專利名稱：直流－直流變換器、電源電路、控制直流－直流變換器的方法及控制電源電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器、電源電路、控制直流-直流變換器的方法以及控制電源電路的方法。
附

圖1所示為已有的便攜式電話的電源電路50的示意電路圖。電源電路50包括直流-直流變換器1和低下降(LDO)調(diào)壓器7。
在直流-直流變換器1中，開關(guān)控制電路2控制p-溝道MOS晶體管(第一輸出晶體管)Tr1的開關(guān)操作。在直流-直流變換器1中，第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作、電感器3、電容器4和反饋二極管(flybackdiode)5降低電源電壓Vp以產(chǎn)生第一降低的電壓Vo1。從在電感器3和電容器4之間的節(jié)點N1給低下降調(diào)壓器7的電源端(未示)輸送第一輸出電壓Vo1。
低下降調(diào)壓器7包括p-溝道晶體管(第二輸出晶體管)Tr2，該晶體管根據(jù)比較器8的比較輸出信號接通。在這種狀態(tài)下，低下降調(diào)壓器7降低第一輸出電壓Vo1以產(chǎn)生第二輸出(降低的)電壓Vo2。給負載電路(未示)輸送第二輸出電壓Vo2。
通過第一電阻R1和第二電阻R2對第二輸出電壓Vo2進行分壓。所分壓的第二輸出電壓Vo2提供給比較器8的正輸入端。第二輸出電壓Vo2的增加增加了比較器8的比較輸出信號并降低了第二輸出晶體管Tr2的輸出(負載)電流Io2。第二輸出電壓的降低降低了比較器8的比較輸出信號并增加了第二輸出晶體管Tr2的輸出電流Io2。因此，第二輸出電壓Vo2保持在預定的電壓上，通過第一和第二電阻R1和R2確定這個預定的電壓。
開關(guān)控制電路2和比較器8接收控制信號CNT。當接收第一和第二輸出電壓Vo1，Vo2的負載電路進入備用狀態(tài)時，控制信號CNT變低。較低的控制信號CNT切斷開關(guān)控制電路2和比較器8并使第一和第二輸出晶體管Tr1，Tr2斷開。這就停止了第一和第二輸出電壓Vo1和Vo2的輸送。
附圖6的已有技術(shù)部分所示為當電源電路50開始接收功率時第二輸出電壓Vo2的特性。
當電池開始供電時，施加到直流-直流變換器1的電源電壓Vp增加并且控制信號CNT的電壓隨著電源電壓Vp同步地增加。
在直流-直流變換器1中，開關(guān)控制電路2的運行停止，而第一輸出晶體管Tr1仍然保持截斷直到電源電壓Vp達到預定的電壓V1。當電源電壓Vp增加到預定的電壓V1時，開關(guān)控制電路2開始運行。這就開始了第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)作用。在這種狀態(tài)下，控制第一輸出晶體管Tr1的接通時間以使它逐漸變得更長以防止由第一輸出電壓Vo1突然增加引起的問題。因此，第一輸出電壓Vo1逐漸增加。隨后，當?shù)谝惠敵鲭妷篤o1進一步增加到預定的電壓V2時，低下降調(diào)壓器7的比較器8開始工作并增加第二輸出電壓。
在電源電路50中，隨著控制信號CNT變高當開關(guān)控制電路2開始運行時，開關(guān)控制電路2消耗消耗電流I1，而當比較器8開始運行時比較器8消耗消耗電流I2。
當控制信號CNT變高并從直流-直流變換器1和低下降調(diào)壓器7中輸出第一輸出電壓Vo1，Vo2時，消耗電流I1，I2恒定。因此，如在附圖6的已有技術(shù)部分中所示，開關(guān)控制電路2和比較器8的總的電流消耗(I1+I2)恒定而與通過低下降調(diào)壓器7輸送到負載電路的負載電流Io2的大小無關(guān)。
因此，隨著負載電流Io2降低，通過直流-直流變換器1和低下降調(diào)壓器7消耗的功率的比率增加。這降低了電源電路50的效率。
此外，當電源電路50開始接收功率時，第一輸出電壓Vo1逐漸增加。這使從開始輸送功率時到第二輸出電壓Vo2增加到預定的電平時的延遲時間t1相對較長。
當給電源電路50輸送功率時，當控制信號CNT變低時第一和第二輸出晶體管Tr1，Tr2截斷。這就降低了第一和第二輸出電壓Vo1，Vo2。當控制信號CNT再次變高時，第一輸出電壓Vo1逐漸增加。這就使從控制信號CNT變高時到第二輸出電壓Vo2增加到預定的電平時的延遲時間t3相對較長。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種直流-直流變換器，該直流-直流變換器包括接收電源電壓并產(chǎn)生輸出電壓的電壓產(chǎn)生電路。該電壓產(chǎn)生電路包括執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生輸出電壓的輸出晶體管。一種開關(guān)控制電路連接到該電壓產(chǎn)生電路以控制輸出晶體管的開關(guān)操作。一種電流檢測電路連接到該電壓產(chǎn)生電路以檢測來自電壓產(chǎn)生電路的輸出電壓的負載電流以產(chǎn)生檢測信號。一種停止控制電路連接到電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路和電流檢測電路以根據(jù)檢測信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)，并且當負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
本發(fā)明的再一方面是包括接收電源電壓并產(chǎn)生第一輸出電壓的直流-直流變換器的電源電路。該直流-直流變換器包括具有第一輸出晶體管的電壓產(chǎn)生電路。該第一輸出晶體管執(zhí)行開關(guān)操作，而該電壓產(chǎn)生電路根據(jù)第一輸出晶體管的開關(guān)操作產(chǎn)生第一輸出電壓。一種開關(guān)控制電路連接到該電壓產(chǎn)生電路以控制第一輸出晶體管的開關(guān)操作。一種調(diào)壓器連接到直流-直流變換器以根據(jù)第一輸出電壓產(chǎn)生第二輸出電壓。一種電流檢測電路根據(jù)所檢測的負載電流檢測來自電壓產(chǎn)生電路的第二輸出電壓的負載電流以產(chǎn)生第一檢測信號。一種停止控制電路連接到電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路和電流檢測電路以根據(jù)第一檢測信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)，并且當負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
本發(fā)明的再一方面是控制直流-直流變換器的方法。該直流-直流變換器包括執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生輸出電壓的輸出晶體管和連接到電壓產(chǎn)生電路以控制輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)控制電路。該方法包括給負載輸送從輸出晶體管的輸出電壓中獲得的負載電流、檢測該負載電流、確定負載電流是否小于或等于預定值、當確定負載電流小于或等于預定值時將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)，以及當確定負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
本發(fā)明的再一方面是控制電源電路的方法。該電源電路包括直流-直流變換器，該直流-直流變換器具有執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生第一輸出電壓的輸出晶體管和控制輸出晶體管的開關(guān)的開關(guān)控制電路。一種調(diào)壓器連接到直流-直流變換器以根據(jù)第一輸出電壓產(chǎn)生第二輸出電壓。該方法包括給負載輸送從第二輸出電壓中獲得的負載電流、檢測該負載電流、確定負載電流是否小于或等于預定值、當確定負載電流小于或等于預定值時將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)，以及當確定負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
結(jié)合說明本發(fā)明的原理的實例的附圖，通過下文的描述將會清楚本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。
附圖1所示為已有技術(shù)的電源電路的示意電路圖；附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的直流-直流變換器的示意電路圖；附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的直流-直流變換器的示意電路圖；
附圖4所示為在附圖3的電源電路中使用的LDO調(diào)壓器和負載電流檢測器的電路圖；附圖5所示為在附圖3的電源電路中使用的直流-直流變換器的示意電路圖；附圖6說明附圖1的已有技術(shù)的電源電路和附圖3的電源電路的操作的波形圖；附圖7所示為在附圖5的直流-直流變換器中使用的PWM比較器和PFM控制電路的操作的波形圖；附圖8所示為在附圖5的直流-直流變換器中使用的PWM比較器和PFM控制電路的操作的解釋圖；附圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例在電源電路中使用的直流-直流變換器的示意電路圖。
附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的直流-直流變換器100的示意電路圖。直流-直流變換器100包括電壓產(chǎn)生電路23、開關(guān)控制電路14、電流檢測電路24和停止控制電路25。電壓產(chǎn)生電路23包括輸出晶體管Tr1。根據(jù)輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作，直流-直流變換器100產(chǎn)生輸出電壓Vo1，該輸出電壓Vo1不同于電源電壓Vp。
開關(guān)控制電路14控制輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作。電流檢測電路24檢測從電壓產(chǎn)生電路23輸出的負載電流并產(chǎn)生檢測信號Vd。當負載電流小于或等于預定值時，停止控制電路25根據(jù)檢測信號Vd將輸出晶體管Tr1保持接通并停止開關(guān)控制電路14的操作。
因此，當直流-直流變換器100開始接收功率時，輸出晶體管Tr1保持接通，基本在電源電壓Vp增加的同時直流-直流變換器100的輸出電壓Vo1增加。這就迅速地增加了輸出電壓Vo1。

附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電源電路200的示意電路圖。電源電路200包括開關(guān)控制電路14、停止控制電路25、第一輸出晶體管Tr1、電感器3、電容器4和反饋二極管5。將從直流-直流變換器11產(chǎn)生的第一輸出電壓Vo1作為電源電源從在電感器3和電容器4之間的節(jié)點N1輸送到低下降調(diào)壓器12中。
低下降調(diào)壓器12包括比較器8、第二輸出晶體管Tr2、第一和第二電阻R1，R2和負載電流檢測器26。從低下降調(diào)壓器12中產(chǎn)生的第二輸出電壓Vo2從在第二輸出晶體管Tr2和第一電阻R1之間的節(jié)點N2輸出。連接在節(jié)點N2和地端GND之間的電容器C2使第二輸出電壓Vo2平滑。
當負載電流檢測器26檢測負載電流Io2時，負載電流檢測器26根據(jù)負載電流Io2的電流值產(chǎn)生第一檢測信號Vd并將第一檢測信號Vd輸送到直流-直流變換器11的停止控制電路25。
當處于備用狀態(tài)時比較器8接收處于低電平的控制信號CNT。低控制信號CNT使第二輸出晶體管Tr2截斷。這就將第二輸出電壓Vo2變換到地(GND)電平。
附圖4所示為低下降調(diào)壓器12和負載電流檢測器26的示意電路圖。負載電流檢測器26包括第一和第二比較器13a，13b、p-溝道MOS晶體管(第三晶體管)Tr3和第三電阻R3。
比較器8產(chǎn)生輸送到第三晶體管(電流檢測晶體管)Tr3的柵極的比較輸出信號。給第三晶體管Tr3的源極輸送第一輸出電壓Vo1。通過第三電阻R3將第三晶體管Tr3的漏極連接到地端GND。
在第三晶體管Tr3的柵極上的電位等于在第二輸出晶體管Tr2的柵極上的電位。因此，第二和第三晶體管Tr2，Tr3用作電流反射鏡。
當負載電流Io2增加時晶體管Tr3的漏極電壓(第一檢測信號)Vd增加，而當負載電流Io2降低時晶體管Tr3的漏極電壓Vd降低。將漏極電壓Vd從在第三晶體管Tr3的漏極和第三電阻R3之間的節(jié)點N3輸送到第一和第二比較器13a，13b的正輸入端和直流-直流變換器11。
第一比較器13a比較漏極電壓Vd和第一基準電壓Vr1以基于該比較結(jié)果產(chǎn)生第一比較信號Cm1。第一比較信號Cm1被輸送到直流-直流變換器11。第二比較器13b比較漏極電壓Vd和第二基準電壓Vr2以基于該比較結(jié)果產(chǎn)生第二比較信號Cm2。第二比較信號Cm2被輸送到直流-直流變換器11。第一基準電壓Vr1大于第二基準電壓Vr2。
附圖5所示為直流-直流變換器11的示意電路圖。如附圖5所示，開關(guān)控制電路14包括誤差檢測放大器15、PWM比較器16、振蕩器17、主電流源電路22a和第一至第三電流源電路22b-22d。停止控制電路25包括AND(“與”)電路(選通控制電路)19、斷開控制比較器(控制比較器)20、開關(guān)電路21和第四晶體管Tr4。
開關(guān)控制電路14的誤差檢測放大器15接收第一輸出電壓Vo1并產(chǎn)生DC電壓(誤差放大器信號)FB。直流電流電壓FB輸送到PWM比較器16。用于校正相位的電容器C1和電阻R4串聯(lián)在誤差檢測放大器15的輸入和輸出端之間。電容器C1和電阻R4的連接可以顛倒。
PWM比較器16從振蕩器17接收具有預定的頻率的三角波或鋸齒波信號CT，并將信號CT與直流電壓FB進行比較。然后，PWM比較器16產(chǎn)生具有預定頻率的脈沖信號SG1，并將該脈沖信號SG1輸送給PFM控制電路18。脈沖信號SG1的占空比根據(jù)直流電壓FB變化。
PFM控制電路18分別從第一和第二比較器13a，13b中接收第一和第二比較信號Cm1，Cm2并根據(jù)第一和第二比較信號Cm1，Cm2控制脈沖信號SG1的頻率。將頻率控制的脈沖信號SG1輸送到AND電路19中。
由于低下降調(diào)壓器12的負載電流的變化造成的漏極電壓Vd的增加或降低導致了第一和第二比較信號的電平的三種組合中一種。PFM控制電路18根據(jù)這種組合改變脈沖信號的頻率。例如，當漏極電壓Vd增加時PFM控制電路18增加脈沖信號SG1的頻率。
漏極電壓Vd輸送到在直流-直流變換器11中的控制比較器20的脈沖輸入端。因此給控制比較器20的負輸入端輸送低于第二基準電壓Vr2的第三基準電壓Vr3。
當漏極電壓Vd低于第三基準電壓Vr3時控制比較器20產(chǎn)生低電平的斷開比較信號并將低較低的斷開比較信號輸送給AND電路19。AND電路19產(chǎn)生AND輸出信號，將該AND輸出信號輸送給第一輸出晶體管Tr1的柵極。
斷開比較信號輸送到開關(guān)電路21。當斷開比較信號較低時，開關(guān)電路21將NPN晶體管(第四晶體管)Tr4連接到地端GND。當斷開比較信號較高時，開關(guān)電路21給晶體管Tr4的基極提供第四基準電壓Vr4。
第四晶體管Tr4的集電極通過電流源電路22a從電源接收集電極電流。第四晶體管Tr4的發(fā)射極通過電阻R5連接到地端GND。當給第四晶體管Tr4的基極輸送第四基準電壓Vr4時，第四晶體管Tr4接通，集電極電流從電流源電路22a中流出。當?shù)谒木w管Tr4的基極連接地端GND時，第四晶體管Tr4截斷。
分別通過第一至第三電流源電路22b-22d給誤差檢測放大器15、PWM比較器16和振蕩器17輸送工作電流。主電流源電路22a給第一至第三電流源電路22b-22d輸送電流源控制信號CS。當主電流源電路22a應用第四晶體管Tr4輸送集電極電流時，電流源控制信號CS啟動第一至第三電流源電路22b-22d。
現(xiàn)在討論電源電路200的操作。當給電源電路200輸送功率時，漏極電壓Vd等于地電平。因此，控制比較器20的斷開比較信號較低，AND電路19的AND輸出信號也較低。在這種狀態(tài)下，第一輸出晶體管Tr1保持接通，可參見附圖6，在功率開始增加之后第一輸出電壓Vo1突然輕微增加。然后第一輸出電壓Vo1以與在電源電路200開始接收功率時的相同的比率與功率同步地增加。
隨后，由于第一輸出電壓Vo1增加，低下降調(diào)壓器12開始運行。第二輸出晶體管Tr2接通并輸出第二輸出電壓Vo2。在這種狀態(tài)下，第三晶體管Tr3的漏極電壓Vd增加，該第三晶體管Tr3與第二輸出晶體管Tr2一起作為電流反射鏡。當漏極電壓Vd超過第三基準電壓Vr3時，斷開比較信號變得較高。
結(jié)果，AND電路19給第一輸出晶體管Tr1的柵極提供PFM控制電路18的PFM信號并根據(jù)PFM信號開始第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作。第一輸出電壓Vo1因此從電源電壓Vp逐漸地降低并收斂到預定電壓。
當負載電流Io2降低時，第二輸出晶體管Tr2的漏極電流降低以及第三晶體管Tr3的漏極電流降低。結(jié)果，漏極電壓Vd變得比第三基準電壓Vr3更低并且斷開比較信號變低。在這種狀態(tài)下，AND信號變低而第一輸出晶體管Tr1保持接通。
響應較低的斷開比較信號，開關(guān)電路21將第四晶體管Tr4的基極連接到地端GND。因此，第四晶體管Tr4截斷。結(jié)果，電流源控制信號CS切斷第一至第三電流源電路22b-22d并停止給誤差檢測放大器15、PWM比較器16和振蕩器17輸送工作電流。因此，誤差檢測放大器15、PWM比較器16和振蕩器17并不消耗功率。
當負載電流Io2增加時，控制比較器20的斷開比較信號變高，誤差檢測放大器15、PWM比較器16和振蕩器17啟動，第一輸出晶體管Tr1再次開始開關(guān)操作。
附圖7所示為波形圖和附圖8所示為在開關(guān)控制電路14中的PFM控制電路18和PWM比較器16的操作的解釋性附圖。當負載電流Io2降低并且漏極電壓Vd小于第三基準電壓Vr3時，第一輸出晶體管Tr1固定在接通狀態(tài)(在附圖8中固定范圍)。
當負載電流Io2增加時，漏極電壓Vd變得高于第三基準電壓Vr3但小于第二基準電壓Vr2，斷開比較信號變高。因此，AND電路19將PFM控制電路18的PFM信號輸送到第一輸出晶體管Tr1的柵極。在這種狀態(tài)下，第一和第二比較信號Cm1，Cm2都較低。響應較低的第一和第二比較信號Cm1，Cm2，PFM控制電路18產(chǎn)生其頻率為脈沖信號SG1的頻率的1/4的分開的信號SG2并響應分開的信號SG2產(chǎn)生輸出信號(PFM信號)SG3。
當負載電流Io2進一步增加并且漏極電壓Vd變得比第二基準電壓Vr2高但低于第一基準電壓Vr1時，斷開比較信號較高。因此，AND電路19將PFM信號輸送到第一輸出晶體管Tr1的柵極。在這種狀態(tài)下，第二比較信號Cm2變高。根據(jù)較低的第一比較信號Cm1和較高的第二比較信號，PFM控制電路18產(chǎn)生其頻率為脈沖信號SG1的頻率的1/2的分開的信號SG4并響應分開的信號SG4產(chǎn)生輸出信號(PFM信號)SG5。當漏極電壓Vd是在Vr3＜Vd＜Vr1的范圍中時，通過PFM控制電路18控制第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作(在附圖8中的PFM控制范圍)。
隨著負載電流Io2進一步增加，并且漏極電壓Vd變得高于第一基準電壓Vr1高時，斷開比較信號較高。因此，AND電路19將PFM信號輸送到第一輸出晶體管Tr1的柵極。在這種狀態(tài)下，第一和第二比較信號Cm1，Cm2變高。根據(jù)較高的第一和第二比較信號Cm1，Cm2，PFM控制電路18使脈沖信號SG1反相并產(chǎn)生反相的脈沖信號SG6。當漏極電壓Vd變得高于第一基準電壓Vr1時，通過PFM控制電路18控制第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)操作(在附圖8中的PFM控制范圍)。
在第二實施例中，開關(guān)控制電路14、低下降調(diào)壓器12的第一和第二比較器13a，13b和停止控制電路25都形成在單個半導體基片上。
第二實施例的電源電路200具有如下的優(yōu)點。
(1)當電源電路200開始接收功率時，直流-直流變換器11的第一輸出晶體管Tr1保持接通，并且基本在電源電壓Vp增加的同時直流-直流變換器11的第一輸出電壓Vo1逐漸增加。因此，參考在附圖6中所示的第二實施例，延遲時間t2(即，從電源電壓Vp增加時到低下降調(diào)壓器12的第二輸出電壓Vo2達到預定的電壓時的時間)縮短。這就迅速地增加了第二輸出電壓(電源電路200的輸出電壓)Vo2。
(2)參考在附圖6中所示的第二實施例，當負載電流Io2降低時，直流-直流變換器11的第一輸出晶體管Tr1仍然保持接通。在這種狀態(tài)下，雖然直流-直流變換器11繼續(xù)產(chǎn)生第一輸出電壓Vo1，但是大多數(shù)開關(guān)控制電路14停止作用。這就降低了電源電路200的總的電流消耗Icc。
(3)當由控制信號CNT造成低下降調(diào)壓器12停止作用時，雖然開關(guān)控制電路14并不作用但是仍然給低下降調(diào)壓器12輸送第一輸出電壓Vo1。因此，在給低下降調(diào)壓器12輸送第一輸出電壓Vo1(恒定的電源電壓Vp)的狀態(tài)下低下降調(diào)壓器12接通。結(jié)果，參考在附圖6中所示出的第二實施例，延遲時間t4(即，從控制信號CNT變高時到第二輸出電壓Vo2增加時的時間)縮短。這就迅速地增加了第二輸出電壓Vo2。
附圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電源電路的直流-直流變換器11A的示意電路圖。第三實施例的電源電路300僅在直流-直流變換器開關(guān)控制電路方面不同于電源電路200。
電源電路300包括直流-直流變換器11A和低下降調(diào)壓器12。該直流-直流變換器11A具有包括第一和第二NAND(“與非”)電路27a，27b的開關(guān)控制電路14A、輸出電壓檢測電路28、AND電路29和p-溝道MOS晶體管(輔助晶體管、第五晶體管)Tr5。第三實施例的停止控制電路25A也包括第一和第二NAND電路27a，27b。
通過第一和第二NAND電路27a，27b給第一輸出晶體管Tr1的柵極輸送PFM控制電路18的PFM輸出信號。第一NAND電路27a接收控制比較器20的斷開比較信號。
輸出電壓檢測電路28接收第一輸出電壓Vo1。當?shù)谝惠敵鲭妷篤o1小于或等于預定值并接近地電平時，輸出電壓檢測電路28產(chǎn)生較低電平的第二檢測信號CS2并將較低的第二檢測信號CS2輸送給第二NAND電路27b和AND電路29。
AND電路29接收控制信號CNT并產(chǎn)生輸送給第五晶體管Tr5的柵極的AND輸出信號。
第五晶體管Tr5和開關(guān)控制電路14A形成在相同的半導體基片上，并且第五晶體管Tr5具有比第一輸出晶體管Tr1的接通電阻更大的接通電阻。第五晶體管Tr5的源極接收電源電壓Vp并將第五晶體管Tr5的漏極連接到第一節(jié)點N1。
現(xiàn)在描述電源電路300的操作。在具有第一輸出電壓Vo1的負載電路中，如果由于某種原因造成負載過大使過電流流經(jīng)第一輸出晶體管Tr1，則輸出電壓檢測電路28產(chǎn)生較低電平的第二檢測信號CS2。在這種狀態(tài)下，第二NAND輸出信號變高而與第一NAND輸出信號無關(guān)，并且第一輸出晶體管Tr1根據(jù)較高的第二NAND輸出信號截斷。這就防止了過電流損壞第一輸出晶體管Tr1。
響應較低的第二檢測信號CS2，AND電路29的AND輸出信號變低。響應較低的AND輸出信號，第五晶體管Tr5接通。從第五晶體管Tr5將負載電流輸送給負載電路。第五晶體管Tr5起第一輸出晶體管Tr1的輔助晶體管的作用。然后，當?shù)谝惠敵鲭妷篤o1增加而第二檢測信號CS2變高時，第一輸出晶體管Tr1再次接通并返回到正常狀態(tài)。
此外，當電源電路300開始接收電源電壓Vp時，在確定控制信號CNT較低時第五晶體管Tr5接通。在這種狀態(tài)下，第一輸出晶體管Tr1也接通。因此，第二輸出電壓Vo2迅速地增加到電源電壓Vp。結(jié)果，第一輸出電壓的迅速增加迅速地啟動了低下降調(diào)壓器12。
當控制信號CNT變低并且低下降調(diào)壓器12的第二輸出電壓Vo2降低時，第一輸出晶體管Tr1保持接通并且第五晶體管Tr5也保持接通。因此，第一輸出電壓Vo1迅速增加到電源電壓Vp。
第三實施例除了具有第二實施例的優(yōu)點以外還具有如下描述的優(yōu)點。
(1)當電源電路300開始接收電源電壓Vp時，第五晶體管(輔助晶體管)Tr5迅速地增加直流-直流變換器11A的第一輸出電壓。
(2)當控制信號CNT使低下降調(diào)壓器12停止作用時，第五晶體管Tr5迅速地將直流-直流變換器11A的第一輸出電壓增加到電源電壓Vp。
對于在本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，很顯然的是，在不脫離本發(fā)明的精神范圍的前提下本發(fā)明還可以以許多其它的特定形式實施。具體地說，應該理解的是本發(fā)明可以以如下的形式實施。
不通過主電流源電路22a的電流源控制信號CS切斷第一至第三電流源電路22b-22d，而是可以使誤差檢測放大器15、PWM比較器16和振蕩器17與地端GND斷開。
通過對第三晶體管Tr3的漏極電壓進行分壓可以產(chǎn)生第一至第三基準電壓Vr1-Vr3。
不在PFM控制和PWM控制之間變換，而是可以改變振蕩器17的輸出頻率以調(diào)節(jié)第一輸出晶體管Tr1的開關(guān)頻率。
本發(fā)明的實例和實施例都被認為是說明性的而不是限制性的，并且本發(fā)明并不限于在此所給出的細節(jié)，而是可以在附加的權(quán)利要求的等價范圍內(nèi)進行修改。
權(quán)利要求
1.一種直流-直流變換器，該直流-直流變換器包括接收電源電壓并產(chǎn)生輸出電壓的電壓產(chǎn)生電路(23)，其中該電壓產(chǎn)生電路包括執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生輸出電壓的輸出晶體管、連接到該電壓產(chǎn)生電路以控制輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)控制電路(14)以及連接到該電壓產(chǎn)生電路以檢測來自電壓產(chǎn)生電路的輸出電壓的負載電流以產(chǎn)生檢測信號的電流檢測電路(24)，該直流-直流變換器的特征在于停止控制電路(25)，該停止控制電路連接到電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路和電流檢測電路以根據(jù)檢測信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)并且當負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直流-直流變換器，其特征在于停止控制電路包括用于比較檢測信號和基準電壓以產(chǎn)生比較信號的控制比較器(20)；連接到控制比較器以根據(jù)比較信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)的選通控制電路(19)；以及連接到控制比較器以根據(jù)比較信號使開關(guān)控制電路與電源斷開的電源斷開電路(21，Tr4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的直流-直流變換器，其特征在于開關(guān)控制電路包括產(chǎn)生具有預定的頻率的基準信號的振蕩器(17)；通過輸出電壓產(chǎn)生誤差放大信號的誤差檢測放大器(15)；連接到振蕩器和誤差檢測放大器以根據(jù)基準信號和誤差放大信號產(chǎn)生脈沖信號的PWM比較器(16)；連接到PWM比較器以根據(jù)脈沖信號產(chǎn)生控制輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)信號的PFM控制電路(18)；連接到誤差檢測放大器以給誤差檢測放大器輸送工作電流的第一電流源電路(22b)；連接到振蕩器以給振蕩器輸送工作電流的第二電流源電路(22c)；連接到PWM比較器以給PWM比較器輸送工作電流的第三電流源電路(22d)；以及其中電源斷開電路根據(jù)比較器信號切斷第一、第二和第三電流源電路。
4.一種電源電路，該電源電路包括接收電源電壓并產(chǎn)生第一輸出電壓的直流-直流變換器(11；11A)、連接到直流-直流變換器以根據(jù)第一輸出電壓產(chǎn)生第二輸出電壓的調(diào)壓器(12)和根據(jù)所檢測的負載電流檢測來自電壓產(chǎn)生電路的第二輸出電壓的負載電流以產(chǎn)生第一檢測信號的電流檢測電路(26)，該直流-直流變換器具有帶有第一輸出晶體管(Tr1)的電壓產(chǎn)生電路(23)，其中第一輸出晶體管執(zhí)行開關(guān)操作，并且電壓產(chǎn)生電路根據(jù)第一輸出晶體管的開關(guān)操作產(chǎn)生第一輸出電壓，以及開關(guān)控制電路(14；14A)連接到電壓產(chǎn)生電路以控制第一輸出晶體管的開關(guān)操作，該電源電路的特征在于停止控制電路(25；25A)，該停止控制電路連接到電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路和電流檢測電路以根據(jù)第一檢測信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)，并且當負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電源電路，其特征在于調(diào)壓器包括根據(jù)第一輸出電壓產(chǎn)生第二輸出電壓的第二輸出晶體管(Tr2)以及其中電流檢測電路包括連接到第二輸出晶體管以與第二輸出晶體管一起作為電流反射鏡的電流檢測晶體管(Tr3)；以及連接到電流檢測晶體管以將電流檢測晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓并產(chǎn)生具有經(jīng)轉(zhuǎn)換的電壓的第一檢測信號的轉(zhuǎn)換電阻(R3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電源電路，其特征在于停止控制電路包括用于比較檢測信號和基準電壓以產(chǎn)生比較信號的控制比較器(20)；連接到控制比較器以根據(jù)比較信號將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)的選通控制電路(19)；以及連接到控制比較器以根據(jù)比較信號將開關(guān)控制電路與電源斷開的電源斷開電路(21，Tr4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電源電路，其特征在于開關(guān)控制電路包括產(chǎn)生具有預定的頻率的基準信號的振蕩器(17)；通過第一輸出電壓產(chǎn)生誤差放大信號的誤差檢測放大器(15)；連接到振蕩器和誤差檢測放大器以根據(jù)基準信號和誤差放大信號產(chǎn)生脈沖信號的PWM比較器(16)；連接到PWM比較器以根據(jù)脈沖信號產(chǎn)生控制第一輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)信號的PFM控制電路(18)；連接到誤差檢測放大器以給誤差檢測放大器輸送工作電流的第一電流源電路(22b)；連接到振蕩器以給振蕩器輸送工作電流的第二電流源電路(22c)；連接到PWM比較器以給PWM比較器輸送工作電流的第三電流源電路(22d)；以及其中電源斷開電路根據(jù)比較器信號切斷第一、第二和第三電流源電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電源電路，其特征在于PFM控制電路根據(jù)第一檢測信號變換狀態(tài)，其中響應PWM比較器的PWM輸出信號PFM控制電路在PFM控制電路改變第一輸出晶體管的開關(guān)頻率的狀態(tài)和PFM控制電路PWM控制第一輸出晶體管的狀態(tài)之間變換。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電源電路，其特征在于調(diào)壓器包括電流檢測電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的電源電路，其特征在于調(diào)壓器響應控制信號截斷第二輸出晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電源電路，其特征在于開關(guān)控制電路包括響應控制信號與第一輸出晶體管并行作用的輔助晶體管(Tr5)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電源電路，其特征在于開關(guān)控制電路進一步包括當?shù)谝惠敵鲭妷盒∮诨虻扔陬A定值時產(chǎn)生第二檢測信號的輸出電壓檢測電路(28)；以及連接到輸出電壓檢測電路以根據(jù)第二檢測信號截斷第一輸出晶體管的選通控制電路(27b)；其中根據(jù)第二檢測信號啟動輔助晶體管以在第一輸出晶體管被截斷時產(chǎn)生第一輸出電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的電源電路，其特征在于開關(guān)控制電路形成在單個半導體基片上，以及輔助晶體管具有比第一輸出晶體管的接通電阻更大的接通電阻。
14.一種控制直流-直流變換器的方法，其中該直流-直流變換器包括執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生輸出電壓的輸出晶體管(Tr1)和連接到電壓產(chǎn)生電路以控制輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)控制電路(14)，該方法包括給負載輸送從輸出晶體管的輸出電壓中獲得的負載電流、檢測該負載電流以及確定負載電流是否小于或等于預定值，該方法的特征在于如下的步驟當確定負載電流小于或等于預定值時將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)；以及當確定負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于開關(guān)控制電路包括產(chǎn)生開關(guān)信號以切換輸出晶體管的開關(guān)單元(15，16，17)和給開關(guān)單元輸送電流的電流源(22b，22c，22d)，以及停止步驟包括斷開電流源電路。
16.一種控制電源電路的方法，其中該電源電路包括直流-直流變換器和調(diào)壓器(12)，該直流-直流變換器具有執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生第一輸出電壓的輸出晶體管(Tr1)和控制輸出晶體管的開關(guān)操作的開關(guān)控制電路(14)，該調(diào)壓器連接到直流-直流變換器以根據(jù)第一輸出電壓產(chǎn)生第二輸出電壓，該方法包括給負載輸送從第二輸出電壓中獲得的負載電流、檢測該負載電流以及確定負載電流是否小于或等于預定值，該方法的特征在于如下的步驟當確定負載電流小于或等于預定值時將輸出晶體管保持在啟動狀態(tài)；以及當確定負載電流小于或等于預定值時停止開關(guān)控制電路的運行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于開關(guān)控制電路包括產(chǎn)生開關(guān)信號以切換輸出晶體管的開關(guān)單元(15，16，17)和給開關(guān)單元輸送電流的電流源(22b，22c，22d)，以及停止步驟包括斷開電流源電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低功率消耗并快速地增加輸出電壓的直流－直流變換器、電源電路、控制直流－直流變換器的方法及控制電源電路的方法。該變換器包括電壓產(chǎn)生電路(23)、開關(guān)控制電路(14)、電流檢測電路(24)和停止控制電路(25)。輸出晶體管(Tr1)執(zhí)行開關(guān)操作以產(chǎn)生開關(guān)控制電路的輸出電壓。電流檢測單元連接到電壓產(chǎn)生電路以檢測從輸出電壓中得出的負載電流并產(chǎn)生檢測信號。停止控制電路根據(jù)檢測信號將輸出晶體管保持在激勵狀態(tài),當負載電流小于或等于負載電流時停止開關(guān)控制電路的操作。
文檔編號H02M3/155GK1374739SQ0210688
公開日2002年10月16日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月7日
發(fā)明者中川慎一, 伊藤秀信 申請人:富士通株式會社