專利名稱：Dc-dc轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及DC-DC轉換器，特別涉及DC-DC轉換器中的高邊開關的接通驅動電壓的自舉電路(bootstrap)。
背景技術：
作為各種電子設備的直流電源，通常使用開關方式的DC-DC轉換器。一般，DC-DC 轉換器對串聯連接在輸入電壓與地之間的高邊開關(high side switch)和低邊開關(low side switch)進行開關控制，利用平滑電容器對蓄積在電感器中的電能進行平滑化來生成輸出電壓。有時為了 DC-DC轉換器的小型化和性能的提高，利用N溝道MOSFET來構成高邊開關。此時，需要將高邊開關的接通驅動電壓設在輸入電壓以上，因此設置自舉電路。自舉電路具備連接在高邊開關和低邊開關之間的連接點上的電容器，以該電容器的充電電壓提高高邊開關的接通驅動電壓。一般，在高邊開關的接通驅動電壓的自舉電路中，為了不使電容器的電荷逆流向電源側，在電容器和電源之間設置二極管。此外，有時代替二極管而設置壓降小的開關晶體管來阻止電容器的充電電壓的降低(例如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2007-195361號公報若自舉電路想要將高邊開關的接通驅動電壓提高至輸入電壓以上，則必須使低邊開關在一定程度的期間內維持接通狀態(tài)，從而使電容器充分充電。但是，如待機時或過電壓檢測后的暫時停止時等那樣，在DC-DC轉換器的開關動作暫停的期間達到長時間的情況下，電容器會進行放電，高邊開關的接通驅動電壓無法充分被提高。其結果，即使在動作再次開始時對高邊開關進行接通控制，高邊開關也不會被接通，存在無法順暢地再次啟動 DC-DC轉換器的隱患。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的課題是能夠使具有自舉電路的DC-DC轉換器從長時間的開關暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)。為了解決上述課題，本發(fā)明采用了如下的結構。即，一種對串聯連接在輸入電壓與地之間的高邊開關和低邊開關分別進行開關控制，使輸入電壓降壓來生成輸出電壓的 DC-DC轉換器，具備自舉電路，該自舉電路具有在低邊開關處于接通狀態(tài)時被充電的電容器，以電容器的充電電壓來提高高邊開關的接通驅動電壓，在從對高邊開關和低邊開關的開關控制的暫停進行指示的暫停信號變成無效起的固定時間內，對高邊開關進行關斷控制，并且對低邊開關進行接通控制，在經過固定時間之后，開始高邊開關的接通控制。具體而言，DC-DC轉換器除了上述自舉電路外，還具備控制電路，其對高邊開關和低邊開關進行開關控制；和固定時間觸發(fā)電路，其在對高邊開關和低邊開關的開關控制的暫停進行指示的暫停信號變成無效時，使輸出在固定時間內有效。并且，控制電路在固定時間觸發(fā)電路的輸出有效時，對高邊開關進行關斷控制，并且對低邊開關進行接通控制。由此，在從暫停狀態(tài)結束開始直到對高邊開關進行接通控制為止的期間內，自舉電路中的電容器被充電。因此，即使暫停狀態(tài)持續(xù)很長時間而導致電容器放電，也能夠在動作再次開始時使高邊開關處于接通狀態(tài)。由此、DC-DC轉換器能夠從暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)。(發(fā)明效果)根據本發(fā)明，具有自舉電路的DC-DC轉換器能夠從長時間的開關暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)。


圖1是第1實施方式的DC-DC轉換器的結構圖。圖2是表示了圖1中的固定時間觸發(fā)電路的結構例的DC-DC轉換器的結構圖。圖3是圖1的DC-DC轉換器的動作時序圖。圖4是第2實施方式的DC-DC轉換器的結構圖。圖5是表示了圖4中的固定時間觸發(fā)電路的結構例的DC-DC轉換器的結構圖。圖6是圖4的DC-DC轉換器的動作時序圖。
具體實施例方式(第1實施方式)圖1表示第1實施方式的DC-DC轉換器的結構。在輸入電壓Vin和地之間串聯連接有高邊開關1和低邊開關2。這些開關都由N溝道MOSFET構成，分別由驅動器11、12來驅動。并且，使這些開關以規(guī)定的時間比率交替地導通，利用平滑電容器4對蓄積在電感器 3上的電能進行平滑化，從而生成輸出電壓Vout。自舉電路5可由電容器51和二極管52構成。在低邊開關2為接通狀態(tài)時，從控制用電壓VDD經由二極管52對電容器51進行充電。電容器51的低電位端與高邊開關1 的源極和驅動器11的基準電位端連接。因此，高邊開關1和低邊開關2以規(guī)定的時間比率交替地導通，從而電容器51被充電至電壓VDD程度，并將其電荷作為高邊開關1的接通驅動電力來進行供給。另一方面，向驅動器12提供電壓VDD，以電壓VDD對低邊開關2進行接通驅動。固定時間觸發(fā)電路6在暫停信號BRK為無效(inactive)時，將作為輸出的信號 LON設為固定時間有效。暫停信號BRK是指示高邊開關1和低邊開關2的開關控制的暫停的信號，例如，若輸出電壓Vout達到允許上限值，則成為有效，若達到允許下限值，則成為無效。以下，為了便于說明，針對各信號，將有效設為“H”，將無效設為“L”。圖2表示了固定時間觸發(fā)電路6的結構例。固定時間觸發(fā)電路6可由接收暫停信號BRK并將其延遲輸出的延遲電路61、以及對暫停信號BRK的反相和延遲電路61的輸出之間的邏輯與進行運算的邏輯電路62構成。延遲電路61可由通過電阻元件611和電容器 612構成的CR電路來實現。此時，CR時間常數成為延遲時間。因此，通過變更電阻元件611 和電容器612的至少一方的元件值，能夠調整延遲時間。另外，代替延遲電路61，也可以設置刻畫固定時間的定時電路。
回到圖1，控制電路7經由驅動器11、12分別對高邊開關1和低邊開關2進行開關控制。具體而言，控制信號產生電路71在使能信號EN有效時工作，輸出用于控制高邊開關1的控制信號Sl和用于控制低邊開關2的控制信號S2。在暫停信號BRK無效且固定時間觸發(fā)電路6的輸出無效時，使能信號EN有效。具體而言，可作為對暫停信號BRK和信號 LON的或非邏輯進行運算的邏輯電路72的輸出，來賦予使能信號EN。將控制信號Sl直接輸入到驅動器11。另一方面，向驅動器12輸入對控制信號S2和信號LON的邏輯或進行運算的邏輯電路73的輸出。即，在控制信號S2有效或者固定時間觸發(fā)電路6的輸出有效時， 對低邊開關2進行接通控制。另外，在如圖2所示那樣構成固定時間觸發(fā)電路6的情況下， 也可以代替信號LON而向邏輯電路72輸入延遲電路61的輸出。圖3表示本實施方式的DC-DC轉換器的動作時序。在與DC-DC轉換器連接的未圖示的負載電路處于待機模式、即DC-DC轉換器的負載非常輕的情況下，有時為了降低耗電， 使DC-DC轉換器間歇性工作?；蛘?，若由于負載電流的急劇減少而在輸出電壓Vout中產生過沖，則有時需要暫時停止開關控制直到輸出電壓Vout恢復到目標值為止。在進行這樣的間歇性動作時或過電壓檢測時等，暫停信號BRK在一定程度的期間內有效。若暫停信號BRK 變成“H”，則使能信號EN變成“L”。因此，控制信號產生電路71停止工作，控制信號S1、S2 都變成“L”。另一方面，在暫停信號BRK為“H”的期間，信號LON —直是“L”。若暫停期間結束而信號BRK變成“L”，則信號LON變成“H”，但使能信號EN在信號 LON變成“H”的期間一直是“L”。因此，由于控制信號產生電路71不再次開始工作，因此高邊開關1不會被接通控制。另一方面，通過信號LON變成“H”，對低邊開關2進行接通控制。 由此，高邊開關1變成關斷狀態(tài)、低邊開關2變成接通狀態(tài)，在暫停期間內進行了放電的電容器51被充電。若經過固定時間觸發(fā)電路6刻畫的固定時間而信號LON變成“L”，則使能信號EN 變成“H”。由此，控制信號產生電路71再次開始工作。此時，由于電容器51被充分充電，因此DC-DC轉換器能夠順暢地恢復到通常狀態(tài)。以上，根據本實施方式，由于在暫停狀態(tài)結束時對自舉電路中的電容器進行充電， 因此能夠充分提高高邊開關的接通驅動電壓，從而能夠順暢地恢復到通常狀態(tài)。(第2實施方式)圖4表示第2實施方式的DC-DC轉換器的結構。以下，說明與第1實施方式的不同點。本實施方式的DC-DC轉換器具備以遲滯幅度AV比較反饋了輸出電壓Vout的電壓Vfb和基準電壓Vr的遲滯比較器8。遲滯比較器8的輸出成為暫停信號BRK。電壓Vfb 可以是輸出電壓Vout本身，也可以是將輸出電壓Vout電阻分壓后的電壓。在控制電路7Α中，作為暫停信號BRK的反相而提供控制信號產生電路71的使能信號ΕΝ。因此，若暫停狀態(tài)結束，則控制信號產生電路71立即開始工作，再次啟動未圖示的外圍電路，并且再次開始高邊開關1和低邊開關2的開關控制。暫停信號BRK成為無效之后的固定時間內，邏輯電路73的輸出與控制信號S2無關地，根據固定時間觸發(fā)電路6的輸出而變成有效。因此，需要屏蔽控制信號Si，使得高邊開關1和低邊開關2不會同時成為接通狀態(tài)。因此，向驅動器11輸入對控制信號Sl和信號LON的反相的邏輯與進行運算的邏輯電路74的輸出。即，在控制信號Sl有效且固定時間觸發(fā)電路6的輸出無效時，對高邊開關1進行接通控制。圖5表示了固定時間觸發(fā)電路6的結構例。延遲電路61A能夠通過將反相電路連接多級來實現。通過變更其連接級數，能夠調整延遲時間。另外，在如圖5那樣構成固定時間觸發(fā)電路6的情況下，也可以代替信號LON而向邏輯電路74輸入延遲電路61A的輸出。圖6表示本實施方式的DC-DC轉換器的動作時序。在如進行間歇性動作時這樣的輕負載狀態(tài)下，向電感器3提供比負載電流還大的電流，輸出電壓Vout上升。并且，若電壓 Vfb大于基準電壓Vr+AV，則遲滯比較器8的輸出即暫停信號BRK變成“H”。由此，使能信號EN變成“L”，控制信號產生電路71停止工作，高邊開關1和低邊開關2都處于關斷狀態(tài)， 輸出電壓Vout下降。在這樣的暫停期間內，通過使未圖示的外圍電路也停止工作，從而降低消耗電流。若輸出電壓Vout下降而導致電壓Vfb小于基準電壓Vr，則暫停信號BRK變成“L”。 由此，使能信號EN變成“H”，控制信號產生電路71和未圖示的外圍電路開始工作。此外， 由于信號LON變成“H”，因此對低邊開關2進行接通控制。另一方面，由于屏蔽了控制信號 Si，因此高邊開關1 一直是關斷狀態(tài)。由此，在暫停期間內放電的電容器51被充電。若經過固定時間觸發(fā)電路6刻畫的固定時間而信號LON變成“L”，則控制信號Sl 的屏蔽被解除。由此，對高邊開關1進行接通控制。此時，由于電容器51被充分充電，因此 DC-DC轉換器能夠順暢地恢復到通常狀態(tài)。以上，根據本實施方式，能夠在暫停狀態(tài)結束時，在對自舉電路的電容器進行充電的期間內再次開始外圍電路的動作，因此能夠更早恢復到通常狀態(tài)。另外，在上述各實施方式中，也可以代替自舉電路5中的二極管52而使用開關晶體管來進行同步整流。此外，邏輯電路72、73、74可根據輸入的信號邏輯而進行各種變形。此外，也可以在固定時間觸發(fā)電路6的輸出變成無效后，不立即進行高邊開關1的接通控制。例如，也可以設置比固定時間觸發(fā)電路6刻畫更長時間的定時電路，在該定時電路的計時結束之后對高邊開關1進行接通控制。此時，由于在暫停期間結束后立即對自舉電路5中的電容器51進行充電，因此能夠從暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)。(產業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的DC-DC轉換器能夠從暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)，因此作為具有待機模式的負載電路的電源裝置有用。符號說明
5自舉電路
51電容器
6固定時間觸發(fā)電路
61延遲電路
61A延遲電路
62邏輯電路
7控制電路
72邏輯電路(第--邏輯電路)
73邏輯電路(第二二邏輯電路)
74邏輯電路(第--邏輯電路)
71 控制信號產生電路8 遲滯比較器
權利要求
1.一種DC-DC轉換器，其對串聯連接在輸入電壓與地之間的高邊開關和低邊開關進行開關控制，使所述輸入電壓降壓來生成輸出電壓，該DC-DC轉換器的特征在于，具備自舉電路，其具有在所述低邊開關處于接通狀態(tài)時被充電的電容器，以所述電容器的充電電壓提高所述高邊開關的接通驅動電壓；控制電路，其對所述高邊開關和低邊開關進行開關控制；和固定時間觸發(fā)電路，其在對所述高邊開關和低邊開關的開關控制的暫停進行指示的暫停信號變成無效時，使輸出在固定時間內有效；所述控制電路在所述固定時間觸發(fā)電路的輸出有效時，對所述高邊開關進行關斷控制，并且對所述低邊開關進行接通控制。
2.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制電路具有第一邏輯電路，其在所述暫停信號無效且所述固定時間觸發(fā)電路的輸出無效時，使輸出有效，在除此之外的情況下，使輸出無效；控制信號產生電路，其在所述第一邏輯電路的輸出有效時，輸出用于控制所述高邊開關的第一控制信號和用于控制所述低邊開關的第二控制信號；和第二邏輯電路，其在所述第二控制信號有效或者所述固定時間觸發(fā)電路的輸出有效時，使輸出有效，在除此之外的情況下，使輸出無效；所述高邊開關和低邊開關分別根據所述第一控制信號和所述第二邏輯電路的輸出來進行開關動作。
3.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制電路具有控制信號產生電路，其在所述暫停信號無效時，輸出用于控制所述高邊開關的第一控制信號和用于控制所述低邊開關的第二控制信號；第一邏輯電路，其在所述第一控制信號有效且所述固定時間觸發(fā)電路的輸出無效時， 使輸出有效，在除此之外的情況下，使輸出無效；和第二邏輯電路，其在所述第二控制信號有效或者所述固定時間觸發(fā)電路的輸出有效時，使輸出有效，在除此之外的情況下，使輸出無效；所述高邊開關和低邊開關分別根據所述第一和第二邏輯電路的輸出來進行開關動作。
4.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述固定時間觸發(fā)電路具有延遲電路，其接收所述暫停信號并進行延遲輸出；和邏輯電路，其進行所述暫停信號和所述延遲電路的輸出之間的邏輯運算。
5.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于，該DC-DC轉換器具備遲滯比較器，該遲滯比較器對反饋了所述輸出電壓的電壓和目標電壓進行比較，作為該比較結果而輸出所述暫停信號。
6.一種DC-DC轉換器，其對串聯連接在輸入電壓與地之間的高邊開關和低邊開關分別進行開關控制，使所述輸入電壓降壓來生成輸出電壓，該DC-DC轉換器的特征在于，該DC-DC轉換器具備自舉電路，該自舉電路具有在所述低邊開關處于接通狀態(tài)時被充電的電容器，以所述電容器的充電電壓來提高所述高邊開關的接通驅動電壓，在從對所述高邊開關和低邊開關的開關控制的暫停進行指示的暫停信號變成無效起的固定時間內，對所述高邊開關進行關斷控制，并且對所述低邊開關進行接通控制，在經過所述固定時間之后，開始所述高邊開關的接通控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有自舉電路的DC-DC轉換器，能夠從長時間的開關暫停狀態(tài)順暢地恢復到通常狀態(tài)。DC-DC轉換器具備自舉電路(5)，其具有在低邊開關(2)處于接通狀態(tài)時被充電的電容器(51)，以電容器的充電電壓提高高邊開關(1)的接通驅動電壓；控制電路(7)，其對高邊開關(1)和低邊開關(2)進行開關控制；和固定時間觸發(fā)電路(6)，其在對高邊開關(1)和低邊開關(2)的開關控制的暫停進行指示的暫停信號變成無效時，使輸出在固定時間內有效?？刂齐娐?7)在固定時間觸發(fā)電路(6)的輸出有效時，對高邊開關(1)進行關斷控制，并且對低邊開關(2)進行接通控制。
文檔編號H02M3/155GK102217179SQ20108000323
公開日2011年10月12日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權日2009年11月4日
發(fā)明者石井卓也 申請人:松下電器產業(yè)株式會社