专利名称：直流对直流转换器及其电压转换方法
技术领域：
本发明是有关于一种直流对直流转换器，且特别是有关于一种可调整脉冲宽度调制信号的脉冲宽度的直流对直流转换器及其电压转换方法。
背景技术：
众所周知，电脑系统中的中央处理器(CPU)、动态随机存取存储器(DRAM)、绘图晶片(graphic chip)、晶片组(chip set)所使用的操作电压皆不相同，因此，电脑系统中需要许多直流转直流变换器用以将电源供应器提供的直流输入电压(例如19V)转换成为各元件所需的操作电压。恒定导通时间(Constant On Time, COT)稳压器是一种直流对直 流转换器。一般而言，当反馈电压小于参考电压时，恒定导通时间稳压器可以在一固定周期内导通一主要开关，并可调整主要开关的不导通周期，以便能提供稳定的输出电压。当恒定导通时间稳压器的负载变化剧烈时，控制的恒定导通时间稳压器的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)信号的操作频率亦会产生相对应的变化。举例来说，当恒定导通时间稳压器的负载变轻时，脉冲宽度调制信号的频率降低，各个脉冲间的距离变大。当恒定导通时间稳压器的负载变的很轻时，将使得脉冲宽度调制信号的频率低于25kHz，此时的频率开始进入人耳可接收的音频范围之内。如此一来，将使得使用者在使用各种应用恒定导通时间稳压器的电子产品(例如手机、电脑或随身听等)时出现杂音干扰，进而影响到电子产品的使用品质。
发明内容
本发明提供一种直流对直流转换器及其电压转换方法，可在不影响转换效率的情形下，保持脉冲宽度调制信号的操作频率高于人耳可接收到的音频范围。本发明提出一种直流对直流转换器，其包括调整模块、输出模块以及控制模块。调整模块依据第一脉冲宽度调制信号与直流对直流转换器的输出电压输出具有恒定导通时间的第二脉冲宽度调制信号。输出模块耦接调整模块、接地电压与直流对直流转换器的输入电压，反应第二脉冲宽度调制信号切换接地电压与输入电压，以对应输出模块的切换将输入电压转换为输出电压。控制模块耦接调整模块与输出模块，检测第二脉冲宽度调制信号的频率，当第二脉冲宽度调制信号的频率低于一预设频率时，控制输出模块降低输出电压直到第二脉冲宽度调制信号出现上升沿，并控制调整模块缩减第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。在本发明的一实施例中，上述的输出模块包括电感、切换单元以及驱动单元。电感的第一端输出输出电压。切换单元耦接电感的第二端、输入电压与接地电压。驱动单元耦接调整模块、控制模块以及切换单元，依据第二脉冲宽度调制信号控制切换单元切换输入电压以及接地电压，进而在电感的第一端输出输出电压。在本发明的一实施例中，上述的切换单元包括第一晶体管以及第二晶体管。第一晶体管与第二晶体管串接在输入电压与接地电压之间，第一晶体管与第二晶体管的栅极耦接驱动单元，第一晶体管与第二晶体管的共同接点耦接电感的第二端，第一晶体管与第二晶体管的导通状态受控于驱动单元，驱动单元还依据一优先权机制与控制信号来强制导通第二晶体管，直到下一个第一脉冲宽度调制信号提早产生。当第二脉冲宽度调制信号的频率低于预设频率时，驱动单元导通第二晶体管。在本发明的一实施例中，上述的直流对直流转换器中的输出模块还包括一电流检测单元，其耦接驱动单元，检测电感上的电流，当电感上的电流降为零时，驱动单元关闭第二晶体管，而当第二脉冲宽度调制信号的频率低于预设频率时且电感上的电流降为零时，驱动单元利用优先权机制强制导通第二晶体管。在本发明的一实施例中，上述的控制模块包括频率检测单元以及缩减控制单元。频率检测单元检测第一脉冲宽度调制信号或第二脉冲宽度调制信号在每一信号周期内的上升沿的转态时间点，当第一脉冲宽度调制信号或第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，频率检测单元输出控制信号以控制驱动单元导通第二晶体管，以触发下一个第一脉冲宽度调制信号提早产生。缩减控制单元耦接频率检测单元与调整模块，控制调整模块缩减第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。 在本发明的一实施例中，上述的调整模块包括第一比较器、第一电流源、第一电容、D型正反器、第三晶体管以及反相器。第一比较器的负输入端耦接上述输出电压。第一电流源耦接第一比较器的正输入端，第一电流源所产生的电流正比于上述输入电压；第一电容稱接在第一比较器的正输入端与接地电压之间。D型正反器的资料输入端稱接一第一操作电压，D型正反器的时脉输入端耦接第一脉冲宽度调制信号，D型正反器的重置端耦接第一比较器的输出端，D型正反器的资料输出端耦接驱动单元。第三晶体管的漏极与源极分别耦接第一比较器的正输入端与接地电压。反相器耦接在D型正反器的资料输出端与第三晶体管的栅极之间。在本发明的一实施例中，上述的缩减控制单元包括可调式电流源，其耦接第一比较器的正输入端，当第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，可调式电流源依据第二脉冲宽度调制信号的上升沿转态延迟时间对第一电容进行充电。在本发明的一实施例中，上述的缩减控制单元包括运算单元以及可调式电压源。运算单元耦接在输出电压与第一比较器的负输入端之间。可调式电压源耦接在运算单元与接地电压之间，当第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，可调式电压源依据第二脉冲宽度调制信号的上升沿转态延迟时间输出一调整电压，运算单元将输出电压减去调整电压以拉低输出电压。在本发明的一实施例中，上述的缩减控制单元是数字控制电路。在本发明的一实施例中，上述的直流对直流转换器，还包括反馈单元与脉冲宽度调制信号产生模块。反馈单元耦接在直流对直流转换器的输出端与接地电压之间。脉冲宽度调制信号产生模块耦接调整模块与反馈单元，依据一参考电压与输出电压的分压产生第一脉冲宽度调制信号。在本发明的一实施例中，上述的脉冲宽度调制信号产生模块包括误差放大器、补偿单元、斜波产生器以及第二比较器。误差放大器的正、负输入端分别耦接参考电压与阻抗单元，根据参考电压以及输出电压的分压产生一误差信号。补偿单元耦接误差放大器的输出端，其用以补偿误差信号。斜波产生器用以产生一斜波信号。第二比较器的正、负输入端分别耦接误差放大器的输出端与斜波产生器，依据误差信号与斜波信号的比较结果产生第一脉冲宽度调制信号。本发明提出一种电压转换方法，适用于一直流对直流转换器，电压转换方法包括下列步骤。依据第一脉冲宽度调制信号与直流对直流转换器的输出电压输出第二脉冲宽度调制信号；反应第二脉冲宽度调制信号以提供输出电压；以及检测第一脉冲宽度调制信号的频率或第二脉冲宽度调制信号的频率是否低于一预设频率，其中当第一脉冲宽度调制信号的频率或第二脉冲宽度调制信号的频率低于预设频率时，降低输出电压，以使第一脉冲宽度调制信号提早产生，并缩减第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。基于上述，本发明依据第二脉冲宽度调制信号的频率来控制调整模块缩减第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，以在不影响转换效率的情形下，保持脉冲宽度调制信号的频率高于人耳可接收到的音频范围。 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图I为本发明一实施例的直流对直流转换器的示意图；图2为本发明实施例的直流对直流转换器中多个信号的波形示意图；图3为本发明另一实施例的直流对直流转换器的示意图；图4为本发明另一实施例的直流对直流转换器的示意图；图5为本发明一实施例的调整模块与缩减控制单元的示意图；图6为本发明另一实施例的调整模块与缩减控制单元的示意图；图7为本发明一实施例的直流对直流转换器的电压转换方法流程图。主要元件符号说明100,300,400 :直流对直流转换器；102 :调整模块；104 :输出模块；106 :控制模块；108:电流检测单元；302 :缩减控制单元；304 :频率检测单元；306 :驱动单元；308 :切换单元；402 :脉冲宽度调制信号产生模块；404 :误差放大器；406、502:比较器；408 :补偿单元；410 :斜波产生器；412:反馈单元；504 D型正反器；
506 :反相器；602 :运算单元；VIN:输入电压；GND :接地电压；Ml、M2、M3 :晶体管；PWM1、PWM2 :脉冲宽度调制信号Vout:输出电压；UGULGl :开关信号； LI:电感；SI :控制信号；IL 电流；Vref:参考电压；ERl :误差信号；RA、RB、Rl:电阻；CA、CB、Cl:电容；ramp I :斜波信号；Il :第一电流源；ISl :可调式电流源；Vc:电容上的电压；VSl :可调式电压源；S702-S708 :本发明一实施例的直流对直流转换器的电压转换方法流程图各步骤。
具体实施例方式图I为本发明一实施例的直流对直流转换器的示意图。请参照图1，直流对直流转换器100包括调整模块102、输出模块104以及控制模块106。调整模块102耦接输出模块104与控制模块106，控制模块106还耦接输出模块104。输出模块104耦接接地电压GND、直流对直流转换器100的输入电压VIN以及控制模块106。调整模块102用以接收第一脉冲宽度调制信号PWM I与直流对直流转换器100的输出电压Vout，并依据第一脉冲宽度调制信号PWMl与输出电压Vout输出具有恒定导通时间的第二脉冲宽度调制信号PWM2。图2为本发明实施例的直流对直流转换器中多个信号的波形示意图，如图2所示，每当调整模块102所接收的第一脉冲宽度调制信号PWM I出现上升沿时，调整模块102便会输出一具有预设脉冲宽度的第二脉冲宽度调制信号PWM2。如此，输出模块104便可反应第二脉冲宽度调制信号PWM2切换接地电压GND与输入电压VIN，以对应输出模块104的切换将输入电压VIN转换为输出电压Vout。另外，控制模块106可用来检测第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率。在正常负载下第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率较高，亦即，每两个脉冲之间的时间较为短暂。当直流对直流转换器100的负载是轻负载时，第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率将会降低，两个脉冲之间的时间可能较长(例如IOOus)，而落入人耳可听到的音频范围。当第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率低于一预设频率时，亦即两个脉冲之间的时间超出一预设值时(例如40us),控制模块106输出一控制信号SI控制输出模块104降低输出电压Vout，以使得下一个第一脉冲宽度调制信号PWMl提早产生，进而缩短第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲间的距离，提高第二脉冲宽度调制信号PWM2频率。此外，控制模块106还依据第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率控制调整模块102缩减第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。如此，便可在第二脉冲宽度调制信号PWM2频率提高的情形下仍保持直流对直流转换器100的电压转换效率，进而解决现有的直流对直流转换器的操作频率过低而进入人耳可接收到的音频范围内的问题。在上述第二脉冲宽度调制信号PWM2产生时，控制模块106将再度检测第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率是否低于预设频率，如果是，则继续执行上述操作，直到控制模块106检测到第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率高于预设频率，才停止调整第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率，并维持第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。图3为本发明另一实施例的直流对直流转换器的示意图。请参照图3，进一步来说，图I的控制模块106包括缩减控制单元302与频率检测单元304。缩减控制单元302耦接调整模块102与频率检测单元304。另外，输出模块104则包括驱动单元306、切换单 元308、电感LI、及电流检测单元108。驱动单元306耦接调整模块102、频率检测单元304以及切换单元308。电感LI的第一端耦接至直流对直流转换器100的输出端，第二端耦接切换单元308。切换单元308还耦接至直流对直流转换器100的输入电压VIN与接地电压GND。电流检测单元108耦接至驱动单元306。电流检测单元108用以检测负载电流，例如电感LI上的电流IL。驱动单元306用以依据第二脉冲宽度调制信号PWM2以及电流检测单元108所检测到的负载电流输出开关信号UGl与LGl，以控制切换单元308切换输入电压VIN与接地电压GND，进而在电感LI的第一端输出输出电压Vout。在本实施例中，切换单元308包括第一晶体管Ml与第二晶体管M2。第一晶体管Ml与第二晶体管M2串接在直流对直流转换器100的输入电压VIN与接地电压GND之间，第一晶体管Ml与第二晶体管M2的共同接点耦接至电感LI的第二端。第一晶体管Ml与第二晶体管M2的栅极则耦接驱动单元306，以分别接收开关信号UGl与LGl。当第二晶体管M2是导通状态时，第一晶体管Ml是关闭状态，当第一晶体管Ml是导通状态时，第二晶体管M2是关闭状态，另外当电感LI上的电流IL降为零时，驱动单元306关闭第二晶体管M2。在本实施例中，频率检测单元304可检测第二脉冲宽度调制信号PWM2在每一信号周期内的上升沿的转态时间点。在其他实施例中，频率检测单元304亦可检测第一脉冲宽度调制信号PWMl在每一信号周期内的上升沿的转态时间点。如图2所示，当第二脉冲宽度调制信号PWM2(或第一脉冲宽度调制信号PWM1)的上升沿延迟出现时，频率检测单元304便控制调整模块102来使得驱动单元306送出开关信号LGl至第二晶体管M2，以导通之，以触发下一个第一脉冲宽度调制信号PWMl提早产生。上述第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现是指，频率检测单元304在检测到第一个第二脉冲宽度调制信号PWM2出现后，频率检测单元304会判断下一个第二脉冲宽度调制信号PWM2是否会在预设值(例如40us)内出现，若第二脉冲宽度调制信号PWM2在预设值后出现，则表示第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现。
如图2所示，换句话说，若依据预设频率(例如25KHZ)，第二脉冲宽度调制信号PWM2应在第二脉冲宽度调制信号PWM2的波形上所示的虚线处转态为高电压逻辑电平，但由于直流对直流转换器300的输出端的负载变轻，因而使得第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率降低、脉冲与脉冲之间的距离变宽、第二脉冲宽度调制信号PWM2转态为高电压逻辑电平的时间点延后。此时频率检测单元304将高电压逻辑电平的控制信号SI输出至控制驱动单元306，以使得驱动单元306提供高电压逻辑电平的开关信号LGl至切换单元308，以导通第二晶体管M2，进而使得下一个第一脉冲宽度调制信号PWMl提早产生，其中控制信号SI是高电压逻辑电平。值得注意的是，在本发明实施例中，当第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现时，虽然电感LI上的电流IL降为零，然此时上升沿延迟出现的事件具有较高的优先权，故驱动单元306依据一优先权机制与控制信号SI来强制导通第二晶体管M2，直到下一个第一脉冲宽度调制信号PWMl提早产生，有关第一脉冲宽度调制信号PWMl如何提早产生的机制，容后详述。如图2所示，第二脉冲宽度调制信号PWM2的第二个脉冲相较于第一个脉冲具有较窄的脉冲宽度。当第二脉冲宽度调制信号PWM2转态为高电压逻辑电平时，开关信号LGl将转态为低电压逻辑电平，而开关信号UGl则转态为高电压逻辑电平。直到第二脉冲宽度调制信号PWM2转态为低电压逻辑电平时，开关信号LGl才转态为高电压逻辑电平，而开关信号UGl则转态为低电压逻辑电平。开关信号UGl的脉冲宽度亦会受到第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度缩减的影响而变窄。另外，当电流检测单元108检测到电感LI上的电流IL降为O时，驱动单元306将开关信号LGl转态为低电压逻辑电平。值得注意的是，在第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度被缩减后，当下一次第二脉冲宽度调制信号PWM2随着第一脉冲宽度调制信号PWMl的上升沿的出现而转为高电压电平时，若第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率已高于预设频率，则第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度将维持与上一次缩减脉冲宽度后的第二脉冲宽度调制信号PWM2相同。而若第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率仍低于或等于预设频率，则第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度将会依上述实施例的方式再次被缩减。如此重复地提高第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率并缩减第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度，即可将第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率调整至高于预设频率，且不会影响到直流对直流转换器300的电压转换效率。上述的第一脉冲宽度调制信号PWMl可利用脉冲宽度调制信号产生模块来产生。图4为本发明另一实施例的直流对直流转换器的示意图。请参照图4，本实施例的直流对直流转换器400与图I的直流对直流转换器100的不同之处在于，直流对直流转换器400还包括脉冲宽度调制信号产生模块402与反馈单元412。反馈单元412耦接调整模块102与脉冲宽度调制信号产生模块402。藉此，脉冲宽度调制信号产生模块402可依据一参考电压Vref与输出电压Vout来产生第一脉冲宽度调制信号PWMl。其中调整模块102与脉冲宽度调制信号产生模块402所接收的电压与输出电压Vout可成一比例关系。例如在本实施例中，调整模块102为直接接收输出电压Vout，而脉冲宽度调制信号产生模块402则接收经由反馈单兀412分压后的输出电压Vout。详细来说，脉冲宽度调制信号产生模块402包括误差放大器404、补偿单元408、斜波产生器410以及第二比较器406。误差放大器404的正、负输入端分别耦接参考电压Vref与反馈单元412，以依据参考电压Vref与输出电压Vout产生一误差信号ERl。在本实施例中，反馈单元412包括两个串接在直流对直流转换器400的输出端与接地电压GND之间的电阻RA、RB,误差放大器404为依据参考电压Vref与输出电压Vout的分压来产生误差信号 ERl。补偿单元408耦接误差放大器404的输出端，在本实施例中补偿单元408，电阻Rl与电容CA串联，继而再与电容CB并联，然并不以此为限。第二比较器406的正、负输入端分别耦接至误差放大器404的输出端与斜波产生器410。补偿单元408用以对误差信号ERl进行补偿，在完成对误差信号Vref的补偿之后，比较器406将误差信号ERl与斜波产生器410所提供的斜波信号rampl进行比较，以产生第一脉冲宽度调制信号PWM1。误差信号ER1、斜波信号rampl与第一脉冲宽度调制信号PWMl的波形可如图2所示。当上述第二晶体管M2被导通后，输出电压Vout将被拉低。在正常操作情况下，亦即第一脉冲宽度调制信号PWMl (或第二脉冲宽度调制信号PWM2)的频率大于预设频率时， 输出电压Vout会因为电感LI上的电流IL大于零的关系而缓慢下降，而在一定时间后才使得脉冲宽度调制信号产生模块402产生第一脉冲宽度调制信号PWMl。然而，当第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现时，此时的电感LI上的电流IL已为零，输出电压Vout将快速下降而使得误差放大器404产生一误差信号ERl，进而使得脉冲宽度调制信号产生模块402提早产生第一脉冲宽度调制信号PWM1，以提供第二脉冲宽度调制信号PWM2。当误差放大器404产生误差信号ERl后，误差放大器404的输出对电容CA、CB进行充电而使误差信号ERl的电压电平渐渐被拉高。当误差信号ERl的电压电平被拉高至高于斜波信号rampl时,第二比较器406将输出高电压逻辑电平的第一脉冲宽度调制信号PWMl，进而使下一个第一脉冲宽度调制信号PWMl开始产生，第二脉冲宽度调制信号PWM2也随之产生。此时频率检测单元304将通知缩减控制单元302控制调整模块102缩减第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。图5为本发明一实施例的调整模块与缩减控制单元的示意图。详细来说，上述的调整模块102与缩减控制单元302的实施方式可如图5所示。调整模块102可包括第一比较器502、第一电流源II、第一电容C1、D型正反器504、第三晶体管M3以及反相器506。另夕卜，缩减控制单元302则可包括可调式电流源ISl。第一电流源Il与可调式电流源ISl耦接第一比较器502的正输入端。第一电容C 11禹接于第一比较器502的负输入端与接地电压GND之间。第三晶体管M3的漏极与源极分别耦接第一比较器502的正输入端与接地电压GND。D型正反器504的资料输入端D耦接第一操作电压VOP，D型正反器504的时脉输入端耦接第一脉冲宽度调制信号PWM1，D型正反器504的重置端R耦接第一比较器502的输出端，D型正反器的资料输出端Q耦接驱动单元306。另外，反相器506则耦接在D型正反器504的资料输出端Q与第三晶体管M3的栅极之间。由图5可知，第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度可通过第一脉冲宽度调制信号PWMl与第一比较器502的输出来决定。D型正反器504依据第一脉冲宽度调制信号PWMl将资料输入端D输出至其输出端Q而产生第二脉冲宽度调制信号PWM2，而通过第一比较器502的输出来重置D型正反器504便可改变第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。在本实施例中，第一比较器502正输入端的电压即为电容Cl上的电压Vc,而电容Cl上的电压Vc的变化情形为由第一电流源Il与可调式电流源ISl所决定。当第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现时，可调式电流源ISl可依据第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿转态延迟时间对第一电容C I进行充电。通过调整可调式电流源ISl的输出电流的大小即可控制电压Vc的电压值上升速度的快慢，进而控制第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度(亦即第二脉冲宽度调制信号PWM2的导通时间)。举例来说，当欲缩减第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度时，可通过调高可调式电流源ISl所输出的电流，以使电压Vc快速地达到高于输出电压Vout的电压值，进而将D型正反器504重置而将第二脉冲宽度调制信号PWM2转态为低电压逻辑电平。当可调式电流源ISl的输出电流越大时，电压Vc达到高于输出电压Vout的电压值的速度越快，第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度也就越窄。值得注意的是，上述缩减控制单元302可例如是一数字控制电路。可调式电流源ISl的电流大小可例如以最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)来控制，当第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率被调整至高于预设频率后，便可固定控制可调式电流源ISl的 数字信号，以使调整模块102输出的第二脉冲宽度调制信号PWM2可继续维持在调整后的脉冲宽度。图6为本发明另一实施例的调整模块与缩减控制单元的示意图。请参照图6，本实施例与图5实施例的不同之处在于，图5实施例是利用可调式电流源ISl的电流大小来调整第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度，而本实施例则是利用可调式电压源VSl来调整第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。如图6所示，缩减控制单元302包括运算单元602以及可调式电压源VS1，其中运算单元602耦接在第一比较器502的负输入端与输出电压Vout之间，而可调式电压源VSl则耦接在运算单元602与接地电压GND之间。类似地，当第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿延迟出现时，可调式电压源VSl可依据第二脉冲宽度调制信号PWM2的上升沿转态延迟时间输出对应的调整电压，运算单元602则将输出电压减去此调整电压，以控制第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度。举例来说，当欲缩减第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度时，可通过调高可调式电压源VSl所输出的调整电压，以使输出电压Vout快速地降低至低于电压Vc的电压值，进而将D型正反器504重置而将第二脉冲宽度调制信号PWM2转态为低电压逻辑电平。当可调式电压源VSl输出的调整电压越大时，电压Vout的电压值降低至低于电压Vc的速度越快，第二脉冲宽度调制信号PWM2的脉冲宽度也就越窄。类似地，可调式电压源VSl输出的调整电压大小亦可例如以最低有效位元来控制，当第二脉冲宽度调制信号PWM2的频率被调整至高于预设频率后，便可固定控制可调式电压源VSl的数字信号，以使调整模块102输出的第二脉冲宽度调制信号PWM2可继续维持在调整后的脉冲览度。图7为本发明一实施例的直流对直流转换器的电压转换方法流程图。请参照图7，综上所述，直流对直流转换器的电压转换方法步骤可归纳如下。首先，依据一第一脉冲宽度调制信号与直流对直流转换器的输出电压输出一第二脉冲宽度调制信号(步骤S702)。接着，反应第二脉冲宽度调制信号以提供输出电压(步骤S704)。然后，检测第一脉冲宽度调制信号的频率或第二脉冲宽度调制信号的频率是否低于一预设频率(步骤S706)。当第一脉冲宽度调制信号的频率或第二脉冲宽度调制信号的频率低于预设频率时，降低输出电压，以使第一脉冲宽度调制信号提早产生，并缩减第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度(步骤S708)。相对地，若脉冲宽度调制信号的频率高于预设频率，则不对脉冲宽度调制信号进行脉冲宽度的调整，而回到步骤S702，依据第一脉 冲宽度调制信号与直流对直流转换器的输出电压输出第二脉冲宽度调制信号。综上所述，本发明实施例可在直流对直流转换器的负载过轻时，提高脉冲宽度调制信号的频率，并依据脉冲宽度调制信号的频率来缩减脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，以避免脉冲宽度调制信号的频率落在人耳可接收到的音频范围，同时保持其高转换效率。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。
权利要求
1.一种直流对直流转换器，其特征在于，包括 一调整模块，依据一第一脉冲宽度调制信号与上述直流对直流转换器的一输出电压输出一第二脉冲宽度调制信号； 一输出模块，耦接上述调整模块，并反应上述第二脉冲宽度调制信号以提供上述输出电压；以及 一控制模块，耦接上述调整模块与上述输出模块，检测上述第一脉冲宽度调制信号的频率或上述第二脉冲宽度调制信号的频率， 其中当上述第一脉冲宽度调制信号的频率或上述第二脉冲宽度调制信号的频率低于一预设频率时，上述控制模块输出一控制信号控制上述输出模块降低上述输出电压，使得上述第一脉冲宽度调制信号提早产生，并控制上述调整模块缩减上述第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。
2.根据权利要求I所述的直流对直流转换器，其特征是上述输出模块包括 一电感，其第一端输出上述输出电压； 一切换单元，耦接上述电感的第二端、一输入电压与一接地电压；以及 一驱动单元，耦接上述调整模块、上述控制模块以及上述切换单元，依据上述第二脉冲宽度调制信号控制上述切换单元切换上述输入电压以及上述接地电压，进而在上述电感的第一端输出上述输出电压。
3.根据权利要求2所述的直流对直流转换器，其特征是上述切换单元包括 一第一晶体管；以及 一第二晶体管，与上述第一晶体管串接在上述输入电压与上述接地电压之间，上述第一晶体管与上述第二晶体管的栅极耦接上述驱动单元，上述第一晶体管与上述第二晶体管的共同接点耦接上述电感的第二端，上述第一晶体管与上述第二晶体管的导通状态受控于上述驱动单元， 其中，上述驱动单元还依据一优先权机制与上述控制信号来强制导通上述第二晶体管，直到下一个第一脉冲宽度调制信号提早产生。
4.根据权利要求3所述的直流对直流转换器，其特征是当上述第二脉冲宽度调制信号的频率低于上述预设频率时，上述驱动单元导通上述第二晶体管。
5.根据权利要求3所述的直流对直流转换器，其特征是上述输出模块还包括 一电流检测单元,耦接上述驱动单元,检测上述电感上的电流，当上述电感上的电流降为零时，上述驱动单元关闭上述第二晶体管，而当上述第二脉冲宽度调制信号的频率低于上述预设频率时且上述电感上的电流降为零时，上述驱动单元利用上述优先权机制强制导通上述第二晶体管。
6.根据权利要求3所述的直流对直流转换器，其特征是上述控制模块包括 一频率检测单元，检测上述第一脉冲宽度调制信号或上述第二脉冲宽度调制信号在每一信号周期内的上升沿的转态时间点，当上述第一脉冲宽度调制信号或上述第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，上述频率检测单元输出上述控制信号以控制上述驱动单元导通上述第二晶体管，以触发下一个第一脉冲宽度调制信号提早产生；以及 一缩减控制单元，耦接上述频率检测单元与上述调整模块，控制上述调整模块缩减上述第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。
7.根据权利要求6所述的直流对直流转换器，其特征是上述调整模块包括 一第一比较器，其负输入端稱接上述输出电压； 一第一电流源，耦接上述第一比较器的正输入端，上述第一电流源所产生的电流正比于上述输入电压； 一第一电容，稱接在上述第一比较器的正输入端与上述接地电压之间； 一 D型正反器，其资料输入端耦接一第一操作电压，上述D型正反器的时脉输入端耦接上述第一脉冲宽度调制信号，上述D型正反器的重置端耦接上述第一比较器的输出端，上述D型正反器的资料输出端耦接上述驱动单元； 一第三晶体管，其漏极与源极分别耦接上述第一比较器的正输入端与上述接地电压；以及 一反相器，耦接在上述D型正反器的资料输出端与上述第三晶体管的栅极之间。
8.根据权利要求7所述的直流对直流转换器，其特征是上述缩减控制单元包括 一可调式电流源，耦接上述第一比较器的正输入端，当上述第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，上述可调式电流源依据上述第二脉冲宽度调制信号的上升沿转态延迟时间对上述第一电容进行充电。
9.根据权利要求7所述的直流对直流转换器，其特征是上述缩减控制单元包括 一运算单元，耦接在上述输出电压与上述第一比较器的负输入端之间；以及 一可调式电压源，耦接在上述运算单元与上述接地电压之间，当上述第二脉冲宽度调制信号的上升沿延迟出现时，上述可调式电压源依据上述第二脉冲宽度调制信号的上升沿转态延迟时间输出一调整电压，上述运算单元将上述输出电压减去上述调整电压以拉低上述输出电压。
10.根据权利要求7所述的直流对直流转换器，其特征是上述缩减控制单元是一数字控制电路。
11.根据权利要求6所述的直流对直流转换器，其特征是还包括 一反馈单元，耦接在上述直流对直流转换器的输出端与上述接地电压之间；以及一脉冲宽度调制信号产生模块，耦接上述调整模块与上述反馈单元，依据一参考电压与上述输出电压的分压产生上述第一脉冲宽度调制信号。
12.根据权利要求11所述的直流对直流转换器，其特征是上述脉冲宽度调制信号产生模块包括 一误差放大器，其正、负输入端分别耦接上述参考电压与上述阻抗单元，根据上述参考电压以及上述输出电压的分压产生一误差信号； 一补偿单元，耦接上述误差放大器的输出端，补偿上述误差信号； 一斜波产生器，产生一斜波信号；以及 一第二比较器，其正、负输入端分别耦接上述误差放大器的输出端与上述斜波产生器，依据上述误差信号与上述斜波信号的比较结果产生上述第一脉冲宽度调制信号。
13.—种电压转换方法,适用于一直流对直流转换器，其特征在于，上述电压转换方法包括 依据一第一脉冲宽度调制信号与上述直流对直流转换器的一输出电压输出一第二脉冲宽度调制信号；反应上述第二脉冲宽度调制信号以提供上述输出电压；以及 检测上述第一脉冲宽度调制信号的频率或上述第二脉冲宽度调制信号的频率是否低于一预设频率， 其中当上述第一脉冲宽度调制信号的频率或上述第二脉冲宽度调制信号的频率低于上述预设频率时，降低上述输出电压，以使上述第一脉冲宽度调制信号提早产生，并缩减上述第二脉冲宽度调制信号的脉冲宽度。
全文摘要
本发明提供一种直流对直流转换器及其电压转换方法。上述直流对直流转换器，可在其负载过轻时，提高脉冲宽度调制信号的频率，并缩减脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，以避免脉冲宽度调制信号的频率落在人耳可接收到的音频范围，同时保持其高转换效率。
文档编号H02M3/156GK102904443SQ20121019896
公开日2013年1月30日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年7月27日
发明者黄华强 申请人:力智电子股份有限公司