CN101409503A - 反馈比较装置及直流到直流电压转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈比较装置，可使用于直流到直流电压转换器中，此反馈比较装置包括有：比较器以及反馈电压产生电路，而反馈电压产生电路中包括第一分压元件以及第二分压元件。前述比较器比对一反馈电压与第一参考电压，并根据比对结果向直流到直流电压转换器输出控制信号。第一分压元件的一端耦接至直流到直流电压转换器所输出的输出电压，其另一端耦接至第二分压元件的一端，以提供前述反馈电压，第二分压元件的另一端耦接至一第二参考电压。本发明能应用在输出电压小于参考电压的情况下。

Description

反馈比较装置及直流到直流电压转换器

技术领域

本发明是有关于一种直流到直流电压转换器，且特别是有关于一种输出电压低于参考电压的直流到直流电压转换器。

背景技术

随着电子信息技术的发展，各种电子产品的电路设计越来越复杂，而许多电路的设计是要将电池电压转换成较低的供电电压，如手机、PDA等由电池供电的手持设备，又如手提式电脑，而电压转换器(buck converter)是被使用在一般的电源供应器中作为一基本的电压调节器，因此越来越多的直流到直流电压转换器被使用到各种电子产品中。

直流到直流电压转换器的作用是可以输出较输入电压小的输出电压并起到稳压的作用，请参见图1，其为公知的一种直流到直流电压转换器100，如图所示的直流到直流电压转换器100工作时，其接受一个直流的输入电压Vin，输入电压Vin可以由碱性电池或锂电池提供，并且转换成一较低的固定直流输出电压Vout，输出电压Vout经反馈电路101反馈后通过比较器103与参考电压Vref作比对，并根据比对结果向驱动电路105产生一个控制信号，驱动电路105根据接收到的控制信号向功率电路107发送一驱动信号，功率电路107连接输入电压Vin以及一个稳压电路109，并且功率电路107根据接收到的驱动信号控制输入电压Vin与稳压电路109间导通或断开的状态，而后经稳压电路109稳压后输出一个较稳定的输出电压Vout。

但在大部分的可携带式的电子产品中，使用碱性电池或锂电池作为电力的来源，由于电池的电压会随着操作时间与使用时间逐渐降低，为得到一稳定的输出电压，因此很多情况下的直流到直流电压转换器是采用先升压再电压的两级式电压转换器。

中国台湾专利号为I281305的实用新型专利公开了一种双输入电压转换器，包括一比较器比较该输出电压Vout及一参考电压Vref以产生一信号至一控制器，并由控制器决定切换第一电压转换电路或第二电压转换电路，请参见图2，其为此专利的一实施例示意图，晶体管SW1及SW2与电感L及电容Co组成第一电压转换电路，晶体管SW2及SW3与电感L及电容Co组成第二电压转换电路，控制器201切换晶体管SW1及SW2产生电流I通过电感L对电容Co充电得到输出电压Vout，比较器203比较输出电压Vout与参考电压Vref，当输出电压Vout低于参考电压Vref时，比较器203的输出信号Se使控制器201关闭晶体管SW1，使电压VDD通过升压转换器205升压后转换为电压VPP，控制器201切换晶体管SW2及SW3以转换电压VPP为输出电压Vout，因此双输入电压转换器200可视为先升压再降压的两级式电压转换器，它很好地解决了因输入电压Vin减小而造成的输出电压Vout减小，从而造成输出不稳定的情况，但现有的直流到直流转换器仍然存在一些缺陷，可以归结为以下几点：

1、上述的两极式电压转换器虽然可以解决输入电压Vin减小而造成输出电压Vout不稳定的情况，但是并不能在输出电压Vout小于参考电压Vref的状况下工作，而是依靠升压转换器使输出电压Vout保持在比参考电压Vref大的状态。然而因为低工作电压可以使电子产品在单一芯片上整合进更多晶体管，所以在实际应用中各种电子产品会越来越多地使用到低电压。由半导体行业协会(SIA)发表的《国际半导体技术路线图(ITRS)》预计，从目前到2016年这段时间内，IC的工作电压和工作电流将分别呈下降和上升的趋势。由此可见许多电子产品需求电压转换器的输出电压Vout越来越小，直接导致了参考电压Vref的取值困难，并且更频繁地出现输出电压Vout小于参考电压Vref状况，而传统的直流到直流电压转换器无法在输出电压Vout小于参考电压Vref的状况下工作，这在直流到直流电压转换器设计中是一个盲点。

2、上述的双输入电压转换器在输出电压Vout小于参考电压Vref情况下会采用先升压后降压的方法，但是需要在电路中加入升压转换器、电压转换电路以及另外一些相关电子元件，而目前直流到直流电压转换器的PCB空间相当有限，这不符合现代电子产品“小身材，大功效”的发展趋势，并且，直流到直流电压转换器在电子产品中被广泛使用，增加直流到直流电压转换器内部的电子元件势必会增加许多生产制造成本。

发明内容

本发明提供一种反馈比较装置，以解决现有技术中直流到直流电压转换器不能在输出电压小于参考电压的情况下工作的缺点。

本发明另提供一种直流到直流电压转换器，此直流到直流电压转换器可以在输出电压小于参考电压的情况下转换一输入电压至一较低的输出电压。

本发明提出一种反馈比较装置，使用于一直流到直流电压转换器中，此反馈比较装置包括比较器以及反馈电压产生电路。比较器具有第一输入端、第二输入端及输出端，第一输入端耦接至一反馈电压，第二输入端耦接至一第一参考电压，输出端耦接至直流到直流电压转换器，比较器比对反馈电压与第一参考电压，并根据比对结果向直流到直流电压转换器输出一控制信号。反馈电压产生电路耦接至比较器，用以接收一第二参考电压以及直流到直流电压转换器所输出之一输出电压，以获得反馈电压，其中，反馈电压大于输出电压。

依照本发明的实施例所述的反馈比较装置包括第一分压元件以及第二分压元件，第一分压元件的一端耦接至直流到直流电压转换器所输出的输出电压，其另一端提供反馈电压。第二分压元件的一端耦接至第一分压元件上提供反馈电压的一端，其另一端耦接至第二参考电压。

本发明另提出一种直流到直流电压转换器，用于转换一输入电压而获得一输出电压，此直流到直流电压转换器包括反馈比较装置、驱动电路、功率电路以及稳压电路。此反馈比较装置接收第一参考电压、第二参考电压以及输出电压，其根据输出电压以及第二参考电压，以获得一反馈电压，并比对反馈电压与第一参考电压，且根据比对结果输出一控制信号，其中，反馈电压大于输出电压。此驱动电路耦接至反馈比较装置，用以接收反馈比较装置输出的控制信号，调变并输出一驱动信号。此功率电路耦接至驱动电路，用以接收驱动电路输出的驱动信号，并根据驱动信号控制输入电压提供电能至该功率电路的输出间的路径的导通或断开。此稳压电路耦接至功率电路，用以接收功率电路的输出，经稳压后输出稳定的输出电压。

本发明因采用了反馈比较装置，因此能够在输出电压小于参考电压的情况下将输入电压转换至一个较低的输出电压，因而解决了现今直流到直流电压转换器设计的一个盲点，并更适合电子产品的发展趋势。并且本发明的直流到直流电压转换器结构简单，只是通过分压元件连接位置的变换实现了功能上的突破，并没有增加复杂的电子元件，因而没有增加许多生产制造成本。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为公知的直流到直流电压转换器电路图。

图2为中国台湾专利号I281305的实用新型专利的一实施例电路图。

图3为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的电路架构图。

图4为本发明图3中的反馈比较装置的一种实施例的电路图。

具体实施方式

请参见图3，其为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的电路架构图。

本发明的直流到直流电压转换器300，用于在输出电压Vout低于参考电压Vref的情况下转换一个输入电压Vin至一个较低的输出电压Vout，此直流到直流电压转换器300包括反馈比较装置301、驱动电路303、功率电路305和稳压电路307。其中反馈比较装置301接收第一参考电压Vref1、第二参考电压Vref2以及输出电压Vout，驱动电路303耦接至反馈比较装置301，功率电路305耦接至驱动电路303，稳压电路307耦接至功率电路305。工作时，反馈比较装置301接收第一参考电压Vref1、第二参考电压Vref2以及输出电压Vout后根据输出电压Vout以及第二参考电压Vref2获得一个反馈电压，然后比对反馈电压与第一参考电压Vref1，并根据比对结果向驱动电路303输出一控制信号。驱动电路303接收反馈比较装置301输出的控制信号，根据此控制信号经调变后向功率电路305输出一驱动信号。功率电路305接收驱动电路303输出的驱动信号后，根据驱动信号来导通或断开输入电压Vin提供电能至功率电路305的输出间的路径。最后，通过稳压电路307将功率电路305的输出稳压后，输出稳定的输出电压Vout。其中功率电路305可以是由开关或晶体管或其他开关元件所组成的具有开关特性的电路。稳压电路307可以由电感和电容组成，电流通过电感对电容充电后输出稳定的输出电压Vout。

请参见图4，其为本发明图3中的反馈比较装置的一种实施例的电路图。

本发明反馈比较装置使用于一直流到直流电压转换器中，反馈比较装置301包括比较器405和反馈电压产生电路403。反馈电压产生电路403耦接至比较器405，用以接收第二参考电压Vref2以及直流到直流电压转换器300所输出的输出电压Vout，以获得反馈电压(图4中为点FB的电压)，且反馈电压始终大于输出电压Vout。比较器405具有第一输入端、第二输入端及输出端，第一输入端耦接至反馈电压，第二输入端耦接至第一参考电压Vref1，输出端耦接至直流到直流电压转换器300，比较器405比对反馈电压与第一参考电压Vref1，并根据比对结果向直流到直流电压转换器300输出一控制信号。反馈电压产生电路403又包括第一分压元件(本实施例中第一分压元件为电阻R1)和第二分压元件(本实施例中第二分压元件为电阻R2)。第一分压元件的一端耦接至直流到直流电压转换器300所输出的输出电压Vout，其另一端提供反馈电压。第二分压元件的一端耦接至第一分压元件上提供该反馈电压的一端，其另一端耦接至第二参考电压Vref2。其中第二参考电压Vref2相对第一参考电压Vref1较大，而第一参考电压Vref1与第二参考电压Vref2的比例关系可以由使用者调节。本实施例中第一分压元件以及第二分压元件分别采用电阻R1和电阻R2，但并非限定本发明，可以是电感、电容等被动元件或其他可造成分压效果的元件。本实施例使用电阻时，根据比较器103输出控制信号的变化临界点可以得到公式：

Vref1＝(R1/(R1+R2))*Vref2+(R2/(R2+R1))*Vout

(公式1)

从而可以推导出：

R2/R1＝(Vref2-Vref1)/(Vref1-Vout)

(公式2)

如果设置第二参考电压Vref2为第一参考电压Vref1的两倍，这时，可以得到公式：

R2/R1＝Vref1/(Vref1-Vout)

                       (公式3)

此时，故电阻R2的值为：

R2＝R1*Vref1/(Vref1-Vout)

                      (公式4)

由公式3可以看出，本实施例可以通过控制R2/R1的比例达到控制输出电压Vout的目的；当R1的值为一定的情况下，由公式4又可以看出，也可以根据输出电压Vout及参考电压来计算出R2的值，因此，若R1值及参考电压确定不变的情况下，在需要改变输出电压Vout时，只需改变R2的电阻值便可以实现。当直流到直流电压转换器300工作时，比较器103通过比较FB点的回馈电压与第一参考电压Vref1的大小向驱动电路303输出一控制信号。驱动电路303接收反馈比较装置301输出的控制信号后，根据控制信号向功率电路305输出一驱动信号。功率电路305接收驱动电路303输出的驱动信号后，根据驱动信号控制输入电压Vin提供电能至功率电路305的输出间的路径导通或断开。最后，通过稳压电路307将功率电路305的输出稳压后，输出稳定的输出电压Vout。另外，为了使电路中的信号频率保持在一个基准范围内，反馈比较装置301可以包括第一滤子波电路407、第二滤子波电路409以及第三子滤波电路411。第一滤波子电路407连接于第一参考电压Vref1及第一分压元件(本实施例中第一分压元件为电阻R1)之间。第二滤波子电路409与所述比较器103连接。第三滤波子电路411与第二分压元件(本实施例中第二分压元件为电阻R2)连接。

综上所述，本发明的反馈比较装置可以外接于直流到直流电压转换器，也可集成在直流到直流电压转换器内部，通过对第一分压元件或第二分压元件的控制来实现对输出电压Vout的控制，除了可以在输出电压Vout高于参考电压的情况下工作，更加可以在输出电压Vout低于参考电压的情况下工作，突破了现今直流到直流电压转换器的一个设计盲点，对于未来各种电子产品越来越低的工作电压，本发明的直流到直流电压转换器更适合其发展趋势，而且本发明在实现技术突破的同时只是改变了其内部电阻元件的连接位置，因此既没有减小直流到直流电压转换器的工作效率，也没有增加其制造成本，电子产品“小身材，大功效”的发展口号。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (13)

1.一种反馈比较装置，使用于一直流到直流电压转换器中，该反馈比较装置包括：

一比较器，具有第一输入端、第二输入端及输出端，第一输入端耦接至一反馈电压，第二输入端耦接至一第一参考电压，输出端耦接至该直流到直流电压转换器，该比较器比对该反馈电压与该第一参考电压，并根据比对结果向该直流到直流电压转换器输出一控制信号；以及

一反馈电压产生电路，耦接至该比较器，用以接收一第二参考电压以及该直流到直流电压转换器所输出的一输出电压，以获得该反馈电压，该反馈电压大于该输出电压。

2.如权利要求1所述的反馈比较装置，其特征在于，该反馈电压产生电路包括：

一第一分压元件，其一端耦接至该直流到直流电压转换器所输出的该输出电压，其另一端提供该反馈电压；以及

一第二分压元件，其一端耦接至该第一分压元件上提供该反馈电压的一端，其另一端耦接至该第二参考电压。

3.如权利要求2所述的反馈比较装置，其特征在于，该反馈电压产生电路还包括一补偿电路，该补偿电路包括：

一第一滤波子电路，其一端连接该输出电压，其另一端连接该回馈电压；

一第二滤波子电路，其一端连接该反馈电压，其另一端连接该比较器的输出端；以及

一第三滤波子电路，其一端连接该第二参考电压，其另一端接地。

4.如权利要求2所述的反馈比较装置，其特征在于，该第一分压元件为一第一电阻。

5.如权利要求2所述的反馈比较装置，其特征在于，该第二分压元件为一第二电阻。

6.如权利要求1所述的反馈比较装置，其特征在于，该第二参考电压的电压值大于该第一参考电压电压值。

7.一种直流到直流电压转换器，用于转换一输入电压而获得一输出电压，该直流到直流电压转换器包括：

一反馈比较装置，用以接收一第一参考电压、一第二参考电压以及该输出电压，其根据该输出电压以及该第二参考电压，以获得一反馈电压，并比对该反馈电压与该第一参考电压，且根据比对结果输出一控制信号，其中该反馈电压大于该输出电压；

一驱动电路，耦接至该反馈比较装置，用以接收该反馈比较装置输出的控制信号，并根据该控制信号调变并输出一驱动信号；

一功率电路，耦接至该驱动电路，用以接收该驱动信号，并根据该驱动信号导通或断开该输入电压提供电能至该功率电路的输出间的路径；以及

一稳压电路，耦接至该功率电路，用以接收该功率电路的输出，稳压后并输出该输出电压。

8.如权利要求7所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该反馈比较装置包括：

一比较器，具有第一输入端、第二输入端及输出端，第一输入端耦接至该反馈电压，第二输入端耦接至该第一参考电压，输出端耦接至该直流到直流电压转换器，该比较器比对该反馈电压与该第一参考电压，并根据比对结果向该直流到直流电压转换器输出该控制信号；以及

一反馈电压产生电路，耦接至该比较器，用以接收该第二参考电压以及该直流到直流电压转换器所输出的该输出电压，以获得该反馈电压，该反馈电压大于该输出电压。

9.如权利要求8所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该反馈电压产生电路包括：

一第一分压元件，其一端耦接至该直流到直流电压转换器所输出的该输出电压，其另一端提供该反馈电压；以及

一第二分压元件，其一端耦接至该第一分压元件上提供该反馈电压的一端，其另一端耦接至该第二参考电压。

10.如权利要求9所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该反馈电压产生电路还包括一补偿电路，该补偿电路包括：

一第一滤波子电路，其一端连接该输出电压，其另一端连接该回馈电压；

一第二滤波子电路，其一端连接该反馈电压，其另一端连接该比较器的输出端；以及

一第三滤波子电路，其一端连接该第二参考电压，其另一端接地。

11.如权利要求9所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该第一分压元件为一第一电阻。

12.如权利要求9所述的反馈比较装置，其特征在于，该第二分压元件为一第二电阻。

13.如权利要求7所述的反馈比较装置，其特征在于，该第二参考电压的电压值大于该第一参考电压电压值。

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