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TWI830344B - 具多斜率補償機制的電源轉換器 - Google Patents

具多斜率補償機制的電源轉換器 Download PDF

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TWI830344B
TWI830344B TW111132175A TW111132175A TWI830344B TW I830344 B TWI830344 B TW I830344B TW 111132175 A TW111132175 A TW 111132175A TW 111132175 A TW111132175 A TW 111132175A TW I830344 B TWI830344 B TW I830344B
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吳承翰
陳富權
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茂達電子股份有限公司
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Abstract

本發明公開一種具多斜率補償機制的電源轉換器。電源轉換器的多斜率補償電路包含多個第一電容、比較器以及多個第一電阻。多個第一電容的第一端以及上橋開關的第二端與下橋開關的第一端之間的節點連接電感。比較器的多個第一輸入端分別連接多個第一電容的第二端，並且分別連接多個第一電阻的第一端。多個第一電阻的第二端耦接第二參考電壓。比較器的第二輸入端耦接第一參考電壓。比較器的輸出端連接驅動電路的輸入端。

Description

具多斜率補償機制的電源轉換器
本發明涉及電源轉換器，特別是涉及一種具多斜率補償機制的電源轉換器。
電源轉換器可用以轉換輸入電壓，以提供一輸出電壓至與電源轉換器連接的負載，作為負載運作所需的電力。然而，當負載瞬間從輕載轉為重載時，負載從電源轉換器取得的電流瞬間增加時，會導致電源轉換器的輸出電壓瞬間下衝(undershoot)至過低值，造成電源轉換器的電路元件損壞，且無法提供負載所需的足夠電流。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具多斜率補償機制的電源轉換器。電源轉換器包含上橋開關、下橋開關、多斜率補償電路以及驅動電路。上橋開關的第一端耦接輸入電壓。下橋開關的第一端連接上橋開關的第二端。下橋開關的第二端接地。下橋開關的第一端與上橋開關的第二端之間的節點連接電感的第一端。電感的第二端連接輸出電容的第一端。輸出電容的第二端接地。多斜率補償電路包含多個第一電容、比較器、多個第一電阻以及第二電阻。各第一電容具有第一端和第二端。 比較器的多個第一輸入端分別連接多個第一電容的第二端。比較器的第二輸入端耦接第一參考電壓。多個第一電阻的第一端分別連接比較器的多個第一輸入端，並分別連接多個第一電容的第二端。多個第一電阻的第二端耦接第二參考電壓。第二電阻的第一端連接電感的第一端。第二電阻的第二端連接各第一電容的第一端。驅動電路的輸入端連接比較器的輸出端。驅動電路的輸出端連接上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。
在實施例中，多斜率補償電路更包含第二電容。第二電容的第一端連接電感的第二端。第二電容的第二端連接各第一電容的第一端。
在實施例中，多斜率補償電路更包含誤差放大器。誤差放大器的第一輸入端連接電感的第二端。誤差放大器的第二輸入端耦接第三參考電壓。誤差放大器的輸出端連接比較器的第二輸入端。誤差放大器的輸出端的電壓為第一參考電壓。
在實施例中，所述的具多斜率補償機制的電源轉換器更包含分壓電路。分壓電路的輸入端連接電感的第二端。分壓電路的輸出端連接誤差放大器的第一輸入端。
在實施例中，分壓電路包含第一分壓電阻以及第二分壓電阻。第一分壓電阻的第一端連接電感的第二端。第一分壓電阻的第二端連接第二分壓電阻的第一端。第一分壓電阻的第二端與第二分壓電阻的第一端之間的節點連接誤差放大器的第一輸入端。第二分壓電阻的第二端接地。
在實施例中，各第一電阻的第二端連接電感的第二端。電感的第二端的電壓為第二參考電壓。
在實施例中，所述的具多斜率補償機制的電源轉換器更包含分壓電路。分壓電路的輸入端連接電感的第二端。分壓電路的輸出端連接各第一電阻的第二端。
在實施例中，分壓電路包含第一分壓電阻以及第二分壓電阻。第一分壓電阻的第一端連接電感的第二端。第一分壓電阻的第二端連接第二分壓電阻的第一端。第一分壓電阻的第二端與第二分壓電阻的第一端之間的節點連接各第一電阻的第二端。第二分壓電阻的第二端接地。第二分壓電阻的第一端的電壓為第二參考電壓。
在實施例中，比較器的第二輸入端連接電感的第二端。電感的第二端的電壓為第一參考電壓。
在實施例中，所述的具多斜率補償機制的電源轉換器更包含分壓電路。分壓電路的輸入端連接電感的第二端。分壓電路的輸出端連接比較器的第二輸入端。
在實施例中，分壓電路包含第一分壓電阻以及第二分壓電阻。第一分壓電阻的第一端連接電感的第二端。第一分壓電阻的第二端連接第二分壓電阻的第一端。第一分壓電阻的第二端與第二分壓電阻的第一端之間的節點連接比較器的第二輸入端。第二分壓電阻的第二端接地。第二分壓電阻的第一端的電壓為第一參考電壓。
在實施例中，驅動電路包含導通訊號產生器。導通訊號產生器連接比較器的輸出端、上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。導通訊號產生器配置以依據比較器輸出的比較訊號，以輸出上橋導通訊號至上橋開關的控制端以及輸出下橋導通訊號至下橋開關的控制端。
在實施例中，驅動電路更包含邏輯電路。邏輯電路連接導通訊號產生器、上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。邏輯電路配置以依據上橋導通訊號以輸出第一邏輯訊號至上橋開關的控制端，依據下橋導通訊號輸出第二邏輯訊號至下橋開關的控制端。
在實施例中，驅動電路更包含第一緩衝電路。第一緩衝電路的 輸入端連接邏輯電路的輸出端。第一緩衝電路的輸出端連接上橋開關的控制端。
在實施例中，驅動電路更包含第二緩衝電路。第二緩衝電路的輸入端連接邏輯電路的輸出端。第二緩衝電路的輸出端連接下橋開關的控制端。
另外，本發明提供一種具多斜率補償機制的電源轉換器，包含上橋開關、下橋開關、多斜率補償電路以及驅動電路。上橋開關的第一端耦接輸入電壓。下橋開關的第一端連接上橋開關的第二端。下橋開關的第二端接地。下橋開關的第一端與上橋開關的第二端之間的節點連接電感的第一端。電感的第二端連接輸出電容的第一端。輸出電容的第二端接地。多斜率補償電路包含第一電容、比較器、多個第一電阻以及第二電阻。第一電容具有第一端及第二端。比較器具有多個第一輸入端以及一第二輸入端。比較器的第二輸入端耦接第一參考電壓。多個第一電阻彼此串聯連接。其中一第一電阻的第一端更連接第一電容的第二端。另一第一電阻的第二端耦接第二參考電壓。除了另一第一電阻以外的其他各第一電阻的第二端連接相鄰的第一電阻的第一端。第二電阻的第一端連接電感的第一端，第二電阻的第二端連接第一電容的第一端。驅動電路的輸入端連接比較器的輸出端。驅動電路的輸出端連接上橋開關的控制端以及下橋開關的控制端。
在實施例中，多斜率補償電路更包含第二電容。第二電容的第一端連接電感的第二端。第二電容的第二端連接第一電容的第一端。
在實施例中，多斜率補償電路更包含誤差放大器。誤差放大器的第一輸入端連接電感的第二端。誤差放大器的第二輸入端耦接第三參考電壓。誤差放大器的輸出端連接比較器的第二輸入端。誤差放大器的輸出端的電壓為第一參考電壓。
在實施例中，所述的具多斜率補償機制的電源轉換器更包含分壓電路。分壓電路的輸入端連接電感的第二端。分壓電路的輸出端連接誤差放大器的第一輸入端。
在實施例中，所述分壓電路包含第一分壓電阻以及第二分壓電阻。第一分壓電阻的第一端連接電感的第二端。第一分壓電阻的第二端連接第二分壓電阻的第一端。第一分壓電阻的第二端與第二分壓電阻的第一端之間的節點連接誤差放大器的第一輸入端。第二分壓電阻的第二端接地。
如上所述，本發明提供一種具多斜率補償機制的電源轉換器，其提供多個斜率電壓，在負載的不同瞬間暫態變化下，選擇適合的斜率電壓與感測到的電源轉換器的電壓進行比較，以使電源轉換器提供較佳的負載暫態響應。特別是，當負載瞬間暫態變化較大，瞬間所需的電力較大時，選擇振幅較小的斜率電壓與感測到的電源轉換器的電壓進行比較，以快速開啟上橋開關。如此，電源轉換器能夠提供足夠的電力至負載，同時防止電源轉換器的輸出電壓瞬間下衝至過低值而造成電源轉換器的電路元件損壞。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
CPN1、CPN2、CPN3、CPN4:多斜率補償電路
C11~C1n:第一電容
CMP:比較器
R11~R1n:第一電阻
GMA:誤差放大器
C2:第二電容
R2:第二電阻
Vramp1~Vrampn:斜率電壓
VREF2:第二參考電壓
VREF3:第三參考電壓
DRV:驅動電路
TNG:導通訊號產生器
LGC:邏輯電路
BU1:第一緩衝器
BU2:第二緩衝器
BU3:第三緩衝器
BU4:第四緩衝器
HS:上橋開關
LS:下橋開關
L1:電感
Cout:輸出電容
ESR:等效串聯電阻
SW、FB:節點
VIN:輸入電壓
VOUT、VOUT1、VOUT2:輸出電壓
RDV:分壓電路
RFB1:第一分壓電阻
RFB2:第二分壓電阻
VREF1:第一參考電壓
EAO、EAO1、EAO2:誤差放大訊號
CPOUT:比較訊號
TON:上橋導通訊號
ILOAD:負載電流
t1:時間點
IL1、IL2:電感電流
圖1為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的電路圖。
圖2為本發明第二實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的多斜率補償電路的電路圖。
圖3為本發明第三實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的 多斜率補償電路的電路圖。
圖4為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的訊號的波形圖。
圖5為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的訊號的波形圖。
圖6為本發明第四實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的多斜率補償電路的電路圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1和圖4，其中圖1為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的方塊圖，圖4為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的訊號的波形圖，圖5為本發明第一實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的訊號的波形圖。
本發明實施例的電源轉換器可包含上橋開關HS、下橋開關LS、驅動電路DRV、電感L1以及輸出電容Cout。特別是，本發明實施例的電源轉換器更包含多斜率補償電路CPN1。若有需要，本實施的電源轉換器更可包含 分壓電路RDV。
上橋開關HS的第一端耦接輸入電壓VIN。上橋開關HS的第二端連接下橋開關LS的第一端。下橋開關LS的第二端接地。下橋開關LS的第一端與上橋開關HS的第二端之間的節點連接電感L1的第一端。電感L1的第二端連接輸出電容Cout的(等效串聯電阻ESR的)第一端。
輸出電容Cout的第二端接地。電感L1的第二端(與輸出電容Cout的等效串聯電阻ESR的)之間的節點為電源轉換器的輸出端。電源轉換器的輸出端的電壓為輸出電壓VOUT。
多斜率補償電路CPN1的輸入端可直接連接或如圖1所示通過分壓電路RDV，連接至電感L1的第二端。多斜率補償電路CPN1的輸出端可連接驅動電路DRV的輸入端。驅動電路DRV的輸出端連接上橋開關HS的控制端以及下橋開關LS的控制端。
多斜率補償電路CPN1可依據接收到的輸出電壓VOUT或分壓電路RDV將輸出電壓VOUT分壓後所產生的分壓電壓，以輸出一補償訊號至驅動電路DRV。驅動電路DRV可依據從多斜率補償電路CPN1接收到的補償訊號，以驅動上橋開關HS以及下橋開關LS。
值得注意的是，本發明的電源轉換器的多斜率補償電路例如圖1所示的多斜率補償電路CPN1，可包含多個第一電容C11~C1n、比較器CMP、多個第一電阻R11~R1n、第二電阻R2以及第二電容C2，但本發明不此為限。
各第一電容C11~C1n的第一端連接第二電阻R2的第二端以及第二電容C2的第二端。第二電阻R2的第一端連接電感L1的第一端，並可連接上橋開關HS的第二端以及下橋開關LS之間的節點SW。第二電容C2的第一端連接電感L1的第二端。
比較器CMP的多個第一輸入端例如反相輸入端分別連接多個第 一電容C11~C1n的第二端以及多個第一電阻R11~R1n的第一端。多個第一電阻R11~R1n的第二端耦接第二參考電壓VREF2。
比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端可耦接第一參考電壓。若有需要，如圖1所示，多斜率補償電路CPN1可更包含誤差放大器GMA，比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端連接誤差放大器GMA的輸出端，誤差放大器GMA的輸出端的電壓為上述第一參考電壓。
誤差放大器GMA的第一輸入端例如反相輸入端可直接連接或如圖1所示通過分壓電路RDV，連接至電感L1的第二端。亦即，分壓電路RDV的輸入端連接電感L1的第二端，分壓電路RDV的輸出端連接誤差放大器GMA的第一輸入端。
舉例而言，如圖1所示，分壓電路RDV可包含第一分壓電阻RFB1以及第二分壓電阻RFB2。第一分壓電阻RFB1的第一端連接電感L1的第二端。第一分壓電阻RFB1的第二端連接第二分壓電阻RFB2的第一端。第二分壓電阻RFB2的第二端接地。第一分壓電阻RFB1的第二端與第二分壓電阻RFB2的第一端之間的節點FB連接誤差放大器GMA的第一輸入端例如反相輸入端。
誤差放大器GMA的第二輸入端例如非反相輸入端耦接第三參考電壓VREF3。誤差放大器GMA的輸出端連接比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端。比較器CMP的輸出端連接驅動電路DRV的輸入端。
舉例而言，如圖1所示，驅動電路DRV可包含以下一或多者：導通訊號產生器TNG、邏輯電路LGC、第一緩衝電路(可包含第一緩衝器BU1以及第二緩衝器BU2)以及第二緩衝電路(可包含第三緩衝器BU3以及第四緩衝器BU4)，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
驅動電路DRV的導通訊號產生器TNG的輸入端連接多斜率補償電路CPN1的比較器CMP的輸出端。導通訊號產生器TNG的輸出端可連接邏 輯電路LGC的輸入端。
邏輯電路LGC的輸出端可連接第一緩衝電路(的第一緩衝器BU1)的輸入端。第一緩衝器BU1的輸出端可連接第二緩衝器BU2的輸入端。第一緩衝電路(的第二緩衝器BU2)的輸出端可連接上橋開關HS的控制端。
邏輯電路LGC的輸出端還可連接第二緩衝電路(的第三緩衝器BU3)的輸入端。第三緩衝器BU3的輸出端可連接第四緩衝器BU4的輸入端。第二緩衝電路(的第四緩衝器BU4)的輸出端可連接下橋開關LS的控制端。
多斜率補償電路CPN1的誤差放大器GMA的第一輸入端例如反相輸入端從電感L1的第二端接收輸出電壓VOUT。替換地，誤差放大器GMA的第一輸入端例如反相輸入端接收分壓電路RDV將輸出電壓VOUT分壓後輸出的分壓電壓，即第一分壓電阻RFB1的第二端與第二分壓電阻RFB2的第一端之間的節點FB的電壓。
誤差放大器GMA的第二輸入端可接收第三參考電壓VREF3。
誤差放大器GMA將輸出電壓VOUT或其分壓電壓(節點FB的電壓)與第三參考電壓VREF3之間的差值，乘以一增益，以輸出一誤差放大訊號。
多斜率補償電路CPN1的比較器CMP的多個第一輸入端例如反相輸入端可接收多個斜率電壓Vramp1~Vrampn(即多個第一電阻R11~R1n的第一端的電壓)。比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端從誤差放大器GMA接收到誤差放大訊號。
比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇一者，與誤差放大訊號進行比較，以輸出一比較訊號。舉例而言，如圖4所示，比較器CMP從斜率電壓Vramp1、Vramp2中選擇其中一者，與誤差放大訊號EAO進行比較，以輸出比較訊號CPOUT。
值得注意的是，多斜率補償電路CPN1的多個第一電阻R11~R1n 的電阻值可彼此不同，多個第一電容C11~C1n的電容值也可彼此不同，以產生不同電壓值的多個斜率電壓Vramp1~Vrampn。如圖4所示，斜率電壓Vramp2的電壓值低於斜率電壓Vramp1的電壓值，斜率電壓Vramp2的訊號的振幅低於斜率電壓Vramp1的訊號的振幅。
應理解，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅越小者與誤差放大訊號的電壓進行比較，比較訊號例如圖4所示的比較訊號CPOUT的多個脈波產生頻率越快。
因此，當電源轉換器的輸出端連接的負載的瞬間暫態變化越快、負載所需的電力越大(例如負載為重載)時，比較器CMP將誤差放大訊號的電壓與多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中振幅越小者進行比較，以加快比較器CMP輸出脈波的速度。如此，驅動電路DRV依據比較訊號CPOUT的脈波(即高準位)，快速驅動上橋開關HS開啟，使輸入電壓VIN可依序通過導通的上橋開關HS以及電感L1提供電力至電源轉換器的輸出端。如此，可快速增加電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT，提供負載所需的電力，同時有效防止電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT下衝(undershoot)至過低值。
如圖4所示，負載從時間點t1開始，從電源轉換器的輸出端取得的負載電流ILOAD增加時，會導致電源轉換器的輸出電壓VOUT下降。此時，比較器CMP將誤差放大訊號的電壓與振幅較小的斜率電壓Vramp2比較，以使比較器CMP產生比較訊號CPOUT的脈波的頻率增加。如此，驅動電路DRV依據比較訊號CPOUT的準位例如高準位開啟上橋開關HS的頻率增加，使電源轉換器的輸出端的電壓VOUT快速回升，同時提供負載所需的負載電流ILOAD。
如圖5所示，比較器CMP將誤差放大訊號EAO1與振幅較大的斜率電壓Vramp1比較。其結果為，電源轉換器輸出一輸出電壓VOUT1。此時，電感L1的電流為電感電流IL1。
相反地，比較器CMP將誤差放大訊號EAO2與振幅較小的斜率電壓Vramp2比較。其結果為，電源轉換器輸出一輸出電壓VOUT2。此時，電感L1的電流為電感電流IL2。
相比於輸出電壓VOUT1，輸出電壓VOUT2的下衝改善29%。顯然，將誤差放大訊號EAO2與振幅較小的斜率電壓Vramp2比較，可有效改善輸出電壓VOUT2的下衝程度。
也就是說，比較器CMP可依據負載的瞬間暫態變化、負載所需的電力，從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇其中一者，與誤差放大訊號的電壓比較，以輸出比較訊號的脈波。
當負載瞬間暫態變化越大、負載為重載所需的電流量越多時，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅越小者(例如斜率電壓Vramp2)，與誤差放大訊號的電壓比較，以較快地輸出比較訊號的脈波。
當負載穩態、輕載或負載所需的電流量減少時，則可選擇從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅較大者(例如斜率電壓Vramp1)，與誤差放大訊號的電壓比較，以穩定地輸出比較訊號的脈波。
在比較器CMP輸出比較訊號CPOUT之後，驅動電路DRV的導通訊號產生器TNG依據從比較器CMP接收到的比較訊號的準位，以決定一上橋導通訊號以及一下橋導通訊號的準位，並輸出上橋導通訊號以及輸出下橋導通訊號。
邏輯電路LGC依據上橋導通訊號，以輸出第一邏輯訊號通過第一緩衝電路的第一緩衝器BU1以及第二緩衝器BU2至上橋開關HS的控制端。邏輯電路LGC依據下橋導通訊號，以輸出第二邏輯訊號通過第二緩衝電路的第三緩衝器BU3以及第四緩衝器BU4至下橋開關LS的控制端。
舉例而言，在上橋導通訊號例如圖4所示的上橋導通訊號TON 在高準位的時間(即在下橋導通訊號在低準位的時間)內，上橋開關HS開啟，下橋開關LS關閉。在下橋導通訊號在高準位的時間(即上橋導通訊號在低準位的時間)內，下橋開關LS開啟，上橋開關HS關閉。
請參閱圖2，其為本發明第二實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的多斜率補償電路的電路圖。
本發明實施例的電源轉換器可包含如圖2所示的多斜率補償電路CPN2，可替換如圖1所示的多斜率補償電路CPN1。
如圖2所示，本實施例的電源轉換器的多斜率補償電路CPN2可包含多個第一電容C11~C1n、比較器CMP、多個第一電阻R11~R1n以及第二電阻R2。
各第一電容C11~C1n的第一端連接第二電阻R2的第二端。第二電阻R2的第一端連接電感L1的第一端，並且第二電阻R2的第一端可連接至如圖1所示的上橋開關HS的第二端以及下橋開關LS之間的節點SW。
比較器CMP的多個第一輸入端例如反相輸入端分別連接多個第一電容C11~C1n的第二端以及多個第一電阻R11~R1n的第一端。多個第一電阻R11~R1n的第二端可(通過分壓電路RDV)連接電感L1的第二端即電源轉換器的輸出端。
舉例而言，如圖2所示，分壓電路RDV可包含第一分壓電阻RFB1以及第二分壓電阻RFB2。第一分壓電阻RFB1的第一端連接電感L1的第二端。第一分壓電阻RFB1的第二端連接第二分壓電阻RFB2的第一端。第二分壓電阻RFB2的第二端接地。第一分壓電阻RFB1的第二端與第二分壓電阻RFB2的第一端之間的節點FB連接各第一電阻R11~R1n的第二端。
比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端可耦接第一參考電壓VREF1。比較器CMP的輸出端可連接如圖1所示的驅動電路DRV(的導通訊 號產生器TNG)的輸入端。
比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇其中一者，與第一參考電壓VREF1進行比較，以輸出一比較訊號。驅動電路DRV可依據比較訊號的(高)準位，以驅動上橋開關HS(開啟)以及下橋開關LS(關閉)。
當負載瞬間暫態變化越大、負載為重載所需的電流量越多時，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅越小者，與第一參考電壓VREF1進行比較，以較快地輸出比較訊號的脈波。如此，可快速增加電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT，提供負載所需的電力，同時有效防止電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT下衝至過低值。
請參閱圖3，其為本發明實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的多斜率補償電路的電路圖。
本發明實施例的電源轉換器可包含如圖3所示的多斜率補償電路CPN3，可替換如圖1所示的多斜率補償電路CPN1。
各第一電容C11~C1n的第一端連接第二電阻R2的第二端。第二電阻R2的第一端連接電感L1的第一端，並且第二電阻R2的第一端可連接至如圖1所示的上橋開關HS的第二端以及下橋開關LS之間的節點SW。
比較器CMP的多個第一輸入端例如非反相輸入端分別連接多個第一電容C11~C1n的第二端以及多個第一電阻R11~R1n的第一端。多個第一電阻R11~R1n的第二端耦接第二參考電壓VREF2。
比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端可(通過分壓電路RDV)連接電感L1的第二端即電源轉換器的輸出端。
舉例而言，如圖3所示，分壓電路RDV可包含第一分壓電阻RFB1以及第二分壓電阻RFB2。第一分壓電阻RFB1的第一端連接電感L1的第二端。第一分壓電阻RFB1的第二端連接第二分壓電阻RFB2的第一端。第二分壓 電阻RFB2的第二端接地。第一分壓電阻RFB1的第二端與第二分壓電阻RFB2的第一端之間的節點FB可連接比較器CMP的第二輸入端例如反相輸入端。
比較器CMP的輸出端連接如圖1所示的驅動電路DRV(的導通訊號產生器TNG)的輸入端。
比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇其中一者，與電感L1的第二端的電壓(即電源轉換器的輸出電壓VOUT)或其分壓電壓(即第一分壓電阻RFB1的第一端與第二分壓電阻RFB2之間的節點FB的電壓)進行比較，以輸出一比較訊號。驅動電路DRV依據比較訊號的(低)準位，以驅動上橋開關HS(開啟)以及下橋開關LS(關閉)。
當負載瞬間暫態變化越大、負載為重載所需的電流量越多時，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅越小者，與輸出電壓VOUT或其分壓電壓進行比較，以較快地輸出比較訊號的脈波。如此，可快速增加電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT，提供負載所需的電力，同時有效防止電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT下衝至過低值。
請參閱圖6，其為本發明第四實施例的具多斜率補償機制的電源轉換器的多斜率補償電路的電路圖。
第四實施例與第一實施例差異在於，第四實施例的多斜率補償電路CPN4的多個第一電阻R11~R1n以及第一電容C11的配置不同於第一實施例的多斜率補償電路CPN1的多個第一電阻R11~R1n以及多個第一電容C11~C1n的配置。
如圖6所示，本發明第四實施例的多斜率補償電路CPN4可包含多個第一電阻R11~Rn、第一電容C11、第二電阻R2以及比較器CMP。若有需要，多斜率補償電路CPN4可如圖6所示更包含第二電容C2、誤差放大器GMA或兩者，但本發明不以此為限。
如圖6所示，多個第一電阻R11~R1n彼此串聯連接。亦即，第一電阻R11的第二端連接第一電阻R12的第一端，第一電阻R12的第二端連接第一電阻R13的第一端，第一電阻R13的第二端連接第一電阻R14的第一端，以此類推。多個第一電阻R11~R1n中的最後一者即第一電阻R1n的第二端則是耦接第二參考電壓VREF2。
第一電阻R11的第一端連接第一電容C11的第二端。第一電容C11的第一端連接第二電阻R2的第二端以及第二電容C2的第二端。第二電阻R2的第一端連接電感L1的第一端，並且第二電阻R2的第一端可連接至上橋開關HS的第二端以及下橋開關LS之間的節點SW。第二電容C2的第一端連接電感L1的第二端。
值得注意的是，多個第一電阻R11~R1n的第一端分別連接比較器CMP的多個第一輸入端例如反相輸入端。比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端連接誤差放大器GMA的輸出端。如此，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇其中一者，與誤差放大器GMA輸出至比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端的誤差放大訊號進行比較，以輸出一比較訊號。驅動電路DRV依據從比較器CMP接收到的比較訊號，以驅動上橋開關HS以及下橋開關LS。
當負載瞬間暫態變化越大、負載為重載所需的電流量越多時，比較器CMP從多個斜率電壓Vramp1~Vrampn中選擇振幅越小者，與誤差放大訊號進行比較，以較快地輸出比較訊號的脈波。如此，可快速增加電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT，提供負載所需的電力，同時有效防止電源轉換器的輸出端的輸出電壓VOUT下衝至過低值。
其他第四實施例與第一實施例相同之處不在此贅述。
綜上所述，本發明提供一種具多斜率補償機制的電源轉換器， 其提供多個斜率電壓，在負載的不同瞬間暫態變化下，選擇適合的斜率電壓與感測到的電源轉換器的電壓進行比較，以使電源轉換器提供較佳的負載暫態響應。特別是，當負載瞬間暫態變化較大，瞬間所需的電力較大時，選擇振幅較小的斜率電壓與感測到的電源轉換器的電壓進行比較，以快速開啟上橋開關。如此，電源轉換器能夠提供足夠的電力至負載，同時防止電源轉換器的輸出電壓瞬間下衝至過低值而造成電源轉換器的電路元件損壞。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
CPN1:多斜率補償電路
C11~C1n:第一電容
CMP:比較器
R11~R1n:第一電阻
GMA:誤差放大器
C2:第二電容
R2:第二電阻
Vramp1~Vrampn:斜率電壓
VREF2:第二參考電壓
VREF3:第三參考電壓
DRV:驅動電路
TNG:導通訊號產生器
LGC:邏輯電路
BU1:第一緩衝器
BU2:第二緩衝器
BU3:第三緩衝器
BU4:第四緩衝器
HS:上橋開關
LS:下橋開關
L1:電感
Cout:輸出電容
ESR:等效串聯電阻
SW、FB:節點
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
RDV:分壓電路
RFB1:第一分壓電阻
RFB2:第二分壓電阻

Claims (20)

  1. 一種具多斜率補償機制的電源轉換器，包含： 一上橋開關，該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓； 一下橋開關，該下橋開關的第一端連接該上橋開關的第二端，該下橋開關的第二端接地，該下橋開關的第一端與該上橋開關的第二端之間的節點連接一電感的第一端，該電感的第二端連接一輸出電容的第一端，該輸出電容的第二端接地； 多斜率補償電路，包含： 多個第一電容，各該第一電容具有第一端和第二端； 一比較器，該比較器的多個第一輸入端分別連接該多個第一電容的第二端，該比較器的第二輸入端耦接一第一參考電壓；及 多個第一電阻，該多個第一電阻的第一端分別連接該比較器的多個第一輸入端並分別連接該多個第一電容的第二端，該多個第一電阻的第二端耦接一第二參考電壓； 一第二電阻，該第二電阻的第一端連接該電感的第一端，該第二電阻的第二端連接各該第一電容的第一端；以及 一驅動電路，該驅動電路的輸入端連接該比較器的輸出端，該驅動電路的輸出端連接該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端。
  2. 如請求項1所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該多斜率補償電路更包含： 一第二電容，該第二電容的第一端連接該電感的第二端，該第二電容的第二端連接各該第一電容的第一端。
  3. 如請求項1所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該多斜率補償電路更包含： 一誤差放大器，該誤差放大器的第一輸入端連接該電感的第二端，該誤差放大器的第二輸入端耦接一第三參考電壓，該誤差放大器的輸出端連接該比較器的第二輸入端，該誤差放大器的輸出端的電壓為該第一參考電壓。
  4. 如請求項3所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，更包含： 一分壓電路，該分壓電路的輸入端連接該電感的第二端，該分壓電路的輸出端連接該誤差放大器的第一輸入端。
  5. 如請求項4所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該分壓電路包含一第一分壓電阻以及一第二分壓電阻，該第一分壓電阻的第一端連接該電感的第二端，該第一分壓電阻的第二端連接該第二分壓電阻的第一端，該第一分壓電阻的第二端與該第二分壓電阻的第一端之間的節點連接該誤差放大器的第一輸入端，該第二分壓電阻的第二端接地。
  6. 如請求項1所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中各該第一電阻的第二端連接該電感的第二端，該電感的第二端的電壓為該第二參考電壓。
  7. 如請求項6所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，更包含： 一分壓電路，該分壓電路的輸入端連接該電感的第二端，該分壓電路的輸出端連接各該第一電阻的第二端。
  8. 如請求項7所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該分壓電路包含一第一分壓電阻以及一第二分壓電阻，該第一分壓電阻的第一端連接該電感的第二端，該第一分壓電阻的第二端連接該第二分壓電阻的第一端，該第一分壓電阻的第二端與該第二分壓電阻的第一端之間的節點連接各該第一電阻的第二端，該第二分壓電阻的第二端接地，該第二分壓電阻的第一端的電壓為該第二參考電壓。
  9. 如請求項1所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該比較器的第二輸入端連接該電感的第二端，該電感的第二端的電壓為該第一參考電壓。
  10. 如請求項9所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，更包含： 一分壓電路，該分壓電路的輸入端連接該電感的第二端，該分壓電路的輸出端連接該比較器的第二輸入端。
  11. 如請求項10所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該分壓電路包含一第一分壓電阻以及一第二分壓電阻，該第一分壓電阻的第一端連接該電感的第二端，該第一分壓電阻的第二端連接該第二分壓電阻的第一端，該第一分壓電阻的第二端與該第二分壓電阻的第一端之間的節點連接該比較器的第二輸入端，該第二分壓電阻的第二端接地，該第二分壓電阻的第一端的電壓為該第一參考電壓。
  12. 如請求項1所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該驅動電路包含一導通訊號產生器，連接該比較器的輸出端、該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，配置以依據該比較器輸出的一比較訊號，以輸出一上橋導通訊號至該上橋開關的控制端以及輸出一下橋導通訊號至該下橋開關的控制端。
  13. 如請求項12所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該驅動電路更包含一邏輯電路，連接該導通訊號產生器、該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端，配置以依據該上橋導通訊號以輸出一第一邏輯訊號至該上橋開關的控制端，依據該下橋導通訊號輸出一第二邏輯訊號至該下橋開關的控制端。
  14. 如請求項13所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該驅動電路更包含一第一緩衝電路，該第一緩衝電路的輸入端連接該邏輯電路的輸出端，該第一緩衝電路的輸出端連接該上橋開關的控制端。
  15. 如請求項14所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該驅動電路更包含一第二緩衝電路，該第二緩衝電路的輸入端連接該邏輯電路的輸出端，該第二緩衝電路的輸出端連接該下橋開關的控制端。
  16. 一種具多斜率補償機制的電源轉換器，包含： 一上橋開關，該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓； 一下橋開關，該下橋開關的第一端連接該上橋開關的第二端，該下橋開關的第二端接地，該下橋開關的第一端與該上橋開關的第二端之間的節點連接一電感的第一端，該電感的第二端連接一輸出電容的第一端，該輸出電容的第二端接地； 多斜率補償電路，包含： 一第一電容，具有第一端及第二端； 一比較器，具有多個第一輸入端以及一第二輸入端，該比較器的該第二輸入端耦接一第一參考電壓； 多個第一電阻，該多個第一電阻彼此串聯連接，該多個第一電阻的第一端分別連接該比較器的該多個第一輸入端，其中一該第一電阻的第一端更連接該第一電容的第二端，另一該第一電阻的第二端耦接一第二參考電壓，除了另一該第一電阻以外的其他各該第一電阻的第二端連接相鄰的該第一電阻的第一端；及 一第二電阻，該第二電阻的第一端連接該電感的第一端，該第二電阻的第二端連接該第一電容的第一端；以及 一驅動電路，該驅動電路的輸入端連接該比較器的輸出端，該驅動電路的輸出端連接該上橋開關的控制端以及該下橋開關的控制端。
  17. 如請求項16所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該多斜率補償電路更包含： 一第二電容，該第二電容的第一端連接該電感的第二端，該第二電容的第二端連接該第一電容的第一端。
  18. 如請求項16所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該多斜率補償電路更包含： 一誤差放大器，該誤差放大器的第一輸入端連接該電感的第二端，該誤差放大器的第二輸入端耦接一第三參考電壓，該誤差放大器的輸出端連接該比較器的該第二輸入端，該誤差放大器的輸出端的電壓為該第一參考電壓。
  19. 如請求項18所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，更包含： 一分壓電路，該分壓電路的輸入端連接該電感的第二端，該分壓電路的輸出端連接該誤差放大器的第一輸入端。
  20. 如請求項19所述的具多斜率補償機制的電源轉換器，其中該分壓電路包含一第一分壓電阻以及一第二分壓電阻，該第一分壓電阻的第一端連接該電感的第二端，該第一分壓電阻的第二端連接該第二分壓電阻的第一端，該第一分壓電阻的第二端與該第二分壓電阻的第一端之間的節點連接該誤差放大器的第一輸入端，該第二分壓電阻的第二端接地。
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