TWI434496B - 電壓調節器及其脈寬調變訊號產生方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於電源調節器或轉換器，且特別是有關於電壓調節器及其脈寬調變訊號產生方法。
現今之中央處理器(CPU)的負載電流是高度動態的而且是非常快速地由低變高以及由高變低。CPU的電流瞬變可能發生在1微秒內，有可能小於習知的電壓調節器之典型切換週期。因此業界希望能提供一種帶有控制迴路(例如電壓模式或電流模式控制迴路)之直流對直流電壓調節器，其可針對負載變化提供幾乎實時的瞬變響應以調節出精確的輸出電壓。
於習知電壓調節器的脈寬調變設計中，單個斜坡訊號或雙斜坡訊號由固定頻率的(constant frequency)同步時脈訊號誘發產生以用做參考訊號，藉與輸出電壓誤差訊號(隨著輸出電壓與目標電壓之間的差異變化而變化)進行比較來產生脈寬調變訊號以對輸出電壓進行調節。如圖1所示，其繪示出相關於先前技術中利用固定頻率的同步時脈訊號CLK誘發出單個斜坡訊號RAMP作為參考訊號以與輸出電壓誤差訊號COMP進行比較來提供脈寬調變訊號PWM之設計的時序圖。於圖1中，同步時脈訊號CLK中的單個脈衝作為單個斜坡訊號RAMP在向上爬坡與向下爬坡之間轉換的觸發訊號，而斜坡訊號RAMP與輸出電壓誤差訊號COMP的相鄰兩個交叉點分別用來決定脈寬調變訊號PWM的開週期的起始點(亦即脈寬調變訊號PWM的切換觸發點)與結束點。
然而，從圖1可以發現，由於斜坡訊號RAMP受限於同步脈衝訊號CLK而係固定的，因此習知的脈寬調變設計難以使脈寬調變訊號PWM的開週期對因負載變化導致的輸出電壓誤差訊號COMP之瞬變(例如圖1中COMP的突起部份)作出即時響應。
本發明的目的之一是提供一種電壓調節器，能夠根據負載的變化作出快速的瞬變響應。
本發明的再一目的是提供一種脈寬調變訊號產生方法，以使脈寬調變訊號的開週期能夠根據負載的變化作出快速的瞬變響應。
本發明實施例提出的一種電壓調節器，其包括第一比較器、正反器以及第二比較器。第一比較器藉由比較第一斜坡訊號與輸出感測訊號輸出脈寬調變訊號的開週期觸發訊號，而輸出感測訊號包括輸出電壓誤差訊號，又或者是包括按照預設比例混合的電流感測訊號與輸出電壓誤差訊號，其中電流感測訊號隨著電壓調節器的電感電流而改變，且輸出電壓誤差訊號隨著電壓調節器的輸出電壓與第一參考電壓之間的差異而改變。正反器輸出上述之脈寬調變訊號並接受脈寬調變訊號的開週期觸發訊號的觸發而決定脈寬調變訊號的開週期的起始點。第二比較器藉由比較第二斜坡訊號與上述之輸出感測訊號來決定是否重置正反器的輸出以藉此決定脈寬調變訊號的開週期的結束點。再者，第一斜坡訊號於脈寬調變訊號的開週期的起始點被重置至第二參考電壓並維持在第二參考電壓直至脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡，第二斜坡訊號於脈寬調變訊號的開週期的起始點開始向上爬坡直至脈寬調變訊號的開週期的結束點被重置。
本發明再一實施例提出的一種電壓調節器，其包括第一比較器、多個正反器以及多個第二比較器。第一比較器藉由比較第一斜坡訊號與輸出感測訊號以按照預設順序輸出多個脈寬調變訊號的開週期觸發訊號；輸出感測訊號包括按照預設比例混合的多個電流感測訊號與輸出電壓誤差訊號，其中每一電流感測訊號係隨著電壓調節器的電感電流而改變，且輸出電壓誤差訊號係隨著電壓調節器的輸出電壓與第一參考電壓之間的差異而改變。這些正反器分別輸出上述之脈寬調變訊號，其接收這些脈寬調變訊號的開週期觸發訊號並與各自的資料輸入端上的輸入訊號共同決定各自輸出的這些脈寬調變訊號中的相應者的開週期的起始點。每一第二比較器分別藉由比較第二斜坡訊號與上述之輸出感測訊號來決定是否重置這些正反器中之相應的正反器的輸出，以藉此決定此相應的正反器輸出的脈寬調變訊號的開週期的結束點。再者，第一斜坡訊號於每一脈寬調變訊號的開週期的起始點被重置至第二參考電壓並維持在第二參考電壓直至此脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡，每一第二斜坡訊號於相應的脈寬調變訊號的開週期的起始點開始向上爬坡直至此相應的脈寬調變訊號的開週期的結束點被重置。
本發明又一實施例提出的一種脈寬調變訊號產生方法，適用於電壓調節器。本實施例中的脈寬調變訊號產生方法包括步驟：(a)提供輸出感測訊號，其中輸出感測訊號包括輸出電壓誤差訊號，又或者是包括以預設比例混合的一個或多個電流感測訊號與輸出電壓誤差訊號，電流感測訊號隨著電壓調節器的電感電流而改變，且輸出電壓誤差訊號隨著電壓調節器的輸出電壓與第一參考電壓之間的差異而改變；(b)提供第一斜坡訊號，並以第一斜坡訊號與上述之輸出感測訊號的第一交叉點決定脈寬調變訊號的開週期的起始點；以及(c)提供第二斜坡訊號，並以第二斜坡訊號與輸出感測訊號的第二交叉點決定脈寬調變訊號的開週期的結束點。再者，上述之第一斜坡訊號在第一交叉點被重置至第二參考電壓並維持在第二參考電壓且於脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡；第二斜坡訊號在脈寬調變訊號的開週期的起始點開始向上爬坡且在第二交叉點被重置至預設準位。
進一步地，本實施例中的脈寬調變訊號產生方法，當電流感測訊號為多個時更可包括步驟：(d)提供第三斜坡訊號，並以第一斜坡訊號與上述之輸出感測訊號的第三交叉點決定第二脈寬調變訊號的開週期的起始點，且以第三斜坡訊號與上述之輸出感測訊號的第四交叉點決定第二脈寬調變訊號的開週期的結束點；其中第一交叉點、第二交叉點、第三交叉點與第四交叉點於時間順序上依次排列。
本發明實施例利用輸出感測訊號與第一斜坡訊號來產生脈寬調變訊號的切換觸發點(亦即開週期的起始點)，並利用輸出感測訊號與第二斜坡訊號(或第三斜坡訊號)來產生第一斜坡訊號的向下爬坡觸發點與開週期的結束點；第一斜坡訊號不會類似於習知技術而受限於固定頻率的同步脈衝訊號，因此脈寬調變訊號的開週期能夠對相關於負載變化的輸出感測訊號之變化作出快速的瞬變響應，可大大提升了電壓調節器的性能。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參閱圖2，其繪示出相關於本發明第一實施例的電壓調節器的電路結構示意圖。如圖2所示，電壓調節器100接收輸入電壓VIN並根據脈寬調變訊號TON及TOFF分別對開關電晶體HS-MOS及LS-MOS進行控制來提供電感電流IL對帶有等效串接電阻Resr的輸出電容C進行充電以向負載提供輸出電壓VOUT。本實施例中，電壓調節器100主要包括：比較器CMP1及CMP2、D型正反器DFF以及斜坡訊號產生電路RAMP1及RAMP2。
具體地，比較器CMP1具有正相輸入端(+)與反相輸入端(-)，比較器CMP1的正相輸入端(+)接收輸出感測訊號VEA並透過電阻R電連接至其反相輸入端(-)，並且比較器CMP1的反相輸入端(-)接收斜坡訊號產生電路RAMP1提供的斜坡訊號D-RAMP並電連接至參考電壓V2V，在此參考電壓V2V作為斜坡訊號D-RAMP的初始準位；比較器CMP1藉由比較斜坡訊號D-RAMP與輸出感測訊號VEA輸出脈寬調變訊號TON的開週期觸發訊號來設定脈寬調變訊號TON的開週期的起始點。本實施例中，輸出感測訊號VEA包括按照預設比例混合的電流感測訊號VCS與輸出電壓誤差訊號COMP；電流感測訊號VCS由電壓放大器AMP根據電流感測電阻Rs兩端的電壓訊號ISEN及ISEN_N來產生，因此其係隨著流過電感L上的電感電流IL而變化；輸出電壓誤差訊號COMP由誤差放大器EA根據輸出電壓VOUT的回饋值FB與參考電壓Vref(例如目標電壓識別值，target Voltage Identification)之間的差異來產生，因此其會隨著輸出電壓VOUT的回饋值FB與參考電壓Vref之間的差異而變化。再者，電流感測訊號VCS與輸出電壓誤差訊號COMP例如是按照10:1的比例進行混合，且此混合比例可藉由設定電壓放大器AMP與誤差放大器EA各自的放大倍數來設定，但本發明並不以此為限。
D型正反器DFF的時脈輸入端電連接至比較器CMP1的輸出端來接收比較器CMP1輸出的脈寬調變訊號TON的開週期觸發訊號，以接受此開週期觸發訊號之觸發而於輸出端Q輸出脈寬調變訊號TON以及於另一輸出端QB輸出另一脈寬調變訊號TOFF；D型正反器DFF的資料輸入端D電連接至高邏輯電壓VDD。在此，脈寬調變訊號TOFF為與脈寬調變訊號TON反相的訊號，並且脈寬調變訊號TOFF係作為斜坡訊號產生電路RAMP1提供的斜坡訊號D-RAMP向下爬坡的觸發訊號。
承上述，比較器CMP2具有正相輸入端(+)與反相輸入端(-)，比較器CMP2的正相輸入端(+)接收輸出感測訊號VEA，比較器CMP2的反相輸入端(-)接收斜坡訊號產生電路RAMP2提供的斜坡訊號U-RAMP，並且比較器CMP2的輸出端電連接至D型正反器DFF的重置端R；比較器CMP2藉由比較斜坡訊號U-RAMP與輸出感測訊號VEA來決定重置D型正反器DFF之時機，以藉此決定脈寬調變訊號TON的開週期t的結束點與斜坡訊號D-RAMP開始向下爬坡之時機。本實施例中，斜坡訊號產生電路RAMP2接受D型正反器DFF輸出的脈寬調變訊號TON及TOFF的控制，且主要包括電源ITON、開關SW、電容C1以及電晶體M1；電源ITON與開關SW構成充電電路並接受脈寬調變訊號TON的控制以擇機對電容C1進行充電來使斜坡訊號U-RAMP向上爬坡，電晶體M1構成放電電路並接受脈寬調變訊號TOFF的控制以擇機對電容C1快速放電至預設準位例如接地準位GND來重置斜坡訊號U-RAMP。
請一併參閱圖2及圖3，圖3繪示出相關於圖2所示電壓調節器的負載電流ILoad、參考電壓V2V、斜坡訊號D-RAMP及U-RAMP、輸出感測訊號VEA與脈寬調變訊號TON等多個訊號的時序圖。如圖3所示，當斜坡訊號D-RAMP與輸出感測訊號VEA交叉時形成交叉點P1以作為脈寬調變訊號TON的開週期觸發點，斜坡訊號D-RAMP在交叉點P1處被重置至參考電壓V2V並維持在參考電壓V2V，D型正反器DFF的輸出端Q開始輸出高準位(亦即脈寬調變訊號TON處於高準位)，斜坡訊號產生電路RAMP2中的開關SW閉合而開始對電容C1進行充電以使斜坡訊號U-RAMP開始向上爬坡；之後，當斜坡訊號U-RAMP向上爬坡至與輸出感測訊號VEA交叉形成交叉點P2時，D型正反器DFF被重置而使D型正反器DFF之輸出端Q輸出的脈寬調變訊號TON跳變為低準位，而與脈寬調變訊號TON反相的脈寬調變訊號TOFF則跳變為高準位，斜坡訊號產生電路RAMP2中的電晶體M1因脈寬調變訊號TOFF的致能而導通，此使電容C1快速放電至預設準位(例如接地準位GND)，進而使得斜坡訊號U-RAMP被重置至此預設準位。另一斜坡訊號產生電路RAMP1接受脈寬調變訊號TOFF的觸發，致使其提供的斜坡訊號D-RAMP從參考電壓V2V開始向下爬坡直至與輸出感測訊號VEA再次交叉時被再次重置。
從圖3中還可以得知：當電壓調節器100處於輕載穩態操作期間(steady operation period)，負載電流ILoad相對較小，脈寬調變訊號TON的開週期t相對較小；反之，當其處於重載穩態操作期間，負載電流ILoad相對較大，脈寬調變訊號TON的開週期t相對較大；簡言之，於各種穩態操作期間，脈寬調變訊號TON的開週期t係隨著負載條件而改變的。另一方面，於負載瞬變期間(對應負載電流ILoad從大變小或者從小變大)，電壓調節器100也能夠實時地根據其輸出變化(包括電感電流的變化)來產生合適的開週期t以在很短地時間內調節好輸出電壓VOUT。概述之，本實施例中的電壓調節器100能夠提供一種完全源於負載條件(load situation-originated)的脈寬調變控制迴路，其提供的脈寬調變訊號的開週期係動態的，而不再類似於先前技術受限於同步時脈訊號及切換頻率等因素。
需要說明的是，本發明上述第一實施例已描述採用單通道電流感測訊號之電壓調節器100及其脈寬調變訊號產生過程，但本發明並不以此為限，本發明的電壓調節器也可採用多通道電流感測訊號，例如圖4所示的採用雙通道電流感測訊號。
請參閱圖4，其繪示出相關於本發明第二實施例的電壓調節器的電路結構示意圖。如圖4所示，電壓調節器300接收輸入電壓VIN並根據脈寬調變訊號TON1、TOFF1、TON2及TOFF2分別對開關電晶體HS-MOS1、LS-MOS1、HS-MOS2及LS-MOS2進行控制來提供電感電流IL1及IL2對帶有等效串接電阻Resr的輸出電容C進行充電以向負載提供輸出電壓VOUT。本實施例中，電壓調節器300主要包括：比較器CMP1、CMP2及CMP3、D型正反器DFF1及DFF2以及斜坡訊號產生電路RAMP1、RAMP2及RAMP3。
具體地，比較器CMP1具有正相輸入端(+)與反相輸入端(-)，比較器CMP1的正相輸入端(+)接收輸出感測訊號VEA並透過電阻R電連接至其反相輸入端(-)，並且比較器CMP1的反相輸入端(-)接收斜坡訊號產生電路RAMP1提供的斜坡訊號D-RAMP並電連接至參考電壓V2V，在此參考電壓V2V作為斜坡訊號D-RAMP的初始準位；比較器CMP1藉由比較斜坡訊號D-RAMP與輸出感測訊號VEA依序輸出脈寬調變訊號TON1及TON2的開週期觸發訊號來設定脈寬調變訊號TON1及TON2的開週期的起始點。本實施例中，輸出感測訊號VEA包括按照預設比例混合的電流感測訊號VCS1及VCS2與輸出電壓誤差訊號COMP；電流感測訊號VCS1由電壓放大器AMP1根據電流感測電阻Rs1兩端的電壓訊號ISEN1及ISEN1_N來產生，因此其係隨著流過電感L1上的電感電流IL1而變化；類似地，電流感測訊號VCS2由電壓放大器AMP2根據電流感測電阻Rs2兩端的電壓訊號ISEN2及ISEN2_N來產生，因此其係隨著流過電感L2上的電感電流IL2而變化；輸出電壓誤差訊號COMP由誤差放大器EA根據輸出電壓VOUT的回饋值FB與參考電壓Vref(例如目標電壓識別值)之間的差異來產生，因此其會隨著輸出電壓VOUT的回饋值FB與參考電壓Vref之間的差異而變化。再者，電流感測訊號VCS1及VCS2中的每一者與輸出電壓誤差訊號COMP例如是按照10:1的比例進行混合，且此混合比例可藉由設定電壓放大器AMP1及AMP2與誤差放大器EA各自的放大倍數來設定，但本發明並不以此為限。
D型正反器DFF1的時脈輸入端電連接至比較器CMP1的輸出端來接收比較器CMP1輸出的脈寬調變訊號TON1的開週期觸發訊號，以接受此開週期觸發訊號之觸發而於輸出端Q輸出脈寬調變訊號TON1以及於另一輸出端QB輸出另一脈寬調變訊號TOFF1；D型正反器DFF1的資料輸入端D電連接至相選擇訊號PHC以獲取資料輸入。類似地，D型正反器DFF2的時脈輸入端電連接至比較器CMP1的輸出端來接收比較器CMP1輸出的脈寬調變訊號TON2的開週期觸發訊號，以接受此開週期觸發訊號之觸發而於輸出端Q輸出脈寬調變訊號TON2以及於另一輸出端QB輸出另一脈寬調變訊號TOFF2；D型正反器DFF2的資料輸入端D電連接至相選擇訊號PHCB以獲取資料輸入；在此，相選擇訊號PHC與PHCB互為反相。再者，脈寬調變訊號TOFF1及TOFF2分別為與脈寬調變訊號TON1及TON2反相的訊號，並且脈寬調變訊號TOFF1及TOFF2皆作為斜坡訊號產生電路RAMP1提供的斜坡訊號D-RAMP向下爬坡的觸發訊號。
承上述，比較器CMP2具有正相輸入端(+)與反相輸入端(-)，比較器CMP2的正相輸入端(+)接收輸出感測訊號VEA，比較器CMP2的反相輸入端(-)接收斜坡訊號產生電路RAMP2提供的斜坡訊號U-RAMP1，並且比較器CMP2的輸出端電連接至D型正反器DFF1的重置端R；比較器CMP2藉由比較斜坡訊號U-RAMP1與輸出感測訊號VEA來決定重置D型正反器DFF1之時機，以藉此決定脈寬調變訊號TON1的開週期的結束點與斜坡訊號D-RAMP開始向下爬坡之時機。本實施例中，斜坡訊號產生電路RAMP2接受D型正反器DFF1輸出的脈寬調變訊號TON1及TOFF1的控制，且主要包括電源ITON、開關SW1、電容C1以及電晶體M1；電源ITON與開關SW1構成充電電路並接受脈寬調變訊號TON1的控制以擇機對電容C1進行充電來使斜坡訊號U-RAMP1向上爬坡，電晶體M1構成放電電路並接受脈寬調變訊號TOFF1的控制以擇機對電容C1快速放電至預設準位例如接地準位GND來重置斜坡訊號U-RAMP1。
類似於比較器CMP2，比較器CMP3具有正相輸入端(+)與反相輸入端(-)，比較器CMP3的正相輸入端(+)接收輸出感測訊號VEA，比較器CMP3的反相輸入端(-)接收斜坡訊號產生電路RAMP3提供的斜坡訊號U-RAMP2，並且比較器CMP3的輸出端電連接至D型正反器DFF2的重置端R；比較器CMP3藉由比較斜坡訊號U-RAMP2與輸出感測訊號VEA來決定重置D型正反器DFF2之時機，以藉此決定脈寬調變訊號TON2的開週期的結束點與斜坡訊號D-RAMP開始向下爬坡之另一時機。本實施例中，斜坡訊號產生電路RAMP3接受D型正反器DFF2輸出的脈寬調變訊號TON2及TOFF2的控制，且主要包括電源ITON、開關SW2、電容C2以及電晶體M2；電源ITON與開關SW2構成充電電路並接受脈寬調變訊號TON2的控制以擇機對電容C2進行充電來使斜坡訊號U-RAMP2向上爬坡，電晶體M2構成放電電路並接受脈寬調變訊號TOFF2的控制以擇機對電容C2快速放電至預設準位例如接地準位GND來重置斜坡訊號U-RAMP2。
請一併參閱圖4及圖5，圖5繪示出相關於圖4所示電壓調節器的負載電流ILoad、參考電壓V2V、斜坡訊號D-RAMP、U-RAMP1及U-RAMP2、輸出感測訊號VEA、相選擇訊號PHC與脈寬調變訊號TON1及TON2等多個訊號的時序圖。如圖5所示，當斜坡訊號D-RAMP與輸出感測訊號VEA交叉時形成交叉點P11以作為脈寬調變訊號TON1的開週期觸發點，斜坡訊號D-RAMP在交叉點P11處被重置至參考電壓V2V並維持在參考電壓V2V，D型正反器DFF1的輸出端Q開始輸出高準位(亦即脈寬調變訊號TON1處於高準位)，而D型正反器DFF2因資料輸入端D的相選擇訊號PHCB為低準位故其輸出端Q仍然輸出低準位，斜坡訊號產生電路RAMP2中的開關SW1閉合而開始對電容C1進行充電以使斜坡訊號U-RAMP1開始向上爬坡；之後，當斜坡訊號U-RAMP1向上爬坡至與輸出感測訊號VEA交叉形成交叉點P21時，D型正反器DFF1被重置而使D型正反器DFF1之輸出端Q輸出的脈寬調變訊號TON1跳變為低準位且與其反相的脈寬調變訊號TOFF1跳變為高準位，斜坡訊號產生電路RAMP2中的電晶體M1因脈寬調變訊號TOFF1的致能而導通使電容C1快速放電至預設準位例如接地準位GND進而致使斜坡訊號U-RAMP1被重置至此預設準位，並且另一斜坡訊號產生電路RAMP1接受脈寬調變訊號TOFF1的觸發而致使其提供的斜坡訊號D-RAMP從參考電壓V2V開始向下爬坡。
接下來，當斜坡訊號D-RAMP從參考電壓V2V開始向下爬坡至與輸出感測訊號VEA再次交叉時形成交叉點P12以作為脈寬調變訊號TON2的開週期觸發點，斜坡訊號D-RAMP在交叉點P12處被重置至參考電壓V2V並維持在參考電壓V2V，D型正反器DFF2因資料輸入端D的相選擇訊號PHCB為高準位，故其輸出端Q開始輸出高準位(亦即脈寬調變訊號TON2處於高準位)，斜坡訊號產生電路RAMP3中的開關SW2閉合而開始對電容C2進行充電以使斜坡訊號U-RAMP2開始向上爬坡；之後，當斜坡訊號U-RAMP2向上爬坡至與輸出感測訊號VEA交叉形成交叉點P22時，D型正反器DFF2被重置而使D型正反器DFF2之輸出端Q輸出的脈寬調變訊號TON2跳變為低準位，脈寬調變訊號TOFF2跳變為高準位。斜坡訊號產生電路RAMP3中的電晶體M2因脈寬調變訊號TOFF2的致能而導通，此使電容C2快速放電至預設準位(例如接地準位GND)，進而致使斜坡訊號U-RAMP2被重置至此預設準位。從圖5中還可以得知，脈寬調變訊號TON1與TON2係依序產生的，並且決定脈寬調變訊號TON2的開週期t2的交叉點P12及P22位於脈寬調變訊號TON1之包含交叉點P11及P21的切換週期T1(由相鄰兩個交叉點P11決定)內。
此外需要說明的是，類似於本發明上述第一實施例的電壓調節器100，本發明第二實施例的電壓調節器300於各種穩態操作期間，脈寬調變訊號TON1及TON2各自的開週期t1及t2係隨著負載條件而改變的。另一方面，於負載瞬變期間，電壓調節器300能夠實時地根據其輸出變化(包括電感電流的變化)來產生合適的開週期t1及t2以在很短地時間內調節好輸出電壓VOUT。概述之，本實施例中的電壓調節器300能夠提供一種完全源於負載條件的脈寬調變控制迴路，其提供的脈寬調變訊號的開週期係動態的，而不再類似於先前技術受限於同步時脈訊號及切換頻率等因素。
另外，電壓調節器100與300中的電流感測訊號Vcs或Vcs1，Vcs2為主要用於設定輸出電壓的下調電壓控制訊號(Droop Control Signal)或是增加系統穩定，因此並非是必要值，無此電流訊號其操作原理與前述相同。
綜上所述，本發明實施例利用輸出感測訊號與第一斜坡訊號來產生脈寬調變訊號的切換觸發點(亦即開週期的起始點)，並利用輸出感測訊號與第二斜坡訊號(或第三斜坡訊號)來產生第一斜坡訊號的向下爬坡觸發點與開週期的結束點；第一斜坡訊號不會類似於習知技術而受限於固定頻率的同步脈衝訊號，因此脈寬調變訊號的開週期能夠對相關於負載變化的輸出感測訊號之變化作出快速的瞬變響應，可大大提升了電壓調節器的性能。
另外，任何悉此技藝者可對本發明上述實施例中的電壓調節器之電路結構作適當變更設計，例如變更提供輸出感測訊號VEA的電路結構，只要其所提供的輸出感測訊號能夠反映輸出電壓及/或電感電流的狀況即可，又或者是變更正反器的種類等等，這些適當的變更均應包含於本發明的發明構想。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
CLK．．．同步時脈訊號
RAMP．．．斜坡訊號
COMP．．．輸出電壓誤差訊號
PWM．．．脈寬調變訊號
100、300．．．電壓調節器
CMP1、CMP2、CMP3．．．比較器
AMP1、AMP2．．．電壓放大器
ISEN、ISEN_N、ISEN1、ISEN1_N、ISEN2、ISEN2_N．．．電壓訊號
VCS、VCS1、VCS2．．．電流感測訊號
Rs、Rs1、Rs2．．．電流感測電阻
L、L1、L2．．．電感
IL、IL1、IL2．．．電感電流
HS-MOS、LS-MOS、HS-MOS1、LS-MOS1、HS-MOS2、LS-MOS2．．．開關電晶體
VIN．．．輸入電壓
VOUT．．．輸出電壓
C．．．輸出電容
Resr．．．等效串接電阻
ILoad．．．負載電流
GND．．．接地準位
EA．．．誤差放大器
Vref．．．參考電壓
FB．．．輸出電壓的回饋值
VEA．．．輸出感測訊號
R．．．電阻
V2V．．．參考電壓
DFF、DFF1、DFF2．．．D型正反器
VDD．．．高邏輯電壓
TON、TOFF、TON1、TOFF1、TON2、TOFF2．．．脈寬調變訊號
RAMP1、RAMP2、RAMP3．．．斜坡訊號產生電路
D-RAMP、U-RAMP、U-RAMP1、U-RAMP2．．．斜坡訊號
ITON．．．電源
SW、SW1、SW2．．．開關
C1、C2．．．電容
M1、M2．．．電晶體
P1、P2、P11、P21、P12、P22．．．交叉點
t、t1、t2．．．開週期
T1．．．切換週期
PHC、PHCB．．．相選擇訊號
圖1繪示出相關於先前技術中利用固定頻率的同步時脈訊號誘發出單個斜坡訊號來提供脈寬調變訊號之設計的時序圖。
圖2繪示出相關於本發明第一實施例的電壓調節器的電路結構示意圖。
圖3繪示出相關於圖2所示電壓調節器的多個訊號的時序圖。
圖4繪示出相關於本發明第二實施例的電壓調節器的電路結構示意圖。
圖5繪示出相關於圖4所示電壓調節器的多個訊號的時序圖。
100．．．電壓調節器
CMP1、CMP2．．．比較器
AMP．．．電壓放大器
ISEN、ISEN_N．．．電壓訊號
VCS．．．電流感測訊號
Rs．．．電流感測電阻
L．．．電感
IL．．．電感電流
HS-MOS、LS-MOS．．．開關電晶體
VIN．．．輸入電壓
VOUT．．．輸出電壓
C．．．輸出電容
Resr．．．等效串接電阻
ILoad．．．負載電流
GND．．．接地準位
EA．．．誤差放大器
Vref．．．參考電壓
FB．．．輸出電壓的回饋值
COMP．．．輸出電壓誤差訊號
VEA．．．輸出感測訊號
R．．．電阻
V2V．．．參考電壓
DFF．．．D型正反器
VDD．．．高邏輯電壓
TON、TOFF．．．脈寬調變訊號
RAMP1、RAMP2．．．斜坡訊號產生電路
D-RAMP、U-RAMP．．．斜坡訊號
ITON．．．電源
SW．．．開關
C1．．．電容
M1．．．電晶體
Claims (15)
- 一種電壓調節器，包括：一第一比較器，藉由比較一第一斜坡訊號與一輸出感測訊號輸出一脈寬調變訊號的一開週期觸發訊號，其中該輸出感測訊號包括一輸出電壓誤差訊號，且該輸出電壓誤差訊號隨著電壓調節器的一輸出電壓與一第一參考電壓之間的差異而改變；一正反器，輸出該脈寬調變訊號並接受該脈寬調變訊號的開週期觸發訊號的觸發而決定該脈寬調變訊號的一開週期的起始點；以及一第二比較器，藉由比較一第二斜坡訊號與該輸出感測訊號來決定是否重置該正反器的輸出以藉此決定該脈寬調變訊號的開週期的結束點；其中，該第一斜坡訊號於該脈寬調變訊號的開週期的起始點被重置至一第二參考電壓並維持在第二參考電壓直至該脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡，該第二斜坡訊號於該脈寬調變訊號的開週期的起始點開始向上爬坡直至該脈寬調變訊號的開週期的結束點被重置。
- 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中該第一比較器的一第一輸入端接收該輸出感測訊號且透過一電阻電性耦接至該第一比較器的一第二輸入端，該第一比較器的第二輸入端接收該第一斜坡訊號並電性耦接至該第二參考電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中該輸出感測訊號更包括一電流感測訊號，且該電流感測訊號隨著該電壓調節器的一電感電流而改變並與該輸出電壓誤差訊號按照預設比例混合。
- 如申請專利範圍第3項所述的電壓調節器，更包括：一第一放大器，輸出該輸出電壓誤差訊號；一第二放大器，輸出該電流感測訊號以與該輸出電壓誤差訊號按照該預設比例混合後輸入至該第一比較器的第一輸入端；以及一第一斜坡訊號產生電路，輸出該第一斜坡訊號至該第一比較器的第二輸入端，並接受該正反器輸出的與該脈寬調變訊號反相的訊號之觸發而使該第一斜坡訊號開始向下爬坡。
- 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，更包括一第二斜坡訊號產生電路，輸出該第二斜坡訊號至該第二比較器的一第二輸入端；該第二比較器的一第一輸入端接收該輸出感測訊號；其中該第二斜坡訊號產生電路包括一充電電路、一放電電路以及一電容，該充電電路接受該正反器輸出的該脈寬調變訊號之致能而對該電容進行充電操作以使該第二斜坡訊號開始向上爬坡，該放電電路接受該正反器輸出的與該脈寬調變訊號反相的訊號之致能而對該電容進行放電操作以使該第二斜坡訊號被重置。
- 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中該正反器為一D型正反器，該D型正反器的時脈輸入端接收該脈寬調變訊號的該開週期觸發訊號，且該D型正反器的重置端接收該第二比較器的輸出。
- 一種電壓調節器，包括：一第一比較器，藉由比較一第一斜坡訊號與一輸出感測訊號以按照預設順序輸出多個脈寬調變訊號的開週期觸發訊號，其中該輸出感測訊號包括按照預設比例混合的多個電流感測訊號與一輸出電壓誤差訊號，每一該些電流感測訊號分別隨著該電壓調節器的一電感電流而改變，且該輸出電壓誤差訊號隨著該電壓調節器的一輸出電壓與一第一參考電壓之間的差異而改變；多個正反器，分別輸出該些脈寬調變訊號，該些正反器接收該些脈寬調變訊號的開週期觸發訊號並與各自的資料輸入端上的輸入訊號共同決定各自輸出的該些脈寬調變訊號中之相應者的一開週期的起始點；以及多個第二比較器，每一該些第二比較器分別藉由比較一第二斜坡訊號與該輸出感測訊號來決定是否重置該些正反器中之一相應的正反器的輸出，以藉此決定該相應的正反器輸出的該脈寬調變訊號的開週期的結束點；其中，該第一斜坡訊號於每一該些脈寬調變訊號的開週期的起始點被重置至一第二參考電壓，並維持在該第二參考電壓直至該脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡，每一該些第二斜坡訊號分別於該些脈寬調變訊號中之該相應者的開週期的起始點開始向上爬坡，直至該相應的脈寬調變訊號的開週期的結束點被重置。
- 如申請專利範圍第7項所述的電壓調節器，其中該第一比較器的一第一輸入端接收該輸出感測訊號且透過一電阻電性耦接至該第一比較器的一第二輸入端，該第一比較器的第二輸入端接收該第一斜坡訊號並電性耦接至該第二參考電壓。
- 如申請專利範圍第7項所述的電壓調節器，更包括：一第一放大器，輸出該輸出電壓誤差訊號；多個第二放大器，分別輸出該些電流感測訊號以與該輸出電壓誤差訊號按照該預設比例混合後輸入至該第一比較器的第一輸入端；以及一第一斜坡訊號產生電路，輸出該第一斜坡訊號至該第一比較器的第二輸入端，並接受由每一該些正反器輸出且與該正反器輸出的脈寬調變訊號反相的訊號之觸發，而使該第一斜坡訊號開始向下爬坡。
- 如申請專利範圍第7項所述的電壓調節器，更包括多個第二斜坡訊號產生電路，每一該些第二斜坡訊號產生電路分別輸出該第二斜坡訊號至該些第二比較器中之一相應的第二比較器的一第二輸入端；該相應的第二比較器的一第一輸入端接收該輸出感測訊號；其中每一該些第二斜坡訊號產生電路包括一充電電路、一放電電路以及一電容，該充電電路接受該相應的正反器輸出的脈寬調變訊號之致能而對該電容進行充電操作，以使該第二斜坡訊號開始向上爬坡，該放電電路接受該相應的正反器輸出且與該相應的正反器輸出的脈寬調變訊號反相的訊號之致能，而對該電容進行放電操作以使該第二斜坡訊號被重置。
- 如申請專利範圍第7項所述的電壓調節器，其中每一該些正反器為一D型正反器，該D型正反器的時脈輸入端接收該些脈寬調變訊號中之一相應的脈寬調變訊號的開週期觸發訊號，該D型正反器的重置端接收該相應的第二比較器的輸出；並且該些正反器的資料輸入端分別接收一相選擇訊號。
- 一種脈寬調變訊號產生方法，適用於一電壓調節器，該脈寬調變訊號產生方法包括步驟：提供一輸出感測訊號，該輸出感測訊號包括一輸出電壓誤差訊號，且該輸出電壓誤差訊號隨著該電壓調節器的一輸出電壓與一第一參考電壓之間的差異而改變；提供一第一斜坡訊號，並以該第一斜坡訊號與該輸出感測訊號的一第一交叉點決定一脈寬調變訊號的一開週期的起始點；以及提供一第二斜坡訊號，並以該第二斜坡訊號與該輸出感測訊號的一第二交叉點決定該脈寬調變訊號的開週期的結束點；其中，該第一斜坡訊號在該第一交叉點被重置至一第二參考電壓，並維持在該第二參考電壓且於該脈寬調變訊號的開週期的結束點開始向下爬坡；其中，該第二斜坡訊號在該脈寬調變訊號的開週期的起始點開始向上爬坡，且在該第二交叉點被重置至一預設準位。
- 如申請專利範圍第12項所述的脈寬調變訊號產生方法，更包括步驟：使該脈寬調變訊號的開週期於該電壓調節器處於重載穩態操作期間的取值大於該電壓調節器處於輕載穩態操作期間的取值。
- 如申請專利範圍第12項所述的脈寬調變訊號產生方法，其中該輸出感測訊號更包括至少一電流感測訊號，每一該 至少一電流感測訊號隨著該電壓調節器的電感電流而改變，且該至少一電流感測訊號與該輸出電壓誤差訊號按照預設比例混合。
- 如申請專利範圍第14項所述的脈寬調變訊號產生方法，當該至少一電流感測訊號為多個時更包括步驟：提供一第三斜坡訊號，以該第一斜坡訊號與該輸出感測訊號的一第三交叉點決定一第二脈寬調變訊號的一開週期的起始點，且以該第三斜坡訊號與該輸出感測訊號的一第四交叉點決定該第二脈寬調變訊號的開週期的結束點；其中，該第三交叉點與該第四交叉點位於該第一脈寬調變訊號中包含該第一交叉點與該第二交叉點的切換週期內。
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