TWM460455U - 電壓轉換器 - Google Patents

Description

電壓轉換器

本創作是有關於一種電壓轉換器，且特別是有關於一種產生穩定漣波的輸出信號的降壓式電壓轉換器。

請參照圖1A，圖1A繪示習知的電壓轉換器100。電壓轉換器100包括驅動器110、邏輯運算電路120、比較器CMP1、電晶體M1、M2、電感L1、電容C1以及電阻R1及R2。在電壓轉換器100中，比較器CMP1透過比較參考信號REF以及回授信號VFB的比較結果，依序透過邏輯運算電路120以及驅動器110來產生驅動信號DRV1以及DRV2。另外，電晶體M1接收電源電壓VIN。

在電壓轉換器100中，當比較器CMP1比較出回授電壓VFB低於參考電壓REF時，電晶體M1依據驅動信號DRV1來導通一段時間，並使降壓輸出電壓VOUT對應上升，之後電晶體M1依據驅動信號DRV1斷開而電晶體M2依據驅動信號DRV2導通，而降壓輸出電壓VOUT又下降直到回授電壓VFB再次低於參考電壓REF時，電晶體M1再依據驅動信號DRV1來導通一段時間。

在當電容C1的等效串聯電阻ESR太低時，請參照圖1B繪示的電壓轉換器100的動作波形圖。其中的回授電壓VFB上的漣波部份將會很不明顯，並致使降壓輸出電壓VOUT上的漣波現象很呈現不穩定的狀態，而降低了降壓輸出電壓VOUT的品質。

本創作提供一種電壓轉換器，有效產生具有穩定漣波的輸出信號。

本創作提出一種電壓轉換器，包括固定導通時間信號產生器、第一電晶體、第二電晶體、電感以及漣波注入電路。固定導通時間信號產生器產生第一驅動信號以及第二驅動信號。第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收電源電壓，其控制端接收第一驅動信號。第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，第二電晶體的第一端耦接第一電晶體的第二端，第二電晶體的控制端接收第二驅動信號，第二電晶體的第二端耦接至參考接地電壓。電感串接在第一電晶體的第二端與電壓轉換器的輸出端間。電壓轉換器的輸出端上產生輸出信號。漣波注入電路接收輸出信號產生漣波注入信號。其中，固定導通時間信號產生器依據漣波注入信號、輸出信號以及參考信號以產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，上述之漣波注入電路依據漣波部份以產生斜波電流，並依據斜波電流來產生斜波電壓。

在本創作之一實施例中，上述之漣波注入電路包括轉導放大器以及電容。轉導放大器的一輸入端接收輸出信號，另一輸入端接收參考接地電壓，其輸出端產生斜波電流。電容的第一端耦接轉導放大器的輸出端及固定導通時間信號產生器，其第二端耦接至參考接地電壓，電容接收該斜波電流並在其第一端產生斜波電壓。

在本創作之一實施例中，上述之漣波注入電路更包括重置開關。重置開關與電容並連耦接，重置開關依據控制信號以導通或斷開。

在本創作之一實施例中，上述之固定導通時間信號產生器加成輸出信號以及斜波電壓以產生回授信號。固定導通時間信號產生器並依據比較回授信號以及參考信號以產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，上述之固定導通時間信號產生器包括加法器以及比較器。加法器針對輸出信號以及斜波電壓進行加法運算以產生回授信號。比較器接收回授信號以及參考信號。比較器並依據比較回授信號以及參考信號來產生比較結果。其中，固定導通時間信號產生器依據比較結果來產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，上述之固定導通時間信號產生器更包括邏輯運算電路以及驅動器。邏輯運算電路耦接比較器的 輸出端。邏輯運算電路接收並針對比較結果以進行邏輯運算。驅動器耦接邏輯運算電路，接收並依據邏輯運算電路所進行的邏輯運算的運算結果來產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，上述之固定導通時間信號產生器加成輸出信號以及斜波電壓以產生回授信號。固定導通時間信號產生器並依據比較回授信號以及參考信號以產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，上述之固定導通時間信號產生器包括加法器以及比較器。加法器針對參考信號以及斜波電壓進行加法運算以產生回授信號。比較器接收回授信號以及輸出信號。比較器並依據比較回授信號以及輸出信號來產生比較結果。其中，固定導通時間信號產生器依據比較結果來產生第一及第二驅動信號。

在本創作之一實施例中，電壓轉換器更包括輸出電容。輸出電容的一端耦接至電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至參考接地電壓。其中，輸出電容為低等效串聯電阻的電容。

在本創作之一實施例中，電壓轉換器更包括分壓電路。分壓電路耦接在漣波注入電路耦接輸出信號的路徑間。

在本創作之一實施例中，上述之分壓電路包括第一電阻以及第二電阻。第一電阻的一端耦接至電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至漣波注入電路。第二電阻的一端耦接至第一電阻及 電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至參考接地電壓。

為讓本創作之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、300、400‧‧‧電壓轉換器

110、311、411‧‧‧驅動器

120、312、412‧‧‧邏輯運算電路

CMP1‧‧‧比較器

210、310、410‧‧‧固定導通時間信號產生器

220、320、420‧‧‧漣波注入電路

313、413‧‧‧加法器

330、430‧‧‧分壓電路

M1、M2‧‧‧電晶體

L1‧‧‧電感

C1、C2、C3‧‧‧電容

VIN‧‧‧電源電壓

DRV1、DRV2‧‧‧驅動信號

GND‧‧‧參考接地電壓

OT‧‧‧輸出端

VOUT‧‧‧輸出信號

REF‧‧‧參考信號

VFB‧‧‧回授電壓

ESR‧‧‧等效串聯電阻

OTA‧‧‧轉導放大器

IRMP‧‧‧斜波電流

VRMP‧‧‧斜波電壓

CTRL‧‧‧控制信號

SW1‧‧‧重置開關

R1、R2‧‧‧電阻

100‧‧‧電子裝置

圖1A繪示習知的電壓轉換器100。

圖1B繪示電壓轉換器100的動作波形圖。

圖2繪示本創作一實施例的電壓轉換器200的示意圖。

圖3A繪示本創作另一實施例的電壓轉換器300的示意圖。

圖3B繪示本創作實施例的電壓轉換器300的波形圖。

圖4A繪示本創作另一實施例的電壓轉換器400的示意圖。

圖4B繪示本創作實施例的電壓轉換器400的波形圖。

請參照圖2，圖2繪示本創作一實施例的電壓轉換器200的示意圖。電壓轉換器200為一種降壓式電壓轉換器，包括固定導通時間信號產生器210、漣波注入電路220、電晶體M1及M2、電感L1以及電容C2。固定導通時間信號產生器210用來產生驅動信號DRV1以及驅動信號DRV2。電晶體M1具有第一端、第二端以及控制端，電晶體M1的第一端接收電源電壓VIN，電晶體M1的控制端接收驅動信號DRV1以導通或斷開。電晶體M2具有第一端、第二端以及控制端，電晶體M2的第一端耦接電晶體M1 的第二端，電晶體M2的控制端接收驅動信號DRV2以導通或斷開，電晶體M2的第二端耦接至參考接地電壓GND。附帶一提的，輸出電容C2串接在輸出端OT以及參考接地電壓GND間。輸出電容C2可以是低等效串聯電阻(effective series resistance,ESR)的電容。

電感L1串接在電晶體M1的第二端與電壓轉換器200的輸出端OT間，電壓轉換器200的輸出端OT上產生輸出信號VOUT。漣波注入電路220則耦接至輸出信號VOUT，以擷取輸出信號VOUT的漣波部份。其中，固定導通時間信號產生器210依據漣波注入電路220所擷取的漣波部份、輸出信號VOUT以及參考信號REF以產生驅動信號DRV1及DRV2。

具體說明，在本實施例中，漣波注入電路220擷取出輸出信號VOUT的電壓產生漣波注入信號至固定導通時間信號產生器210中。固定導通時間信號產生器210則同時依據輸出信號VOUT、參考信號REF以及漣波注入信號來產生驅動信號DRV1及DRV2。舉例來說，固定導通時間信號產生器210可針對輸出信號VOUT及漣波注入信號進行加成，並把加成的結果與參考信號REF進行比較，再依據比較的結果來產生驅動信號DRV1及DRV2。或者，固定導通時間信號產生器210也可針對參考信號REF及依據輸出信號VOUT所產生的漣波注入信號進行加成，並把加成的結果與輸出信號VOUT進行比較，再依據比較的結果來 產生驅動信號DRV1及DRV2。

值得注意的是，透過依據輸出信號VOUT的漣波部分來產生驅動信號DRV1及DRV2，在輸出電容C2為低等效串聯電阻的電容時，依據輸出信號VOUT所產生的漣波注入信號也可以被加強以產生驅動信號DRV1及DRV2。如此一來，電壓轉換器200可以產生具有穩定漣波的輸出信號VOUT。

以下請參照圖3A，圖3A繪示本創作另一實施例的電壓轉換器300的示意圖。電壓轉換器300包括固定導通時間信號產生器310、漣波注入電路320、分壓電路330、電晶體M1及M2、電感L1以及電容C1。

漣波注入電路320包括轉導放大器OTA、電容C3以及重置開關SW1。轉導放大器OTA的一輸入端接收依據輸出信號VOUT進行分壓所產生的分壓電壓DVOUT，轉導放大器OTA的另一輸入端接收參考接地電壓GND，轉導放大器OTA的輸出端產生斜波電流IRMP。也就是說，漣波注入電路320中的轉導放大器OTA透過擷取輸出信號VOUT的漣波部份，並轉換所擷取的漣波部份為斜波電流IRMP。電容C3耦接轉導放大器OTA的輸出端以接收斜波電流IRMP以進行充電，並藉以產生斜波電壓VRMP。

附帶一提的，重置開關SW1的一端耦接至轉導放大器OTA的輸出端，其另一端則耦接至參考接地電壓GND。重置開關SW1依據控制信號CTRL以導通或斷開，並且，當重置開關SW1 依據控制信號CTRL而導通時，電容C3中的電荷可以透過導通的重置開關SW1進行放電，並使電容C3的兩端的電壓差在接收下一次斜波電流IRMP前，可以保持等於零伏特。由於輸出信號VOUT的漣波部份是週期性的產生的，因此斜波電流IRMP也對應為週期性的被產生，也因此，重置開關SW1的導通及斷開動作，也會週期性的交互發生。

在本實施例中，固定導通時間信號產生器310包括驅動器311、邏輯運算電路312、加法器313以及比較器CMP1。加法器313接收來自電容C3的斜波電壓VRMP以及分壓電壓DVOUT以進行電壓加成的動作，並據以產生回授電壓VFB。比較器CMP1則針對回授電壓VFB以及參考信號REF進行比對，並將比較結果傳送至邏輯運算電路312。邏輯運算電路312針對比較器CMP1所產生的比較結果進行邏輯運算，並將邏輯運算傳送至驅動器311。驅動器311耦接邏輯運算電路312，接收並依據邏輯運算的運算結果來產生驅動信號DRV1及DRV2。

在此，邏輯運算電路312以及驅動器311的動作細節，為本領域具通常知識者所熟知的技術，在此恕不多贅述。

此外，本實施例中的漣波注入電路320並非直接接收輸出信號VOUT，而是接收透過分壓電路330依據輸出信號VOUT來進行分壓所產生的分壓電壓DVOUT來進行漣波部分的擷取動作。在此，分壓電路330包括電阻R1及R2。電阻R1的一端耦接 至電壓轉換器300的輸出端OT，其另一端耦接至漣波注入電路320。電阻R2的一端耦接至電阻R1及電壓轉換器300的輸出端OT，其另一端耦接至參考接地電壓GND。

以下請參照圖3B，圖3B繪示本創作實施例的電壓轉換器300的波形圖。由圖3B可以清楚發現，電壓轉換器300所產生的降壓輸出電壓VOUT可具有穩定的漣波。

以下請參照圖4A，圖4A繪示本創作另一實施例的電壓轉換器400的示意圖。電壓轉換器300包括固定導通時間信號產生器410、漣波注入電路420、分壓電路430、電晶體M1及M2、電感L1以及電容C1。與圖3A的實施例不相同的，加法器413針對參考信號REF以及斜波電壓VRMP進行加成，並產生回授電壓VFB。比較器CMP1再針對回授電壓VFB以及分壓電壓DVOUT進行比較，並將比較結果傳送至邏輯運算電路412，使邏輯運算電路412可據以產生驅動信號DRV1及DRV2。

以下請參照圖4B，圖4B繪示本創作實施例的電壓轉換器400的波形圖。由圖4B可以清楚發現，電壓轉換器400所產生的降壓輸出電壓VOUT同樣可具有穩定的漣波。

綜上所述，本創作透過擷取輸出信號的漣波部份，來使固定導通時間信號產生器依據漣波部份、輸出信號以及預設的參考信號來產生驅動信號，並進以控制電壓轉換器中的電晶體的切換動作。如此一來，電壓轉換器便可產生具有穩定漣波的降壓輸 出電壓。

200‧‧‧電壓轉換器

210‧‧‧固定導通時間信號產生器

220‧‧‧漣波注入電路

M1、M2‧‧‧電晶體

L1‧‧‧電感

C1‧‧‧電容

VIN‧‧‧電源電壓

DRV1、DRV2‧‧‧驅動信號

GND‧‧‧參考接地電壓

OT‧‧‧輸出端

VOUT‧‧‧輸出信號

REF‧‧‧參考信號

Claims (13)

1. 一種電壓轉換器，包括：一固定導通時間信號產生器，產生一第一驅動信號以及一第二驅動信號；一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一電源電壓，其控制端接收該第一驅動信號；一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，該第二電晶體的第一端耦接該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收該第二驅動信號，該第二電晶體的第二端耦接至一參考接地電壓；一電感，串接在該第一電晶體的第二端與該電壓轉換器的輸出端間，該電壓轉換器的輸出端上產生一輸出信號；以及一漣波注入電路，耦接至該輸出信號，並依據該輸出信號以產生一漣波注入信號，其中，該固定導通時間信號產生器依據該漣波注入信號、該輸出信號以及一參考信號以產生該第一及該第二驅動信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換器，其中該漣波注入電路依據該輸出信號以產生一斜波電流，並依據該斜波電流來產生一斜波電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換器，其中該漣波注入電路包括：一轉導放大器，其一輸入端接收該輸出信號，另一輸入端接收該參考接地電壓，其輸出端產生該斜波電流；以及一電容，其第一端耦接該轉導放大器的輸出端及該固定導通時間信號產生器，其第二端耦接至該參考接地電壓，該電容接收該斜波電流並在其第一端產生該斜波電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電壓轉換器，其中該漣波注入電路更包括：一重置開關，與該電容並連耦接，該重置開關依據一控制信號以導通或斷開。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器加成該輸出信號以及該斜波電壓以產生一回授信號，該固定導通時間信號產生器並依據比較該回授信號以及該參考信號以產生該第一及該第二驅動信號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器包括：一加法器，針對該輸出信號以及該斜波電壓進行加法運算以產生該回授信號；以及一比較器，接收該回授信號以及該參考信號，該比較器並依據比較該回授信號以及該參考信號來產生一比較結果，其中，該固定導通時間信號產生器依據該比較結果來產生該第一及該第二驅動信號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器更包括：一邏輯運算電路，耦接該比較器的輸出端，接收並針對該比較結果以進行一邏輯運算；以及一驅動器，耦接該邏輯運算電路，接收並依據該邏輯運算的運算結果來產生該第一及該第二驅動信號。
8. 如申請專利範圍第2項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器加成該輸出信號以及該斜波電壓以產生一回授信號，該固定導通時間信號產生器並依據比較該回授信號以及該參考信號以產生該第一及該第二驅動信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器包括：一加法器，針對該參考信號以及該斜波電壓進行加法運算以產生該回授信號；以及一比較器，接收該回授信號以及該輸出信號，該比較器並依據比較該回授信號以及該輸出信號來產生一比較結果，其中，該固定導通時間信號產生器依據該比較結果來產生該第一及該第二驅動信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電壓轉換器，其中該固定導通時間信號產生器更包括：一邏輯運算電路，耦接該比較器的輸出端，接收定針對該比較結果以進行一邏輯運算；以及一驅動器，耦接該邏輯運算電路，接收並依據該邏輯運算的運算結果來產生該第一及該第二驅動信號。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換器，其中更包括：一輸出電容，其一端耦接至該電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至該參考接地電壓，其中，該輸出電容為低等效串聯電阻的電容。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換器，其中更包括：一分壓電路，耦接在該漣波注入電路耦接該輸出信號的路徑間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電壓轉換器，其中該分壓電路包括：一第一電阻，其一端耦接至該電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至該漣波注入電路；以及一第二電阻，其一端耦接至該第一電阻及該電壓轉換器的輸出端，其另一端耦接至該參考接地電壓。