直流转直流控制器及其多斜波信号的操作方法
【专利摘要】本发明提供一种直流转直流控制器及其多斜波信号的操作方法。直流转直流控制器包括斜波产生单元、比较器、逻辑电路以及开关单元。斜波产生单元交替产生第一内部斜波信号与第二内部斜波信号。逻辑电路根据比较器的比较信号产生第一控制信号与第二控制信号。开关单元根据第一控制信号和第二控制信号以交替将第一内部斜波信号和第二内部斜波信号的其中一者切换至比较器的第二输入端。当第二内部斜波信号被切换至比较器时，斜波产生单元将第一内部斜波信号充电至第一电压电平。在另一切换过程，斜波产生单元将第二内部斜波信号充电至第二电压电平。
【专利说明】直流转直流控制器及其多斜波信号的操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种直流转直流的控制技术，且特别是有关于一种直流转直流控 制器及其多斜波信号的操作方法。
【背景技术】
[0002] 图1是现有的恒定导通时间的电路架构的波形示意图。请参阅图1，在现有的恒定 导通时间（Constant On Time,以下简称C0T)的电路架构中，基本上是由单一组的斜波信号 RAMP与误差信号C0MP进行信号相交的比较来产生一个导通时间信号PWM_Ton。在开始计 算一个用于脉宽调制的导通时间信号PWM_Ton时，斜波信号RAMP会立即被重置而重新充电 至其电压电平的顶点。斜波信号RAMP需要花费一个固定时间Ramp_Tc进行充电。但是，随 着电路架构中的频率可能改变或是进行多相位的相数切换，这个固定时间Ramp_Tc势必会 在斜波信号RAMP的周期上占据一个可观的时间。例如，假如原本需要的固定时间Ramp_Tc 为100 μ s ;当频率提高而导致斜波信号RAMP的一个周期变成50 μ s时，则因所需的充电时 间明显不够而造成暂态（transient)响应现象，也可能造成相位不稳定。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提出一种直流转直流控制器的时间产生电路及其控制方法，用 以解决现有技术所述及的问题。
[0004] 本发明提出一种直流转直流控制器。直流转直流控制器耦接输出级。直流转直流 控制器包括斜波产生单元、比较器、逻辑电路以及开关单元。斜波产生单元产生第一内部斜 波信号与第二内部斜波信号。误差信号与输出电压有关。比较器的第一输入端接收误差信 号。比较器的输出端输出比较信号。逻辑电路根据比较信号产生第一控制信号与第二控制 信号。开关单元耦接斜波产生单元与逻辑电路。开关单元根据第一控制信号与第二控制信 号以交替将第一内部斜波信号与第二内部斜波信号的其中一者切换至比较器的第二输入 端，其中当第二内部斜波信号被切换至比较器时，斜波产生单元将第一内部斜波信号充电 至第一电压电平，而当第一内部斜波信号被切换至比较器时，斜波产生单元将第二内部斜 波信号充电至第二电压电平。
[0005] 在本发明的一示范性实施例中，第一内部斜波信号与第二内部斜波信号的放电斜 率是相同的。
[0006] 在本发明的一示范性实施例中，斜波产生单元反应于比较信号而交替产生第一内 部斜波信号与第二内部斜波信号。
[0007] 本发明另提出一种直流转直流控制器。直流转直流控制器包括比较器以及斜波产 生电路。比较器接收一与一输出电压有关的误差信号与一斜波信号，且输出比较信号。斜 波产生电路耦接比较器。斜波产生电路产生第一内部斜波信号与第二内部斜波信号，其中 斜波产生电路依据比较信号交替切换第一内部斜波信号与第二内部斜波信号成为所述斜 波信号。
[0008] 在本发明的一示范性实施例中，当第二内部斜波信号由第一电压电平充电时，第 一内部斜波信号由第二电压电平放电。
[0009] 在本发明的一不范性实施例中，当第一内部斜波信号由第三电压电平充电时，第 二内部斜波信号由第四电压电平放电。
[0010] 在本发明的一示范性实施例中，第一内部斜波信号与第二内部斜波信号在时序上 为至少一部份重叠。
[0011] 在本发明的一示范性实施例中，斜波产生电路包括斜波产生单元、开关单元及逻 辑电路。斜波产生单元耦接开关单元。开关单元耦接该逻辑电路与比较器。斜波产生单元 产生第一内部斜波信号与第二内部斜波信号至开关单元。逻辑电路依据比较信号控制开关 单元切换第一内部斜波信号或第二内部斜波信号至比较器。
[0012] 本发明另提出一种多斜波信号的操作方法，适用于直流转直流控制器。直流转直 流控制器耦接输出级。操作方法包括：交替产生第一内部斜波信号与第二内部斜波信号； 提供比较器，其第一输入端接收误差信号，其输出端输出比较信号，误差信号与输出电压有 关；根据比较信号产生第一控制信号与第二控制信号；根据第一控制信号与第二控制信号 交替将第一内部斜波信号与第二内部斜波信号的其中一者切换至比较器的第二输入端，其 中当第二内部斜波信号被切换至比较器时，将第一内部斜波信号充电至第一电压电平，而 当第一内部斜波信号被切换至比较器时，将第二内部斜波信号充电至第二电压电平。
[0013] 基于上述，本发明的直流转直流控制器其多斜波信号的操作方法以交替切换第一 内部斜波信号与第二内部斜波信号的方式，比较器比较第一内部斜波信号与误差信号，或 是比较器比较第二内部斜波信号与误差信号。如此一来，避免现有作法因充电时间不够导 致所产生的斜波信号异常，进而避免暂态响应现象，也可避免在进行多相位的相数切换时 造成相位不稳定的问题。
[0014] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 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。
[0016] 图1是现有的恒定导通时间的电路架构的波形示意图；
[0017] 图2是本发明一实施例的直流转直流转换器的架构示意图；
[0018] 图3是本发明一实施例的具多斜波信号的电路架构的波形时序图；
[0019] 图4是基于图2的斜波广生电路160的一实施例的不意图；
[0020] 图5是基于图2的斜波广生电路160的另一实施例的不意图；
[0021] 图6为本发明一实施例的多斜波信号的操作方法的流程图。
[0022] 附图标记说明：
[0023] 10 :直流转直流转换器；
[0024] 110 :直流转直流控制器；
[0025] 120 :误差放大器；
[0026] 130:比较器；
[0027] 140:时间产生电路；
[0028] 150 :驱动器；
[0029] 160、160A、160B :斜波产生电路；
[0030] 161 :斜波产生单元；
[0031] 162:开关单元；
[0032] 163 :逻辑电路；
[0033] 190 :输出级；
[0034] 410 :放大器；
[0035] C、C1、C2:电容器；
[0036] CA :第一控制信号；
[0037] CB :第二控制信号；
[0038] C0MP :误差信号；
[0039] FB :反馈电路；
[0040] HS :上桥开关；
[0041] IA、IB、1C :电流源；
[0042] L :电感器；
[0043] LG :下桥开关控制信号；
[0044] LS :下桥开关；
[0045] PWM_Ton :导通时间信号；
[0046] RAMP :斜波信号；
[0047] Ramp_A :第一内部斜波信号；
[0048] Ramp_B :第二内部斜波信号；
[0049] Ramp_Tc :固定时间；
[0050] S601?S607 :本发明一实施例的多斜波信号的操作方法的各步骤；
[0051] Ton :导通时间信号；
[0052] T1?T4:时间期间；
[0053] UG :上桥开关控制信号；
[0054] Vcm :比较信号；
[0055] Verr :误差信号；
[0056] Vfb :反馈信号；
[0057] Vin:输入电压；
[0058] Vout:输出电压；
[0059] Vref、VREF_T0P :参考电压；
[0060] V1、V2、V3、V4、V5、V6 :电压电平。
【具体实施方式】
[0061] 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。
[0062] 在下述各实施例中，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」表示为至少一元件或多个 元件，或者主动的且/或被动的而稱接在一起的元件以提供合适功能。术语「信号」表示为 至少一电流、电压、负载、温度、数据或其他信号。斜波信号又可为类斜波信号、三角波信号 或锯齿波信号，其可以为重复-下降形式的斜波或是重复-上升形式的斜波，视应用而决 定。
[0063] 图2是本发明一实施例的直流转直流转换器的架构示意图。请参阅图2。基于恒 定导通时间（Constant On Time,以下简称C0T)的电路架构下，直流转直流转换器10包括 直流转直流控制器110、输出级190、电感器L、电容器C以及反馈电路FB。
[0064] 此直流转直流控制器110耦接输出级190。直流转直流控制器110包括误差放大 器120、比较器130、时间产生电路140、驱动器150以及斜波产生电路160。在其他实施例 中，误差放大器120可以为转导放大器。斜波产生电路160包括斜波产生单兀161、开关单 元162及逻辑电路163。斜波产生单元161耦接开关单元162。开关单元162耦接该逻辑 电路163与比较器130。
[0065] 误差放大器120根据参考电压Vref与反馈信号Vfb产生误差信号Verr。斜波产 生单元161交替产生第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B。在本实施例 中，第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B在时序上是至少部份重叠。误 差信号Verr与输出电压Vout有关。比较器130的第一输入端接收误差信号Verr。比较器 130的输出端输出比较信号Vcm。逻辑电路163根据比较信号Vcm产生第一控制信号CA与 第二控制信号CB，据以控制开关单元162。开关单元162耦接斜波产生电路160与逻辑电 路163。开关单兀162根据第一控制信号CA与第二控制信号CB以交替将第一内部斜波信 号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的其中一者切换至比较器130的第二输入端。
[0066] 图3是本发明一实施例的具多斜波信号的电路架构的波形时序图。请合并参阅图 2和图3。在本示范性实施例中，直流转直流控制器110采用交替切换第一内部斜波信号 Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的方式。在时间期间T2,当第二内部斜波信号Ramp_B 由电压电平VI充电时，第一内部斜波信号Ramp_A由电压电平V2放电；同时地，比较器130 比较第一内部斜波信号Ramp_A与误差信号Verr来产生比较信号Vcm。在时间期间T3,当 第一内部斜波信号Ramp_A由电压电平V3充电时，第二内部斜波信号Ramp_B由电压电平V4 放电；同时地，比较器130比较第二内部斜波信号Ramp_B与误差信号Verr来产生比较信号 Vcm。故，第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B在时序上为至少一部份重 叠。于是，时间产生电路140根据比较信号Vcm产生用于脉宽调制的导通时间信号Ton。
[0067] 进一步说明如下。在时间期间T1，第一内部斜波信号Ramp_A为待命中的斜波信 号，而第二内部斜波信号Ramp_B为操作中的斜波信号。在时间期间T2,第一内部斜波信号 Ramp_A为操作中的斜波信号,而第二内部斜波信号Ramp_B为待命中的斜波信号。在时间期 间T3,第一内部斜波信号Ramp_A为待命中的斜波信号，而第二内部斜波信号Ramp_B为操作 中的斜波信号。在时间期间T4,第一内部斜波信号Ramp_A为操作中的斜波信号，而第二内 部斜波信号Ramp_B为待命中的斜波信号。
[0068] 在时间期间T2,如果操作中的第一内部斜波信号Ramp_A被放电，则其电压电平V2 将下滑直到与误差信号Verr交会至电压电平V3。接着在时间期间T3,第一内部斜波信号 Ramp_A会被切换成待命中状态，并且第一内部斜波信号Ramp_A将被充电至设定的电压电 平V6(V6 = V2)。在第一内部斜波信号Ramp_A被切换至待命中状态的同时，第二内部斜波 信号Ramp_B会由待命中状态切换操作中状态，"随即"或"不久"第二内部斜波信号Ramp_B 将被放电，则其电压电平V4将下滑直到与误差信号Verr交会至电压电平V5 (V5=V1)。然 后，第一内部斜波信号Ramp_A再与第二内部斜波信号Ramp_B再次任务交换。如此一来，避 免现有作法因充电时间不够导致所产生的斜波信号异常，进而避免暂态响应现象，也可避 免在进行多相位的相数切换时造成相位不稳定的问题。
[0069] 此外，驱动器150根据导通时间信号Ton来产生上桥开关控制信号UG与下桥开关 控制信号LG，据以分别控制输出级190内的上桥开关（high side switch) HS和下桥开关 (low side switch)LS。输出级160用以对输入电压Vin做直流转直流的转换，从而直流转 直流转换器10可以产生并输出一输出电压Vout。
[0070] 在又一扩展的实施例中，斜波产生电路160可反应于比较信号Vcm而交替产生至 少两组以上的斜波信号，而开关单元162交替切换不同组的斜波信号，其中第一内部斜波 信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B视为两组斜波信号。类似于上述的实施方式，t匕 较器130交替比较所切换的斜波信号与误差信号Verr。
[0071] 此外，以时间期间T3为例。开关单元162在断开第一内部斜波信号Ramp_A与比 较器130的线路之后，斜波产生单元161将使得第一内部斜波信号Ramp_A从误差信号Verr 的电压电平V3充电至电压电平V6 (V6 = V2)。
[0072] 仍然以时间期间T3为例。若比较器130比较误差信号Verr与第二内部斜波信 号Ramp_B，则第二内部斜波信号Ramp_B将从电压电平V4逐渐下降，并直到交会至误差信 号Verr的电压电平V5,并且开关单元162根据第二控制信号CB而断开第二内部斜波信号 Ramp_B与比较器130的线路，并且根据第一控制信号CA而导通第一内部斜波信号Ramp_A 与比较器130的线路。
[0073] 类似地以时间期间T2为例。开关单元162在断开第二内部斜波信号Ramp_B与比 较器130的线路时，斜波产生单元161将使得第二内部斜波信号Ramp_B从误差信号Verr 的电压电平VI充电至电压电平V4。
[0074] 此外，电压电平V2可以相等于电压电平V4。第一内部斜波信号1^1即_4与第二内 部斜波信号Ramp_B的放电斜率是相同的。
[0075] 值得一提的是，直流转直流控制器110克服了现有充电时间（Tc)不够的问题，因 此所产生的多个斜波信号可以更趋于实现理想情况。当时间产生电路140计算导通时间信 号Ton时，所切换的斜波信号同时地也开始放电下滑。在进行脉宽调制的工作时，第一内部 斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的形状不会随着设定频率、输入电压Vin或 输出电压Vout而改变。当电压电平V2相等于电压电平V4时，第一内部斜波信号Ramp_A 与误差信号Verr的交越点(此交越点为稳态点）以及第二内部斜波信号Ramp_B与误差信号 Verr的交越点都会在同一个电压电平上。
[0076] 图4是基于图2的斜波广生电路160的一实施例的不意图。请参阅图4。斜波广 生电路160A包括放大器410、电容器C1、电容C2、电流源IA、电流源IB以及多个开关。放 大器410的非反相输入端接收参考电压VREF_T0P，放大器410的反相输入端与其输出端相 连接。斜波产生电路160A中的多个开关可反应于比较信号Vcm来进行切换控制。在同一 时间，第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的其中一者被定义为操作中 的斜波信号，而另一者被定义为待命中的斜波信号，其中操作中的斜波信号将被传送至图2 的比较器130。
[0077] 在图4中，第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的放电斜率可 设计为相同。例如，当电容器C1等于电容器C2,且电流源IA等于电流源IB，第一内部斜波 信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的放电斜率为dv/dt=IA/Cl=IB/C2。
[0078] 图5是基于图2的斜波产生电路160的另一实施例的示意图。斜波产生电路160B 包括放大器410、电容器C1、电流源1C以及多个开关。斜波产生电路160B相比于斜波产生 电路160A为共用一个电流源。当电容器C1等于电容器C2时，则第一内部斜波信号Ramp_ A与第二内部斜波信号Ramp_B的放电斜率是相同的。放电斜率为dv/dt=IC/Cl=IC/C2。
[0079] 基于上述实施例所揭示的内容，可以总结出一种通用的多斜波信号的操作方法。 更清楚来说，图6为本发明一实施例的多斜波信号的操作方法的流程图。请合并参阅图2 和图6,直流转直流控制器110耦接输出级190。本实施例的多斜波信号的操作方法可以包 括以下步骤。
[0080] 如步骤S601所不，交替产生第一内部斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_ B 〇
[0081] 接着如步骤S603所示，提供比较器130,其第一输入端接收误差信号Verr，其输出 端输出比较信号Vcm，误差信号Verr与输出电压Vout有关。
[0082] 接着如步骤S605所示，根据比较信号Vcm产生第一控制信号CA与第二控制信号 CB〇
[0083] 接着如步骤S607所示，根据第一控制信号CA与第二控制信号CB交替将第一内部 斜波信号Ramp_A与第二内部斜波信号Ramp_B的其中一者切换至比较器的第二输入端。当 第二斜波信号Ramp_B被切换至比较器130时，将第一内部斜波信号Ramp_A充电至第一电 压电平，而当第一内部斜波信号Ramp_A被切换至比较器130时，将第二内部斜波信号Ramp_ B充电至第二电压电平。
[0084] 综上所述，本发明的直流转直流控制器其多斜波信号的操作方法以交替切换第一 内部斜波信号与第二内部斜波信号的方式，比较器比较第一内部斜波信号与误差信号，或 是比较器比较第二内部斜波信号与误差信号。如此一来，避免现有作法因充电时间不够导 致所产生的斜波信号异常，进而避免暂态响应现象，也可避免在进行多相位的相数切换时 造成相位不稳定的问题。
[0085] 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. 一种直流转直流控制器，其特征在于，包括： 一斜波产生单元，产生一第一内部斜波信号与一第二内部斜波信号； 一比较器，其第一输入端接收一误差信号，其输出端输出一比较信号，所述误差信号与 一输出电压有关； 一逻辑电路，根据所述比较信号产生一第一控制信号与一第二控制信号；以及 一开关单元，耦接所述斜波产生单元与所述逻辑电路，所述开关单元根据所述第一控 制信号与所述第二控制信号以交替将所述第一内部斜波信号与所述第二内部斜波信号的 其中一者切换至所述比较器的第二输入端， 其中当所述第二内部斜波信号被切换至所述比较器时，所述斜波产生单元将所述第 一内部斜波信号充电至一第一电压电平，而当所述第一内部斜波信号被切换至所述比较器 时，所述斜波产生单元将所述第二内部斜波信号充电至一第二电压电平。
2. 根据权利要求1所述的直流转直流控制器，其特征在于，所述第一内部斜波信号与 所述第二内部斜波信号的放电斜率相同。
3. 根据权利要求1所述的直流转直流控制器，其特征在于，所述斜波产生单元反应于 所述比较信号而交替产生所述第一内部斜波信号与所述第二内部斜波信号。
4. 一种直流转直流控制器，其特征在于，包括： 一比较器，接收一与一输出电压有关的误差信号与一斜波信号，且输出一比较信号；以 及 一斜波产生电路，f禹接所述比较器，且产生一第一内部斜波信号与一第二内部斜波信 号，其中所述斜波产生电路依据所述比较信号交替切换所述第一内部斜波信号与所述第二 内部斜波信号成为所述斜波信号。
5. 根据权利要求4所述的直流转直流控制器，其特征在于，当所述第二内部斜波信号 由一第一电压电平充电时，所述第一内部斜波信号由一第二电压电平放电。
6. 根据权利要求4所述的直流转直流控制器，其特征在于，当所述第一内部斜波信号 由一第三电压电平充电时，所述第二内部斜波信号由一第四电压电平放电。
7. 根据权利要求4所述的直流转直流控制器，其特征在于，所述第一内部斜波信号与 所述第二内部斜波信号在时序上为至少一部份重叠。
8. 根据权利要求4所述的直流转直流控制器，其特征在于，所述斜波产生电路包括一 斜波产生单元、一开关单元及一逻辑电路，所述斜波产生单元耦接所述开关单元，所述开关 单元耦接所述逻辑电路与所述比较器，所述斜波产生单元产生所述第一内部斜波信号与所 述第二内部斜波信号至所述开关单元，所述逻辑电路依据所述比较信号控制所述开关单元 切换所述第一内部斜波信号或所述第二内部斜波信号至所述比较器。
9. 一种多斜波信号的操作方法，适用于一直流转直流控制器，所述直流转直流控制器 耦接一输出级，其特征在于，所述操作方法包括： 交替产生一第一内部斜波信号与一第二内部斜波信号； 提供一比较器，其第一输入端接收一误差信号，其输出端输出一比较信号，所述误差信 号与一输出电压有关； 根据所述比较信号产生一第一控制信号与一第二控制信号； 根据所述第一控制信号与所述第二控制信号交替将所述第一内部斜波信号与所述第 二内部斜波信号的其中一者切换至所述比较器的第二输入端，其中当所述第二内部斜波信 号被切换至所述比较器时，将所述第一内部斜波信号充电至一第一电压电平，而当所述第 一内部斜波信号被切换至所述比较器时，将所述第二内部斜波信号充电至一第二电压电 平。
10. 根据权利要求9所述的多斜波信号的操作方法，其特征在于，所述第一内部斜波信 号与所述第二内部斜波信号的放电斜率是相同的。
11. 根据权利要求9所述的多斜波信号的操作方法，其特征在于，反应于所述比较信号 而交替产生所述第一内部斜波信号与所述第二内部斜波信号。
【文档编号】H02M3/335GK104158387SQ201310234799
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】张志廉 申请人:力智电子股份有限公司