[发明专利]切换式电压调节器及其控制电路和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换式电压调节器(switching voltage regulator)，尤其涉及一种在轻载时可提高输出效率的切换式电压调节器。

背景技术

电压调节器是一种将输入电压转换成稳定输出电压的装置，其一般可分为线性式电压调节器和切换式电压调节器。线性式电压调节器利用无源元件，如可变电阻器，从输入端将连续电流供应到输出端。切换式电压调节器利用一对串联的晶体管，以交互启动所述晶体管的方式将电流供应到输出端。

由于线性式电压调节器的功率效率(power efficiency)太低，因此目前应用于手提计算机、移动电话等移动电子设备所需的电源供应装置多以切换式电压调节器为主。

图1是常规的切换式电压调节器。所述切换式电压调节器10包含切换式开关电路20、输出电路30、回馈电路35、脉冲宽度调制控制电路40和补偿电路47。所述切换式开关电路20包含高位端晶体管21和低位端晶体管22。所述高位端晶体管21的源极连接到输入电压。所述低位端晶体管22的源极接地，其漏极连接到所述高位端晶体管21的漏极。所述输出电路30包含电感器L1、电容器C1和所述电容器的寄生电阻器R1。所述电感器L1、电容器C1和寄生电阻器R1形成低通滤波器，其接收所述切换式开关电路20的输出电流I_L并调节成输出电压到达所述切换式电压调节器10的负载R_L。所述回馈电路35包含电阻器R2和R3。所述脉冲宽度调制控制电路40包含误差放大器41、脉冲宽度调制比较器42、脉冲产生器43、高位端驱动器44、低位端驱动器45和电流转电压放大器46。所述电阻器R1连接到所述切换式电压调节器10的输出端。所述电阻器R2一端连接到R1，另一端接地。所述误差放大器41的输入端分别连接所述电阻器R2和R3的接点以及参考电压。所述脉冲宽度调制比较器42的正输入端连接到所述误差放大器41的输出端和所述补偿电路47，而其负输入端接收所述电流转电压放大器46的输出与斜率补偿信号的和。所述脉冲产生器43的输入端连接到所述脉冲宽度调制比较器42和时钟信号。所述高位端驱动器44和所述低位端驱动器45的输入端连接到所述脉冲产生器43的输出端，而其输出端分别连接到所述高位端晶体管21和所述低位端晶体管22的栅极端点。所述电流转电压放大器46用以将流经所述电感器L1的电流转换成电压。

所述误差放大器41的正输入端的电压连接所述参考电压，而所述误差放大器41负输入端的电压是所述切换式电压调节器10输出电压的分压，因此能够控制所述切换式电压调节器10的输出电压。

一般模式时，所述脉冲产生器43的输出为低电压，因此所述高位端驱动器44启动所述高位端晶体管21，而所述低位端驱动器45关闭所述低位端晶体管22。所述切换式开关电路20的输出电压V_L维持在高电压，而其输出电流I_L逐渐增加。待所述输出电流I_L增加到阈值，而所述电流转电压放大器46所输出的转换电压与所述斜率补偿信号的和大于所述误差放大器41和所述补偿电路47所产生的电压信号时，便驱动所述脉冲产生器43输出固定时间的脉冲。所述高位端驱动器44便关闭所述高位端晶体管21，所述低位端驱动器45启动所述低位端晶体管22，而所述输出电流I_L开始下降。当所述脉冲产生器43的输出被所述时钟信号重新设定为低电压时，再次启动所述高位端晶体管21，并关闭所述低位端晶体管22。

图2是所述切换式开关电路20的输出电流I_L和输出电压V_L的波形图。如图2所示，所述切换式开关电路20的输出电压V_L的波形为方波，而所述输出电流I_L的波形为三角波。

然而当所述负载R_L成为轻载，即所述输出电流I_L下降时，所述切换式电压调节器10的功率效率会因此降低。更严重的情况是，当所述切换式电压调节器10的输出电流下降到定值时，所述输出电流I_L的最小值会低于零，即所述切换式电压调节器10会从所述负载R_L接收能量。因此，有必要设计一种电压调节器使其在轻载时可保持较高的功率效率。

发明内容