开关电源装置、开关控制装置、车载设备和车辆的制作方法

本文所公开的发明涉及对输入电压进行降压(buck)以产生输出电压的开关电源装置，以及开关控制装置、车载设备和车辆。

背景技术：

1、作为在轻负荷下具有高效率的开关电源装置，已知固定导通时间的开关电源装置(参见例如专利文献1)。

2、另一方面，在对输入电压进行降压以产生输出电压的降压开关电源装置中，通常，如果输出电流急剧下降，则输出电压表现出过冲(overshoot)状态。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：jp2010-35316

6、专利文献2：us6271651(第5栏中第2行至第45行)

技术实现思路

1、技术问题

2、固定导通时间的开关电源装置具有其开关频率根据负荷的状态而变化的特性。随着开关频率变化，噪声的频率也变化，并且这可能削弱用于抑制具有固定频率的噪声的降噪方案(例如，滤波器电路)的效果。因此，优选的是，在易受噪声影响的环境中使用的开关电源装置的开关频率是固定的。

3、增加输出电容器的电容可以帮助抑制输出电压中的过冲，但是这样做会导致装置的尺寸和成本增加。因此，期望可以抑制输出电压中的过冲而不增加输出电容器的电容的方案。

4、专利文献2公开了一种开关电源装置，其通过将与电感器并联连接的短路开关在导通状态和关断状态之间切换，或者通过改变与电感器并联连接的短路开关的导通电阻，来抑制输出电压中的下冲和过冲。

5、不方便的是，专利文献2中公开的开关电源装置在抑制输出电压中的过冲时，接通短路开关和整流开关。结果，电流经由短路开关和整流开关从负荷流到接地，这导致损耗很大。

6、此外，专利文献2中公开的开关电源装置要求短路开关具有与电源开关和整流开关的耐受电压相当的耐受电压。因此，用硅器件实现短路开关的结果是短路开关具有大的尺寸。

7、问题的解决方案

8、根据本文所公开的内容的第一方面，提供了一种被配置为对输入电压进行降压以产生输出电压的开关电源装置，该开关电源装置包括：第一开关，其第一端子被配置为可连接到输入电压的施加端子，并且其第二端子被配置为可连接到电感器的第一端子；第二开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第一端子和第一开关的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到低于输入电压的低电压的施加端子；以及控制器，其被配置为接通和关断第一开关和第二开关。该控制器具有：第一状态，其中控制器保持第一开关导通并且保持第二开关关断；第二状态，其接在第一状态之后，并且其中控制器保持第一开关关断并且保持第二开关导通；第三状态，其接在第二状态之后，并且其中控制器保持第一开关和第二开关都关断；以及第四状态，其接在第三状态之后，并且其中控制器保持第一开关和第二开关之间的连接节点处的电压低于第三状态时的电压。控制器以固定周期重复第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。

9、根据本文所公开的第二方面，提供了一种被配置为对输入电压进行降压以产生输出电压的开关电源装置，该开关电源装置包括：第一开关，其第一端子被配置为可连接到输入电压的施加端子，并且其第二端子被配置为可连接到电感器的第一端子；第二开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第一端子和第一开关的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到低于输入电压的低电压的施加端子；第三开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到所述低电压的施加端子；第四开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第二端子和第三开关的第一端子，并且其第二端子被配置为可连接到输出电压的施加端子；检测器，其被配置为检测输出电压中过冲的发生或者发生的预兆；以及控制器，其被配置为接通和关断第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。当检测器检测到输出电压中的过冲的发生或者发生的预兆时，控制器保持第一开关和第四开关关断并且保持第二开关和第三开关导通。

10、根据本文所公开的第三方面，提供了一种开关控制装置，该开关控制装置接通和关断：第一开关，其第一端子被配置为可连接到输入电压的施加端子，并且其第二端子被配置为可连接到电感器的第一端子；以及第二开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第一端子和第一开关的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到低于输入电压的低电压的施加端子。该开关控制装置具有：第一状态，其中开关控制装置保持第一开关导通并且保持第二开关关断；第二状态，其接在第一状态之后，并且其中开关控制装置保持第一开关关断并且保持第二开关导通；第三状态，其接在第二状态之后，并且其中开关控制装置保持第一开关和第二开关都关断；以及第四状态，其接在第三状态之后，并且其中开关控制装置保持第一开关和第二开关之间的连接节点处的电压低于第三状态时的电压。开关控制装置以固定周期重复第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。

11、根据本文所公开的第四方面，提供了一种开关控制装置，该开关控制装置接通和关断：第一开关，其第一端子被配置为可连接到输入电压的施加端子，并且其第二端子被配置为可连接到电感器的第一端子；第二开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第一端子和第一开关的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到低于输入电压的低电压的施加端子；第三开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第二端子，并且其第二端子被配置为可连接到所述低电压的施加端子；第四开关，其第一端子被配置为可连接到电感器的第二端子和第三开关的第一端子，并且其第二端子被配置为可连接到输出电压的施加端子。该开关控制装置包括：获取器，其被配置为获取用于检测输出电压中过冲的发生或者发生的预兆的检测器的检测结果；以及抑制器，其被配置为基于由获取器获取的检测结果来接通和关断第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，并且当检测器检测到输出电压中过冲的发生或者发生的预兆时，保持第一开关和第四开关关断并且保持第二开关和第三开关导通以抑制输出电压中的过冲。

12、根据本文所公开的另一方面，一种车载设备包括上述任一配置的开关电源装置或者上述任一配置的开关控制装置。

13、根据本文所公开的另一方面，一种车辆包括如上所述进行配置的车载设备和用于向车载设备供应电力的电池。

14、本发明的有益效果

15、根据本文所公开的第一特征，可以在不改变开关频率的情况下实现高效率。

16、根据本文所公开的第二特征，可以抑制开关电源装置的输出电压中的过冲。

技术特征：

1.一种开关电源装置，其被配置为对输入电压进行降压以产生输出电压，所述开关电源装置包括：

2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中，在所述第四状态下，所述控制器保持所述第一开关关断并且保持所述第二开关导通。

3.根据权利要求1或2所述的开关电源装置，还包括：

4.根据权利要求1所述的开关电源装置，还包括：

5.根据权利要求4所述的开关电源装置，还包括：

6.根据权利要求1所述的开关电源装置，还包括：

7.一种开关电源装置，其被配置为对输入电压进行降压以产生输出电压，所述开关电源装置包括：

8.根据权利要求7所述的开关电源装置，其中，

9.根据权利要求8所述的开关电源装置，其中，

10.根据权利要求9所述的开关电源装置，其中，

11.根据权利要求10所述的开关电源装置，其中，

12.根据权利要求1至11中任一项所述的开关电源装置，其中，

13.一种开关控制装置，其用于接通和关断：

14.一种开关控制装置，其用于接通和关断：

15.一种车载设备，包括：

16.一种车辆，包括：

技术总结
一种开关电源装置包括：第一开关和第二开关，第一开关和第二开关串联连接在输入电压的施加端子与低于输入电压的电压的施加端子之间；以及控制器，其被配置为接通和关断第一开关和第二开关。该控制器具有：第一状态，其中控制器保持第一开关导通并且保持第二开关关断；接着是第二状态，其中控制器保持第一开关关断并且保持第二开关导通；接着是第三状态，其中控制器保持第一开关和第二开关都关断；接着是第四状态，其中控制器保持第一开关和第二开关之间的连接节点处的电压低于第三状态时的电压。控制器以固定周期重复第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。

技术研发人员：桥口慎吾,田古部勋,佐藤公亮,山口雄平
受保护的技术使用者：罗姆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13