CN104009628B - 电压转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压转换器，包括固定导通时间信号产生器、第一晶体管、第二晶体管、电感以及涟波注入电路。固定导通时间信号产生器产生第一驱动信号以及第二驱动信号。涟波注入电路接收输出信号产生涟波注入信号。其中，固定导通时间信号产生器依据涟波注入信号、输出信号以及参考信号以产生第一及第二驱动信号。

Description

电压转换器

技术领域

本发明是有关于一种电压转换器，且特别是有关于一种产生稳定涟波输出信号的降压式电压转换器。

背景技术

请参照图1A，图1A为现有的电压转换器100的示意图。电压转换器100包括驱动器110、逻辑运算电路120、比较器CMP1、晶体管M1、M2、电感L1、电容C1以及电阻R1及R2。在电压转换器100中，比较器CMP1通过比较参考信号REF以及反馈信号VFB的比较结果，依序通过逻辑运算电路120以及驱动器110来产生驱动信号DRV1以及DRV2。另外，晶体管M1接收电源电压VIN。

在电压转换器100中，当比较器CMP1比较出反馈电压VFB低于参考电压REF时，晶体管M1依据驱动信号DRV1来导通一段时间，并使降压输出电压VOUT对应上升，之后晶体管M1依据驱动信号DRV1断开而晶体管M2依据驱动信号DRV2导通，而降压输出电压VOUT又下降直到反馈电压VFB再次低于参考电压REF时，晶体管M1再依据驱动信号DRV1来导通一段时间。

在当电容C1的等效串联电阻ESR太低时，请参照图1B，图1B为电压转换器100的动作波形图。其中的反馈电压VFB上的涟波部分将会很不明显，并致使降压输出电压VOUT上的涟波现象呈现很不稳定的状态，而降低了降压输出电压VOUT的品质。

发明内容

本发明提供一种电压转换器，有效产生具有稳定涟波的输出信号。

本发明提出一种电压转换器，包括固定导通时间信号产生器、第一晶体管、第二晶体管、电感以及涟波注入电路。固定导通时间信号产生器产生第一驱动信号以及第二驱动信号。第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收电源电压，其控制端接收第一驱动信号。第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，第二晶体管的第一端耦接第一晶体管的第二端，第二晶体管的控制端接收第二驱动信号，第二晶体管的第二端耦接至参考接地电压。电感串接在第一晶体管的第二端与电压转换器的输出端间。电压转换器的输出端上产生输出信号。涟波注入电路接收输出信号产生涟波注入信号。其中，固定导通时间信号产生器依据涟波注入信号、输出信号以及参考信号以产生第一及第二驱动信号。

在本发明的一实施例中，上述的涟波注入电路依据涟波部分以产生斜波电流，并依据斜波电流来产生斜波电压。

在本发明的一实施例中，上述的涟波注入电路包括转导放大器以及电容。转导放大器的一输入端接收输出信号，另一输入端接收参考接地电压，其输出端产生斜波电流。电容的第一端耦接转导放大器的输出端及固定导通时间信号产生器，其第二端耦接至参考接地电压，电容接收该斜波电流并在其第一端产生斜波电压。

在本发明的一实施例中，上述的涟波注入电路还包括重置开关。重置开关与电容并连耦接，重置开关依据控制信号以导通或断开。

在发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器加成输出信号以及斜波电压以产生反馈信号。固定导通时间信号产生器并依据比较反馈信号以及参考信号以产生第一及第二驱动信号。

在本发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器包括加法器以及比较器。加法器针对输出信号以及斜波电压进行加法运算以产生反馈信号。比较器接收反馈信号以及参考信号。比较器并依据比较反馈信号以及参考信号来产生比较结果。其中，固定导通时间信号产生器依据比较结果来产生第一及第二驱动信号。

在发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器还包括逻辑运算电路以及驱动器。逻辑运算电路耦接比较器的输出端。逻辑运算电路接收并针对比较结果以进行逻辑运算。驱动器耦接逻辑运算电路，接收并依据逻辑运算电路所进行的逻辑运算的运算结果来产生第一及第二驱动信号。

在发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器加成参考信号以及斜波电压以产生反馈信号。固定导通时间信号产生器并依据比较反馈信号以及输出信号以产生第一及第二驱动信号。

在发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器包括加法器以及比较器。加法器针对参考信号以及斜波电压进行加法运算以产生反馈信号。比较器接收反馈信号以及输出信号。比较器并依据比较反馈信号以及输出信号来产生比较结果。其中，固定导通时间信号产生器依据比较结果来产生第一及第二驱动信号。

在发明的一实施例中，上述的固定导通时间信号产生器还包括逻辑运算电路和驱动器。逻辑运算电路耦接比较器的输出端。逻辑运算电路接收并针对比较结果以进行逻辑运算。驱动器耦接逻辑运算电路，接收并依据逻辑运算电路所进行的逻辑运算的运算结果来产生第一及第二驱动信号。

在发明的一实施例中，电压转换器还包括输出电容。输出电容的一端耦接至电压转换器的输出端，其另一端耦接至参考接地电压。其中，输出电容为低等效串联电阻的电容。

在发明的一实施例中，电压转换器还包括分压电路。分压电路耦接在涟波注入电路耦接输出信号的路径间。

在发明的一实施例中，上述的分压电路包括第一电阻以及第二电阻。第一电阻的一端耦接至电压转换器的输出端，其另一端耦接至涟波注入电路。第二电阻的一端耦接至第一电阻及电压转换器的输出端，其另一端耦接至参考接地电压。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为现有的电压转换器100的示意图；

图1B为电压转换器100的动作波形图；

图2为本发明一实施例的电压转换器200的示意图；

图3A为本发明另一实施例的电压转换器300的示意图；

图3B为本发明实施例的电压转换器300的波形图；

图4A为本发明另一实施例的电压转换器400的示意图；

图4B为本发明实施例的电压转换器400的波形图。

附图标记说明：

100、200、300、400：电压转换器；

110、311、411：驱动器；

120、312、412：逻辑运算电路；

CMP1：比较器；

210、310、410：固定导通时间信号产生器；

220、320、420：涟波注入电路；

313、413：加法器；

330、430：分压电路；

M1、M2：晶体管；

L1：电感；

C1、C2、C3：电容；

VIN：电源电压；

DRV1、DRV2：驱动信号；

GND：参考接地电压；

OT：输出端；

VOUT：输出信号；

REF：参考信号；

VFB：反馈电压；

ESR：等效串联电阻；

OTA：转导放大器；

IRMP：斜波电流；

VRMP：斜波电压；

CTRL：控制信号；

SW1：重置开关；

R1、R2：电阻100：电子装置。

具体实施方式

请参照图2，图2为本发明一实施例的电压转换器200的示意图。电压转换器200为一种降压式电压转换器，包括固定导通时间信号产生器210、涟波注入电路220、晶体管M1及M2、电感L1以及电容C2。固定导通时间信号产生器210用来产生驱动信号DRV1以及驱动信号DRV2。晶体管M1具有第一端、第二端以及控制端，晶体管M1的第一端接收电源电压VIN，晶体管M1的控制端接收驱动信号DRV1以导通或断开。晶体管M2具有第一端、第二端以及控制端，晶体管M2的第一端耦接晶体管M1的第二端，晶体管M2的控制端接收驱动信号DRV2以导通或断开，晶体管M2的第二端耦接至参考接地电压GND。附带一提的，输出电容C2(未示出)串接在输出端OT以及参考接地电压GND间。输出电容C2可以是低等效串联电阻(effectiveseries resistance，ESR)的电容。

电感L1串接在晶体管M1的第二端与电压转换器200的输出端OT间，电压转换器200的输出端OT上产生输出信号VOUT。涟波注入电路220则耦接至输出信号VOUT，以采集输出信号VOUT的涟波部分。其中，固定导通时间信号产生器210依据涟波注入电路220所采集的涟波部分、输出信号VOUT以及参考信号REF以产生驱动信号DRV1及DRV2。

具体说明，在本实施例中，涟波注入电路220采集输出信号VOUT的电压产生涟波注入信号至固定导通时间信号产生器210中。固定导通时间信号产生器210则同时依据输出信号VOUT、参考信号REF以及涟波注入信号来产生驱动信号DRV1及DRV2。举例来说，固定导通时间信号产生器210可针对输出信号VOUT及涟波注入信号进行加成，并把加成的结果与参考信号REF进行比较，再依据比较的结果来产生驱动信号DRV1及DRV2。或者，固定导通时间信号产生器210也可针对参考信号REF及依据输出信号VOUT所产生的涟波注入信号进行加成，并把加成的结果与输出信号VOUT进行比较，再依据比较的结果来产生驱动信号DRV1及DRV2。

值得注意的是，通过依据输出信号VOUT的涟波部分来产生驱动信号DRV1及DRV2，在输出电容C2为低等效串联电阻的电容时，依据输出信号VOUT所产生的涟波注入信号也可以被加强以产生驱动信号DRV1及DRV2。如此一来，电压转换器200可以产生具有稳定涟波的输出信号VOUT。

以下请参照图3A，图3A为本发明另一实施例的电压转换器300的示意图。电压转换器300包括固定导通时间信号产生器310、涟波注入电路320、分压电路330、晶体管M1及M2、电感L1以及电容C1。

涟波注入电路320包括转导放大器OTA、电容C3以及重置开关SW1。转导放大器OTA的一输入端接收依据输出信号VOUT进行分压所产生的分压电压DVOUT，转导放大器OTA的另一输入端接收参考接地电压GND，转导放大器OTA的输出端产生斜波电流IRMP。也就是说，涟波注入电路320中的转导放大器OTA通过采集输出信号VOUT的涟波部分，并转换所采集的涟波部分为斜波电流IRMP。电容C3耦接转导放大器OTA的输出端以接收斜波电流IRMP以进行充电，并藉以产生斜波电压VRMP。

附带一提的，重置开关SW1的一端耦接至转导放大器OTA的输出端，其另一端则耦接至参考接地电压GND。重置开关SW1依据控制信号CTRL以导通或断开，并且，当重置开关SW1依据控制信号CTRL而导通时，电容C3中的电荷可以通过导通的重置开关SW1进行放电，并使电容C3的两端的电压差在接收下一次斜波电流IRMP前，可以保持等于零伏特。由于输出信号VOUT的涟波部分是周期性产生的，因此斜波电流IRMP也对应为周期性的被产生，也因此，重置开关SW1的导通及断开动作，也会周期性的交互发生。

在本实施例中，固定导通时间信号产生器310包括驱动器311、逻辑运算电路312、加法器313以及比较器CMP1。加法器313接收来自电容C3的斜波电压VRMP以及分压电压DVOUT以进行电压加成的动作，并据以产生反馈电压VFB。比较器CMP1则针对反馈电压VFB以及参考信号REF进行比对，并将比较结果传送至逻辑运算电路312。逻辑运算电路312针对比较器CMP1所产生的比较结果进行逻辑运算，并将逻辑运算传送至驱动器311。驱动器311耦接逻辑运算电路312，接收并依据逻辑运算的运算结果来产生驱动信号DRV1及DRV2。

在此，逻辑运算电路312以及驱动器311的动作细节，为本领域技术人员所熟知的技术，在此恕不多赘述。

此外，本实施例中的涟波注入电路320并非直接接收输出信号VOUT，而是接收通过分压电路330依据输出信号VOUT来进行分压所产生的分压电压DVOUT来进行涟波部分的采集动作。在此，分压电路330包括电阻R1及R2。电阻R1的一端耦接至电压转换器300的输出端OT，其另一端耦接至涟波注入电路320。电阻R2的一端耦接至电阻R1及电压转换器300的输出端OT，其另一端耦接至参考接地电压GND。

以下请参照图3B，图3B为本发明实施例的电压转换器300的波形图。由图3B可以清楚发现，电压转换器300所产生的降压输出电压VOUT可具有稳定的涟波。

以下请参照图4A，图4A为本发明另一实施例的电压转换器400的示意图。电压转换器300包括固定导通时间信号产生器410、涟波注入电路420、分压电路430、晶体管M1及M2、电感L1以及电容C1。与图3A的实施例不相同的，加法器413针对参考信号REF以及斜波电压VRMP进行加成，并产生反馈电压VFB。比较器CMP1再针对反馈电压VFB以及分压电压DVOUT进行比较，并将比较结果传送至逻辑运算电路412，使逻辑运算电路412可据以产生驱动信号DRV1及DRV2。

以下请参照图4B，图4B为本发明实施例的电压转换器400的波形图。由图4B可以清楚发现，电压转换器400所产生的降压输出电压VOUT同样可具有稳定的涟波。

综上所述，本发明通过采集输出信号的涟波部分，来使固定导通时间信号产生器依据涟波部分、输出信号以及预设的参考信号来产生驱动信号，并进以控制电压转换器中的晶体管的切换动作。如此一来，电压转换器便可产生具有稳定涟波的降压输出电压。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电压转换器，其特征在于，包括：

一固定导通时间信号产生器，产生一第一驱动信号以及一第二驱动信号；

一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一电源电压，其控制端接收该第一驱动信号；

一第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，该第二晶体管的第一端耦接该第一晶体管的第二端，该第二晶体管的控制端接收该第二驱动信号，该第二晶体管的第二端耦接至一参考接地电压；

一电感，串接在该第一晶体管的第二端与该电压转换器的输出端之间，该电压转换器的输出端上产生一输出信号；以及

一涟波注入电路，耦接至该输出信号，并依据该输出信号以产生一涟波注入信号，

其中，该固定导通时间信号产生器依据该涟波注入信号、该输出信号以及一参考信号以产生该第一及该第二驱动信号，

该涟波注入电路依据该输出信号以产生一斜波电流，并依据该斜波电流来产生一斜波电压，该涟波注入电路包括：

一转导放大器，其一输入端接收该输出信号，另一输入端接收该参考接地电压，其输出端产生该斜波电流；

一电容，其第一端耦接该转导放大器的输出端及该固定导通时间信号产生器，其第二端耦接至该参考接地电压，该电容接收该斜波电流并在其第一端产生该斜波电压；以及

一重置开关，与该电容并联耦接，该重置开关依据一控制信号以导通或断开。

2.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器加成该输出信号以及该斜波电压以产生一反馈信号，该固定导通时间信号产生器并依据比较该反馈信号以及该参考信号以产生该第一及该第二驱动信号。

3.根据权利要求2所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器包括：

一加法器，针对该输出信号以及该斜波电压进行加法运算以产生该反馈信号；以及

一比较器，接收该反馈信号以及该参考信号，该比较器依据比较该反馈信号以及该参考信号来产生一比较结果，

其中，该固定导通时间信号产生器依据该比较结果来产生该第一及该第二驱动信号。

4.根据权利要求3所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器还包括：

一逻辑运算电路，耦接该比较器的输出端，接收并针对该比较结果以进行一逻辑运算；以及

一驱动器，耦接该逻辑运算电路，接收并依据该逻辑运算的运算结果来产生该第一及该第二驱动信号。

5.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器加成该参考信号与该斜波电压以产生一反馈信号，该固定导通时间信号产生器依据比较该反馈信号以及该输出信号以产生该第一及该第二驱动信号。

6.根据权利要求5所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器包括：

一加法器，针对该参考信号以及该斜波电压进行加法运算以产生该反馈信号；以及

一比较器，接收该反馈信号以及该输出信号，该比较器依据比较该反馈信号以及该输出信号来产生一比较结果，

其中，该固定导通时间信号产生器依据该比较结果来产生该第一及该第二驱动信号。

7.根据权利要求6所述的电压转换器，其特征在于，该固定导通时间信号产生器还包括：

一逻辑运算电路，耦接该比较器的输出端，接收并针对该比较结果以进行一逻辑运算；以及

一驱动器，耦接该逻辑运算电路，接收并依据该逻辑运算的运算结果来产生该第一及该第二驱动信号。

8.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：

一输出电容，其一端耦接至该电压转换器的输出端，其另一端耦接至该参考接地电压，

其中，该输出电容为低等效串联电阻的电容。

9.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：

一分压电路，耦接在该涟波注入电路耦接该输出信号的路径间。

10.根据权利要求9所述的电压转换器，其特征在于，该分压电路包括：

一第一电阻，其一端耦接至该电压转换器的输出端，其另一端耦接至该涟波注入电路；以及

一第二电阻，其一端耦接至该第一电阻的另一端，其另一端耦接至该参考接地电压。