CN101719724A - 多准位电源转换器的准位切换装置 - Google Patents

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Abstract

一种多准位电源转换器的准位切换装置，包括一分压电路，一电阻，一MOS晶体管和一低超过超消除器，其特征在于：所述分压电路，自所述多准位电源转换器的输出端取得与输出端上输出信号相关的一回授信号，所述分压电路包括一个回授端，所述回授信号于所述回授端输出；所述电阻，与所述MOS晶体管串联；所述MOS晶体管，与所述电阻串联在所述回授端及接地端之间；所述低超过超消除器，设置在所述准位切换装置中，用以调整所述MOS晶体管由全开变为全关或由全关变为全开的速度。本发明的多准位电源转换器的准位切换装置具有改善所述输出信号的过超或低超情况的优点。

Description

多准位电源转换器的准位切换装置
技术领域
本发明涉及一种多准位电源转换器，具体地说，是一种多准位电源转换器的准位切换装置。
背景技术
图1显示已知的可以改变输出准位的电源转换器10，其包括控制电路14提供信号PWM驱动功率级12以产生电感电流IL经电感L对电容Cout充电产生输出电压Vout，电阻R1连接在输出端16及回授端18之间，电阻R2连接在回授端18及接地端GND之间，电阻R3与开关MS串联在回授端18及接地端GND之间，控制电路14根据回授端18上的回授信号VFB产生信号PWM。其中，回授信号VFB包含输出电压及电流的信息，而且回授信号VFB为影响工作周期比、切换频率、工作时间(on-time)及非工作时间(off-time)的参数之一，当回授信号VFB改变时，将使得输出电压及电流快速改变。
图2显示电源转换器10发生上升瞬时(up transition)时信号的波形图，其中波形20为回授信号VFB，波形22为输出电压Vout，波形24为电感电流IL。当要把输出电压Vout由低准位转为高准位时，如时间t1，打开(turnon)开关MS使电阻R2及R3并联，进而使回授信号VFB突然且迅速的下降，如波形20所示，当回授信号VFB小于一默认值时，表示电源转换器10需要立即对电容Cout充电，也就是说，为了达成最好的输出响应，电源转换器10将以其最大扭率(slew-rate)对电容Cout充电，以使输出电压Vout上升，如波形22所示。当回授信号VFB达到默认值时，如时间t2所示，电感L上所储存的能量大于稳态时的能量，如波形24所示，这些能量的大部分将被传送至输出端16，因而造成输出电压Vout过超(overshoot)。
图3显示电源转换器10发生下降瞬时(down transition)时信号的波形图，其中波形30为回授信号VFB，波形32为输出电压Vout，波形34为电感电流IL。相反的，当要把输出电压Vout由高准位切换为低准位时，将开关MS由打开状态切换为关闭(turn off)状态，此时回授信号VFB突然且迅速的上升，如时间t3所示，故回授信号VFB大于所述默认值，导致电容Cout开始放电，进而使输出电压Vout及电感电流IL下降。当回授信号VFB再下降至接近所述默认值时，如时间t4，此时的电感电流IL可能低于稳态时的准位，因而造成输出电压Vout过低(undershoot)。由图2及图3可知，当回授信号VFB迅速且突然的改变时，将使得电源转换器10过度反应(over-react)。
目前已有许多方法可以减轻低超及过超的情形，最常见的方法包括减小电感L以减少储存在电感L上的能量、增加电容Cout以使输出电压Vout的改变速度变慢以及增加低通滤波器减少回授信号VFB的涟波变化，然而这些方法都是由芯片外部作调整。
因此已知的在芯片外部作调整的方法存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种改变回授信号切换所述电源转换器的输出准位的多准位电源转换器的准位切换装置。
本发明的另一目的，在于提出一种能改善低超及过超的情形的多准位电源转换器的准位切换装置。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种多准位电源转换器的准位切换装置，包括一分压电路，一电阻，一MOS晶体管和一低超过超消除器，其特征在于：
所述分压电路，自所述多准位电源转换器的输出端取得与输出端上输出信号相关的一回授信号，所述分压电路包括一个回授端，所述回授信号于所述回授端输出；
所述电阻，与所述MOS晶体管串联；
所述MOS晶体管，与所述电阻串联在所述回授端及接地端之间；
所述低超过超消除器，设置在所述准位切换装置中，用以调整所述MOS晶体管由全开变为全关或由全关变为全开的速度。
本发明的准位切换装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的准位切换装置，其中所述分压电路包括：
一第二电阻，连接在所述多准位电源转换器输出端及所述回授端之间：
一第三电阻，连接在所述回授端及一接地端之间。
前述的准位切换装置，其中所述低超过超消除器包括一电容连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间。
前述的准位切换装置，其中所述低超过超消除器还包括：
一第一阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间；
一第二阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的闸极及所述接地端之间；
一第三阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极及所述接地端之间；
一电流源，控制所述MOS晶体管的开关。
前述的准位切换装置，其中所述第一阻抗组件包括一电容。
前述的准位切换装置，其中所述电流源为可变电流源。
前述的准位切换装置，其中所述电流源为定电流源。
一种多准位电源转换器，包括一功率级，一分压电路，一电阻，一MOS晶体管，一低超过超消除器和一控制电路，其特征在于：
所述功率级，提供一输出信号；
所述分压电路，分压所述输出信号产生一回授信号，所述分压电路包括一个回授端，所述回授信号于所述回授端输出；
所述电阻，与所述MOS晶体管串联；
所述MOS晶体管，与所述电阻串联在所述回授端及接地端之间；
所述低超过超消除器，用以调整所述MOS晶体管由全开变为全关或由全关变为全开的速度；
所述控制电路，根据所述回授信号产生一脉宽调变信号驱动所述功率级。
本发明的多准位电源转换器还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的多准位电源转换器，其中所述分压电路包括：
一第二电阻，连接在所述多准位电源转换器输出端及所述回授端之间：
一第三电阻，连接在所述回授端及一接地端之间。
前述的多准位电源转换器，其中所述低超过超消除器包括一电容连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间。
前述的多准位电源转换器，其中所述低超过超消除器还包括：
一第一阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间；
一第二阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的闸极及所述接地端之间；
一第三阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极及所述接地端之间；
一电流源，控制所述MOS晶体管的开关。
前述的多准位电源转换器，其中所述第一阻抗组件包括一电容。
前述的多准位电源转换器，其中所述电流源为可变电流源。
前述的多准位电源转换器，其中所述电流源为定电流源。
采用上述技术方案后，本发明的多准位电源转换器的准位切换装置具有改善所述输出信号的过超或低超情况的优点。
附图说明
图1为已知的可以改变输出准位的电源转换器示意图；
图2为图1中电源转换器发生上升瞬时时信号的波形图；
图3为图1中电源转换器发生下降瞬时时信号的波形图；
图4为本发明的第一实施例示意图；
图5为本发明的第二实施例示意图；
图6为没有使用本发明的低超过超消除器的多准位电源转换器在上升瞬时时的模拟图；
图7为本发明的低超过超消除器的多准位电源转换器在上升瞬时时的模拟图；
图8为没有使用本发明的低超过超消除器的多准位电源转换器在下降瞬时时的模拟图；
图9为本发明的低超过超消除器的多准位电源转换器在下降瞬时时的模拟图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图4，图4是本发明的第一实施例示意图。如图所示，在所述多准位电源转换器40中，控制电路44根据回授信号VFB产生脉宽调变信号PWM驱动功率级42以产生电感电流IL对电容Cout充电产生输出电压Vout，准位切换装置50用以切换电源转换器40的输出电压准位。在准位切换装置50中，分压电路54分压输出电压Vout产生回授信号VFB，所述回授信号VFB由分压电路54的回授端48输出，电阻R3与NMOS晶体管MS串联在回授端48及接地端GND之间，低超过超消除器52包括电容C1连接在NMOS晶体管MS的汲极与门极之间，找出电容C1要达成米勒(Miller)效应的最小电容值。分压电路54包括电阻R1及R2，电阻R1连接在输出端46及回授端48之间，电阻R2连接在回授端48及接地端GND之间。电容C1可以整合在芯片内部而不影响其它组件。当电源转换器40的输出电压Vout要由低准位切换至高准位时，提供一高压至NMOS晶体管MS的闸极以打开NMOS晶体管，然而，由于电容C1的存在，所以NMOS晶体管MS闸极上的电压无法立即升上所述高压的准位，也就是说，NMOS晶体管MS不会立刻由全关变为全开，而是由全关慢慢地变为全开，因此回授端48上的回授信号VFB没有突然且迅速的下降，进而改善过超的情形。同样的，当电源转换器40的输出电压Vout要由高准位切换至低准位时，NMOS晶体管MS由全开慢慢地变为全关，因此回授端48上的回授信号VFB没有突然且迅速的上升，进而改善低超的情形。
图5为本发明的第二实施例示意图，在所述多准位电源转换器60中，控制电路64根据回授信号VFB产生脉宽调变信号PWM驱动功率级62以产生电感电流IL对电容Cout充电产生输出电压Vout，准位切换装置70用以切换电源转换器60的输出电压准位。在准位切换装置70中，分压电路76分压输出电压Vout产生回授信号VFB，所述回授信号VFB由分压电路76的回授端68输出，电阻R3与NMOS晶体管MS连接在回授端68及接地端GND之间，低超过超消除器72包括阻抗组件Z1连接在NMOS晶体管MS的汲极与门极之间，阻抗组件Z2连接在NMOS晶体管MS的闸极及接地端GND之间，阻抗组件Z3连接在NMOS晶体管MS的汲极及接地端GND之间，以及电流源74控制NMOS晶体管MS的开关。分压电路76包括电阻R1及R2，电阻R1连接在输出端66及回授端68之间，电阻R2连接在回授端68及接地端GND之间。其中阻抗组件Z1、Z2及Z3可以是电阻、电容及电感的任意组合，优选阻抗组件Z1为电容，电流源74可以是可变电流源或定电流源。阻抗组件Z1、Z2及Z3及电流源72可以整合在芯片内而不影响其它组件。当电源转换器60的输出电压Vout要由低准位切换至高准位时，电流源74提供电流I1至所述NMOS晶体管MS的闸极以打开NMOS晶体管MS，由于阻抗组件Z1、Z2及Z3，所以NMOS晶体管MS不会立刻由全关变为全开，而是由全关慢慢地变为全开，因此回授端68上的回授信号VFB没有突然且迅速的下降，进而改善过超的情形。同样的，当电源转换器60的输出电压Vout要由高准位切换至低准位时，电流源74从NMOS晶体管MS的闸极汲取电流I2，由于阻抗组件Z1、Z2及Z3，NMOS晶体管MS由全开慢慢地变为全关，因此回授端48上的回授信号VFB没有突然且迅速的上升，进而改善低超的情形。
图6及图7显示不使用及使用本发明低超过超消除器的多准位电源转换器在上升瞬时时的模拟图，其中波形80为输出电压Vout，波形82为回授信号VFB，波形84为电感电流IL，波形86为输出电压Vout，波形88为回授信号VFB，波形90为电感电流IL。比较图6及图7，当发生上升瞬时时，如图6的时间t5所示，没有使用低超过超消除器的电源转换器的回授信号VFB突然且迅速的下降，如图6的波形82所示，因此电感电流IL也急速上升，如图6的波形84所示，这导致输出电压Vout出现过超的情况，如图6的波形80所示。使用本发明的低超过超消除器的电源转换器在发生上升瞬时时，如图7的时间t6，回授信号VFB并没有突然且迅速的下降，如图7的波形88所示，回授信号VFB的平均值呈现缓慢的变化，因此电感电流IL没有大幅地上升，如图7的波形90所示，所以输出电压Vout没有过超的情况出现，如图7的波形86所示。
图8及图9显示不使用及使用本发明的低超过超消除器的多准位电源转换器在下降瞬时时的模拟图，其中波形92为输出电压Vout，波形94为回授信号VFB，波形96为电感电流IL，波形98为输出电压Vout，波形100为回授信号VFB，波形102为电感电流IL。比较图6及图7，当发生下降瞬时时，如图8的时间t7所示，没有使用低超过超消除器的电源转换器的回授信号VFB突然且迅速的上升，如图8的波形94所示，因此电感电流IL也急速下降，如图8的波形96所示，这导致输出电压Vout出现低超的情况，如图8的波形92所示。使用本发明的低超过超消除器的电源转换器在发生下降瞬时时，回授信号VFB并没有突然且迅速的下降，如图9的波形100所示，回授信号VFB呈现较缓慢的变化，因此电感电流IL没有大幅地下降，如图9的波形102所示，所以输出电压Vout没有低超的情况出现，如图9的波形98所示。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
组件符号说明
10    电源转换器
12    功率级
14    控制电路
16    电源转换器10的输出端
18    回授端
20    回授信号VFB的波形
22    输出电压Vout的波形
24    电感电流IL的波形
30    回授信号VFB的波形
32    输出电压Vout的波形
34    电感电流IL的波形
40    电源转换器
42    功率级
44    控制电路
46    电源转换器40的输出端
48    回授端
50    准位切换装置
52    低超过超消除器
54    分压电路
60    电源转换器
62    功率级
64    控制电路
66    电源转换器40的输出端
68    回授端
70    准位切换装置
72    低超过超消除器
74    电流源
76    分压电路
80    输出电压Vout的波形
82    回授信号VFB的波形
84    电感电流IL的波形
86    输出电压Vout的波形
88    回授信号VFB的波形
90    电感电流IL的波形
92    输出电压Vout的波形
94    回授信号VFB的波形
96    电感电流IL的波形
98    输出电压Vout的波形
100   回授信号VFB的波形
102   电感电流IL的波形

Claims (14)

1.一种多准位电源转换器的准位切换装置，包括一分压电路，一电阻，一MOS晶体管和一低超过超消除器，其特征在于：
所述分压电路，自所述多准位电源转换器的输出端取得与输出端上输出信号相关的一回授信号，所述分压电路包括一个回授端，所述回授信号于所述回授端输出；
所述电阻，与所述MOS晶体管串联；
所述MOS晶体管，与所述电阻串联在所述回授端及接地端之间；
所述低超过超消除器，设置在所述准位切换装置中，用以调整所述MOS晶体管由全开变为全关或由全关变为全开的速度。
2.如权利要求1所述的准位切换装置，其特征在于，所述分压电路包括：
一第二电阻，连接在所述多准位电源转换器输出端及所述回授端之间：
一第三电阻，连接在所述回授端及一接地端之间。
3.如权利要求1所述的准位切换装置，其特征在于，所述低超过超消除器包括一电容连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间。
4.如权利要求1所述的准位切换装置，其特征在于，所述低超过超消除器还包括：
一第一阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间；
一第二阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的闸极及所述接地端之间；
一第三阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极及所述接地端之间；
一电流源，控制所述MOS晶体管的开关。
5.如权利要求4所述的准位切换装置，其特征在于，所述第一阻抗组件包括一电容。
6.如权利要求4所述的准位切换装置，其特征在于，所述电流源为可变电流源。
7.如权利要求4所述的准位切换装置，其特征在于，所述电流源为定电流源。
8.一种多准位电源转换器，包括一功率级，一分压电路，一电阻，一MOS晶体管，一低超过超消除器和一控制电路，其特征在于：
所述功率级，提供一输出信号；
所述分压电路，分压所述输出信号产生一回授信号，所述分压电路包括一个回授端，所述回授信号于所述回授端输出；
所述电阻，与所述MOS晶体管串联；
所述MOS晶体管，与所述电阻串联在所述回授端及接地端之间；
所述低超过超消除器，用以调整所述MOS晶体管由全开变为全关或由全关变为全开的速度；
所述控制电路，根据所述回授信号产生一脉宽调变信号驱动所述功率级。
9.如权利要求8所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述分压电路包括：
一第二电阻，连接在所述多准位电源转换器输出端及所述回授端之间：
一第三电阻，连接在所述回授端及一接地端之间。
10.如权利要求8所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述低超过超消除器包括一电容连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间。
11.如权利要求8所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述低超过超消除器还包括：
一第一阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极与门极之间；
一第二阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的闸极及所述接地端之间；
一第三阻抗组件，连接在所述MOS晶体管的汲极及所述接地端之间；
一电流源，控制所述MOS晶体管的开关。
12.如权利要求11所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述第一阻抗组件包括一电容。
13.如权利要求11所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述电流源为可变电流源。
14.如权利要求11所述的多准位电源转换器，其特征在于，所述电流源为定电流源。
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