TWI279969B

TWI279969B - A startup circuit for a DC-DC power converter, a DC-DC converter and a method of starting a DC-DC converter into a precharged output voltage

Info

Publication number: TWI279969B
Application number: TW094101584A
Authority: TW
Inventors: Gustavo J Mehas; James W Leith; Brandon D Day
Original assignee: Intersil Inc
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2007-04-21
Also published as: CN100466432C; TW200531416A; CN1665114A; US7034586B2; US20050194951A1

Description

1279969 九、發明說明：相關申請案交互參照本發明係根據申請於2 0 ◦ 4年3月5曰之美國臨時專利申請案第60/550，292號，該案之整體揭示係於此併入作為參考。本案係關於下列審理中之美國專利申請案，該案係具有與本案相同之共同申請人及至少一個共同的發明人，且其之整體係於此併入作為參考：流水號檔案編號名稱 1 0/7 7 5,5 6 0 INSL. 0090 直流至直流轉換器之起動電路【發明所屬之技術領域】本發明係關於一個脈波寬度調變功率調整器及/或直流至直流轉換器，且更特別係關於用於起動成為一個預先充電或預先偏壓負載之脈波寬度調變切換的直流至直流轉換器之方式。 _ 【先前技術】一個脈波寬度調變之直流至直流轉換器之典型的起動順序係為以一個由〇伏特至一個目標VREF設定點電壓準位之斜坡訊號輸入至一個反饋控制誤差放大器之非反相輸入端或正輸入端。該誤差放大器係為一個反饋控制迴路之一部分，該反饋控制迴路係藉由比較該參考電壓VREF及一個、根據輸出電壓V0UT之一個感測到部分之訊號而調整一個輸 ' 出電壓V0UT。於一個示範性本體型轉換器中，該脈波寬度調變控制電路係提供一個控制一個閘極驅動器之脈波寬度 1279969 調變訊號’該脈波寬度調變乃文汛諕係進一步控制一對切換裝置，以轉換一個輸入電塵成為該調整過的輸出電壓。該對切換裝置係包含-個上方切換裝置及一個下方切換裝置， =㈣裝置及該下方切換裝置典型地係實施為一個金氧半導體場效電晶體對。假如該轉換器係起動成為一個預先偏壓負載，諸如者 :二已經被充電時’則係能夠很可能損壞暫態電流，：為丽係小於該反饋訊號。特別是，因為該反饋迴路係企圖藉由比較根據丽之該反饋訊號之該電壓準位及在該等差放大器之輸人端處之VREF而調整麵，其中，該反饋訊號係已經為高準位且聰係於起動時為斜坡電壓，所以今控制電路係企圖藉由“導通，，輸出切換裝置（例如，㈣裝置對之下方裝置）而將_τ拉低。於此情^，該下方的裝置係能夠導通足夠久，以超過其之熱限制。湧電流传 =夠導致對於晶片上之元件的重縫力，可能造成大變動的失敗。此外，這些湧電流係導致該輸出電麼之“非單調值：或變化’於某些情況下，該輸出電壓之“非單調值,，或文化係能夠導致下游的積體電路閂鎖住且失效。吾人係期望防止下方切換裝置維持導通太久，且防止該輪出電壓中之不期望的變化，特別是在起動時。【發明内容】 ^根據本發明之一個示範性實施例之一種用於直流至直流功率轉換器之起動電路’其係包含—個第一電路、—個第二電路及-個比較器。該直流至直流功率轉換器係包含 1279969 ^ 放大，其係提供一個補償訊號至一個脈波寬度交電路4脈波寬度調變電路係使用該補償訊號及一個三角脈波寬度調變波形’以產生—個脈波寬度調變訊號，以控制一個切換電路，該切換電路係轉換一個輸入電壓成 $個相對於-個共同功率參考電壓之輸出電壓。該切換电路係包含一個致能輸入端，使得該直流至直流功率轉換器之該輸出係被該起動電路致能。該第一電路係建立用於該三角脈波寬度調變波形之一個最小峰值電壓及一個最大峰值電壓。該第二電路係建立個參考電壓，该參考電壓係具有一個與該輸出電壓為線性的關係。特別是，該參考電壓之範圍係由該最小峰值電壓至該最大峰值電壓，而該輸出電壓之範圍係由該共同功率參考電壓至該輸入電壓之準位。該比較器係具有：一個第一輸入端，其係用於接收該補償訊號；一個第二輸入端，其係接收該參考電壓；及一個輸出端，其係提供該致能訊號至該切換電路之該致能輸入端。於一個實施例中，該第二電路係包含一個提供一個偏壓節點之偏壓電路，一個參考電阻器，第一及第二電流產生器及第一及第二電流鏡電路。該參考電阻器係連接於該偏壓節點及一個產生該參考電壓之參考節點之間。該第一電流產生器係產生一個第一電流，其係正比於該輸入電壓。該第二電流產生器係產生一個第二電流，其係正比於該輸出電壓。該第一電流鏡電路係施加由該偏壓節點經過該參考電阻器至該參考節點之第一電流。該第二電流鏡電 1279969 路係施加由該參考筋點黛· 彳m亥參考電器至該偏壓節點之槿：：第一及第二電流產生器及該參考電阻器係建 ^得·假如該輸出電壓係為該共同功率參考電壓，則 μ多f壓係大約等於該最小峰值電$，壓俾A 士穸心a + π 饭如5亥輸出電大壓之準位’則該參考電壓係大約等於該最大峰值電壓。於：個更特定實施例中’該起動電路係包含第一及第二阻：及一個第三電流鏡電路。該第一電阻器及第二電 '之母一個係具有大約與該參考電阻器相同之電阻值， ::第：第電阻器：第二電阻器之每-個係皆連接至該偏壓 "—電/7lL鏡電路係施加該第一電流至該第一電阻器，且由該第二電阻器没取該第一電流’使得^一 = ==生該最大峰值電壓且該第二電阻器係產生該最小峰。再者，該第二電流產生器係可以建構成：假如該堅係大約等於該輸入電壓，則該第二電流產生器係產生弟一電流為該第一電流之電流準位之兩倍。 »一該起動電路係可以進一步包含：一個第壓器，該壓器係將該輸入電壓分割’以提供一個輸入感測電二’ -個第二分壓器，該第二分壓器係將該輸出電壓分，u提供一個輸出感測電壓。於此情況下，哕產生器係可以包含一個第一互導放大器，其係入感測電壓之輸入端及一個輸出端，該輪出端係產生通過-㈣三電阻器之第—電流’以維持其之電壓於大約與该輸入感冑電壓相同之電壓準位。㈣二電流產生器 1279969 係可以包含一個第二互導放大器， ψ . ,ΒΪ ^ ^ 、你具有一個接收該輸出感測電壓之輸入端及一個輸出 _ ^ 輸出端係產生通過輪Ψ β、目丨帝π 、夺八之電壓於大約與該輸出感測電壓相同之電壓準位，並 ± ^ ^ _ 八Τ，忒第三電阻器係具有忒弟四電阻器之電阻值大約兩倍之電阻值。曲該直流至直流功率轉換器係包含一個輸出電感器，Α /、型地係連接於一個產生該輸 : Z路之一個中間相位節點之間。於-個實施例中，該第二電流產生器係透過該相位節點感測該輸出電壓。於一個替代實施例中，該第— 哭n a κ 罘一電路係包含：第一電阻為及第一電阻器；兩個放大器，1 这给+ + ，、係包含一個緩衝放大器；及第-電〜裝置及第二電流裝置。該第一電阻㈣於接收該輸入電壓之第-端及-個第二端。該第二電阻益係具有一個用於接收兮於山+ r~ W狀接㈣輸出電壓之第_端及— 該麥考電壓之第-端，以乃且士口口 #」而u及具有一個大約等於該第一電阻态之電阻值。該第_放夫51從益係具有一個接收該最大峰值電塵之反相輸入端’一個連接至該第一電阻器之該第二端之非反相輸^以及—個輸出端。該緩衝放大器係維持其之輸出為該最小峰值雷慰。句 ^ U °亥第一電流裝置係具有-個連接於電阻11之該第二端及該緩衝放大II之該輸出端之間t電流路徑，且係具有一個連接至該第一放大器之該輸出知之控制輸入端。該第二電流梦署展诸拔Λ、杏游 ^ 电机展置係建構成實質上類似 :、:亥-1机裝置’且係具有-個連接於該第二電阻器之

έ亥弟'—端及该緩衝放大5|夕i k I 友衡放大益之5亥輪出端之間之電流路徑，且 10 1279969 係具有一個連接至該第一放大器之該輸出端之控制輸入端。於此情況下，該第一放大器係控制該第一電流裝置，以維持該第一電阻器之該第二端之電壓為大約等於該最大锋值電壓。因此，該些裝置之該些電流路徑係產生大約相同之電阻值，以均等地分割該輸入電壓及該輸出電壓。根據本發明之另一個實施例的一種直流至直流轉換器係包含一個輸出切換電路，一個誤差放大器，脈波寬度調變邏輯電路及一個起動電路。該輸出切換電路係具有一個用於接收一個致能訊號之致能輸入端，使得當被致能時，可切換地施加一個輸入電壓至一個輸出電感器，以根據一個脈波寬度調變訊號產生一個輸出電壓。該誤差放大器係根據與一個參考電壓比較之輸出電壓反饋訊號而產生一個補償電1。該脈波寬度調變邏輯電路係根據該補償電壓及一個範圍為最小斜坡電塵至最大斜坡電壓之斜坡訊號而產生該脈波寬度調變訊號。該起動電路係包含一個參考電路及一個比較器。該參考電路係產生該參考電壓，以使用一個相對於該輸出電壓之線性之方式，於該輸出電壓為零之情況下的最小斜坡電麼及於該輸出電壓係為與該輸入電壓相同之電塵之情況下的最大斜坡電壓之間變化。該比㈣係比較該補償《及該參考電塵，且提供該致能訊號。根據本發明之一個實施 5, ^ ^ ^ ^ ^種起動直流至直流轉換口口成為預充電輸出電壓之方 i 輸出電壓為線性關俜夫一 n纟一個與該範圍為Μ 其中’當該輸出電壓之 ^個輸入電壓準位之間時，該參考電壓之範圍 1279969 係為一個脈波寬度調變三角波形之一個最小電壓準位及一個最大電壓準位之間；及當該參考電壓係大約等於由一個比較遠參考電壓及表示該輪出電壓之一個反饋訊號之誤差放大器所產生之一個補償訊號時，致能該直流至直流轉換器之輸出切換。違產生一個參考電壓之方法係可以包含：根據經過於一個第一節點處連接在一起之第一及第二電阻器之輸入電

壓而施加一個第一電流，以產生該脈波寬度調變三角波形之该最小電壓準位及該最大電壓準位；施加該第一電流於個通過一個第三電阻器之方向，該第三電阻器係具有一個連接至该第一節點之第一端且具有一個產生該參考電壓之第二端；及根據於相反方向通過該第三電阻器之輸出電壓而施加一傭第二電流。可替代的是，該產生一個參考電壓之方法係可以包含：連接一個第一電阻器於該輸入電壓及一個第一節點之間，連接一個第二且等電阻值之電阻器於該輸出電壓及一個第二節點之間；連接一個第一電晶體之電流路徑於該第一節點及一個第三節點之間；連接一個第二電晶體之電^流路徑於該第二節點及該第三節點之間；維持該第三節點之電壓於泫脈波寬度調變三角波形之該最小電壓丨1，她加一個控制訊號至該第一電晶體，以維持該第一節點之電芦於該脈波寬度調變三角波形之該最大電壓準位，其中，聖第一電晶體之電流路徑係產生一個第一電阻值； Λ ’及知力口兮控制訊號至該第二電晶體，使得其之電流路徑係維持嗲第 12 1279969 二節點及第三節點之間之一個電阻值為等於該第一電阻值0 【實施方式】

下列敘述係被呈現，以使該技藝中具有通常知識之人士能夠實施及使用在一個特定應用及其條件之環境之内所提供之本發明。然而，對於該較佳實施例之許多不同的修改係對於熟習該項技術者而言為明顯的，且於此所定義之總體原理係可以應用於其他實施例。因此，本發明係不打异文限於於此所圖示及敘述之特定實施例，而係符合於此所揭示之原理及新穎特色一致之最廣範圍。 “諸如呈現於申請號為1 0 / 7 7 5，5 6 0之標題為用於一個直流至直流轉換器之起動電路，，之較新的方式係減少起動湧電流，其係藉由當該第一驅動器脈波被偵測到時或者當該補償接腳“C0MP”到達一個典型為等於一個作週期之大約1 〇 %之固定準位時，致動該調整器之輸 =驅動。汤電流係導因於非零之輸出電感器之平均電壓。只有當於驅動器致動時之工作週期一致產生一個等於目前 2輸出預先偏壓電壓V0UT之電壓時，任何於一個固定χ〇Μρ 定堡下（其係等於-個固定工作週期）致動該輸出驅動之起動方式係具有零起動演電流。決定mR之簡化方程式係為VBAR4*VIN，其中，一個星號“木，，係代表相乘，“ d ” :為工作週期，且VIN係為輸入電屢。給定預先充電輸出 ^位之無法預測之特質，在大部分之應时，特別是在起動時，VBAR等於V0UT之機率係為低的。 13 1279969 弟1圖係為根據本發明之一個示範性實施例的一個直流至直流轉換考1 η η ° 0 〇之一個簡化的示意及方塊圖，該直流至直流轉換哭·1 η η〆、口口丄ο 0係包含一個起動電路1 Ο 9 0雖然應瞭解的是本發明伤 ’、同樣可應用於其他形式之功率轉換為，然而為了顯示之目 ^ 、一、目的，该直流至直流轉換器1 0 0係顯示為一個本體剖趟她w I轉換盗。一對開關Q1及Q2係串聯於一個輸入源電壓之個別端甘於一丄 J鸠點之間，其係不為VIN及功率接地 (PGND)。於所示之實施例中，該些開關Q1及Q2係實施為N通道金氧半導體場效電晶體，雖然其他形式之電子開關係可以預想到’包含適合於積體電路製造之半導體門關。上方的開關1係具有其之汲極連接至則，其之間：接收一個上方的閘極控制訊號u G Α τ E，且其之源極係於一個產生一個相位訊號之相位節點pHASE處連接至該下方的開關Q2之;及極纟生之一個節點及該訊號於此係稱為具有相同之名稱，除非特別敘述。下的開關Q2係具有其之汲極連接至PHASE，於其之閘極處接收一個下方的間極控制訊號 LGATE且具有其之源極連接至PGNDe該pHASE節點係經過° 一個輸出電感器L而連接至產生一個輸出訊號ν〇υτ之輸^ 節點。該VOUT訊號係施加至一個負載LD及一個輸出電容器CO，該負載LD及該輸出電容器c〇兩者係參考至接地谷該VOUT訊號係經過一個反饋電路i 1 1作為一個反饋+ 電壓訊號VFB，而反饋至一個控制器1 〇 1，該控制器丄〇一輸出該UGATE訊號及該LGATE訊號，以控制開關Q1及：2 之操作。該PHASE節點典型地亦被提供至該控制器工〇 14 1279969 以用於許多不同的目的，包含過電流偵測。该控制1 0 1係包含一個誤差放大器1 〇 3，脈波寬度調變邏輯電路1 〇 5，閘極控制邏輯電路1 0 7及起動電路109。於典型的結構中，該誤差放大器1〇3係透過該VFB訊號或一個電壓感測訊號（未示出）或其他裝置而感測V0UT，且於其之輸出端產生一個補償訊號C0MP，而長：供至該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 5。如圖所示，VFB 係提供至該控制器1 〇 1内之該誤差放大器1 〇 3的該反相輸入端’雖然替代方法係可以被預想用於感測該輸出。該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 5係包含：一嗰振盪器或類似物（未示出），其係產生一個參考振盪波形（例如，脈波寬度調變三角波形訊號）；及一個脈波寬度調變比較器） (未示出），其係比較該參考波形及該C0MP訊號，以產生一個提供至該閘極控制邏輯電路1 〇 7之脈波寬度調變訊说。根據該脈波寬度調變訊號，該閘極控制邏輯電路1 〇 7係致動該UGATE訊號為高準位，以使該開關Q1導通，且致動該LGATE訊號為低準位，以使該開關q2關閉，以耦合 VIN且透過該輸出電感器L而驅動ν〇υτ之電壓準位。接著，該閘極控制邏輯電路1 〇 7係致動該UGΑΤΕ訊號為低準位且致動該LGATE訊號為高準位，以使Q1關閉且Q2導通。細作係根據该脈波寬度調變訊號之工作週期以此方式觸發。一個典型的起動順序係為以斜坡方式使提供至該誤差放大态1 0 3之該非反相輪入端之VREF訊號由零至一個設 15 1279969 定點電壓準位。假如VOUT係已經預先充電，諸如藉由該負載LD或藉由其他直流至直流轉換器（例如冗餘轉換器或類似物），則該VFB訊號係已經為高準位，且該誤差放大器 1 0 3係拉降COMP為低準位。該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 5係藉由於一個相對低的工作週期下產生該脈波寬度調變訊號而回應，以導致該閘極控制邏輯電路i 〇 7致動該下方的開關Q2 —段不小期間，以企圖減少ν〇υτ。因此，開關Q2係透過該電感器l連接於接地及該預充電νουτ訊號之間一段實質上夠長的期間，可能超過其之熱限制值。一般而言，假如跨於該電感器L上之平均電壓係非為零，則湧電流係被產生，其係可能導致該直流至直流轉換器工〇〇 (例如，開關Q2)或該負載LD之構件之損壞。該起動電路1 0 9係被設置，以防止此不期望之情況。該起動電路1 〇 9係提供一個致能訊號ΕΝ至該閘極控制邏輯電路1 〇 7，以有效地致能及禁能輸出切換。該控制器1 0 1係透過一個參考一個共同電源供應端點或訊號接地（GND)之VCC訊號而接收電力，其中，該vcc訊號係提供至該起動電路1 〇 9。該控制器i 〇 1係包含一個電壓饋入轉送（VFF)接腳，其係以内部方式連接至該起動電路1 0 9，其中，VFF係以外部方式連接至該ΠΝ訊號。該 PHASE訊號及該COMP訊號係提供至該起動電路1 〇 9，該起動電路1 〇 9係經由該COMP訊號而監視該誤差放大器1 〇 3之操作，以決定何時適合於致動該ΕΝκ號以致能輸出切換’以減少或消除不期望的湧電流。 16 1279969 刀換。於一個實施例中’舉例而言’言亥閘極控制邏輯電路 1 〇 7係禁能該些輸出驅動器，使得當該EN訊號被致能為低準位時，該UGATE訊號及^^^訊號兩者係皆被致動為 (未厂:’極控制邏輯電路1 0 7係包含-對輸出驅動器广)°亥對輸出驅動器係根據該脈波寬度調變訊號 :驅動該些開關Q1及⑽之閉極，如同熟習該項技術者所 ;匕外-亥閘極控制邏輯電路丄〇 7典型地係包含擊穿 ” 4 ^輯電路或者類似電路，其係確保於任何給定時間下、，该些開關Q1及Q2中僅一個係為導通的。當該EN訊號 =被致動為高準位時，㈣極控制邏輯電路丨q 7係如正 ^作’且當該EN訊號係被致動為低準位時，該閘極控制邏輯電路1 Q 7係使該些開關Q1及Q2關閉，以禁能輸出低準位且維持低準位。該閘極控制邏輯電路i 〇 7之内部及外部實施例係可以預想到的。一個外部閘極驅動積體電路，舉例而言，係可以建構成具有一個致能輸入端，其係接收該EN訊號或者其之一個版本。於某些實施例中，該閘極控制邏輯電路i 〇 7係使其之輸出成為三態 (tri-state)，以回應於該EN訊號變成低準位，且一個結合該些開關Q1及Q2之分離的驅動器積體電路（未示出）係偵測該三態之情況，且禁能本身。本發明係不受限於該閘極控制邏輯電路i 〇 7或該些開關裝置之任何特定實施例或結構。根據本發明之一個實施例所實施之該起動電路丄〇 9 係提供一種藉由在一個工作週期開始驅動器切換而以最小 17 1279969 3電流起動之方法，其中’跨於該輸出電感器L之該平均 :[係足夠接近零。如此之起動方式係允許該輸出電感器^ 減少的湧電流及該輸出電壓霞中減少的非單調值。藉使用具有等於或代表該輪入電屡ΠΝ之電磨的卿訊^ 、及:有代表孩輸出預先偏壓電壓之電壓的phase訊號，個芬考電！ VREF係相對於該振盈器尖峰至尖峰波形而產 “：其係大約為達成肖於該輸出電感_ L i之平均電壓為幾乎0伏特所需之工作週期。藉由當該⑶Mp電塵達到該參考準位時致動該直流至直流轉換器i Q Q之I些驅動哭: 於該輸出電感…之㈣電流係於一個預先偏壓起動情況期間被最小化。換句話說’藉由僅當一個本體調整器之c〇Mp接腳已铖到達一個產生一個實質上等於叩叮之電壓“vbar，，之工作週期時致能該本體調整器之輸出驅動，根據本發明之一個實施例的-㈣統係導㈣電感胃L之平均錢接近〇伏特’藉此最小化在起動期間任何系統起動湧電流及，或 “非單調值”。如此之系統及方法係最小化上述起動不規則對於該系統之任何可能的損壞。於-個切換調整器中，該工作週期係藉由該簡化的方程式VOUT=D*VIN而決定該輸出電壓。於該系統中之雜散損失係將條件加入至該方程式，然而為了敘述之目的，係被認為可忽略的。該調整器之該工作週期係於一個電壓模式調整器中被該COMP接腳之電壓及一個振盪器斜坡波形之交集所設定’該振盪器斜坡波形於此係敘述為一個三角形波 18 1279969 形。當該COMP接腳電壓係在該斜坡最大值（νΜΑχ)2上時，該調整器係操作於D=1 (或者χ 0 〇 %工作週期）。相反地，當该COMP接腳電壓係在該斜坡最小值（謂丨N )之下時，該調整器係操作於D=0 (或者〇 %工作週期）。當c〇Mp之電壓係於VMAX及VMIN之間某處時，該調整器係產生一個在 D- 0及D= 1之間之工作週期。對於大於〇伏特且小於v I n之輸出電壓而言，一個D/C0MP電壓係能夠被找到，其係滿足上述該簡化的方程式。該起動電路丄〇 9係在調整器切換之起始之前實施此類比計算。第2圖係為根據本發明之一個示範性實施例所實施的起動電路1 〇 9之一個更詳細示意圖。該VFF訊號係被電阻器R17及R18分割成為相對於接地（GND)之電壓VA，且係被電容器Cl 1所濾波。該VA訊號係被提供至一個互導放大器G1之該非反相輸入端，該互導放大器gi係具有一個電流驅動輸出，其係具有一個於一個節點2 〇丄處連接至 5亥互導放大器G1之反相輸入端的電流輸出端。該互導放大裔G1之該電流驅動端係與一對比率為1之電流鏡Fi及F4 之電流輸入路徑串接。該互導放大器G〗係操作成驅動節點 2 0 1成為相同的電壓準位va，該電壓準位VA係施加至一個連接接地之電阻器R32。以此方式，該互導放大器gi係產生一個電流I VFF = VA/R32，該電流IVFF係施加至該對比率為1之電流鏡F1及F4之輸入端。該電流鏡F1係具有一個電流驅動輸出，該電流驅動輸出係驅動IVFF至另一對比率為1之電流鏡F2及F3之電流輸入路徑，該對電流鏡F2 19 1279969 及F3係於其之輸出端驅動相同的電流IVFF。該電流鏡F2之該電流驅動輸出係於一個中間節點2 〇 5處與VCC及-個節點2 〇 3之間之一個電阻器r29串聯。因此，該電流鏡F2係透過R29驅動電流IVFF,以於節 ”沾2 0 5產生代表該脈波寬度調變三角波或振盪器斜坡之最大電壓準位之VMAX電壓準位。該電流鏡F3之該電流驅動輸出係於一個中間節點2 〇 7處與接地及該節點2 〇 3 之間之一個電阻器R30串聯。因此，該電流鏡F3係透過R3〇驅動電流IVFF，以於節點2 0 7產生代表該振盪器斜坡之最小電廢準位之VMIN電壓準位。一對分壓電阻器R2i及R28 係於VCC及接地之間串聯，且與一個連接至該節點2 〇 3 之中間接點連接。該節點2 0 3係產生一個為該振盪器斜坡之中間電壓之VMIN及VMAX之間之電壓VMI]D。於一値特疋貫施例中，該些電阻器R21及R28係相等且相對於電阻器R29及R30(例如，6 0千歐姆）相當小的值之電阻器（例如，5千歐姆），使得VMID係設定為大約1 / 2 VCC。因此，VMAX=VMID+IVFF*R29 ，且 VMIN=VMID-IVFF*R30 。該電流鏡F 4之該電流驅動輸出係透過比率為1之電流鏡F5及F6之電流輪入路徑而驅動該電流IVFF。該電流鏡 F5之該電流驅動輸出係連接於VCC及該節點2 〇 3之間，且該電流鏡F 6之該電流驅動輸出係連接於接地及一個節點 2 0 9之間。一個電阻器R31係連接於節點2 〇 3及2 0 9之間，其中，節點2 0 9係產生該VREF訊號。因此，該電流鏡F5係於R31之一端處驅動IVFF至節點2 〇 3之中， 20 1279969 且該電流鏡F6係於R31之另一端處由節點2 〇 9拉引至相同之電流準位IVFF。該PHASE訊號之電壓係被電阻器R34及R35分割成為個相對於接地（GND)之電壓，且係被電容器ci 3所濾波。該VPH訊號係被提供至一個互導放大器G2之該非反相輸入端，該互導放大器G2係具有一個電流驅動輸出，其係具有一個連接至該互導放大器G2之反相輸入端及連接至一個節點2 1 1的電流輸出端。該互導放大器G2係操作成驅動節點2 1 1成為相同的電壓準位VPH，該電廛準位VPH 係施加至一個連接接地之電阻器r33。以此方式，該互導放大器G2係產生一個電流IPH=VPH/R33，該電流iph係施加至一個比率為1之電流鏡F 7之電流輸入路徑。該電流鏡ρ 7 係具有一個電流驅動輸出，該電流驅動輸出係驅動IpH至另一對比率為1之電流鏡F9及F8之電流輸入路徑。該電流鏡F9係於R31之一端處驅動IPH至節點2 〇 9之中，且該電流鏡F8係於R31之另一端處由節點2 〇 3拉引至相同之電流準位IPH。該些電阻器分壓器R17/R18及R34/R35係分別將VFF 及PHASE等量分割。於所示之實施例中，兩者係皆建構成除以 7，使得 VA = l/7 VFF，且 VPH=l/7 PHASE (例如， R17 = R34 = 1 98千歐姆，且R18 = R35 = 33千歐姆）。該些電阻器R29，R30，R31及R32係電阻值相等且為r33之值的兩倍（例如，R29 = R30=R31=R32 = 2*R33，且於一個更明確的實施例中，該些電阻器R29-R32之每一個係為6〇千歐姆，且 21 1279969 R33係30千歐姆）。應注意的是，假如pHASE之電壓係等於VFF之電壓，則該電流IPH係為丨VFF之電流準位的兩倍，以驅動VREF至VMAX，如下文作進一步敘述。該VREF訊號係提供至一個比較器2 i 3之反相輸入端，該比較器2 1 3係接收該C0MP訊號作為其之其他輸入，且其係於其之輸出端驅動該EN訊號。以此方式，vref 係與在COMP接腳處之電壓相比較，使得當該c〇Mp接腳係等於VREF日可，忒轉換裔1 〇〇係於一個相當接近(忽略可能禁止正確匹配之雜散損失）之工作週期下切換。以 =方式，兩個外部的資訊件VIN& ν〇υτ係被使用於此項計 j之中，該些電壓VIN& ν〇υτ係能夠輕易地由數個來源決疋出。於該轉換器1 0 0之情況下，當該饋入轉送方塊係使2此資訊用於振盪器斜坡決定時，其係使用該vff接腳而實施’以提| VIN資訊。可替代的是，假如該電流源係破禁能直到該EN驅動器致能訊號係被致動為止，則該高側，出電流（HS0C)接腳係能夠被使用於測量該輸入電=。當其加入-個負偏移㈣VIN電壓作為其之高側輸出電流之功能時，遲滯該高側輸出電流電流源係期望的。於起動及在切換起始之前，該PHASE節點之電壓係具有一個經過該輪出電感器L且短路成V0UT之直流電，且因此係能夠被使用於提供ν〇υτ資訊。於該轉換器丄〇〇中，邊振盪器斜坡之中間VMID係被設定成丄/ 2 vcc，且於爷 VFF接腳處之電壓係透過使用電流源及單元（例如，等值的）電阻器而設定該斜坡之VMAX & VMIN。藉由使用相同的電流 22 1279969 源及單元電阻器以及由相位推導出且具有由VFF推導出之增益之兩倍之電流源，該參考電壓係能夠被產生。

於上述情況下，萬一 PHASE係等於〇伏特，則vph係為0伏特’且該些電流鏡源F7、F8及F9係關閉，且於yREF

處之電壓係 VREF=VMID-R31*IVFF= VMID-R39*IVFF=VMIN (例如，VREF = VMIN)。假如VOUT係等於VFF，則兩倍電流係被拉引通過該單元電阻器R33，其係消除νρρ且加回一個相等的量，藉此導致 VREF = VMID—R31*IVFF+IpH*R3i= • VMID+IVFF*R31=VMAX(例如，VREF=VMAX)。以此方式，VREF 係與VOUT具有一個線性之關係，且當ν〇ϋτ之範圍係於〇及VIN之間時（例如，對於ν〇υτ=〇而言VREF = VMIN，對於 V〇UT=VIN 而言 VREF = VMAX，對於 v〇UT=l/2 VIN 而言 VREF = VMID)，線性之範圍係於VMIN及νΜΑχ之間。萬一 VOUT係大於VFF，VREF係大於VMAX，在轉換器1 〇 0之情況下，其係受限於該高側開關Q1之一個内部本體一極體成為VFF + 0· 7伏特。在起動之前，該c〇Mp接腳係接地，且因為COMP之輸出係被釋放且該誤差放大器丄〇 3之該非反相輸入端係升高，所以當該非反相輸入端係超過該反相輸入端之電壓時，⑶胛係開始上升。最後，該C0MP接腳係跨過VREF，其係指示其係於達成該輸出電感器l之零平均電壓的最佳工作週期。此時，該EN訊號係被致動，以致能該問極控制邏鞋雷彳欠1 / W W、科冤路丄〇 7之驅動器開始驅動該些開關Q1及Q2 。第3圖係為根據本發明之一個替代實施例所實施的另 23 1279969 一個起動電路3 Ο 〇之一個簡化的示意及方塊圖。第一方塊3 Ο 1及第二方塊3 〇 3係分別產生該脈波寬度調變三角波之最小及最大電壓VMIN及VMAX。這些電壓係可以根據 VCC以一個類似於上述之方式產生。VMAX係提供至一個第一緩衝器/放大器Α1之該反相輸入端，且VMIN係提供至另一個緩衝器/放大器Α2之該非反相輸入端。該緩衝器/ 放大器Α1之輸出端係連接至一個場效電晶體qa之閘極，該場效電晶體QA之汲極係連接至一個節點3 〇 5，該節點 3 0 5係連接至該緩衝器/放大器a 1之該非反相輸入端且至一個單元電阻器R1之一端。該電阻器R1之另一端係連接至VFF。場效電晶體qA之源極係連接至一個節點3 〇 6，該節點3 0 6係連接至該緩衝器/放大器A2之輸出端。該緩衝器/放大器A1之輸出端係連接至另一個場效電晶體卯之閘極，該場效電晶體qB之源極係連接至節點3 〇 6，且 5亥場效電晶體QB之汲極係連接至一個節點3 〇 7，該節點 3 0 7係產生該VREF訊號。節點3 〇 7係連接至另一個單兀電阻器R2之一端且連接至該比較器2 1 3之反相輸入鳊。泫比較器2 1 3係於其之反相輸入端接收該c〇MP訊號，且該比較器2 1 3係於其之輸出端產生εν訊號。R2之另一端係連接至PHASE。該些電阻器R1及R2係相等，且具有相同之電阻值r。於操作時，該緩衝器/放大器係控制場效電晶體 QA以維持該節點3 〇 5為VMAX，且該緩衝器/放大器A2 係維持節點3 〇 6為VMIN。一電流IVFF係流經R1，而建 24 Ϊ279969

立場效電晶體QA之某一個〉及極一源極電阻。因為qa及QB 之VGS相同，所以QB係受到與場效電晶體QA相同之汲極 —源極電阻的控制。以此方式，該電阻器R2及該場效電晶體QB係以一個相對於VFF之比例的量（被R1及qa分割）分割該PHASE節點之電壓，以產生於節點3 〇 7之VREF的電壓，該節點3 0 7係接收流經R2之一電流IPH。應注意的是，假如PHASE之電壓係等於VFF，則VREF = VMAX。意欲當PHASE係為〇時，VREF係下降成VMIN，然而由於該場效電晶體QB之補償電壓，VREF係不完全下降成VMIN。因此，當PHASE傾向於朝向〇時，該起動電路3 〇〇係顯示某些非線性之情況。 ^雖然本發明係已經參照本發明之某些較佳版本而以相虽详細之方式敘述，然而，其他版本及變化係可能的且可以被預想到的。熟習該項技術者應可以瞭解，&習該項技術者係能夠輕易地使用所揭示之觀念及特定實施例作為一個設計或修改其他結構之基礎，以提供本詩之相同目的’而不偏離由中請專利範圍所μ之本發明之精神及範 L圆式簡單說明】施方式及隨附圖 <，本發明之優點、特色及利 |將k成顯明的，其中·· :1圖係為根據本發明之—個示範性實施例的—個 :至直、轉換器之—個簡化流轉換器係包含-個起動電路；纟“至直 25 1279969 第1 γ 2圖係為根據本發明之一個示範性實施例所實施的 ° Λ起動電路之一個更詳細示意圖；第？同/ 、 _ 6圖係為根據本發明之一個替代實施例所實施的另個起動電路之一個簡化的示意及方塊圖。【主要元件符號說明】

10 0 直流至直流轉換器 10 1 控制器 10 3 誤差放大器 10 5 脈波寬度調變邏輯電路 10 7 閘極控制邏輯電路 10 9 起動電路 111 反饋電路 Q1 及 Q2 開關 VIN 輸入源電壓 PGND 功率接地 UGATE 上方的閘極控制訊號 PHASE 相位節點 LGATE 下方的閘極控制訊號 L 輸出電感器 V0UT 輸出訊號 LD 負載 C0 輸出電容器 VFB 反饋電壓訊號 COMP 補償訊號 26 1279969

ΕΝ 致能訊號 GND 訊號接地 VFF 電壓饋入轉送 R17及R18電阻器 VA 電壓 Cll 電容器 G1 互導放大器 2 0 1 節點 2 0 5 中間節點 2 0 7 中間節點 2 0 9 節點 2 11 節點 2 13 比較器 FI 及 F4 電流鏡 R32 電阻器 IVFF 電流 F2 及 F3 電流鏡 R29 電阻器 VMAX 最大電壓準位 R30 電阻器 VMIN 最小電壓準位 R21及R28分壓電阻器 VMID 中間電壓 F5 及 F6 電流鏡 27 1279969

R31 電阻器 R34及 R35 1 電阻器 VPH 電壓 C13 電容器 G2 互導放大器 R33 電阻器 IPH 電流 F7 電流鏡 F9及 F8 電流鏡 HSOC 高側輸出電流 3 0 0 起動電路 3 0 1 最大電壓 3 0 3 最小電壓 3 0 5 節點 3 0 6 節點 3 0 7 節點 A1 第一緩衝器/放, A2 緩衝器/放大器 QA 場效電晶體 R1 單元電阻器 QB 場效電晶體 R2 單元電阻器 28

Claims

1279969 申請專利範圍·· 1 · 一種用於直流至直流功瘟古、ώ s 士力辜轉換器之起動電路，該直&至直流功率轉換器係包含一 y 個誤差放大器，其係提供一個補償訊號至一個脈波寬度調帝玖尨社…、纥電路’该脈波寬度調變电系使用该補償訊號及一個r鱼日if、士命ώ：角脈波寬度調變波形，以產生一個脈波寬度調變訊號， .^ 控制一個切換電路，該切換電路係轉換-個輸人電壓成為—個相對於—個共同功率

:考電壓之輸出電壓，該切換電路係包含一個致能輸入該起動電路係包含： -個第-電路，該第一電路係建立用於該三角脈波寬度調變波形之-個最小峰值電壓及—個最大峰值電壓，· -個第二電路，該第二電路係建立一個參考電壓，該芬考電壓係具有-個與該輸出電壓為線性的關係，其中，該參考電a之範圍係由該最小峰值電麼至該最大峰值電壓，而該輸出電壓之範圍係由該共同功率參考電壓至該輸入電壓之準位； ^

/ -個比較器，言亥比較器係具有：一個第一輸入端，其係用^接收該補償訊^ ; _自第二輸人^，其係接收該參考電I，及一個輸出端，其係提供該致能訊號至該切換電路之該致能輸入端。 2 ·如申請專利範圍第χ項之用於直流至直流功率轉換器之起動電路，其中，該第二電路係包含：一個提供一個偏壓節點之偏壓電路；一個參考電阻器，該參考電阻器係具有：一個連接至 29 1279969 該偏壓節點之第-端及一個連&至一個產生該參考電塵之參考節點之第二端；一個第一電流產生器，該第一電流產生器係產生一個第一電流’其係正比於該輸入電壓；一個第二電流產生器，該第二電流產生器係產生一個第二電流’其係正比於該輸出電壓；一個第一電流鏡電路’該第一電流鏡電路係連接至該

第一電流產生器，其係施加由該偏壓節點經過該參考電阻器至該參考節點之該第一電流；及 —一個第二電流鏡電路，該第二電流鏡電路係連接至該第一電流產生器，其係施加由該參考節點經過該參考電阻器至該偏壓節點之第二電流；其中’ 4第-及第^電流i生器及該參考冑阻器係建構成使得：假如該輸出^壓係為該#同功率參考電壓，則忒參考電壓係大約等於該最小峰值電壓，且假如該輸出電遷係為該輸入電麼之準位，則該參考電壓係大約等於該最大峰值電壓。。3 .如中請專利範圍第2項之用於直流至直流功率轉、器之起動電路’丨中，該直流至直流功率轉換器係包含 :個輸出電感胃’其係連接於一個產生該輸出電磨之輸出 :點：該㈣電路之一個中間相位節點之㈣中，該第、電流產生器係透過該相位節點感測該輸出電壓。 4.如中請專利範圍第2項之用於直流至直流功率轉換器之起動電路，其係進一步包含·· 30 1279969 一個第一電阻器，嗜筮 ”哀弟一電阻器係具有大約與該參考電阻器相同之電阻值，且邊第一電阻器係具有一個連接至該偏壓節點之第一端及一個第二端；一個第二電阻器，嗜笛一 »第一電阻器係具有大約與該參考電阻器相同之電阻值，且β亥第二電阻器係具有一個連接至该偏壓卽點之第一端及一個第二端；一個第三電流鏡電路，1 岭其係連接至該第一電流產生裔，其係施加該第一電流甘〆电机至5亥第一電阻器之該第二端，且 ”係由該第二電阻器之該第二端汲取該第一電流，其二該第-電阻器之該第二端係產生該最大峰值電土且该弟二電阻器之該第二端係產生該最小峰值電屡。 5 ·如_請專利範圍第4項之用於直流換器之起動雷玖，甘丄且机刀手轉 ’、，该第二電流產生器係建構成··假女口 5亥輸出電壓得大& I /糸大^於该輸入電壓’則該第二電流產生、°亥第一電流為該第一電流之電流準位之兩件。換琴Lr請專利範圍第4項之用於直流至直流:率轉換為之起動電路，其係進一步包含： -個第一分器，該第一分壓器係用於將該輸入電壓刀口丨，且提供一個輸入感測電壓； -個第二分壓器’肖第二分壓器係用於將該輸出電壓刀。丨’且提供一個輸出感測電壓； X第一電流產生器係包含一個第一互導放大器，其係 =有:個接收該輸入感測電壓之輸入端及一個輸出端，該勒出端係產生通過一個第三電阻器之第一電流，以維持其 31 1279969 之電壓於大約與該輸入感測電壓相同之電壓準位；該第二電流產生器係包含一個第二互導放大器，其係具有一個接收該輸出感測電壓之輸入端及一個輸出端，該輸出力而係產生通過一個第四電阻器之第二電流，以維持其之電壓於大約與該輸出感測電壓相同之電壓準位，且其中，該第三電阻器係具有該第四電阻器之電阻值大約兩倍之電阻值。

7 ·如申請專利範圍第丄項之用於直流至直流功率轉換器之起動電路，其中，該第二電路係包含·· ▲ -個第-電阻器，該第一電阻器係具有一個用於接收該輸入電壓之第一端及一個第二端； :一個用於接壓之第二端以一個第二電阻器，該第二電阻器係具有收該輸出電壓之第一端，一個產生該參考電及一個大約等於該第一電阻器之電阻值；

之反相輸入端，，個逵芬上七墙運接至该第一電阻器之該第二端之非反相輸入端以及一個輸出端；壓一個緩衝放大器’其係維持其之輸出為該最小峰值電丹你具有連接於該第一雷阳器之該第二端及該緩衝放啊孜大為之5亥輸出端之間之電流徑，且係具有一個連接至路輸入端；及利個苐一電流裝置，盆得涂爐忐者所 ^係建構成貝貝斥上類似於該第一 32 1279969 電流裝置’且係具有一個連接於該第二電阻器之今第二端及該緩衝放大器之該輸出端之間之電流路經：且：具有一個連接至該第一放大器之該輸出端之控制輪入端；其中，該第-放大器係控制該第一電流裝置，以維持該第-電阻器之該第二端之電壓為大約等於該最大峰值電壓。 8 · —種直流至直流轉換器，其係包含： -個輸出切換電路’該輸出切換電路：具有一個用於接收-個致能訊號之致能輸入端，當其係被致能時，係可切換地施加-個輸入電壓至一個輸出電感器，以根據一個脈波寬度調變訊號產生一個輸出電壓；一個誤差放大器，其係根據與—個參考電壓比較之輸出電壓反饋訊號而產生一個補償電壓；一一個脈波寬度調變邏輯電路，其係、根據該補償電壓及 -個範圍為最小斜坡電壓至最大斜坡電壓之斜坡訊號而產生該脈波寬度調變訊號；及一個起動電路，其係包含·· 一個參考電路，該參考電路係產生該參考電壓，以使用一個相對於該輸出電壓之線性之方式，於該輸出電壓為零之情況下的最小斜坡電壓及於該輸出電壓係為與該輪2 包C相同之電壓之情況下的最大斜坡電壓之間變化，·及· 一個比較器，其係比較該補償電壓及該參考電壓，且其係提供該致能訊號。 9 ·如申請專利範圍第§項之直流至直流轉換器，其 33 1279969 中，該參考電路係包含·· 一個提供一個偏壓節點之偏壓電路；一個參考電阻器，該參考電阻器係具有：一個連接至該偏壓節點之第一端及—個連接至一個產生該參考電壓之參考節點之第二端；個第互導放大器電路，其係根據該輸入電壓而提供一個第一電流；一個第二互導放大器電路，其係根據該輸出電壓而提供一個第二電流；一個第一電流鏡電路，該第一電流鏡電路係致動該第 —電流經過連接至該偏壓電路之第一及第二電阻器，以產生該最小及最大斜坡電壓； —-個第二電流鏡電路’㈣二電流鏡電路係致動該第一電流於一個方向流經該參考電阻器；及

--個第三電流鏡電路’該第三電流鏡電路係致動該第一電流於相反方向流經該參考電阻器。 .如申請專利範圍第9項之直流至直流轉換器， ’、’錢出電壓係透過該輸出電感器於起動時被感測。其中H如中請專利第9項之直流至直流轉換器，約等於;二二互導放大器電路係建構成當該輸出電壓係大二電流為互導放大裔電路係產生該第尾l為邊第一電流之電流準位之兩倍。 1 2 ·如宇請專利範圍第2 器，豆中，# & 頁之直凌至直流轉換 ’、〜第-互導放大器電路係包含—個第一互導放 34 1279969 大器，其係維持一個壓之電壓，其中，坌5 個第二電阻器上之輸入電互導放大器:、其係二二互導放大器電路係包含-個第二輪出電壓之電壓，、且、固代表跨於-個第四電阻器上之倍之電阻值，第二電阻器係具有該第四電阻器之電阻值兩 13.如申請專利範圍第9 苴φ，分h▲ 片〜且/爪至直流轉換器， /、忒起動電路係實施於一個垃队電路上，且. 個接收—個供應電壓之積體供該偏壓節點。 4、應電壓分割，以提 1 4 ·如申請專利範圍第8頊 Α ^ Α ^ b項之直流至直流轉換器， ”中’该參考電路係包含：一個第一電阻器，該第一雷阻哭冤阻為係具有一個用於接收该輪入電壓之第一端及一個第二端；一個第二電阻器，該第二電阻电丨且益係具有：一個用於接收該輸出電壓之第一端’一個產生該參考電壓之第二端以及一個大約等於該第一電阻器之電阻值；一個第一放大器，其係具有一個接收該最大峰值電壓之反相輸入端，一個連接至該第一電阻器之該山 OA ^ i而之非反相輸入端以及一個輸出端；一個缓衝放大器’其係維持其之輸出為該最小蜂值電壓；之個第一電晶體，其係具有一個連接於該第電阻器該第二端及該缓衝放大器之該輸出端之間之電流路^ 35 1279969 之該輸出端之控制輸入且係具有一個連接至該第一放大器端；及固第二電晶體，其係相等於該第 …·▼ 乇日日體 ’ja-邮六上連接於5亥第二電阻器之該第二端及該緩衝放大器之該：出端之間之電流路徑’且係具有一個連接至該第一放大裔之該輸出端之控制輸入端； ^ ’:中〇亥第一放大器係控制該第一電晶體，以維持該第-電阻器之該第二端之電壓為大約等於該最大斜坡電壓。 1 b .如申請專利範圍第1 4項之直流至直流轉換器，其中，該第二電阻器係連接成感測於—個連接至該輸出電感器之相位節點處之輸出電壓。 16·—種起動直流至直流轉換器成為預先充電輸出電壓之方法，其係包含：產生一個與該輸出電壓為線性關係之參考電壓，其中，當該輸出電壓之範圍為零及一個輸入電壓準位之間時，該參考電壓之範圍係為一個脈波寬度調變三角波形之一個最小電壓準位及一個最大電壓準位之間；及當該參考電壓係大約等於由一個比較該參考電壓及表示該輸出電壓之一個反饋訊號之誤差放大器所產生之一個補償訊號時，致能該直流至直流轉換器之輸出切換。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之起動直流至直流轉換器成為預先充電輸出電壓之方法，其中，該產生一個參考電壓係包含： 36 1279969 根據經過於一個第一節點處連接在一電阻器之輸入電壓而施加一個第一電流，度調變三角波形之該最小電壓準位及該最大電壓準位；施加該第一電流於一個通過一個第三電阻器之方向，該第三電阻器係具有一個連接至該第一節點之第一端且具有一個產生該參考電壓之第二端；及根據於相反方向通過該第三電阻器之輸出電壓而施加一個第二電流。

1 8 .如申請專利範圍第i 6項之起動直流至直流轉換為成為預先充電輸出電壓之方法，其中，該產生一個炎考電壓係包含：連接一個弟一電阻裔於該輸入電壓及一個第一節點之間；連接一個第二且等電阻值之電阻器於該輸出電壓及一個第二節點之間；

起之第一及第二以產生該脈波寬連接一個第一電晶體之電流路徑於該第一節點及一個第三節點之間；連接一個苐一電晶體之電流路徑於該第二節點及該第三節點之間；維持該第三節點之電壓於該脈波寬度調變三角波形之該最小電壓準位；施加一個控制訊號至該第一電晶體，以維持該第一節點之電壓於該脈波寬度調變三角波形之該最大電壓準位，其中，該第一電晶體之電流路徑係產生一個第一電阻值· 37 1279969 及施加該控制訊號至該第二電晶體，使得其之電流路徑係維持該第二節點及第三節點之間之一個電阻值為等於該第一電阻值。十一、圖式：如次頁 v

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