TWI755242B - 電壓轉換器以及d類放大器 - Google Patents

Abstract

一種電壓轉換器，包含一輸出電路、一誤差放大器以及一充電控制電路。輸出電路包含一輸出電容。充電控制電路包含：一偵測電路，用以偵測該輸出電容的一輸出電壓來產生一偵測訊號；以及一功率限制電路，用以依據該偵測訊號將該誤差放大器的一輸出電壓箝制在一特定範圍。充電電路用以根據該誤差放大器的該輸出電壓產生一充電訊號至該輸出電路，以對該輸出電容充電。

Description

電壓轉換器以及D類放大器

本發明有關於電壓轉換器以及D類放大器，特別有關於可在不使迴路(loop)異常的情況下補償輸出電容的漏電流的電壓轉換器以及D類放大器。

習知的電壓轉換器可能會包含具有輸出電容的輸出電路(bootstrap circuit)。然而，在動作期間，輸出電容的電壓可能會因為預驅動器的消耗而變低。此種情況可能會讓輸出電路無法正常運作，例如造成迴路的異常。

因此，本發明一目的為提供一種在補償輸出電容的漏電流時不會造成迴路異常的電壓轉換器。

本發明另一目的為提供一種在補償輸出電容的漏電流時不會造成迴路異常的D類放大器。

本發明一實施例揭露了一種電壓轉換器，包含一輸出電路、一誤差放大器以及一充電控制電路。輸出電路包含一輸出電容。充電控制電路包含：一偵測電路，用以偵測該輸出電容的一輸出電壓來產生一偵測訊號；以及一功率限制電路，用以依據該偵測訊號將該誤差放大器的一輸出電壓箝制在一特定範圍。充電電路用以根據該誤差放大器的該輸出電壓產生一充電訊號至該輸出 電路，以對該輸出電容充電。

本發明一實施例揭露了一種D類放大器，包含一輸出電路、一誤差放大器以及一充電控制電路。輸出電路包含輸出電容。充電控制電路包含：一偵測電路，用以偵測該輸出電容的一輸出電壓來產生一偵測訊號；以及一功率限制電路，用以依據該偵測訊號將該誤差放大器的一輸出電壓箝制在一特定範圍。充電電路用以根據誤差放大器的輸出電壓產生一充電訊號至輸出電路，以對該輸出電容充電。

根據前述實施例，本發明提供的電壓轉換器可以在不直接下拉輸出電壓的情況下補償漏電流問題，從而可以在補償輸出電容的漏電流的同時避免迴路的異常。

100:電壓轉換器

101:誤差放大器

103:充電控制電路

105:充電電路

107:偵測電路

109:功率限制電路

401:邏輯電路

BC_1、BC_2:自舉電路

C_1:輸出電容

C_1a，C_2a:電容

CC_1，CC_2:轉換電路

CM_1，CM_2:比較器

DA_1，DA_2:差動放大器

R_1i，R_2i，R_1f，R_2f:電阻

OP_1:運算放大器

SD:肖特基二極體

Pr_1a，Pr_1b，Pr_1c，Pr_2a，Pr_2b:預驅動器

SW_1，SW_2:開關

第1圖繪示了根據本發明一實施例的電壓轉換器的方塊圖。

第2圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖中所示的電壓轉換器的詳細結構的電路圖。

第3圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的輸出電路的詳細結構的電路圖。

第4圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的偵測電路的詳細結構的電路圖。

第5圖和第6圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的電路的動作示意圖。

以下將以多個實施例來描述本發明的內容，還請留意，以下描述中的”第一”、”第二”以及類似描述僅用來定義不同的元件、參數、資料、訊號或步驟。並非用以限定其次序。

第1圖繪示了根據本發明一實施例的電壓轉換器的方塊圖。如第1圖所示，電壓轉換器100包含誤差放大器101，充電控制電路103，充電電路105和自舉電路BC_1，BC_2。充電控制電路103還包含偵測電路107和功率限制電路109。請注意，在以下實施例中，電壓轉換器100是差動輸入/輸出電路，因此具有兩個自舉電路BC_1，BC_2。然而，電壓轉換器100可以是單一輸入/輸出電路。在這種情況下，電壓轉換器100可以僅具有一個自舉電路，並且可以相應地改變其他電路結構。另外，在以下描述中，為了便於說明，僅繪示了電壓轉換器100的其中一路徑的動作。

自舉電路BC_1包含一輸出電容(第1圖中未示出)。偵測電路107用以偵測輸出電容的輸出電壓V_c1以產生偵測訊號DS。功率限制電路103用以根據偵測訊號DS將誤差放大器101的輸出電壓V_e1箝制到特定範圍。在一實施例中，特定範圍是特定電壓位準。充電電路105用以根據輸出電壓V_e1產生充電訊號CS_1，來對輸出電容充電。在一實施例中，功率限制電路109將輸出電壓V_e1箝制到特定範圍，使得充電電路105增加對輸出電容充電的頻率，從而可以增加輸出電容的電壓。

在一實施例中，電壓轉換器100可以作為D類放大器。在這種情況下，引導電路BC_1可以視為一輸出電路。

在以下描述中，描述了電壓轉換器100的詳細電路。還請了解，這些電路僅為舉例，並不表示限縮本發明的範圍。具有相同功能的任何電路也應落入本發明的範圍內。

第2圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖中所示的電壓轉換器的 詳細結構的電路圖。如第2圖所示，誤差放大器101包含電阻R_1i，R_2i，電容C_1a，C_2a和運算放大器OP_1。而且，充電電路105是包含比較器CM_1，CM_2的PWM電路，比較器CM_1，CM_2分別包含用以接收三角波訊號Tr的負輸入端和用以接收來自輸出電壓V_e1的輸出的正輸入端。另外，功率限制電路109包含差動放大器DA_1，差動放大器DA_1包含：第一輸入端，用以接收輸出電壓V_e1；第二輸入端，用以接收參考電壓RV(即上述特定電壓位準)；第一輸出端，用以根據輸出電壓V_e1和參考電壓RV產生第一功率限制訊號P_1；第二輸出端，用以根據輸出電壓V_e1和參考電壓RV產生第二功率限制訊號P_2。誤差放大器101接收第一功率限制訊號P_1和第二功率限制訊號P_2以產生輸出電壓V_e1。在一實施例中，運算放大器OP_1的負輸入端接收第二功率限制訊號P_2，運算放大器OP_1的正輸入端接收第一功率限制訊號P_1。

第3圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的輸出電路的詳細結構的電路圖。另外，第4圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的偵測電路的詳細結構的電路圖。為了更清楚地理解本發明的內容，請同時參照第2圖和第3圖或第4圖。

如第3圖所示，自舉電路BC_1包含輸出電容C_1(即上述輸出電容)，開關SW_1，SW_2，預驅動器Pr_1a，Pr_1b，Pr_1c，Pr_2a，Pr_2b和肖特基二極體SD。自舉電路BC_1操作在工作電壓V_op，並接收充電訊號CS_1，以控制開關SW_1和SW_2開啟(即，導通)或關閉(即，不導通)。開關SW_1以及預驅動器Pr_1a，Pr_1b，Pr_1c形成上橋路徑。此外，開關SW_2以及預驅動器Pr_2a，Pr_2b形成下橋路徑。如上所述，充電訊號CS_1可以是PWM訊號。因此，在第3圖的實施例中，如果充電訊號CS_1具有低邏輯值，下橋路徑被開啟(即，開關SW_2被開啟)且上橋路徑被關閉(即，開關SW_1被關閉)以對輸出電容C_1充電。相反的，如果充電訊號CS_1具有高邏輯值，則上橋路徑被開啟而下橋路徑被關閉，使得輸出 電容C_1不被充電且Vp_1被升壓。當輸出電容C_1充電時，其可能會漏電，因此其電壓可能會下降。

請參考第4圖，偵測電路107包含比較器CM_d，比較器CM_d用以比較輸出電容C_1的兩端電壓(即，第3圖中的輸出電壓V_c1和電壓V_p1)以及差異臨界值電壓V_dt。而且，偵測電路107包含邏輯電路401(例如，或閘)，其用以根據比較器CM_d的輸出來產生偵測訊號DS。更詳細來說，第4圖中的偵測電路107包含轉換電路CC_1，其用以將輸出電容C_1的兩端的電壓之間的電壓差轉換為電流。然後，電阻R_x根據電流產生電壓差。還請了解，偵測電路107不限於比較輸出電容C_1的兩端處的電壓以偵測輸出電容C_1是否有漏電。例如，偵測電路107可以將輸出電壓V_c1與標準電壓進行比較，並且當輸出電壓V_c1小於標準電壓時，判斷輸出電容C_1具有漏電。

第5圖和第6圖繪示了根據本發明一實施例的，第1圖和第2圖中所示的電路的動作示意圖。第5圖繪示了電容C_1兩端的電壓V_c1，充電訊號CS_1和充電電流I_c之間的關係。如第5圖所示，當電容C_1上的電壓V_c1大於臨界值電壓V_th且輸出電容C_1不被充電時，電壓轉換器100以通常模式操作。另外，為PWM訊號的充電訊號CS_1在通常模式下具有較高的佔空比(duty cycle，在這種情況下，佔空比為100%)。此外，當電容C_1兩端的電壓V_c1小於臨界值電壓V_th時，電壓轉換器100進入補償模式。在補償模式下，充電訊號CS_1具有較低的佔空比。當充電訊號CS_1具有低邏輯值時，會以充電電流I_c對輸出電容C_1充電。因此，電容C_1兩端的電壓V_c1在補償模式下會逐漸增加，直到大於臨界值電壓V_th。在一實施例中，臨界值電壓V_th被設定為0.5*V_op。

第6圖繪示了電容C_1兩端的電壓V_c1，充電訊號CS_1，偵測訊號DS和誤差放大器101的輸出電壓V_e1之間的關係。如第6圖所示，在通常模式下，電容C_1兩端的電壓V_c1大於臨界值電壓V_th，因此充電訊號CS_1的佔空比較高， 而偵測訊號DS的邏輯值為低。而且，在通常模式下，誤差放大器101的輸出電壓V_e1未被抑制。此外，如果電容C_1兩端的電壓V_c1小於臨界值電壓V_th，則電壓轉換器100進入補償模式。在補償模式下，充電訊號CS_1具有較低的佔空比，而偵測訊號DS具有高邏輯值。而且，在補償模式下，誤差放大器101的輸出電壓V_e1被抑制到特定電壓位準V_sp，以減少充電訊號CS_1的佔空比。

在一實施例中，特定電壓位準V_sp由以下公式決定：

V_Ltri是三角波訊號Tr的底電壓(bottom voltage)，充電電路105使用該底電壓來產生PWM訊號。另外，V_Htri是三角波訊號Tr的頂電壓(upper voltage)。此外，在補償模式下，充電訊號CS的佔空比減小為小於D_max。在一實施例中，D_max為

。

I_c是輸出電容C_1充電時輸出電容C_1的充電電流。在一實施例中，I_c等於第3圖中的肖特基二極體SD的順向電流。另外，I_d是輸出電容未充電時的放電電流。在一實施例中，I_d可以是肖特基二極體SD的漏電流，在轉換期間預驅動器Pr_1a，Pr_1b，Pr_1c的開關損耗電流或在第3圖中的節點V_p1處的接面漏電流。

根據前述實施例，本發明提供的電壓轉換器可以在不直接下拉輸出電壓的情況下補償漏電流問題，從而可以在補償輸出電容的漏電流的同時避免迴路的異常。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:電壓轉換器

101:誤差放大器

103:充電控制電路

105:充電電路

107:偵測電路

109:功率限制電路

BC_1、BC_2:自舉電路

Claims (18)

1. 一種電壓轉換器，包含：一輸出電路，包含一輸出電容；一誤差放大器：一充電控制電路，包含：一偵測電路，用以比較該輸出電容的一輸出電壓以及一差異臨界值電壓來產生一偵測訊號；以及一功率限制電路，用以接收該偵測訊號以及該誤差放大器的一輸出電壓，並依據該偵測訊號的一邏輯值改變該誤差放大器的輸入，以將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在一特定範圍；以及一充電電路，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓產生一充電訊號至該輸出電路，以對該輸出電容充電。
2. 如請求項1所述的電壓轉換器，其中該功率限制電路將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在該特定範圍，使得該充電電路增加對該輸出電容充電的頻率。
3. 如請求項1所述的電壓轉換器，其中該充電電路為PWM電路且該充電訊號為PWM訊號，其中該功率限制電路將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在該特定範圍，使得該充電訊號的佔空比減少。
4. 如請求項3所述的電壓轉換器，其中該佔空比被降低成少於

   

   ，其中I_c為該輸出電容被充電時的充電電流，且I_d為該輸出電容未被充電時的放電電流。
5. 如請求項3所述的電壓轉換器，其中該輸出電路包含一上橋路徑以及一下橋路徑；其中若該充電訊號具有一低邏輯值，該下橋路徑開啟以對該輸出電容充電，但該上橋路徑關閉；其中若該充電訊號具有一高邏輯值，該上橋路徑開啟但該下橋路徑關閉。
6. 如請求項1所述的電壓轉換器，其中該功率限制電路包含：一差動放大器，包含：一第一輸入端，用以接收該誤差放大器的該輸出電壓；一第二輸入端，用以接收一參考電壓；一第一輸出端，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓以及該參考電壓產生一第一功率限制訊號；一第二輸出端，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓以及該參考電壓產生一第二功率限制訊號；其中該誤差放大器接收該第一功率限制訊號以及該第二功率限制訊號來產生該誤差放大器的該輸出電壓。
7. 如請求項6所述的電壓轉換器，其中該充電電路為包含至少一比較器的一PWM電路，其中該比較器接收該輸出電壓以及一三角波訊號來產生該充電訊號。
8. 如請求項1所述的電壓轉換器，其中該偵測電路包含：一比較器，用以比較該輸出電容兩端的電壓與該差異臨界值電壓；以及 一邏輯電路，用以根據該比較器的一輸出產生該偵測訊號。
9. 如請求項1所述的電壓轉換器，其中該特定範圍為一特定電壓位準。
10. 一種D類放大器，包含：一輸出電路，包含一輸出電容；一誤差放大器：一充電控制電路，包含：一偵測電路，用以比較該輸出電容的一輸出電壓以及一差異臨界值電壓來產生一偵測訊號；以及一功率限制電路，用以接收該偵測訊號以及該誤差放大器的一輸出電壓，並依據該偵測訊號的一邏輯值改變該誤差放大器的輸入，以將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在一特定範圍；以及一充電電路，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓產生一充電訊號至該輸出電路，以對該輸出電容充電。
11. 如請求項10所述的D類放大器，其中該功率限制電路將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在該特定範圍，使得該充電電路增加對該輸出電容充電的頻率。
12. 如請求項10所述的D類放大器，其中該充電電路為PWM電路且該充電訊號為PWM訊號，其中該功率限制電路將該誤差放大器的該輸出電壓箝制在該特定範圍，使得該充電訊號的佔空比減少。
13. 如請求項12所述的D類放大器，其中該佔空比被降低成少於

    

    ，其中I_c為該輸出電容被充電時的充電電流，且I_d為該輸出電容未被充電時的放電電流。
14. 如請求項12所述的D類放大器，其中該輸出電路包含一上橋路徑以及一下橋路徑；其中若該充電訊號具有一低邏輯值，該下橋路徑開啟以對該輸出電容充電，但該上橋路徑關閉；其中若該充電訊號具有一高邏輯值，該上橋路徑開啟但該下橋路徑關閉。
15. 如請求項10所述的D類放大器，其中該功率限制電路包含：一差動放大器，包含：一第一輸入端，用以接收該誤差放大器的該輸出電壓；一第二輸入端，用以接收一參考電壓；一第一輸出端，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓以及該參考電壓產生一第一功率限制訊號；一第二輸出端，用以根據該誤差放大器的該輸出電壓以及該參考電壓產生一第二功率限制訊號；其中該誤差放大器接收該第一功率限制訊號以及該第二功率限制訊號來產生該誤差放大器的該輸出電壓。
16. 如請求項15所述的D類放大器，其中該充電電路為包含至少一比較器的一PWM電路，其中該比較器接收該輸出電壓以及一三角波訊號來產生該充電訊號。
17. 如請求項10所述的D類放大器，其中該偵測電路包含：一比較器，用以比較該輸出電容兩端的電壓與該差異臨界值電壓；以及一邏輯電路，用以根據該比較器的一輸出產生該偵測訊號。
18. 如請求項10所述的D類放大器，其中該特定範圍為一特定電壓位準。

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