专利名称：电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源装置，尤其涉及开关稳压器。
背景技术：
对于各种电子设备，为了对内部使用到的电子电路提供合适的电压，广泛应用的是降压型的开关稳压器等的DC/DC转换器。例如在电子设备中仅备有20V的电压而内部的电子电路需要5V的电压时，根据降压型的开关稳压器将20V降压到5V而驱动电子电路。
这样的开关稳压器具有为控制开关晶体管的接通断开动作的控制电路，但是为了将开关稳压器稳定地动作所必要的当然是使控制电路动作的电源电压稳定地被提供。现在，控制电路的动作中所必要的电源电压在5V的情况下，因不能直接使用由电子设备准备的20V，所以考虑根据线性稳压器生成其5V的方法。但是，因一般的线性稳压器效率低，所以会产生在整体的开关稳压器的效率恶化的问题。
为了解决这种问题，提出将根据开关晶体管降压的电压作为驱动控制电路的电源电压而使用的技术(专利文献1)。该技术中如下切换，将可驱动控制电路的电压作为阈值，在开关稳压器的输出电压高于阈值时，通过输出电压驱动控制电路；在开关稳压器的输出电压低于阈值时，由线性稳压器驱动控制电路。根据该技术，因开关稳压器的功率变换效率比线性稳压器高，所以在控制电路的电源电压由开关稳压器的输出电压提供的期间，可得到高效率。
专利文献1美国专利第5,528,132号说明书发明内容但是，在上述文献所记载的技术中，开关稳压器的输出电压在阈值电压附近变动时，存在控制电路的电源电压是由线性稳压器的电压还是输出电压提供的不稳定问题。而且，在启动开关稳压器时，会产生输出电压的过冲或欠冲，但是将一定电压以上的输出电压作为控制电路的电源电压使用的情况下，产生会成为电路的误动作的原因的问题。
发明内容
本发明鉴于这些课题而完成的，其目的在于提供开关稳压器，在维持高效率的同时可实现稳定的电路动作。
本发明的一种实施方式涉及电源装置。该电源装置具有开关稳压器，根据开关晶体管的开关动作，将输入电压变换为期望的输出电压而输出；控制单元，控制开关晶体管的开关动作；电压生成电路，为驱动控制单元而对控制单元提供电源电压；定时器电路，测定从所述开关晶体管的开关动作开始的经过时间，当经过规定时间时变化其输出。控制单元是，在所述定时器电路的输出变化之前的期间是由所述电压生成电路提供的电源电压而被驱动，在所述定时器电路的输出变化之后的期间是由所述开关稳压器的输出电压而被驱动。
根据该方式，经过规定时间之前，根据由电压生成电路提供的稳定的电源电压驱动控制电路，可使电源装置稳定地动作。而且，在经过规定时间之后，开关晶体管的输出电压将作为控制电路的驱动电压使用，可得到高效率。
由定时器电路测定的规定时间可与为稳定开关稳压器的输出电压所需要的期间的关系而设定。
开关稳压器启动时，在输出电压不稳定期间是由电压生成电路驱动控制电路，在开关稳压器的输出电压充分稳定后是由其输出电压驱动控制电路，所以可使电源装置更稳定地动作。
电压生成电路也可以是将输入电压降压输出的线性稳压器。因线性稳压器可简单地构成，所以在成本、面积上有利。
电源装置可再具有，检测电路动作的异常的异常检测电路。由异常检测电路检测出异常时，控制单元可由所述电压生成电路提供的电源电压驱动。
“电路动作的异常”是指，输出电压的过电压、输出电流的过电流、发热异常等电源装置从稳定动作脱离的状态。
开关稳压器启动之后，在经过了规定时间控制电路由开关稳压器的输出电压驱动的整个期间，在电源装置发生了异常的情况下，会成为再次切换到由电压生成电路的驱动，从而使开关稳压器更稳定地动作。
本发明的其他的实施方式也是电源装置。该电源装置是生成稳定的输出电压的电源装置，驱动该电源装置的电压，在假设该电源装置的输出电压为恒定状态的第一模式时由从该电源装置自身的输出电压提供，在假设该电源装置的输出电压为过渡状态的第二模式时是由电压生成电路提供。第一模式和第二模式根据该电源装置从启动开始经过了规定时间而被切换。
为了将输出电压作为驱动电源装置自身的电压使用，输出电压一定要稳定。因此，在输出电压为不稳定的过渡状态，使用电压生成电路提供的稳定电压。过渡状态和恒定状态是由从电源装置的启动开始是否经过了规定时间而被判定，将经过规定时间之前对应于第一模式，将经过规定时间之后对应与第二模式，切换电源装置的驱动电压的提供源。
再有，以上的结构要素的任意组合或将本发明的结构要素或表现在方法、装置、系统等之间相互置换也作为本发明的实施方式有效。
根据本发明的电源装置，通过从输出电压提供用于驱动控制电路的电压，可提高效率的同时也较容易地防止在电源装置的启动时发生的输出电压变动而产生的控制电路的误动作。
图1表示关于第一实施方式的电源装置的结构的图。
图2(a)表示在图1的电源装置中未使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图2(b)表示在图1的电源装置中未使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图3(a)表示在图1的电源装置中使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图3(b)表示在图1的电源装置中使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图3(c)表示在图1的电源装置中使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图3(d)表示在图1的电源装置中使用定时器电路时的各端子的电压的时间波形的图。
图4表示关于第二实施方式的电源装置的结构的图。
符号说明L1电感器 C1电容器 SW1开关 10开关稳压器 12开关晶体管 14整流二极管 16线性稳压器 18定时器电路 20控制电路 22反相器 30电源端子 100电源装置 102输入端子 104输出端子 106控制端子具体实施方式
图1表示关于本发明的第一实施方式的电源装置100的结构。在以下的图，对同一的结构要素附上同一的符号，适当地省略说明。
关于本发明的电源装置100包括开关稳压器10、线性稳压器16、定时器电路18、控制电路20、反相器22、开关SW1。而且，电源装置100具有输入端子102、输出端子104、控制端子106，施加到各自的端子或各端子呈现的电压各自作为输入电压Vin、输出电压Vout、控制电压Vcnt。
该电源装置100是，使输入到输入端子102的输入电压Vin降压、对输出端子104输出输出电压Vout的降压型DC/DC转换器。
开关稳压器10包括开关晶体管12、电感器L1、电容器C1、整流二极管14。开关晶体管12是MOSFET，根据其栅极端子的电压控制接通断开动作。在开关稳压器10中，根据开关晶体管12的接通断开动作，开关晶体管12或整流二极管14交替地对电感器L1提供电流，输入电压Vin被降压。而且，电感器L1以及电容器C1构成低通滤波器，输出电压Vout被平滑化。
控制电路20对开关晶体管12的栅极端子输出控制开关动作的接通断开的脉冲宽度调制信号Vpwm(以下称为PWM信号)。PWM调制信号Vpwm是交替地反复高电平和低电平的信号，通过变化高电平期间和低电平期间而控制开关晶体管12的接通、断开时间，将输出电压Vout接近于期望的电压。
而且，控制电路20的端子32中输入控制信号Vcnt，在控制信号Vcnt为高电平时，生成PWM信号Vpwm而控制开关晶体管12的开关，在控制信号Vcn为低电平时，停止PWM信号Vpwm的生成，停止开关晶体管12的开关动作。
尤其，控制电路20具有反馈端子34，该反馈端子34中反馈开关稳压器10的输出电压Vout。控制电路20控制PWM信号Vpwm的占空比，使得被反馈的输出电压Vout接近规定的电压值。
控制电路20由施加到电源端子30的电源电压Vcc而被驱动。施加到该控制电路20的电源端子30的电源电压Vcc是由两个路径提供。第一提供路径是线性稳压器16，第二提供路径是由控制电路20驱动的开关稳压器10。
线性稳压器16设置在输入端子102和控制电路20的电源端子30之间。该线性稳压器16使施加到输入端子102的输入电压Vin降压，使驱动控制电路20的合适稳定的驱动电压Vreg提供给电源端子30。
线性稳压器16设置有启动端子EN，在输入高电平时输出控制电路20的驱动电压Vreg，在输入低电平时停止其动作。线性稳压器16的启动端子EN中输入高电平时，施加到控制电路20的电源电压Vcc为Vcc＝Vreg。
开关SW1设置在输出端子104和控制电路20的电源端子30之间。在开关SW1接通时，控制电路20的电源端子30中施加输出电压Vout，而成为电源电压Vcc＝Vout。开关SW1断开时，输出端子104被断开。
定时器电路18中输入控制信号Vcnt。定时器电路18计数从控制信号Vcnt成为高电平的时刻开始的经过时间，在经过了预先决定的一定时间Tp后将其输出信号Vtime设为高电平。该一定时间Tp优选设定为，比从电源装置100的启动、即开关晶体管12的开关动作开始到输出电压Vout稳定为止的时间长。
定时器电路18的输出信号Vtime输出到开关SW1，控制其接通断开。开关SW1在定时器电路18的输出信号Vtime为高电平时接通，低电平时断开。而且，反相器22设置在定时器电路18和线性稳压器16的启动端子EN之间，反转定时器电路18的输出信号Vtime并输入到启动端子EN。
接着，根据定时器电路18的输出，由线性稳压器16生成的电压Vreg或由开关稳压器10降压的输出电压Vout的任一个被施加到控制电路20的电源端子30中。
以下，对这样构成的电源装置100的动作进行说明。
开始，为了明确本发明的效果，不使用定时器电路18，对于在输出电压Vout高于规定的阈值电压Vth时，将输出电压Vout施加到控制电路20的电源端子30；在低于阈值电压Vth时，将线性稳压器16生成的电压Vreg施加到控制电路20的电源端子30的情况进行说明。
图2(a)表示在此时的电源装置的启动时，线性稳压器16的输出Vreg和开关稳压器10的输出电压Vout的时间波形。相对于线性稳压器16的输出Vreg为稳定，开关稳压器10的输出电压Vout在启动时过冲，之后随着震荡接近于规定的电压。
图2(b)表示施加到控制电路20的电源端子30的电源电压Vcc的时间波形。电源电压Vcc如上所述，通过比较输出电压Vout和规定的阈值电压Vth而切换。即，在输出电压Vout＞Vth的期间为Vcc＝Vout，在Vout＜Vth的期间为Vcc＝Vreg。
根据阈值电压切换控制电路20的电源电压Vcc时，在切换发生的瞬间，控制电路20的电源电压Vcc为不连续。尤其，对启动时输出电压Vout发生过冲或震荡时，电源电压Vcc由两个供给电压频繁地切换而使得电路动作会不稳定。而且，为了减小根据两个电压源的切换而产生的电源电压Vcc的不连续，在阈值电压Vth接近于线性稳压器16的输出Vreg的情况下，由切换产生的电压的不连续会减小，但会随着输出电压Vout的稍微的变动，两个电压Vreg和Vout将频繁地切换，所以从电路的稳定动作的观点来看也有不满意的情况。
接着，关于本实施方式的电源装置100中，将根据图3(a)～(d)就对应定时器电路18的输出切换控制电路20的电源电压Vcc时的动作进行说明。图3(a)～(d)表示电源装置100的各端子的电压的时间波形。
在时刻T0～T1中，因控制信号Vcnt为低电平、控制电路20为停止，所以输出电压Vout为0V。而且，定时器电路18的输出信号Vtime也为低电平。
定时器电路18的输出信号Vtime为低电平时，开关SW1断开。而且，因输出信号Vtime在反相器22中反转被作为高电平而输入到线性稳压器16的启动端子EN，线性稳压器16输出一定电压Vreg。接着，在时刻T0～T1期间，从线性稳压器16提供的定电压Vreg施加到控制电路20的电源端子30中。
在时刻T1，为了启动电源装置100、上升输出电压Vout，控制信号Vcnt从低电平切换到高电平。当控制信号Vcnt为高电平时，控制电路20开始生成PWM信号Vpwm，开始开关晶体管12的开关动作。
根据开关晶体管12的开关动作，开关稳压器10的输出电压Vout开始上升。输出电压Vout与图2(a)一样过冲，随着震荡而接近于规定的电压。
而且，当控制信号Vcnt为高电平时，定时器电路18将开始时间的测定。定时器电路18如图3(b)所示，从时刻T1开始经过预先决定的一定时间Tp为止输出低电平。该期间，与时刻T0～T1一样，线性稳压器16将定电压Vreg提供给控制电路20的电源端子30。
在从时刻T1开始经过了一定时间Tp的时刻T2中，定时器电路18的输出信号Vtime成为高电平。当定时器电路18的输出信号Vtime为高电平时，开关SW1接通的同时，低电平输入到线性稳压器16的启动端子EN中，从而停止其动作。
其结果，输出电压Vout被施加到控制电路20的电源端子30中，如图3(d)所示在时刻T2之后成为Vcc＝Vout。
这样，关于本实施方式的电源装置100中，在有可能会发生过冲及震荡的启动时，由线性稳压器16生成稳定的电压Vreg，将其作为控制电路20的电源电压Vcc。此后，开关稳压器10的输出电压Vout稳定之后，将控制电路20的电源电压Vcc切换为输出电压Vout。其结果如图3(d)所示，控制电路20的电源电压Vcc会取一定值，可抑制随着启动时的输出电压Vout的变动的电源电压Vcc的急剧的变化，可将电路稳定地进行动作。
控制电路20的电源端子30和接地之间可以设置有未图示的用于平滑化的电容器。通过该平滑化用的电容器，可使在切换控制电路20的电源电压Vcc时的电压的变化缓慢。
而且，由开关稳压器10从输入电压Vin而生成输出电压Vout的功率变换效率高于根据线性稳压器16而从输入电压Vin生成电压Vreg的功率变换效率。而且，作为控制电路20的电源电压Vcc，在提供输出电压Vout的期间，可提高作为电源装置100整体的效率。
即，在图2(a)、(b)及图3(a)～(d)中，电压Vreg和稳定后的输出电压Vout，在图中为了容易看清而作为不同的电压值描述，但实际上可取大致相等的电压值。
输出电压Vout是由反馈而被稳定。接着，一旦输出电压Vout被稳定之后，即使其电压值变动，其变动幅度比启动时发生的过冲或震荡还要小，所以无需将控制电路20的电源电压Vcc变动很多，涉及到电路动作的影响小。
第二实施方式图4表示关于第2实施方式的电源装置200。电源装置200具有，进行电源装置的异常动作的检测的异常检测电路40。以下，以与第一实施方式有关的电源装置100的不同点为中心，对第二实施方式的电源装置200进行说明。
电源装置200包含开关稳压器10、开关SW1、线性稳压器16、控制电路20、定时器电路18、异常检测电路40、“与(AND)”电路42、反相器22。
异常检测电路40是检测，例如过电流等的输出电压异常、过电流等的输出电流异常、或是发热异常等的电路，作为其输出的错误信号Verr，在正常时为高电平；在检测出异常时为低电平。
“与”电路42的两个输入端子连接定时器电路18的输出和异常检测电路40的输出。“与”电路42的输出信号在定时器电路18的输出信号Vtime和异常检测电路40的错误信号Verr都为高电平时成为高电平。接着，“与”电路42在，从启动开始经过了一定时间Tp且未根据异常检测电路40检测出异常的正常时输出高电平。
为了从“与”电路42输出高电平时接通开关SW1、停止线性稳压器16的动作，输出电压Vout被提供给控制电路20的电源端子30。相反，从“与”电路42输出低电平时，线性稳压器16生成的电压Vreg提供给控制电路20的电源端子30。
在图3(c)所示的时刻T2之后的输出电压Vout稳定之后，也有由于输出电流的急剧增加、或减小而输出电压Vout变动的情况。此时，根据如上构成的第二实施方式的电源装置200，通过异常检测电路40监视输出电流，异常检测电路40将错误信号Verr作为低电平而控制电路20的电源电压Vcc从线性稳压器16提供，所以可保持电路的稳定性。异常检测电路40也可以监视输出电流之外的发热异常或输出电压。
尤其，异常检测电路40不是仅在检测出异常的期间将错误信号Verr作为低电平，因具有暂存功能，从检测出的瞬间开始的预先决定的一定期间，将错误信号Verr设计为低电平也可以。这个一定期间希望是从发生异常开始到电路足够稳定为止的期间。
在根据异常检测电路40监视输出电压Vout的情况下，在发生过电压时，通过将控制电路20的电源电压Vcc作为由线性稳压器16生成的电压Vreg，可防止过电压施加到控制电路20的电源端子30中，可减轻对电路的误动作或可靠性的影响。
在本发明的实施方式中，“与”电路42的输出成为高电平、输出电压Vout作为控制电路20的电源电压Vcc提供的期间，可提高电源装置200整体的效率。
这些实施方式为示例，这些各构成元件或各处理步骤的组合有各种变形例，而且这些变形例也属于本发明的范围是本领域的技术人员可理解。
在本实施方式中，决定各电路的动作的Vtime、Verr、Vcnt等逻辑信号的高电平、低电平可根据需要适当地变更。例如在开关SW1中用P型MOSFET的情况下，因为了断开开关将高电平不得不作为栅极电压输入，有必要根据反转高低的逻辑而控制。而且，其他的定时器电路18或异常检测电路40的输出也可各自反转，根据逻辑电路的组合设计为可进行相同的动作。
而且，在实施方式中，对于作为开关稳压器10使用整流二极管14的二极管整流方式的开关稳压器进行了说明，但可置换为同步整流晶体管。而且，也可以是用开关电容器代替开关稳压器10的升压、降压型的电荷泵电路。
在本实施方式中，开关SW1也可以是线性稳压器。通过将开关SW1作为线性稳压器，开关稳压器10的输出电压Vout被选择为控制电路20的电源电压Vcc的期间，即使输出电压Vout变动，电源电压Vcc也会保持一定值，所以电路会更加稳定地动作。
在本实施方式中，构成电源装置100或电源装置200的元件可以全部一体集成，也可以将其一部分由分立部件构成。将哪一部分集成是由成本或占有面积等决定。
产业上的可利用性关于本发明的电源装置，可适当地利用在要求高效率化的电子设备等。
权利要求
1.一种电源装置，包括开关稳压器，包括开关晶体管，根据该开关晶体管的开关动作而将输入电压变换为期望的输出电压再输出；控制单元，控制所述开关晶体管的开关动作；电压生成电路，为驱动所述控制单元而对所述控制单元提供电源电压；定时器电路，测定从所述开关晶体管的开关动作开始的经过时间，当经过规定时间时变化其输出，所述控制单元是，在所述定时器电路的输出变化之前的期间是由所述电压生成电路提供的电源电压而被驱动，在所述定时器电路的输出变化之后的期间是由所述开关稳压器的输出电压而被驱动。
2.如权利要求1所述的电源装置，由所述定时器电路测定的规定时间是根据和稳定所述开关稳压器的输出电压所需要的期间的关系而被设定。
3.如权利要求1所述的电源装置，所述电压生成电路是将所述输入电压降压后输出的线性稳压器。
4.如权利要求1至3的任一项所述的电源装置，具有异常检测电路，检测电路动作的异常，在由所述异常检测电路检测出异常时，所述控制单元根据从所述电压生成电路提供的电源电压而被驱动。
5.一种电源装置，生成稳定的输出电压，其特征在于，驱动该电源装置的电压，在假设该电源装置的输出电压为恒定状态的第一模式时由从该电源装置自身的输出电压提供，在假设该电源装置的输出电压为过渡状态的第二模式时是由电压生成电路提供，第一模式和第二模式根据该电源装置从启动开始经过了规定时间而被切换。
全文摘要
提供一种开关稳压器，使得维持高效率的同时可实现稳定的电路动作。电源装置(100)包括开关稳压器(10)、线性稳压器(16)、定时器电路(18)、控制电路(20)、反相器(22)、开关(SW1)。该电源装置(100)是，使输入到输入端子(102)的输入电压Vin降压、使输出端子(104)的输出电压Vout降压输出的降压型DC/DC转换器。定时器电路(18)计数从根据控制信号Vcnt指示电源装置的启动的时刻开始的经过时间，当预先决定的一定时间Tp经过时，将其输出信号Vtime设为高电平。当输出信号Vtime成为高电平时，开关(SW1)接通，对控制电路(20)的电源端子(30)中提供输出电压Vout。
文档编号H02M3/155GK1973420SQ20058002075
公开日2007年5月30日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年8月11日
发明者蜂谷尚悟 申请人:罗姆股份有限公司