專利名稱：開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路以及開關(guān)調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸出恒壓的開關(guān)調(diào)節(jié)器，更具體而言，涉及在輸出端子中流過過電流時(shí)截?cái)鄬?duì)輸出的電流供給來保護(hù)電路的過載保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)調(diào)節(jié)器已被用作各種電子設(shè)備的電路的電壓供給源。開關(guān)調(diào)節(jié)器的功能是與輸入端子的電壓變動(dòng)無關(guān)地向輸出端子輸出恒定電壓，但是在從輸出端子提供給負(fù)載的電流急劇增加而超過最大電流時(shí)，截?cái)嚯娏鞴┙o來保護(hù)電路的過載保護(hù)也很重要。圖5示出具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的框圖。以往的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路由三角波振蕩器I、誤差放大器2、PWM比較器3、誤差放大器輸出檢測(cè)電路4、計(jì)時(shí)器電路5、門電路6、基準(zhǔn)電壓電路7和緩沖電路8構(gòu)成?；鶞?zhǔn)電壓電路7輸出基準(zhǔn)電壓Vref。三角波振蕩器I輸出在上限電平VH和下限電平VL之間振蕩的三角波Vramp。誤差放大器2對(duì)開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vout的反饋電壓Vfb和基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，對(duì)差分電壓進(jìn)行放大。PWM比較器3對(duì)誤差放大器2的輸出電壓Verr和三角波Vramp進(jìn)行比較，輸出PWM信號(hào)Vpwm。門電路6控制PWM信號(hào)Vpwm的輸出。緩沖電路8對(duì)門電路6的輸出進(jìn)行功率放大,輸出到未圖不的激勵(lì)晶體管(drivertransitor)。誤差放大器輸出檢測(cè)電路4對(duì)誤差放大器2的輸出電壓Verr進(jìn)行監(jiān)視。計(jì)時(shí)器電路5根據(jù)誤差放大器輸出檢測(cè)電路4的輸出結(jié)果，開始計(jì)數(shù)。此處，誤差放大器輸出檢測(cè)電路4具有輸出基準(zhǔn)電壓Vref2(> VH)的基準(zhǔn)電壓電路、和對(duì)誤差放大器2的輸出電壓Verr和基準(zhǔn)電壓Vref2進(jìn)行比較的比較器。當(dāng)Verr >Vref2時(shí)，比較器將過載狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器電路5。由此，計(jì)時(shí)器電路5開始計(jì)數(shù)，在經(jīng)過一定時(shí)間后將過載狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)輸出到門電路6。并且，門電路6進(jìn)行控制以使激勵(lì)晶體管變?yōu)椴粚?dǎo)通。因此，輸出電壓Vout降低到0V，因此基準(zhǔn)電壓Vref與反饋電壓Vfb的差分電壓擴(kuò)大，維持Verr > Vref2的關(guān)系，所以激勵(lì)晶體管繼續(xù)維持非導(dǎo)通狀態(tài)(例如參照專利文獻(xiàn)I)。在圖6中示出表示以往的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的動(dòng)作的時(shí)序圖。由此，以往的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的過載保護(hù)電路防止輸出晶體管由于過大負(fù)載而熱損壞。專利文獻(xiàn)I日本特開平3-52556號(hào)公報(bào)但是，在比較輕微的過載的情況下，誤差放大器2的輸出電壓Verr的變化量較小，有時(shí)不超過基準(zhǔn)電壓Vref2。因此，存在這樣的要求希望進(jìn)一步降低基準(zhǔn)電壓Vref2的設(shè)定值，以較小的輸出電流Iout檢測(cè)過載。因此，將基準(zhǔn)電壓Vref2的設(shè)定值設(shè)定為比Verr (max)稍高的電壓(VH > )。但是,為了得到比Verr (max)稍高的基準(zhǔn)電壓Vref2’，三角波Vramp的上限電平VH和下限電平VL的制造偏差成為較大的問題，因此需要校正該制造偏差的調(diào)整單元。并且，為此還需要測(cè)量IC的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(node)的電壓即三角波Vramp的上限電平VH和下限電平VL。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述課題而完成的，目的在于不需要制造偏差的校正工序，并且以簡(jiǎn)易的電路高精度地設(shè)定過大負(fù)載的檢測(cè)Duty。為了解決現(xiàn)有課題，本發(fā)明的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路采用如下結(jié)構(gòu)。一種開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其特征在于，該開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路具有誤差放大 器，其放大并輸出基準(zhǔn)電壓與對(duì)開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓進(jìn)行分壓后的分壓電壓的差；第I三角波產(chǎn)生電路，其輸出第I三角波；第I比較器，其對(duì)所述誤差放大器的輸出電壓和所述第I三角波進(jìn)行比較;第2三角波產(chǎn)生電路，其輸出波高值小于所述第I三角波的第2三角波；第2比較器，其對(duì)所述誤差放大器的輸出電壓與所述第2三角波進(jìn)行比較；以及判定電路，其利用所述第2比較器的輸出信號(hào)檢測(cè)過載狀態(tài)，所述第I三角波與所述第2三角波的波高值的差基于構(gòu)成所述第I三角波產(chǎn)生電路與所述第2三角波產(chǎn)生電路的元件的比。根據(jù)本發(fā)明的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，作為過載檢測(cè)的PWM控制Duty由Ramp2的振幅值Vramp2相對(duì)于Rampl的振幅值Vrampl的比例決定。S卩，由檢測(cè)Duty = Vramp2/Vrampl決定。在半導(dǎo)體集成電路內(nèi)，針對(duì)電壓的絕對(duì)值得到較高的精度大多是很困難的，但是針對(duì)比率得到較高的精度比較容易，這是眾所周知的事實(shí)。因此，存在以下效果能夠盡量減小檢測(cè)Duty的制造偏差，不需要偏差校正所需的微調(diào)(trimming)等工序。


圖I是本實(shí)施方式的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的框圖。圖2是示出具有本實(shí)施方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器的一例的框圖。圖3是示出本實(shí)施方式的第I和第2三角波的波形圖。圖4是示出本實(shí)施方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖5是以往的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的框圖。圖6是示出以往的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的動(dòng)作的時(shí)序圖。標(biāo)號(hào)說明I三角波振蕩器；2誤差放大器；3、10比較器；4誤差放大器輸出檢測(cè)電路；5計(jì)時(shí)器電路；6門電路；7基準(zhǔn)電壓電路；8緩沖電路；13、14、22、23恒流源；15、16、19、21開關(guān)單元；18矩形波振蕩電路；26鎖存電路；40開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路；46、47輸出電壓分壓電阻；100過載保護(hù)電路；110判定電路。
具體實(shí)施例方式圖I是本實(shí)施方式的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的框圖。圖2是示出具有本實(shí)施方式的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器的一例的框圖。作為一例，示出了降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器的框圖。圖2所示的開關(guān)調(diào)節(jié)器具有開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40、激勵(lì)晶體管41、二極管42、線圈43、輸出電容器44、輸出電壓分壓電阻46和47、電源端子48、輸出端子45。圖I所示的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40具有誤差放大器2、基準(zhǔn)電壓電路7、矩形波振蕩電路18、第I三角波(Rampl)產(chǎn)生電路、第I比較器3、過載保護(hù)電路100、門電路6、緩沖電路8。第I三角波(Rampl)產(chǎn)生電路具有恒流源13、電容11、開關(guān)單元15、電平移動(dòng)(level shift)電路 17。過載保護(hù)電路100具有第2三角波(Ramp2)產(chǎn)生電路、第2比較器10、判定電路110、計(jì)時(shí)器電路5、鎖存電路26。第2三角波(Ramp2)產(chǎn)生電路具有恒流源14、電容12、開關(guān)單元16、電平移動(dòng)電路17。判定電路110具有開關(guān)單元19和21、電容20、恒流源22和23、反相器24。
輸入到電壓反饋端子FB的反饋電壓Vfb是對(duì)輸出端子45的輸出電壓Vout進(jìn)行分壓后的電壓。誤差放大器2對(duì)基準(zhǔn)電壓電路7的基準(zhǔn)電壓Vref和反饋電壓Vfb進(jìn)行比較，作為誤差電壓Verr而輸出。比較器3對(duì)誤差電壓Verr和第I三角波產(chǎn)生電路輸出的第I三角波Rampl進(jìn)行比較,輸出信號(hào)Vpwm。S卩，誤差放大器的誤差電壓Verr上下波動(dòng)，由此控制比較器3輸出的信號(hào)Vpwm的脈寬。開關(guān)調(diào)節(jié)器利用該脈寬對(duì)開關(guān)元件(例如激勵(lì)晶體管4)的接通/斷開時(shí)間進(jìn)行控制。這是所謂的開關(guān)調(diào)節(jié)器的PWM(Pulse Width Modulation 脈覽調(diào)制)控制。誤差放大器2的反相輸入端子輸入反饋電壓Vfb，同相輸入端子輸入基準(zhǔn)電壓Vref,因此當(dāng)負(fù)載電流增加且輸出電壓Vout降低時(shí)，輸出電壓Verr上升。比較器3的同相輸入端子輸入誤差放大器2的輸出電壓Verr，反相輸入端子輸入第I三角波Rampl，因此伴隨誤差放大器2的輸出電壓Verr的上升，比較器3輸出的信號(hào)Vpwm的H(高)電平的期間變長(zhǎng)。即使在將誤差放大器2和比較器3的輸入設(shè)為相反的情況下也同樣如此。接著，根據(jù)圖3和圖4的波形圖，對(duì)開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40的動(dòng)作進(jìn)行說明。在以下的說明中，將高電平的期間相對(duì)于第I三角波Rampl的振蕩周期T的比例定義為占空因數(shù)(Duty)。S卩，Duty是激勵(lì)晶體管41的導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)于振蕩周期T的比例。圖3是示出本實(shí)施方式的第I和第2三角波的波形圖。矩形波振蕩電路18的輸出信號(hào)Vosc對(duì)開關(guān)單兀15和16的導(dǎo)通和非導(dǎo)通進(jìn)行控制。在開關(guān)單元15和16非導(dǎo)通時(shí)，電容11和12分別通過恒流源13和14進(jìn)行充電，第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的電位以一定比例上升。在開關(guān)單元15和16導(dǎo)通時(shí)，電容11和12的電荷被放電，第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的電位下降。第2三角波Ramp2是波高值小于第I三角波Rampl的三角波。如果恒流源13、14是相等的電流值，則三角波的波高值由電容11、12的電容比決定。當(dāng)設(shè)Vrampl為第I三角波Rampl的上限電壓、Vramp2為第2三角波Ramp2的上限電壓、Cll為電容11的電容值、C12為電容12的電容值時(shí)，其關(guān)系成為式I。Vramp2/Vrampl = C11/C12 (I)電平移動(dòng)電路17使第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的電壓下限值從GND增高VL [V]。電平移動(dòng)電路17將第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的電壓下限值設(shè)定為高于誤差放大器2的輸出下限電壓。因此，根據(jù)誤差放大器2的輸出下限電壓，也可以不進(jìn)行設(shè)置。第I三角波產(chǎn)生電路和第2三角波產(chǎn)生電路如上述那樣動(dòng)作，從而第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的波形成為圖3所示的三角波。此處，開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40的PWM動(dòng)作中的Duty對(duì)于電源電壓VDD和輸出電壓Vout的依賴性最大。在圖2中作為一例示出的降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器的Duty成為Vout/VDD0但是，由于負(fù)載電流而在激勵(lì)晶體管41、二極管42等中產(chǎn)生電壓降，有效的VDD減少，因此實(shí)際上由于負(fù)載電流的增加，Duty也逐漸稍微增加。圖I所示的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40由于負(fù)載電流的增加，誤差放大器2的輸出電壓Verr上升，Duty增加。因此，能夠在誤差放大器2的輸出電壓Verr值達(dá)到規(guī)定值時(shí)檢測(cè)出過載狀態(tài)即可。接著，參照?qǐng)D4說明過載保護(hù)電路100的動(dòng)作。比較器10的反相輸入端子輸入誤差放大器2的輸出電壓Verr，同相輸入端子輸入第2三角波Ramp2。只要誤差放大器2的輸出電壓Verr在第2三角波Ramp2的下限電壓VL和上限電壓Vramp2之間，貝U比較器10輸出脈沖狀的信號(hào)。利用比較器10的輸出信號(hào)，開 關(guān)單元19反復(fù)導(dǎo)通、非導(dǎo)通。因此，電容20反復(fù)恒流源22的充電和開關(guān)單元19的放電，因此充電電壓不會(huì)上升到某個(gè)恒定值以上。由于負(fù)載電流增加，誤差放大器2的輸出電壓Verr上升，當(dāng)超過第2三角波Ramp2的上限電壓Vramp2時(shí)，比較器10的輸出維持L(低)電平。因此，開關(guān)單元19維持非導(dǎo)通狀態(tài)，所以電容20通過恒流源22進(jìn)行充電。當(dāng)電容20的電壓達(dá)到開關(guān)單元21的閾值時(shí)，判定電路110輸出過載檢測(cè)信號(hào)Vdet。第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的下限電壓VL是共同的，因此Verr與第2三角波Ramp2的上限電壓Vramp2相等時(shí)的Duty、即DutyO成為式2。DutyO = Vramp2/Vrampl (2)該DutyO是過載檢測(cè)Duty,但是根據(jù)式I,DutyO = C11/C12,過載檢測(cè)DutyO由電容11和電容12的電容比決定。半導(dǎo)體集成電路容易在電阻比或電容比等比率較小的偏差范圍內(nèi)進(jìn)行制造。因此，在半導(dǎo)體集成電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的情況下，不需要測(cè)試工序的調(diào)整單元，能夠以極高精度得到過載檢測(cè)Duty。另外，關(guān)于第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2，也可以將電容11和12設(shè)為相等的值，通過恒流源13和14的電流比得到波高值比。如果設(shè)恒流源13的電流為113、恒流源14的電流為114、電容11和12的電容值為C、充電時(shí)間為t，則第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的波高值用式3和4表示。Vrampl = I13t/C(3)Vramp2 = I14t/C(4)因此,第I三角波Rampl和第2三角波Ramp2的波高值的比用式5表示。Vramp2/Vrampl = 12/11 (5)因此，將113和114的電流比設(shè)定為與過載檢測(cè)Duty對(duì)應(yīng)即可。此外，關(guān)于開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路40，即使將邏輯反轉(zhuǎn)，也能夠?qū)嵤４藭r(shí)，圖3和圖4所示的時(shí)序圖的波形成為根據(jù)電路反轉(zhuǎn)后的波形。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的具有過載保護(hù)電路的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，存在如下效果不需要通過測(cè)試工序的調(diào)整單元來校正制造偏差，能夠高精度地設(shè)定/實(shí)現(xiàn)過載檢測(cè)Duty0
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其特征在于，該開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路具有 誤差放大器，其放大并輸出基準(zhǔn)電壓與對(duì)開關(guān)調(diào)節(jié)器輸出的輸出電壓進(jìn)行分壓后的分壓電壓的差； 第I三角波產(chǎn)生電路，其輸出第I三角波； 第I比較器，其對(duì)所述誤差放大器的輸出電壓和所述第I三角波進(jìn)行比較； 第2三角波產(chǎn)生電路，其具有與所述第I三角波產(chǎn)生電路相同的電路結(jié)構(gòu)，輸出波高值小于所述第I三角波的第2三角波； 第2比較器，其對(duì)所述誤差放大器的輸出電壓與所述第2三角波進(jìn)行比較；以及 判定電路，其利用所述第2比較器的輸出信號(hào)檢測(cè)過載狀態(tài)， 所述第I三角波與所述第2三角波的波高值的差基于所述第I三角波產(chǎn)生電路與所述第2三角波產(chǎn)生電路的對(duì)應(yīng)元件的特性的比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其特征在于， 所述第I三角波產(chǎn)生電路和所述第2三角波產(chǎn)生電路具有 矩形波振蕩電路，其輸出矩形波； 第I電容和第2電容； 第I恒流源和第2恒流源，它們分別對(duì)所述第I電容和第2電容進(jìn)行充電或放電；以及第I開關(guān)單元和第2開關(guān)單元，它們由所述矩形波控制，分別對(duì)所述第I電容和第2電容進(jìn)行放電或充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其特征在于， 所述第I三角波與所述第2三角波的波高值的比是根據(jù)所述第I電容與第2電容的電容比得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其特征在于， 所述第I三角波與所述第2三角波的波高值的比是根據(jù)所述第I恒流源與第2恒流源的電流比得到的。
5.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，其具有 設(shè)置在輸入端子與輸出端子之間的輸出晶體管、線圈、整流元件和輸出電容； 電壓分壓電阻，其對(duì)所述輸出端子的電壓進(jìn)行分壓；以及 權(quán)利要求I所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路，其輸入所述電壓分壓電阻的分壓電壓，控制所述輸出晶體管，使所述輸出端子的電壓恒定。
全文摘要
本發(fā)明提供開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電路以及開關(guān)調(diào)節(jié)器。開關(guān)調(diào)節(jié)器不需要測(cè)試工序中的調(diào)整單元，具有高精度的過載保護(hù)電路。作為解決手段，采用的結(jié)構(gòu)為，具有生成對(duì)PWM信號(hào)的Duty進(jìn)行控制的第1三角波的第1三角波產(chǎn)生電路；以及生成波高值比第1三角波小的用于檢測(cè)過載的第2三角波的第2三角波產(chǎn)生電路，第1三角波和第2三角波的波高值的比率基于各自的電容或恒流。
文檔編號(hào)H02M3/156GK102629826SQ20121002243
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者出口充康 申請(qǐng)人:精工電子有限公司