CN102684496A - 直流/直流变换器和使用它的电视机 - Google Patents

Abstract

直流/直流变换器(10)包括作为开关元件的高侧晶体管(QH)、以及作为同步整流元件的低侧晶体管(QL)。高侧晶体管(QH)的第1主电极(D)连接到输入电压(VIN)，第2主电极(S)连接到外部端子(T1)。高侧晶体管(QH)并联地设置检测晶体管(QD)，将高侧晶体管(QH)导通时的导通电压作为检测电压(VQD)从检测晶体管(QD)取出。取出的检测电压(VQD)通过加法器(CB)与反馈电压(VFB1)相加，被输入到比较器(CMP1)。从比较器(CMP1)输出的单触发脉冲的导通期间，与在检测电压(VQD)和反馈电压(VFB1)相加后的大小成比例地调整。

Description

直流/直流变换器和使用它的电视机

技术领域

本发明涉及直流/直流(DC/DC)变换器，特别涉及固定导通时间控制方式的直流/直流变换器。

背景技术

直流/直流变换器大多被用于液晶TV、DVD(digital versatile disc；数字通用盘)播放机、蓝光光盘播放机、PDP(plasma display panel；等离子体显示板)等的电源部分。

专利文献1(特开2008-29159号公报)公开了在进行固定导通时间的PFM(pulse frequency modulation；脉频调制)控制的直流/直流变换器中，以简易的控制电路结构，在轻负载时降低开关频率，实现消耗电流的降低，在重负载时，无论输入输出电压的变化如何都以大致一定的开关频率动作的直流/直流变换器。因此，包括进行将开关元件的导通时间固定而使截止时间可变的脉频调制控制的控制电路。而且，该控制电路是使开关元件的导通时间与输入电压或输出电压的至少一方的变化连动的控制电路。具体地说，该控制电路随着输入电压的上升而使开关元件、即对电感器供给能量的开关晶体管的导通时间减少，或随着输出电压的上升而使开关晶体管的导通时间增加。

在专利文献1中，上述控制电路具有：将输出电压和目标电压之间的误差放大的误差放大器；根据从误差放大器输出的误差信号来增减频率的振荡器；以及根据从该振荡器输出的频率信号而被触发并生成规定的导通时间的单触发电路。而且，该单触发电路包括：电容器；对该电容器供给充电电流的电流供给电路；以及判定该电容器的电压是否超过了设定单元的电压判定电路。

专利文献2(特开2009-148155号公报)公开了在固定导通时间控制方式的直流/直流变换器中安装的、提高输出电压精度的内部脉动(ripple)产生型的固定导通时间利用电压调整器。

根据专利文献2的0003段的记载，为了改善输出电压精度而包括带有任意的等效串联电阻(ESR)的输出电容器。此外，根据0009段的记载，固定导通时间即一定导通时间控制方式的电压调整器是基于脉动模式控制的电压调整器的一个类型。此外，根据0011段的记载，可以通过降低脉动，将噪声抑制到最小，同时降低负载电压变动，但难以进行脉动模式的电压调整。此外，若抑制脉动的大小，则比较电压差变小，正确且迅速的比较非常困难。再有，作为专利文献2的同族专利，可以参照美国专利第7482791号公报和第7482793号公报。

专利文献3(特开2009-148157号公报)，作为其同族专利，可以参照美国专利第7443148号公报、第7482791号以及第7482793号公报。此外，专利文献3与专利文献2相关联，公开了提高最大占空周期的一定导通时间利用电压调整器。即，公开了使用固定(一定)导通时间和最小截止时间控制环的直流/直流变换器。专利文献3中，包括接受输入电压，使用最小导通时间和可变截止时间反馈控制环，在开关输出节点上生成开关输出电压，产生在经过第1导通时间长度时或经过最大导通时间时将高侧开关切换为截止的第1信号的固定导通时间控制电路。第1导通时间长度至少具备最小导通时间的长度，在反馈电压止于基准电压以下的情况下，可以按最大导通时间延长。

专利文献4(美国专利公报US7714547)公开了固定导通时间开关模式的直流/直流变换器。参照其图1，固定导通时间型的直流/直流变换器10包括控制电路12、耦合电路16、斜坡信号生成器18。控制电路12包括比较器14、单触发定时电路30、以及SR触发器32。

专利文献5(特开2010-226930号公报)公开了可以实现开关频率的稳定化的直流/直流变换器。根据其0003段的记载，比较器方式的导通时间固定型的直流/直流变换器将输出电压和基准电压进行比较，通过按照该比较结果生成的信号来控制(例如导通)一定期间开关(晶体管)。因此，通过调整开关的截止期间，调整输出电压。

此外，在专利文献5的0005段中，在比较器方式的直流/直流变换器中，若输入电压、输出电压或输出电流变动，则开关的开关占空比变动。由此，开关频率(开关周期)变动。这样的开关频率的变动，暗示了难以对因开关产生的噪声进行对策的意旨。因为如果频率一定，则可以根据其频率进行对策。此外，该专利文献指出，如果使多个直流/直流变换器动作，则起因于直流/直流变换器间的开关频率的差，多个开关频率相互干扰而产生电磁波噪声即EMI(electro-magnetic interference)噪声的问题。

图3表示在完成本发明的实验中提供的固定导通时间控制方式的同步整流型降压直流/直流变换器。直流/直流变换器30的许多电路单元被内置在集成电路IC3中。集成电路IC3具有高侧(high side)晶体管QH、低侧(1ow side)晶体管QL。低侧晶体管QL具有作为同步整流晶体管的功能。高侧晶体管QH的第1主电极D连接到输入电压VIN，其第2主电极S连接到低侧晶体管QL的第1主电极D。

高侧晶体管QH和低侧晶体管QL例如由n沟道型MOS晶体管构成，但不限于此。例如，也可以将n沟道和p沟道的MOS晶体管组合。此外，也可以不是由MOS晶体管而由双极晶体管构成。

低侧晶体管QL的第2主电极S连接到接地电位GND。

高侧晶体管QH、低侧晶体管QL的各控制电极G上被分别输入驱动信号SDH、SDL。驱动信号SDH、SDL相互同步，它们的信号的极性被设定，以使高侧晶体管QH和低侧晶体管QL的导通和截止状态相互地反转。

在本说明书中作为指示晶体管的各电极的语句，使用第1主电极、第2主电极、以及控制电极的术语。MOS晶体管的情况下，第1主电极是漏极，或是源极。此外，同样地，由于第2主电极是源极或是漏极而不能将电极确定为一个。但是，对于控制电极，可以限定为栅极。在双极晶体管的情况下也是同样。在称为第1主电极的情况下，不能确定该电极是集电极或是发射极，在称为第2主电极的情况下，不能确定该电极是发射极或是集电极。但是，对于控制电极，可以限定为基极。

高侧晶体管QH的第2主电极S和低侧晶体管QL的第1主电极D被共用连接，该共用连接点连接到外部端子T1。外部端子T1是集成电路IC3中所配置的外部端子中的一个，尤其外部端子T1相当于直流/直流变换器30的输出端子。在图3所示的集成电路IC3中除了外部端子T1以外还配置了许多端子，但为了便于说明而未图示。

在外部端子(输出端子)T1和接地电位GND之间电感器L1和输出电容器C1被串联地连接。输出电压VOUT从电感器L1和输出电容器C1之间的共用连接点输出。

对高侧晶体管QH的第1主电极D供给的输入电压VIN被降压到比其低的电压，输出电压VOUT从高侧晶体管QH的第2主电极S输出。输入电压VIN、输出电压VOUT的大小例如分别是12V、5V的直流电压。

图3表示同步整流型降压直流/直流变换器，但同时表示构成固定导通时间控制方式的直流/直流变换器。固定导通时间控制方式的直流/直流变换器30包括单触发电路30A。

单触发电路30A对比较器CMP1的输出端输出单触发脉冲PS1。单触发脉冲PS1例如被输入到未图示的SR触发器。

单触发电路30A具有电流镜电路CM1。电流镜电路CM1具有由MOS或双极晶体管构成的至少一对的晶体管。从电流镜电路CM1的一端输出恒定电流I1，恒定电流I1从晶体管Q1的第1主电极D向第2主电极S流动。

运算放大器OP1的反相输入端(-)和晶体管Q1的第2主电极S被共用连接，在该共用连接点上连接有电阻R1。因此，恒定电流I1由运算放大器OP1的反相输入端(-)的电压和电阻R1决定。运算放大器OP1的反相输入端(-)的电压在运算放大器OP1的电路动作的基础上，与输入到运算放大器OP1的同相输入端子(+)的基准电压VB1相等。基准电压VB1由输入电压VIN、电阻R2、R3各自的大小决定。因此，恒定电流I1在电阻R1的电阻值为r1时，以(算式1)表示。

$I1=\frac{\mathrm{VB}1}{r1}...\left(1\right)$

通过运算放大器OP1、晶体管Q1、电阻R1～R3、以及输入电压VIN生成的恒定电流I1从电流镜电路CM1的另一端输出，将电容器C2充电。根据电流镜电路CM1的电路结构容易使将电容器C2充电的电流比恒定电流I1大或小，但在本发明的一实施方式中，为了便于说明而设为相同的大小。

电容器C2通过恒定电流I1被充电，若晶体管Q2以规定的间隔控制导通和截止，则在电容器C2的一端、即比较器CMP1的同相输入端(+)上生成线性良好的三角波信号ST。通过该三角波信号ST，生成单触发脉冲PS1。

三角波信号ST的振幅STP由比较器CMP1的反相输入端(-)的基准电压VFB3决定。因此，基准电压VFB3由输出电压VOUT、电阻R4、R5决定。例如，若输出电压VOUT＝5V，电阻R4、R5的电阻值分别为40KΩ、10KΩ，则基准电压VFB3为1V。因此，若三角波信号ST达到1V，则比较器CMP1的输出从低电平转移到高电平，输出具有导通期间T_ON1的单触发脉冲PS1。

单触发脉冲PS1的导通期间T_ON1，在输入电压为VIN，输出电压为VOUT，恒定电流I1，电阻R1的电阻值为r1，电容器C1的电容为c2时，以(算式2)表示。

$T_{\mathrm{ON}1}=\frac{c2\·\mathrm{VFB}3}{I1}=\frac{\mathrm{VFB}3\·r1\·c2}{\mathrm{VIN}}...\left(2\right)$

从(算式2)可知，从单触发电路30A输出的单触发脉冲PS1的导通期间T_ON1与输入电压VIN成反比，与基准电压VFB3即输出电压VOUT成正比。

换句话说，(算式2)表示在使用单触发电路30A来构成固定导通时间控制方式的直流/直流变换器的情况下，开关元件的导通期间T_ON1依赖于输入电压VIN和输出电压VOUT的大小。

而且，本发明人发现了在使用单触发电路30A的固定导通时间控制方式的直流/直流变换器中，若负载电流IL即从高侧晶体管QH向电感器L1流动的电流增大，则高侧晶体管QH的导通电阻不能忽略，开关信号SW的导通占空比D_ON变动的事实。即，即使高侧晶体管QH中的电压降因高侧晶体管QH的导通电阻而不能忽略，但在直流/直流变换器的电路结构的基础上，为了输出电压VOUT被控制到规定的大小、例如5V，导通占空比D_ON增大。换句话说，截止期间T_OFF变短，周期变小，直流/直流变换器30的工作频率增大。

若直流/直流变换器30的工作频率大，即频率高，则在EMI噪声对策上造成障碍，并且在使用脉动生成电路的直流/直流变换器中，因脉动生成电路的工作点改变，输出电压VOUT上产生变动。再有，后面论述脉动生成电路。

图4示意地表示在图3中输出到外部端子T1上的开关信号SW中发生变化的状态。开关信号SW1表示在直流/直流变换器30中流过的负载电流IL比较小的情况、即负载比较轻的情况，开关信号SW2表示负载电流IL比较大的情况、即负载比较重的情况。

在负载电流IL比较小的情况、即高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH比较小的情况下，即负载比较轻时，可以忽略高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH造成的电压降，所以开关信号SW1的振幅V_PSW1大致与输入电压VIN相等。此时的开关信号SW1以导通期间T_ON1、截止期间T_OFF1、周期T1表示。再有，以周期T1＝T_ON1+T_OFF1表示，开关信号SW1的导通占空比D_ON1以D_ON1＝T_ON1/(T_ON1+T_OFF1)表示。

在负载电流IL比较大的情况，或者在高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH比较大的情况下，即在负载比较重时，由于不能忽略高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH造成的电压降，所以开关信号SW2的振幅V_PSW2甚至达不到输入电压VIN而下降电压降V_drop。电压降V_drop以高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH乘以负载电流IL后的大小、即V_drop＝R_ONH×IL表示。再有，开关信号SW2以导通期间T_ON2、截止期间T_OFF2、周期T2表示。再有，以周期T2＝T_ON2+T_OFF2表示，开关信号SW2的导通占空比D_ON2以D_ON2＝T_ON2/(T_ON2+T_OFF2)表示。

即使开关信号SW2的振幅V_PSW2变小，输出电压VOUT在直流/直流变换器的电路结构的基础上，被设定为规定的大小、例如5V，所以高侧晶体管QH的截止期间T_OFF2变短，导通占空比D_ON2比开关信号SW1的导通占空比D_ON1大(高)。即，在开关信号SW2的周期T2和开关信号SW1的周期T1之间产生T2＜T1的关系，开关信号SW2的频率比开关信号SW1的频率高。

若开关信号SW2的频率变化，则难以进行因高侧晶体管QH的开关产生的噪声对策。原因在于，如果频率是一定的，则可以准备使该频率成分衰减的带通滤波器，但若直流/直流变换器30的工作频率随机地变动，则该对策变得困难。

图5表示为了采取噪声对策而准备的另一个直流/直流变换器50。直流/直流变换器50与图3所示的直流/直流变换器同样是一个固定导通时间控制方式的同步整流型降压直流/直流变换器。尤其直流/直流变换器50的特征在于包括脉动生成电路RI。固定导通时间(即，一定导通时间)控制方式的直流/直流变换器，如专利文献3所暗示的那样，是基于脉动模式控制的一个类型。

直流/直流变换器50具有集成电路IC5。在集成电路IC5中至少准备有外部端子T1、T2、T3、以及T4。外部端子T1相当于直流/直流变换器50的输出端子，在输出开关信号SW的外部端子T1和接地电位GND之间电感器L1和输出电容器C1串联地连接，输出电压VOUT从电感器L1和输出电容器C1的共用连接点输出。

外部端子T1配置在高侧晶体管QH和低侧晶体管QL之间的共用连接点上。高侧晶体管QH配置在输入电压VIN侧，低侧晶体管QL配置在接地电位GND侧。高侧晶体管QH、低侧晶体管QL、电感器L1、输出电容器C1、输入电压VIN、输出电压VOUT与图3所示的情况相同。

外部端子T2为了在集成电路IC5的外部取出比较器CMP2的反相输入端(-)而准备。在外部端子T2中被反馈以电阻R11、R12分割了输出电压VOUT后的反馈电压VFB5。

外部端子T3为了连接生成软起动电压VSS的电容器C6而准备。软起动电压VSS在这种直流/直流变换器中常常被使用，因为它的目的在于顺利地进行直流/直流变换器的上升动作。此外，在外部端子T3上连接有恒定电流源CC1和带隙(band gap)电压电路BG。

带隙电压电路BG生成不依赖电源电压VC1的大小或周围温度的变化的、例如1.2V的带隙电压。

带隙电压电路BG生成的基准电压被用于限制软起动电压VSS的上限值，或被用于设定软起动电压VSS的平均电压。

脉动生成电路RI中脉动被重叠在软起动电压VSS上。如果脉动生成电路RI正确地记述，则具有用于生成模拟脉动成分的电路功能。通过设置脉动生成电路RI，可以扩大输出电容器C1的应用范围。

通常，脉动控制方式的直流/直流变换器为了准确地检测输出脉动电压，需要某一程度的大的振幅。因此，需要准备ESR比较大的输出电容器C1。但是，若增大ESR，并增大脉动电压的振幅，则因抗噪声特性下降，负载电压特性也下降而不理想。

如果设置脉动生成电路RI，则可以适应于具有任意值的ESR的输出电容器C1。例如，在输出电容器C1的ESR大的情况下，完全不生成由脉动生成电路RI生成的脉动电压，或者将它的振幅抑制得小。而在输出电容器C1的ESR小的情况下进行调整，以使由脉动生成电路RI生成的脉动电压的振幅变大即可。再有，后面论述脉动生成电路RI的具体的电路。

重叠了脉动电压VRI的软起动电压VSS作为基准单元VREF5被输入到比较器CM2的同相输入端(+)。比较器CM2的反相输入端(-)连接到外部端子T2。外部端子T2反馈将输出电压VOUT以电阻R11、R12分割后的反馈电压VFB5。

比较器CM2将重叠了脉动电压的基准电压VREF5和反馈电压VFB5进行比较，输出比较信号V_CMP2。如果反馈电压VFB5高于基准电压VREF5，则比较信号V_CMP2为低电平，相反地，如果反馈电压VFB5低于基准电压VREF5，则比较信号V_CMP2为高电平。

比较信号V_CMP2被输入到单触发电路OS1，同时被输入到SR触发器FF的置位端子S。

单触发电路OS1根据比较信号V_CMP2的上升沿或下降沿而输出单触发脉冲PS1。输出电压VOUT通过外部端子T4被输入到单触发电路OS1。由此，单触发电路OS1通过输出电压VOUT而被维持在规定的电路工作点。

从单触发电路OS1输出的单触发脉冲PS1被输入到SR触发器的复位端子R。

SR触发器FF通过比较信号V_CMP2而被置位，将以单触发脉冲PS1复位后的输出信号输出并输入到驱动器DRV。

驱动器DRV生成用于分别驱动高侧晶体管QH、低侧晶体管QL的驱动信号DRVH、DRVL。驱动器DRV生成在高侧晶体管QH为导通状态时，低侧晶体管QL为截止状态的驱动信号。再有，驱动信号DRVH和DRVL的极性不一定被设定为反相的状态，在高侧晶体管QH和低侧晶体管QL的导电型不同的情况下成为相互同极性的驱动信号被同步输入。

高侧晶体管QH连接到输入电压VIN，对连接到外部端子T1的电感器L1供给能量。低侧晶体管QL准备用于将电感器L1中存储的能量进行同步整流。

再有，本发明人发现了图5所示的脉动控制方式的直流/直流变换器50需要将反馈电压VFB5输入到比较器CM2的外部端子T2配置在集成电路IC5中，所以外部端子的数增加，此外，由于被导出到集成电路IC5的外部，所以抗噪声特性下降的事实。

图6表示在图5所示的脉动控制方式的直流/直流变换器中使用的脉动生成电路。脉动生成电路RI利用从外部端子T1输出的开关信号SW而生成。脉动生成电路RI由运算放大器OP2、电阻R9、R10、以及电容器C3构成。运算放大器OP2的同相输入端(+)被输入基准电压VR1。运算放大器OP2的反相输入端(-)连接到电阻R9和电阻R10之间的共用连接点及电容器C2的一端。电阻R10和电容器C3并联地连接，构成所谓的积分电路。开关信号SW通过该积分电路被积分，进而在被放大的运算放大器OP2的输出上生成三角波状的模拟脉动电压DVR1。

发明内容

本发明的直流/直流变换器与专利文献1～5所公开的固定导通时间控制方式的直流/直流变换器在技术领域上大致是共同的。此外，本发明的直流/直流变换器是提供了能够提高在图3和图5中说明的抗噪声特性的直流/直流变换器。

本发明的直流/直流变换器包括：输入电压；输出端子，将所述输入电压进行变换并取出输出电压；电感器，连接到所述输出端子；开关元件，为了对所述电感器供给能量而将第1主电极连接到所述输入电压，将第2主电极连接到所述输出端子；输出电容器，将所述电感器中存储的能量进行平滑，同时输出所述输出电压；反馈电压生成电路，将所述输出电容器中生成的所述输出电压反馈到所述开关元件侧；以及加法器，将所述开关元件导通时的导通电压和由所述反馈电压生成电路生成的反馈电压相加。

此外，本发明的直流/直流变换器包括：输入电压；输出端子，将所述输入电压进行变换并取出输出电压；开关元件，连接在所述输入电压和所述输出端子之间，具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极，重复导通截止动作；电感器，连接到所述开关元件的所述第1主电极或所述第2主电极的任何一方；输出电容器，其将所述电感器中存储的能量进行平滑；反馈电压生成电路，为了将所述输出电压反馈到所述开关元件侧而由第1反馈电阻和第2反馈电阻构成；以及集成电路，用于驱动所述开关元件，所述第1反馈电阻和所述第2反馈电阻被内置在所述集成电路中。

根据本发明，随着因高侧晶体管即开关元件的导通电阻产生的导通电压增加而提高了导通占空比，所以可以排除直流/直流变换器的工作点变化，工作频率变动的不适状况，并抑制抗噪声特性的下降。此外，根据本发明的另一发明，由于将用于决定输出电压的反馈电阻内置在集成电路中，所以可以排除抗噪声特性因外来噪声而下降的不适状况。

再有，有关本发明的其他特征、要素、步骤、优点、以及特性，通过以下优选方式的详细的说明和与其有关的附图，变得更清楚。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的直流/直流变换器的概略电路图。

图2是本发明的第2实施方式的直流/直流变换器的概略电路图。

图3是表示在实现本发明的第1实施方式时的实验中提供的固定导通时间控制方式的同步整流型降压的直流/直流变换器。

图4是示意地表示输出到图3所示的直流/直流变换器的开关元件的开关信号的图。

图5是表示在实现本发明的第2实施方式时的实验中提供的固定导通时间控制方式的同步整流型降压的直流/直流变换器。

图6是表示图5所示的直流/直流变换器中使用的脉动生成电路的图。

图7是用于说明直流/直流变换器10的动作的定时图。

图8是表示装载了直流/直流变换器的电视机的一结构例的方框图。

图9A是装载了直流/直流变换器的电视机的正面图。

图9B是装载了直流/直流变换器的电视机的侧面图。

图9C是装载了直流/直流变换器的电视机的背面图。

标号说明

10、20直流/直流变换器

C1输出电容器

C2、C3、C4电容器

CB加法器

CC1恒定电流源

CM1电流镜电路

CMP1、CMP2比较器

DRV驱动器

FF SR触发器

IC1、IC2集成电路

L1电感器

LS电平移动器

OS1单触发电路

Q1、Q2晶体管

QD检测晶体管

QH高侧晶体管(开关元件)

QL低侧晶体管(同步整流晶体管)

T1、T2、T3、T4外部端子

X电视机

X0天线

X1调谐器(tuner)单元

X2解码器单元

X3显示单元

X4扬声器单元

X5操作单元

X6接口单元

X7控制单元

X8电源单元

具体实施方式

<第1实施方式>

图1表示本发明的第1实施方式的直流/直流变换器。直流/直流变换器10利用图3所示的许多电路结构单元，这些电路单元的动作说明被省略。高侧晶体管QH在本发明中相当于开关元件，低侧晶体管QL具有作为同步整流元件的功能。

若清楚地表述图1所示的本发明的第1实施方式的特征，则包括：输入电压VIN；将输入电压VIN变换并取出输出电压VOUT的外部端子T1；连接到外部端子T1的电感器L1；为了对电感器L1供给能量而将第1主电极D连接到输入电压VIN、将第2主电极S连接到电感器L1的高侧晶体管(开关元件)QH；将电感器L1中存储的能量进行平滑的同时将输出电压VOUT输出的输出电容器C1；将输出电容器C1上产生的输出电压VOUT反馈到高侧晶体管QH侧的反馈电压生成电路(输出电压VOUT、反馈电阻R4、R5)；以及将高侧晶体管(开关元件)QH导通时的导通电压和反馈电压生成电路(输出电压VOUT、反馈电阻R4、R5)生成的反馈电压VFB1相加的加法器CB。

再有，从与开关元件QH并联连接的检测晶体管QD取出开关元件QH导通时的导通电压。细节后面论述。

而且，图1所示的直流/直流变换器10与图3所示的直流/直流变换器30的第1不同方面在于，与高侧晶体管QH并联地构成了检测晶体管QD。即，高侧晶体管QH的第1主电极D通过检测电阻RD，与检测晶体管QD的第1主电极D共用连接。高侧晶体管QH的第2主电极S和检测晶体管QD的第2主电极S共用连接。共用连接点被导出到外部端子T1。

检测电阻RD的电阻值与检测晶体管QD导通时的导通电阻RQD相比足够大，即选择RD≥RQD。原因在于，如果设定为这样的条件，则可以在检测电阻RD的一端取出与由高侧晶体管QH的导通电阻产生的电压降大致相等的电压。而且，在检测电阻RD和导通电阻RQD大致相等的情况下，在检测电阻RD的一端只能输出由高侧晶体管QH的导通电阻产生的电压降的一半左右，所以不理想。

再有，检测晶体管QD的物理大小在与高侧晶体管QH的大小的关系上不受任何制约。因此，检测晶体管QD的物理大小可以不考虑高侧晶体管QH而单独地决定。但是，使检测晶体管QD的物理大小越小，一般来说导通电阻RQD越大。再有，检测电阻RD也可以不连接到检测晶体管QD的第1主电极D而连接到第2主电极S。

图1所示的本发明和图3所示的情况第2不同方面在于，设置了电平移动器LS。电平移动器LS为了将从检测晶体管QD取出的检测电压VQD从输入电压VIN侧移动到接地电位GND侧而准备。即，为了检测电压VQD以比较高电位的输入电压VIN作为基准来取出，所以至此为止与后级的加法器CB的耦合都很困难。因此，使检测电压VQD从高电位侧移动到低电位侧，即接地电位GND侧。因此，电平移动器LS为了容易地进行与后级的电路单元之间的直流耦合而准备。

电平移动器LS的输出上输出从高电位侧移动到低电位侧的检测电压VQD1。检测单元VQD1的大小，在高侧晶体管QH的导通电阻为R_ONH，高侧晶体管QH中流过的输出电流为I_O时，以VQD1＝R_ONH×I_O表示。检测电压VQD1在加法器CB中与反馈电压VFB1相加。

第3不同方面在于，设置了加法器CB。加法器CB为了将高侧晶体管QH导通时的导通电压从检测晶体管QD作为检测电压VQD取出，并将该检测电压VQD(更具体地说，通过电平移动器LS输入的检测电压VQD1)和输出电压VOUT的反馈电压VFB1相加而准备。反馈电压VFB1由反馈电阻R4、R5、以及输出电压VOUT决定。因此，反馈电阻R4、R5、以及输出电压VOUT构成反馈电压生成电路。

再有，输出电压VOUT是被输出到电感器L1和输出电容器C1之间的共用连接点的所谓的直流/直流变换器的输出电压。

而且，如上所述，降压型直流/直流变换器的导通占空比D_ON根据输入电压VIN和输出电压VOUT的大小而唯一地决定。但是，该状态成立的情况是忽略了高侧晶体管QH和低侧晶体管QL的导通电阻的情况。但是，若直流/直流变换器10的负载越重，则越不能忽略这些导通电阻。

在图1中，若高侧晶体管QH、低侧晶体管QL分别导通时的导通电阻分别为R_ONH、R_ONL，高侧晶体管QH的导通期间为T_ON，截止期间为T_OFF，在各个期间内电感器L1中流过的电流的增加部分为ΔI_ON、ΔI_OFF，则以(算式3)、(算式4)表示。再有，在(算式3)、(算式4)中，L表示电感器L1的电感，I_O表示从高侧晶体管QH或低侧晶体管(同步整流晶体管)QL供给的输出电流的大小。再有，在高侧晶体管QH的截止期间T_OFF形成从低侧晶体管QL到电感器L1的电流路径。

${\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{ON}}={\&Integral;}_0^{T_{\mathrm{ON}}}\frac{(\mathrm{VIN}=I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONH}}-\mathrm{VOUT})}{L}\mathrm{dt}=\frac{(\mathrm{VIN}-I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONH}}-\mathrm{VOUT})}{L}\&CenterDot;T_{\mathrm{ON}}...\left(3\right)$

${\mathrm{\&Delta;I}}_{\mathrm{OFF}}={\&Integral;}_0^{T_{\mathrm{OFF}}}\frac{({-I}_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONL}}-\mathrm{VOUT})}{L}\mathrm{dt}=\frac{-(I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONL}}+\mathrm{VOUT})}{L}\&CenterDot;T_{\mathrm{OFF}}...\left(4\right)$

在(算式3)、(算式4)中，若使电感器L1中流过的电流连续时，则电感器L1中流过的负载电流无增减，被看作ΔI_ON＝ΔI_OFF，所以导通占空比D_ON以(算式5)表示。

$D_{\mathrm{ON}}=\frac{T_{\mathrm{ON}}}{T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}}}=\frac{\mathrm{VOUT}+I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONL}}}{(\mathrm{VIN}+I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONL}}-I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONLH}})}...\left(5\right)$

再有，如果高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH和低侧晶体管QL的导通电阻R_ONL相互地相等，则(算式5)表示的导通占空比D_ON可以以(算式6)表示。

$D_{\mathrm{ON}}=\frac{\mathrm{VOUT}+I_O\&CenterDot;R_{\mathrm{ONH}}}{\mathrm{VIN}}...\left(6\right)$

从(算式6)可知，在本发明的第1实施方式中，可以使高侧晶体管QH、即开关元件的导通占空比D_ON与输入电压VIN成反比，同时与将高侧晶体管QH的导通电阻R_ONH乘以了输出电流I_O所得的电压和输出电压VOUT之和成正比。由此，可以排除输出电流I_O增大、工作频率变大的不适状况，可以防患于未然地抑制抗噪声特性的下降。

关于直流/直流变换器10中的导通期间T_ON的可变控制，可通过上述说明而充分地理解，但在以下，为了使该理解更深入，参照图7来具体地说明。

图7是用于将直流/直流变换器10的动作更具体地进行说明的定时(timing)图，与前面的图4同样，示意地表示起因于负载的轻重(负载电流IL的大小)，输出到外部端子T1的开关信号SW上产生变化的状况。

在图7中，上段的开关信号SW1表示轻负载时的工作状况，中段的开关信号SW2和下段的开关信号SW3都表示重负载时的工作状况。这里，开关信号SW2和开关信号SW3的不同在于，是否基于上述的(算式6)，在进行反映了负载电流IL的导通期间T_ON的可变控制。

再有，开关信号SW2表示未进行反映了负载电流IL的导通期间T_ON的可变控制的情况下的工作状况，开关信号SW3表示进行反映了负载电流IL的导通期间T_ON的可变控制的情况(即，采用了第1实施方式的情况)下的工作状况。

在未进行反映了负载电流IL的导通期间T_ON的可变控制的情况下，如果将开关信号SW1和开关信号SW2进行比较，则可知起因于负载的轻重(负载电流IL的大小)，在开关周期上产生变动(T1≠T2)。

另一方面，在进行反映了负载电流IL的导通期间T_ON的可变控制的情况下，如果将开关信号SW1和开关信号SW2进行比较，则可知负载越轻(负载电流IL小)，导通期间T_ON越短，负载重的(负载电流IL越大)导通期间T_ON变长(T_ON1＜T_ON3)，所以不依赖于负载的轻重(负载电流IL的大小)，而可以将开关周期(以至开关频率)始终维持一定。

于是，通过按照负载中流过的负载电流IL的大小来设定导通时间T_ON的导通时间设定单元(在图1的例子中，为检测晶体管QD、检测电阻RD、电平移动器LS、以及加法器CB所形成的电路块)的功能，抑制开关信号SW的频率变动，从而还可以抑制基于开关信号SW生成的模拟脉动的频率变动，作为结果，可以提高负载调整特性(相对负载变动的输出电压OUT的稳定性)。此外，在EMI对策方面也是有利的。

再有，在图1中表示了同步整流型降压直流/直流变换器，但在将低侧晶体管(同步整流晶体管)QL替换为二极管的所谓二极管整流型的降压直流/直流变换器中，也可以应用本发明。

<第2实施方式>

图2表示本发明的第2实施方式。在提高抗噪声特性方面，与第1实施方式是共同的。

以集成电路IC2表示直流/直流变换器20的主体电路部分。集成电路IC2可以利用在图5所示的集成电路IC5中所内置的许多电路单元，所以省略这些电路单元的动作说明。这里，说明图2和图5的不同方面。首先，第1不同方面是，集成电路IC2不具备外部端子T2。削减外部端子T2，在构成集成电路IC2上是方便的。原因在于，实现安装集成电路IC2的封装(package)的小型化。此外，如果将可以削减的外部端子T2用于其他电路，则可以增加在集成电路IC1中内置的电路功能。

图2所示的第2实施方式与图5所示的情况不同的第2方面是，将用于反馈输出电压VOUT的反馈电阻R11a、R12a内置在集成电路IC2中。反馈电阻R11a、R12a分别相当于图5所示的直流/直流变换器50中的反馈电阻R11、R12。

第2实施方式与图5所示的情况不同的第3方面是，将比较器CMP2的同相输入端(+)作为集成电路IC2的外部端子取出。第3不同方面与第2不同方面相关联。即，因将反馈电阻R11a、R12a内置在集成电路IC2中，不能从集成电路IC2的外部调整输出电压VOUT。为了消除这样的不适状况，将比较器CMP2的同相输入端(+)直接取出为集成电路IC2的外部端子，同时对比较器CMP2的同相输入端(+)供给软起动电压VREF2。

第2实施方式与图5所示的情况不同的第4方面也与第3不同方面相关联，是在比较器CMP2的同相输入端(+)、即外部端子T3和接地电位GND之间连接电阻Rref。通过组合与电阻Rref并联连接的电容器C4，可以调整比较器CMP2的电路工作点。即，在比较器CMP2的同相输入端(+)侧进行与调整反馈电阻R11a、R12a同等的调整。

若清楚地表述图2所示的本发明的第2实施方式的特征，则直流/直流变换器20包括：输入电压VIN；将输入电压VIN进行变换并取出输出电压VOUT的输出端子T1；具有在输入电压VIN和输出端子T1之间连接的第1主电极D、第2主电极S、以及控制电极G并重复导通截止动作的开关元件QH；连接到开关元件QH的第1主电极D或第2主电极S的任何一方的电感器L1；将电感器L1中存储的能量进行平滑的输出电容器C1；为了将输出电压VOUT反馈到开关元件QH侧而由第1反馈电阻R11a和第2反馈电阻R12a构成的反馈电压生成电路；以及用于驱动开关元件的集成电路IC2，第1反馈电阻R11a和第2反馈电阻R12a被内置在集成电路IC2中。

比较器CMP2将输入到同相输入端(+)的软起动电压VREF2和反馈电压VFB2进行比较，在软起动电压VREF2高于反馈电压VFB2的情况下，单触发电路OS1输出从低电平转移到高电平的单触发脉冲PS1，相反地，在反馈电压VFB2高于软起动电压VREF2的情况下，输出从高电平转移到低电平的单触发脉冲。这样的电路动作的调整和控制，在图2所示的直流/直流变换器20中，不是进行比较器CMP2的同相输入端(+)上所连接的反馈电压VFB2的调整，而是通过调整外部端子T3上所连接的电阻Rref、电容器C4的大小来进行。

<对电视机的应用>

图8是表示装载了直流/直流变换器的电视机的一结构例子的方框图。此外，图9A～图9C分别是装载了直流/直流变换器的电视机的正面图、侧面图、以及背面图。本结构例子的电视机X具有：调谐器单元X1；解码器单元X2；显示单元X3；扬声器单元X4；操作单元X5；接口单元X6；控制单元X7；以及电源单元X8。

调谐器单元X1从电视机X上外部连接的天线X0接收到的接收信号中，选台期望频道的广播信号。

解码器单元X2从调谐器X1选台后的广播信号生成图像信号和声音信号。此外，解码器单元X2还具备基于来自接口单元X6的外部输入信号，生成图像信号和声音信号的功能。

显示单元X3将解码器单元X2生成的图像信号作为图像输出。作为显示单元X3，可以合适地使用液晶显示板等。

扬声器单元X4将解码器单元生成的声音信号作为声音输出。

操作单元X5是接受用户操作的人机接口之一。作为操作单元X5，可以使用按钮、开关、遥控器等。

接口单元X6是从外部装置(光盘播放机或硬盘驱动器等)接受外部输入信号的前端(front end)。

控制单元X7统一地控制上述各单元X1～X6动作。作为控制单元X7，可以使用CPU(central processing unit；中央处理器)等。

电源单元X8对上述各单元X1～X7进行电力供给。作为电源单元X8，可以适宜地使用上述直流/直流变换器10或20。

在本发明的直流/直流变换器的第1实施方式中，可以通过比较简便的电路结构而提高抗噪声特性。此外，在第2实施方式中，可以削减外部端子，并且从集成电路的外部端子中排除容易受到噪声影响的输出电压的反馈端子，所以可以提高抗噪声特性。如果这样的话，本发明的直流/直流变换器的其工业的可利用性高。

再有，上述中，对于本发明的优选实施方式进行了说明，但所公开的发明可以以各种各样的方法进行变形，此外，本领域技术人员应明白，上述中具体地列举的结构可取得不同的各种各样的实施方式。因此，权利要求意图在于在不脱离本发明的宗旨或技术领域的范围内将本发明的所有变形例包含在技术性的范围中。

Claims (20)

1.一种直流/直流变换器，包括：

输入电压；

输出端子，将所述输入电压进行变换并取出输出电压；

电感器，连接到所述输出端子；

开关元件，为了对所述电感器供给能量而将第1主电极连接到所述输入电压，将第2主电极连接到所述输出端子；

输出电容器，将所述电感器中存储的能量进行平滑，同时输出所述输出电压；

反馈电压生成电路，将所述输出电容器中生成的所述输出电压反馈到所述开关元件侧；以及

加法器，将所述开关元件导通时的导通电压和由所述反馈电压生成电路生成的反馈电压相加。

2.如权利要求1的直流/直流变换器，

所述直流/直流变换器还包括具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极的同步整流晶体管，

所述同步整流晶体管的第1主电极连接到所述输出端子，第2主电极连接到接地电位，所述同步整流晶体管的所述控制电极上被输入在所述开关元件导通时截止、在所述开关元件截止时导通的驱动信号。

3.如权利要求1所述的直流/直流变换器，

所述直流/直流变换器具有阴极连接到所述输出端子、阳极连接到接地电位的二极管。

4.如权利要求1的直流/直流变换器，

所述开关元件导通时的导通电压从与所述开关元件并联连接的导通电压检测晶体管取出。

5.如权利要求4的直流/直流变换器，

所述导通电压检测晶体管的导电型与所述开关元件相同，

所述导通电压检测晶体管具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极，

所述开关元件和所述导通电压检测晶体管的控制电极之间被共用连接，

所述第1主电极之间通过比所述导通电压检测晶体管导通时的导通电阻大得多的电阻而被共用连接，

所述开关元件和所述导通电压检测晶体管的所述第2主电极之间被共用连接。

6.如权利要求4的直流/直流变换器，

所述导通电压检测晶体管的导电型与所述开关元件相同，

所述导通电压检测晶体管具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极，

所述开关元件和所述导通电压检测晶体管的控制电极之间被共用连接，

所述第2主电极之间通过比所述导通电压检测晶体管导通时的导通电阻大得多的电阻而被共用连接，

所述开关元件和所述导通电压检测晶体管的所述第1主电极之间被共用连接。

7.如权利要求4的直流/直流变换器，

从所述导通电压检测晶体管取出的所述导通电压通过电平移动器输入到加法电路单元，在所述加法电路单元中与由所述反馈电路生成的反馈电压相加。

8.如权利要求1的直流/直流变换器，

所述直流/直流变换器为所述开关元件的导通时间被固定的固定导通时间控制方式。

9.如权利要求8的直流/直流变换器，

固定导通时间控制方式的直流/直流变换器包括单触发电路，

所述单触发电路包括：

电流镜电路；

通过从所述电流镜电路供给的恒定电流而被充电的电容器；以及

将所述电容器中存储的电荷进行放电的开关部件。

10.一种直流/直流变换器，包括：

输入电压；

输出端子，将所述输入电压进行变换并取出输出电压；

开关元件，连接在所述输入电压和所述输出端子之间，具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极，重复导通截止动作；

电感器，连接到所述开关元件的所述第1主电极或所述第2主电极的任何一方；

输出电容器，其将所述电感器中存储的能量进行平滑；

反馈电压生成电路，为了将所述输出电压反馈到所述开关元件侧而由第1反馈电阻和第2反馈电阻构成；以及

集成电路，用于驱动所述开关元件，

所述第1反馈电阻和所述第2反馈电阻被内置在所述集成电路中。

11.如权利要求10的直流/直流变换器，还包括：

倾斜信号生成电路，生成用于使所述直流/直流变换器进行软起动动作的倾斜信号，

所述倾斜信号生成电路由恒定电流电路、电阻和电容器构成，所述恒定电流电路被内置在所述集成电路中，所述电阻和所述电容器被配置在所述集成电路的外部。

12.如权利要求11的直流/直流变换器，

所述恒定电流电路的一端连接到电源电压，

所述电阻和所述电容器并联连接在所述恒定电流电路的另一端和接地电位之间，

所述直流/直流变换器还包括：

比较器，其一端被输入在所述电阻和所述电容器的并联连接点与所述恒定电流电路之间的共用连接点上产生的所述倾斜信号，其另一端被输入由所述第1反馈电阻和所述第2反馈电阻分割的反馈电压；以及

单触发电路，通过所述比较器的输出来驱动。

13.如权利要求12的直流/直流变换器，

所述直流/直流变换器还包括具有第1主电极、第2主电极、以及控制电极的同步整流晶体管，

所述同步整流晶体管的第1主电极连接到所述输出端子，第2主电极连接到接地电位，

在所述同步整流晶体管的所述控制电极上被输入在所述开关元件导通时截止、在所述开关元件截止时导通的驱动信号。

14.如权利要求12的直流/直流变换器，

所述直流/直流变换器具有阴极连接到所述输出端子、阳极连接到所述接地电位的二极管。

15.一种直流/直流变换器，包括：

输出电压生成单元，通过使开关元件以导通时间固定方式导通/截止，从输入电压生成输出电压并供给到负载；以及

导通时间设定单元，根据所述负载中流过的输出电流的大小，设定所述导通时间。

16.如权利要求15的直流/直流变换器，

所述导通时间设定单元，所述输出电流越小，将所述导通时间设定得越短，所述输出电流越大，将所述导通时间设定得越长。

17.如权利要求16的直流/直流变换器，

所述开关元件的导通占空与所述输入电压成反比，并且与将所述开关元件的导通电阻乘以所述输出电流所得的电压和所述输出电压之和成比例。

18.如权利要求17的直流/直流变换器，还包括：

单触发电路，将与所述输出电压对应的反馈电压和规定频率的斜坡电压进行比较而生成用于决定所述导通期间的单触发脉冲，

所述导通时间设定单元包括将与所述输出电流对应的检测电压和所述反馈电压相加的加法器。

19.如权利要求18的直流/直流变换器，

所述检测电压使用与所述开关元件并联连接的导通电压检测晶体管来生成。

20.一种电视机，包括：

调谐器单元，从接收信号选台期望频道的广播信号；

解码器单元，从所述调谐器单元选台后的广播信号生成图像信号和声音信号；

显示单元，将所述图像信号作为图像输出；

扬声器单元，将所述声音信号作为声音输出；

操作单元，其接受用户操作；

接口单元，接受外部输入信号；

控制单元，统一控制上述各单元的动作；以及

电源单元，对上述各单元供给电力，

所述电源单元包括具有以下单元的直流/直流变换器：

输出电压生成单元，通过使开关元件以导通时间固定方式导通/截止，从输入电压生成输出电压并供给到负载；以及

导通时间设定单元，根据在所述负载中流过的输出电流的大小，设定所述导通时间。

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