[发明专利]DC-DC转换器、模块、电源装置以及电子设备

说明书

技术领域

本申请涉及损失少的DC-DC转换器、模块、电源装置以及电子设备。

背景技术

转换损失少且容易小型化的开关电源已被应用在包括计算机等电子设备的各种领域。开关电源利用DC-DC转换器将被输入的直流电压转换成所希望的直流电压，并作为稳定化电源电压输出。计算机所使用的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等半导体元件伴随着电源的低电压化以及消耗功率的增大，而逐渐使用低电压且能够输出大电流的开关电源。鉴于此，有时在输出大电流的情况下，损失少的同步整流式降压(Buck)转换器被用作DC-DC转换器。

图13是表示现有技术的DC-DC转换器的电路图。作为同期整流式降压转换器的DC-DC转换器10具有：成为接通断开直流输入电压的主开关的第1开关SW10、和作为同步整流开关的第2开关SW20。DC-DC转换器10将从外部的直流电压源BAT0输入到输入端子IN10的直流电压降压后，向与输出OUT10连接的外部的负载RL0输出。而且，DC-DC转换器10具有第1电感器L10、和电容器C10。第1开关SW10和第2开关SW20是根据施加给栅极的电压而使源极/漏极间导通截止的FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)。对于第1开关SW10以及第2开关SW20，导通电阻低的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物-半导体场效应晶体管)被广泛应用。公知在MOSFET中，在内部的源极/漏极之间形成寄生二极管(body diode：体二极管)。

图14是用于说明现有技术的DC-DC转换器10的动作的时间图。各图的横轴以及纵轴分别表示时间、以及电压值或者电流值。第1开关SW10以及第2开关SW20各自的栅极被施加的电压V10以及电压V20都隔着成为截止电压的死区时间(dead time)期间，交替地成为导通电压。由此，第1开关SW10以及第2开关SW20隔着死区时间期间交互地被导通。在时刻T10，电流I10流过被导通的第1开关SW10，并且能量积蓄于第1电感器L10，电流I10随着时间逐渐增加。

在时刻T20，第1开关SW10被截止，电流I 10立即为零。由于第1电感器L10的电流I30具有惯性力而持续流动，所以电流I20流过SW20的寄生二极管。在时刻T20，第2开关SW20被导通，基于第1电感器L10的惯性力，电流I20流过第2开关SW20，并逐渐衰减。在时刻T40，第2开关SW20被截止，基于第1电感器L10的惯性力，电流I20在逐渐衰减的同时，在时刻T30与时刻T40之间的死区时间期间内，流过SW20的寄生二极管。电流I30为电流I10以及电流I 20之和，成为包含直流成分、反复单调递增以及单调递减的脉动成分的直流电流。

电流I30通过电容器C10被除去脉动成分而平滑化，作为降压到规定的直流电压的直流电流向负载RL0输出。通过变更电压V10以及电压V20各自的占空比，可调整输出给负载RL0的直流电压。

图15以及图16是用于说明现有技术的DC-DC转换器10的等效回路图以及动作的时间图。图16中的各图的横轴以及纵轴分别表示时间、以及电压值或者电流值。在第2开关SW20的源极/漏极间等效地并联连接有在FET内部形成的寄生二极管Dp10。在死区时间期间，对寄生二极管Dp10施加正方向电位，流过电流I40。FET的寄生二极管具有硅结二极管的特性，通过流过正方向电流，电荷被积蓄于结界面。通过电荷积蓄于结界面，结间的电容器成分增大。在时刻T30，第1开关SW10被导通，若对寄生二极管Dp10施加了反方向电压，则产生用于对Dp10的结间电容器进行充电的突入电流，二极管成为瞬时短路状态。将从该短路状恢复的现象称为恢复现象，恢复所需的时间被称为恢复恢复时间。

由于恢复现象，在电流I40中出现用斜线部表示的寄生二极管的反方向的突入电流、即恢复电流。恢复电流逐渐衰减，在经过寄生二极管Dp10的反向恢复时间(恢复时间)Trr的时刻成为0。恢复电流经由第1开关SW10流向寄生二极管Dp10，在电流I10中出现用斜线部表示的恢复电流。由恢复电流产生的损失、即恢复损失使DC-DC转换器10的电路效率降低。