脉宽调制控制单元、电压调节器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及一种电压调节器，特别是涉及一种具有脉宽调制信号的电压调节器。
【背景技术】
[0002]一般的操作系统需要许多不同的电源，用以驱动不同的电路。在目前的技术中，通常利用一电压调节器(voltage regulator)转换一输入电压,用以产生一相对应的输出电压。电压调节器大致包括升压调节器及降压调节器。对于升压调节器而言，输出电压大于输入电压。对于降压调节器而言，输出电压小于输入电压。然而，不论是哪种调节器，为了稳定输出电压，调节器具有相当的功率损耗。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供一种脉宽调制控制单元，包括一比较单元、一定电流源、一储能模块、一第一比较器、一第二比较器、一逻辑门以及一整合器。比较单元比较一输出电压与一参考电压，并根据比较结果控制一第一节点的电压。定电流源接收一输入电压，并耦接第一节点。储能模块耦接第一节点，并接收一接地电压。第一比较器比较输出电压及第一节点的电压，用以产生一开启信号O第二比较器比较第一节点的电压及输入电压，用以产生一输出信号。逻辑门根据开启信号及输出信号，产生一关闭信号。当开启信号及输出信号均为一第一电平时，逻辑门令关闭信号为一第二电平。第一电平低于第二电平。整合器整合开启信号及关闭信号，用以产生一脉宽调制信号。
[0004]本发明实施例另提供一种电压调节器，用以将一输入电压转换成一输出电压，并包括一第一开关、一第二开关、一滤波单元、一脉宽调制控制单元以及一驱动器。第一开关根据一第一控制信号，令一第一节点的电压等于输入电压。第二开关根据一第二控制信号，令第一节点的电压等于一接地电压。滤波单兀根据第一节点的电压，产生输出电压。脉宽调制控制单兀包括一比较单兀、一定电流源、一储能模块、一第一比较器、一第二比较器、一逻辑门以及一整合器。比较单元比较一输出电压与一参考电压，并根据比较结果控制一第二节点的电压。定电流源接收一输入电压，并耦接第二节点。储能模块耦接第二节点，并接收一接地电压。第一比较器比较输出电压及第二节点的电压，用以产生一开启信号。第二比较器比较第二节点的电压及输入电压，用以产生一输出信号。逻辑门根据开启信号及输出信号，产生一关闭信号。当开启信号及输出信号均为一第一电平时，逻辑门令关闭信号为一第二电平。第一电平低于第二电平。整合器整合开启信号及关闭信号，用以产生一脉宽调制信号。驱动器根据脉宽调制信号，产生第一及第二控制信号。
[0005]本发明实施例更提供一种控制方法，包括利用一输出级电路将一输入电压转换成一输出电压；比较输出电压与一参考电压，用以产生一比较结果，并依据比较结果来控制一第一节点的电压；根据第一节点的电压，产生一开启信号以及一关闭信号；整合开启信号及关闭信号，用以产生一脉宽调制信号；以及解码脉宽调制信号，用以产生第一及第二控制信号予输出级电路。
[0006]为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下:
【附图说明】
[0007]图1为本发明实施例的电压调节器的示意图。
[0008]图2为本发明实施例的脉宽调制控制单元的示意图。
[0009]图3为本发明实施例的电压调节器的波形示意图。
[0010]图4为本发明实施例的控制方法的流程示意图。
[0011 ]图中符号说明:
[0012]100:电压调节器；
[0013]Vin:输入电压；
[0014]V.:输出电压；
[0015]102、104、224:开关；
[0016]106:滤波单元；
[0017]108:脉宽调制控制单元；
[0018]110:驱动器；
[0019]Sc1、Sc2:控制信号；
[0020]112、216:节点;
[0021]GND:接地电压；
[0022]L:电感；
[0023]Cl ?C3:电容；
[0024]Spwm:脉宽调制信号；
[0025]VCC、VDD:操作电压；
[0026]200:开启/关闭时间产生器；
[0027]Il:电流；
[0028]202:整合器；
[0029]204:比较单元；
[0030]206:定电流源；
[0031]208:储能模块；
[0032]210、212、218:比较器;
[0033]214:逻辑门；
[0034]Vref:参考电压；
[0035]220:重置模块；
[0036]Comp:比较结果；
[0037]222:逻辑电路；
[0038]Ton:开启信号；
[0039]T:输出信号；
[0040]Toff:关闭信号；
[0041]P300、P304、P308、P312、P316:期间；
[0042]T302、T306、T310、T314:时间点；
[0043]S410、S420、S430、S440、S450、S460:步骤。
【具体实施方式】
[0044]图1为本发明实施例的电压调节器的示意图。电压调节器100将一输入电压Vin转换成一输出电压V.。在本实施例中，电压调节器100包括开关102、104、一滤波单元106、一脉宽调制控制单元108以及一驱动器110。在其它实施例中，电压调节器100所产生的输出电压V.供另一电路使用，并与该电路整合在一芯片中。
[0045]开关102根据一控制信号Sei,令一节点112的电压等于输入电压VIN。举例而言，当控制信号Sa为一高电平时，开关102导通，因此，节点112的电压等于输入电压VIN。当控制信号Sei为一低电平时，开关102不导通。此时，节点112的电压不等于输入电压VIN。
[0046]开关104根据一控制信号Se2，令节点112的电压等于一接地电压GND。举例而言，当控制信号Se2为一高电平时，开关104导通，用以使节点112的电压等于接地电压GND。当控制信号Se2为一低电平时，开关104不导通。因此，节点112的电压不等于接地电压GND。
[0047]在本实施例中，开关102及104构成一输出级电路，并均为N型晶体管，但并非用以限制本发明。在另一实施例中，开关102及104均为P型晶体管。在此例中，当控制信号Sci或Se2为低电平时，开关102或104才会导通。由于P型晶体管的控制方式为本领域人士所深知，故不再赘述。在其它实施例中，开关102及104之一为P型晶体管，而另一者为N型晶体管。
[0048]滤波单元106根据节点112的电压，产生一输出电压V.。在本实施例中，滤波单元106为一低通滤波器(Low pass filter),并包括一电感L以及一电容Cl。当开关102导通时，流经电感L的电流L逐渐上升，并且输出电压V.也逐渐上升。当开关104导通时，流经电感L的电流Il逐渐下降。因此，输出电压V.也逐渐下降。当开关102及104不导通时，流经电感L的电流込等于零。此时，输出电压V.逐渐下降。
[0049]脉宽调制控制单元108根据输入电压Vin及输出电压V.，产生一脉宽调制信号SPWM。稍后将通过图2说明脉宽调制控制单元108的动作原理。驱动器110根据脉宽调制信号Spwm,产生控制信号Sei及Se2。在本实施例中，驱动器110对脉宽调制信号Spwm进行解码，并根据解码结果，产生控制信号Sei及SC2。
[0050]在一可能实施例中，当输出电压Vqut小于一参考电压时,驱动器110导通开关102,用以增加电流Il以及输出电压V.。接着，驱动器110导通开关104，用以避免输出电压Vqut过高。此时，电流Il逐渐变少。最后，驱动器110不导通开关102及104。因此，没有电流流过电感L。
[0051]在本实施例中，脉宽调制控制单元108及驱动器110具有不同的操作电压，如Va及VDD。另外，由于开关102为一 N型晶体管，故将一电容C2耦接于驱动器110与节点112之间。由电容C2，驱动器110所产生的控制信号Sa的电压与节点112的电压之间的差异可大于开关102的临界电压，因而导通开关102。
[0052]在其它实施例中，若开关102为一 P型晶体管时，则可省略电容C2。另外，电容C3耦接于输入电压Vin与接地电压GND之间，用以稳定输入电压Vin的电平。在其它实施例中，亦可省略电容C3。
[0053]图2为本发明实施例的脉宽调制控制单元的示意图。如图所示，脉宽调制控制单元108包括一开启/关闭时间产生器200以及一整合器2