电源转换器的时间产生器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电源转换器的时间产生器。时间产生器包括逻辑控制单元、时间调整单元以及斜波产生单元。逻辑控制单元耦接时间调整单元与斜波产生单元。逻辑控制单元经由第一比较器接收比较信号，并接收第一控制信号及第二控制信号，据以提供脉宽调制信号。逻辑控制单元可因应负载瞬间变化而改变导通时间的宽度或断开时间的宽度，并且不同周期中的导通时间与断开时间的总和维持固定值。
【专利说明】电源转换器的时间产生器
【技术领域】
[0001]本实用新型是有关于一种电源调节技术，且特别是有关于一种适用于电源转换器的时间产生器。
【背景技术】
[0002]图1为现有的电源转换器的示意图。图2为电源转换器中的波形示意图。请合并参照图1和图2。现有的电源转换器100的设计常采用固定的导通时间的架构。比较器110比较误差信号Xerr与斜波信号Xramp来产生比较信号Xcm。时间控制电路120利用固定导通时间机制并根据比较信号Xcm来设定脉宽调制信号Xpwm，其中导通时间Ton的宽度是与输入电压Vin和输出电压Vout有关，且导通时间Ton的宽度是固定值。
[0003]在电源转换器100中，通过误差信号Xerr与斜波信号Xramp来决定何时输出导通时间Ton，其中误差信号Xerr的大小与反馈信号Vfb和参考电压Vref两者有关。并且在输出导通时间Ton的时刻，时间控制电路120开始计算并生成脉宽调制信号Xpwm，而脉宽调制信号Xpwm中的每一周期的导通时间Ton是固定的。然而，现有的脉宽调制的操作架构虽可达到固定频率的效果，但当输出电压Vout随着负载电流Iload变化而改变时，时间控制电路120仍以固定频率在每一个周期提供相同的能量，于是电源转换器100在负载瞬间变化(load transient)的期间表现不佳。
[0004]图3为现有的时间控制电路的电路图。请参照图3。时间控制电路320包括电流源It、电晶体MPl及电晶体MP2、开关S1、电容器Cl以及比较器322。以电流源It、电晶体MPl及电晶体MP2组成电流镜。电流源It与输入电压Vin有关。当脉宽调制信号为逻辑高位准时，则脉宽调制信号的反向信号PWMB为逻辑低位准，因而截止开关SI，并以电流源It相关的电流M*It对电容Cl充电，直到充电电压Xe大于输出电压Vout时才结束导通时间Ton的计数。
[0005]现有技术对于脉宽调制信号虽可达到固定频率的效果，但当输出电压上有负载瞬间变化时，时间控制电路在计数导通时间时仍在每一个周期输出相同能量的脉波。如此在负载瞬间变化时，时间控制电路无法快速收敛输出电压，因此表现不佳。除此之外，为了达成电源转换器的固定频率的操作，时间控制电路需要采集输入电压与输出电压的信息来计算导通时间，并且还需要额外的集成电路的输入脚位或是用于采集输入电压与输出电压的电路。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型提出一种用于电源转换器的时间产生器，藉以解决现有技术所述及的问题。
[0007]本实用新型提供一种电源转换器的时间产生器，时间产生器包括逻辑控制单元、时间调整单元以及斜波产生单元。逻辑控制单元经由第一比较器接收比较信号，并接收第一控制信号及第二控制信号，提供脉宽调制信号、第三控制信号及第四控制信号，其中第一比较器比较第一斜波信号与关联于电源转换器的输出电压的误差信号而产生比较信号。时间调整单元耦接逻辑控制单元，接收第三控制信号及误差信号，根据第三控制信号产生第二斜波信号，并且根据第二斜波信号与第一临界电压输出第一控制信号至逻辑控制单元。斜波产生单元耦接逻辑控制单元，接收第四控制信号、误差信号及第二临界电压，根据第四控制信号产生第一斜波信号，并且根据第一斜波信号与误差信号输出第二控制信号至逻辑控制单元。
[0008]在本实用新型的一实施例中，斜波产生单元所产生的第一斜波信号与时间调整单元所产生的第二斜波信号具有相同的下降斜率绝对值。
[0009]在本实用新型的一实施例中，逻辑控制单元包括第一开关、第二开关、第一反相器以及第二反相器。第一开关的控制端接收比较信号。第一开关的第二端耦接接地端。第二开关的控制端接收第一控制信号。第二开关的第二端耦接接地端。第一反相器的输入端耦接第一开关的第一端。第一反相器的输出端耦接第二开关的第一端。第二反相器的输入端耦接第二开关的第一端。第二反相器的输出端耦接第一开关的第一端。第一反相器、第二反相器与第一开关的耦接处产生第三控制信号。
[0010]在本实用新型的一实施例中，逻辑控制单元包括第三开关、第四开关、第三反相器以及第四反相器。第三开关的控制端接收第一控制信号。第三开关的第二端耦接接地端。第四开关的控制端接收第二控制信号。第四开关的第二端耦接接地端。第三反相器的输入端耦接第三开关的第一端。第三反相器的输出端耦接第四开关的第一端。第四反相器的输入端耦接第四开关的第一端。第四反相器的输出端耦接第三开关的第一端。第三反相器、第四反相器与第三开关的耦接处产生第四控制信号。
[0011]在本实用新型的一实施例中，时间调整单元包括第一放大器、第五开关、第一电容器、第一电流源以及第二比较器。第一放大器的第一输入端接收误差信号。第一放大器的第二输入端耦接其输出端。第五开关的控制端接收第三控制信号。第五开关的第一端耦接第一放大器的输出端。第一电容器的第一端稱接第五开关的第二端。第一电容器的第二端耦接接地端。第一电流源与第一电容器并联连接。第一电流源与第一电容器的第一端的耦接处产生第二斜波信号。第二比较器的第一输入端接收第一临界电压。第二比较器的第二输入端接收第二斜波信号。第二比较器的输出端输出第一控制信号。
[0012]在本实用新型的一实施例中，斜波产生单元包括第二放大器、第六开关、第二电容器、第二电流源以及第三比较器。第二放大器的第一输入端接收第二临界电压，第二放大器的第二输入端耦接其输出端。第六开关的控制端接收第四控制信号，其第一端耦接第二放大器的输出端。第二电容器的第一端耦接第六开关的第二端。第二电容器的第二端耦接接地端。第二电流源与第二电容器并联连接。第二电流源与第二电容器的第一端的耦接处产生第一斜波信号。第三比较器的第一输入端接收误差信号，其第二输入端接收第一斜波信号，其输出端输出第二控制信号。
[0013]在本实用新型的一实施例中，时间产生器所使用的第一临界电压、第二临界电压与该误差信号的关系如下:误差信号为变动的信号，第二临界电压大于误差信号，且误差信号大于第一临界电压。
[0014]在本实用新型的一实施例中，第一临界电压与第二临界电压的差值为固定值。
[0015]在本实用新型的一实施例中，逻辑控制单元所输出的脉宽调制信号在每一个周期中的导通时间与断开时间的总和为固定值。
[0016]在本实用新型的一实施例中，时间产生器根据误差信号、第一斜波信号与第一临界电压决定脉宽调制信号的周期中的导通时间，并根据误差信号、第二斜波信号、第一临界电压与第二临界电压决定周期中的断开时间。
[0017]基于上述，在本实用新型中电源转换器的时间产生器利用关联于输出电压的误差信号以及对于导通时间与断开时间的调整手段来产生固定频率的脉宽调制信号。逻辑控制单元可因应负载瞬间变化而改变导通时间的宽度或断开时间的宽度，并且不同周期中的导通时间与断开时间的总和维持固定值。由于在负载瞬间变化时，时间产生器所提供的脉宽调制信号可以有效地加速收敛输出电压，因此能够稳定输出电压并且缩短振荡时间，从而得以解决现有技术所述及的问题。
[0018]为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面的所示附图是本实用新型的说明书的一部分，其示出了本实用新型的示例实施例，所示附图是与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。
[0020]图1为现有的电源转换器的示意图；
[0021]图2为电源转换器中的波形示意图；
[0022]图3为现有的时间控制电路的电路图；
[0023]图4是根据本实用新型实施例的电源转换器的架构示意图；
[0024]图5是根据本实用新型实施例的时间产生器相关信号的示意图；
[0025]图6是根据本实用新型实施例的时间产生器当中用于计算导通时间的电路图；
[0026]图7是根据本实用新型实施例的时间产生器当中用于计算断开时间的电路图；
[0027]图8A至图8H是根据本实用新型实施例的时间产生器的八种变化实例的示意图。
[0028]附图标记说明:
[0029]100:电源转换器；
[0030]110:比较器；
[0031]120:时间控制电路；
[0032]10:时间产生器；
[0033]12:逻辑控制单元；
[0034]13:时间调整单元；
[0035]14:斜波产生单元；
[0036]20:驱动器；
[0037]30:输出级；
[0038]31:上桥开关；
[0039]32:下桥开关；
[0040]40:反馈电路；
[0041]50:放大器；
[0042]60:补偿电路；[0043]70:比较器；
[0044]121:第一单元；
[0045]121A、121B:开关；
[0046]121C、121D:反相器；
[0047]122:第二单元；
[0048]122A、122B:开关；
[0049]122C、122D:反相器；
[0050]131:放大器；
[0051]133:比较器；
[0052]134:开关；
[0053]141:比较器；
[0054]143:放大器；
[0055]144:开关；
[0056]320:时间控制电路；
[0057]322:比较器；
[0058]400:电源转换器；
[0059]C、Cl、Cramp> Cton:电容器；
[0060]CM:比较信号；
[0061]Err:误差信号；
[0062]GND:接地端；
[0063]Iload:负载电流；
[0064]Iramp、It、Iton:电流源；
[0065]L: 电感器；
[0066]MP1、MP2:电晶体；
[0067]M*It:电流；
[0068]PWMB:反向信号；
[0069]SLP1、SLP2:下降斜率；
[0070]SI:开关；
[0071]Ton:导通时间；
[0072]Toff:断开时间；
[0073]Xl?X4:控制信号；
[0074]Xe: 充电电压；
[0075]Xcm:比较信号；
[0076]Xerr:误差信号；
[0077]Xpwm:脉宽调制信号；
[0078]Xramp:斜波信号；
[0079]VLB、VUB:临界电压；
[0080]Vin:输入电压；
[0081]Vout:输出电压；[0082]Vfb:反馈信号；
[0083]Vpwm:脉宽调制信号；
[0084]Vref:参考电压；
[0085]Vramp、Vton:斜波信号。
【具体实施方式】
[0086]现在将详细参考本实用新型的实施例，并在附图中说明所述的实施例的实例。另夕卜，在图示及实施方式中所使用的相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
[0087]图4是根据本实用新型实施例的电源转换器的架构示意图。请参照图4。电源转换器400具有自动定频回路控制机制，其包括驱动器20、输出级30、电感器L、电容器C、反馈电路40、放大器50、补偿电路60、比较器70以及时间产生器10。
[0088]放大器50可以为转导(Transconductance)放大器,在其他实施例中，放大器50可以为误差放大器。放大器50的第一输入端接收参考电压Vref,而放大器520的第二输入端接收反馈信号Vfb。反馈信号Vfb为输出电压Vout的比例信号。放大器50根据参考电压Vref与反馈信号Vfb提供误差信号Err。补偿电路60用以补偿及稳定误差信号Err。
[0089]时间产生器10包括逻辑控制单元12、时间调整单元13以及斜波产生单元14。时间产生器10根据误差信号Err、斜波信号Vramp与临界电压VLB决定脉宽调制信号Vpwm的周期中的导通时间Ton，并根据误差信号Err、斜波信号(如图5或图6所示出的Vton)、临界电压VLB与临界电压VUB决定周期中的断开时间Toff。
[0090]逻辑控制单元12耦接时间调整单元13与斜波产生单元14。斜波产生单元14接受逻辑控制单元12的控制，并且用于产生斜波信号Vramp。此外，斜波信号Vramp又可称为类斜波信号、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，端视应用而决定。
[0091]比较器70的第一输入端接收误差信号Err，而比较器70的第二输入端接收斜波信号Vramp。误差信号Err与电源转换器400的输出电压Vout有关联。比较器70比较斜波信号Vramp与误差信号Err，并产生比较信号CM，且输出比较信号CM至逻辑控制单元12。
[0092]比较信号CM的产生与误差信号Err有关。逻辑控制单元12经由比较器70接收比较信号CM，因此可根据比较信号CM决定是否重置斜波信号Vramp而发出控制信号X3或控制信号X4。
[0093]时间调整单元13接收控制信号X3及误差信号Err，根据控制信号X3产生斜波信号(如图5或图6所示出的Vton)，并且根据上述斜波信号与临界电压VLB输出控制信号Xl至逻辑控制单元12。
[0094]斜波产生单元14接收控制信号X4、误差信号Err及临界电压VUB，根据控制信号X4产生斜波信号Vramp，并且根据斜波信号Vramp与误差信号Err输出控制信号X2至逻辑控制单元12。此外，临界电压VUB大于临界电压VLB。
[0095]逻辑控制单元12根据所获得的导通时间Ton与断开时间Toff来提供脉宽调制信号Vpwm。请参见图5。逻辑控制单元12所输出的脉宽调制信号Vpwm在每一个周期中的导通时间Ton与断开时间Toff的总和为固定值，因此将提供固定频率的脉宽调制信号Vpwm。[0096]驱动器20根据脉宽调制信号Vpwm来驱动输出级30，据以控制输出级30内的上桥开关(high side switch)31和下桥开关(low side switch)32。输出级30用以对输入电压Vin进行直流对直流的转换，从而电源转换器400可以产生输出电压Vout，并将其输出至负载。此外，当负载瞬间发生变化，输出电压Vout将随负载电流Iload而变动。
[0097]图5是根据本实用新型实施例的时间产生器相关信号的示意图。请合并参照图4和图5。时间产生器10所使用的临界电压VLB、临界电压VUB与误差信号Err的关系如下:误差信号Err为变动的信号，临界电压VUB大于误差信号Err,且误差信号Err大于临界电压VLB。临界电压VUB与临界电压VLB用来决定回路切换频率的计算视窗。临界电压VUB与临界电压VLB的差值为固定值。
[0098]斜波产生单元14所产生的斜波信号Vramp与时间调整单元13所产生的斜波信号Vton具有相同的下降斜率绝对值。斜波信号Vramp、斜波信号Vton以及计算视窗的上界(VUB)和下界(VLB)决定回路切换频率。根据误差信号Err到临界电压VLB以及斜波信号Vton的下降斜率SLPl计算导通时间Ton。根据临界电压VUB到误差信号Err以及斜波信号Vramp的下降斜率SLP2计算断开时间Toff。
[0099]当计算导通时间Ton时,斜波信号Vramp箝制在临界电压VUB的电平；当计算断开时间Toff时,斜波信号Vton箝制在误差信号Err的电平。
[0100]斜波信号Vton的下降斜率SLPl可表示成如下的方程式I。
【权利要求】
1.一种电源转换器的时间产生器，其特征在于，包括: 一逻辑控制单元，经由一第一比较器接收一比较信号，并接收一第一控制信号及一第二控制信号，提供一脉宽调制信号、一第三控制信号及一第四控制信号，其中该第一比较器比较一第一斜波信号与关联于该电源转换器的一输出电压的一误差信号而产生该比较信号; 一时间调整单元，耦接该逻辑控制单元，接收该第三控制信号及该误差信号，根据该第三控制信号产生一第二斜波信号，并且根据该第二斜波信号与一第一临界电压输出该第一控制信号至该逻辑控制单元；以及 一斜波产生单元，耦接该逻辑控制单元，接收该第四控制信号、该误差信号及一第二临界电压，根据该第四控制信号产生该第一斜波信号，并且根据该第一斜波信号与该误差信号输出该第二控制信号至该逻辑控制单元。
2.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该斜波产生单元所产生的该第一斜波信号与该时间调整单元所产生的该第二斜波信号具有相同的下降斜率绝对值。
3.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该逻辑控制单元包括: 一第一开关，其控制端接收该比较信号，其第二端耦接一接地端； 一第二开关，其控制端接收该第一控制信号，其第二端耦接该接地端； 一第一反相器，其输入端耦接该第一开关的第一端，其输出端耦接该第二开关的第一端；以及 一第二反相器，其输入端耦接该第二开关的第一端，其输出端耦接该第一开关的第一端，其中该第一反相器、该第二反相器与该第一开关的耦接处产生该第三控制信号。
4.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该逻辑控制单元包括: 一第三开关，其控制端接收该第一控制信号，其第二端耦接一接地端； 一第四开关，其控制端接收该第二控制信号，其第二端耦接该接地端； 一第三反相器，其输入端耦接该第三开关的第一端，其输出端耦接该第四开关的第一端；以及 一第四反相器，其输入端耦接该第四开关的第一端，其输出端耦接该第三开关的第一端，其中该第三反相器、该第四反相器与该第三开关的耦接处产生该第四控制信号。
5.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该时间调整单元包括: 一第一放大器，其第一输入端接收该误差信号，其第二输入端耦接其输出端； 一第五开关，其控制端接收该第三控制信号，其第一端耦接该第一放大器的输出端； 一第一电容器，其第一端耦接该第五开关的第二端，其第二端耦接一接地端； 一第一电流源，与该第一电容器并联连接，其中该第一电流源与该第一电容器的第一端的耦接处产生该第二斜波信号；以及 一第二比较器，其第一输入端接收该第一临界电压，其第二输入端接收该第二斜波信号，其输出端输出该第一控制信号。
6.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该斜波产生单元包括: 一第二放大器，其第一输入端接收该第二临界电压，其第二输入端耦接其输出端； 一第六开关，其控制端接收该第四控制信号，其第一端耦接该第二放大器的输出端； 一第二电容器，其第一端耦接该第六开关的第二端，其第二端耦接一接地端；一第二电流源，与该第二电容器并联连接，其中该第二电流源与该第二电容器的第一端的耦接处产生该第一斜波信号；以及 一第三比较器，其第一输入端接收该误差信号，其第二输入端接收该第一斜波信号，其输出端输出该第二控制信号。
7.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该时间产生器所使用的该第一临界电压、该第二临界电压与该误差信号的关系如下: 该误差信号为变动的信号，该第二临界电压大于该误差信号，且该误差信号大于该第一临界电压。
8.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该第一临界电压与该第二临界电压的差值为固定值。
9.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该逻辑控制单元所输出的该脉宽调制信号在每一个周期中的一导通时间与一断开时间的总和为固定值。
10.根据权利要求1所述的时间产生器，其特征在于，该时间产生器根据该误差信号、该第一斜波信号与该第一临界电压决定该脉宽调制信号的一周期中的一导通时间，并根据该误差信号、该第二斜波信 号、该第一临界电压与该第二临界电压决定该周期中的一断开时间。
【文档编号】H02M1/088GK203434850SQ201320434313
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】陈雅萍 申请人:力智电子股份有限公司