀的電壓。電壓比較器24比較三角波振蕩器26的輸出電壓Vsaw和偏置誤差電壓Voe，在Vsaw＞Voe時輸出高電平，在Vsaw＜Voe時輸出低電平。
其結(jié)果，從電壓比較器24輸出的信號Vpwm為重復(fù)高電平和低電平的進行了脈寬調(diào)制的信號(以下稱為PWM信號)。即，PWM信號Vpwm的高、低電平的占空比依據(jù)偏置誤差電壓Voe來決定。
降壓型變換器10是同步整流方式的切換調(diào)節(jié)器，將輸入到輸入端子102的輸入電壓Vin進行降壓而輸出到輸出端子104。降壓型變換器10的輸入輸出為電源裝置100的原封不動的輸入輸出。降壓型變換器10包括主開關(guān)SW1；同步整流用開關(guān)SW2；電感器L1；輸出電容器Co；驅(qū)動電路16。在本實施方式中，主開關(guān)SW1是P型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)，同步整流用開關(guān)SW2是N型MOSFET。
作為主開關(guān)SW1的P型MOSFET，其源極端子連接到輸入端子102，其漏極端子連接到電感器L1的一端。而作為同步整流用開關(guān)SW2的N型MOSFET，其源極端子被接地，漏極端子連接到作為主開關(guān)SW1的P型MOSFET的漏極端子。在兩個MOSFET的柵極端子上，分別輸入來自驅(qū)動電路的輸出。
驅(qū)動電路16在降壓模式時，在PWM信號為高電平的期間，使主開關(guān)SW1截止，使同步整流用開關(guān)SW2導(dǎo)通。而在PWM信號Vpwm為低電平的期間，使主開關(guān)SW1導(dǎo)通，使同步整流用開關(guān)SW2截止。這樣，通過PWM信號使兩個開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止，從而使開關(guān)SW1、SW2作為在電感器L1上進行能量轉(zhuǎn)換的切換調(diào)節(jié)器而動作。電感器L1和輸出電容器Co構(gòu)成輸出濾波器，從輸出端子104輸出將輸入電壓Vin降壓過的直流電壓。
在驅(qū)動電路16，輸入用于切換兩個模式的控制電壓Vcnt，在旁路模式的動作中，使主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2兩個開關(guān)截止。
對降壓型變換器10的兩個開關(guān)SW1、SW2的導(dǎo)通/截止進行控制的PWM信號Vpwm根據(jù)對輸出電壓Vout進行反饋所獲得的誤差電壓Voe來決定，所以輸出電壓Vout被保持在由基準(zhǔn)電壓Vref決定的一定值。
旁路開關(guān)SW3是P型MOSFET，在其柵極端子上，輸入控制電壓Vcnt。該旁路開關(guān)SW3在柵極-源極間電壓超過閾值電壓時導(dǎo)通，而且漏極端子和源極端子導(dǎo)通。該旁路開關(guān)SW3的源極端子連接到輸入端子102，漏極端子連接到輸出端子104。因此，在MOSFET導(dǎo)通時，輸入端子102和輸出端子104為導(dǎo)通狀態(tài)，在輸出端子上輸出與輸入電壓Vin大致相等的電壓。嚴(yán)格地說，由于存在MOSFET的導(dǎo)通電阻Ron產(chǎn)生的電壓降，所以有時也有輸出到輸出端子104的電壓比輸入電壓Vin稍低的情況。這樣，通過使旁路開關(guān)SW3導(dǎo)通而實現(xiàn)旁路模式。
下面說明有關(guān)將以上那樣構(gòu)成的電源裝置100的動作在某個時刻從降壓模式切換為旁路模式，并再次被切換為降壓模式的情況。
為了使本實施方式的用于穩(wěn)定輸出的功能更明確，首先，用圖2說明有關(guān)使偏置電路20不動作的情況下的動作。圖2(a)～圖2(f)是表示在圖1的電源裝置100中使偏置功能不作用的情況下的各端子電壓的時間波形的圖。在圖2和后述的圖3中，為了容易觀察，時間軸的刻度與實際的時間軸有所不同。
圖2(a)表示控制電壓Vcnt的時間波形。在時刻T0～T1，控制電壓Vcnt被輸入接近輸入電壓Vin的高電平。此時旁路開關(guān)SW3的柵極-源極間電壓比閾值電壓低，所以MOSFET截止，電源裝置100以降壓模式進行動作。
圖2(b)表示基準(zhǔn)電壓Vref和輸出電壓Vout。在時刻T0～T1的降壓模式進行動作的期間，輸出電壓Vout和基準(zhǔn)電壓Vref被控制，以使Vout＝Vref×(R1+R2)/R2成立。在圖2，表示被設(shè)定為(R1+R2)/R2＝3的例子。
圖2(c)是表示誤差電壓Verr的時間波形的圖。在時刻T0～T1，該誤差電壓的值大致保持一定，以使Vout＝Vref×(R1+R2)/R2成立。圖2(d)是表示作為偏置電路20的輸出的偏置電壓Vofs的時間波形的圖。圖2(e)是表示作為誤差電壓Verr和偏置電壓Vofs的合計的偏置誤差電壓Voe、以及三角波信號Vsaw的時間波形的圖。在使偏置電路20不動作的情況下，由于偏置電壓Vofs始終為0，所以Voe＝Verr成立。圖2(f)是表示PWM信號發(fā)生器14的輸出波形的圖，由圖2(e)的偏置誤差電壓Voe和三角波電壓Vsaw來決定。
如圖2(a)所示，在時刻T1控制信號Vcnt下降時，作為旁路開關(guān)SW3的P型MOSFET導(dǎo)通而轉(zhuǎn)移到旁路模式。同時驅(qū)動電路16通過控制信號Vcnt來控制，使主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2雙方都截止。
在旁路開關(guān)SW3導(dǎo)通時，如圖2(b)所示，電源裝置100的輸出電壓Vout上升至與輸入電壓Vin大致相等的電壓。
在時刻T1～T2，由于降壓型變換器10被旁路，所以沒有Vout＝Vref×(R1+R2)/R2的關(guān)系，如圖2(c)、圖2(e)所示，誤差電壓Verr和偏置誤差電壓Voe下降至0V附近。其結(jié)果，在時刻T1～T2，PWM信號Vpwm的占空比如圖2(f)所示為100％。
在時刻T2控制信號Vcnt再次變?yōu)楦唠娖?，旁路開關(guān)SW3被截止，指示向降壓模式的恢復(fù)。驅(qū)動電路16在控制信號Vcnt變?yōu)楦唠娖綍r，基于PWM信號Vpwm而再次開始主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2的切換動作。
在時刻T2，如圖2(f)所示，由于PMW信號Vpwm變?yōu)楦唠娖剑酝秸饔瞄_關(guān)SW2導(dǎo)通。此外，在時刻T2作為同步整流用開關(guān)SW2的N型MOSFET的漏極端子被以接近輸入電壓Vin的高電壓固定。因此，同步整流用開關(guān)SW2完全導(dǎo)通，從輸出電容器Co經(jīng)由電感器L1和同步整流用開關(guān)SW2瞬間流出大電流。因此，由存積在輸出電容器Co中的電荷確定的輸出電壓Vout，如圖2(b)所示，因大電流而急劇地減少，引起下沖。然后，誤差電壓Verr通過調(diào)節(jié)器12利用反饋被調(diào)節(jié)，伴隨著振蕩，輸出電壓Vout慢慢地接近Vout＝Vref×(R1+R2)/R2。
如以上那樣，在使偏置電路20不動作的情況下，在從旁路模式切換到降壓模式時，輸出變得不穩(wěn)定，然后直至輸出穩(wěn)定需要長時間。
下面，用圖3(a)～圖3(f)說明有關(guān)本發(fā)明實施方式的電源裝置100使調(diào)節(jié)器12的偏置電路20動作的情況。圖3(a)～圖3(f)是表示圖1的電源裝置100中使偏置功能起作用的情況下的各端子電壓的時間波形的圖。在從時刻T0至T1，以降壓模式動作，輸出電壓Vout以獲得基準(zhǔn)電壓Vref的3倍電壓來動作。在該期間，各節(jié)點的時間波形與圖2相同。
在時刻T1通過控制電壓Vcnt而被切換到旁路模式。如圖3(b)所示，輸出電壓Vout在旁路開關(guān)SW3導(dǎo)通的同時迅速地上升至接近輸入電壓Vin。同時通過控制信號Vcnt而控制驅(qū)動電路16，使主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2兩者被截止。
如圖3(c)所示，在時刻T1～T2，誤差電壓Verr被輸出與圖2(c)大致相等的值。偏置電路20與控制電壓Vcnt同步而輸出圖3(d)所示的偏置電壓Vofs。該偏置電壓Vofs從時刻T1起慢慢增大，然后達到一定值。從調(diào)節(jié)器12輸出偏置電壓Vofs和誤差電壓Verr之和，作為圖3(e)所示的偏置誤差電壓Voe。該偏置誤差電壓Voe與圖2(e)比較成為僅高偏置電壓Vofs部分的電壓。
從PWM信號發(fā)生器14，依據(jù)偏置誤差電壓Voe和三角波信號Vsaw而輸出圖3(f)所示的PWM信號Vpwm。誤差電壓Verr被偏置的結(jié)果，PWM信號發(fā)生器14在時刻T1～T2的旁路模式期間，以0％的占空比輸出PWM信號Vpwm。
這里，在時刻T2通過控制信號Vcnt再次向降壓模式轉(zhuǎn)移。在時刻T2，PWM信號Vpwm為低電平，所以在通過驅(qū)動電路16再開始主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2的轉(zhuǎn)換時，同步整流用開關(guān)SW2從完全截止的狀態(tài)進行起動。然后，如圖3(d)所示，在偏置電壓Vofs慢慢變小時，PWM信號的占空比隨之慢慢增大，所以同步整流用開關(guān)SW2不急劇地導(dǎo)通，而緩慢地導(dǎo)通。其結(jié)果，在時刻T2切換為降壓模式后，不通過同步整流用開關(guān)SW2而過多地流出被積蓄在輸出電容器Co的電荷，可以穩(wěn)定地改變輸出電壓Vout。
這樣，在本實施方式的電源裝置100中，在以旁路模式動作的期間，通過偏置電路20使誤差電壓Verr被強制地偏置。其結(jié)果，在再次切換到降壓模式時，同步整流用開關(guān)SW2從截止開始起動，所以在切換時不過多地流出被積蓄在輸出電容器Co中的電荷，可以抑制輸出電壓Vout的過沖。
而在從旁路模式向降壓模式的轉(zhuǎn)移時，通過緩慢地減小偏置電壓Vofs，可以使同步整流用開關(guān)SW2從截止的狀態(tài)緩慢地導(dǎo)通，可以使輸出電壓Vout迅速地穩(wěn)定在由基準(zhǔn)電壓Vref確定的值。
圖4是本實施方式的電源裝置100的更詳細(xì)的電路圖，是表示使調(diào)節(jié)器12具有偏置功能的一例電路的圖。PWM信號發(fā)生器14和降壓型變換器10的結(jié)構(gòu)及動作與圖1相同，所以省略說明。
誤差放大器28的兩個非反轉(zhuǎn)輸入端子上，輸入通過電阻分割而為R2/(R1+R2)倍的輸出電壓Vout、以及控制電壓Vcnt。反轉(zhuǎn)輸入端子連接到輸出，所以誤差放大器28被認(rèn)為具有作為將輸入到兩個非反轉(zhuǎn)輸入端子的電壓之和輸出的電壓跟隨器功能。該控制電壓Vcnt相當(dāng)于在誤差電壓上施加偏置的偏置電壓。因此，該誤差放大器28將降壓型變換器10的輸出電壓Vout與偏置電壓相加而輸出。
誤差放大器22、電阻R3和電容器C1構(gòu)成積分器，將電壓跟隨器的輸出電壓Vx和基準(zhǔn)電壓Vref的差進行積分而輸出電壓Voe。電阻R3被設(shè)置在誤差放大器22的反轉(zhuǎn)輸入端子和誤差放大器28的輸出端子之間，電容器C1被設(shè)置在誤差放大器22的輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間。該積分器是一體地構(gòu)成對誤差放大器28的輸出電壓Vx和基準(zhǔn)電壓Vref的差電壓進行放大的運算放大器、以及除去該運算放大器的輸出電壓Voe的低頻分量的濾波電路。誤差放大器22的輸出電壓Voe被輸入到PWM信號發(fā)生器14，生成PWM信號Vpwm。
下面參照圖5來說明有關(guān)上述那樣構(gòu)成的電源裝置100的動作。在圖5，僅示出控制電壓Vcnt、電壓Vx和偏置誤差電壓Voe，對于其他的電壓，可適當(dāng)參照圖3。
在時刻T0～T1，如圖5(a)所示，控制信號Vcnt為低電平，通過反相器30而進行電壓反轉(zhuǎn)，所以旁路開關(guān)SW3截止，作為降壓模式動作。從作為電壓跟隨器動作的誤差放大器28，如圖5(b)所示，輸出Vout×(R1+R2)/R2的電壓作為Vx。
在時刻T1，控制信號Vcnt變?yōu)楦唠娖?，通過反相器30下降至低電平，旁路開關(guān)SW3導(dǎo)通，從降壓模式切換到旁路模式。同時，通過控制信號Vcnt來控制驅(qū)動電路16，主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2兩者被截止。控制信號Vcnt變?yōu)楦唠娖綍r，如圖5(b)所示，誤差放大器28的電壓Vx被偏置。通過誤差放大器22對電壓Vx進行積分所得的偏置誤差電壓Voe，如圖5(c)所示，從時刻T1起緩慢增加，然后達到一定值。
在時刻T2，控制信號Vcnt再次變?yōu)榈碗娖?，旁路開關(guān)SW3被截止，指示向降壓模式的恢復(fù)。驅(qū)動電路16在控制信號Vcnt為低電平時，依據(jù)PWM信號Vpwm而再次開始進行主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2的切換動作。
在時刻T2，控制信號Vcnt降低到低電平時，沒有誤差放大器28中的偏置，所以如圖5(b)所示，電壓Vx與控制信號Vcnt同時減少。誤差放大器22構(gòu)成的積分器的輸出Voe隨著電壓Vx的變化，如圖5(c)所示緩慢地減少。這樣，圖4所示的電源裝置100的調(diào)節(jié)器12可以生成與圖3(e)所示的偏置誤差電壓Voe同樣的波形，可以獲得與圖3(f)同樣的PWM信號。
在時刻T2，PWM信號Vpwm是高電平，所以通過驅(qū)動電路16再次開始進行主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2的轉(zhuǎn)換時，同步整流用開關(guān)SW2從完全截止的狀態(tài)起進行起動。然后，如圖3(f)所示，PWM信號Vpwm的占空比緩慢地增大，所以同步整流用開關(guān)SW2從截止的狀態(tài)緩慢地導(dǎo)通。其結(jié)果，在時刻T2，切換為降壓模式后，也不通過同步整流用開關(guān)SW2過多地流出被積蓄在輸出電容器Co中的電荷，可以穩(wěn)定地改變輸出電壓Vout。
圖6是表示實施方式的電源裝置100上連接了功率放大器50的攜帶電話終端用的功率放大裝置300的結(jié)構(gòu)圖。功率放大裝置300包括電源裝置100；功率放大器50；天線52；驅(qū)動電路56；控制電路54；調(diào)制器58。
從調(diào)制器58始終輸出大致一定的功率，被輸入到驅(qū)動電路56。驅(qū)動電路56放大從調(diào)制器58輸出的調(diào)制信號，并輸出到功率放大器50。該驅(qū)動電路56的增益是可變的。
功率放大器50放大來自驅(qū)動器的輸出信號，并輸出到天線52。功率放大器50的電源電壓從電源裝置100供給，可根據(jù)動作狀態(tài)而調(diào)節(jié)電源電壓。
電源裝置100對輸入到輸入端子102的電壓進行降壓而從輸出端子104輸出。該電源裝置100如上述那樣切換使用旁路模式和降壓模式這兩個模式。在電源裝置100的輸入端子102上連接電池60，輸入電壓Vin為電池電壓Vbat。這里，設(shè)電池電壓為3.5V。
控制電路54是對功率放大裝置300整體進行控制的電路?？刂齐娐?4將基準(zhǔn)電壓Vref和控制電壓Vcnt輸出到電源裝置100。
下面說明以上那樣構(gòu)成的功率放大裝置300的動作。在該功率放大裝置300中，功率放大器50所需的電源電壓依賴于天線的輸出功率。即，在終端距基站遠(yuǎn)，需要高輸出時，作為電源電壓，需要3.5V左右。在終端和基站間的距離近的情況下，由于低輸出就可以，所以僅需要1V以下的電壓。即，電源裝置100的輸出電壓取決于功率放大器50的輸出功率。
控制電路54根據(jù)與基站的距離，對驅(qū)動電路56的增益進行控制而調(diào)節(jié)對功率放大器50的輸入功率。同時，控制電路54通過控制信號Vcnt和基準(zhǔn)電壓Vref來控制電源裝置100的輸出電壓。
此刻，在攜帶終端距基站近的情況下，假設(shè)功率放大器50所需的電源電壓為1V?？刂齐娐?4通過控制信號Vcnt而設(shè)定為降壓模式，通過基準(zhǔn)電壓Vref來調(diào)節(jié)輸出電壓。假設(shè)因該通信中的攜帶終端移動而遠(yuǎn)離基站，需要提高輸出功率。在此時功率放大器所需的電源電壓為3.5V的情況下，控制電路54通過控制信號Vcnt而將電源裝置100切換為旁路模式。從電源裝置100原封不動輸出作為輸入電壓的電池電壓Vbat，所以將3.5V供給到功率放大器。
在這樣的功率放大裝置300中，因終端移動而與基站的距離變近，功率放大器所需的電源電壓再次變低并切換為降壓模式的情況下，本實施方式的電源裝置100也有效地動作，可以穩(wěn)定地供給對功率放大器供給的電源電壓，進而可以實現(xiàn)功率放大裝置300的輸出電壓的穩(wěn)定。
上述實施方式是例示，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可形成這些各結(jié)構(gòu)元件和各處理過程的組合的變形例、以及這樣的變形例在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，在本實施方式中，作為主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2，分別使用了P型和N型的MOSFET，但不限于此。例如，如果通過驅(qū)動電路16來變更對柵極電壓進行驅(qū)動的邏輯，則在兩者的開關(guān)上也可以使用N型的MOSFET。此外，也可以取代MOSFET而使用雙極晶體管等，關(guān)鍵是作為切換調(diào)節(jié)器來動作就可以。另外，如果是GaAs工藝，則可以采用MESFET(MetalSemiconductor FET)等各種各樣的晶體管。同樣，對于旁路開關(guān)SW3，也可以由各種各樣的晶體管構(gòu)成。它們的選擇，可以根據(jù)電路設(shè)計中使用的半導(dǎo)體制造工藝、電路規(guī)模等狀況來決定。
在本實施方式中，構(gòu)成電源裝置100的元件可全部一體集成化，也可以一部分由分立部件構(gòu)成。將哪些部分集成化，可以根據(jù)成本和占有面積等來決定。
而且，在本實施方式中，作為輸出電壓比降壓型變換器10高的電壓生成電路，說明了有關(guān)采用旁路開關(guān)SW3的情況，但不限于此，只要是生成輸出電壓比降壓型變換器10高的電路，本發(fā)明就是有效的。例如，作為設(shè)置在與降壓型變換器10不同路徑的電壓生成電路，取代旁路開關(guān)SW3，也可以采用升壓型變換器等。
在本實施方式中，作為使主開關(guān)SW1和同步整流用開關(guān)SW2轉(zhuǎn)換的信號，說明了采用PWM信號的情況，另外，也可以采用PFM方式(PulseFrequency Modulation)、PDM方式(Pulse Density Modulation)等。
此外，在實施方式中，說明有關(guān)將電源裝置100使用在攜帶電話的功率放大裝置300的例子，但不限于此，可以使用在對輸入電壓進行降壓而被使用的所有電源電路。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，包括同步整流方式的降壓型變換器，使主開關(guān)和同步整流用開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止；以及電壓生成電路，設(shè)置在與所述降壓型變換器不同的路徑上，選擇所述降壓型變換器和所述電壓生成電路的其中一個而輸出期望的電壓，并且所述降壓型變換器在選擇了所述電壓生成電路的期間，使所述同步整流用開關(guān)截止。
2.一種電源裝置，其特征在于，包括同步整流方式的降壓型變換器，使主開關(guān)和同步整流用開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止；電壓生成電路，輸出比所述降壓型變換器高的電壓；調(diào)節(jié)器，輸出誤差電壓，以使所述降壓型變換器的輸出電壓接近規(guī)定的基準(zhǔn)電壓；以及脈沖寬度調(diào)制器，根據(jù)所述誤差電壓而改變使所述主開關(guān)以及同步整流開關(guān)的導(dǎo)通/截止的占空比，選擇所述降壓型變換器和所述電壓生成電路的其中一個而輸出期望的電壓，所述調(diào)節(jié)器在選擇了所述電壓生成電路的期間，將所述誤差電壓向使所述同步整流用開關(guān)截止的方向上偏置。
3.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述電壓生成電路包括使所述降壓型變換器的輸出端子與輸入端子短路的旁路電路。
4.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器包括與切換所述降壓型變換器和所述電壓生成電路的信號同步而使所述誤差電壓偏置的偏置電路。
5.如權(quán)利要求4所述的電源裝置，其特征在于，所述偏置電路隨著從所述電壓生成電路向所述降壓型變換器的切換，使誤差電壓的偏置量慢慢地變小。
6.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器包括第1運算放大器，將所述降壓型變換器的輸出電壓與規(guī)定的偏置電壓相加而輸出；第2運算放大器，將所述第1運算放大器的輸出電壓和所述基準(zhǔn)電壓的差電壓放大；以及濾波電路，除去所述第2運算放大器的輸出電壓的低頻分量。
7.如權(quán)利要求6所述的電源裝置，其特征在于，所述偏置電壓根據(jù)切換所述降壓型變換器和所述電壓生成電路的信號而生成。
8.如權(quán)利要求6所述的電源裝置，其特征在于，所述濾波電路包括在所述第2運算放大器的第1輸入端子和所述第1運算放大器之間設(shè)置的電阻；以及在所述第2運算放大器的輸出端子和第2輸入端子間設(shè)置的電容器。
9.一種功率放大裝置，其特征在于，包括功率放大用的功率放大器；以及向所述功率放大器供給電源的權(quán)利要求1至8任何一項所述的電源裝置。
10.一種攜帶電話終端，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的功率放大裝置。
全文摘要
提供一種電源裝置。在具有同步整流方式的切換調(diào)節(jié)器的電源裝置中，防止使切換動作再開始時產(chǎn)生的輸出電壓的過沖，提高穩(wěn)定性。電源裝置(100)包括降壓型變換器(10)；調(diào)節(jié)器(12)；PWM信號發(fā)生器(14)；以及旁路開關(guān)(SW3)，對降壓型變換器(10)的輸出和旁路開關(guān)(SW3)的輸出進行切換動作。輸入電壓Vin通過旁路開關(guān)(SW3)被原樣輸出的期間，由偏置電路(20)將作為調(diào)節(jié)器(12)的輸出的誤差電壓向截止同步整流用開關(guān)的方向偏置。在電源裝置(100)的輸出從旁路開關(guān)(SW3)被切換到降壓型變換器(10)，降壓型變換器(10)的降壓動作再開始時，通過誤差電壓的偏置，同步整流用開關(guān)(SW2)從截止的狀態(tài)慢慢地導(dǎo)通。
文檔編號H02J7/02GK1722589SQ20051008216
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者石川裕之, 中嵨優(yōu)夫 申請人:羅姆股份有限公司