專利名稱：緊湊型升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊湊型升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器，更具體地涉及一種能夠提供穩(wěn)定電壓的緊湊型升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
最近，使用電池的便攜式設(shè)備，譬如手機、數(shù)碼相機等，已經(jīng)得到了廣泛發(fā)展。這樣的便攜設(shè)備通常使用提供恒定電源電壓的恒定電壓電路。恒定電壓電路廣泛使用升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器來獲得穩(wěn)定電壓。
傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器使用兩個DC-DC轉(zhuǎn)換器，即升壓和降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時，傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器通過激活降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器來執(zhí)行降壓操作，從而輸出預(yù)定的恒定電壓。同時，當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時，傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器通過激活升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器執(zhí)行升壓操作。
圖1圖解了傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100。圖2圖解了圖1的電路的每一部分的波形的時序圖。
升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100包括振蕩器110、運算放大器116、PWM(脈寬調(diào)制)比較器112和114、以及電阻器R101和R102。
信號A是來自誤差放大器(未示出)的輸出信號，并且是參考電壓和與輸出電壓成比例的比例電壓之間的差電壓的放大信號。將信號A定義為誤差信號A。信號B是上峰值電壓V2，以及信號C是低于上峰值電壓V2的低電壓V1。
振蕩器110生成三角波G，其在作為上限電壓的上峰值電壓V2和作為下限電壓的下峰值電壓V1之間擺動。
運算放大器116形成反相放大器，以便具有三角波的上限電壓V2的參考電壓。假如電阻器R101和R102具有彼此相同的電阻值，則信號D的波形等于誤差信號A相對于上限電壓V2的反相信號。
將誤差信號A輸入到PWM比較器112的一個輸入端。將作為振蕩器110的輸出的三角波G輸入到PWM比較器112的另一個輸入端。將作為運算放大器116的輸出信號的信號D輸入到PWM比較器114的一個輸入端。類似于PWM比較器112，將三角波G輸入到PWM比較器114的另一個輸入端。
升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100進一步包括NMOS晶體管S101和S102、二極管D101和D102、線圈L101和電容器C101。
當(dāng)升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100執(zhí)行降壓操作時，NMOS晶體管S102截止，并且NMOS晶體管S101只執(zhí)行導(dǎo)通/截止操作。如果輸入電壓Vin變得大于輸出電壓Vout，則NMOS晶體管S101的導(dǎo)通時間變得更短。如果輸入電壓Vin變得更接近于輸出電壓Vout，則NMOS晶體管S101的導(dǎo)通時間變得更長。
當(dāng)升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100執(zhí)行升壓操作時，NMOS晶體管S101導(dǎo)通，并且NMOS晶體管S102只執(zhí)行導(dǎo)通/截止操作。如果輸入電壓Vin變得小于輸出電壓Vout，則NMOS晶體管S102的導(dǎo)通時間變得更長。如果輸入電壓Vin變得更接近于輸出電壓Vout，則NMOS晶體管S102的導(dǎo)通時間變得更短。
PWM比較器112將誤差信號A的電壓和三角波G的電壓進行比較。如果誤差信號A的電壓大于三角波G的電壓，則PWM比較器112輸出具有高電平的信號F。如果誤差信號A的電壓小于三角波G的電壓，則PWM比較器112輸出具有低電平的信號F。
PWM比較器114將運算放大器116的輸出電壓D和三角波G的電壓進行比較。如果三角波G的電壓大于輸出電壓D，則PWM比較器114輸出具有高電平的信號E。如果三角波G的電壓小于輸出電壓D，則PWM比較器114輸出具有低電平的信號E。
當(dāng)誤差信號A在三角波G的電壓范圍之內(nèi)時，PWM比較器112輸出具有脈沖波的信號F，并且通過使NMOS晶體管S101導(dǎo)通/截止來執(zhí)行降壓操作。在這段時間內(nèi)，運算放大器116的輸出電壓D超出了三角波G的上限電壓V2。結(jié)果，PWM比較器114的輸出信號E變?yōu)榈碗娖?，并且NMOS晶體管S102變?yōu)榻刂埂?br> 當(dāng)誤差信號A超出了三角波G的上限電壓V2時，PWM比較器112的輸出信號F變?yōu)楦唠娖?，并且NMOS晶體管S101變?yōu)閷?dǎo)通。同時，當(dāng)運算放大器116的輸出電壓D在三角波G的電壓范圍之內(nèi)時，PWM比較器114輸出具有脈沖波的信號E，并且通過使NMOS晶體管S102導(dǎo)通/截止來執(zhí)行升壓操作。
因此，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100根據(jù)輸入電壓Vin，通過在升壓和降壓模式之間切換操作模式來控制輸出電壓，以便獲得預(yù)定的恒定電壓。然而，傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100需要兩個PWM比較器，即PWM比較器112，用于控制NMOS晶體管S101的降壓開關(guān)元件；以及PWM比較器114，用于控制NMOS晶體管S102的升壓開關(guān)元件。
進一步，除了通常使用的誤差放大器外，也需要運算放大器116相對于上限電壓V2使誤差信號A反相，并將反相的誤差信號輸入到PWM比較器114以進行升壓操作。更進一步，由于PWM比較器和運算放大器通常由模擬電路構(gòu)成，其需要大量電路元件并且要求這些電路元件具有高精度，所以傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器100存在成本損失。

發(fā)明內(nèi)容
本專利說明書描述了一種新型的切換調(diào)節(jié)器，其包括升壓/降壓單元，被配置成根據(jù)控制信號通過提升/降低輸入電壓來生成輸出電壓；以及控制單元，被配置成使升壓/降壓單元執(zhí)行升壓或者降壓操作。
本專利說明書進一步描述了一種新型的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器，其包括控制單元，具有用于放大在與輸出電壓成比例生成的比例電壓和參考電壓之間的差的誤差放大器；第一比較器，用于比較放大的電壓和特定三角波之間的電壓，并且基于比較結(jié)果生成二進制信號，以確定升壓和降壓操作的級別(level)；檢測電路，用于基于比較結(jié)果檢測放大的電壓的電平，放大的電壓是否超過了特定三角波的上峰值電壓，并且基于檢測結(jié)果生成檢測信號；第一切換電路，用于根據(jù)檢測信號，切換比例電壓和參考電壓的輸入到誤差放大器；第二切換電路，用于使升壓/降壓單元根據(jù)檢測信號切換升壓和降壓操作。


參考下面結(jié)合附圖的詳細描述，將容易地獲得并更好地理解本公開的更全面的理解及其附帶的多個優(yōu)點，其中圖1圖解了傳統(tǒng)的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器；
圖2圖解了圖1的電路的每一部分的波形的時序圖；圖3圖解了根據(jù)本公開的示范性實施例的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器；圖4圖解了圖3的輸入切換電路的內(nèi)部電路配置；圖5圖解了圖3的電路的每一部分的波形的時序圖。
具體實施例方式
在描述圖中圖解的優(yōu)選實施例中，為了清楚起見使用了特定的術(shù)語。然而，不意欲將本發(fā)明說明書的公開局限于所選擇的特定術(shù)語，并且應(yīng)該理解每一特定元件包括所有以類似方式操作的技術(shù)等效物?，F(xiàn)在參照附圖，其中貫穿多個視圖，相同附圖標(biāo)記指定相同的或?qū)?yīng)的部分，具體地對于圖3，描述了根據(jù)示范性實施例的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器。
圖3圖解了根據(jù)本公開的示范性實施例的升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1。將電源電壓Vdd作為輸入電壓輸入到升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1的輸入端子IN。升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1通過自動提升或者降低，將電源電壓Vdd轉(zhuǎn)換為預(yù)定的恒定電壓，并且從輸出端子OUT把預(yù)定的恒定電壓作為輸出電壓Vout輸出。
升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1包括第一、第二、第三和第四開關(guān)元件M1、M2、M3和M4。第一開關(guān)元件M1由PMOS晶體管構(gòu)成，并被配置為在降壓操作時從電源電壓Vdd執(zhí)行輸出電壓控制。第二開關(guān)元件M2由NMOS晶體管構(gòu)成，并被配置為在降壓操作時執(zhí)行同步整流。
第三開關(guān)元件M3由PMOS晶體管構(gòu)成，并被配置為在升壓操作時從電源電壓Vdd執(zhí)行輸出電壓控制。第四開關(guān)元件M4由NMOS晶體管構(gòu)成，被配置為在升壓操作時執(zhí)行同步整流。
進一步，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1包括參考電壓生成電路2、電阻器R1和R2、電感器L、電容器C、輸入切換電路3、誤差放大器4、振蕩器OSC、PWM比較器5、輸出切換電路6和檢測電路7。
電阻器R1和R2檢測升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1的輸出電壓。第一到第四開關(guān)元件M1、M2、M3和M4、電感器L和電容器C構(gòu)成升壓/降壓單元。參考電壓生成電路2、電阻器R1和R2、輸入切換電路3、誤差放大器4、振蕩器OSC、PWM比較器5、輸出切換電路6和檢測電路7構(gòu)成控制單元。
更具體地，輸入切換電路3構(gòu)成輸入切換單元，以及誤差放大器4構(gòu)成誤差放大單元。PWM比較器5構(gòu)成電壓比較單元。輸出切換電路6構(gòu)成輸出切換單元，以及檢測電路7構(gòu)成檢測單元。除了電感器L和電容器C之外，每一個元件都可以被集成到IC(集成電路)中。在另外一種情況下，除了電感器L和電容器C之外，第一到第四開關(guān)元件M1、M2、M3和M4都不集成。
參考電壓生成電路2生成并且輸出預(yù)定的參考電壓Vref。電阻器R1和R2通過對輸出電壓Vout進行分壓生成部分電壓Vfb，并且輸出該部分電壓Vfb。將參考電壓Vref和部分電壓Vfb輸入到輸入切換電路3。輸入切換電路3控制如何輸出參考電壓Vref和部分電壓Vfb。即，根據(jù)控制信號分別從兩個輸出端子的一個輸出參考電壓Vref和部分電壓Vfb。
輸入切換電路3的每一輸出端子連接到誤差放大器4的對應(yīng)輸入端子。誤差放大器4放大了參考電壓Vref和部分電壓Vfb之間的電壓差并且生成并輸出輸出信號EAo。
振蕩器OSC生成預(yù)定的三角波信號TRIW并且輸出該三角波信號TRIW。PWM比較器5基于誤差放大器4的輸出信號EAo和該三角波信號TRIW生成脈沖信號ILXB。PWM比較器5輸出脈沖信號ILXB以便執(zhí)行PWM控制。
輸出切換電路6根據(jù)控制信號將脈沖信號ILXB輸出到第一和第二開關(guān)元件M1和M2或者第三和第四開關(guān)元件M3和M4。檢測電路7檢測誤差放大器4的輸出信號EAo是否超出了三角波信號TRIW的上峰值電壓。將三角波信號TRIW的上峰值電壓定義為三角波信號TRIW的上限電壓?；跈z測電路7的檢測結(jié)果，對輸入切換電路3和輸出切換電路6執(zhí)行切換控制。
輸出切換電路6包括NAND電路NA1和NA2、NOR電路NR1、反相器INV1和INV2。檢測電路7包括第一和第二比較器CMP1和CMP2、第一到第三觸發(fā)器電路FF1到FF3、NOR電路NR2和反相器INV3和INV4。第一比較器CMP1構(gòu)成比較器。第一到第三觸發(fā)器電路FF1到FF3由D類觸發(fā)器電路構(gòu)成。第二比較器CMP2和反相器INV3構(gòu)成時鐘脈沖生成電路。第一到第三觸發(fā)器FF1到FF3和NOR電路NR2構(gòu)成信號檢測電路。
第一和第二開關(guān)元件M1和M2串聯(lián)連接在電源端子和地之間。電感器L和第三開關(guān)元件M3串聯(lián)連接在輸出端子OUT和第一與第二開關(guān)元件M1與M2的連接節(jié)點之間。第四開關(guān)元件M4串聯(lián)連接在電感器L與第三開關(guān)元件M3的連接節(jié)點和地之間。
在輸出端子OUT和地之間，連接著電容器C。與電容器C并聯(lián)連接了電阻器R1和R2。從電阻器R1和R2的連接節(jié)點輸出部分電壓Vfb。分別將參考電壓Vref輸入到輸入切換電路3的輸入端子Ai，并將部分電壓Vfb輸入到輸入端子Bi。將從檢測電路7輸出的控制信號BOSEL輸入到輸入切換電路3的控制信號輸入端子Se。
輸入切換電路3的輸出端子Ao連接到誤差放大器4的正相輸入端子。輸入切換電路3的輸出端子Bo連接到誤差放大器4的反相輸入端子。
將誤差放大器4的輸出信號EAo輸入到PWM比較器5的反相輸入端子。將來自振蕩器OSC的三角波信號TRIW輸入到PWM比較器5的正相輸入端子。將來自PWM比較器5的脈沖信號ILXB輸入到輸出切換電路6和檢測電路7。
進一步，將來自PWM比較器5的脈沖信號ILXB輸入到每個NAND電路NA1和NA2的其中一個輸入端子。將控制信號BOSEL從檢測電路7輸入到NAND電路NA1的另一端子。將控制信號BOSEL從檢測電路7通過反相器INV1輸入到NAND電路NA2的另一端子。
NAND電路NA1的輸出端子連接到NOR電路NR1的其中一個輸入端子。NOR電路NR1的輸出端子連接到第三和第四開關(guān)元件M3和M4的柵極。NAND電路NA2的輸出端子通過反相器INV2連接到第一和第二開關(guān)元件M1和M2的柵極。
在檢測電路7中，將參考電壓Vref輸入到第一比較器CMP1的正相輸入端子。將部分電壓Vfb輸入到第一比較器CMP1的反相輸入端子。將第一比較器CMP1的輸出信號So1輸入到觸發(fā)器FF3的D輸入端子。
將三角波信號TRIW輸入到第二比較器CMP2的反相輸入端子。將稍高于三角波信號TRIW的下峰值電壓的預(yù)定的電壓VDTC輸入到第二比較器CMP2的正相輸入端子。從第二比較器CMP2的輸出端子輸出與三角波信號TRIW同步的時鐘信號DTCK。
將時鐘信號DTCK輸入到觸發(fā)器FF2的時鐘輸入端子CK并輸入到NOR電路NR2的一個輸入端。進一步，將時鐘信號DTCK通過反相器INV3輸入到觸發(fā)器FF1的時鐘輸入端子CK。
在觸發(fā)器FF1中，將電源電壓Vdd輸入到數(shù)據(jù)信號輸入端子D并且輸入到設(shè)定信號輸入端子SB。將來自PWM比較器5的脈沖信號ILXB通過反相器INV4輸入到復(fù)位輸入端子RB。觸發(fā)器FF1的輸出端子QB連接到觸發(fā)器FF2的數(shù)據(jù)信號輸入端子D。觸發(fā)器FF2的輸出端子Q連接到NOR電路NR2的另一輸入端子。NOR電路NR2的輸出端子連接到觸發(fā)器FF3的時鐘輸入端子CK。從觸發(fā)器FF3的輸出端子Q輸出控制信號BOSEL。
圖4圖解了輸入切換電路3的內(nèi)部電路配置。輸入切換電路3包括四個模擬開關(guān)AS1到AS4和反相器INV5。第一模擬開關(guān)AS1連接在輸入端子Ai和輸出端子Ao之間。第二模擬開關(guān)AS2連接在輸入端子Bi和輸出端子Bo之間。第三模擬開關(guān)AS3連接在輸入端子Ai和輸出端子Bo之間。第四模擬開關(guān)AS4連接在輸入端子Bi和輸出端子Ao之間。
將控制信號BOSEL通過反相器INV5輸入到模擬開關(guān)AS1和AS2的每個控制電極。進一步，將控制信號BOSEL直接輸入到模擬開關(guān)AS3和AS4的每個控制電極。
表1是模擬開關(guān)AS1到AS4相對于控制信號BOSEL的操作狀態(tài)表。


如表1所示，當(dāng)控制信號BOSEL是高電平H時，模擬開關(guān)AS1和AS2斷開，以設(shè)置斷開狀態(tài)，以及模擬開關(guān)AS3和AS4接通，以設(shè)置連接狀態(tài)。然而，當(dāng)控制信號BOSEL處于低電平L時，模擬開關(guān)AS1和AS2接通，以設(shè)置連接狀態(tài)，以及模擬開關(guān)AS3和AS4斷開，用以設(shè)置斷開狀態(tài)。
結(jié)果，當(dāng)控制信號BOSEL是高電平H時，從輸出端子Bo輸出輸入到輸入端子Ai的參考電壓Vref。進一步，從輸出端子Ao輸出輸入到輸入端子Bi的部分電壓Vfb。將部分電壓Vfb輸入到誤差放大器4的正相輸入端子，并且將參考電壓Vref輸入到誤差放大器4的反相輸入端子。
類似的，當(dāng)控制信號BOSEL處于低電平L時，從輸出端子Ao輸出輸入到輸入端子Ai的參考電壓Vref。進一步，從輸出端子Bo輸出輸入到輸入端子Bi的部分電壓Vfb。將部分電壓Vfb輸入到誤差放大器4的反相輸入端子，并且將參考電壓Vref輸入到誤差放大器4的正相輸入端子。
圖5圖解了圖3的電路的每一部分的波形的時序圖。參考圖5，將描述圖3的電路的操作。
分別將三角波信號TRIW和預(yù)定的電壓VDTC輸入到第二比較器CMP2的每個輸入端子。獨立于升壓和降壓操作，從第二比較器CMP2的輸出端子連續(xù)地輸出與三角波信號TRIW同步的時鐘信號DTCK。進一步，通過使用反相器INV反相時鐘信號DTCK來生成反相的時鐘信號DTCKB。
在從開始定時到圖5中通過AA示出的定時的時間周期內(nèi)，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1穩(wěn)定地執(zhí)行降壓操作并且通過從電源電壓Vdd降壓來生成穩(wěn)定的電壓。該穩(wěn)定的電壓低于電源電壓Vdd。在這個時間周期內(nèi)，誤差放大器4的輸出信號EAo是恒定電壓。這種情況下，參考電壓Vref幾乎等于部分電壓Vfb。因此，第一比較器CMP1的輸出信號電平So1是不穩(wěn)定的。
當(dāng)輸出電壓Vout由于電源電壓Vdd的降低、輸出電流io的增加等而降低時，操作條件從圖5中通過AA示出的定時移動到右側(cè)的定時周期。
在降壓操作中，來自檢測電路7的控制信號BOSEL是低電平。分別將參考電壓Vref輸入到誤差放大器4的正相輸入端子，并且將部分電壓Vfb輸入到誤差放大器4的反相輸入端子。結(jié)果，當(dāng)部分電壓Vfb降低時，誤差放大器4的輸出信號EAo的電壓根據(jù)部分電壓Vfb的降低而增加。
來自PWM比較器5的脈沖信號ILXB的低電平的時間根據(jù)誤差放大器4的輸出信號EAo的電壓增加而變得更長。同時，將控制信號BOSEL通過反相器INV1輸入到NAND電路NA2，并且將高電平輸入到NAND電路NA2的一個輸入端。然后，將PWM比較器5的脈沖信號ILXB通過NAND電路NA2和反相器INV2輸入到第一和第二開關(guān)元件M1和M2的每個柵極。
當(dāng)PWM比較器5的脈沖信號ILXB低電平的時間變得更長時，作為用于降壓操作的開關(guān)元件的第一開關(guān)元件M1的導(dǎo)通(ON)時間變得更長，并且輸出電壓Vout增加。進一步，由于來自檢測電路7的控制信號BOSEL是低電平，所以獨立于PWM比較器5的輸出脈沖信號ILXB，NAND電路NA1的輸出端子的電壓是高電平。
通過NOR電路NR1將從NAND電路NA1輸出的高電平信號反相，并且將其輸入到第三和第四開關(guān)元件M3和M4的每個柵極。第四開關(guān)元件M4截止，以設(shè)置斷開狀態(tài)，并且第三開關(guān)元件M3導(dǎo)通，以設(shè)置連接狀態(tài)。
在觸發(fā)器FF1中，總是將電源電壓Vdd輸入到數(shù)據(jù)信號輸入端子D。以及將與三角波信號TRIW同步的時鐘信號DTCKB通過反相器INV3輸入到觸發(fā)器FF1的時鐘輸入端子CK。在時鐘信號DTCKB變?yōu)楦唠娖降拿總€上升沿的時間處，將輸出端子QB的電壓設(shè)置為低電平。
同時，將PWM比較器5的脈沖信號ILXB的反相的信號輸入到觸發(fā)器FF1的復(fù)位輸入端子RB。如圖5所示，在時鐘信號DTCKB的上升沿，在觸發(fā)器FF1的輸出端子QB處的輸出信號變?yōu)榈碗娖?。進一步，在PWM比較器5的脈沖信號ILXB的上升沿處，在觸發(fā)器FF1的輸出端子QB處的輸出信號返回到高電平。
在觸發(fā)器電路FF2中，將來自觸發(fā)器FF1的輸出端子QB的輸出信號輸入到數(shù)據(jù)信號輸入端子D。以及將時鐘信號DTCK輸入到觸發(fā)器電路FF2的時鐘輸入端子CK。參考圖5所示的信號“QB of FF1”，在時鐘信號DTCK的上升沿處，已經(jīng)通過PWM比較器5的脈沖信號ILXB使輸出端子QB的輸出信號返回到高電平。
因此，從觸發(fā)器FF2的輸出端子Q輸出高電平，如參考圖5所示的信號”Qof FF2”。由于部分電壓Vfb低于參考電壓Vref，所以第一比較器CMP1的輸出信號So1變?yōu)楦唠娖健?br> 如果誤差放大器4的輸出信號EAo超出了三角波信號TRIW的上峰值電壓，則PWM比較器5的脈沖信號ILXB保持在低電平。因此，信號“QB of FF1”不可能回到高電平。即，當(dāng)時鐘信號DTCK變?yōu)楦唠娖綍r，觸發(fā)器FF1的輸出端子QB的電壓保持在低電平。
在時鐘信號DTCK的上升沿處，觸發(fā)器FF2的輸出端子Q處的輸出信號變?yōu)榈碗娖健＿M一步，將該低電平信號通過NOR電路NR2輸入到觸發(fā)器FF3的時鐘輸入端子CK。然后，從觸發(fā)器FF3的輸出端子輸出等同于輸入到觸發(fā)器FF3的數(shù)據(jù)輸入端子D的輸出信號So1的信號。即，控制信號BOSEL從低電平變到高電平，使得操作模式變到升壓操作模式，其中通過提升電源電壓Vdd來生成穩(wěn)定電壓。
當(dāng)控制信號BOSEL變?yōu)楦唠娖綍r，輸入切換電路3的內(nèi)部連接情況發(fā)生變化。分別將部分電壓Vfb輸入到誤差放大器4的正相輸入端子，并且將參考電壓Vref輸入到反相輸入端子。誤差放大器4的輸出信號EAo開始減少。然后，誤差放大器4的輸出信號EAo的電壓返回到電壓范圍之內(nèi)，其中輸出信號EAo與三角波信號TRIW交叉。結(jié)果，PWM比較器5輸出脈沖信號ILXB。
由于當(dāng)控制信號BOSLE是高電平時，NAND電路NA1的柵極是有效的，所以將脈沖信號ILXB通過NAND電路NA1和NOR電路NR1輸入到第三和第四開關(guān)元件M3和M4的每個柵極，其中第三和第四開關(guān)元件是用于升壓操作的開關(guān)元件。然后，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1開始升壓操作。
當(dāng)控制信號BOSEL是高電平時，獨立于脈沖信號ILXB，NAND電路NA2的輸出端子是高電平。第一開關(guān)元件M1導(dǎo)通，以設(shè)置連接狀態(tài)，并且第二開關(guān)元件M2截止，以設(shè)置斷開狀態(tài)。
當(dāng)輸出電壓Vout返回到如圖5中通過BB所示的預(yù)定的穩(wěn)定電壓時，由于參考電壓Vref幾乎等于部分電壓Vfb，所以第一比較器CMP1的輸出信號電平So1再次變得不穩(wěn)定。
在升壓操作期間，如果誤差放大器4的輸出信號EAo下降到三角波信號TRIW的下峰值電壓，那么PWM比較器5的輸出脈沖信號ILXB變?yōu)楦唠娖?。三角波信號TRIW的下峰值電壓是三角波信號TRIW的較低電壓。
在升壓操作模式中，作為用于降壓操作的開關(guān)元件的第一開關(guān)元件M1導(dǎo)通。如果作為用于升壓操作的開關(guān)元件的第四開關(guān)元件M4保持導(dǎo)通，那么電源電壓Vdd通過電感器L短路到地。為了避免這種短路情況的出現(xiàn)，可以通過截止脈沖截止第四開關(guān)元件M4。NOR電路NR1在三角波信號TRIW的一個周期內(nèi)輸出一次截止脈沖。
在上面的描述中，描述了從降壓操作模式轉(zhuǎn)移到升壓操作模式的過程。另一方面，當(dāng)輸出電壓Vout在升壓操作模式期間增加時，PWM比較器5的脈沖信號ILXB的高電平的時間變得更短。PWM比較器5的輸出脈沖信號ILXB的高電平時間可以變?yōu)?。
然而，甚至脈沖信號ILXB的高電平時間處于三角波信號TRIW的0％周期也可能不足以調(diào)整。因此，操作模式切換到降壓操作。例如，如果在三角波信號TRIW的一個周期期間的調(diào)整不滿足要求，則操作模式就切換到降壓操作。在這種情況下，因為第一比較器CMP1的輸出信號So1是低電平，所以在從升壓操作模式改變到降壓操作模式時，控制信號BOSEL從高電平下降到低電平。
因此，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1包括輸入切換電路3，輸出切換電路6和檢測電路7。當(dāng)輸出電壓Vout下降時，PWM比較器5的脈沖信號ILXB的低電平脈沖寬度增加以使得第一開關(guān)元件M1的導(dǎo)通時間更長。結(jié)果，輸出電壓Vout增加。
進一步，如果通過第一開關(guān)元件M1在三角形波信號100％周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)也不足以調(diào)整，那么操作模式自動切換到升壓操作模式以便進一步增加輸出電壓Vout。
即，根據(jù)示范性實施例，升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器1可以通過分別只使用誤差放大器4和PWM比較器5中的一個來執(zhí)行升壓和降壓操作。進一步，輸入切換電路3、輸出切換電路6和檢測電路7可以由數(shù)字電路構(gòu)成。結(jié)果，當(dāng)在IC上構(gòu)成升壓/降壓切換調(diào)節(jié)器時，可以將IC制作的很緊湊以便獲得成本降低優(yōu)勢。
根據(jù)上述的教導(dǎo)可以做出許多另外的修改和變化。因此可以理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以與在此具體描述的不同方式得到實踐。
本發(fā)明說明書基于2005年11月29日在日本專利局提交的日本專利申請No.2005-344177，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種切換調(diào)節(jié)器，包括升壓/降壓單元，配置用于根據(jù)控制信號，通過提升或者降低輸入電壓而產(chǎn)生輸出電壓；控制單元，配置用于使升壓/降壓單元執(zhí)行升壓或者降壓操作，所述控制單元包括誤差放大器，用于放大與輸出電壓成比例生成的比例電壓和參考電壓之間的差，第一比較器，用于比較放大的電壓和特定三角波信號之間的電壓，并基于比較結(jié)果生成二進制信號，用于確定升壓和降壓操作的級別，檢測電路，用于基于比較結(jié)果檢測放大電壓的電平，放大的電壓是否超過了特定三角波的上峰值電壓，并且基于檢測結(jié)果生成檢測信號，第一切換電路，用于根據(jù)檢測信號，切換比例電壓和參考電壓的輸入到誤差放大器，第二切換電路，用于根據(jù)檢測信號，使升壓/降壓單元切換升壓和降壓操作。
2.如權(quán)利要求1所述的切換調(diào)節(jié)器，其中降壓操作時，當(dāng)在特定三角波的一個周期期間從第一比較器輸出指示誤差放大器的輸出電壓高于特定三角波的電壓的信號時，檢測電路使得第一切換電路切換比例電壓和參考電壓，并輸出電壓到誤差放大器的每個輸入端子，以及使得第二切換電路將操作模式從降壓操作改變到升壓操作。
3.如權(quán)利要求1所述的切換調(diào)節(jié)器，其中升壓操作時，當(dāng)在特定三角波信號的一個周期期間從第一比較器輸出指示誤差放大器的輸出電壓高于特定三角波的電壓的信號時，檢測電路使得第一切換電路切換比例電壓和參考電壓，并輸出電壓到誤差放大器的每個輸入端子，以及使得第二切換電路將操作模式從升壓操作改變到降壓操作。
4.如權(quán)利要求1所述的切換調(diào)節(jié)器，其中檢測電路進一步包括第二比較器，用于比較比例電壓和參考電壓之間的電壓并且生成比較結(jié)果信號，時鐘脈沖生成電路，用以生成時鐘脈沖，所述時鐘脈沖同步于特定的三角波，信號檢測電路，使得控制電路基于檢測電路的檢測結(jié)果，即在三角波的一個周期期間誤差放大器的放大的電壓是否超過了特定的三角波的上峰值電壓，來輸出控制信號，其中當(dāng)檢測電路在三角波的一個周期期間沒有檢測到指示誤差放大器的放大的電壓超過了特定三角波的上峰值電壓的檢測信號時，將第二比較器的輸出信號作為控制信號輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的切換調(diào)節(jié)器，其中檢測電路、輸入切換電路和輸出切換電路由數(shù)字電路構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明說明書描述了一種切換調(diào)節(jié)器，包括升壓/降壓單元，配置用于根據(jù)控制信號，提升或者降低輸入電壓來生成輸出電壓；控制單元，配置用于使升壓/降壓單元執(zhí)行升壓或者降壓操作。
文檔編號H02M3/155GK101018014SQ20061017290
公開日2007年8月15日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者萩野浩一 申請人:株式會社理光