專利名稱：開關(guān)式電源電路以及隨其配備的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將來(lái)自直流電源的輸入電壓升壓然后將其饋送至負(fù)載的開關(guān)式電源電路。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及根據(jù)外部信號(hào)啟動(dòng)/停止升壓操作的開關(guān)式電源電路。
(2)背景技術(shù)近年來(lái)，在耐用性、發(fā)光效率和節(jié)省空間等方面極好的白色發(fā)光二極管已被用作諸如蜂窩電話、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)和數(shù)字照相機(jī)之類的電子裝置中所包含的液晶顯示器設(shè)備(LCD)的照明光源(后燈或前燈)。此白色發(fā)光二極管需要較高的正向電壓來(lái)發(fā)光，且通常將使用多個(gè)白色發(fā)光二極管作為照明光源并串聯(lián)連接以使它們的亮度相等。因此，驅(qū)動(dòng)作為照明光源的白色發(fā)光二極管需要比從電子裝置中所包含的電池所饋送的直流電壓高的直流電壓。
因此，將升壓開關(guān)式電源電路用作用于驅(qū)動(dòng)白色發(fā)光二極管的電路。圖11A示出傳統(tǒng)的升壓開關(guān)式電源電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖11A中所示的開關(guān)式電源電路由輸入電容器2、線圈3、身為整流器件的二極管4、輸出電容器5、輸出電流檢測(cè)電阻R1和單個(gè)IC組件形式的升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10組成并通過控制對(duì)線圈3的充電和放電來(lái)執(zhí)行升壓操作。如圖11A中所示的開關(guān)式電源電路將從諸如鋰離子電池之類的直流電源1饋送的直流電壓升壓，然后將經(jīng)升壓的電壓饋送至負(fù)載，即六個(gè)白色發(fā)光二極管LED1-LED6，然后驅(qū)動(dòng)它們。注意電源開關(guān)(未示出)設(shè)置在直流電源1和開關(guān)式電源電路之間。當(dāng)電源開關(guān)接通時(shí)，直流電壓Vin從直流電源1饋送至開關(guān)式電源電路；當(dāng)電源開關(guān)斷開時(shí)，直流電壓Vin不從直流電源1饋送至開關(guān)式電源電路。
直流電源1具有接地的負(fù)極端子和通過輸入電容器2接地并與線圈3的一端相連的正極端子。線圈3的另一端與二極管4的陽(yáng)極相連，而二極管的陰極通過輸出電容器5接地。白色發(fā)光二極管LED1-LED6和輸出電流檢測(cè)電阻R1串聯(lián)連接以形成串聯(lián)電路，且此串聯(lián)電路與輸出電容器5并聯(lián)連接。
升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10配有作為外部連接用端的電源端TVIN、接地電源端TGND、輸出電壓監(jiān)控端TVO、反饋端TFB、開關(guān)端TVSW和控制端TCTRL。電源端TVIN與直流電源1的正極端子相連，接地電源端TGND接地。用這些端子，升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10可以從直流電源1操作。開關(guān)端TVSW與線圈3和二極管4相互連接的節(jié)點(diǎn)相連，輸出電壓監(jiān)控端TVO與二極管4的陰極連接，而反饋端TFB與白色發(fā)光二極管LED6和輸入電流檢測(cè)電阻R1相互連接的節(jié)點(diǎn)相連?？刂贫薚CTRL接收亮度調(diào)節(jié)信號(hào)(如下所述的)。
下面將說(shuō)明升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10配有N溝道MOSFET 11和12(下文稱為Nch晶體管)、驅(qū)動(dòng)電路13、電流檢測(cè)比較器14、振蕩電路15、放大器16、PWM比較器17、誤差信號(hào)放大器18、標(biāo)準(zhǔn)電源19、電阻R2-R4、軟啟動(dòng)電路20、開/關(guān)電路21、過熱檢測(cè)電路22、過電壓檢測(cè)電路23、恒壓電路24和開關(guān)25。
當(dāng)開關(guān)25接通時(shí)，恒壓電路24將來(lái)自電源端TVIN的直流電壓Vin轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定值的電壓，然后將轉(zhuǎn)換后的電壓作為驅(qū)動(dòng)電壓饋送至PWM比較器17和誤差信號(hào)放大器18。當(dāng)開關(guān)25接通時(shí)，將直流電壓Vin作為驅(qū)動(dòng)電壓饋送至構(gòu)成升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的其它電路。
開關(guān)25設(shè)置在電源端TVIN和恒壓電路24的信號(hào)接收端之間。當(dāng)將高電平信號(hào)饋送至控制端時(shí)，開關(guān)25接通；當(dāng)將低電平信號(hào)饋送至控制端時(shí)，開關(guān)25斷開。由控制端TCTRL從外部接收的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)被饋送至開關(guān)25的控制端。因此，當(dāng)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)取低電平時(shí)，不將電功率饋送至升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的電路。這將電功率的消耗減少至接近零。這有利于低電功率消耗。
Nch晶體管11和Nch晶體管12的漏極均與開關(guān)端TVSW連接，而Nch晶體管11和Nch晶體管12的柵極均與驅(qū)動(dòng)電路13連接。Nch晶體管12的源極直接接地，而Nch晶體管11的源極通過電阻R2接地。此使得Nch晶體管11與Nch晶體管12的漏極電流比等于Nch晶體管11與Nch晶體管12的柵極寬度/柵極長(zhǎng)度之比。
電阻R2的兩端分別與電流檢測(cè)比較器14的兩個(gè)輸入端相連。放大器16將電流檢測(cè)比較器14的輸出和振蕩電路15的一個(gè)輸出加在一起，且它們的和被饋送至PWM比較器17的倒相輸入端。PWM比較器17的輸入和振蕩電路15的另一輸出被饋送至驅(qū)動(dòng)電路13。
誤差信號(hào)放大器18的輸出被饋送至PWM比較器17的非倒相輸入端，且誤差信號(hào)放大器18的非倒相輸出端與反饋端TFB連接。誤差信號(hào)放大器18的倒相輸入端與電阻R3的一端及電阻R4的一端相連。電阻R4的另一端接地，電阻R3的另一端與標(biāo)準(zhǔn)電源19的正極端子相連。標(biāo)準(zhǔn)電源19的負(fù)極端子接地。
軟啟動(dòng)電路20的輸出被饋送至PWM比較器17的非倒相輸入端與誤差信號(hào)放大器18的輸入端相互連接的節(jié)點(diǎn)，且開/關(guān)電路21、過熱檢測(cè)電路22和過電壓檢測(cè)電路23的輸出被饋送至驅(qū)動(dòng)電路13?？刂贫薚CTRL從外部接收的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)被饋送至軟啟動(dòng)電路20和開/關(guān)電路21。輸出電壓Vout通過輸出電壓監(jiān)控端TVO饋送至過電壓檢測(cè)電路23。
下面將說(shuō)明具有圖11A中所示的結(jié)構(gòu)的開關(guān)式電源電路的工作。如圖11A所示的開關(guān)式電源電路通過使驅(qū)動(dòng)電路13接通/斷開Nch晶體管12使通過將來(lái)自直流電源1的輸入電壓Vin升壓所獲得的輸出電壓Vout出現(xiàn)在輸出電容器5的兩端，從而驅(qū)動(dòng)白色發(fā)光二極管LED1-LED6。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路13將預(yù)定柵極電壓加至Nch晶體管12的柵極且Nch晶體管12導(dǎo)通時(shí)，電流從直流電源1流向線圈3。結(jié)果，能量在線圈3中積累。另一方面，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路13不將預(yù)定柵極電壓加至Nch晶體管12的柵極且Nch晶體管12截止時(shí)，積累的能量被釋放，從而在線圈3中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。在線圈3中所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)被加至直流電源1的輸入電壓Vin，然后通過二極管4向輸出電容器5充電。通過重復(fù)以上操作，執(zhí)行升壓操作，使得在輸出電容器5的兩端出現(xiàn)輸出電壓Vout。此輸出電壓Vout使輸出電流Iout流過白色發(fā)光二極管LED1-LED6，從而使白色發(fā)光二極管LED1-LED6發(fā)光。
然后，通過反饋端TFB將輸出電流Iout的電流值乘以輸出電流檢測(cè)電阻R1的電阻值所獲得的反饋電壓Vfb饋送至誤差信號(hào)放大器18的非倒相輸入端，然后與要饋送至誤差信號(hào)放大器18的倒相輸入端的參考電壓Vref相比較。通過該比較，根據(jù)反饋電壓Vfb和參考電壓Vref之間的差的電壓出現(xiàn)在誤差信號(hào)放大器18的輸出中。此電壓被饋送至PWM比較器17的非倒相輸入端。注意參考電壓Vref是通過將參考電源19的輸出電壓由電阻R3和R4分壓所獲得的電壓。
與Nch晶體管11導(dǎo)通時(shí)流過電阻R2的電流成比例的信號(hào)和從振蕩電路15輸出的鋸齒波形信號(hào)加在一起，然后由放大器16放大。得到的信號(hào)被輸入PWM比較器17的倒相輸入端，然后通過PWM比較器117與誤差信號(hào)放大器18的輸出電壓電平相比較。結(jié)果，當(dāng)誤差信號(hào)放大器18的輸出電壓電平高于放大器16的輸出信號(hào)電平時(shí)，PWM比較器17的PWM輸出取高電平。另一方面，當(dāng)誤差信號(hào)放大器18的輸出電壓電平低于放大器16的輸出信號(hào)電平時(shí)，PWM比較器17的PWM輸出變成低電平。
當(dāng)接收到PWM比較器17的PWM輸出時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路13根據(jù)接收到的PWM輸出將具有占空比的脈沖信號(hào)饋送至Nch晶體管11和12的柵極以導(dǎo)通/截止它們。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)PWM比較器17的PWM輸出取高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路13在從振蕩電路15輸出的鋸齒波形信號(hào)的各周期的開始處開始將預(yù)定柵電壓饋送至Nch晶體管11和12以導(dǎo)通它們。當(dāng)PWM比較器17的PWM輸出為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路13停止將預(yù)定柵電壓饋送至Nch晶體管11和12以截止它們。
當(dāng)上述Nch晶體管11和12的導(dǎo)通/截止控制，即，驅(qū)動(dòng)電路13的開關(guān)控制操作處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)升壓操作以使得反饋電壓Vfb和參考電壓Vref相等。結(jié)果，輸出電流Iout被穩(wěn)定至將參考電壓Vref(＝反饋電壓Vfb)除以輸出電流檢測(cè)電阻R1的電阻值所獲得的電流值。
輸入PWM比較器17的倒相輸入端的信號(hào)包括根據(jù)流過電阻R2的電流的信號(hào)，即根據(jù)Nch晶體管11和12的導(dǎo)通時(shí)流過線圈3的電流的信號(hào)。這使得可以控制線圈3的峰值電流。另外，在檢測(cè)到輸出電壓Vout超過預(yù)定電壓時(shí)，過電壓檢測(cè)電路23使驅(qū)動(dòng)電路13停止開關(guān)控制操作。這使得可以防止將超過預(yù)定電壓的過電壓提供給身為負(fù)載的白色發(fā)光二極管LED1-LED6和輸出電容器5。另外，當(dāng)特別是在Nch晶體管12的周圍，檢測(cè)到由驅(qū)動(dòng)電路13的開關(guān)控制操作引起的過熱時(shí)，過熱檢測(cè)電路22使驅(qū)動(dòng)電路13停止開關(guān)控制操作。這使得可以防止由過熱引起的升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的擊穿等。
開/關(guān)電路21根據(jù)輸入控制端TCTRL的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)啟動(dòng)/停止開關(guān)控制操作。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路13啟動(dòng)開關(guān)控制操作時(shí)，開關(guān)式電源電路啟動(dòng)升壓操作；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路13停止開關(guān)控制操作時(shí)，開關(guān)式電源電路停止升壓操作。用作亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的是例如PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)。當(dāng)輸入控制端TCTRL的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)取高電平時(shí)，開/關(guān)電路21使驅(qū)動(dòng)電路13啟動(dòng)開關(guān)控制操作，從而使輸出電流Iout流過白色發(fā)光二極管LED1-LED6。另一方面，當(dāng)輸入控制端TCTRL的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)取低電平時(shí)，開/關(guān)電路21使驅(qū)動(dòng)電路13停止開關(guān)控制操作，從而降低輸出電壓Vout。這使得流過白色發(fā)光二極管LED1-LED6的平均電流根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比而變化。白色發(fā)光二極管LED1-LED6的亮度與流過其的平均電流成比例。這使得可以通過改變亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)白色發(fā)光二極管LED1-LED6的亮度。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路13開始開關(guān)控制操作時(shí)，軟啟動(dòng)電路20逐漸改變驅(qū)動(dòng)電路13的輸出占空比，從而使輸出電壓Vout慢慢上升。即，軟啟動(dòng)電路是執(zhí)行所謂的軟啟動(dòng)操作的電路。如果輸出電壓Vout不慢慢上升，當(dāng)電容器5未充電時(shí)，從直流電源1流出的過充電電流為其充電。這里的問題在于當(dāng)直流電源1是諸如鋰離子電池之類的電池時(shí)，該過充電電流將額外的負(fù)擔(dān)加在電池上。另外，此過充電電流降低電池電壓，從而使得不可能將該電池用于其終端電壓。
如圖11B所示，軟啟動(dòng)電路20由端T1-T3、開關(guān)SW1和SW2、恒流源I1、電容器C1和P溝道MOSFET Q1(以下稱為Pch晶體管)組成。端T1與開關(guān)SW1和SW2的控制端相連，而端T2通過開關(guān)SW1和恒流源I1與Pch晶體管Q1的柵極、電容器C1的一端及開關(guān)SW2的一端相連。電容器C1的另一端、開關(guān)SW2的另一端及Pch晶體管Q1的漏極接地，而Pch晶體管Q1的源極與端T3相連。注意端T1與控制端TCTRL連接，端T2通過開關(guān)25與電源端TVIN連接，而端T3被連接至PWM比較器17的非倒相輸入端和誤差信號(hào)放大器18的輸出端相互連接的節(jié)點(diǎn)處。開關(guān)SW1在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通，而在將饋送低電平信號(hào)至其控制端時(shí)截止。開關(guān)SW2在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)截止，而在將饋送低電平信號(hào)至其控制端時(shí)導(dǎo)通。
在圖11A中所示的開關(guān)式電源電路中，每當(dāng)輸入控制端TCTRL的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL從低電平變成高電平時(shí)，軟啟動(dòng)電路20執(zhí)行軟啟動(dòng)使輸出電壓Vout慢慢上升。這防止了輸出電壓Vout快速上升至預(yù)定電壓V1。這里的問題在于當(dāng)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL具有短周期并因此只在短時(shí)間內(nèi)保持在高電平時(shí)，不可能將發(fā)光所需的電壓施加至白色發(fā)光二極管LED1-LED6。這使得可能根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比執(zhí)行希望的亮度調(diào)節(jié)。
考慮到上述已有技術(shù)的不便及缺點(diǎn)，本發(fā)明的發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種根據(jù)外部信號(hào)啟動(dòng)/停止升壓操作并且即使在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換升壓操作的周期短時(shí)也能使輸出電壓達(dá)到目標(biāo)值的開關(guān)式電源電路。該開關(guān)式電源電路已在日本專利申請(qǐng)?zhí)?004-65427中由本發(fā)明的申請(qǐng)人提出。
以上專利申請(qǐng)中提出的開關(guān)式電源電路與圖11A中所示的開關(guān)式電源電路的區(qū)別僅在于用圖12中所示的軟啟動(dòng)電路或圖13中所示的軟啟動(dòng)電路來(lái)代替軟啟動(dòng)電路20。注意，在圖12和13中，也在圖11B中出現(xiàn)的元件將用共同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示。
圖12中所示的軟啟動(dòng)電路由端T1-T3、開關(guān)SW1、恒流源I1、電容器C1、Pch晶體管Q1、開關(guān)SW2和恒流源I2組成。端T1與開關(guān)SW1和SW2的控制端相連，而端T2通過開關(guān)SW1和恒流源I1與Pch晶體管Q1的柵極、電容器C1的一端及開關(guān)SW2的一端相連。電容器C1的另一端及Pch晶體管Q1的漏極接地，Pch晶體管Q1的源極與端T3相連，而開關(guān)SW2的另一端通過恒流源I2接地。注意端T1與控制端TCTRL連接，端T2與電源端TVIN連接，而端T3被連接至PWM比較器17的非倒相輸入端和誤差信號(hào)放大器18的輸出端相互連接的節(jié)點(diǎn)處。開關(guān)SW1在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通，而在將饋送低電平信號(hào)至其控制端時(shí)截止。開關(guān)SW2在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)截止，而在將饋送低電平信號(hào)至其控制端時(shí)導(dǎo)通。
在將輸入電壓Vin饋送至端T2且饋送至端T1的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)取高電平時(shí)，開關(guān)SW1導(dǎo)通而開關(guān)SW2截止。這使得恒流源I1輸出一個(gè)恒定電流，從而啟動(dòng)電容器C1的充電。在電容器C1的充電啟動(dòng)后，Pch晶體管Q1的柵極電位逐漸從低電位變到高電位直至Pch晶體管Q1從導(dǎo)通切換至截止。Pch晶體管Q1的柵極電位ΔV1由下列公式(1)表示。應(yīng)注意C1表示電容器C1的電容值，I1表示恒流源I1的輸出電流值，而Δt1表示電荷提取時(shí)間。
ΔV1＝I1·Δt1/C1(2)當(dāng)Pch晶體管Q1的柵極電位從低電位變成高電位時(shí)，誤差信號(hào)放大器18的輸出電位逐漸上升。這實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)操作?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電容器C1的電容值C1和恒流源I1的輸出電流值I1容易地設(shè)置用軟啟動(dòng)操作時(shí)輸出電壓Vout的上升速度。
另一方面，當(dāng)饋送至端T1的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)變成低電平時(shí)，開關(guān)SW1截止而開關(guān)SW2導(dǎo)通。這使得恒流源I2提取電容器C1中所積累的電荷。上述電荷提取在Pch晶體管Q1的柵極兩端產(chǎn)生電位降ΔV2，由下列公式(2)表示。注意C1表示電容器C1的電容值，I2表示恒流源I2的輸出電流值，而Δt2表示充電時(shí)間。
ΔV2＝I2·Δt2/C1(1)通過減少電位降ΔV2，可以抑制提取電容器C1中所積累的電荷。因此，需要加大I1/I2的比以抑制提取電容器C1中所積累的電荷。這使得可以抑制誤差信號(hào)放大器18的輸出電位的減少。
當(dāng)誤差信號(hào)放大器18的輸出電位的減少被抑制時(shí)，圖12中所示的軟啟動(dòng)電路不能執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。這允許即使在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL僅在短時(shí)間內(nèi)維持在高電平時(shí)輸出電壓Vout也能達(dá)到目標(biāo)值(＝V1)，見圖14，示出從設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的升壓開關(guān)式電源器件的外部饋送的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的波形、輸出電壓Vout的波形和從直流電源1饋送的輸入電流Iin的波形。這使得即使在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)具有短周期并因此只在短時(shí)間內(nèi)保持在高電平時(shí)，也能根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比執(zhí)行希望的亮度調(diào)節(jié)。注意上述I1/I2之比被設(shè)置成使得完成電容器放電所需的時(shí)間比開/關(guān)電路21用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換的驅(qū)動(dòng)電路13的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。
在圖14中，假設(shè)開關(guān)式電源電路在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL第一次從低電平變成高電平，和在開關(guān)式電源電路被啟動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)，則輸出電壓Vout為0(V)，而輸出電容器5完全沒有充電。
當(dāng)設(shè)置在直流電源1和開關(guān)式電源電路之間的電源開關(guān)截止時(shí)，即將沒有饋送至開關(guān)式電源電路的輸入電壓Vin輸入至設(shè)有圖12所示的軟啟動(dòng)電路的升壓開關(guān)式電源電路時(shí)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)變成低電平時(shí)，當(dāng)電源開關(guān)截止時(shí)，即當(dāng)沒有將輸入電壓Vin饋送至開關(guān)式電源電路時(shí)，恒流源I2提取電容器C1中所積累的電荷。在此情況下，電源開關(guān)截止的時(shí)間，即電荷提取時(shí)間Δt2長(zhǎng)得足以允許恒流源I2從電容器C1提取足夠電荷量。這使得Pch晶體管Q1的柵極電位等于或約等于地電位。這允許圖12所示的軟啟動(dòng)電路在電源開關(guān)從截止切換至導(dǎo)通時(shí)執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。
圖13中所示的軟啟動(dòng)電路由端T1-T3、開關(guān)SW1、恒流源I3、電容器C1、Pch晶體管Q1和恒流源I4組成。端T1與開關(guān)SW1控制端相連，而端T2通過開關(guān)SW1和恒流源I3與Pch晶體管Q1的柵極、電容器C1的一端及恒流源I4的一端相連。電容器C1的另一端、Pch晶體管Q1的漏極及恒流源I4的另一端接地，且Pch晶體管Q1的源極與端T3相連。注意端T1與控制端TCTRL連接，端T2與電源端TVIN連接，而端T3被連接至PWM比較器17的非倒相輸入端和誤差信號(hào)放大器18的輸出端相互連接的節(jié)點(diǎn)處。開關(guān)SW1在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通，而在將饋送低電平信號(hào)至其控制端時(shí)截止。
在將輸入電壓Vin饋送至端T2且饋送至端T1的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)取高電平時(shí)，開關(guān)SW1導(dǎo)通。這使得恒流源I3輸出一個(gè)恒定電流。此恒流中的一部分被恒流源I4提取，而其余的用作電容器C1的充電電流。當(dāng)電容器C1充電時(shí)，Pch晶體管Q1的柵極電位逐漸從低電位增加到高電位直至Pch晶體管Q1從導(dǎo)通切換至截止。Pch晶體管Q1的柵極電位ΔV1由下列公式(3)表示。應(yīng)注意C1表示電容器C1的電容值，I3表示恒流源I3的輸出電流值，I4表示恒流源I4的輸出電流值，而Δt1表示充電時(shí)間。
ΔV1＝(I3-I4)·Δt1/C1(3)當(dāng)Pch晶體管Q1的柵極電位從低電位變成高電位時(shí)，誤差信號(hào)放大器18的輸出電位逐漸上升。這實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)操作?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電容器C1的電容值C1、恒流源I3的輸出電流值I3和恒流源I4的輸出電流值I4容易地設(shè)置用軟啟動(dòng)操作時(shí)輸出電壓Vout的上升速度。在圖12中所示的軟啟動(dòng)電路中，當(dāng)Pch晶體管Q1的柵極電位等于或小于預(yù)定值時(shí)，由于開關(guān)SW2的電阻只能選擇用泄漏電流來(lái)提取電容器C1中所積累的電荷。另一方面，在圖13中所示的軟啟動(dòng)電路中，可以通過使用恒流源I4的輸出電流可靠地提取電容器C1中所積累的電荷。
另一方面，當(dāng)饋送至端T1的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)變成低電平時(shí)，開關(guān)SW1變成截止。這使得恒流源I4提取電容器C1中所積累的電荷。上述電荷提取在Pch晶體管Q1的柵極兩端產(chǎn)生電位降ΔV2，由下列公式(4)表示。應(yīng)注意C1表示電容器C1的電容值，I4表示恒流源I4的輸出電流值，而Δt2表示電荷提取時(shí)間。
ΔV2＝I4·Δt2/C1(4)通過減少電位降ΔV2，可以抑制提取電容器C1中所積累的電荷。因此，需要加大I3/I4的比以抑制提取電容器C1中所積累的電荷。這使得可以抑制誤差信號(hào)放大器18的輸出電位的減少。這里，對(duì)電容器C1的充電來(lái)說(shuō)，恒流源I4提取的電流被浪費(fèi)了。因此，最好通過使恒流源I4的輸出電流值I4變小使I3/I4之比大于I1/I2。
當(dāng)誤差信號(hào)放大器18的輸出電位的減少被抑制時(shí)，圖13中所示的軟啟動(dòng)電路不能執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。這允許即使在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL僅在短時(shí)間內(nèi)維持在高電平時(shí)輸出電壓Vout也能達(dá)到目標(biāo)值(＝V1)，見圖14，示出從設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的升壓開關(guān)式電源器件的外部饋送的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的波形、輸出電壓Vout的波形和從直流電源1饋送的輸入電流Iin的波形。這使得LED1-LED6能發(fā)光。這使得即使在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)具有短周期并因此只在短時(shí)間內(nèi)保持在高電平時(shí)，也能根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比執(zhí)行希望的亮度調(diào)節(jié)。注意上述I3/I4之比被設(shè)置成使得完成電容器放電所需的時(shí)間比開/關(guān)電路21用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)電路13的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。
當(dāng)設(shè)置在直流電源1和開關(guān)式電源電路之間的電源開關(guān)截止時(shí)，即將沒有輸入電壓Vin輸入至開關(guān)式電源電路時(shí)，恒流源I4提取電容器C1中所積累的電荷。在此情況下，電源開關(guān)截止的時(shí)間，即電荷提取時(shí)間Δt2長(zhǎng)得足以允許恒流源I4從電容器C1提取足夠電荷量。這使得Pch晶體管Q1的柵極電位等于或約等于地電位。這允許圖13所示的軟啟動(dòng)電路在電源開關(guān)從截止切換至導(dǎo)通時(shí)執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。
為了以低成本制作集成電路，需要提供一種具有多種能力的單個(gè)端并使用具有少量插腳的插件。因此，在設(shè)有圖12或13所示的軟啟動(dòng)電路的升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10中，控制端TCTRL被賦予了當(dāng)開關(guān)式電源電路截止時(shí)將功耗減少至幾乎為零的能力，當(dāng)將開關(guān)式電源電路從截止切換至導(dǎo)通時(shí)執(zhí)行軟啟動(dòng)操作的能力和當(dāng)根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比調(diào)節(jié)白色LED的亮度時(shí)停止軟啟動(dòng)操作的能力。然而，當(dāng)開關(guān)式電源電路截止時(shí)停止對(duì)所有電路的供電，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)式電源電路截止時(shí)功耗被減小至幾乎為零。因此，在開關(guān)式電源電路導(dǎo)通后啟動(dòng)所有電路需要一些時(shí)間。這是非常不利的，因?yàn)樵谟米鞲鞣N放大器的電源的電路部分啟動(dòng)之前反饋系統(tǒng)不會(huì)合適地工作。
當(dāng)將從直流電源1饋送的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成預(yù)定電壓Vc的恒壓電路24具有圖15中所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，在寄生電容PC被完全充電之前不啟動(dòng)恒壓電路24。在沒有啟動(dòng)恒壓電路24時(shí)導(dǎo)通Nch晶體管12的情況下，在恒壓電路24啟動(dòng)之前保持Nch晶體管12導(dǎo)通，因?yàn)榉糯笃?PWM比較器17、誤差信號(hào)放大器18等)不被控制。
這沒有給圖11A所示的開關(guān)式電源電路帶來(lái)任何問題，因?yàn)樵陂_關(guān)式電源電路導(dǎo)通時(shí)執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。然而，在設(shè)有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路中，在恒壓電路24啟動(dòng)之前Nch晶體管12保持導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)電流流過Nch晶體管12(見圖16)。在圖16中，VCTRL表示從外部饋送至設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)，Vout表示設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路的輸出電壓，ISW表示設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路的Nch晶體管12的漏電流，而PI表示流過設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路的Nch晶體管12的流經(jīng)電流。
如上所述，在設(shè)置有圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路的開關(guān)式電源電路中，當(dāng)根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比調(diào)節(jié)白色LED的亮度時(shí)，每當(dāng)開關(guān)式電源電路導(dǎo)通時(shí)過量電流流過Nch晶體管12。這使得電池比所預(yù)計(jì)的更早達(dá)到其終端電壓(約3.0V)。這不利地限制了一次充電的電池時(shí)間的長(zhǎng)度。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種根據(jù)外部信號(hào)啟動(dòng)/停止升壓操作并且即使在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換升壓操作的周期短時(shí)也能使輸出電壓達(dá)到目標(biāo)值，同時(shí)防止流經(jīng)電流在升壓操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)流過開關(guān)器件的開關(guān)式電源電路及用其設(shè)置的電子裝置。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)式電源電路設(shè)置有升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較部分、驅(qū)動(dòng)部分、恒壓部分、開關(guān)部分、啟動(dòng)/停止部分和軟啟動(dòng)電路。比較部分將參考電壓與基于升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流的電壓相比較。驅(qū)動(dòng)部分根據(jù)比較部分的輸出執(zhí)行開關(guān)控制以開/關(guān)設(shè)置在升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件。恒壓部分將恒壓作為驅(qū)動(dòng)電壓至少饋送至比較部分。開關(guān)部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換的恒壓部分的恒壓饋送操作。啟動(dòng)/停止部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的切換控制操作，同時(shí)防止從恒壓部分的恒壓饋送操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間，防止驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)。軟啟動(dòng)電路具有電容器和放電部分，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作啟動(dòng)時(shí)為電容充電，因此升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升，根據(jù)電容器兩端的電壓以一種當(dāng)升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升時(shí)無(wú)論比較部分的輸出如何，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓都慢慢地上升的方式控制驅(qū)動(dòng)部分，并使得在驅(qū)動(dòng)部分的控制操作處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)放電部分為電容器放電，完成電容器放電所需的時(shí)間比啟動(dòng)/停止部分用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。
有此結(jié)構(gòu)，使完成電容器放電所需的時(shí)間比啟動(dòng)/停止部分用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)，并在電容的放電完成之前防止軟啟動(dòng)電路執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。這使得即使在啟動(dòng)/停止部分用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作的周期短時(shí)，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓也能達(dá)到目標(biāo)值。因此，即使升壓操作用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換的周期短時(shí)也可以使輸出電壓達(dá)到目標(biāo)值。另外，啟動(dòng)/停止部分從恒壓部分的恒壓饋送操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)開始直至過去預(yù)定時(shí)間，防止驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)。因此，通過使預(yù)定時(shí)間比恒壓部分的啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，將開關(guān)器件斷開并保持?jǐn)嚅_直至恒壓部分啟動(dòng)。這防止流經(jīng)電流流過開關(guān)器件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電子裝置設(shè)有上述結(jié)構(gòu)的開關(guān)式電源電路。開關(guān)式電源電路將電功率饋送至例如包含在電子裝置中的液晶顯示設(shè)備的照明光源。
(4)


圖1為示出體現(xiàn)本發(fā)明的升壓開關(guān)式電源電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；圖2為示出在圖1所示的升壓開關(guān)式電源電路各部分出現(xiàn)的電壓和電流波形的時(shí)間圖；圖3為示出設(shè)置在圖1所示的升壓開關(guān)式電源電路中的信號(hào)校正電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；圖4為示出出現(xiàn)在圖3所示的信號(hào)校正電路的各部分的信號(hào)波形的時(shí)間圖；圖5為示出信號(hào)校正電路和使用降壓(depression)晶體管的恒電壓電路的特性的圖；圖6為示出設(shè)置在圖1所示的升壓開關(guān)式電源電路中的信號(hào)校正電路的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的圖；圖7為示出設(shè)置在圖1所示的升壓開關(guān)式電源電路中的振蕩電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；圖8為示出降壓(depression)晶體管的靜態(tài)特性的圖；圖9為示出圖7所示的振蕩電路的振蕩頻率特性的圖；圖10為示出圖6所示的信號(hào)校正電路的預(yù)微調(diào)特性的圖；圖11A和11B為示出傳統(tǒng)的升壓開關(guān)式電源電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；圖12為示出軟啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；圖13為示出軟啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的圖；圖14為示出在其中用圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路代替圖11所示的升壓開關(guān)式電源電路的軟啟動(dòng)電路的升壓開關(guān)式電源電路的各部分所出現(xiàn)的電壓和電流波形的時(shí)間圖；圖15為示出恒壓電路的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖；和圖16為示出在其中用圖12或圖13所示的軟啟動(dòng)電路代替圖11所示的升壓開關(guān)式電源電路的軟啟動(dòng)電路的升壓開關(guān)式電源電路的各部分所出現(xiàn)的電壓和電流波形的時(shí)間圖。
(5)具體實(shí)施方式
圖1示出體現(xiàn)本發(fā)明的升壓開關(guān)式電源電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。注意，在圖1中，將也在圖11A中出現(xiàn)的元件用共同的標(biāo)號(hào)表示，并省略對(duì)它們的詳細(xì)說(shuō)明。
在體現(xiàn)本發(fā)明的圖1中所示出的開關(guān)式電源電路包括其中用升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器100代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)式電源電路的升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的結(jié)構(gòu)。升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器100與升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的不同之處在于用軟啟動(dòng)電路26代替升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器10的軟啟動(dòng)電路20，并另外設(shè)置了從控制端TCTRL接收亮度調(diào)節(jié)信號(hào)并將通過校正接收到的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)所獲取的校正信號(hào)饋送至開/關(guān)電路21的校正電路27。
信號(hào)校正電路27將經(jīng)校正的信號(hào)饋送至開/關(guān)電路21，所述經(jīng)校正的信號(hào)除了從亮度調(diào)節(jié)信號(hào)從低電平變成高電平的時(shí)間點(diǎn)直至過去預(yù)定時(shí)間t1取低電平之外與亮度調(diào)節(jié)信號(hào)相同。
軟啟動(dòng)電路26是具有圖12或圖13所示的結(jié)構(gòu)的軟啟動(dòng)電路。用此結(jié)構(gòu)，即使在亮度調(diào)節(jié)信號(hào)具有短周期并因此僅在短時(shí)間內(nèi)維持在高電平時(shí)，也可以根據(jù)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比執(zhí)行所希望的亮度調(diào)節(jié)。
當(dāng)恒壓電路24具有圖15所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，在寄生電容PC完全充電前恒壓電路24不啟動(dòng)。然而，信號(hào)校正電路27將除了從亮度調(diào)節(jié)信號(hào)從低電平變成高電平的時(shí)間點(diǎn)直至過去預(yù)定時(shí)間t1取低電平之外與亮度調(diào)節(jié)信號(hào)相同的經(jīng)校正的信號(hào)饋送至開/關(guān)電路21。因此，通過使預(yù)定時(shí)間t1比恒壓電路24的啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，在恒壓電路24啟動(dòng)之前將Nch晶體管12截止并保持截止。這防止流經(jīng)電流流過Nch晶體管12(見圖2)。注意，在圖2中，VCTRL表示從外部饋送至圖1中所示的開關(guān)式電源電路的亮度調(diào)節(jié)信號(hào)，Vout表示圖1所示的開關(guān)式電源電路的輸出電壓，而ISW表示圖1所示的開關(guān)式電源電路的Nch晶體管12的漏電流。
這里，圖3中示出信號(hào)校正電路27的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖3中所示的信號(hào)校正電路設(shè)有Pch晶體管Q2-Q9、Nch晶體管Q10-Q17、N溝道降壓晶體管Q18和電容器C2。
Pch晶體管Q2-Q5和Nch晶體管Q10-Q13構(gòu)成第一信號(hào)發(fā)生部分。第一信號(hào)發(fā)生部分將為亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的反信號(hào)的信號(hào)SA(見圖4)輸出至Pch晶體管Q5的漏極和Nch晶體管Q13的漏極相互連接處的節(jié)點(diǎn)A。
Pch晶體管Q2、Q6和Q7、Nch晶體管Q10、Q14和Q15、N溝道降壓晶體管Q18和電容器C2構(gòu)成第二信號(hào)發(fā)生部分。第二信號(hào)發(fā)生部分將一個(gè)從亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL從低電平變成高電平的時(shí)間點(diǎn)開始直至過去預(yù)定時(shí)間t1取高電平，否則取低電平的信號(hào)SB(見圖4)輸出至Pch晶體管Q7的漏極和Nch晶體管Q15的漏極相互連結(jié)處的節(jié)點(diǎn)B。
Pch晶體管Q8和Q9及Nch晶體管Q16和Q17構(gòu)成第三信號(hào)發(fā)生部分。第三信號(hào)發(fā)生部分將當(dāng)信號(hào)SA和信號(hào)SB中的一個(gè)取低電平而另一個(gè)取高電平時(shí)取低電平，而當(dāng)信號(hào)SA和信號(hào)SB均處于低電平時(shí)取高電平的信號(hào)SC(見圖4)輸出至Pch晶體管Q8的漏極、Nch晶體管Q16的漏極和Nch晶體管Q17的漏極相互連結(jié)處的節(jié)點(diǎn)C。從第三信號(hào)發(fā)生部分輸出的信號(hào)SC用作圖3所示的信號(hào)校正電路的輸出信號(hào)。
圖3所示的信號(hào)校正電路具有簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗ㄟ^使用N溝道降壓晶體管Q18和電容器C2的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定預(yù)定時(shí)間t1。這樣可以實(shí)現(xiàn)降低成本。
然而，通過使用降壓晶體管和電容器的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定預(yù)定時(shí)間t1的象圖3中所示的信號(hào)校正電路那樣的信號(hào)校正電路具有以下缺點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)校正電路的降壓晶體管的特性有大變化時(shí)，由于降壓晶體管的大的特性變化有可能使預(yù)定時(shí)間t1比恒壓電路24的啟動(dòng)時(shí)間短。
為了防止上述缺點(diǎn)，恒壓電路24可以采用設(shè)置有使用降壓晶體管的恒流源的結(jié)構(gòu)(例如圖15中所示的電路結(jié)構(gòu))。當(dāng)信號(hào)校正電路27采用圖3中所示的電路結(jié)構(gòu)而恒壓電路24采用圖15中所示的電路結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)獲得信號(hào)校正電路27的預(yù)定時(shí)間t1的圖5所示的特性曲線CL1和恒壓電路24的啟動(dòng)時(shí)間的圖5中所示的特性曲線CL2。因此，使預(yù)定時(shí)間t1比恒壓電路24的啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，除非信號(hào)校正電路27的降壓晶體管的閾電壓Vth變得非常低而恒壓電路24的降壓晶體管的閾電壓Vth變得非常高。
另外，通過使信號(hào)校正電路27和恒壓電路24的降壓晶體管大小相等并將這些降壓晶體管排在相同的方向上，使信號(hào)校正電路27和恒壓電路24的降壓晶體管的閾電壓Vth近似相等。這使得可以更可靠地防止預(yù)定時(shí)間t1比恒壓電路24的啟動(dòng)時(shí)間短。
注意由于以下原因，預(yù)定時(shí)間t1越短越好。只要亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的頻率為低，就不會(huì)出現(xiàn)問題。然而，當(dāng)由于亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的高頻率，預(yù)定時(shí)間t1變成等于或大于亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的1/4個(gè)周期時(shí)，亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL的占空比與白色發(fā)光二極管LED1-LED6的亮度之間的線性失去了。為了解決這一問題，最好采用通過使用降壓晶體管和電容器的時(shí)間常數(shù)確定預(yù)定時(shí)間t1并能修整降壓晶體管，使得當(dāng)預(yù)定時(shí)間t1長(zhǎng)時(shí)，通過修整降壓晶體管(通過激光修整或齊納攻擊(Zener zapping))來(lái)使預(yù)定時(shí)間t1變短的信號(hào)校正電路，如信號(hào)校正電路27。
圖6中示出通過使用降壓晶體管和電容器的時(shí)間常數(shù)確定預(yù)定時(shí)間t1并能修整降壓晶體管的信號(hào)校正電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。注意，在圖6中，也可以在圖3中找到的元件用共同的標(biāo)號(hào)表示，并省略它們的詳細(xì)的說(shuō)明。在圖6所示的信號(hào)校正電路中，降壓晶體管Q18”和Q18”被串聯(lián)連接至降壓晶體管Q18，并分別在降壓晶體管Q18，Q18’和Q18”的柵極和漏極之間設(shè)置修整器件28-30。
當(dāng)執(zhí)行修整時(shí)，需要在其上形成升壓斷續(xù)器調(diào)節(jié)器的晶片的晶片試驗(yàn)中測(cè)量預(yù)定時(shí)間t1，并根據(jù)測(cè)量的結(jié)果調(diào)節(jié)預(yù)定時(shí)間t1。例如，可以通過獲取亮度調(diào)節(jié)信號(hào)VCTRL和信號(hào)SC的如圖4中所示的波形來(lái)測(cè)量預(yù)定時(shí)間t1。然而，這方法需要昂貴的試驗(yàn)裝置來(lái)獲取該信號(hào)波形。
另一方面，當(dāng)振蕩電路15采用設(shè)置有使用降壓晶體管的恒流源的電路結(jié)構(gòu)時(shí)，可以僅通過測(cè)量振蕩電路15的振蕩頻率的值來(lái)估計(jì)預(yù)定時(shí)間t1。這消除了使用昂貴的試驗(yàn)裝置的需要。因此，振蕩電路15最好采用設(shè)置有使用降壓晶體管的恒流源的電路結(jié)構(gòu)(例如圖7中所示的電路結(jié)構(gòu))。
在圖7所示的振蕩電路中，使用降壓晶體管Q19和Q20的恒流源輸出恒流Ic。降壓晶體管Q19和Q20具有圖8中所示的靜態(tài)特性。當(dāng)降壓晶體管Q19和Q20具有低于設(shè)計(jì)值的閾電壓并具有由特性曲線CL3所表示的靜態(tài)特性時(shí)，恒流Ic的值為Id1。當(dāng)降壓晶體管Q19和Q20具有等于設(shè)計(jì)值的閾電壓并具有由特性曲線CL4所表示的靜態(tài)特性時(shí)，恒流Ic的值為Id2。當(dāng)降壓晶體管Q19和Q20具有高于設(shè)計(jì)值的閾電壓并具有由特性曲線CL5所表示的靜態(tài)特性時(shí)，恒流Ic的值為Id3。具體來(lái)說(shuō)，在圖7中所示的振蕩電路中，用作恒流源的降壓晶體管Q19和Q20具有的閾電壓越低，則恒流Ic的值變得越小；用作恒流源的降壓晶體管Q19和Q20具有的閾電壓越高，則恒流Ic的值變得越大。結(jié)果，如圖9所示，在圖7中所示的振蕩電路中，用作恒流源的降壓晶體管Q19和Q20具有的閾電壓Vth越低，則振蕩頻率變得越高；用作恒流源的降壓晶體管Q19和Q20具有的閾電壓Vth越高，則振蕩頻率變得越低。
另一方面，當(dāng)信號(hào)校正電路27采用圖6中所示的電路結(jié)構(gòu)時(shí)，如在示出信號(hào)校正電路27的預(yù)定時(shí)間t1的特性曲線的圖10可以看出的，降壓晶體管Q18’至Q18”具有的閾電壓Vth越低，則預(yù)定時(shí)間t1變得越短；降壓晶體管Q18’到Q18”具有的閾電壓Vth越高，則預(yù)定時(shí)間t1變得越長(zhǎng)。注意在信號(hào)校正電路27的預(yù)定時(shí)間t1的圖10中所示的特性曲線尚未修整過。
根據(jù)圖9和10，可以僅通過測(cè)量振蕩電路15的振蕩頻率的值來(lái)估計(jì)信號(hào)校正電路27的預(yù)定時(shí)間t1。通過使振蕩電路15和信號(hào)校正電路27的降壓晶體管大小相等并將這些降壓晶體管排在同一方向上，使使振蕩電路15和信號(hào)校正電路27的降壓晶體管的閾電壓Vth近似相等。這提高了上述估計(jì)的精確度。因此，最好使振蕩電路15和信號(hào)校正電路27的降壓晶體管的大小相等并排列在同一方向。
注意，上述說(shuō)明涉及當(dāng)從信號(hào)校正電路27輸出的經(jīng)校正的信號(hào)取高電平時(shí)，開/關(guān)電路21使驅(qū)動(dòng)電路13啟動(dòng)開關(guān)控制操作，而當(dāng)從信號(hào)校正電路27輸出的經(jīng)校正的信號(hào)取低電平時(shí)，開/關(guān)電路21使驅(qū)動(dòng)電路13停止開關(guān)控制操作的情況。然而，應(yīng)理解也可以使驅(qū)動(dòng)電路13在從信號(hào)校正電路27輸出的經(jīng)校正的信號(hào)取低電平時(shí)啟動(dòng)開關(guān)控制操作，而在從信號(hào)校正電路27輸出的經(jīng)校正的信號(hào)取高電平時(shí)停止開關(guān)控制操作。在該情況下，開關(guān)SW1在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)截止而在將低電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通，開關(guān)SW2在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通而在將低電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)截止，而開關(guān)25在將高電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)截止而在將低電平信號(hào)饋送至其控制端時(shí)導(dǎo)通。另外，上述說(shuō)明涉及將本發(fā)明應(yīng)用于無(wú)變壓器的升壓開關(guān)式電源電路的情況。然而，應(yīng)理解本發(fā)明可以應(yīng)用于具有開關(guān)變壓器的升壓開關(guān)式電源電路。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電子裝置設(shè)置有必須調(diào)節(jié)其激勵(lì)電流的負(fù)載(例如液晶顯示器的照明光源)和驅(qū)動(dòng)該負(fù)載的根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)式電源電路。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)式電源電路，其特征在于，包括升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器；比較部分；驅(qū)動(dòng)部分；恒壓部分；開關(guān)部分；啟動(dòng)/停止部分；和軟啟動(dòng)電路，所述比較部分將參考電壓與基于升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流的電壓相比較，所述驅(qū)動(dòng)部分根據(jù)比較部分的輸出執(zhí)行開關(guān)控制以開/關(guān)設(shè)置在升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件，所述恒壓部分將恒壓作為驅(qū)動(dòng)電壓至少饋送至比較部分，所述開關(guān)部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換恒壓部分的恒壓饋送操作，所述啟動(dòng)/停止部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作，同時(shí)從恒壓部分的恒壓饋送操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間，防止驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)，且所述軟啟動(dòng)電路具有電容器和放電部分，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作啟動(dòng)時(shí)為電容充電，從而升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升，根據(jù)電容器兩端的電壓如下的方式控制驅(qū)動(dòng)部分，即當(dāng)升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升時(shí)，無(wú)論比較部分的輸出如何，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓都慢慢地上升，并使得在驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，放電部分為電容器放電，完成電容器放電所需的時(shí)間比啟動(dòng)/停止部分用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述外部信號(hào)或取請(qǐng)求啟動(dòng)的導(dǎo)通(on)電平或取請(qǐng)求停止的截止(off)電平，所述啟動(dòng)/停止部分包括第一信號(hào)發(fā)生部分、第二信號(hào)發(fā)生部分和第三信號(hào)發(fā)生部分，并根據(jù)第三信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作，所述第一信號(hào)發(fā)生部分輸出外部信號(hào)的反信號(hào)，所述第二信號(hào)發(fā)生部分輸出一個(gè)信號(hào)，該外部信號(hào)從截止電平變成導(dǎo)通電平的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間取導(dǎo)通電平，否則取截止電平，而所述第三信號(hào)發(fā)生部分輸出一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)在所述第一和第二信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)中有一個(gè)取截止電平而另一個(gè)取導(dǎo)通電平時(shí)取請(qǐng)求停止的截止電平，而在所述第一和第二信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)都取截止電平時(shí)取請(qǐng)求啟動(dòng)的導(dǎo)通電平。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述啟動(dòng)/停止部分包括降壓晶體管和電容器，并通過使用所述降壓晶體管和電容器的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定所述預(yù)定時(shí)間。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述恒壓部分包括恒流源，且一壓降晶體管被用作恒流源。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，設(shè)置在所述啟動(dòng)/停止部分中的降壓晶體管與設(shè)置在所述恒壓部分中的降壓晶體管的大小相等并排在同一方向上。
6.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述設(shè)置在啟動(dòng)/停止部分中的降壓晶體管可以被修整。
7.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述設(shè)置在啟動(dòng)/停止部分中的降壓晶體管可以被修整。
8.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述設(shè)置在啟動(dòng)/停止部分中的降壓晶體管可以被修整。
9.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)部分包括振蕩電路，且一降壓晶體管在所述振蕩電路中用作恒流源。
10.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)部分包括振蕩電路，且一降壓晶體管在所述振蕩電路中用作恒流源。
11.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)式電源電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)部分包括振蕩電路，且一降壓晶體管在所述振蕩電路中用作恒流源。
12.一種電子裝置，其特征在于，包括開關(guān)式電源電路，所述開關(guān)式電源電路包括升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較部分、驅(qū)動(dòng)部分、恒壓部分、開關(guān)部分、啟動(dòng)/停止部分和軟啟動(dòng)電路，所述比較部分將參考電壓與基于升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流的電壓相比較，所述驅(qū)動(dòng)部分根據(jù)比較部分的輸出執(zhí)行開關(guān)控制以開/關(guān)設(shè)置在升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件，所述恒壓部分將恒壓作為驅(qū)動(dòng)電壓至少饋送至比較部分，所述開關(guān)部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換恒壓部分的恒壓饋送操作，所述啟動(dòng)/停止部分根據(jù)外部信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作，同時(shí)從恒壓部分的恒壓饋送操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間，防止驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)，且所述軟啟動(dòng)電路具有電容器和放電部分，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作啟動(dòng)時(shí)為電容器充電，從而升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升，根據(jù)電容器兩端的電壓以如下的方式控制驅(qū)動(dòng)部分，即當(dāng)升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓上升時(shí)，無(wú)論比較部分的輸出如何，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓都慢慢地上升，并使得在驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，放電部分為電容器放電，完成電容器放電所需的時(shí)間比啟動(dòng)/停止部分用于在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。
13.如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，所述外部信號(hào)或取請(qǐng)求啟動(dòng)的導(dǎo)通(on)電平或取請(qǐng)求停止的截止(off)電平，所述啟動(dòng)/停止部分包括第一信號(hào)發(fā)生部分、和第二信號(hào)發(fā)生部分和第三信號(hào)發(fā)生部分，并根據(jù)第三信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作，所述第一信號(hào)發(fā)生部分輸出外部信號(hào)的反信號(hào)，所述第二信號(hào)發(fā)生部分輸出一個(gè)信號(hào)，該外部信號(hào)從截止電平變成導(dǎo)通電平的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間取導(dǎo)通電平，否則取截止電平，而所述第三信號(hào)發(fā)生部分輸出一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)在所述第一和第二信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)中有一個(gè)取截止電平而另一個(gè)取導(dǎo)通電平時(shí)取請(qǐng)求停止的截止電平，而在所述第一和第二信號(hào)發(fā)生部分的輸出信號(hào)都取截止電平時(shí)取請(qǐng)求啟動(dòng)的導(dǎo)通電平。
14.如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，所述啟動(dòng)/停止部分包括降壓晶體管和電容器，并通過使用所述降壓晶體管和電容器的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定所述預(yù)定時(shí)間。
15.如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，還包括液晶顯示器，所述開關(guān)式電源電路驅(qū)動(dòng)所述液晶顯示器的照明光源。
16.如權(quán)利要求13所述的電子裝置，其特征在于，還包括液晶顯示器，所述開關(guān)式電源電路驅(qū)動(dòng)所述液晶顯示器的照明光源。
17.如權(quán)利要求14所述的電子裝置，其特征在于，還包括液晶顯示器，所述開關(guān)式電源電路驅(qū)動(dòng)所述液晶顯示器的照明光源。
全文摘要
在開關(guān)式電源電路中，完成設(shè)置在軟啟動(dòng)電路中的電容器的放電所需的時(shí)間比啟動(dòng)/停止部分在啟動(dòng)狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)之間切換的驅(qū)動(dòng)部分(它執(zhí)行將設(shè)置在升壓DC－DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件導(dǎo)通/截止的開關(guān)控制)的開關(guān)控制操作的周期長(zhǎng)。另外，在電容器的放電完成之前，防止軟啟動(dòng)電路執(zhí)行軟啟動(dòng)操作。另外，啟動(dòng)/停止部分從恒壓部分(將恒壓作為驅(qū)動(dòng)電壓饋送至將輸出信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)部分的比較部分)的恒壓饋送操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)開始直至經(jīng)過預(yù)定時(shí)間，防止驅(qū)動(dòng)部分的開關(guān)控制操作從停止?fàn)顟B(tài)切換至啟動(dòng)狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1770610SQ200510116340
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者和里田浩久, 金森淳, 因幡克己, 佐藤努 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社