[发明专利]开关稳压器

说明书

技术领域

本发明涉及能提高轻负载时的效率的开关稳压器。

背景技术

开关稳压器（switching regulator）被用作各种电子设备的电路的电压供给源。开关稳压器的功能就是无论输入端子的电压变动如何都以高转换效率在输出端子输出固定的电压。进而，重要的是在作为负载的电子设备进入待机状态等低耗电模式、从输出端子供给到负载的电流减少时也将转换效率维持于高状态。

图4示出现有的升压型开关稳压器的电路图。

在输入电源20连接有线圈22。在线圈22与输出电容24之间连接有整流元件23。负载25与输出电容24并联连接。开关稳压器控制电路200控制开关稳压器的开关元件21的导通（ON）、截止（OFF）。

若将误差放大器13的输出设为电压Verr、基准电压电路10的输出设为基准电压Vref、分压电阻（bleeder resistance）11与12的连接点的电压设为分压电压Vfb，如果Vref>Vfb则电压Verr变高，反之如果Vref<Vfb则电压Verr变低。PWM比较器14对振荡电路15的输出Vramp（例如三角波）和电压Verr进行比较而输出信号。图5示出这些信号的关系。就是说，误差放大器13输出的电压Verr上下波动，从而PWM比较器14的输出信号Vpwm的脉冲宽度得到控制。这就是所谓的开关稳压器的PWM控制。

一般就开关稳压器而言，导通开关元件的时间长，则对负载供给电力的能力变高。例如，当负载电流Iout变大，开关稳压器的输出电压就下降，分压电压Vfb下降。据此，因电压Verr上升，结果PWM比较器14的输出脉冲宽度变宽，脉冲宽度以固定地保持输出电压Vout的方式得到控制。反之，当负载电流Iout变小，开关稳压器的输出电压值就上升，分压电压Vfb上升。据此，因电压Verr下降，结果PWM比较器14的输出脉冲宽度变窄，脉冲宽度以固定地保持输出电压Vout的方式得到控制。即，误差放大器13的输出电压Verr根据负载电流值而变化，以控制开关稳压器的脉冲宽度。

但是，上述PWM控制存在若负载电流Iout变小（下面称之为轻负载）则效率显著降低的缺点。这是因为相对于向输出供给的能量，为导通、截止开关元件所需要的能量的比例增加的缘故。对于电容值C[F]，在以频率f[Hz]反复进行0[V]到V[V]的充放电时流过的平均电流I成为I=CVf[A]，这广为人知。即，若设开关元件21的输入电容为Cin[F]、输入电源20为Vin[V]、开关稳压器的动作频率为Fosc[Hz]，则驱动开关元件21所需要的电流值Iop成为Iop=Cin×Vin×Fosc。

作为一例，若以Cin=500pF、Vin=5V、Fosc=1MHz这种一般的数值为例，则成为Iop=2.5mA，在输入电源侧的电功率损耗Pin成为Pin=Vin×Iop=12.5mW。此时，若输出电压Vout为10V，负载电流Iout为1mA，则向输出侧供给的电功率Pout成为Pout=Iout×Vout=10 mW。从而，仅驱动开关元件21所需要的电功率便超过向输出供给的电功率。实际上，此外还有用于驱动开关元件的缓冲电路的贯通电流等，与开关元件驱动有关的损耗就成为更大的值。

但是，由于这些与开关元件驱动有关的损耗为当开关稳压器的动作频率变高就增加的特性，所以在轻负载下，降低其动作频率以降低上述开关元件21的驱动损耗的技术一直以来广泛得以使用。如前所述，电压Verr根据负载电流而变动以控制输出电压Vout，由此能够通过监视电压Verr来构成输出负载检测部件。这就是图4的负载检测电路100。负载检测电路100由晶体管110、111所构成。当误差放大器13的电压Verr上升，N沟道晶体管111的栅极电压就上升，因此其漏极－源极间的电流Iosc1增加。由于晶体管110与晶体管112存在电流关系，所以晶体管112的漏极－源极间的电流Iosc2也与电流Iosc1成比例地增加。电流Iosc2为振荡电路15的偏置电流，例如若振荡电路15的构成是利用以电流Iosc2对电容进行充电的时间来振荡的构成，则振荡频率依赖于电流Iosc2而变化。

例如，当负载电流Iout变大、输出电压Vout下降，电压Verr就上升，所以电流Iosc1以及电流Iosc2增加。因而振荡电路15以高频率振荡。反之如果是轻负载则电压Verr下降而电流Iosc2减少，所以振荡频率下降，上述开关元件的导通、截止的次数减少，因此驱动损耗减少，使轻负载下的效率提高（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开平11-155281号公报。