CN101557165B - 电源转换装置及电源转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种电源转换装置及电源转换方法，其包括一控制信号产生模块、一转换模块以及一比较模块。控制信号产生模块用以根据一延迟信号，产生一控制信号。转换模块耦接于控制信号产生模块，用以根据该控制信号，将一输入电压转换为一电平不同的输出电压。比较模块耦接于该转换模块以及该控制信号产生模块，用以将根据输出电压所产生的一分压电压与一参考电压进行比较，并根据比较结果、一致能信号以及一时脉信号，产生该延迟信号。本发明所述的电源转换装置及电源转换方法，可提升输出电压的准确度，并且防止涟波电压的产生。

Description

电源转换装置及电源转换方法

技术领域

本发明相关于一种转换装置，尤指一种具有数字控制比较器的电源转换装置。

背景技术

电子装置通常包括不同的电子元件，每一个电子元件所需的操作电压可能都不相同，因此，在电子装置中需要通过电源转换装置调整输出电压的电平，并使其稳定在所设定的电压值，以提供给电子元件所需的电源，其中，直流对直流电压转换装置(DC to DC Converter)即为一种常见的电源转换装置。

请参阅图1，图1为已知电源转换装置的示意图。如图1所示，电源转换装置10先通过控制信号产生模块12对一时脉信号S_CLK行调整，以产生一控制信号S_C，再利用控制信号S_C控制转换模块14对一输入电压V_DD进行不同电平的电压转换，以产生输出电压V_OUT。其中，电源转换装置10另包括两个分压电阻R₁、R₂以及比较器16，分压电阻R₁、R₂用以对输出电压V_OUT进行分压，产生一分压电压V_DIV，比较器16再将分压电压V_DIV与一参考电压V_REF进行比较，最后由控制信号产生模块12根据比较结果产生控制信号S_C至转换模块14，如此即可控制输出电压V_OUT的生成以及电平。

然而，根据比较结果所产生的控制信号S_C的响应是非常快的，因此，即便在具有噪声所造成的异常的脉冲(abnormal pulse)时，电源转换装置10的转换模块14亦会产生输出电压V_OUT的变化，使输出电压V_OUT的电平产生误差，而使连接在电源转换装置10后端的电子元件无法正常运作。此外，电源转换装置10的涟波电压(ripple voltage)取决于比较器16的信号延迟及后端电子元件的负载大小，并无法有效的控制。故而已知的电源转换装置10并无法有效控制异常电压输出及涟波电压所造成的问题。

因此，如何提供一种可提升输出电压准确度并且控制涟波电压大小的电源转换装置，  已成为一种电源转换装置发展上的重要课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一，在于提供一种具有数字控制比较器的电源转换装置，可提升输出电压的准确度，并且有效控制涟波电压的幅度，以解决已知技术所面临的问题。

本发明揭露一种电源转换装置，其包括一控制信号产生模块、一转换模块、两分压电阻以及一比较模块。控制信号产生模块用以根据一延迟信号，产生一控制信号。转换模块耦接于控制信号产生模块，根据控制信号的指示，将一输入电压转换为不同电平的一输出电压。两分压电阻耦接于转换模块以及比较模块之间，用以将输出电压进行分压，产生一分压电压。比较模块耦接于该两分压电阻以及控制信号产生模块，用以将分压电压与一参考电压进行比较，并根据比较结果产生一比较信号，接着根据一致能信号、一时脉信号以及该比较信号，产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换装置，所述两分压电阻包括：一第一电阻，该第一电阻的第一端耦接于该转换模块，该第一电阻的第二端耦接于该比较模块；以及一第二电阻，该第二电阻的第一端耦接于该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端耦接于一接地端；其中该第一电阻以及该第二电阻用以将该输出电压进行分压，产生该分压电压，并将该分压电压输入该比较模块。

本发明所述的电源转换装置，该比较模块包括：一比较单元，耦接于该两分压电阻，用以比较该参考电压与该分压电压，并根据比较结果，产生一比较信号；以及至少一延迟单元，耦接于该比较单元以及该控制信号产生模块，用以根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号，产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换装置，该至少一延迟单元中每一个延迟单元包括：一控制电路，用以根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号，产生一时脉输入信号以及一重置信号；以及一处理电路，耦接于该控制电路，用以根据该时脉输入信号以及该重置信号，产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换装置，该控制电路包括：一第一运算元件，用以将该致能信号以及该比较信号进行一第一逻辑运算，产生一第一运算信号；一第二运算元件，耦接于该第一运算元件，用以将该时脉信号以及该第一运算信号进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号；一第一处理元件，耦接于该第一运算元件，用以将该第一运算信号进行处理，产生该重置信号；以及一第二处理元件，耦接于该第二运算元件，用以将该第二运算信号进行处理，产生该时脉输入信号。

本发明所述的电源转换装置，该第一运算元件为一与非门，该第一逻辑运算为与非运算，该第一运算元件将该致能信号以及该比较信号进行与非运算，以产生该第一运算信号。

本发明所述的电源转换装置，该第二运算元件为一或非门，该第二逻辑运算为或非运算，该第二运算元件将该时脉信号以及该第一运算信号进行或非运算，以产生该第二运算信号。

本发明所述的电源转换装置，该第一处理元件将该第一处理信号进行反相，以产生该重置信号，该第二处理元件将该第二处理信号进行反相，以产生该时脉输入信号。

本发明所述的电源转换装置，该第一处理元件及该第二处理元件分别为一反相器。

本发明所述的电源转换装置，该处理电路包括：至少一延迟元件，耦接于该第一处理元件、该第二处理元件以及控制信号产生模块，用以根据该重置信号对该时脉输入信号进行延迟，以产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换装置，该至少一延迟元件分别为一触发器。

本发明所述的电源转换装置，该比较单元为比较器。

本发明所述的电源转换装置，该转换模块为一电压转换器。

本发明所述的电源转换装置，该转换模块为一直流对直流电压转换器。

本发明另揭露一种具有数字控制比较器的电源转换方法，其包括下列步骤：步骤a：根据一延迟信号，产生一控制信号；步骤b：根据该控制信号转换一输入电压为一输出电压；步骤c：将该输出电压与一参考电压进行比较，并根据比较结果，产生一比较信号；以及步骤d：根据一致能信号、一时脉信号以及该比较信号，产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤c包括下列步骤：步骤c1：将该输出电压进行分压，产生一分压电压；以及步骤c2：将该分压电压与该参考电压进行比较，并根据该比较结果，产生该比较信号。

本发明所述的电源转换方法，步骤d包括下列步骤：步骤d1：根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号，产生一时脉输入信号以及一重置信号；以及步骤d2：根据该时脉输入信号以及该重置信号，产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d1包括下列步骤：步骤d11：将该致能信号以及该比较信号进行一第一逻辑运算，产生一第一运算信号；步骤d12：将该时脉信号以及该第一运算信号进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号；步骤d13：将该第一运算信号进行处理，产生该重置信号；以及步骤d14：将该第二运算信号进行处理，产生该时脉输入信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d11是对该致能信号以及该比较信号进行一与非运算，以产生该第一运算信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d12是对该时脉信号以及该第一运算信号进行一或非运算，以产生该第二运算信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d13将该第一运算信号进行反相，以产生该重置信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d14将该第二运算信号进行反相，以产生该时脉输入信号。

本发明所述的电源转换方法，该步骤d2另包括：步骤d21：根据该重置信号对该时脉输入信号进行延迟，以产生该延迟信号。

本发明所述的电源转换装置及电源转换方法，可提升输出电压的准确度，并且防止涟波电压的产生。

附图说明

图1为已知电源转换装置的示意图。

图2为本发明的电源转换装置的示意图。

图3为本发明的延迟单元的示意图。

图4为本发明的电源转换方法的步骤流程图。

图5为本发明的电源转换方法的步骤S56所包括的步骤流程图。

图6为本发明的电源转换方法的步骤S561所包括的步骤流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式作详细说明。

请参阅图2，图2为本发明的电源转换装置的示意图。如图2所示，本发明的一种电源转换装置20，其包括一控制信号产生模块22、一转换模块24、一比较模块26。控制信号产生模块22用以根据一延迟信号S_DE，产生一控制信号S_C。转换模块24耦接于控制信号产生模块22，接受控制信号S_C的指示将一输入电压V_DD转换为一输出电压V_OUT。比较模块26耦接于转换模块24以及控制信号产生模块22，用以将根据输出电压所产生的一分压电压V_DIV与一参考电压V_REF进行比较，并根据比较结果、一致能信号S_EN以及一时脉信号S_CLK，产生该延迟信号S_DE。其中，转换模块24为一电压转换器。于一实施例中，转换模块24为一直流对直流电压转换器(DC to DC Converter)。

电源转换装置20另包括两分压电阻(R₁、R₂)，耦接于转换模块24以及比较模块26，用以将输出电压V_OUT进行分压以产生该分压电压V_DIV。两分压电阻R₁、R₂包括一第一电阻R₁以及一第二电阻R₂。第一电阻R₁的第一端耦接于转换模块24，第一电阻R₁的第二端则耦接于比较模块26。第二电阻R₂的第一端耦接于第一电阻R₁的第二端，第二电阻R₂的第二端则耦接于一接地端。其中，第一电阻R₁以及第二电阻R₂用以将输出电压V_OUT进行分压，以产生该分压电压V_DIV，并将该分压电压V_DIV输入比较模块26。

比较模块26包括一比较单元261以及至少一延迟单元262。比较单元261耦接于第一电阻R₁以及第二电阻R₂，用以将分压电压V_DIV与参考电压V_REF进行比较，并根据比较结果，产生一比较信号S_COM。至少一延迟单元262耦接于比较单元261以及控制信号产生模块22，用以根据致能信号S_EN、时脉信号S_CLK以及比较信号S_COM，产生该延迟信号S_DE。其中，比较单元261为一比较器。

请参阅图3，图3为本发明的延迟单元的示意图。如图3所示，于一实施例中，至少一延迟单元262中每一个延迟单元包括一控制电路40以及一处理电路42。控制电路40用以根据该致能信号S_EN、该时脉信号S_CLK以及该比较信号S_COM，产生一时脉输入信号S_{CLK_IN}以及一重置信号S_RE。处理电路42耦接于控制电路40以及控制信号产生模块22，用以根据时脉输入信号S_{CLK_IN}以及重置信号S_RE，产生该延迟信号S_DE。

控制电路40包括一第一运算元件401、一第二运算元件402、一第一处理元件403以及一第二处理元件404。第一运算元件401用以将致能信号S_EN以及比较信号S_COM进行一第一逻辑运算，以产生一第一运算信号S_O1。第二运算元件402耦接于第一运算元件401，用以将时脉信号S_CLK以及第一运算信号S_O1进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号S_O2。第一处理元件403耦接于第一运算元件401，用以将第一运算信号S_O1进行处理，产生重置信号S_RE。第二处理元件404耦接于第二运算元件402，用以将第二运算信号S_O2进行处理，产生时脉输入信号S_{CLK_IN}。

于一实施例中，第一运算元件401为一与非门(NAND)，第一逻辑运算则为与非运算。第一运算元件401将致能信号S_EN以及比较信号S_COM进行与非(NAND)运算后，产生该第一运算信号S_O1。而，第二运算元件402为一或非门(NOR)，第二逻辑运算则为或非运算。第二运算元件402将时脉信号S_CLK以及第一运算信号S_O1进行或非(NOR)运算后，产生该第二运算信号S_O2。其中，第一处理元件403以及第二处理元件404分别为一反相器。第一处理元件403将第一处理信号S_O1进行反相，以产生该重置信号S_RE，第二处理元件404将第二处理信号S_O2进行反相，以产生该时脉输入信号S_{CLK_IN}。

至少一处理电路42包括至少一延迟元件421，耦接于第一处理元件403、第二处理元件404以及控制信号产生模块22，至少一延迟元件421用以根据重置信号S_RE对该时脉输入信号S_{CLK_IN}进行延迟，以产生该延迟信号S_DE。于一实施例中，该至少一延迟元件421分别为一触发器(Filp Flop)。于一实施例中，至少一延迟元件421的个数可依据使用者的需要自行增减，以达到所需的延迟时间。

以下举例说明延迟单元262的动作状态，当致能信号S_EN的电平为0时，该至少一延迟单元262不作任何延迟的动作，直接将时脉输入信号S_{CLK_IN}输入至控制信号产生模块22。当分压电压V_DIV小于参考电压V_REF时，至少一延迟单元262亦不作任何延迟的动作。只有当分压电压V_DIV大于或者等于参考电压V_REF，且致能信号S_EN的电平为1时，电源转换装置20中的延迟单元262会根据比较单元261的输出信号S_COM进行运算，直到分压电压V_DIV大于或等于参考电压V_REF的时间大于延迟单元262所设定的延迟时间(依据延迟元件421个数及操作频率决定)时，比较模块26才会送出一延迟信号S_DE通知控制信号产生模块22，控制信号产生模块22产生一控制信号S_C至转换模块24，以控制转换模块24将输入电压V_DD转换为输出电压V_OUT的时间。于一实施例中，本发明的电源转换装置20可包括两个延迟单元，用以达成双向控制。此外，本发明的电源转换装置20除了可通过增减触发器的个数来调整延迟的时间外，亦可通过改变时脉信号的大小来达成调整延迟时间的目的，由于通过时脉信号来控制延迟时间为一般所熟知的技术，在此不再赘述。

请参阅图4，图4为本发明的电源转换方法的步骤流程图。如图4所示，本发明的另一实施例揭露一种电源转换方法，其包括下列步骤：

S50：根据一延迟信号，产生一控制信号；

S52：根据该控制信号，转换一输入电压为一输出电压；

S54：将该输出电压与一参考电压进行比较，并根据比较结果，产生一比较信号；于一实施例中，本步骤系先对该输出电压进行分压后，产生一分压电压，再将分压电压与参考电压进行比较，最后根据比较结果，产生该比较信号；以及

S56：根据一致能信号、一时脉信号以及该比较信号，产生该延迟信号。

请参阅图5，图5为本发明的电源转换方法的步骤S56所包括的步骤流程图。如图5所示，步骤S56包括下列步骤：

S561：根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号，产生一时脉输入信号以及一重置信号；以及

S562：根据该时脉输入信号以及该重置信号，产生该延迟信号。

请参阅图6，图6为本发明的电源转换方法的步骤S561所包括的步骤流程图。如图6所示，于一实施例中，步骤S561包括下列步骤：

S5611：将该致能信号以及该比较信号进行一第一逻辑运算，产生一第一运算信号；其中，本步骤对该致能信号以及该比较信号进行一与非(NAND)运算，以产生该第一运算信号。

S5612：将该时脉信号以及该第一运算信号进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号；其中，本步骤对时脉信号以及第一运算信号进行一或非(NOR)运算，以产生该第二运算信号。

S5613：将该第一运算信号进行处理，产生该重置信号；以及

S5614：将该第二运算信号进行处理，产生该时脉输入信号。

于一实施例中，步骤S5613以及步骤S5614分别将该第一运算信号以及第二运算信号进行反相，以相对应的产生该重置信号以及该时脉输入信号。而步骤S562根据该重置信号对该时脉输入信号进行延迟，以产生该延迟信号。

如前所述，本发明的电源转换装置用以将输入电压转换为不同电平的输出电压，其中更包括一延迟模块，可以控制转换模块将输入电压转换为输出电压的时间，如此可提升输出电压的准确度，并且防止涟波电压的产生，能有效的解决已知技术所面临的问题。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

10、20：电源转换装置

12、22：控制信号产生模块

14、24：转换模块

16：比较器

26：比较模块

40：控制电路

42：处理电路

261：比较单元

262：延迟单元

401、402：运算元件

403、404：处理元件

421：延迟元件

R₁、R₂：电阻

S_C：控制信号

S_DE：延迟信号

S_COM：比较信号

S_EN：致能信号

S_CLK：时脉信号

S_{CLK_IN}：时脉输入信号

S_RE：重置信号

S_O1、S_O2：运算信号

V_DD：输入电压

V_DIV：分压电压

V_OUT：输出电压

V_REF：参考电压

S50～S56、S561、S562、S5611～S5614：方法步骤。

Claims (19)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：

一控制信号产生模块，用以根据一延迟信号，产生一控制信号；

一转换模块，耦接于该控制信号产生模块，用以根据该控制信号，将一输入电压转换为一输出电压；

一比较模块，耦接于该转换模块以及该控制信号产生模块，用以根据一参考电压与该输出电压进行比较，并根据比较结果、一致能信号以及一时脉信号，产生该延迟信号；以及

两分压电阻，耦接于该转换模块以及该比较模块，用以将该输出电压进行分压以产生一分压电压，

该比较模块包括一比较单元及至少一延迟单元，该比较单元耦接于该两分压电阻，用以比较该参考电压与该分压电压，并根据比较结果产生一比较信号，该至少一延迟单元耦接于该比较单元以及该控制信号产生模块，用以根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号产生该延迟信号，该至少一延迟单元中每一个延迟单元包括一控制电路，该控制电路包括：

一第一运算元件，用以将该致能信号以及该比较信号进行一第一逻辑运算，产生一第一运算信号；

一第二运算元件，耦接于该第一运算元件，用以将该时脉信号以及该第一运算信号进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号；

一第一处理元件，耦接于该第一运算元件，用以将该第一运算信号进行处理，产生一重置信号；以及

一第二处理元件，耦接于该第二运算元件，用以将该第二运算信号进行处理，产生一时脉输入信号。

2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述两分压电阻包括：

一第一电阻，该第一电阻的第一端耦接于该转换模块，该第一电阻的第二端耦接于该比较模块；以及

一第二电阻，该第二电阻的第一端耦接于该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端耦接于一接地端；

其中该第一电阻以及该第二电阻用以将该输出电压进行分压，产生该分压电压，并将该分压电压输入该比较模块。

3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该至少一延迟单元中每一个延迟单元还包括：一处理电路，耦接于该控制电路，用以根据该时脉输入信号以及该重置信号，产生该延迟信号。

4.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该第一运算元件为一与非门，该第一逻辑运算为与非运算，该第一运算元件将该致能信号以及该比较信号进行与非运算，以产生该第一运算信号。

5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该第二运算元件为一或非门，该第二逻辑运算为或非运算，该第二运算元件将该时脉信号以及该第一运算信号进行或非运算，以产生该第二运算信号。

6.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该第一处理元件将该第一运算信号进行反相，以产生该重置信号，该第二处理元件将该第二运算信号进行反相，以产生该时脉输入信号。

7.根据权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，该第一处理元件及该第二处理元件分别为一反相器。

8.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该处理电路包括：

至少一延迟元件，耦接于该第一处理元件、该第二处理元件以及控制信号产生模块，用以根据该重置信号对该时脉输入信号进行延迟，以产生该延迟信号。

9.根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，该至少一延迟元件分别为一触发器。

10.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该比较单元为比较器。

11.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该转换模块为一电压转换器。

12.根据权利要求10所述的电源转换装置，其特征在于，该转换模块为一直流对直流电压转换器。

13.一种电源转换方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤a：根据一延迟信号，产生一控制信号；

步骤b：根据该控制信号，转换一输入电压为一输出电压；

步骤c：将该输出电压与一参考电压进行比较，并根据比较结果，产生一比较信号；以及

步骤d：根据一致能信号、一时脉信号以及该比较信号产生一时脉输入信号以及一重置信号，根据该时脉输入信号以及该重置信号产生该延迟信号，

其中，根据该致能信号、该时脉信号以及该比较信号产生该时脉输入信号以及该重置信号的步骤包括：

步骤d1：将该致能信号以及该比较信号进行一第一逻辑运算，产生一第一运算信号；

步骤d2：将该时脉信号以及该第一运算信号进行一第二逻辑运算，产生一第二运算信号；

步骤d3：将该第一运算信号进行处理，产生该重置信号；以及

步骤d4：将该第二运算信号进行处理，产生该时脉输入信号。

14.根据权利要求13所述的电源转换方法，其特征在于，该步骤c包括下列步骤：

步骤c1：将该输出电压进行分压，产生一分压电压；以及

步骤c2：将该分压电压与该参考电压进行比较，并根据该比较结果，产生该比较信号。

15.根据权利要求13所述的电源转换方法，其特征在于，该步骤d1是对该致能信号以及该比较信号进行一与非运算，以产生该第一运算信号。

16.根据权利要求13所述的电源转换方法，其特征在于，该步骤d2是对该时脉信号以及该第一运算信号进行一或非运算，以产生该第二运算信号。

17.根据权利要求13所述的电源转换方法，其特征在于，该步骤d3将该第一运算信号进行反相，以产生该重置信号。

18.根据权利要求16所述的电源转换方法，其特征在于，该步骤d4将该第二运算信号进行反相，以产生该时脉输入信号。

19.根据权利要求13所述的电源转换方法，其特征在于，根据该时脉输入信号以及该重置信号产生该延迟信号的步骤另包括：根据该重置信号对该时脉输入信号进行延迟，以产生该延迟信号。

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