專利名稱：比較器方式直流對直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及比較器方式直流對直流變換器。
背景技術(shù)：
從輸入電壓生成穩(wěn)定的輸出電壓的直流對直流變換器是大家所熟知 的。在直流對直流變換器中，作為使輸出電壓穩(wěn)定的手法，可以考慮各
種方式。例如，在專利文獻l中，記載著利用PWM (脈沖寬度調(diào)制)方 式的開關(guān)直流對直流變換器。在PWM方式中，使開關(guān)頻率恒定，通過 調(diào)整導(dǎo)通脈沖寬度，可穩(wěn)定輸出電壓。此外，有利用比較器方式的開關(guān) 直流對直流變換器。在比較器方式中，利用比較器使導(dǎo)通脈沖寬度恒定， 通過調(diào)整截止脈沖寬度(即，開關(guān)頻率)，可穩(wěn)定輸出電壓。
這些直流對直流變換器有時被當(dāng)作PU (processor Unit:處理器單元) 等電壓源使用。在PU中，從待機狀態(tài)進入處理狀態(tài)時，消耗電流急速增 加。當(dāng)因負荷電流急速增加而使輸出電壓急速降低時，由于在比較器方 式直流對直流變換器中會立即輸出導(dǎo)通脈沖，所以與在規(guī)定的截止脈沖 期間不會輸出脈沖的PWM方式相比，可很快地穩(wěn)定輸出電壓。這樣， 與PWM方式相比，比較器方式具有對負荷電流急速增加的響應(yīng)特性較 好的特征。
專利文獻1:日本特開2000-287439號公報
然而，在比較器方式直流對直流變換器中，假設(shè)導(dǎo)通脈沖寬度為Pon、 截止脈沖寬度為Poff、輸入電壓為Vin、輸出電壓為Vom，則開關(guān)的周期 Tf為Tf=Pon+Poff=Vout/VinxTf+((Vin-Vout)/Vin) x丁f…(式(l))。因此， 在確定了 Vin及Vout時，因為導(dǎo)通脈沖寬度Pon為恒定，所以Poff被唯 一確定。換言之，在比較器方式直流對直流變換器中，因為Pon為恒定， 所以只要確定Vin及Vout，即可確定使輸出電壓恒定的導(dǎo)通占空比。
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此處，例如，環(huán)境溫度上升時，電路元件的內(nèi)部電阻增加，而增加 內(nèi)部損失。此時，在比較器方式直流對直流變換器中，為了彌補內(nèi)部損 失增加所導(dǎo)致的輸出電壓的降低，截止脈沖寬度變短而增加導(dǎo)通占空比。 這樣，在比較器方式直流對直流變換器中，開關(guān)頻率隨著環(huán)境溫度的變 動而逐漸變動。此外，截止脈沖寬度也會隨著輸入電壓、輸出電壓及輸 出電流的變動而變動，從而使開關(guān)頻率產(chǎn)生變動。開關(guān)頻率的變動會導(dǎo) 致輸出電壓的紋波產(chǎn)生變動，而可能導(dǎo)致PU等后級電路的錯誤動作。此
外，可能需要在整個寬頻帶上的EMI對策。
另一方面，在PWM方式直流對直流變換器中，雖然可以使開關(guān)頻 率恒定，然而，負荷電流變小，在具有輸出電流為OA以下的期間的不連 續(xù)模式下，導(dǎo)通脈沖寬度可能過窄。其結(jié)果，可能會擾亂開關(guān)波形。此 外，電路元件要求具有高速特性。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于提供一種比較器方式直流對直流變換器， 在負荷電流連續(xù)模式下，在不損害對于負荷電流的急速增加的響應(yīng)特性 的情況下，可降低開關(guān)頻率的變動，在負荷電流不連續(xù)模式下，可抑制 導(dǎo)通脈沖寬度過窄。
本發(fā)明的比較器方式直流對直流變換器具備電壓變換部，其具有
被輸入輸入電壓的輸入端子和一對輸出端子，該電壓變換部具備開關(guān)元 件、電感器和平滑用電容器，該幵關(guān)元件具有連接于輸入端子上的一個 電流端子，該電感器具有連接于該開關(guān)元件的另一個電流端子上的一端 及連接于一對輸出端子的一個上的另一端，該平滑用電容器連接于一對 輸出端子間，該電壓變換部根據(jù)作為脈沖信號的控制信號來控制該開關(guān) 元件，由此在一對輸出端子間生成將輸入電壓進行了電壓變換的輸出電
壓；以及控制部，其生成用于使電壓變換部的輸出電壓穩(wěn)定的控制信號。 控制部具有比較器部，其比較電壓變換部的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓，根
據(jù)該比較結(jié)果，決定控制信號中的導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬或截止脈沖
的規(guī)定截止脈寬；以及頻率控制單元，其比較控制信號和基準(zhǔn)時鐘，根
據(jù)該比較結(jié)果，按照使控制信號的重復(fù)頻率為恒定的方式，來調(diào)整導(dǎo)通 脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬或截止脈沖的規(guī)定截止脈寬。頻率控制單元具有調(diào) 整停止部，該調(diào)整停止部檢測從電壓變換部的開關(guān)元件向電感器的方向
流動的輸出電流為0A的狀態(tài)或?qū)⒊蔀镺A的狀態(tài)，生成用于使頻率控制 單元的規(guī)定導(dǎo)通脈寬或規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理停止的調(diào)整停止信號。
根據(jù)該比較器方式直流對直流變換器，在負荷電流連續(xù)模式下，例 如在因輸出電流增加而導(dǎo)致截止脈沖的截止脈寬變窄時(導(dǎo)通脈沖的導(dǎo) 通脈寬變寬時)，也可利用頻率控制單元來調(diào)整導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬
(截止脈沖的規(guī)定截止脈寬)，從而使控制信號的頻率保持恒定。所以， 在負荷電流連續(xù)模式下，可減少開關(guān)頻率的變動。
此處，因為頻率控制單元通過調(diào)整導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬(截止 脈沖的規(guī)定截止脈寬)來使控制信號的頻率保持恒定，因此與PWM方 式同樣，在負荷電流不連續(xù)模式下，導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬有可能過窄。
然而，根據(jù)該比較器方式直流對直流變換器，在負荷電流不連續(xù)模 式下，在輸出電流為OA時或?qū)⒊蔀镺A時，通過頻率控制單元來停止上 述導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬(截止脈沖的規(guī)定截止脈寬)的調(diào)整處理， 所以可抑制導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬過窄。因此，在負荷電流不連續(xù)模式下， 可抑制導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬大幅變窄。
優(yōu)選上述比較器部具有第1比較器，其檢測到電壓變換部的輸出 電壓小于基準(zhǔn)電壓時，將該檢測時刻定為導(dǎo)通脈沖(截止脈沖)的開始 時刻；以及第2比較器，其檢測到從導(dǎo)通脈沖(截止脈沖)的開始時刻 起經(jīng)過規(guī)定時間后，將該檢測時刻定為導(dǎo)通脈沖(截止脈沖)的結(jié)束時 刻；上述頻率控制單元具有調(diào)整部，該調(diào)整部通過調(diào)整規(guī)定時間，來調(diào) 整規(guī)定導(dǎo)通脈寬(規(guī)定截止脈寬)。
上述頻率控制單元具備生成基準(zhǔn)時鐘的基準(zhǔn)時鐘生成部，上述頻率 控制單元在從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號的情況下，通過暫停基準(zhǔn)時 鐘生成部的基準(zhǔn)時鐘的生成，來停止規(guī)定導(dǎo)通脈寬或規(guī)定截止脈寬的調(diào) 整處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號時，因為暫時停止
利用基準(zhǔn)時鐘生成部生成基準(zhǔn)時鐘，所以可停止頻率控制單元的控制信 號與基準(zhǔn)時鐘的比較結(jié)果的變動。所以，可以停止頻率控制單元的規(guī)定 導(dǎo)通脈寬或規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
此外，上述頻率控制單元在從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號的情況 下，通過停止控制信號和基準(zhǔn)時鐘的比較，來停止規(guī)定導(dǎo)通脈寬或規(guī)定 截止脈寬的調(diào)整處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號時，因為停止利用頻 率控制單元進行的控制信號與基準(zhǔn)時鐘的比較，所以可停止控制信號與 基準(zhǔn)時鐘的比較結(jié)果的變動。因此可停止頻率控制單元的規(guī)定導(dǎo)通脈寬 或規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
此外，上述頻率控制單元在從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號的情況 下，通過將控制信號和基準(zhǔn)時鐘的比較結(jié)果置換成預(yù)先規(guī)定的規(guī)定固定 值，來停止規(guī)定導(dǎo)通脈寬或規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從調(diào)整停止部取得調(diào)整停止信號時，因為將頻率控制 單元進行的控制信號與基準(zhǔn)時鐘的比較結(jié)果置換成預(yù)先規(guī)定的規(guī)定固定 值，因此可停止規(guī)定導(dǎo)通脈寬或規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
根據(jù)本發(fā)明，可得到一種比較器方式直流對直流變換器，在負荷電 流連續(xù)模式下，在不損害對于負荷電流的急速增加的響應(yīng)特性的情況下， 可減少開關(guān)頻率的變動，在負荷電流不連續(xù)模式下，可抑制導(dǎo)通脈沖寬 度過窄。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。
圖2是表示圖1中的定時器部的電路圖。
圖3是表示圖1中的調(diào)整部的電路圖。
圖4是表示圖1中的調(diào)整停止部的電路圖。
圖5是表示圖1中的基準(zhǔn)時鐘生成部的電路圖。
圖6是表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器的電流連續(xù)模式下的各信號波形的時序圖。
圖7是表示圖3所示的調(diào)整部的電流連續(xù)模式下的各信號波形的時序圖。
圖8是表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器的電流不連續(xù) 模式下的各信號波形的時序圖。
圖9是表示圖5所示的基準(zhǔn)時鐘生成部的電流不連續(xù)模式下的各信 號波形的時序圖。
圖10是表示圖3所示的調(diào)整部的電流不連續(xù)模式下的各信號波形的 時序圖。
圖11是表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器相對于負荷電 流的開關(guān)頻率特性的圖。
圖12是表示本發(fā)明的第2實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。
圖13是表示圖12所示的調(diào)整停止部的電路圖。 圖14是表示本發(fā)明的第3實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。
圖15是表示圖14所示的調(diào)整部的電路圖。
圖16是表示圖15所示的調(diào)整部的電流不連續(xù)模式下的各信號波形 的時序圖。
圖17是表示本發(fā)明的第4實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。
圖18是表示圖17所示的調(diào)整停止部的電路圖。 圖19是表示圖17所示的調(diào)整部的電路圖。
圖20是表示圖18所示的調(diào)整停止部的電流不連續(xù)模式下的各信號 波形的時序圖。
圖21是表示變形例1的調(diào)整部的電路圖。 圖22是表示變形例2的調(diào)整部的電路圖。 圖23是表示變形例的電流檢測方法的圖。 圖24是表示變形例的基準(zhǔn)時鐘生成部的電路圖。
圖25是變形例的基準(zhǔn)時鐘生成部的各部信號波形。 符號說明-
1:比較器方式直流對直流變換器;
2:輸入端子；
3:輸出端子；
11:幵關(guān)元件；
12:二極管；
13:驅(qū)動電路；
14:電感器；
15:平滑用電容器；
16、17:電阻元件；
18:
20:第1比較器(比較器部)；
25:頻率控制單元；
30:定時器部；
31:恒電流生成電路(恒電流源);
32:定時器用電容器；
33:晶體管；
34:輸入電壓分壓電路；
35-電壓跟隨器；
36:電阻元件；
37:電流鏡電路；
38:gm放大器；
40:第2比較器(比較器部)；
60:調(diào)整部；
61:第1計數(shù)器；
62:第2計數(shù)器；
68:加減計數(shù)器；
70:調(diào)整停止部； 71:檢測電壓分壓電路； 72:比較器；
75:延遲復(fù)位信號生成部; 80:基準(zhǔn)時鐘生成部； 100:電壓變換部； 200:控制部
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。此外， 在各附圖中，相同或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同符號。 [第1實施方式]
圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。圖1所示的比較器方式直流對直流變換器1由電壓變換部100 及控制部200所構(gòu)成。
電壓變換部100根據(jù)來自控制部200的開關(guān)控制信號Ssw，在輸出 端子3產(chǎn)生輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout是將施加于輸入端子2的輸 入電壓Vin進行電壓變換而得到的。即，電壓變換部100在由輸出端子3 及連接于GND5上的輸出端子(未圖示)所構(gòu)成的一對輸出端子間生成 輸出電壓Vout。電壓變換部100具備開關(guān)元件11、 二極管12、驅(qū)動電路 13、電感器14以及電容器15。
開關(guān)元件11是N型MOSFET，兩端構(gòu)成電流端子。開關(guān)元件11的 漏極連接于輸入端子2上，源極連接于二極管12的陰極上。二極管12 的陽極連接于GND 5上。開關(guān)元件11的柵極連接于驅(qū)動電路13上。
驅(qū)動電路13根據(jù)來自控制部200的開關(guān)控制信號Ssw，生成驅(qū)動信 號，將該驅(qū)動信號提供給開關(guān)元件ll的柵極。
開關(guān)元件11的源極及二極管12的陰極連接著電感器14的一端。電 感器14的另一端連接于輸出端子3上。電感器14的另一端及輸出端子3 與GND 5之間，連接著用于將輸出電壓平滑化的電容器(平滑用電容器) 15。
控制部200生成用于穩(wěn)定電壓變換部100的輸出電壓Vout的開關(guān)控 制信號Ssw?？刂撇?00具備第1比較器20、定時器部30、第2比較器 40、 SR-FF 50、調(diào)整部60、調(diào)整停止部70以及基準(zhǔn)時鐘生成部80。此 外，在本實施放式中，定時器部30、調(diào)整部60、調(diào)整停止部70以及基 準(zhǔn)時鐘生成部80發(fā)揮頻率控制單元25的功能。
第1比較器20的正輸入端子連接于電壓變換部100的輸出端子3上， 負輸入端子被輸入基準(zhǔn)電壓Vref。第1比較器20的輸出端子連接于定時 器部30及SR-FF 50的設(shè)定端子上。
定時器部30具有恒電流生成電路31、定時器用電容器32以及晶體 管33。恒電流生成電路31連接于輸入端子2及定時器用電容器32之間， 對定時器用電容器32提供恒定值的充電電流。恒電流生成電路31可以 根據(jù)來自調(diào)整部60的頻率控制信號Sf來變更該充電電流的值。
定時器用電容器32連接于恒電流生成電路31及GND 5之間。定時 器用電容器32的端子間并聯(lián)連接著晶體管33。 g卩，晶體管33的漏極連 接于恒電流生成電路31與定時器用電容器32的一端之間的節(jié)點，源極 連接于GND5上。對晶體管33的柵極輸入來自第l比較器20的輸出電 壓Von。
恒電流生成電路31與定時器用電容器32的一端之間的節(jié)點被連接 于第2比較器40的正輸入端子上。對第二比較器40的負輸入端子輸入 輸入電壓Vout。第2比較器40的輸出端子連接于SR-FF 50的復(fù)位端子 上。
SR-FF 50根據(jù)第1比較器20的輸出電壓Von，開始生成幵關(guān)控制信 號Ssw的導(dǎo)通脈沖，并且結(jié)束截止脈沖的生成，根據(jù)第2比較器40的輸 出電壓Voff，結(jié)束開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖的生成，并且開始生成 截止脈沖?？刂菩盘朣sw是脈沖信號。
這樣，第1比較器20檢測到電壓變換部100的輸出電壓Vout小于基 準(zhǔn)電壓Vref時，通過產(chǎn)生高電平的脈沖電壓Von來設(shè)定SR-FF50，將該 檢測時刻定為開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖的開始時刻。
此外，在本實施方式中，恒電流生成電路31連接于輸入端子2上，
接收輸入電壓Vin，然而，恒電流生成電路31的電力供應(yīng)源與GND5之 間具有規(guī)定的電位差，只要是可提供恒電流生成電路31所必要的輸出電 流的電源，則不限制為輸入端子2的輸入電壓Vin。
此外，定時器部30利用第1比較器20的高電平的脈沖電壓Von來 復(fù)位定時器用電容器32的端子間電壓，然后，通過以恒電流進行定時器 用電容器32的充電來發(fā)揮定時器的功能。
此外，第2比較器40檢測到定時器部30的定時器用電容器32的端 子間電壓為輸出電壓Vout以上，即檢測到從導(dǎo)通脈沖的開始時刻起經(jīng)過 規(guī)定時間，通過產(chǎn)生高電平的脈沖電壓Voff來復(fù)位SR-FF50，并將該檢 測時刻定為開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖的結(jié)束時刻。
換言之，第1比較器20及第2比較器40發(fā)揮比較器部的功能，該 比較器部決定開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬。
調(diào)整部60接收開關(guān)控制信號Ssw，并接收基準(zhǔn)時鐘生成部80所生 成的基準(zhǔn)時鐘Cref。調(diào)整部60比較開關(guān)控制信號Ssw及基準(zhǔn)時鐘Cref， 根據(jù)該比較結(jié)果來調(diào)整導(dǎo)通脈沖的規(guī)定的導(dǎo)通脈寬，以使開關(guān)控制信號 Ssw的頻率恒定。具體而言，調(diào)整部60對開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖
進行計數(shù)，并且對基準(zhǔn)時鐘進行計數(shù)，以使開關(guān)控制信號Ssw的計數(shù)值 與基準(zhǔn)時鐘的計數(shù)值相等的方式，生成用于調(diào)整導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈 寬的頻率控制信號Sf。在本實施方式的比較器方式直流對直流變換器中， 頻率控制信號Sf是4位的數(shù)字信號。
調(diào)整停止部70的輸入端子連接于電感器14的一端上，輸出端子連 接于基準(zhǔn)時鐘生成部80上。對調(diào)整停止部70的復(fù)位端子輸入開關(guān)控制 信號Ssw。調(diào)整停止部70檢測從開關(guān)元件11或二極管12向電感器14 的方向流動的輸出電流IL，該輸出電流IL的值為OA時，停止導(dǎo)通脈沖 的規(guī)定導(dǎo)通脈寬的調(diào)整處理。具體而言，調(diào)整停止部70在輸出電流IL 的值為OA時，從檢測到電感器14的一端所產(chǎn)生的諧振電壓Vll的時刻 開始到開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖的產(chǎn)生時刻為止，生成用于停止基 準(zhǔn)時鐘生成部80的調(diào)整停止信號Sstop。
基準(zhǔn)時鐘生成部80生成基準(zhǔn)時鐘Cref，并且根據(jù)來自調(diào)整停止部70
的調(diào)整停止信號Sstop來停止基準(zhǔn)時鐘Cref的生成。具體而言，基準(zhǔn)時 鐘生成部80根據(jù)調(diào)整停止信號Sstop，對基準(zhǔn)時鐘Cref的電壓電平進行 鎖存，停止基準(zhǔn)時鐘Cref的生成。
其次，針對定時器部30、調(diào)整部60、調(diào)整停止部70以及基準(zhǔn)時鐘 生成部80進行詳細說明。圖2是表示圖1中的定時器部30的電路圖， 圖3是表示圖1中的調(diào)整部60的電路圖。此外，圖4是表示圖1中的調(diào) 整停止部70的電路圖，圖5是表示圖1中的基準(zhǔn)時鐘生成部80的電路 圖。
首先，對定時器部30進行說明。在圖2中，詳細地示出了定時器部 30的恒電流生成電路31。恒電流生成電路31具有輸入電壓分壓電路34、 電壓跟隨器35、電阻元件36、電流鏡電路37、 gm放大器38以及數(shù)字/ 模擬變換部(以下稱為DAC) 39。
輸入電壓分壓電路34對從輸入端子2所輸入的輸入電壓Viri進行分 壓。在本實施方式中，輸入電壓分壓電路34由串聯(lián)連接在輸入端子2與 GND 5之間的電阻元件34a、 34b所構(gòu)成。這些電阻元件34a、 34b之間 的分壓被輸入至電壓跟隨器35。
電壓跟隨器35由誤差放大器35a及晶體管35b所構(gòu)成。在本實施方 式中，晶體管35b是n型MOSFET。在晶體管35b的源極與GND 5之間 連接著電阻元件36。此外，在晶體管35b的漏極與輸入端子2之間連接 著電流鏡電路37。
電流鏡電路37由流過由電壓跟隨器35所決定的基準(zhǔn)電流的晶體管 37a及生成流過晶體管37a的基準(zhǔn)電流的鏡電流的晶體管37b所構(gòu)成。在 本實施方式中，晶體管37a、 37b是P型MOSFET。晶體管37b對定時器 用電容器32提供該鏡電流。
DAC 39將來自調(diào)整部60的4位的數(shù)字頻率控制信號Sf變換成模擬 信號。DAC 39的輸出端子連接于gm放大器38的一個輸入端子上。
對gm放大器38的另一個輸入端子輸入基準(zhǔn)電壓Vref2。 gm放大器 38的輸出端子連接于電流鏡電路37的晶體管37a與電壓跟隨器35之間 的節(jié)點上。gm放大器38發(fā)揮推挽型電流源的功能，例如，DAC39的輸出信號 是基準(zhǔn)電壓Vref2以上時，從電流鏡電路37的晶體管37a引入電流，DAC 39的輸出信號小于基準(zhǔn)電壓Vref2時，對電壓跟隨器35提供電流。艮卩， gm放大器38在Sf為Vref2以上時增加定時器用電容器32的充電電流， 在Sf小于Vref2時，減少定時器用電容器32的充電電流。
其次，對調(diào)整部60進行說明。如圖3所示，調(diào)整部60具有2個計 數(shù)器61、 62及加減計數(shù)器68。
對第1計數(shù)器61的輸入端子輸入開關(guān)控制信號Ssw，對復(fù)位端子輸 入第2計數(shù)器62的輸出電壓。例如，第1計數(shù)器61是4位計數(shù)器。第1 計數(shù)器61在對幵關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖進行計數(shù)，且計數(shù)值為最大 值"1111"的情況下，輸出高電平的脈沖電壓Vdown，并且在"1111" 的下一計數(shù)時，復(fù)位輸出電壓。此外，第1計數(shù)器61在第2計數(shù)器62 的輸出電壓為高電平時，也復(fù)位輸出電壓。第1計數(shù)器61的輸出端子連 接于加減計數(shù)器68的一個輸入端子上。
對第2計數(shù)器62的輸入端子輸入基準(zhǔn)時鐘Cref，對復(fù)位端子輸入第 1計數(shù)器61的輸出電壓。例如，第2計數(shù)器62是4位計數(shù)器。第2計數(shù) 器62在對基準(zhǔn)時鐘的周期進行計數(shù)，且計數(shù)值為最大值"1111"的情況 下，輸出高電平的脈沖電壓Vup，并且在"llll"的下一計數(shù)時，復(fù)位輸 出電壓。此外，第2計數(shù)器62在第1計數(shù)器61的輸出電壓為高電平時， 也復(fù)位輸出電壓。第2計數(shù)器62的輸出端子連接于加減計數(shù)器68的另 一個輸入端子上。
加減計數(shù)器68接收來自第1計數(shù)器61的脈沖電壓及來自第2計數(shù) 器62的脈沖電壓Vdown、 Vup而增減計數(shù)值。在本實施方式中，加減計 數(shù)器68在從第1計數(shù)器61輸入高電平的脈沖電壓Vdown時，減少計數(shù) 值，在從第2計數(shù)器62輸入高電平的脈沖電壓Vup時，增加計數(shù)值。加 減計數(shù)器68對定時器部30輸出4位的數(shù)字頻率控制信號Sf。
其次，對調(diào)整停止部70進行說明。如圖4所示，調(diào)整停止部70具 有檢測電壓分壓電路71、比較器72、齊納二極管(Zenerdiode) 73以及 D-FF 74。
檢測電壓分壓電路71對電感器14的一端的電壓Vll進行分壓。在本 實施方式中，檢測電壓分壓電路71由串聯(lián)連接于電感器14的一端與GND 5之間的電阻元件71a、 71b所構(gòu)成。這些電阻元件71a、 71b之間的分壓 被輸入至比較器72的正輸入端子。
在比較器72的正輸入端子與GND 5之間連接著齊納二極管73。此 處，電感器14的一端的電壓V11在開關(guān)切換元件11為導(dǎo)通狀態(tài)時，上升 至輸入電壓Vin。齊納二極管73是為了進行比較器72的輸入端子的過電 壓保護而設(shè)置的。
對比較器72的負輸入端子輸入基準(zhǔn)電壓Vref3。比較器72在電感器 14的一端產(chǎn)生諧振電壓Vll，電阻元件71a、 71b之間的分壓大于基準(zhǔn)電 壓Vref3時，輸出高電平的脈沖電壓。這樣，比較器72通過檢測電感器 14的一端產(chǎn)生共振電壓Vll，來發(fā)揮檢測輸出電流IL為0A的時刻的電 流檢測部的功能。比較器72的輸出端子連接于D-FF 74的時鐘端子上。
對D-FF 74的輸入端子輸入輸入電壓Vin，對復(fù)位端子輸入開關(guān)控制 信號Ssw。 D-FF 74在從比較器72接收高電平的脈沖電壓的時刻開始至 接收高電平的開關(guān)控制信號Ssw的時刻為止的期間，即，輸出電流IL為 OA的期間，生成高電平的調(diào)整停止信號Sstop。
其次，對基準(zhǔn)時鐘生成部80進行說明。如圖5所示，基準(zhǔn)時鐘生成 部80具有振蕩器81、 EXOR電路82以及3個D-FF83、 84、 85。
對EXOR電路82的一個輸入端子輸入調(diào)整停止信號Sstop，另一個 輸入端子連接在D-FF 83的反轉(zhuǎn)輸出端子上。EXOR電路82的輸出端子 連接于D-FF 83的輸入端子上。
對D-FF83的時鐘端子輸入來自振蕩器81的時鐘，正轉(zhuǎn)輸出端子連 接于D-FF 84的時鐘端子上。
D-FF 84的輸入端子連接在反轉(zhuǎn)輸出端子上，輸出端子連接于D-FF 85的時鐘端子。同樣地，D-FF 85的輸入端子連接于反轉(zhuǎn)輸出端子上， D-FF 85從正轉(zhuǎn)輸出端子輸出基準(zhǔn)時鐘Cref。
這樣，EXOR82及D-FF 83、 84、 85構(gòu)成分頻電路，當(dāng)調(diào)整停止信 號S^。。為低電平時，生成對來自振蕩器的時鐘進行了 8分頻的基準(zhǔn)時鐘 Cref。此外，該分頻電路在調(diào)整停止信號Sst。p為高電平時，對基準(zhǔn)時鐘 Cref的電壓電平進行鎖存，停止基準(zhǔn)時鐘Cref。換言之，該分頻電路在 調(diào)整停止信號Sst。p為高電平時，降低基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率。
其次，對比較器方式直流對直流變換器1的動作進行說明。圖6是 表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器1的電流連續(xù)模式下的各 信號波形的時序圖，圖7是表示圖3所示的調(diào)整部60的電流連續(xù)模式下 的各信號波形的時序圖。
首先，對輸入端子2輸入輸入電壓Vin時，利用控制部200生成開 關(guān)控制信號Ssw。根據(jù)該開關(guān)控制信號Ssw，電壓變換部100向輸出端子 3產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓Vout。
此處，負荷電流較大時，比較器方式直流對直流變換器1以輸出電 流總是大于OA的電流連續(xù)模式進行動作。此時，以使開關(guān)頻率與基準(zhǔn)時 鐘Cref的頻率一致的方式，設(shè)定導(dǎo)通脈沖寬度Pon。
輸出電壓Vout降低而達到基準(zhǔn)電壓Vref時(圖6 (a))，通過第1 比較器20生成高電平的脈沖電壓Von (圖6 (c))，利用SR-FF50，針對 開關(guān)控制信號Ssw,從開始時點Ta產(chǎn)生導(dǎo)通脈沖Pon，并且在時刻Ta結(jié) 束截止脈沖Poff的產(chǎn)生(圖6 (e))。于是，通過驅(qū)動電路13生成髙電 平的驅(qū)動信號，使開關(guān)元件11成為導(dǎo)通狀態(tài)。其結(jié)果，流過電感器14 的輸出電流IL增加，輸出電壓Vout上升(圖6 (a)、 (b))。
通過第1比較器20生成高電平的脈沖電壓Von時，晶體管33暫時 處于導(dǎo)通狀態(tài)，定時器用電容器32的端子間電壓被復(fù)位，其后，利用來 自恒電流生成電路31的恒電流逐漸對定時器用電容器32進行充電。定 時器用電容器32的端子間電壓達到輸出電壓Vout時，通過第2比較器 40生成高電平的脈沖電壓Voff (圖6 (d))，利用SR-FF50，針對開關(guān)控 制信號Ssw，從時刻Tb產(chǎn)生截止脈沖Poff，并且在結(jié)束時刻Tb結(jié)束導(dǎo) 通脈沖Pon的產(chǎn)生(圖6 (e))。于是，通過驅(qū)動電路13將驅(qū)動信號從高 電平變更至低電平，使開關(guān)元件ll處于截止?fàn)顟B(tài)。其結(jié)果，通過連接負 荷中的電力消耗，降低輸出電壓Vout，并且減少輸出電流IL。通過重復(fù) 以上的動作，可以使輸出電壓Vout穩(wěn)定。
然而，例如在環(huán)境溫度降低時，例如開關(guān)元件ll、 二極管12、電感 器14等的內(nèi)部電阻值降低，而降低內(nèi)部損耗。此時，為了彌補輸出電壓 Vout的上升，截止脈沖Poff的截止脈寬變寬，從而使導(dǎo)通占空比減少。 另一方面利用調(diào)整部60調(diào)整導(dǎo)通脈沖Pon的規(guī)定導(dǎo)通脈寬。
具體而言，因為開關(guān)控制信號Ssw的開關(guān)頻率低于基準(zhǔn)時鐘Cref的 頻率(圖7 (a)、 (c))，所以第2計數(shù)器62比第1計數(shù)器61更早結(jié)束計 數(shù)而輸出高電平的脈沖電壓Vup (圖7 (b))。另一方面，第1計數(shù)器61 的輸出電壓Vdown保持低電平(圖7 (d))。其結(jié)果，加減計數(shù)器68使 頻率控制信號Sf的值上升(第7圖(e))。
于是，將與頻率控制信號Sf和基準(zhǔn)電壓Vref2之間的差分電壓成比 例的電流導(dǎo)入gm放大器38，增加定時器用電容器32的充電電流。由此， 定時器用電容器32的端子間電壓Vt到達輸出電壓Vout的時間變短，而 提早了導(dǎo)通脈沖Pon的結(jié)束時刻Tb。其結(jié)果，導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通脈寬 變窄，因為導(dǎo)通占空比由Vin及Vout所決定，因此截止脈沖Poff的截止 脈寬也變窄而使開關(guān)頻率上升。這樣，調(diào)整部60因為以使開關(guān)頻率接近 基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率的方式進行控制，因而降低開關(guān)頻率的變動。
另一方面，例如環(huán)境溫度上升時，例如開關(guān)元件ll、 二極管12、電 感器14等的內(nèi)部電阻值增加，而增加內(nèi)部損耗。此時，為了彌補輸出電 壓Vout的降低，截止脈沖Poff的截止脈寬變窄，而使導(dǎo)通占空比增加。 另一方面，利用調(diào)整部60調(diào)整導(dǎo)通脈沖Pon的規(guī)定導(dǎo)通脈寬。
具體而言，因為開關(guān)控制信號Ssw的開關(guān)頻率高于基準(zhǔn)時鐘Cref的 頻率，所以第1計數(shù)器61比第2計數(shù)器62更早結(jié)束計數(shù)，而輸出高電 平的脈沖電壓Vdown。另一方面，第2計數(shù)器62的輸出電壓Vup保持低 電平。其結(jié)果，加減計數(shù)器68使頻率控制信號Sf的值降低。
于是，將與頻率控制信號Sf和基準(zhǔn)電壓Vref2之間的差分電壓成比 例的電流輸出至gm放大器38，減少定時器用電容器32的充電電流。由 此，定時器用電容器32的端子間電壓Vt達到輸出電壓Vout的時間變長， 而延遲導(dǎo)通脈沖Pon的結(jié)束時刻Tb。其結(jié)果，導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通脈寬 變寬，因為導(dǎo)通占空比由Vin及Vout所決定，因此截止脈沖Poff的截止
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脈寬也變寬而使開關(guān)頻率降低。這樣，調(diào)整部60因為以使幵關(guān)頻率接近 基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率的方式進行控制，因而降低開關(guān)頻率的變動。
其次，對比較器方式直流對直流變換器1的電流不連續(xù)模式下的動 作進行說明。在負荷電流較小時，比較器方式直流對直流變換器1以產(chǎn) 生輸出電流為OA的期間的電流不連續(xù)模式來進行動作。此時，暫時停止 使開關(guān)頻率與基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率為一致的調(diào)整處理，抑制導(dǎo)通脈沖導(dǎo) 通脈寬變窄。
圖8是表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器1的電流不連 續(xù)模式下的各信號波形的時序圖，圖9是表示圖5所示的基準(zhǔn)時鐘生成 部80的電流不連續(xù)模式下的各信號波形的時序圖。此外，圖10是表示 圖3所示的調(diào)整部60的電流不連續(xù)模式下的各信號波形的時序圖。
在負荷電流較小的輕負荷時，電容器15的放電所需要的時間變長， 輸出電壓Vout的降低時間變長(圖8 (a))。因此，開關(guān)控制信號Ssw的 截止脈沖Poff的寬度變寬，開關(guān)控制信號Ssw的頻率降低(圖8 (e))。 這樣，在截止脈沖Poff的產(chǎn)生期間，產(chǎn)生輸出電流IL為OA的期間PO (圖8 (b))，從輸出電流IL為OA的時刻開始，在電感器14的一端產(chǎn) 生諧振電壓Vll (圖8 (f))。在調(diào)整停止部70的比較器72中，檢測到該 諧振電壓Vll大于基準(zhǔn)電壓Vref3，而輸出高電平的脈沖電壓。于是，通 過D-FF74輸出高電平的調(diào)整停止信號Sstop (圖8 (g))。利用D-FF 74 進行的高電平的調(diào)整停止信號Sstop的生成， 一直持續(xù)到復(fù)位端子被輸入 的開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖Pon的產(chǎn)生開始時刻Ta為止(圖8(e))。 這樣，通過調(diào)整停止部70，在輸出電流IL成為OA的期間PO，生成高電 平的調(diào)整停止信號Sstop。
生成高電平的調(diào)整停止信號Sstop時(圖9 (a)),基準(zhǔn)時鐘生成部 80中的EXOR 82的輸出電壓會反轉(zhuǎn)，在輸出電流IL成為OA的期間P0， D-FF83的正轉(zhuǎn)輸出電壓Q的電平被鎖存(圖9 (c))， D-FF 84的正轉(zhuǎn)輸 出電壓Q的電平被鎖存(圖9 (d))。其結(jié)果，在輸出電流IL為OA的期 間P0， D-FF 85所輸出的基準(zhǔn)時鐘Cref的電平被鎖存。
這樣，當(dāng)利用調(diào)整停止部70，根據(jù)電感器14的一端的諧振電壓V11
(圖10 (a))，生成調(diào)整停止信號Sstop時(圖10 (b))，基準(zhǔn)時鐘Cref 的電壓電平被鎖存(圖10 (c))。其結(jié)果，基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率降低為 接近開關(guān)控制信號Ssw的頻率(圖10 (c)、 (e))，第2計數(shù)器62的計數(shù) 延遲。于是，抑制高電平的脈沖電壓Vup的產(chǎn)生(圖10 (d))，從而頻 率控制信號Sf的上升被抑制(圖10 (g))。其結(jié)果，在電流不連續(xù)模式 下，即使開關(guān)控制信號Ssw的頻率降低，也能抑制導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通 脈寬的調(diào)整，從而抑制導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通脈寬大幅變窄。
圖11是表示圖1所示的比較器方式直流對直流變換器1相對于負荷 電流的開關(guān)頻率特性的圖。圖11中除了本實施方式的比較器方式直流對 直流變換器1的仿真結(jié)果以外，還示出了比較例的比較器方式直流對直 流變換器的仿真結(jié)果。
曲線A表示本實施方式的比較器方式直流對直流變換器1的仿真結(jié) 果。曲線B表示在本實施方式的比較器方式直流對直流變換器1中不具 有調(diào)整部60及調(diào)整停止部70的結(jié)構(gòu)即比較例1的比較器方式異步整流 直流對直流變換器的仿真結(jié)果。曲線C表示在本實施方式的比較器方式 直流對直流變換器1中不具有調(diào)整停止部70的結(jié)構(gòu)即比較例2的比較器 方式同步整流直流對直流變換器的仿真結(jié)果。
如曲線C所示，比較例1的比較器方式異步整流直流對直流變換器 在電流連續(xù)模式下，開關(guān)頻率隨著負荷電流的增加而上升。因此，在作 為實際使用狀態(tài)的電流連續(xù)模式下，輸出電壓的紋波隨著開關(guān)頻率的變 動而變動，可能使PU等后級電路產(chǎn)生錯誤動作。此外，可能需要在整個 寬頻帶上的EMI對策。
此外，如曲線C所示，比較例2的比較器方式同步整流直流對直流 變換器在電流不連續(xù)模式下，當(dāng)負荷電流減少時，要使開關(guān)頻率保持恒 定，有時會造成開關(guān)波形的導(dǎo)通脈寬過窄。盡管負荷電流較少，但由于 以高頻實施導(dǎo)通脈寬較窄的開關(guān)而使損失增大，因此消耗電力無法充分 降低。
相對于此，如曲線A所示，通過像本實施方式的比較器方式直流對 直流變換器1那樣具備調(diào)整部60及調(diào)整停止部70，在電流連續(xù)模式下，
可使開關(guān)頻率保持恒定，在電流不連續(xù)模式下，可停止開關(guān)頻率的調(diào)整 處理來抑制導(dǎo)通脈寬過窄。
這樣，根據(jù)第1實施方式的比較器方式直流對直流變換器1，在電流 連續(xù)模式下，在不損害對于負荷電流的急速增加的響應(yīng)特性的情況下， 可降低因為由環(huán)境溫度的變動等所造成的變換損失的變動、輸入輸出電 壓的變動、輸出電流的變動而產(chǎn)生的開關(guān)頻率的變動。其結(jié)果，在電流 連續(xù)模式下，可以降低輸出電壓的紋波的變動，從而能夠防止PU等后級 電路的錯誤動作。此外，無須在整個寬頻帶上的EMI對策，EMI對策能 夠容易且低成本地實現(xiàn)。
另一方面，在電流不連續(xù)模式下，在輸出電流為OA的期間，可以停 止上述導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬的調(diào)整處理。由此，在電流不連續(xù)模式下， 可以抑制導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬大幅變窄，從而能夠降低開關(guān)波形的紊亂。 此外，無需使用具有高速特性的昂貴的電路元件。此外，盡管負荷電流 較少，但由于可抑制以高頻實施導(dǎo)通脈寬較窄的開關(guān)而造成的損失，因 此可降低消耗電力。
圖12是表示本發(fā)明的第2實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。圖12所示的比較器方式直流對直流變換器1A在比較器方式 直流對直流變換器1中具備電壓變換部100A、控制部200A來取代電壓 變換部100及控制部200，在該結(jié)構(gòu)上與第1實施方式不同。
電壓變換部IOOA在電壓變換部100中還具備與電感器14串聯(lián)連接 的電阻元件(電流檢測用電阻元件)16。電壓變換部100A的其它結(jié)構(gòu)與 電壓變換部100相同。
控制部200A在控制部200中具備調(diào)整停止部70A來取代調(diào)整停止 部70，在該結(jié)構(gòu)上與控制部200不同?？刂撇?00A的其它結(jié)構(gòu)與控制 部200相同。此外，在本實施方式中，定時器部30、調(diào)整部60、調(diào)整停 止部70A以及基準(zhǔn)時鐘生成部80發(fā)揮頻率控制手段25A的功能。
圖13是表示圖12所示的調(diào)整停止部70A的電路圖。圖13所示的調(diào) 整停止部70A在調(diào)整停止部70中不具備檢測電壓分壓電路71及齊納二極管73，在這一點上不同于調(diào)整停止部70。
比較器72為了檢測輸出電流IL，檢測電阻元件16的兩端電壓。具 體而言，比較器72的正輸入端子連接于電感器14及電阻元件16之間的 節(jié)點上，負輸入端子連接于電阻元件16及輸出端子Vout之間的節(jié)點上。 換言之，比較器72的負輸入端子在電流連續(xù)模式下被輸入高電壓的電壓 Vlll，正輸入端子被輸入低電壓的電壓V112。比較器72檢測到電壓Vlll 與電壓VU2相等或反轉(zhuǎn)，輸出高電平的脈沖電壓。這樣，比較器72通過 檢測電壓Vlll與電壓V112之間的電壓差，而發(fā)揮檢測輸出電流IL為OA 的狀態(tài)或?qū)⒊蔀镺A的狀態(tài)的電流檢測部的功能。此外，輸出電流IL將 成為OA的狀態(tài)的檢測，例如，可以通過對比較器72的正輸入端子施加 規(guī)定的正偏置電壓來實現(xiàn)。
在該第2實施方式的比較器方式直流對直流變換器1A中，也可得到 與第1實施方式相同的優(yōu)點。
圖14是表示本發(fā)明的第3實施方式的比較器方式直流對直流變換器 的電路圖。圖14所示的比較器方式直流對直流變換器1B在比較器方式 直流對直流變換器l中具備控制部200B以取代控制部200,在該結(jié)構(gòu)上 與第1實施方式不同。比較器方式直流對直流變換器1B的其它結(jié)構(gòu)與比 較器方式直流對直流變換器1相同。
控制部200B在控制部200中具備調(diào)整部60B以取代調(diào)整部60。此 外，控制部200B在控制部200中不具有基準(zhǔn)時鐘生成部80，而使用在 外部生成的基準(zhǔn)時鐘Cref，在該結(jié)構(gòu)上與控制部200不同?？刂撇?00B 的其它結(jié)構(gòu)與控制部200相同。此外，在本實施方式中，定時器部30、 調(diào)整部60B以及調(diào)整停止部70B發(fā)揮頻率控制單元25B的功能。
圖15是表示圖14的調(diào)整部60B的電路圖。在圖15所示的調(diào)整部 60B中，對第1計數(shù)器61及第2計數(shù)器62的控制端子分別輸入調(diào)整停 止部70所輸出的調(diào)整停止信號Sstop，在這一點上與調(diào)整部60不同。調(diào) 整部60B的其它結(jié)構(gòu)與調(diào)整部60相同。
圖第16圖是表示圖15所示的調(diào)整部60B的電流不連續(xù)模式下的各
信號波形的時序圖。
第1計數(shù)器61及第2計數(shù)器62被輸入高電平的調(diào)整停止信號Sstop 時(第16圖(b))，停止計數(shù)(圖16 (c)的時刻Ts)。換言之，第1計 數(shù)器61及第2計數(shù)器62對計數(shù)值即輸出電壓進行復(fù)位。
由此，在電流不連續(xù)模式下，輸出電流成為OA時，因為第l計數(shù)器 61及第2計數(shù)器62在結(jié)束至規(guī)定值為止的計數(shù)前，對計數(shù)值進行復(fù)位， 因此不會產(chǎn)生高電平的脈沖電壓Vup (圖16 (d))，頻率控制信號Sf不 會上升(圖16 (g))。其結(jié)果，在電流不連續(xù)模式下，即使開關(guān)控制信號 Ssw的頻率降低，也會停止導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通脈寬的調(diào)整。
這樣，在第3實施方式的比較器方式直流對直流變換器1B中，也能 得到與第i實施方式相同的優(yōu)點。
[第4實施方式〗
圖17是本發(fā)明的第4實施方式的比較器方式直流對直流變換器的電 路圖。圖17所示的比較器方式直流對直流變換器1C在比較器方式直流 對直流變換器1B中具備控制部200C以取代控制部200B，在該結(jié)構(gòu)上與 第3實施方式不同。比較器方式直流對直流變換器1C的其它結(jié)構(gòu)與比較 器方式直流對直流變換器1B相同。
控制部200C在控制部200B中具備調(diào)整部60C、調(diào)整停止部70C以 取代調(diào)整部60B及調(diào)整停止部70，在該結(jié)構(gòu)上與控制部200B不同?？?制部200C的其它結(jié)構(gòu)與控制部200B相同。此外，在本實施方式中，定 時器部30、調(diào)整部60C以及調(diào)整停止部70C發(fā)揮頻率控制單元25C的功 能。
圖18是表示圖17所示的調(diào)整停止部70C的電路圖。圖18所示的調(diào) 整停止部70C在調(diào)整停止部70中還具備延遲復(fù)位信號生成部75，在該 結(jié)構(gòu)上第3實施方式不同。調(diào)整停止部70C的其它結(jié)構(gòu)與調(diào)整停止部70 相同。
調(diào)整停止部70C具有延遲開關(guān)控制信號Ssw的相位的延遲電路 75a;反轉(zhuǎn)開關(guān)控制信號Ssw的NOT電路75b:以及二個輸入端子分別 連接于延遲電路75a、NOT電路75b上的AND電路75c。調(diào)整停止部70C
在開關(guān)控制信號SSW的導(dǎo)通脈沖的結(jié)束時刻，生成高電平的脈沖電壓，
并提供給D-FF 74的復(fù)位端子。
圖19是表示圖17的調(diào)整部60C的電路圖。圖19所示的調(diào)整部60C 在調(diào)整部60中還具備多路選擇器(multiplexer) 69，在該結(jié)構(gòu)上與調(diào)整 部60不同。調(diào)整部60C的其它結(jié)構(gòu)與調(diào)整部60相同。
多路選擇器69的一個輸入端子連接于加減計數(shù)器68的輸出端子上， 另一個輸入端子被輸入固定值。多路選擇器69的控制端子被輸入調(diào)整停 止信號Sstop。多路選擇器69在調(diào)整停止信號Sstop為低電平時，選擇加 減計數(shù)器68的輸出信號作為頻率控制信號Sf來輸出，調(diào)整停止信號Sstop 為髙電平時，選擇固定值作為頻率控制信號Sf來輸出。
此外，加減計數(shù)器68的控制端子也被輸入調(diào)整停止信號Sstop。
圖20是表示圖18所示的調(diào)整停止部70C的電流不連續(xù)模式下的各 信號波形的時序圖。如圖20所示，當(dāng)利用比較器72檢測到電感器14的 一端的諧振電壓V11時(圖20 (a))，開始利用D-FF74生成高電平的調(diào) 整停止信號Sstop。其后，利用延遲復(fù)位電路，在開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo) 通脈沖Pon的結(jié)束時刻Tb，生成高電平的脈沖電壓Sr (圖20 (b))，利 用D-FF74結(jié)束高電平的調(diào)整停止信號Sstop的生成(第20圖(c))。
當(dāng)生成高電平的調(diào)整停止信號Sstop時，加減計數(shù)器68停止計數(shù)， 并且多路選擇器69將加減計數(shù)器68的輸出信號變更成固定值，并當(dāng)作 頻率控制信號Sf輸出。
這樣，根據(jù)第4實施方式的比較器方式直流對直流變換器1C，除了 輸出電流為OA以下的期間，在導(dǎo)通脈沖產(chǎn)生期間之前，也可停止導(dǎo)通脈 沖的導(dǎo)通脈寬的調(diào)整處理。其結(jié)果，可延遲加減計數(shù)器68的計數(shù)，而抑 制導(dǎo)通脈沖的導(dǎo)通脈寬的調(diào)整。因此，在第4實施方式的比較器方式直 流對直流變換器1C中，也能得到與第3實施方式相同的優(yōu)點。
此外，本發(fā)明并未受限于上述實施方式，可以實施各種變形。
在本實施方式中，作為調(diào)整部60，例示了生成數(shù)字頻率控制信號Sf 的數(shù)字電路，然而，也可應(yīng)用生成模擬頻率控制信號Sf的模擬電路。圖 21是表示變形例1的調(diào)整部的電路圖。圖21所示的變形例1的調(diào)整部
60X在調(diào)整部60中具有NOR電路63、 NAND電路64、 2個反相器65、 66、電荷泵電路67以及調(diào)整用電容器68X以取代加減計數(shù)器68。調(diào)整 部60X的其它結(jié)構(gòu)與調(diào)整部60相同。
NOR電路63的一個輸入端子經(jīng)由反相器65連接于第1計數(shù)器61 的輸出端子上，另一個輸入端子連接于第2計數(shù)器62的輸出端子上。NOR 電路63的輸出端子連接于電荷泵電路67上。
NAND電路64的一個輸入端子連接于第2計數(shù)器62的輸出端子上， 另一個輸入端子經(jīng)由反相器66連接于第1計數(shù)器61的輸出端子上。 NAND電路64的輸出端子連接于電荷泵電路67上。
電荷泵電路67由如下部分構(gòu)成由n型MOSFET所構(gòu)成的晶體管 67a、由p型MOSFET所構(gòu)成的晶體管67b、以及2個恒電流源67c、 67d。 晶體管67a的源極經(jīng)由恒電流源67c連接于GND 5上，漏極連接于晶體 管67b的漏極上。晶體管67b的源極經(jīng)由恒電流源67d被輸入輸入電壓 Vin。晶體管67a、 67b的柵極分別被輸入NOR電路63所輸出的脈沖電 壓Vdown、及NAND電路64所輸出的脈沖電壓Vup。晶體管67a、 67b 的漏極與GND 5之間連接著調(diào)整用電容器68X。
在調(diào)整部60X中，在開關(guān)控制信號Ssw的頻率低于基準(zhǔn)時鐘Cref的 頻率時，第1計數(shù)器61比第2計數(shù)器62更早結(jié)束計數(shù)，生成高電平輸 出電壓，而使NAND電路64輸出低電平的脈沖電壓Vup，因此利用電荷 泵電路67對電容器68X進行充電，使頻率控制信號Sf的電平上升。另 一方面，在開關(guān)控制信號Ssw的頻率高于基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率時，第2 計數(shù)器62比第1計數(shù)器61更早結(jié)束計數(shù)，生成高電平輸出電壓，而使 NOR電路63輸出高電平的脈沖電壓Vdown，因此利用電荷泵電路67對 電容器68X進行放電，使頻率控制信號Sf的電平降低。
在變形例1中，晶體管67b的源極經(jīng)由恒電流源67d被輸入輸入電 壓Vin，然而，只要是與GND 5之間具有規(guī)定的電位差，可提供恒電流 源67c、 67d所需要的輸出電流的電源，則不限制為輸入端子2的輸入電 壓Vin。
此外，調(diào)整部60也可應(yīng)用使用了相位比較器的電路。圖22是表示
變形例2的調(diào)整部的電路圖。圖22所示的變形例2的調(diào)整部60Y在調(diào)整 部60X中具有相位比較器61Y以取代第1及第2計數(shù)器61、 62、 NOR 電路63、 NAND電路64以及2個反相器65、 66。調(diào)整部60Y的其它結(jié) 構(gòu)與調(diào)整部60X相同。
對相位比較器61Y的一個輸入端子輸入開關(guān)控制信號Ssw，對另一 個輸入端子輸入基準(zhǔn)時鐘Cref。相位比較器61Y比較開關(guān)控制信號Ssw 的相位及基準(zhǔn)時鐘Cref的相位，生成輸出電壓Vdown、 Vup，該輸出電 壓Vdown、 Vup具有與該比較結(jié)果所表示的Ssw與Cref之間的相位差對 應(yīng)的值。相位比較器61Y對電荷泵電路67的晶體管67a的柵極提供輸出 電壓Vdown，對電荷泵電路67的晶體管67b的柵極提供輸出電壓Vup。
在調(diào)整部60Y中，在開關(guān)控制信號Ssw的頻率低于基準(zhǔn)時鐘Cref的 頻率時，因為相位比較器61Y輸出低電平的脈沖電壓Vup，所以通過電 荷泵電路67對電容器68X進行充電，使頻率控制信號Sf的電平上升。 另一方面，在開關(guān)控制信號Ssw的頻率高于基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率時，因 為相位比較器61Y輸出高電平的脈沖電壓Vdown，所以通過電荷泵電路 67對電容器68X進行放電，使頻率控制信號Sf的電平降低。
此外，在本實施方式中，例示了通過電感器14的一端的諧振電壓來 檢測輸出電流為0A以下的期間的輸出電流檢測方法、及通過串聯(lián)連接于 電感器14上的電阻元件16的兩端電壓來檢測輸出電流為OA以下的狀態(tài) 或?qū)⒊蔀?A的狀態(tài)的輸出電流檢測方法，然而，輸出電流檢測方法并未 限為本實施方式。例如，也可應(yīng)用圖23所示的輸出電流檢測方法。圖23 是表示變形例的電流檢測方法的圖。如圖23所示，將電阻元件(電流檢 測用電阻元件)17及電容器(電流檢測用電容器)18的串聯(lián)電路并聯(lián)連 接于電感器14上，通過檢測電容器18的端子間電壓為0V或?qū)⒊蔀?V 的時刻，可以檢測輸出電流IL為0A或?qū)⒊蔀?V的時刻。
此外，在本實施方式中，作為停止規(guī)定導(dǎo)通脈寬的調(diào)整的方法，例 示了停止基準(zhǔn)時鐘生成部80中的分頻電路82、 83、 84、 85的方法，然 而，也可以停止基準(zhǔn)時鐘生成電路本身。圖24是表示變形例的基準(zhǔn)時鐘 生成部的電路圖。圖24所示的變形例的基準(zhǔn)時鐘生成部80X是具備三角
波生成電路86、比較器87、 D-FF電路88以及單發(fā)脈沖信號生成電路89 的環(huán)振蕩器。圖25是變形例的基準(zhǔn)時鐘生成部的各部信號波形。
三角波生成電路86具有依次串聯(lián)連接于用于輸入輸入電壓Vin的端 子及GND 5連接端子之間的恒電流源86a、開關(guān)元件86b以及電容器86c。 此外，三角波生成電路86具有并聯(lián)連接于電容器86c上的開關(guān)元件86d。 開關(guān)元件86b在調(diào)整停止信號Sstop為低電平時處于導(dǎo)通狀態(tài)。另 一 方面， 開關(guān)元件86d在從單發(fā)脈沖信號生成電路89輸出高電平的脈沖電壓時處 于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，三角波生成電路86在調(diào)整停止信號Sstop為低電平 時，生成鋸齒波狀的三角波電壓(圖25 (a)、 (b)、 (d))。比較器87比 較來自三角波生成電路86的三角波電壓及基準(zhǔn)電壓Vrcf4,三角波電壓 小于基準(zhǔn)電壓Vref4時，生成低電平的輸出電壓，三角波電壓為基準(zhǔn)電壓 Vref4以上時，生成高電平的脈沖電壓(圖25 (b)、 (c))。 D-FF電路88 的輸入端子連接于反轉(zhuǎn)輸出端子上，對時鐘端子輸入來自比較器87的輸 出電壓。D-FF電路88根據(jù)來自比較器87的脈沖電壓，反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時鐘Cref 的電平。單發(fā)脈沖信號生成電路89在基準(zhǔn)時鐘Cref的電平被反轉(zhuǎn)時，輸 出脈沖電壓。
此處，調(diào)整停止信號Sstop為高電平時，開關(guān)元件86b處于截止?fàn)顟B(tài)， 停止電容器的充電，鎖存來自三角波生成電路86的三角波電壓的電平。 其結(jié)果，鎖存基準(zhǔn)時鐘Cref的電平。這樣，變形例的基準(zhǔn)時鐘生成部80X 根據(jù)調(diào)整停止信號Sstop來停止基準(zhǔn)時鐘生成電路本身，由此可停止基準(zhǔn) 時鐘Cref的生成。
此外，在本實施方式中，定時器部30控制導(dǎo)通時間寬度Pon，然而， 也可以控制截止時間寬度Poff。此時，在驅(qū)動電路13中，在開關(guān)控制信 號Ssw為高電平時，生成開關(guān)元件ll處于截止?fàn)顟B(tài)的驅(qū)動信號。此外， 在該情況下，調(diào)整部60調(diào)整截止時間寬度Poff以取代導(dǎo)通時間寬度Pon。
此外，變更開關(guān)控制信號Ssw中的導(dǎo)通脈沖Pon的導(dǎo)通脈寬的方法 并未受限于本實施方式，可以考慮各種方式。例如，可以通過變更電壓 跟隨器35中的晶體管35b的參數(shù)來變更定時器用電容器32的充電電流， 也可以通過變更電流鏡電路37中的晶體管37a、 37b的參數(shù)來變更定時
器用電容器32的充電電流，還可以通過變更輸入電壓分壓電路34的分 壓比來變更定時器用電容器32的充電電流。
此外，在本實施方式中，調(diào)整部60的基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率與開關(guān)控 制信號Ssw的頻率相同，然而，基準(zhǔn)時鐘Cref的頻率與開關(guān)控制信號Ssw 的頻率之比也可以為N:M (M及N為自然數(shù))。此時，調(diào)整部60以使開 關(guān)控制信號Ssw的計數(shù)值與基準(zhǔn)時鐘Cref的計數(shù)值的比為M:N的方式， 調(diào)整開關(guān)控制信號的導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬。尤其，優(yōu)選基準(zhǔn)時鐘Cref 的頻率低于開關(guān)控制信號Ssw頻率。由此，可以降低消耗電流。
此外，在本實施方式中，第1計數(shù)器61只對開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo) 通脈沖進行了計數(shù)，然而，也可以對開關(guān)控制信號Ssw的導(dǎo)通脈沖及截 止脈沖中的至少任何一方進行計數(shù)。
此外，在本實施方式中，對第2比較器的負輸入端子輸入輸出電壓 Vmit，然而，也可以對第2比較器的負輸入端子輸入某基準(zhǔn)電壓。
此外，在本實施方式中，作為電壓變換部，例示了使用了二極管整 流方式的開關(guān)型電壓變換部，然而，也可以是使用了幵關(guān)元件來取代二 極管12的同步整流方式開關(guān)型電壓變換部。在該情況下，調(diào)整停止部根 據(jù)反轉(zhuǎn)檢測信號，使用于取代二極管12的開關(guān)元件停止。
此外，在本實施方式中，作為電壓變換部100中的開關(guān)元件11，使 用了n型MOSFET,然而，也可以使用P型MOSFET。此外，本實施方 式中的開關(guān)元件及晶體管也可以應(yīng)用FET及雙極晶體管等各種晶體管。
2權(quán)利要求
1. 一種比較器方式直流對直流變換器，其特征在于，該變換器具備電壓變換部，其具有被輸入輸入電壓的輸入端子和一對輸出端子，該電壓變換部具備開關(guān)元件、電感器和平滑用電容器，該開關(guān)元件具有連接于前述輸入端子上的一個電流端子，該電感器具有連接于該開關(guān)元件的另一個電流端子上的一端及連接于前述一對輸出端子的一個上的另一端，該平滑用電容器連接于前述一對輸出端子間，該電壓變換部根據(jù)作為脈沖信號的控制信號來控制該開關(guān)元件，由此在前述一對輸出端子間生成將前述輸入電壓進行了電壓變換的輸出電壓；以及控制部，其生成用于使前述電壓變換部的前述輸出電壓穩(wěn)定的前述控制信號，前述控制部具有比較器部，其比較前述電壓變換部的前述輸出電壓和基準(zhǔn)電壓，根據(jù)該比較結(jié)果，決定前述控制信號中的導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬或截止脈沖的規(guī)定截止脈寬；以及頻率控制單元，其比較前述控制信號和基準(zhǔn)時鐘，根據(jù)該比較結(jié)果，按照使前述控制信號的重復(fù)頻率為恒定的方式，來調(diào)整前述導(dǎo)通脈沖的前述規(guī)定導(dǎo)通脈寬或前述截止脈沖的前述規(guī)定截止脈寬；前述頻率控制單元具有調(diào)整停止部，該調(diào)整停止部檢測從前述電壓變換部的前述開關(guān)元件向前述電感器的方向流動的輸出電流為0A的狀態(tài)或?qū)⒊蔀?A的狀態(tài)，生成用于使前述頻率控制單元的前述規(guī)定導(dǎo)通脈寬或前述規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理停止的調(diào)整停止信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的比較器方式直流對直流變換器，其中 前述比較器部具有第1比較器，其檢測到前述電壓變換部的前述輸出電壓小于前述基 準(zhǔn)電壓時，將該檢測時刻定為前述導(dǎo)通脈沖或前述截止脈沖的開始時刻； 以及第2比較器，其檢測到從前述導(dǎo)通脈沖或前述截止脈沖的開始時刻 起經(jīng)過規(guī)定時間后，將該檢測時刻定為前述導(dǎo)通脈沖或前述截止脈沖的結(jié)束時刻；前述頻率控制單元具有調(diào)整部，該調(diào)整部通過調(diào)整前述規(guī)定時間， 來調(diào)整前述規(guī)定導(dǎo)通脈寬或前述規(guī)定截止脈寬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的比較器方式直流對直流變換器，其中 前述頻率控制單元具備生成前述基準(zhǔn)時鐘的基準(zhǔn)時鐘生成部， 前述頻率控制單元在從前述調(diào)整停止部取得前述調(diào)整停止信號的情況下，通過暫停前述基準(zhǔn)時鐘生成部的前述基準(zhǔn)時鐘的生成，來停止前 述規(guī)定導(dǎo)通脈寬或前述規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的比較器方式直流對直流變換器，其中 前述頻率控制單元在從前述調(diào)整停止部取得前述調(diào)整停止信號的情況下，通過停止前述控制信號和前述基準(zhǔn)時鐘的比較，來停止前述規(guī)定 導(dǎo)通脈寬或前述規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的比較器方式直流對直流變換器，其中 前述頻率控制單元在從前述調(diào)整停止部取得前述調(diào)整停止信號的情況下，通過將前述控制信號和前述基準(zhǔn)時鐘的比較結(jié)果置換成預(yù)先規(guī)定 的規(guī)定固定值，來停止前述規(guī)定導(dǎo)通脈寬或前述規(guī)定截止脈寬的調(diào)整處 理。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施方式的比較器方式直流對直流變換器(1)具備比較器部(20、40)，其比較電壓變換部的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓，決定控制信號(Ssw)中的導(dǎo)通脈沖的規(guī)定導(dǎo)通脈寬或截止脈沖的規(guī)定截止脈寬；以及控制部(200)，其具有比較控制信號(Ssw)和基準(zhǔn)時鐘(Cref)，按照使控制信號(Ssw)的頻率為恒定的方式來調(diào)整導(dǎo)通脈寬或截止脈寬的頻率控制單元(25)。頻率控制單元(25)檢測電壓變換部(100)的輸出電流為0A的狀態(tài)或?qū)⒊蔀?A的狀態(tài)，停止導(dǎo)通脈寬或截止脈寬的調(diào)整處理。
文檔編號H02M3/155GK101379687SQ200780004258
公開日2009年3月4日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者竹村興, 蜂谷尚悟 申請人:哉英電子股份有限公司