时间信号产生电路及时间信号产生方法与流程

本发明是关于一种电源转换器的时间信号产生技术，特别是关于一种随输入电压调节导通时间的时间信号产生电路及时间信号产生方法。

背景技术：

一般而言，输入至直流转直流转换器的输入电压需要比期望的输出电压高出一定的程度，才能顺利产生期望的输出电压。在电池提供输入电压的情况，输入电压会随着时间逐渐递减，这将导致直流转直流转换器所产生的输出电压无法达到期望的额定电压值。

图1为现有的直流转直流转换器的电路架构示意图。请参看图1，在恒定导通时间(constant on-time，简称COT)-脉宽调变(pulse width modulation，简称PWM)的架构下，直流转直流转换器1的比较器10将会比较反馈电压VFB(与输出电压VOUT相关)与参考电压VREF的大小。一旦比较器10所得到的比较结果为反馈电压VFB低于参考电压VREF，代表目前直流转直流转换器1所产生的输出电压VOUT明显偏低。因此，脉宽调变单元12将输出具有固定导通时间的脉宽调变信号PWM至输出级14，藉此对电容器C进行充电，据以将未达额定电压值的输出电压VOUT调高。

图2为现有的直流转直流转换器的输入电压、输出电压及脉宽调变信号的时序图。请参看图2，脉宽调变信号PWM中的每个导通时间Ton后面均会伴随着一个关闭时间Toff。脉宽调变信号PWM的一个周期定义为一个导通时间Ton加上一个关闭时间Toff。在时间TA之前，输入电压VIN稳定且具有固定值，导通时间Ton与关闭时间Toff皆为固定值且重复地出现。若在脉宽调变信号PWM的周期不改变的情况下，输入电压VIN在时间TA之后开始递减，周期内的导通时间Ton将增加而关闭时间Toff则对应地减少，以期使输出电压VOUT维持在额定电压值而不会变小。当输入电压VIN于时间TB递减至一定程度(临界电压VTH)后，由于脉宽调变信号PWM的周期 仍维持固定，但是周期内的关闭时间Toff已经无法再进一步缩小，因此导通时间Ton将会维持固定，故无法提供较充裕的充电时间。这将导致输出电压VOUT随着输入电压VIN递减而减少，严重影响直流转直流转换器1(如图1所示)的电压转换效率。

图3为现有的直流转直流转换器的暂态响应示意图。请参看图3，在时间TA发生抽载(例如负载电流ILoad)时，电感电流IL与输出电压VOUT也随着抽载而发生振荡。在时间TB之后，输入电压VIN小于临界电压VTH(参见图2示出)，电感电流IL与输出电压VOUT的暂态(transient)响应使得振荡更加剧烈。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种应用于电源转换器的时间信号产生电路及时间信号产生方法，藉以解决先前技术所述及的问题。

本发明提出一种时间信号产生电路。时间信号产生电路包括第一转导单元、第二转导单元以及时间计算单元。第一转导单元接收反馈电压与参考电压以提供第一控制信号，其中反馈电压相关于电源转换器的输出电压。第二转导单元耦接第一转导单元，用以接收输入电压与预设电压以提供第二控制信号。时间计算单元耦接第二转导单元，用以依据第一控制信号与第二控制信号调整脉宽调变信号的导通时间。

在本发明的一实施例中，若第二转导单元检测出输入电压低于预设电压，时间计算单元开始依据第一控制信号与第二控制信号调整导通时间。

在本发明的一实施例中，若第一转导单元未检测出反馈电压低于参考电压时，第一控制信号为零值，第二控制信号为具有固定增益值的信息，并且时间计算单元依据固定增益值的信息增加导通时间。

在本发明的一实施例中，若第一转导单元检测出反馈电压低于参考电压时，第一控制信号为非零值而使得第二控制信号为具有动态增益值的信息，并且时间计算单元依据动态增益值的信息调整导通时间。

本发明另提出一种时间信号产生方法。时间信号产生方法包括下列步骤。步骤(A)接收反馈电压与参考电压以提供第一控制信号，其中反馈电压相关于电源转换器的输出电压；步骤(B)接收输入电压与预设电压以提供第二 控制信号；以及步骤(C)依据第一控制信号与第二控制信号调整脉宽调变信号的导通时间。

在本发明的一实施例中，若检测出输入电压低于预设电压，开始步骤(C)来调整导通时间。

在本发明的一实施例中，若未检测出反馈电压低于参考电压时，第一控制信号为零值，第二控制信号为具有固定增益值的信息，并且依据固定增益值的信息增加导通时间。

在本发明的一实施例中，若检测出反馈电压低于参考电压时，第一控制信号为非零值而使得第二控制信号为具有动态增益值的信息，并且依据动态增益值的信息调整导通时间。

基于上述，本发明的时间信号产生电路以及时间信号产生方法解决输入电压的变化(尤其输入电压降低)与输出电压的暂态而无法有效提供额定的输出电压问题。本申请计算导通时间是依据输入电压对预设电压的差值(第二控制信号)、及反馈电压对参考电压的差值(第一控制信号)来进行。其中，第一控制信号将影响第二控制信号的增益值。如此一来，本申请的电源转换器在输入电压低于预设电压时，当输出电压有抽载可以提供具有动态增益值的信息，当输出电压无抽载可以提供具有固定增益值的信息。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，其示出了本发明的示例实施例，附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为现有的直流转直流转换器的电路架构示意图；

图2为现有的直流转直流转换器的输入电压、输出电压及脉宽调变信号的时序图；

图3为现有的直流转直流转换器的暂态响应示意图；

图4是本发明一实施例的电源转换器的电路图；

图5是本发明一实施例的时间信号产生电路的电路图；

图6是本发明一实施例的时间计算单元的电路图；

图7是本发明实施例的电源转换器的时间信号产生方法的流程图。

附图标记说明：

1：直流转直流转换器； 4：电源转换器；

10、40：比较单元； 12：脉宽调变单元；

14、44：输出级； 42：驱动单元；

50、50A：时间信号产生电路； 52：第一转导单元；

54、54A：第二转导单元； 56：时间计算单元；

58：比较器； 60：可变电流源；

C、C1：电容器； G：输出端；

K：倍率； Igm：电流源；

Igmdelta：第一控制信号； IL：电感电流；

ILoad：负载电流； IMP1、IMP2：电流；

Itondelta：第二控制信号； IVIN：电流源；

MP1、MP2、MN1～MN4：晶体管； PWM：脉宽调变信号；

SW：开关； S701～S703：步骤；

TA、TB：时间； Ton：导通时间；

Toff：关闭时间； VC：电容电压；

VFB：反馈电压； VIN：输入电压；

VINREF：预设电压； VOUT：输出电压；

VREF：参考电压； VTH：预设电压；

-：负输入端； +：正输入端。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，在图式及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

在下述诸实施例中，当元件被指为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或耦接至另一元件，或可能存在介于其间的元件。术语“电路”可表示为至少一元件或多个元件，或者主动地且/或被动地而耦接在一起的元件以提供合适功能。术语“信号”可表示为至少一电流、电压、负载、 温度、数据或其他信号。应理解，贯穿本说明书以及图式所指代的信号，其物理特性可以为电压或是电流。

图4是本发明一实施例的电源转换器的电路图。请参阅图4。本发明提出的时间信号产生电路50应用于电源转换器4，但不以此为限。本发明也可适用恒定导通时间(COT)直流转直流转换器。电源转换器4包括比较单元40、驱动单元42、输出级44及时间信号产生电路50。驱动单元42可包括脉宽调变控制器。输出级44可包括上桥开关及下桥开关。时间信号产生电路50耦接比较单元40、驱动单元42。

时间信号产生电路50包括第一转导单元52、第二转导单元54以及时间计算单元56。第一转导单元52接收反馈电压VFB与参考电压VREF以提供第一控制信号Igmdelta。反馈电压VFB相关于电源转换器4的输出电压VOUT。例如，反馈电压VFB为K1倍率的输出电压VOUT。第二转导单元54耦接第一转导单元52与时间计算单元56。第二转导单元54接收输入电压VIN与预设电压VINREF以提供第二控制信号Itondelta给时间计算单元56。时间计算单元56依据第一控制信号Igmdelta与第二控制信号Itondelta调整脉宽调变信号PWM的导通时间Ton。在本实施例中第一转导单元52、第二转导单元54可以包含转导放大器。

预设电压VINREF或参考电压VREF的设定方式可以为大于输入电压VIN的崩溃电压值，崩溃电压值如图2所示的临界电压VTH。时间信号产生电路50利用单向的第二转导单元54检测输入电压VIN的变化，并且利用单向的第一转导单元52检测输出电压VOUT的变化。当输入电压VIN低于预设电压VINREF，时间计算单元56开始调整导通时间Ton。

若第一转导单元52未检测出反馈电压VFB低于参考电压VREF时，表示输出电压VOUT上没有LC振荡，第一转导单元52所提供的第一控制信号Igmdelta将为零值。此零值不影响第二转导单元54。第二转导单元54转换出(VINREF-VIN)×gm1的信息，其中gm1表示第二转导单元54的转换倍率。第二控制信号Itondelta为具有固定增益值的信息，即(VINREF-VIN)×gm1的信息。换言之，在输入电压VIN递减且输出电压VOUT没有暂态响应的情况下，时间计算单元56可以依据固定增益值的信息增加导通时间Ton。

在输出抽载时，第一转导单元52检测出反馈电压VFB低于参考电压 VREF时，表示输出电压VOUT具有LC振荡情形，第一转导单元52所提供的第一控制信号Igmdelta为非零值。此非零值将影响第二转导单元54。第二转导单元54转换出的信息受到第一控制信号Igmdelta而改变。第二控制信号Itondelta为具有变动增益值的信息。换言之，在输入电压VIN递减且输出电压VOUT有暂态响应的情况下，时间计算单元56可以依据变动增益值的信息调整导通时间Ton。如此一来，时间信号产生电路50可以动态地调节导通时间Ton。

图5是本发明一实施例的时间信号产生电路的电路图。请合并参阅图4和图5。时间信号产生电路50A包括第一转导单元52、第二转导单元54A以及时间计算单元56。电流源Igm为恒定电流源。若第一控制信号Igmdelta为零值时，流过晶体管MP1的电流IMP1与晶体管MP2的电流IMP2之和等于电流源Igm。当K倍的输入电压VIN低于预设电压VINREF时，电流IMP2大于电流IMP1，电流IMP1流经由晶体管MN1及MN2所组成的电流镜。晶体管MP2及MN2将运算出一电流IMP2-IMP1且流至另一个电流镜。电流IMP2-IMP1流至由晶体管MN3及MN4所组成的电流镜，并且在晶体管MN4的漏极-源极产生第二控制信号Itondelta。时间计算单元56依据第二控制信号Itondelta调整导通时间Ton。

在另一实施例中，当输出电压发生抽载，反馈电压VFB低于参考电压VREF时，第一转导单元52所提供的第一控制信号Igmdelta为非零值。电流IMP1与电流IMP2之和等于Igm+Igmdelta，亦即第一控制信号Igmdelta将影响第二转导单元54A，并且放大了K*VIN与预设电压VINREF的差值所计算出的第二控制信号Itondelta的数值。如此一来，时间计算单元56可以因应暂态响应来加大导通时间Ton。

图6是本发明一实施例的时间计算单元的电路图。请合并参阅图4至图6。时间计算单元56包括电容器C1、开关SW、比较器58、与输入电压VIN有关的电流源IVIN、以及与第二控制信号Itondelta有关的可变电流源60。其中第一控制信号Igmdelta可以影响第二控制信号Itondelta。

电容器C1耦接于电流源IVIN与接地端之间。开关SW的两端并联电容器C1的两端。可变电流源60也并联于电容器C1的两端。比较器58的负输入端耦接至电流源IVIN与电容器C1之间。比较器58的正输入端+耦接输出 电压VOUT。比较器58的输出端G输出导通时间Ton。

由于可变电流源60所产生的电流可能变大或变小，将会导致电流源IVIN所产生的电流对电容器C1的充电时间变少或变多。这将使得比较器58的负输入端-所接收到的电容电压VC达到与正输入端+所接收到的输出电压VOUT一样位准的时间变长或变短，进而拉长或缩短脉宽调变信号PWM的导通时间Ton。

基于上述实施例所揭示的内容，可以汇整出一种通用的电源转换器的时间信号产生方法。更清楚来说，图7是本发明实施例的电源转换器的时间信号产生方法的流程图。请先合并参阅图4至图7，本实施例的时间信号产生方法可以包括以下步骤。

如步骤S701所示，接收反馈电压VFB与参考电压VREF以提供第一控制信号Igmdelta，其中反馈电压VFB相关于电源转换器4的输出电压VOUT。

如步骤S702所示，接收输入电压VIN与预设电压VINREF以提供第二控制信号Itondelta。

如步骤S703所示，依据第一控制信号Igmdelta与第二控制信号Itondelta调整脉宽调变信号PWM的导通时间Ton。

若检测出输入电压VIN低于预设电压VINREF，开始步骤S703来调整导通时间Ton。

若未检测出反馈电压VFB低于参考电压VREF时，第一控制信号Igmdelta为零值，第二控制信号Itondelta为具有固定增益值的信息，并且依据固定增益值的信息增加导通时间Ton。

若检测出反馈电压低于参考电压时，第一控制信号Igmdelta为非零值而使得第二控制信号Itondelta为具有动态增益值的信息，并且依据动态增益值的信息调整导通时间Ton。

综上所述，本发明实施例的时间信号产生电路以及时间信号产生方法解决输入电压的变化(尤其输入电压降低)与输出电压的暂态而无法有效提供额定的输出电压问题。本申请计算导通时间是依据输入电压对预设电压的差值(第二控制信号)、及反馈电压对参考电压的差值(第一控制信号)来进行。其中，第一控制信号将影响第二控制信号的增益值。如此一来，本申请的电源转换器在输入电压低于预设电压时，当输出电压有抽载可以提供具有 动态增益值的信息，当输出电压无抽载可以提供具有固定增益值的信息。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。