TWI740434B - 電源轉換器 - Google Patents

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TWI740434B
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謝任謙
吳宗諭
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Abstract

本發明公開一種電源轉換器。驅動電路連接在控制電路以及開關電路之間。開關電路連接電感。電感與第一電容串聯接地。第一比較器的第一比較輸入端連接電感與第一電容之間的輸出端點。第一比較器的第二比較輸入端通過第二電容接地。控制電路依據第一比較器輸出的比較訊號,以輸出控制訊號控制驅動電路對開關電路的驅動。參考電流源提供參考電流至第二電容。第一電阻的第一端連接第二電容。第一電阻的第二端耦接至參考電位。

Description

電源轉換器
本發明涉及一種電源轉換器,特別是涉及不需使用等效串聯電阻(equivalent series resistance, ESR)也可實現收斂電感電流的波形的一種電源轉換器。
當傳統電源轉換器(例如直流-直流轉換器)連接的負載為輕載時,負載所需的能量較少,電源轉換器的上橋開關和下橋開關的切換頻率較低,傳統電源轉換器中的電感和電容所產生的噪音的音頻可能落入2KHZ至20KHZ的人耳可聽見的範圍。
為解決人耳聽見噪音的問題, 傳統電源轉換器關閉上橋開關並打開下橋開關,以下拉如圖5所示的電源轉換器的輸出電壓VOUT0。而當電源轉換器的輸出電壓VOUT0低於參考電壓時,打開上橋開關,並關閉下橋開關,以對電源轉換器的輸出電壓VOUT0進行充電,使輸出電壓VOUT0的能量足夠。直到當電源轉換器中的電感的電流到達零值時,關閉上橋開關和下橋開關。也就是說,藉由提早打開上橋開關,使上橋開關與下橋開關的切換頻率提高,高於人耳可聽見的聲音範圍。
應理解,若傳統電源轉換器中沒有設置等效串聯電阻,由於電路會產生延遲之非理想特性,在電源轉換器的輸出電壓VOUT0的下拉過程中,將導致能量發散,而無法在一個周期內達到能量守恆。如圖5所示,在具有一固定時間的一個周期內,電源轉換器的輸出電壓VOUT0下拉過多時,電源轉換器的電感的電流IL0的訊號波形的負半周的能量大於正半周的能量。因此,等效串聯電阻為傳統電源轉換器必要的電路元件,藉由等效串聯電阻放大電感的負電流IL0,使輸出電壓VOUT0變大,進而使傳統電源轉換器的下橋開關的導通時間越短。
然而,隨著科技的發展,為了增加電路設計彈性,傳統電源轉換器改採用等效串聯電阻的電阻值趨近零值的積層陶瓷電容器(Multi-layer Ceramic Capacitor, MLCC),導致發生上述能量無法守恆的情況。其結果為,電源轉換器的輸出電壓VOUT0進入超聲工作模式(USM)後,(因能量不足夠故在USM Mode和PFM mode之間交換)導致電源轉換器的輸出電壓VOUT0的漣波(ripple)上升、傳統電源轉換器的上橋開關和下橋開關的切換頻率進入超聲波的頻率。
本發明所要解決的技術問題在於,針對現有技術的不足提供一種電源轉換器具有開關電路、控制電路以及驅動電路。驅動電路連接在控制電路以及開關電路之間。控制電路依據第一比較訊號,以輸出控制訊號控制驅動電路對開關電路的驅動。開關電路連接輸入電壓源以及電感。電感與第一電容串聯接地。電源轉換器包含第一比較器以及參考電壓供應電路。參考電壓供應電路包含第二電容、參考電流源以及第一電阻。第一比較器具有一第一比較輸入端以及第二比較輸入端。第一比較輸入端連接電感與第一電容之間的一輸出端點。第一比較器配置以比較第一比較輸入端的電壓與第二比較輸入端的一目標參考電壓,以輸出第一比較訊號至控制電路。第二電容的第一端連接第一比較器的第二比較輸入端,第二電容的第二端接地。參考電流源連接第二電容的第一端,配置以提供參考電流至第二電容,以充電第二電容至具有目標參考電壓。第一電阻的第一端連接第二電容的第一端。第一電阻的第二端耦接至一第一參考電位。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含分壓電路,連接在輸出端點以及第一比較輸入端之間,配置以將輸出端點的輸出電壓分壓以產生一分壓電壓輸入至第一比較輸入端。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含第二電阻。第二電阻的第一端連接第一電阻的第二端,第一電阻以及第二電阻之間的一第一參考節點具有第一參考電位。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含電流鏡,連接一共用電壓源,並連接至第一參考節點。
在一實施態樣中,電流鏡包含一第一電晶體以及一第二電晶體。第一電晶體的第一端以及第二電晶體的第一端連接共用電壓源。第一電晶體的第二端連接至第一參考節點。第一電晶體的控制端連接第二電晶體的控制端和第二端。第二電晶體的第二端接地。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含第三電阻。第二電晶體的第二端通過第三電阻接地。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含第三電晶體,連接在第二電晶體以及第三電阻之間。第三電晶體的第一端連接第二電晶體的第二端。第三電晶體的第二端通過第三電阻接地。第三電晶體的控制端耦接至一第一控制電位。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含第三電容。第三電容的第一端連接第三電晶體的控制端。第三電容的第二端接地。第三電容具有第一控制電位。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含運算放大器,具有一第一放大輸入端以及一第二放大輸入端。第一放大輸入端耦接至一第二參考電位。第二放大輸入端連接至第三電晶體以及第三電阻之間的一第二節點。運算放大器的輸出端連接第三電容的第一端。
在一實施態樣中,參考電壓供應電路更包含第四電晶體,連接在參考電流源以及第二電容之間。第四電晶體的第一端連接參考電流源。第四電晶體的第二端連接第二電容的第一端。第四電晶體的控制端耦接至一第二控制電位。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含模式切換電路,連接第一比較器的輸出端以及第四電晶體的控制端,配置以依據第一比較訊號,以輸出一模式切換訊號至第四電晶體的控制端。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含邏輯電路。邏輯電路的輸入端連接第一比較器的輸出端、模式切換電路的輸出端以及控制電路的輸入端。邏輯電路配置以依據第一比較訊號以及模式切換訊號,以輸出一邏輯訊號至控制電路。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含導通時間調控電路,連接邏輯電路、開關電路以及輸入電壓源。導通時間調控電路配置以接收輸入電壓源的一輸入電壓,依據開關電路的導通狀態以輸出一導通時間訊號。邏輯電路依據第一比較訊號、模式切換訊號以及導通時間訊號以輸出邏輯訊號。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含邏輯閘。邏輯閘的兩輸入端分別連接模式切換電路以及導通時間調控電路的輸出端。邏輯閘的輸出端連接邏輯電路的輸入端。
在一實施態樣中,所述電源轉換器更包含零電流偵測電路,連接開關電路、控制電路、導通時間調控電路以及模式切換電路,配置以檢測流經開關電路的電流以輸出一電流值。導通時間訊號、模式切換訊號以及控制訊號取決於此電流值。
如上所述,本發明提供一種電源轉換器及方法,其在電源轉換器,例如固定導通時間電源轉換器(constant on-time power converter, COT),不使用等效串聯電阻的電阻值,以增加系統設計彈性的同時,能夠達成等效串聯電阻實現的收斂電感的電流訊號波形的效果。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式,然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明,並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用,本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用,在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外,本發明的附圖僅為簡單示意說明,並非依實際尺寸的描繪,事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容,但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外,本文中所使用的術語“或”,應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1,其為本發明第一實施例的電源轉換器的電路布局圖。如圖1所示,本發明第一實施例的電源轉換器(例如降壓轉換器)可包含控制電路COT、驅動電路DRV、第一比較器CP1以及開關電路,其中開關電路包含上橋開關UG以及下橋開關LG。
驅動電路DRV連接在控制電路COT以及開關電路之間。詳言之,上橋開關UG的控制端以及下橋開關LG的控制端連接驅動電路DRV。開關電路的上橋開關UG的第一端連接輸入電壓源,以從此輸入電壓源接收輸入電壓VIN。上橋開關UG以及下橋開關LG之間的節點LX連接電感L的第一端。電感L的第二端連接第一電容C1的第一端。第一電容C1的第二端接地。簡言之,電感L與第一電容C1串聯接地。此第一電容C1為穩壓電容。
值得注意的是,本發明為了增加系統設計彈性,如圖1所示的本發明實施例的電源轉換器的等效串聯電阻esr的電阻值等於或近似為零值,或未設置等效串聯電阻esr。為了在此情況下,電源轉換器仍然能夠(在超聲工作模式下)達成等效串聯電阻esr實現的收斂電感L的電流IL訊號的波形的效果,本發明實施例的電源轉換器更包含一參考電壓供應電路AREFS1。此參考電壓供應電路AREFS1包含參考電流源ISR、第二電容C2以及第一電阻R1。
第一電阻R1的第一端連接第二電容C2的第一端。第一電阻R1的第二端耦接至一第一參考電位REFB1。參考電流源ISR連接第二電容C2的第一端,配置以提供參考電流Ic至第二電容C2,以充電第二電容C2至具有目標參考電壓REF。應理解,隨參考電流源ISR提供的參考電流Ic的電流值改變,將改變目標參考電壓REF的電壓值。
第一比較器CP1具有第一比較輸入端例如反相輸入端,以及第二比較輸入端例如非反相輸入端。第一比較器CP1的第二比較輸入端連接參考電壓供應電路AREFS1,以接收參考電壓供應電路AREFS1提供的目標參考電壓REF。
詳言之,第二電容C2的第一端連接第一比較器CP1的第二比較輸入端。第二電容C2的第二端接地。第一比較器CP1的第二比較輸入端的電壓為第二電容C2的電壓,即目標參考電壓REF。第一比較器CP1的第一比較輸入端連接電感L與第一電容C1之間的輸出端點,即連接至電源轉換器的輸出端,以取得電源轉換器的輸出電壓VOUT。
若有需要,本發明實施例的電源轉換器可更包含分壓電路,連接在開關電路的輸出端點LX以及第一比較器CP1的第一比較輸入端之間。分壓電路可包含第一分壓電阻Rd1以及第二分壓電阻Rd2。第一比較器CP1的第一比較輸入端連接至第一分壓電阻Rd1以及第二分壓電阻Rd2之間的一反饋節點。分壓電路配置以將輸出端點的輸出電壓VOUT進行分壓,以產生分壓電壓FB(即此反饋節點的電壓)輸入至第一比較器CP1的第一比較輸入端。
第一比較器CP1配置以比較第一比較輸入端的電壓(即輸出電壓VOUT或其分壓電壓FB)與第二比較輸入端的電壓(即目標參考電壓REF),以輸出第一比較訊號COMP至控制電路COT。
舉例而言,第一比較器CP1的第一比較輸入端為反相輸入端,而第一比較器CP1的第二比較輸入端為非反相輸入端。在此情況下,在與電源轉換器的輸出端(即電感L與第一分壓電阻Rd1之間的節點)連接的負載進行抽載的過程中,電源轉換器的輸出電壓VOUT持續下降,同時分壓電壓FB持續下降。直到當分壓電壓FB(若無設置分壓電路,則為輸出電壓VOUT)低於目標參考電壓REF時,第一比較器CP1輸出高準位的第一比較訊號COMP。
應理解,本文實施例提到多個電路元件,但本領域技術人員應可理解,實務上可依據實際應用需求,適當地增加或移除本實施例中舉例的電路元件,本發明並非受限於電源轉換器中必須設置本發明實施例提到的所有電路元件。
本發明實施例的電源轉換器可包含邏輯電路LGA。邏輯電路LGA的一輸入端連接第一比較器CP1的輸出端。邏輯電路LGA配置以依據第一比較器CP1的第一比較訊號COMP,輸出邏輯訊號TON至控制電路COT。控制電路COT依據邏輯訊號TON,輸出一控制訊號以控制驅動電路DRV對開關電路的上橋開關UG和下橋開關LG的驅動。
若需將電源轉換器精準地在不同模式間進行切換,例如在超聲工作模式(USM)以及脈衝頻率調製模式(PFM)之間進行切換,本發明實施例的電源轉換器可更包含模式切換電路USM。模式切換電路USM可連接第一比較器CP1的輸出端。
在上述配置下,模式切換電路USM可依據第一比較器CP1的第一比較訊號COMP,以輸出模式切換訊號LGON2。邏輯電路LGA可依據第一比較訊號COMP以及模式切換訊號LGON2,以輸出邏輯訊號TON。控制電路COT可依據邏輯訊號TON以及模式切換訊號LGON2,以輸出控制訊號至驅動電路DRV,以控制驅動電路DRV對上橋開關UG以及下橋開關LG的驅動。
應理解,當上橋開關UG打開,並且下橋開關LG關閉時,輸入電壓VIN提供能量給電感L,並由電感L的電流IL持續對輸出電壓VOUT充電。直到輸出電壓VOUT的能量足夠後,關閉上橋開關UG,並打開下橋開關LG。此時,電感L的電流IL殘餘的能量提供給輸出電壓VOUT。
為了期望地控制開關電路的上橋開關UG和下橋開關LG的導通時間,本發明實施例的電源轉換器可更包含導通時間調控電路TNL,連接邏輯電路LGA、開關電路的上橋開關UG和下橋開關LG以及配置以提供輸入電壓VIN的輸入電壓源。
在上述配置下,導通時間調控電路TNL可接收輸入電壓源的輸入電壓VIN,並依據開關電路的導通狀態,以輸出一導通時間訊號。舉例而言,導通時間調控電路TNL可依據用以控制上橋開關UG的上橋導通訊號UGS、節點LX的電壓訊號LXS以及輸入電壓VIN,以輸出一導通時間訊號。邏輯電路LGA可依據第一比較訊號COMP、此導通時間訊號以及模式切換訊號LGON2,以輸出邏輯訊號TON。
若有需要,本發明實施例的電源轉換器可更包含邏輯閘GT,例如但不限於本實施例舉例的或閘,實務上可替換為其他型態的邏輯閘。邏輯閘GT的兩輸入端分別連接模式切換電路USM的輸出端以及導通時間調控電路TNL的輸出端。邏輯閘GT的輸出端連接邏輯電路LGA的另一輸入端。
在上述配置下,邏輯閘GT配置以依據導通時間調控電路TNL的導通時間訊號以及模式切換電路USM的模式切換訊號LGON2,以輸出一邏輯閘訊號。邏輯電路LGA可依據第一比較訊號COMP以及邏輯閘訊號,以輸出邏輯訊號TON。
舉例而言,邏輯電路LGA可例如但不限為SR正反器。此SR正反器的第一輸入端S可連接第一比較器CP1的輸出端,以從第一比較器CP1接收第一比較訊號COMP。此SR正反器的第二輸入端R可連接邏輯閘GT的輸出端,以從邏輯閘GT接收邏輯閘訊號。此SR正反器的輸出端Q則連接控制電路COT的輸入端,以輸出邏輯訊號至控制電路COT。
當如前述第一比較器CP1輸出高準位的第一比較訊號COMP時,代表輸出電壓VOUT或其分壓電壓FB的能量不夠。此時,高準位的第一比較訊號COMP觸發SR正反器執行設定(SET)動作,SR正反器的輸出端Q輸出高準位的邏輯訊號。控制電路COT依據高準位的邏輯訊號,控制驅動電路DRV打開上橋開關UG。在上橋開關UG打開後,輸入電壓VIN提供能量給輸出電壓VOUT。
更進一步,本發明實施例的電源轉換器可更包含零電流偵測電路ZCD或其他電流檢測電路,連接開關電路的上橋開關UG和下橋開關LG之間的節點LX、控制電路COT、導通時間調控電路TNL以及模式切換電路USM。
當負載能量足夠時,關閉上橋開關UG,並打開下橋開關LG,使得提供能量給負載的電流IL會越來越趨近零值。在打開下橋開關LG時,分壓電壓FB(或輸出電壓VOUT)已經高於目標參考電壓REF時,則代表輸出電壓VOUT已不需能量。
零電流偵測電路ZCD配置以檢測電感L的電流IL值。當零電流偵測電路ZCD檢測到電感L的電流IL到達零值時,輸出零電流檢測訊號ZC至控制電路COT。控制電路COT依據零電流檢測訊號ZC,控制驅動電路DRV關閉下橋開關LG。此時,上橋開關UG和下橋開關LG皆為關閉狀態。
在上述配置下,導通時間調控電路TNL可依據零電流偵測電路ZCD的零電流檢測訊號ZC、上橋導通訊號UGS、節點LX的電壓訊號LXS以及輸入電壓VIN,以輸出導通時間訊號。模式切換電路USM可依據零電流檢測訊號ZC以及第一比較訊號COMP,以輸出模式切換訊號LGON2。
請一併參閱圖1和圖2,其中圖1為本發明第一實施例的電源轉換器的電路布局圖;圖2為本發明實施例的電源轉換器的訊號波形圖。
在如圖2所示的時間點t1~t2的時間區間內,負載為極輕載。如圖2所示的低準位的上橋開關導通訊號UGS指出,在間隔一段時間例如33us未開如圖1所示的上橋開關UG。在此情況下,如圖2所示的下橋導通訊號LGS為高準位,指出在時間點t1打開下橋開關LG。
在打開下橋開關LG的過程中,從如圖2所示的抬升指示訊號S1所指的時間點t1,開始抬升目標參考電壓訊號REFS的目標參考電壓REF,目標參考電壓REF抬升的斜率可等效傳統電源轉換器中用以收斂波形的等效串聯電阻,目標參考電壓REF持續上升,以模擬等效串聯電阻的漣波(ripple),藉以抑制電感L的電流IL下拉過大。
其結果為,電源轉換器的分壓電壓訊號FBS的分壓電壓提早在時間點t2時,到達目標參考電壓訊號REFS的目標參考電壓REF,以觸發第一比較器CP1輸出高準位的第一比較訊號COMP。控制電路COT依據高準位的第一比較訊號COMP,控制驅動電路DRV在時間點t2~t4之間的時間區間內,關閉下橋開關LG,並打開上橋開關UG,使得輸入電壓VIN提供能量給電感L,並由電感L的電流IL對輸出電壓VOUT進行充電,使輸出電壓VOUT及其分壓電壓FB逐漸上升。
在電源轉換器中採用等效串聯電阻esr的情況下,電源轉換器的輸出電壓VOUT等於第一電容C1的電壓,減去電感L的電流IL與等效串聯電阻esr的乘積值,以下方程式表示:VOUT=VO−IL×ESR,其中VOUT代表電源轉換器的輸出電壓,VO代表第一電容C1的電壓,IL代表電感L的電流值,ESR代表等效串聯電阻esr的電阻值。
由下列方程式可得知,抬升分壓電壓FB的斜率越高等同增加等效串聯電阻esr的電阻值,使電源轉換器的分壓電壓FB(或輸出電壓VOUT)較快到達目標參考電壓REF,以縮短下橋開關LG的導通時間,把電路的非理想延遲抵銷,進而達成等效串聯電阻esr實現的收斂波形的效果:
Figure 02_image001
, 其中
Figure 02_image003
代表電源轉換器的輸出電壓VOUT的變化量,
Figure 02_image005
代表電感L的電流IL的變化量,ESR代表等效串聯電阻esr的電阻值,VOUT代表電源轉換器的輸出電壓,
Figure 02_image007
代表下橋開關LG的導通時間,L代表電感L的電感值,
Figure 02_image009
代表電源轉換器的輸出電壓VOUT的分壓電壓FB的變化量,
Figure 02_image011
代表第一分壓電阻Rd1的電阻值,
Figure 02_image013
代表第二分壓電阻Rd2的電阻值。
在本發明實施例中,可設定和調整如圖1所示的第二電容C2的電容值,以及參考電流源ISR供應至第二電容C2的參考電流Ic的電流值,以決定目標參考電壓REF抬升量,以方程式表示如下:
Figure 02_image015
其中
Figure 02_image017
代表目標參考電壓REF的變化量,
Figure 02_image007
代表下橋開關LG的導通時間,
Figure 02_image020
代表第二電容C2的電流值,C代表第二電容C2的電容值。
在時間點t4~t5的時間區間內,關閉上橋開關UG,並打開下橋開關LG。在電感L的電流IL殘餘的能量提供給輸出電壓VOUT後,零電流偵測電路ZCD將檢測到電感L的電流IL到達零值,而輸出零電流檢測訊號ZC至控制電路COT。控制電路COT依據零電流檢測訊號ZC,控制驅動電路DRV關閉下橋開關LG,使得上橋開關UG和下橋開關LG皆為關閉狀態。
本發明實施例的電源轉換器中未設置等效串聯電阻,或等效串聯電阻的電阻值等於或趨近零值,以提升電路配置設計彈性的條件下,仍能在負載為極輕載時,做到在一周期內達到能量守恆,即如圖2所示的電源轉換器的電感L的電流IL訊號的第一波形的正半周的能量與負半周的能量相同,達成波形收斂的效果。
在時間點t6~t7的時間區間內,負載為輕載。在間隔一段時間例如33us後,如圖2所示的抬升指示訊號S1所指的時間點t6,再次抬升目標參考電壓訊號REFS的目標參考電壓REF。此時負載較大,故輸出電壓VOUT下拉時間不需太長,即可關閉下橋開關LG。
在時間點t7~t9的時間區間內,即在如圖2所示的上橋開關導通訊號UGS的工作周期時間(即上橋開關UG的導通時間)內,輸入電壓VIN持續提供能量給輸出電壓VOUT,直到導通時間結束,始停止。
在時間點t9~t10的時間區間內,零電流偵測電路ZCD檢測電感L的電流IL值。零電流偵測電路ZCD在時間點t10,檢測到電感L的電流IL到達零值時,輸出零電流檢測訊號ZC至控制電路COT。控制電路COT依據零電流檢測訊號ZC,控制驅動電路DRV關閉下橋開關LG。
在時間點t11~t12的時間區間內,負載為輕中載,電源轉換器的輸出電壓VOUT能量不夠時,打開上橋開關UG。在時間點t12~t13的時間區間內,電源轉換器的輸出電壓VOUT能量足夠,因而關閉上橋開關UG,並打開下橋開關LG。在時間點T13,如上述零電流偵測電路ZCD檢測到電感L的電流IL到達零值,而輸出零電流檢測訊號ZC,以使控制電路COT控制驅動電路DRV關閉下橋開關LG。
[第二實施例]
請一併參閱圖3和圖4,其中圖3為本發明第二實施例的電源轉換器的參考電壓供應電路的電路布局圖;圖4為本發明第二實施例的電源轉換器的電路布局圖。
第一和第二實施例的電源轉換器的差異在於,如圖1所示的參考電壓供應電路AREFS1與如圖3和圖4所示的參考電壓供應電路AREFS2的電路元件和配置不同,但同樣可達成上述收斂波形的效果。第一和第二實施例相同之處,不在此贅述。
如圖3所示,參考電壓供應電路AREFS2可包含以下所有或部分電路元件:第二電容C2、參考電流源ISR、第一電阻R1、第二電阻R2、電流鏡(包含第一電晶體T1以及第二電晶體T2)、第三電阻R3、第三電晶體T3、第三電容C3、運算放大器OPA以及第四電晶體T4。
第二電容C2的第一端可連接參考電流源ISR。第二電容C2的第二端接地。參考電流源ISR配置以提供一參考電流Ic至第二電容C2,以充電第二電容C2至具有一目標參考電壓REF。
第一電阻R1的第一端可連接第二電容C2的第一端。第一電阻R1的第二端可連接第二電阻R2的第一端。第二電阻R2的第二端接地。第一電阻R1以及第二電阻R2之間的一第一參考節點具有第一參考電位REFB1。
電流鏡可連接共用電壓源VCC,並可連接至第一電阻R1以及第二電阻R2之間的第一參考節點。詳言之,電流鏡包含第一電晶體T1以及第二電晶體T2。第一電晶體T1的第一端以及第二電晶體T2的第一端可連接共用電壓源VCC。第一電晶體T1的第二端可連接至第一參考節點。第一電晶體T1的控制端可連接第二電晶體T2的控制端和第二端。第二電晶體T2的第二端可通過第三電阻R3接地。
更進一步,第三電晶體T3可連接在第二電晶體T2以及第三電阻R3之間,第三電晶體T3的第一端可連接第二電晶體T2的第二端。第三電晶體T3的第二端通過第三電阻R3接地。第三電晶體T3的控制端可耦接至一第一控制電位。第三電容C3的第一端可連接第三電晶體T3的控制端。第三電容C3的第二端接地。第三電容C3具有此第一控制電位。
更進一步,運算放大器OPA具有第一放大輸入端以及第二放大輸入端。運算放大器OPA的第一放大輸入端可耦接至一第二參考電位REFB2。運算放大器OPA的第二放大輸入端可連接至第三電晶體T3以及第三電阻R3之間的一第二節點。運算放大器OPA的輸出端可連接第三電容C3的第一端。
運算放大器OPA配置以將第二參考電位REFB2與第三電阻R3的電壓值的差值乘以一增益值,以輸出運算放大訊號至第三電晶體T3的控制端,以控制第三電晶體T3的運作,進而調整流經第三電晶體T3的電流,藉此使如圖4所示的第一比較器CP1的第二比較輸入端具有目標參考電壓REF。
更進一步,第四電晶體T4可連接在參考電流源ISR以及第二電容C2之間。第四電晶體T4的第一端可連接參考電流源ISR。第四電晶體T4的第二端可連接第二電容C2的第一端。第四電晶體T4的控制端可耦接至一第二控制電位。如圖4所示,第四電晶體T4的控制端可連接至模式切換電路USM的輸出端。模式切換電路USM輸出一模式切換訊號,以控制第四電晶體T4的控制端的運作。上述第二控制電位可為此模式切換訊號的電位。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於,本發明所提供的電源轉換器及其方法,其在電源轉換器例如固定導通時間電源轉換器,不使用等效串聯電阻的電阻值,以增加系統設計彈性的同時,能夠達成等效串聯電阻實現的收斂電感的電流訊號波形的效果。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例,並非因此侷限本發明的申請專利範圍,所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化,均包含於本發明的申請專利範圍內。
AREFS1、AREFS2:參考電壓供應電路 REFB1:第一參考電位 ISR:參考電流源 Ic:參考電流 C2:第二電容 REF:目標參考電壓 R1:第一電阻 CP1:第一比較器 COMP:第一比較訊號 UG:上橋開關 LG:下橋開關 VIN:輸入電壓 LX:節點 L:電感 IL:電流 esr:等效串聯電阻 C1:第一電容 Rd1:第一分壓電阻 Rd2:第二分壓電阻 VOUT:輸出電壓 FB:分壓電壓 COT:控制電路 DRV:驅動電路 ZCD:零電流偵測電路 ZC:零電流檢測訊號 LGA:邏輯電路 S:第一輸入端 R:第二輸入端 Q:輸出端 TON:邏輯訊號 TNL:導通時間調控電路 UGS:上橋導通訊號 LXS:電流訊號 USM:模式切換電路 LGON2:模式切換訊號 GT:邏輯閘 S1:抬升指示訊號 FBS:分壓電壓訊號 REFS:目標參考電壓訊號 LGS:下橋導通訊號 t1~t13:時間點 R2:第二電阻 T1:第一電晶體 T2:第二電晶體 R3:第三電阻 T3:第三電晶體 C3:第三電容 T4:第四電晶體 OPA:運算放大器 REFB2:第二參考電位 VCC:共用電壓源 VOU0:輸出電壓 IL0:電流
圖1為本發明第一實施例的電源轉換器的電路布局圖。
圖2為本發明實施例的電源轉換器的訊號波形圖。
圖3為本發明第二實施例的電源轉換器的參考電壓供應電路的電路布局圖。
圖4為本發明第二實施例的電源轉換器的電路布局圖。
圖5為傳統電源轉換器無等效串聯電阻時的訊號波形圖。
AREFS1:參考電壓供應電路
REFB1:第一參考電位
ISR:參考電流源
Ic:參考電流
C2:第二電容
REF:目標參考電壓
R1:第一電阻
CP1:第一比較器
COMP:第一比較訊號
UG:上橋開關
LG:下橋開關
VIN:輸入電壓
LX:節點
L:電感
IL:電流
esr:等效串聯電阻
C1:第一電容
Rd1:第一分壓電阻
Rd2:第二分壓電阻
VOUT:輸出電壓
FB:分壓電壓
COT:控制電路
DRV:驅動電路
ZCD:零電流偵測電路
ZC:零電流檢測訊號
LGA:邏輯電路
S:第一輸入端
R:第二輸入端
Q:輸出端
TON:邏輯訊號
TNL:導通時間調控電路
UGS:上橋導通訊號
LXS:電流訊號
USM:模式切換電路
LGON2:模式切換訊號
GT:邏輯閘

Claims (14)

  1. 一種電源轉換器,具有一開關電路、一控制電路以及一驅動電路,該驅動電路連接在該控制電路以及該開關電路之間,該控制電路依據一第一比較訊號,以輸出一控制訊號控制該驅動電路對該開關電路的驅動,該開關電路連接一輸入電壓源以及一電感,該電感與一第一電容串聯接地,該電源轉換器包含:一第一比較器,具有一第一比較輸入端以及一第二比較輸入端,該第一比較輸入端連接該電感與該第一電容之間的一輸出端點,該第一比較器配置以比較該第一比較輸入端的電壓與該第二比較輸入端的一目標參考電壓,以輸出該第一比較訊號至該控制電路;一參考電壓供應電路,包含:一第二電容,該第二電容的第一端連接該第一比較器的該第二比較輸入端,該第二電容的第二端接地;一參考電流源,連接該第二電容的第一端,配置以提供一參考電流至該第二電容,以充電該第二電容至具有該目標參考電壓;一第一電阻,該第一電阻的第一端連接該第二電容的第一端,該第一電阻的第二端耦接至一第一參考電位;以及一第二電阻,該第二電阻的第一端連接該第一電阻的第二端,該第一電阻以及該第二電阻之間的一第一參考節點具有該第一參考電位。
  2. 如請求項1所述的電源轉換器,更包含一分壓電路,連接在該輸出端點以及該第一比較輸入端之間,配置以將該輸出端點的一輸出電壓分壓,以產生一分壓電壓輸入至該第一比較輸入端。
  3. 如請求項1所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一電流鏡,連接一共用電壓源,並連接至該第一參考節點。
  4. 如請求項3所述的電源轉換器,其中該電流鏡包含一第一電晶體以及一第二電晶體,該第一電晶體的第一端以及該第二電晶體的第一端連接該共用電壓源,該第一電晶體的第二端連接至該第一參考節點,該第一電晶體的控制端連接該第二電晶體的控制端和第二端,該第二電晶體的第二端接地。
  5. 如請求項4所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一第三電阻,該第二電晶體的第二端通過該第三電阻接地。
  6. 如請求項5所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一第三電晶體,連接在該第二電晶體以及該第三電阻之間,該第三電晶體的第一端連接該第二電晶體的第二端,該第三電晶體的第二端通過該第三電阻接地,該第三電晶體的控制端耦接至一第一控制電位。
  7. 如請求項6所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一第三電容,該第三電容的第一端連接該第三電晶體的控制端,該第三電容的第二端接地,該第三電容具有該第一控制電位。
  8. 如請求項7所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一運算放大器,具有一第一放大輸入端以及一第二放大輸入端,該第一放大輸入端耦接至一第二參考電位,該第二放大輸入端連接至該第三電晶體以及該第三電阻之間的一第二節點,該運算放大器的輸出端連接該第三電容的第一端。
  9. 如請求項1所述的電源轉換器,其中該參考電壓供應電路更包含一第四電晶體,連接在該參考電流源以及該第二電容之 間,該第四電晶體的第一端連接該參考電流源,該第四電晶體的第二端連接該第二電容的第一端,該第四電晶體的控制端耦接至一第二控制電位。
  10. 如請求項9所述的電源轉換器,更包含一模式切換電路,連接該第一比較器的輸出端以及該第四電晶體的控制端,配置以依據該第一比較訊號,以輸出一模式切換訊號至該第四電晶體的控制端。
  11. 如請求項10所述的電源轉換器,更包含一邏輯電路,該邏輯電路的輸入端連接該第一比較器的輸出端、該模式切換電路的輸出端以及該控制電路的輸入端,該邏輯電路配置以依據該第一比較訊號以及該模式切換訊號,以輸出一邏輯訊號至該控制電路。
  12. 如請求項11所述的電源轉換器,更包含一導通時間調控電路,連接該邏輯電路、該開關電路以及該輸入電壓源,配置以接收該輸入電壓源的一輸入電壓,依據該開關電路的導通狀態以輸出一導通時間訊號,該邏輯電路依據該第一比較訊號、該模式切換訊號以及該導通時間訊號以輸出該邏輯訊號。
  13. 如請求項12所述的電源轉換器,更包含一邏輯閘,該邏輯閘的兩輸入端分別連接該模式切換電路以及該導通時間調控電路的輸出端,該邏輯閘的輸出端連接該邏輯電路的輸入端。
  14. 如請求項12所述的電源轉換器,更包含一零電流偵測電路,連接該開關電路、該控制電路、該導通時間調控電路以及該模式切換電路,配置以檢測流經該開關電路的電流以輸出一電流值,該導通時間訊號、該模式切換訊號以及該控制訊號取決於該電流值。
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