直流对直流控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种直流对直流控制器。直流对直流控制器包括误差放大器、斜波信号产生器、斜率侦测单元、信号合成单元及控制单元。误差放大器提供一误差信号。斜波信号产生器提供一第一斜波信号。斜率侦测单元接收误差信号以通过误差信号来提供一斜率侦测信号。信号合成单元合成第一斜波信号及斜率侦测信号成为一第二斜波信号。控制单元通过误差信号及第二斜波信号产生一脉宽调变信号。
【专利说明】直流对直流控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型是与电源转换器有关，特别是关于一种能够根据误差信号产生斜率侦测信号来改变斜波信号的下降及上升斜率的直流对直流控制器，以提升其瞬时反应速度。
【背景技术】
[0002]近年来，电源供应电路已广泛使用在不同电子产品上，例如可携式电子产品、电脑产品等。电源供应电路可提供电压或电流转换或是提供具有固定电压或电流的电力以供电子产品使用。在电源供应电路中，电源集成电路(Power integrated circuit, Power IC)为必要的主动元件之一。
[0003]于目前传统的直流对直流电源转换器的操作组态下，在瞬时响应上，由于传统的斜波产生器仍会持续地产生斜波信号，当斜波信号已由其底部上升至较高的位置时，斜波信号与误差信号之间的距离变大，若误差信号欲再次与斜波信号相交，需耗费较长的时间，使得其导通时间产生器打出导通时间的时间点较慢，因而导致其输出级的上桥开关较慢被导通，故其瞬时响应速度较慢，故亟待改善。
实用新型内容
[0004]因此，本实用新型公开一种直流对直流控制器，以解决现有技术所遭遇到的上述问题。
[0005]根据本实用新型的一具体实施例为一种直流对直流控制器。于此实施例中，直流对直流控制器包括误差放大器、斜波信号产生器、斜率侦测单元、信号合成单元及控制单元。斜率侦测单元耦接误差放大器。信号合成单元耦接斜波信号产生器及斜率侦测单元。误差放大器提供一误差信号。斜波信号产生器提供一第一斜波信号。斜率侦测单元接收误差信号以通过误差信号来提供一斜率侦测信号。信号合成单元合成第一斜波信号及斜率侦测信号成为一第二斜波信号。控制单元通过误差信号及第二斜波信号产生一脉宽调变信号。
[0006]于一实施例中，控制单元包括一比较器，其耦接斜波信号产生器与信号合成单元。
[0007]于一实施例中，第二斜波信号的斜率与第一斜波信号的斜率不同。
[0008]于一实施例中，当信号合成单元将第一斜波信号与斜率侦测信号合成为第二斜波信号时，信号合成单元通过斜率侦测信号改变第一斜波信号的斜率以形成第二斜波信号，使得第二斜波信号的斜率与第一斜波信号的斜率不同。
[0009]于一实施例中，斜率侦测单兀包括一微分电路。
[0010]于一实施例中，斜率侦测单元包括一相位领先处理电路。
[0011]于一实施例中，斜率侦测单元包括一第一晶体管开关、一电容及一电流源。第一晶体管开关的控制端耦接误差放大器。
[0012]于一实施例中，斜率侦测单元包括一第一晶体管开关、一电容及一电流源，第一晶体管开关的控制端耦接误差放大器，以通过误差信号控制第一晶体管开关的操作，以利用电容与电流源来提供斜率侦测信号。
[0013]于一实施例中，信号合成单元包括一第二晶体管开关及一电阻。第二晶体管开关的控制端耦接斜波信号产生器。
[0014]于一实施例中，控制单元包括一比较器及一导通时间产生器。比较器的两输入端分别耦接斜率侦测单元及信号合成单元。比较器的一输出端耦接导通时间产生器，比较器比较误差信号与第二斜波信号，并根据比较结果控制导通时间产生器产生脉宽调变信号。
[0015]于一实施例中，直流对直流控制器还包括彼此耦接的一第一电流镜及一第二电流镜。第一电流镜耦接于一工作电压与斜率侦测单元之间。第二电流镜耦接于信号合成单元与接地端之间。斜率侦测单元所产生的斜率侦测信号通过第一电流镜及第二电流镜转出至信号合成单元。
[0016]于一实施例中，直流对直流控制器还包括输出端及输出电容。输出端用以提供一输出信号。输出电容I禹接于输出端与接地端之间。输出电容为多层陶瓷电容器(Mult1-layer Ceramic Capacitor, MLCC)。
[0017]相较于现有技术，本实用新型所提出的直流对直流控制器利用其输出端瞬载及抽载时误差信号会有大幅度斜率变化的特性，将误差信号微分后与传统的斜波信号合成为对误差信号斜率变化反应更为灵敏的新的斜波信号。因此，当直流对直流控制器的输出端瞬载或抽载时，新的斜波信号能够较快与误差信号相交，故能改善系统瞬时反应速度，减少电源输出过冲(overshoot)的现象发生，以提高系统稳定度。
[0018]关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及附图得到进一步的了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1图示根据本实用新型的一较佳具体实施例的直流对直流控制器的示意图。
[0020]图2图示图1中的斜率侦测单元14及信号合成单元18的一实施例。
[0021]图3A图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的输出电压Vtot的波形时序图。
[0022]图3B图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的第一开关控制信号SI的波形时序图。
[0023]图3C图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的误差信号Vcomp、第一斜波信号Vramp及第二斜波信号Vramprc的波形时序图。
[0024]图4A图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的输出电压Vtot的波形时序图。
[0025]图4B图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的第一开关控制信号SI的波形时序图。
[0026]图4C图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的误差信号Vcomp、第一斜波信号Vramp及第二斜波信号Vramprc的波形时序图。
[0027]主要元件符号说明:
[0028]1:直流对直流控制器
[0029]10:误差放大器
[0030]12:补偿单元
[0031]14:斜率侦测单元[0032]16:斜波信号产生器
[0033]18:信号合成单元
[0034]CT:控制单元
[0035]24:驱动单元
[0036]26:输出级
[0037]28:输出端
[0038]Lott:输出电感
[0039]Rqut:输出电阻
[0040]Cqut:输出电容
[0041]Vmjt:输出电压
[0042]Rl:第一分压电阻
[0043]R2:第二分压电阻
[0044]20:比较器
[0045]22:导通时间产生器
[0046]Sffl:第一输出开关`
[0047]SW2:第二输出开关
[0048]+:正输入端
[0049]—:负输入端
[0050]J、K:输出端
[0051]Vkef:参考电压
[0052]VFB:回授电压
[0053]VIN:输入电压
[0054]Vcomp:误差信号
[0055]Vramp:斜波信号
[0056]Vramprc:第二斜波信号
[0057]Id:斜率侦测信号
[0058]VDD:工作电压
[0059]CMl:第一电流镜
[0060]CM2:第二电流镜
[0061]MNC:第一晶体管开关
[0062]Cd:电容
[0063]I:电流源
[0064]MPl~MP4:P型晶体管开关
[0065]丽I~丽4:N型晶体管开关
[0066]MNR:第二晶体管开关
[0067]R:电阻
[0068]!?:导通时间
[0069]S1:第一开关控制信号
[0070]S2:第二开关控制信号[0071]tl?t4:第一时间点?第四时间点
[0072]PWM:脉宽调变信号
【具体实施方式】
[0073]根据本实用新型的一较佳具体实施例为一种直流对直流控制器。实际上，本实用新型提出的直流对直流控制器可以是应用于电源集成电路(Power IC)中的具有恒定导通时间架构的直流对直流电源转换器，但不以此为限。本实用新型亦可适用于交流对直流电源转换器或直流对交流电源转换器等电源转换电路的架构中。
[0074]如图1所示，直流对直流控制器I包括误差放大器10、补偿单元12、斜率侦测单元14、斜波信号产生器16、信号合成单元18、控制单元CT、驱动单元24、输出级26、输出电感Lmjt、输出电阻Rotjt、输出电容Cmjt、输出端28、第一分压电阻Rl及第二分压电阻R2。其中，控制单元CT包括比较器20及导通时间产生器22 ;输出级26包括第一输出开关SWl及第二输出开关SW2。于实际应用中，输出电容Ctm可采用较高阶的多层陶瓷电容器(Mult1-layerCeramic Capacitor, MLCC),但不以此为限。
[0075]误差放大器10的正输入端+耦接参考电压Vkef ;误差放大器10的负输入端一耦接至第一分压电阻Rl与第二分压电阻R2之间；误差放大器10的输出端K分别耦接至补偿单元12、斜率侦测单元14及比较器20的正输入端+ ;补偿单元12耦接误差放大器10的输出端K及接地端；斜率侦测单元14耦接误差放大器10的输出端K及信号合成单元18 ；斜波信号产生器16耦接信号合成单元18 ;信号合成单元18耦接比较器20的负输入端一；比较器20的输出端J耦接导通时间产生器22 ;导通时间产生器22耦接驱动单元24 ;驱动单兀24分别I禹接输出级26的第一输出开关SWl及第二输出开关SW2 ;输出电感Lqut的一端耦接至第一输出开关SWl及第二输出开关SW2之间；输出电感Lqut的另一端耦接输出端28 ;输出电阻Rqut耦接输出端28 ;输出电容Cqut耦接于输出电阻Rqut与接地端之间；第一分压电阻Rl耦接输出端28 ;第二分压电阻R2耦接于第一分压电阻Rl与接地端之间。
[0076]误差放大器10的正输入端+及负输入端一分别接收参考电压Vkef以及第一分压电阻Rl与第二分压电阻R2之间的回授电压VFB，并根据参考电压Vkef与回授电压Vfb产生误差信号Vcomp后通过输出端K输出。实际上，误差放大器10会将参考电压Vkef减去回授电压Vfb并将此电压差放大为误差信号Vcomp，但不以此为限。参考电压Vkef可以是一预设值。回授电压Vfb为直流对直流控制器I的输出端28所提供的输出电压Vtot的分压，亦即回授电压Vfb=[R2/(R1+R2)]*Vqut。补偿单元12用以对误差信号Vcomp进行适当的补偿。
[0077]于此实施例中，斜率侦测单元14包括微分电路/相位领先处理电路。斜率侦测单兀14会从误差放大器10的输出端K接收误差信号Vcomp,并对误差信号Vcomp进行微分或相位处理，以产生斜率侦测信号Id至信号合成单元18。信号合成单元18从斜波信号产生器16接收第一斜波信号Vramp并从斜率侦测单元14接收斜率侦测信号Id，并合成第一斜波信号Vramp及斜率侦测信号Id成为第二斜波信号Vramprc。实际上，当信号合成单元18将第一斜波信号Vramp与斜率侦测信号Id合成为第二斜波信号Vramprc时,信号合成单元18通过斜率侦测信号Id改变第一斜波信号Vramp的斜率以形成第二斜波信号Vramprc，使得第二斜波信号Vramprc的斜率与第一斜波信号Vramp的斜率不同。
[0078]请参照图2，图2图示图1中的斜率侦测单元14及信号合成单元18的一实施例。如图2所示，第一电流镜CMl耦接于工作电压Vdd与斜率侦测单元14之间，第二电流镜CM2耦接于信号合成单元18与接地端之间。斜率侦测单元14所产生的斜率侦测信号Id通过第一电流镜CMl及第二电流镜CM2转出至信号合成单元18。
[0079]于此实施例中，斜率侦测单元14包括第一晶体管开关MNC、电容Cd及电流源I。电流源I耦接于第一晶体管开关MNC与接地端之间；电容Cd耦接于第一晶体管开关MNC与接地端之间；电流源I与电容Cd并联。第一晶体管开关MNC的闸极从误差放大器10的输出端K接收误差信号Vcomp，并通过误差信号Vcomp控制第一晶体管开关MNC的操作，以利用电容MNC与电流源I来提供斜率侦测信号(微分电流)Id。
[0080]第一电流镜CMl及第二电流镜CM2分别包括四个P型晶体管开关MPl?MP4及四个N型晶体管开关丽I?MN4。第一电流镜CMl的四个P型晶体管开关MPl?MP4的闸极均耦接至第一电流镜CMl与斜率侦测单元14之间。P型晶体管开关MPl及MP2串接于工作电压Vdd与斜率侦测单元14之间；P型晶体管开关MP3及MP4串接于工作电压Vdd与第二电流镜CM2之间。第二电流镜CM2的四个N型晶体管开关丽I?MN4的闸极均耦接至第一电流镜CMl与第二电流镜CM2之间。N型晶体管开关丽I及丽2串接于第一电流镜CMl与接地端之间；N型晶体管开关丽3及MN4串接于信号合成单元18与接地端之间。
[0081 ] 斜率侦测单元14所产生的斜率侦测信号(微分电流)Id会先通过第一电流镜CMl的P型晶体管开关MPl?MP4转出至第二电流镜CM2，再通过第二电流镜CM2的N型晶体管开关丽I?MN4转出至信号合成单元18。
[0082]信号合成单元18包括第二晶体管开关MNR及电阻R。第二晶体管开关MNR耦接于工作电压Vdd与电阻R之间。第二晶体管开关MNR的闸极从斜波信号产生器16接收第一斜波信号Vramp，并且斜率侦测信号(微分电流)Id流经电阻R产生一电压降(Id*R)，则根据第一斜波信号Vramp及斜率侦测信号Id所产生的第二斜波信号Vramprc即为第一斜波信号Vramp减去上述电压降(Id*R)。
[0083]接着，比较器20的正输入端+从误差放大器10的输出端K接收误差信号Vcomp且比较器20的负输入端一从信号合成单元18接收第二斜波信号Vramprc。比较器20用以比较误差信号Vcomp及第二斜波信号Vramprc的大小，并根据比较结果通过输出端J输出控制信号至导通时间产生器22，以控制导通时间产生器22产生包括导通时间Tm的脉宽调变信号PWM至驱动单元24。驱动单元24根据脉宽调变信号PWM选择性地输出第一开关控制信号SI至输出级26的第一输出开关SW1，或输出第二开关控制信号S2至输出级26的第二输出开关SW2，由此控制输出级26的第一输出开关SWl及第二输出开关SW2的开启或关闭。
[0084]请参照图3A至图3C，图3A图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的输出电压Vott的波形时序图。图3B图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的第一开关控制信号SI的波形时序图。图3C图示运作于正常状态下的直流对直流控制器的误差信号Vcomp、第一斜波信号Vramp及第二斜波信号Vramprc的波形时序图。由图可知，当误差信号Vcomp增大时，第二斜波信号Vramprc会较原本的第一斜波信号Vramp来得低；当误差信号Vcomp变小时，第二斜波信号Vramprc会变大,甚至比原本的第一斜波信号Vramp还高。
[0085]亦请参照图4A至图4C，图4A图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的输出电压Vout的波形时序图。图4B图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的第一开关控制信号SI的波形时序图。图4C图示运作于瞬时下的直流对直流控制器的误差信号Vcomp、第一斜波信号Vramp及第二斜波信号Vramprc的波形时序图。
[0086]由于误差放大器10根据参考电压Vkef减去回授电压Vfb产生误差信号Vcomp，且回授电压Vfb为直流对直流控制器I的输出端28所提供的输出电压Vtot的分压，当直流对直流控制器I的输出端28瞬载时，直流对直流控制器I的输出电压Votit开始变小，误差信号Vcomp会变大，误差信号Vcomp通过第一晶体管开关MNC对电容Cd所产生的斜率侦测信号(微分电流)Id亦会变大，而斜率侦测信号(微分电流)Id流经电阻R所产生的电压降(Id*R)亦随之变大，所以根据第一斜波信号Vramp减去电压降(Id*R)所得的第二斜波信号Vramprc反而会下降得更快,亦即第二斜波信号Vramprc的下降斜率会大于原本的第一斜波信号Vramp的下降斜率。
[0087]由于误差信号Vcomp变大且第二斜波信号Vramprc的下降斜率变大,将会使得误差信号Vcomp能够在较快的时间点(如图4C中的第一时间点tl)上升至与第二斜波信号Vramprc相等。若是采用原本的第一斜波信号Vramp,由于第一斜波信号Vramp的下降斜率较小，所以误差信号Vcomp必须等到较慢的时间点(如图4C中的第二时间点t2)才能够上升至与第一斜波信号Vramp相等。
[0088]于第一时间点tl,比较器20判定误差信号Vcomp与第二斜波信号Vramprc相等，即会输出控制信号控制导通时间产生器22产生脉宽调变信号PWM至驱动单元24，使得驱动单兀24根据脉宽调变信号PWM输出第一开关控制信号SI控制输出级26的第一输出开关Sffl开启，故可加快直流对直流控制器I的瞬时反应速度，以有效提升系统稳定度。
[0089]当直流对直流控制器I的输出端28卸载时，直流对直流控制器I的输出电压Vqut开始增大，误差信号Vcomp会变小，误差信号Vcomp通过第一晶体管开关MNC对电容Cd所产生的斜率侦测信号(微分电流)Id亦会变小，而斜率侦测信号(微分电流)Id流经电阻R所产生的电压降(Id*R)亦随之变小，所以根据斜波信号Vramp减去电压降(Id*R)所得的第二斜波信号Vramprc反而会上升得更快，亦即第二斜波信号Vramprc的上升斜率会大于原本的第一斜波信号Vramp的上升斜率。
[0090]由于误差信号Vcomp变小且第二斜波信号Vramprc的上升斜率变大，将会使得误差信号Vcomp能够在较快的时间点(如图4C中的第三时间点t3)下降至与第二斜波信号Vramprc相等。若是采用原本的第一斜波信号Vramp,由于第一斜波信号Vramp的上升斜率较小，误差信号Vcomp必须等到较慢的时间点(如图4C中的第四时间点t4)才能够下降至与第一斜波信号Vramp相等。
[0091]于第三时间点t3,比较器20判定误差信号Vcomp与第二斜波信号Vramprc相等，即会输出控制信号控制导通时间产生器22产生脉宽调变信号PWM至驱动单元24，使得驱动单兀24根据脉宽调变信号PWM输出第一开关控制信号SI控制输出级26的第一输出开关Sffl关闭，故可加快直流对直流控制器I的瞬时反应速度，以有效提升系统稳定度。
[0092]相较于现有技术，本实用新型所提出的直流对直流控制器利用其输出端瞬载及抽载时误差信号会有大幅度斜率变化的特性，将误差信号微分后与传统的斜波信号合成为对误差信号斜率变化反应更为灵敏的新的斜波信号。因此，当直流对直流控制器的输出端瞬载或抽载时，新的斜波信号能够较快与误差信号相交，故能改善系统瞬时反应速度，减少电源输出过冲(overshoot)的现象发生，以提高系统稳定度。[0093]通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。
【权利要求】
1.一种直流对直流控制器，其特征在于，上述直流对直流控制器包括: 一误差放大器，提供一误差信号； 一斜波信号产生器，提供一第一斜波信号； 一斜率侦测单元，耦接上述误差放大器，且接收上述误差信号，以通过上述误差信号来提供一斜率侦测信号； 一信号合成单元，耦接上述斜波信号产生器与上述斜率侦测单元，以合成上述第一斜波信号与上述斜率侦测信号成为一第二斜波信号；以及 一控制单元，耦接上述误差放大器与上述信号合成单元，以通过上述误差信号与上述第二斜波信号产生一脉宽调变信号。
2.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述控制单元包括一比较器，其耦接上述斜波信号产生器与上述信号合成单元。
3.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述第二斜波信号的斜率与上述第一斜波信号的斜率不同。
4.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，当上述信号合成单元将上述第一斜波信号与上述斜率侦测信号合成为上述第二斜波信号时，上述信号合成单元通过上述斜率侦测信号改变上述第一斜波信号的斜率以形成上述第二斜波信号，使得上述第二斜波信号的斜率与上述第一斜波信号的斜率不同。
5.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述斜率侦测单元包括一微分电路。
6.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述斜率侦测单元包括一相位领先处理电路。
7.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述斜率侦测单元包括一第一晶体管开关、一电容及一电流源，上述第一晶体管开关的控制端耦接上述误差放大器。
8.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述斜率侦测单元包括一第一晶体管开关、一电容及一电流源，上述第一晶体管开关的控制端耦接上述误差放大器，以通过上述误差信号控制上述第一晶体管开关的操作，以利用上述电容与上述电流源来提供上述斜率侦测信号。
9.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述信号合成单元包括一第二晶体管开关及一电阻，上述第二晶体管开关的控制端耦接上述斜波信号产生器。
10.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，上述控制单元包括一比较器及一导通时间产生器，上述比较器的两输入端分别耦接上述斜率侦测单元及上述信号合成单元，上述比较器的一输出端耦接上述导通时间产生器，上述比较器比较上述误差信号与上述第二斜波信号，并根据比较结果控制上述导通时间产生器产生上述脉宽调变信号。
11.如权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，还包括彼此耦接的一第一电流镜及一第二电流镜，上述第一电流镜耦接于一工作电压与上述斜率侦测单元之间，上述第二电流镜耦接于上述信号合成单元与接地端之间，上述斜率侦测单元所产生的上述斜率侦测信号通过上述第一电流镜及上述第二电流镜转出至上述信号合成单元。
12.如权利要 求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，还包括: 一输出端，用以提供一输出信号；以及一输出电容，耦接于上述输出端与接地端之间，其中上述输出电容为多层陶瓷`电容器。
【文档编号】H02M3/158GK203596745SQ201320722906
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】郑闳轩, 陈雅萍 申请人:力智电子股份有限公司