sepic转换器的同步整流元件的驱动用电源
技术领域
1.本发明涉及由sepic(single ended primary inductor converter：单端初级电感式转换器)电路构成的dc-dc转换器。
背景技术：
2.作为从汽车的电池等不稳定的输入电源生成稳定的输出电压的单元，使用了升降压转换器。为了抑制电池的无用消耗而需要电源电路的高效率化，但是如图10所示，由通过在整流单元中使用p沟道mosfet而实现了损耗降低的同步整流型sepic电路构成的dc-dc转换器公开于专利文献1、2中。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：jp5937442公报
6.专利文献2：us7,352,158公报
技术实现要素：
7.发明要解决的课题
8.专利文献1是从驱动电压vdrv供给p沟道mosfet驱动电路的电源电压的结构，因此，如图11的(1)所示，在输出电压vo比驱动电压vdrv低的情况下，能够对同步整流用p沟道mosfet进行导通/截止驱动。
9.但是，如图11的(2)所示，在输出电压vo比驱动电压vdrv高的设定中，在t2b的定时，第1驱动信号从low切换为high，高于n沟道mosfet 3的阈值vth_nch，因此，n沟道mosfet 3从截止切换为导通。另一方面，第2驱动信号从low切换为high但无法高于p沟道mosfet 6的阈值vth_pch(gnd基准)，因此，p沟道mosfet 6不从导通切换为截止。因此，电流从输出电压vo端子经由pchmosfet 6和第2电感器5向gnd逆流，输出电压vo无法比驱动电压vdrv上升。因此，存在必须比驱动电压vdrv更低地限制输出电压vo的设定的问题。
10.此外，在专利文献2中，公开了一种从输出电压与gnd之间供给同步整流用p沟道mosfet的驱动电压的结构。由此，能够简化同步整流用p沟道mosfet的驱动电路，能够产生比驱动电路的驱动电压高的输出电压vo。
11.但是，由于同步整流用p沟道mosfet的驱动单元的输出级电路的截止驱动侧由电阻构成，因此存在如下问题：难以高速地释放同步整流用p沟道mosfet的栅极-源极间电容cgs，难以应对车载用途中所要求的、例如2mhz以上的高速的开关动作。此外，存在p沟道mosfet的导通电阻值越低则栅极-源极间电容cgs越大的趋势。
12.因此，在供给大输出电流的情况下，栅极-源极间电容cgs增大，开关损耗增加。即使假设减小栅极电阻而加快开关动作，这次栅极电阻的损耗也会变得过大，高速的开关动作变得困难。
13.这里，即使在驱动单元中使用了一般的驱动器1c(输出级由p沟道mosfet和n沟道
mosfet的组合构成的推挽结构)的情况下，也产生在输出电压设定值高于驱动器1c的电源电压值的条件下无法供给充分的驱动电压而无法对p沟道mosfet进行截止驱动的问题。
14.本发明鉴于上述问题，其课题在于提供一种能够与输出电压设定范围无关地对sepic电路的同步整流用p沟道mosfet进行控制的驱动用电源。
15.用于解决课题的手段
16.为了解决上述课题，根据本发明的一个方式，在作为同步整流型sepic的dc-dc转换器中，其特征在于，具有用于对同步整流用mos晶体管进行驱动的驱动电路的驱动电压切换单元，所述驱动电压切换单元具有进行如下动作的单元：在用于向所述驱动电路供给电源的驱动电压比输出电压低的设定时，切换连接以由输出电压向所述驱动电路供给电源，在用于向所述驱动电路供给电源的驱动电压比输出电压高的设定时，切换连接以由驱动电压供给电源。
17.发明效果
18.根据本发明，通过切换为驱动电压和输出电压中的任意高电压来连接，能够确保用于对同步整流用mos晶体管进行驱动的电源。由此，能够对p沟道mosfet可靠地进行截止驱动。
附图说明
19.图1是示出由本发明实施方式1的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
20.图2是示出在图1所示的本发明实施方式1中、基于驱动电压与输出电压的电压大小关系的第1驱动信号和第2驱动信号的图。
21.图3是示出由本发明实施方式2的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
22.图4是示出由本发明实施方式3的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
23.图5是示出由本发明实施方式4的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
24.图6是示出在图5所示的本发明实施方式4中、输出电压vo比驱动电压vdrv高的情况下的第1驱动信号和第2驱动信号的图。
25.图7是示出在图5所示的本发明实施方式4中、输出电压vo比驱动电压vdrv高的情况下的各部件的动作波形的图。
26.图8是示出由本发明实施方式5的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
27.图9是示出由本发明实施方式6的sepic电路构成的dc-dc转换器的图。
28.图10是示出现有技术中的sepic电路的图。
29.图11是示出在图10所示的现有技术中、基于驱动电压与输出电压的电压大小关系的第1驱动信号和第2驱动信号的图。
具体实施方式
30.(实施方式1)
31.图1的第1实施例由第1电感器2、n沟道mosfet 3、耦合电容器4、第2电感器5、p沟道mosfet 6、输出电容器7、输出负载8、第1驱动单元9、第2驱动单元10、ad转换器11、减法器12、滤波器运算单元13、pwm信号生成单元14和驱动电压切换部15构成。
32.此外，驱动电压切换部15由开关单元16、开关单元17和电压切换控制单元18构成，
通过电压切换控制单元18对输出电压vo和驱动电压vdrv进行比较，在输出电压vo低于驱动电压vdrv的情况下，使开关单元16导通，使开关单元17断开。由此，第2驱动单元10以驱动电压vdrv对p沟道mosfet 6进行驱动。
33.此外，在输出电压vo高于驱动电压vdrv的情况下，使开关单元16截止，使开关单元17断开。由此，第2驱动单元10以输出电压vo对p沟道mosfet 4进行驱动。
34.另外，向第1驱动单元1的电源端子供给驱动电压vdrv，根据从pwm信号生成单元输出的第1pwm信号来对n沟道mosfet 3进行驱动。这里，n沟道mosfet3的源极与gnd侧连接，因此，栅极阈值电压vth_nch不受输出电压vo的影响。
35.经由驱动电压切换部15向第2驱动单元10的电源端子供给驱动电压vdrv或输出电压vo的电压，根据第2pwm信号来对p沟道mosfet 6进行驱动。
36.在n沟道mosfet 3导通并且p沟道mosfet 6截止的期间内，对第1电感器2和第2电感器5激励能量，在n沟道mosfet 3截止并且p沟道mosfet 6导通的期间内，通过向输出电容器7和输出负载8供给被激励的能量来产生输出电压vo。
37.ad转换器11检测输出电压vo，并转换为规定的比特数的数字值，将数字值转换值输出到减法器12。
38.减法器12产生输出目标值与数字值转换值的差分值，并输出到滤波器运算单元13。滤波器运算单元13根据差分值来进行pi、pid运算，将运算值输出到pwm信号生成单元14。
39.pwm信号生成单元14生成具有与运算值对应的占空比的第1pwm信号和第2pwm信号。
40.接着，参照示出基于驱动电压与输出电压的电压大小关系的第1驱动信号和第2驱动信号的图2的时序图来说明详细的整体动作。
41.这里，假定对第1电感器2和第2电感器5选定了大致相等的电感器值。在输出电压vo的设定比驱动电压vdrv低的情况下，向第1驱动单元9的电源电压供给驱动电压vdrv，经由驱动电压切换部15的开关单元16向第2驱动单元10的电源电压供给驱动电压vdrv。
42.在t1a的定时，第1驱动信号从high切换为low，低于n沟道mosfet 2的阈值vth_nch，因此，n沟道mosfet 2从导通切换为截止。此外，第2驱动信号从high切换为low，低于p沟道mosfet 6的阈值vth_pch(gnd基准)，因此，p沟道mosfet 4从截止切换为导通。
43.在t2a的定时，第1驱动信号从low切换为high，高于n沟道mosfet 3的阈值vth_nch，因此，n沟道mosfet 3从截止切换为导通。此外，第2驱动信号从low切换为high，高于p沟道mosfet 6的阈值vth_pch(gnd基准)，因此，p沟道mosfet 6从导通切换为截止。
44.另一方面，在输出电压vo的设定比驱动电压vdrv高的情况下，向第1驱动单元的电源电压供给驱动电压vdrv，经由驱动电压切换部15的开关单元17向第2驱动单元10的电源电压供给输出电压vo。
45.在t1b的定时，第1驱动信号从high切换为low，低于n沟道mosfet 3的阈值vth_nch，因此，n沟道mosfet 3从导通切换为截止。此外，第2驱动信号从high切换为low，低于p沟道mosfet 6的阈值vth_pch(gnd基准)，因此，p沟道mosfet 6从截止切换为导通。
46.在t2b的定时，第1驱动信号从low切换为high，高于n沟道mosfet 2的阈值vth_nch，因此，n沟道mosfet 2从截止切换为导通。此外，第2驱动信号从low切换为high，高于p
沟道mosfet 6的阈值vth_pch(gnd基准)，因此，p沟道mosfet 6从导通切换为截止。
47.这样，针对现有技术1，由于能够与输出电压值无关地向第2驱动单元供给最佳的电源电压，因此能够在较大的输出电压范围内构成高效率的电源电路。
48.此外，针对现有技术2，由于能够在第2驱动单元中使用由p沟道mosfet和n沟道mosfet的组合构成了输出级电路的、推挽输出的一般的驱动器1c，因此能够应对高速的动作，也能够应对车载用途中所要求的2mhz以上的开关动作。
49.此外，也能够通过将第2驱动单元10和驱动电压切换单元15集成在同一半导体基板上来实现成本降低。并且，如果使用由一个芯材构成了电感器2和电感器5的元件，则能够进一步得到安装的集成化和成本降低的效果。
50.(实施方式2)
51.图3所示的实施方式2与图1的实施方式1的不同点在于，从驱动电压切换单元15变更为15a。驱动电压切换单元15a通过二极管16a和二极管17a的阴极公共连接来构成。
52.驱动电压切换单元15a由二极管16a和二极管17a的或电路(or电路)构成，对输出电压vo与驱动电压vdrv进行比较，在输出电压vo低于驱动电压vdrv的情况下，从二极管16a向第2驱动单元10的电源端子供给驱动电压vdrv。由此，以驱动电压vdrv对p沟道mosfet 6进行驱动。
53.此外，在输出电压vo高于驱动电压vdrv的情况下，从二极管17a向第2驱动单元10的电源端子供给输出电压vo。由此，以输出电压vo对p沟道mosfet 6进行驱动。
54.实施方式2是经由二极管16a或17a对p沟道mosfet 6进行驱动的结构，产生由于二极管的正向电压vf引起的电压降，因此，优选使用低正向电压的肖特基二极管等。
55.(实施方式3)
56.图4所示的实施方式3与图3的实施方式2的不同点在于，从驱动电压切换单元15a变更为15b，驱动电压切换单元15b中构成的二极管17b的阳极连接部位发生了变更。
57.实施方式3将二极管17b的阳极与p沟道mosfet 6的漏极和电感5、电容器4的连接点连接，使阴极与驱动电压vdrv进行或连接(or连接)，由此能够生成比实施方式2高的驱动电压。
58.由于p沟道mosfet 6进行导通动作时的漏极-源极间的电压降被加到输出电压vo，因此，存在如下效果：在输出电压vo高于驱动电压vdrv的情况下，从二极管17b向第2驱动单元10的电源端子供给的电压能够以比实施方式2高出p沟道mosfet 6的漏极-源极间的导通电压的量来供给。因此，截止时的p沟道mosfet 6的栅极端子电压比实施方式3高，能够更迅速地对栅极端子电容进行充电，因此，能够使p沟道mosfet 6高速地截止。
59.(实施方式4)
60.图5所示的实施方式4与图4的实施方式3的不同点在于，从驱动电压切换单元15b变更为15c，在与电感5、电容器4、二极管17c的阳极的连接点和p沟道mosfet6的漏极端子之间追加第3电感器20c。这里，第3电感器20c可以是铁氧体磁珠等电感值较小的电感器，也可以用基板布线的电感等代替。
61.在实施方式4中，将电感器20c与p沟道mosfet 6串联连接，由此能够将第2驱动单元10的驱动输出的high侧电压设定得比输出电压vo高，因此，能够实现比实施例3更高速的开关，能够构成更高效率的电源。
62.图6示出输出电压vo比驱动电压vdrv高的情况下的第1驱动信号和第2驱动信号。图7是相同条件下的n沟道mosfet 3、p沟道mosfet 6、二极管d17c的动作波形图。
63.如果在图7所示的时刻t1c，p沟道mosfet 6关断、p沟道mosfet 6导通，则电感器20c产生电动势，到时刻t1'c的期间为止，充电电流经由二极管17c流过电容器19。由此，如图6所示，具有能够以高出第3电感器20c的充电电压的量供给p沟道mosfet 6的第2驱动信号的high侧电压的效果。因此，能够迅速地对p沟道mosfet 6的栅极端子电容进行充电，能够使p沟道mosfet 6高速地截止。
64.(实施方式5)
65.图8所示的实施方式5与图5的实施方式4的不同点在于，从驱动电压切换单元15c变更为15d，将第3电感器20d的插入部位插入到电容器4、第2电感器5和p沟道mosfet 6的漏极端子的连接点之间。此外，驱动电压切换单元15d的二极管17d的阳极连接到电容器4与第2电感器5的连接点。这里，与实施方式4同样，第3电感器20d可以是铁氧体磁珠等电感值较小的电感器，也可以用基板布线的电感等代替。
66.在实施方式5中，将电感器20d与p沟道mosfet 6串联连接，由此能够将第2驱动单元10的驱动输出的high侧电压设定得比输出电压vo高，因此能够获得与实施例4相同的效果。
67.(实施方式6)
68.图9所示的实施方式6与图3的实施方式2的不同点在于，从驱动电压切换单元15变更为15e，将驱动电压切换单元15e的二极管17e的阳极端子从输出电压vo连接变更为与电感3、电容器4、n沟道mosfet 3的漏极端子的连接点。
69.这里，二极管17e的阳极端子电压的脉冲电压值成为输入电压vi与输出电压vo之和，以高出输入电压vi的量来供给p沟道mosfet 6的第2驱动信号的电压。因此，能够使截止时的p沟道mosfet 6的栅极端子电压比输出电压vo高，能够迅速地对栅极端子电容进行充电，因此能够使p沟道mosfet 6高速地截止。
70.以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是上述实施方式是用于对本发明的技术思想进行具体化的例示，不将各个结构、组合等确定于上述的内容。本发明能够在不脱离宗旨的范围内以各种方式来变更并实施。
71.产业上的可利用性
72.如上所述，本发明的驱动用电源适合用于sepic转换器的同步整流元件的驱动用电源等。因此，能够用于使用了该驱动用电源的车载装置的电源等。
73.标号说明
74.1、1a、1b、1c、1d、1e：sepic转换器；
75.2：第1电感器；
76.3：n沟道mosfet；
77.4：电容器；
78.5：第2电感器；
79.6：p沟道mosfet；
80.7：输出电容器；
81.8：负载；
82.9：第1驱动单元；
83.10：第2驱动单元；
84.11：ad转换器；
85.12：减法器；
86.13：滤波器运算单元；
87.14：pwm信号生成单元；
88.15、15a、15b、15c、15d、15e：驱动电压切换部；
89.16、16a、16b、16c、16d、16e：二极管；
90.17、17a、17b、17c、17d、17e：二极管；
91.18：电压切换控制单元；
92.10：电容器；
93.20c、20d：第3电感器。