专利名称：用于切换式电压转换器的初始电压建立电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种初始电压建立电路，尤其涉及一种用于切换式电 压转换器的初始电压建立电路。
背景技术：
图1示出了公知的切换式电压转换器10的电路图。切换式电压
转换器IO为升压型，即将较低的输入电压Vin转换为较高的输出电压
V。ut。电感器L耦合于输入电压Vin与切换节点SN之间。上侧开关
SH耦合于切换节点SN与输出端O之间，而下侧幵关SL则耦合于 切换节点SN与地面电位间。此外，输出电容C。耦合于输出端0，以 便对输出电压V。ut进行滤波。在图l所示的例子中，上侧开关SH由 PMOS晶体管实现而下侧开关SL则由NMOS晶体管实现。切换控制 电路11对驱动电路12施加切换控制信号CS，以产生上侧驱动信号 PH和下侧驱动信号PL。上侧驱动信号PH决定上侧开关SH导通与 否，而下侧驱动信号PL决定下侧开关SL导通与否。
具体而言，切换控制电路11基于输出电压V。ut的反馈决定切换 控制信号CS的工作比(Duty Cycle),以把输出电压V。ut调节到一个 目标值。切换控制电路11具有一个反馈电路13、一个误差放大器14、 一个PWM比较器15、 一个参考电压产生电路16以及一个振荡信号 发生电路17，这些组件彼此耦合形成如图所示的结构。当输出电压 V。ut低于目标值时，从切换控制电路11所输出的切换控制信号CS提
供一个较大的工作比，以提高输出电压V。ut。当输出电压V。ut高于目
标值时，从切换控制电路11输出的切换控制信号CS提供一个较小 的工作比，以降低输出电压V。ut。
在切换电压转换器io刚幵始启动时，由于输出端o的输出电压
V。ut尚未建立而处于零电位，使得输出电压V。ut和目标值之间差距最
大，因此从切换控制电路11输出的切换控制信号cs的工作比扩展 至最大值。此最大值工作比造成下侧开关SL长时间导通，导致大量
的涌入电流产生，因而容易造成电路损坏。
发明内容
针对前述问题，本发明的目的在于提供一个初始电压建立电路， 用于在切换式电压转换器的输出端建立一个初始输出电压，避免大量 的涌入电流造成电路损坏。
根据本发明的一方面，提供一种用于一个切换式电压转换器的初 始电压建立电路。切换式电压转换器将一输入电压转换成一输出电
压。初始电压建立电路具有 一个电流供应电路、 一个电流调整电路、
一个充电/放电电路以及一个振荡信号发生电路。电流供应电路提供 一个充电电流与一个放电电流。电流调整电路调整该充电电流与该放 电电流。充电/放电控制电路选择性地允许该充电电流与该放电电流 通过。振荡信号发生电路利用该充电电流与该放电电流而产生一个初 始电压建立信号，使得该初始电压建立信号的一个工作比逐渐增大。 初始电压建立信号施加于该切换式电压转换器以建立一个初始电压。 根据本发明的另一方面，提供一种切换式电压转换器，将一输入
电压转换成一输出电压，该切换式电压转换器具有 一个切换电路、
一个初始电压建立电路、 一个切换控制电路以及一个信号选择电路。 切换电路具有一个第一开关、 一个第二开关与一个电感器。该第一开 关、第二开关与该电感器共同耦合于一个切换节点。初始电压建立电 路产生一个初始电压建立信号，其具有一个逐渐增大的工作比。响应 于该输出电压，切换控制电路产生一个切换控制信号。在该切换式电 压转换器开始启动时，信号选择电路允许该初始电压建立信号施加于 该切换电路以控制该第一开关与该第二开关，使得该输出电压上升至 一个预定的初始输出电压。在该输出电压达到该预定的初始输出电压 之后，信号选择电路允许该切换控制信号施加至该切换电路，以控制 该第一开关与该第二开关，以把该输出电压调节到一个预定的目标 值。
以下的说明与附图将使本发明前述目的与其他目的、特征与优点 更加明显。
图1示出了公知的切换式电压转换器的电路图。
图2示出了设置有根据本发明的初始电压建立电路的切换式电
压转换器的电路图。
图3示出了根据本发明的初始电压建立电路的详细电路图。
图4示出了根据本发明的初始电压建立电路的操作方法的波形
时序图。
主要元件符号说明 10切换式电压转换器 11切换控制电路 12驱动电路 13反馈电路 14误差放大器
15PMW比较器
16参考电压产生电路
17振荡信号发生电路
18初始电压建立电路
19信号选择电路
31电流调整电路
32电流供应电路
33充电/放电控制电路
34振荡信号发生电路
A， B端点
SH上侧开关
SL下侧开关
SN切换节点
O输出端
L电感器
Vin输入电压
V。ut输出电压
Vp峰值电压
C。输出电容
C。sc震荡电容
PH上侧驱动信号
PL下侧驱动信号 CS切换控制信号 ES初始电压建立信号
K1 K12反相器 CT计数器
Qo Q(n-,)字节输出信号
S1 S8电流调整信号 P1 P8 PMOS晶体管 Nl， N2NM0S晶体管 Pchg充电晶体管 Ndis放电晶体管 Ichg充电电流 Idis放电电流
具体实施例方式
下面将参照附图详细说明根据本发明的优选实施例。 图2示出了根据本发明的切换式电压转换器20的电路图，其中 设有一个初始电压建立电路18。参照图2，切换式电压转换器20属 于升压型，即将较低的输入电压Vin转换为较高的输出电压V。ut。电 感器L耦合于输入电压Vjn与切换节点SN之间。上侧开关SH耦合 于切换节点SN与输出端0之间，而下侧开关SL则耦合与切换节点 SN与地面电位间。此外，输出电容C。耦合于输出端0，以便对输出 电压V。ut进行滤波。在图2所示的例子中，上侧开关SH由PMOS晶 体管实现而下侧开关SL则由NMOS晶体管实现。上侧开关SH导通
与否由上侧驱动信号PH决定，而下侧开关SL导通与否由下侧驱动 信号PL决定。
如前所述，在图1所示的公知的切换式电压转换器10中，上侧 驱动信号PH与下侧驱动信号PL由驱动电路12基于切换控制信号 CS而产生，其中切换控制信号CS由切换控制电路11产生。
然而，在图2所示的依据本发明的切换式电压转换器20中，初 始电压建立提供电路提供一个初始电压建立信号ES。在切换式电压 转换器20刚开始启动时，信号选择电路19允许端点A耦合至驱动 电路12，使得初始电压建立信号ES施加于驱动电路12而产生上侧 驱动信号PH与下侧驱动信号PL。初始电压建立信号ES为一脉冲信 号，其具有逐渐增大的工作比。具体而言，初始电压建立信号ES起 初提供一个微小的工作比，随后工作比逐渐增大，使得输出端0的 输出电压V。ut从零电位逐渐上升到一个预定的初始输出电压。由于初 始电压建立信号ES起初提供一个微小的工作比，因此在切换式电压 转换器20刚开始启动时，可有效地防止大量的涌入电流产生。
在输入端0的输出电压V。ut达到该预定的初始输出电压之后， 信号选择电路19转而允许端点B耦合至驱动电路12，使得切换控制 信号CS施加于驱动电路12，而产生上侧驱动信号PH与下侧驱动信 号PL。在此阶段中，切换式电压转换器20的操作就变成如同前述切 换式电压控制器10的公知操作。换言之，切换控制电路11具有一个 反馈电路13、 一个误差放大器14、 一个PMW比较器15、 一个参考 电压产生电路16以及一个振荡信号发生电路17，这些组件彼此耦合 形成如图所示的结构。当输出电压V。ut低于目标值时，从切换控制电 路11所输出的切换控制信号CS提供一个较大的工作比，以提高输
出电压V。ut。当输出电压V。ut高于目标值时，从切换控制电路11所 输出的切换控制信号CS提供一个较小的工作比，以降低输出电压
V。ut。由于输出端O的输出电压V。ut已经由初始电压建立信号ES提 高至该预定的初始输出电压，故切换控制信号CS的工作比不会扩展 到最大值。因此，根据本发明的切换式电压转换器20有效地防止涌 入电流造成电路损坏。
图3示出了根据本发明的初始电压建立电路18的详细电路图。 如同所示，初始电压建立电路18具有一个电流调整电路31、 一个电 流供应电路32、 一个充电/放电控制电路33以及一个振荡信号发生电 路34。在电流调整电路31的控制下，电流供应电路32提供一个充
电电流Ichg和一个放电电流Idis。充电电流Ichg和放电电流Idis的大小
由电流调整电路31决定。充电/放电控制电路33选择性地允许充电 电流Ichg和放电电流Idis通过。在充电阶段，充电/放电控制电路33允 许充电电流Ug对振荡信号发生电路34充电。在放电阶段，充电/放 电控制电路33允许振荡信号发生电路经由放电电流Idis放电。通过利 用充电电流Iehg和放电电流Idis，振荡信号发生电路34提供初始电压 建立信号ES，其工作比由充电电流Ug和放电电流Idis决定。响应于 初始电压建立信号ES，电流调整电路31调整电流供应电路32所提 供的充电电流Iehg与放电电流Idis。
电流调整电路31主要利用一个计数器CT计算初始电压建立信 号ES的脉冲数目，并据此产生电流调整信号Sl至S8以施加至电流 供应电路32。计数器CT为一个n字节的计数逻辑电路，其输入端IN 接收初始电压建立信号的脉冲数目。在根据本发明的一个实施例中， 采用最大的四个字节信号Q(n-4)到Q(n-l沐产生第一至第八电流调
整信号Sl至S8。第一电流调整信号Sl由第四个字节信号Q(n-4)经 反相器K5与K6产生，而第二电流调整信号S2由第四个字节信号 Q(n-4)经反相器K5产生。因此，第一与第二电流调整信号Sl与S2 彼此相位差180度。第三电流调整信号S3由第三个字节信号Q(n-3) 经反相器K7与K8产生，而第四电流调整信号S4经第三个字节信号 Q(n-3)经反相器K7产生。因此，第三与第四电流调整信号S3与S4 彼此相位差180度。第五电流调整信号S5由第二个字节信号Q(n-2) 经反相器K9与K10产生，而第六电流调整信号S6由第二个字节信 号Q(n-2)经反相器K9产生。因此，第五与第六电流调整信号S5与 S6彼此相位差180度。第七电流调整信号S7由第一个字节信号Q(n-l) 经反相器Kll与K12产生，而第八电流调整信号S8由第一个字节信 号Q(n-l)经反相器Kll产生。因此，第七与第八电流调整信号S7与 S8彼此相位差180度。
电流供应电路32主要具有七个电流源I()至16。电流源Io固定施 加于充电/放电控制电路33的充电晶体管Pehg，作为充电电流Ug的 一部分。电流源15由晶体管Nl与N2构成的电流镜像施加于充电/放 电控制电路33的放电晶体管Ndis，因而与电流源16—起固定作为放
电电流Idis的一部分。然而电流源I，至l4基于第一至第八电流调整信 号Sl至S8的选择控制而决定施加于充电晶体管Pehg或放电晶体管
Ndis。
第一电流调整信号Sl施加于PMOS晶体管Pl的栅极，而第二 电流调整信号S2施加于PMOS晶体管P2的栅极。当晶体管Pl导通 时，电流源^作为充电电流Iehg的一部分，而当晶体管P2导通时， 电流源I,则作为放电电流Idis的一部分。第三电流调整信号S3施加于
PMOS晶体管P3的栅极，而第四电流调整信号S4施加于PMOS晶
体管P4的栅极。当晶体管P3导通时，电流源12作为充电电流1^的 一部分，而当晶体管P4导通时，电流源12则作为放电电流1^的一部
分。第五电流调整信号S5施加于PMOS晶体管P5的栅极，而第六 电流调整信号S6施加于PMOS晶体管P6的栅极。当晶体管P5导通 时，电流源13作为充电电流Ug的一部分，而当晶体管P6导通时， 电流源13则作为放电电流1^的一部分。第七电流调整信号S7施加于 PMOS晶体管P7的栅极，而第八电流调整信号S8施加于PMOS晶 体管P8的栅极。当晶体管P7导通时，电流源14作为充电电流1^的
一部分，而当晶体管P8导通时，电流源l4则作为放电电流Idis的一部分。
现在将参照图3与图4详细说明根据本发明的初始电压建立电路 18的操作方法如下。在图4所示的实施例中，n字节计数器CT使用 七字节计数器，其产生七个输出信号Q0至Q6,用以代表由小到大 的七个字节。输出信号Q6代表第一个字节，用以产生第七与第八电 流调整信号S7与S8。输出信号Q5代表第二个字节，用以产生第五 与第六电流调整信号S5与S6。输出信号Q4代表第三个字节，用以 产生第三与第四电流调整信号S3与S4。输出信号Q3代表第三个字 节，用以产生第一与第二电流调整信号Sl与S2。
在初始电压建立电路18开始操作时，七字节计数器CT的清除 端CLR被触发，使得七个输出信号Q0至Q6的初始状态皆设定为高 电平H。因此，第一、第三、第五与第七电流调整信号Sl、 S2、 S5 与S7皆为高电平H，而第二、第四、第六与第八电流调整信号S2、 S4、 S6与S8皆为低电平L。结果，晶体管P1、 P3、 P5与P7都不导
通，而晶体管P2、 P4、 P6与P8都导通。在这种情况下，充电电流
Ug等于I()，而放电电流Idis等于(I!+l2+l3+l4+Is+l6)。初始电压建立信 号ES的低电位L使充电晶体管Pehg导通而允许充电电流Ichg施加于 振荡信号发生电路34，导致振荡电容C。w上的振荡电压V。M持续升 高。在振荡电压V。w达到峰值电压Vp而触发具有磁滞效应的反相器
Kl后，初始电压建立信号ES转变位高电位H，使放电晶体管Ndis 导通而允许振荡信号发生电路34通过放电电流Idis持续降低振荡电容 C。sc上的振荡电压V。se。因此，在图4的时间t。到t,中，工作比Do
等于(I(A^)，其中I她KUg+IdisMIo+I!+l2+l3+l4+l5+l6)。
当七字节计数器CT接收到初始电压建立信号ES的第八个脉冲 时，输出信号[Q3， Q4， Q5， Q6]即转换成[L， H， H， H]。从高电位 H转换成低电位L的输出信号Q3造成晶体管Pl导通而晶体管P2不
导通。结果，充电电流Ug增大为(Io+I,)，而放电电流Idis减小为
(I2+I3+I4+I5+I6)。因此，在图4的时间t！到t2中，工作比D,等于即转换成[H, L， H， H]。从 高电位H转换成低电位L的输出信号Q4造成晶体管P3导通而晶体
管P4不导通。结果，充电电流Ichg增大为(I()+l2)，而放电电流Idis减 小为(I,+l3+Lt+l5+l6)。。因此，在图4的时间t2至t3中，工作比Dp系
等于[(I。+l2)/It。td]，其相对于前一阶段的Di略微增加。
随后，当七字节计数器CT接收到初始电压建立信号ES的第24 个脉冲时，输出信号[Q3， Q4， Q5， Q6]即转换成[L， L， H， H]。结
果，充电电流Ichg增大为(I()+Il+l2)，而放电电流Idis减小为(l3+l4+l5+l6)。 因此，在图4的时间t4至t5中，工作比D3等于[(Io+I,+l2)/I咖]，相较 于先前阶段的D2略微增加。
如此按照前述的操作方式持续进行，充电电流Ug逐渐增大且放 电电流Idis逐渐减小，导致所产生的工作比逐渐增
大...<03<04<05<06<...。最后，在图4的时间^至^中，输出信号 [Q3， Q4， Q5, Q6]即转变成[L, L， L， L]。结果，充电电流Ug增大为 (1o+I一l2+l3+l4)，而放电电流1化减小为(15+16)。因此，工作比D,5等
于[(Io+I,+l2+l3+l4)/Ito』。
在前述实施例中，假设电流源Io作为参考电流，则电流源^设定
为等于电流源Io;电流源12设定为等于电流源Io的二倍；电流源13 设定为等于电流源Io的四倍；电流源14设定为等于电流源I。的八倍; 电流源15设定为等于电流源Io的四倍；并且电流源16设定为等于电 流源I()的四倍。在此种假设条件下，在时间tj至t(i+,)中所产生的充电 电流Ichg(『(l+i)no且放电电流1輔)=(23-0%，其中i为0至15的整
数。因此，周期TEs(『C。sJV/[(l/Ug(i))+(l/Idis(i))]，并且所形成的工作
比为D尸Ichg(i)/(Ichg(i)+Idis①M 1 +i)/24 。
因此，初始电压建立信号ES起初提供一个微小的工作比，随后 所提供的工作比逐渐增大，使得输出端O的输出电压V。ut从零电位 逐渐上升至一个预定的初始输出电压。由于初始电压建立信号ES起 初提供一个微小的工作比，故有效地防止大量的涌入电流产生。由于 输出端O的输出电压V。ut已经提高至该预定的初始输出电压，因此 从切换控制电路11所输出的切换控制信号CS的工作比不会扩展到 最大值。因此，有效地防止涌入电流造成电路损坏。
虽然本发明已经由优选实施例作为示例加以说明，应该理解本
发明不限于这里披露的实施例。相反地，本发明旨在涵盖对本领域的 技术人员而言显而易见的各种修改与相似配置。因此，专利申请要求 保护的范围应根据最广的解释，以包含所有此类修改与相似配置。
权利要求
1、一种初始电压建立电路，用于一个切换式电压转换器中，该切换式电压转换器用于将一个输入电压转换成一个输出电压，该初始电压建立电路包括一个电流供应电路，用于提供一个充电电流与一个放电电流；一个电流调整电路，用于调整该充电电流与该放电电流。一个充电/放电控制电路，用于选择性地允许该充电电流与该放电电流通过；以及一个振荡信号发生电路，利用该充电电流与该放电电流产生一个初始电压建立信号，使得该初始电压建立信号的一个工作比逐渐增大，其中该初始电压建立信号施加到该切换式电压转换器从而建立起一个初始输出电压。
2、 如权利要求l所述的初始电压建立电路，其中该电流调整电路基于该初始电压建立信号来调整该充电电流与 该放电电流。
3、 如权利要求1所述的初始电压建立电路，其中-该电流调整电路使该充电电流逐渐增大并且使该放电电流逐渐减小。
4、 如权利要求1所述的初始电压建立电路，其中-该振荡信号发生电路包括一个振荡电容，其上跨有一个振荡电压，当该充电电流对该 振荡电容充电时，该振荡电压逐渐升高，当该振荡电容经由该放电电 流放电时，该振荡电压逐渐降低，以及一个反相器，用于响应于该振荡电压而产生该初始电压建立信号。
5、 如权利要求l所述的初始电压建立电路，其中该电流调整电路具有一个计数器，用于计算该初始电压建立信号 的脉冲数目，以使得该电流调整电路根据该脉冲数目调整该充电电流 与该放电电流。
6、 一种切换式电压转换器，用于将一个输入电压转换成一个输 出电压，包括一个切换电路，具有一个第一开关、一个第二开关与一个电感器，其中该第一开关、该第二开关与该电感器共同耦合于一个切换节点；一个初始电压建立电路，用于产生一个初始电压建立信号，其具有一个逐渐增大的工作比；一个切换控制电路，用于响应于该输出电压而产生一个切换控制 信号；以及一个信号选择电路，在该切换式电压转换器开始启动时，该信号 选择电路允许该初始电压建立信号施加至该切换电路以控制该第一 开关与该第二开关，使得该输出电压上升至一个预定的初始电压，并 且在该输出电压达到该预定的初始输出电压之后，该信号选择电路允 许该切换控制信号施加至该切换电路以控制该第一开关与该第二开 关，用以调节该输出电压于一个预定的目标值。
7、 如权利要求6所述的切换式电压转换器，其中 该初始电压建立电路包括一个电流供应电路，用于提供一个充电电流与一个放电电流；一个电流调整电路，用于调整该充电电流与该放电电流。 一个充电/放电控制电路，用于选择性地允许该充电电流与该放电电流通过；以及一个振荡信号发生电路，利用该充电电流与该放电电流产生一个初始电压建立信号，使得该初始电压建立信号的一个工作比逐渐增大，其中该初始电压建立信号施加到该切换式电压转换器从而建立起一个初始输出电压。
8、 如权利要求7所述的切换式电压转换器，其中 该电流调整电路基于该初始电压建立信号来调整该充电电流与该放电电流，以使该充电电流逐渐增大且使该放电电流逐渐减小。
9、 如权利要求7所述的切换式电压转换器，其中 该振荡信号发生电路包括一个振荡电容，其上跨有一个振荡电压，当该充电电流对该 振荡电容充电时，该振荡电压逐渐升高，当该振荡电容经由该放电电 流放电时，该振荡电压逐渐降低，以及一个反相器，用于响应于该振荡电压而产生该初始电压建立信号。
10、如权利要求7所述的切换式电压转换器，其中该电流调整电路具有一个计数器，用于计算该初始电压建立信号 的脉冲数目，以使得该电流调整电路根据该脉冲数目调整该充电电流 与该放电电流。
全文摘要
一种初始电压建立电路，其具有一个电流供应电路、一个电流调整电路、一个充电/放电控制电路以及一个振荡信号发生电路。电流供应电路提供一个充电电流与一个放电电流。电流调整电路调整充电电流与放电电流。充电/放电控制电路选择性地允许充电电流与放电电流通过。振荡信号发生电路利用充电电流与放电电流产生一个初始电压建立信号，使得初始电压建立信号的一个工作比逐渐增大。初始电压建立信号施加于一个切换式电压转换器以建立起一个初始输出电压。
文档编号H02M3/155GK101098106SQ200610094149
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者陈天赐 申请人:圆创科技股份有限公司