TWI450483B - 直流對直流轉換器及其電壓轉換方法 - Google Patents

Description

直流對直流轉換器及其電壓轉換方法

本發明是有關於一種直流對直流轉換器，且特別是有關於一種可調整脈衝寬度調變訊號之脈衝寬度的直流對直流轉換器。

眾所周知，直流轉直流轉換器(DC-to-DC converter)可將直流輸入電壓(DC input voltage)轉換為大小相異的直流輸出電壓(DC output voltage)。電腦系統中的中央處理器(CPU)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、繪圖晶片(graphic chip)、晶片組(chip set)所使用的操作電壓皆不相同，因此，電腦系統中需要許多直流轉直流轉換器用以將電源供應器提供的直流輸入電壓(例如19V)轉換成為各元件所需的操作電壓。

在一般的直流轉直流轉換器中，通常利用脈衝寬度調變(PWM)訊號作為驅動訊號。頻率較高的脈衝寬度調變訊可達到較高的功率密度，但是卻會增加轉換功率的耗損。所以此種驅動方式通常只適用於重負載的應用，而在輕負載的應用中較沒有效率，因為大部份的功率係消耗在直流轉直流轉換器中的開關上而非為負載所消耗。因此，長期以來需要一種直流轉直流轉換器，希望能隨著負載的變化而做彈性的調整，不僅在重負載的應用時具有較高轉換效率，在輕負載的應用時亦有良好的轉換效率。

本發明提供一種直流對直流轉換器，可使直流對直流轉換器的負載在輕負載時，亦可有良好的轉換效率。

本發明提出一種直流對直流轉換器，適於提供輸出電壓給負載，直流對直流轉換器包括控制模組以及輸出模組。控制模組接收第一脈衝寬度調變訊號與負載指示訊號，以輸出第二脈衝寬度調變訊號，其中第一脈衝寬度調變訊號具有第一預設脈衝寬度。當負載指示訊號指示負載為重負載時，控制模組將第一脈衝寬度調變訊號作為第二脈衝寬度調變訊號輸出。當負載指示訊號指示負載為輕負載時，控制模組輸出具有第二預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號。輸出模組耦接控制模組，依據第二脈衝寬度調變訊號來提供輸出電壓，其中第二預設脈衝寬度大於第一預設脈衝寬度。

在本發明之一實施例中，上述之直流對直流轉換器更包括電流偵測單元，用以偵測輸出模組的負載電流，以提供負載指示訊號。

在本發明之一實施例中，上述之控制模組包括第一反閘、第一及閘、第二及閘、固定導通時間單元以及或閘。第一反閘之輸入端接收負載指示訊號。第一及閘之輸入端接收第一脈衝寬度調變訊號與負載指示訊號。第二及閘之輸入端接收第一脈衝寬度調變訊號與第一反閘的輸出訊號。固定導通時間單元耦接第二及閘之輸出端，當第二及閘之輸出訊號出現上升緣時，固定導通時間單元依據第二及閘之輸出訊號輸出一固定導通時間訊號，其中固定導通時間訊號之脈衝寬度等於第二預設脈衝寬度。或閘之輸入端耦接第一及閘之輸出端與導通時間控制單元，依據第一及閘之輸出結果與固定導通時間訊號輸出第二脈衝寬度調變訊號。

在本發明之一實施例中，上述之固定導通時間單元包括第二反閘、第三反閘、第四反閘、第三及閘以及第五反閘。第二反閘之輸入端耦接第二及閘的輸出端。第三反閘之輸入端耦接第二反閘的輸出端。第四反閘之輸入端耦接第三反閘的輸出端。第三及閘之輸入端耦接第三反閘的輸出端與第二及閘的輸出端。第五反閘之輸入端耦接第三及閘的輸出端。第五反閘的輸出端耦接或閘的輸入端。

在本發明之一實施例中，上述之固定導通時間單元包括D型正反器、第六反閘、第三電晶體、電流源、電容、第七反閘以及第八反閘。D型正反器之資料輸入端耦接一操作電壓，D型正反器之時脈輸入端耦接第二及閘的輸出端，D型正反器之重置端R耦接第一比較器之輸出端，D型正反器之資料輸出端耦接或閘的輸入端。第六反閘之輸入端耦接D型正反器之資料輸出端。第三電晶體之閘極耦接第六反閘的輸出端，第三電晶體之源極耦接接地電壓。電流源耦接第三電晶體之汲極。電容耦接第三電晶體之汲極。第七反閘之輸入端耦接第三電晶體之汲極。第八反閘之輸入端耦接第七反閘的輸出端，第八反閘的輸出端耦接D型正反器之重置端R。

在本發明之一實施例中，上述之直流對直流轉換器，更包括分壓阻抗單元以及脈衝寬度調變訊號產生模組。分壓阻抗單元耦接於直流對直流轉換器的輸出端與接地電壓之間。脈衝寬度調變訊號產生模組耦接電流偵測單元、控制模組與分壓阻抗單元，依據一參考電壓、負載指示訊號與輸出電壓的分壓產生第一脈衝寬度調變訊號。

在本發明之一實施例中，上述之脈衝寬度調變訊號產生模組包括誤差放大器、補償單元、斜波產生器以及第二比較器。誤差放大器之正、負輸入端分別耦接參考電壓與分壓阻抗單元，根據參考電壓以及輸出電壓之分壓產生一誤差信號。補償單元耦接誤差放大器之輸出端，用以補償誤差信號。斜波產生器耦接電流偵測單元，依據負載指示訊號與一時脈訊號產生一斜波訊號。第二比較器之正、負輸入端分別耦接誤差放大器之輸出端與斜波產生器，依據誤差信號與斜波訊號之比較結果產生第一脈衝寬度調變訊號。

本發明亦提出一種電壓轉換方法，適用於一直流對直流轉換器，直流對直流轉換器適於提供一輸出電壓給一負載，電壓轉換方法包括下列步驟。偵測直流對直流轉換器的一負載電流，以提供負載指示訊號。接收一第一脈衝寬度調變訊號與負載指示訊號，以輸出一第二脈衝寬度調變訊號，其中第一脈衝寬度調變訊號具有一第一預設脈衝寬度。依據該負載指示訊號判斷直流對直流轉換器輸出端之負載為輕負載或重負載。若直流對直流轉換器之輸出端為輕負載，輸出具有一第二預設脈衝寬度的脈衝寬度調變訊號，以切換輸入電壓與接地電壓。若直流對直流轉換器之輸出端為重負載，將該第一脈衝寬度調變訊號作為該第二脈衝寬度調變訊號輸出。依據第二脈衝寬度調變訊號來提供輸出電壓。第二預設脈衝寬度大於第一預設脈衝寬度。

在本發明之一實施例中，其中當脈衝寬度調變訊號出現上升緣時拉高輸出電壓，當第二脈衝寬度調變訊號出現下降緣時降低輸出電壓。

基於上述，本發明在直流對直流轉換器的負載為輕負載時，輸出具有一預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號，以使直流對直流轉換器在其負載為輕負載時，仍可保有良好的轉換效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。請參照圖1，直流對直流轉換器100包括控制模組102以及輸出模組104。輸出模組104耦接控制模組102、直流對直流轉換器100的輸入電壓Vin、接地電壓GND以及直流對直流轉換器100的輸出端與負載106。

控制模組102用以接收第一脈衝寬度調變訊號PWM1與負載指示訊號SC1，且輸出第二脈衝寬度調變訊號PWM2，其中第一脈衝寬度調變訊號PWM1具有第一預設脈衝寬度。當負載指示訊號SC1指示負載106為重負載時，控制模組102直接將第一脈衝寬度調變訊號PWM1作為第二脈衝寬度調變訊號PWM2輸出給輸出模組104。輸出模組104則反應第二脈衝寬度調變訊號PWM2來提供輸出電壓Vout，以使直流對直流轉換器100達到良好的轉換效率。

當負載指示訊號SC1指示負載106為輕負載時，控制模組102輸出具有第二預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號PWM2，以確保直流對直流轉換器100的轉換效率不被輕負載所影響，其中第二預設脈衝寬度大於第一預設脈衝寬度。如此藉由在負載106為重負載與輕負載時分別提供對應的脈衝寬度調變訊號(PWM1、PWM2)，即可使直流對直流轉換器100的轉換效率不受負載106之輕重的影響，而持續供應良好的電源品質給後級的系統電路。

圖2繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。請參照圖2，在本實施例中圖1實施例之第一脈衝寬度調變訊號PWM1可利用圖2所示之脈衝寬度調變訊號產生模組202與分壓阻抗單元204來產生。脈衝寬度調變訊號產生模組202耦接控制模組102與分壓阻抗單元204，而分壓阻抗單元204則耦接於輸出電壓Vout與接地電壓GND之間。

輸出模組104包括電感L1、驅動單元208與切換單元210。電感L1之第一端與第二端分別耦接直流對直流轉換器200之輸出端與切換單元210。切換單元210耦接電感L1的第二端、輸入電壓Vin與接地電壓GND。驅動單元208則耦接控制模組102與切換單元210。脈衝寬度調變訊號產生模組202依據參考電壓Vref、電感L1上之電流IL與輸出電壓Vout的分壓來產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1。驅動單元208依據第二脈衝寬度調變訊號PWM2輸出第一開關訊號UG1與第二開關訊號LG1至切換單元210，以控制切換單元210切換輸出輸入電壓Vin或接地電壓GND而輸出一脈波訊號P1至電感L1，以對應切換單元210之切換將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。

圖2實施例與圖1實施例間的差異除了脈衝寬度調變訊號產生模組202與分壓阻抗單元204外，圖2實施例之直流對直流轉換器200更包括電流偵測單元206，其耦接切換單元210的輸出端、脈衝寬度調變訊號產生模組202、驅動單元208以及控制模組102。電流偵測單元206用以偵測直流對直流轉換器200的負載電流，以提供負載指示訊號SC1。詳細來說，如圖2所示，電流偵測單元206偵測切換單元210的輸出端的負載電流(亦即電感L1上之電流IL)，並依據所偵測出電感L1上之電流IL大小輸出負載指示訊號SC1。脈衝寬度調變訊號產生模組202則可依據負載指示訊號SC1產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1，並使控制模組102可依據負載指示訊號SC1判斷直流對直流轉換器200之輸出端的負載106為輕負載或重負載，進而決定輸出第一脈衝寬度調變訊號PWM1或第二脈衝寬度調變訊號PWM2。負載106為輕負載或重負載可例如藉由比較電流IL與一預設電流值間的大小來判斷，當電流IL之電流值小於預設電流值時，判斷負載106為輕負載，而當電流IL之電流值大於預設電流值時，則判斷負載106為重負載。另外驅動單元208亦可依據負載指示訊號SC1控制切換單元210的切換狀態。

詳細來說，圖2之直流對直流轉換器200的進一步實施電路圖可如圖3所示。圖3繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。在本實施例中，脈衝寬度調變訊號產生模組202包括誤差放大器302、補償單元306、斜波產生器308以及比較器304。誤差放大器302的正、負輸入端分別耦接參考電壓Vref與分壓阻抗單元204，以依據參考電壓Vref與輸出電壓Vout的分壓產生一誤差訊號ER1。在本實施例中，分壓阻抗單元204包括兩個串接於直流對直流轉換器200的輸出端與接地電壓GND之間的電阻RA、RB，誤差放大器302為依據參考電壓Vref與輸出電壓Vout的分壓來產生誤差訊號ER1。

補償單元306耦接誤差放大器302的輸出端，在本實施例中補償單元306包括電阻R1、電容CA及電容CB，其中電阻R1與電容CA串聯，繼而再與電容CB並聯，然並不以此為限。另外比較器304的正、負輸入端分別耦接至誤差放大器302的輸出端與斜波產生器308。補償單元306用以對誤差信號ER1進行補償。斜波產生器308依據時脈訊號CLK與負載指示訊號SC1產生斜波訊號ramp1。在補償單元306完成對誤差信號Vref的補償之後，比較器304將誤差信號ER1與斜波產生器308所提供之斜波訊號ramp1進行比較，以產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1。誤差信號ER1、斜波訊號ramp1與第一脈衝寬度調變訊號PWM1的波形可如圖4所示。

另外，在本實施例中，控制模組102包括第一反閘INV1、第一及閘AND1、第二及閘AND2、固定導通時間單元310以及或閘OR1。第一反閘INV1的輸入端耦接電流偵測單元206，以接收負載指示訊號SC1。第二及閘AND2的輸入端耦接第一反閘INV1的輸出端與比較器304的輸出端，第二及閘AND2的輸出端則耦接至固定導通時間單元310。第一及閘AND1的輸入端耦接電流偵測單元206與比較器304的輸出端，以分別接收負載指示訊號SC1與第一脈衝寬度調變訊號PWM1。或閘OR1的輸入端耦接第一及閘AND1的輸出端與固定導通時間單元310，或閘OR1的輸出端則耦接至驅動單元208。

另外，切換單元210在本實施例中以第一電晶體M1與第二電晶體M2來實施。第一電晶體M1、第二電晶體M2串接於直流對直流轉換器200的輸入電壓Vin與接地電壓GND之間，第一電晶體M1與第二電晶體M2的閘極耦接驅動單元208，以分別接收第一開關訊號UG1與第二開關訊號LG1，第一電晶體M1與第二電晶體M2的共同接點耦接至電感L1。

以下將配合圖3與圖4說明直流對直流轉換器200於重負載與輕負載時的運作細節。請同時參照圖3與圖4，如圖4所示，當電流偵測單元206依據所偵測到之電感L1上的電流IL判斷出負載106為重負載時，電流偵測單元206輸出高電壓邏輯準位的負載指示訊號SC1。高電壓邏輯準位的負載指示訊號SC1經由第一反閘INV1反相後，將使得第二及閘AND2的輸出為低電壓邏輯準位，進而使固定導通時間單元310失去作用，而對控制模組102輸出的第二脈衝寬度調變訊號PWM2失去影響力。

於此同時，負載指示訊號SC1將使得斜波產生器308操作在一固定的頻率，亦即斜波產生器308所產生之斜坡訊號ramp1將具有一固定的頻率。藉由控制斜波產生器308輸出的斜坡訊號ramp1，並配合將負載指示訊號SC1輸出至第一及閘AND1即可將比較器304輸出的第一脈衝寬度調變訊號PWM1，經由第一及閘AND1與或閘OR1傳送至驅動單元208。驅動單元208則依據第一脈衝寬度調變訊號PWM1以及負載指示訊號SC1輸出第一開關信號UG1與第二開關信號LG1，以分別控制第一電晶體M1與第二電晶體M2的導通狀態，進而控制直流對直流轉換器200的輸出電壓Vout。

比較器304比較斜坡訊號ramp1與誤差訊號ER1的結果將決定第一脈衝寬度調變訊號PWM1的脈衝寬度。由圖4可看出，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2為高電壓邏輯準位時，驅動單元依據第二脈衝寬度調變訊號將第一開關訊號UG1設為高電壓邏輯準位，而將第二開關訊號LG1設為低電壓邏輯準位，亦即將第一電晶體M1設為導通狀態，並將第二電晶體M2設為關閉狀態。另外，當電感L1上之電流IL降至相對低點時，驅動單元208依據負載指示訊號SC1將第二開關訊號LG1設為低電壓邏輯準位，以關閉第二電晶M2。

當電流偵測單元206依據所偵測到之電感L1上的電流判斷出負載106為輕負載時，電流偵測單元206輸出的負載指示訊號SC1將由高電壓邏輯準位轉為低電壓邏輯準位。低電壓邏輯準位的負載指示訊號SC1經由第一反閘INV1反相後，將使得第二及閘AND2的輸出為高電壓邏輯準位，進而致能固定導通時間單元310。同時，低電壓邏輯準位的負載指示訊號SC1將使得第一及閘AND1的輸出為低電壓邏輯準位，而使得比較器304輸出的第一脈衝寬度調變訊號PWM1對控制模組102輸出的第二脈衝寬度調變訊號PWM2失去影響力。

如圖4所示，當負載106為輕負載時，斜波訊號ramp1與誤差訊號ER1分別受到輸出電壓Vout與負載指示訊號SC1的變化影響而轉變為圖4右方所示之波形，其中斜波訊號ramp1與誤差訊號ER1的頻率明顯地下降。而由於第一及閘AND1的輸出為低電壓邏輯準位，因此第二脈衝寬度調變訊號PWM2將完全由固定導通時間單元310的輸出所決定。當比較器304依據斜波訊號ramp1與誤差訊號ER1輸出的第一脈衝寬度調變訊號PWM1出現上升緣時，固定導通時間單元310依據第二及閘AND2之輸出訊號輸出一固定導通時間訊號Son1，進而透過或閘OR1將其作為第二脈衝寬度調變訊號PWM2輸出至驅動單元208。固定導通時間訊號Son1(亦即第二脈衝寬度調變訊號PWM2)之脈衝寬度等於上述之第二預設脈衝寬度，在本實施例中其大於第一脈衝寬度調變訊號PWM1的脈衝寬度。

在第二脈衝寬度調變訊號PWM2維持在高電壓邏輯準位的期間，斜波訊號ramp1也將被維持於一特定的電壓準位，並於第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉為低電壓邏輯準位後，漸漸地降至一較低的電壓準位。另外，受到第二脈衝寬度調變訊號PWM2變寬的影響，驅動單元208所輸出的第一開關訊號UG1與第二開關訊號LG1的脈衝寬度也隨之變寬。當電感L1上之電流降為零時，驅動單元208將依據負載指示訊號SC1關閉第二電晶體M2。如此藉由固定導通時間單元310來依據負載106的輕重來將第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度轉換為第二預設脈衝寬度，即可在負載106為輕負載的情形下保持直流對直流轉換器200的轉換效率，進而供應良好的電源品質給後級的應用電路。

詳細來說，固定導通時間單元310的實施方式可例如圖5A或圖5B所示。在圖5A中，固定導通時間單元310包括第二反閘INV2、第三反閘INV3、第四反閘INV4、反及閘NAND1以及第五反閘INV5。第二反閘INV2~第四反閘INV4串接於第二及閘AND2的輸出端與反及閘NAND1的一輸入端之間，反及閘NAND1的另一輸入端則耦接第二及閘AND2的輸出端。另外，反及閘NAND1的輸出端耦接第五反閘INV5的輸入端，第五反閘INV5的輸出端則耦接至或閘OR1的輸入端。如此便可利用訊號經過邏輯閘會產生時間延遲的特性，將固定導通時間單元310的輸入訊號的脈衝寬度變寬，而輸出具有第二預設寬度的固定導通時間訊號Son1。

值得注意的是，圖5A中所串接邏輯閘的個數僅為一示範性的實施例，實際應用上並不以此為限。固定導通時間單元310增寬輸入訊號的脈衝寬度的幅度可依實際應用情形調整，例如可將反及閘NAND1輸入端所串接之反閘的個數增加為5個或7個，以增加固定導通時間訊號Son1的脈衝寬度。

圖5B繪示為本發明另一實施例之固定導通時間單元的示意圖。請參照圖5B。在本實施例中，固定導通時間單元310包括D型正反器502、第六反閘INV6、第三電晶體M3、電流源I1、電容C1、第七反閘INV7以及第八反閘INV8。D型正反器502的資料輸入端D耦接一操作電壓VOP1，D型正反器502的時脈輸入端耦接第二及閘AND2的輸出端，D型正反器502的資料輸出端Q耦接至或閘OR1的輸入端與第六反閘INV6的輸入端。第三電晶體M3的閘極耦接第六反閘INV6的輸出端，第三電晶體M3的汲極與源極分別耦接電流源I1與接地電壓GND。電容C1耦接於第三電晶體M3的汲極與接地電壓GND之間。第七反閘INV7之輸入端耦接第三電晶體M3的汲極，第七反閘INV7之輸出端耦接第八反閘INV8的輸入端。另外，第八反閘INV8的輸出端則耦接至D型正反器502的重置端R。

如圖5B所示，當第一脈衝寬度調變訊號PWM1出現上升緣時，第二及閘AND2的輸出端議會轉為高電壓邏輯電位，進而使D型正反器502將其資料輸入端D的電壓輸出至其資料輸出端Q，而使固定導通時間訊號Son1轉為高電壓邏輯電位(亦使第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉為高電壓邏輯電位)。高電壓邏輯電位的固定導通時間訊號Son1經由第六反閘INV6反相後，將使第三電晶體M3關閉，而使得電容C1上的電壓開始被電流源I1充電而漸漸上升。電容C1上的電壓將經由第七反閘INV7與第八反閘INV8傳遞至D型正反器502的重置端R，等到電容C1上的電壓被充電至高電壓邏輯準位而傳遞至傳遞至D型正反器502的重置端R時，才將D型正反器502的資料輸出端Q拉至低電壓邏輯準位。其中自電容C1開始被充電至D型正反器502的重置端R轉為高電壓邏輯準位的期間，固定導通時間訊號Son1皆保持在高電壓邏輯電位，因而使得固定導通時間訊號Son1(亦使第二脈衝寬度調變訊號PWM2)的脈衝寬度變寬。其中使用者可依據實際情形改變電容C1的大小或反閘的串接個數來調整第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。例如可加大電容C1的電容質或增加反閘的串接個數來增加第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。

另外，電流偵測單元206的實施方式則可例如圖6A或圖6B所示。在圖6A中，電流偵測單元206耦接第一電晶體M1與第二電晶體M2的共同接點以及直流對直流轉換器200的輸出端。電流偵測單元206包括電阻Rf1、電阻Rf2、電容Cf以及操作放大器602。此外，圖6A中耦接於電感L1與直流對直流轉換器200的輸出端之間的電阻RL1為電感L1的等效串聯電阻。電阻Rf1耦接於操作放大器602的正輸入端與第一電晶體M1與第二電晶體M2的共同接點之間。電阻Rf2耦接於操作放大器602的負輸入端與直流對直流轉換器200的輸出端之間。操作放大器602的負輸入端耦接至其輸出端。電容Cf耦接於操作放大器602的正輸入端與直流對直流轉換器200的輸出端之間。其中電感L1上的跨壓VL如下列式子所示：

VL=(RL1+sL)IL　(1)

其中L為電感L1的電感值，IL為電感L1上的電流值，s則為複數頻率(complex frequency)。另外，電容Cf上的跨壓Vc則可如下列式子所示：

其中T=L/RL1、T₁ =Rf1×Cf1，若使T=T₁ ，則Vc=RL1×IL。亦即若適當地選擇Rf1×Cf1=L/RL1，則電容Cf上的跨壓Vc將正比於電感L1上的電流IL，另外流經電阻Rf2上的電流亦正比於於電感L1上的電流IL。因此只要偵測出流經電阻Rf2上的電流大小即可得知電感L1上的電流IL的變化情形，進而得知負載106的輕重，並據以輸出負載指示訊號SC1。

圖6B繪示為本發明另一實施例之電流偵測單元的示意圖。請參照圖6B。在本實施例中，電流偵測單元206包括一電阻Rf3以及操作放大器604。其中電阻Rf3耦接於第一電晶體M1與第二電晶體M2的共同接點N1以及操作放大器604的負輸入端之間。操作放大器604的正輸入端耦接至接地電壓GND，且放大器604的負輸入端耦接至其輸出端。

當第一電晶體M1開啟而第二電晶體M2關閉時，電感L1上的電流IL由接點N1流向負載106的方向，且此時接點N1上的電壓為正電壓。相反地，當第一電晶體M1關閉而第二電晶體M2開啟時，由於電感L1上的電流IL部會立即地改變，電流IL依然會由接點N1流向負載106的方向，但此時接點N1上的電壓為負電壓。值得注意的是，在第二電晶體M2開啟的期間，電感L1上的電流IL可藉由偵測流經電阻Rf3的電流而被偵測出，其中流經電阻Rf3的電流為正比於電感L1上的電流IL。由於操作放大器604的正輸入端耦接至接地電壓GND且其負輸入端耦接至其輸出端，因此操作放大器604的負輸入端上的電壓也將等於接地電壓GND。而由於接點N1上的電壓在此時為負電壓且操作放大器604的負輸入端上的電壓也將等於接地電壓GND，電阻Rf3上的電流將由操作放大器604的負輸入端流向接點N1，且電阻Rf3上的電流正比於電感L1上的電流IL。如此，亦僅需偵測出流經電阻Rf3上的電流大小即可得知電感L1上的電流IL的變化情形，進而得知負載106的輕重，並據以輸出負載指示訊號SC1。

圖7繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的電壓轉換方法流程圖。請參照圖7，綜上所述，直流對直流轉換器200的電壓轉換方法步驟可歸納如下。首先，偵測直流對直流轉換器的負載電流，以提供負載指示訊號(步驟S702)。接著，接收第一脈衝寬度調變訊號與負載指示訊號，以輸出第二脈衝寬度調變訊號(步驟S704)，其中第一脈衝寬度調變訊號具有第一預設脈衝寬度。之後，依據負載指示訊號判斷直流對直流轉換器輸出端之負載為輕負載或重負載(步驟S706)。若直流對直流轉換器之輸出端為輕負載，輸出具有第二預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號(步驟S708)，然後再依據第二脈衝寬度調變訊號來提供輸出電壓(步驟S712)。若直流對直流轉換器之輸出端為重負載，則將第一脈衝寬度調變訊號作為第二脈衝寬度調變訊號輸出(步驟S710)，之後再依據第二脈衝寬度調變訊號來提供輸出電壓(步驟S712)，其中第二預設脈衝寬度大於第一預設脈衝寬度。另外，當電感上之電流降為零或脈衝寬度調變訊號出現下降緣時，直流對直流轉換器的輸出電壓將被降低。而當第二脈衝寬度調變訊號出現上升緣時，直流對直流轉換器的輸出電壓將被拉高。

綜上所述，本發明實施例在直流對直流轉換器的負載為重負載與輕負載時分別提供與其對應的脈衝寬度調變訊號，以使直流對直流轉換器的轉換效率不受負載之輕重的影響。在直流對直流轉換器的負載為重負載時，輸出具有第一預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號，而在輕負載時，輸出具有第二預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號，其中第二預設脈衝寬度大於第一預設脈衝寬度。如此便可持續供應良好的電源品質給後級的應用電路。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故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。

100、200．．．直流對直流轉換器

102．．．控制模組

104．．．輸出模組

106．．．負載

202．．．脈衝寬度調變訊號產生模組

204．．．分壓阻抗單元

206．．．電流偵測單元

208．．．驅動單元

210．．．切換單元

302．．．誤差放大器

304．．．比較器

306．．．補償單元

308．．．斜波產生器

310．．．固定導通時間單元

502．．．D型正反器

602、604．．．操作放大器

S702~S708．．．電壓轉換方法的步驟

Vin．．．輸入電壓

GND．．．接地電壓

M1、M2、M3．．．電晶體

PWM1、PWM2．．．脈衝寬度調變訊號

Vout．．．輸出電壓

UG1、LG1．．．開關信號

L1．．．電感

IL．．．電感L1上之電流

SC1．．．負載指示訊號

P1．．．脈波訊號

Vref．．．參考電壓

ER1．．．誤差訊號

RA、RB、R1、Rf1~Rf3、RL1．．．電阻

CA、CB、C1、Cf．．．電容

ramp1．．．斜波訊號

I1．．．電流源

Vc．．．電容Cf上之跨壓

VL．．．電感L1上之跨壓

CLK．．．時脈訊號

INV1~INV8．．．反閘

AND1~AND2．．．及閘

NAND1．．．反及閘

OR1．．．或閘

VOP1．．．操作電壓

Son1．．．固定導通時間訊號

N1．．．接點

圖1繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖2繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖3繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖4繪示為圖3實施例之直流對直流轉換器中多個訊號的波形示意圖。

圖5A、5B繪示為本發明實施例之固定導通時間單元的示意圖。

圖6A、6B繪示為本發明實施例之電流偵測單元的示意圖。

圖7繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的電壓轉換方法流程圖。

100．．．直流對直流轉換器

102．．．控制模組

104．．．輸出模組

106．．．負載

Vin．．．輸入電壓

GND．．．接地電壓

PWM1、PWM2．．．脈衝寬度調變訊號

Vout．．．輸出電壓

SC1．．．負載指示訊號

Claims (9)

1. 一種直流對直流轉換器，適於提供一輸出電壓給一負載，該直流對直流轉換器包括：一控制模組，接收一第一脈衝寬度調變訊號與一負載指示訊號，以輸出一第二脈衝寬度調變訊號，該第一脈衝寬度調變訊號具有一第一預設脈衝寬度；當該負載指示訊號指示該負載為重負載時，該控制模組將該第一脈衝寬度調變訊號作為該第二脈衝寬度調變訊號輸出；當該負載指示訊號指示該負載為輕負載時，該控制模組輸出具有一第二預設脈衝寬度的該第二脈衝寬度調變訊號；以及一輸出模組，耦接該控制模組，該輸出模組依據該第二脈衝寬度調變訊號來提供該輸出電壓，其中該第二預設脈衝寬度大於該第一預設脈衝寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換器，更包括：一電流偵測單元，用以偵測該輸出模組的一負載電流，以提供該負載指示訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之直流對直流轉換器，其中該控制模組包括：一第一反閘，其輸入端接收該負載指示訊號；一第一及閘，其輸入端接收該第一脈衝寬度調變訊號與該負載指示訊號；一第二及閘，其輸入端接收該第一脈衝寬度調變訊號與該第一反閘的輸出訊號；一固定導通時間單元，耦接該第二及閘之輸出端，當該第二及閘之輸出訊號出現上升緣時，該固定導通時間單元依據該第二及閘之輸出訊號輸出一固定導通時間訊號，其中該固定導通時間訊號之脈衝寬度等於該第二預設脈衝寬度；以及一或閘，其輸入端耦接該第一及閘之輸出端與該導通時間控制單元，依據該第一及閘之輸出結果與該固定導通時間訊號輸出該第二脈衝寬度調變訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之直流對直流轉換器，其中該固定導通時間單元包括：一第二反閘，其輸入端耦接該第二及閘的輸出端；一第三反閘，其輸入端耦接該第二反閘的輸出端；一第四反閘，其輸入端耦接該第三反閘的輸出端；一第三及閘，其輸入端耦接該第三反閘的輸出端與該第二及閘的輸出端；以及一第五反閘，其輸入端耦接該第三及閘的輸出端，該第五反閘的輸出端耦接該或閘的輸入端。
5. 如申請專利範圍第3項所述之直流對直流轉換器，其中該固定導通時間單元包括：一D型正反器，其資料輸入端耦接一操作電壓，該D型正反器之時脈輸入端耦接該第二及閘的輸出端，該D型正反器之重置端耦接該第一比較器之輸出端，該D型正反器之資料輸出端耦接該或閘的輸入端；一第六反閘，其輸入端耦接該D型正反器之資料輸出端；一第三電晶體，其閘極耦接該第六反閘的輸出端，該第三電晶體之源極耦接該接地電壓；一電流源，耦接該第三電晶體之汲極；一電容，耦接該第三電晶體之汲極；一第七反閘，其輸入端耦接該第三電晶體之汲極；以及一第八反閘，其輸入端耦接該第七反閘的輸出端，該第八反閘的輸出端耦接該D型正反器之重置端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換器，更包括：一分壓阻抗單元，耦接於該直流對直流轉換器的輸出端與一接地電壓之間；以及一脈衝寬度調變訊號產生模組，耦接一電流偵測單元、該控制模組與該分壓阻抗單元，依據一參考電壓、該負載指示訊號與該輸出電壓的分壓產生該第一脈衝寬度調變訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之直流對直流轉換器，其中該脈衝寬度調變訊號產生模組包括：一誤差放大器，其正、負輸入端分別耦接該參考電壓與該分壓阻抗單元，根據該參考電壓以及該輸出電壓之分壓產生一誤差信號；一補償單元，耦接該誤差放大器之輸出端，補償該誤差信號；一斜波產生器，耦接該電流偵測單元，依據該負載指示訊號與一時脈訊號產生一斜波訊號；以及一第二比較器，其正、負輸入端分別耦接該誤差放大器之輸出端與該斜波產生器，依據該誤差信號與該斜波訊號之比較結果產生該第一脈衝寬度調變訊號。
8. 一種電壓轉換方法，適用於一直流對直流轉換器，該直流對直流轉換器適於提供一輸出電壓給一負載，該電壓轉換方法包括：偵測該直流對直流轉換器的一負載電流，以提供一負載指示訊號；接收一第一脈衝寬度調變訊號與該負載指示訊號，以輸出一第二脈衝寬度調變訊號，該第一脈衝寬度調變訊號具有一第一預設脈衝寬度；依據該負載指示訊號判斷該直流對直流轉換器輸出端之該負載為輕負載或重負載；若該直流對直流轉換器之輸出端為輕負載，輸出具有一第二預設脈衝寬度的該第二脈衝寬度調變訊號；以及若該直流對直流轉換器之輸出端為重負載，將該第一脈衝寬度調變訊號作為該第二脈衝寬度調變訊號輸出；以及依據該第二脈衝寬度調變訊號來提供該輸出電壓，其中該第二預設脈衝寬度大於該第一預設脈衝寬度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電壓轉換方法，其中當該脈衝寬度調變訊號出現上升緣時拉高該輸出電壓，當該第二脈衝寬度調變訊號出現下降緣時降低該輸出電壓。