CN101452298A

CN101452298A - 具有斜波补偿的电压调节器

Info

Publication number: CN101452298A
Application number: CNA2007101933311A
Authority: CN
Inventors: 夏春华; 刘士豪
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: Inventec Corp
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-10

Abstract

本发明公开了一种具有斜波补偿的电压调节器，其包括误差信号产生器、比较器、斜波信号产生电路与转换电路。误差信号产生器分别接收参考电压信号与输出电压，并产生误差信号。比较器分别接收斜波信号与误差信号，并产生脉宽调制信号。斜波信号产生电路依据脉宽调制信号，而产生斜波信号。转换电路依据脉宽调制信号，而将输入电压转换为输出电压，其中转换电路包括晶体管。

Description

具有斜波补偿的电压调节器

技术领域

本发明是有关于一种电压调节器，且特别是有关于一种具有斜波补偿的电压调节器。

背景技术

一般来说，服务器(Server)所使用的电压调节器，其设计主要有两种，分别为电压模式及电流模式。图1为一般使用电压模式的电压调节器。请参照图1，电压调节器100透过误差放大器110来比较输出电压Vo与参考电压V1，而并输出误差值。之后，再利用PWM比较器120将误差值与锯齿斜波信号V2进行比较，而PWM比较器120所输出的信号，则是用来控制晶体管M的工作周期(Duty cycle)。

然而，电流模式与电压模式不同之处在于二者的调制斜波信号来自不同的信号源。电流模式所使用的调制斜波信号为与晶体管的电流相关，且电流模式的动态性能表现亦较佳于电压模式，尤其是于非连续电流模式时，其对于降压转换器(buck-converter)中输入电压的扰动有很强的抗干扰能力。另外，刚开始采用电流模式控制时，会出现次谐波振荡，导致晶体管的脉波会于长短脉波之间切换，而此种现象于工作周期大于50％时较有可能发生，造成系统不稳定的现象，因此便需要进行斜波补偿来解决此问题。此外，一般在电流模式下的电压调节器并不提供任何振荡的锯齿斜波信号，若是要使用到锯齿斜波信号，则需使用额外的电路来产生，如此一来，将会使得电路的成本提高。

发明内容

本发明提供一种具有斜波补偿的电压调节器，可以通过脉宽调制信号来产生斜波信号，并且也可以对斜波信号进行补偿以及降低电路成本。

本发明提出一种具有斜波补偿的电压调节器，其包括误差信号产生器、比较器、斜波信号产生电路与转换电路。误差信号产生器具有第一输入端、第二输入端与输出端，此误差信号产生器的第一输入端接收参考电压信号，此误差信号产生器的第二输入端接收输出电压，而此误差信号产生器的输出端产生误差信号。

比较器具有第一输入端、第二输入端与输出端，此比较器的第一输入端接收一斜波信号，此比较器的第二输入端接收误差信号，而此比较器的输出端产生脉宽调制信号。斜波信号产生电路用以依据脉宽调制信号，而产生斜波信号。转换电路用以依据脉宽调制信号，而将输入电压转换为输出电压。另外，此转换电路包括晶体管，此晶体管的栅极端接收脉宽调制信号，其漏极端接收输入电压，而其源极端产生输出电压。

在本发明一实施例中，上述斜波信号产生电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管与第一电容。第一电阻的第一端耦接至晶体管的源极端与比较器的第一输入端，且其第二端耦接至地端。第二电阻的第一端耦接比较器的输出端，且其第二端耦接至比较器的第一输入端。第一二极管的阳极端耦接至第二电阻的第二端，且其阴极端耦接至第二电阻的第一端。第一电容的第一端耦接至第二电阻的第二端，且其第二端耦接至地端。

在本发明一实施例中，上述斜波信号产生电路还包括第三电阻与第四电阻。第三电阻的第一端耦接至第一电阻的第一端，且其第二端耦接至比较器的第一输入端。第四电阻的第一端耦接至第二电阻的第二端，且其第二端耦接至第三电阻的第二端。

在本发明一实施例中，上述转换电路还包括第二二极管、第一电感、第二电容与第五电阻。第二二极管的阴极端耦接至晶体管的源极端，且其阳极端耦接至地端。第一电感的第一端耦接至第二二极管的阴极端。第二电容的第一端耦接至第一电感的第二端，且其第二端耦接至第二二极管的阳极端。第五电阻与第二电容并联。

在本发明一实施例中，上述转换电路还包括第二电感、第三二极管、第三电容与第六电阻。第二电感的第一端接收输入电压，且其第二端耦接至晶体管的漏极端。第三二极管的阳极端耦接至第二电感的第二端。第三电容的第一端耦接至第三二极管的阴极端，其第二端耦接地端。第六电阻与第三电容并联。

在本发明一实施例中，上述晶体管为N型晶体管。在另一实施例中，上述斜波信号为三角波信号或锯齿波信号。

本发明通过斜波信号产生电路，且依据比较器所产生的脉宽调制信号来产生斜波信号，并可以达成斜波补偿的功能。另外，斜波信号产生电路是利用简单的电路元件所组成的，亦可以降低电路成本。

为让本发明的上述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为一般使用电压模式的电压调节器。

图2绘示为本发明一实施例的具有斜波补偿的电压调节器电路图。

图3绘示为本发明另一实施例的具有斜波补偿的电压调节器电路图。

具体实施方式

图2绘示为本发明一实施例的具有斜波补偿的电压调节器电路图。在本实施例中，电压调节器适用于电流模式。请参照图2，电压调节器200包括误差信号产生器210、比较器220、斜波信号产生电路230与转换电路240。

误差信号产生器210的第一输入端(例如为正输入端)接收参考电压信号V_ref，而误差信号产生器210的第二输入端(例如为负输入端)接收输出电压V_out，而误差信号产生器210的输出端则产生误差信号V_error。

比较器220的第一输入端(例如为正输入端)接收用斜波信号V_ramp，比较器220的第二输入端(例如为负输入端)接收误差信号V_error，并通过比较斜波信号V_ramp与误差信号V_error的大小，而于比较器220的输出端产生脉宽调制信号V_PWM。

斜波信号产生电路230用以依据脉宽调制信号V_PWM，而产生斜波信号V_ramp。在本实施例中，斜波信号产生电路230包括电阻R1～R4、二极管D1与电容C1。电阻R1的第一端耦接至晶体管M1的源极端与比较器220的第一输入端，且其第二端耦接至地端。电阻R2的第一端耦接比较器220的输出端，且其第二端耦接至比较器220的第一输入端。二极管D1的阳极端耦接至电阻R2的第二端，且其阴极端耦接至电阻R2的第一端，用以限制电流方向。

承上述，电容C1的第一端耦接至电阻R2的第二端，且其第二端耦接至地端。电阻R3的第一端耦接至电阻R1的第一端，且其第二端耦接至比较器220的第一输入端。电阻R4的第一端耦接至电阻R2的第二端，且其第二端耦接至电阻R3的第二端。

请继续参照图2，转换电路240包括晶体管M1，此晶体管M1的栅极端接收脉宽调制信号V_PWM，并且依据脉宽调制信号V_PWM的电压电平不同而导通或截止，而转换电路240则据以将输入电压V_in转换为输出电压V_out。

另外，转换电路240还包括二极管D2、电感L1、电容C2与电阻R5。二极管D2的阴极端耦接至晶体管M1的源极端，且其阳极端耦接至地端。电感L1的第一端耦接至二极管D2的阴极端。电容C2的第一端耦接至电感L1的第二端，且其第二端耦接至二极管D2的阳极端。电阻R5与电容C2并联。在本实施例中，转换电路240中的晶体管M1、二极管D2、电感L1、电容C2与电阻R5组合成一个完整的降压(Buck)电路。另外，晶体管M1例如为N型晶体管，而斜波信号V_ramp为三角波信号或锯齿波信号。

在整体作动上，当比较器220所输出的脉宽调制信号V_PWM为逻辑高电压电平时，晶体管M1导通，使得转换电路240会对应的将输入电压V_in转换成输出电压V_out，同时脉宽调制信号V_PWM会通过电阻R2对电容C1进行充电。另一方面，由于晶体管M1导通，晶体管M1会产生一电流I1，此电流I1一部份会流经电阻R1，另一部份会经由电阻R3与R4传送至电容C1，以对电容C1进行充电。

换言之，当比较器220所输出的脉宽调制信号V_PWM为逻辑低电压电平时，则晶体管M1不导通，使得电容C1上的电压经由电阻R4、R3、R1至地端进行放电。值得一提的是，通过脉宽调制信号V_PWM的电压电平变换，以反复的对电容C1进行充放电，而产生斜波信号V_ramp。如此一来，就不需要额外且复杂设计的电路来产生斜波信号V_ramp，将可以有效地降低电路成本。

另外，使用者可调整斜波信号产生电路230中，电阻R2的电阻值以及电容C1的电容值，以便产生所需的斜波信号V_ramp。此外，使用者也可通过调整电阻R1的电阻值，来改变电流I1对电容C1的充电速度，以调整斜波信号V_ramp。而本实施例可以通过改变误差信号V_error与斜波信号V_ramp，来调整脉宽调制信号V_PWM的工作周期(Duty cycle)，以避免工作周期大于50％时会产生不稳定的现象。

然而，本发明的具有斜波补偿的电压调节器，不限制应用在降压电路，亦可使用于升压电路，且如图3所示。图3绘示为本发明另一实施例的具有斜波补偿的电压调节器电路图。请参照图3，本实施例与图2的电路差别在于：图2的转换电路240中，二极管D2、电感L1、电容C2、电阻R5与晶体管M1组成完整的降压电路，而在图3的转换电路240，电感L2、二极管D3、电容C3、电阻R6组合程完整的升压电路。

请继续参照图3，转换电路240包括了电感L2、二极管D3、电容C3与电阻R6。电感L2的第一端接收输入电压V_in，且其第二端耦接至晶体管M1的漏极端。二极管D3的阳极端耦接至电感L2的第二端。电容C3的第一端耦接至二极管D3的阴极端，且其第二端耦接地端。电阻R6与电容C3并联。而图3的斜波信号产生的操作可以参照图2的实施例，故在此不再赘述。

综上所述，本发明通过斜波信号产生电路，且依据比较器所产生的脉宽调制信号来产生斜波信号，并可以达成斜波补偿的功能。另外，斜波信号产生电路是利用简单的电路元件所组成的，因此亦可以降低电路成本。藉此，本发明无需使用额外的斜波信号产生器，并且也可以避免工脉宽调制信号的工作周期大于50％时而使得电压调节器产生不稳定的现象。

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，任何所属技术领域中具有通常知识者，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

1.一种具有斜波补偿的电压调节器，包括：

一误差信号产生器，具有第一输入端、第二输入端与输出端，该误差信号产生器的第一输入端接收一参考电压信号，该误差信号产生器的第二输入端接收一输出电压，而该误差信号产生器的输出端产生一误差信号；

一比较器，具有第一输入端、第二输入端与输出端，该比较器的第一输入端接收用一斜波信号，该比较器的第二输入端接收该误差信号，而该比较器的输出端产生一脉宽调制信号；

一斜波信号产生电路，用以依据该脉宽调制信号，而产生该斜波信号；以及

一转换电路，用以依据该脉宽调制信号，而将一输入电压转换为该输出电压，该转换电路包括：

一晶体管，其栅极端接收该脉宽调制信号。

2.如权利要求1所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该斜波信号产生电路包括：

一第一电阻，其第一端耦接至该晶体管的源极端与该比较器的第一输入端，其第二端耦接至地端；

一第二电阻，其第一端耦接该比较器的输出端，其第二端耦接至该比较器的第一输入端；

一第一二极管，其阳极端耦接至该第二电阻的第二端，其阴极端耦接至该第二电阻的第一端；以及

一第一电容，其第一端耦接至该第二电阻的第二端，其第二端耦接至地端。

3.如权利要求2所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该斜波信号产生电路还包括：

一第三电阻，其第一端耦接至该第一电阻的第一端，其第二端耦接至该比较器的第一输入端；以及

一第四电阻，其第一端耦接至该第二电阻的第二端，其第二端耦接至该第三电阻的第二端。

4.如权利要求1所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该转换电路还包括：

一第二二极管，其阴极端耦接至该晶体管的源极端，其阳极端耦接至地端；

一第一电感，其第一端耦接至该第二二极管的阴极端；

一第二电容，其第一端耦接至该第一电感的第二端，其第二端耦接至该第二二极管的阳极端；以及

一第五电阻，其与该第二电容并联。

5.如权利要求1所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该转换电路还包括：

一第二电感，其第一端接收该输入电压，其第二端耦接至该晶体管的漏极端；

一第三二极管，其阳极端耦接至第二电感的第二端；

一第三电容，其第一端耦接至该第三二极管的阴极端，其第二端耦接地端；以及

一第六电阻，其与该第三电容并联。

6.如权利要求1所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该晶体管为一N型晶体管。

7.如权利要求1所述的具有斜波补偿的电压调节器，其特征在于，该斜波信号为一三角波信号或一锯齿波信号。