TW201740668A - 電源轉換器及控制電源轉換器的電路 - Google Patents

電源轉換器及控制電源轉換器的電路 Download PDF

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Abstract

控制一電源轉換器的一電路，包括：一探測器，偵測該電源轉換器的一輸出電壓中的一電壓暫態事件，並基於該電壓暫態事件生成一第一控制訊號；一斜波發生器，接收一輸入訊號並據此生成一斜波訊號；一比較器，包括接收該斜波訊號的一第一輸入端、接收該第一控制訊號的一第二輸入端和提供一第二控制訊號的一輸出端；一脈衝發生器，接收該第一和該第二控制訊號，生成包括一脈衝的一脈衝訊號，並基於該第一和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵；和一控制邏輯電路，接收該脈衝訊號並據此控制該電源轉換器中至少一開關的操作。

Description

電源轉換器及控制電源轉換器的電路
本發明涉及在暫態事件（transient event）期間提高電源轉換器（power converter）例如降壓轉換器（buck converter）的性能。
電源轉換器用來將電能從一種形式轉換到另一種形式。降壓轉換器是一種其輸出電壓低於其輸入電壓的電源轉換器。固定導通時間（constant on-time）降壓轉換器在固定導通時間內重複將其上部開關（high-side switch）切換為開，以達到所需的輸出電壓。
因此，本發明提供一種電源轉換器及控制電源轉換器的電路，以解決傳統的電源轉換器無法跟上快速的負載變化的問題。
根據至少一個實施方式，提供了一種控制電源轉換器的電路，該電源轉換器包括產生電感電流的電感器，該電路包括：探測器，被配置為偵測該電源轉換器的輸出電壓中的電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的電壓暫態事件生成第一控制訊號；斜波發生器，被配置為接收輸入訊號，並基於該輸入訊號生成斜波訊號；比較器，包括接收該斜波訊號的第一輸入端、接收該第一控制訊號的第二輸入端以及提供第二控制訊號的輸出端；脈衝發生器，被配置為接收該第一控制訊號和該第二控制訊號，生成包括脈衝的脈衝訊號，並基於該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵；以及控制邏輯電路，被配置為接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號控制該電源轉換器中至少一個開關的操作。
根據至少一個實施方式，提供了一種電源轉換器，包括：電感器，具有第一端和第二端，該電感器的該第二端被配置為提供該電源轉換器的輸出電壓；第一開關，具有控制端、第一端和第二端，該第一開關的第一端耦接到該電感器的第一端，該第一開關的第二端被配置為接收該電源轉換器的輸入電壓；探測器，被配置為偵測該電源轉換器的輸出電壓中的電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的電壓暫態事件生成第一控制訊號；斜波發生器，被配置為接收輸入訊號，並基於該輸入訊號生成斜波訊號；比較器，包括接收該斜波訊號的第一輸入端、接收該第一控制訊號的第二輸入端以及提供第二控制訊號的輸出端；脈衝發生器，被配置為接收該第一控制訊號和該第二控制訊號，生成包括脈衝的脈衝訊號，並基於該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵；以及控制邏輯電路，被配置為耦接至該第一開關的控制端，並且接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號控制該第一開關的操作。
根據至少一個實施方式，提供了一種控制電源轉換器的電路，該電源轉換器包括電感器，該電感器的一端通過開關耦接至輸入電壓，該電路包括：探測器，被配置為偵測該電源轉換器的輸出電壓中的電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的電壓暫態事件生成第一控制訊號；控制訊號發生器，被配置為接收該第一控制訊號，並且基於該第一控制訊號至少部分地通過在該電壓暫態事件期間改變該開關的導通時間以及當該探測器沒有偵測到電壓暫態事件時保持該開關的導通時間固定，來控制該開關的操作。
本發明的電源轉換器和控制電源轉換器的電路，能夠在負載快速變化導致輸出電壓的暫態事件時，可以提高電源轉換器的性能。
在閱讀各個附圖中例示的優選實施例的如下詳細描述之後，本發明的這些和其他目的對本領域習知技藝者來說無疑將變得顯而易見。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域習知技藝者應可理解，電子設備製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的『包含』是開放式的用語，故應解釋成『包含但不限定於』。此外，『耦接』一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置電性連接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
傳統的固定導通時間降壓轉換器通常比其他類型的電源轉換器，如基於時脈（clock-based）的降壓轉換器提供更快的暫態回應時間。然而，傳統的固定導通時間降壓轉換器可能仍然無法跟上快速的負載變化。本發明的發明人已經意識到，通過改變在暫態事件期間上部開關的導通時間並且當暫態事件結束時返回到固定導通時間，固定導通時間降壓變換器的性能可以提高。
第1圖根據一些實施方式示出了在暫態事件期間改變上部開關的導通時間的電源轉換器系統100的示意圖。電源轉換器系統100包括耦接到降壓轉換器102的控制電路112。降壓轉換器102接收輸入電壓Vin並提供小於輸入電壓Vin的輸出電壓Vout。降壓轉換器102包括上部開關104、下部開關106、電感器108和電容器110。電容器110的第一端耦接到電感器108的第二端，電容器110的第二端耦接到參考電位(如接地)。上部開關104包括被配置為接收輸入電壓Vin的第一端、耦接到電感器108的第一端的第二端、以及控制端。下部開關106包括耦接到電感器108的第一端的第一端、耦接到參考電位的第二端、以及控制端。控制電路112可以分別耦接到上部開關104的控制端和下部開關106的控制端，以控制施加到電感器108的第一端的電壓，從而控制輸出電壓Vout。例如，控制電路112可以分別交替地將上部開關104和下部開關106導通和關閉，以在電感器108的第一端處產生其平均值低於輸入電壓Vin的方波電壓。在此示例中，電感器108和電容器110共同作為低通濾波器，因而產生比輸入電壓Vin低的直流（DC）輸出電壓Vout。
控制電路112包括暫態探測器（transient detector）114和控制訊號發生器113。暫態探測器114接收降壓轉換器102的輸出電壓並且偵測輸出電壓相對於參考電壓Vref的變化。暫態探測器114可以基於偵測到的電壓瞬變（voltage transient）生成控制訊號124（即，第一控制訊號）並將控制訊號124提供給控制訊號發生器113。控制訊號發生器113可以被配置為接收控制訊號124並根據控制訊號124控制上部開關104和/或下部開關106的操作。例如，控制訊號發生器113可以改變在電壓暫態事件期間上部開關104的導通時間，並且當暫態探測器114沒有偵測到暫態事件時保持上部開關104的導通時間固定。
如第1圖所示，控制訊號發生器113包括斜波發生器（ramp generator）116、比較器118、脈衝發生器120、控制邏輯電路122。斜波發生器116基於其輸入訊號生成第一斜波訊號126。下面將更詳細地討論，輸入訊號可以是來自控制電路112和/或降壓轉換器102的各種訊號的任何一種。例如，輸入訊號可以是降壓轉換器102中電感器108的第一端處的電壓。第一斜波訊號126被提供至比較器118的反相端。比較器118的非反相端從暫態探測器114接收控制訊號124。比較器118將第一斜波訊號126與控制訊號124比較，以生成表示第一斜波訊號126是否高於(或低於)控制訊號124的輸出訊號。比較器118的輸出訊號可以是起始訊號（start signal）128（其中，該起始訊號128也可稱為第二控制訊號），該起始訊號128用以觸發脈衝發生器120開始脈衝訊號130中的脈衝。例如，第一斜波訊號126可以包括下降的斜波，當第一斜波訊號126下降到低於控制訊號124時，起始訊號128 可以觸發脈衝發生器120生成脈衝。
脈衝發生器120生成脈衝訊號130，脈衝訊號130用於操作（direct）控制邏輯電路122分別控制上部開關104和/或下部開關106的狀態。脈衝發生器120除了從比較器118接收起始訊號128外，還可以從暫態探測器114接收控制訊號124，並根據控制訊號124和起始訊號128生成脈衝訊號130。在一些實施方式，脈衝訊號130可以包括表明上部開關104何時應該導通(或斷開)的脈衝。在這些實施方式，脈衝發生器120可以改變脈衝訊號130中脈衝的一個或多個特徵，以調整輸出電壓Vout，從而補償暫態事件。例如，輸出電壓Vout可能會低於目標電壓，則脈衝訊號130可以指示上部開關104的導通時間應該增加，以增加電感器108的第一端處的平均電壓，從而提高輸出電壓Vout。相反，輸出電壓Vout可能會高於目標電壓，則脈衝訊號130可以指示上部開關104的導通時間應該減少，以降低電感器108的第一端處的平均電壓，從而降低輸出電壓Vout。
第2A圖根據一些實施方式示出了降壓轉換器系統的示例實現方式。如第2A圖所示，暫態探測器114包括誤差放大器202，誤差放大器202的非反相端接收參考電壓Vref，反相端接收輸出電壓Vout，輸出端提供控制訊號124。在一些實施方式中，參考電壓Vref即目標(或期望的)輸出電壓。在這些實施方式中，誤差放大器202產生的控制訊號124用於指示期望的輸出電壓Vref和實際輸出電壓Vout之間的差。
第2A圖所示的脈衝發生器120基於來自比較器118的起始訊號128和來自暫態探測器114的控制訊號124，生成脈衝訊號130。脈衝發生器120包括記憶體212，該記憶體212通過在兩個狀態（例如低狀態和高狀態）之間切換來生成脈衝訊號130中的脈衝。記憶體212可以例如是SR閂鎖器。記憶體212在輸出端Q提供脈衝訊號130並且在輸出端Q’提供脈衝訊號130的反向訊號。記憶體212包括耦接到比較器118的輸出的設置輸入端，以接收起始訊號128。記憶體212可以回應於起始訊號128從第一狀態變化到第二狀態（例如，從低到高），開始脈衝訊號130中的脈衝。記憶體212還包括重置端以接收停止訊號224。記憶體212可以回應於停止訊號224從第一狀態變化到第二狀態（例如，從高到低），停止脈衝訊號130中的脈衝。停止訊號224可以由比較器220生成，比較器220用於比較控制訊號124和第二斜波訊號222。第二斜波訊號222可以通過對電容器214充電和放電產生。例如，電容器214可以開始時是完全放電狀態，在電容器214兩端之間電壓為零(或接近於零)。與電容器214串聯的電流源216對電容器214充電以增加電容器214兩端間的電壓。因此，產生上升的斜波訊號作為第二斜波訊號222。開關218與電容器214並聯耦接並且對電容器214放電以重置上升的斜波訊號。可以基於記憶體212提供的脈衝訊號130的反向訊號來控制開關218。
如上所述，斜波發生器116生成提供至比較器118的第一斜波訊號126。第2A圖中的斜波發生器116包括與開關210並聯耦接的電容器204，其中開關210由脈衝發生器120提供的脈衝訊號130控制。斜波發生器116進一步包括耦接到開關210的第一端的電壓源206和耦接到開關210的第二端的電流源208。第2A圖所示的斜波發生器116通過對電容器204充電和放電生成下降的斜波訊號。例如，電容器204可以以完全放電狀態開始，此時電容器204兩端的電壓等於（或約等於）電壓源206提供的電壓。與電容器204串聯耦接的電流源208對電容器204充電，以增加電容器204兩端的電壓。因此，第一斜波訊號126的電壓隨著時間降低。第一斜波訊號126的電壓可以通過暫時閉合開關210以對電容器204放電，重置回初始值（例如，電壓源206的電壓）。如圖所示，電容器204基於脈衝訊號130的狀態通過開關210放電。例如，電容器204可以在脈衝訊號130中每個脈衝開始時被放電。
應當理解，第2A圖所示的斜波發生器116可以根據脈衝訊號130之外的訊號生成第一斜波訊號126。降壓轉換器102和/或控制電路112可以包括適合於轉變成第一斜波訊號126的多個訊號。例如，電感器108的電感電流可以具有三角波形式，該三角波形式包括上升的斜率（slope）部分和下降的斜率部分。下降的斜波訊號可以通過如下方式形成：將三角波的具有上升斜率的部分移除以產生具有一系列下降斜波的訊號。第2B圖示出了這種示例的斜波發生器。可以看出，降壓轉換器102包括電流感測電路226，被配置為產生表示電感器108中電流幅度的電感電流訊號，並提供電感電流訊號至斜波發生器116。斜波發生器116通過電流感測放大器（current sense amplifier）228放大電感電流訊號，並通過取樣保持電路230移除三角波形中具有上升斜率的部分。例如，三角波形的上升部分可以對應於上部開關104導通時的時間，並且三角波形的下降部分可以對應於上部開關104關斷時的時間。因此，可以通過在上部開關104導通之前將電感電流訊號保持在固定值，來移除三角波形的上升部分。取樣保持電路230可以接收脈衝訊號130，並基於脈衝訊號130在適當的時間將電感電流訊號保持在固定值。例如，脈衝訊號130中的脈衝可以表示上部開關104何時導通。在這個示例中，取樣保持電路230可以在脈衝訊號130為高的時間期間（表示上部開關104導通）保持電感電流訊號的值固定。
在一些實施方式中，斜波發生器116基於電感器108第一端上的電壓生成第一斜波訊號126。例如，分別耦接至上部開關104和下部開關106的電感器108的端子處的電壓波形可以是方波。因此，可以通過對方波進行濾波以產生包括一系列下降斜波的三角波形而形成斜波訊號。第2C圖示出了這種示例的斜波發生器。如圖所示，斜波發生器116接收電感器108的第一端處的電壓，並將低通濾波器應用到該電壓波形以生成第一斜波訊號126。低通濾波器可以包括電阻器234和電容器232。
如上所述，脈衝發生器120可以在暫態事件期間改變脈衝訊號130中脈衝的一個或多個特徵，以維持輸出電壓Vout。例如，可以改變脈衝訊號130中脈衝的寬度和/或定時。第3A圖示出了沒有任何暫態事件時脈衝訊號130的示例波形。如第3A圖所示，脈衝訊號130包括多個脈衝，該多個脈衝具有等間距的相同脈衝寬度。當第一斜波訊號126的幅度達到控制訊號124時，開始脈衝訊號130中的每個脈衝。當第一斜波訊號126的幅度達到控制訊號124時，第一斜波訊號126也會重置。當第二斜波訊號222的幅度達到控制訊號124時，脈衝訊號130中的每個脈衝結束。當達到控制訊號124時第二斜波訊號222重置，並且第二斜波訊號222保持低值直到脈衝訊號130中新脈衝開始。
第3B圖示出了在輸出電壓Vout下降的暫態事件期間脈衝訊號130的示例波形。輸出電壓Vout下降可能是由於例如負載阻抗的改變和/或負載引起的電流幅度的改變。如第3B圖所示，暫態事件302的特點可以是控制訊號124的增加。控制訊號124的增加提前停止了第一斜波訊號126中的第一斜波，因此，提前開始了脈衝訊號130中的第二脈衝。脈衝訊號130中第二脈衝的持續時間也會增加，因為第二斜波訊號222必須達到目前已經增加了的控制訊號124。如圖所示，第三脈衝回到與第一脈衝相同的特徵，因為暫態事件302已經結束。
第3C圖示出了在輸出電壓Vout增加的暫態事件期間脈衝訊號130的示例波形。輸出電壓Vout增加可能是由於例如負載阻抗的改變和/或負載引起的電流強度的改變。如第3C圖所示，暫態事件304的特點可以是控制訊號124的降低。控制訊號124的降低延長了第一斜波訊號126中的第一斜波，因此，延遲了脈衝訊號130中第二脈衝的開始。脈衝訊號130中第二脈衝的持續時間也會減少，因為第二斜波訊號222僅需達到目前已經降低了的控制訊號124。如圖所示，第三脈衝回到與第一脈衝相同的特徵，因為暫態事件304已經結束。
在一些實現方式中，可以具體選擇斜波發生器116和/或脈衝發生器120的各種參數，以在穩態操作期間產生脈衝訊號130中具有各種特徵的脈衝。例如參照第2A圖，可以選擇電壓源206提供的電壓(V206)和電流源216提供的電流(I216)的幅值，以產生脈衝訊號130中寬度與參考電壓Vref和輸入電壓Vin之比成正比的脈衝。在這個示例中，可以選擇電流源216提供的電流(I216)的幅值與輸入電壓Vin成比例。此外，電壓源206提供的電壓(V206)可以是穩態時參考電壓Vref、電容器204的電容值（C204）、電流源208的電流（I208）和脈衝訊號130中脈衝的期望週期（T）的函數，如方程(1)所示:(1)
應當理解，可以採用不同的關係來確定第2A圖至第2C圖中所示組件的適當的值。此外，在一些實施方式中脈衝訊號130中的脈衝的寬度也可以不與參考電壓Vref除以輸入電壓Vin成正比。
上述實施方式已經描述了降壓轉換器。本文描述的技術並不局限于固定導通時間的降壓轉換器，因為這些技術例如也可以適用於固定關斷時間的降壓轉換器。此外，本文所示技術並不局限於降壓轉換器，因為這些技術也可以應用到其他類型的電源轉換器，例如升壓轉換器等。在一些實施方式中，這些技術還可以適用於固定導通時間或固定關斷時間的的升壓轉換器。此外，雖然這裡描述的技術適用於固定導通時間或固定關斷時間的電源轉換器，所述技術並不局限于具有固定導通時間或關斷時間的電源轉換器。
本文所述裝置和技術的各個方面可以單獨使用，或組合使用，或者以上述說明書中描述的實施方式中未特別討論的各種方式使用，因此其應用並不局限於說明書或附圖中所描述的組件的細節和設置。例如，一個實施方式描述的方面可以以任何方式與其他實施方式中描述的方面相結合。
申請專利範圍中使用的序數詞，比如『第一』、『第二』、『第三』等本身並不意味著任何次序、優先順序或一個元件相對另一個元件的順序或者執行方法步驟的順序，僅作為標籤以將具有某名稱的一個元件與具有相同名稱的另一元件區分開來。
同時，所使用的措辭和術語是以描述為目的的，不應該被視為限制。本文使用的『包括』、『包含』、『具有』、『有』、『含有』等及其變形，旨在包括其後列出的所有項目和其等同物以及額外的項目。 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‧‧‧電源轉換器系統
102‧‧‧降壓轉換器
112‧‧‧控制電路
104‧‧‧上部開關
106‧‧‧下部開關
108‧‧‧電感器
110‧‧‧電容器
114‧‧‧暫態探測器
113‧‧‧控制訊號發生器
124‧‧‧控制訊號
116‧‧‧斜波發生器
118‧‧‧比較器
120‧‧‧脈衝發生器
122‧‧‧控制邏輯電路
126‧‧‧第一斜波訊號
128‧‧‧起始訊號
130‧‧‧脈衝訊號
202‧‧‧誤差放大器
212‧‧‧記憶體
224‧‧‧停止訊號
220‧‧‧比較器
222‧‧‧第二斜波訊號
214、204、232‧‧‧電容器
234‧‧‧電阻器
216、208‧‧‧電流源
218、210‧‧‧開關
206‧‧‧電壓源
226‧‧‧電流感測電路
228‧‧‧電流感測放大器
230 ‧‧‧取樣保持電路
302、304‧‧‧暫態事件
第1圖根據一些實施方式示出了電源轉換器系統的示意圖。 第2A圖至第2C圖根據一些實施方式示出了降壓轉換器系統的詳細示意圖。 第3A圖至第3C圖根據一些實施方式示出了在不同的操作條件下脈衝訊號的示例波形圖。
100‧‧‧電源轉換器系統
102‧‧‧降壓轉換器
112‧‧‧控制電路
104‧‧‧上部開關
106‧‧‧下部開關
108‧‧‧電感器
110‧‧‧電容器
114‧‧‧暫態探測器
113‧‧‧控制訊號發生器
124‧‧‧控制訊號
116‧‧‧斜波發生器
118‧‧‧比較器
120‧‧‧脈衝發生器
122‧‧‧控制邏輯電路
126‧‧‧第一斜波訊號
128‧‧‧起始訊號
130‧‧‧脈衝訊號

Claims (25)

  1. 一種控制電源轉換器的電路，該電源轉換器包括產生一電感電流的一電感器，該電路包括： 一探測器，用以偵測該電源轉換器的一輸出電壓中的一電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的該電壓暫態事件生成一第一控制訊號； 一斜波發生器，用以接收一輸入訊號，並基於該輸入訊號生成一斜波訊號； 一比較器，包括接收該斜波訊號的一第一輸入端、接收該第一控制訊號的一第二輸入端以及提供一第二控制訊號的一輸出端； 一脈衝發生器，用以接收該第一控制訊號和該第二控制訊號，生成包括一脈衝的一脈衝訊號，並基於該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵；以及 一控制邏輯電路，用以接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號控制該電源轉換器中至少一個開關的操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該電感器的一第一端處的電壓，並且該斜波發生器包括用以通過對該輸入訊號進行濾波以生成該斜波訊號的一低通濾波器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該電感電流的幅度，並且該斜波發生器包括串聯耦接的一取樣保持電路和一放大器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器另用以接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號控制該取樣保持電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器包括一電容器、與該電容器並聯耦接的一開關、耦接至該電容器的一第一端的一電壓源以及耦接至該電容器的一第二端的一電流源。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該脈衝訊號，並且該斜波發生器另用以基於該脈衝訊號控制該斜波發生器中的該開關的操作。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的控制電源轉換器的電路，其中該脈衝發生器包括一記憶體，用以通過在至少兩種狀態間切換生成該脈衝訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的控制電源轉換器的電路，其中該脈衝發生器另包括一電流源、與該電流源串聯耦接的一電容器以及一開關，該脈衝發生器中的該開關的一第一端耦接在該電流源和該電容器之間，該開關的一第二端耦接到一參考電位。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的控制電源轉換器的電路，其中該脈衝發生器另包括一比較器，該脈衝發生器中的該比較器的一第一輸入端耦接至該脈衝發生器中的該開關的該第一端，該脈衝發生器中的該比較器的一第二輸入端用以接收該第一控制訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的控制電源轉換器的電路，其中該記憶體是一SR閂鎖器，並且包括用以接收該第二控制訊號的一設置端以及耦接到該脈衝發生器中的該比較器的一輸出端的一重置端。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的控制電源轉換器的電路，其中該SR閂鎖器另用以生成該脈衝訊號的一反向訊號，並且該脈衝發生器另用以基於該脈衝訊號的該反向訊號來控制該脈衝發生器中的該開關的操作。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的控制電源轉換器的電路，其中該脈衝發生器另用以根據該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的一寬度。
  13. 一種電源轉換器，包括： 一電感器，具有一第一端和一第二端，該電感器的該第二端用以提供該電源轉換器的一輸出電壓； 一第一開關，具有一控制端、一第一端和一第二端，該第一開關的一第一端耦接到該電感器的該第一端，該第一開關的該第二端用以接收該電源轉換器的一輸入電壓； 一探測器，用以偵測該電源轉換器的該輸出電壓中的一電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的該電壓暫態事件生成一第一控制訊號； 一斜波發生器，用以接收一輸入訊號，並基於該輸入訊號生成一斜波訊號； 一比較器，包括接收該斜波訊號的一第一輸入端、接收該第一控制訊號的一第二輸入端以及提供一第二控制訊號的一輸出端； 一脈衝發生器，用以接收該第一控制訊號和該第二控制訊號，生成包括一脈衝的一脈衝訊號，並基於該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵；以及 一控制邏輯電路，耦接至該第一開關的該控制端，並且接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號控制該第一開關的操作。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電源轉換器，其中該電源轉換器另包括與該第一開關串聯耦接的一第二開關，並且該控制邏輯電路另用以基於該脈衝訊號控制該第一開關和該第二開關的操作。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的電源轉換器，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該電感器的一第一端處的電壓，並且該斜波發生器包括用以通過對該輸入訊號進行濾波以生成該斜波訊號的一低通濾波器。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的電源轉換器，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該電感器中電流的幅度，並且該斜波發生器包括串聯耦接的一取樣保持電路和一放大器。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的電源轉換器，其中該斜波發生器包括一電容器、與該電容器並聯耦接的一開關、耦接至該電容器的一第一端的一電壓源以及耦接至該電容器的一第二端的一電流源。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電源轉換器，其中該斜波發生器的該輸入訊號是該脈衝訊號，並且該斜波發生器另用以基於該脈衝訊號控制與該斜波發生器中的該開關的操作。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的電源轉換器，其中該脈衝發生器另用以根據該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的寬度。
  20. 一種控制電源轉換器的電路，該電源轉換器包括電感器，該電感器的一端通過一開關耦接至一輸入電壓，該電路包括： 一探測器，用以偵測該電源轉換器的一輸出電壓中的一電壓暫態事件，並基於偵測到的該輸出電壓中的該電壓暫態事件生成一第一控制訊號；以及 一控制訊號發生器，用以接收該第一控制訊號，並且基於該第一控制訊號至少部分地通過在該電壓暫態事件期間改變該開關的一導通時間以及當該探測器沒有偵測到電壓暫態事件時保持該開關的該導通時間固定，來控制該開關的操作。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的控制電源轉換器的電路，其中該控制訊號發生器包括一斜波發生器和一比較器，該斜波發生器用以生成一斜波訊號，該比較器用以將該斜波訊號與該第一控制訊號比較，以生成一第二控制訊號。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器另用以基於該電感器中的一電流幅值和該電感器的一第一端處的電壓兩者中至少一者生成該斜波訊號。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的控制電源轉換器的電路，其中該控制訊號發生器另包括一脈衝發生器，該脈衝發生器用以接收該第一控制訊號和該第二控制訊號，並基於該第一控制訊號和該第二控制訊號生成包括一脈衝的一脈衝訊號，以及該控制訊號發生器另用以基於該脈衝訊號控制該開關的操作。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的控制電源轉換器的電路，其中該脈衝發生器另用以基於該第一控制訊號和該第二控制訊號改變該脈衝的至少一個特徵。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的控制電源轉換器的電路，其中該斜波發生器另用以接收該脈衝訊號，並基於該脈衝訊號生成該斜波訊號。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI678064B (zh) * 2018-03-05 2019-11-21 聯發科技股份有限公司 逆變器電路及控制逆變器電路中的驅動器的方法
US10784763B2 (en) 2017-03-07 2020-09-22 Mediatek Inc. Dynamic slew rate control

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10270334B2 (en) * 2015-05-15 2019-04-23 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for output current regulation in power conversion systems
US10630275B2 (en) * 2018-02-26 2020-04-21 Nxp B.V. Constant-on-time pulse generator circuit for a DC-DC converter
CN108880237B (zh) * 2018-07-12 2020-10-30 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 开关变换器的开关时间产生电路及开关时间控制方法
CN112134453B (zh) * 2020-09-08 2021-10-29 台达电子企业管理（上海）有限公司 启动控制方法及***、尖峰电压检测电路及方法
US11736016B2 (en) * 2021-08-25 2023-08-22 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Switching converter with improved load transient response and method of operating the same

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5912552A (en) 1997-02-12 1999-06-15 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho DC to DC converter with high efficiency for light loads
JP3467679B2 (ja) 1998-05-11 2003-11-17 株式会社豊田自動織機 Ｄｃ／ｄｃ変換器
US6456511B1 (en) 2000-02-17 2002-09-24 Tyco Electronics Corporation Start-up circuit for flyback converter having secondary pulse width modulation
US6922044B2 (en) 2002-09-06 2005-07-26 Intersil Americas Inc. Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator
US7453250B2 (en) 2005-02-10 2008-11-18 Intersil Americas Inc. PWM controller with dual-edge modulation using dual ramps
US20080106917A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 James Holt Variable edge modulation in a switching regulator
TWI376077B (en) 2008-05-12 2012-11-01 Richtek Technology Corp Protection apparatus and method for a power converter
US7888923B2 (en) 2009-03-27 2011-02-15 Texas Instruments Incorporated Dynamic phase manager for multi-phase switching regulators
US8169205B2 (en) * 2009-05-26 2012-05-01 Silergy Technology Control for regulator fast transient response and low EMI noise
US8395367B2 (en) * 2009-08-05 2013-03-12 Upi Semiconductor Corporation DC-DC converter with a constant on-time pulse width modulation controller
US8698475B2 (en) * 2011-10-20 2014-04-15 Monolithic Power Systems, Inc. Switching-mode power supply with ripple mode control and associated methods
TWI441005B (zh) * 2012-05-24 2014-06-11 Richtek Technology Corp 改善負載暫態的固定工作時間模式電源供應器及其方法
US9343962B2 (en) * 2013-03-14 2016-05-17 Texas Instruments Incorporated Power regulator system with adaptive ramp signal generator
TWI496389B (zh) * 2013-05-16 2015-08-11 Upi Semiconductor Corp 用於電源轉換器之時間產生器及時間信號產生方法
TWI496401B (zh) * 2013-07-03 2015-08-11 Anpec Electronics Corp 具快速暫態響應的電流模式直流對直流轉換裝置
TWI495974B (zh) * 2013-09-17 2015-08-11 Upi Semiconductor Corp 斜波信號產生方法與其產生器、以及脈寬調變信號產生器
TWI513152B (zh) * 2013-09-17 2015-12-11 Upi Semiconductor Corp 時間信號產生器及時間信號產生方法
US9899913B2 (en) * 2014-01-10 2018-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Dual-mode switching D.C.-to-D.C. converter and method of controlling the same
US9716432B2 (en) * 2014-02-27 2017-07-25 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Switching converter with constant on-time controller thereof
US10110122B2 (en) * 2014-04-01 2018-10-23 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Transient performance improvement for constant on-time power converters
US9923460B2 (en) * 2014-04-16 2018-03-20 Skyworks Solutions, Inc. Circuits, devices and methods for achieving small duty cycles in switching regulators
CN104022648B (zh) * 2014-04-23 2017-01-11 成都芯源***有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
US9831774B2 (en) * 2015-04-09 2017-11-28 Mediatek Inc. Constant on-time pulse width control-based scheme used in voltage converter
US9735680B2 (en) * 2015-07-23 2017-08-15 Mediatek Inc. Constant on-time pulse width control-based scheme including capabilities of fast transient response and adaptively adjusting on-time pulse width
US10931196B2 (en) * 2015-09-10 2021-02-23 Texas Instruments Incorporated Load transient and jitter of DC-DC converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10784763B2 (en) 2017-03-07 2020-09-22 Mediatek Inc. Dynamic slew rate control
TWI678064B (zh) * 2018-03-05 2019-11-21 聯發科技股份有限公司 逆變器電路及控制逆變器電路中的驅動器的方法

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